CN1076080C - 内燃机用气缸盖装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机用气缸盖装置，它具有带内插燃料喷射器的安装孔和环形金属垫圈的气缸盖。安装孔有环形支座面以支撑其中的燃料喷射器。金属垫圈夹在燃料喷射器和支座面之间。金属垫圈包括芯部和覆盖芯部整个外表面的涂层。芯部的截面轮廓近似截头锥形，并且还具有弯曲成弧形的内、外圆周边。还包括用来覆盖所述安装孔的台阶状表面的第二涂层。

Description

内燃机用气缸盖装置

本发明涉及一种内燃机用的气缸盖装置，具体地涉及燃料直接喷射入燃烧室的内燃机用的气缸盖装置。

已知有从燃料喷射器将燃料直接喷射到燃烧室中的火花点火式内燃机。这种发动机的气缸盖上有一安装孔用于燃料喷射器。该安装孔与发动机的燃烧室连通，并使从燃料喷射器直接射出的燃料可进入燃烧室。

在这种类型的发动机中，燃烧室中的高温和高压会将作用于燃料喷射器和安装孔内表面之间的间隙中，这样间隙必须要可靠地密封。

一般采用一环形金属平垫圈来密封此间隙。必须将燃料喷射器牢固地固定到气缸盖上、即通过金属垫圈将燃料喷射器固定到安装孔的支座面上，以充分保证金属垫圈的密封性能。

而且，这种发动机的燃料喷射器必须制得紧凑、质轻，并且这种燃料喷射器的操作是电子仪器控制的。这就意味着，该燃料喷射器与柴油发动机的燃料喷射阀相比有较低的机械强度和较精密的内部结构。

因此，当为了达到足够的金属垫圈密封性能而将燃料喷射器压到金属垫圈上时，燃料喷射器是过分固定的，所以其主体和内部结构都受到某种程度的变形。因此，燃料喷射器由于这种变形而不能精确地工作，这样燃料喷射器就不能高精度地喷射燃料。

气缸盖是一铸件，并且燃料喷射器的安装孔是在气缸盖上钻削成的。因而，可以认识到安装孔的支座面是粗糙的，并且气缸盖上的一部分缩孔暴露成为支座面上的针孔。这种支座面的粗糙度和针孔减弱了金属垫圈与安装孔的支座面之间的紧密接触性能，这样就不能体现金属垫圈充分的密封性能。

本发明的一个目的在于提供一种用于内燃机的气缸盖装置，其足以保证燃料喷射器和其安装孔之间的密封，而无需向燃料喷射器提供过分的紧固力。

上述目的是通过根据本发明的用于内燃机的气缸盖装置实现的。该气缸盖装置包括具有用来使燃料喷射器插入其中的安装孔的气缸盖。该安装孔与发动机的燃烧室连通，并且具有一环状台阶状表面以将燃料喷射器支撑于其中。该装置还包括通过将燃料喷射器压靠在环形台阶状表面上而在燃料喷射器和环形台阶状表面之间进行密封的密封装置。该密封装置包括夹在燃料喷射器和环形台阶状表面之间的环形密封件。该密封件包括可在安装孔轴向弹性变形的金属芯体、凸出地伸向燃料喷射器的环形第一密封区以及凸出地伸向环形台阶状表面的环形第二密封区。该密封装置还包括用来覆盖第一和第二密封区的弹性涂层；所述密封装置还包括用来覆盖所述安装孔的台阶状表面的第二涂层。

根据上述的气缸盖装置，当燃料喷射器安装到安装孔上时，燃料喷射器通过密封件压靠在安装孔的台阶状表面上。密封件的芯体由于压着燃料喷射器而在安装孔轴向弹性变形，这样安装孔轴向的密封件长度或高度可以缩短。因此，芯体的第一和第二密封区可分别通过对着燃料喷射器的芯体恢复力和通过涂层安装的台阶状表面而被加压。

芯体的第一和第二密封区都形成为向着燃料喷射器和台阶状表面的拱环形，这样这些密封区的紧密接触区域都较小。这意味着即使当燃料喷射器的压力、即其紧固力较弱时，第一和第二密封区也可以强有力地压靠在燃料喷射器和台阶状表面上。

芯体的第一和第二密封区都覆盖有弹性涂层。因此，第一和第二密封区分别通过该涂层与燃料喷射器和台阶状表面紧密接触，这样就可以充分地体现密封件的密封性能。

接下来将对这一点进行详细描述。即使当台阶状表面是粗糙的，并且对应于第二密封区的台阶状表面的一部分上暴露有针孔时，台阶状表面的粗糙度和其上的针孔都可靠地由弹性涂层覆盖。因此，台阶状表面的粗糙度和针孔不会减弱密封件的密封性能。而且，即使压着芯体的第一密封区的燃料喷射器的外表面或密封表面受到损坏，这种损伤也可由弹性涂层可靠地盖住，这样密封件的密封性能是不会减弱的。

密封件的芯体的形状可以是纵截面为截头锥形。通过将内部和外部圆周边部分沿互相相对的方向弯曲，分别在芯体的内部和外部圆周边部分形成第一和第二密封区。此时，密封件的芯体可象一样盘簧一弹性变形。

上述第二密封区的涂层可在其最外侧上具有一橡胶层。此时，第二密封区的涂层具有极佳的弹性，这样粗糙的台阶表面、针孔和燃料喷射器的损伤都可靠地由该涂层盖住。

密封件芯体的整个表面可由涂层盖住。此时，芯体可以容易地用涂层盖住，并且该涂层可保护芯体的整个表面。

第二涂层较佳地由紫外硬化式树脂制成。此时，第二涂层较容易形成。此时，粗糙的台阶状表面和针孔都不会对密封件的密封性能产生不良影响。

本发明的进一步应用情况可通过下文中的详细描述而明了。然而，应当理解，虽然示出了本发明的较佳实施例，但所作的详细描述和具体实例都仅仅是为了说明本发明，因为对于本技术领域的普通技术人员而言还可以在本发明的精神和范围中作出多种变化和修改。

通过以下的仅用于举例说明、而不构成对本发明的限定的详细描述和附图可以进一步理解本发明，其中：

图1是一发动机的示意截面图；

图2是用于燃料喷射器的固定夹持件的立体图；

图3是燃料喷射器安装于气缸盖的视图；

图4是从其上拆去涂层的金属垫圈的立体图；

图5是沿图4中线V-V的截面图；

图6是表示安装孔的支座面和金属垫圈之间的紧密接触状态的视图；

图7是形成在安装孔支座面上的涂层的视图；

图8是图5中的金属垫圈的设定长度和负荷之间关系的线图；

图9是第二个实施例中的金属垫圈的视图；

图10是第三个实施例中的金属垫圈的视图；

图11是第四个实施例中的金属垫圈的视图。

参见图1，发动机1具有气缸体6和安装于气缸体6顶面的气缸盖4。一锁盖2固定到气缸盖4的顶面上。一油盘8安装于气缸体6的底面。

排出阀10和进入口12都布置在气缸盖4中。一气缸孔15形成在气缸体6中并且一活塞14配合在气缸孔15中。活塞14由一连接杆6连接到曲轴上。

台阶状安装孔18形成在气缸盖4中，并且与气缸孔15连通、即与燃烧室连通。一燃料喷射器20插入安装孔18中。具体地，燃料喷射器20的末端经过安装孔18的小直径部分面朝燃烧室内内部。因此，燃料喷射器20可直接将燃料、即气油从其喷嘴喷射到燃烧室中。具体地，与通常将气油喷入进口的普通发动机不同，本发明中的气油是直接喷射入发动机1缸体的。喷射的燃料与燃烧室中的空气混合，并且这种混合物由火花塞19点火。花火塞19安装到气缸盖4上，并且布置在排出阀10和进入阀12之间。

燃料喷射器20的近端从气缸盖4伸出，并且连接到一燃料分配管26上。燃料分配管26通过一燃料输送管24连接到高压燃料泵22上。高压燃料泵22安装到气缸盖4的外表面。高压燃料泵22对燃料加压，并且将加压的燃料经过燃料输送管24和燃料分配管26送到燃料喷射器20中。送到燃料喷射器20中的燃料的压力设定在5至7Mpa。

参见图2，燃料喷射器20具有位于气缸盖4外部的凸缘28。该凸缘28由一固定夹持件30固定到气缸盖4的外表面上。具体地，固定夹持件30的一端具有U形凹槽。该凹槽构成一对压爪32。燃料喷射器20的喷射体穿过固定夹持件30的凹槽。固定夹持件30的该对压爪32和连接这些压爪32的弧形边缘从上方通过凸缘28压着燃料喷射器20。

固定夹持件30的另一端藉具有预设固定扭矩而拧紧的螺栓34固定到气缸盖4外表面上。此时，燃料喷射器20、即螺栓34的拧紧力设定为200kgf。

参见图3，可以较清楚地理解燃料喷射器20的凸缘28和固定夹持件30、即压爪对32之间的关系。

从图3中可见，低于其凸缘部28的燃料喷射器20的末端部插入上述安装孔18中。

燃料喷射器20具有一喷射体36，并且凸缘28与喷射器主体36形成一体。喷射器主体36为台阶状圆柱体。一空心的芯体38存放在如图3所示的喷射器主体36的近端部。芯体38沿喷射器主体36的轴向延伸。芯体38的上端从喷射器主体36伸出，并且连接到上述燃料分配管24上。因此，燃料可从燃料分配管24送到芯体38。

电磁式喷嘴阀37由一保持器39装配到喷射器主体36的末端部。喷嘴阀37具有从保持器39的底面伸出的喷嘴体40。喷嘴体40的突出部分插入安装孔18的小直径部分，并且其顶端面向燃烧室。喷嘴体40的顶端具有喷嘴塞42。喷嘴塞42在喷嘴体40中形成燃料腔43。燃料腔43由喷嘴体40和喷嘴体36中的通道与上述芯体38连通。因此，来自芯体38的燃料送入燃料腔43。

喷嘴孔44形成于喷嘴塞42中。在图3所示的状态下，喷嘴针46关住喷嘴孔44。喷嘴针46从燃料腔43伸向其中的喷嘴体40上端，并且从上端伸出。喷嘴针46设置在喷嘴体40的轴线上，并且沿喷嘴体40的轴向往复运动。

一空心衔铁48设置在喷射器主体36中，并且包围喷嘴针46的上部、即其头部，而且与该头部连接。一压缩螺旋弹簧50布置在衔铁48中，并且经过衔铁48将喷嘴针46推向火花塞42、即用于喷嘴孔44的阀座。因此，在图3所示的状态下，喷嘴针46由压缩螺旋弹簧的推压力而密封喷嘴孔42。而且，绕在一线轴52上的螺线管54设置在喷射器主体36中，并且包围衔铁48。

当螺线管54通电时，衔铁48、即喷嘴针46克服压缩螺旋弹簧50的推压力而上升，从而打开喷嘴孔44。此时，燃料从喷嘴孔44喷射到燃烧室15中。

当发动机1工作时，燃烧室15内部处于高温和高压状态。因此，燃料喷射器20和气缸盖4之间的间隙必须较佳地得以密封。为此，如图3所示的，在气缸盖4和燃料喷射器20的凸缘28之间设置有一垫圈56，并且该垫圈是由铜制成的。用来支撑燃料喷射器20的保持器39的环形台阶状表面、即支座面72是形成在安装孔18的内圆周面上的。一弹性可变形的金属垫圈58设置在支座面72和保持器39的底面之间。保持器39的底面形成与金属垫圈58有关的燃料喷射器20的支座面。

如图4所示的，金属垫圈58呈环形。金属垫圈58从其内圆周边至外圆周边之间的部分在其截面内呈字母S形。这意味着，金属垫圈58的内圆周边是弯曲的，这样内圆周边部分在图4中是向上突的。金属垫圈58的外圆周边部分是弯曲的，这样外圆周边部分是向下突的。因此，金属垫圈58的内、外圆周边不在同一个平面中，这样金属垫圈58具有预定的厚度。金属垫圈58的外圆周边的直径与保持器39的直径近似相等。喷嘴体40的顶端可插入金属垫圈58内、即金属垫圈58的中心孔60中。

金属垫圈58的内、外圆周边部分分别具有环形上密封区62和环形下密封区64。这些密封区62、64都位于金属垫圈58的内、外圆周边部分的顶点，并且截面呈弧形。当金属垫圈58处于自由状态时，上密封区62和下密封区64之间的距离、即金属垫圈58的初始设定长度例如大约为1.6毫米。因此，如从图4中所见的，金属垫圈58的轮廓近似为梯形。

如图3所示的，当金属垫圈58以预定的固定力夹在保持器39和安装孔18的支座面72之间时，金属垫圈58弹性变形，并且沿安装孔18的轴向被压缩。因此，由金属垫圈58的恢复力，上密封区62压在保持器39的底面74上，下密封区64压在安装孔18的支座面72上。

图5示出了放大截面状态下的上述金属垫圈58的一部分。从图5中可见，金属垫圈58包括一芯部66以及形成在芯部66表面的涂层67。例如，芯部66是由不锈钢制成，厚度大约为0.5毫米。涂层67是由两层结构构成，其中涂层67具有一基层、即直接形成在芯部66上的第一层68，以及形成在第一层68的外表面上的第二层70。例如，第一层68由硅酮树脂制成，厚度为2至3微米。第二层70由氟橡胶制成，厚度为15至45微米。第二层70由于第一层68的存在而很容易粘到芯部66上，这样第二层70就可通过第一层68而强有力地粘到芯部66上。

芯部66的整个表面不必要都由涂层67盖住。仅需要上、下密封区62、64及邻近这些密封区的部分可以覆盖与涂层67相同的涂层。

图6示出了金属垫圈58的下密封区64压靠在安装孔18的支座面72的状态。即使安装孔18的支座面72是粗糙的、并且针孔76都暴露于支座面72，粗糙的支座面72和针孔76都可较佳地由下密封区64的涂层67所盖住，如图6所示。因此，下密封区64可较佳地通过涂层67与支座面72紧密接触。

本文中，销孔76是在钻削安装孔18的过程中气缸盖4的支座面72上暴露的缩孔部分，或者是在气缸盖4的热处理过程中在支座面72上所产生的。

图7所示，支座面72还可由涂层78所盖住。例如，涂层78可以由紫外线硬化式树脂制成，并且盖住粗糙的支座面72和针孔76。此时，金属垫圈58的下密封区4通过涂层67和78与安装孔18的支座面接触。

如上所述，金属垫圈58的芯部66是由不锈钢制成，并且其轮廓近似为梯形。因此，当金属垫圈58夹在保持器39的底面和安装孔18的支座面72之间时，金属垫圈58象一盘簧一样弹性变形。

图8示出了金属垫圈58的设定长度、即上、下密封区62和64之间的距离与在上、下密封区62、64处从保持器39的底面74和安装孔18的支座面72作用于金属垫圈58上的载荷(压力)之间的关系。当没有负荷作用于金属垫圈58时，金属垫圈58为上述的初始设定长度。从图8中可见，金属垫圈58的负荷随金属垫圈的设定长度减少而逐渐增加。但是，当金属垫圈58的设定长度超出一预定值、并且进一步减少时，金属垫圈58的负荷开始逐渐减少。当金属垫圈58的设定长度进一步减少时，金属垫圈58的负荷迅速增加。这表示金属垫圈58断裂了。

如上所述，金属垫圈58的负荷与其设定长度是非线性关系。因此，金属垫圈58的设定长度较佳地是在图8所示的最优范围中提供最大负荷的上述预定值附近。本文中，金属垫圈58的设定长度可通过前述固定夹持件30的螺栓34的固定扭矩来调节。当设定金属垫圈58的设定长度时，自然要考虑与零件的加工和装配有关的误差。

如上所述，由于金属垫圈58的上、下密封区62、64都比较窄，所以这些密封区域62、64都用强大的力压靠在安装孔18的支座面72和保持器39的底面上，即使当燃料喷射器20的固定力、即金属垫圈58比较弱时也如此。因此，金属垫圈58的上、下密封区62、64都存在较强的密封性能。

安装孔18的支座面72盖有涂层67。因此，即使支座面72是粗糙的并且具有针孔76，该涂层67也能较佳地与支座面72紧密接触，而与支座面72的粗糙度和针孔76无关。因此，下密封区64的密封性能不会减弱。

如上所述，如果安装孔18的支座面72盖有涂层78，则下密封区64的密封性能可以进一步提高。

关于涂层67，通过硅酮树脂制成的第一层68，第二层70可粘到金属垫圈58的芯部66上。因此，第二层70的粘结力加强了，这样第二层70就不会与芯部66分离。第二层70由具有耐用性极佳的氟橡胶制成。因此，即使当汽油发动机的燃烧室内部(气油直接射入燃烧室)处于高压和高温，第二层70也不容易损坏。因此，金属垫圈58的密封性能可保持很长一段时间。

而且，如图8所示的，金属垫圈58的设定长度的最优范围较宽，这样金属垫圈58的长度容易设定。

图9示出了第二个实施例的金属垫圈80。金属垫圈80为空心环形，并且有一槽口84。槽口84沿金属垫圈80的内圆周边延伸，这样金属垫圈80具有C形截面。此时，金属垫圈80的上、下密封区62、64在截面内都呈互相反向的弧形。

图10示出了第三个实施例的金属垫圈84。金属垫圈84的形状与第一个实施例中的金属垫圈相似。只是金属垫圈84与金属垫圈58不同之处在于上密封区62和下密封区64之间的部分的截面是呈直线形的。

图11示出了第四个实施例中的金属垫圈86。金属垫圈86的截面呈朝下的U形，并且金属垫圈86的两端部分别形成为下密封区64。

在第二至第四实施例中的各个金属垫圈80、84、86的各个表面都覆盖有上述的涂层67，尽管图中未示出这些涂层结构。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的气缸盖装置，包括用来直接将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器，所述气缸盖装置包括：

具有用来容纳所述燃料喷射器、并与燃烧室连通的安装孔的气缸盖，所述安装孔具有环形台阶状表面用来将所述喷射器安装于其中；以及

通过将所述安装孔中的所述燃料喷射器压靠在台阶状表面上而密封所述燃料喷射器和所述安装孔的台阶状表面之间的间隙的密封装置，所述密封装置包括夹在所述燃料喷射器和台阶状表面之间的环形密封件，所述密封件具有沿所述安装孔的轴向可弹性变形的金属芯部、向所述燃料喷射器凸出的环形第一密封区和向该台阶状表面凸出的环形第二密封区，以及用来覆盖第一和第二密封区的弹性涂层；其特征在于，

所述密封装置还包括用来覆盖所述安装孔的台阶状表面的第二涂层。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述芯部的轮廓截面为截头锥形，并且内、外圆周边部分以互相相反的方向弯曲，并且分别形成第一和第二密封区。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述涂层包括在其最外部的橡胶层。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

芯部的整个表面覆盖有与所述涂层相同的涂层。

5.如权利要求1所述的气缸盖装置，其特征在于，

所述第二涂层由紫外线硬化式树脂制成。

6.如如权利要求1所述的气缸盖装置，其特征在于，

所述各弹性涂层都是双层结构的。

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