具有單向冷卻液流閥的汽缸蓋襯墊的製作方法

2023-07-21 08:39:31 1

專利名稱：具有單向冷卻液流閥的汽缸蓋襯墊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防止內燃發動機中異常冷卻液流的方法和裝置，特別是指一 種具有集成的單向流控制閥的改進的汽缸蓋襯墊。
背景技術：
汽缸蓋襯墊當被夾持在內燃發動機的汽缸蓋與缸體之間時，在缸膛周圍形成 密封。汽缸蓋襯墊同時也為汽缸蓋與缸體之間的冷卻液流通路和潤滑油通道提供開 口。現有技術包括有各種結構的汽缸蓋襯墊，它們包含安裝在襯墊體上機械式或恆 溫式操作閩以控制汽缸蓋與缸體之間的液體流動。這種現有的汽缸蓋襯墊還包括一 個安裝在襯墊體上的止回閥，以便潤滑油流向汽缸蓋阻止潤滑油流向缸體以實現在 氣缸蓋中阻擋油從而有助於冷起動潤滑。現有技術還包括具有使曲軸箱通風的簧片式通氣閥的汽缸蓋襯墊。這些通氣 閥通常將一個曲軸箱與一個搖壁室連接起來並幫助曲軸箱通風至進氣閥。大多數車輛用內燃發動機包括一個液體冷卻系統，其特徵為一個穿過整個發動機的環流通路和某些在汽缸蓋與缸體之間的重要通道。該冷卻系統還包括外部熱 交換裝置，用來更好的控制發動機的工作溫度並為乘客車廂供熱。現代發動機通常 在冷卻系統的多處位置裝有多個流體控制閥，例如，熱敏閥或恆溫器可以裝在液流 通路中，這樣在寒冷的天氣啟動時，冷卻液就不會循環流過散熱器但可以循環流過 發動機缸體。在其他情況下，理想的是關閉一些閥，使冷卻液循環流過加熱器芯體 但不會循環流過汽缸體，直至達到規定的溫度。其他先進的冷卻液流控制場合也可 以在冷卻系統中採用多個流體控制閥。由於組合流體控制閥的驅動，可能會無意中 導致一個流過冷卻系統的冷卻液異常的導向。這種異常的流體方向有時指反向液
流，並由於發動機的設計可能在汽缸蓋和缸體之間的區域發生。這種不希望的反向 冷卻液流可能會在某些情況下導致發動機部件的損害。發明內容本發明涉及一種夾持在內燃發動機的汽缸蓋與缸體之間的汽缸蓋襯墊。該 汽缸蓋襯墊包括一個襯墊體，且至少有一個位於所述襯墊體中的缸膛開口。至 少一個位於所述襯墊體中的冷卻液流開口，當冷卻液在旁路的正常流向上流動 時，使冷卻液在汽缸蓋與缸體之間流動。這種改進了的汽缸蓋襯墊包括一個裝 置在襯墊體上可自動關閉冷卻液流開口的單向閥，防止異常方向的冷卻液流。本發明通過提供一個直接安裝在襯墊體上的單向閥避免了不希望的冷卻 液反向流動的發生，使冷卻液在正常方向上流動而防止冷卻液在異常方向上流 動。根據本發明的另一特徵， 一種液體冷卻式內燃發動機包括一個至少具有一 個燃燒腔室的缸體。 一個固定於所述缸體並覆蓋所述燃燒腔室的汽缸蓋。 一個冷 卻系統與缸體和汽缸蓋連接，該冷卻系統包括一個旁路的液流通路，使冷卻液 流過所述汽缸蓋和所述缸體。 一個與所述液流通路連通的泵控制冷卻液在所述 冷卻系統中按正常方向循環流動。至少一個位於所述液流通路中的流體控制 閥，選擇性地阻止冷卻液在部分冷卻系統中循環。 一個被壓緊在汽缸蓋和缸體 之間的襯墊體。所述襯墊體包括至少一個與所述燃燒腔室對齊的缸膛開口和至 少一個與所述液流通路連通的冷卻液流開口。這種改進了的汽缸蓋襯墊包括一 個位於襯墊體上並自動關閉冷卻液流開口的單向閥，以防止冷卻液在異常方向 上流動而允許冷卻液按正常方向流動。根據本發明的又一特徵，提供了一種防止內燃發動機中冷卻液異常流動的 方法。所述方法包括以下步驟提供一種具有一個經過汽缸蓋和缸體的旁路的液 流通路的發動機，冷卻液按正常方向循環流過液流通路，使一個汽缸蓋襯墊壓 緊在汽缸蓋和缸體之間以容納燃燒氣體，在汽缸蓋襯墊中形成一個與液流通路對 齊的冷卻液流開口以使穿過此處的冷卻液在正常方向上流動，並通過一個位於汽缸 蓋襯墊上的單向閥自動關閉冷卻液流開口以防止冷卻液以異常流向流過發動機。


結合以下的詳細說明和附圖，本發明的這些以及其它特徵和優點將會更加容 易理解，其中圖1是一個具有冷卻系統的內燃發動機的簡易示意圖； 圖2是根據本發明的一個汽缸蓋襯墊的透視圖；圖3是在關閉狀態下具有一個單向閥的汽缸蓋襯墊的部分透視圖； 圖4是一個單向閥在打開狀態下的部分透視圖；圖5是一個顯示了單向閥上的門在虛線打開狀態下的截面透視圖； 圖6顯示了單向閥底部的透視圖；圖7顯示了單向閥上的鉸鏈和扭簧結構的放大透視圖；圖8A和圖8B分別顯示了一個實施例的單向閥在打開和關閉狀態下的簡易橫 截面圖；圖9A和圖9B分別顯示了再一個實施例的單向閥在打開和關閉狀態下的簡易 橫截面圖；圖10A和10B分別顯示了第三個實施例的單向閥在打開和關閉狀態下的簡易 橫截面圖。
具體實施方式
參看附圖時，在這幾個附圖中，相同的數字表示相同或對應的部件。圖1中 顯示了一個液體冷卻式內燃發動機20，該發動機20包括一個具有多個燃燒腔室24 位於此的缸體22。 一個活塞26以二或四衝程在每個燃燒腔室24中往復運動，通 過燃燒過程產生動力同時生成大量的熱作為副產品。 一個汽缸蓋28固定在缸體22 上並覆蓋每個燃燒腔室24以密封燃燒氣體。為了處理燃燒過程中產生的大量的熱， 一個冷卻系統30，其部分與缸體22和 汽缸蓋28組合成一體。該冷卻系統30包括一個旁路的液流通路32，使冷卻液在 一個泵34的作用下從汽缸蓋28流向缸體22。冷卻液中多餘的熱通過一個熱交換 散熱器36被轉移。當發動機20的溫度較低時，例如在起動或極冷的天氣時， 一個 以恆溫器38形式的流體控制閥選擇性地阻止冷卻液循環流向散熱器36。通過這種 方法，恆恆溫器38幫助控制冷卻系統30中冷卻液的工作溫度。
冷卻系統30還可以包括一條加熱器芯體迴路，其中，出液管40引導冷卻液 流向一個加熱器芯體42。 一個加熱器風扇44利用對流將加熱器芯體42中的熱量 轉移至車中的乘客車廂。一個加熱閥46可以安裝在出液管40中或其他更有利的位 置，以便控制冷卻液流向加熱器芯體42。例如，在熱天工作時，它可以用來阻止 任何液體冷卻劑流向加熱器芯體42。雖然圖中沒有畫出，但還可以在液流通路32的不同位置安裝其它流體控制閥， 以便更好的控制發動機的溫度以及冷卻系統中的熱能。例如，液流通路32可以設 計成具有一個或多個流體控制閥，使冷卻液循環流過加熱器芯體42而不會循環流 經汽缸蓋28或者圍繞在缸體22的燃燒腔室24的周圍。因為人們為了將所有可利 用的熱能送入加熱器芯體42中從而為乘客車廂供熱作為首選而可能推動這種設 計。另外，還可以使用其它更複雜的流體控制技術。然而，當採用這種複雜方法控制冷卻液流過通路32時，可能會出現不希望的 冷卻液流的反向。這種反向或異常的冷卻液流動方向可能會削弱對發動機溫度的正 常控制，甚至在極端情況下可能會導致發動機部件的損害。一個汽缸蓋襯墊48被壓緊在汽缸蓋28和缸體22之間用來容納燃燒腔室24 中的燃燒氣體。汽缸蓋襯墊48包括一個襯墊體50，顯示在圖2 — 4中。襯墊體50 通常是扁平結構並由人們熟知的材料構成，例如多層鋼(MLS)、石墨、纖維、彈 性鋼(steel-elastomer)等。襯墊體50的形狀通常被設計成與本領域所熟知的缸 體22和汽缸蓋28的形狀匹配。襯墊體50包括一個與每個燃燒腔室24相連的汽缸 缸膛開口52，用來容納發動機運轉中的空氣/燃料以及燃燒氣體。至少有一個冷卻 液流開口 54位於襯墊體50中並與在汽缸蓋28與缸體22之間經過的液流通路32 的部分對齊。因此，當冷卻液流過液流通路32時，襯墊體50中的冷卻液流開口 54調節自由循環。襯墊體50還進一步包括用於其它目的的其它開口 56，例如用於 汽缸蓋28和缸體22之間的潤滑油流、推桿、緊固螺栓等。在大多數現代發動機中，冷卻液按正常的方向循環，穿過冷卻液流開口54 從汽缸蓋28流向缸體22。這種正常流向利用了重力並使最低溫的冷卻液更靠 近發動機中溫度較高的部件。當然也可以同樣設計發動機20使穿過冷卻液流 開口 54的冷卻液的正常流向是從缸體22至汽缸蓋28。為了防止冷卻液流以異 常方向流過液流通路32，例如本例中從缸體22流向汽缸蓋28，因此在襯墊體50中裝有一個單向閥58。該單向閥58自動關閉冷卻液流開口 54以阻止冷卻 液在異常方向上流動而允許冷卻液在正常方向上流動。這樣，如果冷卻系統30 中的多種流體控制閥裝在一個結構中時，可能會讓或無意中促使冷卻液循環處於反 向環路中，單向閥58將自動關閉穿過襯墊體50的冷卻液流開口 54，從而阻止 這種不希望的異常流動。圖2 — 7顯示了一個示範性的單向閥58包括一個通常適配於襯墊體50中形成 的冷卻液流開口54的活塊(loose-piece)組裝框架60。該框架60通過一組自鎖 固定夾62與襯墊體50固接。固定夾62具有裝有倒鉤的端部，對框架60插入冷卻 液流開口 54作出反應， 一旦框架60達到工作狀態，倒鉤端部彈鉤至一個安全夾緊 狀態。框架60可以由堅固的注塑材料製成或者是由可壓縮和有彈性的彈性材料制 成。或者，框架60可以集成到襯墊體50中成為一個整體而不需要獨立的子裝配操 作。一個閥座64位於框架60中，為鉸接在框架60上的活動門66建立一個接合 面。門66通過鉸鏈68樞接後，面向或背離閥座64擺動。門的鉸鏈68支承一個扭 簧形式的偏壓件70，該扭簧反抵住框架60促使門66正常靠近閥座64。在這種情 況下，當冷卻液按正常流向流動時，冷卻液中的靜壓和流速壓力將克服扭簧的偏壓， 從而打開單向闊58使冷卻液流過開口 54。但是，當在正常流向冷卻液中的靜壓和 /或流速壓力不足以克服扭簧的壓力時，單向閥58將被迫成關閉狀態以防止冷卻液 的任何異常流動。圖8A和8B顯示了單向閥158的一種替換實施例，其中為了方便起見，將前 述例的標號加前綴"l"以顯示對應特徵。在該第一實施例中，沒有使用偏壓件， 鉸接的門166完全相應於冷卻液中的壓力並在打開和關閉的位置之間移動。正常流 向如圖8B中箭頭方向所示。圖9A和9B顯示了根據本發明的第二種替換實施例的單向闊，將前述的標號 加前綴"2"與這裡的第二種替換設計相區別。此處門266採用了一個球形，同時 偏壓件270由一個簡單的壓簧構成。在這種止回閥式的布局中，以正常流向(圖 9B)流動的冷卻液中的壓力促使門266壓住偏壓件270並脫離閥座264。然而，當 冷卻液未流動時，或者在異常方向上流動時，偏壓件270使門266移向關閉位置(圖 9A)，從而避免了發動機缸體內出現不希望的流動狀態。
圖IOA和10B顯示了根據本發明的第三種替換實施例的單向閥，將前述的標 號加前綴"3"以表示相同或對應的部件。此處，門366包含一個支承在壓簧形式 的偏壓件370上的板。為了與在正常方向(圖10B)上流動的冷卻液流相適應，門 366從閥座364移開提供一個開流狀態。但是，當在無流動或反向流動期間，偏壓 件370關閉單向閥358，從而自動關閉冷卻液流開口 354，並阻止冷卻液的異常流 動。
本發明的方法通過以下步驟防止內燃發動機20中出現異常的冷卻液流提供 一個具有經過汽缸蓋28與缸體22的旁路的液流通路32的發動機20，在泵34 的作用下冷卻液以正常流向循環流過液流通路32。 一個被壓緊在汽缸蓋28與缸體 22之間的汽缸蓋襯墊48以容納燃燒氣體， 一個冷卻液流開口 54位於汽缸蓋襯墊 48中，並與液流通路32對齊以保證冷卻液在正常方向上流動。本方法具有優點的 是包括以下步驟，即一個置於汽缸蓋襯墊48上的單向閥58自動關閉冷卻液流開口 54，從而防止冷卻液沿異常方向流過發動機20。由於冷卻液通常循環流過液流通 路32是按照從汽缸蓋28至缸體22的方向，所以單向閥58能自動地阻止異常方向 的冷卻液流。或者，利用單向閥58自動關閉冷卻液流開口的步驟也可以包括將單 向閥58偏壓至關閉狀態，並與液流通路32中正常方向上的冷卻液流相適應克服這 種偏壓。
本發明還存在其它的更改和變化，例如，不同形式、不同數量的單向閥也能 提供這裡所介紹的控制冷卻液流的新功能。儘管本發明是以較好實施例的形式介 紹的，但必須承認，除了這些在此用來明確表述本發明的文字之外，決不局限 於此。所以，本發明是以所附的權利要求所限定。
權利要求
1.一種夾持在內燃發動機的汽缸蓋和缸體之間的汽缸蓋襯墊，所述汽缸蓋襯墊包括一個襯墊體；至少一個位於所述襯墊體中的缸膛開口；至少一個位於所述襯墊體中的冷卻液流開口，當冷卻液在旁路的正常流向上流動時，使冷卻液在汽缸蓋襯墊和缸體之間流動；和一個位於所述襯墊體上的單向閥，所述單向閥自動關閉所述冷卻液流開口以防止冷卻液在異常方向上流動。
2. 根據權利要求1所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述單向閥具有一個固接在 所述襯墊體上的框架。
3. 根據權利要求2所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述框架包括一個自鎖固定 夾。
4. 根據權利要求2所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述框架包括一個閥座。
5. 根據權利要求4所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述單向閥包括一個與所述 框架鉸接的門，以移向和移離所述閥座。
6. 根據權利要求5所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述單向閥包括一個使所述 門移向所述閥座的偏壓件。
7. 根據權利要去1所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，還包括一個位於所述冷卻液 流開口周圍的閥座，所述單向閥包括一個移向和移離所述閥座的門。
8. 根據權利要求7所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述單向閥包括一個使所述 門移向所述閥座的偏壓件。
9. 根據權利要求8所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述門包括一個板。
10. 根據權利要求8所述的汽缸蓋襯墊，其特徵在於，所述門包括一個球。
11. 一種液體冷卻式內燃發動機，所述發動機包括 一個至少具有一個燃燒腔室的缸體； 一個固定於所述缸體並覆蓋所述燃燒腔室的汽缸蓋；一個冷卻系統，所述冷卻系統包括一個旁路的液流通路，使冷卻液流過所述汽 缸蓋和所述缸體；一個與所述液流通路連通的泵，以控制冷卻液在所述冷卻系統中按正常方向循 環流動；至少一個位於所述液流通路中的流體控制閥，選擇性地阻止冷卻液在部分所述 冷卻系統中循環；一個被壓緊在所述汽缸蓋和所述缸體之間的襯墊體，所述襯墊體包括至少一個 與所述燃燒腔室對齊的缸膛開口和至少一個與所述液流通路連通的冷卻液流開口 ；一個位於所述襯墊體上並自動關閉冷卻液流開口的單向閥，以防止冷卻液在異 常方向流動而允許冷卻液按正常方向流動。
12. 根據權利要求ll所述的發動機，其特徵在於，所述單向閥包括一個固接於所 述襯墊體的框架。
13. 根據權利要求12所述的發動機，其特徵在於，所述框架包括一個夾緊所述襯 墊體的自鎖固定夾。
14. 根據權利要求ll所述的發動機，其特徵在於，所述單向閥允許冷卻液流通過 冷卻液流開口從所述汽缸蓋流向所述缸體，並阻止冷卻液從所述缸體向所述汽缸蓋 的異常流動。
15. 根據權利要求14所述的發動機，其特徵在於，還包括一個位於所述冷卻液流 開口周圍的閥座，所述單向閥包括一個鉸接在所述框架上的門，以移向和移離所述 閥座。
16. 根據權利要求15所述的發動機，其特徵在於，所述單向闊包括一個使所述門 移向所述閥座的偏壓件。
17. 根據權利要求14所述的發動機，其特徵在於，還包括一個位於所述冷卻液流 開口周圍的閥座，並且所述單向閥包括一個移向和移離所述閥座的門。
18. 根據權利要求17所述的發動機，其特徵在於，所述單向閥包括一個使所述門 移向所述閥座的偏壓件。
19. 根據權利要求18所述的發動機，其特徵在於，所述門包括一個板。
20. 根據權利要求18所述的發動機，其特徵在於，所述門包括一個球。
21. —種防止內燃發動機中冷卻液異常流動的方法，所述方法包括以下步驟 提供一種具有一個經過汽缸蓋和缸體的旁路的液流通路的發動機； 冷卻液流按正常方向循環流過液流通路；使一個汽缸蓋襯墊壓緊在汽缸蓋與缸體之間，以容納燃燒氣體； 在汽缸蓋襯墊中形成一個與液流通路對齊的冷卻液流開口以使穿過此處的冷卻液在正常方向上流動；並通過一個位於汽缸蓋襯墊上的單向閥自動關閉冷卻液流開口以防止冷卻液沿異常流向流過發動機。
22. 根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述冷卻液流按正常方向循環流 過液流通路的步驟中包括冷卻液從汽缸蓋流向缸體。
23. 根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述通過一個位於汽缸蓋襯墊上 的單向閥自動關閉所述冷卻液流開口的步驟中包括偏壓單向閥至關閉狀態，並與冷卻液以正常流向流過液流通路的流動相適應。
全文摘要
本發明提供一種汽缸蓋襯墊(48)，當其夾持在液體冷卻式內燃發動機(20)的汽缸蓋(28)和缸體(22)之間時，在燃燒腔室(24)的周圍形成密封。一個冷卻液流通路(32)經過發動機(20)，部分經過汽缸蓋(28)和缸體(22)，在汽缸蓋襯墊(48)處有一個對應的冷卻液流開口(54)，以調節冷卻液流在正常方向上的流動。汽缸蓋襯墊(48)包括一個位於冷卻液流開口(54)處的單向閥(58)，允許冷卻液流沿正常方向流動但阻止冷卻液流沿異常的、相反的方向流經冷卻液流開口(54)。單向閥(58)包括一個在正常關閉情況下被偏壓抵靠一個閥座(64)的活動門(66)。單向閥(58)可以被加工成活塊件製品，通過自鎖固定夾安裝在冷卻液流開口(54)處。
文檔編號F02B17/00GK101120165SQ200580020669
公開日2008年2月6日 申請日期2005年6月22日 優先權日2004年6月22日
發明者丹尼爾·J·維亞拉, 巴哈旺·特裡帕蒂 申請人:費德羅-莫格爾公司