JP2021175885A - ブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス中の水分に起因する白煙の発生を抑制できるブローバイガス処理装置を提供する。【解決手段】内燃機関１のブローバイガス処理装置１００であって、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路１０と、ブローバイガス通路１０の下流側端部１１に設けられ、ブローバイガスを大気開放するノズル２０と、を備え、ノズル２０の流路断面積Ｓ１は、ブローバイガス通路１０の流路断面積Ｓ２よりも小さい。【選択図】図１

Description

本開示は、ブローバイガス処理装置に関する。

内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、ブローバイガス通路から大気開放するブローバイガス処理装置が公知である。

特開２００９−１２１３４１号公報

しかしながら、上記のブローバイガス処理装置では、ブローバイガス中の水分に起因して、ブローバイガス通路の下流端の周辺で白煙が発生する場合がある。この場合、その白煙の原因が、内燃機関の異常であると誤認される可能性があり、不必要な整備につながる虞がある。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ブローバイガス中の水分に起因する白煙の発生を抑制できるブローバイガス処理装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の下流側端部に設けられ、ブローバイガスを大気開放するノズルと、を備え、前記ノズルの流路断面積は、前記ブローバイガス通路の流路断面積よりも小さいことを特徴とするブローバイガス処理装置が提供される。

好ましくは、前記ノズルは、互いに異なる向きで複数設けられ、各ノズルは、前記ブローバイガス通路の軸方向下流側に向かうにつれ半径方向外側に向かうように傾斜され、各ノズルの流路断面積の合計面積は、前記ブローバイガス通路の流路断面積よりも小さい。

また、ブローバイガス処理装置は、各ノズルに向かって流れるブローバイガスを整流する整流部材を更に備える。

また、前記ノズルは、スリット状に形成される。

本開示のブローバイガス処理装置によれば、ブローバイガス中の水分に起因する白煙の発生を抑制できる。

第１実施形態のブローバイガス処理装置を含む内燃機関の全体構成図である。 図１のＩＩ部に示したブローバイガス処理装置の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図である。 第２実施形態のブローバイガス処理装置を含む内燃機関の全体構成図である。 図４のＶ部に示したブローバイガス処理装置の拡大断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線の拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。また、図中に示す上下前後左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないが、内燃機関１を搭載した車両（不図示）の各方向と一致する。

（１）第１実施形態
先ず、図１を参照して、第１実施形態の内燃機関１の全体構成を説明する。図中において、白抜き矢印Ａは、吸気の流れを示し、黒塗り矢印Ｇは、排気の流れを示す。

図１に示すように、内燃機関１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、例えばディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は、乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であっても良い。なお、内燃機関１は、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであっても良い。また、内燃機関１は、移動体に搭載されたものでなくても良く、定置式のものであっても良い。

内燃機関１は、エンジン本体２と、吸気通路３と、排気通路４と、ターボチャージャ５と、を備える。

エンジン本体２は、シリンダブロック２ａと、シリンダブロック２ａの上部に接続されたシリンダヘッド２ｂと、シリンダブロック２ａの下部に一体形成されたクランクケース２ｃと、クランクケース２ｃの下部に接続されたオイルパン２ｄと、を備える。また、エンジン本体２は、シリンダヘッド２ｂの上部に接続されたヘッドカバー２ｅと、クランクケース２ｃの前方かつ近傍に配置された冷却ファン２ｆと、を備える。

図示しないが、シリンダブロック２ａには、複数のシリンダが設けられ、シリンダには、ピストンが収容される。シリンダヘッド２ｂには、カムシャフト等の動弁機構が取り付けられ、動弁機構は、ヘッドカバー２ｅにより上側から覆われる。

冷却ファン２ｆは、クランクシャフトの回転によって駆動される。冷却ファン２ｆは、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータの後方かつ近傍に配置され、ラジエータを通過する空気流を発生させる。

吸気通路３は、シリンダヘッド２ｂに接続された吸気マニホールド（不図示）と、吸気マニホールドの上流端に接続された吸気管３ａと、を含む。

吸気管３ａには、上流側から順に、エアクリーナ（不図示）、ターボチャージャ５のコンプレッサ５Ｃ、及びインタークーラ（不図示）が設けられる。

排気通路４は、シリンダヘッド２ｂに接続された排気マニホールド４ａと、排気マニホールド４ａの下流側に配置された排気管４ｂと、を含む。

排気マニホールド４ａと排気管４ｂの間には、ターボチャージャ５のタービン５Ｔが設けられる。排気管４ｂには、上流側から順に、排気スロットル弁４ｃ、及び、排気を浄化するための後処理ユニット（不図示）が設けられる。

図示しないが、後処理ユニットは、排気管４ｂ内に燃料を噴射する排気管内インジェクタと、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）と、を備える。ＤＯＣは、排気中の未燃成分に含まれる炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化して浄化すると共に、その酸化熱で排気を昇温する。ＤＰＦは、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。また、ＤＰＦに堆積したＰＭは、ＤＯＣで昇温された排気によって燃焼除去される。

排気スロットル弁４ｃは、排気管４ｂを流れる排気の流量を調整する電子制御式の流量調整弁（バタフライ弁）である。排気スロットル弁４ｃは、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって電子制御され、フィルタ再生制御中や内燃機関１の暖機促進制御中に閉弁される。

フィルタ再生制御は、排気管内インジェクタから燃料を噴射させて、ＤＯＣから高温の排気をＤＰＦに流入させることで、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する制御である。一方、暖機促進制御は、内燃機関１の始動直後のアイドル運転時に、内燃機関１の暖機を促進させる制御である。

次に、図１〜図３を参照して、第１実施形態のブローバイガス処理装置１００の構成を説明する。図中、点線矢印Ｂは、ブローバイガスの流れを示す。また、図２において、一点鎖線Ｃ１は、ブローバイガス管１０の中心軸を示し、一点鎖線Ｃ２は、ノズル２０の中心軸を示す。また、図１中、波状の点線矢印Ｆは、冷却ファン２ｆから送風された空気の流れを示す。

図１に示すように、エンジン本体２の内部には、ブローバイガスが流れるエンジン内通路６が設けられる。周知のように、ブローバイガスは、シリンダとピストンとの隙間からクランクケース２ｃ内に漏れ出たガスである。

エンジン内通路６は、クランクケース２ｃ内からシリンダブロック２ａ及びシリンダヘッド２ｂの内部を通過してヘッドカバー２ｅ内に延びる。ヘッドカバー２ｅの上面部には、エンジン内通路６の出口６ａが形成される。エンジン内通路６の出口６ａには、後述するブローバイガス管１０の上流端が接続される。

ブローバイガス処理装置１００は、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路としてのブローバイガス管１０と、ブローバイガス管１０の下流側端部１１に設けられ、ブローバイガスを大気開放するノズル２０と、を備える。

ブローバイガス管１０は、ゴム等の樹脂材料で形成され、エンジン本体２の外部に配置される。ブローバイガス管１０の途中には、ブローバイガスからオイルを除去するためのオイルセパレータ７が設けられる。

オイルセパレータ７は、フィルタエレメント７ａを内蔵し、ヘッドカバー２ｅの上面部に設置される。但し、オイルセパレータ７の種類及び位置は、任意であって良く、例えば、フィルタエレメントを有しない遠心分離式のオイルセパレータであっても良い。

オイルセパレータ７では、これに導入されたブローバイガスからオイルが分離される。ブローバイガスから分離されたオイルは、オイル戻り通路（不図示）を通じてクランクケース２ｃ内に戻される。

ブローバイガス管１０の下流側端部１１は、エンジン本体２（第１実施形態では、クランクケース２ｃ）の前端部の右側面部に近接して配置され、下方に向かって延びる。

ノズル２０は、大気開放されたブローバイガスに冷却ファン２ｆから送風された空気Ｆが当たるように配置される。第１実施形態のノズル２０は、冷却ファン２ｆの後方かつ近傍に配置される。

図２及び図３に示すように、ノズル２０は、管状に形成され、複数（第１実施形態では、４つ）設けられる。各ノズル２０は、ブローバイガス管１０の中心軸Ｃ１を中心とした周方向に間隔を空けて（第１実施形態では、等間隔に）配置される。

図２に示すように、第１実施形態では、ブローバイガスの流速を増加させてノズル２０から噴出できるよう、ノズル２０の流路は、ブローバイガス管１０に比べて絞られる。

すなわち、１つのノズル２０の流路断面積Ｓ１は、ブローバイガス管１０の流路断面積Ｓ２よりも小さく設定される（Ｓ１＜Ｓ２）。また、各ノズル２０の流路断面積Ｓ１の合計面積（Ｓ１×ノズル数）も、ブローバイガス管１０の流路断面積Ｓ２よりも小さく設定される（Ｓ１×ノズル数＜Ｓ２）。

また、各ノズル２０は、互いに異なる向きで設けられ、ブローバイガス管１０の軸方向下流側、すなわち下方に向かうにつれ、半径方向外側に向かうように傾斜される。なお、各ノズル２０の向きは、ブローバイガス管１０の中心軸Ｃ１に対して軸対称とされる。

詳細は後述するが、ブローバイガス管１０の軸方向に対するノズル２０の傾斜角度αは、各ノズル２０から噴出されたブローバイガスに含まれる水蒸気の凝集を抑制でき、かつ、ブローバイガス管１０からノズル２０にブローバイガスを円滑に導入できる角度に設定される。例えば、第１実施形態では、この傾斜角度αが４５°に設定される（α＝４５°）。

第１実施形態では、各ノズル２０は、ノズル取付部１２を介してブローバイガス管１０の下流側端部１１に接続される。

ノズル取付部１２は、有底筒状に形成された、ブローバイガス管１０とは別体の部品であり、下端部に底部１２ａを有する。ノズル取付部１２は、ブローバイガス管１０の下流側端部１１の内側に下方から嵌合されて固定される。

底部１２ａには、ノズル２０を取り付けるための貫通孔１２ｂが複数（第１実施形態では、４つ）形成される。貫通孔１２ｂは、ノズル２０と同じ位置及び向きで設けられる。

ノズル２０は、貫通孔１２ｂに下側から挿入されて接着、圧入等により固定される。これにより、各ノズル２０を通じてブローバイガス管１０の内部と外部とが連通される。また、各ノズル２０は、ノズル取付部１２の底部１２ａから斜め下方に突出するように設けられる。

また、第１実施形態のブローバイガス処理装置１００は、各ノズル２０に向けて流れるブローバイガスを整流する整流部材３０を更に備える。整流部材３０は、ブローバイガス管１０の下流側端部１１の内部に設けられる。

第１実施形態の整流部材３０には、ノズル取付部１２の内部をノズル２０と同数（第１実施形態では４つ）の周方向の空間に仕切る仕切板が用いられる。

整流部材３０は、ブローバイガス管１０の軸方向に垂直な断面視（図３を参照）において、十字状に形成され、ノズル取付部１２に同軸かつ一体的に設けられる。整流部材３０の下端部は、ノズル取付部１２の底部１２ａに接続され、整流部材３０の外側端部は、ノズル取付部１２の内周部１２ｃに接続される。また、整流部材３０は、整流に適した軸方向の長さを有する。

ノズル２０及び貫通孔１２ｂは、整流部材３０で仕切られた空間毎にそれぞれ設けられる。

次に、第１実施形態に係るブローバイガス処理装置１００の作用効果について、具体的に説明する。

図１に示したように、第１実施形態では、内燃機関１の稼働中、クランクケース２ｃ内のブローバイガスが、エンジン内通路６及びブローバイガス管１０を順に流れて、各ノズル２０から大気開放される。

一般的なブローバイガス処理装置では、ブローバイガス管の下流側端部にノズルが設けられていない。そのため、ブローバイガス管の下流端からブローバイガスが大気中に直接排出される。

しかしながら、このようなブローバイガス処理装置では、ブローバイガス中の水分に起因して、ブローバイガス管の下流端の周辺で白煙が発生する場合がある。すなわち、大気温度が低い環境下では、ブローバイガスに含まれ目に見えない気体である水蒸気が、ブローバイガス管から排出された直後に、外気によって冷却される。そして、水蒸気の温度が露点温度以下になると、水蒸気が凝縮、更には凝集して、目に見える水滴すなわち湯気となって現れる。この湯気が白煙の正体である。

特に、内燃機関のアイドル運転時において、フィルタ再生制御中や暖機促進制御中に、排気スロットル弁が閉弁されているときは、内燃機関の負荷の上昇に伴って燃料噴射量が増加されることにより、ブローバイガス中の水分が多くなるため、白煙が発生し易い傾向がある。

この場合、その白煙の原因が、内燃機関の異常であると誤認される可能性があり、不必要な整備につながる虞がある。

これに対して、図２に示したように、第１実施形態のブローバイガス処理装置１００では、ブローバイガス管１０の下流側端部１１にノズル２０が設けられる。ノズル２０の流路は、ブローバイガス管１０に比べて絞られるので、ブローバイガスの流速を増加させて、ブローバイガスを大気中に噴出できる。これにより、ブローバイガスに含まれる水蒸気を遠くまで飛ばして大気中に拡散できる。

その結果、大気温度が低い環境下において、水蒸気の温度が露点温度以下になった場合でも、水蒸気の凝集が抑制されて湯気（白煙）が発生するのを抑制できる。

よって、第１実施形態のブローバイガス処理装置１００であれば、ブローバイガス中の水分に起因する白煙の発生を抑制できる。その結果、白煙の原因が内燃機関１の異常であると誤認して、不必要な整備が行われるのを抑制できる。また、仮に、白煙が発生している場合には、ブローバイガス中の水分以外の原因に絞って、白煙の原因を特定できるので、整備を効率化できる。

また、第１実施形態では、互いに異なる向きで複数のノズル２０が設けられる。また、各ノズル２０は、ブローバイガス管１０の軸方向に対して、半径方向外側にブローバイガスを噴出する。これにより、大気開放されたブローバイガス中の水蒸気が、凝集されるのを更に抑制できる。その結果、白煙の発生を更に抑制できる。

ここで、変形例として、ブローバイガス管１０の軸方向に対して、ノズル２０の向きが直交する例を考える。この変形例では、ブローバイガス管の軸方向に対して、各ノズル２０の傾斜角度αが９０°に設定される。

この場合には、ブローバイガス管１０内を軸方向下流側に流れたブローバイガスが、ノズル２０に入るときに半径方向外側に９０°方向転換されるので、ブローバイガス管１０からノズル２０にブローバイガスを円滑に導入できない。その結果、ノズル２０から噴出されるブローバイガスの流速を十分に増加できず、水蒸気の拡散が不十分になる可能性がある。

これに対して、図２に示したように、第１実施形態のノズル２０は、ブローバイガス管１０の軸方向下流側に向かうにつれ、半径方向外側に向かうよう傾斜される。特に、第１実施形態では、傾斜角度αが４５°に設定される（α＝４５°）。

このようなノズル２０の向きであれば、ブローバイガス管１０からノズル２０にブローバイガスを円滑に導入できる。その結果、ノズル２０から噴出されるブローバイガスの流速を十分に増加でき、水蒸気を遠くまで飛ばして十分に拡散できる。

また、第１実施形態の整流部材３０によれば、ノズル２０の直前でブローバイガスの乱流を抑制できるので、ノズル２０にブローバイガスを円滑に導入できる。その結果、ノズル２０から噴出されるブローバイガスの流速の増加を促進でき、水蒸気の拡散を促進できる。

他方、図１に示したように、各ノズル２０は、大気開放されたブローバイガスに冷却ファン２ｆから送風された空気Ｆが当たるように配置される。これにより、ブローバイガス中の水蒸気を、冷却ファン２ｆからの送風によって更に拡散できる。

（第２実施形態）
図４〜図６を参照して、第２実施形態のブローバイガス処理装置２００を説明する。なお、下記の説明では、第１実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第２実施形態のブローバイガス処理装置２００では、第１実施形態で述べた複数のノズル２０及びノズル取付部１２の代わりに、ノズルとしてのスリットノズル４０が設けられる。

図５に示すように、スリットノズル４０は、その先端がスリット状に形成され、ブローバイガス管１０の下流側端部１１に同軸に接続される。

スリットノズル４０の基端部ないし上部４１は、円管状に形成され、ブローバイガス管１０の下流側端部１１の内側に下方から嵌合されて固定される。

スリットノズル４０の先端部ないし下部４２は、上部４１よりも前後方向に薄く形成された扁平状に形成される。また、スリットノズル４０の下部４２は、上方から下方に向かうにつれ、前後方向に薄くなるようにテーパ状に形成される。

スリットノズル４０の下端における最小の流路断面積Ｓ３は、ブローバイガス管１０の流路断面積Ｓ２よりも小さく設定される（Ｓ３＜Ｓ２）。これにより、スリットノズル４０は、ブローバイガスの流速を増加させて、ブローバイガスを大気中に噴出できる。

その結果、第１実施形態と同様に、ブローバイガス管１０の下流端の周辺で湯気（白煙）が発生するのを抑制できる。

また、スリットノズル４０の下部４２では、上方から下方に向かうにつれ、流路断面積が徐々に小さくなる。これにより、スリットノズル４０では、ブローバイガスの流路が緩やかに絞られるので、ブローバイガスの流速を効率良く増加できる。

また、図５及び図６を見比べて分かるように、スリットノズル４０の下部４２は、前後方向よりも左右方向に長く形成される。これにより、スリットノズル４０では、ブローバイガスを左右方向に拡散させて噴出できるので、水蒸気が凝集されるのを抑制できる。

また、図５に示すように、第２実施形態では、冷却ファン２ｆから後方に向かって空気Ｆが送風される一方、スリットノズル４０の下部４２の長手方向（左右方向）は、この送風方向に対して直交する。そのため、スリットノズル４０から噴出されたブローバイガスは、冷却ファン２ｆから送風された空気Ｆに対して広面積で当たる。これにより、ブローバイガス中の水蒸気を、冷却ファン２ｆからの送風によって効率良く拡散できる。

他方、上述した実施形態は、以下のような変形例またはその組み合わせとすることができる。

（第１変形例）
図示しないが、ノズルの個数、形状及び向きは、任意であって良い。例えば、第１変形例では、第１実施形態で述べた複数のノズルの内、２つのノズルだけが設けられる。

（第２変形例）
整流部材は、任意の種類及び形状であって良く、また、可能であれば省略されても良い。

（第３変形例）
第１実施形態で述べたノズル取付部は、ブローバイガス管の下流側端部と一体に形成されても良い。また、複数のノズルは、ノズル取付部と一体に形成されても良い。

（第４変形例）
第１及び第２実施形態を組み合わせた実施態様とすることも可能である。第４変形例では、第１実施形態で述べた各ノズルのうちの一部または全部に、第２実施形態で述べたようなスリットノズルが用いられる。

１ 内燃機関
１０ ブローバイガス管（ブローバイガス通路）
１１ 下流側端部
２０ ノズル
３０ 整流部材
１００ ブローバイガス処理装置
Ｂ ブローバイガス
Ｓ１ ノズルの流路断面積
Ｓ２ ブローバイガス通路の流路断面積

Claims (4)

1. 内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
   ブローバイガスが流れるブローバイガス通路と、
   前記ブローバイガス通路の下流側端部に設けられ、ブローバイガスを大気開放するノズルと、を備え、
   前記ノズルの流路断面積は、前記ブローバイガス通路の流路断面積よりも小さい
   ことを特徴とするブローバイガス処理装置。
2. 前記ノズルは、互いに異なる向きで複数設けられ、
   各ノズルは、前記ブローバイガス通路の軸方向下流側に向かうにつれ半径方向外側に向かうように傾斜され、
   各ノズルの流路断面積の合計面積は、前記ブローバイガス通路の流路断面積よりも小さい
   請求項１に記載のブローバイガス処理装置。
3. 各ノズルに向かって流れるブローバイガスを整流する整流部材を更に備える
   請求項２に記載のブローバイガス処理装置。
4. 前記ノズルは、スリット状に形成される
   請求項１〜３何れか一項に記載のブローバイガス処理装置。

Images