专利名称：气缸盖衬垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及气缸盖衬垫，更详细地说，涉及配备有夹持在气缸盖与具有气缸筒的气缸体之间的至少一个第一密封板的气缸盖衬垫。
背景技术：
过去，作为气缸盖衬垫，已知一种气缸盖衬垫，所述气缸盖衬垫配备有夹持在气缸盖与具有气缸筒的气缸体之间的至少一个第一密封板，在该第一密封板上设置有贯穿设置在上述气缸筒的位置的燃烧室孔和围绕该燃烧室孔的第一全凸缘(例如，参照专利文献 1)。另外，已知有在上述第一全凸缘的内侧设置围绕燃烧室孔的截面为二字形的第一阶梯差的气缸盖衬垫(专利文献幻；以及使另外的第二密封板层叠重合到上述第一密封板上，在该第二密封板上设置围绕燃烧室孔的截面为二字形的第二阶梯差，在该第二阶梯差内填充填充材料，并且使该第二阶梯差层叠重合到上述第一全凸缘上的气缸盖衬垫(专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-143 号公报专利文献2 日本特开2001-295933号公报专利文献3 日本特开2005-30557号公报
发明内容
发动机的气缸体由于发动机运转时的燃烧室内的爆发压力会稍稍弹性变形。特别是，在直列配置的多个气缸筒的周围形成水冷却套、使该水冷却套在气缸体的上表面开口的顶开式气缸体中，与不是顶开式的气缸体相比较，与上述水冷却套相比，气缸筒侧的弹性变形大。这种弹性变形在气缸体的邻接的筒之间相对地变大，在最差的情况下，存在着发生龟裂的危险性。另外，当将上述过去公知的气缸盖衬垫应用于气缸筒周围的弹性变形相对较大的发动机时，存在由于该弹性变形，在气缸盖衬垫与气缸体之间，或气缸盖衬垫与气缸盖之间，或者层叠重合的密封板之间产生摩擦，该部分的密封性降低的问题。本发明鉴于上述情况，提供一种气缸盖衬垫，尽可能地抑制上述气缸体的弹性变形，能够长时间地保持良好的密封性。S卩，权利要求1所述的发明是一种气缸盖衬垫，所述气缸盖衬垫配备有夹持在气缸盖与具有气缸筒的气缸体之间的至少一个第一密封板，在该第一密封板上设置有贯穿设置在上述气缸筒的位置的燃烧室孔、和围绕该燃烧室孔的第一全凸缘，其特征在于，在上述第一密封板上，在比上述第一全凸缘更靠外侧、围绕燃烧室孔的位置，形成截面为二字形的第一阶梯差，并且，在该第一阶梯差的凹部内填充有填充材料。根据上述结构，可以由气缸盖和气缸体夹持在比上述第一全凸缘更靠外侧处设置在围绕燃烧室孔的位置的第一阶梯差，经由该第一阶梯差牢固地连接气缸盖和气缸体。如利用后面的试验结果说明的那样，特别是由于通过在比第一全凸缘更靠外侧形成阶梯差，能够有效地抑制由发动机的爆发压力引起的气缸体的变形，所以，可以防止由这种变形引起的气缸体的龟裂，并且，可以抑制在气缸盖衬垫与气缸体之间或气缸盖衬垫与气缸盖之间产生摩擦。
图1是表示本发明的第一个实施例的平面图。图2是沿着图1的II-II线的放大的剖视图。图3(a)是表示试验气缸体3的弹性变形的抑制效果的试验结果的曲线。(b)是对应于图3(a)中采用的本发明的气缸盖衬垫的剖视图。(c)是对应于图3(a)中采用的现有技术例的气缸盖衬垫的剖视图。图4是表示测定油的消耗量的试验结果的曲线。图5是表示本发明的第二个实施例的剖视图。图6是表示本发明的第三个实施例的剖视图。图7是表示本发明的第四个实施例的剖视图。图8是表示本发明的第五个实施例的剖视图。图9是表示本发明的第六个实施例的剖视图。图10是表示本发明的第七个实施例的剖视图。图11是表示本发明的第八个实施例的剖视图。
具体实施例方式下面，就图中所示的实施例，对本发明进行说明，在图2中，本实施例的气缸盖衬垫1被夹持在气缸盖2与气缸体3之间，将它们之间密封起来。上述气缸体3，在图1所示的实施例中，配备有直列地配置在一条直线上的四个气缸筒4，在各个气缸筒4的周围以围绕它们的方式形成水冷却套5，该水冷却套5在气缸体 3的上表面开口。如图2所示，上述气缸盖衬垫1配备有配置在气缸盖2侧的金属制的第一密封板 11、配置在气缸体3侧的金属制的第二密封板12，在各个密封板11、12上分别形成与上述气缸体3的气缸筒4相对应地贯穿设置的四个燃烧室孔13。另外，如图1所示，在各个密封板11、12上分别贯透设置用于插入贯通图中未示出的紧固螺栓的多个螺栓孔15、和使窜漏气体流动的窜气孔16。进而，如图2所示，在上述第一密封板11与第二密封板12之间，设置使各个燃烧室孔13周围的表面压力增加的环状的金属制的垫板17，该垫板17配置在各个气缸筒4的每一个上。配置在上述各个气缸筒4的每一个上的环状的垫板17，在各个气缸筒4的中间位置相互成一体地连接，借此，提高组装的容易性。但是，垫板17也可以分别单独地制造。
在上述第一密封板11与第二密封板12上，在与环状的垫板17重合的范围内，分别形成全凸缘lla、12a，形成在与气缸盖2接触的上方的第一密封板11上的第一全凸缘 Ila向气缸盖2突出地形成。另一方面，形成在第二密封板12上的第二全凸缘12a向气缸体3突出地形成，从而，两个全凸缘lla、Ua层叠重合，向相互分离的方向突出。并且，各个全凸缘lla、12a分别呈环状包围各个燃烧室孔13。进而，在上述第一密封板11与第二密封板12上，在比各个全凸缘IlaUh更靠外侧，并且在比水冷却套5更靠内侧，分别形成截面为二字形的阶梯差llb、12b。这时，各个阶梯差lib、12b形成在与环状的垫板17重合的范围内。换句话说，垫板17从上述燃烧室孔13越过两个全凸缘lla、12a之间，进一步延伸到稍稍越过两个阶梯差llb、12b之间的位置。形成在上述第一密封板11上的第一阶梯差lib向气缸盖2突出地形成，另外，形成在第二密封板12上的第二阶梯差12b向气缸体3突出地形成。从而，上述两个阶梯差 lib、12b在重合的状态下向相互分离的方向突出。另外，如图1所示，形成在上述第一密封板11上的第一阶梯差11b，在接近于邻接的气缸筒4之间的位置处相互连接，共同地呈环状围绕四个燃烧室孔13，同样地，形成在第二密封板12上的第二阶梯差12b也共同地呈环状围绕四个燃烧室孔13。在上述各阶梯差llb、12b的凹部内，分别填充合成树脂等填充材料21，通过填充填充材料21，提高各个阶梯差llb、12b的刚性，防止由于负荷引起的过度的压曲变形或永久变形，提高各个阶梯差llb、12b的耐久性。这时，上述填充材料21可以按照将各个阶梯差llb、12b的凹部全部填满的方式填充，但是，更为优选地，对于各个阶梯差lib、12b的凹部的容积填充80 95%的程度。这样，通过在80 95%的程度的范围内填充填充材料21，在气缸盖衬垫1被装入发动机、各个阶梯差llb、12b被压溃时，能够很好地防止在该部分上表面压力过大超过预期值。进而，在本实施例中，在圆周方向上使上述各个阶梯差llb、12b的高度不同。艮口， 上述各个阶梯差llb、12b的高度在接近于相邻的气缸筒4、4之间的部分llb’、12b’处，设定得比其它部分高。如上所述，由于气缸体3的弹性变形在相邻的气缸筒4、4之间相对较大，所以，通过使该部分llb’、12b’的表面压力比其它部分的高，能够有效地抑制弹性变形。这样，考虑到气缸体3的各个位置的弹性变形量，可以使上述各个阶梯差llb、12b 的高度在弹性变形量大的位置设定得高，在弹性变形量小的位置设定得低，借此，通过将气缸体3的各个位置处的表面压力设定成适当的大小，可以抑制由于过剩的表面压力而形成压痕，同时有效地抑制气缸体3的弹性变形。另外，不言而喻，在弹性变形少的气缸体或者弹性变形在各个部分比较均勻的气缸体中，可以使各个阶梯差llb、12b的高度一定。进而，在上述第一密封板11及第二密封板12的各个表面上，涂布氟、丁腈系等的橡胶或者弹性体材料等涂敷材料18。上述涂敷材料18是为了分别提高与相匹配的材料的紧密贴附性、密封性而设置的，但是，进而，根据需要，为了确保滑动性或非粘结性，在上述涂敷材料18的表面上也可以施加石墨或石蜡等保护外涂层。并且，在本实施例中，各个阶梯差llb、12b的突出侧的表面省略上述涂敷材料18， 阶梯差lib的上表面直接与气缸盖2接触，阶梯差12b的下表面直接与气缸体3接触。借此，与在所述接触面上涂布涂敷材料18的情况相比，使摩擦系数增大，通过抑制各个阶梯差llb、12b与气缸盖2或者气缸体3之间的滑动，可以减小气缸体3的弹性变形。从同样的观点出发，在上述各个阶梯差llb、12b的各个突出侧的表面，也可以设置以聚酰亚胺系、聚酰胺-酰亚胺系、酚醛树脂或环氧树脂等为基础的摩擦系数高的涂敷材料19，更有效地抑制各个阶梯差llb、12b与气缸盖2或气缸体3之间的滑动。在上述结构中，在将气缸盖衬垫1夹持在气缸盖2与气缸体3之间时，该气缸盖2 与气缸体3在水冷却套5的内侧的位置经由上述阶梯差llb、12b被牢固地连接起来。借此，特别是，能够抑制位于比水冷却套5更靠内侧的气缸体3由于气缸筒4侧的爆发压力而向气缸筒4的半径方向外方弯曲。并且，如果能够有效地抑制气缸体3的局部变形，则可以抑制因此而产生的气缸体3和密封板12之间的摩擦或气缸盖2与密封板11之间的摩擦，能够防止由于该摩擦引起的密封性的降低。顺便提及，图3a表示，对于在配备有水冷却套5的气缸体3中，提高接近于燃烧室孔13的位置处的表面压力的情况、和提高在远离燃烧室孔13而接近于水冷却套5的内周缘的位置处的表面压力的情况，表示出对气缸体3的弹性变形的抑制效果进行试验的试验结果。在图3b、图3c中，揭示了在上述试验中使用的气缸盖衬垫的剖视图。各个气缸盖衬垫具有相同的结构，包括三个相互层叠的金属制密封板31、32、33和介于这些密封板之间的一个厚度调整板34。两个密封板31、32在厚度调整板34的气缸盖2侧层叠，并且，另外一个密封板33配置在比厚度调整板34更靠气缸体3侧。在各个密封板31 33上，在围绕各个燃烧室孔13相互重合的位置，形成全凸缘 31a 33a，最靠近气缸盖2侧的密封板31的全凸缘31a向气缸盖2突出，层叠在该密封板 31上而成为厚度调整板34侧的密封板32的全凸缘32a向厚度调整板34突出。进而，成为气缸体3侧的密封板33的全凸缘33a向厚度调整板34突出。在图北所示的情况下，对应于上述实施例中的阶梯差lib、12b的环状的垫片35 配置在离开燃烧室孔13而接近于水冷却套5的内周缘的位置处，可以利用该垫片35提高离开燃烧室孔13而接近于水冷却套5的内周缘的位置的表面压力。另一方面，在图3c所示的情况下，上述垫片35配置在接近于燃烧室孔13的位置， 可以提高该部分的表面压力。图3a表示测定气缸体3中的水冷却套5的内周缘部分的畸变的图示，图3a中用 ▲连接起来的线表示图北的结果，用·连接起来的线表示图3c的结果。如从上述结果理解的那样，与提高接近于燃烧室孔13的位置处的表面压力并对该部分进行约束相比，提高离开燃烧室孔13而接近于水冷套5的内周缘的部分的表面压力并对该部分进行约束，可以降低在上述水冷却套5的内周缘处的畸变。其理由被认为如下面所述。即认为由于当通过在接近于燃烧室孔13的位置配置垫片35来提高该部分的表面压力时，该部分向燃烧室孔13畸变(弹性变形)，因而，为了消除畸变，在离开燃烧室孔 13的方向上的反作用力作用到该部分上。由于发动机起动时的气缸筒4内的爆发压力在消除上述畸变的方向上作用，所以，在接近于上述燃烧室孔13的位置，爆发压力和用于消除畸变的反作用力在同一个方向上作用，结果，上述水冷却套5的内周缘处的畸变变大。另一方面认为当在远离燃烧室孔13而接近于的水冷却套5的内周缘的位置配置垫片35以提高该部分的表面压力时，接近于燃烧室孔13的部分向远离燃烧室孔13的方向畸变，在该部分，为了消除畸变，在该部分作用朝向燃烧室孔13的方向的反作用力。在这种情况下，由于发动机起动时的气缸筒4内的爆发压力在与消除上述畸变的方向的反作用力相反的方向上作用，所以，爆发压力的影响被消除该畸变的方向的作用力减弱，在上述水冷却套5的内周缘处的畸变变小。如从上述试验结果理解的那样，与上述实施例中的各个阶梯差llb、12b比各个全凸缘IlaUh更靠内侧地形成在燃烧室孔13附近相比，如上述实施例中所示的那样，在比各个全凸缘IlaUh更靠外侧、在接近于水冷却套5的内周缘的位置形成各个阶梯差lib、 12b可以获得优异的弹性变形的抑制效果。另外，图4表示将作为具有上述图2所示的结构的本发明制品的气缸盖衬垫1、和作为从该气缸盖衬垫1中省略阶梯差llb、12b而平坦地形成该部分的比较制品的气缸盖衬垫分别装入到同样的发动机中，测定各自的油消耗量的结果。在图4中，用▲连接起来的线表示采用本发明制品的气缸盖衬垫的结果，用■连接起来的线表示采用比较制品的气缸盖衬垫的结果。如可以从图4的试验结果理解的那样，具有阶梯差llb、12b的本发明制品，相对于不具有阶梯差llb、12b的比较制品，油消耗量降低。S卩，在比较制品中，当由于发动机的爆发压力使气缸体局部变形、气缸筒的正圆度降低时，在活塞环的与气缸筒内表面滑动时的表面压力中产生强弱，在表面压力低的部位， 刮掉气缸筒表面的油的能力降低，所以，成为使油消耗量增大的原因。与此相对，在本发明制品中，由于借助阶梯差llb、12b有效地抑制了气缸体局部变形，所以，可以抑制在活塞环的表面压力中产生强弱，借此，能够防止由活塞环刮掉油的能力降低以便降低油消耗量。图5表示本发明的第二个实施例，在本实施例中，在与上述第一个实施例相同结构的气缸盖衬垫1中，在比上述各个阶梯差llb、12b更靠外侧的位置，通过点焊将上述密封板11、12和垫板17相互连接成一体。这样，由于如果实施点焊，则可以将上述板11、12、17连接成一体，所以，能够可靠地防止它们之间的摩擦。另外，代替上述点焊，也可以利用聚酰亚胺系、无机质系等具有耐热性的粘结剂将各个板11、12、17连接成一体。图6表示本发明的第三个实施例，在本实施例中，省略上述第一个实施例的垫板 17,以谋求简单化。其它结构与第一个实施例同样地构成，对于相同或者相当的部分，赋予相同的标号。图7表示本发明的第四个实施例，在本实施例中，从上述第三个实施例中省略一个密封板12，进一步简化结构。另外，所省略的密封板也可以是另一个密封板11。在上述第三个实施例和第四个实施例中，由于可以将气缸盖2和气缸体3在水冷却套5的内侧的位置经由阶梯差牢固地连接起来，所以，能够抑制气缸体3的弹性变形。图8表示本发明的第五个实施例，在第一个实施例中，各个阶梯差llb、12b以共同围绕四个燃烧室孔13的方式形成环状，但是，在本实施例中，考虑到弹性变形变大的位置， 部分地形成阶梯差llb、12b。在本实施例中，如上所述，由于气缸体3的弹性变形在相邻的气缸筒4、4之间相对地变大，所以，为了对其进行抑制，在接近于该相邻的气缸筒4、4的多个部位处形成阶梯差 llb、12b，进而，在成为呈直列地配置在一条直线上的四个气缸筒4的直列方向两侧的外侧位置，也形成阶梯差llb”、12b”。其它结构与第一个实施例同样地构成，对于相同或者相当的部分，赋予相同的标号。在这种结构中，也可以很好地抑制气缸体3的弹性变形。另外，不言而喻，在第二至第四个实施例中，也可以如第五个实施例那样，部分地形成阶梯差lib、12b。图9表示本发明的第六个实施例，在本实施例中，在上述阶梯差llb、12b的与气缸盖2接触的接触面的拐角部、和与气缸体3接触的接触面的拐角部，形成圆弧部R。在本实施例中，只在上述接触面的拐角部形成圆弧部R，平坦地形成其它的接触面，但是，并不局限于此。S卩，图10表示本发明的第七个实施例，在本实施例中，以在上述接触面中的燃烧室孔14的径向方向的中央部分稍稍突出的方式，以截面为椭圆形状形成接触面，上述接触面的拐角部顺着该椭圆形状连续地形成圆弧部R。上述椭圆形状部分的中央部的高度H优选为10 50 μ m左右。另外，图11表示本发明的第八个实施例，本实施例中，在上述接触面的拐角部形成截面为椭圆形状的圆弧部R，并且，平坦地形成两个圆弧部R之间的接触面。在上述接触面的拐角部不形成圆弧部R的情况下，存在着该拐角部被牢固地紧贴到气缸盖2和气缸体3上、在气缸盖2和气缸体3上形成沿着拐角部的压痕的危险性，但是， 通过在拐角部形成如上所述的圆弧部R，可以降低这种危险性。另外，图9至图11所示的圆弧部R可以应用于上述第一个实施例至第五个实施例的全部的阶梯差的拐角部，但是，根据气缸盖2或气缸体3的材质，也只应用于与气缸盖2 和气缸体3中的一个接触的阶梯差。符号说明1气缸盖衬垫2气缸盖3气缸体4气缸筒5水冷却套11、12 密封板11a、1 全凸缘
llb、Ub阶梯差
13燃烧室孔
17垫板
21填充材料
R圆弧部
权利要求
1.一种气缸盖衬垫，配备有夹持在气缸盖和具有气缸筒的气缸体之间的至少一个第一密封板，在该第一密封板上设置有在上述气缸筒的位置贯穿设置的燃烧室孔和围绕该燃烧室孔的第一全凸缘，其特征在于，在上述第一密封板上，在比上述第一全凸缘更靠夕卜侧、在围绕燃烧室孔的位置，形成截面为二字形的第一阶梯差，并且，在该第一阶梯差的凹部内填充填充材料。
2.如权利要求1所述的气缸盖衬垫，其特征在于，在上述第一密封板上层叠重合有第二密封板，在该第二密封板上设置有在上述气缸筒的位置贯穿设置的燃烧室孔；围绕该燃烧室孔的第二全凸缘；以及在比该第二全凸缘更靠外侧、在围绕燃烧室孔的位置形成的截面为二字形的第二阶梯差，在该第二阶梯差的凹部内填充填充材料，进而，上述第一全凸缘和第二全凸缘、第一阶梯差和第二阶梯差分别相互层叠重合，向相互分离的方向突出。
3.如权利要求2所述的气缸盖衬垫，其特征在于，在上述第一密封板与第二密封板之间，夹装使燃烧室孔的周围的表面压力增加的垫板，该垫板从上述燃烧室孔延伸至越过上述第一全凸缘与第二全凸缘之间、以及第一阶梯差与第二阶梯差之间的位置。
4.如权利要求3所述的气缸盖衬垫，其特征在于，上述第一密封板、第二密封板及垫板，在越过上述第一阶梯差与第二阶梯差之间的位置，相互连接成一体。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，上述阶梯差围绕气缸筒形成环状。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，上述阶梯差部分地形成在围绕气缸筒的所需要的位置。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，上述阶梯差的高度在相邻的气缸筒之间的附近形成得高，在其它位置形成得低。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，上述填充材料填充上述凹部的容积的80 95%。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，在上述阶梯差的突出侧的表面设置以聚酰亚胺系、聚酰胺-酰亚胺系、酚醛树脂或环氧树脂等为基材的摩擦系数高的涂敷材料。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，在上述密封板的表面涂布氟、丁腈系等的橡胶或者弹性体材料等涂敷材料，并且，在形成上述阶梯差的部分处省略该涂敷材料。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的气缸盖衬垫，其特征在于，在上述阶梯差的与气缸盖接触的接触面的拐角部和与气缸体接触的接触面的拐角部中的至少一方的拐角部形成圆弧部。
全文摘要
气缸盖衬垫(1)配备有被夹持在气缸盖(2)与具有气缸筒(4)的气缸体(3)之间的至少一个第一密封板(11)，所述第一密封板(11)包括在上述气缸筒(4)的位置贯穿设置的燃烧室孔(13)和围绕该燃烧室孔的第一全凸缘(11a)。在上述第一密封板(11)上，在比上述第一全凸缘(11a)更靠外侧，在围绕燃烧室孔的位置，形成截面为コ字形的第一阶梯差(11b)，并且，在该第一阶梯差的凹部内填充填充材料(21)。由于能够经由上述阶梯差(11b)将气缸盖和气缸体牢固地连接起来，所以，可以抑制由发动机的爆发压力引起的气缸体的变形，借此，可以防止密封性的降低。
文档编号F16J15/08GK102159858SQ20098013607
公开日2011年8月17日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年9月18日
发明者吉岛一也, 增田义彦, 武田安麿, 藤木亮介 申请人:丰田自动车株式会社, 日本密封垫株式会社