(57)【要約】【課題】  燃焼ガスの漏れを防止するシール構造の簡素化を図ることにより、エンジンの製造コストを引き下げる。【解決手段】  シリンダブロック１５にはシリンダボア４２を囲うように環状の収容溝４１が形成され、シリンダヘッド２０には収容溝４１に対向するように環状の収容溝４４が形成されている。シリンダブロック１５とシリンダヘッド２０との収容溝４１，４４に収容されるシールリング４６は、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０を形成するアルミ合金よりも線熱膨張係数の小さな鉄を用いて形成されるため、エンジンの温度上昇に伴ってシリンダブロック１５やシリンダヘッド２０に対してシールリング４６を密着させることができ、簡単な構造を備える低コストのシールリング４６によって燃焼ガスの漏れを防止することが可能となる。【選択図】  図３
2006183520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを往復動自在に収容するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の端面に組み付けられて燃焼室を区画するシリンダヘッドとを備えるエンジンのシール構造であって、
前記ピストンを収容するシリンダボアを囲むように、前記シリンダ本体の端面に環状の第１収容溝を形成し、
前記第１収容溝に対向するように、前記シリンダヘッドの端面に環状の第２収容溝を形成し、
前記第１および第２収容溝によって形成される収容室に環状のシール部材を収容し、
前記シリンダ本体および前記シリンダヘッドを形成する金属材料に対し、線熱膨張係数の異なる金属材料を用いて前記シール部材を形成することを特徴とするエンジンのシール構造。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンのシール構造において、前記シリンダ本体および前記シリンダヘッドを形成する金属材料に比べて線熱膨張係数の小さな金属材料を用いて前記シール部材を形成することを特徴とする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、燃焼室から燃焼ガスの漏れを防止するエンジンのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンを往復動自在に収容するシリンダブロックの上部には、動弁機構を備えるシリンダヘッドが組み付けられており、ピストン、シリンダブロック、シリンダヘッドによって燃焼室が区画されている。エンジンを駆動する際には、ピストンを下死点方向に移動させて燃焼室内に混合気を取り込んだ後に、ピストンを上死点方向に移動させて燃焼室内の混合気を圧縮する。そして、圧縮された混合気を燃焼させることにより、燃焼圧力によってピストンを押し下げるとともにクランク軸を回転させている。このように、燃焼室内に生じる高圧力の燃焼ガスによってエンジンが駆動されるため、エンジンを正常に駆動するためには燃焼ガスの吹き抜けを防止する必要があり、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間にはヘッドガスケットが挟み込まれるようになっている。
【０００３】
このようなヘッドガスケットの基本構造としては、薄板の鉄板によって形成される芯材にグラファイト等のシート材料を貼り付けるようにしたスチールベストタイプや、グラファイト等のシート材料を薄板の鉄板によって挟み込むようにしたサンドイッチタイプがある。また、燃焼ガスの圧力上昇に伴って機械的強度を向上させるため、鉄板やステンレス板を単層状態あるいは積層状態で用いるようにしたメタルガスケットなどがある(たとえば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平１１−１８２３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したヘッドガスケットにあっては、ヘッドガスケットにかかる面圧を高い状態に保持するビードを形成したり、燃焼ガスの吹き抜けを防止するためシリンダボアを囲うようにグロメット部を形成したりする必要があるため、ヘッドガスケットの製造コストが増大する傾向にあり、エンジンの製造コストを引き上げる要因となっていた。また、前述したヘッドガスケットの多くは、エンジンを分解整備する際に再利用することができないため、ランニングコストを増大させてしまう要因にもなっていた。
【０００５】
本発明の目的は、燃焼ガスの漏れを防止するシール構造の簡素化を図ることにより、エンジンの製造コストを引き下げることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンジンのシール構造は、ピストンを往復動自在に収容するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の端面に組み付けられて燃焼室を区画するシリンダヘッドとを備えるエンジンのシール構造であって、前記ピストンを収容するシリンダボアを囲むように、前記シリンダ本体の端面に環状の第１収容溝を形成し、前記第１収容溝に対向するように、前記シリンダヘッドの端面に環状の第２収容溝を形成し、前記第１および第２収容溝によって形成される収容室に環状のシール部材を収容し、前記シリンダ本体および前記シリンダヘッドを形成する金属材料に対し、線熱膨張係数の異なる金属材料を用いて前記シール部材を形成することを特徴とする。
【０００７】
本発明のエンジンのシール構造は、前記シリンダ本体および前記シリンダヘッドを形成する金属材料に比べて線熱膨張係数の小さな金属材料を用いて前記シール部材を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、それぞれに収容溝が形成されるシリンダ本体とシリンダヘッドとによって環状のシール部材を挟み込むとともに、シリンダ本体およびシリンダヘッドを形成する金属材料に対して、線熱膨張係数の異なる金属材料を用いてシール部材を形成するようにしたので、エンジンの温度上昇に伴って燃焼室の気密状態を確実に保持することができる。つまり、シリンダ本体およびシリンダヘッドの熱膨張量とシール部材の熱膨張量との差を利用することによって、シリンダ本体およびシリンダヘッドに対してシール部材を密着させることが可能となる。これにより、複雑な形状を備える従来のヘッドガスケットを用いることなく、極めて簡単な構造のシール部材によって燃焼ガスの漏れを防止することができるため、エンジンの製造コストを引き下げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるシール構造を備えた４サイクルエンジン１０(以下、エンジンという)を示す断面図であり、図２はエンジン１０の吸排気系を概略的に示す断面図である。なお、図示するエンジン１０は、発電機や圧縮機の動力源として使用される汎用エンジン１０となっている。
【００１０】
まず、図１に示すように、エンジン１０は、クランク軸１１を回転自在に収容するクランクケース１２と、ピストン１３を往復動自在に収容するシリンダ１４とを備えており、クランクケース１２とシリンダ１４とは一体になってシリンダ本体つまりシリンダブロック１５を形成している。クランクケース１２に回転自在に収容されるクランク軸１１と、シリンダ１４に往復動自在に収容されるピストン１３とは、コネクティングロッド１６を介して連結されており、ピストン１３の往復運動によってクランク軸１１が回転されるようになっている。なお、クランクケース１２内には潤滑油Ｌが貯留されており、コネクティングロッド１６に設けられるオイルディッパ１７によって潤滑油Ｌが掻き上げられ、エンジン１０内の各摺動部に潤滑油Ｌが供給されるようになっている。
【００１１】
図２に示すように、シリンダブロック１５の上端面には動弁装置を備えるシリンダヘッド２０が組み付けられ、シリンダヘッド２０、シリンダブロック１５およびピストン１３によって燃焼室２１が区画されている。シリンダヘッド２０には、燃焼室２１に混合気を供給する吸気ポート２２と、燃焼ガスを排出する排気ポート２３とが形成されており、吸気ポート２２を開閉する吸気バルブ２４と、排気ポート２３を開閉する排気バルブ２５とが開閉自在に組み付けられている。また、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とを開閉駆動するため、シリンダヘッド２０にはカム２６ａを備えたカム軸２６が回転自在に装着されている。なお、シリンダブロック１５に対してシリンダヘッド２０を組み付ける際には、図示しないヘッドボルトを介して締め付けられることになる。
【００１２】
そして、カム軸２６に平行となってシリンダヘッド２０に装着されるロッカ軸２７には、吸気バルブ２４を開閉駆動する吸気側ロッカアーム２８と、排気バルブ２５を開閉駆動する排気側ロッカアーム２９とが揺動自在に装着されている。さらに、クランク軸１１に固定されるクランクスプロケット３０と、カム軸２６に固定されるカムスプロケット３１との間には、クランク軸１１の回転をカム軸２６に伝達するタイミングチェーン３２が掛け渡されており、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とはクランク角に同期しながら適切なタイミングによって開閉動作を行うようになっている。
【００１３】
また、図１に示すように、クランクケース１２の側部にはエンジンカバー３５が取り付けられ、このエンジンカバー３５内にはクランク軸１１に連結される冷却ファン３６が収容されており、冷却ファン３６によって生成される冷却風はエンジンカバー３５に沿ってクランクケース１２やシリンダ１４等に吹き付けられる。さらに、冷却ファン３６に隣接するようにリコイル機構３７が設けられており、このリコイル機構３７は図示しないクラッチ機構を介してクランク軸１１に連結される。エンジン１０を始動する際には、作業者がリコイル機構３７のリコイルレバー３８を引っ張ることにより、クランク軸１１を始動回転させることが可能となっている。
【００１４】
続いて、燃焼室２１のシール構造について説明する。図３はシリンダブロック１５とシリンダヘッド２０との組み付け状態を示す分解斜視図である。なお、図３に示すシリンダヘッド２０にあっては、その理解を容易にするため上下方向に反転させた状態で図示している。図３に示すように、シリンダブロック１５の上端面４０には環状の第１収容溝４１が形成されており、ピストン１３を収容するシリンダボア４２が収容溝４１によって囲まれるようになっている。また、シリンダブロック１５の収容溝４１に対向するように、シリンダヘッド２０の下端面４３には環状の第２収容溝４４が形成されている。そして、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０に形成される収容溝４１，４４には、環状のシール部材であるシールリング４６が収容されるようになっている。なお、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０はアルミ合金を用いて形成される一方、シールリング４６はアルミ合金よりも線熱膨張係数の小さな鉄を用いて形成されている。
【００１５】
図４(Ａ)は図１の範囲Ａで燃焼室２１のシール構造を示す断面図であり、図４(Ｂ)はシリンダブロック１５、シリンダヘッド２０、シールリング４６の膨張状態を示す説明図である。図４(Ａ)に示すように、シールリング４６は矩形の断面形状を有しており、一対の収容溝４１，４４によって形成される収容室４５に密接するように収容されている。このようなシール構造を備えるエンジン１０を始動すると、温度上昇に伴ってエンジン１０を構成する各部材が膨張することになる。つまり、図４(Ｂ)に示すように、シリンダブロック１５、シリンダヘッド２０、シールリング４６のそれぞれは、共に径方向外方に向かって膨張することになるが、アルミ合金を用いて形成されるシリンダブロック１５やシリンダヘッド２０の熱膨張量(矢印ａ)に対して、線熱膨張係数の小さな鉄を用いて形成されるシールリング４６の熱膨張量(矢印ｂ)は少ないため、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０はシールリング４６を径方向外方に押し広げることになる。
【００１６】
つまり、金属材料が備える線熱膨張係数の差を利用することにより、エンジン１０の温度上昇に伴ってシールリング４６の内周面４６ａにかかる面圧を高めることができ、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０に密着するシールリング４６によって燃焼室２１の気密状態を保つことができる。このように、複雑な形状を備える従来のヘッドガスケットを用いることなく、極めて簡単な構造のシールリング４６によって燃焼ガスの漏れを防止することができるため、エンジン１０の製造コストを引き下げることが可能となる。また、鉄製のシールリング４６をヘッドガスケットとして用いることにより、ヘッドガスケットの機械的強度や耐へたり性を著しく向上させることができ、エンジン１０を分解整備する際にもヘッドガスケットつまりシールリング４６を再利用することが可能となる。しかも、シリンダブロック１５にシリンダヘッド２０を組み付ける際には、シリンダブロック１５の上端面４０から突出するシールリング４６によってシリンダヘッド２０の位置決めが可能になるため、シリンダブロック１５とシリンダヘッド２０との位置決めを行うノックピンを削減することも可能となる。
【００１７】
続いて、図５(Ａ)〜(Ｃ)は本発明の他の実施の形態であるシール構造を示す断面図である。なお、図５(Ａ)〜(Ｃ)にあっては図４(Ａ)に示す部位と同様の部位を示し、図４(Ａ)の部材と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。まず、図５(Ａ)に示すように、シールリング５０の内周面５０ａに複数の溝５０ｂを形成するようにしても良い。このような溝５０ｂを形成することにより、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０に対するシールリング５０の接触面積を減少させることができるため、シールリング５０の内周面５０ａにかかる面圧を高めることができ、シール構造の気密性能を向上させることが可能となる。また、図５(Ｂ)に示すように、シールリング５１の両端面５１ａ，５１ｂに環状のリップ部５２ａ，５２ｂを形成するようにすると、ヘッドボルトの締め付けによってシールリング５１の両端面５１ａ，５１ｂにかかる面圧を高めることができ、シール構造の気密性能を向上させることが可能となる。さらに、図５(Ｃ)に示すように、第１，第２収容溝５３，５４の幅寸法を広げることによってシールリング４６の外側にガス室５５を形成して良い。このようなガス室５５を形成することにより、エンジン始動直後の冷態時にシールリング４６の内周面４６ａに沿って燃焼ガスが流れた場合であっても、流れた燃焼ガスをガス室５５に貯留することが可能となる。
【００１８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示するエンジン１０は、動弁機構を備える４サイクルエンジンであるが、これに限られることはなく、シリンダボアに吸気ポートや排気ポートを形成するようにした２サイクルエンジンであっても、本発明のシール構造を有効に適用することができる。
【００１９】
また、シリンダブロック１５やシリンダヘッド２０をアルミ合金以外の金属材料を用いて形成しても良く、シールリング４６を鉄以外の金属材料を用いて形成しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態であるシール構造を備えた４サイクルエンジンを示す断面図である。
【図２】エンジンの吸排気系を概略的に示す断面図である。
【図３】シリンダブロックとシリンダヘッドとの組み付け状態を示す分解斜視図である。
【図４】(Ａ)は図１の範囲Ａで燃焼室のシール構造を示す断面図であり、(Ｂ)はシリンダブロック、シリンダヘッド、シールリングの膨張状態を示す説明図である。
【図５】(Ａ)〜(Ｃ)は本発明の他の実施の形態であるシール構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０    エンジン
１３    ピストン
１５    シリンダブロック(シリンダ本体)
２０    シリンダヘッド
２１    燃焼室
４０    上端面(端面)
４１    収容溝(第１収容溝)
４２    シリンダボア
４３    下端面(端面)
４４    収容溝(第２収容溝)
４５    収容室
４６    シールリング(シール部材)
５０    シールリング(シール部材)
５１    シールリング(シール部材)
５３    収容溝(第１収容溝)
５４    収容溝(第２収容溝)
【図１】
2006183520.tif 000003
【図２】
2006183520.tif 000004
【図３】
2006183520.tif 000005
【図４】
2006183520.tif 000006
【図５】
2006183520.tif 000007