ES2279351T3 - Junta plana, en especial junta de cabeza de cilindro. - Google Patents

Abstract

Junta plana, en especial junta de cabeza de cilindro para motores de combustión interna, formada por al menos un elemento soporte (7) en especial metálico dotado de al menos una abertura de paso (2) en el lado de la cámara de combustión, estando circundada la abertura de paso (2), por un lado, por un elemento de barrera (12) que discurre concéntricamente con respecto a la misma y, por otro lado, por al menos una semi-acanaladura (13, 14) que actúa elásticamente, discurre concéntricamente a la misma y está introducida en al menos una capa funcional metálica, y que está situada en unión principal en arrastre de fuerza sobre una región obturadora de la cámara de combustión (elemento de barrera (12)), ejecutada más gruesa con relación al grosor de material del elemento soporte (7), caracterizada porque se han previsto dos capas funcionales (9, 10) con semi-acanaladuras (13, 14) que discurren en contrasentido de tal modo una sobre la otra, que mediante las capas funcionales (9, 10) se forma unarendija (9) orientada en la dirección de la abertura de paso (2) y en donde el elemento soporte (7) forma una superficie exterior de junta plana y las capas funcionales (9, 10) y el elemento soporte (7) presentan una arista limitadora de la cámara de combustión (11) común.

Description

Junta plana, en especial junta de cabeza de cilindro.

La invención se refiere a una junta plana, en especial a una junta de cabeza de cilindro para motores de combustión interna.

Del documento DE-A 198 09 755 puede deducirse una junta metálica de cabeza de cilindro con al menos una capa de junta, que presenta una abertura de paso para una caja de cadena y una región de borde, que discurre de forma adyacente a la abertura de caja de cadena y en la que la abertura de caja de cadena está circundada por completo por un elemento obturador elástico, dispuesto total o parcialmente por fuera de la región de borde. La región de borde comprende aquí un dispositivo de apoyo para el elemento obturador elástico, que puede ser una acanaladura o una semi-acanaladura. En la región de la abertura de cámara de combustión no está previsto ningún elemento de detención.

El documento DE U 2001 9412 muestra una junta de cabeza de cilindro con elementos de barrera de diferente grosor. Las acanaladuras de esta junta están situadas en derivación de fuerza.

Mediante el documento JP-A 06117542 se ha dado a conocer una junta plana metálica, que presenta varias aberturas de paso practicadas en una capa metálica. En la región de las aberturas de paso están dispuestas acanaladuras macizas o semi-acanaladuras como elemento obturador.

Con frecuencia se usan en los motores de combustión interna actuales juntas de cabeza de cilindro, en las que se utilizan en cada caso, para una obturación elástica duradera de la cámara de combustión, acanaladuras llamadas macizas estampadas en acero para muelles. Las acanaladuras macizas destacan porque, partiendo de una superficie base de la chapa, se conforma una elevación en una dirección, de tal modo que se forma una línea de contacto (peine de acanaladura) con el lado alejado de la superficie base como línea de obturación. Las acanaladuras se apoyan en el plano de la superficie base siempre con llamadas patas de acanaladuras dispuestas a ambos lados del peine de acanaladura, es decir, en el plano de la superficie base se forman dos líneas de obturación. Esta estructura básica de una acanaladura maciza necesita una magnitud mínima de espacio en sección transversal y debe conformarse mediante herramientas de estampación relativamente complejas.

La invención se ha impuesto la tarea de proponer una junta plana, en especial una junta de cabeza de cilindro para condiciones de espacio extremadamente limitadas en la región de la obturación de la cámara de combustión, con la que se pretende que se conserven las características de funcionamiento conocidas en el caso de complejidad de herramienta reducida.

Esta tarea es resuelta mediante una junta plana, en especial una junta de cabeza de cilindro para motores de combustión interna, conforme a la combinación de las particularidades de la reivindicación 1.

De las reivindicaciones subordinadas pueden deducirse perfeccionamientos ventajosos del objeto de la invención.

En comparación con la acanaladura maciza se presenta mediante el objeto de la invención un novedoso concepto de obturación de la cámara de combustión, formado por elementos de barrera y semi-acanaladuras que pueden llevarse a unión activa, en especial para condiciones de espacio limitadas.

La obturación elástica de cada cámara de combustión se realiza mediante una semi-acanaladura de anchura y altura prefijables, cerrada por fuera de la abertura de paso y que normalmente discurre concéntricamente. Los dimensionamientos dependen aquí del caso aplicativo. Deben considerarse habituales anchuras de acanaladura de entre 0,8 y 2,5 mm y alturas de entre 0,05 y 1,0 mm.

La semi-acanaladura de la cámara de combustión está estampada ventajosamente en capas de acero para muelles (capas funcionales) de la junta plana, en especial de la junta de cabeza de cilindro. El número de capas de acero para muelles acanaladas puede variarse de forma correspondiente a los requisitos dinámicos del respectivo motor de combustión interna.

La semi-acanaladura de la cámara de combustión está situada - como ya se ha citado - en unión principal en arrastre de fuerza sobre una región de obturación de la cámara de combustión (elemento de barrera), ejecutada más gruesa con relación al espesor de material del elemento soporte. Los elementos de barrera de este tipo impiden la reducción ulterior de la altura de rendija de obturación en estado montado (estado de funcionamiento). Los elementos de barrera pueden fabricarse por ejemplo por medio de que suelden segmentos de chapa adicionales sobre una capa, por ejemplo el elemento soporte, de la junta plana. Pueden presentarse otras ejecuciones con materiales sinterizados encima, materiales sintéticos pegados, etc. La magnitud en la que el grosor de junta en la región de la semi-acanaladura de la cámara de combustión debe ser superior a en otras regiones es normalmente de entre 0,04 y 0,20 mm. Mediante el engrosamiento así formada se consigue que la fuerza de apriete, aplicada por los tornillos de cabeza de cilindro, se utilice predominantemente para la unión a presión de la semi-acanaladura y con ello para obturar la cámara de combustión. Con ello la magnitud del engrosamiento determina esencialmente la distribución de fuerzas de apriete y con ello las características de obturación, aunque también las contracciones de las piezas constructivas del motor, que se comportan de forma inversa a la compresión de obturación. La anchura del elemento de barrera se basa aquí, predominantemente, en la anchura de la semi-acanaladura de la cámara de combustión dispuesta en su región de extensión. Con frecuencia se utilizan anchuras en márgenes de entre 1 y 4 mm. Aquí puede producirse que las regiones de barrera de cilindros adyacentes confluyan, de tal modo que en la vista en planta se produce una especie de gafas de barrera.

La semi-carcasa de la cámara de combustión puede fabricarse con una herramienta relativamente sencilla rebajada escalonadamente. Las herramientas de este tipo deben fabricarse de forma económica y mantenerse o recargarse de forma sencilla.

Una idea adicional conforme a la invención se basa en la estructura de capas de la junta plana, en especial de la junta de cabeza de cilindro, según los requisitos del motor respectivo. Con preferencia se usa, conforme a otra idea de la invención, una combinación de dos capas de acero para muelles acanaladas en contrasentido y un elemento soporte, que soporta el elemento de barrera.

Se recomienda ejecutar plano por un lado el elemento soporte que soporta el elemento de barrera y alinear esta superficie plana con una de las piezas constructivas del motor, con preferencia con la caja del cigüeñal de cilindro. Una superficie exterior de junta plana de este tipo es capaz de tapar irregularidades en la superficie de la caja del cigüeñal, como rechupes y poros y garantizar, aún así, la obturación. Los grosores usuales de elementos soporte que soportan elementos de barrera son de entre 0,1 y 0,5 mm. En el caso de un número par de capas de acero para muelles debe prestarse atención a que las capas dotadas en contrasentido de semi-acanaladuras se dispongan de tal modo, que las patas de las semi-acanaladuras que sobresalen del plano de junta, sobre la arista de la cámara de combustión, hagan contacto con la pieza constructiva de motor correspondiente. Por medio de esto puede obtenerse determinado refuerzo de la compresión de obturación mediante recuperación elástica de las patas bajo la acción de la presión gaseosa.

El objeto de la invención se ha representado con base en un ejemplo de ejecución en el dibujo y se describe de la forma siguiente. Aquí muestran:

la figura 1 vista en planta sobre una junta de cabeza de cilindro;

la figura 2 corte conforme a la línea A-A de la figura 1;

la figura 3 simulación del estado de montaje (estado de funcionamiento) de una junta de cabeza de cilindro conforme a las figuras 1 y 2.

La figura 1 muestra una junta de cabeza de cilindro 1 con una abertura de paso 2 para la cámara de combustión y aberturas de paso de líquido 3, 4, 5, 6, por un lado, para el refrigerante y, por otro lado, para el lubricante. La junta de cabeza de cilindro 1 está formada por un elemento soporte 7 metálico y por capas funcionales, aquí no reconocibles, unidas al mismo mediante remaches 8 y que pueden reconocerse mejor en las siguientes figuras. La figura 2 muestra un corte a través de la junta de cabeza de cilindro 1 conforme a la figura 1. Pueden reconocerse el elemento soporte 7 y dos capas de acero para muelles 9, 10 como capas funcionales. Con el símbolo de referencia 11 se designa la arista limitadora de la cámara de combustión, que forma al mismo tiempo la arista limitadora tanto para el elemento soporte 7 como para las capas funcionales 9, 10. Por el lado de la cámara de combustión el elemento soporte 7 está unido a un elemento de barrera 12, por ejemplo mediante soldadura, circundando concéntricamente el elemento de barrera 12 la abertura de paso 2 con una anchura y un grosor prefijables. La obturación elástica de la abertura de paso 2 por el lado de la cámara de combustión se produce aquí mediante una semi-acanaladura 13, 14, que discurre concéntricamente a la abertura de paso 2 y que presenta igualmente una anchura y altura prefijables. La respectiva semi-acanaladura 13, 14 está estampada en las capas funcionales 9, 10 configuradas como capa de acero para muelles. En este ejemplo se utiliza una combinación formada por dos capas funcionales 9, 10 acanaladas en contrasentido y un elemento soporte 7 que soporta el elemento de barrera 12, pudiéndose pensar también en alternativas con varias capas (parejas) de acero para muelles con elementos soporte superiores e inferiores.

Si se quiere utilizar, como en este ejemplo, un número par (dos) de capas de acero para muelles 9, 10, debe prestarse atención a que las capas funcionales 9, 10 dotadas de semi-acanaladuras 13, 14 en contrasentido estén dispuestas de tal modo, que las patas 13', 14' de las semi-acanaladuras 13, 14 que sobresalen del respectivo plano 15, 16 hagan contacto con las piezas constructivas de motor no representadas aquí. El engrosamiento provocado por el elemento de barrera 12 en el lado de la cámara de combustión produce que la fuerza de apriete, aplicada por los tornillos de cabeza de cilindro no representados con más detalle, se utilice predominantemente para la unión a presión de las semi-acanaladuras 13, 14 y con ello para obturar la cámara de combustión. De este modo la magnitud del engrosamiento determina esencialmente la distribución de fuerzas de apriete y con ello las características de obturación.

La figura 3 muestra un corte parcial de la figura 2, precisamente la región de obturación del lado de la cámara de combustión. Pueden reconocerse el elemento soporte 7, las capas funcionales 9, 10, el elemento de barrera 12 y la región de la cámara de combustión. Aquí se simula el estado de montaje de la junta de cabeza de cilindro 1. Con P se ha marcado la presión alternante en la cámara de combustión, que impera en el lado de la cámara de combustión. Los símbolos de referencia 17, 18 quieren representar aquí las superficies obturadoras, por un lado, para la cabeza del cilindro y, por otro lado, para el bloque del motor. Mediante el arriostramiento de los tornillos de cabeza de cilindro no representados con más detalle se reduce hacia cero la rendija 19 existente entre las semi-acanaladuras 13, 14, aunque no alcanza este valor a causa de las características elásticas que presentan las semi-acanaladuras 13, 14. Mediante el elemento de barrera 12 o su grosor de material se impide además un cierre completo de la rendija 19. El gas aplicado con la presión P es ahora capaz de entrar en la rendija 19 y ensanchar las patas 13', 14' de nuevo en la dirección de las superficies obturadoras 17, 18. Por medio de esto puede obtenerse un refuerzo prefijable de la compresión obturadora mediante la recuperación elástica de las semi-acanaladuras 13, 14 con respecto a las patas 13', 14'.

Claims (3)

1. Junta plana, en especial junta de cabeza de cilindro para motores de combustión interna, formada por al menos un elemento soporte (7) en especial metálico dotado de al menos una abertura de paso (2) en el lado de la cámara de combustión, estando circundada la abertura de paso (2), por un lado, por un elemento de barrera (12) que discurre concéntricamente con respecto a la misma y, por otro lado, por al menos una semi-acanaladura (13, 14) que actúa elásticamente, discurre concéntricamente a la misma y está introducida en al menos una capa funcional metálica, y que está situada en unión principal en arrastre de fuerza sobre una región obturadora de la cámara de combustión (elemento de barrera (12)), ejecutada más gruesa con relación al grosor de material del elemento soporte (7), caracterizada porque se han previsto dos capas funcionales (9, 10) con semi-acanaladuras (13, 14) que discurren en contrasentido de tal modo una sobre la otra, que mediante las capas funcionales (9, 10) se forma una rendija (9) orientada en la dirección de la abertura de paso (2) y en donde el elemento soporte (7) forma una superficie exterior de junta plana y las capas funcionales (9, 10) y el elemento soporte (7) presentan una arista limitadora de la cámara de combustión (11) común.

2. Junta plana según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento soporte (7) está formado por acero fino y las capas funcionales (9, 10) metálicas, dotadas de las semi-acanaladuras (13, 14), están formadas por acero para muelles.

3. Junta plana según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el elemento de barrera (12) presenta una anchura mayor que la respectiva semi-acanaladura (13, 14).