JP2021046833A - 内燃機関、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス中の水分を除去することを可能とする内燃機関を提供すること。【解決手段】過給器２２を有する内燃機関であって、一端が吸気管２０の過給器２２の上流側に設けられた分岐ポート２０ｂに接続され、他端が当該内燃機関本体１０のブローバイガス排出口１０ａに接続され、当該内燃機関本体０のクランク室１０Ｒａから排出されるブローバイガスを吸気管２０内に還流させるブローバイガス還流管４１と、ブローバイガス還流管４１又は吸気管２０の過給器２２よりも上流側に配設され、ブローバイガスを冷却する冷却装置４３と、を備える内燃機関。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関、及び車両に関する。

従来、内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）において、エンジンのクランク室と吸気管とを連通するように配設されたブローバイガス還流管が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この種のブローバイガス還流管は、エンジンから排出されるブローバイガスをエンジンの燃焼室に還流させて燃焼させ、ブローバイガスに含まれるオイルミストが大気中に放出されることを防止する。

尚、エンジンが、過給器を有する場合、過給器下流の吸気管内の圧力が正圧となるため、過給器の下流側にブローパイガスを還流させることが困難となる。そのため、この種の内燃機関においては、ブローバイガス還流管の出口端は、過給器の上流側に設けられた吸気管の分岐ポートに接続されている。

実開昭５６−５５７５４号公報

ところで、ブローバイガス中にはオイルミスト以外に水分も含まれていることが知られている。ブローバイガス還流管中には、オイルセパレータが設けられる場合があるが、かかる水分は、オイルセパレータでは除去しきれず、吸気管内に還流してしまう。

かかる水分は、エンジン内で種々の問題を誘起する。例えば、かかる水分は、外気温が低い場合には、凍結して氷となって、過給器のコンプレッサフィンに衝突して、過給器を破損させるおそれがある。又、かかる水分は、過給器の回転軸部分に侵入し、当該部分で潤滑油不足に起因する焼き損を発生させるおそれがある。又、かかる水分は、インタークーラー内で凍結して、インタークーラーのチューブを膨張させてしまうこともある。

ブローバイガス中の水分が液体であれば分離することも比較的容易であるが、かかる水分は、気体として、ブローバイガス還流管から吸気管内に還流するため、従来技術に係るエンジンの構成では、除去するのが困難となっている。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ブローバイガス中の水分を除去することを可能とする内燃機関、及び車両を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
過給器を有する内燃機関であって、
一端が吸気管の前記過給器の上流側に設けられた分岐ポートに接続され、他端が当該内燃機関本体のブローバイガス排出口に接続され、当該内燃機関本体のクランク室から排出されるブローバイガスを前記吸気管内に還流させるブローバイガス還流管と、
前記ブローバイガス還流管又は前記吸気管の前記過給器よりも上流側に配設され、前記ブローバイガスを冷却する冷却装置と、
を備える内燃機関である。

又、上記の内燃機関を備える車両である。

本開示に係る内燃機関によれば、ブローバイガス中の水分を除去することが可能である。

一実施形態に係るエンジンの構成の一例を示す図 一実施形態に係るエンジンに連結されるヒートポンプの冷媒回路の一例を示す図 変形例に係るエンジンの構成の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、図１を参照して、一実施形態に係るエンジンの構成の一例について説明する。本実施形態に係るエンジンは、例えば、ディーゼルエンジンであり、ディーゼルエンジン車両に適用されている。

図１は、本実施形態に係るエンジンＡの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係るエンジンＡは、エンジン本体１０、吸気管２０、エアクリーナー２１、過給器２２、インタークーラー２３、排気管３０、及び、ブローバイガス処理装置４０を備えている。

エンジン本体１０は、上面に燃焼室が形成されたピストン、及び当該燃焼室に燃料供給を行う燃料噴射装置を含んで構成される。エンジン本体１０は、燃焼室内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、及び燃焼ガスの排気行程を繰り返し行わせることよって、動力を生成する。

エンジン本体１０内には、ピストンに連結されたクランクシャフトを収容するクランク室１０Ｒａ、ブローバイガス還流管４１の一端が接続されるシリンダヘッドカバー内のカバー室１０Ｒｃ、及び、クランク室１０Ｒａとカバー室１０Ｒｃとを連通する連絡通路１０Ｒｂが設けられている。そして、燃焼室からクランク室１０Ｒａ内に漏れ出したブローバイガスは、連絡通路１０Ｒｂを通じてカバー室１０Ｒｃ内へ導かれ、ブローバイガス還流管４１に還流する。

尚、カバー室１０Ｒｃには、ブローバイガスに含まれるオイルミストを除去するオイルセパレータ１１が配設されている。

吸気管２０は、吸気口２０ａから空気（新気）を吸入し、エンジン本体１０に当該空気を供給する吸気通路を形成する。吸気管２０のエアクリーナー２１と過給器２２のコンプレッサ２２ａとの間には、分岐ポート２０ｂが設けられている。そして、分岐ポート２０ｂには、ブローバイガス還流管４１の一端が接続され、ブローバイガス還流管４１を介してブローバイガスが吸気管２０内に還流されるようになっている。

吸気管２０には、上流側の吸気口２０ａからエンジン本体１０に向かって、順に、エアクリーナー２１、分岐ポート２０ｂ、冷却装置４３、過給器２２のコンプレッサ２２ａ、及び、インタークーラー２３が設けられている。

エアクリーナー２１は、吸気口２０ａから吸入された空気を取り込んで、当該空気から不純物質を除去して過給器２２側に送り出す。

過給器２２は、例えば、吸気管２０内に設けられたコンプレッサ２２ａと、排気管３０内に設けられたタービン２２ｂと、を含んで構成される（ターボチャージャとも称される）。過給器２２は、排気管３０内を通流する排ガスの圧力を利用してタービン２２ｂを回転させる。そして、過給器２２は、タービン２２ｂの回転運動によって、当該タービン２２ｂと同軸上に配されたコンプレッサ２２ａを動作させ、エアクリーナー２１から流入する空気を圧縮して、エンジン本体１０の燃焼室に送り出す。

インタークーラー２３は、過給器２２から送り出された圧縮された空気を冷却して、燃焼室側に送出する。

排気管３０は、エンジン本体１０から排出される燃焼後の排ガスを、エンジンＡの外部に排出する排気通路を形成する。排気管３０には、エンジン本体１０から下流側に向かって、過給器２２のタービン２２ｂ、及び、排気浄化装置（図示せず）等が設けられている。

ブローバイガス処理装置４０は、ブローバイガス還流管４１、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ４２、冷却装置４３、及び、液体除去装置４４を有している。

ブローバイガス還流管４１は、一端が吸気管２０の分岐ポート２０ｂに接続され、他端がエンジン本体１０のカバー室１０Ｒｃに形成されたブローバイガス排出口１０ａに接続され、吸気管２０の吸気通路とクランク室１０Ｒａとを連通する配管である。ブローバイガス還流管４１により、エンジン本体１０のクランク室１０Ｒａから排出されるブローバイガスは、吸気管２０の吸気通路を通って、エンジン本体１０の燃焼室に還流する。

ＰＣＶバルブ４２は、エンジン本体１０のカバー室１０Ｒｃ内のブローバイガス還流管４１の入口端の位置に配設され、クランク室１０Ｒａからブローバイガス還流管４１に通流するブローバイガスの通流状態を制御する。ＰＣＶバルブ４２は、例えば、エンジンＡを制御するＥＣＵ（図示せず）によって、開弁状態と閉弁状態との切り替えが制御されている。

冷却装置４３は、ブローバイガス還流管４１、又は、吸気管２０の過給器２２よりも上流側に配設され、当該位置を通流するブローバイガスを冷却する。本実施形態に係る冷却装置４３は、吸気管２０の分岐ポート２０ｂと過給器２２との間の位置に配設され、当該位置を通流するブローバイガスを冷却する熱交換器を有する。尚、冷却装置４３は、例えば、吸気管２０内に設けられたフィンによって、ブローバイガスと熱交換して、ブローバイガスを冷却する。

冷却装置４３は、ブローバイガスを冷却することで、ブローバイガスに含まれる気体状態の水分を液化させる。ここで、冷却装置４３は、典型的には、ヒートポンプＴの蒸発器により構成された熱交換器である（以下、「ガス冷却用蒸発器４３」とも称する）。

図２は、本実施形態に係るエンジンＡに連結されるヒートポンプＴの冷媒回路の一例を示す図である。ガス冷却用蒸発器４３は、ヒートポンプＴを有する空調装置の冷媒回路内に配設されている。

本実施形態に係るヒートポンプＴの冷媒回路内には、空調用蒸発器Ｔ１、ガス冷却用蒸発器Ｔ２、圧縮機Ｔ３、凝縮器Ｔ４、膨張弁Ｔ５、及び、冷媒分配器Ｔ６が設けられており、当該冷媒回路内を冷媒（例えば、フルオロカーボン類やアンモニア）が還流する。

圧縮機Ｔ３は、冷媒を高圧化して凝縮器Ｔ４に送出する。凝縮器Ｔ４は、冷媒を、放熱凝縮して液化して、膨張弁Ｔ５に送出する。膨張弁Ｔ５は、冷媒を、減圧膨張させて、冷媒分配器Ｔ６に送出する。冷媒分配器Ｔ６は、膨張弁Ｔ５から送出される冷媒を、適宜な割合で、空調用蒸発器Ｔ１及びガス冷却用蒸発器Ｔ２に分配する。尚、冷媒分配器Ｔ６が冷媒を空調用蒸発器Ｔ１とガス冷却用蒸発器Ｔ２とに分配する際の割合は、空調の利用状態に応じて、車両ＥＣＵ（図示せず）により、適宜設定される。

空調用蒸発器Ｔ１は、例えば、エンジンＡが搭載された車両の運転室内に配設され、冷媒が蒸発する際の気化熱の吸熱を利用して、当該運転室内を冷却する。

ガス冷却用蒸発器Ｔ２は、吸気管２０が形成する吸気通路内に設けられた冷却装置４３の熱交換器（例えば、フィン）と熱結合され、冷媒が蒸発する際の気化熱の吸熱を利用して、冷却装置４３の熱交換器を冷却する。即ち、ガス冷却用蒸発器Ｔ２は、冷却装置４３の熱交換器（即ち、吸気管２０の壁面）と熱交換することで、吸気管２０内を通流する空気及びブローバイガスを冷却する。

つまり、本実施形態に係るヒートポンプＴは、車両の運転室内の冷却の用途と、吸気管２０内を通流する空気及びブローバイガスの冷却の用途とで、共用されている。これによって、車両に既設のヒートポンプＴを用いて、吸気管２０内を通流する空気及びブローバイガスを実現することが可能である。

液体除去装置４４は、冷却装置４３で液化したブローバイガス中の水分を捕集又は貯留して、過給器２２に流入する前段階で、空気から水分を除去する。本実施形態では、液体除去装置４４は、吸気管２０内を通流する空気中から液化した水が自重により分離されるように、吸気管２０に接続された貯留容器によって構成されている。ここでは、液体除去装置４４は、吸気管２０の冷却装置４３の配設位置に接続されている。又、液体除去装置４４には、貯留した水を車両の外部に排出するためのバルブ４４ａが設けられている。

尚、液体除去装置４４は、吸気管２０内で、ブローバイガス中の液化した水分を捕集するフィルタ等によって、構成されてもよい。

次に、本実施形態に係るブローバイガス処理装置４０の動作について説明する。

エンジンＡの運転中、過給器２２の作動によって、エンジン本体１０のクランク室１０Ｒａ内の圧力が高くなる。このとき、ＥＣＵは、ＰＣＶパルプ４２を開弁状態となるように制御し、クランク室１０Ｒａ内のブローバイガスは、ブローバイガス還流管４１を介して、吸気管２０内に還流する。吸気管２０内に還流したブローバイガスは、冷却装置４３にて、冷却され、当該ブローバイガス内に含まれる水分は、液化する。そして、液化した水分は、液体除去装置４４に貯留される。

水分を除去されたブローバイガスを含む吸気は、過給器２２にて圧縮され、高圧空気となって、インタークーラー２３に送出される。そして、当該吸気は、インタークーラー２３にて冷却された後、エンジン本体１０の燃焼室内に送出される。このようにして、クランク室１０Ｒａ内から排出されるブローバイガス（ブローバイガスに含まれるオイルミスト）は、エンジン本体１０の燃焼室にて燃焼されることになる。

以上のように、本実施形態に係るエンジンＡによれば、ブローバイガス中に含まれる水分を除去することが可能となる。これによって、ブローバイガス中に含まれる水分が過給器２２に流れ込み、過給器２２が破損することを抑制することができる。又、これによって、インタークーラー２３内におけるチューブ膨張の発生の抑制にも資する。

加えて、本実施形態に係るエンジンＡによれば、過給器２２に流入する吸気の温度、及び、エンジン本体１０の燃焼室に流入する吸気の温度を低下させることができる。これによって、過給器２２を、ブースト圧が高ブースト化するように動作させることが可能である。又、これによって、エンジンＡにおける燃焼効率の向上にも資する。

（変形例）
図３は、変形例に係るエンジンＡの構成の一例を示す図である。本変形例に係るエンジンＡは、冷却装置４３が、ブローバイガス還流管４１に配設されている点で、上記実施形態と相違する。

上記実施形態に係るエンジンＡにおいては、冷却装置４３が吸気管２０に配設されているため、ブローバイガスに加えて、吸気管２０内を通流する吸気をも冷却することができる点で、有用である。つまり、上記実施形態に係るエンジンＡは、外気の温度が高い場合に、冷却装置４３が吸気管２０内を通流する吸気自体を冷却することによって、過給器２２の高ブースト化及びエンジンＡにおける燃焼効率の向上に資する点で、有用である。

但し、上記実施形態に係るエンジンＡにおいては、外気の温度が低い場合においては、ブローバイガス還流管４１を通流するブローバイガス中の水分は、吸気管２０の分岐ポート２０ｂに流入する際に、当該分岐ポート２０ｂの位置で凍結してしまうおそれがある。

本変形例に係るエンジンＡにおいては、かかる観点から、冷却装置４３をブローバイガス還流管４１に配設し、且つ、液体除去装置４４をブローバイガス還流管４１に配設した構成が採用されている。これによって、吸気管２０内に還流する前段階で、ブローバイガス中の水分を、除去することが可能となる。

以上のように、本変形例に係るエンジンＡにおいても、ブローバイガス中に含まれる水分を除去することが可能である。

尚、上記実施形態では、本発明に係るエンジンＡの適用対象の一例として、ディーゼルエンジン車両を示した。但し、本発明に係るエンジンＡは、ガソリンンジン車両にも適用し得る。又、車両に限らず、船舶等にも適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る内燃機関によれば、ブローバイガス中の水分を除去することが可能である。

Ａ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体（内燃機関本体）
１０Ｒａ クランク室
１０Ｒｂ 連絡通路
１０Ｒｃ カバー室
１０ａ ブローバイガス排出口
２０ 吸気管
２０ａ 吸気口
２０ｂ 分岐ポート
２１ エアクリーナー
２２ 過給器
２３ インタークーラー
３０ 排気管
４０ ブローバイガス処理装置
４１ ブローバイガス還流管
４２ ＰＣＶバルブ
４３ 冷却装置
４４ 液体除去装置
４４ａ バルブ

Claims (7)

1. 過給器を有する内燃機関であって、
   一端が吸気管の前記過給器の上流側に設けられた分岐ポートに接続され、他端が当該内燃機関本体のブローバイガス排出口に接続され、当該内燃機関本体のクランク室から排出されるブローバイガスを前記吸気管内に還流させるブローバイガス還流管と、
   前記ブローバイガス還流管又は前記吸気管の前記過給器よりも上流側に配設され、前記ブローバイガスを冷却する冷却装置と、
   を備える内燃機関。
2. 前記冷却装置は、前記吸気管の前記過給器よりも上流側で且つ前記分岐ポートよりも下流側において、前記吸気管内に設けられた熱交換器を有する、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記冷却装置は、前記ブローバイガス還流管内に設けられた熱交換器を有する、
   請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記冷却装置は、ヒートポンプの蒸発器を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 前記ヒートポンプは、空調装置のヒートポンプであり、
   前記蒸発器は、前記空調装置の冷媒回路内に配設される、
   請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記ブローバイガス還流管又は前記吸気管の前記過給器よりも上流側に配設され、前記冷却装置に冷却されて液体となった前記ブローバイガス中の水分を捕集又は貯留する液体除去装置を更に備える、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関を有する車両。
   
   

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