无涂层汽缸头垫片的制作方法
【专利说明】无涂层汽缸头垫片
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求提交于2013年9月10日的美国临时专利申请序列号61/876,068?及提 交于2014年9月10日的美国实用专利申请序列号14/482,230的优先权，其全部内容通过引 用并入本申请。
【背景技术】
[0003] 1.技术领域
[0004] 本发明通常设及用于在两组件之间提供密封的垫片，且更特别地设及多层垫片， 例如汽缸头垫片。
[0005] 2.相关技术
[0006] 汽缸头垫片，特别是多层垫片，通常用于汽车发动机中。所述垫片在发动机的配合 组件之间形成密封，特别是围绕具有燃烧室开口的汽缸孔，W便防止燃烧气体和发动机流 体泄露。汽缸头垫片通常围绕汽缸孔周向延伸，并设置于发动机缸体和汽缸头之间。
[0007] 运种汽缸头垫片通常由多层金属材料形成，例如不诱钢，且通常具有围绕燃烧室 开口或另一个开口或边缘的环状间隔开的一个或多个密封焊珠，W促进发动机缸体和汽缸 头之间的紧密密封。多层垫片还可具有一限位器，用于控制压缩或调节焊珠上的负载。金属 层通常涂覆有涂层材料，有助于将金属层密封在一起W及防止流体或气体在发动机缸体和 汽缸头之间泄露。如果没有涂层材料，密封运些层就需要更高的负载。涂层材料还填补了运 些层表面上的瑕疵。
[000引但是，已经发现，运种涂层材料会由于压缩、恢复和涂层材料的磨损而造成汽缸头 和发动机缸体之间的不稳定。随着时间的流逝，不如金属层坚硬或者说耐用的涂层材料会 变软。涂层材料还会在高压下挤出而造成不对中。
【发明内容】
[0009] 本发明提供了一种有涂层的多层垫片，其具有改进的性能，包括增加了稳定性W 及在两组间之间更加稳固的连接，同时又避免了传统的有涂层多层垫片存在的问题。所述 多层垫片包括第一功能层，所述第一功能层在围绕燃烧室开口的第一内边缘和第一外边缘 之间延伸。第一内边缘和第一外边缘之间具有一长度。第一功能层还具有第一外表面和背 向的第一内表面，且包括在第一内边缘和第一外边缘之间径向设置的第一全焊珠（full bead)。
[0010] -第二功能层在围绕燃烧室开口的第二内边缘和第二外边缘之间延伸。第二内边 缘和第二外边缘之间具有一长度。第二功能层还具有第二外表面和背向的第二内表面，且 包括与第一全焊珠轴向对齐的第二全焊珠。
[0011] -限位器设置于第一和第二功能层之间，且径向上在内边缘和功能层的至少其中 一个的全焊珠之间。一涂层材料设置于功能层的至少其中一个的表面的至少其中一个上， 且所述涂层材料沿所述至少一个表面的大部分长度延伸。但是，沿位于内边缘和全焊珠之 间的至少一个表面的一区域设置减少量的涂层材料。
[0012] 在本发明的另一个实施例中，所述限位器由一限位器层提供，其设置于第一和第 二功能层之间。所述限位器层在围绕燃烧室开口的第五内边缘和第五外边缘之间径向延 伸。在该实施例中，所述限位器径向设置于燃烧室开口和功能层的内边缘之间。所述涂层材 料设置于表面的至少其中一个上，且在该实施例中，涂层材料从所述至少一个功能层的内 边缘至外边缘连续延伸。
【附图说明】
[0013] 当结合附图参照W下具体说明考虑时，本发明的其它优势将易于理解，W及能够 得到更好的理解，其中：
[0014] 图1为根据本发明的第一具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0015] 图2为根据本发明的第二具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0016] 图3为根据本发明的第=具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0017] 图4为根据本发明的第四具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0018] 图5为根据本发明的第五具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0019] 图6为根据本发明的第六具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0020] 图7为根据本发明的第屯具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0021] 图8为根据本发明的第八具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0022] 图9为根据本发明的第九具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图；
[0023] 图10为根据本发明的第十具体实施例，有涂层的多层垫片的径向横截面侧视图。
【具体实施方式】
[0024] 参照附图，其中在几个视图中，相同的附图标记表示相应的部件，通常所示为一多 层垫片20,当设置于例如发动机缸体和汽缸头等两组间（未显示)之间时，用于提供改进的 密封性能。垫片20包括多个功能层22、24,每个功能层具有外表面26、28和背向的内表面34、 36。每个功能层22、24还包括全焊珠42、44，^促进两组件之间的紧密密封。功能层22、24从 围绕燃烧室开口 56的内边缘46、48至外边缘58、60径向延伸。垫片20还包括设置于功能层 22、24之间的限位器68,用于控制压缩和调节全焊珠42、44上的负载。为了有助于将功能层 22、24密封在一起，一涂层材料70设置于功能层22、24的至少一个表面26、28、34、36上，且所 述涂层材料70沿有涂层的表面26、28、34、36的长度1的大部分延伸。但是，与传统的有涂层 的多层垫片不同，垫片20沿限位器68在燃烧室开口56和全焊珠42、44之间的一区域72包括 减少量的涂层材料70,或者无涂层材料70。
[0025] 图1-10所示为有涂层的多层垫片20的具体实施例，其包括设置于燃烧室开口 56和 全焊珠42、44之间的无涂层区域72。在运种实施例中，多层垫片20包括第一功能层22,所述 第一功能层在围绕燃烧室开口 56的第一内边缘46和第一外边缘58之间延伸，在其之间具有 长度L。第一功能层22具有第一外表面26和背向的第一内表面34,其之间具有厚度t。第一功 能层22还包括围绕燃烧室开口 56周向延伸的第一全焊珠42,且径向设置于第一内边缘46和 第一外边缘58之间。
[00%]所述示例性的多层垫片20还包括第二功能层24,所述第二功能层在围绕燃烧室开 口 56的第二内边缘48和第二外边缘60之间延伸。第二内边缘48和第二外边缘60之间具有一 长度L。第二功能层24也具有第二外表面28和背向的第二内表面36,其之间具有厚度t。第二 功能层24包括第二全焊珠44,其与第一全焊珠42轴向对齐且围绕燃烧室开口 56周向延伸。 第二功能层24通常与第一功能层22具有相同的厚度t和长度L，运样，第二内边缘48与第一 内边缘46垂直对齐，第二外边缘60与第一外边缘58对齐。功能层22、24的厚度t沿整个长度L 通常是恒定的。功能层22、24可采用任意常规材料形成，但是通常采用不诱钢形成。
[0027] 在所述具体实施例中，功能层22、24的全焊珠42、44每个都具有沿表面的其中一个 的凸面轮廓和沿相对表面的凹面轮廓。全焊珠42、44的凸面表面可朝向彼此延伸，如图所 示，或者相互背离延伸（未显示）。功能层22、24的至少其中一个还可选地包括一半焊珠74、 76,其径向设置于相关的全焊珠42、44和外边缘58、60之间。半焊珠74、76通常设置为相对于 离全焊珠42、44更靠近外边缘58、60。半焊珠74、76可围绕燃烧室开口 56延伸，或者围绕两个 组件之间的另一个开口，或者沿外边缘58、60。如果两功能层22、24都包括半焊珠74、76,那 么那些半焊珠74、76通常是连接在一起的，通常是通过焊接。但是，如果只有一个功能层22、 24包括半焊珠74、76,那么半焊珠74、76可与相对的功能层22、24间隔开，如图5和6所示。功 能层22、24的至少其中一个还可包括一台阶区域78,其径向设置于相关的全焊珠42、44和内 边缘46、48之间，如图2-6所示。
[0028] 多层垫片20的限位器68设置于第一和第二功能层22、24之间，且径向设置于燃烧 室开口 56和功能层22、24的至少其中一个的全焊珠42、44之间。在图1-7的实施例中，限位器 68从围绕燃烧室开口 56的第=内边缘50延伸至径向设置于第=内边缘50和功能层22、24的 全焊珠42、44之间的第=外边缘62。限位器68也包括第=外表面30和背向的第=内表面38， 其之间具有厚度t。图1-7的限位器68为独立的组件，与功能层22、24分开。可选地，限位器68 可由位于内边缘46、48和全焊珠42、44之间的功能层22、24的其中一个的折叠区域80提供， 如图8所示，或者由间隔层182的折叠区域180提供，如图9和10所示，W下将会进一步讨论。 在图1-6的实施例中，限位器68的厚度t小于功能层22、24的厚度t。在图7的实施例中，移除 了在第二全焊珠44和第二内边缘48之间的第二功能层24的一部分，运样，第二功能层24的 长度L就减小了，且限位器68的厚度t大于功能层22、24的厚度t。在图8-10的实施例中，限位 器68的厚度t大于或等于功能层22、24的厚度t。限位器68可采用任何常规材料形成，通常为 金属材料。
[0029] 涂层材料70设置于功能层22、24的至少其中一个的表面26、28、34、36的至少其中 一个上，用于将功能层22、24密封在一起和防止流体或气体泄漏。涂层材料70可沿每个功能 层22、24的两个表面26、28、34、36延伸，或者只沿表面26、28、34、36其中之一。在图1-8的实 施例中，涂层材料70设置在少于功能层22、24的全部表面26、28、34、36上。涂层材料70沿至 少一个有涂层的表面26、28、34、36的长度1的大部分延伸，且可沿有涂层的表面26、28、34、 36中的一个或多个的全部长度L延伸。但是，沿限位器68的区域72包括减少量的涂层材料 70,或者保持为无涂层，W便提升稳定性并在功能层22、24之间提供更加稳固的连接。去除 该区域72中的涂层材料70还减少了由于热力或者燃烧因素所造成的功能层22、24之间的相 对运动，且还能够对全焊珠42、44提供更多的防护。
[0030] 在图1-8的实施例中，沿长度L的大部分包括涂层材料70的表面26、28、34、36的至 少其中一个也包括在相关的内边缘46、48和全焊珠42、44之间具有减少量的涂层材料70或 者无涂层材料70的区域72。在运些实施例中，减少的涂层区域72沿限位器68从内边缘46、48 连续延伸，并且至限位器68的径向向外的一位置。涂层材料70然后沿涂层表面26