CN1985111A - 具有分体式铸造外壳的内燃机用的密封系统 - Google Patents

Abstract

一种单缸或多缸内燃机的、尤其是四冲程柴油机的使气缸盖(2)相对气缸衬套(1)密封的密封系统，具有分体式铸造外壳，包括两个可用螺纹连接起来的外壳半壳(3)，其分型面在曲轴－和气缸轴线方向上，其中外壳半壳(3)具有用于装纳专门的气缸衬套(1)的凹部，而且每个气缸都设有独立的气缸盖(2)，此密封系统包括有环形密封元件。在气缸盖(2)里设有一个向燃烧室敞开的环形槽(7)，在这槽里至少装纳了一部分设计成密封凸缘(5)的气缸衬套(1)的延长部分形成一种压配合；环形密封元件设计成单独的环形密封件(4)，它一方面支承在气缸盖(2)的一个密封面上，另一方面径向压向外壳半壳(3)的密封面，并且使得在气缸盖(2)的径向外面的圆周面与外壳半壳的凹部之间的环形间隙(16)密封住。

Description

具有分体式铸造外壳的内燃机用的密封系统

技术领域

本发明涉及一种单缸或多缸内燃机，尤其是四冲程柴油机的使气缸盖相对气缸衬套密封的密封系统，具有分体式铸造外壳，包括两个可用螺纹连接的外壳半壳，其分型面在曲轴-和气缸轴线方向上，其中外壳半壳具有凹部用于装纳专门的气缸衬套而且每个气缸都设有单独的气缸盖，该密封系统包括有环形密封元件。

背景技术

具有一个属于此类密封系统的内燃机已在欧洲专利EP0883740B1中作了介绍，其公开的技术内容正是本发明的背景技术。该处应用了一种金属的环形密封件用于气缸盖和气缸衬套之间的燃烧室(见图5)的水和气体密封，这密封件被夹在气缸衬套和气缸盖的密封面之间。在气缸盖和气缸衬套之间一种尽可能大的轴向力是有利的。作为附加的内燃气体的密封还应用了两个在接头处切开并相对扭转的板带。这些都横交于已经放置有金属环形密封件的轴向间隙被一个衬套凸缘保持在气缸衬套的里侧上并通过压缩-或者点火压力密封地压在衬套凸缘的内壁上。

另外一种用于常规内燃机的气缸盖密封结构已由德国专利DE4213502A1得知。这种密封结构设计成圆柱形的环，它被气缸衬套的一个凸缘装纳并密封地嵌入在一个与气缸轴线同轴的在气缸盖里车削出的环形槽里。

此外由德国专利DE10242052A1已知，改进上述的环形的气缸盖密封结构，从而使嵌入在气缸盖的环形槽里的环形零件借助于一个适合的弹簧构件向着环形槽的侧壁预紧。因此应该能实现密封作用，而与衬套和气缸盖之间的轴向力无关。

用于常规内燃机的其它密封系统也已由EP0038057、DE19528830、DE1122766以及WO2004/109083公开。但在那里在分体式铸件外壳的凹部并没有设置独立的气缸盖，因此就产生了有关气缸盖密封和燃烧室密封的其他问题。

发明内容

本发明的任务是基于具有分体式铸件外壳的内燃机的公知现有技术提出一种经济的密封系统，此系统以尽可能小的轴向力和很小配装的费用和构件费用可以使气缸盖相对于气缸衬套实现可靠的密封并阻止可燃气体从燃烧室里向外流出和水或者冷却液和油向里进入。

此任务通过这样一种密封系统来解决，该系统的特征在于，气缸盖具有一个向燃烧室敞开的环形槽，在这槽里至少装入了设计成密封凸缘的气缸衬套延长部分的一部分形成一种压配合，而且环形密封元件设计成单独的环形密封件，该密封件一方面支承在气缸盖(2)的一个密封面上，另一方面支承在外壳半壳(3)的一个密封面上并使得在气缸盖(2)的径向位于外面的圆周面和外壳半壳(3)的凹部之间的环形间隙(16)密封住。

指向气缸盖的气缸衬套的延长部分称作为密封凸缘，它可以设计成在衬套上作成一体并构成按照本发明的密封系统的一部分。

环形槽在气缸盖的指向燃烧室的那一侧在该气缸盖里加工而成，它基本上具有气缸衬套密封凸缘的安装在里面的那个部分的形状，也就是说两个部分是相互匹配的，以便在对应的轴向力作用时可以实现一种压配合，必要时经受变形。无论是在该部位里的密封凸缘还是环形槽都优先具有一种带有相应锥度的横断面形状。气缸衬套的密封凸缘在气缸盖的环形槽里的压配合导致了在环形槽里的一个径向里面的密封面和一个外面的密封面，它们可以与此外还与密封凸缘共同作用的环形密封元件一起实现燃烧室的可靠密封。按照本发明的密封系统结构简单、构件费用低，这对于这样一种密封的内燃机的装配费用和制造成本产生有利的影响。

按照本发明的单独的环形密封结构使气缸盖有效地与外壳半壳密封。

通过按照本发明将单独的环形密封件径向靠在外壳半壳的凹部上就可以与密封凸缘在气缸盖的槽里的压配合相结合起来实现一种充分的密封效果，而不必为此需要大的轴向力。在这种情况下，即内燃机具有分体式铸件外壳，包括两个可用螺纹连接的外壳半壳，其分型面及在曲轴-和气缸轴线方向上，具有特殊的意义，因为这里要在相互分开的气缸盖上相应地施加大的轴向力是特别困难的。另一方面在一种这样的内燃机中，与其它具有整体铸造外壳的内燃机相反，可以通过横交于气缸轴线的对两个外壳半壳的螺纹连接有利地在环形密封元件上施加一个横交于气缸轴线作用的力。

在按照本发明的密封系统的第一种有利实施方式中，气缸衬套的密封凸缘在其外径上车削有环形槽，而且单独的环形密封件一方面在车削槽部位紧靠在密封凸缘的外圆周面上，另一方面则支承在外壳半壳和气缸盖的邻接密封面上。单独的环形密封件因此可以在相互夹紧的外壳半壳之间用于在气缸盖和衬套的圆周上保证有效的针对环形间隙的密封。

通过将气缸盖轴向压紧在气缸衬套的密封凸缘上并使外壳半壳相对着夹紧，就将环形密封件在密封面之间压紧，以至于其横断面形状密实地匹配于容纳它的空腔。

环形密封件有利地设计成由一种弹性材料如一种合适的橡胶混合物例如氟化橡胶制成的环，其中在选择材料时必须注意到尽可能高的耐高温性，优选最高达约200℃。

在按照本发明的密封系统的第一种实施方式的另外一种优选设计方案中，气缸衬套的密封凸缘的车削环形槽在轴向上基本为锥形，也就是说其直径向着气缸盖方向逐渐变小。在一种变型方案中可以有两个或多个具有不同锥角的锥形部段相互紧接着。有利的是一个远离气缸盖的具有较大锥角的第一个锥形部段，它因此以尽可能短的轴向长度使密封凸缘离开相邻曲轴箱足够大的间距，还有第二个锥形部段，它具有较小的锥角，其气缸盖侧的端部装纳在气缸盖的环形槽里形成一种压配合。

为了形成压配合对于至少局部装在环形槽之内的第二个锥形部段来说已经证实锥角范围在大约3°至5°是特别有利的。

在按照本发明的密封系统的第二种有利实施方式中，单独的环形密封件与密封凸缘有距离地布置在一个径向在气缸盖里环绕的沟槽里。

在第一种实施方式中，单独的环形密封件大约在燃烧室的高度上紧靠着气缸衬套的密封凸缘并因此必须具有很高的耐高温性，而在第二种实施方式中耐高温性则不太紧要了。因为单独的环形密封件此处在一个径向靠外的气缸盖的圆周面上环绕的槽里继续与燃烧室有间距。若是一种由铝制成的气缸盖，那么环形密封件反正就装在一个构件里，它具有比气缸衬套低大约10°-15℃的温度。因此对于环形密封件来说也可以应用更有利的受保护名称为Viton的商业上可得到的材料来代替在第一种实施方式中优选使用的很贵重的氟化橡胶。

可见为了进一步改进密封，也可以组合设置按照本发明的密封系统的第一和第二种实施方式的两种单独的环形密封件。

此外在前述的实施方式中，在气缸盖的环形槽部位里可以设有一个泄放装置用于将可能有的漏泄气体排出到抽吸系统里。

此外可以有利地使置于气缸盖两侧的气缸衬套的密封凸缘的边棱作成斜面，用以形成密封凸缘的窄的端面侧的边缘表面。

按照本发明的密封系统的装配已经证实为很简单的，因为这里只需要将气缸盖用其向着气缸衬套敞开的环形槽轴向压紧在气缸衬套的密封凸缘上，这发生在外壳壳体之外。适宜地在这之后可以将单独的环形密封件装在气缸衬套的密封凸缘上(第一种实施方式)或者在气缸盖上(第二种实施方式)。接着将组装件装入为此设计的外壳半壳的凹部里；在补装外壳半壳之后用为之设计的螺栓将两个外壳半壳相对夹紧。

附图说明

以下参照附图按照两个实施例对本发明详细加以说明。所示为：

图1：按照本发明的密封系统的第一种实施方式的剖视图；

图2-4：按照本发明的密封系统的第二种实施方式的不同的视图。

具体实施方式

图1表示了按照本发明的密封系统的第一种设计方案的沿外壳半壳分型面的剖视简图。在所示的截面图中可以见到在一个外壳半壳3的凹部里的一个气缸衬套1和一部分气缸盖2的布置。

气缸衬套1具有一个设计成密封凸缘5的在虚线6以上的延长部分，它与气缸衬套1成一体。在密封凸缘5上贴靠一个单独的环形密封件4形状的环形密封元件。气缸衬套1的密封凸缘5的一部分被气缸盖2的一个环形槽7装纳形成压配合。

气缸衬套的密封凸缘5在其外径上具有车削的槽，这槽由两个在轴向上向着气缸盖锥形逐渐变小的具有不同的锥角β或者α和外表面8和9的锥形部段组成。环形密封件4径向贴在切削槽部位由两个部段8和9所形成的气缸衬套1的密封凸缘5的外圆周表面。

气缸衬套1的密封凸缘5在气缸盖2的环形槽7里压配合在环形槽7的两个侧壁上，形成了一个内密封面和一个外密封面10和11。气缸衬套1的密封凸缘5位于气缸盖2两侧面上的边棱12和13有倒角用于形成密封凸缘5的一个窄的端面侧的面15。径向位于环形槽7之外的气缸盖1的边缘14在外壳半壳的凹部之内嵌入在这凹部和气缸衬套1的密封凸缘5之间，并因此轴向紧靠着由环形密封件4基本填满的在密封凸缘5的外圆周面8，9和外壳半壳3的凹部之间的空腔。环形密封件4因此布置在一个空腔里，该空腔由密封凸缘5的外表面8，9、气缸盖2的边缘14的底面和外壳半壳3的凹部界定并使所有紧接着凹部的表面相互密封。

对于所示的密封系统必须指出：在气缸盖2的径向靠外的圆周面和外壳半壳3的凹部之间的一个最小的环形间隙16里可以装有水或者冷却液体，并在气缸衬套1的外圆周面和外壳半壳3的凹部之间的一个轴向位于其下面的环形间隙17里可以装有油。

因此，燃烧室用按照本发明的密封系统有效保证密封，既防止油和水或者冷却液进入，又防止燃烧气体溢出。除此之外也不会发生油与水或者冷却液的混合。

在图2和以下的图中表示了按照本发明的密封系统的另一种实施例。气缸盖2和气缸衬套1布置在一个具有分体式铸造外壳的柴油机的外壳半壳3之间。气缸盖2在其径向外面的圆周面上具有一个径向环绕的圆环槽18。此外在图2中可以见到气缸盖2的入口孔19，它借助于一个密封件20使外壳半壳3的一个对应通道21(见图3)密封住。

图3表示按图2中A-A剖面的一个剖视图；图4表示图3中局部X的放大图。单独的环形密封件4径向布置在环形槽18和外壳半壳3的凹部之间并因此使气缸盖2和外壳半壳之间的环形间隙16密封。除了布置在环形槽18里的环形密封件4之外还可以设置另一个环形密封件22在气缸盖2的外圆周面上，优选在其上端。气缸衬套1的密封凸缘5装在气缸盖2的一个指向燃烧室的槽里以形成压配合。因此实现了一种密封系统，它不必为此使用大的轴向力，就使燃烧室可靠地密封防止燃烧室气体溢出。

Claims (9)

1.一种单缸或多缸内燃机的、尤其是四冲程柴油机的使气缸盖(2)相对气缸衬套(1)密封的密封系统，具有分体式铸造外壳，包括两个可用螺纹连接起来的外壳半壳(3)，其分型面在曲轴-和气缸轴线方向上，其中外壳半壳(3)具有凹部用于装纳单独的气缸衬套(1)，而且每个气缸都设有分开的气缸盖(2)，所述密封系统包括有环形密封元件，其特征在于，在气缸盖(2)里设有一个向燃烧室敞开的环形槽(7)，在该槽中至少装纳了一个设计成密封凸缘(5)的气缸衬套(1)的延长部分的一部分形成压配合，而且环形密封元件设计成单独的环形密封件，它一方面支承在气缸盖(2)的一个密封面上，另一方面径向支承在外壳半壳(3)的密封面上，并使得在气缸盖(2)的径向位于外面的圆周面和外壳半壳(3)的凹部之间的环形间隙(16)密封。

2.按权利要求1所述的密封系统，其特征在于，气缸衬套(1)的密封凸缘(5)在其外径上有车削槽，所述单独的环形密封件(4)在车削槽部位贴在密封凸缘(5)的外圆周面(8，9)上，此外相对气缸盖(2)和外壳半壳(3)的邻接密封面密封。

3.按权利要求2所述的密封系统，其特征在于，气缸衬套(1)的密封凸缘(5)的外径上的车削槽在轴向上基本呈锥形，因此气缸衬套(1)的密封凸缘(5)的外径向着气缸盖(2)方向逐渐变小。

4.按权利要求3所述的密封系统，其特征在于，密封凸缘(5)的车削槽由至少两个具备不同锥角(α，β)的锥形部段组成。

5.按权利要求3或4所述的密封系统，其特征在于，气缸衬套1的锥形车削槽在密封凸缘(5)部位的锥角(α)在3°至5°的范围内，密封凸缘(5)嵌入在气缸盖(2)的环形槽(7)里。

6.按权利要求1所述的密封系统，其特征在于，单独的环形密封件(4)布置在一个径向环绕设于气缸盖上的槽(18)里。

7.按权利要求2至5中之一所述的密封系统，其特征在于，设有另一个单独的环形密封圈(4)，它布置在一个径向在气缸盖上环绕的槽(18)里。

8.按权利要求1至7中之一所述的密封系统，其特征在于，在气缸盖(2)的环形槽(7)部位里设有一个泄放装置(20)用于将有可能出现的气体泄漏排出至抽吸系统里。

9.按权利要求1至8中之一所述的密封系统，其特征在于，气缸衬套(1)的密封凸缘(5)位于气缸盖(2)两侧的边棱(12、13)为斜面，用于形成密封凸缘(5)的窄的端面侧表面(15)。