[发明专利]金属密封垫

说明书

本发明涉及一种金属密封垫，它位于气缸头和气缸体的连结表面之间，从而构成一内燃机，该金属密封垫的作用是防止燃气以及冷却水、润滑油或其它类似的物质的泄漏。

在内燃机中，密封垫位于气缸体和气缸头之间，目的是在它们之间构成密封。特别是对于燃气腔(也就是非常重要的气缸孔)周边上的密封。如果这一位置的密封失效，气缸内的燃气就会泄漏，以致造成燃气压效率下降，将不能获得所期望的输出功率。

这种用于汽油发动机的金属密封垫的材料采用的是石棉和橡胶的混合物，一块金属加强板嵌在其中。在缸孔的周边上包有不锈钢板，而螺栓孔的周边上包有铜板，它们用于消除边缘密封和结合面之间的间隙。

此外，对于柴油发动机，密封垫的材料采用石棉和橡胶的混合物及嵌入其中的金属网，如前所述的包边措施亦相同，用于消除边缘密封和结合面之间的间隙，而且一个耐火圈被固定在缸孔的边缘。

这样的密封垫被称为柔性密封垫。可是，由于采用了石棉其使用受到限制，特别是会引起诸如环境方面的问题。

就本发明者所知，在汽油发动机用的密封垫中已采用合成纤维代替石棉。此外对于柴油发动机，密封垫结构包括一钢质薄片叠层，该叠层包括一带有小凸起的钢板，还有一不锈钢底板叠在其上，一个置于缸孔周边上的钢丝网芯。该底板被折回来，包在钢丝网的内侧    上，并沿缸孔边缘的上表面延伸。一个焙烧的橡胶密封垫置于螺栓孔上。

此外，也有一种密封垫如图8所示，其中挡块4包括一个薄垫    片，该垫片设置在邻近一弹性钢基板1上的一凸起2的缸孔一侧的平板部分上。在图7所示的密封垫中，挡块3是在缸孔侧边靠近弹性基板的凸起2的平板部分上通过电弧等离子喷涂而形成的。虽然图中未示出，密封垫还具有两个彼此向外边弯曲的中间板，并在缸孔边缘形成一开口，并在该开口上由电弧等离子喷涂形成一挡块。

为了适应当今发动机重量和尺寸减小，材料再回收、耐热、高性能、低成本和设计自由化的趋势，需要减少缸孔之间的距离，从而要求相应的密封垫厚度要小而耐久性要好，但上述的柔性密封垫在这方面是很难令人满意的。从而在汽车工业中，金属密封垫的需求将是不断增加的趋势。

换言之，在金属密封垫中，孔的周边，尤其是在气缸缸孔的周边上形成一凸起。当金属密封垫被压紧在气缸头与气缸体之间时，该凸起发生弹性变形，并起到密封作用。另外，在金属密封垫中，在缸孔的周边上形成一环状的挡块，它从凸起部分起到缸孔部位。该挡块以其厚度，消除气缸体与气缸头的结合面上由于发动机的运行而引起的振动，同时它也起了密封构件的作用，防止了由于发动机振动引起的疲劳破坏。在这种金属静密封中，由挡块完成初级密封，凸起作为二级密封，以补偿挡块的密封，二者形成一个完整的密封。

挡块必须具有一定的厚度，该厚度对应于发动机中气缸与气缸头之间的连结间隙。

近来，由于发动机技术的进步，燃料的节省以及整机尺寸和重量的减小而导致了整机性能的改进，同时也使缸孔之间的距离减小，发动机的刚性也降低了。结果，鉴于密封和爆破压力增加的需要，要进一步提高密封压力，这必然引起凸起的弹性力也要相应增加。当这种高弹性的密封垫被置于气缸体和气缸头之间的结合面上且被很大的压力压紧时，为了减小结合面之间的间隙，螺栓附近的表面压力会过度增加。另一方面，螺栓之间的中间部分附近表面压力减小，从而导致间隙增加。

据此，在密封垫上采用一个薄垫片做成一挡块，该薄垫片在整个表面具有相同的厚度，如果在整个周边上为获得密封而施加过分的紧固力，就会在缸孔的周边上产生畸变致使缸孔变形，从而不可能在缸孔周边上产生均匀的表面压力。这时，由于过紧的压力，要保证缸孔的圆度就十分困难了。

当采用电弧等离子喷涂制造挡块时，它便能根据相应的位置来适应厚度的变化。但是，它还有缺点，因为等离子喷涂的焊接有效性非常低，尺寸精度也不易保证，而且低的喷涂密度不能获得充分的密封。

尽管各种各样的内燃机已被制造出来了，但不管汽油发动机还是柴油发动机，都存在类似的问题，其原因在于曲柄轴箱或变速箱的结合面上的表面压力分布不均匀。

本发明针对这种情况，它的目的之一就是要提供一种金属密封垫，这种密封垫能够使得环绕缸孔周边的表面压力均匀，特别是能够保证缸孔的圆度。