CN105673249A

CN105673249A - 汽缸盖衬垫

Info

Publication number: CN105673249A
Application number: CN201510870342.3A
Authority: CN
Inventors: D.麦卡隆
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-06-15
Also published as: GB201421480D0; US20160160794A1; US9869271B2; GB2532971A

Abstract

本发明涉及一种汽缸盖衬垫(160、210)，其包含包括第一功能层(170)、第二功能层(180)和载体层(200)的叠层，所述第一功能层具有隆起的第一密封全筋部(175)和第一档止部(190)，所述第二功能层具有隆起的第二密封全筋部(185)，并且所述载体层具有隆起的载体层全筋部(205)，其中，所述第一密封全筋部(175)和所述第二密封全筋部(185)相互叠置，其中，所述载体层全筋部(205)和所述第一档止部(190)相互叠置，并且其中，所述载体层全筋部(205)在它被完全压缩时具有包含在75至125N/mm之间的最大线负载范围，并呈现平坦构造。

Description

汽缸盖衬垫

技术领域

本公开涉及一种用于内燃发动机的汽缸盖衬垫，所述内燃发动机特别是柴油发动机。

背景技术

已知的是，内燃发动机通常包括汽缸盖衬垫，其介于汽缸盖与发动机缸体之间，从而密封燃烧室和从发动机缸体延伸到汽缸盖的致冷导管的周边。

各燃烧室通常是由发动机汽缸体与容纳在其中的活塞顶部和汽缸盖朝向活塞的一部分一起限定的。

其结果是，燃烧室的内部容积响应于活塞在汽缸内的运动而周期性地变化。在活塞的运动期间，在腔室内部的压力也发生变化。它在燃料被点燃时到达最大值(最大峰值点火压力)，而它在发动机循环的其它阶段仍保持在较低的值上。

燃烧室内部压力的这种周期性变化改变汽缸盖与汽缸体之间的间隙。因此，汽缸盖衬垫经受压力变化，并且必须具有永久的间隙恢复能力以维持令人满意的密封性。

汽缸盖衬垫包括一叠层叠的弹簧金属层。半筋部和全筋部(HalfandFullbeads)通常设置在一些弹簧金属层上(然后称为功能层)，以获得所需的永久密封压力。此外，限制器(或档止部)保护绕各燃烧室的周边延伸的筋部，以便使它们在有效载荷的适当范围内工作。档止部沿燃烧室的边缘安置，并限制所述筋部的闭合，它跟随汽缸盖相对于所述缸体的相对运动(间隙)。

档止部可阻止筋部被汽缸盖螺栓负载压平，因为它形成汽缸盖衬垫沿各燃烧室边缘延伸的凸起。在档止部的区域中，在发动机缸体与汽缸盖之间不存在任何间隙的情况下，非常高的线负载由于通过螺栓施加的力而产生。相反，在燃烧期间，由于在燃烧室内部的压力对比通过螺栓施加的力，档止部的区域通常被释放(至少仅一段时间)。这在这一区域中导致高的压力振幅。

在高性能发动机中，特别是柴油发动机，所可能的是，在最大峰值压力点火过程中，燃烧室周边的密封座中失去接触，并形成层间的间隙。

当档止部的区域中失去接触时，热的燃烧气体可以无阻碍地通过，直达由弹簧钢筋部形成的实际密封切断点。其结果是，因为燃烧气体的高温/高压，所述筋部的弹簧特性受到损害，因此，它的密封作用可能被减少。

DE10143431-A1描述了一种用于内燃发动机的金属汽缸盖衬垫，所述发动机包括设有相邻燃烧室的汽缸体和拧到汽缸体的汽缸盖。

汽缸盖衬垫包括两个由特别是弹簧钢的弹性金属组成的基本平坦的功能层，由钢板制成的载体层布置在所述功能层之间。在每一个功能层上，全筋部围绕每个燃烧室的边缘设置。每一层的筋部以它们的顶点彼此面对。筋部的闭合被与相应筋部同心地布置的至少一个静态档止部限制。

构建为半筋部或全筋部的支撑元件设置在档止部的区域中。所述支撑元件覆盖所述档止部，并且不能被压平。在发动机的运转状态(最大峰值点火压力)下，由直接地靠在档止部上的支撑元件施加的力在约30至60N/mm的范围内。

适用于高性能发动机，并且特别适用于铝制汽缸体和汽缸套的柴油发动机的上述技术仍可能允许热的燃烧气体穿过衬垫的第一密封区域的通路。

事实上，与冷却剂中的废气污染一起，衬垫由于高温气体泄漏的损坏是得到验证的(通常是孔到孔)。

此外，由于作用在其上的由汽缸盖螺栓施加的力所导致的高的机械应力，设置在载体层上的支撑元件变得容易破损。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽缸盖衬垫，其最小化或防止从燃烧室的气体泄漏，特别是在燃烧阶段的压力峰值(最大峰值点火压力)期间。

这些和其它的目的是通过本发明的具有独立权利要求中的特征的实施例实现的。从属权利要求界定本发明的次要方面。

特别地，本发明的一个实施例提供一种汽缸盖衬垫，其包含包括第一功能层、第二功能层和载体层的叠层，所述第一功能层具有隆起的第一密封全筋部和第一档止部，所述第二功能层具有隆起的第二密封全筋部，所述载体层具有隆起的载体层全筋部，其中，第一密封全筋部和第二密封全筋部相互叠置，其中，所述载体层全筋部和所述第一档止部相互叠置，并且其中，所述载体层全筋部在它被完全压缩时具有包含在75至125N/mm之间的最大线负载范围，并呈现平坦构造。

这提供了最小化或防止从燃烧室的气体泄漏的效果，特别是在汽缸内的压力峰值期间。在档止部没有被施加负载时，存在于载体层上的全筋部也能够给出相应的弹簧力。这有助于在燃烧室周边形成间隙后立即密封所述间隙。

根据本发明的一个方面，第一密封全筋部的凸部面对第二密封全筋部的凸部。

本发明的这个方面提供了进一步提高衬垫的密封性能的效果。

根据本发明的一个方面，所述载体层全筋部在最小负载条件下具有低于30N/mm的最大线负载范围

本发明的这一方面有助于在最小负载条件下也避免在载体层全筋部上的剧烈压力。

根据本发明的一个方面，所述第二功能层布置在具有档止部的所述第一功能层与所述载体层之间。

本发明的这一方面提供了保护载体层筋部的效果，因为它不直接暴露于档止部负载。

根据本发明的另一方面，所述第二功能层没有任何档止部。

在发动机循环的不同阶段中，本发明的这一方面给出了第二功能层均匀地分配作用在载体层筋部上的负载的效果。

根据本发明的另一方面，叠置的层包括具有隆起的第三密封全筋部的第三功能层，以及具有隆起的第四密封全筋部和第二档止部的第四功能层，其中，所述第三和第四功能层定位为使得第三密封全筋部的凸部面对所述第四密封全筋部的凸部，并且所述第二档止部面对第一档止部。

本发明的这一方面给出的优点是，由于在功能层上的四个全筋部的存在而提供了非常有效的密封衬垫。此外，所述构造通过层到层的均匀负载分布，而在所述层的平面上没有剪应力。

根据本发明的另一方面，第三功能层位于所述载体层与所述第四功能层之间。

本发明的这个方面给出了保护载体层筋部的优点，因为它不直接暴露于档止部负载。

根据本发明的另一方面，第三功能层没有任何档止部。

本发明的这个方面给出的优点是，在发动机循环期间，作用在载体层全筋部上的压力通过功能层在载体层与档止部之间的存在而完美地分布在全筋部上。因此，衬垫的寿命目标以及特别是存在于载体层上的全筋部的寿命更长。

根据本发明的另一方面，档止部被焊接到相应的功能层上。

本发明的这一方面给出了提供可不同于(以及例如远高于)焊接到档止部上的功能层的刚性的档止部刚性的可能性。

本发明的不同实施例提供了一种内燃发动机，包括汽缸体、汽缸盖和根据前述权利要求的任一项的插置在汽缸体与汽缸盖之间的衬垫。

这给出了最小化或防止从发动机燃烧室的气体泄漏的效果，特别是在燃烧阶段。

附图说明

本发明现在将通过举例的方式参考附图进行描述，其中：

图1是本发明第一实施例的示意性分解剖视图；

图2是本发明第二实施例的示意性分解剖视图。

图3是根据本发明的发动机的示意图。

附图标记

110内燃发动机

120发动机缸体

124铝制发动机缸体

128衬套

130汽缸盖

135曲轴

140活塞

150燃烧室

160汽缸衬垫

170第一功能层

175第一全筋部

178第一全筋部的凸部

180第二功能层

185第二全筋部

188第二全筋部的凸部

190第一档止部

200载体层

205载体层全筋部

210汽缸衬垫

220第三功能层

225第三全筋部

228第三全筋部的凸部

230第四功能层

235第四全筋部

238第四全筋部的凸部

240第二档止部

250连接边界

具体实施方式

一些实施例可包括具有发动机缸体120的内燃发动机(ICE，在图3中示出)110，所述发动机缸体限定至少一个具有联接以旋转曲轴145的活塞140的汽缸125。拧到发动机缸体120上的汽缸盖130与活塞140和汽缸壁配合以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)布置在燃烧室150中并点燃，产生导致活塞140的往复运动的热的膨胀废气。发动机可以是在缸体中有衬套的发动机，展示出铝制发动机缸体124和限定汽缸壁的铸铁衬套128。

多层汽缸盖衬垫160存在于汽缸盖130与发动机缸体120之间。在图1中，汽缸盖衬垫通过分解图示出。它至少包括第一功能层170和第二功能层180，其可以由弹性金属并且特别由弹簧钢制成。功能层设置有多个对应于相关内燃发动机的燃烧室150的燃烧腔孔。汽缸盖衬垫160还展示出对应于冷却剂腔设计的流体通道(两者均未示出)，并且设置在发动机缸体与汽缸盖之间。

第一功能层170具有隆起的、一体形成的第一全筋部175，其设置用于密封目的。第二功能层180被耦合到第一层170，并且也具有一体形成的隆起的第二全筋部185，其同样设置用于密封目的。第一层170和第二层180相互定位，使得第一全筋部175的凸部178面向第二全筋部185的凸部188。

在第一层170上，第一档止部设置在没有那些全筋部的部分中，因为它远离第一全筋部。应当注意的是，档止部设置在邻近燃烧室150(典型地集中于汽缸衬套上)的区域中。

第一档止部190用作静态变形限制器，并且它被设置为限制第一层170相对于第二层180的相对运动(以及适当的负载范围)。第一档止部190防止了面向的全筋部(facingfullbeads)在设置于汽缸盖与发动机缸体之间的螺栓的压力下变平。

如可从图1中注意到的，衬垫160还包括设置载体层全筋部205的载体层200。载体层全筋部位于该衬垫与燃烧室150相邻的区域中，所述第一档止部190也定位在那里。具体地，载体层全筋部205和第一档止部190相互叠置。

根据本发明的一个方面，当载体层全筋部205被完全压缩时，载体层全筋部被设计为具有包含在75至125N/mm之间的最大线负载范围。当没有间隙存在于所述发动机缸体与汽缸盖之间时，载体层全筋部205以最大闭合而被完全压缩。载体层全筋部205被设计为在这些条件下呈现平坦构造。

在最大间隙条件，即当载体层全筋部是在最小负载条件下时，载体层全筋部205的最大线负载范围低于30N/mm。同样在最小负载条件下，载体层全筋部205的这个特征有助于在载体层全筋部上避免严重的压力。此外，它提高了衬垫的密封性能，特别是在衬垫邻近燃烧室150的那个部分中。

所描述的载体层全筋部205的所述设置提供了良好的密封，特别是在应用到高性能的小型柴油发动机时。在那些种类的发动机中，燃烧室中的最大峰值点火压力非常高，并且发动机缸体120与汽缸盖130之间的显著间隙振幅是不可避免的。有所描述特征的载体层全筋部的使用有助于给出在燃烧室周边的密封，即使是当在档止部线(也就是，档止部被定位那里的区域)中的间隙非常小时，因为筋部的密封力已经高到足以保证密封。

这提供了增加的密封恢复能力，并且减少或避免了在燃烧室150周围的热的气体泄漏。特别避免了气体到冷却剂的泄漏。此外，密封垫的所述结构在燃烧室周围给出了减小的结构刚性，特别是在缸体开放构造(opendeckconfiguration)的发动机中。

应当注意的是，在所有工作状态下(最大和最小线载荷)，载体层全筋部在档止部线中的加入不会影响其它衬垫元件(功能层全筋部和档止部)的密封性能。

根据本发明的另一方面，第二层180没有任何档止部，并且它被定位在具有档止部190的所述第一层170与所述载体层200之间。

在对应汽缸的工作周期的不同阶段，介于档止部190与载体层全筋部205之间的第二层180保护载体层全筋部205免受档止部190的直接压力，给出在载体层全筋部205上更均匀的负载分布。第二层有助于在更大的表面积上分配负载，因此减少在载体层全筋部表面上的单位负载。这改善了载体层全筋部的寿命，减少了这一部件的动态压力，从而使得衬垫的寿命更长。

在所描述的实施例中，档止部被焊接到第一功能层。通过这种方式，能够提供一种刚性不同于(在这种情况下是高得多)第一功能层的刚性的档止部。

档止部给出限制第一和第二功能层的最大负载的对全筋部的保护。

介于档止部与载体层全筋部之间的第二功能层减少了载体层全筋部205上的最大线负载。

一个不同的实施例示于图2中。在这里，汽缸盖衬垫210包括至少五个层。最初的三层170、180、200邻近汽缸盖，并且完全按照上面已经描述的实现。

因此对它们的描述将不再重复，并且相同的附图标记将用于识别对应于已经描述的那些部件的部件。

除了已经描述的那些之外，汽缸盖衬垫210包括具有隆起的第三全筋部225的第三功能层220。它还包括具有隆起的第四全筋部235的第四功能层230。第三和第四功能层220、230相互定位，使得第三全筋部225的凸部228面对第四全筋部235的凸部238。应当指出的是，第四层230设置有第二档止部240，其放置在衬垫的第一档止部190也定位在其中的区域中。

第二档止部240也可以焊接到第四层230，并其呈现与第一档止部190相同的功能。第二档止部240也可以制成与第一档止部的刚性相同，并且与第一档止部190同心并对准。

如图2所示，第三层220没有任何档止部，并且处于载体层200与第四层230之间。

因为提供了四个全筋部，该实施例给出了更好的密封。此外，具有载体层全筋部205的载体层200被夹在都没有档止部的第二层180与第三层220之间。因此，载体层全筋部205在其凸起侧和凹入侧上都受到保护。

通过第二层180赋予的保护在上面已经解释过了，并且它以基本相同的方式在载体层全筋部上起作用。相反，第三层保护载体层全筋部205免受第二档止部240的作用；这种解决方案以更均匀的方式将第一和第二档止部190、240的负载分配在载体层全筋部205上，并且降低了在其上的动态压力。

因此，在本实施例中，无论是在功能层的全筋部的区域中，还是在邻近燃烧室的档止部区域(档止部线)中，因为载体层全筋部，长寿命衬垫结合了良好的密封。

虽然前面概述和细节描述中已经展示出了一些示例性实施例，但是应当意识到的是有大量的变化存在。还应意识到的是，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且非意图为以任何方式限制范围、应用或配置。

然而，前述的概述和细节描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的便捷路线图，应理解是在所描述的实施例中的功能和布置可具有各种变化而非背离附属权利要求及其法律等价物所陈述的范围。

Claims

1.一种汽缸盖衬垫(160、210)，其包含包括第一功能层(170)、第二功能层(180)和载体层(200)的叠层，所述第一功能层具有隆起的第一密封全筋部(175)和第一档止部(190)，所述第二功能层具有隆起的第二密封全筋部(185)，并且所述载体层具有隆起的载体层全筋部(205)，其中，所述第一密封全筋部(175)和所述第二密封全筋部(185)相互叠置，其中，所述载体层全筋部(205)和所述第一档止部(190)相互叠置，并且其中，所述载体层全筋部(205)在它被完全压缩时具有包含在75至125N/mm之间的最大线负载范围，并呈现平坦构造。

2.根据权利要求1所述的衬垫(160、210)，其中，所述第一密封全筋部(175)的凸部(178)面对所述第二密封全筋部(185)的凸部(188)。

3.根据权利要求1所述的衬垫(160、210)，其中，所述载体层全筋部(205)在最小负载条件下具有低于30N/mm的最大线负载范围。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(160、210)，其中，所述第二功能层(180)布置在具有所述档止部(190)的所述第一功能层(170)与所述载体层(200)之间。

5.根据权利要求4所述的衬垫(160、210)，其中，所述第二功能层(180)没有任何档止部。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(160、210)，其中，所述叠置的层包括具有隆起的第三密封全筋部(225)的第三功能层(220)，以及具有隆起的第四密封全筋部(235)和第二档止部(240)的第四功能层(230)，其中，所述第三和第四功能层定位为使得所述第三密封全筋部的凸部(228)面对所述第四密封全筋部的凸部(238)，并且所述第二档止部(240)面对所述第一档止部(190)。

7.根据权利要求6所述的衬垫(160、210)，其中，所述第三功能层(220)位于所述载体层(200)与所述第四功能层(230)之间。

8.根据权利要求7所述的衬垫(160、210)，其中，所述第三功能层(220)没有任何档止部。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(160、210)，其中，所述档止部(1960、240)被焊接到相应的功能层上。

10.一种内燃发动机(110)，包括汽缸体(124)、汽缸盖(130)和插置在所述汽缸体(124)与所述汽缸盖(130)之间的根据前述权利要求的任一项所述的衬垫。