JP7148417B2 - ブローバイガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種エンジンに適用されるブローバイガス還流装置であって、オイルセパレータを備えるブローバイガス還流装置に関するものである。

産業用ディーゼルエンジンなどにおいては、ブローバイガスをシリンダヘッドカバー（以下、ヘッドカバーと略称する）の内部を通してから吸気経路に戻す構造のブローバイガス還流装置を備える構造のものが多い。

ブローバイガスを、ヘッドカバー内部を通してエンジン外へ（吸気通路へ）流す場合、ヘッドカバー内における動弁機構の上側にガス通路が設けられる。ヘッドカバー内部のガス通路は、上下に狭い扁平な通路となり易いので、ブローバイガスからオイル成分を捕捉するオイルセパレータは、専用の部品としてヘッドカバー外に設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１）。

オイルセパレータをシリンダブロックのサイドに配置する構造では、ヘッドカバー内のようなスペースの制限が殆ど無いので、十分な容量のものにできる利点がある。しかしながら、専用部品であるオイルセパレータがエンジンの補機として追加されるので、次のような不利点がある。

即ち、（１）オイルセパレータが付設された分、エンジン全体としての体格（嵩）が大型化する。（２）ヘッドカバーから吸気通路までのガス通路が長くなり、外部配管長さも長くなるので、寒冷時におけるブローバイガス中に含まれている水分の凍結のおそれが増す。

特開２０１８－３５７８７号公報

本発明の目的は、構造工夫により、ヘッドカバー内にブローバイガスの通路を設け、かつ、オイルセパレータも備える構成としながらも、エンジンの大型化が抑制されるとともに、ブローバイガスの外部配管長さを短くして前述の凍結のおそれも極力回避され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、ブローバイガス還流装置において、
クランクケースからのブローバイガスをヘッドカバーの内部を通して吸気通路に導くように構成され、
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が前記ヘッドカバーの内部に取付けられ、
捕捉されたオイルを排出するオイル落し部が前記オイルセパレータから下方に突設されるとともに、前記オイル落し部の下端に、オイルの下方移動は許容し、かつ、上方移動は阻止する逆止弁が設けられ、
前記逆止弁は、前記オイル落し部の底壁に流路及び弁装着用孔が形成されるとともに、前記底壁の下面を座面とするアンブレラ弁で構成され、
前記アンブレラ弁は、前記下面に当接される傘部分と、前記傘部分から上方に延びて前記弁装着用孔に差し込まれる支軸部分とを備えるとともに、前記傘部分から下方に延びて前記オイル落とし部の下方に形成されるオイル溜り部に達する誘導突起を備えていることを特徴とする。

前記オイル落し部は、前記ヘッドカバーの内側に設けられている動弁機構の隙間部分に向けて突設されているとよい。

前記オイルセパレータは、ブローバイガスを導入するセパレータ入口と、フィルタと、前記オイル落し部と、ブローバイガスを排出するセパレータ出口とを備えていると好都合である。

また、前記ヘッドカバーに前記ブローバイガスの出口であるガス出口部が形成され、前記ガス出口部のヘッドカバー内部側開口に前記オイルセパレータのセパレータ出口が重ねられていると好都合であり、前記オイルセパレータは、前記ヘッドカバーに着脱可能にボルト止めされているとより好都合である。

本発明によれば、ヘッドカバーにオイルセパレータが内蔵（収容）されているので、ヘッドカバー外に専用部品としてオイルセパレータを配置する構成（従来の構造）に比べて、エンジン全体としての嵩を小さくすることが可能になる。そして、ヘッドカバーからオイルセパレータへのブローバイガスの外部配管が省略できるので、寒冷時などにおいてブローバイガス中の水分が外部配管にて凍結するおそれが回避される利点がある。

また、オイルセパレータから下方突設されるオイル落し部の下端に逆止弁が設けられているから、ブローバイガスの気液（ガス成分とオイル成分）分離後に再びオイルが吸い上げられるおそれが解消され、オイル排出性が良好なものとなる利点がある。

その結果、ヘッドカバー内にブローバイガスの通路及びオイル戻し口に逆止弁付のオイルセパレータを備える構成としたので、エンジンの大型化の抑制及び良好なオイル排出性を得ながら、ブローバイガスの外部配管長さを短くして前述の凍結のおそれも極力回避されるという、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。

（Ａ）ヘッドカバー前部をガス入口開口の部位で上下に切った断面図、（Ｂ）ガス出口部をガス入口開口のやや左側にて上下に切った断面図 ヘッドカバー単品の平面図 産業用ディーゼルエンジンの平面図 オイルセパレータの平面図 オイルセパレータの底面図 オイルセパレータの左側面図 オイル落とし部の下端部を示し、（Ａ）は底面図、（Ｂ）はアンブレラ弁の断面図、

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、小型の産業用ディーゼルエンジンに適用した場合について、図面を参照しながら説明する。

図３に、産業用ディーゼルエンジンＥの平面図が示され、１はエンジン冷却ファン、２はオルタネータ、３は過給機、４は排気処理装置、５はシリンダヘッド４１（図６を参照）の上に組付けられるヘッドカバー、６は複数のインジェクタ、７は燃料噴射用供給ポンプである。

本エンジンＥには、図１に示されるように、ブローバイガス還流装置Ｂが装備されており、クランクケース（図示省略）からのブローバイガスｇをヘッドカバー５の内部に形成されているブローバイガス通路Ｗを通し、極力オイル成分などを除いた状態で吸気通路Ａに戻す構成とされている。吸気通路Ａの例としては、過給機３の吸気側ダクト３Ａが挙げられる（図３を参照）。

図２～図４に示されるように、ヘッドカバー５は、インジェクタ装着用の４箇所の円孔５ａを有する上下中間壁５Ｃと、前側の上壁であるヘッドカバー上壁５Ａと、後側の上壁５Ｂとを備えた無底箱状の部材である。ヘッドカバー上壁５Ａの後部には、ヘッドカバー上壁５Ａから上方突出する状態で形成されるガス出口部８が形成されている。ブレザ経路でもあるガス出口部８には、ブローバイガスｇを吸気通路Ａに戻すためのガス管路９が接続される。

〔実施形態１〕
ＣＣＶ（クランクケースベンチレーション）でもあるブローバイガス還流装置Ｂは、図１（Ａ）に示されるように、ヘッドカバー上壁５Ａの下側に収容されるオイルセパレータＳを有している。オイルセパレータＳの平面視形状は、図４に示されるように、ヘッドカバー上壁５Ａの上方突出形状に合せてその内側にピッタリと内装できるように、略横向きＴ字状に形成されている。オイルセパレータＳの前後及び右側のそれぞれに、ヘッドカバー５の内側にボルト止め装着するための挿通孔２４が形成されている。

図１（Ａ）、図４～図６に示されるように、オイルセパレータＳは、その下面の前端部にブローバイガスの入口、即ちセパレータ入口１０が形成され、上面の後端部にブローバイガスの出口、即ちセパレータ出口１１が形成されている。オイルセパレータＳの前後中間で右側の箇所に、大きく下方突出させたオイル落し部１２が形成されており、また、セパレータ入口１０とオイル落し部１２との前後方向の間にフィルタ３６が設けられている。

従って、クランクケースからのブローバイガスｇは、ヘッドカバー５の内部の前端部に進み、オイルセパレータＳの下面前端部のセパレータ入口１０からオイルセパレータＳの内部に入り、そこでフィルタ３６によるオイル分離作用やオイル滴下作用を受けた後に、オイルセパレータＳの上面後端部のセパレータ出口１１から出る、という具合に流れる。つまり、ヘッドカバー５の内部の上部、及びオイルセパレータＳの内部がブローバイガス通路Ｗになっている。

セパレータ出口１１は、図１（Ａ）に示されるように、ヘッドカバー５のガス出口部８のヘッドカバー内部側開口であるガス入口開口１４に対向配備されて、環状シール材３７の介装により気密に重ねられている。従って、セパレータ出口１１から出たブローバイガスｇは、ガス出口部８を通ってからガス管路９に流れて行くようになる。

図１（Ａ）、図２、図３に示されるように、ガス出口部８は、ブローバイガスｇを通す出口通路８Ａを形成すべくヘッドカバー上壁５Ａから上方に膨出した突出ケース部１５を備え、突出ケース部１５における出口通路８Ａの外側に空気層１６が形成されている。なお、図１（Ａ）において、５Ｄはヘッドカバー前壁である。

突出ケース部１５は、頂壁１５Ａ、前側の起立壁１７、後壁１９、左側の取出し壁２０、及び右側壁２１を有している。起立壁１７、後壁１９、及び取出し壁２０は傾斜角度の付いた傾斜壁に形成されており、突出ケース部１５は裾広がり状の外観を呈している。やや左後方に向いた外面（符記省略）を持つ取出し壁２０には、前記出口通路８Ａの出口開口２２を備える庇壁２０ａが形成されている。

突出ケース部１５は、ヘッドカバー５の内部となる下側に突出する通路壁１８を備えており、その通路壁１８に、側面視が上下逆向きのＬ字形状を呈する出口通路８Ａが形成されている。出口通路８Ａは、下端にガス入口開口１４を備える上下向き通路部８ａと、左端（先端）に出口開口２２を備える横向き通路部８ｂとを有する折れ曲がり通路に形成されている。起立壁１７の下端部の裏側には、図１に示されるように、オイルセパレータＳと干渉しない範囲で下方突出するリブ壁２３が形成されている。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、ヘッドカバー上壁５Ａから傾き角度θで立上る起立壁１７と通路壁１８との間及びリブ壁２３との間に跨る状態で空気層１６が形成されている。また、後壁１９と通路壁１８との間にも空気層１６が形成されている。また、図３に示されるように、起立壁１７は、エンジン冷却風Ｒの流れ方向（矢印Ｙ方向）で上流側に対面する状態となるように、突出ケース部１５が構成されている。

以上のように構成されたヘッドカバーにより、次のとおりの作用効果が得られる。ヘッドカバー５のブレザ経路としてヘッドカバー上壁５Ａから突設されたガス出口部８の下方突出する通路壁１８の周囲に、外壁である起立壁１７との間に空気層１６が形成されている。そして、起立壁１７は水平から角度が付いた傾斜壁とされている。

つまり、従来品では１枚の壁であったところを、本実施形態では間に空気層１６を設けた二重壁構造（通路壁１８、起立壁１７）としてあるので、断熱作用が格段に向上するようになる。従って、極寒などの寒冷時でも出口通路８Ａの温度低下が抑制され、ブローバイガス中の水分が冷やされて結露が発生し、場合によっては凍結することが生じないようになる。

また、突出ケース部１５は、エンジン冷却ファン１によるエンジン冷却風Ｒの風下に位置し、起立壁１７には直接的にエンジン冷却風Ｒがあたるようになる。しかしながら、起立壁１７は傾き角度θによる傾斜壁とされているので、図１（Ａ）に矢印で示されるように、エンジン冷却風Ｒは滑らかに起立壁１７部位を吹き去っていくようになり、エンジン冷却風Ｒによる冷却作用も最小限に又は大きく抑制することが可能になる。

その結果、構造工夫により、突出ケース部１５に形成されたガス出口部８におけるブローバイガスｇが冷され難いようになり、寒冷時におけるガス出口での凍結や詰まりが生じないよう、改善されたヘッドカバー５を提供することができる。

図１（Ａ）、図４、図５に示されるように、ヘッドカバー５内に形成されるブローバイガス通路Ｗには、その底部において下向きに開口してブローバイガスをブローバイガス通路Ｗに導くガス入口ｉが設けられ、ガス入口ｉ又はその下に配置されて、ガス入口ｉからのオイル吸込みを抑制又は規制するオイル吸込み規制機構Ｃが設けられている。オイル吸込み規制機構Ｃは、ガス入口ｉを覆うルーバー３２を有して構成されている。

ルーバー３２は、互いに同じ前後向きに揃えて配列される複数の羽板３３が、セパレータ入口１０（ガス入口ｉ）に入り込む状態で支持されることにより構成されている。複数の羽板３３は例えば左が下となる左右方向に傾斜されており、従って、羽板３３どうしの間の傾斜開口部３４の向き（傾斜の向き）は、気筒直列方向（前後方向）と交差する方向（左右方向）とされている。

例えば、オイルセパレータＳのハウジング３５が合成樹脂材の型成形（射出形成やブロー成形も可能）で形成されており、その型成形時に複数の羽板３３も形成することができる。また、図示は省略するが、矩形開口のセパレータ入口１０に、別部品のルーバーを埋め込むように装備してもよい。なお、ヘッドカバー５内部のブローバイガス通路ＷにおけるオイルセパレータＳの内部空間部分としてのガス入口ｉがセパレータ入口１０である。また、オイルセパレータＳのセパレータ出口１１の下方に、コイルスプリング利用のリリーフバルブ（図示省略）を設置するための開口（符記省略）を設けてもよい〔図１（Ａ）を参照〕。

下向きに開口するセパレータ入口１０（ガス入口ｉ）は、その下に動弁機構３８があるので、飛散オイルがセパレータ入口１０から吸込まれやすい位置関係にある。しかしながら、本発明では、ルーバー３２でなるオイル吸込み規制機構Ｃがセパレータ入口１０に設けられているので、動弁機構３８によってオイルが飛散されても、複数の羽板３３によって撥ね返され、オイル持ち去りが格段に減少されるようになる。

そして、ブローバイガスｇは、複数の傾斜開口部３４からオイルセパレータＳ内に入るので、円滑にブローバイガス通路Ｗを進んでいくことができる。その結果、動弁機構３８の上側にガス入口ｉを有しながらも、そのガス入口ｉからのオイル吸込みが抑制されるようになる。従って、ヘッドカバー５に内蔵されたオイルセパレータＳ内のブローバイガス通路Ｗにより、良好にオイルの分離作用が機能するブローバイガス還流装置Ｂが構成されている。

図４～図６に示されるように、ガス入口ｉ（セパレータ入口１０）の下方に、ガス入口ｉに向かうブローバイガスｇの流れを迷路状態とするラビリンス具５１が設けられている。ラビリンス具５１は、ガス入口ｉの下方に横臥姿勢で配置されるカバー板５２を有して構成されており、カバー板５２は、前後方向視でガス入口ｉを上回る大きさのものに設定されている。

カバー板５２は、複数のステー５３により、ガス入口ｉから少し下方となる高さ位置においてオイルセパレータＳに支持されている。ステー５３は棒状であり、ガス入口ｉを持つセパレータ底面５４とカバー板５２との上下空間は、前後左右に十分開いている。

カバー板５２が無い状態では、ブローバイガスｇは広い開口のガス入口ｉからすんなりオイルセパレータＳ内に進入できるが、カバー板５２が邪魔板となる本発明のものでは、図６に示されるように、ブローバイガスｇは前後左右の横方向から大きく迂回しながらガス入口ｉに進むことになる。

従って、慣性質量の重いオイル成分は、横方向から進んできても曲がりきれず、ガス入口ｉに入りことなく直進してしまう。しかしながら、慣性質量の少ないブローバイガス（気体成分）ｇは、カバー板５２があっても円滑に曲がりながら進み、良好にガス入口ｉ（セパレータ入口１０）からオイルセパレータＳ内に入ることができる。なお、カバー板５２が無いオイルセパレータＳでもよい。

図１（Ａ）、図５、図６に示されるように、オイルセパレータＳの下方突出したオイル落し部１２は、最も下方突出する下突出部１２Ａと、最も下方突出量が少なくて横（左）に張り出た上突出部１２Ｃと、これら両者１２Ａ，１２Ｃの中間の中間突出部１２Ｂとを有しており、下突出部１２Ａには下端開口１２ａが形成されている。オイル落し部１２は、ヘッドカバー５の内側に設けられている動弁機構３８どうしの間の隙間部分３９に向けて突設されており、動弁機構３８の形状に合せて上中下の各突出部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが形成されている。

図５～図７に示されるように、捕捉されたオイルを排出するオイル落し部１２の下端に、オイルの下方移動は許容し、かつ、上方移動は阻止する逆止弁Ｖが設けられている。逆止弁Ｖは、オイル落し部１２の底壁２５に流路２６及び弁装着用孔１２ａが形成されるとともに、底壁２５の下面２５ａを座面とするアンブレラ弁１３で構成されている。

アンブレラ弁１３は、傘部分１３Ａと、支軸部分１３Ｂと、誘導突起１３Ｃとを備えている。傘部分１３Ａは下面２５ａに当接される箇所であり、支軸部分１３Ｂは、傘部分１３Ａから上方に延びて弁装着用孔１２ａに差し込まれる箇所である。誘導突起１３Ｃは、オイル落し部１２の下方に形成されるオイル溜り部２７に達するように傘部分１３Ａから下方に延びている箇所である。オイル溜り部２７は、ヘッドカバー５内においてシリンダヘッド２の上面２ａを底として溜まっているオイルであり、そのオイル油面２７ａより下方に誘導突起１３Ｃの下端が位置する構成である。

図７（Ａ），（Ｂ）に示されるように、支軸部分１３Ｂにはフック部１３ｂが形成されており、フック部１３ｂを弁装着用孔１２ａに弾性縮径変形させて通過させることで、フック部１３ｂと傘部分１３Ａとが支軸部分１３Ｂと弁装着用孔１２ａとの嵌合部に対する上下の引っ掛かり部となり、アンブレラ弁１３は底壁２５に安定状態で装着されている。

底壁２５の流路２６は、弁装着用孔１２ａの周りの４箇所に形成された円弧状の孔であり、上下方向視において傘部分１３Ａで覆われる大きさに設定されている。弁装着用孔１２ａを用いて底壁２５にアンブレラ弁１３が装着された組付け時では、４つの流路２６は傘部分１３Ａでシールされており、オイル落し部１２の内部スペース２８にある程度オイルが溜まってくると、流路２６から作用するオイルの重さによって傘部分１３Ａが下方移動し、下面２５ａとの間から染み出て行く。

アンブレラ弁１３には、下端がオイル油面２７ａより下に位置する誘導突起１３Ｃが設けられているので、表面張力によって粘性流体であるオイルを移動させることができる。従って、内部スペース２８に殆どオイルが溜まっていなくても、傘部分１３Ａと下面２５ａとの間をオイルが毛細管現象により移動でき、いわゆる閉弁状態であってもオイルセパレータＳで捕捉されたオイルをオイル落し部１２から下方排出させることが可能になっている。つまり、誘導突起１３Ｃによって排出孔である流路２６の表面張力が決壊され、一般的なアンブレラ弁に比べてオイル排出がよりスムーズに行われるようになっている。

ヘッドカバー５内の余剰空間部を上手く利用してオイルセパレータＳをコンパクトに内蔵してあることにより、オイルセパレータＳで捕捉されたオイルを極力低い位置（アンブレラ弁１３）からエンジン内に戻せるように構成されている。従って、アンブレラ弁１３から出たオイルが飛散することや、動弁機構３８による飛散オイルが流路２６からオイル落し部１２の内部スペース２８へ逆流することが防止される利点がある。

ヘッドカバー５にボルト４０により着脱可能に内蔵されるオイルセパレータＳは、ヘッドカバー５におけるエンジン冷却ファン１の配置側（前側）に寄せて内蔵されており、セパレータ入口１０は、オイルセパレータＳにおけるエンジン冷却ファン１の配置側（前側）の端部に形成されている。

以上説明したように、ブローバイガス還流装置Ｂにおいては、ヘッドカバー５内に形成されるブローバイガス通路Ｗに、ブローバイガスｇからオイルを捕捉して除去するオイルセパレータＳが取付けられ、ヘッドカバー５のガス出口部８のガス入口開口１４にセパレータ出口１１が重ねられている。そうすることで、オイルセパレータＳをヘッドカバー５の内部に３本のボルト４０で組付けるだけでよく、組付け性及び搭載性に優れている。

つまり、ヘッドカバー５にオイルセパレータＳを内蔵（収容）してあるので、ヘッドカバー外に専用部品としてオイルセパレータを配置する構成（従来の構造）に比べて、エンジン全体としての嵩を小さくすることが可能である。加えて、ヘッドカバーからオイルセパレータへのブローバイガスの外部配管が省略できるので、寒冷時などにおいてブローバイガス中の水分が外部配管にて凍結するおそれが回避される利点がある。

本発明によるブローバイガス還流装置Ｂにより、次の（１）～（４）の作用効果も得られる。
（１）オイルセパレータＳをボックス形状として、ヘッドカバー５の内部に隙間を伴って収容してあるから、外気温が直接にオイルセパレータＳに及ぶことがなく、寒冷時でも冷え難いが得られる。
（２）従来では、ヘッドカバーから外装オイルセパレータへの外部配管が必要であったが、本発明ではその外部配管を省略することができる。
（３）オイルセパレータＳがヘッドカバー５に内蔵されているので、エンジンとしての外観に現れる部分で、部品を組付けることがなく、組付け性がよい。
（４）オイル落し部１２の下端に逆止弁Ｖ（アンブレラ弁１３）が装備されているので、オイルセパレータＳから排出されたオイルや動弁機構３８などによって飛散されたオイルが、オイル落し部１２内へ逆流することがなく、より円滑なオイル排出が行える。

〔別実施形態〕
オイル落し部１２に装備される逆止弁Ｖは、アンブレラ弁１３のほか、ボール式やポペット式など、他の構造のものでもよい。

５ ヘッドカバー
８ ガス出口部
１０ セパレータ入口
１１ セパレータ出口
１２ オイル落し部
１２ａ 弁装着用孔
１３ アンブレラ弁
１３Ａ 傘部分
１３Ｂ 支軸部分
１３Ｃ 誘導突起
１４ ヘッドカバー内部側開口
２５ 底壁
２５ａ 下面（座面）
２６ 流路
２７ オイル溜り部
３６ フィルタ
３８ 動弁機構
３９ 隙間部分
Ａ 吸気通路
Ｓ オイルセパレータ
Ｖ 逆止弁

Claims (5)

1. クランクケースからのブローバイガスをヘッドカバーの内部を通して吸気通路に導くように構成され、
   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が前記ヘッドカバーの内部に取付けられ、
   捕捉されたオイルを排出するオイル落し部が前記オイルセパレータから下方に突設されるとともに、前記オイル落し部の下端に、オイルの下方移動は許容し、かつ、上方移動は阻止する逆止弁が設けられ、
   前記逆止弁は、前記オイル落し部の底壁に流路及び弁装着用孔が形成されるとともに、前記底壁の下面を座面とするアンブレラ弁で構成され、
   前記アンブレラ弁は、前記下面に当接される傘部分と、前記傘部分から上方に延びて前記弁装着用孔に差し込まれる支軸部分とを備えるとともに、前記傘部分から下方に延びて前記オイル落とし部の下方に形成されるオイル溜り部に達する誘導突起を備えているブローバイガス還流装置。
2. 前記オイル落し部は、前記ヘッドカバーの内側に設けられている動弁機構の隙間部分に向けて突設されている請求項１に記載のブローバイガス還流装置。
3. 前記オイルセパレータは、ブローバイガスを導入するセパレータ入口と、フィルタと、前記オイル落し部と、ブローバイガスを排出するセパレータ出口とを備えている請求項１又は２に記載のブローバイガス還流装置。
4. 前記ヘッドカバーに前記ブローバイガスの出口であるガス出口部が形成され、前記ガス出口部のヘッドカバー内部側開口に前記オイルセパレータのセパレータ出口が重ねられている請求項１～３の何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。
5. 前記オイルセパレータは、前記ヘッドカバーに着脱可能にボルト止めされている請求項１～４の何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。

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