JP2010084624A

JP2010084624A - エンジンのデポジット抑制装置

Info

Publication number: JP2010084624A
Application number: JP2008254522A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Nakano; 智洋中野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5023381B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、コスト上昇を伴うことなく、デポジットを抑制することのできるエンジンのデポジット抑制装置を提供する。
【解決手段】ブローバイガスをスロットル弁１６３より下流側の吸気通路１６２に導入するブローバイガス還流装置を備えたエンジンにおいて、少なくともスロットル弁１６３より下流側の吸気通路（１６２，１３１）の内面に形成された親水性皮膜Ｍと、当該親水性皮膜Ｍへ水分を供給する水分供給手段１９０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのデポジット抑制装置、特にブローバイガスをスロットル弁より下流側の吸気通路に導入するブローバイガス還流装置を備えたエンジンのデポジット抑制装置に関する。

一般に、エンジンにおいては、大気中への汚染物質の排出を抑制する目的で、種々の排出ガス浄化装置が設けられている。このうち、排気ガス還流装置やブローバイガス還流装置は、吸気系に排気ガスの一部や未燃炭化水素及びオイルミストを導入し、これらを再燃焼させて無害化するようにしている。ところで、このような排出ガス浄化装置では、吸気通路上の吸気ポートや吸気バルブなどに、排気ガスや未燃炭化水素及びオイルミスト中の炭素を主成分とするデポジットが付着する傾向にあることが知られている。この吸気ポートや吸気バルブなどへのデポジットの付着が継続すると、経時的にデポジットの堆積量が増加する結果、吸気の流れを阻害し運転性を悪化させることになる。

そこで、このような問題に対応すべく、例えば、特許文献１には、エンジンのブローバイガスを吸気系に導く導入路中に吸気系の汚れ洗浄用の清浄剤を供給する清浄剤供給部を設けるようにした技術が開示されている。

かくて、ブローバイガスの流入する導入路や吸気ポートの各内壁及び吸気弁にデポジットが付着するのを抑制するようにしている。

特開２００１−２９５６２１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたデポジット抑制技術では、エンジンのブローバイガスを吸気系に導く導入路中に吸気系の汚れ洗浄用の清浄剤を供給する清浄剤供給部を設けるようにしており、この清浄剤供給部を付加的に設ける構造、及び、ブローバイガス流量に適合させるべく清浄剤供給量を決定するための複雑且つ高度な制御が必要であり、コストの上昇が避けられない。

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、コスト上昇を伴うことなく、デポジットを抑制することのできるエンジンのデポジット抑制装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明に係るエンジンのデポジット抑制装置の一形態は、ブローバイガスをスロットル弁より下流側の吸気通路に導入するブローバイガス還流装置を備えたエンジンにおいて、少なくとも前記スロットル弁より下流側の吸気通路の内面に形成された親水性皮膜と、当該親水性皮膜へ水分を供給する水分供給手段と、を備えることを特徴とする。

なお、本明細書における説明において、「スロットル弁より下流側の吸気通路」とは、スロットル弁より下流側の吸気管、吸気マニホルド内に形成される吸気通路、及び、吸気ポート内に形成される吸気通路をも含む意味で用いられる。換言すると、ブローバイガスが接触する可能性のある壁面で形成される通路を含む意味で用いられる。

ここで、前記水分供給手段は、前記ブローバイガス還流装置の前記吸気通路への導入口よりも上流側に排気ガスの導入口が配置されている排気ガス還流装置であってもよい。

また、前記水分供給手段は、前記ブローバイガス還流装置の前記吸気通路への導入通路に水分を供給するようにしてもよい。

この本発明の一形態によれば、ブローバイガスをスロットル弁より下流側の吸気通路に導入するブローバイガス還流装置を備えたエンジンにおいて、少なくとも前記スロットル弁より下流側の吸気通路の内面に親水性皮膜が形成されている。したがって、ブローバイガスの還流などに伴い、デポジットが付着ないしは堆積する場合は、この親水性皮膜の表面になされることになる。そこで、水分供給手段により当該親水性皮膜へ水分が供給されると、その水分は親水性皮膜に吸水されて、デポジットの下面側に入り込み、デポジットを容易に剥離させる。かくて、デポジットの付着ないしは堆積が抑制される。

なお、前記水分供給手段が、前記ブローバイガス還流装置の前記吸気通路への導入口よりも上流側に排気ガスの導入口が配置されている排気ガス還流装置である場合には、還流された排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称す）は、通常、水分を含んでおり、これが吸気通路の内面にて結露し、その水分が親水性皮膜に吸水されて、デポジットの下面側に入り込むことになる。特に、エンジンの始動時などの冷機状態では、吸気通路の壁面温度が低いこととＥＧＲガス中に多量の水分が含有されていることとが相俟って、結露量が多く、デポジットの剥離効果が大きい。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のエンジンのデポジット抑制装置を火花点火式エンジン（以下、単にエンジンと称す）に適用した場合のシステム構成を示すスケルトン図である。図１を参照すると、本実施の形態におけるエンジン本体１００は、シリンダブロック１１０の下部にクランクケース１２０が一体に設けられ、シリンダブロック１１０の上部にシリンダヘッド１３０及びヘッドカバー１４０が順次結合されて構成されている。そして、クランクケース１２０の下面には、オイルパン部材１５０が不図示のボルトなどで取り付けられ、オイル溜り部を形成している。

なお、シリンダブロック１１０内のボアにはピストン１１１が往復移動可能に収容され、コネクティングロッド１１２によってピストン１１１の往復運動がクランクシャフト１１３の回転運動に変換される。また、シリンダヘッド１３０には、燃焼室が形成され、この燃焼室に開口する吸気ポート１３１及び排気ポート１３２にそれぞれ連通されて、吸気マニホルド及び排気マニホルドが接続されている。吸気ポート１３１及び排気ポート１３２は、バルブガイドに摺動自在に案内された吸気バルブ１３３及び排気バルブ１３４によってそれぞれ開閉され、これらの吸・排気バルブ１３３、１３４は不図示の吸・排気カムシャフトにより駆動される。

吸気ポート１３１は対応する吸気マニホルドを介して吸気通路１６２に連結されている。吸気通路１６２内には、吸気量を制御するスロットル弁１６３が配置されており、本実施の形態においては、不図示の電子制御装置（ＥＣＵ）からの制御信号によりその開度が制御される、いわゆる電制スロットル弁とされている。また、吸気通路１６２のスロットル弁１６３の上流側には不図示のエアフローメータ及びエアクリーナが順に配置されている。一方、排気ポート１３２は排気マニホルド及び排気通路１７２を介して不図示の排気ガス浄化装置に連結されており、この排気ガス浄化装置内には排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒などが配置されている。

また、各吸気ポート１３１に臨むべく吸気マニホルドに設けられた不図示の各燃料噴射弁は燃料供給管を介して不図示の燃料リザーバ、いわゆるデリバリパイプに連結されており、デリバリパイプ内へは電制可変燃料ポンプから目標燃料圧となるように燃料が供給される。なお、燃焼室に臨んで設けられた点火プラグ１６５に給電するイグナイタも備えている。

そして、本実施の形態においては、クランクケース１２０内に形成されるクランク室の上方の内部空間とスロットル弁１６３より下流側の吸気通路１６２とを連通するブローバイガス還流通路１８０が設けられている。さらに、このブローバイガス還流通路１８０にはスロットル弁１６３の下流側の吸気負圧に応じて開度が変化するＰＣＶバルブ１８２が介装されている。

さらに、本実施の形態においては、スロットル弁１６３より上流側の吸気通路１６２とヘッドカバー１４０の内部とを連通する第１新気導入通路１８４が設けられている。また、ヘッドカバー１４０の内部とクランクケース１２０内に形成されるクランク室内とは、シリンダヘッド１３０及びシリンダブロック１１０を貫通して形成された第２新気導入通路１８６でもって連通されている。かくて、本実施の形態では、第１新気導入通路１８４、ヘッドカバー１４０及び第２新気導入通路１８６でもって、クランクケース１２０内に形成されるクランク室内とスロットル弁１６３より上流側の吸気通路１６２とを連通する新気導入通路が構成されている。

さらに、本実施の形態においては、排気ガス還流装置が設けられ、排気通路１７２と吸気通路１６２とがＥＧＲ通路１９０で連通されており、このＥＧＲ通路１９０にはＥＧＲ制御弁１９２が介装されると共にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー１９４が設けられている。そして、ＥＧＲガスの吸気通路１６２への導入口１９０Ａはブローバイガス還流通路１８０の吸気通路１６２への導入口１８０Ａよりも上流側に配置されている。

ここで、上記のように構成された本実施形態の一般的な作用を説明する。エンジン１００の作動中においては、不図示のオイルポンプによりオイルパン１５０内のオイルが不図示のオイルストレーナを介して吸引され、オイルフィルタを経て、クランクケース１２０ないしはシリンダブロック１１０に形成された供給通路に供給される。そして、被潤滑部ないしは油圧作動部に供給されたオイルはその後、重力に従ってクランクケース１２０内部のオイルパン部材１５０で形成されたオイル溜り部に回収される。このように、エンジン１００の作動中においてオイルは、エンジン１００の被潤滑部ないしは油圧作動部に供給され、その残りの量がオイルパン１５０に貯留され、その上方の内部空間にブローバイガスが滞留することになる。ここで、ブローバイガスとは、ピストン１１１とシリンダボアとの隙間からクランクケース１２０内へ漏れ出るガスのことであり、このブローバイガスは多量の未燃炭化水素や水分を含んでいる。

なお、このオイルパン１５０の上方の内部空間に滞留しているブローバイガスは、エンジン１００の高負荷領域を除く通常の運転条件下では、スロットル弁１６３の下流側の吸気系に十分な負圧が発生するので、この負圧に応じて開度が変化するＰＣＶバルブ１８２が開き、スロットル弁１６３より下流側の吸気通路１６２に連通されているブローバイガス還流通路１８０を介して、吸気系に還流される。このとき、クランクケース１２０内には第１及び第２の新気導入通路１８４，１８６を通じて大気が導入される。他方、エンジン１００の高負荷領域での運転条件下では、ＰＣＶバルブ１８２が閉じられ、クランクケース１２０内のブローバイガスは第２新気導入通路１８６、ヘッドカバー１４０の内部、及び、スロットル弁１６３の上流側の吸気通路１６２に連通されている第１新気導入通路１８４を通じて吸気系に還流される。

また、ＥＧＲガスは、エンジン１００の運転状態に応じて、不図示の電子制御装置（ＥＣＵ）からの制御信号によりＥＧＲ制御弁１９２の開度が制御され、排気通路１７２から吸気通路１６２へと流量が制御されつつ導入される。

ここで、デポジット抑制装置の実施の形態を、図２を参照しつつ詳細に説明する。図２は、図１のエンジン１００における吸気系の概略を、同一機能部位には図１と同一符号を用いて示す拡大模式図である。但し、図２は、ブローバイガス還流通路１８０の導入口１８０Ａの位置が図１と異なるが、これらは概念を示すものでありいずれであってもかまわない。図２に示す実施の形態では、スロットル弁１６３より下流側の吸気通路としての吸気ポート１３１の内面に親水性皮膜Ｍが形成された例が示されている。なお、図示はしないが、吸気バルブ１３３の傘部裏面及びステムの表面に親水性皮膜を付加的に形成してもよい。

なお、親水性皮膜Ｍとしては、シラノール基を有するシリカを用いるのが好ましい。そして、親水性皮膜Ｍはエンジン１００における吸気系に塗布するなどして予め形成してもよいし、親水性皮膜Ｍを析出形成する溶液などを吸気系に適時に噴射して供給することにより形成するようにしてもよい。

この実施の形態において、上述したように、ブローバイガス還流通路１８０を介して導入口１８０Ａからブローバイガスが吸気系に還流され、デポジットＤが付着ないしは堆積する場合は、この親水性皮膜Ｍの表面になされる。そこで、水分供給手段としての排気ガス還流装置により、ＥＧＲガスが導入口１８０Ａよりも上流側の導入口１９０Ａから導入されると、ＥＧＲガス中の水分が凝縮ないしは結露し、その水分が親水性皮膜Ｍに吸水される。そして、その水分Ｗは、図３に示すように、デポジットＤの下面側に入り込むことになる。かくて、デポジットＤはその付着力が弱まり、容易に剥離する。この現象は、特に、エンジン１００の始動時などの冷機状態では、吸気通路の壁面温度が低いことと、ＥＧＲガス中に多量の水分が含有されていることとが相俟って、結露量が多く、デポジットの剥離効果が大きい。

次に、本発明の他の実施の形態を、図２と同一機能部位には同一符号を用いた拡大模式図である図４に示す。この実施の形態は、水分供給手段としてブローバイガス還流装置の吸気通路へのブローバイガス還流通路１８０に水供給路１８１を合流させて直接に水分を供給するようにしたものである。この水分供給装置としては、水供給路１８１の上流側に水タンクを接続するか、ウインドウウォッシャー液タンク又はウォータージャケットを接続するようにしてもよい。さらに、ＥＧＲクーラー１９４による冷却により凝集ないしは結露した水分を抽出して容器に蓄え、この容器を接続するようにしてもよい。

この他の実施の形態においては、吸気通路へ還流されるブローバイガス中に直接に水分が供給されるので、ブローバイガスの導入と同時に水分が親水性皮膜Ｍに吸水され、この親水性皮膜Ｍの表面になされるデポジットＤの付着ないしは堆積そのものが抑制される。

本発明のエンジンのデポジット抑制装置を火花点火式エンジンへ適用した実施形態のシステム構成スケルトン図である。図１のエンジン１００における吸気系の概略を、同一機能部位には図１と同一符号を用いて示す本発明の実施形態の拡大模式図である。本発明の実施形態における親水性皮膜ＭとデポジットＤとの様子を説明するための拡大模式図である。本発明の他の実施形態を示す、図２と同一機能部位には同一符号を用いた拡大模式図である。

符号の説明

１００エンジン本体
１１０シリンダブロック
１３０シリンダヘッド
１１１ピストン
１６２吸気通路
１６３スロットル弁
１８０ブローバイガス還流通路
１８０Ａブローバイガス導入口
１８２ＰＣＶバルブ
１９０ＥＧＲ通路
１９０ＡＥＧＲガス導入口
Ｍ親水性皮膜

Claims

ブローバイガスをスロットル弁より下流側の吸気通路に導入するブローバイガス還流装置を備えたエンジンにおいて、
少なくとも前記スロットル弁より下流側の吸気通路の内面に形成された親水性皮膜と、
当該親水性皮膜へ水分を供給する水分供給手段と、
を備えることを特徴とするエンジンのデポジット抑制装置。
前記水分供給手段は、前記ブローバイガス還流装置の前記吸気通路への導入口よりも上流側に排気ガスの導入口が配置されている排気ガス還流装置であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのデポジット抑制装置。
前記水分供給手段は、前記ブローバイガス還流装置の前記吸気通路への導入通路に水分を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのデポジット抑制装置。