具有压缩限制结构的垫片的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多层垫片，其包括分别具有一孔的第一和第二功能层。各功能层分别包括一压缩凸棱，并且当垫片被压紧在气缸盖和发动机缸体之间时，两个压缩凸棱相互接触并相互抵压密封。至少一个功能层包括一设置在压缩凸棱与孔之间的限位结构。该限位结构具有包括多个周向隔开的齿的齿轮状形状。各齿从一平面向上延伸一段距离，该距离小于两个压缩凸棱的高度之和。当垫片被压紧在气缸盖与发动机缸体之间时，该限位结构确保两个压缩凸棱保持相对彼此弹性偏压并保持气密密封。
【专利说明】具有压缩限制结构的垫片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在两个待夹紧在一起的元件之间建立气密密封的静态垫片，尤其涉及多层垫片，例如气缸盖垫片。
【背景技术】
[0002]在两个待夹紧在一起的元件(例如气缸盖和发动机缸体)之间建立气密密封时，通常采用具有多层的静态气缸盖垫片。一般地，多层垫片的至少一个层(有时称为功能层)具有压缩凸棱以建立液密密封。另一个层(有时称为间隔层)设置为邻接该功能层，以通过压缩该功能层的压缩凸棱来建立气密密封。遗憾的是，当将气缸盖紧固至发动机缸体时，压缩凸棱可能被过度压缩且被基本压平。如果压缩凸棱被过度压缩，则除了会失去其保持气密密封的能力之外，在初始夹紧期间或者在使用时，还可能在压缩凸棱的区域内产生疲劳裂纹。如果产生了，则疲劳裂纹最终将降低静态垫片保持气密密封的能力，从而缩短发动机的寿命并降低发动机的性能。
[0003]一些垫片制造商开始生产包括压缩限制结构的多层垫片，以防止压缩凸棱在垫片被压紧在气缸盖与发动机缸体之间时被压平。这些压缩限制结构通常为额外的部件，并且要么可能制造成本高，要么可能完全防止压缩凸棱压平。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面提供了一种多层垫片，其用于在第一兀件与第二兀件之间建立液密密封，该垫片包括一呈限位结构形式的压缩限制结构，以防止压缩凸棱在垫片被压紧在第一元件(例如发动机缸体)与第二元件(例如气缸盖)之间时被完全压平。该垫片具有一个或多个层，且限位结构具有齿轮状形状，并通过模压工艺与其中一个层一体成型。齿轮状限位结构的各个齿分别从一平面向上延伸一段距离，如果垫片具有单层时，则该距离小于压缩凸棱的高度，或者如果垫片具有多层时，则该距离小于压缩凸棱的高度之和。因此，即使气缸盖过载地压在发动机缸体上，压缩凸棱均自该平面向上延伸并保持相对于彼此弹性偏压。这样，确保了压缩凸棱保持相对彼此的大致恒定的、较高的密封压力，从而提供并保持了围绕缸膛圆周的气密密封。除了保持围绕缸膛的期望气密密封外，只要不被过度压紧且被完全压平，压缩凸棱便不会在装配期间以及使用时产生过早的疲劳裂纹。因此，即使气缸盖过载地压在发动机缸体上，也只需花费很少的额外成本，即可保护垫片使压缩凸棱不被完全压平。
[0005]根据本发明的另一方面，齿的高度、径向长度、宽度、周向间隔和/或方向均可围绕孔变化。通过改变这些参数的任意组合，可以得到围绕孔的压缩凸棱之间的非均匀的压力分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本发明的上述及其他方面、特征和优点将更加容易领会和理解，其中:
[0007]图1是设置在气缸盖与发动机缸体之间的已知垫片的分解图；
[0008]图2是已知多层垫片的局部立体图；
[0009]图3是邻近发动机缸体设置的典型多层垫片的局部分解图；
[0010]图4是垫片的第一个实施例的局部分解图；
[0011]图5是垫片的第二个实施例的局部分解图；
[0012]图6是垫片的第三个实施例的第二功能层的局部俯视图；
[0013]图7是垫片的第四个实施例的第二功能层的局部俯视图；
[0014]图8是垫片的第五个实施例的第二功能层的局部俯视图；
[0015]图9是垫片的第六个实施例的第二功能层的局部俯视图；
[0016]图10是垫片的第七个实施例的剖视图；以及
[0017]图11是垫片的第八个实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0018]参阅附图，在所有附图中，相似的附图标记指示相应的部件，图3中主要示出了用于在气缸盖(未示出)和发动机缸体22之间建立密封的垫片20。该典型的垫片20包括多个大的、大致呈圆形的孔24，这些孔24与发动机缸体22中的缸膛26对应。正如本领域普通技术人员理解的，垫片20还包括多个小孔28，以允许螺栓或紧固件延伸穿过该垫片，或者允许冷却剂在发动机缸体22与气缸盖之间流动。虽然该典型的垫片20是在内燃机中使用的气缸盖垫片，但应该理解，该垫片20可以用于密封任何期望的部件,而不只是密封气缸盖和发动机缸体22。此外，虽然附图中示出的以及下文讨论的实施例均具有两层，但应该理解，该垫片可以包括任意期望数量的层，包括一层。
[0019]图4示出了垫片20的第一个实施例。该垫片20包括第一功能层30和第二功能层32，第一功能层30和第二功能层30相互重叠并且在它们的最外边缘通过例如焊接、钎焊或铆钉相互固定。正如本领域普通技术人员理解的，各功能层30、32还分别具有用于界定上述其中一个孔24的内边缘34、35。
[0020]各功能层30、32还包括一压缩凸棱36、37、一主体部分40、41以及一内边缘部分42、43。压缩凸棱36、37与内边缘34、35径向隔开并且周向围绕内边缘34、35。各主体部分40、41沿平面38、39延伸，且压缩凸棱36、37自平面38、39向上延伸。内边缘部分42、43在内边缘34、35与压缩凸棱36、37之间延伸，并且大致与主本体部分40、41成一平面。功能层30、32优选由弹性材料(例如弹簧钢)制成，并且可以具有任意期望的厚度。正如本领域普通技术人员理解的，压缩凸棱36、37优选通过模压工艺形成在功能层36、37上。如图4所示，功能层30、32设置为使前述的压缩凸棱36、37相互对置。因此，当垫片20被压紧在发动机缸体22与气缸盖之间时，压缩凸棱36、37相互连接，以便于围绕缸膛24气密密封，从而防止燃烧液体或气体从气缸盖与发动机缸体22之间的缸膛24溢出。
[0021]相比于第一功能层30，第二功能层32还包括设置在压缩凸棱37与内边缘35之间的内边缘部分43上的限位结构44，以防止压缩凸棱36、37在气缸盖与发动机缸体22之间被完成压平，这在下文中将进一步详细讨论。限位结构44周向围绕孔24并具有大致呈齿轮状的形状，并且包括多个周向隔开的齿46，这些齿46自平面39向外延伸一段距离，该距离小于压缩凸棱36、37的高度之和(combined heights)。因此，当垫片20被压紧在气缸盖与发动机缸体22之间时，压缩凸棱36、37可以相互接触并相互抵压密封。
[0022]限位结构44是与第二功能层32 —体的结构，并优选通过模压工艺制成，这与压缩凸棱36类似。齿46的形状和曲面给压缩凸棱36提供了很大的阻力以防止压平，从而，当垫片20被压紧在气缸盖与发动机缸体22之间时，齿46与第一功能层30的内边缘部分42接触，并使得两个内部边缘42、43保持分离。因而，压缩凸棱36、37均不可能被对方完全压平。因此，压缩凸棱36、37均自平面38、39向上延伸，并且即使气缸盖过载地压在发动机缸体22上，也能保持相对于彼此弹性偏压。这样一来，确保了压缩凸棱36、37保持相对彼此的大致恒定的、较高的密封压力，从而提供并保持围绕缸膛26的圆周的气密密封。除了保持围绕缸膛26的期望气密密封以外，只要不被过度压紧且被完全压平，压缩凸棱36、37便不会在装配期间以及使用时产生过早的疲劳裂纹。此外，限位结构44本身提供额外的密封层，这进一步提高了垫片20的密封能力，并且还起到了防火挡板的作用，可以限制压缩凸棱36、37暴露于缸膛内的燃烧火焰中。所有这些额外的优点均以最低的成本实现，这是因为不需要额外的部件且限位结构44可以通过模压工艺便宜地且快速地增设在垫片20上。
[0023]在图4的典型垫片20中，齿46彼此之间具有大致均匀的周向间隔，并且均自平面39向上隆起相似的高度。此外，所有齿46均朝向压缩凸棱37径向延伸相似的距离。如果期望围绕缸膛26圆周的密封大致均匀，这样的限位结构44可能是优选的。然而，正如在下文中进一步详细讨论的，如果需要，这些参数中的每一个均可以改变，以使垫片20提供围绕缸膛26的非均匀的密封压力。例如，在需要较小密封压力的区域，齿46之间可能需要更宽的间隔，在需要较大密封压力的区域，齿46之间可能需要更小的间隔。
[0024]现在参阅图5，示出了根据另一个实施例构造的垫片120。与前述垫片20相似，该垫片120包括第一和第二功能层130、132，各功能层分别具有一压缩凸棱136、137。第二功能层132还具有一限位结构144，该限位结构包括多个设置在内边缘部分143中的齿146。如虚线所示，与位于剖开横截面的齿146相比，另外一些齿146在平面139上隆起不同的高度。具有不同高度的齿146将对施加在孔124周围的压缩凸棱136、137之间的压力的均匀性造成影响。特别地，如果齿146越短，则施加在压缩凸棱136、137之间的压力越大，反之，如果齿146越大，则施加在压缩凸棱136、137之间的压力越小。
[0025]现在参阅图6，示出了根据又另一个实施例构造的垫片220的第二功能层232。类似于前述的垫片20、120，压缩凸棱237周向围绕各孔224，且限位结构244设置在内边缘243与压缩凸棱237之间的内边缘部分242上。在该实施例中，限位结构244的齿246具有不同的周向间隔、不同的宽度，并且它们朝向压缩凸棱237径向延伸不同的距离。
[0026]图7示出了根据另一个实施例构造的垫片320的第二功能层332。在该垫片320中，限位结构344的齿346大致均匀地彼此周向隔开，但是朝向压缩凸棱337径向延伸彼此不同的距离。如上文讨论的，这可以对压缩凸棱337之间的均匀密封压力造成影响。
[0027]图8主要示出了根据又另一个实施例构造的垫片420的第二功能层432。与限位结构44、144、244和344相比，限位结构444的齿446朝向孔424向内延伸而不是朝向压缩凸棱437延伸。这是限位结构444在保持其用于防止压缩凸棱437被压平的能力的情况下，可以如何修改该限位结构444的又另一个实例。
[0028]图9示出了根据又另一个实施例构造的垫片520的第二功能层532。垫片520不同于前述的垫片20、120、220、320和420，因为限位结构544的齿546时而朝向孔524延伸，时而朝向压缩凸棱537延伸。应该理解，为了形成具有特殊密封性能的垫片520，齿546可以呈现任何期望的形式。例如，可能需要每隔一个朝向孔524延伸的齿546，设有两个朝向压缩凸棱537延伸的齿546。
[0029]现在参阅图10，示出了根据进一步的实施例构造的垫片620的剖视图。该实施例不同于前述的垫片20、120、220、320、420和520，因为第一和第二功能层630、632均具有设置在它们各自的内边缘部分642、643的限位结构644、645。这样的垫片620可能是有利的，因为功能层630、632均具有彼此镜像的外形。在该实施例中，齿646、647的高度之和小于压缩凸棱636、637的高度之和，以使垫片620在被压紧在气缸盖与发动机缸体之间时，压缩凸棱636、637相互接触并相互密封抵压。
[0030]现在参阅图11，示出了垫片720的又另一个实施例，在该实施例中，功能层730、732的齿轮齿746、747相互交错，即，第一功能层730的齿轮齿朝向孔724径向向内延伸，且第二功能层732的齿轮齿747朝向压缩凸棱736径向向外延伸。由于齿746、747相互交错，各齿应该具有小于压缩凸棱736、737的高度之和的高度。使齿746、747交错可以带来这样的效果，即，加固限位结构744和/或提高其防止燃烧气体到达压缩凸棱736、737的能力。
[0031]应该理解，除了此处示出的形式外，垫片还可以呈现很多的形式。例如，除了具有朝向彼此的压缩凸棱外，它们也可以朝向相同的方向并以嵌套关系相互密封。此外，垫片可以包括任意数量的功能层，并且如果需要，还可以包括一个或多个间隔层(未示出)。
[0032]显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求和最终获得授权的权利要求的范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。
【权利要求】
1.一种多层垫片，其用于在第一元件与第二元件之间建立液密密封，其特征在于，包括: 至少第一功能层，其具有至少一个孔和至少一个压缩凸棱，该压缩凸棱自所述至少第一功能层的一平面向外突出一段预定的距离，并且周向围绕所述至少一个孔延伸且与所述至少一个孔隔开； 至少第二层，其覆盖在所述至少第一功能层上，并具有至少一个与所述至少第一功能层的所述至少一个孔对齐的孔；以及 其中，所述至少第一和第二层中的至少一个包括一限位结构，该限位结构围绕所述对齐的孔，并具有多个周向隔开的齿，所述齿自所述平面向外延伸一段距离，该距离小于所述压缩凸棱的所述预定的距离，以限制所述压缩凸棱压缩。
2.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述防火壁的所述齿朝向所述对齐的孔径向向内延伸。
3.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述防火壁的所述齿朝向所述压缩凸棱径向向外延伸。
4.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，多个所述齿朝向所述对齐的孔径向向内延伸，并且多个所述齿朝向所述压缩凸棱径向向外延伸。
5.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述齿彼此径向延伸不同的距离。
6.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述齿彼此周向间隔不同的距离。
7.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述齿具有不同的宽度。
8.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述层均包括一防火壁，该防火壁周向围绕所述孔并包括多个周向隔开的齿，所述齿自所述平面向外延伸一段距离，该距离小于所述压缩凸棱的所述预定的距离，以防止所述压缩凸棱在所述第一和第二元件之间被完全压平。
9.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述周向隔开的齿相互连接成整体。
10.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述压缩凸棱被凸压在所述第一功能层上。
11.根据权利10所述的多层垫片，其特征在于，所述限位结构被凸压在所述第一功能层上。
12.根据权利I所述的多层垫片，其特征在于，所述层均包括一周向围绕所述对齐的孔的压缩凸棱。
13.根据权利12所述的多层垫片，其特征在于，各所述层分别包括一限位结构，该限位结构包括多个齿。
14.根据权利13所述的多层垫片，其特征在于，所述第一和第二层的所述齿的高度之和小于所述第一和第二层的所述压缩凸棱的高度之和。
【文档编号】F16J15/08GK104204630SQ201280071912
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】马尔钦·弗龙奇, 吉姆·兹维克, 爱德华·莱斯纳 申请人:费德罗-莫格尔公司