CN111587335B - 密封装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

密封装置对具有圆筒形部分的棒体与圆筒状的引导件进行封闭，所述圆筒状的引导件以能够使棒体沿棒体的轴线方向进行往复运动的方式对棒体进行引导。密封装置包括：弹性环，由弹性材料形成；和刚性环，由刚性材料形成并粘着于弹性环以加强弹性环。弹性环包括唇，棒体的外周面以能够滑动的方式与该唇接触。刚性环包括刚性环圆筒部，该刚性环圆筒部配置于引导件的端部的径向外侧。刚性环圆筒部具有嵌入于在引导件的外周面形成的凹部的多个钩爪。多个钩爪各自具有：根部；和前端部，位于比根部靠径向内侧的位置且嵌入于凹部。在钩爪的根部形成有比钩爪的其他部分薄的薄壁部。

Description

密封装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及密封装置及其制造方法。

背景技术

在机动车、船舶、农机等所使用的汽油发动机、柴油发动机等内燃机的进气口和排气口分别配置有进气阀和排气阀。各阀具有：阀杆；和以使阀杆沿轴线方向能够进行往复运动的方式对阀杆进行引导的阀杆引导件。为了限制发动机油向阀杆与阀杆引导件之间的间隙侵入，使用阀杆密封件(密封装置)。阀杆密封件允许周围的发动机油流入到阀杆与阀杆引导件之间的间隙，从而对阀杆与阀杆引导件进行润滑。但是，为了降低或防止由发动机油引起的白烟的产生并削减发动机油的消耗，阀杆密封件对发动机油向阀杆与阀杆引导件之间的间隙的流入量进行适当地抑制。

已知通过上述的间隙对阀杆密封件施加有内燃机的燃烧室的高压力。特别是对设于排气口的阀杆密封件施加有排气冲程中的高压力。

近年来，由于涡轮增压器的使用等，使用有燃烧室内的压力更高的内燃机。因此，提高了对不易从阀杆引导件脱离的阀杆密封件的要求。

专利文献1公开了包括由弹性体形成的部分和加强环的阀杆密封件。由弹性体形成的部分具有与阀杆的外周面接触的唇和与阀杆引导件的端面接触的唇。在阀杆引导件的外周面形成有凹部，并在加强环形成有卡止凸部。加强环的卡止凸部嵌入于阀杆引导件的凹部，即使被施加有上述的高压，也可抑制阀杆密封件从阀杆引导件脱离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第WO2015/111505号

发明内容

发明所要解决的技术问题

采用专利文献1的结构的情况下，在将阀杆密封件装配于阀杆引导件时阀杆引导件的外周面不被损伤是优选的。

另外，在活塞式的燃料泵中，有时也使用与阀杆密封件类似的密封装置。在将该密封装置装配于活塞引导件时活塞引导件的外周面不被损伤是优选的。

因此，本发明提供一种密封装置及其制造方法，该密封装置在装配于棒体的引导件时，不易对引导件的外周面造成损伤。

用于解决技术问题的手段

本发明的某方式的密封装置对具有圆筒形部分的棒体与圆筒状的引导件进行封闭，所述圆筒状的引导件以能够使所述棒体沿所述棒体的轴线方向进行往复运动的方式对所述棒体进行引导，所述密封装置包括：弹性环，由弹性材料形成；和刚性环，由刚性材料形成并粘着于所述弹性环以加强所述弹性环，所述弹性环包括唇，所述棒体的外周面以能够滑动的方式与该唇接触，所述刚性环包括刚性环圆筒部，所述刚性环圆筒部配置于所述引导件的端部的径向外侧，所述刚性环圆筒部具有多个钩爪，所述多个钩爪嵌入于在所述引导件的外周面形成的凹部，所述多个钩爪各自具有：根部；和前端部，位于比所述根部靠径向内侧的位置且嵌入于所述凹部，在所述钩爪的所述根部形成有比所述钩爪的其他部分薄的薄壁部。

在该方式中，在嵌入于在引导件的外周面形成的凹部的刚性环圆筒部的钩爪的根部形成有薄壁部，因此钩爪具有大的挠性。在将密封装置装配于棒体的引导件时，使刚性环圆筒部的钩爪在引导件的外周面滑动。此时，钩爪、特别是薄壁部弯曲，因此不易对引导件的外周面造成损伤。

附图说明

图1是使用本发明的实施方式的密封装置的内燃机的一部分的剖视图。

图2是示出实施方式的密封装置的剖视图。

图3是示出实施方式的密封装置的使用状态的剖视图。

图4是示出实施方式的密封装置的主视图。

图5是示出实施方式的密封装置的侧视图。

图6是图4的VI-VI线向视剖视图。

图7是实施方式的密封装置的局部剖切的立体图。

图8是示出将实施方式的密封装置安装于引导件的状态的剖视图。

图9是示出将变形例的密封装置安装于引导件的状态的剖视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，使用实施方式的密封结构的内燃机1包括工作缸盖2。工作缸盖2配置于工作缸(未图示)的上方。在工作缸的内部以能够进行往复运动的方式配置有活塞(未图示)。工作缸盖2、工作缸和活塞划定燃烧室4。在工作缸盖2形成有进气口6和排气口8，在进气口6和排气口8分别配置有进气阀10和排气阀12。

进气阀10和排气阀12各自具有圆筒形的阀杆(棒体)14和安装于阀杆14的下端的阀盖16。各阀能够沿阀杆14的轴线方向进行往复运动，伴随着往复运动，阀盖16打开/关闭口6或8。在工作缸盖2固定有对各阀杆14的往复运动进行引导的圆筒状的阀杆引导件(引导件)18，在阀杆引导件18中插入有阀杆14。

在各阀杆14的上端安装有凸轮从动件20。安装于凸轮轴22的凸轮24与凸轮从动件20的上表面接触。

另外，在各阀杆14的上端安装有弹簧片26。螺旋弹簧29以压缩状态配置于弹簧片26与形成于工作缸盖2的弹簧片28之间。螺旋弹簧29的弹性复原力在始终将阀杆14向上方抬起的方向上发挥作用。

在上述结构中，当凸轮24通过凸轮轴22的旋转抵抗螺旋弹簧29的弹性复原力而将凸轮从动件20下压时，阀杆14下降，从而打开口6或8。当通过凸轮轴22的旋转而使凸轮24下压凸轮从动件20的力减少时，在螺旋弹簧29的弹性复原力的作用下，阀杆14上升，从而关闭口6或8。

阀杆引导件18的端部和阀杆14的中央部被阀杆密封件(密封装置)30覆盖。阀杆密封件30允许周围的油室32的发动机油流入到阀杆14与阀杆引导件18之间的间隙(图2和图3的间隙Ga)，从而对阀杆14与阀杆引导件18进行润滑。但是，为了降低或防止由发动机油引起的白烟的产生并削减发动机油的消耗，阀杆密封件30对发动机油向阀杆14与阀杆引导件18之间的间隙的流入量进行适当地抑制。

参照图2至图7，对具有阀杆密封件30和阀杆引导件18的密封结构进行进一步详细的说明。图2示出未与阀杆14和阀杆引导件18接触的阀杆密封件30，为了参考，在图2中由虚拟线示出阀杆14和阀杆引导件18。图3示出与阀杆14和阀杆引导件18接触的使用状态的阀杆密封件30。阀杆密封件30和阀杆引导件18具有圆筒状的形状，但是在图2和图3中仅示出它们的左侧部分。

图4是示出阀杆密封件30的主视图。图5是示出阀杆密封件30的侧视图。图6是图4的VI-VI线向视剖视图，图6不仅示出阀杆密封件30的剖面，还示出阀杆引导件18的剖面。

如图2和图3所示，阀杆引导件18的内周面配置为与阀杆14的外周面隔开间隙Ga。通过间隙Ga对阀杆密封件30施加燃烧室4的高压力(以下，称为“背压”)。特别是对设于排气口8的阀杆密封件30施加排气冲程中的高背压。

阀杆密封件30是具有弹性环34和刚性环36的双重结构。弹性环34由弹性材料(例如弹性体)形成。刚性环36由刚性材料(例如金属)形成，并与弹性环34紧贴，从而对弹性环34进行加强。

弹性环34包括弹性环圆筒部38、内侧圆环部40和连结圆环部42。在弹性环圆筒部38以过盈配合的方式嵌进有阀杆引导件18。因此，弹性环圆筒部38的内周面与阀杆引导件18的外周面接触。

在弹性环圆筒部38的内周面形成有突出环状壁部分38A、38B。各突出环状壁部分是沿周向连续的突起，当阀杆引导件18嵌进于弹性环圆筒部38时，突出环状壁部分38A、38B被阀杆引导件18的外周面向半径方向外侧压缩从而产生弹性变形。图2中由虚拟线示出阀杆引导件18，并示出未压缩的状态的突出环状壁部分38A、38B。图3示出阀杆密封件30装配于阀杆引导件18而被压缩的状态的突出环状壁部分38A、38B。

内侧圆环部40配置于弹性环圆筒部38的上方，并具有比弹性环圆筒部38小的外径和内径。

连结圆环部42将弹性环圆筒部38的上端和内侧圆环部40连结。阀杆引导件18的端面与连结圆环部42接触。

在内侧圆环部40形成有主唇44、背压唇46和多个突起48。阀杆14的外周面以能够滑动的方式与主唇44和背压唇46接触。主唇44设为主要使油室32的发动机油不过度地朝向阀杆引导件18流入。背压唇46设为，承受通过阀杆14与阀杆引导件18之间的间隙Ga而施加于阀杆密封件30的背压，以免由于过度的背压而使主唇44过度变形。多个突起48以围绕阀杆14的方式沿周向间歇性地配置。这些突起48设为，在将阀杆密封件30装配于阀杆引导件18的情况下，即使阀杆密封件30相对于阀杆14偏心，主唇44和背压唇46也与阀杆14的整周以大致均等的接触压力接触。

如图3所示，主唇44和背压唇46当与阀杆14接触时会产生变形，并在整周上与阀杆14的外周面接触。但是，为了向阀杆14与阀杆引导件18之间的间隙Ga供给适量的发动机油，在主唇44与阀杆14的外周面之间设有微小的间隙(未图示)，并在背压唇46与阀杆14的外周面之间也设有微小的间隙(未图示)。

虽然不是必不可少，但是如图3所示，也可以在内侧圆环部40的周围缠绕卡紧弹簧50。在该实施方式中，在内侧圆环部40的外周面形成有容纳卡紧弹簧50的周槽52。卡紧弹簧50将主唇44和突起48向内侧按压，从而使主唇44和突起48的相对于阀杆14的接触压力升高。

刚性环36包括刚性环圆筒部54和圆环部56。刚性环圆筒部54固定于弹性环34的弹性环圆筒部38的外周面。因此，弹性环34的弹性环圆筒部38在整周上被刚性环36的刚性环圆筒部54包围，从而弹性环圆筒部38在半径方向的移动或膨胀被拘束。圆环部56固定于弹性环34的内侧圆环部40和连结圆环部42。

刚性环圆筒部54具有小径圆筒部54A、大径圆筒部54B和连结圆锥台部54C。它们彼此同轴地配置。大径圆筒部54B具有比小径圆筒部54A大的外径和内径。连结圆锥台部54C将小径圆筒部54A与大径圆筒部54B圆滑地连结。

小径圆筒部54A配置于弹性环34侧，并固定于弹性环34的弹性环圆筒部38的外周面，将弹性环圆筒部38的整周包围。连结圆锥台部54C和大径圆筒部54B配置于远离弹性环34的位置。

在阀杆引导件18的外周面形成有凹部58。在该实施方式中，凹部58是沿阀杆引导件18的周向连续的一个周槽。

在刚性环圆筒部54的大径圆筒部54B，沿周向间歇性地形成有多个钩爪60。如图4和图6所示，虽然在该实施方式中，钩爪60的数量为2，但是也可以是3以上。如图4和图6所示，优选这些钩爪60沿周向隔开等角度间隔地配置。但是，钩爪60的角度间隔也可以不均等。

如图2和图3所示，各钩爪60具有根部60A和前端部60B。根部60A是大径圆筒部54B的一部分，且各钩爪60从根部60A向径向内侧且上侧(主唇44侧)延伸，前端部60B嵌入于阀杆引导件18的凹部58。

虽然在该实施方式中，阀杆引导件18的凹部58是沿周向连续的一个周槽，但是也可以在阀杆引导件18的外周面沿周向间歇性地(仅在供钩爪60嵌入的位置)形成有多个凹部58。

由于各钩爪60嵌入于阀杆引导件18的凹部58，所以即使通过阀杆14与阀杆引导件18之间的间隙Ga向阀杆密封件30施加高背压，阀杆密封件30也不易从阀杆引导件18脱离。即，钩爪60作为阀杆密封件30的防脱件发挥功能。

在钩爪60的根部60A的径向内侧的面形成有凹槽62，由此在根部60A形成有比钩爪的其他部分薄的薄壁部64。因此，钩爪60在薄壁部64具有比其他部分大的挠性。

如图4至图7所示，在刚性环圆筒部54的大径圆筒部54B形成有对钩爪60的轮廓进行划定的狭缝66。狭缝66贯通大径圆筒部54B。如图5所示，狭缝66的形状大致为倒U字形，并在三个方向上环绕大致为矩形的钩爪60。

如图7所示，在刚性环圆筒部54的大径圆筒部54B的内周面中，在无钩爪60的位置形成有凹槽68。凹槽68与钩爪60的根部60A的凹槽62配合工作，从而形成沿大径圆筒部54B的周向连续的周槽70。换言之，周槽70被狭缝66分割开，从而形成有凹槽62和凹槽68。

图8示出将阀杆密封件30装配于阀杆引导件18时、也就是将阀杆引导件18嵌进于阀杆密封件30时的钩爪60。此时，如箭头所示那样使钩爪60的前端部60B在阀杆引导件18的外周面滑动，直到前端部60B如虚拟线所示侵入至凹部58为止。此时，由于钩爪60、特别是薄壁部64弯曲，所以难以对阀杆引导件18的外周面造成损伤。如虚拟线所示那样，一旦钩爪60的前端部60B嵌于凹部58，钩爪60就难以从凹部58脱离，因此即使对阀杆密封件30施加与图中的箭头相反方向的高背压，阀杆密封件30也难以从阀杆引导件18脱离。

另外，在该实施方式中，刚性环圆筒部54包括小径圆筒部54A和大径圆筒部54B，钩爪60形成于大径圆筒部54B。与小径圆筒部54A相比，大径圆筒部54B位于离阀杆引导件18的外周面远的位置。在刚性环圆筒部54形成钩爪60之后，在刚性环圆筒部54的内周面可能残留有毛刺72。但是，由于钩爪60形成于大径圆筒部54B，所以即使在大径圆筒部54B残留有毛刺72，也不太担心在将阀杆密封件30装配于阀杆引导件18时毛刺72与阀杆引导件18的外周面接触，从而不易对阀杆引导件18的外周面造成损伤。

如图8所示，在实施方式中，在钩爪60的根部60A的径向内侧的面形成有凹槽62，由此设有薄壁部64。但是，如图9所示，也可以在钩爪60的根部60A的径向外侧的面形成有凹槽62，由此设有薄壁部64。

但是，如图8所示，在钩爪60的根部60A的径向内侧的面形成有凹槽62的实施方式有利。这是因为，在后述的刚性环36的制造时，与图9的情况相比，容易将凹槽62作为折线使钩爪60弯折成形。

接下来，对作为密封装置的阀杆密封件30的制造方法、特别是成形刚性环圆筒部54的钩爪60的方法进行说明。

首先，在刚性环圆筒部54的大径圆筒部54B的内周面或外周面形成上述的周槽70(参照图7)。周槽70既可以通过切削加工形成、也可以在使用模具通过压制加工或铸造来制造刚性环36时通过模具一并形成周槽70。

接下来，在大径圆筒部54B通过例如切削加工或冲裁加工来形成划定钩爪60的轮廓的狭缝66。狭缝66由于沿刚性环圆筒部54的长度方向横穿周槽70，所以由于狭缝66的形成而在大径圆筒部54B残留有凹槽62和凹槽68。

然后，以周槽70的残留部分即凹槽62作为折线而在薄壁部64处弯折钩爪60。如此成形出钩爪60。

弹性环34与刚性环36在钩爪60成形之前或之后进行一体化。例如，将刚性环36配置于模具的内部，将弹性环34的材料放入模具并通过压制加工或注塑成型而使弹性环34成形，由此能够使弹性环34与刚性环36一体化。

在该制造方法中，在形成狭缝66从而划定钩爪60的轮廓之前形成周槽70，由此能够形成钩爪60的薄壁部64。由此，与在划定钩爪60的轮廓之后形成钩爪60的薄壁部64的情况相比，容易且高效地形成薄壁部64。

变形例

以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是上述的说明并不限定本发明，在本发明的技术范围内，可以考虑包含结构要素的删除、追加、置换在内的各种变形例。

例如，在上述的实施方式中，密封装置是对阀杆14与阀杆引导件18进行密封的阀杆密封件30。但是，本发明也能够适用于对活塞式的燃料泵的活塞(能够进行往复运动的棒体)与活塞引导件进行密封的密封装置。

弹性环34的弹性环圆筒部38的内周面也可以用摩擦系数小且比弹性体硬的树脂材料进行涂层，从而容易将阀杆引导件18嵌进于弹性环圆筒部38。作为这种树脂材料，例如有聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)。

也可以用这种树脂材料对弹性环34的主唇44、背压唇46和突起48中的至少一个进行涂层，从而使它们的磨损减少。

本发明的方式也可以记载于下述的带有编号的项目中。

项目1.一种密封装置，对具有圆筒形部分的棒体与圆筒状的引导件进行封闭，所述圆筒状的引导件以使所述棒体能够沿所述棒体的轴线方向进行往复运动的方式对所述棒体进行引导，所述密封装置的特征在于，

包括：弹性环，由弹性材料形成；和刚性环，由刚性材料形成并粘着于所述弹性环以加强所述弹性环，

所述弹性环包括唇，所述棒体的外周面以能够滑动的方式与该唇接触，

所述刚性环包括刚性环圆筒部，该刚性环圆筒部配置于所述引导件的端部的径向外侧，

所述刚性环圆筒部具有多个钩爪，该多个钩爪嵌入于在所述引导件的外周面形成的凹部，

所述多个钩爪各自具有：根部；和前端部，位于比所述根部靠径向内侧的位置且嵌入于所述凹部，

在所述钩爪的所述根部形成有比所述钩爪的其他部分薄的薄壁部。

项目2.根据项目1所述的密封装置，其特征在于，在所述钩爪的所述根部的径向内侧的面形成有凹槽，由此形成有所述薄壁部。

在该项目中，与在根部的径向外侧的面形成有凹槽的情况相比，在制造刚性环时容易使钩爪弯折成形。

项目3.根据项目1或2所述的密封装置，其特征在于，所述刚性环圆筒部包括：小径圆筒部；和大径圆筒部，与所述小径圆筒部同轴且内径比所述小径圆筒部的内径大，

所述小径圆筒部配置于所述弹性环侧，

所述钩爪形成于所述大径圆筒部。

与小径圆筒部相比，大径圆筒部位于离引导件的外周面远的位置。在刚性环圆筒部形成钩爪之后，在刚性环圆筒部的内周面可能残留有毛刺。但是，根据该项目，钩爪形成于大径圆筒部，因此即使在大径圆筒部残留有毛刺，也不太担心在将密封装置装配于棒体的引导件时毛刺与引导件的外周面接触，从而不易对引导件的外周面造成损伤。

项目4.一种密封装置的制造方法，该密封装置是项目1至3中任一项所述的密封装置，其中，所述制造方法包括以下步骤：

在所述刚性环圆筒部的内周面形成沿周向连续的周槽；

在所述刚性环圆筒部形成沿所述刚性环圆筒部的长度方向横穿所述周槽而划定所述钩爪的轮廓的狭缝；以及

在与所述周槽对应的所述薄壁部处弯折所述钩爪。

在该项目中，在形成狭缝而划定钩爪的轮廓之前形成周槽，由此能够形成钩爪的薄壁部。由此，与在划定钩爪的轮廓之后形成钩爪的薄壁部的情况相比，容易且高效地形成薄壁部。

附图标记说明

14 阀杆(棒体)

18 阀杆引导件(引导件)

30 阀杆密封件(密封装置)

32 油室

34 弹性环

36 刚性环

38 弹性环圆筒部

44 主唇

46 背压唇

54 刚性环圆筒部

54A 小径圆筒部

54B 大径圆筒部

54C 连结圆锥台部

60 钩爪

60A 根部

60B 前端部

62 凹槽

64 薄壁部

66 狭缝

70 周槽

Ga 间隙

Claims (4)

1.一种密封装置，对具有圆筒形部分的棒体与圆筒状的引导件进行封闭，所述圆筒状的引导件以使所述棒体能够沿所述棒体的轴线方向进行往复运动的方式对所述棒体进行引导，所述密封装置的特征在于，

包括：弹性环，由弹性材料形成；和刚性环，由刚性材料形成并粘着于所述弹性环以加强所述弹性环，

所述弹性环包括唇，所述棒体的外周面以能够滑动的方式与该唇接触，

所述刚性环包括刚性环圆筒部，所述刚性环圆筒部配置于所述引导件的端部的径向外侧，

所述刚性环圆筒部具有多个钩爪，所述多个钩爪嵌入于在所述引导件的外周面形成的凹部，

所述多个钩爪各自具有：根部；和前端部，位于比所述根部靠径向内侧的位置且嵌入于所述凹部，

在所述钩爪的所述根部形成有比所述钩爪的其他部分薄的薄壁部，

在所述钩爪的所述根部的径向内侧的面形成有凹槽，由此形成有所述薄壁部。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述刚性环圆筒部包括：小径圆筒部；和大径圆筒部，与所述小径圆筒部同轴且内径比所述小径圆筒部的内径大，

所述小径圆筒部配置于所述弹性环侧，

所述钩爪形成于所述大径圆筒部。

3.一种密封装置的制造方法，该密封装置是权利要求1所述的密封装置，其中，所述制造方法包括以下步骤：

在所述刚性环圆筒部的内周面形成沿周向连续的周槽；

在所述刚性环圆筒部形成沿所述刚性环圆筒部的长度方向横穿所述周槽而划定所述钩爪的轮廓的狭缝；以及

在与所述周槽对应的所述薄壁部处弯折所述钩爪。

4.一种密封装置的制造方法，该密封装置是权利要求2所述的密封装置，其中，所述制造方法包括以下步骤：

在所述刚性环圆筒部的内周面形成沿周向连续的周槽；

在所述刚性环圆筒部形成沿所述刚性环圆筒部的长度方向横穿所述周槽而划定所述钩爪的轮廓的狭缝；以及

在与所述周槽对应的所述薄壁部处弯折所述钩爪。

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