JP2014077365A - ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でエンジンの燃焼室に対する冷却性能を更に向上させてノッキングを抑制することができるガスケットを提供する。
【解決手段】エンジン１０の燃焼室４を構成するシリンダブロック３とシリンダヘッド５との間に設けられるガスケット１であって、前記燃焼室４に対応するシリンダ開口部４０と、冷却水通路８０に対応する冷却水開口部４２とを有する板状のガスケット本体部４４と、前記シリンダ開口部４０の周囲を囲むように前記ガスケット本体部４４の上下面に設けられ、前記ガスケット本体部４４と前記シリンダブロック３および前記シリンダヘッド５との間をシールするシール部５０とを備え、前記ガスケット本体部４４には、前記冷却水開口部４２に突出される複数の放熱フィン４３が設けられ、前記シリンダ開口部４０の内周面は、ピストン２のトップランド２３に対向する位置で前記燃焼室４の周壁面を構成して成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に設けられるガスケットに関する。

エンジンは、シリンダブロック、シリンダヘッド、ピストン、バルブ等から構成される燃焼室を持つ。燃焼室において、ピストンの下降によって混合気が導入され、ピストンの上昇によって圧縮されたところに、燃焼室上部にある点火プラグによって点火される。燃焼室内の混合気は、点火プラグを中心に広がるように燃焼し、発生した燃焼ガスは膨張してピストンを押し下げる。以上の動作により、熱エネルギーが機械的エネルギーに変換される。

点火プラグによる点火においては、点火プラグ近傍から燃焼が始まり点火プラグから遠い部位にある混合気は、燃焼が広がる過程で最後まで未燃焼の混合気として残っている。この未燃焼の混合気は、燃焼圧力波により燃焼室周縁部に押し込まれることにより圧縮され、高温高圧の状態になる。そして限界を超えると、未燃焼の混合気は急速に自然発火する。この現象をノッキングと呼び、ピストンなどの周辺部材を過熱して焼損させることがある。よって、ノッキングを抑制することが必要とされている。

ノッキングを抑制する方法の一つとして、未燃焼の混合気の温度を下げることが考えられる。未燃焼の混合気の温度を下げることで、未燃焼の混合気は自然発火する条件に至らないので、ノッキングを抑制することができる。未燃焼の混合気の温度を下げる方法として、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを冷却することは有効であるが、さらに、シリンダブロックおよびシリンダヘッドに挟持されるガスケットを冷却し、燃焼室周縁部近傍を局所的に冷却することによって効果を高めることができる。

実開昭６０−１８２４５号公報

なお、ガスケットの冷却に関する技術としては、例えば特許文献１がある。これは、ガスケットの薄板部を曲げて突出部を形成し、当該突出部をシリンダブロックまたはシリンダヘッド近傍のシリンダ周方向に設けた冷却水通路に挿入してガスケットを組付け、冷却水通路を流れる冷却水によってガスケットの突出部を冷却するものである。

しかし、特許文献１のものは、ガスケット自体がプレス成型された薄板のため燃焼室に暴露している面積が小さいことからガスケット自体の燃焼室冷却への寄与は小さいと考えられる。ガスケットの厚みを厚くしてやれば燃焼室に暴露される面積を増やすことができるが、特許文献１の場合、ガスケットが薄板状の上板、下板、中板を重ねて構成し、中板に屈曲部を形成して上板および下板を押さえてシール性を確保している。そのため、中板を厚くしすぎると屈曲部の弾力性が損なわれて上板と下板の押さえが弱まりシール性が悪化すると考えられる。一方、上板および下板を厚くしすぎると、それぞれシリンダブロックおよびシリンダヘッドの組付面への密着性が低下しシール性が悪化するおそれが考えられる。したがって、ガスケットの厚みを厚くするにも限度があり、ガスケット自体の設定や製造が難しくなると考えられる。そして、先行文献１のガスケットの構造は、ガスケット自体の冷却を主目的としたものであり、ノッキングの抑制に寄与できるほどの効果を得るものではない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成でエンジンの燃焼室に対する冷却性能を更に向上させてノッキングを抑制することができるガスケットを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係るガスケットは、エンジンの燃焼室を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に設けられるガスケットであって、前記ガスケットは、前記燃焼室に対応して開口されたシリンダ開口部と、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドの間を連通する冷却水通路に対応して開口された冷却水開口部とを有する板状のガスケット本体部と、前記シリンダ開口部の周囲を囲むように前記ガスケット本体部の上下面に設けられて、前記ガスケット本体部と前記シリンダブロックおよび前記シリンダヘッドとの間をシールするシール部を備え、前記ガスケット本体部には、前記冷却水開口部に突出される複数の放熱フィンが設けられ、前記ガスケット本体部の前記シリンダ開口部の内周面は、ピストンが上死点に位置する際の同ピストンのトップランドに対向する位置で前記燃焼室の周壁面を構成していることを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係るガスケットは、第一の発明に係るガスケットにおいて、前記放熱フィンは、前記冷却水通路を流れる冷却水の流れの方向に沿って扁平に形成されていることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係るガスケットは、第一または第二の発明に係るガスケットにおいて、前記放熱部は、前記開口部における前記燃焼室側から略放射状に延びて形成されていることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係るガスケットは、第一乃至第三のいずれかの発明に係るガスケットにおいて、前記ガスケット本体部の上下面には、前記シールの外周側および前記冷却水開口部の周囲をシールする第二シール部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスケット。

上記課題を解決する第五の発明に係るガスケットは、第一乃至第四のいずれかの発明に係るガスケットにおいて、前記ガスケット本体部の前記シリンダ開口部の内周面の厚みが、前記ピストンの前記トップランドの厚みの半分以上で前記トップランドの厚み以下に設定されていることを特徴とする。

第一の発明に係るガスケットによれば、ガスケットをガスケット本体部とガスケット本体部の上下面にシール部を設けた構成としているので、ガスケット本体部の厚みを厚く設定したとしてもシール性が損なわれることがない。ゆえに、燃焼室内に暴露されるガスケット本体部のシリンダ開口部の内周面を厚く設定することが容易となる。しかも、複数の放熱フィンによって、効率よく確実にガスケット本体部に伝導される熱を放熱することが可能となるため、ガスケット本体部のシリンダ開口部の内周面で構成される燃焼室の内周壁、すなわち、ピストンのトップランドに対向する周壁面を効率よく冷却することができる。したがって、燃焼室周縁部に押し込まれる未燃焼の混合気の温度を的確に下げることができ、ノッキングを抑制することができる。

第二の発明に係るガスケットによれば、放熱フィンを、前記冷却水通路を流れる冷却水の流れの方向に沿って扁平に形成することにより、冷却水に晒される放熱フィンの表面積を増大させることができるので、より効率よく確実にガスケット本体部に伝導される熱を放熱することが可能となる。つまり、ガスケット本体部のシリンダ開口部の内周面で構成される燃焼室の内周壁、すなわち、ピストンのトップランドに対向する周壁面をより効率よく冷却することができる。したがって、燃焼室周縁部に押し込まれる未燃焼の混合気の温度を的確に下げることができ、ノッキングを抑制することができる。

第三の発明に係るガスケットによれば、開口部における燃焼室側から略放射状に延びて形成されていて、燃焼室における吸熱部から開口部における放熱部までの距離が最短となるので、冷却効率を向上させることができる。つまり、ガスケット本体部のシリンダ開口部の内周面で構成される燃焼室の内周壁、すなわち、ピストンのトップランドに対向する周壁面をより効率よく冷却することができる。したがって、燃焼室周縁部に押し込まれる未燃焼の混合気の温度を的確に下げることができ、ノッキングを抑制することができる。

第四の発明に係るガスケットによれば、ガスケット本体部の上下面にシール部の外周側および冷却水開口部の周囲をシールする第二シール部が設けたことにより、燃焼室および冷却水通路の気密性を向上させることができる。よって、燃焼室からの燃焼ガスの漏れ、燃焼室へ冷却水などの混入、冷却水通路からの冷却水の漏れを防止することができる。

第五の発明に係るガスケットによれば、ガスケット本体部のシリンダ開口部における内周面を、トップランドの厚みの半分以上で形成することにより、ガスケット本体部のシリンダ開口部における内周面が、吸熱部として燃焼室における周壁面を構成する面積が大きくなり、ノッキングの原因となる未燃焼の混合気の温度をより高効率に下げることができる。また、ガスケット本体部のシリンダ開口部における内周面を、トップランドの厚み以下で形成することにより、ガスケットがピストンの摺動に影響を与えることはない。

実施例１に係るガスケットを示す平面図である。 実施例１に係るガスケットにおける冷却水開口部を示す拡大図である。 実施例１に係るガスケットにおける冷却水開口部を示す断面図（図２におけるIII−III矢視断面）である。 実施例１に係るガスケットを備えたエンジンの部分縦断面を示す概略図である。

以下に、本発明に係るガスケットを備えたエンジンの実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。

まず、本実施例に係るガスケットを備えたエンジンの構成について図１乃至図４を参照して説明する。

図４に示すように、本実施例に係るガスケット１を備えたエンジン１０は、燃焼ガスの爆発による熱エネルギーを直線運動の機械的エネルギーに変換するピストン２と、ピストン２と嵌合してピストン２の直線運動を支持するシリンダブロック３と、ピストン２の上面を覆うようにシリンダブロック３と共に燃焼室４を形成するシリンダヘッド５とから成る。

ピストン２の側面には周方向にリング溝２０が形成され、ピストン２とシリンダブロック３との間から燃焼ガスが漏れるのを防止するピストンリング３０が取付けられている。リング溝２０およびピストンリング３０は、ピストン２の軸方向に複数設けられる。

シリンダブロック３とシリンダヘッド５との間にはガスケット１が設置され、燃焼室４から燃焼ガスが漏れるのを防止し、燃焼室４へ冷却水６などが混入するのを防止している。ガスケット１のガスケット本体部４４は、種々の穴を設けたシリンダブロック３およびシリンダヘッド５の形状に対応する形状を成し、図１に示すように、シリンダ開口部４０、ボルト取付け開口部４１、冷却水開口部４２が設けられている。

なお、本実施例のガスケット１は、図１乃至図３に示すように、シリンダ開口部４０の周囲を囲むようにガスケット本体部４４とシリンダブロック３との間、およびガスケット本体部４４とシリンダヘッド５との間に、燃焼ガスの漏洩防止性能の向上のためのシール部として圧抜け防止スプリング５０を備えている。

また、本実施例のガスケット１は、図１乃至図３に示すように、シリンダ開口部４０の周囲に設けた圧抜け防止スプリング５０の外周側および冷却水開口部４２の周囲におけるガスケット本体部４４の上下面に、冷却水６などの漏洩防止性能および燃焼室４への混入防止性能の向上のための第二のシール部としてシール材６０を備えている。なお、シール材６０は、ガスケット本体部４４の上下面に塗布されることにより形成されている。

図１乃至図４に示すように、ガスケット本体部４４の冷却水開口部４２には複数の冷却フィン４３が設けられる。冷却フィン４３は、エンジン内部を循環する冷却水６を利用してガスケット本体部４４を冷却するための放熱部である。本実施例では、シリンダブロック３およびシリンダヘッド５の冷却水通路７０、８０を流れる冷却水６の流れを妨げないように、冷却水６の流れの方向に沿って扁平な形状を成している。

本実施例においては、扁平な形状の冷却フィン４３を、図３に示すように、冷却水開口部４２における燃焼室４側からの長さｌ、冷却水６の流れる方向における冷却フィン４３の長さｔ₁、図２に示すように、冷却水６の流れる方向に直交する方向における冷却フィン４３の幅ｂで形成している。

本実施例では、図３に示すように、冷却水６の流れる方向における冷却フィン４３の長さｔ₁をガスケット本体部４４の厚みｔ₂と略同じとして、ガスケット本体部４４の冷却水６に接する広い表面積を確保している。もちろん、冷却フィン４３の長さｔ₁は本実施例に限定されず、例えば、ガスケット本体部４４の厚みｔ₂を超えて形成しても良い。ガスケット本体部４４の冷却水６に接する表面積、ガスケット本体部４４の成形の容易性および生産性を考慮すると、冷却フィン４３の長さｔ₁をガスケット本体部４４の厚みｔ₂と略同じとすることが好ましい。

本実施例では、図２に示すように、冷却水６の流れる方向における冷却フィン４３の幅ｂを許容される範囲で小さくして、冷却フィン４３を冷却水開口部４２において等間隔に複数形成している。もちろん、冷却フィン４３の幅ｂおよび数量は本実施例に限定されず、冷却水開口部４２の大きさ等の環境に合わせて冷却フィン４３の幅ｂを適宜設定し、それに合わせた数量の冷却フィン４３を形成すれば良い。ガスケット本体部４４の冷却水６に接する表面積および冷却効率を考慮すると、冷却フィン４３の幅ｂを許容される範囲で小さくして、冷却フィン４３を冷却水開口部４２において等間隔に多数形成することが好ましい。

なお、図４に示すように、シリンダ開口部４０は、ピストン２が上死点に位置する際のピストン２のトップランド２３に対向する位置で前記燃焼室の周壁面を構成している。ここで、トップランド２３とは、ピストン２における点火側の周縁上端面２１と、周縁上端面２１に最も近いピストンリング３０を嵌合させるためのリング溝２０における点火側のリング溝上端面２２とのピストン軸方向における距離（トップランドの厚み）Ｔの部分である。よって、燃焼室４からの吸熱効果および冷却水６への放熱効果を向上させるため、ガスケット本体部４４をできる限り厚くすることが好ましく、例えば、ガスケット本体部４４の厚みｔ₂をピストン２のトップランドの厚みＴの半分以上とする。

本実施例では、ガスケット本体部４４の厚みｔ₂を、ピストン２におけるトップランドの厚みＴと略同じ３〜５ｍｍ程度とした。この厚みは、本体部の厚みが１ｍｍ程度である従来のガスケットに比べて格段に厚い。このように厚くなっていることにより、ガスケット本体部４４のシリンダ開口部４０が吸熱部として燃焼室４の一部を担い、燃焼室４における未燃焼の混合気の温度上昇をより抑えることができる。

本実施例においては、冷却水通路７０、８０を流れる冷却水６の流れがガスケット１に対して垂直であり、冷却フィン４３を冷却水開口部４２と共に一体的に抜き成形することができるようになっているので、容易に成形可能であり、生産性が高い。

燃焼室４からの吸熱効果および冷却水６への放熱効果を向上させるため、ガスケット本体部４４を熱伝導率の高い材質で製作することが好ましい。本実施例では、ガスケット本体部４４をアルミ合金で製作した。

冷却フィン４３の形状および形成位置は本実施例に限定されない。例えば、シリンダ開口部４０の燃焼室４側から燃焼室４の反対側まで繋がった冷却フィン４３としても良く、シリンダ開口部４０において燃焼室４に対して径方向および周方向に冷却フィン４３を繋ぎ合わせた格子状の放熱部としても良い。

次に、本実施例に係るガスケット１を備えたエンジン１０の作用について図１乃至図４を参照して説明する。

図示しない吸気装置によって燃料と空気の混合気が燃焼室４に供給される。混合気はピストン２の直線運動によって圧縮され、図示しない点火プラグによって点火される。燃焼室４内の混合気は、図示しない点火プラグを中心に広がるように燃焼し、発生した燃焼ガスは膨張してピストン２を押し下げて機械的エネルギーに変換される。一方、点火プラグから遠いピストン２周縁部近傍にある混合気は、未燃焼の混合気として残り、断熱圧縮により高温高圧になる。

ピストン２周縁部近傍のガスケット１、シリンダブロック３、シリンダヘッド５は、未燃焼の混合気の温度上昇に伴って熱せられる。シリンダブロック３およびシリンダヘッド５は、冷却水通路７０、８０を流れる冷却水６によって冷却され、ガスケット本体部４４は冷却水開口部４２に設けた冷却フィン４３が冷却水６に晒されて冷却される。ガスケット本体部４４は熱伝導率の高いアルミニウム合金から成り、冷却フィン４３によって冷却水６に晒される表面積が増大されているので、高効率に冷却される。

ガスケット１と隣接するシリンダブロック３、シリンダヘッド５、燃焼室４内の混合気の上昇熱は、ガスケット１を介して冷却水６へ放熱される。つまり、ガスケット１の近傍に位置するシリンダブロック３、シリンダヘッド５、燃焼室４内の未燃焼の混合気は、ガスケット１の高効率の冷却によって過度な温度上昇を起こさない。

以上のようにして、前述した未燃焼の混合気が断熱圧縮されて高温高圧になったとしても、ガスケット１の高効率な冷却によって自然発火に至る温度には上昇せず、エンジン１０のノッキングを抑制することができる。よって、ガスケットおよび周辺のシリンダブロック、シリンダヘッド等が焼損することはない。

１ ガスケット
２ ピストン
３ シリンダブロック
４ 燃焼室
５ シリンダヘッド
６ 冷却水
１０ エンジン
２０ ピストンのリング溝
２１ ピストンの周縁上端面
２２ ピストンのリング溝上端面
２３ ピストンのトップランド
３０ ピストンリング
４０ ガスケットのシリンダ開口部
４１ ガスケットのボルト取付け開口部
４２ ガスケットの冷却水開口部
４３ ガスケットの冷却フィン
４４ ガスケット本体部
５０ 圧抜け防止スプリング
６０ シール材
７０ シリンダブロックの冷却水通路
８０ シリンダヘッドの冷却水通路

Claims (5)

1. エンジンの燃焼室を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に設けられるガスケットであって、
   前記ガスケットは、
   前記燃焼室に対応して開口されたシリンダ開口部と、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドの間を連通する冷却水通路に対応して開口された冷却水開口部とを有する板状のガスケット本体部と、
   前記シリンダ開口部の周囲を囲むように前記ガスケット本体部の上下面に設けられ、前記ガスケット本体部と前記シリンダブロックおよび前記シリンダヘッドとの間をシールするシール部とを備え、
   前記ガスケット本体部には、前記冷却水開口部に突出される複数の放熱フィンが設けられ、前記ガスケット本体部の前記シリンダ開口部の内周面は、ピストンが上死点に位置する際の同ピストンのトップランドに対向する位置で前記燃焼室の周壁面を構成している
   ことを特徴とするガスケット。
2. 前記放熱フィンは、前記冷却水通路を流れる冷却水の流れの方向に沿って扁平に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記放熱フィンは、前記冷却水開口部における前記燃焼室側から略放射状に延びて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスケット。
4. 前記ガスケット本体部の上下面には、前記シール部の外周側および前記冷却水開口部の周囲をシールする第二シール部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスケット。
5. 前記ガスケット本体部の前記シリンダ開口部の内周面の厚みが、前記ピストンの前記トップランドの厚みの半分以上で前記トップランドの厚み以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガスケット。

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