JP2020197170A - 気液分離装置およびこれを備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離室の温度低下をより一層抑制すること。【解決手段】バッフルプレート３２に突出部３２ｂを設け、当該突出部３２ｂを、突出方向とは反対側が開口された凹形状に構成する。そして、少なくとも１つの突出部３２ｂの開口３３が、カム２７に対向する位置となるように突出部３２ｂを配置する。これにより、内燃機関１の運転に伴ってカムシャフト２６が回転された際に、当該カムシャフト２６と共に一体回転するカム２７によって掻き上げられ飛散した潤滑油を、突出部３２ｂの凹部内に流入させることができ、高温の潤滑油を突出部３２ｂの内側に接触させることで、突出部３２ｂを内側から温める。突出部３２ｂは、気液分離室３４内に突出しているため、突出部３２ｂのヒータ効果によって、気液分離室３４内の温度低下を良好に抑制することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、燃焼室からクランク室に漏れ出たブローバイガスのオイル成分を分離する気液分離室を有し、カムと当該カムが一体にされたカムシャフトとを含む動弁機構を収容可能な動弁機構室内に配置された気液分離装置およびこれを備える内燃機関に関する。

特開２０１２−２１９６６５号公報（特許文献１）には、カムと当該カムが一体にされたカムシャフトとを含む動弁機構を収容可能な動弁機構収容部の上部に配置され、燃焼室からクランク室に漏れ出たブローバイガスからオイル成分を分離するよう構成された気液分離装置が記載されている。

当該気液分離装置では、気液分離室を構成する底壁部を動弁機構室に対向して配置し、当該底壁部に動弁機構室からの熱を直接伝熱させることによって、気液分離室内の温度低下を抑制している。

特開２０１２−２１９６６５号公報

しかしながら、上述した公報に記載の気液分離装置では、動弁機構室から直接熱を受ける底壁部のみによって、気液分離室の温度低下を抑制する構成であるため、気液分離室の温度低下のさらなる抑制という点において、なお改良の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、気液分離室の温度低下をより一層抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の気液分離装置およびこれを備える内燃機関は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る気液分離装置の好ましい形態によれば、燃焼室からクランク室に漏れ出たブローバイガスのオイル成分を分離する気液分離室を有し、カムと当該カムが一体にされたカムシャフトとを含む動弁機構を収容可能な動弁機構室内に配置された気液分離装置が構成される。当該気液分離装置は、気液分離室を画定する底壁と、当該底壁から気液分離室の内部に突出するように底壁に一体にされた突出壁と、を備えている。突出壁は、突出方向とは反対側が開口された凹形状を有している。

本発明によれば、気液分離室を画定する底壁から気液分離室の内部に突出するように当該底壁に設けた突出壁を、突出方向とは反対側が開口された凹形状に形成するため、カムシャフトの回転に伴って動弁機構室内で飛散する比較的高温の潤滑油を突出部の凹部内に流入させることができる。これにより、突出壁の昇温を図ることができる。また、カムシャフトの回転に伴って動弁機構室内で飛散する比較的高温の潤滑油が底壁に衝突するため、当該底壁の昇温も図ることができる。この結果、突出壁および底壁の両方の昇温によって、気液分離室の温度低下を効果的に抑制することができる。なお、ブローバイガスは突出壁に衝突しながら気液分離室を流れるが、この際、ブローバイガスは突出壁から受熱するため、ブローバイガス自体の温度低下も効果的に抑制することができる。この結果、気液分離室内でブローバイガス中の水分が凝縮して、当該水分がオイル成分と混合されることに起因して発生する腐食やワニススラッジを良好に抑制することができる。

本発明に係る気液分離装置の更なる形態によれば、突出壁は、カムシャフトの軸線方向に交差する仮想平面上に延在すると共に、当該カムシャフトの軸線方向に沿って複数配置されている。そして、複数の突出壁の少なくとも１つは、開口がカムに対向するように配置されている。

本形態によれば、複数の突出壁の少なくとも１つが、開口をカムに対向させて配置されているため、カムの回転に伴って当該カムが掻き上げる潤滑油の開口を介した突出壁の内部への流入を効率よく実現することができる。これにより、突出壁の昇温効果の向上を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の好ましい形態によれば、吸気ポートを有するシリンダヘッドと、シリンダヘッドの上方に締結されるロッカーカバーと、カムを有しシリンダヘッドに回転可能に支持されると共にシリンダヘッドとロッカーカバーとの間に構成される動弁機構室内に配置されるカムシャフトと、シリンダボアを有しシリンダヘッドの下方に締結されるシリンダブロックと、当該シリンダブロックの下方に取り付けられるオイルパン部材と、当該シリンダブロックに回転可能に支持されると共にシリンダブロックとオイルパン部材との間に構成されるクランク室内に配置されるクランクシャフトと、クランクシャフトに連結されると共に当該クランクシャフトの回転に伴ってシリンダボア内を往復摺動するピストンと、吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、動弁機構室内に配置される上述したいずれかの態様の本発明に係る気液分離装置と、を備える内燃機関が構成される。当該内燃機関では、気液分離装置が、シリンダボアとピストンとの間隙からクランク室に漏洩したブローバイガスのオイル成分を除去し、当該オイル成分が除去されたブローバイガスを吸気ポートに還流する。ここで、本発明における「吸気ポートに還流する」態様としては、気液分離装置から直接吸気ポートにブローバイガスを還流する構成のみならず、気液分離室から間接的に吸気ポートにブローバイガスを還流する構成を好適に包含する。なお、気液分離室から間接的に吸気ポートにブローバイガスを還流する態様としては、例えば、気液分離室から吸気マニホールドを介して吸気ポートにブローバイガスを還流する構成が考えられる。

本発明によれば、上述したいずれかの態様の本発明に係る気液分離装置が、シリンダボアとピストンとの間隙からクランク室に漏洩したブローバイガスのオイル成分を除去し、当該オイル成分が除去されたブローバイガスを吸気ポートに還流する構成であるため、上述したいずれかの態様の本発明の気液分離装置が奏する効果と同様の効果、例えば、気液分離室の温度低下をより一層抑制することができる効果や、ブローバイガスの温度低下を効果的に抑制することができる効果などを奏することができる。これにより、気液分離室内でブローバイガス中の水分が凝縮して、当該水分とオイル成分とが混合されることに起因して発生する腐食やワニススラッジを良好に抑制することができる。この結果、内燃機関の品質の向上を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の更なる形態によれば、気液分離装置は、吸気ポートに還流するブローバイガスの流量を調節する調節弁を有している。また、ロッカーカバーは、調節弁を固定するボス部を有している。さらに、当該ボス部は、動弁機構室内に配置された第１部分を有している。そして、当該第１部分は、カムの少なくとも１つに対向する位置に配置されている。

本形態によれば、ボス部の第１部分がカムの少なくとも１つに対向する位置に配置されているため、カムの回転に伴って掻き上げられる潤滑油を当該ボス部の第１部分に衝突させることができる。これにより、調節弁に付着したブローバイガス中の水分の凍結を良好に抑制することができる。これにより、調節弁の動作不良の発生を抑制できる。

本発明によれば、気液分離室の温度低下をより一層抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関１の外観を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る気液分離装置３０の構成および配置の概略を示す説明図である。 バッフルプレート３２の外観を示す斜視図である。 バッフルプレート３２を長手方向に直交する方向から見た側面図である。 カム２７によって掻き上げられ飛散した潤滑油によって、気液分離室３４内の温度低下が抑制される様子を示す説明図である。 変形例の気液分離装置１３０によって、気液分離室３４内の温度低下が抑制される様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

本実施の形態に係る内燃機関１は、図１に示すように、シリンダヘッド２と、当該シリンダヘッド２に回転可能支持されたカムシャフト２６と（図２参照）、シリンダヘッド２の上部に取り付けられたロッカーカバー４と、シリンダヘッド２の側壁に取り付けられた吸気マニホールド６と、シリンダヘッド２の下部に取り付けられたシリンダブロック８と、シリンダブロック８の下部に取り付けられたアッパーオイルパン１０と、アッパーオイルパン１０の下部に取り付けられたロアオイルパン１２と、を備えている。アッパーオイルパン１０およびロアオイルパン１２は、本発明における「オイルパン部材」に対応する実施構成の一例である。

内燃機関１は、実施例では、図２に示すように、３つの気筒ＣＬ，ＣＬ，ＣＬが直列に配置された直列３気筒エンジンとして構成されており、燃焼室ＣＣで生じる燃焼圧力によってピストンＰを往復運動させ、当該ピストンＰの往復運動をクランクシャフトＣＳの回転運動に変換することにより動力を出力する。

シリンダヘッド２は、図２に示すように、アッパーデッキ２２およびロアデッキ２４を有している。アッパーデッキ２２は、カムシャフト２６を回転可能に支持するための支持壁２２ａを有している。カムシャフト２６は、当該カムシャフト２６に一体にされた複数のカム２７を有している。また、カムシャフト２６は、図示は省略するが、平行に２本配置されている。一方のカムシャフト２６が回転することによって、図示しない吸気バルブが開閉され、他方のカムシャフト２６が回転することによって、図示しない排気バルブが開閉される。ロアデッキ２４には、燃焼室構成凹部２４ａが形成されており、当該燃焼室構成凹部２４ａには、吸気ポート２４ｂが連通接続されている。

なお、図２に示すように、シリンダヘッド２にロッカーカバー４が締結されることにより、アッパーデッキ２２とロッカーカバー４との間に、カムシャフト２６や図示しない吸気バルブおよび排気バルブを含む動弁機構が収容される動弁機構室ＶＭＣが構成される。

ロッカーカバー４の内側には、図２に示すように、バッフルプレート３２が締結されており、当該バッフルプレート３２とロッカーカバー４の天井面４ａとの間に気液分離室３４が構成されている。ロッカーカバー４の天井面４ａには、複数の垂下壁４ｂが一体に設けられている。当該垂下壁４ｂは、天井面４ａから鉛直下方に向かって延出している。垂下壁４ｂは、ロッカーカバー４の幅方向（気筒ＣＬ列方向および後述するシリンダボア８ｂの軸線方向の両方に直交する方向、図２の紙面手前から奥行き方向）に延在している。なお、垂下壁４ｂは、後述するバッフルプレート３２がロッカーカバー４に締結された際に、気筒ＣＬ列方向に沿ってバッフルプレート３２と互い違い（交互）に配置される位置関係となるように配置されている。

バッフルプレート３２は、図３および図４に示すように、平板部３２ａと、当該平板部３２ａに一体にされた複数の突出部３２ｂと、を備えている。本実施の形態では、バッフルプレート３２は、金属製の板材を曲げ加工することにより一体成形する構成とした。平板部３２ａは、本発明における「底壁」に対応し、突出部３２ｂは、本発明における「突出壁」に対応する実施構成の一例である。

突出部３２ｂは、図３および図４に示すように、平板部３２ａに対して垂直方向に突出しており、突出方向とは反対側が開口された凹形状を有している。また、突出部３２ｂは、ロッカーカバー４の幅方向（気筒ＣＬ列方向および後述するシリンダボア８ｂの軸線方向の両方に直交する方向（図２参照）、図２の紙面手前から奥行き方向）に延在している。さらに、突出部３２ｂは、図２、図３および図５に示すように、バッフルプレート３２がロッカーカバー４に締結された際に、少なくとも１つの突出部３２ｂの開口３３がカム２７に対向する位置となるように配置されている。なお、本実施の形態では、ロッカーカバー４にバッフルプレート３２が締結されることによって、気液分離室３４を有する気液分離装置３０が構成される。換言すれば、気液分離装置３０は、動弁機構室ＶＭＣ内に配置されていると言うことができる。

気液分離室３４は、動弁機構室ＶＭＣ内から当該気液分離室３４内にブローバイガスを導入する図示しない導入開口、気液分離室３４から当該気液分離室３４外へブローバイガスを排出する排出開口３５（図２参照）、および、気液分離室３４内で分離されたブローバイガス中のオイル成分を排出する図示しないドレン開口を除いて概ね密閉された室として構成されている。気液分離室３４は、図示しない排出開口を介して吸気マニホールド６に連通されている。

シリンダブロック８は、図２に示すように、アッパーオイルパン１０およびロアオイルパン１２と共にクランク室ＣＲを構成しており、当該クランク室ＣＲを気筒ＣＬ毎に仕切る仕切壁８ａを有している。当該仕切壁８ａにクランクシャフトＣＳが回転可能に支持される。クランクシャフトＣＳには、コンロッド９を介してピストンＰが接続されている。また、シリンダブロック８は、シリンダボア８ｂを有しており、当該シリンダボア８ｂと、当該シリンダボア８ｂに摺動可能に収容されたピストンＰの頂部と、シリンダヘッド２の燃焼室構成凹部２４ａと、によって燃焼室ＣＣが構成されている。

次に、こうして構成された内燃機関１の動作に伴って発生するブローバイガスの流れについて説明する。内燃機関１の運転が開始されるとピストンＰがシリンダボア８ｂ内を当該シリンダボア８ｂ軸線方向（図２の上下方向）に往復運動する。このとき、燃焼室ＣＣに供給された混合気（例えば、空気とガソリンの混合気）の一部（主に未燃焼の混合気）がピストンＰとシリンダボア８ｂとの間隙からクランク室ＣＲに漏れ出ることによりブローバイガスが発生する。

当該ブローバイガスは、シリンダヘッド２やシリンダブロック８に設けた図示しないブローバイガス流路、あるいは、チェーン室９０（図２参照）を通って、動弁機構室ＶＭＣに流入し、気液分離装置３０の図示しない導入開口（例えば、バッフルプレート３２の平板部３２ａに配置される）から気液分離室３４内に導入される。気液分離室３４内に導入されたブローバイガスは、ロッカーカバー４の垂下壁４ｂやバッフルプレート３２の突出部３２ｂに衝突しながら当該気液分離室３４内を流れ、排出開口３５から排出される。当該排出開口３５から排出されたブローバイガスは図示しないブローバイガス配管を介して吸気マニホールド６に供給され、吸気マニホールド６から吸気ポート２４ｂに還流される。

ここで、本発明の実施に係る内燃機関１を搭載した車両が寒冷地などの気温が低い（氷点下）場所を走行する場合、気液分離室３４内の温度が低下して、ブローバイガス中の水分が凝縮する場合がある。ブローバイガス中の水分が凝縮すると、当該水分がオイル成分と混合することに起因する腐食やワニススラッジが発生する。

しかしながら、本発明の実施の形態では、バッフルプレート３２の突出部３２ｂが、突出方向とは反対側が開口された凹形状を有しており、少なくとも１つの突出部３２ｂの開口３３がカム２７に対向する位置となるように配置されているため、内燃機関１の運転に伴ってカムシャフト２６が回転された際に、当該カムシャフト２６と共に一体回転するカム２７によって掻き上げられ飛散した潤滑油が、突出部３２ｂの凹部内に流入する。このように、高温の潤滑油が突出部３２ｂの内側に接触することで、突出部３２ｂが内側から温められる。当該突出部３２ｂは、気液分離室３４内に突出しているため、突出部３２ｂのヒータ効果によって、気液分離室３４内の温度が低下することを良好に抑制することができる。

また、気液分離室３４内を流れるブローバイガスが昇温された突出部３２ｂに衝突することによって、当該突出部３２ｂから受熱してブローバイガス自体の温度も上昇され得る。これにより、ブローバイガス自体の温度低下も良好に抑制することができる。

さらに、気液分離装置３０が内燃機関１の内部であって、比較的高温の環境下にある動弁機構室ＶＭＣ内に配置されているため、気液分離室３４の温度低下をより一層抑制することができる。

このように、本発明の実施の形態に係る内燃機関１では、気液分離室３４内の温度低下を効果的に抑制することができるため、ブローバイガス中の水分が凝縮することを良好に抑制し得て、凝縮水とオイル成分と混合物の生成に起因する腐食やワニススラッジの発生を効果的に防止できる。

本実施の形態では、カムシャフト２６と一体回転するカム２７が掻き上げ飛散した潤滑油をバッフルプレート３２の突出部３２ｂの内側に接触させるのみとしたが、これに限らない。例えば、図６に例示する変形例の気液分離装置１３０に示すように、カム２７が掻き上げ飛散した潤滑油をＰＣＶバルブ８０の取付ボス５に接触させる構成としても良い。

当該変形例では、図６に示すように、ロッカーカバー４の長手方向の一端側（カムシャフト２６の軸線方向に沿う方向の一端側、図６の左側）の側壁に、ＰＣＶバルブ８０を取り付けるための取付ボス５を一体に設けている。当該取付ボス５は、ロッカーカバーの長手方向（カムシャフト２６の軸線方向に沿う方向、図６の左右方向）に延在しており、その一部はロッカーカバー４の内側（動弁機構室ＶＭＣ内）まで達している。

当該取付ボス５のうちロッカーカバー４の内側（動弁機構室ＶＭＣ内）に配置された第１部分５ａは、図６に示すように、下方（図６の下側）が肉抜きされて動弁機構室ＶＭＣに開口された凹形状を有している。

なお、ＰＣＶバルブは、吸気マニホールド６内の圧力が負圧になると開弁し、吸気マニホールド６内の圧力が正圧になると閉弁するように構成されており、吸気マニホールド６内の負圧の大きさに応じた量のブローバイガスを流すことができる流量制御弁として構成されている。ＰＣＶバルブ８０は、本発明における「調節弁」に対応する実施構成の一例である。

こうして構成された変形例の気液分離装置１３０によれば、カム２７によって掻き上げられ飛散した潤滑油が、突出部３２ｂの凹部内に流入して、突出部３２ｂの昇温を図り、以て、突出部３２ｂのヒータ効果によって、気液分離室３４内の温度低下を抑制することができる効果や、ブローバイガスが昇温された突出部３２ｂに衝突することによって、ブローバイガス自体の温度を上昇させてブローバイガス自体の温度低下を抑制することができる効果に加えて、カム２７によって掻き上げられ飛散した潤滑油を開口１３７から取付ボス５の肉抜き部に流入させて、取付ボス５の第１部分５ａに接触させることができるため、ＰＣＶバルブ８０に付着したブローバイガス中の水分の氷結を良好に抑制し得て、例えば、ＰＣＶバルブ８０の動作不良の発生を抑制することができるという効果を奏することができる。

本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

１ 内燃機関（内燃機関）
２ シリンダヘッド（シリンダヘッド）
４ ロッカーカバー（ロッカーカバー）
４ａ 天井面
４ｂ 垂下壁
５ 取付ボス
５ａ 第１部分（第１部分）
６ 吸気マニホールド（吸気マニホールド）
８ シリンダブロック（シリンダブロック）
８ａ 仕切壁
８ｂ シリンダボア（シリンダボア）
９ コンロッド
１０ アッパーオイルパン（オイルパン部材）
１２ ロアオイルパン（オイルパン部材）
２２ アッパーデッキ
２２ａ 支持壁
２４ ロアデッキ
２４ａ 燃焼室構成凹部
２４ｂ 吸気ポート（吸気ポート）
２６ カムシャフト（カムシャフト）
２７ カム（カム）
３０ 気液分離装置（気液分離装置）
３２ バッフルプレート
３２ａ 平板部（底壁）
３２ｂ 突出部（突出壁）
３３ 開口（開口）
３４ 気液分離室（気液分離室）
３５ 排出開口
８０ ＰＣＶバルブ（調節弁）
１３０ 気液分離装置（気液分離装置）
１３７ 開口
ＣＬ 気筒
ＣＣ 燃焼室（燃焼室）
Ｐ ピストン（ピストン）
ＣＳ クランクシャフト（クランクシャフト）
ＶＭＣ 動弁機構室（動弁機構室）
ＣＲ クランク室（クランク室）

Claims (4)

1. 燃焼室からクランク室に漏れ出たブローバイガスのオイル成分を分離する気液分離室を有し、カムと該カムが一体にされたカムシャフトとを含む動弁機構を収容可能な動弁機構室内に配置された気液分離装置であって、
   前記気液分離室を画定する底壁と、
   該底壁から前記気液分離室の内部に突出するよう該底壁に一体にされ、突出方向とは反対側が開口された凹形状を有する突出壁と、
   を備える気液分離装置。
2. 前記突出壁は、前記カムシャフトの軸線方向に交差する仮想平面上に延在すると共に、該カムシャフトの軸線方向に沿って複数配置されており、
   複数の前記突出壁の少なくとも１つは、前記開口が前記カムに対向するよう配置されている
   請求項１に記載の気液分離装置。
3. 吸気ポートを有するシリンダヘッドと、
   該シリンダヘッドの上方に締結されるロッカーカバーと、
   カムを有し前記シリンダヘッドに回転可能に支持されると共に、前記シリンダヘッドと前記ロッカーカバーとの間に構成される動弁機構室内に配置されるカムシャフトと、
   シリンダボアを有し、前記シリンダヘッドの下方に締結されるシリンダブロックと、
   該シリンダブロックの下方に取り付けられるオイルパン部材と、
   該シリンダブロックに回転可能に支持されると共に、前記シリンダブロックと前記オイルパン部材との間に構成されるクランク室内に配置されるクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトに連結されると共に該クランクシャフトの回転に伴って前記シリンダボア内を往復摺動するピストンと、
   前記吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、
   前記動弁機構室内に配置される請求項１または２に記載の気液分離装置と、
   を備える内燃機関であって、
   前記気液分離装置は、前記シリンダボアと前記ピストンとの間隙から前記クランク室に漏洩したブローバイガスのオイル成分を除去し、該オイル成分が除去された前記ブローバイガスを前記吸気ポートに還流する
   内燃機関。
4. 前記気液分離装置は、前記吸気ポートに還流する前記ブローバイガスの流量を調節する調節弁を有しており、
   前記ロッカーカバーは、前記調節弁を固定するボス部を有しており、
   該ボス部は、前記動弁機構室内に配置された第１部分を有しており、
   該第１部分は、前記カムの少なくとも１つに対向する位置に配置されている
   請求項３に記載の内燃機関。

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