JP2007162530A

JP2007162530A - 内燃機関の排気浄化システム

Info

Publication number: JP2007162530A
Application number: JP2005357944A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Haga; 宏行芳賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】ＰＣＶ装置によって内燃機関の吸気系に戻されたブローバイガスに含まれるオイル成分が吸気系に配置されたターボチャージャやインタークーラ、ＥＧＲ通路などに流入することを抑制する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１のクランクケース内とインタークーラ４より下流の吸気管８とをＰＣＶ通路６によって連通する。ＰＣＶ通路６には吸気管８からクランクケース側への吸気の逆流を防止するチェック弁７と、ブローバイガスをクランクケースから吸気管８側へ圧送するポンプ１６を設け、ブローバイガスをインタークーラ４と吸気マニホールド２の間の吸気管８に流入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関のクランクケースには、ブローバイガスと呼ばれる燃焼ガスや未燃燃料がシリンダとピストンとの間隙を通って燃焼室から漏れ込んでいる。ブローバイガスはクランクケース内の潤滑油の劣化や燃費の悪化の原因となるため、ブローバイガスを吸気通路に還流させて混合気とともに燃焼室で再度燃焼させることによってクランクケース内のブローバイガスを換気するＰＣＶ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＣｒａｎｋｃａｓｅＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）装置の開発が従来より行われている。

例えば、特許文献１には、ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路とクランクケースとをＰＣＶホースによって連通し、コンプレッサの働きによって吸気通路内に発生する負圧を利用してクランクケース内のブローバイガスを吸気通路に吸引するＰＣＶ装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、近年では、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）によって内燃機関の燃焼室に再循環させる排気の量を増大させる技術として、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路に再循環させるいわゆる低圧ＥＧＲ装置が開発されている（例えば、特許文献２を参照）。
特許３１５６４１４号公報特開２００４−１５０３１９号公報

ところで、ブローバイガス中にはミスト状や液状のオイル成分が含まれているため、上記のようなＰＣＶ装置を備えた内燃機関においては、オイル成分が吸気系に流入してインタークーラやターボチャージャの汚れの原因となる場合がある。

特に、低圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関の場合には低圧ＥＧＲ通路がコンプレッサより上流の吸気通路に接続されているため、内燃機関の運転状態によってはブローバイガスが低圧ＥＧＲ通路に流入する可能性がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＣＶ装置によって吸気系に導入されたブローバイガスに含まれるオイル成分が、吸気系のターボチャージャやインタークーラ、低圧ＥＧＲ装置などに流入することを抑制する技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路を流れる排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記吸気通路を流れる吸気を冷却するインタークーラと、
前記内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを前記インタークーラより下流の吸気通路に導入するＰＣＶ装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関のクランクケース内のブローバイガスはＰＣＶ装置によって吸気通路のインタークーラより下流側に戻される。そのため、吸気通路に戻されたブローバイガスは、インタークーラやインタークーラより上流側に配置されるターボチャージャのコンプレッサ、低圧ＥＧＲ装置などに流入することなく燃焼室に導かれ、再燃焼することになる。

これにより、ブローバイガス中に含まれているオイル等の液状成分がインタークーラやターボチャージャ、低圧ＥＧＲ装置に流入することが抑制される。

また、低圧ＥＧＲ装置によって吸気通路に再循環される排気中に含まれる未燃燃料やカーボンがオイルに付着して堆積することを抑制することができるため、低圧ＥＧＲ装置や吸気通路内にデポジットが生成されることを防ぐことが可能になる。

このようなＰＣＶ装置は、クランクケース内とインタークーラより下流の吸気通路とを連通するＰＣＶ通路と、吸気通路からクランクケース側へＰＣＶ通路を経由して吸気が逆流することを防止する逆流防止手段と、クランクケース内から吸気通路側へＰＣＶ通路を経由してブローバイガスを流す圧送手段と、を含んで構成することができる。

インタークーラより下流の吸気通路にはターボチャージャによって加圧された吸気が流通しているため、吸気の圧力（過給圧）がクランクケース内圧より高くなる可能性がある。そのため、クランクケースと吸気通路を連通する通路を有するだけであったり、ＰＣＶ通路に流量調節用のバルブを備えるだけであった従来のＰＣＶ装置では、ＰＣＶ通路を本発明と同様にインタークーラより下流の吸気通路に接続した場合、吸気がＰＣＶ通路を逆流してブローバイガスを吸気通路に流入させることができなくなる可能性があった。

それに対し、上記のように構成されたＰＣＶ装置においては、吸気通路側からクランクケース側への吸気の流れを規制する逆流防止手段が備えられているため、ターボチャージャによる吸気の過給が行われている場合であっても、吸気がＰＣＶ通路を通ってクランクケース内に逆流することを防止できる。

さらに、クランクケース側から吸気通路側へブローバイガスを流す圧送手段が備えられているため、ターボチャージャの動作状態にかかわらず、より確実にインタークーラより下流の吸気通路にブローバイガスを戻すことが可能になる。

これにより、ブローバイガスが吸気系のインタークーラやターボチャージャ、低圧ＥＧＲ装置に流入することをより確実に防止することが可能になる。

本発明の内燃機関の排気浄化システムにより、ＰＣＶ装置によって吸気系に導入されたブローバイガスに含まれるオイル成分が、吸気系のターボチャージャやインタークーラ、低圧ＥＧＲ装置などに流入することを抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は本発明に係る排気浄化システムを適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には吸気マニホールド２が接続されており、吸気マニホールド２の各枝管は各気筒の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。

吸気マニホールド２には吸気管８が接続されており、吸気マニホールド２と吸気管８との接続部近傍には内燃機関１のクランクケース内のブローバイガスを吸気管８内に導くＰＣＶ通路６が接続されている。ＰＣＶ通路６には、クランクケースから吸気管８へのブローバイガスの流れを許容し、その逆向きの流れを規制するチェック弁７が設けられている。また、ＰＣＶ通路６には、ブローバイガスをクランクケース側から吸気管８側へと圧送するポンプ１６が設けられている。

ＰＣＶ通路６より上流の吸気管８には、吸気管８内を流通する吸気を冷却するインタークーラ４が設けられている。

インタークーラ４より上流の吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが設けられている。コンプレッサ５ａの上流にはエアクリーナ１５が設けられている。

内燃機関１には排気マニホールド３が接続されており、排気マニホールド３の各枝管は各気筒の燃焼室と排気ポートを介して連通している。

排気マニホールド３は集合部１７を介してターボチャージャ５のタービン５ｂと接続されている。タービン５ｂは排気管９と接続され、排気管９はその下流にて大気に開放されている。

排気管９の途中には吸蔵還元型のＮＯｘ触媒１４が設けられている。ＮＯｘ触媒１４は、流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低くなると吸蔵したＮＯｘを放出する。その際、ＮＯｘ触媒１４の周囲に燃料などの還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒１４から放出されたＮＯｘが燃料により還元・浄化される。

なお、排気管９の途中に設けられる排気浄化装置としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限らず、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタなどであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

ＮＯｘ触媒１４より下流の排気管９には、排気管９を流通する排気の一部を吸気管８に再循環させるための低圧ＥＧＲ通路１１の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ通路１１の他端はコンプレッサ５ａより上流の吸気管８に接続されている。

低圧ＥＧＲ通路１１の途中には低圧ＥＧＲクーラ１２と低圧ＥＧＲバルブ１３が設けられている。低圧ＥＧＲクーラ１２は低圧ＥＧＲ通路１１を流通する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）を冷却する。低圧ＥＧＲバルブ１３は低圧ＥＧＲガスの流量を調節する。

吸気管８の低圧ＥＧＲ通路１１の接続箇所より上流にはスロットル弁１０が設けられている。スロットル弁１０は吸気管８内の通路断面積を変化させる弁であり、エアクリーナ１５から流入する新気の量と、低圧ＥＧＲ通路１１を経由して吸気管８に流入する低圧ＥＧＲガスの量の割合を調節する。

低圧ＥＧＲ通路１１を経由して排気の一部が内燃機関１の燃焼室に再循環することによ
り、混合気の燃焼温度が低下する。これにより燃焼過程で生成されるＮＯｘの量が低減される。

ここで、本実施例と比較のため、図２に従来の内燃機関の概略構成を示す。図２において、本実施例と同一の構成要素には同一の符号を付している。

本実施例と従来の内燃機関との差異は、従来の内燃機関においては、内燃機関１のクランクケース内のブローバイガスを吸気管８に導くＰＣＶ通路６００がターボチャージャ５のコンプレッサ５ａより上流の吸気管８に接続されている点である。

図２に示すような従来の内燃機関の排気浄化システムでは、ＰＣＶ通路６００がコンプレッサ５ａより上流の吸気管８に接続されているため、ＰＣＶ通路６００を経由して吸気管８に導入されたブローバイガスは、コンプレッサ５ａやインタークーラ４を経由しつつ吸気管８を流通し、燃焼室に流入して再燃焼される。

従って、吸気管８を流通する過程でブローバイガスに含まれるオイルや水等の液状成分がコンプレッサ５ａやインタークーラ４に流入する。

また、ＰＣＶ通路６００の接続部より下流側には低圧ＥＧＲ通路１１が接続されているため、吸気管８に導入されたブローバイガスの一部は低圧ＥＧＲ通路１１にも流入する可能性がある。その場合、低圧ＥＧＲバルブ１３、低圧ＥＧＲクーラ１２にもブローバイガスに含まれる液状成分が流入する。低圧ＥＧＲバルブ１３や低圧ＥＧＲクーラ１２に液状成分が流入すると、低圧ＥＧＲバルブ１３や低圧ＥＧＲクーラ１２内の通路壁面に付着してＥＧＲバルブ１３の動作不良やＥＧＲクーラ１２の圧損増加を招く可能性がある。また、低圧ＥＧＲ通路１１やＥＧＲクーラ１２の壁面に上記した液状成分が付着すると、その液状成分にＥＧＲガス中の未燃燃料やカーボンなどのＰＭが付着・堆積してデポジットを生成する虞もあった。

それに対して、図１に示すような本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＰＣＶ通路６はインタークーラ４より下流の吸気管８に接続されている。そのため、ＰＣＶ通路６を経由して吸気管８に導入されたブローバイガスは上流側に配置されたインタークーラ４やコンプレッサ５ａを通過することはなく、ブローバイガスに含まれるオイル成分がインタークーラ４やコンプレッサ５ａに流入することを防止することができる。

また、ブローバイガスは低圧ＥＧＲ通路１１が接続されたコンプレッサ５ａより上流側の吸気管８にも流入しなくなるため、低圧ＥＧＲ通路１１や低圧ＥＧＲ通路１１に配置された低圧ＥＧＲバルブ１３や低圧ＥＧＲクーラ１２にブローバイガスに含まれるオイルが流入することを防止することができる。

ここで、インタークーラ４より下流の吸気管８にはコンプレッサ５ａによって加圧された吸気が流通しているため、ターボチャージャ５の動作状態によっては、吸気の圧力（過給圧）がクランクケース内圧より高くなる可能性がある。従って、従来のＰＣＶ通路６００のように、単にクランクケースと吸気管８とを連通するだけでは、ターボチャージャ５の動作状態によっては、吸気がＰＣＶ通路を経由してクランクケース側へ逆流する可能性がある。そのため、ブローバイガスを吸気管８に戻すことができなくなる場合がある。

それに対し、本実施例のＰＣＶ通路６には、吸気管８からクランクケース側への吸気の流れを禁止するチェック弁７が設けられているため、ターボチャージャ５によって加圧された吸気の圧力がクランクケース内圧を超えた場合であっても、吸気がＰＣＶ通路６を経由してクランクケース側へ逆流することを防止できる。

さらに、本実施例のＰＣＶ通路６には、クランクケースから吸気管８側へブローバイガスを圧送するポンプ１６が設けられているため、ターボチャージャ５による過給の実施状態に依らずより確実にブローバイガスをインタークーラ４下流の吸気管８に導入することが可能となっている。

以上説明したように、本実施例の排気浄化システムでは、ＰＣＶ装置（ＰＣＶ通路６、チェック弁７、ポンプ１６）によって内燃機関１の吸気系に導入されるブローバイガスに含まれるオイル成分が低圧ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ通路１１、低圧ＥＧＲクーラ１２、低圧ＥＧＲバルブ１３）や吸気系（吸気管８、ターボチャージャ５、インタークーラ４）に流入することが抑制されるため、液状のオイルによる低圧ＥＧＲ装置や吸気系の汚れや性能低下を抑制することができる。

なお、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、ＥＧＲ装置として、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路を流れる排気の一部を、ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置（以下、「ＨＰＬ−ＥＧＲ装置」という）を備えた内燃機関の排気浄化システムに本発明を実施することも可能である。この場合、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置によって再循環する排気の吸気管への流入口よりさらに下流の吸気管にＰＣＶ通路を接続するようにすることが好ましい。こうすることによって、ＰＣＶ通路を経由して吸気管に導入されたブローバイガスがＨＰＬ−ＥＧＲ装置に流入することを抑制することができ、ブローバイガスに含まれるオイル成分によるＨＰＬ−ＥＧＲ装置の汚れや性能低下などの不具合を防止することが可能になる。

本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。従来の内燃機関の概略構成を示す図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・吸気マニホールド
３・・・排気マニホールド
４・・・インタークーラ
５・・・ターボチャージャ
５ａ・・・コンプレッサ
５ｂ・・・タービン
６・・・ＰＣＶ通路
７・・・チェック弁
８・・・吸気管
９・・・排気管
１０・・・スロットル弁
１１・・・低圧ＥＧＲ通路
１２・・・低圧ＥＧＲクーラ
１３・・・低圧ＥＧＲバルブ
１４・・・ＮＯｘ触媒
１５・・・エアクリーナ
１６・・・ポンプ
１７・・・集合部
６００・・・ＰＣＶ通路

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路を流れる排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記吸気通路を流れる吸気を冷却するインタークーラと、
前記内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを前記インタークーラより下流の吸気通路に導入するＰＣＶ装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
請求項１において、
前記ＰＣＶ装置は、
前記クランクケース内と前記インタークーラより下流の前記吸気通路とを連通するＰＣＶ通路と、
前記吸気通路から前記クランクケース側へ前記ＰＣＶ通路を経由して吸気が逆流することを防止する逆流防止手段と、
前記クランクケース内から前記吸気通路側へ前記ＰＣＶ通路を経由してブローバイガスを流す圧送手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。