SE525322C2

SE525322C2 - Sealing joints on an internal combustion engine

Info

Publication number: SE525322C2
Application number: SE0301620A
Authority: SE
Inventors: Kurt Maack
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-02-01
Also published as: SE0301620L; WO2004109083A1; SE0301620D0

Abstract

The invention relates to a gas seal between a coolant jacketed cylinder liner (12) and a cylinder head (11) in an internal combustion engine functioning with high combustion pressures. The cylinder head has a circular groove (17), which is designed to receive an end section (18) of the cylinder liner, and a bearing surface (19) situated radially inside the groove (17) for interacting with a corresponding bearing surface (20) on the cylinder liner. The end section (18) of the liner is provided with a surface (21), which in the position of use diverges axially towards the cylinder head (11). This surface is intended to interact with a corresponding surface (22) on a sealing ring (23) converging in said direction, in order to form a radial seal inside the groove (17).

Description

n :neon a n 10 15 20 25 30 samt inlopps- och utloppskanaler för gasväxling. n: neon a n 10 15 20 25 30 and inlet and outlet ducts for gas exchange.

Dessutom finns kanaler för olja och kylvätska i cylinderhuvudet. Vidare har den så kallade cylinder- foderhyllan. i motorblocket begränsad hàllfasthet.In addition, there are ducts for oil and coolant in the cylinder head. Furthermore, it has the so-called cylinder lining shelf. in the engine block limited strength.

Således är det svårt att åstadkomma någon 'väsentlig ökning av klämkraften i tätningsförbandet, utan en ökning av avståndet mellan motorns cylindrar, dvs. en ökning av motorns totala längd.Thus, it is difficult to achieve any significant increase in the clamping force in the sealing joint, without an increase in the distance between the engine cylinders, i.e. an increase in the total length of the engine.

Ett problem med ovan beskrivna skruvförband är dessutom att den punktvis längs foderradien varierande kläm- kraften ger upphov till deformationer på cylinder- fodret. Vid ökad klämkraft ökar även deformationerna i cylinderfodret.A problem with the screw connections described above is also that the clamping force, which varies pointwise along the feed radius, gives rise to deformations on the cylinder liner. With increased clamping force, the deformations in the cylinder liner also increase.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma ett tätningsförband som tål höga förbränningstryck, och som samtidigt begränsar de ovan beskrivna problemen.DISCLOSURE OF THE INVENTION: An object of the invention is therefore to provide a sealing joint which can withstand high combustion pressures, and which at the same time limits the problems described above.

För detta ändamål kännetecknas tätningsförbandet enligt uppfinningen av att cylinderfodrets ändparti är försett med en i användningsläge, axiellt, i riktning mot cylinderhuvudet divergerande yta, vilken är avsedd att samverka med en motsvarande, i nämnda riktning konvergerande yta på en tätningsring, för bildande av en radialtätning inuti spåret. Genom denna utformning av tätningsförbandet kan stora radiella krafter alstras genom jämförelsevis låg klämkraft på cylinderhuvud- skruvarna, vilka radiella krafter problemfritt tas upp av cylinderhuvudet via samverkande tätningsytor mellan cylinderfodrets ändparti och tätningsringen. Dimensio- neringen av skruvarna i cylinderhuvudet styrs endast av förbrânningstrycket och av säkerhet mot pulserande last 10 15 20 25 30 som kan 'utmatta skruvarna, och att erforderlig kraft finns för att deformera tätningsringen.For this purpose, the sealing connection according to the invention is characterized in that the end portion of the cylinder liner is provided with a surface in use, axially, in the direction of the cylinder head, which is intended to cooperate with a corresponding surface converging on a sealing ring, to form a radial seal. inside the track. Due to this design of the sealing joint, large radial forces can be generated by comparatively low clamping force on the cylinder head screws, which radial forces are easily absorbed by the cylinder head via cooperating sealing surfaces between the end portion of the cylinder liner and the sealing ring. The dimensioning of the screws in the cylinder head is controlled only by the combustion pressure and by safety against pulsating loads which can discharge the screws, and that the necessary force is present to deform the sealing ring.

Fördelaktiga utföringsexempel av uppfinningen framgår av de efterföljande underkraven.Advantageous embodiments of the invention appear from the following subclaims.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med till på de bifogade ritningarna, varvid hänvisning utföringsexempel som visas Fig. 1 visar i brutet tvärsnitt ett tätningsförband enligt uppfinningen, Fig. 2 är en delförstoring av det i Fig. 1 visade tätningsförbandet, och Fig. 3 visar tätningsförbandet enligt Fig. 2 under montering.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail in the following, with reference to the accompanying drawings, in which reference is shown in an exemplary embodiment shown in Fig. 1 shows in broken cross a sealing joint according to the invention, Fig. 2 is a partial enlargement of the sealing joint shown in Fig. 1. , and Fig. 3 shows the sealing joint according to Fig. 2 during assembly.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL: I Fig 1 visas ett längdsnitt genom ett i sitt användningsläge vid ett motorblock 10 och ett cylinderhuvud 11 monterat cylinderfoder 12. Cylinder- fodret är av typ frihängande vått foder, som kan användas pà alla typer av förbränningsmotorer. En icke visad kolv löper i fodrets cylinderlopp 13. Foderväggens motsatta sida är kyld via en kylvätskemantel 14, som avgränsas uppåt av ett tätningsförband 15 och nedåt av tätningsringar 16 som är anordnade i spår i motorblocket 10. Alternativt skulle ringarna 16 kunna vara anordnade i spår i cylinderfodret.DESCRIPTION OF EMBODIMENT EXAMPLE: Fig. 1 shows a longitudinal section through a cylinder liner 12 mounted in its position of use at an engine block 10 and a cylinder head 11. The cylinder liner is of the free-hanging wet liner type, which can be used on all types of internal combustion engines. A piston (not shown) runs in the cylinder bore 13 of the liner. The opposite side of the liner wall is cooled via a coolant jacket 14, which is delimited upwards by a sealing joint 15 and downwards by sealing rings 16 arranged in grooves in the engine block 10. Alternatively, the rings 16 could be arranged in grooves in the cylinder liner.

Förbränningsmotorn. kan exempelvis 'vara en. Dieselmotor som arbetar med förbränningstryck högre än 200 bar.The internal combustion engine. can for example 'be one. Diesel engine operating with combustion pressures higher than 200 bar.

Tätningsförbandet enligt uppfinningen kan även appliceras på andra typer av förbränningsmotorer. 10 15 20 25 30 15 Cylinderhuvudet ll uppvisar ett cirkelformat spår 17 som Tätningsförbandet framgår tydligare av Fig. 2. är anordnat att uppta ett ändparti 18 på cylinderfodret 12. Dessutom har cylinderhuvudet en radiellt innanför spåret 17 belägen stödyta 19 som är anordnad att samverka med en motsvarande stödyta 20 på cylinderfodret 12. 20 radiellt Den radiellt yttre Foderstödytan är belägen innanför fodrets ringformade ändparti 18. sidan av det ringformade ändpartiet är försett med en i användningsläge, axiellt, i riktning mot cylinderhuvudet 11 divergerande yta 21. Ytan är avsedd att samverka med en motsvarande, i samma riktning konvergerande yta 22 på en tätningsring 23. Denna är tillverkad av material där flytgräns än de åtminstone ytskiktet har en lägre material cylinderblocket, cylinderfodret och cylinder- huvudet är tillverkade av. Cylinderblocket uppvisar en stödyta 24, mot vilken ett fotparti 25 på tätningsringen anligger.The sealing compound according to the invention can also be applied to other types of internal combustion engines. The cylinder head 11 has a circular groove 17 which the sealing connection is clearer from Fig. 2. is arranged to receive an end portion 18 on the cylinder liner 12. In addition, the cylinder head has a support surface 19 located radially inside the groove 17 which is arranged to cooperate with a corresponding support surface 20 on the cylinder liner 12. 20 radially The radially outer liner support surface is located inside the annular end portion 18 of the liner. The side of the annular end portion is provided with a surface 21 diverging in position of use, axially, in the direction of the cylinder head 11. with a corresponding, in the same direction converging surface 22 on a sealing ring 23. This is made of material where the yield strength than the at least surface layer has a lower material the cylinder block, the cylinder liner and the cylinder head are made of. The cylinder block has a support surface 24, against which a foot portion 25 of the sealing ring abuts.

En packning 26 av exempelvis stål är anordnad pà utsidan av det ringformade tätningsförbandet. Packningen är inte nödvändig för uppfinningen, men kan vara fördelaktig vid vissa applikationer.A gasket 26 of, for example, steel is arranged on the outside of the annular sealing joint. The gasket is not necessary for the invention, but may be advantageous in some applications.

Vid montering, se Fig. 3, appliceras tätningsringen 23 på fodret innan detta monteras i Cylinderblocket 10, genom att föras på från den ändpartiet 18 motsatta änden. Fodret sänks därefter ned i. motorblocket tills tätningsringens fotparti börjar landa mot cylinder- blockets stödyta 24 och tätningsringens sneda yta når fram till den sneda ytan 21 på fodrets ändparti. Nu kan cylinderhuvudet placeras på cylinderfodrets ändparti 18, som har en äntringsfasning l8a som övergår till en yta f v u noga , 0 v »av - a v ra an.. a» 10 15 20 25 30 med en lätt presspassning, och cylinderhuvudskruvar används för att skapa axiell klämkraft. Härvid pressas tätningsringens sneda yta 22 av stödytan 24 mot den sneda ytan 21 på fodrets ändparti vilket innebär att den elastiska något längs radiellt tätningsringen 23 glider ändpartiet och samtidigt expanderar för bildande av en radialtätning inuti spåret 17.During assembly, see Fig. 3, the sealing ring 23 is applied to the liner before it is mounted in the Cylinder Block 10, by being moved on from the end opposite the end portion 18. The liner is then lowered into the engine block until the foot portion of the sealing ring begins to land against the support surface 24 of the cylinder block and the inclined surface of the sealing ring reaches the inclined surface 21 on the end portion of the liner. Now the cylinder head can be placed on the end portion 18 of the cylinder liner, which has an entry bevel 18a which transitions to a surface fvu carefully, 0 v »off - of ra an .. a» 10 15 20 25 30 with a light press fit, and cylinder head screws are used to create axial clamping force. In this case, the inclined surface 22 of the sealing ring 22 of the support surface 24 is pressed against the inclined surface 21 on the end portion of the liner, which means that the elastic slides slightly along the radial sealing ring 23 and at the same time expands to form a radial seal inside the groove 17.

Av Fig. 3 framgår att tätningsringen är försedd med spår 27 som är parallella med ringplanet. När tillräckligt presstryck appliceras på ringen kommer denna att deformeras plastiskt. Spåren 27 gör det möjligt för ringmaterialet att flyta ut i dessa hålrum. Även vid en liten relativ rörelse mellan tätningsring och foder, blir den resulterande radialkraften via vinkelutväx- lingen i de samverkande sneda ytorna mycket stor, vilket att huvudsakligen sker vid innebär tätningen kontaktytorna mot spårets sidoväggar. Genom den plastiska deformationen av tätningsringen tillförsäkras täthet mot höga gastryck. Dessutom bildas även tätning i kontakten mellan stödytorna 19, 20, vilka definierar monteringsläget för fodret. Denna kontakt tillförsäkras genom att det finns ett visst spel 27 mellan ändpartiet 18 och spårets 17 botten. Dessutom uppvisar packningen 26 sådan elasticitet att tätningen mellan stödytorna 19, 20 maximeras.Fig. 3 shows that the sealing ring is provided with grooves 27 which are parallel to the ring plane. When sufficient press pressure is applied to the ring, it will be plastically deformed. The grooves 27 allow the ring material to flow out into these cavities. Even with a small relative movement between the sealing ring and the lining, the resulting radial force via the angular exchange in the cooperating oblique surfaces becomes very large, which mainly happens when the seal means the contact surfaces against the side walls of the groove. The plastic deformation of the sealing ring ensures tightness against high gas pressures. In addition, a seal is also formed in the contact between the support surfaces 19, 20, which define the mounting position of the liner. This contact is ensured by the fact that there is a certain play 27 between the end portion 18 and the bottom of the groove 17. In addition, the gasket 26 has such elasticity that the seal between the support surfaces 19, 20 is maximized.

Genom den ovan beskrivna utformningen av tätnings- förbandet kan kylvätskemanteln 14 sträcka sig ända upp till tätningsringen 23, dvs. till nivån av cylinder- huvudet. Detta innebär att kylningen av cylinderfodret blir effektivare. Genom den radiella tätningen minskas dessutom fodrets deformation, så att kolvringarna tätar bättre mot cylinderfodret, vilket är en miljömässig 10 15 20 25 30 fördel. Minskad deformation innebär att förbrukningen av motorns smörjolja reduceras, vilket exempelvis leder till mindre sot i avgaserna.Due to the above-described design of the sealing connection, the coolant jacket 14 can extend all the way up to the sealing ring 23, i.e. to the level of the cylinder head. This means that the cooling of the cylinder lining becomes more efficient. The radial seal also reduces the deformation of the liner, so that the piston rings seal better against the cylinder liner, which is an environmental advantage. Reduced deformation means that the consumption of the engine's lubricating oil is reduced, which for example leads to less soot in the exhaust gases.

Cylinderfodrets ändparti 18 är styrande för' cylinder- huvudets läge på cylinderblocket, vilket eliminerar inbyggnadsspänningar. Dessutom fungerar ändpartiet 18 i samverkan med tätningsringen 23, som en vertikal låsning för fodret i motorblocket. Pâ motorer med flera cylindrar är det lämpligt att tillåta en viss rörlighet i sidled fodret och kompensation för lägesavvikelser 'vid tillverkning och mellan motorblocket, som för att få upp kylvätska mot cylinderhuvudet. Lämpligen dimensioneras tätningsförbandet så att det finns en lätt presspassning mellan ändpartiets 18 inre kantsida och den samverkande spårkanten, och att det finns en hårdare presspassning mellan tätningsringen och cylinderfodret, inte glider ner vid montering och så att detta demontering.The end portion 18 of the cylinder liner controls the position of the cylinder head on the cylinder block, which eliminates built-in stresses. In addition, the end portion 18, in cooperation with the sealing ring 23, functions as a vertical locking for the liner in the engine block. On multi-cylinder engines, it is advisable to allow some lateral movement of the liner and compensation for positional deviations during manufacture and between the engine block, as in order to obtain coolant towards the cylinder head. Preferably, the sealing joint is dimensioned so that there is a slight press fit between the inner edge side of the end portion 18 and the cooperating groove edge, and that there is a harder press fit between the sealing ring and the cylinder liner, not sliding down during assembly and so that disassembly.

Demontering av cylinderhuvud och foder möjliggörs genom att spåret smalnar av koniskt i djupled, i riktning mot sin botten. Lämpligen bildar spàrets radiellt yttre sida en släppvinkel med en lutning av mellan cirka 92 och förhållande till stödyta. Friktionsminskande medel såsom molybdensulfid- cirka 96 grader i cylinderhuvudets eller grafitfett/-pasta kan användas vid montering, för att minska friktionen mellan kontaktytorna. Alternativt kan kontaktytorna vara belagda med något material med vilket underlättar låg friktionskoefficient, även demontering av förbandet. Vid demonteringen släpper tätningsringen helt från cylinderhuvudet och detta kan lyftas av medan fodret sitter kvar i motorblocket. Inför en återmontering kan tätningsringen bytas ut. o o nu :coon- u n n -.-,- Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan. beskrivna utföringsexemplen, utan en rad. ytter- ligare varianter och modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. øvwuvoDisassembly of the cylinder head and liner is made possible by the groove tapering conically in the depth direction, towards its bottom. Preferably, the radially outer side of the groove forms a clearance angle with a slope of between about 92 and relative to the support surface. Friction reducing agents such as molybdenum sulfide - about 96 degrees in the cylinder head or graphite grease / paste can be used during assembly, to reduce the friction between the contact surfaces. Alternatively, the contact surfaces can be coated with some material with which facilitates low coefficient of friction, even disassembly of the joint. During disassembly, the sealing ring releases completely from the cylinder head and this can be lifted off while the liner remains in the engine block. Prior to reassembly, the sealing ring can be replaced. o o nu: coon- u n n -.-, - The invention should not be construed as limited to the above. described embodiments, without a line. further variants and modifications are conceivable within the scope of the appended claims. exercises

Claims

10 15 20 25 30 Cl4582 / KS, O3-05-12 PATENT REQUIREMENTS

Sealing connection between a coolant-jacketed cylinder liner (12) and a cylinder head (II) at an internal combustion engine operating at high combustion pressures, the cylinder head having a circular groove (17) arranged to receive an end portion (18). ) and partly a support surface (19) located radially inside the cylinder liner, the groove (17) for co-operation with a corresponding support surface (20) on the cylinder liner, which liner support surface is located radially inside said end portion (18), characterized in that the cylinder liner (17) 12) end portion (18) is provided with a surface (21) diverging in position of use, axially, in the direction of the cylinder head (II), which is intended to cooperate with a corresponding surface (22) converging in said direction on a sealing ring (23). ), to form a radial seal inside the groove (17).

Sealing joints according to claim 1, characterized in that (23) which is comparatively softer and has a lower yield strength (12) that the sealing ring is made of a material other than the materials of which the cylinder liner and cylinder head (11) are made.

Sealing joint according to claim 2, characterized in that (23) (27) which is parallel to the annular plane and which means that the sealing ring is provided with at least one groove possible for the annular material to flow out into this cavity. : von-n n 10 15 20 25

Sealing joint according to one of Claims 1 to 3, characterized in that (17) deep, in the direction of its bottom. that the grooves of the cylinder head taper conically in

Sealing joint according to claim 4, characterized in that the radially outer side of the groove forms a clearance angle with an inclination of between about 92 and about 96 degrees in relation to the support surface (19) of the cylinder head.

Sealing joint according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the coolant surface of the cylinder liner (12) extends up to the sealing ring (23).

Sealing joints according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the end portion and the sealing ring are heat-resistant lubricants.

Sealing joint according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the diverging surface of the end portion and the converging surface of the sealing ring are coated with a material with a low coefficient of friction.