JP2017172395A - リーク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのクランク室とオイルキャッチタンクとを接続するバランスラインに生じたリークを検出することができるリーク検出装置を提供する。【解決手段】リーク検出装置１００は、エンジン１のオイルパン２６よりも鉛直方向において下方側に配置されたオイルキャッチタンク２７とエンジンのクランク室６とを連通するバランスライン３０内の圧力を測定する圧力センサ１０２と、圧力センサ１０２で測定された圧力に基づいて、バランスライン３０のリークを判定するリーク判定部１０６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、オイルキャッチタンクとエンジンのクランク室とを接続するバランスラインに生じたリークを検出するリーク検出装置に関する。

従来、エンジンには、燃焼室からシリンダとピストンとの隙間を通ってクランクケース内に漏れ出したブローバイガスを吸気系に導くためのＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）システムが備えられている。

このＰＣＶシステムでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含むブローバイガスを、ブローバイガス流路を介してエンジンの吸気路に戻すことで、ブローバイガスの大気への放出を防止している。

ここで、ブローバイガス流路にリークが発生すると、ブローバイガスが大気へ放出されてしまうため、ブローバイガス流路のリークを検出する必要がある。そこで、ブローバイガス流路の圧力に基づいて、ブローバイガス流路のリークを検出するものが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−１８４３３６号公報

ところで、過給機がエンジンの下方に配置されるエンジンでは、過給機のさらに下方に、過給機を潤滑した後のオイルを一時的に貯留するオイルキャッチタンクが設置される。オイルキャッチタンクに貯留したオイルは、スカベンジポンプによって吸い上げられ、エンジンまたはエンジンのオイルパンに戻される。

また、このようなエンジンでは、過給機の下方に設置されたオイルキャッチタンクと、エンジンのクランクケースに形成されたクランク室とを連通するバランスラインが設けられている。バランスラインは、オイルキャッチタンク内がスカベンジポンプによるオイルの吸引で過度の負圧とならないよう、クランク室内の空気をオイルキャッチタンクへ送り、同タンク内およびクランク室内が同じ圧力となるように保っている。

したがって、バランスラインでは、ブローバイガス流路と同様に、ブローバイガスが流入するため、バランスラインのリークも検出する必要があるが、バランスラインのリークを検出する方法は提案されていない。

そこで、本発明は、エンジンのクランク室とオイルキャッチタンクとを接続するバランスラインに生じたリークを検出することができるリーク検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のリーク検出装置は、エンジンのオイルパンよりも鉛直方向において下方側に配置されたオイルキャッチタンクと前記エンジンのクランク室とを連通するバランスライン内の圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部で測定された圧力に基づいて、前記バランスラインのリークを判定するリーク判定部と、を備える。

また、前記リーク判定部は、クランキング時に前記圧力測定部で測定されたバランスライン内の圧力の変動幅が、あらかじめ設定された閾値未満であった場合に、前記バランスラインにリークが生じたと判定するとよい。

また、前記圧力測定部は、圧力センサで構成されるとともに、該圧力センサが前記バランスライン上または前記オイルキャッチタンクに設けられているとよい。

本発明によれば、エンジンのクランク室とオイルキャッチタンクとを接続するバランスラインに生じたリークを検出するリーク検出装置を提供することができる。

第１実施形態に係るリーク検出装置を備えるエンジンの概略図である。 掃気ラインおよび新気ラインの空気の流れを説明するための説明図である。 リーク検出処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係るリーク検出装置を備えるエンジンの概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るリーク検出装置１００を備えたエンジン１の概略図である。まず、エンジン１の概略構成について説明し、次にリーク検出装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、クランクシャフト２を挟んで２つのシリンダブロック３にそれぞれ形成されたシリンダボア３ａが対向して配された水平対向４気筒エンジンである。

シリンダブロック３には、クランクケース４が一体形成されるとともに、クランクケース４とは反対側にシリンダヘッド５が固定されている。クランクシャフト２は、クランクケース４によって形成されたクランク室６内に回転自在に支持される。

シリンダボア３ａには、コンロッド７を介してクランクシャフト２に連結されたピストン８が摺動可能に収容されている。そして、エンジン１では、シリンダボア３ａと、シリンダヘッド５と、ピストン８の上面とによって囲まれた空間が燃焼室９として形成される。

シリンダヘッド５には、吸気ポート１０および排気ポート１１が燃焼室９に連通するように形成される。吸気ポート１０はシリンダヘッド５の鉛直上方側に、排気ポート１１はシリンダヘッド５の鉛直下方側に、それぞれ形成される。吸気ポート１０と燃焼室９との間には、吸気弁１２の先端が位置し、排気ポート１１と燃焼室９との間には、排気弁１３の先端が位置している。

また、エンジン１では、シリンダヘッド５およびヘッドカバー１４に囲まれたカム室内に、吸気弁用カム１５および排気弁用カム１６が設けられる。吸気弁用カム１５は、吸気弁１２の他端に当接されており、回転することで吸気弁１２を図中左右方向に移動させる。これにより、吸気弁１２は、吸気ポート１０と燃焼室９との間を開閉する。排気弁用カム１６は、排気弁１３の他端に当接されており、回転することで排気弁１３を図中左右方向に移動させる。これにより、排気弁１３は、排気ポート１１と燃焼室９との間を開閉する。

シリンダブロック３およびシリンダヘッド５の鉛直上方側には、吸気ポート１０に連結されたインテークマニホールド１７が配置される。インテークマニホールド１７は、シリンダヘッド５とは反対側に吸気管１８が連結されており、吸気管１８を介して流入してきた吸気を各燃焼室９に分流する。

シリンダブロック３およびシリンダヘッド５の鉛直下方側には、排気ポート１１に連結されたエキゾーストマニホールド１９が配置される。エキゾーストマニホールド１９は、各シリンダヘッド５に形成された排気ポート１１を１つに合流する。各気筒の燃焼室９から排出された排気ガスは、排気ポート１１を介して２つのエキゾーストマニホールド１９で集約され、過給機２０に導かれる。

過給機２０は、エンジン１の鉛直下方側に設けられている。過給機２０は、エキゾーストマニホールド１９から排出される排気ガスによって回転するタービン２０ａと、タービン２０ａの回転動力によって回転するコンプレッサ２０ｂとを含んで構成される。タービン２０ａとコンプレッサ２０ｂとは、タービンシャフト２０ｃによって接続され、一体回転する。

吸気管１８には、エアクリーナ２１、過給機２０のコンプレッサ２０ｂ、および、スロットルバルブ２２が上流側から順に設けられる。コンプレッサ２０ｂは、エアクリーナ２１で塵や埃などの不純物が除去された吸気を圧縮して吸気管１８に供給する。スロットルバルブ２２は、不図示のアクチュエータによって開度が調整されることで、吸気管１８における吸気の流量を可変とする。

コンプレッサ２０ｂで圧縮された吸気は、インテークマニホールド１７、吸気ポート１０を介して燃焼室９に導かれる。そして、不図示のインジェクタから噴射された燃料と、燃焼室９に導かれた空気との混合気が、シリンダヘッド５に設けられた不図示の点火プラグによって所定のタイミングで点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン８がシリンダボア３ａ内で往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド７を通じてクランクシャフト２の回転運動に変換される。また、燃焼により発生した排気ガスは、排気ポート１１、エキゾーストマニホールド１９を介して過給機２０のタービン２０ａに導かれ、タービン２０ａを回転させた後、不図示の排気管を通過して排出される。

また、エンジン１には、クランクケース４に形成されたクランク室６と、インテークマニホールド１７の吸気ポート１０への分岐前流路とを連通する掃気ライン２３が設けられるとともに、掃気ライン２３の途中にＰＣＶバルブ２４が設けられる。また、エンジン１には、クランク室６と、吸気管１８におけるエアクリーナ２１と過給機２０のコンプレッサ２０ｂとの間とを連通する新気ライン２５が設けられる。

掃気ライン２３および新気ライン２５は、主にクランク室６内のブローバイガスを掃気するために設けられる。ブローバイガスは、エンジン１の燃焼行程において、燃焼室９内の圧力の上昇により、ピストン８とシリンダボア３ａとの隙間からクランク室６内に微量に漏れ出した燃焼途中の半燃焼ガスであり、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が含まれる。ブローバイガスは、自然吸気の場合と、過給運転の場合とで、掃気ライン２３および新気ライン２５を流れる向きが異なる。

図２（ａ）は、自然吸気の場合のブローバイガスおよび新気の流れを実線矢印で示し、図２（ｂ）は、過給運転の場合のブローバイガスの流れを実線矢印で示している。図２（ａ）に示すように、エンジン１では、自然吸気の場合、ＰＣＶバルブ２４は開かれており、インテークマニホールド１７で発生する負圧によって、新気ライン２５からクランク室６内に新気が導入されるとともに、クランク室６内のブローバイガスが掃気ライン２３からインテークマニホールド１７へ導入される。

一方、図２（ｂ）に示すように、エンジン１では、過給運転の場合、ＰＣＶバルブ２４は閉じられており、吸気管１８におけるエアクリーナ２１とコンプレッサ２０ｂとの間に生じる負圧によって、新気ライン２５からクランク室６内のブローバイガスが吸い出され、吸気管１８へ導入される。このとき、掃気ライン２３では、空気の流れは生じない。

図１に戻り、シリンダブロック３の鉛直下方側には、オイルを貯留するオイルパン２６が設けられる。また、過給機２０の下方（オイルパン２６よりも下方）には、オイルキャッチタンク２７が設けられる。オイルキャッチタンク２７は、その上方の過給機２０と接続され、過給機２０を潤滑した後のオイルを一時的に貯留する。貯留したオイルは、スカベンジポンプ２８によって吸引され、吸引ライン２９を介してエンジン１あるいはオイルパン２６へ戻される。

オイルキャッチタンク２７は、クランクケース４内に形成されたクランク室６と、バランスライン３０によって連結される。バランスライン３０は、クランク室６とオイルキャッチタンク２７とを連通することで、オイルキャッチタンク２７内の圧力がクランク室６内の圧力と等しくなるように保ち、オイルキャッチタンク２７内が、スカベンジポンプ２８によるオイルの吸引で過度の負圧とならないようにしている。なお、バランスライン３０は、前述の掃気ライン２３および新気ライン２５とともに、エンジン１のＰＣＶシステムを構成している。

また、エンジン１には、圧力センサ１０２（圧力測定部）および制御装置１０４を含んで構成されるリーク検出装置１００が設けられる。圧力センサ１０２は、バランスライン３０上に設けられており、バランスライン３０内部の圧力を常時測定する。圧力センサ１０２は、制御装置１０４に接続されており、バランスライン３０内の圧力に応じた検出信号を制御装置１０４に出力する。

制御装置１０４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ、フラッシュメモリ等の記憶部などを含むマイクロコンピュータでなり、エンジン１およびエンジン１を搭載する車両全体の動作を制御するほか、本発明のリーク判定部１０６としても機能する。

ここで、エンジン１が始動すると（クランキング時）、クランク室６では、ピストン８が往復運動を開始することによって、クランク室６内に圧力変動が生じる。このとき、バランスライン３０にリークが生じていなければ、クランク室６内で生じた圧力変動が、バランスライン３０を通じて、下流のオイルキャッチタンク２７まで伝達される。したがって、バランスライン３０内の圧力を測定する圧力センサ１０２では、所定の変動幅で変動する圧力が測定される。

しかし、バランスライン３０にリークが発生していれば、リーク箇所から空気が漏れ、クランク室６内で圧力変動が生じても、バランスライン３０内の圧力は変動しないか、変動したとしてもその変動幅は小さくなる。

リーク検出装置１００は、このような特性を利用し、クランキング時に圧力センサ１０２で測定されたバランスライン３０内の圧力の変動幅が、所定の閾値未満であった場合に、バランスライン３０にリークが生じていると判定する。以下、リーク検出装置１００の具体的な動作について説明する。

まず、圧力センサ１０２は、クランキング時におけるバランスライン３０内の圧力を所定時間（例えば、１秒）測定し、測定した圧力が示される検出信号をリーク判定部１０６へ出力する。リーク判定部１０６は、圧力センサ１０２から入力された、所定時間分のバランスライン３０内の圧力から、最高圧と最低圧を抽出してこれらの差分を求め、これをバランスラインの圧力変動幅Ｐ１とする。

そして、リーク判定部１０６は、上記のように算出したバランスライン３０内の圧力変動幅Ｐ１と、あらかじめ設定された閾値Ｐ２とを比較し、圧力変動幅Ｐ１が閾値Ｐ２以上であったか否かを確認する。なお、閾値Ｐ２は、エンジン１のトルクや回転数などを考慮し、バランスライン３０にリークが生じていなければ少なくともバランスライン３０で測定されるであろう圧力変動幅に設定される。閾値Ｐ２の値はあくまで任意に設定可能であるが、より厳密にリークの判定を行いたい場合は、閾値Ｐ２を大きめに設定すればよい。設定された閾値Ｐ２は、制御装置１０４の記憶部に記憶される。

その結果、圧力変動幅Ｐ１が閾値Ｐ２以上であった場合は、リーク判定部１０６はバランスライン３０にリークが発生していないと判定する。一方、圧力変動幅Ｐ１が閾値Ｐ２未満であった場合は、リーク判定部１０６は、バランスライン３０にリークが発生していると判定する。

このように、リーク検出装置１００では、クランキング時におけるバランスライン３０内の圧力を測定し、測定結果からバランスライン３０の圧力変動幅Ｐ１を求めるとともに、この圧力変動幅Ｐ１と閾値Ｐ２とを比較することにより、バランスライン３０のリーク判定を行う。これにより、きわめて簡易にバランスライン３０のリークを判定することができる。

また、クランキング時には少なくとも１回はバランスライン３０のリーク判定が行われることとなり、エンジン１の始動の度にリーク判定を実施することができる。また、エンジン１の始動時にバランスライン３０内の圧力を測定することで、毎回似たような環境下で安定的に圧力変動幅Ｐ１を測定することができる。

なお、リーク判定部１０６が、バランスライン３０にリークが発生していると判定したときは、所定の故障コードを制御装置１０４内の記憶部にストアしておき、整備者がメンテナンスの際にリークの発生を認識できるようにしておくとよい。

次に、リーク検出装置１００によるバランスライン３０のリーク検出方法について、図３のフローチャートに基づき説明する。

まず、圧力センサ１０２は、クランキング時におけるバランスライン３０内の圧力を所定時間（例えば、１秒）測定する（Ｓ１００）。圧力センサ１０２は、測定したバランスライン３０内の圧力が示される検出信号をリーク判定部１０６へ出力する。

次に、リーク判定部１０６は、ステップ１００で圧力センサ１０２から入力された所定時間分のバランスライン３０内の圧力から、最高圧と最低圧を抽出し、これらの差分をバランスライン３０の圧力変動幅Ｐ１とする（Ｓ１０２）。

そして、リーク判定部１０６は、圧力センサ１０２で測定された、クランキング時におけるバランスライン内の圧力変動幅Ｐ１が、あらかじめ設定された所定の閾値Ｐ２以上であるか否かを確認する（Ｓ１０４）。

その結果、バランスライン３０内の圧力変動幅Ｐ１が閾値Ｐ２以上であった場合（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、リーク判定部１０６は、バランスライン３０にリークが発生していないと判定し（Ｓ１０６）、リーク判定処理を終了する。

一方、クランキング時におけるバランスライン３０内の圧力変動幅Ｐ１が閾値Ｐ２未満であった場合（Ｓ１０４におけるＮＯ）、リーク判定部１０６は、バランスライン３０にリークが発生していると判定する（Ｓ１０８）。そして、リーク判定部１０６は、制御装置１０４内の記憶部にリークの発生を示す所定の故障コードをストアし（Ｓ１１０）、リーク判定処理を終了する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るリーク検出装置について説明する。

第１実施形態のリーク検出装置１００では、圧力センサがバランスライン３０上に設けられている構成について説明したが、圧力センサは、オイルキャッチタンク２７に付設されていてもよい。

図４は、第２実施形態に係るリーク検出装置２００を備えたエンジン１の概略図である。リーク検出装置２００は、圧力センサの配置が上記第１実施形態のリーク検出装置と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態では、圧力センサ２０２は、図４に示すようにオイルキャッチタンク２７に付設されている。このとき、圧力センサ２０２は、オイルキャッチタンク２７内に貯留するオイルに油没せず、かつ、オイルをオイルパン２６へ送油する吸引ライン２９にも接触しないよう、例えばオイルキャッチタンク２７の本体外周部や、オイルキャッチタンク２７内上部の壁面の任意の箇所に取り付けられる。

圧力センサ２０２は、クランキング時におけるバランスライン３０内の圧力を、所定時間（例えば、１秒）測定し、測定した圧力をリーク判定部１０６へ出力する。リーク判定部１０６は、第１実施形態と同様に、測定した所定時間分の圧力から最高圧と最低圧を抽出し、これらの差分を圧力変動幅Ｐ１として求め、閾値Ｐ２と比較することで、バランスライン３０のリークを判定する。

ここで、第１実施形態では、バランスライン３０のリーク発生箇所が、圧力センサ１０２よりも下流側（オイルキャッチタンク２７側）であった場合、クランキング時にクランク室６内で生じた圧力変動がほとんど減衰することなく圧力センサ１０２に伝わってしまうおそれがある。そのため、バランスライン３０の圧力変動幅Ｐ１は、バランスライン３０にリークが発生しているにもかかわらず閾値Ｐ２以上となり、その結果、リーク判定部１０６では、リークが発生しているにもかかわらず「リークなし」と判定してしまうおそれがある。

一方、本実施形態では、圧力センサ２０２は、オイルキャッチタンク２７に付設されているため、バランスライン３０にリークが生じた場合は、その発生箇所にかかわらず、その箇所から空気が漏れ、クランク室６内で生じた圧力変動がオイルキャッチタンク２７まで伝わるおそれが少ない。その結果、バランスライン３０内の圧力変動幅Ｐ１は、閾値Ｐ２未満となり、リーク判定部１０６は、バランスライン３０にリークが発生している場合には、その発生箇所にかかわらず、より確実にリークを検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、ここでは本発明のリーク検出装置を水平対向４気筒エンジンに適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、Ｖ型エンジンや直列エンジンにも適用することができる。また、圧力センサがバランスライン３０の圧力を測定する時間は、１秒に限らず、任意の測定時間を設定してもかまわない。

また、ここでは圧力センサがバランスライン３０内の圧力を測定するタイミングをエンジン始動時（クランキング時）とした例を説明したが、圧力を測定するタイミングは必ずしもこれに限らず、エンジン始動後からエンジン停止までの間の任意の時点であってもよい。

また、ここでは所定時間内に測定されたバランスライン３０の最高圧と最低圧との差分を圧力変動幅Ｐ１とした例を説明したが、圧力変動幅Ｐ１の取り方は必ずしもこれに限られない。例えば、バランスライン３０で所定時間内に測定された最高圧と大気圧との差分や、所定時間内に測定された最低圧と大気圧との差分を、圧力変動幅Ｐ１としてもよい。また、その場合、閾値Ｐ２の値は圧力変動幅Ｐ１の取り方に応じて適宜設定すればよい。

また、ここではリーク判定部１０６がバランスライン３０にリークが発生していると判定した場合に、制御装置１０４の記憶部に所定の故障コードをストアする例を説明したが、リーク判定部１０６はこれに代えて、運転席のメインパネルにリークの発生を知らせる警告灯を表示させ、リークの発生を運転者に報知するようにしてもよい。

本発明は、オイルキャッチタンクとエンジンのクランク室とを接続するバランスラインのリークを判定するリーク検出装置に利用できる。

１ エンジン
４ クランクケース
６ クランク室
２６ オイルパン
２７ オイルキャッチタンク
３０ バランスライン
１００ リーク検出装置
１０２ 圧力センサ（圧力測定部）
１０６ リーク判定部

Claims (4)

1. エンジンのオイルパンよりも鉛直方向において下方側に配置されたオイルキャッチタンクと前記エンジンのクランク室とを連通するバランスライン内の圧力を測定する圧力測定部と、
   前記圧力測定部で測定された圧力に基づいて、前記バランスラインのリークを判定するリーク判定部と、
   を備えることを特徴とするリーク検出装置。
2. 前記リーク判定部は、クランキング時に前記圧力測定部で測定されたバランスライン内の圧力の変動幅が、あらかじめ設定された閾値未満であった場合に、前記バランスラインにリークが生じたと判定することを特徴とする請求項１に記載のリーク検出装置。
3. 前記圧力測定部が、圧力センサで構成されるとともに、該圧力センサが前記バランスライン上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク検出装置。
4. 前記圧力測定部が、圧力センサで構成されるとともに、該圧力センサが前記オイルキャッチタンクに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク検出装置。

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