JP2006057692A - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドボルトの締付けに伴いシリンダブロックのライナ本体が外側へ膨らむ現象を好適に抑制する。
【解決手段】シリンダヘッドガスケット３０は、ライナ本体２２の上端外側にアッパデッキ部２３を有するシリンダライナ１７と、ライナ本体２２を取囲む外側壁１９を有するシリンダブロック本体１６とを備えたシリンダブロック１４に適用される。シリンダヘッドガスケット３０は、シリンダライナ１７と、複数のヘッドボルト２８によりアッパデッキ部２３を通じて外側壁１９に締結されるシリンダヘッド１５との間に介在されるとともに、アッパデッキ部２３側の面にシール部３４を有する。さらに、シリンダヘッドガスケット３０には、各ヘッドボルト２８が挿通されるボルト孔３３が設けられ、シール部３４について、隣合うボルト孔３３，３３間に対応する部分は、両ボルト孔３３，３３を結ぶ線上に設けられている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介在されて燃焼ガス等をシールするシリンダヘッドガスケットに関するものである。

内燃機関用のシリンダブロックの一形態として、図８に示すように、ライナ本体５１及びアッパデッキ部５２を有するシリンダライナ５３と、ライナ本体５１を取囲む外側壁５４を有するシリンダブロック本体５５とを備え、ライナ本体５１及び外側壁５４間の空間をウォータジャケット５６としたタイプ（分割タイプ）が考えられている。このタイプのシリンダブロック５０は、ウォータジャケット５６の設計自由度の向上や鋳型構造の簡略化等を通じて、内燃機関における冷却性能の向上、小型化等を実現しようとするものである。

上記タイプのシリンダブロック５０を用いた内燃機関では、その組付けに際し、外側壁５４によって囲まれる空間にライナ本体５１が収容され、アッパデッキ部５２が外側壁５４上に載置される。さらに、アッパデッキ部５２上にシリンダヘッドガスケット５７を介してシリンダヘッド５８が配置される。そして、アッパデッキ部５２を通して外側壁５４に螺入されたヘッドボルト５９（図１０参照）により、シリンダヘッド５８がシリンダヘッドガスケット５７を介してシリンダブロック５０に締結される。

ここで、上記シリンダヘッドガスケット５７として、一般的なシリンダヘッドガスケットと同様の構成を有するものが用いられた場合、図９に示すように、シリンダヘッドガスケット５７のシール部６１は、ライナ本体５１のシリンダボア６２の開口部分に合わせて、それと同程度の大きさの円環状に形成される。

なお、本発明のシリンダヘッドガスケットにかかる先行技術文献としては、例えば、シール部を下記の条件を満たす箇所に設けた特許文献１が挙げられる。その条件とは、シール部の幅方向中心が、ヘッドボルトが通されるボルト孔の近傍ではシリンダボアよりも遠く、隣合うボルト孔間ではシリンダボアに近くなることである。ただし、このシリンダヘッドガスケットは、アッパデッキ部がシリンダブロック本体に一体形成されたタイプのシリンダブロックに装着されることを前提としている。このシリンダヘッドガスケットは、シール部を支点として生ずる曲げモーメントを、アッパデッキ部におけるボルト孔近傍では小さくし、隣合うボルト孔間では大きくすることで、シリンダボアの周方向での曲げモーメントの分布を均一化し、周方向のシリンダボアの変形を均一化しようとするものである。
特許第３０８９９２９号公報

ところが、上述した図９の円環状のシール部６１を有するシリンダヘッドガスケット５７を上記分割タイプのシリンダブロック５０に用いると、ヘッドボルト５９の締付けに伴い、図８及び図１０において二点鎖線で示すように、ライナ本体５１におけるアッパデッキ部５２の近傍部分が、外側へ膨らむように変形するおそれがある。ここでの外側とは、シリンダボア６２の中心軸線Ｌから離れる側である。この変形は次のようにして起るものと考えられる。シール部６１よりも外側でヘッドボルト５９が締付けられることにより、アッパデッキ部５２及びシリンダヘッド５８間の間隔ｄが、ヘッドボルト５９の近傍、すなわちシリンダボア６２から外側へ大きく離れた箇所では狭く、シール部６１の近傍、すなわちシリンダボア６２の近傍では広くなる。このように間隔ｄが広がることに伴い、シール部６１を通じてライナ本体５１に対し下方へ向う大きな押圧力が作用し、その結果として上述した変形が起る。

なお、上記特許文献１によっても、隣合うボルト孔間ではシール部がシリンダボアの近傍に位置することから、上記と同様、ライナ本体が外側へ膨らむ変形が依然として起り得る。

そして、こうした変形によりシリンダボア６２の真円度が低下すると、同シリンダボア６２のピストンリングとの摩擦が大きくなってフリクションロスが増大し、燃費の悪化を招く。また、クランクケースからシリンダボア６２及びピストン間の隙間を通って燃焼室内へ漏出し、かつ燃焼により消費されるオイルの量が増大する。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ヘッドボルトの締付けに伴いシリンダブロックのライナ本体が外側へ膨らむ変形を好適に抑制することのできるシリンダヘッドガスケットを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、ライナ本体の上端外側にアッパデッキ部を有するシリンダライナと、前記ライナ本体を取囲む外側壁を有するシリンダブロック本体とを備えたシリンダブロックに適用され、前記シリンダライナと、複数のヘッドボルトにより前記アッパデッキ部を通じて前記外側壁に締結されるシリンダヘッドとの間に介在されるとともに、前記アッパデッキ部に接触するシール部が設けられたシリンダヘッドガスケットであって、前記各ヘッドボルトが挿通されるボルト孔が設けられ、前記シール部について、隣合う前記ボルト孔間に対応する部分は、両ボルト孔を結ぶ線上又はその近傍に設けられているとする。

上記構成によれば、シリンダヘッドのシリンダブロックへの締結に際し、外側壁によって囲まれた空間にライナ本体が収容され、アッパデッキ部が外側壁上に載置される。アッパデッキ部上にシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドが重ねられる。ヘッドボルトがシリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット及びアッパデッキ部に挿通され、外側壁に螺入される。ヘッドボルトの締付けにより、アッパデッキ部が、外側壁とシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドとの間に挟まれて締結される。この締結により、ライナ本体がシリンダブロック本体に固定されてシリンダブロックが構成されるとともに、このシリンダブロック上にシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが固定される。

ところで、上記ヘッドボルトの締付けに伴い、シリンダヘッドガスケットのシール部がシリンダライナ及びシリンダヘッドによって挟み込まれ、このシール部によってアッパデッキ部が押圧される。ここで、請求項１に記載の発明では、シール部について、隣合うボルト孔間に対応する部分が、両ボルト孔を結ぶ線上又はその近傍に設けられている。

そのため、シール部が、シリンダライナにおけるシリンダボアの近傍に設けられる場合とは異なり、ヘッドボルトが締付けられることにより、アッパデッキ部及びシリンダヘッド間の間隔はシリンダボアの近傍でも離れた箇所でも同程度となる。シール部がシリンダボアの近傍に設けられる場合に比べ、同シール部からライナ本体が受ける押圧力が小さくなり、ライナ本体におけるアッパデッキ部の近傍部分が外側へ膨らむ変形が起りにくくなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記シール部について、前記ボルト孔に対応する部分は、同ボルト孔の近傍に設けられているとする。
上記の構成によれば、シリンダヘッドガスケットにおいて、ボルト孔に対応する箇所にシール部を設けることはできないが、同シール部を上記箇所（ボルト孔の近傍）に設定することで、シール部の近くでヘッドボルトが締付けられることとなる。従って、ライナ本体におけるアッパデッキ部の近傍部分が外側へ膨らむ変形をより一層抑制することが可能となる。

以下、本発明を、多気筒エンジンに用いられるシリンダヘッドガスケットに具体化した一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
このエンジンは、ピストンの往復直線運動をクランク機構によって回転運動に変換して、出力軸であるクランクシャフトを回転させるタイプのエンジン（レシプロエンジン）である。

図１及び図２に示すように、エンジンはシリンダブロック１４及びシリンダヘッド１５を備える。シリンダブロック１４は、シリンダブロック本体１６及びシリンダライナ１７を備えて構成されている。シリンダブロック本体１６はシリンダブロック１４の多くの部分を占めるものであり、スカート部１８及び外側壁１９を備えている。スカート部１８の下端部には、クランクシャフト１３を回転可能に支持するためのジャーナル部２１が設けられている。シリンダブロック本体１６は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の比較的比重の小さな金属材料によって一体に形成されている。

シリンダライナ１７は、気筒毎のライナ本体２２と、全てのライナ本体２２に共通のアッパデッキ部２３とを備える。各ライナ本体２２は、上下両端が開放された円筒状をなしており、クランクシャフト１３に沿って一列に並べられた状態で配置されている。アッパデッキ部２３は略平板状をなし、全てのライナ本体２２の上端外側に一体に設けられている。各ライナ本体２２及びアッパデッキ部２３は、鋳鉄等の耐摩耗性に優れた金属材料によって形成されている。各ライナ本体２２は外側壁１９によって囲まれた空間に収容され、アッパデッキ部２３は外側壁１９上に載置される。

各シリンダライナ１７の内部空間は、ピストン（図示略）を往復動可能に収容するためのシリンダボア２４を構成する。各シリンダボア２４においてピストンよりも上側の空間は、燃料及び空気の混合気を燃焼するための燃焼室（図示略）を構成する。また、外側壁１９とライナ本体２２との間の空間はウォータジャケット２５として機能する。ウォータジャケット２５は、シリンダブロック本体１６、シリンダライナ１７等を冷却するための冷却水の通路である。

外側壁１９の複数箇所には、その外側壁１９の上面において開口して下方へ延びるボルト穴２６が設けられている。ここでは、ボルト穴２６は、外側壁１９の四隅に設けられるとともに、その四隅のボルト穴２６から外側壁１９の側面に沿って所定の距離ずつ隔てた箇所に設けられている。四隅以外のボルト穴２６は、ライナ本体２２の配列方向に直交し、かつ隣合うライナ本体２２間を通る面上に位置している。

また、アッパデッキ部２３の上記ボルト穴２６に対応する箇所には貫通孔２７が設けられている。そして、外側壁１９上に、アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５が順に重ねられ、それらのシリンダヘッド１５及びアッパデッキ部２３の貫通孔２７にそれぞれ挿通されたヘッドボルト２８が、外側壁１９の対応するボルト穴２６に螺入される。この螺入されたヘッドボルト２８により、アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５がシリンダブロック本体１６に締結される。

ところで、上記混合気の燃焼に伴い生じた燃焼ガスの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１４及びシリンダヘッド１５に伝達される。また、これらの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１４及びシリンダヘッド１５間の隙間にも作用する。燃焼ガスがこの隙間を通じて外部へ漏れ出るのを抑制するために、シリンダブロック１４及びシリンダヘッド１５間にシリンダヘッドガスケット３０が介在される。

図３はシリンダヘッドガスケット３０の底面図である。この図３に示すように、シリンダヘッドガスケット３０の大部分を占める基板３１は、１枚の板材によって構成されている。基板３１において、上記シリンダボア２４に対応する箇所には、同シリンダボア２４の開口部分と略同一の形状及び大きさを有する円形の孔３２があけられている。また、基板３１において、上記ボルト穴２６及び貫通孔２７に対応する箇所には、ヘッドボルト２８の挿通が可能なボルト孔３３があけられている。

基板３１のアッパデッキ部２３側の面（下面）には、シム、ビード等からなるシール部３４が設けられている。シール部３４について、隣合うボルト孔３３，３３間に対応する部分３４Ａは、両ボルト孔３３，３３の中心同士を結ぶ線上に設けられており、直線状をなしている。対象となるボルト孔３３は、ライナ本体２２の配列方向（図３の左右方向）に隣合う一対のボルト孔３３，３３と、同方向に直交する方向（図３の上下方向）に隣合う一対のボルト孔３３，３３とからなる。また、基板３１においてボルト孔３３に対応する箇所にはシール部３４を設けることができない。そのため、シール部３４についてボルト孔３３に対応する部分３４Ｂは、そのボルト孔３３に近い箇所に設けられている。この部分３４Ｂは、ボルト孔３３に沿って円弧状に形成されている。従って、シール部３４は、隣合うボルト孔３３，３３間に対応する部分３４Ａであっても、ボルト孔３３に対応する部分３４Ｂであっても、シリンダボア２４から大きく離れていることになる。

上記構成のシリンダヘッドガスケット３０を用いて、シリンダブロック１４にシリンダヘッド１５を組み付ける際には、図４及び図６に示すように、全てのライナ本体２２を外側壁１９によって囲まれた空間に配置する。貫通孔２７をボルト穴２６に合わせながら、アッパデッキ部２３を外側壁１９上に載置する。ボルト孔３３を貫通孔２７に合わせながら、アッパデッキ部２３の上にシリンダヘッドガスケット３０及びシリンダヘッド１５を順に重ねる。この状態では、アッパデッキ部２３の上面において、シール部３４の部分３４Ａが隣合う貫通孔２７間に接触し、部分３４Ｂが貫通孔２７の近傍に接触する。

続いて、ヘッドボルト２８（図５及び図７参照）を、シリンダヘッド１５、シリンダヘッドガスケット３０のボルト孔３３及びアッパデッキ部２３の貫通孔２７に挿通する。このヘッドボルト２８を外側壁１９のボルト穴２６に螺入する。ヘッドボルト２８を締付けることにより、アッパデッキ部２３が外側壁１９と、シリンダヘッドガスケット３０及びシリンダヘッド１５との間に挟まれて締結される。この締結により、全てのライナ本体２２がシリンダブロック本体１６に固定されてシリンダブロック１４が構成されるとともに、このシリンダブロック１４上にシリンダヘッドガスケット３０を介してシリンダヘッド１５が固定される。

ところで、上記ヘッドボルト２８の締付けに伴い、シリンダヘッドガスケット３０のシール部３４がシリンダライナ１７及びシリンダヘッド１５によって挟み込まれ、このシール部３４によってアッパデッキ部２３が押圧される。本実施形態では、シール部３４が、シリンダボア２４から離れた箇所であるボルト孔３３の近くに設けられている。シール部３４において、ボルト孔３３に対応する部分３４Ｂはそのボルト孔３３の近くに設けられ、隣合うボルト孔３３，３３間に対応する部分３４Ａは両ボルト孔３３，３３を結ぶ線上に設けられている。

そのため、シール部６１がシリンダボア６２の近傍に設けられる場合（図８〜図１０参照）とは異なり、ヘッドボルト２８が締付けられることにより、図５及び図７に示すように、アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５間の間隔ｄは、シリンダボア２４の近傍でもそのシリンダボア２４から大きく離れた箇所でも同程度となる。シール部３４からライナ本体２２が受ける押圧力が小さくなり、ライナ本体２２におけるアッパデッキ部２３の近傍部分（上部）が外側へ膨らむ変形が起りにくくなって、シリンダボア２４の真円度の低下が抑制される。

そして、全てのヘッドボルト２８の締付けを終えると、シリンダライナ１７、外側壁１９、アッパデッキ部２３等によって囲まれた空間（ウォータジャケット２５）が形成される。

このようにして組立てられたエンジンの運転時には燃焼室で空気及び燃料の混合気が燃焼される。この燃焼に伴い発生した燃焼ガスの熱が、シリンダブロック１４、シリンダヘッド１５、シリンダヘッドガスケット３０等に伝わる。この燃焼ガスは、シリンダヘッドガスケット３０によってシールされ、シリンダブロック１４及びシリンダヘッド１５間の隙間から外部へ漏れ出ることが抑制される。

また、上述したようにアッパデッキ部２３の変形が抑制されることから、真円度の低下に伴う各種不具合、例えば、シリンダボア２４のピストンリングとの摩擦が大きくなってフリクションロスが増大し、燃費の悪化を招く現象が抑制される。また、クランクケースからシリンダボア２４及びピストン間の隙間を通って燃焼室内へ漏出し、かつ燃焼により消費されるオイルの量が増大する現象が抑制される。

なお、シール部３４の部分３４Ａが、隣合うボルト孔３３，３３を結ぶ線よりも反シリンダボア２４側（シリンダボア２４から遠ざかる側）に設けられることは好ましくない。アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５間の間隔ｄの広狭の関係が、部分３４Ａがシリンダボア２４側に設けられる場合（図８〜図１０参照）とは逆となり、ライナ本体２２の上部が内側へ凹む変形が起るおそれがあるからである。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）シール部３４について、隣合うボルト孔３３，３３間に対応する部分３４Ａを、両ボルト孔３３，３３を結ぶ線上に設けている。そのため、ヘッドボルト２８の締付けにより、アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５間の間隔ｄがシリンダボア２４に近くなるほど広くなる現象を抑制し、ライナ本体２２が外側へ膨らむ変形を好適に抑制することができる。また、ライナ本体２２が内側へ凹む変形も抑制することができる。

（２）シール部３４について、ボルト孔３３に対応する部分３４Ｂを、同ボルト孔３３の近傍に設けている。そのため、上記部分３４Ａと同様に、アッパデッキ部２３及びシリンダヘッド１５間の間隔ｄをシリンダボア２４の近傍でも離れた箇所でも同程度とすることができる。従って、上記（１）に比べ、ライナ本体２２におけるアッパデッキ部２３の近傍部分が外側へ膨らむ変形をより一層抑制することができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・シール部３４について、隣合うボルト孔３３間に対応する部分３４Ａは、必ずしも両ボルト孔３３，３３を結ぶ線上に設けられなくてもよく、同線の近傍に設けられてもよい。例えば、部分３４Ａを直線状とし、上記線から若干離れた箇所でその線に対し平行に設けられてもよい。また、部分３４Ａは必ずしも一直線状でなくてもよく、例えば屈曲していてもよい。また、部分３４Ａは多少湾曲していてもよい。

・シール部３４の部分３４Ｂはボルト孔３３に近い箇所に設けられることが必要であるが、その形状は特に限定されない。上記実施形態では、同部分３４Ｂをボルト孔３３の形状に合わせて円弧状としたが、これを例えば直線状としてもよい。

・前記基板３１は、１枚の板材からなるものであってもよいし、複数枚の板材を積層してなるものであってもよい。
・本発明のシリンダヘッドガスケットは、ライナ本体とアッパデッキ部とを別部材によって構成し、かつ同アッパデッキ部を各ライナ本体の上端に固定してシリンダライナとしたタイプのシリンダブロックにも適用可能である。

本発明を具体化した一実施形態において、シリンダヘッドガスケットが装着されたエンジンの部分破断斜視図。 シリンダブロック本体、シリンダライナ及びシリンダヘッドガスケットの斜視図。 シリンダヘッドガスケットの底面図。 シリンダブロック等の側断面図。 図４におけるＸ部の拡大図。 シリンダブロック等の正断面図。 図６におけるＹ部の拡大図。 背景技術におけるシリンダブロック、シリンダヘッドガスケット等の正断面図。 シリンダヘッドガスケットの底面図。 図８におけるＺ部の拡大図。

符号の説明

１４…シリンダブロック、１５…シリンダヘッド、１６…シリンダブロック本体、１７…シリンダライナ、１９…外側壁、２２…ライナ本体、２３…アッパデッキ部、２８…ヘッドボルト、３０…シリンダヘッドガスケット、３３…ボルト孔、３４…シール部、３４Ａ，３４Ｂ…部分。

Claims (2)

1. ライナ本体の上端外側にアッパデッキ部を有するシリンダライナと、前記ライナ本体を取囲む外側壁を有するシリンダブロック本体とを備えたシリンダブロックに適用され、前記シリンダライナと、複数のヘッドボルトにより前記アッパデッキ部を通じて前記外側壁に締結されるシリンダヘッドとの間に介在されるとともに、前記アッパデッキ部に接触するシール部が設けられたシリンダヘッドガスケットであって、
   前記各ヘッドボルトが挿通されるボルト孔が設けられ、前記シール部について、隣合う前記ボルト孔間に対応する部分は、両ボルト孔を結ぶ線上又はその近傍に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 前記シール部について、前記ボルト孔に対応する部分は、同ボルト孔の近傍に設けられている請求項１に記載のシリンダヘッドガスケット。

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