JPH0343460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は内燃機関のシール装置、特に内燃機関
の燃焼シリンダ用の改良されたシール装置に関す
る。

ロ 従来の技術および発明が解決しようとする課
題 種々のヘツドガスケツトおよびフアイヤリング
（FIRE RING）が知られている。しかしながら、
殊に機関が時々必要な冷却剤を均一に受け入れる
ことができない場合における効果的なシールにつ
いては問題が未解決のままになつている。この種
のヘツドガスケツトにおいては、いわゆる「熱に
よる圧迫」（THERMAL PUSH）、すなわち、
機関の適切に冷却されない部分、例えば、ヘツド
が過熱された結果膨張してシール装置を過度に圧
縮する状態が起こることがある。ガスケツトは、
通常、過大な圧縮荷重を受けたときに効果的なシ
ール機能をはたす。しかしながら、機関が冷却し
たときに、熱による圧迫の反対の現象が起こり、
その結果、過度に圧縮されたガスケツト部分のシ
ール作用が失われる。この機関を再び使用すると
き、過度に圧縮された部分は、その部分が再び過
熱されるまではシール機能をはたさない。しかし
ながら、この特定の部分が、同一の態様で過熱さ
れないことがしばしばある。その結果、ガスケツ
トの適切なシール作用が得られず、可成りの圧縮
および出力の損失が発生することがあり、また、
それにより機関自体が損傷または破壊することが
しばしば起る。

このような問題を解決するため、これまで種々
のアプローチが試みられてきた。例えば、金属製
シムを適切な位置に配置することが試みられた。
しかしながら、この方法は補助的な部材を必要と
するうえ、これらの部材を熱による圧迫が起こる
であろう位置に必ず配置することを保証すること
ができない。また、別の解決方法は、燃焼シリン
ダ用開口部のまわりでエンボスされた金属板ヘツ
ドガスケツトを使用することであつた。しかしな
がら、この種の金属板型ガスケツトは、冷却剤用
開口部等のまわりにグロメツト等のような補助的
な部材を設ける必要性があり、別のシールの問題
が起こる。

さらに別の提案された解決方法は、典型的なフ
アイヤリングのかわりにエンボスされたリングを
使用することであつた。このようなリングとし
て、米国特許第4312512号明細書に例示されてい
るような慣用のエンボシングまたはせん断エンボ
シングによるエンボスされた金属製環状部材を使
用することができよう。しかしながら、この場
合、一方の側のビードのサイズおよび形状ならび
に他の側の凹部は、代表的には従来技術のエンボ
シングとほぼ同じであり、これらの方法のいずれ
も熱による圧迫に関する問題を有効かつ効率的に
解決していない。

そこで、繊維−弾性体のフエーシングを使用し
た慣用の積層ヘツドガスケツトおよびアセンシオ
氏に発行された米国特許第3565449号明細書に示
された型式の積層ヘツドガスケツトを使用しかつ
熱による圧迫に関する問題を解決する前記ガスケ
ツトと共に使用するフアイヤリングを提供するこ
とができることが望ましい。

ハ 課題を解決するための手段 本発明では、内燃機関のヘツドとブロツクとの
間に配置されるための、上側主面および下側主面
を有し、かつ少なくとも１個の燃焼シリンダ用開
口部、流体用開口部およびボルト穴が形成された
膨張性の主ガスケツト本体と、前記燃焼シリンダ
用開口部内に配置され、ビームとして作用する環
状のフアイヤリングとを備えたガスケツト組立体
において、前記フアイヤリングが、半径方向の横
断面において、環状のビームと、該ビームから第
１の垂直方向に突出した環状のビードと、該ビー
ムから前記方向と反対の垂直方向に突出した環状
の一対の支持足部とを備えており、該支持足部が
それらの間に環状の凹部を形成し、前記ビード
が、前記凹部の上方で前記支持足部の中間に位置
するとともに当該ビードの半径方向の幅の少なく
とも半分に等しい距離だけ前記各支持足部から前
記凹部の内方に離れるようにしており、これによ
り、フアイヤリングが、使用に際し、まずビーム
として作用し、次に比較的低荷重のもとで弾性的
に負荷され、その後より高い荷重のもとで可塑性
的に変形する荷重曲線を描くことが基本的に確保
され、前述した諸問題を有効適切に解決すること
ができることが諸々の研究により判明した。

なお、上述したフアイヤリングの３段階機能を
さらに好適に実現させるためには、ビードの高さ
は凹部の深さよりも大きくなく、その80％を超え
ないことが望ましいが、最も好ましくは60％を超
えないようにすること、また、凹部の幅は、ビー
ドの幅の少なくとも３倍であること、が判明し
た。

本発明の好ましい一態様において、主ガスケツ
ト本体は、中央部の心体と上側主シール面および
下側主シール面を構成する繊維−弾性体からなる
１対の外側フエーシングとを備えている。

本発明のさらに別の目的、特徴および利点は、
以下の説明および添付図面から明らかになろう。

ニ 実施例および作用 第１図は、本発明のビームとして作用する、エ
ンボスされたフアイヤリングを使用することがで
きる代表的なヘツドガスケツト組立体を例示して
いる。ヘツドガスケツト組立体１０は、二つの主
面、すなわち、上側主面１４および下側主面１６
と複数個の燃焼シリンダ用開口部１８とを有する
主ガスケツト本体１２を備えている。

主ガスケツト本体１２は、金属製の中央心体２
０と、上側主面１４および下側主面１６を構成す
る繊維−弾性体からなる１対の外側フエーシング
層２２のような複数の積層体として形成されてい
る。

繊維−弾性体フエーシング層は、石綿またはガ
ラス繊維またはその他の繊維状材料を含みかつバ
インダーとしてニトリル、ネオプレンまたはポリ
アクリル弾性体を使用することができる。また、
充填剤およびその他の成分も使用することができ
る。冷間圧延鋼のような偏平なガスケツト本体も
同様に使用することができる。

主ガスケツト本体１２の寸法および材料は、一
緒に使用される補助部材やシール部材に応じて、
変更することができる。金属製の心体２０は、穿
孔していない冷間圧延鋼により構成することがで
き、かつフエーシング２２は耐水性があり耐油性
であることが好ましい。心体２０およびフエーシ
ング２２は慣用の接着剤により既知の態様で相互
に貼り合わせて積層されることが好ましい。

主ガスケツト本体１２には、米国特許第
3565449号明細書に記載のように、さらに、複数
個の適当な開口部、例えば、流体（油および水）
用開口部２４ならびに複数個のボルト穴２６が形
成されている。

水および油用開口部２４は、主ガスケツト本体
１２を貫通して延びてガスケツト組立体１０を貫
通した通路を形成するようになつている。ただ
し、開口部２４は水および／または油が開口部２
４を超えて拡がらないようにシールされなければ
ならない。この目的のために、開口部２４のまわ
りにはシール装置を慣用の方法で設ける。現在の
慣行では、シールビードを通常各々の主面１４，
１６に１個づつ垂直方向に整列させて形成するた
めに、例えば、シルクスクリーン方法により弾性
体のビード、例えば、シリコーンビードを開口部
２４のまわりに付着させることがよく行われる。

本発明の好ましい一実施例によれば、ビームと
して作用するフアイヤリングは、ガスケツトの燃
焼シリンダ用開口部に配置される環状部材３０と
することができ、この環状部材３０は、その垂直
横断面において、ビーム部分３１と、その一方の
側から第１の方向に突出する支持足部３３，３
３′を有する１対の内側周囲支持リム３２′および
外側周囲支持リム３２と、他方の側から第２の方
向（反対方向）に突出した制御用のビード３４と
を備えている。支持リム３２，３２′の間でかつ
ビード３４の下方には、凹部３６が延在してい
る。凹部３６は、第２図から理解されるように、
ビード３４の垂直突出部分の幅の少なくとも半分
に相当する距離だけ、ビード３４の各々の側でビ
ードの位置を越えて横方向に延びている。

したがつて、ボルト穴２６に通されかつ機関の
ヘツドＨおよびブロツクＢを固定するボルト（図
示せず）が締めつけられると、ビーム部分３１が
応力をうけて第２図に示した真直ぐな形状から第
３図ないし第５図に示す形状に、その順序で変形
することとなる。

すなわち、第２図から第５図および代表的な荷
重曲線である第６図に示したように、本発明のフ
アイヤリングは、横断面において、一端が支持さ
れかつ一点において荷重をうけるビーム（はり）
と似ている。制御用のビード３４が荷重をうける
点であり、かつ第２図から第３図への推移から容
易に理解できるように、ビードの高さが当初のた
わみを制御することとなる。内側リム３２′およ
び外側リム３２がビーム３１を支持しかつ足部３
３と足部３３′との間のスペース、すなわち、凹
部３６がビームの長さを定める。

ボルトによりヘツドＨおよびブロツクＢを固定
する際に発生する圧縮荷重が加えられると、ビー
ド３４が押し下げられ、ビーム部分３１を屈曲す
る。その結果、足部３３，３３′の内側の隅部３
８，３８′が外方に、すなわち、相互に離れる方
向に回転し、この回転は、フアイヤリングの最も
外側の上方隅部が第３図に示すようにヘツドＨと
接触するまで続く。この間、ビーム部分３１が屈
曲し、すなわち、ビームとして作用し、第６図の
荷重曲線の部分Ａ−Ｂにより示されるように、そ
の特性は低荷重における弾性変形である。

ヘツドＨがブロツクＢに向かつてさらに下方に
押圧されるにつれて、フアイヤリングに生じる力
が少々複雑になり、はるかに高い荷重を加えるこ
とが必要になる。すなわち、さらに押圧が進むに
つれて、支持リム３２，３２′の回転方向が前記
とは逆になり、足部３３，３３′の下側の内側隅
部３２，３２′が相互に近づくように内方に回転
し（かつリム３２，３２′の上側の外側隅部が相
対的に外方に回転し）それによりビーム部分３１
の特に上側領域が高張力をうける。第３図の位置
から第４図の位置まで推移する際のこの挙動は引
張りおよび曲げの組合わせであり、第６図の曲線
Ｂ−Ｃに相当し、その特性は、比較的低荷重のも
とで弾性的に負荷され、その後の高負荷のもとで
の可塑性的な変形へと推移していく。この荷重
は、典型的に使用される金属、例えば、ステンレ
ススチールおよび低炭素鋼に望ましい荷重範囲ま
で大きく増大せしめられ、この部分で効果的なシ
ールが得られる。

フアイヤリングの荷重曲線は、本発明により、
ビームの長さ（すなわち、凹部の幅）およびビー
ムの長さ方向でのビードの位置を調節し、また、
凹部の幅（またはビームの長さ）に対するビード
の相対的大きさを調節することにより調節するこ
とができる。

第６図の荷重曲線のＣ−Ｄ部分は、ヘツドおよ
びブロツクが、第５図に示したように、支持リム
３２，３２′に対してさらに圧縮力を加え、ヘツ
ドとブロツクとの間の距離が支持リム３２，３
２′の元来の高さとほぼ同じである第４図から、
それより小さい寸法に圧縮する状態に対応する。
荷重曲線のこの部分においては、リム３２，３
２′が加えられた荷重を圧縮応力により受けるの
で、曲線の勾配がはるかに急になる。荷重曲線の
この部分において、フアイヤリングは過大なボル
ト荷重および熱による圧迫に対抗する。

第６図の曲線Ａ−Ｄを得るために、冷間圧延鋼
製の環状部材３０を試験した。環状部材３０は、
直径方向の横断面において、3.8mm（0.15インチ）
の幅および1.6mm（0.062インチ）の高さを有して
いた。凹部３６の幅は1.7mm（0.067インチ）であ
り、かつその深さは約0.1mm（0.005インチ）であ
つた。各々の支持リム３２，３２′の幅は0.9mm
（0.036インチ）であり、その高さは1.6mm（0.062
インチ）であつた。ビード３４は長方形であり、
かつその幅は0.8mm（0.03インチ）であり高さは
0.08mm（0.003インチ）から0.1mm（0.005インチ）
であつた。ビード３４は、横断面において、環状
部材３０の横断面の中央部に配置され、かつ環状
部材３０から上方に突出していた。環状部材３０
の内径は約12.1cm（4.76インチ）から12.15cm
（4.784インチ）であつた。

第６図の曲線Ａ−Ｄは、以上に説明したよう
に、本発明によるビームとして作用するフアイヤ
リングの挙動および負荷能力を示す。なお、比較
のために、シユラウドを備えた円形のワイヤから
なる典型的な従来のフアイヤリングの荷重対たわ
み曲線をＡ−Ｅで示した。

なお、本発明によるフアイヤリングの寸法は、
該フアイヤリングがビームとして作用する部分を
有しかつ突出したビードおよびかなり広い幅の凹
部を備えなければならないことと、該フアイヤリ
ングが荷重をうけたときに先づビームとして作用
し、次に比較的低荷重において弾性的に荷重をう
け、その後より高い荷重をうけたときに可塑性的
に変形するという荷重曲線を描かなければならな
いことを考慮に入れながら、適宜変更することが
できる。

したがつて、環状部材３０の凹部３６は、ビー
ド３４の幅の少なくとも二倍であつてもよいが、
ビード３４の幅の少なくとも三倍であることが最
も好ましい。ビード３４の高さは、凹部の深さよ
りも大きくなく、凹部３６の高さの60％を超えな
いことが好ましい。また、ビード３４は、ビード
の幅の半分に少なくとも等しい距離だけ、凹部３
６の端縁から内方に離されている。

当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱
することなく変型、変更を実施することができる
ことは明らかであろう。したがつて、特許請求の
範囲は、当該範囲内のすべての変型、変更を包含
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヘツドガスケツト組立体
の平面図、第２図は第１図のほぼ２−２線に沿つ
て、内燃機関のヘツド及びブロツクと共に示した
拡大横断面図、第３図は第２図と同様な図である
が、低荷重のもとでのフアイヤリングを示した
図、第４図は第３図と同様な図であるが、高荷重
のもとでのフアイヤリングを示した図、第５図は
第４図と同様な図であるが、さらに高い荷重をう
けたフアイヤリングを示した図、第６図は本発明
によるフアイヤリングの荷重特性を示したグラフ
である。 １０…ガスケツト組立体、１２…主ガスケツト
本体、１４…上側主面、１６…下側主面、１８…
燃焼シリンダ用開口部、２４…流体用開口部、２
６…ボルト穴、３０…環状部材（フアイヤリン
グ）、３１…ビーム部分、３２，３２′…支持リ
ム、３３，３３′…足部、３４…ビード、３６…
凹部、Ｈ…ヘツド、Ｂ…ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のヘツドとブロツクとの間に配置さ
   れるための、上側主面および下側主面を有し、か
   つ少なくとも１個の燃焼シリンダ用開口部、流体
   用開口部およびボルト穴が形成された膨張性の主
   ガスケツト本体と、前記燃焼シリンダ用開口部内
   に配置され、ビームとして作用する環状のフアイ
   ヤリングとを備えたガスケツト組立体において、
   前記フアイヤリングが、半径方向の横断面におい
   て、環状のビームと、該ビームから第１の垂直方
   向に突出した環状のビードと、該ビームから前記
   方向と反対の垂直方向に突出した環状の一対の支
   持足部とを備えており、該支持足部がそれらの間
   に環状の凹部を形成し、前記ビードが、前記凹部
   の上方で前記支持足部の中間に位置するとともに
   当該ビードの半径方向の幅の少なくとも半分に等
   しい距離だけ前記各支持足部から前記凹部の内方
   に離れており、もつて、前記フアイヤリングが、
   使用に際し、荷重のもとでまずビームとして作用
   し、次に比較的低荷重のもとで弾性的に負荷さ
   れ、その後より高荷重のもとで可塑性的に変形す
   る荷重曲線を有するようにされているガスケツト
   組立体。 ２ 内燃機関のヘツドとブロツクとの間に配置さ
   れるための、上側主面および下側主面を有し、か
   つ少なくとも１個の燃焼シリンダ用開口部、流体
   用開口部およびボルト穴が形成された膨張性の主
   ガスケツト本体と、前記燃焼シリンダ用開口部内
   に配置され、ビームとして作用するフアイヤリン
   グとを備えたガスケツト組立体において、前記フ
   アイヤリングが、半径方向の横断面において、環
   状のビームと、該ビームから第１の垂直方向に突
   出した環状のビードと、該ビームから前記方向と
   反対の垂直方向に突出した環状の支持足部とを備
   えており、該支持足部がそれらの間に環状の凹部
   を形成し、前記ビードが、前記凹部の上方で前記
   支持足部の中間に位置するとともに当該ビードの
   半径方向の幅の少なくとも半分に等しい距離だけ
   前記支持足部から前記凹部の内方に離れており、
   さらに、前記ビードの高さが前記凹部の深さの60
   ％を超えず、また、前記凹部の半径方向の幅が前
   記ビードの幅の少なくとも三倍であり、もつて、
   前記フアイヤリングが、使用に際し、荷重のもと
   でまずビームとして作用し、次に比較的低荷重の
   もとで弾性的に負荷され、その後より高荷重のも
   とで可塑性的に変形する荷重曲線を有するように
   されているガスケツト組立体。