DE102004032904B4 - Sealing system for a shared cast iron internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Dichtungssystem zur Abdichtung eines Zylinderkopfs (2) gegen eine Zylinderlaufbuchse (1) einer Ein- oder Mehrzylinder Brennkraftmaschine, insbesondere eines Viertakt-Dieselmotors, mit geteiltem Gussgehäuse aus zwei verschraubbaren Gehäusehalbschalen (3), deren Teilungsebene in Kurbelwellen- und Zylinderachsenrichtung verläuft, wobei die Gehäusehalbschalen (3) Aussparungen zur Aufnahme von gesonderten Zylinderlaufbuchsen (1) besitzen und separate Zylinderköpfe (2) je Zylinder vorgesehen sind, umfassend ein ringförmiges Dichtungselement, wobei eine zum Brennraum hin offene Ringnut (7) im Zylinderkopf (2) vorgesehen ist, in der wenigstens ein Teil einer als Dichtungsbund (5) ausgebildeten Verlängerung der Zylinderlaufbuchse (1) unter Bildung eines Presssitzes aufgenommen ist und das ringförmige Dichtungselement radial am Dichtungsbund (5) der Zylinderlaufbuchse (1) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbund (5) der Zylinderlaufbuchse (1) eine in axialer Richtung im wesentlichen konisch verlaufende Eindrehung seines äußeren Durchmessers aufweist, durch die sich der Außendurchmesser des Dichtungsbunds (5) der Zylinderlaufbuchse (1) zum Zylinderkopf (2) hin verjüngt, und das ringförmige Dichtungselement als separate Ringdichtung (4) ausgebildet ist,...sealing system for sealing a cylinder head (2) against a cylinder liner (1) an on or Multi-cylinder internal combustion engine, in particular a four-stroke diesel engine, with split cast housing from two screw-fastened housing half-shells (3), the division plane in crankshaft and cylinder axis direction runs, wherein the housing half shells (3) recesses for receiving separate cylinder liners (1) and separate cylinder heads (2) per cylinder provided are comprising a ring-shaped Sealing element, wherein an open towards the combustion chamber annular groove (7) in the cylinder head (2) is provided, in the at least one part of a as sealing collar (5) formed extension of the cylinder liner (1) is received to form a press fit and the annular sealing element radially against the sealing collar (5) of the cylinder liner (1), characterized in that the sealing collar (5) of the cylinder liner (1) a substantially conically extending in the axial direction Turning of its outer diameter has, through which the outer diameter the sealing collar (5) of the cylinder liner (1) to the cylinder head (2) rejuvenated, and the annular Seal element is designed as a separate ring seal (4), ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungssystem zur Abdichtung eines Zylinderkopfs gegen eine Zylinderlaufbuchse einer Ein- oder Mehrzylinder Brennkraftmaschine, insbesondere eines eienes Viertakt-Dieselmotors, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a sealing system for sealing a cylinder head against a cylinder liner of a single or Multi-cylinder internal combustion engine, in particular a four-stroke diesel engine, with the features of the preamble of patent claim 1.
Eine
derartige Brennkraftmaschine mit einem gattungsgemäßen Dichtungssystem
ist in der europäischen
Patentschrift
Eine
andere Zylinderkopfdichtung für übliche Brennkraftmaschinen
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Des
Weiteren ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift
Weitere
Dichtungssysteme für
herkömmliche Brennkraftmaschinen
ohne geteiltes Gußgehäuse sind
auch aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik für eine Brennkraftmaschine mit geteiltem Gussgehäuse ein kostengünstiges Dichtungssystem zur Verfügung zu stellen, das mit möglichst geringen Axialkräften und bei geringem Montage- und Bauteilaufwand eine zuverlässige Abdichtung eines Zylinderkopfs gegen eine Zylinderlaufbuchse ermöglicht und dabei ein Austreten von Brenngasen aus dem Brennraum nach Außen hin und ein Eindringen von Wasser bzw. Kühlflüssigkeit und Öl nach Innen hin verhindert.task The present invention is based on the prior art the technique for one Internal combustion engine with split cast housing a cost-effective sealing system available too put that with as possible low axial forces and with low installation and Component cost a reliable Sealing a cylinder head against a cylinder liner allows and while a leakage of fuel gases from the combustion chamber to the outside and ingress of water or coolant and oil inside prevented.
Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Dichtungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei ist das erfindungsgemäße Dichtungssystem dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbund der Zylinderlaufbuchse eine in axialer Richtung im wesentlichen konisch verlaufende Eindrehung seines äußeren Durchmessers aufweist, durch die sich der Außendurchmesser des Dichtungsbunds der Zylinderlaufbuchse zum Zylinderkopf hin verjüngt, und dass das ringförmige Dichtungselement als separate Ringdichtung ausgebildet ist, welche an der äußeren Umfangsfläche des Dichtungsbunds im Bereich der Eindrehung anliegt und im übrigen gegen angrenzende Dichtungsflächen des Zylinderkopfs und der Gehäusehalbschalen abgestützt ist.These Task is by a generic sealing system with the Characteristics of claim 1 solved. Here is the sealing system according to the invention characterized in that the sealing collar of the cylinder liner a substantially conical recess in the axial direction having its outer diameter, by the outer diameter the sealing collar of the cylinder liner tapers towards the cylinder head, and that the annular Seal element is designed as a separate ring seal, which on the outer peripheral surface of Seal collar in the region of the recess abuts and otherwise against adjacent sealing surfaces of the Cylinder head and the housing half shells supported is.
Als Dichtungsbund wird dabei eine zum Zylinderkopf weisende Verlängerung der Zylinderlaufbuchse bezeichnet, die einteilig an derselben ausgebildet sein kann und einen Teil des erfindungsgemäßen Dichtungssystems bildet.When Seal collar is doing a pointing to the cylinder head extension designates the cylinder liner formed integrally therewith may be and forms part of the sealing system according to the invention.
Die Ringnut, die auf der zum Brennraum weisenden Seite des Zylinderkopfs in diesen eingearbeitet ist, besitzt im Wesentlichen die Form des darin aufzunehmenden Teils des Dichtungsbunds der Zylinderlaufbuchse, d.h. beide Teile sind einander angepasst, um bei entsprechender axialer Krafteinwirkung einen Presssitz, gegebenenfalls unter Verformung, zu ermöglichen. Dabei weisen vorteilhaft sowohl der Dichtungsbund in diesem Bereich als auch die Ringnut eine Querschnittsform mit einander entsprechender Konizität auf. Der Presssitz des Dichtungsbunds der Zylinderlaufbuchse in der Ringnut im Zylinderkopf führt dabei zu einer radial inneren und einer äußeren Dichtfläche innerhalb der Ringnut, die zusammen mit dem darüber hinaus mit dem Dichtungsbund zusammenwirkenden ringförmigen Dichtungselement eine zuverlässige Abdichtung des Brennraums ermöglichen. Dabei wirkt sich der einfache Aufbau und geringe Bauteilaufwand des erfindungsgemäßen Dichtungssystems günstig auf den Montageaufwand und die Herstellungskosten einer derart abgedichteten Brennkraftmaschine aus.The annular groove, which is incorporated on the side facing the combustion chamber of the cylinder head in this, has substantially the shape of the male part of the sealing collar of the cylinder liner, that is, both parts are adapted to a press fit with appropriate axial force, optionally with deformation, to enable. Advantageously, both the sealing collar in this area and the annular groove have a cross-sectional shape with corresponding conicity. The interference fit of the sealing collar of the cylinder liner in the annular groove in the cylinder head thereby leads to a radially inner and an outer sealing surface within the annular groove, which together with the annular sealing element which additionally cooperates with the sealing collar enable a reliable sealing of the combustion chamber. Here, the simple structure and low component cost of the sealing system according to the invention has a favorable effect on the assembly costs and the manufacturing cost of a thus sealed internal combustion engine.
Das erfindungsgemäß radial am Dichtungsbund vorgesehene ringförmige Dichtungselement ist im Besonderen zweckmäßig, wenn Zylinderlaufbuchse und Zylinderkopf aus unterschiedlichen Materialien bestehen, insbesondere wenn diese unter dem Zünddruck bzw. der im Brennraum herrschenden Temperatur ein unterschiedliches Dehnungsverhalten zeigen; dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Zylinderlaufbuchse üblicherweise aus Grauguss und der Zylinderkopf aus Aluminium hergestellt ist. Eine ausreichende Dichtwirkung allein durch den Presssitz des Dichtungsbunds im Zylinderkopf ist hier nicht gewährleistet.The according to the invention radially provided on the sealing collar annular sealing element is in Especially useful if Cylinder liner and cylinder head made of different materials exist, especially if this under the ignition pressure or in the combustion chamber ruling temperature a different strain behavior demonstrate; This is the case, for example, when the cylinder liner is usually made of cast iron and the cylinder head is made of aluminum. A sufficient sealing effect solely by the interference fit of the sealing collar in the cylinder head is not guaranteed here.
Durch die erfindungsgemäße radiale Zuordnung des ringförmigen Dichtungselements zum Dichtungsbund der Zylinderlaufbuchse gelingt es, in Kombination mit dem Presssitz des Dichtungsbunds in der Nut des Zylinderkopfs, eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen, ohne hierfür auf große Axialkräfte angewiesen zu sein. Dies ist im vorliegenden Fall einer Brennkraftmaschine mit geteiltem Gussgehäuse aus zwei verschraubbaren Gehäusehalbschalen, deren Teilungsebene in Kurbelwellen- und Zylinderachsenrichtung verläuft, von besonderer Bedeutung, da es hier besonders schwierig ist, entsprechend große Axialkräfte auf die jeweils separaten Zylinderköpfe auszuüben. Andererseits bietet sich bei einer derartigen Brennkraftmaschine im Gegensatz zu anderen Brennkraftmaschinen mit ungeteiltem Gussgehäuse die Möglichkeit, durch die quer zur Zylinderachse verlaufende Verschraubung der beiden Gehäusehalbschale, vorteilhaft eine quer zur Zylinderachse wirkende Kraft auf das ringförmige Dichtungselement auszuüben.By the inventive radial Assignment of the annular Seal element for sealing collar of the cylinder liner succeeds it, in combination with the interference fit of the seal collar in the groove the cylinder head, to achieve a sufficient sealing effect, without therefor on big axial forces to be instructed. This is an internal combustion engine in the present case with split cast housing from two screw-fastened housing half-shells, whose Division plane in crankshaft and cylinder axis direction runs, from particular importance, since it is particularly difficult here, accordingly size axial forces to exercise on the respective separate cylinder heads. On the other hand, offers in such an internal combustion engine in contrast to others Internal combustion engines with undivided cast housing, the possibility through the transverse to Cylinder axis extending screwing the two housing half shell, advantageously a force acting transversely to the cylinder axis on the annular sealing element exercise.
Die separate Ringdichtung kann somit zwischen den gegeneinander verspannten Gehäusehalbschalen für eine wirksame Abdichtung gegen die Ringspalte auf dem Umfang des Zylinderkopfs und der Laufbuchse sorgen.The separate ring seal can thus be clamped between the mutually Housing shells for one effective seal against the annular gaps on the circumference of the cylinder head and the bush.
Durch die axiale Verpressung des Zylinderkopfs auf dem Dichtungsbund der Zylinderlaufbuchse und die gegenseitige Verspannung der Gehäusehalbschalen wird die Ringdichtung derart zwischen den Dichtungsflächen verpresst, dass sich ihre Querschnittsform an den Hohlraum, in dem sie aufgenommen ist, dichtend anpasst.By the axial compression of the cylinder head on the sealing collar of Cylinder liner and the mutual clamping of the housing halves the ring seal is pressed between the sealing surfaces, that their cross-sectional shape to the cavity in which they are absorbed is, fits tightly.
Die Ringdichtung ist dabei vorteilhaft als Ring aus einem elastischen Material wie einer geeigneten Gummimi schung, z.B. Fluorkautschuk, ausgebildet, wobei bei der Materialwahl auf eine möglichst hohe Temperaturbeständigkeit, vorzugsweise bis etwa 200°C, geachtet werden muss.The Ring seal is advantageous as a ring of an elastic Material such as a suitable rubber mixture, e.g. Fluoro rubber, trained, with the choice of materials to the highest possible Temperature resistance, preferably up to about 200 ° C, must be respected.
Bei der im wesentlichen konisch verlaufenden Eindrehung des Dichtungsbunds können in einer Variante zwei oder mehrere Konusabschnitten mit unterschiedlichen Konuswinkeln aneinander anschließen. Vorteilhaft handelt es sich dabei um einen vom Zylinderkopf weiter entfernten ersten Konusabschnitt mit einem vergleichsweise großen Konuswinkel, der somit auf möglichst kurzer axialer Länge eine genügend große Beabstandung des Dichtungsbunds von dem angrenzenden Kurbelgehäuse schafft und einen zweiten Konusabschnitt mit vergleichsweise geringem Konuswinkel, dessen zylinderkopfseitiges Ende in der Ringnut des Zylinderkopfs unter Ausbildung eines Presssitzes aufgenommen ist.at the substantially conical recess of the sealing collar can in a variant, two or more cone sections with different Connect cone angles to each other. It is advantageous this is a first cone section farther from the cylinder head with a comparatively large one Cone angle, thus on as possible short axial length one enough size Spacing the sealing collar from the adjacent crankcase creates and a second conical section with a comparatively small cone angle, the cylinder head side end in the annular groove of the cylinder head is received under formation of a press fit.
Zur Ausbildung des Presssitzes erweist sich für den zweiten Konusabschnitt, der zumindest teilweise innerhalb der Ringnut aufgenommen wird, ein Konuswinkel in einem Winkelbereich von etwa 3° bis 5° als besonders günstig.to Formation of the press fit proves to be the second cone section, which is at least partially received within the annular groove, a cone angle in an angular range of about 3 ° to 5 ° as special Cheap.
Zusätzlich kann bei den vorgenannten Ausführungsformen im Bereich der Ringnut des Zylinderkopfs eine Drainage zur Abführung von eventuellen Gasleckagen ins Ansaugsystem vorgesehen sein.In addition, can in the aforementioned embodiments in the region of the annular groove of the cylinder head a drainage for the discharge of possible gas leaks are provided in the intake system.
In vorteilhafter Weise können darüber hinaus die auf Seiten des Zylinderkopfs gelegenen Kanten des Dichtungsbunds der Zylinderlaufbuchse zur Ausbildung einer schmalen stirnseitigen Randfläche des Dichtungsbunds abgeschrägt werden.In can advantageously about that In addition, located on the side of the cylinder head edges of the sealing collar the cylinder liner to form a narrow frontal edge surface beveled the sealing collar become.
Die Montage des erfindungsgemäßen Dichtungssystems erweist sich als sehr einfach, da hierzu lediglich der Zylinderkopf mit seiner Ringnut auf den mit dem ringförmigen Dichtungselement versehenen Dichtungsbund der Zylinderlaufbuchse axial aufgepresst werden muss, was außerhalb der Gehäuseschalen geschieht. Anschließend wird der Zusammenbau in die dafür vorgesehenen Aussparungen der Gehäusehalbschalen eingelegt; nach Komplettierung der Bestückung der Gehäusehalbschalen werden die beiden Gehäusehalbschalen mit den hierfür vorgesehenen Bolzen gegeneinander verspannt.The Assembly of the sealing system according to the invention proves to be very easy, as this only the cylinder head with its annular groove on the sealing collar provided with the annular sealing element the cylinder liner must be pressed axially, which is outside the housing shells happens. Subsequently the assembly will be in the for provided recesses of the housing half-shells inserted; to Completion of the assembly the housing half shells become the two housing halves with the space provided Bolt clamped against each other.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird.in the Below, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment, wherein Reference is made to the drawing.
Es zeigtIt shows
Die
Zylinderlaufbuchse
Der
Dichtungsbund der Zylinderlaufbuchse weist eine Eindrehung seines äußeren Durchmessers
auf, die aus zwei sich in axialer Richtung zum Zylinderkopf hin
konisch verjüngenden
Konusabschnitten mit verschiedenen Konuswinkeln β bzw. α und äußeren Umfangsflächen
Der
Presssitz des Dichtungsbunds
Dabei
ist zu dem dargestellten Dichtungssystem anzumerken, dass sich in
einem minimalen Ringspalt
Der Brennraum ist mit dem erfindungsgemäßen Dichtungssystem somit sowohl gegen ein Eintreten von Öl und Wasser bzw. Kühlflüssigkeit als auch gegen ein Austreten von Brennraumgasen wirksam abgedichtet. Darüber hinaus kann keine Vermischung des Öls mit dem Wasser bzw. der Kühlflüssigkeit stattfinden.Of the Combustion chamber is thus both with the sealing system according to the invention against the entry of oil and water or coolant and effectively sealed against leakage of combustion chamber gases. About that In addition, no mixing of the oil with the water or the coolant occur.
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