CN108474474A - 多层垫片组件 - Google Patents

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Abstract

多层垫片组件(20)包括呈现有多个同轴对齐的开口(26)并具有外周边的多个垫片层(28、30)。至少两个垫片层是功能层(28)并具有与开口间隔开并围绕开口的全凸起凸筋(38)。功能层进一步包括与全凸起凸筋间隔开的半凸筋(42)。一个或多个垫片层呈现有与功能层的全凸起凸筋和半凸起凸筋间隔开并位于该一个或多个垫片的外周边附近的冗余密封件(44)。冗余密封件具有的高度(H2)小于功能层的半凸筋的高度(H1)。冗余密封件限制已经芯吸穿过全凸起凸筋和半凸筋的任何流体从内燃机逸出。

Description

多层垫片组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年1月5日提交的美国发明专利申请序列No.14/988,228的权益，其全部内容通过引入而并入于此。
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及在待夹紧在一起的两个构件之间建立液密密封的垫片组件，以及更具体地涉及多层垫片组件，例如气缸盖垫片。
2.相关技术
在待夹紧在一起的两个构件例如气缸盖和机体之间建立气密和液密密封时，通常使用具有多个层的静态气缸盖垫片。通常，至少一个层是功能层，该功能层具有用于建立气密和液密密封的全凸起凸筋。另一层通常是用于压缩功能层的密封凸筋的间隔层。在一些情况下，该功能层也具有与全凸起凸筋径向间隔开的单个半凸筋。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种多层垫片组件，其用于在待夹紧在一起的两个构件之间建立气密和液密密封。垫片组件包括多个垫片层，该垫片层呈现有多个同轴对齐的开口并具有外周边。至少两个垫片层是功能层，并具有与开口间隔开并围绕开口的全凸起凸筋。功能层进一步包括半凸筋，其在全凸起凸筋与开口相对的一侧上与全凸起凸筋间隔开。一个或多个垫片层呈现有冗余密封件，该冗余密封件与功能层的全凸起凸筋和半凸起凸筋间隔开并位于一个或多个垫片的外周边附近。冗余密封件具有的高度小于功能层的半凸筋的高度。冗余密封件是有利的，因为它限制了可能已经芯吸穿过全凸起凸筋和半凸起凸筋离开内燃机的任何流体的通过，而不损害由全凸筋和半凸筋建立的密封。
根据本发明的另一方面，冗余密封件是形成在至少一个功能层中的附加半凸筋。
根据本发明的又一方面，两个功能层都具有呈附加半凸筋形式的冗余密封件。
根据本发明的又一方面，功能层上的半凸筋沿彼此相反的方向延伸。
根据本发明的又一方面，至少一个垫片层是夹设在功能层之间的间隔层。
根据本发明的又一方面，冗余密封件是间隔层上的橡胶凸筋。
根据本发明的另一方面，间隔层的外周边延伸超过功能层的外周边。
根据本发明的又一方面，垫片层的外周边全部彼此对齐。
根据本发明的又一个方面，垫片组件进一步包括在其中一个垫片层上的止挡，用于限制全凸起凸筋的完全展平。
附图说明
结合以下对当前优选实施例和最佳模式、所附权利要求和附图的详细描述来考虑，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得更容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个方面构造的多层垫片组件的第一示例性实施例的俯视图
图2是沿图1中的线2-2的多层垫片组件的第一示例性实施例的横截面图；
图3是安装在内燃机的气缸盖和机体之间的图1的多层垫片的横截面图；
图4是安装在内燃机的气缸盖和机体之间的图1的多层垫片组件的另一横截面图，并且示出了在缸膛内燃烧期间气缸盖从机体提升；
图5是多层垫片组件的第二示例性实施例的横截面图；
图6是多层垫片组件的第三示例性实施例的横截面图；
图7是多层垫片组件的第四示例性实施例的横截面图；
图8是多层垫片组件的第五示例性实施例的横截面图；而
图9是多层垫片组件的第六示例性实施例的横截面图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中表示对应的部件，多层垫片组件20的第一示例性实施例在图1-3中大致示出。在该示例性实施例中，垫片组件20是气缸盖垫片，其适于围绕多个缸膛并在内燃机的机体22和气缸盖24之间建立气密和液密密封。然而，应该理解的是，垫片组件20可以应用于在一系列密封应用。
如图1所示，垫片组件20包括与机体22中的缸膛(图3中所示)对应的多个开口26。在该示例性实施例中，垫片组件20具有四个开口26，用于围绕四缸发动机的四个气缸密封或用于在V-8发动机中围绕一组气缸密封。然而，应该理解的是，取决于内燃机的设计，垫片组件20可以配置成围绕任何合适数量的气缸进行密封。垫片组件20还可以包括多个附加的端口或开口，用于接收螺栓以将气缸盖24(图3中所示)附接至机体22(图3中所示)以及用于在气缸盖24和机体22之间传送流体。
现在参考图2，垫片组件20包括多个单独形成的彼此处于堆叠关系的垫片层28、30。垫片层28、30全都具有彼此径向对齐的内周边32、33以向垫片组件20提供多个开口26，即垫片层28、30中的开口彼此同轴对齐。每个垫片层28、30从其相应的内周边32、33径向地延伸到相应的外周边34、35。所有的垫片层28、30优选地由钢或合金钢制成。然而，应该理解的是可以采用任何合适的材料。
在第一示例性实施例中，多个垫片层28、30包括彼此镜像成形的一对功能层28和夹设在功能层28之间的单个间隔层30。当处于松弛或无应力的状态下，每个功能层28在围绕其中一个开口26的全凸起凸筋38的任一径向侧上具有一对共面平坦部分36a、36b。功能层28定向成使得全凸起凸筋38沿轴向朝向彼此延伸，并且当被夹紧在气缸盖24和机体22之间时压靠在间隔层30上。功能层28中的一个包括在内周边32和全凸起凸筋38之间的平坦部分36a的固定至其上的止挡40，用于防止至少一个全凸起凸筋38的完全展平。在内燃机运转期间，全凸起凸筋38随着气缸盖24从机体22提升响应缸膛内的气体和燃料燃烧而弹性地挠曲。全凸起凸筋38的这种弹性挠曲保持围绕缸膛的初级气密和液密密封，以防止燃烧气体和流体逸出机体22和气缸盖24之间的缸膛。图4示出了在相应缸膛中燃烧期间气缸盖24从机体22提升，而全凸起凸筋38弹性挠曲以维持围绕开口26的气密和液密密封时垫片组件20的状态。
与全凸起凸筋38间隔开，每个功能层28进一步包括围绕开口26提供次级密封的半凸筋(以下称为“第一半凸筋42”)。第一半凸筋42在全凸起凸筋38的与开口26相对的一侧上与全凸起凸筋38径向间隔开。在该示例性实施例中，第一半凸筋42在轴向方向上朝向彼此延伸，并且当垫片组件20夹紧在机体22和气缸盖24之间时，压靠动态层30。
在第一示例性实施例中，功能层28各自具有呈附加半凸筋44(以下称为“第二半凸筋”)形式的冗余密封件，其中附加半凸筋44与第一半凸筋42径向间隔开并位于功能层28的外周边34附近。附加半凸筋44沿功能层28的整个周界延伸，以防止已经芯吸穿过全凸起凸筋38和第一半凸筋42的任何燃烧气体和流体从发动机逸出。
如图2所示，当垫片组件20处于休止状态时，第一半凸筋42在轴向上具有第一高度H1，第二半凸筋44在轴向上具有第二高度H2。第二高度H2小于第一高度H1，使得由第二半凸筋44施加的负载小于由全凸起凸筋38和第一半凸筋42施加的负载。由于第二半凸筋44的负载减小，第二半凸筋44不损害由全凸起凸筋38和第一半凸筋42建立的密封。
现在参照图5，多层垫片组件120的第二示例性实施例总体上用相同的附图标记示出，由前缀“1”分隔开，表示与上述第一示例性实施例相对应的部分。第二示例性实施例类似于第一示例性实施例，但与其不同之处仅在于仅一个而不是两个功能层128具有冗余密封件，即第二半凸筋144。在该示例性实施例中，具有第二半凸筋144的功能层128是具有固定至其上的止挡140的相同的功能层。
现在参考图6，多层垫片组件220的第三示例性实施例总体上用相同的附图标记示出，由前缀“2”分隔开，表示与第一示例性实施例相对应的部分。第三示例性实施例与第一示例性实施例的区别在于间隔层230布置在垫片组件220的一个轴向侧，而不像第一示例性实施例中那样夹设在功能层228之间。如此，具有第一半凸筋242和冗余密封件(第二半凸筋244)的功能层228(或第一和第二功能层)在全凸起凸筋238处以及在第一半凸筋242和第二半凸筋244之间彼此直接接触。另外，垫片组件220的第三示例性实施例包括与间隔层230相对并且具有全凸起凸筋248和第一半凸筋250但不具有冗余密封件的第三功能层246。第三功能层246的全凸起凸筋248和第一半凸筋250分别与第一和第二功能层228的全凸起凸筋238和第一半凸筋240径向对齐。
现在参考图7，多层垫片组件320的第四示例性实施例总体上用相同的附图标记示出，由前缀“3”分隔开，表示与第一示例性实施例相对应的部分。第四示例性实施例的区别在于冗余密封件设置在间隔层330上而不是功能层328上。具体地，间隔层330径向延伸超过功能层328的外周边334，并且冗余密封件是成对的弹性体凸筋352，其被模制到间隔层330的外周边335上并且在间隔层330的任一轴向侧上延伸。示例性弹性体凸筋352围绕间隔层330的外周边335整体地彼此连接。每个弹性体凸筋352具有的第二高度H2小于第一半凸筋342的第一高度H1。因此，由弹性体凸筋352施加的载荷不损害由全凸起凸筋338和第一半凸筋342建立的密封。弹性体凸筋352优选地由橡胶材料制成，并通过二次成型工艺接合至间隔层330。
现在参考图8，多层垫片组件420的第五示例性实施例总体上用同样的附图标记表示，由前缀“4”分隔开，表示与第四示例性实施例相对应的部分。第五示例性实施例与第四示例性实施例的区别在于，弹性体凸筋452在间隔层430的外周边435径向向外布置。
现在参考图9，多层垫片组件520的第五示例性实施例总体上用同样的附图标记表示，由前缀“5”分隔开，表示与第一示例性实施例相对应的部分。第五示例性实施例与第一示例性实施例的区别在于它不包括间隔层。
显然，鉴于上述教导，本发明的许多修改和变体是可能的。因此，应当理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以与具体描述不同的方式实施。

Claims (10)

1.一种用于在待夹紧的两个构件之间建立气密和液密密封的多层垫片组件，包括：
呈现有多个同轴对齐的开口并具有外周边的多个垫片层；
至少两个所述垫片层是功能层并具有与所述开口间隔开并围绕所述开口的全凸起凸筋；
所述功能层进一步包括在所述全凸起凸筋与所述开口相对的一侧上与所述全凸起凸筋间隔开的半凸筋；
一个或多个所述垫片层呈现有冗余密封件，所述冗余密封件与所述功能层的所述全凸起凸筋和所述半凸起凸筋间隔开并位于所述一个或多个垫片的所述外周边附近，而其中所述冗余密封件具有的高度小于所述功能层的所述半凸筋的高度。
2.根据权利要求1所述的多层垫片组件，其中所述冗余密封件是形成在至少一个所述功能层中的附加半凸筋。
3.根据权利要求2所述的多层垫片组件，其中每个所述功能层包括一个呈所述附加半凸筋形式的所述冗余密封件。
4.根据权利要求3所述的多层垫片组件，其中所述功能层上的所述半凸筋沿彼此相反的方向延伸。
5.根据权利要求1所述的多层垫片组件，其中至少一个所述多个垫片层是夹设在所述功能层之间的间隔层。
6.根据权利要求5所述的多层垫片组件，其中所述冗余密封件在所述间隔层上。
7.根据权利要求6所述的多层垫片组件，其中所述冗余密封件是与所述间隔层固定的橡胶凸筋。
8.根据权利要求6所述的多层垫片组件，其中所述间隔层的所述外周边延伸超过所述功能层的所述外周边。
9.根据权利要求1所述的多层垫片组件，其中所述垫片层的所述外周边彼此对齐。
10.根据权利要求1所述的多层垫片组件，进一步包括在至少一个所述垫片层上的止挡，用于限制所述全凸起凸筋的完全展平。
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