金属的气缸盖密封垫 相关申请的交叉引用 本申请要求2007年9月11日提交的申请序列号No.60/971,307的美国临时申请的权益，其通过引用整体合并入此处。
【技术领域】
本发明大致涉及内燃机，更具体地涉及其中的金属的气缸盖密封垫。
背景技术
金属垫片广泛应用于内燃机使用中，以建立在缸盖和机体的相对面之间的密封。该密封通常用于阻止诸如燃烧气体，油，冷却等等流体的渗漏。垫片通常由多个连续的片状或层状金属形成，其上带有适于匹配气缸孔缸体和机体之间的缸盖孔，流体通道以及将缸体固定于机体上的紧固件的开口。所述金属层是可弹性压缩的多层层压结构。通常，至少一外层被压纹以形成从所述层的平面向外延伸的环形凸缘，该凸缘围绕气缸孔成形凸缘。由此，当缸盖固定于机体时，在机体和缸盖的相对面之间的凸缘被弹性压缩，以凸缘在相应的表面之间形成密封表面，阻止相应流体或气体的泄露。
在应用中，由于气缸衬垫在机体的表面上以不同的程度延伸，有时被称为气缸套过余，使得气缸孔开口的形成密封能力更加复杂。当缸体固定于机体时，气缸衬垫过余的各种角度可导致垫片的凸缘在不同的压力下彼此横向压缩。另外，如果各个气缸衬垫的过余是不均匀的，各个凸缘可相对于衬垫的平面倾斜和/或相对于垫片的其他凸缘倾斜。通常在各个活塞的压缩和充气冲程中经历的各个使用中的气缸衬垫的移动使得建立一种可靠密封的难度进一步加剧。密封的难度主要来源于垫片层的凸缘限制了他们在各个气缸衬垫的运动中浮动、倾斜或相对于彼此横向运动的能力。因此，凸缘没有能力随着各个气缸衬垫的移动而移动，而通常导致流体泄露，从而降低发动机的性能和使用寿命。
【发明内容】
根据本发明的一个方面构建的金属垫片，包括至少两个金属层，该金属层具有一个对齐的流体输送开口，金属层中的至少一层由载体层和活动层组成。活动层具有一围绕开口的凸出的金属密封凸缘。载体层和活动层至少部分共面，在平面上被载体层和活动层之间被至少一个开孔区域彼此间隔开。该开孔区域允许活动层移出所述载体层的平面，因此，活动层可在组装和使用中自我调整相对面之间的密封性能。
根据本发明的另一方面构建的多层金属垫片，包括至少两金属层，该金属层具有多个对齐的流体输送开口。金属层中的至少一层具有一带有一大致平坦表面的载体层和多个活动层，其中，每个活动层具有一围绕各个流体传输开口的凸出的金属密封凸缘。载体层和活动层被至少一个开孔区域至少部分分开彼此。开孔区域允许活动层相对彼此移动，并移出载体层的平面，因此，活动层可在组装和使用中自我调整相对面之间的密封性能。
据此，根据本发明的各个方面构造的金属垫片提供相对面之间的可靠密封，即使当相对面之间具有不均匀的高度，例如在活塞衬垫应用中出现过余的条件下。另外，作为单一组件构造垫片，使得其组装简便和经济，在生产和使用上还很经济性，而且提供的长的使用寿命。
【附图说明】
结合以下对当前优选实施方式和最佳形式的描述、所附权利要求和附图，本发明的上述和其它特征和优点将会被更容易理解，其中相似的特征用相似的数字表示：
图1是根据本发明的一个当前优选实施例构造的金属垫片的局部平面图；
图2是大致沿图1中的线2-2截取的放大的剖视图；
图3是根据本发明的另一实施例构造的金属垫片的局部平面图；及
图4-图7是根据本发明的又一实施例构造的金属垫片大致沿线4-7截取的局部剖视图。
【具体实施方式】
更具体地参考附图，图1和图2示出了根据本发明的当前优选实施例构造的一个多层金属垫片10。该垫片10具体用于气缸盖密封垫，以可靠液封在内燃机的缸盖14与机体16之间延伸的多个气缸孔12及各种其他流体通道或开口。垫片10具有一载体层部18，此后称作载体层，主要用于将垫片组装成一个整体，还具有一活动层部20，此后称作活动层，用于确保各个开口的密封。为了便于确保密封，活动层20具有至少一个，优选为多个凸出的密封凸缘22，该凸缘适合于围绕在气缸孔12和其他开口，诸如紧固件开口23周围。载体层18具有一大致平坦的表面24，适合于在缸盖14和机体16各自的相对面26、28之间被夹紧，于是在组装和使用过程中，活动层20一般至少部分相对于载体层18的平面24自由浮动或移动或至少部分脱离载体层18的平面24。据此，活动层20的密封凸缘22可以保证基本液封各开口12，即使在各种气缸孔12之间中的各种气缸衬垫过余(这是用于标注气缸衬垫30与机体16的上表面26之间的高度的变化的术语，其中气缸衬垫30的上表面32或边缘高于机体16的上表面26延伸)的条件下。垫片不仅提供在使用中各种气缸衬垫过余的可靠液封，还通过允许气缸衬垫30和机体16的公差提高，且不会对发动机操作性能产生不利影响，从而提高生产效率。
垫片10具有至少两个彼此可操作的相连的金属层34，36，诸如通过焊缝、铸型销钉或合适的粘合剂，带有至少一个，优选为多个对齐的流体输送开口38，该开口在形状上与各自的气缸孔12同心对齐。金属层中的至少一层，如图1所示为两层，构造为具有载体层18和一对应于所密封的气缸孔的数的合适数目的活动层20。层34，36优选为弹簧钢制成，然而，它们也可由任何具有类似弹簧性能的热处理钢构造。每个活动层20具有一从载体层18的平面24向外延伸的密封凸缘22，其中，两层34，36间的密封凸缘22被设置为彼此嵌入，或者如图5所示，凸缘22也可彼此远离。载体层18优选为设有合适数目的紧固件贯穿开口23，以在缸盖安装到机体过程中允许各紧固件(图未示)穿过此开口。
如图2所示，两层34，36显示为被一中间层40彼此分开，其中中间层40优选为金属制成。中间层40可充当间隔层，一个额外的加强密封层，和/或作为一变形限幅层以限制密封凸缘22的弹性变形量，从而最大化建立在缸盖14和机体16的相对密封面26，28之间的密封的整体性。中间层40此后示出为具有一额外的凸出的密封凸缘42，该凸缘被设置为嵌入其他两层34，36的密封凸缘22中以提高垫片10的密封性能。
层34，36中的每层具有至少一个贯穿开口44，被称为开孔区域，在载体层18和活动层20之间形成。如图1所示，该开孔区域44定义了多个肋46，该肋在载体层18和活动层20之间延伸而在径向上彼此相隔开并连接载体层18和活动层20。该肋46优选为与载体层18和活动层20整体，单片成型，其可弯曲性允许活动层20在组装中和使用中至少部分地移出载体层18的平面24。如果需要的话，估计肋46也可与载体和活动层18，20单独成型，其后彼此连接，例如通过焊缝。如图2所示，中间层40穿过开孔区域44延伸，虽然如果需要的话，它可构造成在单一操作中或在二次操作中具有与外层34，36配套的开口，。应当理解，中间层40被构造成具有一合适厚度和带有合适弹性以允许上述提到的活动层20相对于载体层18的运动。
开孔区域44至少部分围绕各自的密封凸缘22，42和气缸孔12。如果设置两个或更多的开孔区域44时，开孔区域44可以任何合适的周向位置彼此间隔开，优选为所述开孔区域44通过肋46围绕各自的凸缘22，42彼此对称隔开。优选的，开孔区域44的总合所占的面积比肋46的总面积更大，以最大化活动层相对于载体层18的平面24的相对移动的能力。如此，肋46优选为具有一最小的宽度和厚度。为了进一步提高活动板20相对于载体板18的平面24的移动，各层34，36的开孔区域44和可能的中间层40优选为彼此镜像设置，虽然如果需要的话，它们也可以其他形式形成。
因此，上述讨论的构造的垫片10，通过密封凸缘22，42可建立和维持对气缸孔12的可靠密封。在组装和使用中，密封凸缘22，42通过保持缸盖14和机体16的相对面26，28之间的流体连通可保持液封气缸孔12。该密封可由垫片10的活动层20的浮动或相对载体层18的运动而保持。同样，如图2所示，当气缸衬垫30高于机体16的上表面26延伸时，不管每个气缸衬垫30高于表面26上延伸相同的距离，或者彼此之间和/或高于表面26不同的距离，垫片10可自由调整彼此的过余以建立和维持液封。另外，当气缸衬垫30沿其周围的过余量各不相同时，活动层20可据此浮动以形成和维持液封。
如图3和图4所示，根据本发明的另一实施例构造的垫片110包括多个活动层120，该活动层完全与载体层118分开和脱离。每个活动层120被一个开口或在此之间周向延伸的开孔区域144从载体118分开。为了维持活动层120在径向上相对于载体层118位置固定，活动层120连接于中间层140，例如通过焊缝、铸型销钉或粘合剂。据此，活动层120可至少部分自由浮动出载体层118的平面，而不经历偏移或载体层118的材料的影响，如有必要，其中中间层140的材料通过挠曲提供相对运动。为了便于调整垫片110的压缩荷载，活动层120可通过构造成具有比载体层118的厚度(t2)增加的厚度(t1)的金属担当变形限制器(图4)。另外，垫片110与上述讨论的实施例垫片10相同。
图5示出了根据本发明的又一实施例构造的垫片210。垫片210与图3所示相似，其中多个活动层220通过围绕开孔区域244完全从载体层218上完全分开，然而，在中间层240的相对侧的活动层220具有密封凸缘222，该凸缘从中间层240并彼此横向向外延伸。此外，示出的中间层240由金属层制成，并具有一个增加的厚度以担当压缩荷载限制器。
图6示出了根据本发明的又一实施例构造的垫片310。垫片310与图4所示相似，然而，中间层340具有一包容于活动和载体层之间的开孔区域内的环形梯级48。梯级48定义了偏移的，大致平行的平面区域P1，P2，并且通过区域P1相对于另一区域P2轴向增高而作为荷载限制器。应当理解，如果需要的话，梯级48可以构造成具有任何合适角度的斜坡和高度，以得到期望的抗压缩能力。
如图7所示，根据本发明的又一实施例构造的垫片410包括多个活动层420，该活动层完全与载体层418分开和脱离。活动层420被一个环形的开口或开孔区域444从载体层418上分开。为了维持活动层420在径向上相对于载体层418位置固定，活动层420和载体层418连接于中间层440，诸如通过焊缝、销钉或粘合剂。据此，活动层420可至少部分浮动出载体层418的平面，而不经历偏移或载体层418的材料的影响，其中如果需要的话，中间层440的材料通过卷曲提供相对运动。为了便于调整垫片410的压缩荷载，活动层420可通过构造一具有比载体层418的厚度(t2)增加的厚度(t1)的金属担当变形限制器。另外，中间层440凸出的密封凸缘442可被设置为嵌入活动层420的密封凸缘422。而且，另一层50，在此示例为大致扁平，可被连接于活动层与载体层420，418的中间层的相对侧。
显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。