CN103237980B - 一种滑阀组件 - Google Patents

Abstract

一种滑阀组件包括一个阀本体，该阀本体具有临近于一个流体不可渗透的表面的一个流体导送端口。致动器允许流体行进通过该阀组件并且进入一个流体阻挡位置，在该流体阻挡位置中该流体不可渗透的表面阻碍了流体行进通过该阀组件。第一和第二密封组件包括一个主密封环、围绕该主密封环的一个辅密封环、以及一个弹簧，该弹簧对抗一个密封表面而驱使主密封环。随着系统中压力的增加，这个压力被输送到这些密封组件以便迫使它们抵靠在这些密封表面上从而增强这种密封关系。被附接到该阀本体上的多个凸轮和多个凸轮跟随件克服了该密封系统和该阀本体以及该阀壳体的摩擦力以便增加该阀组件和使用了该阀组件的系统的效率。

Description

一种滑阀组件

技术领域

本发明涉及一种适合用在包含压力致动器的压力系统中的阀组件，该压力系统是例如能量转换发动机，例如内燃发动机，或者热发动机，例如柴油发动机、斯特林循环发动机、米勒循环发动机、和奥托循环发动机。更具体地，本发明涉及一种滑阀组件，这种滑阀组件是用于压力系统中并且具有改进的密封系统，该密封系统被配置成减小在阀与同本体相关的密封部件上的摩擦、热以及磨损。

背景技术

最现代的内燃发动机利用被称为奥托循环的四冲程运行顺序。奥托循环包括一个进气冲程，其中进气阀打开并且空气和燃料的混合物被引导进入发动机的汽缸中。然后发生一个压缩冲程，其中活塞将燃料和空气的混合物压缩以便增加汽缸中的压力。由一个火花塞提供的火花在活塞即将到达汽缸的顶部之前将混合物点燃，从而致使活塞在工作冲程中在汽缸内被迫下移。然后在排气冲程中一个排气阀打开，其中燃烧后的气体被迫离开汽缸。这四个冲程在发动机运行的过程中不断重复。

以奥托循环原理运行的内燃发动机总体上利用弹簧加载的提升阀，这些提升阀在每个循环的过程中选择性地打开和关闭进气和排气端口。在大多数发动机中，一个曲轴被联接至一个正时皮带或链条上，该正时皮带或链条进而联接到一个凸轮轴上，该凸轮轴会旋转以便在进气和排气冲程的过程中对应地打开该进气和排气阀。与每个阀相关联的一个弹簧在其他循环的过程中关闭这个阀。

使用这样的弹簧加载的提升阀存在若干缺点。一个缺点是在每个循环的过程中这些阀伸入汽缸中，并且存在以下固有的风险：活塞可能在很大的力下接触一个打开的阀并且导致实质性的发动机损伤。此外，阀正时事件可能由于阀头伸入汽缸中而受到限制。

在常规的内燃发动机中使用提升阀的另一个不利之处在于使用了相对硬的弹簧来关闭这些阀。因此，要求相对强的力来克服弹簧的抵抗力以便在每个循环中打开每个阀，这减小了发动机的效率。而且，由于这些弹簧所提供的这种强硬的抵抗力，阀正时事件可以受到限制。例如，在采用常规的提升阀和坚硬弹簧时，总体上有一个短的时间段，在此过程中进气阀与排气阀二者都是打开的。在这个重叠的时段内，未燃烧的烃类分子可能在下一个循环中保留在燃烧室中，由此不利地影响了动态压缩并且减小了发动机效率。

与使用常规提升阀相关联的又一个不利之处在于，由于孔口的阻碍而损失能量，即，是因为提升阀的一部分伸过孔口并且进入汽缸中。而且，通过进气端口进入汽缸的流动在接触到提升阀的头部(即，阀的将孔口密封成关闭状态的那个部分)时被中断。该进气阀头部可以在汽缸内导致紊流和无法利用的空气空间，这进而减小了发动机的效率。此外，在排气冲程的过程中当排气阀头伸入汽缸中时，燃烧后的气体可能不会有效地流出汽缸，这进一步减小了燃烧能力。

已经开发了可以与内燃发动机相结合使用的多种不同的滑阀设计来克服与常规的提升阀相关联的的若干缺点。滑阀组件的一个主要优点是能够具有一个基本上无阻碍的流动路径。具体是，因为未采用常规的提升阀，而因此不会阻碍通过进气或排气端口的流动路径，滑阀具有显著增加进入汽缸的空气流动能力的潜力。而且，由于省却了与常规的提升阀相结合使用的这些坚硬的弹簧，滑阀组件可以实现减小的机械负载。

一些滑阀组件具有旋转盘、圆柱体、套筒以及其他球状的旋转机构。这样的先前已知的滑阀可以被定时成使得在进气和排气冲程的过程中它们的穿孔与圆柱体重叠。然而，由于它们的连续的密封接触，这些已知的滑阀可能经历高温和极度的摩擦，从而导致在阀以及任何相关的密封机构上出现高的磨损率。

而且，这样的滑阀组件总体上具有固定的穿孔大小，即，与汽缸相对应的穿孔的大小不可以随着阀被平移或移位(即在一个平面中与旋转相反的来回移动)而改变。因而，提供一个相对大的端口穿孔可能会增加燃料消耗和排放，从而导致低的气体速率，这不利地影响了低发动机速度下的发动机性能，尤其是在怠速过程中。

在美国专利号1,722,873；1,922,678；2,074,487；和5,694,890中披露了滑阀组件的多个实例。

与现有技术的一些滑阀系统相关联的另一个缺点是采用大量密封件的这种密封系统的复杂性。所希望的是为滑阀系统提供一种有效的密封系统，该密封系统采用了显著更少的部件。

因此需要提供被配置成易于合并到一个压力系统，例如，能量转换发动机、例如内燃发动机中的一种滑阀组件。

又进一步需要提供被配置成减小在阀本体以及相关的密封部件上的摩擦、热和磨损的一种滑阀组件。

还进一步需要提供这样的滑阀组件，该滑阀组件具有改进的密封系统，该密封系统被配置成有效地密封该阀和/或与能量转换发动机相关联的活塞汽缸组件的这些燃烧室的，或者该滑阀组件具有被配置成有效地密封该阀和/或与压力系统相关联的这些压力室的一种改进的密封系统。

发明内容

本发明满足了这些需要。本发明提供了一种滑阀组件，该滑阀组件用于相对于能量转换发动机(例如，一个内燃发动机)的容纳了往复活塞的燃烧室或汽缸引入和/或排放一种流体介质。该滑阀组件包括：一个阀壳体，该阀壳体具有由一个阀腔室分离的一个第一流体导送通路和一个第二流体导送通路；一个阀本体，该阀本体容纳在该阀壳体的阀腔室中并且具有临近于一个流体不可渗透的表面的一个流体导送端口；一个致动器，该致动器用于将该阀本体在该阀壳体内平移移动进入一个流体导送位置中并且进入一个流体阻挡位置中，在该流体导送位置中该阀本体的流体导送端口允许在该阀壳体的第一流体导送通路与第二流体导送通路之间的一种流体导送关系，并且在该流体阻挡位置中该阀本体的流体不可渗透的表面阻碍了在该阀壳体的第一流体导送通路与第二流体导送通路之间的一种流体导送关系；在该阀本体和该阀壳体上的多个合作表面，这些表面用于在该阀本体于该阀壳体的阀腔室内平移移动过程中将该阀本体限制在该阀本体的该流体导送位置与该流体阻挡位置之间；以及一个密封系统，该密封系统包括一个第一密封组件，该第一密封组件位于该阀本体的流体不可渗透的表面内以用于在该阀本体与该阀壳体之间形成一种密封关系，所述第一密封组件是与该系统中的压力联通的并且被适配成接收该系统中的压力由此增加该第一密封组件的效率。该密封系统还包括一个第二密封组件，该第二密封组件位于该阀壳体内以用于在该阀壳体与该阀本体之间形成一种第二密封关系。

该第一密封组件和该第二密封组件包括一个主密封环、围绕该主密封环的外周的一个辅密封环、以及一个弹性构件，例如张力弹簧，该弹性构件被安排来在该主密封环与其对应的密封表面之间施加弹性力从而对抗其对应的密封表面而将该主密封环加载。就该第一密封组件而言，该密封表面可以包括该阀本体的密封腔室的一个壁；而就该第二密封组件而言，该密封表面可以包括该阀壳体的密封腔室的一个壁。

该第一密封组件和该第二密封组件及其主密封环可以具有许多形状中的一种，例如圆柱或非圆柱形，例如，椭圆和D形，并且该辅密封环是相对于该主密封环在其对应的密封腔室内自由地可移动的。

该阀壳体还包括一个盖，该盖被安装在上部阀壳体的一个环形构件内。这个盖可以包括多个平行的端口或通道，每个端口或通道为该系统中的流体介质和/或压力形成了一个通路以用来将压力输送到至少该位于阀壳体内的第二密封组件上，从而增加它对该阀壳体的密封表面的密封效率。用于将汽缸的燃烧室中的高压引导到该密封组件上的这些端口或通道的这种安排所起的作用是增强这个第二密封组件的密封效果。没有这些端口时，系统内的压力在容纳了该第一和/或第二密封组件的该密封腔室内行进而迫使或压迫该第一和/或第二密封组件的该主密封环和该辅密封环靠在容纳了该第一和/或第二密封组件的该密封腔室的一个或多个密封表面上，以便迫使或进一步压迫该第一和/或第二密封组件的该主密封环和该辅密封环靠在该阀本体或该阀壳体的一个或多个密封表面上。

这些合作表面可以包括响应于该阀本体致动器的一个或多个凸轮和凸轮跟随件。这些凸轮和凸轮跟随件的这些合作表面可以起作用来在该阀本体于阀壳体内平移移动的过程中限制该阀本体以便打开和关闭该阀组件。这些凸轮可以包括位于壳体中的、在该阀本体的任一侧上的或在该阀本体自身中的多个表面，附接到该阀本体的这些侧向侧上的这些跟随件用于与这些凸轮表面相接合。这些凸轮表面可以是直的或它们可以具有一个倾斜的部分。如果这些凸轮表面具有一个倾斜的部分的话，那么这些跟随件会被抬升，由此在该阀本体的平移移动的过程中将该阀本体抬升离开该阀壳体，由此有效地将该阀本体与该阀壳体分离，并且因此至少使该第一密封组件移动离开该阀壳体的下部部分。

一个进一步的实施方案包括沿着该阀本体的宽度安装的一个前部凸轮跟随件和一个后部凸轮跟随件，其中这些凸轮跟随件与该阀壳体的多个凸轮表面合作以用来减小在该滑阀组件的密封系统的这些接触和/或密封表面之间的摩擦。

有利地，因为该阀本体在该阀本体相对于该阀壳体由该致动器导致的这种平移移动或振荡的过程中被该线性凸轮和这些凸轮跟随件驱使而从该阀壳体的密封表面离开，与常规的滑阀相比就可以实质上减小该阀、该阀本体和相关的密封部件上的摩擦、热以及磨损。

该阀本体基本上被布置在该阀壳体的阀腔室或孔内。该阀本体被配置成通过一个凸轮和致动器系统、根据凸轮轴和曲轴的旋转正时而在阀壳体内平移或振荡，由此选择性地促成或防止在该阀本体的通路与内燃发动机的汽缸之间的流体联通。尤其是，该阀本体在一个第一方向上的平移移动促成流体联通，而该阀本体在一个相反的方向上的平移移动防止与该汽缸的流体联通。在该阀组件的后一个或关闭的位置，系统中的压力(例如汽缸压力)和该弹性构件(例如这个或这些密封组件的弹簧)对该压力系统提供了一种有效的密封。

可以使用任何数目的种类的致动器来实现该阀本体的平移移动。例如，可以采用凸轮轴、螺线管、摇臂、链条、齿轮、皮带、以及液压的、气动的、电动的致动器，和/或其他装置来造成阀本体的平移移动。因此，就可以采用不同种类的致动器而言，尤其是与现有技术的仅仅倚靠常规的机构来提供阀的平移移动的滑阀组件相比，本发明进一步允许了相当的灵活性。这样的设计灵活性提供了除阀本体的平移移动之外的多种不同优点，例如，实现可变的穿孔大小和正时事件，如在此以下总体阐述的。

如果被用于常规的内燃发动机中，本发明的一个第一滑阀组件将被用作进气阀，并且本发明的一个第二滑阀组件将被用作排气阀。

本发明的阀组件也可以被有效地用于任何数目的压力系统中。这种阀组件可以是多种阀组件中的任何一种，例如，滑阀组件、旋转阀组件、半旋转阀组件、或振荡阀组件。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于压力系统中的带有改进的密封系统的阀组件，如用于能量转换发动机或热发动机中，例如内燃发动机中。

本发明的另一个目的是提供一种具有改进的密封系统的阀组件，如滑阀组件，该密封系统被配置成减小在该阀和本体相关的密封部件上的摩擦、热和磨损。

本发明的又另一个目的是提供一种具有改进的密封系统的阀组件，如滑阀组件，从而使得随着该系统压力的增加，这种压力致使该密封件对抗一个密封表面而被压缩由此来增加密封系统的效率。

本发明的还另一个目的是提供一种阀组件，如一个滑阀组件，该阀组件可以使用任何数目的装置来致动由此提供更多的设计灵活性。

在参照附图阅读时，将更好地理解和了解本发明的这些以及其他的优点和目的。

附图说明

图1A是根据本发明在标准内燃发动机的进气冲程中用作进气阀和排气阀的滑阀组件的一个局部切除的透视图。

图1B是根据本发明在标准内燃发动机的压缩或工作冲程中用作进气阀和排气阀的滑阀组件的一个局部切除的透视图。

图1C是根据本发明在标准内燃发动机的排气冲程中用作进气阀和排气阀的滑阀组件的一个局部切除的透视图。

图2是本发明的滑阀组件的一个分解透视图。

图3是一个示意性的截面放大视图，展示了加压气体在相对于一个压缩汽缸而进入本发明滑阀组件的阀本体中一个容纳了密封组件的密封腔室中时的路径。

图4是一个标准内燃发动机的一个透视图，其中一个汽缸盖被整合进入一个发动机体中，并且结合了本发明的作为进气阀和排气阀的滑阀组件。

图5是内燃发动机的一种设计的立面截面视图，该设计可以结合一个或多个本发明的滑阀组件。

图6A是根据本发明在图5的内燃发动机的进气冲程中用作进气阀和排气阀的滑阀组件的一个局部切除的透视图。

图6B是根据本发明在图5的内燃发动机的排气冲程中用作进气阀和排气阀的滑阀组件的一个局部切除的透视图。

图7是根据本发明的传授内容的滑阀组件的一个进一步实施方案的透视图。

图8是图7的滑阀组件的仰视立面视图。

图9是图7的滑阀组件的侧视立面视图。

具体实施方式

本发明的包括改进的密封系统的阀组件可以是用在压力系统中的一个滑阀组件、旋转阀组件、半旋转阀组件或振荡阀组件，该压力系统可能包括或可能不包括一个压力致动器，例如的一个能量转换发动机，例如内燃发动机，或一个热发动机，例如，柴油发动机、斯特林循环发动机、米勒循环发动机、以及奥托循环发动机。

参见图1A、图1B、图1C和图2，本发明的滑阀组件30、130可以在标准内燃发动机中被用作进气阀和/或排气阀。在一个优选实施方案中，进气阀和排气阀的构形是基本上相同的。因而，在图1A至图1C中，本发明的进气阀将总体上被称为进气阀30而排气阀将总体上称为排气阀130，但每个阀都优选地是根据图2的滑阀组件30提供的。在图1A至图1C中，进气阀30和排气阀130出于清晰的目的被剖开以便更清晰地看到在本发明的滑阀组件中该密封系统的位置。

在图1A至图1C中，一个标准内燃发动机31包括一个汽缸33、一个燃烧室35和一个活塞37，该活塞以一种本领域的技术人员已知的方式通过一个连杆(未示出)联接到一个曲轴上。进气阀30和排气阀130可以作为分离的模块部件来提供，它们被布置在汽缸盖43的顶部或在汽缸盖43中，或者替代的是进气阀30和排气阀130可以被形成为汽缸盖43内的多个单一的单元，如在图4中展示的。这些阀组件30和130因为它们的紧凑性质而可以与发动机体43组合，因此免除了对于可分开的汽缸盖的需要。一个单件式缸盖/机体安排具有若干优点。例如，可以免除缸盖螺栓或可以减少缸盖螺栓的数目。发动机体可以具有更牢固的并且更强健的构造。可以免除缸盖垫片和附接硬件，从而因此允许容易的触及以便维护(即，维修)和接触，并且因此减小了生产和维护成本。

图2示出了用在内燃发动机中的本发明的滑阀组件，其中如以上所述的，该滑阀组件30、130可以被用作进气阀30和排气阀130。因此，将对于汽缸33提供两个本发明的滑阀组件。滑阀组件30、130包括：一个阀壳体，该阀壳体包括一个上部阀壳体45和一个下部阀壳体47；一个阀本体49，该阀本体被容纳在该阀壳体中；以及一个密封系统，该密封系统包括含有一个主密封环53、一个辅密封环55和一个弹性构件或弹簧57的一个密封组件51以及含有一个主密封环59a、一个辅密封环59b、和一个弹性构件或弹簧59c的一个密封组件59。如在图2中示出的，下部阀壳体47是在汽缸33的燃烧室35上延伸的一个单一的板。同样，如在图2中示出的，每个滑阀组件30、130的上部阀壳体45是下部阀壳体板47长度的大约一半。上部阀壳体45通过适合的方式(如焊接)而固定地连接到下部阀壳体板47上。下部阀壳体板47与汽缸33通过紧固件(未示出)连接到一起，这些紧固件是例如被接收在下部阀壳体板47的穿孔47a和汽缸33的穿孔33a中的螺钉。

仍然参见图2，滑阀组件30、130进一步包括一个阀致动杆61，多个线性凸轮63、65以及被安装到阀本体49的这些侧向侧面49a和49b上的多个滚子支撑件或凸轮跟随件67、69、71和73。线性凸轮63具有分别与凸轮跟随件67、69接合的合作凸轮表面63a和63b，并且线性凸轮65具有与凸轮跟随件71和73接合的合作凸轮表面65a和65b。当阀本体49在阀壳体内通过致动器杆61的致动作用而平移或振荡时，凸轮跟随件67、69、71和73在凸轮表面63a、63b、65a和65b上行进。致动器杆61被接收在阀本体49的穿孔49c中，其中该致动器杆是通过固位销74被固持的。还应理解的是，阀致动杆61在穿孔49c内通过固位销74来固持的这种安排是使得致动杆61被允许在阀本体49于阀壳体内移动的过程中相对于阀本体49自由地移动或伸缩(toggle)。这种伸缩特征在使用了线性凸轮63和65和跟随件67、69、71和73的时候变得尤其重要，并且尤其是在凸轮63、65的这些凸轮表面63a、63b、65a和65b是倾斜的情况下。

如在图2中进一步示出的，阀本体49具有一个开口或流体导送端口75，上部阀壳体45具有一个开口或一个第一流体导送通路79，并且下部阀壳体板47具有一个开口或一个第二流体导送通路77。上部阀壳体45具有一个环形构件45a，该环形构件接收了限定第一流体导送通路79的一个盖45b。上部阀壳体45还包括两个通道45c和45d，在阀本体49被组装在上部阀壳体45内时这些通道对应地接收了凸轮63、65。

如在关于标准内燃发动机的图1A、图1B和图1C中最佳示出的，盖45b被安装在上部阀壳体45的环形构件45a内并且形成了一个用来固持该密封组件51的密封腔室45e，在图2中最佳地示出了该密封组件。如在图1A、图1B和图1C中还示出了，阀本体49具有一个下部的流体不可渗透的表面49d，该表面临近于阀本体49的流体导送端口75或关于其是并置的。阀本体49进一步包括用于固持该密封组件59的一个密封腔室49e，该密封组件被最佳地示出在图2中。

当下部阀壳体板47、上部阀壳体45和阀本体49如在图1A、图1B和图1C中所示被组装时，阀本体49的流体导送端口75、上部阀壳体45的第一流体导送通路79、以及下部阀壳体板47的第二流体导送通路77合作而当阀本体49的流体导送端口75与通路79和77对齐时将这个滑阀组件30打开。滑阀组件30的端口75与通路77和79的这种对齐被称为滑阀组件30的流体导送位置或打开位置。

相反地，当阀本体49的流体导送端口75未与分别为上部阀壳体45和下部阀壳体板47的第一导送通路79和第二导送通路77对齐时，滑阀组件30是处于被阻断的或关闭的位置。滑阀组件30的这个阻断的或关闭的位置在此被称为滑阀组件30的流体阻挡位置或关闭位置。此外，当上部阀壳体45、下部阀壳体板47以及阀本体49如在图1A、图1B、和图1C中所示被组装时，密封组件51被接收在上部阀壳体45的一个凹入部分或密封腔室45e中并且密封组件59被接收在阀本体49的下部流体不可渗透的表面49d的一个凹入部分或密封腔室49e中，如以上讨论的。

对于图1A的标准内燃发动机而言，进气阀30被展示成处于一个流体导送位置中或在其进气冲程位置中，在该位置中进气阀30打开并且空气与燃料的混合物被引导进入汽缸33来驱使活塞37如箭头指示地向下。对于滑阀组件30的这个进气冲程，排气阀130处于其流体阻挡位置或关闭位置，在该位置中阀本体49完全阻断了上部阀壳体45的流体导送通路79以及下部阀壳体板47的流体导送通路77。在这种情形中并且关于进气阀30和排气阀130二者，阀本体49的密封腔室49e中的密封组件59成为主密封件而上部阀壳体45中的密封组件51成为辅密封件，该辅密封件通常是指一种“裙式密封件”。同样在这种情形中如在图3中示出的，随着燃烧室35中压力的增加，致使加压的空气或气体如箭头所示流入阀本体49的密封腔室49e中并且作用在密封组件59上，尤其是作用在第二密封环59b上以便迫使密封组件59对抗密封腔室49e的一个壁表面从而对于阀滑动组件30和130均增加了密封组件59的效率。如同样清楚的，空气与燃料的混合物在滑阀组件30的进气冲程被引导进入燃烧室35中并且被防止从排气阀组件130渗出，这是由于其对应的密封组件51和59并且尤其是由于在阀本体49内的密封组件59的增加的性能以及如在图3中展示的作用在密封组件59上的压力。

应该进一步理解的是，参见图3，密封组件59是与以上关于图1A至图2在此披露的相似地构造的。换言之，图3的密封组件59包括一个主密封环59a、围绕主密封环59a的外周定位的一个辅密封环59b、以及一个弹性构件59c。在图3中，出于清晰的目的而未示出弹性构件59c以便更清晰地指示压力从室35行进的路径。

图1B示出了标准内燃发动机31的一个压缩冲程或工作冲程。如所展示的，进气阀30和排气阀130二者都是关闭的。在这个压缩冲程中，活塞37将空气和燃料压缩以便增加汽缸33中的压力。在活塞37到达汽缸33的顶部之前用火花点燃这种混合物，从而致使活塞37被驱使如由箭头指示的在其工作冲程中在汽缸33中向下。而且，每个滑阀组件30和130的密封组件59作为主密封件起作用而上部阀壳体45中的密封组件51作为辅密封件或“裙式密封件”起作用。而且，汽缸33中的压力如在图3中所示行进进入密封腔室49e以便驱使密封组件59对抗密封腔室49e的一个壁从而对于滑阀组件30和130均增进了密封组件59的性能。

图1C示出标准内燃发动机31的一个排气冲程。如所展示的，进气阀30是关闭的而排气阀130是打开的。在活塞37的这个排气冲程中，燃烧后的气体被驱使穿过排气阀130并且离开汽缸33。在排气阀130的这个打开位置中，流体导送端口75是与上部阀壳体45的第一流体导送通路79并且与下部阀壳体板47的第二流体导送通路77对齐的。而且，汽缸33中的压力如图3所示行进到阀本体49的密封腔室49e中以便增强进气阀30和排气阀130的密封组件59的性能。对于排气阀130，密封组件59的这种增强的性能有助于将燃烧后的气体通过上部阀壳体45的第一流体导送通路79导出。

仍然参见图图1A、图1B和图1C，当密封组件51被组装时，辅密封环55被定位在主密封环53的具有用于接纳辅密封环55的一个外部槽(在图2中以参考数字53a示出)的外周周围。如以上讨论的，密封组件51被容纳在上部阀壳体45的凹入槽或密封腔室45e中的。优选地在密封腔室45e中提供足够的间隙以便允许至少该辅密封环55在密封腔室45e内自由地移动。在密封腔室45e中安排了环箍弹簧形式的弹性构件57以便在主密封环53与密封腔室45e的壁之间施加一个弹性力来对抗上部阀壳体45中的密封腔室45e的这个壁而加载该主密封环53。尽管弹簧组件51的弹性构件57被示出为具有圆柱形形状，但应理解的是弹性构件57可以具有其他的形状，例如，一个非圆柱形的形状，例如，椭圆形、D形，或圆形的变体。还应该理解的是，主密封环53和辅密封环55优选地是拆分的环并且它们可以具有对应于弹性构件57的形状。还应该理解的是，密封组件51的主密封环53、辅密封环55以及弹性构件57可以具有其他的形状，例如，一种非圆柱形的形状，例如，椭圆形、D形，或圆形的变体。

仍然参见图图1A、图1B和图1C，在组装该密封组件59时，辅密封环59b是围绕主密封环59a的具有用于接纳辅密封环59b的一个外部槽(在图2中以参考数字59d示出)的外周来定位的。密封组件59被容纳在阀本体49的凹入槽或密封腔室49e中。优选地在密封腔室49e中提供足够的间隙以便允许至少该辅密封环49b在密封腔室49e内自由地移动。在密封腔室49e中安排了环箍弹簧形式的弹性构件59c以便在主密封环59a与密封腔室49e的壁之间施加一个弹性力来对抗阀本体49中的密封腔室49e的这个壁而加载主密封环59a。尽管弹簧组件59的弹性构件59c被示出为具有圆柱形形状，但应理解的是弹性构件59c可以具有其他的形状，例如，一个非圆柱形的形状，例如，椭圆形、D形，或圆形的变体。还应该理解的是，主密封环59a和辅密封环59b优选地是多个分裂的环。还应该理解的是，主密封环59a和辅密封环59b可以具有对应于弹性构件59c的其他形状。还应理解的是，密封组件59的主密封环59a、辅密封环59b、以及弹性构件59c可以具有其他的形状，例如，一种非圆柱形的形状，例如，椭圆形、D形，或圆形的变体。

图4示出内燃发动机78中的进气阀30和排气阀130的一个实例，其中一个汽缸盖43被整合进入一个容纳了活塞37的发动机体中。单件式缸盖机体的概念具有若干优点，如发动机零件数目减少，例如，缸盖螺栓和/或缸盖垫片，并且因此发动机体更牢固并且生产成本降低。进一步的优点是容易触及这些模块式阀机构以进行其维修和/或更换。

图5示出了被用在内燃发动机中的本发明的滑阀组件，该内燃发动机可以类似于在美国专利申请公布号2007/0289562A1中所披露的。在图5中，发动机81具有一个压缩汽缸82和一个膨胀汽缸83，它们通过一个燃烧室84的相反的末端来联通，其中这两个汽缸中的往复活塞85、86形成了可变容积的压缩室。这些活塞85、86通过连杆88、89连接到一个曲轴87上以用于在这些汽缸中的上止点(TDC)位置与下止点(BDC)位置之间移动，其中活塞85、86各自在曲轴87的每一转的过程中进行一个上行冲程和一个下行冲程。压缩汽缸82通过一个进气导管90和进气阀91接收新鲜空气并且通过一个出口阀92而与燃烧室84的入口端联通。燃料通过一个燃料喷射器93或其他适合的燃料入口被注入燃烧室84中，在那里它与来自压缩汽缸82的空气混合。混合物在燃烧室84中燃烧并且膨胀，并且膨胀的气体从燃烧室84的出口端通过一个入口阀95流入膨胀汽缸83。排放气体通过一个出口阀或排气阀96并且通过排放导管97从膨胀汽缸83排出。

图5的进气阀91、出口阀92、入口阀95、以及排气阀96可以是本发明的滑阀组件，类似于关于图1A、图1B、图1C和图2所讨论的那些。在这种情形中，进气阀91、出口阀92、以及排气阀96优选地具有与以上关于图1A、图1B、图1C和图2所披露的相似的一个上部阀壳体45，其中盖45b是如这些图中所示地被配置的，并且图5的压缩汽缸82内的压力主要作用在密封组件51上，从而使得这个密封组件51成为主密封件而密封组件59成为辅密封件或裙式密封件。参见图5、图6A和图6B，由于膨胀的气体从燃烧室84流入膨胀汽缸83的入口阀95中，滑阀组件95的上部阀壳体98(图6A和图6B)会具有如在图6A和图6B中展示的构形，在这种构形中来自图5的燃烧室84的膨胀气体作用在被容纳于进气滑阀组件95的上部阀壳体98内的密封组件51上。

图6A展示了(如由向下指的箭头所指示的)图5的发动机81的膨胀汽缸83以及往复活塞86的一个进气冲程，并且图6B展示了(如由向上指的箭头所指示的)图5的往复活塞86和膨胀汽缸83的一个排气冲程。在图6A中，滑阀组件95是打开的，其中流体导送通路98c和77与阀本体49的流体导送端口75是对齐的。在图6A中，滑阀组件96是关闭的，其中这些流体导送通路99c和77与阀本体49的流体导送端口75不是对齐的。图6B展示了图5的往复活塞86和膨胀汽缸83的排气冲程，在该排气冲程中滑阀组件95是关闭的而滑阀组件96是打开的。

尤其参见图6A和图6B，进气滑阀组件95包括上部阀壳体98，该上部阀壳体具有一个环形构件98a、一个安装在环形构件98a中并且具有第一流体导送通路98c的盖98b、以及用于固持一个密封组件51的一个密封腔室98d。应理解的是，上部阀壳体95进一步包括多个与图2的凸轮63和65相似的凸轮以及多个凸轮跟随件67、69、71和73，其中凸轮跟随件67被示出在图6A中。此外，滑阀组件95进一步包括一个阀本体49和一个下部阀壳体47，该阀本体具有一个密封组件59。就滑阀组件95而言，上部阀壳体98、密封组件51、阀本体49、阀本体49中的密封组件59、以及阀壳体47是类似于在图1A至图2中所示的而构造的。然而，不同之处在于盖98b具有至少六个端口或通道98e，而在图6A和图6B中示出了其中的四个。这些端口98e平行于盖98b的第一流体导送通路98c而延伸。具体参见图6A，来自图5的燃烧室84的膨胀气体会进入多个端口98e而作用在密封组件51上以便增强密封组件51的性能。在这种情形中，密封组件51成为主密封件而阀本体49中的密封组件59在系统中成为辅密封件或“裙式密封件”。

具体参见图6A和图6B，图5的排气滑阀组件96包括一个上部阀壳体99，该上部阀壳体具有一个环形构件99a和一个安装在环形构件99a中的盖99b、一个在盖99b中的第一流体导送通路99c、一个形成在环形构件99a内的密封腔室99d、以及被固持在上部阀壳体99的环形构件99a中的一个密封组件51。同样，排气滑阀组件99及其阀本体49、密封组件51、以及阀本体49内的密封组件59是类似于图5的滑阀组件91和92而构造的，它们进而是类似于图1A至图2的滑阀组件30和130而构造的。也就是说，图6A和图6B的膨胀汽缸83中的压力会主要作用在排气滑阀组件96的密封组件59上，由此使得排气滑阀组件96的密封组件59成为主密封件而排气滑阀组件96的密封组件51成为第二密封件或“裙式密封件”。

再次参见图2，阀组件30、130还包括凸轮63和65，这些凸轮具有与凸轮跟随件67、69、71和73的表面合作的多个表面。这些合作表面是响应于致动杆61的，这种安排在效果上被设计用来实现一个或多个功能。例如，凸轮63和65以及凸轮跟随件67、69、71和73在阀本体49于阀壳体内被致动杆61振荡时起作用以便：1)在阀本体49于阀壳体内平移移动的过程中限制该阀本体以便打开和关闭阀组件30、130，并且2)在处于阀组件30、130的关闭或阻挡位置时对抗下部阀壳体或板47的顶部密封表面而释放该密封组件59的密封压力。这些凸轮63和65优选地包括位于壳体中、在阀本体49的任一侧面49a和49b上的多个表面，其中这些跟随件67、69、71和73被可旋转地附接到该阀本体的侧向侧49a、49b上以用来与这些凸轮表面相接合。这些凸轮表面可以是直的或它们可以具有一个倾斜的部分。如果这些凸轮表面具有一个倾斜的部分的话，那么凸轮跟随件67、69、71和73会在阀本体49的平移移动过程中将阀本体49抬升离开该阀壳体，由此有效地将阀本体49与该阀壳体分离、并且因此至少将密封组件59与下部阀壳体47间隔开。阀本体49和密封组件59离开下部阀壳体47的这种移动减小了摩擦，否则的话，如果密封组件59仍然与阀本体49的这个流体不可渗透的表面49a相接合，则在这两个密封表面之间可能存在摩擦。这些线性凸轮63和65以及凸轮跟随件67、69、71和73被设计成使得阀本体49通过其密封组件59从这些密封表面倾斜并且被设计成阻止在密封环组件59与该密封表面之间的接触；由此减小在这两个表面之间的摩擦，并且被设计成阻止在阀本体49与密封组件51之间的摩擦接触并且由此允许本发明的滑阀组件更有效地打开和/或关闭。

尤其参见图1A至图1C，本发明的这些滑阀组件的密封系统的密封组件51和59被配置成至少在径向方向上密封该滑阀组件30、130。有利地，与先前已知的滑阀组件相比，这些密封组件51和59采用相对更少的密封部件。而且，预期的是密封组件51和59的这些特征及其在对应滑阀组件内的位置有望进一步改进滑阀组件30、130的密封效果。

如本领域的技术人员应该理解的是，可以采用在图1A至图1C中展示的发动机运行过程中用于致动这个致动杆61以便控制进气阀30和排气阀130的致动的不同装置。例如，可以采用凸轮轴、螺线管、摇臂、链条、齿轮、皮带、以及液压的、气动的、电动的致动器，和/或其他装置来通过致动器61致使阀本体49平移移动。

再次参见图1A至图1C，在与本发明的这些滑动进气和排气阀30和130结合使用时，发动机31的运行可以类似于在2005年12月20日公布的美国专利号6,976,464B2中披露的，该专利的传授内容通过引用结合于此。在这个专利中，进气阀和排气阀20和120是半旋转阀组件而非滑阀组件。虽然如在图1A至图1C中描绘的发动机31和本发明的滑阀组件30和130出现在四冲程奥托循环的环境中，但是本领域的技术人员应该理解的是可以在以其他循环(如两冲程循环)运行的其他发动机中采用本发明的滑阀组件30和130。

图7、图8和图9示出了本发明的滑阀组件的阀本体的一个进一步的实施方案。在这个实施方案中，阀本体100包括一个前部凸轮跟随件101和一个后部凸轮跟随件103，它们二者均实质性地延伸跨过阀本体100的宽度。此外，阀本体100包括一个流体导送端口105和一个致动器杆107以用于在一个阀壳体内平移移动该阀本体100，类似于以上关于图1A至图2所讨论的。阀本体100在其下部表面111上进一步包括一个密封组件109，其中密封组件109是类似于图1A至图2的密封组件59而构造和起作用的。阀本体100类似于以上讨论的在阀壳体内运行，其中流体导送端口105与该阀壳体的第一流体导送通路和第二流体导送通路形成和不形成对齐。如具体在图9中所示，前部凸轮跟随件101和后部凸轮跟随件103对应地与凸轮表面112、114合作以便在阀壳体内抬升和降低该阀本体100并且减小在这些接触表面之间的摩擦力从而增加密封组件109的寿命并且允许该阀有效地打开和关闭。凸轮表面112、114可以也具有直的轮廓。

本发明的滑阀组件的这些密封组件51、59和109可以被考虑为动态密封件，即，压力供能的密封件。动态密封件的优点是相对小的面积与动态表面发生上接触，由此产生极小的摩擦，从而导致发动机的寿命长并且尤其在发动机的高速下改进了密封作用。在不存在燃烧气体压力时，本发明的这些密封组件51、59、和109具有来自其对应的弹性构件或张力弹簧的连续负载以便提供密封线。随着系统压力的增加，这些密封组件51、59和109被系统中的额外压力压缩而抵靠在密封表面上，由此保持和/或改进该密封件的效率。

从以上可进一步理解的是密封组件59总体上是与一个燃烧室联通的，其中在系统中压力是增加的并且这个增加的压力作用在密封组件59上以增加它的密封效率。然而，在图6A和图6B中，压力从燃烧室84被引导而进入盖98b的这些端口或通道98e中并且对抗该密封组件51。清楚的是，取决于相对于该上部阀壳体或相对于该下部阀壳体是否接收了压力，安装在上部阀壳体中的这个盖可以是可移除的和可互换的。换言之，如果系统中的压力是从图6A和图6B的燃烧室84可获得的，那么可以在上部阀壳体98中提供带有用于输送压力而直接对抗该密封组件51的多个通道98e的盖98b；然而如果系统中的压力是从图5的压缩汽缸82可获得的，则可以在该上部阀壳体中提供没有通道的一个盖，像图1A至图1C的上部阀壳体45的盖45b。

如以上讨论的，还应该理解的是虽然本发明的阀组件已经被披露为用在能量转换发动机中的滑阀组件，但本发明的阀组件可以是旋转阀组件、半旋转阀组件、振荡阀组件或任何其他种类的、用在不同应用中、尤其是压力系统中以有效地操作本发明的密封组件的阀组件。

虽然本发明是结合这些不同附图的实施方案而说明的，但应当理解的是也可以使用其他类似的实施方案或者可以对所说明的实施方案进行修改和添加以发挥本发明的相同功能而不脱离本发明。因此，本发明不应受限于任何单一的实施方案、而是在广度和范围上依据所附权利要求来解释。

Claims (15)

1.一种用在能量转换发动机中的滑阀组件，该滑阀组件用于相对于容纳了往复活塞和在系统内包含压力的汽缸来引入和/或排放流体介质，所述滑阀组件包括：

一个阀壳体，该阀壳体安装到该能量转换发动机，且包括具有一个第一流体导送通路的第一阀壳体构件和具有一个第二流体导送通路的第二阀壳体构件，该第一阀壳体构件和该第二阀壳体构件形成一个阀腔室；

一个阀本体，该阀本体被容纳在该阀壳体的阀腔室中并且具有临近于一个流体不可渗透的表面的一个流体导送端口；

连接到该阀本体的一个致动器，该致动器用于使该阀本体在该阀壳体的阀腔室内平移移动进入一个流体导送位置和一个流体阻挡位置，在该流体导送位置中该阀本体的流体导送端口允许在该阀壳体的该第一流体导送通路与该第二流体导送通路之间的一种流体导送关系，在该流体阻挡位置中该阀本体的流体不可渗透的表面阻碍了在该阀壳体的该第一流体导送通路与该第二流体导送通路之间的一种流体导送关系；

其中，该阀壳体和该阀本体具有多个合作表面以用来在该阀本体于该阀壳体的阀腔室内平移移动过程中将该阀本体限制在该阀本体的该流体导送位置与该流体阻挡位置之间；

至少一个第一密封组件，该第一密封组件被该阀本体包含，并位于该阀本体的流体不可渗透的表面内且跨过该阀本体的流体不可渗透的表面且临近于该阀本体的该流体导送端口，以用于形成在该阀本体与该阀壳体之间的一种第一密封关系；

其中，该阀本体包括一个密封腔室，并且其中，该第一密封组件包括一个主密封环、围绕该主密封环的外周的一个辅密封环、以及一个弹性构件，该弹性构件被安排成在该主密封环与该阀本体的该密封腔室的一个壁之间施加一个弹性力，以用于对抗该滑阀组件的该阀本体的该密封腔室的该壁而加载该主密封环；

其中，该第一密封组件具有选自下组的一种形状，该组由以下各项组成：圆柱形、D形和椭圆形；并且

其中，该第一密封组件的该辅密封环是相对于该阀本体的该密封腔室自由地可移动的。

2.根据权利要求1所述的滑阀组件，其中，该第一密封组件位于该阀本体的该密封腔室内，并且至少当该阀本体在该阀壳体的该阀腔室内处于该流体阻挡位置时以及当该系统中的压力被施加到该第一密封组件时，形成在该阀本体与该阀壳体之间的所述第一密封关系。

3.根据权利要求1所述的滑阀组件，进一步包括一个第二密封组件，该第二密封组件位于该阀壳体内以用于在该阀壳体与该阀本体之间形成一种第二密封关系。

4.根据权利要求3所述的滑阀组件，其中，该第二密封组件位于该阀壳体的一个密封腔室内，并且至少当该阀本体在该阀壳体的阀腔室内处于该流体阻挡位置时以及当该系统中的压力被施加到该第二密封组件上时，形成在该阀本体与该阀壳体之间的所述第二密封关系。

5.根据权利要求3所述的滑阀组件，其中，该阀壳体包括一个密封腔室，并且其中，该第二密封组件包括一个主密封环、围绕该主密封环的外周的一个辅密封环、以及一个弹性构件，该弹性构件被安排成在该主密封环与该阀壳体的该密封腔室的一个壁之间施加一个弹性力以用于对抗该阀壳体的该壁而加载该主密封环。

6.根据权利要求5所述的滑阀组件，其中，该第二密封组件具有选自下组的一种形状，该组由以下各项组成：圆柱形、D形和椭圆形。

7.根据权利要求5所述的滑阀组件，其中，该第二密封组件的该辅密封环是相对于该阀壳体的该密封腔室自由地可移动的。

8.根据权利要求3所述的滑阀组件，其中，该阀壳体进一步包括一个密封腔室和至少一个通道，该通道形成了一个通路用于该系统的压力对抗该第二密封组件而通过以便进一步在该阀壳体的该密封腔室内驱使该第二密封组件。

9.根据权利要求8所述的滑阀组件，其中，该阀壳体进一步包括一个盖，该盖限定了该第一流体导送通路并且包括平行于该第一流体导送通路延伸的多个通道，这些通道用于该系统的压力对抗该第二密封组件而通过以便进一步在该阀壳体的该密封腔室内驱使该第二密封组件。

10.根据权利要求1所述的滑阀组件，其中，这些合作表面包括多个凸轮和多个凸轮跟随件，这些凸轮和凸轮跟随件在该滑阀组件处于其阻挡位置时响应于该致动器而用于从该阀壳体释放至少该第一密封组件的密封压力。

11.根据权利要求10所述的滑阀组件，其中，这些凸轮跟随件被安装到该阀本体的这些侧向侧面上，并且这些凸轮是沿着该阀本体的这些侧向侧面定位的并且包括与这些凸轮跟随件接合的多个凸轮表面。

12.根据权利要求10所述的滑阀组件，其中，这些凸轮跟随件包括跨过该阀本体的宽度的一个前部凸轮跟随件以及延伸跨过该阀本体的宽度的一个后部凸轮跟随件，并且其中，这些凸轮在该阀壳体上包括多个凸轮表面并且这些凸轮表面与这些凸轮跟随件接合。

13.一种用于压力系统的阀组件，该阀组件包括：

一个阀壳体，该阀壳体具有至少一个第一流体导送通路；

一个阀本体，该阀本体具有临近于一个流体不可渗透的表面的一个流体导送端口；

一个致动器，该致动器用于将该阀本体相对于该阀壳体移动进入一个流体导送位置中以及一个流体阻挡位置中，在该流体导送位置中，该阀本体的该流体导送端口允许在该第一流体导送通路与该阀本体的该流体导送端口之间的一种流体导送关系，并且在该流体阻挡位置中，该阀本体的该流体不可渗透的表面阻碍了在该第一流体导送通路与该阀本体的该流体导送端口之间的一种流体导送关系；

至少一个第一密封组件，该第一密封组件被该阀本体包含，并位于该流体不可渗透的表面内且跨过该流体不可渗透的表面的宽度且临近于该阀本体的该流体导送端口，以用于形成在该阀本体与该阀壳体之间的一种第一密封关系；

其中，该阀本体包括一个密封腔室，以及其中，该第一密封组件包括一个主密封环、围绕该主密封环的外周的一个辅密封环、以及一个弹性构件，该弹性构件被安排成在该主密封环与该阀本体的该密封腔室的一个壁之间施加一个力，以用于对抗该阀组件的该阀本体的该密封腔室的该壁而加载该主密封环；

其中，该第一密封组件具有选自下组的一种形状，该组由以下各项组成：圆柱形、D形和椭圆形；并且

其中，该第一密封组件的该辅密封环是相对于该阀本体的该密封腔室自由地可移动的。

14.根据权利要求13所述的阀组件，其中，该第一密封组件位于该阀本体的该密封腔室内，并且至少当该阀本体处于该流体阻挡位置时以及当该系统中的压力被施加到该第一密封组件时，在该阀本体与该阀壳体之间形成所述第一密封关系。

15.根据权利要求13所述的阀组件，进一步包括一个第二密封组件，该第二密封组件位于该阀壳体内以用于在该阀壳体与该阀本体之间形成一种第二密封关系。