JP2015165098A - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス通路内にオイルが滞留することを抑制することのできる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供する。
【解決手段】ブローバイガス処理装置のブローバイガス通路は、シリンダブロック内に形成されたブロック内通路と、シリンダヘッドカバー１３内に形成されたヘッド内通路３９とを含んでいる。ブロック内通路には、ブローバイガスからオイルを分離して除去するオイルセパレータが設けられている。ヘッド内通路３９のうち、内燃機関が搭載される姿勢において最も低いところに位置する部位である主通路４３の最下部４３ｃでは、エゼクタ５８との接続通路５６の絞り部５６ａによってブローバイガスの流速が高められる。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。

特許文献１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置は、クランクケース内のブローバイガスをシリンダブロック及びシリンダヘッドを通過させて吸気通路に導入するブローバイガス通路と、シリンダブロックに設けられるとともにブローバイガス通路内を流れるブローバイガスからオイルミストを分離させて除去するオイルセパレータとを備えている。

特開２０１３−１５１９０５号公報

ところで、ブローバイガスがオイルセパレータを通過することにより、ブローバイガスに含まれるオイルの多くは除去されるが、オイルセパレータを通過したブローバイガス中に微細なオイルミストが残っていることもある。ブローバイガス中に残存している微細なオイルミストがシリンダヘッド内のブローバイガス通路の壁面に付着すると、壁面にオイルの液滴が発生する。なお、内燃機関は傾いた状態で搭載されることが多いため、シリンダヘッド内のブローバイガス通路が一方に向かって傾斜し、一部が他の部分よりも低くなっている場合がある。オイルの液滴は壁面を伝って低い部分に集まるため、シリンダヘッド内のブローバイガス通路では、ブローバイガスから分離したオイルが一部に集まり、滞留することがある。こうして滞留したオイルが一度に吸気通路に流れ込み、燃焼室に流入すると、失火や白煙が発生するおそれがある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブローバイガス通路内にオイルが滞留することを抑制することのできる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関のブローバイガス処理装置は、シリンダブロック内に形成されたブロック内通路とシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方に形成されたヘッド内通路とを含み、クランクケース内のブローバイガスを、ブロック内通路を経由してヘッド内通路を通過させ、吸気通路に導入するブローバイガス通路と、ブロック内通路に設けられ、ブローバイガスからオイルを分離して除去するオイルセパレータと、を備えている。そして、ブローバイガス処理装置には、ヘッド内通路のうち、内燃機関が搭載される姿勢において最も低いところに位置する部位である最下部を流れるブローバイガスの流速を高める流速増幅手段が設けられている。

上記構成によれば、流速が高められたブローバイガスの流れによって最下部からオイルが持ち去られやすくなる。そのため、壁面を伝って最下部に集まってくるオイルの液滴を滞留させずに速やかに吸気通路に導入することができる。

すなわち、ブローバイガス通路内にオイルが滞留することを抑制することができ、ひいては、多量のオイルが一度に吸気通路に流れ込むことによって生じる失火や、白煙の発生等を抑制することができる。

内燃機関に、過給機と、吸気を過給機よりも下流側の吸気通路から過給機よりも上流側の吸気通路に循環させる循環通路と、同循環通路に設けられるエゼクタとが設けられている形態であって、ヘッド内通路に、前記最下部とエゼクタとを接続する接続通路が設けられている形態では、流速増幅手段として接続通路の通路断面積を部分的に小さくした絞り部を設けることが好ましい。

上記構成によれば、絞り部では通路断面積が小さくされているため、ヘッド内通路の絞り部をブローバイガスが通過する際にブローバイガスの流速が高まることになる。これによって、絞り部にて負圧が発生するため絞り部上流側においてもブローバイガスの流速が高まる。したがって、ヘッド内通路の最下部にオイルが溜まることを、絞り部といった簡易な構成を追加することによって抑制することができる。

また、エゼクタは、循環通路を流れる空気の流勢によりジェットポンプとして機能するものである。こうしたエゼクタをヘッド内通路と接続させることにより、ヘッド内通路からブローバイガスが吸引されて吸気通路に導入されるようになる。

上記構成によれば、ヘッド内通路の最下部とエゼクタとを接続する接続通路に絞り部が設けられているため、ヘッド内通路の最下部に大きな吸引力を作用させるとともに、この部分を流れるブローバイガスの流速を高めることができるようになり、最下部からより円滑にオイルを除去することができる。

ヘッド内通路としては、例えばシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方の空間によって構成された主通路と、先端部に絞り部が設けられた接続通路とからなるものが採用可能である。また、接続通路としては、絞り部が設けられた先端部を前記最下部に向けてシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方の空間に突出させた態様でシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方に形成されているものが採用可能である。

上記構成によれば、接続通路の先端部がヘッド内通路の最下部に向かって突出しているため、最下部とエゼクタによる吸引力を生じさせる接続通路の先端部との距離が近くなる。また、接続通路が主通路を構成しているシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方の空間に突出しているため、主通路における最下部近傍は通路断面積が狭められていることになる。したがって、ヘッド内通路の最下部に大きな吸引力を作用させるとともに、この部分を流れるブローバイガスの流速を高めることができる。

一実施形態の内燃機関のブローバイガス処理装置及びその周辺構造を示す模式図。 ヘッド内通路を構成する主通路の最下部近傍を拡大して示す断面図。

以下、内燃機関のブローバイガス処理装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１９には、上流から順に、吸気を濾過するエアクリーナ２１、排気駆動式の過給機３０のコンプレッサ３３、吸気を冷却水との熱交換を通じて冷却するインタークーラ２２、スロットルモータによりその開度が調節されるスロットルバルブ２３が設けられている。過給機３０は、吸気通路１９に設けられるコンプレッサ３３と排気通路２０に設けられるタービン３１とを備えている。コンプレッサ３３の内部にはコンプレッサインペラ３４が収容されており、タービン３１の内部にはタービンホイール３２が収容されている。そして、これらコンプレッサインペラ３４とタービンホイール３２とはシャフト３５を介して一体回転可能に連結されている。こうした過給機３０において、タービンホイール３２に排気が吹き付けられると、同タービンホイール３２及びコンプレッサインペラ３４が一体回転し、これにより吸気通路１９を流れる吸気が圧送されて内燃機関１０の燃焼室１８に強制的に送り込まれるようになる。内燃機関１０では、燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室１８に供給され、吸気と燃料との混合気が燃焼される。

更に、内燃機関１０には、シリンダ１６の内壁とピストン１７との摺動面の隙間を通じて燃焼室１８からクランクケース１４内に漏れ出したブローバイガスを吸気通路１９に排出するブローバイガス処理装置３６が設けられている。ブローバイガス処理装置３６は、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２、シリンダヘッドカバー１３を通り抜け、吸気通路１９に接続されたブローバイガス通路３７を介してブローバイガスを排出する。ブローバイガス通路３７は、その途中にブローバイガスからオイルを分離して除去するためのオイルセパレータ４１ａが設けられた連通路４１を備えている。連通路４１は、ブローバイガス通路３７のうち、シリンダブロック１１内に形成されたブロック内通路３８を構成する通路であり、その一端がクランクケース１４に接続されているとともに、他端がシリンダヘッド１２内の連通路４２に接続されている。

連通路４２には、ＰＣＶバルブ５１を介してＰＣＶ通路５２が接続されている。そして、ＰＣＶ通路５２は、吸気通路１９におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部位に接続されている。ＰＣＶバルブ５１は、吸気通路１９で生じた負圧と連通路４２の内部の圧力との差に応じてその開度が自立的に調節される圧力作動式の調節弁である。ＰＣＶバルブ５１は吸気通路１９内に負圧が生じており、連通路４２内の圧力よりも吸気通路１９内の圧力が低くなっているときに開弁する。そして、連通路４２は、連通路４１との接続する端部とは反対側の端部がシリンダヘッドカバー１３内の空間によって構成された主通路４３に接続されている。

主通路４３には、ジェットポンプの一種であるエゼクタ５８が接続通路５６を介して接続されている。エゼクタ５８は、シリンダヘッドカバー１３の上部に設けられている。また、エゼクタ５８には、吸気を循環させる循環通路として、コンプレッサ３３よりも下流側の吸気通路１９に接続された流入通路５７と、コンプレッサ３３よりも上流側の吸気通路１９に接続された流出通路５９とが接続されている。すなわち、エゼクタ５８の内部には、流入通路５７、流出通路５９、及び接続通路５６が開口している。こうしたエゼクタ５８では、コンプレッサ３３よりも下流側の吸気通路１９から流入通路５７に流入した吸気が、エゼクタ５８及び流出通路５９を介してコンプレッサ３３よりも上流側の吸気通路１９に循環される。これにより、流入通路５７及び流出通路５９を流れる空気の流勢がエゼクタ５８に作用して、エゼクタ５８の内部空間に負圧が生じるようになる。こうしてエゼクタ５８の内部空間に負圧が生じると、主通路４３から接続通路５６を介してエゼクタ５８の内部にブローバイガスが吸引されるようになる。そして、エゼクタ５８に吸引されたブローバイガスは、吸気と併せて流出通路５９を介して吸気通路１９に導入される。なお、ブローバイガス通路３７のうち、主通路４３、及び接続通路５６がシリンダヘッドカバー１３内に形成されており、これら通路がヘッド内通路３９を構成している。

更に、ブローバイガス処理装置３６は、吸気通路１９からクランクケース１４内に空気を導入する導入通路６０を備えている。導入通路６０は、吸気通路１９とシリンダヘッドカバー１３内の空間とを接続する第１導入通路６１と、クランクケース１４の内部とシリンダヘッドカバー１３の内部とを接続する第２導入通路６２とから構成されている。第１導入通路６１は、その一端が吸気通路１９における流出通路５９が接続している部分よりも上流側の部分であり且つエアクリーナ２１の下流側の部分に接続されているとともに、他端がシリンダヘッドカバー１３に接続されている。そして、第２導入通路６２は、シリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１を貫通し、シリンダヘッドカバー１３の内部とクランクケース１４の内部とを接続している。これにより、吸気通路１９とクランクケース１４の内部とが導入通路６０を介して連通されている。

過給機３０による過給がなされていない状況下でスロットルバルブ２３の開度が小さく調節されるとき等、スロットルバルブ２３よりも下流側の吸気通路１９に負圧が生じるときには、この吸気通路１９に生じた負圧によってＰＣＶバルブ５１が開弁される。そして、クランクケース１４内のブローバイガスが、連通路４１、オイルセパレータ４１ａ、連通路４２、ＰＣＶバルブ５１、及びＰＣＶ通路５２を通じて吸気通路１９に導入される。

これに対して、過給機３０による過給がなされているとき等、過給機３０よりも下流側の吸気通路１９内の圧力が高くなるときには、過給機３０の上流と下流との間で吸気通路１９の内部の圧力に差が生じることとなる。こうした圧力差が大きくなると、流入通路５７、エゼクタ５８、流出通路５９を介して過給機３０よりも下流側の吸気通路１９を流れる吸気が過給機３０よりも上流側の吸気通路１９に還流されるようになる。こうしてエゼクタ５８を介して各通路５７，５９を吸気が流通すると、その際にエゼクタ５８の内部空間に負圧が生じることとなる。このときエゼクタ５８の内部空間に生じた負圧によって、クランクケース１４内のブローバイガスが、連通路４１、オイルセパレータ４１ａ、連通路４２、主通路４３、及び接続通路５６を通じてエゼクタ５８の内部に吸引される。そして、こうしてエゼクタ５８の内部に吸引されたブローバイガスが、吸気と併せて流出通路５９を介して吸気通路１９に導入されるようになる。

ところで、本実施形態の内燃機関１０は、図１に示すように、傾いた状態で搭載される。このため、主通路４３が一方に向かって傾斜し、その一部が他の部分よりも低い最下部４３ｃとなる。ここで、オイルセパレータ４１ａを通過したブローバイガス中に微細に残存したオイルミストが主通路４３の内部の壁面に付着すると、同主通路４３の内部の壁面にオイルの液滴が発生する。こうしたオイルの液滴は、壁面を伝って低い部分に集まるため、主通路４３では、ブローバイガスから分離したオイルが最下部４３ｃに集まり、滞留するおそれがある。

本実施形態では、上記のように主通路４３内にオイルが滞留することを抑制すべく、流速増幅手段によって主通路４３内でのブローバイガスの流速を高めるようにしている。以下、図２を参照して流速増幅手段について説明する。

図２に示すように、シリンダヘッドカバー１３における主通路４３、及び接続通路５６からなるヘッド内通路３９のうち、主通路４３の右下角部が、内燃機関１０が搭載される姿勢において最も低いところに位置する部位である最下部４３ｃとなっている。最下部４３ｃは、エゼクタ５８と接続通路５６を介して接続されている。

接続通路５６は、その先端部を最下部４３ｃに向けてシリンダヘッドカバー１３内の空間、すなわち主通路４３内に突出させた態様でシリンダヘッドカバー１３内に形成されている。これにより、主通路４３では、最下部４３ｃ近傍の通路断面積が狭められた態様となっている。また、接続通路５６の先端部には、同接続通路５６の通路断面積を部分的に小さくした絞り部５６ａが設けられている。なお、接続通路５６の絞り部５６ａの通路断面積は、エゼクタ５８及びオイルセパレータ４１ａの性能を鑑みて、オイルセパレータ４１ａを通過したブローバイガスに含まれるオイルがエゼクタ５８によって適切に吸引されるように調整されている。

次に、本実施形態のブローバイガス処理装置３６の作用について、流速増幅手段によって主通路４３におけるブローバイガスの流速が高められる態様を中心に説明する。
上述したように、過給機３０による過給がなされているとき等、過給機３０よりも下流側の吸気通路１９内の圧力が高くなり、ブローバイガスがエゼクタ５８を介して吸気通路１９に導入される際には、連通路４１から主通路４３内に流入したブローバイガスが、同主通路４３内を流れて接続通路５６に流出するようになる。こうして主通路４３内をブローバイガスが流れるときには、通路断面積が小さくされた絞り部５６ａが流速増幅手段として機能し、同絞り部５６ａをブローバイガスが通過する際にブローバイガスの流速が高まることになる。更に、主通路４３の最下部４３ｃとエゼクタ５８とを接続する接続通路５６に絞り部５６ａが設けられていることによって、最下部４３ｃに大きな吸引力が作用するようになる。

また、接続通路５６が最下部４３ｃに向かって主通路４３内に突出しており、接続通路５６の先端部に設けられた絞り部５６ａと主通路４３の最下部４３ｃとの距離が近づけられていることも、最下部４３ｃに大きな吸引力を作用させる上では有利に作用する。

更に、接続通路５６が最下部４３ｃに向かって主通路４３内に突出していることは、主通路４３における最下部４３ｃ近傍の通路断面積を狭め、最下部４３ｃにおけるブローバイガスの流速を高める上でも有利に作用する。

こうして流速が高められたブローバイガスの流れによって、主通路４３の最下部４３ｃから下流側にオイルが持ち去られやすくなる。
上述したブローバイガス処理装置３６によれば以下の効果を奏することができる。

（１）最下部４３ｃを流れるブローバイガスの流速が高められ、流速が高められたブローバイガスの流れによって主通路４３の最下部４３ｃから下流側にオイルが持ち去られやすくなる。そのため、主通路４３の壁面を伝って最下部４３ｃに集まってくるオイルの液滴を滞留させずに速やかに吸気通路１９に導入することができる。すなわち、ブローバイガス通路３７内にオイルが滞留することを抑制することができ、ひいては、多量のオイルが一度に下流側に流れ込むことによって生じる失火や、白煙の発生等を抑制することができる。

（２）接続通路５６の絞り部５６ａでは通路断面積が小さくされているため、絞り部５６ａをブローバイガスが通過する際にブローバイガスの流速が高まることになる。これによって、絞り部５６ａにて負圧が発生するため絞り部５６ａ上流側においてもブローバイガスの流速が高まる。したがって、主通路４３の最下部４３ｃにオイルが溜まることを、絞り部５６ａといった簡易な構成を追加することによって抑制することができる。

（３）主通路４３の最下部４３ｃとエゼクタ５８とを接続する接続通路５６に絞り部５６ａが設けられているため、主通路４３の最下部４３ｃに大きな吸引力を作用させるとともに、この部分を流れるブローバイガスの流速を高めることができるようになり、最下部４３ｃからより円滑にオイルを除去することができる。

（４）接続通路５６の先端部の絞り部５６ａが主通路４３の最下部４３ｃに向かって突出しているため、最下部４３ｃとエゼクタ５８による吸引力を生じさせる接続通路５６の先端部の絞り部５６ａとの距離が近くなっている。また、接続通路５６が主通路４３を構成しているシリンダヘッドカバー１３内の空間に突出しており、主通路４３における最下部４３ｃ近傍の通路断面積が狭められている。したがって、主通路４３の最下部４３ｃに大きな吸引力を作用させるとともに、この部分を流れるブローバイガスの流速を高めることができる。

（５）仮に主通路４３の最下部４３ｃにオイルの排出通路を設けるとともに、同排出通路に逆止弁を設けたり油筒を設けたりすれば、排出通路からのオイルの逆流を抑制しつつ最下部４３ｃに溜まるオイルを排出することができる。しかしながら、排出通路に逆止弁を設ける場合には、オイルが固着することによって逆止弁に作動不良が生じるおそれがある。また、排出通路に油筒を設ける場合には、排出通路からのオイルの逆流を抑制するための油筒長さを確保するためにある程度のスペースが必要となるため、ブローバイガス処理装置３６が大型化するおそれがある。本実施形態によれば、こうした排出通路、逆止弁、及び油筒といった構成を設けることなく最下部４３ｃからオイルを排出することができるため、作動不良や装置の大型化の問題の発生を抑制しつつ、ブローバイガス通路３７内へのオイルの滞留を抑制することができる。

なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・ＰＣＶバルブ５１として電動式の調節弁を採用してもよい。こうした形態でも、スロットルバルブ２３の下流の吸気通路１９内に負圧が生じるときにＰＣＶバルブ５１の開度を開弁するようにすれば、上記実施形態と同様にＰＣＶ通路５２を介してクランクケース１４内のブローバイガスを吸気通路１９に導入することができる。

・接続通路５６の先端部を、主通路４３の最下部４３ｃに近づく方向以外の方向に向けて突出させてもよい。また、接続通路５６の絞り部５６ａが設けられた先端部は、突出するものでなく、主通路４３の内部の壁面に開口するように同主通路４３と接続するものであってもよい。これらの形態によれば、上記実施形態で得ることのできる（１）〜（３）、（５）と同様の効果を奏することができる。

・絞り部５６ａは、主通路４３等、ヘッド内通路３９における接続通路５６以外の部位に設けるようにしてもよい。ただし、主通路４３の最下部４３ｃに大きな吸引力を作用させるためには、絞り部５６ａを最下部４３ｃの近傍に設けることが望ましい。

・流速増幅手段は、絞り部５６ａ以外であってもよい。例えば、流速増幅手段としてブローバイガス通路３７内にポンプを設け、同ポンプによって主通路４３の最下部４３ｃから接続通路５６に向けて流れるブローバイガスの流速を増幅させるようにしてもよい。

・内燃機関１０の搭載される姿勢によっては、主通路４３のうち、図２に示す最下部４３ｃの位置以外の部位が最下部となることもある。こうした形態においても、最下部となる部位で流れるブローバイガスの流速を流速増幅手段によって高めるようにすれば、上記実施形態及び上記変形例と同様の効果を奏することができる。

・ヘッド内通路３９の最も低い位置の部位である最下部からオイルを排出可能な排出通路を設けたり、同最下部からＰＣＶ通路５２を介してオイルを排出可能な位置にＰＣＶバルブ５１及びＰＣＶ通路５２を設けたりすれば、接続通路５６、流入通路５７、エゼクタ５８、及び流出通路５９は省略可能である。こうした形態においても、主通路４３の最下部４３ｃ等、内燃機関１０が搭載される姿勢によってヘッド内通路３９の最も低い位置の部位である最下部で、流れるブローバイガスの流速が流速増幅手段によって高められるようにすれば、上記実施形態及び上記変形例と同様の効果を奏することができる。

・上記変形例のように、接続通路５６、流入通路５７、エゼクタ５８、及び流出通路５９を省略しても上記最下部からオイルを排出可能な形態であれば、過給機３０を省略した内燃機関１０のブローバイガス処理装置３６に流速増幅手段を適用することもできる。

・ヘッド内通路３９をシリンダヘッド１２内に形成するようにしてもよい。この形態では、例えば、連通路４２を省略し、連通路４１と主通路４３とを直接接続させる。そして、主通路４３をシリンダヘッド１２内に設け、この主通路４３にＰＣＶバルブ５１を接続させる。更に、接続通路５６、流入通路５７、エゼクタ５８、及び流出通路５９を有する場合であれば、シリンダヘッド１２内の主通路４３と接続するように接続通路５６を設ける。こうした形態でも、内燃機関１０の搭載される姿勢によってヘッド内通路３９の最も低い位置の部位である最下部で、流れるブローバイガスの流速を流速増幅手段によって高めるようにすれば、上記実施形態及び上記変形例と同様の効果を奏することができる。

１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１３…シリンダヘッドカバー、１４…クランクケース、１９…吸気通路、３０…過給機、３６…ブローバイガス処理装置、３７…ブローバイガス通路、３８…ブロック内通路、３９…ヘッド内通路、４１，４２…連通路、４１ａ…オイルセパレータ、４３…主通路、４３ｃ…最下部、５１…ＰＣＶバルブ、５２…ＰＣＶ通路、５６…接続通路、５６ａ…絞り部、５７…流入通路、５８…エゼクタ、５９…流出通路、６０…導入通路、６１…第１導入通路、６２…第２導入通路。

Claims (3)

1. シリンダブロック内に形成されたブロック内通路とシリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方に形成されたヘッド内通路とを含み、クランクケース内のブローバイガスを、前記ブロック内通路を経由して前記ヘッド内通路を通過させ、吸気通路に導入するブローバイガス通路と、
   前記ブロック内通路に設けられ、ブローバイガスからオイルを分離して除去するオイルセパレータと、を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置であり、
   前記ヘッド内通路のうち、前記内燃機関が搭載される姿勢において最も低いところに位置する部位である最下部を流れるブローバイガスの流速を高める流速増幅手段が設けられている
   ブローバイガス処理装置。
2. 前記内燃機関に、過給機と、吸気を前記過給機よりも下流側の吸気通路から前記過給機よりも上流側の吸気通路に循環させる循環通路と、同循環通路に設けられるエゼクタとが設けられているとともに、
   前記ヘッド内通路に、前記最下部と前記エゼクタとを接続する接続通路が設けられており、
   前記流速増幅手段は、前記接続通路の通路断面積を部分的に小さくした絞り部である
   請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
3. 前記ヘッド内通路は、前記シリンダヘッド内及び前記シリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方の空間によって構成された主通路と、先端部に前記絞り部が設けられた前記接続通路とからなり、
   前記接続通路は、前記絞り部が設けられた先端部を前記最下部に向けて前記シリンダヘッド内及び前記シリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方の空間に突出させた態様で前記シリンダヘッド内及びシリンダヘッドカバー内の少なくともいずれか一方に形成されている
   請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。