金属製ガスケット
【課題】副室式ディーゼルエンジン用金属製ガスケットにおいて、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもビードクラックが発生しづらい、金属製ガスケットを提供することにある。
【解決手段】副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００であって、燃焼ガスをシールするための第１、第２燃焼ガスシールビード５１２Ａを有し、金属製ガスケット５００がシリンダーヘッドと接する側に設けられている第１燃焼ガスシールビード５１２Ａは、ホットプラグの底面とシリンダー孔５１１とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、金属製ガスケット５００がシリンダーブロックと接する側に設けられている第２燃焼ガスシールビードは、シリンダー孔５１１の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されている、金属製ガスケット５００である。
【解決手段】副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００であって、燃焼ガスをシールするための第１、第２燃焼ガスシールビード５１２Ａを有し、金属製ガスケット５００がシリンダーヘッドと接する側に設けられている第１燃焼ガスシールビード５１２Ａは、ホットプラグの底面とシリンダー孔５１１とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、金属製ガスケット５００がシリンダーブロックと接する側に設けられている第２燃焼ガスシールビードは、シリンダー孔５１１の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されている、金属製ガスケット５００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダーヘッドに副燃焼室を有するディーゼルエンジンに用いられ、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に例示するように、副室式ディーゼルエンジン１００は、シリンダーヘッド２００と、シリンダーブロック３００と、シリンダーブロック３００のシリンダーボア３０３内に配置されたピストン３０１と、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との互いに対向するデッキ面２０９、３０４の間に挟持されてそれらのデッキ面をシールするガスケット４００とを有する。そして、シリンダーヘッド２００にはキャビティ２０１が形成されており、そのキャビティ２０１にはホットプラグ２０２が嵌め付けられ、ホットプラグ２０２は副燃焼室２０３の一部および燃焼ガス噴出孔２０４（以下、「連絡孔」と称すことがある。）を形成している。また、シリンダーヘッド２００に対向するピストン３０１上には主燃焼室３０２が設けられており、ホットプラグ２０２の底面２０８は、ガスケット４００に設けられたシリンダー孔４１１に対して半分以上がはみ出している。よって、燃焼ガスをシールするためのビード４０１をガスケット４００に設ける場合、ビード４０１をシリンダー孔４１１の周囲を囲むように真円に近いラインで通すとビードラインの一部がホットプラグ２０２を跨ぐように通過することとなる。
【０００３】
しかし、ホットプラグ２０２の底面２０８とシリンダーヘッド２００のデッキ面２０９との境界部分では、図９、図１０に示すように、ホットプラグ２０２のシリンダーヘッド２００への嵌め付け状態によっては凹または凸状の段差２０５を生じる事がある。また、ホットプラグ２０２の嵌め付け時には段差２０５が無くてもエンジン運転時の熱膨張等に起因してホットプラグ２０２およびシリンダーヘッド２００が変形することがある。そのような場合には、図９、１０に示すような段差２０５が後発的に生じるため、その凹または凸状部分を通過するビード４０１のシール線切れや面圧不均衡を生じることがある。
【０００４】
そのような問題を解決するために、図１１に示すように、シリンダーブロック側とシリンダーヘッド側との両面に、シリンダー孔４１１とホットプラグ底面２０８との双方を囲むような、真円形状と瓢箪形状とを重ね合わせた形状のビード４０１を有するガスケット４００が用いられてきた。また、この様な２本以上のビードが結合する結合部４０２を有するガスケット４００を用いる際には、結合部４０２にデッキ面間の締め付けによる各ビードの弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じ、シール線が途切れたり、一部面圧低下が起きたりすることがないよう、図１１に示すように結合部４０２に接近するに従って漸次ビード幅を狭める構成とされていた（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特公平０２−００６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エンジン運転時には、吸気、圧縮、燃焼および排気工程により生じるシリンダー内圧の変動に起因してシリンダーヘッドの上下微振動が生じるため、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとの間の口開き変位（以下、「ヘッドリフト」と称すことがある。）が連続的に発生する。よって、ビードは燃焼ガスのシールを行うだけでなく、ビード自体がヘッドリフトの発生により破壊されない、つまりビードクラックが発生しない必要がある。しかし、ビード幅が狭い部分は疲労強度が低く、少ない口開き変位量でもビードクラックの発生する確率が高くなるため、結合部でビード幅を狭めたガスケットでは長期的なシール性能維持が困難であるという問題があった。そのため、シリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスのシールが可能で、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもクラックが発生しない、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シール線の途切れや面圧の一部低下を生じることなくシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスのシールが可能であり、かつ、ヘッドリフトによるビードクラックが発生しづらい、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットを提供するものである。
【０００７】
すなわち、本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットは、各々シリンダー孔を有する弾性金属板からなる二枚のビード基板と、シリンダー孔を有する少なくとも一枚の中間板とを具え、前記中間板を前記二枚のビード基板で挟むように構成されており、シリンダーブロックと、ホットプラグが嵌め付けられたシリンダーヘッドとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットであって、前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーヘッドと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第１燃焼ガスシールビードを有し、前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーブロックと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第２燃焼ガスシールビードを有し、前記第１燃焼ガスシールビードは、前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、前記第２燃焼ガスシールビードは、前記シリンダー孔の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットによれば、第１燃焼ガスシールビードにより、シリンダーヘッド側のシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスをシールすることができ、また第２燃焼ガスシールビードにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔を囲んで燃焼ガスをシールすることができる。さらに、第１、第２燃焼ガスシールビードは一本の連続するビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部を有さないので、デッキ面間の締め付けにより弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることがなく、また、複雑変形の発生を回避するためにビード幅を狭める部分を設ける必要もない。よって、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもビードクラックが発生しづらい金属製ガスケットを提供することができる。また、第２燃焼ガスシールビードのみをシリンダー孔を囲むビードラインとすることにより、シリンダーヘッド側でシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲むという目的を達成しつつ、加工が容易で強度の高い円形のビードラインでシリンダーブロック側の燃焼ガスをシールすることができる。
【０００９】
ここで、前記二枚のビード基板に、前記第１燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーヘッドの前記デッキ面との接触部および前記第２燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーブロックの前記デッキ面との接触部のそれぞれの面圧を高めるための補強ビードを、前記第１、第２燃焼ガスシールビートと前記補強ビードとを結合しないように別個に形成すれば、ビードの結合部を生じることなく、シール時の面圧を引き出すことができる。
【００１０】
なお、前記補強ビードは、それぞれ、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の内側であって前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に第１補強ビードを、前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の外側であって、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に第２補強ビードを形成できる。これにより、中間板を挟んで第１、第２燃焼ガスシールビードと対向する位置に第１、第２補強ビードが設けられることになるので、シール時の面圧を十分に引き出すことができる。
【００１１】
また、前記第１、第２燃焼ガスシールビードおよび前記補強ビードが山形断面形状のフルビードで形成されており、前記二枚のビード基板のうち一方は、前記第１燃焼ガスシールビードおよび前記第１補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、前記二枚のビード基板の他方は、前記第２燃焼ガスシールビードおよび前記第２補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有している場合には、ビード基板間に設けられた中間板を、少なくとも前記シリンダー孔の内周面から前記第２燃焼ガスシールビードまでの厚さより、前記ハーフビード側の厚さの方が薄くなるように構成することにより、フルビード側とハーフビード側とで中間板の板厚差による段差が発生するので、より安定したシリンダー孔周辺のシールを得られる。
【００１２】
なお、前記シリンダー孔および前記ホットプラグ底面の形状が円形の場合には、前記第１燃焼ガスシールビードを瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成し、前記第２燃焼ガスシールビードを真円形状の一本の連続したビードラインで形成することにより、滑らかな曲線ラインで的確に燃焼ガスをシールすることができる。
【００１３】
更に、前記シリンダー孔および前記ホットプラグ底面の形状が円形の場合には、前記第２補強ビードを半円状の一本のビードラインで形成し、前記第１補強ビードを円弧状の一本のビードラインで形成することにより、シリンダー孔周辺の金属製ガスケット両面に形成されたビードラインがほぼ対称となり、第１、第２燃焼ガスシールビードに対向する位置の大部分に補強ビードが具えられることになるので、シール時により高い面圧を均等に引き出すことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、本発明にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第１実施例をシリンダーヘッド側から見た平面図、図２は、その第１実施例の金属製ガスケットの、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、第１実施例の金属製ガスケットのシリンダーヘッド側ビード基板に設けられている第１燃焼ガスシールビードおよび第１補強ビードの形状を示す拡大平面図であり、図４は、第１実施例の金属製ガスケットのシリンダーブロック側ビード基板に設けられた第２燃焼ガスシールビードおよび第２補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【００１５】
この第１実施例にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、例えば３気筒エンジン用の積層型ガスケットで、例えば図８に示すディーゼル式エンジン１００におけるシリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との互いに対向するデッキ面２０９、３０４の間に挟持されてそれらのデッキ面２０９、３０４をシールするため、デッキ面２０９、３０４間に装着して使用されるものである。金属製ガスケット５００は、図２に示すように、シリンダーヘッド２００側すなわち図では上側に位置する第１のビード基板５０１と、シリンダーブロック３００側すなわち図では下側に位置する第２のビード基板５０１との間に、板厚調整板５０３とシム板５０４とよりなる中間板５０２を具えており、板厚調整板５０３およびシム板５０４は二枚のビード基板５０１間にサンドイッチ状に積層されている。
【００１６】
ここで、第１および第２のビード基板５０１は、各々弾性金属板よりなり、図１にシリンダーヘッド２００側のものについて代表で示すように、金属製ガスケット５００が組み込まれる内燃機関としてのディーゼルエンジン１００の、シリンダーヘッド２００を組み付けられるシリンダーブロック３００の各シリンダーに対応して形成された３つの真円形状のシリンダー孔５１１を有する。そして、第１および第２のビード基板５０１のシリンダー孔５１１の周辺には、第１、第２燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが山形断面形状のフルビードでそれぞれ形成されると共に、第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂの、シリンダーブロック３００のデッキ面３０４との接触部および第１燃焼ガスシールビード５１２Ａの、シリンダーヘッド２００のデッキ面２０９との接触部のそれぞれの面圧を引き出すための第１、第２補強ビード５１３Ａ、Ｂとが、山形断面形状のフルビードでそれぞれ形成されている。ここで、第１燃焼ガスシールビード５１２Ａは、第１のビード基板５０１に図３に示すような瓢箪形状のビードラインで形成されており、シリンダーヘッド２００に設けられたキャビティ２０１に嵌め付けられて副燃焼室２０３および連絡孔２０４を構成するホットプラグ底面２０８とシリンダー孔５１１とを合わせた形状を囲繞している。一方、第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂは、第２のビード基板５０１に図４に示すような真円形状のビードラインで形成されており、シリンダー孔５１１を囲繞している。また、補強ビード５１３Ａ、Ｂは、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂと結合しないように何れも僅かに隙間を開けて形成されており、第１のビード基板５０１には第１補強ビード５１３Ａが第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂに対向する位置に円弧状に形成され、第２のビード基板５０１には第２補強ビード５１３Ｂが第１燃焼ガスシールビード５１２Ａに対向する位置に半円状に形成されている。
【００１７】
また、第１および第２のビード基板５０１は、シリンダーブロック３００の冷却水ジャケット（図示せず）およびシリンダーヘッド２００の冷却水孔（図示せず）に対向して燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂの外側周辺部に形成された多数の冷却水孔５１４と、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂと冷却水孔５１４とを全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状のハーフビードである冷却水シールビード５１５とを有している。また、ビード基板５０１は、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂの外側周辺部であって冷却水シールビード５１５の内側に、複数の潤滑油孔５１６および、シリンダーヘッド２００をシリンダーブロック３００に締め付け固定するためのヘッドボルト（図示せず）を各々挿通される複数のボルト孔５１８を有しており、潤滑油孔５１６の周辺には片斜面型断面形状のハーフビードである潤滑油シールビード５１７が、またボルト孔５１８の周辺には山形断面形状のフルビードであるボルト孔ビード５１９が、それぞれ形成されている。更に、ビード基板５０１の外周部には、ビード基板５０１と中間板５０２とをハトメ（図示せず）によって固定するためのハトメ孔５２０が設けられている。
【００１８】
なお、二枚のビード基板５０１は各々、例えばＳＵＳ３０１の弾性金属材料を打ち抜いた弾性金属板に、各種の孔の打ち抜き加工、ビード加工を行い、弾性金属板表面に耐熱性および耐油性を有する、例えばフッ素ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等のゴム、樹脂等の非金属材料から成る耐熱性被覆材を１５〜３０μｍの厚さでコーティングして作製することができる。
【００１９】
中間板５０２は、金属製ガスケット５００の総板厚を調整する板厚調整板５０３およびシム板５０４を具える。板厚調整板５０３には、例えばエンジンの締付規定厚に合う板厚０．４〜１．５ｍｍのＳＵＳ材や防錆処理されたショットピーニング材（以下、「ＳＰ材」と称すことがある。）を用いることができ、シム板５０４には、例えば板厚０．１５ｍｍのＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４材を用いることができる。
【００２０】
シム板５０４および板厚調整板５０３には、シリンダー孔５１１、冷却水孔５１４、潤滑油孔５１６、ボルト孔５１８、ハトメ孔５２０等を打ち抜き加工して作製することができる。更に、シム板５０４は、図２に示すようにシリンダー孔５１１の縁部においてグロメット状態に加工されており、その折り曲げ量、つまりグロメットの鍔５０５の幅は、第２の（図では下側の）ビード基板５０１と組合せた際に第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂのビード幅の中心であるビードセンターが乗ることができる幅とされている。
【００２１】
そして、二枚のビード基板５０１の各ビードが厚さ方向に整列して位置すると共に、互いに逆向きになるように各ビードを各々内向きに突出させて、上から第１のビード基板５０１、板厚調整板５０３、シリンダーブロック３００側からシリンダーヘッド２００側へ折り曲げてグロメット加工したシム板５０４、第２のビード基板５０１の順にハトメ孔５２０のハトメ（図示せず）を利用して互いに結合することにより金属製ガスケット５００とした。
【００２２】
従ってこの第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によれば、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との間に金属製ガスケット５００を介在させてボルト（図示せず）で締め付け固定することにより、シリンダーブロック３００側のシリンダー孔５１１を真円形状のビード５１２Ｂで囲繞して燃焼ガスをシールすることができる。また、シリンダーヘッド２００側のシリンダー孔５１１周辺を、シリンダー孔５１１とホットプラグ底面２０８とを同時に囲繞する瓢箪形状のビード５１２Ａで囲繞することにより、ホットプラグ２０２の嵌め付け状態またはエンジン運転時の熱膨張に起因するホットプラグ底面２０８とシリンダーヘッド底面２０９との境界部分での段差２０５発生によるシール不良を起こさずに燃焼ガスをシールすることができる。
【００２３】
また、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、補強ビード５１３Ａ、Ｂを形成して、シリンダーヘッド側のビード基板５０１とシリンダーブロック側のビード基板５０１とに設けられたビードの大部分が中間板５０２を挟んで対向するようにしているので、シール時にシリンダーヘッド２００およびシリンダーブロック３００のデッキ面で十分な面圧を引き出し、面圧の不均衡を生じることなくより確実な燃焼ガスのシールを行うことができる。
【００２４】
更に、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが一本の連続したビードラインで形成されており、従来のガスケットにおけるような二本以上のビードが結合する結合部４０２を有さないため、弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることが無いので、複雑変形の発生を回避するためのビード幅を狭めた部分を設ける必要が無く、長期間使用してもビードクラックを発生しづらくすることができる。
【００２５】
その上、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、シム板５０４がシリンダー孔５１１縁部で折り曲げられており、フルビード側とハーフビード側とでビード基板５０１に挟まれている中間板５０２の板厚差による段差５０８が生じているので、シリンダー孔５１１周りのシールをより安定させることができる。
【００２６】
図５は、本発明にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第２実施例を示す断面図であり、図２に示す第１実施例の金属製ガスケットの断面図に対応する位置での断面図を示すものである。
【００２７】
この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、中間板５０２にインナープレート５０６とアウタープレート５０７とをＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーにより溶接加工して一体化させた板を用いた三枚積層型の金属製ガスケットである点で第１実施例と相違し、他の点では第１実施例と同様である。
【００２８】
ここで、中間板５０２は、例えばＳＰ材に亜鉛めっきやスズめっきを施した防錆処理鋼板またはＳＵＳ４３０もしくはＳＵＳ３０１等のステンレス材といった、エンジンの締付規定厚に合うような鋼材からなるインナープレート５０６とアウタープレート５０７とをＹＡＧレーザーにより溶接加工して作製できる。
【００２９】
具体的には、インナープレート５０６は、例えば板厚０．４〜１．５ｍｍの防錆処理鋼板を、図６に示すように、第１のビード基板５０１に形成された瓢箪形状の第１燃焼ガスシールビード５１２Ａのビードセンターが乗るような大きさにカット加工すると共に、そこにシリンダー孔５１１を加工することで作製できる。また、アウタープレート５０７は、例えば板厚０．０８〜０．２ｍｍ程度の防錆処理鋼板を、インナープレート５０６と嵌合できるよう、図７に示すようにインナープレート５０６の外形全域に渡ってインナープレート５０６より僅かに大きいサイズでカット加工すると共に、他の冷却水孔５１４等を加工することで作製できる。
【００３０】
そして、インナープレート５０６とアウタープレート５０７を嵌合した後、嵌合部分をＹＡＧレーザーにより溶接加工して作製した中間板５０２を、第１のビード基板５０１と第２のビード基板５０１との間に挟みこむように組合せ、ハトメ孔５２１のハトメ（図示せず）を利用してそれらを互いに結合して金属製ガスケット５００とした。
【００３１】
従ってこの第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００の間に金属製ガスケット５００を介在させてボルト（図示せず）で締め付け固定することにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔５１１を真円形状のビード５１２Ｂで囲繞して燃焼ガスをシールすることができる。また、シリンダーヘッド側のシリンダー孔５１１周辺をシリンダー孔５１１とホットプラグ底面２０８とを同時に囲繞する瓢箪形状のビード５１２Ａで囲繞することにより、ホットプラグ２０２の嵌め付け状態またはエンジン運転時の熱膨張に起因するホットプラグ底面２０８とシリンダーヘッド底面２０９との境界部分での段差２０５発生によるシール不良を起こさずに燃焼ガスをシールすることができる。
【００３２】
また、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、補強ビード５１３Ａ、Ｂを形成して、シリンダーヘッド側の第１のビード基板５０１とシリンダーブロック側の第２のビード基板５０１とに設けられたビードの大部分が中間板５０２を挟んで対向するようにしているので、シール時にシリンダーヘッド２００およびシリンダーブロック３００のデッキ面で十分な面圧を引き出し、面圧の不均衡を生じることなくより確実な燃焼ガスのシールを行うことができる。
【００３３】
更に、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが一本の連続したビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部４０２を有さないため、弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることが無いので、複雑変形の発生を回避するためのビード幅を狭めた部分を設ける必要が無く、長期間使用してもビードクラックを発生しづらくできる。
【００３４】
その上、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によれば、インナープレート５０６よりアウタープレート５０７の方が板厚が薄いため、シリンダー孔５１１の周りをグロメット状態に加工することなく、フルビード側とハーフビード側とでビード基板５０１に挟まれている中間板５０２の板厚差による段差５０８を作製できる。また、その段差５０８により、シリンダー孔５１１周りのシールをより安定させることができる。
【００３５】
なお、本実施例以外にも、エンジンの気筒数や必要に応じて任意に孔および孔を囲繞するビードを設けても良く、補強ビード５１３Ａ、Ｂの形成位置も、金属製ガスケット５００との接触面の面圧を引き出すことができる位置であれば燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂに対向しない位置であっても良い。また、補強ビード５１３Ａ、Ｂは一本の連続したビードラインとせずに、断続的に途切れたビードラインとしても良い。
【００３６】
図１２は、ビード幅および口開き変位量を変化させた場合のビードクラック発生の有無について検討を行った疲労強度試験の結果である。なお、疲労強度試験には油圧式振動疲労試験機を用い、ビード幅の異なるテストピースに対して、振幅を一定とする荷重制御方式で試験を行った。
【００３７】
図１３は、本試験に用いたテストピース６００を示す。テストピース６００には板厚０．２５ｍｍのＳＵＳ３０１よりなる弾性金属板を用い、ビード形状のチューニングを行ってビード高さが０．２５ｍｍで互いに同一となるようしたビード幅３．５ｍｍ、３．０ｍｍおよび２．５ｍｍの３種類のビード型を用いて、ビード幅の異なる３種類のテストピース６００を作製した。
【００３８】
疲労強度試験は、一秒間の振幅回数を５０Ｈｚ、繰返振幅回数を１００万回に設定して行った。なお、疲労強度試験時の振幅量は、ビードを圧縮する試験機の最大荷重を全ビード幅で一定として試験機の最小荷重を調整することにより、所望の振幅量が得られるように制御した。そして、試験機は、振幅量を一定に制御するために最小荷重と最大荷重の中間の荷重をセンターとして上下に５０Ｈｚで振動を加え、振幅回数が１００万回となった時点で停止するようにした。
【００３９】
具体的な試験方法としては、振幅疲労強度試験機にテストピース６００をセットし、あらかじめ設定した一定の振幅量で振動を加えた。そして、繰返振幅１００万回が終了した後に試験機より取り出したテストピース６００についてビードクラック発生の有無を目視および指で触って確認した。
【００４０】
そして、この様な疲労強度試験を各ビード幅のテストピース６００に対して行い、ビードクラックの発生が確認できなかったテストピース６００については、同じビード幅の新しいテストピース６００に対して振幅量を大きくした条件で試験を行った。そして、この作業を繰返し、１００万回の振幅回数でビードクラックの発生しない振幅量、ビードクラックの発生する振幅量を確認し、両者の振幅量の中間をビードクラック発生限界と定義した。
【００４１】
その結果、図１２に示すビードクラック発生限界の推移からも明らかなように、テストピース６００のビード幅が大きい程、大きい振幅量で振動を与えてもビードクラックが発生せず、疲労強度が高いことが明らかとなった。このことから、本発明にかかるビード幅が均一の金属製ガスケットであれば、ビード幅の狭い部分を有さないので、ビード幅の狭い部分を有する従来技術にかかる金属製ガスケットと比較してビードクラックが発生しにくくなることは明らかであり、長期間使用してもビードクラックが発生しづらいという効果を有することが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
かくして、本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットによれば、第１燃焼ガスシールビードにより、シリンダーヘッド側のシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスをシールすることができ、また第２燃焼ガスシールビードにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔を囲んで燃焼ガスをシールすることができる。さらに、第１、第２燃焼ガスシールビードは一本の連続するビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部を有さないので、デッキ面間の締め付けにより弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることがなく、また、複雑変形の発生を回避するためにビード幅を狭める部分を設ける必要もない。よって、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもビードクラックが発生しづらい金属製ガスケットを提供することができる。また、第２燃焼ガスシールビードのみをシリンダー孔を囲むビードラインとすることにより、シリンダーヘッド側でシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲むという目的を達成しつつ、加工が容易で強度の高い円形のビードラインでシリンダーブロック側の燃焼ガスをシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかるディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第１実施例のシリンダーヘッド側から見た全体を示す平面図である。
【図２】図１に示す金属製ガスケットのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】第１実施例の金属製ガスケットの第１燃焼ガスシールビードおよび第１補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【図４】第１実施例の金属製ガスケットの第２燃焼ガスシールビードおよび第２補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【図５】本発明にかかるディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第２実施例についての、図１に示す第１実施例の金属製ガスケットと同じ位置での断面図である。
【図６】第２実施例の金属製ガスケットのインナープレートの形状の一部を示す一部省略平面図である。
【図７】第２実施例の金属製ガスケットのアウタープレートの形状の一部を示す一部省略平面図である。
【図８】ディーゼルエンジンの金属製ガスケット使用状態を副燃焼室との位置関係と共に示す断面図である。
【図９】シリンダーヘッドのデッキ面とホットプラグ底面との不整合の一例を示す断面図である。
【図１０】シリンダーヘッドのデッキ面とホットプラグ底面との不整合の別の例を示す断面図である。
【図１１】従来技術にかかる金属製ガスケットの燃焼ガスシールビードの形状例を示す拡大平面図である。
【図１２】疲労強度試験の結果を示すグラフである。
【図１３】疲労強度試験に用いたテストピースの全体形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００ ディーゼルエンジン
２００ シリンダーヘッド
２０１ キャビティ
２０２ ホットプラグ
２０３ 副燃焼室
２０４ 燃焼ガス噴出孔
２０５ 段差
２０６ 噴射ノズル
２０７ グロープラグ
２０８ ホットプラグ底面
２０９ シリンダーヘッド底面（デッキ面）
３００ シリンダーブロック
３０１ ピストン
３０２ 主燃焼室
３０３ シリンダーボア
３０４ デッキ面
４００ ガスケット
４０１ ビード
４０２ 結合部
４１１ シリンダー孔
５００ 金属製ガスケット
５０１ ビード基板
５０２ 中間板
５０３ 板厚調整板
５０４ シム板
５０５ グロメット鍔
５０６ インナープレート
５０７ アウタープレート
５０８ 段差
５１１ シリンダー孔
５１２Ａ 第１燃焼ガスシールビード
５１２Ｂ 第２燃焼ガスシールビード
５１３Ａ 第１補強ビード
５１３Ｂ 第２補強ビード
５１４ 冷却水孔
５１５ 冷却水シールビード
５１６ 潤滑油孔
５１７ 潤滑油シールビード
５１８ ボルト孔
５１９ ボルト孔ビード
５２０ ハトメ孔
５２１ ハトメ孔
６００ テストピース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダーヘッドに副燃焼室を有するディーゼルエンジンに用いられ、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に例示するように、副室式ディーゼルエンジン１００は、シリンダーヘッド２００と、シリンダーブロック３００と、シリンダーブロック３００のシリンダーボア３０３内に配置されたピストン３０１と、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との互いに対向するデッキ面２０９、３０４の間に挟持されてそれらのデッキ面をシールするガスケット４００とを有する。そして、シリンダーヘッド２００にはキャビティ２０１が形成されており、そのキャビティ２０１にはホットプラグ２０２が嵌め付けられ、ホットプラグ２０２は副燃焼室２０３の一部および燃焼ガス噴出孔２０４（以下、「連絡孔」と称すことがある。）を形成している。また、シリンダーヘッド２００に対向するピストン３０１上には主燃焼室３０２が設けられており、ホットプラグ２０２の底面２０８は、ガスケット４００に設けられたシリンダー孔４１１に対して半分以上がはみ出している。よって、燃焼ガスをシールするためのビード４０１をガスケット４００に設ける場合、ビード４０１をシリンダー孔４１１の周囲を囲むように真円に近いラインで通すとビードラインの一部がホットプラグ２０２を跨ぐように通過することとなる。
【０００３】
しかし、ホットプラグ２０２の底面２０８とシリンダーヘッド２００のデッキ面２０９との境界部分では、図９、図１０に示すように、ホットプラグ２０２のシリンダーヘッド２００への嵌め付け状態によっては凹または凸状の段差２０５を生じる事がある。また、ホットプラグ２０２の嵌め付け時には段差２０５が無くてもエンジン運転時の熱膨張等に起因してホットプラグ２０２およびシリンダーヘッド２００が変形することがある。そのような場合には、図９、１０に示すような段差２０５が後発的に生じるため、その凹または凸状部分を通過するビード４０１のシール線切れや面圧不均衡を生じることがある。
【０００４】
そのような問題を解決するために、図１１に示すように、シリンダーブロック側とシリンダーヘッド側との両面に、シリンダー孔４１１とホットプラグ底面２０８との双方を囲むような、真円形状と瓢箪形状とを重ね合わせた形状のビード４０１を有するガスケット４００が用いられてきた。また、この様な２本以上のビードが結合する結合部４０２を有するガスケット４００を用いる際には、結合部４０２にデッキ面間の締め付けによる各ビードの弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じ、シール線が途切れたり、一部面圧低下が起きたりすることがないよう、図１１に示すように結合部４０２に接近するに従って漸次ビード幅を狭める構成とされていた（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特公平０２−００６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エンジン運転時には、吸気、圧縮、燃焼および排気工程により生じるシリンダー内圧の変動に起因してシリンダーヘッドの上下微振動が生じるため、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとの間の口開き変位（以下、「ヘッドリフト」と称すことがある。）が連続的に発生する。よって、ビードは燃焼ガスのシールを行うだけでなく、ビード自体がヘッドリフトの発生により破壊されない、つまりビードクラックが発生しない必要がある。しかし、ビード幅が狭い部分は疲労強度が低く、少ない口開き変位量でもビードクラックの発生する確率が高くなるため、結合部でビード幅を狭めたガスケットでは長期的なシール性能維持が困難であるという問題があった。そのため、シリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスのシールが可能で、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもクラックが発生しない、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シール線の途切れや面圧の一部低下を生じることなくシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスのシールが可能であり、かつ、ヘッドリフトによるビードクラックが発生しづらい、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットを提供するものである。
【０００７】
すなわち、本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットは、各々シリンダー孔を有する弾性金属板からなる二枚のビード基板と、シリンダー孔を有する少なくとも一枚の中間板とを具え、前記中間板を前記二枚のビード基板で挟むように構成されており、シリンダーブロックと、ホットプラグが嵌め付けられたシリンダーヘッドとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットであって、前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーヘッドと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第１燃焼ガスシールビードを有し、前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーブロックと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第２燃焼ガスシールビードを有し、前記第１燃焼ガスシールビードは、前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、前記第２燃焼ガスシールビードは、前記シリンダー孔の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットによれば、第１燃焼ガスシールビードにより、シリンダーヘッド側のシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスをシールすることができ、また第２燃焼ガスシールビードにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔を囲んで燃焼ガスをシールすることができる。さらに、第１、第２燃焼ガスシールビードは一本の連続するビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部を有さないので、デッキ面間の締め付けにより弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることがなく、また、複雑変形の発生を回避するためにビード幅を狭める部分を設ける必要もない。よって、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもビードクラックが発生しづらい金属製ガスケットを提供することができる。また、第２燃焼ガスシールビードのみをシリンダー孔を囲むビードラインとすることにより、シリンダーヘッド側でシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲むという目的を達成しつつ、加工が容易で強度の高い円形のビードラインでシリンダーブロック側の燃焼ガスをシールすることができる。
【０００９】
ここで、前記二枚のビード基板に、前記第１燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーヘッドの前記デッキ面との接触部および前記第２燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーブロックの前記デッキ面との接触部のそれぞれの面圧を高めるための補強ビードを、前記第１、第２燃焼ガスシールビートと前記補強ビードとを結合しないように別個に形成すれば、ビードの結合部を生じることなく、シール時の面圧を引き出すことができる。
【００１０】
なお、前記補強ビードは、それぞれ、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の内側であって前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に第１補強ビードを、前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の外側であって、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に第２補強ビードを形成できる。これにより、中間板を挟んで第１、第２燃焼ガスシールビードと対向する位置に第１、第２補強ビードが設けられることになるので、シール時の面圧を十分に引き出すことができる。
【００１１】
また、前記第１、第２燃焼ガスシールビードおよび前記補強ビードが山形断面形状のフルビードで形成されており、前記二枚のビード基板のうち一方は、前記第１燃焼ガスシールビードおよび前記第１補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、前記二枚のビード基板の他方は、前記第２燃焼ガスシールビードおよび前記第２補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有している場合には、ビード基板間に設けられた中間板を、少なくとも前記シリンダー孔の内周面から前記第２燃焼ガスシールビードまでの厚さより、前記ハーフビード側の厚さの方が薄くなるように構成することにより、フルビード側とハーフビード側とで中間板の板厚差による段差が発生するので、より安定したシリンダー孔周辺のシールを得られる。
【００１２】
なお、前記シリンダー孔および前記ホットプラグ底面の形状が円形の場合には、前記第１燃焼ガスシールビードを瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成し、前記第２燃焼ガスシールビードを真円形状の一本の連続したビードラインで形成することにより、滑らかな曲線ラインで的確に燃焼ガスをシールすることができる。
【００１３】
更に、前記シリンダー孔および前記ホットプラグ底面の形状が円形の場合には、前記第２補強ビードを半円状の一本のビードラインで形成し、前記第１補強ビードを円弧状の一本のビードラインで形成することにより、シリンダー孔周辺の金属製ガスケット両面に形成されたビードラインがほぼ対称となり、第１、第２燃焼ガスシールビードに対向する位置の大部分に補強ビードが具えられることになるので、シール時により高い面圧を均等に引き出すことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、本発明にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第１実施例をシリンダーヘッド側から見た平面図、図２は、その第１実施例の金属製ガスケットの、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、第１実施例の金属製ガスケットのシリンダーヘッド側ビード基板に設けられている第１燃焼ガスシールビードおよび第１補強ビードの形状を示す拡大平面図であり、図４は、第１実施例の金属製ガスケットのシリンダーブロック側ビード基板に設けられた第２燃焼ガスシールビードおよび第２補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【００１５】
この第１実施例にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、例えば３気筒エンジン用の積層型ガスケットで、例えば図８に示すディーゼル式エンジン１００におけるシリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との互いに対向するデッキ面２０９、３０４の間に挟持されてそれらのデッキ面２０９、３０４をシールするため、デッキ面２０９、３０４間に装着して使用されるものである。金属製ガスケット５００は、図２に示すように、シリンダーヘッド２００側すなわち図では上側に位置する第１のビード基板５０１と、シリンダーブロック３００側すなわち図では下側に位置する第２のビード基板５０１との間に、板厚調整板５０３とシム板５０４とよりなる中間板５０２を具えており、板厚調整板５０３およびシム板５０４は二枚のビード基板５０１間にサンドイッチ状に積層されている。
【００１６】
ここで、第１および第２のビード基板５０１は、各々弾性金属板よりなり、図１にシリンダーヘッド２００側のものについて代表で示すように、金属製ガスケット５００が組み込まれる内燃機関としてのディーゼルエンジン１００の、シリンダーヘッド２００を組み付けられるシリンダーブロック３００の各シリンダーに対応して形成された３つの真円形状のシリンダー孔５１１を有する。そして、第１および第２のビード基板５０１のシリンダー孔５１１の周辺には、第１、第２燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが山形断面形状のフルビードでそれぞれ形成されると共に、第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂの、シリンダーブロック３００のデッキ面３０４との接触部および第１燃焼ガスシールビード５１２Ａの、シリンダーヘッド２００のデッキ面２０９との接触部のそれぞれの面圧を引き出すための第１、第２補強ビード５１３Ａ、Ｂとが、山形断面形状のフルビードでそれぞれ形成されている。ここで、第１燃焼ガスシールビード５１２Ａは、第１のビード基板５０１に図３に示すような瓢箪形状のビードラインで形成されており、シリンダーヘッド２００に設けられたキャビティ２０１に嵌め付けられて副燃焼室２０３および連絡孔２０４を構成するホットプラグ底面２０８とシリンダー孔５１１とを合わせた形状を囲繞している。一方、第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂは、第２のビード基板５０１に図４に示すような真円形状のビードラインで形成されており、シリンダー孔５１１を囲繞している。また、補強ビード５１３Ａ、Ｂは、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂと結合しないように何れも僅かに隙間を開けて形成されており、第１のビード基板５０１には第１補強ビード５１３Ａが第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂに対向する位置に円弧状に形成され、第２のビード基板５０１には第２補強ビード５１３Ｂが第１燃焼ガスシールビード５１２Ａに対向する位置に半円状に形成されている。
【００１７】
また、第１および第２のビード基板５０１は、シリンダーブロック３００の冷却水ジャケット（図示せず）およびシリンダーヘッド２００の冷却水孔（図示せず）に対向して燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂの外側周辺部に形成された多数の冷却水孔５１４と、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂと冷却水孔５１４とを全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状のハーフビードである冷却水シールビード５１５とを有している。また、ビード基板５０１は、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂの外側周辺部であって冷却水シールビード５１５の内側に、複数の潤滑油孔５１６および、シリンダーヘッド２００をシリンダーブロック３００に締め付け固定するためのヘッドボルト（図示せず）を各々挿通される複数のボルト孔５１８を有しており、潤滑油孔５１６の周辺には片斜面型断面形状のハーフビードである潤滑油シールビード５１７が、またボルト孔５１８の周辺には山形断面形状のフルビードであるボルト孔ビード５１９が、それぞれ形成されている。更に、ビード基板５０１の外周部には、ビード基板５０１と中間板５０２とをハトメ（図示せず）によって固定するためのハトメ孔５２０が設けられている。
【００１８】
なお、二枚のビード基板５０１は各々、例えばＳＵＳ３０１の弾性金属材料を打ち抜いた弾性金属板に、各種の孔の打ち抜き加工、ビード加工を行い、弾性金属板表面に耐熱性および耐油性を有する、例えばフッ素ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等のゴム、樹脂等の非金属材料から成る耐熱性被覆材を１５〜３０μｍの厚さでコーティングして作製することができる。
【００１９】
中間板５０２は、金属製ガスケット５００の総板厚を調整する板厚調整板５０３およびシム板５０４を具える。板厚調整板５０３には、例えばエンジンの締付規定厚に合う板厚０．４〜１．５ｍｍのＳＵＳ材や防錆処理されたショットピーニング材（以下、「ＳＰ材」と称すことがある。）を用いることができ、シム板５０４には、例えば板厚０．１５ｍｍのＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４材を用いることができる。
【００２０】
シム板５０４および板厚調整板５０３には、シリンダー孔５１１、冷却水孔５１４、潤滑油孔５１６、ボルト孔５１８、ハトメ孔５２０等を打ち抜き加工して作製することができる。更に、シム板５０４は、図２に示すようにシリンダー孔５１１の縁部においてグロメット状態に加工されており、その折り曲げ量、つまりグロメットの鍔５０５の幅は、第２の（図では下側の）ビード基板５０１と組合せた際に第２燃焼ガスシールビード５１２Ｂのビード幅の中心であるビードセンターが乗ることができる幅とされている。
【００２１】
そして、二枚のビード基板５０１の各ビードが厚さ方向に整列して位置すると共に、互いに逆向きになるように各ビードを各々内向きに突出させて、上から第１のビード基板５０１、板厚調整板５０３、シリンダーブロック３００側からシリンダーヘッド２００側へ折り曲げてグロメット加工したシム板５０４、第２のビード基板５０１の順にハトメ孔５２０のハトメ（図示せず）を利用して互いに結合することにより金属製ガスケット５００とした。
【００２２】
従ってこの第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によれば、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００との間に金属製ガスケット５００を介在させてボルト（図示せず）で締め付け固定することにより、シリンダーブロック３００側のシリンダー孔５１１を真円形状のビード５１２Ｂで囲繞して燃焼ガスをシールすることができる。また、シリンダーヘッド２００側のシリンダー孔５１１周辺を、シリンダー孔５１１とホットプラグ底面２０８とを同時に囲繞する瓢箪形状のビード５１２Ａで囲繞することにより、ホットプラグ２０２の嵌め付け状態またはエンジン運転時の熱膨張に起因するホットプラグ底面２０８とシリンダーヘッド底面２０９との境界部分での段差２０５発生によるシール不良を起こさずに燃焼ガスをシールすることができる。
【００２３】
また、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、補強ビード５１３Ａ、Ｂを形成して、シリンダーヘッド側のビード基板５０１とシリンダーブロック側のビード基板５０１とに設けられたビードの大部分が中間板５０２を挟んで対向するようにしているので、シール時にシリンダーヘッド２００およびシリンダーブロック３００のデッキ面で十分な面圧を引き出し、面圧の不均衡を生じることなくより確実な燃焼ガスのシールを行うことができる。
【００２４】
更に、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが一本の連続したビードラインで形成されており、従来のガスケットにおけるような二本以上のビードが結合する結合部４０２を有さないため、弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることが無いので、複雑変形の発生を回避するためのビード幅を狭めた部分を設ける必要が無く、長期間使用してもビードクラックを発生しづらくすることができる。
【００２５】
その上、この第１実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、シム板５０４がシリンダー孔５１１縁部で折り曲げられており、フルビード側とハーフビード側とでビード基板５０１に挟まれている中間板５０２の板厚差による段差５０８が生じているので、シリンダー孔５１１周りのシールをより安定させることができる。
【００２６】
図５は、本発明にかかる副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第２実施例を示す断面図であり、図２に示す第１実施例の金属製ガスケットの断面図に対応する位置での断面図を示すものである。
【００２７】
この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００は、中間板５０２にインナープレート５０６とアウタープレート５０７とをＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーにより溶接加工して一体化させた板を用いた三枚積層型の金属製ガスケットである点で第１実施例と相違し、他の点では第１実施例と同様である。
【００２８】
ここで、中間板５０２は、例えばＳＰ材に亜鉛めっきやスズめっきを施した防錆処理鋼板またはＳＵＳ４３０もしくはＳＵＳ３０１等のステンレス材といった、エンジンの締付規定厚に合うような鋼材からなるインナープレート５０６とアウタープレート５０７とをＹＡＧレーザーにより溶接加工して作製できる。
【００２９】
具体的には、インナープレート５０６は、例えば板厚０．４〜１．５ｍｍの防錆処理鋼板を、図６に示すように、第１のビード基板５０１に形成された瓢箪形状の第１燃焼ガスシールビード５１２Ａのビードセンターが乗るような大きさにカット加工すると共に、そこにシリンダー孔５１１を加工することで作製できる。また、アウタープレート５０７は、例えば板厚０．０８〜０．２ｍｍ程度の防錆処理鋼板を、インナープレート５０６と嵌合できるよう、図７に示すようにインナープレート５０６の外形全域に渡ってインナープレート５０６より僅かに大きいサイズでカット加工すると共に、他の冷却水孔５１４等を加工することで作製できる。
【００３０】
そして、インナープレート５０６とアウタープレート５０７を嵌合した後、嵌合部分をＹＡＧレーザーにより溶接加工して作製した中間板５０２を、第１のビード基板５０１と第２のビード基板５０１との間に挟みこむように組合せ、ハトメ孔５２１のハトメ（図示せず）を利用してそれらを互いに結合して金属製ガスケット５００とした。
【００３１】
従ってこの第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、シリンダーヘッド２００とシリンダーブロック３００の間に金属製ガスケット５００を介在させてボルト（図示せず）で締め付け固定することにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔５１１を真円形状のビード５１２Ｂで囲繞して燃焼ガスをシールすることができる。また、シリンダーヘッド側のシリンダー孔５１１周辺をシリンダー孔５１１とホットプラグ底面２０８とを同時に囲繞する瓢箪形状のビード５１２Ａで囲繞することにより、ホットプラグ２０２の嵌め付け状態またはエンジン運転時の熱膨張に起因するホットプラグ底面２０８とシリンダーヘッド底面２０９との境界部分での段差２０５発生によるシール不良を起こさずに燃焼ガスをシールすることができる。
【００３２】
また、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、補強ビード５１３Ａ、Ｂを形成して、シリンダーヘッド側の第１のビード基板５０１とシリンダーブロック側の第２のビード基板５０１とに設けられたビードの大部分が中間板５０２を挟んで対向するようにしているので、シール時にシリンダーヘッド２００およびシリンダーブロック３００のデッキ面で十分な面圧を引き出し、面圧の不均衡を生じることなくより確実な燃焼ガスのシールを行うことができる。
【００３３】
更に、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によっても、燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂが一本の連続したビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部４０２を有さないため、弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることが無いので、複雑変形の発生を回避するためのビード幅を狭めた部分を設ける必要が無く、長期間使用してもビードクラックを発生しづらくできる。
【００３４】
その上、この第２実施例の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケット５００によれば、インナープレート５０６よりアウタープレート５０７の方が板厚が薄いため、シリンダー孔５１１の周りをグロメット状態に加工することなく、フルビード側とハーフビード側とでビード基板５０１に挟まれている中間板５０２の板厚差による段差５０８を作製できる。また、その段差５０８により、シリンダー孔５１１周りのシールをより安定させることができる。
【００３５】
なお、本実施例以外にも、エンジンの気筒数や必要に応じて任意に孔および孔を囲繞するビードを設けても良く、補強ビード５１３Ａ、Ｂの形成位置も、金属製ガスケット５００との接触面の面圧を引き出すことができる位置であれば燃焼ガスシールビード５１２Ａ、Ｂに対向しない位置であっても良い。また、補強ビード５１３Ａ、Ｂは一本の連続したビードラインとせずに、断続的に途切れたビードラインとしても良い。
【００３６】
図１２は、ビード幅および口開き変位量を変化させた場合のビードクラック発生の有無について検討を行った疲労強度試験の結果である。なお、疲労強度試験には油圧式振動疲労試験機を用い、ビード幅の異なるテストピースに対して、振幅を一定とする荷重制御方式で試験を行った。
【００３７】
図１３は、本試験に用いたテストピース６００を示す。テストピース６００には板厚０．２５ｍｍのＳＵＳ３０１よりなる弾性金属板を用い、ビード形状のチューニングを行ってビード高さが０．２５ｍｍで互いに同一となるようしたビード幅３．５ｍｍ、３．０ｍｍおよび２．５ｍｍの３種類のビード型を用いて、ビード幅の異なる３種類のテストピース６００を作製した。
【００３８】
疲労強度試験は、一秒間の振幅回数を５０Ｈｚ、繰返振幅回数を１００万回に設定して行った。なお、疲労強度試験時の振幅量は、ビードを圧縮する試験機の最大荷重を全ビード幅で一定として試験機の最小荷重を調整することにより、所望の振幅量が得られるように制御した。そして、試験機は、振幅量を一定に制御するために最小荷重と最大荷重の中間の荷重をセンターとして上下に５０Ｈｚで振動を加え、振幅回数が１００万回となった時点で停止するようにした。
【００３９】
具体的な試験方法としては、振幅疲労強度試験機にテストピース６００をセットし、あらかじめ設定した一定の振幅量で振動を加えた。そして、繰返振幅１００万回が終了した後に試験機より取り出したテストピース６００についてビードクラック発生の有無を目視および指で触って確認した。
【００４０】
そして、この様な疲労強度試験を各ビード幅のテストピース６００に対して行い、ビードクラックの発生が確認できなかったテストピース６００については、同じビード幅の新しいテストピース６００に対して振幅量を大きくした条件で試験を行った。そして、この作業を繰返し、１００万回の振幅回数でビードクラックの発生しない振幅量、ビードクラックの発生する振幅量を確認し、両者の振幅量の中間をビードクラック発生限界と定義した。
【００４１】
その結果、図１２に示すビードクラック発生限界の推移からも明らかなように、テストピース６００のビード幅が大きい程、大きい振幅量で振動を与えてもビードクラックが発生せず、疲労強度が高いことが明らかとなった。このことから、本発明にかかるビード幅が均一の金属製ガスケットであれば、ビード幅の狭い部分を有さないので、ビード幅の狭い部分を有する従来技術にかかる金属製ガスケットと比較してビードクラックが発生しにくくなることは明らかであり、長期間使用してもビードクラックが発生しづらいという効果を有することが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
かくして、本発明の副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットによれば、第１燃焼ガスシールビードにより、シリンダーヘッド側のシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲んで燃焼ガスをシールすることができ、また第２燃焼ガスシールビードにより、シリンダーブロック側のシリンダー孔を囲んで燃焼ガスをシールすることができる。さらに、第１、第２燃焼ガスシールビードは一本の連続するビードラインで形成されており、２本以上のビードが結合する結合部を有さないので、デッキ面間の締め付けにより弾性変形が重合してシワ等の複雑変形を生じることがなく、また、複雑変形の発生を回避するためにビード幅を狭める部分を設ける必要もない。よって、シール線切れや面圧不均衡が生じず、長期間使用してもビードクラックが発生しづらい金属製ガスケットを提供することができる。また、第２燃焼ガスシールビードのみをシリンダー孔を囲むビードラインとすることにより、シリンダーヘッド側でシリンダー孔とホットプラグ底面との双方を囲むという目的を達成しつつ、加工が容易で強度の高い円形のビードラインでシリンダーブロック側の燃焼ガスをシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかるディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第１実施例のシリンダーヘッド側から見た全体を示す平面図である。
【図２】図１に示す金属製ガスケットのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】第１実施例の金属製ガスケットの第１燃焼ガスシールビードおよび第１補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【図４】第１実施例の金属製ガスケットの第２燃焼ガスシールビードおよび第２補強ビードの形状を示す拡大平面図である。
【図５】本発明にかかるディーゼルエンジン用の金属製ガスケットの第２実施例についての、図１に示す第１実施例の金属製ガスケットと同じ位置での断面図である。
【図６】第２実施例の金属製ガスケットのインナープレートの形状の一部を示す一部省略平面図である。
【図７】第２実施例の金属製ガスケットのアウタープレートの形状の一部を示す一部省略平面図である。
【図８】ディーゼルエンジンの金属製ガスケット使用状態を副燃焼室との位置関係と共に示す断面図である。
【図９】シリンダーヘッドのデッキ面とホットプラグ底面との不整合の一例を示す断面図である。
【図１０】シリンダーヘッドのデッキ面とホットプラグ底面との不整合の別の例を示す断面図である。
【図１１】従来技術にかかる金属製ガスケットの燃焼ガスシールビードの形状例を示す拡大平面図である。
【図１２】疲労強度試験の結果を示すグラフである。
【図１３】疲労強度試験に用いたテストピースの全体形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００ ディーゼルエンジン
２００ シリンダーヘッド
２０１ キャビティ
２０２ ホットプラグ
２０３ 副燃焼室
２０４ 燃焼ガス噴出孔
２０５ 段差
２０６ 噴射ノズル
２０７ グロープラグ
２０８ ホットプラグ底面
２０９ シリンダーヘッド底面（デッキ面）
３００ シリンダーブロック
３０１ ピストン
３０２ 主燃焼室
３０３ シリンダーボア
３０４ デッキ面
４００ ガスケット
４０１ ビード
４０２ 結合部
４１１ シリンダー孔
５００ 金属製ガスケット
５０１ ビード基板
５０２ 中間板
５０３ 板厚調整板
５０４ シム板
５０５ グロメット鍔
５０６ インナープレート
５０７ アウタープレート
５０８ 段差
５１１ シリンダー孔
５１２Ａ 第１燃焼ガスシールビード
５１２Ｂ 第２燃焼ガスシールビード
５１３Ａ 第１補強ビード
５１３Ｂ 第２補強ビード
５１４ 冷却水孔
５１５ 冷却水シールビード
５１６ 潤滑油孔
５１７ 潤滑油シールビード
５１８ ボルト孔
５１９ ボルト孔ビード
５２０ ハトメ孔
５２１ ハトメ孔
６００ テストピース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々シリンダー孔を有する弾性金属板からなる二枚のビード基板と、シリンダー孔を有する少なくとも一枚の中間板とを具え、前記中間板を前記二枚のビード基板で挟むように構成されており、シリンダーブロックと、ホットプラグが嵌め付けられたシリンダーヘッドとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットであって、
前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーヘッドと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第１燃焼ガスシールビードを有し、
前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーブロックと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第２燃焼ガスシールビードを有し、
前記第１燃焼ガスシールビードは、前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードは、前記シリンダー孔の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されている、金属製ガスケット。
【請求項２】
前記二枚のビード基板は、前記第１燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーヘッドの前記デッキ面との接触部および前記第２燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーブロックの前記デッキ面との接触部のそれぞれの面圧を高めるための補強ビードを有し、
前記補強ビードは、前記第１、第２燃焼ガスシールビードとは別個に形成されている、請求項１記載の金属製ガスケット。
【請求項３】
前記補強ビードは、
前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の内側であって前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に形成された第１補強ビードと、
前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の外側であって、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に形成された第２補強ビードとを有する、請求項２記載の金属製ガスケット。
【請求項４】
前記第１、第２燃焼ガスシールビードおよび前記第１、第２補強ビードは山形断面形状のフルビードで形成されており、
前記二枚のビード基板のうち一方は、前記第１燃焼ガスシールビードおよび前記第１補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、
前記二枚のビード基板の他方は、前記第２燃焼ガスシールビードおよび前記第２補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、
前記二枚のビード基板間に具えられた前記中間板は、少なくとも前記シリンダー孔の内周面から前記第２燃焼ガスシールビードまでの厚さより、前記ハーフビード側の厚さの方が薄くなるように構成されていることを特徴とする、請求項３記載の金属製ガスケット。
【請求項５】
前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状が瓢箪形状であり、
前記シリンダー孔が真円形状であって、
前記第１燃焼ガスシールビードが瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードが真円形状の一本の連続したビードラインで形成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属製ガスケット。
【請求項６】
前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状が瓢箪形状であり、
前記シリンダー孔が真円形状であって、
前記第１燃焼ガスシールビードが瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードが真円形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第１補強ビードが円弧状の一本のビードラインで形成されており、
前記第２補強ビードが半円状の一本のビードラインで形成されている、請求項３または請求項４記載の金属製ガスケット。
【請求項１】
各々シリンダー孔を有する弾性金属板からなる二枚のビード基板と、シリンダー孔を有する少なくとも一枚の中間板とを具え、前記中間板を前記二枚のビード基板で挟むように構成されており、シリンダーブロックと、ホットプラグが嵌め付けられたシリンダーヘッドとの互いに対向するデッキ面間に挟持されてそれらのデッキ面をシールする、副室式ディーゼルエンジン用の金属製ガスケットであって、
前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーヘッドと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第１燃焼ガスシールビードを有し、
前記二枚のビード基板のうち、前記シリンダーブロックと接する側のビード基板は、前記シリンダー孔の周囲に設けられて燃焼ガスをシールする第２燃焼ガスシールビードを有し、
前記第１燃焼ガスシールビードは、前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードは、前記シリンダー孔の外郭を囲繞するように一本の連続したビードラインで形成されている、金属製ガスケット。
【請求項２】
前記二枚のビード基板は、前記第１燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーヘッドの前記デッキ面との接触部および前記第２燃焼ガスシールビードの、前記シリンダーブロックの前記デッキ面との接触部のそれぞれの面圧を高めるための補強ビードを有し、
前記補強ビードは、前記第１、第２燃焼ガスシールビードとは別個に形成されている、請求項１記載の金属製ガスケット。
【請求項３】
前記補強ビードは、
前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の内側であって前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に形成された第１補強ビードと、
前記第２燃焼ガスシールビードのビードラインで囲まれる領域の外側であって、前記第１燃焼ガスシールビードのビードラインと対向する位置に形成された第２補強ビードとを有する、請求項２記載の金属製ガスケット。
【請求項４】
前記第１、第２燃焼ガスシールビードおよび前記第１、第２補強ビードは山形断面形状のフルビードで形成されており、
前記二枚のビード基板のうち一方は、前記第１燃焼ガスシールビードおよび前記第１補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、
前記二枚のビード基板の他方は、前記第２燃焼ガスシールビードおよび前記第２補強ビードと前記ビード基板の端との間に少なくとも１つの片斜面形断面形状のハーフビードを有しており、
前記二枚のビード基板間に具えられた前記中間板は、少なくとも前記シリンダー孔の内周面から前記第２燃焼ガスシールビードまでの厚さより、前記ハーフビード側の厚さの方が薄くなるように構成されていることを特徴とする、請求項３記載の金属製ガスケット。
【請求項５】
前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状が瓢箪形状であり、
前記シリンダー孔が真円形状であって、
前記第１燃焼ガスシールビードが瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードが真円形状の一本の連続したビードラインで形成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属製ガスケット。
【請求項６】
前記ホットプラグの底面と前記シリンダー孔とを重ね合わせた形状が瓢箪形状であり、
前記シリンダー孔が真円形状であって、
前記第１燃焼ガスシールビードが瓢箪形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第２燃焼ガスシールビードが真円形状の一本の連続したビードラインで形成されており、
前記第１補強ビードが円弧状の一本のビードラインで形成されており、
前記第２補強ビードが半円状の一本のビードラインで形成されている、請求項３または請求項４記載の金属製ガスケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−６２９３４（Ｐ２００９−６２９３４Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３３１６２（Ｐ２００７−２３３１６２）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（０００２３０４２３）日本リークレス工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（０００２３０４２３）日本リークレス工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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