WO2011155033A1 - イオン交換体の破損防止装置 - Google Patents

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WO2011155033A1
WO2011155033A1 PCT/JP2010/059744 JP2010059744W WO2011155033A1 WO 2011155033 A1 WO2011155033 A1 WO 2011155033A1 JP 2010059744 W JP2010059744 W JP 2010059744W WO 2011155033 A1 WO2011155033 A1 WO 2011155033A1
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WO
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ion exchanger
pipe
chamber
gas
engine
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PCT/JP2010/059744
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English (en)
French (fr)
Inventor
稲見規夫
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/02—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure
    • F01M13/021—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure of negative pressure
    • F01M13/022—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure of negative pressure using engine inlet suction
    • F01M13/023—Control valves in suction conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/02—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0483—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil using catalysis

Definitions

  • the present invention relates to an ion exchanger breakage prevention device for removing nitrate ions caused by NOx components contained in a gas filled in an engine by ion exchange to prevent breakage of an ion exchanger that generates water.
  • ⁇ NOx generated in the combustion chamber of the engine leaks into the crankcase through the gap between the piston and cylinder.
  • the NOx also enters the cylinder head.
  • the temperature of the crankcase or cylinder head decreases due to engine stoppage or the like, the water vapor in the crankcase or cylinder head becomes water droplets and reacts with NOx leaking from the combustion chamber to generate nitric acid. Due to the acidic action of the nitric acid generated in this way, sludge existing in the lubricating oil is double-bonded, and the lubricating oil itself deteriorates.
  • Patent Document 1 An ion exchange resin is disposed in an oil filter, and the additive bonded to the ion exchange resin is released into the lubricating oil passing through the oil filter.
  • the ion exchange resin releases and adsorbs ions in order to eliminate the difference in ion concentration generated between the resin and the environment surrounding the resin and bring it into an equilibrium state.
  • an additive to the ion exchange resin as a pretreatment, the nitrate ion generated in the engine and the additive are ion-exchanged, and the nitrate ion in the lubricating oil is removed. At this time, water is generated as nitrate ions are removed.
  • Patent Documents 2 to 5 disclose configurations for preventing such breakage due to freezing and expansion of water penetrating into the ion exchange resin.
  • Patent Document 2 discloses a configuration that prevents the retention of moisture using gravity.
  • Patent Document 3 discloses a configuration in which an ion exchange resin that removes ions in an aqueous solution is submerged in an antifreeze solution.
  • Patent Document 4 discloses a configuration in which a part of an ion exchange resin is buried in a hydrophobic resin base material.
  • Patent Document 5 discloses a configuration in which, when water in an ion exchange resin that is pressed and fixed by an elastic body is frozen and expanded, the pressing by the elastic body is released.
  • an ion exchange resin is provided for removing NOx in blow-by gas leaking from the combustion chamber of the engine into the crankcase or the cylinder head, and the structure prevents the water permeating into the ion exchange resin from freezing. Is not seen. Moreover, it is considered that the configuration in which the ion exchange resin is submerged in the antifreeze may be difficult to apply to the engine.
  • an object of the present invention is to suppress damage to the ion exchanger due to freezing and expansion of water that has permeated the ion exchange resin that removes NOx from the gas filled in the engine.
  • An ion exchanger breakage prevention apparatus of the present invention that solves such a problem includes an ion exchanger that removes nitrate ions caused by NOx components in a gas filled in an engine by ion exchange to generate water, and the ion exchange And a suction means for sucking out water permeated into the ion exchanger by lowering the atmospheric pressure around the body.
  • the ion exchanger includes temperature measuring means for measuring the temperature in the engine, and the suction means freezes water in the ion exchanger based on the temperature measured by the temperature measuring means.
  • the structure can suck out the water that has permeated into the ion exchanger. With such a configuration, water can be sucked out only when there is a possibility that the ion exchanger may be damaged due to freezing and expansion of water. Thereby, it is possible to prevent the atmospheric pressure around the ion exchanger from being lowered unnecessarily.
  • the sucking means can suck water that has permeated into the ion exchanger when the engine is stopped or after the engine is stopped. By setting it as such a structure, even if it is a case where it becomes the temperature which water freezes after an engine stop, since the water is suck
  • the ion exchanger is disposed at a portion where the gas is filled, and the suction means is configured to return the gas to the downstream side of the throttle valve in the intake pipe, and the first pipe,
  • the ion exchanger can be configured to be stored in a housing provided between the portion filled with the gas and the first pipe. By setting it as such a structure, the inside of the housing
  • the ion exchanger is disposed in a casing that communicates with a portion that is filled with the gas, and the suction means removes the gas in the casing to the downstream side of the throttle valve in the intake pipe.
  • a second control valve, and closing the second control valve shuts off the inflow of gas into the housing and reduces the atmospheric pressure around the ion exchanger. be able to.
  • permeated the ion exchanger can be sucked out easily by making the inside of the limited area
  • the crankcase includes a partition that separates the inside of the crankcase into a first chamber and a second chamber, the ion exchanger is disposed in each of the first chamber and the second chamber,
  • the suction means includes a third pipe for returning the gas in the first chamber to the downstream side of the throttle valve in the intake pipe, and a fourth pipe for supplying fresh air from the upstream side of the throttle valve in the intake pipe to the first chamber.
  • a third control valve disposed in the fourth pipe and shutting off the supply of fresh air into the first chamber by closing the valve, and the gas in the second chamber is returned to the throttle valve downstream of the intake pipe.
  • 4th system to cut off supply Can be configured to have a valve, the.
  • the ion exchanger breakage prevention apparatus may include a pressure accumulating unit that reduces the ambient pressure around the ion exchanger after the engine is stopped by the pressure that is reduced during operation of the engine. it can. By setting it as such a structure, the negative pressure for sucking out the water in an ion exchanger can be generated even after an engine stop. Thereby, damage to the ion exchanger due to freezing and expansion of water can be suppressed.
  • the apparatus for preventing breakage of an ion exchanger guides water that has permeated into the ion exchanger due to negative pressure to the surface of the ion exchanger, and boiles the induced water under reduced pressure to evaporate it from the ion exchanger. Thereby, damage to the ion exchanger due to freezing and expansion of water can be suppressed.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the crankcase at the time of seeing the engine 2 of FIG. 1 from the side surface. It is explanatory drawing which showed the relationship between the engine speed in Example 1, the opening / closing state of a 1st control valve, and the pressure in an ion exchanger. It is explanatory drawing which showed the relationship between the temperature in a crankcase, an engine speed, the opening / closing state of a 1st control valve, and the pressure in an ion exchanger. It is explanatory drawing which showed schematic structure of the damage prevention apparatus of the ion exchanger in Example 2. FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus in Example 5.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the crankcase 3 and the housing 8 when the engine 2 in FIG. 1 is viewed from the side.
  • the damage prevention device 1 is incorporated in the engine 2.
  • the engine 2 is an inline 4-cylinder reciprocating engine.
  • the engine 2 may be a gasoline engine or a diesel engine.
  • the engine 2 includes a crankcase 3 that holds a crankshaft (not shown).
  • An oil pan 3a is formed in the lower part of the crankcase 3 and stores engine lubricating oil.
  • the engine 2 also includes an intake pipe 5 that takes fresh air into the combustion chamber 4 and an intake manifold 6.
  • a throttle valve 7 is provided in the intake pipe 5.
  • a housing 8 having a smaller volume than that of the crankcase 3 is assembled to the crankcase 3, and the inside of the housing 8 and the inside of the crankcase 3 are communicated with each other through a communication path 3b.
  • a part of the combustion gas containing NOx components generated in the combustion chamber 4 by operating the engine 2 leaks into the crankcase 3 and the space 3c of the cylinder head and fills up.
  • the engine 2 also includes a PCV (Positive Crankcase Ventilation) device 9 that returns the blow-by gas in the crankcase 3 to the intake pipe 5.
  • the PCV device 9 includes a first pipe 9a, a second pipe 9b, and a PCV valve 9c.
  • the first pipe 9 a communicates with the inside of the housing 8 and the intake pipe 5 between the intake manifold 6 and the throttle valve 7, and gas in the crankcase 3 is downstream of the throttle valve 7 in the intake pipe 5.
  • the second pipe 9 b communicates the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5 and the space 3 c of the cylinder head, and supplies fresh air into the crankcase 3 from the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5.
  • the PCV valve 9 c is disposed on the housing 8 side of the first pipe 9 a and adjusts the flow rate of the first pipe 9 a according to the pressure difference between the intake pipe 5 and the crankcase 3. Moreover, the 1st control valve 10 is arrange
  • the first control valve 10 is an electromagnetic valve and operates according to an electrical signal from the ECU 12 described later. During normal operation of the engine 2, the first control valve 10 is in the open state.
  • An ion exchanger 11 is arranged in the housing 8 and in the cylinder head space 3 c of the crankcase 3.
  • the ion exchanger 11 includes an ion exchange resin to which an additive is bound in the pretreatment stage.
  • the ion exchanger 11 generates water by removing nitrate ions caused by NOx components contained in the gas filling the engine 2 by ion exchange.
  • the ion exchanger 11 can be disposed in any space in the engine 2 where the combustion gas and the fuel volatile gas will be filled, in addition to the above position.
  • the space where the ion exchanger 11 is arranged and the intake pipe 5 can be connected by the first pipe 9a and the second pipe 9b.
  • the engine 2 includes an ECU (Electronic Control Unit) 12.
  • the ECU 12 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a well-known digital computer in which input / output ports are connected by a bi-directional bus.
  • the engine 2 is controlled by exchanging signals with various sensors and actuators provided.
  • the engine 2 also includes a temperature sensor 13 that measures the temperature inside the crankcase 3 in the engine 2 and an engine rotation sensor 14 that measures the engine rotation speed from the rotation speed of the crankshaft.
  • the temperature sensor 13 and the engine rotation sensor 14 are electrically connected to the ECU 12.
  • the first control valve 10 is electrically connected to the ECU 12 and receives an electric signal from the ECU 12 to operate.
  • the PCV device 9 ventilates the crankcase 3 during the operation of the engine 2 and recirculates the blow-by gas leaked from the combustion chamber 4 into the crankcase 3 into the intake pipe 5.
  • the specific gas flow is as follows. That is, the gas in the first pipe 9 a is sucked into the intake pipe 5 by the intake pipe negative pressure generated in the intake stroke of the engine. Along with this, the gas in the crankcase 3 is sucked, so that the gas in the crankcase 3 flows back into the intake pipe 5. Further, in the operating state of the engine 2, the ECU 12 opens the first control valve 10. Thereby, fresh air is supplied into the crankcase 3 through the second pipe 9b. For this reason, a flow path of air returning from the inside of the intake pipe 5 to the inside of the intake pipe 5 through the inside of the crankcase 3 is formed, and the inside of the crankcase 3 is ventilated.
  • the blow-by gas leaking from the combustion chamber 4 contains NOx and moisture. Therefore, when the air is cooled while flowing into the intake pipe 5, nitric acid water is generated in the passage. However, the nitric acid is removed by the ion exchanger 11 installed in the housing 8 or in the space 3c, and water remains. Thereby, the production
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the engine speed, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11.
  • FIG. 3 shows the engine speed, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11 from the top, and the horizontal axis indicates time.
  • the ECU 12 receives a signal for stopping the engine 2 at time t1.
  • the signal for stopping the engine 2 can be, for example, an operation such as turning off the ignition.
  • the ECU 12 sends a signal for instructing the first control valve 10 to close the valve.
  • the first control valve 10 is closed, the flow path of the second pipe 9b is closed, and the supply of fresh air from the intake pipe 5 to the crankcase 3 is stopped.
  • the intake pipe 5 is in a negative pressure state, and the gas recirculates from the crankcase 3 to the intake pipe 5. .
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship among the temperature in the crankcase 3, the engine speed, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11.
  • FIG. 4 shows the temperature in the crankcase 3, the engine speed, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11 from the top, and the horizontal axis indicates time.
  • This predetermined value T is a temperature at which water permeating into the ion exchanger 11 is predicted to freeze.
  • the temperature at which water permeating into the ion exchanger 11 freezes is 0 ° C. in the case of pure water, and is less than 0 ° C. due to the freezing point depression when impurities are mixed.
  • the predetermined value T here may be a temperature at which water freezes, but may be executed before water is frozen.
  • the damage prevention device 1 sucks and removes water from the ion exchanger 11 when it is determined that the water that has penetrated into the ion exchanger 11 is frozen. For this reason, no negative pressure is applied to the housing 8 and the crankcase 3 more than necessary. Thereby, the load concerning the housing
  • inhalation execution of water is judged based on the temperature in the crankcase 3, if the temperature in the ion exchanger 11 can be measured, it will be based on the temperature in the ion exchanger 11. It is desirable to judge. Further, the determination may be made based on other information correlated with the temperature in the ion exchanger 11.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 21 in the present embodiment.
  • the breakage prevention device 21 in the present embodiment has substantially the same configuration as the breakage prevention device 1.
  • the breakage prevention device 21 is different from the breakage prevention device 1 in that the second control valve 22 is incorporated.
  • the second control valve 22 is disposed in the communication path 3 b that communicates the crankcase 3 and the housing 8. When the second control valve 22 is closed, the communication path 3b is closed.
  • the second control valve 22 opens and closes in conjunction with the first control valve 10 described above.
  • the pressure in the housing 8 provided with the ion exchanger 11 can be easily reduced. Intake pipe negative pressure is generated during the period from when the engine stop signal is received until the crankshaft stops rotating, but this period is short. By separating the inside of the housing 8 from the crankcase 3, the volume to which the negative pressure is applied becomes small, so that it is possible to easily reduce the pressure enough to suck out water even in a short period.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter, simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 31 according to the present embodiment.
  • the breakage prevention device 31 has substantially the same configuration as the breakage prevention device 1.
  • the breakage prevention device 31 is different from the breakage prevention device 1 in that the pressure accumulation chamber 32 is provided.
  • the inside of the pressure accumulating chamber 32 is communicated with the inside of the housing 8 by a communication passage 33a. Further, the interior of the pressure accumulating chamber 32 is communicated with the inside of the intake manifold 6 by the communication passage 33b.
  • a first pressure accumulation chamber valve 34a is disposed in the communication passage 33a, and a second pressure accumulation chamber valve 34b is disposed in the communication passage 33b.
  • the first pressure accumulation chamber valve 34a and the second pressure accumulation chamber valve 34b are electrically connected to the ECU 12, respectively.
  • the second pressure accumulating chamber valve 34b is opened during engine operation, the inside of the pressure accumulating chamber 32 and the intake manifold 6 communicate with each other. At this time, the pressure in the pressure accumulating chamber 32 decreases due to the intake pipe negative pressure. And when the engine 2 stops, the 2nd pressure accumulation chamber valve 34b is closed, and it maintains so that the pressure in the pressure accumulation chamber 32 may become the state lower than the pressure in the crankcase 3.
  • Such a pressure accumulation chamber 32 corresponds to pressure accumulation means.
  • FIG. 7 shows the temperature in the crankcase 3, the engine speed, the opening / closing state of the first pressure accumulating chamber valve 34a, the opening / closing state of the second pressure accumulating chamber valve 34b, the pressure in the pressure accumulating chamber 32, the opening / closing state of the first control valve 10
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship of pressure in the exchanger 11.
  • FIG. 7 shows the crankcase 3 temperature from the top, the engine speed, the opening / closing state of the first pressure accumulating chamber valve 34a, the opening / closing state of the second pressure accumulating chamber valve 34b, the pressure in the pressure accumulating chamber 32, the opening / closing state of the first control valve 10.
  • the pressure in the ion exchanger 11 is shown, and in each case, the horizontal axis shows time.
  • the ECU 12 opens the first pressure accumulation chamber valve 34a. Thereby, the inside of the pressure accumulation chamber 32 and the inside of the housing
  • the pressure in the pressure accumulating chamber 32 is lower than that in the crankcase 3, the air in the housing 8 is sucked into the pressure accumulating chamber 32, and the pressure in the housing 8 decreases.
  • the predetermined value T is a temperature at which water permeating into the ion exchanger 11 is predicted to freeze in the same manner as described in the first embodiment.
  • the breakage prevention device 31 can reduce the ambient pressure around the ion exchanger 11 after the engine is stopped. For this reason, even when water permeating into the ion exchanger 11 freezes after a while after the engine is stopped, water can be sucked out, and damage to the ion exchanger 11 due to freezing and expansion of water can be suppressed. .
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 41 according to the present embodiment.
  • the breakage prevention device 41 in this embodiment has a configuration substantially similar to that of the breakage prevention device 31.
  • the breakage prevention device 41 is different from the breakage prevention device 31 in that the breakage prevention device 41 includes a communication passage 33c that communicates the pressure accumulating chamber 32 and the crankcase 3 in place of the communication passage 33b.
  • the breakage prevention device 41 includes a vacuum pump 42 in the communication path 33c.
  • the vacuum pump 42 may be a mechanical pump that obtains power from a crankshaft or an electric pump.
  • the vacuum pump 42 sucks air from the pressure accumulating chamber 32 and sends it into the crankcase 3, so that the pressure in the pressure accumulating chamber 32 is lower than the pressure in the crankcase 3.
  • the operation after the engine is stopped is the same as that in the third embodiment. That is, when the temperature in the crankcase 3 decreases to the predetermined value T after the engine is stopped, the ECU 12 opens the first pressure accumulation chamber valve 34a.
  • the same reference number is attached
  • the breakage prevention device 41 can reduce the atmospheric pressure around the ion exchanger 11 after the engine is stopped. For this reason, even when water that has permeated into the ion exchanger 11 freezes after some time has passed since the engine stopped, it is possible to suck out water and suppress damage to the ion exchanger 11 due to freezing and expansion of water. it can.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter, simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 51 according to the present embodiment.
  • the breakage prevention device 51 in this embodiment has a configuration substantially similar to that of the breakage prevention device 1.
  • the breakage prevention device 51 is different from the breakage prevention device 1 in that it includes a communication path 52 that allows the inside of the housing 8 and the intake manifold 6 to communicate with each other, and includes an electric pump 53 on the communication path 52.
  • the electric pump 53 is electrically connected to the ECU 12.
  • the electric pump 53 operates according to a signal from the ECU 12.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship among the temperature in the crankcase 3, the engine speed, the operating state of the electric pump 53, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11.
  • FIG. 10 shows the temperature in the crankcase 3 from the top, the engine speed, the operating state of the electric pump 53, the open / close state of the first control valve 10, and the pressure in the ion exchanger 11, and the horizontal axis indicates time. Yes.
  • the ECU 12 operates the electric pump 53.
  • the predetermined value T is a temperature at which water permeating into the ion exchanger 11 is predicted to freeze in the same manner as described above.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing a schematic configuration of an ion exchanger breakage prevention apparatus (hereinafter, simply referred to as “breakage prevention apparatus”) 61 according to this embodiment.
  • the breakage prevention device 61 in this embodiment has the same configuration as the breakage prevention device 1.
  • the breakage prevention device 61 divides the inside of the crankcase 3 into a first chamber 63 and a second chamber 64 by a partition 62, incorporates a PCV device 65 in the first chamber 63, and a PCV device 66 in the second chamber 64. It differs from the damage prevention apparatus 1 by the point which incorporated.
  • the partition 62 is disposed at a position where the lower end of the partition 62 is immersed in the lubricating oil stored in the oil pan 3a. Moreover, the partition 62 is arrange
  • the first chamber 63 is mainly located in the lower part of the combustion chamber 4 in the crankcase 3.
  • the second chamber 64 is provided from the cylinder head space 3 c to the oil pan 3 a of the crankcase 3.
  • the inside of the first chamber 63 communicates with the inside of the housing 8 in which the ion exchanger 11 is arranged, and gas can freely pass between the inside of the first chamber 63 and the inside of the housing 8.
  • the ion exchanger 11 in the housing 8 is the same as that disposed in the first chamber 63.
  • An ion exchanger 11 is arranged in a cylinder head space 3 c connected to the crankcase 3 in the second chamber 64.
  • the PCV device 65 includes a third pipe 65a, a fourth pipe 65b, and a PCV valve 65c.
  • the third pipe 65 a is the same as the first pipe 9 a of the breakage prevention device 1. That is, the third pipe 65 a communicates with the inside of the housing 8 and the intake pipe 5 between the intake manifold 6 and the throttle valve 7, and the gas in the first chamber 63 is sent to the throttle valve 7 in the intake pipe 5. Reflux downstream.
  • the fourth pipe 65 b communicates the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5 and the inside of the first chamber 63, and supplies fresh air from the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5 to the first chamber 63. .
  • the PCV valve 65 c is the same as the PCV valve 9 c of the breakage prevention device 1, and the PCV valve 65 c is disposed on the housing 8 side of the third pipe 65 a according to the pressure difference between the intake pipe 5 and the first chamber 63. To adjust the flow rate of the third pipe 65a.
  • a third control valve 65d is disposed in the fourth pipe 65b, and the flow path of the fourth pipe 65b is shut off by closing the third control valve 65d.
  • the third control valve 65d is an electromagnetic valve and operates according to an electric signal from the ECU 12. During normal operation of the engine 2, the third control valve 65d is in an open state.
  • the PCV device 66 includes a fifth pipe 66a, a sixth pipe 66b, and a PCV valve 66c.
  • the fifth pipe 66 a communicates the inside of the second chamber 64 with the inside of the intake pipe 5 between the intake manifold 6 and the throttle valve 7, and the gas in the second chamber 64 is connected to the throttle valve 7 in the intake pipe 5.
  • the sixth pipe 66b is the same as the second pipe 9b of the damage preventing apparatus 1. That is, the sixth pipe 66 b communicates the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5 and the cylinder head space 3 c communicating with the inside of the crankcase 3, and the second pipe 66 b from the upstream side of the throttle valve 7 in the intake pipe 5. Supply fresh air into the chamber 64.
  • the PCV valve 66c is disposed on the second chamber 64 side of the fifth pipe 66a, and adjusts the flow rate of the fifth pipe 66a according to the pressure difference between the intake pipe 5 and the second chamber 64. Further, a fourth control valve 66d is disposed in the sixth pipe 66b, and the flow path of the sixth pipe 66b is shut off by closing the fourth control valve 66d.
  • the fourth control valve 66d is an electromagnetic valve and operates according to an electrical signal from the ECU 12. During normal operation of the engine 2, the fourth control valve 66d is in an open state.
  • the breakage prevention device 61 includes an oil passage 67 for returning the lubricating oil from the head side to the oil pan 3a.
  • the oil passage 67 is formed so as to penetrate through the first chamber 63 of the crankcase 3 and opens into the lubricating oil stored in the oil pan 3a.
  • the lubricating oil passing through the oil passage 67 is returned to the oil pan 3a without coming into contact with the gas in the first chamber 63. For this reason, since the lubricating oil exposed to gas decreases, deterioration of lubricating oil can be suppressed.
  • the breakage prevention device 61 has a configuration in which the crankcase 3 is divided, the third control valve 65d and the fourth control valve 66d are closed according to the same policy as in the first embodiment. That is, when the ECU 12 receives a signal for stopping the engine 2, the ECU 12 sends a signal for instructing the third control valve 65d and the fourth control valve 66d to close the valve. Thereby, the flow path of the 4th piping 65b and the 6th piping 66b is obstruct
  • the ECU 12 receives a signal for stopping the engine 2, the ECU 12 receives the third control valve 65d and the fourth control valve 66d when the temperature in the crankcase 3 measured by the temperature sensor 13 decreases to a predetermined value T. It is also possible to send a signal to command the valve to This predetermined value T is a temperature at which water permeating into the ion exchanger 11 is predicted to freeze. In this case, since the negative pressure is not applied more than necessary in the housing 8 and the crankcase 3 until it is determined that the water is frozen, the load on the housing 8 and the crankcase 3 is reduced.
  • the execution of water suction is determined based on the temperature in the crankcase 3, but if the temperature in the ion exchanger 11 can be measured, the determination is made based on the temperature in the ion exchanger 11. Is desirable. Further, the determination may be made based on other information correlated with the temperature in the ion exchanger 11.
  • the execution of water suction is determined based on the temperature in the crankcase 3, but if the temperature in the ion exchanger 11 can be measured, the determination is made based on the temperature in the ion exchanger 11. Is desirable. Further, the determination may be made based on other information correlated with the temperature in the ion exchanger 11.
  • by dividing the inside of the crankcase 3 into a plurality of rooms it is possible to easily reduce the pressure in the crankcase as compared with a configuration in which the crankcase 3 is not divided. As a result, the water in the ion exchanger 11 is easily removed, and damage due to freezing and expansion of water is prevented.
  • the housing 8 may be provided inside the crankcase 3.
  • the breakage prevention device 71 shown in FIG. 13 is a combination of the sixth and third embodiments, and the first chamber 63 and the pressure accumulation chambers 32a and 32b that reduce the pressure in the second chamber 64 are divided into the crankcase 3. It is set as the structure to provide.
  • the breakage prevention device 81 shown in FIG. 14 combines the sixth and fifth embodiments, and includes electric pumps 53a and 53b that reduce the pressure in the first chamber 63 and the second chamber 64 that divide the crankcase 3. This is a configuration provided. Thereby, even after a while has passed after the engine is stopped, water can be removed from the ion exchanger 11, and damage to the ion exchanger 11 due to freezing and expansion of water can be suppressed.

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Abstract

　イオン交換体の破損防止装置１は、エンジン２の燃焼室４内からクランクケース３内へ漏洩するガス中に含まれるＮＯｘ成分に起因する硝酸イオンをイオン交換により除去し水を生成するイオン交換体１１と、イオン交換体１１周囲の雰囲気圧を低下することにより、イオン交換体１１内に浸透した水を吸出す吸出手段９、１０とを備える。

Description

イオン交換体の破損防止装置
　本発明はエンジン内部に充満するガスに含まれるＮＯｘ成分に起因する硝酸イオンをイオン交換により除去し水を生成するイオン交換体の破損を防止するイオン交換体の破損防止装置に関する。
　エンジンの燃焼室で生じるＮＯｘはピストンとシリンダとの隙間を抜けてクランクケース内へ漏洩する。また、このＮＯｘはシリンダヘッド内にも浸入する。エンジンの停止などにより、クランクケースやシリンダヘッドの温度が低下すると、クランクケース内やシリンダヘッド内の水蒸気が水滴になり、燃焼室から漏れ出たＮＯｘと反応して硝酸が生成される。こうして生成された硝酸の酸性作用により、潤滑油の中に存在するスラッジが重結合していき、潤滑油自体が劣化してしまう。
　このようなＮＯｘが原因となる潤滑油の劣化を抑制するため、添加剤を結合したイオン交換樹脂を備えたイオン交換体をクランクケース内に配置する技術が知られている。このようなイオン交換体を改良したものが特許文献１に開示されている。特許文献１には、オイルフィルタ内へイオン交換樹脂を配置し、イオン交換樹脂に結合していた添加剤を、オイルフィルタを通過する潤滑油中に放出する。
　イオン交換樹脂は樹脂と樹脂を取り巻く環境との間に生じるイオン濃度差を解消し平衡状態とするためにイオンの放出、吸着を行う。イオン交換樹脂に前処理として添加剤を結合させることにより、エンジン内で生成される硝酸イオンと添加剤とがイオン交換し、潤滑油中の硝酸イオンが除去される。このとき、硝酸イオンの除去に伴って水が生成される。
　ところが、硝酸イオン除去の際に生成した水がイオン交換樹脂に浸透した状態で、エンジン内の温度が水の凍結する温度まで低下する場合、水が凍結することにより膨張し、樹脂膜の変形、およびひびの発生する原因となる。このようなイオン交換樹脂に浸透した水の凍結膨張による破壊を防止する構成が特許文献２～５に開示されている。特許文献２では、重力を利用して水分の滞留を防止する構成が開示されている。特許文献３では、水溶液中においてイオンを除去するイオン交換樹脂を不凍液に沈める構成が開示されている。特許文献４では、イオン交換樹脂の一部を疎水性樹脂基材に埋没させる構成が開示されている。特許文献５では、弾性体により押圧固定されるイオン交換樹脂内の水が凍結膨張すると、弾性体による押圧が開放される構成が開示されている。
特表２００８－５４０１２３号公報 特開２００９－１１７１０６号公報 特開２００６－２８６５４４号公報 特開２００８－１９５３０号公報 特開２００４－２３０２１５号公報
　しかしながら、上記文献では、エンジンの燃焼室からクランクケース内やシリンダヘッド内へ漏洩するブローバイガス中のＮＯｘを除去するためにイオン交換樹脂を備え、イオン交換樹脂へ浸透した水の凍結防止をする構成はみられない。また、イオン交換樹脂を不凍液に沈める構成はエンジンに適用困難な場合があると考えられる。
　そこで、本発明はエンジン内部に充満するガス中からＮＯｘを除去するイオン交換樹脂に浸透した水の凍結膨張に起因するイオン交換体の破損を抑制することを課題とする。
　かかる課題を解決する本発明のイオン交換体の破損防止装置は、エンジン内部に充満するガス中のＮＯｘ成分に起因する硝酸イオンをイオン交換により除去し水を生成するイオン交換体と、前記イオン交換体の周囲の雰囲気圧を低下することにより、前記イオン交換体内に浸透した水を吸出す吸出手段と、を備えたことを特徴とする。
　このような構成とすることにより、負圧によりイオン交換体内に浸透した水をイオン交換体の表層へ誘導し、誘導した水を減圧沸騰によりイオン交換体から蒸発させる。これにより、イオン交換体内における水の残存が防がれるため、エンジン内部の温度が水の凍結する温度となっても、水の凍結膨張によるイオン交換体の破損を抑制できる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記エンジン内の温度を計測する温度計測手段を備え、前記吸出手段は、前記温度計測手段により計測される温度に基づいて前記イオン交換体内の水の凍結開始を判断すると、前記イオン交換体内に浸透した水を吸出す構成とすることができる。このような構成とすることにより、水の凍結膨張によりイオン交換体が破損する可能性のある場合に限り、水を吸出すことができる。これにより、不要にイオン交換体周囲の雰囲気圧を低下することを防ぐことができる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記吸出手段は、エンジン停止時または停止後に前記イオン交換体内に浸透した水を吸出す構成とすることができる。このような構成とすることにより、エンジン停止後に水が凍結する温度となる場合であっても、イオン交換体から水が吸出されているため、イオン交換体の破損を抑制できる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記イオン交換体は前記ガスの充満する部位に配置され、前記吸出手段は、前記ガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第１配管と、前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記ガスの充満する部位へ新気を供給する第２配管と、前記第２配管に配置され、閉弁することにより新気の供給を遮断する第１制御弁と、を有する構成とすることができる。このような構成とすることにより、第１制御弁が閉弁することにより、新気の供給が停止するため、イオン交換体の配置された周囲を負圧にすることができる。これにより、イオン交換体内の水を吸出すことができる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記イオン交換体は、前記ガスの充満する部位と前記第１配管との間に設けた筐体内に格納した構成とすることができる。このような構成とすることにより、イオン交換体が格納された筐体内を容易に負圧にすることができる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記イオン交換体は、前記ガスが充満する部位と連通する筐体内に配置され、前記吸出手段は、前記筐体内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第１配管と、前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記ガスの充満する部位へ新気を供給する第２配管と、前記ガスの充満する部位と前記筐体との連通路に配置された第２制御弁と、を有し、前記第２制御弁を閉弁することにより、前記筐体内へのガスの流入を遮断し、前記イオン交換体周囲の雰囲気圧を低下する構成とすることができる。このような構成とすることにより、筐体内の限られた領域内を負圧にすることにより、容易にイオン交換体内に浸透した水を吸出すことができる。これにより、水の凍結膨張によるイオン交換体の破損を防止することができる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記クランクケース内を第１室と第２室とに分離する仕切りを備え、前記イオン交換体を第１室及び第２室のそれぞれに配置し、前記吸出手段は、前記第１室内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第３配管と、前記吸気管内のスロットルバルブの上流側から前記第１室内へ新気を供給する第４配管と、前記第４配管に配置され、閉弁することにより前記第１室内への新気の供給を遮断する第３制御弁と、前記第２室内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第５配管と、前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記第２室内へ新気を供給する第６配管と、前記第６配管に配置され、閉弁することにより前記第２室内への新気の供給を遮断する第４制御弁と、を有する構成とすることができる。このような構成とすることにより、クランクケース内を分割して負圧にする容積を小型化することができる。これにより、分割していない構成に比べて、クランクケース内の圧力を容易に低下することができる。
　上記のイオン交換体の破損防止装置において、前記エンジンの運転中に低下した圧力により、前記エンジンが停止した後に前記イオン交換体の周囲の雰囲気圧を低下する蓄圧手段を備えた構成とすることができる。このような構成とすることにより、エンジン停止後にもイオン交換体内の水を吸出すための負圧を発生することができる。これにより、水の凍結膨張によるイオン交換体の破損を抑制できる。
　本発明のイオン交換体の破損防止装置は、負圧によりイオン交換体内に浸透した水をイオン交換体の表層へ誘導し、誘導した水を減圧沸騰してイオン交換体から蒸発させる。これにより、水の凍結膨張によるイオン交換体の破損を抑制できる。
実施例１のイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 図１のエンジン２を側面から見た際のクランクケースと筐体との位置関係を示す説明図である。 実施例１におけるエンジン回転数、第１制御弁の開閉状態、イオン交換体内の圧力の関係を示した説明図である。 クランクケース内の温度、エンジン回転数、第１制御弁の開閉状態、イオン交換体内の圧力の関係を示した説明図である。 実施例２におけるイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 実施例３におけるイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 実施例３におけるクランクケース内の温度、エンジン回転数、第１蓄圧室弁の開閉状態、第２蓄圧室弁の開閉状態、蓄圧室内圧力、第１制御弁の開閉状態、イオン交換体内の圧力の関係を示した説明図である。 実施例４におけるイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 実施例５におけるイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 実施例５におけるクランクケース内の温度、エンジン回転数、電動ポンプの運転状態、第１制御弁の開閉状態、イオン交換体内の圧力の関係を示した説明図である。 実施例６におけるイオン交換体の破損防止装置の概略構成を示した説明図である。 イオン交換体の破損防止装置の他の構成例を示した説明図である。 イオン交換体の破損防止装置の他の構成例を示した説明図である。 イオン交換体の破損防止装置の他の構成例を示した説明図である。
　以下、本発明を実施するための一形態を図面を参照しつつ説明する。
　初めに実施例１について説明する。図１は、本実施例のイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）１の概略構成を断面にして示した説明図である。図２は図１におけるエンジン２を側面から見た際のクランクケース３と筐体８との位置関係を示す説明図である。破損防止装置１はエンジン２に組み込まれている。エンジン２は直列４気筒のレシプロエンジンである。エンジン２は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのどちらでもよい。
　エンジン２は図示していないクランクシャフトを保持するクランクケース３を備えている。クランクケース３の下部にはオイルパン３ａが形成されており、エンジンの潤滑油が貯留されている。また、エンジン２は燃焼室４内に新気を取り込む吸気管５、及びインテークマニホールド６を備えている。吸気管５にはスロットルバルブ７が設けられている。クランクケース３には、クランクケース３よりも容積の小さい筐体８が組付けられており、筐体８の内部とクランクケース３の内部とが連通路３ｂにより連通されている。エンジン２を運転することにより燃焼室４で発生するＮＯｘ成分を含む燃焼ガスの一部は、クランクケース３内やシリンダヘッドの空間３ｃに漏洩し、充満する。
　また、エンジン２は、クランクケース３内のブローバイガスを吸気管５へ戻すＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置９を備えている。ＰＣＶ装置９は、第１配管９ａと第２配管９ｂとＰＣＶバルブ９ｃとを備えている。第１配管９ａは、筐体８内と、インテークマニホールド６とスロットルバルブ７との間の吸気管５内とを連通し、クランクケース３内のガスを吸気管５内のスロットルバルブ７の下流側へ還流させる。第２配管９ｂは、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側と、シリンダヘッドの空間３ｃとを連通し、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側からクランクケース３内へ新気を供給する。ＰＣＶバルブ９ｃは、第１配管９ａの筐体８側に配置されて、吸気管５とクランクケース３との圧力差に応じて第１配管９ａの流量を調整する。また、第２配管９ｂには第１制御弁１０が配置されており、第１制御弁１０が閉弁することにより、第２配管８ｂの流路が遮断される。第１制御弁１０は、電磁弁であり、後述するＥＣＵ１２からの電気信号にしたがって動作する。エンジン２の通常の運転中では、第１制御弁１０は開弁状態である。
　筐体８内及びクランクケース３のシリンダヘッドの空間３ｃにイオン交換体１１が配置されている。イオン交換体１１は、前処理段階で添加剤を結合させたイオン交換樹脂を含んで構成されている。イオン交換体１１は、エンジン２内に充満するガス中に含まれるＮＯｘ成分に起因する硝酸イオンをイオン交換により除去し水を生成する。なお、イオン交換体１１は、上記の位置以外にも、燃焼ガスや燃料揮発ガスが充満するであろうエンジン２内のあらゆる空間に配置することができる。そして、第１配管９ａ、第２配管９ｂとにより、イオン交換体１１を配置した空間と吸気管５とを接続することができる。
　また、エンジン２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２を備えている。ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジン２の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジン２を制御するようになっている。また、エンジン２は、エンジン２内のクランクケース３の内部の温度を計測する温度センサ１３、クランクシャフトの回転数からエンジン回転数を計測するエンジン回転センサ１４とを備えている。温度センサ１３、及びエンジン回転センサ１４は、ＥＣＵ１２と電気的に接続されている。また、第１制御弁１０は、ＥＣＵ１２と電気的に接続されて、ＥＣＵ１２からの電気信号を受け取り、動作する。ＥＣＵ１２から動作信号を受け取り第１制御弁１０が閉弁することにより、イオン交換体１１周囲の雰囲気圧が低下し、イオン交換体１１内に浸透した水を吸出す。すなわち、第１制御弁１０とＥＣＵ１２とが組み合わさることにより、吸出手段に相当する機能を発揮する。
　次に、エンジン運転時のガスの流れについて説明する。ＰＣＶ装置９は、エンジン２の運転時に、クランクケース３内の換気を行い、燃焼室４からクランクケース３内に漏洩したブローバイガスを吸気管５内へ還流させる。具体的なガスの流れは以下のとおりである。すなわち、エンジンの吸気行程において生じる吸気管負圧により、第１配管９ａ内のガスが吸気管５内へと吸引される。これに伴い、クランクケース３内のガスが吸引されるため、クランクケース３内のガスが吸気管５内へ還流する。さらに、エンジン２の運転状態において、ＥＣＵ１２は第１制御弁１０を開弁状態とする。これにより、新気が第２配管９ｂを通り、クランクケース３内へ供給される。このため、吸気管５内からクランクケース３内を経由し、再び吸気管５内へ還流する空気の流路が形成され、クランクケース３内が換気される。
　ところで、燃焼室４から漏洩するブローバイガスにはＮＯｘと水分が含まれている。そのため、吸気管５へ空気が流れる間に冷却されると通路中に硝酸水が発生する。しかし筐体８内、または空間３ｃに設置されたイオン交換体１１により硝酸が除去され水が残る。これにより、硝酸水溶液の生成が抑制され、潤滑油の劣化や錆の発生が防がれる。残された水の一部は蒸発して水蒸気となりガスとともに吸気管５へ還流する。また、他の一部はイオン交換体１１のイオン交換樹脂内部に浸透する。
　次に、破損防止装置１の動作の一例について説明する。ここで説明する動作例では、破損防止装置１は、エンジン２の停止時に、イオン交換体１１の周囲の雰囲気圧を低下することにより、イオン交換体１１内に浸透した水を吸出す。図３はエンジン回転数、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力の関係を示した説明図である。図３は上からエンジン回転数、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力を示し、いずれも横軸は時間を示している。図３において、時刻ｔ１にエンジン２が停止する信号をＥＣＵ１２が受け取ったとする。エンジン２が停止する信号とは、例えば、イグニションがＯＦＦにされた等の操作とすることができる。ＥＣＵ１２はエンジン２が停止する信号を受け取ると、第１制御弁１０へ閉弁を指令する信号を送る。これにより、第１制御弁１０は閉弁状態となるため、第２配管９ｂの流路が閉塞され、吸気管５内からクランクケース３内への新気の供給が停止する。このとき、エンジン２のクランクシャフトは慣性により回転を続けているため、燃焼室４への吸気が生じて吸気管５は負圧状態であり、クランクケース３内から吸気管５へガスが還流する。このため、筐体８内及びクランクケース３内の圧力は、第１制御弁１０が開弁していた場合に比べて低下する。すなわち、イオン交換体１１の周囲の雰囲気圧が低下する。これにより、イオン交換体１１のイオン交換樹脂内に浸透していた水がイオン交換体１１の表層へ誘導され、さらに、水は減圧沸騰により蒸発して吸い出されガスに混合する。これにより、イオン交換体１１内から水が除去された状態でエンジン２が停止する。このように、エンジン停止時にはイオン交換体１１内から水が除去されているため、氷点下に曝される状況下でエンジン２が停止した場合であっても、イオン交換体１１が水の凍結膨張により破損することが防止される。
　次に、破損防止装置１の動作に関し、他の例について説明する。ここで説明する動作例では、破損防止装置１は、温度センサ１３により計測されたクランクケース３内の温度に基づいて、イオン交換体１１内に浸透した水の凍結開始を判断すると、イオン交換体１１内に浸透した水を吸出す。図４はクランクケース３内の温度、エンジン回転数、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力の関係を示した説明図である。図４は上からクランクケース３内温度、エンジン回転数、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力を示し、いずれも横軸は時間を示している。図４において、エンジン２が停止する信号をＥＣＵ１２が受け取った後、クランクケース３内の温度が所定値Ｔまで低下した場合、ＥＣＵ１２は、第１制御弁１０へ閉弁を指令する信号を送る。この所定値Ｔはイオン交換体１１内に浸透している水が凍結することが予測される温度である。イオン交換体１１内に浸透している水が凍結する温度は、純水であれば０℃であり、不純物が混合されている場合には凝固点降下により０℃未満の温度となる。ここでの所定値Ｔは水が凍結する温度とすることもできるが、水が凍結する以前から実行することとしてもよい。すなわち、水が凍結する温度よりも高い温度、例えば、５℃、１０℃などとしてもよい。破損防止装置１は、イオン交換体１１内に浸透した水の凍結を判断した場合に、イオン交換体１１から水を吸出し除去する。このため、筐体８及びクランクケース３内に必要以上に負圧がかからない。これにより、筐体８やクランクケース３にかかる負荷が低減される。また、ここで説明した例では、クランクケース３内の温度に基づいて水の吸出し実行を判断しているが、イオン交換体１１内の温度が計測できれば、イオン交換体１１内の温度に基づいて判断することが望ましい。また、イオン交換体１１内の温度と相関関係のある他の情報に基づいて判断することとしてもよい。
　次に、実施例２について説明する。図５は本実施例におけるイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）２１の概略構成を示した説明図である。本実施例における破損防止装置２１はほぼ破損防止装置１と同様の構成をしている。破損防止装置２１は第２制御弁２２を組み込んだ点で破損防止装置１と異なる。第２制御弁２２は、クランクケース３と筐体８とを連通する連通路３ｂに配置されている。この第２制御弁２２が閉弁すると、連通路３ｂが閉塞される。第２制御弁２２は上記で説明した第１制御弁１０に連動して開閉する。すなわち、ＥＣＵ１２がエンジン２を停止する信号を受け取ると、第２制御弁２２へ閉弁を指令する信号が送られ、第２制御弁２２が閉弁する。第２制御弁２２が閉弁すると、クランクケース３内から筐体８内への空気の流れが遮断される。一方、筐体８内のガスは、吸気管負圧により吸気管へ吸引されるため、筐体８内の圧力が低下する。これにより、イオン交換体１１内の水が吸出され、水凍結時の膨張によるイオン交換体１１の破損が抑制される。また、第１制御弁１０がクランクケース３内の温度に基づいて閉弁する場合には、第２制御弁２２も第１制御弁１０と共に閉弁する。なお、破損防止装置２１のその他の構成は破損防止装置１と同一であるため、破損防止装置１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
　このように第２制御弁２２を備えたことにより、イオン交換体１１を備えた筐体８内の圧力を容易に低下できる。エンジン停止の信号を受けてからクランクシャフトの回転が停止するまでの間に吸気管負圧が生じるがこの期間は短い。筐体８内をクランクケース３内から分離することにより、負圧をかける容積が小さくなるため、短い期間であっても容易に水を吸出すだけの圧力低下が可能となる。
　次に、実施例３について説明する。図６は本実施例におけるイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）３１の概略構成を断面にして示した説明図である。破損防止装置３１はほぼ破損防止装置１と同様の構成をしている。ただし、破損防止装置３１は蓄圧室３２を備えた点で破損防止装置１と異なる。蓄圧室３２の内部は、筐体８内と連通路３３ａにより連通されている。また、蓄圧室３２の内部はインテークマニホールド６内と連通路３３ｂにより連通されている。連通路３３ａには第１蓄圧室弁３４ａが配置され、連通路３３ｂには第２蓄圧室弁３４ｂが配置されている。第１蓄圧室弁３４ａ、第２蓄圧室弁３４ｂはそれぞれＥＣＵ１２と電気的に接続されている。エンジン運転時に第２蓄圧室弁３４ｂが開弁すると、蓄圧室３２の内部とインテークマニホールド６内とが連通する。このとき吸気管負圧により蓄圧室３２内は圧力が低下する。そして、エンジン２が停止する際に第２蓄圧室弁３４ｂを閉じ、蓄圧室３２内の圧力がクランクケース３内の圧力よりも低下した状態となるように維持する。このような蓄圧室３２は蓄圧手段に相当する。
　このような破損防止装置３１の動作について詳細に説明する。図７はクランクケース３内の温度、エンジン回転数、第１蓄圧室弁３４ａの開閉状態、第２蓄圧室弁３４ｂの開閉状態、蓄圧室３２内圧力、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力の関係を示した説明図である。図７は上からクランクケース３内温度、エンジン回転数、第１蓄圧室弁３４ａの開閉状態、第２蓄圧室弁３４ｂの開閉状態、蓄圧室３２内圧力、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力を示し、いずれも横軸は時間を示している。以下、図７を参照しつつ説明する。エンジン停止後にクランクケース３内の温度が所定値Ｔまで低下した場合、ＥＣＵ１２は、第１蓄圧室弁３４ａを開弁する。これにより、蓄圧室３２内と筐体８内とが連通する。このとき、蓄圧室３２内は、クランクケース３内よりも圧力が低下した状態であるため、筐体８内の空気が蓄圧室３２内へ吸引され、筐体８内の圧力が低下する。これにより、筐体８内のイオン交換体１１周囲の雰囲気圧を低下し、イオン交換樹脂内に浸透した水を吸出す。その後一定時間経過後、第１蓄圧室弁３４ａを閉弁する。なお、所定値Ｔは実施例１における説明と同様にイオン交換体１１内に浸透している水が凍結することが予測される温度である。
　このように破損防止装置３１はエンジン停止後に、イオン交換体１１の周囲の雰囲気圧を低下することができる。このため、エンジン停止後、暫く時間が経過した後にイオン交換体１１内に浸透した水が凍結する場合でも、水の吸出しが可能であり、水の凍結膨張によるイオン交換体１１の破損を抑制できる。
　次に、実施例４について説明する。図８は本実施例におけるイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）４１の概略構成を断面にして示した説明図である。本実施形態における破損防止装置４１はほぼ破損防止装置３１と同様の構成をしている。ただし、破損防止装置４１は、連通路３３ｂに代えて、蓄圧室３２とクランクケース３とを連通する連通路３３ｃを備えている点で破損防止装置３１と異なる。また、破損防止装置４１は、連通路３３ｃにバキュームポンプ４２を備えている。このバキュームポンプ４２は、クランクシャフトから動力を得る機械式のポンプでもよいし、電動式のポンプでもよい。バキュームポンプ４２は、エンジン２の運転中に、蓄圧室３２内から空気を吸引し、クランクケース３内へ送り、蓄圧室３２内の圧力をクランクケース３内の圧力よりも低下する。エンジン停止後の動作は、上記実施例３と同様である。すなわち、エンジン停止後にクランクケース３内の温度が所定値Ｔまで低下した場合、ＥＣＵ１２が第１蓄圧室弁３４ａを開弁する。なお、その他の構成は実施例３と同一であるため、実施例３と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
　破損防止装置４１はエンジン停止後に、イオン交換体１１の周囲の雰囲気圧を低下することができる。このため、エンジン停止後、暫く時間が経過した後に、イオン交換体１１内に浸透した水が凍結する場合でも、水の吸出しが可能であり、水の凍結膨張によるイオン交換体１１の破損を抑制できる。
　次に、実施例５について説明する。図９は本実施例におけるイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）５１の概略構成を断面にして示した説明図である。本実施例における破損防止装置５１はほぼ破損防止装置１と同様の構成をしている。ただし、破損防止装置５１は、筐体８内とインテークマニホールド６内とを連通する連通路５２を備え、連通路５２上に電動ポンプ５３を備えている点で破損防止装置１と異なっている。電動ポンプ５３はＥＣＵ１２と電気的に接続されている。電動ポンプ５３はＥＣＵ１２からの信号に従って稼働する。電動ポンプ５３が稼働すると、筐体８内の空気を吸引し、インテークマニホールド６内へ送る。なお、破損防止装置５１のその他の構成は破損防止装置１と同一であるため、破損防止装置１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
　次に、破損防止装置５１の動作について説明する。図１０はクランクケース３内の温度、エンジン回転数、電動ポンプ５３の運転状態、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力の関係を示した説明図である。図１０は上からクランクケース３内温度、エンジン回転数、電動ポンプ５３の運転状態、第１制御弁１０の開閉状態、イオン交換体１１内の圧力を示し、いずれも横軸は時間を示している。以下、図１０を参照しつつ説明する。エンジン停止後にクランクケース３内の温度が所定値Ｔまで低下した場合、ＥＣＵ１２は、電動ポンプ５３を運転させる。これにより、筐体８内の空気がインテークマニホールド６内へ吸引され、筐体８内の圧力が低下する。これにより、筐体８内のイオン交換体１１周囲の雰囲気圧を低下し、イオン交換樹脂内に浸透した水を吸出す。その後一定時間経過後、電動ポンプ５３を停止する。なお、所定値Ｔは上記と同様にイオン交換体１１内に浸透している水が凍結することが予測される温度である。
　次に、実施例６について説明する。図１１は本実施例におけるイオン交換体の破損防止装置（以下、単に「破損防止装置」という。）６１の概略構成を断面にして示した説明図である。本実施例における破損防止装置６１は破損防止装置１と同様の構成をしている。ただし、破損防止装置６１は、仕切り６２により、クランクケース３内を第１室６３と第２室６４とに分離し、第１室６３にＰＣＶ装置６５を組み込み、第２室６４にＰＣＶ装置６６を組み込んだ点で破損防止装置１と異なる。
　次に、破損防止装置６１について詳細に説明する。仕切り６２は、その下端がオイルパン３ａに貯留する潤滑油内に浸るような位置に配置されている。また、仕切り６２は、オイルパン３ａの底との間に隙間６２ａが生じるように配置されている。これにより、潤滑油は第１室６３と第２室６４との間を往来可能である。一方、潤滑油と仕切り６２とにより、クランクケース３内の空間が第１室６３と第２室６４とに分離されているため、第１室６３内のガスと第２室６４内のガスとは混合しない。第１室６３は主にクランクケース３内の燃焼室４の下部に位置している。一方、第２室６４はシリンダヘッドの空間３ｃからクランクケース３のオイルパン３ａへ亘って設けられている。第１室６３内は、イオン交換体１１が配置された筐体８内と連通されており、第１室６３内と筐体８内とはガスが自由に往来できる。いわば、筐体８内のイオン交換体１１は第１室６３内に配置されているのと同様である。第２室６４内のクランクケース３と接続されたシリンダヘッドの空間３ｃにはイオン交換体１１が配置されている。
　ＰＣＶ装置６５は、第３配管６５ａと第４配管６５ｂとＰＣＶバルブ６５ｃとを備えている。第３配管６５ａは破損防止装置１の第１配管９ａと同様である。すなわち、第３配管６５ａは、筐体８内と、インテークマニホールド６とスロットルバルブ７との間の吸気管５内とを連通し、第１室６３内のガスを吸気管５内のスロットルバルブ７の下流側へ還流させる。第４配管６５ｂは、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側と、第１室６３内とを連通し、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側から第１室６３内へ新気を供給する。ＰＣＶバルブ６５ｃは破損防止装置１のＰＣＶバルブ９ｃと同様であり、ＰＣＶバルブ６５ｃは、第３配管６５ａの筐体８側に配置されて、吸気管５と第１室６３との圧力差に応じて第３配管６５ａの流量を調整する。また、第４配管６５ｂには第３制御弁６５ｄが配置されており、第３制御弁６５ｄが閉弁することにより、第４配管６５ｂの流路が遮断される。第３制御弁６５ｄは電磁弁であり、ＥＣＵ１２からの電気信号にしたがって動作する。エンジン２の通常の運転中では、第３制御弁６５ｄは開弁状態である。
　ＰＣＶ装置６６は、第５配管６６ａと第６配管６６ｂとＰＣＶバルブ６６ｃとを備えている。第５配管６６ａは、第２室６４内と、インテークマニホールド６とスロットルバルブ７との間の吸気管５内とを連通し、第２室６４内のガスを吸気管５内のスロットルバルブ７の下流側へ還流させる。第６配管６６ｂは、破損防止装置１の第２配管９ｂと同様である。すなわち、第６配管６６ｂは、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側と、クランクケース３内と連通するシリンダヘッドの空間３ｃとを連通し、吸気管５内のスロットルバルブ７上流側から第２室６４内へ新気を供給する。ＰＣＶバルブ６６ｃは、第５配管６６ａの第２室６４側に配置されて、吸気管５と第２室６４との圧力差に応じて第５配管６６ａの流量を調整する。また、第６配管６６ｂには第４制御弁６６ｄが配置されており、第４制御弁６６ｄが閉弁することにより、第６配管６６ｂの流路が遮断される。第４制御弁６６ｄは電磁弁であり、ＥＣＵ１２からの電気信号にしたがって動作する。エンジン２の通常の運転中では、第４制御弁６６ｄは開弁状態である。
　また、破損防止装置６１はヘッド側からオイルパン３ａへ潤滑油を戻すためのオイル通路６７を備えている。オイル通路６７は、クランクケース３の第１室６３内を貫通するように形成されており、オイルパン３ａに貯留される潤滑油中に開口している。このようなオイル通路６７を通る潤滑油は第１室６３内のガスと接触することなく、オイルパン３ａへ戻される。このため、ガスに曝される潤滑油が減少するため、潤滑油の劣化を抑制できる。
　なお、破損防止装置６１のその他の構成は破損防止装置１と同一であるため、破損防止装置１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
　次に、破損防止装置６１の動作について説明する。破損防止装置６１は、クランクケース３を分割した構成ではあるが、実施例１と同様の方針で第３制御弁６５ｄ、第４制御弁６６ｄを閉弁する。すなわち、ＥＣＵ１２はエンジン２を停止する信号を受け取ると、第３制御弁６５ｄ、第４制御弁６６ｄへ閉弁を指令する信号を送る。これにより、第４配管６５ｂ、第６配管６６ｂの流路が閉塞され、吸気管５内から第１室６３内、及び第２室６４内への新気の供給が停止する。このとき、エンジン２のクランクシャフトは慣性により回転を続けているため、吸気管５は負圧状態であり、第１室６３内、及び第２室６４内から吸気管５へガスが還流する。このため、第１室６３内（筐体８内）及び第２室６４内の圧力が低下し、イオン交換体１１の周囲の雰囲気圧が低下する。これにより、イオン交換体１１内から水が除去されるため、停止したエンジン２が氷点下に曝される状況下にあっても、イオン交換体１１が水の凍結膨張により破損することが防止される。
　また、ＥＣＵ１２は、エンジン２を停止する信号をＥＣＵ１２が受け取った後、温度センサ１３が計測するクランクケース３内の温度が所定値Ｔまで低下した場合、第３制御弁６５ｄ、第４制御弁６６ｄへ閉弁を指令する信号を送ることとしてもよい。この所定値Ｔはイオン交換体１１内に浸透している水が凍結することが予測される温度である。この場合、水が凍結する温度と判断するまで、筐体８及びクランクケース３内に必要以上に負圧がかからないため、筐体８やクランクケース３にかかる負荷が低減される。また、ここでは、クランクケース３内の温度に基づいて水の吸出し実行の判断をしているが、イオン交換体１１内の温度が計測できれば、イオン交換体１１内の温度に基づいて判断することが望ましい。また、イオン交換体１１内の温度と相関関係のある他の情報に基づいて判断することとしてもよい。本実施例において、クランクケース３内を複数の部屋に分割することにより、分割していない構成に比べて、クランクケース内の圧力を容易に低下することができる。これにより、ひいては容易にイオン交換体１１内の水を除去し、水の凍結膨張による破損を防止する。
　上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
　例えば、図１２に示したイオン交換体の破損防止装置１の他の例では、筐体８はクランクケース３の内部に設けてもよい。また、上記の実施例を組み合わせることとしてもよい。例えば、図１３に示す破損防止装置７１は、実施例６と実施例３を組み合わせ、クランクケース３内を分割した第１室６３と第２室６４内の圧力を低下する蓄圧室３２ａ、３２ｂを設ける構成としたものである。また、図１４に示す破損防止装置８１は、実施例６と実施例５を組み合わせ、クランクケース３内を分割した第１室６３と第２室６４内の圧力を低下する電動ポンプ５３ａ、５３ｂを設けた構成である。これにより、エンジン停止後、暫く経過した後でも、イオン交換体１１から水を除去し、水の凍結膨張によるイオン交換体１１の破損を抑制できる。
　１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１　イオン交換体の破損防止装置
　２　エンジン
　３　クランクケース
　４　燃焼室
　５　吸気管
　６　インテークマニホールド
　７　スロットルバルブ
　８　筐体
　９　ＰＣＶ装置
　９ａ　第１配管
　９ｂ　第２配管
　９ｃ　ＰＣＶバルブ
　１０　第１制御弁
　１１　イオン交換体
　１２　ＥＣＵ
　１３　温度センサ
　２２　第２制御弁
　３２、３２ａ、３２ｂ　蓄圧室
　５３、５３ａ、５３ｂ　電動ポンプ
　６３　第１室
　６４　第２室
　６５、６６　ＰＣＶ装置
　６５ａ　第３配管
　６５ｂ　第４配管
　６５ｃ　ＰＣＶバルブ
　６５ｄ　第３制御弁
　６６ａ　第５配管
　６６ｂ　第６配管
　６６ｃ　ＰＣＶバルブ
　６６ｄ　第４制御弁

Claims (8)

  1. 　エンジン内部に充満するガス中のＮＯｘ成分に起因する硝酸イオンをイオン交換により除去し水を生成するイオン交換体と、
    　前記イオン交換体の周囲の雰囲気圧を低下させることにより、前記イオン交換体内に浸透した水を吸出す吸出手段と、
    を備えたことを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  2. 　請求項１記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記エンジン内の温度を計測する温度計測手段を備え、
    　前記吸出手段は、前記温度計測手段により計測される温度に基づいて前記イオン交換体内の水の凍結開始を判断すると、前記イオン交換体内に浸透した水を吸出すことを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  3. 　請求項１または２記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記吸出手段は、エンジン停止時または停止した後に前記イオン交換体内に浸透した水を吸出すことを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記イオン交換体は前記ガスの充満する部位に配置され、
    　前記吸出手段は、
    　前記ガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第１配管と、
    　前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記ガスの充満する部位へ新気を供給する第２配管と、
    　前記第２配管に配置され、閉弁することにより新気の供給を遮断する第１制御弁と、
    　を有することを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  5. 　請求項４記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記イオン交換体は、前記ガスの充満する部位と前記第１配管との間に設けた筐体内に配置したことを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  6. 　請求項１乃至３のいずれか一項記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記イオン交換体は、前記ガスが充満する部位と連通する筐体内に配置され、
    　前記吸出手段は、
    　前記筐体内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第１配管と、
    　前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記ガスの充満する部位へ新気を供給する第２配管と、
    　前記ガスの充満する部位と前記筐体との連通路に配置された第２制御弁と、
    を有し、
    　前記第２制御弁を閉弁することにより、前記筐体内へのガスの流入を遮断し、前記イオン交換体周囲の雰囲気圧を低下することを特徴としたイオン交換体の破損防止装置。
  7. 　請求項１乃至３のいずれか一項記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記クランクケース内を第１室と第２室とに分離する仕切りを備え、
    　前記イオン交換体を第１室及び第２室のそれぞれに配置し、
    　前記吸出手段は、
    　前記第１室内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第３配管と、
    　前記吸気管内のスロットルバルブの上流側から前記第１室内へ新気を供給する第４配管と、
    　前記第４配管に配置され、閉弁することにより前記第１室内への新気の供給を遮断する第３制御弁と、
    　前記第２室内のガスを吸気管内のスロットルバルブ下流側へ還流させる第５配管と、
    　前記吸気管内のスロットルバルブ上流側から前記第２室内へ新気を供給する第６配管と、
    　前記第６配管に配置され、閉弁することにより前記第２室内への新気の供給を遮断する第４制御弁と、
    を有することを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一項記載のイオン交換体の破損防止装置において、
    　前記エンジンの運転中に低下した圧力により、前記エンジンが停止した後に前記イオン交換体の周囲の雰囲気圧を低下させる蓄圧手段を備えたことを特徴とするイオン交換体の破損防止装置。
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