本美國專利申請要求2014年6月23日提交的、序列號為62/015,839的美國臨時專利申請和2015年6月22日提交的、序列號為14/746,202的美國實用專利申請的權(quán)益，這些專利申請的全部內(nèi)容通過引用而整體并入本文。

發(fā)明背景

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及用于在兩個部件之間提供密封的密封墊，更具體地，涉及多層密封墊，諸如氣缸蓋密封墊。

2.相關(guān)技術(shù)

密封墊典型地用于在兩個夾緊在一起的部件之間，諸如內(nèi)燃機的氣缸蓋與引擎體之間，建立氣密和液密密封。這樣的密封墊常包括具有密封凸筋、也稱為凸起物的功能層，以便于緊密密封。帶有密封凸筋的功能層典型地與一個或多個附加層一起被提供，多個層在兩個夾緊的部件之間被壓縮在一起，以便建立氣密和液密密封。然而，如果密封墊被過度壓縮，則可能對密封凸筋造成損害。例如，如果凸筋變?yōu)榛旧掀教沟?，則它失去其施加高壓縮密封壓力的能力，在凸筋區(qū)域中會形成疲勞裂紋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供密封墊，諸如內(nèi)燃機的氣缸蓋密封墊，其提供改進(jìn)的疲勞壽命和密封性能，以及制造密封墊的方法。密封墊包括從圍繞燃燒室開孔的第一邊緣延伸到第二邊緣的第一功能層。第一功能層的一部分沿第一方向延伸，以限定圍繞燃燒室開孔的第一全凸筋，第一功能層的一部分沿第一方向延伸，以限定位于所述第一全凸筋與第二邊緣之間的第一半凸筋。密封墊還包括從圍繞燃燒室開孔的第三邊緣延伸到第四邊緣的第二功能層。第二功能層的一部分沿與第一方向相反的第二方向延伸，以限定與第一全凸筋軸向?qū)R的第二全凸筋，第二功能層的一部分沿第二方向延伸，以限定與第一半凸筋軸向?qū)R的第二半凸筋。單件式止擋器布置在功能層之間，并且在第五邊緣與第六邊緣之間延伸，其中第六邊緣沿徑向布置在全凸筋與半凸筋之間。止擋器還包括折疊部，該折疊部限定在第五邊緣與全凸筋之間的增加的厚度。密封墊能夠在高負(fù)荷和運動情況下只用單個止擋器來提供改進(jìn)的性能，這是超越需要多個止擋器層的其它密封墊設(shè)計的優(yōu)點。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，參照以下的詳細(xì)說明可以更好地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點，所以將很容易看到本發(fā)明的其它優(yōu)點。在附圖中：

圖1是按照本發(fā)明的第一示例性實施例的氣缸蓋密封墊的徑向截面圖；

圖2是按照本發(fā)明的第二示例性實施例的氣缸蓋密封墊的徑向截面圖；

圖3是按照本發(fā)明的第三示例性實施例的氣缸蓋密封墊的徑向截面圖；

圖4是按照本發(fā)明的第四示例性實施例的氣缸蓋密封墊的徑向截面圖；以及

圖5是圖1的示例性氣缸蓋密封墊的俯視圖，其中圖1所示的截面沿圖5的線1-1截取。

具體實施方式

多層靜態(tài)密封墊20大致顯示在圖1-5中。密封墊20典型地用于在兩個夾緊在一起的部件之間，諸如汽車(未示出)的內(nèi)燃機的氣缸蓋與引擎體之間，建立氣密和/或液密密封。

密封墊20包括在第一邊緣24與第二邊緣26之間延伸的第一功能層22。第一邊緣圍繞燃燒室開孔28，第二邊緣26典型地圍繞另一個開孔30。第一功能層22包括布置在第一邊緣24與第二邊緣26之間的第一全凸筋32。該第一全凸筋32比第二邊緣26更靠近第一邊緣24，它圍繞第一邊緣24和燃燒室開孔28周向連續(xù)延伸。在第一邊緣24與第一全凸筋32之間，第一功能層22典型地是平面的。

在圖1的示例性實施例中，第一功能層22向外延伸，以限定第一全凸筋32，它因此包括沿第一全凸筋32的凸起外表面和凹入內(nèi)表面。在圖2-4的示例性實施例中，第一功能層22向內(nèi)延伸而限定第一全凸筋32，它因此包括沿第一全凸筋32的凹入外表面和凸起內(nèi)表面。第一功能層22限定在內(nèi)表面與外表面之間的厚度t，厚度t典型地從第一邊緣24到第二邊緣26是恒定的。

第一功能層22還包括布置在第一全凸筋32與第二邊緣26之間的第一半凸筋34。第一半凸筋34典型地圍繞第二開孔30周向連續(xù)延伸。第一功能層22典型地在第一全凸筋32與第一半凸筋34之間是平面的。第一功能層22的一部分被彎曲而相對于平面區(qū)域成一個角度，以限定第一半凸筋34。在圖1的示例性實施例中，第一功能層22的第一半凸筋34在與第一全凸筋32相同的方向上向外延伸。在圖2-4的示例性實施例中，第一功能層22的第一半凸筋34像第一全凸筋32那樣向內(nèi)延伸。第一功能層22在第一半凸筋34與第二邊緣26之間是平面的。

密封蓋20還包括第二功能層36，其包括與第一全凸筋32軸向?qū)R的第二全凸筋38，以及與第一半凸筋34軸向?qū)R的第二半凸筋40。第二功能層36在第三邊緣42與第四邊緣44之間連續(xù)延伸，第三邊緣42與第一功能層22的第一邊緣24對齊，第四邊緣44與第一功能層22的第二邊緣26對齊。在圖1的示例性實施例中，第二功能層36向外遠(yuǎn)離第一功能層22延伸，以限定第二全凸筋36，它因此包括沿第二全凸筋38的凸起外表面和凹入內(nèi)表面。在圖2-4的示例性實施例中，第二功能層36向內(nèi)延伸，以限定第二全凸筋38，它因此包括沿第二全凸筋38的凹入外表面和凸起內(nèi)表面。第二功能層36還限定在內(nèi)表面與外表面之間的厚度t，所述厚度t典型地從第三邊緣42到第四邊緣44是恒定的。第二功能層36的厚度t還典型地等于第一功能層22的厚度t。

第二功能層36的第二半凸筋40與第一半凸筋34軸向?qū)R。第二半凸筋40布置在第二功能層36的第二全凸筋38與第四邊緣44之間。第二半凸筋40典型地像第一半凸筋34那樣圍繞第二開孔30周向連續(xù)延伸。第二功能層36在第二全凸筋38與第二半凸筋40之間的區(qū)域內(nèi)是平面的。第二功能層36的一部分被彎曲而相對于平面區(qū)域成一個角度，以限定第二半凸筋40。在圖1的示例性實施例中，第二功能層36的第二半凸筋40在與第二全凸筋38相同的方向上向外延伸。在圖2-4的示例性實施例中，第二半凸筋40向內(nèi)延伸，像第二全凸筋38那樣。第二功能層36在第二半凸筋40與第四邊緣44之間是平面的。

單件式止擋器46沿水平方向和軸向布置在第一功能層22與第二功能層36之間，用于防止全凸筋32，38過分壓縮。本發(fā)明的密封墊20能夠只用單個止擋器46來實現(xiàn)改善的疲勞性能和圍繞燃燒室開孔28的加載，這是超越需要多個止擋器層的其它密封墊的優(yōu)點。止擋器46從第五邊緣48延伸到第六邊緣50。第五邊緣48與第一功能層22的第一邊緣24和第二功能層36的第三邊緣42軸向?qū)R，因此圍繞燃燒室開孔28。然而，止擋器46的第六邊緣50不與第一功能層22的第二邊緣26或第二功能層36的第四邊緣44軸向?qū)R。而是，止擋器46的第六邊緣50，也稱為遠(yuǎn)端，沿徑向位于全凸筋32，38與半凸筋34，40之間。

止擋器46包括沿徑向位于燃燒室開孔28與全凸筋32，38之間的折疊部52。折疊部52從第五邊緣48延伸到與全凸筋32，38徑向隔開的、位于全凸筋32，38與燃燒室開孔28之間的位置。在止擋器46被折疊之前，止擋器46的厚度t典型地是恒定的。雖然止擋器46的厚度與功能層22，36的厚度t之間沒有直接關(guān)系，但是止擋器46的厚度t(在止擋器46被折疊之前)典型地小于第一功能層22的厚度t和小于第二功能層36的厚度t。在完成的密封墊20中，止擋器46的在折疊部52與第六邊緣50之間的厚度t典型地小于第一功能層22的厚度t和小于第二功能層36的厚度t。

然而，止擋器46的包括折疊部52在內(nèi)的部分的厚度t大于止擋器46的相鄰部分的厚度t。折疊部52的厚度t典型地小于或等于止擋器46的相鄰部分的厚度t的兩倍。止擋器46可以向第一功能層22折疊，如圖1所示，或者向第二功能層36折疊，如圖2-4所示。止擋器46還可以被彎成曲柄狀，如圖1所示，或者被鑄造成形，如圖2所示，在這種情形下，止擋器46的厚度發(fā)生變化。在圖2的示例性實施例中，鑄造成形的止擋器46在沿折疊部52徑向延伸和稍微超過折疊部52的部分具有減小的厚度t。鑄造成形的區(qū)域終止于折疊部和全凸筋32，38之間。替換地，圖2的密封墊20可以用不被彎成曲柄狀或鑄造成形的、圖3所示的止擋器46來設(shè)計。

提供圍繞燃燒室開孔28的、增加的厚度t的止擋器46的折疊部52用作壓縮限制器。止擋器46的未折疊區(qū)域還提供沿全凸筋32，38的一些額外的材料，它通過增加全凸筋32，38上的線載荷而改善全凸筋32，38上的負(fù)載。因此，止擋器46可以通過單件式止擋器設(shè)計的優(yōu)點而提高密封墊20的疲勞壽命和圍繞燃燒室開孔28的密封。

止擋器46還可以包括位置靠近第六邊緣50的次折疊部53，如圖4所示，用于改善主折疊部52上的負(fù)載。次折疊部53可以與任何止擋器設(shè)計組合使用。圖4所示的、帶有主折疊部52和次折疊部53的止擋器46也被稱為折疊腹地(backland)止擋器。

在圖1的示例性實施例中，密封墊20只包含功能層22，36和止擋器46。在這種情形下，止擋器46是布置在功能層22，36之間的唯一部件，想要的壓縮和負(fù)載僅僅由止擋器46實現(xiàn)。然而密封墊20可包括附加層。例如，密封墊20可包括距離層54，如圖2-4的實施例中顯示的，用于實現(xiàn)想要在凸筋32，38上的壓縮和負(fù)載。距離層54沿水平方向和縱向布置在止擋器46與功能層22，36中的一個功能層之間。在圖2-4的實施例中，距離層54布置在止擋器46與第二功能層36之間。距離層54從與第一功能層22的第一邊緣24軸向?qū)R且圍繞燃燒室開孔28的第七邊緣56延伸到與第一功能層22的第二邊緣26軸向?qū)R且圍繞第二開孔30的第八邊緣58。距離層54典型地被彎成曲柄狀，如圖2所示，和/或被鑄造成形，如圖3和4所示。在這種情形下，距離層54的厚度t在第七邊緣56與第八邊緣58之間可以是恒定的或變化的。距離層54的大部分具有厚度t，它典型地大于止擋器46的厚度t和大于功能層22，36的厚度t。

在圖2-4的示例性實施例中，密封墊20只包含功能層22，36、單個止擋器46和距離層54。在這種情形下，止擋器46和距離層54是布置在功能層22，36之間的唯一的部件。然而密封墊20可包括附加層。

如圖1-4所示，密封蓋20的止擋器46或距離層54典型地被彎成曲柄狀或被鑄造成形，以在全凸筋32，38上實現(xiàn)想要的壓縮和負(fù)載。替換地，密封蓋20的止擋器46或距離層54被彎成曲柄狀和被鑄造成形，以在全凸筋32，38上實現(xiàn)想要的壓縮和負(fù)載。在圖1的示例性實施例中，止擋器46朝向第一功能層22彎成曲柄狀。在這種情形下，止擋器46沿兩個不同的方向彎曲，以提供相對于止擋器46的相鄰平面區(qū)域成一個角度布置的臺階60。折疊部52與止擋器46的臺階60相組合在功能層22，36之間提供不同的厚度t，以實現(xiàn)想要的性能。替換地，圖1的止擋器46可以沿折疊部52被鑄造成形。在這個替換的情形下，止擋器46可以在鑄造成形區(qū)域具有較小的厚度，而在從靠近鑄造成形區(qū)域延伸到第六邊緣的地方具有較大的厚度。在又一個替換實施例中(未示出)，止擋器46被彎成曲柄狀和鑄造成形。在這個實施例中，臺階60被設(shè)置在與圖1所顯示的相同位置，并且鑄造成形的區(qū)域?qū)⒀卣郫B部56延伸。更具體地，止擋器46的鑄造成形區(qū)域?qū)呐_階60延伸到第五邊緣48。

在圖2的示例性實施例中，距離層54被彎成曲柄狀，而止擋器46被鑄造成形。距離層54在沿徑向位于止擋器46的折疊部52與功能層22，36的全凸筋32，38之間的位置處彎成曲柄狀。在這種情形下，距離層54沿兩個不同的方向彎曲，以提供被布置成相對于距離層54的相鄰平面區(qū)域成一個角度的臺階62。距離層54的在第七邊緣56與臺階62之間的厚度t典型地小于或等于臺階62與第八邊緣58之間的厚度t。例如，距離層54的在第七邊緣56與臺階62之間的厚度t典型地比臺階62與第八邊緣58之間的厚度t小0到0.1mm。在圖2的實施例中，距離層54的在第七邊緣56與臺階62之間的厚度t等于臺階62與第八邊緣58之間的厚度t。止擋器46的折疊部52與距離層54的臺階62相組合而在功能層22，36之間提供不同的厚度t，以實現(xiàn)想要的性能。

替換地，如圖3和4所示，不是彎成曲柄狀，而是距離層54沿止擋器46的折疊部52被鑄造成形。在這種替換的情形下，鑄造成形的區(qū)域從第七邊緣56延伸到位于折疊部52與全凸筋32，38之間的位置。距離層54的鑄造成形的區(qū)域的厚度t典型地小于或等于在鑄造成形的區(qū)域與第八邊緣之間的厚度。例如，距離層54的鑄造成形的區(qū)域的厚度t典型地比鑄造成形區(qū)域與第八邊緣58之間的厚度t小0到0.1mm。在圖3和4的實施例中，鑄造成形的區(qū)域的厚度t小于在鑄造成形的區(qū)域與第八邊緣58之間的厚度t。替換地，圖3和4的距離層54可以沿止擋器46的折疊部52彎成曲柄狀(而不是鑄造成形)，如圖2所示。

在再一個替換例中(未示出)，距離層54既被彎成曲柄狀也被鑄造成形。在這個實施例中，臺階62將被布置在與圖2顯示的相同的位置，鑄造成形的區(qū)域?qū)⒀卣郫B部52延伸。更具體地，距離層54的鑄造成形的區(qū)域從臺階62延伸到第七邊緣56。在這種情形下，沿第七邊緣56與臺階62之間的鑄造成形區(qū)域的厚度t將小于或等于距離層54其余部分的厚度t，例如比距離層54其余部分的厚度t小0到0.1mm。

制造密封墊20的方法典型地包括把帶有折疊部52的止擋器46焊接或鉚接到其中一個功能層22，36和/或距離層54。替換地，止擋器46可以用其它方法附接。另外，雖然未示出，密封墊20可包括多組功能層22，36、止擋器46和任選的距離層54，它們堆疊在彼此頂上。

密封墊20典型地包括多個燃燒室開孔28，每個燃燒室開孔28均被全凸筋32，38圍繞。圖5是顯示四個燃燒室開孔28的、圖1的示例性密封墊20的俯視圖，每個燃燒室開孔28都具有圓柱形形狀。然而，根據(jù)密封蓋20被設(shè)計用于的引擎不同，密封墊20可包括任何數(shù)目的燃燒室開孔28，并且那些燃燒室開孔28可包括其他形狀。除了燃燒室開孔28以外，圖5的示例性密封墊20還包括其它類型的開孔30，諸如汽油饋送孔、冷卻劑計量孔、螺栓孔和排油孔。半凸筋34，40典型地至少圍繞某些其它開孔30。

密封墊20的功能層22，36、止擋器46和任選的距離層54典型地由鋼材形成，例如由包含鉻和鎳的鋼材制成。示例性的材料包括SS301完全硬化的彈簧不銹鋼材料、冷軋不銹鋼或SS304退火不銹鋼。替換地，密封墊20的功能層22，36、止擋器46和任選的距離層54可以由其他金屬或非金屬材料形成。另外，雖然未示出，但止擋器46和距離層54的位置可以顛倒。凸筋32、34、38、40的取向也可以顛倒。

顯然，鑒于以上的教導(dǎo)，本發(fā)明的許多修正方案和變形例都是可能的，這些修正方案和變形例可以不同于這里具體地描述的那樣被實踐，但仍在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。