JP2014015875A - 過給機付内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】過給機付内燃機関は、吸気通路24と、コンプレッサ18bを吸気通路に備えるターボ過給機18と、三重管100を備えている。三重管100は、EGR導入用外管106の導入部106c、空気流通用中管104、およびオイルミスト導入用内管102の導入部102cが重なることで構成されている。オイルミスト導入用内管102の内部には、ブローバイガスから改修されたオイルによりオイルミスト注入弁76が生成するオイルミストを流通させることができる。EGR導入用外管106内には、低圧排気ガス還流通路(LPL)44を経由したEGRガスを流通させることができる。導入部106cと導入部102cとの間には、空気流通用中管104によって吸気通路24内の空気が流通する。
【選択図】図1
Description
吸気通路と、
コンプレッサを前記吸気通路に備える過給機と、
EGR通路と連通する第1連通部、前記吸気通路における前記コンプレッサより上流の部分である吸気通路上流部に接続する第1接続部、および前記第1接続部から前記吸気通路の下流に向かって延びて前記下流に開口する第1導入部を備えたEGR導入管と、
ブローバイガスの経路および前記ブローバイガスから回収したオイルの経路のうち少なくとも一方の経路と連通する第2連通部、前記吸気通路上流部に接続する第2接続部、および前記第2接続部から前記吸気通路の下流に向かって延び前記下流に開口する第2導入部を備えたオイル導入管と、
を備え、
前記第1導入部と前記第2導入部との間に空気が流通することを特徴とする。
前記第1導入部、前記吸気通路上流部を構成する吸気管路部、および前記第2導入部が、互いに直径の異なる管であり、
前記直径の異なる管のうち直径の小さい管に被せて直径の大きい管が重ねられることで前記第1導入部、前記吸気管路部、および前記第2導入部により構成された三重管を備え、
前記第1導入部と前記第2導入部の間に介在した前記吸気管路部に空気が流通することを特徴とする。
前記吸気通路における前記コンプレッサより上流にブローバイガスを導入するブローバイガス通路と、
前記ブローバイガス通路の途中に設置され、ブローバイガス中に含まれるオイルを当該ブローバイガスから分離して捕集するオイル捕集手段と、
前記オイル捕集手段で捕集した前記オイルを貯留するオイルタンクと、
前記オイルタンクと接続し、出口からオイルミストを前記上流側部位に供給するオイルミスト注入弁と、
を更に備え、
前記オイル導入管における前記第2連通部は、前記オイルミスト注入弁の出口と連通することにより、ブローバイガス中から回収したオイルの経路と連通することを特徴とする。
前記第1導入部の開口は、前記コンプレッサのシュラウド側に位置し、前記第2導入部の開口は、前記コンプレッサのインペラのハブ側に位置することを特徴とする。
[実施の形態1の過給機付内燃機関の構成]
以下、図面を参照しつつ、実施の形態1の過給機付内燃機関の構成を下記(1)〜(4)の順に説明する。
(1)システム構成
(2)オイルミスト注入弁およびその周辺構成
(3)ECUの制御システム
(4)三重管の構成
図1は、本発明の実施の形態1にかかる過給機付内燃機関のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、内燃機関10を備えている。ここでは、内燃機関10は、4サイクルのディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)10であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態の内燃機関10は、直列4気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
オイルセパレータ54は、オイル通路70を介して、オイルミスト回収タンク72に接続している。オイルミスト回収タンク72は、オイルセパレータ54で捕集されたオイルを回収し、一定量だけ貯留することができる。オイルミスト回収タンク72は、オイルミスト注入通路74を介して、吸気通路24のコンプレッサ18bの上流部に接続している。オイルミスト注入通路74には、オイルミスト注入弁76が設置されている。
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)60を備えている。ECU60の入力部には、上述したエアフローメータ32、吸気温度センサ34、36および吸気圧力センサに加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ62、および、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ64等の内燃機関10の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。更に、ECU60の出力部には、上述したインジェクタ、HPLディーゼルスロットル30、HPL−EGR弁42、LPL−EGR弁48、排気絞り弁50および切替弁58等の内燃機関10の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ECU60は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関10の運転状態を制御するものである。
ECU60はオイルミスト注入弁76およびオイルリターン弁80に接続しており、制御信号によってオイルミスト注入弁76およびオイルリターン弁80をそれぞれ開閉制御することができる。オイルミスト注入弁76はノーマルクローズ(通常状態で閉じ)であり、オイルリターン弁80はノーマルオープン(通常状態で開放)である。
実施の形態1にかかる過給機付内燃機関10は、三重管100を備えている。図12は、図1における三重管100近傍の構成を拡大して示す断面図であり、図13(a)は、三重管100近傍を拡大して示す斜視図であり、吸気通路24の一部を透視して示している。図13(b)は、三重管100をその長さ方向の中央部分で切断した断面図である。三重管100は吸気通路24におけるコンプレッサ18b上流に配置されている。
図13(a)の斜視図に示すように、オイルミスト導入用内管102は全体としてL型の本体を有する管であり、連通部102aはその管の一端である。連通部102aは、ブローバイガスの経路およびブローバイガスから回収したオイルの経路のうち少なくとも一方の経路と連通するものであり、実施の形態1ではオイルミスト注入弁76と接続して「ブローバイガスから回収したオイルの経路」と連通している。接続部102bは、吸気通路24上流部に接続する部位であり、具体的には吸気通路24の一部を貫通してその内部に管路本体を侵入させるための部位である。接続部102bと吸気通路24との間には例えば溶接、シーリング等による封止が施されても良い。導入部102cは、接続部102bから吸気通路24の下流に向かって延び下流に開口する。
次に、吸気通路24に導入されたブローバイガス中に劣化したミスト状のオイルが含まれていた場合に生じ得る課題である、コンプレッサ18bの内部(ディフューザ部18b6)へのデポジットの堆積について説明する。
コンプレッサ18bは、吸気通路24の途中に介在し、その内部は、吸気通路24の一部として機能する。図3に示すように、ターボ過給機18におけるコンプレッサ18b側のハウジング18b1には、吸気の上流側の吸気通路24に接続されるコンプレッサ入口部18b2と、連結軸18cに固定されたコンプレッサインペラ18b3を収容するインペラ部18b4と、渦巻き状のスクロール部18b5と、インペラ部18b4とスクロール部18b5との間においてインペラ部18b4よりも外周側に位置し、円板状の通路であるディフューザ部18b6とが形成されている。
図4に示すように、ブローバイガス中に含まれるオイルミストは、直径で6μm程度以下のものである。劣化したオイルミストには、直径で0.1μm程度のススが含まれている。このようなオイルミストがインペラ部18b4に流入すると、吸気とともに温度上昇することによって、オイル部分が蒸発していく。その結果、オイルミストが高粘度化し、粘着性が高くなっていく。
先ず、図6(A)を参照して、デポジットの堆積し易さについてのオイルミストの粒径の影響について説明する。図6(A)に示すように、大粒径のオイルミストの場合には、質量が大きいため、コンプレッサ18bの内部において多少蒸発しても、流動性が高く保持される。このため、大粒径のオイルミストは、ディフューザ部18b6に着床した場合であっても、固着する前にディフューザ部18b6の出口まで到達し易くなる。一方、小粒径のオイルミストの場合には、ディフューザ部18b6に着床した後に流動性が無い(低い)ため、ディフューザ部18b6の出口まで至らずに固着してデポジットになってしまう。
以上説明したように、オイルセパレータ54を利用したブローバイガス中のオイルミストの捕集を行った場合には、大粒径のオイルミストが捕集され、捕集のできない小粒径のオイルミストがコンプレッサ18bに流入することになる。そして、小粒径のオイルミストはデポジットになり易く、また、大粒径のオイルミストは、小粒径のオイルミストによるデポジットの生成および成長を抑制する効果をもたらすものである。従って、オイルセパレータ54によるオイルミストの捕集を行わない場合の方が、当該捕集を行う場合と比べ、ディフューザ部18b6へのデポジットの堆積が抑制される。このため、図7に示すように、オイルミストの捕集を行わない場合には、デポジットの堆積に起因するコンプレッサ効率ηcの低下が認められないのに対し、オイルミストの捕集を行う場合には、コンプレッサ効率の低下代Δηcが運転時間の経過とともに大きくなる。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態1の過給機付内燃機関の作用、動作を下記(1)〜(3)の順に説明する。
(1)オイルミスト注入弁の作用
(2)デポジット堆積運転モードの判定
(3)三重管による作用効果
実施の形態1では、上記のデポジット堆積を抑制すべく、オイルミスト注入弁76を設けている。オイルミスト注入弁76のノズル部76cは、「堆積デポジットの洗浄に最適なオイルミスト粒径」が多く含まれる噴霧を形成するように、予め試験等によりノズル形状を設計しておくものとする。このオイルミスト粒径は、具体的には、図5で説明したように、コンプレッサ18bのディフューザ部18b6に着床した場合であっても、固着する前にディフューザ部18bcの出口まで到達する程度の大きさの粒径であることが好ましい。そのような粒径が含まれる量についても、デポジット堆積を抑制できる程度の量となるように予め試験等によりノズル部76cを設計すればよい。
本実施の形態1によれば、ブローバイガスからオイルを回収して、この回収したオイルをオイルミスト注入弁76によって、必要なときに、オイルミスト82として吸気通路24のコンプレッサ18b上流側部位に供給することができる。また、必要な場合にのみオイルミストの注入を行うことができるため、オイルセパレータ54で回収したオイルを不要に消費しなくともよく、限られた量のオイルを有効利用することができる。
本実施形態では、内燃機関10の運転中に、現在の運転条件が、「ブローバイガス中に含まれるオイルミストに起因してコンプレッサ18bの内部(ディフューザ部18b6)へのデポジットの堆積が懸念される運転条件」であるか否かを判定する。以下、「ブローバイガス中に含まれるオイルミストに起因してコンプレッサ18bの内部(ディフューザ部18b6)へのデポジットの堆積が懸念される運転条件」と判定される判定条件運転モードを、「デポジット堆積運転モード」と称する。本実施の形態1において、デポジット堆積運転モードは、スーツ濃度と、LPL−EGR混合率と、コンプレッサ出口温度とを用いて判定される。
図8は、デポジット堆積とスーツ濃度との関係を説明するための図である。
図8(A)に示すように、スーツ濃度は燃料噴射量と相関がある。その因果関係を説明すると、すなわち、図8(B)に示すように、コンプレッサ18b内を流れるガスのスーツ濃度は、コンプレッサ効率の低下率と相関を有する。さらに、図8(C)に示すように、コンプレッサ効率の低下は、コンプレッサのディフューザ部18b6壁面におけるデポジット堆積量(堆積したデポジットの厚さ)と相関がある。
S=cof1+ cof2×A ・・・(1)
Sはスーツ濃度であり、Aは燃料噴射量であり、cof1およびcof2はそれぞれ所定の定数である。
ECU60は、燃料噴射弁における燃料噴射量の指令値を取得し、上記(1)式に従って、スーツ濃度Sを計算する。ECU60は、このスーツ濃度が所定の上限値以上である場合、スーツ濃度に関してはデポジット堆積運転モードであると判定する。
図9および図10は、デポジット堆積とLPL−EGR混合率との関係を説明するための図である。
図9(A)に示すように、LPL−EGRの混合率とコンプレッサ入口温度との間には相関がある。図9(B)に示すように、コンプレッサ入口温度とコンプレッサ出口温度の間には、相関がある。図10(A)に示すように、コンプレッサ出口温度が上昇すると、コンプレッサ効率が低下する。図10(B)に示すように、コンプレッサ効率の低下は、コンプレッサのディフューザ部18b6壁面におけるデポジット堆積量(堆積したデポジットの厚さ)と相関がある。コンプレッサ内を流れるガス温度が上昇すると、オイルミストが加熱されて、ディフューザ部壁面のデポジット堆積を生じやすくなるということである。
図11は、デポジット堆積とコンプレッサ出口温度との関係を説明するための図である。
図11(A)に示すように、コンプレッサ出口温度とコンプレッサ効率低下率との間には相関がある。図11(B)に示すように、コンプレッサ効率低下率と、コンプレッサのディフューザ部18b6壁面におけるデポジット堆積量(堆積したデポジットの厚さ)と相関がある。コンプレッサ出口温度が上昇すると、オイルミストが加熱されて、ディフューザ部壁面のデポジット堆積を生じやすくなるということである。
すなわち、デポジット堆積運転モードであると判定された場合には、ECU60は、メータ73から取得したオイル残量を所定の下限値と比較する。メータ73から取得したオイル残量が下限値以上である場合には、ノーマルクローズのオイルミスト注入弁76を開き、かつノーマルオープンのオイルリターン弁80を閉じる。
一方、デポジット堆積運転モードではないと判定された場合には、ECU60は、メータ73から取得したオイル残量を下限値と比較する。メータ73から取得したオイル残量が下限値未満の場合には、ノーマルオープンのオイルリターン弁80を閉じる。これにより、オイルセパレータ54で回収したオイルを貯蔵して、オイルミスト回収タンク72内のオイル残量を下限値より多い値に維持し、オイル量を確保することができる。また、オイルミスト回収タンク72を小容量のものとし、小型化できる。
実施の形態1にかかる三重管100によれば、高温なEGRガスとブローバイガス中のオイル(オイルミスト)との間で導入経路を分けて、オイルが高温にさらされることを回避できる。その結果、コンプレッサ18bにデポジットが堆積することを抑制することができる。
なお、上述した実施の形態1では、切替弁58の制御によるブローバイガス経路の切り替えについては言及しなかったが、次のような制御を加えても良い。つまり、デポジット堆積運転モードが成立すると判定された場合には、ブローバイガスがオイルセパレータ54を通過しないようにするための上記非オイル捕集流路形態が得られるように、切替弁58を制御するようにしてもよい。そして、デポジット堆積運転モードが成立すると判定されない場合には、ブローバイガスがオイルセパレータ54を通過する上記オイル捕集流路形態が得られるように、切替弁58を制御するようにしてもよい。このような制御を、適宜に実施の形態1の制御に組み合わせても良く、これによりオイル消費の低減とコンプレッサへのデポジット堆積の防止とを好適に両立させることができる。
図14は、本発明の実施の形態2にかかる過給機付内燃機関のシステム構成を説明するための図である。実施の形態2にかかる内燃機関は、オイルミスト注入弁76とその周辺構成を備えていない点、オイルミスト導入用内管102にブローバイガス通路52が直結している点、およびオイルリターン通路78に代えてオイルリターン通路278が設けられている点が、実施の形態1と異なる。この点を除き、実施の形態2と実施の形態1は同様の構成を備えている。なお、オイルリターン通路278に設けられたオイルリターン弁80を開くことで、捕集されたオイルがオイルパンに戻されるようになっている。
12 インジェクタ
16 排気通路
18 ターボ過給機
18a タービン
18b コンプレッサ
18b1 ハウジング
18b2 コンプレッサ入口部
18b3 コンプレッサインペラ
18b4 インペラ部
18b5 スクロール部
18b6 ディフューザ部
18bc ディフューザ部
18c 連結軸
20 酸化触媒
24 吸気通路
26 エアクリーナ
28 インタークーラ
30 HPLディーゼルスロットル
32 エアフローメータ
34 第1吸気温度センサ
36 第2吸気温度センサ
42 HPL−EGR弁
46 EGRクーラ
48 LPL−EGR弁
50 排気絞り弁
52 ブローバイガス通路
52a 上流側接続部
52b 下流側接続部
54 オイルセパレータ
56 バイパス通路
58 切替弁
62 クランク角センサ
64 水温センサ
66 トリップメータ
70 オイル通路
72 オイルミスト回収タンク
73 メータ
74 オイルミスト注入通路
76 オイルミスト注入弁
76a 弁体
76b ノズルボディ
76c ノズル部
78 オイルリターン通路
80 オイルリターン弁
82 オイルミスト
100 三重管
102 オイルミスト導入用内管
102b 接続部
102c 導入部
104 空気流通用中管
106 導入用外管
106a 連通部
106b 接続部
106c 導入部
106d 閉塞部
Claims (4)
- 吸気通路と、
コンプレッサを前記吸気通路に備える過給機と、
EGR通路と連通する第1連通部、前記吸気通路における前記コンプレッサより上流の部分である吸気通路上流部に接続する第1接続部、および前記第1接続部から前記吸気通路の下流に向かって延びて前記下流に開口する第1導入部を備えたEGR導入管と、
ブローバイガスの経路および前記ブローバイガスから回収したオイルの経路のうち少なくとも一方の経路と連通する第2連通部、前記吸気通路上流部に接続する第2接続部、および前記第2接続部から前記吸気通路の下流に向かって延び前記下流に開口する第2導入部を備えたオイル導入管と、
を備え、
前記第1導入部と前記第2導入部との間に空気が流通することを特徴とする過給機付内燃機関。 - 前記第1導入部、前記吸気通路上流部を構成する吸気管路部、および前記第2導入部が、互いに直径の異なる管であり、
前記直径の異なる管のうち直径の小さい管に被せて直径の大きい管が重ねられることで前記第1導入部、前記吸気管路部、および前記第2導入部により構成された三重管を備え、
前記第1導入部と前記第2導入部の間に介在した前記吸気管路部に空気が流通することを特徴とする請求項1に記載の過給機付内燃機関。 - 前記吸気通路における前記コンプレッサより上流にブローバイガスを導入するブローバイガス通路と、
前記ブローバイガス通路の途中に設置され、ブローバイガス中に含まれるオイルを当該ブローバイガスから分離して捕集するオイル捕集手段と、
前記オイル捕集手段で捕集した前記オイルを貯留するオイルタンクと、
前記オイルタンクと接続し、出口からオイルミストを前記上流側部位に供給するオイルミスト注入弁と、
を更に備え、
前記オイル導入管における前記第2連通部は、前記オイルミスト注入弁の出口と連通することにより、ブローバイガス中から回収したオイルの経路と連通することを特徴とする請求項1または2に記載の過給機付内燃機関。 - 前記第1導入部の開口は、前記コンプレッサのシュラウド側に位置し、前記第2導入部の開口は、前記コンプレッサのインペラのハブ側に位置することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の過給機付内燃機関。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017507224A (ja) * | 2014-03-12 | 2017-03-16 | ザ ルブリゾル コーポレイションThe Lubrizol Corporation | 内燃エンジンを潤滑する方法 |
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JP2017507224A (ja) * | 2014-03-12 | 2017-03-16 | ザ ルブリゾル コーポレイションThe Lubrizol Corporation | 内燃エンジンを潤滑する方法 |
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