發動機及其氣缸墊片的製作方法

2023-05-19 15:47:06 5

本實用新型屬於汽車發動機領域，具體說，涉及一種發動機的氣缸墊片結構以及具有所述氣缸墊片的發動機結構。

背景技術：

統觀幾年前的發動機結構，鑄鐵缸體佔據了大部分的市場。隨著汽車輕量化及整車油耗法規的進一步加嚴，鑄鋁發動機的應用越來越廣泛。鋁缸體相對鐵缸體來說，重量有大幅的降低，帶來了較低的整車油耗。但其整體的剛度卻不足，容易發生塑性變形，引起失效。尤其是在目前各大車企普遍應用的小排量增壓發動機上，較窄的密封寬度，極高的氣缸爆發壓力和較差的整機冷卻效果都對氣缸墊密封提出了很高的要求。

技術實現要素：

本實用新型涉及的一個方面是提供了一種氣缸墊片，所述墊片包括一層或多層基板，所述基板上設有對應於氣缸口的分開布置的多個孔以及圍繞所述多個孔突出布置的凸筋，所述凸筋在氣缸工作時產生變形以向各個氣缸口燃燒室提供密封力，其特徵是：所述墊片還包括限位結構和承壓結構，所述限位結構位於所述凸筋的一側並且沿著所述凸筋布置以影響所述凸筋變形的行程，所述承壓結構相對於所述限位結構位於所述凸筋的另一側以轉移所述限位結構施加於所述氣缸的作用力。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述限位結構布置在相對於所述孔的所述凸筋的內側上，所述承壓結構布置在反方向的所述凸筋的外側上。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述凸筋為完整圍繞所述多個孔而構成的多個全凸筋，相鄰的所述全凸筋是相切的；所述限位結構沿所述全凸筋的內輪廓布置，構成多個分開的限位環；所述承壓結構沿所述全凸筋的外輪廓布置，並且構成一個包括至少兩個不完整的環形和多個圓弧的封閉形狀。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述至少兩個不完整的環形為兩個不完整的環形，其中一個所述不完整的環形的端點各自通過至少一個圓弧與另一個不完整的環形的端點連接。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述承壓結構沿所述孔的徑向方向的橫截面形狀為條形結構，所述條形結構具有一定的高度和沿所述孔的徑向方向的寬度。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述墊片包括至少兩層基板，所述基板分別為上基板和下基板，所述上基板和所述下基板對置地設有所述凸筋，所述上基板或所述下基板上設置所述限位結構或所述承壓結構兩者，或者其中一個所述基板設置所述限位結構而另一個所述基板設置所述承壓結構。

可選地，在上述氣缸墊片中，所述限位結構通過雷射焊接焊接到其所在的基板上，所述承壓結構通過雷射焊接或鉚接連接到其所在的基板上，或者通過將基板衝壓出所述承壓結構。

在凸筋的一側設限位結構，而在另一側設承壓結構，使力的分配有利於墊片密封，提高了墊片密封的可靠性，並且延長了墊片的使用壽命。

本實用新型涉及的另一個方面是提供了一種發動機結構，其包括氣缸體、氣缸蓋、以及氣缸體和氣缸蓋之間的氣缸墊片，所述氣缸墊片包括一層或多層基板，所述基板上設有對應於氣缸口的分開布置的多個孔以及圍繞所述多個孔突出布置的凸筋，所述凸筋在氣缸工作時產生變形以向各個氣缸口燃燒室提供密封力，其特徵是：所述氣缸墊片還包括限位結構和承壓結構，所述限位結構位於所述凸筋的內側並且在所述氣缸的缸套的上方以影響所述凸筋變形的行程，所述承壓結構位於所述凸筋的外側以轉移所述限位結構施加在所述缸套上的作用力。

將限位結構設置在凸筋的內圈，承壓結構設置在凸筋的外圈，將內圈的力分散到外圈。該氣缸墊片結構既起到了密封發動機內高溫燃氣、冷卻液、高壓機油及低壓機油的基礎作用，也起到了降低缸套下沉量的作用，更提高了發動機的耐久性。

通過以下參考附圖的詳細說明，本實用新型的其他方面和特徵變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本實用新型的範圍的限定，這是因為其應當參考附加的權利要求。還應當知道，附圖僅僅意圖概念地說明此處描述的結構和流程，除非另外指出，不必要依比例繪製附圖。

附圖說明

結合附圖參閱以下具體實施方式的詳細說明，將更加充分地理解本實用新型，附圖中同樣的參考附圖標記始終指代視圖中同樣的元件。其中：

圖1為本實用新型涉及的發動機氣缸結構的結構示意圖；

圖2為本實用新型涉及的發動機的氣缸墊片結構的一種實施例在缸口區域的位置示意圖；

圖3為本實用新型涉及的發動機的氣缸墊片結構的一種實施例的結構示意圖；

圖4為圖3中沿A-A線的平面剖視圖；

圖5為本實用新型涉及的發動機的氣缸墊片結構中的承壓結構的一種實施例的結構示意圖；

圖6為本實用新型涉及的發動機的氣缸墊片結構的一種實施例在缸口區域的結構示意圖；以及

圖7為本實用新型涉及的發動機的氣缸墊片結構的一種實施例的平面剖視圖。

具體實施方式

為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本實用新型要求保護的主題，下面結合附圖詳細描述本實用新型的具體實施方式。

參見圖1，發動機的氣缸結構包括氣缸體2、氣缸蓋3、以及位於這兩者之間的氣缸墊片1，氣缸蓋3上設有螺栓31，該螺栓31穿過氣缸墊片1且與氣缸體2固定。氣缸體2內設有多個氣缸，每個氣缸內嵌缸套（未示出）。氣缸墊片1上設有相應於氣缸的多個孔，並覆蓋在氣缸口上，這些孔對準氣缸口。氣缸口的燃燒室21由於氣缸墊片1的加入而得到了密封保障。氣缸墊片1可配合鑄鋁發動機缸體使用。

發動機每一個工作循環，需要經歷進氣/壓縮/燃燒/排氣等四個過程，在缸口燃燒室21這個狹窄的區域，形成了一個宏觀的相對運動。發動機氣缸內燃氣溫度最高可達2000℃，爆發壓力最高可達120bar，為了可靠密封，氣缸墊片1使用了全凸筋來密封燃燒室21，即氣缸墊片1上沿著孔設有一圈圍繞氣缸口的凸筋以提供足夠的密封。氣缸體2和氣缸蓋3在每個發動機循環下產生不同行程的位移，由於氣缸墊片1的彈性作用，凸筋在這過程中產生的變形能提供良好的密封力。

為了防止凸筋在長時間壓縮回彈情況下的疲勞開裂，需要使用雷射焊接的限位結構來限制凸筋的行程，防止凸筋形成過度的壓縮回彈。如圖2所示，一限位結構14通過雷射焊接與氣缸墊片1連接，沿著缸口燃燒室周邊布置，在該圖所示的位置示意圖中，限位結構14的位置恰好在缸套22的上方。

缸套22是鐵材料，是通過鑄造和鋁結合在一起，位置在缸體頂面下方2.5mm處。正因為該雷射焊接的限位結構14存在，相當於在缸套22上施加了一個很大的力，同時在高溫下鋁材料機械性能下降，再加上鐵和鋁的熱膨脹係數不一致，鋁產生塑性變形，即下沉，導致凸筋13的壓縮和回彈行程也變大，在某個臨界點無法再起到密封作用，而產生燃氣洩漏。或者是凸筋13在多次的極大的壓縮回彈行程下而疲勞開裂，產生燃氣洩漏。缸口燃氣洩漏將導致高溫氣體直接進入冷卻液，使得發動機溫度迅速提高，燃燒室周邊產生燒蝕現象，發動機無法繼續運轉，極限情況下甚至會導致發動機起火而引起安全事故。

考慮到缸套22位置的下沉，主要原因來自於缸套22上方的力以及高溫的共同作用，為了改善這種下沉，本實用新型專利提出了一種降低缸套22上方力的設計理念。在凸筋13的相對於限位結構14的另一側上設置有承壓結構15，該承壓結構15能夠轉移限位結構14施加於缸套22上的作用力。

參見圖3-4，圖3為本實用新型涉及的氣缸墊片的一種實施例的結構示意圖，圖4為沿圖3中A-A線的平面剖視圖。氣缸墊片1可包括一層至多層的基板11，在本實施例中，可以是金屬基板。對應於氣缸體2，該氣缸墊片1的基板11上設置有三個分開的孔12（即氣缸體有三個氣缸），凸筋圍繞氣缸口突設於基板11上（見圖4），凸筋可以完整地圍繞氣缸口，因此為全凸筋131，而且相鄰的全凸筋131是相切的。在凸筋131的內側（即內圈）設有限位結構，該限位結構為三個整圈的限位環141，該限位環141可以防止全凸筋131的過渡變形。回到圖3，在全凸筋的外側，即沿著全凸筋的外輪廓設有承壓結構，該承壓結構為包圍全凸筋的一個封閉形狀的結構，其具體形狀可參見圖5，承壓結構15包括兩個不完整的環形和兩個圓弧，如圖5清楚所見，左邊的環形的兩個端點分別連接兩段圓弧與右邊的環形的兩個端點連接。

再參見圖6-7，是本實用新型涉及的氣缸墊片的不同實施例的剖面圖所示的結構。全凸筋131的一側是限位結構14，另一側是承壓結構15。承壓結構15具有一定的高度h和沿孔12的徑向方向上的寬度w。該高度h和寬度w可配合限位結構14的高度進行調整。因為存在力的分配，承壓結構15的高度h用來調整力的比例，但在設計過程中仍然需要考慮到基本的密封需求，即設置承壓結構15必須以滿足密封需求為前提。

在如圖6所示的結構中，承壓結構15為不連續的，即由多個帶高度h和寬度w的條形結構排列構成。當然，承壓結構15也可以如圖5所示為連續的結構。

氣缸墊片1可以具有兩層基板，分別為上基板111和下基板112。在上基板111上和下基板112上對置地設凸筋13，限位結構14和承壓結構15可以同設在一塊基板上，如圖6所示，或者限位結構14和承壓結構15中的一個設在上基板111上，而另一個設在下基板112上，如圖7所示，這些結構都能滿足本實用新型的氣缸墊片1密封設計。

承壓結構15可以通過多種方式實現，例如直接用模具衝壓出如圖6所示的具有一定高度h及寬度w的條形結構，或者直接用切好尺寸的金屬圓環通過雷射焊接或鉚接的形式與基板11連接等等。

對於本申請所示的發動機結構，限位結構設置在凸筋的內圈，且在缸套上方，承壓結構的加入可以將內圈的力分散到外圈，以降低氣缸口缸套的下沉量，因此可用多種本領域技術人員想得到的可實現方式及多種材料來進行力的分散。

雖然已詳細地示出並描述了本實用新型的具體實施例以說明本實用新型的原理，但應理解的是，本實用新型可以其它方式實施而不脫離這樣的原理。