CN101611223A - 静态垫圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于密封夹持型接头的静态垫圈(26)，该夹持型接头例如一用于V型内燃机的进气歧管(16)。该垫圈(26)包括一金属核(28)，其具有形成于其中的突起(40)。一弹性密封材料层(38)至少应用于该核(28)两边的该突起(40)处。一密封条(46)沿该突起(40)的凸部(44)形成，而一对侧边条(48)在临近其凹陷侧延伸于该突起(40)的任一边。该垫圈(26)特别适于在该密封表面具有不一致的偏移间隙的密封接头。

Description

静态垫圈
相关申请的交叉引用
本申请要求序列号60/864,843，申请日为2006年11月8日的美国临时专利申请的权益，其通过整体引用而合并入本申请。
技术领域
本发明涉及用于密封夹持型接头的静态垫圈，例如一用于V型内燃机的进气歧管。
背景技术
所谓的流动弹性体模塑(LEM)垫圈已广为人知，其通常包括一金属核，在其两侧的选定的区域上涂覆带有模铸于内的密封珠体的硅树脂薄层。这些珠体具有线状的特性并通常根据夹持力的分布和应用的要求而具有不同的高度和宽度。一现有技术LEM垫圈的典型示例显示于附图3之中。该基体弹性体涂层提供一良好且全面的微密封，且该硅树脂珠体能确保在关键区域的最优化密封。LEM垫圈可设计成带有沿一边的线脚，其用于密封高压流体或者在配合的边缘间形成T型接头。
这种在V型内燃机机体的一进气歧管和一气缸盖之间的接头很难密封。特别是具有复杂设计和昂贵造型的专门垫圈是为这些应用而特别指定的。LEM垫圈至今还没有被用于该特殊的应用中。特别是，在一V型内燃机内的该进气歧管位于并栓设于该气缸盖的面向上的天蓬表面之间，该气缸盖的该部分包括进气孔，该进气孔用于该进气歧管接收空气燃料混合物。进气歧管垫圈装设于该气缸盖的该密封表面和歧管之间，且夹合时，该进气歧管用于在该接头处完善一流动紧密封。其常规结构如附图1所示。
当该气缸盖的密封表面未对准时，问题便会发生。由于不同零件固定在一起时产生的叠加误差，该未对准便会发生，因而导致一个或两个该气缸盖的该密封表面偏离其预设的理想位置。例如，一理想位置可能需要该气缸盖的密封表面位于一公共平面上，如图1所示。另外，在不同设计的气缸中，一理想位置可能要求该气缸盖的密封表面位于V型相交平面处，其中该两平面的交线精确地落在该发动机的中央线上。该进气歧管而又将具有依靠该气缸盖的密封表面，以正确定向来为该垫圈提供完全地面对面支持因而达到一流体紧密封。然而，当该密封表面未对齐时，例如图6示例性所示，由此在该本应对齐的支撑表面上产生一台阶，该支撑表面的不对齐会导致该垫圈的非常规荷载以及达到充分密封的潜在困难。
在内燃机的制造中可能发生的密封条件的不可预测的变化，会导致该问题变得更严重。当然，内燃机是由数以百计的零件在一个装配操作中完成的。通常，该装配操作在高产率、高吞吐量的工厂中完成，其中发动机一台接着一台是沿一工作传送带装配。该叠加误差可能会导致一发动机的密封表面位于适合的排列，而在装配线上的紧接的发动机可具有一密封表面高于该理想排列，以及该下一个紧接的发动机可具有同样的或另一密封表面低于该理想平面，等等。这种不断变化的，不可预测的环境使依赖于平行会合表面以建立一流体紧密封的静态密封垫圈面临着一真正的挑战。
美国专利5530575公开了一种垫圈，其具有一薄金属核以及应用于该核的两边的弹性体密封珠体。这是一种LEM垫圈的例子，其也可以适用于很多应用且相对地制造起来便宜。不幸的是，当该两个匹配表面并不具有相互对应的可预测导向时，这种类型的垫圈构造难于密封。也就是说，如果该两个匹配平面能被预测总是具有一对平行或倾斜的表面时，且彼此定向，该密封珠体的高度可被设计为容纳该预期的条件。然而，如上所述地，在装配一进气歧管于一V型发动机时，位于该匹配表面之间的该定向方向是不可预料的。而因此，V型发动机的应用不能够利用该效果，低成本以及高度希望的LEM垫圈构造。
因此，需要采用LEM垫圈构造和工艺，来应对该匹配密封表面的方向不一致或不可预测地应用情形。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种静态垫圈，包括：一带有相对的第一和第二密封表面的扁平的金属核，该金属核适于夹钳在两个将被密封的元件之间，且至少一个开口延伸穿过所述金属核以在该两个元件的关联的流体通道之间传送一流体；所述的金属核包括至少一个环绕所述流体传送开口的变形的金属突起，所述的突起具有一个与所述的第一密封表面关联的突起侧以及一个与第二密封表面关联的凹陷侧；一弹性密封材料制成的单一密封层应用于所述核的所述第一和第二密封表面的各侧的选定区域；所述密封层包括至少一个密封条，该密封条由所述弹性材料的一个完整的直立部分构成，所述的密封条连续延伸于所述突起的突起侧；以及所述密封层进一步包括至少两个侧边条，该侧边条由所述弹性材料的各自整体的直立部分构成，所述的侧边条沿所述的第二密封表面连续延伸，该第二密封表面邻近所述突起的所述凹陷侧且两者隔开彼此并不交叉，且该突起位于两者之间。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种内燃机总成，包括：一对间隔的气缸盖，每个所述的气缸盖具有至少一个进气孔；一具有至少两个进气通道的进气歧管，每个所述的进气通道关联与各自的所述气缸盖，所述的进气通道和所述的进气孔通常彼此对齐以在其间传送流体；一对垫圈，每个所述的垫圈可操作的布置于各自的所述气缸盖和所述的进气歧管之间，每个所述的垫圈包括一带有相对的第一和第二密封表面的扁平的金属核，以及至少一个延伸穿过所述金属核的开口，该金属核与所述进气通道、所述关联进气歧管和气缸盖的进气孔对齐，所述核包括至少一个环绕所述开口的变形的金属突起，所述的突起具有一个与所述的第一密封表面关联的突起侧以及一个与第二密封表面关联的凹陷侧；所述垫圈进一步包括一弹性密封材料制成的单一密封层应用于所述核的所述第一和第二密封表面的各侧的选定区域；所述密封层包括至少一个密封条，该密封条由一个所述弹性材料的一个完整的直立部分构成，所述的密封条连续延伸于所述突起的突起侧；以及所述密封层进一步包括至少两个侧边条，该侧边条由所述弹性材料的各自整体的直立部分构成，所述的侧边条沿所述的第二密封表面连续延伸，该第二密封表面邻近所述突起的所述凹陷侧且两者隔开彼此并不交叉，且该突起位于两者之间。
根据本发明的主题制造的一种垫圈，能够在如上所述的可变的支持条件下密封，连同一进气歧管接头。该变形的金属突起连同该关键处放置的弹性材料制成的密封条和侧边条，能够使该垫圈容纳由夹钳表面产生的可变荷载，各个相邻部件的该夹钳表面彼此间并不是一致的定向。因此，在一个V型发动机的连接于该气缸盖接头的进气歧管的例子中，该机刚该之间的不对齐可能导致在密封表面处的可变的间隙。在夹钳应力最大处的区域该突起将破裂，而余下的区域在较低的夹钳压力下呈波状的且变形的构型。结果，该接头通过运用一根据理想的LEM垫圈技术而制造的垫圈，能够被有效的密封。
附图说明
结合下面详细说明和优选实施例和最佳模式，权利要求书及附图，本领域的技术人员更容易理解本发明这些以及其他特征和优点：
图1是一典型的V型发动机的简化的正视图，显示了一进气歧管从其连接于各自的气缸盖开始的分解图，在该歧管和气缸盖之间具有进气歧管垫圈；
图2是一根据现有技术制造的示例性的进气歧管垫圈的俯视图；
图3是一典型的现有技术的进气歧管的截面透视图；
图4是一根据本发明的主题制造的垫圈总成的俯视图；
图5是一沿图4的线5-5截取的片段截面视图的透视图；
图6是一示例图描述了一V型发动机的气缸盖之间微量不对准的方式，其可能导致一进气歧管的不平均匹配，由此根据本发明的主题制造的垫圈适于容纳该偏移；
图7A是根据图6的一对未对准的气缸盖的一高度简化的片段截面图，及具有根据本发明的主题制造的垫圈配置于该气缸盖和一进气歧管之间；且
图7B为一同图7A类似的图，但显示了当在一操作条件下，该进气歧管紧密夹合该气缸盖，且本发明主题的该垫圈总成压缩于一流体紧密封的方式。
具体实施方式
参考以下附图，其中在各个视图中，相似的数字代表相似或对应的零件，一示例性的V型气缸的内燃机通常用图1中的10表示。该发动机10包括一发动机本体12，一对气缸盖14以及一关联的进气歧管16。该气缸盖14通过传统的方式栓接于该发动机本体12。该气缸盖14具有上密封表面18，其在本实施例中定向于一公共平面。然而，在其他的发动机应用中，该气缸盖14的该各自的上密封表面18可以是呈一V-型的样式。
每个气缸盖14包括至少一个，但更通常地包括多个，进气孔20，其在图7A-B中较好的显示出来。例如在一V-6型发动机构造中，每个气缸盖14将包括三个进气孔20，虽然在该气缸的数量和该进气孔20的数量之间并不总是1∶1对应的关系。该进气孔20典型地成排布置在该气缸盖14的纵向或长度方向上。
该进气歧管16延伸穿过位于该气缸盖14之间的凹部，并以通常的方式栓接于该气缸盖14上。作为多个相关联的进气通道22的该进气歧管16可最好地如图7A-B所示。该进气通道22同该气缸盖14的该进气孔20之间连通，且该气缸盖14穿过该进气歧管16的一平面(或V型)密封表面24。
进气歧管垫圈，通常显示为26，位于该气缸盖14的该密封表面18，24和歧管16之间，以在它们的公共接头处提供该进气孔20和通道22的一流体紧密封。
理想地，该气缸盖14的该密封表面18将相对于彼此被布置于一预设的位置，以对应于该进气歧管16的密封表面24的一固定位置，以在该进气歧管16的该密封表面24和该气缸盖14的密封表面18之间提供一适当的配合或嵌套。当该表面18，24适当地以平行的关系彼此对齐，该垫圈26可被均匀地压缩，并在该接头处产生一良好的密封。然而，当该气缸盖14的该密封表面18之间未对齐时，如图6示例性所示，问题便会发生。其可以由于，例如，由于该不同的组件被加工或栓接在一起时所产生的层叠公差所引起。已知的现存的情况是当该两个密封表面18处于如图6所示的共面的关系时，一个所述的气缸盖14的该密封表面18位于其他的气缸盖14的该密封表面18的上端或下端。当该密封表面18布置为V型时，会发生类似的对不准情况。这样，如图6所示的，这种情况将该密封表面18移出它们理想相对位置并能够在该气缸盖14的该组合表面18引起一台阶或偏置以至该进气歧管16的该关联的密封表面24不再匹配，并在该接头处存在可变的厚度间隙。如图6所示，在该密封表面18的一边该间隙可等于或小于0.5mm，而在该密封表面18的另一边逐渐减小至0。这样给使用传统的进气歧管垫圈时为达到一合适密封造成困难。在高吞吐量顺序操作的装配时，在各个发动机之间的密封表面18并不精确一致时，会引起进一步的困难。例如，在发动机10m中，该右气缸盖14可被栓设于比左气缸盖14高一些的位置，而在装配线的紧接的下一发动机10中，该右气缸盖14可比该左气缸盖低一些，且该下一发动机10，该气缸盖14可合适地排布使他们的密封表面18直线排布。
根据本发明的主题的该静态垫圈总成26设计为在该密封表面18，24的各自的位置中容纳该不规则结构，且不论该表面18呈直线或不呈直线排布其都可以均匀密封。该垫圈总成26的一更佳的实施例如图4，5，7A-B所示。最有利的，该主题的垫圈总成26根据已知的LEM垫圈技术制造，如在申请人之前申请的美国专利6530575所示的，等等，授权于2003年3月11日，该整个公开文本结合在这里已作参考。图3显示了一现有技术的LEM垫圈。
最好的如图4，5所示，该垫圈总成26包括一金属垫圈核28，其可通过一软质镀锌钢或铝的复合物锻造而成。其他的材料组分在不背离本发明的主旨的情况下也可被用于该核28。该核28具有大约0.2-1.5mm的厚度。该核28形成有至少一个开口30用以通过该垫圈26传送流体。在该垫圈26可适于作为V6发动机的一进气歧管垫圈的情况下，该核28可包括三个该种流体开口30，该流体开口30在每个气缸盖14中对应于该三个进气孔20。可以理解每个气缸盖14都带有一垫圈26，且该开口30的具体数量在不同的发动机之间可以变化。该核28可进一步具有附加孔32以容纳用于将歧管16装于该气缸盖14的紧固件(图未示)。该紧固件孔32同该开口30隔开。
最好地如图5所示，该核28显示相对的第一和第二密封表面34，36。该密封表面34，36可整个地或实质地覆盖有一高分子密封材料制成的单一薄层38。该模密封层38的材料可包括多种适于密封应用的材料中的任一个，包括但不限于硅酮和其衍生物。该密封层38可以非常薄，以至在其显露的区域该厚度在0-0.5mm之间。
该核28可包括一单层金属且包括至少一个环绕至少一个该开口30的变形金属突起40。然而，更佳地，所有的开口30将被他们各自的突起40所环绕。如图5所示，该突起40具有一向内弯曲的侧壁42和一突台状的凸部44所形成的脊状的结构。
该密封层38在该突起40上延伸，且优选地具有一大约相当于该核28厚度一半或更小的厚度。因而，在该优选的实施例中，该核28具有一至少两倍于该密封层38的厚度，虽然不悖离本发明的精神的前提下，这种尺寸关系在某些应用中可被违反。该密封层38形成有至少一个由所述弹性体材料的整体直立部分构成的凸状的密封条46，其连续延伸于该突起40的突起侧。也就是说，如图5所示，该突起40相对于该核28的第一密封表面34向上偏置，并由此形成一直立的突起构造。相反地，相对于该第二密封表面36的该突起40的该构造描绘了一突起侧，当从该方向看去时，该突起侧具有一槽或沟的形状。该密封条46位于该凸起44的顶部，例如，在该凸部44之上。该密封条46在其整个长度或部分长度上沿该突起40延伸，然而，在一较佳实施例中，该突起40和该密封条46是共线的。该密封条46可具有一统一的高度和宽度，或延期长度方向上该一个或两个尺寸可以变化。如附图所示，该密封条46可具有一通常的高度范围在0.05-0.4mm的三角形的截面形状。其他的形状也可。该密封条46优选地具有一等于或大于该密封层38的厚度的高度，然而，其并不是一个不能违背的尺寸关系。
进一步，该密封层38被形成以至包括至少两个侧边条48，其通过该弹性材料的各自的整体直立部分形成。该侧边条48沿该第二密封表面36连续延伸，该第二密封表面紧邻于该突起40的凹陷侧且两者隔开彼此并不交叉，该突起40就位于它们之间。该侧边条48可形成具有实质上等于该密封条46的截面形状和尺寸，或他们具有相异的形状和尺寸。
现参考图7A和7B所示，一对本发明主题的垫圈26显示在一可操作条件下，被夹持于各自的气缸盖14和进气歧管16之间，该气缸盖16的显露面由于未对准的气缸盖14而具有可变的宽度间隙。如图7B所示，该突起40被压缩以在这些间隙宽度最小的区域形成一适合的密封。在该间隙最大的区域，该密封条46和侧边条48用于配合该气缸盖14和进气歧管16的该相对的密封表面18，24以封闭该间隙并完善一流体紧密封。因此，在该间隙较小的区域，该突起40破裂且该条46，48同该密封层38的操作一起提供一密封。在该间隙宽的区域，该突起40仍未被影响，或受到最小的影响，该条46，48仅仅同来自周围的密封层38一起建立该必要的密封。通过这种方式，该垫圈26可由一高度小于该期望的最大间隙的突起40制得，且该差别由于提供该密封条46和侧边条48产生。该条46，48也用于密封该密封间隙统一为0或接近0的情况。在这种情况下，该突起40在其全部区域均被完全压缩，且该条46，48密封以看起来好像该核为完全平直的(例如，不带有该恼人的突起40的构造)。这样，该突起40的组合和该弹性条46，48一起作用，以在不一致的变化条件下密封，例如如上所述的关于在高吞吐量的装配线操作下的未对准的气缸盖14。
该前述的发明根据相关的法律标准而描述，因此该描述为示例性的而不用于限制的作用。，本领域的技术人员可以明显看出根据本发明公开的实施例而作出的各种修正和变形都落入本发明的保护范围之中。因此，仅能通过研究下列权利要求而确定本发明所提供的法律保护范围。

Claims (16)

1.一种静态垫圈，包括：
一带有相对的第一和第二密封表面的扁平的金属核，该金属核适于夹钳在两个将被密封的元件之间，且至少一个开口延伸穿过所述金属核以在该两个元件的关联的流体通道之间传送一流体；
所述的金属核包括至少一个环绕所述流体传送开口的变形的金属突起，所述的突起具有一个与所述的第一密封表面关联的突起侧以及一个与第二密封表面关联的凹陷侧；
一弹性密封材料制成的单一密封层，应用于所述核的所述第一和第二密封表面的各侧的选定区域；
所述密封层包括至少一个密封条，该密封条由所述弹性材料的一个完整的直立部分构成，所述的密封条连续延伸于所述突起的突起侧；以及
所述密封层进一步包括至少两个侧边条，该侧边条由所述弹性材料的各自整体的直立部分构成，所述的侧边条沿所述的第二密封表面连续延伸，该第二密封表面邻近所述突起的所述凹陷侧且两者隔开彼此并不交叉，且该突起位于两者之间。
2.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述的密封条具有一等于或大于所述弹性密封材料厚度的高度。
3.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述侧边条具有一等于或大于所述弹性密封材料厚度的高度。
4.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述核具有一至少两倍于所述弹性密封材料厚度的厚度。
5.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的突起具有成呈弯角的侧壁以及一突台状的凸部。
6.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的密封条具有一普通三角形的构造。
7.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的侧边条每一个具有一普通三角形的构造。
8.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性材料由一硅树脂基合成物构造而成。
9.一内燃机总成，包括：
一对间隔的气缸盖，每个所述的气缸盖具有至少一个进气孔；
一具有至少两个进气通道的进气歧管，每个所述的进气通道关联于各自的所述气缸盖，所述的进气通道和所述的进气孔通常彼此对齐以在其间传送流体；
一对垫圈，每个所述的垫圈可操作的布置于各自的所述气缸盖和所述的进气歧管之间，每个所述的垫圈包括一带有相对的第一和第二密封表面的扁平的金属核，以及至少一个延伸穿过所述金属核的开口，该金属核与所述进气通道、所述关联进气歧管和气缸盖的进气孔对齐，所述核包括至少一个环绕所述开口的变形的金属突起，所述的突起具有一个与所述的第一密封表面关联的突起侧以及一个与第二密封表面关联的凹陷侧；
所述垫圈进一步包括一弹性密封材料制成的单一密封层，应用于所述核的所述第一和第二密封表面的各侧的选定区域；
所述密封层包括至少一个密封条，该密封条由一个所述弹性材料的一个完整的直立部分构成，所述的密封条连续延伸于所述突起的突起侧；以及
所述密封层进一步包括至少两个侧边条，该侧边条由所述弹性材料的各自整体的直立部分构成，所述的侧边条沿所述的第二密封表面连续延伸，该第二密封表面邻近所述突起的所述凹陷侧且两者隔开彼此并不交叉，且该突起位于两者之间。
10.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述的密封条具有一等于或大于所述弹性密封材料厚度的高度。
11.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述侧边条具有一等于或大于所述弹性密封材料厚度的高度。
12.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性密封材料的密封层具有一厚度，且所述核具有一至少两倍于所述弹性密封材料厚度的厚度。
13.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的突起具有成呈弯角的侧壁以及一突台状的凸部。
14.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的密封条具有一普通三角形的构造。
15.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，当从横截面方向看去时，所述的侧边条每一个具有一普通三角形的构造。
16.如权利要求9所述的垫圈，其特征在于，所述的弹性材料由一硅树脂基合成物构造而成。
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