具有压缩控制特性的气缸盖衬垫的制作方法

1.发明领域

本发明总体涉及一种衬垫，用于提供两个部件之间的密封，更具体地涉及多层衬垫，诸如气缸衬垫。

2.相关技术

衬垫典型地被用于建立在夹紧在一起的两个部件，诸如气缸盖和内燃机的发动机组之间的气密和液密密封。这样的衬垫常常包括便于紧密密封的功能层，功能层具有密封凸筋(seal bead)，其也被称为凸起物。带有密封凸筋的功能层典型地与一个或多个附加层一起提供，多个层在夹紧的两个部件之间被压缩在一起，以便建立气密和液密密封。然而，如果衬垫被过分压缩，则可能对于密封凸筋造成损害。例如，如果凸筋(bead)变为基本上平坦，则它失去其施加高压缩密封压力的能力，在凸筋的区域中会形成疲劳裂纹。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供一种衬垫，诸如内燃机的气缸盖衬垫。衬垫包括在第一边缘与第二边缘之间延伸的第一功能层，其中第一边缘围绕燃烧室开口。在第一功能层中设有全凸筋，所述全凸筋围绕燃烧室开口延伸。衬垫还包括在也围绕燃烧室开口的第三边缘，以及第四边缘之间延伸的第二功能层。第二功能层包括沿轴向与第一全凸筋对齐的第二全凸筋。

衬垫还包括用于防止第一全凸筋过分压缩的第一止挡器，以及第二止挡器，用于增加第二全凸筋上的负荷，促进负荷的均匀分布，和减小气缸升力(head lift)。第一止挡器沿第一功能层在第一边缘与第一全凸筋之间延伸。第二止挡器还包括第三全凸筋，第三全凸筋的轮廓与第二功能层的第二全凸筋的轮廓相匹配。与现有技术的衬垫设计相比较，所述衬垫的层、凸筋和止挡器的组合提供了在高负荷和运动情况下改进的性能。

附图简要说明

当结合附图考虑以下的详细说明时，本发明的其它优点将容易被领会和变得更好理解，在附图中：

图1是按照本发明的第一示例性实施例的气缸盖衬垫的径向截面图；

图2是按照本发明的第二示例性实施例的气缸盖衬垫的径向截面图；

图3是按照本发明的第三示例性实施例的气缸盖衬垫的径向截面图；

图4是图1的示例性气缸盖衬垫的俯视图，其中图1所示的截面沿图4的线1-1截取。

具体实施方式

参照附图，其中相似的标号表示在若干图中相对应的部件，在图1-4中大致显示了多层静态衬垫20，20’。衬垫20，20’典型地被用来在夹紧在一起的两个部件之间，诸如汽车的气缸盖和内燃机的发动机组之间，建立气密和/或液密密封。衬垫20，20’包括在第一边缘24，24’与第二边缘26，26’之间延伸的第一功能层22，22’，以及在第三边缘30，30’与第二边缘32，32’之间延伸的第二功能层28，28’。第一功能层22，22’的第一边缘24，24’和第二功能层28，28’的第三边缘30，30’围绕燃烧室开口34，34’。第一功能层22，22’包括围绕燃烧室开口34，34’延伸的第一全凸筋36，36’，第二功能层28，28’包括与第一全凸筋36，36’中心对齐的第二全凸筋38，38’。第一止挡器40，40’沿着第一功能层22，22’在第一边缘24，24’与第一全凸筋36，36’之间延伸，用于防止第一全凸筋36，36’的过分压缩。第二止挡器42，42’沿着第二功能层28，28’的第二全凸筋38，38’延伸，用于增加第二全凸筋38，38’上的负荷，促进负荷的均匀分布，以及减小气缸升力。第二止挡器42，42’包括第三全凸筋44，44’，第三全凸筋44，44’的轮廓与第二功能层28，28’的第二全凸筋38，38’的轮廓匹配。

图1是按照本发明的第一示例性实施例的衬垫20的截面图。衬垫20的第一功能层22在限定燃烧室开口34的第一边缘24与第二边缘26之间连续延伸。第一功能层22的第二边缘26限定第二开口的外部周界，以允许流体或螺栓穿过。第一功能层还限定第一外表面48和相反的第一内表面50，每个表面从第一边缘24延伸到第二边缘26。第一外表面48和第一内表面50之间限定一厚度t₁。从第一边缘24到第二边缘26，厚度t₁典型地是恒定的。然而，在替换实施例中，厚度t₁可以变化。

衬垫20典型地包括多个燃烧室开口34，每个开口均被全凸筋36，38，44围绕。图4是图1的示例性衬垫20的俯视图，显示了四个燃烧室开口34，每个开口具有圆柱形状。然而，根据衬垫20被设计用于的发动机，衬垫20可包括任何数量的燃烧室开口34，并且这些开口34可以包括其他的形状。除了燃烧室开口34以外，图4的示例性衬垫还包括其它类型的开口，诸如注油孔54、冷却剂计量孔54、螺栓孔58和回油孔60。

图1的示例性衬垫的第一功能层22限定置于第一边缘24与第二边缘26之间的第一全凸筋36。这个第一全凸筋30比第二边缘26更靠近第一边缘24，并且它围绕第一边缘24周向连续延伸。第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48沿朝向第二功能层的第一方向1向内延伸，以限定第一全凸筋36。如图1所示，第一功能层22的第一内表面50是沿第一全凸筋36的凸面，而第一功能层22的第一外表面48是沿第一全凸筋36的凹面。第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48典型地在第一边缘24与第一全凸筋36之间是平面的。

第一功能层22还包括布置在第一全凸筋36与第二边缘26之间的第一半凸筋62。第一半凸筋62典型地沿第二边缘26延伸，并且它围绕其中一个第二开口周向连续延伸。第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48典型地在第一全凸筋36与第一半凸筋62之间的区域64中是平面的，并且通过把第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48的一部分布置成相对于平面区域64呈一定角度而形成第一半凸筋62。第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48沿第一方向1延伸，限定与第一全凸筋36方向相同的第一半凸筋62。在第一半凸筋62的第一成角度的部分与第二边缘26之间，第一功能层22的第一内表面50和第一外表面48是平面的。

图1的示例性衬垫20还包括在与第一边缘24对齐的第三边缘30和与第二边缘26对齐的第四边缘32之间连续延伸的第二功能层28。第三边缘30限定燃烧室开口34，就像第一边缘24那样。第二功能层28限定第二外表面68和相反的第二内表面70，每个表面均从第三边缘30延伸到第四边缘32。第二外表面68和第二内表面70之间限定一厚度t₂，并且厚度t₂从第三边缘30到第四边缘32典型地是恒定的。在示例性实施例中，第二功能层28的厚度t₂等于第一功能层22的厚度t₁。

第二功能层28限定第二全凸筋38，该第二全凸筋38与第一功能层22的第一全凸筋36沿轴向对齐，并且围绕第二功能层28的第三边缘30周向连续延伸。第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68沿第二方向2内向延伸，限定第二全凸筋38，其中第二方向68与第一方向1相反并因此指向第一功能层22。第二全凸筋38布置在第二功能层28的第三边缘30与第四边缘32之间，并且比第四边缘更靠近第三边缘30。第二功能层28的第二内表面70是沿第二全凸筋38的凸面，第二功能层28的第二外表面68是沿第二全凸筋38的凹面。第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68典型地在第三边缘30与第二全凸筋38之间是平面的。

第二功能层28还包括第二半凸筋72，第二半凸筋72与第一半凸筋62沿轴向对齐并且朝向第一半凸筋62延伸。第二半凸筋72布置在第二全凸筋38与第二功能层28的第四边缘32之间。第二半凸筋72典型地沿第四边缘32延伸，并且它可以围绕辅助开口之一周向连续延伸，就像第一半凸筋62那样。第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68在第二全凸筋38与第二半凸筋72之间的区域65内是平面的，第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68的一部分相对于平面区域65呈一定角度布置。第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68沿第二方向2延伸，限定第二半凸筋72。在第二成角度部分与第四边缘32之间，第二功能层28的第二内表面70和第二外表面68是平面的。

按照图1的示例性实施例的衬垫20还包括被布置在第一功能层22与第二功能层28之间的间隔层74。间隔层74并不是必需的，但它可以存在，用来提供附加支撑，阻止过分压缩，或者调节沿衬垫的负荷分布。间隔层74在与第一边缘24对齐的第五边缘78和与第二边缘26对齐的第六边缘80之间连续延伸，间隔层74限定第一表面82和相反的第二表面84，每个表面从第五边缘延伸到第六边缘。间隔层74的第一表面82和第二表面84之间限定一厚度t₃。在示例性实施例中，间隔层74的厚度t₃大于功能层22，28的厚度t₁，t₂，并且该厚度t₃从第五边缘78到第六边缘80大致是恒定的。

在图1的示例性实施例中，间隔层74包括径向布置在全凸筋36，38，44与第五边缘78之间的台阶区域88。间隔层74的第一表面82与第二表面84在第五边缘78与台阶区域88之间的区域内是平面的，并且在台阶区域88与第六边缘80之间的区域内也是平面的。通过相对于平面区域64，65以一定角度布置间隔层74的第一表面82和第二表面84的一部分，形成台阶区域88。间隔层74典型地沿第一方向1或第二方向2延伸或弯曲，以限定台阶区域88。如图1所示，间隔层74的第一表面82的位于第五边缘78与台阶区域88之间的第一部分90比间隔层74的位于台阶区域88与第六边缘80之间的第二部分92更远离第一功能层22。

图1的示例性实施例的衬垫20还包括第一止挡器40，它沿第一功能层22的第一内表面50延伸，周向围绕第一边缘24并且在第一边缘24与第一全凸筋36之间，用于防止第一全凸筋36的过分压缩。第一止挡器40典型地从位于第一边缘24处的第一止挡器末端94延伸到位于第一边缘24与第一全凸筋36之间的第二止挡器末端96。然而，第一止挡器40的长度可以变化。第一止挡器40限定沿第一功能层22的第一内表面98延伸的第一止挡器表面98，以及面对第一止挡器表面98且朝向间隔层74的第二止挡器表面100。第一止挡器表面98和第二止挡器表面100之间限定一厚度t₃，厚度t₃小于功能层22，28的厚度t₁,t₂。然而，第一止挡器40的厚度t₃可以变化。第一止挡器表面98典型地从第一止挡器末端94到第二止挡器末端96连续附接至第一功能层22的第一内表面50。第一止挡器40可以通过焊接，诸如激光焊接，或通过其它方法附接至第一功能层22。第一止挡器40可替换地被机械地固定到第一功能层22。

图1的示例性实施例的衬垫20还包括与第二功能层28的第二全凸筋38一起形成的第二止挡器42。当衬垫20被压缩在两个部件之间时，第二止挡器42增加第二全凸筋38上的负荷，减小气缸升力，并且促进负荷的均匀分布。第二止挡器沿第二功能层28的第二内表面70、沿第二全凸筋38并且在第二功能层28的第三边缘30与第四边缘32之间延伸。在图1的示例性实施例中，第二止挡器42从与第三边缘30对齐的第三止挡器末端102延伸到位于第三边缘30与第四边缘32之间的第四止挡器末端104，第四止挡器末端104比第三边缘30更靠近第四边缘32。然而，第二止挡器42的长度可以变化。第二止挡器42限定沿第二功能层28的第二内表面70的第三止挡器表面106，以及面对第一止挡器表面98且朝向间隔层74的第四止挡器表面108。第三止挡器表面106和第四止挡器表面108之间限定一厚度t₄，在示例性实施例中，厚度t₄小于功能层22，28的厚度t₁，t₂。第二止挡器42的厚度t₄可以等于、大于或小于第一止挡器40的厚度t₃。典型地，第二止挡器42的厚度t₄不小于第一止挡器40的厚度t₃。从第三止挡器末端102到第四止挡器末端104，第三止挡器表面106典型地连续附接于第二功能层28。在示例性实施例中，第三止挡器表面106被焊接到第二功能层28的第二内表面70，但第二止挡器42可以用其它方法附接于第二功能层28。例如，第二止挡器42可以被机械固定到第二功能层28。

如图所示，第二止挡器42在第三止挡器末端102与第四止挡器末端104之间限定第三全凸筋44。在把第二止挡器42附接至第二功能层28后，第三全凸筋44和第二全凸筋38典型地被形成在一起，因此具有匹配的轮廓或剖面。替换地，在将第二止挡器42与第二功能层28附接在一起之前，分开形成第二功能层28中的第二全凸筋38和第二止挡器42中的第三全凸筋44，但第二全凸筋38和第三全凸筋44将仍具有匹配的轮廓。第三止挡器表面106是沿第三全凸筋44的凹面，第四止挡器表面108是沿第三全凸筋44的凸面。

衬垫20的层22，28，74和止挡器40，42中的每一个典型地由钢材料形成，诸如包含铬和镍的钢材料。示例性材料包括SS301完全硬化的弹簧不锈钢材料，冷轧的不锈钢，或SS304退火不锈钢。替换地，衬垫20的层22，28，74和止挡器40，42可以由其他金属或非金属材料形成。

衬垫20可包括图1所示的多组功能层22，28和止挡器40，42。例如，衬垫20可包括多个第一功能层22与对应的第一止挡器40，和/或多个第二功能层28与对应的第二止挡器42。衬垫20还可以包括附加间隔层74。另外，虽未示出，但图1的衬垫20的层22，28，74和止挡器40，42的取向可以颠倒，从而第二功能层28布置在第一功能层28上方。

在图2的截面图上显示了第二示例性气缸盖衬垫20。在本实施例中，衬垫20包括两组功能层22，28，一个功能层堆叠在另一个上面。与第一示例性实施例的衬垫20不同，这个衬垫20不包括任何间隔层74。正如在图1中，图2的衬垫20的层22，28和止挡器40，42的取向可以颠倒。

衬垫20’的第三示例性实施例显示在图3中，也是以截面图的形式。这个衬垫20’包括第一功能层22’和第二功能层28’，具有与图1和2的功能层22，28相同的设计。然而，在本例中，第二功能层28’被布置在第一功能层22’的上方。因此，第一功能层22’的第一内表面50’和第一外表面48’的位置，以及第二功能层28’的第二内表面70’和第一外表面68’的位置被颠倒。第一全凸筋36’和第二全凸筋38’互相远离地向外延伸，第一半凸筋62’和第二半凸筋72’也互相远离地向外延伸。第一功能层22’的第一外表面48’是沿第一全凸筋36’的凸面，第一功能层22’的第一内表面50’是沿第一全凸筋36’的凹面；第二功能层28’的第二外表面68’是沿第二全凸筋38’的凸面，以及第二功能层28’的第二内表面70’是沿第二全凸筋38’的凹面。

如图3所示，第三示例性实施例的衬垫20’也包括间隔层74’，间隔层74’被布置成靠近第一功能层22’的第一外表面48’，并且在与第一边缘24’对齐的第五边缘78’和与第二边缘26’对齐的第六边缘80’之间连续延伸。然而，在这个实施例中，间隔层74’的厚度t₃’小于功能层22’，28’的厚度t₁’，t₂’，而间隔层74’的第一表面82’和第二表面84’从第五边缘78’到第六边缘80’是平面的。

第三示例性实施例的衬垫20’还包括第一止挡器40’和第二止挡器42’。第一止挡器40’沿着第一功能层22’的第一外表面48’、在第一边缘24’与第一全凸筋36’之间延伸，用于防止第一全凸筋36’的过分压缩，第二止挡器42’沿着第二功能层28’的第二全凸筋38’的第二外表面68’、在第三边缘30’与第四边缘32’之间延伸，用于增加第二全凸筋38’上的负荷，减小气缸升力和促进负荷的均匀分布。第二止挡器42’典型地与第二功能层28’一起形成，但也可以与第二功能层28’分开形成，如以上讨论的。

在图3的示例性实施例中，衬垫20’还包括第三功能层86，第三功能层86被布置成靠近第四止挡器表面108’和第二功能层28’的第二外表面68’。第三功能层86和第一功能层22’具有匹配的轮廓，但沿第三功能层86没有布置止挡器。

第三功能层86在与第一边缘24’对齐的第七边缘110和与第二边缘26’对齐的第八边缘112之间连续延伸。第三功能层86还限定第三外表面114和相反的第三内表面116，每个表面从第七边缘110延伸到第八边缘112。第三外表面114和第三内表面116之间限定一厚度t₅，该厚度t₅从第七边缘110到第八边缘112是恒定的。在示例性实施例中，第三功能层86的厚度t₅等于第一功能层22’的厚度t₁’和第二功能层28’的厚度t₂’。

第三功能层86限定第四全凸筋52，第四全凸筋52与衬垫20的其它全凸筋36’，38’，44’沿轴向对齐，如图3所示。第四全凸筋52被布置在第七边缘110与第八边缘112之间，但比第八边缘112更靠近第七边缘110。第三功能层86的第三内表面116和第三外表面114沿第一方向1延伸，该第一方向1向里朝向第二功能层28’，用来限定第四全凸筋52。第三功能层86的第三内表面116是沿第四全凸筋52的凸面，而第三功能层86的第三外表面114是沿第四全凸筋52的凹面。像其它的全凸筋36’，38’，44’那样，第四全凸筋52围绕燃烧室开口34’周向连续延伸。第三功能层86的第三内表面116和第三外表面114典型地在第七边缘110与第四全凸筋52之间是平面的。

第三功能层86还包括第三半凸筋76，第三半凸筋76与第一半凸筋62’和第二半凸筋72’沿轴向对齐。第三半凸筋76被布置在第四全凸筋53与第八边缘112之间。第三半凸筋76典型地沿第八边缘112延伸，就像其它半凸筋62’，72’那样。第三功能层86的第三内表面116和第三外表面114在第四全凸筋52与第三半凸筋76之间的区域67内是平面的。典型地，通过把第三功能层86的第三内表面116和第三外表面114的一部分相对于平面区域67布置成第一角度，而形成第三半凸筋76。例如，第三功能层86可以沿第一方向1或第二方向2弯曲，以限定第三半凸筋76。第三功能层86的第三内表面116和第三外表面114在第三个成角度的部分与第八边缘112之间是平面的。

当然，图3的衬垫20’的层22’，28’，74’，86’和止挡器40’，42’的取向可以颠倒，从而第一功能层22’是最上面的层。显然，根据以上的教导，有可能对本发明做出许多修正方案和变化例，这许多修正方案和变化例可以不同于这里具体地描述的方式实施，但仍在所附权利要求的范围内。