JP4310345B2 - 金属積層形シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装される金属積層形シリンダヘッドガスケットに関するものであり、更に詳しくは、燃焼室穴の周囲に設けるシールビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせ、シリンダブロックやシリンダヘッドに面圧による圧接痕が生じるのを抑制するようにしたシリンダヘッドガスケットに関するものである。

エンジンの高性能化に伴って、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間のシール機能を強化するための努力が続けられている。例えば、特許文献１に示されている金属積層形ガスケットでは、図４に示すように、ガスケット３０に形成された燃焼室穴３１、締結ボルト穴３２、冷却水孔３３を通る断面において、基板３５における燃焼室穴３１の周囲に非対称ビード３５ａが形成されている。そして、該基板３５の非対称ビード３５ａの凸部側に副板３６を積層し、それを燃焼室穴３１の穴縁で折り返して非対称ビード３５ａの凹部の途中まで延設し、ウェッジストッパー３６ａを形成することにより、非対称ビード３５ａがウェッジストッパー３６ａ（厚み増大部）とそれ以外の一般部（厚み非増大部）を跨いだ構成としている。

このように、ビードの両裾部において発生する面圧が相違する非対称ビード３５ａを用いることは従来から知られているが、図４の既知のガスケットでは、非対称ビードの内側裾部３５ｂはウェッジストッパー３６ａ（厚み増大部）内にあり、外側裾部３５ｃはウェッジストッパー３６ａ以外の一般部（厚み非増大部）にあるため、該非対称ビード３５ａにより、厚み増大部側のビードの曲率半径を大にしてバネ定数を小とし、厚み非増大部側のビードの曲率半径を小にしてバネ定数を大としても、厚み増大部側のビード裾部の面圧はその厚みに起因して大きくなり、同特許文献に記載されているようにシール機能を強化できるとしても、燃焼室穴の周囲におけるシールビードの両裾部の面圧をバランスさせることについては配慮されていない。
特開平４−２１９５７２号公報

本発明の技術的課題は、上記非対称ビードにおいてビードの両裾部の面圧に差異が生じることを利用し、金属積層形シリンダヘッドガスケットにおける燃焼室穴の周囲に設けるシールビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせ、安定したシール性能を得ると同時にシリンダブロックやシリンダヘッドに部分的に作用する大きな面圧による圧接痕が生じるのを抑制することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、少なくとも複数の金属板を積層することにより形成される金属積層形シリンダヘッドガスケットであって、上記金属板のうちの外層に位置する第１の金属板における燃焼室穴の周囲に形成するシールビードを非対称ビードとして、該非対称ビードの凸部側に他の金属板を積層し、上記第１の金属板における非対称ビードは、ビード頂より燃焼室穴側の曲率半径が大のビード部分の幅ａとビード頂より反対側の曲率半径が小のビード部分の幅ｂとの関係を、ａ＞ｂとし、上記ビードにおける最小の曲率半径Ｒを、Ｒ≧０．５ｍｍとし、上記ビード部分の幅ａと曲率半径Ｒとの関係を、ａ≧２Ｒとしたことを特徴とする金属積層形シリンダヘッドガスケットが提供される。

上記構成を有する本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、後述する圧縮時の面圧についての実験（シミュレーション）結果からわかるように、燃焼室穴の周囲に設ける非対称ビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせ、安定したシール性能を得ることができる。

本発明に係る金属積層形シリンダヘッドガスケットの好ましい実施形態においては、上記非対称ビードを、燃焼室穴の周囲のうちで、該ビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせたい箇所のみに設け、他の箇所に設けたビードとなだらかに連接される。
また、本発明に係る金属積層形シリンダヘッドガスケットの他の好ましい実施形態においては、第１の金属板における非対称ビードの凸部側に積層する金属板を、第２及び第３の金属板として、第１の金属板における燃焼室穴側の穴縁部に向けて自由端とし、第２の金属板を燃焼室穴の穴縁において第３の金属板側に折り返して、その折返し部の先端を第１の金属板における非対称ビードの反燃焼室穴側の裾部に対応する位置まで延設し、第３の金属板の縁部を該折返し部の先端の反燃焼室穴側に位置させたものとして構成される。

上述した本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、上記非対称ビードにおいてビードの両裾部の面圧に差異が生じるのを利用し、金属積層形シリンダヘッドガスケットにおける燃焼室穴の周囲に設けるシールビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせ、安定したシール性能を得ると同時にシリンダブロックやシリンダヘッドに部分的に作用する大きな面圧による圧接痕が生じるのを抑制することができる。

図１は、本発明に係る金属積層形シリンダヘッドガスケットの実施例における要部、すなわち、燃焼室穴１６の周囲を断面によって示している。このシリンダヘッドガスケット１０は、エンジンのシリンダヘッド２１とシリンダブロック２２との間に介装され、少なくとも複数の金属板を積層することにより形成されるが、ここに示す実施例では、外層に位置する第１の金属板１１と、それに積層した第２の金属板１２及び第３の金属板１３とにより形成されている。

上記第１の金属板１１には、燃焼室穴１６の周囲に非対称ビード１４を形成している。この非対称ビード１４は、ビード頂１４ａより燃焼室穴１６側の曲率半径が大きいビード部分１４ｂの幅ａと、ビード頂１４ａより反対側の曲率半径が小さいビード部分１４ｃの幅ｂとの関係を、ａ＞ｂとし、更に上記ビードにおける最小の曲率半径Ｒを、Ｒ≧０．５ｍｍとし、上記ビード部分の幅ａと曲率半径Ｒとの関係をａ≧２Ｒとする必要がある。これらの非対称ビード１４に関する形成条件は、本発明者が試行錯誤の結果として得たものである。なお、上記曲率半径Ｒは、０．５ｍｍより小さくすると亀裂が発生する可能性が大になる。
このように構成することにより、後述する圧縮時の面圧についての実験（シミュレーション）結果からわかるように、上記非対称ビード１４の内外の両裾部１４ｄ，１４ｅに発生する面圧をバランスさせ、安定したシール性能を得ることができる。

なお、ここでは、上記ビード頂１４ａの両側のビード部分１４ｂ及びビード部分１４ｃについて、その曲率半径の相対的な大小関係について説明しているが、これは、各ビード部分１４ｂ，１４ｃの範囲内で曲率半径がそれぞれ一定であることを意味するものではなく、両範囲内における曲率半径の平均的な大小関係を説明しているのであり、そのため、非対称ビード１４を一端から他端まで次第に曲率半径が変わるような曲線的なものにして構成しても差し支えない。
また、上記非対称ビード１４は、設置領域が確保できるのであれば、燃焼室穴１６の周囲の全体に設けることもできるが、該ビード１４の両裾部１４ｄ，１４ｅに発生する面圧をバランスさせたい箇所のみに設けることができ、この場合には、燃焼室穴１６の周囲の他の箇所に設けたビードとなだらかに連接する必要がある。

上記第２及び第３の金属板１２，１３は、非対称ビード１４を形成した第１の金属板１１における該非対称ビード１４の凸部側に積層している。
第１の金属板１１に積層した第２の金属板１２は、燃焼室穴１６の穴縁において第３の金属板１３側、つまり第１の金属板１１とは反対側に、厚さや段差調整のためのリング状のシム１７を挟んで折り返し、その折返し部１２ａの先端を第１の金属板１１における非対称ビード１４の外側裾部１４ｅに対応する位置付近まで延設している。また、第３の金属板１３は、その燃焼室穴１６側の縁部にビード１３ａを設け、該縁部を上記第２の金属板１２における折返し部１２ａの先端の外側に、該折返し部１２ａと重ならないように位置させている。
従って、第１の金属板１１は、燃焼室穴１６側の穴縁部において、非対称ビード１４の凸部側に積層した第２及び第３の金属板１２，１３とは非固定である。

上記構成を有するガスケット１０をシリンダヘッド２１とシリンダブロック２２との間に介装して締結ボルトで締め付けると、燃焼室穴１６の周囲では非対称ビード１４が圧縮変形し、その圧縮変形に伴って、非対称ビード１４の裾部１４ｄ，１４ｅにおいて比較的大きな面圧が発生する。
図２のグラフは、図１に示す本発明の非対称ビード１４を備えたシリンダヘッドガスケットで、該ビード１４の幅を１．７ｍｍ、前記ビード頂１４ａより燃焼室穴１６側のビード部分１４ｂの幅ａと反対側のビード部分１４ｃの幅ｂとの比ａ：ｂを６：４とし、該非対称ビード１４における最小の曲率半径Ｒを０．５ｍｍとした場合における、該ビードの圧縮による全屈時に発生する面圧を、解析実験（シミュレーション）によって求めた結果を示すものである。一方、比較のために、図３のグラフには、上記非対称ビードに代えてビード幅が１，７ｍｍの対称ビードを備えたガスケットについて、同様にして面圧を求めた結果を示している。

図３の比較例のグラフからわかるように、対称ビードを用いた場合には、一般的に、該ビードにおける燃焼室穴側の裾部に発生する面圧が他方の裾部に発生する面圧よりも大きくなるが、図２に示す本発明の実施例についてのビード両裾部の面圧は、ほぼ均等化されている。従って、本発明のシリンダヘッドガスケットによれば、燃焼室穴の周囲に設ける非対称ビードを所定の形成条件の範囲内のものとすることにより、両裾部に発生する面圧をバランスさせ、安定したシール性能を得ることができる。

また、このようにビードの両裾部に発生する面圧を均等化できることから、シリンダライナーを嵌着したシリンダブロック２２の場合には、該シリンダライナーに作用する面圧を低減させ、シリンダライナーの歪みを減少させることもできる。

本発明に係る金属積層形シリンダヘッドガスケットについての、エンジンに未装着の状態を模式的に示す要部拡大縦断面図である。 本発明に係るシリンダヘッドガスケットを圧縮変形させた場合に発生する面圧分布についての実験（シミュレーション）結果を示すグラフである。 比較例のガスケット（ａ＝ｂ）を圧縮変形させた場合に発生する面圧分布についての実験（シミュレーション）結果を示すグラフである。 従来の金属積層形ガスケットの要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッドガスケット
１１ 第１の金属板
１２ 第２の金属板
１２ａ 折返し部
１３ 第３の金属板
１４ 非対称ビード
１４ａ ビード頂
１４ｂ，１４ｃ ビード部分
１４ｄ，１４ｅ 裾部
１６ 燃焼室穴

Claims (3)

1. 少なくとも複数の金属板を積層することにより形成される金属積層形シリンダヘッドガスケットであって、
   上記金属板のうちの外層に位置する第１の金属板における燃焼室穴の周囲に形成するシールビードを非対称ビードとして、該非対称ビードの凸部側に他の金属板を積層し、
   上記第１の金属板における非対称ビードは、ビード頂より燃焼室穴側の曲率半径が大のビード部分の幅ａとビード頂より反対側の曲率半径が小のビード部分の幅ｂとの関係を、ａ＞ｂとし、
   上記ビードにおける最小の曲率半径Ｒを、Ｒ≧０．５ｍｍとし、
   上記ビード部分の幅ａと曲率半径Ｒとの関係を、ａ≧２Ｒとした、
   ことを特徴とする金属積層形シリンダヘッドガスケット。
2. 上記非対称ビードを、燃焼室穴の周囲のうちで、該ビードの両裾部に発生する面圧をバランスさせたい箇所のみに設け、他の箇所に設けたビードとなだらかに連接した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属積層形シリンダヘッドガスケット。
3. 第１の金属板における非対称ビードの凸部側に積層する金属板を、第２及び第３の金属板として、第１の金属板における燃焼室穴側の穴縁部に向けて自由端とし、
   第２の金属板を燃焼室穴の穴縁において第３の金属板側に折り返して、その折返し部の先端を第１の金属板における非対称ビードの反燃焼室穴側の裾部に対応する位置まで延設し、第３の金属板の縁部を該折返し部の先端の反燃焼室穴側に位置させた、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属積層形シリンダヘッドガスケット。

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