JP2008038696A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において、ブローバイガスに含まれるオイル成分をミスト状にさせないことで、ブローバイガスのミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制しデポジットが生成されることを抑制する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の吸気通路３におけるブローバイガス導入部と低圧ＥＧＲガス導入部とが近接配置された部位にヒータ５０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に内燃機関の吸気通路にブローバイガス及びＥＧＲガスを還流させる内燃機関に関する。

内燃機関のクランクケースには、シリンダとピストンとの間隙を通過して未燃ガスや既燃ガスが燃焼室から漏出し、ブローバイガスが発生している。ブローバイガスをクランクケースに放置すると燃費の悪化やエンジンオイルの劣化等の原因となる。このため、ブローバイガスをクランクケースから内燃機関の吸気通路に還流させて、内燃機関で燃焼させることが行われている。

そして、ブローバイガスを吸気通路に還流させるブローバイガス還流通路（以下、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路という）と、吸気通路と、を接続する接続部分が閉塞することを防止するため、ＰＣＶ通路の吸気通路側の少なくとも先端部に加熱手段を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−６４４０８号公報 特開２００４−２０４７２０号公報 特開２００４−３１６５９４号公報 特開２００２−３７１９２０号公報

ところで、内燃機関は、排気再循環（ＥＧＲ）によって内燃機関の吸気通路に排気を還流させるために、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ＥＧＲガスとして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還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える場合がある。

このような内燃機関では、ブローバイガスとＥＧＲガスとを共に吸気通路に還流させるため、ブローバイガスとＥＧＲガスとが吸気通路内で混ざることになる。このとき、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着してデポジットが生成される場合がある。

本発明は上記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、内燃機関において、ブローバイガスに含まれるオイル成分をミスト状にさせないことで、ブローバイガスのミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制しデポジットが生成されることを抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の吸気通路におけるブローバイガス導入部とＥＧＲガス導入部とが近接配置された部位に加熱手段を備えたことを特徴とする内燃機関である。

ブローバイガスとＥＧＲガスとを共に吸気通路に還流させる場合には、ブローバイガスとＥＧＲガスとが吸気通路内で混ざることになる。このとき、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着してデポジットが生成される場合がある。

そこで、本発明では、吸気通路におけるブローバイガス導入部とＥＧＲガス導入部とが近接配置された部位に加熱手段を備え、例えば吸気通路を流通する新気やＥＧＲガスが低温である場合に冷えて気体からミスト状に変化しようとするブローバイガスに含まれるオイル成分をＥＧＲガスと混ざる際に温めるようにした。

これによると、ブローバイガスに含まれるオイル成分は吸気通路に導入されＥＧＲガスと混ざる部位で加熱手段によって温められる。このため、例えば吸気通路を流通する新気やＥＧＲガスが低温である場合にブローバイガスに含まれるオイル成分が吸気通路内で冷えて気体からミスト状に変化することが抑制され、ブローバイガスに含まれるオイル成分は温められて気体に維持される。この結果、ブローバイガスに含まれる気体に維持されたオイル成分はＥＧＲガスと混ざっても当該オイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着せず、デポジットを生成することなく吸気通路を下流へ流れていく。

つまり、ブローバイガスに含まれるオイル成分をミスト状にさせないことで、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制しデポジットが生成されることを抑制することができる。

前記ブローバイガス導入部は、前記ＥＧＲガス導入部よりも上流側の前記吸気通路に配置されるとよい。

これによると、ブローバイガスはＥＧＲガスと混ざる前に吸気通路内へ導入される。このため、ブローバイガスに含まれるオイル成分はＥＧＲガスと混ざる前に加熱手段で温められ、気体に維持される。よって、ブローバイガスに含まれるオイル成分はより確実に気体に維持された状態でＥＧＲガスと混ざることができる。

前記ブローバイガス導入部は、前記ＥＧＲガス導入部と同一周上の前記吸気通路に配置されるとよい。

これによると、吸気通路におけるブローバイガス導入部とＥＧＲガス導入部とが近接配置された部位の吸気流れ方向の長さが短縮される。このため、当該部位に備えられる加熱手段の吸気流れ方向の長さを短縮することができ、加熱手段をより小型化することができる。これにより、加熱手段にかかる設置コスト及びエネルギコストを削減することができる。

前記ブローバイガス導入部では、ブローバイガスが前記吸気通路の上方から導入されるとよい。

これによると、ブローバイガスに含まれるミスト状や液状のオイル成分は吸気通路内へ流れ落ちる。このため、ブローバイガスに含まれるミスト状や液状のオイル成分は逆流してＰＣＶ通路に溜まってしまうことがない。また、ＥＧＲガス導入部では、例えばＥＧＲガスが吸気通路の側方から導入されたりする。

前記吸気通路における前記ブローバイガス導入部及び前記ＥＧＲガス導入部よりも下流に配置された吸気温度検出手段と、前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が所定温度以下のときに前記加熱手段で加熱を行う加熱制御手段と、を備えるとよい。

ここで、所定温度とは、吸気温度がそれ以下になるとブローバイガスに含まれるオイル成分が冷えて気体からミスト状に変化するおそれがある温度である。

これによると、吸気温度が低温のためにブローバイガスに含まれるオイル成分が冷えて
気体からミスト状に変化するおそれがある場合に限って加熱手段で加熱を行う。このため、吸気温度が高温でありブローバイガスに含まれるオイル成分が気体に維持される場合には加熱手段で加熱を行わず、省エネルギ化を図ることができる。

本発明によると、内燃機関において、ブローバイガスに含まれるオイル成分をミスト状にさせないことで、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制しデポジットが生成されることを抑制することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸・排気系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２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３が接続されている。吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが配置されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル６が配置されている。第１スロットル６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気吸入空気（新気）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の新気量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル９が配置されている。

一方、内燃機関１には、排気通路４が接続されている。排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが配置されている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１０が配置されている。このフィルタ１０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という。）が担持されている。フィルタ１０は、排気中の粒子状物質を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ触媒の代わりに、酸化触媒または三元触媒をフィルタ１０に担持させてもよい。

さらに、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及びＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１スロットル６よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気（以下、低圧ＥＧＲガスという）が低圧で内燃機関１へ送られる。

低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

また、内燃機関１には、内燃機関１のクランクケースに発生するブローバイガスを吸気通路３へ還流させるＰＣＶ通路４０が備えられている。

ＰＣＶ通路４０は、内燃機関１のクランクケースと、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１スロットル６よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。ＰＣＶ通路４０は、コンプレッサの働きによって吸気通路３内に発生する負圧を利用して内燃機関１のクランクケースのブローバイガスを吸気通路３に吸引する。このＰＣＶ通路４０を通って、ブローバイガスが内燃機関１へ送られる。

ここで、ＰＣＶ通路４０が吸気通路３に接続されたブローバイガス導入部３ａと、低圧ＥＧＲ通路３１が吸気通路３に接続された低圧ＥＧＲガス導入部３ｂと、は近接配置されている。そして、本実施例では、図２の上視図に示すようにブローバイガス導入部３ａが、低圧ＥＧＲガス導入部３ｂよりも上流側の吸気通路３に配置されている。

また、図３の断面図に示すようにＰＣＶ通路４０は吸気通路３に対して上方から接続されており、ブローバイガス導入部３ａでは、ブローバイガスが吸気通路３の上方から導入される。一方、低圧ＥＧＲ通路３１は吸気通路３に対して側方から接続されており、低圧ＥＧＲガス導入部３ｂでは、低圧ＥＧＲガスが吸気通路３の側方から導入される。

そして、吸気通路３におけるこのブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとが近接配置された部位を覆うように電熱線のヒータ５０が備えられている。ヒータ５０は、電力供給されることにより、吸気通路３におけるブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとが近接配置された部位を流通する吸気を温める。ヒータ５０が本発明の加熱手段に相当する。

また、吸気通路３におけるブローバイガス導入部３ａ及び低圧ＥＧＲガス導入部３ｂよりも下流且つコンプレッサハウジング５ａよりも上流には、吸気温度センサ１１が配置されている。吸気温度センサ１１は、新気、ブローバイガス、及び低圧ＥＧＲガスの混合した吸気の温度を検出する。吸気温度センサ１１が本発明の吸気温度検出手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

一方、ＥＣＵ１２には、第１スロットル６、第２スロットル９、低圧ＥＧＲ弁３２、及びヒータ５０が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。また、ＥＣＵ１２には、吸気温度センサ１１が電気配線を介して接続され、吸気温度センサ１１の出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。

ここで、ブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとは近接配置されており、ブローバイガスとＥＧＲガスとが吸気通路３内で混ざることになる。このとき、ブローバイガスに含まれるオイル成分がミスト状であると、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分に低圧ＥＧＲガス中のカーボンが付着してデポジットが生成される場合がある。

そこで、本実施例では、吸気通路３におけるブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとが近接配置された部位を覆うようにヒータ５０を備え、例えば吸気通路３を流通する新気や低圧ＥＧＲガスが低温である場合に冷えて気体からミスト状に変化しようとするブローバイガスに含まれるオイル成分を低圧ＥＧＲガスと混ざる際に温めている。

このように構成された本実施例では、ブローバイガスに含まれるオイル成分は吸気通路３に導入され低圧ＥＧＲガスと混ざる部位でヒータ５０によって温められる。このため、例えば吸気通路３を流通する新気や低圧ＥＧＲガスが低温である場合にブローバイガスに含まれるオイル成分が吸気通路３内で冷えて気体からミスト状に変化することが抑制され、ブローバイガスに含まれるオイル成分は温められて気体に維持される。この結果、ブローバイガスに含まれる、気体に維持されたオイル成分は低圧ＥＧＲガスと混ざっても当該オイル成分に低圧ＥＧＲガス中のカーボンが付着せず、デポジットを生成することなく吸気通路３を下流へ流れていく。

つまり、ブローバイガスに含まれるオイル成分をミスト状にさせないことで、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイル成分に低圧ＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制しデポジットが生成されることを抑制することができる。

ところで、本実施例では、図２に示すようにブローバイガス導入部３ａは、低圧ＥＧＲガス導入部３ｂよりも上流側の吸気通路３に配置されている。

このように構成された本実施例では、ブローバイガスは低圧ＥＧＲガスと混ざる前に吸気通路３内へ導入される。このため、ブローバイガスに含まれるオイル成分は低圧ＥＧＲガスと混ざる前にヒータ５０で温められ、気体に維持される。よって、ブローバイガスに含まれるオイル成分はより確実に気体に維持された状態で低圧ＥＧＲガス導入部３ｂに到達して低圧ＥＧＲガスと混ざることができる。

また、本実施例においては、図３に示すようにブローバイガス導入部３ａでは、ブローバイガスが吸気通路３の上方から導入されている。

このように構成された本実施例では、ブローバイガスに含まれるミスト状や液状のオイル成分はブローバイガス導入部３ａから落下して吸気通路３内へ流れ落ちる。このため、ブローバイガスに含まれるミスト状や液状のオイル成分は逆流してＰＣＶ通路４０に溜まってしまうことがない。

次に、本実施例によるヒータ加熱制御のフローについて説明する。図４は、本実施例によるヒータ加熱制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。ここで、本フローの制御を行うＥＣＵ１２が、本発明における加熱制御手段に相当する。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１２は、吸気温度センサ１１が検出する吸気温度が所定温度以下であるか否かを判別する。

ここで、所定温度とは、吸気温度センサ１１が検出する吸気温度がそれ以下になるとブローバイガスに含まれるオイル成分が冷えて気体からミスト状に変化するおそれがある温度であり、予め実験などから求められている。

ステップＳ１０１において吸気温度が所定温度以下であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。一方、吸気温度が所定温度よりも高いと否定判定された場合に
は、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１２は、ヒータ５０へ電力供給しヒータ５０で加熱を行い、吸気通路３におけるブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとが近接配置された部位を流通する吸気を温める。本ステップは、ステップＳ１０１へ戻るループを形成しており、本ステップの後には、ステップＳ１０１へ移行する。

一方、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１２は、ヒータ５０への電力供給を遮断し、吸気を温めることを停止する。その後、本ルーチンを終了する。

このようなヒータ加熱制御のフローを実施することにより、吸気温度センサ１１が検出する吸気温度が低温のためにブローバイガスに含まれるオイル成分が冷えて気体からミスト状に変化するおそれがある場合に限ってヒータ５０で加熱を行う。このため、吸気温度センサ１１が検出する吸気温度が高温でありブローバイガスに含まれるオイル成分が気体に維持される場合にはヒータ５０で加熱を行わず、余計な加熱をしないことにより省エネルギ化を図ることができる。

なお、上記実施例では図２の上視図に示すようにブローバイガス導入部３ａが、低圧ＥＧＲガス導入部３ｂよりも上流側の吸気通路３に配置されていた。しかし、図５の上視図に示すようにブローバイガス導入部３ａが、低圧ＥＧＲガス導入部３ｂと同一周上の吸気通路３に配置されるようにしてもよい。このような構成であると、吸気通路３におけるブローバイガス導入部３ａと低圧ＥＧＲガス導入部３ｂとが近接配置された部位の吸気流れ方向の長さが短縮される。このため、当該部位を覆うように備えられる破線で示すヒータ５０の吸気流れ方向の長さを短縮することができ、ヒータ５０をより小型化することができる。これにより、ヒータ５０にかかる設置コスト及びエネルギコストを削減することができる。

本発明に係る内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例１に係る吸気通路のブローバイガス導入部及び低圧ＥＧＲガス導入部の近傍を示す上視図である。 実施例１に係る吸気通路のブローバイガス導入部及び低圧ＥＧＲガス導入部の近傍を示す断面図である。 実施例１に係るヒータ加熱制御のフローを示すフローチャートである。 実施例１の他の例に係る吸気通路のブローバイガス導入部及び低圧ＥＧＲガス導入部の近傍を示す上視図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
３ａ ブローバイガス導入部
３ｂ 低圧ＥＧＲガス導入部
４ 排気通路
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１スロットル
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２スロットル
１０ フィルタ
１１ 吸気温度センサ
１２ ＥＣＵ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ ＥＧＲクーラ
４０ ＰＣＶ通路
５０ ヒータ

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路におけるブローバイガス導入部とＥＧＲガス導入部とが近接配置された部位に加熱手段を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記ブローバイガス導入部は、前記ＥＧＲガス導入部よりも上流側の前記吸気通路に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ブローバイガス導入部は、前記ＥＧＲガス導入部と同一周上の前記吸気通路に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記ブローバイガス導入部では、ブローバイガスが前記吸気通路の上方から導入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記吸気通路における前記ブローバイガス導入部及び前記ＥＧＲガス導入部よりも下流に配置された吸気温度検出手段と、
   前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が所定温度以下のときに前記加熱手段で加熱を行う加熱制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
   
   

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