JP2020008005A - 内燃機関のブローバイガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルセパレータを通過したブローバイガスに含まれるオイルに起因するコンプレッサのコーキング異常を抑制できる内燃機関のブローバイガス還流装置を提供する。【解決手段】ブローバイガス還流装置１００は、吸気通路１０に接続されたブローバイガス通路３０と、ブローバイガス通路３０に設けられたオイルセパレータ４０と、オイルセパレータ４０とターボチャージャ２０のコンプレッサ２１との間に位置する吸気通路１０及びブローバイガス通路３０の少なくとも何れか一方に設けられ、ブローバイガスＢに含まれるオイルを吸着し、オイルの粒径を拡大させて脱離するように構成された吸着脱離部材５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関のブローバイガス還流装置、特に、ターボ過給式内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。

ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを吸気通路に環流させるブローバイガス環流装置が公知である。また、ターボチャージャのコンプレッサを吸気通路に備えたターボ過給式内燃機関も公知である。

特開２０１４−２３８０３２号公報

吸気通路におけるコンプレッサの上流側の位置に、ブローバイガスを環流させるブローバイガス通路が接続されることがある。この場合、ブローバイガスに混入したオイルも吸気通路に環流され、このオイルに起因してコンプレッサにコーキング異常が発生することがある。

また、ブローバイガスに混入したオイルのうち、主に粒径の大きいオイルは、ブローバイガス通路に設けられたオイルセパレータで分離されるが、主に粒径の小さいオイルは、オイルセパレータで分離されずに通過してしまう。そして、粒径が小さいオイルは、粒径の大きいオイルに比べてコンプレッサの熱で容易に熱変性するので、コーキング異常を発生させ易い。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、オイルセパレータを通過したブローバイガスに含まれるオイルに起因するコンプレッサのコーキング異常を抑制できる内燃機関のブローバイガス還流装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、内燃機関のブローバイガス還流装置であって、前記内燃機関は、吸気通路と、前記吸気通路に設けられたターボチャージャのコンプレッサと、を備え、前記ブローバイガス還流装置は、前記コンプレッサの上流側の位置において前記吸気通路に接続されたブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路に設けられ、前記ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータと、前記オイルセパレータと前記コンプレッサとの間に位置する前記吸気通路及び前記ブローバイガス通路の少なくとも何れか一方に設けられ、前記オイルセパレータを通過したブローバイガスに含まれるオイルを吸着し、オイルの粒径を拡大させて脱離するように構成された吸着脱離部材と、を備えたことを特徴とするブローバイガス還流装置が提供される。

好ましくは、前記吸気通路は、前記ブローバイガス通路が接続される接続部を有し、前記吸着脱離部材は、前記接続部における前記ブローバイガス通路側と反対側の内周面に設けられる。

好ましくは、前記吸気通路及び前記ブローバイガス通路の少なくとも一方には、曲がり部が形成され、前記吸着脱離部材は、前記曲がり部におけるアウトコーナー側の内周面に設けられる。

好ましくは、前記吸着脱離部材は、不織布により形成される。

本開示によれば、オイルセパレータを通過したブローバイガスに含まれるオイルに起因するコンプレッサのコーキング異常を抑制することができる。

実施形態の構成を示す概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 実施形態の作用効果を示すグラフである。 第１変形例を示す概略図である。 第２変形例を示す概略図である。 第３変形例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本開示の実施形態の構成を示す概略図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。これら図中において、白抜き矢印Ａは、内燃機関１の吸気の流れを示し、網掛け矢印Ｂは、内燃機関１のブローバイガスの流れを示す。なお、これら図中に示す上下左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないものである。

図１に示すように、内燃機関１は、車両（不図示）に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。

内燃機関１は、吸気通路としての吸気管１０と、吸気管１０に設けられたターボチャージャ２０のコンプレッサ２１と、を備える。なお、内燃機関１は、エンジン本体（不図示）と、排気管（不図示）等の排気系部品とを備えるが、ここでは説明を省略する。

吸気管１０の上流端には、吸気Ａに含まれるダスト等を取り除くためのエアクリーナ２が接続される。また、吸気管１０の下流端は、吸気マニホールド（不図示）を介してエンジン本体のシリンダヘッドに接続される。

また、図１及び図２に示すように、本実施形態の吸気管１０は、後述するブローバイガス管３０が接続される接続部１１を有する。なお、本実施形態の接続部１１は、図１に示す二点鎖線ａ１，ａ２の間の部分とする。また、接続部１１の軸方向の中央部分には、ブローバイガス管３０からブローバイガスＢを導入するためのガス入口１１ａが形成される。

ターボチャージャ２０は、排気管を流れる排気により回転駆動されるタービン（不図示）と、タービンの回転力により回転駆動されるコンプレッサ２１と、を備える。コンプレッサ２１は、コンプレッサハウジング２１ａと、コンプレッサハウジング２１ａ内に回転可能に設けられたコンプレッサホイール２１ｂと、を備える。

内燃機関１のブローバイガス還流装置１００は、コンプレッサ２１の上流側の位置において吸気管１０に接続されたブローバイガス管３０を備える。また、ブローバイガス還流装置１００は、ブローバイガス管３０に設けられ、ブローバイガスＢからオイルを分離するためのオイルセパレータ４０を備える。

また、ブローバイガス還流装置１００は、オイルセパレータ４０とコンプレッサ２１との間に位置する吸気管１０及びブローバイガス管３０の少なくとも何れか一方に設けられた吸着脱離部材５０を備える。本実施形態では、吸気管１０に設けられた吸着脱離部材５０について説明する。

ブローバイガスＢは、エンジン本体において、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したガスである。本開示のブローバイガス通路は、クランクケース内からシリンダブロック及びシリンダヘッドを通過してヘッドカバー内に延びるエンジン本体側のガス通路（不図示）と、そのガス通路の下流端に接続されるブローバイガス管３０と、を含む。

ブローバイガス管３０には、例えば樹脂製のホース部材が用いられる。ブローバイガス管３０の下流端は、接続部１１に形成されたガス入口１１ａに接続される。

オイルセパレータ４０は、ブローバイガス管３０の途中に設けられる。オイルセパレータ４０は、ケーシング４１と、ケーシング４１内に収容された円筒型フィルタエレメント４２と、を備える。また、オイルセパレータ４０は、黒塗り矢印Ｏで示す分離されたオイルをクランクケース内に戻すための戻り管４３を備える。

具体的には、オイルセパレータ４０は、上流側のブローバイガス管３０からケーシング４１内にブローバイガスＢを導入すると共に、ブローバイガスＢをフィルタエレメント４２で濾過することで、オイルを分離するように構成される。また、オイルセパレータ４０は、オイル分離後のブローバイガスＢを下流側のブローバイガス管３０に排出し、また、分離されたオイルＯを戻り管４３に排出するように構成される。なお、本実施形態のフィルタエレメント４２は、主に大きい粒径（例えば１μｍ程度）のオイルを分離するが、主に小さい粒径（例えば０．５μｍ程度）のミスト状のオイルをブローバイガスＢと共に通過させるものとする。

吸着脱離部材５０は、オイルセパレータ４０を通過したブローバイガスＢに含まれるオイルを吸着し、オイルの粒径を拡大させて脱離するように構成される。

また、本実施形態の吸着脱離部材５０は、接続部１１におけるブローバイガス管３０側と反対側の内周面１１ｂに設けられる。また、詳細は後述するが、吸着脱離部材５０は、ブローバイガス管３０から接続部１１内に導入されたブローバイガスＢが衝突する位置の内周面１１ｂに設けられる。

また、吸着脱離部材５０は、不織布により形成される。図２に示すように、吸着脱離部材５０は、半円筒状に形成されており、管軸Ｃに対するガス入口１１ａと反対側の内周面１１ｂに半周に亘って敷設される。また、吸着脱離部材５０は、接続部１１の管軸方向において、ガス入口１１ａの位置よりも上流側及び下流側に延在して設けられる。

次に、本実施形態に係るブローバイガス還流装置１００の作用効果を説明する。

図１及び図２に示したように、内燃機関１の稼働中、クランクケース内のブローバイガスＢは、エンジン本体側のガス通路（不図示）及びブローバイガス管３０を通じて、吸気管１０に還流される。

ここで、吸気管１０に還流されたブローバイガスＢに混入されているオイルに起因して、コンプレッサ２１にコーキング異常が発生することがある。

すなわち、コンプレッサ２１の上流側ではオイルがまだ常温程度の低温であり、比較的低粘度の液体である。しかしながら、このオイルが混入した吸気Ａがコンプレッサ２１で圧縮され、昇温、昇圧されると、その吸気Ａに含まれていたオイルも高温（１６０〜１７０℃程度）に加熱され、比較的高粘度の液体に変性する。すると、この高粘度オイルがコンプレッサハウジング２１ａとコンプレッサホイール２１ｂの摺動部に付着し、摺動抵抗を増大させる。また、高粘度オイルが、コンプレッサホイール２１ｂの下流側のコンプレッサ出口通路に付着し、これを部分的に閉塞する。

このように、高粘度オイルが様々な箇所に付着することをコーキングといい、コーキングによって引き起こされるコンプレッサ２１の異常をコーキング異常という。そして、コーキング異常が発生すると、コンプレッサ２１の本来の性能が発揮できなくなる虞がある。

これに対して、本実施形態では、ブローバイガス管３０にオイルセパレータ４０を設けることで、ブローバイガスＢから主に大きい粒径（例えば１μｍ程度）のオイルＯを分離できる。しかしながら、主に小さい粒径（例えば０．５μｍ程度）のミスト状のオイル（不図示）は、オイルセパレータ４０で分離しきれずに通過してしまう。

また、ブローバイガスＢに含まれるオイルは、粒径が小さい程、質量に対する表面積比が大きいので、コンプレッサ２１の熱で容易に熱変性するという性質がある。そのため、オイルセパレータ４０で分離された粒径の大きいオイルよりも、寧ろ、オイルセパレータ４０で分離しきれずに通過した粒径の小さいオイルの方が、コーキング異常を発生させ易い。

そこで、本実施形態では、図中の符号Ｄで示すように、吸着脱離部材５０が、オイルセパレータ４０を通過したブローバイガスＢに含まれるオイルを吸着し、オイルの粒径を拡大させて脱離する。

すなわち、吸着脱離部材５０は、オイルセパレータ４０で分離しきれずに通過した粒径の小さいオイルを吸着し、それらオイルを集めることで粒径を拡大させる。そして、粒径が拡大したオイルＤは、吸着脱離部材５０の吸着許容量を超える等して染み出して自重落下し、或いは、吸気Ａ及びブローバイガスＢによって下流側に飛散する。これにより、吸着脱離部材５０から粒径の大きいオイルＤを脱離させることができる。

図３は、ブローバイガスＢに含まれるオイルの粒径分布を模式的に示すグラフである。縦軸は、コンプレッサ２１の直上流の吸気管１０内におけるオイルの粒子量を存在比率として表した頻度（％）を示し、横軸は、そのオイルの粒径（μｍ）を示す。また、曲線Ｌ１は、吸着脱離部材５０を設けない場合のオイルの粒径分布曲線を示し、曲線Ｌ２は、吸着脱離部材５０を設けた本実施形態でのオイルの粒径分布曲線を示す。

図３の曲線Ｌ１と曲線Ｌ２とを見比べて分かるように、吸着脱離部材５０を設けた本実施形態では、設けない場合と比較して、オイルの粒径が拡大されたことにより、小さい粒径のオイルが減少して、大きい粒径のオイルが増加している。そして、このように粒径が拡大された後のオイルは、拡大される前と比べて、質量に対する表面積比が小さくなるので、コンプレッサ２１の熱で熱変性し難くなる。

よって、本実施形態に係るブローバイガス還流装置１００であれば、オイルセパレータ４０を通過したブローバイガスＢに含まれるオイルに起因するコンプレッサ２１のコーキング異常の発生を抑制できる。

また、本実施形態の吸着脱離部材５０は、吸気管１０の接続部１１において、ブローバイガス管３０側と反対側の内周面１１ｂに設けられる。

ここで、比較例として、仮に、吸気管１０またはブローバイガス管３０の直線部分の内周面に吸着脱離部材５０を設けた場合を考える。この場合、ブローバイガスＢに含まれるオイルは、ブローバイガスＢと共に管軸方向に流れ、吸着脱離部材５０を単に通過してしまう。そのため、この比較例では、吸着脱離部材５０がオイルを十分に吸着することができない。

これに対して、本実施形態では、ブローバイガス管３０から接続部１１内に導入されたブローバイガスＢの流れ方向が、吸気管１０の下流側に曲げられる。そのため、ブローバイガスＢに含まれるオイルは、慣性力によって曲がり切れずにアウトコーナー側の吸着脱離部材５０に衝突するようになる。よって、吸着脱離部材５０は、ブローバイガスＢに含まれるオイルを効率良く且つ確実に吸着することができる。

また、吸着脱離部材５０は、不織布により形成される。そのため、接続部１１の内周面１１ｂに不織布を貼り付けるだけで、簡単に吸着脱離部材５０を設けることができる。

他方、上述した基本実施形態は、以下のような変形例とすることができる。下記の説明においては、上記の実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。なお、各変形例における吸着脱離部材には、符号５０’または記号５０”を用いる。

（第１変形例）
図４に示すように、吸気管１０には、曲がり部１２が形成され、吸着脱離部材５０’は、吸気管１０の曲がり部１２におけるアウトコーナー側の内周面１２ａに設けられても良い。図示例では、吸気管１０の曲がり部１２は、接続部１１の下流端の位置から右方向に角度９０°曲げられた部分とする。なお、曲がり部１２は、９０°以外の角度で曲げられていても良い。

図示しないが、第１変形例の吸着脱離部材５０’は、吸気管１０の曲がり部１２におけるアウトコーナー側の内周面１２ａに半周に亘って敷設される。また、吸着脱離部材５０’は、管軸方向において曲がり部１２の全長に亘って設けられる。

第１変形例の場合、ブローバイガスＢの流れ方向が吸気管１０の曲がり部１２で曲げられるので、ブローバイガスＢに含まれるオイルは、慣性力によって曲がり切れずに吸着脱離部材５０’に衝突する。

よって、第１変形例であれば、上記の基本実施形態と同様に、吸着脱離部材５０’がブローバイガスＢに含まれるオイルを効率良く確実に吸着できる。

（第２変形例）
図５に示すように、吸着脱離部材５０”は、ブローバイガス管３０に設けられても良い。また、ブローバイガス管３０には、曲がり部３１が形成され、吸着脱離部材５０”は、ブローバイガス管３０の曲がり部３１におけるアウトコーナー側の内周面３１ａに設けられても良い。なお、図示例では、ブローバイガス管３０の曲がり部３１は、オイルセパレータ４０の出口側から右方向に延びて下向きに角度９０°曲げられた部分とする。なお、曲がり部３１は、９０°以外の角度で曲げられていても良い。

図示しないが、第２変形例の吸着脱離部材５０”は、ブローバイガス管３０の曲がり部３１におけるアウトコーナー側の内周面３１ａに半周に亘って敷設される。また、吸着脱離部材５０”は、管軸方向において曲がり部３１の全長に亘って設けられる。

第２変形例によれば、オイルセパレータ４０を通過したブローバイガスＢに含まれるオイルを、ブローバイガス管３０内の吸着脱離部材５０”に吸着させ、オイルの粒径を拡大させて脱離できる。

また、ブローバイガス管３０の曲がり部３１におけるアウトコーナー側の内周面３１ａに吸着脱離部材５０”を設けることで、ブローバイガスＢに含まれるオイルを吸着脱離部材５０”に衝突させて、効率良く確実に吸着できる。

（第３変形例）
図６に示すように、上述した基本実施形態、第１及び第２変形例を組み合わせて、複数の吸着脱離部材５０，５０’，５０”を設けても良い。

また、オイルセパレータ４０とコンプレッサ２１との間の位置であれば、吸着脱離部材５０，５０’，５０”は任意の位置に設けられて良い。例えば、図６に示すように、第２変形例で示した曲がり部３１よりも下流側のブローバイガス管３０に曲がり部３２を設け、その曲がり部３２のアウトコーナー側の内周面３２ａに吸着脱離部材５０”を設けても良い。

（第４変形例）
吸着脱離部材５０，５０’，５０”は、不織布に限定されず、任意の材料から形成されることができる。例えば、吸着脱離部材５０，５０’，５０”には、多孔質材料で形成されたフィルタ、或いは、スポンジ、網、織物、フェルト等の材質が用いられても良い。

（第５変形例）
図示しないが、吸着脱離部材は、例えば、上述した曲がり部１２，３１，３２の内周面に、全周に亘って敷設されても良い。また、吸着脱離部材は、所望の効果が得られれば、吸気管１０またはブローバイガス管３０の直線部分の内周面に設けられても良い。

１ 内燃機関
１０ 吸気管（吸気通路）
１１ 接続部
２０ ターボチャージャ
２１ コンプレッサ
３０ ブローバイガス管（ブローバイガス通路）
４０ オイルセパレータ
５０ 吸着脱離部材
１００ ブローバイガス還流装置
Ａ 吸気
Ｂ ブローバイガス
Ｄ 粒径が拡大されたオイル
Ｏ オイルセパレータで分離されたオイル

Claims (4)

1. 内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
   前記内燃機関は、吸気通路と、前記吸気通路に設けられたターボチャージャのコンプレッサと、を備え、
   前記ブローバイガス還流装置は、
   前記コンプレッサの上流側の位置において前記吸気通路に接続されたブローバイガス通路と、
   前記ブローバイガス通路に設けられ、前記ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータと前記コンプレッサとの間に位置する前記吸気通路及び前記ブローバイガス通路の少なくとも何れか一方に設けられ、前記オイルセパレータを通過したブローバイガスに含まれるオイルを吸着し、オイルの粒径を拡大させて脱離するように構成された吸着脱離部材と、を備えた
   ことを特徴とするブローバイガス還流装置。
2. 前記吸気通路は、前記ブローバイガス通路が接続される接続部を有し、
   前記吸着脱離部材は、前記接続部における前記ブローバイガス通路側と反対側の内周面に設けられる
   請求項１記載のブローバイガス還流装置。
3. 前記吸気通路及び前記ブローバイガス通路の少なくとも一方には、曲がり部が形成され、
   前記吸着脱離部材は、前記曲がり部におけるアウトコーナー側の内周面に設けられる
   請求項１または２記載のブローバイガス還流装置。
4. 前記吸着脱離部材は、不織布により形成される
   請求項１〜３何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。

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