专利名称：气缸盖密封垫，特别是用于内燃发动机的气缸盖密封垫及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种气缸盖密封垫，特别是用于内燃发动机的，也涉及相应的制造方法。
许多类型的气缸盖密封垫是公知的，其主要分成两种，即纤维密封垫和金属密封垫，更准确说是金属-橡胶密封垫。
纤维密封垫，构成市场的主要部分，包括金属加强层，特别是具有点或凸缘的金属片材;以可压缩纤维材料的卡纸为基础的包覆，其紧盖到所述片材的点上;和各种类型的加强件，特别是局部形变和/或接合装置和/或嵌入物。
这样的密封垫具有重要的优点，即允许夹紧力的良好分布，由此能够减小加强件的密封垫的其他部件之间强度上的差异。
然而，这些具有盖紧件的密封垫不是完全令人满意的。
首先，包覆是以半成品材料的形式被制造的，需要产品处理;使用大量的各种卡纸;这些卡纸接收的检查和成品检查。
由于涉及到包覆厚度的密封特性并因而密封垫包括该包覆，这就易受到批评。
进而，加强件的安装必须借助于专门技术来获得，即粘结，在把密封垫安装到发动机上之前嵌入物同接合装置相结合或限制其只处于嵌入物的位置上的保持的效用，先于包覆安装的在金属部件上的点焊，例如。
气缸盖密封垫也保证了相应冷却和润滑流体回路的密封，并且，在密封垫具有盖紧件的情况下，经常必须使用网板印刷工序。具有盖紧件的这些密封垫必须经常受附加的处理，例如浸渍或涂漆。
可以用各种方法制造金属密封垫，更准确说是金属-橡胶密封垫，并且第一种类型的密封垫是公知的，其包括许多重叠的预先切断的片材，具有接合装置或在与气缸相对应的口的周围夹紧，及铸造橡胶卷边。
这样以公知的方法借助金属的装置获得气密性密封，其保证良好的弹性恢复特性，零蠕变和好的热性能。
由铸造的橡胶卷边获得液密性的密封。
在理论上，这样的密封垫允许把气缸盖夹到气缸体上所需要的力有一个重要的减小，因为接触压力只被局限于密封是必需的区域中。
然而，如果夹紧支承或推力件不合理地安置在密封垫的周围则接合装置和橡胶卷边之间强度上的差异使得该装配变成困难的。
在这种情况下，压力的分布是很不连续的，则在气缸盖上产生很大的应力集中，然而，该设计是目前夹紧力中允许减小的可能性的基础。
由于涉及到液密性密封，在铸造是高质量的条件下它是完美的，实际上，由于没有二级密封，一些缺陷产生泄漏，铸造的卷边只构成障碍。
在另一方面，防气体的密封是优秀的，这是因为使用接合装置或卷边的布置经过试验证明是有用的。
目前在市场上有另一类型的金属/橡胶密封垫。
这种类型的密封垫包括一选用薄橡胶外套包住的片材，其在厚度上为一毫米的百分之几，尤其是从腈族中选出。
在这种情况下，夹紧力以类似于纤维密封垫的方式非常均匀地分布在密封垫的面积上。
通过在相对于内腔的开口的区域中该迭片材的边缘形变获得气密性的密封。
在这种情况下，由于腈橡胶的轻微蠕变允许获得接合装置的良好适应性，则该气密性密封是良好的。
在另一方面，这种类型的密封垫具有一些缺点。实际上，由于橡胶以非常薄的层被附着这就允许给液体提供相当长的泄漏通道，这给这种类型的密封垫以良好的液密性密封，但却不允许高粗糙度的吸收，进而，接合平面必须完全用机械加工以具有非常好的表面状态。
然而，由于这些橡胶在厚层中变得易碎，改变附着的橡胶层的厚度是不可能的，并且在一些条件下，在该迭的各片材之间橡胶不会渗入。各片材因此而不能由只具有密封作用的橡胶相互粘结起来。
进而，由于这些片材是平滑的，就没有弹性作用并且这样的密封垫所需要的适应性是非常贫乏的。
我们记得腈橡胶的沉淀是精细的，在一薄层中使用的时候，就不能由铸造制成，这进一步限制了它的适应性。
最后，这样的密封垫不容易允许局部地变化强度，以使密封垫是完全匀均的并且用一压力夹紧在接合装置外边，该压力匀均地分布在其面积上，除了相应回路的区域中的凸条边缘上之外。
本发明的一个目的是克服上述气缸盖密封垫的缺陷并提供附加的优点。
实际上，根据本发明的气缸盖密封垫允许在遍及密封垫的面积上夹紧力有优良的分布，而且允许局部地变化该力，该密封垫也允许避免网板印刷和纤维密封垫的一系列处理以提供液型密封，由于它具有双倍密封，即初级和二级密封，关于流体具有最大的泄漏路径。而且它导致了由橡胶铸造获得的单片密封垫的条件，由此改进的安装是简易的。该密封垫具有非常精确的公差并导致了夹紧厚度的非常精密的观察。
进而，密封垫可以用所有公知的接合或卷边系统装备以提供气密性密封，这种布置是可靠的并经过试验证明质量不必怀疑。
撇开精密性不说，制造不需要专门设备，步骤的数量也减少了，用各种金属片材制成的密封垫都能完全粘结成一体。
该密封垫也具有很好地防止“磨损”现象的优点，并且由于橡胶的蠕变，它也能吸收接合面的高粗糙度，其给它一个高的能力以自己整形为压痕。
在制造过程中，简单的重量控制允许检查密封垫所有的组成部分被装配，并且通过利用橡胶结构的颜色的优点，有可能区别气缸盖密封垫的不同厚度以提供密封给相同的发动机，例如柴油发动机。
而且，本发明还具有传统的金属/橡胶气缸盖密封垫和相应的制造方法。
根据本发明的气缸盖密封垫，特别是用于内燃发动机，包括由同橡胶材料结合的至少一个金属片材所构成的加强层，并且特别是具有对应于发动机气缸;对应于相应冷却和润滑流体回路;和对应于夹紧双端螺栓的开孔，所述气缸盖密封垫的特征在于它包括分布于所述密封垫面积上至少一部分的弹性支承或推力件。
根据本发明的另一个特征，加强层被包埋在橡胶材料中以构成密封垫。
根据本发明的一个专门的实施例，分布的弹性支承件包括在单个片材或多个片材中具有的弹性形变，其是从所述单个片材或所述每个多个片材的每一边突出。
根据本发明的另一个特征，在单个片材或多个片材中具有的弹性形变相对于单片或每个多片的中央平面是对称的。
根据另一个特征，加强层包括一组重迭的片材，其中至少一个具有分布的弹性支承件，而其余的片材是平滑的。
本发明的另一个特征是加强层的片材中的至少一个包括至少一个被局限的孔以允许在该孔的区域中调节密封垫的厚度。
在本发明的一个特殊的实施例中，加强层的片材具有可变的厚度。
尤其是片材预先加工硬化的片材，其中已经被切断并叠成薄片状或带状部分，然后其通过压缩被整形或校准以便于获得S形形变，这些薄片部具有良好的弹性特性。
根据一个特殊的实施例，密封垫包括至少一个加强件，该加强件安置在对于气缸的每个开孔周围区域中，并且尤其是提供局部地提高经受外力的能力。
根据本发明的另一个特征，加强件是单片材或多片材的局部形变以构成加强层和/或接合装置。
根据一个特殊的实施例，加强件是嵌入型式的附加部件。
根据另一个特征，加强层的片材用橡胶材料粘结在一起以构成包覆。
气缸密封垫也具有下列特征附加部件构成的加强件由包覆的橡胶材料被粘结成加强层。
进而，尤其是在对应与相应回路的开孔区域中，包覆包括橡胶材料的局部较厚密封部分。
进而，包覆具有可变的厚度以便于在发动机运行期间容纳气缸盖和气缸体的不同形变。
根据本发明的另一个实施例，包覆至少在其两边中的一边上包括压痕以便于改进气缸盖和气缸体的接合面轮廓的匹配。
根据本发明的一个特殊实施例，橡胶材料具有低的动粘度，并尤其是从硅酮族中选出以便于允许充满各个空隙。
根据本发明的用于制造气缸盖密封垫的方法包括下列步骤至少使一个具有将要制造的密封垫的形状的片材发生形变，在其平面的每一边上，以生成具有分布弹性支承件的加强层;
任意堆叠许多片材;
任意放置加强件;
沉淀橡胶材料的包覆。
根据本发明的一个特殊实施例，该方法包括为了获得单片材的形变的目的，尤其是用切断和折叠来制出薄片部，用压缩来整形或校准单片材或多片材提供弹性薄片部，以便于给单片材或多片材一个大于形变前片材的额定厚度的自由厚度，薄片部由此在负载下以弹簧的方式起作用。
根据本发明的一个特殊的实施例，其方法包括在加强层包括一个加强件和/或由铸造获得的包覆的沉淀的情况下，将所述加强件放置到需要的位置上，没有预先形变，在铸模中同加强层一起，并且借助于铸造闭合压力和铸模的型面在铸造中自己形成所需的形变。
现在通过参照附图来对本发明进行说明。
图1是根据本发明的用于制造气缸盖密封垫的片材局部截面图;
图2是根据本发明的气缸盖密封垫的局部截面图;
图3是根据本发明的气缸盖密封垫的另一个实施例的局部截面图，具有层叠的片材;
图4是气缸盖密封垫的一个实施例的局部截面图，具有一个接合装置围绕着对应于发动机气缸口安装在片材的先前周边形变上;
图5和图6是根据本发明的用于生产气缸盖密封的部分方法的简图;
图7简要地表示出根据本发明的气缸盖密封垫的薄片部分，以说明其特性;
图8是根据本发明的气缸盖密封垫的顶视图;和图9是沿图8的线9-9的截面图。
图1表示出具有包括薄片或带部12的片材10的加强层8。这些薄片部通过一个冲压处理在片材中被切断并以这种方式形变以在薄片部的最下部产生第一形变14，然后他们通过压缩而被整形或校准以便于在此以另一方向给出第二形变16。
由于校准后的薄片部保持塑性形变以与实际上的S形剖面一致则额定厚度e成为自由的厚度E，因而具有双倍形变。
薄片部以对称的方式分布在片材的每一边，每个薄片部实际上由两个面对着的舌片18构成。这些舌片的切断形状在平面图中实际上是矩形的。
在图1中用阴影线部分的表面表示片材，并且用实线表示第一平行行的薄片部20，第三行的薄片部22平行于这部分平面的薄片部的行。这些薄片部实际上以交错的关系布置。
该片材通常是一片经加工硬化后的金属，其经过一个特殊的处理以提供优良的弹性性能。
另一方面，通过压缩使其受到整形或校准，允许把接合件转化为弹性薄片部从而形成为许多恢复弹簧。
在图2中，通过利用具有带的片材并且经述图1的校准以制造出本发明的气缸盖密封垫。
气缸盖密封垫22包括具有薄片部和经校准的片材10，构成的加强层8，和由橡胶基体25形成的包覆24。
在图2中，气缸盖密封垫安装在气缸体11上，并且表示出带有一个与发动机气缸相对应的开口13。
进而，同开口13成一直线，气缸盖密封垫22包括一公知型式的C形截面接合装置。
所获得的气缸盖密封垫的加强层8被包在包覆24的橡胶基体25中。
全部薄片部构成分布的弹性支承件28。
用于制造该密封垫的方法包括下列步骤该片材发生形变以便于制成薄片部以构成分布的弹性支承件28。
把加强件(即接合装置26)放置到位，及沉积橡胶材料的包覆24。
该沉积最好通过浇铸和注入橡胶来获得。
同样地，由于为填塞该浇铸的力的作用在浇铸工序中加强件同时被形变了，如下面将描述的那样。
关于薄片部，他们可以仅仅通过一个压制工序来产生并且然后被引入一个校准或整形机器中。
图7在其前部图示出了一个薄片部12，并且在其后部图示出一个薄片部22。包覆24的橡胶基体25也被图示出来了。
每个舌片18的S形形变提供了类似于恢复弹簧的弹性特性。
由于这些舌片最好是对称的，分布的弹性支承或推力件以均匀的方式在气缸体和气缸盖接合平面相关的密封垫的每一边上起作用。
当施加一个夹紧力时，密封垫被挤紧，由分布的弹性支承件而将该力承担在密封垫的所有面积上，而在公知的方式中，其是通过大量的回复弹簧以均匀的方式分布在除接合装置区域之外的地方以吸收该力的大约50%。
橡胶在很小程度上分担该所得到的力，在另一方面，下面将指出其是分布在舌片之间;厚度e和厚度E之间;及舌片的顶部，以一非常薄的层。
该层没有特殊的作用，在另一方面，它表明从一边或另一边嵌入的每对舌片被橡胶围绕，如一平面，以对相应的流体提供给该密封垫最大的泄漏路径。
进而，借助一个公知型的加强件来获得的气密性密封，例如一接合装置，是高质量的，这些布置经试验证明超过一个长的时期。
而且，大量的接合件的存在允许有好的适应性。由于通过橡胶的接合件允许一个有效的预先置位。新的接合装置可以想象。
图3表示出一个由具有多片(即两片34，36)的加强层30组成的气缸盖密封垫32的实施例。
这些片材具有薄片部，并且以类似于上述片材10的方式被校准。
在这种条件下，安装接合件38以同时夹住两个片材，这些片材被形变。包覆39的橡胶基体37不但复盖住了迭放的片材的两边而且渗入到两片材之间并且然后将它们结合在一起。
同样，接合装置在其边缘被接合，另一方面，由于加强层上的接合装置的剩余夹紧力大于注入压力而防止其通过，则橡胶不会渗入接合装置内部。
在气缸盖密封垫具有多个片材的情况下，每个片材可以这样切断以使在那儿局部地只保持一个片材，或者相反地，多个嵌入型式可以布置在片材之间以局部地提高强度。
用铸造来制造包覆，就具有单片材的密封垫来说，并且，为了改进与接合平面的型面的配合，包覆的表面具有压痕，例如在一杯形中。
在图4中，密封垫40包括了由一迭三个片材42、43、44构成的加强层41，中间的片材43是平滑的片材而最上层和最下层的片材42、44是具有薄片部的形式并被校准。
在与发动机气缸相对应的开口13的周围该迭片材发生形变，最上层和最下层片材每个都包括一个突起46。
该迭片材被埋在橡胶基体49中，除密封之外还保证这三个片材结合在一起。作为一个例子所描述的该实施例可以布置成具有目前公知的所有型式的接合装置，尽管它只涉及单个形变;具有双C形剖面的接合装置;具有一个中间嵌入物或具有以垫圈形式附加的嵌入物的一迭三个片材。
图5和图6表示出根据本发明的用于制造气缸盖密封垫的专门方法中两个不同步骤。
实际上，构成加强层50的一迭三个片材51，52，53被放在铸模54中，该铸模54的面55和56分别具有一个槽57和一个相对的突起58。构成接合装置59的加强件被布置在三个片材51，52和53的区域中的铸模内而没有形变。
当铸模象图6所示那样闭合的时候，加强件，在目前情况下的接合装置59，产生形变并且适合于突起58和槽57所限定的型面。
现在必须注入橡胶以将片材结合在一起并紧靠着上述片材的边缘保持接合装置。
考虑到铸模的制造的高精密度，接合装置必须以非常精确的公差放置。
图8表示出从上看的气缸盖密封垫32，其具有与气缸相对应的开口13，接合装置38和包覆39。
在图8中还表示出了对应于夹紧双端螺栓的通道的开孔80，及对应于相应流体(即冷却或润滑流体)回路的通道的开孔81，同一些特殊的凹槽82在一起。
该气缸盖密封垫在图9中所表示的截面是沿图8中的线9-9所截的面。
本发明允许在开孔81的区域中，与相应回路相对应，提供用于流体的特殊密封垫。
实际上，由于铸造工序，橡胶附着在相应回路的开孔周围以形成一个附加的厚度。这样的密封垫以这种方式提供一个优良的流体密封性的密封。
进而，由于周围的凸缘同橡胶基体(整体被铸造，它就具有很高的抵抗其被拔掉的能力。
上述的气缸盖密封垫的优点是重要的。
实际上，分布的弹性支承推力件，强度可以变化，允许避免密封垫的从一个区域到另一个区域的过度形变。
最后，由于强度被控制，这就产生了密封垫的好的平衡，并且强度的控制允许对力的传送进行控制，这也是公知的。
作为直接的结果就是由于发动机气缸体上的夹紧气缸盖的力被均匀地分布和控制则使密封垫能够通过它的强度有助于发动机的强度。
根据本发明的密封垫对于将来的发动机也具有一个重要的优点，由于在密封垫的使用期中允许夹紧厚度的良好控制，就使得燃烧腔室的容积不变，由此避免了燃烧的质量的变化。这就允许给与污染的防止。
有意思的是恢复橡胶颜色可以变化并且在这种情况下可以建立颜色标志以对应于厚度及活塞相对于气缸体顶板的位置。在柴油发动机的情况这具有特殊的意义。
实际上，密封垫的厚度能够以非常细微的步骤变化，并且为了这个目的它充分地加入薄片以在制造该密封垫时完成分隔件的功能。
权利要求
1.气缸盖密封垫，特别是用于内燃发动机，包括由至少一金属片材同橡胶材料的包覆相结合所构成的加强层，并且特别是具有与发动机气缸；与相应冷却和润滑流体回路；和与夹紧件双端螺栓相对应的开孔，其特征在于所述密封垫包括分布在所述密封垫面积上至少一部分上的弹性支承件。
2.根据权利要求1所述的密封垫，其特征在于加强层被埋置在橡胶材料中以构成包覆。
3.根据权利要求1或2所述的密封垫，其特征在于分布的弹性支承件包括在单片材或多片材中具有的并从所述单片材或每个所述多片材的每一边上突出的弹性形变。
4.根据权利要求3所述的密封垫，其特征在于在单片材或多片材上具有的弹性形变相对于所述单片材或每个所述多片材的中间平面是对称的。
5.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于加强层包括一组重叠的片材，片材之一是没有弹性支承件的平滑片材并提供执行分隔件的功能。
6.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于加强层的至少一个片材包括至少一个局限的开孔以允许在所述开孔的区域中调节密封垫的强度。
7.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于加强层的片材具有可变厚度。
8.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于片材是具有薄片部的预先加工硬化的片材，并且以这样的方式被校准或整形以具有S形形变。
9.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于包括安置在与气缸对应的每个开口周围区域中的至少一个加强件并且特别是具有局部提高的强度和耐受外力的能力。
10.根据权利要求9所述的密封垫，其特征在于加强件是构成加强层和/或接合装置的单片材或多片材的局部形变。
11.根据权利要求9所述的密封垫，其特征在于加强件是嵌入型的附加部件。
12.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于加强层的片材被构成包覆的橡胶材料粘结起来。
13.根据权利要求11和12所述的密封垫，其特征在于构成加强件的附加部件被包覆的橡胶材料粘结成加强层。
14.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于包覆包括用于密封的局部附加的厚度并由橡胶材料组成，特别是在与相应回路对应的开孔区域中。
15.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于包覆具有可变的厚度以便于容纳在发动机运行中气缸盖和气缸体的不同形变。
16.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于，包覆在其两边的至少一边上包括压痕以用于改进气缸盖和气缸体的接合面的型面匹配的目的。
17.根据以上任一个权利要求所述的密封垫，其特征在于橡胶材料具有低的动粘度，并特别是从硅酮族中选出以便于充满各个空隙。
18.用于制造根据权利要求1至17所述气缸盖密封垫的方法，其特征在于，包括下列步骤使具有将被制造密封垫的形状的至少一个片材发生形变，在其平面的每一边上，以便于形成具有分布的弹性支承件的加强层;任意堆叠多个片材;任意放置加强件;沉积橡胶材料的包覆。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括为了获得单片材或多片材的形变的目的，特别是借助压力操作制成薄片部，校准或整形具有薄片部的单片材或多片材以便于在形变之前给单片材或多片材以一个大于额定厚度的自由厚度，这样制成的薄片部在负载下以弹簧的方式起作用。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，包括在加强层包括加强件并且包覆的沉积是由铸造获得的情况下，将所述加强件放到需要的位置上并且在没有预先形变的条件下同加强层一起放在铸模中从而在闭合压力和所述铸模型面的作用下在铸模中自己形成所需要的形变。
全文摘要
一种气缸盖密封垫，包括一具有至少一层金属片材和弹性材料形成的包覆的加强层，还包括一与发动机气缸相应的冷却和润滑流体回路以及夹环对应的开口。该密封垫还包括至少大部分分布在其面积上的弹性支承件。本发明还提供了制造该密封垫的方法。
文档编号F16J15/12GK1075775SQ9211228
公开日1993年9月1日 申请日期1992年10月4日 优先权日1992年2月25日
发明者让娜·奥利维埃, 于尔默·乔治 申请人:梅洛有限公司