发动机及其气缸垫片的制作方法

本发明属于汽车发动机领域，具体说，涉及一种发动机的气缸垫片结构以及具有所述气缸垫片的发动机结构。

背景技术：

统观几年前的发动机结构，铸铁缸体占据了大部分的市场。随着汽车轻量化及整车油耗法规的进一步加严，铸铝发动机的应用越来越广泛。铝缸体相对铁缸体来说，重量有大幅的降低，带来了较低的整车油耗。但其整体的刚度却不足，容易发生塑性变形，引起失效。尤其是在目前各大车企普遍应用的小排量增压发动机上，较窄的密封宽度，极高的气缸爆发压力和较差的整机冷却效果都对气缸垫密封提出了很高的要求。

技术实现要素：

本发明涉及的一个方面是提供了一种气缸垫片，所述垫片包括一层或多层基板，所述基板上设有对应于气缸口的分开布置的多个孔以及围绕所述多个孔突出布置的凸筋，所述凸筋在气缸工作时产生变形以向各个气缸口燃烧室提供密封力，其特征是：所述垫片还包括限位结构和承压结构，所述限位结构位于所述凸筋的一侧并且沿着所述凸筋布置以影响所述凸筋变形的行程，所述承压结构相对于所述限位结构位于所述凸筋的另一侧以转移所述限位结构施加于所述气缸的作用力。

可选地，在上述气缸垫片中，所述限位结构布置在相对于所述孔的所述凸筋的内侧上，所述承压结构布置在反方向的所述凸筋的外侧上。

可选地，在上述气缸垫片中，所述凸筋为完整围绕所述多个孔而构成的多个全凸筋，相邻的所述全凸筋是相切的；所述限位结构沿所述全凸筋的内轮廓布置，构成多个分开的限位环；所述承压结构沿所述全凸筋的外轮廓布置，并且构成一个包括至少两个不完整的环形和多个圆弧的封闭形状。

可选地，在上述气缸垫片中，所述至少两个不完整的环形为两个不完整的环形，其中一个所述不完整的环形的端点各自通过至少一个圆弧与另一个不完整的环形的端点连接。

可选地，在上述气缸垫片中，所述承压结构沿所述孔的径向方向的横截面形状为条形结构，所述条形结构具有一定的高度和沿所述孔的径向方向的宽度。

可选地，在上述气缸垫片中，所述垫片包括至少两层基板，所述基板分别为上基板和下基板，所述上基板和所述下基板对置地设有所述凸筋，所述上基板或所述下基板上设置所述限位结构或所述承压结构两者，或者其中一个所述基板设置所述限位结构而另一个所述基板设置所述承压结构。

可选地，在上述气缸垫片中，所述限位结构通过激光焊接焊接到其所在的基板上，所述承压结构通过激光焊接或铆接连接到其所在的基板上，或者通过将基板冲压出所述承压结构。

在凸筋的一侧设限位结构，而在另一侧设承压结构，使力的分配有利于垫片密封，提高了垫片密封的可靠性，并且延长了垫片的使用寿命。

本发明涉及的另一个方面是提供了一种发动机结构，其包括气缸体、气缸盖、以及气缸体和气缸盖之间的气缸垫片，所述气缸垫片包括一层或多层基板，所述基板上设有对应于气缸口的分开布置的多个孔以及围绕所述多个孔突出布置的凸筋，所述凸筋在气缸工作时产生变形以向各个气缸口燃烧室提供密封力，其特征是：所述气缸垫片还包括限位结构和承压结构，所述限位结构位于所述凸筋的内侧并且在所述气缸的缸套的上方以影响所述凸筋变形的行程，所述承压结构位于所述凸筋的外侧以转移所述限位结构施加在所述缸套上的作用力。

将限位结构设置在凸筋的内圈，承压结构设置在凸筋的外圈，将内圈的力分散到外圈。该气缸垫片结构既起到了密封发动机内高温燃气、冷却液、高压机油及低压机油的基础作用，也起到了降低缸套下沉量的作用，更提高了发动机的耐久性。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。

附图说明

结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1为本发明涉及的发动机气缸结构的结构示意图；

图2为本发明涉及的发动机的气缸垫片结构的一种实施例在缸口区域的位置示意图；

图3为本发明涉及的发动机的气缸垫片结构的一种实施例的结构示意图；

图4为图3中沿a-a线的平面剖视图；

图5为本发明涉及的发动机的气缸垫片结构中的承压结构的一种实施例的结构示意图；

图6为本发明涉及的发动机的气缸垫片结构的一种实施例在缸口区域的结构示意图；以及

图7为本发明涉及的发动机的气缸垫片结构的一种实施例的平面剖视图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

参见图1，发动机的气缸结构包括气缸体2、气缸盖3、以及位于这两者之间的气缸垫片1，气缸盖3上设有螺栓31，该螺栓31穿过气缸垫片1且与气缸体2固定。气缸体2内设有多个气缸，每个气缸内嵌缸套（未示出）。气缸垫片1上设有相应于气缸的多个孔，并覆盖在气缸口上，这些孔对准气缸口。气缸口的燃烧室21由于气缸垫片1的加入而得到了密封保障。气缸垫片1可配合铸铝发动机缸体使用。

发动机每一个工作循环，需要经历进气/压缩/燃烧/排气等四个过程，在缸口燃烧室21这个狭窄的区域，形成了一个宏观的相对运动。发动机气缸内燃气温度最高可达2000℃，爆发压力最高可达120bar，为了可靠密封，气缸垫片1使用了全凸筋来密封燃烧室21，即气缸垫片1上沿着孔设有一圈围绕气缸口的凸筋以提供足够的密封。气缸体2和气缸盖3在每个发动机循环下产生不同行程的位移，由于气缸垫片1的弹性作用，凸筋在这过程中产生的变形能提供良好的密封力。

为了防止凸筋在长时间压缩回弹情况下的疲劳开裂，需要使用激光焊接的限位结构来限制凸筋的行程，防止凸筋形成过度的压缩回弹。如图2所示，一限位结构14通过激光焊接与气缸垫片1连接，沿着缸口燃烧室周边布置，在该图所示的位置示意图中，限位结构14的位置恰好在缸套22的上方。

缸套22是铁材料，是通过铸造和铝结合在一起，位置在缸体顶面下方2.5mm处。正因为该激光焊接的限位结构14存在，相当于在缸套22上施加了一个很大的力，同时在高温下铝材料机械性能下降，再加上铁和铝的热膨胀系数不一致，铝产生塑性变形，即下沉，导致凸筋13的压缩和回弹行程也变大，在某个临界点无法再起到密封作用，而产生燃气泄漏。或者是凸筋13在多次的极大的压缩回弹行程下而疲劳开裂，产生燃气泄漏。缸口燃气泄漏将导致高温气体直接进入冷却液，使得发动机温度迅速提高，燃烧室周边产生烧蚀现象，发动机无法继续运转，极限情况下甚至会导致发动机起火而引起安全事故。

考虑到缸套22位置的下沉，主要原因来自于缸套22上方的力以及高温的共同作用，为了改善这种下沉，本发明专利提出了一种降低缸套22上方力的设计理念。在凸筋13的相对于限位结构14的另一侧上设置有承压结构15，该承压结构15能够转移限位结构14施加于缸套22上的作用力。

参见图3-4，图3为本发明涉及的气缸垫片的一种实施例的结构示意图，图4为沿图3中a-a线的平面剖视图。气缸垫片1可包括一层至多层的基板11，在本实施例中，可以是金属基板。对应于气缸体2，该气缸垫片1的基板11上设置有三个分开的孔12（即气缸体有三个气缸），凸筋围绕气缸口突设于基板11上（见图4），凸筋可以完整地围绕气缸口，因此为全凸筋131，而且相邻的全凸筋131是相切的。在凸筋131的内侧（即内圈）设有限位结构，该限位结构为三个整圈的限位环141，该限位环141可以防止全凸筋131的过渡变形。回到图3，在全凸筋的外侧，即沿着全凸筋的外轮廓设有承压结构，该承压结构为包围全凸筋的一个封闭形状的结构，其具体形状可参见图5，承压结构15包括两个不完整的环形和两个圆弧，如图5清楚所见，左边的环形的两个端点分别连接两段圆弧与右边的环形的两个端点连接。

再参见图6-7，是本发明涉及的气缸垫片的不同实施例的剖面图所示的结构。全凸筋131的一侧是限位结构14，另一侧是承压结构15。承压结构15具有一定的高度h和沿孔12的径向方向上的宽度w。该高度h和宽度w可配合限位结构14的高度进行调整。因为存在力的分配，承压结构15的高度h用来调整力的比例，但在设计过程中仍然需要考虑到基本的密封需求，即设置承压结构15必须以满足密封需求为前提。

在如图6所示的结构中，承压结构15为不连续的，即由多个带高度h和宽度w的条形结构排列构成。当然，承压结构15也可以如图5所示为连续的结构。

气缸垫片1可以具有两层基板，分别为上基板111和下基板112。在上基板111上和下基板112上对置地设凸筋13，限位结构14和承压结构15可以同设在一块基板上，如图6所示，或者限位结构14和承压结构15中的一个设在上基板111上，而另一个设在下基板112上，如图7所示，这些结构都能满足本发明的气缸垫片1密封设计。

承压结构15可以通过多种方式实现，例如直接用模具冲压出如图6所示的具有一定高度h及宽度w的条形结构，或者直接用切好尺寸的金属圆环通过激光焊接或铆接的形式与基板11连接等等。

对于本申请所示的发动机结构，限位结构设置在凸筋的内圈，且在缸套上方，承压结构的加入可以将内圈的力分散到外圈，以降低气缸口缸套的下沉量，因此可用多种本领域技术人员想得到的可实现方式及多种材料来进行力的分散。

虽然已详细地示出并描述了本发明的具体实施例以说明本发明的原理，但应理解的是，本发明可以其它方式实施而不脱离这样的原理。