WO2012157113A1 - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

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五十嵐　修
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an intake structure of an internal combustion engine in which a compressor impeller of a turbocharger is provided in an intake passage of the internal combustion engine.
  • unburned air-fuel mixture and burned combustion gas may leak into the crankcase through a gap between the cylinder and the piston.
  • the PCV (Positive Crankcase Ventilation) system ventilates the crankcase to prevent the engine oil from deteriorating.
  • the blow-by gas reduction device is equipped.
  • blow-by gas in the crankcase is separated into gas and liquid through an oil separator and then returned to the intake pipe through a PCV valve (flow control valve) and a PCV hose (blow-by gas passage).
  • a PCV valve flow control valve
  • a PCV hose blow-by gas passage
  • Patent Document 1 On the other hand, the applicant of the present application has proposed a technique as shown in Patent Document 1, for example.
  • Patent Document 1 by forming a plurality of recesses on the inner wall surface of the intake pipe, a large ice block is prevented from being formed on the inner wall surface of the intake pipe.
  • Patent Document 1 is a technique for preventing large ice blocks from forming on the inner wall surface of the intake pipe, and prevents the large ice blocks from colliding with the blades of the compressor impeller of the turbocharger. Is possible.
  • the present invention prevents the formation of ice blocks on the inner wall surface of the intake passage in the intake structure of the internal combustion engine in which the compressor impeller of the turbocharger is provided in the intake passage of the internal combustion engine.
  • the object is to prevent the ice block from colliding with the compressor impeller when the ice block formed on the inner wall surface of the intake passage is peeled off.
  • the present invention relates to an intake structure of an internal combustion engine in which a compressor impeller of a turbocharger is provided in an intake passage of the internal combustion engine, and the intake passage is disposed upstream of the compressor impeller in the intake passage.
  • a catching member is provided for catching the ice block when the ice block formed on the wall surface is peeled off.
  • a blow-by gas passage for introducing blow-by gas in a crankcase of the internal combustion engine may be connected upstream of the capturing member in the intake passage.
  • blow-by gas is specified as the cause of the ice block.
  • the capture member is a filter that allows passage of air sucked into the intake passage and prevents passage of the ice block, and is provided so as to extend radially inward from an inner wall surface of the intake passage.
  • an annular member having a hole penetrating in the central axis direction in the central portion of the intake passage, and the periphery of the hole protrudes toward the upstream side in the intake flow direction. Can do.
  • the capturing member is not installed in the entire radial direction in the middle of the intake passage, but is an annular member that extends radially inward from the inner wall surface of the intake passage. That is, since the central portion of the capturing member is opened, the intake resistance in the intake passage is reduced compared to the case where the central portion is not opened, and the pressure loss of the intake air is reduced.
  • the peripheral edge of the circular hole is protruded toward the upstream side in the intake flow direction, the ice mass captured by the capturing member is prevented from passing over the downstream side from the circular hole of the capturing member. Become. This reduces the likelihood that ice blocks will pass through the capture member.
  • the capture member is a filter that allows passage of air sucked into the intake passage and prevents passage of the ice block, and is provided so as to extend radially inward from an inner wall surface of the intake passage. Can be configured.
  • the capturing member is not installed in the entire radial direction in the middle of the intake passage, but extends inward in the radial direction from the inner wall surface of the intake passage. That is, since the central portion of the capturing member is opened, the intake resistance in the intake passage is reduced compared to the case where the central portion is not opened, and the pressure loss of the intake air is reduced.
  • the present invention does not prevent the formation of ice blocks on the inner wall surface of the intake passage.
  • the ice block formed on the inner wall surface of the intake passage is peeled off, it is possible to prevent the ice block from colliding with the blades of the compressor impeller.
  • the compressor impeller can be protected, so that the original function of the turbocharger can be stably exhibited over a long period of time.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an internal combustion engine according to the present invention. It is sectional drawing which shows one Embodiment of the intake structure of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the capturing member of FIG. 2. It is a figure which shows schematic structure of other embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG. It is a perspective view which shows other embodiment of the capture member of FIG.
  • the engine 1 exemplified in this embodiment is, for example, an in-line four cylinder.
  • An intake manifold 2 for distributing and supplying intake air to each cylinder, and an exhaust manifold 3 for collecting exhaust gas discharged from each cylinder are attached to a cylinder head (not shown) of the engine 1. It has been.
  • the intake manifold 2 is connected with an intake pipe 4 for taking in air from the atmosphere.
  • An air cleaner 6 is attached to the inlet of the intake pipe 4.
  • the intake manifold 2 and the intake pipe 4 constitute an intake passage.
  • a throttle valve 7 for adjusting the intake air amount of the engine 1 is provided upstream of the intake manifold 2 in the intake flow direction.
  • the throttle valve 7 is operated by a throttle motor and an electronic control unit (ECU).
  • an exhaust pipe 5 is connected to the exhaust manifold 3.
  • a catalyst 9 for purifying exhaust gas is installed on the downstream side of the exhaust pipe 5.
  • the exhaust manifold 3 and the exhaust pipe 5 constitute a part of the exhaust passage.
  • the turbocharger 20 is equipped in the engine 1 of this embodiment.
  • the turbocharger 20 supercharges intake air using exhaust pressure and supplies it to the engine 1, and includes a turbine wheel 21, a compressor impeller 22, and the like.
  • the turbine wheel 21 is provided in a turbine housing 24 installed between the exhaust manifold 3 and the exhaust pipe 5 (in the middle of the exhaust passage).
  • the compressor impeller 22 is provided in a compressor housing 25 installed in the middle of the intake pipe 4.
  • the compressor impeller 22 is attached to a turbine shaft 23 that is integral with the turbine wheel 21. Thereby, the turbine wheel 21 and the compressor impeller 22 rotate integrally.
  • the turbine wheel 21 is rotated by the energy of exhaust gas discharged from the engine 1, and the compressor impeller 22 is rotated integrally with the turbine wheel 21, thereby being sucked into the intake pipe 4.
  • the air is supercharged and forced into the combustion chamber of each cylinder of the engine 1.
  • the air supercharged by the compressor impeller 22 is cooled by the intercooler 8.
  • the intercooler 8 is installed in the intake pipe 4 on the downstream side of the compressor impeller 22 in the intake flow direction.
  • this engine 1 is equipped with a PCV (Positive Crankcase Ventilation) type blow-by gas reduction device (reference number omitted).
  • this blow-by gas reduction device is provided with a ventilation passage (not shown) for allowing the air in the cylinder head cover to flow into the crankcase, and the air flows through the ventilation passage through the ventilation passage.
  • the blow-by gas in the crankcase is caused to flow downstream from the air cleaner 6 in the intake pipe 4 via the blow-by gas passage (for example, PCV hose) 10 and from the compressor impeller 22 of the turbocharger 20. It is configured to be introduced into the upstream region.
  • the blow-by gas reduction device in this embodiment is an oil separator for separating the oil in the blow-by gas in order to prevent the oil mixed in the blow-by gas in the crankcase from entering the intake pipe 4.
  • a gas-liquid separation chamber for example, a PCV valve
  • a flow rate control valve for example, a PCV valve
  • the oil separator 11 is interposed in a communication connection portion between a crankcase (not shown) and the blow-by gas passage 10, and is installed outside or inside the engine 1. Furthermore, the flow control valve 12 is installed in the middle of the blow-by gas passage 10.
  • the blow-by gas reduction device includes the ventilation passage (not shown), the blow-by gas passage 10, the oil separator 11, the flow control valve 12, and the like.
  • an ice block 15 may be formed near the connection portion of the blow-by gas passage 10 in the intake pipe 4.
  • the intake air temperature becomes low for example, when the engine 1 is idling while the outside air temperature is low, moisture contained in the blow-by gas is contained in the intake pipe 4.
  • On the wall surface it may freeze up near the connection part of the blow-by gas passage 10 and grow into a large ice block 15. If such a large ice block 15 is peeled off and transferred to the downstream side of the intake pipe 4 by the intake air flow, there is a risk of colliding with the blade 22a of the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 in some cases. .
  • a capturing member 30 for capturing the ice block 15 is installed in the region from the air cleaner 6 to the compressor housing 25 of the turbocharger 20 in the intake pipe 4.
  • the region has a linear shape and a horizontal posture.
  • the capturing member 30 is a filter that captures the ice block 15 having a predetermined size or larger and allows the air sucked into the intake pipe 4 to pass therethrough.
  • the capture member 30 made of this filter is, for example, a mesh plate or mesh sheet, a laminate of a large number of the mesh plate or mesh sheets, a fiber entangled in a plate shape, and the like Is done.
  • the sheet, plate and fiber are preferably formed of a material such as a resin. This is because there is a concern that if the sheet, plate, and fiber are made of a metal material, if the ice block 15 or moisture comes into contact therewith, it will easily freeze and become clogged. That is, if the capture member 30 is made of resin as described above, the thermal conductivity is low and it is difficult to cool, compared to the case where the capture member 30 is made of metal as described above.
  • the filtration capability (or mesh size) of the capture member 30 made of this filter can be specified as follows.
  • the ice block 15 that has passed through the compressor is a compressor of the turbocharger 20.
  • an example of the size of the ice block 15 that can pass through the inside of the capturing member 30 can be specified to be less than 10 mm ⁇ 10 mm.
  • the capturing member 30 is formed in a circular plate shape, and a circular hole 31 penetrating in the central axis direction (plate thickness direction) is provided at the center thereof, and the periphery of the circular hole 31 is It protrudes toward the upstream side in the intake flow direction.
  • This protruding portion is referred to as a ring-shaped portion 32.
  • the intake air flow swirls along the inner peripheral surface of the intake pipe 4 by the rotation of the compressor impeller 22. Therefore, for example, when an ice block 15 is formed near the connection portion of the blow-by gas passage 10 in the intake pipe 4 and the ice block 15 is peeled off, the ice block 15 is transferred downstream along the inner peripheral surface of the intake pipe 4.
  • the inventor of the present application has found out that this is done.
  • the ice block 15 is large, it is transferred to the downstream side along the lower area in the vertical direction on the inner peripheral surface of the intake pipe 4.
  • the central portion of the capture member 30 does not necessarily exist in order to reliably capture the ice block 15, and the capture member 30 is formed into an annular member as described above. It came to identify.
  • the radial dimension W (see FIG. 2) of the annular portion of the capturing member 30 having such a circular hole 31 is preferably specified from the following viewpoint.
  • the radial dimension W is a dimension from the peripheral edge of the circular hole 31 of the capturing member 30 to a position corresponding to the inner peripheral surface of the intake pipe 4 as shown in FIG.
  • FIG. 2 when the downstream side of the intake pipe 4 is viewed from the upstream position in the intake air flow direction relative to the capture member 30, the annular portion of the capture member 30 causes the blades 22 a of the compressor impeller 22 to move.
  • the radial dimension W of the annular portion of the capture member 30 can be specified so as to be covered.
  • the reason why the ring-shaped portion 32 is provided on the capturing member 30 is that when the ice block 15 comes into contact with one side surface (the upstream surface in the intake air flow direction) and stops, This is to prevent the circular hole 31 from getting over to the downstream side.
  • moisture contained in the blow-by gas may freeze on the inner wall surface of the intake pipe 4 near the connection portion of the blow-by gas passage 10 and grow into a large ice block 15.
  • a large ice block 15 When such an ice block 15 is peeled off, it is transferred to the downstream side of the intake pipe 4 by the air flow sucked into the intake pipe 4.
  • the ice block 15 transferred in this way is transmitted along the lower area in the vertical direction on the inner peripheral surface of the intake pipe 4 by the swirling flow generated as the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 rotates.
  • One side surface (the upstream surface in the intake air flow direction) is headed, and the ice block 15 finally comes into contact with the one side surface of the capturing member 30 and is stopped. This state is the trapped state of the ice block 15.
  • the ice mass 15 captured in this way is prevented from climbing downstream from the circular hole 31 by the annular portion 32 of the capturing member 30.
  • the ice mass 15 captured as described above gradually decreases with time and passes through the inside of the capture member 30 that is a filter, especially the blades 22a of the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 are used.
  • the possibility of a collision increases.
  • the ice block 15 is small as described above, even if such a small ice block 15 collides with the blade 22a of the compressor impeller 22, the rotational performance of the compressor impeller 22 is not adversely affected.
  • the moisture contained in the blow-by gas freezes near the connection portion of the blow-by gas passage 10 on the inner wall surface of the intake pipe 4 and grows into a large ice block 15. Even if the ice block 15 is separated, the ice block 15 can be prevented from colliding with the impeller 22a of the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 in particular. As a result, the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 can be protected, and the original function of the turbocharger 20 can be stably exhibited over a long period of time.
  • this invention is not limited only to the said embodiment, It can change suitably in the range equivalent to the claim and the said range.
  • the case where the cause of the ice block 15 is the moisture contained in the blow-by gas is taken as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the intake pipe is basically similar to the above-described embodiment if the intake structure includes the capturing member 30 of the present invention.
  • the ice block 15 formed on the inner wall surface 4 can be prevented from colliding with the impeller 22a of the compressor impeller 22 of the turbocharger 20, in particular.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the intake structure according to the present invention.
  • a region 41 from the air cleaner 6 to the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 in the intake pipe 4 is bent in a crank shape, and is located in the middle of the intake flow direction in the region 41.
  • the blow-by gas passage 10 of the blow-by gas reducing device is connected to the straight part 41a.
  • the water contained in the blow-by gas freezes at the connecting portion of the blow-by gas passage 10 in the straight portion 41a of the region 41 of the intake pipe 4 so that the ice block 15 is formed.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the capturing member 30.
  • the outer shape of the capturing member 30 of this embodiment is formed in a diaphragm shape.
  • the capturing member 30 is formed in a circular plate shape, and the peripheral edge of the circular hole 31 provided at the center thereof is gradually projected toward the upstream side in the intake flow direction.
  • This protruding portion is referred to as a ring-shaped portion 32.
  • the annular portion of the capture member 30 is shaped like a curve. Even such a capturing member 30 can obtain the same functions and effects as the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the capturing member 30.
  • the capturing member 30 of this embodiment has a shape in which the annular portion 32 of the capturing member 30 of the embodiment shown in FIG. 3 is eliminated.
  • Such a catching member 30 can catch the ice block 15 basically in the same manner as the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the capturing member 30.
  • the capturing member 30 of this embodiment has a shape in which the capturing member 30 of the embodiment shown in FIG. 3 is halved. As shown in FIG. 7, the capturing member 30 is installed in the lower half region in the vertical direction in the linear intake pipe 4 in the horizontal orientation.
  • the ice block 15 formed in the intake pipe 4 is separated and transferred to the downstream side by the intake flow, the ice flow 15 is dropped in the lower area in the vertical direction on the inner peripheral surface of the intake pipe 4. It is transferred to the downstream side in the form of being pushed. Further, due to the swirling flow generated as the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 rotates, the ice block 15 travels along the lower side area in the vertical direction on the inner peripheral surface of the intake pipe 4 (intake air flow). The upstream side of the direction). Therefore, the capture member 30 is not provided on the entire inner circumference of the intake pipe 4, but the capture member 30 having the shape described above is installed in the lower half region in the vertical direction in the intake pipe 4. Even with the capture member 30 having such a shape, the ice block 15 formed in the intake pipe 4 can be captured.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the capturing member 30.
  • the capturing member 30 of this embodiment has a shape that is approximately 2/3 of the capturing member 30 of the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 8, the capturing member 30 is installed in a lower region in the vertical direction in the linear intake pipe 4 in a horizontal posture.
  • the ice block 15 formed in the intake pipe 4 is separated, the ice block 15 is vertically lowered on the inner peripheral surface of the intake pipe 4 due to the swirling flow generated with the rotation of the compressor impeller 22 of the turbocharger 20. It is stopped by being brought into contact with one side surface (the upstream surface in the intake air flow direction) of the capturing member 30 through the side region.
  • the capture member 30 is not provided on the entire inner circumference of the intake pipe 4, but the capture member 30 having the shape as described above is installed in the lower region in the vertical direction in the intake pipe 4. Even with the capture member 30 having such a shape, the ice block 15 formed in the intake pipe 4 can be sufficiently captured.
  • the present invention can be suitably used for the intake structure of the internal combustion engine 1 in which the compressor impeller 22 of the turbocharger 20 is provided in the intake passage (4) of the internal combustion engine 1.

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Abstract

【課題】内燃機関１の吸気通路（４）にターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２が設けられている内燃機関１の吸気構造において、吸気通路（４）の内壁面に氷塊１５ができてしまうことを阻止するのではなく、吸気通路（４）の内壁面にできてしまう氷塊１５が剥離したときに、この氷塊１５をコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突させないようにする。 【解決手段】吸気通路（４）においてコンプレッサインペラ２２よりも上流側に、当該吸気通路（４）の内壁面に形成される氷塊１５が剥離したときに当該氷塊１５を捕捉するための捕捉部材３０が設けられている。

Description

内燃機関の吸気構造
　本発明は、内燃機関の吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラが設けられている内燃機関の吸気構造に関する。
　例えば車両に搭載される内燃機関（エンジン）では、燃焼室から未燃焼の混合気や燃焼済みの燃焼ガスがシリンダとピストンとの間の隙間を通ってクランクケース内に漏れ出ることがある。
　前記燃焼ガスがクランクケース内のエンジンオイルに混じるとエンジンオイルが劣化することになるので、このエンジンオイルの劣化を防止するために、エンジンにはクランクケース内を換気するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）方式のブローバイガス還元装置が装備される。
　このブローバイガス還元装置を備えたエンジンでは、クランクケース内のブローバイガスがオイルセパレータを通して気液分離された後、ＰＣＶバルブ（流量制御弁）およびＰＣＶホース（ブローバイガス通路）を通して吸気管内に還流されるようになっており、ＰＣＶホースの一端部が吸気管に接続されている。
　ところで、例えば外気温が低い状態でエンジンをアイドリング運転しているとき等のように吸気温度が低くなる場合、ブローバイガスに含まれる水分が吸気管の内壁面においてＰＣＶホースの接続部付近に氷結して大きな氷塊に成長することがある。
　このような氷塊が剥離して吸気流によって吸気管の下流側に移送されるようなことがあると、前記吸気管の下流側に設置されるターボ式過給機のコンプレッサインペラに衝突するおそれがある。特に、コンプレッサインペラにおいて薄肉に形成されている羽根に大きな氷塊が衝突することは好ましくない。
　これに対して、本願出願人は、例えば特許文献１に示すような技術を提案している。この特許文献１では、吸気管の内壁面に複数の凹部を区画して形成することにより、吸気管の内壁面に大きな氷塊ができてしまうことを阻止するようにしている。
特開２００９－２８１３１７号公報
　上記特許文献１に係る従来例は、大きな氷塊が吸気管の内壁面にできてしまうことを阻止する技術であって、大きな氷塊を過給機のコンプレッサインペラの特に羽根に衝突させないようにすることが可能である。
　これに対し、本発明は、内燃機関の吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラが設けられている内燃機関の吸気構造において、前記吸気通路の内壁面に氷塊ができてしまうことを阻止するのではなく、前記吸気通路の内壁面にできてしまう氷塊が剥離したときに、この氷塊をコンプレッサインペラに衝突させないようにすることを目的としている。
　本発明は、内燃機関の吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラが設けられている内燃機関の吸気構造であって、前記吸気通路において前記コンプレッサインペラよりも上流側に、当該吸気通路の内壁面に形成される氷塊が剥離したときに当該氷塊を捕捉するための捕捉部材が設けられている、ことを特徴としている。
　この場合、吸気通路内の水分が当該吸気通路の内壁面に氷結して大きく成長してから剥離したとしても、その氷塊は捕捉部材によって捕捉されることになって、吸気通路において捕捉部材よりも吸気流方向の下流側に設置されるコンプレッサインペラの所まで到達できなくなる。
　これにより、吸気通路において捕捉部材よりも吸気流方向の下流側に設置されるコンプレッサインペラに氷塊が衝突することを阻止できるようになるから、前記コンプレッサインペラの回転性能に悪影響を及ぼすことが長期にわたって回避されるようになる。
　好ましくは、前記吸気通路において前記捕捉部材よりも上流側には、前記内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを導入させるためのブローバイガス通路が接続されている、構成とすることができる。
　ここでは氷塊が発生する要因として、ブローバイガスを特定している。これにより、吸気通路内の吸気温度が低い場合に、クランクケースからブローバイガス通路を経て吸気通路に導入されるブローバイガスに含まれる水分が、吸気通路においてブローバイガス通路との接続部分付近に氷結することが明らかになる。
　好ましくは、前記捕捉部材は、前記吸気通路に吸入される空気の通過を許容して前記氷塊の通過を阻止するフィルタとされ、かつ前記吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるように設けられて前記吸気通路の中心部分に中心軸線方向に貫通する孔を有する環状部材とされており、さらに前記孔の周縁は、吸気流方向の上流側に向けて突出されている、構成とすることができる。
　この構成では、捕捉部材が吸気通路の途中に径方向全域に設置されるものではなく、吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるような環状部材とされている。つまり、捕捉部材の中心部分が開放されているから、当該中心部分を開放していない場合に比べると吸気通路内の吸気抵抗が軽減されることになって吸気の圧力損失が低減される。
　しかも、捕捉部材の中心部分に孔が設けられていても、当該孔を氷塊が通過しにくくなる。というのは、吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラを設けている場合、コンプレッサインペラの回転に伴い吸気通路の内周面に沿う旋回流が発生することになる。つまり、剥離した氷塊が吸気流によって捕捉部材の上流側まで移送されると、この氷塊が前記旋回流によって吸気通路の内周面を伝って捕捉部材の一側面（吸気流方向の上流側の面）の外周部に当接させられることになって停止させられることになる。その一方で、吸気流はフィルタからなる捕捉部材の内部を通り抜けるようになる。
　さらに、円形孔の周縁を吸気流方向の上流側に向けて突出させているから、捕捉部材に捕捉された氷塊が捕捉部材の円形孔から下流側へ乗り越えて通過することが阻止されるようになる。これにより、氷塊が捕捉部材を通過する可能性が低くなる。
　好ましくは、前記捕捉部材は、前記吸気通路に吸入される空気の通過を許容して前記氷塊の通過を阻止するフィルタとされ、かつ前記吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるように設けられる、構成とすることができる。
　この構成では、捕捉部材が吸気通路の途中に径方向全域に設置されるものではなく、吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるようなものとされている。つまり、捕捉部材の中心部分が開放されているから、当該中心部分を開放していない場合に比べると吸気通路内の吸気抵抗が軽減されることになって吸気の圧力損失が低減される。
　しかも、捕捉部材の中心部分が開放されていても、当該開放部分を氷塊が通過しにくくなる。というのは、吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラを設けている場合、コンプレッサインペラの回転に伴い吸気通路の内周面に沿う旋回流が発生することになる。つまり、剥離した氷塊が吸気流によって捕捉部材の上流側まで移送されると、この氷塊が前記旋回流によって吸気通路の内周面を伝って捕捉部材の一側面（吸気流方向の上流側の面）の外周部に当接させられることになって停止させられることになる。その一方で、吸気流はフィルタからなる捕捉部材の内部を通り抜けるようになる。
　本発明は、内燃機関の吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラが設けられている内燃機関の吸気構造において、前記吸気通路の内壁面に氷塊ができてしまうことを阻止するのではなく、前記吸気通路の内壁面にできてしまう氷塊が剥離したときに、この氷塊をコンプレッサインペラの特に羽根に衝突させないようにすることが可能になる。これにより、コンプレッサインペラを保護することが可能になるので、このターボ式過給機本来の機能を長期にわたって安定して発揮させることが可能になる。
本発明に係る内燃機関の一実施形態の概略構成を示す図である。 図１の吸気構造の一実施形態を示す断面図である。 図２の捕捉部材の斜視図である。 本発明に係る内燃機関の他実施形態の概略構成を示す図である。 図２の捕捉部材の他実施形態を示す斜視図である。 図２の捕捉部材のさらに他実施形態を示す斜視図である。 図２の捕捉部材のさらに他実施形態を示す斜視図である。 図２の捕捉部材のさらに他実施形態を示す斜視図である。
　以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
　図１から図３に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態で例示するエンジン１は例えば直列４気筒になっている。このエンジン１の図示していないシリンダヘッドには、各気筒に吸入空気を分配して供給するためのインテークマニホールド２と、各気筒から排出される排気ガスを集合させるためのエキゾーストマニホールド３とが取り付けられている。
　インテークマニホールド２には、大気中から空気を取り込むための吸気管４が接続されている。この吸気管４の入口にはエアクリーナ６が取り付けられている。このインテークマニホールド２と吸気管４とが吸気通路を構成している。
　なお、インテークマニホールド２において吸気流れ方向の上流側には、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ７が設けられている。このスロットルバルブ７は、図示していないが、スロットルモータおよびエレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）によって作動される。
　一方、エキゾーストマニホールド３には排気管５が接続されている。この排気管５の下流側には、排気ガスを浄化するための触媒９が設置されている。これらエキゾーストマニホールド３と排気管５とが排気通路の一部を構成している。
　この実施形態のエンジン１には、ターボ式過給機２０が装備されている。このターボ式過給機２０は、排気圧を利用して吸入空気を過給してエンジン１に供給するものであって、タービンホイール２１、コンプレッサインペラ２２などを備えている。
　タービンホイール２１は、エキゾーストマニホールド３と排気管５との間（排気通路の途中）に設置されるタービンハウジング２４内に設けられている。コンプレッサインペラ２２は、吸気管４の途中に設置されるコンプレッサハウジング２５内に設けられている。このコンプレッサインペラ２２はタービンホイール２１と一体のタービンシャフト２３に取り付けられている。これにより、タービンホイール２１とコンプレッサインペラ２２とは一体に回転するようになっている。
　このターボ式過給機２０の動作としては、エンジン１から排出される排気ガスのエネルギーによってタービンホイール２１が回転され、これと一体にコンプレッサインペラ２２が回転されることにより、吸気管４に吸入される空気が過給されて、エンジン１の各気筒の燃焼室に強制的に送り込まれるようになる。このコンプレッサインペラ２２によって過給された空気はインタークーラ８によって冷却されるようになっている。インタークーラ８は、吸気管４においてコンプレッサインペラ２２よりも吸気流れ方向の下流側に設置されている。
　さらに、このエンジン１には、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）方式のブローバイガス還元装置（符号省略）が装備されている。このブローバイガス還元装置は、図示していないがシリンダヘッドカバー内の空気をクランクケース内に流入させるための換気通路（図示省略）を設け、この換気通路を介してクランクケース内に空気の流れを生じさせて、この吸気流によってクランクケース内のブローバイガスをブローバイガス通路（例えばＰＣＶホース）１０を介して吸気管４においてエアクリーナ６よりも下流側でかつターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２よりも上流側の領域に導入させるような構成になっている。
　そして、この実施形態でのブローバイガス還元装置は、クランクケース内のブローバイガスに混入しているオイルが吸気管４に入ることを防止するために、ブローバイガス中のオイルを分離するためのオイルセパレータ（気液分離室ともいう）１１と、吸気負圧に応じて吸気管４へのブローバイガス導入量を調整するための流量制御弁（例えばＰＣＶバルブ）１２とを備えている。
　オイルセパレータ１１は、図示していないクランクケースとブローバイガス通路１０との連通連結部分に介装されていて、エンジン１の外側または内側に設置されている。さらに流量制御弁１２は、ブローバイガス通路１０の途中に設置されている。
　このように、ブローバイガス還元装置は、前記換気通路（図示省略）、ブローバイガス通路１０、オイルセパレータ１１、流量制御弁１２などを備えた構成になっている。
　ところで、このようなブローバイガス還元装置を備える場合には、吸気管４においてブローバイガス通路１０の接続部付近に氷塊１５ができることがある。具体的に、従来例でも説明したが、例えば外気温が低い状態でエンジン１をアイドリング運転しているとき等のように吸気温度が低くなる場合、ブローバイガスに含まれる水分が吸気管４の内壁面においてブローバイガス通路１０の接続部付近に氷結して大きな氷塊１５に成長することがある。このような大きな氷塊１５が剥離して吸気流によって吸気管４の下流側に移送されるようなことがあると、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突するおそれがある。
　そこで、この実施形態では、吸気管４においてエアクリーナ６からターボ式過給機２０のコンプレッサハウジング２５までの領域に、氷塊１５を捕捉するための捕捉部材３０を設置するようにしている。前記領域は、この実施形態において直線形状で横向き姿勢とされている。
　この捕捉部材３０は、この実施形態において所定以上の大きさの氷塊１５を捕捉して吸気管４に吸入される空気を通過させるようなフィルタとされている。
　このフィルタからなる捕捉部材３０は、例えばメッシュ状プレートあるいはメッシュ状シートとしたもの、前記メッシュ状プレートあるいはメッシュ状シートを多数積層したもの、繊維を綿状に絡めてプレート形状に成形したものなどとされる。前記シート、プレートならびに繊維は、例えば樹脂などの材料で形成することが好ましい。というのは、前記シート、プレートならびに繊維を金属材料にすると、そこに氷塊１５や水分が当接すると、氷結しやすくなって目詰まりしやすくなることが懸念される。つまり、捕捉部材３０を前記のように樹脂製にすると、前記のように金属製にする場合に比べると、熱伝導率が低く冷えにくいため、前記目詰まりがしにくくなる。
　詳しくは、このフィルタからなる捕捉部材３０のろ過能力（あるいはメッシュサイズ）については、次のように特定することができる。つまり、捕捉部材３０が前記氷塊１５を捕捉した状態で、仮に前記氷塊１５が徐々に小さくなって捕捉部材３０の内部を通り抜けた場合に、この通り抜けた氷塊１５がターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突しても当該コンプレッサインペラ２２の回転性能に悪影響を及ぼさないように、前記捕捉部材３０の内部を通り抜けることが可能な氷塊１５の大きさ、つまり捕捉部材３０のろ過能力を特定することが好ましい。ちなみに、捕捉部材３０の内部を通り抜けることが可能な氷塊１５の大きさの一例としては、１０ｍｍ×１０ｍｍ未満に特定することができる。
　そして、この捕捉部材３０は、円形板状に形成されており、その中心部には中心軸線方向（板厚方向）に貫通する円形孔３１が設けられているとともに、この円形孔３１の周縁は吸気流方向の上流側へ向けて突出されている。この突出部分を輪状部３２と言うことにする。
　このように捕捉部材３０の中心部に円形孔３１を設けている理由を説明する。まず、吸気抵抗を軽減するとともに、目詰まりを防止することにより吸気の圧力損失を低減するためである。そのことに加えて、さらに次の点を加味している。
　つまり、そもそも、吸気管４においてターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の上流側ではコンプレッサインペラ２２の回転によって吸気流が吸気管４の内周面に沿って旋回して流れるようになる。そのために、例えば吸気管４においてブローバイガス通路１０の接続部付近に氷塊１５ができて、この氷塊１５が剥離した場合に、この氷塊１５が吸気管４の内周面を伝って下流側へ移送されるようになることを本願発明者は知見した。但し、氷塊１５が大きい場合には、吸気管４の内周面において鉛直方向下側領域を伝って下流側へ移送されるようになる。このような氷塊１５の移送形態に着目すると、氷塊１５を確実に捕捉するにあたって捕捉部材３０の中心部分は必ずしも存在している必要がないと考え、捕捉部材３０を前記したような環状の部材に特定するに至ったのである。
　ちなみに、このような円形孔３１を有する捕捉部材３０の環状部分の径方向寸法Ｗ（図２参照）は、次のような観点で特定するのが好ましい。なお、前記径方向寸法Ｗとは、詳しくは図２に示すように、捕捉部材３０の円形孔３１の周縁から吸気管４の内周面に対応する位置までの寸法のことである。ここで、図２に示すように、吸気管４において捕捉部材３０よりも吸気流方向の上流側の位置から下流側を見たときに、捕捉部材３０の環状部分がコンプレッサインペラ２２の羽根２２ａを覆い隠すような状態になるように、捕捉部材３０の環状部分の径方向寸法Ｗを特定することができる。このように特定すれば、万一、捕捉部材３０の円形孔３１を氷塊１５が通過したとしても、この氷塊１５はコンプレッサインペラ２２において比較的頑強な回転中心部分に衝突することになり、コンプレッサインペラ２２の回転性能に悪影響を与えずに済むようになる。
　また、捕捉部材３０に輪状部３２を設けている理由としては、捕捉部材３０の一側面（吸気流方向の上流側の面）に氷塊１５が当接して停止されたときに、この氷塊１５が円形孔３１から下流側へ乗り越えることを阻止するためである。
　次に、このような捕捉部材３０を設置している場合の作用について説明する。
　例えばブローバイガスに含まれる水分が吸気管４の内壁面においてブローバイガス通路１０の接続部付近に氷結して大きな氷塊１５に成長することがある。このような氷塊１５が剥離すると、吸気管４に吸入される空気流によって吸気管４の下流側に移送させられることになる。
　このように移送される氷塊１５は、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の回転に伴い発生する旋回流によって、吸気管４の内周面の鉛直方向下側領域を伝って捕捉部材３０の一側面（吸気流方向の上流側の面）に向かうことになり、最終的に氷塊１５が捕捉部材３０の前記一側面に当接することになって停止させられることになる。この状態が氷塊１５の捕捉状態である。このように捕捉された氷塊１５は、捕捉部材３０の輪状部３２によって円形孔３１から下流側へ乗り越えることが阻止されるようになる。
　仮に、前記のように捕捉された氷塊１５が時間経過に伴い徐々に小さくなって、フィルタである捕捉部材３０の内部を通り抜けたとすると、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突する可能性が高くなる。しかしながら、前記のように氷塊１５が小さくなっているから、このような小さな氷塊１５がコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突したとしてもコンプレッサインペラ２２の回転性能に悪影響を与えることはない。
　以上説明したように、本発明を適用した実施形態では、ブローバイガスに含まれる水分が吸気管４の内壁面においてブローバイガス通路１０の接続部付近に氷結して大きな氷塊１５に成長して、この氷塊１５が剥離したとしても、この氷塊１５がターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突することを阻止できるようになる。これにより、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２を保護することが可能になるので、このターボ式過給機２０本来の機能を長期にわたって安定して発揮させることが可能になる。
　なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。
　（１）上記実施形態では、氷塊１５の発生原因がブローバイガスに含まれる水分である場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばブローバイガス以外の要因で吸気管４の内壁面に氷塊１５ができるような場合にも、本発明の捕捉部材３０を備える吸気構造であれば、上記実施形態と基本的に同様に、吸気管４の内壁面にできる氷塊１５がターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の特に羽根２２ａに衝突することを阻止できるようになる。
　（２）図４には本発明に係る吸気構造の他実施形態を示している。この実施形態の吸気構造は、吸気管４においてエアクリーナ６からターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２までの領域４１がクランク状に屈曲していて、当該領域４１において吸気流方向の中間に位置する直線部位４１ａにブローバイガス還元装置のブローバイガス通路１０が接続されるようになっている。
　この場合、吸気管４の前記領域４１の直線部位４１ａにおいてブローバイガス通路１０の接続部分にブローバイガスに含まれる水分が氷結して氷塊１５ができるようになる。このような実施形態の場合でも上記実施形態と基本的に同様の作用、効果が得られる。
　（３）図５には捕捉部材３０の他実施形態を示している。この実施形態の捕捉部材３０は、外形がダイヤフラム状に形成されている。詳しくは、捕捉部材３０は、円形板状に形成されており、その中心部分に設けられる円形孔３１の周縁が吸気流方向の上流側へ向けて徐々に突出されている。この突出部分を輪状部３２とする。このような突出形態により、捕捉部材３０の環状部分が湾曲したような形状になっている。このような捕捉部材３０でも、図１から図３に示した実施形態と遜色のない作用、効果が得られる。
　（４）図６には捕捉部材３０の他実施形態を示している。この実施形態の捕捉部材３０は、図３に示した実施形態の捕捉部材３０の輪状部３２を無くした形状になっている。このような捕捉部材３０でも、図１から図３に示した実施形態と基本的に同様に氷塊１５を捕捉することが可能である。
　（５）図７には捕捉部材３０の他実施形態を示している。この実施形態の捕捉部材３０は、図３に示した実施形態の捕捉部材３０を半分にした形状になっている。この捕捉部材３０は、図７に示すように、横向き姿勢にした直線形状の吸気管４内において鉛直方向下半分領域に設置されている。
　そもそも、吸気管４に形成される氷塊１５が剥離して吸気流によって下流側に移送されるときには、氷塊１５が吸気管４の内周面において鉛直方向下側領域に落ちた状態で吸気流で押されるような形で下流側に移送されるようになる。さらに、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の回転に伴い発生する旋回流によって、氷塊１５が吸気管４の内周面において鉛直方向下側領域を伝って捕捉部材３０の一側面（吸気流方向の上流側の面）に向かうことになる。そのことから、捕捉部材３０については吸気管４の内周全周に設けずに、前記したような形状の捕捉部材３０を吸気管４内の鉛直方向下半分領域に設置するようにしている。このような形状の捕捉部材３０でも、吸気管４内にできる氷塊１５を捕捉することが可能になる。
　（６）図８には捕捉部材３０の他実施形態を示している。この実施形態の捕捉部材３０は、図３に示した実施形態の捕捉部材３０を約２／３にした形状になっている。この捕捉部材３０は、図８に示すように、横向き姿勢にした直線形状の吸気管４内において鉛直方向下側領域に設置されている。
　そもそも、吸気管４に形成される氷塊１５が剥離する場合、ターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２の回転に伴い発生する旋回流によって、氷塊１５が吸気管４の内周面において鉛直方向下側領域を伝って捕捉部材３０の一側面（吸気流方向の上流側の面）に当接させられて停止させられることになる。氷塊１５が大きい場合には、そのほとんどが自重により吸気管４の内周面において鉛直方向下側領域を伝って移送されるようになる。そのことから、捕捉部材３０については吸気管４の内周全周に設けずに、前記したような形状の捕捉部材３０を吸気管４内の鉛直方向下側領域に設置するようにしている。このような形状の捕捉部材３０でも、吸気管４内にできる氷塊１５を十分に捕捉することが可能になる。
　本発明は、内燃機関１の吸気通路（４）にターボ式過給機２０のコンプレッサインペラ２２が設けられている内燃機関１の吸気構造に好適に利用することが可能である。
　　　　　１　　　エンジン
　　　　　４　　　吸気管（吸気通路）
　　　　１０　　　ブローバイガス通路
　　　　１５　　　氷塊
　　　　２０　　　ターボ式過給機
　　　　２２　　　コンプレッサインペラ
　　　　２２ａ　　コンプレッサインペラの羽根
　　　　３０　　　捕捉部材
　　　　３１　　　円形孔
　　　　３２　　　輪状部

Claims (4)

  1. 　内燃機関の吸気通路にターボ式過給機のコンプレッサインペラが設けられている内燃機関の吸気構造であって、
    　前記吸気通路において前記コンプレッサインペラよりも上流側に、当該吸気通路の内壁面に形成される氷塊が剥離したときに当該氷塊を捕捉するための捕捉部材が設けられている、ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関の吸気構造において、
    　前記吸気通路において前記捕捉部材よりも上流側には、前記内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを導入させるためのブローバイガス通路が接続されている、ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
  3. 　請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造において、
    　前記捕捉部材は、前記吸気通路に吸入される空気の通過を許容して前記氷塊の通過を阻止するフィルタとされ、かつ前記吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるように設けられて前記吸気通路の中心部分に中心軸線方向に貫通する孔を有する環状部材とされており、
    　さらに前記孔の周縁は、吸気流方向の上流側に向けて突出されている、ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
  4. 　請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造において、
    　前記捕捉部材は、前記吸気通路に吸入される空気の通過を許容して前記氷塊の通過を阻止するフィルタとされ、かつ前記吸気通路の内壁面から径方向内向きに延びるように設けられる、ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
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