JP2014105581A

JP2014105581A - ブローバイガス還元装置

Info

Publication number: JP2014105581A
Application number: JP2012256712A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kira; 直樹吉良; Atsushi Nishigaki; 篤史西垣; Takahiko Iguchi; 貴彦井口
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: CN104797788A; JP6135102B2; CN104797788B; US9702280B2; WO2014080787A1; EP2924253A1; US20150354420A1; EP2924253A4

Abstract

【課題】ＰＣＶバルブの凍結を短時間で解消し得るブローバイガス還元装置を簡単な構成で得る。
【解決手段】ブローバイガスが送られるガス空間Ｓのケース部材Ｗに貫通状態でＰＣＶバルブ３０を備え、このＰＣＶバルブ３０からのガスをエンジンの吸気系に供給する還元経路２８を備えてブローバイガス還元装置を構成する。エンジンを潤滑するオイルの一部が供給されることで、そのオイルの熱でＰＣＶバルブ３０を加熱する加熱部Ｈを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブローバイガス還元装置に関し、詳しくは、エンジンで発生するブローバイガスをエンジンから送り出すＰＣＶバルブの凍結対策に関する。

エンジンで発生する未燃焼ガスを含むブローバイガスは水分を含んでおり、例えば、寒冷地でエンジンを停止した場合にはＰＣＶバルブの内部に残留するブローバイガスの水分が凍結することがある。そのため、ＰＣＶバルブの凍結対策に関連する技術として、例えば、特許文献１に示すものがある。ここでは、ＰＣＶバルブの凍結の有無を検知する凍結検知手段と、ＰＣＶバルブの凍結を解消する凍結解消手段が記載されている。

つまり、特許文献１では、ヘッドカバーに備えたＰＣＶバルブを介して吸気用のサージタンクに対してブローバイガスを送るブローバイガス還元装置を構成してある。ＰＣＶバルブの外周位置には加熱ヒータが備えられ、凍結検知手段により「凍結有」とされた場合には、加熱ヒータへの通電により凍結を解消する。

また、ＰＣＶバルブの凍結を解消する構成ではないが、特許文献２には、ＰＣＶ通路においてインマニ側ユニオンにおける凍結を解消するため、ＰＣＶ通路の外周に加温パイプを固着した構成が示されている。この特許文献２では、加温パイプに対してエンジンで加熱された高温の冷却水を供給することでＰＣＶ通路内の凍結を解消する。

特開２０１０‐１７３５４８号公報特開２００８‐２１５１９１号公報

しかしながら、凍結を解消するために通電による加熱ヒータを用いるものでは、加熱ヒータを制御する制御装置等を必要とする。そのため、装置の構造が複雑になりコストの上昇を招くなど改善の余地がある。

これに対して、加熱源としてエンジンの冷却水を用いるものでは、制御装置が不要であるため構成が簡単になる。ただし、冷却水の温度が上昇するまでに時間を要し、凍結を迅速に解消することができない。

本発明の目的は、ＰＣＶバルブの凍結を短時間で解消し得るブローバイガス還元装置を簡単な構成で得る点にある。

本発明の特徴は、エンジンで発生するブローバイガスが送られるガス空間のケース部材に貫通状態で備えられたＰＣＶバルブと、このＰＣＶバルブから送り出されたブローバイガスを前記エンジンの吸気系に供給する還元経路とを備えると共に、前記エンジンを潤滑するオイルの一部が供給されることにより、そのオイルの熱を前記ＰＣＶバルブに伝える加熱部を備えている点にある。

この構成によると、エンジンで加熱されたオイルをＰＣＶバルブの加熱部に供給することにより、ＰＣＶバルブの凍結を解消できる。特に、オイルは冷却水と比較して比熱が小さく、エンジンのシリンダの内面のように高温化する部位にも供給されるため、比較的短時間のうちに高温化する。このような理由から、オイルの熱を加熱部に供給する油路を設けることでオイルからＰＣＶバルブに熱を伝達し、凍結の解消を行える。

本発明は、前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成された加熱油路で構成されても良い。

この構成では、ＰＣＶバルブが貫通する部位では、ＰＣＶバルブの外面の全周にケース部材が密着しており、このケース部材の肉厚内部に加熱油路を形成することにより、ケース部材からの熱を密着部分の接触面を介してＰＣＶバルブに伝達させて加熱することが可能となる。また、ケース部材の肉厚内部に加熱油路を形成するため、ケース部材の外面や内面にオイルを流すための配管を形成しないで済む。更に、ケース部材からＰＣＶバルブに熱を作用させるため、ＰＣＶバルブの外面に加熱用のパイプ類を備えずに済む。

本発明は、前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成された加熱空間と、この加熱空間において前記ＰＣＶバルブが貫通する貫通部に向けてオイルを噴射するノズルとを備えて構成されても良い。

これによると、加熱空間においてノズルからオイルを噴射して貫通部を加熱する構成であるため、加熱空間の全体にオイルを充填する必要がなく加熱に用いるオイル量を低減できる。また、噴射されたオイルは加熱空間の内部を動慣性により移動して加熱空間の内面の目的位置に到達する。これにより、噴射後に加熱空間の内壁に無駄に接触して熱が奪われることがなくＰＣＶバルブにオイルの熱を与えることが可能となる。

本発明は、前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成され、オイルを貯留する貯留空間で形成されても良い。

これによると、単に貯留空間を形成するだけで加熱が実現する。また、貯留空間にオイルを貯留する構成であるため、この貯留空間に接続する油路の圧力低下が殆どない。従って、例えば、油圧機器にオイルを供給する油路の中間から分岐したオイルを貯留空間に接続しても油圧機器を正常に作動させることも可能となり、加熱専用の油路を備える必要がない。

本発明は、前記ケース部材の全体が樹脂で構成され、前記加熱部から前記ＰＣＶバルブに至る部位に金属材がインサートされても良い。

これによると、金属材が樹脂より熱伝導率が高い性質を利用して、オイルの熱を加熱部から金属材に伝え、この熱を金属材から良好にＰＣＶバルブに伝えて凍結の解消を短時間で行える。

エンジンとブローバイガス還元装置とを示す断面図である。オイルセパレータとＰＣＶバルブと加熱部とを示す断面図である。別実施形態（ａ）の加熱部を示す断面図である。別実施形態（ｂ）の加熱部を示す断面図である。別実施形態（ｃ）の加熱部を示す断面図である。別実施形態（ｄ）の加熱部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１及び図２には、例えば、車両に備えられるエンジンを示す。このエンジンは、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース３、オイルパン４夫々が上下に重ね合わせて連結され、シリンダヘッド１の上部にヘッドカバー５が備えられている。

クランクケース３の内部に回転自在にクランク軸６を支持し、複数のピストン７がシリンダブロック２に形成した複数のシリンダボアに対して摺動自在に嵌め込まれている。これらのピストン７とクランク軸６とはコネクティングロッド８で連結されている。

シリンダヘッド１には、吸気バルブ９と排気バルブ１０とが開閉自在に備えられる。これらの上部位置にはクランク軸６と平行姿勢となる吸気カム軸１１と排気カム軸１２とが並列状態で回転自在に支持されている。

シリンダヘッド１の一方の側面にはインテークマニホールド１４を備え、他方の側面にはエグゾーストマニホールド１５を備え、このシリンダヘッド１の上面には燃焼室の混合気に点火する点火プラグ１６を備えている。シリンダの吸気路には燃焼室に燃料を供給するインジェクタ１７を備え、インテークマニホールド１４より上流側にサージタンク１８を備え、更に、サージタンク１８より上流側にはスロットルバルブ１９を備えている。

図面には示していないが、クランク軸６の回転に同期して吸気カム軸１１と排気カム軸１２とを回転させるため、クランク軸６の軸端に備えたクランクスプロケットと、吸気カム１１及び排気カム軸１２の軸端に備えたカムスプロケットとに亘ってタイミングチェーンを巻回している。点火プラグ１６とインジェクタ１７とはＥＣＵ等の制御装置（図示せず）により制御される。

このような構成により、エンジンの稼動時にはクランク軸６の回転と同期して吸気カム軸１１と排気カム軸１２とが回転し、吸気カム軸１１の外周のカム部からの押圧力により所定タイミングで吸気バルブ９が吸気ポート開放する。これと同様に、排気カム軸１２の外周のカム部からの押圧力により所定タイミングで排気バルブ１０が排気ポートを開放する。

また、ＥＣＵ等の制御装置は、吸気バルブ９が開放する所定のタイミングでインジェクタ１７により燃焼室に燃料を噴射し、燃焼室の混合気が圧縮された所定のタイミングで点火プラグ１６により混合気に点火する制御を行う。

ヘッドカバー５の内部において、吸気カム軸１１と排気カム軸１２との上方には、夫々のカム軸と平行姿勢で給油管２１を配置してある。この給油管２１の下面側にはオイルを送り出す複数の噴霧ノズル２１Ａが形成されている。給油管２１には、エンジンで駆動される油圧ポンプ２２からのオイルが、供給油路２３を介して供給される。これにより、エンジンが稼動する際には、油圧ポンプ２２からのオイルが供給油路２３から一対の給油管２１に供給され、各々の給油管２１の複数の噴霧ノズル２１Ａから吸気カム軸１１と排気カム軸１２とにオイルが噴霧される。

図面には示していないが、シリンダヘッド１にはオイルを排出する排出口を形成しており、排出口から排出されたオイルをオイルパン４に戻す油路が形成されている。

〔ブローバイガス還元装置〕
このエンジンでは、クランク室に発生するブローバイガスを、ガス抽出経路２７でオイルセパレータ４０に導き、更に、ＰＣＶバルブ３０からガス還元経路２８で吸気系（具体的にはサージタンク１８）に供給するブローバイガス還元装置を備えている。このガス抽出経路２７とＰＣＶバルブ３０とガス還元経路２８とをＰＣＶ（ Positive Crankcase Ventilation ）経路として称しており、ブローバイガスは燃焼室に供給され、混合気とともに燃焼する。

エンジンは、稼動時に燃焼室に導入された混合ガスの一部の未燃焼混合ガスがピストン７の外周とシリンダ内周の間隙からクランク室に漏出する。このように漏出したガスはブローバイガスと称され、そのまま排気ガスとして大気中に排出することは法律で禁止されている。このような理由もあり、ブローバイガスはＰＣＶ（ Positive Crankcase Ventilation ）経路を介して再度、エンジンの吸気系に還元され、新しい混合ガスと共に燃焼室に導入して燃焼室で燃焼させている。

オイルセパレータ４０は、ガスケット５０を挟み込む形態でヘッドカバー５の上面に支持され、クランク室からのブローバイガスは、ガス抽出経路２７を介してオイルセパレータ４０に供給される。オイルセパレータ４０はブローバイガスに含まれるオイルミストを除去する機能を有しており、このオイルセパレータ４０の上部位置にガス空間Ｓが形成されている。

この実施形態では、ガス抽出経路２７として、クランクケース３やシリンダブロック２の下部に形成した貫通孔からブローバイガスを抽出してオイルセパレータ４０に戻すチューブ等の管路を想定している。この構成以外に、ガス抽出経路２７として、クランクケース３の壁部からシリンダヘッド１に亘ってガス流通用の空間を形成することや、チェーンケースの内部空間にブローバイガスを送るように構成しても良い。また、ガス還元経路２８は、ＰＣＶバルブ３０とサージタンク１８との間に形成される管路で構成される。

オイルセパレータ４０は、上部ケース４１の内部にガス空間Ｓを形成し、下部ケース４２の内部にサイクロン型となる複数の分離ユニット４３を備えている。このオイルセパレータ４０は、上部ケース４１と下部ケース４２との中間部分には隔壁４４を形成し、隔壁４４の下側で分離ユニット４３の外部には導入空間Ｔを形成している。

上部ケース４１と下部ケース４２と複数の分離ユニット４３と隔壁４４とはナイロン等の樹脂材料で形成されている。各々の分離ユニット４３は円筒部４３Ａの下側に漏斗状部４３Ｂを一体形成し、円筒部４３Ａの外周には導入空間Ｔに連通する開口部４３Ｈが形成され、漏斗状部４３Ｂの下端に排出開口４３Ｃが形成されている。また、分離ユニット４３の円筒部４３Ａの上部位置の隔壁４４には貫通孔４４Ａが形成されている。

この構成から、導入空間Ｔに供給されたブローバイガスは、分離ユニット４３の開口部４３Ｈから円筒部４３Ａの内部に対して旋回する状態で導入される。この旋回による遠心力によりブローバイガスに含まれるオイルミストは凝集分離し、液滴化したオイルは漏斗状部４３Ｂの内面から排出開口４３Ｃに送り出され、ヘッドカバー５の内部に回収される。また、オイルミストが除去されたブローバイガスは隔壁４４の貫通孔４４Ａからガス空間Ｓに導かれる。

尚、オイルセパレータ４０はサイクロン型に限るものではなく、例えば、複数のケース部材を所定間隔で配置し、ケース部材の間にブローバイガスを送るラビリンス型のものでも良い。

〔ブローバイガス還元装置：ＰＣＶバルブ〕
ＰＣＶバルブ３０は、オイルセパレータ４０のガス空間Ｓを構成するケース部材Ｗに貫通状態で備えられている。このＰＣＶバルブ３０は、バルブ本体３１と、このバルブ本体３１の内部空間に移動自在に収容された弁体３２と、この弁体３２の脱落を防止する支持部材３３と、弁体３２を閉じ方向に付勢するバネ３４とを備えて構成されている。

支持部材３３には、バルブ本体３１の内部にブローバイガスを送り込む孔部３３Ａが形成されている。バルブ本体３１には、ブローバイガスを送り出す筒状部３１Ａが形成されている。このバルブ本体３１の外端側にはナット部３１Ｂが一体形成され、バルブ本体３１の内端側の外周には雄ネジ部３１Ｃが形成されている。バルブ本体３１と、弁体３２と、支持部材３３とは樹脂材で構成されるものを想定しているが、これらを金属材で構成しても良い。

これにより、エンジンの稼動時には、ガス空間Ｓとサージタンク１８の内圧との差圧に対応して弁体３２が、バネ３４の付勢力に抗して開放作動する。この開放作動は差圧に比例して行われ、支持部材３３の孔部３３Ａからバルブ本体３１の内部に導入したブローバイガスを筒状部３１Ａから送り出す作動が行われる。

オイルセパレータ４０のガス空間Ｓを構成するケース部材Ｗは、上部ケース４１と下部ケース４２とに亘る領域に形成され、このケース部材Ｗにはアルミニウムのように熱伝導性が高い金属材で成る金属リング４５がインサートされている。金属リング４５は、ケース部材ＷにおいてＰＣＶバルブ３０が貫通する貫通部を構成する。また、金属リング４５は、ケース部材Ｗの内部に形成される加熱部ＨからＰＣＶバルブ３０に熱を伝える金属材の具体例であり、この金属リング４５の内周には、バルブ本体３１の雄ネジ部３１Ｃが螺合する雌ネジ部４５Ａが形成されている。尚、金属リング４５の雌ネジ部４５Ａに対して樹脂材で成るバルブ本体３１の雄ネジ部３１Ｃが螺合するため、螺合の部位で金属表面と樹脂表面とを良好に密着させてガスの漏出を抑制している。

〔ブローバイガス還元装置：加熱部〕
ケース部材Ｗの肉厚内部には、図２に示す如く、ＰＣＶバルブ３０を加熱する加熱部Ｈとして加熱油路４６が形成されている。この加熱油路４６は、貫通部としての金属リング４５に近づく方向にオイルを送る供給側経路４６Ａと、金属リング４５の離れる方向にオイルを流す排出側経路４６Ｂとで構成されている。

供給側経路４６Ａと排出側経路４６Ｂとは、ケース部材Ｗの肉厚内部に対して、このケース部材Ｗの底部から金属リング４５の近傍に達する深い凹状の空間を形成し、この空間に対して仕切壁４７を挿入することによりケース部材Ｗの肉厚内部に供給側経路４６Ａと排出側経路４６Ｂとを形成している。

このブローバイガス還元装置では、供給油路２３から分岐した制御油路２４からのオイルを加熱油路４６（加熱部Ｈ）に通過させ、このように通過したオイルをエンジンの制御に必要な油圧機器２５に供給するように油路系が構成されている。つまり、ヘッドカバー５の上面には、制御油路２４からのオイルが供給される供給側空間２４Ａと、オイルを送り出す排出側空間２４Ｂとが凹状に形成されている。供給側空間２４Ａは供給側経路４６Ａに連通し、排出側空間２４Ｂは、油圧機器２５にオイルを送る制御油路２４が連通している。ガスケット５０には、オイルの流通を可能にする貫通孔が穿設されている。

エンジンの始動時には、オイルパン４のオイルが油圧ポンプ２２からエンジンの各部に対して潤滑油として供給されると共に、その一部は供給油路２３から一対の給油管２１に供給される。また、油圧ポンプ２２から供給油路２３に送られるオイルの一部は、制御油路２４から加熱油路４６に供給された後に、エンジンを制御する油圧機器２５に対して制御油として供給される。

また、貫通部の近傍に送られたオイルは、排出側経路４６Ｂに流れ、排出側空間２４Ｂから制御油路２４に戻され、最終的に油圧機器２５に供給される。特に、加熱油路４６が供給側空間２４Ａと排出側経路４６Ｂとが仕切壁４７で仕切られているので、供給側空間２４Ａに送られるオイルに排出側経路４６Ｂに送られるオイルが混じり合わず、供給側空間２４Ａに送られるオイルの熱が奪われることがない。

つまり、潤滑に用いられるオイルは、冷却水と比較して比熱が小さく、エンジンのピストンやシリンダ内面のように高温状態となる面に接触し、短時間で温度が上昇する。この理由から、制御油路２４から供給側空間２４Ａに供給されたオイルは加熱油路４６の供給側経路４６Ａに流れ、そのオイルの熱をＰＣＶバルブ３０の貫通部の金属リング４５に伝える。これにより、寒冷地でＰＣＶバルブ３０が凍結していてもオイルからの熱を効率的にＰＣＶバルブ３０に伝え、短時間のうちに凍結を解除するのである。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図３に示すように、ＰＣＶバルブ３０を加熱する加熱部Ｈとして加熱空間４８を、ケース部材Ｗの肉厚内部に形成する。この加熱空間４８の内部には、底部から上方に向けてオイルを噴射する加熱用ノズル５５を備え、この加熱用ノズル５５に対して加熱用のオイルを供給する加熱専用の加熱用油路５６を接続する。また、加熱空間４８の底部にはヘッドカバー５の内部に開放する排出部４８Ａを形成する。

この構成により加熱用ノズル５５から噴射するオイルを加熱空間４８の内部でＰＣＶバルブ３０が貫通する貫通部の近傍に噴射することでＰＣＶバルブ３０を加熱できる。特に、この構成では、加熱空間４８の全体にオイルを充填する必要がなく加熱に用いるオイル量を低減できる。更に、加熱用ノズル５５から噴射されたオイルは加熱空間４８の内部を動慣性により移動して加熱空間４８の内面の目的位置（貫通部の近傍）に到達する。このため、噴射後に加熱空間４８の内壁に無駄に接触して熱が奪われず、ＰＣＶバルブにオイルの熱を与えることが可能となる。

この構成では、加熱後のオイルを油圧機器等に圧送することが困難であるため、加熱専用の加熱用油路５６を備えており、加熱後のオイルは排出部４８Ａからヘッドカバー５の内部に排出される。このような加熱形態でもＰＣＶバルブを加熱して凍結の解除が実現する。

（ｂ）図４に示すように、ケース部材Ｗの肉厚内部に加熱部Ｈとして、ＰＣＶバルブ３０の貫通部にオイルを接触させる貯留空間４９を形成する。この貯留空間４９の底部には制御油路２４が接続し、オリフィス等を介して上部から僅かずつオイルを排出するリーク油路４９Ａが形成されている。

この構成により、貯留空間４９は常にオイルが満たされ、このオイルの熱をＰＣＶバルブ３０が貫通する貫通部の近傍に伝えることで、ＰＣＶバルブ３０が加熱される。この加熱形態でもＰＣＶバルブを加熱して凍結の解除が実現する。また、貯留空間４９にオイルを貯留するため、この貯留空間４９に接続する制御油路２４の圧力低下が殆どない。従って、制御油路２４が油圧機器２５（図２を参照）にオイルを供給するものでも、油圧機器２５を正常に作動させることが可能となり、加熱専用の油路を備える必要がない。

（ｃ）図５に示すように、ケース部材Ｗに形成される金属材としての金属リング４５の外周から下方に突出する接触部４５Ｂを形成し、この接触部４５Ｂに対して、加熱油路４６に送られるオイルを直接的に接触させるように構成する。

同図には、加熱油路４６として実施形態と共通するものを示しているが、加熱形態として別実施形態（ａ）の構成や別実施形態（ｂ）の構成でも良い。この構成により、加熱油路４６のオイルの熱を接触部４５Ｂから金属リング４５に対して直接的に伝えることが可能となり。短時間でＰＣＶバルブを加熱して凍結の解除が実現する。

（ｄ）図６に示すように、ケース部材Ｗに形成される金属材としての金属リング４５の両端の外周から下方に突出する一対の受熱部４５Ｃを形成し、この一対の受熱部４５Ｃで挟まれる空間に加熱油路４６を形成する。

同図には、加熱油路４６として実施形態と共通するものを示しているが、加熱形態として別実施形態（ａ）の構成や別実施形態（ｂ）の構成と組み合わせても良い。この構成により、加熱油路４６のオイルの熱を一対の受熱部４５Ｃから金属リング４５に対して直接的に伝えることが可能となり。短時間でＰＣＶバルブを加熱して凍結の解除が実現する。

（ｅ）本発明は、ＰＣＶバルブ３０を加熱するためにオイルを用いる点を特徴とするものであり、ＰＣＶバルブ３０の外周に加熱部として金属管を巻き付け、これにオイルを流す構成を採用しても良い。また、これと同様に、ＰＣＶバルブ３０の内部に加熱部としてオイルチャンバーを形成し、このオイルチャンバーに対してオイルを給排する構成を採用しても良い。

本発明は、ＰＣＶバルブを有するエンジンに利用することができる。

２８還元経路（ガス還元経路）
３０ＰＣＶバルブ
４５金属材（金属リング）
４６加熱油路
４８加熱空間
４９貯留空間
５５ノズル
Ｈ加熱部
Ｓガス空間
Ｗケース部材

Claims

エンジンで発生するブローバイガスが送られるガス空間のケース部材に貫通状態で備えられたＰＣＶバルブと、このＰＣＶバルブから送り出されたブローバイガスを前記エンジンの吸気系に供給する還元経路とを備えると共に、
前記エンジンを潤滑するオイルの一部が供給されることにより、そのオイルの熱を前記ＰＣＶバルブに伝える加熱部を備えているブローバイガス還元装置。
前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成された加熱油路で構成されている請求項１記載のブローバイガス還元装置。
前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成された加熱空間と、この加熱空間において前記ＰＣＶバルブが貫通する貫通部に向けてオイルを噴射するノズルとを備えて構成されている請求項１記載のブローバイガス還元装置。
前記加熱部が、前記ＰＣＶバルブが貫通する前記ケース部材の肉厚内部に形成され、オイルを貯留する貯留空間で形成されている請求項１記載のブローバイガス還元装置。
前記ケース部材の全体が樹脂で構成され、前記加熱部から前記ＰＣＶバルブに至る部位に金属材がインサートされている請求項２〜４のいずれか一項に記載のブローバイガス還元装置。