CN102224363B - 压缩传感器垫圈及构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压缩传感器垫圈及其构造方法。该垫圈具有本体，该本体具有相对的密封表面和与待密封腔室对齐的通道。通孔在密封表面之间延伸到通道，且具有环状倒棱表面。具有外壳和压力传感器的压力传感器组件被设置在通孔中，该压力传感器至少部分延伸通过外壳。压力传感器具有用于检测待密封腔室中压力的压力传感器尖端。外壳具有环状锥形外表面，其与倒棱表面径向对齐，以便在压力传感器组件和垫圈本体之间形成气密密封。

Description

压缩传感器垫圈及构造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年10月3日提交的第61/102,380号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及内燃机，更具体地说，涉及用于在内燃机中的腔室周围形成密封的压缩垫圈。

背景技术

内燃机具有其中产生高压的腔室。通常，腔室中需要维持预定的压力，例如在油道、冷却剂通道或汽缸膛中，但不允许气体和/或流体从腔室中泄露。通常，利用一对构件相互配合以形成腔室，如汽缸盖和发动机缸体，带有被容纳于构件之间以在构件之间和腔室附近提供气体/流体严密密封的垫圈。除了垫圈之外，已知单独的压力传感器被用来指示腔室中的压力。如果压力超出预设极限，可发送信号以指示维修状态。具有单独的部件通常在制造和装配中都导致额外的成本。

已经做了一些尝试以提供一种单部件垫圈和压缩传感器。然而，由于相关成本的增加，特别是在制造和/或维修时，这些尝试被认为是不成功的。在维修时，已知的垫圈/传感器组件必须整体被更换，从而导致不得不将垫圈和传感器一起更换所增加的成本。因此，需要一种垫圈和传感器组件，能够在配合构件之间提供可靠密封，提供密封腔室中压力的精确指示，且在制造中和使用中都以经济的方式被提供。

发明内容

一种压缩传感器垫圈包括垫圈本体，该垫圈本体具有相对的大体平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道。通孔在密封表面之间延伸到通道，且具有环状倒棱表面。该垫圈进一步包括压力传感器组件，其具有外壳和至少部分延伸通过外壳的压力传感器。压力传感器具有用于检测待密封腔室中压力的压力传感器尖端。外壳具有环状锥形外表面，其与倒棱表面径向对齐，以便在压力传感器组件和垫圈本体之间形成气密密封。

根据本发明的另一方面，压力传感器组件具有一个外或内螺纹部分而垫圈本体具有另一个内或外螺纹部分，其中外螺纹部分用于与内螺纹部分形成螺纹配合以将垫圈本体连接到压力传感器组件上。

根据本发明的另一方面，外壳与垫圈本体形成压缩机械密封配合。

根据本发明的另一方面，当压缩外壳与垫圈本体形成配合时，外壳与传感器形成压缩配合。

根据本发明的另一方面，垫圈本体具有倒棱内表面，而外壳具有锥形外表面，当与倒棱外表面配合时该锥形外表面径向向内偏斜。

根据本发明的另一方面，提供一种用于检测内燃机腔室中压力的压力传感器垫圈的构造方法。该方法包括提供垫圈本体，其具有相对的大体平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道，该垫圈本体带有在密封表面之间延伸到该通道的通孔。该方法进一步包括提供延伸到邻近通道的传感器尖端的传感器组件，并将压力传感器组件设置在通孔中。然后，该方法包括在通孔和压力传感器组件之间形成机械压缩密封以阻止流体在垫圈本体和压力传感器组件之间通过。

根据本发明的另一方面，该方法进一步包括，提供具有外壳和压力传感器的压力传感器组件，该压力传感器轴向延伸通过外壳且压缩外壳与压力传感器形成密封邻接。

根据本发明的另一方面，该方法进一步包括，保持压力传感器组件不与垫圈本体直接接触。

附图说明

结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述、所附权利要求以及附图进行考虑，根据本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：

图1是根据本发明一个目前优选方面构造的压缩传感器垫圈组件的部分透视图；

图2是大致沿图1中的2-2线剖开所得的剖视图；以及

图3是根据本发明另一个目前优选方面构造的压缩传感器垫圈组件的部分剖视图。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图1示出了根据本发明的一个目前优选实施例构造的压缩传感器垫圈组件(此后示出为垫圈10)的一部分。垫圈10具有金属间隔层，此后又称为垫圈本体12，其具有一个或多个用于流体或气体由此通过的通道14，例如用于汽缸盖垫圈。因此，通道14的数目与内燃机中汽缸的数目一致，且用于流体通道，例如油或冷却剂。垫圈10也具有至少一个压力传感器组件16，且优选与通道14的数目一致的压力传感器组件可拆卸地与垫圈本体12连接以形成流体/气体紧密密封配合。压力传感器组件16在各自的通道14中以及密封腔室中彼此独立地检测压力。如果需要的话，在维修中，垫圈10可以从被夹紧和密封在一起的构件之间移除，于是，压力传感器组件16可以有选择地且独立地从垫圈本体12移除，且独立于垫圈本体12被更换。

垫圈本体12可以是大体平坦的本体，具有提供大体平坦密封表面18、20的相对面，而密封焊道(未示出)可以根据需要贯穿本体12延伸。通道14具有内圆周，也称为内表面22，与密封腔室如汽缸膛的直径一致。如图2最好地示出，为了便于将压力传感器组件16连接到垫圈本体12，垫圈本体12具有从外缘(又称为外圆周26)延伸至每个通道14的通孔24。每个通孔24大体沿其长度被垫圈本体12的相对面18、20完全封闭和界定，但是若有需要，一些区域可以敞开。这样，通孔24通常只在邻近内、外圆周22、26处敞开。

仍然参阅图2，为了便于将每个压力传感器组件16流体/气体密封连接在各自的通孔24内，通孔24形成为具有环状锥形的或倒棱圆锥形的表面29，此处示为从大体圆柱形的内壁25径向向内延伸且朝向通道14收敛。此外，每个通孔24具有形成于邻近外圆周26的圆柱形壁25中的攻丝的内螺纹部分28。

仍就图2所示的实施例而论，作为例子而非限制，压力传感器组件16具有在垫圈本体12的通孔24中形成压缩的流体/气体紧密密封配合的外壳30和在外壳30中形成流体/气体紧密密封配合的压力传感器32。

压力传感器32被密封地固定在垫圈本体12的通孔24中。压力传感器32可以由任意合适类型的材料形成，例如光纤。压力传感器32被示为具有本体，该本体具有圆柱形或者大体圆柱形的外表面33，其尺寸适于被容纳于外壳30中。压力传感器32的外表面33通过外壳30轴向延伸，且被示为具有与外壳30的自由端37齐平或大体齐平的传感器尖端35。当被固定于垫圈本体12的通孔24中时，压力传感器32被适当地放置在邻近通道14处以检测密封腔室中的压力。

外壳30具有中心通道34和外表面39。作为例子而非限制，通道34此处被示为圆柱形或者大体圆柱形，且其尺寸适于紧密地或者稍紧地容纳传感器32的外表面33于其中。外表面39具有与垫圈本体12的通孔24中的内螺纹部分28形成螺纹连接的部分，示为轴向地位于工具容置头部38和自由端37之间的外螺纹部分36。头部38优选地配置为例如具有六角形外形以容置工具，以便在通孔24中拧紧或拧松传感器32。外表面39也具有在外螺纹部分36和自由端37之间延伸的圆柱形或者大体圆柱形部分41。为了便于进行组装和在压力传感器组件16和垫圈本体12之间形成气密密封，该部分41具有比通孔24的圆柱形壁25略小的直径，从而在组装时的外表面39和接近组件的圆柱形壁25之间提供环形间隙43。圆柱形部分41在与自由端37邻近或者直接相邻处转变成环状锥形的鼻部40，其中该锥形的鼻部40被示为与自由端37齐平或大体齐平地延伸且收敛。锥形的鼻部40具有环状锥形的圆锥形表面45，其与垫圈本体12的环状倒棱表面29配合邻接形成流体/气体紧密密封。当在通孔24中紧固压力传感器组件16时，造成外壳30在通孔24中轴向移动，而环形间隙43允许鼻部40在环状圆锥形表面29中被引导形成自由居中关系，且被压缩与垫圈本体12的径向对齐的圆锥形表面29形成凸轮状配合邻接。这样，造成鼻部40径向向内偏斜且/或变形以使与锥形表面45径向对齐的的通道34的区域47与中心延伸的压力传感器32的外表面33形成压缩的流体/气体紧密密封配合。于是，在径向对齐邻接的环状锥形表面29、45之间以及径向对齐的通道34的内表面和压力传感器32的外表面33之间形成机械密封，从而，在压力传感器组件16和密封腔室(例如燃烧室)之间形成气密密封。于是，流体或气体无法通过垫圈本体12的通孔24或外壳中的通道34漏出。为了便于形成气密密封，与构成垫圈本体12的材料相比，外壳30可以由较软的材料制成，例如黄铜。这样，当外壳30在通孔24中被轴向移动时，外壳鼻部40的较软材料能够容易径向向内偏斜和/或变形与压力传感器32的外表面33形成气密密封邻接。于是，在外壳30和垫圈本体12之间以及外壳30和压力传感器32之间通过机械压缩形成气密密封，使得不需要额外的和可能昂贵的密封机制。

在图3中示出了根据本发明另一方面构造的压缩传感器垫圈组件大体沿其平面所得的剖视图，此后称该压缩传感器垫圈组件为垫圈110，其中相差100的相同附图标记用于指示与上述相似的特征。垫圈110具有与上述构造相似的垫圈本体112，其具有一个或多个用于气体或流体流动的通道114。进一步地，垫圈本体112具有封闭或者大体封闭的通孔124，其被构造为具有在外圆周126和内圆周122之间延伸的圆柱形或者大体圆柱形的内壁125。环状锥形的或倒棱表面，也称为埋头锥孔50，在与垫圈本体112的外圆周126邻近处形成，例如示为从内壁125向外发散，与外圆周126形成齐平或者大体齐平关系。为了便于将压力传感器组件116连接到垫圈本体112形成气密密封关系，外圆周126具有紧固开口，示为螺纹开口52，其延伸到位于通孔124两对面上的外圆周126之中。

压力传感器组件116具有容纳于压力传感器外壳130中的压力传感器132，压力传感器132延伸到位于邻近各自的气体或流体通道114方向的一端的压力传感器尖端135。压力传感器组件116具有通常圆柱形的外表面133，其尺寸适于被容纳于通孔124中例如形成略松配合，从而在压力传感器外壳130的外表面133和通孔124的内壁125之间提供环形间隙143。进一步地，压力传感器组件116具有紧固部分，其包括远离压力传感器尖端135收敛的圆锥形环状锥形的后表面54和从锥形后表面54同轴延伸到压力传感器尖端135相对端的外螺纹螺柱56。锥形后表面54与倒棱表面50径向对齐以在表面50、54之间形成环状V形凹槽57，以便在压力传感器组件116和垫圈本体112之间形成气密密封。

垫圈110进一步包括密封装配板，此后称为装配板58。装配板58由金属构成，且优选软金属，例如黄铜。装配板58具有环状中心通道59，其尺寸适于借此与传感器螺柱56形成间隙配合。装配板58进一步包括一对横向延伸的装配凸缘60，其与垫圈本体112的外圆周126齐平或者大体齐平邻接。为了便于将装配板58紧固在垫圈本体112上，装配凸缘60具有通孔62，其与垫圈本体112中的螺纹开口52对齐。为了在垫圈本体112和压力传感器外壳130之间提供气密的流体/气体紧密密封，装配板58具有从通道59轴向向外延伸的环状楔形头部或者尖头64。形成楔形尖头64的表面倾角被预设适于容纳于V形凹槽57中，以使尖头64在压力传感器外壳130的锥形的后部54和垫圈本体112的埋头锥孔50之间形成的V形凹槽57中形成紧配合。

为了将压力传感器组件116装配到垫圈本体112上，其中容纳有压力传感器132的压力传感器外壳130设置在通孔124中形成间隙配合，传感器尖端135面向且通常与垫圈本体112的通道114齐平。于是，压力传感器外壳130不与垫圈本体112直接接触。压力传感器组件116的螺柱56从垫圈本体112的外圆周126向外延伸。压力传感器和外壳130就位后，装配板58被放置在螺柱56上，该螺柱56通过通道59且从装配板58向外延伸。然后，一对紧固件，例如螺栓68被设置通过通孔62且紧固于垫圈本体112的螺纹开口52中。这使环状尖头64的径向面向外的环状锥形的表面72与垫圈本体112的埋头锥孔50形成流体/气体紧密密封邻接。然后，螺帽70被固定到螺柱56上且拧紧到预定扭矩，如此轴向向后牵引螺柱56，压力传感器外壳130的环状锥形的后部54与环状尖头64的径向面向内的环状锥形的表面74形成流体/气体紧密密封邻接。于是，装配板58的锥形尖头64对垫圈本体112和压力传感器外壳130都提供机械形成的气密密封。通过尖头64由相对软的材料制成进一步便于气密密封的形成，这样允许尖头64根据需要变形以确保形成流体/气体紧密密封。

在上述实施例中，压力传感器组件16、116都在各自的垫圈本体12、112中气密密封，而不需要引入昂贵的密封机制。进一步地，在维修或制造中，垫圈10、110的任意独立部件可以被更换而不需更换其它部件，从而减少了维修和制造的成本。于是，如果需要的话，压力传感器可以在维修时被更换，而垫圈本体12、112仍然可以留用。

显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应该理解，在所附权利要求范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。

Claims (15)

1.一种压缩传感器垫圈，包括：

垫圈本体，其具有相对的平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道，该垫圈本体带有在所述密封表面之间延伸到所述通道的通孔，该通孔具有环状倒棱表面；以及

压力传感器组件，其具有外壳和至少部分延伸通过所述外壳的压力传感器，所述压力传感器具有用于检测待密封腔室中压力的压力传感器尖端，而所述外壳具有与所述倒棱表面径向对齐的环状锥形外表面，以便在所述压力传感器组件和所述垫圈本体之间形成气密密封；

所述倒棱表面朝向所述通道收敛，而所述环状锥形外表面被压缩与所述倒棱表面形成密封邻接。

2.如权利要求1所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述环状锥形外表面形成所述外壳的鼻部，且所述压力传感器通过所述鼻部延伸，所述鼻部被径向向内压缩与所述压力传感器形成密封配合。

3.如权利要求2所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述外壳具有邻近所述鼻部的外表面，在所述邻近所述鼻部的外表面和所述垫圈本体的所述通孔之间延伸一环形间隙。

4.如权利要求1所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述垫圈本体具有内螺纹部分，而所述外壳具有与所述内螺纹部分形成螺纹配合的外螺纹部分。

5.如权利要求4所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述外壳具有在所述环状锥形外表面和所述外螺纹部分之间延伸的外表面，在所述延伸的外表面和所述垫圈本体的所述通孔之间延伸一环形间隙。

6.如权利要求1所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述通道具有与所述环状锥形外表面径向对齐的区域，所述区域被偏斜以与所述压力传感器形成密封邻接。

7.一种压缩传感器垫圈，包括：

垫圈本体，其具有相对的平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道，该垫圈本体带有在所述密封表面之间延伸到所述通道的通孔，该通孔具有环状倒棱表面；以及

压力传感器组件，其具有外壳和至少部分延伸通过所述外壳的压力传感器，所述压力传感器具有用于检测待密封腔室中压力的压力传感器尖端，而所述外壳具有与所述倒棱表面径向对齐的环状锥形外表面，以便在所述压力传感器组件和所述垫圈本体之间形成气密密封；

所述环状倒棱表面和所述环状锥形外表面彼此径向对齐以形成环状凹槽，且进一步包括装配板，其具有延伸到所述凹槽中且在所述环状倒棱表面和所述环状锥形外表面之间形成流体紧密密封的环状尖头。

8.如权利要求7所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述装配板被紧固在所述垫圈本体上，所述环状尖头与所述倒棱表面密封邻接。

9.如权利要求8所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述压力传感器组件被紧固在所述装配板上，所述环状尖头与所述锥形表面密封邻接。

10.如权利要求9所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述装配板具有通道，而所述压力传感器具有远离所述传感器尖端延伸通过所述装配板的所述通道的螺柱。

11.如权利要求10所述的压缩传感器垫圈，进一步包括，固定到所述螺柱上且牵引所述锥形表面与所述倒棱表面形成密封邻接的螺帽。

12.如权利要求7所述的压缩传感器垫圈，其特征在于，所述外壳被容纳于所述通道中形成间隙配合。

13.一种用于检测内燃机腔室中压力的压力传感器垫圈的构造方法，包括：

提供垫圈本体，其具有相对的平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道，该垫圈本体带有在所述密封表面之间延伸到所述通道的通孔；

提供压力传感器组件，其延伸到邻近所述通道的传感器尖端；

将所述压力传感器组件设置在所述通孔中；

在所述通孔和压力传感器组件之间形成机械压缩密封以阻止流体在垫圈本体和压力传感器组件之间通过；以及

提供具有外壳和压力传感器的压力传感器组件，该压力传感器轴向延伸通过外壳且压缩外壳与压力传感器形成密封邻接。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括，在通孔中轴向移动外壳以压缩外壳。

15.一种用于检测内燃机腔室中压力的压力传感器垫圈的构造方法，包括：

提供垫圈本体，其具有相对的平坦的密封表面和与待密封的腔室对齐的通道，该垫圈本体带有在所述密封表面之间延伸到所述通道的通孔；

提供压力传感器组件，其延伸到邻近所述通道的传感器尖端；

将所述压力传感器组件设置在所述通孔中；

在所述通孔和压力传感器组件之间形成机械压缩密封以阻止流体在垫圈本体和压力传感器组件之间通过；以及

保持压力传感器组件不与垫圈本体直接接触。

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