专利名称：垫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垫片(衬垫)，例如置于内燃机的气缸体和气缸盖之间以防止燃烧后气体泄漏的气缸盖垫片。
背景技术：
气缸盖垫片典型地用于内燃机的气缸体和气缸盖之间以防止燃烧后气体(废气)、冷却液和油的泄漏。不同形式的这种垫片已经被应用。例如，日本待审专利公开No.9-126322公开了这样一种垫片。在此公开中公开的垫片包括一个有注水孔和注油孔的垫片主体(板)和在每一个与一个注水孔和注油孔对应的位置上都具备的金属圈。更进一步地，在每一个与气缸盖和气缸体接触的圈的表面和每一个与垫片主体接触的圈的表面上都形成一个由橡胶或树脂制成的涂层。涂层防止金属部件(气缸盖与圈，气缸体与圈，及圈与垫片主体)直接地相互接触。
除了以上所述的公开，涉及本发明的现有技术文献包括日本待审专利公开No.2003-322256和No.2003-56710。
典型的气缸盖垫片用于恶劣的环境中，承受当气缸盖螺栓被拧紧时来自气缸盖和气缸体的很大的压缩载荷或当发动机运行时产生的燃烧后气体的热。另外，如果有涂层的圈是由与气缸盖和气缸体具有不同热膨胀系数的金属制成，则圈的热膨胀量就与气缸盖和气缸体的不同。压缩载荷、燃烧后气体的热和热膨胀量的不同可能引起涂层脱离该圈。如果涂层脱离，金属部件就会直接地相互接触。当不同类型的金属相互接触时，由于取决于外部环境的接触部位处的电势差而可能发生电化学腐蚀(电解腐蚀)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能在长时期内防止内燃机中的金属部件直接相互接触的垫片。
为实现以上述目的，本发明提供一种用于防止内燃机的高温流体的泄漏的垫片。该垫片被置于发动机的一对相邻的部件之间。该垫片包括由电绝缘材料制成的垫片板。该垫片板有一孔。环形密封件由具有比垫片板的耐热性高的材料制成。该环形密封件覆盖限定该孔的垫片板的部分。
本发明的其它方面和优点将在以下结合附图通过示例说明本发明原理的说明中更清晰。
本发明，与它的目的和优点一起，结合附图通过以下当前优选实施例的说明可以得到最好的理解，其中图1是示出一个根据本发明的一个实施例的气缸盖垫片的局部平面视图；图2是沿着图1中的线2-2的横截面视图；图3是沿着图1中的线3-3的横截面视图；和图4是示出图1中的一个圈的局部透视图。
具体实施例方式
下面将说明本发明的一个优选实施例。
如图2所示，一内燃机包括一个气缸体11和一个气缸盖12作为它的部件。气缸体11和气缸盖12是由具有相对小的比重的金属例如铝合金制成的。在气缸体11中形成有缸膛(气缸孔，cylinderbore)13。每一个缸膛13容纳一个活塞(未示出)使得活塞可以往复运动。在每一个缸膛13中，活塞以上的空间形成一个燃烧室(未示出)。在每一个燃烧室中，燃料和空气的混合物被燃烧，其产生高温流体即燃烧后气体。燃烧后气体的热和燃烧压力被传递给气缸体11和气缸盖12，且在气缸体11和气缸盖12之间作用。
一个气缸盖垫片14被置于气缸体11和气缸盖12之间。此垫片14以一个预定的表面压力(密封表面压力)与气缸体11和气缸盖12的密封部分接触，从而防止燃烧后气体从气缸体11和气缸盖12之间向外部泄漏。在该实施例中，密封部分包括一个在气缸体11的上表面上的每一个缸膛13周围的区域和一个在气缸盖12的下表面上的每一个缸膛13周围的区域。
一个占垫片14的绝大部分的垫片板15由一单个的板件形成的。整个板件由具有很大电阻的电绝缘材料制成。例如合成树脂是适于板件的材料。尤其，具有耐热性的碳氟化合物树脂(例如，聚四氟乙烯)是优选的。在垫片板15的表面没有形成如日本待审专利公开No.9-126322中所公开的由橡胶和合成树脂制成的涂层。在图2中，在气缸盖12与垫片板15之间和垫片板15与气缸体11之间看起来将分别地产生一个空间。然而，在实际中，垫片板15与气缸盖12和气缸体11都接触。
在垫片板15中与缸膛13对应的位置上形成平圆孔16。一个环形密封件，即圈17，与每一个孔16接合。每一个圈17由具有比垫片板15的耐热性高的材料制成。例如，金属是适于用做圈17的材料。在这个实施例中，不锈钢被用于圈17。
每一个圈17是环形的且有一对上、下保持部18、19和一个使保持部18和19互相连接连接的圆筒形连接部20。保持部18、19在对应于气缸体11的一侧和对应于气缸盖12的一侧保持垫片板15。每一个圈17覆盖一个孔16的壁和孔周围的区域。即，圈17覆盖限定孔16的垫片板15的部分。每一个圈17的保持部18、19和连接部20是通过使一单个的板件弯曲形成的。换句话说，每一个圈17是与对应的孔16用型模使之成型的。
如图2和4所示，每一个圈17有一个变形限制部21。该变形限制部21沿着垫片板15的厚度(如图2中所示的垂直方向)限制保持部18和19中至少一个的变形。该变形限制部21优选地分布在沿着每一个圈17的圆周方向的多个位置上。在本例中，该变形限制部21优选地以一个固定的角度间隔分布。每一个变形限制部21有一个基本上等于垫片板15的厚度t1的垂直长度。每一个变形限制部21被置于圈17的保持部18、19之间，且沿着垫片板15的厚度延伸。即，在每一个圈17的保持部18(如图2所示的上部)中形成切口。由其中一个切口包围的保持部18的每一个切片被基本上垂直地向着保持部19(如图2所示的下部)弯曲。该弯曲部分用作为变形限制部21。每一个变形限制部21的远端(如图2所示的下端)接触或接近保持部19的上表面。通过形成变形限制部21，矩形通孔22在保持部18的多个位置处(如图1)是开口的。
该实施例的垫片14有一个对应于如图1和3所示的其中一个气缸的传感器23。该传感器23检测相应的气缸的燃烧状态。例如，传感器23检测燃烧后气体的组成和燃烧后气体中的离子，特别地，在圈17的连接部20中形成一个安装孔24(见图3)。传感器23有一个占传感器23的大部分且被置于保持部18、19之间的传感器主体25。传感器主体25的一部分延伸穿过安装孔24且被置于对应的燃烧室的内部。一个引导孔26预先在垫片板15内形成。引导孔26的一个末端(如图3中所示的左末端)在对应孔16的壁上是敞开的。引导孔26的另一个末端(如图1所示的右末端)在垫片板15的外部壁上是开口的。一个从传感器主体25处延伸出的导线27通过引导孔26被引出至垫片板15的外部。引导孔26可以在垫片板15成型时形成。替代地，引导孔26也可以在垫片板15被成型后形成。
当使用如以上所述的垫片14时，垫片14被放置在气缸体11上同时调整圈17的位置以使每一个圈17被置于相应缸膛13的周围。然后，气缸盖12被放置在垫片14上。在这个状态下，每一个圈17的下表面直接地接触，例如，气缸套11A的上表面，及圈17的上表面直接地接触气缸盖12的下表面。因此，从气缸盖12的上面，气缸盖螺栓(未示出)被插入气缸盖12和垫片14且被拧入气缸体11中的螺纹孔中。图1表示缸盖螺栓所插入的孔28。
拧紧缸盖螺栓导致圈17承受来自气缸体11和气缸盖12的垂直压缩载荷。然后，压缩载荷使作用于气缸体11和气缸盖12的垫片14的密封表面压力增加。每一个圈17的保持部18、19的外表面之间的距离(每一个圈17的厚度t2)比垫片板15的厚度t1大。因此，密封表面压力在圈17上是特别高的。
即使由于缸盖螺栓的拧紧而产生的压缩载荷被施加在圈17上，变形限制部21也使保持部18和19之间的距离保持在一个对应于垫片板15的厚度t1的固定值。除非特别大以致使变形限制部21变形的载荷被施加在圈17上，保持部18和19相对于垫片板15的厚度就不会变形以致保持部18和19之间的空间变窄。即，不会发生圈17的永久性的下陷。
当内燃机运行时，空气和燃料的混合物在燃烧室中燃烧。由于燃烧产生的燃烧后气体的热被传递到气缸体11、气缸盖12和垫片14处。在垫片14中，燃烧后气体直接地接触圈17。由于圈17由具有高耐热性材料(不锈钢)制成，故圈17是很难被热变形或退化的。圈17和密封表面压力增加的垫片板15防止燃烧后气体从气缸体11和气缸盖12之间泄漏。
由于垫片板15由合成树脂制成，故垫片板15的耐热性不是很高。然而，圈17与孔16接合，这样垫片板15的每一个孔16的壁表面和周围区域(限定孔16的垫片板15的部分)是被相应的圈17的保持部18、19和连接部20所覆盖的。因此，垫片板15由圈17保护而不直接接触燃烧后气体。燃烧后气体的热通过圈17被传递至垫片板15。与燃烧后气体直接接触该板的情况相比，该垫片板15受热影响更小。
燃烧后气体的热可能是圈17永久下陷(settling)的一个因素。然而，如上所述，变形限制部21使保持部18和19之间的距离维持在一个与垫片板15的厚度t1相对应的固定值。因此，即使在由于拧紧而产生的压缩载荷被施加在圈17上的状态下，由于燃烧后气体的热产生的保持部18、19的永久下陷也是被抑制的。
在根据本实施例的内燃机中，垫片14被放置在气缸体11和气缸盖12之间。气缸体11的上表面接触垫片14的下表面，而气缸盖12的下表面接触垫片14的上表面。占垫片14的大部分的垫片板15是由一种电绝缘的合成树脂制成的。气缸体11和气缸盖12是由例如铝合金的金属制成的。因此，气缸体11、垫片14和气缸盖12的金属部分互相不接触。即，没有发生金属-金属的接触。
当不同类型的金属相互接触时，由于在接触部位取决于外部环境的电势差，可能发生电化学腐蚀(电解腐蚀)。然而，在该实施例中，由于气缸体11和气缸盖12接触由电绝缘材料或合成树脂制成的垫片板15，使得这种电解腐蚀被抑制。
由于圈17是由金属(不锈钢)制成的，故金属-金属的接触发生在气缸体11和气缸盖12的与圈17对应的部位处。然而，圈17与被置于远离可能是腐蚀因素的液体(例如冷却液)的通道的孔16接合。因此，气缸体11和气缸盖12的电解腐蚀很难导致严重的问题。
以上所述的实施例具有以下优点。
(1)占垫片14的大部分的垫片板15由合成树脂制成。因此，当垫片14被安装在内燃机中时，由金属制成的气缸体11和气缸盖12接触电绝缘的垫片板15。由于在对应于垫片板15的部位处没有金属-金属的接触，故在其他情况下可能产生的电解腐蚀被抑制。这增加了可以被用于气缸体11和气缸盖12的金属类型的数量。在这些金属类型中，相对容易受到电解腐蚀的镁及其合金被包括在内。
由于垫片板15由合成树脂制成且是电绝缘的，在垫片板15的表面上不需要形成橡胶或树脂的涂层以使垫片板15电绝缘。因此，不像在背技术景中所述的现有技术(日本待审专利公开No.9-126322)，该技术方案中没有涂层从垫片板上脱离和垫片板的电绝缘性能降低的可能。相反地，在本实施例中金属-金属接触可在一个延长的时期内被避免。
(2)在垫片板15中，孔16在对应于缸膛13的位置上形成。每一个都包括保持部18、19和连接部20的圈17与孔16接合。每一个圈17的保持部18、19的外侧表面之间的距离(每一个圈17的厚度t2)比垫片板15的厚度t1大。圈17以一个比施加在气缸体11和气缸盖12上的垫片板15的表面密封压力大的密封表面压力接触气缸体11和气缸盖12。因此，主要通过圈17防止燃烧后气体从气缸体11和气缸盖2之间向外部泄漏。
(3)圈17由具有比垫片板15的耐热性高的材料(金属例如不锈钢)制成。尽管燃烧后气体的热是直接被传递至圈17，但是该热也几乎不导致任何问题。即，该热几乎不使具有较高耐热性的圈17产生变形或退化。
(4)每一个圈17包括一对从两侧保持垫片板15的环形的保持部18、19，和被置于与孔16对应的、使保持部18、19相互连接的连接部20。因此，每一个孔16的壁表面和其周围区域都被相应的圈17覆盖，这可保护垫片板15与高温燃烧后气体隔离，换句话说，使垫片板15尤其是孔16的周围区域避免受到热的影响。
(5)每一个圈17的保持部18、19和连接部20是通过弯曲一单个的板件形成的。因此，与每一个圈17是由分别预制成的保持部18、19和连接部20所组装成的情况相比，本实施例减少了零件的数量。
(6)在没有保持每一个圈17的保持部18、19之间的距离的结构的情况下，如果由于缸盖螺栓的拧紧产生的压缩载荷和燃烧后气体的热导致垫片板15的永久下陷，则可能发生圈17的永久的下陷，从而降低垫片板15的厚度。
相反地，本发明的每一个圈17具有沿着垫片板15的厚度在保持部18、19之间延伸的变形限制部21。每一个变形限制部21的长度基本上与垫片板15的厚度t1相同。因此，当一个很大的压缩载荷被气缸体11和气缸盖12施加在圈17上时或者当燃烧后气体的热被传递至圈17时，变形限制部21保持在保持部18、19的内表面之间的距离(基本上与垫片板15的厚度t1相同)。即，保持部18、19沿着垫片板15的厚度的变形被限制。换句话说，可防止保持部18、19的永久下陷。因此，垫片14的密封性能没有由于永久下陷而降低。
(7)切口在每一个圈17的保持部18中形成，且保持部18的对应的部分被向着另一个保持部19弯曲，从而形成变形限制部21。即保持部18的一部分用作为变形限制部21。与变形限制部是与圈17分别地制备的情况相比，这种设计减少了零件的数量。
(8)如果垫片板15是通过使多个薄板层压形成的，导线27穿过其中的引导孔26就不能在垫片板15内容易地形成。
在这方面，本实施例的垫片板15是由一单个的合成树脂板件形成的，且用于使导线27通过垫片板15的引导孔26也被形成。该引导孔26可相对容易地形成。尤其是，引导孔26可以在垫片板15成型时形成。替代地，引导孔26也可以在垫片板15成型后钻出。
(9)在垫片板15由金属材料制成和传感器23的导线27穿过在金属垫片板15中形成的引导孔26的情况下，当导线27的绝缘层因某些原因脱落时，导线27可能接触金属垫片板15且形成短路。在这个方面，由于本实施例的垫片板15是由电绝缘的合成树脂制成的，即使导线27的绝缘涂层的脱落发生，短路也不会发生。
本发明可以以下形式实施。
被施加于气缸体11和气缸盖12的垫片14的密封表面压力优选地是平均地作用在圈17的任何圆周位置上的。然而，在实际中，由于气缸体11和气缸盖12的结构，垫片14的密封表面压力很难达到一致。另一方面，每一个圈17的密封表面压力根据变形限制部21的高度而变化。圈17的密封表面压力的这种变化可以由变形限制部21的高度变化所吸收。即，被置于一个低密封表面压力部位的变形限制部21的高度可以被制成比被置于高密封表面压力部位的变形限制部21的高度较高。通过设置变形限制部21的高度以适应密封表面压力的变化，每一个圈17的密封表面压力在任何圆周位置处将相同或基本相同。
垫片板15需要由电绝缘材料制成。只要这种需求被满足，除了合成树脂的任何材料都可以使用。
环形的密封件(圈17)需要由耐热性比垫片板15高的材料制成。只要能满足此需要，除了金属(不锈钢)的任何材料都可以使用。
本发明可以应用于没有安装传感器23的垫片。
变形限制部21可以与圈17分别地制成。
在图解的实施例中圈17用型模成型到孔16上。然而，该环形密封件可以以不同的方式与孔16结合。
本发明可以被应用于除了气缸盖垫片14的任何垫片。例如，当在内燃机中联合使用气缸盖12和排气歧管的情况下，本发明可以被应用于在该气缸盖12和排气歧管之间的排气歧管垫片。本发明可以被应用于防止除了燃烧后气体的高温流体的泄漏的垫片。
本示例和实施例被认为是示例性的和非限制性的，且本发明不被限制于在此所给出的说明，但可以在所附权利要求的范围和等效范围内修改。
权利要求
1.一种用于防止内燃机的高温流体泄漏的垫片，该垫片被置于所述内燃机的相邻的一对部件之间，该垫片的特征在于，包括由电绝缘材料制成的垫片板，该垫片板有一孔；和由耐热性高于所述垫片板的材料制成的环形密封件，其中该环形密封件覆盖所述垫片板的限定所述孔的部分。
2.根据权利要求1的垫片，其特征在于，所述流体是所述内燃机运行时产生的燃烧后气体。
3.根据权利要求1的垫片，其特征在于，所述一对部件是气缸体和气缸盖，所述气缸体有缸膛，其中所述孔被形成为与该缸膛相对应。
4.根据权利要求1的垫片，其特征在于，所述电绝缘材料是合成树脂。
5.根据权利要求1至4中的任一项的垫片，其特征在于，所述环形密封件包括一对将所述垫片板保持在其间的保持部；和使所述保持部在所述孔内相互连接的连接部。
6.根据权利要求5的垫片，其特征在于，所述环形密封件是由板件弯曲而成。
7.根据权利要求5的垫片，其特征在于，包括限制所述环形密封件沿着所述垫片板的厚度变形的变形限制部。
8.根据权利要求7的垫片，其特征在于，所述变形限制部沿着所述垫片板的厚度在所述保持部之间延伸。
9.根据权利要求8的垫片，其特征在于，所述变形限制部有一个基本上等于所述垫片板的厚度的长度。
10.根据权利要求7的垫片，其特征在于，所述变形限制部是通过将其中一个保持部的一部分向着另一个保持部弯曲而形成的。
11.根据权利要求1至4中的任一项的垫片，其特征在于，所述内燃机有一气缸，且所述垫片板是由一单个的板件形成的，所述垫片还包括用于检测所述气缸内的状态的传感器，所述垫片板有引导孔，其中从所述传感器延伸的一导线穿过该引导孔。
12.根据权利要求1至4中的任一项的垫片，其特征在于，所述高耐热性材料是不锈钢。
全文摘要
一种用于防止内燃机的高温流体泄漏的垫片被置于内燃机的一对相邻的部件之间。该垫片包括一个由电绝缘材料制成的垫片板。该垫片板有一个孔。一个环形密封件是由具有比垫片板高的耐热性的材料制成的。该环形密封件覆盖限定该孔的垫片板的一部分。因此，该垫片能够在一个延长的时期内防止内燃机中的金属部件直接地互相接触。
文档编号F16J15/12GK1918412SQ20058000422
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年3月26日
发明者安木哲 申请人:丰田自动车株式会社