CN101109340B - 密封垫 - Google Patents

Abstract

一种密封垫包括堆叠的波纹板、填隙板和波纹板，所述波纹板、填隙板和波纹板的每个具有形成在其中的对应于燃烧室的气缸孔。所述波纹板具有将两个板互相连接的切口嵌缝部。所述波纹板、填隙板和波纹板具有将所述板互相连接的凸起嵌缝部。所述切口嵌缝部形成为具有在所述波纹板的表面中的切口，并且所述切口嵌缝部设置为相对远离所述气缸孔。所述凸起嵌缝部形成为在所述波纹板、填隙板和波纹板的表面中不具有切口，并且所述凸起嵌缝部设置为相对靠近所述气缸孔。以此构造设置所述密封垫，确保在堆叠的板之间足够的连接力和获得极好的耐用性。

Description

密封垫

本非临时申请基于2006年7月21日向日本专利局提交的申请号为2006-199765的日本专利申请，在此以参见的方式引入所述提交申请的全部内容。

技术领域

本发明通常涉及一种密封垫，更具体地，本发明涉及一种具有插入到内燃机的气缸盖和气缸体的各配合面之间的堆叠的金属板的密封垫。

背景技术

关于传统的密封垫，例如，公开号为2004-353851的日本专利公开了一种金属密封垫，其防止由于冷却水使施加在金属密封垫的每个金属板上的密封构件脱落而造成发动机故障(专利文献1)。专利文献1中公开的金属密封垫构造为：使面对气缸盖的板、面对气缸体的板和插入其间的副板(sub plate)互相叠放。所述板由嵌缝部互相连接。嵌缝部叠放在围绕燃烧室的水套上。

此外，公开号为11-241769的日本专利公开了一种金属密封垫，其目的在于通过插入一对弹性金属板之间的填隙板来确保在金属密封垫中的填隙片的作用(专利文献2)。在专利文献2中，一对弹性金属板和填隙板通过嵌缝部连接。连接部以这种方式形成：通过将填隙板固定器(bite)压入弹性金属板中而形成底部的周边部分。

在上述专利文献1中，构成密封垫的堆叠的板由嵌缝部连接。在设置有嵌缝部的燃烧室的附近，在燃烧室中的压力下，气缸体更大程度地变形。在此情况下，如果在对应于嵌缝部的位置的堆叠的板的表面中制成切口，则气缸体的变形导致过度的压力施加到切口上。这可能使密封垫的耐用性变差。

相反，在上述专利文献2中，形成嵌缝部以不在弹性金属板和填隙板的表面中制成切口。这使得难于将形成在每个板表面的配合的凸起和凹陷的形状的深度设置得更大。因此，也许不能确保弹性金属板和填隙板之间足够的连接力。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题和提供一种密封垫，通过所述密封垫确保堆叠的板之间足够的连接力并获得极好的耐用性。

根据本发明的密封垫插入到内燃机的气缸盖的配合面和气缸体的配合面之间。所述密封垫包括多个堆叠的板构件，每个所述板构件具有形成于其中的对应于燃烧室的气缸孔。所述多个板构件包括第一嵌缝部和第二嵌缝部，每个所述第一嵌缝部和第二嵌缝部以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷形成在所述多个板构件的表面中，并且将所述多个板构件互相连接。所述第一嵌缝部形成为在所述多个板构件的表面中具有切口，并且设置为相对远离所述气缸孔。所述第二嵌缝部形成为在所述多个板构件的表面中不具有切口，并且设置为相对靠近所述气缸孔。

根据以上述方式构造的密封垫，在外力施加于多个板构件的情况下，不具有切口的第二嵌缝部的强度显示出比具有切口的第一嵌缝部的强度高。在本发明中，第一嵌缝部设置得比第二嵌缝部离所述气缸孔远，从而能减少由于燃烧室内的压力而产生在第一嵌缝部的压力。这能提高密封垫的耐用性。通过设置不具有切口的第二嵌缝部及具有切口的第一嵌缝部，能确保多个板构件之间足够的连接力。

优选地，形成在所述多个板构件的表面中的配合的凸起和凹陷的形状，在所述第一嵌缝部中的深度大于在所述第二嵌缝部中的深度。以此种方式构造的密封垫能设置在所述多个板构件的表面中形成的配合的凸起和凹陷的形状，使得在所述具有切口的第一嵌缝部中的深度大于在所述不具有切口的第二嵌缝部中的深度。因此，通过设置第一嵌缝部，能确保多个板构件之间足够的连接力。

还优选地，所述第一嵌缝部设置在所述板构件的外边缘上。所述第二嵌缝部设置为邻近所述气缸孔。根据以此种方式构造的密封垫，所述第一嵌缝部设置得相对远离所述气缸孔，所述第二嵌缝部设置得相对靠近所述气缸孔。

优选地，当在平面图中观看气缸体的配合面时，所述气缸体具有互相垂直的较长尺寸的方向和较短尺寸的方向。在所述第一嵌缝部内制成的所述切口的开口面在所述较长尺寸的方向上延伸。根据以此种方式构造的密封垫，当内燃机运行时，气缸体在较长尺寸的方向发生的热膨胀比在较短尺寸的方向的热膨胀大。气缸体的所述热膨胀导致沿着所述气缸体热膨胀的方向、在多个板部件中产生压力。另一方面，具有切口的第一嵌缝部提供抵抗所述切口的开口面延伸的方向上的压力的相对好的耐用性。因此，通过将第一嵌缝部中所述切口的开口面延伸的方向与所述气缸体发生较大热膨胀的较长尺寸的方向对齐，能更有效地提高密封垫的耐用性。

优选地，所述气缸体包括水套，其围绕所述燃烧室形成，并且冷却水流过所述水套。所述气缸体是顶开式气缸体，其中所述水套在所述配合面中敞开。根据以此种方式构造的密封垫，在所述气缸体是顶开式气缸体的情况下，由于燃烧室内的压力，所述气缸体容易围绕燃烧室变形。所述气缸体的变形导致在板构件中产生可能降低密封垫的耐用性的压力。因此，在设置有顶开式气缸体的内燃机中，能更有效地获得根据本发明的上述效果。

还优选地，所述第二嵌缝部形成为与所述水套重叠。根据以此种方式构造的密封垫，能防止所述气缸体的配合面和形成在所述第二嵌缝部的板构件的配合的凸起和凹陷的形状互相干涉。

如上所述，根据本发明，能提供确保堆叠的板之间足够的连接力和提供极好的耐用性的密封垫。

从以下结合附图对本发明的详细说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更明显。

附图说明

图1为在本发明的实施例中的密封垫的分解装配图；

图2为图1中的密封垫的平面图；

图3为安装了图1中的密封垫的气缸体的平面图；

图4为安装了图1中的密封垫的发动机的横截面图；

图5A和5B为示出由图2中的双点划线V包围的位置的密封垫的放大图；

图6A和6B为示出由图2中的双点划线VI包围的位置的密封垫的放大图；

图7为示出形成图5A和5B中的切口嵌缝部的过程的横截面图；

图8为示出形成图6A和6B中的凸起嵌缝部的过程的横截面图。

具体实施方式

参考附图将说明本发明的实施例，其中相同或相应的零件由相同的附图标记表示。

图1为本发明的实施例中的密封垫的分解装配图。图2为图1中的密封垫的平面图。参考图1和图2，将密封垫10插入作为内燃机的多气缸汽油发动机的气缸盖和气缸体的各配合面之间。密封垫10防止发动机的燃烧室中产生的燃烧气体并防止用于冷却发动机的循环的冷却水从气缸盖和气缸体的配合面之间泄漏。

安装了密封垫10的内燃机不限于汽油发动机，也可以是柴油发动机。

密封垫10包括作为第一和第二弹性金属板的波纹板20和21以及作为中间板的填隙板30。波纹板20、填隙板30和波纹板21以气缸盖和气缸体互相叠放的方向堆叠。密封垫10由以一个方向互相叠放的堆叠的板形成。波纹板20面对气缸盖设置。波纹板21面对气缸体设置。填隙板30设置在波纹板20和波纹板21之间。

波纹板20、填隙板30和波纹板21由金属板构件形成。例如，通过对不锈弹簧钢冲压成型，并且通过形成为诸如波纹对冲压成型的板进行处理，来制造波纹板20和波纹板21。为了获得预定的抗拉强度、伸长率和硬度，对波纹板20和波纹板21进行热处理和表面处理。类似地，填隙板30由比波纹板20和波纹板21的厚度小的不锈弹簧钢制成。

图3为示出安装了图1中的密封垫的气缸体的平面图。图4为示出安装了图1中的密封垫的发动机的横截面图。图4示出了对应于图2中的沿IV-IV线的位置的发动机的横截面形状。

参考图3和图4，气缸体40由金属制成。例如，气缸体40由铝合金制成。气缸体40包括作为与气缸盖48配合的面的顶面40a。

多个燃烧室45形成在气缸体40中。多个燃烧室45形成为互相隔开并以一个方向排列(图3中箭头400指示的方向)。多个燃烧室45在顶面40a敞开。在顶面40a，多个燃烧室45的每个具有基本为圆形的开口面。气缸体40的形状是在多个燃烧室45排列的方向相对长，在与多个燃烧室45排列的方向垂直的方向(图3中箭头500指示的方向)相对短。顶面40a具有基本为矩形的形状，即具有沿着多个燃烧室45排列的方向的较长边，和沿着与所述多个燃烧室45排列的方向垂直的方向的较短边。

气缸体40具有形成在其中的水套47。用于冷却气缸体40的冷却水循环通过水套47。水套47沿着燃烧室45的周边延伸。气缸体40是顶开式气缸体，其中水套47在顶面40a中敞开。

气缸盖48和气缸体40由螺栓(未示出)固定。旋入螺栓的多个内螺纹孔43形成在气缸体40中。在气缸体40中形成多个凹陷部42。多个凹陷部42的每个从顶面40a凹陷。多个凹陷部42形成为沿着顶面40a的外边缘互相隔开。

气缸盖48由金属制成。例如，气缸盖48由轻量和高刚性的铝合金制成。气缸盖48包括作为与气缸体40配合的面的底面48a。顶面40a与底面48a彼此相对。包括波纹板20、填隙板30和波纹板21的密封垫10被夹持在顶面40a和底面48a之间。

参考图1、图2和图4，波纹板20和21成形为与顶面40a和底面48a的形状一致。波纹板20和波纹板21形状相同。多个气缸孔22形成在波纹板20和21中，每个气缸孔对应于燃烧室45。多个气缸孔22形成在对应于形成在气缸体40中的多个燃烧室45的位置的各位置处。在本实施例中，多个气缸孔22形成为互相隔开并且沿一个方向排列。波纹板20和21具有形成在其中的多个螺栓孔23，用于固定气缸盖48和气缸体40的螺栓插入螺栓孔23。

当在平面图中看密封垫10时，填隙板30的面积比波纹板20和21的面积小。填隙板30成形为沿着燃烧室45的周边延伸。多个气缸孔22形成在填隙板30中，每个气缸孔对应于燃烧室45。由于此构造，在沿着气缸孔22的周边的位置处，波纹板20和21与插入其间的填隙板30堆叠。在远离气缸孔22的波纹板20和21的外边缘上，波纹板20和21堆叠而没有填隙板30插入其间。

波纹板20和波纹板21分别具有形成在其中的波纹25和波纹26。波纹25和26形成为围绕燃烧室45环状延伸。填隙板30被夹持在波纹板20和21之间的波纹25和26形成的位置处。波纹25形成为朝向气缸盖48的底面48a凸起。波纹26形成为朝向气缸体40的顶面40a的凸起。当气缸盖48和气缸体40固定在一起时，波纹25和26被挤压变形。该变形能确保燃烧室45周围的高密封性，以可靠地防止燃烧室45中的燃烧气体的泄漏。

图5A和5B为示出由图2中的双点划线V包围的位置的密封垫的放大图。图5A是平面图，图5B是图5A中沿B-B线的横截面图。

参考图5，波纹板20和21包括切口嵌缝部51。所述切口嵌缝部51以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷在所述波纹板20和21的表面中形成。切口嵌缝部51形成为朝着气缸体40突出的、配合的凸起和凹陷的形状。在切口嵌缝部51中，通过形成在波纹板20和21的表面中的、配合的凸起和凹陷，波纹板20和波纹板21互相连接。

切口嵌缝部51形成有设置在波纹板20和21的表面中的切口52。切口嵌缝部51具有形成在其中的一对切口52，所述切口52互相隔开并且相对。切口52从波纹板20和21的顶部向底部延伸。切口52的开口面在与波纹板20和21延伸的平面垂直的平面中延伸。切口52的开口面具有梯形形状。切口52的开口面沿着多个燃烧室45排列的方向延伸。也就是，气缸体40的相对长的边延伸的方向。换句话说，切口52在气缸体40的相对短的边延伸的方向上敞开。

当发动机运转时，在燃烧室45中产生高温和高压的燃烧气体。这导致气缸体40受热并热膨胀。在此情况下，气缸体40在多个燃烧室45排列的方向上发生相对大的热膨胀，在与所述多个燃烧室45排列的方向垂直的方向上发生相对小的热膨胀。所述气缸体40的热膨胀在波纹板20和21中、在气缸体40热膨胀的方向上产生压力。

波纹板20和21为抵抗在切口52的开口面延伸的方向上的压力提供的耐用性比为抵抗在切口52的开口面面对的方向上的压力提供的耐用性大。因此，通过将气缸体40发生相对大的热膨胀的方向与切口52的开口面延伸的方向对齐，能提高波纹板20和21在切口嵌缝部51中的耐用性。

图6A和6B为示出由图2中的双点划线VI包围的位置的密封垫的放大图。图6A是平面图，图6B是图6A中沿B-B线的横截面图。

参考图6，波纹板20、填隙板30和波纹板21包括凸起嵌缝部61。所述凸起嵌缝部61以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷在所述波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中形成。凸起嵌缝部61形成为朝着气缸体40突出的、配合的凸起和凹陷的形状。在凸起嵌缝部61中，通过形成在波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中的、配合的凸起和凹陷，波纹板20、填隙板30和波纹板21互相连接。

凸起嵌缝部61形成为在波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中不设置切口。在凸起嵌缝部61中，每个波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面具有大致的半球状凹陷。在图5中具有切口52的切口嵌缝部51中，在波纹板20、填隙板30或波纹板21中形成的配合的凸起和凹陷的形状的深度可以设置得比在不具有切口的凸起嵌缝部61中形成的配合的凸起和凹陷的形状的深度大(H1>H2)。

参考图2，切口嵌缝部51设置为相对远离气缸孔22，凸起嵌缝部61设置为相对靠近气缸孔22。切口嵌缝部51设置在波纹板20和21的外边缘上。多个切口嵌缝部51互相隔开。凸起嵌缝部61邻近气缸孔22设置。凸起嵌缝部61设置在互相邻近的气缸孔22之间。多个凸起嵌缝部61互相隔开。通过将凸起嵌缝部61邻近气缸孔22设置，具有其中形成凸起嵌缝部61的填隙板30能成形为沿着燃烧室45的周边延伸。这能提高填隙板30的材料的屈服点。

参考图4，凸起嵌缝部61设置在与水套47重叠的位置处。参考图2和图3，切口嵌缝部51设置在与形成在气缸体40中的凹陷部42重叠的位置处。此构造能防止形成在凸起嵌缝部61和切口嵌缝部51中的配合的凸起和凹陷与气缸体40干涉。

图7为示出形成图5A和5B中的切口嵌缝部的过程的横截面图。参照图5和图7，切口嵌缝部51由包括凸模72和凹模77的模具71形成。处于堆叠状态的波纹板20和21设置在凸模72和凹模77之间，并且在该状态下，凸模72朝向凹模77移动。首先，凸模72的边缘部72e在波纹板20和21的表面中产生切口。然后在使波纹板20和21的表面变形时，将凸模72装入凹模77，从而在波纹板20和21的表面中形成配合的凸起和凹陷的形状。

图8为示出形成图6A和6B中的凸起嵌缝部的过程的横截面图。参照图6和图8，凸起嵌缝部61由包括凸模82和凹模87的模具81形成。处于堆叠状态的波纹板20、填隙板30和波纹板21设置在凸模82和凹模87之间，并且在该状态下，凸模82朝向凹模87移动。然后在使波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面变形时，将凸模82装入凹模87，从而在波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中形成配合的凸起和凹陷的形状。

应该注意，形成在切口嵌缝部51和凸起嵌缝部61中的配合的凸起和凹陷的形状不限于图5和图6示出的形状。例如，切口嵌缝部51可以形成为切口52是矩形或除了矩形之外的多边形。而且，凸起嵌缝部61可以形成为具有底部气缸(bottomed cylinder)形状的凹陷。

在本发明的实施例中的密封垫是插入到作为内燃机的汽油发动机的气缸盖48和气缸体40的各配合面之间的密封垫10。密封垫10包括作为多个堆叠的板构件的波纹板20、填隙板30和波纹板21，每个所述的波纹板20、填隙板30和波纹板21具有形成于其中的对应于燃烧室45的气缸孔22。波纹板20和21包括作为第一嵌缝部的切口嵌缝部51，所述切口嵌缝部51以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷在波纹板20和21的表面中形成并且将波纹板20和21互相连接。波纹板20、填隙板30和波纹板21包括作为第二嵌缝部的凸起嵌缝部61，所述凸起嵌缝部61以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷在波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中形成，并且将波纹板20、填隙板30和波纹板21互相连接。所述切口嵌缝部51形成为在所述波纹板20和21的表面中具有切口52，并且设置为相对远离所述气缸孔22。凸起嵌缝部61形成为在所述波纹板20、填隙板30和波纹板21的表面中不具有切口，并且设置为相对靠近所述气缸孔22。

以所述方式构造的本发明的实施例中的密封垫10能确保波纹板20、填隙板30和波纹板21之间足够的连接力，并且能提高密封垫10的耐用性。其原因将在下面说明。

参考图4，当燃烧室45内的压力增加时，气缸体40的孔壁40c朝向燃烧室45的外侧变形。在本实施例中，气缸体40是顶开式气缸体，因此孔壁40c的厚度减少，并且发生更大程度的变形。在此情况下，气缸体40和气缸盖48的配合面在平行方向上互相偏移。这导致随着每个波纹板20、填隙板30和波纹板21离气缸孔22的距离越小，经受的压力越大。此外，切口嵌缝部51的切口52的端部显示更大的切口系数。这导致压力集中在该部分并且疲劳强度降低。

因此，在本实施例中，具有切口52的切口嵌缝部51设置在远离气缸孔22的位置，不具有切口的凸起嵌缝部61设置在靠近气缸孔22的位置。这能有效抑制由于压力作用于每个板构件而损坏密封垫10。

因为切口嵌缝部51具有切口52，所以在波纹板20和21的表面中形成的配合的凸起和凹陷的形状，设置成在切口嵌缝部51中的深度大于在凸起嵌缝部61中的深度。这使得在堆叠的板构件之间的连接力增加，并且提高密封垫10的装配过程的易操作性。

虽然对本发明进行了详细说明和举例，应该清楚了解的是所述的只是说明性和示例性的，而不是限制性的，本发明的构思和范围仅仅由所附的权利要求项来限制。

Claims (6)

1. 一种密封垫，其插入到内燃机的气缸盖的配合面和气缸体的配合面之间，包括：

多个堆叠的板构件，每个所述板构件具有对应于燃烧室的气缸孔，

所述多个板构件包括第一嵌缝部和第二嵌缝部，每个所述第一嵌缝部和第二嵌缝部以配合的凸起和凹陷的形状形成，所述配合的凸起和凹陷在所述多个板构件的表面中形成并且将所述多个板构件互相连接，以及

所述第一嵌缝部形成为在所述多个板构件的表面中具有切口，并且设置为相对远离所述气缸孔，所述第二嵌缝部形成为在所述多个板构件的表面中不具有切口，并且设置为相对靠近所述气缸孔。

2. 如权利要求1所述的密封垫，其中在所述多个板构件的表面中形成的配合的凸起和凹陷的形状，在所述第一嵌缝部中的深度大于在所述第二嵌缝部中的深度。

3. 如权利要求1所述的密封垫，其中所述第一嵌缝部设置在所述多个板构件的外边缘上，并且所述第二嵌缝部设置为邻近所述气缸孔。

4. 如权利要求1所述的密封垫，其中

当在平面图中观看所述配合面时，所述气缸体具有互相垂直的较长尺寸的方向和较短尺寸的方向，并且

在所述第一嵌缝部内制成的所述切口的开口面在所述较长尺寸的方向上延伸。

5. 如权利要求1所述的密封垫，其中

所述气缸体包括水套，其围绕所述燃烧室形成，并且冷却水流过所述水套，并且

所述气缸体是顶开式气缸体，其中所述水套在所述配合面中敞开。

6. 如权利要求5所述的密封垫，其中所述第二嵌缝部形成为与所述水套重叠。

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