JP6823477B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関のブローバイガス処理装置に関するものである。

内燃機関では、シリンダボアからクランク室に吹き抜けたブローバイガスを吸気系に還流させている。ブローバイガスの還流は、一般に、吸気負圧を利用して吸引しているが、近年の内燃機関（車両用内燃機関）では、過給やＥＧＲガス量の増加、或いはアイドル停止時間の増大などにより、ブローバイガスを吸引する負圧が不足気味になっており、このため、ブローバイガスが適切に処理されにくくなっている。

また、車両のブレーキ装置では、運転者の踏み込み力を負圧式のブレーキブースターで増幅してマスターシリンダに伝えており、ブレーキブースターも吸気負圧を利用して駆動しているが、ブレーキブースターについても、ブースターを駆動する負圧が不足気味になっている。この点について特許文献１には、シリンダヘッドに、カムシャフトで駆動される真空ポンプを設けて、真空ポンプの吸引側ポートをブレーキブースターに接続することが開示されている。

他方、ブローバイガスの処理について、特許文献２には、排気ターボ過給機を備えた内燃機関において、吸気通路のうち過給機のコンプレッサの下流側と上流側とをバイパス通路で接続して、バイパス通路に、過給空気を利用したエゼクターを設けて、エゼクターによってブローバイガスを吸引して吸気通路に還流させることが開示されている。

特開２００７−１３８８４２号公報 特開２０１５−９８８１４号公報

特許文献２では、過給機を利用してブローバイガスを還流させるものであるため、既存の装置を有効利用してブローバイガスを処理できると云えるが、ブローバイガスは過給機の上流側に還流するため、ブローバイガスに含まれたオイルミストが吸気通路の内面や過給機のコンプレッサやスロットルバルブに付着して、吸気通路を汚したり、過給機のコンプレッサやスロットルバルブの動きに支障をきたすおそれがある。

また、特許文献２では、過給機のコンプレッサを通過したブローバイガスがバイパス通路に流入し得るため、ブローバイガスのうち一部が吸気系で循環する現象を生じて、ブローバイガスの処理が不完全になるおそれもある。

更に、過給機による過給圧は、ウエストゲートバルブの開閉によって制御されているが、特許文献１では、ブローバイガスの処理と過給とが連動しており、ウエストゲートバルブが開いて過給が行われていない状態ではブローバイガスは還流しないため、ブローバイガスの処理が不完全になるおそれもある。更に、長いバイパス通路を新設する必要があるため、スペースに余裕がないと適用し難いという問題もある。

本願発明はこのような現状を契機として成されたものであり、より改良されたブローバイガス処理装置を提供せんとするものである。

本願発明は、
「シリンダヘッドに設けたカムシャフトによって駆動される真空ポンプと、前記真空ポンプの排出口に接続されて動弁室内のブローバイガスを吸引して吸気系に還流させるエゼクター装置とを備えている」
という基本構成において、
「前記エゼクター装置は直列に配置された複数本のパイプを有し、隣り合ったパイプのうち上流側のパイプの終端部には先窄まりの縮径部が形成されて、下流側のパイプの始端部には後ろ広がりの拡径部が形成されており、前記隣り合ったパイプは、縮径部と拡径部とが隙間を介して嵌め合わさった状態でリング状の継手によって接続されている」
という特徴が付加されている。本願発明において、真空ポンプは、特許文献１に記載されているブレーキブースターを駆動するためのものを使用できる。

本願発明では、エゼクター装置の駆動流体として、ブレーキブースター駆動用等の真空ポンプで排出された正圧を利用するものであるため、動力損失は生じない。また、真空ポンプはカム軸で常に駆動されているため、特許文献２のような処理のバラツキはなく、ブローバイガスを的確に処理できる。

また、真空ポンプはカムシャフトで駆動されることから、真空ポンプもシリンダヘッドに取付けられため、エゼクター装置をヘッドカバーの内部に配置することも容易であり、従来の内燃機関にも簡単に適用できるし、余分なスペースも要しない。このため、汎用性に優れている。

また、ブローバイガスの還流先は任意に設定することができ、サージタンクや吸気マニホールドなど、スロットルバルブ及び過給機よりも下流側に還流できるため、吸気通路をオイルミストで汚したり、スロットルバルブや過給機の動きを阻害したりすることも防止できる。

全体のブロック図である。 （Ａ）はヘッドカバーの内部の断面図、（Ｂ）はエゼクター装置の部分拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図である。

(1).全体の構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、全体の構成を図１に基づいて説明する。

本実施形態の内燃機関は車両用であり、機関本体として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２の上面に固定されたヘッドカバー３を備えている。更に、シリンダブロック１の下面にはオイルパン４が固定されており、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバー５が固定されている。フロントカバー５はオイルパン４の一部まで重なっている。

本実施形態の内燃機関は３気筒であり、シリンダブロック１には３つのシリンダボア６が形成されている。シリンダブロック１にはクランク軸７が回転自在に保持されている。符号８は、補機を駆動するためのクランクプーリである。吸気通路９には、上流側から順に、エアクリーナ１０、スロットルバルブ１１、サージタンク１２、吸気マニホールド１３を備えている。また、排気で駆動される過給機１４も備えている。

シリンダヘッド２の上面部には、吸気用と排気用の２本のカム軸（図示せず）が回転自在に保持されており、シリンダヘッド２の後面には、一方のカム軸で駆動される真空ポンプ１６が固定されている。真空ポンプ１６はブレーキブースター１７を駆動するためのものであり、ブレーキペダル１８を踏むと、その動きがブレーキブースター１７で増幅されてマスターシリンダに伝達される。符号１９はピストン、符号２０は負圧切り替え用の弁室、符号２１は弁体となるプランジャである。

(2).エゼクター装置
ヘッドカバー３の内部のうち上寄りの部位には、バッフルプレート２２が配置されており、ヘッドカバー３とバッフルプレート２２とで囲われた空間がブローバイガス吸引通路２３になっている。そして、ブローバイガス吸引通路２３に、真空ポンプ１６の排出空気で駆動されるエゼクター装置２４を配置している。

図２に示すように、エゼクター装置２４は、複数本のパイプ２５を接続した多段式になっている。隣り合ったパイプ２５のうち、前に位置したパイプ２５の後端にはテーパ状の拡径部２６が形成されて、この拡径部２６に、後続のパイプ２５の先端部が嵌まっている。後続のパイプ２５の先端部は先窄まりの縮径部２７になっている。このように、パイプ２５の先端がテーパ状の縮径部２７になっていることにより、空気の流速が速くなって、パイプ２５から空気が噴出するときに負圧効果が発生し、拡径部２６と縮径部２７との間の隙間からブローバイガスが吸引される。

隣り合ったパイプ２５は、リング状の継手２８で接続されている。継手２８は、内外のリング２９，３０と、両者を繋ぐブリッジ部３１とを有しており、隣り合ったパイプ２５を同心に接続している。バッフルプレート２２には、ブローバイガスを吸引するための多数の小穴３２が空いている。

ブローバイガス吸引通路２３には、オイルの分離手段として、オイルミストを付着させる補集板を設けるのが好ましい。補集板は、ヘッドカバー３の天板に形成してもよいし、バッフルプレート２２に形成してもよいし、ヘッドカバー３とバッフルプレート２２との両方に形成してもよい。オイルの分離手段として、バッフルプレート２２の上面又は下面に網を配置するなどして、オイルの分離を促進することも有益である。

エゼクター装置２４を構成する始端のパイプ２５は下向き鉛直部２５ａを有している。下向き鉛直部２５ａは、シリンダヘッド２の外壁の上面に向けて延びており、その下端は、シリンダヘッド２に形成した連通穴３３に接続されている。連通穴３３は、真空ポンプ１６の排出口３４に連通している。

他方、エゼクター装置２４のうち終端に位置したパイプ２５は上向き鉛直部２５ｂを有しており、上向き鉛直部２５ｂは、ヘッドカバー３に形成した出口ポート３５に接続されている。出口ポート３５は、チューブやホース等の管路３６によって吸気系に接続されている。本例では、ブローバイガスはサージタンク１２に戻している。なお、吸気通路９からは、新気の一部がヘッドカバー３の内部に及びクランク室に送られている。

真空ポンプ１６がカムシャフトで駆動されると、真空ポンプ１６によって発生した正圧空気がエゼクター装置２４の内部に噴出し、各拡径部２６の箇所でブローバイガスがパイプ２５の内部に吸引される。従って、ブローバイガスをしっかりと吸引して、吸気系に戻すことができる。本実施形態では、エゼクター装置で吸引されたブローバイガスがそのまま吸気系に戻るので、ブローバイガスは、エゼクター装置に吸引される前の段階でオイルを分離させるべきである。従って、既述のとおり、ブローバイガス吸引通路２３やバッフルプレート２２に、オイル分離手段を設けるのが好ましい。

本実施形態では、エゼクター装置２４はヘッドカバー３に取付けられて、エゼクター装置２４とヘッドカバー３とがユニット化されているため、組み付けが容易である。ヘッドカバー３へのエゼクター装置２４の取付けは、押さえ部材などを使用してもよいが、弾性変形を利用して強制嵌合すると、コストを抑制できると共に、ユニット化するに際しての手間も軽減できる。

上記の実施形態は、エゼクター装置で吸引したブローバイガスをそのまま吸気系に戻しているが、ヘッドカバー３の内部に、エゼクター装置を設けた第１室と、エゼクター装置で加速されたブローバイガスが流入する第２室とを設けて、第２室に設けたオイル分離材（壁、網など）にブローバイガスを衝突させて、第２室でオイルを分離してからブローバイガスを吸気系にも戻すことも可能である。

このように第２室でオイルを分離する場合、ブローバイガスは高速でオイル分離材に衝突するため、オイルミストをオイル分離材に確実に当てて、オイルミストをオイル分離材に付着させることができる。いずれにしても、エゼクター装置２４は２本のパイプ２５を備えた１段式でもよい。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、１つのヘッドカバー３の内部に複数のエゼクター装置を配置することも可能である。また、真空ポンプに、排気をエゼクター装置に送る状態と大気に開放する状態とに切り替えるバルブを設けて、ブローバイガスの還流を制御することも可能である。このように、バルブでブローバイガスの還流を制御すると、ブローバイガスをスロットルバルブの下流側に還流させても、スロットルバルブによる空気量の制御に影響を与えることがないという利点がある。

本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
１ａ シリンダボア
２ シリンダヘッド
３ ヘッドカバー
４ フロントカバー
６ クランク軸
８ スロットルバルブ
９ 吸気通路
１２ サージタンク
１７ ブレーキブースター
２２ バッフルプレート
２４ エゼクター装置
２５ パイプ
２６ 拡径部
２７ 縮径部
２８ 継手
３２ 小穴
３４ 真空ポンプの排出口

Claims (1)

1. シリンダヘッドに設けたカムシャフトによって駆動される真空ポンプと、前記真空ポンプの排出口に接続されて動弁室内のブローバイガスを吸引して吸気系に還流させるエゼクター装置とを備えた構成であって、
   前記エゼクター装置は直列に配置された複数本のパイプを有し、隣り合ったパイプのうち上流側のパイプの終端部には先窄まりの縮径部が形成されて、下流側のパイプの始端部には後ろ広がりの拡径部が形成されており、前記隣り合ったパイプは、縮径部と拡径部とが隙間を介して嵌め合わさった状態でリング状の継手によって接続されている、
   内燃機関のブローバイガス処理装置。

Images