CN101509436A - 汽缸盖密封垫及汽缸盖密封垫的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对汽缸盖密封垫，提供以折弯部等密封机构为基础、使用于防止汽缸盖的变形的机构的设计变得容易、而且能够确保高密封面压力的汽缸盖密封垫及汽缸盖密封垫的设计方法。该汽缸盖密封垫构成为：在俯视情况下，以前侧(Fr)与后侧(Rr)面积相等的方式分割，进而以排气侧(Ex)与进气侧(In)面积相等的方式分割，分割为四个区域(R1、R2、R3、R4)时，在各区域(R1、R2、R3、R4)中的折弯部长度的总和(∑L1A、∑L2A、∑L3A、∑L4A)小于最大的区域(R1)的区域(R1、R2、R3)中，追加设置工艺折弯部(16、26)，以使折弯部长度的总和(∑L2A、∑L3A、∑L4A)在最大的区域(R1)的折弯部长度的总和(∑L1A)的95％以上且100％以下。
Description
技术领域
本发明涉及夹持在发动机部件之间进行密封的汽缸盖密封垫(cylinderhead gasket，汽缸垫)，更加详细而言，涉及使密封面压力均匀、能够抑制发动机部件的变形的汽缸盖密封垫及汽缸盖密封垫的设计方法。
背景技术
发动机的汽缸盖密封垫，在被夹持在机动车的发动机的汽缸盖、汽缸体(cylinder body)这两个部件之间的状态下，通过螺栓紧固连接，发挥对燃烧气体(燃烧废气)、油、冷却水等的流体进行密封的作用。
最近的发动机与以往的发动机相比，逐步小型化、轻量化，材料也从铸铁变为铝合金，并且伴随着发动机的高输出化，存在燃烧气体的压力增大的倾向。因此，在汽缸从发动机的宽度方向中央偏离地配置这样的情况下，通过折弯部(ビ—ド，卷边、翻边)作用于汽缸盖的面压力变为不均分布，没有均匀地按压汽缸盖，所以存在汽缸盖变形这一问题。
作为这样的金属制密封垫之一，提出了下述的气缸盖密封垫。该气缸盖密封垫是汽缸相对于宽度方向向一方偏置排列的多缸内燃机用的金属汽缸盖密封垫，在至少1张密封垫构成板上，沿密封垫的周缘环状地形成有横截面形状为台阶状的台阶状折弯部，由连接汽缸孔的中心的线所分割的密封垫的面积小的一侧的折弯部的强度强，面积大的一侧的折弯部的强度弱(例如，参照专利文献1)。
在该层叠型金属密封垫中，能够谋求遍及密封垫整体地使密封面压力均匀化，能够提高设置在水孔、油孔等的周围的折弯部的密封性能。但是，如果在密封垫的周围环状设置台阶状的折弯部，则与设置在汽缸筒用孔的周缘部的折弯部相比，形成比较长的折弯部，存在不利于在密封对象孔的周缘部确保较高的密封面压力这一问题。
另一方面，也提出了：为了防止汽缸盖的长度方向的变形，仅在密封垫的长度方向的两端部设置耐热性、非压缩性且非变形性的突条的金属密封垫；为了防止汽缸盖的宽度方向的变形，在宽度方向两端缘和各通孔之间设有相对压缩方向的载荷具有大的刚性、相对各螺栓的紧固力实质上作为刚体发挥作用的挠曲防止用突条的金属汽缸盖密封垫(例如，参照专利文献2以及3)。
就这些汽缸盖密封垫而言，关于挠曲防止用突条的形状、长度等并未记载。还有，该挠曲防止用突条，也有防止密封用突条(折弯部等)被过度压缩的作用，从某一高度起作为刚体发挥作用。因此，在自该高度进一步按压密封垫的情况下，密封用突条的密封面压力不增加。
专利文献1：日本特开平10-19130号公报
专利文献2：日本特开平9-292027号公报
专利文献3：日本特开2003-42295号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，本发明的目的在于，针对夹持在发动机的两个部件之间进行密封的汽缸盖密封垫，提供以折弯部等密封机构为基础、用于防止汽缸盖变形的机构的设计容易、而且能够确保高密封面压力的汽缸盖密封垫及汽缸盖密封垫的设计方法。
用于实现上述目的的本发明中的汽缸盖密封垫，是发动机的汽缸盖密封垫，其中，设置成：在俯视情况下，以在前侧和后侧面积相等的方式分割，进而以在排气侧和进气侧面积相等的方式分割，分割为四个区域时，在各区域中的折弯部长度的总和比最大的区域小的区域中，追加工艺折弯部，使得折弯部长度的总和在最大的区域的折弯部长度的总和的95％以上且100％以下。
该工艺折弯部，是指不同于设置在密封对象孔的周缘部的、具有密封功能的折弯部，形成折弯部的形状但没有形成密封线、不直接有助于密封的折弯部。还有，该面积的计算，为了计算的简化可以包括密封对象孔、螺栓孔等的穿通面积在内地进行计算，但从由折弯部的面压力所产生的按压力的均匀化的方面来看更加优选不包括这些穿通部分的计算方法。
根据该构成，在4个被等面积分割的各区域中所配置的折弯部长度的总和为大致相等的长度，所以产生面压力的部位的面积变得大致相同。因此，以比较简单的结构，使作用于该各区域的力变得大致相等，使作用于汽缸盖等的发动机部件的按压力变得大致均匀，所以抑制这些发动机部件的变形。
使该各区域中的折弯部长度的总和在95％～100％的范围内，是不进行求出面压力分布的按压试验等就能够容易实现的，所以能够使密封垫的设计变得非常简单。还有，工艺折弯部的长度、位置只要考虑平面情况即可，所以能够容易设计。
尤其是，在前侧和后侧的汽缸盖的斜度、在排气侧和进气侧的汽缸盖的斜度降低，变为均匀的斜度，所以在使用时降低局部疲劳，具有耐久性好的效果。
在上述的汽缸盖密封垫中，构成为，将所述工艺折弯部的剖面形状形成为与水密封用的折弯部的剖面形状或油密封用的折弯部的剖面形状相同的形状。该构成的原因在于，工艺折弯部易于配置在从密封垫的中心线偏离的位置，所以如果考虑到转矩，则较之一般来说密封面压力高的汽缸筒用的折弯部的形状，优选设为与其相比密封面压力低的水密封用或油密封用的折弯部形状。根据该结构，不依赖按压试验等就能够决定工艺折弯部的形状，所以能够使设计方法显著简单化。
还有，优选，该工艺折弯部，以整体的折弯部的配置相对于连接汽缸筒用孔的中心的线大致线对称的方式设置。根据该结构，相对于连接汽缸筒用孔的中心的线，排气侧和进气侧的横弯曲转矩变得大致相等，所以能够使汽缸筒周边的变形减少。
还有，为了实现上述目的的汽缸盖密封垫的设计方法，是发动机的汽缸盖密封垫的设计方法，其中，在俯视的情况下，以在前侧和后侧面积相等的方式分割，进而以在排气侧和进气侧面积相等的方式分割，分割为四个区域时，在各区域中的折弯部长度的总和比最大的区域小的区域中，追加工艺折弯部，使得折弯部长度的总和在最大的区域的折弯部长度的总和的95％以上且100％以下。
根据该方法，通过设置具有折弯部的形状但未形成密封线、不直接有助于密封的工艺折弯部这一非常简单的设计方法，能够设计出下述的汽缸盖密封垫，该汽缸盖密封垫中，使产生面压力的部位的面积大致相同，使作用于该各区域的力变得大致相同，使作用于汽缸盖的按压力大致均等，能够抑制汽缸盖的变形。
根据本发明的汽缸盖密封垫以及汽缸盖密封垫的设计方法，使在密封垫的4个被分割为等面积的各区域中配置的折弯部长度的总和为95％以上且100％以下的大致相同的长度，所以产生面压力的部位的面积变得大致相同。因此，作用于该各区域的力变得大致相同，作用于汽缸盖等的发动机部件的按压力变得大致均等。因此，能够抑制这些发动机部件的变形。
还有，使该各区域中的折弯部长度的总和在95％～100％的范围内，是不进行按压试验等就能够容易地实现的，所以能够使密封机构的设计变得非常简单。还有，工艺折弯部的长度、位置只要考虑平面情况即可，所以能够容易设计。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的汽缸盖密封垫的俯视图。
图2是示意表示图1的汽缸盖密封垫的包括工艺折弯部的长度的折弯部长度的总和的图。
图3是表示现有技术的汽缸盖密封垫的俯视图。
图4是示意表示图3的汽缸盖密封垫的折弯部长度的总和的图。
符号说明
1，1X 汽缸盖密封垫 2 汽缸筒用孔
3 水孔 4 油孔
5 螺栓孔 10、20 金属构成板
12、22 汽缸筒用全折弯部 13、23 水孔用全折弯部
14、24 油孔用全折弯部 16、26 工艺折弯部
R1、R2、R3、R4 区域
ΣL1、ΣL2、ΣL3、ΣL4 折弯部的长度的总和
ΣL1A、ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A 包括了工艺折弯部的长度的折弯部的长度的总和
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明中的汽缸盖密封垫的实施方式进行说明。图1以及图3是示意说明图，为了更加便于理解结构，使密封对象孔、折弯部(ビ—ド，卷边、翻边)、工艺折弯部(
てビ—ド)的大小、形状等的尺寸与实物不同，夸张地进行表示。
本发明中的实施方式的汽缸盖密封垫，是被发动机的汽缸体(cylinderbody)和汽缸盖夹持的金属制密封垫，对排气、进气等的流体进行密封。
该汽缸盖密封垫构成为，具有两张以上由软钢(低碳钢)板、不锈钢退火材料、不锈钢调质材料(弹簧钢板)等形成的金属构成板(金属基板)。另外，其俯视形状被制成与发动机的汽缸体和汽缸盖的接合面的形状大致一致，形成燃烧气体、水或油通过的汽缸筒(cylinder bore)用孔2、水孔3、油孔4以及紧固连接螺栓用的螺栓孔5。
如图1所示，本发明的实施方式的歧管密封垫1，包括一张或两张以上(图1中为两张)金属构成板10、20，该金属构成板10、20例如由不锈钢退火材料形成。在该密封对象用孔2的周缘部，在金属构成板10、20上，作为密封机构，对于汽缸筒用孔2设置全折弯部12、22，对于水孔3设置全折弯部13、23，对于油孔4设置全折弯部14、24。还有，这些全折弯部，根据需要也可以以半折弯部形成。还有，可以不在金属构成板10、20的两方而仅在一方上设置折弯部，还有也可以是两重围绕密封对象孔的二重折弯部等而非一重围绕密封对象孔的一重折弯部。
针对该汽缸盖密封垫1，在俯视时，以在前侧FR和后侧Rr面积相等的方式用直线A-A分割，进而以在排气侧Ex和进气侧In面积相等的方式用直线B-B分割，分割为4个区域R1、R2、R3、R4。作为此时的面积，可以包括汽缸筒用孔2、水孔3、油孔4的穿通部分的面积，但更优选去掉该穿通面积。该状态是图3所示那样的现有技术的汽缸盖密封垫1X。
在本发明中，计算出该各区域R1、R2、R3、R4中的折弯部长度的总和ΣL1、ΣL2、ΣL3、ΣL4。求出其中折弯部长度的总和最大的区域(这里假设为R1)。接着，研究相对于该最大折弯部长度的总和ΣL1，其他区域和R2、R3、R4的折弯部长度的总和ΣL2、ΣL3、ΣL4是否为大致相同的长度，更加详细而言，是否在最大区域R1的折弯部长度的总和ΣL1的95％以上且100％以下。
如果为“是”则保持不变，如果为“否”的话，追加设置工艺折弯部16、26，如图1所示，使得包括该工艺折弯部16、26的折弯部长度的折弯部长度的总和ΣL1A(＝ΣL1)、ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A为大致相同的长度，详细而言，在最大区域R1的折弯部长度的总和ΣL1A(＝ΣL1)的95％以上且100％以下。在图1的结构中，在区域R2和区域R4设置工艺折弯部16、26。因此，ΣL2A>ΣL2、ΣL4A>ΣL4，ΣL1A＝ΣL1，在没有设置工艺折弯部的区域R3中同样，ΣL3A＝ΣL3。还有，作为参考，图4中示意表示图3的现有技术中的汽缸盖密封垫1X的各区域R1、R2、R3、R4的折弯部长度的总和ΣL1、ΣL2、ΣL3、ΣL4。
该工艺折弯部16、26，不同于在密封对象孔2、3、4的周缘部所设置的具有密封功能的折弯部11、12、13、21、22、23，是具有折弯部的形状但没有形成密封线、不直接有助于密封的折弯部。
该工艺折弯部16、26的剖面形状形成为与水密封用的折弯部12、22的剖面形状或油密封用的折弯部13、23的剖面形状相同的形状。通过形成为该形状，不依靠按压试验等就能够决定工艺折弯部16、26的形状，所以能够使设计方法简单。工艺折弯部16、26，易于配置在从密封垫的中心线A-A离开的位置，所以如果考虑到转矩，则较之一般来说密封面压力高的汽缸筒用的折弯部12、22的形状，优选设为与其相比密封面压力低的水密封用的折弯部13、14的形状或油密封用的折弯部23、24形状。
并且，将工艺折弯部16、26，以整体的折弯部的配置相对于连接汽缸筒用孔2的中心的线C-C大致线对称的方式设置构成。根据该构成，相对于连接汽缸筒用孔2的中心的线C-C，排气侧Ex和进气侧In的横弯曲转矩变得大致相同，所以能够减少汽缸筒周边的变形。
根据该构成，在4个等面积分割的各区域R1、R2、R3、R4中配置的折弯部长度的总和ΣL1A、ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A变为大致相同的长度，所以产生面压力的部位的面积变得大致相同。因此，作用于该各区域R1、R2、R3、R4的力变得大致相同，作用于汽缸盖等发动机部件的按压力变得大致均匀，所以抑制这些发动机部件的变形。
使该各区域R1、R2、R3、R4中的折弯部长度的总和ΣL1A、ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A相互在95％～100％的范围内，是不进行按压试验等就能够容易地实现的，所以能够使密封机构的设计变得非常简单。还有，工艺折弯部16、26的长度、位置也只要考虑平面情况即可，所以能够容易地进行设计。
接下来，关于本发明的汽缸盖密封垫的设计方法进行说明。该设计方法是，俯视时，以在前侧Fr和后侧Rr面积相等的方式分割，进而以在排气侧Ex和进气侧In面积相等的方式分割，分割为4个区域R1、R2、R3、R4。此时，在各区域R1、R2、R3、R4中的折弯部长度的总和ΣL1A、ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A小于最大的区域R1的区域R2、R3、R4中，追加工艺折弯部16、26，使得折弯部长度的总和ΣL2A、ΣL3A、ΣL4A在最大的区域R1的折弯部长度的总和ΣL1A的95％以上且100％以下。
根据该汽缸盖密封垫的设计方法，通过设置具有折弯部的形状但未形成密封线、不直接有助于密封的工艺折弯部16、26这一非常简单的设计方法，能够使产生面压力的部位的面积大致相同，使作用于该各区域R1、R2、R3、R4的力大致相同。因此，能够十分简单地设计出使作用于汽缸盖、气缸体等发动机部件的按压力大致均匀、能够抑制发动机部件的变形的汽缸盖密封垫1。
Claims (3)
1.一种汽缸盖密封垫，它是发动机的汽缸盖密封垫，其特征在于，设置成：在俯视情况下，以在前侧和后侧面积相等的方式分割，进而以在排气侧和进气侧面积相等的方式分割，分割为四个区域时，在各区域中的折弯部长度的总和比最大的区域小的区域中，追加工艺折弯部，使得折弯部长度的总和在最大的区域的折弯部长度的总和的95％以上且100％以下。
2.根据权利要求1所记载的汽缸盖密封垫，其特征在于，设置成：将所述工艺折弯部的剖面形状形成为与水密封用的折弯部的剖面形状或油密封用的折弯部的剖面形状相同的形状。
3.一种汽缸盖密封垫的设计方法，它是发动机的汽缸盖密封垫的设计方法，其特征在于，在俯视的情况下，以在前侧和后侧面积相等的方式分割，进而以在排气侧和进气侧面积相等的方式分割，分割为四个区域时，在各区域中的折弯部长度的总和比最大的区域小的区域中，追加工艺折弯部，使得折弯部长度的总和在最大的区域的折弯部长度的总和的95％以上且100％以下。
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