JP4252049B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロック等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関するものである。

自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）の接合面をシールする場合に、金属製のシリンダヘッドガスケットを間に挟持して燃焼ガスや冷却水や潤滑オイル等をシールしている。

このシリンダヘッドガスケットは、エンジンの軽量化および製造コストの低減等の要請から、多数の金属基板を積層した積層タイプから、一枚や二枚の金属基板で形成する単純な構造のシリンダヘッドガスケットに移行して来ており、構成板が一枚や二枚となるため、また、エンジンの軽量化の面から使用可能な材料も制限されてきているため、シール手段の種類、個数も制限され、比較的単純化したシール手段を使用せざるを得なくなってきている。

また、最近のエンジンの軽量小型化の結果、エンジンの低剛性化が進み、シリンダヘッドガスケットのシーリングにおいて、シリンダボア用穴周囲で均一なシール面圧を得ることが困難になってきている。即ち、エンジン部材におけるシリンダボア用穴の周囲の構造上の問題からガスケット締め付け時に剛性の弱い部分にシール面圧の不足が生じ、その部分にガス漏れが発生するケースが多くみられるようになってきている。

この漏れたガスが少量でも水穴やオイル穴に侵入すると、水やオイル等の液体中に気体が入り込むことにより水やオイルの循環が阻害され、エンジンの冷却に支障を生じるようになり、エンジントラブルの発生原因となるので、十分な対策が必要となる。

一方で、ボアシール性能を確保するためにシリンダボア用穴の直近の周囲部分に大きなシール面圧を与えると、低剛性のシリンダボアの変形が促進され、ガスケットのシール手段が十分に機能しなくなり、適正なシール性能を得ることが難しいという問題もある。

そして、このシリンダヘッドガスケットのガス漏れの殆どが、締結ボルトによる荷重が弱くなる部位に当たるボア間と排気側で発生している。つまり、締結ボルト穴の近傍は締結荷重が大きく必要以上のシール面圧が発生する一方で、その分だけ、他の部分のシール面圧が低下し、全体としての面圧分布が不均等となる。この不均等な面圧分布における面圧の弱い部分の発生が燃焼ガスの漏出の原因となっている。

この問題に対応するために、シリンダボア用穴の折り返し部（グロメット）に挿入した金属リングの幅を、締結ボルト穴の間よりも締結ボルト穴近傍で折り返し部から突出するように広く形成して、締結ボルトの締め付けによる締結荷重を分散させてバランスのよい面圧分布を発生させる金属積層形ガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この構成は折り返し部における面圧分布の調整効果があるが、ビード部分における面圧分布を調整することはできないという問題がある。

また、シリンダボア用穴周りのビードの周方向において締結ボルト穴の間に平面視で波形等の蛇行形状部分を設けることも考えられるが、この場合には、蛇行部分を形成するための金型に比較的高い工作精度が必要になるという問題と、蛇行部分が邪魔してシリンダボア用穴周りに折り返し部を設けることができないという問題がある。
特開平１０−２５２８９４

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケットのシール性能が低下し易い、シリンダボア用穴の間や排気側の締結ボルト穴の間の中間部におけるシール面圧を向上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。

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、シリンダボア用穴を囲んでシール用のビードを設けた単一板金属製シリンダヘッドガスケット又は該ビードを設けた金属基板を有する積層型金属製シリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの周方向に関して、少なくとも一つの締結ボルト穴の間の中間部分に平面視で外側に尖った形状に形成し、その部分のビードの長さを長くすることにより、ビードの受圧面積を大きくして構成する。

なお、この尖った形状とは、従来技術のビードがシリンダボア用の周囲に同心円で形成されているのに対しての表現であり、必ずしも鋭角部を持つことを意味するものではなく、円周形状に対して、角部を有することを意味する。

この構成によれば、面圧が低くなり易い締結ボルト穴の間のビードを、周方向に関して部分的に平面視で外側に尖った形状にすることにより、比較的単純な形状で、その部分のシールビードの長さを長くすることができるので、ビードの受圧面積を大きくできる。そのため、通常の平面視で円弧状のビードより、この尖った形状部分のクリープリラクゼーション（ヘタリ）が小さくなる。従って、熱などが高くシール条件の悪いシリンダボア用穴間や排気側部分においても、優れたシール性を維持することができ、本構造を用いることにより、シール強化することができる。

特に、この尖った形状を有する構成にすることにより、部分的に平面視で波形等の蛇行部分に形成する場合に比較して、構成が簡単化し精度の高い金型が不要となり、しかも、折り返し幅が充分に確保できれば、シリンダボア用穴周囲に折り返し部を設けることや、ボアビードリングを組み込むことができる。

また、全部の締結ボルト穴の間に尖った形状部分を設けた場合には、ビードの周方向において、この尖った形状部分の中間位置に締結ボルト穴が配置された構成となるので、ビードの全周にわたって、面圧の当たりムラが少なくなる。

また、上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの尖った形状部分を隣接するシリンダボア用穴との間に、あるいは、シリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの尖った形状部分を排気側にそれぞれ設けると、これらの部分は、締結ボルト穴の間で比較しても締結ボルトの締結によって発生する面圧が比較的小さいので、ビードの尖った形状部分を設けた効果が大きい。

また、上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの尖った形状部分の先端の角度を９０°〜１７０°の範囲内とする。９０°以上であると、尖端の突出量も少なく、シリンダボア用穴の間でも配置易くなり、１７０°以下であると、尖らしたことによるシール効果が大きくなり、この構成を採用することによる効果が大きい。

更に、上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの尖った形状部分の先端位置を、両側の締結ボルト穴の外側を結ぶ直線と、この両側の締結ボルト穴の内側を結ぶ直線との間に配置すると、面圧の低くなる締結ボルト穴の中間部の中では最も面圧が高くなる部分に尖った形状部分が配置され、シールラインを形成するビードの受圧面を配置することができるので、より効果が大きくなる。

なお、本発明のシリンダボア用穴の周囲に設けるシール用のビードの断面形状は、通常は円弧状のフルビードが使用されるが、台形形状やその他の断面形状のフルビードであってもよく、また、ハーフビード等のフルビード以外のビードであってもよい。また、平面視における外側に尖った形状は、直線状の形状でも、円弧等の曲線の組み合わせ等でもよく、その裾野部はその周辺の平面視で円弧形状の部分に接続されるが、滑らかにその周辺の円弧形状に接続するように形成することが好ましい。

本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、シリンダボア用穴の間に設けたビードの尖った形状部分は、受圧面積が大きくなるので、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケットのシール性能が低下し易いシリンダボア用穴の間や排気側の締結ボルト穴の中間部分におけるシール面圧を向上できる。

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〜図４に示す本発明に係る実施の形態のシリンダヘッドガスケット１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）との間に挟持されるメタルガスケットであって、シリンダボアの高温・高圧の燃焼ガス、及び、冷却水通路や冷却オイル通路等の冷却水やオイル等の液体をシールする。

なお、図１〜図４は、模式的な説明図であり、金属積層型ガスケット１，１Ａ，１Ｂの平面視における縦横比やビードの波形形状の波形の数や幅や縦横比等を実際のものとは異ならせて、より理解し易いように表示している。

図１〜４に示す本発明の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１〜１Ｃは、それぞれ一枚の金属基板１０〜１０Ｃで構成される。この金属基板１０〜１０Ｃは、ステンレス焼鈍材（アニール材）や軟鋼板等で形成され、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造され、シリンダボア用穴２、冷却水用の水穴３、エンジンオイルの循環のためのオイル穴４、締結ボルト用の締結ボルト穴５等が形成される。更に、各シリンダボア用穴２の周りに、フルビードで形成されるビード１１〜１１Ｃをシール手段としてそれぞれ設ける。このビード１１は各シリンダボア用穴２をそれぞれ一周して設けられる。

そして、第１の実施の形態においては、ビード１１は、その周方向において、シリンダボア用穴２，２間で、かつ、締結ボルト穴５，５の中間部分１１ｂのみ、平面視で部分的に尖った形状に形成し、これらの中間部分１１ｂ以外の部分１１ａは、平面視でシリンダボア用穴２に沿った円弧形状で形成する。

この構成によれば、シリンダボア用穴２，２間に設けたビード１１の尖った形状部分１１ｂの受圧面積が大きくなるので、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケット１のシリンダボア用穴２，２間のシール性能が低下し易い部分におけるシール面圧を向上できる。

第２の実施の形態では、図２に示すように、金属板１０Ａの各シリンダボア用穴２をシールするビード１１Ａにおいて、排気側（エキゾースト側：ＥＸＴ側）の締結ボルト穴５，５の中間部分１１Ａｂのみ、平面視で部分的に尖った形状に形成し、この中間部分１１Ａｂ以外の部分１１Ａａは、平面視でシリンダボア用穴２に沿った円弧形状で形成する。

この構成によれば、吸気側（インテーク側：ＩＮＴ側）よりも高温になるためシール性能が悪くなり易い排気側（ＥＸＴ側）において、シリンダボア用穴２，２間に設けたビード１１Ａの尖った形状部分１１Ａｂの受圧面積が大きくなるので、比較的簡単な構成で排気側（ＥＸＴ側）の締結ボルト穴５，５の間のシール性能が低下し易い部分におけるシール面圧を向上できる。

第３の実施の形態では、図３に示すように、金属板１０Ｂの各シリンダボア用穴２をシールするビード１１Ｂにおいて、シリンダボア用穴２，２間と排気側（ＥＸＴ側）の両方における締結ボルト穴５，５の中間部分１１Ｂｂは平面視で部分的に尖った形状に形成し、これらの中間部分１１Ｂｂ以外の部分１１Ｂａは、平面視でシリンダボア用穴２に沿った円弧形状で形成する。

この構成によれば、シリンダボア用穴２，２間及び排気側（ＥＸＴ側）に設けたビード１１Ｂの尖った形状部分１１Ｂｂの受圧面積が大きくなるので、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケット１Ｂのシリンダボア用穴２，２間及び排気側（ＥＸＴ側）の締結ボルト穴５，５の間のシール性能が低下し易い部分におけるシール面圧を向上できる。

第４の実施の形態では、図４に示すように、金属板１０Ｃの各シリンダボア用穴２をシールするビード１１Ｃにおいて、４方の締結ボルト穴５，５の中間部分１１Ｃｂは平面視で部分的に尖った形状に形成し、これらの中間部分１１Ｃｂ以外の部分１１Ｃａは、平面視でシリンダボア用穴２に沿った円弧形状で形成する。

この構成によれば、締結ボルト穴５，５の間に設けたビード１１Ｃの尖った形状部分１１Ｃｂの受圧面積が大きくなるので、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケット１Ｃの締結ボルト穴５，５の間のシール性能が低下し易い部分におけるシール面圧を向上できる。

なお、このシリンダボア用穴２の周囲に設けるシール用のビード１１〜１１Ｃは、通常は円弧状の断面形状を有するフルビードが使用されるが、この円弧状のフルビードに限定する必要はなく、台形形状やその他の形状の断面形状を持つフルビードであってもよく、また、ハーフビード等のフルビード以外のビードであってもよい。また、平面視におけるシリンダボア用穴２に対して外側に尖った形状は、直線状の形状でも、円弧等の曲線の組み合わせでもよく、その裾野部はその周辺の平面視で円弧形状の部分に接続されるが、滑らかにその周辺の円弧形状に接続するように形成することが好ましい。

そして、平面視における尖った形状部分１１ｂ，１１Ａｂ，１１Ｂｂ，１１Ｃｂの形状は、図５に例示するように、先端の角度αを９０°〜１７０°の範囲内とすることが好ましい。９０°以上であると、尖端の突出量も少なく、シリンダボア用穴２，２の間でも配置易くなり、１７０°以下であると、尖らしたことによるシール効果が大きく、この構成を採用することによる効果が大きいためである。

更に、図５に例示するようにビード１１の尖端形状部分１１ｂの先端位置１１ｃを、両側の締結ボルト穴５，５の外側を結ぶ直線（一点鎖線）と、この両側の締結ボルト穴５，５の内側を結ぶ直線（二点鎖線）との間に配置すると、面圧の低くなる締結ボルト穴の中間部の中では最も面圧が高くなる部分に尖った形状部分１１ｂが配置され、シールラインを形成するビード１１の受圧面を配置することができるので、より効果が大きくなる。

上記の構成の第１〜第４の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１〜１Ｃによれば、締結ボルト穴５，５の間において、ビード１１〜１１Ｃの尖った形状部分１１ｂ〜１１Ｃｂが設けられ、ビード１１〜１１Ｃの受圧面積が大きくなるので、高い締め付け圧に耐えられ、かつ、耐へたり性に優れたシール性能を持つビードとすることができる。

従って、比較的簡単な構成でシリンダヘッドガスケット１〜１Ｃのシール性能が低下し易い、シリンダボア用穴２，２間や排気側（ＥＸＴ側）の締結ボルト穴５，５の間の中間部１１ｂ〜１１Ｃｂにおけるシール面圧を向上できる。

なお、上記の実施の形態では、単一の金属基板で形成される単一板金属製シリンダヘッドガスケットについて説明したが、本発明は複数枚の金属基板を積層した積層型金属製シリンダヘッドガスケットにも適用できる。

本発明に係る第１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。 本発明に係る第２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。 本発明に係る第３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。 本発明に係る第４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の一部のビードの拡大平面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ シリンダヘッドガスケット
２ シリンダボア用穴
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 金属基板
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ ビード
１１ａ，１１Ａａ，１１Ｂａ，１１Ｃａ 円弧形状部分
１１ｂ，１１Ａｂ，１１Ｂｂ，１１Ｃｂ 尖った形状部分

Claims (5)

1. シリンダボア用穴を囲んでシール用のビードを設けた単一板金属製シリンダヘッドガスケット又は該ビードを設けた金属基板を有する積層型金属製シリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビードの周方向に関して、少なくとも一つの締結ボルト穴の間の中間部分に平面視で外側に尖った形状に形成し、その部分のビードの長さを長くすることにより、ビードの受圧面積を大きくしたことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 前記ビードの尖った形状部分を隣接するシリンダボア用穴との間に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. 前記ビードの尖った形状部分を排気側に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダヘッドガスケット。
4. 前記ビードの尖った形状部分の先端の角度を９０°〜１７０°の範囲内としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリンダヘッドガスケット。
5. 前記ビードの尖った形状部分の先端の位置を、両側の締結ボルト穴の外側を結ぶ直線と、この両側の締結ボルト穴の内側を結ぶ直線との間に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダヘッドガスケット。

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