專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用氣缸蓋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)用的氣缸蓋裝置，具體地涉及燃料直接噴射入燃燒室的內(nèi)燃機(jī)用的氣缸蓋裝置。
已知有從燃料噴射器將燃料直接噴射到燃燒室中的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。這種發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上有一安裝孔用于燃料噴射器。該安裝孔與發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，并使從燃料噴射器直接射出的燃料可進(jìn)入燃燒室。
在這種類型的發(fā)動機(jī)中，燃燒室中的高溫和高壓會將作用于燃料噴射器和安裝孔內(nèi)表面之間的間隙中，這樣間隙必須要可靠地密封。
一般采用一環(huán)形金屬平墊圈來密封此間隙。必須將燃料噴射器牢固地固定到氣缸蓋上、即通過金屬墊圈將燃料噴射器固定到安裝孔的支座面上，以充分保證金屬墊圈的密封性能。
而且，這種發(fā)動機(jī)的燃料噴射器必須制得緊湊、質(zhì)輕，并且這種燃料噴射器的操作是電子儀器控制的。這就意味著，該燃料噴射器與柴油發(fā)動機(jī)的燃料噴射閥相比有較低的機(jī)械強(qiáng)度和較精密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
因此，當(dāng)為了達(dá)到足夠的金屬墊圈密封性能而將燃料噴射器壓到金屬墊圈上時，燃料噴射器是過分固定的，所以其主體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都受到某種程度的變形。因此，燃料噴射器由于這種變形而不能精確地工作，這樣燃料噴射器就不能高精度地噴射燃料。
氣缸蓋是一鑄件，并且燃料噴射器的安裝孔是在氣缸蓋上鉆削成的。因而，可以認(rèn)識到安裝孔的支座面是粗糙的，并且氣缸蓋上的一部分縮孔暴露成為支座面上的針孔。這種支座面的粗糙度和針孔減弱了金屬墊圈與安裝孔的支座面之間的緊密接觸性能，這樣就不能體現(xiàn)金屬墊圈充分的密封性能。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋裝置，其足以保證燃料噴射器和其安裝孔之間的密封，而無需向燃料噴射器提供過分的緊固力。
上述目的是通過根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋裝置實(shí)現(xiàn)的。該氣缸蓋裝置包括具有用來使燃料噴射器插入其中的安裝孔的氣缸蓋。該安裝孔與發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，并且具有一環(huán)狀臺階狀表面以將燃料噴射器支撐于其中。該裝置還包括通過將燃料噴射器壓靠在環(huán)形臺階狀表面上而在燃料噴射器和環(huán)形臺階狀表面之間進(jìn)行密封的密封裝置。該密封裝置包括夾在燃料噴射器和環(huán)形臺階狀表面之間的環(huán)形密封件。該密封件包括可在安裝孔軸向彈性變形的金屬芯體、凸出地伸向燃料噴射器的環(huán)形第一密封區(qū)以及凸出地伸向環(huán)形臺階狀表面的環(huán)形第二密封區(qū)。該密封裝置還包括用來覆蓋第一和第二密封區(qū)的彈性涂層。
根據(jù)上述的氣缸蓋裝置，當(dāng)燃料噴射器安裝到安裝孔上時，燃料噴射器通過密封件壓靠在安裝孔的臺階狀表面上。密封件的芯體由于壓著燃料噴射器而在安裝孔軸向彈性變形，這樣安裝孔軸向的密封件長度或高度可以縮短。因此，芯體的第一和第二密封區(qū)可分別通過對著燃料噴射器的芯體恢復(fù)力和通過涂層安裝的臺階狀表面而被加壓。
芯體的第一和第二密封區(qū)都形成為向著燃料噴射器和臺階狀表面的拱環(huán)形，這樣這些密封區(qū)的緊密接觸區(qū)域都較小。這意味著即使當(dāng)燃料噴射器的壓力、即其緊固力較弱時，第一和第二密封區(qū)也可以強(qiáng)有力地壓靠在燃料噴射器和臺階狀表面上。
芯體的第一和第二密封區(qū)都覆蓋有彈性涂層。因此，第一和第二密封區(qū)分別通過該涂層與燃料噴射器和臺階狀表面緊密接觸，這樣就可以充分地體現(xiàn)密封件的密封性能。
接下來將對這一點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述。即使當(dāng)臺階狀表面是粗糙的，并且對應(yīng)于第二密封區(qū)的臺階狀表面的一部分上暴露有針孔時，臺階狀表面的粗糙度和其上的針孔都可靠地由彈性涂層覆蓋。因此，臺階狀表面的粗糙度和針孔不會減弱密封件的密封性能。而且，即使壓著芯體的第一密封區(qū)的燃料噴射器的外表面或密封表面受到損壞，這種損傷也可由彈性涂層可靠地蓋住，這樣密封件的密封性能是不會減弱的。
密封件的芯體的形狀可以是縱截面為截頭錐形。通過將內(nèi)部和外部圓周邊部分沿互相相對的方向彎曲，分別在芯體的內(nèi)部和外部圓周邊部分形成第一和第二密封區(qū)。此時，密封件的芯體可象一樣盤簧一彈性變形。
上述第二密封區(qū)的涂層可在其最外側(cè)上具有一橡膠層。此時，第二密封區(qū)的涂層具有極佳的彈性，這樣粗糙的臺階表面、針孔和燃料噴射器的損傷都可靠地由該涂層蓋住。
密封件芯體的整個表面可由涂層蓋住。此時，芯體可以容易地用涂層蓋住，并且該涂層可保護(hù)芯體的整個表面。
上述密封件還可包括用來蓋住安裝孔的臺階狀表面的第二涂層。此時，粗糙的臺階狀表面和針孔都不會對密封件的密封性能產(chǎn)生不良影響。
第二涂層較佳地由紫外硬化式樹脂制成。此時，第二涂層較容易形成。
本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用情況可通過下文中的詳細(xì)描述而明了。然而，應(yīng)當(dāng)理解，雖然示出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但所作的詳細(xì)描述和具體實(shí)例都僅僅是為了說明本發(fā)明，因?yàn)閷τ诒炯夹g(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言還可以在本發(fā)明的精神和范圍中作出多種變化和修改。
通過以下的僅用于舉例說明、而不構(gòu)成對本發(fā)明的限定的詳細(xì)描述和附圖可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中

圖1是一發(fā)動機(jī)的示意截面圖；圖2是用于燃料噴射器的固定夾持件的立體圖；圖3是燃料噴射器安裝于氣缸蓋的視圖；圖4是從其上拆去涂層的金屬墊圈的立體圖；圖5是沿圖4中線V-V的截面圖；圖6是表示安裝孔的支座面和金屬墊圈之間的緊密接觸狀態(tài)的視圖；圖7是形成在安裝孔支座面上的涂層的視圖；圖8是圖5中的金屬墊圈的設(shè)定長度和負(fù)荷之間關(guān)系的線圖；圖9是第二個實(shí)施例中的金屬墊圈的視圖；圖10是第三個實(shí)施例中的金屬墊圈的視圖；圖11是第四個實(shí)施例中的金屬墊圈的視圖。
參見圖1，發(fā)動機(jī)1具有氣缸體6和安裝于氣缸體6頂面的氣缸蓋4。一鎖蓋2固定到氣缸蓋4的頂面上。一油盤8安裝于氣缸體6的底面。
排出閥10和進(jìn)入口12都布置在氣缸蓋4中。一氣缸孔15形成在氣缸體6中并且一活塞14配合在氣缸孔15中?；钊?4由一連接桿6連接到曲軸上。
臺階狀安裝孔18形成在氣缸蓋4中，并且與氣缸孔15連通、即與燃燒室連通。一燃料噴射器20插入安裝孔18中。具體地，燃料噴射器20的末端經(jīng)過安裝孔18的小直徑部分面朝燃燒室內(nèi)內(nèi)部。因此，燃料噴射器20可直接將燃料、即氣油從其噴嘴噴射到燃燒室中。具體地，與通常將氣油噴入進(jìn)口的普通發(fā)動機(jī)不同，本發(fā)明中的氣油是直接噴射入發(fā)動機(jī)1缸體的。噴射的燃料與燃燒室中的空氣混合，并且這種混合物由火花塞19點(diǎn)火?；ɑ鹑?9安裝到氣缸蓋4上，并且布置在排出閥10和進(jìn)入閥12之間。
燃料噴射器20的近端從氣缸蓋4伸出，并且連接到一燃料分配管26上。燃料分配管26通過一燃料輸送管24連接到高壓燃料泵22上。高壓燃料泵22安裝到氣缸蓋4的外表面。高壓燃料泵22對燃料加壓，并且將加壓的燃料經(jīng)過燃料輸送管24和燃料分配管26送到燃料噴射器20中。送到燃料噴射器20中的燃料的壓力設(shè)定在5至7Mpa。
參見圖2，燃料噴射器20具有位于氣缸蓋4外部的凸緣28。該凸緣28由一固定夾持件30固定到氣缸蓋4的外表面上。具體地，固定夾持件30的一端具有U形凹槽。該凹槽構(gòu)成一對壓爪32。燃料噴射器20的噴射體穿過固定夾持件30的凹槽。固定夾持件30的該對壓爪32和連接這些壓爪32的弧形邊緣從上方通過凸緣28壓著燃料噴射器20。
固定夾持件30的另一端藉具有預(yù)設(shè)固定扭矩而擰緊的螺栓34固定到氣缸蓋4外表面上。此時，燃料噴射器20、即螺栓34的擰緊力設(shè)定為200kgf。
參見圖3，可以較清楚地理解燃料噴射器20的凸緣28和固定夾持件30、即壓爪對32之間的關(guān)系。
從圖3中可見，低于其凸緣部28的燃料噴射器20的末端部插入上述安裝孔18中。
燃料噴射器20具有一噴射體36，并且凸緣28與噴射器主體36形成一體。噴射器主體36為臺階狀圓柱體。一空心的芯體38存放在如圖3所示的噴射器主體36的近端部。芯體38沿噴射器主體36的軸向延伸。芯體38的上端從噴射器主體36伸出，并且連接到上述燃料分配管24上。因此，燃料可從燃料分配管24送到芯體38。
電磁式噴嘴閥37由一保持器39裝配到噴射器主體36的末端部。噴嘴閥37具有從保持器39的底面伸出的噴嘴體40。噴嘴體40的突出部分插入安裝孔1 8的小直徑部分，并且其頂端面向燃燒室。噴嘴體40的頂端具有噴嘴塞42。噴嘴塞42在噴嘴體40中形成燃料腔43。燃料腔43由噴嘴體40和噴嘴體36中的通道與上述芯體38連通。因此，來自芯體38的燃料送入燃料腔43。
噴嘴孔44形成于噴嘴塞42中。在圖3所示的狀態(tài)下，噴嘴針46關(guān)住噴嘴孔44。噴嘴針46從燃料腔43伸向其中的噴嘴體40上端，并且從上端伸出。噴嘴針46設(shè)置在噴嘴體40的軸線上，并且沿噴嘴體40的軸向往復(fù)運(yùn)動。
一空心銜鐵48設(shè)置在噴射器主體36中，并且包圍噴嘴針46的上部、即其頭部，而且與該頭部連接。一壓縮螺旋彈簧50布置在銜鐵48中，并且經(jīng)過銜鐵48將噴嘴針46推向火花塞42、即用于噴嘴孔44的閥座。因此，在圖3所示的狀態(tài)下，噴嘴針46由壓縮螺旋彈簧的推壓力而密封噴嘴孔42。而且，繞在一線軸52上的螺線管54設(shè)置在噴射器主體36中，并且包圍銜鐵48。
當(dāng)螺線管54通電時，銜鐵48、即噴嘴針46克服壓縮螺旋彈簧50的推壓力而上升，從而打開噴嘴孔44。此時，燃料從噴嘴孔44噴射到燃燒室15中。
當(dāng)發(fā)動機(jī)1工作時，燃燒室15內(nèi)部處于高溫和高壓狀態(tài)。因此，燃料噴射器20和氣缸蓋4之間的間隙必須較佳地得以密封。為此，如圖3所示的，在氣缸蓋4和燃料噴射器20的凸緣28之間設(shè)置有一墊圈56，并且該墊圈是由銅制成的。用來支撐燃料噴射器20的保持器39的環(huán)形臺階狀表面、即支座面72是形成在安裝孔18的內(nèi)圓周面上的。一彈性可變形的金屬墊圈58設(shè)置在支座面72和保持器39的底面之間。保持器39的底面形成與金屬墊圈58有關(guān)的燃料噴射器20的支座面。
如圖4所示的，金屬墊圈58呈環(huán)形。金屬墊圈58從其內(nèi)圓周邊至外圓周邊之間的部分在其截面內(nèi)呈字母S形。這意味著，金屬墊圈58的內(nèi)圓周邊是彎曲的，這樣內(nèi)圓周邊部分在圖4中是向上突的。金屬墊圈58的外圓周邊部分是彎曲的，這樣外圓周邊部分是向下突的。因此，金屬墊圈58的內(nèi)、外圓周邊不在同一個平面中，這樣金屬墊圈58具有預(yù)定的厚度。金屬墊圈58的外圓周邊的直徑與保持器39的直徑近似相等。噴嘴體40的頂端可插入金屬墊圈58內(nèi)、即金屬墊圈58的中心孔60中。
金屬墊圈58的內(nèi)、外圓周邊部分分別具有環(huán)形上密封區(qū)62和環(huán)形下密封區(qū)64。這些密封區(qū)62、64都位于金屬墊圈58的內(nèi)、外圓周邊部分的頂點(diǎn)，并且截面呈弧形。當(dāng)金屬墊圈58處于自由狀態(tài)時，上密封區(qū)62和下密封區(qū)64之間的距離、即金屬墊圈58的初始設(shè)定長度例如大約為1.6毫米。因此，如從圖4中所見的，金屬墊圈58的輪廓近似為梯形。
如圖3所示的，當(dāng)金屬墊圈58以預(yù)定的固定力夾在保持器39和安裝孔18的支座面72之間時，金屬墊圈58彈性變形，并且沿安裝孔18的軸向被壓縮。因此，由金屬墊圈58的恢復(fù)力，上密封區(qū)62壓在保持器39的底面74上，下密封區(qū)64壓在安裝孔18的支座面72上。
圖5示出了放大截面狀態(tài)下的上述金屬墊圈58的一部分。從圖5中可見，金屬墊圈58包括一芯部66以及形成在芯部66表面的涂層67。例如，芯部66是由不銹鋼制成，厚度大約為0.5毫米。涂層67是由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中涂層67具有一基層、即直接形成在芯部66上的第一層68，以及形成在第一層68的外表面上的第二層70。例如，第一層68由硅酮樹脂制成，厚度為2至3微米。第二層70由氟橡膠制成，厚度為15至45微米。第二層70由于第一層68的存在而很容易粘到芯部66上，這樣第二層70就可通過第一層68而強(qiáng)有力地粘到芯部66上。
芯部66的整個表面不必要都由涂層67蓋住。僅需要上、下密封區(qū)62、64及鄰近這些密封區(qū)的部分可以覆蓋與涂層67相同的涂層。
圖6示出了金屬墊圈58的下密封區(qū)64壓靠在安裝孔18的支座面72的狀態(tài)。即使安裝孔18的支座面72是粗糙的、并且針孔76都暴露于支座面72，粗糙的支座面72和針孔76都可較佳地由下密封區(qū)64的涂層67所蓋住，如圖6所示。因此，下密封區(qū)64可較佳地通過涂層67與支座面72緊密接觸。
本文中，銷孔76是在鉆削安裝孔18的過程中氣缸蓋4的支座面72上暴露的縮孔部分，或者是在氣缸蓋4的熱處理過程中在支座面72上所產(chǎn)生的。
圖7所示，支座面72還可由涂層78所蓋住。例如，涂層78可以由紫外線硬化式樹脂制成，并且蓋住粗糙的支座面72和針孔76。此時，金屬墊圈58的下密封區(qū)4通過涂層67和78與安裝孔18的支座面接觸。
如上所述，金屬墊圈58的芯部66是由不銹鋼制成，并且其輪廓近似為梯形。因此，當(dāng)金屬墊圈58夾在保持器39的底面和安裝孔18的支座面72之間時，金屬墊圈58象一盤簧一樣彈性變形。
圖8示出了金屬墊圈5 8的設(shè)定長度、即上、下密封區(qū)62和64之間的距離與在上、下密封區(qū)62、64處從保持器39的底面74和安裝孔18的支座面72作用于金屬墊圈58上的載荷(壓力)之間的關(guān)系。當(dāng)沒有負(fù)荷作用于金屬墊圈58時，金屬墊圈58為上述的初始設(shè)定長度。從圖8中可見，金屬墊圈58的負(fù)荷隨金屬墊圈的設(shè)定長度減少而逐漸增加。但是，當(dāng)金屬墊圈58的設(shè)定長度超出一預(yù)定值、并且進(jìn)一步減少時，金屬墊圈58的負(fù)荷開始逐漸減少。當(dāng)金屬墊圈58的設(shè)定長度進(jìn)一步減少時，金屬墊圈58的負(fù)荷迅速增加。這表示金屬墊圈58斷裂了。
如上所述，金屬墊圈58的負(fù)荷與其設(shè)定長度是非線性關(guān)系。因此，金屬墊圈58的設(shè)定長度較佳地是在圖8所示的最優(yōu)范圍中提供最大負(fù)荷的上述預(yù)定值附近。本文中，金屬墊圈58的設(shè)定長度可通過前述固定夾持件30的螺栓34的固定扭矩來調(diào)節(jié)。當(dāng)設(shè)定金屬墊圈58的設(shè)定長度時，自然要考慮與零件的加工和裝配有關(guān)的誤差。
如上所述，由于金屬墊圈58的上、下密封區(qū)62、64都比較窄，所以這些密封區(qū)域62、64都用強(qiáng)大的力壓靠在安裝孔18的支座面72和保持器39的底面上，即使當(dāng)燃料噴射器20的固定力、即金屬墊圈58比較弱時也如此。因此，金屬墊圈58的上、下密封區(qū)62、64都存在較強(qiáng)的密封性能。
安裝孔18的支座面72蓋有涂層67。因此，即使支座面72是粗糙的并且具有針孔76，該涂層67也能較佳地與支座面72緊密接觸，而與支座面72的粗糙度和針孔76無關(guān)。因此，下密封區(qū)64的密封性能不會減弱。
如上所述，如果安裝孔18的支座面72蓋有涂層78，則下密封區(qū)64的密封性能可以進(jìn)一步提高。
關(guān)于涂層67，通過硅酮樹脂制成的第一層68，第二層70可粘到金屬墊圈58的芯部66上。因此，第二層70的粘結(jié)力加強(qiáng)了，這樣第二層70就不會與芯部66分離。第二層70由具有耐用性極佳的氟橡膠制成。因此，即使當(dāng)汽油發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)部(氣油直接射入燃燒室)處于高壓和高溫，第二層70也不容易損壞。因此，金屬墊圈58的密封性能可保持很長一段時間。
而且，如圖8所示的，金屬墊圈58的設(shè)定長度的最優(yōu)范圍較寬，這樣金屬墊圈58的長度容易設(shè)定。
圖9示出了第二個實(shí)施例的金屬墊圈80。金屬墊圈80為空心環(huán)形，并且有一槽口84。槽口84沿金屬墊圈80的內(nèi)圓周邊延伸，這樣金屬墊圈80具有C形截面。此時，金屬墊圈80的上、下密封區(qū)62、64在截面內(nèi)都呈互相反向的弧形。
圖10示出了第三個實(shí)施例的金屬墊圈84。金屬墊圈84的形狀與第一個實(shí)施例中的金屬墊圈相似。只是金屬墊圈84與金屬墊圈58不同之處在于上密封區(qū)62和下密封區(qū)64之間的部分的截面是呈直線形的。
圖11示出了第四個實(shí)施例中的金屬墊圈86。金屬墊圈86的截面呈朝下的U形，并且金屬墊圈86的兩端部分別形成為下密封區(qū)64。
在第二至第四實(shí)施例中的各個金屬墊圈80、84、86的各個表面都覆蓋有上述的涂層67，盡管圖中未示出這些涂層結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋裝置，包括用來直接將燃料噴射到燃燒室中的燃料噴射器，所述氣缸蓋裝置包括具有用來容納所述燃料噴射器、并與燃燒室連通的安裝孔的氣缸蓋，所述安裝孔具有環(huán)形臺階狀表面用來將所述噴射器安裝于其中；以及通過將所述安裝孔中的所述燃料噴射器壓靠在臺階狀表面上而密封所述燃料噴射器和所述安裝孔的臺階狀表面之間的間隙的密封裝置，所述密封裝置包括夾在所述燃料噴射器和臺階狀表面之間的環(huán)形密封件，所述密封件具有沿所述安裝孔的軸向可彈性變形的金屬芯部、向所述燃料噴射器凸出的環(huán)形第一密封區(qū)和向該臺階狀表面凸出的環(huán)形第二密封區(qū)，以及用來覆蓋第一和第二密封區(qū)的彈性涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述芯部的輪廓截面為截頭錐形，并且內(nèi)、外圓周邊部分以互相相反的方向彎曲，并且分別形成第一和第二密封區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述涂層包括在其最外部的橡膠層。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，芯部的整個表面覆蓋有與所述涂層相同的涂層。
5.如權(quán)利要求2所述的氣缸蓋裝置，其特征在于，所述密封裝置還包括用來覆蓋所述安裝孔的臺階狀表面的第二涂層。
6.如權(quán)利要求2所述的氣缸蓋裝置，其特征在于，所述密封裝置還包括由紫外線硬化式樹脂制成的第二涂層，以覆蓋所述安裝孔的臺階狀表面。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸蓋裝置,它具有帶內(nèi)插燃料噴射器的安裝孔和環(huán)形金屬墊圈的氣缸蓋。安裝孔有環(huán)形支座面以支撐其中的燃料噴射器。金屬墊圈夾在燃料噴射器和支座面之間。金屬墊圈包括芯部和覆蓋芯部整個外表面的涂層。芯部的截面輪廓近似截頭錐形,并且還具有彎曲成弧形的內(nèi)、外圓周邊。
文檔編號F02F11/00GK1174933SQ9711783
公開日1998年3月4日 申請日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月22日
發(fā)明者竹井宣夫, 幡山健二郎, 中里和幸, 河副英治 申請人:三菱自動車工業(yè)株式會社