歧管墊片組件的制作方法

專利名稱：歧管墊片組件的制作方法
技術領域：
本申請中公開的主題涉及墊片和墊片組件。更具體地講，但不通過限制的方式，本申請涉及用于與內燃機中的排氣歧管一起使用的墊片組件。
背景技術：
內燃機典型地包括在氣缸體的頂部上設置在氣缸之上的氣缸蓋。氣缸蓋通過封閉氣缸形成燃燒室。氣缸蓋可包括用于燃料/空氣、排氣和冷卻劑的端口。氣缸蓋和氣缸之間的連接部典型地由墊片(蓋墊片)密封。墊片填充在連接部處兩配合表面之間的空間以防止泄漏。在一些發動機中，墊片用來密封氣缸蓋和排氣歧管之間的接合部位，且在排氣歧管用水冷卻的應用中，同樣的墊片被用于密封冷卻劑通道和排氣端口。密封冷卻劑通道和排氣端口的墊片在惡劣的環境中工作。在排氣端口和冷卻劑通道之間可能存在急劇的溫度梯度。例如，排氣端口可具有大約1300 T (704°C )的溫度，而冷卻劑通道可具有大約180 T (820C )的溫度。另外，存在冷卻劑與墊片構件中所使用的材料進行化學反應的問題。這種惡劣的環境可造成墊片構件的失效。如果墊片失效，則可能發生對發動機的重大損傷。損傷可由于排氣被注入冷卻系統，或者冷卻劑泄漏到氣缸或者排氣裝置(exhaust)中而引起。另外，當在發動機上更換墊片時，可存在顯著的空間約束。典型地，當移除墊片凸緣安裝螺栓的時候，氣缸蓋和排氣歧管保持剛性地固定到發動機上，所以有非常小的空間可用于移除和更換墊片。為了改善墊片的性能，存在許多已知的墊片構造。例如，銅制O型環可提供在冷卻劑通道周圍以防止泄漏。但是，銅制O型環不隨著溫度變化而充分地膨脹和收縮。而且，由于前面提到的空間約束，現場技術人員偶爾地用錘子敲擊O型環，以便將墊片裝進應用場合中。這兩種情況都可造成墊片失效，導致冷卻劑泄漏。另一種已知的墊片構造包括膠粘到銅制O型環的內徑的EPDM材料(乙烯丙烯二烯單體)墊環。墊環可暴露在高達大約313 °F (156°C )的溫度下。在許多情況下，EPDM材料不能承受其所暴露于的高的應用溫度。而且，因為墊環的ID(內徑)比冷卻劑通道更小，墊環可被冷卻劑通道中的冷卻劑流損壞。這種已知的設計可充分地密封排氣端口，但不會有效地密封冷卻劑通道。

發明內容
因此，存在對這樣的墊片組件的需要該墊片組件有效地密封排氣端口和冷卻劑通道，且其不易受由于極端的溫度梯度和暴露于冷卻劑引起的失效的影響。在一些實施例中，提供了一種墊片組件，其包括具有冷卻劑流過的至少一個開口的墊片元件及設置在開口中的至少一個冷卻劑密封件。冷卻劑密封件包括環形件和減少與冷卻劑直接接觸的環形件表面積的保護罩。在一些實施例中，冷卻劑密封件中的環形件可為彈性體材料制成的墊環。
在一些實施例中，冷卻劑密封件中的保護罩可為沿著墊環內表面設置的金屬套圈。在其它實施例中，墊片組件中的墊片元件包括內部芯體(inner core)和包裹內部芯體的具有均勻厚度的板。


在參考附圖閱讀隨后的詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點會變得更好理解，其中，貫穿所有附圖，相似特征代表相似部件，其中
圖I表示墊片組件的正視圖。圖2是通過圖I中的墊片組件得到的截面AA。圖3是通過圖I中的墊片組件得到的截面BB。·圖4表示冷卻劑密封件的一個特定實施例的側視圖。圖5是冷卻劑密封件的一個特定實施例的正視圖。圖6是通過圖5中的冷卻劑密封件得到的截面CC。圖7表不冷卻劑密封件的另一實施例的側視圖。圖8是冷卻劑密封件的另一實施例的正視圖。圖9是通過圖8中的冷卻劑密封件得到的截面DD。部件列表 墊片組件 11 墊片元件 13 冷卻劑開口 15 冷卻劑密封件 17 螺栓孔 19
排氣開口 21 軸線22 22 芯體 23 上板 25 下板 27 內燃燒環 29 氣穴 30 外燃燒環 31 重疊部 32 環形件(墊環)33 保護罩(套圈)35 內周邊 36 環形板(墊圈)37 外周邊 38 臺階 39。
具體實施例方式現在參考附圖，其中各種標號貫穿若干視圖代表相似的部件，圖I是墊片組件11的示范性實施例的正視圖。墊片組件11包括設有冷卻劑開口或者通道15的墊片元件13、冷卻劑密封件17、一個或者多個螺栓孔19和排氣開口 21。墊片組件11的一種用途是密封內燃機上的氣缸蓋和排氣歧管之間的表面，其中，排氣歧管用流體冷卻劑冷卻。當發動機運轉時，排氣流過排氣開口 21，且冷卻劑沿著軸線22流過冷卻劑開口 15。如圖2和3中所示，墊片元件13包括由上板25和下板27包圍的芯體23。芯體23可由許多種適合于墊片應用的材料制成，諸如，膨脹石墨、膨脹聚四氟乙烯(PTFE)JSE
等等在一個實施例中，墊片兀件13是三層兀件,具有夾在金屬上板25和金屬下板27之間的芯體23，芯體23由利用腈橡膠粘合劑(NBR)結合在一起的蛭石和陶瓷纖維制成。金屬上板25和金屬下板27可具有相似的厚度，大體為大約O. 010英寸(O. 254毫米)。金屬板的一個實施例包括低碳鋼金屬板。在另一個實施例中，芯體23可為無機礦物纖維基的芯體，諸如那些和以機械方式覆蓋的復合材料(MCC)墊片一起使用的芯體。墊片元件13在極熱環境中(達到1800 T,9820C )運行良好，且在現場安裝過程中提供了強度、耐久性和對撕裂與變形的保護。墊片元件13中還包括內燃燒環(fire ring) 29和外燃燒環31。內燃燒環29和外燃燒環31的目的是提供熱排氣的額外的機械密封，以及使墊片組件11針對安裝損傷更健壯。在一個實施例中，內燃燒環29和外燃燒環31可通過下板27和上板25的重疊部32形成。可在內燃燒環29的內表面和芯體23之間提供氣隙30。對本領域技術人員來說將顯而易見的是，可使用幾種類型的燃燒環構造，包括但不限于結合到芯體23的燃燒環、為與墊片元件13分離的部件的燃燒環以及由金屬O型環構成的燃燒環。在一個實施例中，內燃燒環29的寬度(在圖2中以yl來引用，且沿著軸線22的方向從下板27的外表面測量到上板25的外表面)比外燃燒環31的寬度(在圖2中以y2來引用)更大。例如，在一個實施例中，下板27和上板25的厚度大約是O. 010英寸(O. 254毫米)，芯體23的厚度大約是O. 063英寸(I. 6毫米)，且內燃燒環29的厚度形成為超過了外燃燒環31的厚度大約O. 015英寸(O. 381毫米)(安裝之前)。稍微更厚一些的內燃燒環29使墊片組件11能夠吸收用于最大的排氣密封的全部螺栓負載(full bolt load)。參考圖4到圖9最佳地示出了冷卻劑密封件17的實施例。在一個實施例中，冷卻劑密封件17包括環形件33，例如墊環；保護罩35，諸如，例如套圈或者套筒；及環形板37，諸如墊圈。環形件33包括由靠近軸線22的環形件33的表面組成的內周邊36和由遠離軸線22的環形件33的表面組成的外周邊38。保護罩35設置在環形件33的內周邊36上。環形板37沿著環形件33的外周邊38設置，環形件33被模制到環形板37上。環形板37可位于環形件33中的槽中。環形板37用來將冷卻劑密封件17保持在墊片組件11中以及板25、27之間。保護罩35基本上沿著環形件33的內周邊36設置。保護罩35用于顯著降低與冷卻劑接觸的環形件33的表面積，以及分配來自冷卻劑的熱量以沿著環形件33的內表面提供更均勻的溫度分布。另外，通過冷卻劑流施加到環形件33上的任何力會更均勻地分配，從而保護環形件不受磨擦磨損、磨耗及其它損傷。保護罩35提高了冷卻劑密封件17的耐久性。在一些實施例中，保護罩35有助于環形件33提供冷卻劑密封。在一些實施例中，這包括保護罩35提供了大部分的密封功能。環形件33可由能夠承受高溫的彈性體材料制成，墊片組件11的構件可暴露在此高溫下，且彈性體材料提供了對于安裝之后由于壓縮得以定形(take a set)的阻抗。這種彈性體材料的一種實例是高溫碳氟化合物(Parco9009-75)。保護罩35可由金屬或者其它基本上對冷卻劑(諸如乙二醇)呈惰性的、優選是柔軟的或者有延展性的且在被成形或者再成形后保持它的形狀的材料制成。保護罩35還可由金屬或者為高效熱導體的其它材料制成。適合用于保護罩35的金屬可包括青銅、黃銅、鐵、鋼、不銹鋼及鋁。在一個實施例中，保護罩35是由銅制成的套圈。在其它實施例中，保護罩35可具有基本U型截面，或者基本V型截面，或者部分V型截面。在另一個實施例中，保護罩35的截面可具有保持保護罩35至少部分地處于彈性變形狀態的形狀，以便當排氣歧管和其它發動機部件由于溫度波動膨脹和收縮時保持密封。保護罩35的其它構造可包括保護環形件33的其它器件，諸如具有抵抗高溫和磨耗的材料的環形件33的涂層。環形板37可為金屬墊圈。在一個實施例中，環形板37是鋼墊圈。圖9中示出了冷卻劑密封件17的備選實施例的截面圖，其中，環形板37設有減小的厚度或者適用于接合環形件33中相應的凹口的臺階39。在那個實施例中，環形板37在 外形上是環形的，沿著環狀物的內表面具有減少的寬度。優選地，冷卻劑密封件17的厚度與內燃燒環29的厚度大致相等。這使得現場安裝過程容易，且通過排除對利用錘子敲擊密封件的需要而減輕了安裝損傷的風險。在使用時，墊片組件11通過冷卻劑密封件17而提供了針對冷卻劑泄漏的有效密封。另外，內燃燒環29和外燃燒環31提供了使得墊片組件11針對安裝損傷更加健壯的結構完整性。本書面描述使用實例公開了本發明，包括最佳模式，并且還使得本領域的任何技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或者系統以及執行任何結合的方法。本發明的可得到專利保護的范圍由權利要求限定，并且可以包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有與權利要求的文字語言沒有差別的結構元素，或者如果它們包括與權利要求的文字語言沒有實質性差別的等效的結構元素，則這樣的其它實例意圖在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種墊片組件，用于密封具有用于冷卻劑流體的通道的兩個物體之間的接合部位，包括 具有所述冷卻劑流過的至少一個開口的墊片元件；和 設置在所述開口中的至少一個冷卻劑密封件，包括 環形件，和 減少所述環形件的與所述冷卻劑直接接觸的表面積的保護罩。
2.根據權利要求I所述的墊片組件，其特征在于，所述環形件包括彈性體材料的墊環，所述墊環包括內周邊和外周邊。
3.根據權利要求2所述的墊片組件，其特征在于，所述保護罩包括沿著所述墊環的所述內周邊設置的套圈。
4.根據權利要求2所述的墊片組件，其特征在于，所述至少一個冷卻劑密封件還包括沿著所述墊環的所述外周邊設置的環形板。
5.根據權利要求4所述的墊片組件，其特征在于，所述環形板包括這樣的環狀物所述環狀物沿著該環狀物的外周邊具有減少的寬度。
6.根據權利要求3所述的墊片組件，其特征在于，所述套圈由銅制成。
7.根據權利要求I所述的墊片組件，其特征在于，所述墊片元件設有用于排氣端口的開口。
8.根據權利要求I所述的墊片組件，其特征在于，所述墊片元件包括 內部芯體；和 具有基本均勻厚度的包裹所述內部芯體的至少一個板。
9.根據權利要求8所述的墊片組件，其特征在于，還包括 設置在所述墊片元件的所述外周邊周圍的外燃燒環；和 設置在用于所述排氣端口的開口周圍的內燃燒環，其中，所述內燃燒環比所述外燃燒環更厚。
10.根據權利要求9所述的墊片組件，其特征在于，還包括 設置在所述內燃燒環和所述內部芯體之間的氣隙。
11.一種冷卻劑密封件，在用于密封由流體冷卻劑冷卻的排氣歧管的表面及內燃機氣缸蓋的表面的墊片組件中使用，所述冷卻劑密封件包括 環形件 '及 減少所述環形件的與冷卻劑直接接觸的表面積的保護罩。
12.根據權利要求11所述的冷卻劑密封件，其特征在于，所述環形件包括彈性體材料的墊環，所述墊環包括內周邊和外周邊。
13.根據權利要求12所述的冷卻劑密封件，其特征在于，所述保護罩包括沿著所述墊環的所述內周邊設置的套圈。
14.根據權利要求12所述的冷卻劑密封件，其特征在于，還包括沿著所述墊環的所述外周邊設置的環形板。
15.根據權利要求14所述的冷卻劑密封件，其特征在于，所述環形板包括這樣的環狀物所述環狀物沿著該環狀物的內表面具有減少的寬度。
16.根據權利要求13所述的冷卻劑密封件，其特征在于，所述套圈由銅制成。
17.一種用于密封具有用于冷卻劑的通道的氣缸蓋和排氣歧管之間的接合部位的墊片組件，包括 具有所述冷卻劑流過的至少一個開口的墊片元件；和 設置在所述開口周圍的至少一個冷卻劑密封件，包括 環形件，和 用于保護所述環形件的器件。
18.根據權利要求17所述的墊片組件，其特征在于，用于保護所述環形件的所述器件分配從所述環形件附近的冷卻劑傳遞的熱量，以沿著所述環形件的所述內表面提供更均勻的溫度。
19.根據權利要求17所述的墊片組件，其特征在于，用于保護所述環形件的所述器件分配來自所述環形件附近的冷卻劑流的力，以沿著所述環形件提供更均勻的力。
20.根據權利要求17所述的墊片組件，其特征在于，用于保護所述環形件的所述器件減少接觸所述環形件的冷卻劑的量。
全文摘要
本發明涉及一種歧管墊片組件。一種用于密封具有冷卻劑流體通道的兩物體之間的接合部位的墊片組件包括具有冷卻劑流過的至少一個開口的墊片元件。墊片組件還包括設置在開口中的至少一個冷卻劑密封件。冷卻劑密封件包括環形件及減少與冷卻劑直接接觸的環形件表面積的保護罩。
文檔編號F01P3/12GK102953863SQ201210281970
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月9日 優先權日2011年8月9日
發明者M.P.費爾德納, N.C.霍布斯 申請人:通用電氣公司