JPWO2010032555A1 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

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Abstract

シリンダヘッドガスケット1は、シリンダヘッド2とシリンダボア4を有するシリンダブロック3との間に挟持される少なくとも1枚の第1シールプレート11を備えており、該第1シールプレート11は、上記シリンダボア4の位置に穿設した燃焼室孔13と、該燃焼室孔を囲む第1フルビード11aとを備えている。上記第1シールプレート11に、上記第1フルビード11aよりも外側で燃焼室孔を囲む位置に断面コ字形の第1段差11bを形成してあり、かつ該第1段差の凹部内に充填材21を充填してある。上記段差11bを介してシリンダヘッドとシリンダブロックとを強固に連結することができるので、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、それによってシール性の低下を防止することができる。

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る少なくとも1枚の第1シールプレートを備え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る少なくとも1枚の第1シールプレートを備え、該第1シールプレートに、上記シリンダボアの位置に穿設した燃焼室孔と、該燃焼室孔を囲む第1フルビードとを設けたシリンダヘッドガスケットが知られている(例えば特許文献1)。
また、上記第1フルビードの内側に燃焼室孔を囲む断面コ字形の第1段差を設けたものや(特許文献2)、上記第1シールプレートに別の第2シールプレートを積層重合させて、該第2シールプレートに燃焼室孔を囲む断面コ字形の第2段差を設けて該第2段差内に充填材を充填し、かつ該第2段差を上記第1フルビードに積層重合させたものも知られている(特許文献3)。
特開2008−14334号公報 特開2001−295933号公報 特開2005−30557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シールプレート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る少なくとも1枚の第1シールプレートを備え、該第1シールプレートに、上記シリンダボアの位置に穿設した燃焼室孔と、該燃焼室孔を囲む第1フルビードとを設けたシリンダヘッドガスケットにおいて、
上記第1シールプレートに、上記第1フルビードよりも外側で燃焼室孔を囲む位置に断面コ字形の第1段差を形成し、かつ該第1段差の凹部内に充填材を充填したことを特徴とするものである。
上記構成によれば、上記第1フルビードよりも外側で燃焼室孔を囲む位置に設けた第1段差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、この第1段差を介してシリンダヘッドとシリンダブロックとを強固に連結することができるようになる。
後の試験結果で説明するように、特にフルビードよりも外側に段差を形成することにより、エンジンの爆発圧力によるシリンダブロックの変形を効果的に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のこすれが生じることを抑制することができる。
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。 (a)はシリンダブロック3の弾性変形の抑制効果を試験した試験結果を示すグラフ。(b)は図3(a)に用いた本発明に対応するシリンダヘッドガスケットの断面図。(c)は図3(a)に用いた従来例に対応するシリンダヘッドガスケットの断面図。 オイルの消費量を測定した試験結果を示すグラフ。 本発明の第2実施例を示す断面図。 本発明の第3実施例を示す断面図。 本発明の第4実施例を示す断面図。 本発明の第5実施例を示す平面図。 本発明の第6実施例を示す要部の断面図。 本発明の第7実施例を示す要部の断面図。 本発明の第8実施例を示す要部の断面図。
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、シリンダヘッド2側に配置した金属製の第1シールプレート11と、シリンダブロック3側に配置した金属製の第2シールプレート12とを備えており、各シールプレート11、12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13を形成してある。
また、図1に示すように、各シールプレート11、12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13の周囲の面圧を増加させるリング状の金属製のシムプレート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。
上記第1シールプレート11と第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に形成した第1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、第2シールプレート12に形成した第2フルビード12aは、シリンダブロック3に向けて突出するように形成してあり、したがって両フルビード11a、12aは積層重合されて互いに離隔する方向に突出している。そして各フルビード11a、12aは、それぞれ各燃焼室孔13を無端状に囲んでいる。
さらに、上記第1シールプレート11と第2シールプレート12には、各フルビード11a、12aよりも外側で、かつウォータージャケット5よりも内側に、それぞれ断面コ字形の段差11b、12bを形成してある。このとき、各段差11b、12bはリング状のシムプレート17と重合する範囲内に形成してある。換言すれば、シムプレート17は、上記燃焼室孔13から両フルビード11a、12aの間を越え、さらに両段差11b、12bの間を少し越えた位置まで伸びている。
上記第1シールプレート11に形成した第1段差11b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り、また第2シールプレート12に形成した第2段差12bは、シリンダブロック3に向けて突出するように形成してある。したがって上記両段差11b、12bは、重合された状態で互いに離隔する方向に突出している。
また、上記第1シールプレート11に形成した第1段差11bは、図1に示すように、隣接するシリンダボア4間に近接した位置で相互に連続されて4つの燃焼室孔13を共通に無端状に囲んでおり、同様に、第2シールプレート12に形成した第2段差12bも4つの燃焼室孔13を共通に無端状に囲んでいる。
上記各段差11b、12bの凹部内にはそれぞれ合成樹脂などの充填材21を充填してあり、充填材21を充填することにより各段差11b、12bの剛性を高めて荷重による過度の座屈変形やへたりを防止し、各段差11b、12bの耐久性を向上させている。
このとき上記充填材21は、各段差11b、12bの凹部の全てを満たすように充填しても良いが、各段差11b、12bの凹部の容積に対して80〜95%程度とすることがより好ましい。このように80〜95%程度の範囲で充填材21を充填することにより、シリンダヘッドガスケット1がエンジンに組み込まれて各段差11b、12bが押し潰された際に、その部分における面圧が予期した以上に過大となることを良好に防止することが可能となる。
さらに本実施例では、上記各段差11b、12bの高さを円周方向で異ならせてある。すなわち上記各段差11b、12bの高さは、隣接するボア4、4間に近接する部分11b’、12b’において、他の部分よりも高く設定してある。
上述したように、シリンダブロック3の弾性変形は隣接するボア4、4間において相対的に大きくなるので、その部分11b’、12b’の面圧を他の部分よりも高めることにより、弾性変形を効果的に抑制することが可能となる。
このように、上記各段差11b、12bの高さは、シリンダブロック3の各位置の弾性変形量を考慮して、弾性変形量の大きい位置で高く、小さな位置で低く設定すればよく、これによってシリンダブロック3の各位置における面圧を最適な大きさに設定することにより、過剰な面圧によって圧痕が形成されるのを防止しつつシリンダブロック3の弾性変形を効果的に抑制することができる。
なお、弾性変形が少ないシリンダブロックや弾性変形が各部で比較的均等なシリンダブロックにおいては、各段差11b、12bの高さを一定にしてもよいことは勿論である。
さらに、上記第1シールプレート11及び第2シールプレート12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。
そして本実施例においては、各段差11b、12bの突出側の表面は上記コーティング材18を省略して、段差11bの上面が直接シリンダヘッド2に当接し、段差12bの下面が直接シリンダブロック3に当接するようにしてある。これによって、その当接面にコーティング材18をコーティングした場合に比較して摩擦係数を増大させ、各段差11b、12bとシリンダヘッド2又はシリンダブロック3との間のすべりを抑制することにより、シリンダブロック3の弾性変形を低減させることができるようにしてある。
同様な観点から、上記各段差11b、12bの各突出側の表面に、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂などをベースとする摩擦係数の高いコート材19を設けて、より効果的に各段差11b、12bとシリンダヘッド2又はシリンダブロック3との間のすべりを抑制するようにしても良い。
以上の構成において、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との間に挟持すると、該シリンダヘッド2とシリンダブロック3とは、ウォータージャケット5の内側の位置において、上記段差11b、12b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。
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とシールプレート12との間のこすれや、シリンダヘッド2とシールプレート11との間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。
ところで、図3aは、ウォータージャケット5を備えたシリンダブロック3において、燃焼室孔13に近接した位置の面圧を高めた場合と、燃焼室孔13から離れてウォータージャケット5の内周縁に近接した位置の面圧を高めた場合とについて、シリンダブロック3の弾性変形の抑制効果を試験した試験結果を示すものである。
図3b、図3cには上記試験に用いたシリンダヘッドガスケットの断面図を開示してある。各シリンダヘッドガスケットは同一構成を備えており、3枚の相互に積層された金属製シールプレート31、32、33と、これらのシールプレートの間に介在された1枚の厚さ調整板34とを備えている。2枚のシールプレート31、32は厚さ調整板34のシリンダヘッド2側で積層されており、また他の1枚のシールプレート33は厚さ調整板34よりシリンダブロック3側に配置されている。
各シールプレート31〜33にはそれぞれ燃焼室孔13を囲んで相互に重合する位置にフルビード31a〜33aを形成してあり、最もシリンダヘッド2側となるシールプレート31のフルビード31aはシリンダヘッド2に向けて突出させ、このシールプレート31に積層されて厚さ調整板34側となるシールプレート32のフルビード32aは厚さ調整板34に向けて突出させてある。さらに、シリンダブロック3側となるシールプレート33のフルビード33aは厚さ調整板34に向けて突出させてある。
図3bに示す場合には、上記実施例における段差11b、12bに対応するリング状のシム35は、燃焼室孔13から離れてウォータージャケット5の内周縁に近接した位置に配置してあり、このシム35によって燃焼室孔13から離れた、ウォータージャケット5の内周縁に近接した位置の面圧を高めることができるようにしてある。
他方、図3cに示す場合には、上記シム35は、燃焼室孔13に近接した位置に配置してあり、その部分の面圧を高めることができるようにしてある。
図3aは、シリンダブロック3におけるウォータージャケット5の内周縁部分の歪を測定したもので、図3aの▲で結んだ線は図3bの結果を、■で結んだ線は図3cの結果をそれぞれ示したものである。
上記結果から理解されるように、燃焼室孔13に近接した位置の面圧を高めてその部分を拘束するようにするよりも、燃焼室孔13から離れたウォータージャケット5の内周縁に近接した部分の面圧を高めてその部分を拘束するようにしたほうが、上記ウォータージャケット5の内周縁における歪を低減することができる。
その理由は次の通りであると考えられる。
すなわち、燃焼室孔13に近接した位置にシム35を配置することによってその部分の面圧を高めると、その部分は燃焼室孔13に向かって歪む(弾性変形する)ようになるため、当該部分には歪を解消するために燃焼室孔13から離れる方向の反作用力が作用するようになる。エンジンが起動された際のシリンダボア4内の爆発圧力は上記歪を解消する方向に作用するため、上記燃焼室孔13に近接した位置には爆発圧力と歪を解消するための反作用力とが同一方向に作用するようになり、その結果、上記ウォータージャケット5の内周縁における歪が大きくなるものと考えられる。
他方、燃焼室孔13から離れたウォータージャケット5の内周縁に近接した位置にシム35を配置してその部分の面圧を高めると、燃焼室孔13に近接した部分は燃焼室孔13から離れる方向に歪むようになり、当該部分には歪を解消するために燃焼室孔13に向かう方向の反作用力が作用するようになる。エンジンが起動された際のシリンダボア4内の爆発圧力は、この場合には上記歪を解消する方向の反作用力とは逆方向に作用するため、爆発圧力の影響がその歪を解消する方向の作用力によって弱められ、上記ウォータージャケット5の内周縁における歪が小さくなるものと考えられる。
上記試験結果から理解されるように、上記実施例における各段差11b、12bを各フルビード11a、12aよりも内側として燃焼室孔13の近くに形成するよりも、上記実施例で示したように各フルビード11a、12aよりも外側で、ウォータージャケット5の内周縁に近接した位置に形成したほうが、優れた弾性変形の抑止効果を得ることができる。
また図4は、上記図2で示した構成を有する本発明品としてのシリンダヘッドガスケット1と、このシリンダヘッドガスケット1から段差11b、12bを省略してその部分を平坦に形成した比較品としてのシリンダヘッドガスケットとをそれぞれ同一のエンジンに組み込んで、それぞれオイルの消費量を測定した結果を示したものである。
図4において、▲で結んだ線は本発明品のシリンダヘッドガスケットを用いた結果を、■で結んだ線は比較品のシリンダヘッドガスケットを用いた結果をそれぞれ示している。
図4の試験結果から理解されるように、段差11b、12bを備える本発明品の方が、段差11b、12bを備えない比較品に対して、オイルの消費量が低減されている。
すなわち比較品においては、エンジンの爆発圧力によりシリンダブロックが局部的に変形してシリンダボアの真円度が低下すると、ピストンリングのボア内面と摺動する際の面圧に強弱が発生し、面圧の低い所では、ボア表面のオイルの掻き落とし能力が低下するため、オイル消費量を増大させる要因となる。
これに対して本発明品においては、段差11b、12bによってシリンダブロックが局部的に変形することを効果的に抑制しているので、ピストンリングの面圧に強弱が発生するのを抑制することができ、これによりピストンリングによるオイルの掻き落とし能力の低下を防止してオイル消費量を低減させることができる。
図5は本発明の第2実施例を示したもので、本実施例では上記第1実施例と同一構成のシリンダヘッドガスケット1において、上記各段差段差11b、12bよりも外側となる位置においてスポット溶接により、上記シールプレート11、12とシムプレート17とを相互に一体に連結したものである。
このようにスポット溶接を施せば、上記プレート11、12、17を一体に連結することができるので、それらの間のこすれを確実に防止することができる。
なお、上記スポット溶接の代わりに、ポリイミド系、無機質系などの耐熱性を有する接着剤を用いて各プレート11、12、17を一体に連結してもよい。
図6は本発明の第3実施例を示したもので、本実施例においては、上記第1実施例のシムプレート17を省略して簡素化を図ったものである。
その他の構成は、第1実施例と同様に構成してあり、同一又は相当部分には同一の符号を付して示してある。
図7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、上記第3実施例から一方のシールプレート12を省略して、一層の簡素化を図ったものである。なお、省略するのは他方のシールプレート11であってもよい。
上記第3実施例、第4実施例においても、シリンダヘッド2とシリンダブロック3とをウォータージャケット5の内側の位置において、段差を介して強固に連結することができるので、シリンダブロック3の弾性変形を抑制することができる。
図8は本発明の第5実施例を示したもので、第1実施例では、各段差11b、12bは4つの燃焼室孔13を共通に囲むように無端状に形成しているが、本実施例においては弾性変形が大きくなる位置を考慮して部分的に段差11b、12bを形成したものである。
本実施例では、上述したようにシリンダブロック3の弾性変形は隣接するボア4、4間において相対的に大きくなるので、それを抑制するためにその隣接するボア4、4に近接した複数箇所に段差11b、12bを形成し、さらに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も段差11b”、12b”を形成してある。
その他の構成は、第1実施例と同様に構成してあり、同一又は相当部分には同一の符号を付して示してある。
このような構成においても、シリンダブロック3の弾性変形を良好に抑制することができる。
なお、第2ないし第4実施例においても、第5実施例のように部分的に段差11b、12bを形成しても良いことは勿論である。
図9は本発明の第6実施例を示したもので、本実施例においては上記段差11b、12b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、円弧部Rを形成したものである。本実施例においては、上記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あるが、これに限定されるものではない。
すなわち、図10は本発明の第7実施例を示したものであるが、本実施例では上記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、接触面を断面楕円形状に形成してあり、上記接触面の角部はその楕円形状に従った円弧部Rが連続して形成されている。上記楕円形状部分の中央部の高さHは10〜50μm程度が望ましい。
また図11は本発明の第8実施例を示したもので、本実施例では上記接触面の角部に断面楕円形状の円弧部Rを形成するとともに、両円弧部Rの間の接触面を平坦に形成したものである。
上記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、角部に上述したような円弧部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、図9ないし図11に示した円弧部Rは、上述した第1実施例ないし第5実施例の全ての段差の角部に適用することができるが、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段差だけに適用してもよい。
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 11、12 シールプレート
11a、12a フルビード 11b、12b 段差
13 燃焼室孔 17 シムプレート
21 充填材 R 円弧部

Claims (11)

  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る少なくとも1枚の第1シールプレートを備え、該第1シールプレートに、上記シリンダボアの位置に穿設した燃焼室孔と、該燃焼室孔を囲む第1フルビードとを設けたシリンダヘッドガスケットにおいて、
    上記第1シールプレートに、上記第1フルビードよりも外側で燃焼室孔を囲む位置に断面コ字形の第1段差を形成し、かつ該第1段差の凹部内に充填材を充填したことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
  2. 上記第1シールプレートに第2シールプレートが積層重合され、該第2シールプレートに、上記シリンダボアの位置に穿設した燃焼室孔と、該燃焼室孔を囲む第2フルビードと、該第2フルビードよりも外側で燃焼室孔を囲む位置に形成した断面コ字形の第2段差とが設けられて、該第2段差の凹部内に充填材が充填され、
    さらに上記第1フルビードと第2フルビードと、第1段差と第2段差とはそれぞれ相互に積層重合されて互いに離隔する方向に突出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. 上記第1シールプレートと第2シールプレートとの間に、燃焼室孔の周囲の面圧を増加させるシムプレートが介在され、このシムプレートは上記燃焼室孔から上記第1フルビードと第2フルビードとの間、及び第1段差と第2段差との間を越えた位置まで伸びていることを特徴とする請求項2に記載のシリンダヘッドガスケット。
  4. 上記第1シールプレート、第2シールプレート及びシムプレートは、上記第1段差と第2段差との間を越えた位置で相互に一体的に連結されていることを特徴とする請求項3に記載のシリンダヘッドガスケット。
  5. 上記段差は、シリンダボアを囲んで無端状に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4のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
  6. 上記段差は、シリンダボアを囲む所要位置に部分的に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4のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
  7. 上記段差の高さは、隣接するシリンダボアの間の近傍で高く、その他の位置で低く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6のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。
  8. 上記充填材は、上記凹部の容積の80〜95%充填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. 上記段差の突出側の表面に、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂などをベース材とする摩擦係数の高いコート材が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の表面には、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がコーティングされており、かつ該コーティング材は、上記段差を形成した部分で省略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. 上記段差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10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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