WO2004036033A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

燃料噴射弁(1)の圧力導入室(21)におけるシール機能を向上させるため、インジェクターハウジング(2)とバルブピストン(5)を摺動可能に挿入したバルブボディ(6)との間に環状に形成される高圧の圧力導入室(21)内の高圧燃料が、インジェクターハウジング(2)とバルブボディ(6)との間に形成される間隙(28)から低圧側に逃げないようにシールするための燃料噴射弁のシール構造(30)において、圧力導入室(21)内に環状のシール部材(31)を設け、シール部材(31)の外径寸法を圧力導入室(21)の外力環状壁(2B)の径寸法よりも小さくし、これによりシール部材(31)とバルブボディ(6)との間の密着性を向上させる。

Description

明細書 撚料噴射弁

技術分野

本発明は燃料噴射弁に関し、 特にコモンレールなどから供給される高圧燃料を 所定のタイ ミ ングで噴射するのに適した燃料噴射弁に関するものである。 背景技術

第 9図は、 従来の燃料噴射弁の構成を説明するための図である。 燃料噴射弁 1 は、 コモンレール 1 2内に蓄積されている高圧燃料を図示しないディーゼル内燃 機関の気筒内に噴射供給するために用いられるもので、 燃料タンク 1 0内の燃料 Fは燃料ポンプ 1 1によって加圧され、 加圧された熾料がコモンレール 1 2内に 高圧燃料として蓄積される。 燃料噴射弁 1 は、 インジヱクタ一ハウジング 2と、 ノズルボディ 3と、 ノズル二一ドル 4と、 バルブビス トン 5と、 バルブボディ 6 と、 背圧制御部 7 と、 コネクティ ングロッ ド 8とを有している。 インジヱクタ一 ハウジング 2の先端部にはノズルボディ 3がノズルナツ ト 9により取り付けられ、 その上方部にコネクティ ングロッ ド 8が取り付けられている。

コネクティ ングロッ ド 8からインジヱクタ一八ゥジング 2を通って、 ノズルボ ディ 3にまで延びる燃料通路 1 3が形成されており、 ノズルニードル 4の受圧部 4 Aに対向して燃料溜まり室 1 4が形成されている。 さらに、 インジヱクタハウ ジング 2には、 コネクティ ングロッ ド 8付近において燃料通路 1 3から分岐して 背圧制御部 7を通って燃料低圧部に連通する燃料還流路 1 5が形成されている。 ノズルボディ 3は、 噴射孔 1 6につながるシー ト部 1 7にノズル二一ドル 4の 先端部がシートすることにより噴射孔 1 6が閉鎖され、 ノズルニードル 4がシー 卜部 1 7からリフ 卜することにより噴射孔 1 6が開放される構成となっており、 これにより燃料の噴射開始、 停止が可能となっている。

ノズル二一ドル 4の上方部には、 ノズルニードル 4をシート部 1 7にシー トす る方向に付勢するためのノズルスプリング 1 8が設けられており、 バルブビスト ン 5はインジヱクタ一ハウジング 2の摺動孔 2 Aおよびバルブボディ 6の摺動孔 6 A内に摺動可能に挿入されている。

第 1 0図は、 バルブボディ 6および背圧制御部 7の要部拡大断面図である。 バ ルブボディ 6には制御圧室 1 9が形成されており、 バルブビストン 5の先端部を 下方側から制御圧室 1 9に臨ませている。

制御圧室 1 9は、 バルブボディ 6に形成した導入側ォリフィ ス 2 0に連通して いる。 導入側オリフィ ス 2 0は、 バルブボディ 6とィンジェクタ一ハウジング 2 との間に形成された圧力導入室 2 1を介して燃料通路 1 3に連通されており、 コ モンレール 1 2からの導入圧力が制御圧室 1 9に供給される構成となっている。 圧力導入室 2 1の下端部には、 樹脂材、 ゴム材あるいは銅材その他の軟質材に よるシール部材 2 2が設けられており、 高圧側となる圧力導入室 2 1と、 燃料低 圧側となるインジヱクタ一ハウジング 2とバルブボディ 6との間の間隙 2 8とを 遮断している。

制御圧室 1 9は、 開閉用ォリフィ ス 2 3にも連通しており、 開閉用ォリフィ ス

2 3は背圧制御部 7のバルブボール 2 4によって開閉可能となっている。 なお、 制御圧室 1 9におけるバルブピス トン 5の頂部 5 Aの受圧面積は、 ノズルニード ル 4の受圧部 4 A (第 9図） の受圧面積より大きく してある。

第 9図に示すように、 背圧制御部 7は、 マグネッ ト 2 5と、 ァーマチュア 2 7 と、 ァーマチュア 2 7に一体のバルブボール 2 4と、 制御圧室 1 9とを備えてい る。 マグネッ ト 2 5へ駆動信号を供給することにより、 マグネッ 卜 2 5はバルブ スプリング 2 6の付勢力に抗してァーマチュア 2 7を吸引し、 バルブボール 2 4 を開閉用ォリフィ ス 2 3からリ フ トさせ、 制御圧室 1 9の圧力を燃料還流路 1 5 側に解放可能とする。

したがって、 バルブボール 2 4を上述の如く動作させることにより制御圧室 1

9の圧力を制御し、 バルブビストン 5を介してノズルニードル 4の背圧を制御す ることにより、 ノズルニードル 4のシート部 1 7へのシートおよびシート部 1 7 からのリフトを制御することができる。 燃料噴射弁 1においては、 コモンレール 1 2からの高圧燃料は、 コネクティ ン グロッ ド 8から燃料通路 1 3を介して燃料溜まり室 1 4内のノズルニードル 4の 受圧部 4 Aに作用するとともに、 圧力導入室 2 1および導入側オリフィス 2 0を 介して制御圧室 1 9内のバルブビストン 5の頂部 5 Aにも作用する。

したがって、 バルブボール 2 4によって制御圧室 1 9が燃料低圧側と遮断され ていると、 ノズル二一ドル 4は、 バルブピストン 5を介して制御圧室 1 9の背圧 を受け、 ノズルスプリング 1 8の付勢力と併せて、 ノズルボディ 3のシ一卜部 1 7にシートし、 噴射孔 1 6を閉鎖している。

マグネッ 卜 2 5に所定タイミングで駆動信号を供給することによりァーマチュ ァ 2 7を吸引し、 バルブボール 2 4が開閉用ォリフィス 2 3を解放すると、 制御 圧室 1 9の高圧が開閉用ォリフィス 2 3を介し燃料還流路 1 5を通って燃料タン ク 1 0に還流するため、 制御圧室 1 9におけるバルブピストン 5の頂部 5 Aに作 用していた高圧が解放され、 ノズル二一ドル 4は受圧部 4 Aに作用している高圧 によりノズルスプリング 1 8の付勢力に杭してシ一ト部 1 7からリフトし、 噴射 孔 1 6を解放して燃料が噴射される。

マグネッ ト 2 5を消磁することによりバルブボール 2 4が開閉用ォリフィス 2 3を閉鎖すると、 制御圧室 1 9内の圧力がバルブピス トン 5を介してノズルニー ドル 4をそのシート位置 （シ一ト部 1 7 ) にシー トさせ、 噴射孔 1 6を閉鎖し、 燃料噴射を終了させる。

圧力導入室 2 1は噴射孔 1 6からの燃料噴射量および噴射圧を制御する制御圧 室 1 9への入り口部に位置することになるため、 圧力導入室 2 1における燃料圧 力は噴射圧と同等であり、 シール部材 2 2には噴射圧力と同等の高圧力がかかる ことになる。

第 1 0図に示すように、 バルブピストン 5とバルブボディ 6との間は、 ノズル ニードル 4と一体運動をするバルブビス トン 5の軸方向の摺動を許容するクリア ランスが必要である。 このバルブボディ 6をインジヱクタ一ハウジング 2内に圧 入する構造を採用すると、 バルブボディ 6がわずかに内方に変形してバルブビス トン 5の摺動を阻害するおそれがあるため、 ィンジヱクタ一ハウジング 2とバル ブボディ 6との間にもわずかなクリアランスとして間隙 2 8が設けられている。 したがって、 シール部材 2 2は、 圧力導入室 2 1における高圧力により、 イン ジェクタ一ハウジング 2とバルブボディ 6との間の間隙 2 8 (低圧部） に向けて 押され、 変形し、 そのシール機能が低下する可能性がある。

本発明の目的は従来技術における上記問題点に鑑みてなされたもので、 燃料噴 射弁の圧力導入室におけるシール機能を向上させることができる燃料噴射弁を提 供することにある。

本発明の他の目的は、 シール部材の耐久性ないし寿命の向上を図ることができ る燃料噴射弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、 部品精度を過剰に必要とせず、 安価に製造可能な燃料噴 射弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、 シール機能を安定化させることができる燃料噴射弁を提 供することにある。 発明の開示

本発明は、 燃料噴射弁のインジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成 される圧力導入室内に配設される環状のシール部材を、 高圧燃料によって、 上記 圧力導入室と僅かに連通する間隙の方向にのみ向けて押し付けるのではなく、 シ 一ル部材を上記間隙の方向と交差する方向にも押し付けるようにし、 これにより シ一ル部材とバルブボディ及び又はインジヱクタハウジングとの間の密着性を向 上させるようにしたものである。

本発明の特長は、 インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成された 圧力導入室内に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記ィンジェクタハウジングと前 記バルプボディとの間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを防止するた めの環状のシール部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記シール部材の外 径寸法を前記圧力導入室の外方環状壁の径寸法よりも小さく した点にある。 本発明の他の特長は、 インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成さ れた圧力導入室内に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記インジェクタハウジング と前記バルプボディとの間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを防止す るための環状のシール部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記圧力導入室 と前記間隙との間の境界部に対向している前記シ一ル部材の環状端縁部が前記境 界部に向かうくさび状となっている点にある。

本発明のさらに他の特長は、 インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に 形成された圧力導入室内に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記インジ クタハウ ジングと前記バルプボディとの間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを 防止するための環状のシール部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記シー ル部材が前記圧力導入室の底面と前記間隙との間の境界部分に押しあてられるよ うにした点にある。

ここで、 底面が間隙内を靦くように傾斜しているテ一パ面となっており、 シー ル部材の底面に対向する環伏面が底面のテーパ角度よりも大きくテ一パ付けされ ているようにしてもよい。 いずれの場合も、 シール部材は軟質の金属材料、 例え ば、 銅系の硬度 H V < 1 5 0で適度の値のものを使用することにより良好のシ一 ル性を得ることができる。

シール部材は、 例えば、 組み立て時に圧力導入室内に揷入しておくだけでもよ いが、 このとき、 圧入又は軽圧入固定をしておくこともできる。 シール部材は、 実際の使用時に、 燃料圧が作用することによりシール性を増す方向に作用する。 シール部材を金属系材料とすると、 1 0 0 °C以上の高温となるインジヱクタ内部 において、 耐高温性および耐油性の面で有利である。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明による燃料噴射弁の一実施例の要部拡大断面図である。

第 2図は第 1図のシール部材の斜視図である。

第 3図は第 1図の ΠΙ部拡大断面図である。

第 4図は本発明の他の実施例の要部の拡大断面図である。

第 5図は本発明のさらに他の実施例の要部の拡大断面図である。

第 6図は本発明のさらに他の実施例の要部の拡大断面図である。 第 7図は本発明のさらに他の実施例の要部の拡大断面図である。

第 8図は本発明のさらに他の実施例の要部の拡大断面図である。

第 9図は従来の燃料噴射弁の断面図である。

第 1 0図は第 9図のバルブボディおよび背圧制御部を拡大して示す要部拡大断 面図である。 発明を実施するための最良の形態

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。 な お、 第 1図乃至第 8図において、 第 9図および第 1 0図と同様の部分には同一の 符号を付し、 それらの説明を省略する。

第 1図は、 本発明による燃料噴射弁の一実施例の要部拡大断面図である。 ここ では、 燃料噴射弁の全体構成が示されているが、 他の部分は第 1 0図に示した燃 料噴射弁と同様の構成となっている。

符号 3 0で示されるのは、 本発明による燃料噴射弁の圧力導入室 2 1における シール構造である。 シール構造 3 0は、 インジェクタハウジング 2とバルブボディ 6との間に形成された圧力導入室 2 1内に、 圧力導入室 2 1内の高圧燃料がイン ジェクタハウジング 2とバルブボディ 6との間に形成される間隙 2 8から燃料低 圧側に逃げるのを防止するためのシール構造であり、 環状空間である圧力導入室 2 1の底面 2 1 Aに、 環状のシール部材 3 1を、 底面 2 1 Aに開口している間隙 2 8に臨むように設けた構成となっている。

第 2図はシール部材 3 1の斜視図、 第 3図は第 1図の m部拡大断面図であり、 シール部材 3 1は、 軟質系の金属材料から成り、 断面が短形の環状部材として形 成されている。 シール部材 3 1は、 好ましくは、 銅系であって H Vく 1 5 0の範 囲で良好なシート性を確保できる程度の硬さの材料が選ばれる。 このように、 シ 一ル部材 3 1の材質を金属系の材料とすることにより、 耐高温性、 耐油性の面で 有利である。

第 3図から判るように、 シール部材 3 1はその内径寸法が圧力導入室 2 1の内 方周壁の径寸法と略同一であり、 シール部材 3 1の内周面 3 1 Aはバルブボディ 6の外周面 6 Bと殆ど間隙のない状態で接している。 一方、 シール部材 3 1の外 径寸法は圧力導入室 2 1の外方周壁 （外方環伏壁） の径寸法より小さく、 シール 部材 3 1の外周面 3 1 Bとィンジェクタ一ハウジング 2の内周面 2 Bとの間には 若干の間隙が形成されている。

シール部材 3 1は、 このように、 その下側の内側周縁 3 1 Cが、 圧力導入室 2 1の底面 2 1 Aと間隙 2 8の開口部 2 8 Aとの境界部分に臨んで圧力導入室 2 1 を燃料低圧側からシールする構成である。

シール部材 3 1が第 3図に示す状態に配設されている場合に圧力導入室 2 1に 高圧燃料が注入されると、 シール部材 3 1は高圧燃料によって底面 2 1 Aに向け て （矢印 Y方向） 押し付けられると共に、 外周面 6 Bに向けて （矢印 X方向） も 押し付けられる。 この結果、 シール部材 3 1の内側周縁 3 1 Cが、 圧力導入室 2 1の底面 2 1 Aと間隙 2 8の開口部 2 8 Aとの境界部分に向けて押され、 その軟 質性のために多少変形して間隙 2 8の開口を良好に塞ぎ、 圧力導入室 2 1と低圧 部との間を確実にシールすることができる。

なお、 シール部材 3 1をバルブボディ 6に対して圧入固定又は軽圧入固定して もよいことは勿論である。

上述の構成によれば、 このほか、 以下のような利点を得ることができる。 バルブボディとインジヱクタ一八ウジングの間隙を従来よりも粗く設計可能と 同時に、 それぞれの部品の部品精度および組み立て精度も厳しくする必要がなく なる。 この結果、 加工コストの低減を図ることができる。

バルブボディ 6とインジヱクタ一ハウジング 2との間のクリァランスを大きく することが可能なため、 外力によりハウジングが多少変形しても曲げ影響を受け ずらく、 クリァランスの確保が容易である上、 ビストンの摺動が損なわれる虞が 小さくなるので噴射量の安定化に役立つ。

シール部材 3 1には、 わん曲した部分がないので、 過度の応力による金属破壊 の可能性も小さく、 破損時における 2次的な不具合も避けられる。

シール部材 3 1の耐久性/寿命の向上、 さらには、 インジェクタの耐久性 寿 命の向上が図れ、 組付時の部品点数削減も実現できる。 以上の効果により、 製造コストの低減が可能であり、 安価な部品の提供が可能 となる。

第 4図は、 本発明の他の実施例の要部の断面拡大図である。 第 4図に示される シール構造 4 0は、 シール部材 4 1がくさび状の形状を有している環状シール部 材であること、 及びシール部材 4 1を受け入れる圧力導入室 2 1の底面 2 1 Bが テ一パ面となっていることが特徴である。

詳しく説明すると、 圧力導入室 2 1と間隙 2 8の開口 2 8 Aとの境界部に対向 している、 シール部材 4 1の環状端縁部 4 1 Aが、 その境界部に向かうくさび状 となっている。 具体的には、 シール部材 4 1の下端面 4 1 Bが間隙 2 8をその開 口 2 8 Aから IIくような方向にテーパ付けされたテーパ面となっており、 第 4図 に示すように、 そのテーパ角度は Nとなっている。

そして、 圧力導入室 2 1の底面 2 1 Bもまた、 間隙 2 8をその開口 2 8 Aから 視くようにテーパ付けされたテーパ面となっており、 第 4図に示すように、 その テ一パ角度は M ( < N ) となっている。

なお、 第 4図では、 シール部材 4 1とインジヱクタ一ハウジング 2との間には 殆ど間隙がない構成となっているが、 第 3図に示すように、 若干の間隙が設けら れていてもよい。 さらに、 シール部材 4 1の材質は、 シール部材 3 1と同様、 銅 系であって H V < 1 5 0の範囲で良好なシート性を確保できる程度の硬さの材料 が選ばれるのが好ましい。

第 4図に示した構成によると、 圧力導入室 2 1内に高圧燃料が供給されると、 シール部材 4 1は底面 2 1 Bに向けて押し付けられるが、 底面 2 1 Bはテーパ付 けされている上に、 シール部材 4 1が上述したようにくさび状となっているので、 シール部材 4 1の環状端縁部 4 1 A (くさび状部分） が間隙 2 8内に入り込み、 且つ、 各テーパ面のテーパ角度が N > Mと設定されているので、 シール部材 4 1、 特に環状端縁部 4 1 A (くさび状部分） 、 が若干変形して間隙 2 8の開口 2 8 A を確実にシールすることができる。

以上、 第 4図に基づいて、 本発明の他の実施例について説明したが、 第 4図に 示す実施例にあっても、 第 1図乃至第 3図に示した実施例の場合と同様の効果を y 得ることができる。

第 5図乃至第 8図には、 本発明のさらに他の実施例の要部が示されている。 第 5図乃至第 8図の各部のうち、 第 4図の各部と同一の部分については同一の符号 を付してあり、 それらの説明は省略する。

第 5図に示したシール構造 5 0は、 環状のシール部材 5 1の底面 5 1 B力 緩 やかなテ一パ面の第 1底面部 5 1 B aとそれより急なテ一パ面の第 2底面部 5 1 B bとから成る段形状となっており、 その環状端縁部 5 1 A (くさび状部分） が 開口 2 8 Aに臨むように構成されている。

第 6図に示したシール構造 6 0は、 環伏のシール部材 6 1の底面 6 1 Bが、 緩 やかな球面または曲面となっており、 その環状端縁部 6 1 A (くさび状部分） が 開口 2 8 Aに臨むように構成されている。

第 7図に示したシール構造 7 0は、 環状のシ一ル部材 7 1の底面 7 1 Bは第 4 図に示したシール部材 4 1と同様のテ一パ面であるが、 圧力導入室 2 1の底面 2 1 Xが穏やかな球面形状あるいは曲面形伏となっており、 その環伏端縁部 7 1 A (くさび状部分） が開口 2 8 Aに臨むように構成されている。

第 8図に示したシール構造 8 0は、 環状のシール部材 8 1の底面 8 1 Bは第 4 図に示したシール部材 4 1と同様のテーパ面であるが、 圧力導入室 2 1の底面 2 1 Yが、 相手部材になじみやすいように同心円状の凹凸溝を形成したものとなつ ており、 その環状端縁部 8 1 A (くさび状部分） が開口 2 8 Aに臨むように構成 されている。

本発明によれば、 上述の如く、 圧力導入室内に環状のシール部材を設け、 環状 のシール部材が、 圧力導入室内に導入される高圧燃料によつて圧力導入室の底面 と低圧側に通じている間隙の開口との境界部分に押し当てられるようにしたので- 圧力導入室内に高圧燃料が導入されることによってシ一ル部材は上記境界部分、 すなわちシール部分に向けて食い込み、 シート性を増す方向に作用する。 この結 果、 各部品のクリアランス精度を過剰に必要とすることなしに、 良好な高圧シー ル性を低コス卜で実現できる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明による燃料噴射弁は、 圧力導入室と間隙との間を確実に シールできるので、 低コストで高性能の燃料噴射弁を提供するのに役立つ。

Claims

請求の範囲

1 . インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成された圧力導入室内 に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記ィンジ クタハウジングと前記バルブボディ との間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを防止するための環伏のシ一 ル部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記シール部材の外径寸法を前記圧 力導入室の外方環状壁の径寸法よりも小さく したことを特徴とする燃料噴射弁。

2 . インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成された圧力導入室内 に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記ィンジヱクタハウジングと前記バルブボディ との間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを防止するための環状のシ一 ル部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記圧力導入室と前記間隙との間の 境界部に対向している前記シール部材の環状端縁部が前記境界部に向かうくさび 状となっていることを特徴とする燃料噴射弁。

3 . インジヱクタハウジングとバルブボディとの間に形成された圧力導入室内 に、 該圧力導入室内の高圧燃料が前記ィンジニクタハウジングと前記バルブボディ との間に形成される間隙から燃料低圧側に逃げるのを防止するための環状のシー ル部材を配設して成る燃料噴射弁において、 前記シール部材が前記圧力導入室の 底面と前記間隙との間の境界部分に押しあてられるようにしたことを特徴とする 燃料噴射弁。

4 . 前記シール部材が前記バルブボディに対して圧入固定又は軽圧入固定され ている請求の範囲第 1項、 第 2項又は第 3項記載の燃料噴射弁。

5 . 前記圧力導入室の底面が前記間隙をその開口から IIくようにテーパ付けさ れたテーパ面となっている請求の範囲第 2項記載の燃料噴射弁。

6 . 前記シール部材の下端面が前記底面のテ一パ面に相応してテーパ付けされ たテーパ面となっている請求の範囲第 5項記載の燃料噴射弁。

•7 . 前記シール部材の下端面が、 複数のテーパ面から成る段形状となっている 請求の範囲第 2項記載の燃料噴射弁。

8 . 前記圧力導入室の底面が曲面となつている請求の範囲第 2項記載の燃料噴 射弁。

9 . 前記シール部材の下端面が曲面となっている請求の範囲第 2項記載の燃料 噴射弁。

1 0 . 前記圧力導入室の底面に同心円状の凹凸溝が形成されている請求の範囲 第 2項記載の燃料噴射弁。