JP2017190684A - ブローバイガス還元装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機のコンプレッサ上流のエアダクト内でオイルミストを吸着して液滴化することにより、エンジンの構造に影響を与えることなく、コンプレッサに流入するオイルミストを低減する。【解決手段】過給機２０を備えたエンジン１０のブローバイガス還元装置である。そして、過給機２０のコンプレッサ２２の上流側に接続され、エンジン１０への吸気と共にエンジン１０からのブローバイガスが流されるエアダクト３２を備える。該エアダクト３２の内壁面には、親油性コーティングが施されている。【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備えたエンジンのブローバイガス還元装置（以下、ＰＣＶ装置という）に関する。

ＰＣＶ装置では、クランク室内のブローバイガスを吸気系に戻している。過給機を備えたエンジンでは、過給機のコンプレッサにブローバイガスが流入する。その結果、ガス中に含まれるオイルミストがコンプレッサ内壁に付着し、付着したオイルミストが熱等の影響で時間経過とともにデポジットとしてコンプレッサ内壁に堆積する問題がある。コンプレッサ内壁にデポジットが堆積して通路面積を狭くすると、吸気温度が上昇するため、過給機の出力が抑制され、最終的にエンジン出力が抑制される。

そこで、エンジンの吸気中に混入するオイルミストを除去することが考えられている。オイルミストを除去するための方策として、ブローバイガス還元経路（以下、ＰＣＶ経路という）中にオイルセパレータを挿入することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−１５２８５１号公報

しかし、特許文献１では、オイルセパレータが、シリンダヘッドカバー内の空間に設置されており、エンジンの全高が高くなる問題がある。

このような問題に鑑み本発明の課題は、過給機のコンプレッサ上流のエアダクト内でオイルミストを吸着して液滴化することにより、エンジンの構造に影響を与えることなく、コンプレッサに流入するオイルミストを低減することにある。

第１発明は、過給機を備えたエンジンのブローバイガス還元装置である。そして、過給機のコンプレッサの上流側に接続され、エンジンへの吸気と共にエンジンからのブローバイガスが流されるエアダクトを備える。該エアダクトの内壁面には、親油性コーティングが施されている。

第１発明において、過給機は、型式を限定されず、排気エネルギーを活用して作動されるターボチャージャ、エンジン出力により作動されるスーパーチャージャも含む。また、ブローバイガスは、親油性コーティングが施されたエアダクトの両端間に導入されてもよいし、エアダクトの上流側に導入されてもよい。更に、親油性コーティングのコーティング剤としては、高い親油性と若干の撥水性を備え、しかも耐候性を備えた長鎖脂肪族化合物を用いることができる。

第１発明によれば、ブローバイガス中のオイルミストがエアダクトを通流中に親油性コーティングに触れると、オイルミストが親油性コーティングに吸着され、凝集されて、液滴化される。液滴化されたオイルは、コンプレッサの内壁に留まることなく、内壁面を伝わってエンジン内に流入する。コンプレッサにオイルミストが流入して内壁に付着すると、付着後に粘度が高まってデポジット化する。しかし、第１発明によれば、液滴化されたオイルは、オイルミストの状態に比べて格段に質量が増加され、吸気の流れを受けて、コンプレッサの内壁面を比較的速い速さで流れる。そのため、デポジット化することなく、エンジンに流入する。従って、エンジンの構造に影響を与えることなく、吸気経路中に流入したオイルミストを、そのままの状態でコンプレッサに流入することを抑制できる。

第２発明は、上記第１発明において、前記親油性コーティングには、シリコンオイルが含有されている。

シリコンオイルは、耐熱性が高いため、エンジンからの高温に曝されても親油性コーティングの性状が安定している。また、シリコンオイルを含むコーティングは、金属等の多くの材料に対して悪影響を及ぼさない性質を有する。そのため、第２発明によれば、親油性コーティングによる性能を長期間に渡って維持することができる。また、親油性コーティングを施すことによるエアダクト等への悪影響を抑制することができる。

第３発明は、上記第１又は第２発明において、前記エアダクトは、コンプレッサの空気取入口に一端が接続される金属パイプ製のインレットパイプによって構成されている。そして、前記インレットパイプの反コンプレッサ接続側端は、エアフィルタに接続された吸気ダクトに接続されている。また、前記インレットパイプの両端間には、ブローバイガス還元経路のガス出口が接続されている。更に、前記インレットパイプの内壁面には、親油性コーティングが施されている。

第３発明によれば、コンプレッサに接続されるインレットパイプの内壁面に親油性コーティングを施すことにより、オイルミスト中のオイル成分を液滴化して流すことができる。従って、エンジンの構成を変更することなく、既存のインレットパイプの内壁面に親油性コーティングを施すのみで、コンプレッサ内壁面に付着するデポジットを抑制することができる。

第４発明は、上記第１ないし第３発明のいずれかにおいて、前記エアダクトに一端が分岐接続されたオイル還流通路を備える。そして、該オイル還流通路は、前記エアダクト内で液滴化されたオイルをエンジンのクランク室内に流入させるように、その他端が、クランク室内に連通接続されている。しかも、前記オイル還流通路の途中には、クランク室から設定圧以上の負圧を受けて閉じ、それ以外では開く逆止弁が介挿されている。

第４発明において、逆止弁としては、スイングタイプ、ボールタイプ、ダイアフラムタイプ等各種タイプのものが適用可能であり、特定のタイプ、構造に限定されない。

第４発明によれば、エンジン作動中は、クランク室内は負圧となるため、逆止弁は閉じて、ダクトで液滴化されたオイルは、オイル還流通路内に貯留される。エンジンが作動停止して、クランク室内が大気圧となると、逆止弁は開いて、オイル還流通路内に貯留されていたオイルはクランク室内に戻される。従って、オイルミストとなったエンジンオイルが再びクランク室に戻されることとなり、エンジンオイルの消費を抑制することができる。

本発明の第１実施形態を適用したエンジンのシステム構成図である。 第１実施形態におけるインレットパイプを拡大して示す部分断面正面図である。 第１実施形態における過給機のコンプレッサの概略構成を示す縦断面図である。 図３のＩＶ部を拡大して示す断面図である。 図３のコンプレッサのハウジング内壁にデポジットが付着する様子を示す説明図である。 図２のインレットパイプに流入したオイルミストが液滴化する様子を示す説明図である。 本発明の第２実施形態を適用したエンジンのシステム構成図である。

図１は、本発明のブローバイガス還元装置の第１実施形態を示す。第１実施形態は、過給機としてターボチャージャを備えたディーゼルエンジン（以下、エンジンという）に本発明を適用した例を示す。なお、以下の説明において、上流又は下流の意味は、吸気、排気、ブローバイガス、オイル等、その場所を流れる流体の流れの上流又は下流のことをいう。

過給機（ターボチャージャ）２０は、周知のとおりタービン２１とコンプレッサ２２とを備える。タービン２１は、エンジン１０の排気ダクト４１の途中に設けられ、コンプレッサ２２は、エンジン１０の吸気ダクト３１の途中に設けられている。従って、ターボチャージャ２０は、エンジン１０の排気エネルギーを受けてタービン２１が回転され、そのタービン２１によってコンプレッサ２２が回転されて空気を圧縮してエンジン１０に供給する。タービン２１の下流側の排気ダクト４１には、周知の排気浄化装置４２が設けられている。また、コンプレッサ２２の上流側の吸気ダクト３１には、周知のエアフィルタ３３が設けられ、コンプレッサ２２の下流側の吸気ダクト３１には、周知のインタークーラ３４が設けられている。そして、コンプレッサ２２とエアフィルタ３３との間の吸気ダクト３１は、その一部が金属パイプ製のインレットパイプ（本発明のエアダクトに相当）３２により構成されている。インレットパイプ３２は、その一端３２ａがコンプレッサ２２の空気取入口２２ｃに接続され、他端３２ｂがエアフィルタ３３に近い吸気ダクト３１に接続されている。

ＰＣＶ経路（ブローバイガス還元経路）５０は、そのガス入口５０ａがエンジン１０のカム室１２に接続されている。また、ガス出口５０ｂがインレットパイプ３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に接続されている。なお、エンジン１０のカム室１２は、シリンダヘッド１４及びシリンダブロック１５中の経路（図示略）によりクランク室１１に連通されている。そのため、ＰＣＶ経路５０は、エンジン１０の燃焼室１３からクランク室１１に漏れる未燃ガス及び燃焼ガス（ブローバイガス）を、インレットパイプ３２に戻している。インレットパイプ３２では、エアフィルタ３３からの吸気にブローバイガスが混合される。従って、ブローバイガスは吸気と共に、コンプレッサ２２及びインタークーラ３４を介してエンジン１０に還元される。

図３は、コンプレッサ２２の概略断面構造を示す。コンプレッサ２２は、タービン２１（図示略）によってインペラ２２ｂが回転されると、矢印で示すように、吸気及びブローバイガスをハウジング２２ａ内に取り込んで過給する。図４は、図３におけるＩＶ部を拡大して示す。矢印で示すように、吸気及びブローバイガスがハウジング２２ａ内に加圧されながら取り込まれると、Ｄで示すように、インペラ２２ｂ下流側のハウジング２２ａ内壁にブローバイガス中のオイルミストが付着する。

図５は、ハウジング２２ａ内壁に付着したオイルミストＭが変質する様子を示す。図５（Ａ）〜（Ｃ）で示すように、オイルミストＭは、ハウジング２２ａ内壁に付着した後、高温、高速、更に高圧のガスの流れに曝されることによりデポジットＤに変化する。即ち、オイルミストＭは、ガスの流れに曝されるが、直径が１０〜５０μｍ程度で質量が小さいため、ガスの流れにより殆ど流されず、ハウジング２２ａ内壁に付着したまま留まる。その間、水分や揮発性の未燃ガス、揮発性のオイル成分等は蒸発して飛散する。時間経過と共にオイルミストＭ中の揮発性の低いオイルＯと煤等の固形物Ｇが固まって、デポジットＤとしてハウジング２２ａ内壁に付着して残る。

図２は、インレットパイプ３２を拡大して示す。鋼鉄製のパイプであり、一端３２ａはコンプレッサ２２の空気取入口２２ｃに接続可能な構成とされている。また、他端３２ｂは、吸気ダクト３１に接続可能な構成とされている。更に、一端３２ａと他端３２ｂとの間で、一端３２ａに近い部位には、ＰＣＶ経路接続口３２ｃが一体に形成されている。インレットパイプ３２は、適宜の固定手段によりエンジン１０の適所に固定されている。

インレットパイプ３２の内壁には、親油性コーティング７０が施されている。親油性コーティング７０のコーティング剤としては、高い親油性と若干の撥水性を備え、しかも耐候性を備えた長鎖脂肪族化合物が用いられている。具体的には、荒川化学工業（株）製の防汚性ハードコーティング剤１４００シリーズのビームセット１４６１が用いられている。ビームセット１４６１は、シリコンオイルを含有する。シリコンオイルは、耐熱性が高いため、エンジンからの高温に曝されても親油性コーティングの性状が安定している。また、シリコンオイルを含むコーティングは、金属等の多くの材料に対して悪影響を及ぼさない性質を有する。そのため、親油性コーティング７０による性能を長期間に渡って維持することができる。また、親油性コーティング７０を施すことによるインレットパイプ３２への悪影響を抑制することができる。

インレットパイプ３２の内壁へのビームセット１４６１のコーティングは、エアガンの噴き付けにより行われる。ビームセット１４６１のコーティングは、インレットパイプ３２の内壁全体に行われている。しかし、ビームセット１４６１のコーティングは、ＰＣＶ経路接続口３２ｃより下流側（他端３２ｂ側）に限定して行ってもよい。ＰＣＶ経路接続口３２ｃより上流側（一端３２ａ側）のビームセット１４６１のコーティングは、ブローバイガスが流れないので本来不要である。従って、そのように領域を限定してコーティングした方がコーティング材料を節約することができる。しかし、そのように領域を限定してコーティングするより、領域の区別なく全体をコーティングした方が、コーティング作業の生産性を高めることができる。

図６は、インレットパイプ３２内壁の親油性コーティング７０に付着したオイルミストＭが液滴化する様子を示す。図６（Ａ）〜（Ｃ）で示すように、オイルミストＭは、親油性コーティング７０に吸着され、凝集されて、液滴Ｌになる。液滴Ｌとなったオイルは、オイルミストＭの状態に比べて格段に質量が大きくなり（液滴の径で１００μｍ以上）、吸気の流れを受けて、インレットパイプ３２内壁を比較的速い速さで流れる。インレットパイプ３２を出た液滴Ｌは、コンプレッサ２２のハウジング２２ａ内壁及び吸気ダクト３１の壁面上を流れ、エンジン１０に供給される。従って、ブローバイガス中のオイルミストＭは、コンプレッサ２２のハウジング２２ａ内壁に付着してデポジット化することが抑制される。

以上のとおり、第１実施形態によれば、エンジンの構造に影響を与えることなく、既存のインレットパイプ３２の内壁面に親油性コーティング７０を施すのみで、吸気経路中に流入したオイルミストが、そのままコンプレッサに流入することを抑制できる。

図７は、本発明のブローバイガス還元装置の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、インレットパイプ３２で液滴化されたオイルを、エンジン１０のクランク室１１に戻すようにした点である。その他は、第２実施形態も第１実施形態と同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

第２実施形態では、オイル還流通路６１を備える。オイル還流通路６１は、その一端６１ａがインレットパイプ３２の一端３２ａ付近に分岐接続されている。また、オイル還流通路６１の他端６１ｂは、エンジン１０のシリンダブロック１５の貫通孔１５ａを介してクランク室１１に連通接続されている。オイル還流通路６１の他端６１ｂには、逆止弁６２が設けられている。逆止弁６２は、オイル還流通路６１の経路中に介挿されており、クランク室１１から設定圧以上の負圧を受けて閉じ、それ以外では開くように構成されている。ここでは、逆止弁６２の具体的な構成を開示していないが、逆止弁６２としては、スイングタイプ、ボールタイプ、ダイアフラムタイプ等各種タイプのものが適用可能であり、特定のタイプ、構造に限定されない。

第１実施形態において説明したのと同様に、ＰＣＶ経路５０を流れ、インレットパイプ３２内に流入するブローバイガス中のオイルミストは、インレットパイプ３２壁面の親油性コーティング７０で液滴化される。液滴化されたオイルは、インレットパイプ３２の一端３２ａでオイル還流通路６１に流入する。オイル還流通路６１中の逆止弁６２は、エンジン１０が作動していてクランク室１１内が負圧となっていると、閉じている。そのため、オイル還流通路６１に流入したオイルは、逆止弁６２付近に貯留される。エンジン１０が作動を停止して、クランク室１１内が大気圧となると、逆止弁６２は開放される。そのため、逆止弁６２付近のオイル還流通路６１に貯留されていたオイルは、クランク室１１内に流入する。即ち、クランク室１１からオイルミストとしてＰＣＶ経路５０を通って流れたオイルは、インレットパイプ３２で液滴化され、オイル還流通路６１を通ってクランク室１１に戻される。従って、第２実施形態によれば、エンジンオイルの消費を抑制することができる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用した例を示したが、ガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記実施形態では、過給機としてターボチャージャを使用した例を示したが、スーパーチャージャを使用してもよい。

１０ エンジン
１１ クランク室
１２ カム室
１３ 燃焼室
１４ シリンダヘッド
１５ シリンダブロック
１５ａ 貫通孔
２０ 過給機
２１ タービン
２２ コンプレッサ
２２ａ ハウジング
２２ｂ インペラ
２２ｃ 空気取入口
３１ 吸気ダクト
３２ インレットパイプ（エアダクト）
３２ａ 一端
３２ｂ 他端（反コンプレッサ接続側端）
３２ｃ ＰＣＶ経路接続口
３３ エアフィルタ
３４ インタークーラ
４１ 排気ダクト
４２ 排気浄化装置
５０ ＰＣＶ経路（ブローバイガス還元経路）
５０ａ ガス入口
５０ｂ ガス出口
６１ オイル還流通路
６１ａ 一端
６１ｂ 他端
６２ 逆止弁
７０ 親油性コーティング

Claims (4)

1. 過給機を備えたエンジンのブローバイガス還元装置であって、
   前記過給機のコンプレッサの上流側に接続され、エンジンへの吸気と共にエンジンからのブローバイガスが流されるエアダクトを備え、
   該エアダクトの内壁面には、親油性コーティングが施されているブローバイガス還元装置。
2. 請求項１において、
   前記親油性コーティングには、シリコンオイルが含有されているブローバイガス還元装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記エアダクトは、コンプレッサの空気取入口に一端が接続される金属パイプ製のインレットパイプによって構成され、
   前記インレットパイプの反コンプレッサ接続側端は、エアフィルタに接続された吸気ダクトに接続され、
   前記インレットパイプの両端間には、ブローバイガス還元経路のガス出口が接続され、
   前記インレットパイプの内壁面には、親油性コーティングが施されているブローバイガス還元装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記エアダクトに一端が分岐接続されたオイル還流通路を備え、
   該オイル還流通路は、前記エアダクト内で液滴化されたオイルをエンジンのクランク室内に流入させるように、その他端が、クランク室内に連通接続され、
   前記オイル還流通路の途中には、クランク室から設定圧以上の負圧を受けて閉じ、それ以外では開く逆止弁が介挿されているブローバイガス還元装置。
   

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