CN101617152A - 静态垫圈 - Google Patents

Abstract

一种静态垫圈，具有一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，该表面具有至少一个流体输送开口穿过该表面。以及应用于该表面的一层弹性密封材料以提供多个用壁隔开的区域。该用壁隔开的区域完全由自该各自的垫圈芯体表面向外延伸的一外围壁所限定，其中该外围壁具有一至少部分变化的高度。该层包括密封材料制成的至少第一和第二根线从该垫圈芯体的各自表面延伸出来，该线连续环绕该流体开口延伸并彼此相间隔。多根桥接线连续延伸并相交于该第一和第二根线之间。

Description

静态垫圈

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求序列号60/864,823，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。

背景技术

1.技术领域

[0002]本发明涉及用于密封夹持型接缝的静态垫圈，例如一用于V型内燃机的进气歧管。

2.背景技术

[0003]夹持型接缝通常不具有精密和均匀的配合面。因此，沿该接缝产生一气体和/或液体紧密密封经证实是具有挑战性的。例如，在一进气歧管和相匹配的一内燃机特别是V型内燃机机体的气缸盖之间的接缝很难密封。该进气歧管固定于气缸盖的面朝上的密封表面，一个或多个进气歧管垫圈安装于各自的该气缸盖和该歧管的密封表面之间。通过适当地紧固，该进气歧管和该气缸盖夹合在一起，其中该进气歧管垫圈用于在接缝处实现一气体或液体紧密封。然而，当该气缸盖的密封表面未对准时，困难便会发生。由于机械加工不够理想和/或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脱离可建立一紧密封的预设理想位置。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。叠加误差可能导致一个或多个该密封表面稍稍高于或低于该平面或相对于该平面倾斜。该进气歧管依次具有一平面密封表面，该密封表面需要该气缸盖的各密封表面是共面的以提供对该垫圈的适当的支持以到达一气体或液体紧密封。当该配合密封表面彼此未对准时，要对其他的邻接该进气歧管垫圈的平坦支撑表面采取措施，该进气歧管垫圈导致不规则的垫圈荷载及导致实现充分密封的潜在困难。

[0004]在内燃机的制造中可能发生的密封条件的变化，会导致该问题变得更严重。该叠加误差可能会导致一发动机的密封表面位于适合的平面布置，而该紧接的发动机可具有一从该平面逐步增加的密封表面，以及该下一个紧接的发动机可具有同样的或另一从该平面逐步减低的密封表面，等等。这种变化的环境使依赖于平坦支撑表面以建立一可靠密封的静态密封垫圈面临一现实的挑战。

发明内容

[0005]一种静态垫圈，具有一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，及具有至少一个流体输送开口穿过该表面。以及应用于所述表面的一层弹性密封材料。所述层具有所述密封材料制成的至少第一和第二根线从所述的垫圈芯体的所述表面延伸出来，所述线连续环绕所述流体开口延伸并彼此相间隔。所述层具有多根延伸并相交于所述第一和第二根线的桥接线以提供多个隔离的有壁区域，该区域完全由所述第一和第二根线以及邻接的多根所述的桥接线的一部分限定。

[0006]根据本发明的另一方面，一静态垫圈，具有一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，该表面具有至少一个流体输送开口穿过该表面。应用于至少一个该相对表面的一弹性密封材料层，以至于该层提供多个用壁隔开的区域。该用壁隔开的区域完全由自该各自的垫圈芯体表面向外延伸的一外围壁所限定，其中该外围壁具有一至少部分变化的高度。

[0007]该种垫圈，尤其，能够在变化的支撑条件下密封，例如前面提到的同一进气歧管接缝相连接。该可变的高度线容纳可变荷载以达到一可靠的密封，且该桥接线用于保持一圆周密封并即使其中的一个密封线被破坏时保持该流体不渗漏。

附图说明

[0008]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：

[0009]图1是示意性的V6发动机的局部分解正视图，其具有气缸盖和一进气歧管，两者通过一根据本发明的一个方面建立的位于两者之间的静态垫圈密封；

[0010]图2是一放大的示意图，显示了一可能产生于该气缸盖的该密封表面之间的偏移或间隔；

[0011]图3是该静态垫圈的俯视图；

[0012]图4是该静态垫圈的放大的断面立体图，显示了密封螺纹和桥接螺纹；

[0013]图4A是一类似于图4的视图，显示了一根据本发明的另一方面构造的垫圈；

[0014]图5是一沿图4的线5-5的横断面视图；和

[0015]图6是一图4的静态垫圈的示意性的截面俯视图。

具体实施方式

[0016]更详细的参考以下附图，图1显示了一标号为10的典型的内燃机，此处显示为V-型发动机，这仅用于示例而非限制。该发动机10包括一发动机本体12，一对气缸盖14以及一进气歧管16。该气缸盖14固定于该发动机本体12上，例如通过传统的螺栓固定方式(图未示)。该气缸盖14具有相对的各自独立的上密封表面17，18。多个空气进气口或孔19位于该气缸盖14内，并通向该密封表面17，18。在一V-6发动机的例子中，典型地具有一设置三个这样的进气孔19的堤部，进气孔位于同三个气缸(图未示)相对应的多个气缸盖14的每个之内。该进气孔19典型地于该气缸盖14的经向或纵向上同轴排列。该进气歧管16延伸穿过一位于该气缸盖14之间的凹部(V)并被固定，如通过螺栓(图未示)固定于该气缸盖14。该进气歧管16具有多个关联的空气通道21，该空气通道能与该气缸盖14的该空气进气孔19连接，该气缸盖横穿该进气歧管16的较低且平的密封表面20。根据本发明构造的一静态垫圈22位于该气缸盖14的密封表面17，18和该进气歧管16的密封表面20之间，以在横穿该气缸盖14的空气进气孔以及相关联的该进气歧管16的空气通道21之间的接缝处提供一气体和液体紧密封。

[0017]理想地，该气缸盖14的密封表面17，18在一相对于彼此的预设位置排列，以对应于一该进气歧管16的该密封表面20的固定位置，从而在该进气歧管16的该密封表面20和该气缸盖14的密封表面17，18之间提供适合地配合密封布置。当该表面17，18合适地排列，典型地相对彼此为平行的和共面的位置关系，该静态垫圈22能够均匀地压缩以横穿该接缝形成一气体和液体紧密封。然而，直到现今，当气缸盖14的密封表面17，18相对彼此未对准时，例如如图2所示的一放大图时，问题便会发生。例如，由于来自不同的机械加工或螺栓连接的组件的误差的叠加，便会产生这种问题。已知的存在的情况是，当气缸盖14中一个的密封表面17位于该其他气缸盖14的密封表面18的上端或下端时。该情况下该密封表面17，18离开他们的理想的相对共面关系，因而，具有在该密封表面17，18之间引入一偏移或间距的效果。因而，当一可变厚度间隙G被引入该接缝内时，该进气歧管16的该密封表面20不能够适宜地同该密封表面17，18匹配和结合。这样，当运用传统的进气歧管垫圈时，要到达一适合地密封效果就面临挑战。当试图解决该密封表面17，18之间的精确关联在不同的发动机之间不一致的问题时会发生进一步的困难。例如，在一个组件发动机之中，该右边的气缸盖可螺栓连接至一相对左边的气缸盖较高的位置，然而在紧接着的组件发动机之中，该右边的气缸盖可以稍稍比左边的气缸盖低一些，仍然在下一紧接的发动机中，该气缸盖可适合地与它们的密封表面17，18沿彼此共面的关系对准。根据本发明的构造该静态垫圈22在该密封表面17，18，20的相对位置，可以容纳这些及其他的误差，因此，不论该表面17，18相对于彼此在相对共面位置下对准或未对准，例如相对彼此偏移，同样能够提供气体和液体紧密封。

[0018]最佳的如图5所示，该垫圈组件22具有一实质上平的或平坦的垫圈芯体24。根据期望的应用，该芯体24可用任何适宜的材料构造，例如硬塑料，软木，无纺材料，或金属，例如钢，通过示例而非限定的，其中的一个具体实施例是由软的(soft)镀锌钢构造而成。该芯体24可被构造为具有较宽范围的厚度，其可以是非常薄的，具有0.2mm的厚度，当然其值也可根据所用的材料和该应用的性能要求而更大。最佳地如图3所示，该芯体24形成为具有至少一个用于传送气体和液体的流体开口26。在适合作为一进气歧管垫圈的应用中，该垫圈的芯体24可以包括多个这种流体开口26，该流体开口26的数量对应于关联的气缸盖14和进气歧管16的气体/液体通道的数量。该芯体24可具有一个或多个附加的开口28，该开口与该气体/流体开口26间隔开以容纳该用于将歧管16安装于气缸盖14的紧固件(图未示)。

[0019]再次参考图5，该芯体24具有相对的密封表面30，32。该密封表面30，32的一个或两个可整体地或充分地覆盖有一聚合密封材料制成的单薄层34(图4和4A显示了密封表面30，32被覆盖的一个例子，而图3，5，6显示了完全覆盖的密封表面30，32)。该密封材料可包括适合于密封应用的多种材料中的任一个，例如硅酮，或其他任意适合的弹性体材料。该层34可以非常薄，具有一厚度(t)，以至于该厚度t在其显露的区域的厚度为0＜t＜0.5mm。

[0020]最佳地如图4-6所示，每个层34形成有密封材料的至少第一和第二根凸起加强筋或线36，38自该表面30，32向外延伸并环绕每个流体开口26。该第一根线36为邻近于该关联的流体开口26的径向最内侧的一根线。该第二根线38在第一根线36的径向向外处形成。该线36，38围绕该关联的流体开口26周向间隔地连续延伸，且彼此不相交。每一层可包括至少一第三根线40，该第三根线布置于该第二根线38径向向外位置，且同样地，围绕该关联的流体开口26周向间隔地连续延伸，且不与该第二根线38相交。进一步，该垫圈22可被构造为具有一第四根线41，该第四根线布置于该第三根线40径向向外位置，且同样地，围绕该关联的流体开口26周向间隔地连续延伸，且不与该第三根线40相交。该线36，38，40，41可具有一三角形的横断面轮廓(图5)并均可相对于彼此具有可变的高度，且亦可沿周向方向改变其高度。例如，如图4A所示，一根据本发明的构造的垫圈122具有线136，138，140，141其不仅在高度上沿径向方向相对彼此变化，且在高度上周向地变化以沿该接缝提供一实质上恒定地夹持压力。该靠外的线，通常比该靠内的线高。因此，当从该流体开口26移出时会发现，该线36，38，40，41的高度各自地增加，且该线41比线40高，该线40比该线38高，该线38比最内侧的线36高。这些线的高度范围从最内侧线36的大约0.18mm的高度变化至最外侧线40的大约1.03mm的高度。

[0021]每一层34进一步包括多个桥接线42横断延伸并连接于至少一对线之间，例如该第一和第二根线36，38。该桥接线42自该流体开口26径向向外延伸，并彼此周向地间隔。该桥接线42用于隔断该位于该线36，38之间的环状空间，以形成多个独立的用壁隔开(walled-off)的小块区间或区域44。每个区域44在周向上通过一对邻接的桥接线42及在径向上通过该密封线36，38的一部分完全用壁隔开。多个桥接线42可进一步以同样的方式横断地延伸并连接于该第二和第三密封线38，40之间，且进一步，该桥接线42可延伸于该第三和第四密封线40，41之间以提供附加的密封区域44。该桥接线42可垂直于该密封线36，38，40，41的方向并作为连续线自该径向最内侧的所述密封线36延伸至该径向最外侧的该密封线41。此外，该桥接线42可以在邻接的密封线36，38，40，41之间延伸以提供径向上不连续，周向上间隔的桥接线。该桥接线42的高度可变以同该密封线36，38，40，41的高度相一致，这样该桥接线42就不会在该密封线的上端或下端延伸。如此，该桥接线42虽然在高度上可变，但其可相对于彼此统一的成型，如图4A所示，该桥接线142可成型为具有不同的相对高度。因此，该用壁隔开的区域44，144可由一自该表面30，32向外延伸的外围壁完全界定，其中该外围壁具有至少一部分变化的高度。例如，该外围壁的高度对应于该桥接线42变化，以及该外围壁的高度对应于该各自的密封线36，38，40，41。可以理解，因为如图5所示地形成于每个密封层34，该所示的密封和桥接线被提供于该垫圈22的两侧。

[0022]在运转时，当该垫圈22被夹持于该气缸盖14和进气歧管16之间时，该可变高度线36，38，40，41被压缩。在未对准以至于在接缝处存在一个间隔或间隙G的情况下，该较高的线比该较矮的线压缩更多，以至于在某些时候沿该径向方向，一个或多个该线和该气缸盖14的该密封表面17，18密封接触，且该进气歧管16的该密封表面20完全环绕该该流体开口26的圆周。当该间隙G为最小时，该较高的线可被过压缩，而在这些区域的该较矮的线将被压缩一该期望的量并将提供一足够的密封。当一个该密封线失效或被该流体破坏的情况下(例如该最内侧的线36)，该流体将会进入一关联的一个或多个该用壁隔开的密封区域44以保持该流体不会自该垫圈22向外泄漏。如果一个该桥接线42将要失效或被破坏，任何溢出的流体将会被下一个桥接线42所保留。该位于该第二和第三根线38，40之间的密封区域44的第二堤部增加一额外的保护以防止流体泄漏，而相似的位于该第三和第四根线40，41的密封区域44的该第三堤部提供进一步的增强的保护以防止流体泄漏。

[0023]可以理解，其他的能够实现本发明同样目的的其他实施例也被结合在此，并包含在份额恩和最终允许的权利要求的范围之内。因此，根据上述说明书跟权利要求的教导，本发明的许多修正和变型是可能的。

Claims (25)

1.一种静态垫圈，包括：一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，至少一个流体输送开口穿过所述相对的表面；以及涂覆于所述表面的弹性密封材料层，所述层具有由所述密封材料制成的、从所述的垫圈芯体的所述表面向外延伸的至少第一和第二根线，所述线环绕所述流体开口连续延伸并彼此相间隔，所述层具有多根在所述第一和第二根线之间延伸并与所述第一和第二根线相交的桥接线以提供多个隔离的有壁区域，该区域完全由所述第一和第二根线以及邻接的多根所述的桥接线的一部分界定。

2.根据权利要求1所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一和第二根线不相交。

3.根据权利要求2所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一和第二根线彼此是同心的。

4.根据权利要求1所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一根线比所述的第二根线更靠近所述的流体输送开口，所述的第二根线比所述的第一根线具有更大的高度。

5.根据权利要求4所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一根线和所述的第二根线具有实质恒定的圆周高度。

6.根据权利要求4所述的静态垫圈，其特征在于，每个所述的桥接线具有一与所述第一和第二根线的高度保持一致的可变高度，以防止该桥接线延伸至所述第一和第二根线之上或之下。

7.根据权利要求4所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一和第二根线中的每一个具有沿圆周变化的高度。

8.根据权利要求7所述的静态垫圈，其特征在于，所述的第一和第二根线具有彼此成比例变化的高度。

9.根据权利要求1所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线垂直于所述的第一和第二根线延伸。

1O.根据权利要求1所述的静态垫圈，其特征在于，进一步包括一所述密封材料的第三根线，该第三根线自所述的表面和所述的垫圈芯体向外延伸，所述的第三根线环绕所述流体开口连续延伸并径向向外地与所述第二根线相间隔，所述的多个桥接线在所述第二和第三根线之间延伸并与所述第二和第三根线相交以提供多个隔离的有壁区域，该区域完全由所述第二和第三根线以及邻接的多根所述的桥接线的一部分界定。

11.一种静态垫圈，包括：一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，至少一个流体输送开口穿过所述相对的表面；以及涂覆于所述表面的弹性密封材料层，所述层具有所述密封材料制成的、从所述的垫圈芯体的所述表面向外延伸的多根环状线，所述环状线环绕所述流体开口连续延伸并彼此相间隔，并与邻接的环状线彼此不相交且具有不同的高度，所述层具有多根在所述环状线之间延伸并与所述环状线相交的桥接线以提供多个隔离的有壁区域，该区域完全由所述环状线以及邻接的多根所述的桥接线的一部分界定。

12.根据权利要求11所述的静态垫圈，其特征在于，每个所述的环状线具有一实质恒定的高度，所述的高度沿自所述流体输送开口径向向外延伸的方向增加。

13.根据权利要求12所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线具有与所述的环状线的高度保持一致的可变高度，以防止该桥接线延伸至所述环状线之上或之下。

14.根据权利要求11所述的静态垫圈，其特征在于，每根所述的环状线具有一周向环绕所述流体输送开口延伸的恒定变化的高度，所述的环状线的所述高度相对彼此沿一自所述流体输送开口径向向外延伸的方向增加。

15.根据权利要求14所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线具有一与所述的环状线的高度保持一致的可变高度，以防止该桥接线延伸至所述环状线之上或之下。

16.根据权利要求11所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线自所述环状线中径向最内侧的一根线径向向外延伸至所述环状线中径向最外侧的一根线。

17.根据权利要求16所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线垂直于所述的环状线延伸。

18.一种静态垫圈，包括：一垫圈芯体，该垫圈芯体具有相对的表面，至少一个流体输送开口穿过所述相对的表面；以及涂覆于所述的至少一个表面的弹性密封材料层，所述层提供多个有壁的区域，每个所述的有壁区域完全由从至少一个所述的表面向外延伸的一外围壁界定，所述的外围壁具有一至少部分变化的高度。

19.根据权利要求18所述的静态垫圈，其特征在于，所述的层被涂覆于两个所述的相对表面上。

20.根据权利要求18所述的静态垫圈，其特征在于，每个所述的外围壁至少部分由一对所述密封材料的环状线提供，该环状线环绕所述流体开口连续延伸，并与该开口彼此相间隔且不相交。

21.根据权利要求20所述的静态垫圈，其特征在于，所述的环状线相对彼此具有不同的高度。

22.根据权利要求20所述的静态垫圈，其特征在于，每个所述的外围壁至少部分由一对桥接线提供，该桥接线自所述流体开口径向向外延伸，并位于所述的一对环状线之间且与该对环状线相交。

23.根据权利要求22所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线在沿自所述的流体开口径向向外延伸的方向上增加高度。

24.根据权利要求20所述的静态垫圈，其特征在于，所述的外围壁至少由三根环状线提供，所述环状线环绕于所述流体开口连续延伸且彼此间径向间隔，所述环状壁相对彼此具有不同的高度。

25.根据权利要求24所述的静态垫圈，其特征在于，所述的桥接线在所述的至少三个环状线之间延伸并与所述的至少三个环状线相交，所述的桥接线具有一与所述的三根环状线的高度保持一致的可变高度，以防止该桥接线延伸至所述至少三根环状线之上或之下。

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