JP2009068435A - Head gasket of engine and engine provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an engine head gasket and an engine including the same, and more specifically, in an engine that achieves an end gas cooling effect by projecting a piston from an upper surface of a cylinder block during compression, thereby reducing fuel consumption. The present invention relates to a technique for achieving both reduction of fuel consumption by end gas cooling and suppression of emission.
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。
As is well known, there is a need for significant improvements in fuel consumption and emissions.
As a technique for reducing the fuel consumption, the following end gas cooling is known. By causing the piston to protrude from the upper surface of the cylinder block during compression, the effect of end gas cooling is obtained, abnormal combustion is suppressed, and fuel consumption is reduced. However, although this technique is effective in reducing fuel consumption, the top land portion of the piston is extended in order to obtain the effect of end gas cooling. Since the gap between the land portion and the cylinder block (or liner) and the cylinder head is enlarged, there is a problem that the emission of HC and the like is deteriorated.
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)。
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。
In the technique described in the above-mentioned
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。
However, this technique does not relate to an end gas cooling engine in which the top land portion protrudes from the upper surface of the cylinder block, and cannot solve the deterioration of the emission in such an end gas cooling engine. Further, in an end gas cooling type engine, even if the inner end of the head gasket protrudes from the inner surface of the cylinder block by the technique described in
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。 In the present invention, in consideration of the above problems, in the engine configured to protrude the piston from the upper surface of the cylinder block at the time of compression, the clearance formed around the top land portion is expanded by the extension of the top land portion. The objective is to reduce fuel consumption by end gas cooling while suppressing deterioration of emissions.
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。
The present invention provides an engine head gasket and an engine including the same.
The head gasket of the engine according to the present invention is provided in an engine in which the top land portion of the piston is inserted into the space in the cylinder head serving as a combustion chamber over the upper surface of the cylinder block during compression. A gasket main body sandwiched between the cylinder head and the cylinder block and a lip portion connected to the gasket main body forming a bore through which the top land portion of the piston passes are configured. In the present invention, the lip portion of the head gasket is provided such that the top land portion is curved in a direction to pass through the bore during compression.
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。 The engine according to the present invention includes a cylinder block, a piston reciprocally inserted into the cylinder block, a head gasket, and a cylinder head installed with the head gasket sandwiched together with the cylinder block. The top land portion of the piston is configured to be able to move over the upper surface of the cylinder block to the space in the cylinder head serving as a combustion chamber when compressed. In the present invention, the head gasket includes a gasket main body sandwiched between the cylinder head and the cylinder block, and a lip portion continuous with the gasket main body that forms a bore for passing the top land portion of the piston. The lip portion extends from one end near the gasket body to the gap between the top land portion and the cylinder head in the space inside the cylinder head, beyond the block alignment surface of the cylinder head. Established.
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。 According to the present invention, when the top land portion of the piston is inserted into the space in the cylinder head beyond the upper surface of the cylinder block (the mating surface of the cylinder block with respect to the cylinder head) during compression, the effect of end gas cooling is achieved. The fuel consumption can be reduced. Here, according to the present invention, the head gasket includes a gasket body and a lip portion connected to the gasket main body. The lip portion forms a bore of the head gasket, and the lip portion is formed on the top land. By curving the bore in the direction of passing through the bore during compression, the inflow of combustion gas into the gap formed around the top land portion can be prevented, and emission can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce fuel consumption by end gas cooling while suppressing deterioration of emissions due to the extension of the top land portion.
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an
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。
The
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。
The
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。
Air sucked into the
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。
Next, the configuration of the
FIG. 2 shows the configuration of the
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。
The
The gasket
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。
On the other hand, the
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。
In the present embodiment, the inner diameter φgsk of the
Hereinafter, an operation obtained by the
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。
FIG. 3 shows a configuration around the
In the
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。
At the time of compression, the
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。
When ignition is performed by the
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。
In the present embodiment, the inner diameter φgsk of the head gasket 101 (
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。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the
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。
In the present embodiment, the
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。
Further, in the present embodiment, since the posture of the
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。
Furthermore, since the eccentricity of the piston ring (particularly the compression ring 22) with respect to the
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。
In the present embodiment, the head gasket is an integrated head gasket in which the gasket
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。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A head gasket provided in an engine that is inserted into a space in a cylinder head that becomes a combustion chamber when the top land portion of the piston exceeds the upper surface of the cylinder block during compression,
A gasket body sandwiched between the cylinder head and the cylinder block;
Forming a bore through which the top land portion passes, and including a lip portion connected to the gasket body,
The lip portion is a head gasket for an engine provided such that the top land portion is curved in a direction to pass through the bore during compression.
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。 A cylinder block;
A piston reciprocally inserted into the cylinder block;
A head gasket according to claim 1;
A cylinder head installed in a state of sandwiching the gasket main body of the head gasket together with the cylinder block, and
An engine configured such that a top land portion of the piston can move over a top surface of the cylinder block to a space in the cylinder head serving as a combustion chamber when compressed.
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。 A cylinder block;
A piston reciprocally inserted into the cylinder block;
A head gasket comprising a gasket body and a lip portion connected to the gasket body to form a bore for passing the top land portion of the piston;
A cylinder head installed in a state of sandwiching the gasket main body of the head gasket together with the cylinder block, and
The engine is configured such that the top land portion of the piston can move to the space in the cylinder head that becomes a combustion chamber over the upper surface of the cylinder block during compression,
The lip portion of the head gasket extends from one end close to the gasket body to the gap between the top land portion in the space in the cylinder head and the cylinder head, beyond the block mating surface of the cylinder head. Engine extended to
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