DE602005003975T2

DE602005003975T2 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE602005003975T2
Application number: DE602005003975T
Authority: DE
Inventors: Tsunekazu Udagawa; Yuuichi Kinoshita
Original assignee: Ishikawa Gasket Co Ltd
Current assignee: Ishikawa Gasket Co Ltd
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: KR100639159B1; JP2005220966A; DE602005003975D1; EP1561977B1; EP1561977A1; US20050167929A1; KR20060042898A; JP4155357B2; US6997463B2

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zwischen zwei Bauteilen, wie beispielsweise einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors, angeordnete Zylinderkopfdichtung.
Wenn Verbindungsflächen zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock (Zylinderkörper) eines Kraftfahrzeugmotors abgedichtet werden, wird zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock eine Zylinderkopfdichtung angeordnet, um Verbrennungsabgase, Kühlwasser und Schmieröl voneinander abzudichten (vgl. US-A1-2003/0062691 ).
Solche Zylinderkopfdichtungen wurden von einem mehrschichtigen Typ mit mehreren Metallplattenschichten zu einem einfach strukturierten, aus einer oder zwei Metallplatte(n) bestehenden Typ weiterentwickelt, um Gewicht und Fertigungskosten eines Motors zu reduzieren. Da hierbei nur eine oder zwei Bauplatte(n) verwendet wird/werden, sind die Materialien, die zur Reduzierung des Gewichts eines Motors verwendet werden können, begrenzt. Die Art und Anzahl der Abdichtverfahren sind begrenzt, sodass ein relativ einfaches Abdichtverfahren verwendet werden muss.
Da Gewicht und Größe von Motoren in der letzten Zeit immer mehr verringert wurden, weist ein Motor heute eine tendenziell geringere Steifigkeit auf. Dementsprechend ist es schwierig, beim Abdichten mit dem Zylinderkopf um eine Zylinderbohrung einen gleichmäßigen Flächendruck zu erhalten. Das bedeutet, dass es aufgrund eines strukturellen Problems, das um die Zylinderbohrung auftritt, wenn die Dichtung angezogen wird, schwierig ist, einen ausreichenden Abdichtungsflächen druck an einem Abschnitt mit niedriger Steifigkeit zu erzeugen, was dazu führt, dass an diesem Abschnitt Gas austritt.
Wenn ein Motor zum Zweck der Verringerung seiner Größe in einer Längsrichtung eine geringere Größe aufweist, ist auch der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen geringer, wodurch die Temperatur der Zylinderbohrungen steigt. In Folge dessen werden der Zylinderkopf und der Zylinderblock verformt, wodurch die Gefahr steigt, dass Gas zwischen den Zylinderbohrungen austritt. Wenn eine geringe Menge an Gas austritt und in ein Wasser- oder Ölloch eindringt, dann dringt Gas in eine Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, ein und führt zu Problemen beim Wasser- und Ölumlauf und der Motorkühlung. Da dies ein Problem für den Motor darstellt, ist es erforderlich, eine Gegenmaßnahme bereitzustellen.
Ferner kommt es, wenn ein großer Abdichtungsflächendruck auf einen Randbereich um eine Zylinderbohrung ausgeübt wird, um eine sichere Abdichtung der Bohrung zu gewährleisten, zur Verformung der Zylinderbohrung mit niedriger Steifigkeit. In Folge dessen funktioniert das Abdichtungselement der Dichtung nicht richtig, und es wird schwierig, eine sichere Abdichtung der Bohrung zu erzielen.
Eine Metalldichtung mit um die Zylinderbohrungen (Brennkammeröffnungen) gebildeten Wülsten wurde vorgeschlagen. Die Wülste sind miteinander verbunden oder kreuzen einander zwischen den Zylinderbohrungen und weisen zwischen den Zylinderbohrungen gerade Abschnitte auf. Es wurde vorgeschlagen, eine Kante des Wulstes an einer Seite der Zylinderbohrung in einer gekrümmten Form zu bilden, um die geraden Abschnitte zwischen den Zylinderbohrungen und die Bogenabschnitte um die Zylinderbohrungen mit Ausnahme der geraden Abschnitte zu verbinden (vgl. Bezugspatent No. 1).
Durch diese Struktur wird bei einer kleinen Zylinderbohrung eines kleinen Motors verhindert, dass der Flächendruck am Kreuzungsabschnitt der Wülste abnimmt. Außerdem wird ein Abschnitt vermieden, in dem sich die Steifigkeit des Wulstes um den Kreuzungsabschnitt der Wülste deutlich ändert, wodurch verhindert wird, dass Gas am Kreuzungsabschnitt der Wülste austritt.
Allerdings bietet eine solche einzelne Wulststruktur mit geradem Abschnitt keine ausreichende Lösung für die Temperaturerhöhung an der Zylinderbohrung und die geringere Steifigkeit moderner Motoren.
Ferner ist der Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen im Vergleich zu anderen Abschnitten sehr klein, und eine Dichtung kann aus einer oder zwei Metallplatte(n) gebildet sein. Dementsprechend kann nur ein eingeschränktes Abdichtungselement verwendet werden. Folglich ist es schwierig, komplexe Abdichtungselemente zu kombinieren. Dies ist zwar möglich, allerdings steigt dadurch die Zahl der Fertigungsschritte, und somit nehmen auch die Herstellungskosten zu.
Ein Erfinder hat eine Metalldichtung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Ein Wulst, der in der Draufsicht eine Wellenform aufweist, wird um ein Flüssigkeitsloch, wo es schwierig ist, einen ausreichenden Abdichtungsflächendruck zu erhalten, bereitgestellt, wodurch das Flüssigkeitsloch sicher abgedichtet wird (vgl. Bezugspatent No. 2)

Bezugspatent 1: Japanische Patentschrift (Kokai) No. 2000-356266 .
Bezugspatent 2: Japanisches Patent No. 3026084 .

Angesichts der oben beschriebenen Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung zum wirkungsvollen Verhindern des Austretens von Gas zwischen den Zylinderbohrungen eines Motors von geringer Größe und niedriger Steifigkeit bereitzustellen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung hervor.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur erfindungsgemäßen Lösung der vorstehenden Aufgaben ist eine Zylinderkopfdichtung aus einer Metallplatte mit einem Wulst um eine Zylinderbohrung oder aus mehrschichtigen Metallplatten mit einer Metallplatte mit einem Wulst gebildet. Der Wulst weist einen in der Draufsicht zwischen den Zylinderbohrungen angeordneten wellenförmigen Abschnitt auf.
Bei dieser Struktur weist der Wulst den wellenförmigen Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen auf, wodurch die Länge des Wulstes erhöht wird. Wenn die Dichtung angezogen wird, nimmt der Wulst den Flächendruck über einen vergrößerten Bereich auf. Infolgedessen kann, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Dichtung ohne wellenförmigen Abschnitt, die Kriechrelaxation an diesem Abschnitt verringert werden. Dementsprechend kann zwischen den Zylinderbohrungen, wo hohe Temperaturen herrschen und das Abdichten schwierig ist, eine hohe Dichtleistung erhalten und somit die Dichtleistung der Struktur verbessert werden.
In der Zylinderkopfdichtung kann der wellenförmige Abschnitt des Wulstes einem wellenförmigen Abschnitt eines benachbarten Wulstes gegenüber angeordnet sein. Das bedeutet, dass die wellenförmigen Abschnitte der beiden benachbarten Wülste symmetrisch relativ zu einer dazwischenliegenden Mittelachse angeordnet sind.
Alternativ können die wellenförmigen Abschnitte der beiden benachbarten Wülste so angeordnet sein, dass sie ineinander eindringen. Das bedeutet, dass sich die wellenförmigen Abschnitte parallel zueinander erstrecken.
Alternativ können die wellenförmigen Abschnitte der beiden benachbarten Wülste so angeordnet sein, dass sie einen gemeinsamen wellenförmigen Abschnitt aufweisen. Das bedeutet, dass sich die benachbarten Wülste an einem Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen kreuzen oder miteinander verbunden sind, um einen gemeinsamen wellenförmigen Abschnitt zu bilden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Dichtungswulst um die Zylinderbohrungen in der Regel aus einem bogenförmigen Vollwulst gebildet, kann aber auch aus einem Vollwulst mit einer Trapezform oder dergleichen gebildet sein. Alternativ kann der Wulst neben dem Vollwulst auch aus einem Halbwulst gebildet sein. Der wellenförmige Abschnitt ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt und kann eine gleichmäßig gekrümmte Form, wie beispielsweise ein Bogen, oder gleichmäßig geknickte gerade Linien, wie beispielsweise eine Folge von Dreiecken oder Trapezen, aufweisen.
Bei der vorliegenden Erfindung hat der Wulst einen zwischen den Zylinderbohrungen angeordneten wellenförmigen Abschnitt zum Aufnehmen eines Flächendrucks über eine vergrößerte Wulstfläche. Auf diese Weise kann der Wulst hohem Spanndruck standhalten und besitzt eine gute Dichtleistung sowie einen hohen Widerstand gegenüber Kriechrelaxation. Es ist somit möglich, das Austreten von Gas zwischen den Zylinderbohrungen eines modernen Motors von geringer Größe und niedriger Steifigkeit wirksam zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer Zylinderkopfdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zwischen den Zylinderbohrungen, die eine Struktur der Zylinderkopfdichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zwischen den Zylinderbohrungen, die eine Struktur der Zylinder kopfdichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zwischen den Zylinderbohrungen, die eine Struktur einer Zylinderkopfdichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Nachfolgend wird eine Zylinderkopfdichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben.
Die in 1 bis 4 gezeigten, den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechenden Zylinderkopfdichtungen 1, 1A und 1B sind Metalldichtungen, die zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock (Zylinderkörper) angeordnet sind, um unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Verbrennungsabgase und Flüssigkeiten, wie Kühlwasser und -öl in einem Kühlwasser- bzw. Kühlölkanal, abzudichten.
1 bis 4 sind schematische Ansichten, bei denen die angegebenen Seitenverhältnisse der Zylinderkopfdichtungen 1, 1A und 1B in einer Draufsicht sowie die Anzahl, Breite und Seitenverhältnisse von Wellenformen der Wülste zu Erklärungszwecken von den tatsächlichen abweichen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die in 1 und 2 gezeigte Zylinderdichtung 1 aus einem einzelnen Blatt einer Metallplatte 10 gebildet. Die Metallplatte 10 ist aus geglühtem rostfreiem Stahl (geglühtem Material) oder Weichstahl gefertigt und in einer der Form eines Motorteils, beispielsweise eines Motorblocks, entsprechenden Form geformt. Die Metallplatte 10 ist mit Zylinderbohrungen 2, Kühlwasserlöchern 3, Öllöchern 4 für den Ölumlauf und Bolzenlöchern 5 für Befestigungsbolzen ausgebildet. Aus Vollwülsten gebildete Wülste 11 sind um die Zylinderbohrungen 2 als Dichtungsmittel angeordnet.
Die Wülste 11 umgeben jeweils die Zylinderbohrungen 2. In der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Wulst 11 neben einem zwischen den Zylinderbohrungen 2 gebildeten Abschnitt 1a einen Abschnitt 11a auf, der in der Draufsicht entlang der Zylinderbohrung 2 bogenförmig gebildet ist. Nur der zwischen den Zylinderbohrungen 2 angeordnete Abschnitt ist wellenförmig gebildet. Ferner ist ein wellenförmiger Abschnitt 11b gegenüber einem wellenförmigen Abschnitt einem benachbarten Wulst 11 angeordnet. Das bedeutet, dass der wellenförmige Abschnitt des benachbarten Wulstes 11 symmetrisch relativ zu einer Mittelachse X-X gebildet ist. Diese Struktur ermöglicht es, einen Abdichtungsflächendruck über einen großen Bereich zu erzeugen.
Bei der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform umgeben die Wülste 11A die in einer Metallplatte 10A gebildeten Zylinderbohrungen 2. Der Wulst 11A weist neben dem zwischen den Zylinderbohrungen 2 gebildeten Abschnitt einen Abschnitt 11Aa auf, der in der Draufsicht entlang der Zylinderbohrung 2 bogenförmig gebildet ist. Nur der zwischen den Zylinderbohrungen 2 angeordnete Abschnitt ist wellenförmig gebildet. Ferner ist die Wellenform des wellenförmigen Abschnitts 11Ab so angeordnet, dass sie in einen wellenförmigen Abschnitt eines benachbarten Wulstes 11A eindringt. Das bedeutet, dass die wellenförmigen Abschnitte der benachbarten Wülste 11A im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Die Struktur einer Zylinderkopfdichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform ermöglicht es, wellenförmige Abschnitte 11Ab der Wülste 11A für benachbarte Zylinderbohrungen bereitzustellen, selbst wenn der Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen 2 nur klein ist.
Bei der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform umgeben ferner Wülste 11B die in einer Metallplatte 10B gebildeten Zylinderbohrungen 2. Der Wulst 11B weist neben dem zwischen den Zylinderbohrungen 2 gebildeten Abschnitt einen Abschnitt 11Ba auf, der in der Draufsicht entlang der Zylinderbohrung 2 bogenförmig gebildet ist. Nur der zwischen den Zylinderbohrungen 2 angeordnete Abschnitt ist wellenförmig gebildet. Ferner ist ein wellenförmiger Abschnitt 11Bb als gemeinsamer wellenförmiger Abschnitt 11Bb relativ zum benachbarten Wulst 11B gebildet. Das bedeutet, dass die benachbarten Wülste 11A sich kreuzen und am Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen 2 miteinander verbunden sind, um einen gemeinsamen wellenförmigen Abschnitte 11Bb zu bilden.
Die Struktur einer Zylinderkopfdichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform ist für einen Fall geeignet, in dem der Abschnitt zwischen den Zylinderbohrungen 2 extrem klein ist.
Die Dichtungswülste 11, 11A und 11B um die Zylinderbohrungen 2 sind in der Regel aus einem bogenförmigen Vollwulst gebildet, aber nicht darauf beschränkt. Die Wülste können auch aus einem Vollwulst mit einer Trapezform oder dergleichen gebildet sein. Alternativ können die Wülste neben dem Vollwulst auch aus einem Halbwulst gebildet sein. Die wellenförmigen Abschnitte 11b, 11Ab und 11Bb sind nicht auf eine bestimmte Wellenform beschränkt und können eine gleichmäßig gekrümmte Form, wie beispielsweise einen Bogen, oder gleichmäßig geknickte gerade Linien, wie beispielsweise eine Folge von Dreiecken oder Trapezen, aufweisen.
Bei den Zylinderkopfdichtungen 1, 1A und 1B gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform weisen die Wülste 11, 11A und 11B die zwischen den Zylinderbohrungen angeordneten wellenförmigen Abschnitte 11b, 11Ab und 11Bb zum Aufnehmen eines Flächendrucks über eine vergrößerte Fläche auf. Auf diese Weise können die Wülste hohem Spanndruck standhalten und besitzen eine gute Dichtleistung und einen hohen Widerstand gegenüber Kriechrelaxation.
Dementsprechend kann die Zylinderkopfdichtung hohem Spanndruck standhalten und besitzt eine gute Dichtleistung und einen hohen Widerstand gegenüber Kriechrelaxation. Es ist möglich, den Abdichtungsflächendruck über einen großen Bereich zu erzeugen und dadurch die Zylinderbohrungen sicher abzudichten.
Bei den Ausführungsformen ist die Zylinderkopfdichtung eine aus einem einzelnen Blatt einer Metallplatte gebildete Zylinderkopfdichtung. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zylinderkopfdichtung auch eine aus einer Vielzahl von Metallplatten gebildete laminierte Metallzylinderkopfdichtung sein.

Claims

Eine Zylinderkopfdichtung (1, 1A, 1B) umfassend: wenigstens eine Metallplatte (10, 10A, 10B) mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen (2) und wenigstens einem zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen (2) angeordneten Zwischenabschnitt (1a), und in der Metallplatte (10, 10A, 10B) um die jeweiligen Zylinderbohrungen (2) gebildete Wülste (11, 11A, 11B), wobei jeder der Wülste (11, 11A, 11B) einen sich in seitlichen Richtungen erstreckenden wellenförmigen Abschnitt (11b, 11Ab, 11Bb) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenförmige Abschnitt (11b, 11Ab, 11Bb) nur in dem Zwischenabschnitt zwischen den beiden benachbarten Zylinderbohrungen (2) gebildet ist.
Eine Zylinderkopfdichtung (1, 1A, 1B) gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Wülste (11, 11A, 11B) außer dem wellenförmigen Abschnitt einen glatten Wulstabschnitt (11a, 11Aa, 11Ba) hat.
Eine Zylinderkopfdichtung (1, 1A) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wülste (11, 11A) unabhängig voneinander um die jeweiligen Zylinderbohrungen (2) gebildet sind.
Eine Zylinderkopfdichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wellenförmigen Abschnitte (11b) der Wülste (11, 11A, 11B) symmetrisch angeordnet sind, so dass sie sich relativ zu einer sich durch den Zwischenabschnitt erstreckenden Mittelachse einander gegenüberstehen.
Eine Zylinderkopfdichtung (1A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wellenförmigen Abschnitte (11Ab) der Wül ste (11, 11A, 11B) angeordnet sind, dass sie in Bezug zueinander teilweise eindringen.
Eine Zylinderkopfdichtung (1A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, wobei die wellenförmigen Abschnitte (11Ab) im Wesentlichen gleich weit entfernt voneinander angeordnet sind.
Eine Zylinderkopfdichtung (1B) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die wellenförmigen Abschnitte (11Bb) der zueinander benachbart angeordneten Wülste (11, 11A, 11B) verbunden sind, um einen gemeinsamen wellenförmigen Abschnitt zu bilden.
Eine Zylinderkopfdichtung (1, 1A, 1B) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Wülste (11, 11A, 11B) in der Metallplatte (10, 10A, 10B) um jede Zylinderbohrung (2) gebildet sind.