(57)【要約】【課題】車両用エンジン内の気密空間のためにシール性能を向上させたシール構造を提供する。【解決手段】  気密空間である燃焼室１２は、シリンダヘッド１４とシリンダブロック１６とを締結することにより構成される。そして、この両者間をシールするために、両者は、ガスケットを挟み込んで締め付けられている。さらに、シリンダヘッド１４は、ガスケット１８との対向面かつ燃焼室周りに環状溝２２を有している。そして、この環状溝２２に収納される環状部材２０であって、環状溝２２とほぼ同じ高さかつ環状溝２２より幅狭で環状溝２２との間に間隙２４を形成する環状部材２０が設けられている。これによりガスケット１８からの高面圧を環状部材２０でうけることができ、シリンダヘッド１４の変形を防止することができ、ひいては、高いシール性を得ることができる。【選択図】図１
2005195113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、前記第１部材に締結されることにより前記第１部材と協働して気密空間を構成する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との対向面間に挟持されて両者間をシールするガスケットと、を備えた車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記第１部材または前記第２部材のうち少なくともいずれか一方の空間構成部材に設けられる凹部であって、前記ガスケットとの対向面かつ前記気密空間周りに設けられる凹部と、
前記凹部に収納される別部材であって、前記凹部とほぼ同じ高さかつ前記凹部より幅狭で前記凹部の側面との間に間隙を形成する別部材と、
を有することを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記凹部は、前記気密空間周りを囲む環状溝であって、
前記別部材は、前記環状溝に収納される環状部材であることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記別部材は、前記ガスケットとの接触面より前記空間構成部材との接触面のほうが低摩擦であることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記別部材の空間構成部材との接触面は、摩擦低減材がコーティングされていることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記別部材は、前記ガスケットより高硬度であることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記別部材は、前記ガスケットとの接触面より前記空間構成部材との接触面のほうが単位あたりの面圧が小さくなる形状であることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記空間構成部材は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金からなることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記気密空間は、シリンダヘッドとシリンダブロックとから構成される燃焼室であって、
前記第１部材および前記第２部材の一方が、シリンダヘッドであり、
前記第１部材および前記第２部材の他方が、シリンダブロックであることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、
前記気密空間は、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとから構成される排気路であって、
前記第１部材および前記第２部材の一方が、シリンダヘッドであり、
前記第１部材および前記第２部材の他方が、エキゾーストマニホールドであることを特徴とする車両用エンジン内の気密空間のシール構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の車両用エンジン内の気密空間のシール構造を備えたことを特徴とする車両用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用エンジン内で２つの部材を締結することで構成される気密空間のシール構造および車両用エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エンジン内には、高い気密性を要求される空間がいくつか存在する。例えば、シリンダヘッドとシリンダブロックとから構成される燃焼室や、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとから構成される排気路などがある。これらの空間が気密状態に保たれていなければ出力ダウンや、排気処理能力の低下などといった問題が発生し、エンジン性能を低下させてしまう。
【０００３】
この燃焼室や排気路は、２つの部材、すなわち、シリンダヘッドとシリンダブロック、または、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとを締結することにより構成される空間である。そのため、気密性を保つためには、その結合部分のシールが重要となる。この結合部分のシールには、従来から、ガスケットが用いられている。すなわち、２部材間にガスケットを配した状態で、２部材を締結する。そして、この締結によりガスケットと気密空間を構成する部材とが高面圧で接触することとなり、シール機能が発揮されるのである。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２２８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室や排気路は、エンジンの使用状況で、高圧、高温状態となる。高温になった場合、シリンダヘッドなどの材料特性、特に硬度が低下し、ガスケットとの接触面が高面圧に耐えられず陥没することがある。また、温度変化により生じる熱膨張や圧力変化により、シリンダヘッドなどがガスケットに対して動いてしまい、その結果、磨耗を生じる場合がある。このような陥没や磨耗によりシリンダヘッドなどに変形が生じると、当然ながら、シール性能が低下し、ひいては、エンジンの出力低下や排気浄化性の低下といった問題が発生する。
【０００６】
そこで、特許文献1には、シリンダ構成部材のガスケット着座面部をアルミニウムと金属間化合物を作る金属とともに再溶融処理したエンジンが開示されている。これによれば、ガスケット着座面部の耐磨耗性が向上し、シリンダヘッドの変形を防止することができる。しかし、シリンダヘッドを熱膨張率の異なる２以上の素材から構成すると、その熱膨張差によってせん弾力が発生し、却って、破損しやすくなる。そのため、シール性能低下、ひいては、エンジン性能の低下となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、シール性をより向上させた車両用エンジン内の気密空間のシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の車両用エンジン内の気密空間のシール構造は、第１部材と、前記第１部材に締結されることにより前記第１部材と協働して気密空間を構成する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との対向面間に挟持されて両者間をシールするガスケットと、を備えた車両用エンジン内の気密空間のシール構造であって、前記第１部材または前記第２部材のうち少なくともいずれか一方の空間構成部材に設けられる凹部であって、前記ガスケットとの対向面かつ前記気密空間周りに設けられる凹部と、前記凹部に収納される別部材であって、前記凹部とほぼ同じ高さかつ前記凹部より幅狭で前記凹部の側面との間に間隙を形成する別部材と、を有することを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、前記凹部は、前記気密空間周りを囲む環状溝であって、前記別部材は、前記環状溝に収納される環状部材である。別の好適な態様では、前記別部材は、前記ガスケットとの接触面より前記空間構成部材との接触面のほうが低摩擦である。その場合、望ましくは、前記別部材の空間構成部材との接触面は、摩擦低減材がコーティングされている。別の好適な態様では、前記別部材は、前記ガスケットより高硬度である。別の好適な態様では、前記別部材は、前記ガスケットとの接触面より前記空間構成部材との接触面のほうが単位あたりの面圧が小さくなる形状である。
【００１０】
ここで、気密空間としては、例えば、燃焼室や排気路などがある。その場合、第１部材はシリンダヘッドであり、第２部材はシリンダブロックまたはエキゾーストマニホールドとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスケットからの高面圧を別部材で受けるため、空間構成部材の陥没を防止することができる。また、凹部と別部材との間に間隙を設けることにより空間構成部材が動きやすくなるため、磨耗を低減できる。そのため、シール性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の実施の形態であるエンジン１０の要部断面図を示す。また、図２に図１におけるＸ部拡大図を、図３に図１におけるＹ−Ｙ端面図を示す。なお、図では、分かりやすさのため、ウォータージャケットは省略している。
【００１３】
周知のように、気密空間である燃焼室１２は、シリンダヘッド１４およびシリンダブロック１６とを結合することにより構成される。本実施の形態では、シリンダヘッド１４およびシリンダブロック１６は、アルミニウム合金で形成されている。燃焼室１２内には、吸気路４０を介して霧状燃料と空気からなる混合ガスが供給される。供給された混合ガスは、ピストン４６により高圧縮された後、点火され、爆発する。この爆発の際に生じる膨張ガスがピストン４６を押し下げることにより高い駆動力を発生させる。爆発により生じた排気ガスは、排気路３０から排出される。燃焼室１２内では、この吸入、圧縮、爆発、排気が繰り返される。
【００１４】
ここで、燃焼室１２は、気密状態に保たれていることが必要となる。燃焼室１２の気密性が低下すると、混合ガスや膨張ガスが漏洩し、結果としてエンジンの出力ダウンやオーバーヒートを引き起こすからである。
【００１５】
燃焼室１２の気密性を保つためには、当然ながら、シリンダヘッド１４とシリンダブロック１６との結合部分のシールが重要となる。このシールは、ガスケット１８によりなされる。すなわち、シリンダヘッド１４およびシリンダブロック１６を図示しないボルトで締結する際に、ガスケット１８を挟み込んで締め付けている。ガスケット１８は、本体である金属板１８ａ、シール部材１８ｂ、リング状のビード部材１８ｃなどから構成される。鋼などからなる金属板１８ａは、燃焼室１２を縁取る部分が断面Ｕ字状に折り返されており、その折り返し部内の燃焼室１２側にはリング状のビード部材１８ｃが、ビード部材１８ｃの外側にはシール部材１８ｂが設けられている。なお、図１においては、分かりやすさのため、ガスケット１８および後述する環状溝２２、環状部材２０を本来の縮尺比より大きめに描いている。
【００１６】
このガスケット１８を挟んで締め付けることにより、シリンダヘッド１４およびシリンダブロック１６のシール面１４ａ，１６ａが高面圧でガスケット１８に接触する。この高面圧により、燃焼室１２からの高圧ガスの漏洩が防止される。
【００１７】
さらに、本実施の形態では、シリンダヘッド１４とガスケット１８との間に環状部材２０を設けている。この環状部材２０は、シリンダヘッド１４のシール面１４ａに設けられた環状溝２２に収納されている。環状溝２２は、図３に示すように、燃焼室１２を囲むように環状に設けられた凹部である。
【００１８】
環状部材２０は、ガスケット１８より高硬度の材料からなり、その高さは環状溝２２の深さとほぼ同じ高さとなっている。すなわち、環状部材２０を環状溝２２に収納した場合、環状部材２０は、ガスケット１８上面およびシリンダヘッド１４のシール面１４ａ（環状溝２２の天面）のいずれにも接触するようになっている。また、環状部材２０の幅は、環状溝２２の幅より若干小さくなっている。すなわち、環状部材２０と環状溝２２との間には、所定のクリアランス２４が設けられている。また、環状部材２０の上面２０ａ、すなわち環状溝２２の溝底との接触面には、摩擦低減剤がコーティングされている。
【００１９】
次に、このエンジン１０における燃焼室１２のシール性について説明する。上述したように燃焼室１２内では、混合ガスの吸入、圧縮、爆発、排気が繰り返される。この圧縮、および爆発の際には、燃焼室１２内を気密状態に保たれなければ、エンジンの出力ダウンやオーバーヒートなどの問題が発生する。
【００２０】
この燃焼室１２の気密状態を保つためのシール機能をガスケット１８のみで行うと次のような問題が発生する。まず、爆発により燃焼室１２内が高温となるとシリンダヘッド１４の材料特性、特に硬度が低下し、ガスケット１８からの高面圧に耐えられなくなり、シール面１４ａが陥没する場合がある。また、急激な温度変化による熱膨張や圧力変化によりシリンダヘッド１４に動きが生じ、シール面１４ａに磨耗が生じる場合がある。この陥没や磨耗がシリンダヘッド１４のシール面１４ａに生じると正常なシール機能が発揮できず、ひいては、出力低下やオーバーヒートを招いてしまう。
【００２１】
また、冷熱繰り返しによりシリンダヘッド１４には熱膨張収縮が発生するが、シリンダヘッド１４のシール面１４ａがガスケット１８に拘束されていると、シリンダヘッド１４に高い熱応力が発生する。そして、シリンダヘッド１４内部にせん断力が発生し、シリンダヘッド１４の損傷、ひいては、エンジン性能の低下となってしまう。
【００２２】
本実施の形態では、環状溝２２、環状部材２０を設けることにより、これらの問題を低減または防止している。これについて詳説する。上述したように、環状溝２２と環状部材２０との間には、所定の幅のクリアランス２４が設けられている。また、環状部材２０の上面２０ａには摩擦低減剤がコーティングされている。したがって、シリンダヘッド１４は、ガスケット１８に対して動きやすくなっている。そのため、熱膨張や圧力変化により動いても、シール面１４ａに摩擦が生じにくく、磨耗が発生しにくい。また、ガスケット１８からの高面圧を環状部材２０で受けるため、シリンダヘッド１４の硬度が低下しても陥没が生じにくい。さらに、上述したようにシリンダヘッド１４が動きやすい構造となっているため、冷熱繰り返しにより熱応力が発生しても、それをシリンダヘッド１４の動きによって吸収することができる。
【００２３】
すなわち、燃焼室１２の周りに、環状溝２２と環状部材２０とを設けることにより、シリンダヘッド１４の磨耗やせん断を防止、または、低減することができる。そして、シール性能をより向上させることができ、ひいては、エンジン性能を向上させることができる。
【００２４】
さらに、環状部材２０をガスケット１８より高硬度の材料で形成することにより、環状部材２０の変形を低減できる。これにより、環状部材２０を長期間使用することができ、再使用なども可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、環状部材の断面形状を矩形、すなわち、上面と底面とを同じ面積としたが、他の形状であってもよい。特に、ガスケットとの接触面よりシリンダヘッドとの接触面のほうを単位あたりの面圧が小さくなる形状とすることにより、より、シリンダヘッドの変形を防止できる。すなわち、図４（Ａ）に示すように、環状部材２０の断面形状を上面のほうが幅広の台形形状としたり、図４（Ｂ）に示すように環状部材２０の底面に凹部２０ｃを設けたりしてもよい。
【００２６】
また、本実施の形態では、シリンダヘッドをアルミニウム合金としたが、他の材料、例えば、マグネシウム合金などで形成してもよい。さらに、環状溝と環状部材をシリンダヘッドに設けたが、シリンダブロックに設けてもよい。また、シリンダヘッドとシリンダブロックの両方に設けてもよい。さらに、環状溝、環状部材を用いているが、その形状は環状に限らず、矩形や半円環状などであってもよい。
【００２７】
次に、他の実施の形態について図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、エンジン１０の排気路３０周辺の断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＺ部の拡大図である。
【００２８】
排気路３０は、シリンダヘッド１４とエキゾーストマニホールド３２を締結することにより構成される。エキゾーストマニホールド３２のフランジは例えば鋼板などからなり、図示しないボルトによりシリンダヘッド１４に締結されている。そして、両者間のシールのために、その締結の際には、やはり、ガスケット１８が挟み込まれる。
【００２９】
周知のように、排気路３０には、混合ガスの燃焼により発生した排気ガスが排出される。この排気ガスが排気路３０から漏洩すると排気ガスの浄化性低下などエンジン性能の低下を生じる。また、排気ガスは高温、高圧となっているため排気路３０も高温、高圧になりやすい。したがって、ガスケット１８のみのシール構造では、燃焼室と同様の問題が生じる可能性がある。
【００３０】
そのため、本実施の形態でも、燃焼室１２と同様に、シリンダヘッド１４のガスケット１８との対向面であるシール面１４ａに、環状溝２２と環状部材２０とが設けられている。シリンダヘッド１４のシール面１４ａの排気路３０周囲に環状溝２２を設けるとともに、その環状溝２２に収納される環状部材２０を設けることにより、シリンダヘッド１４が動きやすくなる。そのため、シール面１４ａの磨耗や、熱応力によるシリンダヘッド１４の損傷を防止できる。また、ガスケット１８からの高面圧を環状部材２０で受けるため、シリンダヘッド１４のシール面１４ａの陥没が生じにくくなっている。つまり、本実施の形態でもシリンダヘッド１４の変形や損傷を防止し、より高いシール性能を得ることができる。
【００３１】
以上、説明したように、排気路３０周りにおいても、シリンダヘッド１４に環状溝２２、環状部材２０を設けることにより高いシール性能を得ることができる。
【００３２】
なお、当然ながら、環状溝および環状部材は、エキゾーストマニホールドにも設けてもよい。また、環状溝や環状部材の形状等は適宜変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態であるエンジンの要部断面図である。
【図２】図１におけるＸ部の拡大図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ端面図である。
【図４】（Ａ）は、環状部材の形状の他の一例を示す図である。（Ｂ）は、環状部材の形状の他の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）は、他の実施の形態であるエンジンの要部断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）におけるＺ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  エンジン、１２  燃焼室、１４ａ，１６ａ  シール面、１４  シリンダヘッド、１６  シリンダブロック、１８  ガスケット、１８ｂ  シール部材、１８ｃ  ビード部材、１８ａ  金属板、２０  環状部材、２２  環状溝、２４  クリアランス、３０  排気路、３２  エキゾーストマニホールド。
【図１】
2005195113.tif 000003
【図２】
2005195113.tif 000004
【図３】
2005195113.tif 000005
【図４】
2005195113.tif 000006
【図５】
2005195113.tif 000007