曲轴密封件

技术领域

本发明总体上涉及一种密封件，并且更具体地涉及一种用于与诸如曲轴的旋转轴一起使用的密封件。

背景技术

密封件可与发动机的各种部件一起使用，以防止流体如油的进入或流出。例如，密封件可用于在诸如曲轴的轴与该轴插入其中的开口之间提供密封。获得合适的密封对于发动机的短期和长期性能至关重要。当定位在发动机的孔内时，发动机的轴和/或壳体的移动可引起密封件内部的空间的膨胀和收缩。由于在密封件内形成不期望的压力，密封件内的某些空间的膨胀可能损害密封件的密封能力。

由Nok Corp.提交的在2018年5月31日提交的PCT公开第WO 2018097268号描述了一种与机器的曲轴一起使用的密封件。然而，实际上，在此描述的密封件不能为发动机中的机油提供足够的密封。相反，油可能通过所公开的设备的密封唇泄漏。使用所公开的密封件的曲轴和/或壳体的部件的移动导致在密封件内产生负压，从而导致泄漏油。本发明的激光点火系统解决了上述问题和/或本领域中的其他问题中的一个或多个。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。

发明内容

在一个方面，密封装置可以包含环形第一部分，该环形第一部分包括：凸缘，其相对于第一部分的中心轴线垂直地延伸；内圆柱形部分，其具有接合面，其中接合面配置为固定地连接到机器的可旋转轴；以及突出部分，其在凸缘和内圆柱形部分之间延伸；以及环形第二部分，包括：刚性主体部件；以及弹性部件，其具有主油唇和封隔器唇，其中该主油唇在第一位置与该凸缘接近或接触，并且其中该封隔器唇接触该内圆柱形部分；其中在该第一位置与该第二位置之间由该第一部分和该弹性部件的表面限定了间隙，并且其中当该密封装置被安装在孔中，使得该接合面被固定地连接到该轴上并且该机器被操作成使得该轴旋转时，该间隙的体积变化小于或等于10％。

在另一方面，一种密封装置可以包含环形第一部分，该环形第一部分包括：凸缘，其相对于第一部分的中心轴线垂直地延伸；以及突出部分，其中突出部分具有相对于第一部分的中心轴线垂直地延伸的轴向内壁；以及径向内圆柱形部分，其具有接合面，其中所述接合面配置为固定地连接到机器的可旋转轴；以及环形第二部分，该环形第二部分包括：刚性主体部件，其中所述刚性主体部件具有轴向外壁，所述轴向外壁相对于所述第二部分的中心轴线垂直地延伸；以及弹性部件，其具有主油唇和封隔器唇，其中所述主油唇在第一位置与所述凸缘接近或接触，并且其中所述封隔器唇在第二位置与所述内圆柱形部分接触；并且其中该凸缘是该突出部分轴向内壁与该刚性主体部件轴向外壁之间的路线的三分之一至二分之一。

在又一个方面，一种密封装置可以包含：环形第一部分，该环形第一部分包括：凸缘，其相对于第一部分的中心轴线垂直地延伸；内圆柱形部分，其具有接合面，所述接合面配置为固定地连接到机器的可旋转轴；以及突出部分，其中突出部分具有相对于第一部分的中心轴线垂直地延伸的轴向内壁和平行于第一部分的中心轴线延伸的两个平行壁；以及环形第二部分，包括：刚性主体部件；以及弹性部件，其具有主油唇和封隔器唇，其中所述主油唇在第一位置与所述凸缘接近或接触，并且其中所述封隔器唇在第二位置与所述内圆柱形部分接触；其中该突出部分的尺寸是足够大的，这样使得当该密封装置被安装在孔中，使得该接合面被固定地连接到该轴上并且该机器被操作成使得该轴旋转时，油不会经过该主油唇侵入该密封装置中。

附图说明

图1A-图1B示出了示例性的第一密封装置。

图2示出了示例性密封装置的横截面图。

具体实施方式

前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的特征。如在此所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或其其他变体旨在涵盖非排他性的内含物，使得包含一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅包括这些要素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或设备所固有的其他要素。在本发明中，相对术语(例如，“约”、“基本上”和“大致”等)用于指示所陈述的值中±10％的可能变化。虽然以下公开内容涉及曲轴，但是应当理解，本文所述的密封装置也可与发动机或机器的其它部件的任何其它类型的旋转轴一起使用。

图1A-图1B示出了与曲轴或其它旋转部件一起使用的示例性密封装置10。密封装置10可以是例如铺设的弹性体曲轴密封件。密封装置10可以配合在可旋转部件例如曲轴之间以及固定部分例如壳体之间。例如，密封装置10可以配合在机器的孔中。该孔可以是轴(例如曲轴)与壳体之间的空间。密封装置10可包括静止部件12。静止部件12可以具有环形形状并且可以相对于壳体和/或安装密封装置10的机器的孔保持静止。密封装置10还可以包括套筒14。套筒14可以是环形的并且可以与可旋转部件如轴一起旋转。套筒14可相对于静止部件12和其中安装有密封装置10的孔和/或壳体旋转。套筒14可以由金属组成，例如冲压钢(例如，不锈钢或冷轧钢)。套筒14可以旋转，因为它例如通过套筒14和曲轴之间的过盈或摩擦配合固定到诸如轴(例如，曲轴)的可旋转部件。

固定部件12可以包括密封体16，该密封体16可以是刚性部件或主体。密封体16可以是环形的，并且可以由金属，例如冲压钢(例如不锈钢或冷轧钢)组成。固定部件12还可以包括弹性部件18。弹性部件18可包覆模制在密封体16上或以其它方式附接到密封体16。弹性部件18也可以是环形的，并且可以由任何合适的柔性材料组成。例如，弹性部件18可由诸如碳氟化合物材料(FKM)的弹性体组成。弹性部件18的部分可以由不同的材料组成。例如，弹性部件18的部分可包含Nomex或具有低渗透性的其它材料，而弹性部件18的其它部分可包含FKM。具有低渗透性的弹性部件18的部分可能不允许任何空气或液体通过，或者可能不允许大量的空气或液体通过材料。

虽然本文的讨论描述了具有包括在固定部件12上的弹性部件18的密封装置10，但是弹性部件18可以替代地包括在套筒14中并且可以相对于固定部件12是可移动的(例如，可旋转的)。

图2示出了密封装置10的横截面。密封装置10示出为相对于轴20定位。如图2所示，方向A可以表示相对于密封装置10和/或轴20的中心轴线的径向向外的方向。方向B可以表示相对于密封装置10和/或轴20的中心轴线的径向向内的方向。方向C可以指朝向密封装置10的油侧的轴向向内的方向。方向D可以表示朝向空气侧或变速器油侧的轴向向外的方向。轴20例如可以是曲轴。图3A和图3B示出了密封装置10的剖视透视图。

如图1A、图1B和2所示，套筒14可包括圆柱形部分21。圆柱形部分21可以位于套筒14的径向内侧(朝向方向B)。在横截面中，圆柱形部分21可以具有基本上线性的侧面。圆柱形部分21可形成环形套筒14的内圆柱形表面，如图1A-图1B所示。圆柱形部分21可以具有径向向内表面22。当套筒14围绕轴20定位时，径向向内表面22可以邻接轴20的表面。套筒14可以通过任何合适的机构固定地连接到轴20的表面。例如，套筒14可以经由例如内表面22与轴20之间的过盈配合固定地连接到轴20的表面上。附加地或替代地，套筒14可以经由其他机构固定地连接到轴20的表面，包括摩擦/过盈配合、粘合剂、铆钉或其他机械紧固件中的一个或多个。当轴20在操作中旋转时，向内表面22以及因此套筒14可以相对于轴20保持固定，并且套筒14可以与轴20一起旋转。套筒14还可以包括凸缘32。凸缘32可以在径向方向上沿方向A和/或B延伸。凸缘32可以被布置成基本上垂直于轴20的中心轴线。套筒14还可以包括突出部分23。突出部分23可在圆柱形部分21和凸缘32之间延伸。突出部分23可在套筒14的壁中形成凸出。例如，突出部分23可沿基本上轴向向内的方向(方向C)朝向密封装置10的油侧凸出。可替代地或另外地，突出部分23可在另一方向上凸出。如图2所示，突出部分23具有三个侧面并形成具有一个开口侧面的矩形形状。突出部分23可具有两个在轴向方向(沿方向C和/或D)延伸的平行壁。突出部分23可替代地具有任何合适的形状和/或尺寸。突出部分23可沿轴向向内的方向(方向C)基本上朝向密封装置10的油侧延伸。在横截面中，突出部分23的轴向最内壁25(在方向C上)可在大致平行于凸缘32的方向上，在径向方向上(沿方向A和/或B)延伸。轴向内壁25可以垂直于密封装置10和/或套筒14的中心轴线，如凸缘32。突出部分轴向内壁25可以比凸缘32更轴向向内(在方向C上)。突出部分的轴向长度(沿方向C/D)可以与圆柱形部分21的轴向长度(沿方向C/D)大致相同。

突出部分23可以限定内部区域27。内部区域27可以在三个侧面上由突出部分23的壁限定，其可以具有上述配置。内部区域27可以在第四侧上由从突出部分23的两个平行壁的轴向外部(在方向D上)边缘延伸的线限定，其平行于轴向内壁25。内部区域27可以是凸缘32的径向向内(在方向B上)和向内表面22的轴向向内(在方向C上)。

弹性部件18可包括主油唇24。主油唇24可以径向向外和轴向向内延伸(在方向A和C上)，如图2所示。主油唇24可以包括一个或多个凹槽26，其可以帮助泵送油或其他流体。凹槽26可以具有任何合适的配置，例如本领域已知的配置。主油唇的纵向表面30可以在基本上径向向外的方向上延伸(沿方向A)。主油唇24可以邻接或接近套筒14的凸缘32。或者，如上所述，主油唇24可与弹性部件18的一些或所有其它元件一起包括在套筒14上。在这种情况下，主油唇24可以邻接或接近静止部件12的一部分。

弹性部件18还可包括封隔器唇28。封隔器唇28可以由诸如Nomex的材料形成。封隔器唇28可用于保持诸如灰尘的污染物远离密封装置10的油侧。封隔器唇28可以邻接圆柱形部分21的表面，使得在封隔器唇28的表面与圆柱形部分21的表面之间没有空间。在一个实施例中，不可渗透的封隔器唇28与圆柱形部分21的表面之间的接触可以基本上防止灰尘和/或其他污染物轴向向内(在方向C上)进入封隔器唇28。这样的实施例可以提供对灰尘和其他污染物的保护。在其他实施例中，封隔器唇28可以不与圆柱形部分21的表面接触和/或可以由对空气流可渗透的材料(例如毛毡)制成。这样的实施例可以提供针对灰尘和/或其他污染物的较少保护，但是可以具有其他优点。

密封体16可包括轴向外壁34。密封体轴向外壁34可以是密封装置10的轴向最外部分(在方向D上)。在横截面中，密封体轴向外壁34可沿方向A和/或B在与凸缘32和套筒轴向内壁25大致平行的方向上延伸。与凸缘32类似，轴向外壁34可以垂直于密封装置10和/或密封静止部件12的中心轴线延伸。密封体16还可包括径向外壁36(在方向A上)，其可形成密封装置10的径向最外部分。在横截面中，密封体径向外壁36可以大致平行于圆柱形部分21并且可以沿方向C和/或D延伸。密封体径向外壁36的轴向内边缘38可以与突出部分轴向内壁25大致轴向向内(在方向C上)延伸，使得轴向内边缘38与突出部分轴向内壁25大致对齐。可替代地，轴向内边缘38可以延伸超过突出部分轴向内壁25，或突出部分轴向内壁25可以延伸超过轴向内边缘38。可替代地，轴向内边缘38可以与凸缘32大致对齐。

凸缘32可处于(a)密封体轴向外壁34和(b)突出部分轴向内壁25和/或轴向内边缘38之间。凸缘32可位于密封装置10的中间或中心部分中，沿轴向方向(沿方向C/D)。主油唇24还可以在轴向方向上位于密封装置10的中间或中心部分中。如果密封装置10沿轴向方向分成三份，则凸缘32可落在密封装置10的轴向长度的三分中一和/或径向外表面16的三分中一。凸缘32可以比密封体轴向外壁34稍微更靠近突出部分轴向内壁25和/或轴向内边缘38。例如，凸缘32可以在突出部分轴向内壁25与密封体轴向外壁34之间，更靠近突出部分轴向内壁25的三分之一与一半之间。凸缘的轴向向外(在方向D上)边缘可以与圆柱形部分21的轴向向内边缘(沿方向C)大致对齐。

在弹性部件18和套筒14之间存在间隙(或体积)40，如图2所示。间隙40可以形成在(a)位置42和(b)位置44之间，在位置42，主油唇24与套筒14的凸缘32接触或接近，在位置44，封隔器唇28与套筒14接触。突出部分23的表面可以限定间隙40的一部分。突出部分23可以限定间隙40的大部分。在操作中，可以在主油唇24的纵向表面30与套筒14的凸缘32之间形成薄层油。因此，油唇24可以不直接接触套筒14的凸缘32的表面。当油唇24工作以防止油从密封装置10的油侧流出(并因此不与凸缘32直接接触)时，间隙40可被限定为(a)主油唇24和套筒14之间的油膜与(b)封隔器唇28之间的空间。

间隙40的尺寸对于密封装置10的功能可能是关键的。当在机器中使用密封装置10时，密封装置10的部件可以在轴向或径向方向上相对于彼此移动。例如，套筒14可相对于静止部件12移动。这样的移动可以是在主要轴向方向上。密封装置10的这些部分相对于彼此的移动可以引起间隙40的体积变化。例如，套筒14和静止部件12之间的轴向相对移动可导致间隙40的体积交替地膨胀和收缩。例如，密封装置10的部件可在方向C和/或D(轴向向内和向外)中的任一个上移动大约3mm(或任何其它值，取决于安装密封装置10的机器的特性)。随着密封装置10的部件彼此远离地移动，间隙40的体积可以增加。

当密封装置10不使用时，间隙40的体积在本文中可称为间隙40的标称体积。对于间隙40的给定标称体积，给定的体积变化可以对密封装置10的密封能力具有不同的影响。如果相对于间隙40发生体积变化“x”，则间隙40的体积变化可以通过将x除以间隙40的标称体积v并乘以100％来表示为百分比。如果对于(1)具有较小标称体积的间隙40的密封装置10和(2)具有较大标称体积的间隙40的密封装置10发生相同的体积变化“x”，则体积变化百分比将相对于具有较小间隙40的密封装置10更大。换言之，体积(x)的变化相对于较小间隙40的标称体积将大于较大间隙40的标称体积。

当间隙40的体积变化相对于间隙40的标称体积较大时，体积变化可导致间隙40中的压力降低。在密封件具有与套筒14接触并且不允许空气流入或流出的封隔器唇28的情况下，可能特别关注压力的降低。在间隙40的标称体积相对较小的情况下，这种压力的降低可能导致油经过主油唇24进入密封装置10中。因此，在相对小的间隙40中的压力减小可能破坏密封装置10的性能。相反，当密封装置10在间隙40中具有相对大的体积时，间隙40的体积变化可能不会引起足够大以损害由主油唇24形成的密封的压力减小。因此，具有相对较大的间隙40的密封装置10可以在短行程和长行程中更好地执行。压力变化可以至少部分地归因于封隔器唇28的低渗透性。例如，具有低渗透性的封隔器唇28可能不允许空气充分通过，从而防止或减轻由于体积变化引起的压力变化。

例如，在特定机器中的操作中，密封装置10a或10b的部分可以在一个方向或另一个方向上移动达3mm。该移动可导致间隙40或间隙40b中的体积增加，对于该机器，该体积增加的量约为1800(例如，1820)立方毫米。对于特定密封装置的配置，在影响密封装置的有效性之前，可容许一定量的体积变化(表示为百分比)。例如，对于密封装置10，在密封装置10的有效性受损之前，间隙40的体积变化可容忍高达约10％，更优选地高达约9.75％，或甚至更优选地高达约9％。或者，间隙40的体积变化可容忍高达8％。

内部区域27的体积可为至少约15650立方毫米(例如，至少15652立方毫米)，更优选地至少约16585立方毫米(例如，至少16589立方毫米)，或甚至更优选地至少19710立方毫米(例如，至少19715.3立方毫米)。可替代地，内部区域27的体积可以是至少约24790立方毫米(例如，至少24794立方毫米)。

给定可以预期的体积变化，间隙40可以具有至少36570立方毫米的体积，以避免间隙40中压力降低和密封装置10无效的影响。例如，间隙可以具有至少37500立方毫米，更优选地至少37508立方毫米，更优选地至少40600立方毫米，更优选地至少40630立方毫米，或甚至更优选地至少40633立方毫米的体积。或者，间隙40可具有至少45700立方毫米或至少45712立方毫米的体积。可替代地，间隙可以具有在36570立方毫米与45720立方毫米之间，更优选地在36571立方毫米与45712立方毫米之间，更优选地在36570(或36571)立方毫米与40635(或40633)立方毫米之间，并且甚至更优选地在37510(或37508)立方毫米与40630(或40633)立方毫米之间的体积。在密封装置10具有体积比临界值小的间隙40的情况下，密封装置10将不能充分地防止油从密封装置10的油侧泄漏(相对于密封装置10轴向向内)。相反，当密封装置10具有在体积上高于临界值的间隙40时，密封装置10将起到防止油泄漏出发动机油侧(相对于密封装置10轴向向内)的作用。

工业实用性

密封装置(例如密封装置10)将油保持在密封装置10的油侧内的有效性是装置性能的一个方面。需要一种有效，耐用且持久的密封件。还需要一种密封件以有效地从密封装置10的油侧排除污染物。由例如Nomex的材料制成的接触套筒(例如套筒14)的封隔器唇28可以用于防止灰尘和/或其他污染物侵入密封装置10的油侧中。然而，封隔器唇28的这种配置可能难以实现将油保持在密封装置10的油侧内的目的。例如，密封装置(例如密封装置10)的部件的移动可引起装置内部的空间(例如间隙40)的体积变化。特别相关的是诸如主油唇24和封隔器唇28之间的间隙40的空间。体积的增加可以引起真空的形成并且可以引起油从密封装置10的油侧流出。

为了使体积变化的影响最小化，应当适当地确定间隙40等空间的尺寸。当间隙40的体积设定为适当值时，例如上述值，密封装置10将有效地防止油泄漏通过主油唇24并将油保持在密封装置10的油侧中。因此，间隙40的适当体积可以帮助确保发动机的有效密封。所公开的实施例克服了现有技术的缺陷，包括PCT公开第WO 2018097268号中描述的实施例。