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Hintergrund der Erfindung und Würdigung
des verwandten Stands der Technik
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtige Metall-Zylinderkopfdichtung,
die zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf eines Motors
eingelegt ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
mehrschichtige Metall-Zylinderkopfdichtung, welche die auf die beiden
Bodenabschnitte eines um eine Verbrennungskammeröffnung
vorgesehenen Abdichtwulsts erzeugten Oberflächendrücke
ausgleicht, und verhindert, dass eine Delle oder ein Eindruck auf
dem Zylinderblock oder dem Zylinderkopf wegen der Oberflächendrücke
erzeugt wird.
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Mit
zunehmender Technologiehöhe eines Motors wurden Anstrengungen
unternommen, eine Abdichtfähigkeit zwischen dem Zylinderblock
und dem Zylinderkopf zu erhöhen. Z. B. ist in der in Patentdokument
1 offenbarten mehrschichtige Metalldichtung, wie in 4 gezeigt
ist, ein asymmetrischer Wulst 35a um eine Verbrennungskammeröffnung 31 in
einer Grundplatte 35 in einem durch eine Verbrennungskammeröffnung 31 gehenden
Querschnitt gebildet, eine Befestigungsbolzenöffnung 32 und
eine Kühlwasseröffnung sind in einer Dichtung 30 gebildet.
Eine zweite Platte 36 ist an einer Seite eines vorspringenden
Abschnitts des asymmetrischen Wulsts 35a in der Basisplatte 35 geschichtet,
und ist rückwärts an der Öffnungskante
der Verbrennungskammeröffnung 31 zurückgefaltet,
um sich davon zur Mitte eines konkaven Abschnitts des asymmetrischen
Wulsts 35a zum Bilden eines Keilstoppers 36a zu
erstrecken. Daher ist die mehrschichtige Metalldichtung derart strukturiert,
dass der asymmetrische Wulst 35a den Keilstopper 36a (vergrößerter
Dickenabschnitt) und die anderen herkömmlichen Abschnitte
(nicht vergrößerte Dickenabschnitte) überquert.
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Wie
oben beschrieben, war es bekannt, den unterschiedliche Oberflächendrücke
auf beide Bodenbschnitte des Wulsts erzeugenden asymmetrischen Wulst 35a zu
verwenden. In der in 4 gezeigten wohlbekannten Dichtung
ist ein innerer Bodenabschnitt 35b des asymmetrischen Wulsts
im Inneren des Keilstoppers 36a (vergrößerter
Dickenabschnitt) angeordnet. Ein äußerer Bodenbschnitt 35c ist
an dem herkömmlichen Abschnitt (nicht vergrößerter
Dickenabschnitt) anders als der Keilstopper 36a angeordnet.
Daher wird nach dem asymmetrischen Wulst 35a, sogar falls
der Wulst an einer Seite des vergrößerten Dickenabschnitts
einen großen Krümmungsradius und eine kleine Federkonstante aufweist,
und der Wulst an der Seite des nicht vergrößerten
Dickenabschnitts einen kleinen Krümmungsradius und eine
große Federkonstante aufweist, der Oberflächendruck
des Bodenbschnitts des Wulsts an der Seite des vergrößerten
Dickenabschnitts wegen der Dicke davon größer.
Wie in Patentdokument 1 beschrieben, ist es nicht in Betracht gezogen
worden, die Oberflächendrücke an den beiden Bodenabschnitten
des Abdichtwulsts um die Verbrennungskammeröffnung auszugleichen,
obwohl eine Abdichtfähigkeit vergrößert
werden kann.
- Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung
Nr. H04-219572
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Eine
technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei dem oben
beschriebenen asymmetrischen Wulst durch Ausnutzen eines Unterschieds
in den an den beiden Bodenabschnitten des Wulsts erzeugten Oberflächendrücken,
im Verhältnis zu einem Faltabschnitt einer Metallplatte
um eine Kante der Verbrennungskammeröffnung, die auf die beiden
Bodenbschnitte des Abdichtwulsts erzeugten Oberflächendrücke
um die Verbrennungskammeröffnung der mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung
auszugleichen. Somit kann eine stabile Abdichtfähigkeit
erhalten werden, und es ist möglich, die Ausbildung eines
Eindrucks oder einer Delle wegen eines großen, auf den
Zylinderblock und den Zylinderkopf partiell ausgeübten
Oberflächendrucks zu verhindern.
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Weitere
Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung ersichtlich.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird nach der vorliegenden
Erfindung eine mehrschichtige Metall-Zylinderkopfdichtung durch Schichten
von wenigstens einer Vielzahl von Metallplatten gebildet, wobei
ein asymmetrischer Wulst um eine Verbrennungskammeröffnung
in einer ersten Metallplatte gebildet ist, die in einer äußersten Schicht
unter der Vielzahl von Metallplatten angeordnet ist, und eine andere
Metallplatte an einer Seite eines vorspringenden Abschnitts des
asymmetrischen Wulsts geschichtet ist. Die obige andere Metallplatte ist
zurückgefaltet, um einen Faltabschnitt zu bilden, wobei
sich ein Ende des Faltabschnitts zu einem äußeren
Bodenabschnitt des asymmetrischen Wulsts erstreckt. Der asymmetrische
Wulst in der ersten Metallplatte weist Wulstabschnitte auf, die
eine Breite a mit einem großen Krümmungsradius
an einer Seite der Verbrennungskammeröffnung von der oberen Seite
des Wulsts aufweisen, und eine Breite b mit einem kleinen Krümmungsradius
an der anderen Seite von der oberen Seite des Wulsts aufweisen.
Die Beziehung zwischen a und b ist a > b, der kleinste Krümmungsradius
R des Wulsts ist R ≥ 0,5 mm und die Beziehung zwischen
der Breite a und dem Krümmungsradius R des Wulsts ist a ≥ 2R.
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Bei
der die obige Struktur aufweisenden Zylinderkopfdichtung der vorliegenden
Erfindung werden die auf die beiden Bodenabschnitte des um die Verbrennungskammeröffnung
bereitgestellten asymmetrischen Wulsts erzeugten Oberflächendrücke ausgeglichen,
wodurch eine stabile Abdichtfähigkeit erhalten wird, wie
es in dem später beschriebenen Ergebnis des Experiments
(Simulation) im Oberflächendruck beim Komprimieren gezeigt
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung
nach der vorliegenden Erfindung kann der asymmetrische Wulst nur
in einem Abschnitt um die Verbrennungskammeröffnung vorgesehen
sein, in dem der auf die beiden Bodenbschnitte des Wulsts erzeugte
Oberflächendruck ausgeglichen werden muss, und der asymmetrische
Wulst kann gleichmäßig mit einem in dem anderen
Abschnitt vorgesehenen Wulst verbunden sein.
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Ferner
umfasst in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung nach der vorliegenden
Erfindung eine, an einer Seite eines vorspringenden Abschnitts des
asymmetrischen Wulsts in der ersten Metallplatte geschichtete Metallplatte
zweite und dritte Metallplatten. Ein Lochrandabschnitt an einer
Seite der Verbrennungskammeröffnung in der ersten Metallplatte ist
nicht an den anderen Metallplatten fixiert. Die zweite Metallplatte
ist am Lochrand der Verbrennungskammeröffnung in Richtung
einer Seite der dritten Metallplatte zurückgefaltet und
das En de des Faltabschnitts erstreckt sich in eine Position korrespondierend
zu einem äußeren Bodenabschnitt des asymmetrischen
Wulsts in der ersten Metallplatte. Der Kantenabschnitt der dritten
Metallplatte ist außerhalb des Endes des Faltabschnitts
angeordnet.
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Nach
der oben beschriebenen Zylinderkopfdichtung der vorliegenden Erfindung
werden in dem asymmetrischen Wulst durch Nutzen eines Unterschieds
der Oberflächendrücke an den beiden Bodenabschnitten
des Wulsts im Verhältnis zum Faltabschnitt der Metallplatte
um die Verbrennungskammeröffnung, die auf die beiden Bodenabschnitte
des Wulsts erzeugten Oberflächendrücke um die
Verbrennungskammeröffnung der mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung
ausgeglichen. Somit kann eine stabile Abdichtfähigkeit
erhalten werden und es ist möglich, die Ausbildung eines
Eindrucks oder einer Delle wegen eines großen dem Zylinderblock
und dem Zylinderkopf partiell auferlegten Oberflächendrucks
zu verhindern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnittansicht eines vergrößerten
wesentlichen Teils einer mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung
nach der vorliegenden Erfindung, die einen Zustand vor dem Befestigen
der mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung in einem Motor zeigt;
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2 ist
eine Diagramm, das ein Ergebnis eines Experiments (Simulation) in
einer Oberflächendruckverteilung zeigt, die in einem Fall
erzeugt wurde, in dem die Zylinderkopfdichtung nach der vorliegenden
Erfindung komprimiert und verformt wird;
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3 ist
ein anderes Diagramm, das ein Ergebnis eines Experiments (Simulation)
in einer Oberfächendruckverteilung zeigt, die in einem
Fall erzeugt wurde, in dem eine vergleichende Beispieldichtung (a
= b) komprimiert und verformt wird;
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4 ist
eine Längsschnittansicht eines vergrößerten
wesentlichen Teils einer konventionellen mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung;
und
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5 ist
eine partielle Draufsicht, die eine Dichtung mit einem Wulst zeigt,
in welcher der asymmetrische Wulst der vorliegenden Erfindung partiell gebildet
ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 zeigt
ein wesentliches Teil einer mehrschichtigen Metall-Zylinderkopfdichtung
nach der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform,
d. h. eine Querschnittsansicht eines Abschnitts um eine Verbrennungskammeröffnung 16.
Eine Metall-Zylinderkopfdichtung 10 ist zwischen einem
Zylinderkopf 21 und einem Zylinderblock 22 eines
Motors eingelegt und durch Schichten von wenigstens einer Vielzahl
von Metallplatten gebildet. In dieser Ausführungsform ist
die mehrschichtige Metall-Zylinderkopfdichtung aus einer in einem äußersten
Abschnitt angeordneten ersten Metallplatte 11, einer zweiten
Metallplatte 12 und einer dritten Metallplatte 13 gebildet, die
auf die erste Metallplatte geschichtet sind.
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Ein
asymmetrischer Wulst 14 ist um die Verbrennungskammeröffnung 16 in
der ersten Metallplatte 11 gebildet. Das ist derart erforderlich,
dass der asymmetrische Wulst eine Breite a eines Wulstabschnitts 14b mit
einem großen Krümmungsradius an einer Seite der
Verbrennungskammeröffnung 16 von der oberen Seite 14a des
Wulsts aufweist, und dass eine Breite b des Wulstabschnitts 14c einen
kleinen Krümmungsradius an der anderen Seite von der oberen
Seite 14a des Wulsts aufweist. Die Beziehung zwischen a
und b ist a > b. Außerdem
ist der kleinste Krümmungsradius R des Wulsts R ≥ 0,5
mm, und die Beziehung zwischen der Breite a und dem Krümmungsradius
R des Wulsts ist a ≥ 2R. Diese Formbedingungen mit Bezug
auf den asymmetrischen Wulst 14 sind aus Ergebnissen des
systematischen Ausprobierens durch den Erfinder erhalten worden.
Zusätzlich wird eine Möglichkeit eines Bruchs
hoch, wenn der Krümmungsradius R kleiner als 0,5 mm ist.
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Mit
der oben beschriebenen Struktur werden die auf beide Bodenabschnitte 14d und 14e innerhalb und
außerhalb des asymmetrischen Wulsts 14 erzeugten
Oberflächendrücke beim Komprimieren ausgeglichen,
wodurch eine stabile Abdichtfähigkeit erhalten wird, wie
in dem später beschriebenen Ergebnis des Experiments (Simulation)
im Oberflächendruck gezeigt ist.
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Mit
Bezug auf die Wulstabschnitte 14b und 14c an den
beiden Seiten der oberen Seite 14a des Wulsts, ist nicht
notwendigerweise impliziert, dass die Krümmungsradien innerhalb
eines Bereichs der jeweiligen Wulstabschnitte 14b und 14c festgelegt sind,
obwohl ein relatives Größenverhältnis
der Krümmungsradien erläutert ist. Das mittlere
Größenverhältnis der Krümmungsradien
innerhalb der beiden Bereiche ist erläutert. Daher kann
der asymmetrische Wulst 14 sich schrittweise von dessen
einem Ende zu dessen anderem gebogen geformt sein.
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Zusätzlich,
falls ein Raum zum Anordnen des asymmetrischen Wulsts 14 erhalten
werden kann, kann der asymmetrische Wulst 14 gänzlich
um die Verbrennungskammeröffnung 16 vorgesehen
sein, oder nur in einem Bereich, in dem die auf die beiden Bodenbschnitte 14d und 14e des
Wulsts 14 erzeugten Oberflächedrücke
ausgeglichen werden müssen, zum Beispiel einem Bereich
um einen Befestigungsbolzen zum Verbinden des Zylinderkopfs und
des Zylinderblocks.
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Wie
insbesondere in 5 gezeigt ist, weist eine Metallplatte 10 eine
Zylinderbohrung Hc, Bolzenöffnungen Hb und einen regelmäßigen
symmetrischen Wulst 14' auf. In dieser Dichtung sind die
Teile des regelmäßigen symmetrischen Wulsts 14,
die den Bolzen zugewandt sind, in die erfindungsgemäßen asymmetrischen
Wülste 14 geändert. In diesem Fall, ist
es notwendig, die asymmetrischen Wülste 14 gleichmäßig
mit dem regelmäßigen symmetrischen Wulst um die
Verbrennungskammeröffnung 16 zu verbinden.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die
zweite und die dritte Metallplatte 12 und 13 an
der Seite des vorspringenden Abschnitts des asymmetrischen Wulsts 14 in
der ersten Metallplatte 11 geschichtet.
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In
die auf die erste Metallplatte 11 geschichtete zweite Metallplatte 12 ist
ein ringförmiges Ausgleichsstück 17 zum
Einstellen einer Dicke und einer Beule eingelegt, und die zweite
Metallplatte 12 ist an einem gebogenen Abschnitt 12b um
die Öffnungskante der Verbrennungskammeröffnung 16 in
Richtung der Seite der dritten Metallplatte 13, d. h. die
andere Seite der ersten Metallplatte 11 zurückgefaltet. Die
zweite Metallplatte 12 enthält nämlich
einen Grundabschnitt 12c, den gekrümmten Abschnitt 12b und
den Faltabschnitt 12a. Das Ende des Faltabschnitts 12a erstreckt
sich zu einer Position korrespondierend zum äußeren
Bodenabschnitt 14e des asymmetrischen Wulsts 14 in
der ersten Metallplatte 11. Ferner ist die dritte Metallplatte 13 mit
einem Wulst 13a an ihrem Kantenabschnitt an der Seite der Verbrennungskammeröffnung 16 vorgesehen.
Der Kantenabschnitt ist außerhalb des Endabschnitts des Faltabschnitts 12a in
der zweiten Metallplatte 12 angeordnet, um nicht mit dem
Faltabschnitt 12a zu überlappen.
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Demnach
ist die erste Metallplatte 11 nicht an dem Öffnungskantenabschnitt
an der Seite der Verbrennungskammeröffnung 16 an
die zweite und die dritte Metallplatte 12 und 13 fixiert,
die an die Seite des vorspringenden Abschnitts des asymmetrischen
Wulsts 14 geschichtet sind.
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Wenn
die Dichtung 10 mit der obigen Struktur zwischen den Zylinderkopf 21 und
den Zylinderblock 22 eingelegt und mit Befestigungsbolzen
befestigt ist, wird der asymmetrische Wulst 14 komprimiert
und um die Verbrennungskammeröffnung 16 verformt.
Daher wird ein relativ großer Oberflächendruck
auf die Bodenabschnitte 14d und 14e des asymmetrischen
Wulsts 14 erzeugt, der die komprimierende Verformung begleitet.
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Das
Diagramm in 2 zeigt ein Ergebnis des Oberflächendrucks
mit Bezug auf eine Zylinderkopfdichtung mit asymmetrischem Wulst 14 nach
der in 1 gezeigten vorliegenden Erfindung. Der Wulst 14 weist
eine Breite von 1,7 mm auf und enthält den Wulstabschnitt 14b mit
einer Breite a an der Seite der Verbrennungskammer 16 von
der oberen Seite des Wulsts 14a, und den Wulstabschnitt 14c mit
einer Breite b an der anderen Seite von der oberen Seite des Wulsts 14a.
Das Verhält nis von a:b ist auf 6:4 festgelegt. Der kleinste
Krümmungsradius R des asymmetrischen Wulsts 14 ist
auf 0,5 mm festgelegt. Das Ergebnis ist aus einem analytischen Experiment (Simulation)
im Oberflächendruck erhalten, der beim Falten durch Komprimieren
des Wulsts erzeugt wird. Andererseits zeigt das Diagramm in 3 zum
Vergleich ein anderes Ergebnis des Oberflächendrucks mit
Bezug auf eine Dichtung mit einem symmetrischen Wulst, der eine
Breite von 1,7 mm an Stelle des asymmetrischen Wulsts aufweist.
Das Ergebnis ist aus einem analytischen Experiment (Simulation) im
Oberflächendruck unter denselben oben beschriebenen Bedingungen
erhalten worden.
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Wie
im Diagramm der 3 als Vergleichsbeispiel gezeigt
ist, wird bei Verwendung des symmetrischen Wulsts allgemein der
auf den Bodenabschnitt des Wulsts an der Seite der Verbrennungskammeröffnung
erzeugte Oberflächendruck wegen des Krümmungsabschnitts 12b größer
als der auf dem Bodenabschnitt des Wulsts an der Seite erzeugte
Oberflächendruck. Die Oberflächendrücke
auf die beiden Bodenabschnitte des Wulsts nach der in 2 gezeigten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden fast
ausgeglichen. Daher ist es nach der Zylinderkopfdichtung der vorliegenden
Erfindung durch Ausbilden des um die Verbrennungskammeröffnung
vorgesehenen asymmetrischen Wulsts innerhalb eines Bereichs einer
vorbestimmten Bildungsbedingung möglich, die auf die beiden
Bodenabschnitte erzeugten Oberflächendrücke auszugleichen,
um dadurch eine stabile Abdichtfähigkeit zu erhalten.
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Zusätzlich
ist es möglich, die auf die beiden Bodenabschnitte des
Wulsts erzeugten Oberflächendrücke, wie oben beschrieben,
auszugleichen. Im Fall eines Zylinderblocks 22 mit einer
angebrachten Zylinderbuchse, ist es ferner möglich, den
Oberflächendruck zu reduzieren, welcher auf die Zylinderbuchse ausgeübt
wird, um dadurch eine Buchsenschrägstellung der Zylinderbuchse
zu reduzieren.
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Die
Offenbarung der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2007-001173 , angemeldet am 19.01.2007,
ist als Verweis einbezogen.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf die spezifischen Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erläuterung
veranschaulichend und die Erfindung ist nur durch die anhängenden
Ansprüche begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 04-219572 [0003]
- - JP 2007-001173 [0029]