JP2009180149A - ブローバイガス水分除去装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブローバイガス中の水分を除去するための新規な手段を提供する。
【解決手段】水分を吸収可能な材料からなる吸収部材24にブローバイガスを通過させることにより、水分を除去する。上流切替弁27Aを図2に実線aで示される姿勢として、クランクケース12からの蛇行部23を選択すると共に、下流切替弁27Bを実線cで示される姿勢として、吸気管4に接続する戻し通路21を選択する。脱離時には、上流切替弁27Aを図2に二点鎖線bで示される姿勢として、ヒータ28を有する第二供給路25を選択すると共に、下流切替弁27Bを二点鎖線dで示される姿勢として、排気管に接続された第二排出路22を選択する。
【選択図】図2

Description

本発明は、エンジンのブローバイガスの水分を除去する装置に関する。
エンジンの燃焼室からピストン隙間を通じてクランク室に漏出したブローバイガスを吸気管に戻すブローバイガス還元装置が種々提案されている。例えば特許文献1に開示された装置は、ブローバイガス中の水分を除去するために、クランク室から吸気管への連絡通路中に通路湾曲部を設けて、通過するブローバイガス中の水分を通路湾曲部の内面に衝突させ、通路湾曲部に設けられたドレン孔から水分を排出している。特許文献2及び特許文献3は、クランク室から吸気管への連絡通路中に水分を分離するタンクを設け、これによってブローバイガス中の水分を除去している。
他方、特許文献4に開示された装置は、エンジンから吸気管への連絡通路中に、エンジン停止中に圧縮空気を導入し、連絡通路内に残留する残留液を吸気管内に排出している。
特開2005‐120977号公報 特開2006‐170164号公報 特開2007‐40283号公報 特開2007‐127083号公報
しかし、特許文献1ないし同3の装置は、クランクケース内の正圧や吸気管内との圧力差によって動作するものであるため、エンジンの停止中にはブローバイガス中の水分を除去できない。また特許文献4の装置では、エンジンの運転中にブローバイガス中の水分を除去することはできず、また、エンジンの運転中にオイルポンプによって加圧される圧縮空気生成器を用いるため、オイルポンプの負荷を増やすことになる。
また、いずれの特許文献も、凝結により生じた水滴を物理的に捕集するものであるため、その水分除去作用は必ずしも満足なものとはいえない。
そこで本発明の目的は、ブローバイガス中の水分を除去するための新規な手段を提供することにある。
本発明のブローバイガス水分除去装置は、ブローバイガスをエンジンから吸気管に戻す連絡通路中に、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材を配置し、当該吸収部材によって前記連絡通路を通過するブローバイガス中の水分を吸収することを特徴とする。
本発明では、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材によって、連絡通路を通過するブローバイガス中の水分を吸収するので、水分に起因する潤滑油やエンジンの劣化を抑制することができる。
本発明の装置は、吸収部材を加熱する加熱手段を更に備えてもよい。この場合には、加熱により吸収部材を乾燥させ、吸着力の回復を促進することができる。
本発明の装置は、吸収部材の下流側を、前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分と、前記エンジンの排気管に接続する第二排出路との間で選択的に切り替える下流切替弁を更に備えてもよい。この場合には、吸収部材の乾燥の実行中に第二排出路を選択することにより、水分を好適に排出し処理することができる。
加熱手段は、吸収部材に向けられた第二供給路を備え、当該第二供給路を通じて外気よりも温度の高い気体を前記吸収部材に供給してもよい。この場合には、簡易な構成によって吸収部材を加熱できる。この場合には、吸収部材よりも上流側の連絡通路と、第二供給路とを切り替える上流切替弁を更に備えるのが好適である。加熱手段は専用のヒータを備えても良く、排気通路など他の部材の熱を利用しても良い。
本発明の装置は、連絡通路に配置されて連絡通路内のガスをエンジン側から吸気管側へと輸送する輸送手段を更に備えるのが好適である。この場合には、エンジン停止中や低回転時であっても輸送手段によってブローバイガスを吸収部材に好適に供給することができる。
本発明の別の一態様は、ブローバイガスをエンジンから吸気管に戻す連絡通路中に、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材を配置し、吸収部材を加熱すべく前記吸収部材に向けられて外気よりも温度の高い気体を前記吸収部材に供給する第二供給路を有する加熱手段と、前記吸収部材よりも上流側の前記連絡通路と、前記第二供給路とを切り替える上流切替弁と、前記吸収部材の下流側を、前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分と、前記エンジンの排気管に接続する第二排出路との間で選択的に切り替える下流切替弁と、前記上流切替弁と前記下流切替弁とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記上流切替弁により前記吸収部材よりも上流側の前記連絡通路を選択すると共に前記下流切替弁により前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分を選択する第1の状態と、前記上流切替弁により前記第二供給路を選択すると共に前記下流切替弁により前記第二排出路を選択する第2の状態とを選択的に実現することを特徴とするブローバイガス水分除去装置である。この場合には、第1の状態が実現されているときにブローバイガス中の水分を吸収し、第2の状態が実現されているときに吸収部材を乾燥させることができる。
この場合には更に、連絡通路に配置されて連絡通路内のガスをエンジン側から吸気管側へと輸送する輸送手段を更に備え、制御手段は、エンジンの始動時、冷間時及び停止中のうちの少なくともいずれかにおいて、前記上流切替弁及び前記下流切替弁によって前記第1の状態を実現し、前記制御手段は、エンジン停止中に前記第1の状態を実現する場合には、前記輸送手段を動作させるのが好適である。この場合には、結露を抑制する必要性の高いエンジンの始動時、冷間時または停止中において、ブローバイガス中の水分を除去することができる。また、制御手段が、エンジン停止中に第1の状態を実現する場合に輸送手段を動作させるので、エンジン停止中であっても水分を除去することができる。
制御手段は、エンジンの動作中かつ暖機後、又は吸収部材の吸収機能が低下すべき所定条件の成立時において、上流切替弁及び下流切替弁によって第2の状態を実現するのが好適である。この場合には、吸収部材を回復させる際に放出された水分を排気管に導入して好適に処理することができる。
連絡通路における吸収部材よりも上流側に、ブローバイガスの流れ方向をジグザグに変更する迂回通路を配置してもよい。この場合にはブローバイガスからのオイルミストの除去を促進することができる。
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図1において、エンジン1は不図示の燃料噴射弁を有する4サイクルガソリン内燃機関である。吸気ポート2に連通する吸気マニホールド3には吸気管4が接続されており、吸気管4の上流側はエアクリーナ5を介して外気に開放している。排気ポート6に連通する排気マニホールド7には排気管8が接続されており、排気管8の下流側は触媒装置9に接続されている。触媒装置9の下流側は、図示しない後続の触媒装置及び消音器を介して外気に開放している。
エンジン1は、シリンダヘッド10、シリンダ11及びクランクケース12を有する。シリンダ11内にはピストン13が上下動自在に配置されている。なお、図1は1つのシリンダ11のみを図示しているが、エンジン1は4つのシリンダ11を有する。
クランクケース12には、ブローバイガスを排出するためのPCV(Positive Crankcase Ventilation)管14の一端が接続されている。PCV管14の他端は、吸気管4におけるスロットル弁よりも下流側に接続されている。PCV管14の中途に設置されたPCVバルブ15は逆止弁であって、クランクケース12から吸気管4への流れのみを許容する。PCVバルブ15よりも上流側のPCV管14には、オイルミストセパレータ18が設置されており、分離したオイルをクランクケース12内に戻す不図示の戻し通路が設けられている。他方、吸気管4とシリンダヘッドカバー16の内部とは新規導入路17によって連通されている。
クランクケース12には更に、ブローバイガス中の水分を除去するための除去ユニット20が設置されている。除去ユニット20の上流側はクランクケース12の内部に連通している。除去ユニット20の下流側(クランクケース12の外部側)は、戻し通路21によって吸気管4に接続されており、この除去ユニット20と戻し通路21によって、ブローバイガスをエンジン1から吸気管4に戻す連絡通路が形成される。なお、戻し通路21の下流側は、PCV管14のPCVバルブ15よりも下流側に接続してもよい。除去ユニット20の下流側はまた、第二排出路22によってエンジン1の排気管8に接続されている。第二排出路22の中途には逆止弁22Aが設置されており、逆止弁22Aは除去ユニット20から排気管8への流れのみを許容する。なお逆止弁22Aに代えて電気的に制御可能な弁を用いてもよい。
図2に示されるように、除去ユニット20は、上流側(クランクケース12の内部側)に設けられた蛇行部23を有し、蛇行部23は多数の衝突板23Aを有する。除去ユニット20はまた、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材24を保持している。蛇行部23よりも下流側であって吸収部材24よりも上流側には、第二供給路25の一端が接続されており、第二供給路25の他端は外気に開放されている。第二供給路25には、上流ファン26A及びヒータ28が設けられており、第二供給路25を通過する空気を加熱可能にされている。第二供給路25及びヒータ28は本発明の加熱手段を構成する。
除去ユニット20と第二供給路25との接続点には、上流切替弁27Aが設置されており、この上流切替弁27Aは、吸収部材24よりも上流側の連絡通路と、第二供給路25とを選択的に接続可能である。
除去ユニット20と第二排出路22との接続点には、下流切替弁27Bが設置されており、この下流切替弁27Bは、吸収部材24の下流側を、戻し通路21と第二排出路22とに選択的に接続可能である。吸収部材24と下流切替弁27Bとの間には、下流ファン26Bが配置されている。
吸収部材24に用いられる材料としては、化学的作用によって液相又は気相の水分を吸収するものが好適であり、吸着性又は潮解性を利用した各種の公知の各種の乾燥剤、例えばシリカゲル、ゼオライト、塩化リチウム、いわゆる高吸水性高分子などの固体や、トリエチレングリコールなどの液体を用いることができる。これらの固体や液体は、これを別途の材料で形成したハニカム構造や複数の波状の板に固定してもよく、また固体自体によってハニカム構造や複数の波状の板を形成してもよい。また、密閉された液体槽に液体を収容すると共に、上流側に連通する供給管の開口を液体底部に、また下流側に連通する排出管の開口を液面よりも上方に臨ませてなる周知のガス洗浄器と同様の構造としてもよい。吸収部材24は、加熱されていない場合には供給されるブローバイガス中の水分を吸収し、所定温度以上に加熱されている場合には水分を放出する。吸収部材24はクランクケース12の外部に配置されており、これによってクランクケース12からの熱伝導による温度上昇が抑制されて飽和水蒸気量が抑制され、加熱されていない場合の水分の吸収を促進することができる。
電子制御ユニット(以下ECUという)30は周知のワンチップマイクロプロセッサであって、CPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含む。ECU30の出力側には、上述した上流ファン26A、下流ファン26B、上流切替弁27A、下流切替弁27B及びヒータ28が、それぞれ不図示の駆動回路を介して制御可能に接続されている。ECU30は、エンジン1の動作状態を条件としてこれらファン26A,26B、切替弁27A,27B及びヒータ28を制御する。エンジンの動作状態を示す信号は、クランク角センサの検出値から取得される回転数信号、吸気温度センサの検出値から取得される吸気温信号、湿度計の検出値から取得される外気湿度信号、スロットル開度センサの検出値から取得される開度信号を含み、ECU30はこのような動作状態の情報をエンジン1の制御コンピュータから取得する。
以上のとおり構成された実施形態の動作について説明する。
(1)除湿時:除去ユニット20によってブローバイガス中の水分を除去する場合には、ECU30の制御により、上流切替弁27Aを図2に実線aで示される姿勢として、吸収部材24よりも上流側の連絡通路(すなわち蛇行部23)を選択すると共に、下流切替弁27Bを実線cで示される姿勢として、連絡通路のうち吸気管4に接続する部分(すなわち戻し通路21)を選択する第1の状態を実現する。このときヒータ28への通電はオフされる。
この場合には、クランクケース12内と吸気管4内との圧力差により、あるいはECU30に制御されて下流ファン26Bが回転することにより、クランクケース12内のブローバイガスが輸送され、蛇行部23を経て吸収部材24を通過して、吸気管4へと移動させられる。その際に、ブローバイガス中のオイルミストは蛇行部23の衝突板23Aに衝突し、自重によってクランクケース12内に滴下する。このようにしてオイルミストが除去されたブローバイガスは、吸収部材24を通過することによってその水分が除去され、戻し通路21を経由して吸気管4に戻される。
(2)脱離時:吸収部材24に吸収された水分を脱離(乾燥、回復)する場合には、ECU30の制御により、上流切替弁27Aを図2に二点鎖線bで示される姿勢として、第二供給路25を選択すると共に、下流切替弁27Bを二点鎖線dで示される姿勢として、第二排出路22を選択する第2の状態を実現する。またECU30の制御により、ヒータ28に通電すると共に、上流ファン26Aを回転させる。このとき下流ファン26Bを回転させてもよく、その場合には上流ファン26Aを休止させ、あるいは上流ファン26A自体を省略することができる。
この場合には、ファン26A及び/又はファン26Bの駆動によって、外気が第二供給路25からヒータ28及び除去ユニット20内を通って第二排出路22に輸送され、排気管8へと移動させられる。その際に、加熱された外気によって吸収部材24が加熱されるため、吸収部材24に吸着された水分は吸収部材24から脱離され、第二排出路22を経由して排気管8に排出される。
以上のとおり、本実施形態では、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材24によって、連絡通路を通過するブローバイガス中の水分を吸収するので、水分に起因する潤滑油中の硝酸などの発生を抑制し、潤滑油やエンジン1の劣化を抑制することができる。
また、吸収部材24を加熱するヒータ28を更に備えたので、加熱により吸収部材24を乾燥させ、吸着力の回復を促進することができる。
また、吸収部材24の下流側を、連絡通路のうち吸気管4に接続する部分である戻し通路21と、排気管8に接続する第二排出路22との間で選択的に切り替える下流切替弁27Bを更に備えたので、吸収部材24の乾燥の実行中に第二排出路22を選択することにより、水分を排気管8で好適に処理することができる。また、吸収部材24から脱離された水分にはNOxなどの物質が多く含まれることになるが、第二排出路22の終端部を排気管8における触媒装置9よりも上流側に接続したので、エミッションに対する影響を抑制することができる。なお、第二排出路22の終端部は、排気管8における触媒装置9よりも上流側であってA/F(空燃比)センサやO2センサよりも下流側に接続するのが特に好適であり、これによって各センサの検出値への影響を抑制することができる。
また、本実施形態の装置は、吸収部材24に向けられた第二供給路25を備え、当該第二供給路25を通じて外気よりも温度の高い気体を吸収部材24に供給するので、簡易な構成によって吸収部材24を加熱できる。なお、本発明における加熱手段は専用のヒータ28のほか、排気マニホールド7や排気管8など他の部材の熱を利用しても良い。
また、本実施形態の装置は、連絡通路に配置されて連絡通路内のガスをエンジン1側から吸気管4側へと輸送する輸送手段である下流ファン26Bを更に備えるので、水分の凝結のおそれが大きいエンジン停止中や低回転時であっても、ブローバイガスを吸収部材24に好適に供給し水分を除去することができる。また、下流ファン26Bは下流切替弁27Bよりも上流側に配置したので、水分脱離の際に下流ファン26Bの動作に伴う正圧によって逆止弁22Aを開かせ、第二排出路22内の水分の排出を促進することができる。
また本実施形態では、ECU30が、上流切替弁27Aにより吸収部材24よりも上流側の連絡通路を選択すると共に下流切替弁27Bにより連絡通路のうち吸気管4に接続する部分を選択する第1の状態と、上流切替弁27Aにより第二供給路25を選択すると共に下流切替弁27Bにより第二排出路22を選択する第2の状態とを選択的に実現するので、第1の状態が実現されているときにブローバイガス中の水分を吸収し、第2の状態が実現されているときに吸収部材24を乾燥させることができる。
第1の状態の実現によるブローバイガスの除湿は、ECU30の判断により、エンジンの始動時、冷間時及び停止中のうちの少なくともいずれかにおいて行うのが好適である。始動時であるかの判断は、イグニッションキーの動作から所定時間内であるかにより実行できる。冷間時であるかの判断は、水温センサの検出値に基づいて実行できる。停止中であるかの判断は、クランク角センサの検出値に基づいて実行できる。この場合には、結露を抑制する必要性の高いエンジン1の始動時、冷間時または停止中において水分を除去することができる。また本実施形態では輸送手段である下流ファン26Bを備え、ECU30がエンジン1の停止中に第1の状態を実現する場合に下流ファン26Bを動作させるので、エンジン1の停止中であっても水分を除去することができる。
第2の状態の実現による水分脱離(吸収部材の乾燥・回復)は、ECU30の判断により、エンジン1の動作中かつ暖機後、又は吸収部材の吸収機能が低下すべき所定条件の成立時において行うのが好適である。動作中かつ暖機後であるかの判断は、クランク角センサ及び水温センサの検出値に基づいて実行できる。吸収機能が低下すべき所定条件は、例えば累積の走行距離や、出荷後あるいは前回の回復処理後のエンジン回転数・吸気温及び外気湿度から推定される累積の水分吸着量が、所定のしきい値を上回っているかに基づいて実行できる。なお、乾燥処理の際の加熱温度及び/又は加熱時間を、推定される累積または現在の水分吸着量、あるいは吸収部材の吸収機能の低下度合いに応じて変更してもよい。
また本実施形態では、連絡通路における吸収部材24よりも上流側に、ブローバイガスの流れ方向をジグザグに変更する迂回通路である蛇行部23を配置したので、ブローバイガスからのオイルミストの除去を促進することができる。
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記実施形態では、除去ユニット20のために専用の連絡通路を設けたが、除去ユニットはPCV管からのバイパス通路に設けてもよい。すなわち、図3に示される変形例では、除去ユニット120をPCV管14からのバイパス通路に設けている。除去ユニット120は、蛇行部23を有せずその代わりにバイパス供給路123を有する点を除いて、上記実施形態における除去ユニット20と同様であるため、その構造及び制御の説明は省略する。戻し通路21はPCV管14に接続されているが、吸気管4に接続してもよい。この変形例の場合には、PCV管14にオイルミストセパレータ18が設けられているため、上記実施形態における蛇行部23を省略することができる。
また、上記実施形態及び変形例では本発明をガソリンエンジンに適用した例について説明したが、本発明は自然着火式のディーゼルエンジンなど各種の内燃機関に適用することが可能であり、そのような変形も本発明の範疇に属するものである。
本発明の第1実施形態に係るブローバイガス水分除去装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 水分除去装置の構造を示す縦断面図である。 変形例のブローバイガス水分除去装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
符号の説明
1 エンジン
4 吸気管
8 排気管
12 クランクケース
14 PCV管
20,120 除去ユニット
21 戻し通路
22A 逆止弁
22 第二排出路
23 蛇行部
24 吸収部材
25 第二供給路
26A 上流ファン
26B 下流ファン
27A 上流切替弁
27B 下流切替弁
28 ヒータ
30 ECU

Claims (10)

  1. ブローバイガスをエンジンから吸気管に戻す連絡通路中に、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材を配置し、当該吸収部材によって前記連絡通路を通過するブローバイガス中の水分を吸収することを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  2. 請求項1に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記吸収部材を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  3. 請求項2に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記吸収部材の下流側を、前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分と、前記エンジンの排気管に接続する第二排出路との間で選択的に切り替える下流切替弁を更に備えたことを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  4. 請求項2又は3に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記加熱手段は、前記吸収部材に向けられた第二供給路を備え、当該第二供給路を通じて外気よりも温度の高い気体を前記吸収部材に供給することを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  5. 請求項4に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記吸収部材よりも上流側の前記連絡通路と、前記第二供給路とを切り替える上流切替弁を更に備えたことを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記連絡通路に配置されて前記連絡通路内のガスをエンジン側から吸気管側へと輸送する輸送手段を更に備えたことを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  7. ブローバイガスをエンジンから吸気管に戻す連絡通路中に、水分を吸収可能な材料からなる吸収部材を配置し、
    吸収部材を加熱すべく前記吸収部材に向けられて外気よりも温度の高い気体を前記吸収部材に供給する第二供給路を有する加熱手段と、
    前記吸収部材よりも上流側の前記連絡通路と、前記第二供給路とを切り替える上流切替弁と、
    前記吸収部材の下流側を、前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分と、前記エンジンの排気管に接続する第二排出路との間で選択的に切り替える下流切替弁と、
    前記上流切替弁と前記下流切替弁とを制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記上流切替弁により前記吸収部材よりも上流側の前記連絡通路を選択すると共に前記下流切替弁により前記連絡通路のうち前記吸気管に接続する部分を選択する第1の状態と、前記上流切替弁により前記第二供給路を選択すると共に前記下流切替弁により前記第二排出路を選択する第2の状態とを選択的に実現することを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  8. 請求項7に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記連絡通路に配置されて前記連絡通路内のガスをエンジン側から吸気管側へと輸送する輸送手段を更に備え、
    前記制御手段は、エンジンの始動時、冷間時及び停止中のうちの少なくともいずれかにおいて、前記上流切替弁及び前記下流切替弁によって前記第1の状態を実現し、
    前記制御手段は、エンジン停止中に前記第1の状態を実現する場合には、前記輸送手段を動作させることを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  9. 請求項7又は8に記載のブローバイガス水分除去装置であって、
    前記制御手段は、エンジンの動作中かつ暖機後、又は前記吸収部材の吸収機能が低下すべき所定条件の成立時において、前記上流切替弁及び前記下流切替弁によって前記第2の状態を実現することを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載のブローバイガス除去装置であって、
    前記連絡通路における前記吸収部材よりも上流側に、ブローバイガスの流れ方向をジグザグに変更する迂回通路を配置したことを特徴とするブローバイガス水分除去装置。
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