专利名称：优化成对标准o型环密封件具有鲁棒性的流体阀端口的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体阀端口，并且更具体地涉及与其一起使用的密封件。更为具体地，本发明涉及被设置成实现标准O型环的优化使用的流体阀端口。
背景技术：
流体阀机构为了控制流体的流量而使用一个或多个流体阀端口。流体阀机构包括具有与(用于传送或移除流体的)第一流体输送管线流体连通的第一端口开口的第一阀体，并且进一步包括具有与(提供流体的传送或移除中另一者的)第二流体输送管线流体连通的第二端口开口的第二阀体。动力设备(即马达或致动器)被设置用于选择性地相对于第二阀体移动第一阀体以由此选择性地使第一和第二端口开口对准并由此调节由此经过的流体连通，其中对准选择性的范围通常是从不对准状态到完全对准状态，在不对准状态阻止流体流动通过第一和第二端口开口，而在完全对准状态则最大程度地不阻碍流体流 动通过第一和第二端口开口。为了避免第一和第二阀体之间的流体泄漏，设有通常由连接至流体输送管线的阀体承载的密封件，其中密封件围绕在阀体处的阀门开口。更常见地，橡胶O型环经常被用作密封件，其中O型环被安置在承载O型环的阀体内成形的密封件沟槽中。因为O型环被压缩在密封件沟槽的底面和相对阀体的侧壁之间，所以由避免流体泄漏的O型环提供了可滑动的密封件。现参照图17，示意性地示出了具有现有技术中的常规流体阀端口 12的流体阀机构10。可移动的阀体或“阀芯”14在其中成形有密封件沟槽16，0型环18被安置在密封件沟槽16内，其中O型环围绕阀芯端口开口 20。固定的阀体或“歧管”22具有歧管端口开口
24。现另外参照图18，其中O型环18横跨歧管端口开口 24，O型环中未受支撑的横跨部分18’倾向于从密封件沟槽16中弹出，这种趋势会由于随着阀芯相对于歧管旋转而动态地施加至O型环的拉伸和压缩作用力而加剧。O型环从其密封件沟槽中弹出的这种趋势可以导致过早的磨损、切割、干扰或者其提供的密封件的故障。通常，对于O型环中未受支撑的横跨部分，O型环在其密封件沟槽内的安置问题会在未受支撑的横跨部分的长度超过O型环的大约3倍直径时出现。一种现有技术中的已知技术是通过底切密封件沟槽的壁部来避免O型环弹出。正如在图19中作为示例所示的那样，阀芯14’拥有带有底切壁28的密封件沟槽26，由此即使是O型环18〃中存在未受支撑的横跨部分18’ "，O型环也仍然会被限制在密封件沟槽内。尽管底切壁阻止了 O型环从其密封件沟槽中弹出，但是底切需要高成本的机械加工并且通常都要配装与现货供应的标准O型环相比也是高成本的定制O型环。而且，O型环从其密封件沟槽中弹出的问题会由于高频率的打开/关闭循环、长期暴露给大范围的温度波动以及与老化相关的O型环弹性下降而加剧。因此，在本领域内仍然需要以某种方式提供一种流体阀端口，其被设置为允许以最小的磨损并且无切割或干扰地将标准O型环可操作地保持在其密封件沟槽内，其中密封件沟槽是简单的直线式形状。
发明内容
本发明是一种优化的流体阀端口，被设置为允许以最小的磨损并且无切割或干扰地将标准O型环可操作地保持在其密封件沟槽内，其中密封件沟槽是简单的易于加工的直线式形状。根据本发明优化的流体阀端口具有以下特征1)密封件优选是在第一或第二阀体(也就是阀芯或歧管)之一上设置的优选为简单直线式形状(即U形)密封件沟槽内安置的标准O型环；2)0型环中的在阀门端口交错期间未受支撑的横跨部分被限制为小于约三倍O型环直径的长度；以及3)有鉴于特征2)，因此在O型环的区域内，流体阀端口的流体流动面积被最大化。根据本发明的优化的流体端口阀是流体阀机构的部件，具有例如通过电马达或致动器可彼此相对移动的第一阀体和第二阀体。对于每一种优化的流体端口阀，第一和第二 阀体之一在其中成形有密封件沟槽。O型环被安置在其中并且在由O型环界定的区域内被同心设置的第一端口开口被成形为穿透第一和第二阀体之一。第一和第二阀体中的另一个具有形成为穿透该另一个的多个第二端口开口，它们互相设置为使得多个第二端口开口可以响应第一阀体相对于第二阀体的移动而与第一端口开口对准。第二端口开口的分布使得它们被通过腹板互相分离。由此，腹板为O型环提供支撑，否则O型环就会在在第一开口响应第一和第二阀体的移动而相对于多个第二端口开口交错期间具有未受支撑的横跨部分。因此，O型环关键地由腹板支撑，由此O型环未受支撑的长度不大于O型环直径的约三倍。另外，根据本发明的优化的流体端口阀被设置用于平滑和最大化流体流量，而且同时为O型环提供支撑并最小化O型环的磨损。因此，本发明的目标是提供一种优化的流体阀端口，被设置为允许以最小的磨损和无干扰地将标准O型环可操作地保留在其密封件沟槽内，其中密封件沟槽是简单的直线式形状。本发明还提供了如下方案
方案I. 一种利用可彼此相对移动的第一阀体和第二阀体配合工作的流体端口阀，所述流体端口阀包括
成形在第一阀体内的第一阀门端口，所述第一阀门端口包括
成形在第一阀体内的第一端口开口，
成形在所述第一阀体内并围绕所述第一端口开口的密封件沟槽；和 安置在所述密封件沟槽内的O型环，所述O型环具有O型环截面；以及 成形在第二阀体内的第二阀门端口，所述第二阀门端口包括
成形在第二阀体内的多个第二端口开口 ；和 成形在所述多个第二端口开口之间的间隔内的腹板；
其中当第一和第二阀体彼此相对移动时，所述第一和第二阀门端口可以选择性地彼此对准；并且
其中当所述O型环被设置在所述多个第二端口开口中的任何一个端口开口处时，所述腹板为所述O型环提供支撑以使所述O型环未受支撑的横跨部分具有小于所述O型环截面的大约三倍的长度。方案2.如方案I所述的流体端口阀，其中所述第二阀门端口包括
所述多个第二端口开口包括沿长轴拉长的一对狭长的第二端口开口；并且 所述腹板被设置在所述狭长的第二端口开口之间，与所述长轴成平行关系。方案3.如方案2所述的流体阀端口，进一步包括与所述腹板相连的翅片。方案4.如方案3所述的流体阀端口，其中所述长轴平行于第一和第二阀体彼此相对移动的切线。方案5.如方案4所述的流体阀端口，进一步包括以围绕所述多个狭长第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩，并且其中所述翅片被设置在所述连接管内。 方案6.如方案I所述的流体阀端口，其中所述密封件沟槽为直线式。方案7.如方案I所述的流体阀端口，其中所述第二阀门端口包括
所述多个第二端口开口包括多个基本为圆形的端口开口，这些圆形的端口开口具有与第一和第二阀体彼此相对移动的切线平行的基本为狭长的布置；并且所述腹板被设置在所述第二端口开口之间。方案8.如方案7所述的流体阀端口，进一步包括以围绕所述多个第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩。方案9.如方案7所述的流体阀端口，其中所述密封件沟槽为直线式。方案10.如方案I所述的流体阀端口，其中所述第二阀门端口包括
所述多个第二端口开口包括大致为鞍形的端口开口，该鞍形的端口开口在两侧具有基本为圆形的端口开口 ；并且
所述腹板被设置在所述第二端口开口之间。方案11.如方案10所述的流体阀端口，其中所述大致为鞍形的端口开口平行于第一和第二阀体彼此相对移动的切线被拉长。方案12.如方案10所述的流体阀端口，进一步包括以围绕所述多个第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩。方案13.如方案10所述的流体阀端口，其中所述密封件沟槽为直线式。方案14. 一种流体阀机构，包括
第一阀体；
第二阀体，其中所述第一和第二阀体可以彼此相对移动；和 流体端口阀，其包括
成形在所述第一阀体内的第一阀门端口，所述第一阀门端口包括
成形在所述第一阀体内的第一端口开口，
成形在所述第一阀体内围绕所述第一端口开口的密封件沟槽；和 安置在所述密封件沟槽内的O型环，所述O型环具有O型环截面；以及 成形在所述第二阀体内的第二阀门端口，所述第二阀门端口包括
成形在第二阀体内的多个第二端口开口 ；和成形在所述多个第二端口开口之间的间隔内的腹板；
其中当所述第一和第二阀体彼此相对移动时，所述第一和第二端口可以选择性地彼此对准；并且
其中当所述O型环被设置在所述多个第二端口开口中的任何一个端口开口处时，所述腹板为所述O型环提供支撑以使所述O型环未受支撑的横跨部分具有小于所述O型环截面的大约三倍的长度。方案15.如方案14所述的流体阀机构，其中所述第二阀门端口包括 所述多个第二端口开口包括沿长轴拉长的一对狭长的第二端口开口；并且 所述腹板被设置在所述狭长的第二端口开口之间，与所述长轴成平行关系。方案16.如方案15所述的流体阀机构，其中所述第一阀体包括阀芯，并且所述第二阀体包括歧管；进一步包括与所述腹板相连的翅片；并且其中所述长轴平行于第一和第二阀体彼此相对移动的切线。方案17.如方案16所述的流体阀机构，进一步包括以围绕所述多个第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩，并且其中所述翅片被设置在所述连接管内。方案18.如方案17所述的流体阀机构，其中所述密封件沟槽为直线式。方案19.如方案14所述的流体阀机构，其中所述第二阀门端口包括
所述多个第二端口开口包括多个基本为圆形的端口开口，这些圆形的端口开口具有与第一和第二阀体彼此相对移动的切线平行的基本为狭长的布置；并且所述腹板被设置在所述第二端口开口之间。方案20.如方案14所述的流体阀机构，其中所述第二阀门端口包括
所述多个第二端口开口包括大致为鞍形的端口开口，该鞍形的端口开口在两侧具有基本为圆形的端口开口 ；并且
所述腹板被设置在所述第二端口开口之间。本发明的这些以及另外的目标、特征和优点将根据以下对优选实施例的详细说明而变得更加清楚。
图I是根据本发明的示例性地具有三个优化流体阀端口的流体阀机构示例的分解图。图2是图I中流体阀机构的阀芯的分离的正视图。图3是图I中流体阀机构的阀芯的分解图，示出了 O型环以及其中可安置O型环的密封件沟槽的细节。图4是根据本发明的优化流体阀端口的截面图。图5是沿图4中的5-5线得到的截面图。图6是根据本发明的优化流体阀端口的分离的截面图，示出了完全打开的状态。图7是沿图6中的7-7线得到的分离的俯视图。图8是沿图7中的8-8线得到的截面图。图9是沿图7中的7-7线得到的截面图。
图10是根据本发明的优化流体阀端口的分离的截面图，示出了部分打开的状态。图11是沿图10中的11-11线得到的分离的俯视图。图12是沿图11中的12-12线得到的截面图。图13是沿图11中的13-13线得到的截面图。图14是根据本发明的优化流体阀端口的分离的截面图，现相对于图2中的结构相反地设置。图15是第二阀体的透视图，具有多个第二端口开口的第一可选结构。图16是第二阀体的透视图，具有多个第二端口开口的第二可选结构。图17是具有现有技术密封件的现有技术阀门端口的示意图，示出了部分打开的 状态。图18是沿图17中的18-18线得到的截面图。图19是如图18现有技术中阀门端口的截面图，包括其中限制有现有技术中O型环密封件的密封件沟槽的底切壁。
具体实施例方式现参照附图，图I至图16示出了根据本发明的优化的流体阀端口 100的各方面。首先将注意力转至图1，示出了流体阀机构102的分解图，具有在本示例中是可旋转“阀芯”的第一阀体104，在本示例中是不可旋转“歧管”的第二阀体106以及用于使阀芯相对于歧管旋转的马达108。入口 110被连接至阀芯104，其中入口管路(未示出，但是例如可以是软管)可以被连接至入口连接管112以使流体从入口管路经入口连接管流入阀芯的内部104’。仅仅是作为举例，设有三个出口 114，每一个都是根据本发明的优化的流体阀端口 100。每一个优化的流体阀端口 100都包括位于阀芯104的侧壁104〃处的阀芯端口120，并且进一步包括位于歧管106的侧壁106’处的歧管端口 122。正如图2和图3中清楚示出的那样，阀芯端口 120的特征在于阀芯开口 124，靠近阀芯开口同心设置的密封件沟槽126以及安置在密封件沟槽内的O型环128。阀芯开口 124优选地是椭圆形，其最长的长轴130平行于阀芯104的旋转切线132。O型环128优选地是具有由O型环截面宽度134界定的圆形或椭圆形截面的标准“现货供应” O型环，并且密封件沟槽126优选地是直线式截面也就是由沟槽底面126’和相对于沟槽底面垂直取向的沟槽侧壁126"界定的U形。现另外参照图4和图5，歧管端口 122的特征在于通过腹板142彼此分离的一对狭长的歧管开口 140。歧管开口 140的长轴144平行于旋转切线132，其中腹板142平行于长轴延伸。优选地，歧管开口 140的末端146被圆化，也就是相对于开口为凹面形状。歧管开口 140沿长轴的纵向长度148约为阀芯开口 124沿其最长的长轴130的开口长度。歧管开口 140的横向宽度150优选地小于O型环128截面宽度134的约三倍。腹板142的宽度152被预先确定以为O型环128提供足够的支撑，正如以下要介绍的那样。出口连接管154以密封关系被附接至歧管106的侧壁106’，从而围绕歧管开口140。优选地，出口连接管154渐缩，随着与歧管106的侧壁106’的距离增加而变窄，从而增强从中流过的流体层流。出口管路(未示出，但例如是软管)被连接至出口连接管154以使流体能够从阀芯104的内部104’流至出口管路。为了增强流体的层流，翅片156优选被成形在腹板142上，具有锥度以使翅片的宽度随着与腹板距离的增加而减小。作为示例而非限制性地，如果阀芯开口 124具有20mm的圆形直径，那么每一个歧管开口 140都可以具有8mm的横向宽度148和20mm的纵向长度，并且腹板142可以具有2mm的宽度。翅片156可以具有高出腹板142约4mm的高度。出口连接管154可以具有从歧管106的侧壁106’处的19mm减小至其末端处的16mm的锥度。现另外参照图6至图13详细介绍优化流体阀端口 100的操作，其中由流体阀机构102通过相对于固定歧管106旋转阀芯104来提供流体的流量控制。如图6至图9所示，阀芯端口 120与歧管端口 122的对准允许流体从入口连接管112进入阀芯并且从出口连接管154流出的最大流量。此时，O型环128被压缩在沟槽底面126’和歧管106的侧壁106’之间，由此使从阀芯流过出口连接管的流体流避免泄漏。流体 自由地流过歧管开口 140和阀芯开口 124并且通过翅片156以及出口连接管锥度的作用而保持层流。如图10至图13所示，阀芯104已相对于歧管106旋转，使得现在阀芯端口 120仅与歧管端口 122部分对准，因此在流体从入口连接管112流入阀芯并且从出口连接管154流出时一定程度地限制流体的流动。同样地在此时，O型环128被压缩在沟槽底面126’和歧管106的侧壁106’之间，由此使从阀芯流过出口连接管的流体避免泄漏。但是，现在O型环就存在一对未受支撑的横跨部分170。如图10和图13中清楚示出的那样，腹板142抵接O型环以使每一个未受支撑的横跨部分170都不长于O型环截面(直径)的约三倍。即使现在直径减小了，流体仍然自由地流过歧管开口 140并且通过翅片156以及出口连接管锥度的作用而保持层流。因此提供了一种优化的流体阀端口，被设置为允许以最小的磨损和无干扰地将标准O型环可操作地保持在其密封件沟槽内，其中密封件沟槽是简单的直线式形状。尽管图I至图13是优选实施例，现在仍参照图14至图16示出了可选实施例。在图14中示出了流体阀机构100’，其中阀芯和歧管端口的结构相对于流体阀机构100相反。阀芯端口 122’的特征在于成形在阀芯104〃侧壁内的如图7中所示狭长方式的一对阀芯开口 140’。腹板142’被设置在阀芯开口 140’之间。歧管端口 120’的特征在于歧管开口 124’。渐缩的出口连接管154’以密封关系被连接至歧管106’’的侧壁。在图15中，流体阀机构的歧管200具有歧管端口 202，其特征在于形式为四个圆形开口 204’的多个歧管开口 204。出口连接管(未示出，但是类似于图14中所示的出口连接管)被连接至歧管200的侧壁200’。歧管开口 204具有平行于阀芯(未示出)旋转切线206的基本为狭长的布置，其中分离开口 204’的空间成形有腹板208，该腹板提供对O型环(未示出，但与图3中示出的O型环类似)的抵接，O型环被抵接的部分在没有腹板的情况下就成为其未被支撑的横跨部分。同样地，未受支撑的横跨部分的长度小于O型环截面(直径)的约三倍。随着阀芯的旋转，可以是所有的开口 204’都能输送流体，部分开口能输送流体，只有一个开口能输送流体，一个开口的一部分能输送流体，或者是没有开口能通过其输送流体。歧管开口 204的布置与歧管开口 140相比的优点包括更容易组装，更简单的钻孔制造，这与歧管开口 140的铣削(端铣刀的插入和横切)截然相反，由于开口 204’相对较小因此流量控制更加精确；但是，缺点包括歧管开口 204与歧管开口 140相比的流动面积更小，图15中的实施例具有比图I至图14中的实施例更多的边缘磨损，并且图15中的实施例缺少翅片。作为示例，教导开口 204’可以具有6. 5mm的截面，并且腹板208约为2mm宽。在图16中，流体阀机构的歧管300具有歧管端口 302，其特征在于形式为中央鞍形开口 304’和两侧较小圆形开口 304〃的多个歧管开口 304。出口连接管(未示出，但是类似于图14中所示的出口连接管)被连接至歧管300的侧壁300’。鞍形开口 304’是平行于阀芯(未示出)旋转切线306的狭长开口，其中分离开口 304’，304〃的空间成形有腹板308，该腹板提供对O型环(未示出，但与图3中示出的O型环类似)的抵接，O型环被抵接的部分在没有腹板的情况下就成为其未被支撑的横跨部分。同样地，未受支撑的横跨部分的长度小于O型环截面(直径)的约三倍。随着阀芯的旋转，可以是所有的开口 304’，304〃都能输送流体，部分开口能输送流体，只有一个开口 304"能输送流体，一个开口的一部分能输送流体，或者是没有开口能通过其输送流体。歧管开口 304的布置与歧管开口 140相比的优点包括更高的流体流动能力；但是，缺点包括更加难以组装，更加难以制造，比图I至图14中的实施例具有更多的 边缘磨损，并且图16中的实施例缺少翅片。对于本发明所述领域的技术人员而言，上述优选实施例可以进行修改或变形。这样的修改或变形能够实现而并不背离应该仅由所附权利要求的范围限定的本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用可彼此相对移动的第一阀体和第二阀体配合工作的流体端口阀，所述流体端口阀包括 成形在第一阀体内的第一阀门端口，所述第一阀门端口包括 成形在第一阀体内的第一端口开口， 成形在所述第一阀体内并围绕所述第一端口开口的密封件沟槽；和 安置在所述密封件沟槽内的O型环，所述O型环具有O型环截面；以及 成形在第二阀体内的第二阀门端口，所述第二阀门端口包括 成形在第二阀体内的多个第二端口开口 ；和 成形在所述多个第二端口开口之间的间隔内的腹板； 其中当第一和第二阀体彼此相对移动时，所述第一和第二阀门端口可以选择性地彼此对准；并且 其中当所述O型环被设置在所述多个第二端口开口中的任何一个端口开口处时，所述腹板为所述O型环提供支撑以使所述O型环未受支撑的横跨部分具有小于所述O型环截面的大约三倍的长度。
2.如权利要求I所述的流体端口阀，其中所述第二阀门端口包括 所述多个第二端口开口包括沿长轴拉长的一对狭长的第二端口开口；并且 所述腹板被设置在所述狭长的第二端口开口之间，与所述长轴成平行关系。
3.如权利要求2所述的流体阀端口，进一步包括与所述腹板相连的翅片。
4.如权利要求3所述的流体阀端口，其中所述长轴平行于第一和第二阀体彼此相对移动的切线。
5.如权利要求4所述的流体阀端口，进一步包括以围绕所述多个狭长第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩，并且其中所述翅片被设置在所述连接管内。
6.如权利要求I所述的流体阀端口，其中所述密封件沟槽为直线式。
7.如权利要求I所述的流体阀端口，其中所述第二阀门端口包括 所述多个第二端口开口包括多个基本为圆形的端口开口，这些圆形的端口开口具有与第一和第二阀体彼此相对移动的切线平行的基本为狭长的布置；并且所述腹板被设置在所述第二端口开口之间。
8.如权利要求7所述的流体阀端口，进一步包括以围绕所述多个第二端口开口的关系与第二阀体相连的连接管，其中所述连接管随着与所述第二阀体的距离增加而渐缩。
9.如权利要求7所述的流体阀端口，其中所述密封件沟槽为直线式。
10.一种流体阀机构，包括 第一阀体； 第二阀体，其中所述第一和第二阀体可以彼此相对移动；和 流体端口阀，其包括 成形在所述第一阀体内的第一阀门端口，所述第一阀门端口包括 成形在所述第一阀体内的第一端口开口， 成形在所述第一阀体内围绕所述第一端口开口的密封件沟槽；和 安置在所述密封件沟槽内的O型环，所述O型环具有O型环截面；以及成形在所述第二阀体内的第二阀门端口，所述第二阀门端口包括 成形在第二阀体内的多个第二端口开口 ；和 成形在所述多个第二端口开口之间的间隔内的腹板； 其中 当所述第一和第二阀体彼此相对移动时，所述第一和第二端口可以选择性地彼此对准；并且 其中当所述O型环被设置在所述多个第二端口开口中的任何一个端口开口处时，所述腹板为所述O型环提供支撑以使所述O型环未受支撑的横跨部分具有小于所述O型环截面的大约三倍的长度。
全文摘要
本发明涉及优化成对标准O型环密封件具有鲁棒性的流体阀端口。一种优化的流体阀端口，具有以下特征1)密封件优选是在第一或第二阀体之一的直线式密封件沟槽内安置的标准O型环；2)O型环中在阀门端口交错期间未受支撑的横跨部分被限制为小于约三倍O型环直径的长度，由设置在端口开口之间的腹板提供支撑；以及3)在O型环的区域内，流体阀端口的流体流动面积被最大化。
文档编号F16K51/00GK102808980SQ201210175300
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者B.K.巴特尼克, P.小瓦伦西亚, C.W.约翰逊, B.F.汤普金斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司