(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる芯板と、この芯板に設けられたシリンダ孔と、このシリンダ孔の周縁部に装着された金属からなるボアグロメットと、このボアグロメットの内周側に装着されたファイヤーリングとを有してなり、
前記ファイヤーリングは、平たい環状の金属板と、この金属板の両面にコーティングされた、石綿以外の圧縮性無機繊維、圧縮性有機繊維、無機充填剤およびゴムを含有するコンパウンドの層とを有してなり、
前記ファイヤーリングの前記金属板の板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より薄くされている一方、締め付け前の前記ファイヤーリングの総板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より厚くされているシリンダヘッドガスケット。
【請求項２】
締め付け前の前記ファイヤーリングの総板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より４〜１２％厚くされている請求項１記載のシリンダヘッドガスケット。
【請求項３】
前記コンパウンドの層の表面にグラファイトを主成分とする層をコーティングしてなる請求項１または２記載のシリンダヘッドガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着されるシリンダヘッドガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の大型ディーゼルエンジンにおけるシリンダの構造の一例を示しており、シリンダライナー１の本体部１ａに作用する荷重を低減するために、シリンダヘッドガスケット２のボアグロメット３の内周をライナー１の内周より外側に位置させることにより、シリンダヘッドガスケット２のガスシール部をライナー１の上端部外周側に設けられたブロック保持部１ｂ側にずらせて、ボア変形低減を図っている。また、ライナー１の上面とシリンダヘッド４の下面とボアグロメット３の内周と間に、未燃焼ガスが溜まる所謂デッドボリュームＡが大きく生じないようにするため、ライナー１の上端部に突起部（火炎防止帯）１ｃを設けている。なお、符号６はシリンダブロックを示している。
【０００３】
図２は、従来の大型ディーゼルエンジンにおけるシリンダの構造の他の例を示しており、デッドボリュームＡを少なくするために、ライナー１の上端部に突起部１ｃは設けないで、シリンダヘッドガスケット２のボアグロメット３部の内周をライナー１の内周に近接させている。
【０００４】
図３は、従来の大型ディーゼルエンジンにおけるシリンダの構造のさらに他の例を示しており、デッドボリュームＡを少なくするために、ライナー１の上端部に突起部１ｃは設けないで、金属板のみからなるファイヤーリング７をシリンダヘッドガスケット２のボアグロメット３の内周側に設けたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１の従来のシリンダ構造においては、
（イ）ライナー１に突起部１ｃを加工することが必要であり、しかもこの加工は、シリンダヘッドガスケット２締め付け時、該突起部１ｃがシリンダヘッド４に接しないようにし、かつヘッド６との間隔が大きくならないようにする必要があるために、高い加工精度を要するので、ライナー１の加工費が高くなる、
（ロ）上記加工を実施しても、デッドボリュームＡを完全に除去することはできず、このデッドボリュームＡに未燃焼ガスが溜まり、排ガス中のＨＣ濃度を高める、
等の問題があった。
【０００６】
また、図２の従来のシリンダ構造においては、ライナー１に突起部１ｃを加工する必要がないので、ライナー１の加工費は低減できるが、
（ハ）図１の場合よりは少なくなるものの、やはりデッドボリュームＡを完全に除去することはできない、
（ニ）ライナー１の本体部１ａとブロック保持部１ｂとの交角部付近等に亀裂８が発生しやすい、
（ホ）一点鎖線１’で示すようにシリンダボア変形を発生しやすく、これにより油消費の増大およびピストンの焼き付きを招きやすい、
等の問題があった。
【０００７】
さらに、図３の従来のシリンダ構造は、ライナー１に突起部１ｃを加工する必要がないので、ライナー１の加工費は低減できる。また、ボアグロメット３の内周をライナー１の内周より外側に位置させているので、適正な組立状態では、シリンダボア変形およびライナー１の亀裂発生等は防止できる。しかし、
（ヘ）ファイヤーリング７が金属のみからなるため、シリンダヘッド４およびシリンダライナー１とファイヤーリング７との間にクリアランスが必要なため、これらのクリアランスがデッドボリュームＡとなる、
（ト）万一ファイヤーリング７にシリンダヘッド４およびシリンダライナー１が接触すると、ガス漏れ、ボア変形の増大、およびライナー１の亀裂を発生する、
等の問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の１つの目的は、デッドボリュームを完全に除去することができ、これにより排ガス中のＨＣ濃度を低減するとともに燃費向上することができ、しかもシリンダーライナーの上部に突起部を加工する必要もないシリンダヘッドガスケットを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、ファイヤーリング部分がシリンダヘッドおよびライナー部へ粘着することのないリンダヘッドガスケットを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるシリンダヘッドガスケットは、金属からなる芯板と、この芯板に設けられたシリンダ孔と、このシリンダ孔の周縁部に装着された金属からなるボアグロメットと、このボアグロメットの内周側に装着されたファイヤーリングとを有してなり、前記ファイヤーリングは、平たい環状の金属板と、この金属板の両面にコーティングされた、石綿以外の圧縮性無機繊維、圧縮性有機繊維、無機充填剤およびゴムを含有するコンパウンドの層とを有してなり、前記ファイヤーリングの前記金属板の板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より薄くされている一方、締め付け前の前記ファイヤーリングの総板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より厚くされているものである。
【００１２】
本発明によれば、締め付け前のファイヤーリングの総板厚は、ボアグロメット部の締付時板厚より厚くされているので、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介装されて締め付けられたとき、ファイヤーリングのコンパウンドの層はシリンダヘッドとシリンダライナーとの間で圧縮され、ファイヤーリングの両面はシリンダヘッドの下面とシリンダライナーの上面にそれぞれ密着する。したがって、デッドボリュームを完全に除去することができる。
【００１３】
また、前記コンパウンドの層は圧縮性有機繊維、圧縮性無機繊維およびゴムを含有するので、高圧縮性であるため、シリンダヘッド下面およびライナー上面に対するファイヤーリングのなじみ性が良好であり、この点からもデッドボリュームを完全に除去できる。
【００１４】
また、シリンダ・ヘッドの下面およびシリンダライナーの上面がファイヤーリングの両面に接触するが、締め付け前のファイヤーリングの総板厚がボアグロメット部の締付時板厚より過大に厚くされていない限り、前述のように前記コンパウンドの層は高圧縮性であるため、負荷応力が少なく、ガスシール性の低下、シリンダボア変形の増大およびライナー部への亀裂発生を招くことはない。
【００１５】
また、前述のように前記コンパウンドの層は高圧縮性であるため、ボアグロメット部の締付時板厚がばらついても、ファイヤーリング部の負荷面圧のばらつきは少ない。
【００１６】
また、一般に、シリンダヘッド下面およびライナー上面温度は２００℃程度となる。しかるに、前記コンパウンドは圧縮性有機繊維、圧縮性無機繊維、無機充填材およびゴムを含有するため、耐熱性を４００℃程度とすることができるので、十分な耐熱性を有する。
【００１７】
なお、締め付け前の前記ファイヤーリングの総板厚は、前記ボアグロメット部の締付時板厚より４〜１２％厚くすることが好ましく、特に５〜９％厚くすることが好ましい。ファイヤーリングの総板厚がボアグロメット部の締付時板厚より小さすぎる場合には、ファイヤーリングの面圧が過小となるとともにコンパウンド層のヘタリが大きくなり、ファイヤーリングとシリンダヘッドおよびシリンダライナーとの間にガスが侵入し易くなる。他方、ファイヤーリングの総板厚がボアグロメット部の締付時板厚より大きすぎる場合には、全体としてファイヤーリングの圧縮量が過大になる結果、ファイヤーリングの面圧が過大となる虞がある。
【００１８】
また、前記コンパウンドの層の表面にグラファイトを主成分とする層をコーティングすれば、シリンダヘッド下面およびシリンダライナー上面に対するファイヤーリングの上下面の粘着を防止することができ、運転時に、ヘッド下面、ライナー上面の動きに対して前記コンパウンド層を含むファイヤーリングがもまれて劣化することもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のシリンダヘッドガスケットにおけるファイヤーリングの金属板としては、例えば、ＳＵＳ等のステンレス鋼板、ＳＰＣＣ等の鋼板等が好適である。
【００２０】
また、本発明のシリンダヘッドガスケットにおけるファイヤーリングのコンパウンドを構成する圧縮性無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、岩綿、鉱滓綿、溶融石英繊維、化学処理高シリカ繊維、溶融硅酸アルミナ繊維、アルミナ連続繊維、安定化ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、チタン酸アルカリ繊維、ウィスカー、ボロン繊維等が使用できる。
【００２１】
また、前記コンパウンドを構成する圧縮性有機繊維としては、例えば、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ尿素系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロカーボン系繊維、フェノール繊維、セルロース系繊維等を使用できる。
【００２２】
前記圧縮性無機繊維および有機繊維は、コンパウンド中に３０〜８０重量％程度配合されるのが好ましい。
【００２３】
なお、石綿以外の圧縮性無機繊維は柔軟性に乏しいため、コンパウンドを構成する繊維として石綿以外の無機繊維のみを用いると、シリンダヘッドおよびライナーに対するファイヤーリングのなじみ性が低下してしまう。他方、有機繊維は耐熱性が悪いため、コンパウンドを構成する繊維として有機繊維のみを用いるとすると、ファイヤーリングの耐熱性が悪化してしまう。また、充填材も、有機充填材を用いると耐熱性が低下してしまう。したがって、圧縮性無機繊維と圧縮性有機繊維との両方および無機充填材を用いれば、前記なじみ性および耐熱性の両方を満足させることができる。
【００２４】
前記コンパウンドを構成するエラストマーとしては、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、シリコーンゴム（Ｓｉ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、エチレン酢ビゴム（ＥＶＡ）、塩化ポリエチレン（ＣＰＥ）、塩化ブチルゴム（ＣＩＲ）、エビクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ニトリルイソプレンゴム（ＮＩＲ）等のゴム材を用いることができる。また、ゴムの代りに他の種のエラストマーを用いることもできる。
【００２５】
また、前記コンパウンドを構成する無機充填材としては、例えばクレー、タルク、硫酸バリウム、重炭酸ナトリウム、グラファイト、硫酸鉛、トリポリ石、ウォラストナイト等を用いることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２７】
図４〜６は、本発明によるシリンダヘッドガスケット２の一実施例、図７はこの実施例をシリンダヘッド４とシリンダブロック６との間に介装して締め付けた状態を示している。本実施例のシリンダヘッドガスケット２は、ガスケット本体９と、ボアグロメット３と、ファイヤーリング７とを有してなる。前記ガスケット本体９は、ＳＵＳまたはＳＰＣＣ等の金属板からなる芯板９ａと、この芯板９ａの両面に積層された表面板９ｂとからなる。前記表面板９ｂは、それぞれ金属板９ｃの両面に、石綿以外の圧縮性無機繊維、圧縮性有機繊維、無機充填剤およびゴムを含有する薄いコンパウンドの層９ｄを被覆してなる。
【００２８】
前記ガスケット本体９には、シリンダ孔１１と、冷却水を通過させるための水孔１２と、潤滑油を通過させるための油孔１３と、ボルト孔１４とが明けられている。前記ガスケット本体９のうちの、シリンダ孔１１の周辺部分には、表面板層９ｂは設けられておらず、ＳＵＳ等のステンレス鋼等からなる金属製のボアグロメット３が、該周辺部分の両面を挾むようにして装着されている。
【００２９】
前記ファイヤーリング７は、ＳＵＳ等のステンレス鋼板、ＳＰＣＣ等の鋼板等からなる環状の金属板７ａの両面に耐熱性接着剤７ｂを塗布した上、下記の組成を有するコンパウンドの層７ｃを金属板７ａの両面にコーティングし、さらに該コンパウンドの層７ｃの表面にグラファイトを主成分とする層（以下、グラファイト層という）７ｄをコーティングした後、１４０℃〜１６０℃の温度で３０〜４０分熱処理を施してなる。
〔コンパウンドの組成〕
ガラス繊維                                          …３０重量％
フィブリル化した芳香族ポリアミド繊維
（商品名ケブラーパルプ、デュポン社製）          …１０重量％
ニトリルゴム（ＮＢＲ）                              …１６重量％
ゴム薬品                                            …  ４重量％
無機充填材                                          …４０重量％
なお、上記コンパウンドの組成において、ガラス繊維は無機繊維の一種、フィブリル化した芳香族ポリアミド繊維は有機繊維の一種である。
【００３０】
前記コンパウンドの組成中のゴム薬品としては、例えば硫黄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、過酸化物、ジニトロリベンゼン等の加硫剤、およびチアゾール系化合物、ポリアミン系化合物、スルフェンアミド系化合物、ジチオカルバメート系化合物、アルデヒドアミン系化合物、グアニジン系化合物、チオ尿素系化合物、キサンテート系化合物等の加硫促進剤を用いることができる。
【００３１】
また、前記グラファイト層７ｄをコーティングした後の熱処理は、前記コンパウンド中のゴム、ゴム薬品、およびグラファイト層７ｄに混入されている合成樹脂（この合成樹脂は、グラファイト単独ではコンパウンド層にコーテイングすることが不可能なので、グラファイト層７ｄに混入されている）等を反応させて架橋させるために行われるものである。
【００３２】
本実施例のシリンダヘッドガスケット２の締め付け前の各部の厚さは次の通りである。
【００３３】
芯板９ａの板厚ｔ9a                    …０．９mm
表面板９ｂの厚さｔ9b                  …０．４５mm
表面板９ｃの厚さｔ9c                  …０．４５mm
ボアグロメット３の板厚ｔ3             …０．４５mm
金属板７ａの板厚ｔ7a                  …１．４mm
コンパウンドの層７ｃと接着剤７ｂの層
とグラファイト層７ｄの厚さの和ｔ7bcd  …０．２１５mm
グラファイト層７ｄの厚さｔ7d          …２〜３μ
ファイヤーリング７の総板厚ｔ7         …１．８３mm
また、ボアグロメット３部の締付時板厚ｔB（図７参照）は１．７±０．０４mmと規定されている。したがって、ファイヤーリング７の金属板７ａの板厚ｔ7aは、ボアグロメット３部の締付時板厚ｔBより薄くされている一方、締め付け前のファイヤーリング７の総板厚ｔ7はボアグロメット３部の締付時板厚ｔBより７．６パーセント厚くされている。
【００３４】
なお、本発明における各部の厚さは、前記実施例の具体的数値に限られないことは言うまでもない。
【００３５】
図５に示されるように、前記ファイヤーリング７の外周面１５は凹面状とされており、この外周面１５が凸面状とされたボアグロメット３の内周面に嵌合されることより、ファイヤーリング７はガスケット本体９に装着されている。図４に示されるように、前記金属板７ａの内周のうちの、シリンダヘッド４のバルブ取付部１６に対応する部分は、上方から見て円弧状にへこまされて凹部１７とされている。
【００３６】
このシリンダヘッドガスケット２においては、締め付け前のファイヤーリング７の総板厚ｔ7は、ボアグロメット３部の締付時板厚ｔBより厚くされているので、図７のようにシリンダヘッド４とシリンダブロック６との間に介装されて締め付けられたとき、ファイヤーリング７のコンパウンドの層７ｃはシリンダヘッド４とシリンダライナー１との間で圧縮され、ファイヤーリング７の両面はシリンダヘッド４の下面とシリンダライナー１の上面にそれぞれ密着する。したがって、デッドボリュームを完全に除去できる。
【００３７】
なお、コンパウンド７ｃの層は圧縮性有機繊維、圧縮性無機繊維およびゴムを含有するので、高圧縮性であるため、シリンダヘッド４の下面およびライナー１の上面に対するファイヤーリング７へのなじみ性が良好であり、この点からもデッドボリュームを完全に除去できる。
【００３８】
また、シリンダヘッド４の下面およびシリンダライナー１の上面がファイヤーリング７の両面に接触するが、前述のようにコンパウンドの層７ｃは高圧縮性であるため、過大面圧とならない。さらに詳しく言うと、通常、ボアグロメット３部の締付時板厚ｔBはエンジンの出力確保面より±０．０４mm程度に規制されるが、このような規制下でも、後で説明する表１に示されるように、ファイヤーリング７部面圧は１００〜３５０Kgf／cm2程度となり、過大面圧とならない。したがって、ガスシール性の低下、シリンダボア変形の増大およびライナー１の亀裂を招くことはない。
【００３９】
また、前述のようにコンパウンドの層７ｃは高圧縮性であるため、ボアグロメット３部の締付時板厚ｔBがばらついても、ファイヤーリング７部の負荷面圧のばらつきは少ない。
【００４０】
図８は、参考までに本実施例のファイヤーリング７と図３の従来例の金属板のみからなるファイヤーリング７（材質ＳＰＣＣ、板厚１．７５mm）の圧縮特性を比較したものである。この図において、曲線Ｂは本実施例のファイヤーリング７の圧縮荷重と圧縮歪みとの関係、曲線Ｃは図３の従来例の金属板のみからなるファイヤーリング７のそれを示している。
【００４１】
表１は、本実施例のファイヤーリング７部と図３の従来のファイヤーリング７部の面圧を、ボアグロメット３部の締付時の板厚ｔBがそれぞれ１．６６mm，１．７０mm，１．７４mmである場合について、図８より算出して示したものである。
【００４２】
【表１】
0004382936.tif 000002
また、一般に、シリンダヘッド４の下面およびライナー１の上面の温度は２００℃程度となる。しかるに、コンパウンドの層７ｃは圧縮性有機繊維、圧縮性無機繊維、無機充填材およびゴムを含有するため、耐熱性を４００℃程度とすることができるので、十分な耐熱性を有する。
【００４３】
また、本実施例では、コンパウンドの層７ｃの表面にグラファイト層７ｄが形成されているので、シリンダヘッド４の下面およびシリンダライナー１の上面に対するファイヤーリング７の上下面の粘着を防止し、運転時に、ヘッド４の下面およびライナーの１上面の動きにより、コンパウンド層７ｃを含むファイヤーリング７がもまれて劣化することもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、
（イ）デッドボリュームを完全に除去することができ、これにより排ガス中のＨＣ濃度を低減するとともに燃費向上することができる、
（ロ）シリンダーライナーの上部に突起部を加工する必要がなくなる、
（ハ）ガスシール性の低下、シリンダボア変形の増大およびライナー部亀裂を招くことがない、
（ニ）ボアグロメット部の締付時板厚がばらついても、ファイヤーリング部の負荷面圧のばらつきが少ない、
（ホ）十分な耐熱性が得られる、
等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエンジンのシリンダ構造の一例を示す断面図である。
【図２】従来のエンジンのシリンダ構造の他の例を示す断面図である。
【図３】従来のエンジンのシリンダ構造のさらに他の例を示す断面図である。
【図４】本発明によるシリンダヘッドガスケットの一実施例を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】前記実施例におけるファイヤーリングの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図７】前記実施例のシリンダヘッドガスケットを装着したエンジンのシリンダ構造を示す断面図である。
【図８】前記実施例のファイヤーリングと図３の従来例のファイヤーリングの圧縮特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１    シリンダライナー
２    シリンダヘッドガスケット
３    ボアグロメット
７    ファイヤーリング
７ａ  金属板
７ｃ  コンパウンドの層
７ｄ  グラファイト層
９ａ  芯板
１１    シリンダ孔
ｔB     ボアグロメット部の締付時板厚
ｔ7     ファイヤーリングの総板厚
ｔ7a    金属板の板厚
【図１】
0004382936.tif 000003
【図２】
0004382936.tif 000004
【図３】
0004382936.tif 000005
【図４】
0004382936.tif 000006
【図５】
0004382936.tif 000007
【図６】
0004382936.tif 000008
【図７】
0004382936.tif 000009
【図８】
0004382936.tif 000010