JP7307675B2 - 産業用エンジン - Google Patents

Description

本発明は、農機や建機に搭載されるエンジンであって、ブローバイガスの通り道がヘッドカバー内に設けられた構造を有する産業用エンジンに関するものである。

クランクケースからのブローバイガスは、ヘッドカバーのカバー内ガス通路を、又はカバー内ガス通路と外装オイルセパレータとを経てから、ヘッドカバーの外に取り出されて配管などによって吸気通路に戻されるようになる。例えば、特許文献１において開示されるエンジンでは、ヘッドカバーと外装オイルセパレータとを一対の給排パイプ（１４，１５）を用いて接続している。

冬季や北国などの寒冷地においては、オイルセパレータやその給排パイプが冷やされて凍結するおそれがあるため、パイプに断熱材を巻付けたり、適所にヒータを設けるなどの対策が行われることが多い。それらの対策により、低温時における凍結や、その凍結によるブローバイ機能の低下、オイル漏れなどの不具合が極力生じないように工夫されている。

近年では、次の（１）、（２）のような問題点や改善点などが挙げられている。
（１）ブローバイガス経路の短縮や配置工夫により、極力冷え難いように対策する手段はあるが、冷え防止効果が芳しいものではないため、極低温時では対応はできない。
（２）ヒータなどの熱源を設ける手段は、電力負担増やコスト増加を招く問題がある。

特開２０１８－３６２９号公報

本発明の目的は、エンジンの熱を積極的に利用する考えに基づいた構造工夫により、前述の(１)、（２）に関する問題を解消すべく、省コストでありながら明確なブローバイガス経路の凍結防止効果が得られるように改善された産業用エンジンを提供する点にある。

本発明は、産業用エンジンにおいて、
クランクケースからのブローバイガスをヘッドカバーの内部に設けられたカバー内ガス通路を通してから吸気通路に導くように構成され、
前記カバー内ガス通路の下方に配置される動弁機構に、上方に向けてエンジンオイルを飛散させるオイル噴出口が設けられ、
前記オイル噴出口から飛散されたエンジンオイルが、前記カバー内ガス通路を形成する仕切り部材に当接する状態に構成され、
前記ヘッドカバーは、主カバー部の排気側の一部を上方突出させてなる突出カバー部と、前記主カバー部とを備える段付き無底箱状の部品であり、
前記突出カバー部に対して吸気側に位置する前記主カバー部のカバー上壁にインジェクタ用孔が設けられ、
前記突出カバー部の底部位に前記仕切り部材を底板部材として取り付けて、前記突出カバー部の内部空間が前記カバー内ガス通路とされ、
前記仕切り部材は、前記主カバー部のカバー上壁と同等の高さレベルに配置されて、前記動弁機構が配置される動弁室とを仕切って前記カバー内ガス通路を個室化させるためのものであることを特徴とする。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項２～６を参照のこと。

本発明によれば、エンジンが回っていれば、動弁機構に設けられた噴出口からオイルが上方に向けて飛散（噴出）し続けているので、仕切り部材には飛散オイルが連続的に当たる状況がもたらされている。つまり、温かい（熱い）オイルの熱を利用して仕切り部材を、即ちカバー内ガス通路を温めることができるので、ブローバイガスの温度も上げることができる。

従って、カバー内ガス通路をブローバイガスが通過する際に、噴出オイルで常に温められている仕切り部材によってブローバイガスも昇温され、ガス中に含まれる水分の温度が０度以上に保たれて凍結が防止されるようになる。ブローバイガス自体が昇温されるので、その後に外部露出されている外部配管や、吸気通路への合流部においても水分が凍結されないようになる。

その結果、エンジンの熱を積極的に利用する考えに基づいた構造工夫により、前述の（１）、（２）に関する問題を解消すべく、省コストでありながら明確なブローバイガス経路の凍結防止効果が得られるように改善された産業用エンジンを提供することができる。

産業用ディーゼルエンジンの平面図 図１のエンジンの右側面図 ヘッドカバーの平面図 図３のヘッドカバーの底面図 図３のヘッドカバーの右側面図 図３のヘッドカバーにおけるＺ－Ｚ線の断面図 ヘッドカバー部位でのブローバイガス還流装置の原理構造を示し、（Ａ）はセパレータ外装仕様の模式図、（Ｂ）はセパレータ内装仕様の模式図 セパレータ内装仕様のエンジン用ヘッドカバーの底面図 図１のエンジンの内部構造を示す一部切欠きの左側面図 ヘッドカバー内の凍結防止構造を示す要部の斜視図

以下に、本発明による産業用エンジンの実施の形態を、農用トラクタなどに適用されるブローバイガス還流装置を有する直列多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。まず、セパレータ外装仕様の産業エンジン全般及びヘッドカバーの共通化に関する説明を行い、その後に本発明によるブローバイ経路の凍結防止に関する説明を行うものとする。

図１及び図２に、ブローバイガス還流装置付の直列４気筒産業用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と略称する）Ｅが示されている。このエンジンＥは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー（エンジン用ヘッドカバー）３が組付けられている。シリンダブロック１の下部がクランクケース１Ａであり、クランクケース１Ａの下にはオイルパン４が組付けられている。

エンジンＥの前部には、冷却ファン５、オルタネータ（セルダイナモ）６、ベルト伝動機構７などが配置され、エンジンＥの後部にはフライホイールハウジング８が設けられている。エンジンＥの右サイドには前記オルタネータ６、吸気マニホルド３０、オイルセパレータ（エンジン外装オイルセパレータ）９などが配置され、エンジンＥの左サイドには、吸気マニホルド（符記省略）、過給機（ターボ）１１、ＥＧＲクーラ（符記省略）などが配置されている。

エンジンＥは、ブローバイガス中のオイル成分を除去するオイルセパレータ９が、専用の部品としてヘッドカバー３の外部に配置される仕様（エンジン外装オイルセパレータ仕様、以下「セパレータ外装仕様」と呼ぶ）である。図示は省略するが、このエンジンＥと基本は同じで詳細が異なる（例：排気量が少し大きい又は小さい、出力の違い、など）ことから、オイルセパレータがヘッドカバー内にある仕様（ヘッドカバー内装オイルセパレータ仕様、以下「セパレータ内装仕様」と呼ぶ）のエンジンも設定されている。

〔セパレータ外装仕様のヘッドカバー３などについて〕
セパレータ外装仕様のエンジンＥ（図１，２に示すエンジン）では、ヘッドカバー３に、外装のオイルセパレータ９に対するブローバイガスの出口（ガス中間出口部）と入口（ガス中間入口部）とを設ける必要があるが、そのような出口と入口は、セパレータ内装仕様のエンジンにおけるヘッドカバーには必要がない。従って、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３と、セパレータ内装仕様のヘッドカバー３３（図８参照）とは別部品になるため、それぞれに成形用の金型が必要になる、というのが従来の技術常識であった。

それに対して、本実施形態では、主にガス中間出口部及びガス中間入口部に関する構造工夫により、各仕様のヘッドカバー３，３３を１つの金型で成形できるようにすることに成功している。次に、前述の構造工夫がなされたヘッドカバーについて、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３を用いて説明する。

図３～図６に示されるように、セパレータ外装仕様のエンジンＥに用いられるヘッドカバー３は、上部左部の一部を上方突出させてなる突出カバー部３Ａと、主カバー部３Ｂとを備える段付き無底箱状の部品である。突出カバー部３Ａはカバー天井壁３ａと周壁３ｓとを有しており、その内部空間はブローバイガスを通すためのカバー内ガス通路Ｗである。主カバー部３Ｂは、カバー上壁３ｂ、カバー前壁３ｆ、カバー後壁３ｒ、カバー左壁３ｃ、カバー右壁３ｄを有し、その内部空間は、ロッカーアームなどの動弁機構（図示省略）を配置するための動弁室Ｓである。

図３～図６において、１２はインジェクタ用孔、１３はオイル給油口孔、１４は調圧弁１５（ＰＣＶ弁などであって図１参照）を設ける場所として突出カバー部３Ａの前端部に形成された起立壁である。突出カバー部３Ａの内側の底部位には、下向きで前後に長い略ループ状の取付座１６が形成されており（図４参照）、実機においては、取付座１６には仕切り板１７がボルト止めされる。仕切り板１７は、ブローバイガスの通路であるカバー内ガス通路Ｗを個室化（孤立化）させるために動弁室Ｓとを仕切る底板部材である。

つまり、セパレータ外装仕様におけるカバー内ガス通路Ｗは、突出カバー部３Ａ（カバー天井壁３ａと周壁３ｓ）と仕切り板１７とによりなる箱状構造体Ｂの内部空間としてヘッドカバー３内に形成されている。なお、突出カバー部３Ａを持たない単純形状のヘッドカバーにおいては、箱状構造体Ｂは、カバー上壁３ｂなどのヘッドカバー壁から下方突出状態で形成されてもよく〔図７（Ａ参照）、勿論、突出カバー部３Ａを持つ構成でもよい。

突出カバー部３Ａのカバー天井壁３ａの前後中央やや後寄りの位置には、動弁室Ｓに連通される出口側の通孔１８ａを有するガス中間出口部１８と、カバー内ガス通路Ｗに連通される入口側の通孔１９ａを有するガス中間入口部１９とが形成されている。取付座１６におけるガス中間出口部１８に対応する箇所の右側縦座部１６ａは、大きく円弧状に左側に凹入する形状に形成されており、その部分のカバー内ガス通路Ｗの左右幅が左側に圧縮されている。

互いに傾斜構造部であるガス中間出口部１８とガス中間入口部１９とのそれぞれには、 右上と左下とを繋ぐ傾斜を有する横向き斜めの出口側及び入口側の通孔１８ａ，１９ａが、ヘッドカバー３の素材の型成形後における機械加工、即ち後加工により形成されている。ガス中間出口部１８は、その出口側の通孔１８ａを動弁室Ｓに開口させるため、その後側のガス中間入口部１９よりも少し右側に寄せて配置されている。

ガス中間出口部１８には、ブローバイガスをオイルセパレータ９に送るための管状の供給通路２４が接続され、ガス中間入口部１９には、オイルセパレータ９からのブローバイガスをヘッドカバー３に送るための管状の排出通路２５が接続されている。入口側の通孔１９ａは、カバー内ガス通路Ｗの始端部（後端部）に臨むように配置形成されている。つまり、ガス中間出口部１８が箱状構造体Ｂの外側に臨むように設定され、かつ、ガス中間入口部が箱状構造体Ｂの内側に臨むように設定されている。

起立壁１４の前側におけるカバー天井壁３ａには、調圧弁１５を経たブローバイガスを過給機（吸気通路の一例）１１に送るためのガス出口２０が形成されている。右斜め前に向く姿勢のガス出口２０には、過給機１１のコンプレッサ側に繋がれる還流ダクト２３が連通接続されている。調圧弁１５及び起立壁１４は、カバー内ガス通路Ｗの終端部（前端部）に配置されている。

セパレータ外装仕様のエンジンでは、図７（Ａ）に模式図で示されるように、シリンダヘッド２から上がってくるブローバイガスｇは、動弁室Ｓを通ってガス中間出口部１８から供給通路２４を通ってオイルセパレータ９に入る。オイルセパレータ９でオイル成分が除去された後のブローバイガスｇは、排出通路２５及びガス中間入口部１９を通ってカバー内ガス通路Ｗに入り、ここで流れるときにも若干のオイル除去作用を受けた後、調圧弁１５、ガス出口２０を通って還流ダクト２３に送り出される。

〔セパレータ内装仕様のヘッドカバーなどについて〕
図７（Ｂ）、及び図８に示されるように、セパレータ内装仕様のエンジン（図示省略）のヘッドカバー３３は、カバー天井壁３ａにおけるガス中間出口部１８よりもブローバイガス流れ方向で上流側に、閉塞仕様のカバー内ガス通路形成部材３４（又は３５）を螺着するための雌ねじ部２２が形成されたボス部２１が設けられている。このボス部２１（図８参照）は、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３でも設けられている（図４参照）。

ガス中間出口部１８及びガス中間入口部１９には通孔１８ａ，１９ａが後加工されずに鋳肌のまま、即ち閉塞されており、かつ、ボス部２１には後加工によって雌ねじ部２２が形成されている。取付座１６の適所には、３箇所の雌ねじ部２２も後加工で設けられている。従って、計４箇所の雌ねじ部２２を用いて、カバー内ガス通路Ｗを形成するための底板部材３４、又は専用の部品であって、起立壁１４の内側に臨むガス出口とガス入口とを有する小型オイルセパレータ（又はセパレータ内蔵のブローバイガス通路構造体）３５をヘッドカバー３の内部に設けることができる。

セパレータ内装仕様のエンジンでは、図７（Ｂ）に模式図で示されるように、シリンダヘッド２からのブローバイガスｇは、底板部材３４によるカバー内ガス通路Ｗ又は小型オイルセパレータ３５のガス入口３６から入り、オイルフィルタ（又はオイルセパレータ）３７でオイル成分の除去が行われた後のブローバイガスｇは、調圧弁１５及びガス出口２０を通って出る、という順路になる。ガス中間出口部１８及びガス中間入口部１９は閉じているので、別途にガス入口３６が必要である。なお、小型オイルセパレータ３５には、図示しないガス出口がある。

以上説明したように、ヘッドカバー３，３３は、型成形時には通孔１８ａ，１９ａの無いガス中間出口部１８とガス中間入口部１９、及びと雌ねじ部２２の無いボス部２１が一体形成されているだけの状態であり、この状態ではセパレータ外装仕様のヘッドカバー３とセパレータ内装仕様のヘッドカバー３３とは全く同じ部品であり、従って、成形型（金型）は１種類でよい。型成形状態の未加工（機械加工されていない状態）ヘッドカバーに、ガス中間出口部１８の通孔１８ａとガス中間入口部１９の通孔１９ａとを後加工で作って開通仕様とすれば、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３にすることができる。そして、ボス部２１に雌ねじ部２２を後加工で作って通孔１８ａ，１９ａを形成しない閉塞仕様とすれば、セパレータ内装仕様のヘッドカバー３３にすることができる。

つまり、セパレータ外装仕様として見れば、ヘッドカバー３は、クランクケース１Ａからのブローバイガスを吸気通路１１に導くためのカバー内ガス通路Ｗと、カバー内ガス通路Ｗの終端部のカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス出口２０と、動弁室（カバー内ガス通路Ｗ以外のカバー内空間部）Ｓに臨む状態でカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス中間出口部１８と、カバー内ガス通路Ｗに臨む状態でカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス中間入口部１９と、を備えている。

そして、ガス中間出口部１８及び／又はガス中間入口部１９は、エンジン外装オイルセパレータ９へのブローバイガス給排通路２４，２５の連通接続を可能とすべくカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａを貫通する通孔１８ａ，１９ａが形成された開通仕様と、カバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａの内部側へのオイルセパレータ配置を可能とすべく通孔１８ａ，１９ａを形成しない閉塞仕様と、の選択が可能とされている。

従って、エンジンの排気量や輸出国の使用状況などの条件により、セパレータ外装仕様とセパレータ内装仕様とが設定されるエンジンであって、仕上げ構成が互いに異なる２種類のヘッドカバー３，３３は、それらの金型としては１種類で済み、生産コストや部品コストの低減、及び部品管理コストの低減化が行える利点がある。

図９、図１０に示されるように、ヘッドカバー３の内部には、シリンダヘッド２に設けられる動弁機構ａが構成されている。動弁機構ａは、プッシュロッド（図示省略）、ロッカーアーム２７、吸排気バルブ（図示省略）、ロッカーアーム２７を天秤揺動可能に枢支するロッカーアーム軸２８などにより構成されている。シリンダヘッド２からは、ロッカーアーム軸２８を軸支するための複数のブラケット部２９が突設されている。

カバー内ガス通路Ｗの下方に配置される動弁機構ａに、上方に向けてエンジンオイルを飛散させるオイル噴出口２６が設けられ、オイル噴出口２６から飛散されたエンジンオイルが、カバー内ガス通路Ｗを形成する仕切り板（仕切り部材の一例）１７に当接する状態に構成されている。

オイル噴出口２６は、ロッカーアーム２７の上面２７ａに開口する縦向き孔として設けられており、その左右方向の位置は、ロッカーアーム２７におけるロッカーアーム軸２８の上方に位置されている。なお、オイルポンプ（図示省略）から吐出されたオイル（エンジンオイル）が、ブラケット部２９及びロッカーアーム軸２８を経てロッカーアーム２７に供給されてオイル噴出口２６から出るが、この構造自体は公地であるため、これ以上の説明は割愛する。

さて、図１０に示されるように、エンジンＥが回っている起動時であれば、常にロッカーアーム２７のオイル噴出口２６からオイルが上方に向けて飛散（噴出）しているので、仕切り板１７の底面には常に飛散オイルが連続的に当たる状況がもたらされている。つまり、温かい（熱い）オイルの熱を利用して仕切り板１７を、即ちカバー内ガス通路Ｗを温めることができるので、ブローバイガスの温度も上げることができる。

カバー内ガス通路Ｗをブローバイガスが通過する際に、噴出オイルで常に温められている仕切り板１７によってブローバイガスも昇温され、ガス中に含まれる水分の温度が０度以上に保たれるようになり、凍結が防止される。ブローバイガス自体が昇温されるので、その後に外部露出されている外部配管や、吸気通路への合流部においても水分が凍結されないようになる。

カバー内ガス通路Ｗ、即ち仕切り板１７は、気筒直列方向（前後方向）に長い長尺状のものであるから、図１０に示されるように、前後方向に並ぶ複数のオイル噴出口２６，２６，２６からのオイル噴射を受けられるとともに、ブローバイガスの被昇温時間が長くなり、効率よくガス温度を昇温させることができる利点がある。

また、仕切り板１７は、圧延鋼板や機械構造鋼板、或いはアルミ合金など、熱伝達効率に優れる金属製であれば、動弁機構ａを用いたオイル噴出によるブローバイガスの昇温作用を、より効率よく発揮させることが可能になる。

〔別実施形態〕
独立部品のオイルセパレータをヘッドカバーに内装する構造〔図７（Ｂ）参照〕においても、本発明の適用は可能であり、噴出オイルをオイルセパレータ３５の底壁３４に当てて、オイルセパレータ３５の内部であるカバー内ガス通路Ｗを流れるブローバイガスを昇温させることができる。

１Ａ クランクケース
３ ヘッドカバー
３Ａ 突出カバー部
３Ｂ 主カバー部
３ｂ カバー上壁
１１ 吸気通路
１２ インジェクタ用孔
１７ 仕切り部材
２６ オイル噴出口
２７ ロッカーアーム
２８ ロッカーアーム軸
Ｓ 動弁室
Ｗ カバー内ガス通路
ａ 動弁機構

Claims (6)

1. クランクケースからのブローバイガスをヘッドカバーの内部に設けられたカバー内ガス通路を通してから吸気通路に導くように構成され、
   前記カバー内ガス通路の下方に配置される動弁機構に、上方に向けてエンジンオイルを飛散させるオイル噴出口が設けられ、
   前記オイル噴出口から飛散されたエンジンオイルが、前記カバー内ガス通路を形成する仕切り部材に当接する状態に構成され、
   前記ヘッドカバーは、主カバー部の排気側の一部を上方突出させてなる突出カバー部と、前記主カバー部とを備える段付き無底箱状の部品であり、
   前記突出カバー部に対して吸気側に位置する前記主カバー部のカバー上壁にインジェクタ用孔が設けられ、
   前記突出カバー部の底部位に前記仕切り部材を底板部材として取り付けて、前記突出カバー部の内部空間が前記カバー内ガス通路とされ、
   前記仕切り部材は、前記主カバー部のカバー上壁と同等の高さレベルに配置されて、前記動弁機構が配置される動弁室とを仕切って前記カバー内ガス通路を個室化させるためのものである産業用エンジン。
2. 前記仕切り部材は、気筒直列方向に沿って長い長尺状のものに構成されている請求項１に記載の産業用エンジン。
3. 前記オイル噴出口は、ロッカーアームの上面に開口する状態で設けられている請求項１又は２に記載の産業用エンジン。
4. 前記オイル噴出口は、前記ロッカーアームにおけるロッカーアーム軸の上方に位置する箇所に設定されている請求項３に記載の産業用エンジン。
5. 前記仕切り部材は板材製である請求項１～４の何れか一項に記載の産業用エンジン。
6. 板材製の前記仕切り部材の材料が金属材である請求項５に記載の産業用エンジン。

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