JPS6027762A - ４サイクル水冷デイ−ゼルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は船外機用エンジン等に適した４ｆイクル水冷デ
イーゼルエンジンに関スル。

従来のディーゼルエンジンでは、シリンダブロックやシ
リン夛ヘッドが鋳鉄製であるので、重量が大きく、単位
Ｍ量当シの出力が小さいという問題かめる。又従来品で
はシリンダブロックとシリンダヘッドを別体にし、両者
をガスケットを挟んでボルトにょシ締着しているので、
部品点＆が多くなるという問題や、ガスケット部分のシ
ールが不完全になる恐れがある等の問題がある。

本発明は上記従来の問題を解決するために、シリンダブ
ロックとシリンダヘッドをアルミニウム（アルミニウム
系合金を含む）によシ一体成形したディーゼルエンジン
を提供しようとするもので、図面によシ説明すると次の
通シである。

垂直断面図である第１図において、クランク軸１の中心
線Ｃ−Ｃは垂直であシ、クランク軸ｌの上端部にフライ
ホイール２が収υ付けである。図示のエンジンは船外機
用で、クランク軸ｌの下端部内周には出力軸（図示せず
）を連結するためにインボリュートスプライン３が設け
である。又図示のエンジンでは２個の気筒５が上下に並
んでお９、各気筒の中心線０−０は船体前後方向に水平
に延びている。６はピストン、７はコネクティングロッ
ドである。

シリンダグロック１０とシリンダヘッド１１はアルミニ
ウムを主成分とする鋳造器により一体に成形されている
。ブロックｌＯとヘッド１１の内部には冷却水室１２が
設けである。冷却水は図示されていない冷却水ポンプに
ょシ室１２に供給されるようになっている。ヘッド１１
内には排気ボート１３及び吸気ポート１４が設けである
。又ヘッド１１には排気パルプ１５や吸気パルプ１６の
ステム１７．１８を支持する筒状ボス２ｏや燃料噴射ノ
ズル２１の取付孔を形成する筒状ボス２２が設けである
。又排気マ、二ホールド２８（第５図）もヘッド１１と
一体に設けである。排気パルプ１５と吸気パルプ１６は
各気筒５に１個ずつ設けである。合計４個のパルプ１５
．１６は水平な姿勢で上下に並んでおシ、共通のカム軸
２３によシ弁腕２４を介して後述する如く駆動されるよ
うになっている。カム軸２３や弁腕２４が収容される弁
腕室２５のケース２６はシリンダヘッド１１の端面４７
にボルト止めされている。

クランクケース２７はブロック１０側の部分２９と反対
側の部分３０とに分割できるようになっている。部分２
９はブロック１０と一体に成形されておシ、部分３０は
ボルト３１によシ部分２９に固定されている。側部分２
９．３０の合せ面はクランク軸中心線Ｃ−Ｃを含み、か
つシリンダ中心線０−０と直角である。部分３０もブロ
ック１０と同様の材料で形成されている。

次に各部の構造を詳細に説明する。第１図の拡大部分図
である第２図において、ピストン６の摺動面を形成する
ライナー３１は鋳鉄製で、ブロックｌＯ内に鋳ぐるみに
よシ組み込まれている。ライナー３１とプロ゛９り１０
の接触面には鋳ぐるみ時に合金層が形成され、その合金
層によシライナー３１はブロック１０に固着されている
。ライナー３１の先端３２は図示の上死点位置にあるピ
ストン６のトップリング３３よシもシリンダヘッド１１
測へ僅かな距離−２１だけ突出し、かつヘッド１１の爆
発面３５から比較的離れた位置にある。

すなわち爆発面３５からライナー先端３２までの距離ｌ
はリング３３の摺動に支障のない範囲で可及的に大きく
設定されている。３６は爆発面３５の外周近傍のコーナ
部分、換言すれば燃焼室３７の近傍においてブロック１
０とヘッド１１が連続する部分である。この部分３６の
燃焼室３７に面するコーナ面３６′の断面は半径Ｒの円
弧状に成形されている。

上記構造を採用することによシ、燃焼室３７内での爆発
力に対しコーナ部分３６の強度を充分に高めることがで
きる。すなわち上記爆発力に起因する応力はコーナ部分
３６に集中しやすいが、コーナ面３６′にアールを付け
ることによシ、部分３６に対する応力を分散させ、部分
３６に亀裂等が生じることを防止できる。しかも部分３
６の長さくＩりを大きく設定したので半径Ｒを大きく設
定することができ、従って応力分散効果を高めて充分に
高い強度を得ることができる。

半径Ｒはシリンダ内径の約２％以上、かつピストン６の
移動を許容するために距＾ｉｔ　／以下の値に設定する
と、部分３６の強度を充分に高め得ることがテストによ
シ確認されている。すなわちシリンダ内径に対する半径
Ｒの比率をｒ（％）とすると、第３図の如く比率ｒが約
２％よ）も小さい範囲では、比率ｒを大きくするほど応
力δが急激に減少するが、比率ｒが約２％を越えると、
応力δの変化量は小さい。従って比率ｒか約２％以上で
あれば、第２図の部分３６の強度を充分に高めることが
できる。

第２図においてライナー３１の先端部３８を囲むシリン
ダブロック部分３９やシリンダヘッド１１はクランクケ
ース寄ｐのシリンダブロック部分４０よシも外方（矢印
Ｓ方向）へ膨らんでいる。このように部分３９を厚肉構
造にすると、爆発力を受けた際に部分３９が外方Ｓへ大
きく変形することを防止し、部分３９とライナー３１の
間に隙間が生じることを防止できる。従って燃焼室３７
内のガスがライナー３１とブロック１０の間からクラン
ク室へ抜けることはなく、エンジン性能を高く維持する
ことができる。ブロック１０のクランクケース側部分４
０には爆発力がさほど加わらないので、部分４０を薄く
しても強度上の問題は発生せず、しかもその薄肉化によ
シ重量を軽減することができる。同時に部分３９に肉を
付けると、部分３９の断面積が大きくなυ、爆発面３５
に加わるシリンダ方向の力を受ける部分３９の面積が大
きくなるので、コーナ部分３６の応力も小さくできる。

第２１図の拡大部分略図でりる第４図において、ライナ
ー３１の内面にはホーニングが施しである。

そのホーニング面４１はライナー内面のクランク室側の
部分から先端寄シの部分４２まで設けである。部分４２
は上死点位置にあるトップリング３３から約１〜４朋程
度の距＋１１２だけ爆発面３５側へ偏倚した位置にアシ
、トップリング３３は常にホーニング面４１上を摺動す
るようになっている。

ライナー３１の部分４２から先端３２までの内周面部分
４３はホーニング面４１に対して０．１−（１，２ｒｌ
ＩＩ程度の距離１３だけ半径方向外方へ偏倚してホーニ
ング逃げを構成している。これによシ次のような利点を
得ることができる。ずなわちホーニング工具はクランク
室側からライナー３１内に挿入されるが、その際にシリ
ンダヘッド１１が邪魔になるのでライナー先端３２まで
ホーニングを施すことはできない。従って仮にホーニン
グ前のライナー３１が先端３２まで同一内径をげしてい
るとすると、ホーニング後に先端近傍にホーニングの境
目（段差）が生じると共に、先端内周面部分がホーニン
グ面４１に比べて小径となシ、ピストン６がその小径先
端部に噛み込むが、図示の構造では先端部分４３に逃げ
が形成されているので、そのような不具合は生じない。

又ホーニング逃げ（４３）がライナー３１に設けである
ので、ブロック１０（アルミニウム）にホーニングが施
されることはなく、従ってホーニング工具の目詰９が生
じることはない。

第２図において爆発面３５を形成するシリンダヘッド１
１の天井４５は爆発面３５と反対側の壁面４６が冷却水
室１２に面している。冷却水室１２の内、気筒中心寄シ
の室１２ａは外周寄シの室１２ｂよシも爆発面３５から
離れておシ、天井４５の肉厚（例えばｈ）は中心寄シの
部分が外周寄シの部分よシも大きくなっている。天井４
５の肉厚をそのように変化させることによル、爆発面３
５に加わる爆発力に対して天井４５の強度を充分に高め
、しかも天井４５の平均肉厚を薄くして軽量化を図るこ
とができる。なお図示の実施例では天井４５の肉厚は段
階的に変化しているが、壁面４６全体を概ねテーパ状に
して天井４５のＩＱＪ’Ｊを中心側へゆくにつれて滑ら
かに増加させることもでき、そのようにすると強度を更
に高めることができる。

％’　１　図”　如＜シリンダヘッド１１はその内部に
吸排気用のパルプ１５．１６やボート１３．１４を備え
ているので、爆発面３５から端面４７までの全高Ｈが大
きい。しかもヘッド１１の内部には前記ボス２０ならび
にボート１３．１４や冷却水室１２の隔壁を構成する多
数のリグ４８が設けである。このようにヘッド１１の全
高■は大きく、しかも多数のボス２０やリプ４８で補強
されているので、ヘッド１１の強度は高い。

＠１図のｖ−ｖ断面図である第５図に〉いて、前記燃料
噴射ノズル２１用のボス２２もヘッド１１の強度を高め
ている。ボス２２は天井４５の中心近傍から概ね気筒中
心に沿って延びているので、他のボス２ｏ（第１図）リ
プ４８に比べて、ヘッド１１に対する補強効果は大きい
。又ノズル２１は燃料噴射ポンプ４９と組み合わされて
ユニットインジェクタ５０を構成しており、該インジェ
クタ５０が下記の如くボス２２に装着されてｔＩ）るこ
とにより、ヘッド１１の強度が更に高められてＩｔ’る
。

まずユニットインジェクタ５０の概略構造を説明する。

インジェクタ５０はポンプ４９のボディ９１の先端にノ
ズル２１のスリーブ９８を直結したもので、ボディ９１
の内部にｉＩＸシ付けたノくレル９２内においてプラン
ジャ９３を往復させることによシ、ボディ９１内の高圧
燃料油路９４を通ってポンプ４９からノズル２１へ燃料
が供給されるようになっている。そしてインジェクタ５
０はボディ９１の先端寄りとスリーブ９８の途中に環状
段部９５を備え、段部９５をポス２２内周の段部に押し
付けた状態で、ボディ９１のボス２２から突出した部分
が押え金具９６によシヘッド１１に締め付けである。従
って天井４５の中心部にはインジェクタ５０によシ爆発
力と対抗する初期圧縮力が加わっておシ、この点におい
てもヘッド１１の強度が高められ、天井４５の変形量が
小さくなつている。

又インジェクタ５０はポンプ４９を構成する部分が大径
であシ、その大径部分（ボディ大径部）もボス２２に嵌
合するようになっている。従ってボス２２は直径の大き
い大形補強部となシ、この点においてもヘッド１１の強
度を高めることができる。

ノズル２１はポンプ４９から趙圧が供給されると噴射口
を囲〈ようになっている。そして前述の如くユニットイ
ンジェクタ５０ではポンプ４９とノズル２１がボディ９
１内の短い油路９４だけで連結されているので、ポンプ
４９内の燃料圧力がノズル２１に正確に伝わる。従って
エンジン回転数の変化領域全体及び燃料噴射量の変化領
域全体にわたって、ポンプ４９内の圧力に正確に対応さ
せてノズル２１から燃料を噴射でき、２次噴射を防止す
ることができる。又油路９４内での圧力損失を大幅に低
減できるので、ノズル２１の噴射圧力を高め、噴霧の微
粒化を促進できる。しかもノズル２１の噴射動作がポン
プ４９の加圧動作に対して遅れることはない。このよう
に２次噴射や噴射遅れを防止でき、しかも噴震の微粒化
を促進できるので、最良の燃焼状態を作ぢ、エンジン性
能を高めることができる。又噴射量れを防止できること
によシ、高速運転時の性能を高めることができる。しか
も従来品のように噴射時期調整用のタイマーを設ける必
要がなく、構造を簡単化できるという利点を得ることも
できる。

ノズル２１の先端は爆発面３５の略中心部において燃焼
室３７内に露出しておシ、ヘッド１１には渦流室（副燃
焼室）は設けられていない。このようにエンジンは一噴
式であるので、ユニットインジェクタ５０をヘッド１１
の全高Ｂにわたって支持することができる。従ってイン
ジェクタ５０の収イ」状態が安定化すると共に、爆発面
３５からインジェクタ５０の他端（プロテクタ６５）ま
での距離を小さくシ、エンジン全体を小形化することが
できる。すなわちユニットインジェクタ５０はその全長
が長いが、エンジンを直噴式にすることによシ、エンジ
ンの大形化を防止できる。らなみに渦流室をヘッド１１
に設けると、インジェクタ５０は渦流室の分だけ爆発面
３５から離れて位置するので、ヘッド１１やケース２６
を大形化する必要がある。

直噴式にすることによ）次のような利点を得ることもで
きる。すなわち仮に渦流室を設けると、渦流室から燃焼
室３７へ火炎が噴出する際に、渦流室と、燃焼室３７の
連絡通路内面に大きい熱負荷が加わる。これに対し直噴
式ではヘッド１１やブロック１０に局部的に大きい熱負
荷は加わることはない。従ってアルミニウムは耐熱性が
低いにもかかわらず、ヘッド１１やブロックｌＯが熱に
よる損傷を受けることはない。

又アルミニウムは耐熱性は低いが熱伝導率は高いので、
燃焼室３７からブロック１０やヘッド１１に加わった熱
は速やかに室１２内の冷却水へ排出される。従ってブロ
ック１０やヘッド１１が渦熱されることはなく、この点
においても熱による損傷を防止できる。

なおピストン６は燃焼室３７となる窪みを頂部の中央に
備えておシ、ピストン頂部は上死点において窪み以外の
部分が爆発面３５やその周囲のアール付きコーナ部に略
隙間のない状態で近接するようになっている。

図示の爆発面３５は平坦ではあるが、爆発面３５をテー
バ状（円錐形゛）の凹面に成形することもできる。その
ようにすると、図示の断面においてブロック１０とヘッ
ド１１で構成されるアーチ構造体、すなわちピストン６
の両側のブロック１０部分を両脚部としヘッド１１を天
井部とするアーチ構造体の強度が高くなるので、ブロッ
ク１０やヘッド１１の弛度を高めることができる。

次にパルプ１５．１６（第５図にはパルプ１６のみ図示
）やポンプ４９の駆動機樽を説明する。

弁腕室２５内には前記カム軸２３や弁腕２４の他に、ポ
ンプ４９用の弁腕５１も収容されている。

又パルプ１５．１６のステム１７．１ｇやポンプ４９は
ヘッド１１から突出してケース２６内に入夛込んでいる
。ｏｌ−ｏｌは気筒中心を含む垂直中心面で、ステム１
７，１８は船体進行方向に見て中心面ｏ１−ｏ１の例え
ば左側に隣接している。ステム１７．１８の先端はヘッ
ド端面４７に比較的近い位置にちる。ステム１７．１８
の先端にはプロテクタ５２が装着されてお９、弁腕２４
の一端部にロックナツト５３によシ固定した調整ねじ５
４がプロテクタ５２に当接している。弁腕２４は中間部
にタペット５５を備えておシ、タペット５５がカム軸２
３上のカム５６で駆動されるようになっている。合計４
個の弁腕２４は他端部が共通の弁腕軸５７で支持されて
いる。弁腕軸５７は垂直で、ケース２６によシ支持され
ている。又弁腕軸５７は中心面ｏｌ−Ｏｉから左方へ離
れて位置すると共に、外周面はヘッド端面４７から若干
回Ｅれた位置にアシ、その中心５７′は閉鎖位置にある
パルプ１５，１６のプロテクタ５２の端面（ねじ５４０
当接面）よｐも約２〜３　ｔｘｔｘ　（バルブリフトの
約Ａ〕だけ端面４７寄シに位置している。

カム軸２３は弁腕２４の後方（端面４７と反対の側）に
位置し、又ナツト５３よシも左方に位置している。弁腕
５１の軸５９は中心面ｏ１−　ｏ、の右側に隣接した位
置を垂直に延びてお９、カム軸２３Ｖｃ対してその右方
に並んでいる。軸５９もケース２６で支持されている。

２個の弁腕５】（一方のみ図示）は中間部が共通の支軸
５９で支持されておシ、一端部に設けたカムフォロアー
６０がカム軸２３上のカム６１に後方から当接している
。

弁腕５１の他端部にはロックナツト６２により調整ねじ
６３が固定しである。ねじ６３の先端はプランジャ９３
の先端のプロテクタ６５に当接している。ねじ６３は中
心面０．−　ｏｌに対して比較的右方へ離れた位置にあ
夛、従ってインジェクタ５０全体はノズル２１側へゆく
につれて中心面ｏ、　−Ｏｘに近（ｔ　＜ように傾斜し
ている。

ケース２６の後面の内、右端からやや左端寄りの部分に
かけて開口６６が設けである。ケース２６には開口６６
を閉鎖する蓋６７がボルト６８によＩＯ付けである。ケ
ース２６の左側部にはレバ一式のデコンプ機構７０が収
勺付けである。デコンプ機構７０はエンジン始動時に外
部から手動で弁開放操作を行うためのもので、）ｆ腕２
４にはデコンブ機構７０によシ駆動されるアーム７１が
設けである。

上記構造によると、カム軸２３０回転によルカム５６が
弁腕２４を介してパルプ１５．１６を駆動し、それと同
時にカム６１が腕５１を介してポンプ４９のプランジャ
９３を駆動する。パルプ１５．１６やポンプ４９の駆動
タイミングはねじ５４．６３の位置を変えることによシ
調整できる。ねじ６３やロックナツト６２は開口６６に
面しているので、蓋６７を外すことＫよシ、開口６６か
らねじ６３の位置を容易に調整することができる。又ね
じ５４やロックナツト５３に対して軸２３．５９は左右
に離れているので、軸２３．５９間の隙間７２を通して
開口６６からねじ５４の調整作業を容易に行うことがで
きる。

第１図の如く、カム軸２３は両端部と中間部がケース２
６で支持されている。各気筒５において、パルプ駆動用
のカム５６，５６はポンプ駆動用カム６１の上下に振シ
分けて多る。又カム６１は気筒中心線０−０と同じ高さ
にある。カム軸２３の下端には潤滑油ポンプ７３のポン
プ軸７４が連結されている。ポンプ７３はケース２６の
下面にボルト止めされている。ポンプ７３の人口はケー
ス２６、ヘッド１１、ブロックｌＯ内に設けたきシ孔製
の油路７５を介してオイｌレバン（図示せず）に接続し
ている。オイルパンはクランク軸１から下方へ延びる出
力軸（図示せず）を囲むケースにより形成されている。

ポンプ７３の出口はケース２６、ヘッド１１、ブロック
ｌＯ内のきり孔製油路（図示せず）を介してエンジン各
部に接続している。

カム軸２３の上端部はケース２６から突出しておシ、そ
の突出上端部に固定したプーリー７６がクランク軸ｌの
上部に固定したプーリー７７にタイミングベルト７８を
介して連結している。プーリー７７の上側において、フ
ライホイール２には発電装置７９が併設されている。フ
ライホイール２の外周にはリングギヤ８０が設けてあシ
、ギヤ８０を駆動するスタータ８１がクランクケース部
分３０に取シ付けである。ケース部分３０の底壁（前壁
）の上部には斜上方へ突出した補油口８２が設けである
。シリンダブロック１０にはガバナ８３が取シ付けられ
、シリンダヘッド１１には始動用の燃料噴射量増量装置
８５が取シ付けである。

ガバナ８３はタイミングベルト７８で駆動されるように
なっている。ガバナ８３と増量装置８５はレバー機構８
６を介して第５図の燃料噴射ポンプ４９のグランジャ９
３に連結している。

第゛５図の如ぐ、クランクケース２７の後方に隣接した
位置において、ガバナ８３はシリンダブロックｌＯの右
側に設けてあシ、ブロック１０の左側には潤滑油こし器
８４が設けである。又燃料噴射ポンプ４９は前述の如く
ノズル２１と共にユニット化してヘッド１１に組み込ん
である。このように図示のエンジンでは、エンジンに併
設される大形機器の内、−ポンプ４９をヘッド１１に組
み込み、ガバナ８３と潤滑油こし器８４をブロック１゜
の左右に振ｐ分けたので、エンジン全体が、第５図の如
く上方から見て、概ね卵形となシ、船外機用エンジンに
適した形状になる。なおエンジン全体は船外機のケース
（図示せず）で覆われる。

８５は吸気管で、一端はへラド１１の右側面において吸
気ポート１４に接続し、他端はクランクケース２７の底
部近傍で開口している。吸気９８５はシリンダブロック
ｌＯ及びクランクケース２７の右側面に沿って設けられ
、入口側の部分がクランクケース２７の前方へ回シ込ん
で中心面ｏ１−ｏ。

の近傍に達している。このように長い吸気管８５を採用
することによシ、吸気慣性効果を高めてエンジン性能を
向上させることができる。

上述の如く吸気管８５がクランクケース２７の右側から
前方へ回シ゛込み、又スタータ８１がクランクケース２
７から左前方へ突出しているので、この点においてもエ
ンジン全体の左右バランスを取ることができる。弁腕ケ
ース２６内において、インジェクタ５０を右側へ突出さ
せ、弁腕５１を中央部に設け、カム軸２３や弁腕２４を
左側に設けたことによシ、ケース２６の左右バランスを
取ることができる。

以上説明した構造によると、ディーゼルエンジンのシリ
ンダブロック１０とシリンダヘッド１１をアルミニウム
によｐ一体成形したので、従来ののようにシリンダブロ
ックやヘッドを鋳鉄製にする場合に比べ、軽量化を図る
ことができる。又軽量化できることによシ、同一重量の
従来品と比べて高出力化を図ることができる。ブロック
ｌＯとヘッド１１をヘッドボルトで連結する必要はなく
、勿論両者（１０，１１）間にガスケットを配置する必
要もないので、部品数を減らし、軽量化及び組立作業の
簡単化を図ることができる。更にヘッド１１とブロック
ｌＯの間に断熱拐となるガスケットがないので、その間
の熱の流れが良くなシ、冷却効果も大きくなる。ヘッド
ボルトによる締付けが不要であるので、ライナー３１が
菱形する恐れはない。ディーゼルエンジンでは筒内圧が
高いが、ヘッド１１とブロック１０の間から燃焼ガス、
冷却水、潤滑油が漏れる恐れはない。換占すれば、ガス
漏れ等を考慮することなく筒内圧を高め、高出力化を図
ることができる。従来品ではガスゲットを支持するため
に、シリンダブロックとシリンダヘッドの合せ面部分の
肉厚を太きぐする必要があったが、本発明ではそのよう
な厚肉部を廃止し、軽量化を図ることができる。

更に前述の如く各部に種々の工夫を凝らすことにより、
シリンダブロック１０やシリンダヘッド１１の強度を充
分に高めることができる。従って筒内圧の高いディーゼ
ルエンジンにおいてアルミニウムの一体成形品でブロッ
ク１０とヘッドｌｌを形成：でき、しかも所望の高出力
を得られる程度にまで筒内圧を高めることができる。特
に本発明では、エンジンを４サイクル仕様にしたので、
ヘッド１１内に吸排気ボー）１４．１３や吸排気弁用ボ
ス２０が設けられる。従ってヘッド１１の全高■が大き
くなシ、ヘッド１１の強度を充分に高めることができる
。又隔壁リプ４８やボス２ｏがヘッド１１を補強するの
で、この点においてもヘッド１１の強度を高めることが
できる。又ブロックｌＯとヘッド１１が一体のエンジン
では前述の如（ヘッドボルトを廃止できるので、そのよ
うなエンジンを４？イクル仕様にすることによシ、へラ
ドボルトに邪魔されることなくボート１３．１４の位置
を自由に決定でき、高出力化を図ることができる。

なお本発明を具体化する場合、エンジン各部のレイアウ
トを左右逆にすることもできる。クランクケース部分２
９をシリンダブロック１０とは別体に設けることもでき
る。単気筒や３気筒以上のエンジンに本発明を採用する
こともできる。ヘッド１′へ１内に渦流室！設けること
もできる。ノズル２１とポンプ４９を別々に設け、両者
を高圧管で接続することもできる。船外機用以外の用途
に本発明のエンジンを使用することもできる。気筒中心
線０−０が垂直なエンジンに本発明を適用することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディーゼルエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッ
   ドをアルミニウムにょシ一体に成形し、シリンダヘッド
   内に吸気ボートと排気ポートを形成したことを特徴とす
   る４−＋ｊイクル水冷ディーゼルエンジン。