气缸盖密封及包括该密封的密封系统的制作方法

气缸盖密封及包括该密封的密封系统的制作方法
【专利摘要】气缸盖密封，其具有多个燃烧室开口(18、20、22、24)、流体通路开口(28)、螺钉孔(26)，以及至少第一功能层(12、14)和载体层(16)，其中所述功能层(12)具有燃烧室密封焊道(32)，该燃烧室密封焊道(32)围绕所述燃烧室开口，并且在所述燃烧室密封焊道(32)的远离所述燃烧室开口指向的那一侧，在距所述焊道的一定间隔处，具有至少一个流体密封焊道(34)，该流体密封焊道(34)构造为半焊道的形式并且具有第一焊道脚部(40)和第二焊道脚部(42)，所述第一焊道脚部(40)能够被压靠于所述载体层(16)，所述第二焊道脚部(42)与所述第一焊道脚部间隔开焊道宽度(B2)，并且其中，至少在与螺钉孔(26)相邻的一些区域中，所述载体层(16)在其指向所述第一功能层(12)的第一层那一侧上具有沿着所述第一焊道脚部(40)延伸的至少一个浅的凹陷部(50)，所述凹陷部具有这样的宽度(B3)，即：使得仅所述第一功能层(12)的条状区域位于所述凹陷部(50)上方，并且在所述半焊道(34)中，所述条状区域仅包含所述半焊道(34)的第一焊道脚部(40)且至多包含一半的焊道宽度。
【专利说明】
气缸盖密封及包括该密封的密封系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种气缸盖衬垫，其具有伸长的多层金属密封板，该密封板包括多个燃烧室开口、流体通路开口和用于气缸盖螺钉通过的螺钉孔、以及还有载体层和至少一个功能层，该功能层设置有围绕燃烧室开口的燃烧室密封焊道(bead)，并设置有至少一个流体密封焊道，该至少一个流体密封焊道形成为半焊道的形式并且在距所述焊道的一定间隔处布置在燃烧室密封焊道的远离燃烧室开口指向的那一侧上(在密封板的平面视图中)，并且该流体密封焊道还具有第一焊道脚部和第二焊道脚部，该第一焊道脚部将被压靠于载体层。
【背景技术】
[0002]在这种类型的气缸盖衬垫的情形中，流体通路开口是用于冷却水和/或发动机油的贯通开口，并且功能层被密封领域的技术人员理解为金属板层，其中，具有弹性性能的焊道是压印的(功能层通常由弹簧钢板构成)，而载体层通常不需要任何弹性性能，基本上是平坦的，但是在适当时，其也能够在一个或多个点处轮廓化，并且具有比功能层大的材料厚度，并且形成流体密封焊道的半焊道在所有情形中是环形(endless)的并且封闭在自身上(在密封板的平面视图中)。
[0003]在气缸盖衬垫的功能层中设置的密封焊道必须具有永久弹性性能，S卩，该类型的密封焊道的高度必须总是能够由于作用于所述密封焊道上的按压力而弹性地减少，使得当按压力减少时，焊道高度再次弹性地增加;这由于以下原因而是必需的，即:使得密封焊道能够以耐久的方式执行其密封功能:发动机部件(发动机体和气缸盖)，尤其是气缸盖，不能够被认为是绝对刚性的部件，并且气缸盖也仅在某些点处连接到发动机体，尤其是通过气缸盖螺钉连接到发动机体，使得作用于被夹紧在气缸盖和发动机体之间的气缸盖衬垫上的按压力被主要局部地引入气缸盖衬垫内(尤其是引入气缸盖螺钉所布置的区域)。因此，在没有任何特定措施的情况下，朝向气缸盖衬垫指向的组装好的气缸盖的密封面由于气缸盖的扭曲而不再平坦或者不再位于一个平面上，并且作用于气缸盖衬垫上的按压力随着距气缸盖螺钉的距离增加而减少，单独地由于此原因，将由气缸盖衬垫密封的发动机体和气缸盖之间的密封间隙因此不会到处具有相同的宽度或高度。在发动机运转期间，存在密封间隙的宽度的另外地局部动态变化，所述变化由在气缸中点燃的气体的循环地改变的气体压力引起，该气体压力局部地作用于气缸盖上，但是所述变化也由准静态密封间隙变化引起，该准静态密封间隙变化由于所述发动机部件受到彼此相对的热膨胀并且也受到局部不同的热膨胀的事实而引起。
[0004]使得围绕燃烧室开口的燃烧室密封焊道在发动机组装期间或者在发动机运转期间不被气缸盖衬垫的功能层过度地平坦化，并且因此可能完全或部分地损失它们的弹性性能，或者可能甚至暴露于在发动机运转的过程期间在焊道区域中的功能层中出现的开裂的危险，通常在气缸盖衬垫中提供与燃烧室密封焊道相关联并且与这些焊道直接相邻布置的变形限制器(下面称为止档)。此外，气缸盖衬垫通常包括公知为腹地止档(backlandstoppers)的那些，借助于该腹地止档，气缸盖扭曲将被抵消，并且该腹地止档(在气缸盖衬垫的平面视图中)布置在燃烧室密封焊道的远离燃烧室开口指向的那一侧上且在距所述焊道的一定间隔处，特别是在用于多气缸发动机的气缸盖衬垫的纵向端部区域中。
[0005]因为在气缸盖衬垫安装以后，功能层的被按压的密封焊道必须施加相当大的恢复力以便能够确保在发动机运转期间足够的密封，密封焊道尝试局部地加宽在焊道区域中的气缸盖和发动机体之间的密封间隙；该趋势特别是在气缸盖衬垫的有多个密封焊道相邻地彼此延伸(在气缸盖衬垫的平面视图中)的那些区域中存在，特别是在气缸盖螺钉的附近通常就是这样，在那里，密封和/或支撑焊道通常直接相邻地彼此延伸，特别是用于冷却水的流体密封焊道和用于发动机油的流体密封焊道。
[0006]因为如已经提到的，用于夹紧气缸盖、发动机体和气缸盖衬垫的力尤其是通过气缸盖螺钉而仅局部地引入到密封系统，所以由于尚要讨论的原因，所寻求的是:当所述气缸盖螺钉被紧固时，气缸盖衬垫的层和发动机体在发动机组装的过程期间在气缸盖螺钉的区域中“全体”被按压，即，寻求的是:气缸盖衬垫的层且还有气缸盖和发动机体的指向那些层的密封面在没有在气缸盖螺钉的区域中的间隙的情况下彼此压靠，且气缸盖衬垫在那里被压平。然而，在现代发动机中，存在以下情况，其中，由气缸盖螺钉施加的力不足以能够在与气缸盖螺钉直接相邻的所有区域中全体拉动气缸盖，并且因此，在这些区域中，在气缸盖和气缸盖衬垫之间留有小的间隙，但是可能地也在气缸盖衬垫和发动机体之间留有小的间隙，并且因此，气缸盖衬垫且特别是气缸盖在那里未彼此抵靠压平。这能够在发动机运转期间导致在密封间隙宽度的时间内波动的增加和气缸盖和发动机体之间相对更大的相对移动(所谓的在密封间隙平面中的滑动移动)，从而可能地导致在功能层中的其焊道区域中开裂形成的危险和在彼此相对密封的密封系统的区域处增加的磨损。在某些螺钉区域中，气缸盖和发动机体之间气缸盖衬垫的期望的平坦按压不能利用气缸盖螺钉实现的原因如下(单独地或组合地):抵消螺钉力的密封焊道的恢复力，特别是当气缸盖衬垫具有在气缸盖螺钉的附近的多个密封焊道时一这特别是当气缸盖在气缸盖螺钉的附近也由燃烧室密封焊道(已知为燃烧室止档)支撑时的情形。如果除燃烧室止档之外，气缸盖衬垫也具有支撑气缸盖的腹地止档，则在某些螺钉区域中存在的密封焊道以及燃烧室止档和腹地止档抵消在所述区域中的气缸盖和发动机体之间的气缸盖衬垫的平坦按压。
[0007]能够设想通过借助于合适的焊道设计来减少密封焊道、特别是流体密封焊道或多个流体密封焊道的弹簧力而实现在前述螺钉区域中的气缸盖和发动机体之间的气缸盖衬垫的平坦按压;然而，这通常将自身排除，这是因为由于在发动机运转期间不可避免的密封间隙的上述的动态和准静态膨胀，所以相对较高的焊道力是必要的，使得密封焊道或多个密封焊道能够总是可靠地执行其密封功能(由于生产相关的原因，通常不推荐通过在所述焊道的产生期间改变沿着焊道的高度而仅在螺钉区域中减少焊道力)。
[0008]以下应指出:当组装气缸盖时，一旦气缸盖螺钉已经被正确地紧固，则气缸盖衬垫被最高的螺钉力(即按压力)作用，然而，这些力在发动机第一次启动之后是显著较低的(例如当发动机变热时低约15 %并且当发动机变冷时低约20 %至35 % )，更具体地是由于当发动机第一次启动时在发动机部件上的固定过程和气缸盖螺钉的一定程度的伸长。这必须在组装气缸盖时通过相应地较高的螺钉力来考虑，使得密封焊道能够在发动机运转期间以持续的方式执行其密封功能；由于在气缸盖的组装期间施加的这些较高的螺钉力，流体密封焊道然而比在发动机运转期间的情形被先前变形(平坦化)到更大的程度，并且已经发现:由于密封焊道的该较强的平坦化，其耐久性被降低。尽管这能够通过给气缸盖衬垫提供腹地止档而被抵消，以便限制在气缸盖的组装期间流体密封焊道的平坦化，但是腹地止档增加了气缸盖衬垫的生产成本，并且尤其是在现代发动机中，由于空间原因，在气缸盖衬垫中的所述止档将被需要的那些位置容纳腹地止档以便防止在气缸盖的组装期间流体密封焊道的过度平坦化通常是有问题的或甚至不可能的。
[0009]最后，也参考以下情况:如从前述清楚的是，在没有流体密封焊道的高度轮廓化(profiling)(这是有问题的)的情况下，在提到的螺钉区域中存在不必要高的或甚至不利的过量的焊道力，该力占去了发动机部件或气缸盖衬垫的其它位置处迫切需要的螺钉力的一些，以便在那里可靠地提供相对于高的介质压力、特别是燃烧气体的压力、但是也有加压的发动机油的压力的密封。

【发明内容】

[0010]本发明的目的是设计在引言中提到的类型的气缸盖衬垫，使得现有技术的上述问题完全地或部分地被补救或至少最小化。
[0011]这能够有利地被实现，因为气缸盖衬垫的载体层至少在指向所述至少一个第一功能层的其第一层那一侧上至少在与螺钉孔相邻的所述第一层那一侧的一些区域中具有沿着第一焊道脚部延伸的至少一个伸长的且浅的凹陷部，所述凹陷部具有这样的宽度，即:使得(在密封板的平面视图中)仅第一功能层的条状区域位于凹陷部上方，并且该条状区域仅包含半焊道的第一焊道脚部，但不包含第二焊道脚部。
[0012]在本发明的特别有利的实施例中，载体层包括在指向所述至少一个第一功能层的其第一层那一侧上的、仅在靠近于螺钉孔的所述载体层的密封板的那些区域中的前述类型的凹陷部或多个凹陷部，其中，一个或多个焊道、特别是一个或多个流体密封焊道，在螺钉孔的紧挨附近延伸。
[0013]在由本发明提出的气缸盖衬垫的情形中，流体密封焊道通常是环形的半焊道，也就是说在自身上闭合的半焊道，而设置在载体层中的并且沿着第一焊道脚部延伸的凹陷部优选地同样是环形的且(在密封板的平面视图中)在自身上闭合，但是也能够不连续地形成并且例如能够由在第一焊道脚部的纵向方向上接连地彼此跟随并且特别是布置在密封板的螺钉孔附近的多个凹陷部分形成一一以上目的也能够通过该类型的实施方案实现的事实从在引言中提到的类型的已知气缸盖衬垫可能遇到的问题的以上描述是明显的。
[0014]因为第一焊道脚部(至少在一些区域中)接合在凹陷部中，所以凹陷部(至少在一些区域中)造成有效焊道高度的减小且因此造成焊道力的减小，更具体地优选地是至少在螺钉孔附近，由此，在气缸盖和发动机体之间的气缸盖衬垫的平坦按压能够在靠近于螺钉的区域中实现，并且因此当这些仅旨在为了在密封件的安装过程期间防止流体密封焊道的过度变形的目的时省去腹地止档是可能的。
[0015]对于气缸盖必须由腹地止档支撑的发动机，根据本发明的气缸盖衬垫被体现为使得，当气缸盖衬垫已经被安装时，密封板的元件在燃烧室止档和气缸盖支撑元件的区域中、也就是说在气缸盖和发动机体之间的腹地止档全体被夹紧。由于特别是在螺钉孔或气缸盖螺钉的附近，由半焊道施加的且主要作用在气缸盖上的力的减小，但是也由于在适当的情况下一个或多个腹地止档的可能的省略，存在螺钉力向围绕燃烧室的密封系统的区域的有利的偏移;利用由本发明提出的气缸盖衬垫，在许多情形中，与引言中提到的类型的已知气缸盖衬垫相比，减小燃烧室止档的高度且在某些情形中还有(尚未按压的)燃烧室密封焊道的高度也是可能的，以便经由气缸盖衬垫实现由气缸盖螺钉施加的力的期望的有利分布，特别是一方面在围绕燃烧室的密封系统的区域上的螺钉力的分布，以及另一方面公知为气缸盖衬垫的腹地区域上的螺钉力的分布。
[0016]因为任何气缸盖衬垫都是针对其性能(包括气缸盖和发动机体的局部不同的刚度且还有所有发动机运转状态的局部不同的部件温度)通过发动机制造商而对密封件制造者是已知的相当具体的发动机而构造，所以在此基础上提供的有限元计算形成由气缸盖衬垫的制造者使用的常规辅助的一部分，这是为什么所述制造者能够容易限定凹陷部的深度，以借助于有限元计算在载体层中形成，使得在任何运转状态下的半焊道的任何点处，都提供了足够用于密封功能的焊道的按压，但是焊道力被减小到对于焊道的密封能力仍足够的最小值。应指出的是，在此接合处，为了实现前述目的，可以推荐提供具有合适的深度轮廓的凹陷部，即，沿着半焊道相应地改变所述凹陷部的深度，就制造而言、特别是当凹陷部是载体层中的压痕时，这是容易可能的。
[0017]还应强调的是，根据本发明的气缸盖衬垫能够被有利地构造，使得当气缸盖衬垫被安装时，其半焊道处在已知为分流压力路径中(例如也由于相应高度的燃烧室止档)，更具体地甚至在省略了用于保护半焊道的腹地止档的情况下，或者利用了与现有技术相比具有减小的高度并且用于支撑气缸盖的腹地止档，其中，应指的是，在该接合处，在分流压力路径中密封焊道的耐久性通常比已知为主要压力路径中的密封焊道的耐久性更大。
[0018]以下关于主要压力路径和分流压力路径的定义进行描述。
[0019]当焊道与用作变形限制器的止档、即具有对于变形限制有效的大于零的高度的止档相关联时，焊道总是处在分流压力路径中。止档能够通过材料加厚或者用于接合焊道顶点或者焊道脚部的沟槽来形成。
[0020]在没有止档的动作的情况下，焊道处在主要压力路径中。
[0021]尽管凹陷部原则上能够具有任何横截面形状，例如，矩形横截面，但是凹陷部具有圆化的浅槽(其最深点优选地位于槽的边缘之间的中间)的形式的横截面的实施例由于制造原因而是优选的。在根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例中，第一焊道脚部近似地位于凹陷部的纵向中心区域上方(在被按压的密封板的平面视图中)，也就是说在近似地位于凹陷部的边缘之间的中间的凹陷部的纵向区域中。
[0022]根据本发明的气缸盖衬垫的特别有利的实施例的特征在于以下特征中的一个或多个:凹陷部的与半焊道的第一焊道脚部相对的区域的深度，沿着凹陷部平均(由于凹陷部的可能深度轮廓)，近似等于未按压的半焊道的高度的4%至30%，优选地等于未按压的半焊道的高度的10%至25%，未按压的半焊道的高度也就是说当气缸盖衬垫尚未安装时的焊道高度;未按压的半焊道的高度是150μπι至250μπι，优选地是180μπι至220μπι，然而，这仅对于许多乘用车辆发动机是相关的并且对于大型发动机、特别是对于大型多功能车辆发动机是不相关的；凹陷部的与半焊道的第一焊道脚部相对的区域的深度，沿着凹陷部平均，近似为I Ομπι至60μηι，优选地为是I Oym至35μηι;如果凹陷部具有深度轮廓，则在靠近于螺钉的区域中的凹陷部的深度优选地约为60μπι，且在远离螺钉的区域中优选地小于ΙΟμπι。
[0023]在对于与焊道高度相比的凹陷部的深度所指定的以上值的情形中，范围4%至30 %涉及没有深度轮廓的凹陷部，并且范围10%至25%涉及具有深度轮廓的凹陷部。
[0024]在上面和下文参考凹陷部的深度的情况下，其被理解为意指在任何点处的深度，特别是凹陷部的最大深度。
[0025]在由本发明提出的具有在由于制造原因而是优选的载体层中压印的凹陷部的气缸盖衬垫的实施例的情形中，当载体层在指向所述至少一个功能层、即第一功能层的其第一层那一侧上在所述凹陷部的两侧具有沿着凹陷部延伸的隆起时是有利的，所述隆起在第一层那一侧上突出，两个隆起的材料体积总体上特别是近似与压印的凹陷部的体积相同，也就是说，两个隆起的材料体积总体上近似与当凹陷部被压印到所述载体层内时从载体层位移出来的材料的体积相同。在这样的实施例中，当气缸盖衬垫被安装时，有效的凹陷部的深度等于凹陷部的底部距隆起的顶点的间隔(在穿过与凹陷部的纵向方向垂直的载体层的截面中)。如从下面变得明显的是，气缸盖衬垫能够体现为使得隆起能够当气缸盖衬垫被安装时且在发动机运转期间将半焊道的变形限制(也就是说平坦化)至一定范围，这可通过用于凹陷部的生产的浮雕工具来确定，借助于该工具，隆起的横截面能够在形状、高度和宽度方面来限定，即使隆起的材料体积由所要浮雕的凹陷部的横截面指定。
[0026]在根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例中，载体层布置在功能层之间且然后在其两侧上具有用于设置在功能层中的半焊道的第一焊道脚部的凹陷部。此处，由于设置在气缸盖和发动机体中的彼此连通的开口，至少在半焊道的区域中形成关于在载体层中延伸的载体层的中心平面至少大体上镜像对称的气缸盖衬垫的密封板通常是有利的。此处，可能必须考虑在半焊道区域外侧的载体层能够例如通过设定轮廓来构造，使得密封板可以被形成为到处都不关于所述中心平面镜像对称。关于密封板的镜像对称设计，应注意的是，这关于焊道高度和槽的深度也不一定必须是这样。
[0027]如已经提到的，在根据本发明的气缸盖衬垫的情形中，在载体层中形成的凹陷部能够具有在凹陷部的纵向方向上变化的深度，也就是说可以具有深度轮廓或者可以甚至不连续地形成(例如能够由以在凹陷部的纵向方向上彼此的间隔布置的凹陷部分形成)。对于此情形，推荐特别有利的实施方案，其中凹陷部沿着第一焊道脚部具有以这样的方式改变的深度，即:使得凹陷部的相邻部分的螺钉孔(在密封板中)具有比与布置在相邻的螺钉孔之间的密封板区域相邻的凹陷部分大的深度，还包括在布置在相邻的螺钉孔之间的密封板区域附近没有设置凹陷部或在仅一些区域中没有设置凹陷部的情形。对于这些优选实施例，因此正确的是，如果凹陷部完全设置在那里，则凹陷部在靠近于螺钉的区域中具有比较大的深度(由于以其它方式将在那里太高的焊道力)，而凹陷部在远离螺钉的区域中具有较短的深度(由于在那里任何地方减少的焊道力)。在本发明的知识中，凹陷部的局部不同的优化深度能够对于发动机的所有运转状态借助于已知的有限元计算容易确定，该有限元计算是在构造气缸盖衬垫时的例行程序。
[0028]对于根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例通常正确的是，其密封板以这样的方式体现，即:使得当气缸盖衬垫被安装时，载体层和所述至少一个功能层(与气缸盖和发动机体一起)全体夹紧在螺钉孔区域中，也就是说，在那里彼此支承抵靠。
[0029]如已经提到的，本发明还涉及密封系统，包括至少一个气缸盖、发动机体、气缸盖螺钉和夹紧在气缸盖和发动机体之间的气缸盖衬垫，其具有由本发明提出的特征中的一个或多个特征。
[0030]此处，这样的密封系统的推荐实施例是以下实施例，在这些实施例中，所述至少一个凹陷部的深度以这样的方式匹配所述至少一个半焊道的设计和弹簧硬度以及气缸盖、发动机体和气缸盖螺钉的刚度且还有温度膨胀系数(优选地，基于有限元计算)，使得当气缸盖衬垫被夹紧时，半焊道在半焊道的耐久性方面没有过度平坦化(没有弹簧力的劣化且避免了开裂形成的危险)，并且在密封件安装以后且在发动机运转期间，半焊道的焊道脚部借助于对于所述半焊道的密封能力足够的力完全在条状支承区域中压靠于载体层和气缸盖或发动机体(在适当的情况下，压靠于功能层之间的一个或多个进一步的密封层或者功能层以及气缸盖和/或发动机体)。
【附图说明】
[0031]本发明的进一步的特征、优点和细节将从本发明的优选实施例的附图中的所附的图示和/或这些附图的以下说明显露;在附图中:
[0032]图1示出了根据本发明的气缸盖衬垫的实施例的平面图，然而，仅通过示例，该气缸盖衬垫具有四个燃烧室开口，也就是说，旨在用于四气缸发动机或V-8发动机的气缸排；
[0033]图2示出了图1的细节“A”的放大图示；
[0034]图3示出了穿过该气缸盖衬垫的区域的截面，更具体地是沿着图2的线3-3的截面，该截面示出了在未按压状态中的气缸盖衬垫，没有示出可能存在的任何燃烧室止档；
[0035]图4示出了穿过该气缸盖衬垫的另一个区域的截面，更具体地是沿着图2中的线4-4的截面，其中气缸盖和发动机体的相邻区域的气缸盖衬垫也已经被表示并且密封系统已经在至此未按压的状态中被示出(此外，载体层的材料厚度的变化与现实相比已经严重夸大)；
[0036]图5以放大图示示出了在凹陷部已经压印在载体层内之前和之后图4的细节“B”；
[0037]图6A示出了与图4中的图示类似的图示，然而，其中气缸盖衬垫和相邻的发动机部件(气缸盖和发动机体)的较大区域已经被表示；图6A另外示出了气缸盖螺钉和燃烧室止档；
[0038]图6B示出了在气缸盖螺钉的紧固之后图6A的稍微示意化的细节。
【具体实施方式】
[0039]图1示出了多层的、至少大体上金属的气缸盖衬垫的平面图，其中一些细节不存在，该气缸盖衬垫的密封板(其在图1中用10表示)具有根据图3的三个密封层，具体地是具有上部功能层12和下部功能层14以及布置在其间的载体层16。因此，图1特别是示出了上部功能层12的平面图，但是还示出了尚要描述的载体层16的一些细节，所述载体层在区域中突出超过功能层12和14，所述功能层优选地是全等的(congruent) ο
[0040]在密封板10中形成了四个燃烧室开口 18、20、22和24，但是另外还有用于气缸盖螺钉通过的进一步的贯通开口，诸如螺钉孔26，用于冷却水通过的水孔28，以及还有油通路开口30(仅部分地示出)一一然而，在图1中另外地示出在密封板10中的进一步的通路开口，但是其对于本发明来说不重要且因此不需要在此描述。密封板10中的这些通路开口中的至少大部分由在密封层12、14和16中产生的开口形成且全等地布置在彼此之上。
[0041]对于燃烧室开口18至24中的每一个，体现为全焊道的燃烧室密封焊道32被形成在功能层12、14中的每一个中(也参见图3)，其中，在功能层12、14中的每一个中，燃烧室密封焊道32在相邻的燃烧室开口之间的腹板(web)区域中彼此过渡，使得燃烧室密封焊道以眼镜状的方式围绕燃烧室开口。
[0042]气缸盖衬垫的由于水孔28而充满冷却水的区域一方面由燃烧室密封焊道32并且另一方面由在两个功能层12和24中的半焊道34密封，所述气缸盖衬垫位于燃烧室密封焊道32之间并且已知为包围所有燃烧室开口和水孔的全体的水焊道，所述半焊道特别地全等地布置在彼此之上，其中在图3和图4中也是可见的半焊道34形成上述水焊道。
[0043]密封板10的包含一个或多个油通路开口30的区域或那些区域在发动机中被已知为形成在功能层12、14中的油焊道包围和密封，其中这些区域中的仅一个将在下文更详细地论述，该区域布置在图1的顶部并且在发动机中被油焊道包围和密封，该油焊道形成在功能层12、14中，全等地布置在彼此之上并且体现为半焊道36—一半焊道36也在图4中示出。
[0044]如图1中能够清楚地看到，半焊道34和36在一些螺钉孔26的直接附近中直接相邻地延伸(在密封板10的平面视图中)，具体地，除根据图1的螺钉孔26的上面一排中的第二、第三和第四螺钉孔26之外，使得当气缸盖衬垫被安装时，多个流体密封焊道(具体地，半焊道34和36)的弹簧力(恢复力)抵消由在这三个螺钉孔26的直接附近中的气缸盖螺钉施加的夹紧力和按压力，并且因此导致上面进一步论述的问题。
[0045]为了简单起见，用于燃烧室密封焊道32的已知的限制变形的装置已经从图3省略；然而，在尚要描述的图6A中示出了限制变形的装置。
[0046]如已经提到的，图3示出了在未按压状态中的气缸盖衬垫的密封板(即在气缸盖衬垫安装之前)，并且为了更好地表示，根据图3，密封层12、14和16已经以距彼此的垂直距离被示出，尽管它们在气缸盖衬垫被供给的状态下彼此支承抵靠，这是因为在多层密封板中，其密封层例如通过铆接或点焊而相互连接。
[0047]在根据本发明的气缸盖衬垫的大部分应用中，载体层将具有比功能层或多个功能层大的板厚度，即，图3表示的功能层14的材料厚度Dl将小于图3表示的载体层16的材料厚度D2，并且在图3示出的实施例中，功能层12、14两者都具有相同的材料厚度D1。而且，在根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例中，所述至少一个功能层，即，在根据图3的实施例中，功能层12和功能层14两者都由甚至在气缸盖衬垫的运转温度下具有弹性性能的弹簧钢板构成，而载体层16优选地由比弹簧钢板更韧性且因此更容易成形的钢板制成。
[0048]如从图3能够看到，根据本发明的气缸盖衬垫的所述至少一个功能层的半焊道34在载体层16的方向上突出，并且在优选的实施例中，对于体现为全焊道的燃烧室密封焊道32也同样是这样一一这里，突出是相对于在两个焊道32和34之间的功能层的水平高度而言的。应注意，关于图1、图2和图4，在该接合处，上述内容对于半焊道36也是正确的。
[0049]当气缸盖衬垫被安装时，所述至少一个功能层12或14的半焊道34(对于半焊道36也同样是正确的)具有朝向载体层16转向的第一焊道脚部40和从第一焊道脚部转移并且朝向相邻的发动机部件(气缸盖或发动机体)转向的第二焊道脚部42，而在根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例中，当气缸盖衬垫被安装时，形成为全焊道的燃烧室密封焊道32的焊道脚部44和46朝向相邻的发动机部件转向，并且焊道顶点48面向载体层16的燃烧室密封焊道32。在图3中，在焊道脚部44和46之间待测量的燃烧室密封焊道32的宽度用仏表示，燃烧室密封焊道32的高度用出表示，在焊道脚部40和42之间待测量的半焊道34的宽度用出表示，并且该半焊道的高度用出表示。B1通常约几毫米，例如2至3mm，HjQ0.1至0.2mm，例如约0.15mm，B2约1.0至1.5mm，例如1.2mm，并且H2约0.15至约0.25mm，例如约0.2mm。
[0050]为了将所述至少一个功能层12或14的半焊道34的第一焊道脚部40至少区域地按压到载体层16中(当气缸盖衬垫被安装时，也就是说被按压)，在其朝向所述的半焊道34转向的那一侧上，载体层16具有浅的通道状或沟槽状的凹陷部50，在图3中，其宽度已经用B3表示并且其深度已经用T表示。在气缸盖衬垫的平面视图中伸长的凹陷部50的任何点处，所述凹陷部的深度T等于在凹陷部50的最低点和凹陷部的任一侧上的载体层16的表面之间的水平高度上的差异(在穿过载体层的横截面中)。如已经提到的，深度T能够沿着凹陷部50变化，并且在优选的实施例中，改变使得凹陷部50在螺钉孔26的附近中最大并且特别是随着增加距螺钉孔的距离而连续地减少，更具体地可能地减少到零。此处，凹陷部50用于减少有效的焊道高度并且因此当气缸盖衬垫被安装时且在发动机运转期间减少由半焊道34施加的焊道力。
[0051 ]当气缸盖衬垫仍处于未按压状态时，半焊道34的第一焊道脚部40能够位于最深点上方并且特别是在凹陷部50的纵向中心上方(在气缸盖衬垫的平面视图中)，但是更具体地，优选的是在半焊道34或凹陷部50的任何点处构造气缸盖衬垫，使得当气缸盖衬垫仍未按压时，第一焊道脚部40位于与该最低点相邻，并且当密封件被安装时，仅抵靠该最低点位移一一这是因为半焊道34在密封件的安装期间平坦化，两个焊道脚部40和42平行于载体层16且横向于半焊道34的纵向范围彼此相对位移，这可能地(取决于气缸盖衬垫的设计)也能够引起第一焊道脚部40在密封件的安装期间与凹陷部50的最低点相邻地位移。因为特别是在密封板的靠近于螺钉的区域中焊道力的减小关于在气缸盖螺钉的区域中密封系统的期望的平坦按压是重要的，因此其中第一焊道脚部40(—旦气缸盖螺钉已经被紧固)至少在靠近于螺钉的区域中在凹陷部50的最低点处支承抵靠载体层16的实施例是优选的。
[0052]如果半焊道34的高度出位于前述范围内，则推荐凹陷部50的尺寸T处于约ΙΟμπι至约50μηι的范围，优选地，约ΙΟμπι至20μηι的值--这对于到处具有相同的最大深度的凹陷部
50是正确的，而在凹陷部50的深度沿凹陷部变化的实施例中，上述值仅可适用于凹陷部50的靠近于螺钉的区域。
[0053]上面针对半焊道34和凹陷部50已经陈述的那些优选地也适用于半焊道36和与根据本发明的所述半焊道相关联并且与凹陷部50对应的在载体层16中的凹陷部。
[0054]在论述图4之前，我们现在将首先描述能够从图5得出的，可能的情况下，在图5中与图3中所使用的相同的附图标记已经被使用:
[0055]如已经提到的，凹陷部50优选地被压印在载体层16中，在图5中，其在未变形状态中、即在凹陷部50的压印之前仍用实线示出。随着这些凹陷部50中的每一个凹陷部被压印，载体层16的材料在两侧上位移(根据图5示出的横截面图示)并且因此利用浮雕工具的合适设计形成在所述凹陷部50的两侧中的每一侧上在凹陷部的纵向方向上延伸的隆起(bulge)60，其中，在凹陷部50的任何点处，两个隆起60的材料体积的总和至少近似地等于在此点处凹陷部50的空腔体积。图5以虚线示出了在凹陷部50的压印和隆起60的形成之后载体层16的横截面形状。
[0056]图4示出了气缸盖62和发动机体64的部分以及功能层12、14和载体层16的部分，其中，在右侧，半焊道34以及与其相关联的凹陷部50和隆起60被示出。在左侧，图4示出了形成在两个功能层12和14中的半焊道36以及还有与所述半焊道相关联的载体层16的凹陷部50’和隆起60’，关于凹陷部50和隆起60相同的适用于所述凹陷部50’和隆起60’。在图4中，半焊道36的第一焊道脚部用40，表示，并且第二焊道脚部用42，表示。
[0057]因为图4和图5示出处于至此未按压状态的气缸盖衬垫，所以从图4和图5还能够推断出，在此状态下，第一焊道脚部40和40’与凹陷部50和50’的最低点相比略微侧向地偏移(在气缸盖衬垫的平面视图中)。此外，应注意的是，在图4和图5中，凹陷部50和50 ’的深度以及还有隆起60和60’的高度或厚度已经被示出比实际可能会的情形大。
[0058]图6A示出了与图4大体相同的情况，但是另外地示出了属于气缸盖衬垫的燃烧室开口 18的燃烧室180的一部分，所述燃烧室的轴线180a用点划线表示，并且还示出了穿过密封板10中的螺钉孔26的气缸盖螺钉80，以及与燃烧室密封焊道32相关联并且由扁平片金属环的形式的燃烧室止档182形成的已知的限制变形的装置，该燃烧室止档182环形地围绕燃烧室开口并且例如通过点焊已经被紧固到功能层12和14且具有这样的厚度，S卩:使得当气缸盖衬垫被安装时并且在发动机运转期间，它们允许燃烧室密封焊道32的一定弹性的并且因此可逆的平坦化，但是防止其过度变形。图6A示出了在紧固气缸盖螺钉之前、也就是说在将气缸盖衬垫夹紧在气缸盖和发动机体之间之前的气缸盖62、发动机体64和密封板10;在此状态下，与密封板10相邻的气缸盖22的下侧，也就是说所述气缸盖的密封面，不是绝对平坦的。
[0059]当接合在发动机体64中的螺纹孔中的气缸盖螺钉且因此还有气缸盖螺钉80被紧固时，这些螺钉根据图6A向下拉动气缸盖62并且将力施加在发动机部件和在图6A中示出的箭头F的方向上作用的气缸盖衬垫上，该力引起功能层12、14与在气缸盖62和发动机体64之间的燃烧室止档182和载体层16—起全体围绕燃烧室开口 18被夹紧，也就是说，围绕燃烧室开口 18，气缸盖衬垫的所有这些相邻的元件彼此支承抵靠并且也支承抵靠气缸盖62和发动机体64。然而，随着气缸盖螺钉被紧固，功能层12和14开始仅在一些区域抵靠气缸盖62和发动机体64放置，已经在图6A中针对功能层12用箭头f表示这些区域。因为相对于燃烧室180径向地布置在燃烧室止档182外侧的功能层12、14的区域是柔性的，并且尤其是，气缸盖62没有构成绝对刚性的部件，但是由气缸盖螺钉产生的螺钉力仅在燃烧室止档182外侧局部地和径向地被引入密封系统内，在正确紧固气缸盖螺钉之后，在燃烧室止档182的区域中在气缸盖62和发动机体64之间存在的并且所要被气缸盖衬垫密封的密封间隙90的宽度(根据图6A垂直地测量)通过功能层12、14、燃烧室止档182和载体层16的材料厚度的总和而被确定，但是不是绝对刚性的气缸盖62在区域中被向下拉动，达到径向地在燃烧室止档182外侧的不同范围(相对于燃烧室180)，并且在这样做时，在区域中不同地变形(气缸盖扭曲)；然而，这些变形抵消了弹性流体密封焊道的反弹力，即，半焊道34和35的回弹力。特别是当气缸盖衬垫没有任何腹地止档或仅不具有设有短的有效高度的腹地止档时，根据本发明的至少在其直接与螺钉孔26相邻的区域中具有其凹陷部50和50’的气缸盖衬垫的图示优选实施例导致流体密封焊道的有效回弹力的减少、即半焊道34和36的有效回弹力的减少，使得密封板10也能够在一个或多个流体密封焊道延伸的直接附近围绕那些螺钉孔26在气缸盖62和发动机体64之间被至少实际上完全压平，并且在密封板10和气缸盖62以及还有发动机体64之间至少大部分不存在间隙。[0060 ]图6B示出了与图6 A大体上相同的密封系统的部分，然而，密封板1的包含燃烧室止档182的且直接邻接燃烧室180的区域已经被省略掉;在图6B中，因此使用了与图6A中相同的附图标记。然而，图6B定性地描绘了在正确紧固所有气缸盖螺钉之后密封系统的状态。[0061 ]在图6B中，半焊道34和36的焊道脚部支承抵靠由气缸盖62和发动机体64构成的发动机部件或者支承抵靠载体层16的那些点由用连续线表示的箭头表示，而功能层12、14在它们的焊道脚部外侧支承抵靠气缸盖62和发动机体64或者支承抵靠载体层16的那些点由用虚线表示的箭头表示。
[0062]从图6A和上面的说明能够得出，在发动机中安装的气缸盖衬垫中，燃烧室密封焊道32位于已知为分流压力路径中，因为它们的按压负荷由燃烧室止档182限制。
[0063]类似地，从图6B能够得出，在根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例中，对于流体密封焊道、即半焊道34和36，这也是正确的，更具体地由于功能层12或功能层14在它们的隆起60和60’的附近接合在凹陷部50和50’中并且支撑焊道脚部，该隆起具有用于这些半焊道的一定的限制变形的功能或者止档功能，即，抵消这些半焊道的过度平坦化。因此，根据本发明的气缸盖衬垫的优选实施例的特定特征是，当气缸盖衬垫被安装时，所述至少一个流体密封焊道位于分流压力路径中。
[0064]尽管也能够从在图1中描绘的密封板10的平面视图看到半焊道34和36的焊道脚部40和42以及还有40’和42’，以及凹陷部50和50’的轮廓，但是在这方面图2更清楚，并且因此在图2中仅提供了相应的附图标记。
[0065]图2借助于实线示出了焊道脚部42的路线，并且借助于虚线示出了属于焊道脚部42的凹陷部50的横向边缘50a和50b的路线，并且此外借助于连续线示出了焊道脚部42的路线，并且借助于虚线还示出了与焊道脚部42 ’相关联的凹陷部50 ’的横向边缘50a，和50b，的路线，并且最后借助于点划线示出了焊道脚部40和40’的路线。
[0066]最后，应注意的是，多个已知为腹地止档100的那些部件已经在图1中示出，其可以可选地由根据本发明的气缸盖衬垫构成并且能够设置在密封板10的一个或多个密封层上。
【主权项】
1.气缸盖衬垫，所述气缸盖衬垫具有伸长的多层金属密封板，所述密封板包括多个燃烧室开口、流体通路开口和用于气缸盖螺钉通过的螺钉孔、以及至少第一功能层，且还有载体层，其中所述功能层设置有燃烧室密封焊道，所述燃烧室密封焊道围绕所述燃烧室开口，并且在所述燃烧室密封焊道的远离所述燃烧室开口指向的那一侧，在距所述焊道的一定间隔处，所述功能层设置有至少一个流体密封焊道，所述流体密封焊道形成为半焊道并且还具有第一焊道脚部和第二焊道脚部，所述第一焊道脚部将被压靠于所述载体层，所述第二焊道脚部与所述第一焊道脚部间隔开焊道宽度，并且其中，所述载体层在其指向所述第一功能层的第一层那一侧上至少在与螺钉孔相邻的所述密封板的一些区域中具有沿着所述第一焊道脚部延伸的至少一个伸长的且浅的凹陷部，所述凹陷部具有这样的宽度，即:使得仅所述第一功能层的条状区域位于所述凹陷部上方，所述条状区域仅包含所述半焊道的所述第一焊道脚部且至多包含一半的所述焊道宽度，但不包含所述第二焊道脚部。2.根据权利要求1所述的气缸盖衬垫，其中所述凹陷部在所述第一焊道脚部的整个长度上延伸。3.根据权利要求1或2所述的气缸盖衬垫，其中在所述密封板的平面视图中，所述第一焊道脚部位于所述凹陷部的纵向中心区域上方。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中沿着所述凹陷部平均，所述凹陷部的与所述第一焊道脚部相对的区域的深度近似地等于未按压的所述半焊道的高度的4%至30%，优选地等于未按压的所述半焊道的高度的10%至25%。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中未按压的所述半焊道的高度为 150μηι 至 250μηι，优选地是 180μηι 至 220μηι。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中沿着所述凹陷部平均，所述凹陷部的与所述第一焊道脚部相对的区域的深度近似地为1mi至60μπι，优选地是ΙΟμπι至35μ??ο7.根据权利要求1至6中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述凹陷部是所述载体层中的压痕。8.根据权利要求7所述的气缸盖衬垫，其中在所述载体层的指向所述第一功能层的第一层那一侧上，在所述凹陷部的两侧上，所述载体层具有沿着所述凹陷部延伸的隆起，所述隆起在第一层那一侧上突起。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述载体层至少在与所述半焊道相对的第一区域中是单层的。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中至少在与所述半焊道相对的第一区域中，所述载体层具有比所述功能层的条状区域大的平均材料厚度。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述半焊道与所述载体层直接相邻。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述密封板包括第二功能层，所述载体层布置在所述第一功能层和所述第二功能层之间，并且至少在所述半焊道的区域中，所述密封板关于在所述载体层中延伸的中心平面至少大体上镜像对称。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中沿着所述第一焊道脚部的所述凹陷部具有以这样的方式改变的深度，即:使得所述凹陷部的与所述螺钉孔相邻的部分具有比所述凹陷部的与布置在相邻的螺钉孔之间的密封板区域相邻的部分大的深度。14.根据权利要求1至13中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述密封板以这样方式构造，即:使得当所述气缸盖衬垫被安装时，所述载体层和所述至少一个功能层全体被夹紧在所述螺钉孔的区域中。15.根据权利要求1至14中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述密封板包括变形限制器，所述变形限制器与所述燃烧室密封焊道相关联，特别是在所述燃烧室密封焊道和所述燃烧室开口之间，并且所述密封板还包括分配给所述密封板的纵向端部区域的气缸盖支撑元件，并且所述密封板以这样的方式构造，即:使得当所述气缸盖衬垫被安装时，在所述变形限制器和所述支撑元件的区域中的所述密封板的元件全体被夹紧。16.根据权利要求1至15中的任一项所述的气缸盖衬垫，其中所述凹陷部具有呈圆化的浅槽形状的横截面。17.密封系统，包括至少一个气缸盖、发动机体、气缸盖螺钉，以及夹紧在所述气缸盖和所述发动机体之间的根据权利要求1至16中的任一项所述的气缸盖衬垫。18.根据权利要求17所述的密封系统，其中所述至少一个凹陷部的深度与所述半焊道匹配，并且与所述气缸盖、所述发动机体和所述气缸盖螺钉的刚度还有温度膨胀系数匹配，使得当所述气缸盖衬垫被夹紧时，在所述半焊道的耐久性方面，所述半焊道没有过度地平坦化，并且所述半焊道的所述焊道脚部借助于足以满足所述半焊道的密封能力的力全部地在条状支承区域上压靠于所述载体层以及所述气缸盖或所述发动机体。
【文档编号】F16J15/08GK106062443SQ201480074378
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月19日
【发明人】马蒂亚斯·布劳恩
【申请人】爱尔铃克铃尔股份公司