JP2004308539A

JP2004308539A - 内燃機関のブローバイガス還流装置

Info

Publication number: JP2004308539A
Application number: JP2003102418A
Authority: JP
Inventors: Hisao Okawa; 尚男大川; Michihiro Yamane; 通宏山根; Masatoshi Haneda; 雅敏羽田
Original assignee: Aichi Machine Industry Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Aichi Machine Industry Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP4323203B2; EP1467069A2; CN1278027C; CN1536204A; US20040244783A1; EP1467069A3; DE602004006659T2; DE602004006659D1; US7047955B2; EP1467069B1

Abstract

【課題】内燃機関の全高を低くしつつブローバイガスに対する気液分離性能を高める。
【解決手段】シリンダヘッド２の吸気ポート１６の下部に、気筒列方向に細長く延びた気液分離室３１が形成され、その一端部にブローバイガス入口通路３４が、他端部にブローバイガス出口通路３６が、それぞれ接続される。気液分離室３１は、シリンダヘッド２下面２ｂに開口した凹溝状に鋳造され、シリンダブロック１上面１ａによって閉塞されている。ブローバイガス入口通路３４は、シリンダヘッドカバー６内の動弁室に連通し、ブローバイガス出口通路３６は、シリンダヘッドカバー６の流量制御弁３８に至る。気液分離室３１底面からシリンダブロック１およびオイルパン３内部を通してオイルドレン通路４１が下方へ延び、油面より下方で開口する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のクランクケース内に流出したブローバイガスを、シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由して取り出し、吸気系に還流させるように構成した内燃機関のブローバイガス還流装置に関し、特に、その気液分離室の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のクランクケース内に新気を導入し、この新気と置換する形でクランクケース内から取り出されるブローバイガスを吸気系に戻して燃焼させるブローバイガス還流装置が従来から広く用いられているが、この種の装置では、クランクケース内からブローバイガスとともに潤滑油が持ち出されることを防止するために、一般に、オイルセパレータつまり気液分離室をブローバイガスの排出経路に介在させた構成となっている。
【０００３】
特許文献１には、シリンダヘッドの上面開口を覆うシリンダヘッドカバーの内側面に、気液分離室を形成した構成が開示されている。具体的には、シリンダヘッドカバーの上部の内側面に凹溝部を形成し、ここに別体のプレート状部材を取り付けることによって、細長い気液分離室を画成してある。そして、この気液分離室の内部には、複数の邪魔板が設けられており、これにより蛇行した流路を構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１０３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにシリンダヘッドカバー内側に気液分離室を形成した従来の構成では、シリンダヘッドカバーの高さ方法の寸法がそれだけ大きくなることから、内燃機関の全高が高くなり、例えば、自動車のエンジンフードのデザインが制約される、といった不具合がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のブローバイガス還流装置は、シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由してブローバイガスを取り出し、吸気系に還流させるように構成したものであって、特に、上記気液分離室を、上記シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成してある。
【０００７】
望ましくは、上記気液分離室は、シリンダヘッドの下面に凹部状に開口するように形成され、シリンダブロック上面との接合によって、その下面開口が覆われたものとなる。この場合、気液分離室をシリンダヘッドの鋳造の際に容易に鋳造形成することができ、また、気液分離室内部の邪魔板をシリンダヘッド自体と一体に鋳造することが容易である。
【０００８】
シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成された気液分離室は、一般に、シリンダヘッド内部のウォータジャケットに隣接したものとなるので、冷却水の通流による冷却作用を受ける。そのため、ブローバイガスの温度が低下し、より効果的にオイルミストが分離除去される。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、気液分離室をシリンダヘッドの吸気ポート下部に形成することにより、シリンダヘッドカバーの高さ、ひいては内燃機関の全高を低くすることができる。また、ブローバイガスがシリンダヘッド内部のウォータジャケットにより冷却されるため、潤滑油の分離性能が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１および図２は、この発明に係るブローバイガス還流装置を備えた内燃機関全体の構成を示す断面図および側面図である。この実施例の内燃機関は、直列３気筒ガソリン機関であって、シリンダブロック１の上面にシリンダヘッド２が固定されているとともに、シリンダブロック１の下面にオイルパン３が固定されている。この実施例では、上記オイルパン３は、例えばアルミニウム合金を用いて鋳造された剛性の高いオイルパンアッパ３Ａと、鋼板をプレス成形してなるオイルパンロア３Ｂと、からなり、上記オイルパンロア３Ｂがオイルパン３の底面部分を構成している。このオイルパン３と上記シリンダブロック１とによって、回転運動するクランクシャフト４が収容されるクランクケース５が形成されている。また、上記シリンダヘッド２の上面開口を覆うように、例えば合成樹脂成形品からなるシリンダヘッドカバー６が取り付けられており、これによって、カムシャフト７，８等が収容される動弁室１０が密閉状態に構成されている。上記動弁室１０は、該動弁室１０内からオイルパン３側へ潤滑油を戻すためにシリンダヘッド２からシリンダブロック１に連続して上下方向に形成された複数のオイル落とし孔１１や、図示せぬ機関前端のチェーン室を介して、クランクケース５と連通している。従って、シリンダ１２内壁面とピストン１３との間からクランクケース５内に流出したブローバイガスは、動弁室１０へと流れることが可能である。
【００１２】
上記シリンダヘッド２は、例えばアルミニウム合金を用いて一体に鋳造されたものであって、燃焼室１５から一方の側面へ向かう吸気ポート１６と他方の側面へ向かう排気ポート１７とを有し、かつこれらの周囲を囲むように、中子によって、シリンダヘッド側ウォータジャケット１８が形成されている。このシリンダヘッド側ウォータジャケット１８は、一般に、図示せぬシリンダヘッドガスケットの連通孔を介してシリンダブロック側ウォータジャケット１９と連通しているが、両者を分離独立した流路として構成することも可能である。なお、吸気弁２０および排気弁２１は、それぞれ上方のカムシャフト７，８によって直動形式で駆動される。
【００１３】
上記吸気ポート１６は、図１に示すように、排気ポート１７よりも上方に立ち上がった形に形成されており、図示せぬ吸気マニホルドが取り付けられるフランジ面２２が、斜め上方を向いて形成されている。そして、この吸気ポート１６の下部に、ブローバイガスからオイルミストを分離除去するための気液分離室３１が形成されている。この気液分離室３１は、図４にも示すように、シリンダヘッド２の下面（ロアデッキ面）２ｂに開口する凹部状に鋳造時に形成されたもので、シリンダヘッド２がシリンダブロック１上に組み付けられた状態において、シリンダブロック１上面（アッパデッキ面）１ａと接合することによって下面開口が覆われ、気液分離室３１として密閉されたものとなる。上記気液分離室３１は、内燃機関の前後端部におけるシリンダヘッド２の幅に比べて僅かに外側へ張り出しており、従って、シリンダブロック１上面１ａも、これに対応して、吸気弁側の側縁部分が外側へ張り出して排気弁側よりも幅広なものとなっている。なお、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との間には、シール部材としてプレート状の図示せぬシリンダヘッドガスケットが挟み込まれており、このシリンダヘッドガスケットの一部によって気液分離室３１の周囲がシールされる。また上記気液分離室３１は、十分な長さを確保するために、気筒列方向に沿って細長い通路状に形成されており、３つの気筒の吸気ポート１６の下部に亘って延びている。そして、この細長い気液分離室３１を３つの領域に区画するような形で、気液分離室３１内部に２つの邪魔板３２が設けられている。この邪魔板３２は、ブローバイガスの流れを横切るような板状をなし、気液分離室３１底面つまりシリンダブロック１上面との間に所定の間隙が残るように、気液分離室３１上壁面からシリンダブロック１側へ向かって突出している。上記のように気液分離室３１は、シリンダヘッド２下面２ｂに開口した形に鋳造されるので、上記の邪魔板３２も同時に鋳造することが可能であり、特に、中子によらずに邪魔板３２を含む気液分離室３１部分の外方からの型抜きが可能である。また、図１に示すように、上記気液分離室３１は、シリンダヘッド側ウォータジャケット１８に薄い隔壁３３を介して隣接している。
【００１４】
図２〜図４に示すように、細長い通路状をなす気液分離室３１の一端部には、ブローバイガス入口通路３４が接続され、他端部には、ブローバイガス出口通路３６が接続されている。上記ブローバイガス入口通路３４は、シリンダヘッド２内部を通る内部通路として形成されており、気液分離室３１から上方へ延び、シリンダヘッド２上端のシリンダヘッドカバー取付面２ａに開口している。そして、このシリンダヘッドカバー取付面２ａにおいて、シリンダヘッドカバー６側のブローバイガス入口通路３５に接続されている。このブローバイガス入口通路３５は、シリンダヘッドカバー６の膨出部６ａ内に形成されたもので、図１に示すように、一端がブローバイガス吸入口３５ａとしてシリンダヘッドカバー６の上部内壁面に開口し、かつシリンダヘッドカバー６の側壁部に沿って、シリンダヘッド２に接合される側壁部下端面に達している。
【００１５】
また、上記ブローバイガス出口通路３６も同様に、シリンダヘッド２内部を通る内部通路として形成されており、気液分離室３１から上方へ延び、シリンダヘッド２上端のシリンダヘッドカバー取付面２ａに開口している。そして、このシリンダヘッドカバー取付面２ａにおいて、シリンダヘッドカバー６側のブローバイガス出口通路３７に接続されている。このブローバイガス入口通路３７は、やはりシリンダヘッドカバー６側壁部の膨出部６ｂ内に形成されたもので、上端に流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）３８が取り付けられており、かつ下端が、シリンダヘッド２に接合される側壁部下端面に達している。シリンダヘッド２とシリンダヘッドカバー６との接合面には、ゴム成形品などからなる図示せぬガスケットが介在しており、このガスケットの一部によって、ブローバイガス入口通路３４，３５の接続部ならびにブローバイガス出口通路３６，３７の接続部がそれぞれシールされている。上記流量制御弁３８の出口部は、図示せぬ外部配管を介して、機関の吸気系、詳しくはスロットル弁下流側の吸気管負圧が作用する位置に接続される。
【００１６】
なお、シリンダヘッド２におけるブローバイガス入口通路３４およびブローバイガス出口通路３６は、吸気ポート１６と干渉しない位置に形成する必要がある。例えば図４の例では、ブローバイガス出口通路３６を最後端の♯３気筒の吸気ポート１６の外側（機関後方）を通して形成してあるが、必ずしもこのような配置に限定されず、中間の気筒間位置、例えば図２，図３の例のように、ブローバイガス出口通路３６を♯２気筒の吸気ポート１６と♯３気筒の吸気ポート１６との間を通して形成することも可能である。そして、この場合、図２に示すように、気液分離室３１をブローバイガス出口通路３６の開口位置よりもさらに機関後方へ延長することもできる。
【００１７】
一方、気液分離室３１内で分離した潤滑油成分を排出するために、シリンダブロック１およびオイルパンアッパ３Ａの内部を通るオイルドレン通路４１が形成されている。このオイルドレン通路４１は、例えば♯２気筒と♯３気筒との気筒間位置において上下方向に沿って形成され、上端が気液分離室３１の底面つまりシリンダブロック１上面１ａに開口している。そして、クランクケース５部分では、気筒間のバルクヘッド４３内部を通ってシリンダブロック１下面に達し、かつオイルパンアッパ３Ａのボス部４２（図３参照）内を通ってオイルパンアッパ３Ａ下面に達している。なお、シリンダブロック１とオイルパンアッパ３Ａとの間のシール部材、例えば液体ガスケットによって、オイルドレン通路４１の接合部もシールされている。ここで、上記オイルパンアッパ３Ａ下面に達したオイルドレン通路４１の下端開口は、オイルパン３内に貯留される潤滑油の油面（特に運転中の油面位置４４）よりも下方となっている。なお、必要に応じて、管状部材を接続することによりオイルドレン通路４１を油面下方まで延長するように構成することも可能である。また、上記オイルドレン通路４１は、その上方部分４１ａにおいては、通路断面積が小さく、下方部分４１ｂにおいては、通路断面積が拡大されている。これは、気液分離室３１内が負圧となっている状態において、オイルドレン通路４１内に吸い上げられた形となる液柱の高さが、一定通路断面積とした場合よりも低くなるようにし、気液分離室３１内に潤滑油が逆流することがないようにしたものである。図示例では、シリンダブロック１の中間の高さ位置で通路断面積が変化しているが、このように通路断面積を異ならせる高さ位置ならびにそれぞれの通路断面積は、気液分離室３１とクランクケース５との間で生じ得る最大の圧力差、油面から気液分離室３１までの高さ、液柱上端と気液分離室３１底面までの必要な余裕代、等に応じて適宜に設定される。なお、通路断面積は必ずしも２段階に変化させるものに限定されず、３段階以上に変化させてもよく、あるいは連続的に変化するようにしてもよい。
【００１８】
上記のように構成されたブローバイガス還流装置においては、機関の運転中に、図示しない新気導入経路を介してクランクケース５内に新気が導入され、かつ同時に、ブローバイガス出口通路３６，３７に流量制御弁３８を介して吸気管負圧が作用する。そのため、クランクケース５内のブローバイガスは、導入された新気と置換する形で上方の動弁室１０へと流れ、動弁室１０最上端のブローバイガス吸入口３５ａからブローバイガス入口通路３５，３４を通して気液分離室３１へと流入する。上記ブローバイガス吸入口３５ａが動弁室１０の最上端に位置するので、クランクケース５から上方へ流れていったブローバイガスが円滑に流れやすく、かつ同時に、オイルミストの流入が抑制される。
【００１９】
ブローバイガスがブローバイガス入口通路３４から気液分離室３１へ入ると、通路断面積が拡大してブローバイガスの流速が低下し、かつ邪魔板３２により屈曲した流路を流れることから、油滴が分離される。例えば、ブローバイガスとともに流れてきた油滴が、邪魔板３２に衝突して分離され、大きな油滴に成長して滴下する。また、上記気液分離室３１は、シリンダヘッド側ウォータジャケット１８に隣接していて、冷却水によって積極的に冷却される。そのため、オイルミストを含むブローバイガスの温度が気液分離室３１において低下し、より一層容易にオイル成分が分離除去される。そして、気液分離室３１で気液分離された後のブローバイガスは、ブローバイガス出口通路３６，３７を通して上方へ流れ、上端の流量制御弁３８を介して、機関の吸気系へと導入されることになるが、気液分離室３１から流量制御弁３８までのブローバイガス出口通路３６，３７が機関の上下方向（詳しくはシリンダ軸線と平行な方向）に沿って形成されているので、気液分離室３１で分離しきれずにブローバイガス出口通路３６，３７の内壁面に付着した油滴は、その自重でもって下方へ流れ落ちようとし、気液分離室３１に回収される。従って、気液分離室３１自体は単純な構造でありながらも、流量制御弁３８を通してブローバイガスとともに外部へ持ち出される潤滑油を、非常に少なくすることができる。
【００２０】
気液分離室３１内で分離回収された潤滑油は、気液分離室３１底面に開口するオイルドレン通路４１を通して下方へ流れ、オイルパン３内へ戻る。このとき、オイルドレン通路４１の下端が油面下方に没しているので、気液分離室３１内が負圧となっても、クランクケース５内のブローバイガスがオイルドレン通路４１を通して気液分離室３１内へ吸い込まれることがない。また、気液分離室３１内が負圧であると、前述したように、クランクケース５内との圧力差によってオイルドレン通路４１内に液柱となって潤滑油が吸い上げられた状態となるが、その液柱の高さがある範囲に制限されるので、気液分離室３１内に潤滑油が逆流することはない。
【００２１】
従って、上記実施例の構成によれば、シリンダヘッドカバー６内に気液分離室を設けた構成に比べて、シリンダヘッドカバー６の高さ方向の寸法が小さくなり、内燃機関の全高を低くすることができる。また、上述したように、気液分離室３１が単純な構造でありながらも、高いオイル分離性能を得ることができる。しかも、上記実施例では、気液分離室３１がシリンダヘッド２の下面２ｂに開口した凹溝状に鋳造され、シリンダブロック１と組み合わせることで下面開口が閉塞される構成となっているので、中子によらずに成形でき、また気液分離室３１内に二次的な機械加工が必要な場合でも、外部から容易に加工することができる。そして、動弁室１０から流量制御弁３８へ至るブローバイガスの流路全体、さらには、オイルドレン通路４１を含めた全体を、外部配管を用いずに構成でき、通常のシリンダヘッド２やシリンダヘッドカバー６等の組立によって一連の流路が完成するので、部品点数の削減ならびに組立工数の低減を達成でき、かつ同時に、内燃機関全体の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るブローバイガス還流装置を備えた内燃機関の断面図。
【図２】同じく側面図。
【図３】同じく分解斜視図。
【図４】シリンダヘッドおよびシリンダブロックを斜め下方から見た分解斜視図。
【符号の説明】
１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
３…オイルパン
６…シリンダヘッドカバー
１８…シリンダヘッド側ウォータジャケット
３１…気液分離室
３２…邪魔板
３４…ブローバイガス入口通路
３６…ブローバイガス出口通路
３８…流量制御弁
４１…オイルドレン通路

Claims

シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由してブローバイガスを取り出し、吸気系に還流させる内燃機関のブローバイガス還流装置において、
上記気液分離室を、上記シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成したことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室は、シリンダヘッドの下面に凹部状に開口するように形成され、かつシリンダブロック上面との接合によって上記気液分離室の下面開口が覆われていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室は、ブローバイガスの流れを横切るように内部に邪魔板を有し、この邪魔板とともにシリンダヘッドの鋳造時に鋳造形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室は、複数の気筒の吸気ポートの下部に亘って延びるように、気筒列方向に沿って細長い通路状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室の一端部に接続されたブローバイガス入口通路が、シリンダヘッド内部を通る内部通路として上方へ延び、かつシリンダヘッド上端のシリンダヘッドカバー取付面に開口しており、シリンダヘッドカバー上部内壁面のブローバイガス吸入口からシリンダヘッドカバー側壁部に延びたシリンダヘッドカバー側のブローバイガス入口通路に、上記取付面において接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室の一端部に接続されたブローバイガス出口通路が、シリンダヘッド内部を通る内部通路として上方へ延び、かつシリンダヘッド上端のシリンダヘッドカバー取付面に開口しており、シリンダヘッドカバーに取り付けられた流量制御弁からシリンダヘッドカバー側壁部を通して延びたシリンダヘッドカバー側のブローバイガス出口通路に、上記取付面において接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
シリンダブロックの内部を通して上下方向に沿ったオイルドレン通路が形成されており、このオイルドレン通路の上端が上記気液分離室の底面に開口しているとともに、下端が、オイルパンの油面下方となる高さ位置まで延長されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記オイルドレン通路は、通路断面積が小さな上方部分と、通路断面積が拡大した下方部分と、を有することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
上記気液分離室は、シリンダヘッド内部のウォータジャケットに隣接して形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。