JPH1193763A - エンジンのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン本体の締結時のクランク軸方向の撓
みを減じてシール性を向上させる。 【解決手段】 メタルガスケット15を介してシリンダヘ
ッドとシリンダブロック９を塑性域締付法にて締結する
とき、クランク軸方向前後のヘッドボルト10a を他のヘ
ッドボルト10b より強度区分の小さいものを使用した。
また、メタルガスケット15のボアビードのビード高さ、
幅を、ボアスリーブの受ける荷重分布に合わせて部分的
に大きく形成し、ボルト軸力を安定させる。これによ
り、ボアスリーブの受ける荷重が均一になり、ボアビー
ドの耐疲労強度が向上する。また、強度区分の異なるヘ
ッドボルト10a ，10b を使用することにより材料費を軽
減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】自動車のエンジンは燃焼ガ
ス、エンジンオイル、冷却水、ブローバイガス等の通路
を確保するため、エンジン本体にそれぞれの孔が穿設さ
れ、また、エンジン本体はシリンダヘッド、シリンダブ
ロックに分割されているので、メタルガスケットを介し
てシリンダヘッドとシリンダブロックをヘッドボルトで
締結している。本発明は、ヘッドボルトで締結するとき
のエンジンのシール構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用エンジンは図９に示すよ
うに、エンジン本体１の正面にスプロケット２が配置さ
れクランク軸（図示略）とカム軸３とをチェーン４によ
り連結し、カム軸３にエンジンの回転を伝達している。
そして、図10に示すように、カム軸３に固定されたカム
５がタペット６を介してバルブ７を駆動するようになっ
ている。また、エンジン本体１はシリンダヘッド８とシ
リンダブロック９とをヘッドボルト10で締結して組み立
てられる。図10、図11に示すように、４気筒エンジンの
場合、シリンダブロック９にはシリンダボア（＃１〜＃
４）が穿設され、等間隔にボルト孔11が穿設され、ヘッ
ドボルト10で締結されるようになっている。

【０００３】図11に示すように、シリンダボア（＃１〜
＃４）の周囲には、ブローバイガス通路12、オイル通路
13、冷却水通路14およびボルト孔11が形成され、シリン
ダヘッド８とシリンダブロック９との組付け時に介装す
るメタルガスケット15にもこれらの通路孔（12，13，1
4）およびボルト孔11が開けられている。また、シリン
ダボアの＃１と＃２との境界部は図12（ａ），（ｂ）に
示すように、両側シリンダボア＃１，＃２に臨んでメタ
ルガスケット15の周縁が整合されている。

【０００４】メタルガスケット15を図12（ａ）を参照し
て説明すると、副プレート板16の両面に主プレート板17
を配した３層構造をしており、シリンダボア（＃１）の
周縁において、主プレート板17を折り曲げて両表層にボ
アビード18を設け、副プレート板16を折り曲げてシム19
を形成させている。

【０００５】このように、メタルガスケット15にシム19
を形成することにより、ヘッドボルト締結時に、ボアビ
ード18部分に段差が生じ、ボアビード18部分に高面圧を
得ることになる。図12（ｂ）に示すように、燃焼ガスを
シールするためにはボアビード18は全屈状態が望まし
い。そこで、ヘッドボルト10は等間隔に配列し、ボルト
軸力が均一になるように、塑性域締結法で締結してい
る。塑性域締結法によれば、弾性域で締結した後、さら
に連続してヘッドボルト10を回転させるもので、塑性域
締付法は、構成する金属によるボルトの機械的性質に依
存する塑性域下で締結するものである。弾性域に対して
塑性域は、軸力−角度線図において、勾配の緩やかな領
域であり、締め付け時の回転角度のバラつきに対して軸
力のバラつきが少なくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヘッドボル
ト10を塑性域締付法にて、均一な軸力で締結した場合で
も、図13に示すように、ボアビード18に全屈しない部分
が生じ、ボアビード18には締め付け隙間ａ１，ａ２が残
る。図14（ａ）に示す４気筒エンジンの場合、都合10本
の同一なヘッドボルト10で締め付けられる。また、ボア
ビード18は全周同じ形状であり、隙間ａ（＝ａ１＋ａ
２）も同じように形成されるが、クランク軸方向の隙間
ａは、図14（ｂ）のグラフに示すように、各気筒間のボ
アビード18の屈曲が前後部のボアビード18の屈曲より小
さいことが測定により認められる。このことから、シリ
ンダヘッド８がクランク軸方向に撓んでいることがわか
る。

【０００７】また、シリンダブロック９の各ボアスリー
ブ（内孔面）の受ける荷重についても、同様に、シリン
ダボア＃１の前側、＃４の後側に偏って荷重が掛かって
いることが測定される。したがって、エンジンの経時変
化として、シリンダボア＃１，＃４のボア真円度が低下
し、ピストンの当たりを悪くしたり、オイル消費を多く
したりするようになる。そこで、エンジンの保守にはこ
れらを点検、整備している。以上のことから、ボアビー
ド18の全屈状態の不均一は荷重分布の不均一に起因す
る。また、荷重の低い部分はボアビード18の全屈が不十
分であり、エンジン出力の低下、ボルト軸力を下げるこ
とに起因するシリンダ内への冷却水の浸入等の虞があ
る。

【０００８】本発明は、シリンダブロックのボアスリー
ブの受ける荷重を均一にするようにしたエンジンのシー
ル構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、メタルガスケットを介しシリンダヘッドお
よびシリンダブロックを前側、中間部および後側の位置
でヘッドボルトにより締結するエンジンのシール構造に
おいて、前側と後側に強度区分を下げたヘッドボルトを
配置して、塑性域締付法にて締結したことを特徴とす
る。

【００１０】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、メタルガスケットのボアビードのビード高さを、ボ
アスリーブの受ける荷重分布に合わせて部分的に高く形
成したことを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、メタルガスケットのボアビードのビード幅を、ボア
スリーブの受ける荷重分布に合わせて部分的に広く形成
したことを特徴とする。

【００１２】シリンダヘッドがクランク軸方向に撓んで
しまうのは、ヘッドボルトの締結によって発生するボル
トの軸力に起因する。弾性域締め付けで締結するのであ
れば、締め付けトルクあるいは締め付け角度を小さくす
れば軸力が低くなり、シリンダヘッドの撓みを抑えるこ
とは可能であるがシール性が低くなる。ここで使用する
塑性域締め付けはボルト材料の塑性域に達する力で締め
付けて安定した軸力を得る。しかるに、シリンダブロッ
クのクランク軸方向において、前端部のヘッドボルトと
後端部のヘッドボルトおよび中間部のヘッドボルトをト
ルクや角度で管理することはできない。そこで、前端部
のヘッドボルトと後端部のヘッドボルトの強度区分を中
間部のヘッドボルトに比べて低くする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１に示すように、４気筒エ
ンジンのシリンダブロック９には前側のシリンダボア＃
１から順に後側のシリンダボア＃４まで形成され、ヘッ
ドボルト10がＢ１（前位置）からＢ10（後位置）まで使
用されている。通常、ボアスリーブの荷重分布はクラン
ク軸方向に影響されるので、ヘッドボルト10のＢ１，Ｂ
６を締め付けてからヘッドボルトのＢ２およびＢ７を締
め付けたとき、この手順でＢ２，Ｂ７の軸力をＢ１，Ｂ
６より強くすることは困難である。逆に、ヘッドボルト
のＢ２，Ｂ７を締め付けてからヘッドボルトのＢ１およ
びＢ６を締め付けたとき、この手順でＢ１，Ｂ６の軸力
をＢ２，Ｂ７より弱くすることは塑性域締め付けになら
ない虞がある。

【００１４】したがって、両端位置のヘッドボルト10の
Ｂ１，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ10の強度区分を他に比べて低くす
る。すなわち、該箇所に低い荷重で塑性域に達するヘッ
ドボルト10a を使用し、軸力を低くする。例えば、頂部
に刻印された強度区分８のヘッドボルト10a を前後に使
用し、他に強度区分10のヘッドボルト10b を使用するこ
とにより、該部位は軸力を約２０％減少することが可能
であり、シリンダヘッド８の撓みを抑制できる。また、
図１に示す偏った荷重分布を抑制することが可能とな
り、ボアスリーブの変形を抑える効果がある。

【００１５】一方、メタルガスケット15はクランク軸方
向において、ボアビード18の屈曲状態が異なっていた
が、軸力を前後部において弱くしたことによりシリンダ
ヘッド８の撓みを抑制することができる。また、シール
性も向上する。

【００１６】図２に示すように、ボアビード18の周上の
点をａ１からｅ１，ａ２からｅ２に区分したとき、従来
ではａ１か所のボアビード18の屈曲が最大であったが、
ヘッドボルト10の軸力を適宜、変更したことにより屈曲
も均一になりシール性も向上するものであるが、ボアビ
ード18の高さＨ、幅Ｔ（図３参照）を変更することによ
り、軸力の荷重分布と相乗してシール性を良くするもの
である。

【００１７】例えば、図４、図５においてはボアビード
18の高さＨを変更する要領を示したものであり、ａ１か
らｅ１において、ボアビード18の高さＨを減じる場合に
は、図４に示すように階段状（ａ）に高さを変化させる
ものから、凸状（ｂ）、凹状（ｃ）、直線状（ｄ）に変
化させるものがある。また、中間部ｃ２を高くする場合
は、図５に示すように中間部ｃ２を盛り上げた台状
（ａ）、三角状（ｂ）、碗状（ｃ）がある。また、図
６、図７においてはボアビード18の幅Ｔを変更する要領
を示したものであり、ａ１からｅ１において、ボアビー
ド18の幅Ｔを広げる場合には、図６に示すように段階的
（ａ）に変化させるものから、凸状的（ｂ）、凹状的
（ｃ）、直線状的（ｄ）に変化させるものがある。ま
た、中間部ｃ２の幅を狭くする場合は、図７に示すよう
に中間部ｃ２を狭くしてその前後を、弧状（ａ）、直線
状（ｂ）、段階的形状（ｃ）に広くするものがある。

【００１８】また、塑性域締結法において、ヘッドボル
ト10a ，10b を使用しメタルガスケット15のシム19を適
宜形状を変更させ、シール性を向上させている。シム19
の形状は例えば、図８に示すように、シリンダボア＃
１，＃２では異なった形状にされ、４５度間隔でシム19
の幅を変更させ、荷重分布が大きい側を広くさせるもの
である。このようにして締結時の軸力を弱くして全体に
均一になるようにさせている。なお、図８において、メ
タルガスケット15の外形は図示を略しており、シム19の
配置を斜線で示している。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上のように、エンジン本体
の前側と後側を締結するヘッドボルトを、強度区分の低
いものを使用することによって、塑性域で締結したとき
に軸力の安定を図り、クランク軸方向の撓みを減じるこ
とができる。これにより、ボアスリーブの受ける荷重が
低い部分においても、ボアビードを全屈させることが可
能となり、全周において均一に屈曲させるさせることが
できるようになる。また、強度区分の異なるヘッドボル
トを使用し、必要に応じてボアビードおよびシムの形状
を全周で変化させることで、より良好なボアビード屈曲
状態を得ることができる。また、強度区分の異なるヘッ
ドボルトを使用することでボルト素材費の低減を図り、
ボアビードを全屈状態で使用することにより、ボアビー
ドの耐疲労強度が向上され、ボアビード割れ防止を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態のシリンダブロックの
荷重分布と強度区分の異なるヘッドボルトとの関係を示
す平面図である。

【図２】図１に示すシリンダブロックのボアスリーブ、
メタルガスケットの位置関係を示す平面図である。

【図３】図２に示すメタルガスケットの要部断面図であ
る。

【図４】図２に示すメタルガスケットの＃１のビード高
さを説明するグラフである。

【図５】図２に示すメタルガスケットの＃２のビード高
さを説明するグラフである。

【図６】図２に示すメタルガスケットの＃１のビード幅
を説明するグラフである。

【図７】図２に示すメタルガスケットの＃２のビード幅
を説明するグラフである。

【図８】図２に示すメタルガスケットのシム形状を説明
するシリンダブロックの平面図である。

【図９】従来の自動車用エンジンの要部正面図である。

【図１０】図９に示すエンジンの側面図である。

【図１１】図９に示すエンジンのシリンダブロックおよ
びメタルガスケットの平面図である。

【図１２】図１１のＡ−Ａ部の締結前（ａ）と理想的締
結状態（ｂ）の断面図である。

【図１３】図１１のＡ−Ａ部の締結状態を示す断面図で
ある。

【図１４】シリンダブロックの平面（ａ）と対応するグ
ラフ（ｂ）により、締結時のクランク軸方向の隙間と位
置を表す説明図である。

【符号の説明】

８ シリンダヘッド ９ シリンダブロック 10a ヘッドボルト 10b ヘッドボルト 15 メタルガスケット 18 ボアビード Ｈ ビード高さ Ｔ ビード幅

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタルガスケットを介しシリンダヘッド
   およびシリンダブロックを前側、中間部および後側の位
   置でヘッドボルトにより締結するエンジンのシール構造
   において、前側と後側に強度区分を下げたヘッドボルト
   を配置して、塑性域締付法にて締結したことを特徴とす
   るエンジンのシール構造。
2. 【請求項２】 メタルガスケットのボアビードのビード
   高さを、ボアスリーブの受ける荷重分布に合わせて部分
   的に高く形成したことを特徴とする請求項１記載のエン
   ジンのシール構造。
3. 【請求項３】 メタルガスケットのボアビードのビード
   幅を、ボアスリーブの受ける荷重分布に合わせて部分的
   に広く形成したことを特徴とする請求項１記載のエンジ
   ンのシール構造。