JP2024050107A - ブローバイガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能なブローバイガス処理装置を提供する。【解決手段】ブローバイガス処理装置６０は、クランクケース１０ｂとスロットルバルブ１３の下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流する第１掃気ライン６１及び第２掃気ライン６４と、第１掃気ライン６１に介装され、吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブ６２と、スロットルバルブ１３の上流側とクランクケース１０ｂとを連通し新気を導入する新気ライン６３と、第２掃気ライン６４に介装され、クランクケース１０ｂの内圧が正圧となり、かつ、クランクケース１０ｂの内圧と吸気系の圧力との差圧が所定圧よりも大きくなると開弁する差圧弁６５とを備え、第１掃気ライン６１と第２掃気ライン６４とは熱交換可能とされている。【選択図】 図１

Description

本発明は、ブローバイガス処理装置に関する。

従来から、シリンダとピストンとの間からクランクケースに漏れ出したブローバイガスの環境（大気）への放出を防止するために、ブローバイガスをエンジンの吸気系に戻して燃焼させ処理するブローバイガス処理装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ブローバイガス処理装置は、例えば、クランクケース内部とスロットルバルブの下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流（導入）する掃気ライン（ＰＣＶライン）と、掃気ラインを流れるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｃａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）バルブと、スロットルバルブの上流側とクランクケース内部とを連通し新気を導入する新気ラインとを有して構成されている。

特開２０１０－１７３５４８号公報

ところで、例えば、極低温環境下においては、外部の冷たい空気によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成されることがある。そして、その氷によって掃気ラインや新気ラインが閉塞して、クランクケース内圧が異常上昇するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能なブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るブローバイガス処理装置は、クランクケースと吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流する第１掃気ラインと、吸気系のスロットルバルブ上流側とクランクケースとを連通し新気を導入する新気ラインと、第１掃気ラインに介装され、吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節する流量制御弁と、クランクケースと吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流する第２掃気ラインと、第２掃気ラインに介装され、クランクケースの内圧が正圧となり、かつ、クランクケースの内圧と吸気系の圧力との差圧が所定圧よりも大きくなると開弁する差圧弁とを備え、第１掃気ラインと第２掃気ラインとが熱交換可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能となる。

実施形態に係るブローバイガス処理装置が適用されたエンジンの構成を示す図である。 実施形態に係るブローバイガス処理装置の要部の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、特に区別する必要がある場合を除いて、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るブローバイガス処理装置６０の構成について説明する。図１は、ブローバイガス処理装置６０が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。図２は、ブローバイガス処理装置６０の要部（第２掃気ライン６４及び差圧弁６５等）の構成を示す図である。

エンジン１０は、どのような型式のものでもよいが、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。なお、吸気管１５及びインテークマニホールド１１は、特許請求の範囲に記載の吸気系に相当する。

ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気管負圧）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランクシャフト１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランクシャフト１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

排気管１８の集合部の下流かつ排気浄化触媒２０の上流には、空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。

空燃比センサ１９の下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。排気浄化触媒２０の下流側には、排気音を低減する消音器（マフラ）４３が取り付けられている。

排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０のインテークマニホールド１１に再循環させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８とインテークマニホールド１１とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ流量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、エンジン１０の運転状態に応じて、後述する電子制御装置５０によって開度（ＥＧＲＳＴＰ）が制御される。

上述したエアフローメータ１４、空燃比センサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルセンサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリ等によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び、入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル操作量、混合気の空燃比、及び、エンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３やＥＧＲバルブ４２等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

また、エンジン１０は、燃焼室からシリンダとピストンとの間を通してクランクケース１０ｂ内に漏れ出したブローバイガスを吸気管１５等（吸気系）に導入して燃焼させるブローバイガス処理装置６０を備えている。ブローバイガス処理装置６０は、クランクケース１０ｂ内部と吸気管１５等のスロットルバルブ１３の下流側とを連通しブローバイガスを吸気管１５等に還流（導入）する第１掃気ライン（ＰＣＶライン）６１と、第１掃気ライン６１に介装され、吸気管１５等の圧力に応じて、第１掃気ライン６１を流れるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブ６２（特許請求の範囲に記載の流量制御弁に相当）と、スロットルバルブ１３の上流側とクランクケース１０ｂ内部とを連通し新気を導入する新気ライン６３とを含んで構成されている。

なお、本実施形態では、ＰＣＶバルブ６２として、例えば、クランクケース１０ｂとスロットルバルブ１３の下流側（例えばインテークマニホールド１１）との圧力差によって差動するタイプのものを用いた。

ところで、例えば、－２０℃以下の極低温環境下においては、外部の冷たい空気によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成されることがある。そして、その氷によって第１掃気ライン６１等が閉塞した場合、クランクケース内圧の異常上昇が生じ得る。

そこで、本実施形態に係るブローバイガス処理装置６０は、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し（すなわち、第１掃気ライン６１等の閉塞を解消し）、クランクケース内圧の異常上昇を防止する機能を有している。

そのため、ブローバイガス処理装置６０は、上述した構成に加えて、第２掃気ライン６４と、第２掃気ライン６４に介装された差圧弁６５とを備えている。

第２掃気ライン６４は、クランクケース１０ｂ内部と吸気管１５等のスロットルバルブ１３の下流側とを連通しブローバイガスを吸気管１５等に還流（導入）する。第２掃気ライン６４は、第１掃気ライン６１と熱交換可能とされている。

より具体的には、熱交換可能とするため、第２掃気ライン６４は、少なくとも一部分が、第１掃気ライン６１に接触して（密着して）巻き付けられている。特に、凍結し易い（閉塞し易い）ＰＣＶバルブ６２と熱交換可能とするため、図２に示されるように、第２掃気ライン６４は、少なくとも一部分が、第１掃気ライン６１に介装されたＰＣＶバルブ６２の周囲に接触して巻き付けられることが好ましい。

第２掃気ライン６４に介装される差圧弁６５は、例えば、弁体６５１と、弁体６５１に対して閉弁方向の付勢力を付与するコイルスプリング６５２（付勢部材）とを有して構成されるオン・オフバルブである。差圧弁６５（コイルスプリング６５２）は、クランクケース１０ｂの内圧が正圧となり、かつ、クランクケース１０ｂの内圧と吸気系の圧力との差圧（圧力差）が所定圧よりも大きくなると開弁する（すなわちクランクケース１０ｂ内部と吸気管１５等とを連通する）ように設定されている。そのため、第１掃気ライン６１が閉塞してクランクケース１０ｂの内圧が上昇すると、差圧弁６５が開き、第２掃気ライン６４にブローバイガスが流れる。

一方、差圧弁６５は、クランクケース１０ｂの内圧が負圧のときや、クランクケース１０ｂの内圧と吸気系の圧力との差圧（圧力差）が所定圧以下のときは、クランクケース１０ｂ内部と吸気管１５等との連通を遮断する。すなわち、差圧弁６５は、通常は閉じている（ノーマリクローズ）。そのため、第１掃気ライン６１が閉塞していないときには、第２掃気ライン６４にはブローバイガスが流れない。

差圧弁６５は、凍結による閉塞を生じ難くするため、クランクケース１０ｂ（シリンダブロック）の内部又は近傍に配設される。また、ＰＣＶバルブ６２よりも、凍結による閉塞を生じ難くするため、差圧弁６５の開口面積は、ＰＣＶバルブ６２の開口面積よりも大きく設定される。

上述したように構成されることにより、例えば、極低温環境下において、外部の冷たい空気によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成され、その氷によって第１掃気ライン６１（ＰＣＶバルブ６２）等が閉塞してクランクケース内圧が上昇すると、すなわち、クランクケース内圧が正圧となり、かつ、クランクケース内圧と吸気系の圧力との差圧が所定圧よりも大きくなると、差圧弁６５が開弁して暖かいブローバイガスが第２掃気ライン６４を流れる。

ここで、第１掃気ライン６１と第２掃気ライン６４とは熱交換可能とされているため、ブローバイガスで温められた第２掃気ライン６４の熱で第１掃気ライン６１（ＰＣＶバルブ６２）の氷が融けて第１掃気ライン６１の閉塞が解消される。なお、ＰＣＶバルブ６２の閉塞が解消されることで、暖かいブローバイガスが第１掃気ライン６１に流入するため、第１掃気ライン６１の吸気管１５等との接続箇所等に生成した氷も融ける。

なお、第１掃気ライン６１の閉塞が解消されてクランクケース１０ｂの内圧が正常に戻ると、差圧弁６５は閉弁する。そして、第２掃気ライン６４の連通が遮断され、ブローバイガスが流れなくなる（通常の状態に戻る）。このように、第２掃気ライン６４には、第１掃気ライン６１が閉塞したときにしか水分を含んだブローバイガスが流れないため、極低温環境下でも氷が生成されにくい。すなわち、第２掃気ライン６４は凍結して閉塞し難い。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、第１掃気ライン６１（ＰＣＶバルブ６２）が凍結して閉塞することによりクランクケース内圧が上昇すると、すなわち、クランクケース内圧が正圧となり、かつ、クランクケース内圧と吸気系の圧力との差圧が所定圧よりも大きくなると、差圧弁６５が開弁し、暖かいブローバイガスが第２掃気ライン６４を流れる。そして、ブローバイガスで温められた第２掃気ライン６４の熱で第１掃気ライン６１（ＰＣＶバルブ６２）の氷が融けて第１掃気ライン６１の閉塞が解消される。その結果、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し（すなわち第１掃気ライン６１の閉塞を解消し）、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能となる。

なお、第１掃気ライン６１の閉塞が解消されてクランクケース１０ｂの内圧が正常に戻ると、差圧弁６５が閉弁されることにより、第２掃気ライン６４の連通が遮断され、水分を含んだブローバイガスが流れなくなる。そのため、極低温環境下であっても第２掃気ライン６４が凍結して閉塞することを防止できる。

本実施形態によれば、差圧弁６５が、クランクケース１０ｂ（シリンダブロック）の内部又は近傍に配設されているため、エンジン１０からの熱によって差圧弁６５の凍結による閉塞を生じ難くすることができる。

また、本実施形態によれば、差圧弁６５の開口面積が、ＰＣＶバルブ６２の開口面積よりも大きく設定されているため、ＰＣＶバルブ６２よりも、凍結による閉塞を生じ難くすることができる。

本実施形態によれば、第２掃気ライン６４の少なくとも一部分が、第１掃気ライン６１に接触して巻き付けられているため、効率よく熱交換することができる。

特に、本実施形態によれば、第２掃気ライン６４の少なくとも一部分が、第１掃気ライン６１に介装されたＰＣＶバルブ６２の周囲に接触して巻き付けられているため、凍結し易い（閉塞し易い）ＰＣＶバルブ６２との間で効率よく熱交換することができ、ＰＣＶバルブ６２の氷を効率よく融かして閉塞を解消することができる。なお、ＰＣＶバルブ６２の閉塞が解消されることで、暖かいブローバイガスが第１掃気ライン６１に流入するため、第１掃気ライン６１の吸気管１５等との接続箇所等に生成した氷も融かすことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第２掃気ライン６４を、氷ができやすい（閉塞しやすい）ＰＣＶバルブ６２の周囲に巻き付け熱交換可能としたが、第２掃気ライン６４を巻き付ける箇所（熱交換箇所）は、上記実施形態に限られることなく、氷ができやすい他の箇所、例えば、第１掃気ライン６１の吸気管１５等との接続箇所や、新気ライン６３の吸気管１５等との接続箇所に巻き付けてもよい。

なお、第２掃気ライン６４と第１掃気ライン６１との熱交換の方法は上記実施形態に限られることなく、例えば、第２掃気ライン６４を巻き付けることに代えて、又は加えて、第２掃気ライン６４を第１掃気ライン６１に接触させつつ並べて配設する構成等としてもよい。

上記実施形態では、本発明をＮＡ（自然吸気）エンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、過給機（ターボチャージャ等）を備えたエンジンに適用することもできる。

１０ エンジン
１０ａ クランクシャフト
１０ｂ クランクケース
１１ インテークマニホールド
１３ 電子制御式スロットルバルブ
１５ 吸気管
１８ 排気管
１９ 空燃比センサ
２０ 排気浄化触媒
４０ 排気ガス再循環装置
４１ ＥＧＲ配管
４２ ＥＧＲバルブ
４３ 消音器
５０ ＥＣＵ
６０ ブローバイガス処理装置
６１ 第１掃気ライン
６２ ＰＣＶバルブ
６３ 新気ライン
６４ 第２掃気ライン
６５ 差圧弁
６５１ 弁体
６５２ コイルスプリング

Claims (5)

1. クランクケースと吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを前記吸気系に還流する第１掃気ラインと、
   前記吸気系のスロットルバルブ上流側と前記クランクケースとを連通し新気を導入する新気ラインと、
   前記第１掃気ラインに介装され、前記吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節する流量制御弁と、
   前記クランクケースと前記吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを前記吸気系に還流する第２掃気ラインと、
   前記第２掃気ラインに介装され、前記クランクケースの内圧が正圧となり、かつ、前記クランクケースの内圧と前記吸気系の圧力との差圧が所定圧よりも大きくなると開弁する差圧弁と、を備え、
   前記第１掃気ラインと前記第２掃気ラインとは、熱交換可能とされていることを特徴とするブローバイガス処理装置。
2. 前記差圧弁は、前記クランクケースの内部又は近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス処理装置。
3. 前記差圧弁の開口面積は、前記流量制御弁の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のブローバイガス処理装置。
4. 前記第２掃気ラインは、少なくとも一部分が、前記第１掃気ラインに接触して巻き付けられていることを特徴とする請求項３に記載のブローバイガス処理装置。
5. 前記第２掃気ラインは、少なくとも一部分が、前記第１掃気ラインに介装された前記流量制御弁の周囲に接触して巻き付けられていることを特徴とする請求項４に記載のブローバイガス処理装置。

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