-
Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit partiellen
Dichtbeschichtungen um die Löcher
für die
Zylinderbohrungen zur sicheren Abdichtung um dieselben herum.
-
Wie
in 8 gezeigt, weist eine Zylinderkopfdichtung 11 mit
einer Mehrzahl von Löchern
für die
Zylinderbohrungen zur Abdichtung zwischen einem Zylinderkopf und
einem Zylinderblock Löcher 13 für die Zylinderbohrungen, Öllöcher 15,
Wasserlöcher 16 und
Befestigungslöcher 17, 18 in
einer Platte 20 auf. Um in den Brennkammern erzeugte Verbrennungsgase,
durch eine Ölgalerie
umlaufendes Öl
und Wasser in einem Wassermantel abzudichten, weist die Dichtung 11 ebenfalls
Abdichtungsmittel, z. B. Sicken 12 und Dichtringe 14,
auf, um angemessene Abdichtungsdrücke für die jeweiligen abzudichtenden
Löcher
bereitzustellen.
-
Da
Verbrennungsgase mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck
um die Löcher 13 für die Zylinderbohrungen
erzeugt werden, wenn der Motor in Betrieb ist, ist insbesondere
eine Abdichtung um die Löcher 13 besonders
wichtig. Daher wird die in ihrer mechanischen Festigkeit und Dauerbeständigkeit überlegene
Metallplatte 20 verwendet, und Sicken 12 werden
zur Ausbildung von Hauptabdichtungsabschnitten um die Löcher 13 für die Zylinderbohrungen
angeordnet, um durch die Sicken 12 hohe Abdichtungseigenschaften
zu erreichen.
-
Auch
werden in die Befestigungslöcher 17, 18 (nicht
gezeigte) Kopfbolzen eingeführt,
und die Dichtung wird zwischen dem (nicht gezeigten) Zylinderkopf
und Zylinderblock angeordnet und wird durch die Kopfbolzen angezogen.
Die Befestigungslöcher 17, 18 sind
so angeordnet, dass sie die Löcher 13 für die Zylinderbohrungen
umgeben, um sicher um die Zylinderbohrungen herum abzudichten.
-
Im Übrigen werden
die Anziehdrücke
durch die Bolzen, welche durch die Befestigungslöcher 17 gehen, auf
die Bereiche oder Zonen A in 8 ausgeübt, während die
Anziehdrücke
durch die Bolzen, welche durch die Befestigungslöcher 18 gehen, auf die
Bereiche B in 8 ausgeübt werden. Die Flächendrücke werden
durch Anziehen der Bolzen geschaffen.
-
Falls
die Zylinderkopfdichtung 11 nach dem Stand der Technik
zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock installiert ist,
kann die Funktion zur Abdichtung des Verbrennungsgases nicht hinreichend
erreicht werden, falls die Abdichtungsdrücke durch die Anziehkräfte der
Bolzen zu schwach sind. Falls die Abdichtungsdrücke durch die Anziehkräfte der
Bolzen zu stark sind, verursacht dies andererseits die Beschädigungen
der Sicken oder Kriechrelaxation der Sicken. Somit können die
Abdichtungseigenschaften der Sicken nicht über einen langen Zeitraum aufrechterhalten
werden. Daher ist es nötig,
die Bolzen mit den passenden Anziehdrücken anzuziehen, so dass die
durch die Anziehdrücke
der Bolzen erzeugten Abdichtungsdrücke über eine lange Zeit hinreichende
Abdichtungseigenschaften bereitstellen können.
-
Zu
diesem Zweck werden die Bolzen nach der vorherbestimmten Reihenfolge
angezogen, wenn die Zylinderkopfdichtung 11 zusammen mit
dem Zylinderkopf an dem Zylinderblock installiert wird. Zusätzlich werden
die Bolzen durch einen Drehmomentschlüssel bis zu dem vorherbestimmten
Drehmoment angezogen, um das gleiche Anziehdrehmoment durch die
Bolzen bereitzustellen.
-
Bei
der Dichtung 11, wie sie in 8 gezeigt ist,
ist der Abdichtungsbereich B, auf welchen die Anziehkräfte der
durch die Befestigungslöcher 18 gehenden
Bolzen ausgeübt
werden, sehr klein im Vergleich zu dem Bereich A, auf welchen die
Anziehkräfte
der durch die Befestigungslöcher 17 gehenden Bolzen
ausgeübt
werden. Daher werden die auf den Bereich A wirkenden Flächendrücke sehr
klein im Verhältnis
zu den Flächendrücken, welche
auf den Bereich B wirken.
-
Da
der Motor kleiner gemacht wird, sind andererseits die Löcher 13 für die Zylinderbohrungen möglichst
nahe angeordnet. Daher gerät
der Bereich W zwischen den Löchern 13 für die Zylinderbohrungen
in einen schwierigen Zustand. Und zwar ist in dem Bereich W die
Wärmebelastung
hoch, und es werden verschiedene Verbrennungen von Gasen zu unterschiedlichen
Zeitpunkten in den benachbarten Zylinderbohrungen wiederholt. Daher
verursachen die Sicken 12 wahrscheinlich Kriechrelaxation
und Beschädigungen,
so dass es zu einer Gasausströmung
kommen kann.
-
Um
diese Probleme zu lösen,
kann man eine Hilfssicke benachbart zu einer Hauptsicke ausbilden, und
einen aus einer Metallbeilagescheibe ausgebildeten Stopper vorsehen,
um dadurch eine Kriechrelaxation der Sicke zu unterbinden.
-
Da
jedoch die Hilfssicke und die Metallbeilagescheibe zwischen den
Abdichtungsabschnitten der zwei Zylinderbohrungen angeordnet sind,
erfordert das einen zusätzlichen
Bereich zur Installation dieser Elemente. Da der Motor so angefertigt
worden ist, dass er kleiner wird, wird der Bereich zwischen den benachbarten
Zylinderbohrungen klein gemacht. Daher ist es schwierig, diese Elemente
in dem kleinen Bereich anzuordnen.
-
Auch
ist, falls die Metallbeilagescheibe verwendet wird, die Metallbeilagescheibe,
welche genau bearbeitet und zwischen Platten angeordnet oder an einer
Platte befestigt werden muss, sehr dünn, d. h. im Allgemeinen 30–100 μm. Daher
ist die Bearbeitung der Beilagescheibe und eine Aufbewahrung zeitaufwändig, was
hohe Kosten verursacht.
-
Weiterhin
weist die Metallbeilagescheibe keine Kompressibilität auf, und
es gibt keine dünne
Metallbeilagescheibe dünner
als 30 μm.
Daher gibt es, falls die Beilagescheibe verwendet wird, Stufen an den
Enden der Beilagescheibe, welche einen großen Unterschied in den Flächendrücken ergeben.
-
Die
Druckschrift
US 5,938,208 beschreibt eine
Metalldichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um diese Schwierigkeiten
zu umgehen, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung
bereitzustellen, wobei die Flächendrücke der
Sicken, welche zwischen den Löchern
für die
benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet sind, verstärkt werden,
um die Abdichtungseigenschaften zu verbessern.
-
Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung wie
oben dargelegt bereitzustellen, wobei eine Kriechrelaxation und
Beschädigung
der Sicken verhindert wird, um die Dauerbeständigkeit der Dichtung zu erhöhen.
-
Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung ersichtlich.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Diese
Aufgaben werden gelöst
durch eine Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche definieren
bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung.
-
Eine
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
wird für
einen Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen
verwendet. Die Dichtung ist aus einer ersten Metallplatte, welche sich
im Wesentlichen über
eine gesamte abzudichtende Fläche
erstreckt, ausgebildet. Die erste Metallplatte weist eine Mehrzahl
von Löchern,
welche den Zylinderbohrungen des Motors entsprechen, eine Mehrzahl
von Sicken, welche die jeweiligen Löcher für die Zylinderbohrungen umgeben,
und wenigstens einen Bereich, welcher zwischen den zueinander benachbarten
Löchern
angeordnet ist, auf. Dichtbeschichtungen sind oberhalb der Sicken
in dem wenigstens einen Bereich aufgetragen. Die Dichtbeschichtung
weist eine Wärmebeständigkeit,
d. h. sie ist stabil gegenüber
Wärme,
und Kompressibilität auf,
um den Flächendruck
der Sicken bei dem wenigstens einen Bereich zu verstärken.
-
Die
Dichtbeschichtung kann aus der Gruppe bestehend aus einem Epoxidharz,
einem Phenolharz, einem Polyhydroxyetherharz, fluorhaltigen Kunststoffen
und einem Polyamidimid ausgewählt sein.
Eine gewünschte
Form der Dichtbeschichtung kann durch einen Siebedruck oder ein
Sprühen
mit einer Maske aufgetragen werden. Die Dichtbeschichtung kann eine
Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten aufweisen. Insbesondere
weist Polyhydroxyetherharz eine Wärmebeständigkeit von über 200°C auf, und
im Hinblick auf Bearbeitbarkeit und Beschichtungseigenschaften ist
Polyhydroxyetherharz am meisten bevorzugt.
-
Bei
dem Motor, welcher mehr als zwei und in einer Linie angeordnete
Zylinderbohrungen aufweist, weist die Dichtung die Beschichtungen
mit Wärmebeständigkeit
auf, welche auf den Bereich zwischen den benachbarten Löchern für die Zylinderbohrungen,
die den erschwerten Bedingungen ausgesetzt sind, aufgebracht sind,
wo die Anziehstärke
niedrig ist. Die auf den Bereich zwischen den Löchern für die Zylinderbohrungen ausgeübten Flächendrücke der Sicken
können
durch die Beschichtungen mit der Kompressibilität verstärkt werden. Bei dieser Verstärkung der
Flächendrücke werden
die Abdichtungsdrücke
so erhöht,
dass sie im Wesentlichen die gleichen Drücke wie diejenigen in den Endbereichen
der Löcher
für die
Zylinderbohrungen aufweisen. Daher kann die Abdichtung sicher gemacht
werden.
-
Auch
werden bei dieser Beschichtung mit Kompressibilität Reaktionskräfte des
Zylinderkopfes und die auf die Sicken zwischen den Löchern für die Zylinderbohrungen
ausgeübten
Flächendrücke reduziert
oder erleichtert, so dass die Kriechrelaxation und Beschädigung der
Sicken, auf welche die Beschichtungen aufgebracht sind, verhindert
werden.
-
Bei
der Dichtung kann ein passender Abdichtungsdruck am inneren Zylinder
durch die passenden Abdichtungsdrücke für die Zylinder an den Längsenden
des Motors geschaffen werden. Somit ist kein großes Anziehdrehmoment erforderlich,
so dass die Kriechrelaxation und Beschädigung der Sicken verhindert
werden.
-
Wenn
die Beschichtungen durch einen Siebedruck hergestellt werden, können die
Beschichtungen leicht hergestellt werden, selbst falls die Beschichtungen
komplizierte Formen aufweisen. Weiterhin kann die Dicke der Beschichtung
durch mehrfaches Drucken leicht verändert werden, und die Beschichtung
mit einer passenden Dicke kann leicht ausgebildet werden.
-
Im Übrigen kann
die erfindungsgemäße Dichtung
aus einer Metallplatte oder einer Mehrzahl von Metallplatten ausgebildet
sein. Auch kann die Dichtung zusätzlich
zu der obigen Beschichtung eine andere Beschichtung, z. B. eine
Dichtbeschichtung, welche an einem Außenrand der Dichtung ausgebildet
ist, aufweisen.
-
Bei
der Erfindung sind die oberhalb der Sicken in einem Bereich aufgetragenen
Dichtbeschichtungen als eine Einheit integral miteinander verbunden.
In diesem Fall können
die Dichtbeschichtungen vollständig
auf der ersten Metallplatte zwischen den Sicken aufgetragen sein.
Wenn die Dichtung aus einer Metallplatte ausgebildet ist, sind die
Dichtbeschichtungen auf die Metallplatte aufgebracht. Wenn jedoch
eine andere Metallplatte auf der Metallplatte an einer Seite, wo
die Sicken hervorragen, angeordnet ist, können die Dichtbeschichtungen
an der anderen Metallplatte den Sicken gegenüberliegend aufgebracht sein.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
mit mehreren Zylindern;
-
2(a) bzw. 2(b) sind
vergrößerte Querschnittsansichten
entlang einer Linie 2(a)-2(a) bzw. einer Linie 2(b)-2(b) in 1;
-
3 ist
eine Draufsicht eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
-
4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie 4-4 in 3;
-
5 ist
eine Draufsicht eines Teils einer Zylinderkopfdichtung, welche kein
Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
ist;
-
6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie 6-6 in 5;
-
7(a) bzw. 7(b) sind
vergrößerte Querschnittsansichten
eines dritten Ausführungsbeispiels
der Zylinderkopfdichtung bei Abschnitten, welche zu 2(a) bzw. 2(b) korrespondieren;
und
-
8 ist
eine Draufsicht einer Zylinderkopfdichtung nach dem Stand der Technik.
-
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
-
Nun
werden die spezifischen Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
-
Wie
in 1 dargestellt, ist eine Zylinderkopfdichtung 1 für einen
Motor mit einer Mehrzahl von Zylinderkammern dazu ausgestaltet,
in einer Linie angeordnete Brennkammern abzudichten. Die Dichtung 1 weist
eine Basisplatte 10 auf, welche Löcher darin aufweist, z. B.
Löcher 2 für Zylinderbohrungen, Öllöcher 7,
Wasserlöcher 8,
Befestigungslöcher 5, 6.
Die Basisplatte 10 weist auch Sicken 3 um die
Ränder
der Löcher 2 für die Zylinderbohrungen und
Dichtringe 9 um die Ränder
der Öllöcher 7 und der
Wasserlöcher 8 auf.
-
Nachdem
die Zylinderkopfdichtung zwischen einem (nicht gezeigten) Zylinderkopf
und einem (nicht gezeigten) Zylinderblock angeordnet ist, werden
(nicht gezeigte) Bolzen in die Befestigungslöcher 5,6 eingeführt, und
die Bolzen werden angezogen. Die Befestigungslöcher 5, 6 sind
im Allgemeinen für eine
sichere Abdichtung um die Zylinderbohrungen um die Löcher 2 angeordnet.
-
Beschichtungen 4,
welche eine Wärmebeständigkeit
und Kompressibilität
aufweisen, sind auf Sickenabschnitte an Bereichen W zwischen den
Löchern 2 für die Zylinderbohrungen
aufgebracht. Und zwar sind, wie in 1 und 2(b) gezeigt, die Beschichtungen 4 bei
den Sicken in den Bereichen W ausgebildet, während sie die zwei Beschichtungen 4 an
einem schmalen Abschnitt verbinden. Bei einem Ausführungsbeispiel,
wie es in 3 und 4 gezeigt
ist, sind die Beschichtungen 4 mit zwei Schichten bei den
Sicken in den Bereichen W ausgebildet, während sie die zwei Beschichtungen
an einem breiten Abschnitt verbinden. In einem Beispiel, welches kein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist, wie es in 5 und 6 gezeigt
ist, sind die Beschichtungen 4 auf den Sicken in dem Bereich
W ohne eine Verbindung ausgebildet. Die Beschichtungen können eine
einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten aufweisen.
-
Falls
die Dichtung aus einer Metallplatte 10 ausgebildet ist,
wie in 2(b), 4 und 6 gezeigt,
sind die Beschichtungen 4 an der Seite der Vorsprünge der
Sicken 3 ausgebildet. Falls jedoch die Dichtung aus einer
Mehrzahl von Metallplatten 10a, 10b, 10c ausgebildet
ist, kann die Beschichtung 4' an der
Metallplatte 10a, welche die Sicke 3 berührt, anstelle
der Me tallplatte 10b ausgebildet sein, wie in 7(a) und 7(b) gezeigt.
In diesem Fall kann die Beschichtung 4' an der Metallplatte 10a an
einer Seite gegenüber
der Sicke 3 oder an der Metallplatte 10c an einer
Seite gegenüber
der Sicke 3 ausgebildet sein.
-
Die
Basisplatte 10 für
die Dichtung 1 kann aus einer Hartmetallplatte, z. B. Edelstahl
oder Federstahl, oder einer Weichmetallplatte ausgebildet sein.
-
Die
Härte und
die Dicke der Dichtbeschichtung 4 oder 4' ist derart
ausgebildet, so dass, wenn die Beschichtung zusammengedrückt wird,
die Beschichtung verformt, aber nicht beschädigt wird. Die Dichtbeschichtung
kann aus einem Epoxidharz, einem Phenolharz, einem Polyhydroxyetherharz,
fluorhaltigen Kunststoffen und einem Polyamidimid ausgebildet sein.
Die Dichtbeschichtungen werden bei den gewünschten Formen durch Siebedruck
ausgebildet. Im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit und die physikalischen
Merkmale, ist Polyhydroxyetherharz bevorzugt. Zum Beispiel kann
die Beschichtung eine Härte
von F6-6H ausgedrückt in Bleistifthärte und eine
Dicke von 5–150 μm aufweisen,
je nach der Art und der Größe des Motors.
-
Falls
die Viskosität
des Beschichtungsmaterials niedrig ist, kann die Beschichtung durch
Sprühen
etc. aufgebracht werden. Im Fall eines Drucks kann die Dicke durch
mehrfaches Drucken leicht verändert
werden, so dass die Dichtung leicht hergestellt werden kann.
-
Auch
kann, um eine an dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock ausgebildete
Werkzeugspur etc. aufzunehmen, eine elastische Beschichtung, welche
aus einem Gummimaterial gebildet ist, auf die gesamte Oberfläche der
Dichtung einschließlich
der Be schichtung 4 aufgebracht werden. Hinsichtlich der gummiartigen
Beschichtung ist es wünschenswert, eine
gute Dauerbeständigkeit
und Wärmebeständigkeit
bezüglich
des abzudichtenden Verbrennungsgases und der abzudichtenden Flüssigkeit,
d. h. Öl
und Wasser, aufzuweisen, und auch Weichheit und Rückverformbarkeit
für die
komprimierende Verformung aufzuweisen. Das Material kann ein gummiartiges Material
sein, z. B. NBR-Gummi, Fluorkautschuk, Silikonkautschuk, hydrierter
Nitril-Butadien-Kautschuk.
-
Für die mehreren
Zylinderbohrungen sind bei der Dichtung 1 die Beschichtungen 4 bei
den Sicken 3 zwischen den Löchern 2 für die Zylinderbohrungen
ausgebildet. Daher wird der Flächendruck
an den Bereichen W, wo der Anziehdruck verhältnismäßig niedrig ist, verstärkt, und
es ist möglich,
den Abdichtungsdruck bei dem Bereich W der zwischen den Löchern 2 für die Zylinderbohrungen
angeordneten Sicken 3 im Wesentlichen mit dem gleichen
Abdichtungsdruck der Sicke 3 außerhalb des Bereichs W zu versehen.
-
Und
zwar ist in dem inneren Bereich A der Bereich zum Anziehen durch
einen Bolzen in dem Befestigungsloch 5 größer als
der Bereich zum Anziehen durch einen Bolzen, welcher in dem Befestigungsloch 6 im
Endbereich B angeordnet ist. Der ursprüngliche Druck für die Sicken 3 bei
dem Bereich zwischen den Löchern 2 für die Zylinderbohrungen
ist niedrig. Da jedoch die Flächendrücke durch
die Dicke der Beschichtungen 4 erhöht sind, wird die Abdichtungsfähigkeit
bei dem Bereich W verbessert. Auch kann, da die Sicken 3 an
dem Bereich W durch die Kompressibilität der Beschichtungen 4 geschützt sind,
die Kriechrelaxation und Beschädigung
der Sicken 3 verhindert werden.
-
Auch
kann bei der Erfindung ein auf den Bereich W zwischen den Löchern 2 für die Zylinderbohrungen
ausgeübter
Abdichtungsdruck erhöht
werden, ohne einen großen
Anziehdruck zu erfordern, so dass keine großen Abdichtungsdrücke auf
die Sicken 3 an den Endbereichen B ausgeübt werden
müssen. Daher
kann die Kriechrelaxation und Beschädigung der Sicken 3 an
den Endbereichen B verhindert werden, um dadurch die Dauerbeständigkeit
zu verbessern.
-
Wie
oben erläutert,
können
in Übereinstimmung
mit der Zylinderkopfdichtung für
die mehreren Zylinder die folgenden Vorteile erreicht werden. Und zwar
kann der Flächendruck
an den Abschnitten, wo der Anziehdruck verhältnismäßig klein ist, verstärkt werden,
da die Beschichtungen auf die Abschnitte der zueinander benachbarten
Sicken 3 zwischen den Löchern
für die
Zylinderbohrungen aufgebracht sind. Der Abdichtungsdruck, welcher
im Wesentlichen der gleiche wie derjenige für die Sicken an den Endbereichen
ist, kann auf die Sicken an dem Bereich zwischen den Löchern für die Zylinderbohrungen
ausgeübt
werden.
-
Auch
kann die Kriechrelaxation der Sicke und die Beschädigung derselben
verhindert werden, da die Sicke durch die Kompressibilität der Beschichtung
geschützt
werden kann.
-
Da
die auf die Sicken an dem Bereich zwischen den Löchern für die Zylinderbohrungen ausgeübten Abdichtungsdrücke erhöht werden
können, ohne
dass die große
Anziehkraft erforderlich ist, müssen
weiterhin keine großen
Abdichtungsdrücke
auf die Sicken an den Endbereichen ausgeübt werden. Daher kann die Kriechrelaxation
und die Beschädigung
der Sicken an den Endbereichen verhindert werden.
-
Daher
kann der Flächendruck
an dem Bereich zwischen den Löchern
für die
Zylinderbohrungen verstärkt
werden, wo die Abdichtungsdrücke wahrscheinlich
abnehmen, um dadurch die Zylinderkopfdichtung mit einer verbesserten
Abdichtungsfähigkeit
und Dauerbeständigkeit
zu versehen.
-
Im
Vergleich mit einer Hilfssicke und einer innerhalb oder außerhalb
der Sicke angeordneten Beilagescheibe kann die Beschichtung wiederholt
bei der Sicke aufgetragen werden, so dass die Beschichtung für die Kopfdichtung
mit den beschränkten
Bereichen leicht bereitgestellt werden kann. Im Vergleich mit der
Bearbeitung für
die Beilagescheibe kann die Handhabung der Teile und die Bearbeitung leicht
bewerkstelligt werden, da die Beschichtung leicht durch Drucken
oder Sprühen
aufgebracht werden kann. Auch können
die Schritte zur Herstellung der Dichtung verringert und die Herstellungskosten reduziert
werden.