KR20120040201A

KR20120040201A - 실린더 헤드 개스킷 어셈블리

Info

Publication number: KR20120040201A
Application number: KR1020127001687A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 클레몬스; 제이크 후; 엠마 그리섬
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-04-26
Also published as: JP2013502547A; JP5869480B2; US8695986B2; JP2015061989A; CN102483161B; JP5956551B2; EP2467627B1; EP2467627A4; KR101707893B1; WO2011022530A3; WO2011022530A2; US20110042904A1; CN102483161A; EP2467627A2

Abstract

정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리는 평평한 양쪽 측면 사이에 뻗어 있는 개구부를 가진 내부 거리층으로서, 상기 개구부가 내연 엔진의 실린더 보어와 맞추어지도록 형성되어 있는 내부 거리층을 포함하고 있다. 복수의 내부 기능층은 상기 내부 거리층의 상기 양쪽 측면의 각각의 측면 위에 놓인다. 복수의 내부 기능층은 상기 거리층의 상기 개구부 둘레로 뻗어 있는 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드를 가지고 있다. 개스킷 어셈블리는 상기 내부 기능층으로부터 분리된 복수의 외부 기능층을 더 포함하고 있다. 외부 기능층은 상기 내부 거리층의 적어도 일부분을 내부에 수용하도록 형성된 환형 갭을 제공하도록 서로로부터 축선방향으로 이격된 환형 내주부를 가지고 있다. 내부 거리층의 외주부는 외부 기능층 사이에서 축선방향으로 구속되어, 내부 거리층은 외부 기능층으로부터 분리되는 것이 방지된다.

Description

실린더 헤드 개스킷 어셈블리{CYLINDER HEAD GASKET ASSEMBLY}

본 발명은 일반적으로 함께 체결되는 2개의 부재 사이에 가스/유체 밀봉을 형성하기 위해 사용되는 타입의 정적 개스킷에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 실린더 헤드 개스킷과 같은 다층 정적 개스킷에 관한 것이다.

실린더 블록 및 엔진 블록과 같은 함께 체결되는 2개의 부재 사이에 가스/유체 밀봉을 형성하는 데 있어서는, 거리층을 사이에 개재시킨 한 쌍의 기능층을 가진 정적 실린더 헤드 개스킷을 사용하는 것이 일반적이다. 일반적으로, 적어도 하나의 기능층은 유체 밀봉을 형성하는 것을 용이하게 해주는 밀봉 비드를 가지고 있다. 거리층은 기능층과 맞닿음하도록 형성되어 있어, 기능층의 밀봉 비드를 압축함으로써 유체 밀봉을 형성하는 것을 용이하게 한다. 불행하게도, 실린더 블록을 엔진 블록에 체결하는 동안에 밀봉 비드의 과압축으로 인해 밀봉 비드에 손상이 발생할 수 있다. 밀봉 비드가 과압축되어 실질적으로 평평해지면, 체결시나 사용 중에 밀봉 비드의 영역에 피로 균열이 형성될 수 있다. 피로 균열은 최종적으로 공기 및/또는 유체 밀봉을 형성하는 정적 개스킷의 능력을 감소시키고, 이로 인해 엔진의 수명 및 성능을 감소시킨다. 또한, 단일의 기능층이 거리층의 적어도 한쪽 측면에 맞닿도록 배치되면, 신뢰할 수 있는 가스/유체 밀봉을 형성하기 위해 밀봉 비드와 밀봉될 표면 사이에 필요한 선력(line force)을 성취하기 어렵다는 것이 판명될 수 있다.

정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리는 평평한 양쪽 측면 사이에 뻗어 있는 개구부를 가진 내부 거리층으로서, 상기 개구부가 실린더 보어와 맞추어지도록 형성되어 있는 내부 거리층을 포함하고 있다. 복수의 내부 기능층은 상기 내부 거리층의 상기 양쪽 측면의 각각의 측면 위에 놓인다. 복수의 내부 기능층은 상기 거리층의 상기 개구부 둘레로 뻗어 있는 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드를 가지고 있다.

본 발명의 또다른 양태에 따라, 개스킷 어셈블리는 상기 내부 기능층으로부터 분리된 복수의 외부 기능층을 더 포함하고 있다. 외부 기능층은 상기 내부 거리층의 적어도 일부분을 내부에 수용하도록 형성된 갭을 제공하도록 서로로부터 축선방향으로 이격된 환형 내주부를 가지고 있다. 내부 거리층의 외주부는 외부 기능층 사이에서 축선방향으로 구속되어, 내부 거리층은 외부 기능층으로부터 분리되는 것이 방지된다.

본 발명의 또다른 양태에 따라, 상기 개스킷 어셈블리는 상기 복수의 외부 기능층 사이에 개재되는 외부 거리층을 더 포함하고 있다. 상기 외부 거리층은 상기 내부 거리층의 상기 환형 외주부로부터 반경방향으로 이격되어 유지되도록 형성된 내주부까지 뻗어 있다.

본 발명의 또다른 양태에 따라, 상기 내부 거리층은 상기 복수의 외부 기능층 사이에서 축선방향으로 그리고 상기 외부 거리층에 대해 반경방향으로 부동(float)한다.

본 발명에 의해 구성되는 개스킷 어셈블리의 이러한 양태 및 그 밖의 양태，특징과 장점은 현시점에서 가장 바람직한 실시형태를 설명하는 아래의 설명, 첨부의 청구범위, 및 여기에 간략히 설명되는 첨부도면을 통해 당업자에 의해 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실린더 라이너, 엔진 블록 및 실린더 헤드 사이에서 부분적으로 조립된 상태로 도시되어 있는 본 발명의 하나의 양태에 따라 구성된 실린더 헤드 개스킷 어셈블리의 반경방향 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 실린더 헤드 개스킷 어셈블리의 반경방향 부분 분해 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 내부 거리층과 복수의 기능층의 반경방향 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 내부 거리층과 복수의 기능층의 반경방향 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 내부 거리층과 복수의 기능층의 반경방향 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 내부 거리층과 복수의 기능층의 반경방향 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성된 내부 거리층과 복수의 기능층의 반경방향 측단면도이다.

도면을 상세히 참조하면, 도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따라 구성된 다층 개스킷 어셈블리(10)를 도시하고 있다. 여기에서, 개스킷 어셈블리(10)는 엔진 블록(12), 실린더 라이너(14) 및 실린더 헤드(16) 사이에 가스/유체 밀봉을 형성하기 위해 제공되는 실린더 헤드 개스킷 어셈블리로서 도시되어 있다. 개스킷 어셈블리(10)는 적어도 하나의 다층형 내부 기능층을 가지며, 여기서는 한 쌍의 다층형(적층형) 내부 기능층(18, 20)을 가지는 것으로 도시되어 있다. 또한, 예시로서, 내부 거리층(22)이 적어도 일부분 내부 기능층(18, 20) 사이에 개재되어 있다. 내부 기능층(18, 20)은 내부 거리층(22)의 양 측면(24, 26)과 맞닿음하도록 배열되어 있다. 내부 기능층(18, 20) 각각은 거리층(22)의 환형 개구부를 한정하는 내주부(32)와 일치하는 치수로 되어 있는 환형 개구부를 한정하는 내주부(28, 30)를 가지고 있다. 개구부(28, 30, 32)라고도 칭해지는 각각의 내주부는 서로 동심적으로 배열되어 있고, 여기서는 예컨대 실린더 라이너(14)의 직립 플랜지(34)를 수용하도록 형성된 것으로 도시되어 있다. 다층형 기능층(18, 20) 각각은 포개지는 관계로 서로 동형인 환형 전압축 밀봉 비드(36, 38)를 가지고 있다. 밀봉 비드(36, 38)는 여기서는 실린더 헤드(16)와 실린더 라이너(14) 사이에 가스 밀봉을 형성하는 것을 용이하게 해주도록 서로 축선방향으로 정렬된 관계로 거리층(22)의 표면(24, 26)으로부터 축선방향 바깥쪽으로 확장되어, 실린더 보어(39)와 소정의 압축력을 유지하는 것으로 도시되어 있다. 개스킷 어셈블리(10)는 또한 외부 거리층(52)을 사이에 개재시킨 단층형 외부 기능층(40, 42)으로서 도시된 외부 기능층을 구비한다. 외부 기능층(40, 42)은 적어도 부분적으로 외부 거리층(52)의 결과로써 서로 축선방향으로 이격된 환형 내주부(44, 46)를 가지고 있어, 내부 거리층(22)의 외주부(50)를 내부에 헐거운 끼워맞춤하도록 수용하기에 충분한 치수로 되어 있는 환형 갭(48)을 제공한다. 그리하여, 내부 거리층(22)은 외부 기능층(40, 42)으로부터 의도하지 않게 분리되지 않도록 축선방향으로 구속된다. 외부 거리층(52)은 평평하거나 실질적으로 평평하며, 내부 거리층(22)을 헐거운 끼워맞춤으로 수용하는 치수로 되어 있는 개구부를 한정하는 내주부(54)를 가지고 있다. 그리하여, 내부 기능층(18, 20)과 내부 거리층(22)에 의해 제공되는 내부 개스킷 서브어셈블리(56)는 외부 기능층(40, 42)과 외부 거리층(52)에 의해 제공되는 외부 개스킷 서브어셈블리(58)에 대해 반경방향 및 축선방향으로 부동(float)할 수 있지만, 내부 서브어셈블리(56)는 외부 기능층(40, 42)의 반경방향 내측 부분이 내부 거리층(22)의 반경방향 외측 부분과 중첩되는 결과로써 외부 서브어셈블리(58)로부터 분리되지 않고 구속된다. 따라서, 내부 서브어셈블리(56)와 외부 서브어셈블리(58)는 서로 독립적으로 부동할 수 있어, 실린더 라이너(14)와 엔진 블록(12) 사이의 오프셋(offset)(스탠드오프(standoff))을 수용한다. 그리하여, 엔진 블록(12)과 실린더 라이너(14)의 제조 공차가 완화될 수 있음과 동시에, 서로 결합되는 엔진 구성요소들 사이에 신뢰할 수 있는 가스/유체 밀봉을 제공할 수 있다.

내부 적층형 기능층(18, 20)과 외부 단층형 기능층(40, 42)은 예컨대 스프링 강과 같은 탄성 금속으로 제작될 수 있고, 밀봉 요건에 따라 임의의 적합한 개별층 두께를 가지고서 제공될 수 있다. 적층형 내부 기능층(18, 20) 각각이 복수의 층(여기서는 예시로서 각각이 3개의 맞닿은 층을 가지고 있는 것으로 도시되었지만 이에 한정되지 않음)을 가지고 있기 때문에, 실질적으로 라인(60)을 따라 형성되는 선접촉력은 의도한 사용처에 대해 신뢰할 수 있는 밀봉이 형성되는 것을 보장할 수 있도록 정밀하게 제어되고 최대화될 수 있다. 선접촉력(60)은 서로 맞닿음하여 적층되는 개별층의 개수를 조절할 수 있고 또한 서로 맞닿음하는 개별층의 두께를 조절할 수 있다는 것(도 7)의 결과로써 정밀하게 형성될 수 있다. 따라서, 적층형 내부 기능층(18, 20)의 개별층은 서로 다른 두께를 가지고서 제공될 수 있으며, 또한, 필요하다면, 예컨대 탄성 및 스프링율과 같은 다른 물리적 특성을 가진 다른 종류의 재료가 적층형 기능층(18, 20)의 하나 이상의 개별층에 사용될 수 있다.

내부 및 외부 거리층(22, 52)은 예컨대 냉연강이나 스테인리스강과 같은 비교적 강성의 금속 재료로부터 제작될 수 있다. 거리층(22, 52) 각각은 평평하거나 실질적으로 평평하다면 반경방향 단면으로 대략 대칭인 보디를 가진다. 사용처에 따라, 내부 및 외부 거리층(22, 52)은 동일한 두께, 실질적으로 동일한 두께 또는 상이한 두께를 가지고서 제작될 수 있다. 도 1에 도시된 바로는, 외부 거리층(52)이 내부 거리층(22)보다 두껍다. 이는 부분적으로 내부 기능층(18, 20)은 다층형이면서, 외부 기능층(40, 42)은 단층이라는 사실에 기인한다. 그래서, 내부 및 외부 거리층(22, 52)의 상대 두께는 각각의 다층형 내부 기능층(18, 20)을 제작하는 데 사용되는 개별층의 개수 및 두께에 따라 조절될 수 있다.

개스킷(10)의 조립시, 외부 기능층(40, 42)의 적어도 일부분이 내부 거리층(22)의 적어도 일부분과 중첩되어, 내부 서브어셈블리(56)와 외부 서브어셈블리(58)를 단일화된 구성요소로서 유지시킨다. 그리하여, 전술한 바와 같이, 내부 개스킷 서브어셈블리(56)는 외부 개스킷 서브어셈블리(58)에 대해 반경방향 및 축선방향으로 부동할 수는 있지만, 개스킷 어셈블리(10)는 조립되어 있는 동안 내부 개스킷 서브어셈블리(56)가 외부 개스킷 서브어셈블리(58)로부터 의도하지 않게 분리되는 것을 염려할 필요 없이 취급될 수 있다. 물론, 내부 및 외부 서브어셈블리(56, 58) 사이의 상대 부동의 정도는, 필요하다면, 갭(48)의 치수 및 내부 거리층(22)의 대응하는 치수(외경 및 두께)를 제어함으로써, 제어되거나 최소화될 수 있다.

개스킷 어셈블리(10)의 제작에 있어, 다층형 내부 기능층(18, 20)의 개별층은 서로 탈착되어 유지될 수 있으며, 또는 예컨대 용접 공정으로 용접 조인트(62) 등을 통해 서로 고정될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 기능층(18, 20)은, 필요에 따라, 내부 거리층(22)으로부터 탈착되어 유지되거나, 용접 조인트(64) 등을 통해 내부 거리층(22)에 고정되어 유지될 수 있다. 마찬가지로, 외부 기능층(40, 42)도 외부 거리층(52)으로부터 분리되어 유지되거나 외부 거리층(52)에 고정되어 유지될 수 있다. 제조에 있어서의 취급을 용이하게 하기 위해, 내부 기능층(18, 20)은 바람직하게는 내부 거리층(22)에 고정되고, 외부 기능층(40, 42)은 바람직하게는 외부 거리층(52)에 고정된다.

도 2에, 본 발명의 또다른 양태에 따라 구성되는 개스킷 어셈블리(110)가 도시되어 있으며, 공통수 100을 뺀 후의 같은 도면번호가 전술한 실시예에서와 유사한 구성을 식별하는 데 사용된다. 개스킷 어셈블리(110)는 전술한 실시예와 실질적으로 같은 내부 및 외부 서브어셈블리(156, 158)를 가지고 있지만, 내부 서브어셈블리(156)는 거리층(122)을 사이에 개재시킨 다층형 내부 기능층(118, 120)을 가지고 있으며, 각각의 내부 기능층(118, 120)은 전술한 실시예에서와 같이 3개의 개별 맞닿음 기능층이 아니라 한 쌍의 개별 맞닿음 기능층을 가지고 있다. 또한, 외부 서브어셈블리(158)는 외부 거리층(152)을 사이에 개재시킨 한 쌍의 외부 기능층(140, 142)을 가지고 있고, 또한, 인접한 기능층(142)과 맞닿음하도록 거울대칭 관계로 형성된 추가적인 기능층(142')을 구비하고 있다. 그 외에는, 개스킷 어셈블리(110)는 전술한 실시예와 동일하다.

도 3-7에, 본 발명의 또다른 양태들에 따라 구성된 각각의 내부 서브어셈블리(256, 356, 456, 556, 656)가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 내부 서브어셈블리(256)는 도 2의 내부 서브어셈블리(156)와 유사하지만, 기능층(218, 220)이 도 2에서와 같이 서로로부터 반대쪽으로 축선방향 바깥쪽으로 향해 있는 것이 아니라, 서로에 대해 거울대칭 관계로 서로를 향해 축선방향 안쪽을 향해 있는 풀 비드(full bead)(236, 238)를 가지고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 내부 서브어셈블리(356)는 도 1의 내부 서브어셈블리(56)와 유사하지만, 기능층(318, 320)이 도 1에서와 같이 서로로부터 반대쪽으로 축선방향 바깥쪽으로 향해 있는 것이 아니라, 서로에 대해 거울대칭 관계로 서로를 향해 축선방향 안쪽을 향해 있는 풀 비드(336, 338)를 가지고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 내부 서브어셈블리(456)는 도 1 및 도 4의 내부 서브어셈블리(56, 356)와 유사하지만, 기능층(418, 420)이 서로 동일한 방향으로 축선방향 안쪽을 향해 있는 풀 비드(436, 438)를 가지고 있어, 중간의 거리층(422)이 없다면 풀 비드(436, 438)는 서로 포개질 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 내부 서브어셈블리(556)는 거리층(522)의 양쪽 측면 중의 다른 한쪽의 측면 위에 놓이는 내부 기능층(520)과 개별층의 개수가 상이한 내부 기능층(518)을 거리층(522)의 양쪽 측면 중의 한쪽의 측면 위에 가지고 있다. 상부 기능층(518)은 개별층의 개수와 형태에 있어 도 2의 내부 서브어셈블리(156)와 유사하고, 하부 기능층(520)은 개별층의 개수와 형태에 있어 도 1의 내부 서브어셈블리(56)와 유사하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 내부 서브어셈블리(656)는 거리층(622)의 양쪽 측면 중의 다른 한쪽의 측면 위에 놓이는 기능층(620)과 개별층의 개수가 상이한 내부 기능층(618)을 거리층(622)의 양쪽 측면 중의 한쪽의 측면 위에 가지고 있다는 점에서 내부 서브어셈블리(556)와 유사하다. 하지만, 상부 기능층(618)은 개별층의 개수와 형태에 있어 도 1의 내부 서브어셈블리(56)와 유사하고, 하부 기능층(620)은 개별층의 개수와 형태에 있어 도 2의 내부 서브어셈블리(156)와 유사하다.

필요에 따라, 다층형 내부 기능층을 형성하는 데 사용되는 개별층의 개수는 도면에 예시된 것과 다르게 제공될 수 있으며, 또한, 개별적인 두께도 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예시의 실시예들은 현시점에서 바람직한 실시예를 나타낸 것일 뿐, 본 발명의 범위 내의 모든 착상가능한 실시예를나타내는 것을 의미하지 않는다.

이상의 교시된 사항에 비추어, 본 발명의 수많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. 따라서, 최종적인 청구범위 범위 내에서, 본 발명은 특정적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims

정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리에 있어서,
평평한 양쪽 측면 사이에 뻗어 있는 개구부를 가진 내부 거리층으로서, 상기 개구부가 실린더 보어와 맞추어지도록 형성되어 있는 내부 거리층; 및
상기 내부 거리층의 상기 양쪽 측면의 각각의 측면 위에 놓이는 복수의 내부 기능층으로서, 상기 내부 거리층의 상기 개구부 둘레로 뻗어 있는 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드를 가지고 있는 복수의 내부 기능층;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 내부 기능층으로부터 분리된 복수의 외부 기능층으로서, 상기 내부 거리층의 적어도 일부분을 내부에 수용하도록 형성된 환형 갭을 제공하도록 서로로부터 축선방향으로 이격된 환형 내주부를 가지고 있는 복수의 외부 기능층을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 2 항에 있어서, 상기 내부 거리층은 환형 외주부를 가지고 있고, 상기 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리는 상기 복수의 외부 기능층 사이에 개재되는 외부 거리층으로서, 상기 내부 거리층의 상기 환형 외주부로부터 반경방향으로 이격된 관계로 형성된 내주부를 가지고 있는 외부 거리층을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 3 항에 있어서, 상기 내부 거리층은 상기 복수의 외부 기능층 사이에서 축선방향으로 그리고 상기 외부 거리층에 대해 반경방향으로 부동(float)하는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제3 항에 있어서, 상기 내부 거리층과 상기 외부 거리층은 상이한 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드는 풀 비드이고, 상기 내부 거리층의 한쪽 측면 상의 풀 비드와 상기 거리층의 다른 한쪽 측면 상의 풀 비드가 축선방향으로 거울대칭 관계로 서로를 향해 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드는 풀 비드이고, 상기 내부 거리층의 한쪽 측면 상의 풀 비드와 상기 거리층의 다른 한쪽 측면 상의 풀 비드가 축선방향으로 거울대칭 관계로 서로로부터 반대쪽으로 향해 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 축선방향으로 정렬되어 포개어진 환형 밀봉 비드는 풀 비드이고, 상기 내부 거리층의 한쪽 측면 상의 풀 비드와 상기 거리층의 다른 한쪽 측면 상의 풀 비드가 축선방향으로 동일 방향으로 향해 있는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 내부 거리층의 상기 양쪽 측면의 각각의 측면 위에 놓이는 복수의 내부 기능층은 상기 양쪽 측면 중의 다른 한쪽 측면 위에 놓이는 내부 기능층과 개별층의 개수가 상이한 내부 기능층을 상기 양쪽 측면 중의 한쪽의 측면 위에 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 적어도 몇몇의 개별 기능층은 서로에 대해 상이한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 정적 실린더 헤드 개스킷 어셈블리.