KR20030009142A - 헤드 개스킷 - Google Patents

Abstract

(과제) 실린더 보어 용 구멍에 대하여도, 또, 이 영역의 외측에 배설되는 액체구멍에 대하여도, 최적의 금속재료로 실할 수가 있어, 실 성능이 양호하고 내구성이 풍부한 박판(薄板)구조의 헤드 개스킷을 제공한다.

(해결수단) 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록의 사이를 실하며, 기판(10)을 어닐 스테인리스재 또는 연강재를 재료로 하는 제 1 금속재로 형성한 헤드 개스킷으로서, 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸이는 영역(A)의 외측의 영역(B)에 형성된 액체구멍(3)을 실하는 부분에 스프링강재를 재료로 하는 제 2 금속재로 형성되는 주변부재(20)를 배치하고, 그 주변부재(20)에 상기 액체구멍(3)을 둘러 싸는 비드(23)를 마련하는 동시에, 그 주변부재(20)를 상기 기판(10)의 적어도 한장에 일체적으로 접합하여 구성한다.

Description

헤드 개스킷 {Haed Gasket}

본 발명은, 내연기관의 실린더 헤드와 실린더 블록의 두개의 부재의 사이에끼워 실을 행하는 헤드 개스킷에 관한 것이다.

더 상세히게는, 실린더 헤드와 실린더 블록을 체결하는 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측이 되는 영역에 있어서도, 높은 실 성능과 뛰어나는 내구성을 가지는 헤드 개스킷에 관한 것이다.

자동차의 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록(실린더 보디)의 접합면을 실하는 경우에, 헤드 개스킷을 사이에 끼워 연소가스 등을 실하고 있다.

이 헤드 개스킷은, 엔진의 경량화 및 제조 코스트 저감 등의 요청으로, 다수의 금속판을 적층한 적층형으로부터, 한장 내지 두장의 금속판으로 형성하는 단순한 구조의 메탈 개스킷으로 돼 오고 있으며, 구성판이 적어지기 때문에, 사용가능한 재료도 제한돼 오고 있다.

그 때문에, 여러장의 금속판의 적층형으로 행하여 온, 실 수단으로서 채용할 수 있는 비드나 그로밋이나 심 등을 자유로이 조합하거나 실 수단을 2중으로 마련하거나 하는 것이 어려워, 이 소수장의 적층 타이프에서는, 실 수단의 종류, 개수가 제한되어, 단순화한 실 수단을 사용하지 않을 수 없게 되고 있다. 게다가, 실 수단에 시용할 수 있는 면적도 엔진의 소형화로 인해 감소하고 있다.

그리하여, 이 헤드 개스킷은, 도 4에 예시하는 바와 같이, 실린더 블록 등의 엔진 부재의 형상에 맞추어 제조되고, 실린더 보어 용 구멍(2), 냉각수나 엔진 오일의 순환을 위한 액체구멍(3), 체결볼트 용의 볼트구멍(4) 등이 형성돼 있으며, 각각의 실 대상구멍(2, 3)에 대하여 비드(12, 13) 등의 실 수단이 마련되고 있다.

이 실은, 같은 엔진 부재 사이에서 같은 개스킷으로 행하는 실에 있어서도,대상으로 하는 실구멍에 의해 요구되는 실 성능에는 큰 차이가 있어, 실린더 보어 용 구멍(2)에서는, 실린더 내의 고온으로 고압의 연소가스를 실할 필요가 있는 데대하여, 액체구멍(3)에서는, 비교적 저온으로 저압의 액체에 대한 실이 요구된다.

그리고, 실린더 보어 용 구멍(2)에 대하여서는, 이 부분을 실하는 기판을 내열성이 세고, 굽힘 가공성에도 탁월한 어닐 스테인리스재나 연강재 등을 이용하여 형성하며, 또, 고온 및 고압에 대처하여 탄력성이 있고, 극간(隙間)의 변동에 대한 추종성이 좋은 원호(圓弧)형상이나 폭좁은 비드(12)를 마련하는 동시에, 실린더 헤드와 실린더 블록을 체결하는 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸, 체결에 의한 가압력에 의해, 큰 면압을 얻어 실하고 있다.

한편, 액체구멍(3)에 대하여는, 비드(13) 등을 마련하여 실하고 있으나, 엔진의 구조상의 이유로, 체결볼트 용의 볼트구멍(5)으로 둘러 싸이는 영역(A)보다 외측의 영역(B)에 액체구멍(3)이 형성되는 경우가 있다.

이 경우에는, 이 액체구멍(3)을 실하는 부분에는 체결볼트에 의한 가압력이 편측뿐에 작용하지 않아, 면압이 작아지기 때문에, 비드의 높이를 크게 하기도 하고, 비드의 폭을 좁게 하기도 하며, 비드의 형상을 뾰족하게 하는 등으로 대처하고 있다.

그러나, 이 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸이는 영역(A)의 외측이 되는 영역(B)에서는 일부분만이 체결볼트로 고정되고, 타의 부분이 지지되지 않는 편측지지의 상태로 되어 있으므로, 엔진의 운전에 의한 냉열 온도사이클에 의해서실린더 헤드와 실린더 블록의 간격이 크게 변동하게 된다.

때문에, 이 외측의 영역(B)에 배설된 액체구멍(3)을 실하는 부분을, 통상의 개스킷을 형성하는 기판과 같은 금속재료로 구성한 경우에는, 비드의 형상을 고려하여도, 이 극간의 변동에 대한 추종성이 나쁘며, 또, 큰 변동을 받은 경우에 피로하기 쉬워, 이 액체구멍(3)에 대한 실 성능과 내구성이 불충분하게 되는 문제가 있다.

결국, 실린더 보어 용 구멍(2) 주위에서는, 고압·고온의 연소가스를 실하기 위해서는, 높은 내열성과 굽힘가공에 대한 변형 용이성이 필요하여, 어닐 스테인리스재나 연강판 등과 같은 내열 및 굽힘가공성이 뛰어나는 재료가 바람직하나, 한편, 온도 냉열사이클 시 크게 변동하는 부분에서는, 스프링강재와 같은 적당정도의 탄력성을 가지어 변동에 추종하는 재료가 바람직하며, 특히, 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸이는 영역(A)의 외측이 되는 영역(B)에서는, 이 스프링강재를 이용하는 것이 바람직하다.

그러나, 종래기술의 개스킷을 구성하는 기판 전체를 같은 재료로 구성하는 구조에서는, 이 양방의 조건을 동시에 충족할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이들의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록의 접합면을 메탈 헤드 개스킷으로 실하는 경우에, 체결볼트 용 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역 내의 실린더 보어 용 구멍에 대하여도, 또, 이 영역의 외측에 배설되는 액채구멍에 대하여도, 최적의 금속재료로 실할 수 있고, 실 성능이 양호하며 내구성이 풍부한 박판구조의 헤드 개스킷을제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관계되는 헤드 개스킷은, 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록의 시이를 실하며, 기판을 어닐 스테인리스재 또는 연강재를 재료로 하는 제 1 금속재로 형성한 헤드 개스킷으로서, 실린더 헤드와 실린더 블록을 체결하는 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측의 영역에 형성된 액체구멍을 실하는 부분에 스프링강재를 재료로 하는 제 2 금속재로 형성되는 주변부재를 배치하고, 그 주변부재에 상기 액체구멍을 둘러 싸는 비드를 마련하는 동시에, 그 주변부재를 상기 기판의 적어도 한장에 일체적으로 접합하여 구성된다.

그리고, 상기의 헤드 개스킷에 있어서, 상기 제 1 금속재의 비커스 경도를 70∼200의 범위 내로 하는 동시에, 상기 제 2 금속재의 비커스 경도를 300∼600의 범위 내로 한다.

또, 상기 헤드 개스킷제에 있어서, 상기 주변부재와 상기 기판과의 일체화를, 레이저 용접에 의해 선상(線狀)에 용접하여 행한다.

결국, 이 기판을 형성하는 제 1 금속재의 재료로서는, 비커스 경도가 작고, 내열성과 굽힘가공성이 뛰어나는 어닐 스테인리스재(스테인리스 어닐재)나 연강재 등이 생각되며, 또, 주변부재를 형성하는 제 2 금속재의 재료로서는, 비커스 경도가 크고, 탄력성이 풍부한 강재 등이 생각되나, 어닐 스테인리스 또는 연강재와 스프링강재의 조합이 가장 바람직하다.

이 구성에 의하면, 실린더 보어 용 구멍을 실하며, 또, 체결볼트에 의해서 압착되는 부분을 덮는 기판을, 어닐 스테인리스나 연강판 등의 비커스 경도70∼200의 제 1 금속재로 형성하므로, 실린더 보어 용 구멍에 대하여 양호한 실 성능이 얻어지고, 또, 실린더 헤드나 실린더 블록 등과의 조화성도 양호해진다.

그리고, 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측의 영역에 배설된 액체구멍을 실하는 주변부재를, 스프링강재를 재료로 하는 비커스 경도 300∼600, 바람직하기는 350∼450의 제 2 금속재로 형성함에 의해, 엔진의 운전시의 냉열사이클 조건에 의해 생기는 진동에 의한 실린더 헤드와 실린더 블록의 간격의 변동이 커지는 이 외측영역에 있어서도, 제 2 금속재의 탄력성에 의해 추종성이 향상하므로, 이 외측의 영역의 액체구멍에 대하여도 실 성능이나 내구성이 향상하게 된다.

또, 이 주변부재와 기판의 접합의 경우에, 주변부재의 단부와 기판의 단부에 스포트 용접자리를 마련하고, 이 스포트 용접자리를 부분적으로 겹치어 스포트 용접하여도 좋으나, 레이저 용접으로 선상(線狀)에 접합부분을 형성하는 편이 바람직하다.

그리고, 레이저 용접에 의해 선상에 접합하는 경우에는, 주변부재와 기판과의 적층구조를 채용하지 않아도 좋으므로, 개스킷의 중량을 경감할 수 있고, 또, 재료도 절약할 수 있다. 또한, 선상에 용접접합함에 의해 접합강도가 스포트용접에 비해 현저하게 향상함으로, 진동이 비교적 크고, 게다가 편측지지로 되어 있어도 피로파괴가 발생하기 어렵게 된다.

또한, 상술한 본 발명의 구조는, 메탈 개스킷의 기판의 수가 한장인 때에 특히 유효하나, 기판의 수가 복수인 경우나 중간판을 포함하는 두장 이상의 금속적층개스킷의 경우에 있어서도 효과를 올릴 수가 있다.

또, 상기의 기판과 주변부재에 있어서의 탄성계수의 차이는, 다른 금속재의 접합 이외에도, 국부적으로 열처리를 행함에 의한 열처리과정의 차등(差等)에 의해서 생기게 할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 관계되는 제 1 및 제 2의 실시의 형태의 헤드 개스킷을 보이는 평면도이다.

도 2는 본 발명에 관계되는 제 1의 실시의 형태의 헤드 개스킷을 보이는 전형적인 도면이며, X-X부분에 있어서의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 관계되는 제 2의 실시의 형태의 헤드 개스킷을 보이는 전형적인 도면이며, 도 1의 X-X부분에 있어서의 단면도이다.

도 4는 종래기술의 헤드 개스킷을 보이는 평면도이다.

*도면의주요부분에대한부호의설명

1, 1A : 헤드 개스킷 2 : 실린더 보어 용 구멍

3 : 액체구멍 4 : 볼트구멍

10, 10a, 10b : 기판 11, 13 : 비드

20 : 주변부재 23 : 비드

다음, 도면을 참조하여 본 발명의 헤드 개스킷의 실시의 형태에 대하여 설명한다.

도 1의 헤드 개스킷(1, 1A)의 평면도에 보이는 바와 같이, 본 발명에 관계되는 실시의 형태의 헤드 개스킷(1, 1A)은, 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록(실린더 보디)의 사이에 끼워지는 메탈 개스킷으로서, 실린더 보어의 고온·고압의 연소가스, 및, 냉각수 통로나 냉각오일 통로 등의 냉각수나 오일 등의 액체를 실하는 것이다.

또, 도 2 및 도 3은, 도식적인 설명도이며, 메탈 개스킷의 판두께나 비드나 실 홈의 치수 및 종횡비를 실제의 것과는 다르게 해, 실 부분을 과장하여 나타냄에 의하여, 보다 이해하기 쉽게 하고 있다.

도 1 및 도 2에 보이는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시의 형태의 헤드 개스킷(1)은 한장의 구성판으로 형성되고, 이 구성판은 기판(10)과 여기에 일체적으로 접합돼 있는 주변부재(20)로 형성된다.

이 기판(10)은 실린더 헤드와 실린더 블록을 체결하는 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸이는 영역(A)을 포함하여 커버하는 부재이며, 높은 내열성과 굽힘 가공하기 쉬운 금속재료인 어닐 스테인리스재, 연강재 등의 비커스 경도 70∼200의 제 1 금속재로 형성된다.

이 기판(10)에는, 실린더 보어(2) 용으로 비드(12) 등의 실 수단이 형성되며, 또, 기판(10)이 커버하는 범위에 있는 냉각수구멍이나 오일구멍에 대하여도 비드(13) 등의 실 수단이 형성된다.

또, 일방의 주변부재(20)는, 체결볼트 용의 볼트구멍(13)으로 둘러 싸이는 영역(A)의 외측의 영역(B)의 일부를 커버하는 부재이며, 스프링강재 등의 비커스 경도 300∼600, 바람직하기는 350∼450의, 적당한 정도의 탄력성을 가지는 제 2 금속재로 형성된다.

이 주변부재(20)는, 이 주변부재(20)로 커버하는 범위에 있는 액체구멍(3)에 대하여, 이 액체구멍(3)을 둘러 싸는 풀비드나 하프비드 등의 비드(23)로 실을 형성한다.

그리하여, 이 주변부재(20)는, 기판(10)에 레이저 용접으로 선상(線狀)(L)에 용접되어 일체적으로 접합된다.

이 기판(10)과 주변부재(20)의 배치의 예를 도 1에 나타내고 있는 데, 기판(10)은, 체결볼트 용의 볼트구멍(4)으로 둘러 싸이는 영여(A)을 완전히 커버하게 형성되나, 일방의 주변부재(20)는, 영역(A)의 외측의 영역(B)의 적어도 일부를 커버하도록 형성된다. 그리고, 이 주변부재(20)가 커버하는 영역은, 영역(B)에 배치된 액체구멍(3)에 대하여 요구되는 실 성능 등을 감안하여 정하게 된다.

또한, 판두께 등의 치수예를 나타내면, 예를 들어, 실린더 보어 경이 80㎜φ인 경우에, 기판(10)의 두께는 0.2∼1.0㎜ 정도, 실린더 보어 구멍(2) 용의 비드(12)의 높이는 0.2∼0.3㎜ 정도, 주변부재의 두께는 0.2∼1.0㎜ 정도, 액체구멍(3) 용의 비드(23)의 높이는 0.2∼0.4㎜ 정도이다.

이 구성의 헤드 개스킷(1)에 의하면, 기판(10)을 형성하는 제 1 금속재와 주변부재(20)를 형성하는 제 2 금속재를 다른 금속재료로 하고, 게다가 제 2 금속재를 스프링재로 하기 때문에, 각각의 영역에 있는 실 대상구멍(2, 3)에 적합한 각각의 금속재료로 실할 수 있으므로, 실 성능이 좋으며 또한 내구성이 풍부한 헤드 개스킷(1)을 얻을 수가 있다.

또, 레이저 용접으로 선상(線狀)(L)에 접합함에 의해, 기판(1)과 주변 부재(20)의 겹쳐지는 부분이 없어지므로, 헤드 개스킷(1)의 중량을 경감할 수 있고, 또, 재료도 절약할 수 있다.

다음은, 도 1과 도 3에 보이는 제 2의 실시의 형태의 헤드 개스킷(1A)에 대하여 설명하겠으나, 이 헤드 개스킷(1A)은, 제 1의 실시의 형태의 헤드 개스킷(1)에 대하여, 기판(10a, 10b)을 두장 마련하고 있는 점이 다를 뿐, 기타의 구성은 같으며, 작용효과도 제 1의 실시의 형태의 헤드 개스킷(1)의 작용효과와 같다.

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

기판을 어닐 스테인리스재나 연강재 등의 제 1 금속재로 형성하며, 주변부재를 스프링강재 등의 제 2 금속재로 형성하고 있으므로, 각각의 부재가 커버하는 영역에 적합한 금속재료로 기판과 주변부재를 형성할 수 있다. 때문에, 실린더 보어 용 구멍과 액체구멍의 양방에 대하여 실 성능이 좋으며 또한 내구성이 풍부한 헤드 개스킷을 얻을 수가 있다.

결국, 고압·고온의 연소가스를 강한 압착력으로 실할 필요가 있는 영역에서는, 높은 내열성을 가지는 동시에, 굽힘가공에 대하여 변형하기 쉬운 어닐 스테인리스재나 연강재 등의 제 2 금속재를 사용할 수 있으며, 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측이 되고, 압착력이 비교적 작으며, 또, 온도가 비교적 낮으나 극간의 변동이 커지는 영역에서는, 적당한 정도의 탄력성을 가지며, 변형에 대하여 추종성이 좋은 스프링강재를 사용할 수가 있다.

특히, 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측으로 되는 주변부재를, 스프링강재를 재료로 하는 탄력성이 풍부한 제 2 금속재로 형성함에 의해, 편측지지 때문에, 엔진의 운전에 의하여 생기는 진동에 의해서 실린더 헤드와 실린더 블록의 간격의 변동이 커지는 주변부분에 있어서도, 이 극간의 변동에 대한 추종성을 향상할 수 있고, 이 주변부분에 배설된 액체구멍에 대하여도 실 성능을 향상할 수 있으며, 또, 내구성도 향상시킬 수가 있다.

그리고, 주변부재와 기판의 접합을, 레이저 용접에 의해 선성에 접합함에 의해, 주변부재와 기판의 겹침부분을 없앨 수가 있으므로, 헤드 개스킷의 중량을 감소할 수 있고, 또, 재료도 절약할 수 있다. 또한, 선상에 용접접합함에 의해, 접합강도가 현저히 향상하므로, 진동이 비교적 커지는 체결볼트 용의 볼트구멍의 외측영역에서도 피로파괴로부터 면해질 수가 있다.

Claims (3)

1. 엔진의 실린더 헤드와 실린더 블록의 사이를 실하며, 기판을 어닐 스테인리스재 또는 연강재를 재료로 하는 제 1 금속재로 형성한 헤드 개스킷으로서, 실린더 헤드와 실린더 블록을 체결하는 체결볼트 용의 볼트구멍으로 둘러 싸이는 영역의 외측의 영역에 형성된 액체구멍을 실하는 부분에 스프링강재를 재료로 하는 제 2 금속재로 형성되는 주변부재를 배치하고, 그 주변부재에 상기 액체구멍을 둘러 싸는 비드를 마련하는 동시에. 그 주변부재를 상기 기판의 적어도 한장에 일체적으로 접합하여 형성한 것을 특징으로 하는 헤드 개스킷.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 금속재의 비커스 경도를 70∼200의 범위 내로 하는 동시에, 제 2 금속재의 비커스 경도를 300∼600의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 헤드 개스킷.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 주변부재와 상기 기판과의 일체화를, 레이저 용접에 의해 선상(線狀)에 용접하여 행하는 것을 특징으로 하는 헤드 개스킷.