JP3833408B2 - 排気管用シール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに結合される一対の分割排気管の両筒状連結端部を互いに差し込み結合している部位をシールリングでシールする排気管用シール装置に関し、特に、シールリングによるシール性の向上を図るのに好適な排気管用シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は高温高圧の排ガスを排気管や排ガス後処理装置を通過させることにより低温化及び低圧化して大気中に放出している。ここで用いる排気管は耐熱耐圧性を考慮して金属パイプで形成されており、これがレイアウト上あるいは取付作業性の制約を受ける場合、あるいは、金属パイプの温度変化による伸縮に対処する必要がある場合、複数の分割排気管は長手方向の長さ変位を吸収可能に連結される必要がある。このように排気管が互いに結合される複数の分割排気管で形成される場合、車体側への装着時には各分割排気管の連結端部は互いに差し込み結合されると共にシール装置によって同部の気密性が確保されることとなる。
【０００３】
このように互いに結合される一対の分割排気管の連結部に用いられるシール装置として、例えば図９に示すものが知られている。このシール装置は一対の分割排気管１１０，１２０の内の一方の筒状大端部１３０とこれに差し込まれる他方の筒状小端部１４０との間をシールリング１５０でシールしている。シールリング１６０は各分割排気管の筒状端部１３０，１４０の共通軸線Ｌの方向に単一あるいは複数個（図９では一つ）が配設される。このシールリング１５０はその内周端を筒状小端部１４０の環状凹溝１６０に嵌着し、外周端を筒状大端部１３０の内壁面に当接する。排気路Ｒより環状凹溝１６０に漏れてくる排ガス圧力をシールリング１５０が受けると、その一側壁面が両筒状端部の共通軸線Ｌの方向への排ガスの圧力Ｐ１を受け、低壁面が拡径方向への排ガスの圧力Ｐ２を受け、これにより、シールリング１５０の他側壁面が環状凹溝１６０の内側面に圧接され、シールリング１５０の外周端縁が筒状大端部１３０の内壁面に圧接され、これにより排ガスの大気側への漏れを防止している。
【０００４】
しかし、環状凹溝１６０に漏れてきた排ガスのガス圧は比較的低く、シールリング１５０と環状凹溝１６０の内側面や筒状大端部１３０の内壁面との間の圧接状態を十分に保持するだけの押圧力を確保できず、シール性が低いという問題があった。そこで、シールリング１５０の低壁面に拡径付勢された弾性リング（図９に２点鎖線で示す）Ｓを当接し、シールリング１５０を筒状大端部１３０の内壁面に確実に圧接し、シール性を確保するものが知られており、その一例が特公平６−６０５７２号公報に従来例として開示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように拡径方向に弾性変位可能な弾性リングＳを用いた場合、シールリング１５０と筒状大端部１３０の内壁面との間のシール性は確保されるが、シールリング１５０と環状凹溝１６０の内側面との間のシール性は確保できない。そこで、特公平６−６０５７２号公報には、拡径方向に弾性変位可能なエキスパンダーリングを用い、同リングが当接するシールリングの低壁面を傾斜させ、この傾斜低壁面がエキスパンダーリングより受けた拡径方向の弾性力を分割し、即ち、両筒状連結端部の共通軸線方向への分力を生じさせ、これによりシールリングを環状凹溝の側面に押圧するようにしたものが提案されている。
【０００６】
しかし、エキスパンダーリングが生じる共通軸線方向の分力の分割機能は比較的低く、シールリングと環状凹溝の側面との間のシール性を十分に確保できる分力の発生は困難である。特に、エキスパンダーリングの傾斜低壁面が経時劣化すると、この傾斜低壁面のエキスパンダーリングが当接する部位が経時的に凹変形し易く、この状態に陥ると、共通軸線方向への分力の発生機能がより低下し、シール性がより低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、一対の分割排気管の両筒状端部を互いに差し込み結合している部位を確実にシール性良くシールできる排気管用シール装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、互いに結合される一方の分割排気管の筒状大端部に他方の分割排気管の筒状小端部を差し込み、これらの間をシールするシールリングを、上記筒状小端部の外壁面の環状凹溝に嵌着し、その外周縁が上記筒状大端部の内壁面に当接する様にした排気管用シール装置で、あって、上記両筒状端部の共通軸線方向に弾性的に圧縮変形される軸方向弾性押圧部材が嵌着され、上記軸方向弾性押圧部材の左右側面は上記共通軸線の垂直平面に対し所定の傾斜角を保持し、上記環状凹溝内でその外周縁の一側端がシールリングに当接し、内周縁の一側端が環状凹溝の一方の内側壁に当接するようにしている。
ここでシールリングは筒状大端部の内壁面に当接し、しかも、圧縮変形した軸方向弾性押圧部材が環状凹溝内でその外周縁の一側端がシールリングに当接し、内周縁の一側端が環状凹溝の一方の内側壁に当接することで、シールリングを両筒状端部の共通軸線方向に押圧し、環状凹溝の内側面に圧接するので、排ガスが環状凹溝の内側面とシールリングとの環状隙間より大気側に漏れることを確実に防止でき、シール性の向上を図れる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１記載の排気管用シール装置において、上記シールリングは円周方向の一部が切断され拡径方向に弾性変位可能に形成されていることを特徴とする。
この場合、筒状大端部の内壁面とシールリングの外周縁の間のシール性をシールリングが強化し、環状凹溝の内側面とシールリングとの間のシール性を軸方向弾性押圧部材が強化するので、全体のシール性を十分に向上できる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１記載の排気管用シール装置において、上記軸方向弾性押圧部材は弾性的に縮径変形可能に形成されその半径方向の断面に断面剛性を低下させる凹状切り込みを形成され、且つ、縮径変形して半径方向断面を共通軸線方向に傾けて上記環状隙間に嵌着されることを特徴とする。
この場合、軸方向弾性押圧部材は半径方向断面に凹状切り込みを形成して、半径方向断面の共通軸線方向における左右の断面剛性に偏差を持たせ、縮径変形した際に、この左右の断面剛性の偏差に応じて半径方向断面を共通軸線方向に傾けて同方向の幅を増加させ、その状態で環状凹溝の環状隙間に嵌着される。このため、軸方向弾性押圧部材はシールリングを共通軸線方向に弾性的に押圧でき、排ガスが環状凹溝の内側面とシールリングとの環状隙間より大気側に漏れることを確実に防止でき、シール性の向上を図れる。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項１記載の排気管用シール装置において、上記軸方向弾性押圧部材は切欠部を有する皿ばねであることを特徴とする。
この場合、環状凹溝の皿ばね嵌着用の環状隙間を比較的小さくでき、レイアウト的な自由度を増すことができ、特に、両筒状端部の共通軸線方向にシールリングを多段に配設する構成を採る場合に、スペース確保が比較的容易となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の適用された排気管用シール装置を示した。
この排気管用シール装置Ａは図示しないエンジンの排気路Ｒを形成する２分割式の排気分岐管の連結部Ｊに装着され、この連結部Ｊより排ガスＧが大気側に漏れることを防止するように構成されている。
この排気分岐管を成す一方の第１分割排気管１と他方の第２分割排気管２はそれぞれの分岐枝部側（図示せず）が図示しないエンジン本体側に一体的に結合され、連結部Ｊにおいて互いがずれなく差し込み結合される。なお、図１に示す連結部Ｊにおいて、排ガスＧは第１分割排気管１側より第２分割排気管２側に流動するものとする。
【００１３】
第１分割排気管１は連結端に筒状小端部３とそれに続く環状の鍔部４を形成される。筒状小端部３の外壁面ｆ１には環状凹溝５が形成され、同部にはシールリング６及び軸方向弾性押圧部材としてのバックアップリング７が嵌着される。第２分割排気管２は連結端に筒状大端部８とそれに続く環状段部９を形成される。筒状大端部８はその内壁面ｆ２が筒状小端部３の外壁面ｆ１と隙間ｔを介し対向するように形成される。
【００１４】
環状凹溝５に嵌着されるシールリング６は切欠部ａを有するリングとして鋳造等により製造され、矩形断面を有し、その矩形断面の左右側面は共通軸線Ｌの垂直平面に沿うように形状され、その外周縁は環状平面に形成され、同部は筒状大端部８の内壁面ｆ２に当接するように形成される。シールリング６は環状凹溝５に嵌着され、一対の突合せ端６０１を突合せるように弾性的に縮径変形され、その外周縁が筒状大端部８の内壁面ｆ２に当接する状態を保持する。この状態において、シールリング６はその外周縁が筒状大端部８の内壁面ｆ２に拡径方向の弾性復帰力Ｆ２を加え、これにより、同部のシール性を確保する。なお、シールリング６は熱へたりにより、張力が低下することを防止することが望ましく、即ち、半径方向への弾性変位特性を高温雰囲気下にされられても耐久性良く保持することが望ましく、ここでは素材として、ＪＩＳ ＳＵＳ ４４０Ｂ等の耐熱性材料が使用される。
【００１５】
環状凹溝５にシールリング６と共に嵌着されるバックアップリング７は各第１分割排気管１，２の両筒状端部３，８の共通軸線Ｌの方向に圧縮変形された上で環状凹溝５の内側面とシールリング６との隙間幅ｅの環状隙間に嵌着され、弾性復帰に伴う軸方向押圧力Ｆ１をシールリング６に加えるように構成されている。
【００１６】
バックアップリング７は切欠部ｂを有するリングとしてシールリング６と同様の耐熱性材料で鋳造等により製造される。図１に示すように、バックアップリング７は共通軸線Ｌの垂直平面に対し所定の傾斜角（図１の角度αより大きな角）を保つ左右側面を有した傾斜矩形断面のリングとして製造される。これは一対の突合せ端７０１，７０１を突合せ弾性的に縮径変位され、しかも、共通軸線Ｌの方向に圧縮変形された状態、即ち、共通軸線Ｌの垂直平面に対し所定の傾斜角αを保って環状凹溝５に嵌着される。この環状凹溝５に嵌着された状態において、バックアップリング７はその外径が筒状大端部８の内壁面ｆ２における内径に近似するように設定される。バックアップリング７は環状凹溝５内でその外周縁の一側端がシールリング６に当接し、内周縁の一側端が環状凹溝５の一方の内側壁に当接し、これによりバックアップリング７はシールリング６を環状凹溝５の他方の内側壁に軸方向押圧力Ｆ１で押圧し、同部のシール性を確保している。
【００１７】
このような排気管用シール装置Ａを用いての一対の第１第２分割排気管１，２の連結部Ｊにおける連結処理作業を説明する。
まず、第１分割排気管１の筒状小端部３の環状凹溝５にシールリング６を嵌着し、一対の突合せ端６０１，６０１を突合せ状態に保持し、次いでバックアップリング７を嵌着し、一対の突合せ端７０１，７０１を突合せ状態に保持しする。この際、バックアップリング７は、共通軸線Ｌの方向の隙間幅ｅ相当に圧縮変形され、傾斜矩形断面が共通軸線Ｌの垂直平面に対し傾斜角αを保つ状態でシールリング６と環状凹溝５の一方の内側面間に押し込み嵌挿される。
次に、筒状小端部３に第２分割排気管２の筒状大端部８が外嵌される。この際、バックアップリング７及びシールリング６は縮径方向に弾性変形され、これによって両リングの外周端縁が筒状大端部８の内壁面ｆ２内に嵌挿される。
【００１８】
このようにして一対の分割排気管１，２の連結部Ｊにおける連結処理が完了した後、一対の分割排気管１，２のそれぞれの分岐枝部側（図示せず）が図示しないエンジン本体側に一体的に結合され、これにより連結部Ｊにおける差し込み結合状態がずれなく保持される。このような、結合状態において筒状大端部８と筒状小端部３間には隙間ｔが確保され、この隙間ｔにより、一対の分割排気管１，２の温度変化による長手方向の長さ変位を吸収可能としている。
【００１９】
このような連結部Ｊにおいて筒状大端部８と筒状小端部３の隙間ｔを経て環状凹部５に排ガスが流入するとする。この際、シールリング６はその一方の側面でバックアップリング７の軸方向押圧力Ｆ１と排ガス圧力Ｐ１を受け、確実にシールリング６の他側面を環状凹溝５の他方の内側面に圧接し、同部のシール性を十分に確保できる。更に、シールリング６は自身の拡径方向の弾性復帰力Ｆ２と底壁面で拡径方向の排ガス圧力Ｐ２を受け、確実にシールリング６の外周縁を筒状大端部８の内壁面ｆ２に圧接し、同部のシール性を十分に確保でき、確実に排ガスが連結部Ｊより漏れることを防止できる。特に、シールリング６自体が筒状大端部８の内壁面ｆ２へ圧接する弾性復帰力Ｆ２を発揮し、バックアップリング７がシールリング６を環状凹溝５の内側面に圧接する軸方向押圧力Ｆ１を発揮するので、各押圧力が安定して加わり、バックアップリング７及びシールリング６が熱へたりにより張力を低下することを比較的防止でき、シールリング６のシール力を耐久性良く、確実に保持できる。
図１、図２に示した排気管用シール装置Ａで用いたバックアップリング７は所定の傾斜角αを保つ左右側面を有した傾斜矩形断面のリングであったが、これに代えて、図３に示すようなバックアップリング７ａを用いても良い。
【００２０】
ここで連結部Ｊに配備されるバックアップリング７ａは図１のバックアップリング７と同様の素材で形成され、図４（ａ）に２点鎖線で示すように、切欠部ｂを有するリングとして、特に、内周端側に凹状切り込みｃを形成した変形矩形断面を有するリングとして製造される。バックアップリング７ａは、図４（ａ）に２点鎖線で示す自由状態より、実線で示す縮径状態に変位され、この際、一対の突合せ端７０１ａ，７０１ａが突合される。特に、このバックアップリング７ａは自由状態において、その変形矩形断面が共通軸線Ｌの垂直平面に沿う左右側面を有しているが、凹状切り込みｃがこの変形矩形断面の左右の断面剛性の不釣合を設定していることより、これが縮径状態に変位された際に、凹状切り込みｃのある側（図４（ｂ）において左側）の断面剛性が反対側より小さいことより、この凹状切り込みｃ３側の圧縮変位量が大きくなり、実線で示すように変形矩形断面が傾き、共通軸線Ｌの方向の幅がＢ１よりＢ２に拡大する。
【００２１】
なお、バックアップリング７ａの変形矩形断面の自由状態での縮径変位時の幅Ｂ２は環状凹溝５の一方の内側面とシールリング６の隙間幅ｅ１より大きく設定されている。このため、バックアップリング７ａが縮径状態に変位され共通軸線Ｌの方向の幅がＢ２より小さく圧縮されて環状凹溝５にシールリング６と共に押し込められたセット状態において、バックアップリング７ａはその外周端縁が共通軸線Ｌの方向の弾性的な軸方向押圧力Ｆ１’をシールリング６に加えることができる。
図３に示すようなバックアップリング７ａを用いた場合も、図１のバックアップリング７を用いた場合と同様の作用効果を得られ、特に、共通軸線Ｌの垂直平面に沿う左右側面を有した変形矩形断面のバックアップリング７ａは自由状態で傾斜角αの傾斜矩形断面を有する図１のバックアップリング７に比べて製造が容易化される。
【００２２】
図５（ａ）、（ｂ）には図３のバックアップリング７ａの変形例を示した。
ここで連結部Ｊに配備されるバックアップリング７ｂはその内周端側に傾斜切欠ｃ１を形成した変形矩形断面を有し、これにより左右の断面剛性の不釣合を設定している。この場合も、バックアップリング７ｂは傾斜切欠ｃ１のある側の断面剛性が反対側より小さいことより実線で示す自由状態より、２点鎖線で示す縮径状態に変位して変形矩形断面が傾き、共通軸線Ｌの方向の幅がＢ３よりＢ４に拡大する。この場合もバックアップリング７ｂはその外周端縁が弾性的な軸方向押圧力Ｆ１’をシールリング６に加えることができ、図３のバックアップリング７ａと同様の作用効果を得られる。
【００２３】
図３のバックアップリング７ａはその変形矩形断面の内周縁側に凹状切り込みｃを有していたが、これに代えて、図６（ａ）、（ｂ）に示すような各変形矩形断面を有するバックアップリング７ｃ，７ｄを用いても良い。
ここで、図６（ａ）に示すバックアップリング７ｃはその外周側に凹状切り込みｃ２を形成した変形矩形断面を有している。この場合、凹状切り込みｃ２を有した図中右側域が左側域より断面剛性が低く、この凹状切り込みｃ２側の延び変形量が比較的大きくなり、変形矩形断面が２点鎖線で示す自由状態より実線で示す縮径状態に傾き、共通軸線Ｌの方向の幅がＢ５よりＢ６に拡大する。この場合もバックアップリング７ｃはその外周端縁が弾性的な軸方向押圧力Ｆ１’をシールリング６に加えることができ、図３のバックアップリング７ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
図６（ｂ）に示すバックアップリング７ｄはその内外両方の周側部に凹状切り込みｃ３をそれぞれ形成し、特に内側の凹状切り込みｃ３が大きく設定された変形矩形断面を有している。この場合、図中左側域が右側域より断面剛性が低く、内側の凹状切り込みｃ３回りの圧縮変位量が大きくなり、縮径変位された際に凹状切り込みｃ３のある側の圧縮変形が比較的大きくなり、変形矩形断面が２点鎖線で示す自由状態より実線で示す縮径状態に傾き、共通軸線Ｌの方向の幅がＢ７よりＢ８に拡大する。この場合もバックアップリング７ｄはその外周端縁が弾性的な軸方向押圧力Ｆ１’をシールリング６に加えることができ、図３のバックアップリング７ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
図１の排気管用シール装置Ａは軸方向弾性押圧部材としてのバックアップリング７等を用い、シールリング６に対して軸方向押圧力Ｆ１等を付与していたが、これに代えて、図７（ａ）、（ｂ）に示すような皿ばね１２を用いて軸方向押圧力Ｆ１”を付与しても良い。図７（ａ）、（ｂ）の皿ばね１２は、その内周縁側に多数のスリット１２１を形成され、共通軸線Ｌ（図１参照）の方向の弾性変形を容易化され、周方向の一部に切欠部１２２を形成され、環状凹溝５への嵌着を可能としている。
【００２６】
これら皿ばね１２を連結部Ｊに設けた場合も、図１のバックアップリング７を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。特に、皿ばね１２を用いた場合、環状凹溝５における皿ばね１２装着用の溝幅ｅ２を比較的小さくでき、レイアウト上の自由度を大きくでき、例えば、共通軸線Ｌ（図１参照）の方向にシールリングおよび皿ばねを嵌着する環状凹溝を複数多段に配設し、シール性をより強化するような場合に特に有効となる。
【００２７】
図１の排気管用シール装置Ａは２分割式の排気分岐管の連結部Ｊに装着されるものとして説明したが、その他の図示しない排気路構成配管部に同様に連結部を設けた場合にも同連結部に本発明の適用された排気管用シール装置を装備でき、この場合も図１の排気管用シール装置Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、シールリングが筒状大端部の内壁面に当接し、しかも、圧縮変形した軸方向弾性押圧部材が環状凹溝内でその外周縁の一側端がシールリングに当接し、内周縁の一側端が環状凹溝の一方の内側壁に当接することで、シールリングを両筒状端部の共通軸線方向に押圧し環状凹溝の内側面に圧接するので、排ガスが環状凹溝の内側面とシールリングとの隙間より大気側に漏れることを確実に防止でき、シール性の向上を図れる。
【００２９】
請求項２の発明では、特に、筒状大端部の内壁面とシールリングの外周縁の間のシール性をシールリングが強化し、環状凹溝の内側面とシールリングとの間のシール性を軸方向弾性押圧部材が強化するので、全体のシール性を十分に向上できる。
【００３０】
請求項３の発明では、特に、半径方向断面に凹状切り込みを形成して左右の断面剛性に偏差を持たせ、縮径変形した際に半径方向断面を共通軸線方向に傾けて同方向の幅を増加させ、その状態で環状凹溝の環状隙間に嵌着するので、軸方向弾性押圧部材はシールリングを共通軸線方向に弾性的に押圧でき、排ガスが環状凹溝の内側面とシールリングとの環状隙間より大気側に漏れることを確実に防止でき、シール性の向上を図れる。
【００３１】
請求項４の発明では、特に、環状凹溝の皿ばね嵌着用の隙間を比較的小さくでき、レイアウト的な自由度を増すことができ、特に、両筒状端部の共通軸線方向にシールリングを多段に配設する構成を採る場合に、スペース確保が比較的容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての排気管用シール装置の要部断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態例としての排気管用シール装置の要部断面図である。
【図４】図３の排気管用シール装置で用いるバックアップリングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態例としての排気管用シール装置を示し、（ａ）は同装置の要部断面図、（ｂ）は同装置内のバックアップリングの縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態例としての排気管用シール装置で用いるバックアップリングの要部断面を示し、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例である。
【図７】本発明の他の実施形態例としての排気管用シール装置を示し、（ａ）は同装置の要部断面図、（ｂ）は同装置内の皿ばねの正面図である。
【図８】 従来の排気管用シール装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１ 第１分割排気管
２ 第２分割排気管
３ 筒状小端部
５ 環状凹溝
６ シールリング
７ バックアップリング
８ 筒状大端部
ｆ１ 筒状小端部の外壁面
ｆ２ 筒状大端部の内壁面
ｔ 隙間
Ａ 排気管用シール装置
Ｊ 連結部
Ｌ 共通軸線

Claims (4)

1. 互いに結合される一方の分割排気管の筒状大端部に他方の分割排気管の筒状小端部を差し込み、上記筒状小端部の外壁面の環状凹溝に上記筒状大端部の内壁面に外周縁が当接するシールリングを嵌着した排気管用シール装置において、
   上記環状凹溝の内側面と上記シールリングとの環状隙間に上記両筒状端部の共通軸線方向に弾性的に圧縮変形された軸方向弾性押圧部材が嵌着され、上記軸方向弾性押圧部材の左右側面は上記共通軸線の垂直平面に対し所定の傾斜角を保持し、上記環状凹溝内でその外周縁の一側端がシールリングに当接し、内周縁の一側端が環状凹溝の一方の内側壁に当接したことを特徴とする排気管用シール装置。
2. 上記シールリングは弾性的に縮径変形可能に形成されて上記環状凹溝に嵌着されることを特徴とする請求項１記載の排気管用シール装置。
3. 上記軸方向弾性押圧部材は弾性的に縮径変形可能に形成されその半径方向の断面に断面剛性を低下させる凹状切り込みを形成され、且つ、縮径変形して半径方向断面を共通軸線方向に傾けて上記環状隙間に嵌着される請求項１記載の排気管用シール装置。
4. 上記軸方向弾性押圧部材は切欠部を有する皿ばねであることを特徴とする請求項１記載の排気管用シール装置。

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