JP2020190224A - エンジンのシール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアの変形の偏りを是正することができるシール部材を提供する。【解決手段】ガスケット５０は、エンジン１のシリンダヘッド１３とシリンダブロック１２との互いの締結面であるヘッド側デッキ面１３１とブロック側デッキ面１２１と間に配置される。ガスケット５０は、シリンダボア１１の中心軸Ｐ方向に積層された複数のビードプレート５１，５２，５３を備える。ガスケット５０は、シリンダボア１１と対応する位置にシム貫通孔５５Ａを有し、ビードプレート５１，５２の間に配置されて該シリンダボア１１周りの面圧を高めるシムプレート５５を備える。シムプレート５５は、シム貫通孔５５Ａ周りの径方向の幅が大きい幅広部５５１と幅が小さい幅狭部５５２とを有する。シリンダヘッド１３と前記シリンダブロック１２とを締結したときに、幅広部５５１は、幅狭部５５２よりも、該シリンダブロック１２に作用する締結面圧が小さい位置に配置されている。【選択図】図５

Description

本開示は、エンジンのシール部材に関するものである。

エンジンの燃焼圧によって、シリンダヘッドとシリンダブロックとは、離間するように変形しようとする。このため、従来より、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間にガスケットを設けて、シリンダヘッド、シリンダブロック、及びガスケットを高い軸力で締結することにより、上記変形が起こった場合であってもシリンダヘッド及びシリンダブロック間からの燃焼ガスの抜けを抑制することが行われている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、シリンダヘッドとシリンダブロックとを高い軸力で組み付けるときに発生する応力集中領域にビードもしくはシムを設けることにより、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が開示されている。

特開２０１４−１１４８５２号公報

ところで、シリンダボア周りに作用する締結面圧の分布に偏りがあると、シリンダボアの変形に偏りが生じる虞がある。特許文献１の技術では、シリンダボア周りの締結面圧の分布については具体的な検討がなされていない。

本開示では、シリンダボアの変形の偏りを是正することができるシール部材を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、ここに開示する第１の技術に係るエンジンのシール部材は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの互いの締結面間に配置されるシール部材であって、シリンダボアの中心軸方向に積層された複数のビードプレートと、前記シリンダボアと対応する位置に貫通孔を有し、前記複数のビードプレートの間に配置されて該シリンダボア周りの面圧を高めるシムプレートと、を備え、前記シムプレートは、前記貫通孔周りの径方向の幅が大きい幅広部と幅が小さい幅狭部とを有し、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとを締結したときに、前記幅広部は、前記幅狭部よりも、該シリンダブロックに作用する締結面圧が小さい位置に配置されていることを特徴とする。

シリンダボア周りには過大な燃焼圧が作用する。この燃焼圧にも耐えられるように、本構成ではシール部材にシムプレートを設けてシリンダボア周りの締結面圧を高めている。しかしながら、シリンダボア周りの締結面圧が大きくなると、その締結面圧が作用するシリンダボアにおいて、ブロック側の締結面に形成されたボア開口部が径方向外側に広がるような変形が生じる（この変形を以下「ボア変形」ともいう。）。このとき、シリンダヘッドとシリンダブロックとの締結態様に関連して締結面圧の分布に偏りがあると、その分布により、ボア変形に偏りが生じる。すなわち、ボア開口部のうち、締結面圧が大きく作用する箇所は大きく変形し、締結面圧が小さく作用する箇所は変形が小さくなる。ボア開口部において、大きく変形した部分は、シリンダボア内を摺動するピストンとシリンダボア内周面との間隙が広くなる。一方、小さく変形した部分は、大きく変形した部分に比べると、ピストンとシリンダボア内周面との間隙が狭くなる。間隙が広い部分では、ブローバイガスの排出量が増加するとともに、ピストンによるオイルの掻き落としが不十分となるため、燃焼室内に残ったオイルが燃焼され、オイル消費量が増加する。一方、間隙が狭い部分では、間隙が広い部分に比べてピストンによるオイルの掻き落としが過多となるため、オイルミストが過剰に発生し、ブローバイガスとして大気中に開放され、オイル消費量が増加する。このように、偏ったボア変形により、全体としてオイル消費量が増加する傾向にある。従って、オイル消費量の増加を抑制するためには、ボア変形の偏りを是正して、ボア変形をより真円に近づけることが効果的である。

本構成によれば、締結面圧が小さく作用する箇所のシムプレートの径方向の幅を大きくすることにより、当該箇所における締結面圧の作用領域を広げることができる。そうすると、仮に径方向の幅がほぼ同一のシムプレートを配置させたときに締結面圧が小さく作用し得る箇所の締結面圧を増加させるとともに、締結面圧が大きく作用し得る箇所の締結面圧を低下させることができる。そして、締結面圧が小さく作用し得る箇所の変形量を増加させるとともに、締結面圧が大きく作用し得る箇所の変形量を低減させることができる。言い換えると、締結面圧の分布の偏りを是正して、ボア変形の偏りを是正することができる。そうして、ボア変形をより真円に近づけることができ、オイル消費量の増加を抑制することができる。

第２の技術は、第１の技術において、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとは、ヘッドボルトにより締結され、前記幅広部は、前記幅狭部よりも、前記シリンダヘッドから前記シリンダブロックに伝わる前記ヘッドボルトの軸力の伝達量が小さい位置に配置されていることを特徴とする。

ヘッドボルトの軸力の伝達量が大きい位置は締結面圧が大きくなり、伝達量が小さい位置は締結面圧が小さくなり得る。ヘッドボルトの軸力の伝達量が小さい位置に幅広部を配置することにより、ボア変形の偏りを是正して、オイル消費量の増加を抑制することができる。

第３の技術は、第１又は第２の技術において、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとは、１つのシリンダボア当たり該シリンダボアの周りに配置された４つのヘッドボルトで締結され、前記シリンダボアの４次変形を考慮したときに、前記幅広部は、前記幅狭部よりも、該４次変形の変形量が小さい位置に配置されていることを特徴とする。

シリンダボアの周りに４つのヘッドボルトを配置してシリンダヘッドとシリンダブロックとをボルト締結する構造では、ボア変形は４次変形が主となる。すなわち、この構造では、締結面圧が特に４個所で高くなり、当該４個所の位置では４次変形の変形量が大きくなる。一方、当該４個所の間に締結面圧が低くなる個所が生じ、この締結面圧の低い個所では４次変形の変形量が小さくなる。本構成によれば、この４次変形の変形量が小さい位置にシムプレートの幅広部を配置することにより、当該位置の締結面圧を増加させることができ、延いては４次変形の変形量を増加させることができる。そうして、４次変形の変形量が大きい位置の変形量を低下させることができる。これにより４次変形の変形量の偏りを是正して、オイル消費量の増加を抑制することができる。

第４の技術は、第３の技術において、前記シリンダヘッドは、前記ヘッドボルトが挿通されるボルト孔と、互いに隣り合う前記ボルト孔の間に該ボルト孔に沿って前記締結面まで延びるように形成された肉厚部と、を備えており、前記シムプレートの前記幅広部は、前記ヘッドボルトの締結位置に向かって漸次拡径された山型形状を有することを特徴とする。

シリンダヘッドの隣り合うボルト孔の間に該ボルト孔に沿って締結面まで伸びる肉厚部が設けられていることにより、ヘッドボルトの軸力は主に当該肉厚部を介してシリンダブロック側に伝達され得る。そうすると、シリンダブロック側において、シリンダヘッドの肉厚部に対応する位置及びその近傍へ作用する締結面圧が増加する。一方、シリンダブロック側のヘッドボルト締結位置周辺は、前記肉厚部に対応する位置及びその近傍に比べて締結面圧が低下する。本構成によれば、幅広部をヘッドボルト締結位置に向かって漸次拡径された山型形状としたから、締結面圧の偏った分布を効果的に是正して、ボア変形の偏りを是正することができる。

第５の技術は、第４の技術において、前記幅広部の山頂部は、前記４次変形の節に対応する位置に配置されていることを特徴とする。

４次変形の節は最も変形量が小さい箇所である。本構成によれば、変形量が最も小さい箇所に対応する位置に幅広部の山頂部を配置することにより、締結面圧の偏りを効果的に是正して、ボア変形の偏りを是正することができる。

第６の技術は、第１乃至第５の技術のいずれか一において、前記幅広部の外周と前記幅狭部の外周とは滑らかな曲線で接続されていることを特徴とする。

幅広部の外周と幅狭部の外周とを滑らかな曲線で接続することにより、徐々に増加又は減少する締結面圧の偏りを効果的に是正することができる。

第７の技術は、第１乃至第６の技術のいずれか一において、前記シリンダブロックは、前記シリンダボアの周囲に配置され、前記締結面において開口するウォータージャケットを備え、前記ビードプレートは、前記シリンダボアに対応する位置に設けられたボア孔と、前記ボア孔の全周に設けられたフルビード部と、前記ウォータージャケットの開口の周囲に対応する位置に設けられたハーフビード部と、を備え、前記シムプレートは、積層方向の断面において、前記ビードプレートの前記フルビード部に対応する位置に設けられる一方、前記ハーフビード部に対応する位置には設けられていないことを特徴とする。

シリンダボアの周囲において求められる締結面圧は、ウォータージャケットの周囲において求められる締結面圧よりもはるかに大きい。シール部材においてボア孔側にシムプレートを設ける一方、ウォータージャケット側にはシムプレートを設けない構成とすることにより、ボア孔側とウォータージャケット側との間に段差を生じさせ、ボア孔側の締結面圧を向上させることができる。

以上述べたように、本開示によると、締結面圧が小さく作用する箇所のシムプレートの径方向の幅を大きくすることにより、当該箇所における締結面圧の作用領域を広げることができる。そうすると、仮に径方向の幅がほぼ同一のシムプレートを配置させたときに締結面圧が小さく作用し得る箇所の締結面圧を増加させるとともに、締結面圧が大きく作用し得る箇所の締結面圧を低下させることができる。そして、締結面圧が小さく作用し得る箇所の変形量を増加させるとともに、締結面圧が大きく作用し得る箇所の変形量を低減させることができる。言い換えると、締結面圧の分布の偏りを是正して、ボア変形の偏りを是正することができる。そうして、ボア変形をより真円に近づけることができ、オイル消費量の増加を抑制することができる。

一実施形態に係るガスケットを備えたエンジンの構成を示す断面図である。 シリンダブロックのブロック側デッキ面の平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図２のブロック側デッキ面にガスケットを載置した図である。 図４の符号Ｂで示す部分の拡大図である。 図５のＣ−Ｃ線における断面図である。 図５のＤ−Ｄ線における断面図である。 実施例及び比較例におけるボア変形の４次変形の変形量を示すグラフである。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（一実施形態）
＜エンジン＞
図１は、本実施形態に係るガスケット５０（シール部材）が適用されたエンジン１の構成を示す断面図である。図２は、シリンダブロック１２の後述するブロック側デッキ面１２１（締結面）の平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。以下、主に図１〜図３を参照して、エンジン１の構成を説明する。

エンジン１は、複数の気筒を備えた多気筒エンジンであり、図１は１つの気筒における断面図である。エンジン１の他の気筒は、図１の紙面に垂直な方向に並んでいる。エンジン１は、例えば自動車等の車両に搭載される。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダヘッド１３と、その下側に配置されるシリンダブロック１２とを備えている。シリンダヘッド１３とシリンダブロック１２とは、後述するように、ヘッドボルト８１により締結される。なお、シリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２の互いの締結面をそれぞれヘッド側デッキ面１３１及びブロック側デッキ面１２１と称する。ヘッド側デッキ面１３１及びブロック側デッキ面１２１の間には、本実施形態に係るガスケット５０（シール部材）が配置される。なお、図１では、ガスケット５０の図示を省略している。ガスケット５０の詳細については後述する。

シリンダブロック１２の内部には、上記複数の気筒を構成する複数のシリンダボア１１が形成されている。シリンダボア１１の上端は、ブロック側デッキ面１２１において開口している。当該シリンダボア１１の上端をボア開口部１１Ａと称する。

なお、本明細書において、方向は以下のとおりとする。図１に示すように、シリンダヘッド１３側を上側、シリンダブロック１２側を下側とする。上下方向は、シリンダボア１１の中心軸Ｐの方向（中心軸方向）と同一である。また、図１に示すように、後述する吸気ポート１８側を吸気側、後述する排気ポート１９側を排気側とする。さらに、図１の紙面に垂直な方向を気筒列方向とする。

図１に示すように、各シリンダボア１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されている。ピストン３は、シリンダボア１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。具体的には、ピストン３の頂面は燃焼室１７の底面を構成し、シリンダボア１１の内周面は燃焼室１７の側面を構成し、シリンダヘッド１３のヘッド側デッキ面１３１は燃焼室１７の天井面を構成する。また、シリンダヘッド１３には、ヘッド側デッキ面１３１において開口する吸気ポート１８と排気ポート１９とが形成されており、燃焼室１７に通じている。吸気ポート１８及び排気ポート１９は、１つの気筒につきそれぞれ２つずつ形成されている（図３参照）。

図２に示すように、シリンダブロック１２のシリンダボア１１の周りには、１つのシリンダボア１１当たり４つのブロック側ボルト孔１５２が設けられている。また、図３に示すように、シリンダヘッド１３には、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とを締結させた状態（図１参照）で、ブロック側ボルト孔１５２に対応する位置に、ヘッド側ボルト孔１５３（ボルト孔）が形成されている。図１の状態で、シリンダヘッド１３の上側からヘッドボルト８１をヘッド側ボルト孔１５３、次いでブロック側ボルト孔１５２に挿通させることにより、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１２とはボルト締結される。すなわち、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１２とは、１つのシリンダボア１１当たり該シリンダボア１１の周りに配置された４つのヘッドボルト８１で締結される。

図３に示すように、シリンダヘッド１３には、互いに隣り合うヘッド側ボルト孔１５３の間に、ヘッド側ボルト孔１５３に沿ってヘッド側デッキ面１３１にまで延びる肉厚部が形成されている。肉厚部は、図３において一点鎖線の円で示すように、互いに隣り合う気筒間に形成された第１肉厚部１３３と、同一気筒の燃焼室１７に開口する互いに隣り合う吸気ポート１８間に形成された第２肉厚部１３５と、同一気筒の燃焼室１７に開口する互いに隣り合う排気ポート１９間に形成された第３肉厚部１３７とを有する（以下、これらをまとめて「肉厚部１３３，１３５，１３７」と称することがある。）。図示はしないが、肉厚部１３３，１３５，１３７は、ヘッド側ボルト孔１５３のほぼ全長に亘って上下方向に延びるように形成されている。肉厚部１３３，１３５，１３７は、シリンダヘッド１３の剛性を高めるとともに、シリンダブロック１２へのヘッドボルト８１の軸力の伝達量を増加させるために設けられている。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック１２はオープンデッキタイプである。すなわち、各シリンダボア１１の周囲には、ブロック側デッキ面１２１に形成されたウォータージャケット開口６３Ａにおいて開口するブロック側ウォータージャケット６３（ウォータージャケット）が設けられている。ブロック側ウォータージャケット６３には、シリンダボア１１を冷却するためのエンジン冷却液が流通される。

エンジン冷却液は、ブロック側ウォータージャケット６３を通った後、シリンダヘッド１３内に設けられたヘッド側ウォータージャケット６４に流入する。図１に示すように、ヘッド側ウォータージャケット６４は、燃焼室１７の直上及び排気ポート１９の周囲に形成されている。

また、シリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２には、エンジン１の各所に潤滑用のエンジンオイルを供給するための油路が形成されている。具体的に、図３に示すように、シリンダヘッド１３には、ヘッド側油路７３が形成されている。また、図２に示すように、シリンダブロック１２には、ブロック側油路７２が形成されている。

＜ガスケット＞
以下、主に図４〜図８を参照して、本実施形態に係るガスケット５０の構成を説明する。なお、図４は、図２のブロック側デッキ面１２１にガスケット５０を載置した図である。図５は、図４の符号Ｂで示す部分の拡大図である。なお、図４及び図５において、理解を容易にするため、ガスケット５０にはドット状のハッチングを施している。また、図４及び図５において、後述するシムプレート５５については、後述する第１ビードプレート５１と第２ビードプレート５２との間に挟まれているが、実線で記載している。さらに、後述するフルビード部５０Ｂ及びハーフビード部５０Ｃは、図４では実線、図５では細かいドット状のハッチングで示している。図６及び図７は、図５のそれぞれＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線における断面図である。図６及び図７において、フルビード部５０Ｂ及びハーフビード部５０Ｃについては、理解を容易にするため、図５と同一の細かいドット状のハッチングを施している。図８は、実施例及び比較例におけるボア変形の４次変形の変形量（本明細書において、「４次変形量」ともいう。）を示すグラフである。

図６及び図７に示すように、ガスケット５０は、上下方向に積層された複数のビードプレートとしての第１ビードプレート５１、第２ビードプレート５２及び第３ビードプレート５３（以下、これらをまとめて「ビードプレート５１，５２，５３」等と称することがある。）と、第１ビードプレート５１と第２ビードプレート５２との間に配置されたシムプレート５５とを備える。

ビードプレート５１，５２，５３の各々は、シリンダボア１１に対応する位置にそれぞれ第１ボア孔５１Ａ（ボア孔）、第２ボア孔５２Ａ（ボア孔）、及び第３ボア孔５３Ａ（ボア孔）を有している。

また、シムプレート５５は、シリンダボア１１に対応する位置にシム貫通孔５５Ａ（貫通孔）を有している。

これら第１ボア孔５１Ａ、第２ボア孔５２Ａ、第３ボア孔５３Ａ、及びシム貫通孔５５Ａは、ガスケット５０のガスケット貫通孔５０Ａを構成する。ガスケット貫通孔５０Ａは、ガスケット５０がシリンダヘッド１３とシリンダブロック１２との間に配置されたときに、燃焼室１７の壁面を形成する。

図４〜図７に示すように、ビードプレート５１，５２，５３の各々は、シリンダボア１１の全周、すなわちガスケット貫通孔５０Ａの全周に設けられ、第１フルビード部５１Ｂ（フルビード部）、第２フルビード部５２Ｂ（フルビード部）及び第３フルビード部５３Ｂ（フルビード部）を有する。第１フルビード部５１Ｂ及び第３フルビード部５３Ｂは、上側に向かって凸状である。第２フルビード部５２Ｂは、下側に向かって凸状である。これらは、ガスケット５０のフルビード部５０Ｂを構成する。フルビード部５０Ｂは、シリンダボア１１周りの締結面圧を高めるためのものである。すなわち、フルビード部５０Ｂは、ガスケット５０がシリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２間に組み付けられたときに、凸状の形状により高い面圧を生じるから、シリンダボア１１周りの締結面圧を高めることができる。

ビードプレート５１，５２，５３の各々は、ウォータージャケット開口６３Ａの周囲に対応する位置に設けられ、第１ハーフビード部５１Ｃ（ハーフビード部）、第２ハーフビード部５２Ｃ（ハーフビード部）、及び第３ハーフビード部５３Ｃ（ハーフビード部）を有する。第１ハーフビード部５１Ｃ及び第３ハーフビード部５３Ｃは、上側から下側に向かって一方向に傾斜する。一方、第２ハーフビード部５２Ｃは、下側から上側に向かって一方向に傾斜する。これらは、ガスケット５０のハーフビード部５０Ｃを構成する。ハーフビード部５０Ｃは、その傾斜形状により、ウォータージャケット開口６３Ａ周り、特にウォータージャケット開口６３Ａの外側の締結面圧を高めるためのものである。

また、図６及び図７には図示しないが、ビードプレート５１，５２，５３の各々は、ブロック側油路７２（図４参照）の開口部の周囲に対応する位置に設けられた油路側第１ハーフビード部、油路側第２ハーフビード部、及び油路側第３ハーフビード部を有する。これらは、ブロック側油路７２の開口部周りの締結面圧を高めるためのものであり、図４に示すように、ガスケット５０の油路側ハーフビード部５０Ｄを構成する。なお、油路側第１ハーフビード部、油路側第２ハーフビード部、及び油路側第３ハーフビード部の傾斜方向は、それぞれ第１ハーフビード部５１Ｃ、第２ハーフビード部５２Ｃ及び第３ハーフビード部５３Ｃの傾斜方向と反対である。

図６及び図７に示すように、シムプレート５５は、ビード部を有しない平坦な板状の部材である。そして、シムプレート５５は、積層方向の断面において、フルビード部５０Ｂに対応する位置に設けられる一方、ハーフビード部５０Ｃに対応する位置には設けられていない。上述のごとく、シリンダボア１１の周囲において求められる締結面圧は、ウォータージャケット開口６３Ａの周囲において求められる締結面圧よりもはるかに大きい。シムプレート５５をフルビード部５０Ｂ側に設けてハーフビード部５０Ｃ側に設けない構成とすることにより、シリンダボア１１側とウォータージャケット開口６３Ａ側との間に段差を生じさせることができる。そうして、当該段差により、ガスケット５０をシリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２間に組み付けたときに、シリンダボア１１側の締結面圧をさらに高めることができる。このように、シムプレート５５は、シリンダボア１１周りの締結面圧を高めるためのものである。

−幅広部及び幅狭部−
本実施形態に係るガスケット５０は、シムプレート５５の形状に特徴がある。具体的には、図４及び図５に示すように、シムプレート５５は、シム貫通孔５５Ａ周りの径方向の幅が大きい幅広部５５１と幅が小さい幅狭部５５２とを有している。すなわち、図６及び図７に示すように、幅広部５５１の径方向の幅Ｗ１は、幅狭部５５２の径方向の幅Ｗ２よりも大きくなっている。

ここに、本実施形態のエンジン１は、上述のごとく、シリンダボア１１の周りに４つのヘッドボルト８１を配置してシリンダヘッド１３とシリンダブロック１２とをボルト締結する構造を採用している。そうすると、ボア変形は、４次変形が主となる。詳細には、ボア変形の変形量は公知の計算式を用いてシミュレーションにより算出することができるが、その計算式を次数分解して４次変形量のみを取り出すことができる。そうしてグラフ化したものの一例が図８である。

図８のグラフの円は、図４の中央のシリンダボア１１に例示するように、ボア開口部１１Ａの円に対応しており、最外殻の円の外側に表記された数値は、シリンダボア１１の中心軸Ｐ周りの角度を示している。また、図８において、径の異なる円が１０個同心円状に配置されているが、これらの円はボア変形の４次変形量を示している。詳細には、０のラベルが付された円は、ボア変形の４次変形量の平均値を示している。そして、０のラベルが付された円から外側は４次変形量が平均値よりも大きいことを示し、内側は４次変形量が平均値よりも小さいことを示している。具体的には例えば、０のラベルが付された円の１つ外側の円には０．５のラベルが付されているが、当該円では、４次変形量が平均値よりも０．５μｍ大きいことを示している。

図８のグラフの中で、符号Ｅ１で示す実線の曲線は、実施例として、本実施形態に係るガスケット５０、すなわち図５において同一符号Ｅ１の実線で示すシムプレート５５を備えたガスケット５０を使用したときのボア変形の４次変形量を示している。また、図８中符号Ｃ１で示す破線の曲線は、図５において同一符号Ｃ１の破線で示すように、比較例として、幅広部５５１を形成しない、すなわち幅広部５５１の径方向幅を幅狭部５５２の径方向の幅Ｗ２と同一にしたシムプレートを備えたガスケットを使用したときのボア変形の４次変形量を示している。

図８に示すように、符号Ｃ１の比較例では、０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置におけるボア変形の４次変形量が最も大きくなっている。そして、これらの角度の中間の角度、すなわち４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置におけるボア変形の４次変形量は最も小さくなっており、４次変形の節となっている。具体的には、０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置では、４次変形量の平均値との差が約２．３μｍ、すなわち４次変形量が平均値よりも約２．３μｍ大きいことが判る。また、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置では、４次変形量の平均値との差が約−２．５μｍ、すなわち４次変形量が平均値よりも約２．５μｍ小さいことが判る。

これは、以下のように説明することができる。すなわち、図３において、シリンダボア１１のボア開口部１１Ａに対応する位置を二点鎖線で示すとともに、図８の角度表示に対応する角度を記載しているが、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の方向にヘッド側ボルト孔１５３が配置されている。そして、その隣り合うヘッド側ボルト孔１５３の間、すなわち０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置に上述の肉厚部１３３，１３５，１３７が配置されている。これにより、ヘッド側ボルト孔１５３に挿通されるヘッドボルト８１の軸力は主に当該肉厚部１３３，１３５，１３７を介してシリンダブロック１２側に伝達され得る。そうすると、シリンダブロック１２側において、シリンダヘッド１３の肉厚部１３３，１３５，１３７に対応する位置及びその近傍、すなわち０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置及びその近傍では、ヘッドボルト８１の軸力の伝達量が大きくなるから、その位置に作用する締結面圧が増加する。一方、シリンダブロック１２側のヘッドボルト８１の締結位置周辺、すなわち４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置及びその近傍は、肉厚部１３３，１３５，１３７に対応する０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置及びその近傍に比べて、ヘッドボルト８１の軸力の伝達量が小さくなるから、締結面圧が低下する。

そうして、図８に示すように、符号Ｃ１の比較例では、０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置及びその近傍において締結面圧が増加するからボア変形の４次変形量が平均値よりも大きくなる。これに対し、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置及びその近傍では締結面圧が低下するからボア変形の４次変形量が平均値よりも小さくなる。

一方、図８中符号Ｅ１で示す実施例では、図４に示すように、シムプレート５５における、シリンダブロック１２側のヘッドボルト８１の締結位置周辺、すなわち４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置及びその近傍に幅広部５５１が設けられている。これにより、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置及びその近傍における締結面圧の作用領域を広げることができ、当該位置及びその近傍の締結面圧を増加させることができる。そうして、図８中符号Ａ１の矢印で示すように、当該位置及びその近傍のボア変形の４次変形量を増加させることができる（具体的には、４次変形量の平均値との差を、比較例の約−２．５μｍから、実施例では約−１．５μｍに減少させることができる）。

また、実施例では、幅広部５５１を設けたことにより、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置及びその近傍の締結面圧が増加すると、シリンダボア１１に作用する締結面圧の全体量は比較例と実施例で変わりはないから、０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置及びその近傍における締結面圧が低下する。そうして、図８中符号Ａ２の矢印で示すように、０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置及びその近傍におけるボア変形の４次変形量を低下させることができる（具体的には、４次変形量の平均値との差を、比較例の約２．３μｍから、実施例では約１．３μｍに減少させることができる）。

このように、実施例では、幅広部５５１を設けることにより、締結面圧の分布の偏りを是正して、延いてはボア変形の偏りを是正することができる。そうして、ボア変形をより真円に近づけることができ、オイル消費量の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、幅広部５５１は、ヘッドボルト８１の締結位置に向かって漸次拡径された山型形状としている。すなわち、幅広部５５１の外周と幅狭部５５２の外周とは滑らかな曲線で接続されている。そして、幅広部５５１の山頂部５５１Ａを、４次変形の節に対応する位置に配置するようにしている。これにより、締結面圧の作用領域を徐々に広げつつ、最も変形量が小さい節の位置で締結面圧の作用領域が最も広くなるように構成されるから、締結面圧の偏った分布を効果的に是正することができる。

（その他の実施形態）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、上記実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

上記実施形態では、幅広部５５１の外周と幅狭部５５２の外周とは滑らかな曲線で接続されており、幅広部５５１は、ヘッドボルト８１の締結位置に向かって漸次拡径された山型形状であったが、当該構成に限られるものではなく、ヘッドボルト８１の締結位置近傍において一定の幅で拡径された構成等を採用してもよい。この場合、４次変形の節に対応する位置を含むように幅広部５５１を配置することが効果的である。

上記実施形態では、ヘッドボルト８１の数は、１つのシリンダボア１１当たり４つとなる構成であったが、当該構成に限定されるものではなく、ヘッドボルト８１の数は複数であればよく、偶数でシリンダボア１１周りに均等に配置されることが望ましい。

また、シリンダヘッド１３の肉厚部１３３，１３５，１３７の位置、形状、長さ等の構成は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、エンジン１の仕様により適宜変更され得る。

締結面圧の分布は、ヘッドボルトの本数、位置、シリンダヘッドの形状、肉厚部の位置等により変化し得る。上記実施形態は一例であり、幅広部５５１は、エンジン１の仕様に応じて、締結面圧の小さくなる位置に設けられる。

ビードプレート５１，５２，５３の第１フルビード部５１Ｂ、第２フルビード部５２Ｂ及び第３フルビード部５３Ｂの凸状の向きは、上記実施形態の構成に限られるものではない。具体的には例えば、第１フルビード部５１Ｂ及び第３フルビード部５３Ｂが下側に向かって凸状、第２フルビード部５２Ｂが上側に向かって凸状であってもよい。なお、シムプレート５５の変形を抑制する観点から、シムプレート５５から離れる方向に凸状であることが望ましい。また、シリンダボア１１周りの締結面圧を高める観点から、隣り合うビードプレートのフルビード部は、凸状の向きが反対であることが望ましい。

また、ビードプレート５１，５２，５３の第１ハーフビード部５１Ｃ、第２ハーフビード部５２Ｃ及び第３ハーフビード部５３Ｃの傾斜の向きは、上記実施形態の構成に限られるものではない。具体的には例えば、第１ハーフビード部５１Ｃ及び第３ハーフビード部５３Ｃが下側から上側に向かって一方向に傾斜し、第２ハーフビード部５２Ｃが上側から下側に向かって一方向に傾斜する構成でもよい。なお、ウォータージャケット開口６３Ａ周りの締結面圧を高める観点から、隣り合うビードプレートのハーフビード部は、傾斜の向きが反対であることが望ましい。また、これらの構成は、油路側ハーフビード部５０Ｄにも適用できる。なお、油路側第１ハーフビード部、油路側第２ハーフビード部、及び油路側第３ハーフビード部の傾斜方向は、それぞれ第１ハーフビード部５１Ｃ、第２ハーフビード部５２Ｃ及び第３ハーフビード部５３Ｃの傾斜方向と同一であってもよいし反対であってもよいが、上記実施形態の構成のように、反対であることが望ましい。

上記実施形態では、ビードプレートは３枚であったが、当該構成に限られるものではなく、２枚又は４枚以上であってもよい。シムプレート５５の積層方向の位置は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、第２ビードプレート５２及び第３ビードプレート５３の間に配置されてもよい。４枚以上のビードプレートを有する場合には、隣り合うビードプレート間に挟まれていれば、どのビードプレート間であってもよい。また、ビードプレート及びシムプレート以外のプレートを備えていてもよく、具体的には例えば、ビードプレートの外側に平坦な板状の保護プレート等を備えていてもよい。

本開示は、エンジンのシール部材の分野において、極めて有用である。

１ エンジン
１１ シリンダボア
１１Ａ ボア開口部
１２ シリンダブロック
１２１ ブロック側デッキ面（締結面）
１３ シリンダヘッド
１３１ ヘッド側デッキ面（締結面）
１３３ 第１肉厚部（肉厚部）
１３５ 第２肉厚部（肉厚部）
１３７ 第３肉厚部（肉厚部）
１５２ ブロック側ボルト孔
１５３ ヘッド側ボルト孔（ボルト孔）
５０ ガスケット（シール部材）
５０Ａ ガスケット貫通孔
５０Ｂ フルビード部
５０Ｃ ハーフビード部
５１ 第１ビードプレート（ビードプレート）
５１Ａ 第１ボア孔（ボア孔）
５１Ｂ 第１フルビード部（フルビード部）
５１Ｃ 第１ハーフビード部（ハーフビード部）
５２ 第２ビードプレート（ビードプレート）
５２Ａ 第２ボア孔（ボア孔）
５２Ｂ 第２フルビード部（フルビード部）
５２Ｃ 第２ハーフビード部（ハーフビード部）
５３ 第３ビードプレート（ビードプレート）
５３Ａ 第３ボア孔（ボア孔）
５３Ｂ 第３フルビード部（フルビード部）
５３Ｃ 第３ハーフビード部（ハーフビード部）
５５ シムプレート
５５Ａ シム貫通孔（貫通孔）
５５１ 幅広部
５５１Ａ 山頂部
５５２ 幅狭部
６３ ブロック側ウォータージャケット（ウォータージャケット）
８１ ヘッドボルト

Claims (7)

1. エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの互いの締結面間に配置されるシール部材であって、
   シリンダボアの中心軸方向に積層された複数のビードプレートと、
   前記シリンダボアと対応する位置に貫通孔を有し、前記複数のビードプレートの間に配置されて該シリンダボア周りの面圧を高めるシムプレートと、を備え、
   前記シムプレートは、前記貫通孔周りの径方向の幅が大きい幅広部と幅が小さい幅狭部とを有し、
   前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとを締結したときに、前記幅広部は、前記幅狭部よりも、該シリンダブロックに作用する締結面圧が小さい位置に配置されている
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
2. 請求項１において、
   前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとは、ヘッドボルトにより締結され、
   前記幅広部は、前記幅狭部よりも、前記シリンダヘッドから前記シリンダブロックに伝わる前記ヘッドボルトの軸力の伝達量が小さい位置に配置されている
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとは、１つのシリンダボア当たり該シリンダボアの周りに配置された４つのヘッドボルトで締結され、
   前記シリンダボアの４次変形を考慮したときに、前記幅広部は、前記幅狭部よりも、該４次変形の変形量が小さい位置に配置されている
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
4. 請求項３において、
   前記シリンダヘッドは、
   前記ヘッドボルトが挿通されるボルト孔と、
   互いに隣り合う前記ボルト孔の間に該ボルト孔に沿って前記締結面まで延びるように形成された肉厚部と、を備えており、
   前記シムプレートの前記幅広部は、前記ヘッドボルトの締結位置に向かって漸次拡径された山型形状を有する
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
5. 請求項４において、
   前記幅広部の山頂部は、前記４次変形の節に対応する位置に配置されている
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記幅広部の外周と前記幅狭部の外周とは滑らかな曲線で接続されている
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
   前記シリンダブロックは、前記シリンダボアの周囲に配置され、前記締結面において開口するウォータージャケットを備え、
   前記ビードプレートは、
   前記シリンダボアに対応する位置に設けられたボア孔と、
   前記ボア孔の全周に設けられたフルビード部と、
   前記ウォータージャケットの開口の周囲に対応する位置に設けられたハーフビード部と、を備え、
   前記シムプレートは、積層方向の断面において、前記ビードプレートの前記フルビード部に対応する位置に設けられる一方、前記ハーフビード部に対応する位置には設けられていない
   ことを特徴とするエンジンのシール部材。

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