JP4137116B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダライナ付きエンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等の二つの部材の間に挟持してシールを行うシリンダヘッドガスケットに関し、より詳細には、シリンダヘッドとシリンダケースとの段差を吸収できるシリンダヘッドガスケットに関する。
シリンダヘッドガスケットは、自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）等のエンジン部材の間に挟まれた状態で、ヘッドボルトにより締結され、燃焼ガス、オイル、冷却水等の流体をシールする役割を持っている。
一方、最近、燃費向上や公害対策強化に伴い、自動車用エンジンの小型化・軽量化への移行が高まりつつある。この小型エンジンにおいては、低燃費化がエンジン開発の焦点になっているが、その中において、ピストンリングとシリンダの摩擦抵抗を減少させることにより、燃費向上が図られている。
その対策の一つとして、シリンダボアの形状を有するシリンダライナを耐磨耗性、耐焼き付き性、耐熱性、強度に優れた特殊鋳鉄製とし、これをアルミ合金製のシリンダケースに嵌め込んでシリンダブロックを形成するシリンダライナ付きエンジンが使用されている。
このシリンダライナには乾式ライナや湿式ライナがあるが、シリンダライナがウォータジャケットに接していない乾式ライナの場合には、シリンダライナの鍔上面とシリンダブロックデッキ面との間、即ち、シリンダライナとシリンダブロックとの境界部分に段差が生じる場合がある。
この段差が生じた場合には、エンジン運転時の振動によってエンジン部材間の隙間が拡縮すると、この段差の角部が当接するガスケットの部分に局部的に大きな面圧が発生し、この面圧が隣接するウォータージャケットの水穴をシールするビードを有する部分の根本部分に繰り返し作用するので、水穴シール用ビードが振動して、繰り返しエンジン部材を叩くので、このエンジン部材の水穴シール用ビード接触面に穴が開く等の損傷が生じる。このフレッティングが発生すると、シール性能が低下すると共に、ウォータジャケットの周囲のシール部がへたり、耐久性が悪化する。
このシリンダライナ付きエンジン用のシリンダヘッドガスケットに関係して、燃焼室孔部分の変形を少なくでき、ビードの疲労破壊を防止できると共に、シリンダライナの鍔上面とシリンダブロックデッキ面との境界部分に段差がある場合でも、ガスケットが追従でき、シールを良好に行えることを目的として、第１金属板と第２金属板のそれぞれに燃焼室孔の周囲にハーフビードで形成された内側ビードを、この内側ビードの外側にフルビードで形成された外側ビードを設け、これらのビードを内側に凸に形成し、第１金属板と第２金属板との間に、内側ビードと外側ビードとの間に相当する位置にストッパ効果が得られる段差部を有する副板を２枚設けた金属製ガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この金属製ガスケットでは、第１の内側ビードの先端の一次シールと、内側ビードと外側ビードの間の二次シールと、外側ビードの外側裾野部の三次シールとで三重のシールラインを形成して良好なシール性能が得られると共に、副板の段差部が二次シールのストッパ効果を発揮して、双方のビードの疲労破壊を防止するとしている。
また、似たような構成の金属製ガスケットとして、第１金属板と第２金属板のそれぞれに燃焼室孔の周囲にフルビードを設け、これらのビードを内側に凸に形成し、第１金属板と第２金属板との間に、内側ビードと外側ビードとの間に副板を設けた金属製ガスケットが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
この金属製ガスケットでは、フルビードの裾野部の内側と外側の一次シールと二次シールとで二重のシールラインを形成している。
そして、これらの二つの金属性ガスケットでは、シリンダライナの鍔とシリンダケースとの境界（段差）を跨いでビードを配置することにより、シリンダデッキ面に段差がある場合でもガスケットが追従できるため、シールを良好にでき、また、シリンダライナの変形も小さくすることができるとしている。
しかしながら、上記の構成の金属製ガスケットにおいては、境界の段差を跨いでいても、ビードの外周側の裾野部にはエンジン部材の振動が加わるので、フレッティングの可能性が残る。その上、燃焼室に臨む部分においては、ガスケットの各構成板の端部が燃焼室に露呈しているため、燃焼室の燃焼ガスが第１の金属板と第２金属板との間に侵入するので、第１の金属板と第２金属板及び副板全部が高温の燃焼ガスに接触する。
そのため、これらの各金属板間での燃焼ガスの漏れが発生する可能性があるという問題がある。また、これらの金属板全部を高温の燃焼ガスに対する耐熱性及び耐腐食性を有する金属で形成する必要があり、これに制約されて、幾つかの特性を有する金属板を組み合わせてそれぞれの特性を活かした金属製ガスケットを構成できないという問題がある。
特開平１０−２６７１３１号公報
特開平１１−２４１７６９号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、シリンダライナ付きエンジンに用いられるシリンダヘッドガスケットにおいて、折り返し部より燃焼ガスを遮断して、折り返し部を有する金属板以外の金属板に燃焼ガスが接触しないようにして、幾つかの特性を持つ金属板を組み合わせることができてシール性能を向上させることができると共に、シリンダライナとシリンダケースとの境界部分の段差の段差を吸収し、また、エンジン部材の振動をダンパービードにより吸収してフレティングを抑制できて、高いシール性能を維持でき、耐久性の高いシリンダヘッドガスケットを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係るシリンダヘッドガスケットは、シリンダライナ付きエンジンのシリンダボア用穴の周囲に折り返し部と第１ダンパビードを有する第１の金属板と、前記折り返し部の内側に一部が挿入され、前記折り返し部の折り返し先端部よりも外周側に第２ダンパビードを有する第２の金属板と、前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードの間に配置される第３の金属板とから構成されるシリンダヘッドガスケットであって、前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードをフルビードで互いに凸部を内側にして対向させて、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を跨ぐ位置に形成すると共に、前記第２の金属板の前記第２ダンパビードの内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げて、前記折り返し部に挿入したことを特徴とする。
従って、この第１ダンパビードと第２ダンパビードは、フルビードで形成され、シール性能よりも、エンジン部材の振動エネルギーの吸収を主とするビードであるため、このビードの弾力性はシール性能よりも、振動エネルギーの吸収性を重視して形状、大きさ等が設定される。
この構成によれば、第２ダンパビードの裾野部の内周側と外周側とが、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差、即ち、段差部分を跨いで配置されるので、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差における段差を、第１ダンパビードと第２ダンパビードで吸収できる。
また、この第１ダンパービードと第２ダンパービードの裾野部がエンジン部材と接触し、エンジン部材の振動を受けるが、これらのダンパービードがダンパーとして機能し、振動エネルギーを吸収し、ガスケットの他の部分にこの振動が伝播しないようにする。
つまり、シリンダライナとシリンダケースとの段差によりライナ隣接部の振動が大きくなり、この振動でボアや水穴のシールが、ビードのヘタリの増加やコーティングの磨滅等により損なわれるが、ダンパービードを設けることにより、自動車のサスペンションと同様なバネ機能により、この振動エネルギーを吸収して、この振動及びこの振動に起因するシールの劣化を低減する。
更に、第２ダンパビードの内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げ、Ｖ字形状に立ち上がる部分を折り返し部内に挟持しているため、折り返し部の弾力性を強化できる。また、Ｖ字形状に立ち上げることにより、第２ダンパビードの内側の裾野部と折り返し部の距離を小さくすることができるので、折り返し部内の第２の金属板の挿入長さを大きくできる。この構成により、シリンダライナの鍔部の幅が狭い場合でも、折り返し部内に第２の金属板の一部である挿入部を挿入でき、折り返し部の弾力性の向上及び亀裂発生防止を図ることができる。
また、シリンダボアの主要シールは内部に第２の金属板の挿入部が挿入された折り返し部で形成されるが、第１ダンパビードと第２ダンパビードの裾野部の内周側と外周側とで補助シールを形成することができるので、シール性能を向上できる。
そして、この構成によれば、折り返し部により、燃焼ガスが第２の金属板や第３の金属板に接触するのを防止できるので、第１の金属板と第３の金属板には耐熱性や耐腐食性に優れた材料を使用し、第２の金属板には弾力性に優れた材料を使用することができ、それぞれの材料の特性を活かした組み合わせでガスケットを構成できる。従って、シール性、耐熱性、耐腐食性、耐久性等の各種性能に優れたガスケットとすることができる。
あるいは、上記の目的を達成するための本発明に係るシリンダヘッドガスケットは、シリンダライナ付きエンジンのシリンダボア用穴の周囲に折り返し部と第１ダンパービードを有する第１の金属板と、前記折り返し部の内側に一部が挿入され、前記折り返し部の折り返し先端部よりも外周側に第２ダンパビードを有する第２の金属板と、前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードの間に配置される第３の金属板とから構成されるシリンダヘッドガスケットであって、前記第１ダンパビードをフルビードで、前記第２ダンパビードをハーフビードで形成し、前記第１ダンパービードをシリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を跨ぐ位置に形成すると共に、前記第２ダンパビードの外周側を前記境界部分の外側の位置に形成し、前記第２の金属板の前記第２ダンパビードの内側を前記折り返し部に挿入したことを特徴とする。
この構成によれば、第２ダンパビードがフルビードではなくハーフビードで形成されるため、振動エネルギーの吸収効果がやや低減し、また、第２ダンパビードの内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げる効果も奏することができないが、第２ダンパビードをハーフビードで形成しているため、第２ダンパビードの内側部分を折り返し部の内側に収めやすくなり、シリンダライナの鍔部の幅が狭い場合でも、折り返し部内に第２の金属板の一部を挿入できるので、折り返し部の弾力性の向上と挿入部のストッパ機能による亀裂発生防止を図ることができる。
上記のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記第１の金属板と前記第２の金属板の水穴をシールする部分に互いに凸部を内側にして対向する第１ハーフビードと第２ハーフビードをそれぞれ設けて構成すると、水穴、特に、ウォータージャケットの水穴をこれらのハーフビードでシールでき、しかも、第１ダンパビードと第２ダンパビードが、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を吸収する役割を果たすので、水穴部におけるフレッテングを抑制し、水穴シール部の耐久性を向上できる。
本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、第２ダンパビードが、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を跨いで配置されるので、この段差を吸収でき、エンジン運転に起因する振動による水穴部のフレッティングを第１及び第２ダンパビードで振動エネルギーを吸収することで抑制し、水穴シール部の耐久性を確保できる。
更に、第２ダンパビードの内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げているので、シリンダライナの鍔部の幅が狭い場合でも、折り返し部内に第２の金属板の一部を挿入でき、折り返し部の弾力性の向上と亀裂発生防止を図ることができる。
また、内部に第２の金属板が挿入された折り返し部で主要シールが形成され、第１ダンパビードと第２ダンパビードの裾野部の内周側と外周側とで補助シールを形成することができるので、高いシール性能でシールできる。
次に、図１及び図２を参照して本発明に係るシリンダヘッドガスケットの実施の形態について説明する。なお、図１及び図２は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、シリンダボア用穴の大きさ、シリンダライナ、水穴、ビードの大きさ、形等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。
図１及び図２の第１及び第２の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１、１Ａは、多気筒エンジン用のシリンダライナ付きエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）のエンジン部材の間に挟持されるメタルガスケットであって、シリンダボアの高温・高圧の燃焼ガス、及び、冷却水通路や冷却オイル通路等の冷却水やオイル等の流体をシールする。
これらのシリンダヘッドガスケット１、１Ａが用いられるシリンダライナ付きエンジンでは、シリンダボア用穴２が形成されているシリンダライナ４が、シリンダケース（シリンダケーシング）５に嵌め込まれている。また、このシリンダケース５には、ウォータージャケット等の水穴３が設けられている。なお、シリンダライナ４は、耐磨耗性、耐焼き付き性、耐熱性、強度に優れている特殊鋳鉄で形成され、シリンダケース５は、軽量性に優れているアルミ合金で形成される。
最初に図１に示す第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１について説明する。このシリンダヘッドガスケット１は、第１〜第３の金属板（金属基板：金属構成板）１０、２０、３０を有して構成される。この第１〜第３の金属板１０、２０、３０は、軟鋼板、ステンレス焼鈍材（アニール材）、ステンレス調質材（バネ鋼板）等で形成される。第１の金属板１０と第３の金属板３０には特に耐熱性や耐腐食性に優れた材料であるアニール材を使用し、第２の金属板２０には弾力性に優れた材料であるバネ材を使用する。
また、これらの金属板１０，２０，３０は、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造されシリンダボア（燃焼室用穴）２、冷却水の循環のための水３、潤滑油の循環のためのオイル穴（図示しない）、締結ヘッドボルト用のヘッドボルト穴（図示しない）等が形成される。
そして、第１の金属板１０は、シリンダボア用穴２の周囲に形成された折り返し部１１と、この折り返し部１１の先端部１１ａよりも外周側にフルビードで形成された第１ダンパビード１２と、水穴３の周囲に形成された第１ハーフビード１３とを有して構成され、この折り返し部１１の内側に、第２の金属板２０の一部が挿入される。この第１ダンパビード１２は折り返し部１１側に凸部が設けられ、第１ハーフビード１３は、折り返し部１１側、即ち、折り返し部１１の先端側１１ａがある側に突出して設けられる。
なお、この第１ダンパビード１２は、シール性能よりも、エンジン部材の振動エネルギーの吸収を主とするビードであるため、このビード１２の形状、大きさ、弾力性等はシール性能よりも、振動エネルギーの吸収性を重視して設定される。
また、第２の金属板２０は、第１の金属板１０の折り返し部１１に挿入される挿入部１１と、折り返し部１１の先端部１１ａよりも外周側にフルビードで形成された第２ダンパビード２２と、水穴３の周囲に形成された第２ハーフビード２３とを有して構成される。この第２ダンパビード２２は第１ダンパビード１２に対向して互いにフルビードの凸部側が向き合うように設けられ、第２ハーフビード２３は、第１ハーフビード１３に対向して、第１ハーフビード１３側に突出して設けられる。
なお、この第２ダンパビード２２は、シール性能よりも、エンジン部材の振動エネルギーの吸収を主とするビードであるため、このビード２２の形状、大きさ、弾力性等はシール性能よりも、振動エネルギーの吸収性を重視して設定される。
この第２の金属板２０の第２ダンパビード２２の内側の裾野部２２ａをＶ字形状に立ち上げて形成し、この立ち上がりの曲がり部分を持つ挿入部２１を折り返し部１１に挿入して構成する。
そして、この第１ダンパビード１２と第２ダンパビード２２をシリンダライナ４とシリンダケース５の境界部分の段差６を跨ぐ位置に形成する。つまり、第２ダンパビード２２の裾野部の内周側２２ａと外周側２２ｂとが、シリンダライナ４とシリンダケース５の境界部分の段差の段差部分６を跨いで配置される。これらの第１ダンパビード１２と第２ダンパビード２２で、シリンダライナ４とシリンダケース５の境界部分の段差６を吸収できる。
また、この第１ダンパービード１２と第２ダンパービード２２の裾野部がエンジン部材と接触し、エンジン部材の振動を受けるが、これらのダンパービード１２，２２がダンパーとして機能し、振動エネルギーを吸収し、ガスケットの他の部分にこの振動が伝播しないようにすることができる。
また、第２ダンパビード２２の内側の裾野部２２ａをＶ字形状に立ち上げてこの裾野部２２ａの弾力性を高めているので、この部分２２ａの補助シール性を向上させることができる。また、シリンダライナ５の鍔部の幅Ｂが狭い場合でも、折り返し部１１内に第２の金属板２０の一部２１を挿入でき、折り返し部１１の弾力性の向上と挿入部２１のストッパ機能による亀裂発生防止を図ることができる。
更に、Ｖ字状に立ち上がり曲がり部分を持つ挿入部２１を折り返し部１１内に把持しているため、折り返し部１１の弾力性を挿入部２１を平板で形成した場合よりも強化でき、折り返し部１１で形成される主要シールのシール性能を向上できる。
また、第３の金属板３０は、第１ダンパビード１２と第２ダンパビード２２の間、及び、第１ハーフビード１３と第２ハーフビード２３との間に配置される。
この構成によれば、シリンダボアの主要シールラインが、内部に第２の金属板が挿入された折り返し部で形成され、第１ダンパービード１２と第２ダンパービード２２の裾野部の内周側と外周側とで補助シールラインを形成する。従って、主要シールラインの折り返し部１１で高温の燃焼ガスをシールして燃焼ガスを遮断でき、外周側の補助シールラインで更にシール性能を向上できる。
そして、この構成によれば、折り返し部１１により、燃焼ガスが第２の金属板２０や第３の金属板３０に接触するのを防止できるので、それぞれの材料の特性を活かした組み合わせでガスケット１を構成できる。従って、シール性、耐熱性、耐腐食性、耐久性等の各種性能を優れたガスケットにすることができる。
次に、図２に示す第２の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ａについて説明する。このシリンダヘッドガスケット１Ａは、第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１と同様に第１〜第３の金属板１０、２０Ａ、３０を有して構成されるが、第２ダンパビード２２Ａがフルビードではなくハーフビードで、第２ダンパビード２２Ａの外周側２２Ａｂを境界部分６の外側の位置になるように形成し、第２の金属板２０Ａの第２ダンパビード２２Ａの内側の挿入部２１Ａを折り返し部１１に挿入して構成する。その他の構成は第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１と同じである。
この構成によれば、第２ダンパビード２２Ａをフルビードでなくハーフビードで形成しているため、振動エネルギーの吸収効果がやや低減し、また、第２ダンパビード２２の内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げる効果も奏することができないが、第２ダンパビード２２Ａをハーフビードで形成しているため、第２ダンパビード２２Ａの内側部分２１Ａを折り返し部１１の内側に収め易くなり、シリンダライナ４の鍔部の幅Ｂが狭い場合でも、折り返し部１１内に第２の金属板２０Ａの一部２１Ａを挿入できるので、折り返し部１１の弾力性の向上と挿入部のストッパ機能による亀裂発生防止を図ることができる。
１、１Ａ シリンダヘッドガスケット
２ シリンダボア
３ 水孔
４ シリンダライナ
５ シリンダケース
６ 段差
１０ 第１の金属板
１１ 折り返し部
１１ａ 折り返し部の先端部
１２ 第１ダンパビード
１３ 第１ハーフビード
２０、２０Ａ 第２の金属板
２１、２１Ａ 挿入部
２２、２２Ａ 第２ダンパビード
２３ 第２ハーフビード
３０ 第３の金属板
２ シリンダボア
３ 水孔
４ シリンダライナ
５ シリンダケース
６ 段差
１０ 第１の金属板
１１ 折り返し部
１１ａ 折り返し部の先端部
１２ 第１ダンパビード
１３ 第１ハーフビード
２０、２０Ａ 第２の金属板
２１、２１Ａ 挿入部
２２、２２Ａ 第２ダンパビード
２３ 第２ハーフビード
３０ 第３の金属板
Claims (3)
- シリンダライナ付きエンジンのシリンダボア用穴の周囲に折り返し部と第１ダンパービードを有する第１の金属板と、前記折り返し部の内側に一部が挿入され、前記折り返し部の折り返し先端部よりも外周側に第２ダンパビードを有する第２の金属板と、前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードの間に配置される第３の金属板とから構成されるシリンダヘッドガスケットであって、
前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードをフルビードで互いに凸部を内側にして対向させて、シリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を跨ぐ位置に形成すると共に、
前記第２の金属板の前記第２ダンパビードの内側の裾野部をＶ字形状に立ち上げて、前記折り返し部に挿入したことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。 - シリンダライナ付きエンジンのシリンダボア用穴の周囲に折り返し部と第１ダンパービードを有する第１の金属板と、前記折り返し部の内側に一部が挿入され、前記折り返し部の折り返し先端部よりも外周側に第２ダンパビードを有する第２の金属板と、前記第１ダンパビードと前記第２ダンパビードの間に配置される第３の金属板とから構成されるシリンダヘッドガスケットであって、
前記第１ダンパビードをフルビードで、前記第２ダンパビードをハーフビードで形成し、前記第１ダンパービードをシリンダライナとシリンダケースの境界部分の段差を跨ぐ位置に形成すると共に、前記第２ダンパビードの外周側を前記境界部分の外側の位置に形成し、
前記第２の金属板の前記第２ダンパビードの内側を前記折り返し部に挿入したことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。 - 前記第１の金属板と前記第２の金属板の水穴をシールする部分に互いに凸部を内側にして対向する第１ハーフビードと第２ハーフビードをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダヘッドガスケット。
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