JP2015218654A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス還流装置におけるバイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合にも、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の圧力の上昇を抑制できる技術を提供することを目的とする。【解決手段】吸気通路における過給機の上流側と、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通する新気通路に、所定の流路断面積の通気通路を有する絞り部材を備えている。さらに、この絞り部材を、より高い温度における前記通気通路の流路断面積が、より低い温度における前記通気通路の流路断面積より広くなるように構成することで、高温の気体が通過する場合の前記新気通路の通気量が、低温の気体が通過する場合の前記新気通路の通気量より多くなるように、前記新気通路の前記通気量を規制する。【選択図】図５

Description

本発明は、ブローバイガスの還流装置を有する内燃機関に関する。

従来より、ブローバイガスの還流装置を有する内燃機関としては、過給機の作動時に使用する第１ブローバイガス還元通路の入口と、過給機の非作動時に使用する第２ブローバイガス還元通路の入口とを互いに共通の蓄積部（例えばヘッドカバー）にて隣接して配置した構成のものが知られている。この公知の構成においては、過給機の作動時、非作動時にかかわらずブローバイガスを有効に内燃機関へ還元させるために、吸気通路における過給機の上流側と下流側とがバイパス通路で接続され、バイパス通路にエゼクタが設けられる。

また、上記の構成においては第１ブローバイガス還元通路の出口が、エゼクタを介してバイパス通路に接続されるとともに、第２ブローバイガス還元通路の出口が、スロットルバルブの下流側にて吸気通路に接続される。そして、第１ブローバイガス還元通路には、逆止弁が設けられる（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、上記の構成では、バイパス通路におけるエゼクタと過給機上流の吸気通路との間の区間が、デポジットや異物が付着することにより閉塞または管路圧損が上昇した場合、エゼクタと第１ブローバイガス還元通路を介してヘッドカバーの内部空間やクランクケース内に新気が逆流し、クランクケース内の内圧が高くなってしまう虞があった。その結果、シール部分からオイルが漏れ出す等の不都合が生じる虞があった。

特開２０１２−２１５１５５号公報 特開２０１３−２２１４８８号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、吸気通路における過給機の上流側と下流側とが途中にエゼクタを有するバイパス通路で接続され、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとバイパス通路とがエゼクタを介してブローバイガス還元通路によって連通されており、さらに、吸気通路における過給機の上流側と、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとが、新気通路によって連通されている内燃機関に関する。そして、このような構成おいて、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合にも、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の圧力の上昇を抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明においては、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合には、本来新気が導入される新気通路をヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の高温の空気やブローバイガスが逆流する現象に着目した。そして、本発明に係る内燃機関は、吸気通路における過給機の上流側と、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通する新気通路に、所定の流路断面積の通気通路を有する絞り部材を備えている。さらに、本発明に係る内燃機関では、この絞り部材を、より高い温度における前記通気通路の流路断面積が、より低い温度にお
ける前記通気通路の流路断面積より広くなるように構成することで、高温の気体が通過する場合の前記新気通路の通気量が、低温の気体が通過する場合の前記新気通路の通気量より多くなるように、前記新気通路の前記通気量を規制することを最大の特徴とする。

より詳しくは、吸入空気を圧縮するコンプレッサを吸気通路に有する過給機と、
前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路と前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路とを連通する吸気連通路と、
前記吸気連通路に配置され、前記コンプレッサの下流側から上流側に吸入空気が流れる際に負圧が形成される負圧部を有するエゼクタと、
前記エゼクタの前記負圧部と内燃機関のヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通し、前記内燃機関で発生したブローバイガスを前記エゼクタの前記負圧部に導くブローバイガス通路と、
前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路と前記内燃機関のヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通し前記吸気通路を通過する新気を前記内燃機関に導く新気通路と、
前記新気通路の途中に設けられ、所定の流路断面積の通気通路を有することで、前記新気通路の通気量を規制する絞り部材と、
を備え、
前記絞り部材は、より高い温度における前記通気通路の流路断面積が、より低い温度における前記通気通路の流路断面積より広くなるように構成されることを特徴とする。

上述のように、吸気連通路としてのバイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合には、本来新気が導入される新気通路を、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の高温の空気やブローバイガスが逆流する。そうすると、絞り部材が高温に晒されることで、その通気通路の流路断面積が増加する。その結果、新気通路を逆流するヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の空気やブローバイガスの量を通常運行時より増加させることが可能となる。従って、本発明によれば、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合にも、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の圧力の上昇を抑制することが可能となり、シール部分からのオイルの漏れ出し等の不都合を抑制することができる。

なお、上記の絞り部材は、形状記憶合金で形成され、通気通路の流路断面積が初期形状より小さくなるように該絞り部材を変形させた上で新気通路に設置し、変態温度が、ヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の空気やブローバイガスの温度と、吸気通路１２を流通する新気の温度との間の温度になるようにしてもよい。そうすれば、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合に、絞り部材が変態温度以上にまで加熱され、絞り部材が初期形状に戻るように形状回復し、そのことで通気通路の流路断面積を拡大することができる。

また、上記の絞り部材自体を形状記憶合金で構成する他、絞り部材自体は、形状記憶合金以外の材質で構成し、形状記憶合金を用いて機構的に、通気通路の流路断面積が変化するようにしてもよい。例えば、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合に、絞り部材が変態温度以上にまで加熱されると、形状記憶合金で形成された部材が変形することで、通気通路のシャッター開度を大きくするといった構成でもよい。

また、絞り部材を、特に熱膨張係数の高い材質で形成するようにしてもよい。そのことによっても、バイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合に絞り部材が加熱され、そのことで通気通路の流路断面積を拡大することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、ブローバイガスの還流装置において、吸気通路における過給機のコンプレッサの下流側と上流側とを連通するバイパス通路がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合にも、内燃機関のヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケース内の圧力の上昇を抑制することができる。

本発明の前提となる内燃機関とそのブローバイガス還流装置の、正常時における状態を示す図である。 本発明におけるエゼクタの概略構成を示す図である。 本発明の前提となる内燃機関とそのブローバイガス還流装置の、バイパス通路が閉塞または管路圧損が上昇した場合における状態を示す図である。 本発明における絞り部材の概略構成を示す図である。 本発明における内燃機関とそのブローバイガス還流装置の、バイパス通路が閉塞または管路圧損が上昇した場合における状態を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の前提となる、ブローバイガス還流装置４２を有する内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。本実施例における内燃機関１０は、火花点火式のガソリンエンジンであるが、もちろん、これは単なる一例であって、本発明は圧縮着火式のディーゼルエンジンなど他の方式のエンジンに適用されてもよい。

図１において、内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２が吸気マニホールド１２ａを介して接続されている。また、吸気通路１２の入口部分の近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。吸気通路１２におけるエアクリーナ１６の下流には、吸入空気を圧縮するためにターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路（不図示）に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。

吸気通路１２におけるコンプレッサ２０ａの下流には、過給された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。また、スロットルバルブ２４の下流には先述の吸気マニホールド１２ａが配置されている。

内燃機関１０は、内燃機関１０の内部で発生したブローバイガスを処理するため（クランクケース内を換気するため）のブローバイガス還流装置４２を備えている。このブローバイガス還流装置４２としては、シリンダヘッドをカバーするヘッドカバー４０の内部空間に、ブローバイガス通路４１ａ及び４１ｂが設けられている。このブローバイガス通路４１ａは、シリンダブロック、シリンダヘッド及び、ヘッドカバー４０の内部空間を貫通して形成され、クランク室４５内とオイルセパレータ５３とを連通しており、クランクケース４５内に存在するブローバイガスがオイルセパレータ５３に導かれるようになっている。

また、ブローバイガス通路４１ｂは、ヘッドカバー４０の内部空間とオイルセパレータ５３とを連通しており、ヘッドカバー４０の内部空間に存在するブローバイガスがオイルセパレータ５３に導かれるようになっている。ブローバイガス通路４１ａ及び４１ｂを介してオイルセパレータ５３に導かれ、オイルミストが分離されたたブローバイガスは、オイルセパレータ５３と吸気マニホールド１２ａとを連通するブローバイガス還流通路４６によって、吸気マニホールド１２ａに還流される。

ブローバイガス還流通路４６のオイルセパレータ５３側の端部には、ＰＣＶ（Positive
Crankcase Ventilation）バルブ４８が設置されている。ＰＣＶバルブ４８は、その上流側であるヘッドカバー４０の内部空間とその下流側である吸気マニホールド１２ａとの差圧に応じて作動する差圧作動弁として構成されている。このようなＰＣＶバルブ４８によって、吸気マニホールド１２ａに還流するブローバイガスの流量が調整されるとともに、ヘッドカバー４０の内部空間へのブローバイガスの逆流が防止されるようになっている。

また、ブローバイガス還流装置４２は、ヘッドカバー４０の内部空間とコンプレッサ２０ａの上流側（であってエアクリーナ１６の下流側）の吸気通路１２とを連通する新気通路としての新気導入通路４４を備えている。より具体的には、新気導入通路４４は、吸気通路１２と新気側セパレータ５４とを連通している。また、新気側セパレータ５４には新気供給通路４３ａが設けられており、新気側セパレータ５４とヘッドカバー４０の内部空間を連通している。さらに、新気供給通路４３ｂが、ヘッドカバー４０の内部空間とクランクケース４５の内部とを連通している。よって、ブローバイガス還流装置４２においては、新気導入通路４４、新気側セパレータ５４及び、新気供給通路４３ａ、４３ｂによって、吸気通路１２を通過する新気を、ヘッドカバー４０の内部空間とクランクケース４５に導入するようになっている。

更に、ブローバイガス還流装置４２は、（新気導入通路４４の接続口よりも下流側であって）コンプレッサ２０ａの上流側の吸気通路１２とコンプレッサ２０ａの下流側の吸気通路１２とを連通する吸気連通路としてのバイパス通路５０を備えている。そして、バイパス通路５０の途中には、エゼクタ５２が設置されており、このエゼクタ５２において負圧を発生させる負圧部（後述）には、オイルセパレータ５３が接続されている。

図２には、図１に示すエゼクタ５２の詳細な構造を説明するための断面図を示す。図２に示すように、エゼクタ５２は、エア供給ポート５２ａと、ガス排出ポート５２ｂとを備えている。エア供給ポート５２ａには、バイパス通路５０によって吸気通路１２におけるコンプレッサ２０ａの下流側の部位が接続されており、ガス排出ポート５２ｂには、バイパス通路５０におけるコンプレッサ２０ａの上流側の部位が接続されている。エゼクタ５２の内部には、エア供給ポート５２ａからエゼクタ５２の内部に向かって延びるノズル部５２ｃと、ノズル部５２ｃと所定の距離を置いて対向し、ガス排出ポート５２ｂに繋がるディフューザ部５２ｄとが設けられている。

コンプレッサ２０ａの上流側圧力よりもコンプレッサ２０ａの下流側圧力（過給圧）が高くなる過給域においては、エア供給ポート５２ａからガス排出ポート５２ｂに向けての空気の流れが生ずる。このような過給時においてエア供給ポート５２ａに供給された圧縮空気がノズル部５２ｃから噴射されると、流速が高められた空気の流れ（駆動流）がディフューザ部５２ｄの入口に向かって進む。このような空気の流れによって、エゼクタ５２の内部には負圧が形成される。ここでは、この場合に負圧が形成される部位を「負圧部」５２ｅと称する。負圧部５２ｅには、オイルセパレータ５３が接続されるブローバイガスポート５２ｆが連通している。

上記のような構成により、過給域においては、エゼクタ５２内に生じた負圧の作用によ
って、ヘッドカバー４０の内部空間及びクランクケース４５内に滞留するブローバイガスがオイルセパレータ５３およびブローバイガスポート５２ｆを介してエゼクタ５２の内部に吸い込まれる。そして、エア供給ポート５２ａから供給された圧縮空気とともにブローバイガスが、ガス排出ポート５２ｂおよびバイパス通路５０を介して、コンプレッサ２０ａの上流側の吸気通路１２に還流される。

一方、自然吸気（ＮＡ）域（非過給域）では、吸気マニホールド１２ａ内が負圧となる。この際、ヘッドカバー４０の内部空間及びクランクケース４５の内部は、新気導入通路４４を介して大気圧下にあるコンプレッサ２０ａの上流の吸気通路１２と通じている。このため、この領域では、オイルセパレータ５３及びブローバイガス還流通路４６を介して、ヘッドカバー４０の内部空間及びクランクケース４５内のブローバイガスが吸気マニホールド１２ａに戻される。また、新気導入通路４４を介して新気がヘッドカバー４０の内部空間及び、新気供給通路４３ｂを通じて連通しているクランクケース４５に供給される。これにより、ヘッドカバー４０の内部空間およびクランクケース４５の内部を換気することができる。

ところで、上記したような、ブローバイガス還流装置４２を有する内燃機関１０においては、バイパス通路５０がデポジットや異物等により閉塞または管路圧損が上昇する場合がある。バイパス通路５０が閉塞または管路圧損が上昇すると、図３に示すように、過給域においてブローバイガスをコンプレッサ２０ａの上流の吸気通路１２に充分に還流させることができなくなる。その結果、エゼクタ５２及びオイルセパレータ５３を介して、コンプレッサ２０ａの下流の吸気通路１２からの空気がヘッドカバー４０の内部空間及びクランクケース４５に逆流し、クランクケース４５の内圧が高くなってしまう場合がある。そうすると、シール部分からのオイル漏れなどの不都合が発生する虞が生じる。

上記の問題に対し、本実施例においては、新気導入通路４４に、図４に示すような絞り部材４７を設置することとした。図５には、新気導入通路４４に絞り部材４７を設置した場合の、内燃機関１０及びそのブローバイガス還流装置４２について示す。絞り部材４７は、形状記憶合金から形成されており、略円柱形状をしており、その軸方向に空気が流通するための通気通路４７ａが形成されている。本実施例ではこの絞り部材４７を新気導入通路４４に、通気通路４７ａが絞り部材４７の両端の新気導入通路４４どうしを連通するように設置されている。また、絞り部材４７は初期形状における通気通路４７ａの流路断面積を小さくするように変形させて製造されており、絞り部材４７を形成する形状記憶合金の変態温度は、吸気通路１２を流通する新気の温度と、ヘッドカバー４０の内部空間やクランクケース４５内の空気やブローバイガスの温度との間の温度となっている。

従って、本実施例においては、図５に示すように、バイパス通路５０がデポジットや異物によって詰まった場合には、新気導入通路４４に、ヘッドカバー４０の内部空間やクランクケース４５内の高温の空気やブローバイガスが逆流する。そうすると、絞り部材４７は高温に晒され、その温度が変態温度を超えることで絞り部材４７が初期形状に戻り、通気通路４７ａの流路断面積が増加する。これにより、ヘッドカバー４０の内部空間やクランクケース４５内の空気やブローバイガスは新気導入通路４４を通じてより吸気通路１２側に流れ易くなり、ヘッドカバー４０の内部空間やクランクケース４５内の圧力の上昇を自動的に抑制することができる。その結果、バイパス通路５０の詰まりにより、シール部分からのオイルの漏れ等の不都合が生じることを抑制できる。

本実施例に適用可能な形状記憶合金の材質としては、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金等が例示できるが、特に材質は限定されない。

なお、上記の実施例では、絞り部材４７自体を形状記憶合金で構成する例について説明
したが、絞り部材４７自体は、形状記憶合金以外の材質で構成し、形状記憶合金を用いて機構的に、通気通路４７ａの流路断面積が変化するようにしてもよい。例えば、バイパス通路５０がデポジットや異物で閉塞または管路圧損が上昇した場合に、絞り部材４７近傍の温度が変態温度以上の高温になると、形状記憶合金で形成された部材が変形（形状回復）することで、通気通路４７ａのシャッター開度を大きくするといった構成でもよい。

また、絞り部材４７を、特に熱膨張係数の高い材質で形成するようにしてもよい。この場合は、絞り部材４７の材質として、例えば耐熱性樹脂を用いることが考えられる。

１０・・・内燃機関
１２・・・吸気通路
１２ａ・・・吸気マニホールド
１６・・・エアクリーナ
２０・・・ターボ過給機
２０ａ・・・ターボ過給機のコンプレッサ
２０ｂ・・・ターボ過給機のタービン
２２・・・インタークーラ
２４・・・スロットルバルブ
４０・・・ヘッドカバー
４１ａ、４１ｂ・・・ブローバイガス通路
４２・・・ブローバイガス還流装置
４３ａ、４３ｂ・・・新規供給通路
４４・・・新気導入通路
４５・・・クランクケース
４６・・・ブローバイガス還流通路
４８・・・ＰＣＶバルブ
４９・・・ピストン
５０・・・バイパス通路
５２・・・エゼクタ
５３・・・オイルセパレータ
５４・・・新気側セパレータ

Claims (1)

1. 吸入空気を圧縮するコンプレッサを吸気通路に有する過給機と、
   前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路と前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路とを連通する吸気連通路と、
   前記吸気連通路に配置され、前記コンプレッサの下流側から上流側に吸入空気が流れる際に負圧が形成される負圧部を有するエゼクタと、
   前記エゼクタの前記負圧部と内燃機関のヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通し、前記内燃機関で発生したブローバイガスを前記エゼクタの前記負圧部に導くブローバイガス通路と、
   前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路と前記内燃機関のヘッドカバーの内部空間および／またはクランクケースとを連通し前記吸気通路を通過する新気を前記内燃機関に導く新気通路と、
   前記新気通路の途中に設けられ、所定の流路断面積の通気通路を有することで、前記新気通路の通気量を規制する絞り部材と、
   を備え、
   前記絞り部材は、より高い温度における前記通気通路の流路断面積が、より低い温度における前記通気通路の流路断面積より広くなるように構成されることを特徴とする内燃機関。