KR20090087418A

KR20090087418A - 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법

Info

Publication number: KR20090087418A
Application number: KR1020090010933A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 이마이
Original assignee: 이시카와 가스킷 가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2009-08-17
Also published as: DE102009000788B4; JP2009191872A; CN101509436A; US20090200755A1; CN101509436B; JP4571195B2; US8109520B2; DE102009000788A1

Abstract

실린더 헤드 개스킷에 있어서, 비드 등의 실(seal) 수단을 기본으로 하여, 실린더의 변형을 방지하기 위한 수단의 설계가 용이한 데다가, 높은 실 면압을 확보 가능한 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법을 제공한다.

[해결수단] 평면시에서, 프론트 측(Fr)과 리어 측(Rr)에 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한, 배기측(Ex)과 흡기측(In)에 면적이 동일하게 되도록 분할해서, 4개의 영역 R1, R2, R3, R4으로 분할했을 때, 각 영역 R1, R2, R3, R4에서의 비드 길이의 총합 ∑L1A, ∑L2A, ∑L3A, ∑L4A이, 가장 큰 영역 R1보다 작은 영역 R1, R2, R3에서는, 비드 길이의 총합 ∑L2A, ∑L3A, ∑L4A이, 가장 큰 영역 R1의 비드 길이의 총합 ∑L1A의 95% 이상 100% 이하가 되도록, 사(捨)비드(16), (26)를 추가해서 설치한다.

실린더 헤드 개스킷

Description

실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법{CYLINDER HEAD GASKET AND METHOD OF DESIGNING CYLINDER HEAD GASKET}

본 발명은, 엔진부재 사이에 삽입해서 실(seal)을 행하는 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 실 면압을 균일화하여 엔진부재의 변형을 억제할 수 있는 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 관한 것이다.

엔진의 실린더 헤드 개스킷은, 자동차 엔진의 실린더 헤드, 실린더 블록(실린더 보디)의 2개의 부재 사이에 삽입된 상태에서, 볼트에 의해 체결되어 연소가스, 오일, 냉각수 등의 유체를 실(seal)하는 역할을 하고 있다.

최근의 엔진은, 종래의 엔진에 비해 소형화, 경량화되어서, 재질이 주철(鑄鐵)에서 알루미늄 합금으로 변함과 동시에, 엔진의 고출력화에 따라, 연소가스의 압력은 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 실린더가 엔진의 폭 방향 중앙에서 치우쳐 배치되어 있는 것과 같은 경우에는, 비드를 사이에 두고 실린더 헤드에 작용하는 면압이 치우친 분포가 되어, 실린더 헤드를 균등하게 압압(壓押)하지 않기 때문에, 실린더 헤드가 변형한다는 문제점이 있다.

이와 같은 금속제 개스킷의 하나로서, 폭 방향에 대해서 실린더가 한쪽으로 치우쳐서 배치된 다기통 내연기관용의 금속 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 적어도 1매의 개스킷 구성판에, 개스킷의 주연(周緣)을 따라서 횡단면 형상을 단상(段狀)으로 한 단상비드를 루프형태로 형성하고, 실린더 구멍의 중심을 연결하는 선으로 분할된 개스킷의 면적이 작은 쪽의 비드 힘을 강하게, 또한 면적이 큰 쪽의 비드 힘을 약하게 형성한 실린더 헤드 개스킷이 제안되고 있다 (예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이 적층형 금속개스킷에서는, 개스킷 전체에 걸쳐 실 면압의 균일화를 꾀하는 것이 가능하여, 물구멍, 오일구멍 등 주위에 마련한 비드의 실 성능을 높이는 것이 가능하다. 그러나, 개스킷의 주위에 루프형태로 단상비드를 설치하면, 실린더 보어용 구멍의 주연부에 설치한 비드와 비교한 경우에 비교적 긴 비드를 형성하게 되어, 실 대상 구멍의 주연부에서 높은 실 면압을 확보한다는 점에서는 불리하게 된다는 문제가 있다.

또한, 한편으로, 실린더 헤드의 긴쪽방향의 변형방지를 위해서, 개스킷의 긴쪽방향의 양단부에만 내열성에서 비압축성(非壓縮性)인 동시에 비변형성(非變形性)인 돌조(突條)를 설치한 메탈 개스킷과, 실린더 헤드의 폭 방향의 변형방지를 위해서, 폭 방향 양단 가장자리와 각 통공(通孔)과의 사이에, 압축방향의 하중에 대해서는 큰 강성을 갖고, 각 볼트의 조임력(緊締力)에 대해서는 실질적으로 강체(剛體)로서 작용하는 휨방지용 돌조를 설치하거나 한 메탈 실린더 헤드 개스킷도 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 또는 3 참조).

이들 실린더 헤드 개스킷에서는, 휨방지용 돌조의 형상, 길이 등에 대해서는 기재하고 있지 않다. 또한, 이 휨방지용 돌조는, 실(seal) 용 돌조(비드 등)가 지나치게 압축되는 것을 방지하는 역할도 하고, 어떤 높이에서부터는 강체로서 기능한다. 그 때문에, 이 높이보다도 개스킷이 압압되는 경우에는, 실 용 돌조의 실 면압은 증가하지 않는다.

[특허문헌 1] 특개평 10-19130호 공보

[특허문헌 2] 특개평 9-292027호 공보

[특허문헌 3] 특개 2003-42295호 공보

본 발명은, 상기의 상황을 감안해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 엔진의 두개의 부재 사이에 삽입해서 실을 행하는 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 비드 등의 실 수단을 기본으로 하여, 실린더 헤드의 변형을 방지하기 위한 수단의 설계가 용이한 데다가, 높은 실 면압을 확보할 수 있는 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷은, 엔진의 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 평면시에서, 프론트 측과 리어측에 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한 배기측과 흡기측에 면적이 동일하게 되도록 분할하여, 4개의 영역으로 분할했을 때에, 각 영역에서의 비드길이의 총합이, 가장 큰 영역보다 작은 영역에서는, 비드길이의 총합이, 가장 큰 영역의 비드길이의 총합의 95% 이상 100% 이하가 되도록 사(捨) 비드를 추가해서 설치하여 구성한다.

이 사 비드라는 것은 , 실 대상 구멍의 주연부(周緣部)에 설치되는 실 기능을 갖는 비드와는 다르게, 비드의 형상은 하고 있지만, 실 라인을 형성하지 않고, 직접 실에는 기여하지 않는 비드를 말한다. 또한, 이 면적의 산출에서는, 계산의 간략화를 위해서는 실 대상 구멍과 볼트 구멍 등의 빠져있는 면적을 포함하여 산출해도 좋지만, 이들의 빠져있는 부분을 포함하지 않는 편이 비드의 면적에 의한 압압력의 균등화의 면에서는 더 바람직하다.

이 구성에 의하면, 4개의 같은 면적으로 나눠진 각각의 영역에 배치된 비드의 길이의 총합이 거의 같은 길이가 되기 때문에, 면압이 발생하는 부위의 면적이 거의 동일하게 된다. 그 때문에, 비교적 간단한 구성으로 각 영역에 작용하는 힘이 거의 같게 되고, 실린더 헤드 등의 엔진 부재에 작용하는 압압력이 거의 균등하게 되기 때문에, 이들의 엔진 부재의 변형이 억제된다.

이 각 영역에 있어서의 비드 길이의 총합을 95%~100%의 범위로 하는 것은, 면압분포를 구하는 압압(押壓)시험 등을 하지 않고서도 쉽게 구성가능하기 때문에, 개스킷의 설계를 매우 간략화하는 것이 가능하다. 또한 사 비드의 길이나 위치도 평면적으로 생각하는 것만으로도 괜찮기 때문에, 쉽게 설계가능하게 된다.

특히, 프론트 측과 리어측에서의 실린더 헤드의 경사와 배기측과 흡기측에서의 실린더 헤드의 경사가 줄어들어, 균일한 경사가 되기 때문에, 사용시에 있어서 부분적인 틈발생이 줄어들어, 내구성이 늘어나는 효과가 있다.

상기의 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 상기 사 비드의 단면형상을 물을 실(seal)하는 용도의 비드의 단면형상 또는 오일을 실하는 용도의 비드의 단면형상과 같은 형상으로 형성해서 설치하여 구성된다. 이렇게 구성하는 이유는, 사 비드는, 개스킷의 중심선으로부터 떨어진 위치에 배치하기 쉽기 때문에, 모멘트를 생각해보면, 일반적으로 실 면압이 높은 실린더 보어용 비드의 형상보다도, 이와 비교해서 실 면압이 낮은 물을 실하는 용도나 오일을 실하는 용도의 비드형상으로 하는 쪽이, 보다 바람직하기 때문이다. 이 구성에 의하면, 압압시험 등에 의하지 않고, 사 비드의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 설계방법을 현저하게 단순화할 수 있다.

또한, 이 사 비드는, 전체의 비드의 배치가, 실린더 보어용 구멍의 중심을 연결하는 선에 대해서 거의 선대칭이 되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 실린더 보어용 구멍의 중심을 연결하는 선에 대해서, 배기측과 흡기측의 측면의 휨모멘트(bending moment)가 거의 같게 되기 때문에, 실린더 보어주변의 변형이 적어지게 하는 것이 가능하다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 실린더 헤드 개스킷의 설계방법은, 엔진의 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 있어서, 평면시에서, 프론트 측과 리어 측에 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한, 배기측과 흡기측에 면적이 동일하게 되도록 분할해서, 4개의 영역으로 분할했을 때에, 각 영역에 있어서의 비드길이의 총합이, 가장 큰 영역보다 작은 영역에서는, 비드길이의 총합이, 가장 큰 영역의 비드길이의 총합의 95%이상 100%이하가 되도록 사 비드를 추가하는 방법이다.

이 방법에 의하면, 비드의 형상을 하고 있지만, 실라인을 형성하지 않고, 직접 실에 기여하지 않는 사 비드를 설치한다고 하는 굉장히 간단한 설계방법으로, 면압이 발생하는 부위의 면적을 거의 같게 해서, 그 각각의 영역에 작용하는 힘을 거의 같게 하는 것이 가능하여, 실린더 헤드에 작용하는 압압력을 거의 균등하게 해서, 실린더 헤드의 변형을 억제할 수 있는 실린더 헤드 개스킷을 설계하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 의하면, 개스킷의 4개의 같은 면적으로 나눠진 각 영역에 배치된 비드길이의 총합이 95%이 상 100%이하의 거의 같은 길이가 되기 때문에, 면압이 발생하는 부위의 면적이 거의 같게된다. 이 때문에, 각 영역에 작용하는 힘이 거의 동일하게 되고, 실린더 헤드 등의 엔진부재에 작용하는 압압력이 거의 균등하게 된다. 따라서, 이들 엔진부재의 변형을 억제하는 것이 가능하다.

또한 이 각각의 영역에 있어서의 비드길이의 총합을 95%~100%의 범위로 하는 것은, 압압시험 등을 하지 않아도, 쉽게 구성이 가능하기 때문에, 실 수단의 설계를 매우 간략화할 수 있다. 또한, 사 비드의 길이나 위치도 평면적으로 생각하는 것 만으로도 되기 때문에, 용이하게 설계가능하게 된다.

다음으로, 도면을 참조해서 본 발명에 따른 실린더 헤드 개스킷의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 및 도 3은, 모식적인 설명도이고, 구성을 보다 이해하기 쉽도록, 실 대상 구멍, 비드, 사 비드의 크기나 형태 등의 길이를 실제의 것과는 달리해서 과장해서 나타내고 있다.

본 발명에 따른 실시형태의 실린더 헤드 개스킷은, 엔진의 실린더 블록(실린더 보디)과 실린더 헤드에 삽입된 금속제 개스킷으로, 배기가스나 흡기 등의 유체를 실(seal)한다.

이 실린더 헤드 개스킷은, 연강판, 스텐레스 소둔재(anneal材), 스텐레스 조질재(스프링 강판) 등으로 형성된 금속구성판(금속기판)을 2매 이상 갖고 구성된다. 또한, 평면시 형상은, 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드의 접합면 형상에 거의 일치하게 맞춰서 제조되어, 연소가스, 물 또는 오일이 통과하는 실린더 보어용 구멍(2), 물구멍(3), 오일구멍(4) 및 체결 볼트용 볼트구멍(5)이 형성된다.

도 1에서 보듯이, 본 발명의 실시형태의 매니홀드 개스킷(1)은, 1매 또는 2매 이상(도 1에서는, 2매)의 금속구성판(10), (20)으로 이루어지고, 이 금속구성판(10), (20)은, 예를 들면, 스텐레스 소둔재로 형성된다. 이 실 대상용 구멍(2)의 주연부(周緣部)에 있어서, 금속구성판(10), (20)에 실 수단이, 실린더 보어용 구멍(2)에 대해서는 풀비드(12), (22)가 설치되고, 물구멍(3)에 대해서는 풀비드(13), (23)를 설치, 오일구멍(4)에 대해서는, 풀비드(14), (24)가 설치된다. 또한, 이들 풀비드는 필요에 따라서 하프비드로 형성해도 좋다. 또한, 금속 구성판(10), (20)의 양쪽에 비드를 설치하지 않고 한쪽에만 설치해도 되며, 또한, 실 대상구멍을 한겹으로 감싸는 한겹 비드가 아니라, 두겹으로 감싸는 이중비드 등이라도 괜찮다.

이 실린더 헤드 개스킷(1)에 있어서, 평면시에서, 프론트 측(FR)과 리어 측(Rr)에 면적이 동일하게 되도록 직선 A-A로 분할하고, 또한, 배기측(Ex)과 흡기측(In)에 면적이 동일하게 되도록 직선 B-B로 분할해서, 4개의 영역 (R1), (R2), (R3), (R4)으로 분할한다. 이 때 면적으로서, 실린더 보어용 구멍(2), 물구멍(3), 오일구멍(4)의 빠져 있는 부분의 면적은, 포함한 채로 해도 되지만, 이 빠져있는 부분의 면적을 빼는 편이 바람직하다. 이 상태가 도 3에서 나타낸 것과 같은 종래 기술의 실린더 헤드 개스킷(1X)이다.

본 발명에 있어서는, 이 각각의 영역 R1, R2, R3, R4에 있어서의 비드길이의 총합 ∑L1, ∑L2, ∑L3, ∑L4을 산출한다. 이 중에서 비드길이의 총합이 가장 큰 영역(여기서는, 임의로 R1라고 한다)을 구한다. 다음으로, 이 가장 큰 비드 길이의 총합 시그마 L1에 대해서, 다른 영역의 합 R2, R3, R4의 비드길이의 총합 ∑L2, ∑L3, ∑L4가 거의 같은 길이가 되는지 아닌지를, 보다 상세하게는, 가장 큰 영역 R1의 비드 길이의 총합 ∑L1의 95% 이상 100% 이하가 되는지 안되는 지를 검토한다.

그렇게 되는 경우에는 그대로 하면 되지만, 안되는 경우에는, 사(捨) 비드(16), (26)를 추가해서 설치, 도 1에서와 같이, 이 사 비드(16), (26)의 비드길이를 포함한 비드길이의 총합 ∑L1A(=∑L1),∑L2A, ∑L3A, ∑L4A이 거의 같은 길이가 되도록, 상세하게는, 가장 큰 영역 R1의 비드길이의 총합 ∑L1A(=∑L1)의 95%이상, 100% 이하가 되도록 구성한다. 도 1의 구성에서는, 영역 R2와 영역 R4에 사비드(16), (26)를 설치한다. 따라서 ∑L2A>∑L2, ∑L4A>∑L4이지만, ∑L1A=∑L1이고, 사 비드를 설치하지 않은 영역 R3에서도, ∑L3A=∑L3이다. 또한, 참고로, 도 3의 종래기술에 있어서의 실린더 헤드 개스킷(1X)의 각 영역 R1, R2, R3, R4의 비드길이의 총합 ∑L1, ∑L2, ∑L3, ∑L4를 도 4에 모식적으로 나타낸다.

이 사 비드(16), (26)는, 실 대상 구멍(2), (3), (4)의 주연부에 설치된 실 기능을 갖는 비드(11), (12), (13). (21), (22), (23)와는 다르게, 비드의 형상은 하고 있지만 실 라인을 형성하지 않고, 직접 실에는 기여하지 않는 비드이다.

이 사 비드(16), (26)의 단면형상은 물을 실하는 용도의 비드(12), (22)의 단면형상 또는 오일을 실하는 용도의 비드(13), (23)의 단면형상과 같은 형태로 형성한다. 이 형상으로 하는 것으로, 압압시험 등에 의하지 않고, 사 비드(16), (26)의 형상을 결정하는 것이 가능하기 때문에, 설계방법을 단순화 할 수 있다. 사 비 드(16), (26)는, 개스킷의 중심선 A-A에서 떨어진 위치에 배치하기 쉽기 때문에, 모멘트를 생각해보면, 일반적으로 실 면압이 높은 실린더 보어용 비드(12), (22)의 형상보다도, 이것과 비교해서 실 면압이 작은 물을 실하는 용도의 비드(13), (14)의 형상이나 오일을 실하는 용도의 비드(23), (24)의 형상으로 하는 편이 보다 바람직하다.

또한, 사 비드(16), (26)를, 전체 비드의 배치가, 실린더 보어용 구멍(2)의 중심을 연결하는 선 C-C에 대해서, 거의 선대칭이 되도록 설치해서 구성한다. 이 구성에 의하면, 실린더 보어용 구멍(2)의 중심을 연결하는 선 C-C에 대해서, 배치측(Ex)과 흡기측(In)의 측면의 휨모멘트(bending moment)가 거의 동일하게 되기 때문에, 실린더 보어 주변의 변형이 적게 되도록 하는 것이 가능하다.

이 구성에 의하면, 4개의 같은 면적으로 나눠진 각 영역 R1, R2, R3, R4에 배치된 비드길이의 총합 ∑L1, ∑L2, ∑L3, ∑L4이 거의 같은 길이가 되기 때문에, 면압이 발생하는 부위의 면적이 거의 같게 된다. 이 때문에, 각 영역 R1, R2, R3, R4에 작용하는 힘이 거의 동일하게 되어, 실린더 헤드 등의 엔진부재에 작용하는 압압력이 거의 균등하게 되기 때문에, 이들의 엔진 부재의 변형이 억제된다.

이 각 영역 R1, R2, R3, R4에 있어서의 비드길이의 총합 ∑L1, ∑L2, ∑L3, ∑L4을 서로 95%~100%의 범위로 하는 것은, 압압시험 등을 하지 않고서도, 쉽게 구성할 수 있기 때문에, 실 수단의 설계를 매우 간략화하는 것이 가능하다. 또한, 사 비드(16), (26)의 길이나 위치도 평면적으로 생각하는 것만으로도 되기 때문에, 용이하게 설계가능하게 된다.

다음으로, 본 발명의 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 대해서 설명한다. 이 설계방법은, 평면시에서, 프론트 측(Fr)과 리어 측(Rr)의 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한, 배기측(Ex)과 흡기측(In)에 면적이 동일하게 되도록 분할해서, 4개의 영역 R1, R2, R3, R4으로 분할한다. 이 때에, 각 영역 R1, R2, R3, R4에 있어서의 비드길이의 총합 ∑L1A,∑L2A, ∑L3A, ∑L4A이, 가장 큰 영역(R1)보다도 작은 영역 R2, R3, R4에서는, 비드길이의 총합 ∑L2A, ∑L3A, ∑L4A이, 가장 큰 영역 R1의 비드길이의 총합 ∑L1A의 95%이상 100%이하가 되도록, 사 비드(16), (26)를 추가한다.

이 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 의하면, 비드의 형상은 하고 있지만, 실 라인을 형성하지 않고, 직접 실에는 기여하지 않는 사 비드(16), (26)를 설치한다라고 하는 매우 간단한 설계방법으로, 면압이 발생하는 부위의 면적을 거의 동일하게 해서, 이 각 영역 R1, R2, R3, R4에 작용하는 힘을 거의 동일하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 실린더 헤드나 실린더 블록 등의 엔진 부재에 작용하는 압압력을 거의 균등하게 해서, 엔진 부재의 변형을 억제가능한 실린더 헤드 개스킷(1)을 현저하게 간단히 설계 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 실린더 헤드 개스킷을 나타내는 평면도이다.

도 2는, 도 1의 실린더 헤드 개스킷의 사(捨) 비드의 길이를 포함한 비드 길이의 총합을 모식적으로 나타낸 도이다.

도 3은, 종래 기술의 실린더 해드 개스킷을 나타낸 평면도이다.

도 4는, 도 3의 실린더 헤드 개스킷의 비드 길이의 총합을 모식적으로 나타낸 도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 1X 실린더 헤드 개스킷 2 실린더 보어용 구멍

3 물 구멍 4 오일 구멍

5 볼트 구멍 10, 20 금속구성판

12, 22 실린더 보어용 풀비드 13, 23 물 구멍용 풀비드

14, 24 오일 구멍용 풀비드 16, 26 사(捨) 비드

R1, R2, R3, R4 영역

∑L1, ∑L2, ∑L3, ∑L4 비드 길이의 총합

∑L1A, ∑L2A, ∑L3A, ∑L4A 사 비드 길이를 포함한 비드의 길이의 총합

Claims

엔진의 실린더 해드 개스킷에 있어서, 평면시에서, 프론트 측과 리어 측에 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한, 배기측과 흡기측에 면적이 동일하게 되도록 분할해서, 4개의 영역으로 분할했을 때에, 각 영역에 있어서의 비드길이의 총합이, 가장 큰 영역보다 작은 영역에서는, 비드 길이의 총합이 가장 큰 영역의 비드길이의 총합의 95% 이상 100% 이하가 되도록, 사(捨) 비드를 추가해서 설치한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
제 1항에 있어서,

상기 사 비드의 단면형상을 물을 실(Seal)하는 용도의 비드의 단면형상 또는 오일을 실하는 용도의 비드의 단면형상과 같은 형상으로 형성해서 설치한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
엔진의 실린더 헤드 개스킷의 설계방법에 있어서, 평면시에서, 프론트 측과 리어 측에 면적이 동일하게 되도록 분할하고, 또한, 배기측과 흡기측에 면적이 동일하게 되도록 분할해서, 4개의 영역으로 분할했을 때에, 각 영역에 있어서의 비드 길이의 총합이, 가장 큰 영역보다 작은 영역에서는, 비드길이의 총합이 가장 큰 영역의 비드길이의 총합의 95%이상 100%이하가 되도록, 사 비드를 추가하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷의 설계방법.