(57)【要約】【課題】主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気構造体との接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供する。【解決手段】シリンダヘッド２の排気ポート１３と、排気マニホルド９とを備え、排気ポート１３の出口１３ａを備える出口壁１６と、排気マニホルド９の排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを連結してなる接合部Ｓを有するエンジンの排気接合部構造において、出口壁１６に形成される周溝１９に、熱膨張する材料製のシールリング１８が、周溝１９の深さ方向に圧縮された状態で周溝１９に収容されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路を有する排気構造体と、排気ポートを有するシリンダヘッドとを備え、前記シリンダヘッドにおける前記排気ポートの出口を備える出口壁と、前記排気構造体における排気通路の入口を備える入口壁とを連結してなる接合部を有するエンジンの排気接合部構造であって、
前記出口を囲繞する状態で前記出口壁に形成される周溝又は前記入口を囲繞する状態で前記入口壁に形成される周溝を設け、
熱膨張する材料製のシールリングが、前記周溝の深さ方向に圧縮された状態で前記周溝に収容されているエンジンの排気接合部構造。
前記周溝に収容されており、
前記シールリングの横幅が、前記接合部の温度が常温であるときは前記周溝の深さ寸法以下であり、かつ、前記接合部の温度が所定のエンジン運転温度であるときは前記周溝の深さ寸法を超える状態に設定されているエンジンの排気接合部構造。
【請求項２】
前記入口壁に前記周溝が形成されている請求項１に記載のエンジンの排気接合部構造。
【請求項３】
排気通路を有する排気構造体と、排気ポートを有するシリンダヘッドとを備え、前記シリンダヘッドにおける前記排気ポートの出口を備える出口壁と、前記排気構造体における排気通路の入口を備える入口壁とを連結してなる接合部を有するエンジンの排気接合部構造であって、
前記出口壁と前記入口壁とのいずれか一方に形成されている周溝と、いずれか他方に形成されている環条突起とが、前記周溝の内周面と前記環条突起の外周面とが常温で締まり嵌めとなる状態で嵌合されており、
前記周溝の外周面と前記環条突起の内周面との間には、前記環条突起を構成する材料の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料製のシールリングが、前記環条突起の内周面と常温で嵌合する状態で収容されているエンジンの排気接合部構造。
【請求項４】
前記出口壁に前記周溝が形成されており、かつ、前記入口壁に前記環条突起が形成されている請求項３に記載のエンジンの排気接合部構造。
【請求項５】
前記シールリングは、その径方向で切った断面が弓状を呈する形状に設定されている請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの排気接合部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの排気側と排気マニホルドとの接続部の構造など、エンジンの排気接合部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンジンの排気接合部構造、即ち、シリンダヘッドに設けられた排気ポートと、シリンダヘッドに取付けられている排気構造体の排気通路とを備え、排気通路と排気ポートとで排気経路が形成されているエンジンの排気接合部構造としては、特許文献１や特許文献２において開示されるものが知られている。この場合、特許文献２（図１，３参照）に記載されるように、シリンダヘッドと排気マニホルドとの間にガスケットが介装されていることが多い。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンにおいては、無負荷（又は軽負荷）運転を行うと、（１）燃焼温度が低い、（２）燃料の噴射率が低く噴霧が粗くなる、（３）ピストンとシリンダとのクリアランスが大きいことから、シリンダ内に未燃焼燃料、エンジンオイルが発生し、排気と一緒にシリンダ外に排出される、といった慢性的な問題がある。
【０００４】
エンジンが普通に運転され続けることによる温度上昇に伴い、燃焼温度や燃料噴射率は高くなり、また、未燃焼燃料やエンジンオイルは燃焼されて燃焼ガスとなることから、通常、前述した（１）〜（３）の問題は、一般的な運転状態においては解消されている。
【０００５】
しかしながら、長時間アイドリング状態が続くとか、冬季に軽負荷運転が続くなど、長時間に亘って無負荷（又は軽負荷）運転が行われると、未燃焼ガスなどが、マフラーや排気マニホルドといった排気系内に滞留してしまうことがある。
【０００６】
この場合、シリンダヘッドの排気ポートや排気マニホルドに滞留している未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物が、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部（接続部）から漏れ出すことがあった。この排気接合部にガスケットが設けられている場合であっても、経時によってガスケットがへたるので、やはり前記漏れは起こりうるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１６１２２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気構造体との接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、排気ポート１３を有するシリンダヘッド２２と、排気通路９Ａを有する排気構造体９とを備え、前記シリンダヘッドにおける前記排気ポート１３の出口１３ａを備える出口壁１６と、前記排気構造体９における排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを連結してなる接合部Ｓを有するエンジンの排気接合部構造において、
前記出口１３ａを囲繞する状態で前記出口壁１６に形成される周溝１９又は前記入口９ａを囲繞する状態で前記入口壁１７に形成される周溝１９を設け、
熱膨張する材料製のシールリング１８が、前記周溝１９の深さ方向に圧縮された状態で前記周溝１９に収容されていることを特徴とする。
前記シールリング１８の横幅ｗが、前記接合部Ｓの温度が常温であるときは前記周溝１９の深さ寸法ｄ以下（ｗ≦ｄ）であり、かつ、前記接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度であるときは前記周溝１９の深さ寸法ｄを超える状態（ｗ＞ｄ）に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記入口壁１７に前記周溝１９が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、排気通路９Ａを有する排気構造体９と、排気ポート１３を有するシリンダヘッド２とを備え、前記シリンダヘッドにおける前記排気ポート１３の出口１３ａを備える出口壁１６と、前記排気構造体９における排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを連結してなる接合部Ｓを有するエンジンの排気接合部構造において、
前記出口壁１６と前記入口壁１７とのいずれか一方に形成されている周溝１９と、いずれか他方に形成されている環条突起２０とが、前記周溝１９の内周面１９Ａと前記環条突起２０の外周面２０Ｂとが常温で締まり嵌めとなる状態で嵌合されており、
前記周溝１９の外周面１９Ｂと前記環条突起２０の内周面２０Ａとの間には、前記環条突起２０を構成する材料の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料製のシールリング１８が、前記環条突起２０の内周面２０Ａと常温で嵌合する状態で収容されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記出口壁１６に前記周溝１９が形成されており、かつ、前記入口壁１７に前記環条突起２０が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記シールリング１８は、その径方向で切った断面が弓状を呈する形状に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、熱膨張するシールリング１８が、周溝１９にその深さ方向に圧縮された状態で収容されているので、組み付けられて接合部Ｓが構成されておれば、シールリング１８によって接合部Ｓは良好なシール状態になっている。
そして、接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度になった状態では、周溝１９に収容されたシールリング１８が熱膨張するので、シリンダヘッド２の出口壁１６と排気構造体９の入口壁１７とを軸心Ｐ，Ｑ方向により強く押し、出口壁１６と入口壁１７とを強固にシールすることができる。
従って、液状未燃焼物ｒが排気ポート１３や排気通路９Ａに滞留したとしても、主に軸心Ｐ，Ｑ方向に熱膨張することで優れたシール性を発揮するシールリング１８により、接合部Ｓから液状未燃焼物ｒが漏れ出ることを大幅に軽減又は回避することが可能になる。
【００１５】
その結果、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気構造体との接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供することができる。
なお、請求項２の発明のように、入口壁１７に周溝１９が形成される構成とすれば、周溝１９の加工が行い易くて便利である。
【００１６】
請求項３の発明によれば、接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度になった状態では、周溝１９に収容されたシールリング１８が熱膨張して、環条突起２０を径外側に強く押し、既に締まり嵌め状態にある環条突起２０と周溝１９部位の出口壁１６（又は入口壁１７）とをさらに径方向に強く押して圧接する構成とされている。
従って、液状未燃焼物ｒが排気ポート１３や排気通路９Ａに滞留したとしても、主に径方向に熱膨張することで優れたシール性を発揮するシールリング１８により、接合部Ｓから液状未燃焼物ｒが漏れ出ることを大幅に軽減又は回避することが可能になる。
【００１７】
その結果、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気構造体との接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供することができる。
なお、請求項４の発明のように、出口壁１６に周溝１９を、入口壁１７に環条突起２０をそれぞれ形成する構成とすれば、加工が行い易くて好都合である。
【００１８】
請求項５の発明によれば、シールリング１８の径方向で切った断面形状を弓状に設定してあるので、熱膨張した際の変形を、予め設定した方向に行わせることができ、所定の効果を設計どおりに得ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ディーゼルエンジンの右側面図
【図２】図１に示すディーゼルエンジンの平面図
【図３】エンジンの排気接合部構造を示す断面図（実施形態１）
【図４】図３の接合部の要部を示す拡大断面図
【図５】シールリングと周溝との寸法関係を示し、（ａ）は常温での組付け時の状態、（ｂ）はエンジンが運転されているときの状態
【図６】別構造の排気接合部構造を示す断面図（実施形態２）
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明によるエンジンの排気接合部構造の実施の形態を、立形直列３気筒ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
このエンジンは、図１、図２に示されるように、シリンダブロック１の上部にシリンダヘッド２が組み付けられ、シリンダヘッド２の上部にヘッドカバー３が組み付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組み付けられ、シリンダブロック１の前部にギヤケース５が組み付けられている。シリンダブロック１の後部にはフライホイールハウジング６が組み付けられ、フライホイールハウジング６内には、クランク軸７に組み付けられたフライホイール(図示省略)が収容されている。
【００２２】
このエンジンは、図２に示すように、シリンダヘッド２の左側には吸気マニホルド８が組み付けられ、シリンダヘッド２の右側には、概略形状を仮想線にて示す排気マニホルド（排気構造体の一例）９が組み付けられている。なお、図示は省略するが、排気マニホルド９の上部に過給機を設け、その過給機からパイプを介して吸気マニホルド８の吸気入口部に過給がなされる状態に構成しても良い。次に、排気経路の構造（エンジンの排気接合部構造）について説明する。
【００２３】
図３に示されるように、シリンダブロック１の上部であるシリンダ１Ａに収容されているピストン１０と、シリンダヘッド２との間に燃焼室１１が形成されている。燃焼室１１には、吸気バルブ（図示省略）が配置される吸気ポート（図示省略）と、排気バルブ１２が配置される排気ポート１３とが臨んでいる。排気ポート１３、及び前述の排気マニホルド９の内部に管路状に形成されている排気通路９Ａなどにより、エンジンの排気経路Ｈが構成されている。
【００２４】
シリンダヘッド２の排気ポート１３は、環状の金属材料でなるバルブシート１４よりなる排気入口１５を有している。この排気入口１５は、排気バルブ１２の下端に形成されている排気弁体１２Ａにより閉じられたり（図３の状態）、排気バルブ１２の下降移動によって開かれたりする。ピストン１０が上昇移動する排気工程においては、排気弁体１２Ａが図３に閉めされる閉じ位置から少し下がり、排気入口１５が開いて排気ガスなどが排気ポート１３に流れて行く。
【００２５】
〔実施形態１〕
図３に示されるように、このディーゼルエンジンは、シリンダヘッド２における排気ポート１３のポート出口１３ａを備える出口壁１６と、排気マニホルド９における排気通路９Ａの通路入口９ａを備える入口壁１７とを、シールリング１８を設けてボルト（図示省略）などにより連結してなる接合部Ｓを有している。
【００２６】
接合部Ｓは、出口壁１６の壁面１６Ａと入口壁１７の壁面１７Ａとが密着（又は圧接）される状態で連結されている。
通路入口９ａの径（大きさ）が、ポート出口１３ａより大となるように、排気流れ方向（矢印Ｘ）で上流側が大径となるように、排気通路９Ａの始端部にテーパ周面９ｂを設ければ好都合である。
【００２７】
接合部Ｓにおいては、図３，図４，図５に示されるように、入口９ａを囲繞する状態で入口壁１７に形成される周溝１９が排気マニホルド９に設けられている。周溝１９は、内周面１９Ａと、内周面１９Ａより小径の外周面１９Ｂ、及び内周面１９Ａと外周面１９Ｂとを繋ぐ側周面１９Ｃを備え、出口壁１６に向けて開口する状態の環状溝に形成されている。周溝１９は、径方向の断面形状が矩形を示す角溝である。
【００２８】
そして、熱膨張する材料製のシールリング１８が周溝１９に収容されており、シールリング１８の横幅ｗが、接合部Ｓの温度が常温であるときは周溝１９の深さ寸法ｄより僅かに大きい値（ｗ≧ｄ）に設定されている。接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度であるときは周溝１９の深さ寸法ｄをより大きく超える状態（ｗ＞ｄ）に設定されており、より強固なシール作用を発揮する。なお、横幅ｗ（ｗ１，ｗ２）は、排気ポート１３の軸心Ｐ方向、又は排気通路９Ａの軸心Ｑ方向の長さである。
【００２９】
周溝１９に収容されるシールリング１８は、図５（ａ）に示されるように、常温では、幅方向の中央部が、幅方向の両端の径ｋ１よりも若干径が小さくなる湾曲状の断面を持つ状態に作製されていると、周溝１９に入れ易くて好都合である。例として、シールリング１８は、その径方向で切った断面が弓状を呈する形状に設定されており、ステンレス材など、シリンダヘッド２や排気マニホルド９の材料である鋳鉄よりも高い熱膨張率を持つ材料により作製されている。
【００３０】
周溝１９の外周面１９Ｂは、常温において、シールリング１８の最小径と同等以上の径に設定されているとともに、周溝１９の深さｄは、シールリング１８の横幅ｗ１（ｗ）より僅かに長い値にそれぞれ設定されている。故に、図５（ａ）に示すように、組付け時においては、シールリング１８を周溝１９に挿入して収容させることができ、ボルト止めするに従って、シールリング１８が圧縮される構成とされている。
【００３１】
そして、エンジンが無負荷運転されて温度上昇し、接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度になった状態では、図３，４、図５（ｂ）に示されるように、熱膨張したシールリング１８が大きく湾曲し、周溝１９の側周面１９Ｃと出口壁１６の壁面１６Ａとの間により強く圧縮された状態で周溝１９に収容される状態になる。
従って、所定のエンジン運転温度の接合部Ｓにおいては、シールリング１８の熱膨張により、ポート出口１３ａの径外側において（通路入口９ａの径外側において）出口壁１６と入口壁１７とがより強固にシールされた状態になり、接合部Ｓから液状未燃焼物ｒが漏れ出ないように規制されている。
【００３２】
図５（ｂ）に示されるように、シールリング１８が単体において所定のエンジン運転温度になると、横幅が周溝１９の深さより極僅かに大きいｗ１から、周溝１９の深さより明確に大きな値であるｗ２に膨張し、かつ、径がｋ１からｋ２に膨張する。ところが、周溝１９に収容されて排気マニホルド９がシリンダヘッド２に組み付けられた状態では、横幅がｄに規制されていてシールリング１８は自由に膨張できず、周溝１９内で余裕のある径方向にのみ変形可能な状況にある。
【００３３】
その結果、図５（ａ）に示す常温時よりも周溝１９内において大きく湾曲変形し、側周面１９Ｃと壁面１６Ａとをより強く押して圧接する状態が形成されている。このより強い圧接により、出口壁１６と入口壁１７とを、従来よりも強固にシールすることができる。
シールリング１８は、エンジンが通常運転されて、接合部Ｓが無負荷運転時より高い温度になればより膨張するので、シール性はさらに高まる。従って、「所定のエンジン運転温度」とは、無負荷運転時など、液状未燃焼物ｒが生成されるような比較的低い温度、ということができる。
【００３４】
接合部Ｓを含む排気経路Ｈに存在する液状未燃焼物ｒは、エンジンが定常運転されるなど、高温となる通常の運転状態になれば、燃焼ガスとなってマフラー外に出されるようになる。このように、エンジンが温度の高い通常運転になると、液状未燃焼物ｒは排気経路Ｈ外に排出されるので、排気ポート１３や排気通路９Ａなどの排気経路Ｈに滞留することは生じないようになる。
【００３５】
なお、シールリング１８の断面を弓状にすれば、圧縮時の屈曲変形方向を所定の向きに設定することができて便利である。接合部Ｓでは、既にシールリング１８が圧縮されて、十分なシール性が生じているが、熱膨張により、弓状の断面を持つシールリング１８がさらに湾曲変形し、出口壁１６の壁面１６Ａと入口壁１７の壁面１７Ａとをより強固に密着させることができる。
【００３６】
〔実施形態２〕
エンジンの排気接合部構造としては、図６に示されるものでも良い。即ち、出口壁（「出口壁と入口壁とのいずれか一方」の一例）１６に形成されている周溝１９と、入口壁（「出口壁と入口壁とのいずれか他方」の一例）１７に形成されている環条突起２０とが、周溝１９の内周面１９Ａと前記環条突起２０の外周面２０Ｂとが常温で締まり嵌めとなる状態で嵌合されている。
【００３７】
そして、周溝１９の外周面１９Ｂと環条突起２０の内周面２０Ａとの間には、環条突起２０を構成する材料の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料製のシールリング１８が、環条突起２０の内周面２０Ａと常温で密嵌合（嵌合の一例）する状態で収容されている。なお、周溝１９の深さ（軸心Ｐ，Ｑ方向長さ）は、環条突起２０の長さＬよりも大きい値としておく。
【００３８】
つまり、シリンダヘッド２に排気マニホルド９が組付けされた状態で、既に、周溝１９の内周面２０Ａと環条突起２０とが圧接されており、液状未燃焼物ｒやその他のものが接合部Ｓから漏れ出ないようにするシール部が形成されている。
そして、エンジンが無負荷運転されて温度上昇し、接合部Ｓの温度が所定のエンジン運転温度になった状態では、熱膨張したシールリング１８が環条突起２０の内周面２０Ａを径外側に強く押すことによる環条突起２０の拡径作用が生じる。
【００３９】
その結果、環条突起２０の外周面２０Ｂと周溝１９の内周面１９Ａとがより一層強く圧接され、強固なシール性を発揮することができる効果が得られる。
この優れたシール性を得るには、環条突起２０の長さＬを十分に取ることが望ましく、環条突起２０の厚さ（径方向幅）は、強度に問題無ければ薄い方が効果的である。
また、環条突起２０の付け根を若干細くするような研削逃げＲ部を設け、前述した環条突起２０の拡径変形が起き易いようにしても良い。
シールリング１８の断面形状は、矩形など弓状（図６参照）以外の形状であっても良い。
【符号の説明】
【００４０】
２          シリンダヘッド
９          排気構造体
９Ａ        排気通路
９ａ        入口（通路入口）
１３        排気ポート
１３ａ      出口（ポート出口）
１６        出口壁
１７        入口壁
１８        シールリング
１９        周溝
１９Ａ      内周面
１９Ｂ      外周面
２０        環条突起
２０Ａ      内周面
２０Ｂ      外周面
Ｓ          接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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