JP5504019B2 - 内燃機関のブリーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用内燃機関等に設けられるブリーザ装置に係り、詳しくは、オイル分離性能の向上やシリンダブロックのコンパクト化等を実現する技術に関する。

自動車等に搭載されるレシプロエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、その圧縮行程や膨張行程において、シリンダとピストンとの間隙からブローバイガスがクランクケース内に漏出することが避けられない。ブローバイガスは未燃焼混合気（すなわち、ＨＣ）や酸、水分等を含むため、エンジンオイルの劣化や大気汚染を抑制すべく、クランクケースから吸気系に導入して新気とともに燃焼させる必要がある。しかし、ブローバイガスにはクランクケース内に浮遊する霧状のエンジンオイル（オイルミスト）が混入しているため、そのまま吸気系に導入した場合、エンジンオイルによって吸気系部品が汚損される他、エンジンオイルの消費量が増大する問題があった。

そこで、近年のエンジンでは、吸気負圧によってブローバイガスを吸気系に流入させるブローバイシステムが採用されるとともに、ブローバイガスからエンジンオイルを分離するブリーザチャンバをブローバイガスの流路（ブローバイ通路）に設け、分離したエンジンオイルをオイルパンに還流させるブリーザ装置が備えられている（特許文献１参照）。特許文献１のブリーザ装置では、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの側部にブローバイ通路が形成され、シリンダブロックに形成された凹部に側面から蓋が被せられることでブリーザチャンバが画成されている。

また、エンジンでは、ピストンやコネクティングロッド等の運動によって生じる２次振動を抑制すべく、一対のバランサシャフトをクランクシャフトの２倍の回転数で回転させる２軸バランサ装置を備えたものがある。バランサシャフトは、シリンダブロックの下方（オイルパン内等）に設置されることもあるが、シリンダブロックの両側面に設置されることもある（特許文献２参照）。

実公平６−２７７７９号公報 特開平１１−３５１３３３号公報

特許文献１のブリーザ装置では、ブリーザチャンバが凹凸の無い空間であるためにオイル分離性能があまり高くなく、吸気系に導入されるブローバイガス中のエンジンオイル量が多くなる問題があった。また、特許文献１のブリーザ装置を特許文献２のエンジンに採用し、バランサシャフトの直下にブリーザチャンバを配置した場合、バランサシャフト軸受の直下に空間ができることでバランサシャフトの支持剛性が低くなり、エンジンの運転時に振動や騒音が生じることがあった。また、この場合には、ブローバイ通路をバランサシャフトを迂回するかたちで設ける必要があるため、シリンダブロック（すなわち、エンジン）の体格や重量が大きくなる問題もあった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、オイル分離性能の向上やシリンダブロックのコンパクト化等を実現したブリーザ装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、シリンダブロックに形成され、一端がクランク室に開口するとともにシリンダの軸線方向に延びる複数の上流側ブローバイ通路と、前記シリンダブロックに形成され、前記各上流側ブローバイ通路の他端が連通するとともにクランクシャフトの軸線方向に延びるブリーザチャンバとを有する内燃機関のブリーザ装置であって、前記ブリーザチャンバには、クランクシャフトの軸線方向に沿って凹部と凸部とが交互に設けられた凹凸面が形成され、前記クランクシャフトは、複数のクランク軸受によって前記シリンダブロックに回転自在に支持され、前記シリンダブロックの平面視において、前記クランク軸受の側方には前記上流側ブローバイ通路と前記凹部とが設けられ、前記クランク軸受間に位置するクランクウエイトの側方には前記凸部が設けられたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る内燃機関のブリーザ装置において、前記凹凸面は、前記ブリーザチャンバにおけるシリンダ中心側の内壁であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る内燃機関のブリーザ装置において、前記クランクシャフトは、複数のクランク軸受によって前記シリンダブロックに回転自在に支持され、前記シリンダブロックの平面視において、前記クランク軸受の側方には前記上流側ブローバイ通路と前記凹部とが設けられ、前記クランク軸受間に位置するクランクウエイトの側方には前記凸部が設けられたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係る内燃機関のブリーザ装置において、前記ブリーザチャンバの上方には、バランサ軸受によって回転自在に支持されたバランサシャフトが設置されたことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１〜第４の発明に係る内燃機関のブリーザ装置において、前記凸部の先端には、前記凹部よりも小さい小凹部が形成されたことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１〜第５の発明に係る内燃機関のブリーザ装置において、シリンダヘッドに下流側ブローバイ通路が形成され、前記ブリーザチャンバと当該下流側ブローバイ通路とが配管によって連通されたことを特徴とする。

第１の発明によれば、上流側ブローバイ通路からブリーザチャンバに流入した時点でブローバイガスの流れ方向が急激に９０°変化するだけでなく、凹凸面によって流路面積が交番的に変化することでブローバイガスの流速も増減し、ブローバイガス中のエンジンオイルがブリーザチャンバ内で効果的に分離されやすくなる。また、第２の発明によれば、ブリーザチャンバにおける高温側の壁面が凹凸面となっているため、エンジンオイルが凹凸面に附着することで昇温されて粘度が低下し、クランク室に速やかに落下しやすくなる。また、第３の発明によれば、クランク軸受の側方に凹部が設けられ、クランクウエイトの側方に凸部が設けられるため、複数の上流側ブローバイ通路を設けるにもかかわらずシリンダブロックの大型化が抑制できる。また、第４の発明によれば、凹凸面によってブリーザチャンバの強度および剛性が高まるため、バランサシャフトの支持剛性が向上する。また、第５の発明によれば、小凹部によってブローバイガスの流速が更に増減し、ブローバイガス中のエンジンオイルがブリーザチャンバ内でより効果的に分離される。また、第６の発明によれば、ブリーザチャンバと下流側ブローバイ通路との連通路をシリンダブロック内に形成する必要がなくなるため、シリンダブロック（すなわち、エンジン）の体格を小さくすることができる。

実施形態に係るエンジンを示す斜視図である。 実施形態に係るシリンダブロックを示す下面図である。 図１中III部の拡大正面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンのブリーザ装置に適用した一実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の説明にあたっては、図１における斜め左側を左方とし、紙面斜め手前側を前方とする。

≪実施形態の構成≫
＜エンジンの全体構成＞
図１に示すエンジン１は、４サイクル直列４気筒ディーゼルエンジンであり、シリンダブロック２や、シリンダヘッド３、ヘッドカバー４、オイルパン５等によって構成されている。シリンダブロック２には、図示しないピストンにコネクティングロッドを介して連結されたクランクシャフト１１の他、第１，第２バランサシャフト１２，１３が回転自在に保持されている。両バランサシャフト１２，１３は、クランクシャフト１１にアイドラギヤ１４，１５を介して連結されており、クランクシャフト１１の２倍の回転数で互いに逆方向に回転駆動される。図２に示すように、クランクシャフト１１は、各気筒ごとにクランクウエイト１６を有しており、クランク軸受１７を介してシリンダブロック２の下面に回転自在に支持されている。

＜ブリーザ装置＞
図３に示すように、シリンダブロック２の前面には、第１バランサシャフト１２が収容されるバランサ凹部２１と、ブリーザチャンバ３０を構成するブリーザ凹部３１とが上下に隣接した状態で配置されている。また、図４にも示すように、ブリーザ凹部３１内には、第１〜第３凹部３２〜３４と第１，第２凸部３５，３６とをクランクシャフト１１の軸線方向に沿って左方から交互に設けてなる凹凸面３７が形成され、更に両凸部３５，３６の先端にはそれぞれ第１，第２小凹部３８，３９が設けられている。本実施形態の場合、各凹部３２〜３４や各凸部３５，３６、両凸部３５，３６は、いずれも平面視で略台形を呈している。また、図２に示すように、第１〜第３凹部３２〜３４はクランク軸受１７の側方に設けられ、第１，第２凸部３５，３６はクランクウエイト１６の側方に設けられている。なお、本実施形態のエンジン１は前方排気であり、シリンダヘッド３の前面には４つの排気ポート１８が開口している。

図１，図４に示すように、シリンダブロック２の前面には、バランサ凹部２１とブリーザ凹部３１との開口を覆うチャンバカバー４１が装着され、このチャンバカバー４１とブリーザ凹部３１とによってブリーザチャンバ３０が画成される。なお、バランサ凹部２１内には、第１バランサシャフト１２を支持するバランサ軸受２２が形成されている。

図４に示すように、ブリーザチャンバ３０の下壁には、第１〜第３凹部３２〜３４に対応する位置に（すなわち、クランク軸受１７の側方に）、上流側ブローバイ通路として、シリンダブロック２の下部（クランクケース）に連通する第１〜第３ブリーザ孔４２〜４４が穿設されている。なお、本実施形態の場合、第３ブリーザ孔４４の面積は、第１，第２ブリーザ孔４２，４３の面積よりも小さく設定されている。また、図１に示すように、チャンバカバー４１およびヘッドカバー４の前面にはニップル４１ａ，４ａが突設されており、ブローバイホース４５の両端がこれらニップル４１ａ，４ａにそれぞれ接続されている。ヘッドカバー４内には下流側ブローバイ通路４ｂが形成されており、ブリーザチャンバ３０からのブローバイガスは、ブローバイホース４５を介してヘッドカバー４の下流側ブローバイ通路に流入した後、図示しない吸気装置に吸引される。なお、本実施形態の場合、チャンバカバー４１側のニップル４１ａは、第２小凹部３９に対応する部位の上方に配置されている。

図３に示すように、バランサ凹部２１には、ブリーザチャンバ３０の第１，第２凸部３５，３６に対応する位置に給油孔５１，５２が各々開口している。給油孔５１はバランサ凹部２１の底面に穿設される一方、給油孔５２はバランサ凹部２１の内壁（クランク室側の側壁）に穿設されており、どちらもシリンダブロック２のクランク室とブリーザチャンバ３０とを連通している。

＜実施形態の作用＞
エンジン１が運転を開始すると、シリンダとピストンとの間隙からクランクケース内にブローバイガスが漏出する一方、吸気負圧がヘッドカバー４やブローバイホース４５を介してブリーザチャンバ３０に作用する。これにより、ブローバイガスは、シリンダブロック２の下部から第１〜第３ブリーザ孔４２〜４４を通過してブリーザチャンバ３０に流入する。流入したブローバイガスは、図３，図４に矢印で示すように、ブリーザチャンバ３０内を流通した後、ヘッドカバー４に接続したブローバイホース４５に流出する。

ブローバイガスは、ブリーザチャンバ３０内でその流れ方向が急激に９０°変化した後、ブリーザチャンバ３０内で凹凸面３７に沿って流れることになる。ブローバイガスの流速は、流路面積の大きい第１〜第３凹部３２〜３４で低くなり、流路面積の小さい第１，第２凸部３５，３６で高くなる他、流路面積の比較的大きい第１，第２小凹部３８，３９で若干低くなる。このように、ブリーザチャンバ３０内においてブローバイガスの流れ方向が急変するとともにその流速が交番的に変化することにより、ブローバイガスに含まれていたエンジンオイルは、凹凸面３７に衝突／附着して効果的に分離され、ブリーザチャンバ３０の下面から第１〜第３ブリーザ孔４２〜４４を介してクランクケースに落下する。また、凹凸面３７は、シリンダ中心側の内壁であることからその温度が高く、ブリーザチャンバ３０が排気ポート３０側に設けられていることも相俟って、附着したエンジンオイルの粘度が低下してクランクケースへの落下が促進される。

一方、本実施形態のブリーザチャンバ３０は、第１〜第３凹部３２〜３４と第１，第２凸部３５，３６と第１，第２小凹部３８，３９とからなる凹凸面３７が内部に形成されていることから、筐体としての強度や剛性が非常に高くなっている。このため、チャンバカバー４１がバランサ凹部２１の前面に装着されることも相俟って、ブリーザチャンバ３０の直上に位置するバランサ凹部２１やバランサ軸受２２に弾性変形が殆ど生じることがなく、第１バランサシャフト１２が高い支持剛性をもって支持される。その結果、エンジン１の運転時において、第１バランサシャフト１２の振れ等に起因する振動や騒音が効果的に抑制される。

また、本実施形態では、クランク軸受１７の側方に各ブリーザ孔４２〜４４や各凹部３２〜３４が設けられ、クランクウエイト１６の側方に両凸部３５，３６が設けられるため、複数のブリーザ孔４２〜４４を設けたにもかかわらず駄肉が少なくなってシリンダブロック２（すなわち、エンジン１）の大型化が抑制できる。そして、ブリーザチャンバ３０からヘッドカバー４とをブローバイホース４５によって連結したため、シリンダブロック２内に連通路を形成する必要がなくなり、シリンダブロック２の大型化が更に抑制できる。

また、本実施形態では、シリンダブロック２のクランク室とが給油孔５１，５２によって連通されているため、エンジン１の運転時にクランクウエイト１６から飛散したエンジンオイルがバランサ凹部２１に流入し、このエンジンオイルによって第１バランサシャフト１２の軸受（中央のバランサ軸受２２および両端を支持する軸受）の潤滑が効果的に行われる。

また、本実施形態では、第１〜第３ブリーザ孔４２〜４４がシリンダヘッド３内で動弁機構を潤滑したエンジンオイルの環流路としても機能するが、これらブリーザ孔４２〜４４の１つが何らかの原因で塞がった場合にも他の２つが存在することで円滑なエンジンオイルの環流が実現されて、その逆流が防止される。なお、図示はしないが、エンジン１の後面にも前面と同様のブリーザ孔が形成されている。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明はこれら実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では凹凸面に３つの凹部と２つの凸部と２つの小凹部とを形成するようにしたが、これらの組み合わせは設計上の都合等によって適宜変更可能である。また、上記実施形態では、凹部や凸部、小凹部の形状を平面視で略台形としたが、鋳抜きで形成することが可能であればその形状は自由に設定できる。また、上述したブローバイホースに代えて金属製のブローバイパイプを採用するようにしてもよいし、シリンダブロック内にブリーザチャンバとヘッドカバーとを連通させる連通路を形成するようにしてもよい。その他、エンジンの具体的構成やシリンダブロックの具体的形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ヘッドカバー
４ｂ 下流側ブローバイ通路
５ オイルパン
１１ クランクシャフト
１２ 第１バランサシャフト
１６ クランクウエイト
１７ クランク軸受
２１ バランサ凹部
２２ バランサ軸受
３０ ブリーザチャンバ
３１ ブリーザ凹部
３２〜３４ 凹部
３５，３６ 凸部
３７ 凹凸面
３８，３９ 小凹部
４１ チャンバカバー
４２〜４４ ブリーザ孔（上流側ブローバイ通路）
４５ ブローバイホース（配管）

Claims (5)

1. シリンダブロックに形成され、一端がクランク室に開口するとともにシリンダの軸線方向に延びる複数の上流側ブローバイ通路と、
   前記シリンダブロックに形成され、前記各上流側ブローバイ通路の他端が連通するとともにクランクシャフトの軸線方向に延びるブリーザチャンバと
   を有する内燃機関のブリーザ装置であって、
   前記ブリーザチャンバには、クランクシャフトの軸線方向に沿って凹部と凸部とが交互に設けられた凹凸面が形成され、
   前記クランクシャフトは、複数のクランク軸受によって前記シリンダブロックに回転自在に支持され、
   前記シリンダブロックの平面視において、前記クランク軸受の側方には前記上流側ブローバイ通路と前記凹部とが設けられ、前記クランク軸受間に位置するクランクウエイトの側方には前記凸部が設けられたことを特徴とする内燃機関のブリーザ装置。
2. 前記凹凸面は、前記ブリーザチャンバにおけるシリンダ中心側の内壁であることを特徴とする、請求項１に記載された内燃機関のブリーザ装置。
3. 前記ブリーザチャンバの上方には、バランサ軸受によって回転自在に支持されたバランサシャフトが設置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された内燃機関のブリーザ装置。
4. 前記凸部の先端には、前記凹部よりも小さい小凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された内燃機関のブリーザ装置。
5. シリンダヘッドに下流側ブローバイ通路が形成され、前記ブリーザチャンバと当該下流側ブローバイ通路とが配管によって連通されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された内燃機関のブリーザ装置。

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