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Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zwischen zwei Motorelementen,
wie z. B. einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Motors,
angeordnete Metalldichtung, um den dazwischenliegenden Abschnitt
abzudichten.
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Sobald
die Zylinderkopfdichtung zwischen den Zylinderkopf und den Zylinderblock
(Zylinderkörper)
eines Kraftfahrzeugmotors (Innenverbrennung) eingesetzt ist, wird
die Zylinderkopfdichtung mit einer Zylinderkopfschraube festgezogen.
Die Zylinderkopfdichtung dient zur Abdichtung von Fluiden, wie z.
B. Verbrennungsgas, Öl,
Kühlwasser
usw..
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Wegen
der Betonung der Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugmotoren werden
Motorteile in der letzten Zeit häufig
leichter gebaut, indem sie beispielsweise aus Aluminiumlegierungen
hergestellt werden. Weil der Motor leichter ist, haben solche Motorteile
eine geringere Steifheit (d. h. einen geringeren Widerstand gegen
mechanische Deformationen). Infolgedessen werden solche Teile leicht
mechanisch deformiert und eine Aufrechterhaltung der Dichtungsleistung
der Kopfdichtung wird zunehmend schwieriger. Insbesondere ist die
Fähigkeit
der Zylinderkopfdichtung, Gas um die Zylinderbohrung herum abzudichten,
zu einem Hauptproblem geworden.
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Besonders
bei geringer Steifheit der Motorteile nimmt die Ungleichmäßigkeit
des Dichtungsanpressdrucks um die Zylinderbohrung beim Anziehen der
Zylinderkopfdichtung zu. Infolgedessen nimmt der Unterschied zwischen
Abschnitten, in welchen der Anpressdruck groß ist, und Abschnitten, in
welchen der Anpressdruck gering ist, zu. Das führt in dem Abschnitt mit geringem
Anpressdruck folglich zu einem unverhältnismäßigen Austritt von Gas.
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Bei
herkömmlichen
Techniken wurde die oben genannte Art eines Gasaustritts durch eine
Vergrößerung des
Gesamtanpressdrucks des Dichtungsabschnitts um die Zylinderbohrung
(Verbrennungsraum) die Verwendung eines Dichtungswulstmaterials
mit elastischen Eigenschaften angegangen, um einem teilweise vermindertem
Anpressdruck infolge einer Biegung usw. entgegenzuwirken.
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Wenn
jedoch der Gesamtanpressdruck vergrößert wird, oder wenn die elastische
Eigenschaft der gesamten Wulst infolge eines teilweise verminderten
Anpressdrucks erhöht
wird, ergeben sich unnötige
Auswirkungen selbst auf diesen Abschnitten der Dichtung, in welchen
der Anpressdruck ausreichend und die Dichtungsleistung normal ist.
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Bei
einer Analyse der zuvor genannten Art der Gasundichtigkeit durch
den Erfinder wurde herausgefunden, dass die Undichtigkeit in erster
Linie in einem Abschnitt des unteren Abschnitts eines Zylinderkopfauslasskanals
oder in der Nähe
des unteren Abschnitts eines Zylinderkopfeinlasskanals auftrat. Der
Auslasskanal und Einlasskanal durchdringen oder gehen durch den
Zylinderkopf in der Nähe
einer Kontaktfläche
der Dichtung, so dass der Abschnitt des Zylinderkopfs hohl wird.
Die Bereiche in der Nähe
der Mitten des Einlasskanals und Auslasskanals sind strukturell
dünn, so
dass die unteren Flächen
des Auslasskanals und Einlasskanals leicht verbiegbar sind, wenn
die Dichtung festgezogen wird. Folglich wird der Anpressdruck des
Dichtungsabschnitts der Dichtung in der Nähe dieser Stellen vermindert,
und das verursacht die Undichtigkeit.
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Außerdem ist
eine Technik bekannt, bei welcher die Dichtungsleistung um die Zylinderkopfbohrung
oder die weiteren Dichtungslöcher
der Metalldichtung durch einen wellenförmigen Wulst (, d. h. einen
Wulst mit einer wellenartigen Form,) verbessert wird. Siehe beispielsweise
Japanisches Patent Nr. 3057445.
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Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die zuvor genannten Probleme
bei herkömmlichen
Metalldichtungen zu lösen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Metalldichtung bereitzustellen,
mit welcher relativ zu einer Zylinderbohrung eine hervorragendes
Dichtungsleistung bereitgestellt werden kann, ohne jedoch nachteilige
Wirkungen für andere
Abschnitte der Abdichtung zu verursachen.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgaben sind bei einer ersten Ausgestaltung
der Metalldichtung der vorliegenden Erfindung, welche zwischen einem
Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Motors abdichtet, Hauptdichtungswülste entlang
des Umfangs eines Zylinderbohrungslochs vorgesehen. Gleichzeitig
sind mäanderförmige Wülste, wobei
die Hauptdichtungswülste
mäanderförmig sind,
lediglich in Abschnitten vorgesehen, über welchen ein Einlasskanal
der Zylinderkopfdichtung und ein Auslasskanal der Zylinderkopfdichtung
durchlaufen.
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Alternativ
sind bei einer zweiten Ausgestaltung der Metalldichtung, welche
zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock des Motors abdichtet, die
Hauptdichtungswülste
entlang des Umfangs des Zylinderbohrungslochs vorgesehen. Gleichzeitig
sind mäanderförmige Wülste, wobei
Nebenwülste
mäanderför mig sind,
teilweise parallel lediglich in den Abschnitten, über welchen
der Einlasskanal des Zylinderkopfs und der Auslasskanal des Zylinderkopfs durchlaufen,
und außerhalb
der Hauptdichtungswülste
vorgesehen.
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Bei
einer dritten Ausgestaltung der oben genannten Metalldichtung sind
Enden der mäanderförmigen Wülste, wobei
die Nebenwülste
mäanderförmig sind,
mit den Hauptdichtungswülsten
verbunden.
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Bei
den mäanderförmigen Wülsten ist
zumindest die Höhe,
Breite oder Querschnittsform der Wülste verschieden von einer
der Hauptdichtungswülste
ausgebildet.
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Gemäß der Metalldichtung
der vorliegenden Erfindung können
die mäanderförmigen Wülste auf Grund
der mäanderförmigen Form
mit einer größeren Länge ausgeführt werden,
so dass der Anpressdruck in den verlängerten Abschnitten außerordentlich
vergrößert werden
kann.
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Außerdem kann
ein Maß für den Dichtungsanpressdruck
in den verlängerten
Abschnitten vergrößert werden.
Deshalb sind die verlängerten
Abschnitte nur in Abschnitten angeordnet, in welchen besonders schwierige
Dichtungsgegebenheiten des Motors vorliegen, und in welchen der
Einlasskanal und der Auslasskanal des Zylinderkopfs durchlaufen.
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Infolgedessen
kann jede Abnahme im Anpressdruck in den Öffnungsabschnitten und jede durch
die Abnahme des Anpressdrucks verursachte Gasundichtigkeit vermieden
werden. Deshalb kann eine hervorragende Dichtungsleistung erreicht
werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Metalldichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Teildraufsicht auf die Metalldichtung gemäß der ersten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Draufsicht auf eine Metalldichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung;
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4 ist
eine Teildraufsicht auf die Metalldichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Metalldichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist
eine Teildraufsicht auf die Metalldichtung gemäß der dritten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung.
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Genaue Beschreibung
bevorzugter Ausgestaltungen
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In
der folgenden Beschreibung werden Ausgestaltungen einer Metalldichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen erklärt. 1 bis 6 sind
erklärende
(d. h. nicht maßstabsgetreue)
Zeichnungen, und Strukturen sind durch unterschiedliche Größen von
Zylinderbohrungen, Wülsten,
mäanderförmigen Wülsten usw.,
welche von den tatsächlichen
Größen abweichen, übertrieben
dargestellt, so dass die Zeichnungen der Strukturen einfach verständlich sind.
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Die
Metalldichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine zwischen Motorelementen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks
(Zylinderkörper)
eines Motors einzubauende Zylinderkopfdichtung. Die Metalldichtung
dichtet ein Verbrennungsgas, welches eine hohe Temperatur und einen
hohen Druck hat, und Fluide, wie z. B. Kühlwasser, Öl usw. in Kühlwasserkanälen oder Kühlölkanälen ab.
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Wie
in 1, 3 bzw. 5 gezeigt ist, enthalten
die Metalldichtungen 1A, 1B und 1C einen
Metallträger 10,
welcher aus einer Weichstahlplatte, aus einem rostfreien angelassenen
Material (angelassenes Material), aus einem rostfreien thermisch
aufbereiteten Material (einer Federstahlplatte) usw. ausgebildet
ist. Außerdem
werden die Metalldichtungen 1A, 1B, 1C unter
Berücksichtigung
der Formen der Motorelemente, z. B. des Zylinderbocks usw. angefertigt.
Die Metalldichtungen 1A, 1B, 1C enthalten
Zylinderbohrungslöcher
(Verbrennungsraumlöcher) 2, Flüssigkeitslöcher 3 zum
Zirkulieren von Kühlwasser oder
Motoröl
und Zylinderkopfschraubenlöcher 5 zum
Festziehen einer Zylinderkopfschraube.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, sind bei einer
Metalldichtung 1A gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Hauptdichtungswülste 11A längs Umfängen der
Zylinderbohrungslöcher 2,
welche abgedichtet werden sollen, vorgesehen. Außerdem sind mäanderförmige Wülste 12A, wobei
die Hauptdichtungswülste 11A mäanderförmig sind,
in Abschnitten vorgesehen, über
welchen Einlasskanäle "IN" des Zylinderkopfs
durchlaufen. Mäanderförmige Wülste 13A,
wobei die Hauptdichtungswülste 11A mäanderförmig sind,
sind in Abschnitten vorgesehen, über
welchen die Auslasskanäle "EX" des Zylinderkopfs
durchlaufen.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt ist, sind bei einer
Metalldichtung 1B gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung Hauptdichtungswülste 11B längs der
Umfänge
der abzudichtenden Zylinderbohrungslöcher 2 vorgesehen.
Außerdem
sind mäanderförmige Wülste 12B und 13B in
den Abschnitten, über
welchen die Einlasskanäle
IN und die Auslasskanäle
EX des Zylinderkopfs durchlaufen, teilweise parallel bzw. auch außerhalb
der Hauptdichtungswülste 11B vorgesehen.
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Wie
in 5 und 6 gezeigt ist, sind bei einer
Metalldichtung 1C gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung Hauptdichtungswülste 11C längs der
Umfänge
der abzudichtenden Zylinderbohrungslöcher 2 genauso wie
bei der Metalldichtung 1B der zweiten Ausgestaltung vorgesehen.
Außerdem sind
mäanderförmige Wülste 12C und 13C in
den Abschnitten, über
welchen die Einlasskanäle
IN und die Auslasskanäle
EX des Zylinderkopfs durchlaufen teilweise parallel bzw. auch außerhalb
der Hauptdichtungswülste 11C vorgesehen.
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Bei
der Metalldichtung 1C gemäß der dritten Ausgestaltung
sind die Enden 12Ca, 13Ca der mäanderförmigen Wülste 12C, 13C mit
den Hauptdichtungswülsten 11C verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Enden der mäanderförmigen Wülste 12C, 13C mit
den Hauptdichtungswülsten 11C verbunden.
Jedoch kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nur ein
Ende der mäanderförmigen Wülste 12C, 13C mit
den Hauptdichtungswülsten 11C verbunden
sein.
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Bei
der oben genannten Struktur können
die mäanderförmigen Wülste mit
der gleichen Form und Größe wie die
Hauptdichtungswülste
ausgebildet sein. Jedoch ist zumindest die Höhe, Breite bzw. Querschnittsform
der mäanderförmigen Wülste unterschiedlich
von derjenigen der Hauptdichtungswülste ausgebildet, so dass eine
noch angemessenere Anpressdruckverteilung erhalten werden kann. Infolgedessen
kann mit der Struktur eine bessere Dichtungsleistung bereitgestellt
werden.
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Gemäß der Metalldichtungen 1A, 1B, 1C können die
mäanderförmigen Wülste 12A, 13A, 12B, 13B, 12C, 13C infolge
der mäanderförmigen Form mit
einer größeren Länge ausgebildet
werden, so dass der Anpressdruck in diesen Abschnitten außerordentlich
vergrößert werden
kann. Außerdem
kann ein Maß des
Dichtungsanpressdrucks der Abschnitte vergrößert werden. Deshalb kann eine
Abnahme im Anpressdruck in den Abschnitten, über welchen die Abdichtung
des Motors besonders schwierig ist und die Einlasskanäle und Auslasskanäle des Zylinderkopfs
durchlaufen, vermieden werden. Infolgedessen kann eine hervorragende
Dichtungsleistung erreicht werden.
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Die
Offenbarung der am 04. November 2004 eingereichten Japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-320399 wird hierin einbezogen.
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Obwohl
die Erfindung bezüglich
spezieller Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben worden ist,
ist die Beschreibung veranschaulichend und die Erfindung wird nur
durch die anhängenden
Ansprüche
beschränkt.