JP2013167204A - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスに含まれる水分を有効活用することにより、吸気通路内でのデポジットの発生を抑制し、また、吸気通路内で発生したデポジットを除去することのできるブローバイガス処理装置を提供する。
【解決手段】内燃機関本体から吸気通路にブローバイガスを戻すためのブローバイガス通路を内管３２と外管３４との２重管構造とする。内管３２は外管３４よりも熱伝導率の低い材質で形成する。そして、内管３２と外管３４の両方にブローバイガスが流れるようにする。これによれば、内管３２内は温度が保たれるが外管３４内は周囲からの冷却が進むことになるので、外管３４内においてブローバイガスに含まれる水分の液化が促進され、外管３４内で生じた水５０が吸気通路内に供給されるようになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関本体からブローバイガス通路を介して吸気通路にブローバイガスを戻すように構成されたブローバイガス処理装置に関する。

自動車用の内燃機関には、クランクケースやシリンダヘッドで発生したブローバイガスを吸気通路に戻すためのブローバイガス処理装置が設けられている。ブローバイガス処理装置に関しては、かねてより様々な発明が提案されている。例えば特許文献１には、過給機付き内燃機関のブローバイガス処理装置に関する発明が開示されている。この公報に開示された発明では、吸気通路におけるコンプレッサの上流にブローバイガス通路が接続され、ブローバイガス通路を流れるガスをＥＧＲクーラによって冷却し、それにより液化したブローバイガス中の油分をミストセパレータによってブローバイガスから分離することが行われる。

また、ブローバイガス通路の構造に関しても様々な提案がなされている。特許文献２−４には、ブローバイガス通路を内管と外管とからなる２重管構造とした例が開示されている。このうち特許文献２に開示されたブローバイガス通路は、内管と外管の両方が熱伝導率の低い材質で形成され、両管の間に空気層からなる断熱層が設けられている。特許文献３に開示されたものでは、内管にブローバイガスが流され、外管にはエンジン冷却水が流されるようになっている。一方、特許文献４に開示されたものでは、内管と外管の両方にブローバイガスが流されるようになっている。

特開２００７−３０９２２９号公報 特開２００３−１２０２４４号公報 特開平０７−２０８１４２号公報 実開平０５−０３０４１０号公報

ところで、ブローバイガス処理装置では、ブローバイガスに含まれる油分が吸気通路に付着してデポジットとなる場合がある。特に、特許文献１に開示されているコンプレッサの上流にブローバイガスを戻す構成では、コンプレッサの出口温度が上昇する高負荷域においてデポジットが発生しやすい。コンプレッサの内部でのデポジットの発生は、コンプレッサ効率を低下させてコンプレッサの出口温度をさらに上昇させるため、デポジットの発生を加速させるという悪循環を生じさせる。

内燃機関の吸気効率の観点から、また、コンプレッサ効率の観点から、吸気通路内でのデポジットの発生は可能な限り抑えたいし、発生したデポジットは可能な限り除去したい。しかし、上記の特許文献も含め従来提案されているブローバイガス処理装置には、このような要望を満たす技術は採用されていない。特許文献１に開示されたブローバイガス処理装置の場合は、油分を液化させてミストセパレータによってブローバイガスから分離することにより吸気通路内への油分の流入は抑えられるものの、一旦流入した油分によるデポジットの発生を抑えたり、一旦発生したデポジットを除去したりできるようにはなっていない。

一方、本出願に係る発明者らは、本発明の創案過程において、上記の問題に対しては水の供給が有効であることを見出した。ブローバイガス中の油分に水が混ざることで油分の温度上昇を防いでデポジットの発生を抑えることができるだけでなく、水がデポジットに衝突することでデポジットを洗い流すことができる。デポジットの付着により効率が低下したコンプレッサに水を流入させることで、付着したデポジットが除去されてコンプレッサの圧力低下が回復することも実験により確認されている。

吸気通路内に適量の水を供給する方法として、本出願に係る発明者らは、油分と同じくブローバイガスに含まれている水分を有効活用することを検討した。内燃機関本体から発生するブローバイガスには、水蒸気の状態で相当量の水分が含まれている。よって、これを冷却して液化することにより液体状態の水を得ることができる。ただし、単にブローバイガス通路を冷却するだけでは、低温時にブローバイガス通路が凍結するといった別の問題を生じさせることになりかねない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ブローバイガスに含まれる水分を有効活用することにより、吸気通路内でのデポジットの発生を抑制し、また、吸気通路内で発生したデポジットを除去することのできるブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供するブローバイガス処理装置では、内燃機関本体、すなわち、クランクケースやシリンダヘッドで発生したブローバイガスを吸気通路に戻すためのブローバイガス通路が内管と外管との２重管構造とされている。そして、内管は外管よりも熱伝導率の低い材質で形成され、内管と外管の両方にブローバイガスが流れるように構成されている。これによれば、内管内は温度が保たれるが外管内は周囲からの冷却が進むことになるので、外管内においてブローバイガスに含まれる水分の液化が促進され、外管内で生じた水が吸気通路内に供給されるようになる。

なお、内管は水よりも熱伝導率の低い材質、例えば樹脂で形成されるのが好ましい。そのような材質の選択によれば、内管内の断熱性に関して特に高い効果を得ることができる。一方、外管は氷よりも熱伝導率の高い材質、例えば炭素鋼で形成されるのが好ましい。そのような材質の選択によれば、外管内の冷却性に関して特に高い効果を得ることができる。

本発明によれば、吸気通路内でのデポジットの発生の抑制と、吸気通路内で発生したデポジットの除去において、ブローバイガスに含まれる水分を有効活用することができる。

本発明の実施の形態においてブローバイガス処理装置が適用された内燃機関の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるブローバイガス通路の横断面図である。 本発明の実施の形態にかかるブローバイガス通路の常温時の内部状態を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態にかかるブローバイガス通路の低温時の内部状態を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態にかかるブローバイガス通路の内管の支持方法の具体例を示す図である。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本実施の形態において本発明のブローバイガス処理装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。この内燃機関では、内燃機関本体２はガソリンエンジンとして構成されている。内燃機関本体２には、吸気マニホールド４を介して吸気通路１０が接続され、排気マニホールド６を介して排気通路２０が接続されている。吸気通路１０においてエアクリーナ１４の下流にはターボ過給機のコンプレッサ１２が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１２の下流にはインタークーラ１６とスロットルバルブ１８が設けられている。一方、排気通路２０にはターボ過給機のタービン２２が取り付けられている。タービン２２にはそれを迂回するウエストゲートバルブ２４が付設されている。排気通路２０においてタービン２２の下流には触媒装置２６とマフラー２８が設けられている。このエンジンシステムでは、内燃機関本体２のクランクケースやシリンダヘッドで発生したブローバイガスは、ブローバイガス通路３０を介して吸気通路１０におけるコンプレッサ１２の上流に戻されるようになっている。

図２は、図１に示すブローバイガス通路３０の横断面図である。ブローバイガス通路３０は内管３２と外管３４との２重管構造とされている。ブローバイガスは内管３２と外管３４の両方を流れるようになっている。

内管３２は外管３４よりも熱伝導率の低い材質で形成されている。具体的には、内管３２は樹脂で形成され、外管３４は炭素鋼で形成されている。樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫと低く、これは水の熱伝導率（０．５８Ｗ／ｍＫ）よりも低い。よって、内管３２はその内部を流れるブローバイガスへの断熱材として機能する。一方、炭素鋼の熱伝導率は約４０Ｗ／ｍＫと高く、これは氷の熱伝導率（２．２Ｗ／ｍＫ）よりもはるかに高い。よって、外管３４はその内部を流れるブローバイガスからの放熱を促してその温度を低下させ、ブローバイガスに含まれる水分を液化させる冷却層として機能する。

上記のように構成されたブローバイガス通路３０の作用について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、ブローバイガス通路３０の常温時の内部状態を示す縦断面図である。図４は、ブローバイガス通路３０の低温時の内部状態を示す縦断面図である。各図において符号４０で示す矢印は内管３２内のブローバイガスの流れであり、符号４２で示す矢印は外管３４内のブローバイガスの流れである。

まず、常温時における作用について図３を用いて説明する。常温時には、外管３４を熱伝導率の高い材質で形成したことにより、外管３４を流れるブローバイガスからの放熱が促され、外管３４内ではブローバイガスに含まれる水蒸気が液化する。こうして、外管３４内には水５０が生じることになって、この水５０が吸気通路１０におけるコンプレッサ１２の上流に供給されることになる。液体状態の水が吸入空気とともにコンプレッサ１２の内部に流入し、コンプレッサ１２の内部に発生しているデポジットに水が衝突することによって、デポジットは剥離してコンプレッサ１２から除去される。

低温時には、外管３４の内側から外側への放熱がさらに促進される。そして、図４の（ａ）に示すように、外管３４内を流れるブローバイガスに含まれる水分が凍結して氷５２が発生する。水分を含むブローバイガスが流れこむことで氷５２は成長していき、やがて、図４の（ｂ）に示すように、外管３４の内側の流路を完全に閉塞する。ブローバイガスの流路が氷５２で閉塞されると、ブローバイガスの流れが止まって水分の流入がなくなるために、氷５２の成長はそこで停止する。

一方、内管３２の内側は、内管３２を熱伝導率の低い材質、つまり、断熱性の高い材質で形成したことにより、外側への放熱は抑えられている。さらに、氷５２の熱伝導率は外管３４を形成する炭素鋼の熱伝導率よりも低いため、外管３４の内側に形成された氷５２の層は内管３２に対して断熱層として作用する。これにより、内管３２の内側では水分が凍結して氷が発生するようなことはなく、外管３４が氷５２により閉塞されている場合であっても内管３２内ではブローバイガスの流通は維持される。

なお、図４に示すケースでは、水分が氷５２となって外管３４内に停まることで、吸気通路１０への液体状態の水の供給は減少或いは停止する。しかし、外管３４内が凍結するほどに外気温が低い場合は、コンプレッサ１２に流入する空気の温度も下がっている。このため、内燃機関が高負荷になっていたとしてもコンプレッサ１２の内部温度は低いままであり、水の流入が減少或いは停止したとしてもデポジットが発生することはない。

最後に、ブローバイガス通路３０における内管３２の支持方法について図５を用いて説明する。図５には、内管３２の支持方法の具体例として、（ａ）〜（ｆ）の６つの例が示されている。例（ａ）では、外管３４に対して内管３２を浮かせるように弾性素材製の支持部材６０によって複数方向から内管３２を支持している。例（ｂ）では、弾性素材製の支持部材６２により外管３４の内壁に内管３２を押し当てるようにして内管３２を支持している。例（ｃ）では、外管３４に対して内管３２を浮かせるように金属或いは樹脂製の支持部材６４によって両側から内管３２を支持している。例（ｄ）では、金属或いは樹脂製の支持部材６６により外管３４の内壁に内管３２を押し当てるようにして内管３２を支持している。例（ｅ）では、例（ｄ）とは別形状の金属或いは樹脂製の支持部材６８により内管３２を支持している。そして、例（ｆ）では、弾性素材の部品と金属或いは樹脂製の部品とを組み合わせてなる支持部材７０により内管３２を支持している。本実施の形態においては、これらの例のどの支持方法を採用してもよい。

以上、本発明の１つの実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、ブローバイガス通路３０の全区間において２重管構造とするのではなく、吸気通路１０に接続される出口付近については１重管構造、すなわち、外管３４のみとしてもよい。また、内管３２の内部と外管３４の内部とを完全に分離するのではなく、内管３２の内部と外管３４の内部とを接続する穴を内管３２の管壁に設けてもよい。

また、本発明はガソリンエンジン以外の内燃機関、例えばディーゼルエンジンにも適用することができるし、過給機付きの内燃機関ではなく自然吸気型の内燃機関にも適用することができる。

２ 内燃機関本体
１０ 吸気通路
１２ コンプレッサ
３０ ブローバイガス通路
３２ 内管
３４ 外管
４０ 内管内のガスの流れ
４２ 外管内のガスの流れ
５０ 水
５２ 氷
６０，６２，６４，６６，６８，７０ 支持部材

Claims (4)

1. 内燃機関本体からブローバイガス通路を介して吸気通路にブローバイガスを戻すように構成された内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
   前記ブローバイガス通路は内管と外管との２重管構造をなし、前記内管は前記外管よりも熱伝導率の低い材質で形成され、前記内管と前記外管の両方にブローバイガスが流れるようになっていることを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
2. 前記内管は水よりも熱伝導率の低い材質で形成され、前記外管は氷よりも熱伝導率の高い材質で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
3. 前記内管は樹脂で形成され、前記外管は炭素鋼で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
4. 前記内燃機関は過給機付き内燃機関であり、前記ブローバイガス通路は前記吸気通路におけるコンプレッサの上流に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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