JPH0756343B2

JPH0756343B2 - 自動車用ヘッドガスケット密封組立体

Info

Publication number: JPH0756343B2
Application number: JP2185144A
Authority: JP
Inventors: エス．パールスティンロバート
Original assignee: フェル―プロインコーポレーテッド
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: EP0407765A1; DE69003476T2; DE69003476D1; JPH0350366A; EP0407765B1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景自動車用機関のヘッドガスケットは、機関燃焼開口部を
包囲して密封するのを扶助するために密封用ワイヤを多
年にわたって使用してきた。種々の形状のガスケット体
部および／または鎧装と共に設置される種々な材料で作
られたワイヤが使用されていた。代表的には、円形断面
の中実ワイヤが使用されていた。これ等は、別の材料で
作られることもあったが、通常鋼で作られていた。

断面が円形以外の形状ワイヤも提案されている。例え
ば、ポールの米国特許第3,606,361号のワイヤの体部は
矩形断面を呈しており、シリンダブロックおよびシリン
ダヘッドに押込む様に体部のほぼ中心に鋭い端縁の環状
輪郭を有している。これ等の輪郭は、鋭い端縁でシール
するため、ブロックおよびヘッドを損なうことがある。
特に、現今の軽量機関と、又は10年、20年および30年前
の通常の機関および材料よりも運転中に著しく歪み易い
材料から作られる機関に関する広範囲な問題にガスケッ
ト設計者は直面している。現在のこれ等の環境と、熱的
押圧の問題とが、効果的な燃焼シールの設計の上で問題
となっている。ガスケット設計によって生じるガスケッ
トの穴の歪みの様なその他の環境も考察されなければな
らない。

従って、ヘッドガスケットと、燃焼開口部において効果
的に密封する機構との改良が、所望されており、積極的
に探求されるべきである。

発明の要約本発明によると、自動車の機関のヘッドとブロックとの
間に配置されるようになった自動車用ヘッドガスケット
密封組立体であって、機関の燃焼室と整合して配置され
る少なくとも２つの燃焼開口部を備えているほぼ平坦で
膨張可能な主ガスケット体部と、各該燃焼開口部に対す
る多段階燃焼密封装置とを含み、各該燃焼密封装置は中
実断面の２つの金属製環状シールリング部分を一体とし
たシールリングを含み、該シールリングは前記燃焼開口
部内に位置していて前記燃焼室を密封可能に包囲してお
り、前記シールリング部分の一方は他方の半径方向内方
に横たわっており、第１のリング部分は容易に変形可能
かつ圧縮可能であって、第２のリング部分の垂直寸法よ
りも大きい垂直寸法を有し、前記第１リング部分は最初
の圧縮可能なシールを提供し、前記第２リング部分は使
用された際に容易に変形可能かつ圧縮可能ではなく、使
用された際における熱的押圧に対して抵抗し且つ二次シ
ールを提供するようになっていることを特徴とする組立
体が提供される。

本発明の別の目的、特徴および利点は、添付図面および
下記の説明によって明らかになる。

実施例最初に第１図から第４図までを参照すると、本発明のヘ
ッドガスケット組立体10は、複数の燃焼開口部16と、好
適な油、水およびボルト用の開口部15と、燃焼開口部16
の鎧装14とを画定するほぼ平坦な主ガスケット体部12を
有する。第１図では、３つの燃焼開口部16を有するヘッ
ドガスケット組立体10は、代表的にＶ形６シリンダ機関
の一側部に対するシリンダボアＣおよびヘッドＨ（第２
図）を有する機関ブロックＢの密封に使用されている。

主ガスケット体部12は、中空の金属コア30と、一対の表
面仕上げシート32とを有する積層材で作られている。コ
ア30は、鋼コアでもよい。表面仕上げシート32は、繊維
補強複合体でコア30に積層されている。最も一般的で屡
々使用される表面仕上げ材は、ガラスまたはその他の繊
維を含み、ニトリル、ネオプレンまたはポリアクリルの
エラストマーにより自立している。図示の実施例では、
表面仕上げ材の厚さは約0.38mm（0.015″）であるが、
勿論、これは、用途によって変更されてもよい。表面仕
上げシート32は、一般に油および冷却液による劣化に耐
え、トルクを保持し、押出しを最小限にし、耐熱性を示
す。

主ガスケット体部12は、打抜き機、パンチプレスまたは
その他の好適な装置によって、型抜きないし打抜かれ、
３つの燃焼開口部と、ボルト孔と、複数の流体通路、す
なわち油および水の通路15が形成される。第１図に示す
様な形状を有する代表的なガスケット組立体の体部は、
約1.02mm（0.040″）の厚を有している。ガスケット組
立体を使用すべき機関の形状および要件に応じてその形
状および厚さを変えてもよい。

第１図、第２図の実施例では、鎧装14は、シールリング
40を内側に配置した鋼製の環状体部36を有する。体部36
の断面はほぼＵ形であり、シールリング40のまわりに形
成されている。体部36は、燃焼室ないしシリンダボアＣ
に対面して配置されている。シールリング40は、第２図
に明らかに示されるように、体部36の閉鎖端部にぴった
りと隣接して配置されている。

本発明による代表的なシールリング40は、第３図、第４
図で拡大して示されている。シールリング40は、一体に
された２つの環状シーリング部分を有している。一方の
シーリング部分42は、他方のシーリング部分44の半径方
向内方に横たわっている。第４図に示されるように、第
１のシーリング部分42は、第２のシーリング部分44より
も大きい垂直方向の寸法を有している。従って、第１の
シーリング部分42は、ガスケット組立体が圧縮される際
に最初のシールを与える。第１シーリング部分42は、燃
焼開口部のまわりに一次の密封力を与えるように使用の
際に容易に変形可能で圧縮可能である。第１シーリング
部分42が第２シーリング部分44とほぼ同じ厚さ（垂直方
向寸法ないし高さ）まで変形されて圧縮されると、第２
シーリング部分44は、部分的にその相対的な長さ、従っ
て大きさのために一層の圧縮に抵抗して同様に二次の密
封力を与える。第２シーリング部分は、かなりの圧縮に
抵抗するため、第１シーリング部分に比較してかなりな
剛性を与える。従って、シールリング40は、代表的な丸
い断面のまたはその他の通常のシールリングに比較して
多段階の可変ばね比を有している。

丸いシールリングは、引抜きワイヤをリング状に曲げて
突合せ溶接して成形されるが、特別な形状のワイヤリン
グは、シールリングを機械加工することによって成形さ
れる。上述のポールの特許に開示されているように、特
別な形状のワイヤリングも引抜きワイヤで成形可能であ
る。本出願では、シールリング40は、好ましくは図示の
断面形状に引抜かれた後、シリンダボアを包囲するよう
に、所要の形状例えば円形形状に成形されるワイヤから
形成されている。ワイヤの端部は、直角に切断され、シ
ールリング40の一体さを維持するために部位46において
溶接または鑞付けによって突合せ結合されている。従っ
て、リングの製造は、効率的かつ経済的であり、多くの
特別な目的のシールリングの製造に使用される特別な機
械加工および組立て工程が不要となり、または特別な圧
印加工ダイ等も必要ない。

２つのシールリング部分42,44は、相互に融合する。高
度に圧縮可能な第１のシールリング部分42は、一端（断
面で見て）に設置され、剛な第２のシールリング部分44
は、他端に設置されている。従って、剛な第２のシール
リング部分44は高度に圧縮可能な第１のシールリング部
分42の一側部のみから延び、各部分は多段階密封を達成
するために所望の正確な相対的位置に設置される。更
に、高度に圧縮可能な第１のシールリング部分42の形状
は、ヘッドおよびブロックの表面を著しく傷つけないよ
うになっている。著しい傷が生じてガスケット組立体を
交換することが必要なとき、ブロックおよびヘッドの傷
ついた表面は、効果的な密封を保証するために再仕上げ
されねばならない。しかし、本発明のガスケット組立体
ではその必要はない。本発明のシールリング40に使用さ
れる代表的な材料は、371.1℃（700゜F）で焼鈍された銅
ワイヤである。

第５図は、1.17mm（0.046″）の直径を有する代表的な
丸い銅ワイヤと、第３図、第４図に示すシールリング40
の負荷撓み特性を比較する負荷撓み線図である。横軸は
圧縮応力を示し、縦軸は負荷撓みを示す。使用されるシ
ールリング40は、ほぼ円形であって1.22mm（0.048″）
の直径を有する第１シールリング部分42を備えている。
第２シールリング部分44は、厚さが1.02mm（0.04″）で
あって、円形の第１シールリング部分42の突起から測定
される長さが約1.02mm（0.04″）である。

第５図から明らかなように、丸いワイヤ（曲線１）は、
圧縮応力が最大まで増大する際、ほぼ連続的に漸増する
負荷撓み特性を有している。本発明のシールリング40
（曲線２）は、最初に丸いワイヤの負荷撓みと平行に漸
増する負荷撓みを有し、次に第１シーリング部分42の高
さないし厚さが第２シーリング部分44の厚さにまで低減
したのち、急激に負荷撓みが増大する。

これは、幾つかの重要な利点を有している。例えば、熱
的押圧に関する問題がある。運転の際、機関は、昇温さ
れる。これが生じると、現在の機関の材料では、ヘッド
は、屡々膨脹してガスケットおよびワイヤリング等の関
連部品を更に圧縮する傾向がある。代表的な丸いワイヤ
が過度に圧縮されると、機関が低温で始動されるときに
密封を与えるのに役立たない程度までワイヤの厚さが低
減し、機関が再度昇温されるまでワイヤは所要の密封を
与えることができなくなる。ブローバイ（噴きもれ）
は、機関が昇温するまで続く。この結果、機関のパワー
出力は、低減され、ブローバイによる損傷が生じる恐れ
がある。本発明のシールリングがこれ等の有害な可能性
を最小限にすることは、第５図から明らかである。

シールリング40が図示の様に鎧装と共に使用されるか、
または適当あるいは所望の場合に、鎧装なしにあるいは
鎧装の外側でヘッドおよびブロックに（または任意の関
連するシリンダスリーブに）直接対面する係合形態で使
用されてもよいことは、明らかである。第２のシールリ
ング部分44の形状は、ガスケット体部に直接に固定する
のに役立つ。

銅製のシールリング40について述べたが、鋼材料または
バイメタル材料等その他の材料が使用されてもよい。代
表的なバイメタルリングは、第３図、第４図の様な形状
を与える様に銅／鋼ストリップの様なバイメタルストリ
ップから引抜かれてもよく、第１の円形のシールリング
部分（厚い部分）は銅であって、第２のシールリング部
分は鋼であり、交差個所は、第４図に示す点線の円周の
突起領域にほぼ横たわる。

銅シールリング40は、多くの用途において利点を有して
いる。例えば、鋼リングを使用した場合、アルミニウム
機関に生じるブリネリング（brinnelling）を防止する
ことができる。第２シーリング部分は、噴き出し強さ
と、剛性と、半径方向およびたがの強さと、代表的なワ
イヤリングの最小のたるみとを与え、代表的な鋼ワイヤ
の有害な作用なしにストッパとして役立つ。正に、第５
図の第２段階は、丸い鋼ワイヤの曲線に類似する。更
に、本発明の一体化されたシールリングは、燃焼開口部
のシールを与えるために２つの丸いワイヤを用いた従来
の密封用ワイヤに比して高度に有利である。開口部に隣
接させて配置することが容易となり、ワイヤ同士をうま
く配置するために要求される厳しい寸法誤差の問題は、
排除される。

本発明によるシールリングは別の配置および形状でもよ
い。例えば第６図、第７図のシールリングは、第３図、
第４図のシールリングと同様な態様で同様な材料で作ら
れているが、第１シーリング部分52と、第２シーリング
部分54とがシールリング40とは逆になったシールリング
50を示す。この配置では、第１シーリング部分52が外方
へ移動するので、シーリングのボアの歪みが低減される
という利点を有している。

第８図、第９図では、シーリング60の第１のシールリン
グ部分62の形状は、楔形である。シールリング60は、シ
ールリング40と同じ態様で製造されてもよく、同一の材
料のものでもよい。シールリング60は、自己付勢特性を
提供し、負荷がかかったときに第１シールリング部分６
が第２シールリング部分64に向って押圧される傾向があ
る。これは、機関の燃焼状態の下でシールにおける密封
応力を増大する傾向がある。

従って、リング部分の幾何学的形状および形状要素を変
更することにより、ばね比およびその他の特性が就中、
適当な圧縮性および噴き出し抵抗の様な特性を最適にす
る様に変更可能であり、しかしながら、一方、本発明の
基本的な形状によって与えられる多段階の可変ばね比特
性を常に得ることは、明らかである。正に、二段階ばね
が説明されたが、第３段階が或る環境の下で有利であり
得ることは、明らかである。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく別の変更
が実施可能で実施例が計画可能なことは、当該技術の熟
達者に明らかである。従って、本発明は、特許請求の範
囲の関係において解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を使用する代表的なヘッドガスケ
ット組立体の平面図、第２図は機関のヘッドとブロック
との間の所定の位置においてこれ等に密封係合してこれ
等の間に圧縮される様に準備されるガスケットを有する
ほぼ第１図の線２−２に沿う断面図、第３図は第２図の
シールリングの拡大平面図、第４図はほぼ第３図の線４
−４に沿う拡大断面図、第５図は代表的な丸いワイヤお
よび本発明のシールリングの負荷撓みを比較する負荷撓
み線図、第６図は本発明の代わりのシールリングの拡大
平面図、第７図はほぼ第６図の線７−７に沿う拡大断面
図、第８図は本発明の別のシールリングの拡大平面図、
第９図はほぼ第８図の線９−９に沿う拡大断面図を示
す。 10……ヘッドガスケット組立体、12……主ガスケット体
部、16……機関開口部、Ｂ……機関ブロック、Ｈ……ヘ
ッド、Ｃ……シリンダボア（燃焼室）、36……鎧装体
部、40,50,60……シールリング、42,52,62……第１シー
ルリング部分、44,54,64……第２シールリング部分。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車の機関のヘッドとブロックとの間に
配置されるようになった自動車用ヘッドガスケット密封
組立体であって、機関の燃焼室と整合して配置される少
なくとも２つの燃焼開口部を備えているほぼ平坦で膨張
可能な主ガスケット体部と、各該燃焼開口部に対する多
段階燃焼密封装置とを含み、各該燃焼密封装置は中実断
面の２つの金属製環状シールリング部分を一体としたシ
ールリングを含み、該シールリングは前記燃焼開口部内
に位置していて前記燃焼室を密封可能に包囲しており、
前記シールリング部分の一方は他方の半径方向内方に横
たわっており、第１のリング部分は容易に変形可能かつ
圧縮可能であって、第２のリング部分の垂直寸法よりも
大きい垂直寸法を有し、前記第１リング部分は最初の圧
縮可能なシールを提供し、前記第２リング部分は使用さ
れた際に容易に変形可能かつ圧縮可能ではなく、使用さ
れた際における熱的押圧に対して抵抗し且つ二次シール
を提供するようになっていることを特徴とする組立体。
【請求項２】前記第１のリング部分が前記第２のリング
部分の半径方向内方に横たわっていて、半径方向断面に
おいて全体的に曲がっている外側機関接触表面を画成し
ている、特許請求の範囲第１項記載の組立体。
【請求項３】前記第１のリング部分が半径方向断面にお
いてほぼ楔状である、特許請求の範囲第１項記載の組立
体。
【請求項４】前記金属製環状シールリング部分が銅で形
成されている、特許請求の範囲第１項記載の組立体。
【請求項５】前記金属製環状シールリング部分がバイメ
タルである、特許請求の範囲第１項記載の組立体。
【請求項６】前記第１のリング部分が半径方向断面にお
いてほぼ円形である、特許請求の範囲第２項記載の組立
体。
【請求項７】前記主ガスケット体部に対して前記多段階
燃焼密封装置を取り付ける手段を更に含む、特許請求の
範囲第１項記載の組立体。