CN109268167B - 密封垫 - Google Patents

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CN109268167B CN201810349553.6A CN201810349553A CN109268167B CN 109268167 B CN109268167 B CN 109268167B CN 201810349553 A CN201810349553 A CN 201810349553A CN 109268167 B CN109268167 B CN 109268167B
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Abstract

本发明提供能够不使密封性能下降地、使相邻的贯通孔彼此能够接近而使发动机小型化的密封垫。密封构造(30)俯视时从内侧端(31)朝向外侧端(32)排列有两个密封筋(33、34)，且存在于相邻的贯通孔(24)彼此之间的第一区域(A1)的第一密封部(35)与存在于其以外的区域的第二密封部(36)在环周方向上配置为互相不同，第一密封部(35)的平面形状呈随着从两端部(37)朝向中央部(38)、外侧端(32)接近内侧端(31)而环宽变窄的形状，第二密封部(36)的平面形状呈在环周方向上环宽一定的形状，第一密封部(35)的层叠截面形状呈将第二密封部(36)的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。

Description

密封垫
技术领域
本发明涉及密封垫，更详细而言，涉及能够使发动机小型化(英文：downsizing)的密封垫。
背景技术
在被夹持在汽缸盖与汽缸体之间的密封垫中，提出了使存在于相邻的贯通孔彼此之间的区域的筋宽比存在于所述区域以外的区域的筋宽窄的密封垫(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-097341号公报
发明内容
发明要解决的问题
通过使发动机小型化，进行着对提高燃料经济性的尝试。伴随该发动机的小型化，相邻的贯通孔彼此接近。因此，需要如专利文献1所记载的那样使密封构造简单，并且缩窄筋宽。
但是，若使密封构造简单化，则无法应对在汽缸内的气体的燃烧压力上升而发生汽缸盖提升(英文：headlift)时汽缸盖与汽缸体之间上下扩展的这一问题、和/或在汽缸体和/或汽缸盖因发动机运转时的冷热的影响导致的变形而产生凹陷时密封垫的密封面倾斜的这一问题。上述的上下的扩展、密封面的倾斜等成为贯通孔的周缘的表面压力的下降的主要原因。
另一方面，为了消除贯通孔的周缘的表面压力的下降，若使密封构造为例如在环径方向上排列多个筋的复杂的构造，则即使使用如专利文献1所记载的密封垫那样仅缩窄筋宽这一技术思想，密封构造自身的环宽也会变宽，而无法应对相邻的贯通孔彼此的接近。
本发明是鉴于上述的问题而做出的，其课题在于提供一种能够不使密封性能下降地、使相邻的贯通孔彼此能够接近而使发动机小型化的密封垫。
用于解决课题的技术方案
达成上述的目的的本发明的密封垫，通过多个金属板层叠而成，具备在一个方向上排列的多个贯通孔和呈环状地围绕该贯通孔的密封构造，其特征在于，所述密封构造俯视时，从所述密封构造的内侧端朝向所述密封构造的外侧端至少排列有两个密封筋，且存在于相邻的所述贯通孔彼此之间的区域的第一密封部与存在于所述区域以外的区域的第二密封部在环周方向上配置为互相不同，所述第一密封部的平面形状呈随着从环周方向的两端部朝向环周方向的中央部、所述外侧端接近所述内侧端而环宽变窄的形状，所述第二密封部的平面形状呈在环周方向上环宽一定的形状，所述第一密封部的层叠截面形状呈将所述第二密封部的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。
发明的效果
在本发明的密封垫中，使存在于相邻的贯通孔彼此之间的区域的第一密封部的环径方向的外侧端接近上述第一密封部的环径方向的内侧端，使第一密封部的层叠截面形状为将第二密封部的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。因此，根据本发明，能够通过第一密封部和第二密封部使构造复杂而提高密封性能，并且与随着贯通孔彼此接近而变窄的区域相应地缩窄第一密封部。由此，有利于切实地防止往来于贯通孔彼此的流体的泄漏并使相邻的贯通孔彼此接近，能够使发动机小型化。与此相伴，能够提高燃料经济性。
附图说明
图1是例示本发明的密封垫的第一实施方式的立体图。
图2是图1的密封垫的主要部分的俯视图。
图3是以图1的箭头III所示的第一区域的密封构造的剖视图。
图4是以图1的箭头IV所示的第二区域的密封构造的剖视图。
图5是例示本发明的密封垫的第二实施方式的第一区域的密封构造的剖视图。
图6是例示本发明的密封垫的第二实施方式的第二区域的密封构造的剖视图。
附图标记说明
20 密封垫
24 贯通孔
30 密封构造
31 内侧端
32 外侧端
33、34 密封筋
35 第一密封部
36 第二密封部
37 两端部
38 中央部
A1 第一区域(相邻的贯通孔彼此之间的区域)
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图中，将x设为铅垂方向且为密封垫20的厚度方向(层叠方向)，将y设为与x方向正交的方向且为汽缸膛(cylinder bore)14排列的方向，将z设为与x方向以及y方向正交的方向。此外，图1～图6使尺寸变化以使得容易理解构成，尺寸并不一定与实际制造的产品的比率一致。
如图1～4所例示的那样，第一实施方式的密封垫20是组装于发动机10、并介于汽缸体11与汽缸盖12之间且由螺栓13紧固连结的汽缸盖密封垫。
如图1所例示的那样，汽缸体11形成有四个汽缸膛14、和形成于汽缸膛14的外周的水套用的水孔、润滑油用的油孔等水油孔15作为密封对象孔。未图示的活塞在上下方向上往复自如地组装在汽缸膛14的内部。在汽缸体11中，相对于一个汽缸膛14而将四个螺栓孔16形成于汽缸膛14的外周。
汽缸盖12组装有未图示的喷射器和/或进气排气门，并贯通有与汽缸体11的螺栓孔16相对应的螺栓孔17。
密封垫20朝向x方向下方依次层叠有上层21、中间层22以及下层23这三层而形成为平板状。密封垫20形成有贯通孔24～26。贯通孔24与汽缸膛14相对应，贯通孔25与水油孔15相对应，贯通孔26与螺栓孔16、17分别相对应，贯通孔24～26贯通上层21、中间层22以及下层23所有的层。多个贯通孔24在y方向上排列。密封垫20具有俯视时呈环状地围绕各贯通孔24的多个密封构造30。
如图2所例示的那样，密封构造30俯视时从环径方向的内侧端31朝向环径方向的外侧端32至少排列有两个密封筋33、34。另外，密封构造30构成为俯视时第一密封部35与第二密封部36在环周方向上配置为互相不同。
内侧端31为贯通孔24的周缘端，遍及密封构造30的环周方向的整个区域形成为圆弧状。外侧端32为在密封垫20介于汽缸体11与汽缸盖12之间且由螺栓13紧固连结了时利用密封构造30而表面压力变高的部位的环径方向的外侧端。外侧端32在第一密封部35和第二密封部36中形状不同。
密封筋33是形成于上层21以及下层23各自的筋，并配置于密封构造30的内侧端31侧，且围绕贯通孔24。密封筋34是形成于上层21以及下层23各自的筋，并配置于密封构造30的外侧端32侧，且围绕贯通孔24以及密封筋33。关于对密封筋33、34的详细的说明在后叙述。
第一密封部35是在密封构造30中存在于相邻的贯通孔24彼此之间的区域即第一区域A1的部位。第二密封部36是在密封构造30中存在于第一区域A1以外的区域的部位。
第一区域A1是由将与汽缸膛14相对应的贯通孔24的中心P1和与螺栓孔16相对应的贯通孔26的中心P2连结的螺栓轴线L1包围而成的菱形的区域。第一区域A1是基于贯通孔24的中心P1与贯通孔26的中心P2的位置关系而设定的区域。
具体而言，在围绕在y方向的两侧中的各侧相邻有贯通孔24的贯通孔24的密封构造30(图中，左侧的密封构造)中，构成为，俯视时两个第一密封部35与两个第二密封部36在环周方向上配置为互相不同。另外，在围绕仅在y方向的一侧相邻有贯通孔24的贯通孔24的密封构造30(图中，右侧的密封构造)中，构成为，俯视时一个第一密封部35与一个第二密封部36在环周方向上配置。
第一密封部35的平面形状呈随着从环周方向的两端部37朝向中央部38、外侧端32接近内侧端31而环宽变窄的形状。更具体而言，关于第一密封部35的平面形状，内侧端31形成为圆弧状，外侧端32形成为随着从两端部37接近中央部38而接近内侧端31的椭圆弧状或弓形的弧状。也就是说，呈内侧端31与外侧端32之间在两端部37分离最远、在中央部38最接近的形状。
第一密封部35的环宽(内侧端31与外侧端32之间的长度)在中央部38成为最小宽度B1并且在两端部37成为最大宽度B2。最小宽度B1成为相邻的贯通孔24彼此的最小分离距离B3的一半的宽度，最大宽度B2成为最小宽度B1的1.5倍以上且3倍以下的宽度。此外，在本说明书中“以上”、“以下”包括其边界值。
关于第一密封部35，环宽也可以在环周方向上逐级(阶梯状)地变化，但优选的是：以外侧端呈弧状的方式，其环宽随着从两端部37朝向中央部38而从最大宽度B2向最小宽度B1平滑地变化。
第一密封部35的内侧端31的圆弧长随着在z方向上排列的贯通孔26的中心P2彼此之间接近、第一区域A1的z方向上的长度变短而变短，随着中心P2彼此之间分离、第一区域A1的z方向上的长度变长而变长。对于第一密封部35的外侧端32的椭圆弧长或弓形的弧长也是同样的。
第二密封部36的平面形状呈在环周方向上与上述的两端部37的最大宽度B2相同的环宽一定的形状。第二密封部36呈圆环形状，其环宽在环周方向的整个区域成为上述的最大宽度B2。第二密封部36的圆环的弧长随着在z方向上排列的贯通孔26的中心P2彼此之间接近而变长、随着分离而变短。
如图3、图4所例示的那样，密封构造30呈在上层21以及下层23双方至少形成有两个密封筋33(33a、33b)、34(34a、34b)并且在中间层22形成有折回部39的复杂的构造。
中间层22构成为，层叠剖视时，第一板材27和第二板材28这两个朝向x方向下方依次层叠。作为构成第一板材27以及第二板材28的金属板，可例示出包含不锈钢和/或钢等铁合金的金属板、将这些金属板退火处理后得到的金属板，也可以由互相不同的金属构成。
第一板材27由板厚D1的一个金属板构成。第二板材28由板厚D2的一个金属板构成。第二板材28的板厚D2优选比第一板材27的板厚D1的二倍的厚度厚。
第一板材27，通过贯通孔24侧的周缘端29利用弯曲加工等以将第二板材28的贯通孔24侧的端部包入的方式被折回而形成有折回部39。折回部39，通过被折回的该第一板材27内包第二板材28的贯通孔24侧的周缘端而形成为索环(英文：grommet)状。
上层21以及下层23各自至少由一个金属板构成。上层21以及下层23也可以使各自的板厚不同，各自也可以由多个金属板构成。作为构成上层21以及下层23的金属板，例示有包含不锈钢等的弹性金属板。
密封筋33(33a、33b)形成于上层21以及下层23各自，俯视时呈环状，配置于比周缘端29靠环径方向内侧的位置并围绕贯通孔24。密封筋34(34a、34b)形成于上层21以及下层23各自，俯视时呈环状，配置于比周缘端29靠环径方向外侧的位置并围绕贯通孔24以及密封筋33这双方。
密封筋33遍及环周方向整周而以全筋形成。全筋是指层叠剖视时呈中央部的顶部比两端部向x方向突出的凸形状的筋。
关于形成于上层21的密封筋33a，顶部朝向x方向下方突出，关于形成于下层23的密封筋33b，顶部朝向x方向上方突出。也就是说，密封筋33a以及密封筋33b向互相接近的方向突出。另外，密封筋33a的顶部与折回部39的上端接触，密封筋33b的顶部与折回部39的下端接触。
密封筋33a以及密封筋33b在x方向上排成一列。也就是说，密封筋33a以及密封筋33b的筋宽方向即y方向的中心位置一致。
在本实施方式中，关于密封筋33，全筋的形状层叠剖视时呈等腰梯形形状，成为各自的顶部的面在x方向上相对。
密封筋33a以及密封筋33b的筋形状优选除了层叠剖视时的顶部的突出的方向以外均相同，筋高以及筋宽也优选相同。具体而言，密封筋33a以及密封筋33b以中间层22为对象轴而呈上下对称形状。
密封筋34(34a、34b)遍及环周方向整周而以半筋形成。半筋是指层叠剖视时呈两端部中的某一方的端部相对于另一方的端部向x方向突出的台阶状的筋。
关于形成于上层21的密封筋34a，外侧端32侧的端部相对于内侧端31侧的端部朝向x方向下方突出。关于形成于下层23的密封筋34b，外侧端32侧的端部相对于内侧端31侧的端部朝向x方向上方突出。也就是说，密封筋34a以及密封筋34b向互相接近的方向突出。另外，密封筋34a的顶部与中间层22的第一板材27的上端接触，密封筋34b的顶部与中间层22的第二板材28的下端分离。此外，密封筋34b在密封垫20介于汽缸体11与汽缸盖12之间并由螺栓13紧固连结了时与第二板材28的下端接触。
另外，密封筋34a以及密封筋34b在x方向上排成一列。也就是说，密封筋34a以及密封筋34b的筋宽方向即y方向的中心位置一致。
在本实施方式中，关于密封筋34a以及密封筋34b，半筋的形状层叠剖视时呈“z”字状，成为各自的突出的端部的面在x方向上相对。
密封筋34a以及密封筋34b各自的筋形状优选除了层叠剖视时顶部的突出的方向以外均相同，筋高以及筋宽也优选相同。也就是说，密封筋34a以及密封筋34b相对于中间层22呈上下对称形状。
如图3所例示的那样，在相邻的贯通孔24彼此之间的区域即第一区域A1，围绕一方的贯通孔24的密封筋34a与围绕另一方的贯通孔24的密封筋34a会合。同样地，密封筋34b彼此会合。
在本实施方式中，在包括第一区域A1的中央部(第一密封部35的中央部38)的区域中，密封筋34a彼此会合，形成顶部朝向x方向下方突出的一个全筋。另外，密封筋34b彼此会合，形成顶部朝向x方向上方突出的一个全筋。也就是说，在第一区域A1的中央部中，外侧端32在y方向上相邻，层叠剖视时在上下方向上形成有两个全筋。
图3所例示的密封构造30的第一密封部35的层叠截面形状呈将图4所例示的第二密封部36的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。
在图中，H1表示第一密封部35以及第二密封部36的高度，H2表示上层21的高度，H3表示中间层22的高度，H4表示下层23的高度。
另外，B4～B8表示第一密封部35的环径方向的宽度或距离，B4表示从内侧端31到密封筋33的开始点的距离，B5表示密封筋33的筋宽，B6表示密封筋33与密封筋34之间的距离，B7表示密封筋34的筋宽，B8表示从内侧端31到周缘端29的折回宽度。
B9～B13表示第二密封部36的环径方向的宽度或距离，B9表示从内侧端31到密封筋33的开始点的距离，B10表示密封筋33的筋宽，B11表示密封筋33与密封筋34之间的距离，B12表示密封筋34的筋宽，B13表示从内侧端31到周缘端29的折回宽度。
在对第一密封部35的层叠截面形状与第二密封部36的层叠截面形状进行比较时，x方向的高度(H1～H4)相等。另一方面，第一密封部35的y方向的距离或宽度(B4～B8)比第二密封部36的y方向的距离或宽度(B9～B13)短。另外，第一密封部35的y方向的距离或宽度之比(B4:B5:B6:B7:B8)与第二密封部36的y方向的距离或宽度之比(B9:B10:B11:B12:B13)相等。
如上所述，密封垫20为如下构成：存在于第一区域A1的第一密封部35的外侧端32接近上述第一密封部35的内侧端31，使第一密封部35的层叠截面形状为将第二密封部36的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。因此，密封垫20能够通过第一密封部35和第二密封部36使构造复杂而提高密封性能、并且与随着贯通孔24彼此接近而变窄的第一区域A1相应地缩窄第一密封部35。由此，有利于切实地防止往来于贯通孔24彼此的流体的泄漏并使相邻的贯通孔24彼此接近，能够使发动机小型化。与此相伴，能够提高燃料经济性。
密封垫20俯视时，第一密封部35的内侧端31形成为圆弧状，外侧端32形成为椭圆弧状或弓形的弧状。也就是说，随着从第一密封部35的环周方向的两端部37朝向中央部38而使外侧端32平滑地接近内侧端31。因此，能够随着从第一密封部35的环周方向的两端部37朝向中央部38而平滑地提高密封筋33、34以及折回部39的刚性。由此，通过平滑地提高刚性从而有利于补充随着缩窄层叠截面形状而下降的表面压力，能够使环周方向上的表面压力均匀化。
密封垫20具备从内侧端31朝向外侧端32至少排列有两个密封筋33、34的密封构造30。因此，能够切实地通过外侧的密封筋34防止如下情况：在因汽缸盖提升而发生贯通孔24的周缘的表面压力下降的事态、在汽缸膛14燃烧了的气体穿过了内侧的密封筋33时，气体的燃烧压力减压，该压力被减压了的气体通过。这样，通过作为密封构造30而设为复杂的构造，有利于密封性能的提高。
此外，作为贯通孔24的周缘的表面压力下降的事态，除了在本实施方式中例示了的汽缸盖提升以外，还可例示由运转中的冷热的影响导致的汽缸体11和/或汽缸盖12的变形。
另外，密封垫20通过在中间层22形成折回部39，有利于提高密封构造30的内侧端31侧的表面压力，能够有效地抑制贯通孔24的周缘的表面压力下降的事态发生了时的密封筋33的表面压力的下降。
此外，密封垫20通过在贯通孔24彼此之间的第一区域A1使密封筋34彼此会合而形成为全筋，从而即使在第一区域A1使用复杂的构造的密封构造30，也能够缩窄相邻的贯通孔24彼此之间，有利于发动机的小型化。
图5、图6所例示的第二实施方式的密封垫20相对于第一实施方式，中间层22的构成不同。该实施方式的中间层22由一个垫片(英文：shim)构成，该垫片不从密封构造30向环径方向外侧延伸。
这样，密封构造30只要从内侧端31朝向外侧端32至少排列有两个密封筋33、34即可，也可以不设置折回部。另外，中间层22也可以由仅存在于密封构造30的垫片构成。
在前述的实施方式中，在与水油孔相对应的贯通孔25接近贯通孔24的情况下，也可以将贯通孔25作为另一方的贯通孔，将贯通孔24与贯通孔25之间作为第一区域A1，在围绕贯通孔25的密封构造形成第一密封部以及第二密封部。
在前述的实施方式中，对在中间层22中将第一板材27层叠于上侧、将第二板材28层叠于下侧的例子进行了说明，但中间层22也可以上下颠倒。另外，也可以是：在密封筋33中，使形成于上层21的密封筋33a的顶部朝向x方向上方突出，使形成于下层23的密封筋33b的顶部朝向x方向下方突出。在该情况下，最好使形成于上层21的密封筋34a的顶部朝向x方向上方突出、使密封筋34b的顶部朝向x方向下方突出。
关于密封筋33、34的层叠剖视时的形状，没有特别限定。在密封筋33、34为全筋的情况下，层叠剖视时也可以呈圆弧状和/或三角形状。另外，在密封筋33、34为半筋的情况下，层叠剖视时也可以呈“s”字状。
在前述的实施方式中，在贯通孔24彼此之间最窄的部位，使密封筋34彼此会合，但也可以增长使密封筋彼此会合的长度。具体而言，俯视时，最好是使得会合了的全筋从中央部38沿z方向延伸地将会合了的全筋形成为直线状。

Claims (5)

1.一种密封垫，通过多个金属板层叠而成，具备在一个方向上排列的多个贯通孔和呈环状地围绕该贯通孔的密封构造，其特征在于，
所述密封构造俯视时从所述密封构造的内侧端朝向所述密封构造的外侧端至少排列有两个密封筋，且存在于相邻的所述贯通孔彼此之间的区域的第一密封部与存在于所述区域以外的区域的第二密封部在环周方向上配置为互相不同，
所述第一密封部的平面形状呈随着从环周方向的两端部朝向环周方向的中央部、所述外侧端接近所述内侧端而环宽变窄的形状，所述第二密封部的平面形状呈在环周方向上环宽一定的形状，所述第一密封部的环周方向的端部的环宽与所述第二密封部的环宽相等，所述第一密封部的环周方向的中央部的环宽比所述第一密封部的环周方向的端部的环宽和所述第二密封部的环宽这两者的环宽都窄，
所述第一密封部的层叠截面形状呈将所述第二密封部的层叠截面形状仅在环径方向上缩小所得到的形状。
2.根据权利要求1所述的密封垫，
所述第一密封部俯视时，所述内侧端形成为圆弧状，所述外侧端形成为椭圆弧状或弓形的弧状。
3.根据权利要求1所述的密封垫，
所述第一密封部的环宽的最小宽度为相邻的所述贯通孔彼此之间的最小分离距离的一半，所述第一密封部的最大宽度为该最小宽度的1.5倍以上且3倍以下。
4.根据权利要求2所述的密封垫，
所述第一密封部的环宽的最小宽度为相邻的所述贯通孔彼此之间的最小分离距离的一半，所述第一密封部的最大宽度为该最小宽度的1.5倍以上且3倍以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封垫，
所述密封构造具有形成于环径方向的外侧的半筋和形成于该半筋的内侧的全筋，在相邻的所述贯通孔彼此之间的区域，围绕一方的所述贯通孔的半筋与围绕另一方的所述贯通孔的半筋会合而形成全筋。
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