JP6678543B2 - ブローバイガス昇温装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用、走行車両用などのブローバイガス還流装置付きエンジンに装備されるブローバイガス昇温装置に係り、詳しくは、ブローバイガスからオイルを捕捉して除去するオイルセパレータに当接された発熱構造体を有するブローバイガス昇温装置に関するものである。

ブローバイガスは、内燃機関における燃焼室内の混合気や燃焼ガスが、ピストンとシリンダとの間隙（詳しくは、ピストンリングとシリンダとの間隙）からクランクケース内に漏れ出したものを指す。すなわち、未燃焼ガスや排ガス、及びこれらがエンジンオイル（以下、単にオイルと略称する）と混ざったオイルミストと呼ばれるものも含まれている。このブローバイガスが、クランクケース内に入ると、エンジンオイルの劣化や金属の腐食、さらには大気汚染の原因になる。

従って、クランクケース内に溜まるブローバイガスを吸気経路に還流させて、新しい混合気と混ぜて燃焼させ、そのままの状態で大気放出しないようする機構、即ち、ブローバイガス還流装置を設けることが一般に行われている。しかし、ブローバイガスは、オイルミストだけでなく、排ガス中に含まれる水分などが混ざったものであるため、そのまま吸気経路に還元させると都合が悪い場合がある。

そこで、ブローバイガス還流装置においては、ブローバイガス中に含まれるオイル（オイルミスト）や水などの液体成分を極力除いてから吸気経路に戻すために、ブローバイガス中の主にオイル成分を捕捉して除去するオイルセパレータが設けられている。オイルセパレータが単独部品として外装されたエンジンとしては、特許文献１，２において開示されたものが知られている。オイルセパレータは、特許文献１ではベンチレータ（２）として、特許文献２ではベンチレータ装置（１）として、それぞれ開示されている。

ブローバイガスを吸気経路に戻す配管などを備えたブローバイガス還流装置は、基本的にエンジンに外装されて外部露出されているので、寒さには弱い傾向がある。即ち、冬の北国における−２０〜−３０℃といった極低温状況では、ブローバイガスが冷やされてブローバイガス中の水分が凍結してしまうとか、それによって詰まりが生じることがある。

特に、エンジン外装のオイルセパレータは表面積が大きく冷えやすい傾向にあり、内部でブローバイガス中の水分が凍結することがある。水分が凍結すると、ブローバイ還流機能に支障をきたすだけでなく、捕捉したオイルの戻し口などが詰まり、オイルセパレータ内部にオイルが異常に溜まってオイル分離機能が阻害され、また、クランクケース内圧が上昇して不測のオイル漏れを招くおそれもある。

その対策としては、特許文献２の図１にて開示されるように、オイルセパレータの底壁の外側を覆う断熱材（２８）を有する凍結防止カバー（２６）を設け、オイルセパレータの内部が過冷却され難いように工夫された技術が知られている。

特開２０１４−２１１０８８号公報 特開２００７−２４７５５２号公報

前述した凍結防止カバーを設けた特許文献２が開示する技術では、ある程度の効果は見られるが、作業機における作業翌日朝のエンジン始動時など、低温にさらされる時間が長いとか、極低温時といった条件が厳しい場合には、凍結防止効果が芳しくないことが容易に推測されるため、さらなる改善の余地が残されていた。

本発明の目的は、鋭意研究により、オイルセパレータの冷え過ぎを抑制又は防止させる技術に更なる工夫を凝らし、オイルセパレータ外装エンジンにおいてブローバイガスの凍結による前述の不都合が抑制又は解消されるように、有効なブローバイガス昇温装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、ブローバイガスからオイルを捕捉して除去するオイルセパレータ９に当接された発熱構造体１９を有するブローバイガス昇温装置において、
前記発熱構造体１９は、内部にエンジン冷却水の通り道２１を備えた発熱ケース２０を有して構成され、前記発熱ケース２０は、前記オイルセパレータ９の底面１６Ａに下方から面当接する天井壁２２を備え、
前記発熱ケース２０の上下方向視での中央部から外周部に近付くに従って、前記天井壁２２の内側面２２Ｂの高さが高くなる状態に構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブローバイガス昇温装置において、
前記天井壁２２の内側面２２Ｂの高さは、冷却水の出口部２４において最も高くなる設定とされていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のブローバイガス昇温装置において、
前記出口部２４は、前記発熱ケース２０の下方に取出される出口パイプ２４Ａを有して構成されており、前記出口パイプ２４Ａの上端２４ａは、前記天井壁２２の内側面２２Ｂにおける前記出口部２４の部位２７ａの高さ位置の次に高い高さ位置に設定されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載のブローバイガス昇温装置において、
前記発熱ケース２０は、前記オイルセパレータ９の下向きのオイル出口９ｃを避ける横向きの逃がし凹部２５を備えた上下方向視で二股形状に設定され、
前記発熱ケース２０の上下方向視における周方向の一端部に冷却水の入口部２３が、かつ、他端に前記出口部２４がそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、発熱ケースとオイルセパレータの底面とは広い面積で面当接し、発熱構造体による熱を発熱ケースからオイルセパレータへ効率良く伝導させることができる。従って、水の集まり場所となるケース底部に熱伝導されて、凍結箇所を素早く融かして昇温させることができる。また、熱は上方に伝わるので、オイルセパレータ全体を効率よく温めることもできる。そして、発熱構造体は、既存設備である冷却水を用いたものであり、コスト安で必要スペースも取らない合理的な手段である点も好ましい。

その結果、オイルセパレータの冷え過ぎを抑制又は防止させる技術に更なる工夫を凝らし、オイルセパレータ外装エンジンにおいてブローバイガスの凍結による前述の不都合が抑制又は解消されるように、有効なブローバイガス昇温装置を提供することができる。

ヒータを示し、（ａ）は一部切書きの左側面図、（ｂ）は底面図 発熱ケースを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図 発熱ケースを示し、（ａ）は右側面図、（ｂ）は図２（ａ）のＺ−Ｚ線断面図 発熱ケースにおける図２（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図 昇温装置付オイルセパレータＡＳＳＹの左側面図 昇温装置付オイルセパレータＡＳＳＹの背面図 昇温装置付オイルセパレータＡＳＳＹの右側面図 直列多気筒ディーゼルエンジンの正面図 図８に示すエンジンの左側面図 図８に示すエンジンの平面図

以下に、本発明によるブローバイガス昇温装置の実施の形態を、農用トラクタ用エンジンなど、産業用の直列多気筒ディーゼルエンジンに適用されたものとして、図面を参照しながら説明する。以下において、クランク軸１Ｋの方向でフライホイールハウジング７が装備されている側を後、その反対側を前、吸気マニホルド８側を左、排気マニホルド１０側を右とそれぞれ定義する。

図８〜図１０に示されるように、このエンジンＥは、シリンダブロック１の上部にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上部にヘッドカバー（シリンダヘッドカバー）３が組付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組付けられている。シリンダブロック１の前端部に伝動ケース５が組付けられ、伝動ケース５の前部にエンジン冷却ファン（図示省略）を備える冷却ファン軸６が配置され、シリンダブロック１の後部にフライホイールを収容するフライホイールハウジング７が配置されている。

シリンダブロック１の上半部はシリンダ部１Ａに、そして、下半部はクランクケース１Ｂにそれぞれ構成されている。１Ｋはクランク軸である。シリンダヘッド２の左側に吸気マニホルド８やオイルセパレータ９が配置され、シリンダヘッド２の右側に排気マニホルド１０や過給器１１などが配置されている。このエンジンＥは、クランクケース１Ｂ内にて生成されたブローバイガスを吸気経路Ｑに戻すブローバイガス還流装置１２が装備されている。なお、シリンダブロック１、シリンダヘッド２、ヘッドカバー３を総称してエンジン本体１Ｈと呼ぶものとする。

このエンジンＥには、図５に示されるように、クランクケース１Ｂ内に生じたブローバイガスからオイル成分を除去してから吸気経路Ｑに戻すブローバイガス還流装置１２が装備されている。吸気経路Ｑは、吸気マニホルド８（又はその主管）や過給器１１などが挙げられる。ブローバイガス還流装置１２は、ブローバイガスからオイルを捕捉して除去するオイルセパレータ９、オイルセパレータ９を加熱（加温）可能なブローバイガス昇温装置Ａを有している。つまり、オイルセパレータ９により、大部分のオイル（液体成分）が取り除かれたブローバイガスが、戻し側の下流配管１４を通って吸気経路Ｑに戻される。

オイルセパレータ９は、図５〜図７に示されるように、ヘッドカバー３に上流配管１３を介して連通されているブローバイガス入口部９ａと、吸気経路Ｑに下流配管１４を介して連通されているブローバイガス出口９ｂと、ブローバイガス中から捕捉されて回収されたオイル（エンジンオイル）を流下排出するためのオイル出口９ｃとを備えたセパレータケースを有している。セパレータケース内には、ブローバイガスからオイルなどの液体成分を捕捉して除去可能な濾材（図示省略）などが収容されている。オイル出口９ｃには配管などによるオイル戻し路１５が連通接続されており、オイルセパレータで回収されたオイルは、重力によりクランクケース１Ｂ内部に還元されるように構成されている。

セパレータケースは上下方向視で円形をなし、ケース底部１６には、図３（ｂ）に示されるように、上下方向視で中心に配置されて下方突出したパイプ状のオイル出口９ｃが形成されている。ケース底部１６は、オイル出口９ｃを中央に有して下方に突出した中心突出部１７、及びその周囲の傾斜底周壁１８を有して構成されている。傾斜底周壁１８は、中央部から外周部に近付くに従って下面の高さ位置が高くなる傾斜が付けられてる。つまり、ケース底部１６は、オイル出口９ｃを中心とした段付すり鉢状の底周壁に形成されており、前後左右の中央に配置されたオイル出口９ｃに向けて低くなる内底面（図示省略）を有している。

つまり、セパレータケース内にて回収されたオイル（詳しくは、オイルや水でなる液体成分である）は、セパレータケース内部にて下方移動し、ケース底部１６の内側面である内底面（図示省略）上を流れてオイル出口９ｃに向かうようになる。
従って、オイルセパレータ９においては、極低温状況になると、水分が集まる場所であるケース底部１６から凍結し易い傾向がある。

次に、ブローバイガス昇温装置Ａについて説明する。図１、図５〜図７に示されるように、ブローバイガス昇温装置Ａは、オイルセパレータ９の底面１６Ａに密着状態で当接するヒータ（発熱構造体の一例）１９を有して構成されている。ヒータ１９は、内部にエンジン冷却水の通り道２１を備えた発熱ケース２０と、発熱ケース２０に取り付けられている冷却水の入口パイプ２３Ａと、出口パイプ２４Ａとを有して構成されている。発熱ケース２０は、オイルセパレータ９の底面１６Ａに下方から面当接する天井壁２２を備えている。

発熱ケース２０は、図１〜図４に示されるように、オイルセパレータ９の底面１６Ａの形状に沿う上側面２２Ａを備えた天井壁２２、水平な底壁２６、及びケース内部空間である冷却水の通り道２１を有する金属（例：アルミ合金）製の箱体に構成されている。そして、発熱ケース２０は、オイルセパレータ９の下向きのオイル出口９ｃを避ける横向きの逃がし凹部２５を備えた上下方向視で二股形状（Ｃ字形、コ字形）に設定されている。そして、発熱ケース２０の右前端部（上下方向視における周方向の一端部）に冷却水の入口部２３が、かつ、発熱ケース２０の左後端部（上下方向視における周方向の他端部）に出口部２４がそれぞれ設けられている。

入口部２３は、通り道２１の底面に開口するＬ字形状の入口パイプ２３Ａと、入口パイプ２３Ａを底壁２６に取付けるための入口支持部２３Ｂとを備えて構成されている。入口パイプ２３Ａの先端部は左方向に取り出されており、入口パイプ２３Ａやこれに接続される配管とオイル出口９ｃとの干渉が生じないように設定されている。例えば、入口パイプ２３Ａには、シリンダヘッド２などを通過した冷却水の戻り経路が連通接続される。
通り道２１での冷却水は、図４に示されるように、入口部２３から円周経路及び逆湾曲経路とによるＳ字経路を描いて出口部２４に向かって流れるようになる。

出口部２４は、下方に伸びる直線状の出口パイプ２４Ａと、出口パイプ２４Ａを底壁２６に支持固定するための出口支持部２４Ｂを備えて構成されている。出口パイプ２４Ａに上下方向視で対応する天井壁２２は、その部分の通り道２１が上方に突出する上方凸部２７に形成され、出口パイプ２４Ａの上端２４ａは、上方凸部２７以外の天井壁２２よりも高い位置に設けられている。例えば、出口パイプ２４Ａには、ラジエータの戻り口に向かう冷却水の配管が連通接続される。

発熱ケース２０の天井壁２２は、図１〜図３に示されるように、オイル出口９ｃが配置される逃がし凹部２５の根元部位であって角度αで急傾斜（例：４５度）した中央上壁部２８と、中央上壁部２８の外周側に続く角度βで緩傾斜（例：７〜８度）した主上壁部２９と、主上壁部２９の外周側に続く水平な外上壁部３０とを有して構成されている。
中央上壁部２８の上面２８ａと主上壁部２９の上面２９ａとにより、オイルセパレータ９の底面１６Ａと密着して面当接可能な上側面２２Ａが構成されている。

通り道２１の天井面となる天井壁２２の内側面２２Ｂは、中央上壁部２８の下面２８ｂと、主上壁部２９の下面２９ｂと、外上壁部３０の下面３０ｂとにより形成されている。つまり、発熱ケース２０の上下方向視での中央部から外周部に近付くに従って、天井壁２２の内側面２２Ｂの高さが高くなる状態に構成されている。内側面２２Ｂの高さは、冷却水の出口部２４、つまりは上方凸部２７において最も高くなる設定とされている。

図１に示されるように、出口パイプ２４Ａの上端２４ａは、天井壁２２の内側面２２Ｂにおける出口部２４の部位である上方凸部２７の下面２７ａの高さ位置の次に高い高さ位置に設定されている。天井壁２２の内側面２２Ｂにおける高さの高い順に並べると、上方凸部２７の下面２７ａ＞出口パイプ２４Ａの上端２４ａ＞外上壁部３０の下面３０ｂ＞主上壁部２９の下面２９ｂ＞中央上壁部２８の下面２８ｂ、となっている。

ブローバイガス昇温装置Ａの作用効果は次のとおりである。発熱ケース２０の天井壁２２とオイルセパレータ９とは、中央上壁部２８の上面２８ａ及び主上壁部２９の上面２９ａと中心突出部１７及び傾斜底周壁１８との広い面積で面当接しており、ヒータ１９による熱を発熱ケース２０からオイルセパレータ９へ効率良く伝導させることができる。
水の集まり場所となるケース底部１６に熱伝導されて、凍結箇所を素早く融かして昇温させることができるとともに、熱は上方に伝わるのでオイルセパレータ９全体を効率よく温めることができる。

ヒータ１９は、エンジン始動によって温められる冷却水を発熱ケース２０内を通すことで発熱させる構成、即ち、既存のエンジン設備の有効利用したものである。故に、専用の発熱源が不要であり、コスト安で必要スペースも取らない合理的な手段により、ブローバイガスを昇温可能なブローバイガス昇温装置Ａを提供することができる。

通り道２１は、Ｃ字形状に形成され、かつ、その両端部に入口部２３と出口部２４とが配置されているから、熱源である冷却水は入口部２３から出口部２４へ円滑に流れ、効率よく発熱ケース２０に熱伝導させることができる。熱伝導に悪影響を及ぼす空気が発熱ケース２０内に入ったとしても、冷却水の流れに乗って出口部２４に運ばれ、排出される。加えて、天井壁２２の内側面２２Ｂは外周ほど高くなっているので、通り道２１において空気は流れながら外周側に移動し、そして最も高い位置にあり、かつ、オイルセパレータ９の底面（ケース底部１６）より径方向で外側となる上端２４ａを持つ出口パイプ２４Ａから容易に、かつ、もれなく排出できる、という利点がある。勿論、上方凸部２７も、オイルセパレータ９より径方向で外側に位置されている。

発熱ケース２０には、オイル出口９ｃの周りに不連続となる逃がし凹部２５が設けられているので、通り道２１が一系統の道筋となって冷却水の円滑な流れを実現できる。そして、オイル出口９ｃに配管接続されている状態であっても、逃がし凹部２５方向の横移動により、ヒータ１９のオイルセパレータ９への装着状態と取外し状態の切換が可能となる利点もある。また、逃がし凹部２５により、エンジン本体１Ｈの凸部や他の部品類の配置を跨ぎ、干渉なくヒータ１９をエンジン本体１Ｈに支持させることが可能である。

次に、オイルセパレータ９とブローバイガス昇温装置Ａとの一体化構造並びにエンジン本体１Ｈへの装着構造につて説明する。
図５〜図７に示されるように、オイルセパレータ９とヒータ１９とは、それぞれの右側面どうしに亘って螺着されている第１連結部材３１と、それぞれの左側面どうしに亘って螺着されている第２連結部材３２とを用いて一体化されている。

図５に示されるように、第１連結部材３１は矩形の鋼板製で、２本のボルト３３によりオイルセパレータ９の右側面に、かつ、２本のボルト３３により発熱ケース２０の左側面２０Ｌに、それぞれ螺着されている。発熱ケース２０におけるボルト３３用のナット部２０ｎは、通り道２１に張り出し形成されている。
第１連結部材３１取付用の上側２本のボルト３３により、鋼板でなる支持金具３４が共締め固定されている。支持金具３４の後方上方張出し片３４ａに、上流配管１３が締結バンド３６により支持されている。支持金具３４は、他のエンジン補機類の支持部品として機能可能に構成されている。

図５〜図７に示されるように、第１連結部材３１より厚みの厚い鋼板製の第２連結部材３２は、オイルセパレータ９の左側面の２箇所にボルト３３止めされ、かつ、発熱ケース２０の入口側張出し部２０Ａ（図４参照）の右側面に形成された１箇所のナット部２０ｎにボルト３３止めされている。発熱ケース２０の出口側張出し部２０Ｂ（図４参照）の右側はフリーである。

第２連結部材３２の屈曲上端部３２Ａの１箇所、及び折り曲げ下端部３２Ｂの２箇所に取付用孔３２ａが形成されておりそれら３箇所の取付用孔３２ａに通されるボルト３５（図７，９参照）より、エンジン本体１Ｈの左側面に取付固定されている。また、第２連結部材３２の下端部に装備された３箇所のナット部３２ｂにより、他のエンジン補機類を兼用取付け可能に構成されている。

〔別実施形態〕
発熱ケース２０は、オイル出口９ｃの周囲を連続囲繞する円環状のものに構成しても良いし、オイルセパレータ９の前後左右の側面に回り込む形状（断面凹形）に形成しても良い。

９ オイルセパレータ
９ｃ オイル出口
１６Ａ 底面
１９ ヒータ（発熱構造体）
２０ 発熱ケース
２１ エンジン冷却水の通り道
２２ 天井壁
２２Ｂ 内側面
２３ 入口部
２４ 出口部
２４Ａ 出口パイプ
２４ａ 出口パイプの上端
２５ 逃がし凹部
２７ａ 内側面における出口部の部位
Ａ ブローバイガス昇温装置

Claims (4)

1. ブローバイガスからオイルを捕捉して除去するオイルセパレータに当接された発熱構造体を有するブローバイガス昇温装置であって、
   前記発熱構造体は、内部にエンジン冷却水の通り道を備えた発熱ケースを有して構成され、前記発熱ケースは、前記オイルセパレータの底面に下方から面当接する天井壁を備え、
   前記発熱ケースの上下方向視での中央部から外周部に近付くに従って、前記天井壁の内側面の高さが高くなる状態に構成されているブローバイガス昇温装置。
2. 前記天井壁の内側面の高さは、冷却水の出口部において最も高くなる設定とされている請求項１に記載のブローバイガス昇温装置。
3. 前記出口部は、前記発熱ケースの下方に取出される出口パイプを有して構成されており、前記出口パイプの上端は、前記天井壁の内側面における前記出口部の部位の高さ位置の次に高い高さ位置に設定されている請求項２に記載のブローバイガス昇温装置。
4. 前記発熱ケースは、前記オイルセパレータの下向きのオイル出口を避ける横向きの逃がし凹部を備えた上下方向視で二股形状に設定され、
   前記発熱ケースの上下方向視における周方向の一端部に冷却水の入口部が、かつ、他端に前記出口部がそれぞれ設けられている請求項２又は３に記載のブローバイガス昇温装置。

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