特許 7644175 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02F 11/00 20060101AFI20250304BHJP

   F16J 15/06 20060101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

F02F11/00 E

F16J15/06 P

F16J15/06 H

F02F11/00 F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023103427

(22)【出願日】2023-06-23

(65)【公開番号】P2025003002

(43)【公開日】2025-01-09

【審査請求日】2023-06-23

(73)【特許権者】

【識別番号】390033042

【氏名又は名称】ダイハツディーゼル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】星野 祐馬

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－０６６４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５２２５４７４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－１８１６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６０００４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ ５／００、 １１／００

１／００－ １／４２

７／００

Ｆ１６Ｊ １５／００－ １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドと、シリンダライナと、これらの間に配された平板リング状のガスケットとを有する内燃機関であって、
前記ガスケットが、
前記シリンダヘッドと前記シリンダライナとで厚さ方向両側から挟持される本体部と、
前記本体部から内径側に突出し、前記本体部よりも厚さ方向寸法が小さく、内径端が前記シリンダライナの外周面と相対する突出部と、
を有し、
前記シリンダヘッドと前記シリンダライナとを固定した状態で、前記ガスケットの前記突出部の内径端と前記シリンダライナの外周面との間に半径方向の隙間が設けられた内燃機関。

【請求項2】

前記突出部の内径端が、前記シリンダライナの前記外周面の上端よりも下方に設けられた請求項１に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関し、特に、シリンダヘッドとシリンダライナとの間のシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば下記の特許文献１には、ディーゼル機関のシール構造が示されている。具体的には、図４に示すように、シリンダヘッド１０１とシリンダライナ１０３とでガスケット１０２を厚さ方向（図中上下方向）両側から挟持することにより、シリンダヘッド１０１とシリンダライナ１０３との間の隙間からの燃焼ガスの漏れ出しを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－１５９５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のディーゼル機関では、シリンダライナ１０３の上面の外周部１０３ａを内周部１０３ｂよりも一段下げ、この外周部１０３ａにガスケット１０２を配している。そして、シリンダライナ１０３の上面の外周部１０３ａと内周部１０３ｂとの間の段差（外周面１０３ｃ）に、平板リング状のガスケット１０２の内周面を嵌合させることで、ガスケット１０２がシリンダライナ１０３に対して位置決めされる。

【0005】

上記のようなディーゼル機関において、燃焼ガスのシール性を高めるためには、ガスケット１０２とシリンダヘッド１０１及びシリンダライナ１０３との面圧を高めることが有効である。例えば、図５に示すようにガスケット１０２の内径を図４よりも拡大すると、ガスケット１０２とシリンダヘッド１０１及びシリンダライナ１０３との接触面積が減少するため、ガスケット１０２に加わる面圧が上昇してシール性が高められる。しかし、この場合、ガスケット１０２の内周面１０２ａとシリンダライナ１０３の外周面１０３ｃとの間の半径方向隙間δ１が大きくなるため、ガスケット１０２の位置決め精度が低下してシール性が悪化する恐れがある。

【0006】

また、図６に示すように、ガスケット１０２の外径を図４よりも縮小した場合も、上記と同様に、ガスケット１０２に加わる面圧が上昇してシール性が高められるが、以下のような不具合が生じる。シリンダヘッド１０１は、シリンダライナ１０３やその外周に設けられたエンジンフレーム１０４と上下方向で当接しておらず、シリンダヘッド１０１とエンジンフレーム１０４とをボルトで締め付けることにより、シリンダヘッド１０１とシリンダライナ１０３との間に配したガスケット１０２を挟持している（図６では、ボルトの図示を省略し、ボルトの締め付けで生じる軸力Ｆのみを示している。）。この場合、ガスケット１０２の外径を縮小すると、シリンダヘッド１０１のうち、ガスケット１０２と接触する領域（ガスケット１０２の外周面１０２ｂ）と、ボルトによる軸力Ｆが加わる領域との半径方向距離δ２が広がるため、シリンダヘッド１０１に点線で示すような撓みが生じやすくなる。

【0007】

そこで、本発明は、ガスケットに加わる面圧を高めてシール性を向上させると共に、ガスケットとシリンダライナとを精度良く位置決めすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明は、シリンダヘッドと、シリンダライナと、これらの間に配された平板リング状のガスケットとを有する内燃機関であって、
前記ガスケットが、前記シリンダヘッドと前記シリンダライナとで厚さ方向両側から挟持される本体部と、前記本体部から内径側に突出し、前記本体部よりも厚さ方向寸法が小さく、内径端が前記シリンダライナの外周面と嵌合する突出部とを有する内燃機関を提供する。

【0009】

上記のガスケットのうち、本体部はシリンダヘッドとガスケットとで挟持されるが、突出部は本体部よりも厚さ方向寸法が小さいため、シリンダヘッドとガスケットとで挟持されない。この場合、ガスケットの半径方向全域をシリンダヘッドとシリンダライナとで挟持する場合と比べて、突出部を設けた分だけガスケットとシリンダヘッド及びシリンダライナとの接触面積が減じられるため、ガスケットに加わる面圧が上昇する。また、ガスケットの突出部の内径端をシリンダライナの外周面と嵌合させることで、ガスケットをシリンダライナに対して精度良く位置決めすることができる。

【0010】

ガスケットの突出部の内径端は、シリンダライナの外周面の上端よりも下方に設けることが好ましい。これにより、突出部の内径端をシリンダライナの外周面と確実に嵌合させて、ガスケットをシリンダライナに対して確実に位置決めすることができる。

【0011】

ガスケットの突出部の上面とシリンダヘッドの下面との間の隙間に、燃焼室に供給された燃料が滞留すると、ガスケットの早期の劣化を招く恐れがある。そこで、ガスケットの突出部は、本体部の上端から下方に離間した領域に設けることが好ましい。この場合、突出部の上面とシリンダヘッドの下面との間に比較的広い隙間が形成されるため、この隙間に、燃焼室に供給された燃料が滞留しにくくなり、ガスケットの早期の劣化を防止できる。

【0012】

上記の内燃機関では、シリンダヘッド又はシリンダライナに環状溝を設けることが好ましい。この場合、シリンダヘッドとシリンダライナでガスケットを挟持したときの圧迫力で、ガスケットの材料が塑性流動して、ガスケットに、上記の環状溝に入り込んだ凸部が形成される。これにより、シリンダヘッド又はシリンダライナとガスケットとの接触部におけるシール性が高められる。

【発明の効果】

【0013】

以上のように、本発明によれば、ガスケットに加わる面圧を高めてシール性を向上させると共に、ガスケットとシリンダライナとを精度よく位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関（ディーゼルエンジン）の断面図である。

【図2】図１のガスケット付近の拡大図である。

【図3】他の実施形態に係る内燃機関のガスケット付近の拡大断面図である。

【図4】従来の内燃機関の断面図である。

【図5】図４の内燃機関のガスケットの内径を拡大した場合を示す断面図である。

【図6】図４の内燃機関のガスケットの外径を縮小した場合を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１に、本発明の一実施形態に係る内燃機関としてのディーゼルエンジン（例えば、舶用ディーゼルエンジン）を示す。このディーゼルエンジンは、シリンダヘッド１と、シリンダライナ２と、エンジンフレーム３と、燃料供給部（図示省略）とを有する。このディーゼルエンジンは、シリンダヘッド１、シリンダライナ２、及びピストン４で形成される燃焼室５に空気を供給する吸気工程と、ピストン４の上昇により燃焼室５内の空気を圧縮する圧縮工程と、圧縮された空気に燃料供給部から液体燃料（例えば重油）を噴射して着火させる爆発工程と、燃焼室５から燃焼後の排ガスを排出する排気工程とを繰り返すことで運転される。尚、本明細書では、説明の便宜上、ピストン４の移動方向（図１の上下方向）で、シリンダヘッド１側を上方、その反対側を下方と言う。本実施形態のディーゼルエンジンは、ピストン４の移動方向が鉛直方向となるように設置される。

【0017】

シリンダライナ２は、エンジンフレーム３の内周に取り付けられる。シリンダライナ２の外周面に設けられた段部２ａと、エンジンフレーム３の内周面に設けられた段部３ａとを当接させることで、両者が上下方向で位置決めされる。

【0018】

シリンダヘッド１とシリンダライナ２との間には、円形の平板リング状のガスケット１０が配される。ガスケット１０は、例えば金属で形成され、具体的にはＳＰＣＣ材等の炭素鋼で形成される。本実施形態では、シリンダライナ２の上面の外周部に設けられた外側環状領域２ｂを、内周部に設けられた内側環状領域２ｃよりも一段下げて設け、この外側環状領域２ｂにガスケット１０を配している。外側環状領域２ｂ及び内側環状領域２ｃは、何れも上下方向と直交する平坦面である。

【0019】

図２に示すように、ガスケット１０は、本体部１１と、本体部１１から内径側に突出した突出部１２とを一体に有する。本体部１１は、断面矩形の平板リング状をなしている。本体部１１の上面１１ａ（後述する凸部１１ｅを除く領域）及び下面１１ｂは平坦面である。本体部１１の内周面１１ｃ（突出部１２を除く領域）及び外周面１１ｄは円筒面である。本体部１１の厚さｔ（上面１１ａと下面１１ｂとの距離）は、シリンダライナ２の上面の外側環状領域２ｂと内側環状領域２ｃとの上下方向距離ｄよりも大きい。

【0020】

突出部１２は、本体部１１の内周面の全周に連続したリング状を成している。図示例の突出部１２は、断面矩形を成している。突出部１２の厚さ方向寸法（上下方向寸法）ｔ２は、本体部１１の厚さｔ１よりも小さい。突出部１２は、本体部１１の上端から下方に離間した領域に設けられる。図示例では、突出部１２が、本体部１１の上端及び下端を除く厚さ方向中間部に設けられ、特に、本体部１１の厚さ方向中央に設けられる。突出部１２の内径端に設けられた円筒状内周面１２ａは、シリンダライナ２の外周面２ｄの上端よりも下方に設けられ、すなわち、シリンダライナ２の上面の内側環状領域２ｃよりも下方に設けられる。図示例では、突出部１２の上面１２ｂが、シリンダライナ２の外周面２ｄの上端と同じ高さに設けられ、内側環状領域２ｃと同一平面上に設けられる。

【0021】

シリンダヘッド１の下面１ａのうち、ガスケット１０の本体部１１と上下方向で対向する領域には、環状溝１ｂが形成されている。環状溝１ｂは、例えば複数設けられ、図示例では半径方向に離間した２箇所に設けられる。図示例の環状溝１ｂは、断面Ｖ字形状を成している。この他、環状溝１ｂの断面形状を、矩形や半円形としてもよい。

【0022】

シリンダヘッド１とシリンダライナ２との組み付けは、以下のような手順で行われる。

【0023】

まず、エンジンフレーム３の内周にシリンダライナ２を上方から挿入し、エンジンフレーム３の段部３ａにシリンダライナ２の段部２ａを上方から当接させる。その後、シリンダライナ２の上面の外側環状領域２ｂに、ガスケット１０を配置する。本実施形態のガスケット１０は、突出部１２が本体部１１の厚さ方向中央に設けられている。また、シリンダヘッド１とシリンダライナ２とでガスケット１０を挟持する前の状態では、ガスケット１０の本体部１１の上面１１ａは凸部１１ｅの無い平坦面である。従って、ガスケット１０は、厚さ方向中央に関して対称な形状を成しているため、上下の向きを気にすることなくシリンダライン２の上面の外側環状領域２ｂに配置することができる。

【0024】

このとき、ガスケット１０の内径端、すなわち、突出部１２の円筒状内周面１２ａを、シリンダライナ２の外周面２ｄと嵌合させることにより、ガスケット１０をシリンダライナ２に対して半径方向で精度よく位置決め（芯だし）することができる。図示例では、ガスケット１０の突出部１２の円筒状内周面１２ａが、シリンダライナ２の外周面２ｄの上端よりも下方、すなわち、シリンダライナ２の上面の内側環状領域２ｃよりも下方に設けられているため、突出部１２の円筒状内周面１２ａとシリンダライナ２の外周面２ｄとを確実に嵌合させて、ガスケット１０を確実に位置決めすることができる。このとき、ガスケット１０の円筒状内周面１２ａとシリンダライナ２の外周面２ｄとは、僅かな半径方向隙間を介して嵌合している。

【0025】

次に、シリンダヘッド１をシリンダライナ２及びエンジンフレーム３の上部に取り付ける。具体的に、シリンダヘッド１の内周面１ｃと、これと半径方向に対向するシリンダライナ２の外周面２ｅとを嵌合させて両者を半径方向で位置決めする。この状態で、シリンダライナ２の上面の外側環状領域２ｂに配されたガスケット１０の上に、シリンダヘッド１を載置する。そして、シリンダヘッド１とエンジンフレーム３とをボルト２０（図１参照）で締め付けることにより、シリンダライナ２の段部２ａとエンジンフレーム３の段部３ａとの当接部を介して、シリンダライナ２の上面の外側環状領域２ｂとシリンダヘッド１の下面１ａとでガスケット１０の本体部１１を厚さ方向（上下方向）両側から挟持、圧迫する。

【0026】

このとき、ガスケット１０の突出部１２は、本体部１１よりも厚さ方向寸法が小さいため、シリンダヘッド１とシリンダライナ２とで挟持されず、これらと非接触とされる。この場合、ガスケット１０全体をシリンダヘッド１及びシリンダライナ２で挟持する場合と比べて、ガスケット１０とシリンダヘッド１及びシリンダライナ２との接触面積が小さいため、ガスケット１０に加わる面圧が大きくなり、シール性が高められる。

【0027】

上記のように、シリンダヘッド１とエンジンフレーム３とでガスケット１０を厚さ方向両側から圧迫すると、ガスケット１０が塑性変形して、厚さ方向寸法が若干小さくなると共に、半径方向寸法が若干大きくなる。本実施形態では、ボルト２０でシリンダヘッド１をシリンダライナ２及びエンジンフレーム３に固定した状態で、シリンダヘッド１とシリンダライナ２及びエンジンフレーム３との間の上下方向隙間や、ガスケット１０の内径端（突出部１２の円筒状内周面１２ａ）とシリンダライナ２の外周面２ｄとの間の半径方向隙間が残っている。

【0028】

また、シリンダヘッド１とシリンダライナ２でガスケット１０を厚さ方向両側から挟持したときの圧迫力により、ガスケット１０の材料が塑性流動して、本体部１１の上面１１ａに、環状溝１ｂに入り込んだ凸部１１ｅが形成される。これにより、ガスケット１０の本体部１１の上面１１ａとシリンダヘッド１の下面１ａとの間のシール性が高められる。

【0029】

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

【0030】

図３に示す実施形態では、ガスケット１０の突出部１２が、内径側に行くほど厚さ方向寸法が小さい先細り形状をなしている。具体的に、突出部１２の上面１２ｂが、本体部１１の上面１１ａと突出部１２の内周面１２ａとを接続するテーパ面であり、突出部１２の下面１２ｃが、本体部１１の下面１１ｂと突出部１２の内周面１２ａとを接続するテーパ面である。この場合でも、突出部１２はシリンダヘッド１とシリンダライナ２とで挟持されないため、図２に示す実施形態と同様に、ガスケット１０とシリンダヘッド１及びシリンダライナ２との面圧を高めると共に、突出部１２の内周面１２ａをシリンダライナ２の外周面２ｄに嵌合させてガスケット１０を位置決めすることができる。

【0031】

しかし、図３の実施形態では、突出部１２の上面１２ｂとシリンダヘッド１の下面１ａとの間に、外径側に行くほど幅が狭くなった断面楔状の隙間Ｓ２が設けられる。この場合、燃焼室５に供給された燃料Ｇが、楔状の隙間Ｓ２の外径端（幅狭部）に溜まりやすいため、滞留した燃料Ｇによりガスケット１０が劣化し、シール性を悪化させることが懸念される。

【0032】

これに対し、図２に示す実施形態では、ガスケット１０の突出部１２が本体部１１の上端から下方に離間した領域に設けられている。この場合、突出部１２の上面１２ｂとシリンダヘッド１の下面１ａとの間に形成される隙間Ｓ１は、図３のような断面楔状の隙間Ｓ１と比べて幅が広くなっている。特に、図示例では、ガスケット１０の本体部１１の上面１１ａと突出部１２の上面１２ｂとの間に、本体部１１の円筒状内周面１１ｃが設けられているため、隙間Ｓ１の外径端の幅が広くなっており、具体的には隙間Ｓ１が断面矩形状を成している。これにより、上記の隙間Ｓ１に燃料が溜まりにくくなり、ガスケット１０の劣化を防止できる。

【0033】

以上の実施形態では、シリンダヘッド１の下面１ａに環状溝１ｂを設けると共に、ガスケット１０に環状溝１ｂに入り込んだ凸部を設けた場合を示したが、これに代えて、あるいはこれに加えて、シリンダライナ２の上面に環状溝を設けると共に、ガスケット１０にこの環状溝に入り込んだ凸部を設けてもよい。また、このような環状溝が不要であれば、シリンダヘッド１の下面１ａ及びシリンダライナ２の上面のうち、ガスケット１０の本体部１１と対向する領域を、環状溝のない平坦面としてもよい。

【0034】

以上の実施形態では、ガスケット１０の突出部１２が全周で連続した環状を成しているが、これに限らず、周方向に離間した複数箇所に突出部１２を設けてもよい。また、上記の実施形態では、突出部１２の断面が矩形や台形を成しているが、突出部の断面形状はこれらに限らず、例えば半円形や三角形としてもよい。

【0035】

本発明は、液体燃料（重油）を用いたディーゼルエンジンに限らず、ガス燃料（ＬＮＧ）を用いたガスエンジンや、液体燃料とガス燃料を選択的に使用可能なデュアルフューエルエンジン等に適用することもできる。また、本発明は、舶用の内燃機関に限らず、例えば、陸上で用いられる発電用の内燃機関に適用することもできる。

【符号の説明】

【0036】

１ シリンダヘッド
１ｂ 環状溝
２ シリンダライナ
３ エンジンフレーム
４ ピストン
５ 燃焼室
１０ ガスケット
１１ 本体部
１１ｅ 凸部
１２ 突出部
２０ ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】