KR20020012484A - 다기통용의 헤드 개스킷 - Google Patents

Abstract

(과제) 다기통의 헤드 개스킷에 있어서, 근접하는 연소실 구멍의 사이에 마련된 실 수단의 면압보강을 할 수 있어, 실 성능을 향상함과 동시에 실 수단의 피로나 파손이 생기는 것을 방지할 수 있어서 내구성을 높일 수가 있는 다기통용의 헤드 개스킷을 제공한다.

(해결수단) 복수의 실린더를 가지는 다기통용의 헤드 개스킷(1)에 있어서, 실린더의 각 보어를 실 하기 위하여, 각각의 실린더 보어 용 구멍(2)의 주연부에, 이들의 실린더 보어 용 구멍(2)를 에워싸 비드(3)를 마련하고, 상기 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이에서 상호에 근접하는 상기 비드(3)의 부위에, 내열성과 압축성을 가지는 코팅 도막(4)을 형성하여 구성한다.

Description

다기통용의 헤드 개스킷 {CYLINDER HEAD GASKET WITH PARTIAL SEAL COATING}

본 발명은, 엔진에 적용하는 다기통용의 헤드 개스킷에 관한 것이다.

내연기관의 실린더 헤드와 실린더 블록의 사이를 실 하는 다기통용의 헤드 개스킷에는, 도 8에 보이는 바와 같이, 구성판(20)에 실린더 보어 용 구멍(연소실 구멍)(13), 윤활유 구멍(오일 구멍)(15), 냉각수 구멍(물 구멍)(16), 볼트 구멍(17, 18) 등이 형성돼 있어, 각각, 연소실 내에 발생하는 연소가스, 오일 갤러리를 순환하는 윤활유, 및 워터재킷 내의 냉각수 등을 실 하기 위해, 각각의 실 대상구멍에 대하여 적정한 실 면압을 발생하기 위한 비드(12)나 실 링(14) 등의 실 수단이 마련돼 있다.

특히, 실린더 보어 용 구멍(13)의 주연부에 있어서는, 엔진이 작동한 때에 고압고온상태의 연소가스가 발생하여, 이 부분의 실이 특히 중요하기 때문에, 기계적 강도나 내구성이 뛰어나는 금속성의 구성판을 이용하여, 실린더 보어 용 구멍(13)의 주연부에, 주 실 부를 형성하는 비드(12)를 배설하여, 이 비드(12)에 의해서 높은 실 성능을 발휘하는 구성을 취하고 있다.

또, 볼트 구멍(17, 18)에는, 도시하지 않은 헤드 볼트를 삽통하여, 이 헤드 개스킷을 도시하지 않은 실린더 블록과 실린더 헤드의 사이에 끼워 볼트죔 한다. 이 볼트 구멍(17, 18)은, 실린더 보어 주위를 확실히 실 하기 위하여, 통상은 실린더 보어 용 구멍(13)을 에워싸 배치된다.

게다가, 볼트 구멍 17을 관통하는 헤드 볼트의 체결력은 주로 그림중의 A로 나타내는 범위에, 또, 볼트 구멍 18을 관통하는 헤드 볼트의 체결력은 주로 그림중의 B로 나타내는 범위에 작용하여, 이 범위에 면압을 발생시키고 있다.

이러한 종래기술의 헤드 개스킷(11)을 실린더 헤드와 실린더 블록의 사이에 끼우는 경우에는, 볼트 체결력에 의해 발생하는 실 면압이 너무 약하면 연소가스 등을 실 하는 기능이 충분히 발휘될 수 없고, 또, 이 실 면압을 필요이상으로 높게 하면, 비드의 파손이나 피로 등을 초래하여 실 성능을 장기간에 걸쳐 보지할 수가 없게 되기 때문에, 헤드 볼트의 체결력에 의해 발생하는 실 면압이 충분한 실 성능을 장기간에 걸쳐 보지하는 데 적합한 범위 내가 되도록 주의할 필요가 있다.

그래서, 헤드 개스킷(11)을 실린더 헤드와 함께 실린더 블록에 헤드 볼트로 체결하는 때에는, 미리 정해진 순서에 따라서 헤드 볼트를 죄며, 또한, 각 헤드 볼트의 죔 토크가 균일하게 되도록, 토크렌치로 소정의 죔 토크가 될 때까지 죄고 있다.

그런데, 도 8 및 도 9에 보인 종래기술의 헤드 개스킷(11)의 경우에는, 볼트 구멍 18을 광통하는 헤드 볼트의 체결력이 작용하는 B의 범위의 실 면적이, 볼트 구멍 17을 관통하는 헤드 볼트의 체결력이 작용하는 A의 범위의 실 면적에 비해 대폭 작기 때문에, 상기의 A의 범위에 작용하는 면압이 B의 범위에 작용하는 면압보다 대폭 작아진다.

한편, 엔진의 소형화에 수반하여 가능한 한 근접하여 배치되는 실린더 보어 용 구멍(13)의 사이의 부위(W)가 제일 과혹한 상태가 된다. 결국, 이 부위(W)에 있어서는 열부하가 높고, 또, 인접하는 연소실 내에서 타이밍이 스치는 폭발연소가 반복되고 있다. 그 때문에, 비드(12)가 피로나 파손이 생기기 쉽고, 가스누설이 생기기 쉽다는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위하여, 비드의 근방에 부(副)비드를 마련하거나, 금속심(shim)의 스토퍼를 마련함에 의해, 비드의 피로를 방지하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 이들 부비드나 금속 심은, 양 연소실 구멍의 구멍 실 부의 사이에 배설하기 때문에, 배설을 위한 면적이 필요해져, 엔진의 소형화에 수반하여 인접하는 연소실 구멍의 사이가 좁아지고 있는 최근의 헤드 개스킷에 있어서는, 레이아웃 상 곤란해진다고 하는 문제가 있다.

또, 금속 심을 사용하는 경우에는, 보통 30∼100 ㎛라는 매우 얇은 것을 정밀하게 가공하여 헤드 개스킷의 구성판에 끼우거나 접합하거나 하므로, 가공이나 부품의 보관 등에 노력이라든가 공수가 들어 제조코스트가 높아진다고 하는 문제가 있다.

게다가, 금속 심은 압축성이 없기 때문에, 또 30 ㎛ 이하와 같은 극히 얇은금속 심을 사용할 수 없기 때문에, 심의 단부에 단차가 생기어 면압의 변화가 큰 부분이 발생하는 것을 해결할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이들의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 다기통의 헤드 개스킷에 있어서, 근접하는 연소실 구멍의 사이에 마련된 비드의 면압보강을 할 수 있어, 실 성능을 향상함과 동시에 비드에 피로나 파손이 생기는 것을 방지할 수 있어서, 내구성을 높일 수가 있는 다기통용의 헤드 개스킷을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태를 보이는 다기통용 헤드 개스킷의 평면도이다.

도 2, (a)는 도 1의 X-X 부분의 단면도이고, (b)는 도 1의 Y-Y 부분의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 2의 실시의 형태를 보이는 헤드 개스킷의 평면도이다.

도 4, (a)는 도 3의 X-X 부분의 단면도이고, (b)는 도 3의 Y-Y 부분의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 3의 실시의 형태를 보이는 헤드 개스킷의 평면도이다.

도 6, (a)는 도 5의 X-X 부분의 단면도이고, (b)는 도 5의 Y'-Y' 부분의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제 4의 실시의 형태를 보이는 헤드 개스킷의 단면도로서, (a)는 도 1의 X-X 부분에 상당하는 부분의 단면도이고, (b)는 도 1의 Y-Y 부분에 상당하는 부분의 단면도이다.

도 8은 종래기술의 실린더 헤드 개스킷의 평면도이다.

도 9, (a)는 도 8의 X-X 부분의 단면도이고, (b)는 도 8의 Z-Z 부분의 단면도이다.

*도면의주요부분에대한부호의설명

1 : 헤드 개스킷 2 : 실린더 보어 용 구멍

3a, 3b : 비드 4, 4a∼4f : 코팅 도막(塗膜)

5, 6 : 볼트 구멍 10, 10a, 10b, 10c : 구성판

본 발명에 관계되는 다기통용의 헤드 개스킷은, 복수의 실린더를 가지는 다기통용의 헤드 개스킷에 있어서, 실린더의 각 보어를 실 하기 위해 각각의 실린더 보어 용 구멍의 주연부에, 이들 실린더 보어 용 구멍을 에워싸 비드를 마련하고, 상기 실린더 보어 용 구멍의 사이에서 상호에 근접하는 상기 비드의 부위에, 내열성과 압축성을 가지는 코팅 도막을 형성하여 구성된다.

이 내열성의 코팅 도막은 에폭시 수지, 페놀 수지, 페녹시 수지, 불소수지, 폴리아미드이미드 수지 등의 재료를 사용할 수 있어, 스크린 인쇄나 마스크를 이용한 끼얹음 등으로 자유의 형상에 도포하여 적층할 수 있는 것이며, 또, 일층이어도 다층이어도 좋다. 특히 페녹시 수지는 200℃이상의 내열성이 있으며, 또, 작업성이나 도막 물성 등의 면에서 생각하여도, 페녹시 수지의 사용이 가장 바람직하다.

이 구성의 다기통용의 헤드 개스킷에 의하면, 2기통이상의 직렬의 실린더 열을 가지는 다기통 엔진에 있어서, 죔 힘이 작아지고 그럼에도 심한 조건하에 있는인접하는 실린더 보어 용 구멍의 사이의 부위에, 내열성의 코팅 도막을 도포하여 마련하고 있으므로, 이 압축성을 가지는 코팅 도막에 의해, 실린더 보어 용 구멍의 사이의 비드에 작용하는 면압을 보강할 수 있다.

그리고, 이 면압보강에 따라, 실 면압을 높이어 외단측의 실린더 보어 용 구멍의 주연부와 대략 같은 크기의 실 면압을 발생시킬 수가 있으므로, 보다 확실히 실을 행할 수가 있다.

또, 이 압축성의 코팅 도막에 의해, 실린더 헤드의 반력(反力)이나 실린더 보어 용 구멍의 사이의 비드에 가해지는 면압을 완화할 수 있기 때문에, 이 코팅의 도막이 적층돼 있는 비드의 피로나 파손을 방지할 수 있다.

또, 외단측의 실린더에서 적정한 실 면압이 발생하는 죔 힘이라도, 내부측의 실린더에 적정한 면압을 발생할 수가 있으므로, 큰 죔 토크를 필요로하지 않아, 외단측의 실린더의 비드에 큰 실 면압을 가할 필요가 없어지기 때문에 이 비드의 피로나 파손을 방지할 수 있어 내구성을 향상할 수가 있다.

그리고, 상기 코팅 도막을 스크린 인쇄에 의해 형성하면, 복잡한 형상이라도 용이하게 형성할 수 있고, 또한 다중인쇄에 의해, 간단히 층두께를 변경하여 형성할 수 있으므로, 적절한 두께의 코팅 도막을 형성하는 것이 용이해진다.

더구나, 이 다기통용의 개스킷의 구성판은, 한장 판으로 형성돼 있어도 좋고, 또, 복수판의 적층판으로 형성돼 있어도 좋으며, 상기의 코팅 도막이외의 코팅, 예를 들어, 개스킷의 외주부에 마련한 실 용의 코팅 등을 가지고 있어도 좋다.

다음은, 이 코팅 도막을 사용한 경우와 금속 심을 사용한 경우와의 차에 대하여 설명한다.

우선, 코팅 도막은 면압보강과 비드의 보호를 동시에 행할 수 있으나, 금속 심에서는 어느 한쪽이 되고 만다.

결국, 비드를 보호하는 금속 심을 비드의 측방에 마련한 경우에는, 비드의 피로나 파손을 방지할 수 있으나 면압을 보강할 수 없으므로, 외단측의 비드에 큰 면압이 가하져, 이 외단측의 비드에 피로나 파손이 생기기 쉽다. 또, 비드의 하면에 금속 심을 마련하여 면압보강한 경우에는, 비드의 피로나 파손을 방지할 수 없으므로, 이 내측부의 비드에 피로나 파손이 생기기 쉽다.

또, 코팅 도막은 압축성이 있기 때문에, 압축되면 변형하여 코팅 도막의 단부의 면압분포가 비교적 온화해져 실린더 헤드나 실린더 블록을 상처입히는 일이 없다. 한편, 금속 심의 경우는, 금속 심의 측방에 금속 심의 두께만큼의 단차가 생기어 이 단차부에서 면압이 급격히 변화하게 되고, 또한, 단단하므로, 실린더 헤드나 실린더 블록을 상처내기 쉽다.

또, 코팅 도막을 사용하는 경우에는, 코팅작업으로 족하기 때문에 위치결정의 정도(精度)가 양호하고, 공수도 줄일 수 있으나, 일방의 금속 심의 경우에는, 정도있게 설치하는 것이 어려운데다 심의 작성(型拔)이나 수작업에 의한 붙이기가, 금속 심을 마련하는 수만큼 필요해진다.

(발명의실시의형태)

다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태의 다기통용의 헤드 개스킷에 대하여 설명한다.

도 1에 보이는 바와 같이, 이 다기통용의 헤드 개스킷(1)은, 2기통이상의 열을 이루는 실린더의 각 보어를 실 하기 위한 다기통용의 실린더 헤드 개스킷으로, 구성판(10)에 실린더 보어 용 구멍(연소실 구멍)(2)과 윤활유 구멍(오일 구멍)(7), 냉가수 구멍(물 구멍)(8), 볼트 구멍(5, 6) 등의 트인 구멍을 형성하고, 다시, 각각의 실린더 보어 용 구멍(2)의 주연부에 주 실 부가 되는 비드(3)를, 또, 윤활유 구멍(7)과 냉각수 구멍(8)의 주연부에 실 링(9)을 각각의 대상구멍을 둘러싸게 환상으로 마련하여 형성한다.

또, 볼트 구멍(5, 6)에는, 도시하지 않은 헤드 볼트를 삽통하여, 이 헤드 개스킷을 도시하지 않은 실린더 블록과 실린더 헤드의 사이에 끼워 볼트 죔 한다. 이 볼트 구멍(5, 6)은, 실린더 보어 주위를 확실히 실 하기 위하여, 통상은 실린더 보어 용 구멍(2)을 에워싸 배치된다.

인접하는 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이이며, 또한, 이 실린더 보어 용 구멍(2)의 주연부에 상당하는 부위(W)에, 내열성과 압축성을 가지는 코팅 도막(4)을 형성한다.

그리고, 이 코팅 도막(4)은, 도 1∼도 7에 보이는 바와 같이, 실린더 보어 용 구멍(2, 2)의 사이에서 상호에 근접하는 비드(3, 3)의 부위에 내열성과 압축성을 가지는 코팅 도막(4)을 형성한다. 결국, 인접하는 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이의 주연부에 상당하는 부위(W)에 있어서, 이 부분(W)의 비드(3)를 덮도록 양측의 비드(3, 3)의 사이를 이은 H상이나 구형이나 비드(3) 근방만의 형상으로, 일층 또는 다층으로 도포되어 형성된다.

이 코팅 도막(4)은 개스킷이 한장의 구성판(10)으로 형성돼 있는 경우에는, 도 2, 도 4, 도 6에 보이는 바와 같이, 그 비드(3)의 철면측(凸面側)에 도포되지만, 도 7에 보이는 바와 같이, 개스킷이 복수장의 구성판(10a, 10b, 10c)로 형성돼 있는 경우에는, 그 비드(3)의 철면측에 도포하여도 좋으나, 비드(3)가 형성돼 있는 구성판(10b)과는 다른 구성판(10a)에, 비드(3)의 철면부분에 적층하도록 도포하여도 좋다.

또, 도 7에서는 구성판 10a의 비드(3)측의 부분에 코팅 도막(4)를 마련하고 있으나, 구성판 10a의 비드(3)측과 반대측의 부분이나 구성판 10c의 비드(3)측과 반대측의 부분에 코팅 도막(4)을 마련할 수도 있다.

이 다기통용의 헤드 개스킷(1)의 구성판(10)의 재료로서는, 스테인레스, 스프링 강 등의 경질금속, 또는 연강판도 적의 사용할 수 있다.

또, 이 코팅 도막(4)은, 내리눌린 때에는 손상하지 않고 변형하는 정도의 굳기와 두께로 형성되며, 에폭시 수지, 페놀 수지, 페녹시 수지, 불소수지, 폴리아미드이미드 수지의 재료를 사용하여 스크린 인쇄 등의 인쇄에 의해 소정의 형상에 도포하여 형성한다. 더구나, 작업성이나 도막 물성 등을 생각하면, 페녹시 수지를 사용하는 것이 가장 적당하다.

굳기나 두께의 일례를 들면, 엔진의 종류나 크기에도 따르나, 굳기가 F∼6H 정도이고, 코팅 도막 4a의 두께는 5 ㎛∼150 ㎛ 정도이다.

점도가 낮은 재료의 경우에는 스프레이, 도포 등의 수단을 이용하여 코팅할 수도 있다. 인쇄에 의해 도포하는 경우에는 다중인쇄 등에 의해 두께의 변경이용이하므로 제조가 용이해진다.

또, 맞닿는 실린더 블록이나 실린더 헤드의 툴 마크를 흡수하기 때문에, 이들의 코팅 도막(4)의 위로, 탄력성이 있는 고무계의 피막을 개스킷 전면에 표면코팅하는 경우도 있다.

이 고무계의 재료로서는 실 하는 연소가스, 액체(윤활오일, 물) 등에 대한 내구성이나 내열성이 뛰어나며, 또한 유연성을 가지어, 압축변형에 대한 복원성이 양호한 재료가 바람직하며 NBR고무, 불소고무, 실리콘고무, 수소첨가 니들 부타디엔고무 등의 고무계 재료를 사용할 수 있다.

이상의 구성의 다기통용의 헤드 개스킷(1)에 의하면, 2기통이상의 실린더 열을 가지는 다기통 엔진에 있어서, 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이에서 비드(3)을 덮어 코팅 도막(4)이 배설돼 있으므로, 이 비교적 죔 압이 작은 부위(W)에 있어서 면압보강을 행할 수 있어, 이 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이의 부위(W)의 비드(3)에도 외단측의 비드(3)와 대략 같은 크기의 실 면압을 발생할 수가 있다.

결국, 외단측의 B의 부분에 있어서는, 볼트 구멍 6에 삽통되는 하나의 헤드 볼트가 담당하는 면적에 비해, 내부측의 A의 부분에서는 볼트 구멍 5에 삽통되는 하나의 헤드 볼트가 담당하는 면적이 커지기 때문에, 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이의 부위의 비드(3)에 가해지는 초기면압이 불충해지나, 코팅 도막(4)의 두께에 의해 면압을 크게 할 수 있으므로, 이 부위(W)의 실 성능을 향상할 수 있고, 또, 코팅 도막(4)의 압축성에 의해 이 부위(W)의 비드(3)를 보호할 수 있으므로, 이 비드(3)의 피로나 파손을 방지할 수 있다.

또, 큰 죔 힘을 필요로하지 않아, 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이의 부위(W)의 비드(3)에 가해지는 실 면압을 크게 할 수 있으므로, 외단측의 B의 부분의 비드(3)에 큰 실 면압을 가하지 않아도 되므로, 이 외단측의 B의 부분의 비드(3)의 피로나 파손을 방지할 수 있어, 내구성이 향상한다.

따라서, 보어 실 면압이 낮아지는 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이에 대하여 면압보강을 행하여 실 성능을 향상할 수 있음과 동시에, 내구성이 높은 실린더 헤드 개스킷을 얻을 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다기통용의 헤드 개스킷에 의하면, 다음과 같은 효과를 올리 수가 있다.

2기통이상의 실린더 열을 가지는 다기통 엔진에 있어서, 실린더 보어 용 구멍(2)의 사이에서 상호에 근접하는 비드(3)의 부위에 코팅 도막을 배설하였기 때문에, 이 비교적 죔 압이 작은 부위에 있어서 면압보강을 행할 수가 있어, 이 실린더 보어 용 구멍의 사이의 부위의 비드에도, 외단측의 비드와 대략 같은 크기의 실 면압을 발생시킬 수 있다.

또, 코팅 도막의 압축성에 의해 비드를 보호할 수 있으므로, 이 비드의 피로나 파손을 방지할 수 있다.

게다가, 큰 죔 힘을 필요로 하지 않고 실린도 보어 용 구멍의 사이의 부위의 비드에 가해지는 면압을 크게할 수 있으므로, 외단측의 부분의 비드에 큰 실 면압을 가하지 않아도 되어, 이 비드의 피로나 파손도 방지할 수 있다.

따라서, 보어 실 면압이 낮아지는 실린더 보어 용 구멍의 사이에 대하여 면압보강을 행해 실 성능을 향상할 수 있음과 동시에, 내구성이 높은 실린더 헤드 개스킷을 얻을 수가 있다.

또, 비드의 내외에 배치되는 부 비드나 심에 비해, 면압보강 코팅은 비드의 부위에 겹치어 도포할 수가 있으므로, 한정된 면적의 헤드 개스킷에 있어서도 용이하게 배설할 수 있다.

또, 심의 설치가공에 비해, 인쇄나 끼얹음 등에 의해 간단히 도포할 수 있으므로, 부품의 관리 가공이 용이해져, 공수를 감소할 수 있어, 제조코스트를 낮출 수가 있다.

Claims (3)

1. 복수의 실린더를 가지는 다기통용의 헤드 개스킷에 있어서, 실린더의 각 보어를 실 하기 위하여 각각의 실린더 보어 용 구멍의 주연부에, 이들의 실린더 보어 용 구멍을 에워싸 비드를 마련하고, 상기 실린더 보어 용 구멍의 사이에서 상호에 근접하는 상기 비드의 부위에, 내열성과 압축성을 가지는 코팅 도막을 형성한 것을 특징으로 하는 다기통용의 헤드 개스킷.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코팅 도막을 에폭시 수지, 페놀 수지, 페녹시 수지, 불소수지, 폴리아미드이미드 수지의 어느 것인가로 형성한 것을 특징으로 하는 다기통용의 헤드 개스킷.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 코팅 도막을 스크린 인쇄에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 다기통용의 헤드 개스킷.