(57)【要約】【課題】  ブローバイガス（ＢＢＧ）からオイルを分離するためのフィルタを備えた内燃機関において、構成の簡素化とメンテナンスの必要頻度の低減を実現する。【解決手段】  フィルタ２でオイルを分離された後のＢＢＧをスロットルバルブ６の上流側へ導くための第１ホース１１と、フィルタ２を通過する前のＢＢＧをスロットルバルブ６の下流側へ導くことが可能な第２ホース１２と、を備える。第２ホース１２には開閉弁８を備え、この開閉はＥＣＵ１４によって制御する。エンジン始動時において水温センサ１６が所定温度以下の場合、ＥＣＵ１４は開閉弁８を開く。すると、ＢＢＧは第２ホース１２を通過してインテークマニホールド９に流れ、この圧力差によって、エアクリーナ１７からの新気が第１ホース１１からフィルタ室３へ導かれてフィルタ２を通過するので、フィルタ２内部のオイルや不純物を排出させてリフレッシュできる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブローバイガスからオイルを分離するためのフィルタと、
前記フィルタでオイルを分離された後のブローバイガスをスロットルバルブの上流側へ導くための第１経路と、
前記フィルタを通過する前のブローバイガスを前記スロットルバルブの下流側へ導くことが可能な第２経路と、
前記第２経路を開閉するバルブと、を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、前記ブローバイガスは、前記フィルタを下から上に通過するように構成したことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関であって、エンジン始動時に前記バルブを開くように制御する制御手段を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関であって、前記エンジンの冷却水の水温又はエンジンオイルの油温を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度以下のときに前記バルブを開くように制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関であって、前記制御手段は、エンジン始動後、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度を上回ると、前記バルブを閉じるように制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の内燃機関であって、前記フィルタはエンジンのヘッドカバー内に収納されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の内燃機関であって、前記バルブを閉じると、前記第１経路を新気が逆流し、前記フィルタについているオイルを落とすことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンで生じるブローバイガスからオイルミストを分離させるためのオイル分離構造を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを作動させると、通常は、シリンダブロックとピストンの隙間やピストンリング等から、未燃ガス（ブローバイガス；ＢＢＧ）がクランクケース内に漏れてくる。このブローバイガスをそのまま排出すると環境への負荷が大となり、またエンジン内部に滞留させておいたのではエンジン内部の腐食やオイルの劣化を招くこととなるため、ブローバイガスをインテークマニホールドに戻して燃焼させるシステム（ポジティブクランクケースベンチレーション；ＰＣＶ）が従来から提案されている。
【０００３】
この構成において、ブローバイガスは通常、クランクケースからＰＣＶ通路等を介してインテークマニホールドに送られる。しかしながら、クランクケースの内部（クランク室）では多量のオイルが飛散しているので、クランクケースから供給されるブローバイガスにはオイルの粒子（オイルミスト）が多量に含まれている。この状態のブローバイガスをそのままインテークマニホールドに送ると、オイルの消費の悪化を招き、また、オイルが吸気中に再循環されることから排気ガスのＨＣが増加してしまう。また、このようなブローバイガス内のオイルミスト（あるいはオイルの燃焼生成物の粒子）が動弁系等に付着すると、デポジットが堆積してしまう。
【０００４】
従って、ブローバイガスに含まれるオイルミストを吸気側へ送る前に分離する分離装置が、特許文献１で提案されている。この特許文献１では、内燃機関のシリンダヘッドに固定されるシリンダヘッドカバーに、ブローバイガスの気液分離を行うケースを設け、該ケース内に多孔質フィルタを垂直に配設している。
【０００５】
ここで特許文献１では、ブローバイガス中に含まれる不純物等により多孔質フィルタが目詰まりすると、ケース内のブローバイガス通路が閉塞されるため、クランクケース内圧が異常に上昇し、例えばシリンダヘッドとヘッドカバー内のガスケット部等のシール部からブローバイガスがエンジン外部に漏れるという不具合が生じることを指摘する。そして特許文献１では、上記不具合を解消するために、このクランクケース内のブローバイガスを下流側にリリーフさせるリリーフ弁を設けている。この結果、クランクケース内圧の異常上昇を阻止し、シール部からのブローバイガスの漏れ発生を防ぐことができるという。
【特許文献１】実開昭６０−１４３１２２号公報（実用新案登録請求の範囲、本考案によって生じた特有の効果、図面）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の構成は、リリーフ弁を設ける点でブローバイガスの通路構造が複雑となってしまい、またコスト的にも不利になってしまっていた。加えて、リリーフ弁が故障した場合は交換が必要になり、ヘッドカバーにリリーフ弁を内蔵させるタイプの特許文献１のような内燃機関では、リリーフ弁の交換のためにヘッドカバーを外す等の大掛かりな作業が必要となってしまう。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
◆本発明の観点によれば、以下のように構成する、内燃機関が提供される。ブローバイガスからオイルを分離するためのフィルタと、前記フィルタでオイルを分離された後のブローバイガスをスロットルバルブの上流側へ導くための第１経路と、前記フィルタを通過する前のブローバイガスを前記スロットルバルブの下流側へ導くことが可能な第２経路と、前記第２経路を開閉するバルブと、を備える。
【０００９】
これにより、前記バルブを開くと、スロットルバルブの下流側の負圧によりブローバイガスはフィルタを通過する前に前記第２経路を流れ、これに伴って、吸気側の新気が第１経路からフィルタ側へ流れる。従って、新気がフィルタをブローバイガスの向きとは逆に流れるので、フィルタに付着したオイルや不純物を排出させることができる。このフィルタのリフレッシュ効果により、フィルタの圧力損失の増加、フィルタの目詰まりを防止できる。この結果、フィルタのメンテナンスの必要頻度を低減できる。
【００１０】
◆前記の内燃機関においては、前記ブローバイガスは、前記フィルタを下から上に通過するように構成することが好ましい。
【００１１】
この構成により、新気によるフィルタのリフレッシュ時には、その新気は、フィルタを上から下へ流れることになる。従って、フィルタの内部のオイルや不純物を、その自重と相俟って、確実かつスムーズにフィルタから排出させることができ、フィルタのリフレッシュを一層効果的に行える。
【００１２】
◆前記の内燃機関においては、エンジン始動時に前記バルブを開くように制御する制御手段を備えることが好ましい。
【００１３】
即ち、エンジン始動直後においてはブローバイガス中のオイルミスト量が少ないのが通常であるので、このタイミングで第２経路からブローバイガスをスロットルバルブの下流に戻すことで、フィルタのリフレッシュを効果的に行いつつ、同時に排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００１４】
◆前記の内燃機関においては、前記エンジンの冷却水の水温又はエンジンオイルの油温を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度以下のときに前記バルブを開くように制御することが好ましい。
【００１５】
これにより、オイルスラッジが発生しやすい低温時においてはバルブを開き、ブローバイガスを第２経路を介して戻す構成になっているので、オイルスラッジがフィルタに付着しにくくなり、フィルタの目詰まりを防止できる。また、エンジン温度が高い場合はブローバイガス中のオイルミスト量が増加するが、このときはバルブを閉じてブローバイガスをフィルタ及び第１経路を介して戻す構成になっているので、オイルを確実に分離でき、排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００１６】
◆前記の内燃機関においては、前記制御手段は、エンジン始動後、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度を上回ると、前記バルブを閉じるように制御することが好ましい。
【００１７】
これにより、エンジンの運転を開始してエンジン温度が上昇すると、バルブを閉じてブローバイガスをフィルタ及び第１経路を介して戻す構成になっているので、エンジン温度の上昇につれてブローバイガス中で増加するオイルを確実にフィルタで分離でき、排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００１８】
◆前記の内燃機関においては、前記フィルタはエンジンのヘッドカバー内に収納されていることが好ましい。
【００１９】
即ち、上記のように本発明はフィルタのメンテナンスの必要頻度を低減できることから、フィルタ内蔵型のエンジンに特に好適である。
【００２０】
◆前記の内燃機関においては、前記バルブを閉じると、前記第１経路を新気が逆流し、フィルタについているオイルを落とすことが好ましい。
【００２１】
この構成では、フィルタに付着したオイルを排出させることができるから、フィルタの圧力損失の増加、フィルタの目詰まりを防止でき、フィルタのメンテナンスの必要頻度を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体的な構成を示した模式図である。
【００２３】
図１に模式図を示すガスヒートポンプ用エンジン１は、図略のシリンダブロックと、このシリンダブロックの上面に取り付けられるシリンダヘッド３１と、このシリンダヘッド３１の上側を覆うヘッドカバー３２を有している。ヘッドカバー３２の内部空間は、ブローバイガスからオイルを分離するためのフィルタ２を収容するフィルタ室３と、このフィルタ室３の下側に形成されるロッカー室４と、に区画されている。
【００２４】
前記フィルタ室３は、ロッカー室４のブローバイガスを導入可能な導入口５を形成している。一方、フィルタ室３には第１ホース１１の一端が接続されており、この第１ホース１１の他端が、吸気側、具体的にはスロットルバルブ６の上流側に接続されている。
【００２５】
一方、前記ロッカー室４には第２ホース１２の一端が接続され、この第２ホース１２の他端は、スロットルバルブ６の下流側（インテークマニホールド９）に接続されている。また、第２ホース１２には、この第２ホース１２を通過するガスの流量を制御する流量制御弁７と、第２ホース１２の開閉を制御する開閉弁（バルブ）８と、が備えられている。流量制御弁７や開閉弁８は、エンジンコントロールユニット（制御手段）１４からの制御信号によって制御される。
【００２６】
シリンダブロックやシリンダヘッド３１には冷却水の循環のためのウォータージャケット１５が備えられており、このウォータージャケット１５に水温センサ（温度検出手段）１６が設置されている。水温センサ１６は、ウォータージャケット１５内の冷却水の温度を検知して、その温度に応じた信号を前記エンジンコントロールユニット１４へ送るようになっている。
【００２７】
以上の構成で、エンジンの通常の運転時におけるブローバイガスの流れを説明する。図２は通常動作時におけるブローバイガスの流れを示す図である。
【００２８】
即ち、クランクケース内のオイルミスト混じりのブローバイガスは、（プッシュロッド挿通孔等の）図示しない経路を経由して、ロッカー室４へ導かれる。ここで、本実施形態のエンジン１では、通常の運転時においては、エンジンコントロールユニット１４は前記開閉弁８を閉じるように制御する。従って、ロッカー室４のブローバイガスは第２ホース１２の通過を阻止されるので、導入口５を経由してフィルタ室３へ導入された後、フィルタ室３のフィルタ２を下から上へ通過することで内部のオイルミストを分離される。その後、ブローバイガスは、前記第１ホース１１を経由してスロットルバルブ６の上流側へ戻され、インテークマニホールド９からシリンダヘッド３１の図示しない燃焼室へ送られて再燃焼される。一方、フィルタ２によりブローバイガスから分離されたオイルは、フィルタ２の下面からオイル滴となって落下し、フィルタ室３から図示しない戻し経路を通ってオイルパンに戻される。
【００２９】
なお、上記エンジンコントロールユニット１４は、上述のとおり通常の運転時には開閉弁８を閉じるように制御するのであるが、エンジン始動時においては開閉弁８の制御が異なるので、以下詳細に説明する。図３はリフレッシュ動作時におけるブローバイガス及び新気の流れを示す図である。
【００３０】
即ち、エンジンが停止状態にあって、室内機よりエンジン始動要求信号が送信されたときは、この信号を受信したエンジンコントロールユニット１４は先ず、水温センサ１６で検出するウォータージャケット１５の冷却水の水温が６０℃以下であるか否かを判定する。
【００３１】
水温が６０℃以下であったときは、エンジンコントロールユニット１４はエンジンを始動するとともに、これとほぼ同時に開閉弁８を開く。すると、スロットルバルブ６の下流側の負圧により、ロッカー室４のブローバイガスは図３に示すように、第２ホース１２を経由してインテークマニホールド９に流れる。そして、この結果として生じる圧力差により、エアクリーナ１７から供給された新気は、第１ホース１１の内部を（前述のブローバイガスの向きとは逆向きに）流れ、ヘッドカバー３２内のフィルタ室３に導かれた後、フィルタ２を上から下に流れる。この結果、フィルタ２に含まれているオイルや不純物を強制的に排出させ（以下、この作用を「パージ」ないし「リフレッシュ」と称する）、オイルパンへ戻すことができる。
【００３２】
なおこのとき、流量制御弁７の開度は、スロットルバルブ６の開度とエンジン回転数等に応じてエンジンコントロールユニット１４によって適宜制御され、この結果、第２ホース１２を通過するブローバイガスの流量がコントロールされる。
【００３３】
ここで一般的には、温度の低いエンジン始動直後においては、オイルスラッジ（オイルの乳化）が発生しやすい。この点、本実施形態では、エンジン始動直後においてブローバイガスをフィルタ２を通過させずに第２ホース１２を介して戻すように制御しているので、オイルスラッジのフィルタ２への付着を防止でき、フィルタ２が目詰まりしにくい構成にできている。
【００３４】
そして、エンジン始動後にエンジンの温度が上昇し、ウォータージャケット１５の水温が６０℃を上回ったことが水温センサ１６によって検出されると、エンジンコントロールユニット１４は開閉弁８を閉じるように制御する。この結果、ブローバイガスは第２ホース１２を通過できなくなるので、ロッカー室４からフィルタ室３に入ってフィルタ２を通過し、第１ホース１１を介して吸気側に戻されることとなる。即ち、図２に示すブローバイガスの流れが再び実現される。
【００３５】
なお、この通常の動作（図２）の際、フィルタ２は前述の新気によるパージないしリフレッシュ作用によって、オイルや不純物を取り除かれた状態となっている。従って、ブローバイガス中のオイルミストを効率よく捕集できる。また、フィルタ２の目詰まりによる圧力損失からケース内圧が異常に上昇することもない。
【００３６】
また、エンジンを始動してしばらくして温度が上昇すると、上述のオイルスラッジの発生のおそれは減少し、一方でブローバイガス中のオイルミスト量が増加する。この点、本実施形態では、冷却水の温度の上昇を水温センサ１６で検知すると、フィルタ２のリフレッシュを終了し、開閉弁８を閉じて通常のオイル分離（図２）に移行するようにしているので、ブローバイガス中のオイルミストをフィルタ２によって確実に分離し、オイルやデポジットの問題を適切に回避できる。
【００３７】
なおエンジンコントロールユニット１４は、エンジン停止直後にエンジンを再始動した場合等、エンジン始動時においてウォータージャケット１５の水温が既に６０℃を超えている場合には、開閉弁８を閉じるように制御している。即ち、ブローバイガスにオイルミストが多く含まれる場合には、図３のリフレッシュは最初から行わず、図２のようなブローバイガスの流れを当初から作り出し、エンジン始動直後でもフィルタ２にブローバイガスを通過させるのである。この結果、燃焼室に流れるブローバイガスのオイル量を少なくできている。
【００３８】
なお、開閉弁８の開き制御は、上記ではエンジン始動がなされる毎にウォータージャケット１５の水温を水温センサ１６で調べ、その水温が６０℃以下であることを条件に行われている。しかしながら、他の制御も可能である。例えば、開閉弁８の開き制御が前回行われた時からの累積運転時間を調べ、この累積運転時間が所定時間（例えば１００時間）を超え、且つ水温が６０℃以下であることを条件に、エンジン始動時の開閉弁８の開き制御を行っても良い。あるいは、水温に関係なく、累積運転時間が所定時間を超えるごとに行っても良い。また、前記の所定温度は６０℃に限られず、エンジンの用途等によって、最適な温度条件を設定すれば良い。
【００３９】
図４はフィルタの圧力損失の変化をグラフで示すイメージ図であって、従来技術（前記の特許文献１）と本実施形態との比較が示されている。破線で示すように、従来技術の構成では、エンジンの運転に伴って、オイルや不純物がフィルタに蓄積され、フィルタの圧力損失は徐々に増加していく。ある程度までケース内圧が上昇すると前述のリリーフ弁が開いて圧力損失の上昇は止まるが、これ以降はフィルタによるブローバイガスからのオイル分離は行われず、排気ガスの悪化やデポジットの増加を招いてしまう。
【００４０】
一方、本実施形態では実線で示すように、所定のタイミング（エンジン始動時）で上記のリフレッシュを反復して行うことで、オイルや不純物をフィルタ２から強制的に排出させて、フィルタ２の圧力損失の上昇を抑制できている。例えば、ガスヒートポンプ用エンジンは朝の一定時刻にエンジンを始動し、夜の一定時刻にエンジンを停止するというタイマー制御が一般的に行われるが、この場合、毎日１回、朝の定刻になると、エンジン始動と同時に上記のフィルタ２のリフレッシュが行われることになる。
【００４１】
以上に示すように本実施形態の内燃機関は、ブローバイガスからオイルを分離するためのフィルタ２と、前記フィルタ２でオイルを分離された後のブローバイガスをスロットルバルブ６の上流側へ導くための第１ホース１１と、前記フィルタ２を通過する前のブローバイガスを前記スロットルバルブ６の下流側へ導くことが可能な第２ホース１２と、前記第２ホース１２のブローバイガスの流れを許容／停止可能な開閉弁８と、を備えている。
【００４２】
この構成で、エンジンコントロールユニット１４が開閉弁８を開くと、スロットルバルブ６の下流側の負圧によりブローバイガスはフィルタ２を通過する前に前記第２ホース１２を流れ、これに伴って、吸気側の新気が第１ホース１１からヘッドカバー３２のフィルタ室３へ流れる。従って、新気がフィルタ室３を（ブローバイガスの向きとは逆に）流れるので、フィルタ２に付着したオイルや不純物を排出させることができる。このフィルタ２のリフレッシュ効果により、フィルタ２の圧力損失の増加、フィルタ２の目詰まりを防止できる。この結果、フィルタ２のメンテナンスの必要頻度を低減でき、あるいはゼロ（メンテナンスフリー）にできる。また、本実施形態では上記のようにクランクケース内の圧力の異常上昇を防止できることから、特許文献１のようなリリーフ弁を備える必要がなく、エンジンをコンパクトにでき、製造コストを低減できる。
【００４３】
また本実施形態の内燃機関では、前記ブローバイガスは図２に示すように、前記フィルタ２を下から上に通過することでオイルミストを分離するように構成している。このようにフィルタ２内でのブローバイガスの流れを定めることで、図３のフィルタのリフレッシュ時には、第１ホース１１からフィルタ室３に導かれた新気が、フィルタ２を上から下へと流れ、フィルタ２の内部に蓄積されたオイルや不純物を、その自重と相俟ってスムーズにフィルタ２から排出させることができる。この結果、フィルタ２のリフレッシュ効果が一層良好になり、フィルタ２の圧力損失の増大を一層確実に抑制できる。
【００４４】
また本実施形態の内燃機関は、エンジンコントロールユニット１４が、エンジン始動時に前記開閉弁８を開くように制御している。従って、ブローバイガス中のオイルミスト量が少ないエンジン始動直後のタイミングで、ブローバイガスを第２ホース１２経由で（フィルタ２を通さずに）スロットルバルブ６の下流に戻すことで、上記のフィルタ２のリフレッシュを行いつつ、排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００４５】
また本実施形態の内燃機関は、エンジンの冷却水の水温を検出する水温センサ１６を備え、前記エンジンコントロールユニット１４は、前記水温センサ１６で検出された水温が所定温度（６０℃）以下のときに開閉弁８を開くように制御するようになっている。従って、オイルスラッジが発生しやすい低温時においては開閉弁８を開き、ブローバイガスを第２ホース１２を介して戻す構成になっているので、オイルスラッジがフィルタ２に付着しにくくなり、フィルタ２の目詰まりを防止できる。また、エンジン温度が高い場合はブローバイガス中のオイルミスト量が増加するが、このときは開閉弁８を閉じてブローバイガスをフィルタ２及び第１ホース１１を介して戻す構成になっているので、オイルを確実に分離でき、排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００４６】
また本実施形態では、前記エンジンコントロールユニット１４は、エンジン始動後、前記水温センサ１６で検出された水温が所定温度（６０℃）を上回ると、前記開閉弁８を閉じるように制御する。即ち、エンジンの運転を開始してエンジン温度が上昇すると、開閉弁８を閉じてブローバイガスをフィルタ２及び第１ホース１１を介して戻す構成になっているので、エンジン温度の上昇につれてブローバイガス中で増加するオイルを確実にフィルタ２で分離でき、排気ガスの悪化やデポジットの問題を回避できる。
【００４７】
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、上記の実施形態は更に以下のように変更して実施することができる。
【００４８】
（１）上記の実施形態では、第２ホース１２はロッカー室４からスロットルバルブ６の下流側へ接続する構成としているが、これに限らず、例えばシリンダブロックからスロットルバルブ６の下流側へ接続しても良い。要は、フィルタ２を通過する前のブローバイガスが、第２ホース１２を通過して、スロットルバルブ６の下流側へ流れることができる構成であれば良い。
【００４９】
（２）上記の実施形態では、ウォータージャケット１５の冷却水の温度を水温センサ１６で検出する構成としているが、この代わりに、エンジンオイルの油温を検出する油温センサを備え、この油温が所定温度以下のときに前記開閉弁８を開くようにエンジンコントロールユニット１４で制御する構成としても良い。
【００５０】
（３）エンジンコントロールユニット１４等の制御手段が、前回のエンジン停止時間を記憶するようにし、前回のエンジン停止時から一定の時間が経っている場合にはリフレッシュを行うという制御を行っても良い。
【００５１】
（４）フィルタ２がヘッドカバー３２内にあるタイプの内燃機関のみならず、外付けのオイル分離構造を有する内燃機関においても、本発明の適用は可能である。この場合、外付けのオイル分離構造の下流側に前記第１ホース１１を接続すれば良い。ただし、フィルタ内蔵型の内燃機関は、外付け型に対し、一般的にフィルタの交換作業が煩雑かつ困難である。従って、上記実施形態のようにフィルタ２を内蔵する内燃機関に本発明を適用した方が、本発明のメンテナンス低減効果がより有効に発揮されるので、好ましい。
【００５２】
（５）また、フィルタ２を縦置きとし、横方向にブローバイガスが通過するように構成しても良い。
【００５３】
（６）上記実施形態のエンジン１はガスヒートポンプ用のものであるが、例えばコージェネレーションシステム用のガスエンジンに対しても、本発明の適用は妨げられない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体的な構成を示した模式図。
【図２】通常動作時におけるブローバイガスの流れを示す図。
【図３】リフレッシュ動作時におけるブローバイガス及び新気の流れを示す図。
【図４】本実施形態の内燃機関における、累積運転時間と圧力損失の関係の例を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン
２  フィルタ
８  開閉弁（バルブ）
１１  第１ホース（第１経路）
１２  第２ホース（第２経路）
１４  エンジンコントロールユニット（制御手段）
１６  水温センサ（温度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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