JPWO2017212826A1 - シリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、締付け荷重を低下させて低反力化でき、締結剛性の低減による軽量化を実現し、且つシリンダボア周囲のシール性を確保できるシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造を提供することを課題とし、該課題は、シリンダブロック1の上面1aからシリンダボア12を取り囲むように円筒部41が突出していると共に、シリンダブロック1の上面1aに対向するシリンダヘッド2の下面2aに、内径が円筒部41の外径よりも大きい円形凹部21が形成され、シリンダブロック1の上面1aにシリンダヘッド2が装着されることにより、円形凹部21内に円筒部41が収容されると共に、円筒部41の外側と円形凹部21の内側との間で形成される空間S内に装着された環状のゴム状弾性材からなるガスケット3が、円筒部41の外周面41aと円形凹部21の内周面21aとの間で径方向に圧縮され、シリンダブロック1とシリンダヘッド2との間でシリンダボア12の周囲を密封していることで解決される。

Description

本発明は、シリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造に関し、詳しくは、締付け荷重を低下させて低反力化でき、締結剛性の低減化を実現しながらも、シリンダボア周囲のシール性を確保できるシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造に関する。

従来、自動車等のエンジンのシリンダボアの周囲を密封し、燃焼ガスの漏出を防止するため、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間にシリンダヘッドガスケットが配置されている。

このようなシリンダヘッドガスケットとしては、図８、図９に示すように、ビード１０２が形成された複数枚の金属板１０１を、間に副板（シム）１０３を挟んで積層した構造のシリンダヘッドガスケット１００が知られている（特許文献１、２）。

このシリンダヘッドガスケット１００は、金属板１０１間に挟まれた副板１０３によって、シリンダボア２００の周囲に荷重を集中させることができるため、シール圧を高めることができる。

特開２００６−２９３８１号公報 特開２０１２−３６９６７号公報

近年、シリンダヘッドガスケットには低反力化が求められている。シリンダヘッドガスケットの反力が大きいと、シリンダブロックとシリンダヘッドとを締結する際の締付け荷重が大きくなり、ボア変形を生じる可能性が高くなるためである。ボア変形が生じると、ピストンのフリクションが増加し、エンジンの省燃費化を図ることが難しくなる。

しかしながら、従来のシリンダヘッドガスケット１００は、金属板１０１に形成されたビード１０２の反力によるシール圧のみならず、複数枚の金属板１０１間に挟まれた副板１０３によって段差構造を形成することでさらにシール圧を高めているため、締付け荷重が大きくなり、それだけ反力が大きくなる。

しかも、大きな締付け荷重は、相手面（シリンダブロック及びシリンダヘッド）の剛性を必要とし、締結剛性が高くなるため、重量増加となり、省燃費化が困難となる。また相手面がアルミ材からなる場合、相手面の剛性不足によってボア変形を生じさせる可能性がある。

また、締付け荷重を低下させて低反力化させるために、副板を使用しない段差レスのシリンダヘッドガスケットとすると、シール圧が低くなってしまうため、シリンダボア周囲のシール性を十分に確保できなくなる懸念がある。

そこで、本発明は、締付け荷重を低下させて低反力化でき、締結剛性の低減による軽量化を実現し、且つシリンダボア周囲のシール性を確保できるシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．
シリンダボアを有するシリンダブロックの上面から、前記シリンダボアを取り囲むように円筒部が突出していると共に、前記シリンダブロックの上面に対向するシリンダヘッドの下面に、内径が前記円筒部の外径よりも大きい円形凹部が形成され、
前記シリンダブロックの上面に前記シリンダヘッドが装着されることにより、前記円形凹部内に前記円筒部が収容されていると共に、前記円筒部の外側と前記円形凹部の内側との間で形成される空間内に、環状のゴム状弾性材からなるガスケットが装着されており、
前記ガスケットが、前記円筒部の外周面と前記円形凹部の内周面との間で径方向に圧縮され、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダボアの周囲を密封していることを特徴とするシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
２．
前記円筒部の外周面と前記円形凹部の内周面との間で圧縮された状態の前記ガスケットの軸方向の厚さは、前記空間の高さ以下であることを特徴とする前記１記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
３．
前記円筒部は、前記シリンダボアの内部に装着されたスリーブの上端部によって形成されていることを特徴とする前記１又は２記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
４．
前記円形凹部の内周面は、前記シリンダブロックに向けて次第に拡径するテーパー面を有することを特徴とする前記１、２又は３記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
５．
シリンダボアを有するシリンダブロックの上面に、前記シリンダボアを取り囲むように円形凹部が形成されていると共に、前記シリンダブロックの上面に対向するシリンダヘッドの下面に、外径が前記円形凹部の内径よりも小さい円形凸部が形成され、
前記シリンダブロックの上面に前記シリンダヘッドが装着されることにより、前記円形凹部内に前記円形凸部が収容されていると共に、前記円形凹部の内側と前記円形凸部の外側との間で形成される空間内に、環状のゴム状弾性材からなるガスケットが装着されており、
前記ガスケットが、前記円形凹部の内周面と前記円形凸部の外周面との間で径方向に圧縮され、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダボアの周囲を密封していることを特徴とするシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
６．
前記円形凹部の内周面と前記円形凸部の外周面との間で圧縮された状態の前記ガスケットの軸方向の厚さは、前記空間の高さ以下であることを特徴とする前記５記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
７．
前記円形凸部の外周面は、前記シリンダブロックに向けて次第に縮径するテーパー面を有することを特徴とする前記５又は６記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。

本発明によれば、締付け荷重を低下させて低反力化でき、締結剛性の低減による軽量化を実現し、且つシリンダボア周囲のシール性を確保できるシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造を提供することができる。

本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造の一実施形態を示す平面図 図１中の（ｉｉ）−（ｉｉ）線に沿う拡大断面図 ガスケットの一例を一部破断して示す斜視図 本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造の他の実施形態を示す要部断面図 本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造のさらに他の実施形態を示す断面図 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造のさらに他の実施形態を示す要部断面図 本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造のさらに他の実施形態を示す断面図 従来のシリンダヘッドガスケットを示す平面図 （ａ）は図８中の（ａ）−（ａ）線に沿う拡大断面図、（ｂ）は図８中の（ｂ）−（ｂ）線に沿う拡大断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造の一実施形態を示す平面図、図２は、図１中の（ｉｉ）−（ｉｉ）線に沿う拡大断面図、図３は、ガスケットの一例を一部破断して示す斜視図である。

なお、図１において、シリンダブロックを実線、シリンダヘッドを一点鎖線で示している。

また、一般にシリンダブロックには、冷却水が流れるウォータージャケットが形成されるが、以下に示す各実施形態のシリンダブロックは、ウォータージャケットの図示を省略し、本発明に関わる要部のみを図示して説明する。

シリンダヘッド２は、シリンダブロック１の上面１ａに、ガスケット３を挟んで載置され、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とに亘るボルト孔１１に挿入された図示しないボルトによって、シリンダブロック１に一体に締結されている。

シリンダブロック１はシリンダボア１２を有している。シリンダボア１２はエンジンの燃焼室を形成し、図示しないピストンが摺動可能に配置される。シリンダボア１２の内部には、ピストン摺動に対する耐摩耗性を高めるための円筒状のスリーブ４が装着されている。シリンダボア１２の内周面は、このスリーブ４の内周面によって構成されている。

スリーブ４の上端部は、シリンダブロック１の上面１ａから所定高さ垂直に突出している。これにより、スリーブ４の上端部によって構成される円筒部４１が、シリンダブロック１の上面１ａからシリンダボア１２を取り囲むように、該シリンダボア１２と同心状に突出している。

この円筒部４１は、スリーブ４の上端面４１ｂとシリンダブロック１の上面１ａとの高さの相違によって形成されるものである。従って、スリーブ４の上端部を所定高さ延長することによって形成してもよいし、スリーブ４の外側のシリンダブロック１の上面１ａを所定深さで凹ませる（削る）ことによって形成してもよい。

一方、シリンダブロック１の上面１ａに対向するシリンダヘッド２の下面２ａには、円形凹部２１が形成されている。この円形凹部２１は、シリンダボア１２に対応する部位が、シリンダヘッド２の下面２ａからシリンダボア１２と同心状に所定深さで垂直に凹んだ形状を有している。

この円形凹部２１も、円形凹部２１の内底面２１ｂとシリンダヘッド２の下面２ａとの高さの相違によって形成されるものである。従って、円形凹部２１は、シリンダヘッド２の下面２ａをシリンダボア１２と同心状に凹ませる（削る）ことによって形成してもよいし、例えばシリンダボア１２よりもやや大きな開口を有する所定厚みの板状部材（図示せず）をシリンダヘッド２に固着し、その開口によって円形凹部２１を構成してもよい。

シリンダブロック１の円筒部４１の外径ｄ１は、シリンダヘッド２の円形凹部２１の内径ｄ２よりも小さい。このため、図２に示すように、シリンダブロック１上にシリンダヘッド２が載置された際、シリンダヘッド２の円形凹部２１内にシリンダブロック１の円筒部４１が収容される。このとき、ｄ１とｄ２の差によって、円筒部４１の外側と円形凹部２１の内側との間に環状の空間Ｓが形成される。この空間Ｓは、円筒部４１の外周面４１ａ、円形凹部２１の内周面２１ａ、シリンダブロック１の上面１ａ及び円形凹部２１の内底面２１ｂによって囲まれた空間であり、その内部にガスケット３が装着される。

ガスケット３は、耐熱性を有するゴム状弾性材（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）によって、図３に示すように円環状に形成されている。本実施形態に示すガスケット３は断面円形状のものを例示しているが、ガスケット３の断面形状は何ら限定されない。

ガスケット３の未圧縮状態での内径は、シリンダブロック１の円筒部４１の外径ｄ１よりもやや小さく形成されている。これにより、ガスケット３の内周側は、円筒部４１の外周面４１ａに密接している。

また、図２に示すように、ガスケット３が円筒部４１の外周面４１ａに装着された状態の外径は、シリンダヘッド２の円形凹部２１の内径ｄ２よりもやや大きく形成されている。これにより、ガスケット３の外周側は、円形凹部２１の内周面２１ａによって径方向に押圧される。

これらにより、ガスケット３は、円筒部４１の外周面４１ａと円形凹部２１の内周面２１ａとの間に挟着されて径方向に圧縮された状態となり、これら外周面４１ａ及び内周面２１ａに密接したいわゆる側面シールを形成している。このため、シリンダボア１２から、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との間に燃焼ガスが侵入することがあっても、ガスケット３と外周面４１ａ及び内周面２１ａとの間のシール部位によって、それ以上の漏出が阻止される。従って、シリンダボア１２の周囲は、ガスケット３によってシリンダブロック１とシリンダヘッド２との間で確実に密封される。

よって、この密封構造によれば、従来のように金属板に形成されたビードを圧縮したり、シール圧を高めるための副板による段差構造を持つガスケットを挟着したりする必要がなく、シリンダボア１２の周囲を確実に密封することができる。シリンダブロック１上にシリンダヘッド２を載置させてゴム状弾性材からなるガスケット３を径方向に圧縮する際の荷重は、金属板に形成されたビードを圧縮する場合に比べれば極めて小さいため、締付け荷重を大幅に低下させることができる。このため、低反力化が可能となり、締結剛性の低減化を実現することができる。

また、締結剛性を低減化できることにより、シリンダブロック１やシリンダヘッド２の低剛性化、ボルトのサイズダウンや本数削減等が可能となり、エンジンの軽量化を図ることもできる。さらに、締結剛性の低減によってボア変形も抑制できるため、オイル消費量の低減、及び低フリクション化による省燃費化を達成することができる。

ガスケット３は、円筒部４１の外周面４１ａと円形凹部２１の内周面２１ａとの間で径方向に圧縮されると、弾性変形によって軸方向（図２における上下方向）の厚みが増加する。このとき、図２に示すように、空間Ｓ内で径方向に圧縮された状態のガスケット３の軸方向の厚さは、空間Ｓの高さｈ以下であることが好ましい。空間Ｓの高さｈとは、シリンダブロック１の上面１ａとシリンダヘッド２の円形凹部２１の内底面２１ｂとの間の距離である。

これによれば、ガスケット３がシリンダブロック１の上面１ａとシリンダヘッド２の円形凹部２１の内底面２１ｂとの間で圧縮されることがないため、ボルト締結時の低軸力化を図ることができる。これにより、締付け荷重をより低下させることができ、一層の低反力化、締結剛性の低減化が可能となる。

図２に示すように、シリンダブロック１の円筒部４１の上端面４１ｂは、シリンダヘッド２の円形凹部２１の内底面２１ｂに当接している。この当接部位には、シール性向上（燃焼ガスのガスケット３へのアタック軽減）のため、Ｍｏ（モリブデン）等をコーティングしておくことが好ましい。

また、図２に示すように、シリンダブロック１の上面１ａとシリンダヘッド２の下面２ａも直に当接（メタルタッチ）している。これにより、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との間の直接の熱伝導が可能であり、両者間の温度の相違に起因する熱膨張の差を軽減することができる。

シリンダヘッド２の円形凹部２１の内周面２１ａは、図４に示すように、シリンダブロック１に向けて次第に拡径するテーパー面２１ｃを有することができる。これにより、予め円筒部４１の外周面４１ａにガスケット３が装着されたシリンダブロック１上にシリンダヘッド２を載置する際、ガスケット３をシリンダブロック１の上面１ａとシリンダヘッド２の下面２ａとの間で挟み込むことを防止し、円形凹部２１の内周面２１ａとの間でガスケット３による側面シールを形成する際の作業性をより良好にすることができる。

図４に示す例では、円形凹部２１の内周面２１ａのシリンダブロック１側の端部だけにテーパー面２１ｃを形成したが、内周面２１ａの全面がテーパー面であってもよい。

以上の実施形態では、ガスケット３が装着される外周面４１ａをシリンダブロック１に形成し、ガスケット３を径方向に圧縮する内周面２１ａをシリンダヘッド２に形成したが、図５に示すように逆に形成してもよい。

図５において、シリンダブロック１の上面１ａには、シリンダボア１２を取り囲むように、シリンダボア１２と同心状の円形凹部１３が形成されている。この円形凹部１３は、シリンダボア１２を内側に含む領域が、シリンダブロック１の上面１ａから所定深さで垂直に凹んだ形状を有している。従って、シリンダボア１２は、円形凹部１３の内底面１３ｂの中央に開口している。

円形凹部１３は、円形凹部１３の内底面１３ｂとシリンダブロック１の上面１ａとの高さの相違によって形成されるものである。従って、円形凹部１３は、シリンダブロック１の上面１ａをシリンダボア１２と同心状に凹ませる（削る）ことによって形成してもよいし、例えばシリンダボア１２よりもやや大きな開口を有する所定厚みの板状部材（図示せず）をシリンダブロック１に固着し、その開口によって円形凹部１３を構成してもよい。

一方、シリンダヘッド２の下面２ａには、円形凸部２２が形成されている。この円形凸部２２は、シリンダヘッド２の下面２ａからシリンダブロック１に向けてシリンダボア１２と同心状に所定高さで垂直に突出した形状を有している。

円形凸部２２も、円形凸部２２の下端面２２ｃとシリンダヘッド２の下面２ａとの高さの相違によって形成されるものである。従って、円形凸部２２は、シリンダボア１２の外側に対応するシリンダヘッド２の下面２ａを所定深さで凹ませる（削る）ことによって形成してもよいし、例えば所定厚みの環状部材（図示せず）を、シリンダヘッド２の下面２ａにシリンダボア１２と同心状に固着することによって突出状に形成してもよい。

シリンダブロック１の円形凹部１３の内径ｄ３は、シリンダヘッド２の円形凸部２２の外径ｄ４よりも大きく形成されている。このため、シリンダブロック１上にシリンダヘッド２が載置された際、シリンダブロック１の円形凹部１３内にシリンダヘッド２の円形凸部２２が収容される。このとき、ｄ３とｄ４の差によって、円形凹部１３の内側と円形凸部２２の外側との間に環状の空間Ｓが形成される。この空間Ｓは、円形凹部１３の内周面１３ａ、円形凸部２２の外周面２２ａ、円形凹部１３の内底面１３ｂ及びシリンダヘッド２の下面２ａによって囲まれた空間であり、その内部にガスケット３が装着される。

このとき、ガスケット３の未圧縮状態の内径は、シリンダヘッド２の円形凸部２２の外径ｄ４よりもやや小さく形成されている。これにより、ガスケット３の内周側は、円形凸部２２の外周面２２ａに密接している。

また、ガスケット３が円形凸部２２の外周面２２ａに装着されたときの外径は、シリンダブロック１の円形凹部１３の内径ｄ３よりもやや大きく形成されている。これにより、ガスケット３の外周側は、円形凹部１３の内周面１３ａによって径方向に押圧される。

これらにより、ガスケット３は、円形凹部１３の内周面１３ａと円形凸部２２の外周面２２ａとの間で挟着されて径方向に圧縮された状態となり、これら内周面１３ａ及び外周面２２ａに密接した側面シールを形成する。従って、この密封構造によっても、ガスケット３により、シリンダボア１２の周囲をシリンダブロック１とシリンダヘッド２との間で確実に密封することができ、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においても、円形凹部１３の内周面１３ａと円形凸部２２の外周面２２ａとの間で圧縮された状態のガスケット３の軸方向（図５における上下方向）の厚さを空間Ｓの高さｈ以下とすることが好ましい。このときの空間Ｓの高さｈは、シリンダブロック１の円形凹部１３の内底面１３ｂとシリンダヘッド２の下面２ａとの間の距離である。

これによれば、ガスケット３がシリンダブロック１の円形凹部１３の内底面１３ｂとシリンダヘッド２の下面２ａとの間で圧縮されることがないため、上述した実施形態と同様に、ボルト締結時の低軸力化を図ることができる。

本実施形態においても、ガスケット３による側面シールを形成する際の作業性をより良好にするため、図６（ａ）に示すように、シリンダブロック１の円形凹部１３の内周面１３ａに、シリンダヘッド２に向けて次第に拡径するテーパー面１３ｃを形成してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、シリンダヘッド２の円形凸部２２の外周面２２ａに、シリンダブロック１に向けて次第に縮径するテーパー面２２ｂを形成することもできる。

図６（ａ）の場合は、シリンダブロック１上にシリンダヘッド２を載置する際、予めシリンダヘッド２の円形凸部２２の外周面２２ａにガスケット３を装着しておく場合に適用できる。図６（ｂ）の場合は、予めシリンダブロック１の円形凹部１３内にガスケット３を装着しておく場合に適用できる。これらのテーパー面１３ｃ、２２ｂも、円形凹部１３の内周面１３ａ、円形凸部２２の外周面２２ａのそれぞれ全面に形成されていてもよい。

以上の各実施形態では、シリンダボア１２内にスリーブ４が装着されるものを例示したが、スリーブ４は必ずしもなくてもよい。スリーブ４がないシリンダブロック１の場合、図２と同様の円筒部４１を形成するには、図７に示すように、シリンダブロック１のシリンダボア１２の周囲に円筒状に突出する部位を形成すればよい。

この場合の円筒部４１は、シリンダボア１２の周囲のシリンダブロック１の上面１ａを、シリンダボア１２と同心状に凹ませる（削る）ことによって形成してもよいし、例えばシリンダブロック１とは別途形成した円筒状部材を、シリンダブロック１の上面１ａにシリンダボア１２と同心状に固着することによって形成してもよい。

また、以上の各実施形態では、１つの空間Ｓ内に１つのガスケット３を装着したが、より確実なシール性を得るため、図示しないが、１つの空間Ｓ内に複数のガスケット３を軸方向に重ねるように装着してもよい。

１：シリンダブロック
１ａ：上面
１１：ボルト孔
１２：シリンダボア
１３：円径凹部
１３ａ：内周面
１３ｂ：内底面
１３ｃ：テーパー面
２：シリンダヘッド
２ａ：下面
２１：円形凹部
２１ａ：内周面
２１ｂ：内底面
２２：円形凸部
２２ａ：外周面
２２ｂ：テーパー面
２２ｃ：下端面
３：ガスケット
４：スリーブ
４１：円筒部
４１ａ：外周面
４１ｂ：上端面
Ｓ：空間

Claims (7)

1. シリンダボアを有するシリンダブロックの上面から、前記シリンダボアを取り囲むように円筒部が突出していると共に、前記シリンダブロックの上面に対向するシリンダヘッドの下面に、内径が前記円筒部の外径よりも大きい円形凹部が形成され、
   前記シリンダブロックの上面に前記シリンダヘッドが装着されることにより、前記円形凹部内に前記円筒部が収容されていると共に、前記円筒部の外側と前記円形凹部の内側との間で形成される空間内に、環状のゴム状弾性材からなるガスケットが装着されており、
   前記ガスケットが、前記円筒部の外周面と前記円形凹部の内周面との間で径方向に圧縮され、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダボアの周囲を密封していることを特徴とするシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
2. 前記円筒部の外周面と前記円形凹部の内周面との間で圧縮された状態の前記ガスケットの軸方向の厚さは、前記空間の高さ以下であることを特徴とする請求項１記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
3. 前記円筒部は、前記シリンダボアの内部に装着されたスリーブの上端部によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
4. 前記円形凹部の内周面は、前記シリンダブロックに向けて次第に拡径するテーパー面を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
5. シリンダボアを有するシリンダブロックの上面に、前記シリンダボアを取り囲むように円形凹部が形成されていると共に、前記シリンダブロックの上面に対向するシリンダヘッドの下面に、外径が前記円形凹部の内径よりも小さい円形凸部が形成され、
   前記シリンダブロックの上面に前記シリンダヘッドが装着されることにより、前記円形凹部内に前記円形凸部が収容されていると共に、前記円形凹部の内側と前記円形凸部の外側との間で形成される空間内に、環状のゴム状弾性材からなるガスケットが装着されており、
   前記ガスケットが、前記円形凹部の内周面と前記円形凸部の外周面との間で径方向に圧縮され、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダボアの周囲を密封していることを特徴とするシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
6. 前記円形凹部の内周面と前記円形凸部の外周面との間で圧縮された状態の前記ガスケットの軸方向の厚さは、前記空間の高さ以下であることを特徴とする請求項５記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。
7. 前記円形凸部の外周面は、前記シリンダブロックに向けて次第に縮径するテーパー面を有することを特徴とする請求項５又は６記載のシリンダブロックとシリンダヘッドとの密封構造。

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