JP2021181779A

JP2021181779A - 内燃機関のオイル戻し構造

Info

Publication number: JP2021181779A
Application number: JP2020088284A
Authority: JP
Inventors: 聡清水; Satoshi Shimizu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-11-25

Abstract

【課題】オイル排出口の油面離れを抑制することを目的とする。【解決手段】内燃機関のオイル戻し構造は、ブローバイガスに含まれるオイルを分離するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）セパレータと、前記ブローバイガスが流入し、前記オイルを排出する前記ＰＣＶセパレータの出入口と前記ブローバイガスが流動するクランクケース内部とを接続するガス通路と、前記ガス通路における前記出入口の外側に対して開口する前記オイルの排出路と、前記排出路の排出口の下方に設けられ、前記排出口を油没させるオイル溜まりと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のオイル戻し構造に関する。

クランクケースの下部に配置されるオイルパンと、クランクケース内部に設けられ、内燃機関上部からのオイルをオイルパン内に戻すためのオイル排出パイプと、オイルパン上部に形成されるオイル溜まりとを備えた内燃機関が知られている。特に、オイル排出パイプの下流側の端部がオイル溜まり内部に配置された内燃機関のオイル戻し構造が提案されている。

また、シリンダブロックの側面にＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）セパレータを備えた内燃機関も知られている。ブローバイガス中に含まれるオイルミストはＰＣＶセパレータによって分離され、オイルがオイル排出パイプを流れてオイルパンへ戻される。オイルミストが分離除去された後のブローバイガスは内燃機関の吸気系に還流される（以上、特許文献１及び２参照）。

特許第４２２５３２７号公報特開２０１９−０７８２３６号公報

オイル排出パイプの下流側の端部がオイル溜まり内部に配置されていると、オイル排出パイプのオイル排出口はオイル溜まりのオイルに油没する。しかしながら、オイル溜まりのオイルは登降坂や旋回時においてオイル溜まりからこぼれる可能性がある。オイルがこぼれて、オイル排出口がオイル溜まりの油面から離れると、オイル排出パイプを通じたオイル戻しはピストンの上下運動により発生するクランクケース内部の圧力変動により妨げられるおそれがある。

そこで、本発明では、オイル排出口の油面離れを抑制することを目的とする。

本発明に係る内燃機関のオイル戻し構造は、ブローバイガスに含まれるオイルを分離するＰＣＶセパレータと、前記ブローバイガスが流入し、前記オイルを排出する前記ＰＣＶセパレータの出入口と前記ブローバイガスが流動するクランクケース内部とを接続するガス通路と、前記ガス通路における前記出入口の外側に対して開口する前記オイルの排出路と、前記排出路の排出口の下方に設けられ、前記排出口を油没させるオイル溜まりと、を備える。

本発明よれば、オイル排出口の油面離れを抑制することができる。

図１は内燃機関の模式図である。図２は内燃機関の破線部分Ｘの拡大図である。図３はオイル排出路及びオイル溜まりを矢視Ｙで示した図である。図４はオイル溜まりのオイル排出を説明する図である。図５はオイルレベルゲージガイドとの併用を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、ヘッドカバー１３、及びオイルパン１４を備えている。シリンダブロック１１のシリンダ１６内には、ピストン１５が上下運動可能に設けられている。シリンダ１６の壁面、ピストン１５の冠面、及びシリンダヘッド１２で囲まれる空間によって燃焼室１７が形成されている。

シリンダヘッド１２には吸気マニホールド２９が接続されている。図示しないが、シリンダヘッド１２には、吸気バルブを開閉駆動する吸気カムシャフトや、排気バルブを開閉駆動する排気カムシャフトが回転可能に設けられている。また、シリンダヘッド１２には燃料噴射弁も設けられている。シリンダブロック１１の下部には、クランクシャフト１８を回転可能に支持するクランクケース１９が設けられている。このクランクケース１９の下方には、オイルを貯留するオイルパン１４が組み付けられている。

シリンダブロック１１は燃焼室１７からクランクケース１９の内部（具体的にはクランク室）に漏れた未燃焼ガス、いわゆるブローバイガスＧ１をＰＣＶセパレータ３１に導くためのガス通路３２を備えている。図２に示すように、ガス通路３２はシリンダブロック１１の内部を通って延伸され、シリンダブロック１１の側壁外側に設けられたＰＣＶセパレータ３１の出入口３１Ａに接続されている。

ＰＣＶセパレータ３１は出入口３１Ａから流入したブローバイガスＧ１を内部のラビリンス構造により処理する。具体的には、ブローバイガスＧ１中に含まれるオイルミストはＰＣＶセパレータ３１の内部を通過する過程でラビリンス状に設けられた複数の内壁に衝突し、液状のオイルＬ１となって出入口３１Ａから排出される。一方、オイルミストが分離除去された後のブローバイガスである分離済ブローバイガスＧ２はＰＣＶセパレータ３１のガス排出口３１Ｂから排出される。このように、ＰＣＶセパレータ３１はブローバイガスＧ１中に含まれるオイルミストをブローバイガスＧ１から分離してオイルＬ１を排出する。また、出入口３１ＡはブローバイガスＧ１の流入口とオイルＬ１の排出口とを兼用している。

シリンダブロック１１はガス排出口３１Ｂと接続されたＰＣＶ通路３３を備えている。ＰＣＶ通路３３はシリンダブロック１１の内部を通って延伸され、図１に示すように、ＰＣＶバルブ３４に接続されている。したがって、ＰＣＶ通路３３はＰＣＶセパレータ３１から排出された分離済ブローバイガスＧ２をＰＣＶバルブ３４に導く。ＰＣＶバルブ３４はシリンダブロック１１の側壁にＰＣＶセパレータ３１より高い位置に設けられている。ＰＣＶバルブ３４はＰＣＶ管３５を介して吸気マニホールド２９に接続されている。

ＰＣＶバルブ３４は吸気マニホールド２９内の圧力がＰＣＶセパレータ３１内の圧力よりも低い負圧になったときに開弁して、ＰＣＶセパレータ３１から吸気マニホールド２９への分離済ブローバイガスＧ２の流入を許容する。したがって、上記負圧が発生すると、クランクケース１９内部のブローバイガスＧ１はガス通路３２を通じてＰＣＶセパレータ３１に吸引される。ＰＣＶセパレータ３１から排出された分離済ブローバイガスＧ２はＰＣＶ通路３３、ＰＣＶバルブ３４、及びＰＣＶ管３５を通じて吸気マニホールド２９に吸引される。吸引された分離済ブローバイガスＧ２は吸気と共に燃焼室１７に送られて燃焼される。このように、分離済ブローバイガスＧ２は内燃機関１０の吸気系に還流される。

ここで、シリンダブロック１１の内部にはガス通路３２における出入口３１Ａの外側に対して開口するオイル排出路３６が設けられている。特に、オイル排出路３６はガス通路３２とは独立して並列的に設けられている。オイル排出路３６は出入口３１Ａの外側に対して開口しているため、出入口３１Ａから排出されたオイルＬ１はオイル排出路３６に流入して流れ落ち、オイル排出路３６の排出口３６Ａから排出される。

また、オイル排出路３６は出入口３１Ａの外側に対して開口しているため、ＰＣＶセパレータ３１から排出されたオイルＬ１のガス通路３２への流入が回避される。このように、ガス通路３２がオイルＬ１により閉塞されないため、内燃機関１０の回転数が高い回転数になっても、ブローバイガスＧ１の換気能力を確保することができる。この結果、クランクケース１９の内部の圧力上昇を防止することができる。尚、出入口３１Ａから排出されたオイルＬ１をオイル排出路３６に速やかに導くために、出入口３１Ａの外側近傍に対して開口するオイル排出路３６の方が望ましい。

オイル排出路３６の排出口３６Ａの下方（より詳しくは直下）には椀状のオイル溜まり３７が設けられている。オイル溜まり３７はオイルパン１４に戻されるオイルＬ１を一時的に溜めておくために設けられている。したがって、オイル排出路３６の排出口３６Ａから排出されたオイルＬ１はオイル溜まり３７に一時的に溜められる。オイル溜まり３７はクランクケース１９の内側上方にクランクケース１９と一体的に設けられている。オイル溜まり３７をクランクケース１９に着脱できるように別体としてもよい。オイル溜まり３７の上部の開口面の高さは少なくともオイル排出路３６の排出口３６Ａの高さと同じ高さである。詳細は後述するが、オイル溜まり３７に溜められたオイルＬ１の油面が斜めになることを想定した場合、オイル溜まり３７の上部の開口面における最も低い高さをオイル排出路３６の排出口３６Ａの高さより相対的に高くする方が望ましい。言い換えれば、オイル排出路３６の排出口３６Ａがオイル溜まり３７の上部の開口面における最も低い高さより下に位置する方が望ましい。

オイル溜まり３７の底壁の中央部にはオイルドレン孔３７Ａが形成されている。オイルドレン孔３７Ａはオイル溜まり３７の側壁の下端部より低い位置（好ましくは最も低い位置）に形成されている。すなわち、オイル溜まり３７の底壁はオイル溜まり３７の側壁の下端部からオイル溜まり３７の底壁の中央部に向けて傾斜している。オイル溜まり３７はオイルドレン孔３７Ａを介してクランクケース１９の内部と連通する。詳細は後述するが、内燃機関１０が駆動を停止した場合、オイル溜まり３７のオイルＬ１はオイルドレン孔３７Ａから排出され、オイルパン１４に戻される。

図３に示すように、オイル溜まり３７の開口面積はオイル排出路３６の排出口３６Ａの開口面積より広い面積となっている。例えば、オイル排出路３６の排出口３６Ａの断面形状を円形とした場合、オイル溜まり３７の開口面及び断面の形状を楕円形又は長方形とすることができる。このため、内燃機関１０の駆動中においてはオイル溜まり３７にオイルＬ１が徐々に溜められていき、オイルＬ１の油面がオイル溜まり３７の開口面の高さを超えると、オイルＬ１はオイル溜まり３７から溢れていく。

オイル溜まり３７から溢れたオイルＬ１はオイル溜まり３７の側壁及び底壁をつたい、底壁のいずれかの部分でオイルパン１４の方向に落下する。尚、オイル溜まり３７にはオイル排出路３６の排出口３６Ａから排出されたオイルＬ１だけでなく、図３に示すように、ブローバイガスＧ１が流動してシリンダブロック１１の内壁に衝突し、ブローバイガスＧ１から分離されたオイルＬ１も溜められる。

ここで、オイル溜まり３７に溜められたオイルＬ１の油面がオイル溜まり３７の開口面の高さと同じ高さになると、オイル溜まり３７の開口面の高さとオイル排出路３６の排出口３６Ａの高さが同じであるため、オイル排出路３６の排出口３６Ａがオイル溜まり３７のオイルＬ１の油面（より詳しくは表面張力を受けた油面）により閉塞される。したがって、内燃機関１０の駆動中においてはクランクケース１９の内部にはピストン１５の上下運動に基づいて圧力変動が発生するが、その圧力変動のオイル排出路３６に対する影響が遮断される。すなわち、オイル排出路３６はクランクケース１９の内部に発生する圧力変動ほど大きな圧力変動を受けずに済む。

このように、オイル排出路３６が圧力変動の影響をさほど受けないため、ＰＣＶセパレータ３１の出入口３１Ａから排出されたオイルＬ１は圧力変動に妨げられずにオイル排出路３６を流れ落ちる。すなわち、オイル排出路３６におけるオイルＬ１の排出が促進され、オイル溜まり３７にオイルＬ１が溜まりやすくなる。また、内燃機関１０の駆動中においてはクランクケース１９の内部を流動するブローバイガスＧ１に含まれるオイルミストに起因するオイルＬ１がシリンダブロック１１の内壁沿いにオイル溜まり３７に誘導されて供給される。一方で、クランクケース１９の内部には圧力変動が発生しているため、オイルドレン孔３７ＡからのオイルＬ１の排出は抑制される。

以上の結果、内燃機関１０の駆動中においてはオイルＬ１の油面はオイル溜まり３７の開口面と（又はほぼ常に）同じ高さになり、オイル排出路３６の排出口３６Ａをオイル溜まり３７のオイルＬ１に油没させることができる。特に、内燃機関１０を傾けて車両に搭載した場合や登降坂や旋回時、加減速時などの場合にオイルＬ１の油面が斜めになったり波打ったりしても、オイル溜まり３７の上部の開口面における最も低い高さをオイル排出路３６の排出口３６Ａの高さより相対的に高くしておけば、オイル排出路３６の排出口３６Ａを常にオイル溜まり３７のオイルＬ１に油没させることができる。また、ＰＣＶセパレータ３１からのオイルＬ１の排出方向を下げる方向に内燃機関１０を傾けて車両に搭載すれば、内燃機関１０の傾斜角によりＰＣＶセパレータ３１からのオイルＬ１はオイル排出路３６に誘導されやすくなる。さらに、本実施形態ではシリンダブロック１１の内部にオイル排出路３６が設けられている。このため、ＰＣＶセパレータ３１から排出されたオイルＬ１をオイルパン１４内に戻すためのオイル排出パイプをクランクケース１９の内部に別途に設ける必要はなく、部品点数を削減することができる。

内燃機関１０の駆動が停止した場合、ブローバイガスＧ１の流動が収まる。したがって、図４に示すように、ブローバイガスＧ１に起因するオイルＬ１のオイル溜まり３７への供給が停止され、オイル溜まり３７のオイルＬ１がオイルドレン孔３７Ａから排出され始める。特に、内燃機関１０の駆動が停止するとクランクケース１９の内部に発生していた圧力変動がなくなり、オイルドレン孔３７ＡからのオイルＬ１の排出が促進される。そして、内燃機関１０が停止してから時間が経過すると、いずれかの時点でオイル溜まり３７のオイルＬ１は完全に（又はほぼ完全に）排出される。このように、オイル溜まり３７のオイルＬ１が排出されてオイル溜まり３７のオイルＬ１が枯渇する。このため、オイルＬ１に起因する沈殿物（いわゆるスラッジ）がオイルドレン孔３７Ａに堆積してオイルドレン孔３７Ａが閉塞することが防止される。尚、オイル溜まり３７のオイルＬ１が枯渇すると、オイル排出路３６の排出口３６Ａはクランクケース１９の内部と連通する。

以上、本実施形態に係る内燃機関１０のオイル戻し構造は、ＰＣＶセパレータ３１、ガス通路３２、オイル排出路３６、及びオイル溜まり３７を備える。ＰＣＶセパレータ３１はブローバイガスＧ１からオイルＬ１を分離する。ガス通路３２はＰＣＶセパレータ３１の出入口３１Ａとクランクケース１９の内部とを接続する。尚、出入口３１ＡはブローバイガスＧ１が流入し、オイルＬ１を排出する。クランクケース１９の内部にはブローバイガスＧ１が流動する。

オイル排出路３６はガス通路３２におけるＰＣＶセパレータ３１の出入口３１Ａの外側に対して開口する。オイル溜まり３７はオイル排出路３６の排出口３６Ａの下方に設けられ、排出口３６Ａを油没させる。これにより、オイル排出路３６の排出口３６Ａの油面離れを抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述したオイルドレン孔３７Ａの開口面積は、例えばオイル溜まり３７へ戻されるオイルＬ１の量とオイルドレン孔３７Ａから排出されるオイルＬ１の量に基づいて決定すればよいが、図５に示すように、オイルレベルゲージガイド５０を貫通できる開口面積であることが望ましい。オイルレベルゲージガイド５０はオイルパン１４に貯留されたオイルの量を計測する棒状の部材である。これにより、オイル排出路３６をオイルレベルゲージガイド５０と併用することができる。

１０内燃機関
１９クランクケース
３１ＰＣＶセパレータ
３１Ａ出入口
３２ガス通路
３６オイル排出路
３６Ａ排出口
３７オイル溜まり
Ｇ１ブローバイガス
Ｌ１オイル

Claims

ブローバイガスに含まれるオイルを分離するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）セパレータと、
前記ブローバイガスが流入し、前記オイルを排出する前記ＰＣＶセパレータの出入口と前記ブローバイガスが流動するクランクケース内部とを接続するガス通路と、
前記ガス通路における前記出入口の外側に対して開口する前記オイルの排出路と、
前記排出路の排出口の下方に設けられ、前記排出口を油没させるオイル溜まりと、
を備える内燃機関のオイル戻し構造。