CZ286463B6 - Cylinder head gasket - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká těsnění, a zejména těsnění hlav válců pro spalovací motoiy, přičemž je toto těsnění takového typu, že je vytvořeno z vrstveného materiálu, sestávajícího z tenké destičky z nerezové oceli a/nebo z tenké destičky ze žáruvzdorné oceli, která je na obou svých stranách potažena ještě tenčím gumovým filmem, majícím tloušťku alespoň 0,05 mm, který je upevněn na ocelovou destičku pomocí vulkanizace, přičemž je uvedené těsnění opatřeno otvory pro hlavy válců.

Dosavadní stav techniky

Současná známá provedení těsnění hlav válců sestávají ze svazku několika tenkých kovových destiček, které bývají často snýtovány dohromady. Takovýto svazek může sestávat ze tří až z šesti destiček, které mohou být potaženy velmi tenkou vrstvou barvy, gumy nebo nějakého jiného polymeru, který může být nanesen ve formě roztoku nebo disperze.

Ve francouzském patentovém spise FR-A5-2 184 133 je navrženo těsnění hlav válců, které sestává z kovového pásku, kteiý je na obou svých stranách pokryt vrstvou gumy. Tato gumová vrstva je nanášena ve formě roztoku, načež je následně zahřívána tak, aby došlo k vytvoření příslušné gumové vrstvy.

Zveřejněné patentové spisy DE-C2-3 500 071 a JP-A-62/101873 rovněž popisují těsnění hlav válců shora uvedeného typu, která jsou vytvořena z různých typů gumových roztoků.

Patentový spis US-A-5 110 630 popisuje výrobu těsnění, vytvořeného z tenkého kovového pásku, který je postupně opatřen chromanovým a gumovým lepidlem během nepřetržitého procesu, po kterém následuje tepelné zpracování těsnění, po němž je nanesena gumová vrstva. Takže je to prováděno nanášením adhezivní vrstvy lepidla o požadované tloušťce. Vrstvený materiál tak bude opatřen adhezivní vrstvou lepidla mezi každou gumovou vrstvou a kovovým povrchem.

V mnoha případech způsobuje používání dnešních známých těsnění hlav válců velké problémy, a to zejména tehdy, jsou-li tato těsnění používána u motorů, u kterých jsou hlavy válců a blok motoru vytvořeny z různých materiálů, k čemuž dochází stále častěji. Stále častěji se například vyrábějí hlavy válců z hliníkové slitiny, zatímco je blok motoru vyroben z litiny. V důsledku různých tepelných vlastností takovýchto materiálů dojde mezi hlavami válců a motorovým blokem při provozu motoru k různých příčným pohybům.

Tím dochází ke zvyšování požadavků na těsnění hlav válců, které musí odolat působení střihových sil, kterým je vystaveno v důsledku působení teplem vyvolaných příčných pohybů. Jedním řešením tohoto problému bylo zvýšení počtu kovových vrstev v těsnění. Existuje však celá řada důvodů k tomu, proč nemůže být toto řešení považováno za konečné a výhodné.

Za prvé bude složitější provedení těsnění hlav válců samozřejmě nákladnější, neboť vzrostou jak materiálové náklady, tak i výrobní náklady. Druhý důvod spočívá v nutnosti ochrany životního prostředí. Čím silnější totiž těsnění bude, tím větší bude pravděpodobnost, že takto vytvořené těsnění bude způsobovat vyšší koncentraci nespálených uhlovodíků ve výfukových plynech, což bude mít velmi problematický a nepříznivý důsledek z hlediska současných požadavků na ochranu životního prostředí.

- 1 CZ 286463 B6

Ideální materiál na těsnění hlav válců pro moderní spalovací motory tak musí vykazovat velmi dobré vlastnosti s ohledem na jeho stlačitelnost a na jeho schopnost pohlcovat střihové síly, přičemž musí být současně tenký, musí být snadno a levně vyrobitelný, a kromě toho musí vykazovat účinnou odolnost vůči výbušnému prostředí, což je obzvláště důležité v uvedeném kontextu, neboť předmětné těsnění musí poskytovat pokud možno to nejlepší utěsnění hlav válců za obtížných podmínek.

Těsnění hlav válců takového typu, které bylo definováno v úvodu tohoto popisu, bylo již navrženo v našich dřívějších patentových přihláškách, jmenovitě pak v patentové přihlášce SEA-9 401401-6 a v analogické mezinárodní patentové přihlášce WO 95/29333, které jsou zde uváděny ve formě odkazu.

Toto těsnění má vynikající vlastnosti, je vysoce stlačitelné, má výborné schopnosti pohlcovat střihové síly, přičemž je odolné vůči výbušnému prostředí, takže má vysokou těsnicí schopnost. Je proto důležité, aby gumový povlak měl takové specifické vlastnosti a takovou specifickou strukturu, jakou vykazují na podložce nanesené gumové filmy, které jsou z hlediska fyzikálních vlastností a rozměrů homogenní a stejnorodé, a které mají pokud možno co nej vyšší kvalitu bez jakýchkoliv pórů.

Takovýchto vlastností není možno dosáhnout u gumového povlaku, kteiý byl nanášen ve formě roztoku nebo ve formě pasty, nanášené válečkem přímo na destičku nebo na povrch substrátu, protože gumový povlak nebo potah, vytvořený tímto způsobem, bude vždy obsahovat zbytky uvedené pasty nebo zbytky rozpouštědel, které budou mít za následek vytváření pórů a dalších nestejnoměmostí, v důsledku čehož bude docházet k vytváření zeslabených zón a rovněž možných adhezivních vrstev.

Je rovněž důležité, aby gumový povlak nebo gumová vrstva byla nanášena na destičku s pomocí kalandrovací podpěry, která zajistí vysoce účinné a hlavně rovné přilnutí k povrchu destičky, a to s vyloučením jakékoliv tendence k nerovnostem na dosedacích plochách, přičemž rovněž umožní, aby byl vnější povrch opatřen takovou strukturou, která odpovídá příslušné zvolené podpěře.

Povrchová struktura, která je získávána při kalandrování nebo vulkanizaci textilní podpěry, například s takzvanou plátěnou strukturou, je obzvláště výhodná. Překvapivě bylo zjištěno, že zdrsnělá nebo krupičkovitá či puchýřkovitá struktura vnějšího povrchu poskytuje zdokonalený dosedací povrch a zdokonalené utěsnění při styku s kovovými povrchy. To umožňuje dosáhnout mechanicky velmi pevného spojení mezi gumou a destičkou s pomocí vulkanizace, a to bez jakýchkoliv problémů.

Nicméně však může být obtížné nalézt gumu takové kvality, která by byla vhodná pro výrobu vrstveného materiálu, a to zejména proto, že teplo, vytvářené spalovacími motory s vysokým kompresním poměrem, může mít takovou velikost, že bude schopné zničit gumový film příliš rychle. Nevýhoda gumy o takové kvalitě, která je schopná odolávat vysokým teplotám, spočívá v tom, že ty části těsnění, které budou vystaveny největším pohybům, se budou opotřebovávat více, než zbývající části těsnění. Proto je zapotřebí u tohoto druhu těsnění nalézt vhodný kompromis mezi tepelnou odolností a odolností proti oděru s ohledem na gumový film tohoto těsnění.

Podstata vynálezu

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je proto vyvinout takové těsnění hlav válců pro spalovací motory, které bude mít všechny shora uvedené dobré vlastnosti našich předcházejících těsnění, které však současně odstraní shora uvedené problémy, týkající se výběru kvality gumy pro určitá

-2 CZ 286463 B6 uplatnění, u kterých dochází zejména k vytváření velmi vysokých teplot (v důsledku vytváření velkého množství tepla) v okolí hlav válců spalovacího motoru.

Těsnění hlav válců pro spalovací motory podle tohoto vynálezu je vytvořeno z vrstveného materiálu, sestávajícího z tenké destičky z nerezové oceli a/nebo z tenké destičky ze žáruvzdorné oceli, která je potažena na obou svých stranách ještě tenčím gumovým filmem, majícím tloušťku alespoň 0,05 mm, který je upevněn na ocelovou destičku pomocí vulkanizace, přičemž jsou v těsnění vytvořeny otvory pro hlavy válců. Podstata vynálezu spočívá zejména v tom, že gumový film je v oblasti otvorů pro hlavy válců a případně i mezi nimi vytvořen ze žáruvzdorné gumy, přičemž ve zbývajících oblastech vrstveného materiálu je gumový film vytvořen z oděruvzdomé gumy.

Gumový film ze žáruvzdorné gumy je s výhodou nanesen s pomocí podpěry.

Gumový film ze žáruvzdorné gumy je s výhodou vyroben z fluorové gumy.

Gumový film z oděruvzdomé gumy je s výhodu vyroben z nitrilové gumy.

Gumový film ze žáruvzdorné gumy je s výhodou silnější, než gumový film z oděruvzdomé gumy.

Gumový film ze žáruvzdorné gumy má s výhodou tloušťku zhruba 0,15 mm.

Aby bylo možno získat vysokotlaké gumové těsnění okolo hlav válců, může být žáruvzdorný gumový film silnější, než oděruvzdomý gumový film, přičemž vhodná tloušťka činí zhruba 0,15 mm, zatímco vhodná tloušťka oděruvzdomého gumového filmu činí zhruba 0,8 mm. Zkušenosti ukazují, že uvedené tloušťky jsou velmi výhodné pro gumový film, který je nanesen s pomocí podpěry.

V souladu s jednou výhodnou alternativou je možno zvýšit tloušťku žáruvzdorného gumového filmu například o 0,07 mm, přičemž je možno, aby žáruvzdorný gumová vrstva měla stejnou tloušťku, jako oděruvzdomá gumová vrstva, například o velikosti 0,08 mm.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech jeho provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým výkresům, kde:

obr. 1 znázorňuje půdorysný pohled na těsnění hlav válců podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje ve zvětšeném měřítku pohled v řezu na části těsnění, vyobrazeného na obr. 1;

obr. 3 znázorňuje rovněž ve zvětšeném měřítku pohled v řezu na části těsnění, vyobrazeného na obr. 1;

obr. 4 znázorňuje půdorysný pohled na jiné alternativní provedení těsnění hlav válců podle tohoto vynálezu; a obr. 5 znázorňuje půdorysný pohled na vnitřní těsnění, které je součástí alternativního provedení těsnění hlav válců, vyobrazeného na obr. 4.

-3 CZ 286463 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno těsnění 10 hlav válců, jehož základem je tenká ocelová destička 11, opatřená čtyřmi otvory 12 pro hlavy válců. Kolem každého z otvorů 12 pro hlavy válců je umístěn prstenec 13 gumového filmu ze žáruvzdorné gumy. Zbývající části ocelové destičky 11 jsou pokryty povlakem 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy. Destička 11A pod prstencem 13 může být oddělená či samostatná a může tak být vymezena vůči zbývající části destičky Π..

Na obr. 2 je znázorněn zvětšený bokoiysný pohled, a to v řezu, vedeném podél čáry A-A z obr. 1, přičemž tento pohled ukazuje výhodné provedení těsnění 10 hlav válců podle tohoto vynálezu. Ocelová destička 11 je na obou svých stranách pokryta povlakem 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy, který byl na tuto destičku 11 navulkanizován.

Ocelová destička 1 IA je v oblasti okolo otvoru 12 pro hlavy válců oddělena od zbytku ocelové destičky 11 aje tak vůči ní vymezena pomocí úzké vymezovací štěrbiny 15. Prstenec 13 gumového filmu ze žáruvzdorné gumy, například z fluorové gumy, je umístěn na obou stranách takto oddělené ocelové destičky 1 IA okolo otvorů 12 pro hlavy válců.

Uvedený prstenec 13 gumového filmu ze žáruvzdorné gumy je na ocelovou destičku 11A navulkanizován. Tento prstenec 13 má větší tloušťku, než má povlak 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy, a to za účelem dosažení vysokotlakého utěsnění v oblasti kolem válců.

Povlak 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy na zbývajících částech ocelové destičky 11 je tvořen gumou, která má větší odolnost proti opotřebení, než má guma, tvořící prstenec 13 gumového filmu ze žáruvzdorné gumy. Povlak 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy může být tvořen například vrstvou nitrilové gumy. K největšímu pohybu dochází právě v těchto vnějších oblastech těsnění, takže tedy právě zde dochází k největším problémům z hlediska opotřebení.

Na obr. 3 je znázorněn pohled v řezu, který je podobný pohledu podle obr. 2, avšak který zobrazuje těsnění 10 hlav válců, jehož základem je jediná celistvá ocelová destička 11, která je protažena až k otvorům 12 pod každým gumovým prstencem 13, jak je možno seznat z vyobrazení podle obr. 3. Ocelová destička 11 je potažena povlakem 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy s výjimkou oblasti prstence 13 okolo příslušných otvorů 12. kde je povlak tvořen gumovým filmem ze žáruvzdorné gumy, která tak vytváří shora zmíněný gumový prstenec 13.

Na obr. 4 je znázorněn půdorysný pohled na těsnění 10 hlav válců, které sestává ze dvou částí, a to jmenovitě z vnější části 16 těsnění 10, vytvořené z vrstveného materiálu, pokrytého gumovým filmem z oděruvzdomé gumy, a z vnitřní části 17 těsnění 10, vytvořené z vrstveného materiálu, pokrytého gumovým filmem ze žáruvzdorné gumy. Oba vrstvené materiály jsou tvořeny vrstvami gumového filmu, které byly za pomoci podpěry navulkanizovány na uprostřed ležící ocelovou destičku 11.

Na obr. 5 je znázorněna vnitřní část 17 těsnění 10 hlav válců podle tohoto vynálezu, které je znázorněno na obr. 4.

Těsnění hlav válců podle tohoto vynálezu je možno vhodně vyrábět tak, že se nejprve vyrobí pruh nebo pásek vrstveného materiálu, který je opatřen na obou svých stranách vrstvou gumového filmu z oděruvzdomé gumy, přičemž se uvedené vrstvy na destičku navulkanizovávají s pomocí podpěry a s pomocí páskového vulkanizačního stroje, který je popsán v jedné z předcházejících patentových přihlášek, například v patentové přihlášce EP-A-594 601 (WO 91/13758).

-4 CZ 286463 B6

U takového provedení těsnění, kdy je toto těsnění dělené, jak je znázorněno například na vyobrazení podle obr. 2, podle obr. 4 a podle obr. 5, je druhý pás vrstveného materiálu vyroben analogickým způsobem, avšak s použitím gumového filmu ze žáruvzdorné gumy. Vnější část 16 těsnění 10 je pak vystřižena z prvního pásu vrstveného materiálu, opatřeného povlakem 14 gumového filmu z oděruvzdomé gumy, přičemž vnitřní část nebo části těsnění jsou vystřiženy z druhého pásu vrstveného materiálu.

Uvedené vnitřní části těsnění jsou vyrobeny jako oddělená těsnění, například kruhového tvaru, přičemž však je z hlediska výrobních a montážních požadavků upřednostňováno vyrábět tato těsnění jako jednotlivé spojité vnitřní části 17 těsnění 10. Za účelem usnadnění manipulace s těmito vnitřními částmi 17 těsnění 10 až do okamžiku jejich montáže mohou být tyto vnitřní části 17 těsnění 10 upevněny k vnějším částem 16 těsnění 10 jakýmkoliv vhodným způsobem již při rané fázi výroby. Vnitřní část 17 těsnění 10 může být například upevněna k vnější části 16 těsnění 10 nanesením několika kapek lepidla do úzké vymezovací štěrbiny 15, která vymezuje vnitřní část 17 těsnění 10 vůči vnější části 16 těsnění 10.

Co se týče postupu výroby druhého provedení předmětného těsnění 10 hlav válců podle tohoto vynálezu, které je vyobrazeno na obr. 1 a na obr. 3, je při jeho výrobě gumová vrstva z pásu vrstveného materiálu okolo kruhových oblastí, odpovídajících otvorům 12 a prstencům 13 odstraněna. To může být provedeno například chemickou cestou nebo mechanickým způsobem, a to například prostřednictvím ostřikování proudem tlakovém vody. Na tyto oblasti, ve kterých byla ocelová destička 11 zbavena původního gumového filmu z oděruvzdomé gumy a očištěna, je poté umístěna vrstva gumového filmu ze žáruvzdorné gumy. Nejsnadnější cestou nanášení tohoto povlaku je nastříkat gumový roztok libovolným známým způsobem, přičemž je však možno použít i předem vystřiženého nevulkanizovaného gumového filmu.

Nový povlak je pak s destičkou spojen v důsledku působení tepla. Hotová těsnění jsou pak nakonec vystřižena z pásu vrstveného materiálu. V tomto posledním případě byla pouze vrstva oděruvzdomé gumy nanesena s pomocí podpěry, ačkoliv je to do určité míry kompenzováno tím, že destička je spojitá, takže toto provedení předmětu tohoto vynálezu může být pro určitá uplatnění upřednostňováno.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Těsnění (10) hlav válců pro spalovací motory, vytvořené z vrstveného materiálu, sestávajícího z tenké destičky (11) z nerezové oceli a/nebo z tenké destičky (11) ze žáruvzdorné oceli, která je potažena na obou svých stranách ještě tenčím gumovým filmem, majícím tloušťku alespoň 0,05 mm, který je upevněn na ocelovou destičku (11) pomocí vulkanizace, přičemž jsou v těsnění (10) vytvořeny otvory (12) pro hlavy válců, vyznačující se tím, že gumový film je v oblasti otvorů (12) pro hlavy válců a případně i mezi nimi vytvořen ze žáruvzdorné gumy, přičemž ve zbývajících oblastech vrstveného materiálu je gumový film vytvořen z oděruvzdomé gumy.
2. 2. Těsnění podle nároku 1, vyznačující se tím, že gumový film ze žáruvzdorné gumy je nanesen s pomocí podpěry.
3. 3. Těsnění podle nároků la2, vyznačující se tím, že gumový film ze žáruvzdorné gumy je vyroben z fluorové gumy.

   -5CZ 286463 B6
4. 4. Těsnění podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že gumový film z oděruvzdomé gumy je vyroben z nitrilové gumy.
5. 5. Těsnění podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že gumový film ze 5 žáruvzdorné gumy je silnější, než gumový film z oděruvzdomé gumy.
6. 6. Těsnění podle nároku 5, vyznačující se tím, že gumový film ze žáruvzdorné gumy má tloušťku zhruba 0,15 mm.