專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件，所述氣缸蓋組件具有閥座插件，且更具體 地，本發(fā)明涉及具有抗腐蝕的閥座插件的氣缸蓋組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
閥座插件可安裝在內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋中以改進(jìn)耐用性。這種插件通常用于由較軟和 較輕合金制成的氣缸蓋中，所述合金可能不具有高溫高磨損環(huán)境所需的穩(wěn)固強(qiáng)度、硬度、磨 損和其它材料特性。閥座通常被壓配合到氣缸蓋中的插件槽中，且通常由相對(duì)硬的、抗磨損 的和耐熱的材料(例如鑄造或燒結(jié)金屬)制成。當(dāng)安裝在氣缸蓋中時(shí)，閥座插件有效地提 供發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)閥的安置表面。閥座插件與氣缸蓋插件槽的壓配合接合可導(dǎo)致在插件和氣缸蓋材料的表面之間 形成微小間隙或縫隙。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，液體或燃料可進(jìn)入這些開(kāi)孔且被捕獲在其中。 雖然捕獲的燃料在基于含有相對(duì)低百分比的酒精(如乙醇)的燃料操作的發(fā)動(dòng)機(jī)中相對(duì)溫 和，但是在基于含有相對(duì)高百分比的酒精的燃料操作的發(fā)動(dòng)機(jī)中可能會(huì)是腐蝕性的，尤其 是在氣缸蓋由鋁合金或其它輕質(zhì)合金材料制成的情況下。在采用含有相對(duì)高百分比的乙醇(例如，大于15%乙醇)的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中，捕 獲的燃料、溶解在燃料中的環(huán)境水、或者前述兩者，可形成和/或促進(jìn)形成可在與閥插件相 關(guān)的區(qū)域中腐蝕氣缸蓋、插件或兩者的腐蝕酸或副產(chǎn)物。此外，這些液體可由于用作與插件 和氣缸蓋的不同金屬接觸的電解質(zhì)而促進(jìn)不同金屬通過(guò)原電池效應(yīng)(galvaniceffect)腐 蝕。隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，這種腐蝕可影響氣缸蓋和相關(guān)閥座的耐用性，尤其是在由鋁合金制成 的氣缸蓋中。已經(jīng)提出各種方法來(lái)解決與酒精/乙醇基燃料相關(guān)的腐蝕問(wèn)題，所述方法包括在 安裝閥座插件之前用環(huán)氧樹(shù)脂或酚密封劑涂覆氣缸蓋插件槽。然而，如果在涂覆期間錯(cuò)誤 地涂覆于發(fā)動(dòng)機(jī)或閥的其它部件或者在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間燃燒，這種材料可存在對(duì)諸如氧氣 傳感器或其它傳感器的裝置的潛在污染問(wèn)題，因而在氣缸蓋組件制造期間必須非常小心和 仔細(xì)地涂覆或者應(yīng)當(dāng)避免。因而，期望提供抗腐蝕作用的閥座和氣缸蓋組件，尤其是可以由含有酒精(如乙 醇)的燃料引起或與所述燃料相關(guān)的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件包括具有燃燒 室/面的氣缸蓋；通向所述燃燒室/面的端口 ；以及插件槽，所述插件槽圍繞所述端口周向 設(shè)置且配置成在其中接收閥座插件。碳層設(shè)置在所述插件槽和閥座插件之間且在它們之間 限定密封/表面改性劑。在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的抗腐蝕氣缸蓋的方法 包括形成氣缸蓋，所述氣缸蓋具有燃燒室/面和通向所述燃燒室/面的端口 ；圍繞氣缸蓋的端口形成插件槽；形成閥座插件；將閥座插件固定到插件槽中且在閥座插件和插件槽之 間設(shè)置碳，其中，所述閥座插件支承碳，從而在閥座插件和插件槽之間形成燃料密封/表面 改性劑。方案1 一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件，包括具有燃燒室/面的氣缸蓋；通向所述燃燒室/面的端口 ；圍繞所述端口周向設(shè)置的插件槽；設(shè)置在插件槽中的閥座插件；以及碳，所述碳設(shè)置在所述插件槽和閥座插件之間且配置成在所述插件槽和閥座插件 之間建立燃料密封/改性劑。方案2 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，所述碳包括設(shè)置在所述插件槽和閥 座插件之間的碳層。方案3 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，碳層設(shè)置在所述插件槽在表面上。方案4 根據(jù)方案3所述的氣缸蓋組件，其中，所述插件槽的表面包括插件支承肩 部和環(huán)狀壁，且其中，所述碳層設(shè)置在所述插件支承肩部或所述環(huán)狀壁或其組合上。方案5 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，所述碳層設(shè)置在所述閥座插件的外 表面上。方案6 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，閥座插件的表面包括環(huán)狀外表面和 槽支承表面，且其中，碳層設(shè)置在所述槽支承表面或所述環(huán)狀外表面或其組合上。方案7 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，碳層包括設(shè)置在所述閥座插件的外 表面上的第一碳層部分和設(shè)置在所述插件槽的表面上的第二碳層部分。方案8 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，碳包括石墨碳、無(wú)定形碳、類金剛石 碳或其組合。方案9 根據(jù)方案1所述的氣缸蓋組件，其中，碳包括設(shè)置在閥座插件和插件槽之 間的碳預(yù)制件。方案10 —種制造用于內(nèi)燃機(jī)的抗腐蝕氣缸蓋的方法，包括形成氣缸蓋，所述氣缸蓋具有燃燒室/面和通向所述燃燒室/面的端口 ；圍繞氣缸蓋的端口形成插件槽；形成閥座插件；將閥座插件固定到插件槽中；以及在閥座插件和插件槽之間設(shè)置碳，使得所述閥座插件支承碳，從而在閥座插件和 插件槽之間形成燃料密封/表面改性劑。方案11 根據(jù)方案10所述的方法，還包括形成碳預(yù)制件；以及在將閥座插件固定到插件槽中之前，將所述碳預(yù)制件插入閥座插件和插件槽之 間。方案12 根據(jù)方案10所述的方法，還包括將碳層沉積在閥座插件的表面上或者 插件槽的表面上。方案13 根據(jù)方案12所述的方法，其中，插件槽的表面包括插件支承肩部和環(huán)狀壁，且其中，碳層沉積在插件支承肩部或環(huán)狀壁或其組合上。方案14 根據(jù)方案12所述的方法，其中，沉積碳層包括將第一碳層部分沉積在閥座插件的外表面上；以及將第二碳層部分沉積在插件槽的表面上。方案15 根據(jù)方案12所述的方法，其中，沉積碳層包括化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉 積、熱噴灑、噴涂、絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)印、電子管熏黑或浸漬涂覆、或其任何組合。方案16 根據(jù)方案12所述的方法，其中，碳包括石墨碳、無(wú)定形碳、類金剛石碳或 其組合。


其它目的、特征、優(yōu)勢(shì)和細(xì)節(jié)在僅通過(guò)示例的方式的實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明中顯 而易見(jiàn)，所述詳細(xì)說(shuō)明參考附圖，在附圖中圖1是實(shí)施本發(fā)明特征的用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件的燃燒室/面的示例性實(shí)施例 的局部圖；圖2是沿圖1的截面2-2截取的氣缸蓋的截面圖；和圖3是圖2所示的閥座插件的透視圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖1所示，用于內(nèi)燃機(jī)(未示出)的氣缸蓋組件8 包括具有燃燒室10的氣缸蓋12。很大程度上取決于具體的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或燃料系統(tǒng)配置，燃 燒室可包括許多各種配置，且為了描述目的將稱為燃燒室/面10。氣缸蓋包括一個(gè)或多個(gè) 進(jìn)氣端口 14，燃料/空氣混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間通過(guò)所述進(jìn)氣端口 14進(jìn)入燃燒室。燃 料/空氣混合物通過(guò)往復(fù)活塞(未示出)壓縮且在燃燒室/面10中燃燒。燃燒事件驅(qū)動(dòng) 活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。排氣端口 16提供用于來(lái)自于燃燒室/面10的燃燒產(chǎn) 物的排出。參考圖2，提升閥18可移動(dòng)地設(shè)置在氣缸蓋12的每個(gè)進(jìn)氣端口 14中且控制進(jìn)入 燃燒室10的燃料和空氣流。提升閥能選擇性地從閉合位置移動(dòng)至開(kāi)啟位置(在圖2中以 虛線示出)，在閉合位置中，閥接合閥座20，在開(kāi)啟位置中，閥從閥座20移開(kāi)以允許燃料和 空氣進(jìn)入燃燒室/面10。類似的提升閥(未示出)設(shè)置在每個(gè)排氣端口 16中且以與提升 閥18類似的方式操作以允許燃燒產(chǎn)物離開(kāi)燃燒室/面10。氣缸蓋12包括一體形成的槽或穴22，所述槽或穴22均配置成接收閥座插件24。 槽或穴22圍繞進(jìn)氣端口 14 (和排氣端口 16)形成或環(huán)繞進(jìn)氣端口 14 (和排氣端口 16)，且 包括插件支承肩部26和外部或環(huán)狀壁28。參考圖2和3，閥座插件24是大致圓形或環(huán)形， 且包括外部環(huán)狀表面30，表面30具有的直徑比氣缸蓋槽22的外部或環(huán)狀壁28的直徑稍 大(0. 7 μ m)。氣缸蓋槽22和閥座插件24的直徑之間的尺寸差異允許表面28和30之間的 干涉配合或“壓配合”。具體地，閥座插件24壓配合到氣缸蓋12的氣缸蓋槽22中，有效地 使得每個(gè)閥座插件的外部環(huán)狀表面30鄰接地和摩擦地接合每個(gè)氣缸蓋槽22的相關(guān)環(huán)狀壁 28，從而將閥座插件緊固在氣缸蓋12的燃燒室/面10中。每個(gè)閥座插件24的外部環(huán)狀表面30可包括成角度或傾斜部分34，所述成角度或傾斜部分34將外部環(huán)狀表面30連接到槽安置表面32。傾斜部分有助于在壓配合工藝期間 對(duì)中插件和引導(dǎo)插件到氣缸蓋槽22中。此外，每個(gè)閥座插件24包括內(nèi)部環(huán)狀表面36，內(nèi)部 環(huán)狀表面36具有成角度或傾斜部分或閥座20，所述成角度或傾斜部分或閥座20適合于一 致地和密封地接收和接合提升閥18的外部密封表面38，以允許提升閥分別選擇性地密封 燃燒室/面10的進(jìn)氣或排氣端口 14、16。閥座插件24可由相對(duì)耐用的、抗磨損的和經(jīng)熱處 理的金屬材料(如硬化、熱處理粉末金屬、鑄鋼或鐵)制造。再次參考圖2和3，在示例性實(shí)施例中，碳層40設(shè)置在氣缸蓋12的插件槽22的表 面26、28和閥座插件24的對(duì)應(yīng)或相對(duì)表面30、32、34上或表面26、28和表面30、32、34之 間或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，碳層40是石墨碳、無(wú)定形碳、類金剛石碳或其組合。碳層40 可涂覆于插件槽22的表面26、28、閥座插件24的表面30、32、34，或可包括在安裝閥座插件 24之前設(shè)置在閥座插件24和插件槽22之間的碳預(yù)制件44(圖3)。碳層可使用化學(xué)氣相 沉積、物理氣相沉積、熱噴灑、噴涂、絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)印、電子管熏黑、浸漬涂覆或適合于將薄層 涂覆于表面的任何組合(包括上文提及的碳預(yù)制件)沉積在各個(gè)表面上。碳層40用以提 供潤(rùn)滑表面，這將有助于閥座插件24壓配合插入到插件槽22中。此外，碳層40操作以有 效地密封和/或改性插件槽22的表面26、28，使之不暴露于酒精基燃料(如乙醇)、溶解在 燃料中的水或兩者，酒精基燃料或水或兩者可捕獲在閥座插件24和插件槽22之間的間隙 或空間(如42)中。碳層40用以提供插件槽22和閥座插件24材料的表面特性的改進(jìn)，因 為碳層40將經(jīng)由形成不可滲透或半滲透保護(hù)層(例如，密封件)來(lái)提高抗腐蝕性，從而將 操作通過(guò)從閥座插件24和插件槽22之間的間隙或空間(如42)除去腐蝕介質(zhì)或者通過(guò)減 少可進(jìn)入這種位置的這種腐蝕介質(zhì)的量而減慢或防止由存在的腐蝕介質(zhì)引起的化學(xué)攻擊。 此外，碳層40可引起插件槽22和插件24的表面的變化，這將抵抗或減少材料上的各種化 學(xué)或腐蝕攻擊部位的存在、可用性或化學(xué)作用，例如流體相對(duì)于表面的浸濕角的變化。碳是 高度耐熱的且將不妨礙諸如氧氣傳感器等的裝置(可在燃燒室/面的下游操作)的功能， 從而允許在環(huán)氧樹(shù)脂或酚基密封劑的情況下容許的涂層涂覆的更大靈活性。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以 作出各種變化且等價(jià)物可替代其元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可作出許多修改以使 得具體情況或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因而，本發(fā)明并不旨 在限于作為設(shè)想用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式公開(kāi)的具體實(shí)施例，本發(fā)明將包括落入本申請(qǐng) 范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件，包括具有燃燒室/面的氣缸蓋；通向所述燃燒室/面的端口；圍繞所述端口周向設(shè)置的插件槽；設(shè)置在插件槽中的閥座插件；以及碳，所述碳設(shè)置在所述插件槽和閥座插件之間且配置成在所述插件槽和閥座插件之間建立燃料密封/改性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，所述碳包括設(shè)置在所述插件槽和閥座插 件之間的碳層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，碳層設(shè)置在所述插件槽在表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣缸蓋組件，其中，所述插件槽的表面包括插件支承肩部和 環(huán)狀壁，且其中，所述碳層設(shè)置在所述插件支承肩部或所述環(huán)狀壁或其組合上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，所述碳層設(shè)置在所述閥座插件的外表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，閥座插件的表面包括環(huán)狀外表面和槽支 承表面，且其中，碳層設(shè)置在所述槽支承表面或所述環(huán)狀外表面或其組合上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，碳層包括設(shè)置在所述閥座插件的外表面 上的第一碳層部分和設(shè)置在所述插件槽的表面上的第二碳層部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，碳包括石墨碳、無(wú)定形碳、類金剛石碳或 其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋組件，其中，碳包括設(shè)置在閥座插件和插件槽之間的 碳預(yù)制件。
10.一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的抗腐蝕氣缸蓋的方法，包括形成氣缸蓋，所述氣缸蓋具有燃燒室/面和通向所述燃燒室/面的端口 ； 圍繞氣缸蓋的端口形成插件槽； 形成閥座插件；將閥座插件固定到插件槽中；以及在閥座插件和插件槽之間設(shè)置碳，使得所述閥座插件支承碳，從而在閥座插件和插件 槽之間形成燃料密封/表面改性劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋組件及其制造方法。一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋包括燃燒室/面；通向所述燃燒室/面的端口；以及插件槽，所述插件槽圍繞所述端口周向設(shè)置且配置成在其中接收閥座插件。碳層設(shè)置在所述插件槽和閥座插件之間，且配置成防止由于暴露于如乙醇的酒精基燃料而引起的插件槽的腐蝕。
文檔編號(hào)F01L3/02GK101881235SQ20101016819
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者D·L·穆?tīng)? P-K·袁 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司