JP6709097B2

JP6709097B2 - 内燃機関のヘッドカバー

Info

Publication number: JP6709097B2
Application number: JP2016069570A
Authority: JP
Inventors: 保広榎本
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017180335A

Description

本願発明は、内燃機関のヘッドカバーに関するものである。

内燃機関において、シリンダヘッドにはヘッドカバーが固定されているが、一般に、上部の内面に、ブローバイガスからオイルミストを補集するためのブローバイガス通路を形成している。ブローバイガス通路の構造は様々であり、蛇行した構造とすることで内面へのオイルミストの接触性を向上させたり、途中に邪魔板を適宜枚数配置してオイルミストの補集性を高めたりしている。ブローバイガス通路の底部には、オイル流下穴が適宜空いている。

そして、ブローバイガス通路を蛇行させたり邪魔板を設けたりしただけではオイルミストの補集性に限界があるという問題があり、そこで、特許文献１では、ブローバイガス通路の途中に、油滴が雨のように降っている状態の「オイルスクリーン室」を設けて、オイルミストを油滴に接触させることにより、オイルミストの補集性を高めることが提示されている。

特開２００６−９６７６号公報

オイルミストはブローバイガス中に浮遊している。そこで、ブローバイガス通路へのオイルミストの接触性を高めるために、ブローバイガス通路を蛇行させたり邪魔板を設けたりしているのであるが、ブローバイガス通路の内面に接触せずに、ブローバイガス通路の流れに乗って吸気系に逃げ去るオイルミストも存在している。

特許文献１は、いわば、オイルスクリーン室でオイルシャワーを作り、オイルミストをオイルのシャワーに当てることでオイルミストを補集しようとするものであるが、オイルスクリーンを形成するための構造が複雑になるのみならず、オイルスクリーンにおいて流下したオイルがシリンダヘッドに衝突してオイルミストが発生することも懸念される。特に、車両用内燃機関では、機関は車両の動きに従って揺れ動くため、油滴が水平方向に飛散してオイルミストを発生させるおそれが懸念される。

さて、ヘッドカバーには、上記したブローバイガスのオイルミスト補集性の他にも問題点が見られる。例えば、ヘッドカバーは樹脂製又は軽金属製であって下向きに開口した箱状の構造であるため、シリンダヘッドやシリンダブロックで発生した音がヘッドカバーの内部に放射されて、騒音の原因になりやすいという問題がある。また、上記のとおり、ヘッドカバーは樹脂製又はアルミ製であるが、シリンダヘッドの上に位置していて熱が逃げやすいため、暖機運転の短縮にとってマイナス要因になるという問題もあった。

更に、ブローバイガスには水分も含まれているが、寒冷地では、ブローバイガスに含まれていた水分が凝縮して凍結し、吸気マニホールドの近傍においてブローバイガス通路を塞いだり、吸気マニホールドの枝管やシリンダヘッドの吸気ポートで凍結して吸気通路を狭めたりすることも懸念される。

本願発明は、ヘッドカバーとブローバイガスに関するこれらの問題に一挙に対処せんとするものである。

本願発明は、シリンダヘッドに固定されるヘッドカバーに関するものであり、このヘッドカバーは、
「その内部に、ブローバイガスからオイルミストを補集するためのブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路を囲う冷却水通路とが形成されている構成において、
前記ブローバイガス通路は、ブローバイガスの流れ方向に向かって下向きに傾斜した横長部と、前記横長部の終端に連通した上向きの出口ポートとを有しており、前記横長部はパイプ状であってその外周面と内周面とのうちいずれか一方又は両方に、軸方向に長いフィンが形成されている一方、前記出口ポートの下方にオイル落とし穴が開口している」
という構成になっている。

従って、本願発明では、冷却水通路を通る冷却水からブローバイガスに熱交換される状態になっている。

冷却水は機関を経由して昇温しているが、ブローバイガスよりは低温になっている場合、本願発明では、ヘッドカバーのブローバイガス通路を通過するブローバイガスを降温させて、オイルミストの凝縮を促進できる。このため、ブローバイガス通路の内面や邪魔板への接触性は高くなっている。従って、オイルミストの補集性を向上できるのであり、結果として、オイルの消費量を抑制してランニングコスト低減に貢献できると共に、排気ガスの悪化防止にも貢献できる。

特に、機関が高負荷・高速回転状態のときは燃焼ガスの吹き抜けも多くなって、ブローバイガスへのオイルミストの混入量も多くなるが、この状態では、ブローバイガスの温度は冷却水の温度よりも高くなっていると云えるため、ブローバイガスを冷却水で冷却することにより、オイルミストの凝縮を促進して補集性を高めることができる。

そして、ヘッドカバーの構造自体を工夫したものであるため、部材点数が増大することはなくて、製造工程での管理等の手間も抑制できる。また、特許文献１のように新たにオイルミストの発生を招来するような不具合も皆無である。

また、本願発明では、ヘッドカバーに冷却水層が形成されるため、ヘッドカバーの重量は重くなっており、結果として、振動しにくくなっている（或いは、冷却水によって振動が吸収されるようになっている。）。このため、機関本体で発生した音がヘッドカバー内で響くようなことはなくて、機関の静粛性向上に貢献できる。

また、ヘッドカバーからの熱の放散が抑制されるため、暖機運転の短縮にも貢献可能できる。更に、コールドスタート時や寒冷地での運転では、ブローバイガスの温度は冷却水の温度よりも低くなっていることが多いと云えるが、この場合は、ブローバイガスは冷却水で昇温されて密度が低くなるため、寒冷地において水分が凝縮しても、凝縮量を低減して通路閉塞等の問題を改善できる。また、機関の始動により、ブローバイガス及びブローバイガス通路は冷却水から熱を受けて速やかに昇温するため、通路中で凝縮水が凍結していてもこれを速やかに溶かしてガス化して排除できる。
横長部の外周面にフィンを設けると、冷却水からブローバイガスへの熱交換が促進される。横長部の内周面にフィンを設けると、横長部へのオイルミストの付着性が高くなる。ブローバイガスは上に逃げる性質があるので、横長部を下向きに傾斜させると、オイルミストは横長部の上面に付着する傾向が強くなるため、オイルミストの補集性にとってプラス要因である。

実施形態の縦断正面図である。図１のII-II 視断面図である。ブローバイガス通路のうちパイプ状部の形状を示す例である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、例えば、ヘッドカバー１をクランク軸線方向から見た断面図である。すなわち、ヘッドカバー１をクランク軸線と直交した平面で切った断面図である。ヘッドカバー１はシリンダヘッドと同様にクランク軸線方向（図１の紙面と直交した方向）に長手であり、その長手中心線に沿って点火プラグ挿通穴が空いているが、図１は、隣り合った点火プラグ挿通穴の間で切った縦断正面図である。

そして、ヘッドカバー１は、外面板２と裏板３とを有しており、両者の間に冷却水通路４を形成している。外面板２と裏板３とは別部材であり、高周波溶着等によって両者を接合することにより、冷却水通路４を有する中空構造のヘッドカバー１が構成されている。

ヘッドカバー１の外面板２は、一側板５と他側板６と天板７とを有して断面コ字形になっており、冷却水通路４は、一側板５で外面が構成される一方の起立通路８と、他側板６で外面が構成される他方の起立通路９と、左右の起立通路８，９の上端に連通した天通路１０とを有している。冷却水の入り口１１は一方の起立通路８の下端部に設けて、冷却水の出口１２は他方の起立通路９の下端部に設けている。

従って、冷却水は、いったん入り口から立ち上がって一方の起立通路８を上に向けて流れ、次いで、天通路１０を略水平方向に流れて、最後に、他方の起立通路９を流下して、出口１２から排出される。ヘッドカバー１には、シリンダヘッド（図示せず）を冷却した後の冷却水を流入させることができるが、ウォータポンプで圧送された冷却水をシリンダブロックに至る前に分岐させてヘッドカバー１に導くことも可能である。

天通路１０には、上下深さが大きいバッファ部１３を設けており、このバッファ部１３の内部にブローバイガス通路１４を配置している。ブローバイガス通路１４は、バッファ部１３の一方の壁面１３ａから他方の壁面１３ｂに向けて傾斜姿勢に配置されたパイプ状の横長部１５と、横長部１５の終端に連通した角形の中継部１６とから成っており、両者は全体がバッファ部１３で包まれた（囲われた）状態になっている。従って、横長部１５と中継部１６の外周の全体に冷却水が接触している。中継部１６は上面も冷却水に接触している。

横長部１５は、動弁室に開口している入り口１７が高くて、中継部１６に連通した出口１８は低くなるように傾斜している。すなわち、横長部１５は、ブローバイガスの流れ方向に向かって低くなるように傾斜している。そして、横長部１５の出口１８は中継部１６の下端部と連通している。中継部１６の上端には出口ポート１９を接続しており、出口ポート１９はヘッドカバー１の上に突出している。出口ポート１９と吸気系（例えばサージタンク）とがチューブやパイプで接続される。また、中継部１６の下端には底板２０を設けており、底板２０にオイル落とし穴２１を空けている。

図２に示すように、本実施形態では、前後方向に２本の横長部１５が並んでいるが、横長部１５の本数は任意に設定できる。上下に配置することも可能である。横長部１５を平面視でジグザグに曲がった形状に形成することも可能である。この場合、内面に付着したオイルは中継部１６に流下するように配慮しておく必要がある。

横長部１５は、オイルミストの付着性が高まるように配慮すべきであり、そのためには、ブローバイガスの加温を促進すると共に、横長部１５へのオイルミストの付着性を高める必要がある。そこで、図３に示すように、伝熱性やオイルミスト付着性を高めるためのフィンを設けている。このうち（Ａ）に示す例では、横長部１５の外周に、軸方向に長いフィン２２の群を周方向に飛び飛びで多数設けている。（Ｂ）に示す例では、横長部１５の外周と内周との両方にフィン２２，２３を設けており、（Ｃ）に示す例では、内面のみにフィン２３を設けている。

（Ａ）（Ｂ）では、外側のフィン２２により、冷却水からブローバイガスへの熱交換が促進される。（Ｂ）（Ｃ）では、内側のフィン２３により、横長部１５へのオイルミストの付着性が高くなる。ブローバイガスは上に逃げる性質があるので、横長部１５を実施形態のように下向きに傾斜させると、オイルミストは横長部１５の上面に付着する傾向が強くなるため、オイルミストの補集性にとってプラス要因である。

外側のフィンにしても内側のフィンにしても、螺旋状に形成することも可能である。また、横長部１５の内部を完全な螺旋通路に形成することも可能である。

なお、図１をクランク軸心と平行な平面で切断した縦断側面図として、図２を縦断面図とすることも可能である。この場合は、冷却水は、ヘッドカバー１の長手方向（気筒列方向）に流れる。但し、ヘッドカバー１には点火プラグや締結用ボルトが貫通しているので、冷却水通路もブローバイガス通路も、これらを回避するように設計する必要がある。

上記の実施形態では、ブローバイガス通路１４の前端を冷却水通路４に浸漬しているが、例えば、冷却水通路の底面や天井面にブローバイガス通路をトンネル状に形成することも可能である。

本願発明は、実際に内燃機関のヘッドカバーに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ヘッドカバー
４冷却水通路
８，９起立通路
１１冷却水の入り口
１２冷却水の出口
１３バッファ部
１４ブローバイガス通路
１５横長部
１６中継部
１７ブローバイガスの入り口
１８ブローバイガスの出口
１９出口ポート
２１オイル落とし穴
２２，２３フィン

Claims

シリンダヘッドに固定されるヘッドカバーであって、
その内部に、ブローバイガスからオイルミストを補集するためのブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路を囲う冷却水通路とが形成されている構成において、
前記ブローバイガス通路は、ブローバイガスの流れ方向に向かって下向きに傾斜した横長部と、前記横長部の終端に連通した上向きの出口ポートとを有しており、前記横長部はパイプ状であってその外周面と内周面とのうちいずれか一方又は両方に、軸方向に長いフィンが形成されている一方、前記出口ポートの下方にオイル落とし穴が開口している、
内燃機関のヘッドカバー。