JP5967310B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを吸気系に導入して燃焼室内で燃焼させるようにした内燃機関のブローバイガス処理装置の改良に関する。

特許文献１には、吸気通路のスロットル弁上流側からクランクケース内へ新気を導入する新気導入通路と、クランクケース内から吸気通路のスロットル弁下流側へブローバイガスを排出するブローバイガス通路と、を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置が開示されている。上記新気導入通路の一端は、吸気通路のスロットル弁とこれよりも上流側に位置するエアフロメータとの間に接続されている。

このようなブローバイガス処理装置では、スロットル弁前後の圧力差によってクランクケース内へ新気が導入され、かつこの新気とともにブローバイガスがスロットル弁下流側へ導かれて、最終的に燃焼室で燃焼処理される。そして、スロットル弁前後の圧力差が小さくかつブローバイガス発生量が多い高速高負荷域では、上記新気導入通路をブローバイガスが逆流し、スロットル弁上流側に導かれる。

特許文献２には、このような新気導入通路におけるブローバイガスの逆流を考慮して、内燃機関のシリンダヘッドカバー内部に新気導入通路用のオイルセパレータおよびブローバイガス通路用のオイルセパレータをそれぞれ設け、新気導入通路およびブローバイガス通路の先端をそれぞれ接続した構成が開示されている。

上記のように新気導入通路が吸気通路のスロットル弁とエアフロメータとの間に接続された構成においては、クランクケース内の周期的な圧力変化つまりブローバイガスの圧力脈動が新気導入通路を介して吸気通路側に伝搬し、エアフロメータによる吸入空気量の計測に誤差を与える、という問題がある。特に、応答性の高いエアフロメータを用いた場合に、吸入空気量が小さな低負荷域（アイドル時など）においてブローバイガスの脈動による影響が大きく出現する。

特開２０１０−９６０２８号公報 特開２０１３−１１３１０９号公報

この発明は、吸気通路のスロットル弁上流側からクランクケース内へ至る新気導入通路と、クランクケース内から吸気通路のスロットル弁下流側へ至るブローバイガス通路と、を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置において、上記吸気通路の上記スロットル弁と上流側のエアフロメータとの間に、レゾネータが接続されているとともに、上記新気導入通路の一端が上記レゾネータに接続されており、この新気導入通路のレゾネータとの接続部にオリフィスが設けられている。

上記レゾネータは、いわゆるヘルムホルツ型の共鳴要素として吸気通路に接続され、吸気音の低減に寄与する。新気導入通路は、このレゾネータを介して吸気通路に連通しており、新気は吸気通路からレゾネータを介して新気導入通路へと流れ、また高負荷域でのブローバイガスの逆流時には、ブローバイガスが新気導入通路からレゾネータを介して吸気通路へと流れる。

本発明では、レゾネータとの接続部において新気導入通路にオリフィスが設けられているので、その絞り作用により、クランクケース側から吸気通路側へ伝搬する圧力脈動が低減する。特に、容積が拡張するレゾネータの直前にオリフィスが位置しており、オリフィスで絞られたガスがレゾネータ内で急激に拡張するので、その拡張作用によって圧力脈動がより効果的に低減する。

従って、この発明によれば、新気導入通路を介して吸気通路のスロットル弁上流側に伝搬する圧力脈動を抑制でき、エアフロメータによる吸入空気量の計測誤差が低減する。

この発明に係るブローバイガス処理装置を備えた内燃機関全体の平面図。 レゾネータの要部を断面として示す断面図。 要部を示す斜視図。 吸気ダクトとレゾネータの接続部を示す斜視図。 レゾネータのコネクタ部を示す要部の正面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係るブローバイガス処理装置を備えた自動車用内燃機関１を吸気系を含めて示した平面図である。内燃機関１は、車両前部のエンジンルーム内にいわゆる横置（クランクシャフト中心軸が車幅方向に延びた配置）の姿勢で搭載されており、排気マニホルド２が車両前方（図中に符号ＦＲで示す）側に位置し、吸気マニホルド３が車両後方側に位置している。吸気マニホルド３の一部をなすコレクタ部３ａは、シリンダヘッドカバー４に隣接する形でシリンダヘッドカバー４の車両後側に配置されており、このコレクタ部３ａの長手方向の一端における入口部にスロットルチャンバ５が接続されている。このスロットルチャンバ５は、内部に図示せぬスロットル弁を備えている。

上記スロットルチャンバ５の上流端には、ゴムもしくは合成樹脂等の可撓性材料からなる吸気ダクト６の一端が接続されており、この吸気ダクト６の他端は、エアクリーナケース７の円筒状の出口管７ａに接続されている。エアクリーナケース７の入口側には、比較的硬質の合成樹脂材料からなる外気導入ダクト８が接続されており、この外気導入ダクト８の先端開口部８ａが車両の前方へ向かって開口している。上記エアクリーナケース７内には、外気導入ダクト８が接続されたいわゆるダストサイドと吸気ダクト６が接続されたいわゆるクリーンサイドとを仕切るように、図示せぬエアクリーナエレメントが収容されている。

上記エアクリーナケース７の出口管７ａには、吸入空気量を計測する熱線式のエアフロメータ１１が取り付けられている。つまり、スロットル弁よりも上流側にエアフロメータ１１が位置している。

上記シリンダヘッドカバー４の上方には、吸気音低減のためのヘルムホルツ型共鳴室を構成するレゾネータ１２が配置されている。このレゾネータ１２は、車両の平面視においては車幅方向に細長く延びた略三角形ないし略Ｌ字形をなしており、シリンダヘッドカバー４の上面の一部に重なって配置されている。

図２に示すように、上記レゾネータ１２は、単純な中空形状をなすもので、それぞれ硬質合成樹脂の射出成形品からなるロアボディ１３とアッパボディ１４とに上下に二分割されており、かつこれらが互いに振動溶着等によって一体に接合されている。そして、このレゾネータ１２は、図３に示すように、吸気ダクト６に隣接する長手方向の一端部に首管部１２ａを有し、この首管部１２ａが吸気ダクト６の分岐管部６ａに接続されている。つまり、首管部１２ａを介してレゾネータ１２の内部容積が吸気ダクト６内の吸気通路（詳しくはスロットル弁とエアフロメータ１１との間）に連通しており、所定の帯域で吸気音低減作用が得られる。上記首管部１２ａは、ロアボディ１３に一体に成形されている。

上記ロアボディ１３には、さらに、図２〜図４に示すように、首管部１２ａに比較的近い位置において、新気導入通路用のコネクタ部１５が一体に成形されている。このコネクタ部１５は、レゾネータ１２の略三角形ないし略Ｌ字形の内側へ向かって円筒状に突出したものであり、図２に示すように、ロアボディ１３の平坦な底壁１３ａに沿って延びている。つまり、車両搭載状態において、レゾネータ１２の最も下側となる位置にコネクタ部１５が設けられている。このコネクタ部１５には、新気導入通路の一部を構成するゴム製の新気導入用ホース１６の一端が接続されている。この新気導入用ホース１６は、下方へ向かって略Ｌ字形に延び、その他端が、図２に示すように、シリンダヘッドカバー４上面のコネクタ部１７に接続されている。シリンダヘッドカバー４の内部には、新気導入通路用のオイルセパレータ１８が形成されており、上記新気導入通路は、このオイルセパレータ１８を介して図外のクランクケース内と連通している。

また、シリンダヘッドカバー４の上面には、さらに、ブローバイガス通路の一部を構成するゴム製のブローバイガス用ホース２０の一端が接続されており、このブローバイガス用ホース２０の他端は、図示しないＰＣＶバルブを介して吸気マニホルド３のコレクタ部３ａに接続されている。このブローバイガス用ホース２０に対してもシリンダヘッドカバー４の内部にオイルセパレータ（図示せず）が形成されており、ブローバイガス通路は、このオイルセパレータを介して図外のクランクケース内と連通している。

ここで、本実施例では、上記レゾネータ１２のコネクタ部１５に、圧力脈動低減用のオリフィス２１が一体に形成されている。詳しくは、図２および図５に示すように、オリフィス２１は、ロアボディ１３の内壁面に沿った仕切り壁２１ａとこの仕切り壁２１ａに開口形成されたオリフィス孔２１ｂとから構成されており、円筒状のコネクタ部１５をスライドコアにて成形する際に同時に成形されている。上記仕切り壁２１ａは、ロアボディ１３の底壁１３ａと側壁１３ｂとを滑らかにつなぐ円弧面に沿っており、円筒形をなすコネクタ部１５の下側に片寄った位置に、コネクタ部１５の内径よりも小さなオリフィス孔２１ｂが開口している。上記オリフィス孔２１ｂの最下縁は、ロアボディ１４の底壁面と実質的に一致している。

上記オリフィス孔２１ｂは、本実施例では、成形の都合上、コネクタ部１５の軸方向から見て非円形（具体的には、外縁が逆Ｕ字形をなす）の孔となっているが、真円形の孔であってもよいことは勿論である。一つの実施例では、コネクタ部１５の内径が１２ｍｍであるのに対し、オリフィス孔２１ｂは７ｍｍ程度の等価直径を有している。なお、仕切り壁２１ａを合成樹脂材料で成形した上でオリフィス孔２１ｂを二次的に機械加工することも可能である。

上記の構成においては、新気導入用ホース１６によって構成される新気導入通路とブローバイガス用ホース２０によって構成されるブローバイガス通路とを主体として、ブローバイガス処理装置が構成される。すなわち、スロットル弁前後に十分な圧力差が生じる低中負荷域では、スロットル弁上流側から新気がレゾネータ１２を経由して内燃機関１のクランクケース内に導入される。クランクケース内のブローバイガスは、導入された新気とともにブローバイガス通路を通してコレクタ部３ａに導かれる。なお、このときのブローバイガス量は、図示せぬＰＣＶバルブによって適宜に調整される。また、スロットル弁前後の圧力差が小さくかつブローバイガス発生量が多い高速高負荷域では、ブローバイガスは主に新気導入通路を逆流してスロットル弁上流側に導かれる。

新気導入通路は、クランクケースと吸気通路のスロットル弁上流側とを常に連通しているので、クランクケース内の周期的な圧力変化つまりブローバイガスの圧力脈動が新気導入通路を介して吸気通路側に伝搬しようとするが、上記構成では、新気導入通路の一部となるコネクタ部１５にオリフィス２１が設けられているため、その絞り作用によって吸気通路側へ伝搬する圧力脈動が低減する。特に、オリフィス２１がレゾネータ１２の大きな容積の直前に位置しており、オリフィス孔２１ｂを通過したガスが急激に拡張するため、拡張作用によって圧力脈動がより効果的に低減する。

従って、ブローバイガスの圧力脈動に起因するエアフロメータ１１における吸入空気量の計測誤差が少なくなる。

オリフィス孔２１ｂの開口面積は、過度に大きいと脈動低減効果が得られない反面、過度に小さいとクランクケース内のブローバイガスによるオイル劣化の進行が早まるので、適宜に設定する必要がある。ここで、上記実施例の構成では、内燃機関１そのものとは別に通常は車種毎の設計となるレゾネータ１２の一部としてオリフィス２１が構成されているので、車種毎のチューニングが容易となる。しかも、上記実施例では、合成樹脂にて成形されるレゾネータ１２に一体にオリフィス２１が成形されているため、部品点数の増加や実質的なコスト増を伴わずに脈動低減を図ることができる。

一方、上記のレゾネータ１２は、吸気音低減作用のほか、ブローバイガスに同伴したオイルミストを分離させて回収するオイル回収用の容積室（いわゆるキャッチタンク）としても機能する。すなわち、上述したように高速高負荷時に新気導入通路を逆流するブローバイガスには、クランクケース内のオイルミストが含まれているが、レゾネータ１２内でブローバイガスの流速が低下する結果、オイルミストが分離され、液滴となってレゾネータ１２内に回収される。そして、レゾネータ１２底部に集まったオイルは、新気導入用ホース１６を通してシリンダヘッドカバー４側へ流れ、最終的にはクランクケース内に戻ることとなる。

上記実施例では、新気導入用ホース１６のコネクタ部１５がレゾネータ１２の底部に接続されており、かつオリフィス孔２１ｂがロアボディ１３の底壁面と実質的に等しい高さ位置となるようにコネクタ部１５の下側に片寄って形成されているため、レゾネータ１２内に集まったオイルはオリフィス孔２１ｂを通して支障なく流れる。つまり、オリフィス２１を設けたことによるオイルの回収への悪影響がない。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、新気導入通路およびブローバイガス通路の双方がシリンダヘッドカバー４に接続されているが、これらの通路を例えばシリンダブロックのスカート部付近などからクランクケースに接続した構成のブローバイガス処理装置においても、本発明は同様に適用が可能である。

Claims (3)

1. 吸気通路のスロットル弁上流側からクランクケース内へ至る新気導入通路と、クランクケース内から吸気通路のスロットル弁下流側へ至るブローバイガス通路と、を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置において、
   上記吸気通路の上記スロットル弁と上流側のエアフロメータとの間に、レゾネータが接続されているとともに、上記新気導入通路の一端が上記レゾネータに接続されており、
   上記レゾネータは、上記新気導入通路となる配管が接続されるコネクタ部を有し、このコネクタ部にオリフィスが設けられており、
   上記レゾネータは、ブローバイガスから分離したオイルを上記新気導入通路を通してクランクケース側へ戻すように、車両搭載姿勢で下側となる位置に上記コネクタ部が設けられている、
   内燃機関のブローバイガス処理装置。
2. 上記レゾネータが合成樹脂成形品からなり、上記コネクタ部が上記レゾネータの一部として成形されているとともに、このコネクタ部と一体に上記オリフィスが形成されている、請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
3. 円筒形をなす上記コネクタ部の下側に片寄って上記オリフィスが開口している、請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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