JP2008255960A - 過給システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス管内部の付着物を除去して過給機が備えるタービンのインペラが損傷することを防止する過給システムを得る。
【解決手段】ユーザがイグニッションスイッチをオフにしたとき処理が開始する。ステップＳ２０２において過給機は電動アシストモータによりサージが発生する回転数まで回転させられる。ステップＳ２０３において過給機でサージが発生しているかどうかが判断される。サージが発生すると、サージによる圧力変動が第１の吸気管、ブローバイガス管、ＥＧＲ管、及びタービンに伝播し、これらが振動する。第１の吸気管、ブローバイガス管、ＥＧＲ管、及びタービンに付着している水及び汚れはこの振動及び空気の脈動によりふるい落とされる。ブローバルブが開けられて第２の吸気管から圧縮気体がブロー管を通じて開閉弁の近傍に噴射される。これによりブローバイガス管内部に付着した水及び汚れが除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられる過給システムに関する。

内燃機関にはブローバイガスを吸気管に還流するブローバイガス管が接続される。ブローバイガスはオイルを含み、これを放置したまま吸気管に還流するとオイル消費量が増大すると共にエンジンの動力性能及び排気ガス性能が悪化する。

これを防止するため、ヘッドカバー内に吸気管から気体を導入することによりブローバイガスを冷却して、ブローバイガスに含まれるオイルを取り除く構成が知られている（特許文献１）。
特開平６−２１２９３９号公報

しかし、ブローバイガスには水が含まれることがある。内燃機関が寒冷環境で使用されるとき、内燃機関停止後、水はオイルを核として氷となりブローバイガス管の内部に付着する。特許文献１のように気体の導入により冷却して取り除く構成では冷却温度に限界があるためオイルや水を完全に除去できないおそれがある。

ブローバイガス管の内部に氷が付着した状態で過給機が作動すると、氷は吸気管を経て過給機に流入する。過給機に流入した氷はコンプレッサのインペラに衝突して破壊する。

本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、ブローバイガス管内部の付着物を除去して過給機が備えるコンプレッサのインペラが損傷することを防止する過給システムを得ることを目的とする。

本願第１の発明による過給システムは、過給器の回転速度を調整して過給器にサージを発生させる回転速度制御手段と、内燃機関のブローバイガス排出部及び吸気管の間に接続される還流管と、内燃機関の停止前に還流管に送気を行う送気手段とを備え、送気手段及び回転速度制御手段が動作することにより、還流管の付着物を還流管から吸気管を介して内燃機関の燃焼室へ流入させることを特徴とする。

回転速度制御手段は過給器にサージを発生させることにより、吸気管の付着物を取り除いても良い。

過給器は過給機が有するタービンに設けられる可変ノズルを備え、回転速度制御手段は過給器にサージを発生させ、可変ノズルの付着物を取り除くものでも良い。

送気手段は、過給機よりも下流側の吸気管と還流管との間に接続されるブロー管と、ブロー管に取り付けられるブローバルブとを備え、ブローバルブは吸気管内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに開放され、吸気管から還流管へ気体を流出させることが好ましい。

過給機は電動アシストモータを備え、回転速度制御手段は特定の回転数で電動アシストモータを動作させることにより過給機にサージを発生させるものであればなお良い。

回転速度制御手段は、内燃機関の排気エネルギーにより過給機に回転力を与え、過給機の回転による慣性力によって過給機にサージを発生させても良い。

過給機はスーパーチャージャであって、回転速度制御手段はスーパーチャージャを特定の回転数で動作させることにより過給機にサージを発生させても良い。

過給システムは、吸気管に取り付けられ吸気管内の気体の圧力を計測する圧力センサをさらに備え、回転速度制御手段は圧力センサから送信された圧力によりサージの発生を検出することが望ましい。

還流管は、付着物を分粒又は破砕するフィルタをさらに備えても良い。

過給システムは還流管に取り付けられる開閉弁をさらに備え、開閉弁は吸気管から排気管への流れを阻止することが好ましく、開閉弁は付着物を分粒又は破砕するフィルタを有すればなお良い。

本願第２の発明による過給システムは、内燃機関のブローバイガス排出部及び吸気管の間に接続される還流管と、過給機よりも下流側の吸気管と還流管との間に接続されるブロー管と、ブロー管に取り付けられるブローバルブとを備え、ブローバルブは吸気管内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに開放され、吸気管から還流管へ気体を流出させることを特徴とする。

本発明によれば、ブローバイガス管内部の付着物を除去して過給機が備えるコンプレッサのインペラが損傷することを防止する過給システムを得ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明による過給システムの一実施形態について図１を用いて説明する。

過給システムは過給機１１０と、内燃機関、すなわちエンジン１２０及び過給機１１０を制御するＥＣＵ１３０とから主に構成される。

過給機１１０はコンプレッサ１１１、電動アシストモータ１１２及びタービン１１３を備える。タービン１１３は第１の排気管１４２に接続され、エンジン１２０から排出される排気エネルギーにより回転される。第１の排気管１４２はエンジン１２０の排気口（図示しない）に接続される排気マニホールド１４１から延びる。

タービン１１３とコンプレッサ１１１は回転シャフト（図示しない）により接続され、タービン１１３の回転は回転シャフトによりコンプレッサ１１１に伝達される。コンプレッサ１１１はエアクリーナ１５６から第１の吸気管１５５を通じて導かれた空気を吸入及び加圧する。加圧された空気は第２の吸気管１５４を介してインタークーラ１５３に流入し冷却された後、第３の吸気管１５２及び吸気マニホールド１５１を経てエンジン１２０内の燃焼室１２１に流入する。第１の吸気管１５５には吸気絞り弁１５７が設けられ、ＥＣＵ１３０からの信号に従い空気の流量を調整する。電動アシストモータ１１２は回転シャフトに取り付けられ、ＥＣＵ１３０からの信号に従ってコンプレッサ１１１の回転をアシストする。

タービン１１３にはＶＮ（バリアブルノズル）１１４が取り付けられる。ＶＮ１１４はＥＣＵ１３０からの信号に従いノズル（図示しない）の角度を変える。これによりＶＮ１１４はタービンインペラ（図示しない）に流入する気体の流れを調節し、タービン１１３の出力を制御する。

第１の吸気管１５５は、エンジン１２０のヘッドカバー１２２及びクランクケース（図示しない）から延びるブローバイガス管１６０に接続する。ヘッドカバー１２２及びクランクケースのブローバイガス排出部１２３からはブローバイガスが排出される。ブローバイガス管１６０はブローバイガスをヘッドカバー１２２及びクランクケースから第１の吸気管１５５に還流する。ブローバイガス管１６０には開閉弁（ブローバイシャットオフバルブ）１６１が設けられ、ＥＣＵ１３０からの信号に従ってブローバイガスの還流を制御する。

タービン１１３を回転させた排気は、第２の排気管１４３に流入する。第１の吸気管１５５と第２の排気管１４３はＥＧＲ管１７０により接続される。ＥＧＲ管１７０は排気を第１の吸気管１５５に流入させ排気再循環を行う。ＥＧＲ管１７０にはＥＧＲ弁１７１が設けられ、ＥＣＵ１３０からの信号に従って排気再循環を制御する。

ブローバイガス管１６０の開閉弁１６１から第１の吸気管１５５までの部位には、第２の吸気管１５４から分岐されるブロー管１８０が接続される。ブロー管１８０にはブローバルブ１８１が設けられ、ＥＣＵ１３０からの信号に従って第２の吸気管１５４からブローバイガス管１６０への気体の流れを制御する。開閉弁１６１の上流側近傍にはフィルタ１６２が設けられる。フィルタ１６２は通過する異物を分粒あるいは粉砕する。これにより吸気管に異物が流入することを防止することができる。

ブローバイガス管１６０の開閉弁１６１から第１の吸気管１５５までの部位、及びＥＧＲ管１７０のＥＧＲ弁１７１から第１の吸気管１５５までの部位には、ドレーン１９０が接続される。ドレーン１９０はそれぞれの弁に蓄積された水や汚れを管外に排出する。

第１の吸気管１５５にはＥＣＵ１３０に接続される吸気圧センサ１５８が取り付けられる。吸気圧センサ１５８は第１の吸気管１５５内部の気体の圧力を測定し、ＥＣＵ１３０に伝達する。

エンジン１２０はＥＣＵ１３０により燃料噴射量等を制御されて燃料を燃焼する。燃焼により生じた排気ガスは第１の排気管１４２、タービン１１３、及び第２の排気管１４３を介し触媒１４４に達して浄化された後、第３の排気管１４３を経て大気に放出される。

次に図２を用いて過給システムによるブローバイガス管１６０等における水等の除去処理について説明する。

エンジン１２０の動作を停止させるためユーザがイグニッションスイッチ（図示しない）をオフにしたとき、この処理がＥＣＵ１３０においてステップＳ２０１から開始する。このとき、まだエンジン１２０は停止していない。

ステップＳ２０２では、電動アシストモータ１１２が駆動される。過給機１１０は、電動アシストモータ１１２によりサージが発生する回転数まで回転させられる。ステップＳ２０３において、圧力センサ１５８から送られる圧力のデータを用いて過給機１１０でサージが発生しているかどうかが判断される。サージが発生していないとき、処理はステップＳ２０２に戻され、再度電動アシストモータ１１２を駆動する。これにより過給機１１０は確実にサージを発生する。

サージが発生しているとき処理はステップＳ２０４へ移る。ステップＳ２０４では、開閉弁（ブローバイシャットオフバルブ）１６１及びＥＧＲ弁１７１が閉じられ、ブローバルブ１８１が開けられる。

サージが発生すると、サージによる圧力変動が第１の吸気管１５５、ブローバイガス管１６０、ＥＧＲ管１７０、及びタービン１１３に伝播し、これらが振動する。第１の吸気管１５５、ブローバイガス管１６０、ＥＧＲ管１７０の管内に付着している水及び汚れは、この振動及び空気の脈動によりふるい落とされる。タービン１１３では、サージによる振動がＶＮ１１４に伝播して、ＶＮ１１４に付着した水及び汚れがふるい落とされる。

ブローバルブ１８１が開けられると、第２の吸気管１５４から圧縮気体がブロー管１８０を通じて開閉弁１６１の近傍に噴射される。この噴射された気体により、開閉弁１６１下流の水及び汚れは第１から第３の吸気管１５５、１５４、１５２を経て燃焼室１２１へ流入し、燃焼される。これにより開閉弁１６１下流の水及び汚れが除去される。

噴射された気体により第１の吸気管１５５へ流入しない水及び汚れは開閉弁１６１近傍に設けられたドレーン１９０に流入してブローバイガス管１６０の外部に排出される。このとき、開閉弁１６１は閉じられているため、噴射された気体及びふるい落とされた水等はブローバイガス管１６０及びＥＧＲ管１７０に逆流しない。

ステップＳ２０５では、エンジン１２０への燃料及び電動アシストモータ１１２への電力がカットされて、エンジン１２０及び補機類の動作が停止する。電動アシストモータ１１２への電力がカットされ、併せてステップＳ２０４でブローバルブ１８１が開けられることによりサージが収束する。サージの発生からエンジン１２０等の停止までの時間は約１〜３秒程度である。

以上のように本実施形態によれば、ブローバイガス管１６０内部の水や汚れが除去されるため、次回過給機１１０が作動したとき、ブローバイガス管１６０から氷や汚れがコンプレッサに流入せず、コンプレッサインペラの破壊を防止することができる。

さらに、ブロー管１８０とブローバイガス管１６０との接続部よりも上流側のブローバイガス管１６０内で発生した付着物は、開閉弁１６１の上流側に設けられたフィルタ１６２を通過するとき、フィルタ１６２により分粒又は粉砕される。これにより、ブロー管１８０から噴射された気体により吹き飛ばされなかった付着物がエンジン１２０始動時に氷となってコンプレッサ１１１へ流入しインペラを破壊することを防止する。

なお、過給機でサージを発生させず、ブロー管から噴射される空気により水又は汚れを第１の吸気管１５５へ流入させても良い。これにより還流管１６０における開閉弁１６１下流の水及び汚れが除去される。

過給機１１４には電動アシストモータ１１２が設けられず、サージは過給機１１４の慣性力により発生するものであっても良い。

また、除去処理はＥＣＵ１３０で実行されなくても良く、他の制御手段により実行されても良い。

サージの発生からエンジン等の停止までの時間は、水等をふるい落とすために要する時間であれば良く、約１〜３秒程度に限定されない。

さらに、フィルタ１６２は開閉弁１６１と一体として設けられても良い。この場合、エンジン始動時に一定期間開閉弁１６１を閉じることにより、ブローバイガス管１６０内の付着物がコンプレッサ１１１のインペラに衝突して破壊することを防止することができる。

開閉弁１６１の近傍に噴射される気体は第２の吸気管１５４から導かれるものでなく、電動ポンプによりエアクリーナ１５６から導かれるものであっても良い。第２の吸気管１５４内の圧力が低下することを防止できる。

過給機はスーパーチャージャであっても良い。このときスーパーチャージャを回転させることによりサージを発生させる。

過給システム及び過給システムが接続されたエンジンの模式図である。 過給システムにおける処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１１０ 過給機
１１１ コンプレッサ
１１２ 電動アシストモータ
１１３ タービン
１１４ ＶＮ
１２０ エンジン
１３０ ＥＣＵ
１４１ 排気マニホールド
１４２ 第１の排気管
１４３ 第２の排気管
１５１ 吸気マニホールド
１５２ 第３の吸気管
１５４ 第２の吸気管
１５５ 第１の吸気管
１６０ ブローバイガス管
１６１ 開閉弁
１６２ フィルタ
１７０ ＥＧＲ管
１７１ ＥＧＲ弁
１８０ ブロー管
１８１ ブローバルブ

Claims (12)

1. 過給器の回転速度を調整して前記過給器にサージを発生させる回転速度制御手段と、
   内燃機関のブローバイガス排出部及び吸気管の間に接続される還流管と、
   前記内燃機関の停止前に前記還流管に送気を行う送気手段とを備え、
   前記送気手段及び前記回転速度制御手段が動作することにより、前記還流管の付着物を前記還流管から前記吸気管を介して前記内燃機関の燃焼室へ流入させる過給システム。
2. 前記回転速度制御手段は前記過給器にサージを発生させることにより、前記吸気管の付着物を取り除く請求項１に記載の過給システム。
3. 前記過給器は前記過給機が有するタービンに設けられる可変ノズルを備え、
   前記回転速度制御手段は前記過給器にサージを発生させ、前記可変ノズルの付着物を取り除く請求項１に記載の過給システム。
4. 前記送気手段は、前記過給機よりも下流側の前記吸気管と前記還流管との間に接続されるブロー管と、前記ブロー管に取り付けられるブローバルブとを備え、
   前記ブローバルブは前記吸気管内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに開放され、前記吸気管から前記還流管へ気体を流出させる請求項１に記載の過給システム。
5. 前記過給機は電動アシストモータを備え、
   前記回転速度制御手段は特定の回転数で前記電動アシストモータを動作させることにより前記過給機にサージを発生させる請求項１に記載の過給システム。
6. 前記回転速度制御手段は、前記内燃機関の排気エネルギーにより前記過給機に回転力を与え、前記過給機の回転による慣性力によって前記過給機にサージを発生させる請求項１に記載の過給システム。
7. 前記過給機はスーパーチャージャであって、
   前記回転速度制御手段は前記スーパーチャージャを特定の回転数で動作させることにより前記過給機にサージを発生させる請求項１に記載の過給システム。
8. 前記吸気管に取り付けられ、吸気管内の気体の圧力を計測する圧力センサをさらに備え、
   前記回転速度制御手段は前記圧力センサから送信された圧力によりサージの発生を検出する請求項１に記載の過給システム。
9. 前記還流管は前記付着物を分粒又は破砕するフィルタをさらに備える請求項１に記載の過給システム。
10. 前記還流管に取り付けられる開閉弁をさらに備え、
    前記開閉弁は前記吸気管から前記排気管への流れを阻止する請求項１に記載の過給システム。
11. 前記開閉弁は前記付着物を分粒又は破砕するフィルタを有する請求項１０に記載の過給システム。
12. 内燃機関のブローバイガス排出部及び吸気管の間に接続される還流管と、
    前記過給機よりも下流側の前記吸気管と前記還流管との間に接続されるブロー管と、
    前記ブロー管に取り付けられるブローバルブとを備え、
    前記ブローバルブは前記吸気管内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに開放され、前記吸気管から前記還流管へ気体を流出させる過給システム。

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