专利名称：用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成(cylinder head gasketassembly)。
背景技术：
常规的内燃发动机通常采用汽缸盖和汽缸体。在运转期间内燃发动机产生很高的 温度，在发动机汽缸体的汽缸孔内产生高压气体。使用多种密封机构可密封汽缸孔以减少 从汽缸孔泄漏的气体量。如果燃烧气体从汽缸孔泄漏出来，该气体可能会进入汽缸体内的 其它孔中。这会导致发动机功率的损失并且劣化冷却系统的效率。因此，需要有效地密封 燃烧室。还需要一种降低材料成本同时提供充分密封的发动机汽缸盖垫片总成。
实用新型内容本实用新型的目的包括提供一种降低材料成本并可提供充分密封的用于内燃发 动机的汽缸盖垫片总成。 在本实用新型的一个方面，一种用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成包括配置为 安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片；成型在板片内并配置用于在燃烧期间维持密封 压力的环形加强筋(a皿ular bead);及连接至环形加强筋以在燃烧期间集中该总成上的轴 向载荷的衬垫(shim)。 在本实用新型的另一方面，一种用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成包括配置为 安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片；连接至板片的衬垫；其中该衬垫相对于板片偏 置以在燃烧期间维持密封压力并且集中该总成上的轴向载荷。 在本实用新型的又一方面，一种内燃发动机包括具有多个汽缸孔的发动机汽缸 体、相对于该发动机汽缸体安装的汽缸盖和安装在发动机汽缸体和汽缸盖之间的汽缸盖垫 片总成。该垫片总成包括配置用于安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片和配置用于 在燃烧期间集中该总成上的轴向载荷的连接至板片的衬垫。该衬垫相对于板片偏置以在发 动机燃烧期间维持密封压力。 本实用新型的一个优点在于该垫片总成比现有设计更好地密封汽缸孔同时使用 更少零件和更低的制造成本。例如，本说明书公开的示例性实施例采用单板片设置从而比 多板片总成需要更少的零件。结果垫片厚度的减小最小化了腔室缝隙(chambercrevice) 体积以及从而减少发动机排气中的二氧化碳(C02)的排放。因此，本实用新型还可以提高 燃料效率和总体发动机性能。 本实用新型的另一优点在于其减小了汽缸孔处的板片上的压力分布的极限值。以 这样的方式，其为垫片总成和整个发动机提供了更大的耐用性。 本实用新型在垫片总成的部件之间提供了滑动配合。带有半圆形状的轮廓的环形
加强筋形成在该板片上，从而比现有设置更好地适应总成、燃烧和热负载。 本实用新型的另 一 优点在于其提供密封而不需要复杂的树脂应用(resin即plications)。以这样的方式，显著简化了该垫片总成的制造和组装。 将通过示例参照附图更详细地解释本实用新型，其中相同的数字标记在附图中用
于相同或实质相同的元件。当结合附图参考用于实施本实用新型的最佳实施例的详细描
述，上面的特征和优点和本实用新型的其它特征和优点将变得明晰可见。
图1为带有依照本实用新型的示例性实施例的垫片总成的车辆发动机的分解图。 图2为图1的垫片总成的立体图。 图3为显示了与发动机汽缸孔对应的孔的图1和图2的垫片总成立体图。 图4为依照本实用新型的示例性实施例的在其之间带有垫片总成的汽缸盖和发
动机汽缸体的截面图。 图5为依照本实用新型的示例性实施例的垫片总成的截面图。 图6为依照本实用新型的示例性实施例在发动机运转期间垫片总成的板片上的
应力分布的图表。
具体实施方式参考附图，图1至图6，其中在数个视图中相同的附图标记代表相同或相应部件， 显示了带有在其内使用的垫片总成20的内燃发动机10。该发动机为直列设置，具有四个汽 缸总成30。发动机包括配置用于容纳多个汽缸总成30的发动机汽缸体40。每个汽缸总成 30包括汽缸孔35。内部燃烧发生在发动机汽缸体40和汽缸盖50之间的汽缸孔35内。 垫片总成20放置在发动机汽缸体40和汽缸盖50之间。图1中所示的垫片总成 20包括配置为与汽缸孔35对齐并且安装在汽缸盖50和发动机汽缸体40之间的四个燃烧 孔或燃烧开口 60。汽缸盖50安装在垫片总成20的上方。汽缸盖50封住发动机汽缸体40 内的汽缸孔35。汽缸盖50包括多个孔(如孔70)用于多种发动机组件，例如火花塞、燃料 喷射器、气门、油道、水道等。垫片总成20作用为在发动机运转期间对汽缸孔35的更有效 的密封。 图2-图3中所示为图1的垫片总成20。垫片总成20配置用于在内燃发动机(如 图I中所示的发动机IO)中使用。垫片总成20包括板片80。在说明的实施例中，板片80 由金属组成。板片80具有一些相应于图1中所示的多个汽缸孔(如汽缸孔35)的燃烧孔 60。每个燃烧孔60包括多个密封部件。例如，如图2中所说明的，垫片总成20包括环绕燃 烧孔60的环形加强筋90 (或突起)。环形加强筋90在板片80中成型并从板片80的表面 突出。当处于高应力下，环形加强筋90可相对于板片80变形。这样，环形加强筋90具有弹 性并且作用为弹性元件或弹簧，吸收在发动机燃烧期间施加于垫片总成上的轴向载荷。该 垫片总成仅包括一个板片80。在一个实施例中，加强筋90和衬垫100配置用于维持至少 50N/mm的密封压力/载荷。 可以多种方式改变弹簧刚度(spring rate)。例如，可改变环形加强筋的截面形状 以增加或减小加强筋90的刚度。可选择不同的材料以适应所需的弹簧刚度。可配置环形 加强筋的截面(或横断面)尺寸以实现更高的或更低的弹簧刚度。也可以对垫片总成的部 件的尺寸作出改变以调节环形加强筋-衬垫连接的刚度。例如，可调节板片厚度、环形加强筋宽度、环形加强筋高度、截面形状和衬垫高度以改变环形加强筋-衬垫连接的刚度。 板片80配置为安装在发动机汽缸体40和汽缸盖50之间(如图1所示)。板片80 也包括连接至环形加强筋90的衬垫100(或止动件(stopper))，如图2所示。在说明的实 施例中，衬垫100安装在环形加强筋90的上面。在另一个实施例中，环形加强筋90安装在 衬垫100的上面。以这样的方式，衬垫100配置用于集中燃烧期间施加于垫片总成20上的 轴向载荷。衬垫100作用为支撑元件。环形加强筋90为可变形的，因此通过该环形加强筋 90将衬垫100相对于板片80轴向偏置。这样，衬垫100配置用于在发动机燃烧期间维持密 封压力。衬垫100和环形加强筋90轴向连接在一起以集中施加于该垫片总成上的轴向载 荷。在说明的实施例中，衬垫100和环形加强筋90具有相似的直径以使得衬垫100与环形 加强筋90同轴对齐并且靠在环形加强筋上方。垫片总成使得载荷平均分布在燃烧孔60周 围。衬垫100和环形加强筋90连接的相对低刚度形成柔性密封系统(compliant sealing system)。垫片总成20为单板片设置，如图2所示。垫片总成20仅包括一个金属板片或层， 因此该总成包括比许多现有设计更少的部件。 板片80包括辅助孔，如孔110和120。孔110用于将机油从汽缸盖排出以回流至 汽缸体。孔120用于安装从汽缸盖50贯穿至发动机汽缸体40的螺栓(如图1所示)。板 片80包括形成在板片中的两个突起/加强筋130。加强筋130用于密封发动机前盖。板片 80还包括围绕板片的周长的多个额外的加强筋或突起140。加强筋140作用为垫片总成20 内的辅助密封机构。板片80也包括用于降低整个垫片总成的材料成本的多个孔150，如图 3所示。 图4为依照本实用新型的示例性实施例的发动机汽缸体160、垫片总成170和汽缸 盖180的横截面视图。加强筋240具有图4和图5所示的半圆形截面形状。 图4说明的实施例包括火花塞190和汽缸盖180内的进气门200和排气门210。 汽缸盖180靠在垫片总成170的上方。在这个实施例中，垫片总成170包括连接至加强筋 240的衬垫220。板片230包括相对于汽缸孔250环状成型的加强筋或突起240。加强筋 240显示具有半圆形状截面；然而，在其它实施例中该加强筋可具有矩形形状截面。加强筋 240的截面形状能够改变。 衬垫220和板片230内的加强筋240的曲率半径可比图4中所示的更大或更长。 例如，图5说明了带有衬垫310和成型在其内的加强筋300的板片320的垫片总成的另一 个实施例。在说明的实施例中，衬垫220包括形成该衬垫的内径和外径的两个凸缘边260、 270。 图6显示了说明依照本实用新型示例性实施例在发动机运转期间垫片总成的板 片上的应力分布的图表330。数据取自垫片总成20的板片80上的原点"O"(如图3中所 示)。0等于图6中所示的图表330上的零度。线A代表垫片总成的板片上的压力分布或应 力分布。该总成包括安装在围绕汽缸孔的加强筋或突起的上方的衬垫。线A代表的设计不 包括第二板片。然而，由线B代表的设置包括多个板片。由线B代表的设置还包括未连接 在一起的衬垫和环形加强筋。燃烧孔的板片上的最大应力和最小应力低于如由线B所示的 采用两个板片的设置。本实用新型技术减少了在燃烧开口处的压力分布的极限值。这样， 本实用新型技术提供了更好的密封。另外，发动机部件受到低得多的应力和磨损，产生更高 的耐用性和总体性能。[0028] 在一个实施例中，该总成(如垫片总成20和170)还包括沿着燃烧孔60的周边喷 射的材料涂层。涂层材料也可选择性地喷射在板片上的其它点。在另一个实施例中，该涂层 为丝网印刷在板片上。在一个实施例中，该涂层由可压縮密封材料(例如橡胶)组成。在其 它实施例中，涂层由更硬的材料组成，例如树脂、氟塑料(fluoroplastic)或聚酰胺酰亚胺 (plyamidcimido)。可均匀地涂敷该涂层。在说明的实施例中，涂层材料为均匀的厚度。涂 层材料可具有渐进的厚度。例如，涂层材料在燃烧开口的端部处更厚而在加强筋和衬垫处 更薄。涂层材料也能够在衬垫的外直径上更厚以支持密封而不需增加该垫片总成的高度。 可使用多种技术制造板片80、230、320。例如，在一个实施例中，该板片为冲压成 形。在另一个实施例中，板片为激光切割并且加强筋成型在燃烧开口处。可使用多种制造技 术，例如冲压、巻边等将加强筋成型在板片上。可经由例如激光焊接将衬垫连接至板片。该 板片可由多种材料(例如合金)制成。在一个实施例中，该板片由金属复合物例如不锈钢 (如SS 301)成型。可采用能够获得高强度及适当的冷加工的其它铬-镍钢。在一个实施 例中，板片由0.25mm厚的SS 301成形。该垫片总成的金属复合物为层合的(laminated)。 衬垫由金属材料组成。在一个实施例中，衬垫由0. 100mm厚的SS 301组成。每个部件的厚 度是可变的并且不限于本实用新型公开的尺寸。 尽管在说明的实施例中所示的衬垫100、220和310显示为在加强筋的上方，可构 造衬垫以在衬垫和加强筋之间形成空间。例如，在一个实施例中，衬垫和加强筋包括它们之 间的间隙或间隔。在可替代实施例中，衬垫也能够置于加强筋的下方(或下面)。另一个实 施例包括多于一个衬垫以用作该垫片总成的支撑元件。也可成型该衬垫和/或板片以使得 在燃烧孔处设有多层金属而不需要相当多的其它材料。在一个实施例中，多个衬垫相对于 轴向加强筋同轴地安装。衬垫和加强筋具有实质上相似的直径以使得衬垫能够堆叠在加强 筋的上方或下方。这样，为加强筋提供额外的支撑而不需要多个板片。可使用多种制造技 术，例如激光切割、冲压等成型衬垫。可经由压力装配、冲压、焊接、粘合等将衬垫连接至板 片。 已经参考特定方面描述了本实用新型。可单独或组合采用在附图中说明的这些方 面和特征。通过对本说明书的阅读或理解可作出多种修改和改变。尽管描述的方面讨论了 钢作为一种构造材料，应该理解地是如果需要其它材料可用于选择的部件。应该理解可以 预想到仅反转一些部件也能够实现基本相同功能和结果，即经由多种结构能够实现将该衬 垫相对于该垫片总成的板片偏置而不偏离本实用新型。在本申请权利要求或及其等同物的 范围之内意图包括所有这些修改和改变。 尽管已经描述了用于实施本实用新型的一些示例，本领域技术人员将认识到用于 实施本实用新型的可替代的设计和实施例。因此，上述实施例意图为对本实用新型进行说 明，其可在本申请的权利要求范围内修改。
权利要求一种用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成，其特征在于，包含配置为安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片；成型在所述板片内并配置用于在燃烧期间维持密封压力的环形加强筋；及连接至所述环形加强筋以在燃烧期间集中所述总成上的轴向载荷的衬垫。
2. 如权利要求1所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述环形加强筋具有弹性。
3. 如权利要求2所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述环形加强筋为弹簧。
4. 如权利要求3所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述衬垫连接至所述环形加强 筋以在发动机运转期间维持至少50N/mm的密封压力。
5. 如权利要求1所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述衬垫安装在所述环形加强 筋的上方。
6. 如权利要求1所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述环形加强筋安装在所述衬 垫的上方。
7. 如权利要求1所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述环形加强筋具有半圆形状 的轮廓。
8. 如权利要求1所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述垫片总成为单板片设置。
9. 一种用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成，其特征在于，包含 配置为安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片； 连接至所述板片的衬垫；其中所述衬垫相对于所述板片偏置以在燃烧期间维持密封压力并且集中所述总成上 的轴向载荷。
10. 如权利要求9所述的汽缸盖垫片总成，其特征在于，所述衬垫由成型在所述板片内 的环形加强筋轴向偏置。
专利摘要本实用新型提供一种用于内燃发动机的汽缸盖垫片总成，该总成包含配置为安装在汽缸盖和发动机汽缸体之间的板片；成型在所述板片内并配置用于在燃烧期间维持密封压力的环形加强筋；及连接至所述环形加强筋以在燃烧期间集中所述总成上的轴向载荷的衬垫。本实用新型的汽缸盖垫片总成可以使用较少的板片或层保持充分的密封载荷，在很多情况下仅使用一个板片即可实现充分的密封。
文档编号F16J15/06GK201539321SQ20092016871
公开日2010年8月4日 申请日期2009年8月5日 优先权日2008年8月6日
发明者特德·比耶尔 申请人:福特环球技术公司