JP4323203B2 - 内燃機関のブローバイガス還流装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のクランクケース内に流出したブローバイガスを、シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由して取り出し、吸気系に還流させるように構成した内燃機関のブローバイガス還流装置に関し、特に、その気液分離室の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関のクランクケース内に新気を導入し、この新気と置換する形でクランクケース内から取り出されるブローバイガスを吸気系に戻して燃焼させるブローバイガス還流装置が従来から広く用いられているが、この種の装置では、クランクケース内からブローバイガスとともに潤滑油が持ち出されることを防止するために、一般に、オイルセパレータつまり気液分離室をブローバイガスの排出経路に介在させた構成となっている。
【0003】
特許文献1には、シリンダヘッドの上面開口を覆うシリンダヘッドカバーの内側面に、気液分離室を形成した構成が開示されている。具体的には、シリンダヘッドカバーの上部の内側面に凹溝部を形成し、ここに別体のプレート状部材を取り付けることによって、細長い気液分離室を画成してある。そして、この気液分離室の内部には、複数の邪魔板が設けられており、これにより蛇行した流路を構成している。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−1030号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにシリンダヘッドカバー内側に気液分離室を形成した従来の構成では、シリンダヘッドカバーの高さ方法の寸法がそれだけ大きくなることから、内燃機関の全高が高くなり、例えば、自動車のエンジンフードのデザインが制約される、といった不具合がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明のブローバイガス還流装置は、シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由してブローバイガスを取り出し、吸気系に還流させるように構成したものであって、特に、上記気液分離室を、上記シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成し、上記気液分離室の一端部に接続されるとともに、シリンダヘッド内部を通る内部通路として上方へ延び、かつシリンダヘッド上端のシリンダヘッドカバー取付面に開口したシリンダヘッド側のブローバイガス出口通路と、シリンダヘッドカバー側壁部に形成されたシリンダヘッドカバー側のブローバイガス出口通路と、を上記取付面において接続してある。
【0007】
望ましくは、上記気液分離室は、シリンダヘッドの下面に凹部状に開口するように形成され、シリンダブロック上面との接合によって、その下面開口が覆われたものとなる。この場合、気液分離室をシリンダヘッドの鋳造の際に容易に鋳造形成することができ、また、気液分離室内部の邪魔板をシリンダヘッド自体と一体に鋳造することが容易である。
【0008】
シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成された気液分離室は、一般に、シリンダヘッド内部のウォータジャケットに隣接したものとなるので、冷却水の通流による冷却作用を受ける。そのため、ブローバイガスの温度が低下し、より効果的にオイルミストが分離除去される。
【0009】
【発明の効果】
この発明によれば、気液分離室をシリンダヘッドの吸気ポート下部に形成することにより、シリンダヘッドカバーの高さ、ひいては内燃機関の全高を低くすることができる。また、ブローバイガスがシリンダヘッド内部のウォータジャケットにより冷却されるため、潤滑油の分離性能が向上する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1および図2は、この発明に係るブローバイガス還流装置を備えた内燃機関全体の構成を示す断面図および側面図である。この実施例の内燃機関は、直列3気筒ガソリン機関であって、シリンダブロック1の上面にシリンダヘッド2が固定されているとともに、シリンダブロック1の下面にオイルパン3が固定されている。この実施例では、上記オイルパン3は、例えばアルミニウム合金を用いて鋳造された剛性の高いオイルパンアッパ3Aと、鋼板をプレス成形してなるオイルパンロア3Bと、からなり、上記オイルパンロア3Bがオイルパン3の底面部分を構成している。このオイルパン3と上記シリンダブロック1とによって、回転運動するクランクシャフト4が収容されるクランクケース5が形成されている。また、上記シリンダヘッド2の上面開口を覆うように、例えば合成樹脂成形品からなるシリンダヘッドカバー6が取り付けられており、これによって、カムシャフト7,8等が収容される動弁室10が密閉状態に構成されている。上記動弁室10は、該動弁室10内からオイルパン3側へ潤滑油を戻すためにシリンダヘッド2からシリンダブロック1に連続して上下方向に形成された複数のオイル落とし孔11や、図示せぬ機関前端のチェーン室を介して、クランクケース5と連通している。従って、シリンダ12内壁面とピストン13との間からクランクケース5内に流出したブローバイガスは、動弁室10へと流れることが可能である。
【0012】
上記シリンダヘッド2は、例えばアルミニウム合金を用いて一体に鋳造されたものであって、燃焼室15から一方の側面へ向かう吸気ポート16と他方の側面へ向かう排気ポート17とを有し、かつこれらの周囲を囲むように、中子によって、シリンダヘッド側ウォータジャケット18が形成されている。このシリンダヘッド側ウォータジャケット18は、一般に、図示せぬシリンダヘッドガスケットの連通孔を介してシリンダブロック側ウォータジャケット19と連通しているが、両者を分離独立した流路として構成することも可能である。なお、吸気弁20および排気弁21は、それぞれ上方のカムシャフト7,8によって直動形式で駆動される。
【0013】
上記吸気ポート16は、図1に示すように、排気ポート17よりも上方に立ち上がった形に形成されており、図示せぬ吸気マニホルドが取り付けられるフランジ面22が、斜め上方を向いて形成されている。そして、この吸気ポート16の下部に、ブローバイガスからオイルミストを分離除去するための気液分離室31が形成されている。この気液分離室31は、図4にも示すように、シリンダヘッド2の下面(ロアデッキ面)2bに開口する凹部状に鋳造時に形成されたもので、シリンダヘッド2がシリンダブロック1上に組み付けられた状態において、シリンダブロック1上面(アッパデッキ面)1aと接合することによって下面開口が覆われ、気液分離室31として密閉されたものとなる。上記気液分離室31は、内燃機関の前後端部におけるシリンダヘッド2の幅に比べて僅かに外側へ張り出しており、従って、シリンダブロック1上面1aも、これに対応して、吸気弁側の側縁部分が外側へ張り出して排気弁側よりも幅広なものとなっている。なお、シリンダブロック1とシリンダヘッド2との間には、シール部材としてプレート状の図示せぬシリンダヘッドガスケットが挟み込まれており、このシリンダヘッドガスケットの一部によって気液分離室31の周囲がシールされる。また上記気液分離室31は、十分な長さを確保するために、気筒列方向に沿って細長い通路状に形成されており、3つの気筒の吸気ポート16の下部に亘って延びている。そして、この細長い気液分離室31を3つの領域に区画するような形で、気液分離室31内部に2つの邪魔板32が設けられている。この邪魔板32は、ブローバイガスの流れを横切るような板状をなし、気液分離室31底面つまりシリンダブロック1上面との間に所定の間隙が残るように、気液分離室31上壁面からシリンダブロック1側へ向かって突出している。上記のように気液分離室31は、シリンダヘッド2下面2bに開口した形に鋳造されるので、上記の邪魔板32も同時に鋳造することが可能であり、特に、中子によらずに邪魔板32を含む気液分離室31部分の外方からの型抜きが可能である。また、図1に示すように、上記気液分離室31は、シリンダヘッド側ウォータジャケット18に薄い隔壁33を介して隣接している。
【0014】
図2〜図4に示すように、細長い通路状をなす気液分離室31の一端部には、ブローバイガス入口通路34が接続され、他端部には、ブローバイガス出口通路36が接続されている。上記ブローバイガス入口通路34は、シリンダヘッド2内部を通る内部通路として形成されており、気液分離室31から上方へ延び、シリンダヘッド2上端のシリンダヘッドカバー取付面2aに開口している。そして、このシリンダヘッドカバー取付面2aにおいて、シリンダヘッドカバー6側のブローバイガス入口通路35に接続されている。このブローバイガス入口通路35は、シリンダヘッドカバー6の膨出部6a内に形成されたもので、図1に示すように、一端がブローバイガス吸入口35aとしてシリンダヘッドカバー6の上部内壁面に開口し、かつシリンダヘッドカバー6の側壁部に沿って、シリンダヘッド2に接合される側壁部下端面に達している。
【0015】
また、上記ブローバイガス出口通路36も同様に、シリンダヘッド2内部を通る内部通路として形成されており、気液分離室31から上方へ延び、シリンダヘッド2上端のシリンダヘッドカバー取付面2aに開口している。そして、このシリンダヘッドカバー取付面2aにおいて、シリンダヘッドカバー6側のブローバイガス出口通路37に接続されている。このブローバイガス出口通路37は、やはりシリンダヘッドカバー6側壁部の膨出部6b内に形成されたもので、上端に流量制御弁(いわゆるPCVバルブ)38が取り付けられており、かつ下端が、シリンダヘッド2に接合される側壁部下端面に達している。シリンダヘッド2とシリンダヘッドカバー6との接合面には、ゴム成形品などからなる図示せぬガスケットが介在しており、このガスケットの一部によって、ブローバイガス入口通路34,35の接続部ならびにブローバイガス出口通路36,37の接続部がそれぞれシールされている。上記流量制御弁38の出口部は、図示せぬ外部配管を介して、機関の吸気系、詳しくはスロットル弁下流側の吸気管負圧が作用する位置に接続される。
【0016】
なお、シリンダヘッド2におけるブローバイガス入口通路34およびブローバイガス出口通路36は、吸気ポート16と干渉しない位置に形成する必要がある。例えば図4の例では、ブローバイガス出口通路36を最後端の♯3気筒の吸気ポート16の外側(機関後方)を通して形成してあるが、必ずしもこのような配置に限定されず、中間の気筒間位置、例えば図2,図3の例のように、ブローバイガス出口通路36を♯2気筒の吸気ポート16と♯3気筒の吸気ポート16との間を通して形成することも可能である。そして、この場合、図2に示すように、気液分離室31をブローバイガス出口通路36の開口位置よりもさらに機関後方へ延長することもできる。
【0017】
一方、気液分離室31内で分離した潤滑油成分を排出するために、シリンダブロック1およびオイルパンアッパ3Aの内部を通るオイルドレン通路41が形成されている。このオイルドレン通路41は、例えば♯2気筒と♯3気筒との気筒間位置において上下方向に沿って形成され、上端が気液分離室31の底面つまりシリンダブロック1上面1aに開口している。そして、クランクケース5部分では、気筒間のバルクヘッド43内部を通ってシリンダブロック1下面に達し、かつオイルパンアッパ3Aのボス部42(図3参照)内を通ってオイルパンアッパ3A下面に達している。なお、シリンダブロック1とオイルパンアッパ3Aとの間のシール部材、例えば液体ガスケットによって、オイルドレン通路41の接合部もシールされている。ここで、上記オイルパンアッパ3A下面に達したオイルドレン通路41の下端開口は、オイルパン3内に貯留される潤滑油の油面(特に運転中の油面位置44)よりも下方となっている。なお、必要に応じて、管状部材を接続することによりオイルドレン通路41を油面下方まで延長するように構成することも可能である。また、上記オイルドレン通路41は、その上方部分41aにおいては、通路断面積が小さく、下方部分41bにおいては、通路断面積が拡大されている。これは、気液分離室31内が負圧となっている状態において、オイルドレン通路41内に吸い上げられた形となる液柱の高さが、一定通路断面積とした場合よりも低くなるようにし、気液分離室31内に潤滑油が逆流することがないようにしたものである。図示例では、シリンダブロック1の中間の高さ位置で通路断面積が変化しているが、このように通路断面積を異ならせる高さ位置ならびにそれぞれの通路断面積は、気液分離室31とクランクケース5との間で生じ得る最大の圧力差、油面から気液分離室31までの高さ、液柱上端と気液分離室31底面までの必要な余裕代、等に応じて適宜に設定される。なお、通路断面積は必ずしも2段階に変化させるものに限定されず、3段階以上に変化させてもよく、あるいは連続的に変化するようにしてもよい。
【0018】
上記のように構成されたブローバイガス還流装置においては、機関の運転中に、図示しない新気導入経路を介してクランクケース5内に新気が導入され、かつ同時に、ブローバイガス出口通路36,37に流量制御弁38を介して吸気管負圧が作用する。そのため、クランクケース5内のブローバイガスは、導入された新気と置換する形で上方の動弁室10へと流れ、動弁室10最上端のブローバイガス吸入口35aからブローバイガス入口通路35,34を通して気液分離室31へと流入する。上記ブローバイガス吸入口35aが動弁室10の最上端に位置するので、クランクケース5から上方へ流れていったブローバイガスが円滑に流れやすく、かつ同時に、オイルミストの流入が抑制される。
【0019】
ブローバイガスがブローバイガス入口通路34から気液分離室31へ入ると、通路断面積が拡大してブローバイガスの流速が低下し、かつ邪魔板32により屈曲した流路を流れることから、油滴が分離される。例えば、ブローバイガスとともに流れてきた油滴が、邪魔板32に衝突して分離され、大きな油滴に成長して滴下する。また、上記気液分離室31は、シリンダヘッド側ウォータジャケット18に隣接していて、冷却水によって積極的に冷却される。そのため、オイルミストを含むブローバイガスの温度が気液分離室31において低下し、より一層容易にオイル成分が分離除去される。そして、気液分離室31で気液分離された後のブローバイガスは、ブローバイガス出口通路36,37を通して上方へ流れ、上端の流量制御弁38を介して、機関の吸気系へと導入されることになるが、気液分離室31から流量制御弁38までのブローバイガス出口通路36,37が機関の上下方向(詳しくはシリンダ軸線と平行な方向)に沿って形成されているので、気液分離室31で分離しきれずにブローバイガス出口通路36,37の内壁面に付着した油滴は、その自重でもって下方へ流れ落ちようとし、気液分離室31に回収される。従って、気液分離室31自体は単純な構造でありながらも、流量制御弁38を通してブローバイガスとともに外部へ持ち出される潤滑油を、非常に少なくすることができる。
【0020】
気液分離室31内で分離回収された潤滑油は、気液分離室31底面に開口するオイルドレン通路41を通して下方へ流れ、オイルパン3内へ戻る。このとき、オイルドレン通路41の下端が油面下方に没しているので、気液分離室31内が負圧となっても、クランクケース5内のブローバイガスがオイルドレン通路41を通して気液分離室31内へ吸い込まれることがない。また、気液分離室31内が負圧であると、前述したように、クランクケース5内との圧力差によってオイルドレン通路41内に液柱となって潤滑油が吸い上げられた状態となるが、その液柱の高さがある範囲に制限されるので、気液分離室31内に潤滑油が逆流することはない。
【0021】
従って、上記実施例の構成によれば、シリンダヘッドカバー6内に気液分離室を設けた構成に比べて、シリンダヘッドカバー6の高さ方向の寸法が小さくなり、内燃機関の全高を低くすることができる。また、上述したように、気液分離室31が単純な構造でありながらも、高いオイル分離性能を得ることができる。しかも、上記実施例では、気液分離室31がシリンダヘッド2の下面2bに開口した凹溝状に鋳造され、シリンダブロック1と組み合わせることで下面開口が閉塞される構成となっているので、中子によらずに成形でき、また気液分離室31内に二次的な機械加工が必要な場合でも、外部から容易に加工することができる。そして、動弁室10から流量制御弁38へ至るブローバイガスの流路全体、さらには、オイルドレン通路41を含めた全体を、外部配管を用いずに構成でき、通常のシリンダヘッド2やシリンダヘッドカバー6等の組立によって一連の流路が完成するので、部品点数の削減ならびに組立工数の低減を達成でき、かつ同時に、内燃機関全体の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るブローバイガス還流装置を備えた内燃機関の断面図。
【図2】同じく側面図。
【図3】同じく分解斜視図。
【図4】シリンダヘッドおよびシリンダブロックを斜め下方から見た分解斜視図。
【符号の説明】
1…シリンダブロック
2…シリンダヘッド
3…オイルパン
6…シリンダヘッドカバー
18…シリンダヘッド側ウォータジャケット
31…気液分離室
32…邪魔板
34…ブローバイガス入口通路
36…ブローバイガス出口通路
38…流量制御弁
41…オイルドレン通路
Claims (8)
- シリンダヘッド内の動弁室から気液分離室を経由してブローバイガスを取り出し、吸気系に還流させる内燃機関のブローバイガス還流装置において、
上記気液分離室を、上記シリンダヘッドの吸気ポート下部に形成し、上記気液分離室の一端部に接続されるとともに、シリンダヘッド内部を通る内部通路として上方へ延び、かつシリンダヘッド上端のシリンダヘッドカバー取付面に開口したシリンダヘッド側のブローバイガス出口通路と、シリンダヘッドカバー側壁部に形成されたシリンダヘッドカバー側のブローバイガス出口通路と、を上記取付面において接続したことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還流装置。 - 上記気液分離室の他端部に接続されたシリンダヘッド側のブローバイガス入口通路が、シリンダヘッド内部を通る内部通路として上方へ延び、かつシリンダヘッド上端のシリンダヘッドカバー取付面に開口しており、シリンダヘッドカバー上部内壁面のブローバイガス吸入口からシリンダヘッドカバー側壁部に延びたシリンダヘッドカバー側のブローバイガス入口通路に、上記取付面において接続されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- 上記気液分離室は、シリンダヘッドの下面に凹部状に開口するように形成され、かつシリンダブロック上面との接合によって上記気液分離室の下面開口が覆われていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- 上記気液分離室は、ブローバイガスの流れを横切るように内部に邪魔板を有し、この邪魔板とともにシリンダヘッドの鋳造時に鋳造形成されていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- 上記気液分離室は、複数の気筒の吸気ポートの下部に亘って延びるように、気筒列方向に沿って細長い通路状に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- シリンダブロックの内部を通して上下方向に沿ったオイルドレン通路が形成されており、このオイルドレン通路の上端が上記気液分離室の底面に開口しているとともに、下端が、オイルパンの油面下方となる高さ位置まで延長されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- 上記オイルドレン通路は、通路断面積が小さな上方部分と、通路断面積が拡大した下方部分と、を有することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
- 上記気液分離室は、シリンダヘッド内部のウォータジャケットに隣接して形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
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