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CN108019518B - 往复式气缸套密封组件 - Google Patents

往复式气缸套密封组件 Download PDF

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CN108019518B CN201711011842.7A CN201711011842A CN108019518B CN 108019518 B CN108019518 B CN 108019518B CN 201711011842 A CN201711011842 A CN 201711011842A CN 108019518 B CN108019518 B CN 108019518B
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Abstract

一种往复式气缸密封组件，其具有带有径向向内指向的油密封唇和径向向内指向的气体密封唇的弹性体密封件，其中两个唇部都处于与往复式发动机气缸套的弹性体－金属的密封接触。该组件进一步具有附连到弹性体密封件的U形密封件保持器，其中U形密封件保持器与圆筒形发动机壳体直接紧密接触地放置。U形密封件保持器和往复式发动机壳体可以由J形气体护罩的主要部分分开并与其接触，J形气体护罩具有位于油密封唇和歧管端口之间的钩部分，其中J形气体护罩的钩部分具有嵌入其中的金属衬环。

Description

往复式气缸套密封组件
技术领域
本装置涉及发动机的阀密封组件。更具体地，本装置涉及用于往复式气缸发动机的发动机气缸套密封组件。
背景技术
对于具有往复式气缸发动机的车辆，阀密封组件与发动机往复式发动机配合以提供润滑作用，同时牵制在发动机进气口和排气口内的发动机气体。为了实现这些功能，阀密封组件可以包括发动机弹性体密封件，在发动机弹性体密封件和发动机往复轴之间处于弹性体－金属的密封。这种阀密封组件的一个示例是Dana Corporation AllBondTM组件，其中保持器围绕阀导向器安装。
不幸的是，与具有往复式气缸套(也称为套筒)的现有往复式气缸发动机一起使用的目前的阀密封组件和方法经历显著的径向偏离。因此，此类发动机最终允许油逸入发动机进气口和排气口中。因此，此类发动机运转不良，产生污染物，并且其使用期限缩短。因此，寻求能更好地控制与其往复运动机制相关联的径向偏离的发动机往复式气缸套密封组件，从而在发动机使用寿命期间利用其阀密封件更好地牵制油。此往复式气缸套发动机将更好地运转，产生更少的污染物，并且经历延长的使用期限。
发明内容
一种发动机往复式气缸套密封组件，具有弹性体密封件，该弹性体密封件具有都与往复式发动机气缸套接触的径向向内指向的油密封唇和径向向内指向的气体密封唇。该弹性体密封件附连到与圆筒形发动机壳体紧密接触的U形密封件保持器。
进一步的目的和优点将参考形成说明书的一部分的附图，从下面描述和所附权利要求中显而易见，其中相同的参考标记表示若干视图的对应部分。
附图说明
图1是两个发动机往复式气缸套密封组件的轴向视图；
图2是图1的发动机往复式气缸套密封组件的横截面平面图；
图3是图2的圆圈区域3的横截面插图视图；
图4是第一发动机往复式气缸套发动机的一部分的横截面图；
图5是图4的圆圈区域5的横截面插图视图；
图6是第二发动机往复式气缸套发动机的一部分的横截面图；
图7是具有气体护罩的图6的圆圈区域7的横截面插图视图；
图8是图7的护罩的轴向视图；以及
图9是图7的气体护罩的横截面正交视图。
具体实施方式
应当理解，除明确作出相反规定之外，本发明可以采取各种替代取向和步骤顺序。还应当理解，在这些附图中所示并在下面的说明书中描述的具体装置和过程仅仅是在所附权利要求中限定的发明构思的示例性实施例。因此，与所公开的实施例相关的特定尺寸、方向或其他物理特性不被认为是限制性的，除非权利要求另有明确说明。
图1示出发动机往复式气缸套密封组件10、10'的轴向视图。图4和图6分别示出各自具有圆筒形发动机壳体12的往复式气缸套发动机11、11'的一部分，其中往复式发动机气缸套14在圆筒形发动机壳体12的ID(内径)处与圆筒形发动机壳体12滑动接触。在图4和图6两者中，两个往复式气缸密封组件10、10'从往复式发动机气缸套14径向向外地定位，并且处于与往复式发动机气缸套14的弹性体－金属的密封接触。
在第一往复式气缸密封组件10中，图5示出往复式气缸密封组件10中的一个，其中与往复式发动机气缸套14相关联的往复运动在图4中由圆筒形发动机壳体12的ID内的两组双头轴向指向的箭头示出。
在第二往复式气缸密封组件10'中，图7示出这些往复式气缸密封组件10'中的一个，其中与往复式发动机气缸套14相关联的往复运动由圆筒形发动机壳体12的ID内的两组双头轴向指向的箭头示出。
往复式发动机11、11'可以用于例如小型摩托车、汽车、摩托车和卡车中，但不限于此。
具体地，关于第一往复式气缸密封组件10，图5示出两个往复式气缸密封组件10中的每个具有金属制的(优选为钢制的)U形保持器18，U形保持器18是整体单件式结构，包括外部构件25、内部构件27和连接构件29。如图5进一步详细所示，外部构件25具有轴向表面31，内部构件27具有轴向表面33，并且连接构件29具有径向表面35。U形保持器18设置在位于内部构件表面33和密封表面26之间的弹性体密封件20上。
弹性体密封件20具有油密封唇22和气体密封唇24，其中在唇部22、24之间的区域41中的密封件20的形状为向内延伸到密封件20中的弯曲弧形的形式。如图5所看到的，密封件20从油密封唇22到密封件20的轴向右侧的形状为截头梯形的形式，其中弹性体密封件20的轴向右侧与U形保持器18的坡形边缘39共面。油密封唇22被示出为稍微压平至气缸套14，而气体密封唇24被示出为与气缸套14斜着接触。如在图5中进一步看到的，气体密封唇24远离弹性体密封件20的唇部22、24之间的区域41轴向地延伸。
如图5所看到的，U形保持器18的内部构件27被示出为平行于外部构件25并远离连接构件29轴向地延伸，并且比U形保持器18的外部构件25的长度短，后者也被看成远离连接构件29轴向地延伸。U形保持器18的连接构件29基本上垂直于U形保持器18的内部构件27和外部构件25。如图3所示，三个构件25、27、29可以基本上具有相等的厚度。然而，这些构件25、27、29可以在厚度上变化，如图5所示，构件27比U形保持器18的其他两个构件25、29稍厚。U形保持器18的内部构件25和内部构件27具有如图5所示的坡形端部。U形保持器18的坡形端部39可以与弹性体表面26的径向边缘共面并齐平。
如图5所示，当安装在往复式发动机11中时，弹性体密封件20和U形保持器18的组件被压入圆筒形发动机壳体12的ID内，其中U形保持器18与圆筒形发动机壳体12的轴向表面32、34紧密地直接接触。进一步地，油密封唇22和气体密封唇24形成与往复式发动机气缸套14的滑动的弹性体－金属的密封接触。此外，连接构件29的径向表面35与圆筒形发动机壳体12的对应径向表面34紧密地直接接触并平行。
第一往复式气缸密封组件10与和具有围绕阀导向器安装的保持器的常规发动机往复式气缸密封组件(其在上面的背景技术部分中提到)一起使用的不同。这种差异是由于附连有弹性体密封件20的U形保持器18被压在圆筒形发动机壳体12之间的紧密直接接触所导致的。这种紧密直接接触出现在轴向向外的发动机壳体表面32和轴向向外的U形保持器表面31处以及在径向向外的发动机壳体表面34/径向向外的U形保持器表面35处。
关于偏离(run out)，与往复式发动机气缸套14的偏离相关联的运动在图4中通过其中示出的两组双头径向指向的箭头来描述。已经发现，第一往复式气缸密封组件10解决了要求能够承受大的偏离(参见下表)的设计的发动机往复式发动机制造商所关注的这些问题。这对于密封大直径气缸往复式发动机气缸套14来说尤其如此。
因此，发现可将U形保持器18的表面31和/或表面35压到与发动机壳体12的气缸壁50的表面32和/或表面34紧密接触。从而，连同唇部22、24，这导致更好的油利用率并实现更好的排气(即，潜在的污染物)牵制。此外，U形保持器18弯曲并挠曲，从而提供往复式气缸套14的径向运动的偏心度公差。因此，U形保持器吸收由大直径圆筒形往复式发动机气缸套14产生的能量的径向分量的一部分。这导致比常规往复式气缸套密封组件经历更好的偏离控制。
对于本发明的往复式发动机11，加压的油存在于沿轴向到密封件20的右侧(如图5所看到的)的油密封唇22的侧面，而不受限制的歧管气体G压力(参见图5中的歧管M)存在于气体密封唇24的左侧。往复式气缸密封组件10和弹性体密封件20的上述布置进一步与阀密封杆的场合不同，其中其密封件的油侧面暴露于油溅，但不是全流化油压。
因此，该发动机往复式气缸套密封组件10能导致更好地控制与其往复运动机制相关联的径向偏离，从而在发动机的使用寿命内利用其阀密封件更好地牵制油和排气。此往复式气缸套发动机能更好地操作，产生更少的污染物，并且经历延长的使用期限。
具体地，关于第二往复式气缸密封组件10'，图7示出两个往复式气缸密封组件10'中的每个具有金属制的(优选为钢制的)U形保持器18，U形保持器18与用于第一往复式气缸密封组件10所公开的相同。如图5所示，U形保持器18包括具有轴向表面31的外部构件25、具有轴向表面33的内部构件27和具有径向表面35的连接构件29。此外，如用于第一往复式气缸密封组件10的情况那样，U形保持器18设置在位于内部构件表面33和密封表面26之间的弹性体密封件20上。
如图7所示，当安装在往复式发动机11'中时，弹性体密封件20和U形保持器18的组件被压入圆筒形发动机壳体12的ID中，其中U形保持器18与圆筒形发动机壳体12的轴向表面32紧密直接接触，非常类似于图5所示。进一步地，油密封唇22和气体密封唇24形成与往复式发动机气缸套14的滑动的弹性体－金属的密封接触。然而，与图5相比，连接构件29的径向表面35不与圆筒形发动机壳体12的对应径向表面34紧密地直接接触。相反，在第二往复式气缸密封组件10'中，图7示出连接构件29的径向表面35通过J形气体护罩42与圆筒形发动机壳体12的对应径向表面34分开。因此，圆筒形发动机壳体12的径向表面34和连接构件29的径向表面35代之以与J形气体护罩42的主要部分47接触。
第二往复式气缸密封组件10'与和具有围绕阀导向器安装的保持器的常规发动机往复式气缸密封组件(其在上面的背景技术部分中提到)一起使用的不同。这种差异是由于附连有弹性体密封件20的U形保持器18被压在圆筒形发动机壳体12之间的紧密直接接触所导致的。这种紧密直接接触出现在轴向向外的发动机壳体表面32和轴向向外的U形保持器表面31处。此外，如图7所示，径向向外的发动机壳体表面34和径向向外的U形保持器表面35与将两个表面34和35分离的J形护罩42接触。护罩42可以包括碳。
关于偏离，与往复式发动机气缸套14的偏离相关联的运动在图6中通过其中示出的两组双头径向指向的箭头描述。已经发现，第二往复式气缸密封组件10'解决了要求能够承受大的偏离(参见下表)的设计的发动机往复式发动机制造商所关注的这些问题。这对于密封大直径气缸往复式发动机气缸套14来说尤其如此。
因此，本发明发现可将U形保持器18的表面31压到与发动机壳体12的气缸壁50的表面32紧密接触。从而，连同唇部22、24，这导致更好的油利用率并实现更好的排气(即，潜在的污染物)牵制。如在第一往复式气缸密封组件10的情况下那样，第二往复式气缸密封组件10'的U形保持器18弯曲并挠曲，从而提供往复式气缸套14的径向运动的偏心度公差。因此，U形保持器吸收由大直径圆筒形往复式发动机气缸套14产生的能量的径向分量的一部分。这导致比常规往复式气缸套密封组件经历更好的偏离控制。
对于本发明的往复式发动机11'，加压的油存在于沿轴向到密封件20的右侧(如图7所看到的)的油密封唇22的侧面，而不受限制的歧管气体G压力(参见图7中的歧管M)存在于气体密封唇24的左侧。往复式气缸密封组件10和弹性体密封件20的上述布置进一步与阀密封杆的场合不同，其中其密封件的油侧面暴露于油溅，但不是全流化油。
如上所述，J形气体护罩的主要部分47位于U形阀密封件保持器和车辆往复式发动机壳体之间。然而，J形气体护罩42的钩部分49位于气体密封件唇部24和歧管端口M之间，其中主要部分47和钩部分49是整体单件式的并且同样地形成。J形气体护罩42的钩部分49具有嵌入其中的衬环(backer ring)44。J形气体护罩包括PTFE，并且衬环44包括金属，其中金属衬环44与PTFE气体护罩配合，以更好地防止气体护罩42从往复式发动机壳体12扩展。从而，气体护罩42能更好地防止歧管端口气体G削弱弹性体密封件20而使油泄漏。
总而言之，弹性体密封件20具有与往复式发动机气缸套14接触的径向向内指向的油密封唇22和径向向内指向的气体密封唇24。U形密封件保持器18轴向地设置在弹性体密封件20的径向向外表面26上，并且J形气体护罩42的主要部分47位于U形阀密封件保持器18和往复式发动机壳体12之间，J形气体护罩42的钩部分49位于油密封唇22和歧管端口M之间，其中J形气体护罩42的钩部分49具有嵌入其中的金属衬环44。
在往复式气缸密封组件10'的实施例中，气体护罩42不仅提供作为密封件的功能，而且还提供作为气体阻挡件的功能。如图7所示，气体护罩42以产生环向张力的方式安装，维持与气缸套壁50的接触。因为活塞衬套14往复运动，所以当气体护罩42保持静止时，这会导致刮擦效应。刮擦式密封护罩42提供非常类似于迷宫式密封件(未示出)的气体护罩。因此，气体护罩42用作有效的气体阻挡件。图8示出气体护罩42的轴向视图，并且图9示出具有金属衬环44的气体护罩42的横截面正交视图。已经发现，金属衬环44有助于防止钩部分49在气体护罩42的变化的热膨胀和热收缩条件下打开。从而，通过阻止非常高的气体压力由歧管气体G施加到气体密封唇24上来确保气体密封唇24的可靠性。
表格
气缸套14的预期最大偏离公差：
1.由于运行间隙+热生长而导致的倾斜(tipping)＝0.05mm
2.由于滑动圆度(glide circularity)和偏离公差而导致的轴线偏移＝0.025mm
3.由于块芯(block core)偏离公差而导致的轴线偏移＝0.06mm
4.阀圆度＝0.015mm
总计＝0.150mm
根据专利法规的规定，在其优选实施例中描述并示出该装置的操作原理和模式。然而，必须理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以通过除所具体解释和所具体示出之外的其他方式实施该装置。

Claims (12)

1.一种往复式气缸密封组件，包括：
弹性体密封件，其具有径向向内指向的油密封唇和径向向内指向的气体密封唇，其中两个唇部都处于与往复式发动机气缸套的弹性体－金属的密封接触；以及
U形密封件保持器，其设置在所述弹性体密封件上，其中所述U形密封件保持器与圆筒形发动机壳体直接紧密接触
其中，U形密封件保持器包括内部构件、外部构件和连接构件，所述U形密封件保持器仅通过所述内部构件设置在所述弹性体密封件的一部分上。
2.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述U形密封件保持器包括钢并且是整体单件式结构。
3.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述往复式发动机气缸套在所述圆筒形发动机壳体的内径处，与所述圆筒形发动机壳体滑动接触。
4.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中加压的油存在于沿轴向远离所述气体密封唇的所述油密封唇的一侧上，并且不受限制的歧管压力存在于远离所述油密封唇的所述气体密封唇的一侧上。
5.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述内部构件平行于并稍短于所述外部构件的长度，所述连接构件基本上垂直于所述内部构件和所述外部构件两者，并且所有三个构件都具有相等的厚度；
其中所述内部构件和所述外部构件中的每个具有坡形端部，并且所述U形密封件保持器的坡形边缘与上部弹性体表面的径向边缘共面并齐平。
6.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述弹性体密封件构造有在所述油密封唇和所述气体密封唇之间的弯曲的弧形间隙，并且所述弹性体密封件进一步构造有从所述弹性体密封件的所述油密封唇到右轴向端的截头梯形的间隙。
7.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中与所述弹性体密封件附连的所述U形密封件保持器在表面处被压到与所述圆筒形发动机壳体紧密地直接接触。
8.根据权利要求7所述的往复式气缸密封组件，其中所述U形密封件保持器和所述圆筒形发动机壳体之间的直接紧密接触进一步由所述U形密封件保持器的连接构件来形成。
9.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述U形密封件保持器提供所述往复式气缸套的径向运动的偏心度公差，以便吸收由圆筒形往复式发动机气缸套产生的能量的所述径向分量的一部分，并且允许牵制排气。
10.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述U形密封件保持器连同所述油密封唇和所述气体密封唇一起牵制排气，并且对所述往复式发动机气缸套的径向运动具有偏心度容限，以便控制所述往复式发动机的偏离。
11.根据权利要求1所述的往复式气缸密封组件，其中所述往复式发动机气缸套的最大偏离为大约0.150mm，其通过由于运行间隙加上热生长而导致的0.05mm的倾斜，加上由于滑动圆度和偏离公差而导致的0.025mm的轴线偏移，加上由于块芯偏离公差而导致的0.06mm的轴线偏移，加上由于阀圆度而导致的0.015mm来得出。
12.一种往复式气缸密封组件，包括：
弹性体密封件，其具有与往复式发动机气缸套接触的径向向内指向的油密封唇和径向向内指向的气体密封唇，
U形密封件保持器，其轴向地设置在所述弹性体密封件的径向外表面上；以及
J形气体护罩的主要部分，其位于U形阀密封件保持器和发动机往复式发动机壳体之间，
J形气体护罩的钩部分，其位于所述油密封唇和歧管端口之间；
其中J形气体护罩的所述钩部分具有嵌入其中的金属衬环。
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