CN104541092B

CN104541092B - 密封构造

Info

Publication number: CN104541092B
Application number: CN201380037725.1A
Authority: CN
Inventors: 但野光; 夫马启仁; 安田宏通
Original assignee: Nok Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: CN104541092A; KR20150021105A; KR101682070B1; US20150137460A1; WO2014013960A1; US9541025B2; JP2014020426A; EP2876335A1; EP2876335A4; EP2876335B1; JP6081095B2

Abstract

本发明的提供一种密封构造，密封环的安装时的工时不会变多，而且能够得到优异的密封性。为了达成该目的，在外周部件(1)和以插入状态安装于该外周部件(1)的内周部件(2)之间插装有密封环(3)，在内周部件(2)的外周面上，形成有朝向该内周部件(2)的插入方向变成小直径的锥形状外周面(21)以及从其该锥形状外周面(21)的小直径端部朝向所述插入方向延伸的安装部外周面(22)；在外周部件(1)的内周面上，形成有与锥形状外周面(21)相比位于所述插入方向侧的同时朝向反插入方向侧的台阶面(12)以及从该台阶面(12)的外径端向反插入方向延伸的安装部内周面(13)；密封环(3)以压缩状态配置于锥形状外周面(21)以及安装部外周面(22)、和台阶面(12)以及安装部内周面(13)之间。

Description

密封构造

技术领域

本发明为一种用于对外周部件和以插入状态安装于该外周部件的内周部件之间的空隙进行密封的密封构造，特别涉及一种适合于高压气体用密封件，例如对开设于内燃机的气缸盖的安装孔和以插入状态安装于该安装孔的喷射器或者燃烧压力传感器、筒内压力传感器等的前端部之间的空隙进行密封的密封构造。

背景技术

筒内直喷式内燃机通过喷射器向气缸内直接喷射燃料，由于该喷射器以插入状态被安装在开设于气缸盖的喷射器安装孔，因此，为了使燃烧气体不会从喷射器安装孔的内周面和喷射器的外周面之间的空隙产生泄漏，而通过密封环防止该泄漏。

图7示出根据现有技术的喷射器安装孔和喷射器之间的密封构造。也就是说，在图7中，参考符号100为内燃机的气缸盖，参考符号110为喷射器。喷射器110为如下装置：以插入状态安装在开设于气缸盖100并且与燃烧室(E)连通的喷射器安装孔101，向所述燃烧室(E)直接喷射燃料。喷射器安装孔101和喷射器110的前端部之间的空隙通过密封环120密封。

详细而言，在喷射器110的前端附近的外周面上，形成有朝向喷射器110的插入方向(燃烧室(E)侧)变成小直径的锥形状外周面111；从该锥形状外周面111的小直径端部(下端)向所述插入方向延伸的安装部外周面112；经由从该安装部外周面112中的插入方向的端部向径向立起的台阶面113，直径比安装部外周面112大的前端外周面114。并且，插装于喷射器安装孔101和喷射器110的前端部之间的密封环120由耐热性高的例如PTFE(聚四氟乙烯)等合成树脂材料形成，以穿过中心轴线的平面切断的截面形状呈大致矩形状，其外周面120a和喷射器安装孔101的内面紧密接触的同时，内周面120b与喷射器110的安装部外周面112紧密接触。

因此，如图8所示，根据该密封构造，截面形状为大致矩形状的密封环120，通过燃烧室(E)侧的燃烧气体的压力P向大气侧空间(A)侧发生位移的同时，从喷射器110的安装部外周面112向锥形状外周面111碰触(乗り上げ)，在喷射器安装孔101的内周面和锥形状外周面111之间向径向被压缩，通过其反作用力，密接面压提高，能够有效地隔绝燃烧气体(例如参照下述专利文献)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4342121号公报

专利文献2：日本专利3830896号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

但是，根据上述现有的密封构造，被指出如下问题：在将密封环120安装于喷射器110的安装部外周面112的作业中，在越过直径比安装部外周面112大的前端部外周面114的过程中，密封环120受到扩径变形。并且，在密封环120由缺乏弹性的合成树脂材料形成的情况下，由于仅依靠自己的弹性并不能复原至原先的状态，因此，如专利文献1所示，需要使用矫正工具将密封环120矫正为原先的状态或者接近于原先的状态，工时变多。

另外，密封环120由于受到燃烧气体的压力P而产生密接面压，为了在低压的条件下也能获得优异的密封性，需要在初期状态使密封环120具有压缩余量。也就是说，无论是否存在燃烧气体产生的压力P，都需要在被压缩的状态下安装密封环120。但是，这种情况下，被指出如下问题：安装时使用矫正工具用于矫正密封环120的负荷必须大，安装时的工时变多。

本发明为鉴于以上问题点而完成的，其技术问题在于提供一种密封环安装时的工时不会变多并且能够得到优异的密封性的密封构造。

(解决技术问题的技术方案)

作为有效地解决上述技术问题的技术方案，本发明的技术方案所涉及的密封构造，在外周部件和以插入状态安装于该外周部件的内周部件之间插装有密封环，在所述内周部件的外周面上，形成有朝向该内周部件的插入方向变成小直径的锥形状外周面、以及从该锥形状外周面的小直径端部朝向所述插入方向延伸的安装部外周面；在所述外周部件的内周面上，形成有与所述锥形状外周面相比位于所述插入方向侧的同时朝向反插入方向侧的台阶面、以及从该台阶面的外径端向反插入方向延伸的安装部内周面；所述密封环以压缩状态配置于所述锥形状外周面以及安装部外周面、和所述台阶面以及安装部内周面之间。

根据本发明的技术方案的构成，在密封环的安装时，例如在将密封环外插于内周部件中的安装部外周面的状态下，如果将该内周部件插入外周部件的话，则密封环中的插入方向侧的外径部与形成于外周部件的内周面的台阶面抵接，由此密封环向插入方向的移动被阻止，因此，随着内周部件的插入，密封环中的反插入方向侧的内周面与形成于内周部件的外周面的锥形状外周面相对地碰触，由此，该外周面被按压于外周部件的内周面。此外，此处所说的“反插入方向侧”是指内周部件的插入方向的相反侧。因此，仅通过在内周部件中的锥形状外周面的小直径侧的外周面上外插有密封环的状态下将内周部件插入外周部件，便将密封环以密接状态安装于内周部件的锥形状外周面以及安装部外周面和外周部件的台阶面以及安装部内周面之间，因此安装之后无需利用矫正工具的矫正作业。

并且，在密封环的安装状态下，在插入方向侧的流体压力变为高压的情况下，通过该压力，密封环被向反插入方向侧按压，与内周部件中的锥形状外周面碰触，从而被压缩于与外周部件的安装部内周面之间，因此能够实现高压条件下的优异的密封性。另外，由于密封环在初期状态下以压缩状态被配置于锥形状外周面和台阶面之间，因此即使在低压条件下也能够实现优异的密封性。

本发明的技术方案所涉及的密封构造，在上述的本发明的技术方案所记载的构成中，在内周部件的外周面上形成有第二锥形状外周面，所述第二锥形状外周面与锥形状外周面相比也位于反插入方向侧的同时，外径在所述锥形状外周面的大直径端部以上朝向反插入方向变成大直径。

本发明的技术方案所涉及的密封构造，在上述的本发明的技术方案所记载的构成中，在内周部件的外周面上，形成有位于锥形状外周面和第二锥形状外周面之间的圆筒面状的第二外周面。

本发明的技术方案所涉及的密封构造，在上述的本发明的技术方案所记载的构成中，在外周部件的内周面上形成有锥形面，所述锥形面与安装部内周面相比也位于反插入方向侧的同时，内径在台阶面的的大直径端部以上朝向反插入方向侧变成大直径。

根据上述的本发明的技术方案，在密封环的安装时，例如在将密封环外插入与内周部件中的锥形状外周面相比小直径侧的外周面的状态下，在将该内周部件插入到外周部件的过程中，通过形成于内周部件的锥形状外周面或者形成于外周部件的内周面的锥形面，密封环阶段性地受到压缩，因此，能够安稳地赋予高密接面压。

本发明的技术方案所涉及的密封构造，在上述的本发明的技术方案所记载的构成中，形成于外周部件的内周面的台阶面呈朝向插入方向变成小直径的锥形状。

根据本发明的技术方案，由于密封环在呈锥形状的台阶面和锥形状外周面之间受到压缩，因此，通过该反作用力，与所述台阶面接触的密封环的端面向该台阶面的小直径侧发生位移，从而插入方向侧的内周面与内周部件的安装部外周面紧密接触，因此实现更加优异的密封性。

(发明的效果)

根据本发明所涉及的密封构造，由于在密封环的安装之后无需利用矫正工具的矫正作业，因此不会导致密封环的安装时的工时的增大。进一步，通过形成本发明的密封构造，因此即使在高压以及低压条件下也能够实现优异的密封性。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的密封构造的第一实施方式的半截面图。

图2是示出本发明所涉及的密封构造的第一实施方式中密封环的安装过程的半截面图。

图3是示出本发明所涉及的密封构造的第二实施方式的截面图。

图4是阶段性地示出本发明所涉及的密封构造的第二实施方式中密封环的安装过程的半截面图。

图5是示出本发明所涉及的密封构造的第一实施方式的形状变更例的半截面图。

图6是示出本发明所涉及的密封构造的第二实施方式的形状变更例的半截面图。

图7是示出现有技术所涉及的喷射器安装孔和喷射器之间的密封构造的半截面图。

图8是示出在现有技术所涉及的喷射器安装孔和喷射器之间的密封构造中燃烧气体的压力产生作用的状态的半截面图。

符号说明

1 气缸盖(外周部件)

11 喷射器安装孔

12 台阶面

13 安装部内周面

15 第二锥形状内周面(锥形面)

2 喷射器(内周部件)

21 锥形状外周面

22 安装部外周面

25 第二锥形状外周面

3 密封环。

具体实施方式

以下，参照附图对将本发明所涉及的密封构造适用于喷射器用前端密封构造的优选实施方式进行详细说明。图1示出第一实施方式。

在图1中，参考符号1为内燃机中的气缸盖；参考符号2为以插入状态安装在开设于该气缸盖1的喷射器安装孔11的喷射器；参考符号3为插装于喷射器安装孔11(气缸盖1)和喷射器2之间从而隔绝来自燃烧室(E)侧的高温/高压的燃烧气体的密封环。此外，气缸盖1相当于本发明技术方案中记载的外周部件，喷射器2相当于本发明技术方案中记载的内周部件。

喷射器2使前端的喷嘴2a朝向气缸盖1的内侧的燃烧室(E)，以插入气缸盖1的喷射器安装孔11的状态被安装，向燃烧室(E)内直接喷射燃料。

在喷射器2中的喷嘴2a的外周面，形成有朝向喷射器2的插入方向(燃烧室(E)侧)变成小直径的锥形状外周面21、从该锥形状外周面21的小直径端部(下端)向所述插入方向延伸的安装部外周面22、经由从该安装部外周面22中的插入方向的端部向径向立起的台阶面而直径比安装部外周面22适当大的前端外周面23。此外，如果将安装部外周面22的外径设为ΦA，将前端外周面23的外径设为ΦB，则优选100％﹤ΦB/ΦA﹤110％。

另一方面，在气缸盖1中的喷射器安装孔11的内周面，形成有与图1中示出的安装状态的喷射器2中的锥形状外周面21相比位于插入方向侧的同时朝向所述插入方向变成小直径的呈锥形状的台阶面12、从台阶面12的大直径端部向反插入方向(大气侧空间(A)侧)延伸的安装部内周面13、从台阶面12的小直径端部向插入方向延伸的小直径内周面14。此外，台阶面12的小直径端部(小直径内周面)的内径ΦD与锥形状外周面21的大直径端部的外径ΦC相比为小直径，与喷射器2中的前端外周面23的外径ΦB相比为大直径。

并且，在图1中所示的安装状态下，就喷射器2而言，前端的喷嘴2a(前端外周面23)到达喷射器安装孔11中的小直径内周面14的内周位置，锥形状外周面21与喷射器安装孔11中的台阶面12相比位于反插入方向。换言之，锥形状外周面21和安装部内周面13在径向上彼此相对向，台阶面12和安装部外周面22在径向上彼此相对向。

密封环3由PTFE等合成树脂材料形成，在未安装状态下，如图2所示，以穿过中心轴线的平面切断的截面形状呈大致矩形状，在图1所示的安装状态下，喷射器2中的锥形状外周面21以及安装部外周面22以被压缩的状态配置于气缸盖1的喷射器安装孔11中的台阶面12以及安装部内周面13之间。

详细而言，就该密封环3而言，插入方向侧的端面外径部3a以适当压缩状态与气缸盖1的喷射器安装孔11中的台阶面12紧密接触，通过该压缩反作用力，插入方向侧的内周面3b以适当的面压与喷射器2中的安装部外周面22紧密接触，同时，反插入方向侧的内周面3c以相对的碰触状态与喷射器2中的锥形状外周面21紧密接触，进一步，通过该碰触，反插入方向侧的外周面3d被按压于气缸盖1的喷射器安装孔11中的安装部内周面13，并以适当的面压与所述安装部内周面13紧密接触。

根据以上的构成，当高温/高压的燃烧气体的压力从燃烧室(E)侧经由喷射器2的喷嘴2a和气缸盖1的喷射器安装孔11中的小直径内周面14之间的环状空隙(G)作用于密封环3时，通过该气体压力，密封环3的反插入方向侧的内周面3c欲进一步地向喷射器2中的锥形状外周面21碰触，因此，密封环3的反插入方向侧部分(大气侧空间(A)侧的部分)的压缩率变大，通过其反作用力，相对于喷射器2中的锥形状外周面21以及喷射器安装孔11的安装部内周面13的密接面压提高，能够有效地隔绝燃烧气体向大气侧空间(A)侧的泄漏。

并且，就密封环3而言，即使在初期状态下插入方向侧的端面外径部3a以适当压缩状态与锥形状内周面12紧密接触，通过该压缩反作用力，插入方向侧的内周面3b与安装部外周面22紧密接触的同时，反插入方向侧的内周面3c以碰触状态与锥形状外周面21紧密接触，通过该碰触，反插入方向侧的外周面3d与安装内周面13紧密接触，因此，即使在燃烧室(E)为低压时，也能够实现优异的密封性。

另外，在将密封环3安装于图1的状态时，首先，如图2所示，预先从喷射器2中的喷嘴2a的前端侧向安装部外周面22外插密封环3。在该外插作业中，密封环3需要越过直径比安装部外周面22大的前端外周面23，但是如果安装部外周面22的外径ΦA和前端外周面23的外径ΦB为100％﹤ΦB/ΦA﹤110％的关系的话，则密封环3在越过前端外周面23的过程中被稍微扩径，因此，能够有效地防止密封环3的残留变形。

接着，将于安装部外周面22上外插有密封环3的喷射器2插入气缸盖1的喷射器安装孔11。这样，在该插入过程中，首先，通过密封环3的插入方向侧的端面外径部3a与喷射器安装孔11中的台阶面12抵接，阻止密封环3向插入方向的移动，因此，随着喷射器2被插入，密封环3的反插入方向侧的内周面3c与喷射器2的锥形状外周面21相对地碰触，因此，反插入方向侧的外周面3d被按压于喷射器安装孔11中的安装部内周面13，进一步，密封环3在台阶面12和锥形状外周面21之间受到压缩，因此，通过该反作用力，密封环3的端面外径部3a沿着呈锥形状的台阶面12向小直径侧发生位移，由此，插入方向侧的内周面3b与喷射器2的安装部外周面22紧密接触，变成图1中示出的安装状态。

因此，仅通过预先将密封环3外插于喷射器2的安装部外周面22，之后将喷射器2插入气缸盖1的喷射器安装孔11，由此密封环3以适当的面压在被紧密接触的状态下安装于喷射器2的锥形状外周面21以及安装部外周面22和喷射器安装孔11中的台阶面12以及安装部内周面13，因此安装之后无需利用矫正工具的矫正作业。

接着，图3示出将本发明所涉及的密封构造适用于喷射器用前端密封构造的第二实施方式。

在该第二实施方式中，与第一实施方式的不同之处在于以下点：在喷射器2的外周面上，形成有从锥形状外周面21的大直径端部向反插入方向(上方；大气侧空间(A)侧)延伸的圆筒面状的第二外周面24、和从该第二外周面24的反插入方向的端部(上端)朝向反插入方向变成大直径的第二锥形状外周面25；在气缸盖1中的喷射器安装孔11的内周面上，形成有从与台阶面12相比位于反插入方向侧的安装部内周面13的反插入方向侧的端部进一步朝向反插入方向变成大直径的第二锥形状内周面15。此外，第二锥形状内周面15相当于本发明技术方案中记载的锥形面。

进一步，喷射器2的外周面具有：从第二锥形状外周面25的大直径端部向反插入方向延伸的圆筒面状的第三外周面26、从该第三外周面26的反插入方向的端部朝向反插入方向变成大直径的第三锥形状外周面27、进一步从该第三锥形状外周面27的大直径端部向反插入方向延伸的圆筒面状的第四外周面28，该第四圆筒面状28经由微小的空隙插入从喷射器安装孔11中的第二锥形状内周面15的大直径端部向反插入方向延伸的大直径内周面16。

另外，喷射器2中的第二锥形状外周面25的大直径端部(第三外周面26)的外径，与喷射器安装孔11中的台阶面12的小直径端部(小直径内周面14)的内径相比为大直径，并且，与第二锥形状内周面15的小直径端部(安装部内周面13)的内径相比为小直径，第二锥形状外周面25位于第二锥形状内周面15的内周侧，喷射器2中的锥形状外周面21位于喷射器安装孔11中的安装部内周面13的内周侧。

另外，喷射器2中的锥形状外周面21相对于与喷嘴2a的中心轴线同心的圆筒面的倾斜角度比第二锥形状外周面25小，气缸盖1的喷射器安装孔11中的第二锥形状内周面15相对于与喷射器安装孔11的中心轴线同心的圆筒面的倾斜角度也比台阶面12的倾斜角度小。

并且，就密封环3而言，在未安装状态下，如图4(a)所示，以穿过中心轴线的平面切断的截面形状呈大致矩形状，在图3所示的安装状态下，插入方向侧的端面外径部3a以适当压缩状态与喷射器安装孔11中的台阶面12紧密接触，通过该压缩反作用力，插入方向侧的内周面3b与喷射器2中的安装部外周面22紧密接触，同时，中间部的内周面3e以及反插入方向侧的内周面3f以碰触状态与喷射器2中的锥形状外周面21紧密接触，进一步，反插入方向侧的端面内径部3g压接于喷射器2中的第二锥形状外周面25，由此，反插入方向侧的外周面3d被按压于喷射器安装孔11中的安装部内周面13以及第二锥形状内周面15的一部分，并与所述安装部内周面13以及第二锥形状内周面15的一部分紧密接触。

如上所述构成的第二实施方式，如果高温/高压的燃烧气体的压力从燃烧室(E)侧经由喷射器2的喷嘴2a和气缸盖1的喷射器安装孔11中的小直径内周面14之间的环状空隙(G)作用于密封环3的话，则也和第一实施方式一样，通过该气体压力，密封环3欲向反插入方向发生位移，因此，密接面压提高，能够有效地隔绝燃烧气体。

并且，如后所述，由于密封环3在安装的过程中通过喷射器2中的锥形状外周面21以及第二锥形状外周面25和喷射器安装孔11中的第二锥形状内周面15以及台阶面12而阶段性地受到压缩，因此，能够安稳地赋予高的密接面压，其结果是，即使在燃烧室(E)为低压时也能够实现优异的密封性。

另外，在将密封环3安装于图3的状态时，首先，预先从喷射器2中的喷嘴2a的前端侧向安装部外周面22外插密封环3。并且，这种情况也同先前说明的第一实施方式一样，如果安装部外周面22的外径ΦA和前端外周面23的外径ΦB为100％﹤ΦB/ΦA﹤110％的关系的话，则密封环3在越过前端外周面23的过程中被稍微扩径，因此，能够有效地防止密封环3的残留变形。

接着，如图4(a)所示，将外插有密封环3的喷射器2插入气缸盖1的喷射器安装孔11。这样，在该插入过程中，首先，如图4(b)所示，密封环3的插入方向侧的端面外径部3a与喷射器安装孔11中的第二锥形状内周面15抵接。由于该第二锥形状内周面15的倾斜角度较缓，因此，密封环3以通过与第二锥形状内周面15的滑动而被向径向捋压(しごかれる)的方式被压缩的同时被向安装部内周面13插入。

并且，如图4(c)所示，密封环3在插入过程中与安装部内周面13的接触面积增大，并且由于被压缩而插入阻力不断变大，因此，通过该插入阻力，从喷射器2中的安装部外周面22，经由倾斜角度较缓的锥形状外周面21向第二外周面24碰触，因此，即使在此，也以被向径向捋压的方式受到压缩。并且，通过该压缩，即使在燃烧室(E)为低压时，也变成能够实现某种程度的密封性的状态。

进一步，如图4(d)所示，如果向第二外周面24碰触的密封环3的反插入方向侧的端面内径部3g与喷射器2中的第二锥形状外周面25抵接的话，则密封环3通过被该第二锥形状外周面25按压而进一步向插入方向移动，由此，插入方向侧的端面外径部3a被按压于台阶面12，变成如图3所示的安装状态。

因此，即使在该实施方式中，仅通过预先将密封环3外插入喷射器2的安装部外周面22之后再将喷射器2插入气缸盖1的喷射器安装孔11，密封环3便以紧密接触的状态被安装于喷射器2的锥形状外周面21以及安装部外周面22和喷射器安装孔11中的台阶面12以及安装部内周面13，因此安装之后无需利用矫正工具的矫正作业。

而且，在上述的安装过程中，由于密封环3通过第二锥形状外周面15以及锥形状外周面21从外周侧以及内周侧受到压缩，进一步地，在第二锥形状外周面25和台阶面12之间受到压缩，因此，压缩率阶段性地得以提高，能够安稳地赋予高的密接面压。

此外，在上述实施方式中，将台阶面12形成为朝向插入方向变为小直径的锥形状，但是例如如图5以及图6中作为形状变更例所示，即使呈非倾斜、即与轴心正交的平面，也能够实现与上述同样的效果。

另外，上述的实施方式是将本发明适用于喷射器用前端密封构造，但本发明并不限定于此，例如也能够适用于燃烧压力传感器及其安装孔之间的密封构造、或者筒内压力传感器及其安装孔之间的密封构造。

Claims

1.一种密封构造，其特征在于，在外周部件和以插入状态安装于该外周部件的内周部件之间插装有密封环，在所述内周部件的外周面上，形成有朝向该内周部件的插入方向变成小直径的锥形状外周面、以及从该锥形状外周面的小直径端部朝向所述插入方向延伸的安装部外周面；在所述外周部件的内周面上，形成有与所述锥形状外周面相比位于所述插入方向侧的同时朝向反插入方向侧的台阶面、以及从该台阶面的外径端向反插入方向延伸的安装部内周面；所述密封环以压缩状态配置于所述锥形状外周面以及安装部外周面、和所述台阶面以及安装部内周面之间，在内周部件的外周面上形成有第二锥形状外周面，所述第二锥形状外周面与锥形状外周面相比也位于反插入方向侧的同时，外径在所述锥形状外周面的大直径端部以上朝向反插入方向变成大直径。

2.根据权利要求1所述的密封构造，其特征在于，在内周部件的外周面上，形成有位于锥形状外周面和第二锥形状外周面之间的圆筒面状的第二外周面。

3.根据权利要求1或2所述的密封构造，其特征在于，在外周部件的内周面上形成有锥形面，所述锥形面与安装部内周面相比也位于反插入方向侧的同时，内径在台阶面的大直径端部以上朝向反插入方向变成大直径。

4.根据权利要求1或2所述的密封构造，其特征在于，形成于外周部件的内周面的台阶面呈朝向插入方向变成小直径的锥形状。

5.根据权利要求3所述的密封构造，其特征在于，形成于外周部件的内周面的台阶面呈朝向插入方向变成小直径的锥形状。