JP2014159746A - ブローバイガス還元装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンから排出されるブローバイガスに含まれる水分の凍結を、極寒地においても確実に融解して、低コストにてブローバイガスホースの閉塞を防止するブローバイガス還元装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１のブローバイガス還元装置であって、内燃機関に過給するターボチャージャ２と、内燃機関の冷却液Ｒを分流させて、ターボチャージャを冷却後、ウォータポンプ６３に戻す冷却液Ｒによってブローバイガスを加温する加温手段と、ブローバイガスをターボチャージャの上流側の吸気管２４に導入するブローバイガスホース３と、を備え、ブローバイガスホースと吸気管とが連結した導入部３３を、加温手段にて加温して、導入部の内部で凍結した凝縮水を融解するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガスを吸気系路に導入する管路で、ブローバイガスに含まれる水分が凍結するのを防止するブローバイガス還元装置に関する。

一般に、内燃機関のピストンとシリンダとの間には、ピストンが滑らかに摺動可能とするために、所定の隙間が設けられている。この隙間を埋めるためピストンには複数のピストンリングが、ピストンの摺動方向に間隔を有して配設されている。ピストンリングは、ピストンに設けられたピストンリング溝に嵌入され保持されている。
このピストンリングは、直径方向に拡開する弾性力を有し、この弾性力によってシリンダの内周面に密着して、ピストンと共にシリンダの軸線方向に摺動する。
このようにして、ピストン上面の燃焼室で高圧になった燃焼ガス及びピストンの圧縮工程時の未燃焼ガスがクランクケース内に流出しないようになっている。

しかしながら、ピストンリングとピストンリング溝との嵌合は、ピストンリングの熱変形を考慮して、多少の隙間を有して嵌入されている。
従って、ピストン上面の高圧ガスは、この隙間をからクランクケース側に漏洩し、所謂ブローバイガスと称されている。
ブローバイガスは未燃炭化水素（ＨＣ）と、水分を多く含んでいる。
ブローバイガスがクランクケース内に溜まると、クランクケース内の圧力が上昇し、ピストンの背面側に圧力として作用し、内燃機関の内部抵抗となるため、放出する必要がある。
ところが、未燃炭化水素（ＨＣ）がそのまま大気に放出されると、環境に悪い影響を与えるため、このブローバイガスは吸気系路に混入させて、内燃機関の燃焼室で燃焼させている。

ところが既述の通り、ブローバイガスは未燃炭化水素（ＨＣ）と、水分を多く含んでいる。
ブローバイガスは、内燃機関から導出されて、吸気系路に導入されるまでの間に、水分が凝縮して、ブローバイガス導入部材の内部に貯溜する。
極寒地においては、この貯溜した凝縮水が凍結し、ブローバイガスの流通を阻害又は、ブローバイガス導入部材の内部通路を閉塞して、ブローバイガスを吸気系路に導入することができない状態になる場合があった。

このような対応として、特許文献１が開示されている。
特許文献１によると、インテークマニホールドにブローバイガス導入ホースが接続される樹脂製のインマニ側ユニオンを一体的に設けたブローバイガス通路の凍結防止構造において、ブローバイガス通路を構成するパイプの外周に、加温パイプを固着し、該加温パイプをエンジンとラジエータとを連通するウォータパイプと連通させて、加温パイプの内部にエンジン側の冷却液を流入させた技術開示が成されている。

特開２００８−２１５１９１号公報

一般に内燃機関の冷却系統は、エンジンが十分に温まらない時は、冷却液が内燃機関内を巡廻させて、冷却液の早期昇温をさせているので、ラジエータ側には流れない構造になっている。
冷却水が十分に昇温し、サーモスタットが開くとエンジンからラジエータに冷却水が流れる。
ところが、特許文献１によると、ウォータパイプをエンジンとラジエータとを連結した構造となっている。
この構造は、エンジンからラジエータに冷却液が流れる時に、ウォータパイプに冷却液が流れ、加温パイプにてブローバイガス通路のパイプを加温するものである。
従って、極寒地においては、冷却水の温度が十分に温まらない場合があり、サーモスタットが開閉を繰返すことがある。
その場合は、冷却液はウォータパイプ内を流れる場合と、流れない場合とが繰返される。
このような状況では、冷却水の温度が十分に高くならないので、ブローバイガス通路を十分に加温できない要因を有している。

本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、エンジンから排出されるブローバイガスに含まれる水分の凍結を、極寒地においても確実に融解して、ブローバイガスホースの閉塞を低コストにて防止するブローバイガス還元装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明によれば、内燃機関のクランクケース内に漏洩したブローバイガスを吸気系路の吸気管に還元させるブローバイガス還元装置であって、
前記内燃機関から排出される排ガスによって駆動され、吸気を圧縮して前記内燃機関に過給するターボチャージャと、
前記内燃機関を冷却する冷却液を前記内燃機関から分流させて、前記ターボチャージャを冷却後、前記内燃機関のウォータポンプに戻る前記冷却液によって前記ブローバイガスを加温する加温手段と、
前記ブローバイガスを前記ターボチャージャのコンプレッサ上流側の前記吸気管に導入するブローバイガス導入部材と、を備え、
前記ブローバイガス導入部材と前記吸気管とが連結した導入部を、前記加温手段にて加温することにより、前記導入部の内部で凍結した凝縮水を融解するようにしたことを特徴とするブローバイガス還元装置の提供ができる。

本発明によると、内燃機関を冷却した冷却液の一部を分流させて、ターボチャージャを冷却し、ターボチャージャにて更に昇温した冷却液にて、ブローバイガス導入部材と吸気管との導入部を加温するようにしたので、当該導入部にて凍結した凝縮水を融解すると共に、凍結によるブローバイホースの閉塞を効果的に防止できる。
加温手段の冷却液は、内燃機関から分流して、内燃機関のウォータポンプに戻る構造なので、サーモスタットが開いていない時にも、導入部を加温することができる。
更に、凍結防止の熱源として、内燃機関の冷却液を分流させて行う構造なのでコストの抑制を図ることができる。

また、本発明において好ましくは、前記導入部は、吸気管に固着され、前記ブローバイガス導入部材が連結されるコネクタを備え、前記コネクタは銅材にて製造されるとよい。

このような構成にすることにより、コネクタは熱伝導率が高い銅材にて製造されている。
従って、コネクタは、ターボチャージャを冷却して高温になった冷却液によって加温されるので、コネクタ内部で凍結した凝縮水は、効率よく融解される。

また、本発明において好ましくは、前記導入部は、前記吸気管と前記コンプレッサとの連結部近傍の吸気管に配設されるとよい。

このような構成にすることにより、導入部を吸気管とコンプレッサとの連結部近傍に配設したので、ターボチャージャを冷却した冷却液の自然放熱を最小限に抑制でき、導入部の加温効果が向上する。

また、本発明において好ましくは、前記コネクタは直線状に形成されているとよい。

このような構成にすることにより、ブローバイガスは水分を多く含んでいる。従って、屈曲部を流れる際に、比重の大きい水分はブローバイガス中から分離し易くなり、凍結につながり易くなる。
従って、コネクタを直線状にすることにより、ブローバイガスを吸気管に導入され易くすることで、凝縮水の発生に伴う凍結が防止される。

また、本発明において好ましくは、前記コネクタの外周面には、前記冷却部材の軸線方向断面形状の外周部と略同じ曲率の凹溝が周方向に沿って形成されているとよい。

このような構成にすることにより、コネクタの外周面に、冷却部材の軸線方向断面形状の外周部と略同じ曲率の凹溝が、コネクタ外周の周方向に沿って形成されているので、冷却部材とコネクタとの接触面積が多くなり、冷却部材からコネクタに伝わる熱量が多くなり、効果的な凍結及び融解が可能となる。

本発明によれば、エンジンから排出されるブローバイガスに含まれる水分の凍結を、極寒地においても確実に融解すると共に、ブローバイホースの閉塞を低コストにて防止するブローバイガス還元装置を提供できる。

本発明の実施形態におけるブローバイガス還元装置を有する内燃機関の全体概略構成図を示す。 本発明の実施形態における冷却系統の概略説明図を示す。 （Ａ）は図２のＺ部の拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図を示す。 吸気管のコネクタ形状の変形例を示す。 （Ａ）はコネクタの取付部詳細形状図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視図を示す。 従来のコネクタ取付部形状図を示す。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施形態におけるブローバイガス還元装置を有する内燃機関の全体概略構成図を示す。
符号１は自動車用の内燃機関本体（以後内燃機関と略称する）であり、内燃機関１は、ピストン１１ａ、ピストン１１ａの上下運動を回転運動に変換するクランクシャフト１１ｂ、ピストン１１ａが内部を軸線方向に往復摺動するシリンダ１１ｃを内蔵するクランクケース１１、クランクケース１１の上部に吸排気流通路及び燃焼室１２の一部を構成するシリンダヘッド１６、該シリンダヘッド１６の上部にはロッカーカバー１３等を備えられている。
ロッカーカバー１３の内部には、燃焼室に吸気の導入、導入停止を行う吸気バルブ１６ａ及び、燃焼ガスの排出、排出停止を行う排気バルブ１６ｂの動作を行うバルブ駆動システム（図示省略）が配設されている。

符号２はターボチャージャである。ターボチャージャ２は、内燃機関１の燃焼室１２で燃焼した排気ガスを排出する排気マニホールド１４に取付けられている。
ターボチャージャ２は、排気マニホールド１４を介して排気タービン２１に排ガスを導入し、排気タービン２１は排ガスの圧力によって高速回転する。
排気タービン２１を駆動した排ガスは排気管２３に配設された排ガス浄化装置（図示省略）によって浄化され、大気に放出される。
燃焼室１２に吸気を供給する吸気系路は、吸込んだ吸気の塵挨を除去するエアクリーナ２３と、エアクリーナ２３で清浄化された吸気を排気タービン２１と同軸に配設されたコンプッレッサ２２に導入する吸気管２４と、コンプッレッサ２２と、コンプッレッサ２２において、排気タービン２１の回転力によって圧縮された吸気を、燃焼室１２に導入する吸気マニホールド１５とで構成されている。

内燃機関１が稼働すると、ピストン１１ａとシリンダ１１ｃとの隙間から未燃炭化水素（ＨＣ）がクランクケース１１のピストン背面側に漏洩してくる。
漏洩した未燃炭化水素（ＨＣ）は、クランクケース１１に設けられたブローバイガス排出路（図示省略）を通って、ロッカーカバー１３内に流出する。
ロッカーカバー１３内に集められたブローバイガスは、ブローバイガス導入部材であるブローバイホース３と、吸気管２４に配設され、ブローバイホース３が連結されるコネクタ３１とで構成される導入部３３から吸気管２４に導入される。

導入部３３はコンプレッサ２２の吸気系路上流側で且つ、コンプレッサ２２に近接した吸気管２４に配設されている。
コネクタ３１は、後述する加温パイプが取付けられるので、熱伝導性が高い材質で製造されている。
本実施形態の場合は、熱伝導性が高い銅材を使用したが、アルミニウム等でもよい。

符号５は加温手段である。加温手段５は、クランクケース１１のシリンダヘッド内を冷却する冷却系路とターボチャージャ２と連結して、ターボチャージャ２に冷却液Ｒを圧送する第１加温ホース５１と、ターボチャージャ２とコネクタ３１に固着されたＵ字状の加温パイプ５４の一方に連結された第２加温ホース５２と、加温パイプ５４と、加温パイプ５４の他方とクランクケース１１のウォータポンプ６３（図２参照）に連結したと第３加温ホース５３で構成されている。

図２は、内燃機関１の実施形態における冷却系統の概略構成図を示す。
内燃機関１は、クランクケース１１内を冷却するクランクケース冷却部１８と、クランクケース１１の上部に配置されているシリンダヘッド１６内を冷却するシリンダヘッド冷却部１９が構成されている。

内燃機関１が始動した状態で、内燃機関１を冷却する冷却液Ｒが規定温度に達していない場合の冷却液Ｒの流路を説明する。
内燃機関１のクランクシャフト１１ｂの回転に連動してウォータポンプ６３が駆動される。
冷却液Ｒは、ウォータポンプ６３の駆動によって、クランクケース冷却部１８内を循環して、クランクケース１１内を冷却する。
クランクケース冷却部１８内を循環した冷却液Ｒは、冷却液流出口１８ａからシリンダヘッド冷却部１９に圧送される。
冷却液Ｒは、シリンダヘッド冷却部１９内を循環して、シリンダヘッド１６を冷却する。
この場合、冷却液Ｒの温度は規定温度に達していないので、サーモスタット６２は第１流入口６２ａ側が閉じ、第２流入口６２ｂは開放された状態となっている。
従って、冷却液Ｒの主流は、ラジエータ側流出口１９ａからサーモスタット６２の第２流入口６２ｂ側に流れ（点線）、流出口６２ｃからウォータポンプ６３側へ流れる。

一方、冷却液Ｒによるブローバイガス加温の場合、シリンダヘッド冷却部１９内を冷却した冷却液Ｒの一部は、シリンダヘッド冷却部１９のブローバイガス加温側出口１９ｂから第１加温ホース５１を介してターボチャージャ２側へ流出する。
ターボチャージャ２の排気タービン２１は高温の排ガスに曝されている。
従って、冷却液Ｒは、ターボチャージャ２を冷却することにより、冷却液温度が更に上昇する。
ターボチャージャ２を冷却した冷却液Ｒは、第２加温ホース５２によって、加温パイプ５４に流入する。
加温パイプ５４は、銅材で形成されており、同じ銅材で形成されているコネクタ３１に対し、熱伝導を効率よく行える。
加温パイプ５４でコネクタ３１と熱交換した冷却液Ｒは第３加温ホース５３を介してクランクケース１１に配設されているウォータポンプ６３に戻る。

内燃機関１の暖機運転が終了して、冷却液Ｒの温度が規定値以上になった場合は、サーモスタット６２の第２流入口６２ｂ側が閉塞され、第１流入口６２ａ側が開放される。
従って、ウォータポンプ６３にて圧送された冷却液Ｒは、クランクケース冷却部１８→シリンダヘッド冷却部１９の順に流れ、ラジエータ側流出口１９ａから第１ラジエータホース６１ａ→ラジエータ６１→第２ラジエータホース６１ｂの順に流れ、サーモスタット６２の第１流入口６２ａを通ってウォータポンプ６３側へ流れる。
ブローバイガスの加温装置側の冷却液Ｒの流通系路は、冷却液Ｒの温度が規定値以下の場合と同じなので省略する。
符号６５はリザーバタンクである。
リザーバタンク６５は、冷却水Ｒが熱によって膨張した時に、圧力調整キャップ６４を介して、冷却液Ｒをリザーバタンク６５に貯溜（逃がす）し、冷却液Ｒが冷えて、体積が収縮した時には、圧力調整キャップ６４を介して、リザーバタンク６５の冷却液Ｒを冷却系路に補充する作用を有している。

図３（Ａ）は図２Ｚ部の部分拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図を示す。
コネクタ３１は、既述の通り銅材で形成されている。
コネクタ３１には、同じ材質の銅材で、Ｕ字状に形成された加温パイプ５４が固着されている。
Ｕ字状の底部はコネクタ３１の外周に接触（線接触）するように形成されている。
コネクタ３１の外周と加温パイプ５４との接触部（線接触）の加温パイプ５４の両側（コネクタ３１の軸線方向）のＶ字状の隙間Ｗをロー付けしてある。
ロー付けは、図３（Ａ）に記載したＬ範囲とした。
また、コネクタ３１の外周と加温パイプ５４との接触部とをロー付けとした理由は、ロー材が接触部への浸入性が高く、コネクタ３１の外周と加温パイプ５４との接触面積が大きくなり、熱伝導量を多くすることである。
これは、加温パイプ５４とコネクタ３１との接触面積を増大させて、熱交換量を増大させるためである。

図４はコネクタの変形例を示すもので、コネクタ３５の外周部に、加温パイプ５４の外形と略同じ曲率で、断面半円形状の溝３５ａが周方向に形成されている。
図示省略してあるが、この場合においても、加温パイプ５４とコネクタ３５との接触部に生じるＶ字状の隙間Ｗ部をロー付けしてある。
加温パイプ５４とコネクタ３５との接触面積を更に増大させて、熱交換量を増大させるためである。

図５（Ａ）はコネクタの取付部詳細形状図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視図を示し、図６は従来のコネクタ取付部形状図を示す。
従来コネクタ３８は、ターボチャージャ２のコンプレッサ２１の吸気系路上流側で、コンプレッサ２１から離れた位置の吸気管２４に配設されている。
さらに、ブローバイホース３は、Ｌ型のコネクタ３８に連結している。
図１に示したように、ブローバイホース３は図１の状態において、内燃機関１の右側から左側に、内燃機関１の上方を横切った状態では配索されている。
これは、内燃機関１の左側には排気マニホールド１４に装着されたターボチャージャ２が配設され、ターボチャージャ２を冷却する冷却配管が配置されている。
従って、車載上の制約等を考慮してやむなくブローバイホース３の配索構造となっている。

既述の通り、ブローバイガスは、多くの水分を含んでいる。ブローバイガスが屈曲部を流れる際、屈曲部の内側と外側では流速が変わり、含まれている水分同士が衝突しあい凝縮して水滴になり易くなる。
更に、ロッカーカバー１３から吸気管２４までのブローバイホース３の長さが長くなると、極寒地において、ブローバイガスの冷却が進行する。
また、極寒地においては、水蒸気状態で凍結し、夫々の微細は凍結粒が互いに結合しながら成長する。
従って、ブローバイホース３内の水滴は、急速に凍結して成長する。
特に、コネクタ３８はＬ型形状をしているため、コネクタ３８内は凝縮水が溜まり易く且つ、凍結する。

図５（Ａ）は、本実施形態におけるコネクタの取付部詳細形状図で、車載時の平面視を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視図を示す。
図５（Ａ）及び（Ｂ）からも判断できるように、ブローバイホース３は略直線状にターボチャージャ２の近傍まで延在して、斜め下方へ屈曲した配索構造になっている。
ブローバイホース３が連結するコネクタ３１を直線状にすると共に、ターボチャージャ２のコンプレッサ２２の入口近傍の吸気管２４に配設した。
コネクタ３１を直線状にすることにより、コネクタ３１の全体形状をコンパクトにすると共に、加温パイプ５４を固着するスペースが確保できるようにした。

このような構造にすることにより、内燃機関１を冷却した冷却液Ｒの一部を分流させて、ターボチャージャ２を冷却し、ターボチャージャにて更に昇温した冷却液Ｒにて、ブローバイホース３と吸気管２４とのコネクタ３１を加温するようにしたので、コネクタ３１内の凍結した凝縮水Ｒを融解すると共に、凍結によるブローバイホースの閉塞を効果的に防止できる。
更に、凍結防止の熱源として、内燃機関の冷却液を分流させて行う構造なのでコストの抑制を図ることができる。

内燃機関のブローバイガスを吸気系路に導入する管路で、ブローバイガスに含まれる水分が凍結するのを防止するブローバイガス還元装置に利用できる。

１ 内燃機関
２ ターボチャージャ
３ ブローバイホース（ブローバイガス導入部材）
５ 加温手段
１１ クランクケース
１２ 燃焼室
１３ ロッカーカバー
１４ 排気マニホールド
１５ 吸気マニホールド
１６ シリンダヘッド
２１ 排気タービン
２２ コンプレッサ
２３ エアクリーナ
２４ 吸気管
３１、３５ コネクタ
３３ 導入部
５１ 第１加温ホース（加温手段）
５２ 第２加温ホース（加温手段）
５３ 第３加温ホース（加温手段）
５４ 加温パイプ（加温手段）
６３ ウォータプンプ

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクケース内に漏洩したブローバイガスを吸気系路の吸気管に還元させるブローバイガス還元装置であって、
   前記内燃機関から排出される排ガスによって駆動され、吸気を圧縮して前記内燃機関に過給するターボチャージャと、
   前記内燃機関を冷却する冷却液を前記内燃機関から分流させて、前記ターボチャージャを冷却後、前記内燃機関のウォータポンプに戻る前記冷却液によって前記ブローバイガスを加温する加温手段と、
   前記ブローバイガスを前記ターボチャージャのコンプレッサ上流側の前記吸気管に導入するブローバイガス導入部材と、を備え、
   前記ブローバイガス導入部材と前記吸気管とが連結した導入部を、前記加温手段にて加温することにより、前記導入部の内部で凍結した凝縮水を融解するようにしたことを特徴とするブローバイガス還元装置。
2. 前記導入部は、吸気管に固着され、前記ブローバイガス導入部材が連結されるコネクタを備え、前記コネクタは銅材にて製造されていることを特徴とする請求項１記載のブローバイガス還元装置。
3. 前記導入部は、前記吸気管と前記コンプレッサとの連結部近傍の前記吸気管に配設されたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のブローバイガス還元装置。
4. 前記コネクタは直線状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブローバイガス還元装置。
5. 前記コネクタの外周面には、前記冷却部材の軸線方向断面形状の外周部と略同じ曲率の凹溝が周方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブローバイガス還元装置。

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