JP2021195880A - ブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスを加熱装置で加熱するときの加熱効率を向上する。【解決手段】ブローバイガス処理装置９０は、ブローバイガスＢが流れるブローバイガス管３０と、ブローバイガス管に設けられた曲がり部３１と、曲がり部の外側コーナー部３４に設けられた加熱装置５０とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関のブローバイガスを処理するための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処理するブローバイガス処理装置が公知である。

特開２０１８−１０５１６９号公報

ブローバイガスには水分が含まれるが、この水分が低温環境下で凍結し、ブローバイガス管内を閉塞する問題がある。このため、ブローバイガス管を加熱装置で加熱し、管内のブローバイガスを加熱することが考えられる。

しかし、加熱時の加熱効率を向上する点について好ましい提案が見当たらないのが実情である。

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、ブローバイガスを加熱装置で加熱するときの加熱効率を向上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、
ブローバイガスが流れるブローバイガス管と、
前記ブローバイガス管に設けられた曲がり部と、
前記曲がり部の外側コーナー部に設けられた加熱装置と、
を備えた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、前記加熱装置は、前記曲がり部の内側コーナー部に設けられない。

好ましくは、前記加熱装置は、電気ヒータにより形成される。

好ましくは、前記ブローバイガス処理装置は、
外気温を検出する外気温センサと、
前記外気温センサにより検出された外気温に基づいて前記電気ヒータを制御するように構成された制御ユニットと、
をさらに備える。

好ましくは、前記加熱装置は、内燃機関の冷却水を熱媒とする温水ヒータにより形成される。

好ましくは、前記ブローバイガス処理装置は、
前記温水ヒータへの冷却水の導入を制御する制御弁と、
外気温を検出する外気温センサと、
前記外気温センサにより検出された外気温に基づいて前記制御弁を制御するように構成された制御ユニットと、
をさらに備える。

好ましくは、前記ブローバイガス管は、吸気通路に接続される。

本開示によれば、ブローバイガス管を加熱装置で加熱するときの加熱効率を向上できる。

内燃機関を示す概略図である。 曲がり部と電気ヒータを拡大して示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 他の実施形態の内燃機関を示す概略図である。

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。

図１は、ブローバイガス処理装置９０が適用される内燃機関（エンジン）１の全体を示す概略図である。図中、白抜き矢印は吸気Ａの流れを示し、網掛け矢印はブローバイガスＢの流れを示し、黒塗り矢印は排気Ｅの流れを示す。

図１に示すように、内燃機関１は、車両（不図示）に搭載された多気筒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よいし、内燃機関１はガソリンエンジンであってもよい。

内燃機関１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路１０及び排気通路１１とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。符号３は、シリンダヘッドの上部に取り付けられたヘッドカバーを表す。

吸気通路１０は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１２と、吸気マニホールド１２の上流側に配置された吸気管１３とにより主に画成される。吸気管１３には、上流側から順に、エアクリーナ１４、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ｃ、及びインタークーラ２１が設けられる。

排気通路１１は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド１５と、排気マニホールド１５の下流側に配置された排気管１６とにより主に画成される。排気マニホールド１５と排気管１６の間には、ターボチャージャ２０のタービン２０Ｔが設けられる。

エンジン１は、排気再循環（ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)という）装置４を備える。ＥＧＲ装置４は、排気通路１１内（特に排気マニホールド１５内）の排気の一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路１０内（特に吸気マニホールド１２内）に還流させるためのＥＧＲ通路５と、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁７とを備える。

エンジン１は、ブローバイガス処理装置９０を備える。周知のようにブローバイガスとは、エンジン本体２内においてシリンダとピストンの隙間からクランクケース内に漏れ出たガスのことである。

ブローバイガス処理装置９０は、吸気通路１０に接続されたブローバイガス管３０を備える。ブローバイガス管３０内にはブローバイガスＢが流され、このブローバイガスＢは、吸気通路１０内の吸気Ａと合流された後、最終的にシリンダ内で燃焼処理される。このようにブローバイガス処理装置９０は、ブローバイガスＢを吸気Ａに還流させるＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置として機能する。

本実施形態において、ブローバイガス管３０は外部に露出されており、ゴムホースにより形成される。しなしながら、ブローバイガス管３０の材質は任意であり、例えば樹脂または金属としてもよい。

ブローバイガス管３０の下流端は、コンプレッサ２０Ｃより上流側の吸気管１３に接続されている。他方、ブローバイガス管３０の上流端は、ブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータ４０に接続されている。オイルセパレータ４０は、外部に露出されると共にヘッドカバー３上に取り付けられ、ヘッドカバー３内からブローバイガスを導入する。エンジン本体２内の通路を通じてクランクケースからヘッドカバー３内にブローバイガスが供給される。

オイルセパレータ４０によってオイルが分離された後のブローバイガスが、ブローバイガス管３０を通じて、吸気通路１０に還流される。このとき、オイルセパレータ４０およびブローバイガス管３０が外部に露出されているので、それらの内部のブローバイガスＢが外気で冷却される。

例えば外気温が０℃以下の低温環境下だと、ブローバイガスＢに含まれる水分が凍結し、ブローバイガス管３０内が閉塞される虞がある。また、凍結によってできた氷が吸気通路１０内に浸入し、その後コンプレッサ２０Ｃに衝突し、コンプレッサ２０Ｃが破損する虞がある。

よって本実施形態では、こうしたブローバイガス中の水分の凍結を抑制するため、ブローバイガス管３０に加熱装置５０が設けられている。本実施形態の場合、加熱装置５０は電気ヒータ５１により形成されている。

特に、ブローバイガス管３０には曲管状の曲がり部３１が設けられている。加熱時の加熱効率を向上するため、電気ヒータ５１は曲がり部３１の外側コーナー部３４に設けられている。

このようにブローバイガス処理装置９０は、ブローバイガス管３０に設けられた曲がり部３１と、曲がり部３１の外側コーナー部３４に設けられた加熱装置５０とを備える。

図２には曲がり部３１と電気ヒータ５１を拡大して示す。また図３には図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。

図２に示すように、ブローバイガス管３０は、ブローバイガス流れ方向の上流側に位置された直管状の上流側直管部３２と、下流側に位置された直管状の下流側直管部３３と、これら直管部３２，３３の間に位置された曲がり部３１とを備える。曲がり部３１は、直角エルボの如く、一定の曲率半径で９０°曲がっており、上流側直管部３２と下流側直管部３３を連結する。

ブローバイガス管３０の中心軸すなわち管軸を符号Ｃで示し、曲がり部３１の曲率半径の中心を符号Ｏで示す。図２は、管軸Ｃと曲率半径中心Ｏを含む平面で切ったときの断面図である。曲がり部３１は、管軸Ｃ方向の開始位置ａから終了位置ｂまでの間の部分である。

ブローバイガス管３０は、曲率半径中心Ｏを中心に、管軸Ｃより半径方向外側に位置する外側コーナー部３４と、管軸Ｃより半径方向内側に位置する内側コーナー部３５とを有する。本実施形態の電気ヒータ５１は、外側コーナー部３４、特にその全体に設けられている。一方、電気ヒータ５１は内側コーナー部３５には設けられていない。

なお図３において、管軸Ｃより図中左側に位置する部分が外側コーナー部３４、右側に位置する部分が内側コーナー部３５である。

図２に示すように、電気ヒータ５１は、管軸Ｃ方向の開始位置ａから終了位置ｂまで、外側コーナー部３４の全長に延びて設けられている。また図３に示すように、電気ヒータ５１は、管軸Ｃ周りの周方向において外側コーナー部３４の全体に半周延びて設けられている。

図１に戻って、本実施形態のブローバイガス処理装置９０は、外気温を検出する外気温センサ６１と、外気温センサ６１により検出された外気温に基づいて加熱装置５０（すなわち電気ヒータ５１）を制御するように構成された制御ユニットとをさらに備える。本実施形態の制御ユニットは、車両に搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００により構成される。

ＥＣＵ１００は、外気温センサ６１により検出された外気温Ｔａが所定のしきい値Ｔａｓ以下のとき（Ｔａ≦Ｔａｓ）、電気ヒータ５１をオンしてブローバイガス管３０内のブローバイガスを加熱する。しきい値Ｔａｓは、ブローバイガス管３０内のブローバイガスに含まれる水分が凍結する虞のある温度の最大値として予め実験的に定められ、例えば０℃とされる。このような加熱を行うことで、ブローバイガス中の水分の凍結を抑制し、凍結に伴う問題、すなわちブローバイガス管３０内の閉塞およびコンプレッサ破損を解消できる。

他方、ＥＣＵ１００は、検出された外気温Ｔａがしきい値Ｔａｓより高いとき（Ｔａ＞Ｔａｓ）には、電気ヒータ５１をオフして加熱を停止する。これにより、凍結の虞がないような状況下で電力エネルギを無駄に消費することを抑制できる。

さて、電気ヒータ５１をオンすると、ブローバイガス管３０の外側コーナー部３４が電気ヒータ５１によって加熱され、外側コーナー部３４の熱が管内のブローバイガスに伝達される。よって電気ヒータ５１の熱は、外側コーナー部３４を介してブローバイガスに伝達される。これによりブローバイガスが加熱される。

一方、ブローバイガスが曲がり部３１を通過するとき、ブローバイガスは、内側コーナー部３５よりも外側コーナー部３４の方に偏って流れる傾向にある。曲がり部３１内におけるブローバイガスの流速は、内側コーナー部３５側よりも外側コーナー部３４側の方が高い傾向にある。

本実施形態では、電気ヒータ５１を外側コーナー部３４に設けたので、ブローバイガスへの単位時間当たりの入熱量を、内側コーナー部３５に設けた場合よりも増加することができる。よって、ブローバイガスを加熱装置５０で加熱するときの加熱効率を向上することができる。

また本実施形態では、電気ヒータ５１を内側コーナー部３５に設けないので、加熱効率が比較的良くない場所で加熱を行うことを回避できる。このことも加熱効率の向上に有利である。

なお、ブローバイガス管３０の直管部（上流側直管部３２および下流側直管部３３を含む）では、管断面内におけるブローバイガスの流速分布が均等となる傾向にある。よって直管部に電気ヒータ５１を設けても加熱効率の向上は期待できない。本実施形態では、ブローバイガスが高流速で偏る部位の近くに電気ヒータ５１を設けるので、加熱効率を向上できる。

また本実施形態では、ＥＣＵ１００により、凍結の虞があるような状況下（外気温Ｔａがしきい値Ｔａｓ以下のとき）に限って電気ヒータ５１をオンするので、加熱に要する電力エネルギも効率良く使用することができる。

次に、本開示の他の実施形態を説明する。なお前記基本実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。

図４に示すように、本実施形態の加熱装置５０は、エンジンの冷却水を熱媒とする温水ヒータ５２により形成される。温水ヒータ５２には、エンジン本体２から温水ヒータ５２に冷却水を送るための導入管５３と、温水ヒータ５２からエンジン本体２に冷却水を戻すための戻し管５４とが接続されている。導入管５３には、温水ヒータ５２への冷却水の導入を制御する制御弁５５が設けられている。制御弁５５は、外気温センサ６１により検出された外気温に基づいてＥＣＵ１００により制御される。

制御弁５５の制御方法は電気ヒータ５１と同様である。ＥＣＵ１００は、外気温センサ６１により検出された外気温Ｔａがしきい値Ｔａｓ以下のとき（Ｔａ≦Ｔａｓ）、制御弁５５を開弁して温水ヒータ５２に冷却水を導入し、この冷却水によりブローバイガス管３０内のブローバイガスを加熱する。

他方、ＥＣＵ１００は、検出された外気温Ｔａがしきい値Ｔａｓより高いとき（Ｔａ＞Ｔａｓ）には、制御弁５５を閉弁して温水ヒータ５２への冷却水導入を停止し、ブローバイガスの加熱を停止する。これにより、凍結の虞がないような状況下での加熱を抑制できる。

特に、エンジンの冷間始動後にはエンジンを急速に暖機したいため、冷却水の熱エネルギがブローバイガスの加熱に利用されることを極力回避したい。本実施形態では、そのようなエンジン暖機中にブローバイガスの加熱を停止できるので、エンジン暖機を促進することができる。

なお、電気ヒータ５１と温水ヒータ５２を比較すると、電気ヒータ５１は、冷却水の温度が低温であるとき（すなわち冷間始動後の暖機中）にも加熱を行える点で若干有利である。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば加熱装置５０は、外側コーナー部３４の一部にのみ設けられてもよい。

（２）上記実施形態では、一つの外側コーナー部３４に一つの加熱装置５０を設けたが、これらの数は任意である。例えば、複数の外側コーナー部３４にそれぞれ加熱装置５０を設けてもよいし、一つの外側コーナー部３４に複数の加熱装置５０を設けてもよい。

（３）ブローバイガス管３０の下流端は、吸気通路１０に接続されず大気開放されてもよい。すなわちブローバイガス処理装置は、ブローバイガスを吸気通路１０に環流させず大気開放するものであってもよい。

（４）制御弁５５は、戻し管５４に設けられてもよい。

（５）曲がり部３１の形状は上記に限定されない。例えば、曲がり部３１の曲がり角は９０°以外でもよい。曲がり部３１の曲率半径は必ずしも一定でなくてもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
１０ 吸気通路
３０ ブローバイガス管
３１ 曲がり部
３４ 外側コーナー部
３５ 内側コーナー部
５０ 加熱装置
５１ 電気ヒータ
５２ 温水ヒータ
５５ 制御弁
６１ 外気温センサ
９０ ブローバイガス処理装置
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｂ ブローバイガス

Claims (7)

1. ブローバイガスが流れるブローバイガス管と、
   前記ブローバイガス管に設けられた曲がり部と、
   前記曲がり部の外側コーナー部に設けられた加熱装置と、
   を備えたことを特徴とするブローバイガス処理装置。
2. 前記加熱装置は、前記曲がり部の内側コーナー部に設けられない
   請求項１に記載のブローバイガス処理装置。
3. 前記加熱装置は、電気ヒータにより形成される
   請求項１または２に記載のブローバイガス処理装置。
4. 外気温を検出する外気温センサと、
   前記外気温センサにより検出された外気温に基づいて前記電気ヒータを制御するように構成された制御ユニットと、
   をさらに備える
   請求項３に記載のブローバイガス処理装置。
5. 前記加熱装置は、内燃機関の冷却水を熱媒とする温水ヒータにより形成される
   請求項１または２に記載のブローバイガス処理装置。
6. 前記温水ヒータへの冷却水の導入を制御する制御弁と、
   外気温を検出する外気温センサと、
   前記外気温センサにより検出された外気温に基づいて前記制御弁を制御するように構成された制御ユニットと、
   をさらに備える
   請求項５に記載のブローバイガス処理装置。
7. 前記ブローバイガス管は、吸気通路に接続される
   請求項１〜６の何れか一項に記載のブローバイガス処理装置。

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