JP2010112178A - Ventilation system for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャー等による過給式エンジンの換気システムに関し、特にブローバイガス処理システムの一部を構成することになるポジティブ・クランクケース・ベンチレーション・システム(PCVシステム)の換気率向上に着目した技術に関するものである。 The present invention relates to a ventilation system for a supercharged engine using a turbocharger or the like, and particularly focuses on improving the ventilation rate of a positive crankcase ventilation system (PCV system) that constitutes a part of a blow-by gas processing system. Technology.
自然吸気式または無過給式エンジンにおけるPCVシステムは例えば特許文献1に記載されているように公知であり、吸気通路であるインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも下流側位置とエンジンのクランク室(クランクケース)とを連通するブローバイガス還元通路と、インテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブとを備えている。 A PCV system in a naturally aspirated or non-supercharged engine is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-259542. The intake manifold, which is an intake passage, has a position downstream of the throttle valve and a crank chamber (crank) of the engine. A blow-by gas reduction passage that communicates with the case), a fresh air introduction passage that communicates a position upstream of the throttle valve in the intake manifold with the crank chamber, and a PCV valve provided in the blow-by gas reduction passage. I have.
そして、エンジンの低負荷時には、PCVバルブの作用によりエンジン内部が負圧となることから、ロッカカバー等に設けられた新気導入通路を経て新気がクランクケース内に導入され、同時にブローバイガスはクランケース内で新気と混ざり、PCVバルブを経てインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも下流側位置に導かれることになる。また、エンジンの高負荷時には、クランクケース内のブローバイガスが新気導入通路を通しても排出されて、そのブローバイガスはインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも上流側位置に導かれることになる。 When the engine is under a low load, the internal pressure of the engine becomes negative due to the action of the PCV valve, so that fresh air is introduced into the crankcase through the fresh air introduction passage provided in the rocker cover etc. It mixes with fresh air in the clan case, and is guided to a position downstream of the throttle valve in the intake manifold via the PCV valve. Further, when the engine is heavily loaded, blow-by gas in the crankcase is also discharged through the fresh air introduction passage, and the blow-by gas is guided to a position upstream of the throttle valve in the intake manifold.
このような構成は例えばターボチャージャーによる過給式エンジンにおいても基本的に同様であって、過給式エンジンにおけるPCVシステムが特許文献2に開示されている。
従来の換気システムにおいて、先に述べたようなエンジンの高負荷時にはブースト圧が大きくなる(正圧に近付く)ため、PCVバルブを経て排出されるブローバイガスは、エンジンそれ自体から発生するブローバイガスの量よりも少なくなる。それに伴いクランクケース内での換気が緩慢となり、エンジンオイルがブローバイガスによって劣化されることになる。 In the conventional ventilation system, the boost pressure becomes large (approaching the positive pressure) at the time of high engine load as described above. Therefore, the blow-by gas discharged through the PCV valve is a blow-by gas generated from the engine itself. Less than the amount. As a result, ventilation in the crankcase becomes slow, and engine oil is degraded by blow-by gas.
特に過給式エンジンの場合には、自然吸気式または無過給式エンジンに比較して、エンジンの低負荷時においても過給圧の影響でブースト圧が高くなって正圧となるため、クランクケース内に新気が導入されない運転領域が多くなり、結果としてクランクケース内のエンジンオイルがブローバイガスによって一段と劣化されやすくなって好ましくない。 Especially in the case of a supercharged engine, the boost pressure becomes higher and positive pressure due to the supercharging pressure even when the engine is under a low load compared to a naturally aspirated or non-supercharged engine. The operation region where fresh air is not introduced into the case increases, and as a result, the engine oil in the crankcase is more easily deteriorated by blow-by gas, which is not preferable.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に過給式エンジンにおいてクランクケース内でのエンジンオイルの劣化を抑制できるようにした換気システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a ventilation system capable of suppressing deterioration of engine oil in a crankcase particularly in a supercharged engine.
請求項1に記載の発明は、過給式エンジンの吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置とエンジンのクランク室とを連通するブローバイガス還元通路と、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブと、を備えていて、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記ブローバイガス還元通路の少なくとも一部を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a blow-by gas reduction passage that connects a position downstream of the throttle valve in the intake passage of the supercharged engine and the crank chamber of the engine, and an upstream of the throttle valve in the intake passage. A fresh air introduction passage communicating the side position with the crank chamber, and a PCV valve provided in the blow-by gas reduction passage, and a boost pressure at a position downstream of the throttle valve in the intake passage is provided. When positive pressure is reached, fresh air is introduced into the crank chamber through at least a part of the blow-by gas reduction passage.
この場合において、請求項2に記載のように、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブを含むブローバイガス還元通路を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることが構造の簡素化の上で望ましい。
In this case, as described in
より具体的には、請求項3に記載のように、上記PCVバルブには、PCVバルブ本来の流量制御機能とは別に、ブースト圧が正圧となった場合の新気導入用のオリフィスを設けてあるものとする。
More specifically, as described in
または、請求項4に記載のように、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブと並列関係にあるチェックバルブを通してクランク室に新気が導入されるようになっているものとする。
Alternatively, as described in
請求項1に記載の発明によれば、ブースト圧が正圧になった場合でもクランク室には確実に新気が導入されることから、換気効率が向上して、クランクケース内でのエンジンオイルの劣化を抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, since fresh air is reliably introduced into the crank chamber even when the boost pressure becomes positive, the ventilation efficiency is improved, and the engine oil in the crankcase is improved. Can be prevented.
特に請求項2に記載の発明によれば、既存の通路を利用して新気を導入することになるため、構造の簡素化の上で有利となる。
Particularly, according to the invention described in
また、請求項3に記載の発明によれば、既存のPCVバルブにわずかな改良を加えるだけで所期の目的を達成できる利点がある。
Further, according to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、PCVバルブとは別にチェックバルブがあることによって、より確実に且つ安定してクランク室に新気を導入できる利点がある。 According to the fourth aspect of the present invention, there is an advantage that fresh air can be introduced into the crank chamber more reliably and stably by providing the check valve separately from the PCV valve.
図1〜5は本発明に係る換気システムのより具体的な第1の実施の形態を示す図であり、特に図1はエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示し、図2はエンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。 1 to 5 are views showing a more specific first embodiment of the ventilation system according to the present invention. In particular, FIG. 1 shows the flow of blowbar gas and fresh air when the engine is under low load. Shows the flow of blowbar gas and fresh air at high engine loads.
図1では、過給式直列多気筒型エンジンの単一の気筒を便宜的にエンジン1として示し、その吸気通路としての吸気系2には、上流側から順にエアクリーナー3、エアフローメーター4、過給機であるターボチャージャー5の圧縮機インペラー5b、インタークーラー6のほか、スロットルバルブ7をそれぞれ介装してある。他方、エンジン1の排気系8にはターボチャージャー5のタービンインペラー5aを介装してある。
In FIG. 1, a single cylinder of a supercharged in-line multi-cylinder engine is shown as an
そして、周知のように、吸入空気はエアクリーナー3およびエアフローメーター4を経て、エンジン1からの排気により駆動されるターボチャージャー5の圧縮機インペラー5bにより圧縮(過給)された後に後段のインタークーラー6にて冷却され、さらにスロットルバルブ7にて流量調整された上でエンジン1の燃焼室に導入されることになる。なお、エンジン1からの排気の一部がEGRクーラー9を経て吸気系2側に還流される。
As is well known, the intake air is compressed (supercharged) through the
そして、吸気系2のうちスロットルバルブ7よりも下流側位置とエンジン1のクランク室1aとを連通するブローバイガス還元通路10を設けてあるとともに、吸気系2のうちスロットルバルブ7よりも上流側位置、ここでは吸気系2のうちターボチャージャー5の圧縮機インペラー5bよりも上流側位置とクランク室1aとを連通する新気導入通路11を設けてある。
A blow-by
上記ブローバイガス還元通路10には、PCVバルブ12とオイルミストセパレータ13とをPCVバルブ12がスロットルバルブ7側となるように直列に介装してあるとともに、新気導入通路11にも別のオイルミストセパレー14を介装してある。さらに、PCVバルブ12には、PCVバルブ12本来の流量制御機能とは別に、吸気系2の吸気圧であるブースト圧が正圧となった場合の新気導入用のオリフィス24を後述するようにオイルミストセパレータ13側に直列に設けてある。なお、いずれのオイルミストセパレータ13,14もホース接続等によりエンジン1とは独立して設けられる場合のほか、ロッカカバー(シリンダヘッドカバー)と一体に設けられることもある。
A
図3は上記PCVバルブ12の詳細を、図4はそのPCVバルブ12の弁体16の詳細をそれぞれに示し、このPCVバルブ12は、内外周面ともに段付き円筒形状をなす中空状のバルブボディ(ケーシングまたはハウジング)15内にスプール型の弁体16をスライド可能に内挿したもので、バルブボディ15の一方のポート17が吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側に、反対側(他方)のポート18がクランク室1a側(オイルミストセパレータ13側)にそれぞれ繋がることになる。そして、弁体16はバルブボディ15との間に介装した圧縮コイルスプリング19により他方のポート18側に向けて付勢されている。なお、バルブボディ15は長手方向で二分割された二つのピース15a,15b同士を螺合接続したものである。
3 shows details of the
バルブボディ15の内周面のうち軸心方向中央部には段差部をもってスロート部20を形成してある一方、このスロート部20を含むバルブボディ15の内周に挿入される弁体16の外周面は、ポート17側の端部に近い小径部側ほど滑らかな曲率を有しているとともに、それとは反対側の端部に向かって滑らかに且つ漸次直径が大きくなるテーパ形状のものとして形成してある。そのために、吸気系2側のブースト圧が負圧である場合には、その負圧により引っ張られた弁体16がバルブボディ15に対してスライド変位し、そのブースト圧と圧縮コイルスプリング19の弾性力とが釣り合った位置で弁体16が静止することになる。つまり、上記ブースト圧の大きさに応じてスロート部20と弁体16とが相対移動することで両者のなす開度、ひいてはPCVバルブ12を流れるブローバイガスの流量が連続的に可変制御されることになる。なお、バルブボディ15側のポート18と弁体16のうち後述するフランジ部21を除いた部分の最大直径部との間には所定の隙間が確保されていて、この隙間がオリフィス24として機能することになる。
A
PCVバルブ12における弁体16のうちバルブボディ15のポート18側に位置する端部には図4に示すように大径のフランジ部21をその全周に形成してあり、このフランジ部21が弁体16側における圧縮コイルスプリング19のためのスプリングシート(スプリング受け座)として機能することになる。また、フランジ部21にはバルブボディ15のポート18側に向かって突出する複数の円筒状の突起部22を円周方向で等ピッチで形成してあり、この突起部22がバルブボディ15の内周面のうちポート18に近い縦壁面23に当接することで、突起部22自体が圧縮コイルスプリング19による弁体16の付勢方向での位置を規制するストッパー部として機能することになる。
As shown in FIG. 4, a large-
そして、上記のように弁体16側の突起部22が縦壁面23に当接した場合でも、フランジ部21と縦壁面23との間には突起部22の高さに相当するところの隙間、すなわちオリフィス24に連通する所定大きさの隙間Gが確保されている。これにより、弁体16が圧縮コイルスプリング19の弾性力によりストローク限界位置までスライド変位して、フランジ部21側の突起部22が縦壁面23に着座したとしても、スロート部20はもちろんのこと、隙間Gに連通するオリフィス24においても所定の開度が確保されている。
Even when the
図5は、吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側のブースト圧とブローバイガス等の流量との関係を示したもので、符号Aはブローバイガスの発生量を、符号Bはブローバイガス還元通路10側のオイルミストセパレータ13でのブローバイガス等の流量特性を、符号Cは新気導入通路11側のオイルミストセパレータ14でのブローバイガス等の流量特性をそれぞれ示している。なお、図5では、ブースト圧が負圧となってその度合いが大きい左側が低負荷側となり、反対にブースト圧が正圧となってその度合いが大きい右側ほど高負荷側となっている。
FIG. 5 shows the relationship between the boost pressure on the downstream side of the
そして、図1に示したブローバイガス還元通路10において、PCVバルブ12はオイルミストセパレータ13と直列に配置されていることから、オリフィス24を含むPCVバルブ12のブースト圧−ブローバイガス流量特性としては、図5の符号Bで示す特性とほぼ同等のものとなるように予め調整してある。
Since the
このように構成された換気システムによれば、図1,5に示すように、エンジン1の低負荷時、すなわち図5の領域P1においては、吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側の圧力である吸気圧、すなわちブースト圧が負圧であって、且つその負圧の度合いが大きいため、図3に示したPCVバルブ12では、その負圧のために弁体16が同図の左方向に大きく引っ張られ、スロート部20と弁体16との間の隙間(開度)は小さいものとなる。したがって、図5の領域P1では、図1のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側に排出(還元)されるブローバイガス流量も比較的小さいものとなるとともに、ブローバイガス発生量そのものも他の領域に比べて相対的に小さいものとなる。
According to the ventilation system configured as described above, as shown in FIGS. 1 and 5, when the
そして、図5の領域P1では、符号Aで示すブローバイガス発生量よりもブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13やPCVバルブ12を通して吸気系2側に排出される符号Bのブローバイガス流量の方が大きいことから、両者の流量差がクランク室1aへの新気導入量となる。そのため、図1に示すように、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通しての吸気系2側へのブローバイガスの排出と並行して、新気導入通路11を通してクランク室1aに新気が導入されて、そのクランク室1aが換気されることになる。
In the area P1 of FIG. 5, the flow rate of the blow-by gas flow indicated by reference sign B discharged to the
ここで、新気導入通路11を通してクランク室1aに導入される新気はオイルミストセパレータ14を通過することから、図5の領域P1においては符号Cで示すオイルミストセパレータ14の流量特性は本来であれば「正(+)」のものとなるが、後述するように新気導入通路11を通して吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側に排気されるブローバイガス流量を「正(+)」としてあるので、図5の領域P1では符号Cで示す特性は「負(−)」となっている。
Here, since the fresh air introduced into the
さらに、エンジン1の負荷が高くなる図5の領域P2では、ブースト圧が徐々に正圧に近付くことから、図3のPCVバルブ12では弁体16が先の場合よりも右側にスライド変位し、スロート部20での開度が大きくなる。そのため、符号Aで示すブローバイガス発生量の増加とともに、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側へ排出される符号Bのブローバイガス流量、および新気導入通路11からの新気導入量も増加することになる。
Further, in the region P2 of FIG. 5 where the load of the
そして、図5のブースト圧が正圧に限りなく近付く正圧直前位置では、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側へ排出される符号Bのブローバイガス流量は符号Aで示すブローバイガス発生量よりも少なくなり、それとともに新気導入通路11からのクランク室1aへの符号Cで示す新気導入量も少なくなり、やがては図2に示すようにその新気導入通路11からもブローバイガスが吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側へと排気されるようになる。
Then, at the position immediately before the positive pressure where the boost pressure in FIG. 5 approaches the positive pressure as much as possible, the blow-by gas flow rate of the symbol B discharged to the
エンジン1の負荷がさらに大きくなって、図5のブースト圧が図1に示したターボチャージャー5の過給圧の影響で正圧に転じる領域P3では、図3のPCVバルブ12はその弁体16が圧縮コイルスプリング19の弾性力に加えてブースト圧を受けて同図の右方向にスライド変位し、同図に示すように弁体16側の突起部22が縦壁面23に着座することになる。この状態ではスロート部20での開度が最大になるとともに、ポート18側ではオリフィス24に相当する開度が確保されている。
In the region P3 where the load of the
そして、ブースト圧が正圧に転じた以降、すなわち図5の領域P3では、符号Aで示すブローバイガス発生量の増加とともに、オイルミストセパレータ14を含む新気導入通路11を通して吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側へと排出されるブローバイガス流量(符号C)が急激に増加し、さらにブローバイガス還元通路10側のPCVバルブ12やオイルミストセパレータ13でのブローバイガス流量は「負(−)」側に転じることになる。
Then, after the boost pressure has changed to a positive pressure, that is, in the region P3 of FIG. 5, as the blow-by gas generation amount indicated by the symbol A increases, the throttle in the
このブローバイガス還元通路10側でのガス流量が「負(−)」側に転じることは、スロットルバルブ7の下流側の新気がPCVバルブ12やオイルミストセパレータ13を通してクランク室1a側へと逆流していて、積極的にクランク室1a側に新気が導入されていることを意味する。すなわち、図5の領域P3では、符号Aで示すブローバイガス発生量よりも新気導入通路11を通しての符号Cで示すブローバイガス排出量が多くなっていて、両者の流量差がブローバイガス還元通路10を通しての新気導入量となる。つまり、図3のPCVバルブ12は、弁体16が同図の位置にありながら、オリフィス24およびスロート部20と弁体16との間に隙間を通してクランク室1a側への新気の導入を積極的に許容することになる。
The fact that the gas flow rate on the blow-by
したがって、図5に示したようにブースト圧が正圧に転じた以降の領域P3においても、クランク室1aに積極的に新気を導入して換気を行うことができることから、従前と比較してクランク室1aの換気率が大幅に向上し、ブローバイガスによるエンジンオイルの劣化を抑制することが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 5, even in the region P3 after the boost pressure has changed to a positive pressure, it is possible to actively introduce fresh air into the
ここで、上記第1の実施の形態では、図3に示すようにオリフィス24の機能をPCVバルブ12内に設けているが、従来から公知のPCVバルブとオリフィス部材と互いに独立させておき、両者を直列に設けるようにしても同様の機能が発揮される。ただし、部品点数の削減および構造の簡素化の上では図3の構造の方が望ましい。
Here, in the first embodiment, the function of the
図6,7は本発明の第2の実施の形態を示し、先の図1,2と共通する部分には同一符号を付してある。すなわち、図6はエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示し、図7はエンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。 6 and 7 show a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the parts common to FIGS. That is, FIG. 6 shows the flow of blow bar gas and fresh air when the engine is under low load, and FIG. 7 shows the flow of blow bar gas and fresh air when the engine is under high load.
この第2の実施の形態では、図1,2および図3のPCVバルブ12に代えて従来から公知のPCVバルブ25を採用し、そのPCVバルブ25と並列にチェックバルブ27を介装したものである。なお、従来から公知のPCVバルブ25とは、図4の構造においてオリフィス24の機能を有していないタイプのものを言う。
In the second embodiment, a conventionally known
すなわち、図6に示すように、吸気系2のうちスロットルバルブ7の下流位置に対してブローバイガス還元通路10が分岐または合流しているものであるが、同等位置から分岐または合流するバイパス通路26を設け、そのバイパス通路26にチェックバルブ27を設けるとともに、バイパス通路26の他端をオイルミストセパレータ13に接続したものである。
That is, as shown in FIG. 6, the blow-by
この第2の実施の形態によれば、図6に示すようにエンジンの低負荷時においては、吸気系2側のブースト圧が負圧となっているため、オイルミストセパレータ13やPCVバルブ25を有するブローバイガス還流通路10が本来の機能を発揮し、チェックバルブ27を有するバイパス通路26は何ら機能しない。
According to the second embodiment, as shown in FIG. 6, when the engine is under a low load, the boost pressure on the
その一方、図7に示すように、エンジン1の負荷が高くなって吸気系2側のブースト圧が正圧になると、バイパス通路26のチェックバルブ27が開いて、図3のPCVバルブ12におけるオリフィス24と同様に、チェックバルブ27が新気の導入を積極的許容するようになり、結果としてこの第2の実施の形態においても先の第1の実施の形態と同様の機能が発揮されることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the load on the
図8は本発明の第3の実施の形態を示し、図6と同様のエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。 FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention, and shows the flow of blow bar gas and fresh air at the time of low engine load similar to FIG.
この第3の実施の形態では、図8に示すように、チェックバルブ27を有するバイパス通路26を、オイルミストセパレータ13ではなく、エンジン1のクランク室1aに直接接続したものである。
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, a
この場合にも、第2の実施の形態と同様の機能が発揮されるものであることは言うまでもない。 Also in this case, it goes without saying that the same function as in the second embodiment is exhibited.
1…エンジン
1a…クランク室
2…吸気系(吸気通路)
5…ターボチャージャー(過給機)
7…スロットルバルブ
10…ブローバイガス還元通路
11…新気導入通路
12…PCVバルブ
24…オリフィス
26…バイパス通路
27…チェックバルブ
DESCRIPTION OF
5 ... Turbocharger (supercharger)
7 ...
Claims (4)
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、
上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブと、
を備えていて、
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記ブローバイガス還元通路の少なくとも一部を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とするエンジンの換気システム。 A blow-by gas reduction passage that communicates a position downstream of the throttle valve in the intake passage of the supercharged engine and the crank chamber of the engine;
A fresh air introduction passage communicating the position upstream of the throttle valve in the intake passage and the crank chamber;
A PCV valve provided in the blow-by gas reduction passage;
With
When the boost pressure downstream of the throttle valve in the intake passage becomes a positive pressure, fresh air is introduced into the crank chamber through at least a part of the blow-by gas reduction passage. Features an engine ventilation system.
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