專利名稱：壓縮傳感器墊圈及構造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，更具體地說，涉及用于在內(nèi)燃機中的腔室周圍形成密封的壓縮墊圈。
背景技術：
內(nèi)燃機具有其中產(chǎn)生高壓的腔室。通常，腔室中需要維持預定的壓力，例如在油道、冷卻劑通道或汽缸膛中，但不允許氣體和/或流體從腔室中泄露。通常，利用一對構件相互配合以形成腔室，如汽缸蓋和發(fā)動機缸體，帶有被容納于構件之間以在構件之間和腔室附近提供氣體/流體嚴密密封的墊圈。除了墊圈之外，已知單獨的壓力傳感器被用來指示腔室中的壓力。如果壓力超出預設極限，可發(fā)送信號以指示維修狀態(tài)。具有單獨的部件通常在制造和裝配中都導致額外的成本。已經(jīng)做了一些嘗試以提供一種單部件墊圈和壓縮傳感器。然而，由于相關成本的增加，特別是在制造和/或維修時，這些嘗試被認為是不成功的。在維修時，已知的墊圈/ 傳感器組件必須整體被更換，從而導致不得不將墊圈和傳感器一起更換所增加的成本。因此，需要一種墊圈和傳感器組件，能夠在配合構件之間提供可靠密封，提供密封腔室中壓力的精確指示，且在制造中和使用中都以經(jīng)濟的方式被提供。

發(fā)明內(nèi)容
一種壓縮傳感器墊圈包括墊圈本體，該墊圈本體具有相對的大體平坦的密封表面和與待密封的腔室對齊的通道。通孔在密封表面之間延伸到通道，且具有環(huán)狀倒棱表面。該墊圈進一步包括壓力傳感器組件，其具有外殼和至少部分延伸通過外殼的壓力傳感器。壓力傳感器具有用于檢測待密封腔室中壓力的壓力傳感器尖端。外殼具有環(huán)狀錐形外表面， 其與倒棱表面徑向對齊，以便在壓力傳感器組件和墊圈本體之間形成氣密密封。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，壓力傳感器組件具有一個外或內(nèi)螺紋部分而墊圈本體具有另一個內(nèi)或外螺紋部分，其中外螺紋部分用于與內(nèi)螺紋部分形成螺紋配合以將墊圈本體連接到壓力傳感器組件上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，外殼與墊圈本體形成壓縮機械密封配合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當壓縮外殼與墊圈本體形成配合時，外殼與傳感器形成壓縮配合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，墊圈本體具有倒棱內(nèi)表面，而外殼具有錐形外表面，當與倒棱外表面配合時該錐形外表面徑向向內(nèi)偏斜。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于檢測內(nèi)燃機腔室中壓力的壓力傳感器墊圈
4的構造方法。該方法包括提供墊圈本體，其具有相對的大體平坦的密封表面和與待密封的腔室對齊的通道，該墊圈本體帶有在密封表面之間延伸到該通道的通孔。該方法進一步包括提供延伸到鄰近通道的傳感器尖端的傳感器組件，并將壓力傳感器組件設置在通孔中。 然后，該方法包括在通孔和壓力傳感器組件之間形成機械壓縮密封以阻止流體在墊圈本體和壓力傳感器組件之間通過。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法進一步包括，提供具有外殼和壓力傳感器的壓力傳感器組件，該壓力傳感器軸向延伸通過外殼且壓縮外殼與壓力傳感器形成密封鄰接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法進一步包括，保持壓力傳感器組件不與墊圈本體直接接觸。


結合下列目前優(yōu)選實施例和最佳實施方式的具體描述、所附權利要求以及附圖進行考慮，根據(jù)本發(fā)明的上述及其他方面、特征和優(yōu)點將會更加容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個目前優(yōu)選方面構造的壓縮傳感器墊圈組件的部分透視圖；圖2是大致沿圖1中的2-2線剖開所得的剖視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個目前優(yōu)選方面構造的壓縮傳感器墊圈組件的部分剖視圖。
具體實施例方式更詳細地參閱附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個目前優(yōu)選實施例構造的壓縮傳感器墊圈組件(此后示出為墊圈10)的一部分。墊圈10具有金屬間隔層，此后又稱為墊圈本體12，其具有一個或多個用于流體或氣體由此通過的通道14，例如用于汽缸蓋墊圈。因此，通道14的數(shù)目與內(nèi)燃機中汽缸的數(shù)目一致，且用于流體通道，例如油或冷卻劑。墊圈10 也具有至少一個壓力傳感器組件16，且優(yōu)選與通道14的數(shù)目一致的壓力傳感器組件可拆卸地與墊圈本體12連接以形成流體/氣體緊密密封配合。壓力傳感器組件16在各自的通道14中以及密封腔室中彼此獨立地檢測壓力。如果需要的話，在維修中，墊圈10可以從被夾緊和密封在一起的構件之間移除，于是，壓力傳感器組件16可以有選擇地且獨立地從墊圈本體12移除，且獨立于墊圈本體12被更換。墊圈本體12可以是大體平坦的本體，具有提供大體平坦密封表面18、20的相對面，而密封焊道(未示出)可以根據(jù)需要貫穿本體12延伸。通道14具有內(nèi)圓周，也稱為內(nèi)表面22，與密封腔室如汽缸膛的直徑一致。如圖2最好地示出，為了便于將壓力傳感器組件 16連接到墊圈本體12，墊圈本體12具有從外緣(又稱為外圓周26)延伸至每個通道14的通孔M。每個通孔M大體沿其長度被墊圈本體12的相對面18、20完全封閉和界定，但是若有需要，一些區(qū)域可以敞開。這樣，通孔M通常只在鄰近內(nèi)、外圓周22、沈處敞開。仍然參閱圖2，為了便于將每個壓力傳感器組件16流體/氣體密封連接在各自的通孔M內(nèi)，通孔M形成為具有環(huán)狀錐形的或倒棱圓錐形的表面四，此處示為從大體圓柱形的內(nèi)壁25徑向向內(nèi)延伸且朝向通道14收斂。此外，每個通孔M具有形成于鄰近外圓周 26的圓柱形壁25中的攻絲的內(nèi)螺紋部分28。仍就圖2所示的實施例而論，作為例子而非限制，壓力傳感器組件16具有在墊圈本體12的通孔M中形成壓縮的流體/氣體緊密密封配合的外殼30和在外殼30中形成流體/氣體緊密密封配合的壓力傳感器32。壓力傳感器32被密封地固定在墊圈本體12的通孔M中。壓力傳感器32可以由任意合適類型的材料形成，例如光纖。壓力傳感器32被示為具有本體，該本體具有圓柱形或者大體圓柱形的外表面33，其尺寸適于被容納于外殼30中。壓力傳感器32的外表面33 通過外殼30軸向延伸，且被示為具有與外殼30的自由端37齊平或大體齊平的傳感器尖端 35。當被固定于墊圈本體12的通孔M中時，壓力傳感器32被適當?shù)胤胖迷卩徑ǖ?4 處以檢測密封腔室中的壓力。外殼30具有中心通道34和外表面39。作為例子而非限制，通道34此處被示為圓柱形或者大體圓柱形，且其尺寸適于緊密地或者稍緊地容納傳感器32的外表面33于其中。 外表面39具有與墊圈本體12的通孔M中的內(nèi)螺紋部分觀形成螺紋連接的部分，示為軸向地位于工具容置頭部38和自由端37之間的外螺紋部分36。頭部38優(yōu)選地配置為例如具有六角形外形以容置工具，以便在通孔M中擰緊或擰松傳感器32。外表面39也具有在外螺紋部分36和自由端37之間延伸的圓柱形或者大體圓柱形部分41。為了便于進行組裝和在壓力傳感器組件16和墊圈本體12之間形成氣密密封，該部分41具有比通孔M的圓柱形壁25略小的直徑，從而在組裝時的外表面39和接近組件的圓柱形壁25之間提供環(huán)形間隙43。圓柱形部分41在與自由端37鄰近或者直接相鄰處轉變成環(huán)狀錐形的鼻部40，其中該錐形的鼻部40被示為與自由端37齊平或大體齊平地延伸且收斂。錐形的鼻部40具有環(huán)狀錐形的圓錐形表面45，其與墊圈本體12的環(huán)狀倒棱表面四配合鄰接形成流體/氣體緊密密封。當在通孔M中緊固壓力傳感器組件16時，造成外殼30在通孔M中軸向移動，而環(huán)形間隙43允許鼻部40在環(huán)狀圓錐形表面四中被引導形成自由居中關系，且被壓縮與墊圈本體12的徑向對齊的圓錐形表面四形成凸輪狀配合鄰接。這樣，造成鼻部40徑向向內(nèi)偏斜且/或變形以使與錐形表面45徑向對齊的的通道34的區(qū)域47與中心延伸的壓力傳感器32的外表面33形成壓縮的流體/氣體緊密密封配合。于是，在徑向對齊鄰接的環(huán)狀錐形表面四、45之間以及徑向對齊的通道34的內(nèi)表面和壓力傳感器32的外表面33 之間形成機械密封，從而，在壓力傳感器組件16和密封腔室(例如燃燒室)之間形成氣密密封。于是，流體或氣體無法通過墊圈本體12的通孔對或外殼中的通道34漏出。為了便于形成氣密密封，與構成墊圈本體12的材料相比，外殼30可以由較軟的材料制成，例如黃銅。這樣，當外殼30在通孔M中被軸向移動時，外殼鼻部40的較軟材料能夠容易徑向向內(nèi)偏斜和/或變形與壓力傳感器32的外表面33形成氣密密封鄰接。于是，在外殼30和墊圈本體12之間以及外殼30和壓力傳感器32之間通過機械壓縮形成氣密密封，使得不需要額外的和可能昂貴的密封機制。在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面構造的壓縮傳感器墊圈組件大體沿其平面所得的剖視圖，此后稱該壓縮傳感器墊圈組件為墊圈110，其中相差100的相同附圖標記用于指示與上述相似的特征。墊圈110具有與上述構造相似的墊圈本體112，其具有一個或多個用于氣體或流體流動的通道114。進一步地，墊圈本體112具有封閉或者大體封閉的通孔 124，其被構造為具有在外圓周1 和內(nèi)圓周122之間延伸的圓柱形或者大體圓柱形的內(nèi)壁 125。環(huán)狀錐形的或倒棱表面，也稱為埋頭錐孔50，在與墊圈本體112的外圓周1 鄰近處形成，例如示為從內(nèi)壁125向外發(fā)散，與外圓周1 形成齊平或者大體齊平關系。為了便于將壓力傳感器組件116連接到墊圈本體112形成氣密密封關系，外圓周1 具有緊固開口， 示為螺紋開口 52，其延伸到位于通孔IM兩對面上的外圓周1 之中。壓力傳感器組件116具有容納于壓力傳感器外殼130中的壓力傳感器132，壓力傳感器132延伸到位于鄰近各自的氣體或流體通道114方向的一端的壓力傳感器尖端135。 壓力傳感器組件116具有通常圓柱形的外表面133，其尺寸適于被容納于通孔IM中例如形成略松配合，從而在壓力傳感器外殼130的外表面133和通孔124的內(nèi)壁125之間提供環(huán)形間隙143。進一步地，壓力傳感器組件116具有緊固部分，其包括遠離壓力傳感器尖端135 收斂的圓錐形環(huán)狀錐形的后表面M和從錐形后表面M同軸延伸到壓力傳感器尖端135相對端的外螺紋螺柱56。錐形后表面M與倒棱表面50徑向對齊以在表面5054之間形成環(huán)狀V形凹槽57，以便在壓力傳感器組件116和墊圈本體112之間形成氣密密封。墊圈110進一步包括密封裝配板，此后稱為裝配板58。裝配板58由金屬構成，且優(yōu)選軟金屬，例如黃銅。裝配板58具有環(huán)狀中心通道59，其尺寸適于借此與傳感器螺柱56 形成間隙配合。裝配板58進一步包括一對橫向延伸的裝配凸緣60，其與墊圈本體112的外圓周1 齊平或者大體齊平鄰接。為了便于將裝配板58緊固在墊圈本體112上，裝配凸緣 60具有通孔62，其與墊圈本體112中的螺紋開口 52對齊。為了在墊圈本體112和壓力傳感器外殼130之間提供氣密的流體/氣體緊密密封，裝配板58具有從通道59軸向向外延伸的環(huán)狀楔形頭部或者尖頭64。形成楔形尖頭64的表面傾角被預設適于容納于V形凹槽 57中，以使尖頭64在壓力傳感器外殼130的錐形的后部M和墊圈本體112的埋頭錐孔50 之間形成的V形凹槽57中形成緊配合。為了將壓力傳感器組件116裝配到墊圈本體112上，其中容納有壓力傳感器132 的壓力傳感器外殼130設置在通孔124中形成間隙配合，傳感器尖端135面向且通常與墊圈本體112的通道114齊平。于是，壓力傳感器外殼130不與墊圈本體112直接接觸。壓力傳感器組件116的螺柱56從墊圈本體112的外圓周126向外延伸。壓力傳感器和外殼 130就位后，裝配板58被放置在螺柱56上，該螺柱56通過通道59且從裝配板58向外延伸。然后，一對緊固件，例如螺栓68被設置通過通孔62且緊固于墊圈本體112的螺紋開口 52中。這使環(huán)狀尖頭64的徑向面向外的環(huán)狀錐形的表面72與墊圈本體112的埋頭錐孔50 形成流體/氣體緊密密封鄰接。然后，螺帽70被固定到螺柱56上且擰緊到預定扭矩，如此軸向向后牽引螺柱56，壓力傳感器外殼130的環(huán)狀錐形的后部M與環(huán)狀尖頭64的徑向面向內(nèi)的環(huán)狀錐形的表面74形成流體/氣體緊密密封鄰接。于是，裝配板58的錐形尖頭64 對墊圈本體112和壓力傳感器外殼130都提供機械形成的氣密密封。通過尖頭64由相對軟的材料制成進一步便于氣密密封的形成，這樣允許尖頭64根據(jù)需要變形以確保形成流體/ 氣體緊密密封。在上述實施例中，壓力傳感器組件16、116都在各自的墊圈本體12、112中氣密密封，而不需要引入昂貴的密封機制。進一步地，在維修或制造中，墊圈10、110的任意獨立部件可以被更換而不需更換其它部件，從而減少了維修和制造的成本。于是，如果需要的話， 壓力傳感器可以在維修時被更換，而墊圈本體12、112仍然可以留用。顯然，根據(jù)上述教導，本發(fā)明的各種修改和變化都是可能的。因此，應該理解，在所附權利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明也可通過除了具體描述以外的方式實現(xiàn)。
權利要求
1.一種壓縮傳感器墊圈，包括墊圈本體，其具有相對的平坦的密封表面和與待密封的腔室對齊的通道，該墊圈本體帶有在所述密封表面之間延伸到所述通道的通孔，該通孔具有環(huán)狀倒棱表面；以及壓力傳感器組件，其具有外殼和至少部分延伸通過所述外殼的壓力傳感器，所述壓力傳感器具有用于檢測待密封腔室中壓力的壓力傳感器尖端，而所述外殼具有與所述倒棱表面徑向對齊的環(huán)狀錐形的外表面，以便在所述壓力傳感器組件和所述墊圈本體之間形成氣密密封。
2.如權利要求1所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述倒棱表面朝向所述通道收斂，而所述環(huán)狀錐形表面被壓縮與所述倒棱表面形成密封鄰接。
3.如權利要求2所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述錐形表面形成所述外殼的鼻部，且所述壓力傳感器通過所述鼻部延伸，所述鼻部被徑向向內(nèi)壓縮與所述壓力傳感器形成密封配合。
4.如權利要求3所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述外殼具有鄰近所述鼻部的外表面，在所述外表面和所述墊圈本體的所述通孔之間延伸一環(huán)形間隙。
5.如權利要求1所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述墊圈本體具有內(nèi)螺紋部分， 而所述外殼具有與所述內(nèi)螺紋部分形成螺紋配合的外螺紋部分。
6.如權利要求5所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述外殼具有在所述環(huán)狀錐形表面和所述外螺紋部分之間延伸的外表面，在所述外表面和所述墊圈本體的所述通孔之間延伸一環(huán)形間隙。
7.如權利要求1所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述通道具有與所述錐形表面徑向對齊的區(qū)域，所述區(qū)域被偏斜以與所述壓力傳感器形成密封鄰接。
8.如權利要求1所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述環(huán)狀倒棱表面和所述環(huán)狀錐形表面彼此徑向對齊以形成環(huán)狀凹槽，且進一步包括裝配板，其具有延伸到所述凹槽中且在所述環(huán)狀倒棱表面和所述環(huán)狀錐形表面之間形成流體緊密密封的環(huán)狀尖頭。
9.如權利要求8所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述裝配板被緊固在所述墊圈本體上，所述環(huán)狀尖頭與所述倒棱表面密封鄰接。
10.如權利要求9所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述壓力傳感器組件被緊固在所述裝配板上，所述環(huán)狀尖頭與所述錐形表面密封鄰接。
11.如權利要求10所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述裝配板具有通道，而所述壓力傳感器具有遠離所述傳感器尖端延伸通過所述通道的螺柱。
12.如權利要求10所述的壓縮傳感器墊圈，進一步包括，固定到所述螺柱上且牽引所述錐形表面與所述倒棱表面形成密封鄰接的螺帽。
13.如權利要求1所述的壓縮傳感器墊圈，其特征在于，所述外殼被容納于所述通道中形成間隙配合。
14.一種用于檢測內(nèi)燃機腔室中壓力的壓力傳感器墊圈的構造方法，包括提供墊圈本體，其具有相對的平坦的密封表面和與待密封的腔室對齊的通道，該墊圈本體帶有在所述密封表面之間延伸到所述通道的通孔；提供傳感器組件，其延伸到鄰近所述通道的傳感器尖端；將所述壓力傳感器組件設置在所述通孔中；以及在所述通孔和壓力傳感器組件之間形成機械壓縮密封以阻止流體在墊圈本體和壓力傳感器組件之間通過。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包括，提供具有外殼和壓力傳感器的壓力傳感器組件，該壓力傳感器軸向延伸通過外殼且壓縮外殼與壓力傳感器形成密封鄰接。
16.如權利要求15所述的方法，進一步包括，在通孔中軸向移動外殼以壓縮外殼。
17.如權利要求14所述的方法，進一步包括，保持壓力傳感器組件不與墊圈本體直接接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓縮傳感器墊圈及其構造方法。該墊圈具有本體，該本體具有相對的密封表面和與待密封腔室對齊的通道。通孔在密封表面之間延伸到通道，且具有環(huán)狀倒棱表面。具有外殼和壓力傳感器的壓力傳感器組件被設置在通孔中，該壓力傳感器至少部分延伸通過外殼。壓力傳感器具有用于檢測待密封腔室中壓力的壓力傳感器尖端。外殼具有環(huán)狀錐形外表面，其與倒棱表面徑向對齊，以便在壓力傳感器組件和墊圈本體之間形成氣密密封。
文檔編號G01L19/00GK102224363SQ200980146891
公開日2011年10月19日 申請日期2009年10月2日 優(yōu)先權日2008年10月3日
發(fā)明者愛德華·萊斯納, 詹姆斯·R·茲維克, 馬爾欽·弗龍奇 申請人:費德羅-莫格爾公司