JP5768940B2 - Ｖ型内燃機関のブローバイ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｖ型内燃機関のブローバイ処理装置に関する。

周知のように、内燃機関には、燃焼室からクランクケース内へ漏れ出たブローバイガスを処理するブローバイ処理装置が設けられている（特許文献１参照）。このブローバイ処理装置は、吸気通路のスロットル上流部分に接続する新気導入用のガス経路を介してクランクケース内に新気を導入して換気を行うとともに、吸気通路のスロットル下流部分に接続するブローバイガス還流用のガス経路を介してクランクケース内のブローバイガスを吸気通路へ供給して燃焼室へ還流し、燃焼処理するものであり、ブローバイガス還流用のガス経路にはブローバイガス流量を調整するＰＣＶバルブが設けられる。なお、高負荷域では、ＰＣＶバルブの流量を超える分のブローバイガスが新気導入用のガス経路側からも吸気通路へ供給される。

また、ブローバイガス中のオイルが吸気系へ持ち去れることのないように、上記の各ガス経路には、ブローバイガス中のオイルミストを分離処理するセパレータが設けられる。

特開２００８−２６７２１４号公報

Ｖ型内燃機関の場合、新気導入用のガス経路（第１，第２ガス経路）を各バンク毎に設ける一方、吸気通路のスロットル下流部分へ接続するブローバイガス還流用のガス経路（第３ガス経路）やＰＣＶバルブを両方のバンクで共用することで、部品点数の削減や簡素化を図ることができる。

但し、各ガス経路のそれぞれにセパレータを設ける場合、セパレータの設置スペースの確保が難しい。特に、近年の排気規制等に対応するため、Ｖ型内燃機関には、セパレータの他にも、燃料系配管，空気制御デバイス及び冷却系配管等の多くの機器を配設する必要があるために、スペースの制約が厳しく、例えばバンク間のスペースにセパレータの設置スペースを確保することは困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、３つのガス経路のそれぞれにセパレータを設ける構造のＶ型内燃機関のブローバイ処理装置について、クランクシャフトの回転方向を考慮して、３つのセパレータのレイアウトを適正化することにより、所期のブローバイガス処理性能を損ねることなく、バンク内に３つのセパレータを配置し、搭載性の向上や小型化を図ることを目的としている。

本発明に係るブローバイ処理装置は、所定のバンク角をもって配置される第１バンクと第２バンクとを有するＶ型内燃機関に適用されるものである。クランクケースと吸気通路とを接続するガス経路として、上記第１バンクの吸気通路のスロットル上流部分とクランクケースとを連通する第１ガス経路と、上記第２バンクの吸気通路のスロットル上流部分とクランクケースとを連通する第２ガス経路と、一方のバンクの吸気通路のスロットル下流部分とクランクケースとを連通する第３ガス経路と、の３つのガス経路が設けられている。これら３つの第１〜第３ガス経路には、ブローバイガス中のオイルミストを分離する機能を有する第１〜第３セパレータがそれぞれ介装されている。

ここで、クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクでは、クランクシャフトの回転によって、クランクケースから第１セパレータへ向かう上向きの空気流れが生じる。この空気の流れが抵抗となって、第１セパレータにより捕捉されたオイルが第１ガス経路等をつたってクランクケース内へ戻され難くなり、第１セパレータや第１ガス経路にオイルが溜まり易くなる。従って、所期のブローバイ処理性能（オイル排出性能やオイル分離性能）を確保するためには、第１セパレータに大きな容量が要求される。

逆に、クランクシャフトが上方から下方へ回転する側に配置される第２バンクでは、クランクシャフトの回転によって、第２セパレータからクランクケースへ向かう下向きの空気流れが生じる。この空気流れに促進される形で、第２セパレータで捕捉されたオイルが第２ガス経路等をつたってクランクケース内へ戻され易く、オイルが溜まり難いために、比較的小さな容量であっても所期のオイル分離性能・排出性能を確保することができる。

そこで本発明では、第１バンクと第２バンクのうち、クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクに第１セパレータのみを配設し、クランクシャフトが上方から下方へ回転する側に配置される第２バンクには、第２セパレータと第３セパレータの双方を並設している。

クランクシャフトが下方から上方へ回転する側、つまりオイルが下方のオイルパン側へ戻り難い第１バンクには、第１セパレータのみを配設することによって、第１セパレータに大きな容量を確保して、所期のブローバイ処理性能（オイル分離性能・排出性能）を確保することができる。一方、クランクシャフトが上方から下方へ回転する側、つまりオイルが戻り易い第２バンクには、第２セパレータと第３セパレータとを並設することで、所期のブローバイ処理性能を確保しつつ、第３セパレータを第１，第２セパレータと同様にバンク内に集約して配置することができる。このため、第３セパレータをバンク間スペース等のバンクから外れた位置に設置する必要がないために、スペース効率が向上し、搭載性が向上する。

このように本発明によれば、クランクシャフトの回転方向を考慮して、３つのセパレータのレイアウトを適正化することにより、ブローバイガス処理性能の確保と、搭載性の向上と、を両立することができる。

本発明の一実施例に係る内燃機関のブローバイ処理装置を示し、低負荷域でのガス流れを示す説明図。 同じく上記実施例に係る内燃機関のブローバイ処理装置を示し、高負荷域でのガス流れを示す説明図。 上記実施例の内燃機関を示す部分断面図。 第１バンクのセパレータ形成範囲を示す説明図。 第２バンクのセパレータ形成範囲を示す説明図。 ＰＣＶバルブの流量特性を示す説明図。 第１セパレータの流量特性を示す説明図。 第２セパレータの流量特性を示す特性図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１及び図２は、本発明の一実施例に係るＶ型内燃機関のブローバイ処理装置を簡略的に示す構成図であり、図１は低負荷域におけるブローバイガス・新気の流れを示し、図２は高負荷域におけるブローバイガスの流れを示している。

このＶ型内燃機関は、所定のバンク角をもって２つの第１バンクＶＡと第２バンクＶＢとが配置されている。なお、以下の説明において、第１バンクＶＡ側の構成要素には参照符号の後に「Ａ」を付記し、第２バンクＶＢ側の構成要素には参照符号の後に「Ｂ」を付記している。

シリンダブロック１１にはシリンダ１２Ａ，１２Ｂが所定のバンク角をもって形成されており、各シリンダ１２Ａ，１２Ｂにピストン１３Ａ，１３Ｂが往復移動可能に嵌合している。また、シリンダブロック１１にはシリンダ１２Ａ，１２Ｂの下方にクランクシャフト（図示省略）が回転可能に支持されており、このクランクシャフトのクランクピンと各ピストン１３Ａ，１３Ｂとがコネクティングロッド１４Ａ，１４Ｂにより連結されている。

シリンダブロック１１の上部には、各バンクＶＡ，ＶＢ毎にシリンダヘッド１５Ａ，１５Ｂが固定され、各シリンダヘッド１５Ａ，１５Ｂの上部にヘッドカバー１６Ａ，１６Ｂが固定されている。シリンダブロック１１の下部には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１７が取り付けられており、これらシリンダブロック１１及びオイルパン１７の内側には、クランクシャフトを収容する空間であるクランクケース１８が密閉状態に形成されている。なお、符号αはクランクシャフトの回転方向を表している。

各バンクのシリンダヘッド１５Ａ，１５Ｂには、各気筒毎にペントルーフ型の燃焼室２０Ａ，２０Ｂが形成されるとともに、この燃焼室２０Ａ，２０Ｂに接続する吸気ポート２１Ａ，２１Ｂと排気ポート２２Ａ，２２Ｂとが形成されており、かつ、図示していないが、吸気ポート２１Ａ，２１Ｂを開閉する吸気弁と排気ポート２２Ａ，２２Ｂを開閉する排気弁とが設けられている。

この内燃機関の吸気通路を構成する吸気系には、各バンクＶＡ，ＶＢ毎に設けられた吸気管２３Ａ，２３Ｂと、両バンクＶＡ，ＶＢの吸気管２３Ａ，２３Ｂが接続する一つの吸気コレクタ２４と、この吸気コレクタ２４と各バンクＶＡ，ＶＢの吸気ポート２１Ａ，２１Ｂとを接続する吸気マニホールド２５Ａ，２５Ｂと、が設けられている。各バンクＶＡ，ＶＢの吸気管２３Ａ，２３Ｂには、上流側より、吸入空気から異物を除去するエアクリーナ２６Ａ，２６Ｂと、吸入空気量を調整する電制のスロットル弁２７Ａ，２７Ｂと、が介装されており、このスロットル弁２７Ａ，２７Ｂの動作は図示せぬコントロールユニットにより機関運転状態に応じて制御される。

また、内燃機関の排気系として、各バンクのシリンダヘッド１５Ａ，１５Ｂには、排気ポート２２Ａ，２２Ｂに接続する排気マニホールド２８Ａ，２８Ｂが取り付けられている。

次に、本実施例の要部をなすブローバイ処理装置について説明する。このブローバイ処理装置は、クランクケース１８と吸気管２３Ａ，２３Ｂ内の吸気通路とを接続するガス経路として、第１バンクＶＡの吸気管２３Ａ内の吸気通路におけるスロットル弁２７Ａよりも上流側のスロットル上流部分と、クランクケース１８の内部と、を連通する第１ガス経路３１と、第２バンクＶＢの吸気管２３Ｂ内の吸気通路におけるスロットル弁２７Ｂよりも上流側のスロットル上流部分と、クランクケース１８の内部と、を連通する第２ガス経路３２と、一方のバンク（具体的には、第２バンクＶＢ）の吸気通路におけるスロットル弁（２７Ｂ）よりも下流側のスロットル下流部分と、クランクケース１８の内部と、を連通する第３ガス経路３３と、が設けられている。

各ガス経路３１〜３３には、ブローバイガス中のオイルミストを分離する機能を有する第１〜第３セパレータ３４〜３６がそれぞれ設けられている。各セパレータ３４〜３６の構造は周知であるために簡単に説明すると、セパレータ３４〜３６内に流入したオイルミストを含むブローバイガスを例えば衝突板に衝突させることによって気液分離を行い、分離したオイルミストをガス経路３１〜３３等を通してクランクケース１８の下方のオイルパンへ戻すように構成されている。詳しくは、図１〜図３に示すように、シリンダブロック１１の側壁近傍には、第１，第２ガス経路３１，３２の一部として、第１，第２セパレータ３４，３５とクランクケース１８とを連通する連通路３１Ｃ，３２Ｃが形成されており、これらの連通路３１Ｃ，３２Ｃが、セパレータ３４〜３６により捕捉されたオイルをオイルパン側へ戻すオイル戻り通路として機能している。

第３ガス経路３３には、第３セパレータ３６と第２バンクＶＢの吸気通路のスロットル下流部分とを接続する部分に、ブローバイガス流量を調整するＰＣＶバルブ３７が介装されている。図６はＰＣＶバルブ３７の流量特性を示している。図中の「出入口差圧」は、第１，第２ガス経路３１，３２が吸気通路のスロットル上流部分に接続する入口部分と第３ガス経路３３が吸気通路のスロットル下流部分に接続する出口部分との差圧であり、負荷が低くなるほどスロットル下流部分の負圧が発達するために、出入口差圧が大きくなる。同図に示すように、低負荷側ではＰＣＶバルブ３７の流量がブローバイガスの流量（ブローバイ量）よりも多くなり、高負荷側ではブローバイガスの流量がＰＣＶバルブ３７の流量よりも多くなるように設定されている。

図１は、低負荷域におけるブローバイガス流れ（黒抜きの矢印）と新気ガス流れ（白抜き矢印）とを示している。同図に示すように、低負荷域では、新気導入用の第１ガス経路３１と第２ガス経路３２とを介して吸気通路のスロットル上流部分からクランクケース１８内へ新気が導入されて、クランクケース１８内が換気されるとともに、ブローバイガス還流用の第３ガス経路３３を介してクランクケース１８内のブローバイガスが吸気通路のスロットル下流部分へ供給されて、燃焼室２０Ａ，２０Ｂ内にて燃焼処理される。

図２は、高負荷域におけるブローバイガス流れ（黒抜きの矢印）を示している。同図に示すように、高負荷域では、ブローバイガス量がＰＣＶバルブ３７の流量を上回るために、ＰＣＶバルブ３７の流量を超える分のブローバイガスが第１ガス経路３１と第２ガス経路３２のそれぞれを介して吸気通路のスロットル上流部分へ供給されて、燃焼室２０Ａ，２０Ｂ内にて燃焼処理される。このように高負荷域では新気導入用の第１，第２ガス経路３１，３２側にもブローバイガスが流れるために、これらの第１，第２ガス経路３１，３２にも上記の第１，第２セパレータ３４，３５がそれぞれ設けられている。

ここで、本実施例では、第１バンクＶＡと第２バンクＶＢのうち、クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクＶＡに、第１セパレータ３４のみを配設し、クランクシャフトが上方から下方へ回転する側に配置される第２バンクＶＢに、第２セパレータ３５と第３セパレータ３６の双方を並設している。

図４は、第１バンクＶＡのヘッドカバー１６Ａの内側に形成される第１セパレータ３４の形成範囲を模式的に示しており、図５は、第２バンクＶＢのヘッドカバー１６Ｂの内側に形成される第２，第３セパレータ３５，３６の形成範囲を模式的に示している。図５に示すように、第２バンクＶＢでは、概ねバンク外側寄りに第２セパレータ３５が気筒列方向に沿う形で配設されており、この第２セパレータ３５と隣接するように、概ねバンク内側寄りに第３セパレータ３６が気筒列方向に沿う形で配設されている。これに対して、図４に示すように、第１バンクＶＡでは、第１セパレータ３４がバンク内側からバンク外側にわたって広く延在している。従って、第１セパレータ３４の容量が、第２セパレータ３５（及び第３セパレータ３６）の容量よりも十分に大きく設定されている。

クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクＶＡでは、クランクシャフトの回転によって、第１ガス経路３１におけるクランクケース１８と第１セパレータ３４とを結ぶ連通路３１Ｃ内には、クランクケース１８から第１セパレータ３４へ向かう上向きの空気流れが生じる。この空気の流れが抵抗となって、第１セパレータ３４により捕捉されたオイルがクランクケース内に戻され難くなり、図１及び図２の符号４０に示すように、第１セパレータ３４の内部や第１経路３１にオイルが溜まり易い。このため、所期のオイル分離性能・排出性能を確保するためには、第１セパレータ３４に比較的大きな容量が要求される。

そこで本実施例では、クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクＶＡには、第１セパレータ３４のみを配設している。これによって、第１セパレータ３４に十分な容量を確保して、所期のオイル分離性能・排出性能を確保することができる。

一方、クランクシャフトが上方から下方へ回転する側に配置される第２バンクＶＢでは、クランクシャフトの回転によって、クランクケース１８と第２セパレータ３５とを結ぶ第２ガス経路３２の連通路３２Ｃには、第２セパレータ３５からクランクケース１８へ向かう下向きの空気流れが生じる。この空気流れに促進される形で、第２セパレータ３５（及び第３セパレータ３６）で捕捉されたオイルがクランクケース１８側へ戻され易く、オイルが溜まり難いために、比較的小さな容量であっても所期のオイル分離性能・排出性能を確保することができる。

そこで本実施例では、オイル排出性能の高い第２バンクＶＢでは、第２セパレータ３５と第３セパレータ３６とを並設している。つまり、第２セパレータ３５を第１セパレータ３４よりも小型化し、この第２セパレータ３５の小型化により生じたスペースに第３セパレータ３６を設置している。従って、所期のブローバイ処理性能を確保しつつ、バンクＶＡ，ＶＢ内に３つのセパレータ３４〜３４の全てを集約して配置することができ、第３セパレータ３６をバンク間のスペースやバンクから外れた位置に別途設置する必要がないために、スペース効率に優れ、搭載性を大幅に向上することができる。

このように本実施例では、クランクシャフトの回転方向αを考慮して３つのセパレータをバンクＶＡ，ＶＢ内に適切に配置することによって、ブローバイ処理性能の確保と搭載性の向上とを高いレベルで両立することができる。

また本実施例では、容量の大きい第１セパレータ３４と容量の小さい第２セパレータ３５との流量比率を適正化するように、図１，図２に示すように、第２ガス経路３２に流量を制限するオリフィス４１を設けている。具体的には、図１及び図２に示すように、第２ガス経路３２のうち、第２セパレータ３５と吸気通路のスロットル上流部分とを接続する部分に、流路断面積を部分的に狭くするオリフィス４１を設定している。なお、オリフィス４１は、ヘッドカバー１６Ｂのパイプに設けても良く、あるいはこのパイプと吸気管２３Ｂとを接続するブローバイホースに設けても良い。

図７及び図８は、それぞれ第１セパレータ３４と第２セパレータ３５との流量特性を示している。同図に示すように、オリフィス径を所定値ａに設定することで、第２セパレータ３５の性能限界流量が、第１セパレータ３４の性能限界流量よりも所定量ｂだけ低いものとなる。このようにオリフィス４１を用いた簡素な構成によって、容量の異なる第１セパレータ３４の流量と第２セパレータ３５の流量の比率を適正化し、第１，第２セパレータ３４，３５の容量に応じた形で流量を分配することができる。従って、第１セパレータ３４と第２セパレータ３５とで容量を異ならせているにもかかわらず、個々のセパレータ３４，３５で所期のオイル分離性能を得ることができる。

更に本実施例では、図１及び図２に示すように、第３セパレータ３６を第２セパレータ３５よりも第２バンクＶＢにおけるバンク内側寄りの部分に配設して、デッドスペースであるバンク間のスペースＶＣを利用して第３ガス経路３３を配索・設置している。つまり、第３ガス経路３３の一部として、バンク間スペースＶＣに配設されて、クランクケース１８と第３セパレータ３６とを接続するバンク間通路３３Ｃを設けている。このようにバンク間のスペースＶＣを利用して第３ガス経路３３を設置することで、スペース効率が向上するとともに、クランクケース１８の直上に位置するバンク間のスペースＶＣに第３ガス経路３３を配索することによって、クランクケース１８から短い経路で直接的にブローバイガスを取り出すことが可能となり、ガス経路３３の短縮化やブローバイ処理性能の向上を図ることができる。

Claims (5)

1. 所定のバンク角をもって配置される第１バンクと第２バンクとを有し、両バンクよりも下方にクランクシャフトを収容するクランクケースが設けられたＶ型内燃機関のブローバイ処理装置において、
   上記第１バンクの吸気通路のスロットル上流部分とクランクケースとを連通する第１ガス経路と、
   上記第２バンクの吸気通路のスロットル上流部分とクランクケースとを連通する第２ガス経路と、
   一方のバンクの吸気通路のスロットル下流部分とクランクケースとを連通する第３ガス経路と、
   上記第１ガス経路に介装されて、ブローバイガス中のオイルミストを分離する機能を有する第１セパレータと、
   上記第２ガス経路に介装されて、ブローバイガス中のオイルミストを分離する機能を有する第２セパレータと、
   上記第３ガス経路に介装されて、ブローバイガス中のオイルミストを分離する機能を有する第３セパレータと、を有し、
   上記第１バンクと第２バンクのうち、クランクシャフトが下方から上方へ回転する側に配置される第１バンクに、上記第１セパレータを配設する一方、
   クランクシャフトが上方から下方へ回転する側に配置される第２バンクに、上記第２セパレータと第３セパレータの双方を並設し、
   上記第１セパレータは上記第２セパレータよりも容量が大きく設定されているＶ型内燃機関のブローバイ処理装置。
2. 上記第２ガス経路の流量を第１ガス経路の流量よりも少なくするように、上記第２ガス経路に、流量を制限するオリフィスを設けた請求項１に記載のＶ型内燃機関のブローバイ処理装置。
3. 上記第３セパレータを第２セパレータよりも第２バンクにおけるバンク内側寄りに配設し、
   かつ、上記第３ガス経路が、バンク間のスペースに配設されて、上記クランクケースと第３セパレータとを接続するバンク間通路を有する請求項１又は２に記載のＶ型内燃機関のブローバイ処理装置。
4. 上記第３ガス経路には、上記第３セパレータと上記第２バンクの吸気通路のスロットル下流部分とを接続する部分に、ブローバイガス流量を調整するＰＣＶバルブが介装されている請求項１〜３のいずれかに記載のＶ型内燃機関のブローバイ処理装置。
5. 低負荷域では、上記第１ガス経路と上記第２ガス経路とを介して吸気通路のスロットル上流部分からクランクケース内へ新気が導入されるとともに、上記第３ガス経路を介してクランクケース内のブローバイガスが吸気通路のスロットル下流部分へ供給され、
   高負荷域では、上記第１ガス経路と上記第２ガス経路のそれぞれを介してクランクケース内のブローバイガスが吸気通路のスロットル上流部分へ供給されるように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関のブローバイ処理装置。

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