CN110914579A - 阀杆密封件 - Google Patents

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CN110914579A CN201880048003.9A CN201880048003A CN110914579A CN 110914579 A CN110914579 A CN 110914579A CN 201880048003 A CN201880048003 A CN 201880048003A CN 110914579 A CN110914579 A CN 110914579A
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小野寺裕
西村宣宏
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Abstract

本发明提供一种能够提高背压耐久性的阀杆密封件。阀杆密封件(1)的弹性体部(20)具有：环状密封唇(23)，其与阀杆抵接；以及环状背压唇(24)，其与密封唇(23)相隔而配设在轴线(x)方向上的气缸侧。在加强环(10)的凸轮侧的端部，形成有朝向轴线(x)的环状凸缘部(12)，凸缘部(12)在轴线(x)方向上位于弹性体部(20)的密封唇(23)与背压唇(24)之间。弹性体部(20)中的、凸缘部(12)的内周端部(13)与背压唇(24)的根部(24a)之间的轴线(x)方向上的间隔(L2)大于背压唇(24)的根部(24a)与背压唇(24)的前端部(24b)之间的轴线(x)方向上的间隔(L1)，凸缘部(12)的内周端部(13)的气缸侧的气缸侧角部(13d)的截面轮廓呈曲线。

Description

阀杆密封件
技术领域
本发明涉及一种阀杆密封件，尤其涉及一种在汽车的内燃机的阀中使用的阀杆密封件。
背景技术
以往，在内燃机中，为了将在凸轮侧与气缸侧之间进行往复运动的阀的阀杆与阀导管之间的空间密封，而使用阀杆密封件。阀杆密封件对阀导管与阀杆之间供给用于顺畅地进行阀杆的滑动的润滑油，同时为了防止产生白烟等不良状况，对该润滑油的供给量进行控制，从而防止润滑油流入气口(port)、气缸。
在阀杆密封件中，密封唇接触阀杆，从而如上所述那样控制润滑油的供给量，背压唇承受来自气缸侧的、由排气所致的压力(以下称为背压)，从而减小施加给密封唇的背压，抑制密封唇因背压引起的变形，由此，利用密封唇实现润滑油供给量的稳定化(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2003-42301号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在以往的阀杆密封件中，通过设置背压唇，从而抑制背压施加到密封唇的情况。然而，近年来，由于进一步要求内燃机的低油耗，因发动机的小型化以及搭载涡轮增压器等，排气压力有增加的趋势，因此，背压有变高的趋势，导致背压唇反复承受更高的背压。当背压唇反复承受较高背压时，特别是背压唇的根部反复产生较高应力，导致背压唇的根部有可能产生裂缝。
由此，针对以往的阀杆密封件，要求能够提高背压耐久性的结构。
本发明是鉴于上述问题研究而成的，其目的在于提供一种能够提高背压耐久性的阀杆密封件。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明所涉及的阀杆密封件的特征在于，具有：绕轴线的环状加强环；以及绕所述轴线的环状弹性体部，其由安装于所述加强环的弹性体形成；且所述弹性体部具有：环状密封唇，其与阀杆抵接；以及环状背压唇，其与所述密封唇相隔而配设在所述轴线方向上的另一侧；在所述加强环的所述轴线方向上的一侧的端部，形成有朝向所述轴线的环状凸缘部，所述凸缘部在所述轴线方向上位于所述弹性体部的所述密封唇与所述背压唇之间，所述弹性体部中的、所述凸缘部的内周侧的端部与所述背压唇的根部之间的所述轴线方向上的间隔大于所述背压唇的所述根部与所述背压唇的前端之间的所述轴线方向上的间隔，所述凸缘部的所述内周侧的端部的、所述轴线方向上的另一侧的角部沿着所述轴线的截面轮廓呈曲线。
在本发明的一个方式所涉及的阀杆密封件中，所述凸缘部朝向所述轴线而向所述轴线方向上的一侧倾斜地延伸。
在本发明的一个方式所涉及的阀杆密封件中，所述凸缘部的内周侧端位于比所述背压唇的根部靠内周侧的位置。
在本发明的一个方式所涉及的阀杆密封件中，所述背压唇朝向所述轴线而向所述轴线方向上的另一侧倾斜地延伸。
发明效果
根据本发明所涉及的阀杆密封件，能够提高背压耐久性。
附图说明
图1是用于表示本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件的示意性结构的、沿轴线的剖视图。
图2是将图1所示的阀杆密封件中的背压唇以及凸缘部附近放大而表示的局部放大剖视图。
图3是表示用于本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件的耐久性能试验的试验装置的示意性结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于表示本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1的示意性结构的沿着轴线x的截面的剖视图。本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1在汽车内燃机的气门系统中使用，用于实现阀的阀杆与阀导管之间的密封，其中，所述阀对气缸与气口之间进行连通和断开，所述阀导管的供该阀杆贯穿插入的一端与凸轮侧相邻，且另一端与气缸侧相邻。以下，为了便于说明，将轴线x方向上的一侧(在附图中为标号A侧)设为凸轮侧，将轴线x方向上的另一侧(在附图中为标号B侧)设为气缸侧。此外，在与轴线x正交的方向(以下也称为径向)上，将朝向轴线x的方向侧设为内周侧(图1的箭头a方向侧)，将远离轴线x的方向侧设为外周侧(图1的箭头b方向侧)。
如图1所示，本实施方式所涉及的阀杆密封件1具有：绕轴线x呈环状的加强环10；以及绕轴线x呈环状的弹性体部20，其由安装于加强环10的弹性体形成。弹性体部20具有：环状密封唇23，其与阀杆抵接；以及环状背压唇24，其与密封唇23相隔而配设在轴线x方向上的另一侧(气缸侧B)。在加强环10的轴线x方向上的一侧(凸轮侧A)的端部，形成有朝向轴线x的环状凸缘部12，凸缘部12在轴线x方向上位于弹性体部20的密封唇23与背压唇24之间。
弹性体部20中的凸缘部12的内周侧的端部(内周端部13)与背压唇24的根部(根部24a)之间的轴线x方向上的间隔(基部长度L2)大于背压唇24的根部24a与背压唇24的前端(前端部24b)之间的轴线x方向上的间隔(背压唇长度L1)(L1＜L2)。此外，凸缘部12的内周端部13的轴线方x向上的另一侧(气缸侧B)的角部(气缸侧角部13d)沿着轴线x的截面轮廓呈曲线。
阀杆密封件1在使用状态下，嵌着于阀导管51的凸轮侧(A侧)的端部，阀杆52贯穿插入到阀杆密封件1以及阀导管51中。阀杆密封件1控制从凸轮侧向阀导管51与阀杆52之间的润滑油的供给量，同时在凸轮侧与气缸侧(B侧)之间，密封阀导管51与阀杆52之间的间隙。
以下，对阀杆密封件1的结构进行具体说明。
弹性体部20的弹性体例如为含氟橡胶、丙烯酸橡胶等橡胶材料。加强环10例如为金属制造，通过冲压加工、锻造而制造，弹性体部20使用成形模具通过交联(硫化)成形而成形。在该交联成形时，将加强环10配置在成形模具中，通过交联粘接将弹性体部20与加强环10粘接，从而将弹性体部20与加强环10一体成形。
如图1所示，加强环10的沿着轴线x的截面的形状(以下也成为截面形状)呈大致L字状的形状，除了具有上述凸缘部12以外，还具有向轴线x方向延伸的圆筒状或大致圆筒状的部分即圆筒部11。凸缘部12是从圆筒部11的凸轮侧的端部向内周侧延伸的中空环状部分，朝向轴线x而向轴线x方向上的一侧(凸轮侧)倾斜地延伸。
如将凸缘部12的内周端部13放大表示的图2所示，凸缘部12具有：内周端13a，其为面对内周侧的筒状或圆筒状的面；凸轮侧面13b，其为在凸轮侧与内周端13a连接的环状面；以及气缸侧面13c，其为在气缸侧与内周端13a连接的环状面。凸轮侧面13b以及气缸侧面13c例如为锥形面或圆锥台面。内周端13a与气缸侧面13c经由环状曲面即上述气缸侧角部13d连接，凸缘部12的内周端部13的气缸侧的端部呈平滑的曲面形状。凸缘部12的内周端部13为包括气缸侧角部13d、以及在轴线x方向上与气缸侧角部13d背向的凸轮侧面13b的部分在内的部分，或者为包括气缸侧角部13d、以及凸轮侧面13b及气缸侧面13c的气缸侧角部13d侧的一部分在内的部分。
弹性体部20一体地具有密封部21以及嵌合部22。密封部21为向轴线x方向延伸的环状部分，具有：密封唇23，其在使用状态下与贯穿插入的阀杆52抵接；环状背压唇24，其在轴线x方向上与密封唇23相隔而配设在气缸侧；以及环状突起25，其在轴线x方向上配设在密封唇23与背压唇24之间。
具体来说，如图1所示，密封唇23形成在密封部21的凸轮侧的端部或者端部附近，为向内周侧突出且绕轴线x呈环状的部分。密封唇23具有朝向内周侧凸出的楔形截面形状。
如图1、2所示，背压唇24为形成在密封部21的气缸侧的端部且向气缸侧延伸的环状唇。更具体来说，背压唇24为朝向轴线x而向气缸侧倾斜地延伸的以轴线x为中心或大致中心的圆锥筒状的唇。背压唇24在使用状态下与阀杆52抵接。
突起25为在比密封唇23靠气缸侧的位置向内周侧突出且呈圆弧状延伸的部分，在密封部21中，绕轴线x以等角度间隔设置有多个突起25。例如，在密封部21中形成有4个突起25。突起25是用于提高密封唇23对阀杆52的追随性的部分，该部分在使用状态下与阀杆52的位移对应地使密封唇23追随阀杆52。
在弹性体部20中，嵌合部22是为了将阀杆密封件1嵌着并固定于阀导管51而发挥作用的部分，从内侧覆盖加强环10的圆筒部11。嵌合部22从背压唇24的外周侧的根部24a向气缸侧延伸。当阀导管51的凸轮侧的端部被压入到嵌合部22的内侧时，如图1所示，嵌合部22在加强环10的圆筒部11与阀导管51的外周面之间被压缩而产生规定大小的径向力即嵌合力。通过该嵌合力，将阀杆密封件1嵌着并固定于阀导管51。嵌合部22的径向厚度被设定规定厚度，以便产生该规定的嵌合力。嵌合部22可以在轴线x方向的部分范围内将周面设定为上述规定厚度，此外，嵌合部22也可以在轴线x方向的整个范围内将周面设定为上述规定厚度。
此外，阀杆密封件1具有卡紧弹簧26，卡紧弹簧26与密封唇23背向而嵌着于密封部21的外周侧。卡紧弹簧26向朝向轴线x的方向按压密封唇23，以密封唇23追随阀杆52的位移的方式对密封唇23施加朝向内周侧的张力。
如图1所示，在密封部21中，加强环10的凸缘部12位于密封唇23与背压唇24之间，且位于从背压唇24的根部24a朝向凸轮侧远离的位置。具体来说，如图2放大所示，在密封部21中，凸缘部12的内周端部13与背压唇24的根部24a之间的轴线x方向上的间隔(基部长度L2)大于背压唇24的根部24a与背压唇24的前端部24b之间的轴线x方向上的间隔(背压唇长度L1)(L2＞L1)。弹性体部20一体地形成在加强环10上，密封部21与凸缘部12贴紧或者接触。因此，基部长度L2也是和凸缘部12的内周端部13相接的弹性体部20的部分与背压唇24的根部24a之间的、弹性体部20在轴线x方向上的长度。基部长度L2在凸缘部12的内周端部13侧的基点例如为内周端13a的延长线与气缸侧面13c的延长线的交点、气缸侧角部13d上的点、气缸侧面13c与气缸侧角部13d的连接点、内周端13a与气缸侧角部13d的连接点。基部长度L2在凸缘部12的内周端部13侧的基点也可以是其它的点。
此外，如图2所示，凸缘部12的内周端13a位于比背压唇24的根部24a靠内周侧的位置。即，从轴线x到凸缘部12的内周端13a为止的长度(凸缘部内径R2)比从轴线x到背压唇24的根部24a为止的长度(背压唇根部直径R1)短(R2＜R1)。与上述基部长度L2同样地，凸缘部内径R2也是和凸缘部12的内周端13a相接的弹性体部20的部分与轴线x之间的、弹性体部20的长度。
阀杆密封件1具有上述结构，因此，在使用状态下背压唇24对反复背压具有较高耐久性。具体来说，弹性体部20的基部长度L2比背压唇长度L1长，因此，能够提高弹性体部20的与背压唇24的根部24a连接的部分相对于背压唇24的变形的强度。由于弹性体部20的基部长度L2变长，因此能够防止由于背压唇24的变形而产生的较高应力从背压唇24的根部24a传递到凸缘部12的部分，能够防止从背压唇24的根部24a产生断裂。
此外，凸缘部12的气缸侧角部13d呈曲面，与该气缸侧角部13d相接的弹性体部20的部分(凸缘角部对应部21a)也呈曲面。因此，能够分散由于背压唇24的变形而在密封部21的凸缘角部对应部21a产生的应力，从而可防止应力集中。因此，能够防止由于背压唇24的变形而在密封部21的凸缘角部对应部21a产生裂缝等损坏的情况。
另外，凸缘部12的内周端13a位于比背压唇24的根部24a靠内周侧的位置，且凸缘部内径R2＜背压唇根部直径R1。因此，凸缘部12以从凸轮侧覆盖背压唇24的根部24a的方式位于轴线x方向上。由此，背压唇24的根部24a与密封部21的外周侧的部分即肩部21b之间的力的传递路径被凸缘部12切断，应力不会在背压唇24的根部24a与密封部21的肩部21b之间连接，从而可防止背压唇24的断裂。
此外，凸缘部12从圆筒部11向凸轮侧倾斜地延伸，能够扩大凸缘部12与背压唇24之间的区域，从而能够提高密封部21的背压唇24对抗变形的强度。
由此，根据本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1，能够提高背压唇24对抗变形的强度，从而能够提高背压耐久性。
接下来，对本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1的耐久性能试验进行说明。本发明人制作了上述本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1(试验例1)，针对阀杆密封件1进行了耐久性能试验。在该评价试验中，使用了图3所示的试验装置60。
如图3所示，试验装置60呈对称结构，相对于基体61对称地形成有一对保持部64，该基体61内形成有油室62，可通过泵63来调整内部液压。保持部64具有壳体65、固定于壳体65的套筒66以及虚设引导件67。壳体65安装于基体61，壳体65的内部与基体61的油室62连通。轴68以能够在轴的延伸方向进行往复运动的方式插入到套筒66以及虚设引导件67中，虚设引导件67能够以与阀杆密封件1在使用状态下同样的方式安装。此外，壳体65从凸轮侧按压阀杆密封件1，以使安装于虚设引导件67的阀杆密封件1不会脱落。此外，通过泵63被加压的油经由套筒66及虚设引导件67与轴68之间，进入安装于虚设引导件67的阀杆密封件1内，对背压唇24进行按压。油室62内的液压以及对背压唇24施加的液压可通过泵63保持固定。轴68的直径与应用阀杆密封件1的阀杆相同。
通过将试验例1安装于上述试验装置60的一个虚设引导件67，将液压保持用虚设密封件安装于另一个虚设引导件67，并使轴68往复运动，从而进行耐久性能试验。此外，使施加于背压唇24的液压在1.5MPA与0之间周期性地变动。将试验例1的环境温度固定为125℃。在使轴68向虚设密封件侧移动的同时，将施加于试验例1的背压唇24的液压设为1.5MPA，在使轴68向试验例1侧移动的同时，将施加于试验例1的背压唇24的液压恢复成0。由此，通过试验装置60再现四冲程发动机的使用状态，并评价试验例1的耐久性。此外，对以往的阀杆密封件(比较例1)也同样地使用试验装置60进行耐久性能试验。
在试验例1中，轴68往复运动2,000,000次也未产生损坏。与此相对，在比较例1中，当轴68往复运动42,000次时观察比较例1，确认产生了从背压唇的根部向凸轮侧延伸的损坏。由此，根据耐久性能试验，可知本发明的实施方式所涉及的阀杆密封件1可提高耐久性。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式所涉及的阀杆密封件1，而是包括本发明的构思以及权利要求书所含的所有形式。此外，也可以适当地选择性组合各结构，以发挥上述课题及效果的至少一部分。例如，可以根据本发明的具体使用方式，适当地变更上述实施方式中的各结构要素的形状、材料、配置、尺寸等。
标号说明
1…阀杆密封件；10…加强环；11…圆筒部；12…凸缘部；13…内周端部；13a…内周端；13b…凸轮侧面；13c…气缸侧面；13d…气缸侧角部；20…弹性体部；21…密封部；21a…凸缘角部对应部；21b…肩部；22…嵌合部；23…密封唇；24…背压唇；24a…根部；24b…前端部；25…突起；26…卡紧弹簧；51…阀导管；52…阀杆；60…试验装置；61…基体；62…油室；63…泵；64…保持部；65…壳体；66…套筒；67…虚设引导件；68…轴；L1…背压唇长度；L2…基部长度；R1…背压唇根部直径；R2…凸缘部内径；x…轴线。

Claims (4)

1.一种阀杆密封件，其特征在于，具有：
绕轴线呈环状的加强环；以及
绕所述轴线呈环状的弹性体部，其由安装于所述加强环的弹性体形成，
所述弹性体部具有：环状的密封唇，其与阀杆抵接；以及环状的背压唇，其与所述密封唇相隔而配设在所述轴线方向上的另一侧，
在所述加强环的所述轴线方向上的一侧的端部，形成有朝向所述轴线的环状的凸缘部，
所述凸缘部在所述轴线方向上位于所述弹性体部的所述密封唇与所述背压唇之间，
所述弹性体部中的、所述凸缘部的内周侧的端部与所述背压唇的根部之间的所述轴线方向上的间隔大于所述背压唇的所述根部与所述背压唇的前端之间的所述轴线方向上的间隔，
所述凸缘部的所述内周侧的端部在所述轴线方向上的另一侧的角部的、沿所述轴线的截面轮廓呈曲线。
2.根据权利要求1所述的阀杆密封件，其特征在于，
所述凸缘部朝向所述轴线而向所述轴线方向上的一侧倾斜地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的阀杆密封件，其特征在于，
所述凸缘部的内周侧端位于比所述背压唇的根部靠内周侧的位置。
4.根据权利要求1所述的阀杆密封件，其特征在于，
所述背压唇朝向所述轴线而向所述轴线方向上的另一侧倾斜地延伸。
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