JP2021124028A - ブローバイガス排出構造及びブローバイガスの排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス中の水分の凍結を、より抑制できるブローバイガス排出構造の提供。【解決手段】内燃機関１のクランク室２２に漏出したブローバイガスを、シリンダヘッド１５の上方を覆うヘッドカバー１７の内部と、外部オイルセパレータ３５を介して排出するブローバイガス排出構造３であって、ブローバイガスが導入される導入孔３９を備えた通路であって、ヘッドカバー１７の内壁に接してヘッドカバー１７内に設けられ、導入されたブローバイガスの熱を、内壁を介して放熱してブローバイガスを冷却する冷却通路４１と、ヘッドカバー１７内に冷却通路４１よりもシリンダヘッド１５に近い位置に設けられて冷却通路４１の出口に接続され、冷却通路４１から導入されたブローバイガスを内燃機関１の燃焼で生じる熱で加熱して外部オイルセパレータ３５に排出する加熱通路４３と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ブローバイガス排出構造及びブローバイガスの排出方法に関する。

内燃機関では、気筒とシリンダの隙間から燃焼ガスの一部がクランク室に漏出するため、この漏出ガスであるブローバイガスを排出する排出構造を備える場合がある。

ここで、外気に露出する部分がある排出構造では、露出部を通過するブローバイガス中の水分が外気で冷やされて凍結する場合がある。特に排出構造が、ブローバイガスを吸気路に環流する構造の場合、水分が凍結すると、吸気路を閉塞したり吸気路内の過給機を損傷させたりする恐れがある。そこで、露出部である外部オイルセパレータを通過したブローバイガスをヘッドカバー内に導入し、エンジンの熱で加熱してから吸気路に環流する構造が知られている（特許文献１）。

特開２０１６−１３５９９６号公報

特許文献１の構成は、ブローバイガス中の水分に起因する吸気路の凍結防止という観点からは有用である。

一方で、この構造は露出部を通過する際にブローバイガスが冷却されて凝集水が生成すると、そのままヘッドカバーを通過するため、再加熱後に吸気路に環流される中途でブローバイガス中の水分が凍結する可能性が僅かに存在する。特に、この構造ではヘッドカバー内に導入されたブローバイガスがヘッドカバーの上壁にも接するため、エンジンの熱で加熱される一方で、上壁を介して熱が外部に逃げる。そのため外気温次第では加熱温度を上げ難く、凍結を防止し難い場合がある。

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、ブローバイガス中の水分の凍結を、より抑制できるブローバイガス排出構造の提供を目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の一態様は、内燃機関のクランク室に漏出したブローバイガスを、前記内燃機関のシリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバーの内部と、オイルセパレータを介して排出するブローバイガス排出構造であって、前記ブローバイガスが導入される導入孔を備えた通路であって、前記ヘッドカバーの内壁に接して前記ヘッドカバー内に設けられ、導入された前記ブローバイガスの熱を、前記内壁を介して放熱して前記ブローバイガスを冷却する冷却通路と、前記ヘッドカバー内に前記冷却通路よりも前記シリンダヘッドに近い位置に設けられて前記冷却通路の出口に接続され、前記冷却通路から導入された前記ブローバイガスを前記内燃機関の燃焼で生じる熱で加熱して前記オイルセパレータに排出する加熱通路と、を備えることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本開示の他の態様は、内燃機関のクランク室に漏出したブローバイガスを、シリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバー内に導入し、前記ヘッドカバーに接続されたオイルセパレータを介して排出するブローバイガスの排出方法であって、前記ヘッドカバー内に導入された前記ブローバイガスを前記ヘッドカバーに接触させ、前記ヘッドカバーの外壁を介して放熱することで冷却して水分を凝集させて除去する冷却工程と、前記冷却工程後の前記ブローバイガスを、前記内燃機関の燃焼により生じる熱で、前記ヘッドカバー内で加熱して前記オイルセパレータに送る加熱工程と、を実施することを特徴とする。

本開示によれば、ブローバイガス中の水分の凍結を、より抑制できるブローバイガス排出構造を提供できる。

第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造を備える内燃機関の概略構成を示す縦断面図であって、邪魔板は記載を省略している。 （ａ）は図１の冷却通路のＡ−Ａ断面図であって、（ｂ）は図１の加熱通路のＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図３の分解図である。 第２の実施形態に係るブローバイガス排出構造の加熱通路及び再導入加熱路を示す横断面図であって、図２（ｂ）に対応する図である。 第３の実施形態に係るブローバイガス排出構造を備える内燃機関の概略構成を示す縦断面図であって、邪魔板は記載を省略している。

以下、図面に基づき本開示の実施形態を詳細に説明する。

まず図１を参照して本開示の第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造３を備える内燃機関１の概略構成を説明する。図１では内燃機関１としてディーゼルエンジンを例示する。

図１に示すように内燃機関１は気筒７、ピストン９、クランク１１、コンロッド１９、燃料噴射装置２９、吸気弁２１、排気弁２７、吸気路２５、排気路２３、ヘッドカバー１７及びブローバイガス排出構造３を備える。

この構成では図１に示すように円筒状の気筒７内に円柱状のピストン９が上下動可能に配置され、コンロッド１９を介してピストン９とクランク１１が連結される。ピストン９と、気筒７の上端部であるシリンダヘッド１５の間の空間は燃焼室２０と呼ばれる。クランク１１が設けられた気筒７の下部の空間はクランク室２２と呼ばれる。内燃機関１は気筒７に接続された吸気路２５から燃焼室２０に導入された空気を、ピストン９で燃料の発火点以上に圧縮加熱し、燃料噴射装置２９から燃料を噴射して燃料を自己発火させピストン９を押し出すことで機械仕事を得る。燃焼後の排ガスは、気筒７に接続された排気路２３から排出される。気筒７と吸気路２５の接続部には吸気弁２１が設けられ、燃焼室２０に吸気の必要がある場合に開弁する。同様に気筒７と排気路２３の接続部には排気弁２７が設けられ、燃焼室２０内のガスを排気する必要がある場合に開弁する。

気筒７はシリンダヘッド１５の上端とクランク室２２を連通する孔である換気通路２４を内部に備える。燃焼の際に生じた排ガスの一部は気筒７とピストン９の隙間からブローバイガスとして漏出するが、ブローバイガスは換気通路２４を介してシリンダヘッド１５の上方へ送られる。

図１では気筒７を１つのみ図示しているが、内燃機関１は、Ｙ方向に沿って図示しない複数の気筒７、例えば４つの気筒７が設けられる。

ヘッドカバー１７は下面が開放された箱型の樹脂製又は金属製のカバーであり、シリンダヘッド１５の上方を覆っている。

ヘッドカバー１７の壁面である側壁１７ｂにはＰＣＶバルブ３３が設けられる。ＰＣＶとはPositive Crankcase Ventilationの略である。ＰＣＶバルブ３３は入出力部の差圧が所定以上になった場合に開弁する制御弁であり、例えば機械式の還流制御弁が用いられる。ＰＣＶバルブ３３は一端がヘッドカバー１７内に、他端が外部オイルセパレータ３５を介して吸気路２５に接続される。ＰＣＶバルブ３３はヘッドカバー１７と吸気路２５の差圧が所定以上になった場合に開弁される。燃焼の際に空気を燃焼室２０に取り入れる場合に吸気弁２１が開くと吸気路２５内は負圧となるため、ヘッドカバー１７と吸気路２５に差圧が生じる。ＰＣＶバルブ３３はこの差圧で開弁してヘッドカバー１７内のブローバイガスを排出する。

外部オイルセパレータ３５はブローバイガス内のオイルを分離する装置であり、ＰＣＶバルブ３３と吸気路２５を接続する管路の中途に設けられる。外部オイルセパレータ３５は、ヘッドカバー１７の外部に露出しており、外気に晒されている。

ブローバイガス排出構造３は、ヘッドカバー１７の内部と、外部オイルセパレータ３５を介してブローバイガスを排出する構造であり、ここでは排出したブローバイガスを内燃機関１の吸気路２５に環流する構造を例示している。ブローバイガス排出構造３は冷却通路４１及び加熱通路４３を備える。

冷却通路４１はヘッドカバー１７内からブローバイガスが導入される通路であり、かつ導入されたブローバイガスを、ヘッドカバー１７の内壁を介して放熱して冷却する通路である。

図１及び図２に示すように冷却通路４１はヘッドカバー１７の内壁の一部である上壁１７ａ、ヘッドカバー１７内を上下に仕切る上部仕切板５１、及びヘッドカバー１７の内壁の一部である側壁１７ｂで囲まれた上層空間である。また、冷却通路４１は上部仕切板５１に設けられた孔部である導入孔３９を備えており、導入孔３９からブローバイガスが導入される。冷却通路４１は、上部仕切板５１に設けられた孔部である出口孔６１も備えており、導入されたブローバイガスは出口孔６１から加熱通路４３に排出される。

加熱通路４３は冷却通路４１と外部オイルセパレータ３５を接続する通路の一部であり、かつ冷却通路４１から導入されたブローバイガスを内燃機関１の燃焼で生じる熱で加熱して外部オイルセパレータ３５に排出する通路である。

加熱通路４３はヘッドカバー１７内に冷却通路４１よりもシリンダヘッド１５に近い位置、具体的には図１では冷却通路４１よりも下方に設けられ、かつ冷却通路４１の出口である出口孔６１に接続される。加熱通路４３の出口はＰＣＶバルブ３３に接続される。図１では加熱通路４３は上部仕切板５１、上部仕切板５１よりも下方に設けられてヘッドカバー１７内を上下に仕切る下部仕切板５３、及び側壁１７ｂで囲まれた下層空間である。

この構造では、クランク室２２内のブローバイガスは、ＰＣＶバルブ３３が開弁すると、吸気路２５の負圧によって換気通路２４を介して冷却通路４１に導入される。導入されたブローバイガスの熱が図１の矢印Ｈ１で示す方向でヘッドカバー１７の上壁１７ａを介して放熱されることでブローバイガスが冷却されて温度が下がる。ブローバイガスの温度が下がると飽和水蒸気量も下がるので、下がった温度での飽和水蒸気量を超える量の水蒸気が凝集水として凝結して冷却通路４１の内壁に付着することで、ブローバイガスから分離される。これによりブローバイガス中の水分量が減少する。

さらに、水分量が減少した後のブローバイガスは加熱通路４３に導入される。加熱通路４３は冷却通路４１よりも内燃機関１のシリンダヘッド１５に近い位置に設けられる。そのため内燃機関１の燃焼で生じる熱、具体的にはシリンダヘッド１５の熱や、シリンダヘッド１５内の吸気弁２１や排気弁２７等の駆動機構の潤滑油の熱が図１の矢印Ｈ２で示す方向に加熱通路４３へ伝熱され、ブローバイガスが加熱される。この加熱により、加熱通路４３に導入されたブローバイガスは導入前よりも高温になる。これにより、ブローバイガスが冷却通路４１から導入された直後よりも飽和水蒸気量が大きくなる。そのため外部オイルセパレータ３５に排出されるブローバイガス中の水蒸気量は飽和水蒸気量未満となり、水分が凝集し難い状態で外部オイルセパレータ３５に排出される。

このように、露出部である外部オイルセパレータ３５にブローバイガスを導入する前に冷却通路４１で除湿することで、ブローバイガス中の水分量を減らすことができる。よって、外気温が氷点下である等の理由で、外部オイルセパレータ３５内で水分の凝結が生じても、凝結する水分量を減らすことができ、吸気路２５で凍結する水分量が減る。

さらに、除湿後のブローバイガスを加熱通路４３で加熱することで、外部オイルセパレータ３５に排出されるブローバイガス中の水蒸気量が飽和水蒸気量未満になる。そのため、水分が凝結し難くなる。

よって、単にブローバイガスを加熱するだけの従来の構造と比べてブローバイガス中の水分の凍結を、より抑制できる。

また冷却通路４１は、ヘッドカバー１７の上壁１７ａを介してブローバイガスの熱を放熱することでブローバイガスを冷却する構造なので、クーラー等の冷却装置を別途設ける必要がない点も有利である。

さらに加熱通路４３は、内燃機関１のシリンダヘッド１５からの伝熱でブローバイガスを加熱する構造なので、ヒータ等の加熱装置を別途設ける必要がない点も有利である。また、加熱通路４３はヘッドカバー１７の上壁１７ａに接しないので、加熱通路４３内の熱がヘッドカバー１７の外部に放熱され難く、加熱通路４３内の温度が外気で下がり難い点も有利である。

以上が第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造３を備える内燃機関１の概略構成の説明である。

次に、図１〜図４を参照してブローバイガス排出構造３の詳細な構造を説明する。

図１〜図３に示すように、ブローバイガス排出構造３は、上部仕切板５１、下部仕切板５３、及び邪魔板７１を備える。

上部仕切板５１及び下部仕切板５３は、ヘッドカバー１７を上下方向に２層の空間に仕切る仕切板であり、ヘッドカバー１７内にＸ−Ｙ平面に沿って配置され、かつ上下方向に異なる高さで各々設けられる。

具体的には、図１及び図３に示すように上部仕切板５１は下部仕切板５３よりも上方に設けられる。上部仕切板５１の上面は、ヘッドカバー１７の上壁１７ａの内表面と対向する。上部仕切板５１の下面は下部仕切板５３と対向する。ただし、上部仕切板５１のＹ方向の両端の上面は、図４に示すようにヘッドカバー１７の側壁１７ｂの内表面に設けられた段付き部分である上側段部７３の下面に当接する。Ｘ方向については図示していないが、Ｙ方向と同様に上側段部７３の下面に当接させればよい。

なお、上側段部７３とは、ヘッドカバー１７の側壁１７ｂのうち、冷却通路４１を構成する部分と該部分の下方の部分との段差である。図４では、ヘッドカバー１７の側壁１７ｂのうち、冷却通路４１を構成する部分のＹ方向の内表面の距離をＬ０とすると、その下方の部分は内表面が外側に広がっており、Ｙ方向の内表面の距離Ｌ１がＬ０よりも大きい。この距離の差で生じた段差が上側段部７３である。

上部仕切板５１のＹ方向の両端の上面が上側段部７３に当接するためには、上部仕切板５１のＹ方向距離Ｌ３が、Ｌ１より短く、Ｌ０より長い必要がある。

図２（ａ）に示すように上部仕切板５１は導入孔３９及び出口孔６１を備える。導入孔３９はヘッドカバー１７内のブローバイガスが冷却通路４１に導入される際の入口となる孔であり、平面視でヘッドカバー１７の長手方向であるＹ方向の一端の隅に設けられる。

出口孔６１は、導入されたブローバイガスを加熱通路４３に排出する孔であり、平面視でヘッドカバー１７の長手方向であるＹ方向の他端の隅に設けられる。

図１及び図３に示すように下部仕切板５３は上部仕切板５１よりも下方に設けられる。下部仕切板５３の上面は、上部仕切板５１の下面と対向する。下部仕切板５３の下面はシリンダヘッド１５の上面と対向する。ただし、上部仕切板５１のＹ方向の両端の上面は、図４に示すようにヘッドカバー１７の側壁１７ｂの内表面の上側段部７３の下側に設けられた段付き部分である下側段部７５の下面に当接する。Ｘ方向については図示していないが、Ｙ方向と同様に下側段部７５の下面に当接させればよい。

なお、下側段部７５とは、ヘッドカバー１７の側壁１７ｂのうち、加熱通路４３を構成する部分と該部分の下方との段差である。図４では、ヘッドカバー１７の側壁１７ｂのうち、加熱通路４３を構成する部分のＹ方向の内表面の距離をＬ１とすると、その下方の部分は内表面が外側に広がっており、Ｙ方向の内表面の距離Ｌ２がＬ１よりも大きい。この距離の差で生じた段差が下側段部７５である。

下部仕切板５３のＹ方向の両端の上面が下側段部７５に当接するためには、下部仕切板５３のＹ方向距離Ｌ４が、Ｌ２より短く、Ｌ１より長い必要がある。

この構造では２枚の仕切板である上部仕切板５１と下部仕切板５３でヘッドカバー１７を上下に仕切ることで冷却通路４１と加熱通路４３が形成される。具体的には、上部仕切板５１、ヘッドカバー１７の上壁１７ａ、及びヘッドカバー１７の側壁１７ｂで構成される上層空間が冷却通路４１となる。また、上部仕切板５１、下部仕切板５３、及びヘッドカバー１７の側壁１７ｂで構成される下層空間が冷却通路４１となる。

そのため、冷却通路４１と加熱通路４３用の配管等をヘッドカバー１７に設けなくても冷却通路４１と加熱通路４３を形成できる。

また、ヘッドカバー１７の上壁１７ａが冷却通路４１の外壁及び放熱板を兼ねるため、ブローバイガスの熱をヘッドカバー１７の外部に逃がすための放熱板を別途ヘッドカバー１７に設ける必要がない点も有利である。

さらに、加熱通路４３は、内燃機関１の燃焼により生じた熱がシリンダヘッド１５から下部仕切板５３を介して伝えられることで、ブローバイガスを加熱するため、下部仕切板５３が伝熱板を兼ねる。そのため、内燃機関１の燃焼により生じた熱を加熱通路４３に伝熱するための伝熱板等を別途設ける必要がない点も有利である。

なお、上部仕切板５１は冷却通路４１と加熱通路４３を仕切る板であるため、下部仕切板５３よりも熱伝導率が低い断熱材料で構成すると、冷却通路４１と加熱通路４３の間で熱交換が起こり難くなり、互いの冷却と加熱の妨げとならないので好ましい。あるいは上部仕切板５１を、上下方向に離間配置した２枚の板で構成して、離間した部分を断熱層として利用する構造でもよい。一方で下部仕切板５３はシリンダヘッド１５の熱を加熱通路４３に伝える伝熱部材であるため、上部仕切板５１よりも熱伝導率が高い材料で構成するのが好ましい。ただし生産性の観点から、上部仕切板５１と下部仕切板５３を同じ材料で構成してもよい。具体的には上部仕切板５１と下部仕切板５３をヘッドカバー１７と同じ材料で構成してもよい。

なお、冷却通路４１の高さ、具体的にはヘッドカバー１７の上壁１７ａと上部仕切板５１の鉛直方向距離は、低くなるほどブローバイガスが上壁１７ａに接しやすくなるため、冷却効率の観点からは好ましい。一方で冷却通路４１の高さが低すぎるとブローバイガスが冷却通路４１に導入され難くなるので、ブローバイガスの流動を妨げない範囲で鉛直方向距離を設定するのが好ましい。

加熱通路４３の高さ、具体的には上部仕切板５１と下部仕切板５３の鉛直方向距離は、低くなるほど、ブローバイガスが下部仕切板５３に接しやすくなるため、加熱効率の観点からは好ましい。一方で、加熱通路４３の高さが低すぎるとブローバイガスが加熱通路４３に導入され難くなる。また、シリンダヘッド１５と下部仕切板５３の距離が遠くなって加熱効率が悪化する可能性もあるため、シリンダヘッド１５との距離やブローバイガスの導入のし易さを考慮して加熱通路４３の高さを設定するのが好ましい。

邪魔板７１は冷却通路４１及び加熱通路４３の少なくとも一方でのブローバイガスの流れを部分的に遮断するバッフル板であり、冷却通路４１及び加熱通路４３におけるブローバイガスの導入部と排出部の間に少なくとも１つが設けられる。図２（ａ）では、冷却通路４１における邪魔板７１は平面視で、導入部である導入孔３９と、排出部である出口孔６１の間に設けられる。より具体的には邪魔板７１は、ヘッドカバー１７の側壁１７ｂのうち、Ｙ方向に沿って配置された１対の側壁１７ｂの一方から他方に向けてＸ方向に中途まで突出するように配置される。さらに図２では１対の側壁１７ｂの一方から他方に向けて突出する複数の邪魔板７１と、他方から一方に向けて突出する複数の邪魔板７１が、Ｙ方向に向けて交互に配置されている。なお邪魔板７１は図３に示すように、冷却通路４１の上面と下面を連結している。

図２（ｂ）では加熱通路４３にも邪魔板７１が配置される。加熱通路４３における邪魔板７１は、平面視で導入部である出口孔６１と、排出部であるＰＣＶバルブ３３の間に設けられる。図２では加熱通路４３における邪魔板７１と、冷却通路４１における邪魔板７１は同じ配置となっている。

邪魔板７１を設けることで、ブローバイガスの流れが邪魔板７１で部分的に遮断されるため、ブローバイガスは図２の円弧状の矢印で示すように冷却通路４１及び加熱通路４３内を邪魔板７１に沿って蛇行する。よって、入口である導入部から出口である排出部に至るまでの冷却通路４１又は加熱通路４３内のブローバイガスの移動距離が、邪魔板７１を設けない場合よりも長くなる。

そのため、ブローバイガスの温度を冷却通路４１ではより低くでき、加熱通路４３ではより高くでき、冷却効率と加熱効率が向上する。

なお、ブローバイガス排出構造３は冷却を外気に、加熱を内燃機関１の熱に依存する構造である。そのため、冷却通路４１でのブローバイガスの温度低下幅と加熱通路４３でのブローバイガスの温度上昇幅は、外気温や内燃機関１の動作条件に左右される。

ただし、冷却通路４１内でのブローバイガスの温度低下幅と加熱通路４３内でのブローバイガスの温度上昇幅は、ある程度は邪魔板７１の数で調整可能である。具体的には、邪魔板７１の数を多くして、冷却通路４１内でのブローバイガスの移動距離を長くするほど、冷却通路４１内でのブローバイガスの温度低下幅が大きくなる。逆に邪魔板７１の数を少なくして、冷却通路４１内でのブローバイガスの移動距離を短くするほど、冷却通路４１内でのブローバイガスの温度低下幅が小さくなる。

加熱通路４３も同様であり、邪魔板７１の数を多くして加熱通路４３内でのブローバイガスの移動距離を長くするほど、加熱通路４３内でのブローバイガスの温度上昇幅が大きくなる。逆に邪魔板７１の数を少なくして、加熱通路４３内でのブローバイガスの移動距離を短くするほど、加熱通路４３内でのブローバイガスの温度上昇幅が小さくなる。

このように邪魔板７１が、ある程度の温度調節機能を有する点も第１の実施形態の有利な点である。

邪魔板７１は、加熱通路４３と冷却通路４１で別々に設けてもよい。ただし、図３及び図４に示すように１つの邪魔板７１が加熱通路４３と冷却通路４１の邪魔板７１を兼ねる構造の方が、ブローバイガス排出構造３の部品点数が減るため、コストと生産性の点で有利である。

具体的には、図４に示すように邪魔板７１は、根元部７１ａと、先端部７１ｂを備える段付き構造である。

根元部７１ａはヘッドカバー１７の上壁１７ａの内壁から下方に突設された部分であり、例えばヘッドカバー１７と一体成型されると生産性の点で好ましいが、別体でもよい。

先端部７１ｂは、根元部７１ａの下端から下方に突設された部材であり、例えば根元部７１ａと一体成型されると生産性の点で好ましいが、別体でもよい。

図４に示すように、根元部７１ａの水平方向に平行な１方向であるＹ方向の幅Ｗ１よりも先端部７１ｂのＹ方向の幅Ｗ２が狭い。そのため邪魔板７１は、根元部７１ａと先端部７１ｂの接続部に段差が生じる段付き構造である。なお、根元部７１ａと先端部７１ｂのＸ方向の幅は同じであり、図２に示す冷却通路４１及び加熱通路４３のＸ方向の幅よりも短い。

また、この構造では、上部仕切板５１には、平面視で邪魔板７１と重なる位置には、先端部７１ｂが挿通可能な寸法の穴部５１ａを備える。具体的には、水平方向に平行な１方向であるＹ方向において、穴部５１ａの幅Ｄは、先端部７１ｂの幅Ｗ２を超え、根元部７１ａの幅Ｗ１未満である。穴部５１ａのＸ方向の幅は、先端部７１ｂのＸ方向の幅未満である。

この構造では、先端部７１ｂが穴部５１ａに挿入され、根元部７１ａの下端に当接して図示しないボルト等で根元部７１ａと上部仕切板５１を締結することで、上部仕切板５１がヘッドカバー１７に固定される。また、ヘッドカバー１７の上側段部７３と、上部仕切板５１とも、図示しないボルト等で必要に応じて締結されることで、より強固に上部仕切板５１がヘッドカバー１７に固定される。

下部仕切板５３は、先端部７１ｂの下端に図示しないボルト等で締結されることで固定される。また、ヘッドカバー１７の下側段部７５と、下部仕切板５３も、図示しないボルト等で必要に応じて締結されることで、より強固に下部仕切板５３がヘッドカバー１７に固定される。

この構成では、段付きの邪魔板７１の１段目である根元部７１ａに上部仕切板５１が固定され、２段目である先端部７１ｂに下部仕切板５３が固定される。根元部７１ａは冷却通路４１内に配置されて、冷却通路４１を流れるブローバイガスに対して邪魔板７１となる。先端部７１ｂは加熱通路４３内に配置されて、加熱通路４３を流れるブローバイガスに対して邪魔板７１となる。

よって１つの邪魔板７１が加熱通路４３と冷却通路４１の邪魔板７１を兼ねるため、冷却通路４１と加熱通路４３で別々の邪魔板７１を設ける必要がなくなる。そのため、ブローバイガス排出構造３の構造が簡易となり、邪魔板７１の取り付け作業性も向上する。

なお冷却通路４１は、ブローバイガスの冷却でブローバイガスから凝縮した凝縮水をヘッドカバー１７内に排水する少なくとも１つのドレン孔を備える必要がある。

導入孔３９はドレン孔の１つである。導入孔３９は、ヘッドカバー１７と冷却通路４１を連通する孔であるため、冷却通路４１内で凝縮した水分を導入孔３９からヘッドカバー１７内に排水できるためである。

ドレン孔は複数設けると排水の効率が上昇するが、数は少ない方が好ましく、導入孔３９のみがドレン孔であるのが最も好ましい。理由は以下の通りである。ドレン孔はヘッドカバー１７内と冷却通路４１を連通する孔であるため、ドレン孔からはブローバイガスも導入される。冷却通路４１にドレン孔を複数設けた場合、ドレン孔から出口孔６１に至る冷却通路４１内でのブローバイガスの移動距離はドレン孔の位置によって異なる。この場合は移動距離が最も短いブローバイガスは冷却不足で水分の分離が不十分な状態で加熱通路４３に排出される可能性がある。

そのため、導入孔３９のみがドレン孔を兼ねるのが好ましい。また、複数のドレン孔を設ける場合はドレン孔の位置によってブローバイガスの移動距離が大きく変わらないようにするため、導入孔３９の近くにドレン孔を設けるのが好ましい。

冷却通路４１は、凝縮した水分をドレン孔から排出しやすい構造であるのが、より好ましい。具体的には冷却通路４１の下面は、出口からドレン孔に向けて下方に傾斜しているのが好ましい。

より具体的には、図１では、冷却通路４１の下面を構成する上部仕切板５１は、Ｘ方向において、出口である出口孔６１側の端部からドレン孔である導入孔３９側の端部に向けて下方に傾斜している。

さらに、図３では、上部仕切板５１は、Ｙ方向において、出口である出口孔６１側の端部からドレン孔である導入孔３９側の端部に向けて下方に傾斜している。

この構成では、冷却通路４１内で生成した凝集水が傾斜方向に沿って上部仕切板５１を流れ、ドレン孔である導入孔３９から排出される。よって凝集水が冷却通路４１内に滞留し難くなり、冷却通路４１内で凝集した水分が加熱通路４３に流れる可能性も低下させられるので、水分の分離効率が向上する。

また、図示はしていないが、冷却通路４１はブローバイガス中のオイルを排出するオイルドレン孔を備えてもよい。ただし、ブローバイガスがオイルドレン孔から導入される可能性があるため、オイルドレン孔の数は少ない方が好ましい。

以上が第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造３の構造の詳細な説明である。

次に、第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造３を用いたブローバイガスの排出方法について、簡単に説明する。

第１の実施形態に係るブローバイガスの排出方法では、ＰＣＶバルブ３３をヘッドカバー１７と吸気路２５の差圧で開弁させることで、内燃機関１のクランク室２２に漏出したブローバイガスを、換気通路２４を介してヘッドカバー１７内に導入する。さらにヘッドカバー１７に接続された外部オイルセパレータ３５を介してブローバイガスを排出し、吸気路２５に環流する。

この際、冷却通路４１は図２（ａ）に示す出口孔６１を介して加熱通路４３に接続されており、かつ加熱通路４３の出口にＰＣＶバルブ３３が接続されている。そのため、まずＰＣＶバルブ３３を開弁させることで、ヘッドカバー１７内に導入されたブローバイガスを、ヘッドカバー１７と吸気路２５の差圧を利用して図２（ａ）に示す導入孔３９から冷却通路４１に導入する。さらに冷却通路４１内に導入したブローバイガスをヘッドカバー１７の上壁１７ａに接触させ、ヘッドカバー１７の外壁である上壁１７ａを介して放熱することで冷却して水分を凝集させて除去する（冷却工程）。

次に、冷却工程後のブローバイガスを、ヘッドカバー１７と吸気路２５の差圧を利用して加熱通路４３に導入することで、内燃機関１の燃焼により生じる熱で、ヘッドカバー１７内で加熱して外部オイルセパレータ３５に排出する（加熱工程）。

以上が第１の実施形態に係るブローバイガス排出構造３を用いたブローバイガスの排出方法の説明である。

このように第１の実施形態のブローバイガス排出構造３は、ヘッドカバー１７の内壁を介してブローバイガスの熱を放熱し冷却する冷却通路４１と、冷却通路４１から導入されたブローバイガスを内燃機関１の熱で加熱する加熱通路４３を備える。

この構造では、露出部である外部オイルセパレータ３５にブローバイガスを導入する前に冷却通路４１で除湿することで、ブローバイガス中の水分量を減らすことができ、吸気路２５で凍結する水分量が減る。

さらに、除湿後のブローバイガスを加熱通路４３で加熱することで、外部オイルセパレータ３５に排出されるブローバイガス中の水蒸気量が飽和水蒸気量より少なくなるため、水分が凝結し難くなる。

よって、単にブローバイガスを加熱するだけの従来の構造と比べてブローバイガス中の水分の凍結を、より抑制できる。

次に、第２の実施形態について図５を参照して説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態において、外部オイルセパレータ３５から排出されたブローバイガスを再加熱する再導入加熱路８１をヘッドカバー１７内に設けたものである。

なお第２の実施形態において第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図５に示すように第２の実施形態に係るブローバイガス排出構造３ａは、再導入加熱路８１を備える。再導入加熱路８１は外部オイルセパレータ３５からブローバイガスが導入される通路である。再導入加熱路８１は、導入されたブローバイガスを内燃機関１の燃焼で生じる熱で加熱して排出する通路でもある。

第２の実施形態では図５に示すように、第１の実施形態で加熱通路４３が設けられていた空間が２つの空間に分離されている。具体的には、上部仕切板５１（図１参照）、下部仕切板５３、及びヘッドカバー１７の側壁１７ｂで仕切られた空間が、隔壁８３で、Ｙ方向に２つの空間に分離されている。隔壁８３は、Ｙ方向に対向する側壁１７ｂ同士を連結し、さらに上部仕切板５１と下部仕切板５３を連結する壁である。隔壁８３で分離された空間のうち、一方の空間が加熱通路４３であり、他方の空間が再導入加熱路８１である。よって、再導入加熱路８１は加熱通路４３に対して水平方向に隣接配置されている。

再導入加熱路８１はヘッドカバー１７の側壁１７ｂに設けられた再導入用入口８５、及び再導入用出口８７を備える。

再導入用入口８５はブローバイガスの導入口であり、外部オイルセパレータ３５の出口と接続される。再導入用出口８７はブローバイガスの排出口であり、吸気路２５（図１参照）に図示しない配管を介して接続される。

この構成では、外部オイルセパレータ３５から排出されたブローバイガスは、吸気路２５に導入される前に再導入加熱路８１に導入される。

再導入加熱路８１は、加熱通路４３と同様に、ヘッドカバー１７内に設けられる。図５では冷却通路４１よりもシリンダヘッド１５に近い位置に設けられる。そのため、再導入加熱路８１を通過するブローバイガスは、内燃機関１の燃焼で生じる熱で加熱され、導入前よりも温度が上昇した状態で吸気路２５に排出される。

この構成では、ブローバイガスが外部オイルセパレータ３５を通過中に外気で冷却されて温度が低下しても、吸気路２５に導入する前にブローバイガスを再加熱して温度を上昇させられる。そのため吸気路２５でのブローバイガス中の水分の凍結をより低減できる。

なお、図５に示すように再導入加熱路８１内には邪魔板９０が設けられる。邪魔板９０は邪魔板７１と同様に、再導入加熱路８１でのブローバイガスの流れを部分的に遮断するバッフル板である。邪魔板９０を設けることで、再導入加熱路８１内でのブローバイガスは、図５の円弧状の矢印で示すように、邪魔板９０に沿って蛇行する。そのため、再導入加熱路８１内でのブローバイガスの移動距離を長くすることができ、導入されたブローバイガスの温度の上昇幅を大きくできる。また、邪魔板９０の数を調整することで、温度の上昇幅を調節できる点も邪魔板７１と同様である。

次に第３の実施形態について、図６を参照して説明する。

第３の実施形態は第２の実施形態と同様に再導入加熱路８１を設けた構造である。ただし再導入加熱路８１は、加熱通路４３に対して水平方向に隣接配置されるのではなく、上下方向に隣接配置される点で第２の実施形態と異なる。

なお第３の実施形態において第１及び第２の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、主に第１及び第２の実施形態と異なる部分について説明する。

図６に示すように第３の実施形態に係るブローバイガス排出構造３ｂでは、再導入加熱路８１は、加熱通路４３に対して上下方向のいずれか、ここでは下方に隣接配置される。

具体的には、ブローバイガス排出構造３ｂは下部仕切板５３よりも、さらにヘッドカバー１７内で下方にＸ−Ｙ平面に沿って配置された最下部仕切板９１を備える。

この構造では下部仕切板５３、最下部仕切板９１、及びヘッドカバー１７の側壁１７ｂで囲まれた空間が再導入加熱路８１を構成する。

なお図６では図示していないが、再導入加熱路８１内には第２の実施形態と同様に邪魔板９０を設けてもよい。

また図６では再導入加熱路８１は加熱通路４３の下方に配置されているが、加熱通路４３の上方に配置してもよい。再導入加熱路８１と加熱通路４３は、ブローバイガスの温度を、より高温にしたい方を下方に配置する。下方に配置した方がシリンダヘッド１５により近い位置に配置されるため、供給される熱量が大きくなるためである。

このように、再導入加熱路８１は、加熱通路４３に対して上下方向に隣接配置されてもよい。

第２の実施形態と第３の実施形態のどちらを採用するかは、目標とするブローバイガスの除湿や加温の程度、及びヘッドカバー１７の寸法に基づき適宜選択する。

例えば第２の実施形態は再導入加熱路８１が加熱通路４３に対して水平方向に隣接配置されている。そのため、加熱通路４３と再導入加熱路８１の両方を、なるべくシリンダヘッド１５に近い位置に設けることができ、加熱効率の点で有利である。また、再導入加熱路８１を設けた場合でもブローバイガス排出構造３ａの上下方向の高さが第１の実施形態と変わらないので、全高が低いヘッドカバー１７に好適である。

一方で第３の実施形態は、冷却通路４１の水平方向の長さが変わらないので、冷却通路４１内のブローバイガスの通行距離が短くならず、冷却通路４１での冷却効率が落ちにくい点で有利である。また全幅（Ｙ方向の幅）が狭い等の理由で、再導入加熱路８１を加熱通路４３に対して水平方向に隣接配置し難いヘッドカバー１７に好適である。

以上、実施形態に基づき本開示を説明したが本開示は実施形態に限定されない。当業者であれば本開示の技術思想の範囲内において各種変形例及び改良例に想到するのは当然のことであり、これらも当然に本開示に含まれる。

例えば上記した実施形態ではブローバイガスの排出構造として、環流構造を例示したが、ブローバイガスを環流せずに大気開放する大気開放型の排出構造にも本開示の排出構造は適用できる。

また、上記した実施形態ではオイルセパレータとして、ヘッドカバー１７の外部に露出した外部オイルセパレータ３５を例示したが、ブローバイガス排出構造３、３ａ、３ｂにおいて、オイルセパレータは外部に露出している必要はない。

１ ：内燃機関
３、３ａ、３ｂ ：ブローバイガス排出構造
７ ：気筒
９ ：ピストン
１１ ：クランク
１５ ：シリンダヘッド
１７ ：ヘッドカバー
１７ａ ：上壁
１７ｂ ：側壁
１９ ：コンロッド
２０ ：燃焼室
２１ ：吸気弁
２２ ：クランク室
２３ ：排気路
２４ ：換気通路
２５ ：吸気路
２７ ：排気弁
２９ ：燃料噴射装置
３３ ：ＰＣＶバルブ
３５ ：外部オイルセパレータ
３９ ：導入孔
４１ ：冷却通路
４３ ：加熱通路
５１ ：上部仕切板
５１ａ ：穴部
５３ ：下部仕切板
６１ ：出口孔
７１ ：邪魔板
７１ａ ：根元部
７１ｂ ：先端部
７３ ：上側段部
７５ ：下側段部
８１ ：再導入加熱路
８３ ：隔壁
８５ ：再導入用入口
８７ ：再導入用出口
９０ ：邪魔板
９１ ：最下部仕切板

Claims (10)

1. 内燃機関のクランク室に漏出したブローバイガスを、前記内燃機関のシリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバーの内部と、オイルセパレータを介して排出するブローバイガス排出構造であって、
   前記ブローバイガスが導入される導入孔を備えた通路であって、前記ヘッドカバーの内壁に接して前記ヘッドカバー内に設けられ、導入された前記ブローバイガスの熱を、前記内壁を介して放熱して前記ブローバイガスを冷却する冷却通路と、
   前記ヘッドカバー内に前記冷却通路よりも前記シリンダヘッドに近い位置に設けられて前記冷却通路の出口に接続され、前記冷却通路から導入された前記ブローバイガスを前記内燃機関の燃焼で生じる熱で加熱して前記オイルセパレータに排出する加熱通路と、
   を備えることを特徴とするブローバイガス排出構造。
2. 前記冷却通路は、前記ブローバイガスの冷却で前記ブローバイガスから凝縮した凝縮水を前記ヘッドカバー内に排水する少なくとも１つのドレン孔を備え、
   前記導入孔は前記ドレン孔の１つである請求項１に記載のブローバイガス排出構造。
3. 前記冷却通路の下面は、前記出口から前記ドレン孔に向けて下方に傾斜している請求項２に記載のブローバイガス排出構造。
4. 前記ヘッドカバー内を上下方向に２層の空間に仕切る上部仕切板と下部仕切板を備え、
   前記上部仕切板と前記ヘッドカバーの上壁で仕切られる上層空間が前記冷却通路であり、
   前記上部仕切板と前記下部仕切板で仕切られる下層空間が加熱通路である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブローバイガス排出構造。
5. 前記冷却通路及び前記加熱通路の少なくとも一方は、
   前記ブローバイガスの導入部と排出部の間に設けられ、前記ブローバイガスの流れを部分的に遮断する邪魔板を備える請求項４に記載のブローバイガス排出構造。
6. 前記邪魔板は、
   前記ヘッドカバーの上面の内壁から下方に突設された根元部と、前記根元部の下端から下方に突設され、水平方向に平行な１方向において、前記根元部の幅よりも幅が狭い先端部を備える段付き構造であり、
   前記上部仕切板は、
   前記１方向において前記先端部の幅を超え、前記根元部の幅未満の幅の穴部を備え、前記先端部が前記穴部に挿入され、前記根元部の下端に当接して固定されており、
   前記下部仕切板は、
   前記先端部の下端に固定されている請求項５に記載のブローバイガス排出構造。
7. 前記オイルセパレータから前記ブローバイガスが導入され、導入された前記ブローバイガスを前記内燃機関の燃焼で生じる熱で加熱して排出する再導入加熱路をヘッドカバー内に備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のブローバイガス排出構造。
8. 前記再導入加熱路は、前記加熱通路に対して水平方向に隣接配置される請求項７に記載のブローバイガス排出構造。
9. 前記再導入加熱路は、前記加熱通路に対して上下方向のいずれかに隣接配置される請求項７に記載のブローバイガス排出構造。
10. 内燃機関のクランク室に漏出したブローバイガスを、シリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバー内に導入し、前記ヘッドカバーに接続されたオイルセパレータを介して排出するブローバイガスの排出方法であって、
    前記ヘッドカバー内に導入された前記ブローバイガスを前記ヘッドカバーに接触させ、前記ヘッドカバーの外壁を介して放熱することで冷却して水分を凝集させて除去する冷却工程と、
    前記冷却工程後の前記ブローバイガスを、前記内燃機関の燃焼により生じる熱で、前記ヘッドカバー内で加熱して前記オイルセパレータに送る加熱工程と、
    を実施することを特徴とするブローバイガスの排出方法。

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