TWI825702B - 墊片 - Google Patents

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TWI825702B
TWI825702B TW111116984A TW111116984A TWI825702B TW I825702 B TWI825702 B TW I825702B TW 111116984 A TW111116984 A TW 111116984A TW 111116984 A TW111116984 A TW 111116984A TW I825702 B TWI825702 B TW I825702B
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西村圭右
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日商豐田自動織機股份有限公司
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    • F02F11/002Arrangements of sealings in combustion engines  involving cylinder heads
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
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Abstract

本發明之墊片由缸蓋(1)與缸體(2)夾著,且與缸體(2)均具有於孔軸方向延伸之燃燒室孔(30)者。墊片(3)具備第1板部(100)、第2板部(110)、中間板部(120)、及填隙片(130)。第1板部(100)與缸蓋(1)抵接,具有大致一定之板厚。第2板部(110)與缸體(2)抵接,具有大致一定之板厚。中間板部(120)被夾於第1板部(100)與第2板部(110)之間,具有大致一定之板厚。填隙片(130)被夾於第1板部(100)與中間板部(120)之間,且遍及燃燒室孔(30)之周緣(30e)之整周配置。填隙片(130)包含漸變部(131)。漸變部(131)隨著自燃燒室孔(30)之周緣(30e)遠離,上述孔軸方向之厚度變厚。

Description

墊片
本發明係關於一種墊片。
作為揭示墊片之先行文獻,有日本專利特開2001-295930號公報(專利文獻1)。專利文獻1所記載之墊片具備板、與填隙片。於板穿設有燃燒室孔。填隙片包圍燃燒室孔且固定於板之緣部。填隙片之剖面成為包圍燃燒室孔之內周側之壁厚較厚,外周側之壁厚變薄之錐形狀。藉由填隙片與板之緣部包圍燃燒室孔形成面壓局部變高之1次密封部。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-295930號公報
於隨著發動機之高輸出化而過度壓縮燃燒室孔內之氣體之情形時,缸蓋之與燃燒室孔相鄰之部分以於燃燒室孔側突出之方式熱膨脹。於設置有墊片之填隙片之燃燒室孔之周圍,藉由缸蓋之熱膨脹按壓墊片,缸蓋與 墊片之接觸面壓過量增加且於缸蓋形成壓痕之情形時,有無法維持缸蓋與墊片之密接性而使墊片之密封性降低之可能性。
本發明係為解決上述問題而完成者,其目的在於提供一種可抑制缸蓋與墊片之接觸面壓之過量增加所致之密封性之降低之墊片。
本發明之基於第1態樣之墊片被缸蓋與缸體夾著,且與缸體均具有於孔軸方向延伸之燃燒室孔者。墊片具備第1板部、第2板部、中間板部、及填隙片。第1板部與缸蓋抵接,具有大致一定之板厚。第2板部與缸體抵接,具有大致一定之板厚。中間板部被夾於第1板部與第2板部之間,具有大致一定之板厚。填隙片被夾於第1板部與中間板部之間,且橫跨燃燒室孔之周緣之整周配置。填隙片包含漸變部。漸變部隨著自燃燒室孔之周緣分離,上述孔軸方向之厚度變厚。
根據本發明,可抑制缸蓋與墊片之接觸面壓之過量增加所致之墊片之密封性之降低。
1:缸蓋
2:缸體
3:墊片
3A:墊片
9:墊片
20:燃燒室孔
30:燃燒室孔
30e:周緣
31:貫通孔
90:燃燒室孔
90e:周緣
100:第1板部
101:凸部
110:第2板部
111:凸部
120:中間板部
130:填隙片
130A:填隙片
130B:填隙片
130C:填隙片
131:漸變部
131A:漸變部
131B:漸變部
131C:漸變部
132:圓邊部
200:第1板部
201:凸部
202:漸變部
203:圓邊部
230:填隙片
900:第1板部
910:第2板部
920:中間板部
930:填隙片
Pi:壓痕產生面壓
SR1:第1密封區域
SR2:第2密封區域
t1:厚度
t2:厚度
圖1係顯示本發明之實施形態1之墊片之構成之俯視圖。
圖2係自II-II線箭頭方向觀察圖1之墊片之剖視圖。
圖3係顯示本發明之實施形態1之墊片具備之填隙片之構成之剖視 圖。
圖4係顯示於本發明之實施形態1之墊片中缸蓋熱膨脹之狀態之剖視圖。
圖5係顯示比較例之墊片之構成之剖視圖。
圖6係顯示本發明之實施形態1及比較例中墊片波及缸蓋之面壓相對於距燃燒室孔周緣之距離之變化的圖表。
圖7係顯示本發明之實施形態1及比較例之與距燃燒室孔周緣之距離相對之缸蓋之壓痕量的圖表。
圖8係顯示本發明之實施形態1之第1變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。
圖9係顯示本發明之實施形態1之第2變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。
圖10係顯示本發明之實施形態1之第3變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。
圖11係顯示本發明之實施形態2之墊片之構成之剖視圖。
以下,參照圖式對本發明之各實施形態之墊片進行說明。於以下之實施形態之說明中,對圖中之同一或相當部分附加同一符號,不重複其說明。另,於圖式中,將與燃燒室孔之孔軸方向正交,且複數個燃燒室孔並列之方向設為X軸方向,將與燃燒室孔之孔軸方向正交,且與複數個燃燒室孔並列之方向正交之方向設為Y軸方向,將燃燒室孔之孔軸方向設為Z軸方向。
(實施形態1)
圖1係顯示本發明之實施形態1之墊片之構成之俯視圖。圖2係自II-II線箭頭方向觀察圖1之墊片之剖視圖。另,於圖2中,為容易理解墊片之配置關係而圖示缸蓋及缸體。
如圖1及圖2所示,本發明之實施形態1之墊片3為構成車輛用發動機之構件。如圖2所示,墊片3被夾於缸蓋1與缸體2。
缸蓋1將墊片3夾於中間並固定於缸體2。缸蓋1藉由例如鋁構成。
於缸體2,設置有燃燒室孔20。燃燒室孔20於孔軸方向(Z軸方向)延伸。於缸體2,無圖示之4個燃燒室孔並列配置於X軸方向。缸體2藉由例如鋁或鑄鐵構成。
如圖1所示,墊片3與缸體2均具有於孔軸方向(Z軸方向)延伸之燃燒室孔30。於本實施形態中,於墊片3,4個燃燒室孔30並列配置於X軸方向。
於墊片3,設置有貫通孔31。為使貫通孔31插通螺栓而固定缸蓋1與缸體2、及使冷卻液流通而冷卻燃燒室孔30之周圍等任一者之目的,設置複數個貫通孔31。
如圖1及圖2所示,本發明之實施形態1之墊片3具備第1板部100、第2板部110、中間板部120、及填隙片130。
如圖2所示,第1板部100為設置於缸蓋1側之板狀構件。第1板部100藉由例如不鏽鋼構成。
第1板部100具有以包圍燃燒室孔30之周圍之方式於缸體2側突出之凸部101。凸部101設置於自燃燒室孔30之周緣30e離開之位置。
第1板部100與缸蓋1抵接。具體而言,第1板部100之凸部101以外之部分之缸蓋1側之面與缸蓋1抵接。
第1板部100於缸體2側中與中間板部120及填隙片130抵接。具體而言,於第1板部100中,凸部101之缸體2側之面與中間板部120抵接,燃燒室孔30之靠近周緣30e之部分之缸體2側之面與填隙片130抵接。
第1板部100具有大致一定之板厚。另,本實施形態之板厚相關之「大致一定」意味與稍後敘述之漸變部之板厚之變化比較包含微小之加工公差所致之板厚之不均一。
第2板部110為設置於缸體2側之板狀構件。第2板部110藉由例如不鏽鋼而構成。
第2板部110具有以包圍燃燒室孔30之周圍之方式於缸蓋1側突出之凸部111。凸部111設置於自燃燒室孔30之周緣30e離開之位置。
第2板部110與缸體2抵接。具體而言,第2板部110之凸部111以外之部分之缸體2側之面與缸體2抵接。
第2板部110於缸蓋1側中與中間板部120抵接。具體而言,凸部111之缸蓋1側之面與中間板部120抵接。
第2板部110具有大致一定之板厚。本實施形態之第2板部110具有與第1板部100大致相同之板厚。
中間板部120為夾於第1板部100與第2板部110之間之板狀構件。中間板部120藉由例如不鏽鋼構成。
中間板部120於與填隙片130抵接之部分中,於缸體2側位移。藉此,於燃燒室孔30之靠近周緣30e之部分中,Z軸方向之第1板部100與中間板部120之間之間隙相對於第2板部110與中間板部120之間之間隙變大。
中間板部120具有大致一定之厚度。本實施形態之中間板部120與第1板部100及第2板部110之各者比較具有較厚之板厚。
如圖1及圖2所示,填隙片130為具有圓環形狀之板狀構件。填隙片 130藉由例如不鏽鋼構成。填隙片130遍及燃燒室孔30之周緣30e之整周配置。
填隙片130被夾於第1板部100與中間板部120之間。藉此,可使填隙片130與缸蓋1之間介存第1板部100。藉由如此配置填隙片130而可提高墊片3與缸蓋1之接觸面壓,且抑制接觸面壓局部增加。假設於第2板部110與中間板部120之間夾著填隙片130之情形時,難以獲得提高墊片3與缸蓋1之接觸面壓之效果。
圖3係顯示本發明之實施形態1之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。如圖2及圖3所示,填隙片130包含隨著自燃燒室孔30之周緣30e遠離,孔軸方向(Z軸方向)之厚度變厚之漸變部131。具體而言,漸變部131於周緣30e側之端部具有厚度t1,於周緣30e之相反側之端部具有厚度t2。漸變部131之厚度隨著自周緣30e遠離,自厚度t1逐漸變厚至厚度t2。漸變部131與燃燒室孔30相鄰。
漸變部131遍及燃燒室孔30之周緣30e之整周設置。因填隙片130具有圓環形狀,故如稍後所述與於第1板部形成漸變部之情形比較,可藉由壓制加工等容易地於填隙片130形成漸變部131。
漸變部131之缸體2側之面為平坦狀。藉此,填隙片130與中間板部120面接觸。
自燃燒室孔30之周向觀察,漸變部131之缸蓋1側之面相對於漸變部131之缸體2側之面係直線傾斜。於缸蓋1之與燃燒室孔30相鄰之部分以未於墊片3側突出之方式熱膨脹之狀態下,於靠近周緣30e之部分中之第1板部100與填隙片130之間,於Z軸方向上空出間隙。
填隙片130進而包含圓邊部132。圓邊部132設置於填隙片130之周緣30e側之相反側之端。於本實施形態中,漸變部131及圓邊部132之各者之缸蓋1側之面平滑連續。於第1板部100與填隙片130抵接時,因藉由圓邊部132分散接觸面壓,故可抑制第1板部100與填隙片130之接觸面壓局部增加。其結果,可抑制圓邊部132周邊之墊片3與缸蓋1之接觸面壓局部增加。
另,自燃燒室孔30之周向觀察,本實施形態之填隙片130具有Z軸方向之板厚漸變之梯形形狀,但不限定於該構成。具體而言,自燃燒室孔30之周向觀察,填隙片130亦可包含板厚大致一定之部分與漸變部131。
如圖2所示,本實施形態之墊片3包含第1密封區域SR1、與第2密封區域SR2。
第1密封區域SR1為第1板部100、第2板部110、中間板部120及填隙片130積層於Z軸方向之區域。第1密封區域SR1與燃燒室孔30相鄰。
第2密封區域SR2為第1板部100、第2板部110及中間板部120於Z軸方 向積層之區域。自燃燒室孔30觀察,第2密封區域SR2位於第1密封區域SR1之外周。
於第1密封區域SR1中,藉由除第1板部100、第2板部110及中間板部120之各者以外又配置填隙片130,缸蓋1及缸體2之各者與墊片3之接觸面壓較第2密封區域SR2之該接觸面壓更為增加。
圖4係顯示於本發明之實施形態1之墊片中缸蓋熱膨脹之狀態之剖視圖。
缸蓋1藉由燃燒室孔30內之燃料氣體之燃燒成為高溫而熱膨脹。藉此,缸蓋1於與燃燒室孔30相鄰之部分中以於燃燒室孔30側突出之方式變形。即,如圖4所示,缸蓋1於圖4中之箭頭方向熱膨脹並變形。
隨著缸蓋1之熱膨脹之變形,第1板部100變形。具體而言,第1板部100之靠近周緣30e之部分向缸體2側變形。藉由第1板部100之變形,而消除靠近周緣30e之部分之第1板部100與填隙片130之間之間隙。如此,墊片3構成為可追隨缸蓋1之熱膨脹之變形而變形。
此處,對填隙片之板厚為大致一定之情形之比較例之墊片進行說明。另,於本比較例之墊片中,不對與本發明之實施形態1之墊片3同樣之構成重複說明。
圖5係顯示比較例之墊片之構成之剖視圖。如圖5所示,於比較例之墊片9,設置有燃燒室孔90。墊片9具備第1板部900、第2板部910、中間板部920、及填隙片930。填隙片930具有大致一定之板厚。
於因過度壓縮燃燒室孔90內之氣體,使缸蓋1熱膨脹並於燃燒室孔90側變形之情形時,缸蓋1與墊片9之燃燒室孔90之周緣90e之附近之接觸面壓局部增加。於該局部增加之接觸面壓超過閾值之情形時,於缸蓋1形成壓痕。
圖6係顯示本發明之實施形態1及比較例之墊片與缸蓋之接觸面壓相對於距燃燒室孔周緣之距離之變化的圖表。於圖6中,縱軸顯示墊片與缸蓋之接觸面壓(MPa),橫軸顯示距燃燒室孔周緣之距離(mm)。
圖7係顯示本發明之實施形態1及比較例之距燃燒室孔周緣之距離與形成於缸蓋之壓痕之深度之關係的圖表。於圖7中,縱軸顯示形成於缸蓋1之Z軸方向之壓痕之深度(μm),橫軸顯示距燃燒室孔周緣之距離(mm)。
如上所述,若缸蓋1與墊片之接觸面壓超過閾值,則於缸蓋1形成壓痕。如圖6所示,於缸蓋1形成壓痕之接觸面壓之閾值即壓痕產生面壓為Pi
於比較例之墊片9中,因填隙片930具有大致一定之板厚,故於第1密封區域SR1之全域及第2密封區域SR2之與第1密封區域SR1相鄰之部分, 缸蓋1與墊片9之接觸面壓超過壓痕產生面壓Pi
如圖7所示,於比較例之缸蓋1,因超過壓痕產生面壓Pi之接觸面壓,而於第1密封區域SR1之全域及第2密封區域SR2之與第1密封區域SR1相鄰之部分形成壓痕。壓痕係燃燒室孔90之周緣90e之附近最深,隨著自燃燒室孔90之周緣90e之附近分離而變淺。若於缸蓋1形成壓痕,則無法維持缸蓋1與墊片9之密接性而使墊片9之密封性降低。
另一方面,如圖2、圖4及圖6所示,於本實施形態之墊片3中,因填隙片130包含漸變部131,且墊片3構成為可追隨缸蓋1之熱膨脹之變形而變形,故可抑制缸蓋1與墊片3之燃燒室孔30之周緣30e之附近之接觸面壓局部增加。其結果,於第1密封區域SR1之全域及第2密封區域SR2之全域中,缸蓋1與墊片3之接觸面壓成為壓痕產生面壓Pi以下。
如圖7所示,藉由維持缸蓋1與墊片3之接觸面壓成為壓痕產生面壓Pi以下,而未於缸蓋1形成壓痕。其結果,可維持缸蓋1與墊片3之密接性,並維持墊片3之密封性。
於本發明之實施形態1之墊片3中,藉由填隙片130包含隨著自燃燒室孔30之周緣30e分離而變厚之漸變部131,而可抑制缸蓋1與墊片3之接觸面壓之過量增加。或,因可抑制於缸蓋1形成壓痕,故可維持墊片3之密封性。
於本發明之實施形態1之墊片3中,因漸變部131之缸蓋1側之面自燃燒室孔30之周向觀察係直線傾斜,藉此可將填隙片130設為簡易之構造,因而可廉價製造墊片3。
以下,對本發明之實施形態1之變化例之墊片進行說明。因以下之變化例之墊片之填隙片之構成與本發明之實施形態1之墊片3不同,故對於與本發明之實施形態1之墊片3同樣之構成不重複說明。
圖8係顯示本發明之實施形態1之第1變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。如圖8所示,於本發明之實施形態1之第1變化例之墊片具備之填隙片130A中,自燃燒室孔30之周向觀察,漸變部131A之缸蓋1側之面係曲線傾斜。具體而言,漸變部131A之缸蓋1側之面於缸蓋1側凸狀彎曲且傾斜。
圖9係顯示本發明之實施形態1之第2變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。如圖9所示,於本發明之實施形態1之第2變化例之墊片具備之填隙片130B中,漸變部131B之缸蓋1側之面於缸體2側凸狀彎曲且傾斜。
圖10係顯示本發明之實施形態1之第3變化例之墊片具備之填隙片之構成之剖視圖。如圖10所示,於本發明之實施形態1之第3變化例之墊片具備之填隙片130C中,漸變部131C之缸蓋1側之面以將於缸蓋1側凸狀彎曲之部分與於缸體2側凸狀彎曲之部分連接,且隨著自燃燒室孔之周緣分 離而變高之方式傾斜。
於本發明之實施形態1之第1~第3變化例之墊片中,藉由填隙片130A~130C之漸變部131A~131C具有缸蓋1與墊片之接觸面壓之與來自燃燒室孔周緣之分佈對應之形狀,而可進而抑制缸蓋1與墊片之接觸面壓之局部增加。
(實施形態2)
以下,對本發明之實施形態2之墊片進行說明。因本發明之實施形態2之墊片之第1板部及填隙片之構成與本發明之實施形態1之墊片3不同,故對於與本發明之實施形態1之墊片3同樣之構成不重複說明。
圖11係顯示本發明之實施形態2之墊片之構成之剖視圖。如圖11所示,本發明之實施形態2之墊片3A具備第1板部200、第2板部110、中間板部120、及填隙片230。
第1板部200包含以包圍燃燒室孔30之周圍之方式於缸體2側突出之凸部201。凸部201設置於與燃燒室孔30之周緣30e隔開之位置。
第1板部200包含隨著自燃燒室孔30之周緣30e遠離,孔軸方向(Z軸方向)之厚度變厚之漸變部202。
第1板部200與缸蓋1抵接。具體而言,第1板部200之凸部201及漸變 部202以外之部分之缸蓋1側之面與缸蓋1抵接。
漸變部202之缸體2側之面為平坦狀。藉此,漸變部202與填隙片230面接觸。
自燃燒室孔30之周向觀察,漸變部202之缸蓋1側之面相對於漸變部202之缸體2側之面係直線傾斜。於缸蓋1之與燃燒室孔30相鄰之部分以未於墊片3A側突出之方式熱膨脹之狀態下,於靠近周緣30e之部分中之缸蓋1與第1板部200之間,於Z軸方向上空出間隙。另,自燃燒室孔30之周向觀察,漸變部202之缸蓋1側之面亦可相對於漸變部202之缸體2側之面係曲線傾斜。
第1板部200進而包含圓邊部203。圓邊部203於第1板部200中相鄰設置於漸變部202之周緣30e側之相反側之端。
填隙片230為具有圓環形狀之板狀構件。具體而言,填隙片230具有大致一定之板厚,遍及燃燒室孔30之周緣30e之整周配置。
由於缸蓋1之熱膨脹之變形,而消除缸蓋1與第1板部200之漸變部202之間隙。本實施形態之墊片3A構成為可緩和缸蓋1之熱膨脹之變形之影響。其結果,於第1密封區域SR1之全域及第2密封區域SR2之全域中,缸蓋1與墊片3A之接觸面壓成為壓痕產生面壓Pi以下。藉由將缸蓋1與墊片3A之接觸面壓維持於壓痕產生面壓Pi以下,而未於缸蓋1形成壓痕。
於本發明之實施形態2之墊片3A中,藉由第1板部200包含隨著自燃燒室孔30之周緣30e分離而變厚之漸變部202,可抑制缸蓋1與墊片3A之接觸面壓之過量增加。或,因可抑制於缸蓋1形成壓痕,故可維持墊片3A之密封性。
另,此次揭示之上述實施形態之所有點為例示,並非成為限定解釋之根據者。因此,本揭示之技術性範圍並非僅藉由上述實施形態解釋者。又,包含與申請專利範圍均等之意味及範圍內之所有變更。於上述實施形態之說明中,亦可使可組合之構成相互組合。
1:缸蓋
2:缸體
3:墊片
20:燃燒室孔
30:燃燒室孔
30e:周緣
100:第1板部
101:凸部
110:第2板部
111:凸部
120:中間板部
130:填隙片
131:漸變部
132:圓邊部
SR1:第1密封區域
SR2:第2密封區域
t1:厚度
t2:厚度

Claims (4)

  1. 一種墊片,其係被缸蓋與缸體夾著,且與上述缸體均具有於孔軸方向延伸之燃燒室孔者,且具備:第1板部,其與上述缸蓋抵接,具有大致一定之板厚;第2板部,其與上述缸體抵接,具有大致一定之板厚;中間板部,其被夾於上述第1板部與上述第2板部之間,具有大致一定之板厚;及填隙片,其被夾於上述第1板部與上述中間板部之間,且遍及上述燃燒室孔之周緣之整周配置;且上述填隙片包含隨著自上述燃燒室孔之上述周緣遠離,上述孔軸方向之厚度變厚之漸變部;上述漸變部之缸體側之面為可與上述中間板部面接觸之平坦狀;自上述燃燒室孔之周向觀察時,上述漸變部之缸蓋側之面相對於上述漸變部之缸體側之面傾斜。
  2. 一種墊片,其係被缸蓋與缸體夾著,且與上述缸體均具有於孔軸方向延伸之燃燒室孔者,且具備:第1板部,其與上述缸蓋抵接;第2板部,其與上述缸體抵接,具有大致一定之板厚;中間板部,其被夾於上述第1板部與上述第2板部之間,具有大致一定之板厚;及填隙片,其被夾於上述第1板部與上述中間板部之間,且遍及上述燃 燒室孔之周緣之整周配置,具有大致一定之板厚;且上述第1板部包含隨著自上述燃燒室孔之上述周緣遠離,上述孔軸方向之厚度變厚之漸變部;上述漸變部之缸體側之面為可與上述填隙片面接觸之平坦狀;自上述燃燒室孔之周向觀察時,上述漸變部之缸蓋側之面相對於上述漸變部之缸體側之面傾斜。
  3. 如請求項1或2之墊片,其中自上述燃燒室孔之周向觀察,上述漸變部之上述缸蓋側之面係直線傾斜。
  4. 如請求項1或2之墊片,其中自上述燃燒室孔之周向觀察,上述漸變部之上述缸蓋側之面係曲線傾斜。
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