エンジンビルダーにブースト下でシリンダーヘッドを密閉しているものを尋ねれば、他の何よりもまずヘッドボルトを指し示すでしょう。ガスケットではなく、表面仕上げでもなく、ボルトです。それらがすべてを圧力下で保持しており、それらが間違っていると、システム内の他のものは何も補償できません。.
シリンダーヘッドボルト ヘッドを単にクランプするだけではありません。ターボチャージャー付きディーゼルエンジンで200 barを超える可能性のある燃焼圧力や、エンジンの全使用寿命にわたって、数千回の熱サイクルを通じてガスケット全体に特定の校正された力を維持します。その力を間違えると、低すぎても、高すぎても、または不均一でも、ガスケットはチャンスがありません。.
エンジン構造におけるシリンダーヘッドボルトの役割
シリンダーヘッドは燃焼室の上部にあります。内部からの燃焼圧力を処理しながら、高温の燃焼面と低温の外表面との間の急激な熱勾配に対処します。その下では、エンジンブロックがその境界のもう半分を形成します。ヘッドガスケットはそれらの間のギャップを埋め、燃焼ガス、冷却剤通路、およびオイルチャネルをすべて同時にシールします。.
ボルトがそのシールを機能させるものです。ガスケットは、十分で均一な圧縮応力がかかっている場合にのみシールされます。その応力のすべてはボルトの予圧から来ています。エンジンの寿命を通じてそれを維持することが、ヘッドファスナーシステムのすべての仕事です。.
予圧、トルク、およびそれらの関係
予圧は、ボルトを締め付けたときに発生する引張力です。トルクはそこに至る方法です。両者はかなり単純な関係で結ばれています。
T = K × F × d
ここで、Tは印加トルク（N・m）、Kはトルク係数、Fは目標予圧（N）、dはボルトの公称直径（m）です。.
トルク係数Kは、実際に重要になる部分です。これは、ねじの潤滑、表面コーティング、および状態によって変化します。潤滑されていないボルトは、Kが0.20以上になる可能性があります。適切に潤滑されたボルトは、0.13〜0.17に低下します。この差は、同じレンチトルクで実際の予圧に20〜30％の違いをもたらします。これが、取り付け手順で潤滑剤の種類が指定されている理由です。異なるオイルに交換したり、潤滑を完全にスキップしたりすることは、単に手順から逸脱するだけではありません。それは、ボルトが実際にジョイント内で何をしているかを変えます。.
エンジンごとのトルク仕様
トルク値は、あるエンジンから別のエンジンに転送できるものではありません。各仕様は、そのエンジンのボルト径、ファスナーグレード、ボルトパターン、ガスケット剛性、および目標燃焼圧力に合わせて計算されています。機械的に類似したエンジンであっても、間違った値を使用することは、取るに足らないリスクです。.
関係する範囲の実際的な感覚を与えるために：
- ガソリン乗用車エンジンは、通常、ボルトあたり60〜110 N・m（M10〜M12、グレード10.9またはTTY）です。
- ターボチャージャー付きディーゼル乗用車は、80〜150 N・mの範囲（M11〜M14、高強度TTY）に収まります。
- 大型ディーゼルトラックエンジンは、ボルトあたり200〜400 N・m（M16〜M22、再利用可能なグレード10.9または12.9）を必要とする場合があります。
TTYボルトは、これにさらに層を追加します。通常、段階的にトルクがかけられます。ベース値に続いて角度の増分、例えば45°+45°です。角度法は、摩擦のばらつきに対する感度が低いため、ストレートトルク制御よりも一貫した予圧を提供します。.
締め付け順序とシール性能
シーケンスは、トルク値と同じくらい重要です。ほとんどのメーカーは、ヘッドの中心から外側に向かって始まるスパイラルまたはハッチパターンを指定しています。このアプローチは、隣接する領域が係合する前に1つの領域に圧縮を集中させることなく、ガスケットを段階的かつ均一にロードします。.
一列に端から端まで締め付けると、締め付けるにつれてガスケットを持ち上げてシフトさせる圧縮波が発生します。最後のボルトがトルクされたときには、ガスケットはすでに不均一に配置されている可能性があります。最後に正しいトルクをかけても、それを元に戻すことはできません。その結果、ガスケット面全体にストレス勾配が生じ、最終的には漏れや熱による早期の故障として現れます。.
OEMシーケンスに従うことは、すべての途中トルク段階を含めて、オプションではありません。ガスケットが正しく取り付けられていることを知る唯一の方法です。.
不適切なトルクまたは取り付けによる一般的な問題
過小トルクのボルトは、ガスケットの圧縮不足を残します。冷却水が燃焼室に侵入し、シリンダー間で圧縮が漏れ、ガスケットは十分にシールされていなかった圧力で劣化し始めます。最悪の場合、燃焼ガスが冷却システムに押し込まれ、温度が上昇し、完全なオーバーヒートイベントが発生します。.
過大トルクのボルトは、設計範囲を超えます。TTYボルトは、シャンクで細くなり、断面積と引張能力を失う可能性があります。従来のボルトは、ブロックのねじを剥がしたり、サービス中に完全に破損したりする可能性があります。いずれにしても、その領域のクランプ力は失われます。.
クロススレッドのボルトは、より微妙な問題です。ねじの摩擦は、ボルトが正しい予圧のどこにも到達する前に、正しいように見えるトルク読み取り値を生成します。ボルトはトルクされているように見えますが、適切にクランプされていません。再組み立ての前に、ねじのクリーニングまたはブロックねじの修理が必要です。それを回避する近道はありません。.
トルク・トゥ・イールドボルト対従来のボルト
TTYボルトは、意図的に塑性変形領域に伸びます。その制御された伸長は、予圧を一貫させ、ボルトがジョイントの表面の不規則性にわずかに適合することを可能にします。ボルトの降伏点が自然な上限として機能します。大量のOEM生産では、その一貫性は価値があります。.
従来のグレード10.9または12.9ボルトは、正しくトルクされた場合に弾性範囲内に留まります。検査に合格すれば再利用できます。目に見える変形がなく、ねじの状態が良く、トルク応答が仕様内であれば。TTYボルトは、見た目に関係なく、ヘッドが取り外されるたびに交換されます。.
繰り返し分解を行うエンジンビルダーにとって、再利用可能な高強度ボルトは、ジョイントを損なうことなく、サービスあたりのコストを削減します。ただし、これはエンジンの設計がそれを許可し、ボルトのグレードとクランプジオメトリがOEMのヘッドリフト仕様を満たすことが確認されている場合にのみ機能します。.
ヘッドボルトの信頼性における材料強度と熱処理
シリンダーヘッドボルトは通常、中炭素合金鋼で作られています。これらは35CrMoや42CrMoなどのグレードで、必要な強度目標を達成するために熱処理されています。グレード12.9の場合、最小引張強度は1220 MPa、最小降伏強度は1100 MPaです。.
熱処理は正確に調整する必要があります。焼きが不十分なボルトは、熱サイクルによって予締めを失います。本来リラックスしないはずなのにリラックスしてしまいます。焼きすぎたボルトは脆くなり、水素誘起応力腐食割れを起こしやすくなります。これは、発生前に警告がなく、特に高クランプ用途で危険な破壊モードです。.
CNXD には30年の実績があります 自動車用ファスナー製造. 。熱処理は製造時に硬度検証を行いながら工程内で管理され、すべてのバッチは出荷前に引張試験と寸法検査を受けます。OEMおよびティア1のお客様には、PPAPドキュメントと完全なバッチトレーサビリティが標準であり、オプションのアドオンではありません。エンジンまたはパワートレインプログラム用にシリンダーヘッドボルトを調達している場合、そのトレーサビリティは、何かを追跡する必要がある場合にあなたを保護するものです。.
