CN102272494B - 具有附加密封件的平垫片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一个或多个限位装置功能层的平垫片，特别用于内燃机中作为汽缸盖衬垫、涡轮增压器的废气供应或废气排放的区域中的垫片或废气再循环区域中的垫片，对于相对于至少一个限位装置的密封功能，所述平垫片具有至少一个上游压条。

Description

具有附加密封件的平垫片

技术领域

本发明涉及平垫片，特别地用于内燃机，例如，汽缸盖衬垫、涡轮增压器的废气供应或废气排放的区域中的垫片、或废气再循环的区域中的垫片。

背景技术

平垫片例如汽缸盖衬垫，密封燃烧室、媒介管（medium ducts）例如冷却剂、润滑剂和废气管，及螺丝孔。这些媒介管传导被密封的部件之间的作用力，例如发动机组和汽缸盖之间，并因此显著地影响了整个系统中作用力的分布。例如汽缸盖衬垫需要产生气密密封并同时可靠地密封机油和冷却水管，以便无液体渗漏。

传统柔软的平垫片可包括，例如叠接的纸垫（spliced carrier sheet），例如，通过扎制，在该叠接的纸垫上的两侧施加有柔软材料。可设置金属边缘以便密封燃烧室、媒介管和螺丝孔，并保护柔软材料过热。浸渍柔软材料的表面可防止由于与媒介的接触产生的膨胀，例如油、水、防冻剂或别的液体和气体。可设置优先含有弹性体材料的所谓的氟橡胶元件，以在预定的区域，例如油压缸孔（oil pressure bores），部分增加表面压力。表面压力使材料变形，从而使得其与密封的表面相匹配。处于较低的回弹性质时，需要相对较高的夹持力，以便实现密封。

如果平垫片的密封效果要经受严格的要求时，例如，相对较高的密封气体或媒介的压力或相对较高的温度，可使用所谓的多层结构或多层钢垫片（MLS-垫片）。该多层钢垫片可包括两个或多个密封功能层，例如叠加弹簧钢或碳钢片，以形成平面的多层钢叠片。为了可靠地密封气体和媒介，腔室或管/通道上的压条（beads）增加了局部压力（宏密封（macroseal）），其中，完全或部分弹性体涂层可附加地改善密封效果（微密封）。

发明内容

本发明提供一种改善的平面密封，其密封功能可适合于面向应用的形式。

通过涉及平垫片密封功能的上游压条（upstream bead），特别地，至少一半压条或全部压条，可实现本发明的目的。

根据本发明，提供一种具有一个或多个限位装置功能层的平垫片，其中，该平垫片特别用于内燃机中作为汽缸盖衬垫、涡轮增压器的废气供应或废气排放的区域中的垫片或废气再循环区域中的垫片，其特征在于，对于相对于至少一个限位装置的密封功能，所述平垫片具有至少一个上游压条。优选的，顶部和底部功能层对称实现。 

根据一个实施例，对于相对于所述限位装置的密封功能，所述平垫片具有至少一个下游压条。

根据一个实施例，所述平垫片包括平多层垫片，优选的，平多层钢垫片。 

根据一个实施例，至少所述上游压条（50、55）的其中之一密封至少一个插入部件，所述插入部件设置在密封的至少具有两个部分的部件（60、65）的至少一个密封表面上，且通过压缩具有插入部件（80）的表面的上游压条（50、55），以实现上游压条（50、55）的密封功能。

根据一个实施例，对于具有两个部分的部件（60、65）的一个部分的各自的密封表面，插入部件（80）具有可变的或不变的凸起或凹槽。 

根据一个实施例，所述上游压条包括全压条或半压条。

根据一个实施例，具有两个部分的部件的至少一个部分具有一路径，该路径止于各自部件的密封表面的区域中，其中，该路径所止于的区域相对应于平垫片的区域，该平垫片的区域位于上游压条的区域和限位装置的密封区域之间。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中。

图1a至1f是本发明平垫片实施例的横截面图。

图2是本发明平垫片一个优选实施例的水平投影图。

图3a和3b是根据本发明的具有平垫片的由两部分组成的部件的横截面示意图。

具体实施方式

通过相同或类似的参考符号，标示相同或类似的元件。

如下参考汽缸盖垫片，特别是多层钢汽缸盖垫片（MLS-汽缸盖垫片），对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将毫无疑问的认识到本发明的特点将不限于用于内燃机的多层钢汽缸盖垫片的领域。相反，本发明的特点也可用于别的平垫片，特别地，该平垫片用于内燃机领域，例如涡轮增压器的废气供应和废气排放中的垫片，或废气再循环区域中的垫片。进一步地，本领域的技术人员也可立即认识到本发明的特点不限于平多层钢垫片（平MLS-垫片），但是可同样地应用于平多层垫片领域。在这方面，平MLS-垫片和MLS-汽缸盖垫片可分别表示平多层垫片的特殊设计。

汽缸盖垫片是平垫片，其相对于另一个在技术要求较高的条件下，密封燃烧室、冷却剂和润滑剂管，及安装接头（mounting leadthroughs）（特别地，螺纹接头（screw leadthroughs））。该汽缸盖垫片在汽缸盖和发动机之间传递作用力，并因此显著地影响力整个发动机系统中的作用力的分布。取决于各自的由需要密封的发动机的操作条件所定义的要求，汽缸盖垫片包括一层或多层，特别是钢层。尽管目前使用多达五层，这将不再解释为限制。平多层垫片例如汽缸盖垫片的基础结构包括顶层和底层形式的功能层。

优选的，两个功能层或至少一个这些功能层是被压条的（beaded），其中，优选的，顶部和底部功能层是被全等压条的（beaded congruently），并优选的包括钢，例如弹簧钢或有弹性的特殊钢。可通过例如压纹（embossing），产生该压条。为了确保压条的密封效果，顶部和底部的功能层需要合适的弹性特点和张力强度，以适于压条区域的预定应用。由于顶部和底部功能层的弹性性质，所定义的压条将在需要密封的元件的密封表面，产生线性压力，例如，以便密封燃烧室或媒介管例如废气、冷却剂或润滑剂管。如果设置全压条（full bead）的话，由于顶部或底部功能层的弹性性质，将形成具有相对于需要密封的部件的密封表面较高的线性压力的四个独立的线条（lines），优选的，该功能层是由弹簧钢板制成，同时如果设置半压条（half bead）的话，由于顶部或底部功能层的性质，将仅形成具有较高线性压力的两个独立的线条。例如，全压条可补偿动态密封间隙移动，且用在汽缸盖衬垫上，以密封燃烧室。因为半压条可产生比全压条较低的线性压力，其优选的用在汽缸盖衬垫上，以以便密封气体和媒介，例如冷却水和油，及密封螺丝孔，并优选的密封外部衬垫轮廓（outer gasket contour）。由于汽缸盖衬垫的半压条的较低的线性压力，将必要地保留燃烧室上的全压条的主要压力。

通过压条深度Y、侧角X和头部宽度V，可典型地具有全压条的特点。通过压条深度Y和侧角X，可典型地具有半压条。除了几何形状，质量、厚度和制造过程将显著地影响压条的性质。由于这些因素，可生产多个不同的压条，该压条具有定义的压力和回弹性质，但相对于他们的性质和吸收力，将显著不同。例如，可能实现较软或较硬的压条。例如，具有较小侧角X的全压条是较软的并具有较平的弹性性质和较高的连续的疲劳应力。

除了在需要密封的部件的密封表面的区域中产生线性压力的压条，进一步地，可提供所谓的限位装置（stopper），通过该方式，可在需要密封的部件的密封表面的区域，实现增强的表面压力。特别地，在MLS-汽缸盖衬垫上，限位装置可设置在燃烧室的区域中。优选的，该所谓的限位装置可实施为平多层垫片的有效的功能层的形式，例如，该平多层垫片设置在顶部和底部功能层之间，以形成升高，并因此增加了平垫片和需要密封的部件的密封表面之间的表面压力，及防止压平压条，即因为压平压条与顶部和/或底部功能层在压条或降低密封的横截面的区域损失所需的弹性性质或抗拉强度的风险是相关的。在具有限位装置功能层的平垫片的安装过程中，例如MLS-汽缸盖垫片，压条被压缩至限位装置的高度或直到达到压条作用力吸收和平垫片的夹持力（例如，螺旋力）之间的平衡。这意味着限位装置必要地定义压条（全压条）的安装高度，及限位装置的功能包括通过定义压条的压缩度数，限制压条变形。限位装置典型的高度位于1/100mm和0.15mm之间。

限位装置的结构可集成在有效的功能层中或作为有效功能层之间的辅助功能层，其形式为阿尔法限位装置、欧米伽限位装置、具有硬的涂层的对称的U压条，波纹状的或梯形的限位装置。进一步地，多个这些限位功能层也可设置在平多层垫片中。同时，限位装置的结构使得实现较好的地形适应相邻的部件成为可能。

另外，限位装置可作如下区分：

- 刚性限位装置（例如，折边或边缘成形限位装置功能层、焊接限位装置功能层，例如限位环等等）；

- 弹性限位装置（平垫片的高度轮廓（height profile）的适应）；

- 高度轮廓（height-profiled）或地形限位装置（在制造过程中适应高度轮廓），例如烧结限位装置，目标明确地降低高部件区域中的基底的刚性，等；及

- 特别的限位装置的几何形状，例如波纹状的限位装置，宽的限位装置。

可选择不同钢质量的限位装置，例如碳钢到特殊钢，用于平MLS-垫片。

可在平多层垫片例如平MLS-垫片中设置别的功能层，例如一个或多个附加的压条功能层、隔离（spacer）功能层和/或弹性体功能层。

通过使用相应的隔离功能层的设计，可实现在密封的腔室或管中弹性/塑料适应压力的比率，该隔离功能层用作结构元件和可变元件，以适应安装的厚度。

优选的，弹性体功能可以一侧或两侧弹性体涂层的形式，施用于有效功能层上，特别地顶部和底部功能层上，并确保所谓的微密封，例如，分别密封需要密封的部件的密封表面的表面粗糙度或平多层垫片的功能层之间。可通过使用压纹到功能层中形成的压条，实现所谓的宏密封，或通过限位装置功能层的方式，实现限位装置。因为一个可控制的接触压力，可填充该涂层并补偿任意现有的粗糙度、刮痕和孔隙。表面的涂层具有相应的滑动性质，以防止在较高的表面压力下由微移动导致的所谓的“磨损”。可使用一层或多层完全或仅部分涂覆该功能层，或该功能层可具有一个或多个特殊涂层，该涂层可适应预定区域的极端要求（高温、显著的滑动）。涂层使得表明定义的流动行为成为可能。例如，氟化高聚物（具有高温稳定性）可作为弹性体涂层。

可参考具有限位装置的MLS-汽缸盖衬垫的例子，描述具有限位装置功能层的平多层垫片的功能。可立即认识到该描述对平多层垫片的通用性和可转移性。

该通用MLS-汽缸盖垫片与“压条紧邻限位装置”的设计相对应，例如对于燃烧室边缘，压条位于限位装置的后面。因此，其设置在“次要的传力连接（secondary non-positive connection）”上。然而，要求用于密封燃烧室的压条不仅设置为邻接限位装置，还设置在限位装置上，即外周的限位圈（stopper rim）。情况就是这样，例如在“压条位于限位装置上的技术（bead-on-stopper technology）”中。在该例子中，压条位于“主要的传力连接”上。主要利用引入的旋转力是有利于密封气体的。使用下游板压条可实现附加的第二密封线条，优选的，该下游半压条延着燃烧室延伸。然而，在该结构的原则中，限位装置不再定义燃烧室压条的安装高度。

MLS-汽缸盖衬垫的限位装置表示燃烧室中对燃烧气体的第一密封阶段。由于密封部件的密封表面之间的平垫片的预应力，压条不再用于在较低的媒介内部压力。在这方面，通过预压具有限位装置的区域的密封部件的密封表面，可实现密封。随着内部压力的增加，一旦限位装置失去接触，对于限位装置，设置在下游的压条将执行密封功能。

图1a至1f是本发明平垫片实施例的横截面图。限位装置30或限位功能层分别设置在顶部和底部功能层10和20之间。根据“压条紧邻限位装置”的设计，对于密封功能，压条40或45相对于内部或通道，设置在限位装置30的后面或下游，该内部或通道被相对彼此密封的两个部件包围着。

图1a至1d分别示出下游半压条40的例子，同时图1e和1f分别示出下游全压条45。

进一步地，依据本发明的实施例，图1a至1f分别示出上游压条50或55，其中，图1a至1c示出全压条50形式的上游压条，及图1f示出上游全压条55。

另外，图1a至1f示出不同限位装置的结构示意图。例如，图1a和1e示出折边的或边缘成形的限位装置功能层30。图1b示出设置在顶部功能层10上的限位装置30（或者，尽管未示出，可选择地在底部功能层上），图1c示出附加功能层35，其插入在顶部和底部功能层之间，其中，对于内部或通道，该附加的功能层端部与顶部和底部功能层10、20齐平，并设置在限位装置30上，且图1f示出附加的功能层35，其插入顶部和底部功能层之间，同时具有限位装置30，例如限位装置环30，该限位装置环30是通过焊接，施用/连接到附加功能层上。

未描述图中限位装置功能层的结构且图中顶部和底部功能层的结构可以任意的方式组合。如上所述，可设置一个或多个压条在多个限位装置功能层、及一个或多个附加功能层，例如间隔功能层、涂层功能层（图中未示出）或别的功能层上，其中，附加的功能层也可设置在顶部和底部功能层的上面和/或下面，例如，不仅在这些层之间。进一步地，多个压条（全和/或半压条）可设置在上游和/或下游。如图所示，可（镜像）对称/全等地实现顶部和底部功能层10/20，但顶部和底部功能层10/20也可具有一个或多个不同的压条类型，一个或多个不同位置的压条和/或不同数量的压条。

图2是本发明平垫片一优选实施例的水平投影图；图3a和3b是根据图2的平垫片沿图2所示的横截方向的横截面示意图。 

图3a和3b示出具有两个部分的部件，该部件具有顶部部件60和底部部件65（例如，发动机模块65和汽缸盖60），及依据一实施例的设置在密封的部件60和65之间的平垫片1。通过压缩平垫片1，开口70、内部、通道等将相对密封的部件60和65的密封表面被密封。可通过例如螺丝或别的同样的或类似的功能方式，实现压缩。

气体开口70表示密封或密封的内部或通道的开口。通过设置和压缩在中间空间的平垫片1可防止开口处气体或媒介及穿过形成于顶部和底部部件60和65的之间的中间空间的内部或通道的泄漏。进一步地，可设置附加开口，例如在部件60/65的其中之一可设置气体流动开口65。

另外，如图3a和3b所示，可设置插入部件80。该插入部件80可包括例如插入环，但是可选择地也可包括包围开口、内部或通道的别的形状。换句话说，例如，可以椭圆的形式，可选择地实现插入部件80，但也可具有包围开口、内部或通道的别的形状。

插入部件80可相对于各自的密封表面凸出或凹槽，或与各自的密封表面齐平。插入部件80的凸出或凹槽可四周不同的，例如，插入部件80可实现为在一定区域凸出、一定区域凹槽和一定区域齐平，及相应的组合。插入部件也可相对其四周具有不同的横截面。插入部件80也可设置在部件60和65的其中之一或同时设置在部件60和65中。插入部件80可由与部件60和65相同的材料制成，或者也可由别的材料制成，优选的，金属，例如弹簧钢。

上游压条50、55可具有与下游压条40、45不同的性质。例如，与插入部件80相接触的上游压条50、55或压条50、55可具有较软的压条性质。结合插入部件80优选的可相对各种的密封表面凸出/凹槽，这将使得特别适合于上游压条的压缩，并因此达到期望要求的其密封效果。

本发明平垫片1的限位装置不再是对于开口处媒介/气体、密封的内部或通道的第一密封阶段。事实上，上游压条50、55实现第一密封阶段A。可通过插入部件80或相对于密封表面的凸起/凹槽的帮助，调整上游压条50、55的压力依靠密封功能。接着，作为第二密封阶段B，由限位装置导致的表面压力将变得有效。随着内部通道压力的增加，一旦限位装置失去接触，对于限位装置，设置在下游的压条将作为第三密封阶段C，执行密封功能。由于密封部件的密封表面之间的平垫片的预应力，例如在低至媒体内部压力的情况下，将不再使用下游压条。

如图3b所示，例如，可使用本发明的平垫片1实现“旁路”。在该实施例中，气体流动开口75形成起始于开口70、内部或通道处的路径。该气体流动路径止于部件65的各自密封表面的区域，其中设置本发明平垫片1。气体流动开口75的路径优选的止于部件65的各自密封表面的区域中，该部件65（缺文字）上游压条50、55的（线性）密封区域和限位装置35的（平面）密封区域。通过插入部件80的可调节的凸出/凹槽，可调整各自的上游压条50和插入部件80的压缩强度，例如可调整对于具有插入部件80的各自的部件60、65的第一压条的密封强度/密封功能。相应地，上游压条处于预定压力时，失去其密封功能，且气体可流过气体流到开口的路径75。

Claims (1)

1.一种具有至少一个压条层和一个或多个限位装置功能层（30、35）的平垫片（1），其特征在于，所述平垫片（1）在所述限位装置功能层中的至少一个限位装置处具有被密封的开口；对于位于所述被密封的开口方向上的所述限位装置的一侧上的至少一个压条层中的密封功能，至少一个上游压条（50、55）设置在上游；在远离所述被密封的开口的所述限位装置的一侧上，至少一个下游压条（40、45）设置在下游；及所述限位装置功能层的末端位于在所述被密封的开口的方向上的第一压条之前。

2. 根据权利要求1所述的平垫片，其特征在于，所述平垫片（1）包括平多层垫片。

3. 根据权利要求2所述的平垫片，其特征在于，所述平多层垫片包括平多层钢垫片。

4. 根据权利要求1或2或3所述的平垫片，其特征在于，至少所述上游压条（50、55）的其中之一密封至少一个插入部件，所述插入部件设置在密封的至少具有两个部分的部件（60、65）的至少一个密封表面上，且通过压缩具有插入部件（80）的表面的上游压条（50、55），以实现上游压条（50、55）的密封功能。 

5. 根据权利要求2或3所述的平垫片，其特征在于，对于具有两个部分的部件（60、65）的一个部分的各自的密封表面，插入部件（80）具有可变的或不变的凸起或凹槽。  

6. 根据权利要求1至3任一项所述的平垫片，其特征在于，所述上游压条包括全压条。 

7. 根据权利要求1至3任一项所述的平垫片，其特征在于，所述上游压条包括半压条。

8. 根据权利要求1至3任一项所述的平垫片，其特征在于，具有两个部分的部件（60、65）的至少一个部分具有一路径（75），该路径止于各自部件的密封表面的区域中，其中，该路径所止于的区域相对应于平垫片（1）的区域，该平垫片（1）的区域位于上游压条（50、55）的区域和限位装置的密封区域之间。

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