JP2009299477A - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスから燃料成分を分離する効率を低下させることなく内燃機関の燃費悪化を抑えることができる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１のブローバイガスを吸気通路７に導入するためのブローバイガス導入通路１１と、ブローバイガス導入通路１１に設けられた羽根車１９の回転によってブローバイガスから燃料成分を分離する分離部１３と、内燃機関１の動力を利用して羽根車１９を回転駆動できる駆動部２９と、を備え、駆動部２９は、内燃機関１から羽根車１９までの動力伝達経路に設けられて内燃機関１から羽根車１９への動力伝達を断続するクラッチ部３５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関で発生するブローバイガスから燃料成分を分離する内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。

内燃機関のブローバイガス処理装置として、内燃機関のカム軸に連結されて一体回転する回転体をブローバイガス導入通路内に配置し、ブローバイガスを強制的に旋回攪拌させることによって、ガス成分よりも質量の大きい燃料成分を遠心力でブローバイガスから分離したものが知られている（特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。

特開平６−２６３２０号公報 特開平４−２３４５１２号公報 特開２００７−２６３０６６号公報 特開２００５−１１３７９９号公報 実開平５−３６０１２号公報

上述した特許文献１の装置では、内燃機関のトルクがカム軸を介して回転体に常時伝達されるため、回転体を強制的に回転させる必要性とは無関係に内燃機関と連動して回転体が駆動され続ける。そのため、内燃機関のフリクションロスが増加して燃費が悪化するおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の燃費悪化を抑えつつブローバイガスから燃料成分を効率的に分離することができる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明のブローバイガス処理装置は、内燃機関のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス導入通路と、前記ブローバイガス導入通路に設けられた回転体の回転によってブローバイガスから燃料成分を分離する分離部と、前記内燃機関の動力を利用して前記回転体を回転駆動できる駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記内燃機関から前記回転体までの動力伝達経路に設けられて前記内燃機関から前記回転体への動力伝達を断続するクラッチ手段を有することにより上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明のブローバイガス処理装置によれば、クラッチ手段によって内燃機関から回転体への動力伝達を断続できるため、回転体を強制的に回転させる必要性を考慮して回転体を駆動することができる。即ち、こうした強制的な回転が不要な場合には回転体への動力伝達を遮断することができるし、逆に強制的な回転が必要ならば回転体への動力伝達を成立させることもできる。従って、クラッチ手段を適宜操作することにより回転体の余分な駆動を制限することができるため、回転体を常時駆動する場合に比べて内燃機関のフリクションロスを低減することができる。これにより、内燃機関の燃費悪化を抑えることができる。また、必要に応じて回転体を強制的に回転させることにより燃料成分の分離効率を促進できるから、ブローバイガスからの燃料成分の効率的な分離が可能になる。

本発明の一形態において、前記分離部は、当該分離部から導出されるブローバイガスの圧力が前記分離部に導入されるブローバイガスの圧力よりも高くなるように構成され、前記ブローバイガス導入通路における前記分離部よりも下流には、ブローバイガスから燃料成分を分離することができ、かつブローバイガスの流速が大きくなるほどブローバイガスから分離される燃料成分の量が増加するようなサイクロン部が設けられてもよい（請求項２）。

この形態によれば、分離部の下流にサイクロン部を設けているので、分離部から導出されたブローバイガスがサイクロン部に導かれる。分離部から導出されるブローバイガスの圧力が分離部に導入されるブローバイガスの圧力よりも高くなるように分離部が構成されているので、サイクロン部を分離部の上流に設ける場合よりもサイクロン部に導かれるブローバイガスの流速が大きくなる。よって、サイクロン部で分離される燃料成分の量を増加させることができる。従って、ブローバイガスから燃料成分を分離する効率を高めることができる。

上記形態において、前記分離部を迂回して前記サイクロン部にブローバイガスを導くためのバイパス通路と、前記分離部を介して前記サイクロン部にブローバイガスを導く分離位置と、前記バイパス通路を介して前記サイクロン部にブローバイガスを導くバイパス位置とに切り替え可能な流路切替手段と、前記クラッチ手段が前記内燃機関から前記回転体への動力伝達を遮断した場合に前記分離位置から前記バイパス位置に切り替わるように前記流路切替手段を制御する切替制御手段とが設けられてもよい（請求項３）。

クラッチ手段が内燃機関から回転体への動力伝達を遮断した状態で分離部にブローバイガスが流れると、ブローバイガスの運動エネルギの一部が回転体の回転に奪われる。この形態によれば、切替制御手段が分離位置からバイパス位置に切り替わるように流路切替手段を制御しているので、ブローバイガスをサイクロン部のみに流すことができる。これにより、ブローバイガスの運動エネルギが回転体の回転に奪われることなくサイクロン部にブローバイガスを導くことができる。つまり、ブローバイガスの流速が分離部で低下することがない。このため、ブローバイガスの流速を維持した状態でサイクロン部にブローバイガスが導かれる。よって、分離部を介してサイクロン部にブローバイガスを導く場合よりも、サイクロン部でのブローバイガスから燃料成分を分離する効率を高めることができる。

本発明の一形態において、前記駆動手段は、前記クラッチ手段を介して前記回転体と一体回転可能に連結されたバランスシャフトを備えてもよい（請求項４）。バランスシャフトは、通常、内燃機関のクランク軸と同回転数か２倍の回転数で回転するように設定されている。この形態によれば、回転体がバランスシャフトと一体回転可能に連結されているので、回転体をクランク軸と一体回転可能に連結させる場合よりも回転体の回転数を高くできるから、燃料成分を分離する効率を向上させることができる。

以上に説明したように、本発明のブローバイガス処理装置によれば、クラッチ手段によって内燃機関から回転体への動力伝達を断続できるため、回転体を強制的に回転させる必要性を考慮して回転体を駆動することができる。従って、クラッチ手段を適宜操作することにより回転体の余分な駆動を制限することができるため、回転体を常時駆動する場合に比べて内燃機関のフリクションロスを低減することができる。これにより、内燃機関の燃費悪化を抑えることができる。また、必要に応じて回転体を強制的に回転させることにより燃料成分の分離効率を促進できるから、ブローバイガスからの燃料成分の効率的な分離が可能になる。

図１は本発明の一形態に係るブローバイガス処理装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は車両に走行用動力源として搭載されている。エンジン１は４つ（図では一つ）の気筒２がシリンダブロック３に一方向に並べられた直列４気筒型の火花点火型のエンジンとして構成されている。各気筒２には往復動自在にピストン４が挿入されている。ピストン４の往復運動は不図示のコンロッドを介してクランク軸５に伝達される。エンジン１には、クランク軸５の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ６と、各気筒２に吸気を導くための吸気通路７とが設けられている。吸気通路７は、各気筒２に吸気を分配するための吸気マニホールド８を備えており、吸気マニホールド８には、その内部の吸気の圧力に対応した信号を出力する吸気圧センサ９が設けられている。

エンジン１には、各気筒２からクランク室１０に漏れたブローバイガスを吸気通路７に導入するブローバイガス導入通路１１と、クランク室１０内の圧力に対応した信号を出力するクランク圧力センサ１２とが設けられている。ブローバイガス導入通路１１は、吸気マニホールド８よりも上流に接続されている。ブローバイガス導入通路１１には、ブローバイガスから燃料成分を分離する分離部１３及びサイクロン部１４が設けられている。分離部１３の詳細な説明については後述する。サイクロン部１４は、分離部１３よりも下流に設けられている。サイクロン部１４は、ブローバイガスを内部で旋回させる構造を持っていて、その内部に導かれるブローバイガスの流速が大きくなるほどブローバイガスから分離される燃料成分の量が増加するように構成されている。分離部１３及びサイクロン部１４で分離された燃料成分はオイル戻し通路１５を介してオイルパン１６に導かれる。ブローバイガス導入通路１１には、分離部１３を迂回してサイクロン部１４にブローバイガスを導くためのバイパス通路１７が設けられている。バイパス通路１７の上流側の端部には、分離部１３を介してサイクロン部１４にブローバイガスを導く分離位置と、バイパス通路１７を介してサイクロン部１４にブローバイガスを導くバイパス位置とに切り替え可能な流路切替手段としての三方弁１８が設けられている。

次に、図２及び図３を参照して分離部について説明する。分離部１３は、回転軸線Ａｘの回りに回転する回転体としての羽根車１９（図２）と、羽根車１９を収容するための羽根車室２０（図３）とを備えている。図２に示すように、羽根車１９は、円板状に形成された支持部材２１と、支持部材２１と対向する位置に配置されて円環状に形成された円環部材２２と、支持部材２１と円環部材２２との間に設けられた複数のブレード部２３と、支持部材２１の一方の側に設けられた回転軸２４とを備えている。支持部材２１と円環部材２２との外径は同程度の大きさに設定されている。ブレード部２３は、円環部材２２の半径方向に対して所定角度傾けられた状態で、円環部材２２の周方向に沿って略等間隔で配置されている。これにより、羽根車１９が回転することで回転軸線Ａｘと直交する方向に空気流を生じさせることができる。回転軸２４は、回転軸線Ａｘ上に配置されている。図３に示すように、羽根車室２０は、羽根車１９を収容する本体２５と、ブローバイガスを本体２５に導くためのガス入口部２６と、本体２５からのブローバイガスが導かれるガス出口部２７と、羽根車１９の回転によってブローバイガスから分離された燃料成分を排出するための排出部２８とを備えている。本体２５は、その内部に羽根車１９が収容されたときに、羽根車１９と幾らかの隙間が生じるような大きさに形成されている（図４参照）。ガス入口部２６は、羽根車１９が収容されたときに円環部材２２の開口部２２ａと対向する位置に配置されている。また、ガス出口部２７が鉛直上方に、排出部２８が鉛直下方にそれぞれ配置されている。

図１に戻って説明を続ける。羽根車１９は駆動手段としての駆動部２９にて回転駆動されており、その駆動部２９はエンジン１の動力を利用して羽根車１９を回転駆動する。駆動部２９には、クランク軸５とバランスチェーン３０を介して連結されたバランスシャフト３１と、バランスシャフト３１の端部に接続されてクランク室壁３２から外部に突出した第１伝達軸３３と、回転軸２４の端部に接続された第２伝達軸３４と、第１伝達軸３３と第２伝達軸３４との間に介在してエンジン１から回転軸２４への動力伝達を断続するクラッチ手段としてのクラッチ部３５とが設けられている。クラッチ部３５は、第１伝達軸３３と第２伝達軸３４とを結合する結合位置とその結合を解除する解除位置とに切り替え可能なように構成されている。これにより、クラッチ部３５が結合位置にある場合にエンジン１から回転軸２４への動力伝達が成立し、解除位置にある場合にエンジン１から回転軸２４への動力伝達が遮断される。クラッチ部３５が結合位置にある場合には、羽根車１９がバランスシャフト３１と一体回転する。バランスシャフト３１は、バランスチェーン３０が巻き掛けられたスプロケット（不図示）によってクランク軸５の回転数に対して２倍の回転数で回転する。なお、バランスシャフト３１がクランク軸５の回転数に対して同回転数で回転するようにスプロケットを設定してもよい。

次に、羽根車１９の作用について説明する。図４に示すように、ブローバイガスがガス入口部２６から本体２５の内部に導かれると、そのブローバイガスは円環部材２２の開口部２２ａを通って支持部２１で拡散された後ブレード部２３に衝突する。これにより、ブローバイガス中の燃料成分が慣性力によりブレード部２３に付着する。羽根車１９がエンジン１によって強制的に回転駆動されている場合には、ブレード部２３に付着した燃料成分及びブレード部２３に衝突したブローバイガスが、回転軸線Ａｘと直交する方向に加速されて本体２５の内面に衝突する。これにより、衝突したブローバイガス中の燃料成分が慣性力により本体２５の内面に付着する。本体２５の内面に付着した燃料成分は、重力により内面に沿って流れ落ち、排出部２８からオイル戻し通路１５を介してオイルパン１６に導かれる。これにより、ブローバイガスから燃料成分が分離される。一方、本体２５の内面に衝突したブローバイガスは、羽根車１９の回転により加速されて、ガス出口部２７から排出されて分離部１３の下流に導かれる。分離部１３から排出されたブローバイガスの圧力は分離部１３に導かれるブローバイガスの圧力よりも高くなる。従って、ブローバイガスを分離部１３によって強制的に吸気通路７に送り込むことができるため、例えば、クランク室１０内の圧力が吸気通路７の圧力以下となるような場合であっても、クランク室１０内の換気を行うことができる。また、分離部１３は専用の小型ポンプなどに比べて摺動部が比較的少ない構成であるので、こうしたポンプを用いてブローバイガスを換気させる場合よりも内燃機関１のフリクションロスが少なくてすむ。

クラッチ部３５及び三方弁１８の動作は、エンジンコントロールユニット３６（ＥＣＵ）により制御される。ＥＣＵ３６はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成されている。

図５は、ＥＣＵ３６が本発明に関連して実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵのＲＯＭに保持されており適宜に読み出されて所定の間隔で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ３６はステップＳ１において以下の処理で使用する各種情報を取得する。各種情報としては、クランク室１０内の圧力、吸気マニホールド８内の圧力、エンジン１の回転数が用いられる。クランク室１０内の圧力及び吸気マニホールド８内の圧力の取得は、例えば、クランク圧力センサ１２、吸気圧センサ９のそれぞれの出力信号を参照すればよい。また、エンジン１の回転数の取得は、クランク角センサ６の出力信号を参照して得られたクランク角度からエンジン回転数を算出すればよい。

続くステップＳ２では、クラッチ部３５を結合位置から解除位置に切り替える否かを判断するための条件の成否を判定する。この実行条件は、分離部１３の羽根車１９を強制的に回転させる必要性を考慮して適宜定められる。例えば、クラッチ部３５を結合位置から解除位置に切り替えた場合に、以下の所定の要件を全て満たすか否かにより定めることができる。所定の要件としては、羽根車１９を強制的に回転させなくても、ブローバイガスを吸気通路７に十分に導入することができるか否か、ブローバイガスから燃料成分を十分に分離できるか否か、エンジン１が燃費改善効果を得ることができる運転領域にあるか否かである。また、実行条件の成否は、ステップＳ１で取得される情報に基づいて判定される。この判定に関しては、実行条件の判定に必要な情報とステップＳ１で取得されるべき情報との対応関係を記述するマップ又は関係式を予め準備しておけばよい。ステップＳ２で否定判定された場合、ＥＣＵ３６は今回の制御ルーチンを終了する。これにより、ＥＣＵ３６はクラッチ部３５を結合位置に維持するので、エンジン１から回転軸２４への動力伝達が確保される。よって、ブローバイガスから燃料成分を分離する効率が低下することはない。一方、実行条件が成立すると判定された場合、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３６は結合位置から解除位置に切り替わるようにクラッチ部３５を制御する。これにより、エンジン１から回転軸２４への動力伝達が遮断される。よって、羽根車１９の余分な駆動を制限することができるため、羽根車１９を常時駆動する場合に比べて内燃機関１のフリクションロスを低減が低減される。従って、内燃機関１の燃費悪化を抑えることができる。ステップＳ３の処理後は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３６は分離位置からバイパス位置に切り替わるように三方弁１８を制御する。これにより、ブローバイガスをサイクロン部１４のみに流すことができる。よって、ブローバイガスの運動エネルギが羽根車１９の回転に奪われることなく、サイクロン部１４にブローバイガスを導くことができる。つまり、ブローバイガスの流速が分離部１３で低下することがない。このため、ブローバイガスの流速を維持した状態でサイクロン部にブローバイガスが導かれる。従って、分離部１３を介してサイクロン部１４にブローバイガスを導く場合よりもサイクロン部１４でのブローバイガスから燃料成分を分離する効率を高めることができる。ステップＳ４の処理後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、ＥＣＵ３６は、図５のステップＳ３及びステップＳ４を実行することにより切替制御手段として機能する。

本形態のブローバイガス処理装置によれば、分離部１３の下流にサイクロン部１４を設けているので、分離部１３から排出されたブローバイガスがサイクロン部１４に導かれる。また、羽根車１９を強制的に回転駆動することにより分離室１３を通過するブローバイガスが加速されるので、サイクロン部１４を分離部１３の上流に設ける場合よりもサイクロン部１４に導かれるブローバイガスの流速が大きくなる。よって、サイクロン部１４における燃料成分の分離を促進できるため、サイクロン部１４で分離される燃料成分の量を増加させることができる。従って、ブローバイガスから燃料成分を分離する効率を高めることができる。

また、羽根車１９の回転軸２４及びバランスシャフト３１がクラッチ部３５を介して一体回転可能に連結されている。上述したようにバランスシャフト３１はクランク軸５の２倍の回転数で回転する。そのため、羽根車１９の回転軸２４をクランク軸５と一体回転可能に連結させる場合よりも羽根車１９の回転数を高くできるから、燃料成分を分離する効率が向上する。

図６は、分離部１３の第１の変形例を示している。この変形例では、羽根車１９において支持部材２１と円環部材２２とが省略されており、回転軸２４にブレード部２３が接続されている。ブレード部２３は、回転軸２４の周方向に等間隔で配置されている。また、ブレード部２３は、羽根車１９が回転することにより回転軸２４の軸線方向に空気流が生じるように形成されている。羽根車室２０においては、ガス入口部２６が鉛直上方に、ガス出口部２７が回転軸２４の軸線上に設けられている。このように構成された分離部１３は、図２〜４に示した分離部１３と同様の効果を奏することができる。また、この変形例では、ガス入口部２６から導かれたブローバイガスが直接ブレード部２３に衝突するので、ブローバイガスが回転の影響を受けずに分離部１３を通過することを抑制できる。

図７は、分離部１３の第２の変形例を示している。この変形例では、第１の変形例と比べて、ガス入口部２６が羽根車１９を挟んでガス出口部２７と反対側に配置されている。この変形例は、第１の変形例と同様の効果を奏することができる。また、この変形例では、回転中心に近い位置にブローバイガスが導入されるので、ブレード部２３の広い範囲に燃料成分を付着させることができるので燃料成分の分離効率の向上が期待できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。駆動手段として内燃機関１のバランスシャフト３１を利用しているが、駆動手段は内燃機関１の動力を利用して羽根車１９を回転駆動できるものであれば如何なる形態でもよい。例えば、クランク軸５やカム軸などから内燃機関１の動力を取り出すこともできる。切替制御手段は、クラッチ部３５が内燃機関１から羽根車１９への動力伝達を遮断した場合に、分離位置からバイパス位置に切り替わるように三方弁１８を制御する例に限らない。羽根車１９の回転によって奪われるブローバイガスの運動エネルギが少なければ分離位置からバイパス位置に三方弁１８を切替えなくてもよい。

本発明の一形態に係るブローバイガス処理装置が適用された内燃機関を示す図。 羽根車の外観図。 羽根車室の外観図。 分離部の動作を説明するための図。 本発明に関連して実行する制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 分離部の第１の変形例を示す図。 分離部の第２の変形例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
５ クランク軸
７ 吸気通路
１１ ブローバイガス導入通路
１３ 分離部
１４ サイクロン部
１７ バイパス通路
１８ 三方弁（流路切替手段）
１９ 羽根車（回転体）
３１ バランスシャフト（駆動手段）
３５ クラッチ部（クラッチ手段）
３６ エンジンコントロールユニット（切替制御手段）

Claims (4)

1. 内燃機関のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス導入通路と、
   前記ブローバイガス導入通路に設けられた回転体の回転によってブローバイガスから燃料成分を分離する分離部と、
   前記内燃機関の動力を利用して前記回転体を回転駆動できる駆動手段と、を備え、
   前記駆動手段は、前記内燃機関から前記回転体までの動力伝達経路に設けられて前記内燃機関から前記回転体への動力伝達を断続するクラッチ手段を有することを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
2. 前記分離部は、当該分離部から導出されるブローバイガスの圧力が前記分離部に導入されるブローバイガスの圧力よりも高くなるように構成され、
   前記ブローバイガス導入通路における前記分離部よりも下流には、ブローバイガスから燃料成分を分離することができ、かつブローバイガスの流速が大きくなるほどブローバイガスから分離される燃料成分の量が増加するようなサイクロン部が設けられている請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
3. 前記分離部を迂回して前記サイクロン部にブローバイガスを導くためのバイパス通路と、
   前記分離部を介して前記サイクロン部にブローバイガスを導く分離位置と、前記バイパス通路を介して前記サイクロン部にブローバイガスを導くバイパス位置とに切り替え可能な流路切替手段と、
   前記クラッチ手段が前記内燃機関から前記回転体への動力伝達を遮断した場合に前記分離位置から前記バイパス位置に切り替わるように前記流路切替手段を制御する切替制御手段とが設けられた請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
4. 前記駆動手段は、前記クラッチ手段を介して前記回転体と一体回転可能に連結されたバランスシャフトを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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