JP2011236854A - ブローバイガス還流装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 調整弁がブローバイガス通路から脱離した際に、吸気系の吸気量を増大させることができるブローバイガス還流装置を提供する。
【解決手段】 ブローバイガス還流装置50は、エンジン10に形成されたブローバイ通路55,32と、PCVバルブ52と、ブローバイホース53とを備える。PCVバルブは、チャンバに連続する流入口74と、ブローバイホースに連続する流出口91とを有するバルブ通路93を備えたバルブハウジング61と、バルブ通路に形成された弁座75に着座可能に設けられた弁体62とを有する。バルブハウジングは、バルブ通路の弁座と流出口との間の部分とバルブハウジングの外面とを連通するバイパス通路89を備えている。バイパス通路のバルブハウジングの外面側における開口端は、バルブハウジングが機関本体部に取り付けられた状態で、機関本体部によって閉塞される。
【選択図】 図4

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガス還流装置に係り、詳しくはブローバイガスの流量を調整する調整弁(PCVバルブ)の構造に関する。
従来、内燃機関のブローバイガスを吸気系に還流させるブローバイガス還流装置において、内燃機関の機関本体部(シリンダブロック、シリンダヘッド、シリンダヘッドカバー等)に形成されたブローバイガス通路と吸気系配管とを連通するガス還流ホースの脱離(外れ)を検出し、ブローバイガスの漏洩を防止するようにしたものがある(例えば、特許文献1)。このブローバイガス還流装置では、ガス還流ホースが脱離した際に開放されたガス還流ホースの開口端を通して吸入される外気に起因する吸気系の吸気量等を検出し、ガス還流ホースの脱離を検出している。このようなブローバイガス還流装置において、ガス還流ホースの開口端に切欠部を設け、ガス還流ホースが脱離した際に開口端が全周にわたって機関本体部の外面に吸着できないようにし、吸気量がより確実に増大するようにしたブローバイガス還流装置がある(例えば、特許文献2)。
特開平10−184335号公報 特開2002−213226号公報
従来のブローバイガス還流装置では、ブローバイガス通路とガス還流ホースとの間にブローバイガスの流量を調整するために調整弁(PCVバルブ)が設けられているものがある。調整弁は、ガス還流ホース(吸気系)側の内圧がブローバイガス通路(クランクケース)側の内圧に対して所定値よりも低くなった場合に開き、ブローバイガスの通過を許容する。このような調整弁とガス還流ホースとの接続状態が維持されたまま、調整弁がブローバイガス通路から脱離した場合には、調整弁が障害となって、吸気量の増加が阻害される。そのため、ガス還流ホースおよび調整弁がブローバイガス通路から脱離したことを検出できない虞がある。
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、調整弁がブローバイガス通路から脱離した際に、吸気系の吸気量を増大させることができるブローバイガス還流装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関(10)の機関本体部(15)に形成されたブローバイガス通路(55,32)と、前記ブローバイガス通路に連続するブローバイガス流量調整弁(52)と、前記ブローバイガス流量調整弁に一端が連続するとともに、他端が前記内燃機関の吸気系(16)に連続するブローバイガス還流路(53)とを備え、前記ブローバイガス流量調整弁が、前記ブローバイガス通路に連続する流入口(74)と、前記ブローバイガス還流路に連続する流出口(91)と、前記流入口および前記流出口を連通するバルブ通路(93)を備え、前記機関本体部に取り付けられるバルブハウジング(61)と、前記バルブ通路に形成された弁座(75)に着座可能に設けられ、前記バルブ通路を開閉する弁体(62)とを有するブローバイガス還流装置(50)であって、前記バルブハウジングは、前記バルブ通路の前記弁座と前記流出口との間の部分と前記バルブハウジングの外面とを連通するバイパス通路(89)を備え、前記バイパス通路の前記バルブハウジングの外面側における開口端は、前記バルブハウジングが前記機関本体部に取り付けられた状態で、前記機関本体部によって閉塞される一方、前記バルブハウジングが前記機関本体部から脱離した状態で開放されることを特徴とする。ここで、機関本体部には、シリンダブロックやシリンダヘッド、シリンダヘッドカバー等の内燃機関の本体部を構成する部材が含まれる。
この構成によれば、ブローバイガス流量調整弁が機関本体部から脱離した際に、バイパス通路が開かれ、吸気系の負圧によって外気がバイパス通路を通過して吸気系へと流入する。そのため、ブローバイガス流量調整弁が機関本体部から脱離した際に吸気系の吸気量を増大させることができる。吸気量の増大を検出することによって、ブローバイガス流量調整弁の機関本体部からの脱離を検出することができる。
本発明の他の側面は、前記機関本体部は、前記ブローバイガス通路に連通するとともに、前記バルブハウジングが嵌合可能な嵌合孔(58)を備え、前記バイパス通路の前記バルブハウジングの外面側における開口端は、前記バルブハウジングが前記嵌合孔に嵌合した状態で、前記嵌合孔の孔壁によって閉塞されることを特徴とする。
この構成によれば、ブローバイガス流量調整弁を機関本体部に取り付ける際に、容易かつ確実にバイパス通路を閉塞することができる。
本発明の他の側面は、前記バルブハウジングは、前記バルブハウジングが前記嵌合孔に嵌合した状態で、前記機関本体部に締結される締結部(85)を備えることを特徴とする。
この構成によれば、ブローバイガス流量調整弁を機関本体部に取り付ける際に、容易かつ確実にバイパス通路を閉塞することができる。
本発明の他の側面は、前記ブローバイガス還流路は、前記バルブハウジングの前記流出口に着脱不能に連結されていることを特徴とする。
この構成によれば、ブローバイガス流量調整弁とブローバイガス還流路とは、常に接続された状態に維持され、ブローバイガス通路から脱離する際には、ブローバイガス通路とブローバイガス流量調整弁との接続部から分離する。そのため、バイパス通路を通して外気が吸気系へと確実に流入する。また、ブローバイガス流量調整弁とブローバイガス還流路との接続部からの外気の流入を確実に阻止することができ、還流するブローバイガス量の減少を防止することができる。
本発明の他の側面は、前記ブローバイガス流量調整弁は、前記流出口側を所定の負圧とし、前記流入口および前記バイパス通路の外部を所定の正圧とした場合において、前記バイパス通路を閉塞し、かつ前記弁体を最大開度位置に配置した場合に、前記流入口から前記流出口へと流れる流体の流量よりも、前記流入口を閉塞し、かつ前記バイパス通路を開いた場合に、前記バイパス通路から前記流出口へと流れる流体の流量が大きくなるように、バイパス通路の流路断面積が設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、ブローバイガス流量調整弁がブローバイガス通路から脱離した際に、吸気系へと流入する吸気量を確実に増大させることができる。
以上の構成によれば、ブローバイガス還流装置は、調整弁がブローバイガス通路から脱離した際に、吸気量を増大させることができる。
内燃機関の模式図 PCVバルブの斜視図 図2のIII−III断面図 PCVバルブのヘッドカバーへの取付構造を示す断面図
以下、図面を参照して、本発明のブローバイガス還流装置を自動車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態について詳細に説明する。
<内燃機関の全体構成>
図1に示すように、自動車用ガソリンエンジン(内燃機関)10は、シリンダブロック11、シリンダヘッド12、シリンダヘッドカバー13、オイルパン14からなる機関本体15と、シリンダヘッド12に連結された吸気系16および排気系17とを主要構成要素として備えている。
シリンダブロック11の上部にはピストン19が摺動可能に収容されたシリンダ20が形成され、下部にはクランクケース21が形成されている。クランクケース21には、ピストン19とコンロッド22によって連結されたクランクシャフト23が回転可能に支持されている。クランクケース21の下部には、内部にエンジンオイルが貯留されたオイルパン14が取り付けられている。
シリンダヘッド12には、燃焼室25と、燃焼室25に連通する吸気通路26および排気通路27とが形成されている。燃焼室25と吸気通路26および排気通路27との間には、カム軸28,29によって開閉駆動される吸気弁30および排気弁31が設けられている。シリンダヘッド12の上部にはシリンダヘッドカバー13が取り付けられ、シリンダヘッド12とシリンダヘッドカバー13とによってチャンバ32が画成されている。
吸気系16は、上流側からエアインレット35、エアフィルタ36、吸気管37、スロットルバルブ38、サージタンク39、吸気マニホルド40を備えており、吸気マニホルド40がシリンダヘッド12に連結されている。また、吸気管37には、スロットルバルブ38を迂回してサージタンク39に直接連続するアイドルバイパス通路41が設けられている。アイドルバイパス通路41には、アイドル時のエンジンの回転数を所定回転数に制御するISC(Idle Speed control:アイドル回転数制御)バルブ42が設けられている。吸気管37のエアフィルタ36の直下流に位置する部分には、チャンバ32に連通する換気通路44が設けられている。
排気系17は、シリンダヘッド12に連結され、排気通路27に連続する排気マニホルド47を備え、その下流に図示しない三元触媒コンバータ、マフラー等が連続している。
<ブローバイガス還流装置>
ブローバイガス還流装置50は、ブローバイガス通路51と、PCVバルブ(ブローバイガス流量調整弁)52と、ブローバイホース(ブローバイガス還流路)53とを主要構成要素としている。ブローバイガス通路51は、シリンダブロック11およびシリンダヘッド12に形成され、クランクケース21とチャンバ32とを連通する連通路55と、チャンバ32とによって構成されている。
PCVバルブ52は、差圧駆動式の流量調整弁であって、シリンダヘッドカバー13の上部に形成された嵌合孔58に嵌合され、一端がチャンバ32内に突入している。ブローバイホース53は、その一端がPCVバルブ52の他端に連続し、その他端がサージタンク39に連続している。このようにして、クランクケース21内に漏出したブローバイガスは、連通路55、チャンバ32、PCVバルブ52、ブローバイホース53を順に通過して吸気系16のサージタンク39に還流される。
<PCVバルブ>
図2および3に示すように、PCVバルブ52は、中空筒状のバルブハウジング61と、バルブハウジング61内に保持された弁体62および圧縮コイルばね63とを備えている。バルブハウジング61および弁体62は、金属材料や樹脂材料等の公知の材料を適用することができ、本実施形態ではバルブハウジング61と弁体62との衝突音を低減するべく、それぞれ樹脂材料から形成されている。
バルブハウジング61は、第1ハウジング64および第2ハウジング65を組み合わせて形成されている。第1ハウジング64は、外径および内径が異なる大径円筒部67および小径円筒部68が同軸に連続した段付円筒部材である。大径円筒部67および小径円筒部68の外周部における連続部分には、軸線方向に対して傾斜した面を有する外周段部69が形成されており、大径円筒部67および小径円筒部68の内周部における連続部分には、軸線方向に対して直交する面を有する内周段部70が形成されている。第1ハウジング64は、小径円筒部68側の端部が端壁71によって閉塞され、大径円筒部67側の端部に開口部72を有する有底筒形を呈する。
第1ハウジング64の端壁71の中心部には、第1ハウジング64の軸線方向に沿って貫通する流入孔(流入口)74が形成されている。端壁71の内面側における流入孔74の周縁部分には、弁体62が着座可能な弁座75が凹設されている。
第1ハウジング64の大径円筒部67には、径方向に延在し、内面と外面とを連通する第1ハウジング側貫通孔77が同一円周上に90°間隔で4つ形成されている。また、大径円筒部67の外周部には、円周方向に沿って延在する環状凹溝78が2つ形成されている。2つの環状凹溝78は、軸線方向において第1ハウジング側貫通孔77を挟むように設けられている。2つの環状凹溝78のそれぞれには、シール部材としてのOリング79が嵌着される。また、大径円筒部67の開口部72側の端面には、開口部72を拡径するように開口部72に沿った環状凹溝80が形成されている。環状凹溝80は、シール部材としてのOリング81が嵌着される。
第2ハウジング65は、一端に端壁83を備えるとともに他端が開口した有底円筒形の筒部84と、筒部84の外周面に形成されたフランジ部(締結部)85とを備えている。フランジ部85は、板状を呈し、筒部84の軸線方向における中間部に、軸線方向と直交するように設けられている。また、フランジ部85は、筒部84の径方向における一側に延出した延出部86を有しており、延出部86には筒部84の軸線方向と概ね平行に延在する貫通孔87が形成されている。
筒部84の端壁83が設けられた側の部分は、開口部72を通して大径円筒部67の内周部に嵌着されている。筒部84の大径円筒部67への挿入深さは、フランジ部85が大径円筒部67の開口端面に当接することによって規制されている。筒部84の大径円筒部67に対する固定は、筒部84の大径円筒部67への圧入によって行われている。他の実施形態では、筒部84の外周面に雄ねじを形成し、大径円筒部67の内周面に雌ねじを形成して、両ねじを螺着させてもよく、あるいは筒部84と大径円筒部67とを接着剤によって結合させてもよい。また、振動溶着等によって、フランジ部85と大径円筒部67の開口端面とを溶着させてもよい。筒部84が大径円筒部67に嵌着された状態で、Oリング81は、大径円筒部67、筒部84、フランジ部85に密着し、第1ハウジング64と第2ハウジング65との隙間を封止する。
筒部84の端壁83が設けられた側の外周部には、径方向に延在し、内面と外面とを連通する第2ハウジング側貫通孔88が同一円周上に90°間隔で4つ形成されている。筒部84が大径円筒部67に嵌着された状態で、各第1ハウジング側貫通孔77と各第2ハウジング側貫通孔88とは連続し、第2ハウジング65の内部と第1ハウジング64の外部とを連通するバイパス孔(バイパス通路)89を構成する。
筒部84の端壁83の中心部には、筒部84の軸線方向に沿って貫通する連通孔90が形成されている。筒部84が大径円筒部67に嵌着された状態で、第1ハウジング64の内部と第2ハウジング65の内部とは、連通孔90を介して連通している。
筒部84の端壁83が設けられた側と相反する端部の開口は、バルブハウジング61の流出孔(流出口)91となる。流入孔74から第1ハウジング64の内部、連通孔90、第2ハウジング65の内部を経て流出孔91に到る通路をバルブ通路93という。筒部84の流出孔91側の端部の外周部には、円周方向にわたって円環状の係止爪92が突設されている。
弁体62は、第1ハウジング64と、第2ハウジング65の端壁83とによって画成された空間内に配置され、弁座75に着座可能に配置されている。弁体62には、弁座75に着座した状態で、連通孔90内へと延びる柱状の弁軸94が突設されている。弁軸94は、その外径が連通孔90の内径に比べて小さく、連通孔90に遊嵌している。弁軸94が連通孔90に遊嵌してガイドされているため、弁体62は概ね第1ハウジング64の軸線方向に沿って往復動可能となっている。弁体62と端壁83との間には圧縮コイルばね63が介装され、弁体62は弁座75に着座する方向に付勢されている。
<PCVバルブのシリンダヘッドカバーへの取付構造>
図4に示すように、シリンダヘッドカバー13に形成された嵌合孔58は、シリンダヘッドカバー13の内面および外面(すなわち、チャンバ32とシリンダヘッドカバー13の外部)を連通する貫通孔であって、その内径は第1ハウジング64の大径円筒部67が概ね隙間なく嵌合可能な大きさに形成されている。なお、他の実施形態では、嵌合孔58を段付き孔とし、第1ハウジング64の大径円筒部67および小径円筒部68の外周面に当接するようにしてもよい。
シリンダヘッドカバー13の嵌合孔58の近傍には、嵌合孔58の軸線と概ね平行な軸線を有するねじ孔105が形成されている。
PCVバルブ52は、第1ハウジング64を嵌合孔58に嵌合させ、貫通孔87を通してボルト107をねじ孔105に螺合させることによって、シリンダヘッドカバー13に締結される。第1ハウジング64の嵌合孔58に対する挿入深さは、フランジ部85および延出部86がシリンダヘッドカバー13の外面に当接することによって定まる。第1ハウジング64が嵌合孔58に嵌合した状態で、第1ハウジング64の端壁71が設けられた端部は、嵌合孔58を通過してチャンバ32内に突入する。第1ハウジング64は、嵌合孔58内に概ね隙間なく嵌合している。さらに2つのOリング79が第1ハウジング64の外周部と嵌合孔58の内周部とに密着し、第1ハウジング64と嵌合孔58との間の微小な隙間を封止している。バイパス孔89の外端(第1ハウジング側貫通孔77の外周側開口端)は、嵌合孔58の内壁によって閉塞されている。
PCVバルブ52の筒部84の流出孔91側の端部には、可撓性材料から形成されたブローバイホース53の端部が被せられ、ホースバンド108によって抜け止めがなされている。これにより、ブローバイホース53はPCVバルブ52から脱離不能となっており、ブローバイホース53とPCVバルブ52との接合部を気体(外気、ブローバイガス)が通過できないようになっている。
以上のようにシリンダヘッドカバー13に取り付けられたPCVバルブ52は、吸気系16のサージタンク39の内圧が、チャンバ32の内圧に対して所定値より低下すると、弁体62が圧縮コイルばね63の付勢力に抗して弁座75から離間する。これにより、チャンバ32内のブローバイガスが、PCVバルブ52のバルブ通路93、ブローバイホース53を通過してサージタンク39へと流れる。また、同時に、チャンバ32内の内圧が低下し、エアフィルタ36を通過した外気が吸気管37から換気通路44を通ってチャンバ32内へと流入する。
PCVバルブ52が、ボルト107の締結忘れや締結不良によって、嵌合孔58から離脱した場合には、バイパス孔89の外端が嵌合孔58の内壁から離脱し、バイパス孔89が開放される。この場合において、吸気系16のサージタンク39の内圧が外気圧よりも低下した場合に、外気がバイパス孔89を通過してPCVバルブ52の内部に流入し、ブローバイホース53を経てサージタンク39内へと流入する。
PCVバルブ52を嵌合孔58から脱離させ、流出孔91側を所定の負圧とし、流入孔74および各バイパス孔89の外部を所定の正圧とした場合において、全てのバイパス孔89を閉塞し、かつ弁体62を最大開度(流入孔74を通過して流れる外気の流量が最大となるときの開度)とした場合に、流入孔74および連通孔90を通過して流出孔91へと流れる外気の流量よりも、流入孔74を閉塞し、各バイパス孔89を開いた場合に各バイパス孔89を通過して流出孔91へと流れる外気の流量の合計値が大きくなるように、各バイパス孔89の流路断面積は十分に大きく設定されている。これにより、PCVバルブ52が嵌合孔58から脱離した際には、PCVバルブ52が嵌合孔58に嵌合しているときよりもPCVバルブ52およびブローバイホース53を通してサージタンク39に流入する吸気量が増大する。
<PCVバルブの脱離検出装置>
PCVバルブの脱離検出装置は、ECU(電子制御ユニット)120によって構成されている。ECU120は、CPU、ROM、RAM、メモリ等を備えてマイクロコンピュータを構成している。ECU120は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づいてスロットルバルブ38を開閉駆動するための駆動信号を出力するとともに、所定の演算に基づいてISCバルブ42を開閉駆動するための駆動信号を出力する。
ECU120は、スロットルバルブ38の開度に基づいて、エンジン10がアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル状態と判断した場合にISCバルブ42の開度が所定値以下であるか否かを判定し、ISCバルブ42の開度が所定値以下である場合にPCVバルブ52が嵌合孔58から脱離していると判定する。ここでのスロットルバルブ38およびISCバルブ42の開度は、ECU120が設定する目標開度であってもよいし、回転センサ等によって実測した開度であってもよい。ECU120による判定は、通常、アイドル状態において、PCVバルブ52が嵌合孔58に適切に嵌合している場合には、ISCバルブ42がある程度の開度(例えば20〜30%)をとるが、PCVバルブ52が嵌合孔58から脱離している場合には、PCVバルブ52のバイパス孔89を通して外気がサージタンク39に供給され、ISCバルブ42の開度が極端に低くなることに基づいている。
以上のように構成したPCVバルブ52は、嵌合孔58から脱離した際にバイパス孔89が開かれ、流入孔74を通さずに外気を流出孔91へと流通させることができる。また、バイパス孔89を通過して流通可能な外気の流量が、PCVバルブ52が嵌合孔58に適切に取り付けられた状態で流入孔74を通過して流通可能なブローバイガスの流量よりも大きくなるため、PCVバルブ52が嵌合孔58から脱離した際に、サージタンク39に流入する吸気量を増大させることができる。これにより、ECU120は、PCVバルブ52の嵌合孔58からの脱離を検出することができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、PCVバルブ52が嵌合する嵌合孔は、連通路55とエンジン10の外部とを連通するように、シリンダブロック11やシリンダヘッド12に形成してもよい。
10…エンジン(内燃機関)、11…シリンダブロック、12…シリンダヘッド、13…シリンダヘッドカバー、15…機関本体、16…吸気系、21…クランクケース、32…チャンバ、39…サージタンク、44…換気通路、50…ブローバイガス還流装置、51…ブローバイガス通路、52…PCVバルブ(ブローバイガス流量調整弁)、53…ブローバイホース(ブローバイガス還流路)、55…連通路、58…嵌合孔、61…バルブハウジング、62…弁体、63…圧縮コイルばね、64…第1ハウジング、65…第2ハウジング、74…流入孔(流入口)、75…弁座、77…第1ハウジング側貫通孔、84…筒部、85…フランジ部(締結部)、88…第2ハウジング側貫通孔、89…バイパス孔(バイパス通路)、90…連通孔、91…流出孔(流出口)、93…バルブ通路、107…ボルト、108…ホースバンド

Claims (5)

  1. 内燃機関の機関本体部に形成されたブローバイガス通路と、
    前記ブローバイガス通路に連続するブローバイガス流量調整弁と、
    前記ブローバイガス流量調整弁に一端が連続するとともに、他端が前記内燃機関の吸気系に連続するブローバイガス還流路と
    を備え、
    前記ブローバイガス流量調整弁が、
    前記ブローバイガス通路に連続する流入口と、前記ブローバイガス還流路に連続する流出口と、前記流入口および前記流出口を連通するバルブ通路を備え、前記機関本体部に取り付けられるバルブハウジングと、
    前記バルブ通路に形成された弁座に着座可能に設けられ、前記バルブ通路を開閉する弁体と
    を有するブローバイガス還流装置であって、
    前記バルブハウジングは、前記バルブ通路の前記弁座と前記流出口との間の部分と前記バルブハウジングの外面とを連通するバイパス通路を備え、
    前記バイパス通路の前記バルブハウジングの外面側における開口端は、前記バルブハウジングが前記機関本体部に取り付けられた状態で、前記機関本体部によって閉塞される一方、前記バルブハウジングが前記機関本体部から脱離した状態で開放されることを特徴とするブローバイガス還流装置。
  2. 前記機関本体部は、前記ブローバイガス通路に連通するとともに、前記バルブハウジングが嵌合可能な嵌合孔を備え、
    前記バイパス通路の前記バルブハウジングの外面側における開口端は、前記バルブハウジングが前記嵌合孔に嵌合した状態で、前記嵌合孔の孔壁によって閉塞されることを特徴とする、請求項1に記載のブローバイガス還流装置。
  3. 前記バルブハウジングは、前記バルブハウジングが前記嵌合孔に嵌合した状態で、前記機関本体部に締結される締結部を備えることを特徴とする、請求項2に記載のブローバイガス還流装置。
  4. 前記ブローバイガス還流路は、前記バルブハウジングの前記流出口に着脱不能に連結されていることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかの項に記載のブローバイガス還流装置。
  5. 前記ブローバイガス流量調整弁は、前記流出口側を所定の負圧とし、前記流入口および前記バイパス通路の外部を所定の正圧とした場合において、前記バイパス通路を閉塞し、かつ前記弁体を最大開度位置に配置した場合に、前記流入口から前記流出口へと流れる流体の流量よりも、前記流入口を閉塞し、かつ前記バイパス通路を開いた場合に、前記バイパス通路から前記流出口へと流れる流体の流量が大きくなるように、バイパス通路の流路断面積が設定されていることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかの項に記載のブローバイガス還流装置。
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