[发明专利]用于往复式活塞内燃机的密封系统和缸盖垫片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于往复式活塞内燃机的密封系统，所述内燃机具有：缸套，所述缸套为了形成缸套凸台而伸出超过发动机缸体的面向缸盖垫片的密封面；缸盖垫片，所述缸盖垫片包括至少一个钢板层，所述钢板层具有至少一个燃烧室开口和用于穿过缸盖螺栓的螺孔，其中提供了板层的环形区域以用于夹紧在套的端面和缸盖之间，所述板层的环形区域邻接和环绕所述燃烧室开口并形成金属燃烧室密封元件。

背景技术

对于上述类型的缸盖垫片，首先应当指出的是，如果缸盖垫片旨在用于的发动机确实为多缸发动机(但其具有用于每个汽缸的单独的缸盖和单独的缸盖垫片)，其可能只有单个燃烧室开口；然而，特别地，本发明涉及具有用于多缸发动机(直列发动机或V型发动机)的多个燃烧室开口的缸盖垫片。根据本发明，钢板缸盖垫片可以为单层或多层垫片，例如这样的垫片：其中可能分成段的一个钢板层在缸盖和发动机缸体之间的整个密封间隙上方延伸，而第二钢板层或多个另外的钢板层仅在由缸盖垫片形成的密封板的一个或多个子区域上方延伸。最后，前述金属燃烧室密封元件不需要为纯金属的，因为可以以已知的方式在钢板上设有非金属材料的薄涂层，以使燃烧室密封元件具有具体的期望表面特性。

在发动机中，必须将燃烧室开口周围的区域与最高的介质压力密封隔绝，也就是说，与燃烧室内产生的气体压力隔绝。因此，燃烧室周围的密封系统以某种方式被构造，使得刚好在装配的缸盖垫片处产生最高的比压(单位面积的夹紧力)。为了实现此目的，就前述类型的单层缸盖垫片而言，燃烧室开口周围的钢板层可以设有折叠或对折的部分，为此，将邻接和围绕燃烧室开口的钢板层的环形区域从钢板层弯出并折叠到钢板层上，以使得由钢板层和折叠部分形成的燃烧室密封元件具有等于钢板层厚度二倍的材料厚度。然而，这样的先决条件是使用容易成型的钢板，即在实施过程中相对廉价的镍钢薄板，因为如若不然，不但存在当所述环形区域往回弯曲曲柄角180°时钢板可能在弯曲点处产生裂缝的危险，而且存在该环形区域可能在环绕层的径向外边缘处产生裂缝的危险(由于当环绕层折叠时环形区域的自由边缘的延伸)。然而，前述密封系统的明显优点是：由于在发动机组装过程中(即在用发动机设计者规定的定值扭矩紧固缸盖螺栓的过程中)在具有缸套凸台的缸套上设有环绕层的钢板层的区域的支撑作用，在燃烧室开口周围及紧邻燃烧室开口处，在缸盖、由钢板层及其折叠部分形成的燃烧室密封元件和缸套之间产生高压缩力。

发明内容

本发明的基本问题是以允许更经济地制造缸盖垫片的方式改进初始所述类型的密封系统。

根据本发明对该问题的解决方案的基本思想是：在这样的密封系统中，增加缸套凸台的尺寸，并且就缸盖垫片而言，省却钢板层停靠在缸套上的区域的折叠部分和/或任何其它类型加厚，从而就所考虑的缸盖垫片的钢板层而言，可以使用比具有相对较高镍含量的钢板较不易成型并且因而成本远低于该镍钢薄板的钢板。此外，这样还可以省去制造折叠部分的费用。另一方面，增加缸套凸台的尺寸至少不会使成本显著增加，因为增加缸套凸台的尺寸要么需要仅略微增加缸套的长度(通常明显小于1mm)，要么仅需要在发动机缸体密封面的面向缸盖垫片的方向上略微移动缸套在发动机缸体上的支撑点(同样小于1mm)。

因此，初始定义类型的根据本发明的密封系统由于以下事实而特别优越：金属燃烧室密封元件的材料厚度等于停靠在缸套上的缸盖垫片的钢板层的材料厚度，并且假定用指定定值扭矩紧固缸盖螺栓的情况下，缸套端面伸出到发动机缸体密封面之外的凸台尺寸至少等于所述钢板层的薄板的材料厚度。就这一点而言，还应指出以下一点：由于缸套不能被看作绝对刚性的部件，因此在组装发动机过程中，即在紧固缸盖螺栓过程中，缸套在缸套轴线方向上承受较大的压缩应力，导致缸套在其在发动机缸体上的支撑点与其面向缸盖垫片和/或缸盖的端面之间的长度略微缩短(在市售车辆发动机中，通常缩短约0.2mm的量)。当上文在提及根据本发明金属燃烧室密封元件的材料厚度等于钢板层薄板的材料厚度时，其旨在表达这样的意思：既不是通过产生环绕层，也不是例如通过在其上面设置薄板金属环或利用耐压涂层来增加缸盖垫片的钢板层停靠在缸套上的区域的材料厚度。最后，所谓“至少等于钢板层薄板的材料厚度的凸台尺寸”不是指发动机缸体密封面以外的任意大的缸套凸台，而只是指足以产生必要压缩力的凸台尺寸，即使缸盖垫片的停靠在缸套上的区域没有相对于紧邻该区域的垫片区域加厚：因此在缸盖螺栓的紧固状态下，凸台尺寸等于钢板层薄板的材料厚度或最多等于该材料厚度的1.5至2倍。此外，还应当指出，如下文将要出现的，所谓钢板层的停靠在缸套上的区域的材料厚度是指该薄板层区域的平均材料厚度。