JP5955511B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

この発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟まれて用いられるシリンダヘッドガスケットに関する。

一般に、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間には、その接合面における気密性を確保するために、ガスケットが挟まれている。そして従来、このようなシリンダヘッドガスケットとしては、例えば特許文献１に記載のガスケットが知られている。このシリンダヘッドガスケットでは、図７に示すように、ボア孔１の周囲に形成される板厚の厚いボア孔周縁板２の幅を、ボルト孔３の近傍で狭くしている。これにより、ガスケット内での面圧のアンバランスが調整されて面圧分布の均一化が図られるため、シリンダヘッドガスケットとしてのシール性が向上される。

特開２００１−３２９３７号公報

ところで、クローズドデッキ構造のシリンダブロックに対応して用いられるシリンダヘッドガスケットには、ボア孔やボルト孔に加えて、ウォータジャケット用の孔がボア孔の周囲に形成されており、このウォータジャケット孔を介して冷却水が流通している。そのため、気体が発生するボア孔の周囲とともに、ウォータジャケット孔の周囲についても冷却水のシール性の確保が重要となる。そこで例えば、ウォータジャケット孔の近傍に、ガスケットを形成する金属板の一部を盛り上げ加工したビード部を形成することにより面圧を高くしてシール性を高めることも考えられる。しかしながら、近年のエンジンの小型化の要請もあって、特にウォータジャケット孔とボア孔との間のスペースは限られており、ウォータジャケット孔の近傍にビード部を形成することも困難である。

また、アルコール燃料の使用が可能なフレックス燃料車（ＦＦＶ：フレキシブル・フューエル・ビークル）用のエンジンにおいては、アルコール燃料使用時に燃焼成分として酸が発生する。そして、この酸がガスケットとシリンダブロックの間やガスケットとシリンダヘッドの間に侵入するようなことがあると、腐食によって気密性が低下しやすくなる。特に、シリンダブロックが鋳鉄からなる場合には、こうした腐食も起こりやすいため、このような問題も無視できなくなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高いシール性を確保することのできるシリンダヘッドガスケットを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、シリンダボアの位置に合わせて形成されたボア孔、およびウォータジャケットに対応して前記ボア孔の周囲に形成されたウォータジャケット孔、およびボルトが通されるボルト孔を備えたシールプレートと、該シールプレートの前記ボア孔の周に沿って配置されたシムプレートとを有するシリンダヘッドガスケットであって、前記シールプレートは、シリンダヘッドと接する上面プレートと、シリンダブロックと接する下面プレートと、該上面プレートと下面プレートとの間に位置するインナープレートとの三層からなり、前記シムプレートは、前記インナープレートの前記上面プレート側に固定され、前記ボア孔の中心軸を結ぶ仮想直線について、前記ボルト孔が前記ウォータジャケット孔よりも前記仮想直線側に設けられ、且つ、前記上面プレートおよび前記下面プレートには外側に突出する傾斜面からなるビード部が設けられ、前記ボルト孔および前記ウォータジャケット孔は前記ビード部を基準として前記ボルト孔が前記ビード部よりも前記仮想直線側の反対側に設けられるとともに前記ウォータジャケット孔が前記ビード部よりも前記仮想直線側に設けられ、前記シムプレートの前記ウォータジャケット孔に対向する端辺と同ウォータジャケット孔との間隔を０もしくは０に近いｍ１とし、前記シムプレートの前記ボルト孔に対向する端辺と同ボルト孔との間隔をｍ２とするとき、間隔ｍ２が間隔ｍ１に対して十分に大きくなるように、前記シムプレートは、前記ボア孔の周から前記ボルト孔に対向する端辺までの幅が、前記ボア孔の周から前記ウォータジャケット孔に対向する端辺までの幅よりも縮小するように設けられていることを要旨とする。

上記構成によれば、シムプレートとウォータジャケット孔との間隔は狭まる傾向に、逆にシムプレートとボルト孔との間隔は広まる傾向に、それら各孔とシムプレートとの間隔が設定されることになる。すなわち、シムプレートのボア孔の周からの幅でいえば、ボア孔とウォータジャケット孔との間ではその幅が拡大される傾向に、逆にボア孔とボルト孔との間ではその幅が縮小される傾向に、シムプレートの幅が設定されることになる。これにより、ビードを形成せずとも、ボア孔とウォータジャケット孔の間において、ボア孔の付近とともにウォータジャケット孔の付近の面圧を高めることができるようになる。また同時に、ボルトの締め付け荷重によってボルト孔の周囲で面圧が高くなってボア孔とボルト孔との間で面圧が不均等となることを抑えることができるようになる。したがって、ボア孔、ウォータジャケット孔、ボルト孔の周辺の面圧を一様として、全体としてのシール性を高く確保することが可能となる。すなわち、ボア孔の周囲のシール性の向上と、ウォータジャケット孔の周囲のシール性の向上との両立が可能となる。

なお上記構成では、シールプレートが三層構造となることにより、単層からなるシールプレートに比べて変形許容量が増えるため、シリンダヘッドガスケットとしての追従性を高めることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記インナープレートは、前記シムプレートと接する部分以外の部分が樹脂またはゴムによりコーティングされており、前記シムプレートは溶接によって前記インナープレートに固定されていることを要旨とする。

上記構成によれば、コーティングによって他の部材との密着性を高めつつ、溶接という強固な固定方法でシムプレートをインナープレートに固定することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記上面プレートおよび前記下面プレートには、前記ボア孔の周囲に、外側に突出するビード部が設けられていることを要旨とする。

上記構成によれば、シリンダヘッドおよびシリンダブロックとの組み付け時にガスケットが外側に反るようになるため、燃焼成分がガスケットとシリンダヘッド、ガスケットとシリンダブロックの間へ侵入することを抑えることができるようになる。すなわち、ボア孔の周囲におけるシール性をより高めることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッドガスケットにおいて、当該シリンダヘッドガスケットは、フレックス燃料車用のエンジンに用いられるものであることを要旨とする。

前述のように、フレックス燃料車では、アルコール燃料使用時に燃焼成分として酸が発生する。したがって、上記構成によれば、酸の侵入によりシリンダヘッドやシリンダブロックが腐食することを適切に抑制することができるようになる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記エンジンには、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドと、鋳鉄からなるシリンダブロックが用いられることを要旨とする。

上記構成によれば、シリンダブロックが特に酸によって腐食されやすい鋳鉄からなる場合であっても、酸の侵入により該シリンダブロックが腐食することを適切に抑制することができるようになる。

特に、シールプレートを三層構造とする構成との組み合わせによって、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドの弾性を利用して、ガスケットの追従性を高く維持することができるようになる。

この発明にかかるシリンダヘッドガスケットの一実施の形態について、その構成の一部を拡大して示す平面図。 図１のA−A線における断面構造を示す断面図。 図１のB−B線における断面構造を示す断面図。 同実施の形態にかかるシリンダヘッドガスケットについて、インナープレートおよびシムプレートの構成の一部を拡大して示す平面図。 図４のC−C線における断面構造を示す断面図。 同実施の形態にかかるシリンダヘッドガスケットについて、ビード部の作用を模式的に示す模式図。 従来のシリンダヘッドガスケットについて、その構成を示す平面図。

（実施の形態）
以下、この発明にかかるシリンダヘッドガスケットの一実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、この実施の形態のシリンダヘッドガスケットは、フレックス燃料車用の直列４気筒型のエンジンであって、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドおよび鋳鉄からなるクローズドデッキ構造のシリンダブロックを有するエンジンに用いられるガスケットを想定している。

図１に示すように、この実施の形態にかかるシリンダヘッドガスケットを構成するシールプレート１０には、シリンダブロックのシリンダボアの位置に合わせて形成されたボア孔２１が設けられている。さらに、ボア孔２１の周囲には、同じくシリンダブロックのウォータジャケットの位置に対応して形成されたウォータジャケット孔２２、組み付け時にボルトを通して締結するための孔であるボルト孔２３が形成されている。

このシールプレート１０は、図２に示すように、シリンダヘッドと接する上面プレート１１と、シリンダブロックと接する下面プレート１２と、その間に位置するインナープレート１３との三層から構成される。

このうち、上面プレート１１と下面プレート１２には、それぞれの上面と下面の両方に、ゴムまたは樹脂等によってコーティングされたコーティング層１１ａ，１２ａが設けられており、これにより、他の部材との密着性、シール性が高められている。また、これら上面プレート１１と下面プレート１２には、図１に示すように、ボア孔２１の外側に、その周にそってフルビード３１が形成されている。このフルビード３１は、図２に示すように、外側に突出する態様で、すなわち上面プレート１１についてはシリンダヘッド側に凸部が形成されるように、また下面プレート１２についてはシリンダブロック側に凸部が形成されるように、それぞれのプレートを形成する金属板が盛り上げ加工されて形成されている。

さらに、これら上面プレート１１と下面プレート１２には、図１に示すように、ウォータジャケット孔２２の外側に、ハーフビード３２が形成されている。このハーフビード３２は、図３に示すように、フルビード３１と同様、外側に突出する態様で形成されている。ただし、フルビード３１が山形に形成されていることに対し、ハーフビード３２は外側への傾斜面のみからなっている。

そして、この実施の形態では、インナープレート１３の上面プレート１１側に、シールプレート１０にかかる面圧を調整するためのシムプレート４１が固定されている。このシムプレート４１について、図４、図５を参照して詳しく説明する。

図４に示すように、シムプレート４１は、ボア孔２１の周に沿って配置されている。そして、このシムプレート４１は、ウォータジャケット孔２２に対向する端辺と同ウォータジャケット孔との間隔ｍ１が「０」もしくは「０」に近い値となるように、そのボア孔２１の周からの幅が拡大されている。換言すれば、シムプレート４１の端辺とウォータジャケット孔２２との間隔は狭まる傾向をもってその寸法が設定されている。一方、ボルト孔２３に対向する端辺と同ボルト孔２３との間隔ｍ２が、上記間隔ｍ１に対して十分に大きくなるように、シムプレート４１のボア孔２１の周からの幅が縮小されている。これも換言すれば、シムプレート４１の端辺とボルト孔２３との間隔は広まる傾向を持ってその寸法が設定されている。

また、図５に示すように、インナープレート１３には、上述の上面プレート１１、下面プレート１２と同様に、その上面と下面にコーティング層１３ａが設けられている。ただし、シムプレート４１が配置される部分については、このコーティング層１３ａが除去されている。したがって、インナープレート１３とシムプレート４１を溶接によって固定することが可能となる。ちなみに、この実施の形態では、図４に示す溶接線５１に沿って、すなわちボア孔２１の外側でその周に沿うように、インナープレート１３にシムプレート４１が溶接されている。なお、この溶接線５１は、上述の上面プレート１１と下面プレート１２におけるフルビード３１と対応する位置に設定されている。また、図５からも明らかなように、シムプレート４１の厚さは、除去したコーティング層１３ａの厚さを考慮したうえで、コーティング層１３ａよりも厚くなるように設定している。その際、シムプレート４１の上面プレート１１側表面にコーティング層を設けた合計の厚さとしてもよい。

続いて、この実施の形態にかかるシリンダヘッドガスケットの作用について説明する。
シムプレート４１のボア孔２１の周からの幅が、ウォータジャケット孔２２までにおいては拡大されていることにより、ボア孔２１とウォータジャケット孔２２の間において、ボア孔２１の付近とともに、ウォータジャケット孔２２の付近の面圧が高められることとなる。また同時に、シムプレート４１のボア孔２１の周からの幅が、ボルト孔２３の周囲までにおいては縮小されていることにより、ボルトの締結時に、ボルトの締め付け荷重によってボルト孔２３の周囲で面圧が高くなり、相対的にボア孔２１の付近の面圧が低下することが抑えられる。

このように、シムプレート４１の幅が、ウォータジャケット孔２２の付近では拡大され、ボルト孔２３の付近では縮小されていることにより、ボア孔２１、ウォータジャケット孔２２、ボルト孔２３の周辺の面圧が一様となり、全体としてのシール性が高く確保されるようになる。すなわち、ボア孔２１の周囲とともに、ウォータジャケット孔２２の周囲についても、シール性が高められるようになる。なお、シムプレート４１のボルト孔２３に対向する端辺と同ボルト孔２３との間隔ｍ２については、ボルトの締め付け力等を考慮したうえで、ボア孔２１とボルト孔２３の周辺の面圧が均等となる値に設定することが望ましい。

また、シムプレート４１はインナープレート１３の上面プレート１１側、すなわちシリンダヘッド側に固定されている。上述のように、シリンダヘッドはアルミニウム合金からなるため、鋳鉄からなるシリンダブロックに比べて弾性が高い。したがって、シリンダヘッド側にシムプレート４１を設けたことで、シムプレート４１の厚さによる段差が存在しても、シリンダヘッドの弾性によりシリンダヘッドとガスケットとの追従性が高く維持されるようになる。

また、上面プレート１１および下面プレート１２に形成されるフルビード３１は外側に突出するように形成されている。したがって、図６に矢印で示すように、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に組み付けた際、上面プレート１１のフルビード３１にはシリンダヘッドから下方向の力、下面プレート１２のフルビード３１にはシリンダブロックから上方向の力が働く。その結果、図６に示すように、上面プレート１１の端部はシリンダヘッド側に、下面プレート１２の端部はシリンダブロック側に反ることとなり、ボア孔２１から、アルコール燃料の燃焼成分である酸がガスケットとシリンダヘッド、ガスケットとシリンダブロックの間へ侵入することが抑えられるようになる。また同時に、上面プレート１１と下面プレート１２との間は、フルビード３１の裾野に力が作用し、シール性が増すことで、上面プレート１１と下面プレート１２との間への燃焼ガスの侵入を抑制することができる。

以上説明したように、この実施の形態にかかるシリンダヘッドガスケットによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）シムプレート４１のウォータジャケット孔２２に対向する端辺と同ウォータジャケット孔２２との間隔ｍ１を「０」もしくは「０」に近い値とし、シムプレート４１のボルト孔２３に対向する端辺と同ボルト孔２３との間隔ｍ２を、「ｍ１＜＜ｍ２」なる関係に設定した。すなわち、シムプレート４１のボア孔２１の周からの幅を、ウォータジャケット孔２２付近まで拡大するとともに、ボルト孔２３の周囲では縮小した。これにより、ビードを形成せずとも、ボア孔２１とウォータジャケット孔２２の間において、ボア孔２１の付近とともにウォータジャケット孔２２の付近の面圧を高めることができるようになる。また同時に、ボルトの締め付け荷重によってボルト孔２３の周囲で面圧が高くなってボア孔２１とボルト孔２３との間で面圧が不均等となることを抑えることができるようになる。したがって、ボア孔２１、ウォータジャケット孔２２、ボルト孔２３の周辺の面圧を一様として、全体としてのシール性を高く確保することが可能となる。すなわち、ボア孔２１の周囲のシール性の向上と、ウォータジャケット孔２２の周囲、特にボア孔２１側のシール性の向上を両立させることができるようになる。

（２）シールプレート１０を、シリンダヘッドと接する上面プレート１１と、シリンダブロックと接する下面プレート１２と、該上面プレート１１と下面プレート１２との間に位置するインナープレート１３との三層からなるようにした。また、シムプレート４１を、インナープレート１３の上面プレート１１側に固定するようにした。したがって、シールプレート１０が三層構造となることにより、単層からなるシールプレートに比べて変形許容量が増えるため、シリンダヘッドガスケットとしての追従性を高めることが可能となる。また、シムプレート４１を、インナープレート１３の上面プレート１１側に固定することにより、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドの弾性を利用して、ガスケットの追従性を高く維持することができるようになる。

（３）インナープレート１３のシムプレート４１と接する部分以外の部分を樹脂またはゴムによりコーティングし、シムプレート４１を溶接によってインナープレート１３に固定した。したがって、コーティングによって他の部材（上面プレート１１、下面プレート１２）との密着性を高めつつ、溶接という強固な固定方法でシムプレート４１を固定することが可能となる。

（４）上面プレート１１および下面プレート１２のボア孔２１の周囲に、外側に突出するフルビード３１を設けた。これにより、シリンダヘッドおよびシリンダブロックとの組み付け時にガスケットが外側に反るようになるため、燃焼成分がガスケットとシリンダヘッド、ガスケットとシリンダブロックの間へ侵入することを抑えることができるようになる。すなわち、ボア孔２１の周囲におけるシール性をより高めることが可能となる。
（他の実施の形態）
なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。

・上記実施の形態では、シールプレート１０を三層構造としたが、シールプレートを一層や二層とし、シムプレートを設けるようにしてもよい。
・上記実施の形態では、フレックス燃料車用のエンジンを対象としたが、ガスケットのシール性の向上という点では、これに限らず、例えばガソリン車等、燃焼成分として酸が発生しない場合であっても、この発明は適用可能である。

・上記実施の形態では、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドと鋳鉄からなるシリンダブロックを対象としたが、シリンダヘッドのおよびシリンダブロックの材料はこれに限られない。ガスケットのシール性の向上という点では、例えばシリンダブロックがアルミニウム合金からなる場合であっても、この発明は適用可能である。

・上記実施の形態では、直列４気筒型のエンジンを対象としたが、他のタイプのエンジンを対象としてもよい。

１０…シールプレート、１１…上面プレート、１２…下面プレート、１３…インナープレート、１１ａ，１２ａ，１３ａ…コーティング層、２１…ボア孔、２２…ウォータジャケット孔、２３…ボルト孔、３１…フルビード、３２…ハーフビード、４１…シムプレート。

Claims (5)

1. シリンダボアの位置に合わせて形成されたボア孔、およびウォータジャケットに対応して前記ボア孔の周囲に形成されたウォータジャケット孔、およびボルトが通されるボルト孔を備えたシールプレートと、該シールプレートの前記ボア孔の周に沿って配置されたシムプレートとを有するシリンダヘッドガスケットであって、
   前記シールプレートは、シリンダヘッドと接する上面プレートと、シリンダブロックと接する下面プレートと、該上面プレートと下面プレートとの間に位置するインナープレートとの三層からなり、前記シムプレートは、前記インナープレートの前記上面プレート側に固定され、
   前記ボア孔の中心軸を結ぶ仮想直線について、前記ボルト孔が前記ウォータジャケット孔よりも前記仮想直線側に設けられ、且つ、前記上面プレートおよび前記下面プレートには外側に突出する傾斜面からなるビード部が設けられ、前記ボルト孔および前記ウォータジャケット孔は前記ビード部を基準として前記ボルト孔が前記ビード部よりも前記仮想直線側の反対側に設けられるとともに前記ウォータジャケット孔が前記ビード部よりも前記仮想直線側に設けられ、
   前記シムプレートの前記ウォータジャケット孔に対向する端辺と同ウォータジャケット孔との間隔を０もしくは０に近いｍ１とし、前記シムプレートの前記ボルト孔に対向する端辺と同ボルト孔との間隔をｍ２とするとき、間隔ｍ２が間隔ｍ１に対して十分に大きくなるように、前記シムプレートは、前記ボア孔の周から前記ボルト孔に対向する端辺までの幅が、前記ボア孔の周から前記ウォータジャケット孔に対向する端辺までの幅よりも縮小するように設けられている
   ことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 前記インナープレートは、前記シムプレートと接する部分以外の部分が樹脂またはゴムによりコーティングされており、前記シムプレートは溶接によって前記インナープレートに固定されている
   請求項１に記載のシリンダヘッドガスケット。
3. 前記上面プレートおよび前記下面プレートには、前記ボア孔の周囲に、外側に突出するビード部が設けられている
   請求項１または２に記載のシリンダヘッドガスケット。
4. 当該シリンダヘッドガスケットは、フレックス燃料車用のエンジンに用いられるものである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッドガスケット。
5. 前記エンジンには、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドと、鋳鉄からなるシリンダブロックが用いられる
   請求項４に記載のシリンダヘッドガスケット。

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