CN1320295C - 密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐压性优异、可以防止破损的高性能密封装置。密封装置(1)为双重密封结构，由第一密封部(2)密封高压侧(H)的高压燃料，由第二密封部(3)密封从低压侧(L)的凸轮侧而来的油，进而，利用第二密封部(3)对从第一密封部(2)而来的少量泄漏的燃料进行密封，该密封装置(1)可以在常用的0～2MPa下使用，即使施加5MPa或其以上的高压燃料压力也不会破损。另外，由于在第一密封部(2)中采用可以与轴(10)自由滑动地密封接触的树脂环(21)，所以即使对于润滑状态差的燃料也不会产生异常的磨损，提高了密封件的耐用性。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及一种作为例如用于对燃料进行高压力加压的高压燃料泵的往复运动用密封件使用的密封装置。

背景技术

近年来，在柴油发动机或汽油发动机等中，为了实现低燃料消耗或高输出等性能的提高，开发出了向缸体内直接喷射高压燃料并使其燃烧的筒内直接喷射方式的发动机。

而且，在这种筒内直接喷射方式的发动机中，必须要有用于对燃料施加高压力的高压燃料泵，在该高压燃料泵中使用需要高压密封性的往复运动用密封装置。

作为现有的往复运动用密封装置，已知如图9所示的装置。图9所示的密封装置101，其目的是对从在进行燃料喷射的发动机中使用的高压燃料泵沿轴向向作为往复运动的轴110的密封对象侧的高压侧H供应的高压燃料进行密封。

在图9中，密封装置101被设置在壳体111的端部，以便将从高压侧H作用的作为高压密封对象流体的燃料(汽油或柴油等)，且是通过了壳体111的轴导向部的滑动部的燃料进行密封。并且，在密封装置101的低压侧L对用于润滑或冷却目的的油进行密封。

而且，密封装置101配有：具有嵌合到壳体111的端部外周上的筒部102a的金属环102，和从设置在该金属环102的筒部102a低压侧L端上的向内的凸缘部102b起、由橡胶状弹性体制成的分别向高压侧H和低压侧L延伸、并在轴110上滑动的第一、第二密封唇103、104。

但是，在上述图9所示现有技术的密封装置中，在高压燃料压力高的情况下的密封唇磨损过大，为了防止由于橡胶状弹性体部分的破损等造成的燃料泄漏的发生，泵的结构必须将有关密封装置的高压燃料的压力抑制在常用的0～0.6MPa。

因此，当橡胶状弹性体部分为薄壁状，且施加1MPa或其以上的高压燃料的压力时，可能会产生操作破损。

另外，由于使用的燃料不具有润滑性，所以高压燃料的压力越高，则密封唇越会产生异常磨损，越易于产生燃料泄漏。

对于加有酒精的燃料等，橡胶状弹性体部分产生膨润，橡胶状弹性体的硬度、强度下降，会导致操作破损、或者密封唇的干涉量消失，产生燃料泄漏。

进而，导致装置增大，不能节省空间。

另一方面，为了简化泵的结构，考虑了取消排出孔，但是若取消排出孔则高压燃料的压力升高，因而，为了将高压燃料的压力控制在常用的0～0.6MPa而不能将其取消，不能实现泵结构的简化。

本发明用于解决上述现有技术的问题，其目的是提供一种耐压性优异、可以防止破损的高性能的密封装置。

发明内容

用于实现上述目的的本发明中，是一种用于密封形成于往复运动的两个对向面之间的环状间隙的密封装置，其特征在于，包括：第一密封部，该第一密封部由可自由滑动地与一个对向面密封接触的树脂制密封构件、和对该树脂制密封构件向一个对向面加载的加载构件构成，配置在该第一密封部的反密封对象侧上的第二密封部。

因而，可以形成即使从第一密封部少量泄漏、也可以由第二密封部进行密封的双重密封结构，可以在常用的0～2MPa下使用，即使施加5MPa或其以上的高压燃料压力，也不会破损。

另外，由于在第一密封部中使用可自由滑动地与一个对向面密封接触的树脂制密封构件，所以即使对于润滑性差的燃料也不会产生异常磨损，提高了密封的耐用性。

进而，即使对于加入酒精的燃料，在第一密封件中也几乎没有由于使用树脂制密封构件而产生的膨润，加载构件也由于与现有技术的密封装置不同、没有薄壁部，所以不会破损，不易于发生由于干涉量下降而造成泄漏。

进而，第一、第二密封部结构简单，与现有技术的具备密封唇的密封装置结构相比，可以实现小型化、节省空间的设计。

而且，由于即使在常用的0～2MPa和在高压燃料压力下也可以使用，所以可以取消排出孔、实现泵结构的简化。

优选，配有密封推压构件，该密封推压构件形成嵌入有前述第一密封部的安装槽的反密封对象侧槽侧壁，在该密封推压构件中，形成有嵌入前述第二密封部的第二安装槽。

由此，可以利用简单的结构构成双重密封结构的密封件。

前述第二密封部优选为挤压式填塞密封件。

由此，提高了密封性能。

前述第二密封部优选由可自由滑动地与一个对向面密封接触的树脂制密封构件、和对该树脂制密封构件向一个对向面加载的加载构件构成。

借此，可以实现装置在更高的压力下的使用。

前述第二密封部优选为具有背压泄漏特性的填塞件。

借此，即使在第一密封部和第二密封部之间产生蓄压，也可以从第二密封部的具有背压泄漏特性的填塞件释放蓄压，提高耐用性。

前述第二密封部优选为具有可自由滑动地与一个对向面密封接触的密封唇部的密封构件。

借此，可实现装置密封性的进一步提高。

附图说明

图1是表示第一个实施形式涉及的密封装置的图示。

图2是表示采用第一个实施形式涉及的密封装置的周边系统的半剖视图。

图3是表示第一个实施形式涉及的密封装置的另一个例子的图示。

图4是表示第二个实施形式涉及的密封装置的图示。

图5是表示第三个实施形式涉及的密封装置的图示。

图6是表示第四个实施形式涉及的密封装置的图示。

图7是表示第五个实施形式涉及的密封装置的图示。

图8是表示第六个实施形式涉及的密封装置的图示。

图9是表示现有技术的密封装置的半剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图，举例详细说明本发明的优选实施形式。但是，所述实施形式中记载的结构构件的尺寸、材料、形状、它们的相对配置等均不特别地限于特定的记载，它们对本发明的范围不起限定作用。

(第一个实施形式)

图1是表示第一个实施形式涉及的密封装置1的图示。图2是表示采用图1的密封装置1的周边系统的图示。

图1的密封装置1，在用于向缸体内直接喷射高压力的燃料并进行燃烧的筒内直接喷射方式的发动机中使用的燃料施加高压力的高压燃料泵中，作为需要高压密封性的往复运动用密封装置使用，其目的是对供应给作为沿轴向往复运动的轴10的密封对象侧的高压侧H的高压燃料进行密封。

在图1中，密封装置1设置在壳体11的端部上，以便将从高压侧H作用的高压密封对象流体的燃料(汽油或柴油等)，且是通过了壳体11的轴导向部的滑动部的燃料进行密封。并且，在密封装置1的低压侧L，对用于进行润滑或冷却的油进行密封。

密封装置1，从高压侧H起以第一密封部2、第二密封部3的顺序安装在内径扩大的壳体11的端部上。

嵌入该第一密封部2的安装槽的以下述方式形成，即，将使壳体11端部的内径扩大的阶梯部作为高压侧槽的侧壁，将作为密封推压构件的密封推压件4配置在低压侧L。

嵌入安装槽的第一密封部2，由可自由滑动地与轴10密封接触的作为树脂制密封构件的树脂环21、和对树脂环21向轴10加载的作为加载构件的O环22构成。

第一密封部2的树脂环21成截面为矩形的圆环形状，采用四氟化乙烯类树脂材料。若采用这种材料，则可以获得优异的耐燃料腐蚀形、耐热性、耐磨损性和滑动性。该树脂环21的内周面形成与轴10触接、滑动的滑动面。

O环22是配置在树脂环21的壳体11侧(槽底侧)的背面上的橡胶状弹性体制成的构件。该O环22利用沿径向压溃时的作为反作用力产生的加载力，对树脂环21向轴10上加载。O环22采用氟橡胶、丙烯酸橡胶等。若采用这种材料，则可以优化耐燃料腐蚀性和耐热性。优选地，也可以使用耐低温性优异的氟橡胶(例如Dupont社制造的バイトンGLT)。

另一方面，形成嵌入有第一密封部2的安装槽的低压侧槽侧壁的密封推压件4，是嵌合到直径扩大的壳体11端部内周上的金属等的圆环状构件。在密封推压件4的内周上形成有用于嵌入第二密封部3的第二安装槽。

在该密封推压件4的第二安装槽中，嵌入有第二密封部3，第二密封部3与轴10触接、滑动，并进行低压侧L的密封。

第二密封部3采用作为挤压式填塞密封件的X环31。另外，作为用在第二密封部3中的挤压式填塞密封件，也可以采用O环、D环等。挤压式填塞密封件的材料采用耐燃料腐蚀性、耐热性优异的氟橡胶、丙烯酸橡胶。优选采用氟橡胶。

上述结构的密封装置1，适用于图2所示的系统。即，在图2中，通过与发动机直接连接的凸轮5的旋转操作，轴10进行往复移动，高压侧H的高压燃料压力升高。弹簧6使轴10始终与凸轮5接触，凸轮5的操作与轴直接相关。

在此，通过将第一密封部2和第二密封部3之间的距离设定得比轴10的往复运动行程长，可以防止第一密封部2处的密封对象流体进入到第二密封部中。另外，通过将X环31与轴10接触的两个唇之间的距离设定得比轴10的往复运动行程短，可使润滑油遍及两个唇以保持润滑性，可以降低唇的磨损、延长使用寿命。

这种密封装置1形成双重结构，由第一密封部2对高压侧H的高压燃料进行密封，由第二密封部3对从低压侧L的凸轮5侧而来的发动机油等油进行密封，进而由第二密封部3对从第一密封部2少量泄漏的高压燃料进行密封。

因而，本实施形式涉及的密封装置1，可以在常用的0～2MPa下使用，即使施加5MPa或其以上的高压燃料压力也不会破损。

另外，由于在第一密封部2中采用在轴10上可自由滑动地密封接触的树脂环21，所以即使对于润滑状态差的燃料也不会产生异常磨损，可以提高密封耐用性。

进而，即使对于加入酒精的燃料，在第一密封部2中也几乎不会由于使用树脂环21而产生膨润，O环22与现有技术的密封装置不同，由于没有薄壁部所以不会破损，难于发生由于干涉量下降而造成的泄漏。

进而，第一、第二密封部2、3结构简单，与现有技术的配有密封唇的密封装置结构相比，可以实现小型化和节省空间的设计。

而且，由于在常用的0～2MPa和高压燃料的压力增高时也可以使用，所以可以取消排出孔，简化泵的结构。

另外，在本实施形式中，虽然第一密封部2的树脂环21的截面为矩形，但是并不限于此，也可以采用图3所示截面形状的树脂环23、24。图3(a)所示的树脂环23，使滑动面的轴向中央部突出并在低压侧L形成斜面，图3(b)所示的树脂环24，滑动面的高压侧H形成越靠近高压侧越远离轴的斜面。借此，对高压侧H的密封对象流体进行密封的同时，密封件的面压分布在第一密封部2和第二密封部3之间蓄压的压力可以向高压侧H排出。

另外，密封装置的安装本身可以按下述步骤容易地进行，首先，将作为第一密封部2的树脂环21和O环22压入至安装槽的高压侧槽的侧壁，其次，在将第二密封部3的X环31嵌入到密封推压件4的状态，将密封推压件4嵌合到壳体11中。

(第二个实施形式)

图4是表示第二个实施形式涉及的密封装置1的半剖视图。另外，由于各构件的形状、材料与第一个实施形式一样，所以省略对它们的说明。

在图4的密封装置1中，第二密封部3与第一密封部2一样，由可自由滑动地与轴10密封接触的第二树脂环32、和对第二树脂环32向轴10加载的第二O环33构成。

在上述结构中，也可以发挥与第一实施形式相同的效果。另外，由于如果是该第二密封部3的结构，则对高压的耐用性增强，所以该装置可以在更高的压力下使用。

(第三个实施形式)

图5是表示第三个实施形式涉及的密封装置1的半剖视图。另外，除了不采用密封推压件4这一点以外，由于各构件的形状、材料等与第一个实施形式一样，所以省略对它们的说明。

在图5的密封装置1中，在第二密封部3中，作为具有背压泄漏特性的填塞件使用U形填塞件34。另外，作为在第二密封部3中采用的具有背压泄漏特性的填塞件并不限于U形填塞件34，也可以采用其它填塞件。对于该填塞件的材料，使用耐燃料腐蚀性、耐热性优异的氟橡胶、丙烯酸橡胶。优选使用氟橡胶。

在上述结构中，可以发挥与第一个实施例相同的效果。另外，即使在第一密封部2和第二密封部3之间产生蓄压，也可以在低压侧L从第二密封部3的U形填塞件34将蓄压释放，可实现耐用性的提高。

在此，在本实施例中，嵌入有第一密封部2的安装槽，在直线A的部分被分割。因而，可以在直线A的部分分割壳体11后嵌入第一密封部2的树脂环21和O环22，特别是树脂环21不易变形，树脂环21和O环22的安装容易。

另外，在本实施形式中，配置在第一密封部2和第二密封部3的之间的间隔设定得比轴10的往复行程长，燃料难以到达第二密封部3，防止了燃料向第二密封部3侵入。

(第四个实施形式)

图6是表示第四个实施形式涉及的密封装置1的半剖视图。另外，由于各构件的形状、材料等与第三个实施形式一样，所以省略对它们的说明。

在图6的密封装置1中，在第二密封部3中采用油密封件35、36作为具有密封唇部的密封构件。油密封件35配置在高压侧H，油密封件36配置在低压侧L。

油密封件35、36两者均是将橡胶状弹性体烧结到金属环上而构成的。对于橡胶状弹性体的材料，两个油密封件35、36采用同样耐燃料腐蚀性、耐热性优异的氟橡胶、丙烯酸橡胶。优选采用氟橡胶。另外，将油密封件35的烧结有密封唇部的金属环的内径前端设定的尽可能的小，以抑制密封唇部的变形的方式提高耐压性。

各油密封件35、36的密封唇部被卡紧弹簧压接在轴10的表面。

该油型密封件35、36的密封唇部的相互的唇前端之间的间隔设定得比轴10的往复运动行程短，以便润滑油遍及两个油密封件35、36。

这里，油密封件35的密封唇部向高压侧H延伸。利用油密封件35充分地对高压侧H的燃料泄漏进行密封。该油密封件35的密封唇部，与轴10表面接触的唇前端部位的形状形成为圆弧形状。利用该圆弧形状，使其与轴10表面的滑动阻力下降，特别是即使燃料滑动也可以防止磨损，并且可以防止经由轴10的表面从低压侧L送出的油的泄漏。

另外，油密封件36的密封唇部向低压侧L延伸。利用油密封件36对低压侧L的油的泄漏进行密封。

在此，利用橡胶状弹性体覆盖油密封件35的嵌合部，形成橡胶嵌合，不会产生泄漏。并且，油密封件36的嵌合部仅由金属环构成，形成金属配合并固定油密封件35、36。

上述结构，也可以发挥与第一个实施形式相同的效果。另外，在第二个密封部3中，由于采用具有密封唇部的油密封件35、36，因而可以进一步提高装置的密封性。

另外，在本实施形式中，与第三个实施形式一样，可以在直线A的部分分割嵌入有第一密封部2的安装槽。另外，配置在第一密封部2和第二密封部3之间的间隔设定得比轴10的往复行程长。该效果如第三个实施形式中所述。

(第五个实施形式)

图7是表示第五个实施形式涉及的密封装置1的半剖视图。另外，由于各构件的形状、材料等与第三个实施形式一样，所以省略对其的说明。

在图7的密封装置1中，在第二密封部3中，采用油密封件37作为具有密封唇部的密封构件。另外，在油密封件37的高压侧H配置有副填塞件38作为辅助密封构件。

油密封件37是将橡胶状弹性体烧结到金属环上构成的。橡胶状弹性体的材料采用耐燃料腐蚀性、耐热性优异的氟橡胶、丙烯酸橡胶。优选采用氟橡胶。以金属环围绕壳体11的外周安装油密封件37。

油密封件37的密封唇部被卡紧弹簧压靠在轴10的表面上。

油密封件37的密封唇部向低压侧L延伸。利用油密封件37对低压侧L的油进行密封以防止泄漏。

副填塞件38是配置在油密封件37的高压侧H的方形安装槽中的U形填塞件等，在填塞件外周面上设置凸起以增加面接触压力从而提高密封性能。另外，副填塞件38在填塞件的内周面上相对于轴10滑动并对高压侧H的燃料进行充分地密封、以防止泄漏。进而，副填塞件38，由于在低压侧L壳体11尽可能地接近轴10，所以其抗变形能力和耐压性优异。副填塞件38也采用与油密封件37的橡胶状弹性体相同的材料。

上述结构，可以发挥与第一实施形式相同的效果。另外，在第二密封部3中采用具有密封唇部的油密封件37和副填塞件38，可实现装置密封性能的进一步提高。进而，由于采用紧凑的油密封件37，所以可以实现装置轴向大小的紧凑化。

另外，在本实施形式中，也可与第三实施形式一样，在直线A的部分分割嵌入有第一密封部2的安装槽。另外，配置在第一密封部2和第二密封部3之间的间隔设定得比轴10的往复行程长。该效果如第三个实施形式所述。

(第六个实施形式)

图8是表示第六个实施形式涉及的密封装置1的半剖视图。另外，由于各构件的形状、材料等与第三个实施形式一样，所以省略对它们的说明。

在图8的密封装置1中，在第二密封部3中采用油密封件39作为具有密封唇部的密封构件。

油密封件39是将橡胶状弹性体烧结到金属环上构成的。橡胶状弹性体的材料采用耐燃料腐蚀性、耐热性优异的氟橡胶、丙烯酸橡胶。优选采用氟橡胶。油密封件39，为了提高嵌合力而形成金属配合，利用金属环围绕壳体11的外周安装。在此，在油密封件39的金属环和壳体11之间夹有O环39a。利用O环39a，防止在金属嵌合部分的泄漏。

油密封件39的密封唇部分别向高压侧H和低压侧L延伸，分别被卡紧弹簧压靠在轴10的表面上。

由于油密封件39的密封唇部分别向高压侧H和低压侧L延伸，所以在烧结有橡胶状弹性体的金属环的金属环内周前端、以扩大贯穿两侧的区域的方式沿周向方向设置多个使前端凹入的凹部，或在周向上设置多个孔，借此，可以在成型时橡胶状弹性体的基础部遍及两个密封唇部。

向油密封件39的高压侧H延伸的密封唇部对高压侧H的燃料进行充分地密封、以防止泄漏。在向该高压侧H延伸的密封唇部中，与轴10表面接触的唇前端部位的形状形成为圆弧形状。利用该圆弧形状使其与轴10的表面的滑动阻力下降，特别是即使由于燃料造成滑动也可以防止磨损。另外，可以防止从低压侧L经由轴10的表面送出的油产生泄漏。

另外，向油密封件39的低压侧L延伸的密封唇部，对低压侧L的油进行密封，以防止泄漏。

即使是上述结构，也可以发挥与第一个实施形式相同的效果。另外，由于第二密封部3采用具有密封唇部的油密封件39，所以可以实现装置密封性的进一步提高。

另外，在本实施形式中，与第三实施形式一样，可以在直线A的部分分割嵌入有第一密封部2的安装槽。另外，配置在第一密封部2和第二密封部3之间的间隙设定得比轴10的往复运动行程长。该效果如第三个实施形式所述。

工业上的可利用性

在如上所述的本发明中，通过具备第一密封部、和配置在第一密封部的反密封对象侧的第二密封部，可以形成利用第二密封部对从第一密封部而来的少量泄漏进行密封的双重密封结构，可以在常用的0～2MPa下使用，即使施加5MPa或其以上的高压燃料压力也不会破损。

另外，由于在第一密封部中使用可自由滑动地与一个对向面密封接触的树脂制密封构件，所以即使对于润滑状态差的燃料也不会发生异常磨损，可以提高耐用性。

进而，即使对于加入酒精的燃料，在第一密封部中，由于使用树脂制的密封构件，所以几乎不会产生膨润，加载构件也与现有技术的密封装置不同，没有薄壁部，因而不会产生破损，难于产生由于干涉量下降造成的泄漏。

进而，第一、第二密封部结构简单，与现有技术的具备密封唇的密封装置机构相比，可以实现小型化、节省空间的设计。

而且，由于在常用的0～2MPa和高压燃料压力高的情况加均可以使用，所以不需要排出孔，可以简化泵的结构。

通过具备形成嵌入有第一密封部的安装槽的反密封对象侧槽侧壁的密封推压构件，在密封推压构件上，形成有嵌入第二密封部的第二安装槽，借此，可以以简单的结构形成双重密封结构的密封件。

由于第二密封部为挤压式填塞密封件，所以可提高密封性能。

第二密封部是由可自由滑动地与一个对向面密封接触的树脂制密封构件、和对树脂制密封构件向一个对向面加载的加载构件构成的，所以可以在更高的压力下使用该装置。

由于第二密封部是具有背压泄漏特性的填塞件，所以即使在第一密封部和第二密封部之间产生蓄压，也可以由第二密封部的具有背压泄漏特性的填塞件释放蓄压，实现耐用性的提高。

由于第二密封部是具有可自由滑动地与一个对向面密封接触的密封唇部的密封构件，所以可以实现装置密封性的进一步提高。

Claims (6)

1、一种用于密封在形成于燃料泵中的往复运动的轴和壳体间的环状间隙的密封装置，其特征在于，包括：

第一密封部，该第一密封部由可自由滑动地与前述轴表面密封接触的树脂制密封构件、和对该树脂制密封构件向前述轴表面加载的加载构件构成，并密封存在燃料的密封对象侧，和

第二密封部，配置在该第一密封部的反密封对象侧上，并密封被第一密封部减压的燃料；

且前述第一密封部和第二密封部之间的距离被设定为比轴的往复运动行程长。

2、如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，具备密封推压构件，该密封推压构件形成嵌入有前述第一密封部的安装槽的反密封对象侧槽侧壁，在该密封推压构件中，形成有嵌入前述第二密封部的第二安装槽。

3、如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，前述第二密封部为挤压式填塞密封件。

4、如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，前述第二密封部由可自由滑动地与前述轴表面密封接触的树脂制密封构件、和对该树脂制密封构件向前述轴表面加载的加载构件构成。

5、如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，前述第二密封部为具有背压泄漏特性的填塞件。

6、如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，前述第二密封部为具有可自由滑动地与前述轴表面密封接触的密封唇部的密封构件。

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