JP5077436B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

本発明はシリンダヘッドガスケットに関し、より詳しくは、シリンダヘッドとシリンダボアを有するシリンダブロックとの間に挟持され、上記シリンダボアの位置に燃焼室孔を穿設した基板とシールプレートとを積層したシリンダヘッドガスケットに関する。

従来、シリンダヘッドガスケットとして、シリンダヘッドとシリンダボアを有するシリンダブロックとの間に挟持され、上記シリンダボアの位置に燃焼室孔を穿設した基板と複数枚のシールプレートとを積層したものは周知である（例えば特許文献１）。

特開２００５−１２７４０４号公報

エンジンのシリンダブロックは、エンジン運転時の燃焼室内の爆発圧力によって僅かに弾性変形されるようになる。特に、直列に配置した複数のシリンダボアの周囲にウォータージャケットを形成し、該ウォータージャケットをシリンダブロックの上面に開口させたオープンデッキ型のシリンダブロックにおいては、オープンデッキ型ではないシリンダブロックに比較して、上記ウォータージャケットよりもシリンダボア側の弾性変形が大きくなる。
この弾性変形は、シリンダブロックの隣接するボア間において相対的に大きくなり、最悪の場合には亀裂が生じる危険性があった。
そして、上述した従来周知のシリンダヘッドガスケットを、シリンダボア周囲の弾性変形が相対的に大きなエンジンに適用すると、その弾性変形によってシリンダヘッドガスケットとシリンダブロックとの間や、シリンダヘッドガスケットとシリンダヘッドとの間、あるいは積層重合された基板とシールプレートとの間にこすれが生じ、その部分のシール性が低下するという問題があった。
本発明はそのような事情に鑑み、上記シリンダブロックの弾性変形を可及的に抑制して、良好なシール性を長期間維持することができシリンダヘッドガスケットを提供するものである。

すなわち請求項１の発明は、シリンダヘッドとシリンダボアを有するシリンダブロックとの間に挟持され、上記シリンダボアの位置に燃焼室孔を穿設した基板とシールプレートとを積層したシリンダヘッドガスケットにおいて、
上記基板に、上記燃焼室孔の周囲において固定部材を固着するとともに、上記シールプレートに固定部材が係合する係合孔を形成して該係合孔を固定部材に係合させ、かつ上記シリンダヘッドとシリンダブロックとによって固定部材を挟持したことを特徴とするものである。

上記構成によれば、燃焼室孔の周囲に設けた固定部材をシリンダヘッドとシリンダブロックとによって挟持することができるので、その固定部材を介してシリンダヘッドとシリンダブロックとを、該固定部材の無い従来に比較して、より強固に連結することができる。
これによりエンジンの爆発圧力によるシリンダブロックの変形を抑制することができるので、その変形によるシリンダブロックの亀裂を防止することができるとともに、シリンダヘッドガスケットとシリンダブロックとの間や、シリンダヘッドガスケットとシリンダヘッドとの間、あるいは基板とシールプレートとの間にこすれが生じることを抑制することができ、したがってそのこすれに起因するシール性の低下を防止することができる。

本発明の第１実施例を示す平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う拡大断面図。 本発明の第２実施例を示す平面図。 本発明の第３実施例を示す平面図。 本発明の第４実施例を示す平面図。 本発明の第５実施例を示し、図２と同様な部分での断面図。 本発明の第５実施例を示し、図３と同様な部分での断面図。 本発明の第６実施例を示し、図２と同様な部分での断面図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図２において、本実施例のシリンダヘッドガスケット１は、シリンダヘッド２とシリンダブロック３との間に挟持されてそれらの間をシールするようになっている。
上記シリンダブロック３は、図１に示す実施例では、一直線上に直列に配置された４つのシリンダボア４を備えており、各シリンダボア４の周囲にそれらを囲繞するようにウォータージャケット５が形成され、このウォータージャケット５は、シリンダブロック３の上面に開口している。

上記シリンダヘッドガスケット１は、図２に示すように、１枚の金属製基板１０と、この基板１０のシリンダヘッド２側に配置した２枚の金属製第１シールプレート１１および第２シールプレート１２と、上記基板１０のシリンダブロック３側に配置した１枚の金属製第３シールプレート１３とを備えており、これら基板１０と各シールプレート１１〜１３にはそれぞれ、上記シリンダブロック３のシリンダボア４に合わせて穿設した４つの燃焼室孔１４を形成してある。
また、図１に示すように、上記基板１０と各シールプレート１１〜１３には、図示しない締結ボルトを挿通するための複数のボルト孔１５と、ブローバイガスを流通させるブローバイ孔１６をそれぞれ穿設してある。

さらに図２に示すように、上記第１シールプレート１１と第２シールプレート１２との間には、それぞれ燃焼室孔１４を囲むようにリング状に形成した金属製シムプレート１７を設けてあり、このシムプレート１７は各シリンダボア４毎に配置してある。
上記各シリンダボア４毎に配置したリング状のシムプレート１７は、各シリンダボア４の中間位置で相互に一体的に連結してあり、それによって組み立ての容易性を向上させている。しかしながらシムプレート１７は、それぞれ別体に製造してもよい。

上記基板１０のシリンダヘッド２側に配置した上方の第１シールプレート１１と下方の第２シールプレート１２には、リング状のシムプレート１７と重合する範囲内でそれぞれフルビード１１ａ、１２ａを形成してあり、シリンダヘッド２に当接される上方の第１シールプレート１１に形成したフルビード１１ａは、シリンダヘッド２に向けて突出するように形成してある。
他方、基板１０に当接される下方の第２シールプレート１２に形成したフルビード１２ａは、基板１０に向けて突出するように形成してある。
そして、基板１０のシリンダブロック３側に配置した第３シールプレート１３にも基板１０に向けて突出するフルビード１３ａを形成してあり、上記各フルビード１１ａ〜１３ａは、それぞれ各燃焼室孔１４を無端状に囲むように形成してある。

上記第１シールプレート１１ないし第３シールプレート１３の各表面には、フッ素、ニトリル系等のゴム又はエラストマーの材料などのコーティング材１８をコーティングしてある。
上記コーティング材１８は、それぞれ相手材との密着性、シール性を向上させる目的で設けたものであるが、さらに必要に応じて、すべり性や非粘着性を確保するために、上記コーティング材１８の表面にグラファイトやワックスなどのトップコートを施してもよい

次に、上記基板１０の上下両面には、図１、図２に示すように、それぞれ燃焼室孔１４を囲む所要の位置に、複数の金属製からなる固定部材２１（Ａ〜Ｃ）、２２（Ａ〜Ｃ）をスポット溶接により固着してあり、他方、上記第１シールプレート１１ないし第３シールプレート１３には、各固定部材２１、２２を係合させるための係合孔２３を穿設してある。またシムプレート１７は、上記固定部材２１よりも燃焼室孔１４側に配置してある。
上記固定部材２１、２２の材料としては、金属接触部の腐食を防止するためにはステンレス材を用いることが望ましいがこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜の材料を用いることができる。また上記係合孔２３は、ボルト孔１５やブローバイ孔１６と同様にプレス加工によって形成することができる。
上記各固定部材２１、２２を基板１０に固着する手段としては、スポット溶接のほか、ポリイミド系、無機質系などの耐熱性を有する接着剤による接着を採用してもよい。
上記各固定部材２１、２２は、それぞれのシリンダボア４を囲繞するように形成した上述のウォータージャケット５の内側となる位置に配置してあり、シリンダヘッドガスケット１をシリンダヘッド２とシリンダブロック３との間に挟持した際には、基板１０の上面側に固定した固定部材２１がシリンダヘッド２に接触し、また基板１０の下面側に固定した固定部材２２がシリンダブロック３に接触するようにしてある。

したがって、シリンダヘッドガスケット１をシリンダヘッド２とシリンダブロック３との間に挟持した際には、上方の固定部材２１に接触するシリンダヘッド２と、下方の固定部材２２に接触するウォータージャケット５の内側のシリンダブロック３とは、金属製の固定部材２１、２２と金属製の基板１０とを介して強固に連結されるようになる。
これにより、特にウォータージャケット５よりも内側となるシリンダブロック３がシリンダボア４側の爆発圧力によってボア４の半径方向外方に湾曲されるのを抑制することが可能となる。
また、各第１シールプレート１１ないし第３シールプレート１３は、係合孔２３を介して固定部材２１、２２に連結されており、シムプレート１７もその外側の端面を介して固定部材２１に連結されるので、基板１０や各シールプレート１１〜１３、１７間の相対的なズレも抑制されるようになる。

上記複数の固定部材２１、２２は、上述したようにそれぞれ各燃焼室孔１４を囲むように配置してあり、図１に示す実施例においては、一直線上に直列に配置された４つのシリンダボア４の直列方向両側となる外側位置に配置した固定部材２１Ａ、２２Ａは、それぞれ燃焼室孔１４を囲むように円弧状に形成してある。
また、各シリンダボア４毎の上記一直線とは直交方向となる両側位置に配置した固定部材２１Ｂ、２２Ｂも、それぞれ燃焼室孔１４を囲むように円弧状に形成してある。
他方、隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させて配置した固定部材２１Ｃ、２２Ｃは、その隣接するシリンダボア４、４に沿わせてＶ字状に形成してある。

ところで、上記構成を有するシリンダブロック３のエンジン運転時の変形は、一般に隣接するシリンダボア４、４の間で相対的に大きくなり、その他の位置で相対的に小さくなっている。
そこで、隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させて配置した固定部材２１Ｃ、２２Ｃの内、各一方の固定部材２１Ｃの厚さを、その他の固定部材２１Ａ、２１Ｂよりも厚く設定してある（図３、図２参照）。
したがって、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とは、厚さの厚い上記固定部材２１Ｃの部分においてその他の部分よりもより高い面圧で局部的に強固に連結されるようになり、それによってシリンダヘッド２とシリンダブロック３との全体の締結力を小さく保ちながら、シリンダブロック３の局部的な変形をより効果的に抑制することが可能となる。
そして、シリンダブロック３の局部的な変形を効果的に抑制することができれば、それに起因して生じるシリンダブロック３と第３シールプレート１３との間のこすれや、シリンダヘッド２と第１シールプレート１１との間のこすれ、或いは第１シールプレート１１と第２シールプレート１２との間、第２シールプレート１２と基板１０との間、基板１０と第３シールプレート１３との間などのこすれを抑制することができ、そのこすれに起因して生じるシール性の低下を防止することができる。
なお、上記実施例では固定部材２１Ｃ、２２Ｃの内、各一方の固定部材２１Ｃの厚さを、その他の固定部材２１Ａ、２１Ｂよりも厚く設定してあるが、これとは逆に、各他方の固定部材２２Ｃの厚さを、その他の固定部材２２Ａ、２２Ｂよりも厚く設定してもよい。或いは、両方の固定部材２１Ｃ、２２Ｃの厚さを、その他の固定部材２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂよりも厚く設定してもよい。

図４は本発明の第２実施例を示したもので、上記実施例では固定部材２１の厚さをそれぞれの配置箇所に好適なように異ならせたものであるが、本実施例はその幅を異ならせたものである。
すなわち本実施例においては、厚さを厚くする代わりに、隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させて配置した固定部材２１Ｃ、２２Ｃの幅Ｗ１を、その他の固定部材２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂの幅Ｗ２よりも狭く設定してある。
したがって本実施例では、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とは、幅の狭い上記固定部材２１Ｃ、２２Ｃの部分において、その他の部分よりもより局部的に面圧が高くなり、それによってシリンダヘッド２とシリンダブロック３との全体の締結力を小さく保ちながら、シリンダブロック３の局部的な変形を効果的に抑制することが可能となる。

図５は本発明の第３実施例を示したもので、上記実施例では固定部材２１の厚さや幅をそれぞれの配置箇所に好適なように異ならせているが、本実施例は上記実施例における厚さの薄い位置や、幅の広い位置の固定部材２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂを省略したものである。
すなわち本実施例においては、隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させて固定部材２１Ｃ、２２Ｃを設けてあるが、上記各実施例において設けた、直列に配置された４つのシリンダボア４の直列方向外側位置となる固定部材２１Ａ、２２Ａと、その直列方向と直交する方向の固定部材２１Ｂ、２２Ｂとは省略してある。
このような構成においても、特に変形が生じやすいシリンダボア４、４間の変形を抑制することができるので、やはりシリンダブロック３の局部的な変形を抑制することができる。

なお、図示しないが、固定部材２１の硬さを変えることによって、上述と同等の作用効果を得るようにしてもよい。すなわち、隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させた固定部材２１Ｃ、２２Ｃの硬さを硬く設定する一方、直列に配置された４つのシリンダボア４の直列方向外側位置となる固定部材２１Ａ、２２Ａの硬さと、その直列方向と直交する方向の固定部材２１Ｂ、２２Ｂの硬さは、相対的に柔らかく設定すればよい。
このような硬さの設定によっても、特に変形が生じやすい箇所における面圧を高くしてその変形を抑制することができるので、やはりシリンダブロック３の局部的な変形を抑制することができる。
また、上記実施例においてはいずれも、隣接するシリンダボア４、４の間の面圧をその他の部分の面圧よりも高めることによって、その隣接するシリンダボア４、４間の変形を抑制するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば隣接するシリンダボア４、４の間に隣接させた固定部材２１Ｃ、２２Ｃの面圧を一番大きく設定し、直列に配置された４つのシリンダボア４の直列方向外側位置となる固定部材２１Ａ、２２Ａの面圧と、直列方向と直交する方向の固定部材２１Ｂ、２２Ｂの面圧とのいずれか一方を中間の大きさに、他方を小さく設定してもよい。
要するに、各固定部材２１によって得られる面圧を、エンジンの変形度合いの大小に応じて、最適な面圧が得られるように設定すればよい。

他方、上述した各実施例とは異なり、エンジンによっては、各固定部材２１の高さや幅、或いは硬さを同一に設定してもよい。すなわち図６は本発明の第４実施例を示したもので、本実施例においては、各固定部材２１の厚さと幅、並びに硬さは同一となっている。
そして本実施例においては、シリンダボア４、４の間に隣接させた固定部材２１Ｃ、２２Ｃと、各固定部材２１Ｃ、２２Ｃに対して、シリンダボア４を中心とする時計方向に隣接する固定部材２１Ｂ、２２Ｂとを一体に連続させて形成したものである。図６では、このようにして一体に連続させた固定部材を、符号（２１Ｃ＋２１Ｂ）として示してある。
その他の、直列に配置された４つのシリンダボア４の直列方向外側位置となる固定部材２１Ａ、２２Ａと、上記固定部材２１Ｃ、２２Ｃに一体に連続されなかった残りの固定部材２１Ｂ、２２Ｂとは、それぞれ独立させて設けてある。

図１の実施例においては、各固定部材２１、２２の厚さ、幅、硬さを同一とした場合であっても、合計３２個の固定部材２１、２２を準備する必要があるが、図６の実施例の場合には２０個の固定部材２１、２２を準備すればよく、その組立作業性を向上させることができる。
そして本実施例においても、各シリンダボア４の周囲において、上記各固定部材２１によりシリンダヘッド２とシリンダブロック３とを強固に連結することができるので、やはりシリンダブロック３の局部的な変形を効果的に抑制することが可能となる。

さらに、図７、図８は本発明の第５実施例を示したもので、本実施例におけるシムプレート１１７は、上記第１実施例におけるシムプレート１７に比較して、その幅を広くしてある。
すなわち本発明におけるシムプレート１１７は、燃焼室孔１４から固定部材２１を越えた位置まで伸びており、かつ固定部材２１と基板１０とによって挟持された状態で、例えばスポット溶接により、固定部材２１と基板１０とに相互に一体的に固着されている。
この際、シムプレート１１７と基板１０との間には第２シールプレート１２を介在させてあるので、シムプレート１１７の一部は、第２シールプレート１２に形成した係合孔２３内を貫通突出して基板１０に固着されており、また上記固定部材２１はその突出部１１７ａの内側に位置している。

上記シムプレート１１７は、例えば次のようにして基板１０に固着することができる。
すなわち、先ず基板１０の上面に第２シールプレート１２と平面状に形成されたシムプレート１１７とを積層し、この状態でシムプレート１１７の所要位置に固定部材２１を載置するとともに、基板１０の下面の所要位置に固定部材２２を配置する。
そしてこの状態で、両固定部材２１、２２を基板１０を挟んで強く挟持し、それによってシムプレート１１７の一部を変形させながら、第２シールプレート１２に形成した係合孔２３内を貫通突出させて基板１０に密着させる。この状態では、固定部材２１はその突出部１１７ａの内側に位置することになる。
次に、この状態のまま両固定部材２１、２２を基板１０にスポット溶接すれば、基板１０に両固定部材２１、２２及びシムプレート１１７が一体的に固着されることになる。なお、この後に、第１シールプレート１１及び第３シールプレート１３が積層されるようになる。

上記第５実施例では、固定部材２１を基板１０に密着させることによってシムプレート１１７の一部を変形させて突出部１１７ａを形成するようにしているが、これに限定されるものではない。予めシムプレート１１７の所要位置に突出部１１７ａを形成しておき、これを固定部材２１とともに基板１０に固着するようにしても良い。この場合には、接着剤を用いて固着することが容易となる、
なお、第５実施例は第１実施例を前提に説明したが、第２実施例ないし第４実施例を前提とすることができることは明らかである。

さらに、上述したいずれの実施例においても、各固定部材２１におけるシリンダヘッド２との接触面と、シリンダブロック３との接触面とに、例えば先端が尖った凹凸面を形成し、各凹凸面をシリンダヘッド２やシリンダブロック３に噛み込ませて、各固定部材２１とシリンダヘッド２やシリンダブロック３との間のすべりを抑制し、それによってより効果的にシリンダブロック３の局部的な変形を防止することができる。
また、各固定部材２１におけるシリンダヘッド２との接触面とシリンダブロック３との接触面とに摩擦係数の高いコート材を設けても、同様な作用効果を期待することができる。

図９は、上記第５実施例の変形例を示したもので、この第６実施例は、各固定部材２１におけるシリンダヘッド２と接触する接触面の角部と、シリンダブロック３と接触する接触面の角部とに、それぞれ円弧部Ｒを形成したものである。その他の構成は、第５実施例と同一に構成してある。
上記各固定部材２１に円弧部Ｒを形成するに当たっては、接触面の角部のみに円弧部Ｒを形成してその他の接触面を平坦に形成してもよいし、或いは角部の円弧部Ｒに連続して、接触面における燃焼室孔１４の放射方向の中央部分が僅かに突出するように、接触面全体を凸曲面に形成してもよい。
接触面の角部に円弧部Ｒを形成しない場合には、その角部がシリンダヘッド２やシリンダブロック３に強く密着されてシリンダヘッド２やシリンダブロック３に角部に沿った圧痕を生じさせてしまう危険性があったが、角部に円弧部Ｒを形成することによってその危険性を低減することができる。
なお、本実施例では第５実施例の各固定部材２１における全ての角部に円弧部Ｒを形成しているが、シリンダヘッド２やシリンダブロック３の材質に応じて、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とのいずれか一方に接触する固定部材２１だけに適用してもよい。また、第５実施例に限らず、その他の実施例における各固定部材２１の角部に円弧部Ｒを形成しても、同等の作用効果が得られることは明らかである。

１ シリンダヘッドガスケット ２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック ４ シリンダボア
５ ウォータージャケット １０ 基板
１１〜１３ シールプレート １４ 燃焼室孔
１７、１１７ シムプレート ２３ 係合孔
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 固定部材
Ｒ 円弧部

Claims (12)

1. シリンダヘッドとシリンダボアを有するシリンダブロックとの間に挟持され、上記シリンダボアの位置に燃焼室孔を穿設した基板とシールプレートとを積層したシリンダヘッドガスケットにおいて、
   上記基板に、上記燃焼室孔の周囲において固定部材を固着するとともに、上記シールプレートに固定部材が係合する係合孔を形成して該係合孔を固定部材に係合させ、かつ上記シリンダヘッドとシリンダブロックとによって固定部材を挟持したことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 上記基板の両面に固定部材が設けられ、また上記基板の両面にシールプレートが設けられて、各シールプレートの係合孔がそれぞれの固定部材に係合していることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドガスケット。
3. 上記固定部材は、上記燃焼室孔を囲む複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリンダヘッドガスケット。
4. 上記燃焼室孔は一直線上に複数形成されており、上記固定部材は、隣接する両燃焼室孔のそれぞれに隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
5. 上記燃焼室孔は一直線上に複数形成されており、上記固定部材は、一直線上に複数形成された燃焼室孔の外側位置と、上記一直線と直交する位置と、隣接する両燃焼室孔のそれぞれに隣接する位置との複数箇所に、各燃焼室孔を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
6. 上記隣接する両燃焼室孔のそれぞれに隣接する位置に設けられた固定部材の厚さは、他の固定部材の厚さよりも厚く設定されていることを特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッドガスケット。
7. 上記隣接する両燃焼室孔のそれぞれに隣接する位置に設けられた固定部材の幅は、他の固定部材の幅よりも狭く設定されていることを特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッドガスケット。
8. 上記固定部材は、シリンダボアを囲繞するように形成されてシリンダブロックの表面に開口するウォータージャケットよりもシリンダボア側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
9. 上記固定部材におけるシリンダヘッドと接触する接触面の角部と、シリンダブロックと接触する接触面の角部との少なくともいずれか一方の角部に、円弧部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
10. 上記シールプレートは基板の一側に少なくとも２枚積層重合されて配置されており、かつ上記固定部材よりも燃焼室孔側で、両シールプレートの間にシムプレートが介在されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
11. 上記シールプレートは基板の一側に少なくとも２枚積層重合されて配置されており、かつ両シールプレートの間に、上記燃焼室孔から固定部材を超えて伸びるシムプレートが介在され、該シムプレートの一部は、該シムプレートよりも基板側のシールプレートに形成された上記係合孔内を貫通突出して、上記固定部材と基板との間に挟持されてそれらに一体的に固着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
12. 上記固定部材よりも燃焼室孔側のシールプレートに、フルビードが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。

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