具有捕获的流体传输管的压力控制的动态密封件的制作方法

本公开总体上涉及气缸盖的密封系统和方法的领域。

背景

密封件用于流体地密封界面，如内燃(IC)发动机的发动机缸体和气缸盖之间的界面。气缸盖密封件(例如，气缸盖垫片)通常围绕IC发动机的气缸孔延伸以提供燃烧密封，其保持气缸孔内的高温和高压气体。此外，气缸盖密封件(例如，气缸盖垫片或分离的密封件)流体地密封流体传输孔口，流体传输孔口在发动机缸体和气缸盖之间延伸，以在其间传递流体(例如，水、冷却液、或油)。

由于多个原因，发动机缸体和气缸盖之间的界面特别难密封。例如，尤其是对于高燃烧(例如，柴油和天然气)发动机，来自燃烧过程的力推动发动机缸体和气缸盖分开，在它们之间造成轻微的运动。此外，由于发动机的反复加热和冷却，该界面经历显著的热循环。另外，将气缸盖连接到发动机缸体的紧固件可能被不均匀地加载，其可能过度压缩和/或欠压缩(under-compress)气缸盖密封件的某些部分。最后，进气歧管的超压(IMOP)状况产生升高的峰值气缸压力，其可能导致进气泄漏(charge leakage)。

在IMOP状况期间，进气泄漏(例如，高压废气)可能穿过气缸盖和发动机缸体之间的界面行进并可能泄漏到一个或多个流体传输管中和/或损坏一个或多个流体传输管，从而污染包含在其中的流体(例如，水、冷却剂、油等等)。如果不立即处理的话，这样的污染可能导致明显的发动机损坏。为此，一些IC发动机已经用燃烧密封件和分离的流体传输管密封件取代整体式气缸垫片。然而，尽管某些燃烧密封件可以在经历IMOP状况后继续使用，而不引发损害，但是，单独的流体传输管可能因穿过界面行进的进气泄漏引发损害。另外，随着单独部件的数量增加，技术人员在装配期间或在重新组装期间可能会更可能忘记安装部件中的一个。另外，虽然复杂的阀有时用于应对IMOP状况，但是这样的阀门可能未足够快地响应IMOP状况，从而导致明显的发动机损坏。

概述

各种实施方案涉及内燃发动机。内燃发动机包括发动机缸体，其界定气缸孔和第一流体传输孔口。内燃发动机还包括联接到发动机缸体的气缸盖。气缸盖界定与第一流体传输孔口流体连通的第二流体传输孔口。外部环境包围发动机缸体和气缸盖。内燃发动机还包括定位在发动机缸体和气缸盖之间的界面处的气缸盖密封装置。气缸盖密封装置包括布置在气缸盖的外周上的周界密封件。周界密封件构造成防止来自外部环境的流体进入界面，并且当界面内的流体高于预定压力时允许界面内的流体排出到外部环境。气缸盖密封装置还包括第一流体传输管密封件以流体地联接第一流体传输孔口和第二流体传输孔口。气缸盖密封装置形成为整体式结构。

其它实施方案涉及一种用于流体地密封内燃发动机的发动机缸体和气缸盖之间的气缸盖界面的装置。该装置包括布置在气缸盖的外周上的周界密封件。周界密封件具有邻接气缸盖密封表面的第一表面和邻接发动机缸体密封表面的第二表面。第二表面大体上与第一表面相对。周界密封件构造成防止来自外部环境的流体进入气缸盖界面，并且当气缸盖界面内的流体高于预定压力时允许气缸盖界面内的流体排出到外部环境。该装置还包括第一流体传输管密封件以流体地密封在发动机缸体和气缸盖之间延伸的第一流体传输孔口。周界密封件和第一流体传输管密封件形成为整体式结构。

另外的实施方案涉及在内燃发动机上安装气缸盖密封装置的方法。该方法包括提供内燃发动机的发动机缸体。发动机缸体界定气缸孔和第一流体传输孔口。燃烧密封件定位在发动机缸体上，与气缸孔同轴。气缸盖密封装置定位在发动机缸体上，使得气缸盖密封装置的流体传输管密封件设置在邻近第一流体传输孔口并与第一流体传输孔口同轴的第一沉孔中。内燃发动机的气缸盖相对于发动机缸体对齐，使得流体传输管密封件布置在邻近气缸盖的第二流体传输孔口并与气缸盖的第二流体传输孔口同轴的第二沉孔中。流体传输管密封件提供第一和第二流体传输孔口之间的流体连通。气缸盖紧固到发动机缸体以密封地接合发动机缸体和气缸盖之间的气缸盖密封装置。

当结合附图，根据下面的详细描述，这些特征和其它特征，连同其构成和操作方式将变得明显，其中贯穿以下描述的数个附图相同的元件具有相同的编号。

附图的简要说明

图1是具有常规气缸盖密封装置的内燃发动机的分解图。

图2A是根据示例性实施方案的包括气缸盖密封装置的内燃发动机的分解图。

图2B是包括图2A的气缸盖密封装置的内燃发动机的部分的剖视的详图。

图3根据示例性实施方案的周界密封件的剖视图。

图4是根据示例性实施方案的流程图，其示出了安装气缸盖密封装置的方法。

多种实施方案的详细描述

参照图1，图示了具有常规气缸盖密封装置的内燃(IC)发动机100的分解图。IC发动机100包括发动机缸体102和气缸盖104，缸体102和气缸盖104共同界定了多个气缸孔106。发动机缸体102和气缸盖104还界定了在发动机缸体102和气缸盖104之间延伸的多个流体传输孔口108。该流体输送孔口108在发动机缸体102和气缸盖104之间传送流体(例如，水、冷却液、或油)以冷却和/或润滑IC发动机100。

气缸盖密封件(例如，气缸盖垫片)110密封发动机缸体102和气缸盖104之间的界面。更具体地，气缸盖密封件110执行至少三个单独的密封功能。即，气缸盖密封件110密封：(1)气缸孔106；(2)流体传输孔口108；及(3)界面的周界112。在图1的示例性IC发动机100中，气缸盖密封件110执行上面提到的全部三个密封功能。然而，其它的IC发动机利用多个分离的密封件。气缸盖密封件110包括用于流体地密封气缸孔106的多个气缸孔眼114和用于流体地密封流体传输孔口108的多个流体传输孔眼116。另外，气缸盖密封件延伸到周界112以密封界面的周界112。

气缸盖密封件，如图1的气缸盖密封件110，暴露到极端的环境条件中，如在温度和压力方面的显著变化。进气歧管超压(IMOP)状况在气缸孔106内特别地产生极端压力水平，使得过量的气体可能在发动机缸体102和气缸盖104之间逸出，这可能损坏气缸盖密封件110。而且，在IMOP状况期间所产生的过量的气体可能污染流体输送孔口108中的流体，这可能加速IC发动机100的磨损。如果气缸盖密封件110损坏，必须拆解IC发动机100并且替换气缸盖密封件110，以防止对IC发动机100的进一步的损害。

某些常规IC发动机包括分离的燃烧密封件以密封气缸孔106并且包括气缸盖垫片或单独密封件以密封流体传输孔口108。在IMOP状况期间，这样的密封结构可以允许气缸孔106内的压力排出到外部大气。在这样的状况期间，用于密封流体传输孔口108的单独的密封件必须保持其各自的密封功能以避免污染。然而，从气缸孔106排出的过量压力可能损坏单独的密封件。

这样的常规IC发动机通常还包括周界密封件，以防止来自外部环境(例如，来自压力清洗机)的流体泄漏到IC发动机100中。然而，在装配和重新组装过程期间，周界密封件趋向于阻挡对单独的密封件的直视，这使得技术人员更可能忘记安装单独的密封件。

图2A是根据示例性实施方案的包括气缸盖密封装置202的IC发动机200的分解图。气缸盖密封装置202和燃烧密封件204布置在IC发动机200的发动机缸体206和气缸盖208之间。IC发动机200包括用于每个气缸210的分离的气缸盖208。然而，在其它示例性实施方案中，IC发动机200包括用于多个气缸210中的每一个的整体式气缸盖208。

燃烧密封件204构造成在IC发动机200的正常操作期间保持气缸210内的燃烧气体，并构造成允许高于预定压力(例如，由于IMOP状况)的燃烧气体从气缸210逸出并排放到外部大气中。具体地，由IMOP状况引起的气缸210内的极端压力从发动机缸体206略微举起气缸盖208，从而允许燃烧气体从气缸210并经过燃烧密封件204逸出。燃烧密封件204可以由金属(例如，钢)或金属合金(例如，不锈钢)形成。在某些示例实施方案中，燃烧密封件204是从气缸盖密封装置202独立的分离的部分。然而，在其它实施方案中，燃烧密封件204与气缸盖密封装置202一体地形成。

气缸盖密封装置202是包括周界密封件212、围绕流体传输管215的流体传输管密封件214以及螺柱密封件216的组件。周界密封件212流体地密封气缸盖208和发动机缸体206之间的界面的周界218，使得外部流体被阻止从外部环境经过周界218泄漏并进入气缸盖208和发动机缸体206之间的界面中。然而，周界密封件212构造成允许在IMOP状况期间高于预定压力的燃烧气体逸出到外部环境中。换言之，周界密封件212从外到内地流体地密封气缸盖208和发动机缸体206之间的界面218，而不是从内到外。

周界密封件212包括包覆成型在载体上的密封材料。密封材料包括弹性体(例如，氟橡胶)、热塑性塑料(例如，尼龙或玻璃纤维增强尼龙)，或其它合适的材料。该载体由刚性材料，例如金属(例如，钢)、金属合金(例如，不锈钢)、热塑性塑料，或复合材料形成。该载体提供了发动机缸体206和气缸盖208之间的间隔物，以保持发动机缸体206和气缸盖208之间的周界密封件212的位置。

流体传输管密封件214包括圆柱形的流体传输管215，流体传输管215通常由刚性的材料形成，例如金属(例如，钢)、金属合金(例如，不锈钢)或复合材料。该流体传输管215将发动机缸体206的第一流体传输孔口220流体地联接到气缸盖208的第二流体传输孔口222。第一和第二流体传输孔口220，222连通发动机缸体206和气缸盖208之间的流体，例如水、冷却剂、和/或油以冷却和/或润滑IC发动机200。流体传输管215也在包覆成型期间被流体传输管密封件214捕获。此外，该流体传输管密封件214可各自包括环形密封件224(例如，O形环)，以流体地密封流体传输管215与第一和第二流体传输孔口220，222。另外，在IMOP状况期间环形密封件224防止燃烧气体进入第一和第二流体传输孔口220，222。

流体传输管密封件214构造成相对于发动机缸体206和气缸盖208“浮动”。因此，如果气缸盖208和发动机缸体206之间有相对运动的话，流体传输管密封件214保持流体传输管215和相应的第一和第二流体传输孔口220，222之间密封的接合。

螺柱密封件216界定孔眼226，以接纳从发动机缸体206伸出的螺柱228。螺柱密封件216防止流体(例如，燃烧气体)沿着螺柱228行进。

根据多种实施方案，气缸盖密封装置202提供了优于常规的密封装置的许多优点。例如，通过使密封材料包覆成型以捕获载体和流体传输管，气缸盖密封装置202形成为整体式结构(即，被制造成单个的，不可分的部件的物品)。在其它示例中，气缸盖密封装置202在模制期间部分地形成并且另外的部件稍后被装配以形成整体式结构(即，单个的，不可分的部件)。通过利用整体式结构，单独的部件部分的数量减少，从而简化装配和重新组装操作，降低潜在的装配错误，并简化库存管理系统。

此外，气缸盖密封装置202提供了在暴露到极多的IMOP状况方面的改进的性能和可靠性。如上所述，气缸盖208在IMOP状况期间沿第一轴线从发动机缸体206略微升起，以允许燃烧气体从气缸210并经过燃烧密封件204逸出。通俗地说，这被称为发动机“打嗝(burp)”。在这样的IMOP状况期间，气缸盖密封装置202“漂浮”在发动机缸体206和气缸盖208之间。周界密封件212允许燃烧气体从周界218逸出，而流体传输管密封件214保持它们的与第一和第二流体传输孔口220，222的流体密封的接合。在这样的状况期间，螺柱密封件216和流体传输管密封件214保持气缸盖密封装置202的相对于发动机缸体206与气缸盖208沿垂直于第一轴线的第二轴线的位置。因此，气缸盖密封装置202构造成在经受IMOP状况后保持其位置，并且因此保持其密封能力。

在某些示例性实施方案中，周界密封件212和/或发动机缸体206包括逸出路径以在IMOP状况期间控制废气的路径。在某些示例性实施方案中，逸出路径被模制到周界密封件212中，和/或被机加工或以其它方式形成在发动机缸体206中。在其它示例性实施方案中，周界密封件212被形成为具有在刚度方面的局部的变化，使得逸出路径有效地形成在周界密封件212的具有最低的局部刚度的部分中，因为这些部分最有可能在压力下变形。逸出路径定位成限制废气和螺柱密封件216和/或流体传输管密封件214之间的直接相互作用。这样的逸出路径使废气和流体传输管内的流体之间的可能的污染最小化。

许多常规内燃发动机在经历IMOP状况后需要人为干预，因为这样的状况可能导致发动机密封件和垫片的永久损坏。例如，在经历损害发动机密封件或垫片的IMOP状况后，某些IC发动机必须重新组装，以替换受损的密封件和/或损坏的发动机部件。这种重新组装过程是昂贵且耗时的。此外，如果在IMOP状况后操作内燃发动机，例如在“跛行回家”模式期间，操作者还冒着进一步损坏内燃发动机的风险。通过能够承受多次IMOP状况而不产生损害，气缸盖密封装置202提供了优于常规的密封装置的优越的可靠性。

图2B是包括图2A的气缸盖密封装置202的IC发动机200的局部剖面图。气缸盖密封装置202的周界密封件212具有邻接发动机缸体206的密封表面232的第一表面230，和邻接气缸盖208的密封表面236的第二表面234。周界密封件212具有外表面238，其构造成当从外部环境240施加至其的压力增大时，提供增大的密封压力。如在图2B中所示，周界密封件212的外表面238是凸的(例如，弯曲的)。当压力施加到外表面238时，外表面238趋向于变直。这样做，周界密封件212的密封压力增大。更具体地，周界密封件212的第一表面230朝向发动机缸体206的密封表面232被推动，并且周界密封件212的第二表面234朝向气缸盖208的密封表面236被推动，从而增加周界密封件212的第一和第二表面230，234的密封压力。

图3是根据示例性的实施方案的周界密封件300的局部剖视图。周界密封件300是图2A和图2B的周界密封件212的可选的实施方案。周界密封300具有邻接气缸盖的密封表面(例如，图2B的密封表面236)的第一表面302，和邻接发动机缸体的密封表面(例如，图2B的密封表面232)第二表面304。与图2A和图2B的周界密封件212一样，该周界密封件300构造成当从外部环境施加至其的压力增大时，提供增大的密封压力。

周界密封件300具有外表面306，外表面306由中心壁308和从中央壁308的相对端发散延伸的第一和第二壁310，312界定。换句话说，第一壁和第二壁310，312中的每一个具有随着距中央壁308的距离的增大而大致减小的横截面厚度。在第一和第二壁310，312的局部刚度正比于在各位置的相应的横截面厚度。换句话说，第一和第二壁310，312在最靠近中央壁308位置处是最大刚性的以及在距中央壁308最远的位置处是最小刚性的。因此当压力施加到外表面306时，第一和第二壁310，312的距离中央壁308最远的部分将变形最大，从而增加了第一和第二壁310，312中的每一个分别施加到发动机缸体和气缸盖的密封表面的压力。

回到图2B，发动机缸体206包括与第一流体传输孔口220同轴的第一沉孔242并且气缸盖208包括与第二流体传输孔口222同轴的第二沉孔244。流体传输管密封件214布置在第一和第二沉孔242，244两者内。环形密封件224抵靠第一和第二沉孔242，244流体地密封流体传输管密封件214并防止燃烧气体在IMOP状况期间进入第一和第二流体传输孔口222，222。

图4是根据示例性实施方案的流程图，其图示了安装所示出的气缸盖密封装置的方法400。为了清楚和简洁起见，在下面结合图2A和图2B的气缸盖密封装置202说明方法400。然而，该方法400可以结合图2A和图2B的气缸盖密封装置202来执行。

在402，提供IC发动机(例如，IC发动机200)的发动机缸体(例如，发动机缸体206)。发动机缸体界定了气缸孔(例如，气缸210)和第一流体传输孔口(例如，发动机缸体206的第一流体传输孔口220)。

在404，燃烧密封件(例如，燃烧密封件204)定位在发动机缸体上，使得燃烧密封件与气缸孔同轴。在图4的示例性实施方案中，燃烧密封件与气缸盖密封装置分离。然而，在其它示例性实施方案中，燃烧密封件与气缸盖密封装置一体地形成。在这样的实施方案中，404和406被组合。

在406，气缸盖密封装置定位在发动机缸体上，使得气缸盖密封装置的流体传输管密封件(例如，流体传输管密封件214)布置在邻近第一流体传输孔口并与第一流体传输孔口同轴的第一沉孔中。流体传输管密封件包括圆柱形的流体传输管。在一些实施方案中，流体传输管压配合成与第一流体传输孔口接合。

由于气缸盖密封装置形成为整体式结构，它比许多常规的密封装置安装起来容易得多。常规的密封装置利用周界密封件和分离的流体传输管密封件。通常，周界密封件阻挡对流体传输管的直视，这使得技工或技术员容易忘记安装单个的密封件中的一个。此外，气缸盖密封装置的流体传输管密封件和螺柱密封件使得气缸盖密封装置相对于发动机缸体和气缸盖对齐。因此，对于技工或技术员，可靠地和重复地安装或更换本发明的气缸盖密封装置相对简单。

在408，内燃发动机的气缸盖(例如，气缸盖208)相对于发动机缸体被对齐，使得流体传输管密封件布置在邻近气缸盖的第二流体传输孔口并与气缸盖的第二流体传输孔口同轴的第二沉孔中。流体传输管密封件协助技工或技术员在发动机缸体上定位和放置气缸盖。一旦放置，流体传输管密封件和布置在该流体传输管密封件内的流体传输管提供在第一和第二流体传输孔口之间的流体连通，使得流体(例如水、冷却液、或油)可以在发动机缸体和气缸盖之间传递。

在410，气缸盖紧固到发动机缸体以将气缸盖密封装置密封地接合在发动机缸体和气缸盖之间。因此，气缸盖密封装置流体地密封发动机缸体和气缸盖之间的界面，使得外部流体被阻止泄漏到界面中，而过量的燃烧气体(例如，由于IMOP状况)被排放到外部大气。

应当注意的是，如本文中用于描述各种实施方案的术语“示例”旨在表示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的示例、代表和/或说明(并且这样的术语并不旨在暗示这样的实施方案是必然特别的或最好的示例)。

虽然已经示出和描述了本公开的各种实施方案，应该理解的是，这些实施方案不限于此。这些实施方案可以通过本领域技术人员被改变、修改以及被进一步地应用。因此，这些实施方案并不局限于先前所示和所描述的细节，而且包括所有这样的变化和修改。