無涂層汽缸頭墊片的制作方法
【專利說明】無涂層汽缸頭墊片
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求提交于2013年9月10日的美國臨時專利申請序列號61/876,068?及提 交于2014年9月10日的美國實用專利申請序列號14/482,230的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引 用并入本申請。
【背景技術(shù)】
[0003] 1.技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明通常設(shè)及用于在兩組件之間提供密封的墊片，且更特別地設(shè)及多層墊片， 例如汽缸頭墊片。
[0005] 2.相關(guān)技術(shù)
[0006] 汽缸頭墊片，特別是多層墊片，通常用于汽車發(fā)動機中。所述墊片在發(fā)動機的配合 組件之間形成密封，特別是圍繞具有燃燒室開口的汽缸孔，W便防止燃燒氣體和發(fā)動機流 體泄露。汽缸頭墊片通常圍繞汽缸孔周向延伸，并設(shè)置于發(fā)動機缸體和汽缸頭之間。
[0007] 運種汽缸頭墊片通常由多層金屬材料形成，例如不誘鋼，且通常具有圍繞燃燒室 開口或另一個開口或邊緣的環(huán)狀間隔開的一個或多個密封焊珠，W促進發(fā)動機缸體和汽缸 頭之間的緊密密封。多層墊片還可具有一限位器，用于控制壓縮或調(diào)節(jié)焊珠上的負載。金屬 層通常涂覆有涂層材料，有助于將金屬層密封在一起W及防止流體或氣體在發(fā)動機缸體和 汽缸頭之間泄露。如果沒有涂層材料，密封運些層就需要更高的負載。涂層材料還填補了運 些層表面上的瑕疵。
[000引但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，運種涂層材料會由于壓縮、恢復(fù)和涂層材料的磨損而造成汽缸頭 和發(fā)動機缸體之間的不穩(wěn)定。隨著時間的流逝，不如金屬層堅硬或者說耐用的涂層材料會 變軟。涂層材料還會在高壓下擠出而造成不對中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供了一種有涂層的多層墊片，其具有改進的性能，包括增加了穩(wěn)定性W 及在兩組間之間更加穩(wěn)固的連接，同時又避免了傳統(tǒng)的有涂層多層墊片存在的問題。所述 多層墊片包括第一功能層，所述第一功能層在圍繞燃燒室開口的第一內(nèi)邊緣和第一外邊緣 之間延伸。第一內(nèi)邊緣和第一外邊緣之間具有一長度。第一功能層還具有第一外表面和背 向的第一內(nèi)表面，且包括在第一內(nèi)邊緣和第一外邊緣之間徑向設(shè)置的第一全焊珠（full bead)。
[0010] -第二功能層在圍繞燃燒室開口的第二內(nèi)邊緣和第二外邊緣之間延伸。第二內(nèi)邊 緣和第二外邊緣之間具有一長度。第二功能層還具有第二外表面和背向的第二內(nèi)表面，且 包括與第一全焊珠軸向?qū)R的第二全焊珠。
[0011] -限位器設(shè)置于第一和第二功能層之間，且徑向上在內(nèi)邊緣和功能層的至少其中 一個的全焊珠之間。一涂層材料設(shè)置于功能層的至少其中一個的表面的至少其中一個上， 且所述涂層材料沿所述至少一個表面的大部分長度延伸。但是，沿位于內(nèi)邊緣和全焊珠之 間的至少一個表面的一區(qū)域設(shè)置減少量的涂層材料。
[0012] 在本發(fā)明的另一個實施例中，所述限位器由一限位器層提供，其設(shè)置于第一和第 二功能層之間。所述限位器層在圍繞燃燒室開口的第五內(nèi)邊緣和第五外邊緣之間徑向延 伸。在該實施例中，所述限位器徑向設(shè)置于燃燒室開口和功能層的內(nèi)邊緣之間。所述涂層材 料設(shè)置于表面的至少其中一個上，且在該實施例中，涂層材料從所述至少一個功能層的內(nèi) 邊緣至外邊緣連續(xù)延伸。
【附圖說明】
[0013] 當(dāng)結(jié)合附圖參照W下具體說明考慮時，本發(fā)明的其它優(yōu)勢將易于理解，W及能夠 得到更好的理解，其中：
[0014] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0015] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0016] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的第=具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0017] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的第四具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0018] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的第五具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0019] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的第六具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0020] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的第屯具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0021] 圖8為根據(jù)本發(fā)明的第八具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0022] 圖9為根據(jù)本發(fā)明的第九具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D；
[0023] 圖10為根據(jù)本發(fā)明的第十具體實施例，有涂層的多層墊片的徑向橫截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0024] 參照附圖，其中在幾個視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，通常所示為一多 層墊片20,當(dāng)設(shè)置于例如發(fā)動機缸體和汽缸頭等兩組間（未顯示)之間時，用于提供改進的 密封性能。墊片20包括多個功能層22、24,每個功能層具有外表面26、28和背向的內(nèi)表面34、 36。每個功能層22、24還包括全焊珠42、44，^促進兩組件之間的緊密密封。功能層22、24從 圍繞燃燒室開口 56的內(nèi)邊緣46、48至外邊緣58、60徑向延伸。墊片20還包括設(shè)置于功能層 22、24之間的限位器68,用于控制壓縮和調(diào)節(jié)全焊珠42、44上的負載。為了有助于將功能層 22、24密封在一起，一涂層材料70設(shè)置于功能層22、24的至少一個表面26、28、34、36上，且所 述涂層材料70沿有涂層的表面26、28、34、36的長度1的大部分延伸。但是，與傳統(tǒng)的有涂層 的多層墊片不同，墊片20沿限位器68在燃燒室開口56和全焊珠42、44之間的一區(qū)域72包括 減少量的涂層材料70,或者無涂層材料70。
[0025] 圖1-10所示為有涂層的多層墊片20的具體實施例，其包括設(shè)置于燃燒室開口 56和 全焊珠42、44之間的無涂層區(qū)域72。在運種實施例中，多層墊片20包括第一功能層22,所述 第一功能層在圍繞燃燒室開口 56的第一內(nèi)邊緣46和第一外邊緣58之間延伸，在其之間具有 長度L。第一功能層22具有第一外表面26和背向的第一內(nèi)表面34,其之間具有厚度t。第一功 能層22還包括圍繞燃燒室開口 56周向延伸的第一全焊珠42,且徑向設(shè)置于第一內(nèi)邊緣46和 第一外邊緣58之間。
[00%]所述示例性的多層墊片20還包括第二功能層24,所述第二功能層在圍繞燃燒室開 口 56的第二內(nèi)邊緣48和第二外邊緣60之間延伸。第二內(nèi)邊緣48和第二外邊緣60之間具有一 長度L。第二功能層24也具有第二外表面28和背向的第二內(nèi)表面36,其之間具有厚度t。第二 功能層24包括第二全焊珠44,其與第一全焊珠42軸向?qū)R且圍繞燃燒室開口 56周向延伸。 第二功能層24通常與第一功能層22具有相同的厚度t和長度L，運樣，第二內(nèi)邊緣48與第一 內(nèi)邊緣46垂直對齊，第二外邊緣60與第一外邊緣58對齊。功能層22、24的厚度t沿整個長度L 通常是恒定的。功能層22、24可采用任意常規(guī)材料形成，但是通常采用不誘鋼形成。
[0027] 在所述具體實施例中，功能層22、24的全焊珠42、44每個都具有沿表面的其中一個 的凸面輪廓和沿相對表面的凹面輪廓。全焊珠42、44的凸面表面可朝向彼此延伸，如圖所 示，或者相互背離延伸（未顯示）。功能層22、24的至少其中一個還可選地包括一半焊珠74、 76,其徑向設(shè)置于相關(guān)的全焊珠42、44和外邊緣58、60之間。半焊珠74、76通常設(shè)置為相對于 離全焊珠42、44更靠近外邊緣58、60。半焊珠74、76可圍繞燃燒室開口 56延伸，或者圍繞兩個 組件之間的另一個開口，或者沿外邊緣58、60。如果兩功能層22、24都包括半焊珠74、76,那 么那些半焊珠74、76通常是連接在一起的，通常是通過焊接。但是，如果只有一個功能層22、 24包括半焊珠74、76,那么半焊珠74、76可與相對的功能層22、24間隔開，如圖5和6所示。功 能層22、24的至少其中一個還可包括一臺階區(qū)域78,其徑向設(shè)置于相關(guān)的全焊珠42、44和內(nèi) 邊緣46、48之間，如圖2-6所示。
[0028] 多層墊片20的限位器68設(shè)置于第一和第二功能層22、24之間，且徑向設(shè)置于燃燒 室開口 56和功能層22、24的至少其中一個的全焊珠42、44之間。在圖1-7的實施例中，限位器 68從圍繞燃燒室開口 56的第=內(nèi)邊緣50延伸至徑向設(shè)置于第=內(nèi)邊緣50和功能層22、24的 全焊珠42、44之間的第=外邊緣62。限位器68也包括第=外表面30和背向的第=內(nèi)表面38， 其之間具有厚度t。圖1-7的限位器68為獨立的組件，與功能層22、24分開?？蛇x地，限位器68 可由位于內(nèi)邊緣46、48和全焊珠42、44之間的功能層22、24的其中一個的折疊區(qū)域80提供， 如圖8所示，或者由間隔層182的折疊區(qū)域180提供，如圖9和10所示，W下將會進一步討論。 在圖1-6的實施例中，限位器68的厚度t小于功能層22、24的厚度t。在圖7的實施例中，移除 了在第二全焊珠44和第二內(nèi)邊緣48之間的第二功能層24的一部分，運樣，第二功能層24的 長度L就減小了，且限位器68的厚度t大于功能層22、24的厚度t。在圖8-10的實施例中，限位 器68的厚度t大于或等于功能層22、24的厚度t。限位器68可采用任何常規(guī)材料形成，通常為 金屬材料。
[0029] 涂層材料70設(shè)置于功能層22、24的至少其中一個的表面26、28、34、36的至少其中 一個上，用于將功能層22、24密封在一起和防止流體或氣體泄漏。涂層材料70可沿每個功能 層22、24的兩個表面26、28、34、36延伸，或者只沿表面26、28、34、36其中之一。在圖1-8的實 施例中，涂層材料70設(shè)置在少于功能層22、24的全部表面26、28、34、36上。涂層材料70沿至 少一個有涂層的表面26、28、34、36的長度1的大部分延伸，且可沿有涂層的表面26、28、34、 36中的一個或多個的全部長度L延伸。但是，沿限位器68的區(qū)域72包括減少量的涂層材料 70,或者保持為無涂層，W便提升穩(wěn)定性并在功能層22、24之間提供更加穩(wěn)固的連接。去除 該區(qū)域72中的涂層材料70還減少了由于熱力或者燃燒因素所造成的功能層22、24之間的相 對運動，且還能夠?qū)θ钢?2、44提供更多的防護。
[0030] 在圖1-8的實施例中，沿長度L的大部分包括涂層材料70的表面26、28、34、36的至 少其中一個也包括在相關(guān)的內(nèi)邊緣46、48和全焊珠42、44之間具有減少量的涂層材料70或 者無涂層材料70的區(qū)域72。在運些實施例中，減少的涂層區(qū)域72沿限位器68從內(nèi)邊緣46、48 連續(xù)延伸，并且至限位器68的徑向向外的一位置。涂層材料70然后沿涂層表面26