JP6036982B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、高圧ガスの漏れを防止する密封構造に関する。

エンジンのシリンダーヘッドに対してインジェクターが取り付けられる部位においては、シリンダーヘッドに形成された取付孔とインジェクターとの間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れてしまうことを防止するために密封装置が設けられている。また、シリンダーヘッドに対して、各種センサーなどの取付部品が取り付けられる部位においても、同様に密封装置が設けられている。このような密封装置において、金属製のワッシャ状のシールを用いる場合に比して、部品点数が少なく、振動による騒音を抑制することのできる樹脂製のシールリングを採用した技術が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、樹脂製のシールリングの場合には、クリープ変形によって、経時的に外周面側でのつぶし代が減少していき、密封機能が低下していくといった課題を有している。

特開２００２−８１５４８号公報

本発明の目的は、シールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態においても、密封機能を発揮させることを可能とする密封構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封構造は、
取付孔を有し、かつ高圧ガスに曝される部材と、
前記取付孔に取り付けられる取付部品と、
前記取付孔と前記取付部品との間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリングと、
を備える密封構造であって、
前記取付孔の内周面には、高圧ガスが存在する側の方が、径が大きくなる段差が形成されており、
前記シールリングは、前記段差の段差面に対して密着する位置に装着されていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングの外周面と取付孔の内周面との間に隙間が生じた場合であっても、取付孔の内周面に形成された段差の段差面に対してシールリングが密着した状態が保たれるため、高圧ガスの漏れを抑制できる。従って、シールリングのつぶし代が経時的に減少してしまい、かつ低温状態によりシールリングが縮径することで、シールリングの外周面と取付孔の内周面との間に隙間が生じても、密封機能が発揮される。

以上説明したように、本発明によれば、シールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態においても、密封機能を発揮させることができる。

図１は本発明の実施例に係るインジェクターの取り付け構造を示す模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係るシールリングの装着状態であって初期の状態を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。 図４は本発明の変形例１に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。 図５は本発明の変形例２に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係る密封構造は、燃焼ガスなどの高圧ガスの漏れを防止するための構造である。より具体的には、本発明に係る密封構造は、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる取付部品との間の環状隙間を密封する構造である。以下の説明においては、高圧ガスに曝される部材としてのシリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる取付部品としてのインジェクターとの間の環状隙間を密封する密封構造の場合を例にして説明する。なお、本発明は、シリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる各種センサー（例えば、燃焼圧センサー）との間の環状隙間を密封する密封構造にも適用可能である。また、本発明は、シリンダーヘッドに限らず、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる各種取付部品との間の環状隙間を密封する密封構造にも適用可能である。

（実施例）
＜インジェクターの取り付け構造＞
本実施例に係る密封構造が適用されるインジェクターの取り付け構造について、図１を参照して説明する。なお、図１においては、説明の便宜上、シールリングは省略している。

エンジンのシリンダーヘッド３００には、インジェクター取付孔３１０が形成されている。インジェクター２００は、このインジェクター取付孔３１０に、その先端部分が挿入されるように取り付けられる。図中、シリンダーヘッド３００を介して下側が燃焼室側（Ｅ）であり、上側が大気側（Ａ）である。燃焼室側（Ｅ）においては、高圧の燃焼ガスが発生するため、インジェクター取付孔３１０とインジェクター２００との間の環状隙間から、燃焼ガスが大気側（Ａ）に漏れるのを防止する必要がある。そこで、インジェクター２００の先端部分に環状溝２１０を設け、この環状溝２１０にシールリング（先端シール）を装着することによって、上記環状隙間から燃焼ガスが大気側（Ａ）に漏れるのを防止している。なお、インジェクター２００の先端付近には、つば２２０が設けられている。これにより、インジェクター２００をシリンダーヘッド３００から引き抜くと、シールリングも同時に抜き取ることができる。

＜密封構造＞
図２を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図２は本発明の実施例に係るシールリング１００の装着状態であって初期の状態を示す模式的断面図である。なお、図２における断面図は、シールリング１００の中心軸線を含む面で切断した断面の一部を示している。なお、本実施例に係る密封構造は、回転対称形状であり、シールリング１００の中心軸線を含むいずれの面においても、同一の断面形状をなしている。

シールリング１００は、少なくとも２００℃の耐熱性を有する樹脂材料（ＰＴＦＥやＰＴＦＥと充填材からなる樹脂組成物など）により構成された円筒形状の部材である。すなわち、シールリング１００における中心軸線を含む面で切断した断面形状は矩形である。つまり、このシールリング１００の内周面側は、環状溝２１０の溝底面に密着する円柱面１１０によって構成され、その外周面側は、インジェクター取付孔３１０の内周面に密着する円柱面１２０によって構成されている。なお、シールリング１００は、装着された状態では、環状溝２１０の溝底面の形状、及びインジェクター取付孔３１０の内周面の形状に倣って変形するため、図２に示すように断面形状は矩形にはならない。

また、シールリング１００は、少なくとも初期状態ではつぶし代を有している。そのため、内周面側の円柱面１１０及び外周面側の円柱面１２０は、それぞれ環状溝２１０の溝底面及びインジェクター取付孔３１０の内周面に対して、十分な面圧を有する状態で密着している。

インジェクター２００の環状溝２１０の溝底面は、燃焼室側（Ｅ）が円柱面２１１で構成され、大気側（Ａ）が大気側（Ａ）に向かうにつれて拡径するテーパ面２１２で構成されている。これにより、シールリング１００は燃焼ガスの圧力によって大気側（Ａ）に向かって押圧されてテーパ面２１２に押し付けられるため、セルフシール機能が発揮される。そして、インジェクター取付孔３１０の内周面は、燃焼室側（Ｅ）が大径部３１０ａ、大気側（Ａ）が小径部３１０ｂとなり、高圧ガスが存在する燃焼室側（Ｅ）の方が、径が大きくなる段差が形成されている。ここで、大径部３１０ａと小径部３１０ｂとの間の段差面３１０ｃは、設計上、シールリング１００やインジェクター取付孔３１０の中心軸線に対して垂直となっている。

本実施例においては、シールリング１００は、インジェクター取付孔３１０のうち小径部３１０ｂ側に入り込むように装着される。これにより、シールリング１００の外周面側はインジェクター取付孔３１０の内周面に倣うように変形するため、シールリング１００の外周面も段差ができるように変形する。このような変形によりできた段差面１２０ａが、インジェクター取付孔３１０の内周面における大径部３１０ａと小径部３１０ｂとの間の段差面３１０ｃに対して密着する。

（本実施例に係る密封構造の優れた点）
本実施例に係る密封構造によれば、シールリング１００の外周面とインジェクター取付孔３１０の内周面との間に隙間が生じた場合であっても、インジェクター取付孔３１０の内周面に形成された段差の段差面３１０ｃに対してシールリング１００が密着した状態が保たれるため、高圧ガスの漏れを抑制できる。この点について、図３を参照して、より詳細に説明する。

図３は本発明の実施例に係るシールリング１００の装着状態であってシールリング１００のつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。上記の通り、シールリング１００は、初期状態においては、内周面側も外周面側もつぶし代が設けられている。しかしながら、つぶし代は経時的に減少してしまう。このようにつぶし代が減少した状態で、環境温度が低温になると、シールリング１００が縮径し、図３に示すように、シールリング１００の外周面とインジェクター取付孔３１０の内周面との間には隙間Ｓが生じてしまう。

しかしながら、本実施例に係る密封構造の場合には、シールリング１００の外周面における段差面１２０ａが、インジェクター取付孔３１０の内周面における大径部３１０ａと小径部３１０ｂとの間の段差面３１０ｃに対して密着した状態が維持される。したがって、上記のような隙間Ｓが生じた場合であっても、密封機能が発揮される。

（変形例１）
上記実施例においては、シールリング１００がインジェクター取付孔３１０のうち小径部３１０ｂ側に入り込むように装着されることで、シールリング１００に形成された段差面１２０ａが、インジェクター取付孔３１０の内周面における段差面３１０ｃに対して密着する場合を示した。しかしながら、図４に示すように、シールリング１００の先端面１３０がインジェクター取付孔３１０の内周面における段差面３１０ｃに対して密着するように構成してもよい。この場合においても、図４に示すように、シールリング１００の外周面とインジェクター取付孔３１０の内周面との間に隙間Ｓが生じても、シールリング１００の先端面１３０が、インジェクター取付孔３１０の段差面３１０ｃに対して密着した状態が維持される。したがって、上記のような隙間Ｓが生じた場合であっても、密封機能が発揮される。なお、図４においては、上記実施例で示した構成と同一の構成部分については同一の符号を付している。

（変形例２）
上記実施例においては、インジェクター取付孔３１０の内周面は、燃焼室側（Ｅ）が大径部３１０ａ、大気側（Ａ）が小径部３１０ｂとなるように構成されることで、高圧ガスが存在する燃焼室側（Ｅ）の方が、径が大きくなる段差が形成される場合を示した。しかしながら、図５に示すように、インジェクター取付孔３１０の内周面に環状の突出部３２０を設けることによって、高圧ガスが存在する燃焼室側（Ｅ）の方が、径が大きくなる段差を形成させることもできる。この場合においても、突出部３２０における燃焼室側（Ｅ）の面が段差面３２０ａとなる。この段差面３２０ａについても、設計上、シールリング１００やインジェクター取付孔３１０の中心軸線に対して垂直となるようにすればよい。なお、図５においては、上記実施例の場合と同様に、シールリング１００がインジェクター取付孔３１０のうち突出部３２０側に入り込むように装着されることで、シールリング１００に形成された段差面１２０ａが、突出部３２０における段差面３２０ａに対して密着する場合を示している。しかしながら、上記変形例１の場合と同様に、シールリング１００の先端面１３０が、この段差面３２０ａに対して密着するように構成してもよい。なお、図５においては、上記実施例で示した構成と同一の構成部分については同一の符号を付している。

１００ シールリング
１１０ 円柱面
１２０ 円柱面
１２０ａ 段差面
１３０ 先端面
２００ インジェクター
２１０ 環状溝
２１１ 円柱面
２１２ テーパ面
２２０ つば
３００ シリンダーヘッド
３１０ インジェクター取付孔
３１０ａ 大径部
３１０ｂ 小径部
３１０ｃ 段差面
３２０ 突出部
３２０ａ 段差面

Claims (2)

1. 取付孔を有し、かつ高圧ガスに曝される部材と、
   前記取付孔に取り付けられる取付部品と、
   前記取付孔と前記取付部品との間の環状隙間を封止する樹脂製の単一部材からなるシールリングと、
   を備える密封構造であって、
   前記取付孔の内周面には、高圧ガスが存在する側の方が、径が大きくなる段差が形成されており、
   前記シールリングは、前記段差の段差面に対して密着する位置に装着されると共に、
   前記取付部品には前記高圧ガスが存在する側からその反対側に向かって拡径するテーパ面が設けられており、前記シールリングは、高圧ガスの圧力により該テーパ面に押し付けられることを特徴とする密封構造。
2. 前記シールリングの外周面が変形することにより形成された段差面が、前記取付孔の内周面に形成されている前記段差の段差面に対して密着することを特徴とする請求項１に記載の密封構造。

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