JP2007016776A

JP2007016776A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2007016776A
Application number: JP2006148035A
Authority: JP
Inventors: Setsu Shimura; 節志村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2026-05-29
Also published as: JP4577272B2

Abstract

【課題】エンジンオイルの劣化を抑制する。
【解決手段】機関排気通路内に補助触媒１０と主触媒１２とを配置する。主触媒１２の上流であってかつ補助触媒１０下流の機関排気通路を連通路１４を介してクランクケース内１５に連結する。補助触媒１０により浄化されてＮＯ_XおよびＯ₂をほとんど含まない排気ガスを連通路１４を介してクランクケース内１５に送り込み、ブローバイガス等を置換する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

内燃機関のクランクケース内は、燃焼室からピストンとシリンダ間を通って漏洩したブローバイガスと、導入された外気とにより満たされており、従来よりクランクケース内のエンジンオイルはブローバイガス中に含まれているＮＯ_Xや外気中に含まれているＯ₂によって窒化劣化や酸化劣化することが知られている。

そこで、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置すると共にこの触媒下流の機関排気通路を連通路を介して機関のクランクケース内に連結し、排気浄化用触媒により浄化された排気ガス、即ち、ＮＯ_XやＯ₂をあまり含まない排気ガスを連通路を介しクランクケース内に導入することによりエンジンオイルの劣化を抑制するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開平９−７９０２２号公報

しかしながら排気浄化用触媒下流における背圧は低く、従って排気浄化用触媒下流における背圧とクランクケース内の圧力との圧力差が小さなために排気通路内の排気ガスを良好にクランクケース内に送り込めないという問題がある。また、排気浄化用触媒下流とクランクケース内との距離がかなりあるために連通路の長さがかなり長くなり、従って排気通路内の排気ガスをクランクケース内に送り込むのが更に困難であるという問題もある。

上記問題点を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置すると共にこの触媒上流の機関排気通路を連通路を介して機関のクランクケース内に連結し、排気ガスを連通路を介してクランクケース内に導入するようにしている。

機関排気通路内の排気ガスをクランクケース内に良好に送り込むことができる。

図１を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリンダ、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６は吸気弁、７は排気弁、８は排気マニホルド、９はクランクケースを夫々示す。図１に示されるように排気マニホルド８の出口は排気浄化用の補助触媒１０に連結され、補助触媒１０の出口は排気管１１を介して排気浄化用の主触媒１２に連結されている。

図１からわかるように補助触媒１０の容積は主触媒１２の容積に比べてかなり小さく、従って補助触媒１０の流れ抵抗は主触媒１２の流れ抵抗に比べてかなり小さい。従って主触媒１２上流の排気管１１内における背圧はかなり高く、これに対し主触媒１２下流の排気管１３内の圧力はかなり低下してほぼ大気圧となっている。

主触媒１２は、理論空燃比のもとで排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯ_Xを同時に浄化しうる三元触媒、空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出し還元するＮＯ_X吸蔵還元触媒、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ、或いはＮＯ_X吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ等からなる。一方、補助触媒は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯ_X吸蔵還元触媒、或いは排気ガス中のＮＯ_Xを吸着しうるＮＯ_X吸着触媒からなる。

図１に示されるように排気管１１内、即ち主触媒１２の上流であってかつ補助触媒１０下流の機関排気通路は連通路１４を介してクランクケース内１５に連結され、この連通路１４内には排気管１１内からクランクケース内１５に向けてのみ流通可能な逆止弁１６が配置されている。上述したように排気管１１内の背圧はかなり高く、従って排気管１１内の排気ガスは連通路１４を介してクランクケース内１５に良好に導入される。このとき、クランクケース内１５を満たしているブローバイガス等は図示しない通気路を介して機関吸気通路内に押し出される。

また、補助触媒１０内に流入した排気ガスは補助触媒１０内において排気ガス中のＮＯ_Xが浄化され、或いは排気ガス中のＯ₂が消費され、或いは排気ガス中のＮＯ_Xが浄化されると共に排気ガス中のＯ₂が消費され、その結果ＮＯ_XやＯ₂をほとんど含んでいない排気ガスが連通路１４を介してクランクケース内１５に送り込まれる。その結果、クランクケース内１５のエンジンオイルが窒化劣化や酸化劣化するのを抑制することができる。

図２に別の実施例を示す。この実施例では触媒１２上流の排気通路内に補助触媒が設けられておらず、触媒１２上流の排気管１１内とクランクケース内１５とを連結する連通路１４内に補助触媒１７が配置されている。この補助触媒１７は排気管１１内を流れる排気ガス量に比べて少量の排気ガスを浄化すればよいので図１に示される補助触媒１０に比べて小さな容積を有する。

この実施例においても排気管１１内の背圧はかなり高く、従って排気管１１内の排気ガスは連通路１４を介してクランクケース内１５に良好に導入される。また、この実施例でも補助触媒１７は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯ_X吸蔵還元触媒、或いは排気ガス中のＮＯ_Xを吸着しうるＮＯ_X吸着触媒からなる。従ってこの実施例でもＮＯ_XやＯ₂をほとんど含んでいない排気ガスが連通路１４を介してクランクケース内１５に送り込まれるのでクランクケース内１５のエンジンオイルが窒化劣化や酸化劣化するのを抑制することができる。

図３に更に別の実施例を示す。この実施例では排気マニホルド８内に排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ１８が配置されており、排気管１１内とクランクケース１５内とを連通する連通路１４内には逆止弁１６と直列に流量制御弁１８が配置されている。酸素濃度センサ１８の出力信号はコンピュータを内蔵した電子制御ユニット１９に接続され、流量制御弁１８は電子制御ユニット１９の出力信号により制御される。なお、図４に示されるように排気マニホルド８と排気管１１間に補助触媒１０を挿入することもできる。

さて、排気ガス中に含まれている酸素の濃度、即ちＯ₂濃度は排気ガスの空燃比によって変化し、このＯ₂濃度は図５に示されるように排気ガスの空燃比がリーンになるほど増大する。また、排気ガス中のＮＯ_X濃度もＯ₂濃度と同様に排気ガスの空燃比がリーンになるほど増大する。従ってエンジンオイルの酸化劣化や窒化劣化を抑制するには排気ガス中のＯ₂濃度やＮＯ_X濃度が高いときに、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときに連通路１４を介してクランクケース１５内に導入される排気ガス量を低減することが好ましい。

そこでこの実施例では連通路１４内に排ガス中の酸素濃度に応じて流量を制御する流量制御弁１８を配置し、排気ガスの空燃比がリーンのときにはリッチのときに比べて流量制御弁１８の流量を減少せしめるようにしている。

具体的に説明すると図６（Ａ），（Ｂ）に示される例では酸素濃度センサ１７として図６（Ａ）に示されるように空燃比に応じた出力電流Ｉを発生するセンサが用いられ、この酸素濃度センサ１７の出力電流Ｉに基づいて図６（Ｂ）に示されるように流量制御弁１８の開度Ｓは空燃比がリッチになるほど増大せしめられ、空燃比がリーンになるほど減少せしめられる。この例では排気ガスの空燃比がリーンのときには連通路１４を介してクランクケース１５内に導入される排気ガス量が極度に抑制される。

一方、図７（Ａ），（Ｂ）に示される例では酸素濃度センサ１７として図７（Ａ）に示されるように理論空燃比において出力電圧Ｖが急変するセンサが用いられ、この酸素濃度センサ１７の出力電圧Ｖに基づいて図７（Ｂ）に示されるように流量制御弁１８の開度Ｓは出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒよりも高いとき、即ち空燃比がリッチのときには全開とされ、出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒよりも低いとき、即ち空燃比がリーンのときには全閉とされる。この例では排気ガスの空燃比がリーンのときには連通路１４からクランクケース１５内への排気ガスの導入が停止される。

図８は図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示す流量制御弁１８の開弁量Ｓを制御するための流量制御ルーチンを示している。図８を参照するとまず初めにステップ２０において酸素濃度センサ１７の出力信号に基づいて開弁量Ｓが算出され、次いでステップ２１において流量制御弁１８の開弁量がこの開弁量Ｓに制御される。

内燃機関の全体図である。内燃機関の別の実施例を示す全体図である。内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。図３の変形例を示す図である。Ｏ₂濃度を示す図である。酸素濃度センサの出力電流Ｉと流量制御弁の開弁量Ｓを示す図である。酸素濃度センサの出力電圧Ｖと流量制御弁の開弁量Ｓを示す図である。流量制御を行うためのフローチャートである。

符号の説明

８排気マニホルド
９クランクケース
１０，１７補助触媒
１１，１３排気管
１２主触媒
１４連通路
１５クランクケース内
１６逆止弁
１７酸素濃度センサ
１８流量制御弁

Claims

機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置すると共に該触媒上流の機関排気通路を連通路を介して機関のクランクケース内に連結し、排気ガスを連通路を介してクランクケース内に導入するようにした内燃機関。
上記排気浄化用触媒が主触媒を構成しており、該主触媒の上流に該主触媒よりも流れ抵抗の小さい排気浄化用補助触媒を配置し、該主触媒の上流であって該補助触媒下流の機関排気通路を上記連通路を介してクランクケース内に連結した請求項１に記載の内燃機関。
上記連通路内に排気ガス浄化用補助触媒を配置した請求項１に記載の内燃機関。
上記連通路内に排気ガス中の酸素濃度に応じて流量を制御する流量制御弁を配置した請求項１に記載の内燃機関。
排気ガスの空燃比がリーンのときにはリッチのときに比べて流量制御弁の流量が減少せしめられる請求項４に記載の内燃機関。