CN1071407C - 汽缸盖填密片 - Google Patents

Abstract

一种汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间，该汽缸盖填密片包括一个吸气侧和一个排气侧以及一个汽缸盖侧表面和一个汽缸体侧表面；还包括一个在其中限定至少一个汽缸筒孔的护孔垫圈，所述护孔垫圈具有一个汽缸盖侧部分和一个汽缸体侧部分；其特征是，通过沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大上述护孔垫圈的汽缸体侧部分而使上述排气侧的刚性比上述吸气侧的刚性大。

Description

汽缸盖填密片

本发明涉及一种内燃机用的汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间。

日本实用新型公开NO.平2-69174公开了一种安置在汽缸盖和汽缸体之间的汽缸盖填密片。在这种汽缸盖填密片中，一个汽缸盖螺栓孔的表面和填密片的围绕汽缸盖螺拴孔的部分的相对表面盖有一个薄金属板。该金属板延伸至一个护孔垫圈，与该护孔垫圈形成整体。因此，该金属板实际上使护孔垫圈的上下部分(耳状部)增大到汽缸盖螺拴孔位置，使得汽缸盖填密片通过护孔垫圈的增大的耳状片受到局部增强。

但是，如果上述传统的汽缸盖填密片安置在汽缸盖和一个热膨胀系数比汽缸盖小的汽缸体之间(如铝合金汽缸盖和铸铁汽缸体)，那么问题就会产生。在内燃机操作期间，护孔垫圈的汽缸侧耳状部由于受到汽缸体的限制而膨胀与汽缸体相同的量。但是，护孔垫圈的汽缸盖侧耳状部由于受到汽缸盖的限制而膨胀与汽缸盖相同的量，由此造成护孔垫圈的汽缸体侧耳状部和汽缸盖侧耳状部之间的膨胀差异。结果，在汽缸盖填密片的相对表面之间产生一个剪切变形，随之在汽缸盖填密片的芯板和芯板两侧上设置的石墨板叠层中产生过大的应力。在极端的情况下，随之产生在芯板中冲孔形成的直立部分根部处的破裂、石墨板叠层的损坏与气体和水的泄漏。

本发明的一个目的是提供一种强度改进而不会受损坏的汽缸盖填密片，即使汽缸盖填密片被用于热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间。

为了达到以上目的，本发明提供一种汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间，该汽缸盖填密片包括一个吸气侧和一个排气侧以及一个汽缸盖侧表面和一个汽缸体侧表面；还包括一个在其中限定至少一个汽缸筒孔的护孔垫圈，所述护孔垫圈具有一个汽缸盖侧部分和一个汽缸体侧部分；其特征是，通过沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大上述护孔垫圈的汽缸体侧部分而使上述排气侧的刚性比上述吸气侧的刚性大。

另一方面，本发明提供一种汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间，该汽缸盖填密片包括一个驱动元件箱端部和一个与上述驱动元件箱端部相对的端部以及一个汽缸盖侧表面和一个汽缸体侧表面；还包括一个在其中限定至少一个汽缸筒孔的护孔垫圈，所述护孔垫圈具有一个汽缸盖侧部分和一个汽缸体侧部分；其特征是，通过沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大上述护孔垫圈的汽缸体侧部分而使与上述驱动元件箱端部相对的端部的刚性比上述驱动元件箱端部的刚性大。

从下述结合附图对本发明优选实施例的详细说明可以更加清楚和更容易地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的汽缸盖填密片的从汽缸体侧观看的平面图；

图2是图1的汽缸盖填密片的平面图，其中用斜线表示一个护孔垫圈的放大部分；

图3是图1的汽缸盖填密片沿3-3线的截面图；

图4是图1的汽缸盖填密片的部分平面图，其中用斜线表示一个对汽缸盖填密片的芯板没有形成直立部分的区域；

图5是图1的汽缸盖填密片在汽缸盖螺栓孔附件的一部分的放大的部分截面图；

图6是图1的汽缸盖填密片的在其护孔垫圈和金属丝环附近的一部分的放大的部分截面图，以及例示沿汽缸盖填密片的表面压力分布的图形；

图7是传统的汽缸盖填密片的在其护孔垫圈和钢丝环附近的一部分的截面图，以及例示沿汽缸盖填密片的表面压力分布的图形。

下面详细说明本发明的优选实施例。

首先，参照图1说明根据本发明的一个实施例的汽缸盖填密片的一般结构。

汽缸盖填密片10安置在内燃机(此处未图示)的汽缸体12和汽缸盖14之间。汽缸体12具有例如比汽缸盖14小的热膨胀系数。更具体地说，汽缸体12可能用铸铁制成，而汽缸盖14可能用铝合金制成。汽缸盖14用许多个汽缸盖螺栓紧固在汽缸体12上，使得汽缸盖填密片10被夹在汽缸体12和汽缸盖14之间(例如参见图3)。

汽缸盖填密片10包括至少一个(在大多数情况下，许多个)汽缸筒孔16。下面将说明一种在汽缸盖填密片10中形成许多个汽缸筒孔16的情况。汽缸盖填密片10在一排许多个汽缸筒孔16的一个端部处包括一个链条或齿轮箱端部(一个驱动元件端部)24，在该处一个链条或齿轮通过孔18形成于汽缸盖填密片10中。汽缸盖填密片10在这一排汽缸筒孔16的一侧沿垂直于这排汽缸筒孔16方向的方向包括一个排气侧20，而在这一排气缸筒孔16的另一侧沿垂直于这排汽缸筒孔16方向的方向包括一个吸气侧22。

在内燃机中，空气从吸气侧吸入，燃料和空气的混合物在汽缸筒内形成的燃烧室中燃烧。高温废气通过排气侧排出。因此，在汽缸体12和汽缸盖14中，排气侧上的温度通常高于吸气侧上的温度。

发动机冷却水从链条或齿轮箱侧(该侧对应于环境汽缸体12的前侧)进入汽缸体12中形成的水套，然后从汽缸体12的前侧流到汽缸盖14的后侧，并从汽缸盖14的后侧流到汽缸盖14的前侧。因此，汽缸盖14的温度通常高于汽缸体12的温度。

在汽缸盖填密片10中形成多个接受一个相应的汽缸盖螺栓用的汽缸盖螺栓孔28、多个让发动机冷却水通过用的水孔30、至少一个让润滑油通过用的油孔32，以及至少一个让返回的油通过用的油返回孔34。

如图1和3中所示，汽缸盖填密片10包括一个钢芯板36、沿芯板36的厚度方向设置在芯板36两侧的石墨板叠层38、一个护孔垫圈40和一个设置在护孔垫圈40内部金属丝环42。芯板36用钢制成(例如选自日本工业标准，SECC、SCP或SVS)，并且有大体上等于铸铁的热膨胀系数的热膨胀系数。叠层38的每个石墨板用包括石墨作为其主要成份的材料制成。护孔垫圈40用金属制成，特别用不锈钢制成。金属丝环42用铁或低合金钢制成。如图5中所示，汽缸盖填密片10还包括一个围绕汽缸盖螺栓孔28设置的环圈44。环圈44包括一个沿汽缸盖螺栓孔28的内表面轴向延伸的部分44a和在部分44a的两端沿填密片相对两表面延伸的两个部分44b。对油孔32或油返回孔34不需要设置环圈。

现在说明本发明独特的结构及其操作。

如图1所示，汽缸盖填密片10的排气侧20选择性地制成比汽缸盖填密片10的吸气侧22具有更大刚性，方法是沿离开汽缸筒孔16的方向、主要是向着排气侧的方向增大护孔垫圈40。图2中斜线部分40A表示护孔垫圈的增大部分。斜线部分40A’的吸气侧部分40A’并非必须设置。

另外，如图1中所示，汽缸盖填密片10的后端部(与链条或齿轮箱侧24相对的端部26)选择性地制成比汽缸盖填密片10的链条或齿轮箱端部24具有更大的刚性，方法是沿离开汽缸筒孔16的方向、主要向着汽缸盖填密片10的后端的方向增大护孔垫圈40。斜线部分40A对应于护孔垫圈的增大部分。

如图3中所示，增大刚性用的护孔垫圈40的增大部分40A形成于汽缸盖填密片10的汽缸体侧表面中，即接触汽缸体12的表面中。更具体地说，护孔垫圈40具有相对的两部分即耳状部40a和40b(耳状部40a沿汽缸体12的上表面延伸，而耳状部40b沿汽缸盖14的下表面延伸)。护孔垫圈40中形成上述较大的刚性，方法是沿离开汽缸筒孔16的方向仅仅增大汽缸体侧部分即耳状部40a。增大部分40A用不锈钢制成。汽缸盖侧部分即耳状部40b不增大。在发动机的排气侧产生比吸气侧更大的汽缸体12和汽缸盖14之间的热膨胀差异。因为汽缸体12和汽缸盖14在链条或齿轮箱处彼此极强地固定在一起，所以在链条或齿轮箱端部24上汽缸体12和汽缸盖14之间的相对膨胀差异是小的。因此，在与链条或齿轮箱端部24相对的端部26上热膨胀差异更可能引起汽缸体12和汽缸盖14彼此相对移动。结果，在汽缸盖填密片10的排气侧20和与链条或齿轮箱相对的端部26上可能会作用一个更大的剪切力。但是，根据本发明，因为汽缸盖填密片10的排气侧20和端部26是通过增大护孔垫圈40的汽缸体侧部分40a而选择性地制成刚性和强度更大的，所以包括芯板36和石墨板叠层38在内的汽缸盖填密片10受到保护而不受损坏。

在这种情况下，因为芯板36是用钢制成的，所以芯板36的热膨胀量大体等于用铸铁制成的汽缸体12的热膨胀量。虽然护孔垫圈40的增大部分40A用不锈钢制成，但增大部分40A的热膨胀受汽缸体12的限制，因此增大部分40A的热膨胀量大体上等于汽缸体12的热膨胀量。虽然铝合金汽缸盖14的热膨胀大于芯板36，但汽缸盖14在与石墨板叠层38的接触表面上产生滑动。结果，热应力在芯板36中消散，因此防止了芯板36中的破裂。其次，因为护孔垫圈40的增大部分40A的热膨胀被限制为与汽缸体12大约相同的量，所以在护孔垫圈40的增大部分40A和芯板36之间设置的石墨板叠层38部分上不会作用大的剪切力，因此叠层38不会受到损坏

如图3中所示，芯板36有许多个直立部分(钉子)36a，每个沿芯板36的厚度方向突出。如在该截面图中看到的，直立部分36a一般沿相反的方向交替突出。直立部分36a可以通过对板冲孔并竖立起冲出的豁边而形成。因为直立部分36a啮合石墨板叠层38。所以当芯板36和石墨板叠层38热膨胀时它们彼此整体地移动。

但是，如图4中所示，在汽缸盖填密片10的具有较大刚性的部分上(即在与链条或齿轮箱侧相对的端部26上和在排气侧20上)，在水孔30的附近没有形成直立部分36a。图4中的阴影部分4b表示没有形成直立部分的区域。

当芯板36中开始产生裂纹时，它开始于当形成直立部分时形成的洞孔处。但是，因为在预期会作用显著的剪切力的部分没有形成这样一个洞孔，所以有效地防止了破裂，即使在芯板36上作用一个大的剪切力。

如图3中所示，在汽缸盖填密片的汽缸盖侧表面上形成一个耐热的润滑剂涂层52，更具体地说，它是在汽缸盖填密片10的石墨板叠层38的汽缸盖侧表面上形成的。润滑剂材料例如是具有低摩擦系数的合成树脂(如硅酮树脂)、石墨或碳。涂层的厚度在约20至30微米的范围内。

由于润滑剂涂层52，当汽缸盖填密片10和汽缸盖14的下表面之间产生热膨胀的差异时，汽缸盖填密片10和汽缸盖14可以彼此相对地滑动。结果，在汽缸盖填密片10上不会作用剪切力，从而防止了汽缸盖填密片10的损坏。

如图5中所示，护孔垫圈40的汽缸体侧部分(耳状部)40a有一个汽缸筒孔围绕部分40ac、增大部分40A和一个螺栓孔围绕部分40ab，后者被环圈44的部分44b盖住。在汽缸盖填密片10被夹在汽缸盖14和汽缸体12之间以前，护孔垫圈40的汽缸体侧部分40a有一个在汽缸筒孔围绕部分48与一个在增大部分40A和螺栓孔围绕部分40ab之间的第二台阶部分50，使得增大部分40A从汽缸筒孔围绕部分40ac的延伸部分缩回而螺栓孔围绕部分40ab从增大部分40A的延伸部分缩回。这两个台阶48和50具有约50微米的高度。

因为汽缸盖螺栓将汽缸盖14紧固到汽缸体12上，所以汽缸盖填密片10在螺栓孔28附近承受最大的压力。因为填密片表面在压力沿离开螺栓孔28的方向逐渐减小，所以护孔垫圈40处的表面压力相对说来不大。对于护孔垫圈40的增大部分40A来说，在为它是由金属制成的，它不可能容易地跟随汽缸体12的上表面而具有均匀的压力。其次，如果环圈44的44b部分跨在护孔垫圈的增大部分40A上，在护孔垫圈的增大部分40A和汽缸体12的上表面之间将产生一个间隙，从而造成气体和水的泄漏。但是，在本发明中，因为在汽缸盖填密片10中设置了台阶部分48和50，所以当填密片夹入后填密片表面压力优化了，从而改善了密封特性，在环圈44的附近不会产生间隙。

最好是，如图6所示，设置在护孔垫圈40内的金属丝环42的截面轮廓具有直边形状，例如，由平行的直边和连接直边的半圆形成的形状。作为参照，图7表示传统的填密片的截面，其中护孔垫圈102没有增大部分，而金属丝环100的截面是圆的。

在如图7中所示的金属丝环的截面为圆形的场合，护孔垫圈102和金属丝环100之间的接触表面的面积非常小。结果，如图7中所示，护孔垫圈和汽缸体之间与护孔垫圈和汽缸盖之间的表面压力集中在其间的接触点上。因此，当金属丝环100在使用期间产生永久性变形时，表面压力将大大减小，使密封特性变坏。相反，在本发明中，如图6中所示，因为金属丝环42在扁平部分处接触护孔垫圈40，所以表面压力分布在扁平部分上，使得金属丝环42不易产生永久性变形，而良好的密封特性得以长期保持。

按照本发明，可以获得下列优点：

第一，因为汽缸盖填密片的排气侧20选择性地制成其刚性比吸气侧22大，所以可以有效地防止汽缸盖填密片10的损坏。

第二，因为与汽缸盖填密片10的链条或齿轮箱端部24相对的端部26选择性的制成其刚性比链条或齿轮箱端部24大，所以可以有效地防止汽缸盖填密片10的损坏。

第三，在汽缸盖填密片10的汽缸体侧表面中存在较大刚性的场合，汽缸体侧表面的热膨胀量被限制为大体上与汽缸体12的热膨胀量相等，使得在芯板36中不会产生过大的热应力，芯板36的热膨胀系数大体上等于汽缸体12的热膨胀系数。结果，有效地防止了芯板36的损坏。

第四，在通过增大护孔垫圈40的汽缸体侧部分40a而使护孔垫圈40中存在较大刚性的情况下，芯板36和护孔垫圈40的汽缸体侧部分40a之间的石墨板叠层38受到保护而免遭损坏。

第五，在护孔垫圈40的汽缸体侧部分40a中设置了台阶部分48和50的情况下，填密片表面压力变成大体上均匀，从而改善了密封特性。

第六，在芯板36中形成直立部分36a的情况下，芯板36和石墨板叠层38被制成在移动中彼此有效地结合成一体。因为芯板38和护孔垫圈40的膨胀部分40A两者热膨胀大约相同的量，所以在石墨板叠层38和护孔垫圈40的膨胀部分40A之间不会产生大的相对热膨胀差异，因而有效地防止了汽缸盖填密片10的损坏。

第七，在排出侧上水孔30附近和与链条或齿轮箱侧相对的端部中没有形成直立部分36a的情况下，有效地防止了芯板36中的破裂。

第八，在汽缸盖填密片10的汽缸盖侧表面上形成润滑剂涂层52的情况下，当汽缸盖14和汽缸盖填密片10之间存在任何热膨胀差异时该汽缸盖14和汽缸盖填密片10可以彼此相对滑动，从而有效地防止了汽缸盖填密片10的损坏。

第九，在金属丝环42具有能使金属丝环42与护孔垫圈40相接触的直边的截面的情况下，防止了表面压力的集中和金属丝环42的局部永久性变形，因而可以长久地获得良好的密封特性。

虽然上面仅仅详细说明了本发明的一个实施例，但本技术的专业人员可以理解，可以对图示的特定实施例进行各种变化和修改而并没有实质性地偏离本发明的新颖阐述和优点。因此，可以理解，所在这些变化和修改都被包括在下述权利要求书所限定的本发明的精神实质和范围内。

Claims (7)

1．一种汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间，该汽缸盖填密片包括一个吸气侧和一个排气侧以及一个汽缸盖侧表面和一个汽缸体侧表面；还包括一个在其中限定至少一个汽缸筒孔的护孔垫圈，所述护孔垫圈具有一个汽缸盖侧部分和一个汽缸体侧部分；

其特征是，通过沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大上述护孔垫圈的汽缸体侧部分而使上述排气侧的刚性比上述吸气侧的刚性大。

2．一种汽缸盖填密片，它安置在热膨胀系数各不相同的汽缸盖和汽缸体之间，该汽缸盖填密片包括一个驱动元件箱端部和一个与上述驱动元件箱端部相对的端部以及一个汽缸盖侧表面和一个汽缸体侧表面；还包括一个在其中限定至少一个汽缸筒孔的护孔垫圈，所述护孔垫圈具有一个汽缸盖侧部分和一个汽缸体侧部分；

其特征是，通过沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大上述护孔垫圈的汽缸体侧部分而使与上述驱动元件箱端部相对的端部的刚性比上述驱动元件箱端部的刚性大。

3．一种根据权利要求1和2中任何一项的汽缸盖填密片，其特征是，上述护孔垫圈的汽缸体侧部分包括一个汽缸筒孔围绕部分、一个沿离开上述至少一个汽缸筒孔的方向增大的增大部分，以及一个螺栓孔围绕部分，上述护孔垫圈的汽缸体侧部分有一个在上述汽缸筒孔围绕部分和上述增大部分之间的第一台阶部分与一个在上述增大部分和上述螺栓孔围绕部分之间的第二台阶部分。

4．一种根据权利要求1和2中任何一项的汽缸盖填密片，其特征是还包括一个具有在其中形成的多个直立部分的芯板。

5．一种根据权利要求4的汽缸盖填密片，其特征是还包括许多个用于让发动机冷却水通过其间的水孔，其中，在具有上述较大刚性的汽缸盖填密片的一侧上邻近上述水孔的区域中没有形成上述多个直立部分。

6．一种根据权利要求1和2中任何一项的汽缸盖填密片，其特征是还包括一个在其上形成润滑剂涂层的汽缸盖侧表面。

7．一种根据权利要求1和2中任何一项的汽缸盖填密片，其特征是还包括一个设置在该护孔垫圈内的金属丝环，该金属丝环具有一个带直边的截面，该金属丝环在直边上接触上述护孔垫圈。

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