CN102341570A - 带有冷却路径的套筒阀组件 - Google Patents

Abstract

一种套筒阀组件。这种套筒阀组件包括阀座、套筒阀和油路界定件。套筒阀包括带有腔的末端。该末端当套筒阀位于关闭位置时与阀座接触。油路界定件包括入口、出口和多个冷却通道。套筒阀的凸缘可滑动地与油路界定件接触，使得流入入口并通过冷却通道的冷却流体在从出口流出之前进入腔内。

Description

带有冷却路径的套筒阀组件

优先权要求

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2009年2月24日提交的申请号为61/155,010，题为套筒阀组件的美国临时申请的优先权，该美国临时申请的整体通过引用并入本申请。

背景

内燃机包括安装在气缸内的活塞与气缸壁之间，并在那里旋转和/或滑动。套筒阀独立于活塞运动，使得该阀内的开口在燃烧循环的适当阶段与气缸内的入口和出口对齐。这种套筒阀的一个例子在于转让给克利维斯引擎公司的编号7,559,298，题为“内燃机”的美国专利中，该美国专利的整体通过引用并入本申请。

图9示出了常见的环状套筒阀组件20的一部分的横截面图。该套筒阀组件20包括套筒阀22、油路界定件24和阀座36。该套筒阀22具有末端18，该末端18具有端面14、内表面21和外表面23。油路界定件16包括进油口28、冷却通道30、以及出油口32。图9示出了处于关闭位置的套筒阀22，此时端面14与阀座36接触。

套筒阀22在阀密封物26上方于打开位置与关闭位置之间切换。在密封物26的一侧为歧管气，(通过口34)在一侧进气或在另一侧排气，密封物26的另一侧是油路界定件16中的冷却/润滑油路27。气缸(未示出)中的燃烧气体将套筒阀22的内表面21加热，并且，间接地，将套筒阀22的外表面23上的油密封物加热。在这个实施例中，在冷却通道30中运动的冷却剂与套筒阀22的外表面23之间的距离至少为t1。距离t1一般为离套筒阀22的外表面23几个毫米。

常见套筒阀通常是用钢制成的。在套筒阀22为钢的例子中，很难在引擎工作时对套筒阀22的端面14进行有效的冷却。

套筒阀设计需要更有效的冷却系统。

总述

此项技术的一个方面是提供具有改进的冷却特性的套筒阀组件。提供一种允许冷却流体在靠近套筒阀的尖端处循环的套筒阀组件是一种最大化该组件的冷却效率的方式。在一个实施例中，该套筒阀组件包括套筒阀，该套筒阀带有位于该阀末端的凹腔。在另一实施例中，该套筒阀组件包括具有套筒阀，该套筒阀具有高热传导特性的筒阀并与在该套筒阀的外表面形成的冷却槽结合。在另一实施例中，套筒阀组件包括部分地被热传导介质填充的中空套筒阀。

带有位于尖端的凹腔的套筒阀允许在油路界定件中循环的冷却流体在靠近该套筒阀的最热部分的距离内运动。在运行中，在气缸内产生的热量加热套筒阀的内表面。气缸内最高的温度在于套筒阀的末端，使得该末端成为该阀的最热部分。套筒阀尖端的腔允许冷却流体喷洒阀尖端的内表面。于是，冷却流体仅被阀自身的厚度与阀的最热表面隔开。

填充有热传导介质的中空套筒阀提供了高性能引擎可能会需要的额外冷却。在一个实施例中，套筒阀中的腔部分地被钠填充。当钠接收到(从气缸)经套筒阀内壁传导的热量，钠会溶解并开始在腔内搅动。液态钠从套筒阀的内壁吸收热量。油路界定件使冷却流体沿套筒阀的外壁循环。沿套筒阀外壁流动的冷却流体从套筒阀的外壁吸收热量。其还将热量传导至油路界定件。

具有高热传导特性的套筒阀提供了更高的热通量来从套筒阀的热端吸收热量。在一个实施例中，套筒阀可以包括铝制套筒阀。铝具有高导热性因此能够比，例如，钢，散热更快。为了降低铝制套筒阀的重量并增加用于冷却的表面积，在套筒阀的外表面形成轴向槽。油路界定件将冷却流体通过这些槽循环。

此项技术的一个实施例是延长套筒阀的寿命。在一个实施例中，加固的插入物置于套筒阀上方。作为替代方式，涂层置于套筒阀的尖端上方。该插入物或涂层优选地具有比套筒阀材料本身更高的硬度。该插入物和/或涂层可以防止或减缓套筒阀的耗损。插入物可以具有冲击吸收特性来将接收自阀座的冲力分摊到更大的表面积上。

以上总述选取几个概念进行了简要介绍，在下面的详细说明中将对其进一步说明。以上总述并非为确定所要求保护的主题的关键特性或必要特性，也不应被作为指导来确定所要求保护的主题的范围。

附图的简要说明

图1为套筒阀组件的剖面等距视图，其中套筒阀示为处于关闭位置。

图2为图1中所示的套筒阀组件的剖面等距视图，其中套筒阀示为处于打开位置。

图3为油路界定件的剖面等距视图。

图4为套筒阀组件的另一实施例的侧截面图。

图5为图1中所示的套筒阀组件的侧截面图，提供了套筒阀的末端的额外细节。

图6为图5中的套筒阀组件的侧截面图，但其中的套筒阀示为处于打开位置。

图7为套筒阀组件的另一实施例的侧截面图，将套筒阀示为处于关闭位置。

图8为套筒阀组件的另一实施例的侧截面图，套筒阀示为处于打开位置。

图9为根据现有技术的套筒阀组件的侧截面图，将套筒阀示为处于关闭位置。

图10为图7中所示的套筒阀的侧截面图，其具有位于该套筒阀末端的插入物的另一实施例。

图11为图7中所示的套筒阀的侧截面图，其具有位于该套筒阀末端的插入物的另一实施例。

图12为图7中所示的套筒阀的侧截面图，其具有覆盖该套筒阀末端的涂层。

图13为图7中所示的套筒阀的侧截面图，其具有位于该套筒阀末端的插入物的另一实施例。

图14为图7中所示的套筒阀的侧截面图，其具有位于该套筒末端的插入物的又一实施例。

详细说明

将参照图1-8和10-14来介绍此项技术。图1示出了套筒阀组件100。套筒阀组件100包括套筒阀102、中央连接件104和油路界定件106。在图1中，套筒阀102示为处于关闭状态，此时套筒阀102的端面110与阀座116接触。

套筒阀102包括套筒部分103、端面110和凸缘112。套筒部分103包括内表面103A和外表面103B。套筒部分103的形状为圆柱形，具有外径OD1、内径ID1和轴向中线C-C。套筒部分103的厚度或宽度t2因此是外径OD1和内径ID1的距离的一半。

在图1的实施例中，套筒部分103包括末端108(也称为“顶端”或“尖端”)，其过渡到端面110和凸缘112。如以下将更详细介绍的，端面110与阀座116在套筒阀102处于关闭位置时形成密封。凸缘112从端面110向后延伸出距离d1，并包括内表面115和外表面117。在套筒部分103与凸缘112之间的套筒阀尖端内形成腔114。具体地，腔114由套筒部分103的外表面103B、套筒阀尖端的内壁119(见图4和图5)与凸缘112的内表面115之间的区域界定。图1示出了套筒部分103的厚度t2略小于套筒尖端和凸缘112的厚度。套筒部分103、套筒尖端与凸缘112具有统一的宽度，或者凸缘112可以比套筒部分103更薄，都在此项技术的范围之内。

中央连接件104为环形，具有外部105和内部107。中央连接件104包括火花塞套筒(未示出)，火花塞可以通过该火花塞套筒插入。中央连接件104进一步界定了阀座116。空气入口或出口10(图4所示)界定为一侧上的中央连接件104与另一侧上的气缸体(未示出)之间。

油路界定件106提供了套筒阀组件100的两个主要功能：它界定了用于通过该组件循环冷却流体(例如，油)的冷却流体路径，它作为套筒部分103和凸缘112的导引。油路界定件106中的冷却流体路径由入口120、圆周槽126、轴向槽128、采集器170和出口122界定。入口120允许冷却流体进入油路界定件106并向套筒部分103的外表面103B运动。冷却流体离开口122并进入采集器170。圆周槽126允许冷却流体沿套筒部分103的外表面103B分布在套筒部分103的周围。在第一导向环183中提供轴向槽128。槽128提供从圆周槽126到腔114的路径。第一导向环183通常提供表面，供套筒部分103的外表面103B沿该表面滑动，该表面防止套筒阀102进行径向移动(与箭头A-A正交的运动)。第一导向环183的额外的细节将在下文中参照图3提供。

油路界定件106还包括第二导向环185。该第二导向环185包括两个表面145与147之间的密封槽133。第二导向环185可以为凸缘112提供导引表面。在第二导向环为凸缘112提供导引表面的例子中，由表面145或147来为该凸缘112提供导引表面均在此项技术的范围之内。作为替代方式，表面145和147可以都为凸缘112提供导引表面。密封槽133内的密封物防止冷却流体漏入口10。第二导向环185的额外的细节将参照图3在下文中进行介绍。

如箭头A-A所示，套筒阀102可以相对于油路界定件106可左右滑动。套筒阀102(从图1透视图)运动到右边打开了口10。套筒阀102运动到左边则关闭口10，套筒阀102的端面110与端座116形成密封。

假定图1表示套筒阀在点燃中关闭，套筒阀102的内部容积已被增压气体和燃料充满，所述燃料一般为气化的石油。燃料被点燃，并导致燃烧，以及套筒阀102的内部容积中的压强增大。在这种情况下，套筒部分103承受着周期里最高的压强和温度。具体地，套筒尖端或末端108承受着最高的温度。点燃后，气缸的内部容积因燃烧而增大的压强而扩张(活塞向右移动，未示出)。所述扩张导致套筒阀102的内部容积中的压强与温度下降。于是，套筒部分103的内表面103A所承受的温度梯度在末端108处最高，内表面103A的温度向套筒部分103下降低(远离末端108)。因此，将冷却流体在套筒阀102的最热部分(例如，末端108)上循环提供了有效的冷却。

在运行中，冷却流体从槽128有效地从槽128喷射进腔114。于是，在冷却流体从腔114排入采集器170中(及最终离开口122)之前，冷却流体接触或覆盖套筒部分103的外表面103B、阀102的尖端的内表面119(图4和图5)、以及凸缘112的内表面115。腔114中的冷却流体因此仅被套筒部分103的厚度t2与套筒部分103的内表面103A分离。仅为举例，套筒部分103的厚度t2可以包括1-3mm的距离。相似地，腔114中的冷却流体和阀102的端面110距离仅为套筒尖端的厚度。在套筒阀尖端中提供的腔114极大地缩短了冷却流体与套筒阀102的最热部分之间的距离；相比于常见的套筒阀设计，极大地提高了组件100的热传导率。

图1示出了凸缘从端面110向后延伸出距离d1。凸缘112的长度d1可以变化。如将更具体地介绍的，凸缘112提供了几项功能。凸缘112的外表面117与油路界定件106的第二导向环185的第二接触面147可滑动地接触。凸缘112的外表面117优选地与第一接触面145之间并非可滑动接触，因为凸缘112的外表面117与第一接触面145之间没有润滑。为防止冷却流体沿凸缘112的外表面117从采集器170漏出并进入口10，密封物130(示于图5)容纳有位于第一与第二接触面145、147之间的通道133。

图2示出了位于打开位置的套筒阀102。如图2所示，套筒阀102从阀座116向后移出了距离d4。当套筒阀102向后移动，密封物130保持与凸缘112的外表面117的接触。当套筒阀102向后移动，套筒阀102的末端108向着密封物130移动。如上所述，末端108是引擎运行过程中的热的部分。于是，当套筒阀102打开，密封物130移动越过套筒102的热的部分。仅为举例，在阀102位于图2所示的打开位置时，密封物130与端面110的距离为1-3mm以内(与当阀102位于图1所示的关闭位置时为1.5cm的距离相反)。这些距离仅为示例性的。

凸缘112的长度d1应当足够长，使凸缘112总是与密封物130接触。在第一导向环183提供导引表面的例子中(例如，引导离开套筒部分103的外表面103b)，表面145和147很可能将不接触凸缘112的外表面117。取而代之地，表面145接近凸缘112的外表面117，来尽量减少或防止废气排出，表面147接近凸缘112的外表面117的外表面，来支撑并定位第二导向环185的密封物130。凸缘112不应长到当阀102位于打开位置(图2)时，凸缘112的边缘119(图4和图5)接触到采集器170的后壁171。图2还示出了凸缘112的内表面115与采集器170的底面173之间的存在的空隙，其允许冷却流体在套筒阀102运行的所有阶段中流动，并防止对组件的机械损伤。本文将参照图4-8提供冷却流体路径的更多细节。

图2示出了包括第一表面111和第二表面113的端面110。如将在下文中更详细介绍的，端面110的形状或配置优选地对应阀座116的形状。

图3提供了油路界定件106的更多细节。图3示出了油路界定件106包括主体180、第一导向环183和第二导向环185。主体180包括入口120，其允许冷却流体运动进入圆周槽126。主体180还界定了采集器170和出口122。第一导向环183包括多个冷却槽128，其中每个具有入口128A和出口128B。进入圆周槽126的冷却流体离开并进入冷却槽128。在槽128之间形成的抬高的表面141提供了在阀102在打开位置与关闭位置间运动时的套筒部分103的外表面103B的引导表面。抬高的表面141还作为流量限制器来保证冷却流体围绕圆周槽126分布，且随后以足够的速度通过冷却槽128从而撞击在端壁110的内表面119上。冷却槽128为冷却流体提供了从圆周槽126，沿套筒阀部分103的外表面103B，进入套筒阀102的末端108内的腔114的路径。第一导向环183的内径基本等于套筒部分103的外径OD1。

图3示出了导向环183中的冷却槽128的一种配置。冷却槽128不限于图3所示的配置。导向环183可以包括比图3所示更多(或更少)的冷却槽128，且冷却槽128可以包括不同的形状(例如，正方形横截面，等)。冷却槽128还可以具有比图3所示更大或更小的直径。槽128的长度也可以变化。图3所示的槽128相对于套筒阀102的中线C-C轴向对齐。槽128还可以定向为相对于套筒阀102的中线C-C成角度。

第二导向环185为凸缘112提供导引。导向环185的内径优选地基本相似于凸缘112的外径。如上所述，导向环185还与凸缘112的外表面117(通过密封物130)来保持密封，防止冷却流体漏入口10。

图4-8示出了套筒阀和油路界定件的几种配置。图4示出了图1-2所示的套筒阀组件100的变形，其中套筒阀102处于关闭位置。在图4的配置中，凸缘112的外表面117在运行中不直接与油路界定件106的表面146接触。另外，密封物130随凸缘112运动来保持与套筒阀102的端面110之间的固定距离。

图4示出了从凸缘112的外表面117向上延伸的两个突出物132。每个突出物132的末端接近油路界定件106的表面146。在一个实施例中，突出物132的末端与表面146之间有间隙并支撑容纳在突出物132之间的密封物。

图4的配置的一个优势在于密封物130保持与套筒阀102的端面110之间的固定距离。当套筒阀102打开(移动到右边)，密封物130随凸缘112移动到右边。于是，密封物130并不滑动越过凸缘112(向端面110方向)的最热部分。将密封物130暴露于高温可能缩短密封物130的寿命。因此，保持密封物130与套筒阀102的端面110之间的固定距离可以延长密封物130的寿命。每个突出物132具有高度h1。突出物132的高度h1降低了腔114的可用高度h2；有效地缩小了腔114的体积。

图4示出了当流体进入入口120并离开出口122(从图4透视图)时冷却流体在套筒阀组件100中从右向左流动(以带有箭头的虚线示出)。作为替代方式，流体流可以调转方向(例如，调转入口120和出口122)。图4还示出了套筒部分103的厚度大于阀的尖端或凸缘112的厚度。如上所述，套筒部分103很可能需要更大的厚度来提供足够的刚度特性。当冷却流体在腔114中搅动时，冷却流体冷却套筒部分103的外表面103B、凸缘112的内表面115以及套筒尖端的内表面119。

图5提供了图1-2中所示的套筒阀102、连接件104和油路界定件106的更多细节。图5示出了处于关闭位置的套筒阀102，其中套筒阀102的端面110与阀座116接触。图5示出了套筒尖端的内壁119与套筒部分103的外表面103B形成角度θ。角度θ可以包括30-90度之间的任意角度，且在一个实施例中包括45度。图5还示出了腔114的高度h3。腔的高度增加使得凸缘112的外表面117与油路界定件106的表面145、147形成密封。因为凸缘112与油路界定件106之间的空隙h1被消除，图5中所示的高度h3大于图4中所示的高度h2。增大腔114的容积增大了可以通过腔114循环的冷却流体的量。套筒阀尖端中的增大的冷却流体循环提供了图5所示的组件的更好的冷却特性(例如，从暴露于气缸内的高温的套筒部分103上移走更多的热量)，并允许更少的限制性排放。

容纳在通道133中的密封物130是固定的，不随凸缘112移动。当套筒阀102移动到打开位置(见图6)，凸缘112的外表面117运动越过密封物130。将凸缘112的末端108带到更靠近密封物130使密封物130承受更高的温度，因为如上所述，凸缘112在末端108处最热。

图6示出了当套筒阀102位于打开位置时，在凸缘112的内表面115与采集器170的底面173之间维持空隙g1。空隙g1允许冷却流体从腔114离开，进入采集器170，并通过口122离开。在一个实施例中，空隙g1包括1-3mm之间的距离。空隙g1可以变化，且还包括其它距离。

图7示出了套筒阀组件的另一实施例。示于图7中的套筒阀200包括套筒阀202、连接件104和油路界定件206。连接件104基本上相似于图4-6中的配置，其中连接件104包括阀座116。

套筒阀202包括顶部或末端208和第二端209，并具有内表面203A和外表面203B。套筒阀202的末端208形成端面210，该端面210与阀座116形成密封，如图7所示。端面210包括第一段210a和第二段210b。第一段210a可以位于第二段210b的径向向内(也即，更靠近中轴C，图1)。第一段210a可以提供为相对于中轴成倾斜角，并可以与具有相似地形成的倾斜角的座116的一部分相配合。部分210a与座116各自的角度可以近似相同。作为替代方式，第一部分210a的角度可以比座116的相应部分的角度更倾斜，以使得，当第一部分210a与座116的该部分相配合时，部分210a的径向最内部的尖端与座116首先接触。

提供位于座的径向内部的密封物限制了末端210暴露于燃烧气压的面积。端面210上的气压趋于将阀从座上抬离。具体地，如果使密封物在端面210与座116之间进一步地径向向外，其增大了气体用来试图将阀推离座116的力。于是，在座116与端面210的径向最内部部分之间提供密封物，减小了使末端208偏离座116的力。可以使用弹簧来偏移套筒阀并保持末端208倚靠于座116。在端面210的径向内径处提供密封物减小了弹簧将套筒阀保持倚靠于座116所需的力。在进一步的实施例中，可以将密封物置于沿端面210与座116之间的界面的任何位置。末端208具有厚度或宽度t3且阀202的第二端具有比末端108的厚度t3薄的厚度或宽度t4。如图7所示，末端208在套筒尖端中没有腔。

油路界定件206包括一个或多个入口220和圆周槽248。圆周槽248允许冷却流体沿套筒部分203的外表面203B分布在套筒部分203周围。油界定件206进一步包括密封槽233。密封物230容纳在槽233中，且位于第一表面245与第二表面247之间。密封物230防止冷却流体从套筒阀202的外表面203B与所述第二表面245之间漏进口10。

套筒阀202的外表面203B经机器制造来产生围绕阀202的圆周的轴向槽228。每个槽具有第一端228A和第二端228B。用第一导向环183为例(在图3中示出)，套筒阀202的外表面203B显得相似于第一导向环183；套筒阀202的外表面203B具有多个槽228和槽228之间的如141所示的抬高的表面。阀202的外表面203B可滑动地与油路界定件206的表面247和249接触。

与套筒阀尖端带有腔114的图4-6的实施例相比，图7中所示的套筒阀202没有任何用于将冷却流体分布以靠近套筒阀202的末端208的装置。具有实心尖端的阀还可能产生具有更大重量的阀。图7所示的套筒阀202很可能包括比图4-6中的套筒阀更轻的材料，来抵消末端208的更大的重量(以及保持基本相似的重量)。在一个实施例中，套筒阀202为铝制。套筒阀202(如图7所示)的重量与套筒阀102(具有图4的配置)的重量基本相同，尽管阀202的末端208的重量很可能大于套筒阀102的尖端。

铝的材料刚性是钢的三分之一。于是，套筒阀的末端的厚度t3需要基本比钢套筒阀的厚度大三倍。但是，由于铝的重量大致为钢的三分之一，所得到的套筒阀与钢套筒阀重量相同。相比于钢，使用铝有几点好处。铝的导热性比钢好大概两倍。因此，具有厚度t3的末端的铝套筒阀移除的热量是厚度为t2的钢套筒阀的六倍。另外，套筒部分212可以被切削掉来形成鳍，以增大离开末端208的表面积。因为气缸内的压强在活塞移动远离末端208时会减小，减小套筒部分212的厚度是可能的。这些鳍帮助将更多的热量传导给冷却流体。

为了减轻套筒阀202的重量，图7示出了外表面203B的一部分被去除以形成冷却槽228；将阀202的部分的厚度减小为t4。冷却槽228的长度可以变化。图7示出了，当套筒阀202处于关闭位置时，冷却槽228不延伸进密封物230。换言之，套筒阀202的外表面203B，在末端208，在工作时总是与密封物230保持接触。

冷却流体流入油路界定件206中的入口220并进入冷却槽228的第一端228A。冷却流体在冷却槽228中向着冷却槽的第二端228B流动，该第二端228B为冷却流体提供出口。向套筒阀202的外表面203B中形成冷却通道228把冷却流体带到离套筒阀202的内表面203A尽可能地近，而该内表面203A承受着来自气缸内的最高的热度。将距离t4减小到最小的可接受距离，减小了来自气缸内的热量在暴露于冷却流体之前所必须流动的距离。对于阀202的末端208也是如此，其承受着气缸内的最高温度。

套筒阀202的末端208所承受的来自气缸内的压强高于套筒阀202的主体部分209。具有更厚的末端208的套筒阀202提供了末端208所需的更高的刚度特性。在铝套筒阀202(而非钢)的例子中，因为刚度原因，套筒阀202的厚度t4可能必须大于常见套筒阀的套筒部分103的厚度t2。例如，可以要求铝制套筒阀的厚度t4比图1所示的套筒部分103的厚度t2大近三倍。套筒阀202的厚度t4可以变化。套筒阀202可以包括其它高导热性材质例如，但不限于，铜铍、金属基体复合材料、各种铝合金，及其类似物。

铝制套筒阀的一个优势在于铝的导热性显著高于钢。尽管暴露于气缸内的热量的表面积(内表面203A的面积)与图1所示的阀102的表面积相同，结合阀202的更大的横截面积，更多的热量被带出套筒阀202。铝的一个不足在于这种材料在高温下的低硬度。铝的这种材料特性可能会导致阀座116对端面110的过度磨损，缩短套筒阀202的寿命。

插入物或涂层可以置于套筒阀202(或套筒阀102)的端面210上来防止端面210的过度磨损。下面参照图10-14提供插入物与涂层的更多细节。

图8示出了一种套筒阀组件300。该套筒阀组件300包括套筒阀302、连接件304和油路界定件306。图8中所示的套筒阀302是中空的。阀302有由外壁308、内壁310、第一端壁312和第二端壁314界定的腔336。第一端壁312包括具有第一表面311和第二表面313的外表面316。连接件304界定了阀座116。

油路界定件306包括入口320、冷却槽328和出口322。油路界定件306进一步包括位于第一与第二表面345、347之间的圆周槽333(示为具有容纳在槽333中的密封物130)。用导向环183在图3中的例子，油路界定件306带有槽328的部分可以显得与导向环183相似(例如，可以在油路界定件306的内表面346中加工槽328)。在这种情况下，外壁308的外表面308A可滑动地与油路界定件306的内表面346相接触。油路界定件306上的具有表面345、347和槽333的部分可以显得与图3中的表面145m 147和槽133相似。在这个例子中，外表面308A可滑动地与表面347接触，且密封物330防止油漏进口10。

套筒阀302在图8中示为处于打开位置。如图8所示，当阀302移动到打开位置，密封物330移动越过阀302的末端308。如上所述，阀的末端是这个阀的最热的部分，因此，图8中的密封物330承受着阀302中较高的温度。通过槽328流动的冷却流体并不特别地流近末端308或阀302的内壁310。

但是，套筒阀302中的腔336部分地被具有良好的导热性且在工作温度下为液态的材料填充。可以部分填充腔336的一种这样的材料是钠。在这种情况下，腔336中的钠在暴露于内壁310的热量时转化为液态，并当套筒阀302在打开与关闭位置间移动时开始在腔336中来回搅动。熔融的或液态的钠从内壁310和阀302的第一端壁312上吸收热量。钠是一种示例性的材料，且并不为限制将此项技术的范围。其他材料可以部分地填充套筒阀302的腔336。

腔336中的熔融的钠把热量传导到阀302的每个壁。在槽328中流动的冷却液与阀302的外壁308直接接触。于是，冷却流体将热量从外壁308吸出并产生热差来将热量从熔融钠金属拉向外壁308。图8所示的套筒阀组件300可以适用的一种情况是用于高性能引擎。套筒组件300也可以用于其它引擎。

图10-14示出了用于增强套筒阀耐久度得插入物与涂层的不同实施例。图10-14中示出的套筒阀一般与图7中所示的套筒阀202相符。套筒阀202仅为示例性，并不为限制本文中所述的此项技术的范围。本文中所述的插入物与涂层可以与其它套筒阀结合使用。

一般地，套筒阀的重复打开和关闭使得端面210或阀尖端反复碰击阀座116。这种与阀座116的反复接触使端面210磨损并随时间而变形。最终，当套筒阀202位于该关闭位置时，端面210不再与阀座116形成有效的密封。导致套筒阀磨损的两个因素是(i)套筒阀碰击阀座时的速度，以及(ii)套筒材料的硬度。套筒阀反复撞击阀座导致这两个表面(例如图10的表面213和例如图4的阀座116)的摩擦/刮擦和/或逐渐将材料本身压实。

图10示出了完全置于端面210上，并部分地置于图7所示套筒阀202的表面203A和203B上的插入物250。插入物250形成了加固的套筒尖端，具有外部件251和内部件253。插入物250可以通过几种不同的方式附着到套筒阀202，这些方式包括，但不限于，现场浇铸、冲模锻造热压配合(swaged forged shrink fit，例如，在硬金属较热而铝非常冷时装配)，及其类似方式。在一个例子中，为插入物250准备，先加工出表面211、213、203A和203B；形成座来以在其中放置插入物250。作为替代方式，插入物250可以直接附着在表面211和213上。示于图10中插入物250正面对应于套筒阀202的表面211和213。于是，在图10的实施例中，插入物250的接触表面255在阀202位于关闭位置时与阀座116形成密封。

插入物250优选地包括硬度足以抵抗与阀座116的反复撞击而不使表面255变形的材料。仅为举例，上述材料可以包括碳钢。其它材料可以包括，但不限于，工具钢、传统的提升阀钢或钛合金、铜铍、及其类似物。

插入物250缠绕在阀202的端面210周围形成外部件251。外部件251沿套筒阀102的外表面203B延伸距离X1。仅为举例，距离X1可以包括从1mm-10mm的距离。外部件251的表面257优选地与外表面203B齐平，于是在工作中不干扰套筒阀202的运动范围。例如，如果图10中示出的套筒阀202替代图6中所示的套筒阀，优选地，插入物250不干扰套筒阀移动到图6所示的完全打开位置的能力(例如，插入物250的表面257不应抬高并碰击油路界定件106)。插入物250的内部件253沿套筒阀202的内表面203A延伸距离X2。距离X2可以包括任意距离。仅为举例，距离X2包括1mm-3mm的距离。图10示出了距离X2比距离X1短，但是这并非插入物250的必须的特征。

如上所述，插入物的表面255将反复以高速碰击阀座116。这使表面255承受高冲击力。使插入物250沿外表面203B和内表面203A延伸增加了插入物250的总的表面积(与简单用插入物250来覆盖端面210不同)。增大插入物250的表面积把表面255接收的(来自撞击阀座的)冲力分摊在更大的面积上，提供了更大的面积用于冲击能量的消散以及滞留的干扰。图10示出了插入物250具有一致的厚度。作为替代方式，插入物250的一个或多个表面可以具有不同的宽度或表面积。

图11示出了插入物280的另一实施例。该插入物280包括第一部件282和第二部件284。插入物280的第一部件282具有末端面285，其有效地取代了图7所示的套筒阀202的接触面213。第一部件282的末端面285与套筒阀202的内表面203A对齐，但可以像图14一样伸出。套筒阀202的不接触阀座116的表面211不被插入物280覆盖，于是211的围绕缠绕提供了280的滞留。插入物280的第二部件284向内延伸进套筒阀202的末端208达距离X3。距离X3可以改变。

插入物280的第二部件284增加了插入物280的总的表面积，于是将插入物280接收到的冲力分摊到更大的面积上(与简单地将插入物280覆盖在表面113上不同)，并提供了更大的面积供冲力消散。图11所示的插入物280的一个优势在于，插入物280不沿阀202的外表面203B延伸。于是，插入物280不会干扰阀202的工作(例如，插入物280不会撞击油路界定件106或干扰平稳地与一个表面接触的密封物)。

图12示出了在端面210上具有涂层290的套筒阀202。在一个实施例中，涂层290包括铬电镀。作为替代方式，端面210可以经阳极电镀形成氧化铝涂层。可能使用的其它材料包括，但不限于，镍硅碳化物、类金刚石碳、火焰喷涂硬化金属、陶瓷材料、及其类似物。

图12示出了完全覆盖套筒阀202的端面210(例如，第一表面211和第二表面213)的涂层290。作为替代方式，涂层290可以仅形成在撞击阀座116的表面213上。类似于上述的插入物，涂层290优选地是比套筒阀202本身更硬的材料，以延长套筒阀202的寿命。涂层290为防止或减缓因套筒阀202的端面210与阀座116之间在工作中的经常的摩擦和/或刮擦而导致的套筒阀202的磨损。涂层的厚度可以变化，且依赖于涂层材料的种类。仅为举例，阳极电镀涂层可以包括1-10微米而电镀或喷涂材料可以包括达100至200微米。

图13示出了图10中所示的插入物250的另一实施例。在图13中，插入物150的顶部部件251沿套筒阀202的外表面203B延伸达距离X4。距离X4大于图10所示的距离X2。在一个实施例中，插入物250的顶部部件251基本沿套筒阀202的整个外表面203B向上延伸到槽228。

图13中所示的插入物250的一个优势在于插入物250的顶部部件251覆盖了套筒阀202与油路界定件206密封物(如图7所示)之间的整个(或几乎整个)接触表面。在工作中，不带所述插入物250的套筒阀202经历着沿外表面203B的因与油路界定件206的密封物滑动接触所带来的磨损。加入图13所示的插入物250置入了更硬的表面(顶部部件251)来与油路界定件206的密封物滑动接触。这个更硬的表面251即使磨损，将以不同于套筒材料的速度磨损；有效地延长了套筒阀202的寿命。

图14示出了插入物400。在图14中，插入物400包括外部件402、前部件404和冲击能量吸收结构410。顶部部件402沿套筒阀202的外表面203B延伸达距离X5。与图13类似，顶部部件402基本沿套筒阀202的整个外表面203B向上延伸到槽228。正部件404定义了接触表面408，该接触表面408在套筒阀202位于关闭位置时与阀座116形成密封。

图14示出了前部件404包括尖端408，该尖端408向下延伸进入气缸并向外突出通过套筒阀202的内表面203A。正部件404延伸进气缸的距离可以变化。仅为举例，该距离可以包括1-10mm之间。图14还示出了插入物400的前部件404相对于套筒阀的内表面203A形成角度Φ。角度Φ可以包括15-55度之间的任意角度，并在一个实施例中包括45度。尖端408包括内表面409和外表面411，并在套筒阀202的末端208形成边缘。当活塞(未示出)在燃烧室内压缩空气时，而且套筒阀202处于关闭位置时，在尖端408的内表面409与外表面411之间产生正压差。这个正压差进一步帮助保持尖端408与阀座116之间的密封。

冲击能量吸收结构410增加了插入物400的总的表面积。如上所述，增加插入物的总的表面积有助于分摊和消散接收自冲击该插入物的阀座116的冲击力。

上文中已经为图示与说明的目的而呈现了对创新的系统的详细说明。其并非为了穷尽或是将此创新的系统限制为所公开的具体形式。鉴于上述教导，可以有很多改动和变形。所介绍的实施例被选出来最佳地解释该创新的系统的原理及其实际应用，从而使得本领域技术人员能够将这个创新的系统最佳地用在不同的实施例中，以及为适用于预期的特定应用的作出各种改动。该创新的系统的范围意图由随附的权利要求书加以限定。

尽管主体已经用语言具体到结构特征和/或方法行为来加以描述，应当理解，由随附权利要求书所定义的主体并不必限制为上述的具体特征或行为。相反，上述的这些具体的特征和行为被作为实现这些权利要求的示例性形式来加以介绍。

Claims (32)

1.一种套筒阀组件，包括：

阀座；

套筒阀，具有带有腔的末端，其中该末端当所述套筒阀位于关闭位置时与所述阀座接触；以及

流体路径界定件，其具有入口、出口和多个冷却通道；

其中所述套筒阀可滑动地与所述流体路径界定件接触，流动通过所述流体路径界定件的冷却流体在进入所述腔并从所述出口流出之前流入该入口并通过所述冷却路径。

2.如权利要求1所述的套筒阀组件，进一步包括插入物，其至少部分地覆盖所述套筒阀的所述末端。

3.如权利要求1所述的套筒阀组件，进一步包括涂层，其至少部分地覆盖所述套筒阀的所述末端。

4.如权利要求1所述的套筒阀组件，其中所述流体路径界定件包括导向环，所述多个冷却通道包括由所述导向环内的槽和所述套筒阀界定的通道。

5.如权利要求4所述的套筒阀组件，其中所述槽的方向沿轴，所述套筒阀沿着所述轴运动。

6.如权利要求4所述的套筒阀组件，其中流体被促使通过所述槽并在离开所述槽后到达所述套筒阀的所述末端上。

7.如权利要求4所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀包括凸缘，所述凸缘径向向外与套筒阀的其它部分间隔，并围绕所述其它部分，所述凸缘和所述凸缘所环绕的所述套筒阀的部分界定了所述套筒阀的所述末端内的所述腔。

8.如权利要求7所述的套筒阀组件，其中所述导向环包括第一导向环，所述流体路径界定件进一步包括第二导向环，所述凸缘的一个部分靠近所述第二导向环滑动，所述套筒阀的部分被在靠近所述第一导向环滑动的所述凸缘围绕。

9.如权利要求8所述的套筒阀组件，进一步包括所述凸缘与所述第二导向环之间的密封物，所述密封物防止所述流体路径界定件中的流体从所述流体路径界定件与所述套筒阀之间逸出。

10.一种用于内燃机的套筒阀组件，包括：

圆柱形套筒阀，至少部分界定所述内燃机的燃烧室；以及

流体路径界定件，至少部分地围绕所述圆柱形套筒阀并包括朝向所述圆柱形套筒阀的内表面，所述流体路径界定件包括：

入口，

出口，以及

界定在所述流体路径界定件与所述套筒阀之间的供流体在所述入口与出口之间通过的多条通道。

11.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述多条通道由围绕所述流体路径界定件的内表面圆周状地形成的多个槽所形成。

12.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀进一步包括末端尖端，所述末端尖端的厚度由可以密封所述燃烧室的空气/燃料入口的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面所界定，所述流体路径界定件向所述第二表面传送流体来从所述末端尖端吸收热量。

13.如权利要求12所述的套筒阀组件，其中所述阀组件包括中轴，所述套筒阀的末端尖端包括第一段和第二段，所述第一段位于所述第二段的径向内侧，所述第一段与座之间形成密封，所述第一段与所述座之间的容纳，与对于已知燃烧室气压的所述第二段与所述座之间的密封物相比，可以减低将所述套筒阀对所述座偏离的力。

14.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀进一步包括自所述套筒阀的端部径向向外间隔分离并围绕所述端部的凸缘，所述凸缘通过所述套筒阀的末端尖端连接到所述套筒阀的所述端部，所述末端尖端可以密封一个所述燃烧室的空气/燃料入口。

15.如权利要求14所述的套筒阀组件，其中所述凸缘、末端尖端和所述套筒阀的端部界定了靠近所述末端尖端的腔，所述流体路径界定件经由所述腔向所述末端尖端输送流体来冷却所述末端尖端。

16.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀组件包括用于密封空气/燃料入口的末端尖端，所述末端尖端包括密封物与涂层中的一项以用于抵抗所述末端尖端的磨损。

17.如权利要求10所述的套筒阀组件，进一步包括流体密封物，其固定地安装在所述流体路径界定件中并置为与所述套筒阀接触，所述流体密封物防止流体从所述流体路径界定件和所述套筒阀之间逸出。

18.如权利要求10所述的套筒阀组件，进一步包括流体密封物，其固定地安装在所述套筒阀中并与所述流体路径界定件接触，所述流体密封物防止流体从所述流体路径界定件与所述套筒阀之间逸出。

19.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述流体路径界定件包括所述入口与所述出口之间的流体流路径，以用于从所述套筒阀的末端尖端吸走热量。

20.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述流体路径界定件包括所述入口与所述出口之间的流体流路径，以用于从所述套筒阀的末端尖端吸走热量。

21.如权利要求10所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀包括至少部分地界定所述燃烧室的内壁，以及径向向外与所述内壁间隔的外壁，所述内壁和外壁在所述套筒阀内界定腔，所述腔包括用于将热量从所述套筒阀的内壁传导到所述套筒阀的外壁的导热材料，所述流体路径界定件将热量从所述套筒阀的外壁传导到所述流体路径界定件内的流体。

22.如权利要求21所述的套筒阀组件，其中所述导热材料包括钠。

23.一种用于内燃机的套筒阀组件，包括：

圆柱形套筒阀，至少部分地界定所述内燃机的燃烧室，所述圆柱形套筒阀沿中轴往复运动并包括用于密封空气/燃料入口的末端尖端；以及

圆柱形流体路径界定件，其至少部分地围绕所述圆柱形套筒阀，所述流体路径界定件包括：

入口，

出口，以及

圆柱形导向环，置于所述入口与出口之间，所述导向环包括多个围绕并靠近所述圆柱形套筒阀的槽，所述入口、出口和槽界定了流体流路径，流体流过所述流体流路径来冷却所述套筒阀。

24.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述槽定位为沿平行于所述中轴的轴，所述套筒阀沿所述中轴往复运动。

25.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述槽定位为沿与所述中轴成倾斜角的轴，所述套筒阀沿所述中轴往复运动。

26.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述套筒阀包括自所述套筒阀的端部径向向外间隔并围绕所述端部的凸缘，所述凸缘和所述端部界定了靠近所述末端尖端的腔，所述流体流路径包括所述腔以从所述末端尖端吸收热量。

27.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述导向环包括第一导向环，所述流体路径界定件进一步包括第二导向环，所述凸缘的一部分靠所述第二导向环滑动，所述套筒阀的所述端部靠所述第一导向环滑动。

28.如权利要求27所述的套筒阀组件，进一步包括在所述凸缘与所述第二导向环之间的密封物，所述密封物防止所述流体路径界定件中的流体从所述流体路径界定件与所述套筒阀之间逸出。

29.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述末端尖端被插入物覆盖以减少所述末端尖端上的磨损。

30.如权利要求29所述的套筒阀组件，其中所述插入物由碳钢、硬化钢、钛合金和铜铍中的一种制成。

31.如权利要求23所述的套筒阀组件，其中所述末端尖端由涂层覆盖以减少所述末端尖端上的磨损。

32.如权利要求31所述的套筒阀组件，所述涂层由镀铬的阳极电镀氧化铝、镍硅碳化物、类金刚石碳、火焰喷涂硬化金属、和陶瓷材料中的一种制成。

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