JP3988221B2

JP3988221B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP3988221B2
Application number: JP26840697A
Authority: JP
Inventors: 利明中山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11107738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアクリーナや吸気マニホールド等を一体化した内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の車両には、内燃機関（エンジン）のクランクケースから放出される炭化水素を含む可燃性ガスを大気中に放出せずに、再びエンジンの吸気側に戻して再燃焼させ、同時にクランクケース内を強制的に換気するブローバイガス還元装置（ＰＣＶ；Positive Crankcase Ventilation）が設けられている。ブローバイガスを再燃焼させることにより、大気中に放出されるＨＣの低減が可能となる。
【０００３】
上述したブローバイガスには多量のオイル分や水分が含まれており、これらが吸気装置内に導入されることにより、数々の不都合を招く。例えば、吸気装置への流入空気の量を測定するエアロフロメータやスロットル内あるいはサージタンク内の圧力を測定する圧力センサ等が上述したオイル分や水分によって汚れた場合には、それぞれを用いた測定結果に誤差が生じ、これらの測定結果に基づいたエンジン制御にも適正値からのずれが生じる。また、スロットル付近に上述した水分が吸入されると、エンジンの低温始動直後にスロットルバルブが、これに付着した水分の氷結によりロックするおそれがある。
【０００４】
このような数々の不都合を防止する方法としては、最も簡単には、ブローバイガスを吸気装置に戻す際に、迷路構造を通してブローバイガスに含まれるオイル分や水分を除去する場合が考えられる。また、ブローバイガス中の水分がスロットルバルブに付着した際の氷結を防止するために、実開昭５７−１２６５６０号公報に開示されたような、スロットルボディをエンジン冷却水で加熱する手法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように単に迷路構造を備えることによって、ブローバイガス中のオイル分や水分を除去することが期待できるが、ブローバイガス中のオイル分や水分の量が増えたり、近年のように排気規制が厳しくなった場合に、迷路構造を形成しただけではオイル分等の除去性能が充分でないおそれがある。また、実開平５７−１２６５６０号公報に開示されているようにエンジン冷却水によってスロットルボディを加熱しようとすると、軽量化やコストダウンの要求から、スロットルボディを樹脂材料で形成しようとしたときに、熱伝導率が低くなって、スロットルバルブに付着した氷が融けにくく、構造が複雑な割にスロットルバルブの氷結によるロックを充分に防止できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は構造が複雑にならず、ブローバイガスに含まれるオイル分や水分等の除去能力を向上させることができる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、ブローバイガスの還元通路の一部を迷路構造に形成し、この迷路構造に沿って成形体フィルタを収納するトラッパー室を設け、このトラッパー室を、エアクリーナ部とその下流側のサージタンクとに隣接して配置すると共に前記エアクリーナ部とサージタンクとに連通させており、この迷路構造に沿って収納した成形体フィルタにブローバイガスを通している。したがって、内燃機関のクランクケースから導かれるブローバイガスがこの迷路構造を通るときに、この成形体フィルタによってブローバイガス中のオイル分や水分等を効率よく除去することができる。
また、成形体フィルタを収納する迷路構造は、エアクリーナ部とサージタンクとに隣接するように配置している。一般に、ブローバイガスの還元を行う場合に、効率よく還元させるために、スロットルの上流側であるエアクリーナ部から内燃機関のクランクケース内に空気を流し、クランクケースから排出されるブローバイガスを含む空気をスロットルの下流側であるサージタンクに吸入している。このように、エアクリーナ部とサージタンクのそれぞれからは内燃機関のクランクケースにつながる２種類の配管を延ばす必要があるため、エアクリーナ部とサージタンクに隣接するように迷路構造を配置することにより、２種類の配管に対応する迷路構造やこれに収納する成形体フィルタを１箇所にまとめることができ、吸気装置の構造を簡略化することができるとともに、成形体フィルタの組み付け作業が容易となる。
【０００８】
特に、上述した成形体フィルタは、通気性を有する繊維材料を用いて形成することが好ましく、このような成形体フィルタを用いてその表面積を大きくすることにより、通過するブローバイガス中のオイル分や水分を効率よく捕集して、これらに対して充分な除去能力を持たせることができる。
また、上述した成形体フィルタは、迷路構造の形状に合わせて一体成形することが好ましい。このような形状の成形体フィルタは、迷路構造に合わせてはめ込むことによる取り付けが可能となり、部品点数の低減とともに組み付け作業が容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した一実施形態のエンジンの吸気装置は、サージタンクの一部であってエアクリーナ部に隣接する位置に、エンジンのクランクケースから進入するブローバイガス中のオイル分や水分を捕集して分離する迷路構造のトラッパー室を設け、この迷路構造内に成形体フィルタを収納することに特徴がある。以下、本発明を適用した一の実施形態のエンジンの吸気装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用した一実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す図である。また、図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態の吸気装置は、取込口１２から吸入された空気に含まれる塵芥を取り除くエアクリーナ部１０と、この吸気装置をエンジン（図示せず）に取り付ける取付部２２が一方端に形成された吸気マニホールド２０と、吸気マニホールド２０の各枝管２４の端部近傍に取り付けられた燃料噴射装置としてのインジェクタ３０と、インジェクタ３０に燃料を供給するデリバリパイプ３２と、吸気マニホールド２０の他方端に設けられたサージタンク４０と、サージタンク４０の端部に取り付けられたスロットル５０と、このスロットル５０とエアクリーナ部１０とを連結する通路６０とを含んで構成されている。
【００１２】
上述した吸気装置の各部品は一体化されている。例えば、図２に示すように、ハウジング７０によって、エアクリーナ部１０の一部と吸気マニホールド２０とサージタンク４０とが形成されており、これにエアクリーナ部１０の一部を含むキャップ７２等が取り付けられて、全体が一体化される。
以下、上述した吸気装置の各部分の構成について詳細に説明する。エアクリーナ部１０は、不織布やろ紙を材料とするエアクリーナエレメント１４と、これを装着して収納するガイド１６と、ハウジング７０の一部およびキャップ７２によって構成されるエアクリーナケース１８とを含んで構成される。なお、エアクリーナケース１８の中で、特にエアクリーナエレメント１４に対して吸入空気の上流側をダスティサイドケース８０、下流側をクリーンサイドケース８２といい、それぞれのケース８０、８２で囲まれた空間をダスティサイド空間、クリーンサイド空間という。
【００１３】
ガイド１６に装着されたエアークリーナエレメント１４を挟んでダスティサイドケース８０内のダスティサイド空間とクリーンサイドケース８２内のクリーンサイド空間が分離されており、取込口１２を通ってダスティサイド空間に導入された空気は、エアクリーナエレメント１４を通ることにより塵芥が取り除かれてクリーンサイド空間に導入される。また、このガイド１６は、エアクリーナエレメント１４を介した空気の流れに対して垂直方向にスライドして着脱が可能であり、エアクリーナ部１０に装着したときにその外周部に形成されたシール部材（図示せず）によって、ダスティサイド空間とクリーンサイド空間とが分離される。また、ガイド１６は、エアクリーナケース１８に形成された装着用の開口部を隙間なく覆うカバーとしての機能を有しており、この開口部を介したダスティサイド空間内への空気の流入を阻止している。
【００１４】
通路６０は、エアクリーナエレメント１４を通してクリーンサイド空間に通された空気をスロットル５０を介してサージタンク４０に導くためのものであり、円形断面を有するＵ字形状に形成されている。スロットル５０は、スロットルバルブとスロットルボディによって構成されており、エンジンの各気筒列に吸入される空気の吸込み量を調整する。また、スロットル５０には、スロットル５０内の圧力を検出する圧力センサ５２と、スロットルバルブの開度を検出するポジションセンサ５４が取り付けられており、これらの各センサ出力が図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に入力される。
【００１５】
サージタンク４０は、端部に取り付けられたスロットル５０を介して吸入された空気を吸気マニホールド２０の各枝管２４に分配する。また、サージタンク４０の一部を分離してオイル分や水分を捕集するトラッパー室４２が形成されており、エンジンのクランクケースから回収したブローバイガスに含まれるオイル分や水分が分離される。トラッパー室４２の詳細な構造については後述する。
【００１６】
吸気マニホールド２０は、サージタンク４０を介して導入された塵芥が除去された後の空気をエンジンの各気筒列に導入するためのものであり、エンジンの気筒数と同数の枝管２４によって構成されている。例えば、本実施形態の吸気装置が取り付けられるエンジンは３気筒であり、吸気マニホールド２０は３本の各枝管２４によって構成されている。各枝管２４の先端（サージタンク４０と反対側の端部）には、吸気装置をエンジンに取り付けるための取付部２２が形成されており、この取付部２２に設けられたボルト挿通孔２６にボルト（図示せず）を通して締め付けることにより、エンジンへの吸気装置の取り付けが行われる。
【００１７】
インジェクタ３０は、燃料供給装置としての管状のデリバリパイプ３２から供給される燃料（ガソリン）を所定のタイミングでエンジン内に噴射する。吸気マニホールド２０の各枝管２４の先端近傍には、取付部２２の取付面とエアクリーナ部１０のダスティサイド空間とをつないで直管状に貫通した装着孔２８が形成されており、この装着孔２８にインジェクタ３０が挿入される。また、インジェクタ３０の固定は、その端部（エアクリーナ部１０のダスティサイドケース８０側）に取り付けられたデリバリパイプ３２を固定することによって行われる。
【００１８】
図３は、本実施形態の吸気装置の平面図であり、トラッパー室４２の部分的な横断面が示されている。また、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。これらの図に示すように、トラッパー室４２は、迷路構造の通路を有する２つの捕集室１００、１１０からなっている。いずれの捕集室１００、１１０もサージタンク４０とエアクリーナ部１０に隣接して形成されている。
【００１９】
一方の捕集室１００は、迷路構造の通路の一方端に設けられた吐出口１０２と、迷路構造の通路の他方端であってエアクリーナ部１０との境界壁１０４に設けられた通風口１０６と、この迷路構造の形状に合わせて一体成形された成形体フィルタ１０８（後述する）とを有している。吐出口１０２は、エンジンのクランク室とをつなぐ還元通路としての配管を嵌合するためのものであり、通風口１０６は、エアクリーナ部１０のクリーンサイド空間から空気を取り込むためのものである。なお、図３〜図６に示す各断面図においては、成形体フィルタ１０８あるいは後述する成形体フィルタ１１８を除く構造が示されている。
【００２０】
図７は、成形体フィルタ１０８の外観形状を示す斜視図である。成形体フィルタ１０８は、迷路構造を有する捕集室１００の内部に隙間なく収納できるように、捕集室１００の内部空間の形状と同じ所定回数の折り返し構造を有している。図７に示すように、成形体フィルタ１０８は、反対方向から互い違いに形成されたそれぞれ２つの凹部を有しており、これらの各凹部と捕集室１００の迷路構造を構成する各凸部とがかみ合うように成形体フィルタ１０８の組み付けが行われる。
【００２１】
また、他方の捕集室１１０は、迷路構造の通路の一方端に設けられた吸入口１１２と、迷路構造の通路の他方端であってサージタンク４０との境界壁１１４に設けられた通風口１１６と、この迷路構造の形状に合わせて一体形成された成形体フィルタ１１８とを有している。吸入口１１２は、エンジンのクランク室とをつなぐ還元通路としての配管を嵌合するためのものであり、通風口１１６は、サージタンク４０にブローバイガスを取り込むためのものである。また、成形体フィルタ１１８は、上述した成形体フィルタ１０８と同様に図７に示す形状を有しており、迷路構造を有する捕集室１１０の内部に隙間なく収納できるように、捕集室１１０の内部空間の形状と同じ所定回数の折り返し構造を有している。
【００２２】
上述した成形体フィルタ１０８、１１８のそれぞれは、通気性を有する繊維材料で形成されており、大きな表面積を有している。例えば、パルプやポリエステルなどの繊維を水中に分散させ、この液を成形型で濾して、図７に示すような形状に成形した後に乾燥して固めることにより、成形体フィルタ１０８、１１８が形成される。このようにして形成される成形体フィルタ１０８、１１８は、固い綿のようなものであり、良好な通気性を有する。また、成形体フィルタ１０８、１１８を構成する繊維がばらばらになることを防止するために、成形時に繊維を分散させる水中に結合材を混入しておいて、乾燥時に結合材によって繊維同士が互いに結合するようにしたり、乾燥後に結合材を含浸させてさらに加熱によってこの結合材を固めるといった手法をとることが望ましい。
【００２３】
エンジンが回転している通常動作においては、スロットル５０の上流であるエアクリーナ部１０のクリーンサイド空間は大気圧になっており、スロットル５０の下流であるサージタンク４０内は負圧になっている。したがって、エンジンのクランクケース内に充満したブローバイガスは、サージタンク４０内の負圧によって排気され、代わりにエアクリーナ部１０のクリーンサイド空間から新鮮な空気がクランクケース内に送り込まれる。このようにしてクランクケース内のブローバイガスが吸気装置のサージタンク４０内に還元され、回収されるとともに、クランクケース内が強制的に換気される。
【００２４】
また、このようにしてエンジンのクランクケースからサージタンク４０に回収されるブローバイガスにはオイル分や水分が含まれるが、これらは捕集室１１０を通る際にその内部に収納された成形体フィルタ１１８によって捕集される。特に、成形フィルタ１１８は、捕集室１１０内の迷路構造のほぼ全体に隙間なく収納されており、ブローバイガスの還元通路内に占める行路長が長く、しかも繊維材料を用いて成形しているため表面積が大きいため、その捕集能力、すなわちオイル分や水分の除去性能が高く、オイル分や水分をブローバイガスから充分に除去することができる。このように、捕集室１１０の通風口１１６を介してサージタンク４０に導入されるブローバイガス中のオイル分や水分が除去されるため、スロットル５０の内壁側に連通している圧力センサ５２の圧力検出面にオイル分や水分が付着して生じる圧力検出面のデポジット（汚れ）を防止することができ、オイル分等が付着した場合に生じる検出誤差や、これに伴う適正な状態からのエンジン制御量のずれをなくすことができる。また、サージタンク４０に乾いたブローバイガスを導入することができるため、スロットル５０内のスロットルバルブに付着する水分を低減でき、低温始動時に氷結によってスロットルバルブがロックすることを防止することができる。
【００２５】
また、他方の捕集室１００は、エアクリーナ部１０からエンジンのクランクケースに送り込まれる空気が通過するため、ブローバイガス中のオイル分や水分を除去するためには必要ないように思われるが、実際にはクランクケース内の圧力が大気圧よりも高くなると、クランクケース内のブローバイガスがエアクリーナ部１０に逆流する。このブローバイガスに含まれるオイル分や水分を捕集室１００内の成形体フィルタ１０８を通して捕集することにより、エアクリーナ部１０のクリーンサイド空間から通路６０を介してスロット５０側にオイル分や水分を除去したブローバイガスを流すことができるため、圧力センサ５２やスロットルバルブに付着するオイル分や水分を低減することができる。
【００２６】
また、上述した２つの捕集室１００、１１０からなるトラッパー室４２をエアクリーナ部１０とサージタンク４０とに隣接するように形成することにより、境界壁１０４、１１４に通風口１０６、１１６を設けるだけでエアクリーナ部１０やサージタンク４０との間のブローバイガスの還元通路を確保することができ、必要な配管を簡略化することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ブローバイガスに含まれるオイル分や水分を除去して、圧力センサ５２やスロットルバルブに付着するオイル分や水分を低減するようにしたが、吸気通路に接しているその他の部品に付着するオイル分等を低減する効果もある。例えば、吸気通路の一部に流量測定のためのエアフロメータを備える場合や、スロットルバルブを介した通路をバイパスするＩＳＣＶ（アイドル・スピード・コントロール・バルブ）を備える場合には、これらに付着するオイル分や水分を低減することもできる。
【００２８】
また、上述した実施形態では２つの捕集室１００、１１０の両方に成形体フィルタ１０８あるいは１１８を収納するようにしたが、いずれか一方のみに収納するようにしてもよい。また、上述した実施形態で用いた成形体フィルタ１０８、１１８は、迷路構造を有する捕集室１００、１１０の内部空間を隙間なく埋めるような折り返し形状を有していたが、図８に示すように、二方向から互い違いに壁部材１２０を挿入した状態で成形体フィルタ１２２を成形するようにしてもよい。このように壁部材１２０を含む全体を成形体フィルタ１２２として形成することにより、この成形体フィルタ１２２を収納する捕集室１００、１１０の形状を凸部を取り除いた単純な箱形形状とすることができ、捕集室１００、１１０を含むトラッパー室４２（あるいはこのトラッパー室４２を含むハウジング７０）を形成するために必要な成形型を単純な形状にすることができ、製造が容易になるとともに型寿命が増して製造コストの低減が可能となる。
【００２９】
また、上述した実施形態では、一体成形された折り返し形状を有する成形体フィルタ１０８、１１８を、迷路構造を有する捕集室１００、１１０の各内部空間に隙間なく埋め込むようにしたが、成形体フィルタ１０８等を複数のフィルタ片によって分解し、各フィルタ片を捕集室１００等の内部空間に隙間なく埋め込んで配置するようにしてもよい。また、この場合に、各フィルタ片同士は必ずしも密着配置する必要はなく、所定の間隔を置いて隔たった位置に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】本実施形態の吸気装置の平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】成形体フィルタの外観形状を示す斜視図である。
【図８】成形体フィルタの変形例の外観形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０エアクリーナ部
１８エアクリーナケース
４０サージタンク
４２トラッパー室
５０スロットル
６０通路
１００、１１０捕集室
１０２吐出口
１０４、１１４境界壁
１０６、１１６通風口
１０８、１１８成形体フィルタ
１１２吸入口

Claims

内燃機関のクランクケースにて発生するブローバイガスの還元通路の一部を迷路構造に形成し、前記迷路構造に沿って成形体フィルタを収納するトラッパー室を設け、このトラッパー室を、エアクリーナ部とその下流側のサージタンクとに隣接して配置すると共に前記エアクリーナ部とサージタンクとに連通させることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
請求項１において、
前記成形体フィルタは通気性を有する繊維材料を用いて形成されており、前記迷路構造内に収納された前記成形体フィルタに前記ブローバイガスを通すことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
請求項１または２において、
前記成形体フィルタは前記迷路構造の形状に合わせて一体成形されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。