DE10050685A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Abstract

Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Deckblech 5, wenigstens zwei benachbart angeordneten Brennraumöffnungen 1, 2, die durch einen Steg 3 getrennt sind, einer um die Brennraumöffnung 1, 2 am Deckblech 5 angeordneten Sicke 13 und einem benachbart zur Sicke 13 angeordneten Verformungsbegrenzer 7, 8 zum Begrenzen der Verformung der Sicke 13, wobei der Verformungsbegrenzer 7, 8 als Segment ausgebildet und im Bereich des Stegs 3 nicht ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor.

Eine Zylinderkopfdichtung wird zum Dichten zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verwendet. Sie muß den Brennraum nach außen bzw. zum benachbarten Brennraum gegen den Austritt von Brenngasen abdichten. Weiterhin müssen medienführende Durchgangsöffnungen für Kühlmittel und Schmiermittel abgedichtet werden.

Herkömmliche Zylinderkopfdichtungen bestehen aus 2 oder 3 Metallblechlagen, wie z. B. aus einem Deckblech und einem Beilageblech oder aus einem Deckblech, einem Distanzblech (bzw. Mittelblech) und einem Bodenblech. Um die medienführenden Öffnungen und um die Brennraumöffnung herum sind im Boden- und/oder im Deckblech Sicken geprägt, die vergleichbar einer Tellerfeder in Form einer Vollsicke oder einer Halbsicke ausgebildet sein können.

Beim Verschrauben von Zylinderkopf und Zylinderblock werden diese Sicken verformt, wodurch entlang ihres Verlaufs eine entsprechend der Charakteristik der jeweiligen Sicke hohe Linienpressung erzeugt wird. Dabei erzeugen Vollsicken eine höhere Pressung als Halbsicken.

Die Sicken wirken während des Motorbetriebs wie dynamisch belastete Federn, die besonders in der Nähe des Brennraums starken Schwellbeanspruchungen ausgesetzt sind.

Verpresst man eine Sicke ohne Schutzmaßnahmen, so wird die Sicke flach gedrückt und somit überdehnt. Dadurch befindet sich die Sicke während des Motorbetriebs in einem sehr ungünstigen Kennlinienbereich mit hoher Progression. Werden die Spannungen in den Blechen zu hoch, so kann ein Sickenbruch auftreten.

Bei dynamisch hoch belasteten Motoren ergreift man daher Schutzmaßnahmen, um einen Bruch der um den Brennraum herum angeordneten Sicke zu verhindern. Dazu werden im Aufbau der Zylinderkopfdichtung im Bereich der Sicke Verformungsbegrenzer bzw. Stopper vorgesehen, die nur eine bestimmte maximale Verformung der Sicke beim Verpressen der Zylinderkopfdichtung zulassen, indem der Verformungsbegrenzer eine stützende Barriere zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock bildet. Somit ruht der Zylinderkopf bis zu einem gewissen Grad auf diesem Verformungsbegrenzer. Der Verformungsbegrenzer wird üblicherweise ausgebildet, indem im Beilageblech oder im Distanzblech (Mittelblech) benachbart zur im Deckblech oder im Bodenblech ausgebildeten Sicke eine Materialverdickung ausgebildet wird. Hierdurch wird im Bereich der Sicke ein ringförmiger Absatz oder eine ringförmige Nut gebildet, in die sich die Sicke teilweise hinein verformt, wobei die Materialverdickung als Anschlag bzw. Stopper dient, so daß die maximale Verformung der Sicke beim Verschrauben von Zylinderkopf und Zylinderblock begrenzt wird.

Eine herkömmliche Zylinderkopfdichtung, wie sie in der DE 197 19 328 C1 gezeigt ist, hat einen dreischichtigen Aufbau. Ein Beilageblech ist auf beiden Seiten mit jeweils einem Deckblech versehen. Um die Brennraumöffnung herum ist das Beilageblech ringförmig umgebördelt, um eine Materialverdickung auszubilden, die als Verformungsbegrenzer für eine im Deckblech außerhalb der Materialverstärkung angeordneten Sicke dient.

Ein Verformungsbegrenzer kann auch in Form einer im Querschnitt omegaförmigen Sicke vorliegen, die im etwas dicker und damit verformungssteifer ausgebildeten Beilageblech bzw. Distanzblech um die Brennraumöffnung herum ausgebildet ist.

Bei Motoren mit sehr geringem Zylinderabstand und großen Kolbendurchmessern wird der Steg zischen zwei benachbarten Zylinderrohren derart schmal, daß die zwei benachbarten Verformungsbegrenzer im Stegbereich nur noch einen minimalen Abstand zueinander aufweisen, oder sogar ineinander laufen. Damit ist es schwierig eine im Deckblech angeordnete Sicke radial außerhalb des Verformungsbegrenzers, also geschützt hinter dem Verformungsbegrenzer unterzubringen. Folglich werden in diesem Stegbereich die im Deckblech oder Bodenblech ausgebildeten Sicken zwangsläufig über dem Verformungs­ begrenzer oder im schmalen Spalt zwischen zwei benachbarten Verformungsbegrenzern angeordnet. Was dazu führt, daß die im Stegbereich-angeordneten Sicken übermäßig verformt, bzw. platt gedrückt werden und die Gefahr von Sickenbruch gegeben ist. Weiterhin besteht die Gefahr, daß im Stegbereich, an dem zwei Verformungsbegrenzer zusammen laufen oder sehr dicht beieinander liegen, eine sehr hohe Stützwirkung vorhanden ist, wodurch viel Spannkraft in der Verschraubung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock ungenutzt verloren geht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung für mehrere nebeneinander angeordnete Brennräume zu Verfügung zu stellen, die auch bei hoch belasteten Motoren und eng aneinander liegenden Brennräumen eine sehr gute Abdichtung gewährleistet, wobei eine Spannkraft in der Verschraubung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock optimal genutzt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Indem im Stegbereich zwischen zwei benachbarten Brennräumen die Verformungsbegrenzer ausgespart sind, können die Brennräume eng aneinander liegen und es kommt im Stegbereich zu keiner übermäßigen Stützwirkung durch die Verformungsbegrenzer. Eine Überpressung der Sicken im Stegbereich wird verhindert wodurch ein Sickenbruch in diesem Bereich ebenso vermieden wird. Durch die segmentartig vorhandenen Verformungsbegrenzer wird dennoch eine hinreichende Stützwirkung für die Sicken im Segmentbereich gewährleistet. Demzufolge kann der Brennraum an seinem ganzen Umfang hervorragend abgedichtet werden, wobei ein enger Brennraumabstand möglich ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Verformungsbegrenzer als eine Verdickung, eine Aufdoppelung oder eine schwer verformbare Omegasicke ausgebildet. Insbesondere die Ausbildung in Form einer schwer verformbaren Omegasicke ist vorteilhaft, da diese eine gewisse Nachgiebigkeit hat, die Unebenheiten und Verzug in der Fuge zwischen Zylinderkopf und Zylinder in gewissen Grenzen ausgleichen kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung nimmt die Höhe des Verformungsbegrenzers zum Stegbereich hin, bevorzugt in Form einer Rampe, nach und nach auf Null ab, wodurch eine lokale Überpressung von Zylinderkopf und Zylinderblock im Auslauf des Verformungsbegrenzers vermieden werden kann. Hierbei kann die Form der Rampe auf vorteilhafte Weise auf die örtlichen Gegebenheiten abgestimmt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist ein Beilageblech über oder unter dem Deckblech angeordnet, wobei der Verformungsbegrenzer nicht am Deckblech sondern am Beilageblech ausgebildet ist. Durch diese Funktionstrennung kann für jedes Blech das geeignete Material und die geeignete Blechdicke auf vorteilhafte Weise ausgewählt werden.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft den Verformungs­ begrenzer zwischen dem Rand des Brennraums und der Sicke anzuordnen, da dann die Sicke zumindest in dem Segment mit Verformungsbegrenzer geschützt hinter dem Verformungsbegrenzer angeordnet werden kann.

Vorteilhaft ist es auch, die Sicke als eine Halbsicke auszubilden, wobei die Halbsicken zweier benachbarte Brennraumöffnungen im Bereich des Stegs eine Vollsicke ausbilden.

In einer vorteilhaften Ausführung ist das Beilageblech auf beiden, Seiten mit einem Deckblech versehen, wobei die beiden Deckbleche identisch oder zumindest ähnlich ausgebildet sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung, wobei ein Ausschnitt im Bereich zweier benachbarter Brennraumöffnungen dargestellt ist;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A nach Fig. 1 an der engsten Stelle der zwei benachbarten Brennraumöffnungen;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B nach Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C nach Fig. 1;

Gemäß Fig. 1 ist der Bereich einer Zylinderkopfdichtung zwischen einer kreisförmigen Brennraumöffnung 1 und einer benachbarten Brennraumöffnung 2 dargestellt, wobei zwischen den Brennraumöffnungen 1 und 2 ein relativ schmaler Steg 3 ausgebildet wird. Gemäß Fig. 2 bis 4 umfaßt die Zylinderkopfdichtung im Querschnitt gesehen ein Beilageblech 4, das zwischen einem Deckblech 5 und einem Bodenblech 6 angeordnet ist, so daß die Zylinderkopfdichtung drei übereinander angeordneten Blechlagen 4, 5 und 6 hat. Das Beilageblech 4 hat eine Dicke d, die bevorzugt viermal so dick wie das Deckblech 5 oder das Bodenblech 6 ist, wodurch das Beilageblech 4 über eine relativ hohe Steifigkeit verfügt.

Benachbart zum Rand 1a der Brennraumöffnung 1 bzw. zum Rand 2a der Brennraumöffnung 2 hat das an sich ebene Beilageblech 4 einen parallel zum Brennraumrand 1a verlaufenden Verformungsbegrenzer 7, der als eine omegaförmige Sicke bzw. als eine Omegasicke 8 ausgebildet ist. Die Omegasicke 8 ist eine Prägung, die im Querschnitt gesehen die Form einer Vollsicke hat, um einen parallel zur Brennraumöffnung 1, 2 angeordenten Streifen einer Materialverdickung auszubilden. Die Omegasicke 8 hat benachbart zum Brennraumrand 1a, 2a eine ansteigende Flanke 9, daran anschließend einen Plateauabschnitt 10 und daran anschließend eine abfallende Flanke 11 (Fig. 4). Der Plateauabschnitt 10 hat eine Dicke s, die bevorzugt um 10% bis 20% dicker ist, als die Dicke d des Beilageblechs 4 selbst. Aufgrund der relativ großen Dicke d des Beilageblechs 4 ist die Omegasicke 8 beim Verspannen des Zylinderkopfes (nicht dargestellt) mit dem Zylinderblock (nicht dargestellt) nicht verformbar oder nur geringfügig verformbar.

Die Omegasicke 8 ist bis auf den Steg 3 zwischen zwei benachbarten Zylindern um die Brennraumöffnungen 1 und 2 ausgebildet. Zum Steg 3 hin läuft die Omegasicke 8 in Form einer Rampe 12 von der Dicke s auf die Dicke d des Beilageblechs 4 aus (Fig. 3), so daß im Bereich des Stegs 3 keine Omegasicke 8 ausgebildet ist und die Dicke des Beilageblechs 4 der normalen Dicke d entspricht.

Im an sich ebenen Deckblech 5 ist von der Brennraumöffnung 1 gesehen außerhalb der Omegasicke 8 zunächst eine erste Halbsicke 13 ausgebildet, die um die komplette Brennraumöffnung 1 oder 2 umläuft (Fig. 2 bis 4). Die erste Halbsicke 13 ist parallel und beabstandet zur abfallenden Flanke 11 der Omegasicke 8 ausgebildet. Weiter außerhalb der Brennraumöffnung 1 oder 2 ist zur ersten Halbsicke 13 beabstandet eine zweite Halbsicke 14 ausgebildet. Die zweite Halbsicke 14 der Brennraumöffnung 1 stößt im Bereich der Rampe 12 auf die zweite Halbsicke 14 Brennraumöffnung 2. Demnach ist die zweite Halbsicke 14 in etwa nur im Bereich der Omegasicke 8 ausgebildet, wobei sich in diesem Bereich die erste Halbsicke 13 und die zweite Halbsicke 14 zu einer Vollsicke 15 ergänzen.

Im Bereich des Steges 3 nähert sich die erste Halbsicke 13 des Brennraums 1 und die erste Halbsicke 13 des Brennraums 2 aneinander an, so daß die beiden ersten Halbsicken 13, 13 im Bereich des Stegs 3 eine Vollsicke 16 ausbilden. Da der Bereich des Stegs 3 relativ schmal ist, verlaufen die beiden Halbsicken 13, 13 der benachbarten Brennräume 1 und 2 im Bereich des Stegs 3 parallel zueinander.

Das Bodenblech 6 ist symmetrisch zum Deckblech 5 ausgebildet, wobei die Blechebene des Beilageblechs 4 die Symmetrieebene ist.

Bei einer Brennraumöffnung 1 oder 2, die auf beiden Seiten eine benachbarte Brennraumöffnung hat, ist die Omegasicke 8 als zwei sich symmetrisch gegenüberliegende Kreissegmente ausgebildet, die in ihren jeweiligen Endabschnitten in Form der Rampe 12 in den Steg 3 auslaufen. Bei einer außen liegenden Brennraumöffnung 1, 2, die nur einen benachbarten Brennraum 1, 2 hat, läuft die Omegasicke 8 bis auf den Steg als Kreissegment um den Brennraum 1, 2 um.

Die Rampe 12 ist bezüglich ihrer Länge L und Ihrer Steigung derart an die jeweiligen Gegebenheiten angepaßt, daß eine lokale Überpressung von Zylinderkopf und Zylinderblock im Auslauf der Omegasicke 8 vermieden wird.

Beim Verpressen von Zylinderkopf mit Zylinderblock wirkt die Omegasicke als Verformungsbegrenzer bzw. als Stopper für die Sicken 13, 14, 15 und 16, wobei sich die Stützwirkung der Omegasicke bis in den Bereich des Stegs 3 fortsetzt, und auch dort ein Plattdrücken bzw. Verquetschen der Sicken 13 und 16 verhindert.

Anstatt eine Omegasicke in einem Beilageblech vorzusehen kann direkt in einem Deckblech ein Verformungsbegrenzer in Form einer Umbördelung entlang der Brennraumöffnung oder Form einer geeigneten Aufdopplung ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Umbördelung oder Aufdopplung im Bereich des Stegs ausgespart, wobei die Aufdopplung oder die Umbördelung am Übergang in den Bereich des Stegs zu einer kontinuierlich in den Steg hinein auslaufenden Rampe geformt ist.

Claims (9)

1. Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Deckblech (5), wenigstens zwei benachbart angeordneten Brennraumöffnungen (1, 2), die durch einen Steg (3) getrennt sind, einer um die Brennraumöffnung (1, 2) am Deckblech (5) angeordneten Sicke (13) und einem benachbart zur Sicke (13) angeordneten Verformungsbegrenzer (7, 8) zum Begrenzen der Verformung der Sicke (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsbegrenzer (7, 8) als Segment ausgebildet ist, wobei der Verformungsbegrenzer (7, 8) im Bereich des Stegs (3) nicht ausgebildet ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsbegrenzer (7, 8) als eine Verdickung, eine Aufdoppelung, eine Umbördelung oder eine schwer verformbar Omegasicke (8) ausgebildet ist.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Verformungsbegrenzers (7, 8) zum Bereich des Stegs (3) hin, bevorzugt in Form einer Rampe (12), nach und nach auf Null abnimmt.

4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beilageblech (4) über oder unter dem Deckblech (5) angeordnet ist, wobei der Verformungsbegrenzer (7) in Form einer Omegasicke (8) am Beilageblech (4) ausgebildet ist.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsbegrenzer (7, 8) zwischen dem Rand (1a, 2a) der Brennraumöffnung (1, 2) und der Sicke (13) angeordnet ist.

6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (13) eine Halbsicke ist, wobei die Halbsicken (13, 13) zweier benachbarter Brennraumöffnungen (1, 2) im Bereich des Stegs (3) eine Vollsicke (16) ausbilden.

7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckblech (5)aus einem Federstahl hergestellt ist.

8. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beilageblech (4) auf der dem Deckblech (5) gegenüberliegenden Seite mit einem Bodenblech (6) versehen ist, das zum Deckblech (5) ähnlich oder gleich ausgebildet ist.

9. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderkopf und/oder dem Zylinderblock zugewandte Seite der Zylinderkopfdichtung mit einer ducktilen Schicht, bevorzugt aus Aluminium oder Kupfer, versehen ist.