用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件的制作方法

專利名稱：用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件的制作方法
用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件。
技術(shù)背景
聚四氟乙烯(PTFE)作為堅(jiān)韌的(tough)、低摩擦的有用材料是已知的。這種材料 已經(jīng)有機(jī)會(huì)在例如汽車和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，在這些系統(tǒng)中，金屬、橡膠和聚合 物部件一起在高速和高壓下緊密地移動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容
本文公開(kāi)了一種用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件。該涂層密封件包括 密封件主體部分，該密封件主體部分包括玻璃纖維填充的PTFE、碳填充的PTFE、二硫化鉬 填充的PTFE、青銅填充的PTFE、或者其組合。該涂層密封件還包括附著在密封件主體部分 的至少一側(cè)的涂層部分，該涂層部分形成涂層密封件的大約5體積％到25體積％，該涂層 部分包括膨體PTFE、碳填充的PTFE、或者其組合，在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/ 秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少380米總移動(dòng)距離的情況下，該涂層部分的摩擦系數(shù)小于0. 25。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及以下的解決方案
方案1. 一種用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件，所述密封件包括
密封件主體部分，所述密封件主體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充 的聚四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四氟乙烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；以及
涂層部分，所述涂層部分附著到所述密封件主體部分的至少一側(cè)，形成所述涂層 密封件的約5體積％到約25體積％，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟 乙烯、或者其組合，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行 進(jìn)至少380米距離的情況下，具有小于0. 25的摩擦系數(shù)。
方案2.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓 力并以0.2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少380米距離的情況下，具有小于0. 1的摩擦系數(shù)。
方案3.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分形成所述涂層密封件的 大約10體積％到大約20體積％。
方案4.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯，所 述膨體聚四氟乙烯涂層部分在所述涂層密封件上具有大約0. 004英寸到大約0. 012英寸的厚度。
方案5.如方案1所述的涂層密封件，其中，在所述涂層部分和所述密封件主體部 分之間具有粘合劑層，所述粘合劑層包括聚合物基粘合劑。
方案6.如方案5所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分的內(nèi)部分包括具有孔隙 的膨體聚四氟乙烯，聚合物基粘合劑基本填充所述孔隙，來(lái)自所述孔隙的聚合物基粘合劑 向所述粘合劑層提供至少一些粘合劑。
方案7.如方案6所述的涂層密封件，其中，所述聚合物基粘合劑為熱固性環(huán)氧樹(shù)脂。
方案8.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分直接附著到所述密封件 主體部分，它們之間沒(méi)有設(shè)置粘合劑層。
方案9.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分由碳填充的聚四氟乙烯 形成，所述碳構(gòu)成所述碳填充聚四氟乙烯涂層部分的大約10體積％到大約30體積％。
方案10.如方案9所述的涂層密封件，其中，所述碳填充聚四氟乙烯涂層部分中的 碳為石墨。
方案11.如方案10所述的涂層密封件，其中，所述石墨為高純度焦炭粉末。
方案12.如方案1所述的涂層密封件，其中，所述密封件主體部分包括玻璃纖維填 充的聚四氟乙烯，所述玻璃纖維占所述玻璃纖維填充聚四氟乙烯密封件主體部分的大約5 體積％到大約30體積％。
方案13. —種具有噴射器的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，包括
涂層密封件，其可操作地直接布置到所述車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器的至少一個(gè)表 面，所述涂層密封件包括
密封件主體部分，所述密封件主體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充 的聚四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四氟乙烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；以及
涂層部分，所述涂層部分附著到所述密封件主體部分的至少一側(cè)，形成所述涂層 密封件的約5體積％到約25體積％，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟 乙烯、或者其組合，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行 進(jìn)至少380米距離的情況下，具有小于0. 25的摩擦系數(shù)；
其中，所述涂層密封件構(gòu)造為能忍受在所述車輛發(fā)動(dòng)機(jī)噴射器孔中的反復(fù)的上下 豎直脈動(dòng)、燃燒壓力、和隨機(jī)的從一側(cè)到另一側(cè)的水平壓力；
并且其中，所述涂層密封件構(gòu)造為使得所述噴射器以降低的摩擦、降低的噪聲、和 改進(jìn)的耐磨性進(jìn)行工作。
方案14. 一種形成用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件的方法，包括
將涂層部分附著到密封件主體部分的至少一側(cè)來(lái)形成所述涂層密封件，所述密封 件主體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四 氟乙烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；并且所述涂層部分形成所述涂層密封件的大 約5體積％到大約25體積％，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、或 者其組合；
其中，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至 少380米距離的情況下，具有小于0. 25的摩擦系數(shù)。
方案15.如方案14所述的方法，其中，附著是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的
在把所述涂層部分靠著所述密封件主體部分定位時(shí)施加熱、壓力、或者其組合；或 者
在所述密封件主體部分和所述涂層部分之間應(yīng)用聚合物基粘合劑。
方案16.如方案14所述的方法，其中，所述涂層部分包括
其內(nèi)具有孔隙的膨體聚四氟乙烯；以及
基本填充所述孔隙的聚合粘合劑，所述聚合粘合劑將所述涂層部分粘附到所述密封件主體部分。
方案17.如方案16所述的方法，其中，所述聚合粘合劑包括熱固性環(huán)氧樹(shù)脂。
方案18.如方案14所述的方法，其中，所述涂層部分以片、擠出物、或者帶的形式 附著到密封件主體部分的至少一側(cè)。
方案19.如方案14所述的方法，其中，所述涂層密封件可操作地設(shè)置在火花點(diǎn)火 直接噴射式噴射系統(tǒng)或者隔離型火花點(diǎn)火直接噴射式噴射系統(tǒng)中的噴射器上。
方案20.如方案14所述的方法，其中，所述涂層部分在應(yīng)用于噴射器時(shí)，在受到大 約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少380米距離的情況下，具有的摩擦系 數(shù)小于0. 1。


參考以下具體實(shí)施方式
和附圖，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見(jiàn)，其中同樣 的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于相似、盡管可能不相同的部件。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，具有之前說(shuō)明的功能的特 征或附圖標(biāo)記可能結(jié)合或者可能沒(méi)有結(jié)合出現(xiàn)它們的其他附圖進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的隔離型的火花點(diǎn)火直接噴射(SIDI)噴射器的可插入 部分的剖視立體圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的涂層密封件的放大截面剖視圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的涂層密封件的放大截面剖視圖2C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的涂層密封件的放大截面剖視圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的摩擦系數(shù)(COF)與時(shí)間(秒)的關(guān)系圖4A、4B、4C和4D是具有碳填充PTFE (黑)和玻璃填充PTFE (白)密封件的隔離 型SIDI噴射器試驗(yàn)后拍攝的比較照片；
圖5A、5B、5C和5D是分別與四個(gè)單獨(dú)的密封件定位的四個(gè)單獨(dú)的鋁制部段進(jìn)行銷 盤(pán)式摩擦試驗(yàn)之后拍攝的比較照片；
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的涂層密封件進(jìn)行銷盤(pán)式摩擦試驗(yàn)之后拍攝的鋁制部 段的照片；和
圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的附接于銷的涂有膨體聚四氟乙烯(ePTFE)的玻 璃纖維填充PTFE密封件在進(jìn)行銷盤(pán)式摩擦試驗(yàn)之前(圖7A)和之后(圖7B)拍攝的側(cè)視 照片。
具體實(shí)施方式
傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火直接噴射(SIDI)式燃料噴射器剛性地、堅(jiān)固地安裝在機(jī)動(dòng)車輛 的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上，例如氣缸蓋上。這樣，在噴射器操作時(shí)來(lái)自噴射器的壓力脈沖和噪聲就會(huì) 大多直接傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，對(duì)于傳統(tǒng)的SIDI系統(tǒng)可能存在關(guān)于噪音、振動(dòng)和不平順性 (NVH)的負(fù)面問(wèn)題。出于同樣原因，在這些噴射器上使用的密封件，例如針對(duì)噴射器孔密封 噴射器的燃燒密封件并不需要忍受較多的不規(guī)律運(yùn)動(dòng)(如果有的話)，這是因?yàn)閲娚淦魇?剛性安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的。這種剛性的安裝允許NVH大多直接傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)。密封件的主 要作用就是密封住來(lái)自內(nèi)部燃燒過(guò)程的壓力脈動(dòng)和氣體，其壓力平均在25-30bar左右，但 也可能高達(dá)300bar (30MPa)。
相反地，隔離型的SIDI系統(tǒng)將噴射器以隔離的或者懸掛的方式安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)，這 樣所產(chǎn)生的NVH就會(huì)輕易的被噴射器本身和燃料系統(tǒng)吸收，隨后并不容易傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的 其他部分。因此，噴射器的懸掛方式使得其相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)可以相對(duì)自由進(jìn)行一些相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 主要是豎直方向的，上下方向的運(yùn)動(dòng)，但還有諸如水平方向的以及從一側(cè)到另一側(cè)的運(yùn)動(dòng) 的運(yùn)動(dòng)。由于這種相對(duì)自由的運(yùn)動(dòng)，噴射器的燃燒密封件需要能夠忍受由隔離型SIDI系統(tǒng) 的懸掛機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的各種運(yùn)動(dòng)和力。
本發(fā)明的涂層密封件可以容易地應(yīng)用于傳統(tǒng)的或者隔離型的SIDI系統(tǒng)的噴射器 中。它的涂層特別地非常適合于能夠應(yīng)對(duì)(handle)隔離型SIDI系統(tǒng)中的噴射懸掛機(jī)構(gòu)。 其還可以用于密封在進(jìn)氣口燃料噴射(PFI)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口中使用的噴射器。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件。在另一實(shí)施例 中，該涂層密封件可被用作SIDI噴射系統(tǒng)和隔離型SIDI噴射系統(tǒng)中的噴射密封件。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例，其示出了 SIDI噴射器12的可插入部分的立體圖。特別 的，涂層密封件10可以用在SIDI系統(tǒng)和隔離型SIDI系統(tǒng)中的噴射器12上。可以理解，涂 層密封件10可以用作動(dòng)態(tài)密封件或靜態(tài)密封件。在圖1中，有一個(gè)涂層密封件10。在噴射 器12的替代實(shí)施例中，噴射器12也可以用兩個(gè)密封件10進(jìn)行雙密封，所述兩個(gè)密封件彼 此相鄰地設(shè)置在噴射器12上，以覆蓋一個(gè)較大的區(qū)域和提供更有效的密封能力，以應(yīng)對(duì)在 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體和液體的壓力。
在上述的實(shí)施例中，噴射器主體12延伸形成了尖端14，該尖端的一部分被密封件 10圍繞或者覆蓋。對(duì)于SIDI噴射系統(tǒng)或隔離型SIDI噴射系統(tǒng)，包括密封件10的噴射器尖 端14被插入到通向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的孔中。密封件10忍受在噴射器主體12于噴射器孔 中反復(fù)脈動(dòng)時(shí)由噴射器主體12的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)所引起的磨損和摩擦。密封件10還忍受噴射器 主體12在噴射器孔中進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)期間偶然施加的隨機(jī)的從一側(cè)到另一側(cè)的水平壓力和 燃燒壓力。
圖2A、2B、2C是涂層密封件的三個(gè)分別的實(shí)施例10，、10”、10”，的的截面剖視圖。 在分別示于圖2A、圖2B、圖2C中的每個(gè)實(shí)施例中，密封件主體部分16、16’、16”圍繞著芯 沈、26’、26”，其代表了圖1中所示的尖端14的一部分。
對(duì)于本文的任何實(shí)施例而言，密封件主體部分16、16’、16”可以選自任何合適的材 料。但是，在一個(gè)實(shí)施例中，密封件主體部分16、16’、16”從這樣的材料組中選擇玻璃纖維 填充的PTFE、碳填充的PTFE、二硫化鉬填充的PTFE、青銅填充的PTFE、或者其組合。在另一 個(gè)實(shí)施例中，碳填充的PTFE密封件主體部分16、16’、16”中的碳為石墨。合適石墨材料的 一個(gè)非限制性的例子是高純度焦炭粉末。
對(duì)于本文的任一實(shí)施例，涂層部分20、20’、20”可以附著于密封件主體部分16、 16’、16”。可以理解的是，涂層部分20、20’、20”可以從任何合適的材料中選擇。但是，在一 個(gè)實(shí)施例中，涂層部分可以從這樣的材料組中選擇ePTFE、碳填充的PTFE、或者其組合，只 要其滿足耐磨要求(例如，大約IOOMPa的接觸壓力和以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度進(jìn)行的380 米的總移動(dòng)距離)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A，在本發(fā)明的密封件10’的所示實(shí)施例中，涂層部分20附著到環(huán)繞 芯沈的密封件主體部分16。粘合劑層18可以用于將涂層部分20附著到密封件主體部分 16。在粘合劑層18中的粘合劑可以是基于聚合物的粘合劑。在一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑是熱固性環(huán)氧樹(shù)脂。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2B，在本發(fā)明的密封件10”的所示實(shí)施例中，涂層部分20’附著到環(huán) 繞芯26’的密封件主體部分16’。涂層部分20’的內(nèi)部分22包括其中具有孔M的ePTFE。 聚合物基的粘合劑可以基本上或者完全填充孔24，因此形成ePTFE和聚合物基粘合劑的復(fù) 合物。在一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自粘合劑填充的孔M的粘合劑提供給粘合劑層18’至少一部分 粘合劑，粘合劑層18’將涂層部分20’粘附到密封件主體部分16’。在一個(gè)例子中，粘合劑 填充的孔M中的粘合劑可以是熱固性環(huán)氧樹(shù)脂。在另一實(shí)施例中，聚合物基的粘合劑(例 如，如上所述的熱固性環(huán)氧樹(shù)脂)充當(dāng)多孔ePTFE的承載合作者，附加地或者替代地，提供 粘合劑層18’中的至少一些粘合劑。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2C，在本發(fā)明的密封件10”’的所示實(shí)施例中，涂層部分20”附著到環(huán) 繞芯沈”的密封件主體部分16”。在本實(shí)施例中，涂層部分20”直接附著到密封件主體部分 16”，而沒(méi)有在圖2A和2B中示出的粘合劑層18、18’。涂層部分20”和密封件主體部分16” 之間的附著是通過(guò)使用熱和壓力將涂層部分20”應(yīng)用到密封件主體部分16”上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
例如，在涂層部分20、20’、20”和密封件主體部分16、16’、16”均是化學(xué)上類似的 材料(例如，都由PTFE基的材料形成)的實(shí)施例中，涂層部分和密封件主體部分可熱壓到 一起。
在另外的一個(gè)實(shí)施例中，涂層部分20、20’、20”可以以片、擠出物或者帶的形式附 著到密封件主體部分16、16’、16”的至少一側(cè)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SIDI噴射系統(tǒng)(其非限制性的一個(gè)例子是隔離型的SIDI噴射系統(tǒng))的 設(shè)計(jì)對(duì)于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的降噪是有效的。但是，也發(fā)現(xiàn)，SIDI設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中 的噴射器密封件10、10’、10”、10”’與噴射器孔之間的微小運(yùn)動(dòng)。為了最小化這種微小運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的影響，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，密封件的材料需要具有針對(duì)噴射器孔的低摩擦和高耐 磨性，其中噴射器孔通常由鑄造鋁合金或者鐵制成。
已經(jīng)對(duì)用作SIDI噴射系統(tǒng)的密封件的無(wú)涂層的玻璃纖維填充PTFE(白)已經(jīng)進(jìn) 行了評(píng)估。這種無(wú)涂層的白色PTFE雖然是有作用的，但是其顯示出過(guò)多的磨損和摩擦，并 導(dǎo)致了密封性能和耐用性的降低。
在無(wú)涂層的碳填充PTFE(黑)用作SIDI噴射系統(tǒng)的密封件時(shí)，獲得了更好的結(jié) 果。無(wú)涂層的黑色PTFE密封件證實(shí)比無(wú)涂層的白色PTFE密封件有更低的摩擦和更高的耐 磨性。
當(dāng)ePTFE的涂層部分20附著到玻璃纖維填充PTFE的密封件主體部分16上形成 涂層密封件10’時(shí)，獲得了類似好的結(jié)果。在一個(gè)類似的過(guò)程之后，碳填充PTFE的涂層部 分20附著到玻璃纖維填充PTFE的密封件主體部分16上。該涂層密封件10’的結(jié)果與上述 具有ePTFE的涂層密封件10，的結(jié)果類似。本發(fā)明人于是發(fā)現(xiàn)，通過(guò)如上所述那樣將ePTFE 或者碳填充PTFE的涂層部分20、20’、20”附著到有較低耐磨性、較低降摩擦性且通常為較 便宜材料的密封件主體部分16、16，、16”，就可以獲得ePTFE和碳填充PTFE的耐磨、降摩擦 的益處。
因此，當(dāng)各種密封件主體部分16、16，、16”材料中的任一種涂覆了 ePTFE或者碳填 充PTFE的涂層并且用作密封件10、10’、10”、10”’時(shí)讓涂層作為與燃燒室的噴射器孔接觸 的區(qū)域時(shí)，也可以獲得類似的良好效果。事實(shí)上，在一個(gè)實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的涂層密封件10、10’、10”、10”’的外表面在遭受大約IOOMPa的壓力并以0.2米/秒的滑動(dòng)速度行 進(jìn)至少380米的總移動(dòng)距離時(shí)，具有的摩擦系數(shù)小于0. 25。涉及壓力的“大約”，在本文中 的含義為士 lOMPa。在另一實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的涂層密封件10、10，、10”、10”，的外 表面在遭受大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒滑動(dòng)速度行進(jìn)至少380米的總移動(dòng)距離時(shí)， 具有的摩擦系數(shù)小于0.1。
可以理解的是，涂層密封件10、10，、10”、10”，的涂層部分20、20，、20”可構(gòu)成涂 層密封件10、10’、10”、10”’的任何合適的量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，涂層密封件10、 10，、10”、10”，的涂層部分20、20，、20”形成涂層密封件10、10，、10”、10”，的大約5%至大 約25% (體積百分比)。在替代實(shí)施例中，涂層密封件10、10’、10”、10”’的涂層部分20、 20，、20”形成涂層密封件10、10，、10”、10”，的大約10%至大約20% (體積百分比)。這里 所用的“大約”含義為士3% (體積百分比)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，涂層部分20、20，、20”包括ePTFE、碳填充的PTFE、或者 其組合，并且涂層部分20、20’、20”可以在涂層密封件10、10’、10”、10”’上具有任何合適的 厚度，例如從大約0.004英寸到大約0.012英寸。這里所用的“大約”意味著士0.002英寸。 在另一實(shí)施例中，當(dāng)涂層部分20、20，、20”包括碳填充PTFE時(shí)，碳填充PTFE涂層部分20、 20，、20”中的碳占涂層部分20、20，、20”的體積百分比為從大約10%到大約30%。這里所 用的“大約”意味著士5% (體積百分比)。在又一個(gè)實(shí)施例中，碳填充PTFE涂層部分20、 20’、20”中的碳為石墨。合適的石墨材料的一個(gè)非限制性例子是高純度焦炭粉末。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，當(dāng)密封件主體部分16、16’、16”包括玻璃纖維填充的 PTFE時(shí)，玻璃纖維占密封件主體部分16、16，、16”的體積百分比為大約5%到大約30%。這 里使用的“大約”含義為士2% (體積百分比)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中使用涂層密封件10、10’、10”、10”’的方 法。該方法的實(shí)施例包括可操作地將涂層密封件10、10’、10”、10”’直接設(shè)置在車輛發(fā)動(dòng) 機(jī)中的噴射器12的至少一個(gè)表面上。在另一實(shí)施例中，涂層密封件10、10’、10”、10”’被應(yīng) 用為SIDI噴射系統(tǒng)或者隔離型SIDI噴射系統(tǒng)中的噴射密封件或者燃燒密封件。
本發(fā)明的涂層密封件10、10’、10”、10”’的實(shí)施例構(gòu)造為能忍受在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的噴 射器孔中的反復(fù)的豎直方向的上下脈動(dòng)和燃燒壓力，以及隨機(jī)的從一側(cè)到另一側(cè)的水平壓 力。涂層密封件10、10’、10”、10”’構(gòu)造為使得噴射器12能夠以降低的摩擦、降低的噪聲、 和改進(jìn)的耐磨性進(jìn)行工作。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器密封件 10、10’、10”、10”’中實(shí)現(xiàn)降低的摩擦、降低的噪聲、和改進(jìn)的耐磨性。該系統(tǒng)包括如本文所 述的涂層密封件10、10’、10”、10”’，所述涂層密封件可操作地設(shè)置在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器 12上作為噴射器密封件。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，本文給出了下面的例子。應(yīng)當(dāng)理解的是，給出這 些例子僅僅是為了說(shuō)明的目的，而不應(yīng)理解為是對(duì)所公開(kāi)實(shí)施例的范圍的限制。
例子
例子 1
為了比較三種不同的PTFE密封件的摩擦系數(shù)(COF)，根據(jù)以下的程序來(lái)收集數(shù) 據(jù)。進(jìn)行比較的三種不同的PTFE密封件是ePTFE涂層密封件10，、無(wú)定形碳填充PTFE密封件、和玻璃纖維填充PTFE密封件。為了確定摩擦系數(shù)，對(duì)PTFE密封件施加了負(fù)載。一 個(gè)比密封件的內(nèi)直徑稍大一些的鋼球被推入并強(qiáng)力粘附到每個(gè)密封件中。隨后它們被放 到銷保持器中，并讓密封件的外直徑表面暴露作為銷尖，該銷尖在表面粗糙度范圍為Rz = 2 μ m，6 μ m到20 μ m的機(jī)械加工的鋁盤(pán)上運(yùn)動(dòng)。對(duì)接觸表面施加負(fù)載。接觸壓力估計(jì)在大 約IOOMI^或以下。因?yàn)檩^高的負(fù)載會(huì)導(dǎo)致較快的磨損速率(雖然很低)，所以總的膜/涂 層厚度可以基于至少380米的移動(dòng)距離下的所需耐久性(移動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間)和磨損速率來(lái) 進(jìn)行計(jì)算。此外，滑動(dòng)速度為0. 2m/s，測(cè)試溫度為150°C。
圖3是基于根據(jù)上述程序得到的數(shù)據(jù)繪出的。圖3是繪出了三種不同的PTFE密封 件的摩擦系數(shù)(COF)隨著時(shí)間變化的曲線圖。豎軸度量摩擦系數(shù)，橫軸度量時(shí)間。進(jìn)行比較 的三種不同的PTFE密封件是ePTFE涂層密封件10，、無(wú)定形碳填充PTFE密封件、和玻璃纖 維填充PTFE密封件。如圖3中的曲線圖所示，ePTFE涂層密封件的曲線310隨著時(shí)間的推 移顯示出最小的摩擦系數(shù)(在2000秒的過(guò)程中COF僅僅超過(guò)0. 1)，無(wú)定形碳填充PTFE密 封件的曲線312緊隨其后(C0F在2000秒內(nèi)在0. 1到0. 2之間)。玻璃纖維填充PTFE密封 件的曲線314顯示了在密封件開(kāi)始磨損之后摩擦系數(shù)急劇增加到一個(gè)較高的數(shù)值(C0F在 2000秒內(nèi)在0. 3到0. 5之間)。從數(shù)據(jù)中還可以看出，玻璃纖維填充PTFE密封件的磨損過(guò) 程還會(huì)隨著時(shí)間的推移而迅速加快。與此相比，雖然也有少量的密封件磨損，但是曲線310 和312顯示了穩(wěn)定的低摩擦和不明顯的密封件磨損。
例子2
為SIDI發(fā)動(dòng)機(jī)制造的四個(gè)噴射器(分別拍攝為圖4A、4B、4C、4D)進(jìn)行了耐久性試 驗(yàn)。在圖4A、4B中的噴射器在與燃燒室的噴射器孔接觸的區(qū)域的噴射器尖端附近具有碳填 充PTFE(黑)密封件。在圖4C、4D中的噴射器在與燃燒室的噴射器孔接觸的區(qū)域的噴射器 尖端附近具有玻璃纖維填充PTFE (白)密封件。
使用SIDI V4隔離器對(duì)第一噴射器(圖4A)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，與其它密封件相比， 第一噴射器上的密封件厚了大約10%以便提供用于其密封功能的大約12%的額外壓縮。 在經(jīng)歷這些條件后，第一噴射器被發(fā)現(xiàn)是100%的“干凈”，沒(méi)有與燃燒竄漏(combustion blow-by)有關(guān)的沉積物，這表明沒(méi)有密封件磨損以及燃燒室的泄漏。在這種黑色密封件的 OD表面上觀察到了極小的磨損(僅僅是表面上材料的輕微污跡)。
在標(biāo)稱的配合壓縮(nominal fit compression)下使用SIDI V4隔離器對(duì)第二噴 射器(圖4B)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。在經(jīng)歷這些條件后，發(fā)現(xiàn)第二噴射器在密封件上具有大約 2. 5mm的可見(jiàn)帶狀未知組分的沉積物。雖然沒(méi)有對(duì)2. 5mm的可見(jiàn)帶狀沉積物進(jìn)行化學(xué)分析， 但它不一定是竄漏，因?yàn)槊芊饧@示沒(méi)有磨損。在該黑色密封件的OD表面上沒(méi)有觀察到磨 損道，甚至在微米水平也沒(méi)有觀察到。
在標(biāo)稱的配合壓縮下使用SIDI V4隔離器對(duì)第三噴射器(圖4C)進(jìn)行耐久性試 驗(yàn)。在經(jīng)歷這些條件后，發(fā)現(xiàn)第三噴射器在密封件上具有大約2. 5mm的可見(jiàn)帶狀未知組分 的沉積物。雖然沒(méi)有對(duì)2. 5mm的可見(jiàn)帶狀沉積物進(jìn)行化學(xué)分析，但它不一定是竄漏，因?yàn)槊?封件顯示非常少的磨損。具體地，密封件在其更靠近燃燒室一側(cè)的OD表面上看起來(lái)具有 50微米的磨損帶。磨損的深度比較淺，在SEM中不能看到明顯的斷裂的玻璃纖維。
在標(biāo)稱的配合壓縮下使用SIDI Vl隔離器對(duì)第四噴射器(圖4D)進(jìn)行耐久性試 驗(yàn)。在經(jīng)歷這些條件后，發(fā)現(xiàn)第四噴射器在密封件上具有大約8mm的帶狀沉積物。化學(xué)分析證實(shí)，該沉積物與密封件上的燃燒竄漏一致。具體地，密封件看起來(lái)已經(jīng)磨損，并且似乎 已經(jīng)發(fā)生了一些燃燒室泄漏。在更靠近燃燒室的邊緣上的OD表面上看到的磨損道大約300 微米寬，與噴射器的微小運(yùn)動(dòng)的幅度相一致。SEM圖片顯示出磨損道上的斷裂的玻璃纖維。 這些斷裂的纖維被認(rèn)為加速了鋁制噴射器孔的磨損，從而導(dǎo)致了最終的泄漏和竄漏。因此， 圖4D中的沉積物與在圖4C中平的鋁制部段上看到的黑色物質(zhì)不同，那是由于密封件與噴 射器孔不斷的摩擦和接觸造成的密封件碎屑。
例子3
進(jìn)行了盤(pán)銷摩擦試驗(yàn)。五個(gè)密封件分別相對(duì)于五個(gè)平的鋁制表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和/或 脈動(dòng)10000圈(約380米)。平的鋁制表面被機(jī)械加工成具有與噴射器孔大致相同的粗糙 度。摩擦試驗(yàn)中所用的銷具有圍繞它們附接的密封件，這樣每個(gè)密封件的圓形表面邊緣與 各自的鋁制表面摩擦。在圖5A和5B中示出的所述密封件中的前兩個(gè)，在銷周圍附接有碳 填充PTFE密封件。接下來(lái)的兩個(gè)密封件，如在圖5C和5D中所示，在銷周圍附接有玻璃纖 維填充PTFE密封件。圖5A和5C中平的鋁制表面的表面粗糙度為Rz = 2微米，而圖5B和 5D中平的鋁制表面的表面粗糙度為民=6微米。最后一個(gè)被應(yīng)用到圖6中所示的鋁制部 段上的密封件具有附著到玻璃纖維填充PTFE密封件的ePTFE涂層部分20，該涂層密封件 圍繞銷附接。如圖所示，與圖5C和5D中所示的玻璃纖維填充PTFE密封件相比，圖5A和 5B中的碳填充PTFE密封件在各自的鋁制表面上留下了明顯較不容易發(fā)現(xiàn)的圓形磨損碎 屑。但是，圖6中的涂有ePTFE的密封件明顯留下了最少量的磨損碎屑，并且沉積物是孤立 的(isolated)，甚至都不足以在鋁制表面上留下實(shí)的圓形廓線，這與在圖5A、5B、5C、5D看 到的形成對(duì)比。
圖7A和7B是上述涂有ePTFE的密封件10’的部分的特寫(xiě)照片，其在圖6中所示 的鋁制表面上幾乎沒(méi)有留下磨損碎屑。圖7A是涂有ePTFE的密封件10’在相對(duì)于鋁制表 面以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度進(jìn)行約10000圈(約380米)旋轉(zhuǎn)/脈動(dòng)前的一部分的照片。 圖7B是涂有ePTFE的密封件10，在進(jìn)行約10000圈(約380米)旋轉(zhuǎn)后的該相同部分的 照片。如照片所示，沒(méi)有可見(jiàn)的證據(jù)表明ePTFE涂層部分20從玻璃纖維填充PTFE密封件 16上脫離或者磨掉。
盡管詳細(xì)說(shuō)明了若干實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，可以對(duì)所公開(kāi) 的實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，前述的說(shuō)明內(nèi)容應(yīng)該被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件，所述密封件包括密封件主體部分，所述密封件主體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充的聚 四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四氟乙烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；以及涂層部分，所述涂層部分附著到所述密封件主體部分的至少一側(cè)，形成所述涂層密封 件的約5體積％到約25體積％，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、 或者其組合，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少 380米距離的情況下，具有小于0. 25的摩擦系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并 以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少380米距離的情況下，具有小于0. 1的摩擦系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分形成所述涂層密封件的大約 10體積％到大約20體積％。
4.如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯，所述膨 體聚四氟乙烯涂層部分在所述涂層密封件上具有大約0. 004英寸到大約0. 012英寸的厚 度。
5.如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其中，在所述涂層部分和所述密封件主體部分之 間具有粘合劑層，所述粘合劑層包括聚合物基粘合劑；并且其中，所述涂層部分的內(nèi)部分包 括具有孔隙的膨體聚四氟乙烯，聚合物基粘合劑基本填充所述孔隙，來(lái)自所述孔隙的聚合 物基粘合劑向所述粘合劑層提供至少一些粘合劑。
6.如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其中，所述涂層部分由碳填充的聚四氟乙烯形成， 所述碳構(gòu)成所述碳填充聚四氟乙烯涂層部分的大約10體積％到大約30體積％。
7.如權(quán)利要求6所述的涂層密封件，其中，所述碳填充聚四氟乙烯涂層部分中的碳為 石墨。
8.如權(quán)利要求7所述的涂層密封件，其中，所述石墨為高純度焦炭粉末。
9.一種具有噴射器的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，包括如權(quán)利要求1所述的涂層密封件，其可操作地直接布置到所述車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器 的至少一個(gè)表面，其中，所述涂層密封件構(gòu)造為能忍受在所述車輛發(fā)動(dòng)機(jī)噴射器孔中的反復(fù)的上下豎直 脈動(dòng)、燃燒壓力、和隨機(jī)的從一側(cè)到另一側(cè)的水平壓力；并且其中，所述涂層密封件構(gòu)造為使得所述噴射器以降低的摩擦、降低的噪聲、和改進(jìn) 的耐磨性進(jìn)行工作。
10.一種形成用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件的方法，包括將涂層部分附著到密封件主體部分的至少一側(cè)來(lái)形成所述涂層密封件，所述密封件主 體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四氟乙 烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；并且所述涂層部分形成所述涂層密封件的大約5 體積％到大約25體積％，所述涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、或者 其組合；其中，所述涂層部分在受到大約IOOMPa的壓力并以0. 2米/秒的滑動(dòng)速度行進(jìn)至少 380米距離的情況下，具有小于0. 25的摩擦系數(shù)。
全文摘要
本文公開(kāi)了一種用于密封車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中部件的涂層密封件。該密封件包括密封件主體部分，該密封件主體部分包括玻璃纖維填充的聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、二硫化鉬填充的聚四氟乙烯、青銅填充的聚四氟乙烯、或者其組合；以及涂層部分，該涂層部分包括膨體聚四氟乙烯、碳填充的聚四氟乙烯、或者其組合。本文還公開(kāi)了一種在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中使用涂層密封件的方法。本文還公開(kāi)了一種在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器密封件中實(shí)現(xiàn)降低的摩擦、降低的噪聲、和改進(jìn)的耐磨性的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F02F11/00GK102042407SQ201010582868
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者P-K·袁, Y·齊 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司