JPH07305771A - シリンダ・ヘッド・ガスケットとその環状保持環 及び多重密封システム - Google Patents

シリンダ・ヘッド・ガスケットとその環状保持環 及び多重密封システム

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JPH07305771A
JPH07305771A JP5343198A JP34319893A JPH07305771A JP H07305771 A JPH07305771 A JP H07305771A JP 5343198 A JP5343198 A JP 5343198A JP 34319893 A JP34319893 A JP 34319893A JP H07305771 A JPH07305771 A JP H07305771A
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sealing member
head gasket
cylinder head
retaining ring
annular
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Jr Harry G Willis
ハリ、ジー、ウイリス、ジューニア
Mark M Shuster
マーク、エム、シァスタ
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Dana Inc
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F11/00—Arrangements of sealings in combustion engines 
    • F02F11/002—Arrangements of sealings in combustion engines  involving cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/12—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering
    • F16J15/121—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement
    • F16J15/122—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement generally parallel to the surfaces
    • F16J15/123—Details relating to the edges of the packing

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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
持つ保持装置を提供することにある。 【構成】 凸状の上面４２及び下面４４を持つ環状区分
を備えた保持環４０は、多数の密度の材料区域５４，５
６を持ち、均質な複合粉末金属で形成される。保持環に
おいては、特定の軸線に沿うこわさが密封負荷に従って
選択的に可変である。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、保持環の外面の複
合金属の摩擦係数を減らすように潤滑作用を生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリンダ・ヘッド・ガ
スケットに使う層状の複合粉末金属製構造を持つ保持環
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、この荷重によつてガスケット
の密封要素に対し密封作用を生ずる。
【０００３】シリンダ・ヘッド・ガスケットは、燃焼密
封環を備え、エンジン運転中に燃焼ガスの漏れを防ぐ。
燃焼密封環は複数種類のものが知られている。屈伸性の
（ｙｉｅｌｄａｂｌｅ）燃焼密封環として知られている
１形式のものは、一般に円形の横断面を持つワイヤから
実質的に成っている。このような燃焼密封環に加わる締
付け力は、接触点に集中し、密封環の周辺を変形させ燃
焼ガスを有効に密封する。しかしこの形式の燃焼密封環
は、燃焼密封環の寿命中に高温の運転のもとに生じやす
い塑性変形から起る熱破砕作用を受ける。
【０００４】屈伸性の燃焼密封環の欠点を除くのに、一
次及び二次の密封部材を備えた二重燃焼密封システムが
知られている。この場合ガスケットは、ガスケット本体
に隣接して環状のＵ字形フランジを備え、このフランジ
内にばね付勢した燃焼密封部材を配置してある。このば
ね付勢燃焼密封部材は、一般に円形の横断面を持ち、外
部ジャケット及び内部ばねを共に備えている。この燃焼
密封部材は、燃焼ガスに対する一次密封部材として作用
する。屈伸性の燃焼密封環の場合と同様に、このような
燃焼密封環に加わる締付け力は接触点に集中して燃焼ガ
スを密封する。ばね付勢燃焼密封部材とガスケット本体
との間には保持環を配置してある。この保持環は、ばね
付勢燃焼密封部材に対し主として半径方向軸線に沿い能
動的な機械的止めとして作用し、燃焼ガスに対し限定さ
れた二次密封作用を生ずる。この保持環は又ばね付勢燃
焼密封部材を熱破砕作用から保護する。
【０００５】この密封方式は、なお多くの欠点がある。
とくにこのような保持環の使用は、所望の上下方向圧縮
降伏強さと、フープ降伏強さとの間の妥協を必要とす
る。フープ降伏強さは、保持環の円周に接する方向に計
測されるがエンジンの運転中に生ずるシリンダ内部圧力
とばね付勢燃焼密封部材により保持環に対し半径方向に
加わる力とに耐えるように十分高くなければならない。
保持環が適当なフープ強さを持っていなければ、この保
持環は膨脹して燃焼ガスが漏れる。しかしこれと同時に
低い上下方向の降伏強さは、燃焼ガスの漏れに対し一次
密封部材を補助する二次密封部材を形成する変形しやす
い保持環を得るのに望ましい。又変形性が確実に得られ
る屈伸性密封環の場合と同様に点荷重を受ける保持環を
使うことが望ましい。
【０００６】
【発明の概要】エンジンのシリンダ・ヘッド・ガスケッ
ト用の改良された二重式燃焼密封システムは、付勢され
た燃焼密封部材と、環状の保持環とを備えている。この
保持環は、凸状上面及び凸状下面を持つ区分を備えこの
保持環に加わる初期荷重が点荷重になるようにしてあ
る。半径方向末端に形成した面は半径方向軸線に直交す
る。１実施例では半径方向内端の面は、ばね付勢燃焼密
封部材の外周面を受けるようにしたみぞを備えている。
みぞの使用により保持環と付勢燃焼密封部材との間の表
面接触を増し、半径方向におけるばね付勢密封部材の点
荷重をなくす。
【０００７】この保持環は、焼結後に密度の異なる区域
を含む均質の複合粉末金属で形成される。好適とする１
例では粉末金属は主としてチタンから成っている。
【０００８】以下本発明の種々の特徴及び態様を添付図
面について詳細に説明する。
【０００９】
【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。シリンダ内径（図示してな
い）のまわりに多重密封システム２８を形成するよう
に、ガスケット２０は、上部脚３０及び下部脚３２を持
つ環状のＵ字形のフランジ２９を備えている。又図２に
示すようにばね付勢燃焼密封部材（ｓｐｒｉｎｇ ｅｎ
ｅｒｇｉｚｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｅａｌ）３
４はフランジ２９内に配置してある。ばね付勢燃焼密封
部材３４は、内部スプリング３６とジャケット３８と称
する外部ばねとを備えている。ばね付勢燃焼密封部材３
４は、燃焼ガス漏れに対する一次密封部材として作用す
る。ばね付勢燃焼密封部材３４とガスケット本体２２と
の間に半径方向に配置した保持環４０は、ばね付勢燃焼
密封部材３４用の能動的機械的止めとして作用する。保
持環４０は、燃焼ガス漏れに対する二次密封部材とな
る。
【００１０】図２に例示したように保持環４０は凸状上
面４２及び凸状下面４４を持つ半径方向に細長い横断面
を形成して、保持環４０に対し軸線方向に加わる初期圧
縮荷重となり、すぐれた燃焼密封部材を形成する。半径
方向外側の周面４６は、半径方向に直交する末端を形成
し、ガスケット本体２２の組合い面４８に対応する。保
持環４０の半径方向内側の末端を形成する面５１に円形
の凹入みぞ５０が形成され、ばね付勢燃焼密封部材３４
の組合う凸状外周面５２に対応しこれを受けるようにし
てある。
【００１１】保持環４０は、ばね付勢燃焼密封部材３４
に対する応力支持体を形成し、ばね付勢燃焼密封部材３
４を定位置に保持する。保持環４０に加わる応力は、半
径方向応力と保持環の周辺に接する半径方向軸線に沿う
フープ応力（ｈｏｏｐ ｓｔｒｅｓｓ）とを含む。組合
い面５２と協働するみぞ５０の形状は最大表面積にわた
り半径方向及びフープ方向の関連荷重を配分し対応する
応力を下げる。半径方向末端の面４６，５１間で測った
保持環４０の半径方向幅と、各凸状外面４２，４４間で
測った厚さとの間の好適な比率の１例は約３対１であ
る。この比率により燃焼力の初期圧力に耐えるのに必要
なフープ強さ（ｈｏｏｐ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が確実に
得られる。
【００１２】保持環４０は、複合の粉末金属で形成する
のがよく、比較的軟質の２つの外側材料区域５６，５６
間に挟まれた高強度の材料区域５４を備えている。保持
環４０の上下方向外側端に軟質の材料区域５６を設ける
と、初期荷重条件のもとで保持環の変形能を高める。各
材料区域５６は保持環４０を横切って面５１から面４６
に半径方向に延びている。保持環構造のこの態様は、所
要のフープ強さの大部分を生ずる高強度の材料区域５４
ではとくに重要である。この強度を生ずるように高強度
の材料区域５４は、対応する軟質の材料区域５６より厚
くしてある。高強度の材料区域５４は、約０％の多孔率
を持つのがよく、比較的軟質の材料区域５６は、３ない
し６０％の多孔率、なるべくは１５ないし３０％の多孔
率を持つ。従って保持環４０は燃焼ガスに対して不透過
性である。
【００１３】本発明による多重密度区域は、上下方向及
びフープ方向（ｈｏｏｐ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）におけ
る保持環の構造強さを変える能力を含み多くの利点を生
ずる。上下方向軸線に沿う保持環４０に対する材料降伏
強さは、１０ないし１２０ｋｐｓｉ間の範囲、なお、な
るべくは２５ないし４３ｋｐｓｉの範囲を持つ。最も好
適な値は約２５ｋｐｓｉである。この強度値は、保持環
４０の周辺のまわりに良好な２次燃焼密封部を生成す
る。しかしこれと同時にフープ軸（ｈｏｏｐ ａｘｉ
ｓ）に沿い１００ないし２００ｋｐｓｉ、なるべくは１
００ないし１６０ｋｐｓｉの降伏強さを持つのがよい。
保持環がエンジン運転中に生ずる高いシリンダ内圧と共
にばね付勢燃焼密封部材３４により保持環４０に加わる
圧力に確実に耐えることができるようにするのに最も好
適な値は約１６０ｋｐｓｉである。
【００１４】多重密度区域を使う別の利点は、可変のば
ね率により一層容易に保持環内に作り込むことができる
ことである。又任意の選定した軸線に沿うこわさが保持
環の負荷に従って変えられる。凸状の上下の面によつ
て、初期の組立てにより保持環が点荷重を受け、局部的
降伏状態を生ずる。この降伏状態により保持環の変形性
が得られ、この保持環の周辺のまわりに良好な初期密封
状態が得られる。
【００１５】可変のばね率は又さらに生ずる降伏状態を
制限するのに使う。たとえば上下方向荷重が増すに伴
い、保持環４０はこわさを高めるようにして、熱破砕作
用に耐えると共に屈伸性の密封環の場合と同様に、所望
の燃焼密封作用を生ずる。付加的なこわさより塑性変形
のおそれを減らし、弾性率に従って保持環がその形状を
回復することができる。
【００１６】図３に示すように第２実施例による環状の
保持環６０は、複数の高強度の材料区域６２に交互に複
数の比較的軟質の材料区域６４を持つ多層積層物から成
っている。第１実施例の場合と同様に、材料区域６２，
６４は保持環６０の半径方向内端の面６６から半径方向
外端の面６８まで延びるのがよい。又比較的軟質の材料
の区域を上下方向の各末端７０，７２に位置させ、初期
荷重条件のもとで保持環の変形性（ｄｅｆｏｒｍａｂｉ
ｌｉｔｙ）が確実に得られるようにしてある。保持環６
０の形状は、保持環４０の形状と同様である。しかし図
示の実施例では面６６にはみぞを設けてない。
【００１７】保持環４０，６６は、主としてチタンを含
む粉末金属で形成するのがよい。この粉末金属は、２な
いし６％のアルミニウムと、１ないし６％のバナジウム
と、０．５ないし４％の鉄と、１ないし６％のモリブデ
ンとを含むのがよい。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組合せ
は、高温における粉末金属の強度を増し、これと同時に
保持環の外面における複合金属の摩擦係数を減らす。鉄
及びモリブデンの大部分は、粉末の残りの部分と反応す
るが、若干は潤滑材を形成する残留物として堆積する。
この潤滑材から得られる一層低い摩擦係数は、純粋なチ
タンの摩耗性を防ぐのに有利である。又鉄の使用量が多
過ぎると、得られる材料はもろくなりすぎて保持環の変
形性を減らす。
【００１８】製法の１例では、黒鉛製固定具内に複合の
粉末金属を入れ、次いで公知の焼結法を使い加熱する。
使用固定具の形式と加熱方法とは当業者にはよく知られ
ているように制御し、所望の粉末金属が所望の材料区域
に分離するようにする。典型的には均質な複合金属を固
定具に入れて前もつて選定した温度及び時間で加熱す
る。
【００１９】前記した区域は均質な材料から得るのがよ
いが、又各別の材料を互いに積層して硬い区域及び軟質
の区域が得られるようにしてもよい。
【００２０】以上本発明をその好適な実施例について詳
細に説明したが、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】本発明ガスケットの１実施例の一部分の斜視図
である。
【図２】本発明による保持環の第１の実施例を示す図１
の２−２線に沿う拡大断面図である。
【図３】本発明保持環の第２の実施例を示す横断面図で
ある。
【符号の説明】
２０ シリンダ・ヘッド・ガスケット ２８ 多重密封システム ３４ 一次密封部材（ばね付勢燃焼密封部材） ３６ 内部ばね ３８ 外部ばね（ジャケット） ４０ 二次密封部材（保持環） ４２，４４ 凸状外面 ４６，５１ 環状面 ５４，５６ 材料区域
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 シリンダ・ヘッド・ガスケットとその
環状保持環及び多重密封システム

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多重密封システムを備えたシリンダ・ヘ
    ッド・ガスケットにおいて、環状の一次密封部材及び環
    状の二次密封部材を備え、この二次密封部材が、半径方
    向軸線の半径方向内方に位置してこの半径方向軸線を定
    め、前記二次密封部材を前記一次密封部材に接触させ、
    前記二次密封部材が、それぞれ前記軸線から遠ざかる向
    きに間隔を置いた互いに対向する２つの凸状外面を持ち
    前記軸線に沿って延びる半径方向に細長い横断面を備
    え、この横断面にさらに、前記軸線を中心とし前記二次
    密封部材の半径方向末端を定める２つの環状面を設けた
    シリンダ・ヘッド・ガスケット。
  2. 【請求項２】 前記二次密封部材を、多数の密度の材料
    区域を持つ複合の粉末金属で形成した請求項１のシリン
    ダ・ヘッド・ガスケット。
  3. 【請求項３】 前記粉末金属が、主としてチタンである
    請求項２のシリンダ・ヘッド・ガスケット。
  4. 【請求項４】 前記粉末金属が、前もって選定した量の
    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３のシリンダ・ヘッド・ガスケット。
  5. 【請求項５】 前記多数の密度の材料区域を、約０．０
    ％の多孔率を持つ高強度材料区域と、３ないし６０％の
    多孔率を持つ比較的軟質の材料区域とにより構成した請
    求項２のシリンダ・ヘッド・ガスケット。
  6. 【請求項６】 前記二次密封部材が、この二次密封部材
    の周辺に接するフープ軸線に沿い１００ないし２００ｋ
    ｐｓｉ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１２０ｐｓｉの圧縮降伏
    点とを持つようにした請求項５のシリンダ・ヘッド・ガ
    スケット。
  7. 【請求項７】 前記多数の密度の材料区域を、多層積層
    物により構成した請求項５のシリンダ・ヘッド・ガスケ
    ット。
  8. 【請求項８】 前記積層物の層が、前記環状面の間に半
    径方向に延びるようにした請求項７のシリンダ・ヘッド
    ・ガスケット。
  9. 【請求項９】 前記二次密封部材の前記層の最も外側
    を、前記比較的軟質の材料で構成した請求項７のシリン
    ダ・ヘッド・ガスケット。
  10. 【請求項１０】 前記半径方向末端の前記環状面間で測
    った半径方向幅と、前記各凸状外面間で測った厚さとの
    間の前記二次密封部材の比率を約３対１とした請求項１
    のシリンダ・ヘッド・ガスケット。
  11. 【請求項１１】 内側の半径方向末端の前記環状面にみ
    ぞを設けた請求項１０のシリンダ・ヘッド・ガスケッ
    ト。
  12. 【請求項１２】 前記みぞが、前記一次密封部材の組合
    う外周面に対応するようにした請求項１１のシリンダ・
    ヘッド・ガスケット。
  13. 【請求項１３】 多重密封システムの二次密封部材とし
    て作用する環状保持環において、 比較的高強度の材料と比較的軟質の材料とから成り、半
    径方向内面から半径方向外面まで延びる交互の層を持
    つ、半径方向に細長い横断面を備えた環状保持環。
  14. 【請求項１４】 前記層の最も外側の層を、前記の比較
    的軟質の材料で構成した請求項１３の環状保持環。
  15. 【請求項１５】 前記層を、均質の粉末金属で形成した
    請求項１３の環状保持環。
  16. 【請求項１６】 内部ばね及び外部ばねを備えた環状の
    一次密封部材と、 半径方向軸線の半径方向内方に位置し、この半径方向軸
    線を定め、前記一次密封部材に接触する環状の二次密封
    部材とを備え、この二次密封部材が、前記半径方向軸線
    に沿って延び、それぞれこの半径方向軸線から遠ざかる
    向きに間隔を置いた互いに対向する２つの凸状外面を持
    つ半径方向に細長い横断面を備え、この横断面部にさら
    に、前記半径方向軸線を中心としそれぞれ前記二次密封
    部材の半径方向末端を定める２つの環状面を設けて成
    る、シリンダ・ヘッド・ガスケット用多重密封システ
    ム。
  17. 【請求項１７】 半径方向内面に、前記一次密封部材の
    外周面に対応し、かつこの外周面を受入れるみぞを設け
    た請求項１６のシリンダ・ヘッド・ガスケット用多重密
    封システム。
  18. 【請求項１８】 前記二次密封部材を、チタンと、仕上
    がりの二次密封部材に潤滑材を供給する付加的材料とか
    ら成る粉末金属合金で形成した請求項１６のシリンダ・
    ヘッド・ガスケット用多重密封システム。
  19. 【請求項１９】 前記粉末金属がさらに、前記潤滑材を
    形成するように鉄及びモリブデンを含む請求項１８のシ
    リンダ・ヘッド・ガスケット用多重密封システム。
  20. 【請求項２０】 前記粉末金属が４％の鉄と、１ないし
    ６％のモリブデンとを含む請求項１９のシリンダ・ヘッ
    ド・ガスケット用多重密封システム。
JP5343198A 1992-12-18 1993-12-17 シリンダ・ヘッド・ガスケットとその環状保持環 及び多重密封システム Pending JPH07305771A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/992,678 US5338046A (en) 1992-12-18 1992-12-18 Composite powdered metal retaining ring
US992678 1997-12-17

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JPH07305771A true JPH07305771A (ja) 1995-11-21

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