JP7235649B2

JP7235649B2 - 換気装置付エンジン

Info

Publication number: JP7235649B2
Application number: JP2019230942A
Authority: JP
Inventors: 宏明磯島; 剛川崎; 雄一朗山田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: EP3839222B1; JP2021099052A; EP3839222A1; US11280233B2; US20210189924A1

Description

本発明は、エンジン内に新気導入が可能とされたブローバイガス還流装置を有する換気装置付エンジンに関するものである。

ブローバイガス還流装置は、クランクケース内に生じたブローバイガスを、シリンダヘッドの内部とヘッドカバーの内部及び調圧弁とを通して吸気通路に導くように構成されている。即ち、ブローバイガスによるエンジン内（クランクケース内）の圧力上昇の防止やエンジンオイルの汚れの防止を図るため、ＰＣＶバルブなどの調圧弁を用いてブローバイガスをクランクケース外部へ排出するように構成されている。

ブローバイガスによる前述のエンジン内圧力の上昇やオイル汚れを効果的に防止するために、エンジン内に対して新気導入通路とブローバイガス排出通路とを接続し、これら通路によりブローバイガスを吸気通路に戻す構成が採用されたものがある。新気を導入することによる換気装置に関する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２で開示されたものが知られている。

換気装置付エンジンにおいては、通常は、調圧弁を介して吸気通路の負圧によりブローバイガスは吸気通路に還流され、エンジン内（クランクケース内）は内圧調整されて新気導入通路から新気（フレッシュエア）が導入される。高負荷時は、ブローバイガス量が調圧弁流量を上回り、ブローバイガスは新気導入通路を通って吸気通路に還流される場合がある。

特開２０１８－１６８８１４号公報特開２０１２－５７５７５号公報

前述の従来技術（特許文献１，２）では、吸気通路からの新気をヘッドカバーに供給させる構造が採られており、ブローバイガスがヘッドカバーにおける調圧弁を備えたガス出口から取り出される構造上、場合によっては、ヘッドカバー内に供給された新気がヘッドカバー内だけを素通りしてクランクケース内を循環せずにガス出口から出てしまい、エンジン内（クランクケース内）の換気効率を落とすおそれがあった。

本発明の目的は、新気のエンジン内への取り込み構造のさらなる工夫により、エンジン内の換気効率が向上するように改善された換気装置付エンジンを提供する点にある。

本発明は、換気装置付エンジンにおいて、
クランクケース内に生じたブローバイガスを、シリンダヘッドの内部とヘッドカバーの内部及び調圧弁とを通して吸気通路に導くように構成され、
前記吸気通路と前記シリンダヘッドとに亘る新気導入通路を設けて、新気を前記シリンダヘッドの内部空間へ直接導入するように構成され、
前記内部空間における前記新気導入通路が連通接続される新気導入室は、前記内部空間における動弁部品が配置される空間部とは別の空間部に形成されていることを特徴とする。

前記新気導入室は、前記シリンダヘッドにおける吸気マニホルドが配置される側に設けられていたり、ウォータジャケットに隣接する状態で前記シリンダヘッドに設けられていたりすれば好都合である。

前記内部空間は、屈曲した経路に構成されていると好都合である。そして、前記吸気通路における前記新気導入通路の接続箇所は、前記吸気通路におけるブローバイガスの戻し箇所よりも、新気流れ方向で上流側に配置されていればより好都合である。

本発明によれば、新気はシリンダヘッドの内部空間へ導入されるので、ヘッドカバーの内部空間に導入される場合に比べて、新気がヘッドカバー内だけを素通りしてヘッドカバーのガス出口に出てしまうことが抑制され、クランクケース内へ導かれての本来の換気作用が強化されるようになる。

高負荷時や極低温時における調圧弁の凍結による閉塞時には、新気導入通路がブローバイガスの吸気通路への通り道にもなるが、新気導入通路はパイプ管路など外気に晒されているので、厳冬期などの極低温時には新気導入通路も凍結して閉塞してしまうおそれがある。

換気作用を促進させるには、新気をクランクケースに供給するのがよいが、その場合には新気導入通路が長くなって前述した閉塞のおそれが強くなる不利がある。従って、シリンダヘッドに新気を供給する構造を採れば、ヘッドカバーに新気を供給する場合よりも換気作用が強化され、かつ、クランクケースに新気を供給する場合よりも新気導入通路の閉塞おそれが抑制されるので、凍結による閉塞の可能性を低くしながら換気作用が促進される換気装置が実現できる。

その結果、新気のエンジン内への取り込み構造のさらなる工夫により、エンジン内の換気効率が向上するように改善された換気装置付エンジンを提供することができる。

フレッシュエアの供給構造を示す要部の一部切欠きの正面図ヘッドカバーなどを示す平面図ヘッドカバーの底面図ヘッドカバーガスケットの平面図火花点火エンジンの正面図火花点火エンジンの背面図火花点火エンジンの平面図火花点火エンジンの右側面図シリンダヘッドの平面図シリンダヘッドの右側面図シリンダヘッドの底面図ブローバイガスと新気との流れ構造を示す模式図

以下に、本発明による換気装置付エンジンの実施の形態を、農機、建機、発電機、作業機など用いられる産業用の火花点火エンジン（ガソリンエンジンなど）の場合について、図面を参照しながら説明する。

図５～図８に示されるように、火花点火エンジンＥ（以下、単に「エンジン」と言う）は、シリンダブロック１と、シリンダブロックの上に組付けられるシリンダヘッド２と、シリンダヘッド２の上に組付けられるヘッドカバー３とを有している。シリンダブロック１は、下方にオイルパン４が取付けられるクランクケース１Ａと、図示しないピストンが収容されるシリンダ１Ｂとを有している。

エンジンＥの前部には、伝動ベルト５、エンジン冷却ファン６、ウォータフランジ７などが装備され、エンジンＥの後部には、フライホイールハウジング８が装備されている。エンジンＥの左側上部には、排気マニホルド９とそれを覆う排気カバー１０が装備され、エンジンＥの右側上部には吸気マニホルド１１などが装備されている。

図１に示されるように、このエンジンＥは、燃焼室での燃焼を起こす手段として点火プラグ１２を備えている。シリンダヘッド２には、扁平状の燃焼ヘッド凹部２ａが形成され、かつ、その燃焼ヘッド凹部２ａに開口する雌ねじ孔１３ａを有するプラグホール１３が形成されている。断面円形で下向き深穴状のプラグホール１３、即ちホール軸心１３ｐは垂直線に対して傾斜角度θで若干傾いた斜め穴である。

図１において、シリンダヘッド２には、燃焼ヘッド凹部２ａに開口する排気ポート１４が形成されるとともに、排気バルブ１５、ロッカーアーム１６、プッシュロッド１７などからなる動弁機構Ａが組付けられている。なお、図１では描かれていないが、吸気ポート３７（図１０，１１参照）や吸気バルブなどもシリンダヘッド２に形成されている。

図１～図３、図７に示されるように、ヘッドカバー３は、動弁機構Ａを覆う主カバー部（動弁機構収容部）３Ａ、及び点火コイル一体型プラグキャップ１８を支持するためのフランジ部３Ｂを備え、ヘッドカバーガスケット１９を介してシリンダヘッド２の上面２ｂに載せ付けてボルト止め固定されている。

主カバー部３Ａには、エンジンオイルの供給口（図示省略）に対するオイルキャップ２０、及びブローバイガスの取出し部であるガス出口２１が設けられる頂壁３ａと、頂壁３ａより若干高さが低い状態で頂壁３ａのフランジ部３Ｂの側に形成される上壁３ｂとを備えている。ガス出口２１には、調圧弁の一例であるＰＣＶ弁２７が収容されており、図７に示されるように、ＰＣＶ弁２７と吸気マニホルド１１とに亘って還流ホース２９が接続されている。

フランジ部３Ｂは、シリンダヘッド２における前後に並ぶ４つのプラグホール１３を覆う部分であって、主カバー部３Ａに続くフランジ本体部３ｈと、４箇所の筒状部３ｔとを備えて構成されている。筒状部３ｔは、プラグホール１３に対向する状態でフランジ本体部３ｈに形成されている装着ホール部分３ｓに、パイプ材２２が圧入（嵌合固定）されることにより構成されている。

装着ホール部分３ｓ及び筒状部３ｔ（パイプ材２２）は、そのパイプ軸心２２ｐが垂直線に対して傾斜角度θで若干左に傾いており、装着ホール部分３ｓ及び筒状部３ｔの軸心２２ｐとプラグホール１３の軸心１３ｐとは互いに一致している。ヘッドカバー３はアルミ合金などの金属製が多く、筒状部３ｔ（パイプ材２２）は鋼管などの金属製が多い。

図１、図４に示されるように、シリンダヘッド２とヘッドカバー３との間にはヘッドカバーガスケット１９が介装されている。ヘッドカバーガスケット１９は、矩形断面を有するゴム製のものであって、ヘッドカバー３の底面に開口するガスケット溝３ｇに嵌め込み装着されている。

ヘッドカバーガスケット１９は、ヘッドカバー３がシリンダヘッド２にボルト止めされた組付け状態では、ガスケット溝３ｇ内において上下に若干圧縮されており、その反発力によりヘッドカバー３の底面３ｃとシリンダヘッド２の上面２ｂとの間がシールされている。ヘッドカバーガスケット１９には、主カバー部３Ａを囲う主ループ孔２３と、各装着ホール部分３ｓを囲う４つの抜き孔２３ａとが形成されている。

つまり、点火コイル一体型プラグキャップ１８を嵌装支持可能な筒状部３ｔが、シリンダヘッド２のプラグホール１３に対応する状態でヘッドカバー３に形成され、シリンダヘッド２とヘッドカバー３との間に装備されるヘッドカバーガスケット１９に、プラグホール１３に対応する抜き孔２３ａが形成されている。

図１、図２、図６に示されるように、筒状部３ｔに嵌装されている点火コイル一体型プラグキャップ１８の筒状部３ｔからの抜け出しを阻止する固定手段Ｂが、ヘッドカバー３における主カバー部（動弁機構収容部）３Ａの上壁（外壁の一例）に設けられている。
固定手段Ｂは、筒状部３ｔに嵌装されている点火コイル一体型プラグキャップ１８のコイル収容部（イグナイタ）１８Ａを螺着するためのナット部２４が、上壁３ｂに形成されることにより構成されている。

点火コイル一体型プラグキャップ１８は、コイル収容部１８Ａに螺着されているブラケット２５が、ナット部２４にボルト止めされていることで筒状部３ｔへの嵌装状態が維持されている。換言すれば、筒状部３ｔに差し込まれている点火コイル一体型プラグキャップ１８のコイル収容部１８Ａの突出部１８ａと、上壁３ｂのナット部２４と、に亘って板部材でなるブラケット２５が螺着されている。

点火コイル一体型プラグキャップ１８は、その下部が点火プラグ１２に差し込み装着され、かつ、筒状キャップ部１８Ｂの上端部が筒状部３ｔの上端部に差し込まれ、かつ、可撓性材又は弾性材（例：ゴム）製のキャップ２６が筒状部３ｔの上端部に外囲（外嵌）されての嵌合装着状態で、ブラケット２５を用いてヘッドカバー３に螺着されて固定されている。

筒状部３ｔが、ヘッドカバー３とは別部材であるパイプ材２２により構成されているので、ヘッドカバーの型成形によりフランジ部３Ｂに筒状部３ｔが形成される場合に比べて、型の抜き勾配による無駄肉が省けるとともに、切削加工によって筒状部の深穴を形成するコストアップも防げる利点がある。

次に、ブローバイガス還流装置及び換気装置について説明する。図１、図７、図１２に示されるように、クランクケース１Ａ内に生じたブローバイガスを、シリンダヘッド２の内部とヘッドカバー３の内部及びＰＣＶ弁２７とを通して吸気通路ｋに導くブローバイガス還流装置Ｃが構成されている。吸気通路ｋとシリンダヘッド２とに亘る（跨る）新気導入通路２８を設けて（架設して）、吸気通路ｋの新気（フレッシュエア）ｅをシリンダヘッド２の内部空間２Ｓに直接導入する換気装置Ｄが構成されている。

クランクケース１Ａ内に漏れ出たブローバイガスｇは、シリンダブロック１の内部空間１Ｓ（＝クランクケース１Ａ内）、シリンダヘッド２の内部空間２Ｓ、及びヘッドカバー３の内部空間（主に、ロッカアームなどの動弁部品が配置される動弁室）３Ｓ、ガス出口２１（＝ＰＣＶ弁２７）、及び還流ホース２９を経て吸気マニホルド１１（吸気通路ｋの一例）に流れる。シリンダヘッド２の内部空間２Ｓとしては、吸排気バルブなどの動弁部品が配置される空間である動弁用空間や、新気をエンジン内に導入するための新気導入室３１などである。プッシュロッド１７を配置するためのプッシュロッド室３０は動弁用空間であるが、冷却水の通り道（ウォータジャケット）や吸排気ポートは含まれない。なお、シリンダブロック１に形成されているプッシュロッド室（符記省略）は、シリンダブロック１の内部空間１Ｓである。

ヘッドカバー３の内部上部には、前後に長い仕切り板３２がボルト止めされており、仕切り板３２と頂壁３ａとの上下間にガス道３３（内部空間３Ｓの一部）が形成されている。そして、ＰＣＶ弁２７を有するガス出口２１の始端（符記省略）がガス道３３に連通されている。なお、ガス道３３に、ブローバイガス中のオイ成分を濾すフィルタ部や、捕捉されたオイル成分を滴下或いは流下させる構造部を設けておけば好都合である。

図５～８に示されるように、吸気マニホルド１１は、吸気本体１１Ａと４つの枝管部１１ａとを備えている。３４は吸気フランジ、３５はスロットル、３６は各枝管部１１ａに装備されるインジェクタであって、このエンジンＥはデュアルフューエル仕様に構成されている。インジェクタ３６は、各枝管部１１ａの先端側上部に形成されている燃料入口座１１ｂ（図１を参照）に取り付けられている。の各枝管部１１ａは、シリンダヘッド２の吸気ポート３７（図１０，１１を参照）に接続されている。また、図１２に示されるように、エアクリーナからの空気は吸気フランジ（接続箇所の一例）３４に入る。

チューブやパイプ材でなる新気導入通路２８は、シリンダヘッド２の前端部の右側（吸気マニホルド１１の配置側）と、吸気フランジ３４（吸気通路ｋの一例）とに亘って（跨って）それぞれの内部が連通される状態に架設されている。新気導入通路２８を設けることにより、図示しないエアクリーナからの新気（フレッシュエア）ｅがエンジン内に取り込まれる換気装置Ｄに構成されている。還流ホース２９は吸気本体（ブローバイガスの戻し箇所）１１Ａの内部と連通するように吸気マニホルド１１に接続されている。

つまり、吸気通路ｋにおける新気導入通路２８の接続箇所である吸気フランジ３４は、新気流れ方向でスロットル３５の上流側に配置され、吸気通路ｋにおけるブローバイガスの戻し箇所である吸気本体１１Ａは、新気流れ方向でスロットル３５の下流側に配置されている。従って、新気導入通路２８には、ブローバイガスｇが還流せず、新気（フレッシュエア）が供給されるようになる利点がある。

図１、図９～図１１に示されるように、シリンダヘッド２の吸気マニホルド１１の配置側には、各吸気ポート３７の周囲部分を連通して前後に長く連なる新気導入室３１が形成されている。シリンダヘッド２の右側に配置される新気導入室３１は、シリンダヘッド２の左側（排気マニホルドの配置側）に配置されていてオイルミストが多く飛散するプッシュロッド室３０（動弁用空間）とは別の空間部である。

新気導入通路２８は、シリンダヘッド２のネジ孔２ｃに螺着される取付プラグ２８ａを介して新気導入室３１に連通接続されている。新気導入室３１は、新気導入室３１に連通し、かつ、シリンダブロック側（下側）に開口するようにシリンダヘッド２に形成されている５ケ所の連絡孔３８を介してシリンダブロック１の内部空間１Ｓにだけ連通されている（図９～図１１を参照）。一方、プッシュロッド室３０は、シリンダブロック１及びヘッドカバー３それぞれの内部空間１Ｓ，３Ｓに連通されている。なお、新気導入室３１は、小径の孔などによりヘッドカバー３の内部空間３Ｓに連通されていてもよい。

図１２に示されるように、クランクケース１Ａ内に漏れ出たブローバイガスｇは、シリンダブロック１の内部空間１Ｓからプッシュロッド室３０を通ってヘッドカバー３の内部空間３Ｓに入り、それからガス道３３、ガス出口２１、ＰＣＶ弁２７、還流ホース２９を通って吸気本体１１Ａに流れる。
新気（フレッシュエア）は、吸気フランジ３４、及び新気導入通路２８を経てシリンダヘッド２の新気導入室３１（内部空間２Ｓ）に入り、連通孔３８を通ってシリンダブロック１の内部空間１Ｓに供給される。

シリンダヘッド２には、図１において、新気導入室３１とプラグホール１３との間の箇所と、排気ポート１４の上下それぞれの箇所とにウォータジャケット（冷却水通路）ｗが設けられている。
また、図９～図１１に示されるように、前後に長く左右に短い扁平な形状の新気導入室３１及び前後向きの連通孔３８（内部空間２Ｓ）は、新気の流れ道としては屈曲した形状の経路に形成されている。

つまり、シリンダヘッド２の内部空間２Ｓは、新気導入室３１、連通孔３８、動弁用空間（プッシュロッド室３０はど）を含むものである。そして、新気導入室３１（及び連通孔３８）と、動弁用空間（プッシュロッド室３０）とは互いに独立した空間である。新気導入室３１はウォータジャケットｗに隣接する状態で設けられており、また、新気導入室３１及び連通孔３８でなる内部空間２Ｓは、屈曲した経路により構成されている。

〔作用効果について〕
新気のエンジンＥ内への導入箇所がシリンダヘッド２に設定されているので、新気の導入箇所がヘッドカバー３に設けられている場合に比べて、新気がヘッドカバー３内を短絡してガス出口から出てしまうことが無く、クランクケース１Ａ内に新気が取り込まれての換気作用がより促進されるようになる。

新気導入室３１は、動弁部品がない空間部であるから、新気導入通路２８を流れるブローバイガスｇ中のオイルミストを抑制することができる。そして、新気導入室３１に導入された新気は、その殆ど又は全てがシリンダブロック１の内部空間１Ｓに供給されるので、クランクケース１Ａ内の換気作用が促進される利点もある。

極低温時における調圧弁の凍結による閉塞時や高負荷時には、新気導入通路２８がブローバイガスｇの通り道にもなり、ブローバイガスｇ中のオイルミストを抑制する必要がある。新気導入通路２８はパイプ管路などであって外気に晒されているので、厳冬期などの極低温時には新気導入通路２８も凍結して閉塞してしまうおそれがある。この「閉塞のおそれ」は新気導入通路２８が長いとより顕著に現れる。（新気導入通路２８を、動弁機構を内蔵するヘッドカバーに直接に接続させる従来技術の場合、オイルミストとの関連で接続位置が制約され、新気導入通路が長くなりがちであった。）

新気導入室３１を、プッシュロッド室３０などの動弁用空間とは別に設ける構成とすれば、オイルミストの制御が可能になる利点があり、また、取り込まれた新気が、シリンダヘッド２の内部空間２Ｓを短絡してヘッドカバー３の内部空間３Ｓへ素通りすることも防止又は抑制できるようになる。また、新気導入室３１を、シリンダヘッド２における吸気マニホルド１１が配置される側又はその側の端部に設ける構成とすれば、新気導入通路２８の短縮化が可能となり、凍結による閉塞をより抑制できる利点がある。

新気導入室３１がウォータジャケットｗに隣接されていれば、シリンダヘッド２に取り込まれた新気ｅと冷却水との熱交換が素早く行われ易くなり、新気導入通路２８での凍結のおそれをより抑制可能になる。新気導入室３１が屈曲した経路に形状されていれば、シリンダヘッド２の内部空間２Ｓを素通りすることが抑制され、シリンダブロック１の内部空間１Ｓに導入されての換気作用を促進することが可能になる。

〔別実施形態〕
シリンダヘッド２の内部空間２Ｓにおける新気が直接に導入される箇所は、新気導入室３１以外であっても良い。例えば、多数あるプッシュロッド室３０（動弁用空間であって内部空間２Ｓでもある）のうちの少数箇所（例：１～２箇所）となるように、新気導入通路２８をシリンダヘッド２に接続させる構成も可能である。

２シリンダヘッド
２Ｓ内部空間
３ヘッドカバー
１１Ａブローバイガスの戻し箇所
２７調圧弁
２８新気導入通路
３０空間部（プッシュロッド室）
３１新気導入室
３４接続箇所（吸気フランジ）
ｇブローバイガス
ｋ吸気通路
ｗウォータジャケット

Claims

クランクケース内に生じたブローバイガスを、シリンダヘッドの内部とヘッドカバーの内部及び調圧弁とを通して吸気通路に導くように構成され、
前記吸気通路と前記シリンダヘッドとに亘る新気導入通路を設けて、新気を前記シリンダヘッドの内部空間へ直接導入するように構成され、
前記内部空間における前記新気導入通路が連通接続される新気導入室は、前記内部空間における動弁部品が配置される空間部とは別の空間部に形成されている換気装置付エンジン。
前記新気導入室は、前記シリンダヘッドにおける吸気マニホルドが配置される側に設けられている請求項１に記載の換気装置付エンジン。
前記新気導入室は、ウォータジャケットに隣接する状態で前記シリンダヘッドに設けられている請求項１又は２に記載の換気装置付エンジン。
前記内部空間は、屈曲した経路に構成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の換気装置付エンジン。
前記吸気通路における前記新気導入通路の接続箇所は、前記吸気通路におけるブローバイガスの戻し箇所よりも、新気流れ方向で上流側に配置されている請求項１～４のいずれか一項に記載の換気装置付エンジン。