JP2002235603A - エンジンのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリンダライナの形状変化についてもこれを好
適に抑制しつつ、シリンダブロックとシリンダヘッドと
の間をガスケットによりシールすることのできるエンジ
ンのシール構造を提供する。 【解決手段】このシール構造では、ガスケット１を介し
てシリンダヘッド３がシリンダブロック２に締結固定さ
れ、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間がシ
ールされる。シリンダブロック２には、シリンダライナ
２１がその上面２１ｂをシリンダブロック２に覆われる
ように鋳込まれる。ガスケット１には、ガスケット本体
１１とシリンダブロック２との間に位置するようにシム
１３が設けられる。シム１３は、その荷重中心が、シリ
ンダライナ２１の厚さ方向の中心よりもシリンダボア２
２寄りになるように配設される。シリンダライナ２１
は、その上面２１ｂと外周面との角部２１ａが直角に形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダライナを
備えるシリンダブロックとシリンダヘッドとの間をガス
ケットによりシールするエンジンのシール構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のエンジンのシール構造で
は通常、図５に示すようなガスケット７が用いられる。
すなわち、シリンダボア２２に対応するボア孔７２が形
成された金属製のガスケット本体７１と、同ガスケット
本体７１においてボア孔７２の外周に配設された環状の
耐熱性シム７３とを備えたガスケット７が用いられる。

【０００３】そして、図６に、図５のＡ−Ａ線に沿った
断面構造を同図５では割愛したシリンダヘッドとともに
一部拡大して示すように、上記シム７３がシリンダボア
２２の周縁に位置するようにして且つ、ガスケット本体
７１がシリンダブロック２及びシリンダヘッド３の両対
向面（シール面）２ａ，３ａ間に挟まれた状態で、同シ
リンダヘッド３がシリンダブロック２に締結固定され
る。その結果、シム７３とシリンダブロック２との間の
面圧が増大し、燃焼室４からの燃焼ガス等の漏れが抑制
されるようになる。

【０００４】なお、上記シリンダブロック２においてシ
リンダボア２２の内壁のピストン５（ピストンリング５
１）が摺動する部分には、円筒形状のシリンダライナ８
１が鋳込まれており、このシリンダライナ８１の内壁に
よりシリンダボア２２の内壁の一部が構成されている。

【０００５】また、シリンダブロック２には、シリンダ
ボア２２の周囲を囲むように設けられ、シリンダヘッド
３の取付面において開口するウォータジャケット２３が
形成されている。そして、このウォータジャケット２３
内に冷却水を流すことによって、エンジンの稼働に伴っ
て高温になるシリンダブロック２やシリンダヘッド３が
冷却されるようになっている。

【０００６】一方、ガスケット７には、上記ウォータジ
ャケット２３よりもシリンダボア２２側においてシム７
３を囲む形状のビード１５と、同ウォータジャケット２
３の外周を囲む形状のビード１６とが、それぞれシリン
ダブロック２に向けて突出形成されている。これら両ビ
ード１５，１６によって、ウォータジャケット２３内の
冷却水がシリンダボア２２内へ浸入したり、エンジン外
へ漏れたりすることが防止される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
シール構造では、シリンダヘッド３のシリンダブロック
２への締結固定によってシム７３とシリンダブロック２
との間の面圧が増大されている。しかも、エンジン稼働
時には、上記燃焼室４で発生する燃焼熱によりシリンダ
ブロック２、シリンダヘッド３、及びガスケット７が高
温となって熱膨張するために、上記面圧が更に増大する
ようになる。

【０００８】一方、シリンダライナ８１は、シリンダブ
ロック２に鋳込まれているために、シリンダボア２２の
内壁を構成する面以外の変形が同シリンダブロック２に
よって規制されている。そして、このシリンダライナ８
１には、自身の熱膨張や上記面圧より、シリンダ軸方向
において圧縮方向に作用する内部応力が生じるようにな
る。

【０００９】そして、この内部応力が大きくなると、図
７にシリンダライナ８１の変形態様を模式的に拡大して
示すように、上記シリンダライナ８１のシリンダヘッド
３側の端部が、シリンダブロック２との界面で剥がれる
とともに、唯一その変形が規制されていない燃焼室４側
に倒れ込むように変形することがある。なお、図７にお
いて、矢印Ｆ２は上記シリンダブロックに加わる面圧を
示している。また、同図７においては、シリンダライナ
８１の変形態様の理解を容易にするため、その変形量を
誇張して図示している。こうした変形がシリンダライナ
８１に生じた場合には、同シリンダライナ８１の内壁、
すなわちシリンダボア２２の内壁の真円度が大きく低下
して、同内壁とピストンリング５１との間に無用な間隙
が生じることとなり、ひいてはオイル消費量が増大する
ようになる。

【００１０】なお従来、シリンダライナ付きシリンダブ
ロックとしては、例えば特開平８−１７８０７０号公報
に示されるように、シリンダボアの内壁のシリンダ方向
全長にわたってシリンダライナが設けられるタイプのシ
リンダブロックもある。ただしこの場合も、シリンダヘ
ッドとの間に設けられるシム等を介してシリンダライナ
の上面に上記面圧が生じ、またエンジンの稼働に伴う熱
膨張が生じるようなことがあると、上述したシリンダラ
イナの倒れ込みに起因するシリンダボア内壁の真円度の
低下が無視できないものとなる。

【００１１】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、シリンダライナの形状変化
についてもこれを好適に抑制しつつ、シリンダブロック
とシリンダヘッドとの間をガスケットによりシールする
ことのできるエンジンのシール構造を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。先
ず、請求項１に記載の発明は、シリンダボアの内壁にシ
リンダライナが別体として鋳込まれてなるシリンダブロ
ック上にガスケットを介してシリンダヘッドを締結して
それらシリンダブロックとシリンダヘッドとの間をシー
ルするエンジンのシール構造において、前記シリンダラ
イナのシリンダ方向についての上方と前記ガスケットと
の間に前記シリンダライナの厚さ方向の中心よりも前記
シリンダボア寄りに荷重中心が設定されて同シリンダボ
アの周縁をシールするシムを備えることをその要旨とす
る。

【００１３】上記構成によれば、シリンダヘッドのシリ
ンダブロックへの締結固定を通じてシムとシリンダブロ
ックとの間の面圧が増大され、これにより、シリンダブ
ロックとシリンダヘッドとの間をシールすることができ
る。しかも、こうしたシムによる面圧の荷重中心を同シ
リンダライナの厚さ方向の中心よりもシリンダボア寄り
に設定することで、上記面圧によるシリンダライナの変
形方向をシリンダボア方向と反対方向に、すなわちシリ
ンダブロックによりその変形が規制される方向とするこ
とができる。これにより、シリンダライナの形状変化に
ついてもこれを好適に抑制することができるようにな
る。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のエンジンのシール構造において、前記シムは前記シ
リンダライナの厚さ方向に所定の幅を有して前記シリン
ダボア周りに同心円状に設けられ、同シムの幅方向の中
心を結ぶ円の径が前記シリンダライナの厚さ方向の中心
を結ぶ円の径に比して小径に設定されてなることをその
要旨とする。

【００１５】上記構成によれば、シムによる面圧の荷重
中心を、シリンダライナの厚さ方向の中心よりもシリン
ダボア寄りに確実に設定することができるようになる。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のエンジン
のシール構造において、前記シムは前記シリンダライナ
の厚さ方向に所定の幅を有するものが同シリンダライナ
の厚さ方向に複数に分割されて前記シリンダボア周りに
同心円状に設けられることで、前記シリンダライナの厚
さ方向の中心よりも前記シリンダボア寄りに荷重中心が
設定されてなることをその要旨とする。

【００１６】上記構成によれば、複数に分割されたシム
が設けられるシール構造であっても、それらシムによる
面圧の荷重中心をシリンダライナの厚さ方向の中心より
もシリンダボア寄りに設定することで、シリンダライナ
の形状変化を好適に抑制しつつ、シリンダブロックとシ
リンダヘッドとの間をガスケットによりシールすること
ができるようになる。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載のエンジンのシール構造において、前記分割された複
数のシムとして熱膨張係数の異なるものが用いられ、熱
膨張係数の大きいものほど前記シリンダボア寄りに配さ
れることをその要旨とする。

【００１８】上記構成によれば、複数のシムによる面圧
の荷重中心を設定するにあたり、その設定パラメータと
してそれらシムについての個々の熱膨張係数を用いるこ
とができるようになる。このため、複数のシムについ
て、その配設態様の自由度が高められる。

【００１９】また、請求項５記載の発明は、請求項１〜
４のいずれかに記載のエンジンのシール構造において、
前記シリンダライナは、少なくともそのシリンダ方向上
面の前記ガスケットと対向する側が前記シリンダブロッ
クによって覆われるかたちで同シリンダブロックに鋳込
まれてなり、そのシリンダブロックによって覆われる同
シリンダ方向上面とシリンダブロックに接する周面との
角部が直角に形成されてなることをその要旨とする。

【００２０】また、請求項６記載の発明は、シリンダボ
アの内壁にシリンダライナが別体として鋳込まれてなる
シリンダブロック上にガスケットを介してシリンダヘッ
ドを締結してそれらシリンダブロックとシリンダヘッド
との間をシールするエンジンのシール構造において、前
記シリンダライナは、少なくともそのシリンダ方向上面
の前記ガスケットと対向する側が前記シリンダブロック
によって覆われるかたちで同シリンダブロックに鋳込ま
れてなり、そのシリンダブロックによって覆われる同シ
リンダ方向上面とシリンダブロックに接する周面との角
部が直角に形成されてなることをその要旨とする。

【００２１】シリンダブロックによっては、図８にその
一例として先の図６の一部を模式的に拡大して示すよう
に、シリンダライナ８１が、そのガスケット７に対向す
る面８１ｂをシリンダブロック２によって覆われるよう
なかたちで鋳込まれたものがある。また、同図８に示さ
れるように、こうしたシリンダブロック２にあって、上
記シリンダライナ８１の対向面８１ｂとシリンダブロッ
ク２に接する周面との角部８１ａに丸みが形成されたも
のもある。

【００２２】こうしたシリンダブロック２では、上記角
部８１ａにおいて加わる力の一例を矢印Ｆ３，Ｆ４とし
て同図８に併せ示すように、シリンダブロック２がシリ
ンダライナ８１の角部８１ａに加えるシリンダ方向の力
Ｆ３が、その方向を同角部８１ａに形成された丸みによ
って変更され、シリンダライナ８１をシリンダボア２２
側に押し出す方向の力Ｆ４として作用するようになる。
なお、同図８において、矢印Ｆ３，Ｆ４の向きがこれら
力Ｆ３，Ｆ４の方向を示している。すなわち、上記角部
８１ａに丸みを形成すると、シリンダライナ８１のシリ
ンダボア２２側への変形が助長されることとなる。この
点、上記請求項５又は６に記載した発明の構成によれ
ば、こうした角部を直角に形成することで、この角部の
形状に起因するシリンダライナの形状変化を好適に抑制
することができるようになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるエンジンの
シール構造の一実施の形態を説明する。なお、この実施
の形態のエンジンのシール構造にあって、シム及びシリ
ンダライナ以外の構造は、先の図５及び図６に例示した
構造と同等の構造を想定しており、それら要素について
の重複する説明は割愛する。

【００２４】はじめに、図１に、この実施の形態にかか
るエンジンの先の図６に対応する断面構造を示し、同図
１を参照しつつ上記シムの配設態様及びシリンダライナ
の形状を説明する。

【００２５】同図１に示されるように、ガスケット１に
設けられるシム１３は、シリンダボア２２と同心円状に
配設されている。また、このシム１３の幅方向の中心を
結ぶ円の半径Ｒ１がシリンダライナ２１の厚さ方向の中
心を結ぶ円の半径Ｒ２よりも小さく設定されている。す
なわち、こうしたシム１３が設けられたガスケット１が
シリンダブロック２及びシリンダヘッド３間に配設され
ることで、シリンダブロック２のシール面２ａに対する
シム１３の面圧の荷重中心が、上記シリンダライナ２１
の幅方向の中心よりもシリンダボア２２寄りに設定され
るようになる。

【００２６】また、上記シリンダライナ２１は、そのガ
スケット１に対向する対向面（上面）２１ｂとシリンダ
ブロック２に接する外周面との角部２１ａが直角に形成
されている。

【００２７】次に、本実施の形態のエンジンのシール構
造による作用を説明する。このシール構造では、シリン
ダヘッド３のシリンダブロック２への締結固定を通じ
て、シム１３とシリンダブロック２のシール面２ａとの
間の面圧が増大している。これにより、シリンダブロッ
ク２とシリンダヘッド３との間がシールされる。しか
も、エンジンの稼働に伴って、ガスケット１、シリンダ
ブロック２、及びシリンダヘッド３が温度上昇し、これ
らが熱膨張すると、上記面圧もそれに伴い増大する。

【００２８】ここで、このシール構造では、上記面圧の
荷重中心が、シリンダライナ２１の幅方向の中心よりも
シリンダボア２２寄りの位置に設定されている。これに
より、図２に、シリンダライナ２１の変形態様の一例を
模式的に拡大して示すように、上記面圧Ｆ１によってシ
リンダブロック２がシリンダライナ２１の上面２１ｂに
加えるようになる面圧Ｆ１’の荷重中心も同シリンダラ
イナ２１の幅方向の中心よりもシリンダボア２２寄りに
なる。

【００２９】こうした面圧Ｆ１’は、シリンダライナ２
１をその外周方向に弓形に撓ませるように作用するため
に、この面圧Ｆ１’によるシリンダライナ２１の変形方
向が同シリンダライナ２１の外周方向となり、シリンダ
ライナ２１がシリンダボア２２側に倒れ込むように変形
することが抑制される。なお、このシリンダライナ２１
は、シリンダブロック２に鋳込まれているために、その
外周面がシリンダブロック２と接している。すなわち、
シリンダライナ２１の外周方向における形状変化につい
てもシリンダブロック２によって抑制されている。

【００３０】また、上記シリンダライナ２１の上面２１
ｂと外周面との角部２１ａが直角に形成されている。こ
れにより、先の図８に例示したように、すなわち角部に
丸みを形成する場合のように、シリンダ方向に作用する
力が、角部の形状によりシリンダライナをシリンダボア
側に押出す方向に変更されることがなくなる。このた
め、こうした角部の形状に起因するシリンダライナの形
状変化についても好適に抑制されるようになる。また、
角部に丸みや面取り等の加工を施す手間を省くこともで
きる。

【００３１】なお、上記角部２１ａを直角に形成したこ
とで、シリンダブロック２において同角部２１ａが接す
る部位（隅部）についてもこれが直角に形成されるよう
になる。一般に、こうした部分が直角に形成されると応
力が集中し易くなるため、この隅部において亀裂が生じ
る懸念がある。

【００３２】図３は、シリンダブロック２の隅部に形成
される丸みの半径と同隅部に生じる応力との関係を計算
により求めた結果を示したものである。なお、この計算
に際し、丸みの半径及びシリンダライナの角部以外の構
成については本実施の形態のシール構造と同様の構造を
前提としている。また、丸みの半径を「０」に設定した
構成が、上記隅部が直角に形成される構成、すなわち本
実施の形態のシール構造にあたる。

【００３３】同図３から明らかなように、上記隅部が直
角に形成される本実施の形態のシール構造では、同隅部
に丸みが形成されるものと比較して、同隅部に生じる応
力が小さく抑えられるようになる。すなわち、シリンダ
ライナ２１の角部２１ａを直角に形成することにより、
シリンダブロック２の隅部に生じる応力が抑制され、シ
リンダブロック２の耐亀裂性が向上されることがわか
る。

【００３４】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、以下に記載する効果が得られるようになる。 （１）シリンダヘッド３のシリンダブロック２への締結
固定を通じてシム１３とシリンダブロック２のシール面
２ａとの間の面圧を増大させるようにしたために、この
面圧によってシリンダヘッド３とシリンダブロック２と
の間をシールすることができる。しかも、シム１３によ
る面圧の荷重中心をシリンダライナ２１の厚さ方向の中
心よりもシリンダボア２２寄りに設定したために、上記
面圧によるシリンダライナ２１の変形方向をその外周方
向とすることができる。このため、シリンダライナ２１
がシリンダボア２２側に倒れ込むように変形することを
好適に抑制することができる。また、シリンダライナ２
１の外周方向における形状変化についても、同シリンダ
ライナ２１の外周面が接しているシリンダブロック２に
より抑制することができる。

【００３５】（２）シム１３を、シリンダボア２２と同
心円状に配設するとともに、同シム１３の幅方向の中心
を結ぶ円の半径Ｒ１をシリンダライナ２１の厚さ方向の
中心を結ぶ円の半径Ｒ２よりも小さく設定するようにし
た。このため、これにより、シム１３による面圧の荷重
中心を、シリンダライナ２１の厚さ方向の中心よりもシ
リンダボア２２寄りに確実に設定することができる。

【００３６】（３）シリンダライナ２１の上面２１ｂと
外周面との角部２１ａを直角に形成するようにしたため
に、こうした角部の形状に起因するシリンダライナの形
状変化についてもこれを好適に抑制することができる。

【００３７】（４）また、シリンダライナ２１の上面２
１ｂと外周面との角部２１ａを直角に形成することで、
シリンダブロック２において角部２１ａが接する部位に
おける応力の集中を抑制することもでき、シリンダブロ
ック２の耐亀裂性を向上させることができる。

【００３８】なお、上記実施の形態は、以下のように変
更して実施してもよい。 ・上記実施の形態では、１つのシム１３を配設するよう
にしたが、これに代えて、図４にその変形例として先の
図１に対応した断面構造を示すように、シリンダライナ
２１の厚さ方向において２つに分割されたシム６７，６
８を配設するようにしてもよい。こうした構成によって
も、これらシム６７，６８の面圧による荷重中心がシリ
ンダライナ２１の幅方向の中心よりもシリンダボア２２
寄りの位置になるようにこれらシム６７，６８を配設す
れば、シリンダライナ２１の形状変化を好適に抑制しつ
つ、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間をガ
スケット６によりシールすることができるようになる。
また特に、このようにシムを複数に分割することで、こ
れらシム６７，６８のうち、より燃焼室４に近いシム６
８の温度上昇が大きくなってその熱膨張量も大きくな
り、これらシム６７，６８による面圧の荷重中心が自ず
とシリンダライナ２２寄りの位置になる。すなわち、シ
ムの配設態様の自由度を高めることができるようにな
る。

【００３９】・また、分割されるシムの数は２つに限ら
れない。要は、それら複数のシムによる面圧の荷重中心
がシリンダライナ２１の幅方向の中心よりもシリンダボ
ア２２寄りの位置になるように配設される構造であれば
よい。

【００４０】・また更に、これら複数のシムとして熱膨
張係数の異なるものを用いるとともに、熱膨張係数の大
きいものほどシリンダボア寄りに配設するようにしても
よい。こうした構成によれば、複数のシムによる面圧の
荷重中心を設定するにあたり、その設定パラメータとし
てこれらシムについての個々の熱膨張係数を用いること
ができるようになるために、その配設態様の自由度をよ
り高めることができるようになる。

【００４１】・上記実施の形態では、シリンダライナ２
１がその上面２１ｂをシリンダブロック２によって覆わ
れるようなかたちで鋳込まれたエンジンについて言及し
たが、シリンダライナの内壁がシリンダ方向全長にわた
ってシリンダボアの内壁を形成するように、すなわちシ
リンダライナの上面がシムと接するようにシリンダライ
ナが鋳込まれたエンジンに本発明にかかるシール構造を
適用するようにしてもよい。こうした構成によっても、
上記（１）及び（２）に記載した効果を奏することはで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるエンジンのシール構造の一実施
の形態についてその断面構造を示す断面図。

【図２】同実施の形態のシリンダライナの変形態様の一
例を模式的に示す断面図。

【図３】シリンダブロックの隅部に形成される丸みの半
径と同隅部に生じる応力との関係を示すグラフ。

【図４】同実施の形態の変形例についてその断面構造を
示す断面図。

【図５】従来のエンジンのシール構造に採用されるガス
ケットの平面図。

【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面
図。

【図７】従来のシリンダライナの変形態様の一例を模式
的に示す断面図。

【図８】従来のシリンダブロックの一部の断面構造を模
式的に示す断面図。

【符号の説明】

１，６，７…ガスケット、２…シリンダブロック、３…
シリンダヘッド、４…燃焼室、５…ピストン、１１，７
１…ガスケット本体、１３，６７，６８，７３…シム、
１５，１６…ビード、２１，８１…シリンダライナ、２
１ａ，８１ａ…角部、２１ｂ，８１ｂ…上面、２２…シ
リンダボア、２３…ウォータジャケット、５１…ピスト
ンリング。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダボアの内壁にシリンダライナが別
   体として鋳込まれてなるシリンダブロック上にガスケッ
   トを介してシリンダヘッドを締結してそれらシリンダブ
   ロックとシリンダヘッドとの間をシールするエンジンの
   シール構造において、 前記シリンダライナのシリンダ方向についての上方と前
   記ガスケットとの間に前記シリンダライナの厚さ方向の
   中心よりも前記シリンダボア寄りに荷重中心が設定され
   て同シリンダボアの周縁をシールするシムを備えること
   を特徴とするエンジンのシール構造。
2. 【請求項２】前記シムは前記シリンダライナの厚さ方向
   に所定の幅を有して前記シリンダボア周りに同心円状に
   設けられ、同シムの幅方向の中心を結ぶ円の径が前記シ
   リンダライナの厚さ方向の中心を結ぶ円の径に比して小
   径に設定されてなる請求項１記載のエンジンのシール構
   造。
3. 【請求項３】前記シムは前記シリンダライナの厚さ方向
   に所定の幅を有するものが同シリンダライナの厚さ方向
   に複数に分割されて前記シリンダボア周りに同心円状に
   設けられることで、前記シリンダライナの厚さ方向の中
   心よりも前記シリンダボア寄りに荷重中心が設定されて
   なる請求項１記載のエンジンのシール構造。
4. 【請求項４】前記分割された複数のシムとして熱膨張係
   数の異なるものが用いられ、熱膨張係数の大きいものほ
   ど前記シリンダボア寄りに配される請求項３記載のエン
   ジンのシール構造。
5. 【請求項５】前記シリンダライナは、少なくともそのシ
   リンダ方向上面の前記ガスケットと対向する側が前記シ
   リンダブロックによって覆われるかたちで同シリンダブ
   ロックに鋳込まれてなり、そのシリンダブロックによっ
   て覆われる同シリンダ方向上面とシリンダブロックに接
   する周面との角部が直角に形成されてなる請求項１〜４
   のいずれかに記載のエンジンのシール構造。
6. 【請求項６】シリンダボアの内壁にシリンダライナが別
   体として鋳込まれてなるシリンダブロック上にガスケッ
   トを介してシリンダヘッドを締結してそれらシリンダブ
   ロックとシリンダヘッドとの間をシールするエンジンの
   シール構造において、 前記シリンダライナは、少なくともそのシリンダ方向上
   面の前記ガスケットと対向する側が前記シリンダブロッ
   クによって覆われるかたちで同シリンダブロックに鋳込
   まれてなり、そのシリンダブロックによって覆われる同
   シリンダ方向上面とシリンダブロックに接する周面との
   角部が直角に形成されてなることを特徴とするエンジン
   のシール構造。