JP2019007472A - アイシング防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイ配管を加温させる手段を採りながらも、大電力を必要とせず、しかもエンジン始動直後から機能させることが可能となるように、より改善されたアイシング防止装置を提供する。【解決手段】クランクケース内のブローバイガスを、ヘッドカバーのガス出口からブローバイ配管を通して吸気経路ｋに導くように構成され、ブローバイ配管ｈを排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段２２と、ブローバイ配管ｈの温度を検出する温度検出手段２３と、ガス加熱手段２２へ排気ガスを送るＯＮ状態と送らないＯＦＦ状態との切換えが可能な開閉弁２６とを有し、温度検出手段２３による検出温度が所定温度未満であるときは開閉弁２６をＯＮ状態とし、所定温度以上であるときは前記開閉弁２６をＯＦＦ状態とする制御手段３５が設けられているアイシング防止装置。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンなど、ブローバイガス還流装置付エンジン全般におけるブローバイガス経路の凍結を防止する装置、即ち、アイシング防止装置に関するものである。

自動車、トラック・バス、農機、建機など、あらゆる動力機械にディーゼル式やガソリン式の各種エンジンが多用されており、排ガス規制を満たすために、ブローバイガスを吸気系に戻すブローバイガス還流装置を付設しているエンジンが一般的である。

ブローバイガス還流装置においては、ブローバイガスに含まれるオイルを除去してから吸気系に戻す必要があるので、オイルセパレータが設けられることが多い。専用のオイルセパレータがエンジンに付設される構造では、エンジンからオイルセパレータへの配管、オイルセパレータから吸気系への配管が必要であり、ブローバイガスの配管、即ちブローバイ配管が長くなる傾向にある。

配管が長くなると表面積も増えるため、寒冷地や冬季などでは配管が冷やされて、ブローバイガスに含まれる水分が凍結するおそれがある。水分が凍結してブローバイ配管が塞がれると、エンジン内圧が上昇して各部のオイルシール等が破損するとか、それによってオイルが漏れるため、ブローバイ配管に対するアイシング防止装置（凍結防止装置）が必要である。

従来のアイシング防止装置としては、ブローバイ配管に電気ヒータを追加して配管、即ちブローバイガス経路を加温させる手段、或いは、ブローバイ配管を、冷却水を用いて温める手段（例：特許文献１）を採る手段が採られていた。

特開２０１７−４４１４３号公報

電気ヒータを追加する手段では大きな電力消費が必要であり、バッテリーや電気系システムを増強改造するために大幅なコストアップを余儀なくされる問題があった。
また、冷却水を用いて加温させる手段では、コストアップする他に、冷却水が温まるのには時間が掛るため、エンジン始動後において機能するまでにタイムラグがあって使い勝手に芳しくないという問題があった。

本発明の目的は、ブローバイ配管を加温させる手段を採りながらも、大電力を必要とせず、しかもエンジン始動直後から機能させることが可能となるように、より改善されたアイシング防止装置を提供する点にある。

本発明は、アイシング防止装置において、
クランクケース１ｂ内のブローバイガスを、エンジン本体３のガス出口３ａからブローバイ配管ｈを通して吸気経路ｋに導くように構成され、
前記ガス出口３ａ又はその近傍箇所における前記ブローバイ配管ｈを排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段２２が設けられていることを特徴とする。

第２の本発明は、アイシング防止装置において、
クランクケース内のブローバイガスを、エンジン本体３のガス出口からブローバイ配管を通して吸気経路ｋに導くように構成され、
前記ブローバイ配管ｈを排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段２２と、前記ブローバイ配管ｈ又は吸気系配管１９の温度を検出する温度検出手段２３と、前記ガス加熱手段２２へ排気ガスを送るＯＮ状態と送らないＯＦＦ状態との切換えが可能な開閉弁２６とを有し、
前記温度検出手段２３による検出温度が所定温度未満であるときは前記開閉弁２６をＯＮ状態とし、かつ、検出温度が所定温度以上であるときは前記開閉弁２６をＯＦＦ状態とする制御手段２７が設けられていることを特徴とする。

第３の本発明は、本発明又は第２の本発明によるアイシング防止装置において、
前記エンジン本体３はシリンダヘッドカバーであることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明〜第３の本発明の何れか一つのアイシング防止装置において、
前記ガス加熱手段２２が、前記ガス出口３ａに一体的に構成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、本発明〜第４の本発明の何れか一つのアイシング防止装置において、
前記ガス加熱手段２２に、前記ブローバイ配管ｈに排気ガスを取り入れ可能とする取込手段３４が設けられていることを特徴とする。

第６の本発明は、本発明〜第５の本発明の何れか一つのアイシング防止装置において、
前記ガス加熱手段２２に、前記ブローバイ配管ｈに外接して周囲を取り囲む状態の排気ガス通路２２Ａが設けられるとともに、前記排気ガス通路２２Ａに排気ガスの導入部２２ａと搬出部２２ｂとを形成することにより構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガスの熱を利用してブローバイ配管を加熱して温めることにより、ブローバイ配管の凍結防止や解凍が行えるので、凍結によってブローバイ配管が塞がれることによる種々の不都合（シール破損など）が防止されるようになる。そして、加熱手段は排気ガスの熱を利用するものであるから、大電力や大改造を必要とせず、しかも、冷却水により加熱させる手段に比べて、エンジン始動直後から迅速に加熱させることができる利点がある。
その結果、ブローバイ配管を加温させる手段を採りながらも、大電力を必要とせず、しかもエンジン始動直後から機能させることが可能となるように、より改善されたアイシング防止装置を提供することができる。

アイシング防止装置の構成例を示す模式図 ブローバイガス還流装置付エンジンの一例を示す産業用ディーゼルエンジンの正面図 図２に示すエンジンの左側面図 図２に示すエンジンの平面図

以下に、本発明によるアイシング防止装置の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンに採用されている場合について図面を参照しながら説明する。なお、この産業用エンジンＥにおいては、伝動ベルト９のある方を前、フライホイールハウジング１６のある方を後、排気マニホルド１０のある方を左、オイルフィルタ１３のある方を右として定義する。また、エンジン本体３は、ヘッドカバー３のほか、シリンダヘッド２やシリンダブロック１などを含む概念である。

図１〜図３に示されるように、産業用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組み付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組み付けられている。シリンダブロック１の下部はクランクケース１ｂに、上部はシリンダ１ａにそれぞれ形成されている。シリンダヘッド２の上にヘッドカバー（シリンダヘッドカバー）３が組み付けられている。シリンダブロック１の前には伝動ケース５が組み付けられている。

図１〜図３に示されるように、エンジンＥの前部に、駆動プーリ６、冷却ファン（図示省略）駆動用のファンプーリ７、及びダイナモ（オルタネータ）８の受動プーリ８ａに跨る伝動ベルト９が配備されている。エンジンＥの左側には、排気マニホルド１０、過給器（ターボ装置）１１などが装備され、左上方にはエアクリーナ１２が配置されている。エンジンＥの右側にはオイルフィルタ１３、吸気マニホルド（符記省略）などが装備され、右上方には排気管１５が配置されている。２０は過給器１１を通過後の排気ガスをＤＰＦ装置１７に送るための排気路である。

図１〜図３に示されるように、エンジンＥの後部には、フライホイールハウジング１６、ＤＰＦ装置１７などが装備されている。３０はブローバイガスからオイル成分を分離するオイルセパレータ、３１はオイルセパレータ３０からのブローバイガスを吸気系に戻す還元路、３２はヘッドカバー３からのブローバイガスをオイルセパレータ３０に送る送流路である。つまり、クランクケース１ｂ内のブローバイガスを、ヘッドカバー３のガス出口３ａからブローバイ配管ｈを通して吸気ダクト１８などの吸気経路ｋに導くように構成されたブローバイガス還流装置（符記省略）が設けられている。

図１〜図３に示されるように、吸気ダクト１８は、過給器１１のコンプレッサハウジング１１Ａとエアクリーナ１２とを繋ぐ空気経路であり、第１エルボ２１、Ｊ字管２４、吸気流量センサ２５などを備えて構成されている。１９は、コンプレッサハウジング１１Ａと吸気マニホルド１４とを連通接続する過給ダクト（吸気系配管）である。次に、このエンジンに採用されているアイシング防止装置について説明する。

図１に示されるように、アイシング防止装置Ａは、ブローバイの配管を排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段２２と、ブローバイ配管ｈの温度（又は内部温度）を検出する温度検出手段２３と、ガス加熱手段２２へ排気ガスを送るＯＮ状態と送らないＯＦＦ状態との切換えが可能な開閉弁２６と、制御装置（制御手段の一例）２７とを有して構成されている。

ガス加熱手段２２は、ブローバイ配管ｈである送流路３２の始端部、即ちヘッドカバー（エンジン本体の一例）３のガス出口３ａの近傍に配置されており、例えば、送流路３２を囲繞する太い鋼管や金属製箱体でなる排気ガス通路２２Ａを設けて構成されている。排気ガス通路２２Ａには、排気ガスの導入部２２ａと搬出部２２ｂとが形成されている。
排気管２０におけるタービンハウジング１１Ｂの近傍箇所２０ａと導入部２２ａとを連通接続する排気導入管２８、及び排気管２０における近傍箇所２０ａよりも下流側部位２０ｂと搬出部２２ｂとを連通接続する排気搬出管２９が設けられている。

ガス加熱手段２２に、ブローバイ配管ｈに排気ガスを取り入れ可能とする取込手段３４が設けられていると好都合である。例えば、排気ガス通路２２Ａと送流路３２とを連通させる開き状態と両者２２Ａ，３２の連通を遮断する閉じ状態とを切換える切換弁３４により取込手段３４が形成されている。制御装置２７に電気的に接続される切換弁３４を開き状態にすれば、排気ガスを吸気経路に戻すＥＧＲ（エキゾースト・ガス・リサーキュレーション）として機能させることができる効果がある。

開閉弁２６は、排気導入管２８の排気管２０に近い箇所を開閉させる電磁開閉弁によりなり、その開閉駆動部２６ａが制御装置２７に電気的に接続されている。温度検出手段２３は、還元路３１の配管温度を検出するブローバイ温度センサによりなり、電気的に制御装置２７に接続されている。なお、過給ダクト１９の配管温度を検出する吸気温度センサ３３を設けてもよい。

図１に示されるように、制御装置２７は、ブローバイ温度センサ２３と電磁開閉弁２６とを連係させる凍結防止制御手段（制御手段の一例）３５と、切換弁３４を手動により或いは各種センサ（図示及び説明省略）に基づいて自動で開閉操作するＥＧＲ制御手段３６とを備えている。また、制御装置２７には、凍結防止スイッチ３７とＥＧＲスイッチ３８とが電気的に接続されている。

凍結防止スイッチ３７をＯＮ操作すると凍結防止制御手段３５が機能し、ブローバイ温度センサである温度検出手段２３による検出温度が所定温度未満であるときは電磁開閉弁２６がＯＮ状態とされ、前記検出温度が所定温度以上であるときは電磁開閉弁２６がＯＦＦ状態とされるように制御される。なお、図示は省略するが、開閉弁２６や排気導入管２８に、オリフィスなどの流量調節手段を設けて、排気ガスのＯＮ−ＯＦＦだけでなく、排気ガスの流量調節が行えるように制御させてもよい。

そして、切換弁３４が装備されている場合に、ＥＧＲスイッチ３８をＯＮ操作するとＥＧＲ制御手段３６が機能し、各種センサに基づいて切換弁３４が開閉制御される。

アイシング防止装置Ａにより、寒冷地や冬季などにおいて外気温度がマイナス温度などの所定温度未満であるときには、排気ガスによりブローバイ配管ｈが温められ、凍結を未然に塞いだり、凍結している場合には迅速に解凍させることができる。ブローバイ配管ｈの加熱手段として排気ガスを用いているので、冷却水を用いる場合などに比べて、エンジン始動直後から温め可能といった具合に迅速に加熱することができる利点がある。

ガス加熱手段２２は、ヘッドカバー３のガス出口３ａ又はその近傍箇所のブローバイ配管ｈに配備されているから、ブローバイガス流れ方向の最も上流側又はその付近に排気ガスの熱が付与されることになり、下流側に配される場合に比べて、ブローバイ配管ｈのどの箇所に低温箇所や凍結が生じても円滑に昇温又は解凍できる利点がある。また、吸気温度センサ３３を設けた場合には、吸気温度センサ３３と温度検出手段２３との何れかの検出温度が所定温度未満であると加熱させる制御を行わせることが可能になる利点がある。

そして、切換弁３４を備えたＥＧＲ制御手段３６を設ける場合では、簡易にＥＧＲによる効果を得ることができる利点が追加される。この場合、ガス加熱手段２２に切換弁３４も設ける兼用構成化が可能であり、配置スペースの削減やコストダウンが可能となる。また、ガス出口３ａ自体にガス加熱手段２２を設ける構成を採れば、更なる配置スペース削減やコスト削減が図れる利点がある。

本発明によるアイシング防止装置Ａに関する課題、目的、作用、効果としては、次のようなものが考えられる。
排気ガス規制により現在のエンジンではほぼ全てブローバイガスを吸気に還流させて燃焼させるようになっており、寒冷地では吸気に含まれる水分が凍結してブローバイ配管を塞ぐことがある。ブローバイ配管が閉塞するとブローバイガスが排出できなくなってエンジン内圧が上昇し、オイルレベルゲージやオイルシールが抜けるトラブルを発生させる原因になる。

ブローバイガスを吸気に還流させるブローバイ配管内でブローバイガスに含まれる水分が凍結し、ブローバイガス配管を閉塞させることにより発生する種々の問題（ブローバイガス還流装置の機能不全、エンジン内圧上昇によるエンジン内部抵抗の増加、ガスケット・シールなどの抜けなど）を解決させる。

エンジンの排気ガスは、アイドル時でも数百度となるうえに背圧もあるため、ブローバイガス還流ラインに排気ガスを配管し、かつ、その配管を開閉するソレノイド弁等を設ければ、開弁により高温の排気ガスをブローバイガス還流ラインに流せて還流ラインが加熱され、凍結が防止される。また、オリフィス等で流量をコントロールして入れることも可能である。ブローバイガス還流ラインへの排気ガスの流量コントロールは、温度センサからの信号などで制御することができる。

ブローバイガス還流ラインの凍結により発生する種々のトラブル（前述）を防止することができる。電気ヒータの追加による大きな電力消費を無くせる。例えば、排気ガスの導入をＯＮ−ＯＦＦする電磁弁１つと配管継手程度とによる必要最小限の構成により、簡単廉価にブローバイガス還流ラインの凍結防止が行えるアイシング防止装置も可能である。また、排気ガスをブローバイ配管に加入可能とする構成を採れば、簡易なＥＧＲ効果も期待できる。

〔別実施形態〕
・凍結防止制御手段３５を、温度検出手段２３の検出結果に基づいて開閉弁２６を開閉操作する構成のアイシング防止装置Ａとしてもよい。
・ガス加熱手段２２に、ＥＧＲ効果を可能とする取込手段３４が無くてもよい。
・また、単純に排気管（排気管２０など）をブローバイ配管ｈに複数回螺旋状に巻き付けてなるアイシング防止装置も可能である。
・本発明は、過給器（ターボ）無しエンジンなど、あらゆるエンジンに適用可能である。

１ｂ クランクケース
３ ヘッドカバー
３ａ ガス出口
１９ 吸気系配管
２２ ガス加熱手段
２２Ａ 排ガス通路
２２ａ 導入部
２２ｂ 搬出部
２３ 温度検出手段
２６ 開閉弁
２７ 制御手段
３４ 取込手段
Ａ アイシング防止装置
ｈ ブローバイ配管
ｋ 吸気経路

Claims (6)

1. クランクケース内に生じたブローバイガスを、エンジン本体のガス出口からブローバイ配管を通して吸気経路に導くように構成され、
   前記ガス出口又はその近傍箇所における前記ブローバイ配管を排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段が設けられているアイシング防止装置。
2. クランクケース内に生じたブローバイガスを、エンジン本体のガス出口からブローバイ配管を通して吸気経路に導くように構成され、
   前記ブローバイ配管を排気ガスの熱により昇温させるガス加熱手段と、前記ブローバイ配管又は吸気系配管の温度を検出する温度検出手段と、前記ガス加熱手段へ排気ガスを送るＯＮ状態と送らないＯＦＦ状態との切換えが可能な開閉弁とを有し、
   前記温度検出手段による検出温度が所定温度未満であるときは前記開閉弁をＯＮ状態とし、かつ、検出温度が所定温度以上であるときは前記開閉弁をＯＦＦ状態とする制御手段が設けられているアイシング防止装置。
3. 前記エンジン本体はシリンダヘッドカバーである請求項１又は２に記載のアイシング防止装置。
4. 前記ガス加熱手段が、前記ガス出口に一体的に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のアイシング防止装置。
5. 前記ガス加熱手段に、前記ブローバイ配管に排気ガスを取り入れ可能とする取込手段が設けられている請求項１〜４の何れか一項に記載のアイシング防止装置。
6. 前記ガス加熱手段に、前記ブローバイ配管に外接して周囲を取り囲む状態の排気ガス通路が設けられるとともに、前記排気ガス通路に排気ガスの導入部と搬出部とを形成することにより構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載のアイシング防止装置。

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