JPWO2006135085A1 - 高圧シール構造、高圧シール面の加工方法及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

第１の燃料通路（１３）が開口しているインジェクタハウジング（２）の第１のシール面（２４）と第２の燃料通路（１４）が開口しているノズルボディ（３）の第２のシール面（２５）とを圧接刺せることにより、第１及び第２の燃料通路（１３、１４）の接続部に形成される高圧シール部（２６）において、第１のシール面（２４）及び第２のシール面（２５）の少なくとも一方に同心円状のシール溝（２４Ａ、２５Ａ）が仕上げ加工により施されており、これにより高圧燃料の漏れを有効に抑えることができる。第１のシール面（２４）及び第２のシール面（２５）はコンケーブ状にしてもよい。

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁に用いられる高圧シール構造、その高圧シール構造に用いられる高圧シール面の加工方法及び燃料噴射弁に関する。

例えば、コモンレール式の燃料噴射システムの場合、コモンレールから供給される高圧燃料を内燃機関の気筒に固定されている燃料噴射弁に送り、この燃料噴射弁から気筒内に高圧燃料を噴射するように構成されている。ところで、この種の燃料噴射弁はインジェクタハウジングの先端部にノズルボディをノズルナットにより取り付けて成り、コモンレールからの高圧燃料はインジェクタハウジングとノズルボディとにまたがって形成される燃料通路を通ってノズルボティ内に形成されている燃料溜まり室に送られる構成となっている。
近年、排気ガス中の有害物質の低減化のために、コモンレール圧は高圧化される傾向にあるが、このような高圧化が図られた場合、燃料通路内の高圧燃料が、燃料通路の接続点となるインジェクタハウジングとノズルボディとの間に形成される高圧シール面から漏れる、所謂マイクロリーケージを生じる可能性がある。したがって、燃料噴射弁に供給される燃料の高圧化が図られた場合にも、このような問題を生じることがない高性能の高圧シール構造が望まれている。
そこで、特開２００３−１３９０１４号公報及び特開２００３−１３９０１５号公報に見られるように、シール面にマイクロ凹部を所定面積にわたって形成したり、燃料通路のまわりに位置してマイクログルーブを形成する高圧シール構造が提案されている。しかし、マイクロ凹部やマイクログルーブの形成は、その加工において高い精度を要求されるものであるため、加工に手間が掛かる上に、コストが高くなるという別の問題が生じる。
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる燃料噴射弁の高圧シール構造、高圧シール面の加工方法及び燃料噴射弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来の製品に対して大幅な変更なしに燃料の高圧化に対応できる燃料噴射弁の高圧シール構造、高圧シール面の加工方法及び燃料噴射弁を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の特徴は、第１の燃料通路が開口しているインジェクタハウジングのハウジング端面と第２の燃料通路が開口しているノズルボディのノズルボディ端面とを圧接させることにより、前記第１及び第２の燃料通路の接続部に構成される燃料噴射弁の高圧シール構造において、前記高圧シール構造の高圧シール面に同心円状の仕上げ加工が施されている点にある。
本発明の他の特徴は、燃料噴射弁のインジェクタハウジング又はノズルボディの高圧シール面の仕上げ加工方法において、前記インジェクタハウジング又はノズルボディをその軸線を回転軸として回転させつつ前記高圧シール面に仕上げ加工用部材を押しあて、これにより前記高圧シール面に同心円状溝の仕上げ加工を施すようにした点にある。
本発明の別の特徴は、燃料噴射弁において、上述した高圧シール構造を備えた点にある。
本発明によれば、従来品であっても大幅な変更を必要とせずに燃料の高圧化に際してのマイクロリーケージの問題を解決することができる。

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図である。
第２図は第１図のインジェクタハウジングの底面の拡大図である。
第３図は第１図のノズルボディのシール面の拡大図である。
第４図はシール面の他の形態を示す図である。
第５図はシール面の更に他の形態を示す図である。
第６図はシール面をコンケーブ状とした場合のノズルボディの例を示す断面図である。
第７図は両シール面を共にコンケーブ状とした場合の高圧シール部の断面図である。
第８Ａ図は本発明による加工方法の一実施例を説明するための図でインジェクタハウジングの底面から見た図である。
第８Ｂ図は本発明による加工方法の一実施例を説明するための図でインジェクタハウジングの側面から見た図である。
第９Ａ図は本発明による加工方法の他の実施例を説明するための図でインジェクタハウジングの底面から見た図である。
第９Ｂ図は本発明による加工方法の他の実施例を説明するための図でインジェクタハウジングの側面から見た図である。

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
本発明による燃料噴射弁１は、図１に示すように、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、背圧制御部５とを有する。インジェクタハウジング２に２個以上の第１の位置決め穴６（第１図ではそのうちの１つだけが見えている）を、ノズルボディ３に同数の第２の位置決め穴７（第１図ではそのうちの１つだけが見えている）をそれぞれ形成し、第１の位置決め穴６及び第２の位置決め穴７に挿入した位置決めピン８により互いの位置を合わせて、インジェクタハウジング２の先端部にノズルボディ３をノズルナット９により、後述の如くして取り付けると共に、その上方部に背圧制御部５を設けている。
燃料タンク１０からの燃料は燃料ポンプ１１により加圧されてコモンレール１２に高圧燃料として蓄えられ、燃料噴射弁１にこの高圧燃料が供給される。インジェクタハウジング２には第１の燃料通路１３が形成されており、ノズルボディ３には第２の燃料通路１４が形成されると共にノズルニードル４の受圧部４Ａに対向して燃料溜まり室１５が形成されている。
コモンレール１２からの高圧燃料は、第１の燃料通路１３及び第２の燃料通路１４を通って燃料溜まり室１５に常時供給可能となっている。第１の燃料通路１３の一部は図中上方に延びて、背圧制御部５部分から燃料還流路１６を形成し、燃料タンク１０に燃料を還流可能としている。燃料還流路１６は、後述するスプリング室１９などとともに燃料のリーク通路を形成している。
ノズルボディ３の先端部には、燃料の噴孔１７が任意の数だけ形成されている。噴孔１７の近傍に形成されているシート部１８にノズルニードル４の先端部がシートすることにより噴孔１７が閉鎖され、ノズルニードル４がシート部１８からリフトすることにより噴孔１７が解放されて燃料が噴射可能となる。
ノズルニードル４の上方部におけるインジェクタハウジング２の中心部に形成されたスプリング室１９には、スプリングシート２０と、ノズルニードル４をシート部１８のシート方向に付勢するノズルスプリング２１と、スプリングシート２０に上方から当接するバルブピストン２２とが設けられている。バルブピストン２２を背圧制御部５が制御して、すなわち、ノズルニードル４の背圧を制御することにより、スプリングシート２０を介してノズルニードル４のシート及びリフトを制御する。ノズルニードル４の上部は、ノズルボディ３のクリアランスシール孔２３内を摺動可能となっている。なお、スプリング室１９は、低圧側の前記燃料還流路１６に連通し、ノズルボディ３はそのクリアランスシール孔２３において高圧側（燃料溜まり室１５）と低圧側（スプリング室１９）とを分離している。
インジェクタハウジング２は、その底面である端面においてその長さ方向に直交する第１のシール面２４を有し、第１のシール面２４には第１の燃料通路１３が開口している。一方、ノズルボディ３は、その上面である端面においてその長さ方向に直交する第２のシール面２５を有し、第２のシール面２５には第２の燃料通路１４が開口している。
ノズルナット９の後端開口部９１付近の内周面にはねじ溝部９１Ａが形成されており、インジェクタハウジング２の外周面にはねじ溝部９１Ａに相応したねじ溝部２Ａが形成されている。そして、ねじ溝部９１Ａとねじ溝部２Ａとを螺合させてノズルナット９を所定のシート締め付け力で締め付けることにより、第１の燃料通路１３及び第２の燃料通路１４の各開口が対向した状態で第１のシール面２４及び第２のシール面２５が相互に圧接されて所定の面圧が確保され、高圧シール部２６が形成され、これにより、高圧燃料が通過する第１の燃料通路１３と第２の燃料通路１４との接続部から高圧燃料が漏れないようにする、高圧シール構造が構成されている。
ノズルナット９の内側であって高圧シール部２６に対向する部分には環状溝９２が形成されており、これにより、インジェクタハウジング２とノズルボディ３とノズルナット９とが図１に示すように組み立てられた場合に、高圧シール部２６から漏れ出た高圧燃料を一旦集めるための環状空間２７が、インジェクタハウジング２とノズルボディ３とノズルナット９とを含んで形成される構成となっている。そして、環状空間２７に一旦集められた高圧燃料を燃料低圧側に逃すための連通路２８が設けられている。
図２には、インジェクタハウジング２の底面図が示されている。インジェクタハウジング２の下端面である底面２Ｂは平坦面となっており、底面２Ｂには第１の燃料通路１３の底面側開口端１３Ａが形成されていると共に、スプリング室１９に連通している開口２Ｄが設けられている。
底面２Ｂは、第１のシール面２４となっている。ノズルボディ３の端面にはこれに対向する第２のシール面２５が形成されている。第１のシール面２４と第２のシール面２５とを圧接させることにより形成される高圧シール部２６による高圧シール構造のシール特性を向上させるため、第１のシール面２４は、底面２Ｂに多数の同心円状のシール溝２４Ａを形成したものとなっている。ここでは、同心円状のシール溝２４Ａは、第１のシール面２４に同心円状の仕上げ加工を施すことによって形成されたもので、開口２Ｄを中心とした多数の円弧状溝が密集したものとして構成されている。
第３図は、ノズルボディ３の端面である上面３Ｂに形成された第２のシール面２５を示す図である。第３図において、１４Ａは第２の燃料通路１４の上面側開口端であり、３Ｄはクリアランスシール孔２３の開口端である。第２のシール面２５にも、シール溝２４Ａの場合と同様にして形成された同心円状のシール溝２５Ａが設けられている。したがって、同心円状のシール溝２５Ａもまた、開口端３Ｄを中心とした多数の円弧状溝が密集したものとして構成されている。同心円状のシール溝２４Ａ、２５Ａは、例えば、仕上げ加工用の砥石部材等を用いて、各端面に同心円状の仕上げ加工を施すことによって形成することができる。
第１のシール面２４及び第２のシール面２５は以上のように構成されているので、第１図に示すように組み立てられた場合、第１のシール面２４と第２のシール面２５とが互いに圧接せしめられたとき、第１のシール面２４の同心円状のシール溝２４Ａを構成する各溝の突部と第２のシール面２５の同心円状のシール溝２５Ａを構成する各溝の突部とが互いに食い込み合い、両者間の油密性を著しく向上させる。この結果、高圧シール部２６の高圧シール特性が従来の構成のものに比べて格段に向上するので、上述した高圧シール構造によれば、従来に比べてより高圧の燃料を使用することが可能となる。
なお、上記実施例では、シール溝を第１のシール面２４及び第２のシール面２５の両方に形成した例について説明した。しかし、同心円状のシール溝は、第１のシール面２４及び第２のシール面２５の少なくとも一方に形成するだけでもよく、この場合でも高圧シール部２６のシール特性を従来に比べて著しく向上させることができる。同心円状のシール溝を一方のシール面にのみ適用する場合、他方のシール面は例えば、第４図に示されるような、そのような溝が全くない鏡面ＭＳであってもよいし、第５図に示すように、砥石による仕上げ加工（端面研削加工）により複数のスパイラル状溝ＳＰ（第５図では簡単化のため１本のみを示している）を形成した従来構造のシール面とすることもできる。あるいは、第４図及び第５図に例示する以外の適宜のシール面構造を採用してもよい。
さらに、上記実施例では、第１のシール面２４及び第２のシール面２５は、共に平坦面であった。しかし、第１のシール面２４及び第２のシール面２５の少なくとも一方を、第６図に示すように、その周縁部Ｅに対して中央部Ｃを低くした、コンケーブ状の面とすることもできる。この場合、このへこみ量ｈは極めて僅かでよい。
第７図は、第１のシール面２４及び第２のシール面２５の双方の面をコンケーブ状とした場合の高圧シール部２６の構成の一例を示すもので、第１のシール面２４及び第２のシール面２５を圧接させた場合、各周縁部Ｅが極めて大きな力で圧接されて密着し、周縁部Ｅからの高圧燃料の漏れを極めて効果的に抑えることができる。その上、中央部近くでは第１のシール面２４及び第２のシール面２５との間に僅かな隙間が形成される。このため、その隙間内にある高圧燃料は開口端２Ｄ、３Ｄへと誘導されるので、高圧シール部２６のシール効果をより一層大きなものとすることができる。
燃料噴射弁１は以上のように構成されているので、第１のシール面２４及び又は第２のシール面２５に僅かな加工を施すだけの低コストで且つ追加の部品を必要とすることなく、高圧燃料のさらなる高圧化に対応することができる。したがって、製品の組立には従来に比べて何等の変更を生じさせることがなく、また、製品外部に何等の変更を生じさせないので、内燃機関のシリンダーヘッドとの干渉が生じることがなく、従来仕様のものとの交換に何等の支障を生じさせない。また、製品の分解、リサイクリングにも影響を与えることがない。
次に、第１のシール面２４及び又は第２のシール面２５に同心円状のシール溝を形成するための加工方法について説明する。
第８Ａ図及び第８Ｂ図は、超仕上げフィルムを用いた場合の加工例を示すもので、第８Ａ図はインジェクタハウジング２の第１のシール面２４から見た加工時の状態を示す図、第８Ｂ図はインジェクタハウジング２の側面から見た加工時の状態を示す図である。第８Ａ図、第８Ｂ図に示すように、インジェクタハウジング２を、図示しない回転装置に取り付け、インジェクタハウジング２の軸を中心としてインジェクタハウジング２を所定の一方向Ｒに回転させる。このとき、第１のシール面２４はその中心点を中心として所定の平面内で回転することになる。
以上のように回転している第１のシール面２４に対して、超仕上げフィルム１０１を丸棒部材１０２によって、定力下で定圧押し付けすることにより、例えば＃１０００番〜＃６０００番の超仕上げフィルム１０１の主表面１０１Ａ上に設けられている砥粒の各先端が第１のシール面２４に食い込んで円弧状のシール溝を刻設し、これにより、同心円状シール溝２４Ａが形成される。この場合第８Ａ図に示すように、超仕上げフィルム１０１は第１のシール面２４の半分の領域に押し当てるのが好ましい。また、丸棒部材１０２は、適宜の材料から成り、ゴム又は樹脂材料等からなる若干の弾力性を有するものが好ましい。丸棒部材１０２に若干の弾力性を持たせることにより、回転している第１のシール面２４に超仕上げフィルム１０１を適切な押圧力でばらつきなくあてることができるので、形成されるシール溝の形状のばらつきを抑えることができるからである。或いは他の方法として、丸棒部材１０２は硬度の高い例えば超硬のＲ形状を有するものを使用することで、コンケーブ形状をシール面２４に形成することも可能である。
ここで、超仕上げフィルム１０１は、適宜の送り機構により、矢印Ｘ方向に適宜の送り機構を用いて送り、常に新しい砥石面が繰り出されて第１のシール面２４にあたるようにするのが好ましい。
第９Ａ図、第９Ｂ図は、超仕上げフィルム１０１に代えて板状の超仕上げ砥石１０３を用いてインジェクタハウジング２の第１のシール面２４に同心円状のシール溝２４Ａを加工する場合の例を説明するための図である。第９Ａ図はインジェクタハウジング２の第１のシール面２４から見た加工時の状態を示す図、第９Ｂ図はインジェクタハウジング２の側面から見た加工時の状態を示す図である。
ここでは、超仕上げ砥石１０３の先端部１０３Ａの断面形状は略半円状となっており、この先端部１０３Ａを適宜の治具を用いて、第８Ａ図、第８Ｂ図の場合と同様にして回転しているインジェクタハウジング２の第１のシール面２４に適宜の力で押し付け、これにより、第８Ａ図、第８Ｂ図の場合と同様にして第１のシール面２４に同心円状のシール溝２４Ａを形成することができる。
以上、インジェクタハウジング２の第１のシール面２４に同心円状のシール溝２４Ａを形成するための加工方法について説明した。しかし、ノズルボディ３の第２のシール面２５に同心円状のシール溝２４Ａを形成する場合も、第８Ａ図、第８Ｂ図、第９Ａ図、第９Ｂ図に示したのと同様の方法で行い、同様の結果を得ることができることは勿論である。
第１図に示す構成の燃料噴射弁の高圧シール部２６において、第１のシール面２４及び第２のシール面２５を、それぞれ第２図及び第３図に示す同心円状のシール溝とした１０本のサンプルを用意し、これらの１０本のサンプルについてマイクロリーケージの評価を以下のようにして行った。燃料は蛍光剤入りの軸油を使用し、１０本のサンプルに対して、燃料圧を現行条件の６％増し、２０％増しとしたときの燃料の漏れの有無を検査した。その結果、いずれの燃料圧の場合にも１０本のサンプル全てについて燃料の漏れを検出できなかった。
次に、同心円状のシール溝を設けていない第５図に示すスパイラル溝を用いた従来の高圧シール部を有する比較用の燃料噴射弁を４本用意し、上記と同様にして燃料の漏れの有無を検査した。その結果、燃料圧を６％増しにした場合には燃料漏れを検出できなかったが、燃料圧を２０％増しにした場合には４本共燃料漏れを生じていることが確認された。

本発明によれば、より高圧の燃料を用いてもマイクロリーケージを生じることがなく、燃料噴射弁の改善に役立つ。

Claims (12)

1. 第１の燃料通路が開口しているインジェクタハウジングのハウジング端面と第２の燃料通路が開口しているノズルボディのノズルボディ端面とを圧接させることにより、前記第１及び第２の燃料通路の接続部に構成される燃料噴射弁の高圧シール構造において、
   前記高圧シール構造の高圧シール面に同心円状の溝が施されていることを特徴とする燃料噴射弁の高圧シール構造。
2. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面のいずれか一方に前記同心円状の溝が施されている請求の範囲第１項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
3. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面に前記同心円状の溝が施されている請求の範囲第１項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
4. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面のいずれか一方の端面に前記同心円状の溝が施されており、他方の端面が鏡面仕上げとなっている請求の範囲第１項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
5. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面のいずれか一方の端面に前記同心円状の溝が施されており、他方の端面にスパイラル状の溝加工が施されている請求の範囲第１項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
6. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面のいずれか一方がコンケーブ状になっている請求の範囲第１、２、３、４又は５項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
7. 前記ハウジング端面及び前記ノズルボディ端面がそれぞれコンケーブ状になっている請求の範囲第１、２、３、４又は５項記載の燃料噴射弁の高圧シール構造。
8. 燃料噴射弁のインジェクタハウジング又はノズルボディの高圧シール面の仕上げ加工方法において、
   前記インジェクタハウジング又はノズルボディをその軸線を回転軸として回転させつつ前記高圧シール面に仕上げ加工用部材を押しあて、これにより前記高圧シール面に同心円状の仕上げ加工を施すようにしたことを特徴とする高圧シール面の仕上げ加工方法。
9. 前記仕上げ加工用部材が仕上げ加工用砥石部材である請求の範囲第８項記載の高圧シール面の仕上げ加工方法。
10. 請求項１、２、３、４又は５記載の高圧シール構造を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
11. 請求項６記載の高圧シール構造を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
12. 請求項７記載の高圧シール構造を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。

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