JP6486807B2 - エンジンの排気接合部構造 - Google Patents

Description

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。

この種のエンジンの排気接合部構造、即ち、シリンダヘッドにおける排気ポートの出口を備える出口壁と、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、出口と入口とを対向配備状態で連結してなる接合部を持つ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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１５−１６１２２５号公報 特開２００４−１５６５４７号公報

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。

請求項１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２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における前記排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを、前記出口１３ａと前記入口９ａとが対向配備される状態に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との間に、前記出口１３ａと前記入口９ａとを連通させる開口１８ａを備えたガスケット１８を設け、
前記ガスケット１８は、複数枚の分割ガスケット１８Ａを重ねることで構成され、
外周側よりも内周側の厚さが減じられた前記分割ガスケット１８Ａを複数枚重ねることにより、前記ガスケット１８の内周面２０に開口し、かつ、径外側に凹入する窪み又は穴部の複数或いは周溝からなるポケット部２１が前記ガスケット１８に形成されていることを特徴とする。

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、
前記ガスケット１８は、両シール面２２，２３のうちの一方のシール面２３のみが段付面となるように外周側よりも内周側の厚さが減じられた分割ガスケット１８Ａの二つを、互いの段付面２３，２３を付き合わせて重ねることにより構成される前記ポケット部２１を有していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のエンジンの排気接合部構造において、
２枚の前記分割ガスケット１８Ａ，１８Ａのうちの一方１８Ａに、前記接合部Ｓの径よりも大径となる突出大径部２６を設け、
前記ガスケット１８は、前記突出大径部２６の外周部が前記段付面側に折り返されてなる溜り部２７を有していることを特徴とする。

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、
２枚の前記分割ガスケット１８Ａ，１８Ａのうちの他方１８Ａに、前記接合部Ｓの径よりも大径となる突出大径部２８を設け、
前記ガスケット１８は、前記他方の分割ガスケット１８Ａの前記突出大径部２８が前記溜り部２７を覆う又は隠すように対向配備されてなる大径対向部２９を有していることを特徴とする。

請求項５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２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における前記排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを、前記出口１３ａと前記入口９ａとが対向配備される状態に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との間に、前記出口１３ａと前記入口９ａとを連通させる開口１８ａを備えたガスケット１８を設け、
前記ガスケット１８は、前記ガスケット１８の内周面２０に前記ガスケット１８の厚さよりも狭い幅で開口し、かつ、径外側に凹入する窪み又は穴部の複数或いは周溝からなるポケット部２１を有していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、シリンダヘッドと排気構造体との間で圧接されているガスケット１８には、その内周面２０に開口するポケット部２１が設けられている。
故に、燃焼室１１から液状未燃焼物ｒが排気経路Ｈに排出されて接合部Ｓ付近に滞留しても、ポケット部２１に入り込んで貯留されるようになるから、接合部Ｓから外部へ漏れ出すことを防止したり、接合部Ｓに浸透してゆくことを明確に遅らせるといったことが可能になる。つまり、接合部Ｓから、液状未燃焼物ｒが漏れ出すことを回避又は軽減することができる。
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。

請求項１の発明によれば、径外側に向けて凹入する未貫通状の（穴状の）ポケット部２１を、複数枚の分割ガスケット１８Ａを重ねることで構成する手段であるから、単一の部材でなるガスケットにポケット部を形成する手段に比べて、作製並びに加工方法が容易化されるようになる。従って、ガスケットがコスト安で簡単に作れるという利点もあるエンジンの排気接合部構造を提供することができる。

請求項２の発明によれば、一方のみが段付面２３となる分割ガスケット１８Ａの二つを、互いの段付面２３，２３を付き合わせて重ねる構成であり、互いに同一の分割ガスケットにより経済的にポケット部を備えたガスケットを構成することができる利点が追加される。

請求項３の発明によれば、接合部から液状未燃焼物が漏れ出た場合には、一方の分割ガスケット１８Ａに形成されている溜り部２７に貯留させることができる。従って、もし液状未燃焼物が漏れ出ることがあったとしても、それが周囲に分散されて汚れるおそれは回避することが可能となる利点が追加される。

請求項４の発明によれば、大径対向部２９の存在により、液状未燃焼物ｒが溜り部２７から分散することを抑制又は規制できる。また、突出大径部２８や大径対向部２９は、エンジンや排気構造体９などのよる輻射熱が、溜り部２７に及び難くする遮熱板として機能し得る利点もある。

請求項５の発明によれば、シリンダヘッドと排気構造体との間で圧接されているガスケット１８には、その内周面２０にガスケット１８の厚さよりも狭い幅で開口するポケット部２１が設けられている。
故に、燃焼室１１から液状未燃焼物ｒが排気経路Ｈに排出されて接合部Ｓ付近に滞留しても、ポケット部２１に入り込んで貯留されるようになるから、接合部Ｓから外部へ漏れ出すことを防止したり、接合部Ｓに浸透してゆくことを明確に遅らせるといったことが可能になる。つまり、接合部Ｓから、液状未燃焼物ｒが漏れ出すことを回避又は軽減することができる。
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。

ディーゼルエンジンの右側面図 図１に示すディーゼルエンジンの平面図 エンジンの排気接合部構造を示す断面図（実施形態１） 図３の接合部の要部を示す拡大断面図 実施形態１のガスケットを示し、（ａ）は一部省略の正面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ線で切った断面図 別構造のガスケットを示す接合部の断面図（実施形態２）

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。

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。

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。

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。

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に示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。

〔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、ポート出口１３ａと通路入口９ａとが対向配備される状態に、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。なお、Ｐは排気ポート１３の軸心であり、Ｑは排気通路９Ａの軸心である。

図３に示されるように、接合部Ｓは、出口壁１６と入口壁１７との間に、ポート出口１３ａと通路入口９ａとを連通させる開口１８ａを備えたガスケット１８を設けて構成されている。接合部Ｓは、出口壁１６の壁面１６Ａと入口壁１７の壁面１７Ａとが、ガスケット１８を介して密着（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。

ガスケット１８は、図３，図４に示されるように、ガスケット１８の内周面２０に開口し、かつ、径外側に凹入する窪み又は穴部の複数或いは周溝からなるポケット部２１を有している。ガスケット１８は、外周側よりも内周側の厚さが減じられた分割ガスケット１８Ａを複数枚重ねることで構成されるポケット部２１を有している。
ガスケット１８は、両シール面２２，２３のうちの一方のシール面２３のみが段付面となるように外周側よりも内周側の厚さが減じられた分割ガスケット１８Ａの２枚を、互いの段付面２３，２３を付き合わせて重ねることにより構成される周溝でなるポケット部２１を有している。

ガスケット１８を詳述すると、図３，図４に示されるように、分割ガスケット１８Ａは、平滑な円環面であるシール面２２、及び、シール面２２との間に厚さＤを有する外側周面２３Ａと、シール面２２との間に厚さＤより小さい厚さｄを有する内側周面２３Ｂと、これら外側周面２３Ａと内側周面２３Ｂとを繋ぐテーパ面２３Ｃとでなる段付面２３とを有している。
従って、ポケット部２１は、一方の分割ガスケット１８Ａの外側周面２３Ａとテーパ面２３Ｃ、及び他方の分割ガスケット１８Ａの外側周面２３Ａとテーパ面２３Ｃにより、内周面２０に開口する周溝に構成されている。

図３，図４に示されるように、接合部Ｓとしての組付け状態にあるガスケット１８は、その全体厚さが２Ｄで、かつ、排気流れ方向の上流側及び下流側それぞれに幅（厚さ）ｄずつの内周面２０，２０を有し、かつ、幅（厚さ）が２Ｄ−２ｄの周溝でなるポケット部２１を有している。各内周面２０，２０は、排気ポート１３の径と同じ径の開口１８ａを形成している。
出口壁１６の壁面１６Ａと一方の分割ガスケット１８Ａのシール面２２と、一方の分割ガスケット１８Ａの外側周面２３Ａと他方の分割ガスケット１８Ａの外側周面２３Ａと、そして、他方の分割ガスケット１８Ａのシール面２２と入口壁１７の壁面１７Ａとがそれぞれ圧接されている。

ガスケット１８は、図５に示されるように、自由状態においては、三箇所の接合部Ｓに対応する部分が帯状部１９により連結一体化されてなるものである〔図５（ａ）参照〕。分割ガスケット１８Ａにおけるテーパ面２３Ｃ及び内側周面２３Ｂの部位は、折り曲げられてシール面２２側に寄った屈曲形状を呈している。

そして、図５（ｂ）に示されるように、分割ガスケット１８Ａにおける外側周面２３Ａの部位は、一方の分割ガスケット１８Ａでは、シール面２２側に凸となるように周上に突出した凸曲部２４が、かつ、他方の分割ガスケット１８Ａでは、段付面２３側に凸となるように周上に突出した凹曲部２５がそれぞれ形成されている。

従って、一対の分割ガスケット１８Ａ，１８Ａは、接合部Ｓに組み付けられて圧縮された状態では、互いに同じ形状で互いに同一のものとなるが、自由状態では凸曲部２４を持つものと、凹曲部２５を持つものとに種類分けされている。

以上述べた構成のディーゼルエンジンの排気接合部構造によれば、次のような作用効果を奏することができる。無負荷や軽負荷など、エンジンが比較的低い温度で連続運転されると、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に示されるように、燃焼室１１から未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物ｒが排気ポート１３に排出される。
液状未燃焼物ｒが接合部Ｓ付近に滞留しても、その液状未燃焼物ｒはポケット部２１に入り込んで貯留されるようになり、壁面１６Ａ，１７Ａとガスケット１８との間から外部へ漏れ出すことが防止されるようになる。

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に滞留することや、接合部Ｓから漏れ出る不都合は生じないようになる。

〔実施形態２〕
実施形態２によるエンジンの排気接続部構造は、実施形態１によるものとガスケット１８が異なるのみである。詳しくは、実施形態１によるガスケット１８にその他の機能を付加されたものであり、実施形態１による構成を全て具備している。従って、基本的には、付加された新たな構成の部位のみの説明を行うものとする。

図６に示されるように、ガスケット１８は、液状未燃焼物ｒを一時的に貯留可能な溜り部２７と、溜り部２７に離れて対向配備される大径対向部２９などが付加されている。
即ち、２枚の分割ガスケット１８Ａ，１８Ａのうちの出口壁１６側となる一方の分割ガスケット１８Ａには、接合部Ｓの径よりも大径となる突出大径部２６が設けられている。その突出大径部２６の外周部、詳しくは、下側となる外周部が段付面２３側に折り返されてなる溜り部２７が構成されている。

そして、図６に示されるように、２枚の分割ガスケット１８Ａ，１８Ａのうちの入口壁１７側となる他方の分割ガスケット１８Ａにも、接合部Ｓの径よりも大径となる突出大径部２８を設けてあり、その突出大径部２８は、入口壁１７の外周部付近で一方の分割ガスケット１８Ａから離れる方向に曲げられている。
その曲げられた突出大径部２８は、排気流れ方向の下流側から上流側を見る方向視にて、溜り部２７を覆う又は隠すように対向配備されてなる大径対向部２９を有している。

実施形態２によるエンジンの排気接続部構造では、もし何らかの原因によって、接合部Ｓから液状未燃焼物ｒが漏れ出た場合には、図６に示すように、出口壁１６側の分割ガスケット１８Ａの段付面２３を伝って下降し、下端の溜り部２７に貯留されるようになる。従って、接合部Ｓから漏れ出た液状未燃焼物ｒが、周囲に分散されて汚れるおそれを回避することができる。

そして、液状未燃焼物ｒが溜り部２７から出る方向には、突出大径部２８の大径対向部２９が少し離れて配置されているから、液状未燃焼物ｒが溜り部２７から分散することを抑制又は規制できる。また、突出大径部２８や大径対向部２９は、エンジンや排気マニホルド９が過熱されるなどによる輻射熱が、溜り部２７に及び難くする遮熱板として機能し得る利点もある。

〔別実施形態〕
図３，４に示すようなポケット部２１を有する単品でなるガスケット１８でも良い。また、図３，４に示す一対の分割ガスケット１８Ａ，１８Ａの間に、内径が分割ガスケット１８Ａよりも大きい中間ガスケット（図示省略）を挟んでなる３枚重ね構造のガスケット１８も可能である。
また、ガスケット１８の形状や枚数は、種々の変更設定が可能である。

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 ガスケット
１８Ａ 分割ガスケット
１８ａ 開口
２０ 内周面
２１ ポケット部
２２ シール面
２３ シール面(段付面)
２６ 突出大径部
２７ 溜り部
２８ 突出大径部
２９ 大径対向部
Ｓ 接合部

Claims (5)

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前記排気通路の入口を備える入口壁とを、前記出口と前記入口とが対向配備される状態に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間に、前記出口と前記入口とを連通させる開口を備えたガスケットを設け、
   前記ガスケットは、複数枚の分割ガスケットを重ねることで構成され、
   外周側よりも内周側の厚さが減じられた前記分割ガスケットを複数枚重ねることにより、前記ガスケットの内周面に開口し、かつ、径外側に凹入する窪み又は穴部の複数或いは周溝からなるポケット部が前記ガスケットに形成されているエンジンの排気接合部構造。
2. 前記ガスケットは、両シール面のうちの一方のシール面のみが段付面となるように外周側よりも内周側の厚さが減じられた分割ガスケットの二つを、互いの段付面を付き合わせて重ねることにより構成される前記ポケット部を有している請求項１に記載のエンジンの排気接合部構造。
3. ２枚の前記分割ガスケットのうちの一方に、前記接合部の径よりも大径となる突出大径部を設け、
   前記ガスケットは、前記突出大径部の外周部が前記段付面側に折り返されてなる溜り部を有している請求項２に記載のエンジンの排気接合部構造。
4. ２枚の前記分割ガスケットのうちの他方に、前記接合部の径よりも大径となる突出大径部を設け、
   前記ガスケットは、前記他方の分割ガスケットの前記突出大径部が前記溜り部を覆う又は隠すように対向配備されてなる大径対向部を有している請求項３に記載のエンジンの排気接合部構造。
5. 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前記排気通路の入口を備える入口壁とを、前記出口と前記入口とが対向配備される状態に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間に、前記出口と前記入口とを連通させる開口を備えたガスケットを設け、
   前記ガスケットは、前記ガスケットの内周面に前記ガスケットの厚さよりも狭い幅で開口し、かつ、径外側に凹入する窪み又は穴部の複数或いは周溝からなるポケット部を有しているエンジンの排気接合部構造。

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