KR101723367B1

KR101723367B1 - 밀봉장치

Info

Publication number: KR101723367B1
Application number: KR1020157006810A
Authority: KR
Inventors: 타다노 히카루; 곤도 요스케; 몬마 히로아키
Original assignee: 엔오케이 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2017-04-05
Also published as: CN104662342A; JP5556978B1; CN104662342B; US9273655B2; WO2014046288A1; EP2908034B1; JPWO2014046288A1; US20150233331A1; EP2908034A1; EP2908034A4; KR20150045486A

Abstract

수지로 만들어진 실 링이, 크리프 변형에 의해 경시적으로 찌부러짐 허용량이 감소한 때에 있어서도, 밀봉 기능을 발휘시키는 것을 가능하게 하는 밀봉장치를 제공한다. 고리모양 홈(210) 내에서 연소실 측(E)에 설치되는 수지로 만들어진 실 링(110)과, 대기 측(A)에 설치되는 고무 탄성체로 만들어진 탄성 링(120)을 구비하되, 실 링(110)은 내주면 측에는 연소실 측(E)에 있어서 고리모양 홈(210)의 홈 바닥에 밀착하는 원기둥면 부분(112a)과, 대기 측(A)에 있어서 대기 측(A)으로 향함에 따라 직경이 확대되는 경사면 부분(112b)를 가지고 있고, 탄성 링(120)은 그 적어도 일부가 경사면 부분(112b)과 고리모양 홈의 홈 바닥 사이에 끼워넣어짐으로써, 실 링(110)에서의 대기 측(A)의 부위를 외주면 측을 향해 꽉 누르도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

밀봉장치 {SEALING DEVICE}

본 발명은 고압 가스의 누설을 방지하는 밀봉장치에 관한 것이다.

엔진의 실린더 헤드에 대해 인젝터가 장착되는 부위에 있어서는, 실린더 헤드에 형성된 장착 구멍과 인젝터 사이의 고리모양 간극으로부터 고압의 연소 가스가 누설되어 버리는 것을 방지하기 위해 밀봉장치가 설치되어 있다. 또, 실린더 헤드에 대하여, 그 밖의 각종 센서가 장착되는 부위에 있어서도, 마찬가지로 밀봉장치가 설치되어 있다. 이러한 밀봉장치에 있어서, 금속으로 만들어진 와셔 모양의 실(seal)을 사용하는 경우에 비해, 부품 점수가 적고, 진동에 의한 소음을 억제할 수 있는 수지로 만들어진 실 링(seal ring, 밀봉 링)을 채용한 기술이 알려져 있다.

그렇지만, 수지로 만들어진 실 링의 경우에는, 크리프(creep) 변형에 의해 경시적으로 외주면 측에서의 찌부러짐 허용량(compression allowance)이 감소해 가고, 밀봉 기능이 저하되어 간다고 하는 과제를 가지고 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 연소 가스의 압력에 의해 자기 밀봉(self-seal) 기능이 발휘되는 구조나, 부분적으로 면압을 높이는 구조를 채용하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1, 2, 3 참조). 그러나, 이러한 기술의 경우에는, 어느 정도 수명을 연장시키는 것이 가능하지만, 경시적인 찌부러짐 허용량의 감소에 따른 밀봉 기능의 저하를 충분히 억제하고 있다고는 말할 수 없다. 특히, 찌부러짐 허용량이 없어지고, 또한 저온 저압 상태에서의 밀봉 기능의 저하에 대한 대책이 충분하지 않다.

또, 수지로 만들어진 실 링의 내주면 측에, 당해 실 링을 외주면 측을 향해 꽉 누르는 탄성 부재를 설치함으로써, 밀봉 기능의 저하를 억제하는 기술도 알려져 있다(특허 문헌 4 참조). 그러나, 이 기술의 경우에는 탄성 부재가 연소 가스에 직접 노출될 수 있다. 그 때문에, 탄성 부재의 소재로서 내열성이 높은 것을 사용하지 않으면 안되고, 또 탄성 부재의 기능 저하라고 하는 문제도 있다. 따라서, 아직 개선의 여지가 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3830896호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 제4311218호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 제4193498호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특개 2009-264129호 공보

본 발명의 목적은, 수지로 만들어진 실 링이, 크리프 변형에 의해 경시적으로 찌부러짐 허용량이 감소한 때에 있어서도, 밀봉 기능을 발휘시키는 것을 가능하게 하는 밀봉장치를 제공하는 것이다.

[0007]

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용했다.

즉, 본 발명의 밀봉장치는,

고압 가스에 노출되는 부재에 형성된 장착 구멍과, 그 장착 구멍에 장착되는 장착 부품 사이의 고리모양 간극을 밀봉하는 밀봉장치로서,

상기 장착 부품의 외주면 측에 형성된 고리모양 홈에 장착되는 밀봉장치에 있어서,

상기 고리모양 홈 내에서 고압 가스의 압력을 받는 측에 설치되는 수지로 만들어진 실 링과,

상기 고리모양 홈 내에서 상기 실 링에 대하여 고압 가스의 압력을 받는 측과는 반대측에 설치되는 고무 탄성체로 만들어진 탄성 링을 구비하되,

상기 실 링은, 외주면 측에는 상기 장착 구멍의 내주면에 밀착하는 원기둥면 부분을 갖고, 또한 내주면 측에는 고압 가스의 압력을 받는 측에서 상기 고리모양 홈의 홈 바닥에 밀착하는 원기둥면 부분과, 상기 반대측에서 그 반대측으로 향함에 따라 직경이 확대되는 경사면 부분을 가지고 있으며,

상기 탄성 링은, 그 적어도 일부가 상기 경사면 부분과 상기 고리모양 홈의 홈 바닥 사이에 끼워넣어짐으로써, 상기 실 링에서의 상기 반대측의 부위를 외주면 측을 향해 꽉 누르도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 실 링에서의 고압 가스의 압력을 받는 측과는 반대측의 부위는 탄성 링에 의해 외주면 측으로 꽉 눌린다. 따라서, 수지로 만들어진 실 링이, 크리프 변형에 의해 경시적으로 찌부러짐 허용량이 감소한 때, 및 찌부러짐 허용량이 없어진 때에 있어서도, 실 링 중 적어도 상기 반대측의 부위가 장착 구멍의 내주면에 대하여 밀착된 상태가 유지된다.

또, 실 링은 외주면 측의 원기둥면 부분이 장착 구멍의 내주면에 밀착하고, 내주면 측이고 또 고압 가스의 압력을 받는 측의 원기둥면 부분이 장착 부품의 고리모양 홈의 홈 바닥에 밀착한다. 따라서, 실 링에 대하여 고압 가스의 압력을 받는 측과는 반대측에 배치된 탄성 링은 고압 가스에 직접 노출되는 일은 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수지로 만들어진 실 링이, 크리프 변형에 의해 경시적으로 찌부러짐 허용량이 감소한 때에 있어서도, 밀봉 기능을 발휘시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 장착 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉장치의 장착 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉장치의 장착 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초해서 예시적으로 상세히 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 이 발명의 범위를 그것들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.

본 발명에 따른 밀봉장치는, 연소 가스 등의 고압 가스의 누설을 방지하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 밀봉장치는 고압 가스에 노출되는 부재에 형성된 장착 구멍과, 그 장착 구멍에 장착되는 장착 부품 사이의 고리모양 간극을 밀봉하기 위해 사용된다. 이하의 설명에 있어서는, 고압 가스에 노출되는 부재로서의 실린더 헤드에 형성된 장착 구멍과, 이 장착 구멍에 장착되는 장착 부품으로서의 인젝터 사이의 고리모양 간극을 밀봉하는 밀봉장치의 경우를 예로 들어 설명한다. 한편, 본 발명은 실린더 헤드에 형성된 장착 구멍과, 이 장착 구멍에 장착된 각종 센서(예를 들어, 연소 압력 센서) 사이의 고리모양 간극을 밀봉하는 밀봉장치에도 적용 가능하다. 또, 본 발명은 실린더 헤드에 한정되지 않고, 고압 가스에 노출되는 부재에 형성된 장착 구멍과, 그 장착 구멍에 장착되는 각종 장착 부품 사이의 고리모양 간극을 밀봉하는 밀봉장치에도 적용 가능하다.

(인젝터의 장착 구조)

본 실시예에 따른 밀봉장치를 설명하기에 앞서, 본 실시예에 따른 밀봉장치가 적용되는 인젝터의 장착 구조에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 한편, 도 1에 있어서는, 설명의 편의상, 밀봉장치는 생략하고 있다.

엔진의 실린더 헤드(300)에는 인젝터 장착 구멍(310)이 형성되어 있다. 인젝터(200)는, 이 인젝터 장착 구멍(310)에 그 선단(先端) 부분이 삽입되도록 장착된다. 도 중, 실린더 헤드(300)를 매개로 아래측이 연소실 측(E)이고, 위측이 대기 측(A)이다. 연소실 측(E)에 있어서는, 고압의 연소 가스가 발생하기 때문에, 인젝터 장착 구멍(310)과 인젝터(200) 사이의 고리모양 간극으로부터, 연소 가스가 대기 측(A)으로 누설되는 것을 방지할 필요가 있다. 그래서, 인젝터(200)의 선단 부분에 고리모양 홈(210)을 설치하고, 이 고리모양 홈(210)에 밀봉장치(선단 실)를 장착함으로써, 상기 고리모양 간극으로부터 연소 가스가 대기 측(A)으로 누설되는 것을 방지하고 있다.

(실시예 1)

도 2을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉장치에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉장치의 장착 상태를 나타내는 모식적 단면도이고, 밀봉장치의 중심 축선을 통과하는 면에서 절단한 단면의 일부를 나타내고 있다. 한편, 본 실시예에 따른 밀봉장치(100)는 회전 대칭 형상이고, 중심 축선을 통과하는 어느 면에 있어서도 동일한 단면 형상을 이루고 있다.

본 실시예에 따른 밀봉장치(100)는, 수지로 만들어진 실 링(110)과, 고무 탄성체로 만들어진 탄성 링(120)으로 구성된다. 고리모양 홈 내에 있어서, 연소실 측(E)에 실 링(110)이 설치되고, 대기 측(A)에 탄성 링(120)이 설치된다. 한편, 연소실 측(E)이 연소 가스(고압 가스)의 압력을 받는 측이고, 대기 측(A)이 연소 가스의 압력을 받는 측과는 반대측이다.

실 링(110)은, 적어도 200℃의 내열성을 갖는 수지 재료(PTFE나 PTFE와 충전 재로 이루어진 수지 조성물 등)에 의해 구성된다. 그리고, 이 실 링(110)의 외주면 측은 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면에 밀착하는 원기둥면(111)에 의해 구성되어 있다. 또, 이 실 링(110)의 내주면 측은 연소실 측(E)에 있어서 고리모양 홈(210)의 홈 바닥에 밀착하는 원기둥면 부분(112a)과, 대기 측(A)에 있어서 대기 측(A)으로 향함에 따라 직경이 확대되는 경사면 부분(112b)으로 구성되어 있다. 한편, 본 실시예에 따른 경사면 부분(112b)은 테이퍼면으로 구성한 경우를 나타내고 있지만, 단면에서 본 경우에 만곡한 경사면으로 구성해도 좋다. 한편, 실 링(110)은 적어도 초기 상태에서는 찌부러짐 허용량을 가지고 있다. 그 때문에, 외주면 측의 원기둥면(111) 및 내주면 측의 원기둥면 부분(112a)은 각각 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면 및 고리모양 홈(210)의 홈 바닥에 대하여 충분한 면압을 가진 상태로 밀착하고 있다.

탄성 링(120)의 재료로서는, 예를 들어 불소 고무, 아크릴 고무, HNBR 등의 내열 고무 소재를 채용할 수 있다. 본 실시예에 따른 탄성 링(120)은, 대략 원통 형상의 부재로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 탄성 링(120)은 원통형상의 부재에 대하여 그 외주면 측이고 또 연소실 측(E)에 경사면(121)을 가진 구조이다. 따라서, 탄성 링(120)에서의 외주면 중 경사면(121)이 설치되어 있지 않은 부분과, 탄성 링(120)의 내주면은, 원통면에 의해 구성되어 있다.

또, 탄성 링(120)에서의 경사면(121)은 실 링(110)에서의 경사면 부분(112b)에 대하여 꽉 누르도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 경사면(121)은 경사면 부분(112b)과 마찬가지로, 대기 측(A)으로 향함에 따라 직경이 확대되는 테이퍼면으로 구성되고, 또한 경사면 부분(112b)에 대하여 찌부러짐 허용량을 갖도록 구성되어 있다. 한편, 경사면 부분(112b)의 테이퍼 각도와 경사면(121)의 테이퍼 각도는 동일하게 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 한편, 실 링(110)의 경사면 부분(112b)이 테이퍼면 이외의 경사면으로 구성된 경우에는, 탄성 링(120)에서의 경사면(121)도 경사면 부분(112b)과 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 이 탄성 링(120)은, 연소실 측(E)의 경사면(121)이 설치되어 있는 부분이, 실 링(110)에서의 경사면 부분(112b)과 고리모양 홈(210)의 홈 바닥 사이에 끼워넣어지도록 배치된다. 이에 따라, 탄성 링(120)은 실 링(110)에서의 대기 측(A)의 부위를 외주면 측을 향해 꽉 누른다(도 중, 화살표 F 참조). 한편, 탄성 링(120)이 배치되는 위치는, 고리모양 홈(210) 중, 축방향에 있어서, 중심보다 대기 측(A)의 영역 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 실 링(110)의 내주면 측에서의 고리모양 홈(210)의 홈 바닥면에 대하여 접촉하는 부위의 축방향 길이는, 고리모양 홈(210)의 축방향 길이의 1/3 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

(본 실시예에 따른 밀봉장치의 우수한 점)

본 실시예에 따른 밀봉장치(100)에 의하면, 실 링(110)에서의 대기 측(A)의 부위는 탄성 링(120)에 의해 외주면 측으로 꽉 눌린다. 이에 따라, 수지로 만들어진 실 링(110)이, 크리프 변형에 의해 경시적으로 찌부러짐 허용량이 감소한 때, 및 찌부러짐 허용량이 없어진 때에 있어서도, 실 링(110) 중 적어도 대기 측(A)의 부위가 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면에 대하여 밀착된 상태가 유지된다. 따라서, 찌부러짐 허용량이 없어지고, 또한 저온 저압 상태에 있어서도 밀봉 기능을 발휘시킬 수 있다.

또, 본 실시예에 따른 밀봉장치(100)의 경우에는, 연소 가스의 압력에 의해실 링(110)을 매개로 탄성 링(120)이 대기 측(A)으로 꽉 눌린다. 그 때문에, 탄성 링(120)은 실 링(110)과 고리모양 홈(210)의 홈 바닥면 및 대기 측(A)의 측면에 의해 압축된다. 이에 따라, 탄성 링(120)의 탄성 반발력에 의해, 실 링(110)에서의 경사면 부분(112b)을 꽉 누르는 힘(도 2 중 화살표 F 참조)은 보다 한층 높아진다. 더욱이, 실 링(110)은 연소 가스의 압력을 받음으로써, 탄성 링(120)의 경사면(121)에 대하여 경사면 부분(112b)이 슬라이드하면서 대기 측(A)으로 밀어넣어진다. 그 때문에, 실 링(110)에서의 대기 측(A)의 부위는 보다 한층 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면에 대한 밀착력이 높아진다. 이러한 것들이 서로 어울려서, 연소 가스의 압력이 높아질수록, 실 링(110)의 대기 측(A) 부위에서의 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면에 대한 밀착력이 높아진다.

또, 실 링(110)은 외주면 측의 원기둥면(111)이 인젝터 장착 구멍(310)의 내주면에 밀착하고, 내주면 측이고 또 연소실 측(E)에서의 원기둥면 부분(112a)이 인젝터(200)의 고리모양 홈(210)의 홈 바닥에 밀착한다. 이에 따라, 실 링(110)에 대하여 대기 측(A)에 배치된 탄성 링(120)은 연소 가스에 직접 노출되는 일은 없다. 따라서, 연소 가스에 의해 탄성 링(120)이 열화해 버리는 것이 억제된다. 또, 연소 가스는 고온이지만, 탄성 링(120)의 경우에는 실 링(110)의 경우와 같이 200℃ 이상의 내열성을 갖게 할 필요도 없다. 여기서, 본 실시예에서는, 탄성 링(120)이 배치되는 위치를, 고리모양 홈(210) 중, 축방향에 있어서, 중심보다 대기 측(A)의 영역 내로 하고 있다. 또, 실 링(110)의 내주면 측에서의 고리모양 홈(210)의 홈 바닥면에 대하여 접촉하는 부위의 축방향 길이는, 고리모양 홈(210)의 축방향 길이의 1/3 이상으로 설정하고 있다. 따라서, 탄성 링(120)이 연소 가스에 직접 노출되어 버리는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다.

(실시예 2)

도 3에는, 본 발명의 실시예 2가 나타내어져 있다. 본 실시예에 있어서는, 탄성 링으로서 O링을 채용한 경우의 구성을 나타내고 있다. 그 밖의 구성 및 작용에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉장치의 장착 상태를 나타내는 모식적 단면도이고, 밀봉장치의 중심 축선을 통과하는 면에서 절단한 단면의 일부를 나타내고 있다. 한편, 본 실시예에 따른 밀봉장치(100)는 회전 대칭 형상이고, 중심 축선을 통과하는 어느 면에 있어서도 동일한 단면 형상을 이루고 있다.

본 실시예에 따른 밀봉장치(100)도, 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 수지로 만들어진 실 링(110)과, 고무 탄성체로 만들어진 탄성 링(130)으로 구성된다. 실 링(110)의 구성에 대해서는, 상기 실시예 1의 경우와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 또, 실 링(110)과 탄성 링(130)의 배치 관계에 대해서도, 상기 실시예 1의 경우와 동일하다.

본 실시예에 따른 탄성 링(130)으로서, 단면 형상이 원형의 O링을 채용하고 있다. 그리고, 이 탄성 링(130)은 실 링(110)의 경사면 부분(112b)에 대하여 꽉 누르도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 탄성 링(130)은 그 일부분이 실 링(110)에서의 경사면 부분(112b)과 고리모양 홈(210)의 홈 바닥 사이에 끼워넣어지도록 배치된다. 이에 따라, 탄성 링(130)은 실 링(110)에서의 대기 측(A)의 부위를 외주면 측을 향해 꽉 누른다(도 중, 화살표 F 참조). 한편, 탄성 링(130)이 배치되는 위치는, 고리모양 홈(210) 중, 축방향에 있어서, 중심보다 대기 측(A)의 영역 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 실 링(110)의 내주면 측에서의 고리모양 홈(210)의 홈 바닥면에 대하여 접촉하는 부위의 축방향 길이는 고리모양 홈(210)의 축방향 길이의 1/3 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 구성에 의해, 본 실시예에 따른 밀봉장치(100)의 경우에도, 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 한편, 본 실시예의 경우에는, 상기 실시예 1의 경우에 비해, 실 링(110)이 연소 가스의 압력을 받음으로써, 탄성 링(130)에 대하여 경사면 부분(112b)이 슬라이드하면서 대기 측(A)으로 밀어넣어지는 효과는 떨어진다. 그렇지만, 탄성 링(130)에 대해 구조가 간단하고 또한 범용 부품인 O링을 채용할 수 있는 이점이 있다.

1000 밀봉장치
110 실 링
111 원기둥면
112a 원기둥면 부분
112b 경사면 부분
120 탄성 링
121 경사면
130 탄성 링
200 인젝터
210 고리모양 홈
300 실린더 헤드
310 인젝터 장착 구멍

Claims

고압 가스에 노출되는 부재에 형성된 장착 구멍과, 이 장착 구멍에 장착되는 장착 부품 사이의 고리모양 간극을 밀봉하는 밀봉장치로서,
상기 장착 부품의 외주면 측에 형성된 고리모양 홈에 장착되는 밀봉장치에 있어서,
상기 고리모양 홈 내에서 고압 가스의 압력을 받는 측에 설치되는 수지로 만들어진 실 링과,
상기 고리모양 홈 내에서 상기 실 링에 대하여 고압 가스의 압력을 받는 측과는 반대측에 설치되는 고무 탄성체로 만들어진 탄성 링을 구비하되,
상기 실 링은, 외주면 측에는 상기 장착 구멍의 내주면에 밀착하는 원기둥면 부분을 갖고, 또한 내주면 측에는 고압 가스의 압력을 받는 측에서 상기 고리모양 홈의 홈 바닥에 밀착하는 원기둥면 부분과, 상기 반대측에서 그 반대측으로 향함에 따라 직경이 확대되는 경사면 부분을 가지고 있으며,
상기 탄성 링은, 그 적어도 일부가 상기 경사면 부분과 상기 고리모양 홈의 홈 바닥 사이에 끼워넣어짐으로써, 상기 실 링에서의 상기 반대측의 부위를 외주면 측을 향해 꽉 누르도록 배치되고,
상기 장착 구멍은 내부 연소 엔진의 실린더 헤드에 형성되어 있고, 상기 장착 부품은 상기 내부 연소 엔진의 연소실을 향해 연장되는 연료 인젝터인 것을 특징으로 하는 밀봉장치.