KR20030083576A - 적어도 실질적으로 금속성인 실린더 헤드 개스킷 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 헤드 개스킷에 관한 것으로, 적어도 하나의 연소실 구멍을 가지며 적어도 2개의 시트 금속 층을 포함하는 개스킷 판이 구비되며, 상기 금속 층들 중 제 1 시트 금속 층은 그 높이에 있어 탄성적으로 변형 가능하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸는 적어도 하나의 비드가 구비되며, 상기 금속 층들 중 제 2시트 금속 층은 상기 비드의 변형을 제한하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸는 적어도 하나의 변형 제한 장치가 구비되며;

가능한 한 변형이 정밀하게 이루어지도록, 상기 최초의 제 2 시트 금속층은 유동 압출 성형에 의해 소성 변형 가능한 강판으로 형성되고, 상기 제 2 시트 금속 층의 평면도에 있어서 상기 변형 제한 장치는 산포된, 컵과 같은 함몰부들의 2차원 패턴을 형성하며, 유동 압출 성형에 의해 스탬핑된 함몰부들의 총 체적은 함몰부들의 스탬핑 작업 도중 배제된 제 2시트 금속 층의 재료에 의해 형성된 융기부들의 총 체적과 근사적으로 동일하다.

Description

적어도 실질적으로 금속성인 실린더 헤드 개스킷{AT LEAST SUBSTANTIALLY METALLIC CYLINDER HEAD GASKET}

본 발명은 실린더 헤드 개스킷에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 하나의 연소실 구멍을 가지며 적어도 2개의 시트 금속 층을 포함하는 개스킷 판을 구비하며, 상기 금속 층들 중 제 1시트 금속층은 그 높이에 있어 탄성적으로 변형 가능하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸는 적어도 하나의 비드가 구비되며, 상기 금속 층들 중 제 2시트 금속 층은 상기 비드의 변형을 제한하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸며 상기 개스킷 판의 평면도에서 상기 비드에 근접하게 배치된 적어도 하나의 변형 제한 장치가 구비된 개스킷 판을 갖는 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다. 상기 변형 제한수단은 일반적인 것이기 때문에 이하에서 스토퍼로써 언급된다.

단일 층 또는 다중 층의 실린더 헤드 개스킷의 경우에는 기밀 기능을 수행하는 비드의 반경방향 (연소실 구멍에 대하여) 외측 또는 내측에 스토퍼를 형성하기 위하여, 지금까지는 통상적으로 이러한 시트 금속 층에 (예를 들면, 용접에 의해) 부착된 평평한 금속 링에 의해 또는 플랜지가 붙어 있는 즉, 대략 180°접층된, 연소실 구멍을 둘러싸는 시트 금속 층의 가장자리 영역에 의해 환형으로 연소실 구멍을 둘러싸는 소정 영역에서의 시트 금속 층의 두께를 증가시켜 왔다.

상기 스토퍼는 적어도 거의 비탄성의 특성을 가지지만, 대부분의 경우에 엔진 동작 중에 상기 스토퍼에 작용하는 압력하에서 적어도 거의 비소성의 특성을 갖는다.

최근에 WO 98/28559 및 독일 특허 DE-U-298 04 534에 개시된 단일 층 또는 다중 층의 금속 실린더 헤드 개스킷에서, 스토퍼는 엔진 동작 중 스토퍼에 가해지는 압력에서 상당한 정도로 소성 및/또는 탄성적으로, 바람직하게는 현저하게 탄성적으로 변형가능하며, 이하의 방식들 중 하나로 설계된다. 즉, 스토퍼가 구비된 시트 금속 층은 기밀 기능을 수행하는 비드의 내측에 방사상으로 제공되며, 상기 비드는 상기 스토퍼를 형성하는 하나 또는 복수개의 비드들에 의해 (연소실에 대하여) 보호가 필요하며, 고리 모양의 연소실 구멍을 둘러싸도록 상기 연소실 구멍으로 동심원 상으로 연장한다. 또한, 몇 개의 비드가 있는 경우에는 상기 비드들은 연소실 구멍의 동일한 축방향 또는 다른 축방향으로 교대로 돌출한다 (WO 98/28559의 도 12A 및 12B 참조). 변형적으로, 리브들은 시트 금속층의 2개의 주요 표면위에 돌출하여 스토퍼의 영역내에서 시트 금속층의 두께를 두껍게 하고, 시트 금속층의 한쪽 면상의 각각의 리브가 시트 금속층의 다른 면의 리브에 대향되게 배치되고(그루브에도 동일하게 적용된다), 리브들과 그루브(grooves)들이 시트 금속 층에 대한 유동 압출 성형에 의해 제작되기 때문에(WO 98/28559 및 독일 특허 DE-U-298 04 534의 도 12E 참조), 스토퍼는 방사상 방향으로 서로 교대로 이어지고 고리 형상의 연소실 구멍을 둘러싸며 시트 금속 층의 양쪽 면에 제공된 일련의 리브들(ribs)과 그루브들(grooves)에 의해 형성된다.

비드에 제공된 시트 금속층이 단일 기구로써 비드에 제공되어 천공되며 시트 금속층이 단일 기구로써 상기 서술된 리브들 및 그루브들에 제공되어 천공되는 것이 가능하기 때문에, 이들 스토퍼들은 시트 금속층에 부착된 스토퍼 또는 시트 금속 층에 플랜지를 부착하는 것에 의해 제작된 스토퍼에 비해 제작하는데 있어서 더욱 용이하다. 반면에, 최근에 제안된 스토퍼들은 심각한 단점을 가진다. 스토퍼의 기본적인 목적은 엔진 동작 중 적어도 기밀 기능을 주로 수행하는 비드를 지나친 변형으로부터 보호하는 것인데, 상기 목적은 오직 엔진 동작 중 상당한 정도로 탄성 및/또는 소성적으로 변형 가능한 스토퍼에 의해서 상당히 부적당한 방법으로 이행될 수 있다.

상기 스토퍼가 원형 고리 형상의 연소실 구멍을 둘러싸는 하나의 비드 또는 서로 동심원상으로 배열된 몇 개의 비드들로 이루어지면, 엔진 블록과 실린더 헤드 사이에 고정된 실린더 헤드 개스킷은 비드가 평평하게 되는 것에 대하여 어떤 상당한 저항을 제공하는 것이 불가능하고(비드들의 강성은 고려하지 않음), 연소실 구멍을 둘러싸는 시트 금속 층의 영역에 대한 변위(연소실 구멍에 대해 방사상 방향으로)는 스토퍼를 형성하는 비드들이 평평하게 됨에 따라 발생하며, 상기 변위는 공지된 실린더 헤드 개스킷으로 방지할 수 없다.

엘링 클링거 아게(ElringKlinger AG)가 2001년 9월 29일 출원한 독일 특허 출원 제 101 45 295.7호에 따르면, 단일 층 또는 다중 금속 실린더 헤드 개스킷은 도 1내지 16을 참조하여 설명되고, 시트 금속 층에 형성된 스토퍼는 디프 드로우 장치(a deep-draw tool)로 형성되는 분산된 형태의 돌기와 같은 융기부들이 시트금속층의 평면도 상에 2차원 패턴을 형성한다. 상기 디프 드로우 기구는 핀 형상을 가진 스탬핑부의 패턴을 가진 숫형판과, 스토퍼를 이루는 융기부들이 시트 금속 층에 대한 디프 드로잉 작업 도중 내측으로 눌려진 개구부들 또는 오목부(recess)들의 대응 패턴을 가진 암형판을 포함한다. 그러므로, 이러한 스토퍼에 있어서는 각각의 융기부가 시트 금속층의 다른 쪽 면에 상기 융기부와 정반대로 놓여 있는 함몰부를 가진다.

본 발명의 목적은, 변형을 제한하기 위한 장치(스토퍼)를 제조할 때, 금속 고리의 부착 또는 시트 금속 층에 플랜지를 부착하지 않을 수 있지만, 변형을 제한하는 장치가 연소실 구멍을 동심원상으로 둘러싸는 리브들과 그루브들 또는 하나 또는 몇 개의 비드들로 구성된 상술한 공지의 스토퍼 또는 디프 드로우 장치로 제작된 시트 금속 층의 융기부 패턴으로 구성된 변형 제한 장치 보다 훨씬 더 좋게 엔진 동작 중 기밀을 수행하는 비드가 과도하게 평평하게 되거나 변형되는 것을 방지하여 변형을 제한하는 장치의 목적을 수행할 수 있는, 적어도 사실상 금속인 실린더 헤드 개스킷을 제작하는 것이다.

도1은 최상단 시트 금속층의 일부분이 절개된 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷의 일부분이 도시된 평면도.

도 2는 도 1의 2-2선을 따라 도시된 단면도.

도 3은 도1 및 2에 도시된 실린더 헤드 개스킷의 제 2 시트 금속 층의 일부분, 즉, 스토퍼가 구비된 상기 시트 금속 층 영역이 도시된 사시도.

도 4는 변형 스토퍼를 구비한 제 2 실시 예로써 도2에 대응한 단면도.

도 5는 오직 2개의 시트 금속 층으로 구성된 개스킷 판을 구비한 제 3 실시 예로써 도 2에 대응한 단면도.

도 6은 2개 층 개스킷의 다른 실시예의 도 5에 대응한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 개스킷 판 14: 연소실 구멍

16: 나사 구멍 18: 연소실 구멍의 축선

20: 상부 커버 시트 22: 하부 커버 시트

24: 운반 시트 26, 28: 비드

30: 스토퍼 30¹, 30²:.주요 표면 평면

32: 함몰부 34: 융기부

최초로 언급된 종류의 실린더 헤드 개스킷부터 언급하면, 변형 제한 장치의 영역 내의 제 2 시트 금속 층의 총 두께가 변형 제한 장치와 인접한 시트 금속 층 영역 내의 제 2 시트 금속 층의 최초 두께보다 두꺼운 상태에서, 상기 변형 제한 장치는 변형 제한 장치의 영역 내에 있는 주요 표면들 중 적어도 하나에 스탬핑되며 함몰부의 스탬핑 작업 도중 배제된 제 2 시트 금속 층의 재료에 의해 형성된 융기부와 관련된 함몰부들의 패턴을 가지는 제 2 시트 금속 층의 소성 변형에 의해 형성되며, 이러한 목적은 본 발명에 따라 냉간 유동 압출 성형에 의해 스탬핑된 총 체적이 함몰부의 스탬핑 작업 중 배제된 제 2 시트 금속 층의 재료에 의해 형성되며 상기 함몰부들과 관련된 융기부의 총체적과 근사적으로 동일한 상태에서, 초기, 즉, 최초의 제 2 시트 금속 층이 유동 압출 성형에 의해, 특히, 냉간 유동 압출 성형에 의해 소성적으로 변형 가능한 강판에 의해 형성되고, 제 2 시트 금속층의 평면도에 있어서 변형 제한 장치가 산포된 컵과 같은 2차원 패턴을 형성함으로써 달성된다.

그 높이에 있어 탄성적으로 변형 가능한 기밀 비드가 구비되며 비드의 필요한 스프링 탄성 때문에 스프링 강판으로 이루어져야 하는 시트 금속 층과는 상이하게, 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷에 있어서 변형 제한 장치는 유동 압출 성형에 의해 탄성적으로 변형 가능한 강판 층, 즉, 스토퍼들의 융기부들이 함몰부의 스탬핑 작업 도중 유동 압출 성형하는 동안 배제된 제 2 시트 금속 층의 재료에 의해 제작될 수 있을 만큼 연성을 가진 강재로 된 시트 금속 층에 형성됨으로써, 상기 배제된 재료는 함몰부들과 관련된 융기부들을 형성한다. 본 발명에 따른 스토퍼를 제작할 때, 제 2 시트 금속 층의 재료는 극단적인 저항력을 가진 스토퍼를 제작하기 위해 연소실 구멍의 원주 방향으로, 또한 서로 나란히 놓여 있는 산포된 함몰부들에 의해 형성된 패턴에 따라 적어도 거의 전체에 걸쳐 고경도로 가공 경화되거나 형체가 정해진다. 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 함몰부들과 융기부들이 디프 드로잉 작업에 의해 제작되지 않고 유동 압출 성형으로 제작됨은 물론, 시트 금속 층의 재료가 비압축성이기 때문에, 함몰부들과 융기부들은 유동 압출 성형에 의해 스탬핑된 함몰부들의 총체적이 상기 함몰부의 스탬핑 작업 중 배제된 제 2 시트 금속 층의 재료에 의해 형성된 융기부의 총 체적과 근사적으로 동일하다는 것을 적용하여 제작되고, 시트 금속 층의 변형에 대한 형태 때문에 함몰부의 총 체적이 항상 융기부의 총 체적보다 상당히 작은 디프 드로우 기구에 의해 시트 금속 층에 제작된 함몰부들과 융기부들에서는 체적의 이러한 비율들이 적용되지 않는다.

단지, 완벽함을 위하여, 다중 층 금속성 실린더 헤드 개스킷에 있어서는 금속 층의 다른 편 반대편에 놓인 돌기 모양의 융기부들(유럽 특허 제 A-0 470 790 호, 도 7 참조)을 가진 컵 모양의 함몰부들의 패턴이 하나 또는 몇 개의 금속 층 안으로 눌러지는 것으로 알려져 있다.

그러나, 우선, 이들 융기부들은 서로 일정 거리를 유지하고 있는 실린더 헤드 개스킷의 금속 층들에 의해 엔진 블록과 실린더 헤드 사이의 열전달을 최소화할 유일한 목적으로 상기 설치된 실린더 헤드 개스킷 내에서와 마찬가지로 사용되고, 두 번째, 이러한 공지된 실린더 헤드 개tm킷에 있어서, 인접 융기부들 사이의 거리는 돌기 모양의 패턴이 스토퍼로써 전체적으로 불충분한 지지 기능을 가질 만큼 커야하고 변형에 대해 돌기 모양의 패턴의 상당히 낮은 저항으로 많은 것들과 결합된다.

제 2시트 금속층의 최초의 두께가 이상에서 언급될 때, 이것은 아무런 변형도 없는 평평한 시트 금속 층의 두께로써 이해되어야 한다. 함몰부들(제 2 시트 금속 층의 평면도에서)이 2차원 패턴을 형성한다는 정의는 산포된 함몰부들이 연소실 구멍에 대하여 방사상 뿐만아니라 연소실의 원주방향으로 서로 잇따르는 것이 일련의 고리 모양의 동심원 상의 그루브들과 어떻게 다른지를 설명하는 것이다. 마지막으로, 이상에서 정의된 체적 비를 참조하면, 체적들은 변형 제한 장치와 인접하는 제 2 시트 금속층의 변형되지 않은 영역의 하나 또는 양쪽의 주요 표면들에 의해 한정된 하나 또는 양쪽의 평면들에 대하여 측정된다는 것을 나타낸다.-제 2 시트 금속 층이 오직 한쪽 면에 함몰부들과 융기부들을 가지면, 상기 함몰부들과 융기부들의 영역의 체적은 제 2금속 층(시트 금속층이 변형되지 않은 영역에서의)의 그 면에 의해 한정된 평면의 위와 아래에 놓인 것을 포함하여 계산한다. 시트 금속층이 오직 하나의 면상에 함몰부들과 오직 다른 면상에 함몰부들을 갖거나 각각의 2면상에 융기부들 및 함몰부들을 가지면, 상기 체적은 변형 제한 장치에 인접하는 제 2 시트 금속 층의 영역의 2개의 주요 표면에 의해 한정된 2개의 평면에 대하여 측정된 것이다. 이것은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 다시 설명될 것이다.

특히, 제 2시트 금속층이 오직 한쪽면 상의 스토퍼 기능을 맡도록 실린더 헤드 개스킷이 단지 2개의 강판 층을 포함할 때, 상기 함몰부들과 융기부들은 제 2 시트 금속층의 2개의 주요 표면들 중 오직 하나에 형성될 것이다. 이러한 경우에는, 함몰부들을 제작하는 동안에 스탬핑부들에 의해 배제된 제 2 시트 금속층의 재료가 스탬핑부 주위에서 융기하고 이에 의해 융기부들을 형성하기 때문에, 변형 제한 장치를 제작하기 위한 유동 압출 성형 기구는 함몰부들을 제작하기 위한 스탬핑부의 패턴을 가진 하나의 기구부와 제 2 시트 금속 층을 위한 평평한 지지표면을 가진 제 2 기구부를 갖는다. 대안적으로, 이러한 경우에 있어, 함몰부들은 제 2 시트 금속 층의 오직 하나의 주요 표면 내로 스탬핑될 수 있고, 융기부들은 오직 제 2 시트 금속층의 다른 주요 표면에 형성될 수 있다. 그리고, 유동 압출 성형 기구는 스탬핑부의 패턴이 구비된 수 형틀과, 융기부들이 내측으로 눌려진 개구부들 또는 오목부들을 가진 암 형틀로 구성된다.

무엇보다도, 실린더 헤드 개스킷이 비드들이 제공된 2개의 제 1 시트 금속 층을 포함할 때, 하나 또는 몇 개의 변형 제한 장치들이 구비된 이들 제 2 시트 금속 층 사이에서 제 2 시트 금속 층의 2개의 주요 면들 각각의 평면도에서 적어도 하나의 변형 제한 장치가 산포된 컵 모양의 스탬핑된 함몰부들의 2 차원 패턴과 그에 대응하는 융기부들의 2차원 패턴을 형성하도록 그 구성은 배열될 것이다. 이러한 경우에 있어서, 유동 압출 성형 기구는 융기부 내로 누르기 위하여 각각의 기구가 스탬핑부의 패턴과 오목부 또는 개구부의 패턴이 구비된 2개의 기구중 절반을 가진다. 그러한 스토퍼로써, 한 쪽 면의 함몰부들은 다른 쪽 면 상에 상기 함몰부와 정반대에 놓여 있는 융기부들을 가질수 있다. 즉, 한쪽 면의 함몰부들은 다른 쪽면의 함몰부에 대하여 나란히 놓인다. 그러나, 상기 스토퍼는 한쪽 면의 함몰부가 상기 함몰부에 정반대로 놓여있는 다른 쪽 면상에 함몰부들을 가지도록 설계될 수도 있어서, 2개의 면 상의 융기부들은 서로 정반대로 놓여진다. 이러한 경우에 있어서, 시트 금속 층의 한 쪽 면의 함몰부들의 스탬핑 작업중 배제된 재료는 스탬핑부 주위에서 융기하여 그 면에 융기부를 형성한다.

시트 금속층의 한 쪽 면으로 함몰부를 스탬핑 작업하는 동안에 배제된 재료가 상기 스탬핑부 주위에서 융기하고 시트 금속층의 다른 면으로부터 눌려지지 않도록 유동 압출 성형 기구가 설계되면, 함몰부들이 구비된 시트 금속 층의 상기 면의 평면도에 있어서, 융기부들은 고리 모양 또는 다각형 모양의 각각의 함몰부들을 둘러싸게 할 수 도 있다. 그러나, 가능한 한 밀집된 함몰부들과 융기부들이 지향되기 때문에, 상기 함몰부와 융기부들은 제 2시트 금속 층의 평면도에 있어서 체스판 모양의 패턴을 형성한다. 어떠한 경우라도, 변형 제한 장치는 제 2 시트 금속 층의 평면도에 있어서 산포된 돌기 모양의 융기부들의 2차원 패턴을 형성하며, 하나의 함몰부는 각각의 돌기 내측에 놓일 수도 있다.

스토퍼가 비드를 구비한 시트 금속 층에 양호한 지지력을 제공하기 위하여, 실시예들은 융기부들의 정점이 개스킷 판에 의해 한정된 평면에 평행하거나 적어도 근사적으로 평행하게 연장하는 것이 바람직하다. 그러한 스토퍼를 제작하기 위한 공정은 융기부들이 처음 높이가 마지막 높이보다 높게 제작되어 융기부들의 정점이 개스킷 판에 의해 한정된 평면에 근사적으로 평행하게 연장하는 부분적인 역 변형에 의해 마지막 높이로 축소되는 것이 추천된다. 이에 의하여, 융기부들이 그 높이에 있어 정확하게 조정되는 것이 가능하다.

상기된 바와 같이, 제 2 시트 금속 층의 유동 압출 성형 작업 중, 그 재료는 스토퍼 영역 내에서 고경도로 형체가 결정되어 경화된다. 이러한 이유 때문에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실린더 헤드 개스킷은 엔진 동작 중 융기부에 가해진 압력 이내에서 융기부들이 적어도 거의 비탄성 및/또는 비소성인 것을 특징으로한다. 어떠한 경우라도, 개스킷 판에 대해 수직으로 측정된 변형 제한 장치의 탄성비가 스토퍼에 의해 보호되고 스토퍼와 이웃한 비드의 탄성비보다 각각의 연소실 구멍의 전체 주위에서 큰 것을 목적으로 한다.

목적으로 하는 경도를 달성하기 위해, 그리고 스토퍼의 지지 구조가 가능하면 일정하도록 함몰부들과 융기부들의 패턴은 가능한 한 밀집되게 제공되고, 즉, 제 2 시트 금속층의 평면도에 있어서, 스탬핑된 함볼부들은 오직 제작 기술상 필수로 요구되는 최소한의 거리로 서로 이격되게 설계되며, 즉, 함몰부들이 제작 기술에 의해 실현 가능할 만큼 서로 가깝게 배열된다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 2시트 금속층의 평면도에 있어서, 서로 인접한 함몰부들의 거리(A)는 상기 함몰부의 직경(D)의 크기 순이다. 즉,D??A??2D를 적용한다.

개스킷 판의 평면도에 있어서, 스토퍼 또는 변형 제한 장치가 특히, 방사상으로 인접 비드의 내측에 배열되지만 선택적으로 방사상으로 인접 비드의 외측에 배열됨으로써, 스토퍼에 인접한 비드의 지나친 변형(개스킷판의 평면도에 있어서)에 대해서 스토퍼가 부여한 보호 기능은 각각의 비드에 오직 하나의 스토퍼를 제공하는 것에 의한 가장 단순한 예로써 달성될 수 있다. 그러나, 개스킷 판의 평면도에 있어서, 하나의 변형 제한 장치가 비드의 내측에 방사상으로 제공되고 하나의 변형 제한 장치가 비드의 외측에 방사상으로 제공됨으로써, 이른바 이중 스토퍼가 제공될 수도 있다.

함몰부들을 스탬핑하기 위해 사용된 스탬핑부들은 예를 들면, 직사각형과 같은 다각형 단면뿐 아니라 원형일 수도 있다. 게다가, 원뿔 또는 원추, 각뿔 또는 각추의 스탬핑부들은 사용될 수 있다.

다각형 단면의 스탬핑부들이 배열되고 설계되는 것이 추천됨으로써, 상기 다각형 단면들로 제작된 함몰부들은 벌집 모양의 패턴을 형성하여, 함몰부들의 가장 밀집된 패턴을 나타낸다. 어떠한 비율에 있어서도, 함몰부들이 일정한 규칙의 패턴을 이루도록, 및/또는 모들 함몰부들이 거의 근사적으로 동일한 패턴이도록 스토퍼가 설계되는 것이 바람직하다(또한, 상기의 경우, 모든 융기부들은 거의 근사적으로 동일한 패턴이다).

유동 압출 성형에 의해 스토퍼가 제작되는 동안에 제 2 시트 금속 층 영역에 대한 측면 변위가 발생될 수 있기 때문에, 연소실 구멍이 바람직한 외형과 위치를 정확하게 갖는 것을 보장하기 위해 스토터 제작 이후에 제 2 시트 금속 층으로부터 연소실 구멍을 천공하는 것이 추천될 수도 있다.

함몰부들의 스탬핑 작업 도중에 배제된 제 2시트 금속층의 재료가 측면으로, 특히, 변형 제한 장치의 가장 자리 영역(스토퍼의 평면도에서 바라봄)으로 유동할 수도 있기 때문에, 상기에서 함몰부의 총 체적이 융기부들의 총 체적과 근사적으로 동일하다는 것으로 언급될 때, 이것은 서로 간에 총 체적이 10%까지 편차를 보일수도 있다는 의미로 해석될 것이다.

반면에, 비드들이 영구적으로 그 높이에 있어 탄성 변형 가능하도록, 스프링 강판은 실린더 헤드 개스킷에 있어서 기밀 비드들이 제공된 시트 금속층을 위해 사용되어야 하고, 특히, 시트의 두께가 바람직하게는 0.2mm 내지 1.4mm인 비교적 두꺼운 금속 시트가 스토퍼가 제공되어야 하는 시트 금속 층으로 사용될 때, 어떠한 문제도 발생하지 않고 스토퍼가 냉간 유동 압출 성형에 의해 제작될 수 있도록, 예를 들면 St4LG 또는 St4K50(독일 산업 표준에 따름)과 같은 연성의 비합금 금속을 사용하는 것이 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷에 있어서 스토퍼 또는 스토퍼들이 제공된 제 2 시트 금속 층을 위해 추천된다.

특히, 시트 금속 층이 그 양쪽 면상에 융기부들이 구비되면, 융기부들이 최초의 시트 금속층 위로 돌출한 높이는 0.05mm 내지 0.10mm이다. 특히, 제 2 시트 금속층이 오직 한쪽 면상에 융기부들을 가지면, 융기부들이 돌출한 높이는 0.10mm 내지 0.20mm이다.

본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷은 단독 실린더 엔진을 위한 개스킷으로 사용될 수도 있거나, 단독 개스킷을 가진 다중 실린더 엔진의 경우에는 다중 실린더 엔진을 위한 이른바 단독 개스킷으로써 사용될 수도 있으며, 독립된 실린더 헤드 개스킷은 서로 나란히 놓여있는 몇 개의 단독 개스킷들이 엔진 블록과 실린더 헤드 사이에서 고정됨으로써 각각의 연소실을 위해 제공된다. 그러므로, 상기된 바에 따르면 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷은 오직 하나의 연소실 구멍 또는 몇 개의 연소실 구멍들을 가지며, 하나 또는 몇 개의 기밀 비드들, 및 하나 또는 몇 개의 변형 제한 장치들은 각각의 연소실 구멍을 위해 제공될 수도 있다.

본 발명의 상세한 구성, 특징 및 장점은 본 발명에 따른 특별히 유리한 실시 예에 대한 이하의 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 3개의 시트 금속 층들(도 2참조)로 구성되며 적어도 사실상 원형의연소실 구멍(14)들과 실린더 헤드 나사 통로용 나사 구멍(16)들이 뚫린 개스킷 판(10)을 구비한 실린더 헤드 개스킷을 도시한다. 도 1은 참조 번호 18로 지시된 중심 또는 축을 가진, 실린더 헤드 개스킷의 연소실 구멍들 중 오직 하나를 도시한다.

개스킷 판(10)은 상부 커버 시트(20), 하부 커버 시트(22)와 이들 사이에 장착된 운반 시트(24)로 구성된다(본 발명에 대한 상기 정의 내에서 상기 2개의 커버 시트(20, 22)들 각각은 제 1시트 금속 층을 이루고, 운반 시트(24)는 제 2 시트 금속 층을 이룬다). 연소실 구멍(14) 또는 관련 연소실은 연소 가스가 적어도 실질적으로 누설되는 것을 방지하도록 2개의 커버 시트(20, 22) 내에서 개스킷 판(10)의 평면도에서 원형 고리 형상을 갖는 비드(26, 28)들에 의해 밀폐된다. 이들 비드들은 연소실 구멍(14)을 중심으로 동심원적으로 연장되어 있고, 도시된 실시예에서, 운반 시트(24)를 향한 방향으로 돌출한 이른바 전체적인 비드 형상이다. 엔진 동작중에, 개스킷이 설치됨에 따라 비드(26, 28)들은 스프링과 같은 방식의 탄성 변형에 의해 개스킷 판(10)에 직각으로 평탄해질 수 있게 되어야 하며, 이러한 이유 때문에 커버 시트(20, 22)들은 스프링강으로 이루어진다.

2개의 비드(26, 28)들이 지나치게 변형되지 않도록 즉, 엔진 동작중 지나치게 평탄해지지 않도록 본 발명의 스토퍼(30)가 운반시트(24)에 형성된다. 이러한 스토퍼가 비드(26, 28)의 내측에 연소실 구멍(14)의 중심축선(18)에 대하여 반경방향으로 배치된다.

그러나, 스토퍼는 상기 비드들 외측으로 방사상으로 배치될 수도 있고, 또는스토퍼가 상기 비드들 내측 및 외측 양쪽에 방사상으로 제공될 수도 있다. 게다가, 2개의 비드(26, 28)들이 정확히 마주보게 배치될 필요가 없다는 것은 말할 필요가 없다. 단지, 상기 비드들은 적어도 하나의 스토퍼에 근접해서 상기 스토퍼의 내측 또는 외측에 방사상으로 놓여지면 된다. 도 1에 명백해 도시된 바와 같이, 스토퍼(30)는 (운반 시트(24)의 평면도상에서) 원형 고리 형상의 밴드로써 연소실 구멍(14)을 감싸고, 도시된 실시 예에 있어서 이러한 밴드는 전체에 걸쳐 동일한 폭을 가지지만 항상 그럴 필요는 없으며, 반면에 어떤 실린더 헤드 개스킷에 있어서는 본질적으로 공지된 방식으로 연소실 구멍 주위에서 스토퍼의 폭이 변하는 것이 바람직하다.

도 2에 있어서, 운반 시트 원판(24)의 2개의 주요 표면에 의해 한정된 주요 표면의 평면들은 참조번호 30¹, 30²로 지시된다. 복수의 함몰부(32)들은 운반 시트 원판(24)의 2개의 주요 표면들에 유동 압출 성형에 의해 스탬핑되고, 이에 의해 복수개의 융기부(34)들이 융기한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유동 압출 성형 기구에 대응하는 모양이 사용될 때 함몰부(32)들과 융기부(34)들은 운반 시트(24)의 양쪽 면에 일종의 체스판 모양을 이룬다. 함몰부(32)는 주요 표면 평면(30¹, 30²)으로부터 운반 시트(24)내로 연장하고 반면에, 융기부(34)는 상기 주요 평면(30¹, 30²)으로부터 외측으로, 즉, 인접 커버 시트(20, 22)를 향한 방향으로 각각 연장한다. 도 2에 도시된 실시 예에 있어서, 융기부(34)가 운반 시트(24)의 양쪽면상에서 주요 표면 평면(30¹, 30²)을 지나서 돌출한 크기는 적어도 대략 서로 동일하며, 비드(26)의 최고점이 상부 커버 시트(20)의 하부 주요 표면을 지나서 돌출한 크기와 비드(28)가 하부 커버 시트(22)의 상부 주요 표면을 지나서 돌출한 크기보다 작다. 상기 비드(26, 28)들의 높이가 서로 상이하면, 융기부(34)들의 높이는 상이한 비드 높이에 적합하게 됨으로써, 주요 표면 평면(30¹)을 지나는 도 2에 따른 상부 융기부(34)들의 돌출부는 주요 표면 평면(30²)을 지나는 하부 융기부(34)의 돌출부와 서로 상이하다.

도 2와 3에 도시된 스토퍼(30)에 있어, 운반 시트(24)의 상면에 생긴 함몰부(32, 주요 표면 평면(30¹)으로부터 하방으로 연장한 것)들의 총 체적은 상부 융기부(34, 주요 표면 평면(30¹)으로부터 상방으로 연장한 것)의 총 체적과 근사적으로 동일하다. 유사하게, 운반 시트(24)의 아래 면(주요 표면 평면(30²)의 위)에 생긴 함몰부(32)들의 총 체적은 하부 융기부(34, 주요 표면 평면(30²)으로부터 하방으로 연장한 것)의 총 체적과 근사적으로 동일함으로써, 전체 함몰부들의 총 체적은 또한, 전체 융기부들의 총 체적과 근사적으로 동일하다.

도 2와 3으로부터 명백해지는 바와 같이, 함몰부들과 융기부들의 제작에 대한 상기 설명과 관련하여, 도 2와 도3에 도시된 스토퍼(30)는 함몰부(32)를 스탬핑할 때 배제된 운반 시트(24)의 재료가 각각의 스탬핑부 주위에 융기하고, 이에 의해 운반 시트(24)의 그 면 상에 단지 고려된 함몰부(32)가 놓여진 곳에 대응 융기부(34)를 형성하는 방식으로 제작된다. 이러한 연결에 있어 한쪽 면의 함몰부(32)가 다른 면의 정확히 반대편의 함몰부(32)에 놓이는 것은 이러한 실시예에 있어서 중요하다.

도2에 따른 상부 함몰부(32)가 결코 그 모양과 수에 있어서 도 2에 따른 하부 함몰부(32)와 동일할 필요가 없는 것은 스토퍼(30)의 제작에 대한 상기 설명으로부터 명백해질 것이며, 물론 동일한 것이 결과적으로 융기부(34)에 적용된다.

도 4에 도시된 제 2 실시 예는 융기부(34)들이 오직 운반 시트 한 면의 함몰부(32) 반대쪽에 놓여진다는(그리고, 역으로) 점에서 도 2와 3에 따른 실시예와 상이하지만, 동일한 참조 번호들은 도 2와 마찬가지로 도4에 사용되고, 단지, 도 4에 도시된 스토퍼(30)가 제작되는 방식을 상세히 설명하는 것이 필요하다.

도 4에 도시된 스토퍼(30)의 함몰부(32) 제작 중, 함몰부(32)의 스탬핑중 배제된 재료는 함몰부와 반대편에 놓여있는 융기부(34)가 융기된 운반 시트(34)의 다른 면을 향해 유동한다.

도 4에 도시된 실시예에 있어서, 개스킷 판은 스프링 강판으로 이루어져 비드(126)가 구비된 제 1시트 금속 층(120), 및 상기 비드(126)와 관련된 스토퍼(130)를 구비한 제 2시트 금속 층(124)으로 된 2개의 층으로 되어 있다. 단지, 하나의 비드(126)가 이러한 실린더 헤드 개스킷의 각각의 연소실 구멍(114)에 제공됨으로써, 스토퍼(130)는 시트 금속층(124)의 주요 표면 평면(130¹)을 지나서돌출한 융기부(134)들이 구비된 제 2시트 금속층(124)의 단지 일면에 제공되기에 적당하다. 이들 융기부를 제작하기 위하여, 함몰부(132)들은 그 다른 면의 시트 금속층(124) 내로 스탬핑되어, 이들 함몰부(132)들은 각각의 함몰부(132)가 융기부(134)들 중 하나에 정반대편에 배치되면서 제 2 주요 표면 평면(30²)으로부터 제 2 시트 금속층(124)으로 연장하고, 그럼으로써 융기부(134)들은 함몰부(132)들의 스탬핑 작업중 융기된다.

도 6에 도시된 실시예는 오직, 도 6에 도시된 스토퍼(130)에 있어 함몰부(132)들과 융기부(134)들이 제 2시트 금속층(124)의 동일 면에 배치된다는 점에서 도 5에 따른 실시예와 상이하다. 함몰부(132)가 제 2시트 금속층(124)의 제 1주요 표면 평면(130¹)으로부터 제 2시트 금속층(124)으로 스탬핑될 때(시트 금속층이 평면 상에 놓여지고 지속적으로 지지되면서), 이에 의해 배제된 재료는 스탬핑부들 주위를 유동하여 융기부(134)들을 형성한다.

또한, 도 5와 6에 따른 실시예에 있어서, 함몰부(132)의 총 체적은 융기부(134)의 총 체적과 근사적으로 동일하다.

물론, (도 5와 6에 따른 경우와 같은) 2개 층 개스킷의 경우, 스토퍼가 구비된 시트 금속층은 적어도 비드의 영역내에 보호되도록 고리 모양의 영역 내의 비드에 유발된 압력의 증가가 비드와 대향하는 개스킷 면에 유효할 만큼 얇아야 한다.

본 발명에 따라서, 변형 제한 장치는 그 폭(제 2 시트 금속층의평면도에서), 및/또는 그 높이(제2 시트 금속층을 통한 단면에서)로 측단면이 제공될 수 있다.

폭 형상의 경우에, 연소실 구멍에 연관된 방사상 방향으로 측정된 스토퍼의 폭은 예를 들면, 2개의 인접하는 연소실 구멍들 사이에 단지 작은 유효 공간이 있을 때, 연소실 구멍 또는 스토퍼의 원주 방향으로 변한다. 상기 스토퍼가 그 높이에 있어 형상이 정해지면, 그 융기부들은 전체가 동일한 높이가 아니다. 오히려, 융기부들의 높이는 이러한 높이 형상이 연장하면서 미리 설정된 스토퍼의 높이 형상에 따라 특히, 스토퍼 또는 관련 연소실 구멍의 원주 방향으로 변함으로써, 방사상 방향으로 서로 이웃하게 놓여진 스토퍼의 융기부들은 전체가 동일한 높이를 가진다. 특히, 높이에 있어서의 스토퍼의 형상 결정은 연소실 구멍 주위의 압력이 조정될 수 있고, 균일하게 될 수 있다는 장점을 가짐으로써, 예를 들면, 연소실 구멍과 관련된 실린더의 뒤틀림이 방지될 수 있다. 그러나, 복수 실린더 기관에 있어서, 그 크기에 있어 형성된 스토퍼는 실린더 헤드의 뒤틀림을 방지하거나 감소시키기에 적당하다. 이를 달성하려면 스토퍼가 연소실 구멍으로부터 상당한 거리, 따라서, 보호되어야할 비드의 외측으로부터 비교적 먼 위치에 정상적으로 배열된다.

Claims (20)

1. 적어도 하나의 연소실 구멍을 가지며 적어도 2개의 시트 금속 층을 갖는 개스킷 판을 구비하며, 상기 금속 층들 중 제 1시트 금속층에는 그 높이에 있어 탄성적으로 변형 가능하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸는 적어도 하나의 비드가 제공되며, 상기 금속 층들 중 제 2시트 금속 층에는 상기 비드의 변형을 제한하고 상기 연소실 구멍을 둘러싸며 상기 개스킷 판의 평면도상에서 상기 비드에 근접하게 배치되어 있는 적어도 하나의 변형 제한 장치가 제공되고,

   상기 변형 제한 장치는 제 2 시트 금속층이 상기 변형 제한 장치의 영역 내에서 주요 표면들 중 적어도 하나에 함몰부들의 스탬핑 작업 중 제 2 시트 금속 층의 배제되는 재료부분에 의해 융기부들이 형성되는 방식으로 스탬핑된 함몰부들의 패턴을 갖는 제 2시트 금속 층의 소성 변형에 의해 형성되며,

   변형 제한 장치의 영역 내에서 제 2시트 금속층의 총 두께는 상기 변형 제한 장치와 인접하는 제 2 시트 금속층의 영역 내에서 제 2 시트 금속 층의 최초 두께보다 두껍고,

   상기 최초의 제 2시트 금속층은 유동 압출 성형에 의해 소성 변형 가능한 강판으로 형성되고,

   상기 제 2 시트 금속 층의 평면도에 있어서 상기 변형 제한 장치는 컵 모양의 산포된 함몰부들의 2차원 패턴을 형성하며,

   유동 압출 성형에 의해 스탬핑된 함몰부들의 총 체적은 함몰부들의 스탬핑작업 도중 배제된 제 2시트 금속 층의 재료에 의해 형성된 융기부들의 총 체적과 근사하게 동일한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
2. 제 1항에 있어서, 상기 함몰부와 상기 융기부는 제 2 시트 금속층의 2개의 주요 표면들 중 오직 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
3. 제 1항에 있어서, 상기 함몰부들은 제 2 시트 금속 층의 하나의 주요 표면 내로만 스탬핑되고, 상기 융기부들은 제 2 시트 금속 층의 다른 주요 표면에만 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
4. 제 1항에 있어서, 제 2 시트 금속층의 각각의 2개 주요 표면들의 평면도에 있어서 상기 변형 제한 장치는 산포된, 컵 같은, 스탬핑된 함몰부의 2차원 패턴과 융기부들의 2차원 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
5. 제 4항에 있어서, 제 2 시트 금속층의 주요 표면들 중 1개의 표면 내로 스탬핑된 각각의 함몰부들은 다른 주요 표면상에 상기 함몰부와 반대쪽에 놓여있는 융기부를 갖는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
6. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 시트 금속 층의 2개의 주요 표면들 내로 스탬핑된 상기 함몰부들은 서로 반대편에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드개스킷.
7. 제 1항에 있어서, 제 2 시트 금속층의 평면도에 있어서의 상기 변형 제한 장치는 산포된, 돌기 같은 융기부들의 2차원 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
8. 제 1항에 있어서, 융기부들의 정점은 개스킷 판에 의해 한정된 평면과 근사적으로 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
9. 제 1항에 있어서, 상기 융기부들은 엔진 작동중에 융기부들에 가해진 압력하에서 적어도 거의 비탄성적인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
10. 제 1항에 있어서, 상기 융기부들은 엔진 동작 중에 상기 융기부들에 가해진 압력하에서 적어도 거의 비소성의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
11. 제 1항에 있어서, 개스킷 판에 수직으로 측정된 상기 변형 제한 장치의 상기 탄성율은 연소실 구멍의 주위 전체의 인접 비드의 탄성율보다 큰 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
12. 제 1항에 있어서, 제 2 시트 금속층의 평면도에 있어 스탬핑된 함몰부들은 제작 기술에 필요한 오직 최소한의 거리로 서로 이격된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
13. 제 1항에 있어서, 상기 개스킷 판의 평면도에 있어 상기 변형 제한 장치는 방사상으로 인접 비드 내측에 배열된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
14. 제 1항에 있어서, 상기 개스킷 판의 평면도에 있어 하나의 변형 제한 장치는 방사상으로 상기 비드 내측에 제공되고, 하나의 변형 제한 장치는 방사상으로 상기 비드 외측에 제공된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
15. 제 1항에 있어서, 상기 함몰부들은 규칙적인 패턴을 이루는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
16. 제 1항에 있어서, 모든 함몰부들은 적어도 근사적으로 동일한 패턴인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
17. 제 1항에 있어서, 모든 융기부들은 적어도 근사적으로 동일한 패턴인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
18. 제 1항에 있어서, 연소실 구멍 주위의 융기부들의 높이는 미리 설정된 높이 형상에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
19. 제 1항에 따른 실린더 헤드 개스킷을 제작하기 위한 방법에 있어서, 함몰부들과 융기부들은 유동 압출 성형에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷 제조방법.
20. 제 19항에 따른 제조방법에 있어서, 상기 융기부들은 최종 높이보다 처음 높이가 높게 제작되어 상기 융기부의 정점들이 개스킷 판에 의해 한정된 평면에 근사적으로 평행하게 연장하는 부분적인 역 변형에 의해 그 최종 높이로 축소되는 것을 특징으로 하는 개스킷 제조방법.