JP2014114852A - ガスケットとシリンダヘッドガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】二つの部材を固定具で締結したときに発生する締結応力を低減し、締結応力による歪みや変形などを抑制することができるガスケットとシリンダヘッドガスケットを提供する。
【解決手段】シリンダブロック２とシリンダヘッド３をヘッドボルト１で締結したときに、ヘッドボルト１を挿通するボルト孔１４とシリンダボア孔１２との間の締結応力が集中する締結応力集中領域Ａに、締結応力集中領域Ａにのみ延在する締結応力低減ビード１８を備えて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定具により締結される二つの部材の間に狭持され、シール対象孔をシールするガスケットとシリンダヘッドガスケットに関する。

近年のエンジン（内燃機関）は、燃費を向上するために、シリンダブロックとシリンダヘッドの両方を共に、材質をより軽いもの、例えばアルミニウムなどで形成する、あるいは肉厚を薄く形成するなどして、軽量化が図られている。それに伴いシリンダブロックとシリンダヘッドは、共に剛性が低くなっている。

そのようなシリンダブロックとシリンダヘッドを、シリンダボア内の燃焼ガス、ウォータージャケット内部の冷却水、及び潤滑油をシールするためのシリンダヘッドガスケットを狭持して、高いヘッドボルト軸力で締結すると、シリンダブロックの上面の肉厚が薄いために、ヘッドボルトの先端付近では、シリンダブロックを引っ張り上げる力が働く。また、同時に、シリンダボアなどのシール対象孔付近では、シリンダヘッドガスケットの面圧により、シリンダブロックを押し下げる力も働く。その結果、ウォータージャケット周辺やシリンダボア周辺の応力が局所的に増大し、シリンダボア、あるいはシリンダボアに嵌入しているシリンダライナーが歪む、又は変形するという問題がある。

特に、クローズドデッキタイプのシリンダブロックの場合には、ヘッドボルトとシリンダボアとの間が開口せずに繋がっているため、当該部位のウォータージャケット周辺やシリンダボア周辺の応力が大きくなるため、シリンダボア、あるいはシリンダライナーの歪みや変形が発生し易い。

シリンダボア、あるいはシリンダライナーが歪む又は変形し、円形状を保つことができなくなると、シリンダボア内部でピストン運動しているピストンとの間に余分な抵抗が発生することになり、その分燃費が悪化してしまう。また、潤滑油がシリンダボア内部に流入し、潤滑油が燃焼し、排ガスに悪影響を及ぼす。

ここで、従来のシリンダヘッドガスケットについて、図６を参照しながら説明する。このシリンダヘッドガスケット１０Ｘは、ヘッドボルト１により締結されるシリンダブロック２とシリンダヘッド３の間に狭持され、シリンダボア４、ウォータージャケット５、及び図示しない潤滑油の孔をシールするガスケットであって、ウォータージャケット５の上面が全て開口していない、所謂クローズドデッキタイプのシリンダブロック２に用いられるガスケットである。

このシリンダヘッドガスケット１０Ｘは、複数の金属板を積層して形成された基板１１に、シリンダボア孔１２、水孔１３、及びボルト孔１４を備え、図７に示すように、それぞれその周縁部にシリンダボア孔用ビード１５、水孔用ビード１６、及びボルト孔用ビード１７を備えている。

このシリンダヘッドガスケット１０Ｘをシリンダブロック２とシリンダヘッド３の間に狭持し、ボルト孔６、７、及び１４にヘッドボルト１を挿通して、シリンダブロック２とシリンダヘッド３を締結する。このとき、シリンダブロック２とシリンダヘッド３は、シリンダボア４内の燃焼ガス、ウォータージャケット５内部の冷却水、及び潤滑油を確実にシリンダヘッドガスケット１０Ｘにシールさせるために、高いヘッドボルト軸力で締結される。

このように高いヘッドボルト軸力で締結した場合に、図中のＡで示す領域（以下、この箇所を締結応力集中領域Ａという）に締結応力が集中し、前述したように、この箇所で応力が増大する。そして、その結果、図７に示すように、シリンダボア４の内周面４ａが歪んでしまう、あるいは図示しないシリンダライナーが歪んでしまう。

この問題に対して、ガスケット本体に、気筒列方向の両端部でエンジン幅方向に並ぶ一対のボルト挿通孔の中心間を結ぶ端部ボルトラインよりも外側、あるいは気筒列方向の両端部において前記シリンダブロックのデッキ面及び前記シリンダヘッドのデッキ面に圧接可能な端部面圧調整部を設けた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置は、シリンダヘッドガスケットから受ける面圧によって、各気筒のシリンダボアが膨出するという変形をきたすため、面圧分布が不均一であると、シリンダボアの変形量も不均一になり、シリンダボアの真円度が損なわれるという問題を解決し、気筒列方向に関するシリンダボアの変形を抑制することはできる。

しかし、前述したように、シリンダブロックとシリンダヘッドを締結した際に、その締結圧力が集中する締結圧力集中領域は、シリンダボアに対して放射線状に配置されている場合が一般的であり、よって、シリンダボアの変形は気筒列方向に限らず発生する。

また、ガスケットの全域の面圧分布を左右方向で対象化することで、気筒列方向のガスケットシリンダボアの変形を抑制しているが、各シリンダボアの外周に存在する締結圧力集中領域での締結圧力による各シリンダボアの変形に対しては何ら効果がなく、各シリンダボアの歪みや変形を抑制することができない。

特開２００５−２３７７３号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、二つの部材を固定具で締結したときに発生する締結応力を低減し、締結応力による歪みや変形などを抑制することができるガスケットとシリンダヘッドガスケットを提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のガスケットは、固定具により締結される二つの部材の間に狭持され、シール対象孔をシールするガスケットにおいて、前記二つの部材を前記固定具で締結したときに、前記固定具を挿通する固定具用孔と前記シール対象孔との間の締結応力が集中する締結応力集中領域に、該締結応力集中領域にのみ延在する締結応力低減部を備えて構成される。

この構成によれば、二つの部材を固定具で締結したときに締結応力が発生する締結応力集中領域に締結応力低減部を備えるので、その締結応力を低減し、シール対象孔の内周の歪みや変形などを抑制することができる。これにより、シール対象孔を通過する装置や流体の動きを妨げることなく、シール対象孔を確実にシールすることができる。

なお、このガスケットは、シリンダブロックとシリンダヘッドの間に狭持されるシリンダヘッドガスケットや、配管と配管の継ぎ目に設けられる吸排気系ガスケットなどのことをいう。また、ここでいう締結応力低減部は、締結応力集中領域のみに延在するものであ
り、シール対象孔の周囲に設けられるシールビード以外のビードやシムのことをいい、シールビードへの面圧を阻害することがないように構成されるものである。

また、上記のガスケットにおいて、前記締結応力集中領域が、前記固定具用孔の中心と前記シール対象孔の中心とを結ぶ軸線と平行な前記固定具用孔の二つ接線と、前記固定具用孔の外縁と、前記シール対象孔の外縁とに囲まれた領域とすると効果的であるので好ましい。

加えて、上記のガスケットにおいて、前記締結応力低減部が、直線状に形成された締結応力低減ビードで構成されると共に、前記固定具用孔の中心と前記シール対象孔の中心とを結ぶ軸線上に配置されると、工作性が良いので好ましい。

締結応力集中領域の範囲内であれば、締結応力低減部については、その断面形状や本数は特に限定しないが、好ましくは、締結応力低減ビードを締結応力集中領域の範囲内で、且つシール対象孔に対して放射状になるように設けるとよく、より好ましくは、断面形状が任意の形状で、且つ直線形状に形成された締結応力低減ビードを、固定具用孔の中心とシール対象孔の中心とを結ぶ軸線上に設けるとよい。

さらに、上記の目的を解決するための本発明のシリンダヘッドガスケットは、上記に記載のガスケットが、複数枚の金属板で形成され、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に狭持されて構成される。

この構成によれば、締結応力集中領域の範囲内に締結応力低減部を設けるので、シリンダブロックとシリンダヘッドが高いヘッドボルト軸力で締結された場合に、ヘッドボルト（固定具）とシリンダボア（シール対象孔）との間に設けられた締結応力低減部が、シリンダブロックを歪ませない抵抗となる。これにより、締結応力によるシリンダボア、あるいはシリンダライナーの歪みや変形を抑制することができる。

軽量且つ低剛性のシリンダブロックの場合、高いヘッドボルト軸力で締結すると、上面の肉厚が薄いため、シリンダブロックの内周面を引っ張り上げる力が働き、ウォータージャケット周辺やシリンダボア周辺の応力が局所的に増大する。特に、クローズドデッキタイプのシリンダブロックの場合は、ヘッドボルトとシリンダボアとの間が繋がっているため、当該部位の応力が増大する。

本発明では、ウォータージャケット周辺やシリンダボア周辺の応力を低減するため、シリンダボア、あるいはシリンダライナーの歪みや変形を抑制することができる。これにより、シリンダボア、あるいはシリンダライナーの歪みや変形によるシリンダ内のピストンの動作が妨げられることがなくなり、燃費を向上することができる。また、潤滑油や水がシリンダボア内部への流入することを防ぐことができる。

本発明によれば、二つの部材を固定具で締結したときに発生する締結応力を低減し、締結応力による歪みや変形などを抑制することができる。

特に、クローズドデッキタイプのシリンダブロックの、締結応力を低減し、シリンダボアの歪みや変形などを抑制することができる。これにより、シリンダボア及びシリンダライナーの形状を保持し、シリンダボアとシリンダに余計な抵抗を発生させないので、燃費を向上することができる。

本発明に係る実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す斜視図であり、シリンダブロックとシリンダヘッドの間にそのシリンダヘッドガスケットを狭持するエンジンの分解斜視図である。 図１のシリンダヘッドガスケットの締結応力集中領域を示す拡大平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 図１のシリンダヘッドガスケットの締結応力低減ビードを示す拡大図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる形状の締結応力低減ビードを示す。 本発明に係る実施の形態の吸排気系ガスケットを示す平面図であり、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ異なる形状の吸排気系ガスケットを示す。 従来のシリンダヘッドガスケットを示す斜視図であり、シリンダブロックとシリンダヘッドの間にそのシリンダヘッドガスケットを狭持するエンジンの分解斜視図である。 図６のシリンダヘッドガスケットの締結応力が集中する領域を示す拡大平面図である。

以下、本発明に係る実施の形態のガスケットとシリンダヘッドガスケットについて、図面を参照しながら説明する。なお、図１〜図７は、構成が分かり易いように寸法を変化させており、シリンダボア用孔の大きさ、水穴、ビードの厚さ、形状などの寸法を必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

また、実施の形態として、図１〜図４は、直列四気筒のエンジンに用いるシリンダヘッドガスケットを例に説明するが、本発明を適用することができるエンジンは、気筒数やその配列を限定しない。また、本発明は、特にウォータージャケットの部分が全て開口していないクローズドデッキタイプが最も効果を発揮するが、オープンデッキタイプにも適用することができる。

さらに、実施の形態として、図５は吸排気系ガスケットを例に説明する。ここでいう吸排気系ガスケットとは、マフラーやマニホールドなどの配管と配管の継ぎ目に設けられるガスケットのことをいう。

本発明に係る実施の形態のシリンダヘッドガスケット１０について、図１〜図４を参照しながら説明する。このシリンダヘッドガスケット１０は、図６に示す従来のシリンダヘッドガスケット１０Ｘの構成に、図１に示すように、シリンダブロック２とシリンダヘッド３（二つの部材）をヘッドボルト（固定具）１で締結したときに、ヘッドボルト１を挿通するボルト孔（固定具用孔）１４とシリンダボア孔（シール対象孔）１２との間の締結応力が集中する締結応力集中領域Ａに、締結応力集中領域Ａにのみ延在する締結応力低減ビード（締結応力低減部）１８を備えて構成される。

ここで、締結応力集中領域Ａについて説明する。この締結応力集中領域Ａは、図２に示すように、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とをヘッドボルト１で締結したときに、締結応力が集中する領域である。具体的には、シリンダボア孔１２とボルト孔１４との間の領域であって、シリンダボア孔１２の中心（シリンダボア４の中心）Ｏとボルト孔１４の中心Ｐとを結ぶヘッドボルト軸線Ｌ１に平行なボルト孔１４の二つボルト孔接線Ｌ２と、シリンダボア孔１２の外周縁（この実施の形態の場合は、シリンダボア孔用ビード１５を示す）と、ボルト孔１４の外周縁（この実施の形態の場合はボルト孔用ビード１７を示す）とに囲まれた領域である。

一般的に、シリンダブロック２に設けられた各シリンダボア４の周囲には複数のボルト
孔６が設けられており、この実施の形態では、一つのシリンダボア４に対して四つのボルト孔６を備えている。よって、各シリンダボア孔１２は四つの締結応力集中領域Ａに囲まれており、シリンダブロック２とシリンダヘッド３をヘッドボルト１で締結したときに、四つの締結応力集中領域Ａのそれぞれでウォータージャケット５の周辺やシリンダボア４の周辺の応力が局所的に増大する。

本発明は、各シリンダボア４の歪みや変形を抑制するために、各締結応力集中領域Ａ（この実施の形態では、一つのシリンダボアに対して四個あるため、合計で十六個存在する）の全てに締結応力低減ビード１８を備える。

この締結応力低減ビード１８は、シリンダボア孔用ビード１５、水孔用ビード１６、及びボルト孔用ビード１７などのシールビード以外にビードであり、締結応力集中領域Ａ内のみ延在するビードである。この締結応力低減ビード１８は、その断面形状や平面視での形状は特に限定しない。また、シリンダボア孔１２の周囲に設けたシリンダボア孔用ビード１５、水孔１３の周囲に設けた水孔用ビード１６、及びボルト孔１４の周囲に設けたボルト孔用ビード１７に寄与しないものであり、各ビード１５〜１７の面圧を阻害しないように構成される。

この実施の形態では、締結応力低減部として、図３の（ａ）に示すように、シリンダヘッド３に向かって凸型に形成された締結応力低減ビード１８を設けて、締結応力集中領域Ａの締結応力を低減したが、締結応力低減ビード１８の換わりに、例えば、図３の（ｂ）に示すように、複数の金属板から形成される基板１１上に、シリンダブロック２とシリンダヘッド３をヘッドボルト１で締結したときに、シリンダヘッド３に圧接可能な締結応力低減シム１９を設けてもよい。

また、締結応力低減ビード１８の断面形状、平面視での形状、及び一つの締結応力集中領域Ａに設けられる本数などは特に限定しない。例えば、図４の（ａ）の締結応力低減ビード２１のように、ヘッドボルト軸線Ｌ１からずらして設けてもよい。この場合は、ヘッドボルト軸線Ｌ１に対して、一定の角度を有するように配置する、あるいはヘッドボルト軸線Ｌ１と交差しないように配置しもよい。また、図４の（ｂ）の締結応力低減ビード２２のように、多角形状に形成してもよく、この他、円形状、楕円形状など様々な形状に形成することができる。

加えて、図４の（ｃ）の締結応力低減ビード２３のように、平面視で直線状ではなく、Ｗ字状やＳ字状などに蛇行させてもよい。さらに、図４の（ｄ）に示す締結応力低減ビード２４及び２５のように、一つの締結応力集中領域Ａに複数の締結応力低減ビード１８を設けてもよい。

上記のように、締結応力低減部は様々な形状のビードやシムに形成し、締結応力集中領域Ａに配置することができるが、好ましくは、例えば、図１に示すように、各締結応力低減ビード１８をシリンダボア孔１２に対して放射状になるように設けるとよい。より好ましくは、図２に示すように、断面形状が任意の形状で、且つ平面視で直線形状に形成された締結応力低減ビード１８を、シリンダボア孔１２の中心Ｏとボルト孔１４の中心Ｐとを結ぶヘッドボルト軸線Ｌ１上に配置するとよい。

直線状に形成した締結応力低減ビード１８をヘッドボルト軸線Ｌ１上に配置すると、容易に製造することができ、且つ締結応力を低減する効果も高い。なお、この実施の形態では、一つのシリンダボア４に対して四つのボルト孔６が設けられているため、シリンダボア孔１２の中心Ｏとボルト孔１４の中心Ｐを結ぶヘッドボルト軸線Ｌ１は丁度、一つのシリンダボア孔１２を囲む各ボルト孔１４の中心Ｐを頂点とした多角形の対角線なっており
、締結応力低減ビード１８はその対角線上に設けられることで、シリンダボア孔１２の周囲に設けられた全てのボルト孔１４とシリンダボア孔１２との間に発生する締結応力を低減している。

一方で、締結応力低減ビード１８は、シリンダボア孔用ビード１５、水孔用ビード１６、及びボルト孔用ビード１７の面圧を阻害してはならないため、例えば、図４の（ａ）に示すように、締結応力低減ビード２１をヘッドボルト軸線Ｌ１上からずらして設けると、シリンダボア孔用ビード１５、水孔用ビード１６、及びボルト孔用ビード１７とのクリアランスを確保し、面圧を阻害することを防止することもできる。

上記の構成によれば、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に狭持されたシリンダヘッドガスケット１０の締結応力集中領域Ａに、シリンダブロック２とシリンダヘッド３をヘッドボルト１で締結したときの抵抗となるように、締結応力低減ビード１８を設け、シリンダブロック２とシリンダヘッド３をヘッドボルト１で締結したときの締結応力を低減し、締結応力によるシリンダボア４の、あるいは図示しないシリンダライナーの歪みや変形を抑制することができる。

特に、上記の実施の形態で説明したように、クローズドデッキタイプのシリンダブロック２の、締結応力を低減し、シリンダボア４やシリンダライナーの歪みや変形などを抑制することができるので、シリンダの形状を保持し、シリンダボア４とシリンダ内部のピストン（図示せず）に余計な抵抗を発生させないので、燃費を向上することができる。

なお、シリンダヘッドガスケット１０の基板１１を構成する金属板の材質、及び金属板の枚数などは限定せず、例えば、基板１１を構成する金属板を複数ではなく、一枚の金属板から構成してもよい。

次に、本発明に係る実施の形態の吸排気系ガスケット３０について、図５を参照しながら説明する。図５の（ａ）に示すように、吸排気系ガスケット３０は、一枚又は複数の金属板から形成された基板３１に、排ガス孔３２とボルト孔３３を備え、それぞれその周縁部に排ガス孔用ビード３４とボルト孔用ビード３５を備えている。

そして、排ガス孔３２の中心Ｑとボルト孔３３の中心Ｒとを結ぶヘッドボルト軸線Ｌ３と平行なボルト孔３３の二つのボルト孔接線Ｌ４と、排ガス孔３２の外周縁（この実施の形態の場合は、排ガス孔用ビード３４を示す）と、ボルト孔３３の外周縁（この実施の形態の場合はボルト孔用ビード３５を示す）とに囲まれた締結応力集中領域Ｂに、締結応力低減ビード３６を備えて構成される。

この締結応力集中領域Ｂに設けられた締結応力低減ビード３６は、第１の実施の形態の締結応力集中領域Ａに設けられた締結応力低減ビード１８で説明した形状などに形成され、排ガス孔用ビード３４とボルト孔用ビード３５の面圧を阻害せず、締結応力集中領域Ｂの締結応力を低減することができる。

この実施の形態では、図５の（ａ）に示すように、ボルト孔３３を三つ設け、基板３１を三角形状に形成したものや、図５の（ｂ）に示すように、ボルト孔３３を二つ設け、基板３１を菱形状に形成したものなどを例に示したが、本発明は、基板３１の形状やボルト孔３３の個数は限定しない。

なお、本発明の実施の形態として、シリンダヘッドガスケット１０と吸排気系ガスケット３０を例に説明したが、本発明は、ボルトなどの固定具により締結される二つの部材に狭持されるガスケットであれば適用することができ、例えば、トランスミッションやクラ
ッチのカバー用ガスケットなどにも適用することができる。

本発明のガスケットは、二つの部材を固定具で締結したときに発生する締結応力を低減し、締結応力による歪みや変形などを抑制することができるので、特に締結したときにシリンダボアが締結応力により歪んでしまうクローズドデッキタイプのエンジンのシールに利用することができる。

１ ヘッドボルト（固定具）
２ シリンダブロック（部材）
３ シリンダヘッド（部材）
４ シリンダボア（シール対象孔）
５ ウォータージャケット
６、７ ボルト孔（固定具用孔）
１０ シリンダヘッドガスケット
１１ 基板
１２ シリンダボア孔（シール対象孔）
１３ 水孔
１４ ボルト孔（固定具用孔）
１５ シリンダボア孔用ビード（シールビード）
１６ 水孔用ビード（シールビード）
１７ ボルト孔用ビード（シールビード）
１８、２１、２２、２３、２４、２５ 締結応力低減ビード（締結応力低減部）
１９ 締結応力低減シム（締結応力低減部）
３０ 吸排気系ガスケット
３１ 基板
３２ 排ガス孔（シール対象孔）
３３ ボルト孔（固定具用孔）
３４ 排ガス孔用ビード（シールビード）
３５ ボルト孔用ビード（シールビード）
３６ 締結応力低減ビード（締結応力低減部）
Ａ、Ｂ 締結応力集中領域

特開２００６−２３３７７３号公報

上記の目的を解決するための本発明のガスケットは、固定具により締結される二つの部材の間に狭持され、シール対象孔をシールするガスケットにおいて、前記二つの部材を前記固定具で締結したときに、前記固定具を挿通する固定具用孔と前記シール対象孔との間の締結応力が集中する締結応力集中領域に、該締結応力集中領域にのみ延在し、且つ締結したときに前記二つの部材に接して締結したときの抵抗となる締結応力低減部を備えて構成される。

さらに、上記の目的を解決するための本発明のシリンダヘッドガスケットは、上記に記載のガスケットが、複数枚の金属板で形成され、クローズドタイプのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に狭持されて構成される。

この締結応力低減ビード１８は、シリンダボア孔用ビード１５、水孔用ビード１６、及びボルト孔用ビード１７などのシールビード以外のビードであり、締結応力集中領域Ａ内のみ延在するビードである。この締結応力低減ビード１８は、その断面形状や平面視での形状は特に限定しない。また、シリンダボア孔１２の周囲に設けたシリンダボア孔用ビード１５、水孔１３の周囲に設けた水孔用ビード１６、及びボルト孔１４の周囲に設けたボルト孔用ビード１７に寄与しないものであり、各ビード１５〜１７の面圧を阻害しないように構成される。

Claims (4)

1. 固定具により締結される二つの部材の間に狭持され、シール対象孔をシールするガスケットにおいて、
   前記二つの部材を前記固定具で締結したときに、前記固定具を挿通する固定具用孔と前記シール対象孔との間の締結応力が集中する締結応力集中領域に、該締結応力集中領域にのみ延在する締結応力低減部を備えることを特徴とするガスケット。
2. 前記締結応力集中領域が、前記固定具用孔の中心と前記シール対象孔の中心とを結ぶ軸線と平行な前記固定具用孔の二つ接線と、前記固定具用孔の外縁と、前記シール対象孔の外縁とに囲まれた領域であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記締結応力低減部が、直線状に形成された締結応力低減ビードで構成されると共に、前記固定具用孔の中心と前記シール対象孔の中心とを結ぶ軸線上に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスケットが、複数枚の金属板で形成され、
   シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に狭持されることを特徴とするシリンダヘッドガスケット。

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