JP2010071229A - 異物捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物捕集装置において、ＥＧＲガスの流量低下を抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中に含まれる異物を捕集するための網と該網を支持する枠とを備えた異物捕集装置において、枠３４１は、網を構成するメッシュ線３４２の少なくとも一部を、夫々のメッシュ線３４２の中心軸周りに回転可能に支持する。メッシュ線３４２が回転することにより、該メッシュ線３４２に付着している粒子状物質が剥がれ落ちる。
【選択図】図３

Description

本発明は、異物捕集装置に関する。

内燃機関の排気通路では、該排気通路や排気通路に備わる部材（例えばターボチャージャ、触媒、フィルタ）の製造過程で発生するバリ等の異物が脱落することがある。この異物がＥＧＲ通路を流通して吸気通路内に入ると、ターボチャージャ等が故障する虞がある。これに対し、内燃機関のＥＧＲ通路内に異物捕獲部を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ところで、網目状の異物捕集装置を採用した場合、ＥＧＲガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）が網に付着する。そして、網にＰＭが多く付着すると、ＥＧＲガスの流路が狭くなることによりＥＧＲガスの流量が低下するため、所望のＥＧＲ率を達成することが困難となる。
特開２０００−１７０６０８号公報 特開２００４−７５４１６号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、異物捕集装置において、ＥＧＲガスの流量低下を抑制することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による異物捕集装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による異物捕集装置は、
内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中に含まれる異物を捕集するための網と該網を支持する枠とを備えた異物捕集装置において、
前記枠は、前記網を構成するメッシュ線の少なくとも一部を、夫々のメッシュ線の中心軸周りに回転可能に支持することを特徴とする。

ＥＧＲガス中に含まれるＰＭは、網を構成するメッシュ線に付着する。そして、メッシュ線にＰＭが多く付着すると、一のメッシュ線とこれと交差する他のメッシュ線との夫々に付着していたＰＭが繋がってしまう。これらのＰＭは固着して、ＥＧＲガスの流路が狭くなる。このような状態でメッシュ線が回転すると、一のメッシュ線と他のメッシュ線とで繋がっていたＰＭが分離すると共に、メッシュ線から剥がれ落ちる。また、メッシュ線が回転することにより、ＥＧＲガスからＰＭが受ける力の方向が変わるため、メッシュ線からＰＭが剥がれ落ち易くなる。これらにより、網に付着していたＰＭを除去することができる。なお、メッシュ線は内燃機関から伝わる振動やＥＧＲガスの流れの力で自然に回転させても良く、駆動装置を備えて該駆動装置により回転させても良い。

なお、本発明においては、前記メッシュ線の両端に該メッシュ線よりも断面が大きな拡大部を備え、
前記枠は、前記拡大部よりも小さく且つ前記メッシュ線よりも大きな開口部を有し、
前記開口部に前記メッシュ線を通しつつ前記拡大部を開口部よりも内側に格納し、
前記開口部よりも内側において前記枠と前記拡大部との間に隙間を設けるようにしても良い。

拡大部は、メッシュ線の中心軸と直交する面と平行な面で切断したときの断面の外径が
メッシュ線よりも大きい。メッシュ線の外径は開口部よりも小さいため、該メッシュ線を開口部に通すことができる。一方、拡大部の外径は開口部よりも大きいため、開口部よりも内側に拡大部を格納すると、該拡大部は開口部を通ることができない。そして、夫々のメッシュ線は両端で枠に支持されるものの、拡大部と枠との間には隙間があるため、夫々のメッシュ線はその中心軸を中心に回転することができる。また、開口部よりも拡大部のほうが大きいため、メッシュ線が枠から脱落することはない。

本発明に係る異物捕集装置によれば、ＥＧＲガスの流量低下を抑制することができる。

以下、本発明に係る異物捕集装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る異物捕集装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３および排気通路４が接続されている。この吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と大気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。

また、エアフローメータ７よりも下流で且つコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節するスロットル９が設けられている。

一方、排気通路４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１０が設けられている。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を吸気通路３へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２、ＥＧＲクーラ３３、および異物捕集装置３４を備えて構成されている。

ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａとスロットル９との間の吸気通路３と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、排気が再循環される。

また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を変更することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を変更する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、ＥＧＲ弁３２よりも排気通路４側に備えられ、該ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。

このＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流からＥＧＲガスを取り込んでいるため
、フィルタ１０から脱落した該フィルタ１０の一部や、排気通路４の製造時に発生したバリ等がＥＧＲガス中に含まれることがある。これに対し本実施例では、ＥＧＲクーラ３３よりも上流側のＥＧＲ通路３１に異物捕集装置３４を備えている。

図２は、本実施例に係る異物捕集装置３４をＥＧＲガスの流れの上流側から見た図である。また、図３は、網を構成するメッシュ線３４２の支持部の拡大断面図である。さらに図４は、金属枠３４１にメッシュ線３４２を取り付ける前の状態を示した図である。

異物捕集装置３４は、金属製の金属枠３４１と金属製のメッシュ線３４２とから構成されている。これらの材料には、例えばステンレス鋼を用いることができる。金属枠３４１は環状で、ＥＧＲ通路３１の内壁面と隙間なく接しつつ該ＥＧＲ通路３１に固定される。メッシュ線３４２はＥＧＲ通路の上流側から見て網目となるように等間隔に配置されている。一方向（横方向ともいう。）のメッシュ線３４２は全て同一平面上に存在し、他方向（縦方向ともいう。）のメッシュ線３４２は、一方向のメッシュ線３４２が存在する平面と平行で且つ異なる平面上に存在する。つまり、メッシュ線３４２は編み込まれていない。一方向と他方向とのメッシュ線３４２の距離は、該メッシュ線３４２が回転可能な範囲で可及的に近づける。なお、一方向と他方向とのメッシュ線３４２は接していても良い。

メッシュ線３４２の両端には、該メッシュ線３４２の直径よりも大きな直径を有する球体状の拡大部３４５が備わる。この拡大部３４５は、金属枠３４１に形成されている支持部３４３に格納される。支持部３４３には、拡大部３４５の直径よりも小さく且つメッシュ線３４２の直径よりも大きな開口部３４４が備わる。そして、開口部３４４にメッシュ線３４２が通される。開口部３４４よりも内側の支持部３４３は、拡大部３４５の直径よりも大きな直径を有する袋状に形成されている。このようにすることで、拡大部３４５と支持部３４３とには、隙間Ｚが設けられる。

同方向を向くメッシュ線３４２は、夫々隣り合うメッシュ線３４２と例えば３００μｍ離間するように支持部３４３が形成される。この距離は、網をすり抜けた異物がターボチャージャ５のコンプレッサに衝突しても、該コンプレッサが故障しないような値として設定される。

金属枠３４１には、図４に示すように、金属枠３４１の中心軸と平行（すなわち、メッシュ線３４２が配置されたときに該メッシュ線３４２と直交する方向）に穴を開けることで支持部３４３を形成する。この穴は、金属枠３４１を貫通しないようにする。また、この穴の直径は、メッシュ線３４２の拡大部３４５の直径よりも大きくする。また、この穴を開けるときに、金属枠３４１の内周面側に穴がはみ出るようにすることで開口部３４４を形成する。開口部３４４の一辺から他辺までの距離は、メッシュ線３４２の直径よりも大きく且つ拡大部３４５の直径よりも小さくする。

そして、金属枠３４１に形成された支持部３４３に、該支持部３４３の中心軸方向から拡大部３４５を入れる。このときに、開口部３４４からメッシュ線３４２を通す。拡大部３４５を支持部３４３に格納した後に、支持部３４３を塞ぐようにカバー３４６を被せる。このようにして、メッシュ線３４２を回転可能に支持することができる。

このように構成された異物捕集装置３４では、ＥＧＲガス中に含まれる異物が網目により捕集される。また、ＥＧＲガス中に含まれるＰＭがメッシュ線３４２に付着する。夫々のメッシュ線３４２は回転可能に支持されているため、振動やＥＧＲガスの流れの力により該メッシュ線３４２が回転する。この回転により、メッシュ線３４２に付着していたＰＭが剥がれ落ち、網目を抜けて下流へと流れる。このＰＭは十分に小さいため、ターボチャージャのコンプレッサ等に衝突しても問題はない。

このように本実施例に係る異物捕集装置３４では、メッシュ線３４２に付着しているＰＭの量が低減されるため、ＥＧＲガスの流量が低減することを抑制できる。

本実施例では、メッシュ線３４２の一端に歯車３４７を取り付け、該歯車をモータ３４８にて駆動することにより、メッシュ線３４２を回転させる。

図５は、本実施例に係る異物捕集装置３４の網を構成するメッシュ線３４２の支持部の拡大断面図である。夫々のメッシュ線３４２の一端には、夫々歯車３４７が取り付けられている。他端は実施例１と同様の構造を採用することができる。そして、夫々のメッシュ線３４２に取り付けられている歯車３４７は、隣り合うメッシュ線３４２に取り付けられている歯車３４７と噛み合っている。そして、メッシュ線３４２に取り付けられている歯車３４７の１つが、モータ３４８の出力軸３４９に取り付けられている歯車３５０と噛み合っている。

このように構成された異物捕集装置３４では、モータ３４８に通電されると、該モータ３４８の出力軸３４９が歯車３５０と共に回転する。この歯車３５０の回転が各メッシュ線３４２に取り付けられている歯車３４７を回転させ、これにより、各メッシュ線３４２が回転する。このときのメッシュ線３４２の回転方向は、両隣のメッシュ線３４２と逆になる。このメッシュ線３４２の回転により、該メッシュ線３４２からＰＭが剥がれ落ちる。なお、ベルト又はチェーンにより各メッシュ線３４２を回転させても良い。

このように本実施例に係る異物捕集装置３４では、メッシュ線３４２に付着しているＰＭの量が低減されるため、ＥＧＲガスの流量が低減することを抑制できる。

本実施例では、熱により異物捕集装置３４が膨張しても、該異物捕集装置３４の捕集能力が低減しないように、金属枠３４１とメッシュ線３４２との間の一部に隙間を設ける。

図６は、本実施例に係る異物捕集装置３４の概略構成図である。金属枠３４１とメッシュ線３４２で構成される網とは、２点Ａ，Ｂにおいて固定され、他の箇所は固定されず且つ隙間Ｃを設けている。この隙間Ｃの最大値は、例えば３００μｍとする。

このように構成された異物捕集装置３４では、熱により網が膨張しても、金属枠３４１と網との隙間Ｃが狭くなることにより該網の破損を抑制できる。また、隙間Ｃは最大でも例えば３００μｍなので、網が膨張する前であっても異物を捕集することができる。

なお、本実施例では金属枠３４１と網とを２点Ａ，Ｂで固定しているが、３点以上で固定しても良い。

また、図７のように、金属枠３４１とメッシュ線３４２とを全周で固定し、メッシュ線３４２の途中に切れ目を入れることにより、メッシュ線３４２の熱膨張を吸収するようにしても良い。

本実施例では、メッシュ線３４２にＰＭが付着し難くするために、メッシュ線３４２の断面形状をＥＧＲガスの流れの上流側に向かって尖った形状とする。

図８は、メッシュ線３４２の中心軸と直交する面による断面形状を示した図である。図
８Ａは本実施例に係るメッシュ線３４２を示す図であり、図８Ｂは断面円形のメッシュ線３４２を示す図である。本実施例では、メッシュ線３４２の断面形状を例えば菱形または三角形とし、１つの鋭角な頂点がＥＧＲガスの流れの上流側を向くように配置する。

このように構成された異物捕集装置３４では、ＰＭが断面の頂点付近に付着するものの、他の箇所に付着することが抑制される。これに対し、断面形状が円形状の場合には、上流側に向く広い範囲にＰＭが付着することになる。つまり、本実施例に係るメッシュ線３４２には、上流側のごく一部以外には、ＰＭがほとんど付着しない。このように、本実施例に係る断面形状とすることにより、メッシュ線３４２にＰＭが付着することを抑制できるため、ＥＧＲガスの流量低下を抑制できる。

実施例に係る異物捕集装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る異物捕集装置をＥＧＲガスの流れの上流側から見た図である。 網を構成するメッシュ線の支持部の拡大断面図である。 枠にメッシュ線を取り付ける前の状態を示した図である。 実施例２に係る異物捕集装置の網を構成するメッシュ線の支持部の拡大断面図である。 実施例３に係る異物捕集装置の概略構成図である。 実施例３に係る他の異物捕集装置の概略構成図である。 メッシュ線の中心軸と直交する面による断面形状を示した図である。図８Ａは実施例４に係るメッシュ線を示す図であり、図８Ｂは断面円形のメッシュ線を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ スロットル
１０ フィルタ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
３３ ＥＧＲクーラ
３４ 異物捕集装置
３４１ 金属枠
３４２ メッシュ線
３４３ 支持部
３４４ 開口部
３４５ 拡大部
３４６ カバー
３４７ 歯車
３４８ モータ
３４９ 出力軸
３５０ 歯車

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中に含まれる異物を捕集するための網と該網を支持する枠とを備えた異物捕集装置において、
   前記枠は、前記網を構成するメッシュ線の少なくとも一部を、夫々のメッシュ線の中心軸周りに回転可能に支持することを特徴とする異物捕集装置。
2. 前記メッシュ線の両端に該メッシュ線よりも断面が大きな拡大部を備え、
   前記枠は、前記拡大部よりも小さく且つ前記メッシュ線よりも大きな開口部を有し、
   前記開口部に前記メッシュ線を通しつつ前記拡大部を開口部よりも内側に格納し、
   前記開口部よりも内側において前記枠と前記拡大部との間に隙間を設けることを特徴とする請求項１に記載の異物捕集装置。

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