KR100240136B1 - 금속 실린더 헤드 가스킷 - Google Patents

금속 실린더 헤드 가스킷 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 연소 공간에 상응하여 차례로 배치된 복수개의 개구(3)를 구비한 두 개의 편평한 커버판(1); 상기한 개구의 가장자리로부터 거리를 두고 배치되고, 각각의 개구(3) 주위로 연장하는 하나의 비드(4); 상기한 비드(4)에 대해 중심이 같게 배치되고, 연소 공간의 외방 확장부로서 작용하며, 비드(4)용 변형 제한기로서 제공되는 환상의 외방 확장부; 및 상기한 비드(4)를 지지하는 편평한 지지판(2)을 포함하는 금속 실린더 헤드 가스킷으로서, 상기한 각각의 외방 확장부는, 상기한 지지판(2)에서 커버판(1)의 비드(4)로부터 내부 영역으로 개구의 가장자리에 인접하게 배치되는 사다리꼴 형상을 하고 있는 비드(6)에 의해, 또한 상기한 사다리꼴 형상의 비드를 덮기 위해 사다리꼴 형상의 비드(6)의 오목 측면 상에 배치되는 링(7)에 의해 형성되는 내연 기관용 금속 실린더 헤드 가스킷에 관한 것이다. 상기에서, 각각의 외방 확장부는 커버판(1)의 비드(4)로부터 내부 영역으로 개구의 가장자리에 인접하여 배치된 지지판(2)에서 사다리꼴 형상인 비드(6)에 의해, 또한 사다리꼴 형상의 비드를 덮기 위해 필수 사다리꼴 비드(6)의 오목 측면 상에 배치된 링(7)에 의해 형성된다.

Description

금속 실린더 헤드 가스킷{Metallic Cylinder Head Gasket}
본 발명은 금속 실린더 헤드 가스킷에 관한 것이다.
EP 0 306 766 C1 및 EP 0 230 804 C1에서는 기능판으로서 적어도 하나의 비드된(beaded) 커버판(cover plate)과 함께 지지판이 제공된 내연 기관(internal combustion engine)용 금속 실린더 헤드 가스킷이 제시되어 있다. 내연 기관의 실린더 헤드(cylinder head)와 실린더 블록 사이의 실링 갭(sealing gap)은 각 실린더의 연소 사이클의 기능으로서 작용하는 동안 변화하므로, 가스킷은 압력이 연속적으로 변화하며, 만족할만한 밀봉을 유지하기 위해 영구 탄성을 가져야 한다.
상기한 참조문헌에서, 상기한 밀봉은 연소 공간을 따라서 실린더 헤드 가스킷의 외방 연장부 및 이 외방 연장부 뒤에 위치된 비드에 의해서 이루어진다. 상기한 비드는 탄성 요소로 작용하여, 실린더 블록에 관해서 점화 압력의 결과로서 발생하는 실린더 헤드의 수직 이동이 이루어진다. 한편, 최대 부하(loading)의 비드의 경우에서는 받아들이기 어려운 정도의 대량의 변형이 발생되지 않아야 하는데, 이에 반해, 부하로부터의 경감은 완수되지 않고, 오히려 발생하는 최대 연소-공간 압력에서 최소의 변형에 필요한 밀봉을 확보하는 정도로만 발생됨이 틀림없다. 상기한 비드의 작업 범위는 변형의 두 극점들 사이에 있다.
비드의 작용을 확실히 하기 위해서는, 가스킷이 설치된 경우, 또는 작용 상태에 있는 경우에, 비드는 완전히 변형되지 않아야 된다. 일정한 두께를 가지고 있으며, 동시에 연소 공간을 따라 가스킷을 외방 연장부쪽으로 연장하도록 작용하는 변형 제한기(deformation limiter)에 의해 인지된 가스킷에서는 가스킷의 평면에 대해 수직 방향으로 받아들이기 어려운 정도의 대량의 비드 변형이 방지된다.
그러나, 비교적 새롭고, 중량-절감 디자인의 고전력 내연 기관에서 상기한 실린더 헤드 가스킷의 실링이 항상 충분한 것은 아니라는 것이 명백하다. 이것의 원인은 내연 기관의 구성성분들의 강성(rigidity)의 정도의 차이로 인한 것이 확실하며, 이의 결과로 비드에 관해 연소 공간의 주위를 따른 세기의 다른 분포력의 차이가 가스킷의 설치 상태에서 발생한다. 실린더 헤드가 실린더 블록에 고정되는 스크루(screw) 영역에서는, 높은 응력(應力)이 발생하여 점화 압력 하에서 비드가 변형 제한기에 의해 결정되는 수용 가능한 최대 변형의 위치로부터 단지 작은 탄성 연장의 정도를 경험할 수 있다. 이에 반해, 응력이 좀 더 작은 스크루 사이의 영역에서는, 비드가 비교적 낮은 변형의 정도로 큰 탄성 연장을 경험할 수 있다.
변형 제한기에서 비드된 작용 위치(커버판)의 작은 지지면에 의한 결과로, 변형 제한기의 영역은 감소되거나 변형 제한기의 영역에서 실린더 내부로 만입되어진다. 그러나, 이 결과, 상기한 비드의 작업 범위의 극점은 변경되어 최대로 수용 가능한 비드의 변형은 초과될 수 있다. 이것으로 비드 영역에서 분열이 된다.
열팽창 계수가 다른 재료들(예를 들어, 경량의 합금 헤드로 된 회색의 주형 블록)을 실린더 헤드 및 실린더 블록용으로 선택하는 경우, 비드는 또한 가스킷의 평면 방향으로 부가적으로 응력이 가해진다.
본 발명의 목적은 금속 실린더 헤드 가스킷을 제공하는 것이며, 최대로 수용할 수 있는 비드의 변형이 비교적 오랜 작동 동안에도 초과되지 않는 가스킷을 제공하는 것이다.
여기서, 각각의 외방 확장부는, 커버판의 비드로부터 내부에 위치된 영역으로 개구의 가장자리에 인접하게 배치되어 있으며, 지지판에서 사다리꼴 형상을 하고 있는 비드에 의해서, 또한, 상기 비드에 대해서 거울-대칭인 부가적인 지지판의 상응하는 비드 또는 상기 비드를 덮기 위해 사다리꼴 형상을 하고 있는 비드의 오목 측면 상에 배치된 링, 둘 중 하나에 의해서 형성된다. 이러한 방법으로, 지지판의 재료에 의존하여, 연소 공간의 주변에 걸쳐 압력 분포가 평형으로 되게 하는 두 가지 형태인 탄성적으로 또는 가소성있게 변형 가능한 변형 제한기는 커버판의 비드에 형성될 수 있다.
압력 분포의 평형으로, 실린더 헤드 스크루의 영역에서 압력이 최대 설계치로 제한되고, 실린더 헤드 스크루들 사이의 영역에서 비교적 낮은 압력이 강하되는 수단이 야기된다. 상기 두 가지 일은 탄성적으로 또는 가소성있게 변형 가능한 사다리꼴 비드를 제공함으로써 달성되어, 실린더 헤드 가스킷이 실장되는 경우, 이 비드의 상응하는 부분적인 변형은 최대 설계 압력값에 도달될 때에 실린더 헤드 스크루 영역에서 발생된다. 이러한 방법으로, 실린더 헤드 가스킷은 강성 및 세기 상태를 자동적으로 조정하고, 또한, 압력 제한에 의해 감소되는 높은 성분의 강성 영역인 실린더 헤드에서 만입의 위험을 발생시킨다. 하부 성분 강성의 영역에서, 실린더 헤드 가스킷을 죄는 구성성분들에서 비교적 다량의 변형이 발생하여, 그 결과, 압력이 증가된다.
압력 분포의 평형은 시험된 진동 마찰 사용에 대해 또한 이점이 있다. 상당한 마찰 계수와 함께, 더 높은 압력으로 실린더 헤드 가스킷의 수평 동력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 하기의 설명으로 구별되어 나타날 수 있다.
본 발명은 첨부의 도시된 도면들을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다.
도 1 및 도 2는 실린더 헤드 가스킷의 다른 양태 단면의 세부 개략도이다.
＜도면의 주요 부호에 대한 설명＞
1 : 커버판 2 : 지지판
3 : 개구 4 : 반구형 비드
5 : 일직선의 평면 부분 6 : 사다리꼴 형상의 비드
7 : 링
도 1에 도시된 다층 실린더 헤드 가스킷은 작용층으로서의 두 개의 커버판(1) 및 지지판(2)을 포함한다. 상기한 가스킷, 즉, 커버판(1) 및 지지판(2)은 같은 열에서 차례로 배치된 개구(3)가 함께 제공되고, 내연 기관에 관련된 연소 공간에 대응한다(또한, 도시되지 않은 냉각수 및 냉각유용 관통-구멍과 함께 내연 기관의 실린더 헤드 및 실린더 블록을 죄기 위해 사용된 스크루용 관통-구멍).
통상적으로 탄성 강철로 제조되고 평면인 커버판(1)에는 반구형(半球形)의 비드(4)가 형성되며, 상기한 비드는, 조인 상태에서, 지지판(2)과 함께 각 경우에서의 주변 실링 라인(sealing line)을 형성하고, 각 개구(3)의 가장자리 영역에서 일직선의 판부분(plate section: 5)을 떠나 간격을 두고 배치되어 있으며, 지지판(2) 쪽으로 향해 있다.
평면인 지지판(2)은 개구(3) 주위를 이동하는 사다리꼴 형상의 비드(6)를 구비하고 각각의 개구(3)에 인접하게 제공되며, 개구(3) 주위를 이동하는 비드(4)에 의해 형성된 영역의 개구(3)에 대해 내부에서 방사상으로 위치된다.
지지판(2)이 예를 들어, 탄성 강철로 구성된 경우, 상기한 비드(6)는 탄성적으로 변형 가능하지만, 상기한 지지판(2)이 예를 들어, St2 강철 등으로 구성된 경우에는 상기한 비드(6)는 필수적으로 가소성있게 변형 가능하다.
사다리꼴 형상의 비드(6)는 주변 방향으로 가변 가능한 높이; 가변 가능한 폭; 가변 가능한 높이 및 가변 가능한 폭을 이루어 고안될 수 있다.
또한, 시트 재료로 제조된 링(7)이 제공되며, 상기한 링(7)은 사다리꼴 비드를 덮기 위해 사다리꼴 형상의 비드(6)의 오목 측면에 배치된다. 링(7)은 인접한 커버판(1)의 일직선의 판 부분(5), 즉 링(7)에 인접한 커버판(1)의 비드(4)에 의해 필수적으로 커버되는 영역에 제한되고, 지지판(2) 상에서 또한 지지된다. 상기한 링(7)의 두께가 필수적으로 사다리꼴 비드(6)의 높이에 상응하는 경우, 변형 제한기가 커버판(1) 사이에서 필수적으로 중심에 배치되는 것이 편리하다.
링(7)은 예를 들어, 스폿 용접(spot welding), 접착 본딩 등에 의해 유리하게 지지판(2)에 부착된다.
따라서, 커버판(1)의 서로 대면하는 각각의 비드(4) 보호용 각각의 변형 제한기는 지지판(2)의 사다리꼴 비드(6) 및 오목 측면 상의 상기한 비드(6)를 커버하는 링(7)에 의해 형성된다.
적절한 경우, 이 실린더 헤드 가스킷은 또한 링(7)과 함께 두 개의 층, 즉, 커버판(1) 및 지지판(2)으로 사용될 수 있다.
도 2에서 도시된 양태에서, 두 개의 지지판(2)은 사다리꼴 형상의 비드(6)로 각각 제공되고 각각에 관해 거울-대칭으로 배치되어 제공된다. 이 배치는 실린더 헤드와 실린더 블록 사이에서 실링 갭을 크게 한다. 또한, 상기한 비드(6)는 탄성적으로 또는 가소성있게 변형 가능하도록, 주변 방향으로 가변 가능한 높이; 가변 가능한 폭; 가변 가능한 높이 및 가변 가능한 폭으로 고안될 수 있다. 적절한 경우, 두 개의 지지판(2) 사이에는 부가의 판이 배치될 수 있다.
커버판(1) 및 적절한 경우에는 지지판(2)와 링(7)의 표면은 마이크로실(microseal)의 형성을 확실히 하기 위해 조도(roughness)에 대략 상응하는 두께로, 통상적으로 얇은 엘라스토머 코팅(elastomer coating)으로 제공되어진다.
압력 분포의 평형으로 실린더 헤드 스크루의 영역에서 압력이 최대 설계치로 제한되고, 실린더 헤드 스크루 사이의 영역에서 비교적 낮은 압력이 강하되는 수단이 야기된다. 이것의 둘은 탄성적으로 또는 가소성있게 변형 가능한 사다리꼴 비드를 제공함으로써 달성되며, 실린더 헤드 가스킷이 실장되는 경우, 이 비드의 대응하는 일부 변형은 최대 설계 압력값에 도달되는 경우의 실린더 헤드 가스킷 영역에서 발생된다. 이러한 방법으로, 실린더 헤드 가스킷은 강성 및 세기 상태를 자동적으로 조정하고, 또한, 제한된 압력에 의해 감소되는 높은 성분의 강성 영역인 실린더 헤드에서 만입의 위험을 발생시킨다. 하부 성분 강성의 영역에서, 실린더 헤드 가스킷을 죄는 비교적 다량의 성분 변형이 발생하여, 그 결과, 압력이 증가된다.
압력 분포의 평형은 시험된 진동 마찰 사용에 대해 또한 이점이 있다. 상당한 마찰 계수와 함께, 더 높은 압력으로 실린더 헤드 가스킷의 수평 동력을 감소시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 내연 기관의 연소 공간에 상응하고 차례로 배치된 복수개의 개구(3)를 구비한 두 개의 편평한 커버판(1);
    상기한 개구의 가장자리로부터 거리를 두고 배치되고 각각의 상기한 개구(3)의 주위로 연장하는 하나의 비드(4);
    상기한 비드(4)에 대해 중심이 같게 배치되고, 연소 공간의 외방 확장부로서 작용하며, 비드(4)용 변형 제한기로서 제공되는 환상의 외방 확장부; 및
    상기한 비드(4)를 지지하는 편평한 지지판(2)을 포함하는 금속 실린더 헤드 가스킷으로서,
    상기한 각각의 외방 확장부는, 상기한 지지판(2)에서 상기한 커버판(1)의 비드(4)로부터 내부 영역으로 상기한 개구의 가장자리에 인접하게 배치되는 사다리꼴 형상을 하고 있는 비드(6)에 의해, 또한 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)를 덮기 위해 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)의 오목 측면 상에 배치되는 링(7)에 의해 형성됨을 특징으로 하는 내연 기관용 금속 실린더 헤드 가스킷.
  2. 내연 기관의 연소 공간에 대응하여 차례로 배치된 복수개의 개구(3)를 구비한 두 개의 편평한 커버판(1);
    상기한 개구의 가장자리로부터 거리를 두고 배치되고, 각각의 상기한 개구(3)의 주위로 연장하는 하나의 비드(4);
    상기한 비드(4)에 대해 중심이 같게 배치되고, 연소 공간의 외방 확장부로서 작용하며, 비드(4)용 변형 제한기로서 제공되는 환상의 외방 확장부; 및
    상기한 비드(4)를 지지하는 두 개의 편평한 지지판(2')을 포함하는 금속 실린더 헤드 가스킷으로서,
    상기한 각각의 외방 확장부는, 상기한 지지판(2')에서 상기한 커버판(1)의 비드(4)로부터 내부 영역으로 상기한 개구의 가장자리에 인접하게 배치되는 사다리꼴 형상을 하고 있는 비드(6)에 의해 형성되며,
    상기한 지지판들(2')이 거울-대칭으로 배열됨을 특징으로 하는 내연 기관용 금속 실린더 헤드 가스킷.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 탄성적으로 변형될 수 있음을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  4. 제 1항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 가소성있게 변형될 수 있음을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  5. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 링(7)의 두께는 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)의 높이에 상응함을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  6. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 외주 방향으로 가변 가능한 높이; 가변 가능한 폭; 가변 가능한 높이 및 가변 가능한 폭으로 설계됨을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  7. 제 2항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 탄성적으로 변형될 수 있음을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  8. 제 2항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 가소성있게 변형될 수 있음을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
  9. 제 2항, 제 7항 및 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 사다리꼴 형상의 비드(6)는 외주 방향으로 가변 가능한 높이; 가변 가능한 폭; 가변 가능한 높이 및 가변 가능한 폭으로 설계됨을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 가스킷.
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