JP2005337505A - シリンダヘッド・ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室孔の周囲に安定した、高さが変形不能なシール領域を伴うシリンダヘッド・ガスケットの提供。
【解決手段】ガスケット・プレート１００には、高さにおいて弾性である水密ビード２４が型押しされている。ガスケット・プレート１００には、燃焼室孔１０の各々の周りに丸いリング形の燃焼室シール・エレメント３０が設けられ、燃焼室シール・エレメント３０はシートメタル層１０２の丸いリング形の領域１０２ａと、この領域の上に置かれる鋼板リング３４とから成り、ガスケット面上にガスケット・シール面３２を備えた隆起部を形成する。この隆起部が個々の燃焼室孔を閉鎖し、かつ、シリンダヘッド・ガスケットはこの隆起部によってシリンダヘッドのシール面に押し当てられる。ガスケット・プレート１００の外周には、支持隆起部４２が設けられる。
【選択図】 図１ａ

Description

本開示内容は、2004年５月29日提出のドイツ国特許出願第10 2004 026 395.7号に開示された主題に関する。この主題は、参照によりそれらの全文を記載したものとして、あらゆる目的で本開示に含まれる。

本発明は、少なくとも略金属製であるシリンダヘッド・ガスケットに関する。

現在使用されている金属製のシリンダヘッド・ガスケットは、単一のシートメタル層によってほぼ形成されるガスケット・プレートを有する。このシートメタル層は、ばね鋼板または互いに重なり合った数層の鋼板（少なくともその１層はばね鋼板である）より成る。シールされるべき燃焼室孔及び流体孔（後者は冷却剤及び／またはエンジン・オイル用）の周りでは、上記鋼板層又は少なくとも１つの鋼板層が型押しされたシール・ビードを有する。このシール・ビードは、ガスケット・プレートに対して垂直の方向へばねの弾性変形可能であるため、シールされるべきシリンダヘッド・ガスケットの孔の周りにシール効果に必要な圧力が維持される。シリンダヘッドのねじを締めてエンジンを作動させる間に、シリンダヘッド及びエンジン・ブロックのエンジン・コンポーネントのシール面（ガスケットの設置前は平坦である）は変形し、もはや平らな面を成さなくなる。このような金属製のシリンダヘッド・ガスケットは、例えば米国特許第5,582,415号に開示されている。

略金属製であるシリンダヘッド・ガスケットの全く異なる作用原理は、欧州特許第0 485 693-B1号またはこれに対応する米国特許第5,391,333号に開示されている。これによれば、シリンダヘッド・ガスケットは一体式の金属製ガスケット・プレートを備える。エンジン・コンポーネントのシール面に面したその主要面は、その形態が次のような考察事項を基礎とする特定のトポグラフィを有する。即ち、エンジンブロック（クランクケース）及びシリンダヘッドは、シリンダヘッド・ガスケットの機能に関しては絶対的な剛性コンポーネントと見なすことはできない。むしろ、シリンダヘッドのねじの締め付け及びエンジン動作中の燃焼室内のガス圧変化は、これらエンジン・コンポーネントのたるみを引き起こす。つまり、エンジン・コンポーネントのシール面によって画定されかつシーリングのためにシリンダヘッド・ガスケットを収容するシール間隙は平坦で平行な薄板としての形態を維持しなくなる。もっとも、これら２つのエンジン・コンポーネントのシール面に隣接する領域ではエンジン・コンポーネントの剛性が局所的に変動し、このこともまたエンジン動作中のシール間隙を画定するエンジン・コンポーネントのシール面のトポグラフィに影響する。欧州特許第0 485 693-B1号によるシリンダヘッド・ガスケットのガスケット・プレートの形状は、次のような基本概念を基礎としている。即ち、シーリングに効果的な領域におけるシリンダヘッド・ガスケットのガスケット・プレートの形状を、エンジン・コンポーネントのシール面のトポグラフィに適合させ、シリンダヘッドのねじを締め付けた後、即ちシリンダヘッド・ガスケットを取り付けた後も効果があるようにする、という概念。更に、エンジン動作中のシーリングの維持に必要とされる弾性コンポーネントの変形がシリンダヘッド・ガスケット上またはその内部ではなく、エンジン・コンポーネントのエンジンブロック及びシリンダヘッド上またはこれらの内部で発生することを許容することで、シリンダヘッド・ガスケットのガスケット・プレートをシリンダヘッドのねじを締め付けでエンジン動作させる間安定している（即ち、厚さが変形不能な）材料から作製できるようにする、という概念である。シリンダヘッド・ガスケット設計の基礎を成すこの基本概念は、当然ながら、ガスケット・プレートに、例えば所謂マイクロシールを目的として、プラスチック被覆を施すことを除外するものではない。なお、このマイクロシールは、エンジン・コンポーネントのシール面の表面粗さに適合可能である。

シリンダヘッド・ガスケットを使用する場合において、少なくともシールにために機能する領域では剛性と見なされるトポグラフィックに設計されたガスケット・プレートを有するガスケットが、最適結果をもたらさないことがある。特に、軽量構造の最新式ディーゼルエンジンは、冷えたエンジン及び温まったエンジンの双方で、欧州特許第0 485 693-B1号の教示内容に従って厳密に設計されたシリンダヘッド・ガスケットでは確実にシールすることはできない。これは次のような理由による。即ち、エンジンが冷えた状態では気密であるようにシリンダヘッド・ガスケットが設計される場合、シリンダ管（エンジンブロック内の燃焼室を包囲する壁領域）は、エンジンの動作温度へと至る過程で、シリンダヘッドとエンジンブロックとの間のシール間隙に対して垂直方向へ最大限度まで膨張する。その結果、シリンダヘッドは持ち上がり、シリンダヘッド・ガスケットの燃焼室孔から一定間隔だけ離昇される。これにより、シリンダヘッド・ガスケットを通過する潤滑オイル及び冷却剤の通路は非気密になるからである。さらに、エンジン動作中のエンジンの温度変化が不可避であるこうしたエンジンでは、エンジンブロック材料（通常はねずみ鋳鉄）の温度膨張率とシリンダヘッド材料（軽金属合金）の温度膨張率とはかなり異なる。その結果、シリンダヘッド及びエンジンブロックのエンジン・コンポーネントシール面は、互いに対し、かつ、シリンダヘッド・ガスケットによってシールされるべきシール間隙の平面においてシリンダヘッド・ガスケットに対し、滑り動作が比較的大きくなり、延ては、とりわけシリンダヘッドにとって問題のある摩耗が生じるからである。
米国特許第5,582,415号 欧州特許第0 485 693-B1号（対応米国特許第5,391,333号）

そこで、本発明は、次のようなシリンダヘッド・ガスケットを提案する。即ち、上述のシーリングの問題点を排除しながらも、ガスケット・プレートの燃焼室孔の周囲に安定した、即ち欧州特許第0 485 693-B1号の場合のように高さが変形不能なシール領域を伴う単層の金属製ガスケット・プレートを備えたシリンダヘッド・ガスケットの主たる優位点を有するシリンダヘッド・ガスケットである。

本発明は、少なくとも１つのシリンダヘッド及びエンジンブロックのエンジン・コンポーネントのシール面によって画定されるシール間隙を密封するためのシリンダヘッド・ガスケットに関する。このシリンダヘッド・ガスケットは、少なくとも１つの燃焼室孔と、シリンダヘッドのねじのためのねじ孔と、冷却剤または潤滑オイル等の流体媒体を通すための少なくとも１つの流体孔とを有する略金属製ガスケット・プレートを備えるものであって、本発明に従って次のような特徴を有する。即ち、
（ａ）上記ガスケット・プレートがこのガスケット・プレート全体に渡って広がる単一の鋼板層を有すること、
（ｂ）上記燃焼室孔の周りに燃焼室シール・エレメントが設けられていて、この燃焼室シール・エレメントが、本シリンダヘッド・ガスケットの少なくとも片側に、上記エンジン・コンポーネントのシール面の少なくとも１つに押し当てられるためのこの燃焼室孔のみを閉鎖式に包囲するガスケット・シール面を有する隆起部を形成し、上記ガスケット・シール面の高さプロファイルが、本シリンダヘッド・ガスケットの設置より前に、エンジン・コンポーネントのシール面間で本シリンダヘッド・ガスケットを締め付ける結果として密封されるべき上記シール間隙のトポグラフィ（シール間隙トポグラフィ）に少なくとも略一致するように形成され、上記隆起部が、本体が耐圧性かつ耐クリープ性であるが故に本シリンダヘッド・ガスケットの設置及びエンジン動作に伴って発生する最大負荷下でもその高さが変形不能であるようにその材料が選択されかつその断面が設計される金属製本体を有すること、及び、
（ｃ）上記流体孔に関して、本ガスケット・プレートに、上記少なくとも１つの流体孔を閉鎖式に包囲しかつその全長に渡って本ガスケット・プレートに対して垂直方向に弾性変形可能な少なくとも１つのシール・ビードが設けられること。

本発明によるシリンダヘッド・ガスケットは、次のような考察事項に基づいて開発された。即ち、シールにとって重要な場所は、最大圧力下の媒体が密封されかつ最大の表面圧力がガスケットに作用する必要があることから、燃焼室孔の周りの領域であり、このため、燃焼室孔を包囲するガスケットの隆起部がエンジンのあらゆる動作状態において十分に加圧されるようにシリンダヘッドのねじを強力に締め付けなければならない。これに対し、流体孔の周りのシーリングの場合は、少なくとも一定の限度内で高さにおいて弾性変形可能でありかつエンジンのヒートアップに伴う流体孔周辺のシール効果の損失を防止するビードで十分である。

以上の本文及び特許請求の範囲において上記シリンダヘッド・ガスケットがエンジン・コンポーネントのシール面間で締め付けられる際に発生しかつこれらのエンジン・コンポーネントのシール面によって画定されるシール間隙のトポグラフィについて言及する場合、これは、シリンダヘッド・ガスケットによるシール間隙のシーリングが最も重要であるのはエンジンがどの状態であるかに応じて、エンジンが静止して冷えている時のシール間隙トポグラフィ、またはエンジンが全出力（全負荷）で動作している時のシール間隙トポグラフィ、またはエンジンが部分負荷下で動作している時のシール間隙トポグラフィを意味するものと考えることができる。シリンダヘッド・ガスケットは各々特定のエンジン用に設計されるため、ガスケットの設計者はこのエンジン及びエンジン・コンポーネントに使用される材料や、シリンダヘッド・ガスケットを締め付ける際に発生する加圧力が作用するエンジン・コンポーネントのシール面の（少なくとも大部分弾性である）変形や、エンジン・コンポーネントの温度依存性の熱膨張に精通している。このため、エンジン・コンポーネントのシール面の最終的な変形は既知の有限要素法によって計算可能である。このことは、エンジンの各動作状態について、シール間隙トポグラフィ及びエンジン・コンポーネントのシール面とシリンダヘッド・ガスケットとの間に発生する局所的に異なる加圧力が計算可能であることを意味する。その結果、ガスケットの設計者に指定された所定のエンジンについて、シリンダヘッド・ガスケットによるエンジン・コンポーネントのシール面間のシール間隙のシーリングが最も重要であるのはこのエンジンのどの動作状態においてであるかも計算可能である。このため、有限要素法により、この特定の重要な動作状態に関して、本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの燃焼室シール・エレメントの高さプロファイルを決定することができる。従って、エンジンの動作中にエンジン・コンポーネントの熱膨張によってシール間隙のシーリングに関するシール間隙トポグラフィが大幅に変更されるエンジンの場合、本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの燃焼室シール・エレメントの高さプロファイルを、冷えたエンジンのシール間隙トポグラフィと全負荷下で動作する熱いエンジンのシール間隙トポグラフィとの平均値にほぼ対応するシール間隙トポグラフィに従って設計することが推奨可能である。なお、正確な平均値から±25％以内の偏差は本発明の範囲内にあるものと見なす。

本発明による上記定義に関連して、次の事項に着目すべきである。即ち、単一のシリンダヘッドではなく、商用車のエンジンに多く見られるように、多気筒エンジンの個々のシリンダに１つのシリンダヘッドを設けることも可能である。上述のエンジン・コンポーネントのシール面は、エンジンブロックと少なくとも１つのシリンダヘッドとによって形成されるだけでなく、例えば１つまたは幾つかのチェーン・ケース・パーツによって形成されることも可能である。この場合、上記シリンダヘッド・ガスケットはチェーン・ケース孔を備え、その周囲では、高さにおいて弾性変形可能なビードを同様にシール目的で使用することができる。このビードは、略Ｕ字形または丸いアーチ形の断面を有する所謂フルビードの場合もあれば、所謂ハーフビード（断面が、段または長さが引き延ばされた「Ｚ」に対応する）の場合もある。上記燃焼室孔を包囲する隆起部は、上記シリンダヘッド・ガスケットの片側だけでなくガスケットの両側に設けるのが有利である。その場合のガスケットの厚さプロファイルは、設計上、上記シール間隙トポグラフィに対応する。上記ガスケット・プレートは、片側または両側へ完全に、または面方向にプラスチック被覆を備えることが可能である。又、上記ガスケット・プレートは、上記ガスケット・プレート全体に渡って広がる上記鋼板層に加えて、ガスケット・プレートの一部だけに渡って広がる１または複数のさらなるシートメタルを備えることも可能である。上で述べた、上記ガスケット・プレート上に設けられる隆起部が金属製の本体を備えるという事実について言及する。この金属製本体は、鋼板層とは異なるパーツでも、型押しによって形成される鋼板層の一領域でもよく、更には、上記隆起部を形成するためにオーバーレイが置かれた鋼板層の一領域でもよい。最後に、上述の本体は上記燃焼室孔の全周で耐圧性である必要はなく、狭い領域における僅かな限度内では高さにおいて弾性的及び／または塑性的に変形可能であるという事実に言及しておく。但し、このような実施形態は好適ではない。上記シール間隙トポグラフィは上記金属製本体自体の上に形成することが可能である。もっとも、原則として、この金属製本体に安定した被覆を設けることも可能である。この被覆は上記ガスケット・シール面を形成し、かつ、その厚さは上記シール間隙トポグラフィに従って変化する。最後に、上記ガスケット・プレートが、その全体に渡って広がるまたはその一部または複数の部分のみに渡って広がる少なくとも１つのさらなるシートメタル層を有することもまた、本発明の範囲に含まれる。もっとも、このようなガスケットは本発明の好適な実施形態とは見なされない。

上記シリンダヘッド・ガスケットが設置されてエンジンが動作中であるとき、シリンダヘッドの材料の温度膨張率とエンジンブロックの材料の温度膨張率とがかなり相違することと共に、エンジン・コンポーネントのシール面とシリンダヘッド・ガスケット（正確には、高さにおいて変形不能な燃焼室のシール・エレメントを有する本発明によるシリンダヘッド・ガスケット）との間の表面圧力が高いことが原因で、滑り動作が起こる。これにより、ガスケットの燃焼室孔の周りでは、エンジン・コンポーネント（特にシリンダヘッド）上やシリンダヘッド・ガスケット上に、有害な摩耗が発生する最大のリスクが存在する。この事実を踏まえ、本発明では、燃焼室シール・エレメントの本体または燃焼室シール・エレメントに、ガスケット・シール面の領域において、摩耗防止手段を設けることを提案する。この摩耗防止手段は、互いに対抗し合うガスケット及び特にはシリンダヘッドの領域が容易に変位し得ることを保証する、或いは、ガスケットと少なくともシリンダヘッドのシール面との間の滑り動作を最小限に抑える、または完全に防止する。この目的は、次のようにすることで達成される。即ち、燃焼室シール・エレメントの本体に、ガスケット・シール面の領域において、隣接するエンジン・コンポーネントのシール面に対する滑り摩擦を増大させる滑動層または被覆を設けることである。最後に、上記本体は、ガスケット・シール面の領域において、隣接するエンジン・コンポーネントのシール面に対する滑り動作を防止するための表面プロファイルを有することも可能である。この表面プロファイルは、上記燃焼室孔を包囲するリング形のリブ及び溝によって形成されており、そのプロファイルは例えば三角形または鋸歯に対応する。燃焼ガスは、このようなリング形のリブ及び／または溝を越えることはない。上記本体には、マイクロシールを目的としてエラストマー系材料の被覆が設けるようにしてもよい。この被覆は、上記表面プロファイルを平らにはせず、かつ、当然ながら、この表面プロファイルの「固着効果」を打ち消すものであってはならない。

１または複数のシール・ビードを備えた上記シートメタル層は、完全に、ばね鋼板より成るようにしてもよい。なお、この構成自体は既知である。但し、異なる鋼板を使用し、そこにシール・ビードを型押してから、その鋼板のシール・ビードの領域のみを熱処理してこの領域にばね弾性特性を持たせることも考えられる。

特に多気筒エンジンでは、次のような理由で、シリンダヘッドのシール面はシリンダヘッドのねじを締め付ける際に既に歪む。即ち、多気筒エンジン用に設けられたシリンダヘッド・ガスケットのねじ孔は通常、隣接する燃焼室孔間に生じるガセット形の領域のすぐ前に存在し、かつ、ガスケットの短手側側面に隣接するねじ孔は、端にある燃焼室孔の側の対応する場所に存在する、という理由である。従って、前述のガセットに隣接するシリンダヘッドのねじは各々２つの燃焼室孔に関連づけられる。その一方、ガスケットの短手側側面に隣接するシリンダヘッドのねじは、端にある燃焼室孔にのみ関連づけられる。このため、端にある各燃焼室孔に対する型締力は３つのシリンダヘッドねじで等しいが、他の各燃焼室孔に対する型締力は２つのシリンダヘッドねじでのみ等しくなる。さらに、先に述べたように、エンジンブロック及びシリンダヘッドは絶対的に剛性のコンポーネントとは考えられない可能性がある。このため、シリンダヘッド・ガスケットに対する型締力はシリンダヘッドねじの領域で最大になり、シリンダヘッドねじからの間隔が増すと共に低下する。このとき、シリンダヘッドねじ間のエンジン・コンポーネントは、シリンダヘッド・ガスケットによってエンジン・コンポーネントのシール面に加えられる圧力を弾性的に回避しようとする。温度に関係するコンポーネントの膨張、及び燃焼室内で認められるシリンダヘッド上にかかる高いガス圧という追加の効果が（特にシリンダヘッドには）存在する。この効果は、シリンダヘッド・ガスケットの短手側の面領域間のシリンダヘッドを上方向に（即ち、エンジンブロックから遠位方向に）アーチ状にする傾向がある。

上記エンジン・コンポーネント（特にはシリンダヘッド）のこのような歪みに対抗するために、上記ガスケット・プレートには、１または複数の燃焼室孔とその燃焼室シール・エレメントから間隔を置いたところに、シリンダヘッド及び／またはエンジンブロックのための支持部を形成する少なくとも１つの隆起部を設けることが提案される。この隆起部は、上記シール間隙トポグラフィに対応する高さプロファイルを有するのが好ましい。シリンダヘッドのねじのための上記ねじ孔が上記燃焼室シール・エレメントの直近に位置する場合には、このような支持隆起部はねじ孔の領域では必要とされず、上記燃焼室シール・エレメントから一定距離を置いたところ（特には、上記ガスケット・プレートの周辺）で必要とされる。但し、ねじ孔が上記燃焼室シール・エレメントからさらに離隔されて存在する場合は、支持隆起部はねじ孔の領域に設けるのが好ましい。

本発明のさらなる特徴、利点、及び詳細は、本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの幾つかの好適な実施形態に関する以下の説明及び添付の図面から明らかとなるであろう。

図１に示すシリンダヘッド・ガスケットはガスケット・プレート１００を形成する単一の一体式シートメタル層より成る。ガスケット・プレート１００には、複数の燃焼室孔１０及び１２と、ねじ孔１４及び１６と、水穴１８と、複数の油穴２０とが形成されている。図示したシリンダヘッド・ガスケットは直列多気筒エンジン用に意図されたものである。図１は、２つの燃焼室孔と穴１４、１６、１８及び２０の幾つかを備えたガスケットの一部のみを示している。終端シリンダ用の燃焼室孔を１０で示し、中間シリンダ用の燃焼室孔を１２で、ガスケット・プレート１００の短手側側面に隣接するねじ孔を１４で、各々２つの燃焼室孔に関連づけられるねじ孔を１６で示す。

図１及び１ａから明らかであるように、ねじ孔１４、１６は各々丸いリング形のビード２２に囲まれている。ビード２２は、その高さにおいて弾性であって、ガスケット・プレート１００（ばね鋼板より成る）のシートメタル層１０２そのものへ型押しされるフルビードである。ガスケット・プレート１００には、同様にその高さにおいて弾性である（即ち、高さにおいて弾性変形可能な）水密ビード２４も型押しされている。水密ビード２４も同様に、ガスケット・プレート１００の外周に近接しかつその周りを伸長するフルビードであることが意図されている。ガスケット・プレート１００の平面図では、水密ビード２４は自らの内に閉鎖される略楕円形の構造体を成し、全ての燃焼室孔、ねじ孔、水穴及び油穴を包囲する。その高さにおいて弾性であるシール・ビード２６がガスケット・プレート１００に型押しされる。これらも同様にフルビードの形式であり、個々に上記油穴を閉鎖方式で包囲して油穴をシールする働きをする。図１には、シール・ビード２６のうちの１つしか示していない。図示した実施形態では、全てのビード２２、２４及び２６がガスケット・プレート１００の同一の主表面から上へ突き出ている。即ち、これらの凸側は図１の表側に存在する。最後に、ビード２２、２４及び２６はフルビードである必要はないという事実に言及しておく。むしろ、これらは所謂ハーフビードでもよく、このようなハーフビード２２及び２６の各々によって形成される段は各々関連の穴１４、１６及び２０に始まってビード領域内を図１の表側方向へ突出し、水密ビード２４によって形成される段はガスケット・プレート１００のリムに始まり、図１の表側方向へ立ち上がる。

ガスケット・プレート１００には、燃焼室孔１０及び１２の各々の周りに丸いリング形の燃焼室シール・エレメント３０が設けられる。本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの図示した第１の実施形態では、燃焼室シール・エレメント３０はシートメタル層１０２の丸いリング形の領域１０２ａと、この領域の上に置かれる鋼板リング３４とから成る。その結果、燃焼室シール・エレメント３０は図１の表側の方のガスケット面上にガスケット・シール面３２を備えた隆起部を形成する。この隆起部が個々の燃焼室孔を閉鎖方式で包囲し、かつ、シリンダヘッド・ガスケットはこの隆起部によってシリンダヘッドのシール面に押し当てられる。鋼板リング３４は、特にはスポット溶接により、または好適には燃焼室シール・エレメント３０全体に沿って自らの内に閉鎖されて伸長する連続するレーザ溶接シームにより、シートメタル層１０２へ固定的に接続される。鋼板リング３４の図１の表側にあるその面上には、図示していない被覆が設けられる場合がある。この場合は、この被覆がガスケット・シール面３２を形成し、シートメタル層１０２の上述の丸いリング形の領域１０２ａが鋼板リング３４と共に上記隆起部の本体を形成する。

ガスケット・プレート１００の外周には、面方向に、より具体的には、図１の表側になるガスケット・プレート１００の面上に、支持隆起部４０、４２、４４、４６が設けられる。シリンダヘッド・ガスケットが設置されると、この面がシリンダヘッドに面することとなる。図１ａから明らかであるように、図示したこの実施形態では、これらの支持隆起部は、ガスケット・プレート１００を形成するシートメタル層１０２を180゜反転させて鋼板層上へ折り返したシートメタル・ラグで形成される。これらの支持隆起部は、組付け前には平坦であるシリンダヘッドのシール面の変形に対抗する。そうでないと、シリンダヘッドまたはシリンダヘッド・ガスケットの短手側の面領域では、シリンダヘッドのねじが締め付けられると、シリンダヘッド・ガスケットの外周にあるシリンダヘッドのシール面が、下方へ好ましくない程度まで、即ちエンジンブロックの方向へと引っ張られることになる。そこで、この部分には比較的長めの支持隆起部４６が設けられる。

本発明によれば、燃焼室シール・エレメント３０のガスケット・シール面３２は、密封されるべきシール間隙のトポグラフィを少なくとも近似的に反映する高さプロファイルを有する。このシール間隙は、シリンダヘッド・ガスケットが設置されると、上記燃焼室シール・エレメントの領域におけるシリンダヘッドのシール面とエンジンブロックのシール面との間で発生する。この高さプロファイルの高度差は典型的には最大約50μmであるため、図面には表示し得ない。シリンダヘッド・ガスケットの設計者は必ずこれに属するエンジン及びその材料並びに動作パラメータに精通していることから、既知の有限要素法（FEM）を使用すれば、シリンダヘッド及びエンジンブロックのシール面のトポグラフィ（上述のシール間隙を画定する）、延てはガスケット・シール面３２の高さプロファイルを、静止状態の冷たいエンジン及び部分負荷または全負荷下のエンジンの双方について計算することが可能である。このため、エンジン・コンポーネントのシール面のトポグラフィ、従ってこれらによって画定されるシール間隙も、冷たいエンジン及び全出力（全負荷）で又は部分負荷下で動作するエンジンの双方について計算することができる。

支持隆起部４０、４２、４４、４６（これらの支持隆起部のうちの幾つかまたは１つだけでもよい）も、上記シール間隙トポグラフィに対応する高さプロファイルを有することが好適である。ねじ孔からの間隔が広がるにつれて低減するねじの力、及びエンジン・コンポーネント、とりわけシリンダヘッドの局所変化するコンポーネント剛性は、これらの高さプロファイルにより、とりわけ燃焼室孔の周りの燃焼室シール・エレメントに作用する表面圧力を均一にする目的で考慮される。

また、図１に示した本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの実施形態に関して、次の事実にも言及しておく。即ち、シリンダヘッド・ガスケットの燃焼室シール・エレメント３０と、水密ビード２４と、ねじ孔を包囲するビード２２との間に存在する領域が冷却水で溢れないようにしたい場合には、自らの内に閉鎖されるシール・ビードもまた当然個々に水穴１８の周りに設けることができる、という事実である。シリンダヘッドのねじ、及びこのねじを受容するシリンダヘッド及びエンジンブロック内の穴における腐食の問題が排除できれば、ねじ孔を包囲するビード２２なしで済ませることができる。

図２及び２ａでは、図１及び１ａに示す第１の実施形態にも存在するエレメントに対して、図１及び１ａと同じ参照番号を使用した。以下、図２及び２ａに示す第２の実施形態では、図１及び１ａによる第１の実施形態との相違する点についてのみ説明する。

図２から明らかとなるように、第２の実施形態におけるねじ孔１４及び１６は水密ビード２４の外側に存在し、第１の実施形態のねじ孔よりも燃焼室シール・エレメント３０から遠距離にある。このため、第２の実施形態のねじ孔１４及び１６は、（シリンダヘッド・ガスケットの平面図では）好適にはリング形でありかつ上記ねじ孔を閉鎖式に包囲する支持隆起部２２’と関連づけられている。また支持隆起部２２’は、ガスケット・プレート１００の燃焼室シール・エレメント３０と同じ面から上へ突き出している。但し、図２の上部中央に示すように、ねじ孔に関連づけられる支持隆起部は、第１の実施形態の支持隆起部４０、４２、４４、４６と同様に作ることも可能である。これにより、ガスケット・プレート１００の外周に図２では４２’で示した支持隆起部が作られる。この場合、図２に示す第２の実施形態では、支持隆起部４２’に対応するさらなる支持隆起部をガスケット・プレートの他の場所に当然設けることができる、という事実が注目される。さらに、ここでは、これら支持隆起部が金属製オーバーレイの形式でもよく、この金属製オーバーレイはガスケット・プレート１００を形成するシートメタル層１０２にスポット溶接等によって結合される、るという事実に言及しておく。

図２ａから明らかとなるように、第２の実施形態におけるねじ孔に関連づけられかつねじ孔をリングの形状で包囲する支持隆起部２２’は折り返された領域の形式である。即ち、支持隆起部２２’は、シートメタル層１０２の穴の縁領域を各々ねじ孔の周りで180゜折り返し、シートメタル層上へ倒すことにより作られている。但し、支持隆起部２２’は、シートメタル層１０２上に配置され、スポット溶接等によってシートメタル層１０２に結合されるシートメタル・リングである場合もある。

第２の実施形態に関連して、図２ｂは、取り付けられる鋼板リング３４がいかにシートメタル層１０２の折り返された領域１０２ｂで置換可能であるか、更には、燃焼室シール・エレメント３０の金属製本体（被覆されていてもよい）がいかに（当然ガスケットを設置した状態で）隣接するエンジン・コンポーネントのシール面に対向する面に摩耗防止手段を設け得るかを示す。この摩耗防止手段により、シリンダヘッド・ガスケットとエンジン・コンポーネントのシール面との間の滑り動作は最小限に抑えられる、または完全に防止される。図２ｂに示す実施形態の場合、上記摩耗防止手段は燃焼室シール・エレメント３０の上面に型押しされた溝２００及びリブ２０２の形式である。溝２００及びリブ２０２は各々、略三角形の断面を有し、かつ閉じた同心円状のリングの形式で関連する燃焼室孔を包囲する。また、以上のようにして得られた表面プロファイルに、マイクロシールを目的として機能する薄い（特にはエラストマー系の）被覆を応用することも可能である。但し、このような被覆によって表面プロファイルが平らにされるべきではない。なお、次のような被覆を表面プロファイルの代わりに用いてもよい。即ち、隣接するエンジン・コンポーネントのシール面に対する滑り摩擦を増大させると共に、例えば細かいコランダム粒子が内部に埋め込まれたプラスチック母材より成る被覆である。しかしながら、上述の実施形態とは別に、上記摩耗防止手段が滑動層を形成する被覆より成ることも可能である。この被覆は、互いに対抗し合うガスケットの領域と隣接するエンジン・コンポーネントのシール面の領域とが容易に変位し得ることを保証すると共に、このようにして摩擦摩耗を防止するまたは少なくともこれを最小限に抑える。この目的に適うものとしては、例えばPTFE被覆が考えられる。

同じく図３に示す第３の実施形態の場合も、図１による第１の実施形態とは異なる点についてのみ説明する。図３では、ガスケット・プレートを１００’で示し、水密ビードを２４’で示した。燃焼室孔１０’を包囲する燃焼室シール・エレメント３０’は、特には断面が略矩形である別個の鋼リングの形式である。燃焼室シール・エレメント３０’は、別の方法でガスケット・プレート１００’を形成する鋼板層１０２’に打ち抜かれた孔に挿入され、鋼板層１０２’に、特には自らの内に閉鎖された外周溶接シームによって溶接される。この実施形態では、燃焼室シール・エレメント３０’がガスケット・プレート１００’の両側から上へと突き出ている。これにより、シリンダヘッド・ガスケットの両側に隆起部が形成される。燃焼室シール・エレメント３０’には、シリンダヘッド・ガスケットの上側及び下側の双方において、シール間隙トポグラフィに対応する高さプロファイルを設けるようにしてもよい。この実施形態では、鋼リングが上述の両隆起部の本体を形成する。

図４に示す実施形態では、ガスケット・プレート１００”は、次のような鋼板から作られたものである。即ち、少なくとも初期状態では型押しによる変形が可能であるため、燃焼室孔１０”を包囲するリング状の燃焼室シール・エレメント３０”、外周の支持隆起部４２”、及び水密ビード２４”等のシール・ビードを型押しにより作ることができる。ガスケット・プレート１００”の製造に使用される鋼板がビード２４”の機能にとって十分な弾性を有していれば、熱処理等のさらなる措置は不要である。そうでない場合は、高さにおいて弾性変形可能なビードを設けるべきガスケット・プレートの領域において、ガスケット・プレート１００”の材料に適当な熱処理を施すようにしてもよい。図４に示す第４の実施形態では、燃焼室シール・エレメント３０”も又、ガスケット・プレート１００”の両側に隆起部を形成する。さらに、図４に示すように、燃焼室シール・エレメント３０”には、型押し手順（即ち、そこに含まれる材料の変位）を容易にし及び／または摩耗防止手段を形成する表面プロファイルを設けるようにしてもよい。また、この型押し手順を容易にするために、第４の実施形態の支持隆起部には、図４の支持隆起部４２”について示したようなプロファイルも設けるようにしてもよい。

最後に、図４では、被覆３００を鎖線で示した。被覆３００は、特には所謂マイクロシールとして機能する。このため、エンジン・コンポーネントのシール面における僅かなむらも漏れには繋がらない。

本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの第１の実施形態の断面を示す平面図である。 第１実施形態の一領域における、図１の線１ａ−１ａに対応する等尺断面を示す。 本発明によるシリンダヘッド・ガスケットの第２の実施形態の断面を示す平面図である。 第２実施形態の図２の断面線２ａ−２ａに対応する図であり、図１ａに対応するものである。 図２ａの「Ｃ」を詳細に示す拡大図である。 第３の実施形態の、図１ａに対応する図である。 第４の実施形態の、図３に対応する図である。

Claims (16)

1. 少なくとも１つのシリンダヘッド及びエンジンブロックのエンジン・コンポーネントのシール面によって画定されるシール間隙を密封するためのシリンダヘッド・ガスケットであって、
   少なくとも１つの燃焼室孔と、シリンダヘッドのねじのためのねじ孔と、少なくとも１つの流体孔とを有する略金属製ガスケット・プレートを備えるものにおいて、
   以下のような特徴を有するシリンダヘッド・ガスケット。
   （ａ）上記ガスケット・プレートが、該ガスケット・プレート全体に渡って広がる単一の鋼板層を有すること、
   （ｂ）上記燃焼室孔の周りに燃焼室シール・エレメントが設けられていて、該燃焼室シール・エレメントが、本シリンダヘッド・ガスケットの少なくとも片側に、上記エンジン・コンポーネントのシール面の少なくとも１つに押し当てられるための該燃焼室孔のみを閉鎖式に包囲するガスケット・シール面を有する隆起部を形成すること；
   上記ガスケット・シール面が、、エンジン・コンポーネントのシール面間で本シリンダヘッド・ガスケットを締め付ける結果として密封されるべき上記シール間隙のトポグラフィ（シール間隙トポグラフィ）に少なくとも略一致するよう、本シリンダヘッド・ガスケットの設置前に形成される高さプロファイルを有すること；及び
   上記隆起部が、本体が耐圧性かつ耐クリープ性であるが故に本シリンダヘッド・ガスケットの設置及びエンジン動作に伴って発生する最大負荷下でもその高さにおいて変形不能であるよう、材料が選択されかつ断面が設計される金属製本体を有すること：
   （ｃ）少なくとも１つの上記流体孔に関して、上記ガスケット・プレートに、該流体孔を閉鎖式に包囲しかつ上記ガスケット・プレートに対して垂直方向に弾性変形可能な少なくとも１つのシール・ビードが設けられること。
2. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記本体が、上記ガスケット・シール面の領域において、摩耗防止手段を備えることを特徴とするもの。
3. 請求項２に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記本体が、上記ガスケット・シール面の領域において、滑動層を備えることを特徴とするもの。
4. 請求項２に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記本体が、上記ガスケット・シール面の領域において、隣接する該エンジン・コンポーネントのシール面に対する滑り摩擦を増大させる被覆を備えることを特徴とするもの。
5. 請求項２に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記本体が、上記ガスケット・シール面の領域において、隣接する該エンジン・コンポーネントのシール面に対する滑り動作を防止するための表面プロファイルを有することを特徴とするもの。
6. 請求項５に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記表面プロファイルが、上記燃焼室孔をリング状に包囲するリブ及び溝によって形成されることを特徴とするもの。
7. 請求項５に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記本体がは、上記ガスケット・シール面の領域において、マイクロシールを目的とするエラストマー系材料より成る被覆であって、上記表面プロファイルを平らにしないものを備えることを特徴とするもの。
8. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記シートメタル層が、少なくとも上記シール・ビードの領域において、ばね鋼板より成ることを特徴とするもの。
9. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
   上記ガスケット・プレートが、少なくとも１つの上記燃焼室孔及び該燃焼室シール・エレメントから距離を置いたところに、上記シリンダヘッド及び上記エンジンブロックの少なくとも１つのための支持部を形成する少なくとも１つの隆起部を備えることを特徴とするもの。
10. 請求項９に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記支持隆起部が、上記シール間隙のトポグラフィに対応する高さプロファイルを有することを特徴とするもの。
11. 請求項９に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記ねじ孔の少なくとも１が支持隆起部を備えることを特徴とするもの。
12. 請求項９に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    少なくとも１つの支持隆起部が上記ガスケット・プレートの外周領域に設けられることを特徴とするもの。
13. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記隆起部が、上記鋼板層の折り返された領域によって形成されることを特徴とするもの。
14. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記隆起部が、上記鋼板層に接合されたシートメタルのオーバーレイによって形成されることを特徴とするもの。
15. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記隆起部が、上記鋼板層内の孔に置かれ、かつ該鋼板層に接合された金属製リングによって形成されることを特徴とするもの。
16. 請求項１に記載のシリンダヘッド・ガスケットにおいて、
    上記隆起部が、上記鋼板層の型押しされかつ厚くされた領域によって形成されることを特徴とするもの。
    

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