JP2010151091A

JP2010151091A - 異物捕集装置

Info

Publication number: JP2010151091A
Application number: JP2008332731A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hayakawa; 剛史早川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP5267116B2

Abstract

【課題】凝縮水が凍ったものが吸気通路へ入り込むことを抑制する技術を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ通路に設けられた異物捕集装置３４において、フィルタ部材４５をＥＧＲ通路３１の上流側と下流側とに折り目５１，５２が突出するように上流側と下流側とに向けて交互に複数回折り曲げ、ＥＧＲ通路３１の上流方向に突出する折り目５１を形成する面であって上側の面５３は、該折り目５１よりＥＧＲ通路３１の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とし、下側の面５４は、水平面または、折り目５１よりＥＧＲ通路３１の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、異物捕集装置に関する。

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを備え、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備えるＥＧＲ装置が知られている。

このようなＥＧＲ装置では、タービンや触媒が破損することにより、ＥＧＲ通路内に異物が進入する虞がある。この異物がＥＧＲガスと共に吸気通路に入り込むと、ターボチャージャ等の装置が故障する虞がある。

これに対し、ＥＧＲ通路内で異物を捕集するための金属製のフィルタを備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、上述のＥＧＲ装置では、タービンや触媒を通過した排気がＥＧＲ通路を流通するため、該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの温度が低い。そのため、ＥＧＲ通路内やＥＧＲクーラ内でＥＧＲガス中の水分が凝縮し、凝縮水が生じることがある。この凝縮水がフィルタに付着した状態で内燃機関が停止されたときに、外気温度が低いと、この凝縮水が凍ることがある。そして、次回の内燃機関の始動時に、フィルタの下流側の面に付着している氷が脱離してＥＧＲガスと共に吸気通路へ入り込むと、ターボチャージャが故障する虞がある。
特開２００８−１８０１９１号公報特開２００８−１５１１０３号公報特開２００８−０８８８１７号公報特開２００６−３４８８７３号公報特開２００８−１５０９５５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、その目的は、凝縮水が凍ったものが吸気通路へ入り込むことを抑制することにある。

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ＥＧＲガス中の所定の大きさ以上の異物を捕集する異物捕集装置において、
所定の大きさよりも小さい隙間が複数設けられたフィルタ部材をＥＧＲ通路の上流側と下流側とに折り目が突出するように上流側と下流側とに向けて交互に複数回折り曲げ、
前記ＥＧＲ通路の上流方向に突出する折り目を形成する面であって上側の面は、該折り目よりＥＧＲ通路の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とし、
前記ＥＧＲ通路の上流方向に突出する折り目を形成する面であって下側の面は、水平面または、該折り目よりＥＧＲ通路の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とする
ことを特徴とする。

所定の大きさ以上の異物とは、異物捕集装置よりも下流側に備わる装置が故障する虞のある大きさ以上の異物である。この所定の大きさ以上の異物を捕集するために、フィルタ部材は所定の大きさよりも小さい隙間を複数設けている。つまり、ＥＧＲガスや所定の大きさ未満の異物は、フィルタ部材の隙間を抜けて下流へと流れる。

そして、フィルタ部材は波板状に折り曲げられている。夫々の折り目は重力方向と直交していても良い。ＥＧＲ通路の上流側から異物捕集装置を見ると、ＥＧＲ通路の上流方向に突出する折り目を形成する面であって上流側の面は直接見ることができる。つまり、折り目から下流側へ向けて上方に傾斜した傾斜面であるため、その傾斜面を見ることができる。

しかし、下側の面はＥＧＲ通路の上流側から直接見ることはできない。例えば、下側の面が水平面である場合には、上流側から見た場合、折り目と下側の面とが重なる。また、下側の面が、折り目よりＥＧＲ通路の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面である場合には、上流側から見た場合、上側の面の裏側に下側の面が折り込まれるため、下側の面は上側の面に複数設けられた隙間からのみ見えることになる。

そのため、上側の面には、排気が直接当たるので、ＥＧＲガス中に含まれる凝縮水は、この面に多く付着する。一方、下側の面には、回り込んでくる凝縮水や、他の面から跳ね返る凝縮水が付着するが、その量は少ない。そして、少なくとも上側の面に付着した凝縮水は、ＥＧＲ通路の上流側に突出している折り目に向かって流れる。また、下側の面が傾斜面である場合には、下側の面に付着した凝縮水もＥＧＲ通路の上流側に突出している折り目に向かって流れる。つまり、上側の面及び下側の面は、ＥＧＲ通路の上流側に突出している折り目に向かって凝縮水が流れるように傾斜している。

そのため、フィルタ部材に付着した凝縮水は、ＥＧＲ通路の上流側に突出している折り目に集まり、その後、下方へ滴下する。つまり、凝縮水がフィルタ部材を伝わって下部まで流れることがないので、凝縮水を速やかにフィルタ部材の下部に集めることができる。これにより、フィルタ部材の下流側を向く面で凝縮水が凍ることを抑制できる。そのため、内燃機関の始動時にフィルタ部材から氷が脱離して吸気通路へ入り込むことを抑制できる。また、フィルタ部材に傾斜面を設けることにより、異物を捕集するための面積を大きくすることができるため、異物の捕集能力を高めることができる。

本発明において一の折り目とそのすぐ上側の他の折り目とのＥＧＲ通路の上流側への突出量を比較したときに、同じであるか又は上側の折り目の方が大きくても良い。

つまり、上方から滴下した凝縮水が下方の面に付着せずに下部に到達する。これにより、凝縮水をフィルタ部材の下部に速やかに集めることができる。

そして本発明においては、前記ＥＧＲ通路において、少なくとも前記フィルタ部材の下部で且つ上流側に凝縮水を吸着する吸着剤を備えることができる。

吸着剤は、凝縮水が滴下する位置または凝縮水が流れる位置に備える。これにより、凝縮水は吸着剤に吸着される。吸着された凝縮水は、例え凍ったとしても、吸着剤に吸着されている。そして、排気の温度が上昇すると凝縮水の温度も上昇するため、吸着剤から蒸発する。凝縮水は蒸気となり吸気通路へ流入するため、凝縮水が凍ったものがそのまま吸気通路へ入り込むことを抑制できる。

また、前記吸着剤を前記フィルタ部材よりも上流側と下流側とに備え、該吸着剤にて前
記フィルタ部材を挟持することで固定しても良い。

このようにすることで、凝縮水を容易に吸着すると共に、フィルタ部材をＥＧＲ通路内に容易に固定することができる。

本発明に係る異物捕集装置によれば、凝縮水が凍ったものが吸気通路へ入り込むことを抑制できる。

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。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。

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１０（以下、単にフィルタ１０という。）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。異物捕集装置３４は、ＥＧＲクーラ３３よりも下流で且つＥＧＲ弁３２よりも上流のＥＧＲ通路３１に設けられ、ＥＧＲガス中の異物を捕集する。

ここで、図２は、本実施例に係る異物捕集装置３４の斜視図である。図３は、本実施例に係る異物捕集装置３４をＥＧＲ通路３１の上流側から見た図である。図４は、本実施例に係る異物捕集装置３４の重力方向断面図である。なお、異物捕集装置３４は、その中心
軸が重力方向と直交するように設置されている。

異物捕集装置３４は、ＥＧＲ通路３１への固定部である第１枠４１及び第２枠４２、凝縮水を吸着させる第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４、所定の大きさ以上の異物を捕集する網４５を備えて構成されている。

第１枠４１は網４５よりも上流側に設けられ、第２枠４２は網４５よりも下流側に設けられる。第１枠４１及び第２枠４２は、ＥＧＲ通路３１内にはめ込まれる円盤状の部材であり、中心側がＥＧＲガスの通路として円形にくり抜かれており、その中心軸はＥＧＲ通路３１の中心軸上にある。これらの素材には例えばステンレス鋼等の金属が用いられる。そして、第１枠４１の中心側の端部は、全周に亘り、ＥＧＲ通路３１の下流側に向けて折り曲げられている。また、第２枠４２の中心側の端部は、全周に亘り、ＥＧＲ通路３１の上流側に向けて折り曲げられている。このように、第１枠４１及び第２枠４２を折り曲げることにより、第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４の脱離を抑制している。また、第１枠４１及び第２枠４２は、例えば溶接、ボルト、又はリベット等によりＥＧＲ通路３１に固定される。

第１枠４１と第２枠４２との間には、全周に亘り第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４が設けられている。第１吸着剤４３は網４５よりも上流側に設けられ、第２吸着剤４４は網４５よりも下流側に設けられる。第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４は、第１枠４１と第２枠４２とで挟持されている。また、第１枠４１及び第２枠４２で第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４を挟持することにより、該第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４が崩れることを抑制している。この第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４は、少なくとも水を吸着する素材であり、例えばシリカゲルを用いることができる。第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４の量は、発生し得る凝縮水の量を予め実験等により求めることにより、最適値を決定しても良い。

そして、第１吸着剤４３と第２吸着剤４４との間には、全周に亘り、網４５の外周部が設置されている。つまり、第１吸着剤４３と第２吸着剤４４とで網４５が挟持されている。これにより網４５が固定される。網４５の素材には、例えばステンレス鋼等の金属を用いることができる。

網４５は、それよりも下流側の装置（例えばターボチャージャ５、インタークーラ８等）が故障する虞のある大きさの異物を捕集する。網４５は、金属ワイヤを格子状に編み込んで平面状に形成したものを、例えばプレス機により波板状に形成している。網４５は、１つの格子の大きさが、所定の大きさよりも小さくなるように形成されている。そして、ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側とに折り目が突出するように、該上流側と下流側とに向けて交互に複数回折り曲げられている。網４５の夫々の折り目は、第１枠４１及び第２枠４２の中心軸及び重力方向と直交している。つまり、夫々の折り目は異なる水平面上に形成されている。

そして、ＥＧＲ通路３１の上流方向に突出する折り目５１（以下、上流側折り目５１という。）は、その上側の面５３と下側の面５４との境目として形成される。なお、上側の面５３及び下側の面５４は、ＥＧＲ通路３１の下流方向に突出する折り目５２（以下、下流側折り目５２という。）であって直近の折り目までの面である。そして、本実施例では上側の面５３を、上流側折り目５１よりＥＧＲ通路３１の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面としている。また、下側の面５４を、重力方向と直交する水平面または、上流側折り目５１よりＥＧＲ通路３１の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面としている。このようにすることで、上流側折り目５１及び下流側折り目５２は全て鋭角になっている。

そして、ＥＧＲ通路３１の上流側から見ると、上側の面５３のみが直接見えるようになっている。つまり、下側の面５４は、上流側折り目５１と一致しているか、上側の面５３の下流側（裏側）に回り込んでいる。

このように構成された異物捕集装置３４では、網４５をＥＧＲガスが通過するときに異物を捕集することができる。そして、ＥＧＲクーラ３３等で発生する凝縮水が主に上側の面５３に衝突する。また、下側の面５４にも、凝縮水が回り込んだり、上側の面５３の網目をすり抜けた凝縮水が付着したりする。

そして、上側の面５３及び下側の面５４に付着した凝縮水は、重力により夫々の面を伝わりつつ、より下方へ流れる。つまり、上側の面５３及び下側の面５４に付着した凝縮水は、傾斜面を流れて、上流側折り目５１まで流れる。そして、この上流側折り目５１にある程度の凝縮水が溜まると、該上流側折り目５１から下方へ滴下する。

なお、凝縮水が第１吸着剤４３上に落ちるように、上流側折り目５１の位置と第１吸着剤４３の位置とを設定しておく。これにより、凝縮水は、第１吸着剤４３に吸着される。このため、ＥＧＲガスと共に凝縮水が異物捕集装置３４よりも下流側へ流れることを抑制できる。

また、上流側折り目５１は、重力方向と平行な同一平面上にあるか、または上側ほどＥＧＲ通路３１の上流側に突出するように形成されている。これは、上流側折り目５１において、一の上流側折り目５１とそのすぐ上側の他の上流側折り目５１とのＥＧＲ通路３１の上流側への突出量を比較したときに、同じであるか又は上側の上流側折り目５１の方が大きくなるように形成しても良い。つまり、上側の上流側折り目５１から滴下した凝縮水が、下方の傾斜面に付着しないようにしている。

凝縮水は、ＥＧＲガスの温度が上昇すると、蒸発し気体となって吸気通路３へ流れ込む。つまり、蒸発するまでは、第１吸着剤４３及び第２吸着剤４４に凝縮水が吸着しているため、網４５に凝縮水が付着して凍ることを抑制できる。そのため、凝縮水が凍ったものが網４５から脱離して吸気通路３に入り込むことを抑制できるため、吸気通路３に設けられている装置が故障することを抑制できる。

また、傾斜面を複数備えることにより、異物の捕集面積を増加させることができるため、異物の捕集能力を高めることができる。

なお、本実施例では、上側の面５３及び下側の面５４は平面であるが、曲面であっても良い。つまり、上流側折り目５１に凝縮水が集まるような形状であれば良い。さらに、上流側折り目５１または下流側折り目５２は曲面で構成されていても良い。なお、本実施例では網４５が、本発明におけるフィルタ部材に相当する。フィルタ部材には、他にも金属板に複数の穴を開けたもの等を用いることもできる。

図５は、本実施例に係るＥＧＲ通路３１及び異物捕集装置３４の概略構成を示す斜視図である。図６は、本実施例に係るＥＧＲ通路３１及び異物捕集装置３４の概略構成を示す断面図である。図６は、重力方向に平行で且つＥＧＲガスの流れ方向（すなわちＥＧＲ通路３１の中心軸方向）に平行な面で切断したときの図である。

本実施例では、異物を捕集するための網４５のすぐ上流側のＥＧＲ通路３１に、他の箇所よりも通路面積が大きい拡張部３５０を備えている。拡張部３５０と、拡張部３５０よ
りも下流側のＥＧＲ通路３１とは、徐々に通路面積が変化する傾斜部３５２を介して接続されている。拡張部３５０と、拡張部３５０よりも上流側のＥＧＲ通路３１とも、同様の構造により接続されている。拡張部３５０の内周面には、全周に亘り吸着剤３５１が固定されている。吸着剤３５１は、実施例１と同じ素材を用いることができる。

また、網４５は、実施例１で説明したもの同形状のものを用いることができる。この網４５をＥＧＲ通路３１に固定する。

このように構成された異物捕集装置３４では、網４５に付着した凝縮水が、重力により下方へ滴下する。この凝縮水は、傾斜部３５２を伝わってさらに下方へ流れ、吸着剤３５１に吸着される。そうすると、凝縮水が網に付着したまま凍ることを抑制できる。そのため、凝縮水が凍ったものが網４５から脱離して吸気通路３に入り込むことを抑制できる。なお、本実施例では網４５、拡張部３５０、吸着剤３５１、及び傾斜部３５２が、本発明における異物捕集装置に相当する。

実施例１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１に係る異物捕集装置の斜視図である。実施例１に係る異物捕集装置をＥＧＲ通路の上流側から見た図である。実施例１に係る異物捕集装置の重力方向断面図である。実施例２に係るＥＧＲ通路及び異物捕集装置の概略構成を示す斜視図である。実施例２に係るＥＧＲ通路及び異物捕集装置の概略構成を示す断面図である。

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パティキュレートフィルタ
３０ＥＧＲ装置
３１ＥＧＲ通路
３２ＥＧＲ弁
３３ＥＧＲクーラ
３４異物捕集装置
４１第１枠
４２第２枠
４３第１吸着剤
４４第２吸着剤
４５網
５１上流側折り目
５２下流側折り目
５３上側の面
５４下側の面
３５０拡張部
３５１吸着剤
３５２傾斜部

Claims

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ＥＧＲガス中の所定の大きさ以上の異物を捕集する異物捕集装置において、
所定の大きさよりも小さい隙間が複数設けられたフィルタ部材をＥＧＲ通路の上流側と下流側とに折り目が突出するように上流側と下流側とに向けて交互に複数回折り曲げ、
前記ＥＧＲ通路の上流方向に突出する折り目を形成する面であって上側の面は、該折り目よりＥＧＲ通路の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とし、
前記ＥＧＲ通路の上流方向に突出する折り目を形成する面であって下側の面は、水平面または、該折り目よりＥＧＲ通路の上流側から下流側へ向けて上方に傾斜する傾斜面とする
ことを特徴とする異物捕集装置。
一の折り目とそのすぐ上側の他の折り目とのＥＧＲ通路の上流側への突出量を比較したときに、同じであるか又は上側の折り目の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の異物捕集装置。
前記ＥＧＲ通路において、少なくとも前記フィルタ部材の下部で且つ上流側に凝縮水を吸着する吸着剤を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の異物捕集装置。
前記吸着剤を前記フィルタ部材よりも上流側と下流側とに備え、該吸着剤にて前記フィルタ部材を挟持することで固定することを特徴とする請求項３に記載の異物捕集装置。