JP2010216408A - ターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタのエンジンへの搭載スペースを増大させずに、エンジンオイルを分離した後にブローバイガスをエンジンに確実に戻す。
【解決手段】クランクケース１７とシリンダヘッド１８とがオイル通路１３ｃにより連通接続され、シリンダヘッドとエンジン１１の吸気管２４とがガス還流管２７により連通接続される。ブローバイガスからエンジンオイル１６を分離して捕集するフィルタ２８がガス還流管に設けられ、フィルタの下端とクランクケースとがドレン管２９により連通接続される。隔壁２８ｂで仕切られた担体２８ａにガス還流管の長手方向に延びる貫通孔２８ｃが形成され、貫通孔の相隣接する入口部と出口部が封止部材２８ｄにより交互に封止される。担体の隔壁は、ブローバイガスが通過可能であってブローバイガス中のエンジンオイルを捕集可能な多孔質のセラミックにより形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダからクランクケースに漏れたブローバイガスを吸気に戻す構造に関する。更に詳しくはターボ過給付ディーゼルエンジンのブローバイガスに含まれるエンジンオイルを除去した後に、このブローバイガスを吸気に戻す構造に関するものである。

従来、この種のブローバイガス還元構造として、シリンダの周壁内部に形成されたオイル通路によりクランクケースとシリンダヘッドが連通接続され、ガス環流管路によりシリンダヘッドと吸気通路が連通接続され、ガス環流管路にブローバイガスからエンジンオイルを分離するフィルタが設けられ、更にドレン管路によりフィルタの下端とクランクケースが連通接続されたエンジンのブローバイガス還元構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このブローバイガス還元構造では、フィルタがガス還流管路に並列に設けられた一対の第１及び第２フィルタからなる。またブローバイガスに含まれるエンジンオイルが第１及び第２フィルタにより交互に分離され、第２フィルタによりエンジンオイルが分離されて浄化されたブローバイガスの一部が第１フィルタを通過するように構成される。

このように構成されたブローバイガスの還元構造では、第１フィルタでブローバイガスに含まれるエンジンオイルを捕捉している間に、第２フィルタに溜まっていたエンジンオイルがその自重で落下して第２フィルタから分離され、第２フィルタでブローバイガスに含まれるエンジンオイルを捕捉するとき、エンジンオイルが除去されたブローバイガスの一部が第１フィルタを通過し、第１フィルタの再生を促進する。この結果、ブローバイガスからのエンジンオイルの分離機能を十分に確保できるとともに、フィルタにエンジンオイルが溜まっても、エンジンを運転したままフィルタを再生することができるので、フィルタを交換せずに済むようになっている。

特開２００７−２４７４４８号公報（請求項１、段落［０００６］）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたブローバイガス還元構造では、フィルタを２個使用しているため、フィルタのエンジンへの搭載スペースが増大する不具合があった。また上記従来の特許文献１に示されたブローバイガス還元構造では、フィルタに溜まったエンジンオイルの自重落下でフィルタをある程度再生できるけれども、フィルタが紙により形成されているため、フィルタの老朽化により新しいフィルタに交換した場合、老朽化したフィルタを再生して再利用することができず、廃棄処分しなければならない問題点があった。更に紙製のフィルタによるエンジンオイルの捕集効率を向上しようとすると、フィルタのメッシュ（網目）を細かくする必要があり、この場合、エンジンのクランク室の圧力が上昇してしまう問題点もあった。一方、ターボ過給機付エンジンでは、エンジンの排ガス規制が厳しくなると、エンジンの高負荷運転時におけるＮＯｘ等の排出量も低減しなければならなくなるため、ターボ過給機に大きな負荷がかかるようになり、ターボ過給機の仕事量が増大する。このため、ターボ過給機のコンプレッサ出口における温度（ブースト温度）が上昇し、吸気に戻されたブローバイガス中のミスト状のエンジンオイルが炭化して上記コンプレッサ出口に付着（コーキング）してしまい、ターボ過給機の過給圧が低下するおそれがある。

本発明の第１の目的は、フィルタのエンジンへの搭載スペースを増大させずに、エンジンオイルを分離した後にブローバイガスをエンジンに確実に戻すことができる、ターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造を提供することにある。本発明の第２の目的は、エンジンオイルを捕集したフィルタをエンジンから取外して再生するか或いはエンジンに取付けたまま再生することができ、フィルタを何度でも再利用できる、ターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造を提供することにある。本発明の第３の目的は、クランク室の圧力を増大させずに、エンジンオイルの捕集効率を向上できる、ターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造を提供することにある。本発明の第４の目的は、ターボ過給機の仕事量が増大しても、エンジンオイルのコンプレッサ出口へのコーキングを阻止することができ、これによりターボ過給機の過給圧の低下を防止できる、ターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造を提供することにある。

本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、シリンダ１３ａの周壁内部に形成されクランクケース１７とシリンダヘッド１８とを連通接続するオイル通路１３ｃと、シリンダヘッド１８とエンジン１１の吸気管２４とを連通接続しシリンダ１３ａからクランクケース１７に漏れたブローバイガスをオイル通路１３ｃとシリンダヘッド１８と吸気管２４とターボ過給機１２のコンプレッサ２１とを通ってシリンダ１３ａに戻すガス還流管２７と、ガス還流管２７に設けられブローバイガスからエンジンオイル１６を分離して捕集するフィルタ２８と、フィルタ２８の下端とクランクケース１７とを連通接続しフィルタ２８により捕集されて流下するエンジンオイル１６をクランクケース１７に戻すドレン管２９とを備えたターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造において、フィルタ２８が、隔壁２８ｂで仕切られ互いに平行であってガス還流管２７の長手方向に延びる複数の貫通孔２８ｃが形成された担体２８ａと、これらの貫通孔２８ｃの相隣接する入口部と出口部を交互に封止する封止部材２８ｄとを有し、担体２８ａの隔壁２８ｂが、ブローバイガスが通過可能であってこのブローバイガスに含まれるエンジンオイル１６を捕集可能な多孔質のセラミックにより形成されたことを特徴とするターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造である。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図３に示すように、フィルタ５８に酸化触媒５８ｅがコーティングされ、フィルタ５８が加熱手段５１により２００〜２５０℃に加熱されるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図３に示すように、加熱手段５１がエンジンの排ガス又はヒータであることを特徴とする。

本発明の第１の観点の構造では、フィルタの担体の隔壁を、ブローバイガスが通過可能であってこのブローバイガスに含まれるエンジンオイルを捕集可能な多孔質のセラミックにより形成したので、エンジンオイルが溜まったフィルタを加熱してエンジンオイルを燃焼させることにより再生することができる。この結果、フィルタを何度でも再利用することができる。また従来のブローバイガス還元構造では、紙製のフィルタによるエンジンオイルの捕集効率を向上しようとすると、フィルタのメッシュ（網目）を細かくする必要があり、この場合、エンジンのクランク室の圧力が上昇してしまう問題点があったのに対し、本発明では、クランク室の圧力を増大させずに、エンジンオイルの捕集効率を向上できる。更にブローバイガスに含まれるエンジンオイルをフィルタで捕集して除去した後にブローバイガスが吸気管に戻されるので、エンジンオイルを含まないブローバイガスが吸気とともにターボ過給機のコンプレッサにより圧縮される。この結果、ターボ過給機の仕事量が増大して、コンプレッサ出口における温度（ブースト温度）が上昇しても、エンジンオイルが炭化してコンプレッサ出口に付着（コーキング）することはない。この結果、ターボ過給機の過給圧が低下するのを防止できる。

本発明の第２の観点の構造では、加熱手段がフィルタを２００〜２５０℃に加熱すると、フィルタにコーティングされた酸化触媒が活性化するので、フィルタに溜まったエンジンオイルが酸化触媒により酸化される、即ち燃焼する。この結果、エンジンオイルが溜まったフィルタをエンジンに取付けたまま再生することができるので、フィルタを何度でも再利用できるとともに、フィルタを再生するためにエンジンから取外すという手間を省くことができる。また従来のブローバイガス還元構造では、フィルタを連続再生するために、フィルタを２個使用しており、フィルタのエンジンへの搭載スペースが増大する不具合があったのに対し、本発明では、単一のフィルタを用いてこのフィルタをエンジンに搭載したまま再生することができるので、フィルタのエンジンへの搭載スペースを増大させずに済む。

本発明第１実施形態のターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造を示す構成図である。 そのブローバイガス還元構造のフィルタの拡大断面図である。 本発明第２実施形態のブローバイガス還元構造のフィルタの拡大断面図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、エンジン１１は車両に搭載されたターボ過給機１２付のディーゼルエンジンである。このエンジン１１のシリンダブロック１３の上部には複数のシリンダ１３ａが形成される。シリンダブロック１３のスカート部１３ｂの下面にはオイルパン１４が取付けられ、スカート部１３ｂとオイルパン１４によりクランク軸（図示せず）を収容しかつエンジンオイル１６を貯留するクランクケース１７が構成される。シリンダブロック１３の上面にはシリンダヘッド１８が設けられる。シリンダヘッド１８はシリンダブロック１３の上面に取付けられたヘッド本体１８ａと、ヘッド本体１８ａの上面を覆うヘッドカバー１８ｂとを有する。ヘッド本体１８ａとヘッドカバー１８ｂにより囲まれたヘッド室１８ｃにはロッカアーム等のバルブシステム（図示せず）が収容され、このヘッド室１８ｃには潤滑用のエンジンオイル１６が供給される。

一方、ターボ過給機１２は、エンジン１１の排ガスの運動エネルギをシャフト２２の回転エネルギに変換するタービン１９と、シャフト２２の回転エネルギによりエンジン１１の吸気を圧縮するコンプレッサ２１とを備える。タービン１９は、エンジン１１の排気管２３に設けられたタービンハウジング１９ａと、このタービンハウジング１９ａに回転可能に収容されたタービン羽根車１９ｂとを有する。またコンプレッサ２１は、エンジン１１の吸気管２４に設けられたコンプレッサハウジング２１ａと、このコンプレッサハウジング２１ａに回転可能に収容されたコンプレッサ羽根車２１ｂとを有する。タービンハウジング１９ａ及びコンプレッサハウジング２１ａはシャフト２２の中央を回転可能に保持する接続部２６により接続され、このシャフト２２の両端に上記タービン羽根車１９ｂ及びコンプレッサ羽根車２１ｂがそれぞれ嵌着される。このタービン羽根車１９ｂの静翼は固定式であっても或いは回動式であってもよいが、回動式の可変容量型ターボ過給機の方が固定式の固定容量型ターボ過給機より過給効率が高いので好ましい。なお、ターボ過給機１２のコンプレッサ２１より吸気下流側には、吸気を冷却するインタクーラ（図示せず）が設けられる。

一方、本発明のブローバイガス還流構造は、シリンダ１３ａの周壁内部に形成されたオイル通路１３ｃと、ヘッド室１８ｃとエンジン１１の吸気管２４とを連通接続するガス還流管２７と、ガス還流管２７に設けられたフィルタ２８と、フィルタ２８の下端とクランクケース１７とを連通接続するドレン管２９とを備える。オイル通路１３ｃはシリンダブロック１３の周壁内部からヘッド本体１８ａ内部にかけてクランクケース１７及びヘッド室１８ｃを連通するように形成され、ヘッド室１８ｃのエンジンオイル１６がこのオイル通路１３ｃを通ってクランクケース１７に戻るように構成される。ガス還流管２７はシリンダ１３ａとピストンリング３１の隙間からクランクケース１７に漏れたブローバイガスをオイル通路１３ｃ、ヘッド室１８ｃ、吸気管２４及びターボ過給機１２のコンプレッサ２１を通ってシリンダ１３ａに戻すように構成される。このブローバイガスにはミスト状のエンジンオイルが含まれる。

フィルタ２８はガス還流管２７の途中に設けられた円筒状のフィルタケース３２に収容されたハニカムフィルタである。このフィルタケース３２の内径及びフィルタ２８の直径はガス還流管２７の内径より大きく形成される。またフィルタ２８は、隔壁２８ｂで仕切られ互いに平行であってガス還流管２７の長手方向に延びる複数の貫通孔２８ｃが形成された担体２８ａと、これらの貫通孔２８ｃの相隣接する入口部と出口部を交互に封止する封止部材２８ｄとを有する。上記隔壁２８ｂはコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックにより排ガスが通過可能な多孔質体からなる。なお、図１の符号３３はスカート部１３ｂの内壁面に形成されドレン管２９の下端開口部の少なくとも上部を覆う庇である。また、図１の符号３４はドレン管２９に設けられた逆止弁である。この逆止弁３４はフィルタ２８からクランクケース１７へのエンジンオイル１６の流れを許容し、その逆の流れを阻止するように構成される。

このように構成されたターボ過給機１２付エンジン１１のブローバイガス還元構造の動作を説明する。シリンダ１３ａ内で燃料が燃焼すると、その急激な圧力上昇によりシリンダ１３ａとピストンリング３１との隙間からブローバイガスが漏れてクランクケース１７に入る。このブローバイガスは上記隙間を通過するときにシリンダ１３ａ内周面に付着したエンジンオイル１６と接触するため、比較的多くのエンジンオイル１６を含む。このブローバイガスはオイル通路１３ｃ、ヘッド室１８ｃ及びガス還流管２７を通ってフィルタ２８に流入する。フィルタ２８に流入したブローバイガスは、図２の破線矢印で示すように、多孔質の隔壁２８ｂを通過する。このときブローバイガスに含まれるエンジンオイル１６は隔壁２８ｂにより分離される。エンジンオイル１６が除去されたブローバイガスは図２の破線矢印で示すようにフィルタ２８から流出した後、ガス還流管２７、吸気管２４、ターボ過給機１２のコンプレッサ２１を通りシリンダ１３ａに流入して燃焼される。

なお、エンジンオイル１６が分離除去されたブローバイガスが吸気とともにターボ過給機１２のコンプレッサ２１により圧縮されるとき、このブローバイガスにはエンジンオイル１６が含まれていないため、ターボ過給機１２の仕事量が増大して、コンプレッサ２１出口における温度（ブースト温度）が上昇しても、エンジンオイル１６が炭化してコンプレッサ２１出口に付着（コーキング）することはない。この結果、ターボ過給機１２の過給圧が低下するのを防止できる。

また、フィルタ２８で捕集されたエンジンオイル１６はガス還流管２７、ドレン管２９及び逆止弁３４を通ってクランクケース１７に戻される。このときクランクケース１７内壁面を流下するエンジンオイル１６は庇３３の外面を通って流れ落ちるので、ドレン管２９の下端開口部がエンジンオイル１６により閉塞されることはない。この結果、吸気の負圧によりフィルタケース３２内がクランクケース１７内より圧力が低下し、かつ逆止弁３４の開閉するタイミングが圧力の変動より少し遅れると、クランクケース１７内のブローバイガスがフィルタケース３２内に向って流れるけれども、エンジンオイル１６がドレン管２９を通って吸上げられることはない。

更に、車両が所定の距離だけ走行すると、フィルタ２８により捕集されたエンジンオイル１６はその粘度が高くなって、ドレン管２９を流下せずにフィルタ２８に溜まってしまう。このためフィルタ２８をフィルタケース３２から取外して２５０℃程度に加熱した電気炉（図示せず）に１時間程度収容することにより、フィルタ２８に溜まったエンジンオイル１６を燃焼させた後に、フィルタ２８をフィルタケース３２に戻す。このように比較的簡単な作業でフィルタ２８を再生させることができるので、フィルタ２８を何度でも再利用することができる。

＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、フィルタ５８に酸化触媒５８ｅがコーティングされ、フィルタ５８が加熱手段５１により２００〜２５０℃に加熱されるように構成される。上記酸化触媒５８ｅは、ブローバイガス入口側に面する隔壁２８ｂ表面に形成される。また酸化触媒５８ｅとしては、白金−ゼオライト触媒、白金−アルミナ触媒、パラジウム−ゼオライト触媒、パラジウム−アルミナ触媒、白金−パラジウム−ゼオライト触媒、白金−パラジウム−アルミナ触媒等が挙げられる。なお、酸化触媒５８ｅとして白金−ゼオライト触媒をフィルタを用いる場合、担体２８ａに水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させる。このような酸化触媒５８ｅのコーティングにより、フィルタ５８にエンジンオイル１６の酸化力が付与される。

一方、加熱手段５１はフィルタ５８を２００〜２５０℃に加熱するエンジンの排ガスである。具体的には、加熱手段５１は、フィルタケース５２の外周面にフィルタ５８を包囲するように形成された円筒状のジャケット部５２ａと、このジャケット部５２ａにエンジンの排ガスを導入する導入管５３と、ジャケット部５２ａから排ガスを排出する排出管５４と、ジャケット部５２ａにエンジンの排ガスを供給又は停止する開閉弁５６とを有する。一端がジャケット部５２ａに連通接続された導入管５３の他端はターボ過給機のタービンより排ガス上流側の排気管に接続され、一端がジャケット部５２ａに連通接続された排出管５４の他端はターボ過給機のタービンにより排ガス下流側の排気管に接続される。またフィルタケース５２には、フィルタ５８の入口側のブローバイガスの圧力を検出する第１圧力センサ６１と、フィルタ５８の出口側のブローバイガスの圧力を検出する第２圧力センサ６２とがそれぞれ設けられる。第１及び第２の圧力センサ６１，６２の各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は開閉弁５６に接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられる。このメモリには、第１圧力センサ６１の検出する入口側圧力と第２圧力センサ６２の検出する出口側圧力との差として第１圧力差と第２圧力差がそれぞれ記憶される。コントローラはフィルタ５８の入口側圧力と出口側圧力の差が第１圧力差以上になったときに開閉弁５６を開き、フィルタ５８の入口側圧力と出口側圧力の差が第２圧力差以下になったときに開閉弁５６を閉じるように構成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

なお、コントローラは第１及び第２圧力センサの各検出出力に基づいて開閉弁を制御するのではなく、車両が所定の距離だけ走行したときに開閉弁を所定の時間だけ開いてエンジンの排ガスをジャケット部に導入するように構成してもよい。また、この実施の形態では、加熱手段としてはフィルタを２００〜２５０℃に加熱するエンジンの排ガスを挙げたが、加熱手段がフィルタを２００〜２５０℃に加熱するヒータであってもよい。

このように構成されたターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造の動作を説明する。車両の走行距離が長くなると、フィルタ５８により捕集されたエンジンオイルはその粘度が高くなって、ドレン管を流下せずにフィルタ５８に溜まってしまう。一方、コントローラは第１及び第２圧力センサ６１，６２の各検出出力に基づいてフィルタ５８の入口側圧力と出口側圧力の差をメモリに記憶された第１圧力差と定期的に比較する。そしてフィルタ５８の入口側圧力と出口側圧力の差が第１圧力差以上になったときにコントローラは開閉弁５６を開く。これによりフィルタケース５２のジャケット部５２ａに高温の排ガスが導入され、フィルタ５８が２００〜２５０℃に加熱されるので、フィルタ５８にコーティングされた酸化触媒５８ｅが活性化するので、フィルタ５８に溜まったエンジンオイルが酸化触媒５８ｅにより徐々に酸化される、即ち徐々に燃焼する。
そして、コントローラはフィルタ５８の入口側圧力と出口側圧力の差が第２圧力差以下になったときに開閉弁５６を閉じる。この結果、エンジンオイルの溜まったフィルタ５８をエンジンに取付けたまま再生することができるので、フィルタ５８を再生するためにエンジンから取外すという手間を省くことができるとともに、フィルタ５８を何度でも再利用できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

１１ エンジン
１２ ターボ過給機
１３ａ シリンダ
１３ｃ オイル通路
１６ エンジンオイル
１７ クランクケース
１８ シリンダヘッド
２１ コンプレッサ
２４ 吸気管
２７ ガス還流管
２８，５８ フィルタ
２８ａ 担体
２８ｂ 隔壁
２８ｃ 貫通孔
２８ｄ 封止部材
５１ 加熱手段
５８ｅ 酸化触媒

Claims (3)

1. シリンダ(13a)の周壁内部に形成されクランクケース(17)とシリンダヘッド(18)とを連通接続するオイル通路(13c)と、前記シリンダヘッド(18)とエンジン(11)の吸気管(24)とを連通接続し前記シリンダ(13a)から前記クランクケース(17)に漏れたブローバイガスを前記オイル通路(13c)と前記シリンダヘッド(18)と前記吸気管(24)とターボ過給機(12)のコンプレッサ(21)とを通って前記シリンダ(13a)に戻すガス還流管(27)と、前記ガス還流管(27)に設けられ前記ブローバイガスからエンジンオイル(16)を分離して捕集するフィルタ(28,58)と、前記フィルタ(28,58)の下端と前記クランクケース(17)とを連通接続し前記フィルタ(28,58)により捕集されて流下するエンジンオイル(16)を前記クランクケース(17)に戻すドレン管(29)とを備えたターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造において、
   前記フィルタ(28,58)が、隔壁(28b)で仕切られ互いに平行であって前記ガス還流管(27)の長手方向に延びる複数の貫通孔(28c)が形成された担体(28a)と、これらの貫通孔(28c)の相隣接する入口部と出口部を交互に封止する封止部材(28d)とを有し、
   前記担体(28a)の隔壁(28b)が、前記ブローバイガスが通過可能であってこのブローバイガスに含まれる前記エンジンオイル(16)を捕集可能な多孔質のセラミックにより形成された
   ことを特徴とするターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造。
2. フィルタ(58)に酸化触媒(58e)がコーティングされ、前記フィルタ(58)が加熱手段(51)により２００〜２５０℃に加熱されるように構成された請求項１記載のターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造。
3. 加熱手段(51)がエンジンの排ガス又はヒータである請求項２記載のターボ過給機付エンジンのブローバイガス還元構造。

Images