JP4488574B2

JP4488574B2 - 内燃機関のガスケットシール構造

Info

Publication number: JP4488574B2
Application number: JP2000034165A
Authority: JP
Inventors: 裕治光森
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP2001221102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関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ガスケットによるシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ガスケットは、シリンダボアを囲むようにしてビード部が形成されており、シリンダブロックとシリンダヘッドとをヘッドボルトにより締結すると、ビード部が圧縮されて燃焼室を強固にシールする。
【０００３】
一般にアルミ合金等からなるシリンダブロック本体には高強度材からなるシリンダスリーブが圧入または鋳込まれてシリンダボアを構成しているので、シリンダブロック本体とシリンダスリーブの熱膨張係数の違いによるガスケットのシール性への影響を考慮した従来技術が、特開平１１−１８２３４１号公報に開示されている。
【０００４】
同公報に記載された例を図８に示す。
図８は内燃機関01のシール構造を示す断面図であり、シリンダブロック02とシリンダヘッド04の互いの合わせ面を対応させて示しており、両合わせ面間に３枚の薄板を重ね合わせたガスケット05が介装される。
【０００５】
シリンダブロック02はアルミ合金製のシリンダブロック本体02ａに高強度材のシリンダスリーブ03（アルミ合金製スリーブであってもシリンダブロック本体より各段に高強度である）が鋳込まれており、アルミ合金製のシリンダヘッド04がシリンダスリーブ03のシリンダボアに燃焼室を構成する凹部を対応させてガスケット05を挟んで重ねられ、両者がヘッドボルトにより強固に締結される。
【０００６】
ガスケット05は、シリンダスリーブ03を囲むように同シリンダスリーブ03より大径の同心円のボアビード部05ａと合わせ面周縁に沿う周縁ビード部05ｂが形成されている。
ボアビード部05ａは断面が略三角形状をした所謂フルビードである。
そしてボアビード部05ａをシリンダスリーブ03に渡ることなくシリンダブロック本体02ａにのみ当接するように配設している。
【０００７】
すなわち該内燃機関の熱間運転状態で熱膨張係数の違いからシリンダブロック本体02ａの合わせ面とシリンダスリーブ03の合わせ面にシリンダ軸方向の段差が生じる可能性があるが、ガスケット05のボアビード部05ａがシリンダブロック本体02ａとシリンダスリーブ03の両方に渡っていないので、ボアビード部05ａにせん断応力が作用してシール性を低下させるようなことはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしボアビード部05ａを挟圧するアルミ合金製のシリンダブロック本体02ａの落ち込みによりボアビード部05ａへの荷重分担率が低下してシール性を低下させるおそれがある。
【０００９】
またシリンダ軸間のボアビード部が断面略三角形状をした１本ビードであると、図９に示すようにシリンダ軸間以外の両側のビード部ｂ１，ｂ１が、シリンダ軸間で合流して１本ビード部Ｂ２を形成する際に、両ビード部ｂ１，ｂ１の稜線が交わる合流部分ｂ３，ｂ３が鋭角な突起形状をなし構造上挟圧に対して耐クラック性が低下して割れ易い状態となる。
そこでシリンダ軸間を２本ビードとすると、耐クラック性が向上する代わりに、シリンダ軸間を短縮（狭軸化）して内燃機関の小型化を図ることはできない。
【００１０】
さらに上記公報の例のようにガスケット05のボアビード部05ａをシリンダブロック本体02ａのみに当接するようにしたことにより、シールを確実にするために従来に対して大きなスペースを必要とし、近年のニーズである狭軸化による内燃機関の小型化は図れない。
【００１１】
さらにまたボアビード部05ａがシリンダブロック本体02ａにのみ当接するようにガスケット05の端縁05ｃからいくらか距離をおいて位置するので、燃焼指圧によるウェッジアクション（楔効果）が大きく働き易く、シール性を低下させる。
【００１２】
なお従来図１０に示すようにガスケット010のシリンダボアに対応する開口端部に折り返しのようなストッパ011を介在させる例があり、該ストッパによりビード部の全屈を防止し、ウェッジアクションを小さくしようとするものである。
【００１３】
しかしストッパの存在はシリンダ軸間を狭軸化するのに不利であり、ガスケットに対して偏荷重が働き耐久性を悪くする。
【００１４】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、シリンダ軸間の狭軸化が図れガスケットにせん断応力が働かずウェッジアクションを最小限に抑え耐クラック性に優れた内燃機関のガスケットシール構造を供する点にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、シリンダボアを囲むように形成されたビード部を有するガスケットがシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装された内燃機関において、シリンダボア周りの前記ビード部は全周に亘って断面が、平らな環状の底辺と、同環状の底辺の環状内側に屈曲して連なる内側傾斜辺および前記環状の底辺の環状外側に屈曲して連なる外側傾斜辺と、前記内側傾斜辺に屈曲して連なる前記底辺に平行な内側の裾部および前記外側傾斜辺に屈曲して連なる前記底辺に平行な外側の裾部と、を形成することで台形状をなし、シリンダ軸間の前記ビード部は、前記シリンダボア周りの台形状の両ビード部が合流し、両底辺は互いに合流して単一の底辺となり、両外側傾斜辺と両外側の裾部はシリンダ軸間に存在せず、両内側傾斜辺は独立して前記シリンダボアを囲むように形成されることで、断面が平らな底辺を有する台形状の１本のビード部が形成され、前記ガスケットは、３枚の薄板が上下に重ね合わされてなり、下層の薄板は台形の前記ビード部が上方に膨出し、中層の薄板は台形の前記ビード部が下方に膨出し、上層の薄板は台形の前記ビード部が上方に膨出し、前記下層の薄板と前記中層の薄板は互いの底辺が当接して重なり、前記中層の薄板と前記上層の薄板は互いの裾部が当接して重なることで、３枚の前記薄板の各ビード部が上下位置に重なる内燃機関のガスケットシール構造とした。
【００１６】
シリンダ軸間において断面台形状のビード部が両側から合流して断面が台形状の１本のビード部を形成するので、シリンダ軸間以外もハーフビードの組み合わせであるため耐クラック性が向上し、さらに両側ビード部が交わる合流部で鋭角な突起形状が形成されず、耐クラック性が格段に向上している。
【００１７】
またビード部の断面形状が、ハーフビード形状の組合せに相当する台形状をしているので、ビード部の形状自体が挟圧に対して耐クラック性に優れている。
さらにシリンダ軸間で１本ビード構成であるので、シリンダ軸間の狭軸化が可能で内燃機関の小型化が図られる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、軽金属材料からなるシリンダブロック本体のシリンダボア側に高強度部が形成されたシリンダブロックと軽金属材料からなるシリンダヘッドとの間に、前記高強度部のシリンダボアを囲むように形成されたビード部を有するガスケットが介装され、シリンダ軸間部の前記ビード部が前記シリンダブロック本体の合わせ面を跨いで前記高強度部のみに当接するように配設された請求項１記載の内燃機関のガスケットシール構造である。
【００１９】
荷重をかけた際にビード部の最も面圧が高くなるシール部が熱膨張係数の等しい高強度部のみにあるので、高強度部の落ち込みはなく、またシール部に段差が生じずせん断応力が作用してシール性を低下させることはなく、さらにシール部が前記シリンダボア側の高強度部にかかるガスケット端部にあるので、燃焼指圧によるウェッジアクションが最小となり、高いシール性を確保することができる。
【００２０】
シリンダ軸間部のビード部がシリンダブロック本体の合わせ面を跨いで高強度部のみに当接するので、シリンダブロック本体の合わせ面を狭くしてシリンダ軸間の狭軸化を可能とし、内燃機関の小型化を達成できる。
【００２２】
断面台形状をしたビード部は、ハーフビード形状の組合せに相当し、ハーフビードの特性であるクラック割れなどの防止が図られガスケットの耐久性が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図７に図示し説明する。
本実施の形態に係るガスケット１は、ステンレス鋼製の３枚の薄板２，３，４を重ね合わせた構造のものである。
【００２４】
図１に示すようにガスケット１は、アルミ合金製シリンダブロック20とアルミ合金製シリンダヘッド30との間に介装され、鋼製ボルトにより挟圧される。
該内燃機関は直列４気筒エンジンであり、シリンダブロック20のアルミ合金製シリンダブロック本体20ａに鋳鉄製のシリンダスリーブ21が４本鋳込まれて４つのシリンダボア21ａが並んで形成されている。
【００２５】
４本のシリンダスリーブ21の周りには、ウォータジャケット20ｂが形成されている。
シリンダ軸間は狭軸であり、相隣るシリンダスリーブ21，21間の間隔は狭く、シリンダ軸間にはウォータジャケットは形成されていない。
【００２６】
ガスケット１を上面から見ると、図２に示すようにシリンダスリーブ21の内径に等しい直径のシリンダ開口１ａが４つ並んで形成されており、各シリンダ開口１ａの周囲をビード部１ｂが囲うように形成され、ビード部１ｂの外周に沿って冷却水開口１ｃが穿設されている。
その他ガスケット１には、ボルト挿入開口１ｄやオイル戻し開口１ｅ等が形成されている。
【００２７】
各シリンダ開口１ａの周囲を囲うビード部１ｂは、断面が台形状をしており、図３に示すようにシリンダ軸間において、シリンダ軸間以外のビード部Ｂ１，Ｂ１が両側から合流して１本のビード部Ｂ２を形成している。
【００２８】
両側の断面台形状のビード部Ｂ１，Ｂ１の平らな底辺が交わる合流部Ｂ３，Ｂ３に、鋭角な突起形状を形成せずに両側の底辺が１つの底辺となってそのままシリンダ軸間で１本の断面が台形状のビード部Ｂ２が形成されている（図４参照）。
したがってシリンダ軸間のビード部Ｂ１，Ｂ１が合流するビード部Ｂ２の挟圧に対する耐クラック性に優れている。
【００２９】
シリンダ軸間のガスケットシール構造を図４及び図５に示す。
シリンダ軸間ではガスケット１に台形のビード部１ｂ（Ｂ２）が１本形成されている。
すなわち下層の薄板２は台形のビード部２ｂが上方に膨出し、中層の薄板３は台形のビード部３ｂが下方に膨出し、上層の薄板３は台形のビード部３ｂが上方に膨出し、以上の３枚の薄板２，３，４を重ね合わせ、シリンダブロック20とシリンダヘッド30間に介装する。
【００３０】
図５に拡大して模式的に示すようにシリンダ軸間では相隣るシリンダスリーブ21，21間にシリンダブロック本体20ａが挟まれて存在し、シリンダスリーブ21，21とシリンダブロック本体20ａの合わせ面が同一面を形成している。
【００３１】
一方ガスケット１の下層の薄板２は中央に上に膨出した台形のビード部２ｂが形成されていて、シリンダブロック本体20ａを跨いで両側の裾部２ｃ，２ｃがシリンダスリーブ21，21の合わせ面にのみ当接している。
【００３２】
こうして３層の薄板２，３，４からなるガスケット１が、シリンダブロック20とシリンダヘッド30に挟圧されると、下層の薄板２においてはビード部２ｂの左右の屈曲部２ｄ，２ｄが最も面圧が高くなるシール部となる。
このシール部となる屈曲部２ｄ，２ｄ及び裾部２ｃ，２ｃは、シリンダスリーブ21，21の合わせ面にのみ当接する。
【００３３】
シリンダブロック20のアルミ合金のシリンダブロック本体20ａと鋳鉄製のシリンダスリーブ21は、その熱膨張係数の違いから熱間運転状態でシリンダブロック本体20ａとシリンダスリーブ21の合わせ面に段差を生じることがある。
【００３４】
なおシリンダブロックがスリーブレスの場合でも、シリンダボア側部分は他に比べ高強度に構成されており、ガスケットを挟圧する圧力変化による周期的な荷重がシリンダブロックに同じように掛かっていても強度の違いにより、段差が生じることがある。
【００３５】
しかし段差を生じたとしても、前記したようにガスケット１のシール部となる屈曲部２ｄ，２ｄ及び裾部２ｃ，２ｃは、シリンダスリーブ21，21の合わせ面にのみ当接するので、シール部に段差によるせん断応力が作用することはなく、シール性が低下するようなことはない。
【００３６】
また最も面圧の高くなるシール部である屈曲部２ｄ，２ｄが、シリンダスリーブ21上でガスケット１の薄板２の左右端部の裾部２ｃ，２ｃの根元にあるので、燃焼指圧によるウェッジアクション（楔効果）すなわち薄板２の端部をめくり上げるような作用効果が最も小さくなり、高いシール性が確保される。
【００３７】
ガスケット１は、シリンダブロック本体20ａを跨いで両側のシリンダスリーブ21，21間に架設される１本ビード構造であるので、中央のシリンダブロック本体20ａを狭くすることができ、シリンダ軸間の狭軸化を可能として内燃機関の小型化を実現できる。
【００３８】
そしてシリンダ軸間でない部分のガスケットシール構造は、図６及び図７に示すようにガスケット１は、シリンダボア21ａの周りにビード部１ｂ（Ｂ１）が形成され、端部にハーフビード部１ｆが形成されている。
ウォータジャケット20ｂに対応する部分は冷却水開口１ｃがある部分を除きガスケット１により塞がれる。
【００３９】
ガスケット１は、ビード部１ｂが台形状をしているので、ハーフビードの組合せに相当し、三角形状のビードに比べてシリンダ軸方向の変形が容易で、クラック割れ等の防止が図られ耐久性が向上している。
【００４０】
本ガスケット１は、端部にストッパを有しないストッパレスであり、シリンダ軸間の狭軸化を促進することができるとともに、ストッパのガスケット１の薄板２，３，４に対する偏荷重がないので、耐久性が一層向上する。
【００４１】
またシリンダ軸間でガスケット１が１本ビードでストッパレスとすることで、偏荷重を抑制してボア変形、バルブシートの歪み、クランクジャーナルやカムジャーナルの変形等を防止することができる。
【００４２】
以上の実施の形態ではシリンダブロック20は、シリンダブロック本体20ａに鋳鉄製シリンダスリーブ21を鋳込んだものであったが、アルミ合金製のシリンダスリーブを圧入したもの、あるいはスリーブレスであっても、シリンダボア側部分は特に高強度に構成されるものであり、本発明に適用可能であって、前記同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシリンダブロック、ガスケット、シリンダヘッドの分解斜視図である。
【図２】ガスケットの平面図である。
【図３】同ガスケットのシリンダ軸間部の拡大図である。
【図４】シリンダ軸間のガスケットの構造を示す部分図である。
【図５】シリンダ軸間の要部断面を模式的に示す図である。
【図６】シリンダ軸間以外のガスケット及びシリンダブロックの構造を示す部分図である。
【図７】シリンダ軸間以外の要部断面を模式的に示す図である。
【図８】従来のガスケットシール構造を示す要部断面図である。
【図９】従来のガスケットのシリンダ軸間を示す平面図である。
【図１０】ストッパを備えたガスケットの例を断面で示す図である。
【符号の説明】
１…ガスケット、２，３，４…薄板、
20…シリンダブロック、21…シリンダスリーブ、30…シリンダヘッド。

Claims

シリンダボアを囲むように形成されたビード部を有するガスケットがシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装された内燃機関において、
シリンダボア周りの前記ビード部は全周に亘って断面が、平らな環状の底辺と、同環状の底辺の環状内側に屈曲して連なる内側傾斜辺および前記環状の底辺の環状外側に屈曲して連なる外側傾斜辺と、前記内側傾斜辺に屈曲して連なる前記底辺に平行な内側の裾部および前記外側傾斜辺に屈曲して連なる前記底辺に平行な外側の裾部と、を形成することで台形状をなし、
シリンダ軸間の前記ビード部は、
前記シリンダボア周りの台形状の両ビード部が合流し、
両底辺は互いに合流して単一の底辺となり、
両外側傾斜辺と両外側の裾部はシリンダ軸間に存在せず、
両内側傾斜辺は独立して前記シリンダボアを囲むように形成されることで、
断面が平らな底辺を有する台形状の１本のビード部が形成され、
前記ガスケットは、
３枚の薄板が上下に重ね合わされてなり、
下層の薄板は台形の前記ビード部が上方に膨出し、中層の薄板は台形の前記ビード部が下方に膨出し、上層の薄板は台形の前記ビード部が上方に膨出し、
前記下層の薄板と前記中層の薄板は互いの底辺が当接して重なり、前記中層の薄板と前記上層の薄板は互いの裾部が当接して重なることで、
３枚の前記薄板の各ビード部が上下位置に重なることを特徴とする内燃機関のガスケットシール構造。
軽金属材料からなるシリンダブロック本体のシリンダボア側に高強度部が形成されたシリンダブロックと軽金属材料からなるシリンダヘッドとの間に、前記高強度部のシリンダボアを囲むように形成されたビード部を有するガスケットが介装され、
シリンダ軸間部の前記ビード部が前記シリンダブロック本体の合わせ面を跨いで前記高強度部のみに当接するように配設されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のガスケットシール構造。