DE10196542B4

DE10196542B4 - Metalldichtung

Info

Publication number: DE10196542B4
Application number: DE10196542T
Authority: DE
Inventors: Kosaku Kumagaya Ueta; Jun Kumagaya Okano
Original assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: CN1180178C; DE10196542T1; WO2002070886A1; JPWO2002070886A1; US6827352B2; CN1443276A; US20030151210A1; JP3885959B2

Abstract

Metalldichtung, die eine Grundplatte mit einer Sicke um ein darin ausgebildetes Brennkammerloch und eine Beilageplatte, die dünner als die Grundplatte ist und auf die Grundplatte laminiert ist, umfaßt, wobei die Metalldichtung so beschaffen ist, daß sie zwischen Zusammenfügungsoberflächen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks eingefügt und mittels durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock verlaufender Befestigungsbolzen befestigt ist, um eine Abdichtung zwischen den Zusammenfügungsoberflächen zu bilden, wobei:
eine Kante der Beilageplatte auf der Brennkammeröffnungsseite sich radial außerhalb der Brennkammeröffnung in einem Abstand von der Brennkammeröffnung befindet und die weiter von der Brennkammeröffnung entfernte Kante der Beilageplatte sich an der Brennkammeröffnungsseite von Bolzeneinschublöchern in der Grundplatte außerhalb der Sicke befindet, um die Bildung eines Wasserlochs zwischen jeder der Bolzeneinschuböffnungen und der Sicke zu vermeiden, und ferner die Beilageplatte im Bereich der als Vollsicke ausgebildeten Sicke auf die Grundplatte geschichtet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metalldichtung, die eine Grundplatte mit einer Sicke rings um den Umfang einer in der Grundplatte ausgebildeten Brennkammeröffnung und eine Beilageplatte, die dünner als die Grundplatte ist und auf die Grundplatte laminiert ist, umfaßt.
STAND DER TECHNIK
Die Metalldichtungen dieses Typs des Standes der Technik enthalten beispielsweise eine Grundplatte a mit einer darin ausgebildeten Brennkammeröffnung b und eine Beilageplatte d, die dünner als die Grundplatte ist und auf einen begrenzten Bereich der Grundplatte rings um den Umfang der Brennkammeröffnung b (auf seiten der Brennkammeröffnung einer Grundplattensicke c) laminiert ist, wie in 21 gezeigt ist; zwei Grundplatten a und eine dazwischenliegende Beilageplatte d, wie in 22 gezeigt ist; und zwei Grundplatten a, eine Beilageplatte d und eine Sekundärplatte e, die zwischen den beiden Grundplatten a liegt, wobei eine Kante der Beilageplatte d auf seiten der Brennkammeröffnung b zurückgeschlagen ist, so daß sie eine Kante der Sekundärplatte e bedeckt, wie in 23 gezeigt ist.
Bei jeder dieser Metalldichtungen ist der begrenzte Bereich rings um den Umfang der Brennkammeröffnung b so beschaffen, daß er im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Dichtung eine größtmögliche Gesamtdicke aufweist, so daß, wenn die Metalldichtung zwischen Zusammenfügungsoberflächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingefügt ist und der Zylinderkopf und der Zylinderblock mittels Befestigungsbolzen befestigt sind, ein Flächendruck auf den begrenzten Bereich rings um den Umfang der Brennkammeröffnung b konzentriert wird, wodurch eine maximale Belastung auf den Umfangsrand der abzudichtenden Zylinderbohrung einwirkt.
24 zeigt einen neuen Aluminiumzylinderblock, der häufig dann eingesetzt wird, wenn die Forderung nach einer Verringerung des Motorgewichts besteht. Von einem Standpunkt der Haltbarkeit und der Verschleißfestigkeit der Bohrung aus betrachtet weist der Zylinderblock 1 eine zylindrische Gußeisenbuchse 2 auf, die beispielsweise durch Preßpassung in eine Zylinderbohrung in dem Zylinderblock 1 eingefügt ist und an ihrem unteren Ende von einer Stufe 3, die an dem Zylinderblock 1 ausgebildet ist, gestützt wird. Um die Motorkühlung mittels Kühlwasser in Wassermänteln 4, die in dem Zylinderblock 1 ausgebildet sind, zu verbessern, ist die Buchse 2 mit Hilfe einer Weiterentwicklung von neuen Technolo gien oder dergleichen so dünn wie möglich (ungefähr 2–5 mm) gemacht worden.
Wenn die Metalldichtung zwischen den Zusammenfügungsoberflächen des Zylinderblocks 1 und des (nicht gezeigten) Zylinderkopfes eingefügt ist und der Zylinderblock 1 und der Zylinderkopf mittels Befestigungsbolzen befestigt sind, könnten jedoch die folgenden Probleme auftreten:
Die Gußeisenbuchse 2 auf seiten der Bohrung erhitzt sich während des Laufs auf eine hohe Temperatur, wodurch Wärme auf den Aluminiumzylinderblock 1 in Kontakt mit der Buchse 2 übertragen wird, die somit gekühlt wird. Da auf seiten der Zylinderbohrung eine extrem große Wärmemenge erzeugt wird, würde sich die Buchse 2, die keine kühlende Struktur aufweist, auf Grund eines Temperaturunterschieds und also einer räumlichen Ausdehnung zwischen der Buchse 2 und dem Zylinderblock 1 in Achsrichtung thermisch ausdehnen, wodurch sie das Bestreben hat, von der Oberseite des Zylinderblocks 1 nach außen überzustehen.
Deshalb wird bei der Metalldichtung mit verdicktem Bereich, der den begrenzten Bereich rings um den Umfang der darin ausgebildeten Brennkammeröffnung b und die auf den begrenzten Bereich laminierte Beilageplatte d enthält, so daß die maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung einwirkt, der verdickte Bereich durch ein oberes Ende der Buchse gestoßen, wodurch ein überhöhter Flächendruck in der Umgebung der Befestigungsbolzen, insbesondere in einem Bereich mit einem hohen Flächendruck rings um den Umfang der Buchse 2, erzeugt wird. Folglich würde die Stufe 3 am Zylinderblock 1, die das untere Ende der dünnen Buchse 2 stützt, unerwünscht abbrechen. Außerdem würde die Buchse 2 auf Grund eines extrem ungleichmäßigen Flächendrucks am Umfang der Buchse (in den Bereichen in der Umgebung jedes Bolzens und zwischen diesen) verformt werden, wodurch die Rundheit der Zylinderbohrung beeinträchtigt wird.
Selbst wenn die Stufe 3 am Zylinderblock 1 nicht abgebrochen ist, könnte sich die Buchse 2 senken, wenn die Fläche der Stufe 3 klein ist. Außerdem könnte, wenn der Zylinderkopf eine geringe Steife besitzt, die Buchse 2 den Zylinderkopf nach oben schieben und dadurch einen Druckverlust zwischen den Befestigungsbolzen bewirken.
Statt des Motors, bei dem wie oben beschrieben die Gußeisenbuchse in die Zylinderbohrung gepreßt ist, gelangen seit kurzem sogenannte Vollaluminiummotoren zur Anwendung, bei denen der Aluminiumzylinderblock eine direkt ausgebildete Bohrung aufweist, deren innere Umfangsoberfläche (Aluminiumoberfläche) durch Plattieren oder Bestrahlen mit einer dünnen Lage aus Metall, Keramik oder Harz beschichtet ist, um die Haltbarkeit sicherzustellen.
Ein solcher Vollaluminiummotor ist in der Lage, die obenerwähnten Mängel der Gußeisenbuchse zu vermeiden. Er ist leicht und besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Dadurch wird die Kühlung des Motors durch das Kühlwasser in Inneren der Wassermäntel des Zylinderblocks verbessert.
Jedoch hat bei dem Vollaluminiummotor der Umfangsrand der Zylinderbohrung im Vergleich zu dem Zylinderblock, in den die Gußeisenbuchse durch Preßpassung eingefügt ist, eine geringe Steife. Somit würde mit der Metalldichtung, die durch Laminieren der Beilageplatte d auf die Grundplatte um den Umfang der Brennkammeröffnung b einen verdickten Bereich rings um den Umfang der Brennkammeröffnung b ausgebildet hat, so daß die maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung einwirkt, der Umfangsrand der Zylinderbohrung durch die maximale Belastung verformt werden, wodurch es schwierig wird, die Rundheit der Zylinderbohrung zu gewährleisten.
Aus JP 08-178070 A ist eine Zylinderkopfdichtung bekannt, die eine Grundplatte mit einer Sicke um ein darin ausgebildetes Brennkammerloch umfasst, wobei auf der konkaven Seite neben der Sicke eine Beilageplatte aufgebracht ist. Durch die Beilageplatte soll verhindert werden, dass auf die Sicke eine übermäßige Beanspruchung wirkt, wenn im Zylinderblock eine Buchse vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Metalldichtung zu schaffen, die in der Lage ist, bei einfachem Aufbau für eine verbesserte Dichtheit über dem gesamten Umfang der Brennkammeröffnung zu sorgen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird eine Zylinderkopfdichtung geschaffen, welche zwei Dichtungskomponenten vorsieht und somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungen bei einfachem Aufbau verbesserte Dichtungseigenschaften schafft.
In einer ersten Dichtungskomponente wird durch einen Dickenunterschied zwischen einem verdickten Bereich einschließlich der laminierten Beilageplatte rings um den Umfang der Brennkammeröffnung und den übrigen, dünneren Bereichen der Dichtung der Flächendruck auf den verdickten Bereich rings um den Zylinderumfang konzentriert. Folglich wirkt die maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung, wo die Anforderungen an die Dichtheit am strengsten sind. Außerdem wird ein Verbrennungsgas mit gegebenenfalls hoher Temperatur und hohem Druck durch den Dichtungsdruck auf Grund einer Rückfederung der zusammengepreßten, verformten Sicke abgedichtet, wodurch eine ausreichende Dichtheit über dem gesamten Umfang der Brennkammeröffnung geschaffen wird.
Durch das Vorsehen einer Grundplatte mit einer als Vollsicke ausgestalteten Sicke, wobei eine Beilageplatte auf der konvexen Seite und im Bereich der Vollsicke auf die Grundplatte geschichtet ist, entsteht eine zweite Dichtungskomponente. Durch diese Ausgestaltung wird, wenn eine derartige Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingefügt ist, die Sicke zusammengepresst und verformt. Die Vollsicke ist demnach, im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungen, im Hauptkraftschluss, wodurch der Zylinder aufgrund der Rückfederung der zusammengepressten und verformten Sicke zusätzlich stark abgedichtet wird. Dadurch entsteht eine zweite starke Dichtungskomponente.
Da sich die Kante der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung radial außerhalb der Brennkammeröffnung befindet, wirkt keine maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung mit geringer Steife ein. Folglich wird bei einer Verwendung der Dichtung mit dem Vollaluminiummotor eine Ver formung des Umfangsrands der Zylinderbohrung verhindert, wodurch die Rundheit der Zylinderbohrung in ausreichendem Maße sichergestellt wird.
In diesem Fall könnte die dünne Platte so angeordnet sein, daß ein Kantenabschnitt der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung zwischen den Bolzeneinschublöchern sich nahe an der Brennkammeröffnung befindet und ein Kantenabschnitt der Beilageplatte in der Umgebung jedes Bolzeneinschublochs sich weniger nahe an der Brennkammeröffnung befindet, wodurch der Flächendruck, der auf den gesamten Umfangsrand der Zylinderbohrung einwirkt, ausgeglichen wird.
Wenn die Dichtung in einem Motor verwendet wird, bei dem eine Gußeisenbuchse in den Zylinderblock eingepaßt ist, könnte sich die Kante der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung radial außerhalb des äußeren Umfangs eines oberen Endes der Gußeisenbuchse befinden, und wenigsten ein Teil der Sicke könnte auf dem oberen Ende der Buchse angeordnet sein, um Probleme, die andernfalls infolge der axialen Wärmeausdehnung der Buchse während des Laufs auftreten würden, d. h. ein Abbrechen der Stufe auf dem Zylinderblock, die das untere Ende der Buchse unterstützt, eine Beeinträchtigung der Rundheit der Zylinderbohrung, ein Einsinken der Buchse und ein Druckverlust zwischen den Befestigungsbolzen, auf vorteilhafte Weise zu vermeiden.
Außerdem könnte mit einem Motor, bei dem die Gußeisenbuchse eingepaßt ist und der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen groß ist, eine Metalldichtung mit mehreren Sicken, die von der Brennkammeröffnung radial nach außen voneinander beabstandet sind, verwendet werden, so daß ein Teil oder alle dieser mehreren Sicken, die sich der Brennkammeröffnung am nächsten befinden, auf einem oberen Ende der in den Motor gepreßten Gußeisenbuchse angeordnet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine erläuternde zweidimensionale Ansicht eines wesentlichen Teils einer Metalldichtung als einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittansicht der Metalldichtung längs einer Linie A-A in 1;
3 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Querschnittansicht der Dichtung längs einer Linie A-A in
14;
16 ist eine erläuternde Querschnittansicht eines Vollaluminium-Zylinderblocks;
17 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer anderen Ausfüh rungsform der Erfindung;
18 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
19 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
20 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
21 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer Metalldichtung des Standes der Technik;
22 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer anderen Metalldichtung des Standes der Technik;
23 ist eine erläuternde Querschnittansicht noch einer anderen Metalldichtung des Standes der Technik; und
24 ist eine erläuternde Querschnittansicht eines Aluminiumzylinderblocks, in den eine Gußeisenbuchse eingepaßt ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Zeichnung werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine erläuternde zweidimensionale Ansicht eines wesentlichen Teils einer Metalldichtung als einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittansicht längs einer Linie A-A von 1. Die 3–13 und 17–20 sind jeweils erläuternde Querschnittansichten anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 14 ist eine erläuternde Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 ist eine Querschnittansicht längs einer Linie A-A in 14. 16 ist eine erläuternde Querschnittansicht eines Vollaluminium-Zylinderblocks. Diese Ausführungsformen werden erläutert, indem als Beispiel eine Metalldichtung genommen wird, die zwischen dem Aluminiumzylinderblock und dem Zylinderkopf eingesetzt ist. Der Aluminiumzylinderblock, in den die Gußeisenbuchse eingepaßt ist, ist demjenigen von 24 ähnlich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung jeweils einander entsprechende Elemente.
In den 1 und 2 umfaßt die Metalldichtung 10 eine Grundplatte 11, die eine den Umfang jeder darin ausgebildeten Brennkammeröffnung 12 umgebende Vollsicke 13 und eine Beilageplatte 14 aufweist, die dünner als die Grundplatte 11 ist und auf eine konkave Seitenfläche der Vollsicke 13 auf der Grundplatte 11 laminiert ist. In Übereinstimmung mit Wassermänteln 4 im Aluminiumzylinderblock 1 sind rings um den Umfang der Vollsicke 13 der Grundplatte 11 Wasserlöcher 15 ausgebildet. Rings um die Wasserlöcher 15 sind Bolzeneinschublöcher 16 und Öllöcher 17 ausgebildet.
In dieser Ausführungsform ist die Beilageplatte 14 so angeordnet, daß sich diejenige ihrer Kanten, die auf seiten der Brennkammeröffnung 12 liegt, außerhalb des äußeren Umfangs OL₁ eines oberen Endes der in eine Zylinderbohrung in den Zylinderblock 1 eingepaßten Gußeisenbuchse 2 befindet, und ihre andere, von der Brennkammeröffnung 12 entfernte Kante sich auf der Seite der Brennkammeröffnung 12 von der äußeren Umfangslinie OL₂ der Wassermäntel 4 in dem Zylinderblock 1 entfernt, die Wasserlöcher ausgenommen, befindet. Die Vollsicke 13 ist teilweise auf einem oberen Ende der Buchse 2 angeordnet. Folglich hat der Bereich der Metalldichtung, in dem die Beilageplatte 14 auf die Grundplatte laminiert ist, eine Dicke, die größer als diejenige der übrigen Bereiche der Dichtung ist. Die von der Brennkammeröffnung 12 entfernte Kante der Beilageplatte 14 könnte geringfügig außerhalb der Außenlinie OL₂ der Wassermäntel 4 in dem Zylinderblock 1 sein, von einem Standpunkt der Materialkostensenkung aus betrachtet, befindet sie sich jedoch vorteilhaft von der äußeren Umfangslinie OL₂ entfernt auf der Seite der Brennkammeröffnung 12.
Wenn eine solche Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Zylinderkopf eingefügt ist und der Zylinderblock 1 und der Zylinderkopf mittels Befestigungsbolzen befestigt werden, wird die Vollsicke 13 zusammengepreßt und in der Richtung ihrer Dicke verformt. Wenn das Befestigen vollbracht ist, wird in einer ersten Stufe ein Verbrennungsgas mit gegebenenfalls hoher Temperatur und hohem Druck durch den Dichtungsdruck auf Grund der Rückfederung der zusam mengepreßten und verformten Vollsicke 13 am oberen Ende der Buchse 2 abgedichtet. Außerdem wird durch einen Dickenunterschied zwischen dem verdickten Bereich einschließlich der laminierten Beilageplatte 14 rings um den Umfang der Brennkammeröffnung 12 und den übrigen, dünneren Bereichen der Dichtung der Flächendruck auf den verdickten Bereich rings um den Umfang der Buchse 2 in der Brennkammeröffnung 12 konzentriert. Folglich wirkt eine maximale Belastung rings um den Umfangsrand der Zylinderbohrung, wo die Anforderungen an die Dichtheit am strengsten sind. Also wird das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in einer zweiten Stufe durch den Dichtungsdruck auf Grund der Rückfederung der zusammengepreßten und verformten Vollsicke 13 abgedichtet. Folglich wird für eine zufriedenstellende Abdichtung über dem gesamten Umfang der Brennkammeröffnung 12 gesorgt.
Da in dieser Ausführungsform die Beilageplatte 14 radial außerhalb der äußeren Umfangslinie OL₁ des oberen Endes der Buchse 2 angeordnet ist und die Vollsicke teilweise auf dem oberen Ende der Buchse 2 angeordnet ist, wird zwischen dem oberen Ende der Buchse 2 und der Oberseite des Zylinderkopfes ein Raum mit einer Höhe gebildet, die gleich der Dicke der Beilageplatte 14 ist. Folglich wird selbst dann, wenn sich die Buchse 2 infolge eines Unterschieds in der räumlichen Ausdehnung auf Grund des Temperaturunterschieds zwischen der Buchse 2 und dem Zylinderblock 1, der während des Laufs auftritt, in Achsrichtung thermisch ausdehnt und das obere Ende der Buchse 2 vor Oberseite des Zylinderblocks 1 nach oben übersteht und dadurch die Grundplatte 11 nach oben drückt, die Druckkraft durch eine elastische Verformung der Grundplatte 11 unter Ausnutzung einer teilweisen Rückfederung der Vollsicke 13 in den Zwischenraum absorbiert. Somit wird verhindert, daß ein übermäßig hoher Flächendruck in der Umgebung jedes Befestigungsbolzens, insbesondere in einem Bereich des Umfangs der Buchse 2 mit hohem Flächendruck, auftritt. Folglich wird ein Abbrechen der Stufe 3 auf dem Zylinderblock 1, die das untere Ende der dünnen Buchse 2 stützt, vermieden.
Auf die Buchse 2 wirkt in ihrer Umfangsrichtung kein übermäßig hoher Flächendruck ein, wodurch eine Beeinträchtigung der Rundheit der Zylinderboh rung durch ein Verformen der Buchse 2, wie es im Stand der Technik auftrat, vermieden wird. Auch dann, wenn die Fläche der Stufe 3 auf dem Zylinderblock 1 klein ist, wird verhindert, daß sich die Buchse senkt. Des weiteren wird, wenn die Steife des Zylinderkopfes gering ist, verhindert, daß die Buchse 2 den Zylinderkopf nach oben drückt und sich daher ein Druckverlust zwischen den Befestigungsbolzen ergibt.
Solange die Buchse 2 gekühlt und geschrumpft ist, während der Motor stillsteht, wird die gegen das obere Ende der Buchse 2 gepreßte Grundplatte 11 entsprechend der Volumenminderung der Buchse 2 durch die Elastizität der teilweise auf dem oberen Ende der Buchse 2 angeordneten Vollsicke 13 elastisch zurückgefedert.
Obwohl in der Ausführungsform die Grundplatte 11 mit einer einzigen Sicke als Beispiel genommen wurde, könnte, wie in 3 gezeigt ist, eine Stufensicke 23 an der Kante der Grundplatte 21 auf seiten der Brennkammeröffnung 22 vorgesehen sein, während auf seiten der Stufensicke 23 von der Brennkammeröffnung 22 beabstandet eine Vollsicke 13 vorgesehen sein könnte, derart, daß sich die Stufensicke 23 auf dem oberen Ende der Buchse 2 befinden könnte. Obwohl in der Ausführungsform die flache Beilageplatte 14 als Beispiel verwendet worden ist, könnte die Beilageplatte 14 so beschaffen sein, daß sie sich genau längs der Kontur der konkaven Oberfläche der Vollsicke 13 erstreckt, wie in 4 gezeigt ist.
Als nächstes werden mit Bezug auf die 5 bis 20 Metalldichtungen als weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die 5 und 6 zeigen eine Metalldichtung mit einer 3-Lagen-Struktur. Die Metalldichtung von 5 umfaßt die Dichtung von 2 sowie eine Platte 30, die dünner als die Beilageplatte 14 ist und auf eine Unterseite der Beilageplatte 14 laminiert ist, wobei eine Kante der dünneren Platte 30 auf seiten der Brennkammeröffnung 12 zurückgeschlagen ist, so daß sie die Kante der Grundplatte 11 auf seiten der Brennkammeröffnung bedeckt. Die Metalldichtung von 6 umfaßt die Metalldichtung von 3 sowie eine zweite Grundplatte 21 mit der gleichen Form wie die Grundplatte 21 der Metalldichtung von 3, die auf einer Oberseite ihrer Beilageplatte 14 so angeordnet ist, daß sie symmetrisch zu der Grundplatte 21 der Dichtung von 3 ist, so daß die Beilageplatte 14 zwischen den beiden Grundplatten 21 gehalten wird.
Die 7 bis 12 zeigen Metalldichtungen mit einer 4-Lagen-Struktur, die zwei Grundplatten, eine Beilageplatte und eine Sekundärplatte enthält, um die Gesamtdicke der Dichtung anzupassen. Die Metalldichtung von 7 umfaßt die Dichtung von 2, eine Sekundärplatte 40, die an einer Unterseite der Beilageplatte 14 der Metalldichtung von 2 angeordnet ist, und eine zweite Grundplatte 11, welche die gleiche Form wie die Grundplatte 11 der Dichtung von 2 hat und derart angeordnet ist, daß die zweite Grundplatte 11 der gleichen Richtung wie die Grundplatte 11 von 2 zugewandt ist. Die Metalldichtung von 8 umfaßt eine Version der Metalldichtung von 7, bei der die obere Grundplatte 11 symmetrisch zur unteren Grundplatte 11 angeordnet ist.
Die Metalldichtung von 9 umfaßt die Metalldichtung von 6 sowie eine Sekundärplatte 40, die zwischen der oberen Grundplatte 21 und der Beilageplatte von 6 angeordnet ist. Die Metalldichtung von 10 umfaßt eine Version der Metalldichtung von 9, bei der die Beilageplatte 14 in eine Aussparung laminiert ist, die auf (einer Oberseite) der Sekundärplatte 40 ausgebildet ist, wo die Aussparung eine Tiefe aufweist, die in etwa gleich der Hälfte der Dicke der Beilageplatte 14 ist, und die Sekundärplatte 40 einen nach unten vorstehenden Bereich 42 besitzt, dessen Dicke in etwa gleich der Hälfte der Dicke der Beilageplatte 14 ist. Die Metalldichtung von 11 umfaßt eine Version der Metalldichtung von 10, wobei die obere Grundplatte 21 so angeordnet ist, daß sie der gleichen Richtung wie die untere Grundplatte 21 zugewandt ist. Entsprechend den Metalldichtungen der 10 und 11 steht die Beilageplatte 14 von der Oberseite der Sekundärplatte 40 eine Länge, die gleich der Hälfte ihrer Dicke ist, nach oben vor, und der nach unten vorstehende Bereich 42 steht eine Länge, die gleich der Hälfte der Dicke der Beilageplatte 14 ist, von der Unterseite der Sekundärplatte 40 vor. Folglich werden auf die Ober- und Unterseite wirkende Druckkonzentrationen, die durch die Beilageplatte 14 erzeugt werden, ausgeglichen. Die Metallplatte von 12 umfaßt eine Version der Metalldichtung von 9, bei der die ganzen Stufensicken 23 der beiden Arten von Sicken 13 und 23, die auf der Grundplatte 21 der Brennkammeröffnung 22 am nächsten ausgebildet sind, über dem oberen Ende der Gußeisenbuchse 2 angeordnet sind.
13 zeigt eine Metalldichtung mit einer 5-Lagen-Struktur. Sie umfaßt eine Version der Metalldichtung von 11, bei der die Beilageplatte 14 in eine Aussparung 51 laminiert ist, die an einer Oberseite der Sekundärplatte 40 vorgesehen ist, wo die Aussparung eine Tiefe hat, die gleich der Dicke der Beilageplatte 14 ist, und wobei an einer Unterseite der Sekundärplatte 40 ein nach unten vorstehender Bereich 52 vorgesehen ist, der die gleiche Dicke wie die Beilageplatte 14 hat. Die Dichtung von 13 umfaßt außerdem eine zweite Sekundärplatte 50, die zwischen der zuerst erwähnten Sekundärplatte 40 und der oberen Grundplatte 21 vorgesehen ist. Die Metalldichtungen der 6 und 9–13 eignen sich gut für Zylinder, bei denen der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen groß ist.
Die 14 und 15 zeigen eine Metalldichtung, die sich gut für einen Vollalumiummotor eignet. Wie in 16 gezeigt ist, umfaßt der Vollaluminiummotor eine dünne Schicht 63 aus Metall, Keramik oder Harz, die durch Plattieren oder Bestrahlen auf einer inneren Umfangsoberfläche (aus Aluminium) einer direkt in den Aluminiumzylinderblock 61 eingebrachten Zylinderbohrung gebildet ist, um die Beständigkeit sicherzustellen. In 16 bezeichnet das Bezugszeichen 62 einen Wassermantel, und 64 bezeichnet ein Bolzeneinschubloch.
Die Metalldichtung 100 umfaßt eine Grundplatte 101, auf der eine Vollsicke 103 rings um den Umfang jeder Brennkammeröffnung 102 ausgebildet ist, und eine Beilageplatte 104, die dünner als die Grundplatte 101 ist und auf die konkave Seitenfläche der Vollsicke 103 auf der Grundplatte 101 laminiert ist. In Übereinstimmung mit den Wassermänteln 62 in dem Zylinderblock 61 sind in der Grundplatte 101 rings um ihre Vollsicke Wasserlöcher 105 ausgebildet. Rings um die Wasserlöcher 105 sind in Übereinstimmung mit den Bolzeneinschublöchern 64 in dem Zylinderblock 61 Bolzeneinschublöcher 106 für die Befestigungsbolzen ausgebildet. Rings um die Bolzeneinschublöcher 106 sind Öllöcher 107 ausgebildet.
In dieser Ausführungsform ist die Beilageplatte 104 so angeordnet, daß sich ihre Kante auf seiten der Brennkammeröffnung 102 radial außerhalb der Brennkammeröffnung 102 befindet und daß ihr anderes, von der Brennkammeröffnung 102 weiter entferntes Ende sich, ausgenommen am Wasserloch 105, von der Außenlinie OL₃ der Wassermäntel 62 in dem Zylinderblock 61 entfernt auf der Seite der Brennkammeröffnung 102 befindet. Folglich hat der Bereich, auf den die Beilageplatte 104 laminiert ist, eine Gesamtdicke, die größer als diejenige der übrigen Abschnitte der Dichtung ist. Die von der Brennkammeröffnung 102 weiter entfernte Kante der Beilageplatte 104 könnte sich etwas außerhalb der Außenlinie OL₃ der Wassermäntel 62 in dem Zylinderblock 61 befinden, von einem Standpunkt der Kostensenkung des eingesetzten Materials aus betrachtet, befindet sie sich jedoch vorzugsweise von der Außenlinie OL₃ entfernt auf der Seite der Brennkammeröffnung 102.
Der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 auf seiten der Brennkammeröffnung 102 zwischen den Bolzeneinschublöchern 106 ist nahe an der Brennkammeröffnung 102 angeordnet. Der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 in der Umgebung jedes Bolzeneinschublochs 106 ist weniger nahe an der Brennkammeröffnung 102 angeordnet. Die Positionen 110 und 111 auf der Kante der Beilageplatte 104 auf seiten der Brennkammeröffnung 102, die den geringsten Abstand und den größten Abstand zu der Brennkammeröffnung aufweisen, sind beide innerhalb der Vollsicke 103.
Wenn der Zylinderblock 61 und der Zylinderkopf mit einer solchen zwischen ihnen eingesetzten Metalldichtung mit den Befestigungsbolzen befestigt werden, wird die Vollsicke 103 zusammengepreßt und in ihrer Dickenrichtung verformt. Wenn das Befestigen vollbracht ist, wird ein Verbrennungsgas mit gegebenenfalls hoher Temperatur und hohem Druck in einer ersten Stufe durch einen Dichtungsdruck auf Grund einer Rückfederung der verformten Vollsicke 103 abgedichtet. Infolge eines Dickenunterschieds zwischen einem verdickten Bereich des Umfangs der Brennkammeröffnung 102, den die Beilageplatte 104 laminiert, und den übrigen Abschnitten der Dichtung wird ein Flächendruck auf den Umfang der Brennkammeröffnung 102 konzentriert, so daß eine maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung einwirkt, wo die Anforderungen an die Dichtheit am strengsten sind. Folglich wird das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in einer zweiten Stufe durch den Dichtungsdruck auf Grund des Zurückfederns der zusammengepreßten und verformten Sicke 103 abgedichtet. Dies sorgt für eine ausreichende Dichtheit über dem gesamten Umfang der Brennkammeröffnung 102.
In dieser Ausführungsform ist die Kante der Beilageplatte 104 auf seiten der Brennkammeröffnung 102 radial außerhalb der Brennkammeröffnung 102 angeordnet. Dies verhindert, daß die maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung, der eine geringe Steife besitzt, einwirkt. Folglich wird verhindert, daß der Umfangsrand der Zylinderbohrung verformt wird, wodurch die Rundheit der Zylinderbohrung sichergestellt ist.
Der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 auf seiten der Brennkammeröffnung 102 zwischen den Bolzeneinschublöchern 106, wo ein verhältnismäßig niedriger Flächendruck wirkt, befindet sich nahe der Brennkammeröffnung 102, wohingegen der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 in der Umgebung jedes Bolzeneinschublochs 106, wo der Flächendruck höher ist, weiter von der Brennkammeröffnung 102 entfernt ist. Daher wird der auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung wirkende Druck ausgeglichen.
Die Metalldichtung von 17 umfaßt die Metalldichtung von 15 sowie eine zweite Grundplatte 101, die unter der Beilageplatte 104 dieser so angeordnet ist, daß sie symmetrisch zu der Grundplatte der Dichtung von 15 ist, wobei die Beilageplatte 104 zwischen den beiden Grundplatten 101 angeordnet ist. Die Metalldichtung von 18 umfaßt die Dichtung von 17 und eine zweite Platte 120, die auf der Oberseite der Beilageplatte 104 der Dichtung von 17 angeordnet ist. Die Metalldichtung von 19 umfaßt die Dichtung von 18 sowie eine zweite Sekundärplatte 120, die an der Unterseite der Beilageplatte 104 der Dichtung von 18 so angeordnet ist, daß die Beilageplatte 104 zwischen den beiden Sekundärplatten 120 angeordnet ist. Die Metalldichtung von 20 ist gut für einen Zylinder geeignet, bei dem der Abstand zwischen den beiden Zylinderbohrungen groß ist. Sie umfaßt eine Beilageplatte 104 und eine Sekundärplatte 120, die zwischen den zwei Grundplatten 101 angeordnet sind, wobei an einer Kante jeder Grundplatte 101 auf seiten der Brennkammeröffnung 102 eine Stufensicke 113 vorgesehen ist und an der von der Brennkammeröffnung 102 entfernten Seite jeder Stufensicke 113 eine Vollsicke 103 vorgesehen ist.
Obwohl die Anordnung, in welcher der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 auf seiten der Brennkammeröffnung 102 zwischen den Bolzeneinschublöchern 102 sich nahe an der Brennkammeröffnung 102 befindet, während sich der Kantenabschnitt der Beilageplatte 104 in der Umgebung jedes Bolzeneinschublochs 106 weniger nahe an der Brennkammeröffnung 102 befindet, in den Metalldichtungen der 14, 15 bzw. 17–20 verwendet wird, könnte eine ähnliche Anordnung in den Metalldichtungen der 1 bis 13 verwendet werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung für eine ausreichende Dichtheit über dem gesamten Umfang der Brennkammeröffnung gesorgt. Außerdem wird verhindert, daß in dem Vollaluminiummotor eine maximale Belastung auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung mit geringer Steife einwirkt. Daher wird verhindert, daß der Umfangsrand der Zylinderbohrung verformt wird, wodurch auf vorteilhafte Weise die Rundheit der Zylinderbohrung sichergestellt wird.
Wenn die Beilageplatte so angeordnet ist, daß sich ihr Kantenabschnitt auf seiten der Brennkammeröffnung zwischen den Bolzeneinschublöchern nahe an der Brennkammeröffnung befindet, während sich der Kantenabschnitt der Beilageplatte in der Umgebung jedes Bolzeneinschublochs weniger nahe an der Brennkammeröffnung befinden, wird der Flächendruck, der auf den Umfangsrand der Zylinderbohrung einwirkt, auf vorteilhafte Weise ausgeglichen.
Wenn sich die Kante der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung radial außerhalb des äußeren Umfangs des oberen Endes der Gußeisenbuchse befindet und sich die Sicke teilweise oder vollständig auf dem oberen Ende der in den Zylinderblock des Motors eingepaßten Gußeisenbuchse befindet, werden Probleme, die andernfalls auf Grund der axialen Wärmeausdehnung der Buchse während des Laufs auftreten, d. h. ein Abbrechen der Stufe auf dem Zylinderblock, die das untere Ende der Buchse stützt, eine Beeinträchtigung der Rundheit der Zylinderbohrung, das Einsinken der Buchse und ein Druckverlust zwischen den Befestigungsbolzen, auf vorteilhafte Weise vermieden.
Außerdem könnte bei einem Motor, bei dem die Gußeisenbuchse in den Motor gepreßt ist und bei dem der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen groß ist, eine Metalldichtung mit mehreren Sicken, die von der Brennkammeröffnung radial nach außen voneinander beabstandet sind, verwendet werden, so daß ein Teil oder alle der mehreren Sicken, die sich der Brennkammeröffnung am nächsten befinden, auf einem oberen Ende der in den Motor gepreßten Gußeisenbuchse angeordnet sind.

Claims

Metalldichtung, die eine Grundplatte mit einer Sicke um ein darin ausgebildetes Brennkammerloch und eine Beilageplatte, die dünner als die Grundplatte ist und auf die Grundplatte laminiert ist, umfaßt, wobei die Metalldichtung so beschaffen ist, daß sie zwischen Zusammenfügungsoberflächen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks eingefügt und mittels durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock verlaufender Befestigungsbolzen befestigt ist, um eine Abdichtung zwischen den Zusammenfügungsoberflächen zu bilden, wobei: eine Kante der Beilageplatte auf der Brennkammeröffnungsseite sich radial außerhalb der Brennkammeröffnung in einem Abstand von der Brennkammeröffnung befindet und die weiter von der Brennkammeröffnung entfernte Kante der Beilageplatte sich an der Brennkammeröffnungsseite von Bolzeneinschublöchern in der Grundplatte außerhalb der Sicke befindet, um die Bildung eines Wasserlochs zwischen jeder der Bolzeneinschuböffnungen und der Sicke zu vermeiden, und ferner die Beilageplatte im Bereich der als Vollsicke ausgebildeten Sicke auf die Grundplatte geschichtet ist.
Metalldichtung nach Anspruch 1, bei der sich ein Kantenabschnitt der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung zwischen den Bolzeneinschublöchern in der Nähe der Brennkammeröffnung befindet und ein Kantenabschnitt der Beilageplatte in der Umgebung jeder Bolzeneinschuböffnung sich weniger nahe bei der Brennkammeröffnung befindet.
Metalldichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich die Kante der Beilageplatte auf seiten der Brennkammeröffnung radial außerhalb des äußeren Umfangs eines oberen Endes einer Gußeisenbuchse befindet, die in eine Zylinderbohrung im Zylinderblock eingepaßt ist, und wenigstens ein Teil der Sicke am oberen Ende der Buchse angeordnet ist.
Metalldichtung nach Anspruch 3, bei der mehrere solche Sicken in gegenseitigem Abstand in einer Richtung radial außerhalb der Brennkammeröffnung vorgesehen sind und ein Teil dieser oder alle diese mehreren Sicken, die sich am nähesten bei der Brennkammeröffnung befinden, am oberen Ende der Buchse angeordnet sind.