CS244357B1

CS244357B1 - Different thermal expansivity part's removable joint

Info

Publication number: CS244357B1
Application number: CS841523A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Vyborny; Jaromir Zabloudil
Original assignee: Jaroslav Vyborny; Jaromir Zabloudil
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS152384A1

Abstract

Řešeni se týká automobilového oboru, konkrétně spalovacích motorů a řeší problém rozebíratelného spojení mezi hlavou z lehkého kovu a válcem z těžkého kovu. Rozebíratelný spoj součásti s různou tepelnou roztažností je tvořený dose- dacími plochami součásti, mezi nimiž je uspořádáno těsnění. Podstata řešení spočívá v tom, že dosedací plocha součásti s větší tepelnou roztažností je opatřena plastickou vrstvou, které je na straně přivrácené k dosedací ploše součásti s menší tepelnou roztažností opatřena impregnační oddělovací vrstvou, vyznačující se tím, že plastické vrstva je vytvořena ze silikonového laku a impregnační oddělovací vrstva je vytvořena z tuhého práškového maziva, kterým je opatřena i dosedací plocha součásti s menší tepelnou roztažností.The solution relates to the automotive industry, in particular to internal combustion engines and solves the problem of the releasable connection between the light metal head and the heavy metal cylinder. The releasable joint of the component with different thermal expansion is formed by the delivery surfaces of the part between which the seal is arranged. The essence of the solution is that the contact surface of the component with greater thermal expansion is provided with a plastic layer which is provided with an impregnating separating layer on the side facing the contact surface of the lower thermal expansion component, characterized in that the plastic layer is made of silicone lacquer and the impregnating separating layer is formed from a rigid powder lubricant, which also provides a bearing surface of the component with less thermal expansion.

Description

(54) (61) (23) Výstavní priorita (22) Přihlášeno 02 03 84 (21) (PV ,523-84) (40) Zveřejněno 17 09 85 (45) Vydáno oi 06 88(54) (61) (23) Exhibition priority (22) Checked-in 02 03 84 (21) (PV, 523-84) (40) Published 17 09 85 (45) Published oi 06 88

VÝBORNÍ JAROSLAV ing., KOPŘIVNICE; ZABLOUDIL JAROMÍR, PHÝDEK-MÍSTEK (51) Int Cl*EXCELLENT JAROSLAV ing., KOPŘIVNICE; WAS JAROMIR, PHYDEK-PLACE (51) Int Cl *

P 16 S 5/00P 16 S 5/00

Rozebíratelný spoj součásti s různou tepelnou roztažnostíRemovable joint of component with different thermal expansion

Řešeni se týká automobilového oboru, konkrétně spalovacích motorů a řeší problém rozebíratelného spojení mezi hlavou z lehkého kovu a válcem z těžkého kovu.The solution relates to the automotive field, specifically internal combustion engines, and solves the problem of a releasable connection between a light metal head and a heavy metal cylinder.

Rozebíratelný spoj součásti s různou tepelnou roztažností je tvořený dosedacími plochami součásti, mezi nimiž je uspořádáno těsnění. Podstata řešení spočívá v tom, že dosedací plocha součásti s větší tepelnou roztažností je opatřena plastickou vrstvou, které je na straně přivrácené k dosedací ploše součásti s menší tepelnou roztažností opatřena impregnační oddělovací vrstvou, vyznačující se tím, že plastické vrstva je vytvořena ze silikonového laku a impregnační oddělovací vrstva je vytvořena z tuhého práškového maziva, kterým je opatřena i dosedací plocha součásti s menší tepelnou roztažností.The releasable joint of a component with different thermal expansion is formed by the abutment surfaces of the component between which a seal is arranged. The base of the solution is characterized in that the bearing surface of the component with greater thermal expansion is provided with a plastic layer which is provided on the side facing the bearing surface of the component with lower thermal expansion with an impregnating separating layer. the impregnating separating layer is formed from a solid powdered lubricant, which is also provided with the abutment surface of the part with less thermal expansion.

244 357244 357

Vynález se týká rozebíratelného spoje součásti s různou tepelnou roztažností, jejichž dosedací plochy jsou vzájemně těsněny.The invention relates to a releasable joint of a component of different thermal expansion whose bearing surfaces are sealed to one another.

Rozebíratelné spoje součásti se utěsňují dokonalým provedením dosedaoíoh ploch a jejich ztažením. Zpravidla se však mezi dosedací plochy vkládá těsnění, které musí být sevřeno dostatečnou silou, přičemž vzhledem k vlastní výšce těsnění a jeho vlastnostem mechanicko-tepelným, je toto těsnění schopno utěsnit omezené tlaky, při respektování častého a včasného dotažení spoje. Hladké dosedací plochy se obrábějí podle druhu těsnění na drsnost povrchu Ra = 6,3 až 12,5 pro měkká těsnění a Ra = 0,8 až 1,6 pro kovová těsnění. Pro vyšší tlaky je nutno měkká těsnění provést v zápichu dosedací plochy. Tloušika těsnění se volí dle rovinosti dosedacích ploch a dle výrobních, montážních a provozních možností těsniva. Materiálem těsnění je pryž, olejový papír, fíbr, plastické hmoty, osinek a jeho kombinace, jakož i kovová těsnění z neželezných kovů, olovo, hliník,měď, Pro těsnění agresivních látek s vysokými parametry tlaku a teploty se používá těsnění z nerezavějící či žáruvzdorné oceli nebo ze speciální litiny. Dosedací plochy v tomto případě jsou buď hladké, hřebenové, či ve tvaru čočky.The dismountable joints of the component are sealed by perfectly fitting the surfaces and tightening them. As a rule, however, a gasket is inserted between the bearing surfaces, which must be clamped with sufficient force, and due to the gasket's own height and its mechanical-thermal properties, this gasket is capable of sealing limited pressures, respecting frequent and timely tightening of the joint. Smooth contact surfaces are machined according to the type of gasket to surface roughness Ra = 6.3 to 12.5 for soft gaskets and Ra = 0.8 to 1.6 for metal gaskets. For higher pressures, soft seals must be made in the recess of the bearing surface. The sealing thickness is chosen according to the flatness of the bearing surfaces and according to the production, assembly and operation possibilities of the sealant. Seals are made of rubber, oil paper, fiber, plastic, asbestos and combinations thereof, as well as metal seals of non-ferrous metals, lead, aluminum, copper. Seals made of stainless or heat resistant steel are used to seal aggressive substances with high pressure and temperature parameters. or special cast iron. The contact surfaces in this case are either smooth, comb or lens-shaped.

Pro utěsnění dosedacích ploch hlavy a válce spalovacího motoru se používá přímého spoje jejich dosedacích ploch nebo prostřednictvím vložených kovových či jiných kroužků, vložených mezi dosedací plochy nebo do drážek zhotovených v těchto plochách. Jestliže je hlava z hliníku a válec z litiny, dochází v provozu vlivem vzájemného rozdílu teplot a tepelné roztažností k jednorázovým vzájemným posuvům jejich dosedacích ploch a k přenosům vibrací přes stykové plochy. Použití plastického těsnění je dáno úrovní těsněného tlaku a pro případ spojení hlava-válec je tato varianta nepoužitelná nebo značně poruchová. Těsnění spoje mezi hlavouTo seal the bearing surfaces of the head and cylinder of the internal combustion engine, a direct connection of their bearing surfaces or by means of intermediate metal or other rings interposed between the bearing surfaces or into the grooves made in these surfaces is used. If the head is made of aluminum and the cylinder is made of cast iron, due to the difference in temperature and thermal expansion, one-time relative displacements of their bearing surfaces and vibrations are transmitted through the contact surfaces. The use of the plastic seal is given by the level of sealed pressure and in the case of a head-to-cylinder connection this variant is unusable or severely defective. Head gasket

244 3S7 a válcem plochými kroužky si vyžaduje provedení zvláštního zápichu pro jejich uložení a není jimi zajištěna schopnost přirozeného a shodného pohybu se stykovými součástmi ani se nezruší vibrační kontakt s opěrnými plochami a nedocílí se vyrovnání povrchových nerovností dosedacích ploch a tím maximálního využití geometrie plochy pro snížení specifických tlaků. Neodstraní se rovněž deformace a opotřebení dosedacích ploch hlavy a válce. Jedna z podstatných nevýhod spojů mezi hlavou a válcem aí s kovovým těsněním, či bez něho je v tom, že vlivem vlastního těsnění mezi jejich dosedacími plochami dochází v podstatě ke ztížení nebo dokonce k zadržení relativního skluzu dosedacích ploch, čímž dochází ke zvýšení již existujících vnitřních tlaků, v případě hlavy válce ke zvýšení hladiny takzvané teplotníjautokomprese s následným tahem při vyrovnání teplot, který celkově vede až k únavovému roztržení středového můstku hlavy válce, při cyklickém provozním zatížení.244 3S7 and cylindrical flat rings require a special groove for their bearing and do not ensure the ability to move naturally and consistently with the contacting parts nor abolish vibrational contact with the bearing surfaces and do not compensate for surface unevenness of the bearing surfaces and thereby maximize surface geometry to reduce specific pressures. Also, deformation and wear of the bearing surfaces of the head and cylinder will not be removed. One of the major disadvantages of head and cylinder joints with or without metal gaskets is that due to the gasket itself between their abutment surfaces, the relative slip of the abutment surfaces becomes substantially more difficult or even retarded, thereby increasing the existing internal pressures, in the case of a cylinder head, to increase the level of the so-called thermal compression and subsequent thrust at temperature equalization, which generally leads to fatigue bursting of the cylinder head central bridge, under cyclic operating load.

Cílem vynálezu je docílení vysoké únosnosti a těsnosti dosedacích ploch součásti vůči maximálním tlakům, bez nutnosti provozního dotahování spoje.The object of the invention is to achieve a high load-bearing capacity and tightness of the contact surfaces of the component with respect to maximum pressures, without the need for operational tightening of the joint.

Rozebíratelný spoj součásti s různou tepelnou roztažností je tvořený dosedacími plochami součásti, mezi nimiž je uspořádáno těsnění. Podstata vynálezu spočívá v tom, že dosedací plocha součásti s větší tepelnou roztažností je opatřena plastickou vrstvou, která je na straně přivrácené k dosedací ploše součásti s menší tepelnou roztažností opatřena impregnační oddělovací vrstvou, vyznačující se tím, že plastická vrstva je vytvořena ze silikonového laku a impregnační oddělovací vrstva je vytvořena z tuhého práškového maziva, kterým je opatřena i dosedací plocha součásti s menší tepelnou roztažností.The releasable joint of a component with different thermal expansion is formed by the abutment surfaces of the component between which a seal is arranged. SUMMARY OF THE INVENTION The bearing surface of the component of greater thermal expansion is provided with a plastic layer which is provided on the side facing the bearing surface of the component of lower thermal expansion with an impregnating separating layer, characterized in that the plastic layer is made of silicone lacquer; the impregnating separating layer is formed from a solid powdered lubricant, which is also provided with the abutment surface of the part with less thermal expansion.

Výhody rozebíratelného spoje součásti s různou tepelnou roztažností spočívají v tom, že se docílí plošné vyrovnání dosedacích ploch a maximální únosnosti vrstvy, dané její minimální výškou a dlouhodobé impregnace dosedacích ploch s možností demontáže spoje bez narušení původního stavu těsnící vrstvy. Schopnost spoje uskutečnit minimální skluzy v plastické vrstvě zaručujeAdvantages of the demountable joint of a component with different thermal expansion are that it achieves flat alignment of the bearing surfaces and maximum bearing capacity given by its minimum height and long-term impregnation of the bearing surfaces with the possibility of dismantling the joint without disturbing the original state of the sealing layer. The ability of the joint to carry out minimal slips in the plastic layer guarantees

244 357 rovnoměrné utěsnění dosedacích ploch, získá se geometricky maximálně účinná plocha styku, zamezí se vzniku mikronetěsností, čímž je zaručena těsnost spoje proti maximálním tlakům, bez nutnosti dotahování spoje během provozu.244 357 uniform sealing of the bearing surfaces, the geometrically maximum effective contact area is obtained, avoiding micro-tightness, thus ensuring the tightness of the joint against maximum pressures, without the need to tighten the joint during operation.

Pro případ rozebíratelného spoje hlava-válec spalovacího motoru, je zabezpečen skluz hlavy po válci, nedochází k zadření spoje, tím ke zvýšení vnitřních tlaků hlavy,.sníží se tak provozní středové namáhání hlavy v důsledku bezporuchového skluzu po válci a tím se sníží úroveň cyklického zatížení v procesu vývoje tepelné únavy hlavy a zvýší se odolnost hlavy proti praskání v oblasti můstku mezi sedly ventilů.In the case of a removable head-cylinder connection of an internal combustion engine, head slip is provided on the cylinder, no seizure of the connection, thereby increasing head internal pressures, reducing the operational center stress of the head due to trouble-free slip on the cylinder. in the process of developing a thermal fatigue of the head, and the head will resist cracking in the bridge region between the valve seats.

Příklad rozebíratelného spoje součásti s různou tepelnou roztažností podle vynálezu je znázorněn ha přiloženém výkrese.An example of a detachable joint of a component with different thermal expansion according to the invention is shown in the attached drawing.

Rozebíratelný spoj je tvořen dosedacími plochami 1. a £ součásti 2 a£ s různou tepelnou roztažností, kupříkladu hlava a válec spalovacího motoru, kde hlava je z hliníku a válec z litiny. Dosedací plocha 4 součásti 2 s větší tepelnou roztažností je opatřena plastickou vrstvou 2» která je na straně přivrácené k dosedací ploše 1, součásti 5. s menší tepelnou roztažností opatřena impregnační oddělovací vrstvou 6.The dismountable joint is formed by the abutment surfaces 1 and 6 of components 2 and 6 with different thermal expansion, for example the head and cylinder of an internal combustion engine, the head being of aluminum and the cylinder of cast iron. The abutment surface 4 of the greater thermal expansion component 2 is provided with a plastic layer 2 which is provided with an impregnating separating layer 6 on the side facing the abutment surface 1 of the lower thermal expansion component 5.

Nanášení elastické vrstvy 2 se provádí přímo na odmaštěný povrch dosedací plochy £ hlavy. Plastickou vrstvou 2 mohou být laky, které si zachovávají dlouhodobě pružnost, tepelnou odolnost, přilnavost a mají schopnost vytvořit spojení se základním materiálem dosedací plochy £ a při stažení dosedacích ploch 1 a 4 rovnoměrně vytěsňující ze spáry, čímž se získává geometricky maximálně účinná plocha styku, zabezpečující optimální rozložení tlaku a sílu vrstvy. Vlastní proces vytvoření plastické vrstvy 2» případně jejího vytvrzení, probíhá při montáži a prvém provozním ohřátí motoru, eventuálně dlouhodobě, při běžné teplotě, přičemž konečným výsledkem je zaleštění plastické vrstvy 2 do materiálu dosedací plochy £ a příznivá změna dotykových vlastností jejího povrchu, která zamezuje zadírání a zlepšuje skluz dosedacích ploch 1 a £ hlavy a válce po sobě při cyklickém teplotním zatížení během provozu.The elastic layer 2 is applied directly to the degreased surface of the head abutment surface. The plastic layer 2 may be lacquers which retain long-term flexibility, heat resistance, adhesion and have the ability to form a bond with the base material of the bearing surface 6 and evenly displace the bearing surfaces 1 and 4 from the joint, thereby obtaining a geometrically maximum effective contact area. ensuring optimum pressure distribution and layer thickness. The actual process of forming the plastic layer 2 or its curing is carried out during assembly and the first operational heating of the engine, eventually for a long time, at normal temperature, the final result is polishing the plastic layer 2 into the material of the bearing surface. seizing and improves the sliding of the head and cylinder contact surfaces 1 and 6 under successive cyclic temperature loads during operation.

244 357244 357

Funkci a zajištění optimálních podmínek plastické vrstvy 2» zvláště v první fázi montáže spoje a provozu i zajištění bezporuchové demontáže a znovu použití součásti - hlavy - v původním stavu, umožňuje nanesení impregnační oddělovací vrstvy 6..na zaschlý povrch plastické vrstvy 3, Tato impregnační oddělovací vrstva 6 může být složena z tuhých práškových maziv a zamezuje mimo jiné přilnutí plastické vrstvy. 2 aa dosedací plochu 1 válce, přičemž tuto plochu nasytí tuhým práškovým mazivem.The function and assurance of optimal conditions of the plastic layer 2 »especially during the first phase of the assembly of the joint and operation as well as the trouble-free dismantling and reuse of the head component in its original state is enabled by application of the impregnation separating layer 6. the layer 6 may be composed of solid powdered lubricants and prevents inter alia the adhesion of the plastic layer. 2a and the bearing surface 1 of the cylinder, which surface is saturated with a solid powdered lubricant.

Zajištění životnosti a účinku plastické vrstvy 2*°vlivňuje kvalita dosedací plochy 1 válce, kde je nutno dodržet minimální úchylky rovinnosti a drsnosti povrchu Ra 6 1,6, přičemž se doporučuje geometrické překrytí dosedací plochy 4 hlavy dosedací plochou 2 válce a účinná nasycení dosedací plochy 2 válce impregnační oddělovací vrstvou 6.Ensuring the durability and effect of the plastic layer 2 * ° is influenced by the quality of the bearing surface 1 of the cylinder, where minimum deviations of flatness and surface roughness Ra 6 1.6 must be observed. 2 rollers by impregnating separating layer 6.

Claims

PREVIOUS THE INVENTION

A removable joint of a component of different thermal expansion, formed by the abutment surfaces of the components between which the seal is arranged, such that the abutment surface of the component of greater thermal expansion is provided with a plastic layer. characterized in that the plastic layer (3) is made of a silicone lacquer and the impregnating separating layer (6) is made of a solid powdered lubricant, which also has a bearing surface (1) of the component (5) with less thermal expansion.