特許 6505569 エンジンの排気接合部構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6505569

(24)【登録日】2019年4月5日

(45)【発行日】2019年4月24日

(54)【発明の名称】エンジンの排気接合部構造

(51)【国際特許分類】

   F02F 11/00 20060101AFI20190415BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20190415BHJP

   F02F 1/42 20060101ALI20190415BHJP

【ＦＩ】

   F02F11/00 J

   F01N13/08 D

   F02F1/42 G

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-192776(P2015-192776)

(22)【出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2017-66964(P2017-66964A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2017年12月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】宮田 雄介

(72)【発明者】

【氏名】尾曽 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】後藤 英之

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 諭

(72)【発明者】

【氏名】秋朝 智也

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 直也

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５９−０８４２１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１２５３１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−１６２５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４７−０１３６１８（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開平０４−０７２４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−２６２２５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ ５／００，１１／００，

Ｆ０１Ｎ １／００−１／２４，５／００−５／０４，

１３／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドに設けられている排気ポートと、シリンダヘッドに取付けられている排気構造体とを備え、前記シリンダヘッドにおける前記排気ポートの出口を備える出口壁と、前記排気構造体における排気通路の入口を備える入口壁とを、ガスケットを挟んで連結してなる接合部を有するエンジンの排気接合部構造であって、
前記出口壁が、前記出口を備える第１内側壁面と、前記第１内側壁面と排気流れ方向の位置が異なる第１外側壁面と、前記第１内側壁面の外径部と前記第１外側壁面の内径部とを繋ぐ第１筒状周面とを有して構成され、
前記入口壁が、前記入口を備える第２内側壁面と、前記第２内側壁面と排気流れ方向の位置が異なる第２外側壁面と、前記第２内側壁面の外径部と前記第２外側壁面の内径部とを繋ぐ第２筒状周面とを有して構成され、
前記接合部は、前記第１筒状周面と前記第２筒状周面とが嵌合され、かつ、前記第１外側壁面と前記第２外側壁面とが前記ガスケットを介して圧接され、かつ、前記第１内側壁面と前記第２内側壁面とが間隙を有して対向する構成とされ、
前記第１外側壁面は、前記第１内側壁面よりも排気流れ方向の上流側に寄せて配置されるとともに、前記第２外側壁面は、前記第２内側壁面よりも排気流れ方向の上流側に寄せて配置され、
前記排気ポートにおける前記出口付近の底部は、排気流れ方向の下流側に寄るほど高さ位置が低くなり、かつ、前記排気通路における前記入口付近の底部は、排気流れ方向の上流側に寄るほど高さ位置が低くなる状態に構成されているエンジンの排気接合部構造。

【請求項2】

前記接合部は、前記第１筒状周面と前記第２筒状周面とを密嵌合する構成とされている請求項１に記載のエンジンの排気接合部構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの排気側と排気マニホルドとの接続部の構造など、エンジンの排気接合部構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種のエンジンの排気接合部構造、即ち、シリンダヘッドに設けられた排気ポートと、シリンダヘッドに取付けられている排気通路とを備え、排気通路と排気ポートとで排気経路が形成されているエンジンの排気接合部構造としては、特許文献１や特許文献２において開示されるものが知られている。この場合、特許文献２（図１，３参照）に記載されるように、シリンダヘッドと排気マニホルドとの間には、通常、ガスケットが介装されている。

【0003】

ところで、ディーゼルエンジンにおいては、無負荷（又は軽負荷）運転を行うと、（１）燃焼温度が低い、（２）燃料の噴射率が低く噴霧が粗くなる、（３）ピストンとシリンダとのクリアランスが大きいことから、シリンダ内に未燃焼燃料、エンジンオイルが発生し、排気と一緒にシリンダ外に排出される、といった慢性的な問題がある。

【0004】

エンジンが普通に運転され続けることによる温度上昇に伴い、燃焼温度や燃料噴射率は高くなり、また、未燃焼燃料やエンジンオイルは燃焼されて燃焼ガスとなることから、通常、前述した（１）〜（３）の問題は、一般的な運転状態においては解消されている。

【0005】

しかしながら、長時間アイドリング状態が続くとか、冬季に軽負荷運転が続くなど、長時間に亘って無負荷（又は軽負荷）運転が行われると、未燃焼ガスなどが、マフラーや排気マニホルドといった排気系内に滞留してしまうことがある。

【0006】

この場合、シリンダヘッドの排気ポートや排気マニホルドに滞留している未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物が、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部（接続部）から漏れ出すことがあった。この排気接合部にはガスケットが設けられているが、経時によりガスケットがへたることもあり、前記漏れは起こりうるものであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−１６１２２５号公報

【特許文献2】特開２００４−１５６５４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に係る発明は、シリンダヘッド２に設けられている排気ポート１３と、シリンダヘッド２に取付けられている排気構造体９とを備え、前記シリンダヘッド２における前記排気ポート１３の出口１３ａを備える出口壁１６と、前記排気構造体９における排気通路９Ａの入口９ａを備える入口壁１７とを、ガスケット１８を挟んで連結してなる接合部Ｓを有するエンジンの排気接合部構造において、
前記出口壁１６が、前記出口１３ａを備える第１内側壁面１６ａと、前記第１内側壁面１６ａと排気流れ方向の位置が異なる第１外側壁面１６ｂと、前記第１内側壁面１６ａの外径部と前記第１外側壁面１６ｂの内径部とを繋ぐ第１筒状周面１６ｃとを有して構成され、
前記入口壁１７が、前記入口９ａを備える第２内側壁面１７ａと、前記第２内側壁面１７ａと排気流れ方向の位置が異なる第２外側壁面１７ｂと、前記第２内側壁面１７ａの外径部と前記第２外側壁面１７ｂの内径部とを繋ぐ第２筒状周面１７ｃとを有して構成され、
前記接合部Ｓは、前記第１筒状周面１６ｃと前記第２筒状周面１７ｃとが嵌合され、かつ、前記第１外側壁面１６ｂと前記第２外側壁面１７ｂとが前記ガスケット１８を介して圧接され、かつ、前記第１内側壁面１６ａと前記第２内側壁面１７ａとが段付間隙ｄを有して対向する構成とされ、
前記第１外側壁面１６ｂは、前記第１内側壁面１６ａよりも排気流れ方向の上流側に寄せて配置されるとともに、前記第２外側壁面１７ｂは、前記第２内側壁面１７ａよりも排気流れ方向の上流側に寄せて配置され、
前記排気ポート１３における前記出口１３ａ付近の底部は、排気流れ方向の下流側に寄るほど高さ位置が低くなり、かつ、前記排気通路９Ａにおける前記入口９ａ付近の底部は、排気流れ方向の上流側に寄るほど高さ位置が低くなる状態に構成されているエンジンの排気接合部構造。

【0010】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記接合部Ｓは、前記第１筒状周面１６ｃと前記第２筒状周面１７ｃとを密嵌合する構成とされていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0011】

請求項１の発明によれば、第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとが対向配備される内側接合部分とも言うべき箇所と、第１外側壁面１６ｂと第２外側壁面１７ｂとがガスケット１８を介して圧接される外側接合部分とも言うべき箇所とが、排気流れ方向において互いの位置が異なる構造、即ち、ラビリンス構造が構成されている。

【0012】

故に、排気ポート１３と排気通路９Ａとの境目に液状未燃焼物ｒが存在しても、ラビリンス構造を越えてガスケット１８部位に到達し難くなる。また、第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとの間には間隙ｄが設けられているので、その間隙にはある程度の量の液状未燃焼物ｒを滞留させることができ、この点でもガスケット１８部位に液状未燃焼物ｒが届き難くなる。

【0013】

従って、ラビリンス構造及び間隙ｄによる前記機能により、液状未燃焼物ｒがガスケット１８部位に到達するのに時間が掛かるようになり、接合部Ｓから液状未燃焼物ｒが漏れ出ることを回避又は軽減させることが可能になる。

【0014】

その結果、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷（又は軽負荷）運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供することができる。

【0015】

請求項１の発明によれば、第１外側壁面１６ｂと第２外側壁面１７ｂとでガスケット１８が挟まれている外側接合部分が、間隙ｄを構成する第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとによる内側接合部分よりも排気流れ方向で上流側に寄せて配置されている。

【0016】

従って、液状未燃焼物ｒがガスケット１８部位に到達するには、第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとの嵌合部位を、排気の流れに逆らう方向に移動する必要があるから、よりガスケット１８部位に到達し難くなる。その結果、前述の作用効果がより一層強化される、という利点がある。

【0017】

請求項１の発明によれば、液状未燃焼物ｒは、重力により排気経路Ｈの底部に溜まり易いから、シリンダヘッドと排気構造体との境目に存在する液状未燃焼物ｒを間隙ｄの底部に集めるガイド作用が生じ、より効果的に液状未燃焼物ｒを間隙ｄに捕捉させることができる利点がある。

【0018】

請求項２の発明によれば、第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとを密嵌合させてあるから、接合部Ｓの構成により、排気ポート１３と排気通路９Ａとの芯出しも行える効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ディーゼルエンジンの右側面図

【図2】図１に示すディーゼルエンジンの平面図

【図3】排気系の接合部構造を示す要部の断面図

【図4】図３に示す接合部の拡大断面図

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明によるエンジンの排気接合部構造の実施の形態を、立形直列３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。

【0021】

このエンジンは、図１、図２に示されるように、シリンダブロック１の上部にシリンダヘッド２が組み付けられ、シリンダヘッド２の上部にヘッドカバー３が組み付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組み付けられ、シリンダブロック１の前部にギヤケース５が組み付けられている。シリンダブロック１の後部にはフライホイールハウジング６が組み付けられ、フライホイールハウジング６内には、クランク軸７に組み付けられたフライホイール(図示省略)が収容されている。

【0022】

このエンジンは、図２に示すように、シリンダヘッド２の左側には吸気マニホルド８が組み付けられ、シリンダヘッド２の右側には、概略形状を仮想線にて示す排気マニホルド（排気構造体の一例）９が組み付けられている。なお、図示は省略するが、排気マニホルド９の上部に過給機を設け、その過給機からパイプを介して吸気マニホルド８の吸気入口部に過給がなされる状態に構成しても良い。次に、排気経路の構造（エンジンの排気接合部構造）について説明する。

【0023】

〔実施形態１〕
図３に示されるように、シリンダブロック１の上部であるシリンダ１Ａに収容されているピストン１０と、シリンダヘッド２との間に燃焼室１１が形成されている。燃焼室１１には、吸気バルブ（図示省略）が配置される吸気ポート（図示省略）と、排気バルブ１２が配置される排気ポート１３とが臨んでいる。排気ポート１３、及び前述の排気マニホルド９の内部に管路状に形成されている排気通路９Ａなどにより、エンジンの排気経路Ｈが構成されている。

【0024】

シリンダヘッド２の排気ポート１３は、環状の金属材料でなるバルブシート１４よりなる排気入口１５を有している。この排気入口１５は、排気バルブ１２の下端に形成されている排気弁体１２Ａにより閉じられたり（図３の状態）、排気バルブ１２の下降移動によって開かれたりする。ピストン１０が上昇移動する排気工程においては、排気弁体１２Ａが図３に示される閉じ位置から少し下がり、排気入口１５が開いて排気ガスなどが排気ポート１３に流れて行く。

【0025】

図３に示されるように、このディーゼルエンジンは、シリンダヘッド２における排気ポート１３のポート出口１３ａを備える出口壁１６と、排気マニホルド９における排気通路９Ａの通路入口９ａを備える入口壁１７とを、ガスケット１８を挟んでボルト（図示省略）などにより連結してなる接合部Ｓを有している。つまり、接合部Ｓは、シリンダヘッド２と排気マニホルド９とを段付のインロー構造で嵌合して構成されている。

【0026】

図３、図４に示されるように、出口壁１６が、ポート出口１３ａを備える第１内側壁面１６ａと、第１内側壁面１６ａと排気流れ方向（矢印Ｘ）の位置が異なる第１外側壁面１６ｂと、第１内側壁面１６ａの外径部（最大径部）と第１外側壁面１６ｂの内径部（最小径部）とを繋ぐ第１筒状周面１６ｃとを有して構成されている。
入口壁１７が、通路入口９ａを備える第２内側壁面１７ａと、第２内側壁面１７ａと排気流れ方向（矢印Ｘ）の位置が異なる第２外側壁面１７ｂと、第２内側壁面１７ａの外径部（最大径部）と第２外側壁面１７ｂの内径部（最小径部）とを繋ぐ第２筒状周面１７ｃとを有して構成されている。

【0027】

接合部Ｓは、詳しくは、外周面となる第１筒状周面１６ｃと内周面となる第２筒状周面１７ｃとが嵌合され、かつ、第１外側壁面１６ｂと第２外側壁面１７ｂとが円環状のガスケット１８を介して圧接され、かつ、第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとが間隙ｄを有して対向する構成とされている。
換言すれば、第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとの対向配置でなる内側接合部分（符記省略）と、第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとの嵌合でなる嵌合部（符記省略）と、第１外側壁面１６ｂと第２外側壁面１７ｂとをガスケット１８を挟んで圧接してなる外側接合部分（符記省略）とにより構成されている。

【0028】

第１外側壁面１６ｂは、第１内側壁面１６ａよりも排気流れ方向（矢印Ｘ）の上流側に寄せて配置されるとともに、第２外側壁面１７ｂは、第２内側壁面１７ａよりも排気流れ方向の上流側に寄せて配置されている。また、第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとは密嵌合する構成とされており、排気ポート１３と排気通路９Ａとは、後述するようにそれぞれの軸心Ｐ，Ｑが互いに平行ではなくても（図４参照）、ポート出口１３ａと通路入口９ａとは互いに芯出し状態で対向配置される利点がある。

【0029】

加えて、排気ポート１３は、その後半部において軸心Ｐには、排気流れ方向（矢印Ｘ）の下流側ほど高さ位置が低くなる先下がりの傾斜角度θが付けられており、かつ、排気通路９Ａの入口部分を、排気流れ方向（矢印Ｘ）の上流側ほど径が大きくなる元拡がりのテーパー内周面１９に形成されている。
その結果、排気ポート１３におけるポート出口１３ａ付近の底部は、排気流れ方向（矢印Ｘ）の下流側に寄るほど高さ位置が低くなり、かつ、排気通路９Ａにおける通路入口９ａ付近の底部は、排気流れ方向（矢印Ｘ）の上流側に寄るほど高さ位置が低くなる状態に構成されている。

【0030】

図３，４に示す実施形態１の場合では、排気ポート１３の径は、排気通路９Ａの径より若干大きく、テーパー内周面１９の最大径が排気ポート１３の径と一致する構成であるが、例えば、排気ポート１３の径と排気通路９Ａの径とが一致し、テーパー内周面１９の最大径が排気ポート１３の径よりも大となる構成、その他でも良い。前記間隙ｄの値は、０．４ｍｍ或いはそれ以下が好ましいが、これらには限らない。接合部Ｓが、ボルトを正しい締付けトルクで装備するなど、正規に組み付けられた状態では、ガスケット１８が適宜に圧縮され、その状態で間隙ｄが存在する構成とされている。

【0031】

実施形態１によるディーゼルエンジンの排気接合部構造によれば、次のような作用効果を得ることができる。

【0032】

長時間に亘って無負荷（又は軽負荷）運転が行われて、未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物ｒが燃焼室１１から排気ポート１３に排出されても、接合部Ｓにおいては、そのラビリンス構造により、第１内側壁面１６ａと第２内側壁面１７ａとが間隙ｄに入る程度で済み（図４参照）、ガスケット１８部位にまで達し難くなる。
即ち、間隙ｄに入った液状未燃焼物ｒは、密嵌合状態の第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとの間にはまず浸入できず、間隙ｄに滞留するようになる。

【0033】

排気ポート１３にある液状未燃焼物ｒは、排気ポート１３の傾斜角度θも手伝って排気流れ方向の下流側に移動し（図４参照）、接合部Ｓ又は間隙ｄに溜まる。また、排気マニホルド９のテーパー内周面１９に位置する液状未燃焼物ｒも、接合部Ｓ又は間隙ｄに溜まるようになる。
従って、液状未燃焼物ｒがガスケット１８部位に到達することがあったとしても、その到達時間を従来構造のものより明確に長期化させることができ、実質的に接合部Ｓから漏れ出ないようにすることが可能となる。

【0034】

そして、接合部Ｓを含む排気経路Ｈに存在する液状未燃焼物ｒは、エンジンが定常運転されるなど、通常の運転状態になれば、燃焼ガスとなってマフラー外に出されるようになる。このように、エンジンが温度の高い通常運転になると、液状未燃焼物ｒは排気経路Ｈ外に排出されるので、排気ポート１３や排気通路９Ａなどの排気経路Ｈに滞留することは生じないようになる。

【0035】

なお、間隙ｄを構成する第１内側壁面１６ａ、及び第２内側壁面１７ａの表面粗さ（粗度）を粗く（例えば、１２ａ〜２５ａ）設定して表面張力を効かせ易くし、間隙ｄ内の液状未燃焼物ｒがより一層ガスケット１８部位に到達する時間を稼げるようにする構成を採れば好都合である。

【0036】

〔参考実施形態〕
接合部Ｓは、図示は省略するが、第１外側壁面１６ｂが、第１内側壁面１６ａよりも排気流れ方向（矢印Ｘ）の下流側に寄せて配置されているとともに、第２外側壁面１７ｂが、第２内側壁面１７ａよりも排気流れ方向の下流側に寄せて配置されている構成のものでも良い。
排気ポート１３が、先端上がりとなる傾斜角度が付けられている構成や、水平な構成でも良い。
〔別実施形態〕
接合部Ｓが、第１筒状周面１６ｃと第２筒状周面１７ｃとを遊嵌合する構成でも良い。遊嵌合とすれば、複数気筒によるシリンダヘッド２と排気構造体９との複数接合部Ｓを有する場合に、各接合部Ｓの寸法仕上げ精度を、密嵌合させる場合に比べて緩くすることが可能である。

【符号の説明】

【0037】

２ シリンダヘッド
９ 排気構造体
９Ａ 排気通路
９ａ 入口（通路入口）
１３ 排気ポート
１３ａ 出口（ポート出口）
１６ 出口壁
１６ａ 第１内側壁面
１６ｂ 第１外側壁面
１６ｃ 第１筒状周面
１７ 入口壁
１７ａ 第２内側壁面
１７ｂ 第２外側壁面
１７ｃ 第２筒状周面
１８ ガスケット
Ｓ 接合部
ｄ 間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】