JP2020045819A - 内燃機関のブローバイガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇温器によるブローバイガスの昇温を適切に制御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１００は、吸気通路１０と、吸気通路１０に接続されたブローバイガス通路２０と、ブローバイガス通路２０内のブローバイガスを昇温する昇温器３０と、昇温器３０による昇温を制御する制御部４０と、を備え、制御部４０は、大気温度とブローバイガス通路２０内の湿度とに基づいて、昇温器３０による昇温を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。

内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、ブローバイガス通路を通じて吸気通路に還流させるブローバイガス還流装置（ＰＣＶ）が知られている。

特開２００９−２２１９０５号公報

上記のブローバイガス還流装置では、大気温度が低い環境下において、ブローバイガスに含まれる水分が凍結し、ブローバイガス通路と、その付近の吸気通路とが閉塞する場合がある。

このような凍結を防止する手段としては、ブローバイガス通路に昇温器を設け、大気温度に基づいて昇温器による昇温を制御することが考えられる。

しかし、大気温度のみに基づいて昇温が制御されると、昇温が不十分になる可能性がある。また反対に、不要な昇温が行われることで、例えば昇温器の消費電力が増大し、内燃機関の燃費が悪化する虞がある。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、昇温器によるブローバイガスの昇温を適切に制御できる内燃機関のブローバイガス還流装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、内燃機関のブローバイガス還流装置であって、吸気通路と、前記吸気通路に接続されたブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路内のブローバイガスを昇温する昇温器と、前記昇温器による昇温を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、大気温度と前記ブローバイガス通路内の湿度とに基づいて、前記昇温器による昇温を制御することを特徴とするブローバイガス還流装置が提供される。

好ましくは、前記大気温度を検出する温度センサと、前記ブローバイガス通路内の湿度を検出する湿度センサと、前記大気温度と、その大気温度に対応する前記湿度の閾値との関係を規定したマップと、を更に備え、前記制御部は、前記温度センサの検出値に対応する前記湿度センサの検出値が、前記閾値以上のときに、前記昇温器による昇温を実行する。

好ましくは、前記閾値は、前記大気温度が低いほど低くなるように設定される。

好ましくは、前記内燃機関は、ＥＧＲガスを前記吸気通路内に還流させるためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁と、を更に備え、前記制御部は、前記ＥＧＲ弁が閉弁されているときは、前記昇温器による昇温を停止する。

本開示によれば、昇温器によるブローバイガスの昇温を適切に制御できる。

ブローバイガス還流装置を含む内燃機関の全体構成図である。 大気温度と、その大気温度に対応するブローバイガス通路内の湿度の閾値との関係を規定したマップである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、ブローバイガス還流装置１００を含む内燃機関１の全体構成図である。図中において、白抜き矢印Ａは、吸気の流れを示し、黒塗り矢印Ｂは、ブローバイガスの流れを示し、網掛け矢印Ｇは、排気の流れを示す。

図１に示すように、内燃機関１は、車両（不図示）に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。

内燃機関１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路１０及び排気通路１１と、を備える。図示しないが、エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品と、を含む。

吸気通路１０は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１２と、吸気マニホールド１２の上流端に接続された吸気管１３と、により主に画成される。吸気マニホールド１２は、吸気管１３から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１３には、上流側から順に、エアクリーナ１４、大気温度を検出するための温度センサＳ１、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５Ｃ、及びインタークーラ１６が設けられる。なお、詳細は後述するが、本実施形態の温度センサＳ１は、エアクリーナ１４の出口付近に配置されている。

排気通路１１は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド１７と、排気マニホールド１７の下流側に配置された排気管１８と、により主に画成される。排気マニホールド１７は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気を集合させる。排気マニホールド１７と排気管１８の間には、ターボチャージャ１５のタービン１５Ｔが設けられる。

また、内燃機関１は、排気通路１１内の排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気通路１０内に還流させるためのＥＧＲ通路としてのＥＧＲ管５０を備える。本実施形態のＥＧＲ管４０は、いわゆる高圧ＥＧＲ装置を構成するものであり、ＥＧＲ管５０の上流端が排気マニホールド１７に接続され、ＥＧＲ管５０の下流端が吸気マニホールド１２に接続される。但し、ＥＧＲ管４０は、いわゆる低圧ＥＧＲ装置を構成するものであって良く、ＥＧＲ管５０の上流端が排気管１８に接続され、ＥＧＲ管５０の下流端がコンプレッサ１５Ｃより上流側の吸気管１３に接続されていても良い。

また、内燃機関１は、ＥＧＲ管５０に設けられたＥＧＲ弁５１を備える。ＥＧＲ弁５１は、ＥＧＲガスの流量を調節するように構成される。なお、符号５２は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラである。

ブローバイガス還流装置１００は、上述した吸気通路１０と、ブローバイガスを吸気通路１０内に還流させるためのブローバイガス通路２０と、を備える。周知のように、ブローバイガスは、エンジン本体２においてシリンダとピストンとの隙間からクランクケース内に漏れ出たガスである。

また、ブローバイガス還流装置１００は、ブローバイガス通路２０内のブローバイガスを昇温するための昇温器３０を備える。また、ブローバイガス還流装置１００は、大気温度とブローバイガス通路２０内の湿度とに基づいて、昇温器３０によるブローバイガスの昇温を制御する制御部としての電子制御部（ＥＣＵ）４０を備える。

更に、ブローバイガス還流装置１００は、大気温度を検出するための温度センサＳ１と、ブローバイガス通路２０内の湿度を検出するための湿度センサＳ２と、を備える。また、ブローバイガス還流装置１００は、大気温度と、その大気温度に対応するブローバイガス通路２０内の湿度の閾値Ｈｓとの関係を規定したマップＭ（図２を参照）を備える。なお、本実施形態でいう「湿度」は、絶対湿度（ｇ／ｍ³）を意味するが、相対湿度（％）であっても良い。

ブローバイガス通路２０は、クランクケース内からシリンダブロック及びシリンダヘッドを通過してヘッドカバー内に延びるエンジン本体側のガス通路（不図示）と、そのガス通路の下流端に接続され、外部に露出されたブローバイガス管２１と、により主に画成される。ブローバイガス管２１の下流端は、温度センサＳ１とコンプレッサ１５Ｃとの間に位置する吸気管１３に接続される。また、ブローバイガス管２１には、上流側から順に、湿度センサＳ２、ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ２２、及び昇温器３０が設けられる。

昇温器３０には、電熱ヒータが用いられる。昇温器３０は、ブローバイガスの流路を画成する管部材３１と、管部材３１に取り付けられた発熱素子（不図示）と、発熱素子に電圧を印加する電源（不図示）と、を含む。管部材３１は、銅等の金属材料で形成される。また、発熱素子には、サーミスタ等が用いられる。但し、昇温器３０の種類、材質等は、任意であって良く、例えば、発熱素子の代わりに電熱コイルが設けられても良い。また、昇温器３０としてヒートポンプ等が用いられても良い。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。また、ＥＣＵ４０には、上述した温度センサＳ１及び湿度センサＳ２の他、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ（不図示）、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ（不図示）等のセンサ類が電気的に接続される。また、ＥＣＵ４０には、マップＭが記憶されている。

本実施形態のＥＣＵ４０は、エンジン回転センサの検出値及びアクセル開度センサの検出値等に基づいて、ＥＧＲ弁５１の開度を制御する。

また、ＥＣＵ４０は、温度センサＳ１の検出値と湿度センサＳ２の検出値とに基づき、マップＭを参照して、昇温器３０によるブローバイガスの昇温を制御する。本実施形態では、温度センサＳ１がエアクリーナ１４の出口付近の吸気管１３に配置されているため、温度センサＳ１の検出値は、実質的に大気温度の検出値を意味する。

図２に示すように、ＥＣＵ４０は、温度センサＳ１の検出値Ｔに対応する湿度センサＳ２の検出値Ｈが、閾値Ｈｓ以上のとき（ＯＮ領域にあるとき）、発熱素子に通電して、昇温器３０による昇温を実行する。一方、ＥＣＵ４０は、温度センサＳ１の検出値Ｔに対応する湿度センサＳ２の検出値Ｈが、閾値Ｈｓ未満のとき（ＯＦＦ領域にあるとき）、発熱素子への通電を停止して、昇温器３０による昇温を停止する。

閾値Ｈｓは、ブローバイガスに含まれる水蒸気が飽和水蒸気量に達して凝縮水を発生させ、その凝縮水がブローバイガス管２１内やその付近の吸気管１３内に付着して凍結するときの最小湿度に設定される。また、大気温度が低いほど、低い湿度で凍結が生じ易いので、閾値Ｈｓは、大気温度が低いほど低くなるように設定される。

次に、本実施形態に係るブローバイガス還流装置１００の作用効果を説明する。

図１に矢印Ｂで示したように、内燃機関１の稼働中、クランクケース内のブローバイガスは、エンジン本体側のガス通路（不図示）及びブローバイガス管２１を通じて、吸気管１３に還流される。吸気管１３に還流されたブローバイガスは、エアクリーナ１４からの吸気と合流して吸気下流側へと流れ、エンジン本体２の燃焼室内に導入される。

ところで、ブローバイガス管２１を流れるブローバイガスは、外気によって冷却される。そして、ブローバイガスの温度が露点温度以下になると、凝縮水が発生してブローバイガス管２１内やその付近の吸気管１３内に付着する。

また、大気温度が低い環境下では、ブローバイガス管２１内や吸気管１３内において、付着した凝縮水の凍結が起こり得る。また、こうした凝縮水の発生と凍結は、ブローバイガス管２１や吸気管１３の閉塞を生じさせる虞がある。

そこで、本実施形態では、昇温器３０によってブローバイガスを昇温する。これにより、大気温度が低い環境下でも、ブローバイガス管２１内やその付近の吸気管１３内で凝縮水が凍結するのを抑制できる。そして、ブローバイガス管２１や吸気管１３の閉塞が生じるのを抑制できる。

他方、昇温器３０の制御としては、大気温度のみに基づいて制御することが考えられる。例えば、温度センサＳ１の検出値が所定の温度以下であるか否かで、昇温器３０による昇温の実行と停止とを切り替えることが考えられる。

しかし、凝縮水が発生して凍結するか否かは、大気温度だけでなく、ブローバイガス管２１内の湿度にも影響される。すなわち、大気温度が低いほど、低い湿度で凝縮水が発生して凍結するため、大気温度に応じて一律にブローバイガスの昇温を制御すると、昇温が不十分または過剰になる等、昇温が適切に制御されない可能性がある。

これに対して、本実施形態では、大気温度だけでなく、昇温器３０によるブローバイガス管２１内の湿度にも基づいて、ブローバイガスの昇温を制御する。

具体的には、図２に示したように、ＥＣＵ４０は、温度センサＳ１の検出値Ｔに対応する湿度センサＳ２の検出値Ｈが閾値Ｈｓ以上のとき、昇温器３０による昇温を実行する。また、ＥＣＵ４０は、温度センサＳ１の検出値Ｔに対応する湿度センサＳ２の検出値Ｈが閾値Ｈｓ未満のとき、昇温器３０による昇温を停止する。また、大気温度が低いほど、低い湿度で凍結が生じ易いので、閾値Ｈｓは、大気温度が低いほど低くなるように設定されている。

これにより、例えば、温度センサＳ２の検出値Ｔが小さいとき（Ｔ＝Ｔ１）は、湿度センサＳ２の検出値Ｈが、低い湿度に設定された閾値Ｈｓ１以上（Ｈ≧Ｈｓ１）であれば、昇温を実行する。従って、凝縮水が凍結し易い低温の環境下で、ブローバイガスの昇温を低湿度から速やかに行うことができる。

一方、温度センサＳ２の検出値Ｔが小さいとき（Ｔ＝Ｔ１）でも、湿度センサＳ２の検出値Ｈが閾値Ｈｓ１未満（Ｈ＜Ｈｓ１）であれば、昇温を停止する。従って、大気温度が低くても、凝縮水が凍結し難い低湿度の環境下では、不要な昇温を抑えることができる。その結果、昇温器３０の消費電力の増大を抑え、内燃機関１の燃費向上を図ることができる。

反対に、例えば、温度センサＳ２の検出値Ｔが大きいとき（Ｔ＝Ｔ２＞Ｔ１）は、湿度センサＳ２の検出値Ｈが、高い湿度に設定された閾値Ｈｓ２以上（Ｈ≧Ｈｓ２＞Ｈｓ１）でなければ、昇温を停止する。従って、凝縮水が凍結し難い高い大気温度において、不要な昇温を抑えることが可能になる。その結果、昇温器３０の消費電力の増大を抑え、内燃機関１の燃費向上を図ることができる。

一方、温度センサＳ２の検出値Ｔが大きいとき（Ｔ＝Ｔ２）でも、湿度センサＳ２の検出値Ｈが閾値Ｈｓ２以上（Ｈ≧Ｈｓ２）であれば、昇温を実行する。従って、大気温度が高くても、凝縮水が凍結し易い高湿度の環境下であれば、ブローバイガスの昇温を十分に行うことができる。

このように、本実施形態であれば、昇温器３０によるブローバイガスの昇温を適切に制御することが可能になる。

また、本実施形態のＥＣＵ４０は、マップＭを参照して、温度センサＳ１の検出値Ｔに対応する湿度センサＳ２の検出値Ｈが、閾値Ｈｓ以上のときに昇温を実行し、閾値Ｈｓ未満のときに昇温を停止する。これにより、大気温度とブローバイガス管２１内の湿度とに応じて、より高い精度で昇温器３０による昇温を制御できる。

他方、上述した基本実施形態は、以下のような変形例とすることができる。下記の説明においては、上記の実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

（第１変形例）
ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ弁５１が閉弁されているときは、昇温器３０による昇温を停止しても良い。

一般的に、ＥＧＲガスは、燃焼室内に噴射された燃料中の水分を含む。そのため、ＥＧＲガスが吸気通路１０に還流されているときは、ブローバイガスに含まれる水分が増加して、凝縮水が発生し易くなる。そこで、第１変形例のＥＣＵ４０は、ＥＧＲ弁５１が開弁されているときは、凝縮水の発生と凍結を抑制すべく、上記基本実施形態と同様に、温度センサＳ１の検出値Ｔと湿度センサＳ２の検出値Ｈとに基づいて、ブローバイガスの昇温を制御する。

一方、ＥＧＲガスが吸気通路１０に還流されていないときは、ブローバイガスに含まれる水分が減少して、凝縮水が発生し難くなる。そのため、第１変形例のＥＣＵ４０は、ＥＧＲ弁５１が閉弁されているときは、凝縮水の発生と凍結を積極的に抑制する必要がないとも考えられるので、温度センサＳ１の検出値Ｔと湿度センサＳ２の検出値Ｈとにかかわらず、ブローバイガスの昇温を停止する。これにより、昇温器３０の制御を実質的に停止できるので、制御を簡略化できる。

（第２変形例）
温度センサＳ１は、車両において大気温度を検出可能な任意の位置、例えば、エアクリーナ１４の入口に設けられても良い。

（第３変形例）
湿度センサＳ２は、ブローバイガス通路２０における任意の位置、例えば、オイルセパレータ２２と昇温器３０との間に位置するブローバイガス管２１に設けられても良い。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って、本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関
２ エンジン本体
１０ 吸気通路
１１ 排気通路
１２ 吸気マニホールド
１３ 吸気管
１４ エアクリーナ
１５ ターボチャージャ
１６ インタークーラ
１７ 排気マニホールド
１８ 排気管
２０ ブローバイガス通路
２１ ブローバイガス管
２２ オイルセパレータ
３０ 昇温器
３１ 管部材
４０ ＥＣＵ（制御部）
５０ ＥＧＲ管
５１ ＥＧＲ弁
５２ ＥＧＲクーラ
１００ ブローバイガス還流装置
Ａ 吸気
Ｂ ブローバイガス
Ｇ 排気
Ｍ マップ

Claims (4)

1. 内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
   吸気通路と、
   前記吸気通路に接続されたブローバイガス通路と、
   前記ブローバイガス通路内のブローバイガスを昇温する昇温器と、
   前記昇温器による昇温を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、大気温度と前記ブローバイガス通路内の湿度とに基づいて、前記昇温器による昇温を制御する
   ことを特徴とするブローバイガス還流装置。
2. 前記大気温度を検出する温度センサと、
   前記ブローバイガス通路内の湿度を検出する湿度センサと、
   前記大気温度と、その大気温度に対応する前記湿度の閾値との関係を規定したマップと、を更に備え、
   前記制御部は、前記温度センサの検出値に対応する前記湿度センサの検出値が、前記閾値以上のときに、前記昇温器による昇温を実行する
   請求項１記載のブローバイガス還流装置。
3. 前記閾値は、前記大気温度が低いほど低くなるように設定される
   請求項２記載のブローバイガス還流装置。
4. 前記内燃機関は、
   ＥＧＲガスを前記吸気通路内に還流させるためのＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁と、を更に備え、
   前記制御部は、前記ＥＧＲ弁が閉弁されているときは、前記昇温器による昇温を停止する
   請求項１〜３何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。

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