JP4407863B2

JP4407863B2 - シール装置

Info

Publication number: JP4407863B2
Application number: JP2000267660A
Authority: JP
Inventors: 孝裕新開; 一郎大村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-09-04
Also published as: JP2002081542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１部材が第２部材の挿入孔に挿入された状態で、第１部材の壁面と該挿入孔の壁面との間を密封するシール装置に関し、例えば内燃機関の燃料噴射弁の壁面と、シリンダヘッドに設けられて該燃料噴射弁が挿入された挿入孔の壁面との間を密封するシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希薄燃焼による排気エミッションの改善および燃費の改善に効果的な火花点火式の内燃機関として、シリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関では、シリンダヘッドに設けられた収容孔に燃料噴射弁が収容され、燃料噴射弁の先端部は、収容孔から延びて燃焼室に開口する挿入孔に挿入されて、燃焼室内に臨んでいる。そのため、燃料噴射弁と挿入孔との間から燃焼室内の高圧の燃焼ガスが漏れないようにする必要があり、そのための種々なシール装置が提案されている。
【０００３】
例えば特開平１１−２１０８８６号公報に開示されたガスケットは、インジェクタとハウジングとの間で、両者の段部を利用して形成された空間に装着されものであって、該ガスケットは、断面略Ｕ字形のソフトメタル製のシール部材と、該シール部材の内側に配置されて該シール部材をインジェクタおよびハウジングに対して所定の面圧で接触させるためのハードメタル製のバネ部材とを備えており、Ｕ字形のシール部材の開口部は燃焼ガス側を向いている。そして、このガスケットに、シール圧力としての燃焼ガス圧が作用すると、シール部材のＵ字を形成する双方の端部が弾性変形して、インジェクタおよびハウジングにそれぞれに対して強く広く密接することにより、十分なシール性が発揮される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ガスケットでは、シール部材は金属製であることから、やはり金属製であるインジェクタおよびハウジングに対するシール部材の接触性は必ずしも良好ではなく、その接触性を高めるために、シール部材の表面にゴム等のコーティングを施したりしている。このように、前記シール部材では、良好な接触性を確保するために、その形状や弾性力を設定する加工、さらにはコーティング等の処理が必要となって、シール部材の生産工数が増大して生産性が劣り、しかもコスト高となる難点があった。
【０００５】
また、インジェクタおよびハウジングに対するシール部材の弾性力による面圧を高めることで接触性を高めることも考えられるが、シール部材が溝に装着された部材の場合、該部材を、別の部材に設けられた挿入孔に挿入するには、その高い面圧により生じる摩擦力に打ち勝つ力を加えて挿入する必要が生じて、シール部材が装着された部材の組付け性が低下することになる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、第１部材の壁面および挿入孔の壁面に対する接触性が良好なシール部材を有し、熱収縮によりシール部材自体の弾性力が低下する低温の温度環境下にあって、またはシール部材のクリープにより該シール部材自体の弾性力が低下する高温の温度環境下にあって、環状溝の側壁面と底壁面、および挿入孔の周壁面に対するシール部材自体の弾性力による面圧が低下したとしても、バネのバネ力により、シール装置の面圧の低下が抑えられ、シール性が極端に低下することを防止できるシール装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、第１部材の壁面と、第２部材に設けられて前記第１部材が挿入された挿入孔の壁面との間の密封機能が、前記第１部材に設けられた環状溝に装着された環状のシール部材によりなされるシール装置において、前記シール部材は樹脂またはゴムからなる弾性材で形成され、前記環状溝内または前記シール部材には、前記第１部材の前記壁面および前記挿入孔の前記壁面に対する前記シール部材の面圧を増大させる面圧増大手段が設けられ、前記面圧増大手段は、前記挿入孔への前記第１部材の挿入方向とは反対方向に屈曲していて前記シール部材を前記挿入孔の前記壁面に押圧する押圧部を有する円環状のバネであり、前記押圧部は、前記シール部材を、前記挿入孔の前記壁面と、前記環状溝の、前記挿入方向側の側壁面とに向けて押圧することを特徴とする。
【０００８】
この請求項１記載の発明によれば、シール部材は、樹脂またはゴムからなる弾性材で形成されているので、第１部材の壁面および挿入孔の壁面に対する接触性が良好であり、しかもシール部材自体は、成形機により簡単に製造できる。また、シール装置が、シール部材の熱収縮により該シール部材自体の弾性力が低下する低温の温度環境下にあって、またはシール部材のクリープにより該シール部材自体の弾性力が低下する高温の温度環境下にあって、第１部材の壁面および挿入孔の壁面に対するシール部材自体の弾性力による面圧が低下したとしても、バネの働きでシール装置の面圧の低下が抑えられ、シール性が極端に低下することが防止される。
【０００９】
その結果、シール部材の接触性が良好であると共に、そのシール部材自体は簡単に製造できるため、生産性が良好でかつ低コストなシール部材を得ることができる。また、シール部材自体の弾性力が低下し得る低温または高温の温度環境下にあっても、バネによりシール装置の面圧の低下が抑えられ、第１部材の壁面および挿入孔の壁面との間で良好なシール性を確保できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシール装置において、前記バネは、前記環状溝の、前記挿入方向とは反対方向側の側壁面および底壁面に当接するように折曲された取付部を有し、前記バネは、前記取付部により前記環状溝に取り付けられることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、バネが、環状溝の、挿入方向とは反対方向側の側壁面および底壁面に当接するように折曲された取付部により環状溝に取り付けられることで、環状溝内へのバネの取り付けが確実になる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のシール装置において、前記押圧部が、前記シール部材に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、バネの押圧部が、シール部材に埋め込まれることで、バネとシール部材が一体化し、取り扱いが容易になる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のシール装置において、前記バネは、前記環状溝の底壁面に設けられた溝に嵌入されて固定される取付部を有し、前記バネは、前記取付部により前記環状溝に取り付けられることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、バネの取付部が、環状溝の底壁面に設けた溝に嵌入されて固定されることで、環状溝内へのバネの取り付けが容易かつ確実になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、本発明のシール装置が、火花点火式の内燃機関であって、燃焼室内に燃料が直接噴射される筒内噴射式内燃機関において、燃料噴射弁の先端部の外周壁面と、該先端部が挿入されたシリンダヘッドに設けられた挿入孔の周壁面との間のシール装置１として適用された第１実施例を示すものである。この第１実施例において、燃料噴射弁は、シリンダのシリンダ孔内に摺動自在に嵌合されて往復動するピストンとの間に燃焼室Ｃを形成するシリンダヘッド２に設けられた収容孔内に収容され、燃料噴射弁の円柱状の先端部３が、収容孔から延びて燃焼室Ｃに開口するようにシリンダヘッド２に設けられた円孔からなる挿入孔４に挿入されている。この挿入孔４の内径は、燃料噴射弁の先端部３と挿入孔４との間に、先端部３の挿入を許容する微小な隙間Ｇが形成されるように適宜決定される。
【００１７】
先端部３の外周壁面10には、燃焼室Ｃに臨んで燃料が噴射される噴口を有する先端部３の端面11から先端部３の中心軸線方向（以下、「軸方向」という）に離隔した位置に、円環状の環状溝12が設けられる。環状溝12は、前記中心軸線と直交する平面からなる円環状の第１側壁面13と、該第１側壁面13に対して、燃焼室Ｃ側とは反対側で軸方向に離隔した位置にあって、第１側壁面13と平行な平面からなる円環状の第２側壁面14と、軸方向で第１，第２側壁面13，14の間に位置し前記中心軸線を中心線とする円柱面からなる底壁面15とを有する。ここで、環状溝12のこれら第１，第２側壁面13，14および底壁面15は、先端部３の外周壁面10の一部である。
【００１８】
一方、環状溝12に装着される円環状のシール部材20は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂またはフッ素ゴム、シリコンゴム等の合成ゴムからなる弾性材で形成される。このシール部材20の、環状溝12に装着される前の断面形状は、略長方形であり、その軸方向の幅は、環状溝12の軸方向の幅と略等しい値を有する。
【００１９】
さらに、環状溝12には、環状溝12内でシール部材20の径方向内方に位置して円環状の面圧調整部材としてバネ32が設けられている。シール装置１は、シール部材20と、環状溝12に装着される円環状のバネ32とで構成される。
【００２０】
シール部材20は、環状溝12の底壁面15の径と略同じ内径と挿入孔４の径よりも大きな外径とを有する。そして、バネ32は、例えばバネ鋼からなる板材から形成される。バネ32は、環状溝12に装着されたときに第２側壁面14および周壁面５に当接するように折曲された取付部32aと、シール部材20を環状溝12の第１側壁面13および挿入孔４の周壁面５に向けて押圧する押圧部32bとを有し、該取付部32aにより環状溝12に取り付けられる。なお、環状溝12へのバネ32の装着を容易にするために、バネ32の一部に切り口を設けることもできる。
【００２１】
押圧部32bは、そのバネ力を第１側壁面13および周壁面５に向かって作用させる。それゆえ、燃料噴射弁の先端部３を挿入孔４に挿入するときは、先ず、環状溝12にバネ32が装着され、次いでシール部材20が、バネ32の押圧部32bの燃焼室Ｃ寄りで底壁面15に接触する位置で、押圧部32bと第１側壁面13との間で環状溝12に装着される。そして、燃料噴射弁の先端部３が挿入孔４に挿入されて、燃料噴射弁がシリンダヘッド２の所定位置に固定された状態では、シール部材20は、底壁面15と周壁面５との間で圧縮されて変形し、シール部材20自体の弾性力により底壁面15および周壁面５に面圧を作用させると共に、バネ32により第１側壁面13および周壁面５に対して押圧される。したがって、シール部材20は、シール部材20自体の弾性力およびバネ32のバネ力によって、設定された面圧を第１側壁面13、底壁面15および周壁面５に対して作用させて、先端部３の外周壁面10と挿入孔４の周壁面５との間の所期の密封機能が得られるようにされる。
【００２２】
次に、前述のように構成された第１実施例の作用および効果について説明する。
シール部材20は、合成樹脂または合成ゴムからなる弾性材で形成されているので、第１部材の壁面および挿入孔４の壁面に対する接触性が良好であり、しかもシール部材20自体は、成形機により簡単に製造できる。また、シール装置１が、熱収縮により該シール部材20自体の弾性力が低下する低温の温度環境下にあって、またはシール部材20のクリープにより該シール部材20自体の弾性力が低下する高温の温度環境下にあって、環状溝12の第１側壁面13と底壁面15、および挿入孔４の周壁面５に対するシール部材20自体の弾性力による面圧が低下したとしても、バネ32のバネ力により、シール装置１の面圧の低下が抑えられ、シール性が極端に低下することが防止される。
【００２３】
その結果、シール部材20の接触性が向上してシール性が向上すると共に、シール部材20自体は簡単に製造できるため、生産性が良好でかつ低コストなシール部材20を得ることができる。また、シール部材20自体の弾性力が低下し得る低温または高温の温度環境下にあっても、バネ32によりシール装置１の面圧の低下が抑えられ、環状溝12の第１側壁面13および底壁面15と挿入孔４の周壁面５との間で良好なシール性を確保できる。
【００２４】
次に、第２実施例を説明すると、図２に示されるように、円環状のバネ33は、その取付部33aが環状溝12の底壁面15に設けられた溝に嵌入されて固定されることにより、環状溝12に取り付けられており、また押圧部33bは第１実施例と同様である。なお、バネ33に切り口を設けて、環状溝12への装着が容易になるようにできる。また、円環状のバネ32の代わりに、周方向に間隔をおいて溝に嵌入された複数個のバネを用いることもできる。そして、この第２実施例においても、第１実施例と同じ作用および効果が奏される。
【００２５】
また、第３実施例は、図３に示されるように、押圧部34bが、シール部材20の成形時にシール部材20に埋め込まれて、両者が一体化されたもので、取付部34aは、第１実施例と同様にして環状溝12に係止される。そして、先端部３にシール装置１を装着するに当たっては、一体となったシール部材20およびバネ34を、環状溝12に装着すればよい。これによって、第１実施例と同じ作用および効果が奏されるうえ、シール装置１の組付け性が向上する。
【００２６】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記各実施例では、燃料噴射弁はシリンダヘッド２に設けられたが、燃料噴射弁が吸気通路に臨んで取り付けられる内燃機関においても、燃料噴射弁と吸気マニホルドまたは吸気管との間で、本発明のシール装置１が使用され得る。さらに、内燃機関は、火花点火式のものでなく、圧縮着火式のものであってもよい。
【００２７】
さらに、本発明のシール装置１は、燃料噴射弁およびシリンダヘッド２以外に、部材に設けられた挿入孔内で固定される軸、また部材に設けられた挿入孔内で回転する回転軸や、挿入孔内で往復動する往復軸のシール装置としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示し、シール装置が装着された燃料噴射弁の先端部がシリンダヘッドの挿入孔に挿入されたときの要部断面図である
【図２】本発明の第２実施例の図１と同様の図である。
【図３】本発明の第３実施例の図１と同様の図である。
【符号の説明】
１…シール装置、２…シリンダヘッド、３…先端部、４…挿入孔、５…周壁面、
10…外周壁面、11…端面、12…環状溝、13，14…側壁面、15…底壁面、
20…シール部材、
32，33，34…バネ、32a，33a，34a…バネの取付部、32b，33b，34b…バネの押圧部、
Ｃ…燃焼室、Ｇ，隙間。

Claims

第１部材の壁面と、第２部材に設けられて前記第１部材が挿入された挿入孔の壁面との間の密封機能が、前記第１部材に設けられた環状溝に装着された環状のシール部材によりなされるシール装置において、
前記シール部材は樹脂またはゴムからなる弾性材で形成され、
前記環状溝内または前記シール部材には、前記第１部材の前記壁面および前記挿入孔の前記壁面に対する前記シール部材の面圧を増大させる面圧増大手段が設けられ、
前記面圧増大手段は、前記挿入孔への前記第１部材の挿入方向とは反対方向に屈曲していて前記シール部材を前記挿入孔の前記壁面に押圧する押圧部を有する円環状のバネであり、
前記押圧部は、前記シール部材を、前記挿入孔の前記壁面と、前記環状溝の、前記挿入方向側の側壁面とに向けて押圧することを特徴とするシール装置。
前記バネは、前記環状溝の、前記挿入方向とは反対方向側の側壁面および底壁面に当接するように折曲された取付部を有し、
前記バネは、前記取付部により前記環状溝に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
前記押圧部が、前記シール部材に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
前記バネは、前記環状溝の底壁面に設けられた溝に嵌入されて固定される取付部を有し、
前記バネは、前記取付部により前記環状溝に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のシール装置。