JP6429320B2

JP6429320B2 - ガス還流装置

Info

Publication number: JP6429320B2
Application number: JP2015003190A
Authority: JP
Inventors: 栄二武田; 渡辺　浩; 浩渡辺; 洋明岡山
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: JP2016128660A

Description

本発明は、エンジンの吸気通路にブローバイガスを還流させるガス還流装置に関する。

エンジンのクランクケースには、シリンダとピストンとの隙間を通じてブローバイガスが流入する。ブローバイガスには未燃ガスが含まれるため、ブローバイガスを吸気通路に還流させることが一般的である。このため、クランクケースと吸気通路とは、ブローバイガスを案内するブローバイ通路を介して接続されている。ところで、ブローバイガスには水分が含まれており、単にブローバイ通路を吸気通路に接続することは、凍結によってブローバイ通路の開口部を閉塞させてしまう虞がある。そこで、吸気通路に凹状の退避部を形成し、この退避部にブローバイ通路を接続したガス還流装置が提案されている（特許文献１参照）。これにより、ブローバイ通路の開口部の温度低下を抑制し、凍結によるブローバイ通路の閉塞を抑制することができる。

特開２００８−２６７３２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるように、吸気通路の退避部にブローバイ通路を接続した場合であっても、外気温度が低下する寒冷地等においては、凍結によってブローバイ通路を閉塞させてしまう虞がある。このため、凍結によるブローバイ通路の閉塞を防止するガス還流装置が求められている。

本発明の目的は、凍結によるブローバイ通路の閉塞を防止することにある。

本発明のガス還流装置は、エンジンの吸気通路にブローバイガスを還流させるガス還流装置であって、前記ブローバイガスを案内するブローバイ通路と、前記エンジンの排気通路に接続され、前記エンジンの排出ガスの一部をＥＧＲガスとして案内するＥＧＲ通路と、前記吸気通路に設けられ、前記ブローバイ通路および前記ＥＧＲ通路が接続される集合部と、を有し、前記集合部は、前記吸気通路の上流側に連通する上流ポートと、前記吸気通路の下流側に連通する下流ポートと、前記ブローバイ通路に連通するブローバイポートと、前記ＥＧＲ通路に連通するＥＧＲポートと、前記上流ポートに対向する第１空間部と、前記下流ポートに対向する第２空間部と、を備え、前記上流ポートと前記下流ポートとは、互いに中心線を平行にずらして前記集合部に形成され、前記ブローバイポートと前記ＥＧＲポートとは、前記第１空間部に開口して前記集合部に形成され、前記ブローバイポートは、前記上流ポートをその中心線方向に投影した投影部から外れた前記集合部の拡幅部に形成され、前記ＥＧＲポートの少なくとも一部と前記拡幅部の少なくとも一部とは対向する。

本発明によれば、ブローバイポートは、上流ポートをその中心線方向に投影した投影部から外れた集合部の拡幅部に形成される。また、ＥＧＲポートの少なくとも一部と拡幅部の少なくとも一部とは対向する。これにより、凍結によるブローバイ通路の閉塞を防止することができる。

本発明の一実施の形態であるガス還流装置を備えたパワーユニットを示す概略図である。集合アダプタを示す斜視図である。（ａ）は集合アダプタを示す平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って集合アダプタを示す断面図である。（ａ）は集合アダプタを示す正面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿って集合アダプタを示す断面図である。（ａ）および（ｂ）は、集合アダプタに形成される上流ポート、下流ポート、ブローバイポートおよびＥＧＲポートの各中心線を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、矢印を用いて、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスの流れを示すイメージ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるガス還流装置１０を備えたパワーユニット１１を示す概略図である。なお、図１に示す白抜きの矢印は、吸入空気、排出ガス、ＥＧＲガスおよびブローバイガスの流れ方向を示している。

図１に示すように、パワーユニット１１は、エンジン１２、吸気系１３および排気系１４を備えている。パワーユニット１１は、車両（図示せず）に搭載されている。エンジン１２のシリンダヘッド１５には、吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されている。シリンダヘッド１５の吸気ポート１６には吸気系１３が接続されており、シリンダヘッド１５の排気ポート１７には排気系１４が接続されている。これらの吸気系１３および排気系１４により、本発明の一実施の形態であるガス還流装置１０が構成されている。なお、図１に一点鎖線で示すように、パワーユニット１１は、エンジン１２の後方に配置されるトランスミッション１８を備えている。

吸気系１３は、エアクリーナ２０、吸気ダクト２２、コンプレッサ２３、吸気パイプ２４、インタークーラ２５、スロットルバルブ（電子制御スロットル）２１、および吸気マニホールド２６等によって構成されている。吸気ダクト２２の下流端には、集合アダプタ（集合部）３２が設けられる。エアクリーナ２０を通過した吸入空気は、吸気ダクト２２および集合アダプタ３２を介して、ターボチャージャ２７のコンプレッサ２３に供給される。コンプレッサ２３によって圧縮された吸入空気は、吸気パイプ２４からインタークーラ２５を経て冷却された後に、スロットルバルブ２１および吸気マニホールド２６を経てシリンダヘッド１５の吸気ポート１６に供給される。このように、吸気系１３には、吸気ダクト２２、コンプレッサ２３、吸気パイプ２４、インタークーラ２５、および吸気マニホールド２６等からなる吸気通路２８が設けられている。

また、吸気系１３には、エンジン１２のブローバイガスを案内するブローバイパイプ（ブローバイ通路）３０が接続されている。ブローバイパイプ３０の一端側（上流側）は、クランクケース３１に接続されており、ブローバイパイプ３０の他端側（下流側）は、吸気ダクト２２に設けられる集合アダプタ３２に接続されている。エンジン１２の燃焼室からクランクケース３１内に漏れ出たブローバイガスは、ブローバイパイプ３０を介して集合アダプタ３２に供給される。これにより、未燃ガスを含むブローバイガスを、再びエンジン１２の燃焼室に供給することができ、ブローバイガスを燃焼させて処理することができる。

排気系１４は、排気マニホールド３３、タービン３４、触媒コンバータ３５、排気パイプ３６，３７等によって構成されている。排気ポート１７から排出される排出ガスは、排気マニホールド３３からターボチャージャ２７のタービン３４に案内される。タービン３４を回転駆動した排出ガスは、触媒コンバータ３５を経て浄化された後に、フロント側の排気パイプ３６からリヤ側の排気パイプ３７に供給される。リヤ側の排気パイプ３７には図示しない消音器が接続されており、排出ガスは消音器を経て外部に排出される。このように、排気系１４には、排気マニホールド３３、タービン３４、触媒コンバータ３５、排気パイプ３６，３７等からなる排気通路３８が設けられている。

また、排気系１４には、エンジン１２の排気浄化性能や燃費性能等を向上させるため、エンジン１２の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系１３に供給する排気再循環系４０（以下、ＥＧＲ系と記載する。）が設けられている。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」である。

ＥＧＲ系４０は、複数のＥＧＲパイプ４１〜４３によって構成されるＥＧＲ通路４４を有している。ＥＧＲ通路４４の上流側は、排気パイプ３６，３７間に設けられる分岐管４５に接続されており、ＥＧＲ通路４４の下流側は、吸気ダクト２２に設けられる集合アダプタ３２に接続されている。ＥＧＲ通路４４には、ＥＧＲガスから異物を除去するＥＧＲフィルタ４６、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４７、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ４８が設けられている。排気パイプ３６を流れる排出ガスの一部は、ＥＧＲガスとして分岐管４５からＥＧＲパイプ４１〜４３に流入する。ＥＧＲ系４０に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲフィルタ４６、ＥＧＲクーラ４７およびＥＧＲバルブ４８を経て吸気系１３の集合アダプタ３２に供給される。

ＥＧＲガスを増加させる際には、ＥＧＲバルブ４８が開放側に制御される一方、ＥＧＲガスを減少させる際には、ＥＧＲバルブ４８が閉塞側に制御される。また、ＥＧＲガスの流量を制御するため、前述したＥＧＲバルブ４８だけでなく、リヤ側の排気パイプ３７には排気制御バルブ４９が設けられている。この排気制御バルブ４９を閉塞側に制御することにより、ＥＧＲ系４０に流入するＥＧＲガスを増加させることができ、排気制御バルブ４９を開放側に制御することにより、ＥＧＲ系４０に流入するＥＧＲガスを減少させることができる。すなわち、ＥＧＲガスを増加させる際には、排気制御バルブ４９が閉塞側に制御される一方、ＥＧＲガスを減少させる際には、排気制御バルブ４９が開放側に制御される。

前述したように、ブローバイガスを案内するブローバイパイプ３０と、ＥＧＲガスを案内するＥＧＲ通路４４とは、吸気通路２８の集合アダプタ３２に接続されている。そして、吸気通路２８の集合アダプタ３２において、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスは混合され、混合ガスとしてエンジン１２に供給される。

以下、集合アダプタ３２の構造について説明する。図２は集合アダプタ３２を示す斜視図である。図３（ａ）は集合アダプタ３２を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って集合アダプタ３２を示す断面図である。図４（ａ）は集合アダプタ３２を示す正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿って集合アダプタ３２を示す断面図である。また、図５（ａ）および（ｂ）は、集合アダプタ３２に形成される上流ポート６１、下流ポート６２、ブローバイポート６３およびＥＧＲポート６４の各中心線Ｃ１〜Ｃ４を示す図である。なお、図５（ａ）および（ｂ）には、図３（ａ）および（ｂ）と同じ部位が示されている。さらに、図６（ａ）および（ｂ）は、矢印を用いて、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスの流れを示すイメージ図である。なお、図６（ａ）には図３（ｂ）と同じ部位が示され、図６（ｂ）には図４（ｂ）と同じ部位が示されている。

図２、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、集合アダプタ３２は、吸気ダクト２２が接続される接続部５１と、コンプレッサ２３が接続される接続部５２と、を有している。集合アダプタ３２の接続部５１は、集合アダプタ３２において上流側となり、集合アダプタ３２の接続部５２は、集合アダプタ３２において下流側となる。このため、以下の説明においては、接続部５１を「上流接続部」と呼び、接続部５２を「下流接続部」と呼ぶ。また、集合アダプタ３２は、ブローバイパイプ３０が接続されるブローバイ接続部５３と、ＥＧＲ通路４４が接続されるＥＧＲ接続部５４と、を有している。図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、集合アダプタ３２の内部には、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスを混合する混合室５５が形成されている。集合アダプタ３２の混合室５５には、上流接続部５１の上流ポート６１、下流接続部５２の下流ポート６２、ブローバイ接続部５３のブローバイポート６３、およびＥＧＲ接続部５４のＥＧＲポート６４が開口している。すなわち、集合アダプタ３２は、吸気通路２８の上流側に連通する上流ポート６１と、吸気通路２８の下流側に連通する下流ポート６２と、ブローバイパイプ３０に連通するブローバイポート６３と、ＥＧＲ通路４４に連通するＥＧＲポート６４と、を備えている。

図２および図３に示すように、集合アダプタ３２には、拡幅部５５１が形成される。具体的に、集合アダプタ３２の混合室５５におけるブローバイ接続部５３側の部位には、拡幅部５５１が形成される。拡幅部５５１は、上流ポート６１をその中心線Ｃ１方向に投影した投影部Ｘよりも外側に向け、集合アダプタ３２の内部空間（混合室５５）を拡幅する。このような拡幅部５５１に、ブローバイポート６３が設けられる。また、ＥＧＲポート６４の少なくとも一部は、拡幅部５５１の少なくとも一部に対向する。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、上流ポート６１の中心線Ｃ１と、下流ポート６２の中心線Ｃ２とは、互いにずらして配置されている。すなわち、上流ポート６１と下流ポート６２とは、互いの中心線Ｃ１，Ｃ２をずらして集合アダプタ３２に形成されている。また、ブローバイポート６３の中心線Ｃ３と、ＥＧＲポート６４の中心線Ｃ４とは、互いにずらして配置されている。すなわち、ブローバイポート６３とＥＧＲポート６４とは、互いの中心線Ｃ３，Ｃ４をずらして集合アダプタ３２に形成されている。さらに、図３（ｂ）に符号αで示すように、ブローバイポート６３は、上流ポート６１をその中心線Ｃ１方向に投影した投影部Ｘから外れて形成されている。

このように、集合アダプタ３２を構成することにより、凍結によるブローバイポート６３の閉塞を防止することができる。すなわち、図３（ｂ）に符号αで示すように、ブローバイポート６３は、上流ポート６１をその中心線Ｃ１方向に投影した投影部Ｘから外れて形成されている。換言すれば、上流ポート６１から隠れた位置に、ブローバイポート６３が形成されている。これにより、吸入空気が直にブローバイポート６３に吹き付けられることがなく、ブローバイポート６３の温度低下を抑制することができ、ブローバイポート６３の凍結を防止することができる。しかも、ブローバイポート６３が開口する混合室５５には、ＥＧＲポート６４からＥＧＲガスが供給されている。このように、排出ガスの一部であるＥＧＲガスを混合室５５に供給することにより、ブローバイポート６３の周囲を暖めることができ、ブローバイポート６３の凍結を積極的に防止することができる。特に、ＥＧＲポート６４の少なくとも一部は、拡幅部５５１の少なくとも一部に対向することから、ブローバイポート６３が形成される拡幅部５５１をより効果的に暖めることができ、ブローバイポート６３の凍結をより一層効果的に防止することができる。

また、図５（ａ）に示すように、ブローバイ接続部５３は、ブローバイパイプ３０側の小径部５３ａと混合室５５側の大径部５３ｂとを備えている。このように、混合室５５側に向けてブローバイ接続部５３の流路断面積を拡大することにより、万が一、ブローバイポート６３に凍結が発生した場合であっても、凍結によるブローバイポート６３の閉塞を防止することができる。さらに、ブローバイ接続部５３の混合室５５側の端部は、中心線Ｃ３に対して斜めに切断されている。これにより、ブローバイポート６３の流路面積を拡大することができるため、凍結によるブローバイポート６３の閉塞を防止することができる。

さらに、前述したように集合アダプタ３２を構成することにより、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスを適切に混合することができる。すなわち、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ブローバイポート６３とＥＧＲポート６４とは、互いに中心線Ｃ３，Ｃ４をずらして集合アダプタ３２に形成されている。すなわち、ブローバイポート６３とＥＧＲポート６４とは、互いに正面を向き合うように同じ中心線上に形成されていない。これにより、周期的な圧力変動を伴うブローバイポート６３に対するＥＧＲガスの流入を防止することができ、混合室５５においてＥＧＲガスを吸入空気に適切に混合することができる。また、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ＥＧＲポート６４は、上流ポート６１に向けて開口している。これにより、ＥＧＲポート６４から吐出されるＥＧＲガスを、吸入空気の流れに抗うように衝突させることができ、吸入空気にＥＧＲガスを十分に混合させることができる。

また、上流ポート６１と下流ポート６２とは、互いの中心線Ｃ１，Ｃ２をずらして集合アダプタ３２に形成されている。これにより、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、上流ポート６１に対向する混合室５５の第１空間部５５ａと、下流ポート６２に対向する混合室５５の第２空間部５５ｂとを、上下にずらして配置することができる。このような構造により、上流ポート６１を通過した吸入空気は、混合室５５の第１空間部５５ａに流れ込んだ後に、下方の第２空間部５５ｂに移動してから下流ポート６２に案内される。このように、上流ポート６１から下流ポート６２に直線的に吸入空気を移動させるのではなく、集合アダプタ３２内で吸入空気を撹拌するように移動させることにより、吸入空気にブローバイガスやＥＧＲガスを十分に混合させることができる。しかも、ブローバイポート６３およびＥＧＲポート６４は、下流側の第２空間部５５ｂではなく上流側の第１空間部５５ａに開口している。これにより、吸入空気に対するブローバイガスおよびＥＧＲガスの撹拌を促し、吸入空気、ブローバイガスおよびＥＧＲガスを十分に混合することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、エンジン１２にターボチャージャ２７を設けているが、これに限られることはなく、ターボチャージャを持たない自然吸気型のエンジンであっても良い。また、エンジン１２としては、ディーゼルエンジンであっても良く、ガソリンエンジン等であっても良い。また、前述の説明では、ＥＧＲポート６４の一部と拡幅部５５１の一部とを対向させているが、これに限られることはなく、ＥＧＲポート６４の全てを拡幅部５５１に対向させても良く、拡幅部５５１の全てをＥＧＲポート６４に対向させても良い。

１０ガス還流装置
１２エンジン
２８吸気通路
３０ブローバイパイプ（ブローバイ通路）
３２集合アダプタ（集合部）
３８排気通路
４４ＥＧＲ通路
５５ａ第１空間部
５５ｂ第２空間部
５５１拡幅部
６１上流ポート
６２下流ポート
６３ブローバイポート
６４ＥＧＲポート
Ｃ１〜Ｃ４中心線
Ｘ投影部

Claims

エンジンの吸気通路にブローバイガスを還流させるガス還流装置であって、
前記ブローバイガスを案内するブローバイ通路と、
前記エンジンの排気通路に接続され、前記エンジンの排出ガスの一部をＥＧＲガスとして案内するＥＧＲ通路と、
前記吸気通路に設けられ、前記ブローバイ通路および前記ＥＧＲ通路が接続される集合部と、
を有し、
前記集合部は、前記吸気通路の上流側に連通する上流ポートと、前記吸気通路の下流側に連通する下流ポートと、前記ブローバイ通路に連通するブローバイポートと、前記ＥＧＲ通路に連通するＥＧＲポートと、前記上流ポートに対向する第１空間部と、前記下流ポートに対向する第２空間部と、を備え、
前記上流ポートと前記下流ポートとは、互いに中心線を平行にずらして前記集合部に形成され、
前記ブローバイポートと前記ＥＧＲポートとは、前記第１空間部に開口して前記集合部に形成され、
前記ブローバイポートは、前記上流ポートをその中心線方向に投影した投影部から外れた前記集合部の拡幅部に形成され、
前記ＥＧＲポートの少なくとも一部と前記拡幅部の少なくとも一部とは対向する、
ガス還流装置。
請求項１に記載のガス還流装置において、
前記ブローバイポートと前記ＥＧＲポートとは、互いに中心線をずらして前記集合部に形成される、
ガス還流装置。
請求項１または２に記載のガス還流装置において、
前記ＥＧＲポートは、前記上流ポートに向けて開口する、
ガス還流装置。