DE3623078A1 - Method and device for determining the gas sealing quality of cylinder head gaskets - Google Patents

Method and device for determining the gas sealing quality of cylinder head gaskets

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Abstract

For determining the gas sealing quality of cylinder head gaskets the quantity of leakage gas escaping from the combustion chamber openings by way of the coolant openings of the gasket into the coolant circuit whilst the engine is running is determined by volumetric analysis. For this purpose a preferably funnel-shaped gas separator is incorporated into the coolant circuit downstream of the engine so that the entrained gas is separated from the coolant, migrates from there into a gas collecting vessel and a measuring vessel where it is electronically analysed and recorded, preferably fully automatically. In this way the gas sealing quality of the cylinder head gasket in the engine can be determined simply and economically, whilst at the same time further measured data on the engine are determined with the engine running. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Gasabdichtgüte von Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen.The invention relates to a method and an apparatus for Determination of the gas sealing quality of cylinder head gaskets for Internal combustion engines.

Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen sind im Motor zwischen Motorblock und Zylinderkopf mit hohem Dichtpressungsdruck eingespannt und dichten statisch gegenüber den heißen Verbrennungsgasen des Verbrennungsraumes und gegenüber den Flüssigkeiten des Kühlmittel- und Schmierstoffkreislaufes ab. Besondere Anforderungen hinsichtlich der Abdichtgüte sind bei Zylinderkopfdichtungen an den Brennraumöffnungsrand gestellt, da im Brennraum die heißen Verbrennungsgase unter starkem Druck stehen und schon kleine Mengen der am Brennraumrand austretenden Verbrennungsgase zum Kompressionsdruckabfall mit Leistungsverlusten des Motors führen können. Ebenso können kleine Mengen austretender Verbrennungsgase das Dichtungsmaterial zerstören und damit die Gasleckage allmählich steigern.Cylinder head gaskets for internal combustion engines are in the Engine between engine block and cylinder head with high Clamping pressure clamped and statically sealed against each other the hot combustion gases in the combustion chamber and towards the liquids of the coolant and Lubricant circuit. Special requirements with regard to the sealing quality are with cylinder head gaskets placed at the edge of the combustion chamber, since in the combustion chamber hot combustion gases are under strong pressure and already small amounts of those emerging at the edge of the combustion chamber Combustion gases for compression pressure drop with Loss of performance of the engine can result. You can also small amounts of escaping combustion gases Destroying sealing material and thus gas leakage gradually increase.

Die Prüfung der Gasabdichtgüte von Zylinderkopfdichtungsmaterial erfolgt in der Praxis nach DIN 3535 oder ASTM F-37 an Prüfringen, die im Modellgerät unter einer vorgegebenen Flächenpressung zwischen zwei Flanschen eingespannt sind. Nach Druckbeaufschlagung des vom Ring eingeschlossenen Innenraumes mit einem Druckgas wird die am Außenumfang des Ringes austretende Gasleckagemenge gemessen, und man erhält gegebenenfalls auch bei verschiedenen Temperaturen ein Maß für die Gasabdichtungsgüte des Dichtungsmaterials als Funktion der Flächenpressung für die verschiedensten Gasinnendrücke im Innenraum des Prüfringes.Testing the gas sealing quality of Cylinder head gasket material is made in practice according to DIN 3535 or ASTM F-37 on test rings in the model device under a predetermined surface pressure between two flanges  are clamped. After pressurizing the from the ring enclosed interior with a compressed gas is the most Exhaust gas leakage quantity measured outside the ring, and you may also get from different ones Temperatures a measure of the gas sealing quality of the Sealing material as a function of surface pressure for the various internal gas pressures in the interior of the test ring.

In Modellversuchen mit Prüfringen ermittelte Werte lassen sich aber nur bedingt mit der tatsächlichen Gasabdichtungsgüte einer eingebauten Zylinderkopfdichtung unter Betriebsbedingungen vergleichen. Vor allem die Flächenpressung auf den Dichtflächen einer eingebauten Dichtung kann entsprechend den unterschiedlich wirkenden Kennlinien der Einspannschrauben von Ort zu Ort unterschiedlich sein, und unter den Betriebsbedingungen eines Motors ist entsprechend der Fahrweise die Zylinderkopfdichtung am Brennraumrand einer sich ständig ändernden Gasinnendruckbelastung aus dem Verbrennungsraum bei den verschiedensten Temperaturen ausgesetzt.Values determined in model tests with test rings can be but only to a limited extent with the actual gas sealing quality a built-in cylinder head gasket under Compare operating conditions. Especially the surface pressure on the sealing surfaces of a built-in seal according to the different acting characteristics of the Clamping screws vary from place to place, and under the operating conditions of an engine is corresponding the driving style, the cylinder head gasket at the edge of the combustion chamber constantly changing gas pressure load from the Combustion chamber at various temperatures exposed.

Zur Ermittlung der Gasabdichtungsgüte einer Zylinderkopfdichtung unter Betriebsbedingungen wäre es natürlich möglich, den gesamten Motor während eines Prüfstandslaufes von einer gasdichten Hülle zu umgeben und so die am Zylinderkopfdichtungsrand austretende Gesamtgasleckagemenge zu bestimmen. Solche Methoden sind sehr aufwendig und unwirtschaftlich, und zugleich erfassen sie nur sehr ungenau die am Brennraumrand der Zylinderkopfdichtung übertretenden Gasleckagemengen. Diese Methode ist daher vor allem zur Erfassung kleiner Abgasleckagemengen, auf die es zur Beurteilung der Abdichtgüte einer Zylinderkopfdichtung gerade ankommt, nicht geeignet.To determine the gas sealing quality of a It would be cylinder head gasket under operating conditions of course, the entire engine during one Test bench run to be surrounded by a gas-tight shell and so the one emerging at the edge of the cylinder head gasket Determine total gas leakage. Such methods are very complex and uneconomical, and at the same time they only capture very imprecise at the edge of the combustion chamber of the cylinder head gasket excess gas leakage. This method is therefore available  especially for the detection of small amounts of exhaust gas leakage, for which Assessment of the sealing quality of a cylinder head gasket straight arrives, not suitable.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu finden, mit dem sich das Abgasdichtungsverhalten einer Zylinderkopfdichtung im motorischen Betrieb mit ausreichender Genauigkeit bestimmen läßt.The present invention is therefore based on the object a simple method and device for carrying it out of the process by which the Exhaust gas sealing behavior of a cylinder head gasket in the determine motor operation with sufficient accuracy leaves.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, durch das die von den Brennraumrändern der Zylinderkopfdichtung über die Kühlmittelöffnungen während des Motorlaufes in den Kühlmittelkreislauf gelangende Gasleckagemenge bestimmt wird.According to the invention, this object is achieved by a method through which the from the edges of the combustion chamber Cylinder head gasket over the coolant holes during the Engine running into the coolant circuit Gas leakage amount is determined.

Die jetzt an den Brennraumöffnungsrändern der eingebauten Zylinderkopfdichtung übertretenden und von dort etwa radial nach außen strömenden Gase treffen auf die den Brennraumöffnungen benachbarten Kühlmittelöffnungen und gelangen dort in den Kühlmittelstrom. Die vom Kühlmittelstrom mitgerissene Gasmenge kann anschließend in einem in den Kühlmittelkreislauf eingebauten Gasabscheider abgetrennt und bevorzugt volumetrisch bestimmt werden. Die gemessene Gasmenge ist etwa proportional der insgesamt am Brennraumrand übergetretenen Verbrennungsgasleckagemenge und somit ein Maß für die Gasabdichtungsgüte der Zylinderkopfdichtung. Bei Bestimmung der übertretenden Gasleckagemenge über längere Zeiträume können schon relativ kleine und mit anderen Methoden nur schwer erkennbare Gasleckagen mit guter Genauigkeit quantitativ erfaßt werden.The now at the combustion chamber opening edges of the built Cylinder head gasket transcending and from there approximately radial gases flowing outward meet those Combustion chamber openings adjacent coolant openings and get into the coolant flow there. The coolant flow entrained amount of gas can then in a Coolant circuit separated gas separator and are preferably determined volumetrically. The measured The amount of gas is roughly proportional to the total at the edge of the combustion chamber Exceeded combustion gas leakage quantity and thus a measure for the gas sealing quality of the cylinder head gasket. At Determination of the excess gas leakage over a longer period Periods can be relatively small and with other methods  difficult to detect gas leaks with good accuracy be recorded quantitatively.

Die Messung erfolgt dabei am laufenden Motor, insbesondere während seines Prüfstandslaufes, ohne den Lauf des Motors zu beeinflussen. Das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren zur Bestimmung der Gasabdichtgüte kann daher als zusätzliches Kriterium zu den weiteren Messungen am Motor während des gleichen Laufes zur Beurteilung seines Laufverhaltens herangezogen werden.The measurement is carried out on the running engine, in particular during its test bench run without the engine running too influence. The method used according to the invention for Determination of the gas sealing quality can therefore be an additional one Criterion for further measurements on the engine during the same run to assess his running behavior be used.

Zur Abscheidung der vom Kühlmittelstrom mitgerissenen Abgasmenge hat sich ein trichterförmiger Gasabscheider mit einem Öffnungswinkel von etwa 5 bis 30°, und zwar insbesondere 8°, besonders bewährt. Der Gasabscheider ist in den unter Druck stehenden Kühlmittelkreislauf nach dem Durchströmen des Kühlmittels durch den Motor in vertikaler Richtung so eingebaut, daß er sich in Strömungsrichtung erweitert. Auf diese Weise bildet sich im Gasabscheider eine laminare verzögerte Strömung aus, in der die mitgeführten Gasblasen aufsteigen und in einen Gassammelbehälter gelangen. Im Gassammelbehälter selbst oder in einem nachgeschalteten Meßgefäß kann dann die mitgerissene Abgasmenge pro Zeiteinheit bestimmt und bevorzugt vollautomatisch-elektronisch gemessen und ausgewertet werden.For separating those entrained by the coolant flow Exhaust gas quantity has a funnel-shaped gas separator an opening angle of about 5 to 30 °, in particular 8 °, particularly proven. The gas separator is in the under Pressurized coolant circuit after flowing through the Coolant through the engine in the vertical direction so built in that it widens in the direction of flow. On in this way a laminar is formed in the gas separator delayed flow in the entrained gas bubbles climb up and get into a gas collection container. in the Gas collection container itself or in a downstream one Measuring vessel can then the entrained amount of exhaust gas per unit of time determined and preferably measured fully automatically-electronically and be evaluated.

Durch die Erfindung ist somit eine einfache und dadurch wirtschaftliche Methode gefunden, mit der die Gasleckage beziehungsweise die Gasabdichtungsgüte einer Zylinderkopfdichtung unter Einbau- und Betriebsbedingungen auch bei kleinen Leckagemengen bestimmt werden kann. Da die Messung der Gasleckage ohne Beeinflussung des Motorlaufes erfolgt, kann insbesondere bei Motorprüfstandsläufen unter den verschiedensten Bedingungen zur Bestimmung des Verhaltens des Motors praktisch ohne Mehraufwand gleichzeitig auch eine Aussage über die Qualität der Zylinderkopfdichtung gemacht werden.The invention is thus a simple and thereby found economic method by which gas leakage or the gas sealing quality of one Cylinder head gasket under installation and operating conditions  can be determined even with small amounts of leakage. Since the Measurement of gas leakage without influencing engine running takes place, especially in engine test bench runs under the various conditions for determining the behavior of the Motors with practically no additional effort Made a statement about the quality of the cylinder head gasket will.

Anhand der Abbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.The method and the device for performing the method closer explained.

Die Abbildung zeigt dabei als Prinzipschaubild die Kühlmittelkreislaufführung, die Gasabscheidung, das Meßgefäß und die Registriereinrichtung zur elektronischen-vollautomatischen Messung der Gasleckage der Zylinderkopfdichtung.The illustration shows the principle diagram Coolant circuit management, gas separation, the measuring vessel and the registration device for electronic fully automatic measurement of gas leakage Cylinder head gasket.

Das Kühlmittel durchfließt unter Druck in Pfeilrichtung (1) den rohrwassergekühlten Kühler (2), den Motor (3) und den Gasabscheider (4), um von dort nach Kühlung (2) wieder in den Motor (3) zu gelangen. Im Motor (3) nimmt das Kühlwasser die über die Brennraumöffnungen zu den Kühlwasseröffnungen der Dichtung gelangenden Gasleckagemengen auf. Der dem Motor (3) nachgeschaltete Gasabscheider (4) mit trichterförmigem Gehäuse und einem Öffnungswinkel (5) von etwa 8° erweitert sich in Strömungsrichtung (1) und ist in vertikaler Richtung im Kreislauf angeordnet. Im Gasabscheider (4) bildet sich so eine laminare verzögerte Kühlmittelströmung (1) aus, in der sich mitgerissene Gasbläschen (7) entlang der ansteigenden Gasabscheideroberfläche (6) abscheiden und in das darüber angeordnete Gassammelgefäß (8) wandern. Über die beiden Schwimmerventile (9) gelangt die abgeschiedene Gasmenge (12) in das an einer Kraftmeßdose (11) aufgehängte Meßgefäß (14) und entspannt sich unter Verdrängung der Meßgefäßflüssigkeit in den Ausgleichsbehälter (13) praktisch auf Normaldruck. Durch die Kraftmeßdose (11) wird durch Differenzwägung die verdrängte Meßgefäßflüssigkeitsmenge bestimmt. Gleichzeitig wird bei Erreichung einer bestimmten Verdrängung an Meßgefäßflüssigkeitsmenge das Magnetventil (14) geschlossen und die Zufuhr von abgeschiedenem Gas unterbrochen, während das Ventil (15) geöffnet und das im Meßgefäß (10) angesammelte Gas über den Auslaß (16) unter Auffüllung des Meßgefäßes (10) mit Flüssigkeit abgeblasen wird. Durch anschließende Öffnung des Ventils (14) und Schließung des Ventils (15) kann der Meßvorgang wiederholt werden.The coolant flows under pressure in the direction of the arrow ( 1 ) through the pipe-water-cooled cooler ( 2 ), the motor ( 3 ) and the gas separator ( 4 ) in order to get back into the motor ( 3 ) after cooling ( 2 ). In the engine ( 3 ), the cooling water absorbs the gas leakage quantities coming through the combustion chamber openings to the cooling water openings of the seal. The gas separator ( 4 ) downstream of the motor ( 3 ) with a funnel-shaped housing and an opening angle ( 5 ) of approximately 8 ° widens in the direction of flow ( 1 ) and is arranged in the circuit in the vertical direction. A laminar delayed coolant flow ( 1 ) forms in the gas separator ( 4 ), in which entrained gas bubbles ( 7 ) separate along the rising gas separator surface ( 6 ) and migrate into the gas collecting vessel ( 8 ) arranged above. Via the two float valves ( 9 ) the separated gas quantity ( 12 ) reaches the measuring vessel ( 14 ) suspended from a load cell ( 11 ) and relaxes to the normal pressure while displacing the measuring vessel liquid into the expansion tank ( 13 ). The force measuring cell ( 11 ) is used to determine the volume of measuring vessel displaced by differential weighing. At the same time, when a certain displacement of the measuring vessel liquid quantity is reached, the solenoid valve ( 14 ) is closed and the supply of separated gas is interrupted, while the valve ( 15 ) is opened and the gas accumulated in the measuring vessel ( 10 ) via the outlet ( 16 ) while filling up the measuring vessel ( 10 ) is blown off with liquid. The measuring process can be repeated by subsequently opening the valve ( 14 ) and closing the valve ( 15 ).

In der Meßbrücke (17) werden die Signale der Kraftmeßdose (11) zur Steuerung der Ventile (14, 15) und zur Registrierung auf dem Schreiber (18) umgeformt. Im Schreiber (18) wird als Analogsignal die Gasleckagemenge pro Zeiteinheit registriert, und aus der Differenzierung des Signals ergibt sich die vom Kühlmittel aufgenommene Gasleckagemenge pro Zeiteinheit mit einem maximalen Fehler von plus/minus 5 ml bei einem Liter Gasleckagemenge.The signals from the load cell ( 11 ) for controlling the valves ( 14, 15 ) and for registration on the recorder ( 18 ) are converted in the measuring bridge ( 17 ). In the recorder ( 18 ), the gas leakage quantity per unit of time is registered as an analog signal, and the differentiation of the signal gives the gas leakage quantity absorbed by the coolant per unit of time with a maximum error of plus / minus 5 ml with one liter of gas leakage quantity.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung der Gasabdichtgüte von Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Brennraumrändern der eingebauten Zylinderkopfdichtung über die Kühlmittelöffnungen in den Kühlmittelkreislauf während des Motorlaufes gelangende Gasleckagemenge bestimmt wird.1. A method for determining the gas sealing quality of cylinder head gaskets for internal combustion engines, characterized in that the gas leakage amount from the combustion chamber edges of the built-in cylinder head gasket is determined via the coolant openings in the coolant circuit while the engine is running. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kühlmittelkreislauf gelangte Gasleckagemenge (7) aus der Kühlflüssigkeit in einem dem Motor (3) in den Kühlmittelkreislauf nachgeschalteten Gasabscheider (4) abgeschieden, daß die Gasleckagemenge (7) in einem Gassammelgefäß (8) gesammelt und die Gasleckagemenge (7) volumetrisch bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of gas leakage ( 7 ) into the coolant circuit is separated from the coolant in a gas separator ( 4 ) connected downstream of the engine ( 3 ) in the coolant circuit, that the amount of gas leakage ( 7 ) in a gas collecting vessel ( 8 ) collected and the gas leakage amount ( 7 ) is determined volumetrically. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleckagemenge (7) in einem Meßgefäß (10) volumetrisch bestimmt und die Gasleckagemenge (7) in einer elektronischen Registriereinrichtung (17, 18) pro Zeiteinheit aufgezeichnet wird.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the gas leakage amount ( 7 ) in a measuring vessel ( 10 ) is determined volumetrically and the gas leakage amount ( 7 ) is recorded in an electronic registration device ( 17, 18 ) per unit of time. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus einem in den Kühlmittelkreislauf nach dem Durchströmen (1) der Kühlflüssigkeit durch den Motor (3) eingebauten Gasabscheider (4), einem nachgeschalteten Gassammelbehälter (8) und einem nachgeschalteten Meßgefäß (10) zur volumetrischen Bestimmung der Gasmenge (7, 12) besteht.4. Device for performing the method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device from a in the coolant circuit after flowing ( 1 ) of the coolant through the engine ( 3 ) built-in gas separator ( 4 ), a downstream gas collection container ( 8 ) and a downstream measuring vessel ( 10 ) for volumetric determination of the amount of gas ( 7, 12 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (8) aus einem trichterförmigen Gehäuse mit einem Öffnungswinkel (5) zwischen 5 und 30° besteht, und daß der Gasabscheider (8) in vertikaler Richtung in Strömungsrichtung (1) sich öffnet und in den Kühlmittelkreislauf eingebaut ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the gas separator ( 8 ) consists of a funnel-shaped housing with an opening angle ( 5 ) between 5 and 30 °, and that the gas separator ( 8 ) opens in the vertical direction in the flow direction ( 1 ) and is built into the coolant circuit. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10, 11, 13) zur Bestimmung der Gasleckagemenge (12) aus einer Kraftmeßdose (11) und dem damit verbundenen Meßgefäß (10) besteht, so daß die Gasleckagemenge (12) aus dem Gewicht der im Meßgefäß (10) während der Messung in das Ausgleichsgefäß (13) verdrängten Flüssigkeit bestimmt wird.6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that the measuring device ( 10, 11, 13 ) for determining the gas leakage amount ( 12 ) consists of a load cell ( 11 ) and the associated measuring vessel ( 10 ), so that the gas leakage amount ( 12 ) is determined from the weight of the liquid displaced into the compensating vessel ( 13 ) during the measurement in the measuring vessel ( 10 ). 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Registrierung der pro Zeiteinheit im Motor in den Kühlmittelkreislauf gelangten Gasleckagemenge (12) aus einer Meßbrücke (17) besteht, in der die Signale der Kraftmeßdose (11) in Schreibsignale für den Schreiber (18) und in Signale zur Steuerung der Ventile (14, 15) zum periodischen Füllen und Entleeren des Meßgefäßes mit der Gasleckagemenge (12) umgewandelt werden.7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that the device for registering the amount of gas leakage per unit of time in the engine in the coolant circuit ( 12 ) consists of a measuring bridge ( 17 ) in which the signals of the load cell ( 11 ) in write signals for the recorder ( 18 ) and into signals for controlling the valves ( 14, 15 ) for periodically filling and emptying the measuring vessel with the gas leakage quantity ( 12 ).
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