JPH06300137A - エンジン用燃焼密封環 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 上下方向及びフープ方向に所望の降伏強さを
持つ燃焼密封環を提供することにある。 【構成】 円形の横断面を持つ中央区分４０と、この中
央区分から半径方向に延びる少なくとも１つのタブ区分
４２とを備えたエンジン・ガスケット用の燃焼密封環３
８は、密度の異なる各材料区域４４，４６を持ち、均質
な複合粉末金属で形成される。内部材料区域４４は高強
度材料から成り、材料区域４６は軟質材料から成る。粉
末金属は主としてチタンから成り、この複合粉末金属の
微量元素は潤滑作用を生じ、燃焼密封環の外面の摩擦係
数を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、層状複合粉末金属構成
を持つシリンダ・ヘッド・ガスケット用燃焼密封環に関
する。

【０００２】

【発明の背景】シリンダ・ヘッド・ガスケットは、シリ
ンダ・ヘッド及びエンジン・ブロックのボルト締め連結
部から締付け荷重を受け、この締付け荷重によりガスケ
ットの各密封要素に対し密封作用を生ずる。

【０００３】燃焼密封環は複数種類のものが知られてい
る。屈伸性（ｙｉｅｌｄａｂｌｅ）の燃焼密封環として
知られる１形式のものは、大体において円形の横断面を
持つワイヤから実質的に成っている。このような環に加
わる締付け力は、接触点に集中し、燃焼密封環の周辺を
変形させ、燃焼ガスを有効に密封する。しかしこの種の
燃焼密封環は、この燃焼密封環の寿命中に高温の運転の
もとに生じやすい塑性変形に伴う熱破砕作用を受ける。

【０００４】熱破砕の問題を防止するには、場合によつ
て「熱防止」（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｐ）燃焼密封環
を使う。この「熱防止」燃焼密封環は、締付け荷重が作
用する表面積が増大するので熱破砕作用に一層よく耐え
る大体において長方形の横断面を持つ。しかしこの特定
の形式の燃焼密封環の１つの欠点は、その表面積が大き
く、点荷重を受けないのでこの燃焼密封環の変形能が極
めて低いことである。

【０００５】屈従性の燃焼密封環及び「熱防止」燃焼密
封環の欠点を解決するのに、大体において円形の横断面
を持つ中央区分と、大体において長方形の横断面を持
ち、中央区分から半径方向外方に延びる単一のタブ区分
とを持つ燃焼密封環が知られている。又中央区分には、
第１の金属を使用し、タブ区分には第２の金属を使用す
ることが知られている。

【０００６】この種の燃焼密封環にはなお多くの欠点が
ある。２種の別個の金属を使うときは、製作が複雑にな
る。このような燃焼密封環は、所望の上下方向圧縮降伏
強さ及びフープ降伏強さ（ｈｏｏｐ ｙｉｅｌｄ ｓｔ
ｒｅｎｇｔｈ）の間の妥協を必要とする。フープ降伏強
さは、燃焼密封環の周辺に対し接線方向に測定される
が、エンジン運転中に生ずるシリンダ内部圧力に耐える
のに十分高くなければならない。燃焼密封環が適当なフ
ープ強さを持たなければ、この燃焼密封環は、膨脹して
燃焼ガスが漏れ出す。しかしこれと同時に、燃焼ガスの
漏れを完全に密封する変形可能な燃焼密封環を形成する
には、上下方向降伏強さの低いことが望ましい。さらに
従来は燃焼密封環のこわさは、燃焼密封環のたわみ性を
増すのに選定した軸線に沿い選択的に変えることができ
ない。さらに単一の半径方向に延びるタブ区分の使用に
よつてはガス噴出力に耐えるのに十分なフープ強さが得
られない。

【０００７】

【発明の概要】エンジン用の環状の燃焼密封環は、中実
の大体において円形の横断面を持つ中央区分と、この中
央区分から遠ざかる向きに半径方向に延びる少なくとも
１つのタブ区分とを備えている。この燃焼密封環は、焼
結後に密度の異なる区域を形成する均質の複合粉末金属
で形成する。好適とする１実施例では粉末金属は主とし
てチタンから成る。

【０００８】密度の異なる各区域の寸法、組成及び配向
を変えることができる。従って前記した複合の粉末金属
燃焼密封環では、上下方向及びフープ方向（ｈｏｏｐ
ｄｅｒｅｃｔｉｏｎ）の所望の降伏強さを持つ環を設計
し作ることができる。この燃焼密封環では特定の軸線に
沿うこわさは、密封負荷に従って選択的に変えられる。
中央区分の大体において円形の横断面によつて、初期組
み立て時に高い応力レベルが存在し、燃焼密封環の局部
的降伏状態を生ずることができる。この降伏状態により
環のなじみやすさが得られ環の周辺のまわりの良好な初
期密封が確実にできる。しかも固定のばね率の屈従性密
封環に比べて、さらに屈従するのを制限するには可変の
ばね率を使えばよい。

【０００９】さらに主としてチタンで作ったが、複合粉
末金属の微量元素（ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）によ
り潤滑性を生じ環の外面の摩擦係数を減らす。この潤滑
性は望ましくないこすれを防ぐのに極めて重要である。
フランジ付きの燃焼密封環を使うと、減摩作用により脚
の厚さを減らし、フランジにき裂を生ずるようになる。
フランジを使わないと、機械的部品と燃焼密封環との間
の摩耗作用により燃焼ガスの漏れ径路が生ずる。

【００１０】第１の実施例は、中央区分の内部心内の高
強度材料区域と、内部心及びタブ区分のまわりの外部層
内の軟質材料（ｓｏｆｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）区域とを
備えている。第２の実施例は、複数の高強度材料と複数
の軟質材料区域とを交互に含む多層積層体を備えてい
る。異なる強さ又はこわさを必要とする場合には、これ
等の区域の配向、数又は厚さを変えてもよい。少なくと
も１つの高強度材料区域は、中央区分及びタブ区分から
成る各環状区分を貫いて半径方向に延びるのがよい。第
３の実施例は２つのタブ区分を備え燃焼ガス噴出圧力に
対し付加的なフープ強さを生ずる。

【００１１】以下本発明の特徴及び態様について添付図
面により詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１に例示したシリンダ・ヘッド・ガスケッ
ト２０は、ガスケット本体２２、シリンダ穴２４及び流
体流れ穴２６を備えている。ガスケット本体２２を燃焼
ガスから保護しシリンダ内径（図示してない）のまわり
を密封するように、シリンダ・ヘッド・ガスケット２０
は、脚３０，３２を環状のＵ字形のフランジ２８と、フ
ランジ２８内に配置した燃焼密封環３８とを備えてい
る。

【００１３】図２に示すように燃焼密封環３８は、大体
において円形の横断面を持つ環状の中央区分４０と、中
央区分４０から半径方向外方に延びる環状のタブ区分４
２とを備えている。各環状の区分４０，４２は半径方向
面内に延びている。中央区分４０は、一次燃焼密封部材
を形成するが、タブ区分４２は二次燃焼密封部材と燃焼
ガス吹出し圧力に対する付加的フープ応力支持体とを形
成する。燃焼密封環３８は、複合の粉末金属で形成され
るのがよく、別個の高強度材料の内部心４４を備えてい
る。軟質材料区域４６は、外層４８として中央区分４０
の周辺と、タブ区分４２の全体のまわりに延びている。
内部心４４は、約０％の多孔率を持ち、軟質材料区域４
６は３ないし６０％なるべくは１５ないし３０％の多孔
率を持つ。燃焼密封環３８は、燃焼ガスに対し不透過性
である。

【００１４】密度の変る区域を持つ本発明による燃焼密
封環は、上下方向及びフープ方向において同時に燃焼密
封環の強度を変えられることを含む多くの利点がある。
上下方向軸線に沿う材料降伏強さは１０ないし１２０ｋ
ｐｓｉなるべくは２５ないし４３ｋｐｓｉの範囲であ
る。この範囲により、燃焼密封環３８の周辺のまわりに
良好な一次燃焼密封部材を形成する変形可能な中央区分
４０が得られる。好適とする値は約２５ｋｐｓｉであ
る。しかしこれと同時に一般に、フープ軸線（ｈｏｏｐ
ａｘｉｓ）に沿い１００ないし２００ｋｐｓｉなるべ
くは１００ないし１６０ｋｐｓｉのフープ降伏強さを持
つことが望ましい。燃焼密封環が、エンジン運転中に生
ずる高いシリンダ内部圧力に確実に耐えることができる
ようにするのに、好適な値は約１６０ｋｐｓｉである。

【００１５】異なる密度を持つ区域の別の利点は、燃焼
密封環内に可変のばね率を生ずることであり、これは選
定した軸線に沿うこわさが、燃焼密封環の負荷によつて
変ることを意味する。たとえば上下方向の負荷が増すに
伴い、燃焼密封環３８はこわさを増し、熱破砕作用に耐
えると共に、なお屈従性密封環の場合と同様に望ましい
燃焼密封作用を生ずる。付加的なこわさは、塑性変形の
おそれを減らし、燃焼密封環が弾性率に従ってその形状
を回復することができる。

【００１６】第２の実施例によれば図３に例示した燃焼
密封環６０は、中央区分６２及びタブ区分６４を備えて
いる。この燃焼密封環は、複数の高強度材料区域６６
と、複数の軟質材料区域６８とを交互に含む多層積層物
から成っている。各材料区域６６，６８は、燃焼密封環
６０の内周末端７０から外周末端７２まで半径方向外方
に延び、少なくとも１つの高強度材料区域６６は各環状
区分を貫いて半径方向に延びている。又軟質材料区域６
８は、中央区分６２の上下方向の各末端に位置し、初期
負荷条件のもとになじみやすさ（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｉ
ｌｉｔｙ）を増すようにするのがよい。環６０は、７層
の積層体を例示してあるが、一般に３層又は５層の積層
体でよい。

【００１７】第３の実施例によれば図４に例示した燃焼
密封環８０は、中央区分８２及び２つのタブ区分８４，
８６を備えている。タブ区分８４は、中央区分８２から
半径方向外方に延びているが、タブ区分８６は中央区分
８２から半径方向内方に延びている。タブ区分８６は、
タブ区分８４を補助しシリンダガス吹出し圧力に対する
燃焼密封環８０のフープ強さを増す。別の利点は、２つ
のタブ区分の存在により部品形成（ｐａｒｔ ｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ）中に中央区分８２内の残留応力を減らし、
製造時の破損のおそれを減らす。燃焼密封環８０は、高
強度材料区域８８と、外部に面する２つの軟質材料区域
９０と、内部軟質材料区域９２とを持つものを例示して
ある。中央区分８２の上下方向末端の軟質材料区域９０
の増大した横断面積により密封環の変形能をなお一層高
くできる。燃焼密封環６０の場合と同様に少なくとも１
つの高強度材料区域が各区分を貫いて延びている。

【００１８】好適とする各実施例による燃焼密封環３
８，６０，８０においては、粉末金属は、主としてチタ
ンであるが、又２ないし６％のアルミニウム、１ないし
６％のバナジウム、０．５ないし４％の鉄及び１ないし
６％のモリブデンを含んでもよい。アルミニウム及びバ
ナジウムは、チタンの構造強度を高める。鉄及びモリブ
デンの配合により高温における粉末金属の強度を増し、
これと同時に密封環の外面における摩擦係数を低減す
る。鉄及びモリブデンの大部分は、粉末金属の残分と反
応するが、若干は残留物として堆積し潤滑材を生成す
る。この潤滑材によつてこの複合金属に得られる低い摩
擦係数は純粋チタンの摩耗性を除くのに有利である。又
鉄の使用が多すぎると、得られる材料がかなりもろくな
り、得られる燃焼密封環の変形能が低下する。

【００１９】本発明による製法の１例では、この場合公
知の焼結法を使って加熱する黒鉛製固定具内に複合粉末
金属を入れる。使用する固定具の形式と加熱法とは、当
業者によく知られているようにして制御し、均質な粉末
金属を所望の材料区域に分離することができる。典型的
には均質な複合金属は固定具内に入れ前もつて選定した
温度及び時間で加熱する。

【００２０】前記した各区域は均質な材料で形成するの
がよいが、硬質区域及び軟質区域を得るのに異なる材料
を積層してもよい。

【００２１】以上本発明の好適な実施例について述べた
が、本発明はなおその精神を逸脱しないで種々の変化変
型を行うことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明燃焼密封環を含むガスケットの一部の斜
視図である。

【図２】本発明燃焼密封環の第１の実施例の横断面図で
ある。

【図３】本発明燃焼密封環の第２の実施例の横断面図で
ある。

【図４】本発明燃焼密封環の第３の実施例の横断面図で
ある。

【符号の説明】

３８，６０，８０ 燃焼密封環 ４０，６２，８２ 中央区分 ４２，６４，８４，８６ タブ区分

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大体において円形の横断面を持つ中央区
   分と、この中央区分から遠ざかる向きに半径方向に延び
   る少なくとも１つのタブ区分とを備えた複数の環状区分
   を包含し、密度の異なる各材料区域を持つ複合の粉末金
   属で形成されたエンジン用燃焼密封環。
2. 【請求項２】 前記粉末金属が、主としてチタンから成
   る請求項１のエンジン用燃焼密封環。
3. 【請求項３】 また前記粉末金属が前もつて選定した量
   のアルミニウム、バナジウム、鉄及びモリブデンを含む
   請求項２のエンジン用燃焼密封環。
4. 【請求項４】 ２つの前記タブ区分を備え、第１のタブ
   区分は前記中央区分から半径方向外方に延びるが、第２
   のタブ区分は前記中央区分から半径方向に延びるように
   した請求項１のエンジン用燃焼密封環。
5. 【請求項５】 前記第１のタブ区分は、第１の半径方向
   長さを持ち、前記第２のタブ区分は、前記第１の半径方
   向長さより短い第２の半径方向長さを持つようにした請
   求項４のエンジン用燃焼密封環。
6. 【請求項６】 前記密度の異なる区域に、約０％の多孔
   率を持つ高強度材料区域と、３ないし６０％の多孔率を
   持つ軟質材料区域とを設けた請求項１のエンジン用燃焼
   密封環。
7. 【請求項７】 前記エンジン用燃焼密封環の周辺に接す
   るフープ軸線に沿い１００ないし２００ｋｐｓｉの降伏
   点と半径方向軸線及び前記フープ軸線に直交する軸線に
   沿い１０ないし１２０ｋｐｓｉの圧縮降伏点とを持つよ
   うにした請求項６のエンジン用燃焼密封環。
8. 【請求項８】 前記高強度材料区域に、前記中央区分の
   内部心を設け、前記軟質材料区域に、前記中央区分の外
   層と前記タブ区分とを設けた請求項６のエンジン用燃焼
   密封環。
9. 【請求項９】 前記高強度材料区域が複数の前記軟質材
   料区域と交互に半径方向に延びる多層積層物を備えた請
   求項６のエンジン用燃焼密封環。
10. 【請求項１０】 前記積層物の層が、前記エンジン用燃
    焼密封環の内周末端から外周末端まで半径方向外方に延
    びるようにした請求項９のエンジン用燃焼密封環。
11. 【請求項１１】 前記高強度材料区域が前記各環状区分
    を貫いて半径方向に延びるようにした請求項９のエンジ
    ン用燃焼密封環。
12. 【請求項１２】 大体において円形の横断面を持つ環状
    区分を包含し、比較的高強度の材料と比較的低強度の材
    料とから成り前記横断面を貫いて半径方向に延びる交互
    の層を備えて成るエンジン用燃焼密封環。
13. 【請求項１３】 前記層のうちの最も外側の層を、前記
    比較的軟質の材料により構成した請求項１２のエンジン
    用燃焼密封環。
14. 【請求項１４】 前記層を、均質の粉末金属で形成した
    請求項１２のエンジン用燃焼密封環。
15. 【請求項１５】 チタンから成る粉末金属合金と、仕上
    がりの前記エンジン用燃焼密封環に潤滑材を供給する付
    加的材料とで形成され、大体において円形の横断面を持
    つ環状区分を包含すエンジン用燃焼密封環。
16. 【請求項１６】 前記粉末金属にさらに、鉄及びモリブ
    デンを含めて前記潤滑材を形成するようにした請求項１
    ５のエンジン用燃焼密封環。
17. 【請求項１７】 前記粉末金属に４％の鉄と、１ないし
    ６％のモリブデンとを含むようにした請求項１６のエン
    ジン用燃焼密封環。