[发明专利]金属密封垫

说明书

本发明涉及一金属密封垫，它安装在构成一内燃机的气缸盖的气缸体之间的连接表面上，金属密封垫的作用是防止燃烧气体、冷却水、润滑剂等物质的泄漏。

在内燃机中，金属密封垫被插在气缸体和气缸盖之间而形成一密封。用于汽油发动机的金属密封垫，其材料通常使用石棉和橡胶和混合物，其中有夹心强化钢板。中孔的圆柱边缘用不锈钢板包边，而螺栓孔则用铜板包边，从而在密封垫和连接表面之间形成一防护结构。

进一步，在柴油发动机中，相应的密封垫的材料是石棉、橡胶和金属丝网的混合物，作为一种防护措施，在上述的边缘和连接表面上也采用了上述类似的办法，另外，沿中孔边缘还装有一耐火环。

这种密封垫通常叫作软密封垫。但是，由于在这种类型的密封垫中使用了石棉，所以由此而引起的环保问题便使得这种密封垫的使用条件变得特别苛刻。

随着时间的推移，发明者在汽油发动机中使用合成纤维取代了石棉。对于柴油发动机，密封垫的结构包括一钢质层合板，该层合板则包括一其上形成有小凸起的钢片基板、一叠层的不锈钢底板和一钢丝芯，该钢丝网芯位于中孔边缘。底板有一卷边包在钢丝网的边缘并沿中孔边缘的上表面延伸。一个橡胶密封圈安装在螺栓孔上。

这种软密封垫在许多方面都是不尽人意的，比如其厚度不能太薄，随着缸孔间距离的减小，发动机重量及尺寸的减小，其强度便难以保证，另外，在材料回收，热阻抗、高性能、低成本和设计自由度等方面都带来一定的问题。所以，最终在汽车工业领域，金属密封垫的需求将大量增加。

另外，在金属密封垫中，沿孔的圆边缘，形成一小凸起，特别是在内燃机缸孔(下文中均称中孔)的边缘更是如此。当金属密封垫被紧压在气缸盖和气缸体之间时，上述的小凸起便发生弹性变形而起到密封作用。进一步，在金属密封垫中孔的边缘，连同所说的小凸起一起形成一挡块。该挡块消除了气缸体和气缸盖之间的连接表面上由于发动机工作所产生的振动，同时也起到密封构件的作用，并可防止由于发动机振动而产生的疲劳破坏。在金属密封垫中，一个完整的密封作用是这样实现的，首先由挡块形成一初始密封，再由小凸起形成第二级密封以补偿第一级由挡块形成的密封。

挡块也可以按上述的办法通过卷回一底板边缘来进行设置，卷边覆盖中孔的内圆周表面，或者也可以通过在密封垫基板(或一金属垫圈)上通过的电弧等离子体喷涂来形成。

在任何情况下，挡块都必须有一对应于发动机中相应间距的厚度，就是说，其厚度应该是气缸体和气缸盖连接表面之间的间距。

欧洲专利申请EP486817A1号提出了一种金属密封垫，它包括一由弹性薄板构成的基板，一薄垫片，基板上至少有一缸孔，一平板部分环绕该孔，垫片固定在平板部分上并且垫片的对应于孔边的端面在结构上与所说的缸孔的孔端面对齐。

近来，由于发动机技术的发展而引起的整机性能改进，使发动机的燃烧成本、结构尺寸和重量都在减小，各缸孔之间的距离也变得越来越小。此外，由于选择了合适的增压器，发动机的燃烧温度和工作压力也已经增高了。据此，在现有技术中，由于挡块的宽度不能增加，所以它便难以阻止小凸起的振动。进一步，随着发动机温度变高，施加在密封垫表面上的压力由于燃烧引起的热膨胀便会增高，所以，当使用一比较薄的垫圈挡块时，铝质的气缸体便会产生凹痕。在这种情况下，挡块的初始密封和垫片的二次密封构成的两次密封便无法得到。此外，由于垫圈挡块并没有被固定到基板上，所以它有时会产生滑动甚至于滑脱。

本发明便是针对上述问题而提出的，它的目的就是提供一金属密封垫，它带有一垫圈，即使缸孔间的距离很窄，它也能够调整垫片的弹性力。

本发明的发明者已经在现有技术中完成了一种金属密封垫的发明，其例子见日本专利公告平2(1990)-58502，又进一步可见日本专利公开昭62(1987)-155376和日本专利公告平3(1991)-20626和平4(1993)-40540。