JP4419818B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、ブローバイガスからオイルを分離するオイル分離構造を備える内燃機関に関する。

エンジンを作動させると、通常は、シリンダブロックとピストンの隙間やピストンリング等から、未燃ガス（ブローバイガス；ＢＢＧ）がクランクケース内に微量ながら漏れてくる。このブローバイガスをそのまま排出すると環境への負荷が大となり、またエンジン内部に滞留させておいたのではエンジン内部の腐食やオイルの劣化を招くこととなるため、ブローバイガスをインテークマニホールドに戻して燃焼させるシステム（ポジティブクランクケースベンチレーション；ＰＣＶ）が従来から提案されている。

この構成において、ブローバイガスは通常、クランクケースからＰＣＶ通路等を介してインテークマニホールドに送られる。しかしながら、クランクケースの内部（クランク室）では多量のオイルが飛散しているので、クランクケースから供給されるブローバイガスにはオイルの粒子（オイルミスト）が多量に含まれている。この状態のブローバイガスをそのままインテークマニホールドに送ると、オイルの消費の悪化を招き、また、オイルが吸気中に再循環されることから排気ガスのＨＣが増加してしまう。また、このようなブローバイガス内のオイルミスト（あるいはオイルの燃焼生成物の粒子）が動弁系等に付着すると、デポジットが堆積してしまう。

従って、ブローバイガスに含まれるオイルミストを吸気側に送る前に分離するオイルセパレータ構造が、特許文献１で提案されている。この特許文献１では、ケース本体内に、例えば不織布を用いたフィルタを収納した構成が開示されている。
特開２００２−２６６６２０号公報（段落番号００２３、図１）

しかし、特許文献１のオイルセパレータ構造はブローバイガスをエンジンの外部に導いてオイルを分離する構成であり、構造が複雑になるとともに大きな設置スペースが必要になってしまい、簡素化及びコンパクト化の観点から改善の余地があった。

また、特許文献１ではフィルタとして不織布を用いているが、この不織布フィルタは柔らかく弾力に富むのが通常である。従って、フィルタをケース本体内に固定する際にフィルタの厚みにバラツキが出てしまいやすく、これが、フィルタの圧力損失及びオイル捕集性能のバラツキにつながってしまう。

フィルタの圧力損失が大きいと、クランクケース内の圧力が上昇し、クランクケースからのオイル漏れの原因になる。一方、フィルタの圧力損失が小さいということは、フィルタの密度が小さく、オイル捕集性能を十分に発揮しにくいことを意味する。従って、オイルセパレータ構造においては、フィルタの厚み（フィルタの圧力損失）を所望の値から大きく外れることなく保持することが極めて好ましい。

この点、特許文献１のオイルセパレータ構造では、ケース本体内に収納した状態でのフィルタの厚みを一定に維持できるようにするための具体的なフィルタ支持構造について、何ら具体的な開示がされていない。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

◆本発明の観点によれば、以下のように構成する、内燃機関が提供される。オイルを捕集するための不織布からなるフィルタを収納可能なフィルタ室をヘッドカバーに備える。前記ヘッドカバーには、前記フィルタ室の内壁面において補強リブを一体的に突設する。前記フィルタを前記補強リブに接触させるようにして前記フィルタ室に配置している。なお、「不織布からなる」とは、例えばステンレス等の金属繊維からなるものも含まれる。

これにより、補強リブがヘッドカバーのフィルタ室の部分の剛性を向上させるほか、フィルタに当接して当該フィルタを位置決めする役割をも果たすから、構造が簡素化されるとともに、部品点数を低減でき、コンパクト化が容易である。従って、エンジン内部にオイル分離構造を構成するのも容易である。

◆前記の内燃機関においては、前記フィルタに接触する補強リブは互いに間隔をあけて複数形成されていることが好ましい。

これにより、補強リブが不織布フィルタに深く食い込むことが防止され、フィルタの厚みのバラツキを低減できる。この結果、エンジンごとのオイル捕集性能の個体差（バラツキ）を低減できる。また、フィルタの圧力損失の個体差も防止できるから、クランクケース内の圧力を所望の圧力となるように容易に維持できる。

◆前記の内燃機関においては、以下のように構成することが好ましい。前記ヘッドカバーには当接面が形成される。前記フィルタの前記補強リブと反対側の面を支持するフィルタ支持部材が、前記当接面に当接した状態でヘッドカバーに取り付けられる。

これにより、フィルタ支持部材のヘッドカバーに対する取付位置が一定となるので、補強リブとフィルタ支持部材との間に挟まれるフィルタについて、上下厚みのバラツキを小さくできる。従って、エンジンごとのオイル捕集性能の個体差（バラツキ）を一層低減できる。また、フィルタの圧力損失の個体差も防止できるから、クランクケース内の圧力を所望の圧力となるように容易に維持できる。

◆前記の内燃機関においては、前記フィルタ支持部材が、前記フィルタ室とエンジンのロッカー室とを区画する区画部材を兼ねていることが好ましい。

これにより、部品点数を一層削減でき、構成を簡素化できる。

◆前記の内燃機関においては、ブローバイガスは、前記フィルタの上面と前記フィルタ室の天井面との間に導かれた後、前記フィルタに上面から入り、当該フィルタの下面から抜けるように構成したことが好ましい。

これにより、補強リブが、フィルタの上面とフィルタ室の天井面との間に隙間（オイル混じりのブローバイガスの導入空間）を形成するための役割をも果たすことになるから、部品点数を一層低減できる。また、フィルタ内部をブローバイガスが上から下へ流れることになるので、フィルタに捕集されたオイルが自重で降下するのをフィルタ内のブローバイガスの流れがサポートし、フィルタからのオイル切れが極めて良好になる。この結果、フィルタのオイル詰まりを低減でき、メンテナンスの必要頻度を少なくできる。

◆前記の内燃機関においては、前記フィルタの上面と前記フィルタ室の天井面との間に導かれたブローバイガスは、前記補強リブによって分岐して流れることが好ましい。

これにより、フィルタの上面の広い領域にブローバイガスを行き渡らせてからフィルタを通過させる流れが実現されるので、フィルタの圧力損失が過大にならず、目詰まりを少なくでき、オイルミストを安定して捕集することができる。

◆前記の内燃機関においては、ガスヒートポンプ用エンジンであることが好ましい。

これにより、コンパクトで簡素なガスヒートポンプ用エンジンを提供できる。また、不織布フィルタは高いオイルミスト捕集性能を有しているので、ブローバイガス中のオイル量が厳しく制限されるガスヒートポンプ用エンジンに特に好適な構成とできる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー部分の構成を示す要部断面図、図２はフィルタ室の天井面を示す、ヘッドカバーの底面側からみた断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー１の部分を示す要部拡大図である。このヘッドカバー１は鋳物製とされており、下側が開放された形状に構成されている。また、ヘッドカバー１は、その一部が上側に膨出された形状とされ、この膨出部の内部にフィルタ室２を形成している。このフィルタ室２には、不織布からなるフィルタ３を収容可能に構成されている。

このフィルタ３は、不織布で構成された所定の厚み（数ミリメートル〜数十ミリメートル）のフィルタ材を上下方向に積層させ、全体として略直方体のブロック状に構成している。フィルタ３の水平方向の大きさはフィルタ室２よりも若干大きくなっており、フィルタ３がフィルタ室２に嵌め込まれて設置されることにより、フィルタ３の側縁とフィルタ室２の内壁との間が密着されてシールされ、ブローバイガスがフィルタ３と内壁との間を通過しないようになっている。

フィルタ室２の天井面の部分を含め、ヘッドカバー１の天井面からは、当該天井面の剛性の向上のための複数の補強リブ４・４・・・が下向き突出状に設けられている。この補強リブ４・４・・・は、ヘッドカバー１の鋳造時に一体に形成される。

フィルタ室２の天井面（内壁面）に形成された前記補強リブ４のうち幾つか（特に符号４ａを付す）については、その下方への突出量を増大させ、当該補強リブ４ａの下端面が前記フィルタ３の上面に当接するように構成されている。このフィルタ３に当接する補強リブ４ａ・４ａ・・・は、図２に示すように互いに間隔をおいて６つ配置されている。

図１に示すように、ヘッドカバー１の天井面からはサポート壁部５が下側突出状に一体形成され、このサポート壁部５の側壁面が前記フィルタ室２の内壁面の一部を構成している。このサポート壁部５を貫通するようにガス通路６が形成され、このガス通路６は、ヘッドカバー１の一端側へ導入されたブローバイガスを、前記フィルタ室２の天井面とフィルタ３の上面との間の空間へ導くようになっている。

なお、前記ガス通路６の端部は図２に示すように、フィルタ室２の天井面とフィルタ３の上面との間の空間を平面視で見たときに、四隅のうち１つの隅（図２における右上隅）に連通されている。

図１に示すように、前記ヘッドカバー１の端部（前記サポート壁部５のフィルタ室２を挟んで反対側の部分）の下面と、前記サポート壁部５の下面には、平坦な当接面１３が形成されている。この当接面１３に当接するようにして、フィルタ支持部材７がヘッドカバー１に対しネジ８により取り付けられる。このフィルタ支持部材７は、フィルタ室２の下側を閉鎖して下側のロッカー室２０と上側の前記フィルタ室２とを区画するバッフルプレート９と、そのバッフルプレート９の上面に例えば溶接で固定される隙間形成板１０と、により構成される。

この隙間形成板１０は、多数の孔１４を穿孔したプレートを、水平部と垂直部とが交互に現れるように段状に折り曲げて形成している。そして隙間形成板１０は、前記バッフルプレート９をヘッドカバー１に取り付けたときに、その上面がフィルタ３の下面に当接し、フィルタ３を下側から支持するように構成されている。この結果、フィルタ３はフィルタ室２の内部で、前記バッフルプレート９に対して上下方向の隙間を形成するように支持される。

前記バッフルプレート９の直ぐ上の位置において、ヘッドカバー１にはオイル排出口１１が形成される。更に、前記サポート壁部５にはガス排出路１５が形成され、このガス排出路１５は、ヘッドカバー１に形成したガス排出口１２に連通される。

次に、以上の構成の本実施形態でのブローバイガスの流れを、図３・図４を参照して説明する。図３はヘッドカバー部分におけるブローバイガスの流れを示す図である。図４は、フィルタ室の天井側におけるブローバイガスの流れを示す、ヘッドカバーの底面側からみた断面図である。

即ち、オイルミスト混じりのブローバイガスは図３のハッチング付き矢印で示すように、クランクケースから図示しない経路を経由してヘッドカバー１内に導入され、前記ガス通路６を通過して、フィルタ室２の上側の空間（フィルタ３の上面とフィルタ室２の天井面との間の空間）に導入される（図４も併せて参照）。

そして図４に示すように、導入後のブローバイガスの流れは補強リブ４ａにより次々と分岐されるので、ブローバイガスは拡散されて、フィルタ３の上方空間の広い領域の端部まで行き渡る。その後は、図３に示すようにブローバイガスはフィルタ３の上面から内部に入って、フィルタ３内をブローバイガスが上から下へと流れるにつれて、それに含まれるオイルミストがフィルタ３に捕集される。オイルミストを取り除かれたブローバイガスは、図３の白抜き矢印で示すようにフィルタ３の下面から下に抜け、ガス排出路１５及びガス排出口１２を経由して、エンジンの吸気側（エアクリーナ）へ戻される。

一方、フィルタ３によって捕集されたオイルミストはフィルタ３の内部を自重により降下して下面から抜け、油滴となってバッフルプレート９上に落下する。なお、このフィルタ３内でのオイルの降下は、フィルタ３内部を上から下へ通過するブローバイガスの流れによってサポートされるので、フィルタ３のオイル切れ性は極めて良好である。そして、バッフルプレート９に落下したオイルは、オイル排出口１１から図略の配管を経由してクランクケース内に戻される。

なお、フィルタをエンジンの外部に配置するいわゆる外付け型のオイル分離構造では、冷間時に凝縮水が発生したり、フィルタのハウジングからブローバイガスやオイルが漏れたりする恐れがあり、これを防止するために、例えば、特開平７−２６９３２６号公報のようにヒータを設けたり、特開２００２−２６６６２１号のように一体成形の樹脂ハウジングを採用して気密を向上させたりしている。この点、本実施形態ではオイル分離構造をエンジン内部に設置しているから、上記のような問題は生じず、ヒータ等の特別な構成を設ける必要もない。

本実施形態では以上に示すように、オイルを捕集するための不織布からなるフィルタ３を収納可能なフィルタ室２をヘッドカバー１に備える。そして、ヘッドカバー１には、少なくともフィルタ室２の天井面の位置において補強リブ４・４ａ・・・を一体的に突設している。そして、前記フィルタ３は、その上面を補強リブ４ａ・４ａ・・・に接触させるようにして前記フィルタ室２に配置している。

従って、前記補強リブ４・４ａ・・・がヘッドカバー１の剛性を向上させるほか、フィルタ３の上面に当接して当該フィルタ３を位置決めする役割をも果たすから、構造が簡素化されるとともに、部品点数を低減でき、コンパクト化が容易である。従って、本実施形態のようにエンジン内部にオイル分離構造を構成するのも容易である。

また、本実施形態では、フィルタ３に接触する補強リブ４ａ・４ａ・・・が互いに間隔をあけて複数形成されているので、補強リブ４ａ・４ａ・・・の先端が不織布製の柔らかいフィルタ３に深く食い込むことが防止され、フィルタ３の厚みのバラツキを低減できる。この結果、エンジンごとのオイル捕集性能の個体差（バラツキ）を防止でき、フィルタ３の圧力損失の個体差も防止できるから、クランクケース内の圧力を所望の圧力となるように容易に維持することができる。

更に本実施形態では、ヘッドカバー１の下面には当接面１３が形成されるとともに、前記フィルタ３の下面（補強リブ４ａと反対側の面）を支持するフィルタ支持部材７が、前記当接面１３に当接した状態でヘッドカバー１に固定されている。従って、フィルタ支持部材７のヘッドカバー１に対する取付位置が一定となるので、補強リブ４ａ・４ａ・・・の下端面とフィルタ支持部材７の上面との間に挟まれるフィルタ３について、上下厚みのバラツキを少なくできる。この結果、エンジンごとのオイル捕集性能の個体差（バラツキ）を一層確実に防止でき、フィルタ３の圧力損失の個体差も防止できるから、クランクケース内の圧力を所望の圧力となるように容易に維持することができる。

また、本実施形態では、前記フィルタ支持部材７が、上側の前記フィルタ室２と下側のロッカー室２０とを区画する区画部材としての機能をも奏している。従って、部品点数を一層削減でき、構成を簡素化できる。

更に本実施形態では、ブローバイガスは、フィルタ３の上面とフィルタ室２の天井面との間の空間に導かれた後、前記フィルタ３に上面から入り、当該フィルタ３の下面から抜けるように構成している。従って、補強リブ４ａ・４ａ・・・が、フィルタ３の上面とフィルタ室２との天井面との間に隙間（オイル混じりのブローバイガスの導入空間）を形成するための役割をも果たすこととなるから、部品点数を一層低減でき、エンジン内蔵型のオイル分離構造に好適な構成とできる。また、フィルタ３をブローバイガスが上から下へ流れることとなるので、フィルタ３に捕集されたオイルが自重で降下するのをフィルタ３内のブローバイガスの流れがサポートし、フィルタ３からのオイル切れが極めて良好になる。この結果、フィルタ３のオイル詰まりを低減し、メンテナンスの必要頻度を低減できる。

また、本実施形態では図４に示すように、フィルタ３の上面とフィルタ室２の天井面との間に導かれたブローバイガスは、補強リブ４ａ・４ａ・・・によって分岐しながら流れるように構成している。従って、フィルタ３の上面全体にブローバイガスを均一に行き渡らせてからフィルタ３を通過させる流れが実現されるので、フィルタ３の圧力損失が過大にならず、目詰まりを少なくでき、オイルミストを安定して捕集することができる。

以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。

（１）補強リブ４（フィルタ３に接触する補強リブ４ａを含む）の向き、形状、個数は、上記の実施形態に示すものに限らず、任意である。ただし上記したように、フィルタ３への補強リブ４ａの食い込みを少なくする観点からは、補強リブ４ａの個数は複数とし、互いに間隔をあけて設置することが望ましい。

（２）フィルタ支持部材７のヘッドカバー１への固定方法としては、ネジ８のほか、例えば、リベットや溶接によるものを採用できる。

（３）バッフルプレート９とフィルタ３の下面との間に上下方向の隙間を形成する構成としては、上記の隙間形成板１０の代わりに、例えばバッフルプレート９から上方に向けてリブを一体的に突出形成し、そのリブの上端面がフィルタ３の下面を支持するように構成しても良い。

（４）本実施形態ではガスヒートポンプ用エンジンにフィルタ３を内蔵した例を示したが、本発明はガスヒートポンプ用エンジンに用いられる場合に限定されない。ただし本実施形態のように不織布のフィルタ３を用いてオイルを捕集する構成は、フィルタの捕集性能を安定して高く維持できるため、ブローバイガス中のオイル量が厳しく制限されるガスヒートポンプ用エンジンに特に有効である。また、本実施形態の構成では、フィルタ３からのオイル切れが良いためフィルタの目詰まりを少なくでき、メンテナンス頻度を少なく又はメンテナンスフリーとできるため、長時間の連続稼動をさせることが多いガスヒートポンプ用エンジンに好適である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー部分の構成を示す要部断面図。 フィルタ室の天井面を示す、ヘッドカバーの底面側からみた断面図。 ヘッドカバー部分におけるブローバイガスの流れを示す図。 フィルタ室の天井側におけるブローバイガスの流れを示す、ヘッドカバーの底面側からみた断面図。

符号の説明

１ ヘッドカバー
２ フィルタ室
３ 不織布からなるフィルタ
４・４・・・補強リブ
４ａ・４ａ・・・ 補強リブ
７ フィルタ支持部材
９ バッフルプレート
１０ 隙間形成板
１３ 当接面

Claims (6)

1. ヘッドカバーに形成され、オイルを捕集するための不織布からなるフィルタを収納可能なフィルタ室と、
   前記フィルタ室の内壁面の位置において、前記ヘッドカバーに対して一体的に突設された補強リブと、
   前記ヘッドカバーに取り付けられ、前記フィルタの前記補強リブと反対側の面を支持するフィルタ支持部材と、
   を備え、
   前記フィルタ支持部材は、
   前記フィルタ室とエンジンのロッカー室とを区画するバッフルプレートと、
   前記バッフルプレートの上面に固定され、ブローバイガスが通過する複数の孔が穿孔されるとともに水平部と垂直部とが交互に現れるように段状に折り曲げて形成された隙間形成板と、
   により構成され、
   前記補強リブに接触させるようにして前記フィルタを前記フィルタ室に配置していることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記ヘッドカバーに対して一体形成され、側壁面が前記フィルタ室の内壁面の一部を構成するサポート壁部と、
   前記サポート壁部を貫通するように形成されたガス通路と、
   を備え、
   前記サポート壁部および前記ガス通路により、前記フィルタ室内へのブローバイガスの導入部で、ブローバイガスの流路が広げられていることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項２に記載の内燃機関であって、
   前記フィルタに接触する補強リブは互いに間隔をあけて複数形成され、かつ、当該補強リブは、前記ヘッドカバーを底面側からみたとき、前記ガス通路を流れるブローバイガスの流れ方向に沿わせて配置されていることを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の内燃機関であって、
   ブローバイガスは、前記フィルタの上面と前記フィルタ室の天井面との間に導かれた後、前記フィルタに上面から入り、当該フィルタの下面から抜けるように構成したことを特徴とする内燃機関。
5. 請求項４に記載の内燃機関であって、
   前記フィルタの上面と前記フィルタ室の天井面との間に導かれたブローバイガスは、前記補強リブによって分岐して流れることを特徴とする、内燃機関。
6. ガスヒートポンプ用エンジンであることを特徴とする、請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の内燃機関。

Images