JP2006022777A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランク室内におけるオイル成分のスラッジ化を抑制し、エンジンの高性能化を図る。
【解決手段】 エンジン１は、クランクシャフト１０が挿設されるクランクケース部１１内の内部空間１２を、各気筒毎に対応したクランク室１２ａに区画する隔壁５と、この隔壁５に設けられ、隣り合う位置にあるクランク室１２ａを互いに連通する通気経路１３と、クランク室１２ａ内に流入するブローバイガスを換気するための換気経路１７ａ，１７ｂとを備えており、換気経路１７ａ，１７ｂの開口端が通気経路１３の内壁面に穿設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関（エンジン）に関し、より特定的には、一般にＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置と呼ばれる、ブローバイガス還元装置を具備した内燃機関に関する。

車両等に搭載されるエンジンにおいては、シリンダ内で燃料と空気の混合物を燃焼させ、燃焼によって生じるエネルギーをもとにピストンを往復動させて動力を得る。通常、この種のエンジンにおいては、未燃焼の混合気（ブローバイガス）を大気中に放出することなく、再度吸気系を通じてエンジンの燃焼室内に送り込んで再燃焼させるＰＣＶ装置が搭載される。

図４および図５は、一般的なＰＣＶ装置の構成および動作を説明するための模式断面図である。なお、図４においては、エンジンが軽負荷状態にある場合の新気およびブローバイガスの流れを矢印にて示しており、図５においては、エンジンが高負荷状態にある場合の新気およびブローバイガスの流れを矢印にて示している。

図４および図５に示すように、エンジン１は、主として、シリンダブロック２と、オイルパン６と、シリンダヘッドカバー７と、ピストン８とから構成されている。シリンダブロック２は、上部に位置するシリンダ部３と、下部に位置するスカート部４とからなる。シリンダ部３にはシリンダ９が設けられており、その内部にはピストン８が嵌挿されている。オイルパン６は、シリンダブロック２の下方に取付けられる。これにより、シリンダブロック２のスカート部４とオイルパン６によってクランクシャフト１０が挿設されるクランクケース部１１が形成されている。

シリンダヘッドカバー７は、シリンダブロック２の上方に取付けられる。これにより、シリンダヘッドカバー７の内部には、ＰＣＶ室７ａが形成されている。ＰＣＶ室７ａは、シリンダヘッドカバー７に接続された第１ＰＣＶ経路１８および第２ＰＣＶ経路１９に連通している。上記クランクケース部１１の内部空間１２とＰＣＶ室７ａとは、シリンダ９の側壁に設けられた連通路１７によって接続されている。

ブローバイガスは、ピストン８とシリンダ９との隙間からクランクケース部１１の内部空間１２へ漏れ出る混合ガスのことであって、このブローバイガスには多量の炭化水素が含まれており、かつ強酸性であるため、あまり多いとエンジンオイルの劣化やエンジン１内部の錆の原因になる。また、炭化水素が含まれているため、このまま大気に解放することは環境によくない。そのため、ブローバイガスは、軽負荷時においては第１ＰＣＶ経路１８を通じて（図４参照）、高負荷時においては第１ＰＣＶ経路１８および第２ＰＣＶ経路１９を通じて（図５参照）、吸気系２０の負圧を利用して強制的に吸気系２０へと戻されることになる。

吸気系２０には、主として、エアクリーナ２１と、スロットルバルブ２３と、サージタンク２４とが設けられている。エアクリーナ２１は、フィルタ２２を有しており、吸気系２０に導入された吸気を清浄化する。エアクリーナ２１にて清浄化された吸気は、スロットルバルブ２３にてエンジン１へ供給される吸気量が調整され、サージタンク２４へと供給される。サージタンク２４に供給された吸気は、吸気ポート２５を通って吸気バルブ１５ａからエンジン１内部の燃焼室１６へと供給される。供給された吸気により燃料が燃焼され、排気バルブ１５ｂおよび排気ポート３１を介して燃焼ガスがエンジン１の外部へと排出される。

ピストン８とシリンダ９との隙間で発生したブローバイガスは、クランクケース部１１の内部空間１２と、シリンダ９の側壁に設けられた連通路１７と、シリンダヘッドカバー７の内部に形成されたＰＣＶ室７ａとを通り、さらに軽負荷時においては第１ＰＣＶ経路１８を通って、高負荷時においては第１ＰＣＶ経路１８および第２ＰＣＶ経路１９を通って、吸気ポート２５へと導かれる。第１ＰＣＶ経路１８には、ＰＣＶバルブ１８ａが設けられている。このＰＣＶバルブ１８ａは、吸気系２０の負圧の強さで流量を規制する流量調節弁である。すなわち、図４および図５に示すように、第１ＰＣＶ経路１８は、ＰＣＶバルブ１８ａによりその流量が調節されてスロットルバルブ２３の下流側にブローバイガスを還元する。また、第２ＰＣＶ経路１９は、エンジン１の高負荷時において、エアクリーナ２１の下流側でかつスロットルバルブ２３の上流側にブローバイガスを還元し、低負荷時において、新気をクランクケース部１１の内部空間１２に導入する。

上述の構成のＰＣＶ装置を備えたエンジンにおいては、オイル成分のスラッジ化が問題となる。ここに言うオイル成分とは、エンジンオイル等の潤滑油に含まれるオイル成分のこであり、主にブローバイガス中にミストとなって拡散するオイル成分のことを意味する。オイル成分のスラッジ化は、ブローバイガス中に含まれる酸化窒素や水分等がブローバイガス中に混入したオイル成分に作用することによって生じる。スラッジ化したオイル成分はもはや潤滑油として機能することはないため、オイルの劣化のみならずオイル量の減少にも繋がり、エンジンの性能低下の原因となっている。

上述のオイル成分のスラッジ化を抑制するためには、ブローバイガス中へのオイル成分の混入を防止することが有効である。ブローバイガス中へのオイル成分の混入の防止を図ったものとして、たとえば特開２０００−２２０４３４号公報（特許文献１）に記載のエンジンがある。特許文献１に記載のエンジンにおいては、上記問題を解決することを目的として、複数の部材で形成されるクランクケース換気通路を、複数の部材同士の接合面等にオイル成分分離チャンバを備えるものとしている。しかしながら、このような構成を採用した場合には、オイル量が多く必要になり、結果としてオイル劣化を誘発することにも繋がるという問題を有している。また、オイル量を多く必要とするため、オイルを貯留するスペースを従来に比して大きく確保することが必要になり、装置の大型化は免れられない。
特開２０００−２２０４３４号公報 オイル成分のスラッジ化を防止するためには、ブローバイガスへのオイル成分の混入を防止する以外にも、ＰＣＶ装置によるブローバイガスの換気性能を向上させることで解決を図ることが可能である。そのためには、クランクケース部の内部空間に流入したブローバイガスを新気によって逸早く希釈し、ブローバイガス中に含まれる酸化窒素の濃度を可能な限り素早く薄めることが重要である。また、希釈化したブローバイガスを逸早くＰＣＶ経路を介してクランクケース部の外部に排出することが重要である。このようにすれば、クランクケース部の内部空間においてブローバイガスがよどむことがなくなるため、局所的に酸化窒素濃度が高い部分が生じず、オイル成分のスラッジ化が抑制されるようになる。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、装置が大型化することなく、換気性能が飛躍的に向上したＰＣＶ装置を提供することにより、オイル成分のスラッジ化が抑制された高性能の内燃機関を提供することを目的とする。

本発明に基づく内燃機関は、クランクシャフトが挿設されるクランクケース部内の空間を、各気筒毎に対応したクランク室に区画する隔壁と、上記隔壁に設けられ、隣り合う位置にある上記クランク室を互いに連通する通気経路と、上記クランク室内に流入するブローバイガスを換気するための換気経路とを備えており、上記換気経路の開口端が上記通気経路の内壁面に穿設されていることを特徴とする。

このように構成することにより、クランク室内に流入するブローバイガスが、クランク室内に充満する前に通気経路の周辺において新気と混ざり合うようになるため、逸早くブローバイガスを希釈することが可能になり、局所的にブローバイガス中に含まれる酸化窒素濃度が高くなることが防止される。そのため、クランク室における換気が促進されるようになり、オイル成分のスラッジ化が防止されるようになる。

また、換気経路の開口端を各クランク室間を連通する通気経路に面して配置することにより、クランク室の内外における圧力差を最大限に利用して換気が行なえるようになるため、ブローバイガスの流れを円滑化することが可能になる。そのため、クランク室における換気が促進されるようになり、オイル成分のスラッジ化を防止することが可能になる。

さらには、上記構成を採用することにより、装置が大型化することなく、クランク室における換気が促進されるようになる。また、オイル量を増加させる必要もない。

本発明によれば、装置が大型化することなく、換気性能が飛躍的に向上したＰＣＶ装置を提供することが可能になり、内燃機関が大型化することなく、オイルの劣化やオイル量の減少が抑制可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるエンジンの要部の構造を示す模式断面図である。図１に示す断面は、上述の図４および図５に示す断面と直交する方向における断面を示したものである。図２は、図１に示すエンジンにおける隔壁の形状を示す模式側面図である。さらに、図３は、図１に示すエンジンの要部拡大断面図である。なお、上述の従来例におけるエンジンと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明の一部は省略する。

まず、図１を参照して、本実施の形態におけるエンジンの全体構造について説明する。図１に示すように、本実施の形態におけるエンジン１は、４つの気筒を備える直列４気筒のエンジンである。エンジン１は、主として、シリンダブロック２と、オイルパン６と、図１においては図示しないシリンダヘッドカバー７（図４および図５参照）と、ピストン８とによって構成されている。シリンダブロック２は、上部に位置するシリンダ部３と、下部に位置するスカート部４と、各気筒間に配置された隔壁５とを含んでいる。シリンダ部３の内側には、シリンダ９が設けられており、このシリンダ９内にピストン８が嵌挿されている。なお、各気筒に配されたピストン８は、それぞれコンロッドを介してクランクシャフト１０に接続されている。

シリンダブロック２の下方には、オイルパン６が取付けられている。これにより、シリンダブロック２の下部に位置するスカート部４とオイルパン６とによってクランクシャフト１０が挿設されるクランクケース部１１が形成されている。クランクケース部１１の内部空間１２には、上述のシリンダ部３から下方に向かって延設された隔壁５が位置しており、これによってクランクケース部１１の内部空間１２がそれぞれの気筒に対応したクランク室１２ａに区画形成されている。

図１においては図示を省略しているが、シリンダブロック２の上方には、シリンダヘッドカバー７が取付けられる。これにより、シリンダヘッドカバー７の内部にＰＣＶ室７ａ（図４および図５参照）が形成される。ＰＣＶ室７ａの内部には、ガスの流路が迷路状に形成されており、この迷路状に形成されたガスの流路によってブローバイガス中に含まれるオイル成分を分離除去するオイルセパレータが構成される。オイルセパレータは、ミスト状のブローバイガスを液化し、オイル戻し管を介してクランク室１２ａにオイル成分を還流するための装置である。なお、本実施の形態におけるエンジン１においては、シリンダヘッドカバー７内に位置するオイルセパレータは、後述する新気経路１７ａに連通する新気側オイルセパレータと、後述するブローバイガス経路１７ｂに連通するブローバイガス側オイルセパレータとの２つに分割されている。

次に、図１ないし図３を参照して、本実施の形態におけるエンジンに搭載されるＰＣＶ装置の構成について説明する。図１および図２に示すように、本実施の形態におけるエンジン１にあっては、隣り合うように位置するクランク室１２ａの間に位置する隔壁５の所定位置に、それぞれのクランク室１２ａを互いに連通させる通気経路１３が設けられている。この通気経路１３は、気筒毎に独立して設けられたクランク室１２ａの内圧差を低減し、均一にするための呼吸穴である。この通気経路１３により、各気筒毎に独立して設けられたクランク室１２ａの内圧差が低減されるため、ピストン８によるポンピングロスが低減されるようになる。

図１および図３に示すように、隣り合うクランク室１２ａを区画形成する隔壁５には、シリンダ９の軸方向に沿って新気経路１７ａおよびブローバイガス経路１７ｂが設けられている。隔壁５に設けられた新気経路１７ａの開口端１７ａ１およびブローバイガス経路１７ｂの開口端１７ｂ１は、通気経路１３を形成している隔壁５の内壁面に穿設されている。また、シリンダブロック２の両端に位置する側壁には、シリンダ９の軸方向に沿って新気経路１７ａが設けられている。シリンダブロック２の側壁に設けられた新気経路１７ａの開口端は、両外側に位置するクランク室１２ａに面する部分の側壁に穿設されている。

新気経路１７ａは、エンジン１の低負荷時において、吸気系２０からクランク室１２ａに新気を導入する換気経路であり、高負荷時において、クランク室１２ａ内に充満しているブローバイガスを吸気系２０に導出する換気経路である。この新気経路１７ａは、図４および図５に示すエンジンにおける第２ＰＣＶ経路１９に通ずる経路であり、シリンダヘッドカバー７内に設けられたＰＣＶ室７ａ（新気側オイルセパレータ）を介して吸気系２０に連通している。

ブローバイガス経路１７ｂは、エンジン１の低負荷時および高負荷時において、クランク室１２ａ内に充満するブローバイガスを吸気系２０に導入する換気経路である。このブローバイガス経路１７ｂは、図４および図５に示すエンジンにおける第１ＰＣＶ経路１８に通ずる経路であり、シリンダヘッドカバー７内に設けられたＰＣＶ室７ａ（ブローバイガス側オイルセパレータ）を介して吸気系２０に連通している。

次に、図３を参照して、上記構成のエンジンにおける換気機能について説明する。なお、図３においては、ブローバイガスと新気の流れをそれぞれ矢印にて示している。

図３に示すように、クランク室１２ａの新気経路１７ａ側においては、ピストン８とシリンダ９の隙間からクランク室１２ａに流入するブローバイガスが、シリンダ９の側壁に設けられた新気経路１７ａおよび通気経路１３を介してクランク室１２ａに流入する新気によってミキシングされる。上述のとおり、通気経路１３は、隣り合うクランク室１２ａ同士の内圧差を減じるために設けられるものであり、各気筒が位相差をもって圧縮・膨張を繰り返しているため、通気経路１３を介して行き来するガス流動はクランク室１２ａの他の部分に比して大きい。そのため、効果的にブローバイガスと新気とを混合することが可能となり、均一なブローバイガスの希釈化が行なえるようになる。

また、図示するように、通気経路１３の開口端をクランク室１２ａの上部、すなわちシリンダ９（シリンダ部３）の直下の隔壁５に設けることにより、クランク室１２ａに流入するブローバイガスを逸早くミキシングすることが可能になる。そのため、ブローバイガスがクランク室１２ａに充満する前に、通気経路１３の開口端近傍においてブローバイガスを新気で希釈することが可能になるため、クランク室１２ａ内部においてブローバイガスがよどむことが防止されようになり、局所的に酸化窒素が高濃度となる部分が生じなくなる。したがって、オイル成分のスラッジ化が抑制できるようになる。

一方、図３に示すように、クランク室１２ａのブローバイガス経路１７ｂ側においては、新気経路１７ａから流入する新気によって希釈されたブローバイガスが、通気経路１３およびブローバイガス経路１７ｂを介してクランク室１２ａ外部へと吸い上げられる。これは、ブローバイガス経路１７ｂの下流に位置する第２ＰＣＶ経路に設けられたＰＣＶバルブ１８ａの作用によるものであり、吸気系２０の負圧を利用して強制的にクランク室１２ａ内のフローバイガスが吸気系２０に吸引されるものである。

上述のとおり、通気経路１３を介して行き来するガス流動はクランク室１２ａの他の部分に比して大きい。そのため、本実施の形態の如くブローバイガス経路１７ｂの開口端１７ｂ１を通気経路１３に面するように設けることにより、より効果的にクランク室１２ａ内のブローバイガスをブローバイガス経路１７ｂを介して吸引することが可能になり、円滑なブローバイガスの吸引が可能になる。

以上を総合すると、本実施の形態の如くのＰＣＶ装置を備えたエンジンとすることにより、クランク室における換気が促進されるようになり、オイル成分のスラッジ化が防止されるようになる。そのため、エンジン性能を長期間にわたって高く維持することが可能になる。また、上記構成とすることにより、ＰＣＶ装置やエンジン自体が大型化することもないため、オイル量を増加させる必要もなく、安価に高性能のエンジンを製作することが可能になる。

上述の一実施の形態においては、直列４気筒のエンジンを例示して説明を行なったが、本発明の適用対象はこのような形式のエンジンに限定されるものではなく、Ｖ型６気筒のエンジンやＶ型８気筒のエンジンなど、多気筒のエンジンであればどのようなものにも適用が可能である。特に、Ｖ型６気筒のエンジンやＶ型８気筒のエンジンにおいては、各気筒における位相差が直列４気筒のエンジンに比べて小さいため、通気経路による内圧の平均化の効果が大きく、故にブローバイガスと新気とのミキシング効果は余り高く得られない。そのため、本発明を適用することにより、より大きいミキシング効果が得られるようになるため、結果として得られる換気性能の向上も飛躍的に大きくなる。

このように、今回開示した上記一実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の一実施の形態におけるエンジンの要部における模式断面図である。 本発明の一実施の形態におけるエンジンのクランク室を区画形成する隔壁の側面図である。 図１に示すエンジンにおける新気およびブローバイガスの流れを説明するための模式拡大断面図である。 一般的なＰＣＶ装置の構成および動作を説明するための模式断面図であり、エンジンが軽負荷状態にある場合の新気およびブローバイガスの流れを示す図である。 一般的なＰＣＶ装置の構成および動作を説明するための模式断面図であり、エンジンが高負荷状態にある場合の新気およびブローバイガスの流れを示す図である。

符号の説明

１ エンジン、２ シリンダブロック、３ シリンダ部、４ スカート部、５ 隔壁、６ オイルパン、７ シリンダヘッドカバー、７ａ ＰＣＶ室、８ ピストン、９ シリンダ、１０ クランクシャフト、１１ クランクケース部、１２ （クランクケースの）内部空間、１２ａ クランク室、１３ 通気経路、１５ａ 吸気バルブ、１５ｂ 排気バルブ、１６ 燃焼室、１７ 連通路、１７ａ 新気経路、１７ａ１ （新気経路の）開口端、１７ｂ ブローバイガス経路、１７ｂ１ （ブローバイガス経路の）開口端、１８ 第１ＰＣＶ経路、１８ａ ＰＣＶバルブ、１９ 第２ＰＣＶ経路、２０ 吸気系、２１ エアクリーナ、２２ フィルタ、２３ スロットルバルブ、２４ サージタンク、２５ 吸気ポート、３１ 排気ポート。

Claims (1)

1. クランクシャフトが挿設されるクランクケース部内の空間を、各気筒毎に対応したクランク室に区画する隔壁と、
   前記隔壁に設けられ、隣り合う位置にある前記クランク室を互いに連通する通気経路と、
   前記クランク室内に流入するブローバイガスを換気するための換気経路とを備え、
   前記換気経路の開口端が、前記通気経路の内壁面に穿設されている、内燃機関。

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