DE69209111T2

DE69209111T2 - Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69209111T2
Application number: DE1992609111
Authority: DE
Inventors: Bernard Claude Denis Genin; Jean-Paul Poquet
Original assignee: Curty Payen SA
Current assignee: Solyem SAS
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2012-01-31
Also published as: EP0499551B1; FR2672938A1; FR2672938B1; DE69209111D1; EP0499551A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit einer Zylinderkopfdichtung pro Brennraum ausgestattet ist.
Es ist bekannt, insbesondere die Motoren von Lastwagen mit großem Hubraum mit Einzelzylinderkopfdichtungen auszustatten, wobei für jeden Brenn raum eine Dichtung vorgesehen ist, um die Abdichtung des Brennraumes gegenüber dem Zylindel-block und dem Zylinderkopf ebenso wie die Abdichtung der Öl- und Wasserkanäle in der Nähe des Brennraumes vorzunehmen. Diese Bauweise erlaubt es, mit Hilfe des gleichen Typs von Dichtung Motoren, deren Bauweise im wesentlichen die gleiche ist, die jedoch mit einer unterschiedliche Anzahl von Zylindem ausgestattet sein können, auszustatten.
Im allgemeinen besitzt eine Zylinderkopfdichtung dieses Typs einen metallischen Hauptabschnitt, der verschiedene Öffnungen insbesondere für den Brennraum, die Öl- und Wasserdurchlässe und für die Befestigungsschrauben aufweist, wobei die Abdichtung im Hinblick auf den Brennraum durch Feuerstege verwirklicht wird, die aus metallischen, am Rande der Öffnung eingesetzten Fassungen bestehen. Der metallische Bereich ist mit einem Oberflächenüberzug beschichtet und die Dichtung im Hinblick auf Kühlflüssigkeit und Schmiermittel des Motors wird unter Zwischenschaltung von geschmeidigen Dichtungen aus Elastomerwerkstoff bewirkt.
Es ergibt sich aus dem Aufbau herkömmlicher Dichtungen, deren metallischer Bereich auf seiner gesamten Oberfläche die gleiche Dicke besitzt, daß man die Pres sung der Dichtung im allgemeinen mit Hilfe von sechs Schrauben vornimmt, und daß diese Pressung, deren ausreichende Höhe wichtig für die Verwirklichung einer Abdichtung im Hinblick auf die Verbrennungsgase des Brennraumes sind, in der Ebene der Durchlässe für Kühlflüssigkeit und Schmiermittel zu groß ist dahingehend, daß eine sehr große und nicht notwendige Pressung der Dichtungen aus Elastomer material, die um die betreffenden Öffnungen liegen, vorgenommen wird. Darüber hinaus wird der metallische Bereich der Dichtung, der zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet ist, einem als "Fretting Korrosion" bezeichneten technischen Phänomen unterworfen, das sich je nach Benutzung des Motors durch eine Abnutzung der Dichtung und der Dichtungsebenen von Zylidnerblock und Zylinderkopf überträgt.
Das Dokument EP-A-0 230 804 beschreibt eine metallische Zylinderkopfdichtung, die einen dünnen Kern aufweist, der Zwischenlagen aufweist und der im Randbereich des Brennraumes Kompensationsanschläge hat, wobei die besagten Zwischenlagen und Anschläge in Abhängigkeit vorn Ort der Anpreßpunkte eine unterschiedliche Höhe aufweisen.
Das Dokument EP-A-0 208 349 betrifft eine Zylinderkopfdichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei der die Öffnungen für den Durchgang der Flüssigkeiten für Schmierung und Kühlung von elastischen Bändern aus Elastomermaterial eingefaßt sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zylinderkopfdichtung zu schaffen, die unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine ausgezeichnete Betriebssicherheit besitzt, ohne dem Risiko einer vorzeitigen Zerstörung ausgesetzt zu sein und die eine hervorragende Abdichtung sowohl im Hinblick auf die Verbrennungsgase des Brennraumes als auch im Hinblick auf die Flüssigkeiten zur Kühlung und zur Schmierung sicherstellt und die mit einer begrenzten Anzahl von Schrauben ohne Änderung der Zusammenbauvorschriften angepreßt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung, die einen metallischen Kernbereich, in dem eine erste, mit dem Brennraum übereinstimmende Öffnung, wobei sich dieser Öffnung benachbart Dichtungsmittel befinden, sowie Öffnungen für den Durchfluß von Kühlflüssigkeit und von Schmiermittel, die von geschmeidigen aus Elastomermaterial bestehenden Dichtungen eingefaßt sind und Öffnungen für den Durchgang von Zylinderkopfschrauben ausgespart sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich auf der einen Seite am Rand des Brennraumes eine Zone, deren Dicke gemessen in der Ebene des Randes des Brennraumes selbst variabel in Abhängigkeit von der Position, im Hinblick gesehen auf den Brennraurn und auf die Befestigungsbereiche, ist, wobei diese Zone ein umlaufendes Rillenrippensystem besitzt, dessen Rippe eine in Abhängigkeit von der Anordnung in Bezug einerseits auf den Brennraum und in Bezug andererseits auf die Anpreßzonen variable Dicke besitzt und daß der Kernbereich auf der anderen Seite Zonen, die die anderen Öffnungen beinhalten, mit kleinerer Dicke als der kleinsten Dicke derjenigen Zone, die den Brennraum umgibt, aufweist, wobei sie in der Lage sind, nach der Montage der Dichtung zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock frei ohne Anlage zu sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Zylinderkopfdichtung liegt die Dicke des Kernbereiches in der Zone, die den Brennraum umgibt, zwischen ungefähr 1,20 und 1,25 mm, die Dicke der Rippe liegt im Bereich von 0,15 und 0,30 mm und die Dicke des Kernbereiches in der Zone, die die Öffnungen für den Durchgang der Flüssigkeiten zur Kühlung und zur Schmierung aufweist, liegt in der Größenordnung von 1 mm. Diejenige Zone, die den Brennraum umgibt und die das Rillenrippensystem aufweist, besitzt einen sogenannten Feuersteg (l'anneau de feu). Dieser Feuersteg mit erweiterbarer Dicke zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung der Anpressung auf die Zylinderlaufbüchse gewährleistet eine ausgezeichnete Abdichtung, wobei gleichzeitig eine kleinere Verformung der Zylinderlaufbüchse sichergestellt ist. Dank der Dickenunterschiede der den Brennraum umgebenden Zone einerseits und derjenigen Zone, in der die Öffnungen für den Durchgang der Kühlflüssigkeit und des Schmiermittels ausgespart sind, ist es möglich, die Gesamtanpressung des Zylinderkopfes auf dem Zylinderblock zu verringern, was den Vorteil einer ausgezeichneten Abdichtung im Bereich der Flüssigkeitsdurchlässe hat, ohne gleichzeitig die Notwendigkeit, wie es in herkömmlichen Fällen üblich ist, eine übersteigerte Anpressung auf die Dichtungselemente für die Flüssigkeiten auszuüben.
Darüber hinaus existiert dank der verringerten Dicke des metallischen Kernbereiches in derjenigen Zone, die die Flüssigkeitsöffnungen aufweist, in dieser Zone keine Anpressung, so daß das Phänomen der "Fretting Korrosion" nicht auftreten kann.
Schließlich ist es dank der Optimierung der Anpreßbedingungen und der durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Dichtung hervorgemfenen Dichtwirkung möglich, die Anzahl der Zylinderkopfanpreßschrauben zu verringern und diese beispielsweise von einer Anzahl von sechs Schrauben auf vier zu reduzieren.
Entsprechend einer speziellen Ausgestaltung der Dichtung, die eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist und bei der in Längsrichtung gesehen in der Nähe der beiden Endungen die Öffnungen der Anpreßschrauben und die Öffnungen für den Durchgang der Flüssigkeiten für Kühlung und Schmierung ausgespart sind, besitzt der Kernbereich, der den Brennraum umgibt, in den Teilbereichen eine maximale Dicke, die nahe der Längsachse angeordnet sind, eine minimale Dicke in den Teilbereichen, die in der Nähe derjenigen Achse liegen, die von zwei Löchern für Anpreß schrauben und durch die Mitte des Brennraumes gekreuzt wird und eine dazwischenliegende Dicke in denjenigen Teilbereichen auf, die in der Nähe einer quer verlaufenden Achse liegen.
Darüber hinaus ist die Dicke der Rippe in denjenigen Teilbereichen maximal, die nahe der Längsachse liegen und minimal in denjenigen Teilbereichen, die in der Nähe einer Achse liegen, die von zwei Löchern für Befestigungsschrauben und von der Mitte des Brennraumes gekreuzt wird.
Um schließlich dem nachgiebigen Dichtungsband zu erlauben, eine der der Komprimierung entsprechende bleibende Verformung einzunehmen und um den eventuell auftretenden Verformungen des Zylinderkopfes Rechnung zu tragen, ist die Dicke der elastischen Dichtungsbänder, die die Durchflußöffnungen für Kühlflüssigkeit und Schmiermittel umgeben, über den Rand dieser Öffnungen gesehen variabel, wobei diese Dicke an der Seite des Brennraumes größer ist als an der entgegengesetzten Seite.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übergrößenwert der Dicke eines jeden Dichtungsbandes in Bezug auf den Kernbereich der Dichtung in der Größenordnung von 0,67 mm an der zum Brennraum gerichteten Seite und in der Größenordnung von 0,60 mm an der entgegengesetzten Seite. Diese Lösung erlaubt es, einen konstanten Kompressionswert des für die Dichtungsbänder verwendeten Materiales zu erhalten.
Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Darstellungen anhand eines nicht einschränkenden Beispieles einer Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung besser verständlich werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung;
Figur 2 eine sehr schematische Schnittdarstellung der Anordnung eines Teiles der Zylinderkopfdichtung zwischen dem Motorblock eines Fahrzeuges und dem zugehörigen Zylinderkopf;
Figur 3 eine Teilschnittdarstellung im vergrößerten Maßstab eines Teiles desjenigen Bereiches der Dichtung, der dem Brennraum benachbart ist;
Figur 4 eine maßstabsmäßig vergrößerte Ansicht des Profiles im Winkel von 90º zu der Zone der Dichtung aus der Figur 3 und seiner Rippe;
Figur 5 eine Querschnittsansicht der Dichtung entsprechend der Linie V-V der figur;
Figur 6 ist eine Querschnittsdarstellung der Dichtung entsprechend der Linie VI-VI der Figur 1.
Die in der Abbildung dargestellte Dichtung weist einen metallischen Kernbereich 2 von im wesentlichen rechtwinkliger Gestalt auf, der eine zentrale Öffnung 3 besitzt, die dem Brennraum entspricht. In der Nähe seiner Enden in Längsrichtung gesehen besitzt die Dichtung eine gewisse Anzahl von Öffnungen, wobei diejenigen mit der Bezugsziffer 4 von Zentrier- oder Befestigungsschrauben durchquert werden, wobei diejenigen mit der Bezugsziffer 5 dazu vorgesehen sind, den Durchfluß von Kühlmittel des Motors zu ermöglichen und wobei diejenigen mit der Bezugsziffer 6 dazu dienen, den Durchgang von Schmiermittel zuzulassen. Die Dichtung auf der Ebene der Öffnungen 5 und 6 wird in an sich bekannter Weise dadurch verwirklicht, daß auf die Kanten dieser Öffnungen ein von seiner Konsistenz her biegsames Band 7 aus einem Elastomermaterial aufgeschmolzen wird.
Entsprechend dem wesentlichen Merkmal der Erfindung besitzt der Kernbereich der Dichtung am Rande des Brennraumes einen Bereich 8, in welchem ein Rillenrippensystem 9, 10 angeordnet ist. Die Dicke E des Kernbereiches in der Zone 8 variiert in Abhängigkeit von der Position in Bezug auf den Brennraum und die Befestigungsbereiche. Die Figur 3 zeigt das Profil der Variation dieser Dicke, wobei diese in der Nähe der Längsachse der Dichtung, welche rechts in der Figur 3 gezeigt ist, ihren Maximalwert hat, sie beträgt dort 1,25 mm und wobei die Dicke ihren Minimalwert in der Diagonalzone in der Größe von 1,20 mm hat. In der Nähe der Querachse der Dichtung besitzt diese einen Zwischenwert in der Größenordnung von 1,23 mm.
Die Figur 3 zeigt außerdem die Variation der Dicke E der Rippe 10, wobei diese Dicke in der Nähe der Längsachse ihren Maximalwert in der Größenordnung von 0,30 mm besitzt, wie dies rechts in der Figur 3 gezeigt ist und ihren Minimalwert in den Zonen nahe einer Achse, wie in dem linken Bereich der Figur 3 gezeigt.
Wie insbesondere in der Figur 2 gezeigt ist, besitzt die Zone des metallischen Kernbereiches der Dichtung, in dem die Öffnungen 4, 5 und 6 angeordnet sind, eine in Bezug auf diejenige der Zone 8 reduzierte Dicke. Diese Zone, die mit dem Bezugszeichen 12 in der Figur 2 gekennzeichnet ist, besitzt eine Dicke in der Größenordnung von 1 mm. Daraus resultiert, wie in der Figur 2 gezeigt ist, in der der Motorblock das Bezugszeichen 13, die Zylinderlaufbüchse das Bezugszeichen 14, der Brennraum das Bezugszeichen 15 und der Zylinderkopf das Bezugszeichen 16 trägt, daß der Bereich 12 des Kernbereiches zwischen dem Motorblock 13 und dem Zylidnerkopf 16 frei angeordnet ist dergestalt, daß er der zerstörenden Wirkung der sogenannten "Fretting Korrosion" nicht ausgesetzt ist.
Es ergibt sich ebenfalls aus der Figur 2, daß die Bänder 7 aus Elastomermaterial eine größere Dicke aufweisen als diejenige des Bereiches 12 des Zylinderkopfkernbereiches.
Um einen konstanten Kompressionsgrad des Elastomermaterials trotz der Verformungen des Zylinderkopfes zu erhalten, besitzt jedes Dichtungsband 7 über seinen Umfang gesehen eine variable Dicke, wobei diese Dicke in der Zone 7a, die sich dem Brennraum benachbart befindet, größer ist als in der dem Brennraum gegenüberliegenden Zone 7b.
Beispielsweise besitzt die Dicke der Zone 7a einen Wert von 0,67mm, während die Dicke der Zone 7b bei einem Wert von 0,60 mm liegt. Wie in der Figur 6 gezeigt ist, weist die Dichtung um jede zur Befestigung dienende Öffnung 4 ein Rillenrippensystem auf, wobei die Rippe 17 dem Motorblock zugewandt ist und wobei das System eine Verformungsmöglichkeit besitzt, um einen Überschuß an Druckbelastung aufzunehmen.
Wie sich aus dem bisher Gesagten ergibt, bringt die Erfindung eine erhebliche Verbesserung der bestehenden Technik dadurch, daß sie eine Zylinderkopfdichtung einfacher Bauart angibt, bei der die Dickenänderung durch einfache mechanische Bearbeitungsvorgänge erreicht werden kann, wie beispielsweise durch eine spanabhebende Formgebung unwoder durch einen Preßvorgang, wobei eine ausgezeichnete Abdichtung sowohl in Bezug auf Verbrennungsgase als auch in Bezug auf Kühlflüssigkeit und Schmiermittel erreicht wird, ohne das eine "fretting Korrosion" auftritt und wobei die Zylinderkopfdichtung eine ausgezeichnete Betriebssicherheit besitzt.
Darüber hinaus ist durch die Stmktur der Dichtung ein ökonomischer Betrieb möglich, da die Anzahl der Befestigungsspannschrauben verkleinert werden kann.

Claims

1. Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit einer Zylinderkopfdichtung pro Brennraum ausgestattet ist, beinhaltend einen metallischen Kernbereich, in dem eine erste mit dem Brennraum übereinstimmende Öffnung, wobei sich dieser Öffnung benachbart Dichtungsmittel befinden, sowie Öffnungen für den Durchfluß von Kühlflüssigkeit und von Schmiermittel, die von geschmeidigen aus Elastomermaterial bestehenden Dichtungsbändem eingefaßt sind, und Öffnungen für den Durchgang von Zylinderkopfschrauben ausgespart sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich (2) auf der einen Seite, am Rand des Brennraumes, eine Zone (8), deren Dicke (E), gemessen auf den Niveau des Randes des Brennraumes selbst in Abhängigkeit von der Position im Hinblick auf den Brennraum und auf die Befestigungsbereiche gesehen variabel ist, wobei diese Zone, die selbst einen Feuersteg bildet, ein umlaufendes Rillen/Rippensystem besitzt, dessen Rippe eine in Abhängigkeit von der Anordnung im Hinblick auf den Brennraum und im Hinblick auf die Anpreßzonen gesehen variable Dicke besitzt, und auf der anderen Seite Zonen (12), die die anderen Öffnungen (4, 5, 6) beinhalten, mit kleinerer Dicke als der kleinsten Dicke derjenigen Zone, die den Brennraum umgibt, aufweist, wobei sie in der Lage sind, zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock nach der Montage der Dichtung ohne Anlage frei zu sein.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (E) des Kernbereiches in derjenigen Zone (8), die den Brennraum umgibt, einen Wert zwischen 1,20 und 1,25 mm aufweist.

3. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (e) der Rippe (10) im Bereich von 0,15 und 0,30 mm liegt.

4. Zyiinderkopfdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dicke des Kernbereiches in derjenigen Zone (12), die die Öffnungen (4, 5, 6) für den Durchfluß der Flüssigkeiten zur Kühlung und Schmierung aufweist, den Wert von 1 mm aufweist.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, mit im wesentlichen rechtwinkliger Form, wobei in Längsrichtung gesehen in der Nähe der beiden Enden die Öffnungen für die Zylinderkopfanpreßschrauben und die Öffnungen für den Durchgang von Schmiermittel und Kühlflüssigkeit ausgespart sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (8) des Kernbereiches, die den Brennraum umgibt, in den Bereichen eine maximale Dicke besitzt, die nahe der Längsachse angeordnet sind, daß die Zone eine kleinste Dicke in denjenigen Teilbereichen, die in der Nähe einer Achse liegen, die von zwei Löchern für Anpreßschrauben und von der Mitte des Brennraumes gekreuzt werden und eine dazwischenliegende Dicke in denjenigen Teilbereichen aufweist, die in der Nähe der Querachse liegen.

6. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Rippe (10) in denjenigen Teilbereichen maximal ist, die nahe der Längsachse liegen, daß die Rippe eine mittlere Dicke in denjenigen Teilbereichen besitzt, die nahe der Querachse der Dichtung liegen und daß die Dicke am kleinsten in denjenigen Zonen ist, die in der Nähe eines Achse liegen, die von zwei Löchern für Zylinderkopfanpreßschrauben und durch die Mitte des Brennraumes geschnitten wird.

7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der geschmeidigen Dichtungsbänder (7), die die Durchflußöffnungen (5, 6) von Kühlflüssigkeit und Schmniermittel umgeben, über den Randbereich dieser Öffnungen gesehen variabel ist, wobei die Dicke an der zum Brennraum (15) hin gerichteten Seite dicker ist als an der entgegengesetzten Seite.

8. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwert der Dicke eines jeden Dichtungsbandes (7) an der zum Brennraum gerichteten Seite in der Größe von 0,67 und an der entgegengesetzten Seite in der Größe von 0,60 mm liegt.

9. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (4) für die Anpreßverschraubung von einem Rillen/Rippensystem (17) umgeben ist, das zur Absorbierung eines überschießenden Anpreßdruckes eine Verformungsmöglichkeit aufweist.