CN1085298C - 金属制气缸盖衬垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的金属气缸盖衬垫，具有两块外层盖板和一块夹在其间的顶板，这些板带有一个或多个燃烧空间通道，一个挨一个地配置并对应于内燃机的燃烧室，盖板带有围绕各燃烧空间通道、指向顶板的波纹环槽，靠近此波纹环槽、环绕各燃烧空间通道设有内部变形限制棱。为了避免衬垫上出现沟槽，内部变形限制棱在其朝向燃烧空间通道的一端上、面向盖板的边缘处设有半径足够大的圆弧状鼓起部分，致使不产生很大的边缘压力。

Description

金属制气缸盖衬垫
本发明涉及用于内燃机的一种金属制气缸盖衬垫。
EP-C-0,306,766和EP-C-0,230,804披露了这样一种用于内燃机的金属制气缸盖衬垫，其中一块顶板连同至少一块带有波纹环槽的盖板用作操作板。由于内燃机气缸盖与气缸体之间的组装后的密封间隙在操作期间随着所考察的相应气缸的工作循环而变动，所以衬垫经受着不断变化的压力而必须具有经久的弹性性质以便保持令人满意的密封。
这里密封是借助于气缸盖衬垫沿着燃烧空间的一向上的突起和一位于此突起后面的波纹环槽实现的。后者起着弹簧器件的作用，并追随气缸盖相对于气缸体的铅直相对运动，这种运动是由于点火压力而造成的。一方面，在波纹环槽承受最大载荷时必须发生并非不能接受的较大变形，另一方面，变形的解除必须不是完全的，而只是在一定程度上发生，即在最大燃烧空间压力下所产生的最小变形可确保必需的密封。波纹环槽的工作范围居于这两个变形极限位置之间。
为了确保波纹环槽发挥作用，波纹环槽不论是在衬垫装设期间还是在操作状态下就都不应该是完全变形的。波纹环槽相对于衬垫平面沿铅直方向的不可接受的大变形在现有的衬垫中是借助于一种等厚度的变形限制棱而予以防止的，限制棱同时用来沿着燃烧空间向上延伸衬垫。
最重要的是，如果气缸盖和气缸体选用具有不同热胀系数的材料(比如，铸铁缸体带轻金属缸盖)，而且如果冷却条件也不同，在气缸体与气缸盖之间就会出现平移运动而导致一些不希望有的沟槽，特别是在气缸盖上。
DE-A-4,219,709披露，具有矩形横截面的变形限制棱可用挤压或顶锻方法制成。不过，在挤压情况下，材料在两个方向而不仅在所希望的方向上流动，并具有很大的材料应力，带有一种对应于蛙跳动作(frog spring)的所谓蛙行效应(frog effeot)。对于顶锻来说，则需要一种锥形模具，这会使制成的边缘不很规矩，因而，由于难以控制又很复杂，顶锻不适于成批生产。
本发明的目的是，提供一种金属制气缸盖衬垫，其中波纹环槽的可接受的最大变形即使经过较长时间的操作也不会被超过。
为实现上述目的，本发明的气缸盖衬垫具有两块外侧盖板和设置在其间的一块顶板，这些板片带有一个或多个燃烧空间通道，一个挨一个地配置并对应于内燃机的各个燃烧室，两块盖板设置有围绕各燃烧空间通道并与其相距一定距离同时在通道的边缘区域内留有一平直板段的一条指向顶板的波纹环槽，在靠近波纹环槽处设有一用来保护波纹环槽的内部变形限制棱，变形限制棱环绕各燃烧空间通道延伸。
本发明目的实现在于，内部变形限制棱在其朝向燃烧空间通道的一端上、至少在一侧具有一面向相应盖板的弧面，致使不产生很大的边缘压力。
由于这一事实，即内部变形限制棱在其朝向燃烧空间通道的一端上、面向衬垫盖板的边缘处形成有一弧面，燃烧空间通道边缘处的高边缘压力得以避免，以致气缸体与气缸盖之间的平移运动不再会造成沟槽。其次，可以在不需要大量财政支出和不需另外零部件的情况下实现这一点。在此特别有利的是在变形限制棱两面上赋予凸起形状，而这也是易于制作的。
本发明另一些改进可以在随后的说明中看到，而制造变形限制棱的各种方法可以在随后的说明中明了。
下面参照图示于所附各图中的各项示范性的实施例较详细地说明本发明。
图1表明一种气缸盖衬垫的一部分的平面示意图。
图2至5表明气缸盖衬垫的各个不同实施例的沿图1中直线I-I的剖面图。
图6和7表明制造变形限制棱的一种两步法。
图8表明图6、7的方法的一种变型。
图9和10表明制造变形限制棱的另一种方法。
示于图1和2的多层、金属气缸盖衬垫包括一顶板1，在其两面的每一面上配置一盖板2。
衬垫，即顶板1和两块盖板2，具有许多对应于相关的内燃机的各燃烧空间的燃烧空间通道3，和一些用于用来固紧气缸盖和气缸体的各个螺丝的螺丝孔；以及用于冷却水和油的各个通孔5、6。
两块盖板2通常用弹簧钢制成，并且本来是平面的，现在形成有波纹环槽7，它们设置得间隔开来，在燃烧空间通道3的边缘区域留有环形的平直板段8，并且朝着顶板1。
此外，在两块盖板2上围绕通孔5、6和螺丝孔4通常形成有半波纹环槽(未画出)。
本来是平面的顶板1在所有清况下的燃烧空间通道3的边缘区域设有针对邻近波纹环槽7的一内部变形限制棱9。按照图2，在此示范性实施例中，变形限制棱9的形成方式是，顶板1在靠近相应燃烧空间通道3和波纹环槽区域以外即波纹环槽7的内侧处加厚，而加厚部在两侧面具有凸形表面，并且其发挥作用的方式是，变形限制棱9实际上设置在两块盖板2的正中间，因此具有同两块盖板2的波纹环槽7一样的效应。
变形限制棱9的厚度尺寸定得是这样的，即在衬垫被夹入时，两块盖板2的平直板段8搭靠在它上面，同时波纹环槽7承受压力。由于变形限制棱9的凸形结构，边缘压力得以避免；不然的话，边缘压力会因气缸盖与气缸体之间的平移运动而造成一些沟槽，特别是在铝制零部件之中。
在示于图3的实施例中，在变形限制棱9背离燃烧室间通道3的一侧，顶板1在其两面的每一面上设有切口10，切口10围绕变形限制棱9延伸，并且，如稍后将要说明的那样，是出于制造工艺的原因而设置的。
在示于图4的实施例中，环形变形限制棱9是与顶板1分开制成的，并且嵌入在两块盖板2之间具有适当尺寸的、托板1的一条通道之中。
在示于图5的实施例中，整体制成在顶板1上的变形限制棱9在一面上(即在气缸盖衬垫已经装好的状态下朝向气缸盖的那一面上)形成有凸起表面，而在另一面则形成有环形的、台阶状的凹槽11，并配置有一另外中间板13的部分地由所述凹槽11容放的一折叠段12，此中间板13夹在顶板1与面对台阶状凹槽11的盖板2之间。折叠段12同样在燃烧空间通道3上形成一圆角部分14，用于相应地减小边缘压力。
变形限制棱9确定了与规定操作接触点相应的波纹环槽工作范围的极限接触点，为了使变形限制棱9适应规定的外形接触点，对变形限制棱9可以沿着燃烧空间通道3的周边进行铅直方向和/或宽度彷形切削。
在靠近各螺丝孔4的区域内，如果作铅直方向彷形加工，变形限制棱9的高度小于中间螺丝区域中的，如果作宽度彷形加工，变形限制棱9的宽度小于中间螺丝区域中的。
代替直接改变变形限制棱9的宽度，还可以借助于燃烧空间通道3的一种相应的椭圆形切口来改变两块盖板2的支承面积。
如果合适，波纹环槽的工作范围还可以通过相应地在波纹环槽接触区域内加厚和/或增加顶板1的高度而使之均匀化。
如果合适，平直板段8可以只是部分地伸过内部变形限制棱9，或者，在相对于燃烧空间通道3处于夹紧的状态下，结束在内部变形限制棱9的后面(未画出)。
在图6和7中，表明与顶板1制成一体的内部变形限制棱9的制作方法。在燃烧空间通道3形成于顶板1之中而留下一朝向燃烧空间通道3的区域内部的端部区之后，顶板1被夹紧在一拉模15与一拉模板16之间。拉模板16，比如用强大的弹簧压力或以液压方式，压紧拉模15。在燃烧空间通道3的边缘区域，拉模板16突出来，超出拉模15大约顶板1的一个壁厚，并用来导引一具有倒角的导向边缘18的拉延凸模17。拉延凸模17使顶板1在燃烧空间通道3处的边缘居于相对于顶板平面成大约90°的位置，带倒角的导向边缘18防止顶板1被弄尖以及顶板1从拉模15与拉模板16之间拉拽出来。顶板1另外由拉模15和拉模板16上的齐平凸起19适当地予以支承，凸起绕着靠近随后的变形限制棱9的区域延伸，并且通过戳入顶板1的材料而形成切口10。
顶板1接着被夹进压板20与压模21之间的冲模之中，位于模具上并对应于凸起19的凸起22穿入切口10。在燃烧空间通道3的区域内，压模21按照最终变形限制棱9的半径突出于压板20之外，并且按照其预定的形状比如说凹下形状而形成有一个冲压面23。定位好的边缘可借助于冲头24在燃烧空间通道3处冲压成最终的变形限制棱9，冲头24形成有相应的冲压面25。举例来说，相应于图2、3和5的各种变形限制棱9可以以这种方式同时结合铅直方向彷形加工和/或宽度彷形加工予以制作。各个凸起22可以防止材料在冲压期间回流。
如图8所示，压模21还可制成为包含相关的一个或多个变形限制棱9在内的顶板1的整个负反形状，冲头24靠压到压模21上。为了吸收可能的多余材料，在靠近压模21的上部内侧边缘处可以形成高度很小的一圈周凹槽26，所述凹槽26在变形限制棱9处会形成容易去除的多余材料形成的毛边。
按照图9和10，还可以用滚轧的方法制作变形限制棱9，顶板1夹持在两块夹持板27、28之间，夹持板也可带有凸起22，目的与冲压情况下的一样，它们在燃烧空间通道3的区域内彼此端部对齐，顶板1朝内突出一段。两块夹持板设有成形面29，靠近内侧边缘。一个或多个设有相应成形面30的滚轧工具31用来制作在燃烧空间通道3处的、带有所需横截面形状的变形限制棱9。
图4中实施例的变形限制棱9最好是用钢丝圈制成，钢丝圈最初具有圆形或矩形横截面，再用冲压方法在两面上形成凸形形状。

Claims (19)

1、一种用于内燃机的金属制气缸盖衬垫，具有两块外层盖板(2)和一块配置在盖板(2)之间的顶板(1)，这些板形成有一个或多个燃烧空间通道(3)，一个挨一个地配置并对应于内燃机的各个燃烧室，两块盖板(2)设置有围绕各燃烧空间通道(3)并与之相隔一定距离同时在通道的边缘区域内留有一平直板段(8)的指向顶板(1)的一条波纹环槽(7)，在靠近波纹环槽(7)处设有一用来保护波纹环槽的内部变形限制棱(9)，各限制棱(9)环绕着各燃烧空间通道(3)，其特征在于，内部变形限制棱(9)在其朝向燃烧空间通道的一端上、至少在一侧具有一面向相应盖板(2)的凸形表面，且该凸形表面整个表面是一弧面。
2、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)至少在一面上具有凸形表面。
3、如权利要求2所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)在两面上具有凸形表面。
4、如权利要求2所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)在一面上具有凸形表面，在背离凸形结构的一面还另外包括一中间板(13)的、燃烧空间通道(3)的通道区域中的折叠段(12)，中间板(13)夹在靠近这一面的盖板(2)与顶板(1)之间。
5、如权利要求4所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)在背离凸形结构的一面上具有一台阶状凹槽(11)，部分地容放中间板(13)的折叠段(12)。
6、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)与顶板(1)为一整体结构。
7、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)与顶板(1)分开制成，并夹在靠近燃烧空间通道(3)处的两块盖板(2)之间。
8、如权利要求7所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)由一钢丝圈制成。
9、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)按照在通道边缘区域内作用力均匀分布的要求在铅直方向上作彷形加工和/或作宽度彷形加工，如果合适，波纹环槽的工作范围通过在波纹环槽接触区域内加厚和/或加大顶板(1)高度而使之均匀化。
10、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，平直板段(8)至少部分地伸过内部变形限制棱(9)。
11、如权利要求1所述的衬垫，其特征在于，平直板段(8)在相对于燃烧空间通道(3)的夹持状态下终结在内部变形限制棱(9)后面。
12、如权利要求1至11中任一项的所述的衬垫，其特征在于，内部变形限制棱(9)大至设置在两块盖板(2)的正中间。
13、一种制造用于金属制气缸盖衬垫的顶板的方法，此顶板具有一个或多个内部变形限制棱，在此方法中，顶板在一个或多个燃烧空间通道形成之后在各个通道的相应边缘区域上经由机械加工再成形而制成一内部变形限制棱，所述内部变形限制棱在其朝向燃烧空间通道的一端上、至少在一侧具有一凸形表面，且该凸形表面整个表面是一弧面，其特征在于，各个通道边缘区域的边沿借助于一拉延凸模使之抬起，并接着在一冲模中进行压制以形成内部变形限制棱及所述弧面。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，使用一种其端部周向边缘带有倒角的拉延凸模。
15、如权利要求13所述的方法，其特征在于，在冲压或滚轧之前，在顶板每一面上围绕随后的内部变形限制棱区域设置一条周向切口，在冲压或滚轧期间顶板的夹持工具的相应凸起咬入这种切口。
16、一种制造用于金属制气缸盖衬垫的顶板的方法，此顶板具有一个或多个内部变形限制棱，在此方法中，顶板在一个或多个燃烧空间通道形成之后在各个通道的相应边缘区域上经由机械加工再成形而制成一内部变形限制棱，所述内部变形限制棱在其朝向燃烧空间通道的一端上、至少在一侧具有一凸形表面，且该凸形表面整个表面是一弧面，其特征在于，各个通道边缘区域的材料通过用一个或多个轧辊予以滚轧而加工成形，以制成内部变形限制棱及所述弧面。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，在滚轧之前，在顶板每一面上围绕随后的内部变形限制棱区域设置一条周向切口，在滚轧期间，顶板的夹持工具的相应凸起咬入这种切口。
18、一种制造用于金属制气缸盖衬垫的内部变形限制棱的方法，其特征在于，制作一种圆的或扁平的钢线圈，如果合适，借助于压制工艺赋予扁平的横截面形状和两面上的弧面。
19、如权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，内部变形限制棱在成形过程期间按照在各个通道边缘区域内作用力均匀分布的要求在铅直方向作彷形加工和/或作宽度彷形加工。
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