(57)【要約】【課題】  シリンダライナとヘッドライナとの間のガスシール性及び遮熱性を十分に確保する。【解決手段】  シリンダブロック２に装着されるセラミックス製のシリンダライナ１２と、シリンダヘッド３に装着されるセラミックス製のヘッドライナ１６と、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間に介設されるシール手段１９とを備えた遮熱エンジンのシール構造において、シール手段１９が、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間に介設された第一ガスケット２０と、ヘッドライナ１６とシリンダブロック２との間に介設された第二ガスケット２１とを有する。【選択図】  図１
2006266217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックに装着されるセラミックス製のシリンダライナと、シリンダヘッドに装着されるセラミックス製のヘッドライナと、上記シリンダライナと上記ヘッドライナとの間に介設されるシール手段とを備えた遮熱エンジンのシール構造において、上記シール手段が、上記シリンダライナと上記ヘッドライナとの間に介設された第一ガスケットと、上記ヘッドライナと上記シリンダブロックとの間に介設された第二ガスケットとを有することを特徴とする遮熱エンジンのシール構造。
【請求項２】
上記シリンダライナを上記ヘッドライナ側へと押圧するための押圧手段を設けた請求項１記載の遮熱エンジンのシール構造。
【請求項３】
上記ヘッドライナの上端部と上記シリンダヘッドとの間に第三ガスケットを設け、その第三ガスケットの許容耐圧面圧が、上記第一ガスケットの許容耐圧面圧と上記第二ガスケットの許容耐圧面圧との加算値に略等しくなるよう設定された請求項１又は２記載の遮熱エンジンのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス製のシリンダライナ及びヘッドライナにより遮熱構造の燃焼室を形成した遮熱エンジンのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮熱エンジンは、冷却損失の低減や排気ガスの熱エネルギの回収、利用などを目的とするエンジンであり、燃焼による熱を保持し、燃焼室の近傍を高温に保つことで熱効率の向上を図っている。その燃焼室は、遮熱構造となっており、セラミックス材料からなるシリンダライナ及びヘッドライナを、金属材料からなるシリンダブロック及びシリンダヘッドにそれぞれ装着することで形成される。シリンダライナとヘッドライナとの間にはガスシール及び遮熱用のガスケットが介設される。また、シリンダブロックとシリンダヘッドとは水ジャケットが廃止されていると共に、ピストンを遮熱構造の遮熱ピストンとすることで、遮熱性がさらに高められている。
【０００３】
遮熱エンジンは、シリンダライナ及びヘッドライナの遮熱構造と、遮熱ピストンとの組合せにより遮熱効果をもたせることで、シリンダ内から外部への放熱量を水冷エンジンと比較して７０％以上低減させることができる。
【０００４】
なお、特許文献１及び２には、セラミックス製のシリンダライナの取付構造が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９３３２１号公報
【特許文献２】特許第２７５９９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、セラミックス製のシリンダライナをシリンダブロックに取付ける場合には、シリンダライナの破損を防止し、なおかつ、シリンダライナとヘッドライナとの間でのガスシール性及び遮熱性を確保する必要がある。
【０００７】
セラミックス製のシリンダライナを通常の水冷エンジンのようなフランジ部付きの円筒状とすると、フランジ部の基部にて機械応力及び熱応力を発生しやすく、応力集中によりシリンダライナが破損するおそれがある。そこで、セラミックス製のシリンダライナの破損を防止するためには、シリンダライナを製造も簡易なフランジ部のない円筒状とすることが望ましい。しかしながら、セラミックス製のシリンダライナをフランジ部のない円筒状とすると、シリンダライナの上端部で燃焼圧を全て受けるようになり、シリンダライナとヘッドライナとの間のガスケットの面圧が耐えられずガスシール性及び遮熱性が低下するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シリンダライナとヘッドライナとの間のガスシール性及び遮熱性を十分に確保することができる遮熱エンジンのシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シリンダブロックに装着されるセラミックス製のシリンダライナと、シリンダヘッドに装着されるセラミックス製のヘッドライナと、上記シリンダライナと上記ヘッドライナとの間に介設されるシール手段とを備えた遮熱エンジンのシール構造において、上記シール手段が、上記シリンダライナと上記ヘッドライナとの間に介設された第一ガスケットと、上記ヘッドライナと上記シリンダブロックとの間に介設された第二ガスケットとを有することを特徴とする遮熱エンジンのシール構造である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記シリンダライナを上記ヘッドライナ側へと押圧するための押圧手段を設けた請求項１記載の遮熱エンジンのシール構造である。
【００１１】
請求項３の発明は、上記ヘッドライナの上端部と上記シリンダヘッドとの間に第三ガスケットを設け、その第三ガスケットの許容耐圧面圧が、上記第一ガスケットの許容耐圧面圧と上記第二ガスケットの許容耐圧面圧との加算値に略等しくなるよう設定された請求項１又は２記載の遮熱エンジンのシール構造である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダライナとヘッドライナとの間のガスシール性及び遮熱性を十分に確保することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るシール構造を示す遮熱エンジンの断面図である。図２は、図１の下面図である。図３は、図１のＩＩＩ部拡大図である。図４は、図１のＩＶ部拡大図である。ただし、図２及び図３では遮熱ピストンは省略されている。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の遮熱エンジン１は、シリンダブロック２と、そのシリンダブロック２の上部に取付けられるシリンダヘッド３と、シリンダブロック２内を往復自在に設けられる遮熱ピストン４とを備える。シリンダヘッド３は、シリンダブロック２にボルト等の締結部材（図示せず）により取付けられている。シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、金属材料（例えば鋳鉄或いはアルミ合金等）からなる。なお、シリンダヘッド３がガスケットを介してシリンダブロック２に取付けられていても良い。
【００１６】
遮熱ピストン４はピストンヘッド５とピストンスカート６とからなる分割構造であり、これらピストンヘッド５とピストンスカート６とはガスシール及び遮熱用の複数のガスケット７を介して結合リング８により互いに結合されている。ピストンスカート６の外周には、複数のピストンリング９が取付けられている。ピストンヘッド５とピストンスカート６との間には、遮熱空気層１０が形成されている。
【００１７】
シリンダブロック２には上下方向に延出する挿入孔１１が形成され、その挿入孔１１には円筒状のシリンダライナ１２が嵌め合いにて装着されている。シリンダライナ１２は後述する押圧手段２８により挿入孔１１内をスライド可能となっている。本実施形態では、シリンダライナ１２はフランジ部のない円筒状に形成されている。
【００１８】
シリンダブロック２には、シリンダライナ１２上部を冷却するための冷却通路１３が設けられている。冷却通路１３は遮熱エンジン１の潤滑油路（図示せず）に接続されており、冷却媒体として遮熱エンジン１の潤滑油が共用される。シリンダライナ１２の外周には、冷却通路１３の潤滑油の漏れを防止するための一対のＯリング１４が、冷却通路１３の上方と下方とに設けられる。
【００１９】
シリンダヘッド３の下部には凹部１５が形成され、その凹部１５には有底円筒状のヘッドライナ１６が後述する第三ガスケット１７を介して装着されている。これにより、ヘッドライナ１６がシリンダライナ１２の上方に近接させて設けられる。ヘッドライナ１６の外径は凹部１５の内径よりも小さく形成されており、ヘッドライナ１６の外周面と凹部１５の内周面との間には遮熱空気層１８が形成される。
【００２０】
以上のシリンダライナ１２及びヘッドライナ１６は、低摩擦且つ低熱膨張のセラミックス材料（例えば窒化珪素或いは炭化珪素等）からなる。
【００２１】
図１及び図３に示すように、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間にはシール手段１９が介設されている。本実施形態のシール手段１９は、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間に介設され、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間をシールすると共にシリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間の熱伝達を抑制するための第一ガスケット２０と、ヘッドライナ１６とシリンダブロック２との間に介設され、ヘッドライナ１６とシリンダブロック２との間をシールすると共にヘッドライナ１６からシリンダブロック２への熱伝達を抑制するための第二ガスケット２１とから構成されている。
【００２２】
本実施形態では、第一ガスケット２０及び第二ガスケット２１は中空リング状に形成されている。シリンダライナ１２の上端部には段部２２が設けられており、その段部２２上に第一ガスケット２０が配設されている（図３参照）。これにより、第一ガスケット２０はシリンダライナ１２の上端部とヘッドライナ１６の下端部との間をシールするようになっている。
【００２３】
一方、シリンダライナ１２の上端部近傍のシリンダブロック２には段部２３が設けられていると共に、その段部２３には溝２４を有する保持リング２５が設けられており、その保持リング２５の溝２４内に第二ガスケット２１が配設されている（図３参照）。これにより、第二ガスケット２１はヘッドライナ１６の下端部とシリンダブロック２の段部２３との間をシールするようになっている。
【００２４】
本実施形態では、第一ガスケット２０と第二ガスケット２１とは、内外周に近接させて配設されている。なお第二ガスケット２１を保持リング２５を介することなくシリンダブロック２の段部２３上に直接配設しても良い。
【００２５】
ヘッドライナ１６の上端部とシリンダヘッド３との間には、ヘッドライナ１６とシリンダヘッド３との間をシールすると共に、ヘッドライナ１６からシリンダヘッド３への熱伝達を抑制するための第三ガスケット１７が設けられている。本実施形態の第三ガスケット１７は、上下一対のビード形ガスケット２６と、これら上下一対のビード形ガスケット２６間に介設された遮熱プレート２７とから構成された三層構造のものとなっている。
【００２６】
第一ガスケット２０、第二ガスケット２１及び第三ガスケット１７の機能としては、燃焼圧に安全係数を考慮したシール反力と、シリンダライナ１２及びヘッドライナ１６の熱膨張に対して復元力を有していることが要求される。例えば、第一ガスケット２０、第二ガスケット２１及び第三ガスケット１７は、耐熱合金（例えばインコロイ（登録商標）或いはインコネル（登録商標）等）からなる。
【００２７】
ここで本実施形態では、第三ガスケット１７の許容耐圧面圧は、第一ガスケット２０の許容耐圧面圧と、第二ガスケット２１の許容耐圧面圧とを加算した面圧（つまり加算値）に略等しくなるように設定されている。つまり、第三ガスケット１７により得られるシール反力が、第一ガスケット２０により得られるシール反力と、第二ガスケット２１により得られるシール反力とをあわせたシール反力に釣合うよう設定している。
【００２８】
ところで、第一ガスケット２０とフランジ部のない円筒状のシリンダライナ１２とを組み合わせて第一ガスケット２０の要求機能を得るには、シリンダライナ１２をシリンダブロック２の挿入孔１１に焼き嵌めして固定することが考えられる。しかしながら、燃焼圧が大きくなると第一ガスケット２０に要求されるシール反力も過大になり、その結果、シリンダライナ１２の過大な焼き嵌め代が必要となり、焼き嵌め組立時の組立機械応力が大きくなりセラミックス製のシリンダライナ１２では十分な強度が保証できない。
【００２９】
そこで本実施形態では、図１、図２及び図４に示すように、シリンダライナ１２をヘッドライナ１６側（図１中の上側）へと押圧するための押圧手段２８を設けている。本実施形態の押圧手段２８はシリンダライナ１２をその下端部にて押圧するものである。この押圧手段２８は、シリンダブロック２の下端部から反力を得てシリンダライナ１２の下端部を押圧するためのブラケット２９と、そのブラケット２９を中間部にてシリンダブロック２に対して取付けるためのボルト３０と、シリンダブロック２の下端部とブラケット２９との間に介設され、ブラケット２９を付勢するための複数の皿バネ３１とから構成されている。ボルト３０の支点部にはブラケット２９が円滑に可動できるように球座形状の座金３２が設けられている。これにより、ブラケット２９が皿バネ３１の付勢力によりボルト３０を支点にして回動され（梃子の原理）、シリンダライナ１２へと押しつけられる。
【００３０】
本実施形態では押圧手段２８は二つ設けられており、これら二つの押圧手段２８はシリンダライナ１２の直径方向に互いに離間させて配置されている（図２参照）。なお押圧手段２８はシリンダライナ１２をシリンダブロック２の挿入孔１１に沿って真直に押圧することができれば良く、上記の構成或いは数量には限定されない。また皿バネ３１に代えて板バネ等の他の付勢手段を用いても良い。しかしながら、特に皿バネ３１によると狭い空間で大きな撓み量と付勢力（荷重）が得られるため、大型化を招くことなく有利である。
【００３１】
ここで、押圧手段２８によりシリンダライナ１２に作用する押圧力は第一ガスケット２０の許容耐圧面圧以下になるよう設定される。本実施形態では、押圧手段２８による押圧力は、第一ガスケット２０の許容耐圧面圧に略等しくなるように設定されている。押圧手段２８の押圧力の調整は皿バネ３１のバネ定数或いは枚数等を適切に設定することにより行われる。
【００３２】
次に本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
遮熱エンジン１の運転時、燃料の燃焼は主にヘッドライナ１６の内部で行われる。その燃焼により生じた燃焼圧によりヘッドライナ１６がシリンダヘッド３側へと押しつけられると共に、第三ガスケット１７のシール反力によりヘッドライナ１６がシリンダライナ１２側へと押しつけられる。
【００３４】
特に本実施形態では、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間に介設されるシール手段１９を、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間に介設された第一ガスケット２０と、ヘッドライナ１６とシリンダブロック２との間に介設された第二ガスケット２１とから構成して、シリンダライナ１２とシリンダブロック２とで燃焼圧を受けるようにしている。即ち、燃焼圧により作用するシリンダライナ１２の面圧を、シリンダライナ１２のみで燃焼圧を全て受ける場合に比べて下げることができるため、第一ガスケット２０に作用する面圧が下り、シリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間のガスシール性及び遮熱性を十分に確保することができる。また、シリンダライナ１２の破損も防止することができる。
【００３５】
また本実施形態では、シリンダライナ１２をヘッドライナ１６側へと押圧するための押圧手段２８を設けて、シリンダライナ１２に所定の上向き荷重を常時作用させるようにしている。そのため、シリンダライナ１２がシリンダブロック２の挿入孔１１に対してスライドすることで、シリンダライナ１２及びヘッドライナ１６の熱膨張に対しても所定の荷重（バネ力）がシリンダライナ１２及びヘッドライナ１６に作用することとなる。その結果、第一ガスケット２０に所定の荷重が作用し、この第一ガスケット２０よりシリンダライナ１２とヘッドライナ１６との間でガスシール性及び遮熱性を十分に得ることができる。
【００３６】
さらに本実施形態では、ヘッドライナ１６の上端部とシリンダヘッド３との間に第三ガスケット１７を設け、その第三ガスケット１７の許容耐圧面圧を、第一ガスケット２０の許容耐圧面圧と第二ガスケット２１の許容耐圧面圧との加算値に略等しくなるよう設定して、第三ガスケット１７によるシール反力が、第一ガスケット２０及び第二ガスケット２１によるシール反力と釣合うようにしている。そのため、ヘッドライナ１６が燃焼圧の作用により上下に揺動されることなく、ヘッドライナ１６が燃焼圧に対して確実に固定保持される。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３８】
例えば、第一ガスケット２０及び第二ガスケット２１が断面Ｕ字リング状或いは断面Ｓ字リング状等に形成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシール構造を示す遮熱エンジンの断面図である。
【図２】図１の下面図である。
【図３】図１のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】図１のＩＶ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  遮熱エンジン
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
１２  シリンダライナ
１６  ヘッドライナ
１７  第三ガスケット
１９  シール手段
２０  第一ガスケット
２１  第二ガスケット
２８  押圧手段
【図１】
2006266217.tif 000003
【図２】
2006266217.tif 000004
【図３】
2006266217.tif 000005
【図４】
2006266217.tif 000006