WO2002031354A1 - Scellement de gaz de combustion, destine a un injecteur - Google Patents

Description

明細書 ィンジヱクター用燃焼ガスシール 技術分野

この発明は、 エンジンのシリ ンダーへッ ドに対してインジェ クタ一が取り付けられた状態において、 燃焼ガスの漏れを防止 するためのィンジェクタ一用燃焼ガスシールに関する。 背景技術

図 1 8は、 エンジンのシリ ンダーへッ ドにインジェクターを 取り付けた様子を示す概略構成図である。

インジェクター 5 0を、 エンジンのシリ ンダーへッ ド 6 0に 取り付けた場合には、 インジェクター 5 0の取り付け部の周辺 から、 燃焼ガスを漏れないよ うにすることが必要である。

そこで、 従来、 図 1 8に示すよ うに、 インジェクター 5 0の 取り付け部において、 2箇所にヮッシャ状のシール 1 0 0， 1 0 1 を設けることによって、 燃焼ガスの漏れを防止していた。 これらのシール 1 0 0， 1 0 1は、銅などの金属で構成され、 インジヱクタ一 5 0をエンジンのシリ ンダーへッ ド 6 0に取り 付ける際の締結力によ り得られるクランプ力 Q (図 1 9参照） によってシールを行っていた。 なお、 この締結力は、 例えば図 1 8に示すよ うに、 インジヱクタ一 5 0に設けられたおねじ部 を、 シリ ンダ一へッ ド 6 0に設けられためねじ部にねじ込むこ とにより得ることができる。

しかしながら、 上記のよ うな従来技術の場合には、 金属製の ヮッシャ状のシール 1 0 0， 1 0 1 を、 クランプ力を利用して シールさせていたため、エンジン等による振動がシール 1 0 0， 1 0 1 に伝わって、 シールしている部分で大きな音を発生させ るため、 騷音の原因になっていた。

また、 振動や熱による負荷によって、 上記締結力が低下して しまうために、 経時的にシール性が低下してしまっていた。 本発明の目的は、 防音効果の向上を図りつつ、 シール性の向 上を図ったインジエタター用燃焼ガスシールを提供することに ある。 発明の開示

上記目的を達成するために本発明にあっては、

エンジンのシリ ンダ一へッ ドに取り付けられるインジェクタ 一に設けられた装着溝に装着されて、 前記シリ ンダ一へッ ドと インジェクターとの間の環状隙間をシールする榭脂製のィンジ ェクター用燃焼ガスシールにおいて、

圧縮変形前の内径が前記装着溝の外径より も短く 、 かつ、 圧 縮変形前の外径が前記シリ ンダ一へッ ドのシール当接部の内径 よ り も長く設定されると共に、

燃焼ガス側の端面の全面が、 燃焼ガスに対して露出して配置 されることを特徴とする。

この構成によれば、 インジェクター用燃焼ガスシールは、 そ の内径側及び外径側が、 それぞれィンジ タタ一及びシリ ンダ 一ヘッ ドに、 隙間なく密着し、 また、 燃焼ガス側の端面の全面 が、 燃焼ガスに対して露出しているため、 燃焼ガスによって受 ける圧力によって、 インジェクター用燃焼ガスシールは、 内径 側及び外径側に拡がって、 より一層面圧が大きくなる。 また、 樹脂製であるので、 騒音の発生を防止できる。

燃焼ガスは約 1 8 0 °Cといわれていることから、 少なく とも 2 0 0 °Cの耐熱性を有する樹脂材で構成されるとよい。

これによ り、 インジヱクタ一の取り付けられる部分は、 比較 的高温状態となるが、 このような高温下で使用されても、 劣化 を低減することが可能となる。

前記燃焼ガス側の端面の全周にわたって、 燃焼ガス側に開口 する溝を設けるとよい。

これにより、 溝の壁面に燃焼ガスの圧力がかかるため、 イン ジェクタ一及びシリンダーへッ ドに対する密着力がより向上す る。

前記燃焼ガス側の端面の内周側端縁に、 全周にわたってテー パ面を設けるとよい。

これにより、 テーパ面に燃焼ガスの圧力がかかるため、 外周 側 （シリンダーヘッ ド） に対する密着力がより向上する。

前記燃焼ガス側の端面の内周側端縁に、 周方向に間隔を空け て、 複数のテーパ面を設けるとよい。

これにより、 テーパ面に燃焼ガスの圧力がかかるため、 外周 側 （シリンダ一へッ ド） に対する密着力がより向上する。 また、 テーパを設けていない部分により剛性が高いため、 異常変形が 防止される。

前記テーパ面を設けていない部分の内周面は、 前記装着溝の 溝底面に当接されるとよい。

これによ り、 テーパ面を設けていない部分の内周面がス トツ パとして機能するため、 異常変形がより確実に防止される。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の第 1の実施の形態に係るインジヱクタ一用 燃焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図であり、

図 2は、 本発明の実施の形態に係るィンジユタター用燃焼ガ スシールを取り付ける相手構造を示す模式的断面図であり、 図 3は、 本発明の第 1の実施の形態に係るインジェクター用 燃焼ガスシールの一部破断断面図であり、

図 4は、 図 1の一部拡大図であり、

図 5は、 面圧の分布を説明する図であり、

図 6は、 本発明の第 2の実施の形態に係るィンジヱクタ一用 燃焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図であり、

図 7は、 本発明の第 3の実施の形態に係るィンジ クタ一用 燃焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図であり、

図 8は、 本発明の第 3の実施の形態に係るィンジヱクタ一用 燃焼ガスシールの使用状態を示す模式的断面図であり、

図 9は、 本発明の第 3の実施の形態に係るィンジヱクタ一用 燃焼ガスシールで考えられ得る不具合を示す模式的断面図であ り、

図 1 0は、 本発明の第 4の実施の形態に係るインジェクター 用燃焼ガスシールの底面図であり、

図 1 1は、 図 1 0中 a a ' 断面図であり、

図 1 2は、 本発明の実施の形態に係るィンジェクタ一用燃焼 ガスシールを取り付ける相手構造を示す模式的断面図であり、 図 1 3は、 本発明の第 4の実施の形態に係るインジヱクタ一 用燃焼ガスシールの斜視図の一部であり、 図 1 4は、 本発明の第 4の実施の形態に係るィンジヱクター 用燃焼ガスシールの模式的断面図であり、

図 1 5は、 取付部の模式的断面図を示しており、

図 1 6は、 本発明の第 4の実施の形態に係るインジェクター 用燃焼ガスシールの構成変形例を示す底面図であり、

図 1 7は、 図 1 6中 a a ' 断面図であり、

図 1 8は、 エンジンのシリ ンダーへッ ドにインジェクターを 取り付けた様子を示す概略構成図であり、

図 1 9は、 従来技術に係るィンジヱクタ一用燃焼ガスシール の説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に図面を参照して、 この発明の好適な実施の形態を例示 的に詳しく説明する。 ただし、 この実施の形態に記載されてい る構成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対配置などは、 特に特 定的な記載がない限りは、 この発明の範囲をそれらのみに限定 する趣旨のものではない。

(第 1の実施の形態）

図 1〜図 5を参照して、 本発明の第 1の実施の形態に係るィ ンジェクター用燃焼ガスシールについて説明する。

図 1は本発明の第 1の実施の形態に係るィンジェクタ一用燃 焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図である。 図 2は本 発明の実施の形態に係るィンジェクタ一用燃焼ガスシールを取 り付ける相手構造 （インジェクターとシリンダ一へッ ドの構造） を示す模式的断面図である。 図 3は本発明の第 1の実施の形態 に係るィンジェクタ一用燃焼ガスシールの一部破断断面図であ る。 図 4は図 1の一部拡大図である。 図 5は面圧の分布を説明 する図である。

本実施の形態に係るィンジエタター用燃焼ガスシール 1は、 図 1に示すよ うに、 インジェクター 5 0 (の外周） とシリンダ 一ヘッ ド 6 0 (の内周） との間の環状隙間をシールするための もので、 インジェクター 5 0の先端部 （の外周） に設けられた 装着溝 5 1に装着されて使用されるものである。

また、 本実施の形態に係るインジヱクタ一用燃焼ガスシール 1 はリング状の部材であり、 その素材は、 少なく とも 2 0 0 °C の耐熱性を有する樹脂材である。

なお、 素材と しては、 例えば、 純 P T F E (ポリテ トラフル ォロエチレン） 又は P T F Eと充填材からなる樹脂組成物、 ま たは、 弾性をもった樹脂材料 （エラス トマ一等） が好適である。 そして、 図 2に示すように、 インジェクター用燃焼ガスシー ル 1を取り付ける部分となる、 イ ンジヱクタ^ · 5 0の装着溝 5 1の溝底部分の外径を φ ά、 及ぴシリンダーヘッ ド 6 0の内径 を Φ Ό と した場合に、 リ ング状のインジェクター用燃焼ガスシ ール 1 の内径 ø 外径 は、

φ D！ > φ D , φ d！ < d

を満たすように設定されている。

従って、 燃焼ガスによる圧力に有無にかかわらず、 インジェ クター用燃焼ガスシール 1は圧縮された状態で装着溝 5 1に装 着されることになり、 その内径側及び外径側が、 それぞれイン ジェクタ一 5 0の装着溝 5 1 の溝底部分及ぴシリ ンダ一へッ ド 6 0の内周に密着される。

また、 ィンジヱクター用燃焼ガスシール 1の軸方向の長さ h ! (図 3参照） は、 常に、 インジェクター 5 0の装着溝 5 1の 溝幅 hより も小さくなる （h^ h ) ように設定される。

すなわち、各部材の寸法公差や、熱膨張を考慮した場合でも、 インジェクター 5 0の装着溝 5 1により形成する部分の断面積 S (図 2参照） と、 イ ンジヱクタ一用燃焼ガスシール 1 の断面 積 S , (図 3参照） との関係が、

S _x - 0 . 9 S

程度になるように、 ！！ェの寸法を設定する。

従って、 図 1あるいは図 4に示すように、 インジェクター用 燃焼ガスシール 1 の燃焼ガス （G ) 側 （ボアヘッ ド側） の端面 (以下、 燃焼ガス側端面 1 a と称する） の全面が、 燃焼ガスに 対して露出する構成となっている。

これにより、 燃焼ガス側端面 1 aの全面が燃焼ガスの圧力を 受けるため、 ィンジェクター用燃焼ガスシール 1は十分な圧縮 応力を受けて、 内周側及び外周側に拡がろう とするため、 それ ぞれィンジヱクタ一 5 0 の装着溝 5 1の溝底部分及ぴシリンダ 一へッ ド 6 0の内周に対する面圧が大きくなる。

すなわち、 セルフシール機能を発揮する。

図 5は、燃焼ガスの圧力と、 面圧の変化を示す説明図であり、 ( A ) は F E M解析を行う場合のモデル図であり、 （B ) は内周 側の面圧分布を示す F E Mの解析結果であり、 （C ) は外周側の 面圧分布を示す F E Mの解析結果である。

図から明らかなように、内周側においても外周側においても、 燃焼ガスの圧力が大きくなるほど、 面圧が大きくなることが分 かる。

ここで、 一般的に、 樹脂材で構成したシール （榭脂リング等） は、 初期段階 （設計段階） において、 圧縮装着するようにして シール性を得ていたと しても、 ク リープ現象により、 経時的に その反力は低下していく。

しかし、 本実施の形態に係るィンジヱクタ一用燃焼ガスシー ル 1の場合には、 上述のようにセルフシール機能を発揮するた め、 長期にわたり安定したシール性能を発揮する。

以上のよ うに、 本実施の形態に係るィンジェクタ一用燃焼ガ スシールは、 榭脂材であるので、 振動等が伝達されても、 騒音 を出すことはなく、 防音効果を向上できる。 また、 長期にわた り安定したシール性を維持できる。

(第 2の実施の形態）

図 6には、 第 2の実施の形態が示されている。 本実施の形態 では、 燃焼ガス側端面に U字状の溝を設けた場合の構成につい て説明する。

その他の構成および作用については第 1の実施の形態と同一 なので、 同一の構成部分については同一の符号を付して、 その 説明は省略する。

図 6は本発明の第 2の実施の形態に係るィンジェクタ一用燃 焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図である。

本実施の形態においては、 インジェクター用燃焼ガスシール 1 0において、 燃焼ガス側端面の全周にわたって、 燃焼ガス側 に開口する U字状の溝 1 1を設けている。

これによつて、 溝の壁面に対して燃焼ガスの圧力が作用する ため、 それぞれィンジェクタ一 5 0 の装着溝 5 1 の溝底部分及 ぴシリ ンダ一へッ ド 6 0の内周面に対する面圧を、 より一層大 きくすることが可能となる。 従って、 より一層シール性の向上を図ることが可能となる。 なお、 図示の例では、 溝の断面形状を U字状と した場合を例 に示したが、 U字状に限られることはなく、 その他の形状 （例 えば、 方形、 円形、 多角形など） であっても、 同様の効果を発 揮させることができることは言うまでもない。

(第 3の実施の形態）

図 7には、 第 3の実施の形態が示されている。 本実施の形態 では、 燃焼ガス側端面の内周側端縁にテーパ面を設けた場合の 構成について説明する。

その他の構成おょぴ作用については第 1の実施の形態と同一 なので、 同一の構成部分については同一の符号を付して、 その 説明は省略する。

図 7は本発明の第 3の実施の形態に係るィンジヱクタ一用燃 焼ガスシールの装着状態を示す模式的断面図である。

本実施の形態においては、 インジヱクター用燃焼ガスシール 2 0において、 燃焼ガス側端面の内周側端縁に、 全周にわたつ て、 テーパ面 2 1を設けている。

これによつて、 テーパ面 2 1 に対して燃焼ガスの圧力が作用 するため、 外周側方向への分力が作用し、 シリ ンダーヘッ ド 6 0の内周面に対する面圧を、 より一層大きくすることが可能と なる。

すなわち、 樹脂リングは、 上述のようにク リープ現象によつ て経時的にその反力が低下していく。 特に低温下で使用される 場合には、 熱収縮により外径側に隙間が発生しやすい。

これに対して、 本実施の形態では、 上記のように外周側のシ リ ンダ一へッ ド 6 0の内周面に対する面圧を高めることができ るため、 安定した密封性能を維持することができる。

なお、 上記第 2の実施の形態においても、 同様の効果がある が、 本実施の形態では、 加工性に関して、 上記第 2の実施の形 態のように U字状の溝を形成するより も、 端部にテーパ面を形 成する方が容易であり、 特に寸法の小さいガスシールの場合に は有効である。

(第 4の実施の形態）

図 1 0〜図 1 7には、 第 4の実施の形態が示されている。 上 記第 3の実施の形態では、 燃焼ガス側端面の内周側端縁に、 全 周にわたって、 テーパ面を設ける構成を示したが、 本実施の形 態では、 燃焼ガス側端面の内周側端縁の周方向に間隔を空けて 複数のテーパ面を設ける場合の構成について説明する。

その他の構成および作用については第 1の実施の形態と同一 なので、 同一の構成部分については同一の符号を付して、 その 説明は省略する。

上述した第 3の実施の形態のように、 燃焼ガス側端面の内周 側端縁に、 全周にわたってテーパ面を設けた場合には、 図 8に 示すように、 ィンジエタター用燃焼ガスシールの燃焼ガス側端 面とテ パ面 ₂ 1に燃焼ガスの圧力が加わるため、 インジエタ ター 5 0の装着溝 5 1の燃焼ガス側とは反対側の側面と、 シリ ンダ一へッ ド 6 0の内周面に面圧が発生し、 シール面を形成す る。

しかし、 燃焼ガス側端面の内周側端縁に、 全周にわたってテ 一パ面を設けると、 剛性が不足することにより、 組み付け時の 変形や相手面のうねり、 あるいは、 ガスシール自体のうねり等 によって、 図 9に示すような変形が生じるおそれがある。 図 9に示すような変形が生じた場合には、 外周面側にもガス 圧が作用するため、 テーパ面に対するガス圧と外周面側に対す るガス圧がキャンセルするため、 シール面を形成するべき外周 面側に十分な面圧を発生させることができずに、 シール性が低 下することが考えられる。

そこで、 本実施の形態では、 全周にわたってテーパ面を設け るのではなく、 間隔を空けて複数のテーパ面を設ける構成と し た。

図 1 0は本発明の第 4の実施の形態に係るィンジェクタ一用 燃焼ガスシールの底面図である。 図 1 1は、 図 1 0中 a a ， 断 面図である。 図 1 2は本発明の実施の形態に係るインジェクタ 一用燃焼ガスシールを取り付ける相手構造 （インジェクターと シリンダーヘッ ドの構造） を示す模式的断面図である。 図 1 3 は本発明の第 4の実施の形態に係るィンジヱクター用燃焼ガス シールの斜視図の一部である。

また、 図 1 4及び図 1 5は、 装着部における各部分の面積関 係を説明する図であり、 図 1 4は本発明の第 4の実施の形態に 係るインジヱクタ一用燃焼ガスシールの模式的断面図を示し、 図 1 5は取付部の模式的断面図を示している。

また、 図 1 6は本実施の形態に係るィンジェクタ一用燃焼ガ スシ ルの構成変形例を示し、 図 1 7は図 1 6中 a a ， 断面を 示している。

図 1 0あるいは図 1 3に示すように、 本実施の形態に係るィ ンジヱクタ一用燃焼ガスシール 3 0は、 燃焼ガス側端面の内周 側端縁の周方向に間隔を空けて複数のテーパ面 3 1 を設けてい る。 なお、 図 1 0の例では、 等間隔に 8箇所にテーパ面 3 1 を 設けている。

そして、 テーパ面 3 1 を設けていない部分はス トツパ 3 2 と して機能させる構成としている。

すなわち、 テーパ面 3 1 を設けていない部分を設けたことに より、 剛性が高くなるだけでなく、 この部分は、 インジェクタ 一 5 0の装着溝 5 1の溝底面に当接して、 内周側への変形を防 止するス トッパ 3 2 として機能する。

以上のように、 燃焼ガス側端面の内周側端縁の周方向に間隔 を空けて複数のテーパ面 3 1を設け、 テーパ面 3 1 を設けてい ない部分をス トツパ 3 2 と して機能させることによって、 図 9 に示すような変形を防止することが可能となる。

これにより、上述した第 3の実施の形態における効果に加え、 異常な変形を防止することにより、 より安定したシール性を維 持することが可能となる。

次に、 各部の寸法等について、 図 1 1及ぴ図 1 2を参照して 説明する。

図 1 1 に示すように、 テーパ面 3 1にテーパ角度をひ， テー パ面 3 1 により形成された溝の深さを b , インジエタター用燃 焼ガスシール 3 0の厚みを a， インジェクター用燃焼ガスシー ル 3 0の幅を c とする。

また、 図 1 2に示すように、 インジェクター 5 0の装着溝 5 1の溝幅を e， ィンジヱクタ一 5 0の装着溝 5 1の溝底からシ リンダ一へッ ド 6 0の内周面までの距離を hとする。

この場合において、 テーパ角度 αについては、 0〜 9 0 ° 、 好ましく は 5〜 4 5 ° 、 更に好ましくは 5〜 2 5 ° とするとよ い _π また、 インジェクター用燃焼ガスシール 3 0の厚み aについ ては、 a > h、 好ましくは、 a ≥ h + 0. 0 5 mmとするとよ い o

また、 溝の深さ bについては、 a > bを満たすとよい。

また、 ィンジェクター用燃焼ガスシール 3 0の幅 cについて は、 e > c、 好ましくは、 e X O . 9≥ cを満たすとよい。 次に、 図 1 4及び図 1 5を参照して充填率について説明する。 本発明の実施の形態に係るィンジエタター用燃焼ガスシール においては、 装着部に対する充填率が 1 0 0 %以下となるよう に設定している。

すなわち、 図 1 4に示すように、 インジェクター用燃焼ガス シールの断面 （テーパ面を設けていない部分の断面） の面積 （装 着前の圧縮等がされていない状態の断面積） を A 1 と し、 図 1

5に示すように、 インジェクター 5 0に設ける装着溝 5 1 とシ リ ンダ一へッ ド 6 0の内周表面によつて形成される環状隙間部 分の断面の断面積を A 2 と した場合に、

A 1 ÷A 2≤ 1

が成立するように設定している。

次に、 図 1 6及び図 1 7を参照して、 構成変形例を説明する。 図 1 0に示す例においてはテーパ面を多数 （ 8個） 設ける場 合を示したが、 要は、 シールに用いる素材や使用条件等を考慮 して、 異常な変形がなければよい。

従って、 図 1 6及ぴ図 1 7に示すインジヱクター用燃焼ガス シール 3 0 aのように、 2箇所にのみテーパ面 3 1 aを形成し、 ス トッパ 3 2 a も 2箇所のみとする構成と してもよい。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明のィンジェクタ一用燃焼ガスシ ールは、 樹脂製であることから、 騒音の発生を防止して防音効 果の向上を図ることができる。 また、 本発明のインジェクター 用燃焼ガスシールは、 燃焼ガスの圧力を受けて相手部材 （イ ン ジェクタ一及びシリンダーへッ ド） に対する面圧を大きくする ことができるので、長期にわたり安定したシール性能を発揮し、 シール性が向上する。

本発明のィンジヱクター用燃焼ガスシールを、 2 0 0 °Cの耐 熱性を有する榭脂材で構成すれば、 高温下で使用されても劣化 を防止できる。

本発明のィンジヱクター用燃焼ガスシールにおける燃焼ガス 側の端面の全周にわたって、 燃焼ガス側に開口する溝を設けれ ば、 より一層シール性を向上できる。

本発明のインジェクター用燃焼ガスシールにおける燃焼ガス 側の端面の内周側端縁に、 全周にわたってテーパ面を設けるこ とによっても、 より一層シール性を向上できる。

本発明のィンジエタター用燃焼ガスシールにおける燃焼ガス 側の端面の内周側端縁に、 周方向に間隔を空けて、 複数のテー パ面を設ければ、 より一層シール性を向上でき、 かつ、 異常変 形を防止できるため、 シール性を安定化できる。

Claims

請求の範囲

1 . エンジンのシリ ンダ一へッ ドに取り付けられるイ ンジエタ ターに設けられた装着溝に装着されて、 前記シリンダ一へッ ド とインジェクターとの間の環状隙間をシールする榭脂製のィン ジェクター用燃焼ガスシールであって、

圧縮変形前の内径が前記装着溝の外径より も短く、 かつ、 圧 縮変形前の外径が前記シリ ンダ一へッ ドのシール当接部の内径 より も長く設定されると共に、

燃焼ガス側の端面の全面が、 燃焼ガスに対して露出して配置 されることを特徴とするィンジ: クタ一用燃焼ガスシール。

2 . 少なく とも 2 0 0 °Cの耐熱性を有する樹脂材で構成される ことを特徴とする請求の範囲第 1 .項に記載のィンジェクタ一用 燃焼ガスシール。

3 . 前記燃焼ガス側の端面の全周にわたって、 燃焼ガス側に開 口する溝を設けることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載のィンジエタター用燃焼ガスシール。

4 . 前記燃焼ガス側の端面の内周側端縁に、 全周にわたってテ 一パ面を設けることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2 項に記載のィンジヱクター用燃焼ガスシール。

5 . 前記燃焼ガス側の端面の内周側端縁に、 周方向に間隔を空 けて、 複数のテーパ面を設けることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載のィンジエタター用燃焼ガスシール。

6 . 前記テーパ面を設けていない部分の内周面は、 前記装着溝 の溝底面に当接されることを特徴とする請求の範囲第 5項に記 载のィ ンジヱクター用燃焼ガスシール。