(57)【要約】    【課題】ピストンのトップランド部の延設によるエミッションの悪化を抑制しつつ、エンドガス冷却により燃料消費量を削減する。    【解決手段】ピストン２１のトップランド部２１ａを延設して、圧縮時にピストン２１をシリンダブロック１１の上面１１ｆから突出させることにより、燃料消費量を削減する。ヘッドガスケット１０１において、ガスケット本体１０１ａと、これに連設されたリップ部１０１ｂとを設け、このリップ部１０１ｂを、トップランド部２１ａがボアＢを圧縮時に通過する方向に湾曲させる。【選択図】  図３
2009068435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮時において、ピストンのトップランド部がシリンダブロックの上面を越えて、燃焼室となるシリンダヘッド内の空間にまで挿入されるエンジンに設けられるヘッドガスケットであって、
シリンダヘッド及びシリンダブロックの間に挟持されるガスケット本体と、
前記トップランド部が通過することとなるボアを形成する、前記ガスケット本体に連設されたリップ部と、を含んで構成され、
前記リップ部は、前記トップランド部が前記ボアを圧縮時に通過する方向に湾曲させて設けられたエンジンのヘッドガスケット。
【請求項２】
シリンダブロックと、
前記シリンダブロック内に往復自在に挿入されたピストンと、
請求項１に記載のヘッドガスケットと、
前記シリンダブロックとともに前記ヘッドガスケットのガスケット本体を挟持した状態で設置されたシリンダヘッドと、を含んで構成され、
前記ピストンのトップランド部が圧縮時に前記シリンダブロックの上面を越えて、燃焼室となる前記シリンダヘッド内の空間にまで移動可能に構成されたエンジン。
【請求項３】
シリンダブロックと、
前記シリンダブロック内に往復自在に挿入されたピストンと、
ガスケット本体、ならびに前記ピストンのトップランド部を通過させるためのボアを形成する、前記ガスケット本体に連設されたリップ部を含んで構成されるヘッドガスケットと、
前記シリンダブロックとともに前記ヘッドガスケットのガスケット本体を挟持した状態で設置されたシリンダヘッドと、を含んで構成され、
前記ピストンのトップランド部が圧縮時に前記シリンダブロックの上面を越えて、燃焼室となる前記シリンダヘッド内の空間にまで移動可能に構成されたエンジンであって、
前記ヘッドガスケットのリップ部は、前記ガスケット本体に近い一側の端部から、前記シリンダヘッドのブロック合わせ面を越えて、前記シリンダヘッド内の空間にあるトップランド部と前記シリンダヘッドとの隙間にまで延設されたエンジン。
【請求項４】
前記ヘッドガスケットのリップ部は、その内径が前記トップランド部の外径と略等しい請求項２又は３に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのヘッドガスケット及びこれを備えるエンジンに関し、詳細には、圧縮時にピストンをシリンダブロックの上面から突出させることにより、エンドガス冷却の効果を得て燃料消費量の削減を図るエンジンにおいて、エンドガス冷却による燃料消費量の削減と、エミッションの抑制とを両立させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料消費量とエミッションとに関する大幅な改善が求められていることは、周知の通りである。
燃料消費量を削減するための技術として、次のようなエンドガス冷却によるものが知られている。圧縮時にピストンをシリンダブロックの上面から突出させることにより、エンドガス冷却の効果を得て異常燃焼を抑制し、燃料消費量を削減するものである。しかしながら、この技術においては、燃料消費量の削減に有効であるものの、エンドガス冷却の効果を得るためにピストンのトップランド部を延設することから、その高さが増大し、これに伴ってトップランド部とシリンダブロック（又はライナー）及びシリンダヘッドとの隙間が拡大するため、ＨＣ等のエミッションが悪化するという問題がある。
【０００３】
トップランド部を延設したエンドガス冷却型のエンジンに関するものではないが、ピストンとシリンダブロック等との隙間（デッドボリューム）の存在によるエミッションの悪化を抑制するための技術として、次のものが存在する。シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟持されるヘッドガスケットにおいて、このヘッドガスケットに設けられるボアの直径をシリンダボア（シリンダブロックのボア）よりも小さく、かつピストンの外径（トップランド部の外径）よりも大きく設定するというものである（特許文献１）。
【特許文献１】実開平０７−０２０４６６号公報（段落番号００１３，００２１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前掲特許文献１に記載の技術は、ボアを形成するヘッドガスケットの内端をシリンダブロックの内面から張り出させることにより、ピストンのトップランド部周辺の隙間（トップランド部とシリンダヘッドとの隙間）に燃焼ガスが流入するのを回避して、この隙間でＨＣ等の未燃ガスが発生するのを抑制するものである。
【０００５】
しかしながら、この技術は、トップランド部をシリンダブロックの上面から突出させるエンドガス冷却型のエンジンに関するものではなく、このようなエンドガス冷却型のエンジンにおけるエミッションの悪化を解決し得るものではない。また、仮にエンドガス冷却型のエンジンにおいて、前掲特許文献１に記載の技術によりヘッドガスケットの内端をシリンダブロックの内面から張り出させたとしても、このエンジンに形成される隙間の影響を解消するには充分ではなく、ＨＣ等の発生を満足に抑制することはできない。
【０００６】
本発明は、以上の問題を考慮して、圧縮時にピストンをシリンダブロックの上面から突出させるように構成されたエンジンにおいて、トップランド部の延設によりその周囲に形成される隙間が拡大することによるエミッションの悪化を抑制しつつ、エンドガス冷却により燃料消費量を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジンのヘッドガスケット及びこれを備えたエンジンを提供するものである。
本発明に係るエンジンのヘッドガスケットは、圧縮時において、ピストンのトップランド部がシリンダブロックの上面を越えて、燃焼室となるシリンダヘッド内の空間にまで挿入されるエンジンに設けられるものであり、シリンダヘッド及びシリンダブロックの間に挟持されるガスケット本体と、ピストンのトップランド部が通過することとなるボアを形成する、このガスケット本体に連設されたリップ部と、を含んで構成される。本発明において、ヘッドガスケットのリップ部は、トップランド部がボアを圧縮時に通過する方向に湾曲させて設けられる。
【０００８】
また、本発明に係るエンジンは、シリンダブロックと、シリンダブロック内に往復自在に挿入されたピストンと、ヘッドガスケットと、シリンダブロックとともにヘッドガスケットを挟持した状態で設置されたシリンダヘッドと、を含んで構成され、ピストンのトップランド部が圧縮時にシリンダブロックの上面を越えて、燃焼室となるシリンダヘッド内の空間にまで移動可能に構成される。本発明において、ヘッドガスケットは、シリンダヘッド及びシリンダブロックの間に挟持されたガスケット本体と、ピストンのトップランド部を通過させるためのボアを形成する、ガスケット本体に連設されたリップ部と、を含んで構成され、このリップ部は、ガスケット本体に近い一側の端部から、シリンダヘッドのブロック合わせ面を越えて、シリンダヘッド内の空間にあるトップランド部とシリンダヘッドとの隙間にまで延設される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ピストンのトップランド部が圧縮時にシリンダブロックの上面（シリンダブロックの、シリンダヘッドに対する合わせ面）を越えて、シリンダヘッド内の空間にまで挿入されることにより、エンドガス冷却の効果を得て燃料消費量を削減することができる。ここで、本発明によれば、ヘッドガスケットをガスケット本体と、これに連設されたリップ部とを含んで構成することとし、リップ部によりヘッドガスケットのボアを形成するとともに、リップ部をトップランド部がボアを圧縮時に通過する方向に湾曲させたことにより、トップランド部の周囲に形成される隙間への燃焼ガスの流入を阻止して、エミッションを抑制することができる。従って、本発明によれば、トップランド部の延設によるエミッションの悪化を抑制しつつ、エンドガス冷却により燃料消費量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の構成を、気筒中心線ｌに平行な断面により示している。
【００１１】
エンジン１は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１内に、上下に往復自在に挿入されたピストン２１と、シリンダブロック１１上に配置され、図示しないヘッドボルトによりシリンダブロック１１と締結されたシリンダヘッド３１とを備えている。シリンダブロック１１には、ライナー１２が嵌め込まれており、このライナー１２により、ピストン２１が摺動することとなる内面が形成される。シリンダブロック１１とシリンダヘッド３１とは、これらの間にヘッドガスケット１０１を挟持させた状態で締結されており、このヘッドガスケット１０１により、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド３１の間隔が一定に保たれ、実際の運転時においては、燃焼室Ｃからのガス漏れが防止される。エンジン１の燃焼室Ｃは、ピストン２１の冠面と、シリンダヘッド３１の下面とに挟まれる空間として形成される。
【００１２】
ピストン２１は、そのトップランド部２１ａが通常のピストンよりも延設されて、トップランド部２１ａの高さｈｔが増大されており、圧縮時にシリンダブロック１１の上面１１ｆを越えて、燃焼室Ｃとなるシリンダヘッド３１内の空間にまで挿入されるように構成されている。ピストン２１のトップランド部２１ａとは、ピストン２１に設けられた複数のピストンリング（本実施形態では、コンプレッションリング２２，２３及びオイルリング２４）のうち、最も燃焼室Ｃに近いもの（コンプレッションリング２２）よりも燃焼室Ｃ側にあるピストン２１の部分である。トップランド部２１ａをシリンダヘッド３１内の空間にまで挿入させることで、燃焼時にエンドガス冷却の効果が得られ、燃料消費量を削減することができる。本実施形態において、ヘッドガスケット１０１は、燃焼ガスに対するシール性の確保等の通常のヘッドガスケットと同様の機能を奏するほか、トップランド部２１ａの延設に伴うエミッションの悪化を抑制するという機能を奏するものである。
【００１３】
エンジン1に吸入された空気は、シリンダヘッド３１に設置された燃料噴射弁（図示せず。）により噴射された燃料とともに吸気ポート３１ａから燃焼室Ｃに流入し、燃焼室Ｃ内に均質な混合気を形成する。シリンダヘッド３１には、気筒中心線ｌ上に点火プラグ３２が設置されており、燃焼室Ｃ内に形成された混合気に対してこの点火プラグ３２により点火が行われる。燃焼により生じた排気は、排気ポート３１ｂを介して排出される。吸気ポート３１ａは、吸気弁３３により、排気ポート３１ｂは、排気弁３４により夫々開閉される。
【００１４】
次に、本実施形態に係るヘッドガスケット１０１の構成について、より詳細に説明する。
図２は、ヘッドガスケット１０１の構成を（ａ）平面により、及び（ｂ）この図２（ａ）中のＡ−Ａ線による断面により示している。
【００１５】
ヘッドガスケット１０１は、ガスケット本体１０１ａと、リップ部１０１ｂとを備えている。
ガスケット本体１０１ａは、通常のヘッドガスケットと同様にシリンダブロック１１及びシリンダヘッド３１の間に挟持されて、これらの間隔を一定に保つとともに、燃焼ガスに対するシール性を確保するためのものである。ガスケット本体１０１ａには、シリンダヘッド３１の組み付けに際してヘッドボルトを挿通させるための複数のヘッドボルト孔ｈが設けられている。
【００１６】
他方、リップ部１０１ｂは、ピストン２１のトップランド部２１ａの延設に伴うエミッションの悪化を抑制するためのものであり、このリップ部１０１ｂにより、トップランド部２１ａが圧縮時に通過することとなるボアＢが形成される。本実施形態において、リップ部１０１ｂは、ガスケット本体１０１ａに連設させて一体に設けられており、ガスケット本体１０１ａに近い一側の端部（以下、リップ部１０１ｂの「外端」という。）から内端に向け、所定の曲率をもって湾曲させて設けられている。湾曲の度合い（曲率、Ｒサイズ）は、燃焼に起因してピストン２１に作用するスラスト荷重に対してピストン２１の姿勢を保持することができる範囲で低い剛性を持たせ得るものとして設定されている。リップ部１０１ｂが湾曲される方向は、トップランド部２１ａがボアＢを圧縮時に通過する方向に一致させている。
【００１７】
なお、本実施形態において、リップ部１０１ｂの内径φｇｓｋは、ピストン２１の外径（トップランド部２１ａの外径）φｐｓｔと略等しい値に設定されている（図３）。
以下、本実施形態に係るエンジン１及びヘッドガスケット１０１により得られる作用について説明する。
【００１８】
図３は、エンジン１の、ヘッドガスケット１０１のリップ部１０１ｂ周辺の構成を、図１と同様な断面により示している。
エンジン１において、ヘッドガスケット１０１は、ガスケット本体１０１ａがシリンダブロック１１及びシリンダヘッド３１の間に挟持された状態で設けられる。リップ部１０１ｂは、外端から内端に向けて一方（ピストン２１のトップランド部２１ａが圧縮時に通過する方向）に湾曲されており、この外端から、シリンダヘッド３１のブロック合わせ面３１ｆを越えて、シリンダヘッド３１内の空間にあるトップランド部２１ａと、シリンダヘッド３１との隙間ｇにまで延設されている。なお、図３において、ピストン２１は、圧縮上死点にある状態を示している。
【００１９】
圧縮時において、ピストン２１のトップランド部２１ａは、上死点直前でヘッドガスケット１０１のボアＢを通過し、シリンダブロック１１の上面１１ｆ（図１）を越えて、シリンダヘッド３１内の空間にまで挿入される。リップ部１０１ｂがトップランド部２１ａの通過する方向に湾曲され、かつその剛性が低く抑えられているため、ピストン２１の移動に対する抵抗の増大が抑制されている。
【００２０】
燃焼時において、点火プラグ３２による点火が行われると、これによりトップランド部２１ａ周辺の隙間（トップランド部２１ａとシリンダヘッド３１との隙間）ｇに向かう燃焼ガスの流れｆが発生する。本実施形態に係るエンジン１は、エンドガス冷却のためにトップランド部２１ａが延設されていることから、通常のエンジンと比較してこの隙間ｇが拡大されており、ヘッドガスケット１０１のリップ部１０１ｂがないとすれば、燃焼ガスが隙間ｇに流入して、その内部で流れが停滞するため、良好に燃焼が完了せず、ＨＣ等の未燃ガスを生じさせることとなる。本実施形態では、ヘッドガスケット１０１にリップ部１０１ｂを設け、このリップ部１０１ｂを湾曲させて隙間ｇにまで延設したことにより、隙間ｇへの燃焼ガスの流入が妨げられ、未燃ガスの発生が抑制される。
【００２１】
また、本実施形態では、ヘッドガスケット１０１（リップ部１０１ｂ）の内径φｇｓｋをピストン２１（トップランド部２１ａ）の外径φｐｓｔと略等しい値に設定するとともに、リップ部１０１ｂに対して適度な剛性を持たせたことから、燃焼に起因する横方向の荷重（スラスト荷重）に対し、リップ部１０１ｂによりピストン２１の姿勢が保持され、燃焼時において、ピストンリング２２〜２４のピストン２１に対する位置が同心に保持される。
【００２２】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、ピストン２１のトップランド部２１ａを延設し、圧縮時において、このトップランド部２１ａをシリンダブロック１１の上面１１ｆを越えて、シリンダヘッド３１内の空間にまで挿入させることとした。これにより、燃焼時にエンドガス冷却の効果を得ることができ、燃料消費量を削減することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、ヘッドガスケット１０１にリップ部１０１ｂを設け、このリップ部１０１ｂによりヘッドガスケット１０１のボアＢを形成するとともに、リップ部１０１ｂを湾曲させて、シリンダヘッド３１内の空間にあるトップランド部２１ａと、シリンダヘッド３１との隙間ｇにまで延設することとした。これにより、隙間ｇへの燃焼ガスの流入を阻止して、ＨＣ等の未燃ガスの発生を抑制し、トップランド部２１ａの延設に伴うエミッションの悪化を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、燃焼に起因するスラスト荷重に対してリップ部１０１ｂによりピストン２１の姿勢を保持することができるので、ピストン２１に対するピストンリング（特に、最も燃焼室Ｃに近いコンプレッションリング２２）の偏心を抑制し、ピストンリングによるシール性を向上させるとともに、ピストンリングの寿命を延長することができる。
【００２５】
更に、ピストン２１に対するピストンリング（特に、コンプレッションリング２２）の偏心が抑制されることから、ピストンリングの張力を低減することができ、ピストン２１の移動に伴うフリクションを低減することができる。これに伴い、始動時におけるフリクションも低減されるため、エンジン１の始動モータ（スタータ）としてより小型のものを採用することが可能となり、コストを削減することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、ヘッドガスケットを、ガスケット本体１０１ａとリップ部１０１ｂとを単一の部材で形成した一体型のヘッドガスケットとした。しかしながら、ヘッドガスケットは、このようなものに限らず、たとえば、ガスケット本体１０１ａ部分を複数枚の積層した部材で構成するとともに、その積層した部材のうち少なくとも１枚がリップ部１０１ｂを有する形状として、複数の部材から構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの断面図
【図２】同上実施形態に係るヘッドガスケットの（ａ）平面図、及び（ｂ）Ａ−Ａ線断面図
【図３】同上実施形態に係るエンジンの、ヘッドガスケットのリップ部周辺の拡大断面図
【符号の説明】
【００２８】
１…エンジン、１１…シリンダブロック、１１ｆ…シリンダブロックの上面、２１…ピストン、２１ａ…トップランド部、２２〜２４…ピストンリング、３１…シリンダヘッド、３１ａ…吸気ポート、３１ｂ…排気ポート、３２…点火プラグ、３３…吸気弁、３４…排気弁、１０１…ヘッドガスケット、１０１ａ…ガスケット本体、１０１ｂ…リップ部、Ｂ…ヘッドガスケットのボア、Ｃ…燃焼室。
【図１】
2009068435.tif 000003
【図２】
2009068435.tif 000004
【図３】
2009068435.tif 000005