具有优化轮廓的密封垫

技术领域

本公开涉及发动机密封垫，并且更特别地，涉及具有优化轮廓的密封垫。

背景技术

发动机密封垫，诸如缸盖头密封垫，通常包括带有凸边的多层金属材料，形成凸边以便与每个燃烧缸室或密封垫上的其他通孔/贯通开口同心或环绕。这些凸边包括旨在例如在发动机运行期间维持密封的、诸如在机头和机体之间的结构。密封垫通常需要在两个配合表面之间(盖头和缸体之间)维持密封，以承受配合表面之间的压缩力并且防止泄漏。在发动机运行期间，密封垫受到热、振动、压力和运动的影响，其中任意或所有因素都可能导致密封垫材料的疲劳和开裂，由此引入不利的泄漏路径或至少是潜在的泄漏路径，并且减损密封垫的性能，以及由此减损发动机的性能。

带有传统凸边的多层发动机密封垫(例如，多层钢(MLS)缸盖头密封垫)在防止缸室的泄漏方面并不像期望的那样有效。运动可能导致密封垫的一个或多个层中的凸边疲劳失效和开裂，因此导致发动机性能和耐用性劣化。此外，MLS发动机密封垫通常包括两到五片弹簧或碳钢，它们与密封材料夹在一起以形成复合多层密封垫。这些层中的每一层都被设计为一起工作(即每一层都被设计为与相邻的层相互作用)，以承受每个缸室内的燃烧并且维持密封，而不会由于异种材料的膨胀和收缩、暴露于一系列不同的化学品、以及暴露于极端的温度变化(包括在冷的发动机暖机期间以及在标称和高于标称的发动机运行温度期间的充分密封)而破裂或失效。

需要有效的密封垫和密封系统，以防止泄漏和提高发动机的耐用性，并且优选地减少密封垫的复杂性和降低成本。发明人发现优化的凸边轮廓，其产生多级刚度和比对于给定的单层的先前凸边形状更高的恢复力。在各实施例中，轮廓的一部分非常刚硬，以便对于相同的给定负载提供更好的初始密封以及高的局部应力，这在结合(例如，盖头-至-缸体)首次组装时提供改善的初始密封性；而轮廓的另一部分在结合结构对内部热运动(例如，当冷的发动机非均匀地升温时)作出反应时提供更高的恢复性。

在各实施例中，描述了单层密封垫，其具有优化的凸边轮廓(作为不受需要容纳其他密封垫层的影响的单层密封垫的优化性能)，可以产生多级刚度和比传统凸边形状更高的恢复能力。根据所述的实施例，凸边的形状经由凸边的可变刚度而制作成增加局部应力并且也增加总的凸边恢复性，可变刚度通过优化成廓在密封垫上的凸边/凸边部分的宽度和高度。在各实施例中，凸边形成为包括一个或多个比传统使用的更尖锐的角度，由此产生一个或多个高应力/刚度的区域，以及提供改善/更高的密封垫恢复性的一个或多个具有较软刚度的区域(例如，较低的角度)。结果，根据所描述的各实施例，这对成廓在密封垫上的一个凸边/多个凸边的压缩产生双重刚度(或具有区别刚度的区域)。

在一个实施例中，密封垫的单层(片)或单层发动机密封垫的轮廓包括高恢复部分之间的高刚度部分，呈被称为“涡形”轮廓的轮廓。在一个方面中，涡形轮廓提供软凸边，其具有在外边缘上的高恢复和在内部(成廓在密封垫上的凸边/凸边部分)上的承受高负载的结构。在一个方面中，密封垫包括具有涡形轮廓的单层或片材料，并且当第一发动机部件和第二发动机部件被可密封和固定地彼此压缩以将这两个部件密封在一起时，该层的上表面(以及从其向上延伸的凸边轮廓突起)适于密封地接触第一发动机部件(诸如发动机盖头的密封表面)，而该层的下表面(以及从其向下延伸的对应的凸边轮廓突起)适于密封地接触第二发动机部件(诸如发动机缸体的密封面)。在一个方面中，高刚度部分在最初的部件组装期间提供了两个部件之间改善的密封，而高恢复部分中的每一个在发动机/发动机部件运行期间和之后提供改善的密封。在一个方面中，高刚度部分包括(比用于传统凸边的)更尖锐的角度，以产生突起远离层/片的平面的轮廓部分，而高恢复部分中的每一个包括(比用于高刚度部分的尖锐角度)更缓(较低)的角度，以产生延伸突起远离层/片的平面的轮廓部分。在一个方面中，高刚度部分包括比高恢复部分中的每一个(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)更短的距离(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)。在一个方面中，高刚度部分比高恢复部分中的每一个提供更大的抗压性，而高恢复部分中的每一个提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

在一个实施例中，密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓在高刚度部分之间包括高恢复部分，其轮廓呈被称为“无限大形”轮廓或具有侧置“S”或部分无限大符号或部分双纽线的形状。在一个方面中，无限大形轮廓提供软凸边，其具有在内部(成廓在密封垫上的凸边的)上的高恢复和在成廓凸边的外边缘上的承受高负载的结构。在一个方面中，密封垫包括具有无限大形轮廓的单层或片材料，并且当第一发动机部件和第二发动机部件被可密封和固定地彼此压缩以将这两个部件密封在一起时，该层的上表面(以及从其向上延伸的凸边轮廓突起)适于密封地接触第一发动机部件(诸如发动机盖头的密封表面)，而该层的下表面(以及从其向下延伸的对应的凸边轮廓突起)适于密封地接触第二发动机部件(诸如发动机缸体的密封面)。在一个方面中，高刚度部分中的每一个在最初的部件组装期间提供了两个部件之间改善的密封，而高恢复部分在发动机/发动机部件运行期间和之后提供改善的密封。在一个方面中，高刚度部分中的每一个包括(比用于传统凸边的)更尖锐的角度，以产生突起远离层/片的平面的轮廓部分，而高恢复部分包括(比用于高刚度部分的尖锐角度)更缓(较低)的角度，以产生延伸突起远离层/片的平面的轮廓部分。在一个方面中，高刚度部分中的每一个包括比高恢复部分(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)更短的距离(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)。在一个方面中，高刚度部分中的每一个比高恢复部分提供更大的抗压性，而高恢复部分提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

在一个实施例中，在可称为“双重高度堆叠”轮廓的轮廓中，密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓包括双重高度(通过包括沿同一方向突起远离层的平面的两个相邻的半凸边)并且形成具有不同的刚度部分的完整凸边(通过包括与前两个半凸边相邻、与前两个相反方向的另两个半凸边，以便返回到层/片的平面)。在另一个实施例中，在可称为“双重高度阶梯”轮廓的轮廓中，密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓包括双重高度(通过包括沿同一方向突起远离层的平面的两个相邻的半凸边)，并且形成具有不同的刚度部分的半凸边。在一个方面，双重高度堆叠和双重高度阶梯轮廓中的每一个都通过使用不同的形状的半凸边(诸如使用纵向较窄/较短的部分更刚硬，使用纵向较宽/较长的部分更软)提供不同的刚度。

在一个实施例中，密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓包括相邻于高恢复部分的高刚度部分，呈被称为“撬棍形”轮廓或具有撬棍形状的轮廓。在一个方面中，撬棍形轮廓提供软凸边，其在(凸边轮廓的)一侧上有高恢复部分，而在轮廓的另一侧上有用以承受高负载的结构，并且每个部分彼此相邻。在一个方面中，密封垫包括具有撬棍形轮廓的单层或片材料，并且当第一发动机部件和第二发动机部件被可密封和固定地彼此压缩以将这两个部件密封在一起时，该层的上表面(以及从其向上延伸的凸边轮廓突起)适于密封地接触第一发动机部件(诸如发动机盖头的密封表面)，而该层的下表面(以及从其向下延伸的对应的凸边轮廓突起)适于密封地接触第二发动机部件(诸如发动机缸体的密封面)。在一个方面中，高刚度部分在最初的部件组装过程中提供了两个部件之间改善的密封，而高恢复部分在发动机/发动机部件运行期间和之后提供改善的密封。在一个方面中，高刚度部分包括(比用于传统凸边的)更尖锐的角度，以产生突起远离层/片的平面的轮廓部分，而高恢复部分包括(比用于高刚度部分的尖锐角度)更缓(较低)的角度，以产生延伸突起远离层/片的平面的轮廓部分。在一个方面中，高刚度部分包括比高恢复部分(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)更短的距离(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)。在一个方面中，高刚度部分比高恢复部分提供更大的抗压性，而高恢复部分比高刚度部分提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

附图作为说明书的一部分并入本文中。本文描述的附图示出了当前公开的主题的实施例，并且说明了本公开的所选原理和教导。然而，附图未示出当前公开的主题的所有可以能的实施例，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1根据实施例示出了传统半凸边的部分侧截面图或轮廓，以及用于形成传统半凸边的示例性(上部和下部)工具半部，传统半凸边结合相称的凸边宽度和高度特征。

图2示出了图1中的传统半凸边层中的两个层的轮廓，轮廓布置成用于在多层密封垫中串联使用。

图3根据实施例示出了在发动机缸室、发动机缸盖头和发动机缸体的上下文中示出的密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓，轮廓在高恢复部分之间具有高刚度部分。

图4根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓，轮廓在高刚度部分之间具有高恢复部分。

图5根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓，轮廓具有双重高度并且形成包括不同的刚度部分的完整凸边，以及用于形成轮廓的示例性工具半部。

图6根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓，轮廓具有双重高度并且形成包括不同的刚度部分的半凸边，以及用于形成轮廓的示例性工具半部。

图7根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓，轮廓具有结合的完整凸边加半凸边，包括经由高恢复部分之间的高刚度部分提供双重刚度的轮廓，以及用于形成轮廓的示例性工具半部。

图8根据实施例示出了图3的轮廓，以及用于形成轮廓的示例性工具半部。

图9根据实施例示出了图4的轮廓，以及用于形成轮廓的示例性工具半部。

图10根据实施例示出了用于形成图9的轮廓的示例性(上部和下部)工具半部的侧截面图或轮廓，其中工具半部示出呈尚未闭合的定向，并且尚未成型的单层的密封垫材料位于工具半部之间。

图11根据实施例示出了有限元分析(FEA)的结果，示出了由图9的轮廓构成的成型凸边内的应力，其中密封垫未被压缩。

图12根据实施例示出了FEA结果，示出了在20kN负载下图11的成型凸边内的应力，其中密封垫被压缩在要密封的配合表面之间。

图13根据实施例示出了用于形成密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓的示例性(上部和下部)工具半部的侧截面图或轮廓，轮廓具有相邻于高恢复部分的高刚度部分，并且工具半部以尚未闭合的定向示出，并且尚未成型的单层密封垫材料定位在工具半部之间。

图14根据实施例示出了FEA的结果，示出了由图13的轮廓构成的成型凸边内的应力，其中密封垫未被压缩。

图15根据实施例示出了FEA结果，示出了在20kN负载下图14的成型凸边内的应力，其中密封垫被压缩在要密封的配合表面之间。

类似的附图标记可在不同的附图中使用来表示类似的部件。根据一些实施例，图1至10和13大致示出为具有彼此成比例的尺寸的部件和部分。

具体实施方式

可以理解的是，除非明确地指出相反，本公开可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还可以理解，附图中示出的以及以下说明书中描述的特定组件和系统仅仅是本文所限定的发明构思的示例性实施例。因而，除非另有明确的声明，与所公开的实施例相关的具体尺寸、方向或其它物理特征不应被看作是限制。此外，在本申请的该部分中，在本文所描述的各实施例中的相似的元件可以用相似的附图标记来共同地指代，但可能并非如此。

下文的描述涉及密封垫，特别是发动机密封垫、使用密封垫的密封系统以及用于这种密封垫的优化凸边轮廓。作为概述，图1、3、4、5、6、7和13示出了在密封垫上的优化凸边轮廓。图3在上下文中示出了优化轮廓的密封垫的实施例，上下文中用作将发动机盖头密封到发动机缸体的盖头密封垫，并且提供围绕形成在盖头和缸体内的燃烧室的密封。各个图，诸如图1、5、6、7、8和9示出了密封垫的轮廓，以及用于将凸边或凸边结构轮廓冲压/成型到平坦的层/片密封垫材料上的工具半部(后成型/工具半部关闭定向)的截面描绘图。图10和13包括呈未关闭/预成型定向的工具半部，并且片状密封垫材料位于工具半部之间。而图11、12、14和15示出了对于无限大形(图10)和撬棍形(图13)形凸边轮廓的示例性的未压缩和压缩有限元分析(FEA)的结果。

尽管实施例可以上下文中详细描述为发动机密封垫或发动机密封系统，或者更具体地，用于内燃发动机缸盖密封垫和系统，但是所述的各实施例和/或实施例的各个方面可分开并且可应用在其他的发动机密封应用或者其他的非发动机或非汽车密封应用中。例如，公开和描述的各实施例可用于在发动机缸体和缸盖之间密封以密封缸内的燃烧气体并且避免冷却剂或发动机油泄漏到缸中，或者可用于在缸盖和缸体之间的任何通道，或更一般地，可用于密封可压缩和可固定地紧固到第二部件的第一部件。本文公开的凸边轮廓在上下文中描述为与燃烧室同心或环绕燃烧室，但也可用于(在同一连续的密封垫内)圈绕/环绕冷却剂和/或发动机油贯通开口。更一般地，所公开和描述的各实施例可用于第一部件和第二部件之间的密封垫，其中第一部件和第二部件可压缩和可固定地紧固在一起。

图1根据实施例示出了传统半凸边的部分侧视截面图或轮廓100，以及用于形成传统半凸边(半凸边包括层106在轮廓100中所示的部分)的示例性(上部102和下部104)工具半部102、104，传统半凸边结合相称的凸边宽度(沿x轴118方向或纵向地沿x-y平面的方向)和高度(沿z轴方向或横向于(远离)x-y平面的方向)特征。如图所示，上部工具半部102和下部工具半部104关闭在一起，其间有密封垫层106，以关闭的工具定向示出形成的(传统半凸边)密封垫凸边。工具半部沿z轴方向打开和关闭，其中所表示的定向图例具有沿水平方向(并且沿x-y平面)的x轴118，延伸进/出包括图1的页面的y轴，以及正交(垂直)于x轴118和x-y平面的z轴。

在各实施例中，密封垫层106在未成形状态下(在被冲压/成形为图1所示的轮廓之前)包括基本平坦的材料片，并且片包括x-y平面。当工具半部102和104一起形成层106的轮廓100时，工具半部的部分在密封垫轮廓中产生高度和宽度的变化。如图所示，在工具半部110和112之间的部分内，层106平放在工具半部102和104之间(在x-y平面)。在上部工具102处有过渡112，在下部工具104处有另一个过渡114，并且每个过渡有过渡高度108(即上部工具102向上过渡，即沿远离x-y平面/未成形片/层106的平面的方向过渡，而下部工具104向下过渡，即沿x-y平面/远离未成形片/层106的平面的第二/相反方向过渡)。此外如图所示，在工具半部114和116之间的部分内，层106保持在工具半部102和104之间。

所得的轮廓100(或图1中所示的层106的成型轮廓)是半凸边或传统半凸边，具有高度108并且具有过渡部分(凸边部分)，过渡部分的宽度112-114在过渡112和114之间沿x轴(或在x-y平面上纵向地)延伸。如发明人所观察到的，这种传统半凸边提供了刚度(和抗变形能力)，但当成型层被压缩时，诸如在两个部件之间用传统半凸边层压缩结合时趋于变平。

传统半凸边通常用于两层或更多层的组合。例如，图2示出了图1中的传统半凸边层中的两个层的轮廓200，轮廓布置成用于在多层密封垫中串联使用。成型层106和204中的每一层都包括具有厚度202的层，该厚度沿z轴方向，或正交(垂直)于x-y平面来测量。如图所示，传统半凸边的轮廓限制为图1和图2所示的形状，以允许凸边串联工作(其中轮廓在x轴上纵向地延伸)。

接下来，图3根据实施例示出了密封系统300，其包括密封垫的单层或者单层发动机密封垫320的轮廓，该轮廓在高恢复部分(第一高恢复部分包括从过渡310到过渡312的凸边部分，而第二高恢复部分包括从过渡314到过渡316的凸边部分)之间具有高刚度部分(包括从过渡312到过渡314的凸边部分)，在上下文中示出为发动机缸室306、发动机缸盖302和发动机缸体304。在一些实施例中，层/密封垫320中的过渡312和314可能不像图2中所示的那样突然，然而图2中所示的密封垫320的轮廓描绘了这样的密封垫轮廓，其在312和314(包括高刚度的凸边/凸边部分)之间比310和312之间以及314和316(各自包括高恢复的凸边或凸边部分)具有更窄的宽度和更尖锐的角度(远离x-y平面)。

如图3中所示，根据一个实施例，在被称为“涡形”轮廓的轮廓中，密封垫的单层(片)或单层发动机密封垫320的轮廓在高恢复部分(包括从310到312和从314到316的轮廓部分)之间包括高刚度部分(包括从312到314的轮廓部分)。发明人发现，涡形轮廓320在外侧边缘上(例如，靠近310和316)提供可称之为软凸边的事物，和在密封垫上成廓的凸边/凸边部分的内侧(高恢复部分之间)上承受高负载的结构。在各实施例中，密封垫320包括具有涡形轮廓的单层或片材料，并且当第一发动机部件302和第二发动机部件304被可密封和固定地彼此压缩以将这两个部件密封在一起时，该层的上表面(以及从其向上延伸的凸边轮廓突起)适于密封地接触第一发动机部件302(例如发动机盖头的密封表面)，而该层的下表面(以及从其向下延伸的对应的凸边轮廓突起)适于密封地接触第二发动机部件304(例如，发动机缸体的密封面)。

在各实施例中，当第一部件302和第二部件304可密封地和固定地压缩在一起，并且其间有单层密封垫(例如，密封垫320)时，密封垫优选地包括通孔(贯通开口)308，该通孔308容纳由第一部件302和第二部件304(例如，发动机盖头和发动机缸体)形成的区域306(例如燃烧室)。密封垫的轮廓优选为在x-y平面上纵向地延伸(在第一部件和第二部件302和304之间)，并且轮廓与贯通开口308(以及例如腔室306)同心和/或环绕之。密封垫轮廓优选地被定位和定向成以便提供第一部件和第二部件的密封，并且密封垫层在x-y平面上径向地向外延伸，可能从成廓在密封垫上环绕贯通开口308的凸边或凸边部分超越318径向向外。

在图3所示的实施例中，发明人发现高刚度部分(包括312和314之间的轮廓部分)在最初的部件组装期间提供两个部件(例如，机头和机座)之间改善的密封，而高恢复部分(包括310和312以及314和316之间的轮廓部分)中的每一个在(例如，发动机/引擎)部件运行期间和之后提供改善的密封。发明人确定，高刚度部分比高恢复部分中的每一个提供更大的抗压能力，而高恢复部分中的每一个提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

图4根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫408的轮廓400，其在高刚度部分(404和402)之间具有高恢复部分406。在各实施例中，相邻的不同的刚度部分或相邻的区别刚度部分或相邻的高恢复和高刚度可以相互重叠。如图4中所示，包括高恢复部分406的区域或凸边部分，例如，可以包括轮廓部分的向外两端处的过渡部分中的一个或两个。在图4所示的轮廓中，高刚度部分后接着是相邻的高恢复部分，其随后接着是相邻的高刚度部分，并且这些部分在它们的过渡区域上相互重叠，如虚线圈出的404、406和402所示。

如图4中所示，根据一个实施例，密封垫的单层或单层发动机密封垫408的轮廓400在高刚度部分404和402之间包括高恢复部分406，其轮廓呈被称为“无限大形”轮廓或具有侧置“S”或部分无限大符号或部分双纽线的形状。发明人发现，无限大形轮廓提供在(成廓在密封垫上的凸边的)内部具有高恢复力的软凸边406和用以承受廓凸边的外边缘上的高负载的结构(例如，高刚度部分404和402)。发明人确定，高刚度部分(例如404和402)中的每一个在初始部件组装期间在要密封地紧固的两个部件(例如发动机盖头和发动机缸体)之间提供改善的密封，而高恢复部分在(例如发动机/引擎)组装部件的运行期间和之后提供改善的密封。

对于图4中所示的(无限大形)密封垫轮廓，高刚度部分404和402中的每一个都包括比传统凸边所用的更尖锐的角度(远离x-y平面)，以产生突起远离层/片的平面的轮廓部分，而高恢复部分404包括比高刚度部分404和402中所用尖锐角度更顿(更低)的角度，以产生突起远离层/片的平面的轮廓。在一个实施例中，高刚度部分404、402中的每一个包括(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径的区域之间)包括比相邻的高恢复部分(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径的区域之间)更短(宽度)的距离。发明人确定，高刚度部分中的每一个比高恢复部分提供更大的抗压能力，并且高恢复部分提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

现在转到图5和图6，示出了双重高度的密封垫轮廓，它们通过使用各个形状的半凸边，诸如使用纵向较窄/较短部分的较刚部和使用纵向较宽/较长部分的较软部来提供不同的刚度。例如，图5示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫502的轮廓500，该轮廓具有双重高度(即凸边部分远离密封垫片的基部x-y平面突起第一高度526，并且远离基部x-y平面附加地突起第二高度524)并且形成包括不同的刚度部分的完整凸边(其中轮廓向下返回到基部x-y平面)。图5根据实施例示出了的轮廓500以及用于形成(和表征)轮廓500的示例性工具半部528和530。

在可称为“双重高度堆叠”轮廓的轮廓中，轮廓500包括密封垫的单层或单层发动机密封垫502，其具有双重高度(通过包括沿同一方向突起远离层的平面的两个相邻的半凸边)并且形成具有不同的刚度部分的完整凸边(通过包括与前两个半凸边相邻、与前两个相反方向的另两个半凸边，以便返回到层/片的平面)。

工具半部528和530的每一部分都优选地尺寸设计和构造成形成凸边/凸边部分的轮廓的一部分，从而产生相邻的区别刚度区域。例如，(过渡点)506和(过渡点)508之间的轮廓部分的角度(或坡度)优选地不同于在510和512之间的(纵向相邻)轮廓部分的角度(或坡度)。改变每个相邻部分中的升高行进可以提供不同的(或区别)坡度，并且导致在相邻部分之间的刚度。也就是说，在各实施例中，相邻部分的高度除以宽度是不同的，使得对于给定的单层或对于仅包括单层的密封垫，在密封垫轮廓中呈现不同的坡度(或角度)，以产生比先前使用的凸边形状更多级的刚度和更高的恢复力。

如图5中所示，504和506之间以及520和522之间的工具半部相对于彼此处于相同的z轴位置，因此产生完整凸边轮廓，并且在这种情况下为双重高度堆叠的完整凸边轮廓。506和508之间的轮廓部分示出为具有宽度506-508和(轮廓过渡到)高度526；而510和512之间的轮廓部分示出为具有宽度510-512和(轮廓过渡到附加的)高度524。如图所示，部分506-508内的轮廓坡度(角度)低于剖面部分510-512，而且部分506-508比相邻的部分510-512(其提供比部分505-508更高的刚度)提供更高的恢复力。轮廓部分514-516和518-520可以但不必分别是轮廓部分506-508和510-512的镜像。

接下来，图6根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫602的轮廓600，轮廓具有双重高度并且形成包括不同的刚度部分的半凸边，以及用于形成轮廓的示例性工具半部604和606。轮廓600可以被称为“双重高度阶梯”轮廓。在一个实施例中，单层密封垫602的双重高度阶梯轮廓是单层密封垫502的一半，例如，宽度附图标记608、610、612、614、616和618分别对应于宽度附图标记504、506、508、510、512和514；高度附图标记622和620分别对应于高度附图标记526和524。

在另一种轮廓构造中，图7根据实施例示出了密封垫的单层或单层发动机密封垫702的轮廓700，轮廓具有组合的完整凸边加半凸边，包括经由在高恢复部分(包括部分706-708和部分714-716)之间的高刚度部分(包括部分710-712)来提供双刚度的轮廓，以及用于形成轮廓的示例性工具半部722和724。如图5所述，工具半部722和724的不同部分优选地尺寸设计和构造成形成凸边/凸边部分的轮廓的一部分，从而产生相邻的区别刚度区域。例如，在(过渡点)710和(过渡点)712之间的轮廓部分的角度或坡度优选地大于在714和716之间的(纵向相邻的)轮廓部分的角度(或坡度)(的镜像)，并且大于在706和708之间的(纵向相邻的)轮廓部分的角度(或坡度)(的镜像)。导致的轮廓提供了单层密封垫702，单层密封垫在高恢复部分706-708和714-716之间具有高刚度部分710-712。轮廓700包括平坦部分704-706，接着是向下突起高度720(跨越高恢复部分706-708)，接着是相邻的向上突起高度720(跨越高刚度部分710-712并且在704和714之间形成完整凸边)，接着是相邻的向后向下突起高度720(跨越高恢复部分714-716，并且在712和718之间形成半凸边、在704和718之间形成完整凸边加半凸边(或一个半凸边)。在部分706-708中的角度(坡度)可以与在部分714-716中的角度(坡度)相同或不同。

在各实施例中，高刚度部分和高恢复部分的每个部分在这些部分的纵向(宽度)端部处可以包括过渡区域。例如，高刚度部分710-714可以包括(上部工具722的)在工具宽度708-710内的全部或一部分层和(下部工具724的)在工具宽度712-714内的全部或一部分层。同样地，高恢复部分706-708和714-716可以包括从这些部分的纵向端部延伸的区域。例如，高恢复部分706-708可以包括在一端处为在704和706之间的至少一些部分，以及在另一端处为在(上部工具722的)工具宽度708-710内的全部或一部分；而高恢复部分714-716可以包括在一端处为在(下部工具724的)工具宽度712-714内的全部或一部分，以及在另一端处为在716和718之间的至少部分。

转到图8和图9，图8根据实施例示出了用于图3的轮廓的、具有用来形成轮廓的示例性的工具半部802和804的构造800。如图所示，成廓在密封垫320上的凸边部分包括平坦部分806-808，接着是向下突起高度822(跨越高恢复部分)的部分808-810，接着是相邻的向上突起高度822加824(跨越高刚度部分)的部分812-814，并且接着是相邻的反而向下突起分816-818，高度为824(跨越高恢复部分)，然后是与平坦部分806-808共面的平坦部分818-820。如上文关于图7描述的，在各实施例中，高刚度部分和高恢复部分的每个部分在这些部分的纵向(宽度)端部处可以包括过渡区域。

此外，工具高度822和824可以相同或不同，而工具高度810-812和814-816可以相同或不同。如下文将进一步讨论的，发明人经由分析工具高度和工具宽度的各个组合的轮廓性能而部分地发现了优化的轮廓，包括轮廓部分的宽度和高度组合以在用于连续相邻的轮廓部分的给定的轮廓部分内实现更大或更小的坡度角，以及成廓在(单层)密封垫上的凸边或凸边部分的整体组合。

图9根据实施例示出了用于图4的(无限大形或侧置S形)轮廓的构造900，以及用于形成该轮廓的示例性工具半部902和904。如图9中所示，成廓在密封垫408上的凸边部分包括平坦部分906-908，接着是向下突起高度922(跨越高恢复部分)的部分908-910，接着是相邻的向上突起高度922加924(跨越高刚度部分)的部分912-914，接着是相邻的反而向下突起高度924(跨越高恢复部分)的部分916-918，并且接着是与平坦部分906-908共面的平坦部分918-920。如上文关于图7和图8描述的，在各实施例中，高刚度部分和高恢复部分的每个部分在这些部分的纵向(宽度)端部处可以包括过渡区域。

仍然参照图9，并且如参考图4中描绘的单层密封垫408所讨论的，无限大形的轮廓优选地包括在高刚度部分之间的高恢复部分，其中高刚度部分中的每一个的角度(坡度)大于(传统半凸边和)高恢复部分的角度(坡度)。为了实现这种关系(在中间的高恢复部分和轮廓两端上的相邻的高刚度部分之间)，工具高度922和924、工具高度910-912和914-916，以及轮廓部分宽度908-910、912-914和916-918优选地选择为使部分宽度912-914大于部分908-910和916-918的结合宽度(以便在较短的宽度端部部分908-910和916-918中产生比中间(高恢复)部分的角度(坡度)更陡峭/更尖锐的角度(坡度))。

图10根据实施例中提供了用于产生具有如图4和图9所示轮廓的单层密封垫的示例性工具设置，图10示出了用于形成图9的轮廓的示例性(上部和下部)工具半部902和904的侧截面图或轮廓1000，并且工具半部以尚未闭合的定向示出，并且尚未成型的单层密封垫材料408’(408上标符号)定位在工具半部之间。如图所示，密封垫材料408’的平坦片优选地放置在工具半部902和904之间。工具半部902和904包括(沿x轴118从左到右)第一平坦(无过渡)部分906-908，接着是第一凸边/凸边部分宽度908-910(或1002)(“PW1”)，接着是第一工具宽度910-912(或1004)(“TW1”)，接着是第二凸边/凸边部分宽度912-914(“PW2”)，接着是第二工具宽度914-916(或1010)(“TW2”)，接着是第三凸边/凸边部分宽度916-918(或1012)(“PW3”)，并且接着是第二平坦(无过渡)部分918-920。在908和918之间的凸边/凸边部分轮廓包括(要)成廓在密封垫408’上的凸边或凸边部分，并且具有轮廓宽度1014(“W”)。

上部工具高度1006(“THU”)示出为(在图10中)在910和912之间向下(在z轴方向上)延伸(跨越第一工具宽度TW1)。下部工具高度1008(“THL”)示出为在914和916之间向上(在z轴方向上)延伸(跨越第二工具宽度TW2)。密封垫片/层408’示出为定位在上部工具902和下部工具904之间，并且上部工具高度在第一(最左)端1018(“THUE1”)(在906和908之间)，而下部工具高度在第一(最左)端1020(“THLE1”)；并且上部工具高度在第二(最右)端1022(“THUE2”)(在918和920之间)，而下部工具高度在第二(最右)端1024(“THLE2”)。

在一些实施例中，如图10中所示对于无限大形的轮廓，THU和THL是相同的，而THUE1、THLE1、THUE2和THLE2各自都是THU的一半。在一些实施例中，THU范围可在0.35mm至0.5mm。在一些实施例中，THU可以是0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、或0.5mm。在其他实施例中，THU、THL、THUE1、THLE1、THUE2和THLE2可以包括上述对THU给出的任何数值。

在一些实施例中，并且如图10所示对于无限大形的轮廓，PW2大于PW1加PW3。在一些实施例中，W是PW1加TW1加PW2加TW2加PW3。在一些实施例中，W约为2.2mm。在一些实施例中，TW1和TW2是相同的。在一些实施例中，TW1和TW2中的每一个的范围可在0.45mm至0.5mm。在一些实施例中，TW1和TW2中的每一个可以是0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、或0.5mm。

在各实施例中，从上半部和下半部中的每一个延伸的工具特征中的每一个可以包括比本文所示附图中的示出的更圆的边缘(或辐射状)。例如，包括向下延伸跨越宽度1006(TW1)的工具高度的边缘和包括向上延伸跨越宽度1010(TW2)的工具高度的边缘可以包括一个或多个半径，或工具半径。

接下来，图11和图12示出了在未压缩(图11)和压缩(图12)状况下，针对具有成廓在其上的无限大形凸边/凸边部分的单层密封垫的有限元分析(FEA)结果。图11根据实施例示出了有限元分析(FEA)结果1100，示出了包括图9的轮廓的成型凸边(成型凸边/凸边轮廓)内的应力，其中密封垫层408没有压缩(即在z轴方向诸如在第一部件和第二部件之间尚未压缩)。图12根据实施例示出了有限元分析结果1200，示出了在20kN负载下图11的成型凸边内的应力，其中密封垫层408”(408双上标符号)被压缩(在z轴方向)在要密封的配合表面(诸如第一发动机部件和第二发动机部件的表面)之间。

图13根据实施例示出了用于形成密封垫的单层或单层发动机密封垫的轮廓的示例性(上部和下部)工具半部(分别为1302和1304)的侧截面图或轮廓1300，轮廓具有相邻于高恢复部分的高刚度部分，并且工具半部以尚未闭合的定向示出，并且尚未成型的单层密封垫材料定位在工具半部之间。该轮廓可被称为“撬棍形”轮廓或具有撬棍形状的轮廓。发明人发现，撬棍形轮廓提供软凸边，其在(凸边轮廓的)一侧上有高恢复部分，而在轮廓的另一侧上有用以承受高负载的结构，并且每个部分彼此相邻。根据实施例，密封垫包括具有撬棍形轮廓的单层或单片材料(诸如图14中所示的1332层)，并且当第一发动机部件和第二发动机部件被可密封且固定地彼此压紧以将这两个部件密封在一起时，该层的上表面(以及从其向上延伸的凸边轮廓突起)适于密封地接触第一发动机部件(诸如发动机盖头的密封表面)，而该层的下表面(以及从其向下延伸的对应的凸边轮廓突起)适于密封地接触第二发动机部件(诸如发动机缸体的密封面)。高刚度部分(在图13中，在1308和1310之间，其在一端延上可以包括从1308向1306沿伸的(过渡)部分，和在1310和1312之间朝向另一端的部分)在初始的部件组装期间提供两个组件之间改善的密封，而高恢复部分(在1312和1314之间，其可以包括1310和1312之间的部分和从1314向1320延伸的(过渡)部分)在发动机/发动机部件的运行期间和之后提供改善的密封。在一些实施例中，高刚度部分1308-1310包括(比用于传统凸边的)更尖锐的角度，以产生在第一z轴方向上突起远离层/片1332的平面的轮廓部分，而高恢复部分包括(比用于高刚度部分的尖锐角度)更缓(较低)的角度，以产生延伸回到层/片1332的平面并且在与第一z轴方向相反的第二z轴方向向上突起的轮廓部分。优选地，高刚度部分1308-1310包括比高恢复部分1312-1314(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)更短的距离1326(纵向地沿层/片的平面并且在过渡/半径区域之间)。发明人确定，高刚度部分1308-1310比高恢复部分1312-1314提供更大的抗压能力，并且高恢复部分1312-1314比高刚度部分1308-1310提供更大的用于吸收运动的弹簧特性。

在图13所示的示例性工具设置中，根据实施例，工具半部1302和1304示出为尚未闭合的定向，并且尚未成型的单层的密封垫材料1332’(1332上标符号)定位在工具半部之间。如图所示，密封垫材料1332’的平坦片优选地放置在工具半部1302和1304之间。工具半部1302和1304包括(沿x轴118从左到右)第一平坦(无过渡)部分1306-1308，接着是第一凸边/凸边部分宽度1308-1310(或1326)(“PW1”)，接着是第一工具宽度1310-1312(或1328)(“TW1”)，接着是第二凸边/凸边部分宽度1312-1314(“PW2”)，并且接着是第二平坦(无过渡)部分1314-1320。在1308和1314之间的凸边/凸边部分轮廓包括(要)成廓在密封垫1332’上的凸边或凸边部分，并且具有轮廓宽度1330(“W”)。

上部工具高度1322(“THU”)示出(在图13中)在1310和1312之间向下延伸(在z轴方向上)(跨越第一工具宽度TW1)。密封垫片/层1332’示出为定位在上部工具1302和下部工具1304之间，并且上部工具高度在第一(最左)端1316(“THUE1”)(在1306和1308之间)，而下部工具高度在第一(最左)端1318(“THLE1”)；并且下部工具高度在第二(最右)端1024“THLE2”在1314和1320之间。

在一些实施例中，对于撬棍形轮廓，THUE1和THLE1各为THU的一半，而THLE2与THU相同。在一些实施例中，THU范围可在0.35mm至0.5mm。在一些实施例中，THU可以是0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、或0.5mm。在其他实施例中，THU、THUE1和THLE2可以包括上述对THU给出的任何数值。

在一些实施例中，并且如图10所示对于撬棍形的轮廓，PW2大于PW1。在一些实施例中，W是PW1加TW1加PW2。在一些实施例中，W约为2.2mm。在一些实施例中，TW1范围可在0.45mm至0.5mm。在一些实施例中，TW1可以是0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、或0.5mm。

在各实施例中，从上半部和下半部中的每一个延伸的工具特征中的每一个可以包括比本文所示附图中的示出的更圆的边缘(或辐射状)。例如，包括向下延伸跨越宽度1328(TW1)的工具高度的边缘和包括在1308和1314处的下部工具高度过渡的边缘可以包括一个或多个半径，或工具半径。

接下来，图14和图15示出了在未压缩(图14)和压缩(图15)状况下，针对具有成廓在其上的撬棍形凸边/凸边部分的单层密封垫的有限元分析(FEA)结果。图14根据实施例示出了有限元分析(FEA)结果1400，示出了包括使用图13中示出工具设置形成的轮廓的成型凸边(成型凸边/凸边轮廓)内的应力，其中密封垫层1332没有压缩(即在z轴方向诸如在第一部件和第二部件之间尚未压缩)。图15根据实施例示出了有限元分析结果1500，示出了在20kN负载下图14的成型凸边内的应力，其中密封垫层1332”(1332双上标符号)被压缩(在z轴方向)在要密封的配合表面(诸如第一发动机部件和第二发动机部件的表面)之间。

发明人确定，如本文所述来优化成廓在单层密封垫上的凸边，允许使用单层密封垫来取代多层密封垫。这种单层密封垫的技术效果，结果是对客户的价值提高，因为设计例如发动机、密封系统的成本降低，减少的所需的螺栓负载/用于密封部件螺栓着陆区域，密封垫设计简化(减少复杂)(即单层与多层密封垫相比)、制造密封垫的成本更低，并且单层密封垫的密封性能提高，从而允许使用单层系统，否则需要多层密封垫密封解决方案，以及其他好处。

图1、3、5-10和13示出了带有各种部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，这样的元件可以分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或彼此相邻的。作为示例，放置为彼此共面地接触的组件可以称为共面地接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔而没有其它部件的元件可以被如此称呼。作为又一示例，彼此上/下、彼此相对侧或彼此左/右地示出的元件可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶上的元件或元件的位置可称为部件的“顶部”，而最底下的元件或元件的位置可称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，在其它元件上方示出的元件垂直地位于其它元件上方。作为又一个示例，在附图中描绘的元件的形状可以被称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。

可以对所描述的实施例进行某些改编和修改。因此，以上讨论的实施例被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围不受本文描述的具体实施方案的限制。另外的示例实施例还可以单独地或共同地包括在本说明书中提及或指示的所有步骤、特征、组合物和化合物，以及步骤或特征的任何两个或更多个的任意和所有组合。

在整个文献中，当在权利要求和/或说明书中与术语“包括”结合使用时，使用词语“一”或“一个”可以表示“一个”，但它也与“一个或多个”、“至少一个”、“一个或多于一个”的含义一致。类似地，单词“另一个”可表示至少第二个或更多个。以下词汇：“正包括(comprising)”(以及“正包括”的诸如“包括(一般语态)”和“包括(第三人称单数)”之类的任何形态)、“正具有(having)”(以及“正具有”的诸如“具有(一般语态)”和“具有(第三人称单数)”之类的任何形态)、“正包括(including)”(以及“正包括”的诸如“包括(一般语态)”和“包括(第三人称单数)”之类的任何形态)或“正包含(containing)”(以及“正包含”的诸如“包含(一般语态)”和“包含(第三人称单数)”之类的任何形态)是包容性的或开放式的，并且不排除其它未列举的元件或流程步骤。

在本说明书和所附权利要求中，使用了本质上诸如“纵向”、“水平”、“前”、“向前”、“向后”、“后”、“向上”、“向下”等定向的、几何的和/或空间的各种术语。应当理解，这些术语仅用于说明和相对意义，并且不以任何方式用作指定绝对方向或定向。

本文描述的实施例可包括一个或多个值的范围(例如，尺寸、位移和场强等)。值的范围将被理解为包括该范围内的所有值，包括限定该范围的值，以及导致相同或基本相同的结果的、与该范围相邻的值，因为这些值紧邻限定范围的边界的值。例如，本领域技术人员将理解，范围的上限或下限的10％的变化可能是完全合适的，并且被本公开所涵盖。更具体地，范围的上限或下限的变化将是5％或如本领域中所公知的，以较大者为准。

在整个说明书中，使用相对的语言，诸如单词“大约(about)”和“大致(approximately)”。该语言旨在将至少10％的变化性并入指定的数字或范围。该变化性可能是指定的特定数字的正10％或负10％。

所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求或通过提出新权利要求来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。这样的权利要求，无论是在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题范围内。