JP2021017845A

JP2021017845A - ブローバイガス処理装置

Info

Publication number: JP2021017845A
Application number: JP2019133744A
Authority: JP
Inventors: 英樹長田; Hideki Osada; 佑樹氷室; Yuki Himuro
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-02-15

Abstract

【課題】ブローバイガスに含まれる水分の凍結を抑制できるブローバイガス処理装置を提供する。【解決手段】ブローバイガス処理装置１００は、ヘッドカバー２０内に設けられ、内燃機関１のブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室３０と、オイルセパレータ室３０に隣接して設けられ、インジェクタ２１から燃料タンク２２へ戻る燃料を流す戻り通路４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、ブローバイガス処理装置に関する。

内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、ブローバイガス管を通じて吸気通路に還流させるブローバイガス処理装置が公知である。

また、ブローバイガス処理装置としては、ヘッドカバー内に設けられ、ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室を備えたものが公知である。

特開２００５−１７１９８１号公報

しかしながら、上記のブローバイガス処理装置では、ヘッドカバーが外気によって冷却されることで、オイルセパレータ室内を流れるブローバイガスが冷却される。そのため、大気温度が低い環境下では、例えば、ブローバイガス管内でブローバイガスに含まれる水分が凍結し、ブローバイガス管の閉塞を生じさせる虞がある。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ブローバイガスに含まれる水分の凍結を抑制できるブローバイガス処理装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、ヘッドカバー内に設けられ、内燃機関のブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室と、前記オイルセパレータ室に隣接して設けられ、インジェクタから燃料タンクへ戻る燃料を流す戻り通路と、を備えたことを特徴とするブローバイガス処理装置が提供される。

好ましくは、前記戻り通路は、前記オイルセパレータ室の底壁部の下側に隣接して設けられる。

好ましくは、前記戻り通路は、前記オイルセパレータ室の底壁部と、前記底壁部よりも下側に配置された通路底壁と、により画成される。

本開示によれば、ブローバイガスに含まれる水分の凍結を抑制できる。

ブローバイガス処理装置を含む内燃機関の全体構成図である。ヘッドカバー内部の概略断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。図４のＶ部を示す拡大断面図である。図５のＶＩ−ＶＩ拡大断面図である。図４のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。また、図中に示す上下前後左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないが、内燃機関１を搭載した車両（不図示）の各方向と一致する。

図中において、白抜き矢印Ａは、吸気の流れを示し、網掛け矢印Ｂは、ブローバイガスの流れを示す。また、黒塗り矢印Ｏは、ブローバイガスから分離されたオイルの流れを示し、点線矢印Ｆは、燃料の流れを示す。

図１は、本実施形態に係る内燃機関１の概略構成図である。図１に示すように、内燃機関１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は、乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は、火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。なお、内燃機関１は、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであっても良い。また、内燃機関１は、移動体に搭載されたものでなくても良く、定置式のものであっても良い。

内燃機関１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に接続された吸気マニホールド１１と、吸気マニホールド１１の上流端に接続された吸気管１２と、を備える。吸気管１２には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、及びインタークーラ１５が設けられる。なお、内燃機関１は、排気管（不図示）等の排気系部品も備えるが、ここでは説明を省略する。

エンジン本体１０は、シリンダブロック１６と、シリンダブロック１６の下部に一体形成されたクランクケース１７と、クランクケース１７の下部に接続されたオイルパン１８と、シリンダブロック１６の上部に接続されたシリンダヘッド１９と、シリンダヘッド１９の上部に接続されたヘッドカバー２０と、を備える。

シリンダブロック１６には、複数（本実施形態では、４つ）のシリンダ１６ａが設けられ、各シリンダ１６ａには、ピストン１６ｂが収容される。クランクケース１７には、クランクシャフト（不図示）が収容され、オイルパン１８には、エンジンオイルが貯留される。シリンダヘッド１９には、吸気マニホールド１１が接続される。また、シリンダヘッド１９には、シリンダ１６ａ内に燃料を噴射するためのインジェクタ（筒内インジェクタ）２１が取り付けられる。

ヘッドカバー２０は、アルミニウム等の金属材料で形成される。但し、ヘッドカバー２０は、任意の材質であって良く、例えば樹脂材料で形成されても良い。

インジェクタ２１は、各シリンダ１６ａ毎に設けられ、ヘッドカバー２０により上方から覆われる。インジェクタ２１には、燃料供給管（不図示）を介してコモンレール（不図示）から高圧の燃料が供給される。

また、インジェクタ２１には、燃料の噴射及び噴射停止を制御するための電磁弁２１ａが設けられる。電磁弁２１ａは、コモンレールからインジェクタ２１に供給された燃料の一部を排出するように構成される。

ブローバイガス処理装置１００は、ヘッドカバー２０内に設けられ、内燃機関１のブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室３０を備える。周知のように、ブローバイガスは、エンジン本体１０においてシリンダ１６ａとピストン１６ｂとの隙間からクランクケース１７内に漏れ出たガスである。

オイルセパレータ室３０は、エンジン本体１０の内部に形成されたエンジン内通路２３からブローバイガスを導入し、ブローバイガスからオイルを分離するように構成される。また、オイルセパレータ室３０は、オイル分離後のブローバイガスを、エンジン本体１０の外部に露出されたブローバイガス管２４に排出するように構成される。

エンジン内通路２３は、クランクケース１７内からシリンダブロック１６及びシリンダヘッド１９の内部を通過して、ヘッドカバー２０内に連通する。

ブローバイガス管２４には、例えば、樹脂製のホース部材が用いられる。ブローバイガス管２４の上流端は、ヘッドカバー２０に形成されたガス出口２５に接続される。一方、ブローバイガス管２４の下流端は、エアクリーナ１３とコンプレッサ１４Ｃとの間に位置する吸気管１２に接続される。但し、ブローバイガス管２４の下流端は、大気開放されていても良い。また、ブローバイガス管２３の下流端を排気管に接続して、ブローバイガスを排気管に戻しても良い。

ブローバイガス管２４の途中には、フィルタエレメント２６ａを内蔵したオイル分離器２６が設けられる。オイル分離器２６は、オイルセパレータ室３０でブローバイガスから分離し切れなかったオイルを、フィルタエレメント２６ａで捕集して、ブローバイガスからオイルを分離するように構成される。

また、オイル分離器２６には、ブローバイガスから分離されたオイルＯをクランクケース１７内に戻すためのオイル管２７が接続される。なお、オイル分離器２６は、任意の種類であって良く、例えば、フィルタエレメント２６ａを有しない遠心分離式のオイルセパレータであっても良い。

図１〜図３に示すように、ヘッドカバー２０及びオイルセパレータ室３０は、上面視で前後方向に長い略矩形状に形成される。

ヘッドカバー２０は、シリンダヘッド１９の上部に固定される枠部２０ａと、枠部２０ａの上端部に一体に形成された天井部２０ｂと、を備える。

オイルセパレータ室３０は、図３に示すように、ヘッドカバー２０の天井部２０ｂの裏側から突出された複数の側壁部３０ａ〜３０ｉと、側壁部３０ａ〜３０ｉの下端に取り付けられ、天井部２０ｂ及び側壁部３０ａ〜３０ｉと共にブローバイガスの流路を画成する底壁部３１と、を備える。

側壁部３０ａ〜３０ｉは、ヘッドカバー２０の天井部２０ｂと一体に形成される。また、本実施形態では、枠状に形成された左右前後の側壁部３０ａ〜３０ｄが、ヘッドカバー２０の枠部２０ａの内側に設けられ、複数のバッフル側壁部３０ｅ〜３０ｉが、左右前後の側壁部３０ａ〜３０ｄの内側に設けられる。

左側壁部３０ａ、右側壁部３０ｂ及び前側壁部３０ｃは、ヘッドカバー２０の枠部２０ａに近接して設けられ、後側壁部３０ｄは、枠部２０ａと隣接または一体に形成される。また、複数のバッフル側壁部３０ｅ〜３０ｉは、ブローバイガスの流れ方向を変えるように設けられる。

前側壁部３０ｃの左側端部には、オイルセパレータ室３０内にブローバイガスを導入するためのガス入口３２が形成される。ガス入口３２は、図１に示したエンジン内通路２３に連通する。

右側壁部３０ｂの下端には、オイルセパレータ室３０内からオイルを排出するためのオイル出口３３が形成される。オイル出口３３は、複数（図示例では、３つ）設けられ、図１に示したエンジン内通路２３に連通する。一方、ガス出口２５は、後側壁部３０ｄの直前方に位置する天井部２０ｂに形成される。

底壁部３１には、側壁部３０ａ〜３０ｉと別体に形成された薄板（例えば、厚さ１ｍｍ）が用いられる。底壁部３１は、鉄等の金属材料で形成され、側壁部３０ａ〜３０ｉの下端にネジ部材Ｘを用いて締結される。

上記の側壁部３０ａ〜３０ｉにより、オイルセパレータ室３０内には、ガス入口３２からガス出口２５にかけて、曲がりくねったブローバイガス流路が形成される。これにより、ブローバイガスは、オイルセパレータ室３０内を流れる過程で、側壁部３０ａ〜３０ｉに衝突する。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルが側壁部３０ａ〜３０ｉ、底壁部３１及び天井部２０ｂの壁面に付着して、ブローバイガスからオイルが分離される。

また、図１に示したように、オイルセパレータ室３０でオイルが分離された後のブローバイガスは、ガス出口２５からブローバイガス管２４及びオイル分離器２６を通じて吸気管１２に還流される。一方、オイルセパレータ室３０でブローバイガスから分離されたオイルＯは、オイル出口３３からエンジン内通路２３を通じてクランクケース１７内に戻される。

ところで、オイルセパレータ室３０では、ヘッドカバー２０が外気によって冷却されることで、オイルセパレータ室３０内を流れるブローバイガスが冷却される。また、オイルセパレータ室３０よりも下流側の位置では、外部に露出されたブローバイガス管２４やオイル分離器２６が外気によって冷却されることで、ブローバイガス管２４内等を流れるブローバイガスが更に冷却される。

そのため、大気温度が低い環境下では、ブローバイガスに含まれる水分が、ブローバイガス管２４、オイル分離器２６或いは吸気管１２の内部に付着して凍結し、ブローバイガス管２４等の閉塞を生じさせる虞がある。また、凍結した氷が下流側に流されてコンプレッサ１４Ｃを破損させる可能性もある。

他方、上述したように、インジェクタ２１には、コモンレールから高圧の燃料が供給され、この燃料は、比較的高温である。また、インジェクタ２１内の燃料は、シリンダ１６ａ側から伝達される熱によって加熱される。そのため、インジェクタ２１の電磁弁２１ａからは、比較的高温（例えば、１００℃程度）の燃料が排出される。

そこで、図２〜図４に示すように、本実施形態のブローバイガス処理装置１００は、オイルセパレータ室３０の底壁部３１の下側に隣接して設けられ、インジェクタ２１から燃料タンク２２（図１を参照）へ戻る燃料を流す戻り通路４０を備える。これにより、戻り通路４０を流れる燃料の熱を利用して、オイルセパレータ室３０内を流れるブローバイガスを加熱できる。以下、戻り通路４０について、詳しく説明する。

戻り通路４０には、インジェクタ２１側から延びる上流側通路５０と、燃料タンク２２に向けて延びる下流側通路としての下流管６０と、が接続される。

上流側通路５０は、燃料上流側から順に接続された、第１上流管５１、燃料路５２及び第２上流管５３を含む。なお、これらは、コネクタ部材Ｙ（後述）を用いて着脱自在に接続される。

第１上流管５１は、戻り通路４０よりも下方に位置するヘッドカバー２０内に配置される。第１上流管５１は、各インジェクタ２１の電磁弁２１ａに接続され、各インジェクタ２１から排出された燃料を集合して流す。

燃料路５２は、キリ孔等によりシリンダヘッド１９の内部に形成される。燃料路５２の入口５２ｉｎは、ヘッドカバー２０の内側の位置で第１上流管５１の下流端に接続され、燃料路５２の出口５２ｏｕｔは、ヘッドカバー２０の外側の位置で第２上流管５３の上流端に接続される。

また、本実施形態の燃料路５２では、水平に形成された横孔５２ａが入口５２ｉｎ及び出口５２ｏｕｔを繋ぐ。横孔５２ａは、シリンダヘッド１９の側壁部を外側からドリル加工して形成される。なお、シリンダヘッド１９の側壁部に形成された横孔５２ａの開口部は、戻り通路４０を備えない場合の既存の燃料路の出口５２ｏｕｔ’である。本実施形態では、この出口５２ｏｕｔ’を栓Ｚで塞いで、シリンダヘッド１９の上面部に出口５２ｏｕｔを設けることで、既存の燃料路の一部を利用している。

第２上流管５３及び下流管６０は、ヘッドカバー２０の外部に露出されて配置される。第２上流管５３の下流端は、戻り通路４０内に燃料を導入するための燃料入口４０ｉｎに接続される。一方、下流管６０の上流端は、戻り通路４０内から燃料を排出するための燃料出口４０ｏｕｔに接続される。他方、下流管６０の下流端は、燃料タンク２２（図１を参照）に接続される。

本実施形態の戻り通路４０は、オイルセパレータ室３０の底壁部３１と、底壁部３１よりも下側に配置された通路底壁４１と、により画成される。

通路底壁４１には、鉄等の金属材料で形成された薄板（例えば、厚さ１ｍｍ）が用いられる。通路底壁４１は、上下方向において、オイルセパレータ室３０の底壁部３１と平行に配置される。また、通路底壁４１は、上面視において、底壁部３１と同じ形状、位置及び向きで設けられる。

通路底壁４１の上面には、複数のリブ４２ａ〜４２ｇが形成される。リブ４２ａ〜４２ｇは、鉄等の金属材料で形成され、通路底壁４１の上面に溶接または一体形成される。

本実施形態では、通路底壁４１の外周に沿って配置される枠状の左右前後のリブ４２ａ〜４２ｄと、左右前後のリブ４２ａ〜４２ｄの内側に配置された第１〜第３リブ４２ｅ〜４２ｇと、が設けられる。

通路底壁４１及びリブ４２ａ〜４２ｇは、ネジ部材Ｘを用いて、底壁部３１と共にオイルセパレータ室３０の側壁部３０ａ〜３０ｉに締結されることで、底壁部３１を介して側壁部３０ａ〜３０ｉに押し付けられる（図７を参照）。これにより、リブ４２ａ〜４２ｇの上端部は、底壁部３１の下面に燃料漏れ無きよう密着される。但し、リブ４２ａ〜４２ｇは、底壁部３１に溶接または一体形成されても良い。

リブ４２ａ〜４２ｇの上下方向の高さは、通路底壁４１と底壁部３１との間に微小（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）の隙間が形成されるように、低く（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）設定される。

図４に示すように、左右前後のリブ４２ａ〜４２ｄは、上面視において、オイルセパレータ室３０の左右前後の側壁部３０ａ〜３０ｄと同じ形状、位置及び向きで設けられる。但し、前側リブ４２ｃには、前側壁部３０ｃのガス入口３２のような開口部は形成されず、また、右側リブ４２ｂには、右側壁部３０ｂのオイル出口３３のような開口部は形成されない。

後側リブ４２ｄは、ヘッドカバー２０の枠部２０ａの後面部に押し付けられて配置される。戻り通路４０の燃料入口４０ｉｎ及び燃料出口４０ｏｕｔは、後側リブ４２ｄと枠部２０ａとを前後方向に貫通してそれぞれ形成される。左右方向において、燃料入口４０ｉｎは、後側リブ４２ｄの左側端部の位置に配置され、燃料出口４０ｏｕｔは、後側リブ４２ｄの右側端部の位置に配置される。

図５及び図６に示すように、燃料入口４０ｉｎのうち、ヘッドカバー２０の枠部２０ａの部分には、雌ネジＳ１が形成されており、雄ネジＳ２を有する管状のコネクタ部材Ｙが後方から螺合されて固定される。また、コネクタ部材Ｙには、第２上流管５３の下流端が後方から嵌合されて固定される。なお、図４に示した燃料出口４０ｏｕｔも、同様のコネクタ部材Ｙを用いて下流管６０に接続される。また、図２に示した燃料路５２の入口５２ｉｎ及び出口５２ｏｕｔも、同様のコネクタ部材Ｙを用いて第１及び第２上流管５１，５３に接続される。

図４及び図７に示すように、第１〜第３リブ４２ｅ〜４２ｇは、前後方向に直線状に延びた断面形状を有する。本実施形態では、左側から順に、左側リブ４２ａ、第１リブ４２ｅ、第２リブ４２ｆ、第３リブ４２ｇ、右側リブ４２ｂが、平行に等間隔で配置される。

第１リブ４２ｅの後端部は、燃料入口４０ｉｎの直右側に位置で後側リブ４２ｄに接続され、第１リブ４２ｅの前端部は、前側リブ４２ｃから後方に離間される。第２リブ４２ｆの前端部は、前側リブ４２ｃの左右方向の中央部分に接続され、第２リブ４２ｆの後端部は、後側リブ４２ｄから後方に離間される。第３リブ４２ｇの後端部は、燃料出口４０ｏｕｔの直左側に位置で後側リブ４２ｄに接続され、第３リブ４２ｇの前端部は、前側リブ４２ｃから後方に離間される。

上記の第１〜第３リブ４２ｅ〜４２ｇにより、戻り通路４０では、燃料入口４０ｉｎから燃料出口４０ｏｕｔに向かうまでの間に、前後方向に蛇行する蛇行通路が形成される。これにより、戻り通路４０内に燃料を長い時間滞留させることが可能になり、その結果、戻り通路４０内の燃料とオイルセパレータ室３０内のブローバイガスとの熱交換効率を向上できる。なお、第１〜第３リブ４２ｅ〜４２ｇは、任意の個数、形状及び位置であって良い。例えば、左右前後のリブ４２ａ〜４２ｄの内側には、燃料入口４０ｉｎから燃料出口４０ｏｕｔに向かうまでの間に、前後方向に一往復だけする往復通路が形成されるように、一つのリブだけを設けても良い。

本実施形態では、インジェクタ２１の電磁弁２１ａから排出された高温（例えば、１００℃程度）の燃料が、上流側通路５０を通じて燃料入口４０ｉｎから戻り通路４０内に導入される。戻り通路４０内に導入された燃料は、図４に点線矢印Ｆで示すように、第１〜第３リブ４２ｅ〜４２ｇに沿って前後方向に蛇行する蛇行通路を流れた後、燃料出口４０ｏｕｔから排出される。燃料出口４０ｏｕｔから排出された燃料は、下流管６０を通じて燃料タンク２２に戻される。

本実施形態によれば、戻り通路４０を流れる燃料の熱を、底壁部３１を介して、オイルセパレータ室３０を流れるブローバイガスに伝達できる。そして、オイルセパレータ室３０内を流れるブローバイガスを、燃料の熱により加熱できる。その結果、オイルセパレータ室３０のガス出口２５からブローバイガス管２４に排出されるブローバイガスの温度を高くできる。

これにより、大気温度が低い環境下において、外部に露出されたブローバイガス管２４内等を流れるブローバイガスが冷却された場合でも、ブローバイガスに含まれる水分が、ブローバイガス管２４等の内部に付着して凍結するのを抑制できる。その結果、凍結によるブローバイガス管２４等の閉塞や、凍結した氷によるコンプレッサ１４Ｃの破損を抑制できる。

よって、本実施形態のブローバイガス処理装置１００であれば、ブローバイガスに含まれる水分の凍結を抑制できる。

他方、上述した実施形態は、以下のような変形例またはその組み合わせとすることができる。なお、下記の説明においては、上記の実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

（第１変形例）
戻り通路４０は、オイルセパレータ室３０に隣接していれば、底壁部３１の下側に隣接していなくても良い。図示しないが、第１変形例の戻り通路は、例えば、管状に形成され、底壁部の上面に沿ってオイルセパレータ室３０内に配置される。

（第２変形例）
図示しないが、戻り通路は、インジェクタから燃料タンクに戻る燃料の一部のみが流れるように構成されても良い。第２変形例では、例えば、戻り通路をバイパスするバイパス管が設けられる。

（第３変形例）
インジェクタは、排気管内に燃料を噴射する排気管内インジェクタであっても良い。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って、本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１内燃機関
１０エンジン本体
２０ヘッドカバー
２１インジェクタ
２２燃料タンク
３０オイルセパレータ室
３１底壁部
４０戻り通路
４１通路底壁
４２リブ
１００ブローバイガス処理装置
Ａ吸気
Ｂブローバイガス
Ｆ燃料
Ｏオイル

Claims

ヘッドカバー内に設けられ、内燃機関のブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室と、
前記オイルセパレータ室に隣接して設けられ、インジェクタから燃料タンクへ戻る燃料を流す戻り通路と、を備えた
ことを特徴とするブローバイガス処理装置。
前記戻り通路は、前記オイルセパレータ室の底壁部の下側に隣接して設けられる
請求項１記載のブローバイガス処理装置。
前記戻り通路は、前記オイルセパレータ室の底壁部と、前記底壁部よりも下側に配置された通路底壁と、により画成される
請求項１または２記載のブローバイガス処理装置。