專利名稱：金屬密封墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝在內(nèi)燃機(jī)汽缸體和汽缸蓋的接合面之間的金屬密封墊，用來防止燃?xì)?、冷卻水和潤滑劑等的漏失。
在一內(nèi)燃機(jī)內(nèi)，密封墊是裝在汽缸體和汽缸蓋之間并用螺栓一類夾緊件夾緊以便在其間形成密封的。
在密封墊的密封中，燃燒室或汽缸內(nèi)孔周邊的密封是很重要的，如果在這一部分密封不良，燃燒室內(nèi)的燃燒氣體就不能有效地利用，從而使燃?xì)鈮毫ο陆怠?br> 因此，在金屬密封墊的一個(gè)彈性基板上設(shè)置一個(gè)與汽缸內(nèi)孔同心而平行于汽缸內(nèi)孔的凸圓邊，以便在金屬密封墊和汽缸體或汽缸蓋(也稱為內(nèi)燃機(jī)部件)的接合面之間由上述螺栓所產(chǎn)生的表面壓力利用在汽缸體和汽缸蓋之間夾緊金屬密封墊時(shí)所產(chǎn)生的凸圓邊反作用力，改善汽缸內(nèi)孔周邊上的密封。
另外，在汽缸內(nèi)孔和在其周邊上形成的凸圓邊之間形成一個(gè)與基板其他部分相同的平直區(qū)。平直區(qū)是用來調(diào)整和補(bǔ)償用于汽缸內(nèi)孔的沖壓機(jī)和用于凸圓邊的模壓機(jī)之間定位上的偏差的。但在將金屬密封墊置于汽缸體和汽缸蓋之間并將其夾緊時(shí)，由于凸圓邊的反作用力在其鄰近產(chǎn)生很高的表面壓力，汽缸體或汽缸蓋與凸圓邊接觸的部分和接近汽缸內(nèi)孔的部位，也就是對(duì)著平直區(qū)或與平直區(qū)接觸的部分會(huì)產(chǎn)生變形而彼此脫開。
由于這種脫開變形，盡管在汽缸體或汽缸蓋和金屬密封墊之間各接合面上的平直區(qū)內(nèi)尚能保證具有表面壓力，但汽缸體和汽缸蓋對(duì)金屬密封墊的夾緊力減小了。有時(shí)會(huì)在其間產(chǎn)生間隙。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在這種狀態(tài)下工作時(shí)，在金屬密封墊內(nèi)，先是在夾緊力減小的平直區(qū)上，隨即在凸圓邊上，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)，對(duì)金屬密封墊所加的夾緊力隨著在內(nèi)燃機(jī)燃燒過程中汽缸內(nèi)孔中壓力的增減而變化，從而引起凸圓邊的振動(dòng)。此外，對(duì)金屬密封墊所作夾緊力也還隨著各內(nèi)燃機(jī)部件內(nèi)由其溫度變化引起的質(zhì)量波動(dòng)或體積變化而變化，以致夾緊力的波動(dòng)或變化會(huì)使凸圓邊特別是凸圓邊上運(yùn)動(dòng)受到限制的部分受到疲勞破壞。
因此，如在日本實(shí)用模型專利申請(qǐng)Hei 3-56277中所述，建議將一填隙板(輔助板)裝在平直區(qū)上以減小從平直區(qū)到凸圓邊的振幅。在所建議的金屬密封墊中，如

圖12所示，在兩個(gè)基板30、31上形成的凸圓邊32是彼此朝內(nèi)對(duì)置的，而將一個(gè)具有一定厚度的輔助板36裝在其中一個(gè)基板(圖中為下基板)汽缸內(nèi)孔33周邊上的平直區(qū)35上，用來縮小各基板30、31凸圓邊32和一個(gè)汽缸內(nèi)孔33之間一個(gè)平直區(qū)35處的間隙，對(duì)其整個(gè)周邊可通過焊接進(jìn)行固定而使汽缸內(nèi)孔33和34各各對(duì)齊。
圖中編號(hào)37所示為一固定線。此固定線減小從平直區(qū)35開始到凸圓邊32的振動(dòng)振幅，而增大輔助板36的厚度也會(huì)通過輔助板36在平直區(qū)35上產(chǎn)生反作用力，使作用在凸圓邊36上的夾緊力得以分散，從而消除由于燃燒過程中汽缸內(nèi)孔中壓力增減或由于內(nèi)燃機(jī)部件溫度變化引起其體積變化所造成的夾緊力波動(dòng)，從而消除凸圓邊32的疲勞破壞。
在設(shè)有兩個(gè)以上汽缸內(nèi)孔而相鄰內(nèi)孔之間的距離減小的情況下，相鄰內(nèi)孔之間的凸圓邊重疊。在這種情況下，建議將內(nèi)孔之間的凸圓邊合并成一個(gè)直線形凸圓邊，而使其垂直于相鄰汽缸內(nèi)孔中心的連線(參閱美國專利4815750)。這也保證了汽缸內(nèi)孔之間的表面壓力，而螺栓一類緊固件的夾緊力是難以作出的。
但，隨著最近出現(xiàn)的一些顯著的技術(shù)創(chuàng)新，內(nèi)燃機(jī)要求減小其尺寸，燃燒室之間的距離因此已經(jīng)縮短而汽缸內(nèi)徑已經(jīng)加大，以致汽缸內(nèi)孔之間的距離已大為縮短。此外，在重量要求減輕的同時(shí)，功率已日趨增大，內(nèi)燃機(jī)油耗日趨減省，鋁材的使用日趨增多，增壓器一類輔助裝置也已配置起來，而且燃?xì)饣旌衔镆惨殉蔀樨殮?。綜合這類因素，金屬密封墊內(nèi)產(chǎn)生的振幅呈現(xiàn)出日益增大的趨勢。
此外，由于鋁材在內(nèi)燃機(jī)部件上的應(yīng)用已經(jīng)開展起來，材料的剛性降低。而且，盡管由于尺寸和重量的縮減所引起的材料熱容的增大可通過加大冷卻水通路之類的方法得到解決，但這進(jìn)一步降低了內(nèi)燃機(jī)的剛性。此外，由于冷卻水通路在設(shè)置上更接近汽缸內(nèi)孔，螺栓一類夾緊件的緊固位置進(jìn)一步遠(yuǎn)離汽缸內(nèi)孔，在汽缸內(nèi)孔之間的部分上金屬密封墊的夾緊力日益減弱的趨勢更為明顯。
考慮到這種種因素，作用在靠近螺栓一類夾緊件的金屬密封墊上的夾緊力和作用在遠(yuǎn)離夾緊件，確切地說作用在螺栓之間的部分上的夾緊力兩者之間存在著很大的差別。如果夾緊力如上所述相差很大，沿汽缸內(nèi)孔在金屬密封墊的基板之間或在基板和汽缸體或汽缸蓋之間就會(huì)造成間隙上的差異。如果設(shè)置在金屬密封墊的基板之間汽缸內(nèi)孔周邊上的輔助板在寬度和厚度上是均勻的，汽缸體或汽缸蓋一類內(nèi)燃機(jī)部件在汽缸內(nèi)孔周邊上的變形就不會(huì)是均勻的，結(jié)果是，汽缸內(nèi)孔的圓度就會(huì)降低而使燃燒效率下降，摩擦損失和燃燒壓力波動(dòng)加大，使用壽命降低。
這個(gè)問題在汽缸內(nèi)孔之間特別值得注意，因?yàn)檫@里輔助板的寬度受汽缸內(nèi)孔之間空間狹窄的限制，對(duì)汽缸內(nèi)孔之間金屬密封墊的反作用力的控制就較難。
鑒于以上這些問題才發(fā)展了本發(fā)明，其目的在于提供一種能提高內(nèi)燃機(jī)性能的金屬密封墊。
為了克服以上這些困難，本發(fā)明人經(jīng)過認(rèn)真的研究完成了基于以下發(fā)現(xiàn)的本發(fā)明。
在汽缸內(nèi)孔周圍形成的間隙可通過輔助板使其很均勻，因而在變化輔助板的寬度并調(diào)整內(nèi)燃機(jī)的變形的條件下可使該區(qū)內(nèi)夾緊力或表面壓力很均勻。在此情況下，如果使兩個(gè)基板上的凸圓邊彼此朝內(nèi)對(duì)置如圖12所示，輔助板的寬度就受到各凸圓邊和各汽缸內(nèi)孔之間的平直區(qū)寬度的限制。為避免這個(gè)缺點(diǎn)可使兩個(gè)基板上的凸圓邊從各基板朝向外面并在凸圓邊下凹范圍內(nèi)變化輔助板的寬度。
顯然，如夾緊力使具有丘形側(cè)剖面的凸圓邊凹陷下去，凹陷下去的是丘形凸圓邊的中部，凸圓邊變形時(shí)丘形體的數(shù)量從1個(gè)增到2個(gè)，再到4個(gè)或更多，表面壓力在與內(nèi)燃機(jī)部件接觸的各頂部較高而在谷形體中漸次降低。如果輔助板的寬度在凸圓邊的下凹范圍內(nèi)變化如上所述，對(duì)應(yīng)于輔助板的凸圓邊丘形體的數(shù)量隨著變形程度增減，對(duì)應(yīng)于輔助板的凸圓邊丘形體的數(shù)量增加時(shí)，也就是輔助板的寬度較大時(shí)，凸圓邊的反作用力增大，而對(duì)應(yīng)于輔助板的凸圓邊丘形體的數(shù)量減少時(shí)，也就是輔助板的寬度較小時(shí)，凸圓邊的反作用力減小。
從另一方面來說，控制汽缸內(nèi)孔之間的反作用力是很困難的，因?yàn)檩o助板的寬度受到限制。但，如果對(duì)厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如通過輔助板的疊置來調(diào)節(jié)，汽缸的圓度就會(huì)降低。因此，將輔助板在相鄰汽缸內(nèi)孔之間的部分內(nèi)做成連續(xù)的，而對(duì)金屬密封墊的反作用力是通過在連續(xù)部分內(nèi)形成的凸圓邊來控制的。如上所述，基板凸圓邊是在汽缸內(nèi)孔之間的狹窄區(qū)內(nèi)做成直線形的。在此情況下，當(dāng)接近汽缸內(nèi)孔的連續(xù)部分的兩個(gè)側(cè)端是固定在接近相鄰汽缸內(nèi)孔的平直區(qū)上時(shí)，如果連續(xù)部分仍是平直的，則調(diào)節(jié)凸圓邊變形的力就過大，以致在該部分金屬密封墊的反作用力過大而汽缸內(nèi)孔的不圓度會(huì)異乎尋常地高。
從另一方面來說，如果調(diào)節(jié)凸圓邊變形的力較小，在汽缸內(nèi)孔之間的表面壓力就不夠大，密封性就會(huì)受到破壞，因?yàn)橥ㄟ^螺栓一類夾緊件取得的夾緊力處于低限如上所述。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)基板凸圓邊變形的力，也就是在該部分金屬密封墊的反作用力可通過在基板直線形凸圓邊內(nèi)使在輔助板的連續(xù)部分上形成一直線形凸圓邊并對(duì)其進(jìn)行控制的方法來控制。此外，在如常通過變化凸圓邊寬度來改變對(duì)夾緊力的凹陷強(qiáng)度時(shí)，具體來說，在通過減小凸圓邊寬度來改變對(duì)夾緊力的凹陷強(qiáng)度時(shí)，由于凹陷強(qiáng)度得到加強(qiáng)，在該部分內(nèi)金屬密封墊的反作用力增大，而在增大凸圓邊寬度時(shí)，由于凹陷強(qiáng)度減弱，金屬密封墊的反作用力減小。
對(duì)上述這些現(xiàn)象可適當(dāng)?shù)丶右越M合利用來充分增加汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力，使其在汽缸內(nèi)孔周圍作均勻分布，保證汽缸內(nèi)孔的圓度并用來改進(jìn)汽缸內(nèi)孔周圍的密封性。
作為本發(fā)明的第一個(gè)特點(diǎn)是提供一種具有薄層結(jié)構(gòu)的金屬密封墊，此密封墊具有兩個(gè)用金屬材料制成的彼此疊置的彈性基板和一個(gè)厚度小于基板而夾置在兩個(gè)基板的內(nèi)側(cè)之間的輔助板，其中在疊置的各基板和輔助板上至少開有兩個(gè)汽缸內(nèi)孔，在各基板各汽缸內(nèi)孔的周邊上一個(gè)凸圓邊通過一平直區(qū)并沿此平直區(qū)的外周邊從各基板的外側(cè)向外凸起，在各基板相鄰汽缸內(nèi)孔之間形成一連接兩個(gè)相鄰汽缸內(nèi)孔的凸圓邊并垂直于兩個(gè)汽缸內(nèi)孔中心連線的直線形凸圓邊，輔助板具有一個(gè)只是位于各汽缸內(nèi)孔周邊上的基本上呈圓形的周邊和一個(gè)使輔助板的一個(gè)部分在相鄰汽缸內(nèi)孔之間呈連續(xù)形的連續(xù)部分，輔助板以其整個(gè)周邊固定在其中一個(gè)基板上接近汽缸內(nèi)孔的平直區(qū)的內(nèi)側(cè)，輔助板汽缸內(nèi)孔的內(nèi)周邊與基板汽缸內(nèi)孔的內(nèi)周邊對(duì)齊，在基板凸圓邊的寬度內(nèi)，輔助板周邊上的外周邊端部是變化的，從而變化各周邊部分的寬度，在輔助板的連續(xù)部分上形成一個(gè)可裝在基板直線形凸圓邊的直線形凸圓邊。
作為本發(fā)明的第二個(gè)特點(diǎn)是提供上述金屬密封墊，其特征是在兩個(gè)基板上汽缸內(nèi)孔周邊凸圓邊具有變化的寬度。
作為本發(fā)明的第三個(gè)特點(diǎn)是提供上述金屬密封墊，其特征是在輔助板汽缸內(nèi)孔之間凸圓邊凸起側(cè)的凸起量小于在上面固定有輔助板的基板上汽缸內(nèi)孔之間凸圓邊凹下側(cè)的凹下深度。
作為本發(fā)明金屬密封墊的基礎(chǔ)是各具有兩個(gè)以上汽缸內(nèi)孔的兩個(gè)基板彼此疊置，在其中間夾置一個(gè)具有兩個(gè)從上汽缸內(nèi)孔的薄片形的輔助板，在各基板上在各基板的外側(cè)表面上，在以其內(nèi)側(cè)構(gòu)成汽缸內(nèi)孔的平直區(qū)的外周邊上與現(xiàn)有技術(shù)相同形成一個(gè)向外凸起的凸圓邊，而在兩個(gè)汽缸內(nèi)孔之間與現(xiàn)有技術(shù)相同形成一個(gè)連接為兩個(gè)相鄰汽缸內(nèi)孔所設(shè)凸圓邊并垂直于汽缸內(nèi)孔中心連線的直線形凸圓邊。
因此，通過以上所述結(jié)構(gòu)，在將金屬密封墊置于汽缸體和汽缸蓋之間并用螺栓一類夾緊件將其夾緊的情況下，可改善在內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力。
從另一方面來說，輔助板具有一個(gè)只是在汽缸內(nèi)孔周邊上設(shè)置的基本上呈圓形的周邊部分和一個(gè)相鄰汽缸內(nèi)孔之間的連續(xù)部分。此外，輔助板在其整個(gè)周邊上在接近汽缸內(nèi)孔的一側(cè)固定在基板的平直區(qū)上，其中一個(gè)基板上的汽缸內(nèi)孔內(nèi)周邊與輔助板上汽缸內(nèi)孔周邊對(duì)齊。在一個(gè)基板是疊置的輔助板也是薄片形的金屬密封墊中，輔助板的周邊位于基板汽缸內(nèi)孔周圍的平直區(qū)和基板凸圓邊的背面，也就是基板的內(nèi)側(cè)，輔助板的連續(xù)部分也位于基板汽缸內(nèi)孔之間直線形凸圓邊的背面，也就是內(nèi)側(cè)。
因此，輔助板周邊部分上的外周邊端部在基板汽缸內(nèi)孔周圍的凸圓邊的寬度內(nèi)是變化的。增加夾緊力是會(huì)對(duì)應(yīng)于輔助板增加或減少丘形體數(shù)量的。在凸圓邊的丘形體數(shù)量增加時(shí)，也就是在輔助板寬度較大時(shí)，凸圓邊的反作用力就與對(duì)應(yīng)于輔助板的凸圓邊丘形體數(shù)量成比例地增加，而在對(duì)應(yīng)于輔助板的凸圓邊丘形體數(shù)量減少時(shí)，也就是在輔助板的寬度較小時(shí)，凸圓邊的反作用力就減小。因此，對(duì)內(nèi)燃機(jī)部件在汽缸內(nèi)孔周圍所產(chǎn)生的表面壓力有可能使之均勻一致，也就是在輔助板上對(duì)遠(yuǎn)離螺栓一類夾緊件夾緊力較小的部分采用較大的寬度，在接近螺栓一類夾緊件夾緊力較大的部分采用較小的寬度。
在這一實(shí)施例中，由于按金屬密封墊的結(jié)構(gòu)沿基板汽缸內(nèi)孔周邊部分設(shè)置的凸圓邊寬度是變化的，反作用力就可在遠(yuǎn)離螺栓一類夾緊件夾緊力較小的部分通過減小凸圓邊寬度增加凹陷強(qiáng)度來加大，而在接近螺栓一類夾緊件夾緊力較大的部分通過加大凸圓邊寬度減小其凹陷強(qiáng)度來減小。因此，對(duì)位于汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力可通過對(duì)凸陷強(qiáng)度來減小。因此，對(duì)位于汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力可通過對(duì)凸圓邊和輔助板寬度的控制使之均勻一致。
另外，由于在一個(gè)使相鄰汽缸內(nèi)孔周邊連續(xù)的連續(xù)部分上設(shè)置了一個(gè)可裝在基板直線形凸圓邊內(nèi)的輔助板直線形凸圓邊，即使將連續(xù)部分固定在相鄰汽缸內(nèi)孔的平直部分上，也不會(huì)由于過分加大用來控制基板凸圓邊的變形的作用力而在金屬密封墊的連續(xù)部分上過分加大反作用力，也不會(huì)損害汽缸內(nèi)孔的圓度。
在金屬密封墊的另一實(shí)施例中，在輔助板汽缸內(nèi)孔之間形成的直線形凸圓邊外面凸起部分的凸起量小于上面固定有輔助板的基板上汽缸內(nèi)孔之間形成的直線形凸圓邊中空內(nèi)部的凹下深度，因而有可能對(duì)兩個(gè)凸圓邊之間形成的間隙進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)由輔助板的直線形凸圓邊施加的用來使基板直線形凸圓邊變形的作用力。因此，有可能控制汽缸內(nèi)孔之間所需的反作用力，這里，使基板變形的夾緊件的夾緊力是由輔助板的凸圓邊控制的，這樣，對(duì)汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力就可通過適當(dāng)組合以上所述諸因素使之均勻一致。
圖1(a)、(b)、(c)所示為本發(fā)明金屬密封墊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，(a)為一下基板和一固定在其上面的輔助板的平面圖，(b)為一中央縱剖面圖，(c)為一底視圖。
圖2為圖1中沿Y-Y線的橫剖面圖。
圖3為圖2中采用寬輔助板的橫剖面圖。
圖4所示為圖2中增大夾緊力時(shí)的情況。
圖5所示為圖3中增大夾緊力時(shí)的情況。
圖6為圖1中沿X-X線的橫剖面圖。
圖7所示為圖2中表面壓力的分布。
圖8所示為圖6中表面壓力的分布。
圖9所示為圖8中采用窄寬度輔助板時(shí)表面壓力的分布。
圖10為圖1中沿Z-Z線的橫剖面圖。
圖11所示為圖10中基板凸圓邊和輔助板凸圓邊之間留有間隙時(shí)的情況。
圖12為一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中金屬密封墊實(shí)施例的縱剖面圖。
圖1所示為本發(fā)明金屬密封墊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在此實(shí)施例中，金屬密封墊采用薄層結(jié)構(gòu)，其由金屬制成的兩個(gè)彈性基板1和2是疊置的，一輔助板3固定在下基板2上夾置于基板1和2之間。
在基板1和2和輔助板3上分別開有兩個(gè)以上的汽缸內(nèi)孔4和5，在其疊置成金屬密封墊時(shí)，相應(yīng)各內(nèi)孔彼此重合。汽缸內(nèi)孔4和5的布置應(yīng)使其在將金屬密封墊裝在汽缸體和汽缸蓋之間組成內(nèi)燃機(jī)時(shí)與內(nèi)燃機(jī)的汽缸內(nèi)孔連通。因此，在基板1和2上的油孔20與內(nèi)燃機(jī)油路相通，基板1和2上的冷卻水孔21與內(nèi)燃機(jī)水套連通，基板上的螺栓孔22也應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)的螺栓孔連通。
兩個(gè)基板1和2是做成彼此對(duì)稱的。如圖1所示，在螺栓孔22周邊上的螺栓孔凸圓邊線23，在油孔20周邊上的油孔凸圓邊線24，沿基板外緣設(shè)置的外緣凸圓邊線25分別用來表示其中心線。
此外，在基板1和2上各汽缸內(nèi)孔4的周邊上通過與其他部分一樣平直的平直區(qū)6并沿其周邊形成一個(gè)基本上是環(huán)形的內(nèi)孔凸圓邊7。如圖1b所示，內(nèi)孔凸圓邊7為一分別從基板1和2外側(cè)1a和2a向外凸起的條狀弧形丘體，主要通過壓制一類方法成形，在其內(nèi)側(cè)具有一凹槽。
在圖1a中，單點(diǎn)點(diǎn)劃線7CL所示為內(nèi)孔凸圓邊7的中心線，而兩個(gè)內(nèi)孔凸圓邊7在相鄰內(nèi)孔4之間合并成一個(gè)直線形內(nèi)孔凸圓邊8如圖1c所示，此凸圓邊垂直于相鄰兩汽缸內(nèi)孔4中心連線。這是由于內(nèi)燃機(jī)尺寸減小，汽缸內(nèi)孔直徑增大，致使汽缸內(nèi)孔之間的空間變窄。在沿汽缸內(nèi)孔4周邊形成平直區(qū)6以便調(diào)整和補(bǔ)償由沖壓機(jī)加工引起的位置偏差如上所述和在內(nèi)孔凸圓邊7在其外周邊上形成時(shí)內(nèi)孔凸圓邊線7CL在汽缸內(nèi)孔4之間的一個(gè)部分上重合如圖1a所示。因此，由兩個(gè)凸圓邊彼此合并構(gòu)成的直線形凸圓邊8是在重合部分形成的。換言之，由于相鄰內(nèi)孔凸圓邊7是在汽缸內(nèi)孔4之間合并又分岔的，在汽缸內(nèi)孔4之間內(nèi)孔凸圓邊7是做成直線形的。
內(nèi)孔凸圓邊7和8的寬度除汽缸內(nèi)孔4之間的直線形內(nèi)孔凸圓邊8外是變化的。確切地說，在接近螺栓孔22的部分上的內(nèi)孔凸圓邊7的寬度做得較大，而在與其遠(yuǎn)離的部分上，也就是在螺栓孔22之間的部分上做得較小。這種寬度變化是用來通過改變內(nèi)孔凸圓邊7的寬度來改變凹陷強(qiáng)度，從而改變和控制各部分上的反作用力，其功能和效果將在下面詳述之。
從另一方面來說，輔助板3具有一個(gè)只是在各汽缸內(nèi)孔5周邊上形成的基本上是圓的周邊部分9和一個(gè)用來使輔助板3上相鄰汽缸內(nèi)孔5之間的一個(gè)部分成為連續(xù)的連續(xù)部分10。輔助板3是用厚度小于基板1和2的金屬板制成的，在本實(shí)施例中是用厚度均勻的平板通過沖壓一類方法制成的。輔助板3用來減小在內(nèi)燃機(jī)部件汽缸體和汽缸蓋與基板1和2的接合面之間或在基板1和2彼此之間的間隙，此間隙是由內(nèi)孔凸圓邊7引起的內(nèi)燃機(jī)部件變形造成的(也就是由于變形，內(nèi)燃機(jī)部件接近汽缸內(nèi)孔的部分彼此分離)，這樣，平直區(qū)6和內(nèi)孔凸圓邊7的振動(dòng)振幅就減小了，從而消除其疲勞破壞，輔助板還在內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)孔周邊上作為夾置于兩個(gè)基板1和2之間的一個(gè)楔子提供表面壓力。
因此，輔助板3在汽缸內(nèi)孔4邊緣上的整個(gè)周邊用電子束焊接一類方法在接近汽缸內(nèi)孔4一側(cè)的平直區(qū)6內(nèi)加以固定，其汽缸內(nèi)孔5的內(nèi)周邊與下基板2汽缸內(nèi)孔4的內(nèi)周邊對(duì)齊。在圖1a中，固定線用一雙點(diǎn)點(diǎn)劃線12表示。
因此，在輔助板3上相鄰汽缸內(nèi)孔5之間形成的連續(xù)部分10兩側(cè)端部是固定在下基板2接近內(nèi)孔4的平直區(qū)6的一個(gè)部分上。在將基板1和2上相鄰汽缸內(nèi)孔4之間形成的直線形凸圓邊8夾緊在汽缸體和汽缸蓋之間時(shí)，如連續(xù)部分10仍是平直的，這將影響隨之產(chǎn)生的直線形內(nèi)孔凸圓邊8的凹陷變形。也就是，在基板1和2的直線形內(nèi)孔凸圓邊8凹陷時(shí)，在其上固定有輔助板3的平直區(qū)6之間會(huì)產(chǎn)生延伸，延伸對(duì)此材料來說造成一種應(yīng)力，而對(duì)輔助板3的連續(xù)部分10造成純拉伸。由于輔助板3的拉伸力顯然較應(yīng)力為大，這對(duì)引起直線形內(nèi)孔凸圓邊8凹陷的變形，也就是夾緊力產(chǎn)生一種很大的遏制力。
由于這會(huì)使金屬密封墊上汽缸內(nèi)孔4之間的反作用力明顯增大并在內(nèi)燃機(jī)部件汽缸體和汽缸蓋的汽缸內(nèi)孔之間造成很大的變形力，汽缸內(nèi)孔的圓度就會(huì)降低。作為一個(gè)防范措施，在本發(fā)明中，在輔助板3上也形成一個(gè)直線形凸圓邊11，此凸圓邊可設(shè)置于下基板2的直線形凸圓邊8內(nèi)，從而可調(diào)節(jié)遏制下基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8變形的作用力。如以后將對(duì)其功能進(jìn)行細(xì)述的那樣，由于壓陷下基板2的直線形內(nèi)孔凸圓邊8所造成的延伸為輔助板3的直線形凸圓邊11的延伸所抵償，遏制變形的作用力，也就是反作用力減小了，延伸量，也就是兩個(gè)凸圓邊8和11的高度也改變了，這樣，就可控制和減小反作用力。
從另一方面來說，在本發(fā)明中，輔助板3的周邊部分9的外周邊端部位于基板1和2內(nèi)孔凸圓邊7的寬度內(nèi)，外周邊端部的位置還可在內(nèi)孔凸圓邊7的寬度內(nèi)和輔助板3的周邊部分9的寬度內(nèi)變化。如以后將作細(xì)述的那樣，當(dāng)夾緊力施加在丘形內(nèi)孔凸圓邊7的凸起部分時(shí)，在內(nèi)孔凸圓邊7的中部就產(chǎn)生凹陷，丘形體的數(shù)量會(huì)增加成2個(gè)、4個(gè)或更多。內(nèi)燃機(jī)部件上的表面壓力在一個(gè)與很多頂端接觸的部分上較高，而在谷形體內(nèi)則降低。如上所述，如果使輔助板3外周邊的位置在內(nèi)孔凸圓邊7的寬度內(nèi)變化和改變輔助板3周邊部分9的寬度，除在基板上內(nèi)孔凸圓邊7的丘形體數(shù)量隨夾緊力而增加外，橫過輔助板3的丘形體數(shù)量也改變了。因此，由于橫過輔助板3的各丘形體受到變形限制，也就是受到相當(dāng)大的夾緊力，反作用力當(dāng)然也增大了。這樣，由于輔助板3的寬度改變了反作用力，在內(nèi)燃機(jī)部件汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力也就可加以改變和控制。
現(xiàn)對(duì)本發(fā)明基于以上所述基本原理的工作情況參照一些對(duì)本實(shí)施例的各部分詳加圖示的剖面圖進(jìn)行說明，在本實(shí)施例中對(duì)以上這些技術(shù)作了適當(dāng)?shù)慕M合和應(yīng)用。
首先，就金屬密封墊的一個(gè)螺栓孔22近處部分進(jìn)行說明，也就是對(duì)圖1c中沿Y-Y線的橫剖面圖參照?qǐng)D2、3、4和5進(jìn)行說明。
如上所述，輔助板3的周邊部分9在其整個(gè)周邊上沿固定線12固定在基板2接近汽缸內(nèi)孔4的平直區(qū)6的一個(gè)部分上，輔助板3汽缸內(nèi)孔5的內(nèi)周邊與下基板2汽缸內(nèi)孔4的內(nèi)周邊對(duì)齊如圖2所示。
從另一方面來說，輔助板3周邊部分9的外周邊端部在疊置的基板1和2內(nèi)孔凸圓邊7的凹體25內(nèi)呈自由狀態(tài)，外周邊端部的位置是在內(nèi)孔凸圓邊7的寬度內(nèi)變化的，因而輔助板3的周邊部分9的寬度也是變化的。在此情況下，輔助板3周邊部分9的寬度在接近密封墊螺栓孔22處相對(duì)較小。與此相反，如圖3所示，輔助板3的周邊部分9具有相對(duì)較大的寬度。為便于說明，假設(shè)內(nèi)孔凸圓邊7的寬度固定不變而為B1，圖2所示窄輔助板3的寬度為b1，寬輔助板3的寬度為b0。
首先，參照?qǐng)D4進(jìn)行說明，將圖2所示的具有夾置在基板之間的窄寬度輔助板3的金屬密封墊夾在內(nèi)燃機(jī)部件汽缸體和汽缸蓋之間，并在其內(nèi)孔凸圓邊7上加上一個(gè)夾緊力。如圖4a所示，當(dāng)在基板1和2上的丘形內(nèi)孔凸圓邊7的頂端上加上一夾緊力時(shí)，丘形體中部凹陷而呈凹形，內(nèi)孔凸圓邊7的丘形體數(shù)量由一個(gè)增加到兩個(gè)如圖4b所示。在繼續(xù)施加夾緊力時(shí)，內(nèi)孔凸圓邊7的丘形體數(shù)量漸次倍增為4個(gè)、8個(gè)或更多如圖4c所示。各丘形體的高度和寬度當(dāng)然隨丘形體數(shù)量的增加而減小。在此情況下，如輔助板3并不存在，在變形而增加著的內(nèi)孔凸圓邊7丘形體頂端與各內(nèi)燃機(jī)部件接觸面相接觸的點(diǎn)上表面壓力較大，表面壓力沿谷形體漸次減小。
另外，在將輔助板3夾置于兩個(gè)基板1和2的內(nèi)孔凸圓邊7之間時(shí)，在增加著的內(nèi)孔凸圓邊7丘形體中，跨在輔助板3上的丘形體變形而受到整平如圖4c所示，就在增長著的夾緊力來說，與凸圓邊的其他部分相比這里會(huì)產(chǎn)生更大的反作用力而增大表面壓力。這樣，在對(duì)應(yīng)于輔助板3外周邊端部的基板1和2內(nèi)孔凸圓邊7的部分會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致表面壓力的局部增大。在此情況下，在輔助板3所在部分，內(nèi)燃機(jī)部件的變形會(huì)局部增大，但傾斜角(即變形傾向，假設(shè)作為彈性件的內(nèi)燃機(jī)部件具有一定的剛性)總的來說是較小的。內(nèi)燃機(jī)的局部變形在此情況下是處于所謂的彈性變形范圍內(nèi)，因而不會(huì)形成缺口。
這可通過一個(gè)如圖3所示夾置在基板1和2之間具有一寬輔助板3的金屬密封墊來證實(shí)。與圖4所示情況不同，在隨著內(nèi)孔凸圓邊7的變形而增加的丘形體數(shù)量中，跨在輔助板3上的丘形體數(shù)量增加了如圖5所示，整個(gè)表面壓力也就增加了。此外，假設(shè)作用的夾緊力是與圖4內(nèi)的是相同的，由于在對(duì)應(yīng)于輔助板3外周邊的基板1和2內(nèi)孔凸圓邊7的部分上產(chǎn)生了更大的局部應(yīng)力集中，在這一部分上的局部表面壓力明顯增大。而且，內(nèi)燃機(jī)部件的變形在此情況下會(huì)增大整個(gè)傾斜角。
將以上所述的情況一同考慮進(jìn)去，就可得出一個(gè)總的趨向，隨著內(nèi)燃機(jī)部件的彈性變形，夾緊力在接近螺栓孔處較大而在螺栓孔之間較小，這種趨向近期變得特別明顯，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)部件的剛性由于內(nèi)燃機(jī)部件日趨采用鋁材和冷卻水通路日趨加大而逐漸降低。因此，輔助板3周邊部分9的外周邊端部在內(nèi)孔凸圓邊7的寬度內(nèi)是變化的，為此，對(duì)接近螺栓孔22夾緊力較大的部分減小輔助板3的寬度，而對(duì)螺栓孔22之間夾緊力較小的部分加大輔助板3的寬度，這樣才能使汽缸內(nèi)孔周圍所產(chǎn)生的表面壓力均勻一致。
現(xiàn)參照?qǐng)D6對(duì)金屬密封墊螺栓孔22之間的部分，也就是圖1c中沿X-X線的橫剖面圖進(jìn)行說明。在螺栓孔22之間的部分，基板1和2內(nèi)孔凸圓邊7的寬度B0做得較接近螺栓孔22的內(nèi)孔凸圓邊7的寬度B1為小如圖2所示。
如上所述，基板1和2的內(nèi)孔凸圓邊7經(jīng)受著凹陷變形，因而凸圓邊的丘形體數(shù)量由于內(nèi)燃機(jī)部件的夾緊力而增加。由于凹陷變形是在彈性極限以內(nèi)進(jìn)展的，內(nèi)孔凸圓邊7的凹陷強(qiáng)度也可當(dāng)作凸圓邊的彈簧常數(shù)。在此情況下，如減小內(nèi)孔凸圓邊7的寬度，凸圓邊的凹陷強(qiáng)度在加工硬化一類效應(yīng)下就會(huì)增大，這自然會(huì)加大凸圓邊的彈簧常數(shù)，因此，如夾緊力保持一定不變，在寬度較小的凸圓邊7內(nèi)的反作用力較寬度較大的內(nèi)孔凸圓邊7內(nèi)的為大。此外，在螺栓孔22之間的金屬密封墊內(nèi)，由于夾置了圖3所示寬度b0大于圖2所示輔助板3的寬度b1的輔助板3，整個(gè)反作用力在夾緊力保持不變的條件下就顯著增大。
圖7和8所示為本實(shí)施例中金屬密封墊內(nèi)表面壓力的分布情況，在此實(shí)施例中采用了以上所述的綜合技術(shù)。圖7a所示為在汽缸蓋內(nèi)接近螺栓孔22處沿汽缸內(nèi)孔直徑方向的表面壓力的分布。圖8a所示為在汽缸蓋內(nèi)螺栓孔22之間沿汽缸內(nèi)孔直徑方向的表面壓力的分布。圖9a所示為在類似于圖7中采用窄輔助板3的情況下在汽缸蓋內(nèi)螺栓孔22之間沿汽缸內(nèi)孔直徑方向的表面壓力的分布。符號(hào)b表示內(nèi)孔凸圓邊7和在基板中的輔助板3的情況。
從各圖中可明顯地看出，由于夾緊力在接近螺栓孔22處較大，在輔助板3周邊部分9的周邊端部產(chǎn)生的表面壓力必然很高，但內(nèi)燃機(jī)部件的變形，也就是朝向汽缸內(nèi)孔的傾斜角很小。另一方面，在螺栓孔22之間，夾緊力都很小，而內(nèi)燃機(jī)部件的變形，也就是朝向汽缸內(nèi)孔的傾斜角很大，結(jié)果，在輔助板3周邊部分9的外周邊端部產(chǎn)生一個(gè)與接近螺栓孔22處相同的較大的表面壓力。與此相反，當(dāng)將窄輔助板3夾置于螺栓孔22之間時(shí)，在輔助板3周邊部分9的外周邊端部產(chǎn)生的表面壓力就較低，可以預(yù)計(jì)在汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力會(huì)是很不相同，以致降低了汽缸內(nèi)孔的圓度。
現(xiàn)參閱圖10和11對(duì)金屬密封墊汽缸內(nèi)孔4之間的一個(gè)部分，也就是圖1c中沿Z-Z線的橫剖面圖進(jìn)行說明。
對(duì)一輔助板3也可在汽缸內(nèi)孔4和5之間設(shè)一可裝在下基板2的一個(gè)直線形內(nèi)孔凸圓邊8內(nèi)的直線形凸圓邊11如上所述。如圖11所示，h0表示下基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8中空內(nèi)部的凹下量(深度)，h1表示輔助板3凸圓邊11凸起外部的凸起量。這樣，在輔助板3的連續(xù)部分10上，接近相鄰汽缸內(nèi)孔5的兩個(gè)側(cè)端部是沿一固定線12固定在下基板2相鄰汽缸內(nèi)孔4的平直區(qū)6上的。因此，當(dāng)基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊7中空內(nèi)部的凹下量h0等于輔助板3凸圓邊11凸起外部的凸起量h1時(shí)，也就是輔助板3凸圓邊11的凸起外部與基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8的凹下部分25相接觸如圖10所示時(shí)，對(duì)應(yīng)于下基板2直線形凸圓邊8凹陷強(qiáng)度的反作用力和對(duì)應(yīng)于輔助板3凸圓邊11凹陷強(qiáng)度的反作用力這兩者之和就成為金屬密封墊下基板2在汽缸內(nèi)孔4之間的反作用力作用在從基板1和2外側(cè)1a和2a施加的夾緊力上。
在此情況下，對(duì)應(yīng)于基板2內(nèi)孔凸圓邊8凹陷強(qiáng)度的反作用力和對(duì)慶于輔助板3凸圓邊11凹陷強(qiáng)度的反作用力是分別形成的，因?yàn)榧庸び不活愋?yīng)由于構(gòu)成基板2的材料和構(gòu)成輔助板3的材料是互不相同的，壓下量也就各不相同。另外，由于兩者之間必定在隨凹陷變形產(chǎn)生的延伸量上存在著些微差別，總的反作用力嚴(yán)格地說不能只是從理論上來得出，因?yàn)檫€存在著一些其他因素。
另外，在輔助板3凸圓邊11凸起外部的凸起量h1小于下基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8中空內(nèi)部凹下量h0的情況下，也就是如果在基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8的內(nèi)凹部25和輔助板3凸圓邊11的凸起外部之間存在著空隙如圖11所示，就距相鄰汽缸內(nèi)孔4的平直區(qū)上固定線12的長度來說，在基板2上比在輔助板3上長些。當(dāng)通過與這樣一個(gè)基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8外側(cè)頂端接觸的汽缸體或汽缸蓋施加一個(gè)夾緊力時(shí)，基板2內(nèi)孔凸圓邊8的中部即凹陷下去，這里，基板2內(nèi)孔凸圓邊8的凹形中部壓向輔助板3凸圓邊11的頂端，以致輔助板3凸圓邊11的中部也凹陷下去。
經(jīng)過連續(xù)重復(fù)這種變形，基板2和輔助板3的凸圓邊凹陷而使丘形體從1個(gè)增加到2個(gè)、4個(gè)或更多。然后，輔助板3凸圓邊11完全凹陷。由于就距相鄰汽缸內(nèi)孔4平直區(qū)6上固定線12的長度來說在基板2上比在輔助板3上長些，基板2內(nèi)孔凸圓邊8尚未完全凹陷。下基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8在夾緊力作用下進(jìn)一步凹陷，輔助板3的材料即變形而作出反應(yīng)，并在拉伸應(yīng)力的作用下純拉伸性的搓動(dòng)。但，由于輔助板3的拉伸力大于基板2內(nèi)孔凸圓邊8的凹陷強(qiáng)度，作用在基板2內(nèi)孔凸圓邊8上的夾緊力對(duì)抑制凸圓邊8變形的較大反作用力具有影響。這就可通過基板2內(nèi)孔凸圓邊8加大內(nèi)燃機(jī)部件汽缸體或汽缸蓋汽缸內(nèi)孔之間所產(chǎn)生的表面壓力。
換言之，金屬密封墊在汽缸內(nèi)孔4之間的反作用力是可以通過控制輔助板3的長度，也就是基板2直線形內(nèi)孔凸圓邊8中空內(nèi)部的凹下量h0和輔助板3凸圓邊11凸起外部的凸起高度h1之間的間隙來控制的，既然這一長度控制著基板1和2直線形內(nèi)孔凸圓邊8的凹陷情況。
輔助板的寬度和內(nèi)孔凸圓邊的寬度可通過實(shí)測組裝的汽缸內(nèi)孔周圍的這一間隙并加以控制來控制。但，也可通過一種稱作有限單元法(FEM)并根據(jù)一個(gè)基于應(yīng)力分布的方程式預(yù)先確定內(nèi)燃機(jī)部件內(nèi)應(yīng)力分布的情況來取得均勻的對(duì)應(yīng)于夾緊力的表面壓力。
如上所述，本發(fā)明的金屬密封墊至少能使汽缸內(nèi)孔周圍的表面壓力均勻一致，從而改善密封性并保證汽缸內(nèi)孔的圓度，并促使內(nèi)燃機(jī)性能得到改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種具有薄層結(jié)構(gòu)的金屬密封墊，此密封墊具有兩個(gè)彼此疊置的用金屬材料制成的彈性基板和一個(gè)厚度較所述基板為小而置于所述基板內(nèi)側(cè)之間的輔助板，其中在處于疊置狀態(tài)下的所述各基板和所述輔助板上至少開有兩個(gè)汽缸內(nèi)孔，一個(gè)凸圓邊在各基板上的各汽缸內(nèi)孔周邊上通過一平直區(qū)并沿其外周邊從各基板的外側(cè)向外凸起，在各基板上所述相鄰汽缸內(nèi)孔之間形成一個(gè)連接相鄰兩個(gè)汽缸內(nèi)孔凸圓邊并垂直于兩個(gè)汽缸內(nèi)孔中心連線的直線形凸圓邊，所述輔助板具有一個(gè)只是在所述各汽缸內(nèi)孔周邊上形成的基本上呈圓形的周邊部分和一個(gè)在相鄰汽缸內(nèi)孔之間使所述輔助板的一個(gè)部分呈連續(xù)形的連續(xù)部分，所述輔助板沿整個(gè)周邊固定在其中一個(gè)所述基板的內(nèi)側(cè)所述基板接近汽缸內(nèi)孔的平直區(qū)的一個(gè)部分上，并使所述輔助板汽缸內(nèi)孔的內(nèi)周邊與所述基板汽缸內(nèi)孔的內(nèi)周邊對(duì)齊，所述輔助板周邊部分上的外周邊端部在所述基板上形成的凸圓邊的寬度內(nèi)是變化的，從而變化各周邊部分的寬度，只是在所述輔助板的連續(xù)部分上形成一個(gè)可裝在所述基板直線形凸圓邊內(nèi)的直線形凸圓邊。
2.如在權(quán)利要求1中所述的金屬密封墊，其中在兩個(gè)中的每個(gè)基板上形成的汽缸內(nèi)孔周邊上的凸圓邊的寬度是變化的。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的金屬密封墊，其中在所述輔助板上汽缸內(nèi)孔之間形成的凸圓邊應(yīng)使在凸起外部的凸起量小于在上面固定有輔助板的基板上汽缸內(nèi)孔之間形成的凸圓邊凹下內(nèi)部的凹下深度。
全文摘要
金屬密封墊，具有兩個(gè)金屬基板和一個(gè)輔助板，在基板和輔助板上開有兩個(gè)汽缸內(nèi)孔，一個(gè)凸圓邊在各汽缸內(nèi)孔周邊上從各基板上凸起，在相鄰汽缸內(nèi)孔之間形成一個(gè)直線形凸圓邊。輔助板具有在各汽缸內(nèi)孔周邊上形成的圓周邊部分和在相鄰汽缸內(nèi)孔之間的連續(xù)部分。輔助板在一個(gè)基板上固定在此基板內(nèi)側(cè)周邊接近汽缸內(nèi)孔的平直區(qū)部分上，輔助板外周邊端部在基板凸圓邊寬度內(nèi)是變化的，輔助板連續(xù)部分上形成一個(gè)直線形凸圓邊。
文檔編號(hào)F16J15/08GK1096086SQ9312083
公開日1994年12月7日 申請(qǐng)日期1993年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月14日
發(fā)明者植田耕作 申請(qǐng)人:日本金屬密封片株式會(huì)社