JPH0861184A

JPH0861184A - フルオロエラストマーのシールを有する燃料インジエクター

Info

Publication number: JPH0861184A
Application number: JP21434094A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Nonaka; 章行野中
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【構成】パーフルオロエラストマーのシール手段を有
する燃料インジェクター。【効果】本発明の燃料インジェクターは、増強された
温度抵抗性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、高温において自動車用燃料組成
物に対してとくに抵抗性であるシール手段に関する。

【０００２】自動車の取付部品、例えば、燃料インジェ
クターは日常的に燃焼ガスおよび燃料の存在下に高温に
暴露される。このような装置の作動をコントロールする
内部の機構は、このような物質から隔離して性能低下を
防止しなくてはならない。例えば、燃料蒸気に対するソ
レノイドの暴露は電気的ショートを生ずることがある。
結局、高温の環境に対して抵抗性であるシール手段は効
率よい作動および延長した使用寿命のために必要であ
る。

【０００３】最近の自動車用エンジンの隔室の設計の傾
向は、燃料インジェクターを３００℃程度に高い温度お
よび約０．２ＭＰａまでの圧力に長い期間にわたって暴
露される位置に配置する必要性を発生した。このような
条件は、燃料インジェクターの内部の機構を隔離しかつ
保護するために使用されるエラストマーのシールの急速
な劣化を引き起こす。例えば、ポリクロロプレン、エチ
レンプロピレンゴム、またはフルオロカーボンのコポリ
マーのシール、例えば、米国特許第４，３０５，３４８
号に開示されているものは、延長した高温および圧力の
暴露条件下に不適切な使用寿命を提供する。こうして、
この分野において、より大きい高温抵抗性を有するエラ
ストマー材料に基づくシール手段を組み込んだ燃料イン
ジェクターが要求されている。

【０００４】本発明は、本体部材からなり、前記本体部
材は、ｉ）燃料を圧力下に受け取る燃料入口、ｉｉ）燃
料の排出のための燃料出口、ｉｉｉ）本体部材内に収容
され、出口のための弁および前記弁を作動して入口から
出口への燃料の流れをコントロールする手段を含む燃料
送出機構、およびｉｖ）出口を通る以外の本体部材から
の燃料の逃げ出しを防止するおよび／または本体部材内
の燃料から作動手段をシールするためのシール手段を有
する、２００℃を越える温度において使用するための燃
料インジェクターにおいて、前記シール手段はパーフル
オロオレフィンおよび少なくとも１種の他のパーフルオ
ロコモノマーのキュアされた弾性コポリマーからなるこ
とを特徴とする燃料インジェクターに関する。

【０００５】本発明は、特定の燃料インジェクターの設
計に限定されず、弾性コポリマーの応用を例示する目的
で、特定のインジェクターの設計を説明する。

【０００６】このような燃料インジェクターは本体部材
からなり、この本体部材は複数のハウジングから構成さ
れ、燃料を圧力下に受け取る燃料入口および燃料を燃焼
室の中に送出すための燃料出口を有する。本体部材は、
入口から出口への燃料の流れをコントロールする燃料送
出機構を含有し、そして出口を通る燃料を解放する弁お
よび弁を作動する手段を含む。このような弁作動手段
は、電気的手段、例えば、ソレノイドコイルおよび機械
的手段、例えば、カムを含む。シール手段は、ガスケッ
トおよびＯ−リング、または他のリングのプロフィル、
例えば、Ｄ−リングおよびＴ−リング、またはカッドリ
ングを含むことができ、燃料インジェクターの本体部材
内に位置して、燃料が液体または蒸気として本体部材の
内部から逃げるのを防止する。あるいは、さらに、シー
ル手段は作動する手段を燃料の液体または蒸気からシー
ルすることができる。シール手段は、パーフルオロオレ
フィン、少なくとも１種の他のパーフルオロコモノマ
ー、およびフッ素化硬化部位のモノマーのキュアされた
弾性コポリマーからなる。キュアされたフッ素化弾性コ
ポリマーは、高温および適度の圧力において燃料に対し
て高度に抵抗性であり、そしてシール手段におけるその
使用は燃料作動システムの内部の電気的および機械的部
分を長期間にわたって保護し、そして高い温度条件下に
おいてさえ燃料の逃げ出しを防止する。

【０００７】本発明の燃料インジェクター１の断面図を
図面に示す。このインジェクターは本体部材からなり、
この本体部材は、この態様において、相互に接続された
ハウジング２６、２８、３０、および３４から構成され
ており、そして入口１０および出口４０を有する。この
本体部材内に燃料送出機構が含まれており、この燃料送
出機構は入口１０から出口４０への流れをコントロール
する、ばね装填ニードル弁１６、およびボビン２０およ
びソレノイドコイル２２からなる燃料作動手段を含んで
いる。電気コネクター２４は、ニードル弁１６を作動す
るソレノイドコイル２２に電力を供給する。この弁は開
いた位置と閉じた位置との間をサイクルし、入口１０か
らの燃料の流れをコントロールし、そして出口４０を通
る燃料を、所定の量に計量する。燃料は入口から出口へ
通路１２を通して、ニードル弁の付近およびそれを通し
て流れて出口４０に到達する。ニードル弁は普通の設計
のものである。本発明の特徴はＯ−リング４２、４４、
および４６の有利な構成にあり、ここでＯ−リング４２
はニードル弁のハウジング３２と本体部材のハウジング
３０との間のシールを提供して本体部材の内部からの燃
料が逃げる防止し、そしてＯ−リング４４および４６は
ボビン２０と本体部材のハウジング３０との間のシール
を提供してソレノイドコイル２２と燃料との接触を防止
する。Ｏ−リングは、以後詳細に説明する硬化した高温
抵抗性弾性コポリマー（フルオロエラストマー）から構
成されている。このようなインジェクターは、それらが
２００℃を超える温度の燃料に暴露される環境における
使用に、とくに適する。

【０００８】燃料は圧力下に普通の手段により燃料入口
１０に供給され、そしてソレノイドコイル２２により発
生した電気パルスはニードル弁１６およびニードル弁ス
テムのハウジング３８をハウジング２６から間欠的に後
退させ、これによりニードル弁を取り囲む所定量の燃料
は出口４０を通して燃焼室（図示せず）に注入される。
本発明に従い使用するフルオロエラストマーのシール手
段は本体部材内のソレノイドコイルをシールして、コイ
ルを有害な蒸気から保護し、ならびに本体部材を燃料送
出システムから隔離する。

【０００９】フルオロエラストマーのシール要素、例え
ば、Ｏ−リング４２、４４、および４６の製作に利用で
きる適当な材料は、少なくとも２種の主要なパーフルオ
ロモノマーの共重合した単位から構成されたキュアされ
た弾性コポリマーから選択される。さらに、コポリマー
は必要に応じてさらに少なくとも１種のフッ素化キュア
部位のモノマーの共重合した単位を含有することができ
る。第１の主要なコモノマーは、パーフルオロオレフィ
ン、例えば、テトラフルオロエチレンである。他の主要
なパーフルオロコモノマーはパーフルオロ（アルキルビ
ニル）エーテルＣＦ₂＝ＣＦＯ（Ｒ_f’Ｏ）_n（Ｒ_f”Ｏ）
_mＲ_fであり、ここでＲ_f’およびＲ_f”は２〜６個の炭素
原子を有する異なる直鎖状もしくは分枝鎖状のパーフル
オロアルキレン基であり、ｍおよびｎは独立に０〜１０
であり、そしてＲ_fは１〜６個の炭素原子を有するパー
フルオロアルキル基である。パーフルオロ（ビニルエー
テル）の好ましいクラスは式ＣＦ₂＝ＣＦＯ（ＣＦ₂ＣＦ
ＸＯ）_nＲ_fの化合物を包含し、ここでＸはＦまたはＣＦ
₃であり、ｎは０〜５であり、そしてＲ_fは１〜６個の炭
素原子を有するパーフルオロアルキル基である。最も好
ましいパーフルオロ（ビニルエーテル）は、ｎが０また
は１でありそしてＲ_fが１〜３個の炭素原子を含有す
る。このようなパーフルオロエーテルの例は、パーフル
オロ（メチルビニル）エーテルおよびパーフルオロ（プ
ロピルビニル）エーテルを包含する。他のモノマーは、
式ＣＦ₂＝ＣＦ［Ｏ（ＣＦ₂）_mＣＦ₂ＣＦＺＯ］_nＲ_f （Ｉ）（式中、Ｒ_fは１〜６個の炭素原子を有するパーフルオ
ロアルキル基であり、ｍは０または１であり、ｎは０〜
５であり、そしてＺはＦまたはＣＦ₃である。）および
式ＣＦ₂＝ＣＦＯ［（ＣＦ₂ＣＦＣＦ₃Ｏ）_n（ＣＦ₂ＣＦ₂ ＣＦ₂Ｏ）_m（ＣＦ₂）_pＣＦ₃ （ＩＩ）（式中、ｍおよびｎは０〜１０であり、そしてｐは０〜
３である。）の化合物を包含する。

【００１０】少量の共重合したフッ素化キュア部位のモ
ノマー単位は、また、パーフルオロコモノマーに加え
て、ポリマーの中に必要に応じて存在することができ
る。一般に、これらのキュア部位のモノマーは約３モル
％以下の量で存在する。それらは水素原子を含まないこ
とができるか、あるいは水素水素原子を含有することが
できる。適当なキュア部位のモノマーは、臭素化フルオ
ロオレフィン、例えば、ブロモトリフルオロエチレンお
よび４−ブロモ−３，３，４，４−テトラフルオロブテ
ン；臭素化フルオロエーテル、例えば、ＣＦ₂＝ＣＦ−
ＯＲ_fＣＦ₂Ｂｒ、（ここでＲ_fは１〜９個の炭素原子を
含有するパーフルオロアルキレン基である）、およびフ
ッ化ビニリデンを包含する。好ましいキュア部位のモノ
マーは、パーフルオロフェニル（Ｃ₆Ｆ₅）またはシアノ
置換基を含有するフッ素化ビニルエーテル、例えば、式ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｏ（ＣＦ₂）_n−Ｃ₆Ｆ₅ (ＩＩＩ) （式中、ｎは１〜８である。）ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｏ（ＣＦ₂）₃−Ｏ−Ｃ₆Ｆ₅ (ＩＶ) ＣＦ₂＝ＣＦ−［ＯＣＦ₂−ＣＦ₃ＣＦ］_n−Ｏ−Ｃ₆Ｆ₅ (Ｖ) （式中、ｎは１〜２である。）ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｏ（ＣＦ₂）_n−ＣＮ (ＶＩ) （式中、ｎは２〜１２、好ましくは２〜４である。）ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｏ−ＣＦ₂−［ＣＦＣＦ₃−Ｏ−ＣＦ₂］_n−ＣＦＣＦ₃−ＣＮ (ＶＩＩ) （式中、ｎは０〜４、好ましくは０〜２である。）およ
びＣＦ₂＝ＣＦ−[ＯＣＦ₂−ＣＦ₃ＣＦ]_x−Ｏ−(ＣＦ₂)_n−ＣＮ (ＶＩＩＩ) （式中、ｘは１〜２であり、そしてｎは１〜４であ
る。）で表されるものを包含する。

【００１１】フッ素化ポリマーは、また、開始剤および
連鎖移動剤から誘導された末端基を含有することができ
る。使用する開始剤および連鎖移動剤に依存して、この
ような末端基は反応性でありかつ硬化反応に参加するこ
とができる。適当な開始剤は、ハロゲンの末端基源であ
る化合物、例えば、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、および
第ＩＡ族、第ＩＢ族、第ＩＩＡ族、第ＩＩＢ族に属する
金属、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、なら
びに、遷移金属、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは第ＩＩＩ族および第ＩＶＢ族
に属する金属、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、およびＰｂ
のヨウ化物および臭化物を包含する。適当な連鎖移動剤
は、ヨウ化メチレン、イソプロパノール、モノヨードパ
ーフルオロアルカン、例えば、モノヨードパーフルオロ
メタンおよびメタンヨードパーフルオロプロパン；臭化
パーフルオロアルキル、４−ブロモ−パーフルオロブテ
ン−１、１，４−ジヨードパーフルオロヘキサン、１，
４−ジヨードパーフルオロヘキサン、および１，４−ジ
ヨードパーフルオロオクタンを包含する。

【００１２】シール要素の製作のためにとくに好ましい
ものは、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ（メチ
ルビニル）エーテル、およびパーフルオロ（８−シアノ
−５−メチル−３，６−ジオキサ−１−オクテン）のコ
ポリマーである。

【００１３】本発明において使用するシール要素の製作
に使用するフルオロエラストマーの組成物は、未キュア
のフルオロエラストマーおよびキュアリング剤をポリマ
ーのキュア温度より低い温度において配合することによ
って製造される。次いで、配合した組成物をシール、例
えば、Ｏ−リングに成形し、プレスキュアリングし、次
いで、通常、後キュアリングする。本発明の組成物は、
当業者に知られているいるように、存在する特定の共重
合したキュア部位のモノマーと組み合わせて普通に使用
される架橋系によりキュアすることができる。例えば、
ペンタフルオロフェニル基を含有するキュア部位が存在
するとき、脂肪族ジアミンに基づくか、あるいは好まし
くはビスフェノールＡＦの２カリウム塩（ＫＯＣ₆Ｈ₄−
Ｃ（ＣＦ₃）₂−Ｃ₆Ｈ₄ＯＫ）に基づくキュアリング剤系
を使用することができる。シアノ置換基を含有するキュ
ア部位が存在するとき、有機錫化合物に基づくキュアリ
ング剤系を通常選択する。適当な有機錫化合物は、アリ
ル−、プロパルギル−、トリフェニル−およびアレニル
錫キュアリング剤を包含する。テトラフェニル錫は、シ
アノ置換されたキュア部位と組み合わせて使用するため
に好ましいキュアリング剤である。

【００１４】キュア部位のモノマーを含有するポリマ
ー、ならびに共重合したキュア部位のモノマーをもたな
いポリマーは、過酸化物キュアリング剤を使用する遊離
基法によりキュアすることができる。例えば、組成物を
キュア前に高温において加工すべきとき、５０℃以上の
温度において分解するジアルキルパーオキシドはことに
好ましい。パーオキシ酸素に結合した第３炭素原子を有
するジ第３ブチルパーオキシドは多くの場合においてと
くに有益である。このタイプの最も有用なパーオキシド
の例は、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパ
ーオキシ）ヘキシン−３および２，５−ジメチル−２，
５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンである。他の
パーオキシドは、ジクミルパーオキシド、ジベンゾイル
パーオキシド、ｔ−ブチルパーベンゾエート、およびジ
［１，３−ジメチル−２−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブ
チル］カーボネートなどである。有機パーオキシドは、
一般に、フルオロポリマーの１００部当たり約１〜３部
のパーオキシドの量で存在する。また、広範な種類のパ
ーオキシド共働剤（ｃｏａｇｅｎｔ）をを使用すること
ができ、それらのうちでトリメタリルイソシアヌレー
ト、トリアリルイソシアヌレート、およびトリメチロー
ルプロパントリメタクリレートは好ましい。パーオキシ
ドの共働剤は、一般に、１００部のフルオロポリマー当
たり約１〜３部の量で存在する。

【００１５】さらに、二重のキュアリング系はニトリル
基を含有するパーフルオロエラストマーとともに使用す
ることができる。二重のキュアリング系は、ニトリル基
を通してパーフルオロエラストマーを架橋できる錫触
媒、例えば、水酸化トリフェニル錫；パーフルオロエラ
ストマーを架橋できるパーオキシド、例えば、２，５−
ビス（ｔ−ブチルパーオキシド）−２，５−ジメチルヘ
キサン；およびジエンおよびトリエンの共働剤、例え
ば、トリアリルイソシアヌレートから成る。キュアリン
グ剤の使用量は、必然的に、最終生成物において望む架
橋度、ならびにパーフルオロエラストマー中の反応性部
分のタイプおよび濃度に依存するであろう。一般に、約
１〜１０ｐｈｒのキュアリング剤を使用することがで
き、そして２〜５ｐｈｒはほとんどの目的のために満足
すべきものである。パーフルオロエラストマーとともに
典型的に使用される他の添加剤、例えば、カーボンブラ
ック、充填剤、安定剤、可塑剤、滑剤、または加工助剤
は、意図する使用条件下に適切な安定性を有するかぎ
り、本発明の組成物の中に混入することができる。とく
に、低温の性能はパーフルオロポリエーテルの添加によ
り増強することができると同時に、いっそうすぐれた高
温性能を保持することができる。本発明の組成物の中に
使用できるパーフルオロポリエーテルは、分子のポリマ
ー主鎖の中に酸素原子が飽和フルオロカーボン基により
分離されているものである。１より多いタイプのフルオ
ロカーボン基が分子の中に存在することができる。

【００１６】フルオロエラストマー組成物の高温性能を
増強するために、大きい粒子サイズのカーボンブラック
を使用することはとくに望ましい。約２０〜７０ｐｈｒ
（ゴム１００重量部当たりの重量部）、好ましくは２５
〜４５重量部を含有するフルオロエラストマーは熱安定
性および加工可能性の有用な組み合わせを提供すること
が発見された。好ましいカーボンブラックは、ＡＳＴＭ
Ｄ３８４９により決定して、少なくとも１００ｎｍ〜
５００ｎｍの平均粒子サイズを有する。

【００１７】

【実施例】ＶＦ₂−ＨＦＰ−ＴＦＥコポリマー１００ｐｈｒ（フッ素含量６６％）酸化マグネシウム３カーボンブラック３０水酸化カルシウム６キュアリング剤Ｉ３キュアリング剤ＩＩ３.８なる組成物を用いて、加圧１７７℃×１０分およびオー
ブン加熱２３２℃×２４時間なるキュアリング条件の下
で、Ｏ−リングを製造した。このＯ−リングを、７０容
量％のＡＳＴＭタイプＣ燃料油と３０容量％のメタノー
ルとからなる混合液中に、２３℃で１６８時間浸漬した
ところ、１８％の体積膨脹が観察された（公知例）。

【００１８】一方、５５.８ＴＦＥ−４２ＰＭＶＥ−２.２ＣＮＶＥ１００ｐｈｒコポリマー（フッ素含量７３％）クラウンエーテル０.３カーボンブラック１２テトラフエニル錫３なる組成物を用いて、加圧２０４℃×１５分およびオー
ブン加熱３０５℃×２６時間（窒素雰囲気中）なるキュ
アリング条件の下で、Ｏ−リングを製造した。このＯ−
リングを前記と同じ浸漬試験に供したところ、その体積
膨脹は遥かに少なくて１％にすぎなかった（本発明
例）。

【００１９】［註］ＶＦ₂ ：ビニリデンフルオライドＨＦＰ：ヘキサフルオロプロピレンＴＦＥ：テトラフルオロエチレンＰＭＶＥ：パーフルオロメチルビニルエーテルＣＮＶＥ：ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｏ−ＣＦ₂(ＣＦ₃)ＣＦ−Ｏ−
(ＣＦ₂)₂−ＣＮ（前記式ＶＩＩＩにおいてｘが１でｎが
２であるモノマー）クラウンエーテル：１８−クラウン−６−クラウンエー
テル、（Ｃ₂Ｈ₄）₆Ｏ₆ キュアリング剤Ｉ：デユポン社製の“Ｖiton Ｃurati
ve Ｎo.２０”（ベンジルトリフエニルホスホニウムク
ロライド３３重量％とＶＦ₂−ＨＦＰコポリマー６７重
量％との混合物）キュアリング剤ＩＩ：デユポン社製の“Ｖiton Ｃur
ative Ｎo.３０”（ビスフエノールＡＦ５０重量％と
ＶＦ₂−ＨＦＰコポリマー５０重量％との混合物）本発明によれば、上記実施例の試験結果から明らかなよ
うに、２００℃を越える温度における燃料、例えば、加
鉛ガソリンおよび非加鉛ガソリン、ディーゼル燃料、天
然ガス、メタノール、エタノールおよびそれらの混合物
の影響に対してとくに抵抗性である燃料インジェクター
が提供される。燃料送出機構が前述のキュアされたフル
オロエラストマー組成物からなるシールで本体部材から
隔離された本発明の燃料インジェクターは２００℃を越
える操作温度に対して広範な種類の燃料の存在下に高度
に抵抗性であり、先行技術の燃料注入装置を越えた増大
した使用寿命を提供する。このような本発明の燃料イン
ジェクターは、燃焼室に近接したエンジン位置および燃
焼室それ自体の壁の中での使用に適合する。

【００２０】本発明の主な特徴および態様は、次の通り
である。

【００２１】１．本体部材からなり、前記本体部材は、
ｉ）燃料を圧力下に受け取る燃料入口、ｉｉ）燃料の排
出のための燃料出口、ｉｉｉ）本体部材内に収容され、
出口のための弁および前記弁を作動して入口から出口へ
の燃料の流れをコントロールする手段を含む燃料送出機
構、およびｉｖ）出口を通る以外の本体部材からの燃料
の逃げ出しを防止するおよび／または本体部材内の燃料
から作動手段をシールするためのシール手段を有する、
２００℃を越える温度において使用するための燃料イン
ジェクターにおいて、前記シール手段はパーフルオロオ
レフィンおよび少なくとも１種の他のパーフルオロコモ
ノマーのキュアされた弾性コポリマーからなることを特
徴とする燃料インジェクター。

【００２２】２．シール要素がＯ−リングであり、そし
て作動手段がソレノイドコイルである上記第１項記載の
燃料インジェクター。

【００２３】３．シール手段がパーフルオロオレフィ
ン、少なくとも１種の他のパーフルオロコモノマーおよ
びフッ素化キュア部位のモノマーのキュアされた弾性コ
ポリマーからなる上記第１項記載の燃料インジェクタ
ー。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料インジェクターの１つの態様の部
分的断面図である。

【符号の説明】１燃料インジェクター１０入口１２通路１６ニードル弁２０ボビン２２ソレノイドコイル２４電気コネクター２６、２８、３０、３２および３４相互に接続された
ハウジング３８ニードル弁ステムのハウジング４０出口４２、４４および４６Ｏ−リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ０９Ｋ 3/10 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体部材からなり、前記本体部材は、
ｉ）燃料を圧力下に受け取る燃料入口、ｉｉ）燃料の排
出のための燃料出口、ｉｉｉ）本体部材内に収容され、
出口のための弁および前記弁を作動して入口から出口へ
の燃料の流れをコントロールする手段を含む燃料送出機
構、およびｉｖ）出口を通る以外の本体部材からの燃料
の逃げ出しを防止するおよび／または本体部材内の燃料
から作動手段をシールするためのシール手段を有する、
２００℃を越える温度において使用するための燃料イン
ジェクターにおいて、前記シール手段はパーフルオロオ
レフィンおよび少なくとも１種の他のパーフルオロコモ
ノマーのキュアされた弾性コポリマーからなることを特
徴とする燃料インジェクター。