JP2009191872A - シリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドガスケットの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドガスケットにおいて、ビード等のシール手段を基にして、シリンダヘッドの変形を防止するための手段の設計が容易で、しかも、高いシール面圧を確保できるシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドガスケットの設計方法を提供する。
【解決手段】平面視で、フロント側Ｆｒとリア側Ｒｒに面積が等しくなるように分割し、更に、排気側Ｅｘと吸気側Ｉｎに面積が等しくなるように分割して、４つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に分割した時に、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４におけるビード長の総和ΣＬ１Ａ，ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａが、最も大きい領域Ｒ１よりも小さい領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３では、ビード長の総和ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ、ΣＬ４Ａが、最も大きい領域Ｒ１のビード長の総和ΣＬ１Ａの９５％以上１００％以下になるように、捨てビード１６，２６を追加して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン部材の間に挟持してシールを行うシリンダヘッドガスケットに関し、より詳細には、シール面圧を均一化してエンジン部材の変形を抑制できるシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドガスケットの設計方法に関する。

エンジンのシリンダヘッドガスケットは、自動車のエンジンのシリンダヘッド、シリンダブロック（シリンダボディ）の２つの部材の間に挟まれた状態で、ボルトにより締結され、燃焼ガス、オイル、冷却水等の流体をシールする役割を持っている。

最近のエンジンは、従来のエンジンに比べて、小型化、軽量化が進んで、材質が鋳鉄からアルミニウム合金に変わると共に、エンジンの高出力化に伴って、燃焼ガスの圧力は増加の傾向にある。そのため、シリンダがエンジンの幅方向中央から偏って配置されているような場合には、ビードを介してシリンダヘッドに作用する面圧が偏った分布となり、シリンダヘッドを均等に押圧しないので、シリンダヘッドが変形するという問題がある。

このような金属製ガスケットの一つとして、幅方向に対しシリンダが一方に偏って配列された多気筒内燃機関用の金属シリンダヘッドガスケットであって、少なくとも１枚のガスケット構成板に、ガスケットの周縁に沿って、横断面形状を段状とした段状ビードをループ状に形成し、シリンダ穴の中心を結ぶ線で分割されたガスケットの面積が小さい側のビード強さを強く、また面積が大きい側のビード強さを弱く形成したシリンダヘッドガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この積層型金属ガスケットでは、ガスケット全体にわたりシール面圧の均一化を図ることができ、水穴、オイル穴などの周囲に設けたビードのシール性能を高めることができる。しかしながら、ガスケットの周囲にループ状に段状ビードを設けると、シリンダボア用穴の周縁部に設けるビードと比較した場合に比較的長いビードを形成することになり、シール対象穴の周縁部で高いシール面圧を確保するという面では不利となるという問題がある。

また、一方で、シリンダヘッドの長手方向の変形防止のために、ガスケットの長手方向の両端部のみに耐熱性で非圧縮性かつ非変形性の突条を設けたメタルガスケットや、シリンダヘッドの幅方向の変形防止のために、幅方向両端縁と各通孔との間に、圧縮方向の荷重に対しては大きな剛性を有し、各ボルトの緊締力に対しては実質的に剛体として作用する撓み防止用突条を設けたりしたメタルシリンダヘッドガスケットも提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。

これらのシリンダヘッドガスケットでは、撓み防止用突条の形状、長さ等については、記載がない。また、この撓み防止用突条は、シール用突条（ビード等）が圧縮され過ぎるのを防止する役割もあり、ある高さからは剛体として機能する。そのため、この高さよりもガスケットが押圧された場合には、シール用突条のシール面圧は増加しない。
特開平１０−１９１３０号公報 特開平９−２９２０２７号公報 特開２００３−４２２９５号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、エンジンの二つの部材の間に挟持してシールを行うシリンダヘッドガスケットにおいて、ビード等のシール手段を基にして、シリンダヘッドの変形を防止するための手段の設計が容易で、しかも、高いシール面圧を確保できるシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドガスケットの設計方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るシリンダヘッドガスケットは、エンジンのシリンダヘッドガスケットにおいて、平面視で、フロント側とリア側に面積が等しくなるように分割し、更に、排気側と吸気側に面積が等しくなるように分割して、４つの領域に分割した時に、各領域におけるビード長の総和が、最も大きい領域よりも小さい領域では、ビード長の総和が、最も大きい領域のビード長の総和の９５％以上１００％以下になるように、捨てビードを追加して設けて構成する。

この捨てビードとは、シール対象穴の周縁部に設けられるシール機能を有するビードとは異なり、ビードの形状はしているがシールラインを形成せず、直接シールには寄与しないビードのことを言う。また、この面積の算出では、計算の簡略化のためにはシール対象穴やボルト穴等の抜けている面積を含めて算出してもよいが、これらの抜けている部分を含めない方がビードの面圧による押圧力の均等化の面からはより好ましい。

この構成によれば、４つの等面積に分けられた各領域に配置されるビード長の総和が略同じ長さになるので、面圧が発生する部位の面積が略同じとなる。そのため、比較的簡単な構成で、この各領域に作用する力が略同じとなり、シリンダヘッド等のエンジン部材に作用する押圧力が略均等になるので、これらのエンジン部材の変形が抑制される。

この各領域におけるビード長の総和を９５％〜１００％の範囲にすることは、面圧分布を求める押圧試験等をしなくても、容易に構成できるので、ガスケットの設計を非常に簡略化することができる。また、捨てビードの長さや位置も平面的に考えるだけでよいので、容易に設計できるようになる。

特に、フロント側とリア側でのシリンダヘッドの傾きや排気側と吸気側でのシリンダヘッドの傾きが低減され、均一な傾きとなるので、使用時において部分的なヘタリが低減され、耐久性が延びる効果がある。

上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記捨てビードの断面形状を水シール用のビードの断面形状又はオイルシール用のビードの断面形状と同じ形状に形成して設けて構成される。この構成の理由は、捨てビードは、ガスケットの中心線から離れた位置に配置し易いので、モーメントを考えると、一般的にシール面圧が高いシリンダボア用のビードの形状よりも、これと比較してシール面圧が低い水シール用やオイルシール用のビード形状とする方が、より好ましいからである。この構成によれば、押圧試験等によらず、捨てビードの形状を決定できるので、設計方法を著しく単純化できる。

また、この捨てビードは、全体のビードの配置が、シリンダボア用穴の中心を結ぶ線に対して、略線対称となるように設けることが好ましい。この構成によれば、シリンダボア用穴の中心を結ぶ線に対して、排気側と吸気側の横曲げモーメントが略同じとなるので、シリンダボア周辺の変形が少なくなるようにすることができる。

また、上記の目的を達成するためのシリンダヘッドガスケットの設計方法は、エンジンのシリンダヘッドガスケットの設計方法において、平面視で、フロント側とリア側に面積が等しくなるように分割し、更に、排気側と吸気側に面積が等しくなるように分割して、４つの領域に分割した時に、各領域におけるビード長の総和が、最も大きい領域よりも小さい領域では、ビード長の総和が、最も大きい領域のビード長の総和の９５％以上１００％以下になるように、捨てビードを追加する方法である。

この方法によれば、ビードの形状はしているがシールラインを形成せず、直接シールには寄与しない捨てビードを設けるという非常に簡単な設計方法で、面圧が発生する部位の面積を略同じにして、この各領域に作用する力を略同じとすることができ、シリンダヘッドに作用する押圧力を略均等にして、シリンダヘッドの変形を抑制できるシリンダヘッドガスケットを設計できるようになる。

本発明のシリンダヘッドガスケット及びシリンダヘッドガスケットの設計方法によれば、ガスケットの４つの等面積に分けられた各領域に配置されるビード長の総和が９５％以上１００％以下の略同じ長さになるので、面圧が発生する部位の面積が略同じとなる。そのため、この各領域に作用する力が略同じとなり、シリンダヘッド等のエンジン部材に作用する押圧力が略均等になる。従って、これらのエンジン部材の変形を抑制することができる。

また、この各領域におけるビード長の総和を９５％〜１００％の範囲にすることは、押圧試験等をしなくても、容易に構成できるので、シール手段の設計を非常に簡略化することができる。また、捨てビードの長さや位置も平面的に考えるだけでよいので、容易に設計できるようになる。

次に、図面を参照して本発明に係るシリンダヘッドガスケットの実施の形態について説明する。図１及び図３は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、シール対象穴、ビード、捨てビードの大きさや形状等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。

本発明に係る実施の形態のシリンダヘッドガスケットは、エンジンのシリンダブロック（シリンダボディ）とシリンダヘッドに挟持される金属製ガスケットであって、排気ガスや吸気等の流体をシールする。

このシリンダヘッドガスケットは、軟鋼板、ステンレス焼鈍材（アニール材）、ステンレス調質材（バネ鋼板）等で形成される金属構成板（金属基板）を２枚以上有して構成される。また、その平面視形状は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドの接合面の形状に略合わせて製造され、燃焼ガス、水又はオイルが通過するシリンダボア用穴２、水穴３、オイル穴４及び締結ボルト用のボルト穴５が形成される。

図１に示すように、本発明の実施の形態のマニホールドガスケット１は、１枚又は２枚以上（図１では２枚）の金属構成板１０，２０からなり、この金属構成板１０，２０は、例えば、ステンレス焼鈍材で形成される。このシール対象用穴２の周縁部において、金属構成板１０，２０にシール手段が、シリンダボア用穴２に対してはフルビード１２，２２を設け、水穴３に対してはフルビード１３，２３を設け、オイル穴４に対しては、フルビード１４，２４が設けられる。なお、これらのフルビードは必要に応じてハーフビードで形成してもよい。また、金属構成板１０，２０の両方にビードを設けずに片方だけに設けてもよく、また、シール対象穴を一重に囲む一重ビードでなく、二重に囲む二重ビード等であってもよい。

このシリンダヘッドガスケット１において、平面視で、フロント側ＦＲとリア側Ｒｒに面積が等しくなるように直線Ａ−Ａで分割し、更に、排気側Ｅｘと吸気側Ｉｎに面積が等しくなるように直線Ｂ−Ｂで分割して、４つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に分割する。この時の面積としては、シリンダボア用穴２、水穴３、オイル穴４の抜けている部分の面積は、入れたままでもよいが、この抜けている面積を抜いた方がより好ましい。この状態が図３に示すような従来技術のシリンダヘッドガスケット１Ｘである。

本発明においては、この各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４におけるビード長の総和ΣＬ１，ΣＬ２，ΣＬ３，ΣＬ４を算出する。このうちのビード長さの総和が最も大きい領域（ここでは、仮にＲ１とする）を求める。次に、この最も大きいビード長さの総和シグマＬ１に対して、他の領域和Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のビード長の総和ΣＬ２，ΣＬ３，ΣＬ４が、略同じ長さになっているか否か、より詳細には、最も大きい領域Ｒ１のビード長の総和ΣＬ１の９５％以上１００％以下になっているか否かを検討する。

なっている場合はそのままとするが、なっていない場合には、捨てビード１６，２６を追加して設け、図１に示すように、この捨てビード１６，２６のビード長さを含めたビード長さの総和ΣＬ１Ａ（＝ΣＬ１），ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａが、略同じ長さになるように、詳細には、最も大きい領域Ｒ１のビード長の総和ΣＬ１Ａ（＝ΣＬ１）の９５％以上１００％以下になるように構成する。図１の構成では、領域Ｒ２と領域Ｒ４に捨てビード１６，２６を設ける。従って、ΣＬ２Ａ＞ΣＬ２、ΣＬ４Ａ＞ΣＬ４であるが、ΣＬ１Ａ＝ΣＬ１であり、捨てビードを設けない領域Ｒ３でも、ΣＬ３Ａ＝ΣＬ３である。なお、参考までに、図３の従来技術におけるシリンダヘッドガスケット１Ｘの各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のビード長の総和ΣＬ１，ΣＬ２，ΣＬ３，ΣＬ４を図４に模式的に示す。

この捨てビード１６，２６は、シール対象穴２，３，４の周縁部に設けられるシール機能を有するビード１１，１２，１３，２１，２２，２３とは異なり、ビードの形状はしているがシールラインを形成せず、直接シールには寄与しないビードである。

この捨てビード１６，２６の断面形状は水シール用のビード１２，２２の断面形状又はオイルシール用のビード１３，２３の断面形状と同じ形状に形成する。この形状とすることで、押圧試験等によらず、捨てビード１６，２６の形状を決定できるので、設計方法を単純化できる。捨てビード１６，２６は、ガスケットの中心線Ａ−Ａから離れた位置に配置し易いので、モーメントを考えると、一般的にシール面圧が高いシリンダボア用のビード１２，２２の形状よりも、これと比較してシール面圧が低い水シール用のビード１３，１４の形状やオイルシール用のビード２３，２４の形状とする方が、より好ましい。

更に、捨てビード１６，２６を、全体のビードの配置が、シリンダボア用穴２の中心を結ぶ線Ｃ−Ｃに対して、略線対称となるように設けて構成される。この構成によれば、シリンダボア用穴２の中心を結ぶ線Ｃ−Ｃに対して、排気側Ｅｘと吸気側Ｉｎの横曲げモーメントが略同じとなるので、シリンダボア周辺の変形が少なくなるようにすることができる。

この構成によれば、４つの等面積に分けられた各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に配置されるビード長の総和ΣＬ１Ａ，ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａが略同じ長さになるので、面圧が発生する部位の面積が略同じとなる。そのため、この各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に作用する力が略同じとなり、シリンダヘッド等のエンジン部材に作用する押圧力が略均等になるので、これらのエンジン部材の変形が抑制される。

この各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４におけるビード長の総和ΣＬ１Ａ，ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａを互いに９５％〜１００％の範囲にすることは、押圧試験等をしなくても、容易に構成できるので、シール手段の設計を非常に簡略化することができる。また、捨てビード１６，２６の長さや位置も平面的に考えるだけでよいので、容易に設計できるようになる。

次に、本発明のシリンダヘッドガスケットの設計方法について説明する。この設計方法は、平面視で、フロント側Ｆｒとリア側Ｒｒに面積が等しくなるように分割し、更に、排気側Ｅｘと吸気側Ｉｎに面積が等しくなるように分割して、４つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に分割する。この時に、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４におけるビード長の総和ΣＬ１Ａ，ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａが、最も大きい領域Ｒ１よりも小さい領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４では、ビード長の総和ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａが、最も大きい領域Ｒ１のビード長の総和ΣＬ１Ａの９５％以上１００％以下になるように、捨てビード１６，２６を追加する。

このシリンダヘッドガスケットの設計方法によれば、ビードの形状はしているがシールラインを形成せず、直接シールには寄与しない捨てビード１６，２６を設けるという非常に簡単な設計方法で、面圧が発生する部位の面積を略同じにして、この各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に作用する力を略同じとすることができる。従って、シリンダヘッドやシリンダブロック等のエンジン部材に作用する押圧力を略均等にして、エンジン部材の変形を抑制できるシリンダヘッドガスケット１を著しく簡単に設計できるようになる。

本発明の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す平面図である。 図１のシリンダヘッドガスケットの捨てビードの長さを含むビード長さの総和を模式的に示す図である。 従来技術のシリンダヘッドガスケットを示す平面図である。 図３のシリンダヘッドガスケットのビード長さの総和を模式的に示す図である。

符号の説明

１，１Ｘ シリンダヘッドガスケット
２ シリンダボア用穴
３ 水穴
４ オイル穴
５ ボルト穴
１０，２０ 金属構成板
１２，２２ シリンダボア用フルビード
１３，２３ 水穴用フルビード
１４，２４ オイル穴用フルビード
１６，２６ 捨てビード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 領域
ΣＬ１，ΣＬ２，ΣＬ３，ΣＬ４ ビードの長さの総和
ΣＬ１Ａ，ΣＬ２Ａ，ΣＬ３Ａ，ΣＬ４Ａ 捨てビードの長さを含めたビードの長さの総和

Claims (3)

1. エンジンのシリンダヘッドガスケットにおいて、平面視で、フロント側とリア側に面積が等しくなるように分割し、更に、排気側と吸気側に面積が等しくなるように分割して、４つの領域に分割した時に、各領域におけるビード長の総和が、最も大きい領域よりも小さい領域では、ビード長の総和が、最も大きい領域のビード長の総和の９５％以上１００％以下になるように、捨てビードを追加して設けたことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 前記捨てビードの断面形状を水シール用のビードの断面形状又はオイルシール用のビードの断面形状と同じ形状に形成して設けたことを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッドガスケット。
3. エンジンのシリンダヘッドガスケットの設計方法において、平面視で、フロント側とリア側に面積が等しくなるように分割し、更に、排気側と吸気側に面積が等しくなるように分割して、４つの領域に分割した時に、各領域におけるビード長の総和が、最も大きい領域よりも小さい領域では、ビード長の総和が、最も大きい領域のビード長の総和の９５％以上１００％以下になるように、捨てビードを追加することを特徴とするシリンダヘッドガスケットの設計方法。

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