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Bezeichnung
der Erfindung
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Zylinderkopfdichtung
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Diese
Anmeldung ist eine Teilanmeldung der EPA 99 306546.5.
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine in einem Motor verwendete Zylinderkopfdichtung.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Auf
dem Gebiet der Erfindung ist eine Zylinderkopfdichtung bekannt,
die eine erste und eine zweite Dichtungsplatte umfasst, die in einer
einander überlappenden
Beziehung angeordnet und zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock
eingeschoben sind, worin in jeder dieser jeweils eine Verbrennungskammeröffnung ausgebildet
ist, die mit einer Zylinderbohrung fluchtend ausgerichtet ist. Eine Zylinderkopfdichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Automotive Engineer", Bury St. Edmonds,
Band 19, Nr. 3, 1. Juni 1994, S. 50, 2, bekannt.
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Bei
einer Zylinderkopfdichtung vom beschriebenen Typ kann, wenn der
Explosionsdruck eines Motors erhöht
wird, ein Gas in einer Verbrennungskammer durch einen Spalt zwischen
der Zylinderkopfdichtung und dem Zylinderkopf, zwischen der Zylinderkopfdichtung
und dem Zylinderblock oder zwischen einem ersten und einem zweiten
Dichtungssubstrat, die gemeinsam die Zylinderkopfdichtung ausmachen,
ausgestoßen
werden.
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Um
das Gewicht eines Motors zu verringern, wurde in der letzten Zeit
ein Zylinderblock aus Aluminium mit einer Buchse aus Gusseisen,
die gewöhnlich
auf der Zylinderbohrung vorgesehen ist, um die Abriebbeständigkeit
dieser sicherzustellen, verwendet. Eine solche Buchse kann mithilfe
einer Presspassung oder mittels einer Gusstechnik an dieser Stelle
gehalten werden. Bei der Presspassungstechnik wird das Ende der
Buchse mit einem Flansch ausgebildet, welcher aneinanderstoßend mit
einer auf dem Block ausgebildeten Versetzstufe angeordnet ist, so
dass beide Teile positioniert werden können, und die Buchse kann mittels
Presspassung im Zylinderblock befestigt werden.
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Ist
bei einem Mehrzylindermotor, der eine Vielzahl von pressgepassten
Buchsen umfasst, jede Buchse auf dem Zylinderblock in einer regelmäßigen Weise
montiert, so führt
dies von Buchse zu Buchse oftmals zu geringfügigen Unterschieden im Ausmaß des Vorsprungs
oberhalb der Oberfläche
des Zylinderblocks.
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Demgemäß kann,
wenn die Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock angeordnet wird, welche daraufhin mittels Befestigungsbolzen
aneinandergeklemmt werden, ein Fehler einer Randwulst auf der Zylinderkopfdichtung
in einem Bereich auftreten, welcher mit einer Buchse in Kontakt
kommt, die über
die Oberfläche des
Zylinderblocks hinaus vorragt, wodurch ein übermäßig hoher Kontaktdruck entsteht
oder wodurch die Versetzstufe auf dem Zylinderblock, die an den
Buchsenflansch anstößt, verformt
werden kann, was dazu führt,
dass ein Gas in der Verbrennungskammer durchgeblasen wird. Auch
in einem Bereich der Zylinderkopfdichtung, der von einer Buchse
kontaktiert wird, die unterhalb der Oberfläche des Zylinderkopfs zusammengedrückt bleibt,
um einen übermäßig geringen
Kontaktdruck aufzuweisen, ist es möglich, dass ein Durchblasen
eines Gases in der Verbrennungskammer hervorgerufen wird.
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Werden
der Zylinderkopf und der Zylinderblock durch die Befestigungsbolzen
aneinandergeklemmt, so ist der Oberflächendruck in einem Bereich angrenzend
an einen der Bolzen hoch, während
der Oberflächendruck
mit zunehmender Entfernung von den Bolzen abnimmt, wodurch die Dichtungsleistung einiger
Motoren in einem Abstand von den Befestigungsbolzen abnimmt, was
wiederum dazu führt, dass
es möglich
sein kann, dass es zu einem Durchblasen eines Gases in der Verbrennungskammer kommt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Zylinderkopfdichtung bereit, die
das Auftreten des Durchblasens eines Verbrennungsgases noch wirksamer verhindern
kann.
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Die
Erfindung stellt auch eine Zylinderkopfdichtung bereit, die es ermöglicht,
dass das Auftreten des Durchblasens eines Verbrennungsgases verhindert
wird, indem ermöglicht
wird, dass ein Oberflächendruck,
der so gleichmäßig wie
möglich
ist, erreicht wird, wenn ein Zylinderkopf und ein Zylinderblock
durch Befestigungsbolzen aneinandergeklemmt werden.
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Spezifisch
ist gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung eine Zylinderkopfdichtung bereitgestellt,
umfassend ein erstes und ein zweites Dichtungssubstrat, die in überlappender
Beziehung zueinander angeordnet sind, zwischen einem Zylinderkopf
und einem Zylinderblock eines Motors gehalten sind und jeweils eine
in sich in fluchtender Ausrichtung mit einer Zylinderbohrung ausgebildete
Verbrennungskammeröffnung
aufweisen, wobei das erste Dichtungssubstrat zum Zylinderkopf hin
angeordnet und mit einem ersten inneren Vorsprung um die Verbrennungskammeröffnung herum
gebildet ist, der in Richtung Zylinderkopf vorsteht, und das zweite Dichtungssubstrat
zum Zylinderblock hin angeordnet und mit einem zweiten inneren Vorsprung
um die Verbrennungskammeröffnung
herum gebildet ist, der in Richtung Zylinderblock vorsteht, wobei
das erste und das zweite Dichtungssubstrat in überlappender Beziehung zueinander
angeordnet sind, um einen Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten
inneren Vorsprung, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen
vorstehen, zu definieren, wobei das erste und das zweite Dichtungssubstrat
zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock auf eine solche
Weise eingeschoben gehalten sind, dass eine plastische Verformung
des ersten und des zweiten inneren Vorsprungs in die Richtung des
zwischen ihnen definierten Spalts verursacht wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist eine herkömmliche Zylinderkopfdichtung,
die oben beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das erste
Dichtungssubstrat, das zum Zylinderkopf hin angeordnet ist, mit
einem ersten inneren Vorsprung ausgebildet ist, der die Verbrennungskammeröffnung umgibt
und in die Richtung des Zylinderkopfs vorsteht und einen radial
mittigen Teil umfasst, der in die Richtung des Zylinderblocks vorsteht,
dass das zweite Dichtungssubstrat, das zum Zylinderblock hin angeordnet
ist, mit einem zweiten inneren Vorsprung ausgebildet ist, der die
Verbrennungskammeröffnung
umgibt und in die Richtung des Zylinderblocks vorsteht und einen
radial mittigen Teil umfasst, der in die Richtung des Zylinderkopfs
vorsteht, und dass das erste und das zweite Dichtungssubstrat in einer überlappenden
Beziehung angeordnet sind, sodass zumindest dann, wenn sie in einem
Motor eingebaut sind, der radial mittige Teil des ersten inneren Vorsprungs
und der radial mittige Teil des zweiten inneren Vorsprungs so angeordnet
sind, dass sie in der Umfangsrichtung durchgehend in engem Kontakt
zueinander stehen.
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Somit
durchlaufen gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung der erste innere Vorsprung des ersten Dichtungssubstrats
und der zweite innere Vorsprung des zweiten Dichtungssubstrats eine
plastische Verformung in eine Richtung zu dem zwischen diesen definierten
Spalt hin, wenn die Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf
und dem Zylinderblock, welche durch die Befestigungsbolzen aneinandergeklemmt
sind, eingeschoben gehalten ist.
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Unterscheidet
sich das Ausmaß der
Vorsprünge
oberhalb des Oberflächendrucks
des Zylinderblocks von Buchse zu Buchse geringfügig, oder ist der Oberflächendruck
in einem den Befestigungsbolzen nahen Bereich hoch und weiter davon
weg niedriger, so durchlaufen beide inneren Vorsprünge ein
Ausmaß einer
plastischen Verformung, das entsprechend dem Oberflächendruck
variiert, was wiederum dazu führt,
dass ein gleichmäßiger Kontaktdruck
sichergestellt wird, wodurch ein örtliches Durchblasen verhindert
werden kann.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung sind der radial mittige Teil des ersten inneren
Vorsprungs, der in die Richtung des Zylinderblocks vorsteht, und
der radial mittige Teil des zweiten inneren Vorsprungs, der in die
Richtung des Zylinderkopfs vorsteht, in der Umfangsrichtung durchgehend
in engem Kontakt zueinander angeordnet; demnach drückt der
Druck eines jeden etwaigen Verbrennungsgases, das dazu neigt, durch
den Spalt zwischen diesen durchgeblasen zu werden, den ersten inneren
Vorsprung in die Richtung des Zylinderkopfs und drückt den
zweiten inneren Vorsprung in die Richtung des Zylinderblocks. Wird
der erste innere Vorsprung durch den Gasdruck in die Richtung des Zylinderkopfs
gedrückt,
so wird dessen Dichtungsleistung erhöht. Analog dazu wird, wenn
der zweite innere Vorsprung durch den Gasdruck in die Richtung des
Zylinderblocks gedrückt
wird, dessen Dichtungsleistung erhöht. Wird nun der erste innere
Vorsprung in die Richtung des Zylinderkopfs gedrückt und der zweite innere Vorsprung
in die Richtung des Zylinderblocks gedrückt, so verursachen zusätzlich die
Reaktionskräfte
auf diese Druckwirkungen, dass die radial mittigen Teile des ersten
und des zweiten inneren Vorsprungs in noch engerem Kotakt zueinander
gebracht werden, wodurch die Dichtungsleistung in einem solchen
Bereich erhöht
wird.
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Die
obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen hervor.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie II-II aus 1;
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie III-III aus 1;
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4 ist
ein vergrößerter Querschnitt
eines in 3 dargestellten Teils;
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5 ist
ein vergrößerter Schnitt
einer plastischen Verformung von höherem Ausmaß eines ersten inneren Vorsprungs 2A und
eines zweiten inneren Vorsprungs 3A;
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6 ist
ein vergrößerter Querschnitt
einer plastischen Verformung von geringerem Ausmaß des ersten
inneren Vorsprungs 2A und des zweiten inneren Vorsprungs 3A;
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7 ist
ein Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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8 ist
ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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9 ist
ein Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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10 ist
ein Querschnitt einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung; und
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11 ist
ein an einer anderen Stelle als in 10 vorgenommener
Querschnitt.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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Nun
werden Ausführungsformen
beschrieben, in denen die vorliegende Erfindung auf eine Zylinderkopfdichtung
für einen
vierzylindrigen Tandemmotor angewendet wird.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 3 umfasst eine
Zylinderkopfdichtung 1 ein erstes Dichtungssubstrat 2 und
ein zweites Dichtungssubstrat 3 mit einer relativ größeren Dicke,
die in überlappender
Beziehung angeordnet sind. Eine erste Platte 4 und eine zweite
Platte 5 mit einer relativ geringeren Dicke sind in überlappender
Beziehung mit der Vorder- und der Rückseite der Anordnung der Dichtungssubstrate
angeordnet. Wie in 1 gezeigt ist, sind vier Verbrennungskammeröffnungen 10 durch
die Dichtungssubstrate 2, 3 und die Platten 4, 5 in
fluchtender Ausrichtung mit einer Zylinderbohrung 9 eines
Motors, sowie Bolzenlöcher 11,
um (nicht dargestellte) Befestigungsbolzen hindurchgehen zu lassen,
und Wasserlöcher 12,
durch welche ein Kühlwasser
hindurchgeleitet wird, ausgebildet. Die Dichtungssubstrate 2, 3 und
die Platten 4, 5 werden einstückig etwa mithilfe eines Lanzenverschlusses
verbunden.
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Auf
dem Gebiet der Erfindung ist allgemein bekannt, dass die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen einem
Zylinderkopf (nicht dargestellt) und einem Zylinderblock 13 eines
Motors angeordnet ist, welche einstückig durch zuvor angesprochene
Befestigungsbolzen aneinander befestigt werden, wodurch die Dichtung 1 zwischen
diesen eingeschoben gehalten ist, um dazwischen eine Abdichtung
bereitzustellen.
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Das
obere oder erste Dichtungssubstrat 2, das zum nicht dargestellten
Zylinderkopf hin angeordnet ist, ist mit einem ersten inneren Vorsprung 2A, welcher
die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt und
zum Zylinderkopf hin vorsteht, ausgebildet, während das untere oder zweite
Dichtungssubstrat 3, das in die Richtung des Zylinderblocks 13 hin
angeordnet ist, mit einem zweiten inneren Vorsprung 3A ausgebildet
ist, der die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt
und in Richtung des Zylinderblocks 13 hin vorsteht.
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Der
erste und der zweite innere Vorsprung 2A, 3A sind
in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen den Substraten 2, 3 symmetrisch zueinander
ausgebildet, und wenn die beiden Dichtungssubstrate 2, 3 in
einer überlappenden
Beziehung angeordnet werden, wird ein Spalt oder ein Luftraum 14 (siehe 4)
zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Vorsprung 2A, 3A,
die in zueinander entgegengesetzte Richtungen vorstehen, definiert.
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Zusätzlich dazu
ist das erste Dichtungssubstrat 3 mit einem ersten äußeren Vorsprung 2B ausgebildet,
der den ersten inneren Vorsprung 2A umgibt und in die Richtung
des Zylinderkopfs vorsteht, und das zweite Dichtungssubstrat 3 mit
einem zweiten äußeren Vorsprung 3B ausgebildet,
der den zweiten inneren Vorsprung 3A umgibt und in die
Richtung des Zylinderblocks 13 vorsteht.
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Der
erste und der zweite äußere Vorsprung 2B, 3B sind
ebenfalls in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen
den beiden Dichtungssubstraten 2, 3 symmetrisch
zueinander ausgebildet, wobei bei Anordnung der beiden Dichtungssubstrate 2, 3 in
einer überlappenden
Beziehung ein Spalt oder Luftraum 15 (siehe 4) zwischen
dem ersten und dem zweiten äußeren Vorsprung 2B, 3B,
welche in zueinander entgegengesetzte Richtungen vorstehen, definiert
werden kann.
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Die
einander gegenüberliegenden
Oberflächen
des ersten und des zweiten inneren Vorsprungs 2A, 3A sind
als ringförmige
Rillen ausgebildet, welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgeben und
den Luftraum 14 definieren. Wie vergrößert in 4 dargestellt
ist, ist jede dieser ringförmigen
Rillen mit einer Seitenwand 2Aa, oder 3Aa, die
am Innenumfang oder in der Richtung der Verbrennungskammeröffnung 10 liegt,
sowie mit einer weiteren Seitenwand 2Ab oder 3Ab am
Außenumfang
ausgebildet.
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Im
Gegensatz dazu sind die einander gegenüberliegenden Oberflächen des
ersten und des zweiten äußeren Vorsprungs 2B, 3B nicht
als ringförmige Rillen
sondern als Ausnehmungen ausgebildet, d.h. die beiden äußeren Vorsprünge 2B, 3B sind
mit Seitenwänden 2Ba, 3Ba zur
Verbrennungskammeröffnung 10 hin
so ausgebildet, dass sie diese umgeben, verfügen aber über keine Seitenwände an der
anderen Seite.
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Als
Folge dessen wird in einem Bereich zwischen einem Paar aneinander
angrenzender Verbrennungskammeröffnungen 10,
der Luftraum 15 zwischen den aneinander angrenzenden Seitenwänden 2Ba, 3Ba ausgebildet,
wie dies in 3 dargestellt ist, die Innenflächen der
beiden äußeren Vorsprünge 2B, 3B aber,
die als Ausnehmungen ausgebildet sind, berühren einander in anderen Bereichen als
dem Bereich zwischen dem Paar aneinander angrenzender Verbrennungskammeröffnungen 10.
Somit ist ersichtlich, dass der Luftraum 15 in einem Bereich
ausgebildet ist, der zwischen den Seitenwänden 2Ba, 3Ba und
einer Kontaktfläche
zwischen den beiden Ausnehmungsflächen liegt.
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Andererseits
ist die erste Platte 4 mit einer ersten durchgehenden Randwulst 4A,
welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt,
und einer ersten halben Randwulst 4B, welche die erste
durchgehende Randwulst 4A umgibt, ausgebildet, wobei die
erste durchgehende Randwulst 4A in die Richtung des ersten
inneren Vorsprungs 2A des Dichtungssubstrats 2 vorsteht
und die erste halbe Randwulst 4B so ausgebildet ist, dass
sie in die Richtung des ersten äußeren Vorsprungs 2B des
ersten Dichtungssubstrats 2 vorsteht.
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Ähnlich ist
die zweite Platte 5 mit einer zweiten durchgehenden Randwulst 5A,
welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt,
und mit einer zweiten halben Randwulst 5B, welche die zweite durchgehende
Randwulst 5A umgibt, ausgebildet, wobei die zweite durchgehende
Randwulst 5A so ausgebildet ist, dass sie in die Richtung
des zweiten inneren Vorsprungs 3A des zweiten Dichtungssubstrats 3 vorsteht,
und die zweite halbe Randwulst 5B so ausgebildet ist, dass
sie in die Richtung des zweiten äußeren Vorsprungs 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3 vorsteht. Es ist anzumerken,
dass die durchgehenden Randwulste 4A, 5A und die
halben Randwulste 4B, 5B so ausgebildet sind,
dass sie eine Oberflächensymmetrie
definieren.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der Zylinderblock 13 mit einer Buchse 16 versehen,
wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist, und die Buchse 16 an ihrem oberen Ende mit einem Flansch 16A ausgebildet,
der sich radial nach außen
erstreckt. Die Buchse 16 ist als Presspassung im Zylinderblock 13 befestigt,
und die Bodenfläche
des Flansches 16A ist anstoßend an die Oberseite einer
im Zylinderblock 13 ausgebildeten Versetzstufe 13A angeordnet,
wodurch die Buchse 16 auf dem Zylinderblock 13 positioniert
ist.
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Der
erste innere Vorsprung 2A des ersten Dichtungssubstrats 2,
der zweite innere Vorsprung 3A des zweiten Dichtungssubstrats 3,
die erste durchgehende Randwulst 4A der ersten Platte 4 und die
zweite durchgehende Randwulst 5A der zweiten Platte 5 sind
als einander überlappende
Anordnung auf dem Flansch 16A der Buchse 16 angeordnet.
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Andererseits
sind der erste äußere Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 3, der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3, die erste halbe Randwulst 4B der
ersten Platte 4 und die zweite halbe Randwulst 5B der
zweiten Platte 5 als einander überlappende Anordnung auf dem
Zylinderblock 13 an der Außenseite des Flansches 16A angeordnet.
Unter dieser Bedingung wird die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock 13 durch Befestigungsbolzen
gehalten, wie dies bereits obig ausgeführt wurde.
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Mit
der beschriebenen Konstruktion ist die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock 13 eines Motors
angeordnet und zwischen diesen abgedichtet, indem der Zylinderkopf
und der Zylinderblock 13 mittels Befestigungsbolzen aneinander
befestigt sind. Zu diesem Zeitpunkt durchlaufen der erste innere
Vorsprung 2A der ersten Dichtungsplatte 2 und
der zweite innere Vorsprung 3A der zweiten Dichtungsplatte 3 unter dem
Einfluss des Oberflächendrucks
eine plastische Verformung in die zum Luftraum 14 hin führende Richtung,
und der erste äußere Vorsprung 2B des ersten
Dichtungssubstrats 2 und der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3 werden zum Luftraum 15 hin
plastisch verformt.
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Im
Fall, dass die Buchse 16 leicht oberhalb des Zylinderblocks 13 vorsteht,
wodurch der Oberflächendruck
in einem solchen Bereich erhöht
wird, erfahren der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere
Vorsprung 3A unter dem Einfluss des Oberflächendrucks
ein gesteigertes Ausmaß an
plastischer Verformung in Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 5 gezeigt ist. Ist im Gegensatz
dazu die Buchse 16 vom Zylinderblock 13 geringfügig ausgenommen,
wodurch der Oberflächendruck
in einem solchen Bereich verringert wird, so erfahren der erste innere
Vorsprung 2A und der zweite innere Vorsprung 3A unter
Einfluss des Oberflächendrucks
ein geringes Ausmaß an
plastischer Verformung in Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 6 veranschaulicht wird. Als
Folge dessen kann über
den gesamten Bereich des Vierzylindermotors ein Oberflächendruck
erhalten werden, der so gleichmäßig wie möglich ist,
wodurch verhindert wird, dass ein Durchblasen von Verbrennungsgas
in einem Bereich mit reduziertem Oberflächendruck erfolgt.
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Es
ist anzumerken, dass in Bezug auf eine einzelne Buchse 16 der
Oberflächendruck
an einer Stelle, die an das Bolzenloch 11 angrenzt, hoch,
aber an einer Stelle, die vom Bolzenloch 11 entfernt ist, niedrig
ist. Jedoch erfahren der erste innere Vorsprung 2A und
der zweite innere Vorsprung 3A ein Ausmaß der plastischen
Verformung in die Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 10,
das in Abhängigkeit
von der Höhe
des Oberflächendrucks variiert,
wodurch es möglich
ist, den Oberflächendruck
in der Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 10 so gleichmäßig wie
möglich
zu halten.
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An
einer Stelle, an welcher der Oberflächendruck hoch ist, erfahren
der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere Vorsprung 3A unter
dem Einfluss des Oberflächendrucks
ein gesteigertes Ausmaß an
plastischer Verformung in die Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 5 dargestellt ist, aber es ist
auch anzumerken, dass Bereiche, die sich nahe an den Seitenwänden 2Aa, 2Ab, 3Aa und 3Ab der
jeweiligen Vorsprünge 2A, 3A befinden,
eher weniger zu plastischer Verformung neigen als Mittelbereiche,
wodurch diese Seitenwandbereiche als eine Art Randwulst-Anschlag
wirken, wodurch verhindert wird, dass die jeweiligen durchgehenden
Randwulste 4A, 5A übermäßig stark zusammengedrückt und
beschädigt
werden. Dies gilt auch für
den ersten äußeren Vorsprung 2B,
den zweiten äußeren Vorsprung 3B,
die erste halbe Randwulst 4B und die zweite halbe Randwulst 5B.
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7 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die inneren Vorsprünge 2A, 3A frei
bleiben, ohne dass sie in engen Kontakt zur Verbrennungskammeröffnung 10 gebracht
werden, während
die äußeren Vorsprünge 2B, 3B mit
Seitenwänden
sowohl am Innen- als auch am Außenumfang ausgebildet
sind, so dass die äußeren Vorsprünge in engem
Kontakt miteinander an der Außenseite
der beiden Seitenwände
angeordnet sind.
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Zusätzlich dazu
sind die Positionen der durchgehenden Randwulste 4A, 5A und
der halben Randwulste 4B, 5B im Vergleich zur
ersten Ausführungsform
vertauscht, wobei die halben Randwulste 4B, 5B in überlappender
Beziehung mit den entsprechenden inneren Vorsprüngen 2A, 3A und
die durchgehenden Randwulste 4A, 5A in überlappender
Beziehung mit den äußeren Vorsprüngen 2B, 3B angeordnet
sind.
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Es
ist weiters anzumerken, dass die durchgehenden Randwulste 4A, 5A und
die äußeren Vorsprünge 2B, 3B näher an Verbrennungskammeröffnung 10 angeordnet
sind als in der ersten Ausführungsform,
wodurch der Innenumfang der äußeren Vorsprünge 2B, 3B in überlappender
Beziehung mit der Buchse 16 und die durchgehenden Randwulste 4A, 5A über der
Buchse 16 und dem Zylinderblock 13 angeordnet
sind.
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8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung, in welcher der erste äußere Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 3, der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3, die erste halbe Randwulst 4B der
ersten Platte 4 und die zweite halbe Randwulst 5B der
zweiten Platte 5, die in der ersten Ausführungsform
dargestellt sind, weggelassen werden.
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Andererseits
ist eine Passscheibe 21 innerhalb des Luftraums 14 angeordnet,
um die Dichtungsleistung zu verbessern. Die Passscheibe 21 wird
aus Gründen
der Handhabe vorzugsweise zumindest an einem der Dichtungssubstrate 2 und 3 befestigt
und kann am zweiten Dichtungssubstrat 3 durch Punktschweißung entlang
der Mittellinie der Passscheibe 21 befestigt werden. Die
Passscheibe 21 weist eine Dicke auf, die vorzugsweise gleich
oder geringer als 1/2 der Höhe
des Luftraums 14 ist, der zwischen den inneren Vorsprüngen 2A und 3A definiert
ist.
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Als
Alternative zur Passscheibe 21 kann eine Harzschicht durch
eine Harzlage, die haftend angebracht wird, oder durch das Vorsehen
einer Harzbeschichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise umfasst
die Harzschicht Polyamid oder Polyamidimid, das eine hohe Wärmebeständigkeit
aufweist und mit einem Füllstoff
wie Graphit, Kohlefaser, Glasfaser oder Ton vermischt werden kann,
um Festigkeit, Wärmebeständigkeit
und/oder Haftung zu verbessern.
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Anstelle
der Passscheibe 21 oder der Harzschicht kann auch eine
abgeschrägte
Schicht bereitgestellt werden. Es ist zu verstehen, dass sowohl
die Passscheibe 21, die Harzschicht als auch die abgeschrägte Schicht
in der ersten oder zweiten Ausführungsform
ebenfalls bereitgestellt werden können.
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9 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung, die im Grunde genommen in ähnlicher Weise wie die erste
Ausführungsform
konstruiert ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden aber zur
Optimierung der Dichtungsleistung die Festigkeiten der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
die in die Richtung der durchgehenden Randwulste 4A, 5A angeordnet
sind, so gewählt,
dass sie höher
sind als die Festigkeiten der äußeren Vorsprünge 2B, 3B,
die in der Richtung der halben Randwulste 4B, 5B angeordnet
sind.
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Noch
spezifischer wird das Ausmaß des
Vorsprungs hf eines jeden der inneren Vorsprünge 2A, 3A so
gewählt,
dass es größer ist
als das Ausmaß des
Vorsprungs hh der äußeren Vorsprünge 2B, 3B. Zusätzlich oder
als Alternative dazu kann der Erhebungswinkel θf jeder Seitenwand der inneren
Vorsprünge 2A, 3A so
gewählt
werden, dass er größer ist
als der Erhebungswinkel θh
jeder Seitenwand der äußeren Vorsprünge 2B, 3B.
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Werden
die Festigkeiten der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
die in die Richtung der durchgehenden Randwulste 4A, 5A angeordnet
sind, so gewählt, dass
sie größer als
die Festigkeiten der äußeren Vorsprünge 2B, 3B sind,
die in die Richtung der halben Randwulste 4B, 5B angeordnet
sind, so wird der Oberflächendruck,
der im Bereich der durchgehenden Randwulste 4A, 5A während des
Befestigungsvorgangs erzeugt wird, größer als der Oberflächendruck,
der im Bereich der halben Randwulste 4B, 5B erzeugt
wird, sodass eine noch mehr optimierte Dichtungsleistung bereitgestellt
wird.
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Insbesondere
liegt die Dichtkraft, die im Allgemeinen für eine halbe Randwulst erforderlich
ist, in einer Größenordnung
von 0,3 bis 0,4 MPa, was erforderlich ist, um ein Eindringen von
Kühlwasser
auf die Stirnfläche
der Buchse zu verhindern, und auch um zu verhindern, dass ein Gas,
das aus der durchgehenden Randwulst auslecken kann, mit dem Kühlwasser
vermischt wird. Andererseits liegt die Dichtkraft, die für eine durchgehende
Randwulst erforderlich ist, in einer Größenordnung von 6 bis 9 MPa,
was erforderlich ist, um gegen den Explosionsdruck eines Motors
abzudichten. Entsprechend der Art des Motors ist eine höhere Dichtkraft
für die
durchgehende Randwulst erforderlich. Somit ist die Dichtkraft, die für die durchgehende
Randwulst erforderlich ist, größer als
die Dichtkraft, die auf die halbe Randwulst angelegt wird.
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Ein
Spalt zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock ist so ausgeführt, dass
er in einem Umfangsbereich enger und in einem an die Bohrung angrenzenden
Bereich breiter ist. Weisen die inneren Vorsprünge 2A, 3A eine
Versetzhöhe
auf, die so gewählt
ist, dass sie gleich jener der äußeren Vorsprünge 2B, 3B ist,
so ist demzufolge der Oberflächendruck
im Bereich der äußeren Vorsprünge 2B, 3B relativ
höher,
was unerwünscht
ist.
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Zusätzlich dazu
ist der Oberflächendruck
im Bereich der äußeren Vorsprünge 2B, 3B dann
relativ höher,
was ebenso unerwünscht
ist, wenn die Buchse 16 unterhalb der Oberfläche des
Zylinderblocks 13 zusammengedrückt liegt. Steht aber die Buchse 16 über die
Oberfläche
des Zylinderblocks 13 hinaus, so ist der Oberflächendruck
im Bereich der inneren Vorsprünge 2A, 3A relativ
höher,
was erwünscht
ist.
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Unter
Berücksichtung
dieser Punkte kann die Dichtkraft der äußeren Vorsprünge 2B, 3B so
gewählt
werden, dass die halben Randwulste das Kühlwasser abdichten können, wenn
die Buchse 16 über die
Oberfläche
des Zylinderblocks 13 vorsteht.
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In
jeder oben beschriebenen Ausführungsform
weisen der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere
Vorsprung 3A einen identischen Querschnitt im Umfang der
Verbrennungskammeröffnung 10 auf,
aber ihre Form kann abhängig
von der Position der den Befestigungsbolzen zugeordneten Bolzenlöcher 11 so
geändert
werden, dass in der angrenzenden Umgebung der Bolzenlöcher 11 und
in einem von diesen entfernten Bereich ein gleichmäßigerer
Oberflächendruck
vorherrscht.
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Noch
spezifischer kann in der unmittelbaren Umgebung des Bolzenlochs 11,
z.B. in einem Bereich, der innerhalb von 20° bis 30° mittig um eine Linie, welche
die Mitte der Verbrennungskammeröffnung 10 und
die Mitte des Bolzenlochs 11 verbindet, liegt, das Ausmaß des Vorsprungs
h eines jeden der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
wie in 4 veranschaulicht, verringert, seine radiale Breite
w vergrößert oder
der Erhebungswinkel θ einer
jeden Seitenwand reduziert sein, und zwar im Vergleich zu einem entsprechenden
Menge an einer vom Bolzenloch 11 entfernten Stelle. Es
ist offensichtlich, dass diese gewählten Größen auch kombiniert werden
können.
Alternativ dazu kann, anstelle der Bereitstellung eines Oberflächendrucks
in die Umfangsrichtung, der so gleichmäßig wie möglich ist, auch eine Konstruktion verwendet
werden, die einen geringfügig
höheren Oberflächendruck
im an die Verbrennungskammeröffnung 10 angrenzenden
Bereich bereitstellt.
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10 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform der
Erfindung, welche im Grunde genommen ähnlich wie die erste Ausführungsform
konstruiert ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein oberes oder erstes Dichtungssubstrat 102, das zu
einem nicht dargestellten Zylinderkopf hin angeordnet ist, mit einem
ersten inneren Vorsprung 102A ausgebildet, der eine Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt
und in die Richtung zum Zylinderkopf hin vorsteht und weiters einen
radial mittigen Teil 102a aufweist, der nach unten oder
in die Richtung eines nicht dargestellten Zylinderblocks vorsteht,
wodurch sich im Querschnitt eine Bogenkonfiguration ergibt. Andererseits
ist ein unteres oder zweites Dichtungssubstrat 103, das
in zum Zylinderblock hin angeordnet ist, mit einem zweiten inneren
Vorsprung 103A ausgebildet, der die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt
und nach unten vorsteht und weiters einen radial mittigen Teil 103a aufweist,
der im Querschnitt bogenförmig
ist und nach oben oder in die Richtung des Zylinderblocks vorsteht.
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Der
erste innere Vorsprung 102A und der zweite innere Vorsprung 103A sind
in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen den beiden Dichtungssubstraten 102, 103 symmetrisch
zueinander ausgebildet, und wenn die beiden Dichtungssubstrate 102, 103 in überlappender
Beziehung angeordnet sind, so sind der radial mittige Teile 102a des ersten
inneren Vorsprungs 102A und der radial mittige Teil 103a des
zweiten inneren Vorsprungs 103A so angeordnet, dass sie
in der Umfangsrichtung durchgehend in engem Kontakt zueinander stehen.
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Das
erste Dichtungssubstrat 103 ist auch mit einem ersten äußeren Vorsprung 102B ausgebildet, der
den ersten inneren Vorsprung 102A umgibt und nach oben
vorsteht, und das zweite Dichtungssubstrat 103 mit einem
zweiten äußeren Vorsprung 103B ausgebildet,
der den zweiten inneren Vorsprung 103A umgibt und nach
unten vorsteht.
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Der
erste äußere Vorsprung 102B und
der zweite äußere Vorsprung 103B sind
in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen den beiden Dichtungssubstraten 102, 103 ebenfalls
symmetrisch zueinander ausgebildet, und wenn beide Dichtungssubstrate 102, 103 in überlappender
Beziehung angeordnet sind, so sind der erste äußere Vorsprung 102B und
der zweite äußere Vorsprung 103B,
die in zueinander entgegengesetzten Richtungen vorstehen, auf ihrer
anliegend an die Verbrennungskammeröffnung 110 angeordneten
Seite voneinander beabstandet, sind aber an einer Stelle, die um
einen bestimmten Abstand entfernt auf der gegenüberliegenden Seite oder von
der Verbrennungskammeröffnung 110 weg
liegt, miteinander in engem Kontakt gebracht.
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Es
ist anzumerken, dass der erste innere Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine Höhe und einen Erhebungswinkel
entlang der Innen- und Außenumfänge aufweisen,
die in der Umfangsrichtung variieren. Insbesondere 10 zeigt
einen Querschnitt an einer Zwischenposition zwischen den Bolzenlöchern, durch
welche die Befestigungsbolzen hindurchgehen (die Stelle ist durch die
Linie III-III in 1 bezeichnet), und es ist zu
erkennen, dass an dieser Stelle der erste innere Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine erhöhte Höhe h1 entlang
der Innen- und Außenumfänge sowie
einen vergrößerten Erhebungswinkel θ1 vom Körper der
Dichtungssubstrate 102, 103 aufweisen. Im Gegensatz
dazu zeigt 11 einen entsprechenden Querschnitt
an einer Stelle, die in der Nähe
eines Bolzenlochs, durch welches ein Befestigungsbolzen hindurchgeführt wird,
liegt. An dieser Stelle weisen der erste Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine reduzierte Höhe h2 und
einen reduzierten Erhebungswinkel θ2 entlang der Innen- und Außenumfänge auf.
Die Höhen h1,
h2 und die Winkel θ1, θ2 sind in
einem Bereich vorherrschend, der sich mittig um die Zwischenposition
zwischen den Bolzenlöchern
und der Stelle, die in der Nähe
des Bolzenlochs liegt, erstreckt, wobei die Höhe und der Winkel sich gleichförmig von
einem Wert zum anderen verändern.
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Eine
erste Platte 104 ist mit einer ersten durchgehenden Randwulst 104a,
welche die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt,
und mit einer ersten halben Randwulst 104B, welche die
erste durchgehende Randwulst 104A umgibt, ausgebildet, wobei
die erste durchgehende Randwulst 104A so ausgebildet ist,
dass sie in der Richtung des ersten inneren Vorsprungs 102A des
Dichtungssubstrats 102 vorsteht, und die erste halbe Randwulst 104B so ausgebildet
ist, dass sie in der Richtung des ersten äußeren Vorsprung 102B des
ersten Dichtungssubstrats 102 vorsteht.
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Ähnlich ist
eine zweite Platte 105 mit einer zweiten durchgehenden
Randwulst 105A, welche die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt,
und einer zweiten halben Randwulst 105B, welche die zweite durchgehende
Randwulst 105A umgibt, ausgebildet, wobei die zweite durchgehende
Randwulst 105A so ausgebildet ist, dass sie in die Richtung
des zweiten inneren Vorsprungs 103A des zweiten Dichtungssubstrats 103 vorsteht,
und die zweite halbe Randwulst 105B so ausgebildet ist,
dass sie in die Richtung des zweiten äußeren Vorsprungs 103B des
zweiten Dichtungssubstrats 103 vorsteht. Es ist anzumerken, dass
die durchgehenden Randwulste 104A, 105A und die
halben Randwulste 104B, 105B so ausgebildet sind,
dass sie eine Oberflächensymmetrie
bereitstellen.
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Bei
der beschriebenen Konstruktion ist die Zylinderkopfdichtung 101 zwischen
einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Motors angeordnet
und zwischen diesen abgedichtet, indem der Zylinderkopf und der
Zylinderblock mittels Befestigungsbolzen einstückig aneinander befestigt werden.
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Entlang
der Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 110 betrachtet,
ist der Oberflächendruck
an einer Stelle, die nahe zum Befestigungsbolzen liegt, erhöht, während er
an einer Stelle, die von diesem entfernt ist, reduziert ist. Da
der erste innere Vorsprung 102A und der zweite innere Vorsprung 103A eine
im Umfang variierende Höhe,
wie dies durch h1 und h2 angezeigt ist, und auch einen im Umfang
variierenden Anstiegswinkel entlang der Innen- und Außenumfänge, wie
dies durch θ1, θ2 angezeigt
ist, aufweisen, kann der Oberflächendruck, der
an den ersten inneren Vorsprung 102A und an den zweiten
inneren Vorsprung 103A angelegt wird, entlang der Umfangsrichtung
der Verbrennungskammeröffnung 10 gesehen
so gleichförmig
wie möglich gemacht
werden.
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Ist
der Motor im Betrieb, so zeigt jedes Gas, das dazu neigt, dass es
durch einen Spalt zwischen dem ersten inneren Vorsprung 102A und
dem zweiten inneren Vorsprung 103A nach außen durchgeblasen
wird, einen Druck, der den ersten inneren Vorsprung 102A zum
Zylinderkopf hin drückt
und der gleichzeitig den zweiten inneren Vorsprung 103A zum
Zylinderblock hin drängt.
Der zwischen dem ersten inneren Vorsprung und dem Zylinderkopf wirkende
Oberflächendruck
steigt daraufhin an, wodurch die Dichtungsleistung eines solchen
Bereichs verbessert wird. Ähnlich
steigt auch der zwischen dem zweiten inneren Vorsprung und dem Zylinderblock wirkende
Oberflächendruck
an, wodurch ebenfalls die Dichtungsleistung in einem solchen Bereich
verbessert wird. Wird der erste innere Vorsprung 102a gegen
den Zylinderkopf und der zweite innere Vorsprung 103A gegen
den Zylinderblock gedrückt,
so drücken
die Reaktionskräfte
dieser Drücke
den radial mittigen Teil 102A des ersten inneren Vorsprungs 102A und
den radial mittigen Teil 103A des zweiten inneren Vorsprungs 103A in
engerem Kontakt zueinander, wodurch die Dichtungsleistung in einem
solchen Bereich verbessert wird.
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Auf
diese Weise werden das erste Dichtungssubstrat 102 und
das zweite Dichtungssubstrat 103 aneinander gedrückt, während sie
gleichzeitig unter dem Druck des Verbrennungsgases gegen den Zylinderkopf
bzw. den Zylinderblock gedrückt
werden, wodurch in einer viel wirksameren Weise als nach dem Stand
der Technik verhindert wird, dass das Verbrennungsgas durchgeblasen
wird.
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Es
ist anzumerken, dass ein geringfügig
höherer
Oberflächendruck
in dem an die Verbrennungskammeröffnung 110 angrenzenden
Bereich aufgebaut werden kann, anstatt in Umfangsrichtung einen Oberflächendruck
bereitzustellen, der so gleichmäßig wie
möglich
ist.
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Eine
Reihe von Modifikationen, die obig angesprochen sind, können ebenfalls
auf die vorliegende Ausführungsform
angewendet werden.