JP7103928B2 - ブローバイガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用エンジンや走行車両用エンジンなどに装備されているブローバイガス還流装置に関するものである。

クランクケース内に溜まるブローバイガスを吸気マニホルドやエアクリーナなどの吸気通路に還流させて、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がエンジンに設けられている。ブローバイガス還流装置付エンジンでは、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通路に戻すのが望ましい。

そこで、従来では、液体成分がエンジン内部で捕捉され易いように、クランクケースからシリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーを通して吸気通路に戻す構成が採られることが多い。このような例としては、特許文献１や特許文献２において開示されたものが知られている。

特開２００８－１６３８３７号公報 特開２００３－１８４５３１号公報

ブローバイガスは水分を含んでいるので、その水分が凍るおそれのある冬季などの寒い時期は、ブローバイガス還流装置にとって不利な状態になることがある。例えば、エンジン内部と吸気通路との調圧を担うＰＣＶ弁が、その一部がシリンダヘッドカバーの外側にはみ出して設けられる状態で、即ち外部露出状態でシリンダヘッドカバーの上部に配置される構成（特許文献１の図３，４や特許文献２の図３，４を参照）の場合である。極低温状況では、ダイヤフラムなどの弁の構成要素が凍り付いて作動しないことがあるので、寒冷地仕様では外部露出状態のＰＣＶ弁を設ける構成が採れない不利があった。

本発明の目的は、構造工夫により、シリンダヘッドカバーに外部露出状態でＰＣＶ弁を設けても、寒さによって凍結することがなく良好に作動する状態として、寒冷地仕様のエンジンでもシリンダヘッドカバーに外部露出状態のＰＣＶ弁の設置が可能となるように改善されたブローバイガス還流装置を提供する点にある。

本発明は、クランクケース内のブローバイガスを、シリンダヘッドカバーの内部ガス通路を用いて吸気通路に戻すように構成されているブローバイガス還流装置において、
前記カバー内ガス通路に作用するＰＣＶ弁が前記シリンダヘッドカバーの外壁を用いる状態で前記シリンダヘッドカバーに構成されており、
前記ＰＣＶ弁を温め可能な昇温機構が前記シリンダヘッドカバーに設けられ、
前記昇温機構は、前記シリンダヘッドカバーにおける前記ＰＣＶ弁の近傍箇所に流体を流す流路を形成することにより構成され、
前記流路は、前記ＰＣＶ弁に向かって延びる深穴を前記シリンダヘッドカバーの外壁に形成し、前記流路に対する流体の入口パイプが前記深穴の穴底部位に届く状態で設けられていることを特徴とする。

例えば、ＰＣＶ弁はダイヤフラム弁であって、カバー内ガス通路のシリンダヘッドカバーに対するガス出口部に配置され、ダイヤフラムの組付け及び取外しを可能とするカバー蓋がシリンダヘッドカバーに着脱可能に取付けられている。

前記流体を流す流路は、シリンダヘッドカバーの頂壁を用いて配置されるＰＣＶ弁に向かって延びる横向きの深穴をシリンダヘッドカバーの頂壁に形成し、その横向き深穴の穴底部位に届く流体の入口パイプが設けられていれば好都合である。

また、深穴に対する流体の出口を有し、かつ、入口パイプを支持する状態で深穴の開口部を閉塞可能な蓋体がシリンダヘッドカバーに取付けられると良い。そして、蓋体に、流体に対するエア抜き部が設けられていると好都合であり、流体としては冷却水を用いるのが好ましい。

本発明によれば、極寒時において外部露出するＰＣＶ弁が冷される状況であっても、昇温機構によってＰＣＶ弁を温めることができるので、ＰＣＶ弁においてブローバイガス中の水分が凍るようなことはなくなり、良好に弁作動できるようになる。
昇温機構は、シリンダヘッドカバーにおけるＰＣＶ弁の近傍箇所に流体を流す流路を形成して構成されているので、専用の装置を付設することなく、シリンダヘッドカバー自体に省スペースで昇温機構を設けることができる。

その結果、昇温機構をコンパクトに装備して、シリンダヘッドカバーに外部露出状態で設けられるＰＣＶ弁が寒さで凍結することなく良好に作動する状態として、寒冷地仕様のエンジンでもシリンダヘッドカバーにＰＣＶ弁の設置が可能となるように改善されたブローバイガス還流装置を提供することができる。

なお、ＰＣＶ弁が、シリンダヘッドカバーの上部に設けられて板金製の蓋をする構造のダイヤフラム弁とされ、また、流体として冷却水を用いてシリンダヘッドカバー自体に流す場合には、寒さに弱くて凍結し易いダイヤフラム弁を、既存のエンジン冷却装置を利用して合理的に温めることができ、寒冷地仕様でも無理なく採用できる良さがある。

産業用ディーゼルエンジンの正面図 図１に示すエンジンの平面図 図１に示すエンジンの左側面図 （Ａ）図１に示すエンジンの上部要部を左前上方より見た斜視図、（Ｂ）シリンダヘッドカバーへの冷却水の給排部を示す斜視図 シリンダヘッドカバーなどの平面図 加温機構を示し、（Ａ）は要部の平面図、（Ｂ）は要部の右側面図 加温機構を示す要部の横断断面図

以下に、本発明によるブローバイガス還流装置の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンに適用された場合について図面を参照しながら説明する。

図１～図４に示されるように、産業用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー（以下、「ヘッドカバー」と略称する）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。

エンジンＥの前部に、クランク軸（図示省略）の軸端に取り付けられる駆動プーリ８、エンジン冷却ファン６の駆動用ファンプーリ６Ａ、及びダイナモ（オルタネータ）９の受動プーリ９Ａに跨る伝動ベルト１０、ウォータフランジ３０などが装備されている。エンジンＥの左側には、排気マニホルド１１、過給機１２、スタータ１３、ＥＧＲクーラ１４などが装備されている。エンジンＥの右側には吸気マニホルド１５、オイルフィルタ１７などが装備されている。エンジンＥの上方には、コンプレッサ下流側吸入通路（二次側エア通路）１８（図２を参照）が配置されている。

エンジンＥの上部や後部には、排ガス処理装置１９が設けられている。排ガス処理装置１９は、エンジンＥの後部でフライホイールハウジング７の上部に配置される排ガス一次処理装置（ＤＰＦなど）１９Ａと、エンジンＥの上部でヘッドカバー３の後部寄りに配置される排ガス二次処理装置（ＳＣＲ，ＤＯＣなど）１９Ｂとを有している。これら排ガス処理装置１９は、シリンダブロック１にボルト止めされる取付フレーム１６により支持されている。

吸気通路ａは、コンプレッサ上流側吸入通路２０、前述のコンプレッサ下流側吸入通路１８、吸気マニホルド１５を有する総称である。コンプレッサ上流側吸入通路２０は、エアクリーナ（図示省略）と過給機（ターボチャージャー）１２のコンプレッサハウジング１２Ａとを繋ぐ配管による吸気通路ａである。コンプレッサ下流側吸入通路１８は、コンプレッサハウジング１２Ａと吸気マニホルド１５とを繋ぐ配管による吸気通路ａである。

図１～図３、及び図４（Ａ）に示されるように、エンジンＥには、クランクケース１Ｂ内のブローバイガスを、ヘッドカバー３内のカバー内ガス通路３Ａ（図５を参照）を含むブローバイガス通路ｗを用いて吸気通路ａに戻すブローバイガス還流装置Ａが装備されている。ブローバイガス通路ｗは、ヘッドカバー３の上部左側と、コンプレッサ上流側吸入通路２０とを繋ぐガスダクト２１を有している。ガスダクト２１は、ヘッドカバー３のブローバイガス出口（図示省略）と直管２３とを繋ぐ湾曲した管路に構成されている。

図１～図３、及び図４（Ａ）に示されるように、コンプレッサ上流側吸入通路２０は、コンプレッサハウジング１２Ａの入口筒（図示省略）に外嵌装着されている連結管２９と、連結管２９に内嵌接続されている直管２３と、直管２３とエアクリーナ（図示省略）とを繋ぐエア通管（図示省略）とを備えている。直管２３には、ブローバイガス通路ｗの終端部となる突入管（図示省略）が横向き枝分かれ状に形成され、また、直管２３における突入管部位を冷却水ｒを用いて温め可能な加温機構２２が一体に設けられている。

次に、ブローバイガス還流装置Ａにおけるヘッドカバー３部位の構成について説明する。図４～図６に示されるように、カバー内ガス通路３Ａに作用するＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｃａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）弁Ｂがヘッドカバー３の頂壁（外壁の一例）３ａを用いる状態でヘッドカバー３に構成されている。図４（Ｂ）に示されるように、ＰＣＶ弁Ｂはダイヤフラム弁であり、ダイヤフラム４０の組付け及び取外しを可能とする板金材製のカバー蓋４１がヘッドカバー３の頂壁３ａにビス止めなどによって着脱可能に取付けられている。ＰＣＶ弁Ｂを外部露出状態でヘッドカバー３に設けることにより、ヘッドカバー３の取外しなく蓋体４１の着脱によって弁内部のメンテナンス（ダイヤフラム４０の交換など）が行える利点がある。

なお、ブローバイガス還流装置Ａのブローバイガス通路ｗにおいて、ヘッドカバー３にダイヤフラム弁構造のＰＣＶ弁Ｂ（ブリーザ弁と言われる場合もある）を設ける構成は、特許文献１，２や特許文献３（特開２００６－２２６５０）、或いは特許文献４（特開２００４－１１６３９５）などにおいて周知の技術であり、ここではＰＣＶ弁Ｂの構造及びヘッドカバー３の内部構造については簡単な説明に止めるものとする。

ＰＣＶ弁Ｂは、頂壁３ａに形成された弁設置用孔４２を用いて頂壁３ａに設けられており、カバー内ガス通路３Ａ及びＰＣＶ弁Ｂを通過したブローバイガスは、左前に向く状態で弁設置用孔４２の下部に形成されているガス出口部４３から出て、ガスダクト２１に流れて行く。つまり、ＰＣＶ弁Ｂは、その殆どの構成要素が頂壁３ａ自体に形成される状態で、ガス出口部４３に配置されている。なお、図６（Ａ）や図７において、５１は環状弁座、５２はカバー内ガス通路３Ａに連通する周囲空間部、５３は排出通路、５３ａは排出通路入口である。また、弁設置用孔４２の周囲近傍には、カバー蓋４１を頂壁３ａにボルト止めするための複数のナット部３ｃが形成されている。

図４～図７に示されるように、ＰＣＶ弁Ｂを温め可能な昇温機構Ｃがヘッドカバー３に設けられている。昇温機構Ｃは、ヘッドカバー３の頂壁３ａにおけるＰＣＶ弁Ｂの近傍箇所に冷却水（流体の一例）ｒを流す流路４４を形成することにより構成されている。流路４４は、右側面に開口してＰＣＶ弁Ｂに向かって左横向きに延びる深穴（横穴）を頂壁３ａの厚さ内に形成されている。深穴４４は、横側方（左方）に延びる縦穴部４４Ａと、縦穴部４４Ａから前方に延びる浅穴部４４Ｂと、前後に長い開口部４４Ｃを備え、平面視（図７参照）でＬ字形状を呈する横穴に形成されている。

図４（Ｂ）、図６、図７に示されるように、流路４４の開口部４４Ｃを閉塞可能な蓋体４５が、２本のボルト４６，４６により着脱可能にヘッドカバー３に取り付けられている。蓋体４５は、入口パイプ４７及び出口パイプ４８を蓋本体部４５Ａに一体的に取付けることで構成され、前後に長い蓋本体部４５Ａの２箇所の取付孔４５ａ，４５ａを用いて、頂壁３ａの右側に形成された縦向きの取付面３ｂに液密に取り付けられている。取付面３ｂと蓋体４５との間には、必要に応じてガスケット（図示省略）を設けてもよい。

入口パイプ４７は蓋本体部４５Ａの後部に液密に貫通支持され、その先端部４７ａは縦穴部４４Ａの穴底４４ａ部位に届くように差込量の多い状態で設けられている。出口パイプ４８は、深穴に対する流体の出口であって、蓋本体部４５Ａの前部に形成された出口突出部４５Ｂに液密に内嵌装着されている。蓋本体部４５Ａの内側面には、出口突出部４５Ｂに位置する排出導入凹み４９と、前後に長く深さの極浅い扁平凹み５０とが連続形成されている。蓋体４５のヘッドカバー３への組付け時には、排出導入凹み４９及び扁平凹み５０と開口部４４Ｃとがほぼ互いに同寸法で対向する状態に構成されている。

昇温機構Ｃにおいて冷却水ｒは、入口パイプ４７から縦穴部４４Ａの穴底４４ａ部位に入り、それから縦穴部４４Ａ、浅穴部４４Ｂ、排出導入凹み４９、及び出口パイプ４８に流れて行く。その流路４４を流れる際に、ヘッドカバー３におけるＰＣＶ弁Ｂの弁構造部５８や周囲部５９に冷却水ｒの熱が伝導され、迅速で効率よくＰＣＶ弁Ｂを昇温させることができる。入口パイプ４７には冷却水ｒの供給パイプ５４が、出口パイプ４８には排出パイプ５５がそれぞれ接続されている〔図４（Ｂ）を参照〕。

昇温機構Ｃにより、冬季などの極寒時には、蓋体４５が外部露出されているＰＣＶ弁Ｂが凍り付くことがあっても、エンジン始動に伴って冷却水ｒは迅速に温度上昇され、温流体となった冷却水ｒによりＰＣＶ弁Ｂはその内部から温められるようになる。従って、ブローバイガス中の水分がＰＣＶ弁Ｂにおいて凍ることが防止され、ＰＣＶ弁Ｂが良好に弁作動するブローバイガス還流装置Ａが実現できている。また、流路４４は、ヘッドカバー３自体に形成されているので、他に専用の流路を設ける必要がなく経済的で省スペースな昇温機構Ｃとしながら、ＰＣＶ弁Ｂを、その中枢部である弁構造部５８から迅速かつ効率的に昇温させることができる。

図４（Ｂ）や図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、ブローバイガス通路ｗに作用するエア抜き部（エア抜き）Ｄ用の基部５６が蓋体４５に形成されている。エア抜き部Ｄは、基部５６とこれに取付けられる抜き操作具５７とから構成されている。基部５６は、排出導入凹み４９に連通する縦孔５６ａを有する状態で出口突出部４５Ｂに形成されている。図６（Ｂ）に示される抜き操作具５７〔図４（Ｂ）では図示が省略されている〕は、例えば、ネジ栓やユニオンボルトで構成されているが、これらの限りではない。

ＰＣＶ弁Ｂや蓋体４５は、ブローバイガス通路ｗにおける最も高い位置にあるから、蓋体４５に設けられた１箇所のエア抜き部Ｄにより、ブローバイガス通路ｗとしてのエア抜きが行える良さがある。そして、蓋体４５は、昇温機構Ｃの構成部材とエア抜き部Ｄの要部（基部５６）とを兼ねる合理的な構造とされており、コストダウンやコンパクト化、或いは構成の簡素化などの点で好都合である。

図１～図３に示されるように、ブローバイガス通路ｗが吸気通路ａに連通接続される還流通路部ｋの加温が可能な加温機構２２が装備されている。還流通路部ｋは、ブローバイガス通路ｗの終端部である突入管２８と直管２３（吸気通路ａ）とが斜交いに連通接続される箇所として構成されている。

加温機構２２は、冷却水ｒを通す管路２４を還流通路部ｋに取付けてなり、金属パイプ製の管路２４の下側に金属パイプ製の冷却水入口部（図示省略）が、かつ、上側に金属パイプ製の冷却水出口部２６がそれぞれ液密に設けられている。管路２４は、溶着（溶接など）により直管２３と突入管２８の双方に跨って接する状態で取付けられている。

ＥＧＲクーラ冷却水パイプ３２からの枝分かれ管（符記省略）と冷却水入口部（図示省略）とを繋ぐ第１連結チューブ３４と、ウォータポンプ３１と冷却水出口部２６とを繋ぐ第２連結チューブ３３とが設けられている。冷却水ｒは、例えば、下側の冷却水入口部（図示省略）から管路２４に入り、管路２４を通過する際に還流通路部ｋに熱伝導され、その後に上側の冷却水出口部２６から出て行く。

極寒時において、突入管２８や直管２３に還流されてきたブローバイガス中の水分が、低温の新気で冷やされて凍結することや、その凍結により突入管２８の内部通路が狭まったり詰まったりする不都合が生じないようになる利点が得られる。直管２３、突入管２８、及び管路２４は、金属製パイプであって還流通路部ｋは熱伝導性に優れ、冷却水ｒの熱によってブローバイガスｇや冷たい新気を温めることができる。

〔別実施形態〕
（１）昇温機構Ｃにおける流路４４は、前記深穴のほか、ヘッドカバー３自体に管路を形成する構造や、別体の配管をヘッドカバー３の肉厚内に鋳込んで形成する構造でもよい。また、弁設置用孔４２の周りを囲繞する状態に流路４４を周設し、より効率よくＰＣＶ弁を温め可能な昇温機構としてもよい。
（２）ヘッドカバー３に設けられるＰＣＶ弁Ｂは、ダイヤフラム弁以外の構造の弁でもよい。ヘッドカバー３の外壁３ａとしては、前後や左右の側壁でも欲、その場合にはＰＣＶ弁を側壁の頂上部位に配置することが望ましい。
（３）昇温機構Ｃに用いられる流体ｒは、エンジンオイルや排気ガスなど、冷却水以外の流体でもよく、これらの加熱されて温かい又は熱い流体を総称して「温流体」と呼んでもよい。

１Ｂ クランクケース
３ シリンダヘッドカバー
３Ａ カバー内ガス通路
３ａ 外壁（頂壁）
４０ ダイヤフラム
４１ カバー蓋
４３ ガス出口部
４４ 流路（深穴）
４４Ｃ 開口部
４４ａ 穴底
４５ 蓋体
４７ 入口パイプ
４８ 出口
Ｂ ＰＣＶ弁
Ｃ 昇温機構
Ｄ エア抜き部
ａ 吸気通路
ｒ 流体（冷却水）
ｗ ブローバイガス通路

Claims (7)

1. クランクケース内のブローバイガスを、シリンダヘッドカバーの内部ガス通路を用いて吸気通路に戻すように構成されているブローバイガス還流装置であって、
   前記カバー内ガス通路に作用するＰＣＶ弁が前記シリンダヘッドカバーの外壁を用いる状態で前記シリンダヘッドカバーに構成されており、
   前記ＰＣＶ弁を温め可能な昇温機構が前記シリンダヘッドカバーに設けられ、
   前記昇温機構は、前記シリンダヘッドカバーにおける前記ＰＣＶ弁の近傍箇所に流体を流す流路を形成することにより構成され、
   前記流路は、前記ＰＣＶ弁に向かって延びる深穴を前記シリンダヘッドカバーの外壁に形成し、前記流路に対する流体の入口パイプが前記深穴の穴底部位に届く状態で設けられているブローバイガス還流装置。
2. 前記ＰＣＶ弁は、前記カバー内ガス通路の前記シリンダヘッドカバーに対するガス出口部に配置されている請求項１に記載のブローバイガス還流装置。
3. 前記ＰＣＶ弁はダイヤフラム弁であり、ダイヤフラムの組付け及び取外しを可能とするカバー蓋が前記シリンダヘッドカバーに着脱可能に取付けられている請求項１又は２に記載のブローバイガス還流装置。
4. 前記ＰＣＶ弁はシリンダヘッドカバーの頂壁を用いて構成され、前記深穴は横向きに開口する状態で前記頂壁の厚さ内で横向きに延びる横穴に形成されている請求項１～３の何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。
5. 前記深穴に対する流体の出口を有し、かつ、前記入口パイプを支持する状態で前記深穴の開口部を閉塞可能な蓋体が前記シリンダヘッドカバーに取付けられている請求項１～４の何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。
6. 前記蓋体に、前記流体に対するエア抜き部が設けられている請求項５に記載のブローバイガス還流装置。
7. 前記流体として冷却水を用いている請求項１～６の何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。

Images