CN101988401A - 降低惯性的阀杆密封凸缘 - Google Patents

Abstract

一种阀杆密封，包括沿径向向外延伸的凸缘，该凸缘包括一个或更多个周向槽，从而允许凸缘发生挠曲并且平置在支撑表面上并且防止凸缘发生疲劳。

Description

降低惯性的阀杆密封凸缘

技术领域

本发明涉及阀杆密封，特别涉及具有集成的弹簧座的阀杆密封或阀杆密封组件，该密封或组件优选用于内燃机中，但是也适用于其它阀杆密封应用中。

背景技术

该部分提供了和本发明有关的背景技术信息，该背景技术信息未必是现有技术。

例如，内燃机中的阀杆密封的主要功能是允许阀杆/阀导管界面处的适当润滑，同时又保证将内部的油消耗减小到最少。这种通用型式的阀杆密封在现有技术中是已知的，例如，在编号为No.5558056、4947811、4909202、3554562和3554180的美国专利中所示的那样。(另外，这种通用型式的两件式阀杆密封在编号为No.6901902和5775284的美国专利中显示了，这些专利已转让给与本发明相同的受让人。)

阀杆密封组件通常包括刚性壳结构和密封体，且该组件具有适用于接收阀杆导引装置的通常中空的内部结构。通常，壳结构支撑密封体，该密封体围绕着阀杆以便基本上“计量”用于润滑阀导管的内径和阀杆的外径的油的供给。然而，同时，阀杆密封用来将能够被吸入燃烧室或传递至发动机的排气中的油量减小到最低。如果刚性壳没有相对于阀导管适当地定位，那么密封件可能会不适当地坐在阀杆上，由此导致阀杆和阀导管上不均匀的压力、密封或阀杆上不希望的磨损痕迹和阀杆与阀导管的不可预知的润滑。

一些现有技术的阀杆密封具有在车辆操作期间凸缘开裂的历史，这是由于阀门组谐波和在阀杆密封的凸缘部分生成的内应力造成的。这种现有技术的阀杆密封中的一部分还没有足够平的凸缘部分，由此还增大了凸缘产生裂纹的可能性。如果凸缘部分不足够平，那么阀杆密封就会对当阀打开和关闭时由阀弹簧的疲劳负载敏感，从而使凸缘产生挠曲。

本发明提供了一种阀杆密封，该阀杆密封将对阀弹簧施加的会导致阀杆密封或阀杆密封组件的凸缘发生断裂的循环力提供更大的阻力。

发明内容

该部分提供了本发明的概括，而不是本发明的全部范围或其所有特征的充分公开。

具有依照本发明的集成弹簧座的阀杆密封或阀弹簧密封组件用于具有阀的含阀设备，该阀在其上具有阀杆，且该阀杆密封或阀弹簧密封组件包括通常为中空的柱形壳，该柱形壳具有邻近壳的轴向外端沿径向向内延伸的凸缘，以及邻近壳的轴向内端沿径向向外延伸的凸缘。一个或更多个槽设置在凸缘中。这些槽允许凸缘挠曲并且平置在发动机气缸体上，从而保护阀杆密封免于疲劳。(在两件式阀杆密封的情况下，设置了通常为中空的柱形第二壳(所谓的“下壳”)，它具有邻近其轴向外端沿径向向外延伸的凸缘以及邻近其轴向内端的接合部分。第一壳的一部分在第二壳的内表面内轴向地延伸，且第一壳的轴向延伸的接合部分通过压配合固紧地接合第一壳的外表面的一部分。)

在阀杆密封或两件式阀杆密封组件中，弹性密封体由壳支撑，所述弹性密封体具有贯穿的开口，用于在阀杆密封或阀杆密封组件装配到发动机或者其它包含阀的设备中时，接收与之密封接触的阀杆。

优选地，改进的阀杆密封或阀杆密封组件包括刚性柱形壳，优选由金属或包含金属的材料制成。弹性密封体可以由橡胶或其它带有弹性的弹性体构成，并且优选直接结合到柱形壳的优选的金属壳体上。这在许多实施例中允许密封体可以保持与柱形壳之间固定不动，由此减少密封体的密封唇的磨损并且延长产品的寿命。这种结合的弹性密封体还允许更简易的密封安装和拆卸，对密封体的密封唇的更大支撑以及对用于阀杆润滑的油计量的更好控制。

通过在此提供的说明，更多的应用领域将会变得显而易见。该概要中的说明和特定实例仅仅旨在用于说明的目的而非用来限制本发明的范围。

附图说明

在此所描述的附图仅仅用于对所选实施例而非所有可能的实现进行示意说明的目的，并且并非用于限制本发明的范围。

图1是依照本发明原理的阀杆密封的侧视图；

图2是图1中阀杆密封的剖视图，但是图中显示的是阀杆密封已经安装或装配到示例性设备例如内燃机内；

图3是双件式阀杆密封组件的剖视图，但是图中显示的是该阀杆密封组件已经安装或装配到示例性设备例如内燃机中；并且

图4是如图3中所示的双件式阀杆密封组件的下壳的剖面透视图。

在附图的几个图中，相应的参考数字表示相应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述示例性实施例。

提供了示例性实施例，这样对于本领域的技术人员，本发明就会更加彻底，并且将充分地表达本发明的范围。为了对本发明的实施例有充分的理解，对众多的具体细节例如具体部件、设备和方法的实施例进行了阐明。对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，特定细节可能不需要使用，示例性实施例可以采用多种不同方式进行体现，并且不应被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，未详细描述众所周知的方法、众所周知的设备结构以及众所周知的技术。

在此使用的术语仅仅是为了描述特定的示例性实施例的目的，而并非用于进行限制。在此使用时，除非上下文清楚地指示，否则单数形式“一、一个(a，an)”和“所述(the)”可以预计也包括复数形式。术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(including)”以及“具有(having)”是相容的，因此指的是所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或者添加。在此所述的方法步骤、过程和操作并非解释为必须要求它们按照所述或者所示的特定顺序执行，除非具体指出执行顺序。也可以理解为能够使用另外的或者可选的步骤。

当元件或层被称作在另一个元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“联结至”另一个元件或层的时候，它可以直接位于另一个元件或层上、接合、连接或联结至另一个元件或层，或者也可以存在***元件或者层。相比较而言，当元件被称作“直接在其上”，“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联结至”另一个元件或层的时候，就不存在***元件或者层。应该以类似方式解释用于描述元件之间关系的其它词语(例如“之间”与“直接位于之间”，“相邻”与“直接相邻”，等等)。在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关的列出项目的任何组合和所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以在此用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分却不受限于这些术语。这些术语仅仅用于与区分出一个区域、部件、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分。在此使用的术语例如“第一”、“第二”以及其它数字术语并不是说明一个次序或者顺序，除非由上下文清楚地指示。因此，下文中讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分在不脱离示例性实施例示教的前提下也可以称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。

例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等等这些空间相对的术语，在此可以用于简单说明来描述图中所示的一个元件或者特征与另一个(或更多个)元件或者特征的关系。与空间相关的术语意味着包含设备在使用中或操作中除了图中所示的朝向之外的其它不同朝向。例如，如果图中的设备翻转过来，那么描述为在其它元件或特征“下方”或者“之下”的元件就会定向为在该元件或特征之上。因此，示例性术语“之下”可以包含之上和之下两个朝向。设备也可以进行其它的取向(旋转90度或其它朝向)并且在此使用与空间相关的描述来进行相应的解释。

仅仅出于作为实例的目的，图1至图2主要指示的是用于内燃机应用的阀杆密封。图3以及4显示了另一种双件式阀杆密封组件。应当指出，通过下面的说明以及权利要求，对于本领域的技术人员而言将变得显而易见的是，本发明的原理也可以同样地适用于具有阀(其上具有阀杆)的其它设备。

参见图1和2，阀杆密封10包括通常为刚性的柱形壳14，优选由包含金属的材料制成，但是也可以由陶瓷或者其他相对坚硬的材料制成。虽然壳14的形状优选通常为中空的圆柱形，但是也可以根据阀杆密封组件的具体应用的需要而使用其他形状。

阀杆密封10还包括优选直接粘合至刚性柱形壳14的弹性密封件或者密封体18。弹性密封体18优选由橡胶或者包含橡胶的材料制成，但是也可以由其它能够在给定环境中进行密封的弹性体或者塑料材料构成。

在图1和2所示的实施例中，弹性密封体18优选直接模制到刚性柱形壳14的端壁20上，并且可以模制到端壁20上而使它就完全围绕端壁20。然而，也可以用其它方法将密封体18连接至刚性柱形壳14，例如通过压配合、粘合剂粘合、环氧树脂或者其它已知的能够在柱形壳14和弹性密封体18之间产生相对固定连接的连接。橡胶或者其它弹性的弹性垫28(也可以与密封体18形成一个整体)还模制到刚性柱形壳14的内壁上，并且一旦安装到汽车气缸盖(或者发动机气缸体的组件部分)26上就与阀导管24相接触。

弹性密封体18还优选地在“上”部或轴向外部包括环形密封唇38以在发动机操作期间密封阀杆40。弹性密封体18还包括沿着上部用于接收和夹持弹簧构件72(优选为卡紧弹簧)的凹槽42。弹簧构件72在发动机操作期间朝向它与阀杆40接触的方向弹性地推动弹性环形密封唇38。该弹簧构件72和环形密封唇38用于控制阀杆40和阀杆密封组件10之间流过的油量。

刚性柱形壳14还包括沿径向向外延伸的凸缘或者座36，该座36紧邻柱形壳14的轴向外端或其“下端”，用于保护在发动机操作期间弹簧与气缸盖26发生磨损。

依照本发明的一个方面，在凸缘36上设置了一个或更多个槽50a、50b。作为实例，槽50a、50b可以包括设置在凸缘36上表面上的一个或更多个周向槽50a和/或设置在凸缘36下表面上的一个或更多个周向槽50b。槽50a、50b可以彼此径向间隔开或者径向对齐。在凸缘36没有制造得足够平的情况下，槽50a、50b允许凸缘36产生挠曲并且平置在发动机气缸体上以保护阀杆密封免于疲劳。槽可以具有大约为凸缘36的材料厚度的1/4到1/2的深度，并且可以具有圆形、正方形、三角形或者其它形状的横截面。槽50a、50b可以位于凸缘36的内半部从而使凸缘36更易于产生挠曲。

虽然槽的目的是允许凸缘36产生挠曲，但是凸缘沿着槽50a、50b发生完全和受控的断裂也是可以接受的。沿着这些线，槽50a、50b可以以如下的意图设计，即如果发生断裂，裂痕就以一种受控的方式沿着槽50a、50b发生。因此，槽50a、50b的图案可以是万一发生断裂则可防止在凸缘36和刚性壳14之间旋转的椭圆形或者其他形状。

参照图3和4，阀杆密封组件110可以具有双件式结构，包括通常刚性的柱形第一壳114，该第一壳114优选由包含金属的材料制成，但是也可以由陶瓷或者其他相对坚硬的材料制成。虽然第一壳114的形状优选通常为中空的圆柱形，但是也可以根据阀杆密封组件的具体应用的需要而使用其他形状。

阀杆密封组件110还包括优选直接粘合至刚性柱形第一壳114的弹性密封件或者密封体118。第一壳114的内表面与通常为刚性的第二壳116的外表面相接合。第二壳116也是由包含金属的材料制成，但是也可以由陶瓷或者其它相对坚硬的材料制成。虽然像第一壳114一样，第二壳116的形状优选通常为中空的圆柱形，但是也可以根据阀杆密封组件的具体应用的需要而使用其他形状。弹性密封体118优选由橡胶或者包含橡胶的材料制成，但是也可以由其它能够在给定环境中进行密封的弹性弹性体或者塑料材料组成。

在图3和4所示的实施例中，柱形第一壳114与柱形第二壳116进行压配合。然而，也可以使用其它类型的连接或者结合，例如焊接、直接锻造，例如任意可用的其他类型的结合或连接手段。柱形的第一壳和柱形的第二壳之间的连接可以采用在共同受让的编号为No.6901902和No.5775284的美国专利中公开的连接形式，这些专利整体包含在此作为参考。刚性柱形第一壳114包括向内延伸的端壁120和在其内端或者“下”端向外伸出的凸缘122。

弹性密封体118优选直接模制到刚性柱形第一壳114的端壁120上，并且可以模制到端壁120上而使其完全地围绕端壁120。然而，也可以用其它不同的方法将密封体118连接至刚性柱形第一壳114，例如通过压配合、粘合剂、环氧树脂或者其它已知的能够在柱形第一壳114和弹性密封体118之间产生相对固定连接的连接。橡胶或者其它弹性的弹性垫128(也可以与密封体118形成一个整体)还模制到刚性柱形第一壳114的内壁上，并且一旦安装到汽车气缸盖(或者发动机气缸体的组件部分)126上就与阀导管124接触。柱形第一壳114和柱形第二壳116之间优选的压配合产生一种夹持力以推动橡胶垫128与阀导管组件124保持恒定的接触。

弹性密封体118还优选地包括处于“上”部或轴向外部的环形密封唇138，该密封唇138在发动机运行期间密封阀杆140。弹性密封体118还包括沿着上部用于接收和夹持弹簧构件172(优选为卡紧弹簧)的凹槽142。弹簧构件172在发动机操作期间朝向它与阀杆140接触的方向弹性地推动弹性环形密封唇138。该弹簧构件172和环形密封唇138用于控制阀杆140和阀杆密封组件110之间流过的油量。

柱形第二壳116的“竖直”或者轴向延伸壁130消除或者至少基本上使车辆操作期间阀杆组件110的密封体118与阀导管124分开的可能性最小化。柱形第二壳116的轴向延伸壁130包括径向向内的台阶134。柱形第二壳还包括与其轴向外端或“下”端相邻的径向向外延伸的凸缘或者座136。由此第二壳116提供了一种保护屏障，其在发动机操作期间保护阀弹簧132免于与气缸盖126发生磨损。

柱形第二壳116与柱形第一壳114是分别制造的，这样可以减少柱形第二壳116中内应力的出现。这还允许柱形第二壳的凸缘136具有可以更精确控制的平面度，这又会减小凸缘的弯曲应力。依照该披露内容的另一个方面，在凸缘136中设置了一个或更多个槽150a、150b。作为实例，槽150a、150b可以包括设置在凸缘136的上表面上的一个或更多个周向槽150a和/或设置在凸缘136的下表面上的一个或更多个槽150b。槽150a、150b可以彼此径向间隔开或者径向对齐。在凸缘没有制造足够平的情况下，槽150a、150b允许凸缘136产生挠曲并且平置在发动机气缸体上以保护阀杆密封免于疲劳。槽150a、150b可以具有大约为凸缘136的材料厚度的1/4至1/2的深度并且可以具有圆形、正方形、三角形或其它形状的横界面。

虽然槽的目的是允许凸缘136产生挠曲，但是凸缘沿着槽150a、150b发生完全或者受控的断裂也是可以接受的。沿着这些线，槽150a、150b可以如下意图设计，即如果发生断裂，裂痕就以一种受控的方式沿着槽150a、150b发生。因此，槽150a、150b的图案可以是椭圆形或者其他形状以在发生断裂时防止凸缘136和刚性壳116之间的旋转。

Claims (25)

1.一种阀杆密封，包括：

刚性柱形壳，在该刚性柱形壳的底端具有向外延伸的凸缘；

与所述刚性柱形壳接触的弹性密封体，所述弹性密封体与阀杆保持恒定接触；并且

所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括在其表面中的周向槽。

2.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括在其上表面中的所述周向槽。

3.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括在其下表面中的所述周向槽。

4.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括在其上表面中的第一周向槽以及在其下表面中的第二周向槽。

5.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳由金属材料制成。

6.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体由橡胶材料制成。

7.如权利要求1所述的阀杆密封，还包括在所述弹性密封体顶部处的环形密封唇。

8.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳由上刚性柱形壳和下刚性柱形壳制成。

9.如权利要求8所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体直接结合到上刚性柱形壳上并且所述向外延伸的凸缘从所述下刚性柱形壳伸出。

10.如权利要求1所述的阀杆密封，其特征在于，所述周向槽具有在所述凸缘厚度的1/4到1/2之间的深度。

11.一种阀杆密封，包括：

刚性柱形壳，该刚性柱形壳在其底端处具有向外延伸的凸缘；

与所述刚性柱形壳接触的弹性密封体，所述弹性密封体与阀杆保持恒定接触；并且

所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括用于提高凸缘的柔性的设施，从而提供平的接合表面。

12.如权利要求11所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳由金属材料制成。

13.如权利要求11所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体由橡胶材料制成。

14.如权利要求11所述的阀杆密封，还包括在所述弹性密封体顶部处的环形密封唇。

15.如权利要求11所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体直接结合到刚性柱形壳上。

16.如权利要求11所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳由上刚性柱形壳和下刚性柱形壳制成。

17.如权利要求16所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体直接结合到上刚性柱形壳上并且所述向外延伸的凸缘从所述下刚性柱形壳伸出。

18.一种阀杆密封，包括：

刚性柱形壳，在该刚性柱形壳底端处具有向外延伸的凸缘；

与所述刚性柱形壳接触的弹性密封体，所述弹性密封体与阀杆保持恒定接触；并且

所述刚性柱形壳的所述向外延伸的凸缘包括用于防止凸缘从刚性柱形壳上断裂的设施。

19.如权利要求18所述的阀杆密封，其特征在于，所述用于防止凸缘断裂的设施包括所述凸缘中的槽。

20.如权利要求19所述的阀杆密封，其特征在于，所述槽的轮廓为圆形。

21.如权利要求19所述的阀杆密封，其特征在于，所述槽的图案形成为在凸缘断裂时能够防止刚性柱形壳和凸缘之间的相对旋转的形状。

22.如权利要求21所述的阀杆密封，其特征在于，所述槽的轮廓为椭圆的。

23.如权利要求18所述的阀杆密封，其特征在于，所述刚性柱形壳由上刚性柱形壳和下刚性柱形壳制成。

24.如权利要求23所述的阀杆密封，其特征在于，所述弹性密封体直接结合到上刚性柱形壳上并且所述向外延伸的凸缘从所述下刚性柱形壳伸出。

25.如权利要求19所述的阀杆密封，其特征在于，所述槽的图案形成为在凸缘发生断裂时能够防止刚性柱形壳和凸缘之间的轴向运动的形状。

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