DE8521629U1 - Cylinder head gasket for internal combustion engines with pre-combustion chamber built into the cylinder head - Google Patents
Cylinder head gasket for internal combustion engines with pre-combustion chamber built into the cylinder headInfo
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Description
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Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit in den Zylinderkopf eingebauter VorverbrennungskammerCylinder head gasket for internal combustion engines with a pre-combustion chamber built into the cylinder head
Die Neuerung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit in den Zylinderkopf eingebauter Vorverbrennungskammer, die mit einem Teil ihrer Bodenflache auf der Zylinderkopfdichtung aufliegt.The innovation concerns a cylinder head gasket for internal combustion engines with a pre-combustion chamber built into the cylinder head, part of the base surface of which rests on the cylinder head gasket.
Zur besseren Durchmischung und damit zur besseren Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches ist es insbesondere bei Dieselmotoren bekannt, dem eigentlichen Hauptverbrennungsraum eine Vorverbrennungskammer, Nebenkammer, Wirbelkammer oder Ricardokammer vorzuschalten. Solche Kammern müssen aus hochtemperaturfesten Materialien, wie Metallen oder auch Sinterkeramik, wie bevorzugt aus gesintertem Siliziumnitrid, gefertigt werden, und sie sind als separates Bauteil in eine entsprechende Ausnehmung des Zylinderkopfes eingesetzt. Die eingesetzten Vorverbrennungskammern liegen mit einem Teil ihrer Bodenfläche auf der Zylinderkopfdichtung auf, so daß die Vorverbrennungskammer vor dem Herausfallen aus dem Zylinderkopf gehindert wird und eine Abdichtung des Hauptverbrennungsraumes erfolgt.For better mixing and thus better combustion of the fuel-air mixture, it is known, particularly in diesel engines, to install a pre-combustion chamber, secondary chamber, swirl chamber or Ricardo chamber upstream of the actual main combustion chamber. Such chambers must be made of high-temperature-resistant materials such as metals or sintered ceramics, preferably sintered silicon nitride, and they are inserted as a separate component in a corresponding recess in the cylinder head. The pre-combustion chambers used rest with part of their base surface on the cylinder head gasket, so that the pre-combustion chamber is prevented from falling out of the cylinder head and the main combustion chamber is sealed.
Während des motorischen Betriebes erfolgt in der Vorverbrennungskammer eine starke Wärmeentwicklung, und die BodenflHche der Kassner wird entsprechend stark aufgeheizt* DieDuring engine operation, a strong heat development occurs in the pre-combustion chamber, and the floor surface of the Kassner is heated up accordingly* The
Zylinderkopfdichtung muß daher im Auflagebereich der Kammer besonders geschützt werden.The cylinder head gasket must therefore be particularly protected in the area where it rests on the chamber.
Nach der DE-PS 28 56 186 werden daher beispielsweise die Schenkel der metallischen Einfassungsbleche im Bereich derAccording to DE-PS 28 56 186, for example, the legs of the metal edging sheets in the area of the
Nach beispielsweise der DE-PS 30 111 216 sind in der Zylinderkopfdichtung am Brennraumrand Aussparungen vorgesehen, so daß die Vorverbrennungskansner lediglich mit einer äußeren und weniger erhitzten Randzone auf der Zylinderkopfdichtung auf der metallischen Einfassung aufliegt.According to DE-PS 30 111 216, for example, recesses are provided in the cylinder head gasket at the edge of the combustion chamber, so that the pre-combustion chamber rests on the metal frame only with an outer and less heated edge zone on the cylinder head gasket.
Nach der US-PS 4.311.318 und der US-PS 4.400.000 umgibt den Brennraumrand ein metallischer Feuerring, der mit einer Einfassung an der Dichtung befestigt ist. Der Bereich der Bodenfläche der Vorverbrennungskammer ist in der Dichtungsplatte ausgespart, so daß die Vorverbrennungskammer mit der Bodenfläche in einer Randzone auf der Zylinderkopfdichtung und auf dem Feuerring aufliegt.According to US-PS 4,311,318 and US-PS 4,400,000, the edge of the combustion chamber is surrounded by a metal fire ring which is attached to the gasket with a frame. The area of the bottom surface of the pre-combustion chamber is recessed in the gasket plate so that the pre-combustion chamber rests with its bottom surface in an edge zone on the cylinder head gasket and on the fire ring.
Die Abdichtung der Vorverbrennungskammern bereitet jedoch häufig Probleme. So können die auf den Einfassungsschenkeln beziehungsweise den lappen Formigen Verbreiterungen der Einfassungsschenkel aufliegenden, stark erhitzten Vorverbrennungskannnern durch thermische Ausdehnungskräfte^di Einfassungen überbeanspruchen, und es kommt zu eines Dichtpressungsabfall mit nachfolgenden Gasleckagen. Insbesondere bei Verwendung von Vorverbrennungskammern aus modernen keramischen Werkstoffen ist wegen der gegenüberHowever, the sealing of the pre-combustion chambers often causes problems. For example, the highly heated pre-combustion chambers resting on the edging legs or the lobed widenings of the edging legs can overstress the edgings due to thermal expansion forces, and this leads to a drop in sealing pressure with subsequent gas leaks. In particular, when using pre-combustion chambers made of modern ceramic materials, due to the
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metallischen Vorverbrennungskammern weiter gestiegenen Temperaturen die Abdichtung noch schwieriger zu beherrschen.The further increased temperatures in metallic pre-combustion chambers make sealing even more difficult to control.
Zusätzlich sind keramische Vorverbrennungskanmern relativ spröde und zerbrechlich. Bei zu hohen Dichtpressungsdrticken besteht dann die Gefahr von Kammerbruchen, so daß mit ungewöhnlich geringen Dichtpressungsdrlicken abgedichtet werden muß.In addition, ceramic pre-combustion chambers are relatively brittle and fragile. If the sealing pressure is too high, there is a risk of chamber rupture, so that sealing must be carried out with unusually low sealing pressures.
Bei Zylinderkopf dichtungen, bei denen der Brennraumrand im Bereich der aufliegenden Vorverbrennungskammer Aussparungen besitzt, ist zugleich ein schädlicher freier Raum zum Brennraum entstanden.In the case of cylinder head gaskets in which the edge of the combustion chamber has recesses in the area of the pre-combustion chamber, a harmful free space to the combustion chamber has also been created.
Der vorliegenden Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit in den Zylinderkopf eingebauter, insbesondere keramischer Vorverbrennungskammer zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind.The present innovation is therefore based on the task of creating a cylinder head gasket for internal combustion engines with a pre-combustion chamber, in particular a ceramic one, built into the cylinder head, in which the disadvantages outlined are eliminated.
Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zylinderkopfdichtung gelöst, deren Bereich entsprechend der aufliegenden Vorverbrennungskammer ganz oder teilweise aus einem hochtemperaturbeständigen Material gebildet ist. According to the innovation, this task is solved by a cylinder head gasket, the area of which is made entirely or partially from a high-temperature-resistant material, corresponding to the pre-combustion chamber.
Bevorzugt besteht der Auflagebereich für die Vorverbrennungskammer aus einem hoch temperaturbeständigen Material mit guter plastischer Verformungsfähigkeit und gutem Warmsetzverhalten, und das Material ist in die entsprechende Ausnehmung der Dichtung am Öffnungsrand als segmentrormigePreferably, the support area for the pre-combustion chamber consists of a high temperature-resistant material with good plastic deformation capacity and good heat setting behavior, and the material is inserted into the corresponding recess of the seal at the opening edge as a segment-shaped
Platte von etwa der Dicke der Dichtung eingesetzt..Die . verwendeten Materialien bestehen bevorzugt aus expandierten Foliengraphit mit oder ohne Trägerblech, weich geglüht«· Kupferblech oder einem hochtemperaturbeständigen Faservlies auf Keramikfaserbasis.A plate of approximately the thickness of the seal is used. The materials used preferably consist of expanded foil graphite with or without a carrier sheet, soft-annealed copper sheet or a high-temperature-resistant fiber fleece based on ceramic fibers.
'Die Vorverbrennungskammer liegt jetzt mit ihrer Bodenfläche auf dem eingelegten Material teilweise auf und wird wirkungsvoll vor dem Herausfallen aus dem Zylinderkopf geschützt. Gleichzeitig erfolgt zwischen der Bodenfläche der Kammer und dem Auflagematerial aufgrund dessen leichter plastischer Verformbarkeit eine optimale Abdichtung schon bei außergewöhnlich geringen Dichtpressungsdrücken. Keramische Vorverbreitnungskammern sind so vor einem Zerbrechen während des Einbaues wirkungsvoll geschützt.'The pre-combustion chamber now rests with its base surface partially on the inserted material and is effectively protected from falling out of the cylinder head. At the same time, an optimal seal is created between the base surface of the chamber and the support material due to its easy plastic deformability, even at exceptionally low sealing pressures. Ceramic pre-proliferation chambers are thus effectively protected from breaking during installation.
Im Sinne der Neuerung ist es jedoch auch möglich, die Auflagefläche der Vorverbrennungskammer auf der Zylinderkopfdichtung auf eine äußere und damit weniger stark erhitzte schmale Randzone der Zylinderkopfdichtung zu beschränken. Die entsprechende Flache am Brennraumrand der Zylinderkopfdichtung ist dann ausgespart und mit einem plattenförmigen Element aus hochtemperaturbeständigem Material, wie aus einer hochwarmfesten Stahl- oder Nickellegierung aus Keramik, gekapseltem Graphit oder dergleichen ausgefüllt. Das plattenförmige Element selbst bildet dann keine Auflage für die Kammer und übernimmt allenfalls die Funktion einer Labyrinthdichtung. Das Vorlageelement ist bevorzugt mit dem DichtungsrandIn the spirit of the innovation, it is also possible to limit the support surface of the pre-combustion chamber on the cylinder head gasket to an outer and therefore less heated narrow edge zone of the cylinder head gasket. The corresponding area on the combustion chamber edge of the cylinder head gasket is then left out and filled with a plate-shaped element made of high-temperature-resistant material, such as a high-temperature-resistant steel or nickel alloy made of ceramic, encapsulated graphite or the like. The plate-shaped element itself then does not form a support for the chamber and at most takes on the function of a labyrinth seal. The support element is preferably connected to the sealing edge
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formschlüssig in Aussparungen der Dichtung durch Kleben, Löten, Punktschweißen oder durch Einbördeln befestigt.Form-fittingly secured in recesses of the seal by gluing, soldering, spot welding or flanging.
Im Sinne der Neuerung ist. es auch möglich, das Vorlageelement durch eine entsprechende Gestaltung der Vorverbrennungekannter zu ersetzen. Die Bodenfläche der Kammer ist dann so verbreitert, daß sie den Raum zwischen Auflage der Kammer auf der Dichtung und dem Brennraumrand ausfüllt, ohne jedoch abdichtend auf der Fläche des Motorblockes aufzuliegen.In the spirit of innovation, it is also possible to replace the template element with a corresponding design of the pre-combustion chamber. The bottom surface of the chamber is then widened so that it fills the space between the chamber resting on the gasket and the edge of the combustion chamber, but without resting sealingly on the surface of the engine block.
Im Sinne der Neuerung kann ferner die Auflage der Kammer auf der Dichtung aus einem radialen Vorsprung bestehen, zwischen radialem Vorsprung und Auflagefläche der Dichtung kann ein zusätzlicher Dichtungsring angeordnet sein.In accordance with the innovation, the support of the chamber on the seal can also consist of a radial projection, and an additional sealing ring can be arranged between the radial projection and the support surface of the seal.
Durch die Neuerung ist somit eine Zylinderkopfdichtung geschaffen, bei der die überhitzung der aus der Einfassung gebildeten Auflage für die Vorverbrennungskannner und somit ein Undichtwerden durch thermische Auedehnungen verhindert werden. Vor allem dann, wenn die Auflage für die Kammer aus plastisch leicht verformbarem Material gebildet ist, kann mit geringem Dichtpresdungsdruck und damit ohne Gefahr des Zerbrechens einer kernmischen Kammer optimal abgedichtet werden. Der schädlich« Totraum zwischen Brennraumöffnung und Dichtungsrand ist zugleich durch die Vorlageplatte ausgefüllt.The innovation has created a cylinder head gasket that prevents overheating of the support for the pre-combustion chamber, which is formed from the frame, and thus prevents leaks due to thermal expansion. In particular, if the support for the chamber is made of a plastically easily deformable material, optimal sealing can be achieved with low sealing pressure and thus without the risk of a nuclear chamber breaking. The harmful dead space between the combustion chamber opening and the sealing edge is also filled by the template plate.
Die Neuerung wird anhand der Abbildungen näher erläutert, und zwar zeigen:The innovation is explained in more detail using the following illustrations:
Φ* »··· ft · Il ···<· t I IIIΦ* »··· ft · Il ···<· t I III
Figur 1 den Querschnitt durch eine zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf eingebauteFigure 1 shows the cross section of a cylinder block and cylinder head
&ngr; Material aufliegender Vorverbrennungskammer&ngr; Material of the pre-combustion chamber
hochtemperaturfesten Auflage für diehigh temperature resistant pad for the
In Figur 1 ist 1 die Zylinderkopfdichtung, welche zwischen Zylinderkopf .2 und Motorblock 3 eingebaut ist. Die in den Zylinderkopf 2 eingebaute Vorverbrennungskammer 4 liegt auf der Vorlage 5 abdichtend auf. Die Vorlage 5 besteht aus metallisch verstärktem Material aus expandiertem Graphit und ist von einem Einfassungeblech 6 überdeckt.In Figure 1, 1 is the cylinder head gasket, which is installed between the cylinder head 2 and the engine block 3. The pre-combustion chamber 4 installed in the cylinder head 2 rests on the template 5 in a sealing manner. The template 5 consists of metal-reinforced material made of expanded graphite and is covered by a frame plate 6.
Die Figur 2 zeigt den Brennraumrand 7 der Zylinderkopfdichtung 1 im Bereich der aufliegenden Vorverbrennungskammer 4. Der metallische Einfassaungsschenkel 8 am Brennraumrand 7 ist im Bereich der aufliegenden Vorverbrennungskammer lappenartig 9 erweitert und befestigt die darunterliegende Vorlage 5 aus expandiertem Graphit an der Dichtung 1.Figure 2 shows the combustion chamber edge 7 of the cylinder head gasket 1 in the area of the pre-combustion chamber 4. The metallic edging leg 8 on the combustion chamber edge 7 is extended in the area of the pre-combustion chamber like a flap 9 and attaches the underlying template 5 made of expanded graphite to the gasket 1.
Im Aufsichtsbild der Figur 3 ist der Saum 12 zwischen Brennraum 10 und Einfassung 11 ausgespart, und der Raum 12 ist mit einem hoch temperaturfes ten Vor1altmaterial 14 ausgefüllt. Die am umfang der Einfassung 11 verteilten Aussparungen 13 dienen der Befestigung der Vorlage 14.In the top view of Figure 3, the seam 12 between the combustion chamber 10 and the surround 11 is recessed, and the space 12 is filled with a high temperature-resistant pre-waste material 14. The recesses 13 distributed around the circumference of the surround 11 serve to attach the template 14.
Im Querschnittsbild der Figur 4 in der Schnittlinie IV-IV der Figur 3 liegt die Vorverbrennungskammer 4 mit einem radialen Vorsprung 15 auf der Einfassung 11 auf. Zwischen Einfassung und Vorsprung 15 ist die Vorlage 14 angeordnet, welche jedoch keine Abdichtung zur Vorverbrennungskammer 4 bildet. Die Vorlage 14 ist in der Aussparung 13 mit der Dichtung 1 formschlüssig verbunden.In the cross-sectional image of Figure 4 in the section line IV-IV of Figure 3, the pre-combustion chamber 4 rests on the frame 11 with a radial projection 15. The template 14 is arranged between the frame and the projection 15, but does not form a seal to the pre-combustion chamber 4. The template 14 is positively connected to the seal 1 in the recess 13.
Im Querschnittsbild der Figur 5 ist das hochtemperaturfeete Vorlagematerial 16 durch Punktschweißen 17 mit der Einfassung 18 der Dichtung 1 verbunden.In the cross-sectional image of Figure 5, the high-temperature template material 16 is connected to the frame 18 of the seal 1 by spot welding 17.
In Figur 6 bildet die Einfassung IS der Dichtung 1 einen Vorsprung 20, mit welchem die Vorlage 21 aus hochwarmfestem Material durch Punktschweißen 17 verbunden ist.In Figure 6, the frame IS of the seal 1 forms a projection 20 to which the template 21 made of high-temperature resistant material is connected by spot welding 17.
In Figur 7 ist das Vorlageelement 22 an der Dichtung 1 mit einem Einfassungslappen 23 befestigt.In Figure 7, the template element 22 is attached to the seal 1 with a mounting tab 23.
In Figur 8 ist der Boden der Vorverbrennungskaimner 4 verdickt und bildet die Vorlage 24 vor der Dichtung 1. Die Vorverbrennungskanraer 4 liegt mit einem radialen Vorsprung 15 abdichtend auf der Einfassung 26 auf.In Figure 8, the bottom of the pre-combustion chamber 4 is thickened and forms the template 24 in front of the seal 1. The pre-combustion chamber 4 rests sealingly on the frame 26 with a radial projection 15.
In Figur 9 ist zwischen Zylinderkopf 2 und Wirbelkammerfuß 24' ein Stahlring 25 angeordnet, der auf df?r Einfassung 26 der Dichtung 1 aufliegt.In Figure 9, a steel ring 25 is arranged between the cylinder head 2 and the swirl chamber base 24', which rests on the frame 26 of the seal 1.
Claims (9)
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1985
- 1985-07-26 DE DE19858521629 patent/DE8521629U1/en not_active Expired
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