JP4463239B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドや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し、より詳細には、シリンダボアの変形を抑制できるシリンダヘッドガスケットに関する。

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とシリンダブロック（シリンダボディ）の間に挟まれた状態で、ヘッド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。

また、最近のエンジンの軽量小型化により、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、シール性能を確保しようとシリンダボアの直近部分に大きなシール面圧を与えると、エンジン部材が低剛性であるため、シリンダボアが変形してしまうという問題がある。このシリンダボアの変形があると、ビードや折り返し部等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できなくなる。

一方、積層枚数が少なく、使用鋼材量を減少させ、ガスケット全体の厚さも薄くなると共に、シリンダー口縁部の締め圧を最も高くして十分なシール性能を発揮できるように、シリンダー口縁部において、副板を直接折り返して幅の広い折り返し部（グロメット部）を形成すると共に、副板を挟持する２枚の主板に副板側が凸となるフルビードを設けて、このフルビードを折り返し部に衝合させたメタルガスケットが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

しかしながら、このシリンダヘッドガスケットでは、シリンダー口縁部が最も締め圧（シール圧）が高くなるため、シリンダボア変形が促進されるという問題を解決できない。また、折り返し部が直接折り返され、折り返し部の折り返し径が小さいため、クラックが発生し易いという問題もある。
特開平８−１２１５９７号公報 特開平１０−２１３２２７号公報

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、シリンダボア用穴周囲において十分なシール性能を発揮できると共に、エンジンのシリンダボアの変形を抑制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、シリンダボア用穴周囲において、第１金属構成板を折り返し部を有して形成し、前記第１金属構成板を挟持する第２金属構成板と第３金属構成板に、前記第１金属構成板側を凸とするフルビードを対向して形成し、該フルビードの凸部を前記折り返し部の端部の内周側に配置したシリンダヘッドガスケットにおいて、前記折り返し部の内側に少なくとも一枚以上の副板を挿入配置すると共に、前記第２金属構成板及び前記第３金属構成板のシリンダボア用穴周囲の板厚をそれぞれ前記折り返し部の厚みの半分よりも小さく形成し、更に、前記第２金属構成板及び前記第３金属構成板は、少なくとも折り返し部の曲率が始まるところまで延ばして形成し、前記折り返し部の内側に、前記折り返し部の端部の内周側において平坦な副板と、前記折り返し部の端部の内周側においてフルビードを有するリング状の副板とを、前記第２金属構成板の前記フルビードの凸部と、前記第３金属構成板の前記フルビードの凸部と、前記第２副板の前記フルビードの凸部とを平面視で同じ位置にして挿入配置して構成される。

この構成によれば、折り返し部の内側に副板を挿入配置することにより、折り返し部の厚みを厚くできるので、折り返し部の曲率が大きくなり、クラックの発生を防止できる。更に、第２金属構成板及び第３金属構成板のシリンダボア用穴周囲の板厚をそれぞれ折り返し部の厚みの半分よりも小さくすることにより、シリンダボア用穴の周辺において大きな締め付け力が発生したときでも、シリンダボア用穴の周縁部では、第２金属構成板及び第３金属構成板の端部が折り返し部の丸み部分側に入り込んで、シリンダボアの周縁部に過大なシール圧が加わらなくなるので、シリンダボアの変形を抑制できる。

また、上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記折り返し部の内側に、前記折り返し部の端部の内周側において平坦な第１副板と、前記折り返し部の端部の内周側においてビードを有するリング状の第２副板とを挿入配置して構成すると、第１副板と第２副板により、折り返し部の厚みを調整でき、更に、第２副板のビードにより、折り返し部の圧縮性を増加でき、折り返し部のへたりを防止できる。

また、第２金属構成板の凸部と、第３金属構成板のフルビードの凸部と、第２副板のビードの凸部（第１金属構成板との接触部）とを、平面視で同じ位置にすると、より大きなシール圧を発生することができ、また、平面視でこの３つ又は２つをずれる位置にすると、最大シール圧を小さくしながら比較的大きなシール圧の領域を幅広く設けることができる。

本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、シリンダボア用穴周囲において十分なシール性能を発揮できると共に、各々のシリンダボア用穴の周縁部におけるシール圧を小さく抑えることにより、エンジンのシリンダボアの変形を抑制できる。

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。なお、図１及び図２は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、板厚、シリンダボア用穴の大きさ、折り返し部の大きさ、ビードの大きさ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とシリンダブロック（シリンダボディ）のエンジン部材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）を単数又は複数有して構成される。また、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（燃焼室用穴）、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴、締結ヘッドボルト用のボルト穴等が形成される。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１は、３枚の金属構成板１０，２０，３０と、３枚の副板４０，５０，６０とからなる。この第１金属構成板１０は、ステンレス焼鈍材で形成され、第２金属構成板２０と第３金属構成板３０はステンレスバネ鋼板で形成される。また、第１副板４０は軟鋼板又はステンレス焼鈍材で形成され、フルビード５１を有する第２副板５０はステンレス調質材で形成される。更に、ハーフビード６１を有する第３副板６０はステンレス焼鈍材で形成される。

そして、第１金属構成板１０は、シリンダボア用穴２の周囲において、折り返して折り返し部１１を有して形成する。第２金属構成板２０と第３金属構成板３０はこの第１金属構成板１０を挟持させて構成するが、この第２金属構成板２０と第３金属構成板３０には、第１金属構成板１０側（内側）を凸とするフルビード２１，３１を対向させてそれぞれ形成する。このフルビード２１，３１の凸部２１ａ，３１ａを折り返し部１１の端部１１ａの内周側に配置する。

また、折り返し部１１の内側に第１副板４０と第２副板５０を挿入配置する。この第１副板４０は折り返し部１１の端部１１ａの内周側においては平坦に形成される。また、第２副板５０は折り返し部１１の端部１１ａの内周側においてフルビード５１を有するリング状の板として形成される。平面視で、この第２副板５０の内周側の端部５０ａは第１副板４０の内周側の端部４０ａと同じ位置とし、この第２副板５０の外周側の端部５０ｂは折り返し部１１の端部１１ａと同じ位置とする。この副板４０，５０の挿入配置により、折り返し部１１の厚みｔｇを厚くできるので、折り返し部１１の丸み部分１１ｂの曲率が大きくなり、クラックの発生を防止できる。更に、第２副板５０のフルビード５１により、折り返し部１１の圧縮性を増加でき、折り返し部１１のへたりを防止できる。この第２副板５０のフルビード５１は通常はフルビードが用いられるが、ハーフビードでもよく、折り返し部１１のへたりを防止できるビードであればよい。また、幾つかのビードの組み合わせでも良い。

更に、図２に示すように、第２金属構成板２０及び第３金属構成板３０のシリンダボア用穴２の周囲の板厚ｔ２，ｔ３をそれぞれ折り返し部１１の厚みｔｇの半分ｔｈよりも小さくする。つまり、ｔ２＜ｔｈ（＝ｔｇ／２）、且つ、ｔ３＜ｔｈ（＝ｔｇ／２）とする。なお、折り返し部１１の内側への副板４０，５０の挿入配置により、折り返し部１１の厚みｔｇが厚くなるので、容易に、第２金属構成板２０及び第３金属構成板３０のシリンダボア用穴２の周囲の板厚ｔ２，ｔ３をそれぞれ折り返し部１１の厚みｔｇの半分ｔｈよりも小さくすることができるようになる。

また、水穴３の周辺部においては、第２金属構成板２０はハーフビード２２とハーフビード２３を有し、第３金属構成板３０はハーフビード３２を有して構成される。このハーフビード２３，３２の凸の向きは、第２副板５０のフルビード５１の凸部５１ａと同じ方向に形成される。また、第３副板６０には、ハーフビード２３，３２とは逆の向きのハーフビード６１が形成される。この３つのハーフビード２３，３２，６１は平面視で同じ位置になるように配置される。つまり、各ハーフビード２３，３２，６１の各傾斜部が平面視で重なり合うように配置される。また、第３副板６０のシリンダボア用穴２の周辺部側の端部６０ａは、折り返し部１１の端部１１ａより外周側となるように形成される。

従って、シリンダボア用穴２の周辺部においては、第１金属構成板１０の折り返し部１１の丸み部分１１ｂと、第２金属構成板２０の端部２０ａと第３金属構成板３０の端部３０ａとが揃い、水穴３の周縁部においては、第１〜第３の金属構成板１０，２０，３０の各端部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂと、第１副板４０と第３副板６０の各端部４０ｂ，６０ｂとが揃うことになる。

そして、上記の構成のシリンダヘッドガスケット１によれば、厚みの関係により、シリンダボア用穴２の周辺において大きな締め付け力が発生したときでも、シリンダボア用穴２の周縁部では、第２金属構成板２０及び第３金属構成板３０の端部２０ａ，３０ａが折り返し部１１の丸み部分１１ｂ側に入り込むので、シリンダボア用穴２の周縁部には大きな面圧が発生せず、その外周側で最大面圧が発生することになる。その結果、エンジンのシリンダボアの周縁部に過大なシール圧が加わらなくなるので、シリンダボアの変形を抑制できる。即ち、各々のシリンダボア用穴２の周縁部における面圧の最大値を小さく抑えることにより、各シリンダボアの変形を防止する。なお、この折り返し部１１の幅やビード２１，３１，５１の形状や大きさは実験や計算などから得られた面圧分布から求めることができる。

また、大きな締め付け力が加わらない時には、折り返し部１１とフルビード２１，３１により、シリンダボアの周縁部にも適度なシール圧が加わり、更に、その外周側のフルビード２１，３１によって形成されるシールラインによってシール圧が加わるので、優れたシール性能を発揮することができる。

また、第１副板４０と第２副板５０により、折り返し部１１の厚みｔｇを調整でき、更に、第２副板５０のフルビード５１により、折り返し部１１の圧縮性を増加でき、折り返し部１１のへたりを防止できる。この第２副板５０のフルビード５１は通常はフルビードが用いられるが、ハーフビードでもよく、折り返し部１１のへたりを防止できるビードであればよい。また、幾つかのビードの組み合わせでも良い。

また、第２金属構成板２０のフルビード２１の凸部２１ａと、第３金属構成板３０のフルビード３１の凸部３１ａと、第２副板５０のフルビード５１の凸部（第１金属構成板との接触部）５１ａとを、平面視で同じ位置にすると、より大きなシール圧を発生することができ、また、平面視でこの３つ又は２つをずれる位置にすると、最大シール圧を小さくしながら比較的大きなシール圧の領域を幅広くすることができる。

なお、上記では、フルビード２１，３１，５１を断面形状が円弧形状のビードで説明したが、このビード形状は、本発明では特に限定されず、断面形状が、円弧形状、正弦形状（コサイン）、台形形状、三角形（山形）形状などであってもよい。

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部分断面図である。 図１の折り返し部の近傍を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッドガスケット
２ シリンダボア用穴
１０ 第１金属構成板
１１ 折り返し部
１１ａ 折り返し部の端部
２０ 第２金属構成板
２１ フルビード
２１ａ フルビードの凸部
３０ 第３金属構成板
３１ フルビード
３１ａ フルビードの凸部
４０ 第１副板
５０ 第２副板
５１ フルビード
５１ａ フルビードの凸部
６０ 第３副板
ｔ２ 第２金属構成板のシリンダボア用穴の周囲の板厚
ｔ３ 第３金属構成板のシリンダボア用穴の周囲の板厚

Claims (1)

1. シリンダボア用穴周囲において、第１金属構成板を折り返し部を有して形成し、前記第１金属構成板を挟持する第２金属構成板と第３金属構成板に、前記第１金属構成板側を凸とするフルビードを対向して形成し、該フルビードの凸部を前記折り返し部の端部の内周側に配置したシリンダヘッドガスケットにおいて、前記折り返し部の内側に少なくとも一枚以上の副板を挿入配置すると共に、前記第２金属構成板及び前記第３金属構成板のシリンダボア用穴周囲の板厚をそれぞれ前記折り返し部の厚みの半分よりも小さく形成し、更に、前記第２金属構成板及び前記第３金属構成板は、少なくとも折り返し部の曲率が始まるところまで延ばして形成し、前記折り返し部の内側に、前記折り返し部の端部の内周側において平坦な副板と、前記折り返し部の端部の内周側においてフルビードを有するリング状の副板とを、前記第２金属構成板の前記フルビードの凸部と、前記第３金属構成板の前記フルビードの凸部と、前記第２副板の前記フルビードの凸部とを平面視で同じ位置にして挿入配置したことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。

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