JP7016631B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は内燃機関に関するものであり、ブローバイガスの処理構造（オイルミストの補集構造）に特徴を有している。

内燃機関において、クランク室に吹き抜けたブローバイガスはブローバイガス通路を介して吸気系に還流するようになっているが、ブローバイガスにはオイルミストが混入しているため、ブローバイガス通路の途中に気液分離室を設けてオイルを分離している。

一般に、ブローバイガスの気液分離室はヘッドカバーに設けていることが多く、クランク室に吹き抜けたブローバイガスは、シリンダブロックからシリンダヘッドを通ってヘッドカバーの気液分離室（ブリーザ室）に導かれており（例えば特許文献１）、従って、シリンダブロックとシリンダヘッドとには、上下長手のブローバイガス通路が形成されている。

特開平１１－２２３１１８号公報

シリンダブロックとシリンダヘッドとにブローバイガス通路が形成すると、別体のパイプを使用する場合に比べて構造が簡単になるが、従来は、シリンダブロックとシリンダヘッドとのブローバイガス通路は一連に繋がっていて単にブローバイガスが上向きに流れるに過ぎず、気液分離（油分の補集）は専らヘッドカバーの気液分離室で行われている。このため、気液分離室の小型化が難しくなる問題や、ブローバイガスの発生量が多いとオイル補集性能が低下することが懸念されるといった問題があった。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、シリンダブロックやシリンダヘッドに形成されているブローバイガス通路を有効利用して気液分離を促進せんとするものである。

請求項１の発明は、
「クランク室に吹き抜けたブローバイガスが流入する上下長手の第１ブローバイガス通路が形成されたシリンダブロックと、
上下長手の第２ブローバイガス通路が形成されていると共に前記シリンダブロックに上から重なったシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの上面に配置されて動弁室を覆う下向き開口の形態で上部には前記ブローバイガスからオイルミストを捕集する気液分離室がプレートを介して形成されたヘッドカバーと、
前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在したガスケットと、を備え、
前記第１ブローバイガス通路と第２ブローバイガス通路とは、シリンダボア軸心方向から見て全く重複しないように水平方向にオフセットされた状態で前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に向けて開口しており、前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に、一端は前記第１ブローバイガス通路に連通して他端は第２ブローバイガス通路に連通した第３ブローバイガス通路が形成され、
前記第２ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路と第１ブローバイガス通路とが、前記第１ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路とで構成された曲がり部と前記第２ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路とで構成された曲がり部とを有するクランク状に形成され、
前記第３ブローバイガス通路は、前記第２ブローバイガス通路との連通部から前記第１ブローバイガス通路との連通部に向けて低くなるように傾斜しており、
前記ガスケットに、前記ブローバイガスが前記第１ブローバイガス通路から前記第３ブローバイガス通路を経由して前記第２ブローバイガス通路に流れることを許容する通気穴が形成され、
前記第２ブローバイガス通路と前記気液分離室とは他の連通穴で連通している」
という構成になっている。

請求項２の発明は、請求項１において、
「前記第３ブローバイガス通路は前記ガスケットによって上下に仕切られて、前記ガスケットに、前記第３ブローバイガス通路の下部と上部を連通させる前記通気穴が形成されている」
という構成になっている。
また、請求項３の発明は、請求項２において、
「前記ガスケットに、複数の前記通気穴が前記第３ブローバイガス通路の長手方向に沿って形成されている」
という構成になっている。
なお、本願発明における「クランク状」には、３つ以上の曲がり部を含む形態（例えば階段状の形態）なども含まれる。端的には、クランク状は、複数の曲がり部を有する形態の総称である。

第３ブローバイガス通路を傾斜させる手段として、機関本体の傾斜（スラント姿勢）を利用して実現することもできる。

本願発明では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの形成したブローバイガス通路が２つの曲がり部を有するクランク状に形成されているため、ブローバイガスが曲がり部を通過するときの衝突作用により、ブローバイガス通路の内面にオイルが付着する。すなわち、曲がり部が邪魔板（バッフルプレート）と同じ作用を果たす。これにより、ブローバイガス通路自体で油分を補集し下方に伝い流すことができる。

その結果、ヘッドカバー等に設ける気液分離室を小型化することができると共に、高速回転域等でブローバイガスが大量に発生しても油分を的確に補集して、オイルの消費を抑制することができる。

本願発明において、第３ブローバイガス通路となる溝は、シリンダブロックの上面又はシリンダヘッドの下面、若しくは両方に形成したらよいが、溝は鋳造によって形成できるため、加工の手間を省くことができる（もとより、溝をフライス加工等の後加工で形成することは可能である。）。

シリンダブロックのブローバイガス通路をクランク状に形成する場合も、シリンダヘッドのブローバイガス通路をクランク状に形成する場合も同様であり、鋳造によって形成しておくと、加工の手間を無くして製造コストを抑制することができる。

また、シリンダブロックのブローバイガス通路とシリンダヘッドのブローバイガス通路とは水平方向にオフセットされているが、シリンダヘッドの第３ブローバイガス通路は、例えばシリンダヘッドの前部又は後部のうち一対のカム軸の間の部位など任意の位置に形成できる。従って、シリンダヘッドの第３ブローバイガス通路は、第１ブローバイガス通路の位置に規制されることなく、他の部材の邪魔にならない位置に形成できる。このため、設計の自由性を向上させることができる。
また、本願発明では第３ブローバイガス通路は第１ブローバイガス通路に向けて傾斜しているため、特段の対策を施さなくても、第３ブローバイガス通路で補集したオイルをオイルパンに戻すことができる。
請求項３の発明では、ガスケットが邪魔板の役割を果たすため、オイルの補集性を一層高くすることができる。

内燃機関をクランク軸線方向から見た正面図である。 （Ａ）はシリンダブロックの部分的な平面図、（Ｂ）はシリンダヘッドの部分的な平面図である。 （Ａ）は要部の一部拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図、（Ｃ）は変形例の部分正面図である。 第２実施形態を示す図で、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ－Ｃ視断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の正面図、（Ｂ）は第４実施形態の部分的な断面図である。

(1).第１実施形態の基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は自動車用内燃機関に具体化しており、まず、図１～３の実施形態を説明する。内燃機関は、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とを有しており、シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー３が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン４が固定されている。

シリンダブロック１は、複数のシリンダボア５とこれらに連通して下向きに開口したクランク室６が形成されており、下部には、クランクキャップ７を介してクランク軸８が回転自在に保持されている。クランク軸８の前端部はシリンダブロック１の外側に突出しており、この露出した部分に主動スプロケット９が固定されている。他方、シリンダヘッド２の上面部には一対のカム軸１０が回転自在に保持されており、カム軸１０に設けた従動スプロケット１１と主動スプロケット９とに、タイミングチェーン１２が巻き掛けられている。

スプロケット９，１１及びタイミングチェーン１２はフロントカバー（図示せず）で覆われており、カム軸１０のうちフロントカバーの外側に突出した部分に、補機を駆動するためのクランクプーリ１３が固定されている。なお、内燃機関を車両のエンジンルームに搭載するにおいて、その姿勢には、クランク軸８が車両の左右方向を向くようにして配置する横置きと、クランク軸８が車両の前後方向を向くようにして配置する縦置きとがある。

シリンダヘッド２の長手側面のうち一方の面は、吸気マニホールドが固定された吸気側面になっており、他方の長手側面は、排気マニホールド１４が固定された排気側面になっており、排気マニホールド１４に触媒ケース１５が接続されて、触媒ケース１５には排気管１６が接続されている。内燃機関を車両のエンジンルームに横置きする場合、シリンダボア軸線を車両の前方に向けて倒した姿勢で配置すること（スラントさせること）がある。

(2).ブローバイガス通路
シリンダブロック１の前壁部のうち排気側に寄った端部に、クランク室６から立ち上がった上下長手（シリンダボア軸線方向に長手）の第１ブローバイガス通路１７が、上下に貫通した状態で形成されている。

また、シリンダヘッド２の前部のうち一対のカム軸１０の間の部位にも、上下長手（シリンダボア軸線方向に長手）の第２ブローバイガス通路１８が上下に貫通した状態に形成されている。なお、図２では、第１ブローバイガス通路１７及び第２ブローバイガス通路１８は、位置を判りやすくするため黒丸で表示している。図２（Ｂ）では、第１ブローバイガス通路１７はシリンダヘッド２で隠れているので、正確には点線の円として表示される。

第１ブローバイガス通路１７と第２ブローバイガス通路とは、横方向（クランク軸８及びカム軸１０と直交した方向）にオフセットされている（ずれている）ので、第１ブローバイガス通路１７の上端と第２ブローバイガス通路の下端とを繋ぐために、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との合わせ面に第３ブローバイガス通路１９を形成している。

図３（Ｂ）のとおり、第３ブローバイガス通路１９は、シリンダブロック１の上面とシリンダヘッド２の下面とに形成された溝２０で構成されているが、溝２０は、シリンダブロック１のみまたはシリンダヘッド２のみに形成してもよい。また、両方に形成する場合、例えばシリンダブロック１の溝２０を深くするというように、深さを変えることも可能である。

シリンダブロック１とシリンダヘッド２との間にはガスケット（本実施形態では図示せず）が介在しているので、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との両方に溝２０を形成する場合、ガスケットにも第３ブローバイガス通路１９に対応した長溝状の通気穴が形成される。

ヘッドカバー３は、動弁室を覆うように周壁を有する下向き開口の形態であるが、図１に模式的に示すように、上部に、バッフルプレート２１で仕切られた気液分離室２２が形成されている。気液分離室２２は迷路状等になっており、ブローバイガスが内面に衝突して油分が補集され、補集された油分は動弁室に滴下する。

シリンダヘッド２の後壁部には、第２ブローバイガス通路１８と気液分離室２２とを連通させる縦穴２３が形成されている。

上記のように、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とに形成されているブローバイガス通路１７，１８，１９は、全体として、角形の２つの曲がり部を有するクランク状の形態を成しているため、第１ブローバイガス通路１７から第３ブローバイガス通路１９に方向変換する過程と、第３ブローバイガス通路１９から第２ブローバイガス通路１８に方向変換する過程とで、ブローバイガス通路の内面に対するブローバイガスの接触性が高まるため、油分を効率良く補集することができる。なお、図３では、ブローバイガスの流れは白抜き矢印で示して、油分の流れは黒抜き矢印で表示している。

ブローバイガスは上昇する傾向を呈するため、第３ブローバイガス通路１９を通る過程では、第３ブローバイガス通路１９の上面との接触性が高くなっており、このため、油分が第３ブローバイガス通路１９の上面に付着する傾向も高くなっている。つまり、第３ブローバイガス通路１９もオイルの補集機能を有している。これらが相まって、ブローバイガスのオイル補集機能を大きく向上させることができる。その結果、気液分離室２２の小型化が可能になると共に、ブローバイガスが大量に発生しても油分をしっかりと補集することができる。

第３ブローバイガス通路１９で補集した油分は第１ブローバイガス通路１７に流下させる必要があるが、機関が排気側を前に倒したスラントタイプである場合は、第３ブローバイガス通路１９は、第１ブローバイガス通路１７との連通部が低くなるように傾斜するため、特段の対策を施さなくても、補集したオイルをオイルパン４に戻すことができる。

機関がシリンダボア５を鉛直姿勢にした縦型である場合は、第３ブローバイガス通路１９は水平姿勢になる。この場合は、第３ブローバイガス通路１９を、第１ブローバイガス通路１７との連通部が低くなるように傾斜させたらよい。その例として図３（Ｃ）の変形例では、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２に形成した溝２０を傾斜姿勢に形成している。溝２０をシリンダブロック１のみ又はシリンダヘッド２のみに形成した場合は、深さを変えることによって、第３ブローバイガス通路１９を傾斜させたらよい。

(3).第２実施形態
図４に示す第２実施形態では、第１ブローバイガス通路１７と第２ブローバイガス通路１８とを水平方向にオフセットしつつ、第２ブローバイガス通路１８をクランク状に形成している。

すなわち、まず、第２ブローバイガス通路１８は、シリンダヘッド２の下面に開口した下向き部１８ａと、シリンダヘッド２の上面に開口した上向き部１８ｂと、両者を連通させる横向き部１８ｃとで構成されている。各部分はドリル加工で形成されているが、横向き部１８ｃを構成するドリル穴はシリンダヘッド２の側面（実施形態では排気側面）に開口するため、端部（開口部）をプラグ２４で塞いでいる。なお、下向き部１８ａは便宜的に実線で表示しているが、これは判りやすくするための措置であり、実際には点線になる。

第２ブローバイガス通路１８の下向き部１８ａとシリンダブロック１の第１ブローバイガス通路１７とは、クランク軸線方向（カム軸方向）に少し離れており、従って、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との合わせ面に形成された第３ブローバイガス通路１９は、クランク軸線方向に延びている。

この実施形態では、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とに形成されたブローバイガス通路は、全体で４つの曲がり部を有しているため、油分の補集機能は格段に高くなっている。機関がシリンダボア５を鉛直姿勢にした縦型である場合は、第３ブローバイガス通路１９と横向き部１８ｃとを、ブローバイガスの流れの上流側に向けて低く傾斜させたらよい。

この実施形態では、第３ブローバイガス通路１９は、平面視でクランク軸線と平行になっているが、第３ブローバイガス通路１９をクランク軸線に対して傾斜させてもよい。つまり、第３ブローバイガス通路１９の平面視姿勢や長さは適宜設定できる。このため、第１ブローバイガス通路１７の位置と第２ブローバイガス通路１８との位置は、互いに規制されることなく自由に設定できる。第３ブローバイガス通路１９を平面視でＬ形等に形成することも可能であり、この場合は、ブローバイガス通路の曲がり部の数を更に増大できるため、油分の補集機能を更に向上できる。

(4).他の実施形態
図５（Ａ）に示す第３実施形態では、第３ブローバイガス通路１９を設けることによって第１ブローバイガス通路１７と第２ブローバイガス通路１８とをオフセットすることに加えて、第１ブローバイガス通路１７もクランク状に形成している。

すなわち、第１ブローバイガス通路１７の中途高さ部位に横長部分１７ａを設けることにより、第１ブローバイガス通路１７のうち下側部分１７ｂと上側部分１７ｃとを水平方向にオフセットして、第１ブローバイガス通路１７の全体をクランク状に曲がった形態に形成している。下側部分１７ｂと上側部分１７ｃとの高さは任意に設定できる。図示の形態は２段階に曲がっているが、３段階以上に曲げる（階段状に曲げる）こともできる。

第１ブローバイガス通路１７を後加工で形成する場合は、横長部分１７ａもドリル加工で形成してから、シリンダブロック１の外面に開口した端部をプラグ２４で塞いだらよい。実施形態のように第１ブローバイガス通路１７もクランク状に形成すると、油分の補集機能は一層高くなる。シリンダヘッド２の第２ブローバイガス通路１８をクランク状に形成することも可能である。第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせることも可能である。

図５（Ｂ）に示す第４実施形態では、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との両方に形成された溝２０によって第３ブローバイガス通路１９を形成するにおいて、シリンダブロック１とシリンダヘッド２との間に介在したガスケット２５に、通気穴２６を第３ブローバイガス通路１９の長手方向に沿って飛び飛びで形成している。

この第４実施形態では、第３ブローバイガス通路１９はガスケット２５によって上下に仕切られて、ブローバイガスは通気穴２６を通って下部から上部に流れるが、ガスケット２５が邪魔板の役割を果たすため、オイルの補集性を一層高くすることができる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、第２ブローバイガス通路は、必ずしもヘッドカバーに設けた通路に連通させる必要はないのであり、動弁室に開口させることも可能である。気液分離室を、ヘッドカバーとは異なる部位に設けることも可能である。

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
２ シリンダヘッド
３ ヘッドカバー
４ オイルパン
６ クランク室
８ クランク軸
１７ 第１ブローバイガス通路
１８ 第２ブローバイガス通路
１８ａ 第２ブローバイガス通路の下向き部
１８ｂ 第２ブローバイガス通路の上向き部
１８ｃ 第２ブローバイガス通路の横向き部
１９ 第３ブローバイガス通路
２１ バッフルプレート
２２ 気液分離室
２３ 第２ブローバイガス通路と気液分離室とを繋ぐ連通穴
２６ 通気穴

Claims (3)

1. クランク室に吹き抜けたブローバイガスが流入する上下長手の第１ブローバイガス通路が形成されたシリンダブロックと、
   上下長手の第２ブローバイガス通路が形成されていると共に前記シリンダブロックに上から重なったシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドの上面に配置されて動弁室を覆う下向き開口の形態で上部には前記ブローバイガスからオイルミストを捕集する気液分離室がプレートを介して形成されたヘッドカバーと、
   前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在したガスケットと、を備え、
   前記第１ブローバイガス通路と第２ブローバイガス通路とは、シリンダボア軸心方向から見て全く重複しないように水平方向にオフセットされた状態で前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に向けて開口しており、前記シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に、一端は前記第１ブローバイガス通路に連通して他端は第２ブローバイガス通路に連通した第３ブローバイガス通路が形成され、
   前記第２ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路と第１ブローバイガス通路とが、前記第１ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路とで構成された曲がり部と前記第２ブローバイガス通路と第３ブローバイガス通路とで構成された曲がり部とを有するクランク状に形成され、
   前記第３ブローバイガス通路は、前記第２ブローバイガス通路との連通部から前記第１ブローバイガス通路との連通部に向けて低くなるように傾斜しており、
   前記ガスケットに、前記ブローバイガスが前記第１ブローバイガス通路から前記第３ブローバイガス通路を経由して前記第２ブローバイガス通路に流れることを許容する通気穴が形成され、
   前記第２ブローバイガス通路と前記気液分離室とは他の連通穴で連通している、
   内燃機関。
2. 前記第３ブローバイガス通路は前記ガスケットによって上下に仕切られて、前記ガスケットに、前記第３ブローバイガス通路の下部と上部を連通させる前記通気穴が形成されている、
   請求項１に記載した内燃機関。
3. 前記ガスケットに、複数の前記通気穴が前記第３ブローバイガス通路の長手方向に沿って形成されている、
   請求項２に記載した内燃機関。

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