JP2012072693A - ブローバイガス還流構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＣＶ方式でブローバイガスを新気と交換する場合に、クランク室からのブローバイガスと新気がチェーンケースとカム室との間で混在し、クランク室の換気効率が低下することを回避する。
【解決手段】ヘッドカバー８内に新気２１が通る新気通路１７とブローバイガス２２が通るブローバイガス通路２８を形成するためのバッフルプレート１６を配置し、そのバッフルプレート１６とヘッドカバー８の間でブローバイガス室２５を形成し、さらに、バッフルプレート１６にカム室１５とチェーンケース１４との間を隔てる仕切壁１６ｉを設け、その仕切壁１６ｉに隣接し、ブローバイガス室２５側に突出する溝形状１６ｈを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のヘッドカバーの構造に関するものであり、より詳しくは、ブローバイガスを吸気側に返し、新気をクランク室内に導入する還流通路が施されたヘッドカバーの構造に関するものである。

内燃機関（以後「エンジン」ともいう）の特に４サイクルエンジンでは、クランク室内に未燃焼のガスであるブローバイガスが漏洩することが知られている。ブローバイガスは、燃料成分と共に、未燃焼のＨＣ（ＨｙｄｒｏＣａｒｂｏｎ）や煤を含有するため、放置しておくと、クランク室内の潤滑油を劣化させるという問題がある。したがって、このブローバイガスは何らかの方法で処理しなければならない。

ブローバイガスの処理方法にはいくつかの基本的な方法が提案されているが、近年では、インテークマニホールドの負圧を利用して、クランク室からブローバイガスを吸出すると共に、エアクリーナー直後から得た新気をクランク室内に導入するＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｒｏｏｍ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）方式が多用される。

この方法は、元々４サイクルエンジンではピストンが下降するとともに、上昇するクランク室内の圧力を逃がすクランクケースブリーザーの際に、ブローバイガスを放出する方式より、より積極的にブローバイガスを吸出し、さらに新気と入れ替え、クランク室内の雰囲気を入れ替えるという技術的発想に基づく。

したがって、ＰＣＶ方式では、エンジン内部でブローバイガスと新気を効率よく交換することが求められる。ブローバイガスの滞留をなくし、エンジン内の潤滑剤等の劣化を防止するためである。

しかし、エンジンは多くの部品で構成されているうえに、内部は多くの駆動部分で構成されており、ブローバイガスと新気を気密に区別できる通路を形成するのは困難である。すなわち、エンジンに新気を導入する通路を設けても、クランク室に到達するまでに、ブローバイガスに混じって排出され、効率的な換気が行われなかった。

この課題に対してもさまざまな提案がされている。例えば、図４を用いて、特許文献１に開示されている改善方法を示す。エンジン１００はヘッドカバー１０５と、シリンダヘッド１０３、シリンダブロック１０２、オイルパン１０６から構成される場合を例示している。クランク室１０７はシリンダブロック１０２とオイルパン１０７の間に形成される。また、シリンダブロック１０２とシリンダヘッド１０３には、チェーンケース１０４が形成される。クランク軸からの回転をカムシャフトを駆動するギアに伝えるためである。

シリンダヘッド１０３には、チェーンケース１０４に隣接してカムとカムシャフトが配置されるカム室１０３ａが形成される。ヘッドカバー１０５は、チェーンケース１０４とカム室１０３ａを覆う。クランク室１０７内で発生しブローバイガス滞留領域１１２に滞留していたブローバイガス１１１はチェーンケース１０４を通じてヘッドカバー１０５に設けられたＰＣＶバルブ１１８に到達し、ＰＣＶバルブ１１８を介して、吸気系１０８に吸引される。一方、エアクリーナ１０９直後から得られた新気１１４はＰＣＶバルブ１１８と独立に設けられた新気吸入口１２１からヘッドカバー１０５に導入され、カム室１０３ａ、シリンダブロック１０２を経由してクランク室１０７に到達する。なお、新気は、カム室１０３ａ、シリンダブロック１０２では符号１１５で表した。

この時、カム室１０３ａとチェーンケース１０４の間は、気密に分離するのは困難であり、ブローバイガスと新気が混在し、クランク室１０７内の換気が効率的に行われないという問題があった。特許文献１はこの課題に対して、オイルセパレータケース１３１を配置させ、その入口１３１ａをカム室１０３ａより下に設けることで、新気とブローバイガスが入り混じることを回避している。

特開２０１０−０９０８０２号

特許文献１では、オイルセパレータケース１３１が、ブローバイガス中のオイル切りの役目を果たし、また、オイルセパレータケース１３１の入口１３１ａがカム室１０３ａより下方にあるため、新気とブローバイガスが混在することが回避されるという点で効果がある。しかし、オイルセパレータケース１３１という付属部品を別に用意する必要があり、取り付ける工程が必要であることを考慮すると、製造コストや製造工程の観点で効率的ではなかったという課題が存在した。本発明はこのような課題に鑑みて想到されたものである。

上記の課題を解決するために本発明は、ヘッドカバー内に新気が通る新気通路とブローバイガスが通るブローバイガス通路を形成するためのバッフルプレートを配置し、そのバッフルプレートとヘッドカバーの間でブローバイガス室を形成し、さらに、バッフルプレートにカム室とチェーンケースとの間を隔てる仕切壁を設け、その仕切壁に隣接し、前記ブローバイガス室側に突出する溝形状を設けた。

より具体的には、本発明のブローバイガス還流構造は、
エンジンのヘッドカバーからＰＣＶバルブを介してブローバイガスを吸気路に戻すブローバイガス管と、前記ブローバイガス管と独立に設けられ、新気を前記ヘッドカバーに導入させる新気管を有するＰＣＶ方式のブローバイガス還流構造であって、
前記ヘッドカバー内で前記新気が通る第１の新気通路を形成するバッフルプレートと、
チェーンケース上部を前記バッフルプレートの一部で塞ぎ、前記バッフルプレートの一部と前記ヘッドカバー上面とで形成され、前記ＰＣＶバルブと連通するブローバイガス室と、
前記新気通路から前記バッフルプレートの下方に配置されたカム室を経て、シリンダブロック内を貫通しクランク室へ通じる第２の新気通路と、
前記クランク室から前記チェーンケース内を通り、前記ブローバイガス室へ通じるブローバイガス通路と、
前記バッフルプレートに設けられ、前記カム室と前記チェーンケースとを仕切る仕切壁と、
前記仕切壁に隣接し、前記ブローバイガス室側に突出する溝形状を設けたことを特徴とする。

本発明のブローバイガス還流構造は、カム室とチェーンケースの間に仕切壁を設け、さらにその仕切壁に隣接し、ブローバイガス室側に突出する溝形状を設けたので、カム室からチェーンケースに向かう新気が溝形状の空気溜りによって流速が減少し、チェーンケース内には漏洩せず、新気とブローバイガスが混在し、クランク室の換気の効率が低下するという問題を回避することができる。すなわち、クランク室内の換気が効率的に行えるという効果を奏する。

また、この溝形状は、ブローバイガス室側では、立壁となっており、チェーンケース内を上昇してきたブローバイガスは、ブローバイガス室内に入ってから、流速が落ちることなくＰＣＶバルブから排出される。ブローバイガス室内では流速低下がないうえに、流方向が変化するため、ブローバイガス室内でオイル切れが行われ、オイル含有の低いブローバイガスを吸気路に返すことができるという効果を奏する。

また、これらの効果はバッフルプレートをヘッドカバー内に載置固定するだけで得る事ができ、専用のチェーンケースといった新たな部品や、その他の新たな構成部品を必要としないので、部品点数や取付工程の点から見ても低コスト化に寄与する。

本発明の内燃機関のブローバイガス還流構造を示す概念図である。 シリンダヘッドに配設されたバッフルプレートを示す斜視図である。 バッフルプレートを詳細に説明する斜視図および断面図である。 従来例のブローバイガス還流構造を示す概念図である。

以下、本発明のブローバイガス還流構造について説明する。なお、以下の説明は本発明の１形態を例示するだけであり、下記の構成に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、各構成要素は変更されてもよい。

図１は、本発明のブローバイガス還流構造１に係る部分を示す図である。本発明のブローバイガス還流構造１は、エンジン２からＰＣＶバルブ３を介してブローバイガスを吸気路４（若しくはインテークマニホールド）に戻すブローバイガス管５と、ブローバイガス管５と独立してエアクリーナ６の直後から新気を導入する新気管７の２系統のガス経路を有するＰＣＶ方式で構成される。

エンジン２は、ヘッドカバー８、シリンダヘッド９、シリンダブロック１０、オイルパン１１で形成されている場合を示すが、ロアブロックが追加される構成など、これ以外の構成であってもよい。オイルパン１１はエンジン２各部に供給するオイルを貯留しておく場所である。シリンダブロック１０は図示しないシリンダが形成され、ピストンが上下運動を行う。シリンダブロック１０とオイルパン１１の間に形成された空間がクランク室１２である。クランク室１２にはピストンの上下運動を回転運動に変換するクランク軸（図示せず）が配置されている。

また、シリンダブロック１０内にはエンジン２上部まで運ばれ、カムなどの駆動部分に供給されたオイルが最下方のオイルパン１１に戻るためのオイル落とし穴１３が形成されている。

シリンダブロック１０の上方にはシリンダヘッド９が配置されている。シリンダヘッド９には、点火プラグ孔と、シリンダへの吸気・排気経路（図示せず）とそれらの経路を開閉する吸気・排気弁（図示せず）とそれらの弁を駆動するカム、さらにそのカムを駆動するカムシャフトなどが配置される。

シリンダヘッド９とシリンダブロック１０には、隣接してチェーンケース１４が形成される。クランク軸の回転をカムシャフトに伝えるためである。シリンダヘッド９では、チェーンケース１４に隣接してカム室１５が形成される。

ヘッドカバー８は、シリンダヘッド９を覆うように締結固定される。したがって、ヘッドカバー８はカム室１５とチェーンケース１４の両方を覆う。ヘッドカバー８には、ＰＣＶバルブ３の取付孔３ａと、新気管７の接続口７ａが形成されている。これらは、それぞれ、吸気路４およびエアクリーナ６の下流に連通される。

本発明のブローバイガス還流構造１では、ヘッドカバー８内にバッフルプレート１６を配置する。バッフルプレート１６は、ヘッドカバー８内で、新気が通過する新気通路と、ブローバイガスが通過するブローバイガス通路を区分けするための仕切底板である。ヘッドカバー８内の新気通路およびブローバイガス通路は、明確に分離しなければならない。ブローバイガスを新気と効率的に交換できなくなるからである。

ヘッドカバー８内では、ヘッドカバー８の内面から延設された立壁と、バッフルプレート１６で囲まれた部分を第１の新気通路１７およびブローバイガス通路とする。図２には、シリンダヘッド９の概念図の斜視図を示す。図１、図２および図３（ａ）を参照して、バッフルプレート１６を詳細に説明する。なお、ヘッドカバー８側では、チェーンケース１４の近傍にＰＣＶバルブ３を接続する取付孔３ａが設けられており、ＰＣＶバルブ３とは独立に新気管７の接続口７ａが設けられている。

シリンダヘッド９を上方から見ると、チェーンケース１４の最上部に配置される２つのカム軸歯車１８ａ、１８ｂと駆動ギアの回転中心に固定されたカムシャフト１９ａ、１９ｂと、カムシャフト１９ａ、１９ｂに固定されたカム２０（例示として１箇所だけ示した。）がある。カム２０が配置された部分がカム室１５となる。バッフルプレート１６は、これらを覆うように形成された略平板状のプレートである。下面は、回転するカム２０と干渉しないだけの隙間を有し、隙間を形成するために、傾斜面や凹みを有していても良い。また、点火プラグ孔を確保するために、中央部に貫通孔１６ａが形成されていてもよい。

上面には、ヘッドカバー８内側に形成された立壁を受ける溝１６ｂが形成されており、立壁とヘッドカバー８内面とバッフルプレート１６上面で閉じた通路を形成する。これは第１の新気通路１７である。また、バッフルプレート１６のカム室１５上部には、第１の新気通路１７からカム室１５へ通じる貫通孔１６ｃが形成されており、ヘッドカバー８内に入った新気２１がカム室１５に流入できる構造になっている。なお、図２では、立壁を受ける溝１６ｂに対して、ヘッドカバー８からの立壁は後述する立壁８ａ以外、記載を省略した。

また、ＰＣＶ方式の場合は、エンジン回転数が高い場合、カム室１５からヘッドカバー８へブローバイガスが流れる。したがって、バッフルプレート１６のヘッドカバー８側若しくはカム室１５側には、オイルセパレータ部を設けるようにしてもよい。より具体的な例としては、バッフルプレート１６のヘッドカバー８側にオリフェス状に立壁を設ける等である。

バッフルプレート１６はチェーンケース１４上部ではカム室１５より１段高い平板部分１６ｄを有し、チェーンケース１４の上部を覆うように形成される。チェーンケース１４の最上部には大径のカム軸歯車１８ａ、１８ｂが配置されているからである。バッフルプレート１６はチェーンケース１４の上部をくまなく覆っているのではなく、一部がチェーンケース１４に解放され、ブローバイガスの流入口１６ｅとなっている。

すなわち、バッフルプレート１６の高い平板部分１６ｄとヘッドカバー８からの立壁８ａとヘッドカバー８の内面によって空間が形成されており、チェーンケース１４から流入したブローバイガス２２はこの空間を通ってＰＣＶバルブ３から吸気路４に送られる。したがって、この空間はブローバイガス通路である。しかし、この空間を本発明では特にブローバイガス室２５とよぶ。ブローバイガス室２５は、第１の新気通路１７と隣接するが、ヘッドカバー８から延設された立壁８ａと、バッフルプレート１６によってほぼ気密に仕切られている。新気が漏洩しないためである。

上述の通り、ブローバイガス室２５には、チェーンケース１４への開口１６ｅとＰＣＶバルブ３への取付孔３ａが形成されている。これら、チェーンケース１４への開口１６ｅとＰＣＶバルブ３への取付孔３ａは、ブローバイガス室２５で対角状に形成されるのが好ましい。下方のチェーンケース１４から流入したブローバイガス２２をブローバイガス室２５内で直角方向に曲げ、さらにブローバイガス室２５の反対の立壁に当ててＰＣＶバルブ３へ流れを変えることで、オイル切れをよくするためである。

図２では、チェーンケース１４から流入したブローバイガス２２ａがバッフルプレート１６で形成された立壁１６ｆおよびヘッドカバー８から延設された立壁８ａに当たり、さらにＰＣＶバルブ取付孔３ａに方向を変えた（２２ｂ）ことを示している。このように流速のあるブローバイガスに対して流れ抵抗を与える事で、オイル切れがよくなる。この意味でブローバイガス室２５内には、オリフェス状に立壁を形成してもよい。

バッフルプレート１６の高い平板部分１６ｄの立ち上がり部１６ｇはちょうどチェーンケース１４とカム室１５の境界にあたる。そして、この立ち上がり部分１６ｇには、バッフルプレート１６下面から見たときに溝形状１６ｈが形成されている。図３（ｂ）に、この溝形状１６ｈの断面図を示す。溝形状１６ｈをバッフルプレート１６の上面から見ると、高い平板部分１６ｄより高く形成された突起部（立壁１６ｆ）と見える。そして、この溝形状１６ｈからチェーンケース１４側に新気２１ａが漏洩しないように仕切壁１６ｉを形成する。

仕切壁１６ｉは、カム室１５とチェーンケース１４の間に形成された壁であるが、カム室１５とチェーンケース１４は駆動部分が多く、気密に区画するのは困難である。したがって、カム室１５とチェーンケース１４の間には、仕切壁１６ｉの縁周辺に組立時の寸法的な余裕を考慮して隙間があり、気圧的には導通している。

しかし、新気２１ａが充満するカム室１５からチェーンケース１４に向かって、上方には天井となるバッフルプレート１６が存在し、その天井より高い凹みの溝形状１６ｈがカム室１５から見て天井側に形成され、その後仕切壁１６ｉが形成されるという順番に構造が形成されることで、カム室１５からチェーンケース１４への新気２１ａの漏れはほとんどなくなる。この詳細は後述する。

カム室１５の下方にはシリンダブロック１０が配置されている。カム室１５やチェーンケース１４には図示していないオイル供給手段が配置されており、エンジン２の最下部にあるオイルパン１１に貯留されたオイルが供給される。

したがって、カム室１５の下方に配置されたシリンダブロック１０には、オイル落とし穴１３が形成されており、カム室１５内に供給されたオイルがシリンダブロック１０中のオイル落とし穴１３を通って、オイルパン１１まで落ちる通路が確保されている。本発明のブローバイガス還流構造１では、新気の通路として、カム室１５からシリンダブロック１０中のオイル落とし穴１３を利用して、オイルパン１１に至る通路を第２の新気通路２７として利用する。もちろん、新気をオイルパン１１まで導く他の通路を設けても良い。

オイルパン１１は上方に開口した器形状であり、上方に結合されたシリンダブロック１０の下方開口部分とでクランク室１２を形成している。クランク室１２には、クランク軸から回転力を得るチェーンケース１４入口が開口している。本発明では、クランク室１２に滞留したブローバイガス２２は、チェーンケース１４を通って、ブローバイガス室２５に送られる。したがって、チェーンケース１４は、ブローバイガス通路となる。つまり、ブローバイガスが通る通路として、本発明では、ヘッドカバー８内のブローバイガス通路を「ブローバイガス室（２５）」とよび、チェーンケース１４内をブローバイガスが通過する場合はチェーンケース１４を「ブローバイガス通路（２８）」と呼ぶ。

以上の構成を有する本発明のブローバイガス還流構造１の動作を説明する。ブローバイガスは、アイドリング時などのようにエンジン回転数の低い場合に多く発生するので、以下の場合は、エンジン回転数が低い場合について主に説明を行う。

エアクリーナ６の直後付近から得られた新気２１は、新気管７を通じてヘッドカバー８に送られる。ヘッドカバー８内では、新気管７の接続口７ａから入った新気２１が、バッフルプレート１６とヘッドカバー８とヘッドカバー８内面から下方向に延設された壁によって形成された第１の新気通路１７を流れる。バッフルプレート１６には、カム室１５に向かって貫通孔１６ｃが形成されているので、新気２１はカム室１５にも流れる。

カム室１５に流れた新気２１ａは、カム室１５からオイル落とし穴１３で兼用する第２の新気通路２７を流れ、クランク室１２に至る。一方、カム室１５からチェーンケース１４に向かう新気２１ａは、仕切壁１６ｉの直前にある天井の溝形状１６ｈによって流速が急激に減少する。これはカム室１５内の断面積が溝形状１６ｈによって仕切壁１６ｉの直前で一気に拡大し、溝形状１６ｈに空気溜りを形成するからである。

すなわち、カム室１５から見て、仕切壁１６ｉとその直前の溝形状１６ｈによって、あたかもエアカーテンが存在するように、ほとんどの新気はチェーンケース１４に漏洩せず、第２の新気通路２７にてクランク室１２に進む。

クランク室１２内では、ブローバイガス２２がたまっているが、クランク室１２の上側（シリンダブロック）から流れてくる新気２１ａに押し出され、なおかつ吸気路（インテークマニホールド）４の負圧に吸引されることで、チェーンケース１４側に流れ、チェーンケース１４内を上昇する。

チェーンケース１４の上部ではバッフルプレート１６の高い平板部分１６ｄが天井となっているが、開口部分１６ｅを通じてブローバイガス室２５に流れ込む。ブローバイガス室２５では、仕切壁１６ｉに隣接する溝形状１６ｈの凹みが逆転して形成される立壁１６ｆがあるために、ブローバイガス室２５の断面積は大きく変化しない。

したがってブローバイガス２２は、ＰＣＶバルブ３から吸引される負圧によって作られる流速で壁に当たってからＰＣＶバルブ３の方向に向きを変える。この際の流速によってブローバイガス２２中のオイルはオイル切れされ、ブローバイガス管５を通って吸気路（インテークマニホールド）４に到達する。以上のようにして、クランク室１２内のブローバイガス２２は新気２１と入れ替えられる。

なお、溝形状１６ｈについては、ブローバイガス室２５側への立壁１６ｆと、カム室１５側の溝形状１６ｈの効果が変わらない限り、その高さ（深さ）は自由に設定することができる。より具体的にいうと、立壁１６ｆは、バッフルプレート１６の高い平板部分１６ｄと同じ高さにまでなってもよい（図３（ｃ）参照）。ブローバイガス室２５の断面積は変わらないし、カム室１５側にもブローバイガス室２５側に突出する溝形状１６ｈが形成されているからである。

なお、エンジン回転数が高くなり、吸気路４に正圧が加わった際には、ブローバイガスは、新気管７を通じてエアクリーナ６の下流に返される。この点は、通常のＰＣＶ方式のクランクケースブリーザーの動作と同じである。

以上のように本発明のブローバイガス還流構造１は、バッフルプレート１６をヘッドカバー８内に載置固定するだけでよく、特別な部品などを要しない。また、バッフルプレート１６の取付は、シリンダヘッド９上にバッフルプレート１６を載置し、ヘッドカバー８を載せて固定するだけでよいので、組立工程の点からも極めて容易である。

本発明のブローバイガス還流構造１によれば、従来のエンジンにバッフルプレート１６を追加するだけで、新たなオイルセパレータボックス等を別途作製する必要なく、新気を効率的に交換できるブローバイガス還流構造を形成することができるので、低コストに寄与する。

本発明は、内燃機関のブローバイガス還流構造について有用である。

１ ブローバイガス還流構造
２ エンジン
３ ＰＣＶバルブ
３ａ 取付孔
４ 吸気路（インテークマニホールド）
５ ブローバイガス管
６ エアクリーナ
７ 新気管
７ａ 接続口
８ ヘッドカバー
８ａ 立壁
９ シリンダヘッド
１０ シリンダブロック
１１ オイルパン
１２ クランク室
１３ オイル落とし穴
１４ チェーンケース
１６ バッフルプレート
１６ａ （点火プラグ用）貫通孔
１６ｂ （立壁を受ける）溝
１６ｃ （新気が通過する）貫通孔
１６ｄ 高い平板部分
１６ｅ ブローバイガスの流入口
１６ｆ 立壁
１６ｇ 立ち上がり部
１６ｈ 溝形状
１６ｉ 仕切壁
１７ 第１の新気通路
１８ａ、１８ｂ カム軸歯車
１９ａ、１９ｂ カムシャフト
２０ カム
２１、２１ａ 新気
２２、２２ａ、２２ｂ ブローバイガス
２５ ブローバイガス室
２８ ブローバイガス通路

Claims (1)

1. エンジンのヘッドカバーからＰＣＶバルブを介してブローバイガスを吸気路に戻すブローバイガス管と、前記ブローバイガス管と独立に設けられ、新気を前記ヘッドカバーに導入させる新気管を有するＰＣＶ方式のブローバイガス還流構造であって、
   前記ヘッドカバー内で前記新気が通る第１の新気通路を形成するバッフルプレートと、
   チェーンケース上部を前記バッフルプレートの一部で塞ぎ、前記バッフルプレートの一部と前記ヘッドカバー上面とで形成され、前記ＰＣＶバルブと連通するブローバイガス室と、
   前記新気通路から前記バッフルプレートの下方に配置されたカム室を経て、シリンダブロック内を貫通しクランク室へ通じる第２の新気通路と、
   前記クランク室から前記チェーンケース内を通り、前記ブローバイガス室へ通じるブローバイガス通路と、
   前記バッフルプレートに設けられ、前記カム室と前記チェーンケースとを仕切る仕切壁と、
   前記仕切壁に隣接し、前記ブローバイガス室側に突出する溝形状を設けたことを特徴とするブローバイガス還流構造。