JP6606462B2 - ブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブローバイガスが還流するブローバイガス流路を備えたブローバイガス処理装置に関する。

エンジンでは、燃焼行程において、燃焼室内の圧力の上昇により、ピストンとシリンダボアとの隙間からクランクケース内に燃焼途中の半燃焼ガスが微量に漏れ出す。そこで、エンジンには、クランクケース内に漏れ出した半燃焼ガスであるブローバイガスを、大気中に放出することなく、吸気流路に戻すために、クランクケースと吸気流路とを連通させるブローバイガス流路が設けられている。

ブローバイガスは、半燃焼ガスであるため水蒸気を含み、例えば外気温度が０℃以下の低温である場合、ブローバイガスに含まれる水蒸気がブローバイガス流路において凍結し、氷が生成されることがある。そして、氷が堆積していくと、ブローバイガス流路が閉塞する可能性がある。

そこで、ブローバイガス流路を金属配管で構成し、エンジンの冷却水が流れる温水ジャケットに金属配管を接触させることで、ブローバイガス流路を加温する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

実開平１−１１３１１７号公報

しかし、特許文献１の技術では、例えば、エンジンの始動から所定期間が経過するまでの冷却水の温度が低い場合に、氷の溶解が促進されず、ブローバイガス流路の閉塞を防止できないおそれがある。そこで、ブローバイガス流路の閉塞を回避する新たな技術の開発が希求されている。

本発明は、ブローバイガス流路が閉塞されるおそれを低減することが可能なブローバイガス処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のブローバイガス処理装置は、エンジンで生じたブローバイガスからオイルを分離させるオイルセパレータと、前記オイルセパレータを通過したブローバイガスを吸気流路に還流させるブローバイガス流路と、金属で形成され、外気に曝される金属構造体と、前記オイルセパレータの熱を前記金属構造体に伝達する熱伝達機構と、を備えたことを特徴とする。

また、前記熱伝達機構は、金属で形成された部材で構成され、一端が前記金属構造体に接触するとともに、他端が前記オイルセパレータに接触するとしてもよい。

また、前記金属構造体は、前記吸気流路に設けられたスロットル弁であるとしてもよい。

また、前記オイルセパレータは、前記エンジンを構成するクランクケースまたはシリンダブロックに一体形成されたハウジング部と、前記ハウジング部に当接するカバー部と、を含んで構成され、前記熱伝達機構は、前記カバー部の熱を前記金属構造体に伝達するとしてもよい。

本発明によれば、ブローバイガス流路が閉塞されるおそれを低減することが可能となる。

エンジンシステムの構成を示す概略図である。 オイルセパレータを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、エンジンシステム１００を構成するエンジンＥは、シリンダブロック１０２と、クランクケース１０４と、シリンダヘッド１０６と、ヘッドカバー１０８と、オイルパン１１０とを含んで構成される。クランクケース１０４は、シリンダブロック１０２と一体形成されている。シリンダヘッド１０６は、シリンダブロック１０２におけるクランクケース１０４とは反対側に接合される。ヘッドカバー１０８は、シリンダヘッド１０６におけるシリンダブロック１０２とは反対側に接合される。オイルパン１１０は、クランクケース１０４におけるシリンダブロック１０２とは反対側に接合される。

シリンダブロック１０２には、複数のシリンダボア１１２が形成されており、複数のシリンダボア１１２には、それぞれピストン１１４が摺動可能にコンロッド１１６に支持されている。そして、エンジンＥでは、シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１０６と、シリンダボア１１２内で摺動可能に支持されているピストン１１４の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室１１８として形成される。

また、エンジンＥでは、クランクケース１０４およびオイルパン１１０に囲まれた空間がクランク室１２０として形成される。クランク室１２０内には、クランクシャフト１２２が回転可能に支持されており、ピストン１１４がコンロッド１１６を介してクランクシャフト１２２に連結される。

シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１２４および排気ポート１２６が燃焼室１１８に連通するように設けられる。吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間には、吸気弁１２８の先端が位置し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間には、排気弁１３０の先端が位置している。

また、エンジンＥでは、シリンダヘッド１０６およびヘッドカバー１０８に囲まれた空間がカム室１３２として形成されており、カム室１３２内には、吸気弁用カム１３４および排気弁用カム１３６が設けられる。吸気弁用カム１３４は、吸気弁１２８の他端に当接されており、回転することで吸気弁１２８を吸気ポート１２４のバルブシートに対して当接および離隔させる。これにより、吸気弁１２８は、吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間を開閉する。排気弁用カム１３６は、排気弁１３０の他端に当接されており、回転することで排気弁１３０を排気ポート１２６のバルブシートに対して当接および離隔させる。これにより、排気弁１３０は、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間を開閉する。

吸気ポート１２４の上流側には、吸気マニホールドを含む吸気流路１４０が連通される。吸気流路１４０内には、スロットル弁１４２（ブローバイガス処理装置）、スロットル弁１４２より上流側にインタークーラ１４４、インタークーラ１４４より上流側にエアクリーナ１４６が設けられる。スロットル弁１４２は、金属で構成された筐体１４２ａと、筐体１４２ａ内に配された弁体１４２ｂとを含んで構成される。弁体１４２ｂは、アクセル（図示せず）の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動される。エアクリーナ１４６にて浄化された空気は、吸気流路１４０、吸気ポート１２４を通じて燃焼室１１８に吸入される。

シリンダヘッド１０６には、燃料噴射口が燃焼室１１８に開口するようにインジェクタ１５０が設けられるとともに、先端が燃焼室１１８内に位置するように点火プラグ１５２が設けられる。インジェクタ１５０から燃焼室１１８に噴射された燃料は、吸気ポート１２４から燃焼室１１８に供給された空気と混ざり混合気となる。そして、所定のタイミングで点火プラグ１５２が点火され、燃焼室１１８内で生成された混合気に含まれる燃料が燃焼される。かかる燃焼により、ピストン１１４が往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド１１６を通じてクランクシャフト１２２の回転運動に変換される。

排気ポート１２６の下流側には、排気マニホールドを含む排気流路１６０が連通される。排気流路１６０内には、触媒１６２と、触媒１６２より下流側にマフラ１６４が設けられており、燃焼室１１８で生じた燃焼後の排気ガスは、排気ポート１２６、排気流路１６０を通じて外部へ排出される。したがって、排気ガスは、排気流路１６０の通過過程で、触媒１６２によって浄化され、マフラ１６４を通じて外部に排出されることとなる。

過給機１７０は、タービン１７２と、コンプレッサ１７４と、タービン１７２およびコンプレッサ１７４を一体回転可能に接続するタービンシャフト１７６とを含んで構成される。タービン１７２は、排気流路１６０における触媒１６２の上流側に設けられ、排気ポート１２６から排出される排気ガスによって回転する。コンプレッサ１７４は、吸気流路１４０におけるエアクリーナ１４６と、インタークーラ１４４との間に設けられ、タービン１７２の回転に伴って回転し、エアクリーナ１４６で塵や埃などの不純物が除去された吸気を圧縮して下流に供給する。

また、クランクケース１０４には、クランク室１２０に連通するオイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂ（ブローバイガス処理装置）が設けられる。オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂは、シリンダボア１１２およびピストン１１４の隙間を介してクランク室１２０に流出したブローバイガスから、混入したオイルを分離する。

さらに、エンジンシステム１００には、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４、掃気流路１９０、冷却機構２００を含んで構成されるブローバイガス処理装置が設けられる。第１ブローバイガス流路１８２は、オイルセパレータ１８０ａと、吸気流路１４０における吸気ポート１２４およびスロットル弁１４２間とを連通する流路である。第２ブローバイガス流路１８４は、オイルセパレータ１８０ｂと、吸気流路１４０におけるエアクリーナ１４６と、コンプレッサ１７４との間を連通する流路である。第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４は、ブローバイガスを吸気流路１４０へ還流させる。

過給機１７０が駆動していない場合、吸気流路１４０におけるスロットル弁１４２の下流側はクランク室１２０に対して負圧になる。このため、ブローバイガスは、オイルセパレータ１８０ａ、第１ブローバイガス流路１８２を通じて吸気流路１４０に還流されることとなる。

一方、過給機１７０が駆動している場合、コンプレッサ１７４より上流側が負圧になる。このため、ブローバイガスは、コンプレッサ１７４の負圧によって、オイルセパレータ１８０ｂ、第２ブローバイガス流路１８４から吸引されて、吸気流路１４０に還流されることとなる。

なお、第１ブローバイガス流路１８２には、逆止弁（ＰＣＶバルブ）１８６が設けられ、吸気流路１４０からオイルセパレータ１８０ａへの吸気の逆流を防止している。

また、ブローバイガス処理装置には、カム室１３２と、吸気流路１４０におけるエアクリーナ１４６およびスロットル弁１４２間とを連通する掃気流路１９０が設けられる。さらに、シリンダブロック１０２およびシリンダヘッド１０６には、クランク室１２０とカム室１３２とを連通する通気孔１９２が形成される。掃気流路１９０に流入した空気は、カム室１３２および通気孔１９２を介してクランク室１２０に導かれ、クランク室１２０に溜まったブローバイガスを掃気する。

ところで、ブローバイガスは、半燃焼ガスであるため、水蒸気が含まれている。したがって、外気温が０℃以下になると、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４を還流するブローバイガスが冷やされて、ブローバイガスに含まれる水蒸気が第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４内で凍結し氷（霜）が生成されることがある。

そうすると、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４が閉塞されるおそれがある。また、氷が第２ブローバイガス流路１８４を通ってコンプレッサ１７４に混入してしまうと、コンプレッサ１７４に破損等の不具合が生じてしまうおそれもある。

そこで、本実施形態のブローバイガス処理装置では、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４に流入する前のブローバイガスを冷却して、ブローバイガス中の水蒸気を低減する。以下、ブローバイガスを冷却する冷却機構２００について説明する。

（冷却機構２００）
冷却機構２００は、金属部材（例えば、金属棒、金属配管）で構成された第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０を含んで構成される。第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０として機能する金属部材は、熱伝導率が高い金属であり、好ましくは、銅で形成される。

第１熱伝達機構２１０は、一端２１０ａがスロットル弁１４２の筐体１４２ａに接触するとともに、他端２１０ｂがオイルセパレータ１８０ａに接触するように設けられる。第２熱伝達機構２２０は、一端２２０ａがスロットル弁１４２の筐体１４２ａに接触するとともに、他端２２０ｂがオイルセパレータ１８０ｂに接触するように設けられる。

スロットル弁１４２の筐体１４２ａは、金属で構成されており、また、外気に曝される（特に走行中は、高速の外気に曝される）ため、ブローバイガス中の水蒸気が凍結する環境下（０℃以下）においては、スロットル弁１４２の筐体１４２ａも０℃以下となっている。したがって、第１熱伝達機構２１０がスロットル弁１４２の筐体１４２ａと、オイルセパレータ１８０ａとを接続することで、オイルセパレータ１８０ａの熱を筐体１４２ａに伝達することができる。同様に、第２熱伝達機構２２０がスロットル弁１４２の筐体１４２ａと、オイルセパレータ１８０ｂとを接続することで、オイルセパレータ１８０ｂの熱を筐体１４２ａに伝達することができる。

これにより、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂを除熱（冷却）することができ、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂ内において、ブローバイガス中の水蒸気を凝縮することが可能となる。したがって、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４に導入されるブローバイガス中の水蒸気を低減させることが可能となり、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４内における氷の生成を低減することができる。

続いて、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０のオイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂとの接触位置について説明する。なお、第２熱伝達機構２２０のオイルセパレータ１８０ｂとの接触位置は、第１熱伝達機構２１０のオイルセパレータ１８０ａとの接触位置と実質的に等しい。したがって、ここでは、第１熱伝達機構２１０のオイルセパレータ１８０ａとの接触位置について説明し、第２熱伝達機構２２０のオイルセパレータ１８０ｂとの接触位置についての説明を省略する。

図２は、オイルセパレータ１８０ａを説明する図であり、図２（ａ）はオイルセパレータ１８０ａの斜視図であり、図２（ｂ）はハウジング部３００の正面図（ＸＹ平面図）である。図２（ａ）に示すように、オイルセパレータ１８０ａは、略長方体形状でなり、金属部材（例えば、アルミニウム）で形成されたハウジング部３００およびカバー部３０２を含んで構成される。オイルセパレータ１８０ａは、ハウジング部３００に対してカバー部３０２が当接することで、ハウジング部３００内に内部空間３０４が形成される。ハウジング部３００は、クランクケース１０４またはシリンダブロック１０２に一体形成された部材であり、一面が開口した凹形状でなり、基部３１０に対して側壁３１２が内部空間３０４を囲むようにして立設されている。

ハウジング部３００には、内部空間３０４内に、ブローバイガスが流通するための衝突流路（図２（ｂ）中、矢印で示す）を形成するための衝突板３１４が側壁３１２と接するように一体形成されている。衝突板３１４は、基部３１０からの高さ（厚さ）が同一となるように、Ｚ軸方向に沿って基部３１０に対して立設している。

ハウジング部３００の基部３１０には、衝突板３１４における側壁３１２の上壁３１２ａ側に、ブローバイガス入口３３０が形成されている。また、ハウジング部３００の基部３１０には、側壁３１２の上壁３１２ａと、左壁３１２ｄとにより形成されるコーナー位置に、ブローバイガス出口３３２が形成されている。また、ハウジング部３００の基部３１０には、側壁３１２の下壁３１２ｃと、左壁３１２ｄとにより形成されるコーナー位置に、オイル排出口３３４が形成されている。カバー部３０２は、略長方形状の板状部材でなり、ハウジング部３００の四隅に設けられたネジ溝３１８と対向する位置に貫通孔３４０が形成されている。

このような形状でなるオイルセパレータ１８０ａでは、ハウジング部３００のカバー部当接面３１２ｅに、例えば、ＦＩＰＧ（Formed in Place Gasket）等の液体ガスケットが塗布された後、カバー部３０２の貫通孔３４０に挿通されたボルトが、ハウジング部３００のネジ溝３１８に螺合される。これにより、カバー部３０２がハウジング部３００に対して結合される。

そして、オイルセパレータ１８０ａでは、クランク室１２０からブローバイガス入口３３０を介してブローバイガスが内部空間３０４に流入する。内部空間３０４に流入したブローバイガスは、側壁３１２および衝突板３１４により形成された衝突流路を通過した後、ブローバイガス出口３３２から第１ブローバイガス流路１８２に排出される。ブローバイガスは、衝突流路を通過する際に、側壁３１２および衝突板３１４に衝突することで、ブローバイガスに含まれていたオイルが分離される。ブローバイガスから分離したオイルは、オイル排出口３３４を介して内部空間３０４から排出されることとなる。

第１熱伝達機構２１０の他端２１０ｂは、カバー部３０２に接触して固定される。これにより、カバー部３０２の熱が、第１熱伝達機構２１０を介して、スロットル弁１４２の筐体１４２ａに伝達（伝導）され、カバー部３０２が冷却されることとなる。したがって、ブローバイガス入口３３０を介して内部空間３０４に流入した２００℃程度のブローバイガスは、カバー部３０２によって冷却され、ブローバイガスに含まれる水蒸気が、カバー部３０２上で凝縮（結露）することとなる。これにより、ブローバイガス中の水蒸気が除去され、ブローバイガス出口３３２から第１ブローバイガス流路１８２に排出されるブローバイガス中の水蒸気の量を低減することが可能となる。

また、カバー部３０２でブローバイガスが冷却されることにより、ブローバイガス中のオイルガスをオイルに凝縮することもできる。これにより、第１ブローバイガス流路１８２に流出するオイル、つまり、燃焼室１１８に導かれるオイルを低減することが可能となる。また、第１ブローバイガス流路１８２から排出される、第１ブローバイガス流路１８２、吸気流路１４０、コンプレッサ１７４等に沈着されるオイルも低減することができる。

さらに、外気温度が０℃以上の環境下であっても、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂ（内部空間３０４）を冷却することができる。したがって、内部空間３０４の内圧の上昇を抑制することができ、第１ブローバイガス流路１８２を通じたブローバイガスの不要な排出を抑制することが可能となる。

また、上記したようにカバー部３０２と、ハウジング部３００とは、液体ガスケットを介して接続されているため、液体ガスケットによって、カバー部３０２は、ハウジング部３００と断熱されることとなる。したがって、第１熱伝達機構２１０の他端２１０ｂを、カバー部３０２に接触させて固定することにより、カバー部３０２を効率的に冷却することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかるブローバイガス処理装置によれば、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂを冷却することで、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４に排出されるブローバイガス中の水蒸気を低減することができる。したがって、第１ブローバイガス流路１８２、第２ブローバイガス流路１８４が氷によって閉塞されるおそれを低減することが可能となる。また、第２ブローバイガス流路１８４における氷の生成を抑制することができるため、氷の流入によってコンプレッサ１７４に不具合が生じてしまう可能性を低減することが可能となる。

また、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０が、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂをスロットル弁１４２に熱的に接続するだけといった簡易な構成で、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂ（ブローバイガス）を冷却することができる。したがって、ブローバイガスの冷却に要するランニングコストを削減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記の実施形態では、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０がオイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂの熱をスロットル弁１４２（筐体１４２ａ）に伝達する構成を例に挙げて説明した。しかし、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０は、スロットル弁１４２に限らず、外気に曝される（外気よって冷却される）金属構造体にオイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂの熱を伝達すればよい。ここで、外気によって冷却される金属構造体は、例えば、ボンネット等である。

また、上記実施形態において、第１熱伝達機構２１０の他端２１０ｂを、カバー部３０２に接触させる構成を例に挙げて説明した。しかし、第１熱伝達機構２１０の他端２１０ｂ、第２熱伝達機構２２０の他端２２０ｂを、オイルセパレータ１８０ａ、１８０ｂのカバー部３０２以外の箇所に接触させてもよい。

また、上記実施形態において、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０が金属棒、金属配管といった金属部材で構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、第１熱伝達機構２１０、第２熱伝達機構２２０を内部が真空状態に維持されるヒートパイプで構成してもよい。また、金属部材を断熱部材で被覆でしてもよい。

本発明は、ブローバイガスが還流するブローバイガス流路を備えたブローバイガス処理装置に利用できる。

Ｅ エンジン
１４０ 吸気流路
１４２ スロットル弁（金属構造体）
１７４ コンプレッサ
１７６ タービンシャフト
１８０ａ、１８０ｂ オイルセパレータ
１８２ 第１ブローバイガス流路（ブローバイガス流路）
１８４ 第２ブローバイガス流路（ブローバイガス流路）
２１０ 第１熱伝達機構（熱伝達機構）
２２０ 第２熱伝達機構（熱伝達機構）
３００ ハウジング部
３０２ カバー部

Claims (4)

1. エンジンで生じたブローバイガスからオイルを分離させるオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータを通過したブローバイガスを吸気流路に還流させるブローバイガス流路と、
   金属で形成され、外気に曝される金属構造体と、
   前記オイルセパレータの熱を前記金属構造体に伝達する熱伝達機構と、
   を備えたことを特徴とするブローバイガス処理装置。
2. 前記熱伝達機構は、金属で形成された部材で構成され、
   一端が前記金属構造体に接触するとともに、他端が前記オイルセパレータに接触することを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス処理装置。
3. 前記金属構造体は、前記吸気流路に設けられたスロットル弁であることを特徴とする請求項１または２に記載のブローバイガス処理装置。
4. 前記オイルセパレータは、
   前記エンジンを構成するクランクケースまたはシリンダブロックに一体的に形成されたハウジング部と、
   前記ハウジング部に当接するカバー部と、
   を含んで構成され、
   前記熱伝達機構は、前記カバー部の熱を前記金属構造体に伝達することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のブローバイガス処理装置。

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