CN102953863A

CN102953863A - 歧管垫片组件

Info

Publication number: CN102953863A
Application number: CN2012102819704A
Authority: CN
Inventors: M.P.费尔德纳; N.C.霍布斯
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: DE102012107220A1; CA2784423A1; CN102953863B; US20130038027A1

Abstract

本发明涉及一种歧管垫片组件。一种用于密封具有冷却剂流体通道的两物体之间的接合部位的垫片组件包括具有冷却剂流过的至少一个开口的垫片元件。垫片组件还包括设置在开口中的至少一个冷却剂密封件。冷却剂密封件包括环形件及减少与冷却剂直接接触的环形件表面积的保护罩。

Description

歧管垫片组件

技术领域

本申请中公开的主题涉及垫片和垫片组件。更具体地讲，但不通过限制的方式，本申请涉及用于与内燃机中的排气歧管一起使用的垫片组件。

背景技术

内燃机典型地包括在气缸体的顶部上设置在气缸之上的气缸盖。气缸盖通过封闭气缸形成燃烧室。气缸盖可包括用于燃料/空气、排气和冷却剂的端口。气缸盖和气缸之间的连接部典型地由垫片(盖垫片)密封。垫片填充在连接部处两配合表面之间的空间以防止泄漏。在一些发动机中，垫片用来密封气缸盖和排气歧管之间的接合部位，且在排气歧管用水冷却的应用中，同样的垫片被用于密封冷却剂通道和排气端口。

密封冷却剂通道和排气端口的垫片在恶劣的环境中工作。在排气端口和冷却剂通道之间可能存在急剧的温度梯度。例如，排气端口可具有大约1300℉(704℃)的温度，而冷却剂通道可具有大约180℉(82℃)的温度。另外，存在冷却剂与垫片构件中所使用的材料进行化学反应的问题。这种恶劣的环境可造成垫片构件的失效。如果垫片失效，则可能发生对发动机的重大损伤。损伤可由于排气被注入冷却系统，或者冷却剂泄漏到气缸或者排气装置(exhaust)中而引起。

另外，当在发动机上更换垫片时，可存在显著的空间约束。典型地，当移除垫片凸缘安装螺栓的时候，气缸盖和排气歧管保持刚性地固定到发动机上，所以有非常小的空间可用于移除和更换垫片。

为了改善垫片的性能，存在许多已知的垫片构造。例如，铜制O型环可提供在冷却剂通道周围以防止泄漏。但是，铜制O型环不随着温度变化而充分地膨胀和收缩。而且，由于前面提到的空间约束，现场技术人员偶尔地用锤子敲击O型环，以便将垫片装进应用场合中。这两种情况都可造成垫片失效，导致冷却剂泄漏。

另一种已知的垫片构造包括胶粘到铜制O型环的内径的EPDM材料(乙烯丙烯二烯单体)垫环。垫环可暴露在高达大约313℉(156℃)的温度下。在许多情况下，EPDM材料不能承受其所暴露于的高的应用温度。而且，因为垫环的ID(内径)比冷却剂通道更小，垫环可被冷却剂通道中的冷却剂流损坏。这种已知的设计可充分地密封排气端口，但不会有效地密封冷却剂通道。

发明内容

因此，存在对这样的垫片组件的需要：该垫片组件有效地密封排气端口和冷却剂通道，且其不易受由于极端的温度梯度和暴露于冷却剂引起的失效的影响。

在一些实施例中，提供了一种垫片组件，其包括具有冷却剂流过的至少一个开口的垫片元件及设置在开口中的至少一个冷却剂密封件。冷却剂密封件包括环形件和减少与冷却剂直接接触的环形件表面积的保护罩。

在一些实施例中，冷却剂密封件中的环形件可为弹性体材料制成的垫环。

在一些实施例中，冷却剂密封件中的保护罩可为沿着垫环内表面设置的金属套圈。

在其它实施例中，垫片组件中的垫片元件包括内部芯体(inner core)和包裹内部芯体的具有均匀厚度的板。

附图说明

在参考附图阅读随后的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点会变得更好理解，其中，贯穿所有附图，相似特征代表相似部件，其中：

图1表示垫片组件的正视图。

图2是通过图1中的垫片组件得到的截面AA。

图3是通过图1中的垫片组件得到的截面BB。

图4表示冷却剂密封件的一个特定实施例的侧视图。

图5是冷却剂密封件的一个特定实施例的正视图。

图6是通过图5中的冷却剂密封件得到的截面CC。

图7表示冷却剂密封件的另一实施例的侧视图。

图8是冷却剂密封件的另一实施例的正视图。

图9是通过图8中的冷却剂密封件得到的截面DD。

部件列表

垫片组件 11

垫片元件 13

冷却剂开口 15

冷却剂密封件 17

螺栓孔 19

排气开口 21

轴线22 22

芯体 23

上板 25

下板 27

内燃烧环 29

气穴 30

外燃烧环 31

重叠部 32

环形件(垫环) 33

保护罩(套圈) 35

内周边 36

环形板(垫圈) 37

外周边 38

台阶 39。

具体实施方式

现在参考附图，其中各种标号贯穿若干视图代表相似的部件，图1是垫片组件11的示范性实施例的正视图。垫片组件11包括设有冷却剂开口或者通道15的垫片元件13、冷却剂密封件17、一个或者多个螺栓孔19和排气开口21。垫片组件11的一种用途是密封内燃机上的气缸盖和排气歧管之间的表面，其中，排气歧管用流体冷却剂冷却。当发动机运转时，排气流过排气开口21，且冷却剂沿着轴线22流过冷却剂开口15。

如图2和3中所示，垫片元件13包括由上板25和下板27包围的芯体23。芯体23可由许多种适合于垫片应用的材料制成，诸如，膨胀石墨、膨胀聚四氟乙烯(PTFE)、蛭石等等。

在一个实施例中，垫片元件13是三层元件，具有夹在金属上板25和金属下板27之间的芯体23，芯体23由利用腈橡胶粘合剂(NBR)结合在一起的蛭石和陶瓷纤维制成。金属上板25和金属下板27可具有相似的厚度，大体为大约0.010英寸(0.254毫米)。金属板的一个实施例包括低碳钢金属板。在另一个实施例中，芯体23可为无机矿物纤维基的芯体，诸如那些和以机械方式覆盖的复合材料(MCC)垫片一起使用的芯体。垫片元件13在极热环境中(达到1800℉，982℃)运行良好，且在现场安装过程中提供了强度、耐久性和对撕裂与变形的保护。

垫片元件13中还包括内燃烧环(fire ring)29和外燃烧环31。内燃烧环29和外燃烧环31的目的是提供热排气的额外的机械密封，以及使垫片组件11针对安装损伤更健壮。在一个实施例中，内燃烧环29和外燃烧环31可通过下板27和上板25的重叠部32形成。可在内燃烧环29的内表面和芯体23之间提供气隙30。对本领域技术人员来说将显而易见的是，可使用几种类型的燃烧环构造，包括但不限于结合到芯体23的燃烧环、为与垫片元件13分离的部件的燃烧环以及由金属O型环构成的燃烧环。

在一个实施例中，内燃烧环29的宽度(在图2中以y1来引用，且沿着轴线22的方向从下板27的外表面测量到上板25的外表面)比外燃烧环31的宽度(在图2中以y2来引用)更大。例如，在一个实施例中，下板27和上板25的厚度大约是0.010英寸(0.254毫米)，芯体23的厚度大约是0.063英寸(1.6毫米)，且内燃烧环29的厚度形成为超过了外燃烧环31的厚度大约0.015英寸(0.381毫米)(安装之前)。稍微更厚一些的内燃烧环29使垫片组件11能够吸收用于最大的排气密封的全部螺栓负载(full bolt load)。

参考图4到图9最佳地示出了冷却剂密封件17的实施例。在一个实施例中，冷却剂密封件17包括环形件33，例如垫环；保护罩35，诸如，例如套圈或者套筒；及环形板37，诸如垫圈。环形件33包括由靠近轴线22的环形件33的表面组成的内周边36和由远离轴线22的环形件33的表面组成的外周边38。保护罩35设置在环形件33的内周边36上。环形板37沿着环形件33的外周边38设置，环形件33被模制到环形板37上。环形板37可位于环形件33中的槽中。环形板37用来将冷却剂密封件17保持在垫片组件11中以及板25、27之间。保护罩35基本上沿着环形件33的内周边36设置。保护罩35用于显著降低与冷却剂接触的环形件33的表面积，以及分配来自冷却剂的热量以沿着环形件33的内表面提供更均匀的温度分布。另外，通过冷却剂流施加到环形件33上的任何力会更均匀地分配，从而保护环形件不受磨擦磨损、磨耗及其它损伤。保护罩35提高了冷却剂密封件17的耐久性。在一些实施例中，保护罩35有助于环形件33提供冷却剂密封。在一些实施例中，这包括保护罩35提供了大部分的密封功能。环形件33可由能够承受高温的弹性体材料制成，垫片组件11的构件可暴露在此高温下，且弹性体材料提供了对于安装之后由于压缩得以定形(take a set)的阻抗。这种弹性体材料的一种实例是高温碳氟化合物(Parco9009-75)。保护罩35可由金属或者其它基本上对冷却剂(诸如乙二醇)呈惰性的、优选是柔软的或者有延展性的且在被成形或者再成形后保持它的形状的材料制成。保护罩35还可由金属或者为高效热导体的其它材料制成。适合用于保护罩35的金属可包括青铜、黄铜、铁、钢、不锈钢及铝。在一个实施例中，保护罩35是由铜制成的套圈。在其它实施例中，保护罩35可具有基本U型截面，或者基本V型截面，或者部分V型截面。在另一个实施例中，保护罩35的截面可具有保持保护罩35至少部分地处于弹性变形状态的形状，以便当排气歧管和其它发动机部件由于温度波动膨胀和收缩时保持密封。保护罩35的其它构造可包括保护环形件33的其它器件，诸如具有抵抗高温和磨耗的材料的环形件33的涂层。环形板37可为金属垫圈。在一个实施例中，环形板37是钢垫圈。

图9中示出了冷却剂密封件17的备选实施例的截面图，其中，环形板37设有减小的厚度或者适用于接合环形件33中相应的凹口的台阶39。在那个实施例中，环形板37在外形上是环形的，沿着环状物的内表面具有减少的宽度。

优选地，冷却剂密封件17的厚度与内燃烧环29的厚度大致相等。这使得现场安装过程容易，且通过排除对利用锤子敲击密封件的需要而减轻了安装损伤的风险。

在使用时，垫片组件11通过冷却剂密封件17而提供了针对冷却剂泄漏的有效密封。另外，内燃烧环29和外燃烧环31提供了使得垫片组件11针对安装损伤更加健壮的结构完整性。

本书面描述使用实例公开了本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或者系统以及执行任何结合的方法。本发明的可得到专利保护的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有与权利要求的文字语言没有差别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差别的等效的结构元素，则这样的其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims

1.一种垫片组件，用于密封具有用于冷却剂流体的通道的两个物体之间的接合部位，包括：

具有所述冷却剂流过的至少一个开口的垫片元件；和

设置在所述开口中的至少一个冷却剂密封件，包括：

环形件，和

减少所述环形件的与所述冷却剂直接接触的表面积的保护罩。

2.根据权利要求1所述的垫片组件，其特征在于，所述环形件包括弹性体材料的垫环，所述垫环包括内周边和外周边。

3.根据权利要求2所述的垫片组件，其特征在于，所述保护罩包括沿着所述垫环的所述内周边设置的套圈。

4.根据权利要求2所述的垫片组件，其特征在于，所述至少一个冷却剂密封件还包括沿着所述垫环的所述外周边设置的环形板。

5.根据权利要求4所述的垫片组件，其特征在于，所述环形板包括这样的环状物：所述环状物沿着该环状物的外周边具有减少的宽度。

6.根据权利要求3所述的垫片组件，其特征在于，所述套圈由铜制成。

7.根据权利要求1所述的垫片组件，其特征在于，所述垫片元件设有用于排气端口的开口。

8.根据权利要求1所述的垫片组件，其特征在于，所述垫片元件包括：

内部芯体；和

具有基本均匀厚度的包裹所述内部芯体的至少一个板。

9.根据权利要求8所述的垫片组件，其特征在于，还包括：

设置在所述垫片元件的所述外周边周围的外燃烧环；和

设置在用于所述排气端口的开口周围的内燃烧环，其中，所述内燃烧环比所述外燃烧环更厚。

10.根据权利要求9所述的垫片组件，其特征在于，还包括：

设置在所述内燃烧环和所述内部芯体之间的气隙。

11.一种冷却剂密封件，在用于密封由流体冷却剂冷却的排气歧管的表面及内燃机气缸盖的表面的垫片组件中使用，所述冷却剂密封件包括：

环形件；及

减少所述环形件的与冷却剂直接接触的表面积的保护罩。

12.根据权利要求11所述的冷却剂密封件，其特征在于，所述环形件包括弹性体材料的垫环，所述垫环包括内周边和外周边。

13.根据权利要求12所述的冷却剂密封件，其特征在于，所述保护罩包括沿着所述垫环的所述内周边设置的套圈。

14.根据权利要求12所述的冷却剂密封件，其特征在于，还包括沿着所述垫环的所述外周边设置的环形板。

15.根据权利要求14所述的冷却剂密封件，其特征在于，所述环形板包括这样的环状物：所述环状物沿着该环状物的内表面具有减少的宽度。

16.根据权利要求13所述的冷却剂密封件，其特征在于，所述套圈由铜制成。

17.一种用于密封具有用于冷却剂的通道的气缸盖和排气歧管之间的接合部位的垫片组件，包括：

具有所述冷却剂流过的至少一个开口的垫片元件；和

设置在所述开口周围的至少一个冷却剂密封件，包括：

环形件，和

用于保护所述环形件的器件。

18.根据权利要求17所述的垫片组件，其特征在于，用于保护所述环形件的所述器件分配从所述环形件附近的冷却剂传递的热量，以沿着所述环形件的所述内表面提供更均匀的温度。

19.根据权利要求17所述的垫片组件，其特征在于，用于保护所述环形件的所述器件分配来自所述环形件附近的冷却剂流的力，以沿着所述环形件提供更均匀的力。

20.根据权利要求17所述的垫片组件，其特征在于，用于保护所述环形件的所述器件减少接触所述环形件的冷却剂的量。