DE10354512A1

DE10354512A1 - Dichtung

Info

Publication number: DE10354512A1
Application number: DE2003154512
Authority: DE
Inventors: Kay Arnold; Jürgen Dr.-Ing. Claus; Christoph Dr.-Ing. Espey
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Es wird eine Dichtung (1) für eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem Zylinderkopf (5) und einem Zylinderblock (3), zwischen welchen die Dichtung (1) angeordnet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei der Dichtung (1) vorgesehen, dass die Beaufschlagung von Brennraumdruck eine Verstärkung der Dichtwirkung durch elastische Verformung der Dichtung (1) bewirkt. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung, insbesondere für die Abdichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, welche beispielsweise in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden kann.

Aus der US 5,551,709 ist eine Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche eine im wesentlichen flache Mittelplatte und eine erste und eine zweite Federplatte umfasst, welche an einander gegenüber liegenden Seiten der Mittelplatte angeordnet sind. Die Mittelplatte weist eine Öffnung auf. Die erste und die zweite Federplatte weisen ebenfalls Öffnungen auf, welche mit der Öffnung der Mittelplatte in Deckung liegen und kleiner als diese sind. Die erste und die zweite Federplatte bilden dadurch Rückhalteabschnitte für Drahtringe, wobei sich die Rückhalteabschnitte von der Kante der Öffnung der Mittelplatte radial nach innen erstrecken. Ein Drahtring, dessen Durchmesser größer als derjenige der Mittelplatte ist, ist in den Rückhalteabschnitten der Federplatten angeordnet. Die Federplatten weisen eine grundsätzlich wellenförmige, konzentrische Prägung auf, welche die jeweilige Öffnung und die radial angrenzende Umgebung umgibt. Das Einklemmen der Dichtung zwischen zwei Dichtflächen bildet eine primäre Brennraumabdichtung am Drahtring und eine sekundäre Brennraumabdichtung jenseits des Rings an der Prägung.

Weiterhin ist aus der US 5,275,139 ein Verfahren zur Abdichtung einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine bekannt. Eine Kopfdichtung besitzt eine Einfassung, welche mit einer in dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock vorgesehenen Vertiefung zusammenwirkt, wobei die Vertiefung die Brennräume jeweils konzentrisch umgibt. Die Vertiefungen weisen jeweils flache Bereiche und eine im wesentlichen senkrechte Wand auf. Wird die Dichtung auf dem Motorblock aufgelegt und der Zylinderkopf festgezogen, nimmt jede der Vertiefungen eine Einfassung auf und drückt den entsprechenden Drahtring zusammen, wodurch eine primäre Dichtung mit dem flachen Bereich erzielt wird, während die Wand die Armierung der Einfassung zu einer sekundären Dichtung einklinkt. Die Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock rasten mit der Armierung ein, um diese zu fixieren. Die Zylinderkopfdichtung weist ferner einen Hauptkörper auf, welcher eine erste Dicke aufweist, und umfasst hierbei eine Mittelschicht sowie zwei auflaminierte Schichten und mehrere Brennöffnungen. Eine Einfassung ist in jeder Brennöffnung vorgesehen und fixiert, wobei die Einfassungen eine U-förmige Armierung aufweisen, welche ein Beinpaar aufweist, welches an der Ober- und der Unterseite des Hauptkörpers im Bereich der Brennöffnungen anliegt, sowie eine Mittelschicht, die die Beinpaare verbindet und den Drahtring umhüllt, der eine Brennraumabdichtung bewirkt. Die Brennraumabdichtung wirkt im Betrieb wie eine Labyrinthdichtung gegen die voneinander beabstandeten Flächen der Vertiefungen und gegen durch die Vertiefungen definierte Ecken.

Weiterhin ist aus der US 6,036,194 eine Dichtung zur Abdichtung eines unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgases in zumindest einem Zylinder einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung bekannt, welche einen Zylinderblock aufweist. Ein Zylinderkopf umfasst eine Nut, welche in seiner Stirnfläche ausgebildet ist. Ebenso umfasst eine Zylinderumfassung eine entsprechende Nut, welche in ihrer Oberfläche ausgebildet ist. Ein O-Ring, der aus einem plastischen Material geformt und in den komplementären Nuten eingelegt ist, wird komprimiert, wenn der Zylinderkopf auf dem Zylinderblock montiert wird. Der O-Ring hat dabei mehrfache Berührungspunkte mit den Kanten. Durch die hohe Flächenpressung wird eine Abdichtung des Gases ermöglicht.

Nachteilig bei den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Zylinderkopfdichtungen ist insbesondere, dass zur Erzielung einer zuverlässigen Abdichtung hohe Montage- und Flächenpressungskräfte benötigt werden. Dies belastet die Bauteile und lässt die Gefahr von Fehlfunktionen aufgrund von Materialermüdung steigen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Dichtung bereitzustellen, welche selbstverstärkend zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock bzw. den Laufbuchsen der Brennkraftmaschine ohne die Notwendigkeit hoher Flächenpressungskräfte angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Dichtung zeichnet sich durch eine Form und Anordnung aus, welche erlaubt, den Brennraumdruck als unterstützende Kraft zur Abdichtung des Zylinderkopfes gegen den Zylinderblock einer Brennkraftmaschine zu integrieren. Die Dichtung wird dabei durch den Brennraumdruck elastisch verformt und gegen die angrenzenden Strukturen und Bauteile gepresst. Ein planer Zylinderkopf kann ohne die aufwendige Einbringung von Nuten verwendet werden, ohne dass die Dichtwirkung beeinträchtigt wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtung aus einem Grundkörper und einem Träger ausgebildet, welche in einem Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtung in einer Ausnehmung des Zylinderblocks angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung wahlweise vom Zylinderblock und einer Laufbuchse, einem Ölabstreifring und dem Zylinderkopf begrenzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Distanzstück vorgesehen, welches den Zylinderblock und den Zylinderkopf beabstandet, an welchem die Dichtung anliegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine herkömmliche Zylinderkopfdichtung vorgesehen sein, welche mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung und einem Distanzstück kombinierbar ist.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische, geschnittene Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung,
2 eine schematische, geschnittene Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung,
3 eine schematische, geschnittene Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung,
4 eine schematische, geschnittene Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung,
5 eine schematische, geschnittene Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung,
6 eine schematische, geschnittene Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung, und
7 eine schematische, geschnittene Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtung.
Die Anforderungen an die Dichtwirkung von Dichtungen für Brennkraftmaschinen werden mit zunehmender Leistung der modernen Brennkraftmaschinen immer höher, sodass sowohl an das Material der Dichtungen als auch an die übrigen Bauteile immer höhere Anforderungen gestellt werden. Dies gilt sowohl für gemischverdichtende, fremdgezündete als auch in verstärktem Maße für selbstzündende Brennkraftmaschinen.
Um die Dichtwirkung der Dichtung zu verbessern, ist es zunächst sinnvoll, das Profil der Dichtung aus einem flächigen in ein räumliches Profil zu überführen. Solche vorzugsweise runden Profile sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Der hauptsächliche Nachteil der bekannten flächigen und räumlich profilierten Dichtungen liegt dabei in den hohen Montage- und Flächenpressungskräften, die aufgewendet werden müssen, um eine zuverlässige Dichtwirkung zu erzielen. Dabei muss einerseits die Herstellung der die Dichtung begrenzenden Flächen sehr präzise erfolgen, damit die gewünschte Dichtwirkung erzielt werden kann, was zu einem teuren und aufwendigen Herstellungsprozess führt, andererseits treten hohe Kräfte sowohl bei der Montage als auch beim Betrieb der Brennkraftmaschine auf, die auf die einzelnen Bauteile wirken. In der Folge treten Materialermüdung und damit eine Verschlechterung der Dauerlaufeigenschaften und der Lebensdauer der Brennkraftmaschine auf.
Im Gegensatz dazu ist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Dichtung dadurch ausgezeichnet, dass sich ihre Wirkung auch ohne hohe Montage- und Flächenpressungskräfte durch eine Selbstverstärkung durch den Brennraumdruck entfaltet. In den folgenden Figuren ist die Richtung des Brennraumdrucks jeweils durch Pfeile gekennzeichnet.
In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 für die Abdichtung einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst einen Zylinderblock 3, in welchem zumindest ein Zylinder 4 ausgebildet ist, welcher einen Brennraum zur Verdichtung und Verbrennung von Brennstoff bildet, und einen Zylinderkopf 5. Die erfindungsgemäße Dichtung 1 ist in einem Zwischenraum 6 zwischen dem Zylinderblock 3 und dem Zylinderkopf 5 angeordnet und dichtet den zumindest einen Zylinder 4 gegen die Umgebung ab.
Die erfindungsgemäß ausgestaltete Dichtung 1 gemäß 1 weist einen Grundkörper 7 auf, welcher einen beispielsweise runden oder auch ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist. Der Grundkörper 7 kann durch einen eingelegten Ring 8 verstärkt sein. Der Grundkörper 7 ist an einem Träger 9 ausgebildet, der vorzugsweise einstückig mit dem Grundkörper 7 ausgebildet ist. Der Träger 9 ist dabei dem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 2 abgewandt, während der Grundkörper 7 dem Brennraum 4 zugewandt ist.
Wird die Dichtung 1 durch den Brennraumdruck beaufschlagt, so verformt sie sich in Richtung auf den Träger 9, indem sich ihr Querschnitt in der Richtung des Brennraumdrucks verringert und in einer Richtung senkrecht dazu vergrößert. Dadurch kann eine effektive Abdichtung des Brennraums 4 erzielt werden, ohne dass hohe Flächenpressungskräfte aufgewandt werden müssen.
Der Dichtung 1 zugewandte Stirnflächen 10 und 11 des Zylinderblocks 3 und des Zylinderkopfes 5 sind dabei plan ausgeführt. Dies ist von Vorteil, da damit die Anzahl der Bearbeitungsschritte bei der Herstellung der einzelnen Bauteile reduziert und somit die Kosten gesenkt werden können. Es ist jedoch auch möglich, die Dichtung 1 in entsprechend geformten Ausnehmungen 15 des Zylinderblocks 3 einzulegen, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren erläutert wird.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 dargestellt. Hier verfügt der Zylinderblock 3 über eine Laufbuchse 13, welche den Brennraum 4 begrenzt. Die Laufbuchse 13 weist eine Schulter 14 auf, welche zusammen mit dem Zylinderkopf 5 und dem Zylinderblock 3 eine Ausnehmung 15 bildet, in welcher die Dichtung 1 angeordnet ist. Durch die Beaufschlagung mit dem Brennraumdruck wandert auch hier die Dichtung 1 in Richtung des Brennraumdrucks aus und verformt sich dabei elastisch, wodurch eine zuverlässige Dichtwirkung insbesondere im Bereich einer Stoßkante 16 zwischen dem Zylinderkopf 5 und dem Zylinderblock 3 bzw. zwischen dem Zylinderblock 3 und der Laufbuchse 13 erzielt wird.
3 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 dar. Hier liegt, im Gegensatz zum vorigen Ausführungsbeispiel, die Dichtung 1 nicht an der Schulter 14 der Laufbuchse 13, sonder an einer Schulter 17 des Zylinderblocks 3 auf. Die Laufbuchse 13 ihrerseits weist einen Kragen 18 auf, welcher die Ausnehmung 6 mit begrenzt. Zur Verdeutlichung der Anbringung der Schulter 17 des Zylinderblocks 3 ist in 3 ein Kanal 19, in welchem Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Brennkraftmaschine strömt, dargestellt. Die Anbringung der Schulter 17 beeinträchtigt die Anordnung von Kanälen 19 nicht.
In 4 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 dargestellt. Da die Brennkraftmaschine 2 in jedem Zylinder 4 Ölabstreifringe 20 aufweist, ist es vorteilhaft, die Dichtung 1 in einer durch die Laufbuchse 13, den Zylinderkopf 5 und den Ölabstreifring 20 begrenzten Ausnehmung 6 anzuordnen. Das selbstverstärkende Dichtprinzip durch die Wirkung des Brennraumdrucks ist auch hier wirksam.
In 5 ist in einem besonders einfachen Aufbau ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 dargestellt. Der Zylinderblock 3 weist wiederum eine Schulter 17 auf, welche mit dem Zylinderkopf 5 eine zum Brennraum 4 offene Ausnehmung 6 bildet. Wenn die Dichtung aus einem hitzebeständigen Material gefertigt ist, braucht die Ausnehmung 6 gegenüber dem Brennraum 4 nicht abgeschlossen sein.
Ein ähnlicher Aufbau ist bei dem in 6 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel zu beobachten. Auch hier ist die Dichtung 1 der Brennraumtemperatur direkt ausgesetzt. In dem Zwischenraum 6 zwischen dem Zylinderblock 3 und dem Zylinderkopf 5 ist ein Distanzstück 21 angeordnet, welches den Zylinderblock 3 und den Zylinderkopf 5 voneinander beabstandet. Durch den Brennraumdruck wird die Dichtung 1 hierbei gegen das Distanzstück 21 gepresst. Die Anbringung einer Schulter im Zylinderblock 3 wird dadurch vermieden.
In 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung 1 dargestellt, welche eine herkömmliche flächige Zylinderkopfdichtung 22 mit einer runden Dichtung 1 und einem Distanzstück 21 kombiniert. Hierbei wird die Dichtung 1 durch den Brennraumdruck gegen die Zylinderkopfdichtung 22 gepresst. Diese kann dabei aus einem beliebigen Material hergestellt sein, da sie weder dem Brennraumdruck noch der Brennraumtemperatur ausgesetzt ist. Sie kann beispielsweise zur leichteren Montage der Dichtung 1 benutzt werden. Die Stirnflächen 10 und 11 von Zylinderblock 3 und Zylinderkopf 5 sind plan ausgebildet.

Claims

Dichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine (2) einen Zylinderkopf (5) und einen Zylinderblock (3) umfasst, in welchem zumindest ein Brennraum (4) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Zylinderblock (3) eine den zumindest einen Brennraum (4) abdichtende Dichtung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie durch die Beaufschlagung mit Brennraumdruck elastisch verformbar ist, dass der Zylinderkopf (5) der Brennkraftmaschine (2) eine plane Stirnfläche (11) aufweist, und dass die Dichtung (1) einen zumindest teilweise ringförmigen Querschnitt aufweist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) in einer Ausnehmung (6) des Zylinderblocks (3) angeordnet ist.
Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) durch eine Schulter (17) des Zylinderblocks (3) und den Zylinderkopf (5) begrenzt ist.
Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) brennraumseitig offen ist.
Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) brennraumseitig durch eine Laufbuchse (13) abgeschlossen ist.
Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) brennraumseitig durch einen Ölabstreifring (20) abgeschlossen ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) in einem Zwischenraum (6) zwischen dem Zylinderblock (3) und dem Zylinderkopf (5) angeordnet ist.
Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) einen Grundkörper (7) und einen Träger (9) aufweist.
Dichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7) durch einen ringförmigen Einsatz (8) verstärkt ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7) dem Brennraum (4) zugewandt ist und der Träger (9) dem Brennraum (4) abgewandt ist.
Dichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (6) zumindest ein Distanzstück (21) so angeordnet ist, dass der Zylinderblock (3) und der Zylinderkopf (5) voneinander beabstandet sind.
Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Distanzstücks (21) geringfügig geringer als der Durchmesser der Dichtung (1) ist.
Dichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) durch die Beaufschlagung mit Brennraumdruck an dem Distanzstück (21) in dichtender Anlage gehalten wird.
Dichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) zwischen einem brennraumseitigen Distanzstück (21) und einer Zylinderkopfdichtung (22) angeordnet ist.
Dichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) durch die Beaufschlagung mit Brennraumdruck an der Zylinderkopfdichtung (22) in dichtender Anlage gehalten wird.