KR102004574B1

KR102004574B1 - 금속 가스킷

Info

Publication number: KR102004574B1
Application number: KR1020147035253A
Authority: KR
Inventors: 타카시 오카노; 스티븐 혼칼라; 휴버트 쾰러
Original assignee: 테네코 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2019-07-26
Also published as: EP2855983A1; JP2015523511A; KR20150016566A; US9644741B2; WO2013180877A1; CN104395652B; US20130320630A1; EP2855983B1; CN104395652A; JP6246797B2

Abstract

적어도 하나의 개구가 밀봉되도록 둘러싸는 인보드 에지 및 상기 개구로부터 방사상으로 이격되어 배치되는 아웃보드 영역을 각각 구비하는 제1 가스킷 층 및 제2 가스킷 층을 포함하는 가스킷 조립체가 개시된다. 상기 가스킷 층은 상기 인보드 에지와 상기 아웃보드 영역 사이에 상기 가스킷 층 중 적어도 하나를 따라 적어도 하나의 실링 비드를 포함한다. 상기 가스킷 층 사이에 스토퍼 층이 배치되는데, 이 스토퍼 층은 부착 조인트에서 상기 제1 가스킷 층의 상기 아웃보드 영역에 부착ㄷ되며 상기 부착 조인트로부터 상기 인보드 에지로 연장된다. 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 실링 물질의 코팅이 적용된다. 상기 코팅은 상기 제1 가스킷 층에 의해 형성되는 상기 개구를 바로 둘러싸는 접촉 영역을 보유하도록 부착 조인트로부터 상기 제1 가스킷 층의 상기 인보드 에지로부터 연장된다. 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 가스 누출과 금속 대 금속 접촉을 방지하기 위해 상기 제1 가스킷 층 및 상기 스토퍼 층이 상기 코팅과 연속하여 직접 접촉한다.

Description

금속 가스킷 {METAL GASKET}

본 출원은 전체가 참조로 여기 병합되는 2012년 6월 1일자로 출원된 미국특허 가출원번호 제 61/654,435호를 우선권으로 주장한다.

본 발명은 대체로 내연 기관에 사용하기 위한 다층 가스킷에 관한 것이다.

다층 스틸 가스킷은 연소 가스, 냉각수, 윤활유 등의 누출을 방지하기 위해 내연 기관과 같은 기계적 시스템 또는 장치의 2개의 짝맞춤 부품 사이에 밀봉을 형성하는데 통상적으로 사용된다. 공통의 적용분야는 엔진 블록과 실린더 헤드 사이와 엔진 블록과 매니폴드 사이에 다층 스틸 가스킷 조립체를 배치시는 것을 포함한다. 실린더 헤드 가스킷은 밀봉 오일 및 냉각체 통로 뿐만 아니라 실린더 보어 내부의 고압 연소 가스를 밀봉하도록 엔진의 실린더 보어 둘레로 통상 연장된다. 배출 매니폴드 가스킷은 통상 배출 시스템 안으로 유동하는 고온 배출 가스를 밀봉하도록 엔진의 배출 포트 둘레로 연장된다. 일단 설치되면, 다층 스틸 가스킷 조립체는 엔진 부품들의 볼트 결합된 연결부로부터의 하중을 견디며 이들 사이에 적절한 밀봉을 제공하도록 이 하중에 의존한다.

이러한 종래 기술의 다층 스틸 가스킷은 제1 가스킷 층 및 제2 가스킷 층을 포함하여 서로에 대해 적층되는 복수의 스틸 가스킷 층을 통상 구비한다. 제1 가스킷 층 및 제2 가스킷 층 각각은 밀봉되는 적어도 하나의 개구를 형성하는 인보드 에지(inboard edge)를 각각 구비한다. 각각의 가스킷 층은 또한 개구로부터 방사상으로 이격되는 아웃보드 영역(outboard region)을 더 구비한다. 실린더 헤드 가스킷 분야에서, 개구는 통상 내연 기관의 실린더 보어에 대응한다. 대안으로, 배출 매니폴드 가스킷 분야에서, 개구는 통상 내연 기관의 배출 포트에 대응한다. 가스킷 층은 보다 큰 밀봉 성능에 대해 증가된 가스킷 두께를 제공하기 위해 인보드 에지와 아웃보드 영역 사이에 적어도 하나의 실링 비드(sealing bead)를 형성한다. 통상적으로, 실링 비드는 각각의 개구 둘레로 환형으로 연장된다.

다른 종래 기술의 다층 스틸 가스킷은 가스킷 층들 사이에 배치되는 스토퍼 층을 더 포함한다. 우메하라(Umehara)의 미국특허출원번호 제 11/812,113호에 따르면, 스토퍼 층은 용접 조인트에서 제1 가스킷 층의 아웃보드 영역에 용접될 수 있다. 케슬리 등에 허여된 미국특허 제 5,277,434호에 따르면, 스토퍼 층은 가스킷 층의 아웃보드 영역으로부터 가스킷 층의 인보드 에지로 연장될 수 있다. 밀봉 물질의 적어도 하나의 코팅이 가스킷 층들 사이에 제공되어, 이 코팅이 복수의 가스킷 층과 실질적으로 동일 공간으로 걸쳐있다. 코팅의 존재에도 불구하고, 가스킷 층과 스토퍼 층 사이에 작은 연소 가스 누출이 발생할 수 있다. 이러한 문제는 스토퍼 층 및 가스킷 층이 개구를 바로 둘러싸는 영역에서 코팅과 직접 접촉하지 않기 때문에 발생할 수 있다.

가스킷 조립체는 적어도 하나의 개구가 밀봉되도록 둘러싸는 인보드 에지 및 상기 개구로부터 방사상으로 이격되어 배치되는 아웃보드 영역을 각각 구비하는 제1 가스킷 층 및 제2 가스킷 층을 적어도 포함하는 복수의 금속 가스킷 층을 포함한다. 상기 인보드 에지와 상기 아웃보드 영역 사이에 상기 가스킷 층 중 적어도 하나를 따라 적어도 하나의 실링 비드가 배치된다. 상기 가스킷 층 사이에 스토퍼 층이 배치되는데, 이 스토퍼 층은 부착 조인트에서 상기 제1 가스킷 층의 상기 아웃보드 영역에 부착되고, 여기서 상기 부착 조인트로부터 상기 가스킷 층의 상기 인보드 에지로 연장된다. 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 실링 물질의 코팅이 적용된다. 상기 코팅은 상기 제1 가스킷 층에 의해 형성되는 상기 개구에 인접해서 그리고 상기 개구를 바로 둘러싸는 접촉 영역을 보유하도록 상기 제1 가스킷 층의 상기 인보드 에지로부터 연장된다. 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 가스 누출을 방지하기 위해 그리고 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 금속 대 금속 접촉을 방지하기 위해 상기 스토퍼 층은 그 사이에 적용되는 상기 코팅과 연속하여 직접 접촉한다.

이러한 가스킷은, 개구를 바로 둘러싸는 접촉 영역에서 제1 가스킷 층과 스토퍼 층 사이에 코팅이 개재(sandwiching)하게 되어 코팅이 발생가능한 유체 누출을 허용할 수 있는 스토퍼 층 및 제1 가스킷 층과 코팅 사이의 갭, 공극 또는 포켓을 갖지 않는다는 점에서 유리하다. 따라서, 이러한 가스킷 조립체는 제1 가스킷 층과 스토퍼 층 사이에 가스 누출을 제거하는 접촉 영역의 특수한 구성으로 인해 종래의 공지된 일반적인 타입의 가스킷과 비교해서 향상된 수명과 밀봉 성능을 갖는다.

아래의 현재의 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 최상의 모드, 첨부된 청구범위 및 도면을 참조하면 본 발명의 이들 및 다른 양상, 특징 및 장점들을 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 다층 가스킷 조립체의 부분적인 분해 사시도이며,
도 2는 예시적인 다층 가스킷 조립체의 제1 가스킷 층의 부분 정면도이고,
도 3은 다른 예시적인 다층 가스킷 조립체의 제2 가스킷 층의 정면도이며 간헐적 용접 패턴을 도시하며,
도 4는 다층 가스킷 조립체의 부분 횡단면도이다.

몇 개의 측면도에 걸쳐 동일한 참조 부호가 대응하는 부재들을 지시하는 도면들을 참조하면, 내연 기관의 엔진 블록과 실린더 헤드 사이에 밀봉을 제공하는 가스킷 조립체가 제시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가스킷 조립체는 서로에 대해 적층된 복수의 금속 가스킷 층(20, 22)을 포함한다. 가스킷 층(20, 22)은 스틸 또는 다른 적합한 금속으로 이루어질 수 있다. 복수의 금속 가스킷 층(20, 22)은 밀봉되는 적어도 하나의 개구(26)를 형성하는 인보드 에지(24)를 각각 구비하는 제1 가스킷 층(20) 및 제2 가스킷 층(22)을 적어도 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 개구(26)가 내연 기관 내의 실린더 보어의 배치에 중첩하는 영역에 대체로 대응하지만 배출 포트, 냉각 채널, 패스너를 수용하는 나선가공된 보어, 및 실린더 헤드 및/또는 엔진 블록 내의 다른 공극과 중첩하는 영역에도 대응할 수 있음을 이해해야 한다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 가스킷 층(20, 22)은 각각 외부면(30) 및 내부면(32)을 보유한다. 제1 가스킷 층(20)의 외부면(30)은 내연 기관의 실린더 헤드와 짝맞춤되도록 구성된다. 유사한 방식으로, 제2 가스킷 층(22)의 외부면(30)은 내연 기관의 엔진 블록과 짝맞춤되도록 구성된다. 대안으로, 제1 가스킷 층(20)의 외부면(30)이 내연 기관의 배출 매니폴드와 짝맞춤되도록 구성될 수 있다. 가스킷 층(20, 22)의 적어도 하나에 의해 적어도 하나의 실링 비드(34, 36)가 형성된다. 이 적어도 하나의 실링 비드(34, 36)는 가스킷 층(20, 22)의 인보드 에지(24)와 가스킷 층(20, 22)의 아웃보드 영역(28) 사이에 배치되며 각각의 개구(26) 주위에 환형으로 대체로 연장된다. 적어도 하나의 실링 비드(34, 36)는 제1 가스킷 층(20)의 외부면(30)으로부터 실린더 헤드를 향해 외측으로 돌출하는 제1 실링 비드(34)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실링 비드(34, 36)는 제2 가스킷 층(22)의 외부면(30)으로부터 엔진 블록을 향해 외측으로 돌출하며 제1 실링 비드(34)와 방사상으로 정렬되는 제2 실링 비드(36)를 더 포함할 수 있다. 다른 실링 비드(34, 36) 배치가 이용될 수 있음을 이해해야 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가스킷 층(20, 22)의 내부면(32) 사이에 스토퍼 층(stopper layer; 38)이 배치된다. 보다 상세하게, 이 스토퍼 층(38)은 부착 조인트(40)에서 제1 가스킷 층(20)의 아웃보드 영역(28)에 부착되어, 스토퍼 층(38)이 제1 가스킷 층(20)의 내부면(32)의 일부분에 인접하여 위치된다. 이 부착 조인트는 용접 조인트(40)의 형태를 취할 수 있지만 다른 부착 수단이 사용될 수 있다. 스토퍼 층(38)은 부착 조인트(40)로부터 가스킷 층(20, 22)의 인보드 에지(24)로 연장되어, 스토퍼 층(38)이 적어도 하나의 실링 비드(34, 36)를 따라 그리고 이를 지나서 연장되어 개구(26)에서 종결된다. 스토퍼 층(38)은 가스킷 층(20, 22)의 변형을 제한하는 기능을 하며, 이로써 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에 또는 배출 매니폴드와 엔진 블록 사이에 보다 강력한 클램핑력(clamping force)이 허용된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 가스킷 층(20)에 스토퍼 층(38)을 부착시키는 부착 조인트(40)는 대체로 개구(26)를 둘러싸며 한정하는 간헐적 패턴으로 제1 가스킷 층(20)의 아웃보드 영역(28)을 따라 연장할 수 있다. 이러한 패턴은 간헐적 용접 패턴일 수 있음을 이해한다. 간헐적 용접 패턴에 따라, 용접이 연속적이지 않아서 용접의 강도에 거의 기여하지 않는 불필요한 영역이 용접되는 것을 방지한다. 레이저 용접 프로세스, 또는 한정적인 것은 아니지만 스팟 용접을 포함하는 다른 적합한 용접 프로세스를 이용하여 제1 가스킷 층(20)에 스토퍼 층(38)이 용접될 수 있음을 이해한다.

도 4를 다시 참조하면, 제1 가스킷 층(20)과 스토퍼 층(38) 사이에 제1 가스킷 층(20)의 적어도 하나의 표면에 실링 물질의 코팅(42)이 적용된다. 보다 상세하게, 이 코팅(42)은 제1 가스킷 층(20)의 내부면(32)의 일부분에 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 코팅(42)은 가스킷 층(20, 22)의 외부면(30)에 적용될 수도 있다. 코팅(42)은 개구(26)에 인접하여 그리고 바로 둘러싸는 접촉 영역(44)을 보유하도록 부착 조인트(40)로부터 제1 가스킷 층(20)의 인보드 에지(24)로 연장한다. 접촉 영역(44)은 제1 가스킷 층(20) 및 스토퍼 층(38)이 그 사이에 적용되는 코팅(42)과 연속적으로 직접 접촉하는 영역에 의해 형성된다. 즉, 이 영역에 적용되는 코팅(42)은 제1 가스킷 층(20)과 스토퍼 층(38) 사이에 끼워지게 되어 코팅(42)과 제1 가스킷 층(20) 및 그 일측에 배치되는 스토퍼 층(38) 사이에 갭, 공극 또는 포켓이 존재하지 않는다. 가스킷 조립체가 자유로운 비압축 상태에 있을 지라도 접촉 영역(44)에는 갭, 공극 또는 포켓이 없음을 이해해야 한다. 따라서, 이 접촉 영역(44)의 배치는 제1 가스킷 층(20)과 스토퍼 층(38) 사이에 가스 누출 및 금속 대 금속 접촉을 방지한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가스킷 조립체의 스토퍼 층(38)은 제1 가스킷 층(20)에 스토퍼 층(38)을 용이하게 부착하도록 부착 조인트(40)에 인접한 벤드(bend; 46)를 더 포함할 수 있다. 이 벤드(46)는 대체로 반곡선(ogee curve)을 따라가며 부착 조인트(40)에 인접한 스토퍼 층(38)의 일부분이 제1 가스킷 층(20)과 균일하게 접촉하게 한다. 형상의 용어로 이해되듯이, 반곡선은 문자 'S'의 형상과 다소 유사하며, 공통 접선점에서 연장하여 한 쌍의 단부에서 종결되는 한 쌍의 대향하는 곡선형 아치로 이루어진다. 제1 가스킷 층(20)과 스토퍼 층(38) 사이에 배치되는 코팅(42)의 두께가 제1 가스킷 층(20)과 직선형 또는 굽은형 스토퍼 층(38) 사이에 각도를 형성함을 이해한다. 이러한 각도는 부착 조인트(40)의 완전성을 감소시킨다. 스토퍼 층(38)이 용접에 의해 제1 가스킷 층(20)에 부착되는 곳에서, 벤드(46)는 용접의 완전성 및 강도를 증가시킨다.

분명히 본 발명의 다수의 변경예 및 변형예가 상술한 교시의 관점에서 가능할 수 있으며 첨부의 청구범위와 궁극적으로 허용되는 임의의 청구범위의 범위 내에서 본 발명이 구체적으로 설명된 바와 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 이들 선행사 인용은 본 발명의 신규성이 그 실용성을 실시하는 임의의 조합을 커버하도록 해석되어야 한다. 종속항에서 "상기(said)"라는 용어의 사용은 청구범위의 범위 내에 포함되는 것을 의미하는 적극적인 인용인 선행사를 가리키는 반면, "그, 저(the)"는 청구범위의 범위 내에 포함되지 않는 것을 의미하는 용어를 선행한다. 또한, 청구범위 내의 참조 부호는 단지 편의 상 부여한 것이지 어떤 방식으로든 한정되는 것으로 이해되서는 안된다.

Claims

가스킷 조립체로서,
적어도 하나의 개구가 밀봉되도록 둘러싸는 인보드 에지 및 상기 개구로부터 방사상으로 이격되어 배치되는 아웃보드 영역을 각각 구비하는 제1 가스킷 층 및 제2 가스킷 층을 적어도 포함하는 복수의 금속 가스킷 층과,
상기 인보드 에지와 상기 아웃보드 영역 사이에 상기 가스킷 층 중 적어도 하나를 따라 배치되는 적어도 하나의 실링 비드와,
상기 가스킷 층 사이에 배치되며 부착 조인트에서 상기 제1 가스킷 층의 상기 아웃보드 영역에 부착되고 상기 부착 조인트로부터 상기 가스킷 층의 상기 인보드 에지로 연장되는 스토퍼 층과,
상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 적용되는 실링 물질의 코팅을 포함하며,
상기 코팅은 상기 제1 가스킷 층에 의해 형성되는 상기 개구에 인접해서 그리고 상기 개구를 바로 둘러싸는 접촉 영역을 보유하도록 상기 제1 가스킷 층의 상기 인보드 에지로부터 연장되고, 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 가스 누출을 방지하기 위해 그리고 상기 제1 가스킷 층과 상기 스토퍼 층 사이에 금속 대 금속 접촉을 방지하기 위해 상기 스토퍼 층은 그 사이에 적용되는 상기 코팅과 연속하여 직접 접촉하며, 상기 스토퍼 층은 상기 제1 가스킷 층에 상기 스토퍼 층을 용이하게 용접하기 위해 상기 부착 조인트에 인접하게 반곡선을 따라가는 벤드를 포함하는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 가스킷 층은 외부면 및 내부면을 각각 보유하는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제3항에 있어서,
상기 스토퍼 층은 상기 가스킷 층의 상기 내부면들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제4항에 있어서,
상기 코팅은 상기 제1 가스킷 층의 상기 내부면의 적어도 일부분에 적용되며 상기 인보드 에지로부터 상기 부착 조인트로 연장되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제5항에 있어서,
상기 코팅은 상기 가스킷 층의 상기 외부면에 추가로 적용되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제4항에 있어서,
상기 제1 가스킷 층의 상기 외부면은 실린더 헤드와 짝맞춤되며 상기 제2 가스킷 층의 외부면은 엔진 블록과 짝맞춤되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 실링 비드는 상기 제1 가스킷 층의 상기 외부면으로부터 실린더 헤드를 향해 외측으로 돌출하는 제1 실링 비드, 및 상기 제2 가스킷 층의 상기 외부면으로부터 엔진 블록을 향해 외측으로 돌출하는 제2 실링 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제4항에 있어서,
상기 제1 가스킷 층의 상기 외부면은 배출 매니폴드와 짝맞춤되며 상기 제2 가스킷 층의 외부면은 엔진 블록과 짝맞춤되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 실링 비드는 상기 제1 가스킷 층의 상기 외부면으로부터 배출 매니폴드를 향해 외측으로 돌출하는 제1 실링 비드, 및 상기 제1 실링 비드와 축방향으로 정렬되며 상기 제2 가스킷 층의 상기 외부면으로부터 엔진 블록을 향해 외측으로 돌출하는 제2 실링 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제4항에 있어서,
상기 복수의 금속 가스킷 층은 스틸로 이루어지며 서로에 대해 적층되는 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.
제1항에 있어서,
상기 부착 조인트는 상기 개구를 둘러싸는 간헐적 용접 패턴으로 상기 제1 가스킷 층의 상기 아웃보드 영역을 따라 연장하는 용접 조인트인 것을 특징으로 하는
가스킷 조립체.