專利名稱：用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成(cylinder head gasketassembly)。
背景技術：
常規(guī)的內燃發(fā)動機通常采用汽缸蓋和汽缸體。在運轉期間內燃發(fā)動機產生很高的 溫度，在發(fā)動機汽缸體的汽缸孔內產生高壓氣體。使用多種密封機構可密封汽缸孔以減少 從汽缸孔泄漏的氣體量。如果燃燒氣體從汽缸孔泄漏出來，該氣體可能會進入汽缸體內的 其它孔中。這會導致發(fā)動機功率的損失并且劣化冷卻系統(tǒng)的效率。因此，需要有效地密封 燃燒室。還需要一種降低材料成本同時提供充分密封的發(fā)動機汽缸蓋墊片總成。

實用新型內容本實用新型的目的包括提供一種降低材料成本并可提供充分密封的用于內燃發(fā) 動機的汽缸蓋墊片總成。 在本實用新型的一個方面，一種用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成包括配置為 安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片；成型在板片內并配置用于在燃燒期間維持密封 壓力的環(huán)形加強筋(a皿ular bead);及連接至環(huán)形加強筋以在燃燒期間集中該總成上的軸 向載荷的襯墊(shim)。 在本實用新型的另一方面，一種用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成包括配置為 安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片；連接至板片的襯墊；其中該襯墊相對于板片偏 置以在燃燒期間維持密封壓力并且集中該總成上的軸向載荷。 在本實用新型的又一方面，一種內燃發(fā)動機包括具有多個汽缸孔的發(fā)動機汽缸 體、相對于該發(fā)動機汽缸體安裝的汽缸蓋和安裝在發(fā)動機汽缸體和汽缸蓋之間的汽缸蓋墊 片總成。該墊片總成包括配置用于安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片和配置用于 在燃燒期間集中該總成上的軸向載荷的連接至板片的襯墊。該襯墊相對于板片偏置以在發(fā) 動機燃燒期間維持密封壓力。 本實用新型的一個優(yōu)點在于該墊片總成比現(xiàn)有設計更好地密封汽缸孔同時使用 更少零件和更低的制造成本。例如，本說明書公開的示例性實施例采用單板片設置從而比 多板片總成需要更少的零件。結果墊片厚度的減小最小化了腔室縫隙(chambercrevice) 體積以及從而減少發(fā)動機排氣中的二氧化碳(C02)的排放。因此，本實用新型還可以提高 燃料效率和總體發(fā)動機性能。 本實用新型的另一優(yōu)點在于其減小了汽缸孔處的板片上的壓力分布的極限值。以 這樣的方式，其為墊片總成和整個發(fā)動機提供了更大的耐用性。 本實用新型在墊片總成的部件之間提供了滑動配合。帶有半圓形狀的輪廓的環(huán)形
加強筋形成在該板片上，從而比現(xiàn)有設置更好地適應總成、燃燒和熱負載。 本實用新型的另 一 優(yōu)點在于其提供密封而不需要復雜的樹脂應用(resin即plications)。以這樣的方式，顯著簡化了該墊片總成的制造和組裝。 將通過示例參照附圖更詳細地解釋本實用新型，其中相同的數(shù)字標記在附圖中用
于相同或實質相同的元件。當結合附圖參考用于實施本實用新型的最佳實施例的詳細描
述，上面的特征和優(yōu)點和本實用新型的其它特征和優(yōu)點將變得明晰可見。

圖1為帶有依照本實用新型的示例性實施例的墊片總成的車輛發(fā)動機的分解圖。 圖2為圖1的墊片總成的立體圖。 圖3為顯示了與發(fā)動機汽缸孔對應的孔的圖1和圖2的墊片總成立體圖。 圖4為依照本實用新型的示例性實施例的在其之間帶有墊片總成的汽缸蓋和發(fā)
動機汽缸體的截面圖。 圖5為依照本實用新型的示例性實施例的墊片總成的截面圖。 圖6為依照本實用新型的示例性實施例在發(fā)動機運轉期間墊片總成的板片上的
應力分布的圖表。
具體實施方式參考附圖，圖1至圖6，其中在數(shù)個視圖中相同的附圖標記代表相同或相應部件， 顯示了帶有在其內使用的墊片總成20的內燃發(fā)動機10。該發(fā)動機為直列設置，具有四個汽 缸總成30。發(fā)動機包括配置用于容納多個汽缸總成30的發(fā)動機汽缸體40。每個汽缸總成 30包括汽缸孔35。內部燃燒發(fā)生在發(fā)動機汽缸體40和汽缸蓋50之間的汽缸孔35內。 墊片總成20放置在發(fā)動機汽缸體40和汽缸蓋50之間。圖1中所示的墊片總成 20包括配置為與汽缸孔35對齊并且安裝在汽缸蓋50和發(fā)動機汽缸體40之間的四個燃燒 孔或燃燒開口 60。汽缸蓋50安裝在墊片總成20的上方。汽缸蓋50封住發(fā)動機汽缸體40 內的汽缸孔35。汽缸蓋50包括多個孔(如孔70)用于多種發(fā)動機組件，例如火花塞、燃料 噴射器、氣門、油道、水道等。墊片總成20作用為在發(fā)動機運轉期間對汽缸孔35的更有效 的密封。 圖2-圖3中所示為圖1的墊片總成20。墊片總成20配置用于在內燃發(fā)動機(如 圖I中所示的發(fā)動機IO)中使用。墊片總成20包括板片80。在說明的實施例中，板片80 由金屬組成。板片80具有一些相應于圖1中所示的多個汽缸孔(如汽缸孔35)的燃燒孔 60。每個燃燒孔60包括多個密封部件。例如，如圖2中所說明的，墊片總成20包括環(huán)繞燃 燒孔60的環(huán)形加強筋90 (或突起)。環(huán)形加強筋90在板片80中成型并從板片80的表面 突出。當處于高應力下，環(huán)形加強筋90可相對于板片80變形。這樣，環(huán)形加強筋90具有彈 性并且作用為彈性元件或彈簧，吸收在發(fā)動機燃燒期間施加于墊片總成上的軸向載荷。該 墊片總成僅包括一個板片80。在一個實施例中，加強筋90和襯墊100配置用于維持至少 50N/mm的密封壓力/載荷。 可以多種方式改變彈簧剛度(spring rate)。例如，可改變環(huán)形加強筋的截面形狀 以增加或減小加強筋90的剛度。可選擇不同的材料以適應所需的彈簧剛度。可配置環(huán)形 加強筋的截面(或橫斷面)尺寸以實現(xiàn)更高的或更低的彈簧剛度。也可以對墊片總成的部 件的尺寸作出改變以調節(jié)環(huán)形加強筋-襯墊連接的剛度。例如，可調節(jié)板片厚度、環(huán)形加強筋寬度、環(huán)形加強筋高度、截面形狀和襯墊高度以改變環(huán)形加強筋-襯墊連接的剛度。 板片80配置為安裝在發(fā)動機汽缸體40和汽缸蓋50之間(如圖1所示)。板片80 也包括連接至環(huán)形加強筋90的襯墊100(或止動件(stopper))，如圖2所示。在說明的實 施例中，襯墊100安裝在環(huán)形加強筋90的上面。在另一個實施例中，環(huán)形加強筋90安裝在 襯墊100的上面。以這樣的方式，襯墊100配置用于集中燃燒期間施加于墊片總成20上的 軸向載荷。襯墊100作用為支撐元件。環(huán)形加強筋90為可變形的，因此通過該環(huán)形加強筋 90將襯墊100相對于板片80軸向偏置。這樣，襯墊100配置用于在發(fā)動機燃燒期間維持密 封壓力。襯墊100和環(huán)形加強筋90軸向連接在一起以集中施加于該墊片總成上的軸向載 荷。在說明的實施例中，襯墊100和環(huán)形加強筋90具有相似的直徑以使得襯墊100與環(huán)形 加強筋90同軸對齊并且靠在環(huán)形加強筋上方。墊片總成使得載荷平均分布在燃燒孔60周 圍。襯墊100和環(huán)形加強筋90連接的相對低剛度形成柔性密封系統(tǒng)(compliant sealing system)。墊片總成20為單板片設置，如圖2所示。墊片總成20僅包括一個金屬板片或層， 因此該總成包括比許多現(xiàn)有設計更少的部件。 板片80包括輔助孔，如孔110和120?？?10用于將機油從汽缸蓋排出以回流至 汽缸體?？?20用于安裝從汽缸蓋50貫穿至發(fā)動機汽缸體40的螺栓(如圖1所示)。板 片80包括形成在板片中的兩個突起/加強筋130。加強筋130用于密封發(fā)動機前蓋。板片 80還包括圍繞板片的周長的多個額外的加強筋或突起140。加強筋140作用為墊片總成20 內的輔助密封機構。板片80也包括用于降低整個墊片總成的材料成本的多個孔150，如圖 3所示。 圖4為依照本實用新型的示例性實施例的發(fā)動機汽缸體160、墊片總成170和汽缸 蓋180的橫截面視圖。加強筋240具有圖4和圖5所示的半圓形截面形狀。 圖4說明的實施例包括火花塞190和汽缸蓋180內的進氣門200和排氣門210。 汽缸蓋180靠在墊片總成170的上方。在這個實施例中，墊片總成170包括連接至加強筋 240的襯墊220。板片230包括相對于汽缸孔250環(huán)狀成型的加強筋或突起240。加強筋 240顯示具有半圓形狀截面；然而，在其它實施例中該加強筋可具有矩形形狀截面。加強筋 240的截面形狀能夠改變。 襯墊220和板片230內的加強筋240的曲率半徑可比圖4中所示的更大或更長。 例如，圖5說明了帶有襯墊310和成型在其內的加強筋300的板片320的墊片總成的另一 個實施例。在說明的實施例中，襯墊220包括形成該襯墊的內徑和外徑的兩個凸緣邊260、 270。 圖6顯示了說明依照本實用新型示例性實施例在發(fā)動機運轉期間墊片總成的板 片上的應力分布的圖表330。數(shù)據(jù)取自墊片總成20的板片80上的原點"O"(如圖3中所 示)。0等于圖6中所示的圖表330上的零度。線A代表墊片總成的板片上的壓力分布或應 力分布。該總成包括安裝在圍繞汽缸孔的加強筋或突起的上方的襯墊。線A代表的設計不 包括第二板片。然而，由線B代表的設置包括多個板片。由線B代表的設置還包括未連接 在一起的襯墊和環(huán)形加強筋。燃燒孔的板片上的最大應力和最小應力低于如由線B所示的 采用兩個板片的設置。本實用新型技術減少了在燃燒開口處的壓力分布的極限值。這樣， 本實用新型技術提供了更好的密封。另外，發(fā)動機部件受到低得多的應力和磨損，產生更高 的耐用性和總體性能。[0028] 在一個實施例中，該總成(如墊片總成20和170)還包括沿著燃燒孔60的周邊噴 射的材料涂層。涂層材料也可選擇性地噴射在板片上的其它點。在另一個實施例中，該涂層 為絲網(wǎng)印刷在板片上。在一個實施例中，該涂層由可壓縮密封材料(例如橡膠)組成。在其 它實施例中，涂層由更硬的材料組成，例如樹脂、氟塑料(fluoroplastic)或聚酰胺酰亞胺 (plyamidcimido)?？删鶆虻赝糠笤撏繉?。在說明的實施例中，涂層材料為均勻的厚度。涂 層材料可具有漸進的厚度。例如，涂層材料在燃燒開口的端部處更厚而在加強筋和襯墊處 更薄。涂層材料也能夠在襯墊的外直徑上更厚以支持密封而不需增加該墊片總成的高度。 可使用多種技術制造板片80、230、320。例如，在一個實施例中，該板片為沖壓成 形。在另一個實施例中，板片為激光切割并且加強筋成型在燃燒開口處?？墒褂枚喾N制造技 術，例如沖壓、巻邊等將加強筋成型在板片上?？山?jīng)由例如激光焊接將襯墊連接至板片。該 板片可由多種材料(例如合金)制成。在一個實施例中，該板片由金屬復合物例如不銹鋼 (如SS 301)成型?？刹捎媚軌颢@得高強度及適當?shù)睦浼庸さ钠渌t-鎳鋼。在一個實施 例中，板片由0.25mm厚的SS 301成形。該墊片總成的金屬復合物為層合的(laminated)。 襯墊由金屬材料組成。在一個實施例中，襯墊由0. 100mm厚的SS 301組成。每個部件的厚 度是可變的并且不限于本實用新型公開的尺寸。 盡管在說明的實施例中所示的襯墊100、220和310顯示為在加強筋的上方，可構 造襯墊以在襯墊和加強筋之間形成空間。例如，在一個實施例中，襯墊和加強筋包括它們之 間的間隙或間隔。在可替代實施例中，襯墊也能夠置于加強筋的下方(或下面)。另一個實 施例包括多于一個襯墊以用作該墊片總成的支撐元件。也可成型該襯墊和/或板片以使得 在燃燒孔處設有多層金屬而不需要相當多的其它材料。在一個實施例中，多個襯墊相對于 軸向加強筋同軸地安裝。襯墊和加強筋具有實質上相似的直徑以使得襯墊能夠堆疊在加強 筋的上方或下方。這樣，為加強筋提供額外的支撐而不需要多個板片。可使用多種制造技 術，例如激光切割、沖壓等成型襯墊?？山?jīng)由壓力裝配、沖壓、焊接、粘合等將襯墊連接至板 片。 已經(jīng)參考特定方面描述了本實用新型?？蓡为毣蚪M合采用在附圖中說明的這些方 面和特征。通過對本說明書的閱讀或理解可作出多種修改和改變。盡管描述的方面討論了 鋼作為一種構造材料，應該理解地是如果需要其它材料可用于選擇的部件。應該理解可以 預想到僅反轉一些部件也能夠實現(xiàn)基本相同功能和結果，即經(jīng)由多種結構能夠實現(xiàn)將該襯 墊相對于該墊片總成的板片偏置而不偏離本實用新型。在本申請權利要求或及其等同物的 范圍之內意圖包括所有這些修改和改變。 盡管已經(jīng)描述了用于實施本實用新型的一些示例，本領域技術人員將認識到用于 實施本實用新型的可替代的設計和實施例。因此，上述實施例意圖為對本實用新型進行說 明，其可在本申請的權利要求范圍內修改。
權利要求一種用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，包含配置為安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片；成型在所述板片內并配置用于在燃燒期間維持密封壓力的環(huán)形加強筋；及連接至所述環(huán)形加強筋以在燃燒期間集中所述總成上的軸向載荷的襯墊。
2. 如權利要求1所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述環(huán)形加強筋具有彈性。
3. 如權利要求2所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述環(huán)形加強筋為彈簧。
4. 如權利要求3所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述襯墊連接至所述環(huán)形加強 筋以在發(fā)動機運轉期間維持至少50N/mm的密封壓力。
5. 如權利要求1所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述襯墊安裝在所述環(huán)形加強 筋的上方。
6. 如權利要求1所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述環(huán)形加強筋安裝在所述襯 墊的上方。
7. 如權利要求1所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述環(huán)形加強筋具有半圓形狀 的輪廓。
8. 如權利要求1所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述墊片總成為單板片設置。
9. 一種用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，包含 配置為安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片； 連接至所述板片的襯墊；其中所述襯墊相對于所述板片偏置以在燃燒期間維持密封壓力并且集中所述總成上 的軸向載荷。
10. 如權利要求9所述的汽缸蓋墊片總成，其特征在于，所述襯墊由成型在所述板片內 的環(huán)形加強筋軸向偏置。
專利摘要本實用新型提供一種用于內燃發(fā)動機的汽缸蓋墊片總成，該總成包含配置為安裝在汽缸蓋和發(fā)動機汽缸體之間的板片；成型在所述板片內并配置用于在燃燒期間維持密封壓力的環(huán)形加強筋；及連接至所述環(huán)形加強筋以在燃燒期間集中所述總成上的軸向載荷的襯墊。本實用新型的汽缸蓋墊片總成可以使用較少的板片或層保持充分的密封載荷，在很多情況下僅使用一個板片即可實現(xiàn)充分的密封。
文檔編號F16J15/06GK201539321SQ20092016871
公開日2010年8月4日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權日2008年8月6日
發(fā)明者特德·比耶爾 申請人:福特環(huán)球技術公司