DE102019203754A1

DE102019203754A1 - Metalldichtung

Info

Publication number: DE102019203754A1
Application number: DE102019203754.2A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Abe
Original assignee: Kokusan Parts Industry Co Ltd
Current assignee: Kokusan Parts Industry Co Ltd
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: JP6439161B1; DE102019203754B4; US20190285179A1; JP2019163798A

Abstract

Eine Metalldichtung kann durch Druckverkleben einer größere Haftfestigkeit eines Dichtelements erreichen, was die Dichtleistung insgesamt verbessert und die Herstellungskosten senkt. Ein Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte kann die Herstellungskosten der dichtungsbildenden Platte senken und die Haftfestigkeit eines Dichtelements an einem Metallplattenrohling durch Druckverkleben erhöhen. Zwei dichtungsbildende Platten werden übereinandergeschichtet. Abdeckungsteile, die jeweils eine Breite aufweisen, sind an einer Außenfläche der ersten dichtungsbildenden Platte an Sicken entlang zum Abdecken der Sicken in einer Draufsicht vorgesehen. Vorstehende Dichtungsteile sind so an Außenflächen der Abdeckungsteile entlang den Abdeckungsteilen vorgesehen, dass sie in einer Dickenrichtung nach außen vorstehen. Dichtelemente, die jeweils die Abdeckungsteile und die vorstehenden Dichtungsteile umfassen, bestehen aus einem Einzelelement, das integral mit einem Gummimaterial angeformt ist.

Description

STAND DER TECHNIK
Sachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metalldichtung, die zur Verwendung als Kopfdichtung für einen Fahrzeugmotor geeignet ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer dichtungsbildenden Platte, die für die Metalldichtung verwendet wird.
Stand der Technik
Neuere Motoren, bei denen ein sparsamer Kraftstoffverbrauch im Vordergrund steht, wurden im Zuge der Leichtbautechnik bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrads der Verbrennung entwickelt. Insbesondere wenn eine Gewichtsreduzierung nicht optimal konstruiert ist, verliert der Motor an Steifheit, was zu einer stärkeren Ebenheitsabweichung führt, wenn Passflächen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks aneinander befestigt werden. Somit ist eine Kopfdichtung mit einer hohen Dichtleistung erforderlich. Da jedoch die Nockenwelle und die Kurbelwelle Drehwellen sind, müssen diese Wellen ausreichend steif sein, um selbst bei reduzierter Motorsteifheit eine gewisse Ablenkung zu hemmen. Besonders weil ein Zylinderkopf, in dem die Nockenwelle angeordnet ist, vom Anziehen der Schrauben beeinflusst wird, ist eine Verringerung der Axialkraft beim Anziehen der Schrauben ein wirksames Mittel. Aber eine Reduzierung der Axialkraft beim Anziehens der Schrauben kann eine Hauptursache für eine verringerte Dichtleistung der Kopfdichtung sein.
Angesichts der genannten Tatsachen wurde zur maximalen Verbesserung der Dichtleistung einer Kopfdichtung eine Metallplatte mit einer über einer oder beiden Oberflächen ausgebildeten Gummischicht vorgeschlagen, die als Metallplattenrohling für eine dichtungsbildende Platte der Kopfdichtung praktische Verwendung findet (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
Jedoch kann so eine Gummischicht auf einem Kontaktabschnitt mit Motorkühlwasser gebildet sein. Löst sich ein Teil der Gummischicht ab, kann sich in dem Fall das abgelöste Gummistück mit dem Kühlwasser vermischen und eine Verstopfung verursachen, die die Kühlleistung herabsetzen kann.
Daher kann zum Beispiel ein einem Wassermantel zugewandter Teil der Gummischicht der wie in in Patentliteratur 1 beschriebenen dichtungsbildenden Platte mit einem Wasserstrahl entfernt werden, oder ein Flüssiggummimaterial kann durch Sprühbeschichtung oder Siebdruck lediglich auf eine Sicke und ein gewünschtes, zu der Sicke weisendes Teil aufgetragen werden, um eine Beschichtungslage aus Gummimaterial zu bilden und so eine Metalldichtung bereitzustellen, die eine Beeinträchtigung der Kühlleistung durch Ablösen der Gummischicht weitestgehend verhindert (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2).
Indessen wurde eine Kopfdichtung vorgeschlagen, die als Beschichtungslagen auf einer dichtungsbildenden Platte eine MicroSeal-Schicht mit NBR (Nitrilkautschuk), Fluorharz oder dergleichen, die über die gesamte Oberfläche einer Metallplatte aufgetragen ist, sowie eine Versiegelungsschicht umfasst, die zum Einfassen von Bohrungen wie Zylinderbohrungen, Flüssigkeitsbohrungen für den Kühlwasser- und Motorölkreislauf, Schraubenbohrungen für Befestigungsschrauben, Getriebebohrungen usw. ausgebildet ist. Bei dieser Dichtung ist die Dicke der Versiegelungsschicht größer als die der MicroSeal-Schicht, um mehrere Dichtungslinien durch die Versiegelungsschicht auszubilden und so die Dichtleistung zu verbessern (siehe zum Beispiel Patentliteratur 3).
VERWEISLISTE
[PATENTLITERATUR]

[Patentliteratur 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2008-164122
[Patentliteratur 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2000-28002
[Patentliteratur 3] Japanische Patentschrift Nr. 3547417

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Doch in dem Fall, bei dem ein unnötiger Teil einer Gummischicht mit einem Wasserstrahl entfernt wird, nimmt die Arbeit zum Entfernen des unnötigen Teil viel Zeit in Anspruch, was zu einer geringeren Produktivität der Kopfdichtung führen kann. Außerdem können sich durch verschwenderischen Einsatz des Gummimaterials die Herstellungskosten der Kopfdichtung erhöhen. Außerdem kann nur eine Gummischicht mit einer gleichmäßigen Dicke gebildet werden, während Beschichtungslagen mit unterschiedlicher Höhe, wie in Patentliteratur 3 beschrieben, nicht gebildet werden können.
Indessen ist in dem Fall, in dem eine Beschichtungslage durch Siebdruck gebildet wird, im Gegensatz zum Bilden einer Gummischicht über eine oder beide Oberflächen einer Metallplatte kein Arbeitsaufwand zum Entfernen eines unnötigen Teils erforderlich und die Produktivität kann so verbessert werden. Ferner können die Herstellungskosten der Kopfdichtung durch maximales Begrenzen eines verschwenderischen Einsatzes von Gummimaterial reduziert werden. Außerdem können Beschichtungslagen mit unterschiedlicher Höhe und/oder aus unterschiedlichem Material wie in Patentliteratur 3 beschrieben gebildet werden.
Allerdings muss ein Flüssiggummimaterial, das durch Verdünnen mit einem zugesetzten Lösungsmittel erhalten wurde, als Gummimaterial für den Siebdruck verwendet werden. Außerdem ist die Haftfestigkeit der Beschichtungslage an der Metallplatte geringer, da das aufgebrachte Gummimaterial nicht mit der Metallplatte druckverklebt wird.
Wenn also Beschichtungslagen mit unterschiedlicher Höhe wie in Patentliteratur 3 gebildet werden, muss entweder eine Sprühbeschichtung erfolgen, bei der die dichtungsbildende Platte für jede der Beschichtungslagen mit unterschiedlichen Höhen maskiert wird, oder es muss ein Siebdruckverfahren mit unterschiedlichen Schablonen für die jeweiligen Beschichtungslagen durchgeführt werden, wodurch sich die Anzahl der Schritte für die Bildung der Beschichtungslagen erhöht, was zu einer geringeren Produktivität und höheren Herstellungskosten führen kann. Außerdem verringert sich die Kontaktfläche zwischen der Beschichtungslage und einer Metallplatte, wenn eine schmale Beschichtungslage wie eine Versiegelungsschicht wie in Patentliteratur 3 beschrieben gebildet wird, weswegen die Beschichtungslage zwangsläufig zu einer leichten Ablösung neigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen: einer Metalldichtung, die die Haftfestigkeit eines Dichtelements durch Druckverkleben erhöhen, die Dichtleistung insgesamt verbessern und die Herstellungskosten senken kann; und eines Verfahrens zur Herstellung einer dichtungsbildenden Platte, das die Herstellungskosten der dichtungsbildenden Platte senken und die Haftfestigkeit eines Dichtelements an einem Metallplattenrohling durch Druckverkleben erhöhen kann.
Die vorliegende Erfindung weist zum Lösen der genannten Aufgabe die folgenden Merkmale auf.
(1) Eine Metalldichtung umfasst: eine einzelne dichtungsbildende Platte, auf der eine Sicke zum Dichten vorgesehen ist; ein Abdeckungsteil mit einer Breite, wobei das Abdeckungsteil auf mindestens einer Oberfläche der dichtungsbildenden Platte entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke in einer Draufsicht vorgesehen ist; ein vorstehendes Dichtungsteil, das entlang dem Abdeckungsteil auf einer Außenfläche des Abdeckungsteils vorgesehen ist, wobei das vorstehende Dichtungsteil nach außen in eine Dickenrichtung des Abdeckungsteils vorsteht; und ein Dichtelement, welches das Abdeckteil und das vorstehende Dichtungsteil aufweist und das aus einem einzelnen Element besteht und mit einem Gummimaterial an die dichtungsbildende Platte integral angeformt ist.
(2) Eine Metalldichtung umfasst: mehrere aufeinandergeschichtete dichtungsbildende Platten, wobei mindestens eine der dichtungsbildenden Platten mit einer Sicke zum Dichten versehen ist; ein Abdeckungsteil mit einer Breite, wobei das Abdeckungsteil auf einer Außenfläche einer der dichtungsbildenden Platten, die auf mindestens einer der Außenseiten der mehreren dichtungsbildenden Platten entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke in einer Draufsicht angeordnet ist; ein vorstehendes Dichtungsteil, das entlang dem Abdeckungsteil auf einer Außenfläche des Abdeckungsteils vorgesehen ist, wobei das vorstehende Dichtungsteil nach außen in eine Dickenrichtung des Abdeckungsteils vorsteht; und ein Dichtelement, das das Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil aufweist, wobei das Dichtelement aus einem einzelnen Element besteht und mit einem Gummimaterial integral angeformt ist. Die Formulierung „das Abdeckungsteil zum Abdecken der Sicke in einer Draufsicht vorgesehen ist“ bezieht sich sowohl auf einen Fall, bei dem das Abdeckungsteil auf der oberen Fläche der Sicke oder auf einer Fläche der dichtungsbildenden Platte auf der Oberseite relativ zur oberen Fläche der Sicke angeordnet ist, um die Oberseite der Sicke abzudecken, als auch auf einen Fall, bei dem das Abdeckungsteil auf der unteren Fläche der Sicke oder auf einer Fläche der dichtungsbildenden Platte auf der Unterseite relativ zur unteren Fläche der Sicke angeordnet ist, um die Unterseite der Sicke abzudecken.
Wenn die Metalldichtung gemäß (1) oder (2) zwischen zwei Elementen wie einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock angeordnet ist, werden Fluide wie Verbrennungsgas, Kühlwasser und Schmieröl dicht zwischen den beiden Elementen eingeschlossen. Insbesondere sind der Zylinderkopf und der Zylinderblock aus Gussmaterial gebildet und haben eine rauere Oberfläche als die der Metalldichtung. Daher kommt es leicht zu einer Abnahme der Dichtleistung im Kontaktabschnitt der Metalldichtung mit dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock. Wenn das Dichtelement aus Gummimaterial daher auf mindestens einer Außenfläche zum Abdecken der Sicke wie in der oben unter (1) oder (2) angegebenen Metalldichtung ausgebildet ist, kann die Dichtleistung verbessert werden. Wenn das Dichtelement außerdem mit dem vorstehenden Dichtungsteil wie bei der obigen Metalldichtung nach (1) oder (2) vorgesehen ist, kann nicht nur die Sicke, sondern auch das vorstehende Dichtungsteil zur Verbesserung der Dichtleistung beitragen. Ferner können bei der obigen Metalldichtung nach (1) oder (2) im Gegensatz zu einem durch Sprühbeschichten oder Siebdruck gebildeten Dichtelement die folgenden Funktionen und Wirkungen erreicht werden, weil das Dichtelement aus einem einzelnen, mit einem Gummimaterial integral angeformten Element besteht. Die Haftfestigkeit des Dichtelements am Metallsubstrat der dichtungsbildenden Platte kann durch Druckverkleben verbessert werden. Selbst wenn ein schmales vorstehendes Dichtungsteil gebildet wird, kann ein Ablösen des vorstehenden Dichtungsteils wirksam verhindert werden. Das Dichtelement mit dem vorstehenden Dichtungsteil kann ohne eine Erhöhung der Anzahl der Prozessschritte geformt werden, wobei verschwenderischer Einsatz von Gummimaterial dadurch auf ein Minimum reduziert wird, dass das Dichtelement nur an einem gewünschten Abschnitt angeformt wird, wodurch die Herstellungskosten der Metalldichtung gesenkt werden können.
(3) Bei der obigen Metalldichtung nach (2) kann die dichtungsbildende Platte mit der Sicke auf der mindestens einen der Außenseiten der mehreren dichtungsbildenden Platten angeordnet sein, und das Abdeckungsteil wird auf der Außenfläche der dichtungsbildenden Platte, die die Sicke aufweist, entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke vorgesehen.
(4) Bei der obigen Metalldichtung nach (1) bis (3) kann das vorstehende Dichtungsteil in Bezug auf eine Dichtungslinie der Sicke außen vorgesehen sein. Bei einer Brennkammersicke, die den Umfang einer Brennkammer eines Fahrzeugmotors abdichtet, erfolgt die Abdichtung zum Beispiel zum Trennen des Verbrennungsgases in der Brennkammersicke vom Kühlwasser außerhalb der Brennkammersicke, sodass das Verbrennungsgas im Wesentlichen durch die Sicke dicht eingeschlossen wird. Außerdem ist der Spalt zwischen dem Abdeckungsteil und dem Zylinderblock oder Zylinderkopf äußerst klein. Selbst dann, wenn Verbrennungsgas in einem gewissen Umfang von der Sicke zum Kühlwasser hin austritt, wird der Gasdruck des austretenden Verbrennungsgases daher aufgrund von Druckverlust sehr gering. Bei der vorliegenden Erfindung ist das vorstehende Dichtungsteil in Bezug auf die Dichtungslinie der Sicke außen vorgesehen. Somit kann das Verbrennungsgas vom vorstehenden Dichtungsteil zuverlässig dicht eingeschlossen werden, selbst wenn wahrscheinlich in einem gewissen Umfang Verbrennungsgas aus der Sicke zum Kühlwasser hin austritt. Ferner haben Kühlwasser und Schmieröl einen geringeren Druck als das Verbrennungsgas und werden daher von der Sicke und dem vorstehenden Dichtungsteil so abgedichtet, dass die Befestigungskraft der Kopfschrauben auf die Sicke der Brennkammer wirkt.
(5) Bei der obigen Metalldichtung nach (1) bis (4) kann Fluorether als der Gummi verwendet werden, der das vorstehende Dichtungsteil bildet.
(6) Ein Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte umfasst: Auflegen von unvulkanisierten Gummimaterialstücken auf einen Metallplattenrohling in einer Position, in der eine Sicke angeordnet ist; und Erwärmen und Zusammenpressen der Gummimaterialstücke zwischen dem Metallplattenrohling und einer Druckfläche einer Form entlang einer Position, in der die Sicke angeordnet ist, zum Vulkanisieren und Ausbreiten der Gummimaterialstücke, sodass ein Dichtelement mit einem Abdeckungsteil so mit den Gummimaterialstücken auf dem Metallplattenrohling geformt wird, dass sie der Position entsprechen, in der die Sicke angeordnet ist.
Bei diesem Herstellungsverfahren werden die unvulkanisierten Gummimaterialstücke erwärmt und zusammengepresst, um so vulkanisiert und zwischen Metallplattenrohling und Form ausgebreitet zu werden, sodass das Dichtelement entlang der Position gebildet wird, in der die Sicke angeordnet ist. Ferner können die Herstellungskosten der dichtungsbildenden Platte durch Minimieren eines verschwenderischen Einsatzes von Gummimaterial reduziert werden. Außerdem kann die Haftfestigkeit des Dichtelements an dem Metallplattenrohling durch Druckverkleben im Vergleich zu einem durch Siebdruck oder Sprühbeschichten eines Flüssiggummimaterials auf dem Metallplattenrohling gebildeten Dichtelements erhöht werden.
(7) Bei dem obigen Verfahren nach (6) kann die Form Folgendes umfassen: eine Matrize, in der eine Passnut entsprechend der Position gebildet ist, an der die Sicke angeordnet ist; und ein Stempel, der zurückziehbar in die Passnut eingepasst werden kann und an einer Stirnfläche die Druckfläche zum Zusammenpressen der Gummimaterialstücke aufweist. In diesem Fall können beim Formen der Sicke an beiden Seiten der Sicke vorstehende Grate des Gummimaterials auf ein Minimum reduziert werden.
(8) Bei dem obigen Verfahren nach (6) oder (7) kann eine entlang dem Abdeckungsteil verlaufende Nut an der Druckfläche der Form zum Zusammenpressen der Gummimaterialstücke vorgesehen sein, wobei die Nut beim Formen des Dichtelements ein vorstehendes Dichtungsteil, das entlang dem Abdeckungsteil an einer Außenfläche des Abdeckungsteils angeformt werden soll, bewirken kann, wobei das vorstehende Dichtungsteil in einer Dickenrichtung des Abdeckungsteils nach außen vorsteht, sodass das Dichtelement mit dem Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil integral auf dem Metallplattenrohling angeformt werden. In diesem Fall können das Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil gleichzeitig geformt werden. Zum Beispiel ist es nicht notwendig, das Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil durch Siebdruck mit unterschiedlichen Schablonen zu bilden. Somit können Formungen des Abdeckungsteils und des vorstehenden Dichtungsteils gleichzeitig erfolgen, ohne die Anzahl der Prozessschritte zu erhöhen. Außerdem werden das vorstehende Dichtungsteil und das Abdeckungsteil integral als einzelnes Element geformt. Somit kann ein Ablösen des vorstehenden Dichtungsteils während der Nutzung der Dichtung wirksam verhindert werden, auch wenn die Dichtung eine geringe Breite hat.
(9) Das obige Verfahren nach einer von (6) bis (8) kann ferner das Formen einer Sicke entlang dem Dichtelement auf dem Metallplattenrohling, auf dem das Dichtelement geformt wird, umfassen.
Nach der erfindungsgemäßen Metalldichtung kann die Haftfestigkeit des Dichtelements durch Druckverkleben erhöht und die Dichtleistung der Metalldichtung verbessert werden; überdies können auch die Herstellungskosten der Metalldichtung gesenkt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für dichtungsbildende Platten können die Herstellungskosten der dichtungsbildenden Platte gesenkt werden, während die Haftfestigkeit des Dichtelements am Metallplattenrohling durch Druckverkleben erhöht werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht (entlang der Linie I-I in 2), die eine Explosionsansicht eines wesentlichen Teils eines Motors zeigt, in den eine Metalldichtung integriert ist;
2 ist eine Draufsicht einer ersten dichtungsbildenden Platte;
3 ist eine Draufsicht der ersten dichtungsbildenden Platte, bei der die Dichtelemente weggelassen wurden;
4A ist eine Draufsicht einer zweiten dichtungsbildenden Platte;
4B ist eine Unteransicht der zweiten dichtungsbildenden Platte;
5A ist eine Längsquerschnittsansicht eines Teils einer Metalldichtung mit einer ersten alternativen Struktur in der Nähe eines Außenumfangs-Dichtelements;
5B ist eine Längsquerschnittsansicht eines Teils einer Metalldichtung mit einer zweiten alternativen Struktur in der Nähe eines Brennkammer-Dichtelements;
5C ist eine Längsquerschnittsansicht eines Teils einer Metalldichtung mit einer dritten alternativen Struktur in der Nähe eines Brennkammer-Dichtelements;
6A ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer vierten alternativen Struktur;
6B ist eine Draufsicht einer Ausgleichsscheibe in der Metalldichtung mit der vierten alternativen Struktur;
7A ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer fünften alternativen Struktur;
7B ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer sechsten alternativen Struktur;
7C ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer siebten alternativen Struktur;
7D ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer achten alternativen Struktur;
7E ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer neunten alternativen Struktur;
8A ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer zehnten alternativen Struktur;
8B ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer elften alternativen Struktur;
8C ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer zwölften alternativen Struktur;
8D ist eine Längsquerschnittsansicht einer Metalldichtung mit einer dreizehnten alternativen Struktur;
9 ist eine Explosionsansicht einer Formbaugruppe zum Formen eines Dichtelements;
10 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Formen eines Dichtelements, wenn Gummimaterialstücke aufgelegt werden;
11A ist ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens zum Formen eines Dichtelements, wenn die Gummimaterialstücke aufgelegt werden;
11B ist ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens zum Formen eines Dichtelements, wenn die Gummimaterialstücke erwärmt und zusammengepresst werden;
12 ist eine Längsquerschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Form zum Formen einer Sicke beim Formen der Sicke; und
13 ist eine Längsquerschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Formbaugruppe, die Dichtelemente auf beiden Oberflächen eines Metallplattenrohlings formen kann.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird eine Metalldichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Kopfdichtung für einen Fahrzeugmotor aufgebracht. In den für die Ausführungsform verwendeten Zeichnungen sind die Abmessungen der Komponenten der Metalldichtung anders als ihre tatsächlichen Abmessungen, um die Struktur eines wesentlichen Teils der Metalldichtung hervorzuheben.
Die in 1 und 2 dargestellte Metalldichtung 10 ist eine Metalldichtung für einen mehrzylindrigen Reihenmotor. Die Metalldichtung 10 ist jeweils zwischen Kontaktflächen 2a und 3a eines Zylinderblocks 2 und eines Zylinderkopfs 3 eines Motors 1 angeordnet und schließt Fluide wie Verbrennungsgas, Kühlwasser und Schmieröl ein. Der Motor 1 umfasst Motoren mit bekanntem Aufbau, wie einen Motor mit einem aus Gusseisen gebildeten Zylinderblock und einen Motor mit einem im Wesentlichen aus einer leichten Legierung wie Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung gebildeten Zylinderblock und Zylinderkopf. Die Metalldichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist bei einem solchen Motor 1 anwendbar. In der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf den Motor 1 angewendet, der einen Zylinderblock 2 mit offenem Deck mit einem Wassermantel 4 umfasst, dessen Oberseite offen ist und in dem der Zylinderblock 2 und der Zylinderkopf 3 aus Aluminiumlegierung gebildet sind. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Zylinderblock mit einem Wassermantel 4, dessen Oberseite nicht offen ist, angewendet werden.
Die Metalldichtung 10 umfasst eine erste dichtungsbildende Platte 11 und eine zweite dichtungsbildende Platte 30, wobei die dichtungsbildenden Platten 11 und 30 in einem geschichteten Zustand zusammengefügt sind.
Wie in 1 bis 3 dargestellt, umfasst die erste dichtungsbildende Platte 11 Folgendes: ein erstes Metallsubstrat 12, das aus einem Metallmaterial gebildet ist; und ein Brennkammer-Dichtelement 13 und ein Außenumfangs-Dichtelement 14, die aus einem Gummimaterial gebildet und auf die Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 geschichtet sind. Die Dichtelemente 13 und 14 sind nicht in dem Wassermantel 4 angeordnet, damit sie sich nicht durch Kontakt mit Kühlwasser ablösen können, während deren Dichtleistung verbessert wird. Das erste Metallsubstrat 12 ist in anderen Abschnitten als denen, in denen die Dichtelemente 13 und 14 angeordnet sind, nach außen freiliegend. In 2 sind die Abschnitte, in denen die Dichtelemente 13 und 14 angeformt sind, zur Klarstellung der Bereiche der Dichtelemente 13 und 14, durch Punkte veranschaulicht.
Das erste Metallsubstrat 12 ist im Wesentlichen in der gleichen planaren Form wie die Kontaktflächen 2a und 3a des Zylinderblocks 2 und des Zylinderkopfs 3 sowie aus einer Edelstahlplatte wie SUS 301 nach japanischem Industriestandard (JIS) oder einem bekannten Metallmaterial mit ähnlichen Eigenschaften wie SUS 301 gebildet. Für das erste Metallsubstrat 12 kann ein Metallsubstrat mit einer Dicke von zum Beispiel 0,15 mm bis 0,4 mm oder 0,15 mm bis 0,35 mm verwendet werden.
In einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt sind in Breitenrichtung der ersten dichtungsbildenden Platte 11 mehrere Brennkammerbohrungen 15, die Rundbohrungen sind, in Längsrichtung voneinander beabstandet ausgebildet, sodass sie den Brennkammern 5 entsprechen. Mehrere Kühlwasserbohrungen 16 sind in einer vorgeschriebenen Anordnung an dem Wassermantel 4 entsprechenden Positionen ausgebildet. Mehrere Schraubeneinsetzbohrungen 17 sind in im Wesentlichen gleichen Abstand an Positionen außerhalb des Wassermantels 4 um die Brennkammerbohrungen 15 herum ausgebildet. Kopfschrauben (nicht dargestellt) werden in die Schraubeneinsetzbohrungen 17 eingesetzt, um den Zylinderkopf 3 am Zylinderblock 2 zu befestigen. Ölbohrungen 18, durch die Schmieröl passiert, sind außen an bestimmten Schraubeneinsetzbohrungen 17 ausgebildet, damit Schmieröl vom Zylinderblock 2 zum Schmieren eines Ventilmechanismus usw. dem Zylinderblock 3 zugeführt wird.
Wie in 1 und 3 dargestellt, sind in der ersten dichtungsbildenden Platte 11 Brennkammersicken 20, die die Brennkammern 5 umgeben, Schraubenbohrungssicken 21, die die Schraubeneinsetzbohrungen 17 umgeben, Schrauben-Ölbohrungssicken 22, die entsprechende Paare von Schraubeneinsetzbohrung 17 und Ölbohrung 18 umgeben, und eine Außenumfangssicke 23 ausgebildet. Die Außenumfangssicke 23 verbindet die benachbarten Sicken 21 und 22 so miteinander, dass sie den Wassermantel 4 umgeben, und umgibt den Wassermantel 4 gemeinsam mit den Sicken 21 und 22. Die Außenumfangssicke 23 kann ringförmig ausgebildet sein und umgibt den Wassermantel 4 unabhängig von den Schraubenbohrungssicken 21 und den Schrauben-Ölbohrungssicken 22.
Jede der Sicken 20 bis 23 ist als Rundsicke mit einem teilweise bogenförmigen Querschnitt ausgebildet. Hier, wie auch bei einer ersten dichtungsbildenden Platte 11A, die in 5A dargestellt ist, kann für die Sicken 20 bis 23 statt einer Rundsicke eine Stufensicke 25 mit einem im ersten Metallsubstrat 12A ausgebildeten geneigten Abschnitt ausgebildet sein. Die Rundsicke und die Stufensicke können gegebenenfalls kombiniert werden. Zum Beispiel kann die Brennkammersicke 20, die eine hohe Dichtleistung aufweisen muss, als Rundsicke ausgebildet werden, während andere Sicken als Stufensicken 25 ausgebildet sein können. Formen, Anzahl und Anordnungen der Brennkammerbohrungen 15, Kühlwasserbohrungen 16, Schraubeneinsetzbohrungen 17, Ölbohrungen 18 und der jeweiligen Sicken 20 bis 23 in der ersten dichtungsbildenden Platte 11 können wahlweise zum Beispiel mit der Auslegung des Motors abgestimmt werden.
Das Brennkammer-Dichtelement 13 umfasst: ein Abdeckungsteil 13a, das eine Breite aufweist und die Brennkammersicke 20 abdeckt; und ein vorstehendes Dichtungsteil 13b auf der Oberseite des Abdeckungsteils 13a, das so entlang einer Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13a vorgesehen ist, dass es nach oben vorsteht. Das Brennkammer-Dichtelement 13 besteht aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial in einem Stück an der Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 integral angeformt ist.
Das Abdeckungsteil 13a des Brennkammer-Dichtelements 13 ist durchgängig zwischen den benachbarten Brennkammerbohrungen 15 sowie zwischen den jeweiligen Brennkammerbohrungen 15 und einer Innenkante des Wassermantels 4 so angeordnet, dass es mindestens die gesamte Brennkammersicke 20 abdeckt, während im Wassermantel 4 kein Abdeckungsteil 13a angeordnet ist. Als Dicke des Abdeckungsteils 13a kann ein beliebiger Wert festgelegt werden, zum Beispiel 10 µm bis 30 µm.
Das vorstehende Dichtungsteil 13b des Brennkammer-Dichtelements 13 ist in Bezug auf die Brennkammersicke 20 außen entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13a vorgesehen und schließt Verbrennungsgas, das wahrscheinlich durch eine Dichtungslinie zwischen der Brennkammersicke 20 und dem Zylinderkopf 3 zum Wassermantel 4 hin austreten würde, wirksam ein. Als Vorsprungshöhe H1 der Brennkammersicke 20 kann im Normalzustand ein beliebiger Wert festgelegt werden, zum Beispiel 0,11 mm bis 0,2 mm. Eine Höhe H2 des vorstehenden Dichtungsteils 13b von der Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 zur Spitze des vorstehenden Dichtungsteils 13b kann auf 30 % bis 50 % der Vorsprungshöhe H1 der Brennkammersicke 20 festgelegt werden. Eine Breite W1 des vorstehenden Dichtungsteils 13b kann auf das 10- bis 15-fache der Höhe H2 des vorstehenden Dichtungsteils 13b festgelegt werden. Das vorstehende Dichtungsteil 13b kann wie in einem in 5B dargestellten vorstehenden Dichtungsteil 13B einer ersten dichtungsbildenden Platte 11B sowohl auf der Außenumfangsseite als auch auf der Innenumfangsseite der Brennkammersicke 20 vorgesehen sein. Als Alternative können wie in einem Brennkammer-Dichtelement 13C einer ersten dichtungsbildenden Platte 11C, die in 5C dargestellt ist, mehrere vorstehende Dichtungsteile 13b (zwei in 5C) parallel vorgesehen sein.
Das Außenumfangs-Dichtelement 14 umfasst: ein Abdeckungsteil 14a, das eine Breite aufweist und auf der Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 entlang der Schraubenbohrungssicken 21, der Schrauben-Ölbohrungssicken 22 und der Außenumfangssicke 23 zum Abdecken dieser Sicken vorgesehen ist; und ein vorstehendes Dichtungsteil 14b, das so auf der Oberseite des Abdeckungsteils 14a entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14a vorgesehen ist, dass es nach oben vorsteht. Das Außenumfangs-Dichtelement 14 besteht aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an die Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 angeformt ist.
Das Abdeckungsteil 14a des Außenumfangs-Dichtelements 14 ist mit Bezug auf die Außenkante des Wassermantels 4 durchgängig außen vorgesehen, sodass es den Wassermantel 4 umgibt, während kein Abdeckungsteil 14a im Wassermantel 4 vorgesehen ist. Als Dicke des Abdeckungsteils 14a kann ein beliebiger Wert festgelegt werden, zum Beispiel 20 µm bis 40 µm.
Das vorstehende Dichtungsteil 14b des äußeren Außenumfangsdichtelements 14 ist in Bezug auf die Sicken 21 bis 23 außen entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14a vorgesehen und schließt Fluide wie Kühlwasser und Schmieröl, die wahrscheinlich durch die Dichtungslinien zwischen dem Zylinderkopf 3 und den Sicken 21 bis 23 nach außen austreten würden, wirksam ein. Eine Vorsprungshöhe H3 der Sicken 21 bis 23 kann im jeweiligen Normalzustand auf einen beliebigen Wert festgelegt werden, zum Beispiel 0,11 mm bis 0,2 mm. Eine Höhe H4 des vorstehenden Dichtungsteils 14b von der Oberseite des ersten Metallsubstrats 12 zur Spitze des vorstehenden Dichtungsteils 14b kann auf 25% bis 45% der Vorsprungshöhe H3 der Sicken 21 bis 23 festgelegt werden. Eine Breite W2 des vorstehenden Dichtungsteils 14b kann auf das 10- bis 15-fache der Höhe H4 des vorstehenden Dichtungsteils 14b festgelegt werden. Wie das Brennkammer-Dichtelement 13B kann das vorstehende Dichtungsteil 14b hier nicht nur entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14a, sondern auch entlang der Innenumfangskante des Abdeckungsteils 14a, das Kühlwasser dicht einschließt, und entlang der Innenumfangskante von Teilen des Abdeckungsteils 14a, die die Schraubenbohrungssicken 21 und die Schrauben-Ölbohrungssicken 22 abdecken, vorgesehen sein. Als Alternative können wie bei dem Brennkammer-Dichtelement 13C mehrere vorstehende Dichtungsteile 14b parallel vorgesehen sein.
Das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 sind ohne Sprühbeschichten oder Siebdruck integral mit Gummistücken wie weiter unten beschrieben an das erste Metallsubstrat 12 angeformt.
Zu Beispielen für das Gummimaterial, das das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenunfangs-Dichtelement 14 bildet, gehören: synthetische Gummis wie Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Fluorkautschuk (FKM), Acrylkautschuk (AR) und Siliconkautschuk; Naturgummi (NR); und eine Mischung daraus. Das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 können aus dem gleichen Gummimaterial oder aus verschiedenen Gummimaterialien gebildet sein. Vor allem Wärmebeständigkeit ist eine strikte Anforderung für das Brennkammer-Dichtelement 13, weswegen es aus einem Gummimaterial mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit wie Fluorkautschuk gebildet sein kann.
Wie in 1, 4A und 4B dargestellt, umfasst die zweite dichtungsbildende Platte 30 Folgendes: ein zweites Metallsubstrat 31, das aus einem Metallmaterial gebildet ist; und Beschichtungslagen 32 und 33, die aus einem Gummimaterial gebildet sind und jeweils auf beide Seiten des zweiten Metallsubstrats 31 geschichtet sind. Wie in 4A dargestellt, deckt die Beschichtungslage 32 die gesamte Oberseite der zweiten Metallplatte 31 ab. Wie indessen in 4B dargestellt, deckt die Beschichtungslage 33 einen Abschnitt der zweiten Metallplatte 31 ab, der kein dem Wassermantel 4 entsprechender Abschnitt ist, damit dieser nicht im Wassermantel 4 freiliegt, und verhindert so, dass sich abgelöste Gummistücke mit dem Kühlwasser vermischen. In dem Abschnitt, der dem Wassermantel 4 entspricht, liegt das zweite Metallsubstrat 31 nach außen frei. In 4A und 4B sind die Abschnitte, in denen die Beschichtungslagen 32 und 33 ausgebildet sind, durch Punkte veranschaulicht.
Das zweite Metallsubstrat 31 ist im Wesentlichen in der gleichen planaren Form wie die Kontaktflächen 2a und 3a des Zylinderblocks 2 und des Zylinderkopfs 3 sowie aus einer Edelstahlplatte wie SUS 301 nach japanischem Industriestandard (JIS) oder einem bekannten Metallmaterial mit ähnlichen Eigenschaften wie SUS 301 gebildet. Die Dicke des zweiten Metallsubstrats 31 kann auf einen beliebigen Wert festgelegt werden, zum Beispiel auf 0,03 mm bis 0,15 mm oder auf 0,08 mm bis 0,12 mm.
In der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 sind Brennkammerbohrungen 35, Schraubeneinsetzbohrungen 37 und Ölbohrungen 38, die in Form und Abmessungen mit den Brennkammerbohrungen 15, den Schraubeneinsetzbohrungen 17 und den Ölbohrungen 18 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 identisch sind, an den gleichen Positionen wie die jeweiligen Bohrungen 15, 17 und 18 ausgebildet. Ferner sind mehrere Kühlwasserbohrungen 36, von denen jede größer als die Kühlwasserbohrungen 16 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 ist, so ausgebildet, dass sie der Position entsprechen, an der der Wassermantel 4 ausgebildet ist. Die Kühlwasserbohrungen 36 der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 können hier die gleichen Formen und Abmessungen wie die Kühlwasserbohrungen 16 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 aufweisen.
Um die Brennkammerbohrung 35 der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 herum ist ein ringförmiger zurückgefalteter Abschnitt 30a über einem ebenen Teil 11a angeordnet, das auf der Innenumfangsseite der Brennkammersicke 20 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 vorgesehen ist, wodurch bei angezogenen Kopfschrauben ein der Dicke des zurückgefalteten Abschnitts 30a entsprechender Spalt um die Brennkammersicke 20 gebildet wird. So wird verhindert, dass die Brennkammersicke 20 vollständig in eine ebene Form gepresst wird.
Jede der Beschichtungslagen 32 und 33 hat eine bekannte Struktur, die sie durch Auftragen eines flüssigen Gummimaterials auf das zweite Metallsubstrat 31 durch eine Auftragstechnik wie Sprühbeschichten oder Siebdruck und nachfolgendes Vulkanisieren des Gummimaterials erhalten hat. Die Dicke der Beschichtungslage 32 kann auf 3 µm bis 10 µm und die Dicke der Beschichtungslage 33 auf 10 µm bis 30 µm festgelegt sein.
Zu Beispielen für das Gummimaterial, das die Beschichtungslagen 32 und 33 bildet, gehören: synthetische Gummis wie Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Fluorkautschuk (FKM), Acrylkautschuk (AR) und Siliconkautschuk, Naturgummi (NR) und eine Mischung daraus.
Die Metalldichtung 10 hat folgende Funktionsweise. Wenn die Metalldichtung 10 zwischen Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 angeordnet ist, werden Dichtungslinien entlang den Sicken 20 bis 23 gebildet, wodurch Fluide wie Verbrennungsgas, Kühlwasser und Schmieröl zwischen Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 dicht eingeschlossen werden. Überdies sind das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 zwischen der Metalldichtung 10 und dem Zylinderkopf 3 angeordnet, die Beschichtungslage 33 ist zwischen der Metalldichtung 10 und dem Zylinderblock 2 angeordnet und die Beschichtungslage 32 ist zwischen der ersten dichtungsbildenden Platte 11 und der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 angeordnet. Somit sind die Gummischichten zwischen den jeweiligen Metallelementen angeordnet, wodurch die Dichtleistung deutlich verbessert werden kann.
Das Brennkammer-Dichtelement 13 umfasst vor allem das Abdeckungsteil 13a, das die Brennkammersicke 20 abdeckt, und das vorstehende Dichtungsteil 13b, das entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13a vorgesehen ist, womit das Verbrennungsgas hauptsächlich durch die Brennkammersicke 20 dicht eingeschlossen ist. Jedoch kann das Verbrennungsgas in einem gewissen Umfang aus der Brennkammersicke 20 zum Kühlwasser hin austreten. Selbst in einem solchen Fall ist der Spalt zwischen Abdeckungsteil 13a und Zylinderkopf 3 äußerst klein, wodurch der Gasdruck des ausgetretenen Verbrennungsgases wegen Druckverlust sehr gering ist. Somit wird das Verbrennungsgas vom vorstehenden Dichtungsteil 13b des Brennkammer-Dichtelements 13 zuverlässig dicht eingeschlossen, selbst wenn wahrscheinlich in einem gewissem Umfang Verbrennungsgas aus der Brennkammersicke 20 zum Kühlwasser hin austritt. Wie das Brennkammer-Dichtelement 13 umfasst indessen auch das Außenumfangs-Dichtelement 14 das Abdeckungsteil 14a, das die Sicken 21 bis 23 abdeckt, und das vorstehende Dichtungsteil 14b, das entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14a vorgesehen ist. Daher können Kühlwasser und Schmieröl von dem vorstehenden Dichtungsteil 14b zuverlässig dicht eingeschlossen werden.
Die Dichtelemente 13 und 14 werden beide mit einem Rohgummimaterial wie weiter unten beschrieben in einer Form geformt, wodurch deren Herstellungskosten höher werden als die der Beschichtungslagen 32 und 33. Doch werden die Dichtelemente 13 und 14 nur an den notwendigen Abschnitten entlang den Sicken 20 bis 23 ausgebildet, wodurch die Menge des verwendeten Gummimaterials auf ein Minimum reduziert wird. Außerdem kann die Produktivität im Vergleich zum Entfernen der unnötigen Gummischicht mit einem Wasserstrahl verbessert werden. Somit kann eine Erhöhung der Herstellungskosten der Metalldichtung 10 als Ganzes in Grenzen gehalten werden.
Überdies sind beide Dichtelemente 13 und 14 nur auf der Seite des Zylinderkopfs 3 vorgesehen, wodurch die Dichtleistung der Metalldichtung 10 bei gleichzeitigem Begrenzen einer Erhöhung der Herstellungskosten verbessert wird. Der Zylinderkopf 3 und der Zylinderblock 2 sind aus Gussmaterial gebildet und haben eine rauere Oberfläche als die der Metalldichtung 10. Daher kommt es leicht zu einer Abnahme der Dichtleistung im Kontaktabschnitt der Metalldichtung 10 mit dem Zylinderkopf 3 oder dem Zylinderblock 2. Vor allem der Zylinderkopf 3 verformt sich beim Festziehen der Kopfschrauben eher als der Zylinderblock 2, wodurch es leichter zu einer Abnahme von dessen Dichtleistung kommt. Daher kann durch das Ausbilden der Dichtelemente 13 und 14 lediglich am Zylinderkopf 3 in der Metalldichtung 10 die Dichtleistung verbessert werden, während eine Erhöhung der Herstellungskosten der Metalldichtung 10 auf ein Minimum reduziert wird.
Ferner sind beide Dichtelemente 13 und 14 als Einzelelement ausgebildet, das integral mit einem Gummimaterial geformt ist. Daher lassen sich im Vergleich zu dem Fall, in dem die Dichtelemente durch eine Auftragstechnik wie Sprühbeschichten oder Siebdruck gebildet werden, die folgenden Wirkungen erzielen: die Haftfestigkeit des ersten Metallsubstrats 12 kann durch Druckverkleben erhöht werden; ein Ablösen der vorstehenden Dichtungsteile 13b und 14b kann wirksam verhindert werden, selbst wenn schmale vorstehende Dichtungsteile 13b und 14b gebildet werden; und die Dichtelemente 13 und 14 mit den vorstehenden Dichtungsteilen 13b und 14b können ohne Erhöhen der Anzahl an Herstellungsschritten geformt werden.
Überdies sind die Dichtelemente 13 und 14 und die Beschichtungslage 33 nicht im Wassermantel 4 angeordnet, wodurch ein Ablösen der Dichtelemente 13 und 14 und der Beschichtungslage 33 durch Kontakt mit Kühlwasser verhindert wird. Entsprechend kann eine Abnahme der Kühlleistung infolge von Blockierungen durch abgelöste Gummistücke verhindert werden.
Als Nächstes werden weitere Ausführungsformen beschrieben, in denen die Schichtstruktur der dichtungsbildenden Platte der zuvor erwähnten Metalldichtung 10 teilweise verändert ist. Die gleichen Komponenten wie jene der bereits genannten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht erneut ausführlich beschrieben.
(1) Eine in 6A dargestellte Metalldichtung 10D umfasst eine erste dichtungsbildende Platte 11D statt der ersten dichtungsbildenden Platte 11 und eine Ausgleichsscheibe 41 statt der zweiten dichtungsbildenden Platte 30. Die erste dichtungsbildende Platte 11D wird durch Bilden einer Beschichtungslage 40 auf der Unterseite der ersten dichtungsbildenden Platte 11 erhalten. Die Ausgleichsscheibe 41 ist in geschichtetem Zustand auf der Unterseite der ersten dichtungsbildenden Platte 11D angeordnet.
Die Beschichtungslage 40 der ersten dichtungsbildenden Platte 11D ist so auf der Unterseite des ersten Metallsubstrats 12 ausgebildet, dass sie nicht in einer dem Wassermantel 4 entsprechenden Position angeordnet ist. Wie die Beschichtungslage 33 ist die Beschichtungslage 40 durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials gebildet.
Wie in 6A und 6B dargestellt, umfasst die Ausgleichsscheibe 41 ein Metallsubstrat 46 und eine auf der Unterseite des Metallsubstrats 46 gebildete Beschichtungslage 42. Das Metallsubstrat 46 umfasst: mehrere in Reihe miteinander verbundene Ringteile 46a, die so die Brennkammerbohrungen 15 umgeben, und Fügeteile 46b, die in den Wassermantel 4 ragen. Die Ausgleichsscheibe 41 ist im Fügeteil 46b durch Punktschweißen, Nieten, mechanisches Bördeln oder dergleichen mit der ersten dichtungsbildenden Platte 11D verbunden und so in geschichtetem Zustand an der Unterseite der ersten dichtungsbildenden Platte 11D angeordnet.
Die Dicke der Ausgleichsscheibe 41 kann auf einen beliebigen Wert festgelegt sein, zum Beispiel 0,01 mm bis 0,15 mm oder 0,05 mm bis 0,10 mm. Wenn die Kopfschrauben festgezogen sind, erhöht sich die Dicke der Metalldichtung 10D an der Brennkammersicke 20 um die Dicke der Ausgleichsscheibe 41 zum Verringern der vertikalen Bewegung der Brennkammersicke 20.
Das Metallsubstrat 46 ist aus einer Edelstahlplatte wie SUS 301 nach JIS-Standard oder einem bekannten Metallmaterial mit ähnlichen Eigenschaften wie SUS 301 gebildet.
Wie die Beschichtungslagen 32 und 33 ist die Beschichtungslage 42 durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials gebildet. Die Beschichtungslage 42 sorgt für eine ausreichende Dichtleistung an der Kontaktfläche zwischen dem Zylinderblock 2 und der Ausgleichsscheibe 41.
(2) Eine in 7A dargestellte Metalldichtung 10E umfasst statt der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 eine zweite dichtungsbildende Platte 30E, die in geschichtetem Zustand an der Unterseite der ersten dichtungsbildenden Platte 11 der Metalldichtung 10 angeordnet ist.
Die zweite dichtungsbildende Platte 30E umfasst statt der Beschichtungslage 33 auf der Unterseite der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 ein Brennkammer-Dichtelement 13E und ein Außenumfangs-Dichtelement 14E, die so vorgesehen sind, dass sie dem Brennkammer-Dichtelement 13 bzw. dem Außenumfangs-Dichtelement 14 entsprechen.
Das Brennkammer-Dichtelement 13E umfasst: ein Abdeckungsteil 13Ea, das eine Breite aufweist und entlang der Brennkammersicke 20 vorgesehen ist, um die Brennkammersicke 20 abzudecken; und ein vorstehendes Dichtungsteil 13Eb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 13Ea entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13Ea vorgesehen ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Brennkammer-Dichtelement 13 besteht das Brennkammer-Dichtelement 13E aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des zweiten Metallsubstrats 31 angeformt ist.
Das Außenumfangs-Dichtelement 14E umfasst: ein Abdeckungsteil 14Ea, das eine Breite aufweist und entlang den Sicken 21 bis 23 vorgesehen ist, um die Sicken 21 bis 23 abzudecken; und ein vorstehendes Dichtungsteil 14Eb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 14Ea entlang einer Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14Ea vorgesehen ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Außenumfangs-Dichtelement 14 besteht das Außenumfangs-Dichtelement 14E aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des zweiten Metallsubstrats 31 angeformt ist.
In der Metalldichtung 10E, weisen das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 jeweils die vorstehenden Dichtungsteile 13b bzw. 14b auf, die an einem Kontaktabschnitt mit dem Zylinderkopf 3 angeordnet sind, und das Brennkammer-Dichtelement 13E und das Außenumfangs-Dichtelement 14E weisen jeweils die vorstehenden Dichtungsteile 13Eb bzw. 14Eb auf, die an dem Kontaktabschnitt mit dem Zylinderblock 2 angeordnet sind, wodurch die Dichtleistung weiter verbessert wird.
(3) Eine in 7B dargestellte Metalldichtung 10F umfasst ferner eine dritte dichtungsbildende Platte 43, die so an der Unterseite der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 der Metalldichtung 10 vorgesehen ist, dass die erste dichtungsbildende Platte 11, die zweite dichtungsbildende Platte 30 und die dritte dichtungsbildende Platte 43 in einem geschichteten Zustand integriert sind.
Die dritte dichtungsbildende Platte 43 ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch in Bezug auf die erste dichtungsbildende Platte 11 und umfasst Sicken 20F bis 23F (Sicken 21F und 22F sind nicht dargestellt), die den Sicken 20 bis 23 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 entsprechen, und umfasst Dichtelemente 13F und 14F auf der Unterseite eines ersten Metallsubstrats 12F, die den Dichtelementen 13 und 14 entsprechen. Die Kühlwasserbohrung 16F ist jedoch auf die gleiche Weise wie die Kühlwasserbohrung 36 der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 ausgebildet. Bei der Metalldichtung 10F ist die Unterseite der zweiten dichtungsbildenden Platte 30 im Wassermantel 4 nicht freiliegend, sodass die Beschichtungslage 33 über die gesamte Unterseite des zweiten Metallsubstrats 31 angeordnet sein kann.
Das Brennkammer-Dichtelement 13F umfasst: ein Abdeckungsteil 13Fa, das eine Breite aufweist und entlang der Brennkammersicke 20 vorgesehen ist, um die Brennkammersicke 20 abzudecken; und ein vorstehendes Dichtungsteil 13Fb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 13Fa entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13Fa vorgesehen ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Brennkammer-Dichtelement 13 besteht das Brennkammer-Dichtelement 13F aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des ersten Metallsubstrats 12F angeformt ist.
Das Außenumfangs-Dichtelement 14F umfasst: ein Abdeckungsteil 14Fa, das eine Breite aufweist und entlang den Sicken 21F bis 23F vorgesehen ist, um die Sicken 21F bis 23F abzudecken; und ein vorstehendes Dichtungsteil 14Fb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 14Fa entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14Fa vorgesehen ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Außenumfangs-Dichtelement 14 besteht das Außenumfangs-Dichtelement 14F aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des ersten Metallsubstrats 12F angeformt ist.
(4) Eine in 7C dargestellte Metalldichtung 10G umfasst nicht die zweite dichtungsbildende Platte 30 der Metalldichtung 10F und umfasst statt der dritten dichtungsbildenden Platte 43 eine dritte dichtungsbildende Platte 43G, die durch Bilden einer Beschichtungslage 44 auf der Oberseite der dichtungsbildenden Platte 43 erhalten wird und die in einem geschichteten Zustand an der Unterseite der ersten dichtungsbildenden Platte 11 angeordnet ist. Wie die Beschichtungslage 32 ist die Beschichtungslage 44 durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials über die gesamte Oberseite des ersten Metallsubstrats 12F und Vulkanisieren des Gummimaterials gebildet.
(5) Eine in 7D dargestellte Metalldichtung 10H umfasst eine erste dichtungsbildende Platte 11D statt der ersten dichtungsbildenden Platte 11 der Metalldichtung 10G und das Metallsubstrat 46 der genannten Ausgleichsscheibe 41 zwischen der ersten dichtungsbildenden Platte 11D und der dritten dichtungsbildenden Platte 43G. Die erste dichtungsbildende Platte 11D der Metalldichtung 10D weist auf ihrer Unterseite eine Beschichtungslage 40 auf.
(6) Eine in 7E dargestellte Metalldichtung 101 umfasst statt des zurückgefalteten Abschnitts 30a der Metalldichtung 10 einen zurückgefalteten Abschnitt 301a, der zur Außenseite der Dichtungslinie der Brennkammersicke 20 verläuft. Die Metalldichtungen 10E und 10F können jeweils den zurückgefalteten Abschnitt 301a statt des zurückgefalteten Abschnitts 30a umfassen.
In den Metalldichtungen 10F, 10G und 10H weisen das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 jeweils die vorstehenden Dichtungsteile 13b bzw. 14b auf, die an einem Kontaktabschnitt mit dem Zylinderkopf 3 angeordnet sind, und das Brennkammer-Dichtelement 13F und das Außenumfangs-Dichtelement 14F weisen jeweils die vorstehenden Dichtungsteile 13Fb bzw. 14Fb auf, die an dem Kontaktabschnitt mit dem Zylinderblock 2 angeordnet sind, wodurch die Dichtleistung weiter verbessert wird.
In Bezug auf die in den Metalldichtungen 10E bis 10H vorgesehenen Sicken kann entweder die Stufensicke gewählt werden oder können Rundsicke und Stufensicke wie oben beschrieben wahlweise kombiniert werden.
Als Nächstes werden die Metalldichtungen anderer Ausführungsformen beschrieben, die jeweils aus einer dichtungsbildenden Platte bestehen. Die gleichen Komponenten wie jene der bereits genannten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht erneut ausführlich beschrieben.
(1) Eine in 8A dargestellte Metalldichtung 10J besteht aus einer einzelnen dichtungsbildenden Platte 11 J, die durch teilweises Ändern der Struktur der ersten dichtungsbildenden Platte 11 der Metalldichtung 10 erhalten wird.
Die dichtungsbildende Platte 11J umfasst ein Metallsubstrat 12J und eine auf der Unterseite des Metallsubstrats 12J gebildete Beschichtungslage 50.
Das Metallsubstrat 12J umfasst: eine Außenumfangssicke 23J statt der Außenumfangssicke 23, die eine Rundsicke im ersten Metallsubstrat 12 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 ist; und Kühlwasserbohrungen 16J statt der Kühlwasserbohrungen 16 der ersten dichtungsbildenden Platte 11. Die Außenumfangssicke 23J ist eine Stufensicke. Die Kühlwasserbohrung 16J hat die gleiche Struktur wie die Kühlwasserbohrungen 36 der zweiten dichtungsbildenden Platte 30. Die anderen Komponenten sind die gleichen wie die des ersten Metallsubstrats 12. Hier kann die Außenumfangssicke 23J eine Rundsicke sein.
Wie die Beschichtungslage 33 ist die Beschichtungslage 50 so auf der Unterseite des Metallsubstrats 12J ausgebildet, dass sie nicht in einer dem Wassermantel 4 entsprechenden Position angeordnet ist. Die Beschichtungslage 50 ist durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials gebildet.
In der Metalldichtung 10J verbessern das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 die Dichtleistung zwischen der Metalldichtung 10J und dem Zylinderkopf 3, der eher verformt wird als der Zylinderblock 2.
(2) Eine in 8B dargestellte Metalldichtung 10K besteht aus einer einzelnen dichtungsbildenden Platte 11K. Die einzelne dichtungsbildende Platte 11K umfasst statt der Beschichtungslage 50 auf der Unterseite der dichtungsbildenden Platte 11J ein Brennkammer-Dichtelement 13K und ein Außenumfangs-Dichtelement 14K, die so auf der Unterseite des Metallsubstrats 12J angeordnet sind, dass sie dem Brennkammer-Dichtelement 13 bzw. dem Außenumfangs-Dichtelement 14 der dichtungsbildenden Platte 11J entsprechen.
Das Brennkammer-Dichtelement 13K umfasst: ein Abdeckungsteil 13Ka, das eine Breite aufweist und entlang der Brennkammersicke 20 vorgesehen ist, um die Brennkammersicke 20 abzudecken; und ein vorstehendes Dichtungsteil 13Kb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 13Ka entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 13Ka vorgesehen ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Brennkammer-Dichtelement 13 besteht das Brennkammer-Dichtelement 13K aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des Metallsubstrats 12J angeformt ist.
Das Außenumfangs-Dichtelement 14K umfasst: ein Abdeckungsteil 14Ka, das eine Breite aufweist und so entlang der Sicke 23J angeordnet ist, dass es die Sicke 23J abdeckt; und ein vorstehendes Dichtungsteil 14Kb, das so auf der Unterseite des Abdeckungsteils 14Ka entlang der Außenumfangskante des Abdeckungsteils 14Ka angeordnet ist, dass es nach unten vorsteht. Wie das Außenumfangs-Dichtelement 14 besteht das Außenumfangs-Dichtelement 14K aus einem einzelnen Element, das mit einem Gummimaterial integral an der Unterseite des Metallsubstrats 12J angeformt ist.
Die Metalldichtung 10K umfasst das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14, die an dessen Oberseite angeordnet sind, sowie das Brennkammer-Dichtelement 13K und das Außenumfang-Dichtelement 14K, die an dessen Unterseite angeordnet sind. Entsprechend kann die Dichtleistung in Bezug auf den Zylinderkopf 3 und den Zylinderblock 2 verbessert werden, obwohl die Herstellungskosten im Vergleich zur Metalldichtung 10J höher sind.
(3) In einer in 8C dargestellten Metalldichtung 10L umfasst eine dichtungsbildende Platte 11L statt des Metallsubstrats 12J der dichtungsbildenden Platte 11J ein Metallsubstrat 12L, in dem ein Anschlagteil 51 mit mehreren gewellten Teilen 51a mit einer geringeren Höhe als die Brennkammersicke 20 auf der Innenumfangsseite der Brennkammersicke 20 angeordnet ist. Die anderen Komponenten sind die gleichen wie die der dichtungsbildenden Platte 11 J. Bei der Metalldichtung 10L wird die gleiche Funktion und Wirkung wie bei der Metalldichtung 10J erreicht, wobei das Anschlagteil 51 verhindert, dass die Brennkammersicke 20 vollständig zusammengepresst wird.
(4) In einer in 8D dargestellten Metalldichtung 10M umfasst eine dichtungsbildende Platte 11M statt des Metallsubstrats 12J der dichtungsbildenden Platte 11J ein Metallsubstrat 12M, in dem eine ringförmige Ausnehmung 52 mit einer geringeren Höhe als die Brennkammersicke 20 auf der Innenumfangsseite der Brennkammersicke 20 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 52 ist mit einem wärmebeständigen Hartharz wie Fluorharz gefüllt und stellt ein gefülltes Teil 53 bereit, und ein Abdeckungsteil 13a ist zum Abdecken des gefüllten Teils 53 ausgebildet, wodurch von der Ausnehmung 52 und dem gefüllten Teil 53 ein Anschlagteil 54 gebildet wird. Bei dieser Metalldichtung 10M wird die gleiche Funktion und Wirkung wie bei der Metalldichtung 10J erreicht, wobei das Anschlagteil 54 verhindert, dass die Brennkammersicke 20 vollständig zusammengepresst wird.
In Bezug auf die in den Metalldichtungen 10J bis 10M vorgesehenen Sicken kann entweder die Stufensicke gewählt werden oder können Rundsicke und Stufensicke wie oben beschrieben wahlweise kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch für eine Metalldichtung mit einem bekannten, von dem oben beschriebenen abweichenden Aufbau angewendet werden, indem ein Dichtelement vorgesehen wird, das aus einem einzelnen Element besteht, ein Abdeckungsteil und ein vorstehendes Dichtungsteil aufweist und integral mit Gummimaterial entlang einer Sicke auf einer Außenfläche eines Metallsubstrats geformt ist, das mindestens eine der beiden Oberflächen der Metalldichtung bildet.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte mit einem Brennkammer-Dichtelement und einem Außenumfangs-Dichtelement beschrieben. Obwohl als Beispiel ein Verfahren zum Herstellen der ersten dichtungsbildenden Platte 11 beschrieben wird, kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine beliebige andere als die erste dichtungsbildende Platte 11 angewendet werden, wenn die dichtungsbildende Platte ein Brennkammer-Dichtelement und ein Außenumfangs-Dichtelement aufweist.
Zuerst wird eine Dichtungsform 60 zum Formen des Brennkammer-Dichtelements 13 und des Außenumfangs-Dichtelements 14 beschrieben. Wie in 9 und 11A dargestellt, umfasst die Dichtungsform 60 Folgendes: ein unteres Formteil 61 mit einer ebenen Oberfläche, auf die ein Metallplattenrohling 100 in Position aufgelegt wird, und ein oberes Formteil 70, das aus einem Stempel 71 und einer Matrize 72 besteht.
Der Metallplattenrohling 100 wird wie folgt erhalten. Ein ebenes Metallblech, zum Beispiel ein Edelstahlblech, das das erste Metallsubstrat 12 der ersten dichtungsbildenden Platte 11 wird, wird einem Stanzvorgang unterzogen, um eine Metallplatte mit im Wesentlichen ebener Form entlang den Außenkonturen der Kontaktflächen 2a und 3a des Zylinderblocks 2 und des Zylinderkopfs 3 zu bilden, wonach in der Metallplatte notwendige Bohrungen wie die Brennkammerbohrungen 15, die Kühlwasserbohrungen 16, die Schraubeneinsetzbohrungen 17 und die Ölbohrungen 18 ausgebildet werden. Dieser Stanzvorgang kann jedoch nach dem Formen des Brennkammer-Dichtelements 13 und des Außenumfangs-Dichtelements 14 erfolgen.
Im unteren Formteil 61 sind nach oben vorstehende Positionierstifte 62 so vorgesehen, dass sie den Schraubeneinsetzbohrungen 17 entsprechen. Der Metallplattenrohling 100 wird in Position auf das untere Formteil 61 aufgelegt, wobei die Positionierstifte 62 in die Schraubeneinsetzbohrungen 17 eingesetzt werden.
Der Stempel 71 umfasst einen ersten Stempel 73 von ebener Form, der dem Brennkammer-Dichtelement 13 entspricht, und einen zweiten Stempel 74 von ebener Form, der dem Außenumfangs-Dichtelement 14 entspricht. An einer Stirnseite des ersten Stempels 73 ist eine ringförmige Nut 73a, deren Form und Abmessung dem vorstehenden Dichtungsteil 13b des Dichtelements 13 entspricht, so ausgebildet, dass sie dem vorstehenden Dichtungsteil 13b entspricht. An einer Stirnseite des zweiten Stempels 74 ist eine ringförmige Nut 74a, deren Form und Abmessung dem vorstehenden Dichtungsteil 14b des Dichtelements 14 entspricht, so ausgebildet, dass sie dem vorstehenden Dichtungsteil 14b entspricht. In der Matrize 72 sind eine erste Passnut 75, in die der erste Stempel 73 eingepasst werden soll, und eine zweite Passnut 76, in die der zweite Stempel 74 eingepasst werden soll, ausgebildet. Wenn mehrere vorstehende Dichtungsteile 13b für ein Dichtelement 13 oder mehrere vorstehende Dichtungsteile 14b für ein Dichtelement 14 geformt werden sollen, müssen so viele Nuten 73a bzw. 74a wie vorstehende Dichtungsteile 13b oder vorstehende Dichtungsteile 14b vorgesehen werden. Statt dem oberen Formteil 70 kann ein oberes Formteil eingesetzt werden, das eine Unterseite aufweist, in der den Abmessungen des Brennkammer-Dichtelements 13 und des Außenumfangs-Dichtelements 14 entsprechende Nuten an den Dichtelementen 13 und 14 entsprechenden Positionen ausgebildet sind.
Es wird ein Verfahren zum Formen des Brennkammer-Dichtelements 13 und des Außenumfangs-Dichtelements 14 beschrieben.
Zuerst werden, wie in 9 dargestellt, nach dem Entfetten des Metallplattenrohlings 100 die Positionierstifte 62 in die Schraubeneinsetzbohrungen 17 eingesetzt, um den Metallplattenrohling 100 auf dem unteren Formteil 61 zu positionieren und aufzulegen.
Dann wird, wie in 10 und 11A dargestellt, die Matrize 72 auf den Metallplattenrohling 100 aufgelegt, und mehrere unvulkanisierte Gummimaterialstücke 101 werden voneinander beabstandet durch die erste Passnut 75 an Positionen aufgelegt, die dem Brennkammer-Dichtelement 13 des Metallplattenrohlings 100 entsprechen. Außerdem werden mehrere unvulkanisierte Gummimaterialstücke 101 voneinander beabstandet durch die zweite Passnut 76 an Positionen aufgelegt, die dem Außenumfangs-Dichtelement 14 des Metallplattenrohlings 100 entsprechen. Die Gummimaterialstücke 101 werden an vorbestimmten Positionen in einer vorbestimmten Menge so aufgelegt, dass das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 ohne Überschuss bzw. Mangel gebildet werden können. Vor dem Auflegen der Gummistücke kann jedoch ein Haftmittel in geschichtetem Zustand dort auf die Oberseite des Metallplattenrohlings 100 aufgetragen werden, wo die Dichtelemente 13 und 14 gebildet werden sollen, um die Haftstärke zwischen dem Metallplattenrohling 100 und den Dichtelementen 13 und 14 zu verbessern.
Zu Beispielen für die Gummimaterialstücke 101 gehören: synthetische Gummis wie Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Fluorkautschuk (FKM), Acrylkautschuk (AR) und Siliconkautschuk, Naturgummi (NR) und eine Mischung daraus. Querschnittsform und Abmessungen der Gummimaterialstücke 101 können frei festgelegt werden, sofern die Dichtelemente 13 und 14 daraus ohne Überschuss und Mangel geformt werden können. Statt der Gummimaterialstücke 101 können unvulkanisierte Gummizüge in die Passnuten 75 und 76 eingelegt oder unvulkanisiertes Gummipulver gleichmäßig in den Passnuten 75 und 76 verteilt werden.
Dann werden die Gummimaterialstücke 101, wie in 11B dargestellt, durch Erwärmen zum Beispiel bei 50 °C erweicht und der erste Stempel 73 und der zweite Stempel 74 des Stempels 71 in die erste Passnut 75 und die zweite Passnut 76 der Matrize 72 eingepasst. Die Gummimaterialstücke 101 werden dann erwärmt und an den Endabschnitten der Stempel 73 und 74 zusammengepresst, wodurch die Gummimaterialstücke 101 in den Passnuten 75 und 76 ausgebreitet werden. Zu diesem Zeitpunkt sind auch die Nuten 73a und 74a mit dem ausgebreiteten Gummi gefüllt. Dann werden die wie oben beschrieben ausgebreiteten Gummimaterialstücke 101 erwärmt und eine vorbestimmte Zeit lang zum Vulkanisieren des Gummimaterials so belassen, wodurch auf dem Metallplattenrohling 100 das Brennkammer-Dichtelement 13 mit dem Abdeckungsteil 13a und dem vorstehenden Dichtungsteil 13b von gewünschter Dicke sowie das Außenumfangs-Dichtelement 14 mit dem Abdeckungsteil 14a und dem vorstehenden Dichtungsteil 14b von gewünschter Dicke geformt werden.
Als Nächstes werden das untere Formteil 61 und das obere Formteil 70 geöffnet und es wird ein Metallplattenrohling 100A entnommen, auf dem das Brennkammer-Dichtelement 13 und das Außenumfangs-Dichtelement 14 integral angeformt sind. Dann werden die Grate an den Außenkanten des Brennkammer-Dichtelements 13 und des Außenumfangs-Dichtelements 14 gefroren und entfernt, zum Beispiel mit flüssigem Stickstoff.
Als Nächstes werden auf dem Metallplattenrohling 100A die Brennkammersicke 20, die Schraubeneinsetzbohrungssicken 21, die Schrauben-Ölbohrungssicken 22 und die Außenumfangssicke 23 durch ein bekanntes Verfahren ausgebildet.
Wie in 12 dargestellt, wird zum Beispiel eine konvexe Form 80 und eine konkave Form 81 verwendet. Die konvexe Form 80 weist Folgendes auf: einen nach unten vorstehenden Vorsprung 80a, der als Entsprechung der Brennkammersicke 20 vorgesehen ist, und einen nach oben vorstehenden Vorsprung 80b, der als Entsprechung der Sicken 21 bis 23 vorgesehen ist (in 12 sind die Sicken 22 und 23 nicht dargestellt). Die konkave Form 81 weist Folgendes auf: eine Ausnehmung 81a, die als Entsprechung der Brennkammersicke 20 ausgebildet ist, und eine Ausnehmung 81b, die als Entsprechung der Sicken 21 bis 23 ausgebildet ist (in 12 sind die Sicken 22 und 23 nicht dargestellt). Wenn der Metallplattenrohling 100A auf die konkave Form 81 aufgelegt ist, wird die konvexe Form 80 nach unten bewegt und der Metallplattenrohling 100A durch die Vorsprünge 80a und 80b der konvexen Form 80 so gestempelt, dass die Sicken 20 bis 23 gebildet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der ersten dichtungsbildenden Platte 11 werden die Gummimaterialstücke 101 zum Vulkanisieren erwärmt und zusammengepresst und zwischen dem Metallplattenrohling 100 und dem oberen Formteil 70, das auf das untere Formteil 61 aufgelegt ist, ausgebreitet, wodurch das Brennkammer-Dichtelement 13 entlang der Brennkammersicke 20 integral auf dem Metallplattenrohling 100 angeformt wird, während das Außenumfangs-Dichtelement 14 entlang den Sicken 21 bis 23 integral auf dem Metallplattenrohling 100 angeformt wird. Daher können die Herstellungskosten der ersten dichtungsbildenden Platte 11 durch Minimieren eines verschwenderischen Einsatzes von Gummimaterial gesenkt werden. Außerdem kann die Haftfestigkeit der Dichtelemente 13 und 14 an dem Metallplattenrohling 100 durch Druckverkleben im Vergleich zu durch Siebdruck oder Sprühbeschichten eines Flüssiggummimaterials auf dem Metallplattenrohling 100 und Vulkanisieren des Gummimaterials gebildeten Dichtelementen erhöht werden.
Beim Herstellen der ersten dichtungsbildenden Platte 11D wird die Beschichtungslage 40 auf der Unterseite des wie oben beschrieben vorbereiteten Metallplattenrohlings 100A durch Sprühbeschichten oder Siebdruck und Vulkanisieren des Gummimaterials so ausgebildet, dass die Beschichtungslage 40 nicht in der dem Wassermantel 4 entsprechenden Position angeordnet ist. Danach werden die Sicken 20 bis 23 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben ausgebildet.
Beim Herstellen der zweiten dichtungsbildenden Platte 30E werden die Dichtelemente 13E und 14E auf dem Metallplattenrohling des zweiten Metallsubstrats 31 auf die gleiche Weise wie beim Metallplattenrohling 100A angeformt und es wird der zurückgefaltete Abschnitt 30a ausgebildet. Dann wird die Beschichtungslage 32 durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials auf der Oberseite des Metallplattenrohlings gebildet.
Beim Herstellen der ersten dichtungsbildenden Platte 43 werden die Dichtelemente 13F und 14F auf der Unterseite des Metallplattenrohlings des ersten Metallsubstrats 12F auf die gleiche Weise wie beim Metallplattenrohling 100A angeformt und werden danach die Sicken 20F bis 23F ausgebildet.
Beim Herstellen der ersten dichtungsbildenden Platte 43G werden die Dichtelemente 13F und 14F auf der Unterseite des Metallplattenrohlings des ersten Metallsubstrats 12F auf die gleiche Weise wie beim Metallplattenrohling 100A angeformt. Dann wird die Beschichtungslage 44 durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials auf der Oberseite des Metallplattenrohlings gebildet. Danach werden die Sicken 20F bis 23F ausgebildet.
Beim Herstellen der dichtungsbildenden Platte 11J werden die Sicken 20 und 23J durch ein bekanntes Verfahren auf dem wie oben beschrieben vorbereiteten Metallplattenrohling 100A ausgebildet. Beim Herstellen der dichtungsbildenden Platten 11L, 11M werden die Sicken 20 und 23J und die Anschlagteile 51, 54 jeweils durch ein bekanntes Verfahren auf dem Metallplattenrohling 100A ausgebildet. Danach wird die Beschichtungslage 50 auf der Unterseite des Metallplattenrohlings 100A durch Sprühbeschichten oder Siebdruck eines Flüssiggummimaterials und Vulkanisieren des Gummimaterials so ausgebildet, dass die Beschichtungslage 50 nicht in der dem Wassermantel 4 entsprechenden Position angeordnet ist.
Wenn die Brennkammer-Dichtelemente 13 und 13K und die Außenumfangs-Dichtelemente 14 und 14K wie bei der dichtungsbildenden Platte 11K auf beiden Oberflächen des Metallsubstrats 12J angeformt werden, wird statt dem unteren Formenteil 61 eine in 13 dargestellte Dichtungsform 60A verwendet, die ein unteres Formenteil 70A mit einem Stempel 71A und einer Matrize 72A umfasst, die vertikal symmetrisch in Bezug auf den Stempel 71 und die Matrize 72 sind.
Mit der Dichtungsform 60A werden die Brennkammer-Dichtelemente 13 und 13K und die Außenumfangs-Dichtelemente 14 und 14K wie folgt gleichzeitig an beiden Oberflächen des Metallplattenrohlings 100 angeformt. Zuerst werden mehrere Gummimaterialstücke 101 voneinander beabstandet auf die Oberseite des ersten Stempels 73A und des zweiten Stempels 74A des unterseitigen Stempels 71A aufgelegt und der Metallplattenrohling 100 in Position auf die unterseitige Matrize 72A aufgelegt. Dann wird die oberseitige Matrize 72 auf den Metallplattenrohling 100 aufgelegt und werden mehrere voneinander beabstandete Gummimaterialstücke 101 durch die erste Passnut 75 und die zweite Passnut 76 auf den Metallplattenrohling 100 aufgelegt. Als Nächstes werden die ersten Stempel 73 und 73A in die ersten Passnuten 75 und 75A der Matrizen 72 bzw. 72A eingesetzt und die zweiten Stempel 74 und 74A in die zweiten Passnuten 76 und 76A der Matrizen 72 bzw. 72A eingesetzt. Dann werden die Gummimaterialstücke 101 zum Vulkanisieren erwärmt und zusammengepresst und auf der Oberseite und Unterseite des Metallplattenrohlings 100 zwischen den ersten Stempeln 73 und 73A ausgebreitet, während die Gummimaterialstücke 101 zum Vulkanisieren erwärmt und zusammengepresst und auf der Oberseite und Unterseite des Metallplattenrohlings 100 zwischen den zweiten Stempeln 74 und 74A ausgebreitet, wodurch die Nuten 73a und 73Aa und die Nuten 74a und 74Aa ebenfalls mit dem Gummimaterial gefüllt werden. Der Metallplattenrohling 100 wird eine vorbestimmte Zeit lang in diesem Zustand gehalten, wodurch die Brennkammer-Dichtelemente 13 und 13K und die Außenumfangs-Dichtelemente 14 und 14K gleichzeitig an beiden Oberflächen des Metallplattenrohlings 100 angeformt werden.
Bei dem genannten Herstellungsverfahren werden die Dichtelemente, die die Abdeckungsteile und vorstehenden Dichtungsteile aufweisen, integral mit den Gummimaterialstücken geformt. Dichtelemente, die keine vorstehenden Dichtungsteile, d.h. lediglich Abdeckungsteile aufweisen, können unter Weglassung der Nuten 73a, 74a, 73Aa und 74Aa geformt werden.
Die Metalldichtung und das Verfahren zum Herstellen der dichtungsbildenden Platte gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht nur auf die zwischen Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3 des Fahrzeugmotors 1 angeordnete Kopfdichtung und die Herstellung einer solchen Kopfdichtung, sondern auch auf eine zwischen einem Zylinderkopf und einem Auspuffkrümmer angeordnete Dichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte einer solchen Dichtung und auf eine zwischen zwei Elementen in einem anderen Motor als einem Fahrzeugmotor oder zwei Elementen in Industriemaschinen angeordneten Dichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte einer solchen Dichtung anwendbar.
Während die Erfindung ausführlich beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich, dass zahlreiche andere Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008164122 [0006]
JP 200028002 [0006]
JP 3547417 [0006]

Claims

Metalldichtung, umfassend: eine einzelne dichtungsbildende Platte, auf der eine Sicke zum Dichten vorgesehen ist; ein Abdeckungsteil, das eine Breite aufweist, wobei das Abdeckungsteil auf mindestens einer Fläche der dichtungsbildenden Platte entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke vorgesehen ist; ein vorstehendes Dichtungsteil, das auf einer Außenfläche des Abdeckungsteils entlang dem Abdeckungsteil vorgesehen ist, wobei das vorstehende Dichtungsteil in einer Dickenrichtung des Abdeckungsteils nach außen vorsteht; und ein Dichtelement, das das Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil umfasst, wobei das Dichtelement aus einem Einzelelement besteht, das integral mit einem Gummimaterial auf der dichtungsbildenden Platte angeformt ist.
Metalldichtung, umfassend: mehrere aufeinandergeschichtete dichtungsbildende Platten, wobei mindestens eine der dichtungsbildenden Platten mit einer Sicke zum Dichten versehen ist; ein Abdeckungsteil, das eine Breite aufweist, wobei das Abdeckungsteil auf mindestens einer Außenfläche einer der dichtungsbildenden Platten, die auf mindestens einer Außenseite der mehreren dichtungsbildenden Platten angeordnet ist, entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke in Draufsicht vorgesehen ist; ein vorstehendes Dichtungsteil, das auf einer Außenfläche des Abdeckungsteils entlang dem Abdeckungsteil vorgesehen ist, wobei das vorstehende Dichtungsteil in einer Dickenrichtung des Abdeckungsteils nach außen vorsteht; und ein Dichtelement, das das Abdeckungsteil und das vorstehende Dichtungsteil umfasst, wobei das Dichtelement aus einem Einzelelement besteht, das integral mit einem Gummimaterial angeformt ist.
Metalldichtung nach Anspruch 2, wobei die dichtungsbildende Platte mit der Sicke auf der mindestens einen der Außenseiten der mehreren dichtungsbildenden Platten angeordnet ist und das Abdeckungsteil auf der Außenfläche der dichtungsbildenden Platte, die die Sicke aufweist, entlang der Sicke zum Abdecken der Sicke vorgesehen ist.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das vorstehende Dichtungsteil in Bezug auf eine Dichtungslinie der Sicke außen vorgesehen ist.
Metalldichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Fluorether als Gummimaterial verwendet wird, das das vorstehende Dichtungsteil bildet.
Verfahren zum Herstellen einer dichtungsbildenden Platte, umfassend: Auflegen von unvulkanisierten Gummimaterialstücken auf einen Metallplattenrohling in einer Position, in der eine Sicke angeordnet ist; und Erwärmen und Zusammenpressen der Gummimaterialstücke zwischen dem Metallplattenrohling und einer Druckfläche einer Form entlang einer Position, in der die Sicke angeordnet ist, zum Vulkanisieren und Ausbreiten der Gummimaterialstücke, sodass ein Dichtelement mit einem Abdeckungsteil so mit den Gummimaterialstücken auf dem Metallplattenrohling geformt wird, dass sie der Position entsprechen, in der die Sicke angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Form Folgendes umfasst: eine Matrize, in der eine Passnut entsprechend der Position gebildet ist, an der die Sicke angeordnet ist; und ein Stempel, der zurückziehbar in die Passnut eingepasst werden kann und an einer Stirnfläche die Druckfläche zum Zusammenpressen der Gummimaterialstücke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine am Abdeckungsteil entlang verlaufende Nut zum Zusammenpressen der Gummimaterialstücke auf der Druckfläche der Form vorgesehen ist, und die Nut beim Formen des Dichtelements ein vorstehendes Dichtungsteil, das entlang dem Abdeckungsteil an einer Außenfläche des Abdeckungsteils angeformt werden soll, bewirkt, wobei das vorstehende Dichtungsteil in einer Dickenrichtung des Abdeckungsteils nach außen vorsteht, sodass das Dichtelement mit dem Abdeckungsteil und dem vorstehenden Dichtungsteil integral auf dem Metallplattenrohling angeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend das Formen einer Sicke entlang dem Dichtelement auf dem Metallplattenrohling, auf dem das Dichtelement angeformt wird.