CN103403411B - 具有次压缩限制器的多层静态垫片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在汽缸盖（33）和发动机体（34）之间建立气密/液密性密封的多层金属静态汽缸盖垫片（10），所述垫片包括一对功能层（12，14），该对功能层具有配置为与燃烧室（28）对齐的开口（24）以及配置为围绕所述开口形成密封的环形密封凸缘（30）。该垫片还包括由来自功能层的单块材料（321）形成的主压缩限制器（32）。该主压缩限制器至少部分围绕所述开口延伸，以便于防止密封凸缘在汽缸盖和发动机体之间被完全压平。该对功能层具有嵌套的突起（38），这些突起形成与主压缩限制器（32）径向向外间隔开的次压缩限制器（36），从而进一步防止密封凸缘在汽缸盖和发动机体之间被完全压平。

Description

具有次压缩限制器的多层静态垫片

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月1日提交的第61/438,361号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

技术领域

本发明大致涉及一种用于在待夹紧在一起的两个元件之间建立气密/液密性密封的类型的静态垫片，尤其涉及一种多层静态垫片，比如汽缸盖垫片。

相关技术

在待夹紧在一起的两个元件（比如汽缸盖和发动机体）之间建立气密/液密性密封时，普遍采用的是具有多层的静态汽缸盖垫片。一般情况下，多层垫片的至少一层，有时也称功能层，具有密封凸缘以便于建立气密/液密性密封。另一层，有时也称间隔层，邻接功能层配置，从而通过压缩功能层的密封凸缘建立气密/液密性密封。可惜的是，当将汽缸盖紧固于发动机体时，或者在使用中处于高负荷下时，通过对垫片的过度压缩，垫片的密封凸缘或其他区域，比如邻近紧固件的外围区域处会出现损伤。若密封凸缘受到过度压缩并且被完全压平，除了丧失其在密封元件间形成足够高的压缩密封压力的能力之外，密封凸缘的区域处还可能出现疲劳裂纹，比如在夹紧和/或使用过程中。该疲劳裂纹最终会降低静态垫片建立和/或维持气密/液密的密封的能力，从而缩短发动机的寿命、降低发动机的性能。

发明内容

本发明提供一种用于在汽缸盖和发动机体之间建立气密/液密性密封的多层金属静态垫片，该垫片包括一对功能层，该功能层具有配置为与燃烧室对齐的开口以及配置为围绕所述开口形成密封的环形密封凸缘。该垫片还包括由功能层的单块材料形成的主压缩限制器。该主压缩限制器至少部分围绕所述开口延伸，从而防止密封凸缘在汽缸盖和发动机体之间被完全压平。该对功能层具有嵌套的凸起，这些凸起形成与主压缩限制器径向向外间隔开的次压缩限制器。

附图说明

参阅下述当前优选实施例和最佳方案，所附权利要求以及附图的详细说明考虑，根据本发明构造的多层垫片的这些和其它方面，特征以及优点将更加容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的多层垫片的平面图；

图2是大致沿着图1中2-2方向的径向横截面视图；

图2A是与图2类似的视图，示出了装配于汽缸盖与发动机体之间的多层垫片；

图3是与图2类似的视图，示出了根据本发明的另一方面构造的多层汽缸盖垫片；

图4-图7是根据本发明的更多方面构造的多层汽缸盖垫片的径向横截面视图；

图6A和图7A是分别与图6和图7类似的视图，示出了装配于汽缸盖和发动机体之间的多层垫片。

具体实施方式

参考附图中的更多细节，图1示出了根据本发明的一个方面构造的多层静态垫片10，下文称作垫片。该示出的垫片10为一汽缸盖垫片，并且具有多个功能层，举例来说，根据图2中一个实施例示出为三个功能层12，14，16，和一个间隔层18。如图2所示，至少一对功能层12、14排列覆盖于间隔层18的一侧20之上，另一间隔层16示出为覆盖于间隔层18的相对侧22之上。因此，该间隔层18夹在一对功能层12，14和另一功能层16之间。该功能层12，14，16中的每一个都具有一个开口24，其至少部分与间隔层18中的开口26对齐，其中各开口24，26彼此轴向对准布置从而至少部分与缸镗28对齐，该缸镗示出为通过汽缸衬套31形成。该对功能层12，14分别具有全压缩密封凸缘30，该密封凸缘从功能层12、14的平面彼此镜像向外延伸，以便于围绕缸镗28建立气密性密封，而且另一功能层16还具有向外并且远离间隔层18延伸的完整凸缘30。进而，在间隔层18中形成第一个主压缩限制器，也称作止挡件，大致示出为32。将汽缸盖33紧固于发动机体34之上时（图2A），主压缩限制器32防止完整凸缘30被完全压平。除了主压缩限制器32之外，还有一个形成于该对功能层12，14之中的次压缩限制器，也称作次止挡件，大致示出为36。该次压缩限制器36形成为一对从该功能层12，14各自的平面径向向外并且远离间隔层18延伸的嵌套的凸缘38。因此，确保了便于围绕燃烧室28建立气密/液密性密封的完整凸缘30不至于完全径向地被压缩或压平，从而相对于功能层的其余部分对间隔层18维持大致恒定的、高密封压力，进而围绕缸镗28的圆周提供一种气密/液密性密封。另外，该嵌套的次压缩限制器36在安装和使用过程中通过抑制疲劳裂纹的形成阻止了功能层12，14，16和间隔层18的提前疲劳。

功能层12，14，16由一种弹性金属制造，例如弹簧钢，可提供为具有约0.1～0.3mm的厚度。如图2所示，除了次压缩限制器36之外，该对功能层12、14具有彼此面对的大致镜像剖面，分别具有如上所述的邻近缸镗28的完整凸缘30，还具有形成为彼此以镜像延伸并延伸至直接邻近于气缸室28的外周缘的半凸缘40。该半凸缘40在径向上彼此远离延伸。因此，该完整凸缘30相对于缸镗28从半凸缘40径向向外成形，次压缩限制器36则同样相对于缸镗28从完整凸缘30径向向外成形。

间隔层18可通过相对刚性的金属材料构造，比如冷轧钢材或者不锈钢。间隔层18可构造成扁平的、平面的片材，或者可成形为具有凸起的主压缩限制器32，该主压缩限制器围绕燃烧室28轴向向外延伸。

除了在间隔层18中形成的主压缩限制器32之外，还可以从功能层12，14之间向外的一个环形槽内设置一个环形次压缩限制器32’，该环形槽通过主压缩限制器32的轴向偏移曲面形成。该第一主压缩限制器32示出为被配置成邻接其中一个功能层16的半凸缘40的凸起表面，而次压缩限制器32’示出为被配置成邻接该对功能层其中之一的半凸缘40的凸起表面，示出为邻接所述间隔层18的功能层14。该次压缩限制器32’由来自于间隔层18的单块材料构成，而且它被完全限制于完整凸缘30和开口24之间，从而不能延伸越过完整凸缘30并延伸进入开口24中。

该次压缩限制器36形成为围绕至少部分完整凸缘30从主压缩限制器32、32’以及完整凸缘30径向向外延伸。最佳地如图1所示，由于邻近的燃烧室28之间的有限空间，次压缩限制器36围绕燃烧室28不完全延伸。围绕一连串的燃烧室中的端部燃烧室28延伸的次压缩限制器36不间断围绕部分圆周长度延伸，举例来说，示出为在约275°～315°间延伸。相反地，围绕形成于端部燃烧室之间的中间燃烧室延伸的次压缩限制器36由中断的片段形成，使得每对片段在燃烧室28的相对侧围绕各个中间燃烧室28延伸。如图所示，举例来说，该对次压缩限制器36的每个片段在大约75°～110°之间延伸。当然，若空间允许，该次压缩限制器36可形成为完全围绕燃烧室28延伸，尽管这可能需要增加发动机体34的尺寸，如同在邻近的燃烧室之间可能需要更多的空间。

举例来说，示出为大致阶梯型的嵌套的次压缩限制器36除了阻止功能层12，14，16的过度压缩之外，反过来还能降低早期疲劳裂纹的风险，以便于将邻接的功能层12，14相对于彼此定位。由此可使装配更加便捷，更加经济。该次压缩限制器36的轴向高度沿着与次压缩限制器32’相反的轴向方向延伸，优选小于完全邻近的完整凸缘30的高度，从而确保完整凸缘30在装配过程中的变形是弹性的。因此，可保证通过完整凸缘30形成的密封是完美的，尽管不会被过度压缩至完全塑性变形或者开裂。

图3示出了根据本发明的另一方面构造的另一多层垫片110，其中采用增加100的相同参考数字来表示垫片110的类似特征。如同上述的垫片10，垫片110包括一对功能层112、114，该功能层112、114具有围绕燃烧室128延伸的完整凸缘130，从而连同另一功能层116以及夹在邻接的一对功能层112、114和功能层116之间的间隔层118在其附近形成气密/液密性密封。另外，间隔层118具有一个在其中形成的主压缩限制器132，该主压缩限制器带有如上所述的附加主压缩限制器132’。此外，该对功能层112，114具有从各自完整凸缘130径向向外的嵌套的次压缩限制器136。在功能层112，114，116的配置中存在明显的区别。与先前所述的功能层12，14，16相比，该功能层112，114，116并不具有直接邻近燃烧室128的半凸缘，而是与用于形成功能层112、114、116的主体的片材大致共面延伸。同样地，除了全凸缘130和次压缩限制器136，功能层112，114，116均是平面的。其他方面，垫片110与上述讨论的垫片10相同，不再赘述。

图4示出了根据本发明的另一方面构造的另一多层垫片210，其中采用增加200的相同参考数字来表示垫片210的类似特征。如同上述的垫片10，110，垫片210包括一对功能层212，214，该对功能层具有完整凸缘230，以及夹在该对功能层212，214和另一功能层216之间的间隔层218。另外，该对堆叠的、邻接的功能层212，214具有嵌套的次压缩限制器236，该次压缩限制器位于它们镜像的完整凸缘230径向向外。间隔层218和主压缩限制器232’的配置具有显著区别。与之前所述的间隔层18，118形成对照，间隔层218是平的，使得相对侧均为平面。此外，该主压缩限制器232’大致从功能层212，214，216中的开口224，226以及从间隔层218中的开口226径向向外延伸越过完整凸缘230，但最终终止于次压缩限制器236径向向内。其他方面，垫片210与上述垫片110相同，因此不再赘述。

图5示出了根据本发明的另一方面构造的另一多层垫片310，其中通过采用增加300的相同参考数字来表示垫片310的类似特征。如同上述的垫片10，110，210所述，垫片310包括一对功能层312，314，该对功能层具有完整凸缘330，以及夹在该对邻接的功能层312，314和一功能层316之间的间隔层318。另外，该对堆叠的功能层312，314具有嵌套的次压缩限制器336，该次压缩限制器位于它们镜像的完整凸缘330径向向外。该次压缩限制器336和功能层316的配置具有显著区别。与之前所述的次压缩限制器相比，该嵌套的次压缩限制器336朝向间隔层318轴向延伸，并且朝向主压缩限制器332’凸起，而并非如在前实施例中与间隔层轴向远离。此外，功能层316具有一个完整凸缘330，该完整凸缘朝向间隔层318轴向延伸而并非如在前实施例中与间隔层轴向远离。其他方面，垫片310与上述垫片210相同，因此不再赘述。

图6示出了根据本发明的另一方面构造的另一多层垫片410，其中通过采用增加400的相同参考数字来表示垫片410的类似特征。如同上述的垫片10，110，210，310，垫片410包括具有完整凸缘430的一对功能层412，414。该完整凸缘430具有成镜像的彼此轴向远离的峰。此外，功能层412，414之间设置有主压缩限制器432’，使其夹在一对功能层412，414之间大致从功能层412，414中的开口424径向向外延伸跨过完整凸缘430。该主压缩限制器432’终止于未靠近嵌套的次压缩限制器436的位置。据此，在主压缩限制器432’的区域内，功能层412，414并不是彼此邻接。然而，与之前的实施例不同，它不包括夹于该对功能层412，414之间的间隔层。相反，该对功能层412，414是当前唯一的功能层，其中该对功能层412，414具有从主压缩限制器432’和完整凸缘430径向向外的嵌套的次压缩限制器436。如图6A所示，当在汽缸盖33和发动机体34之间装配垫片410时，该嵌套的次压缩限制器436阻止了完整凸缘430被完全压平。

图7示出了根据本发明的另一方面构造的另一多层垫片510，其中采用增加500的相同参考数字来表示垫片510的类似特征。如同上述的垫片10，110，210，310，410，垫片510包括具有完整凸缘530的一对功能层512，514。此外，在功能层512，514之间设置有主压缩限制器532’，如垫片410一样。但是，与之前所述垫片410的完整凸缘430不同，该完整凸缘530朝向彼此轴向延伸使得它们的峰与主压缩限制器532’邻接。其他方面，垫片510均与之前讨论的垫片410一样，包括具有一个嵌套的次压缩限制器536，因此不再赘述。如图7A所示，当在汽缸盖33和发动机体34之间装配垫片510时，该嵌套的次压缩限制器536阻止了完整凸缘530被完全压平。

显然，根据上述教导，本发明的许多改进和变化都是可能的。因此，应该理解，在本申请所附权利要求以及允许的权利要求的范围内，本发明可以不同于上面描述以及阐述的方式进行实施。

Claims (20)

1.一种用于在汽缸盖和发动机体之间建立气密/液密性密封的多层金属静态汽缸盖垫片，包括：

具有开口和环形密封凸缘的一对功能层，所述开口配置为与燃烧室对齐，所述环形密封凸缘配置为围绕所述开口形成密封；

形成于一间隔层内的主压缩限制器，所述主压缩限制器至少部分围绕所述开口延伸，从而防止所述密封凸缘在所述汽缸盖和发动机体之间被完全压平；并且，

所述对功能层具有嵌套的凸起，形成从所述主压缩限制器径向向外间隔开的次压缩限制器。

2.根据权利要求1所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器设置于所述对功能层之间。

3.根据权利要求2所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器延伸跨过所述环形密封凸缘。

4.根据权利要求3所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述环形密封凸缘是配置为镜像彼此远离延伸的完整凸缘。

5.根据权利要求3所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述环形密封凸缘是配置为镜像朝向彼此延伸的完整凸缘。

6.根据权利要求1所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器从所述对功能层向外设置。

7.根据权利要求6所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器被限制于所述环形密封凸缘和所述开口之间。

8.根据权利要求7所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述对功能层具有配置为从所述环形密封凸缘径向向内呈镜像的半凸缘，而且所述主压缩限制器覆盖于其中一个所述半凸缘之上。

9.根据权利要求8所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述半凸缘彼此远离延伸。

10.根据权利要求8所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器面向一个方向，并且所述嵌套的凸起朝向与所述一个方向相对的方向突出。

11.根据权利要求10所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，进一步包括与所述主压缩限制器和其中一个所述环形密封凸缘邻接的所述间隔层。

12.根据权利要求11所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，进一步包括：具有配置为与燃烧室对齐的开口的另一功能层，所述另一功能层覆盖而且邻接所述间隔层。

13.根据权利要求12所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述另一功能层具有邻近所述开口的半凸缘。

14.根据权利要求6所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器延伸跨过所述环形密封凸缘。

15.根据权利要求14所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器被限制于所述次压缩限制器和所述开口之间。

16.根据权利要求15所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述主压缩限制器面向一个方向，并且所述嵌套的凸起朝向与所述一个方向相对的一个方向突出。

17.根据权利要求16所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，进一步包括与所述主压缩限制器和其中一个所述环形密封凸缘邻接的所述间隔层。

18.根据权利要求17所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，进一步包括具有配置为与燃烧室对齐的开口的另一功能层，所述另一功能层覆盖并邻接所述间隔层。

19.根据权利要求18所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述另一功能层具有朝向所述间隔层延伸的完整凸缘。

20.根据权利要求15所述的多层金属静态汽缸盖垫片，其特征在于，所述嵌套的凸起朝向所述主压缩限制器突出。