JP5592741B2

JP5592741B2 - Fuel injection valve

Info

Publication number: JP5592741B2
Application number: JP2010213588A
Authority: JP
Inventors: 宮本　　裕; 史朗丹野
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: JP2012067688A

Description

この発明は、燃料噴射弁に係り、特に、内燃機関に気体燃料を供給するうえで好適な燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve, and more particularly to a fuel injection valve suitable for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine.

従来、例えば特許文献１には、液圧作動方式の燃料噴射装置が開示されている。この従来の燃料噴射装置は、ニードル弁を作動させるための作動液（作動流体）へのメーン燃料（流体燃料）の漏れを防止するために、メーン燃料よりも高圧のシール油による液体シールを用いるようにしている。 Conventionally, for example, Patent Literature 1 discloses a fuel injection device of a hydraulic operation type. This conventional fuel injection device uses a liquid seal with a seal oil having a pressure higher than that of the main fuel in order to prevent leakage of the main fuel (fluid fuel) to the working fluid (working fluid) for operating the needle valve. I am doing so.

特表２００１−５２５８９９号公報JP-T-2001-525899 特開２００９−２４３４１０号公報JP 2009-243410 A

しかしながら、上記特許文献１に記載のように液体シールを利用した構成では、燃料噴射装置の構造が複雑となるため、コストが高くなる。また、上記従来の構成では、液体シールのためのシール油とメーン燃料との間のシール構造は、クリアランスシール構造となっている。このため、作動液へのメーン燃料の漏れ防止のために、シール油の圧力をメーン燃料の圧力よりも高くした場合に、圧力の高いシール油がクリアランスシール部を通ってメーン燃料側に漏れ出てしまうという問題がある。また、メーン燃料が水素のような分子の大きさが小さい気体燃料である場合には、クリアランスを十分に小さくしたとしてもメーン燃料がシール油側に漏れ出てしまうことが懸念される。 However, in the configuration using the liquid seal as described in Patent Document 1, the structure of the fuel injection device is complicated, and the cost increases. In the conventional configuration, the seal structure between the seal oil for the liquid seal and the main fuel is a clearance seal structure. For this reason, in order to prevent the main fuel from leaking into the hydraulic fluid, when the seal oil pressure is set higher than the main fuel pressure, the high-pressure seal oil leaks to the main fuel side through the clearance seal. There is a problem that it ends up. Further, when the main fuel is a gaseous fuel having a small molecule size such as hydrogen, there is a concern that the main fuel leaks to the seal oil side even if the clearance is sufficiently small.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ニードル弁を作動させるための作動流体およびニードル弁の開弁時に噴射される流体燃料のそれぞれが他方に向けて漏れ出るのを簡便な構成を利用して防止できるようにした燃料噴射弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and each of the working fluid for operating the needle valve and the fluid fuel injected when the needle valve is opened leaks toward the other. An object of the present invention is to provide a fuel injection valve that can prevent the above problem by using a simple configuration.

第１の発明は、燃料噴射弁であって、
所定の制御手段により調整される作動流体の圧力に応じて動作し、流体燃料を噴射するための噴孔を開閉するニードル弁と、
前記ニードル弁を取り巻くように形成された環状のシール室を有し、前記ニードル弁を軸方向の移動自在な態様で内蔵するノズルボディと、
前記シール室内に設置され、前記ニードル弁の周面と摺接する摺接面を有する環状のリップ部を備える第１弾性部材と、
前記リップ部と前記シール室の周面との間に、当該リップ部と当該周面とによって圧縮された状態で介在する環状の第２弾性部材と、
前記シール室内において前記ニードル弁の軸方向における前記第１弾性部材の少なくとも一方側に設置され、前記シール室内に作用する前記流体燃料の圧力を受けた際に前記ニードル弁の前記周面または前記シール室の前記周面に押し付けられる環状の第３弾性部材と、
を備え、
前記第１弾性部材は、当該リップ部から前記ニードル弁の径方向に突出した環状のフランジ部を含み、
前記第２弾性部材は、前記リップ部と前記フランジ部と前記シール室の前記周面とによって取り囲まれるようにして設置されており、
前記第３弾性部材は、前記フランジ部における前記第２弾性部材の接触部位の反対側の部位と接触する環状のフランジ接触面と、前記フランジ接触面の反対側の面であって前記ニードル弁から離れるに従って前記第１弾性部材に近づくようにもしくは離れるように傾斜する面として形成された環状のテーパ面と、前記ニードル弁の前記周面に摺接する摺接面とを含み、
前記燃料噴射弁は、前記第３弾性部材の前記テーパ面と重なり合う環状のテーパ面を有し、前記ニードル弁の軸方向の移動が規制された態様で前記シール室内に設置された環状の規制部材を更に備え、
前記規制部材は、前記第３弾性部材に比して強度の高い材質からなることを特徴とする。 The first invention is a fuel injection valve,
A needle valve that operates according to the pressure of the working fluid adjusted by a predetermined control means and opens and closes a nozzle hole for injecting fluid fuel;
A nozzle body having an annular seal chamber formed so as to surround the needle valve, and incorporating the needle valve in an axially movable manner;
A first elastic member provided in the seal chamber and provided with an annular lip portion having a sliding contact surface in sliding contact with the peripheral surface of the needle valve;
An annular second elastic member interposed between the lip portion and the peripheral surface of the seal chamber in a state compressed by the lip portion and the peripheral surface;
The installed in the sealing chamber on at least one side of said first elastic member in the axial direction of the needle valve, the peripheral Menma other of the needle valve when subjected to pressure of said fluid fuel acting on the seal chamber An annular third elastic member pressed against the peripheral surface of the seal chamber;
Equipped with a,
The first elastic member includes an annular flange portion protruding from the lip portion in the radial direction of the needle valve,
The second elastic member is installed so as to be surrounded by the lip portion, the flange portion, and the peripheral surface of the seal chamber,
The third elastic member includes an annular flange contact surface that contacts a portion of the flange portion opposite to the contact portion of the second elastic member, and a surface on the opposite side of the flange contact surface from the needle valve. An annular tapered surface formed as a surface inclined so as to approach or separate from the first elastic member as it leaves, and a slidable contact surface in sliding contact with the peripheral surface of the needle valve,
The fuel injection valve has an annular tapered surface that overlaps with the tapered surface of the third elastic member, and an annular regulating member installed in the seal chamber in a manner in which movement of the needle valve in the axial direction is regulated. Further comprising
The restricting member is characterized Rukoto such a high material strength than that of the third elastic member.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記シール室内において前記流体燃料の圧力が作用する側に前記第２弾性部材が配置されるように、前記フランジ部に対する前記第２弾性部材の配置が決定されていることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The arrangement of the second elastic member with respect to the flange portion is determined so that the second elastic member is arranged on the side where the pressure of the fluid fuel acts in the seal chamber.

第１の発明によれば、上記構成を有する第１弾性部材と第２弾性部材との組み合わせにより、従来の液体シールのような高価なシールを用いることなく、シール性を確保することができる。そして、これらの第１および第２弾性部材に加え、上記構成を有する第３弾性部材を備えたことにより、フェールセーフ的にシール性を向上させることができる。このように、本発明によれば、作動流体および流体燃料のそれぞれが他方に向けて漏れ出るのを簡便な構成を利用して防止できるようになる。また、本発明によれば、流体燃料の圧力を受けた際に、第３弾性部材の摺接面が上記テーパ面の作用によってニードル弁の周面もしくはシール室の周面に押し付けられるようになるので、ニードル弁回りのシール性を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the combination of the first elastic member and the second elastic member having the above configuration can ensure sealing performance without using an expensive seal such as a conventional liquid seal. And in addition to these 1st and 2nd elastic members, by providing the 3rd elastic member which has the said structure, a sealing performance can be improved fail-safely. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the working fluid and the fluid fuel from leaking toward the other by using a simple configuration. Further, according to the present invention, when the fluid fuel pressure is received, the sliding contact surface of the third elastic member is pressed against the peripheral surface of the needle valve or the peripheral surface of the seal chamber by the action of the tapered surface. Therefore, the sealing performance around the needle valve can be improved.

第２の発明によれば、流体燃料の圧力の作用によって第２弾性部材が押し潰されることによるシール性の向上効果と、流体燃料の圧力の作用によって第３弾性部材の摺接面がニードル弁の周面もしくはシール室の周面に押し付けられることによるシール性の向上効果の双方を、より効果的に得られるようになる。 According to the second aspect of the present invention, the second elastic member is crushed by the action of the fluid fuel pressure and the sealing performance is improved by the action of the fluid fuel pressure. Both of the effect of improving the sealing performance by being pressed against the peripheral surface of the seal chamber or the peripheral surface of the seal chamber can be obtained more effectively.

本発明の実施の形態１における燃料噴射弁の全体構成を概略的に説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating schematically the whole structure of the fuel injection valve in Embodiment 1 of this invention. 図１に示すニードル弁周りのシール構造の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the seal structure around the needle valve shown in FIG.

実施の形態１．
［燃料噴射弁の全体構成およびその動作の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における燃料噴射弁１０の全体構成を概略的に説明するための断面図である。より具体的には、本実施形態の燃料噴射弁１０は、作動流体（ここでは一例として作動液体）の圧力に応じて流体燃料（ここでは一例として気体燃料）の噴射を制御する弁である。 Embodiment 1 FIG.
[Description of overall structure and operation of fuel injection valve]
FIG. 1 is a cross-sectional view for schematically illustrating an overall configuration of a fuel injection valve 10 according to Embodiment 1 of the present invention. More specifically, the fuel injection valve 10 of the present embodiment is a valve that controls the injection of fluid fuel (here, gaseous fuel as an example) in accordance with the pressure of the working fluid (here, working liquid as an example).

図１に示すように、燃料噴射弁１０のメインボディ１２の内部には、気体燃料が流通する気体燃料通路１４が形成されている。気体燃料通路１４の一端には、加圧された気体燃料の供給を外部より受けるための気体燃料供給口１６が設けられている。また、メインボディ１２の内部には、作動液体が流通する作動液体通路１８が形成されている。作動液体通路１８の一端には、気体燃料の圧力の２倍の圧力となるように調整された作動液体の供給を外部より受けるための作動液体供給口２０が設けられている。 As shown in FIG. 1, a gaseous fuel passage 14 through which gaseous fuel flows is formed in the main body 12 of the fuel injection valve 10. At one end of the gaseous fuel passage 14, a gaseous fuel supply port 16 is provided for receiving the supply of pressurized gaseous fuel from the outside. In addition, a working liquid passage 18 through which the working liquid flows is formed in the main body 12. One end of the working liquid passage 18 is provided with a working liquid supply port 20 for receiving the supply of the working liquid adjusted to be twice the pressure of the gaseous fuel from the outside.

作動液体通路１８の他端は、インオリフィス２２を介して制御室２４と接続されている。制御室２４には、作動液体の排出口として機能するアウトオリフィス２６が接続されている。制御室２４の近傍のメインボディ１２には、図示省略するＥＣＵ(Electronic Control Unit)からの指令に応じて電気的に駆動される電磁弁２８が設置されている。電磁弁２８は、アウトオリフィス２６を開閉するアーマチャ２８ａと、ステータ（電磁石）２８ｂとを備えている。ＥＣＵからの指令に基づいてステータ２８ｂが発した磁力によりアーマチャ２８ａがステータ２８ｂに吸引されると、アウトオリフィス２６が開放されるようになっている。その結果、制御室２４内の圧力が低下する。つまり、上記の構成によれば、電磁弁２８を電気的に制御することにより、制御室２４内の作動液体の圧力を調整することができる。 The other end of the working liquid passage 18 is connected to the control chamber 24 via an in-orifice 22. The control chamber 24 is connected to an out orifice 26 that functions as a working liquid discharge port. The main body 12 in the vicinity of the control chamber 24 is provided with an electromagnetic valve 28 that is electrically driven in response to a command from an ECU (Electronic Control Unit) (not shown). The electromagnetic valve 28 includes an armature 28a that opens and closes the out orifice 26, and a stator (electromagnet) 28b. When the armature 28a is attracted to the stator 28b by the magnetic force generated by the stator 28b based on a command from the ECU, the out orifice 26 is opened. As a result, the pressure in the control chamber 24 decreases. That is, according to the above configuration, the pressure of the working liquid in the control chamber 24 can be adjusted by electrically controlling the electromagnetic valve 28.

また、メインボディ１２内には、コマンドピストン３０が軸方向の移動自在に配置されている。コマンドピストン３０の一方の端面は、制御室２４を区画するための壁面として機能している。つまり、コマンドピストン３０の一端には、制御室２４内の作動液体の圧力が作用している。コマンドピストン３０の他端は、ニードル弁３２の一端と当接している。また、コマンドピストン３０の上記他端の近傍には、ニードル弁３２を閉弁側に付勢するスプリング３４が設置されている。 A command piston 30 is arranged in the main body 12 so as to be movable in the axial direction. One end surface of the command piston 30 functions as a wall surface for partitioning the control chamber 24. That is, the pressure of the working liquid in the control chamber 24 acts on one end of the command piston 30. The other end of the command piston 30 is in contact with one end of the needle valve 32. Further, a spring 34 is installed in the vicinity of the other end of the command piston 30 to urge the needle valve 32 toward the valve closing side.

ニードル弁３２は、軸方向の移動自在な態様でノズルボディ３６に内蔵されており、ノズルボディ３６の先端部に形成され気体燃料を噴射するための噴孔３８を開閉する弁である。メインボディ１２とノズルボディ３６とは、ニードル弁３２が挿通される挿通孔４０ａを有する環状のパッキングチップ４０を両者の間に介した状態で、リテーニングナット４２によって締め付けられることによって一体的に結合されている。このような構成によって、メインボディ１２とパッキングチップ４０との間、およびノズルボディ３６とパッキングチップ４０との間を通って作動液体や気体燃料が外部に漏れ出ることが防止されている。尚、パッキングチップ４０は、ニードル弁３２の開弁時にフルリフト位置を規制するという機能をも有している。 The needle valve 32 is built in the nozzle body 36 in such a manner that it can move in the axial direction, and is a valve that is formed at the tip of the nozzle body 36 and opens and closes an injection hole 38 for injecting gaseous fuel. The main body 12 and the nozzle body 36 are integrally coupled by being tightened by a retaining nut 42 with an annular packing tip 40 having an insertion hole 40a through which the needle valve 32 is inserted therebetween. Has been. With such a configuration, the working liquid and the gaseous fuel are prevented from leaking to the outside through between the main body 12 and the packing tip 40 and between the nozzle body 36 and the packing tip 40. Note that the packing tip 40 also has a function of regulating the full lift position when the needle valve 32 is opened.

ノズルボディ３６の中央部位には、ニードル弁３２を取り囲むようにして燃料だまり４４が形成されている。メインボディ１２内の気体燃料通路１４は、パッキングチップ４０に形成された燃料通路４０ｂおよびノズルボディ３６内に形成された気体燃料通路４６を介して、燃料だまり４４と連通している。また、燃料だまり４４は、ニードル弁３２とその周囲のノズルボディ３６とで形成された環状通路４８を介して、噴孔３８に連通している。 A fuel reservoir 44 is formed at the central portion of the nozzle body 36 so as to surround the needle valve 32. The gaseous fuel passage 14 in the main body 12 communicates with the fuel reservoir 44 through a fuel passage 40 b formed in the packing tip 40 and a gaseous fuel passage 46 formed in the nozzle body 36. The fuel reservoir 44 communicates with the injection hole 38 through an annular passage 48 formed by the needle valve 32 and the nozzle body 36 around the needle valve 32.

本実施形態の燃料噴射弁１０は、電磁弁２８の駆動がＯＦＦとされている状態では、コマンドピストン３０およびニードル弁３２を図１中の下方に付勢する力（制御室２４内に作用する作動液体の圧力およびスプリング３４の付勢力）がニードル弁３２に作用する気体燃料の圧力に打ち勝った状態となるように構成されている。このような状態から電磁弁２８の駆動がＯＮとされると、制御室２４内の作動液体の圧力が低下し、ニードル弁３２に作用する気体燃料の圧力が上記の下方に付勢する力に打ち勝つようになる。その結果、コマンドピストン３０とともにニードル弁３２が図１中の上方に移動し、噴孔３８から気体燃料が噴射されるようになる。以上のように、本実施形態の燃料噴射弁１０によれば、ＥＣＵからの指令に基づく電磁弁２８の制御により制御室２４内の作動液体の圧力を調整することによって、ニードル弁３２の開閉を制御することができ、その結果、燃料噴射を制御することが可能となる。 The fuel injection valve 10 of the present embodiment acts in the control chamber 24 to urge the command piston 30 and the needle valve 32 downward in FIG. 1 in a state where the drive of the electromagnetic valve 28 is OFF. The pressure of the working liquid and the urging force of the spring 34) are configured to overcome the pressure of the gaseous fuel acting on the needle valve 32. When the drive of the electromagnetic valve 28 is turned on from such a state, the pressure of the working liquid in the control chamber 24 decreases, and the pressure of the gaseous fuel acting on the needle valve 32 is urged downward as described above. Come to overcome. As a result, the needle valve 32 moves together with the command piston 30 in FIG. 1, and gaseous fuel is injected from the injection hole 38. As described above, according to the fuel injection valve 10 of the present embodiment, the needle valve 32 is opened and closed by adjusting the pressure of the working liquid in the control chamber 24 by controlling the electromagnetic valve 28 based on a command from the ECU. As a result, the fuel injection can be controlled.

［ニードル弁周りのシール構造の説明］
更に、図１に示すように、ノズルボディ３６におけるメインボディ１２側の端部付近には、気体燃料と作動液体とを分離し、これらの気体燃料および作動液体のそれぞれが他方に向けて漏れ出るのを防止するためのニードル弁周りのシール構造５０が設けられている。 [Description of seal structure around needle valve]
Further, as shown in FIG. 1, the gaseous fuel and the working liquid are separated in the vicinity of the end of the nozzle body 36 on the main body 12 side, and each of the gaseous fuel and the working liquid leaks toward the other. A seal structure 50 around the needle valve is provided to prevent this.

図２は、図１に示すニードル弁周りのシール構造５０の詳細を説明するための図である。
図２に示すように、ノズルボディ３６には、メインボディ１２側（パッキングチップ４０側）が開口端となり、かつ、ニードル弁３２を取り巻くように形成された環状のシール室５２が設けられている。シール室５２内には、シール構造５０の構成要素であるリップシール５４、Ｏリング５６、バックアップリング５８およびサポートリング６０がニードル弁３２に挿通された状態で配置されている。 FIG. 2 is a view for explaining the details of the seal structure 50 around the needle valve shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the nozzle body 36 is provided with an annular seal chamber 52 formed so that the main body 12 side (packing tip 40 side) is an open end and the needle valve 32 is surrounded. . In the seal chamber 52, a lip seal 54, an O-ring 56, a backup ring 58 and a support ring 60, which are components of the seal structure 50, are disposed in a state where the needle valve 32 is inserted.

リップシール５４は、弾性体（ここでは一例として樹脂）からなる。リップシール５４は、ニードル弁３２の周面３２ａを覆うように形成され、当該周面３２ａと摺接する摺接面５４ａ１を有する環状のリップ部５４ａを備えている。更に、リップシール５４は、当該リップ部５４ａからニードル弁３２の径方向に突出した環状のフランジ部５４ｂを備えている。フランジ部５４ｂの先端には、シール室５２の周面５２ａと接触する接触面５４ｂ１が形成されている。 The lip seal 54 is made of an elastic body (here, resin). The lip seal 54 is formed so as to cover the peripheral surface 32a of the needle valve 32, and includes an annular lip portion 54a having a sliding contact surface 54a1 that is in sliding contact with the peripheral surface 32a. Furthermore, the lip seal 54 includes an annular flange portion 54b that protrudes from the lip portion 54a in the radial direction of the needle valve 32. A contact surface 54b1 that contacts the peripheral surface 52a of the seal chamber 52 is formed at the tip of the flange portion 54b.

Ｏリング５６は、弾性体（ここでは一例としてゴム）からなる。Ｏリング５６は、リップシール５４のリップ部５４ａとシール室５２の周面５２ａとの間に、当該リップ部５４ａと当該周面５２ａとによって圧縮された状態で介在している。更に付け加えると、Ｏリング５６は、リップ部５４ａとフランジ部５４ｂと周面５２ａとによって取り囲まれるようにして設置されている。 The O-ring 56 is made of an elastic body (here, rubber). The O-ring 56 is interposed between the lip portion 54a of the lip seal 54 and the peripheral surface 52a of the seal chamber 52 in a state compressed by the lip portion 54a and the peripheral surface 52a. In addition, the O-ring 56 is installed so as to be surrounded by the lip portion 54a, the flange portion 54b, and the peripheral surface 52a.

バックアップリング５８は、弾性体（ここでは一例として樹脂）からなる。バックアップリング５８は、フランジ部５４ｂにおけるＯリング５６の接触部位の反対側の部位（接触面５４ｂ２）と接触する環状のフランジ接触面５８ａを備えている。また、バックアップリング５８は、フランジ接触面５８ａと反対側の面であってニードル弁３２から離れるに従ってリップシール５４のフランジ部５４ｂに近づくように傾斜する面として形成されたテーパ面５８ｂを備えている。更に、バックアップリング５８は、ニードル弁３２の周面３２ａに摺接する摺接面５８ｃと、シール室５２の周面５２ａに接触する接触面５８ｄとを備えている。 The backup ring 58 is made of an elastic body (here, resin). The backup ring 58 includes an annular flange contact surface 58a that comes into contact with a portion (contact surface 54b2) opposite to the contact portion of the O-ring 56 in the flange portion 54b. Further, the backup ring 58 is provided with a tapered surface 58b formed as a surface that is opposite to the flange contact surface 58a and is inclined so as to approach the flange portion 54b of the lip seal 54 as the distance from the needle valve 32 increases. . Further, the backup ring 58 includes a slidable contact surface 58 c that slidably contacts the peripheral surface 32 a of the needle valve 32, and a contact surface 58 d that contacts the peripheral surface 52 a of the seal chamber 52.

サポートリング６０は、バックアップリング５８に比して強度の高い材質（具体的には、金属などの剛体）からなる。サポートリング６０は、バックアップリング５８のテーパ面５８ｂと重なり合う環状のテーパ面６０ａを備えている。また、サポートリング６０におけるテーパ面６０ａと反対側の環状の接触面６０ｂは、パッキングチップ４０と接触している。このような構成によって、サポートリング６０は、ニードル弁３２の軸方向（より具体的には、図２における上方向）の移動が規制された態様でシール室５２内に設置されている。 The support ring 60 is made of a material having a higher strength than the backup ring 58 (specifically, a rigid body such as a metal). The support ring 60 includes an annular tapered surface 60 a that overlaps the tapered surface 58 b of the backup ring 58. Further, an annular contact surface 60 b opposite to the tapered surface 60 a in the support ring 60 is in contact with the packing chip 40. With such a configuration, the support ring 60 is installed in the seal chamber 52 in a manner in which the movement of the needle valve 32 in the axial direction (more specifically, the upward direction in FIG. 2) is restricted.

シール室５２内においてフランジ部５４ｂに対するＯリング５６側の部位には、ニードル弁３２とノズルボディ３６との隙間６２を介して、気体燃料の圧力が作用している。一方、パッキングチップ４０の近くのニードル弁３２の周辺には、作動液体の圧力が作用している。従って、ニードル弁３２の周囲を通って気体燃料と作動液体とが混ざらないようにすることが重要である。 In the seal chamber 52, the pressure of the gaseous fuel acts on a portion on the O-ring 56 side with respect to the flange portion 54 b through a gap 62 between the needle valve 32 and the nozzle body 36. On the other hand, the pressure of the working liquid acts on the periphery of the needle valve 32 near the packing tip 40. Therefore, it is important that the gaseous fuel and the working liquid do not mix around the needle valve 32.

以上説明した本実施形態のニードル弁周りのシール構造５０では、リップシール５４のリップ部５４ａとシール室５２の周面５２ａとの間に、当該リップ部５４ａと当該周面５２ａとによって圧縮させた状態でＯリング５６を介在させている。すなわち、ニードル弁３２のように高速で往復運動する要素のシールにはＯリング５６は不向きであるため、本シール構造５０では、当該要素のシールはリップシール５４のリップ部５４ａが担うようにし、摺動が生じないシール室５２の周面５２ａのシールはＯリング５６が担うようにしている。そのうえで、本シール構造５０によれば、圧縮された状態で設置されているＯリング５６の反発力によって、Ｏリング５６とシール室５２の周面５２ａとの間の接触部６４、およびＯリング５６とリップ部５４ａとの接触部６６にシール荷重が生ずるようになる。更に、リップ部５４ａ（の摺接面５４ａ１）とニードル弁３２の周面３２ａとの間にもシール荷重（緊迫力）が生ずることとなる。このため、このようなリップシール５４とＯリング５６とを用いてシールの対象（高速で往復移動するニードル弁３２と摺動しないシール室５２の周面５２ａ）に適したシールを行う構成によって、ニードル弁３２とノズルボディ３６とのシール性およびシールの信頼性を高く確保することができる。また、上記構成によれば、上記隙間６２を介してシール室５２内に進入した気体燃料の圧力が高くなるにつれ、Ｏリング５６がより押し潰されてシール荷重が増すという効果を得ることもできる。 In the seal structure 50 around the needle valve of the present embodiment described above, the lip portion 54a and the peripheral surface 52a are compressed between the lip portion 54a of the lip seal 54 and the peripheral surface 52a of the seal chamber 52. In this state, an O-ring 56 is interposed. That is, since the O-ring 56 is not suitable for the seal of an element that reciprocates at a high speed like the needle valve 32, in the seal structure 50, the lip portion 54a of the lip seal 54 bears the seal of the element. The O-ring 56 bears the seal of the peripheral surface 52a of the seal chamber 52 that does not slide. In addition, according to the seal structure 50, the contact portion 64 between the O-ring 56 and the peripheral surface 52 a of the seal chamber 52, and the O-ring 56 due to the repulsive force of the O-ring 56 installed in a compressed state. A seal load is generated at the contact portion 66 between the lip portion 54a and the lip portion 54a. Furthermore, a seal load (stressing force) is also generated between the lip portion 54a (the sliding contact surface 54a1) and the peripheral surface 32a of the needle valve 32. For this reason, by using such a lip seal 54 and an O-ring 56, a structure suitable for sealing (a needle valve 32 that reciprocates at high speed and a peripheral surface 52a of the seal chamber 52 that does not slide) is used. The sealing performance between the needle valve 32 and the nozzle body 36 and the reliability of the sealing can be ensured. Moreover, according to the said structure, as the pressure of the gaseous fuel which entered the seal chamber 52 through the said clearance gap 62 becomes high, the effect that the O-ring 56 is crushed more and a seal load increases can also be acquired. .

更に、本実施形態のシール構造５０は、リップシール５４およびＯリング５６に加え、上記テーパ面５８ｂを有するバックアップリング５８と、上記テーパ面６０ａを有し、かつパッキングチップ４０によってニードル弁３２の軸方向の移動が規制されたサポートリング６０とを備えている。その結果、上記隙間６２を介してシール室５２内に進入した気体燃料の圧力がリップシール５４やＯリング５６に作用した際に、テーパ面５８ｂ、６０ａの作用によってバックアップリング５８が変形する。具体的には、バックアップリング５８の摺接面５８ｃがニードル弁３２の周面３２ａに押し付けられ、当該摺接面５８ｃと当該周面３２ａとの間にシール荷重が生ずることとなる。これと同時に、リップシール５４の接触面５４ｂ２とバックアップリング５８のフランジ接触面５８ａとの間にもシール荷重が生ずることとなる。これにより、万一、リップ部５４ａとニードル弁３２の周面３２ａとの間から気体燃料が作動液体側に漏れ出ることがあったとしても、本シール構造５０によれば、摺接面５８ｃとニードル弁３２の周面３２ａとの間、およびリップシール５４の接触面５４ｂ２とバックアップリング５８のフランジ接触面５８ａとの間を利用して、フェールセーフ的にシールを行うことが可能となる。また、上記構成によれば、上記隙間６２を介してシール室５２内に進入した気体燃料の圧力が高くなるにつれ、摺接面５８ｃとニードル弁３２の周面３２ａとの間、およびリップシール５４の接触面５４ｂ２とバックアップリング５８のフランジ接触面５８ａとの間のシール荷重が増すという効果を得ることもできる。 In addition to the lip seal 54 and the O-ring 56, the seal structure 50 of the present embodiment has a backup ring 58 having the tapered surface 58b, the tapered surface 60a, and the shaft of the needle valve 32 by the packing tip 40. And a support ring 60 whose movement in the direction is restricted. As a result, when the pressure of the gaseous fuel that has entered the seal chamber 52 through the gap 62 acts on the lip seal 54 and the O-ring 56, the backup ring 58 is deformed by the action of the tapered surfaces 58b and 60a. Specifically, the sliding contact surface 58c of the backup ring 58 is pressed against the peripheral surface 32a of the needle valve 32, and a seal load is generated between the sliding contact surface 58c and the peripheral surface 32a. At the same time, a seal load is also generated between the contact surface 54b2 of the lip seal 54 and the flange contact surface 58a of the backup ring 58. As a result, even if gaseous fuel leaks to the working liquid side from between the lip portion 54a and the peripheral surface 32a of the needle valve 32, according to the seal structure 50, the sliding contact surface 58c Sealing can be performed in a fail-safe manner between the peripheral surface 32a of the needle valve 32 and between the contact surface 54b2 of the lip seal 54 and the flange contact surface 58a of the backup ring 58. Further, according to the above configuration, as the pressure of the gaseous fuel that has entered the seal chamber 52 through the gap 62 increases, the gap between the sliding contact surface 58c and the peripheral surface 32a of the needle valve 32, and the lip seal 54 is increased. The effect that the seal load between the contact surface 54b2 and the flange contact surface 58a of the backup ring 58 increases can also be obtained.

以上説明したように、本実施形態のニードル弁周りのシール構造５０によれば、気体燃料および作動液体のそれぞれが他方に向けて漏れ出るのを簡便な構成を利用して防止することができるようになる。 As described above, according to the seal structure 50 around the needle valve of the present embodiment, it is possible to prevent the gaseous fuel and the working liquid from leaking toward the other by using a simple configuration. become.

また、以上説明したシール構造５０では、シール室５２内において気体燃料の圧力が作用する側にＯリング５６が配置されるように、フランジ部５４ｂに対するＯリング５６の配置が決定されている。これにより、上述した効果、すなわち、上記隙間６２を介してシール室５２内に進入した気体燃料の圧力が高くなるにつれ、Ｏリング５６がより押し潰されてシール荷重が増すという効果を奏することができるようになる。 In the seal structure 50 described above, the arrangement of the O-ring 56 with respect to the flange portion 54b is determined so that the O-ring 56 is arranged on the side where the pressure of the gaseous fuel acts in the seal chamber 52. As a result, the above-described effect, that is, the effect that the O-ring 56 is further crushed and the seal load is increased as the pressure of the gaseous fuel that has entered the seal chamber 52 through the gap 62 increases. become able to.

ところで、上述した実施の形態１においては、シール室５２内においてニードル弁３２の軸方向におけるリップシール５４のフランジ部５４ｂの上方側（フランジ部５４ｂにおけるＯリング５６の接触部位の反対側の部位（接触面５４ｂ２））に、バックアップリング５８を備えるようにしている。しかしながら、本発明における第３弾性部材の設置部位は、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば、バックアップリング５８およびサポートリング６０は、上記のようにフランジ部５４ｂの上方側に備えられた構成に代え、或いはそれとともに、フランジ部５４ｂの下方側（Ｏリング５６側）に設置されていてもよい。このように、バックアップリング５８およびサポートリング６０がフランジ部５４ｂの下方側（Ｏリング５６側）に設置されていた場合には、バックアップリング５８に作用する気体燃料の圧力によってバックアップリング５８を変形させて、バックアップリング５８の摺接面５８ｃをニードル弁３２の周面３２ａに押し付けることができ、当該摺接面５８ｃと当該周面３２ａとの間にシール荷重を生じさせることができる。ただし、上記図２に示す構成の方が、気体燃料の圧力の作用によってＯリング５６が押し潰されることによるシール荷重の向上効果と、気体燃料の圧力の作用によってバックアップリング５８が変形することによるシール荷重の向上効果の双方を、より効果的に得られるのでよい。 By the way, in Embodiment 1 mentioned above, in the seal chamber 52, the upper side of the flange part 54b of the lip seal 54 in the axial direction of the needle valve 32 (the part on the opposite side of the contact part of the O-ring 56 in the flange part 54b ( A backup ring 58 is provided on the contact surface 54b2)). However, the installation site of the third elastic member in the present invention is not limited to the above. That is, for example, the backup ring 58 and the support ring 60 are installed on the lower side (O-ring 56 side) of the flange portion 54b instead of or in addition to the configuration provided on the upper side of the flange portion 54b as described above. It may be. As described above, when the backup ring 58 and the support ring 60 are installed on the lower side (O-ring 56 side) of the flange portion 54b, the backup ring 58 is deformed by the pressure of the gaseous fuel acting on the backup ring 58. Thus, the sliding contact surface 58c of the backup ring 58 can be pressed against the peripheral surface 32a of the needle valve 32, and a seal load can be generated between the sliding contact surface 58c and the peripheral surface 32a. However, the configuration shown in FIG. 2 is based on the effect of improving the sealing load due to the crushing of the O-ring 56 by the action of the pressure of the gaseous fuel and the deformation of the backup ring 58 by the action of the pressure of the gaseous fuel. Both effects of improving the sealing load may be obtained more effectively.

また、上述した実施の形態１においては、ニードル弁３２から離れるに従ってフランジ部５４ｂに近づくように傾斜する面として形成されたテーパ面５８ｂを備えるバックアップリング５８をフランジ部５４ｂの接触面５４ｂ２と接触するように配置するとともに、当該テーパ面５８ｂと重なり合うテーパ面６０ａを有し、パッキングチップ４０によりニードル弁３２の軸方向の移動が規制されたサポートリング６０を備えるようにしている。しかしながら、本発明における第３弾性部材と規制部材の組み合わせは、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば、フランジ部５４ｂとパッキングチップ４０との間に介在するバックアップリングとサポートリングの配置を上記と逆にし、かつ、上記テーパ面５８ｂと逆向きのテーパ面（すなわち、ニードル弁３２から離れるに従ってフランジ部５４ｂから離れるように傾斜する面として形成されたテーパ面）をバックアップリングが備えるようにしてもよい。これは、フランジ部５４ｂの下方側（Ｏリング５６側）にバックアップリング５８およびサポートリング６０を設置する場合も同様である。 Further, in the first embodiment described above, the backup ring 58 including the tapered surface 58b formed as a surface inclined so as to approach the flange portion 54b as the distance from the needle valve 32 is brought into contact with the contact surface 54b2 of the flange portion 54b. The support ring 60 has a tapered surface 60a that overlaps with the tapered surface 58b, and the movement of the needle valve 32 in the axial direction is restricted by the packing tip 40. However, the combination of the third elastic member and the regulating member in the present invention is not limited to the above. That is, for example, the arrangement of the backup ring and the support ring interposed between the flange portion 54b and the packing tip 40 is reversed to the above, and the taper surface opposite to the taper surface 58b (that is, away from the needle valve 32). Accordingly, the backup ring may be provided with a tapered surface formed as a surface inclined so as to be separated from the flange portion 54b. The same applies to the case where the backup ring 58 and the support ring 60 are installed on the lower side (O-ring 56 side) of the flange portion 54b.

また、上述した実施の形態１においては、上記テーパ面５８ｂを有するバックアップリング５８とそれに対応するサポートリング６０との組み合わせによって、シール室５２内に作用する気体燃料の圧力を受けた際に、バックアップリング５８の摺接面５８ｃがニードル弁３２の周面３２ａに押し付けられるように構成している。しかしながら、本発明における第３弾性部材は、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば、バックアップリングにおけるテーパ面のテーパの向きを上記テーパ面５８ｂと逆向きにすることによって、シール室５２内に作用する気体燃料の圧力を受けた際に、バックアップリング５８の摺接面５８ｃがシール室５２の周面５２ａに押し付けられるように構成されたものであってもよい。 Further, in the first embodiment described above, the backup ring 58 having the tapered surface 58b and the support ring 60 corresponding to the backup ring 58 receive the pressure of the gaseous fuel acting in the seal chamber 52 when receiving the pressure of the gaseous fuel. The sliding contact surface 58 c of the ring 58 is configured to be pressed against the peripheral surface 32 a of the needle valve 32. However, the third elastic member in the present invention is not limited to the above. That is, for example, when the taper surface of the backup ring has a taper direction opposite to that of the taper surface 58b, the sliding contact surface of the backup ring 58 when the pressure of the gaseous fuel acting in the seal chamber 52 is received. 58 c may be configured to be pressed against the peripheral surface 52 a of the seal chamber 52.

尚、上述した実施の形態１においては、図示省略するＥＣＵの指令を受ける電磁弁２８および制御室２４が前記第１の発明における「制御手段」に、リップシール５４が前記第１の発明における「第１弾性部材」に、Ｏリング５６が前記第１の発明における「第２弾性部材」に、バックアップリング５８が前記第１の発明における「第３弾性部材」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、パッキングチップ４０によりニードル弁３２の軸方向位置が規制されるサポートリング６０が前記第１の発明における「規制部材」に相当している。 In the first embodiment described above, the electromagnetic valve 28 and the control chamber 24 that receive a command from the ECU (not shown) are the “control means” in the first invention, and the lip seal 54 is the “control means” in the first invention. The O-ring 56 corresponds to the “second elastic member” in the first invention, and the backup ring 58 corresponds to the “third elastic member” in the first invention.
In the first embodiment described above, the support ring 60 in which the axial position of the needle valve 32 is regulated by the packing tip 40 corresponds to the “regulating member” in the first invention.

１０燃料噴射弁
１２メインボディ
１４メインボディ内の気体燃料通路
１６気体燃料供給口
１８メインボディ内の作動液体通路
２０作動液体供給口
２２インオリフィス
２４制御室
２６アウトオリフィス
２８電磁弁
３０コマンドピストン
３２ニードル弁
３２ａニードル弁の周面
３４スプリング
３６ノズルボディ
３８噴孔
４０パッキングチップ
４０ａ挿通孔
４０ｂ燃料通路
４２リテーニングナット
４４燃料だまり
４６ノズルボディ内の気体燃料通路
４８環状通路
５０ニードル弁周りのシール構造
５２シール室
５２ａシール室の周面
５４リップシール
５４ａリップシールのリップ部
５４ａ１リップ部の摺接面
５４ｂリップシールのフランジ部
５４ｂ１フランジ部の接触面
５４ｂ２フランジ部の接触面
５６Ｏリング
５８バックアップリング
５８ａバックアップリングのフランジ接触面
５８ｂバックアップリングのテーパ面
５８ｃバックアップリングの摺接面
５８ｄバックアップリングの接触面
６０サポートリング
６０ａサポートリングのテーパ面
６０ｂサポートリングの接触面
６２ニードル弁とノズルボディとの隙間
６４Ｏリングとシール室の周面との間の接触部
６６Ｏリングとリップ部との接触部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel injection valve 12 Main body 14 Gaseous fuel passage 16 in main body Gaseous fuel supply port 18 Working liquid passage 20 in main body Working liquid supply port 22 In orifice 24 Control chamber 26 Out orifice 28 Solenoid valve 30 Command piston 32 Needle Valve 32a Needle valve peripheral surface 34 Spring 36 Nozzle body 38 Injection hole 40 Packing tip 40a Insertion hole 40b Fuel passage 42 Retaining nut 44 Fuel reservoir 46 Gas fuel passage 48 in nozzle body Annular passage 50 Seal structure 52 around the needle valve Seal chamber 52a Seal chamber peripheral surface 54 Lip seal 54a Lip seal lip portion 54a1 Lip portion sliding contact surface 54b Lip seal flange portion 54b1 Flange contact surface 54b2 Flange contact surface 56 O-ring 58 Backer Flip ring 58a Backup ring flange contact surface 58b Backup ring taper surface 58c Backup ring sliding contact surface 58d Backup ring contact surface 60 Support ring 60a Support ring taper surface 60b Support ring contact surface 62 Needle valve and nozzle body Clearance 64 Contact portion 66 between O-ring and peripheral surface of seal chamber Contact portion between O-ring and lip portion

Claims

所定の制御手段により調整される作動流体の圧力に応じて動作し、流体燃料を噴射するための噴孔を開閉するニードル弁と、
前記ニードル弁を取り巻くように形成された環状のシール室を有し、前記ニードル弁を軸方向の移動自在な態様で内蔵するノズルボディと、
前記シール室内に設置され、前記ニードル弁の周面と摺接する摺接面を有する環状のリップ部を備える第１弾性部材と、
前記リップ部と前記シール室の周面との間に、当該リップ部と当該周面とによって圧縮された状態で介在する環状の第２弾性部材と、
前記シール室内において前記ニードル弁の軸方向における前記第１弾性部材の少なくとも一方側に設置され、前記シール室内に作用する前記流体燃料の圧力を受けた際に前記ニードル弁の前記周面または前記シール室の前記周面に押し付けられる環状の第３弾性部材と、
を備え、
前記第１弾性部材は、当該リップ部から前記ニードル弁の径方向に突出した環状のフランジ部を含み、
前記第２弾性部材は、前記リップ部と前記フランジ部と前記シール室の前記周面とによって取り囲まれるようにして設置されており、
前記第３弾性部材は、前記フランジ部における前記第２弾性部材の接触部位の反対側の部位と接触する環状のフランジ接触面と、前記フランジ接触面の反対側の面であって前記ニードル弁から離れるに従って前記第１弾性部材に近づくようにもしくは離れるように傾斜する面として形成された環状のテーパ面と、前記ニードル弁の前記周面に摺接する摺接面とを含み、
前記燃料噴射弁は、前記第３弾性部材の前記テーパ面と重なり合う環状のテーパ面を有し、前記ニードル弁の軸方向の移動が規制された態様で前記シール室内に設置された環状の規制部材を更に備え、
前記規制部材は、前記第３弾性部材に比して強度の高い材質からなることを特徴とする燃料噴射弁。 A needle valve that operates according to the pressure of the working fluid adjusted by a predetermined control means and opens and closes a nozzle hole for injecting fluid fuel;
A nozzle body having an annular seal chamber formed so as to surround the needle valve, and incorporating the needle valve in an axially movable manner;
A first elastic member provided in the seal chamber and provided with an annular lip portion having a sliding contact surface in sliding contact with the peripheral surface of the needle valve;
An annular second elastic member interposed between the lip portion and the peripheral surface of the seal chamber in a state compressed by the lip portion and the peripheral surface;
The installed in the sealing chamber on at least one side of said first elastic member in the axial direction of the needle valve, the peripheral Menma other of the needle valve when subjected to pressure of said fluid fuel acting on the seal chamber An annular third elastic member pressed against the peripheral surface of the seal chamber;
Equipped with a,
The first elastic member includes an annular flange portion protruding from the lip portion in the radial direction of the needle valve,
The second elastic member is installed so as to be surrounded by the lip portion, the flange portion, and the peripheral surface of the seal chamber,
The third elastic member includes an annular flange contact surface that contacts a portion of the flange portion opposite to the contact portion of the second elastic member, and a surface on the opposite side of the flange contact surface from the needle valve. An annular tapered surface formed as a surface inclined so as to approach or separate from the first elastic member as it leaves, and a slidable contact surface in sliding contact with the peripheral surface of the needle valve,
The fuel injection valve has an annular tapered surface that overlaps with the tapered surface of the third elastic member, and an annular regulating member installed in the seal chamber in a manner in which movement of the needle valve in the axial direction is regulated. Further comprising
The regulating member is a fuel injection valve, wherein Rukoto such a high material strength than that of the third elastic member.

前記シール室内において前記流体燃料の圧力が作用する側に前記第２弾性部材が配置されるように、前記フランジ部に対する前記第２弾性部材の配置が決定されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。 Claim 1, wherein the as the pressure of the fluid fuel in the seal chamber is disposed the second elastic member on the side acting, the arrangement of the second elastic member with respect to the flange portion is determined The fuel injection valve as described.