DE69203463T2

DE69203463T2 - Brennkraftmaschine und metallische Abdichtung zur Anwendung in solcher Maschine.

Info

Publication number: DE69203463T2
Application number: DE69203463T
Authority: DE
Inventors: Kosaku Ueta
Original assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2012-01-14
Also published as: JPH051771A; US5230521A; DE69203463D1; EP0494801B1; EP0494801A1; US5370406A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf metallische Dichtungen, die geeignet sind, zwischen die aneinanderstoßenden Flächen eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks, die Teil einer Brennkraftmaschine bilden, angeordnet zu werden, um hierdurch ein Austreten von Verbrennungsgas, Kühlwasser, Schmieröl usw. zu verhindern.
Dichtungen für diesen Zweck sind im Stand der Technik wohlbekannt. Von besonderer Bedeutung ist die Abdichtung um die Verbrennungskammer herum. Ein Versagen des Vorsehens einer genügenden Abdichtung zur Verbrennungskammer würde eine Leckage von Verbrennungsgas aus dieser bewirken, was in einem Druckabfall resultiert.
Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Reihe von Sicken in einer elastischen Grundplatte einer derartigen metallischen Dichtung vorzusehen, wobei sich die Sicken um die Brennkammeröffnung herum erstrecken. Wenn die Dichtung mit Hilfe von Bolzen an Ort und Stelle eingespannt wird, erzeugen die Sicken Reaktionskräfte, die in einer Dichtfunktion um die Umfangskante der Brennkammeröffnung resultieren.
JP-A-58178055 offenbart eine Metalldichtung, die zwei Platten aufweist, von denen jede mit Sicken versehen ist, die zu einem guten Dichtungsverhalten führen.
Um einen zu großen Druck zu verhindern, der auf die Sicken ausgeübt wird und in einer Ermüdung und in einem folglichen Zusammenbrechen der Dichtungsfunktion resultiert, wurde beispielsweise vorgeschlagen, einen oder mehrere Anschläge auf flachen Abschnitten der Dichtung zu montieren, wodurch das Ausmaß begrenzt wird, um das die Sicken zusammengedrückt werden können. Verschiedene Vorschläge wurden gemacht, wo derartige Anschläge auf der Dichtung angebracht werden und welche Form sie haben sollten. Beispielsweise schlägt JP-A-60-292893 das Einsetzen einer hilfsweisen Augenringplatte zwischen zwei Grundplatten der Dichtung, die mit Sicken versehen ist, vor, wobei Umbiegungen der Augenringplatte als Anschläge dienen. Die vorgenannte Technik zielt auf die Anbringung von Anschlägen aufflachen Segmenten der Dichtung auf beiden Seiten von Sicken ab, die zwischen den Zylinderbohrungen von zwei benachbarten Brennkammern des Zylinderblocks angeordnet sind.
Jedoch führten in vergangenen Jahren Forderungen nach höherer Leistung und gewichtssparenden Maschinen kleinerer Größe und größerem Zylinderinhalt zu Maschinen, die so gestaltet sind, daß sie nur einen begrenzten Raum zwischen den Bohrungen benachbarter Zylinder aufweisen. Als Ergebnis hiervon können Anschläge nicht ohne weiteres auf beiden Seiten der Sicken angeordnet werden. Zusätzlich wird der um die Zylinderbohrung herum aufgebrachte Druck so ungleichmäßig, daß eine resultierende beträchtliche Schwierigkeit besteht, die Kreisförmigkeit der Bohrungen aufrechtzuerhalten.
Eine extreme Abnahme in der Breite eines Anschlags ist gleichbedeutend mit dem Erzeugen eines lokalen Druckanstiegs, der in einem Eindruck auf der Oberfläche des Zylinderblocks oder Zylinderkopfes resultieren kann. Zusätzlich sind Anschläge extrem begrenzter Breite schwierig an Ort und Stelle zu halten.
Die vorliegende Erfindung resultierte aus unserer Arbeit in der Suche, eine metallische Dichtung zu schaffen, die in einer Brennkraftmaschine in einer Weise verwendet werden kann, die die vorgenannten Schwierigkeiten verringert oder beseitigt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung schlagen wir in einem Aspekt hiervon eine metallische Dichtung zur Anordnung zwischen dem Zylinderkopf und Zylinderblock einer Brennkraftmaschine vor, wobei die Dichtung eine Grundplatte, gebildet aus elastischem Metall und versehen mit einer Reihe von Sicken, die zum Abdichten um den Umfangsrand einer Öffnung in der Dichtung entsprechend einer Brennkammer im Zylinderblock geeignet sind, umfaßt und besagte Grundplatte zwei Rücken an Rücken angeordnete, allgemein ähnliche Platten umfaßt, wobei die Dichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sicken einer besagten Platte in der Breite von entsprechenden Sicken der anderen Platte differieren und die Höhe jeder besagten Sicke 10% oder weniger der Breite der besagten Sicke ist, und daß die Platten in den flachen Abschnitten hiervon, die sich radial näher zur Mitte besagter öffnung als zu einer besagten Sicke, die sich um besagte Öffnung herum erstreckt, erstrecken, aneinander befestigt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Platten an den flachen Segmenten hiervon, die an Stellen näher zur Kante besagter Öffnung als zur Mitte der Breite einer Sicke sind, die sich um besagte Öffnung herum erstreckt, befestigt. Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Zylinderblock, der wenigstens eine Brennkammer definiert, einen entsprechenden Zylinderkopf und eine metallische Dichtung gemäß einer der beiden vorhergehenden Paragraphen, die abdichtend zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf wenigstens um den Umfangsrand der Öffnung der Dichtung entsprechend der besagten Brennkammer liefert.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 schematische Schnittansichten durch eine Ausführungsform einer Dichtung zeigt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
wobei Fig. 1(a) ein Schnitt längs der Linie A-A' in der nachfolgenden Fig. 2
und Fig. 1(b) ein Schnitt längs der Linie B-B' in der nachfolgenden Fig. 2 ist;
Fig. 2 eine allgemein schematische Draufsicht auf die Ausführungsform der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruierten Dichtung ist, die in vergrößertem Schnitt in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht entsprechend derjenigen von Fig. 1(b) für eine alternative Ausführungsform der Dichtung ist, die ebenfalls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 4 eine allgemein schematische Schnittansicht entsprechend derjenigen von Fig. 1(a) einer anderen alternativen Ausführungsform der Dichtung ist, die ebenfalls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 5 eine allgemein schematische Schnittansicht einer anderen alternativen Ausführungsform der Dichtung ist, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei die Schnittansicht entsprechend der Linie B-B' von Fig. 2 für eine derartige Dichtung gewählt ist; und
Fig. 6 eine allgemein schematische Schnittansicht durch noch eine weitere alternative Ausführungsform der Dichtung ist, die ebenfalls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei die Schnittansicht längs der Linie C-C' in Fig. 2 für eine derartige Dichtung genommen ist.
Zunächst auf die Ausführungsform der Fig. 1 und 2 bezugnehmend, umfaßt ein metallischer Dichtungskörper, allgemein mit 10 bezeichnet, zwei Grundplatten 1-1 und 1-2, von denen jede aus elastischem Material hergestellt ist und Öffnungen 2 besitzt, die in Zuordnung zu Brennkammerbohrungen des Zylinderblocks angeordnet sind, für den die Dichtung zu verwenden ist. Die Öffnungen 2 sind an ihrem Rand mit einer Sicke 3 versehen. Bolzenlöcher 4 ermöglichen, daß ein Bolzen oder eine Schraube eingesetzt wird, um die metallische Dichtung an Ort und Stelle zu fixieren, wenn sie in eine Maschine eingebaut wird. Eine Öffnung 5 erlaubt das Zirkulieren von Kühlwasser. Eine Ölöffnung 6 ist für Öl vorgesehen. Die beiden Platten sind aufeinandergeschichtet, um ein integrabes Ganzes zu bilden, und bei 7 aneinander fixiert. Bezugsziffern 8 und 9 stellen Verbindungsstellen dar.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 1(a) wird auf die Grundplatten 1-1 und 1-2 als die erste bzw. zweite Platte Bezug genommen. Die beiden Platten sind in dem Bereich ihrer Sicken 3 so ausgelegt, daß sie unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Daher hat die erste Platte 1-1 eine Federkonstante, die wirksam durch Vergrößern der Breite ihrer Sicke vermindert ist, während die zweite Platte 1-2 eine Federkonstante aufweist, die durch Verringern der Breite ihrer Sicke wirksam vergrößert ist.
Genauer ist die Sickenbreite auf der zweiten Platte 1-2 auf 75% oder weniger derjenigen der ersten Platte 1-1 begrenzt, um so ihre Federkonstante zu erhöhen. Bezugsziffer 8 repräsentiert eine Verbindungsposition der ersten und zweiten Platte, die radial näher zu dem Mittelpunkt der Öffnung als die Sicken ist. Die Verbindungsposition 8 ist auch näher zum Rand der öffnung als das Zentrum der Breite der benachbarten Sicke. Die Verbindungsposition 8 erstreckt sich um den Umfang der Öffnung. Ähnlich bezeichnet die Bezugsziffer 9 eine weitere Verbindungsposition. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Verbindungspositionen 9 von begrenzter umfänglicher Erstreckung. Jeder Bereich für eine Verbindung 9 ist in einer Zwischenbolzenposition angeordnet und so ausgebildet, daß er einen geringen Bolzenklemmdruck aufnimmt. Die Verbindungsstelle 9 ist über eine vorgegebene Länge geschweißt oder geklebt. Die Grundplatten können aus Federstahl SUS 301 oder SUS 304 mit einer Dicke, die im Bereich von 0,20 bis 0,30 mm liegt, gebildet sein.
Wenn die metallische Dichtung 10 zwischen dem Zylinderkopf und Zylinderblock angeordnet und an Ort und Stelle eingespannt ist, wird sich die erste Platte 1-1 zunächst weitgehend aufgrund ihrer relativ verminderten Federkonstante deformieren, jedoch die zweite Platte 1-2 weniger wahrscheinlich deformieren. Da beide Platten aneinander in der Verbindungsposition 8 aneinander befestigt sind, werden sie in einem wohlausgewogenen Zustand angebracht.
Um es anders auszudrücken, die Sicke der ersten Platte neigt dazu, sich zunächst aufgrund ihrer verminderten Federkonstante zu deformieren, wird jedoch gut ausgewogen in bezug auf den auf die Maschine angewandten Druck durch die kombinierte Federkraft der ersten mit der zweiten Sicke gehalten, da sie auf beiden Seiten zwischen den Zylindern und auf beiden Seiten in den Bereichen 9 an der zweiten Platte mit ihrer vergrößerten Federkonstante befestigt ist. Daher ist das Ausmaß der Deformation irgendeiner der Sicken begrenzt, was es ermöglicht, der metallischen Dichtung als Ganzes Dauerhaftigkeit zu verleihen.
Fig. 3 zeigt die Konstruktion einer anderen Ausführungsform unserer Dichtung.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die erste und zweite Platte 1-1 und 1-2 gestaltet, um die folgende Relation zu erfüllen:
t&sub1; ≤ t&sub2;,
wobei t&sub1; die Dicke der ersten Platte und t&sub2; die Dicke der zweiten Platte ist, wobei ihre Federkonstanten voneinander differieren. Diese Ausführung ist ansonsten ähnlich zu derjenigen der Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt die Konstruktion einer weiteren Ausführungsform unserer metallischen Dichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung. Die Schnittansicht ist ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 1(a) gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß die Sicken auf der ersten und zweiten Platte in der gleichen Richtung gekrümmt sind.
Selbst bei dieser Ausführungsform sind die resultierenden Effekte ähnlich zu denjenigen, die mit den vorhergehenden Ausführungsformen erreicht werden.
Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie B-B' von Fig. 2 für eine alternative Ausführungsform. Ähnlich ist Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie C-C' der Fig. 2. Der B-B'-Schnitt nimmt geringen Druck auf, da er zwischen Klemmbolzen angeordnet ist, und besitzt in dieser Ausführungsform keine Verbindung bei 9. Der C-C'-Schnitt nimmt hohen Druck auf, da er an Klemmbolzenpositionen angeordnet ist, und ist mit einer Hilfsverbindung versehen, wie zwischen den Sicken und dem Klemmbolzenloch gezeigt ist. Der Abschnitt zur Aufnahme hohen Drucks kann auf eine niedrigere Federkonstante als diejenige des Abschnitts zur Aufnahme niedrigeren Drucks voreingestellt sein (durch die Wahl von L&sub1; > L&sub2; und l&sub1; > l&sub2; Es ist verständlich, daß die Höhe der Sicke nicht 10% der Breite der Sicke übersteigen sollte.
Während die vorhergehenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Maschinenanordnung beschrieben wurde, die einen engen Zwischenbohrungsabstand aufweist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und kann ebenfalls auf Maschinenanordnungen angewendet werden, die einen breiteren Zwischenbohrungsabstand aufweisen.

Claims

1. Metallische Dichtung zur Anordnung zwischen dem Zylinderkopf und Zylinderblock einer Brennkraftmaschine, wobei die Dichtung eine Grundplatte, gebildet aus elastischem Metall und versehen mit einer Reihe von Sicken, die zum Abdichten um den Umfangsrand einer Öffnung in der Dichtung entsprechend einer Brennkammer im Zylinderblock geeignet sind, umfaßt, und besagte Grundplatte zwei Rücken an Rücken angeordnete, allgemein ähnliche Platten umfaßt, wobei die Dichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sicken einer besagten Platte in der Breite von entsprechenden Sicken der anderen Platte differieren und die Höhe jeder besagten Sicke 10% oder weniger der Breite der besagten Sicke ist, und daß die Platten in den flachen Abschnitten hiervon, die sich radial näher zur Mitte besagter Öffnung als zu einer besagten Sicke, die sich um besagte Öffnung herum erstreckt, erstrecken, aneinander befestigt sind.

2. Metallische Dichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Platten in den flachen Abschnitten hiervon aneinander befestigt sind, die sich an Positionen näher zu der Kante besagter Öffnung als zur Mitte der Breite einer Sicke, die sich um besagte Öffnung herum erstreckt, befindet.

3. Metallische Dichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jeder Sicke der einen Platte in dem Bereich von 75% oder weniger der Breite jeder der Sicken der anderen Platte liegt.

4. Metallische Dichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, weiter dadurch gekennzeichnet, daß besagte Platten nicht nur an den flachen Abschnitten, sondern auch in wenigstens einem Bereich der Grundplatte aneinander befestigt sind, die einem relativ niedrigen Druck im Gebrauch der Dichtung ausgesetzt ist.

5. Metallische Dichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, weiter dadurch gekennzeichnet, daß besagte Platten unterschiedliche Dikke besitzen.

6. Metallische Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß besagte Platten nur in Randbereichen der besagten flachen Abschnitte aneinander befestigt sind, und daß die Sikken auf Abschnitten besagter Platten, die im Gebrauch der Dichtung einem relativ niedrigen Druck ausgesetzt werden, eine unterschiedliche Breite von derjenigen von Sicken besitzen, die auf anderen Abschnitten besagter Platten angeordnet sind, um hierdurch eine Neigung zum Ausgleichen von Drücken zu erreichen.

7. Metallische Dichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, weiter dadurch gekennzeichnet, daß korrespondierende Sicken auf den beiden Platten in der gleichen Richtung gekrümmt sind.

8. Metallische Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß korrespondierende Sicken auf den beiden Platten in entgegengesetzter Richtung gekrümmt sind.

9. Brennkraftmaschine, umfassend einen Zylinderblock, der wenigstens eine Brennkammer definiert, einen entsprechenden Zylinderkopf und eine metallische Dichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die abdichtend zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf wenigstens um den Umfangsrand der Öffnung der Dichtung entsprechend der besagten Brennkammer liefert.