JP4330982B2

JP4330982B2 - ドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置

Info

Publication number: JP4330982B2
Application number: JP2003413274A
Authority: JP
Inventors: 孝男鈴木; 英憲薄井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005171884A

Description

本発明は、ドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置に関する。

ブローバイガスによる潤滑油の劣化を抑制するために潤滑油タンクとクランク室とをそれぞれ吸気通路に接続したドライサンプ給油式エンジンのブローバイガス還元装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
実公平６−１０１１０号公報特開平１１−１４８３３３号公報実開平３−１７２１３号公報特開平４−２４６２１６号公報特開平８−２４０１１３号公報

従来の装置では、気液分離が十分に行われていないブローバイガスがクランク室から吸気通路へ排出されるおそれがある。また、潤滑油タンクとクランク室とから吸気通路へ排出されるガスの流量はそれぞれ潤滑油タンクと吸気通路との圧力差、クランク室と吸気通路との圧力差によって決定されるが、これらの圧力差は内燃機関の運転状態によって変動するので、圧力差によっては潤滑油タンクやクランク室から適切にブローバイガスが排出されない可能性がある。そのため、潤滑油の劣化が促進されるおそれがある。

そこで、本発明は、ブローバイガスの気液分離を促進でき、且つクランク室及び潤滑油タンクからブローバイガスを適切に排出可能なドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置を提供することを目的とする。

本発明のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置は、内燃機関のクランク室の底部に設けられた潤滑油溜め部から潤滑油タンクへ潤滑油を排出する排出ポンプと、前記潤滑油タンクから前記内燃機関の各部へ前記潤滑油を供給する供給ポンプと、を備えたドライサンプ給油式内燃機関に適用されるブローバイガス還元装置において、前記クランク室の前記潤滑油溜め部よりも上部の空間と前記潤滑油タンク内のヘッドスペースとを接続する接続通路と、前記ヘッドスペースと前記内燃機関の吸気通路とを接続するブローバイガス還元通路と、前記ブローバイガス還元通路を通過するガスの流量を前記ヘッドスペースと前記吸気通路との圧力差に応じて調整する流量調整手段と、前記ヘッドスペースの圧力を調整する圧力調整手段と、前記ヘッドスペースの圧力を取得するタンク内圧力取得手段と、前記吸気通路の圧力を取得する吸気圧取得手段と、前記流量調整手段により調整される前記ブローバイガス還元通路のガス流量が目標流量となるように前記タンク内圧力取得手段が取得した圧力と前記吸気圧取得手段が取得した圧力とに基づいて前記圧力調整手段を制御する圧力制御手段と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明のブローバイガス還元装置によれば、クランク室内のブローバイガスは接続通路によって潤滑油タンクのヘッドスペースへ導入され、その後ブローバイガス還元通路を通って吸気通路へ導入される。このようにヘッドスペースを通過させることにより、ヘッドスペースにおいてブローバイガスの気液分離を促進させることができる。

また、本発明のブローバイガス還元装置によれば、内燃機関の運転状態の変化等によりヘッドスペースと吸気通路との圧力差が変化した場合でも、ブローバイガス還元通路のガス流量が目標流量になるように圧力制御手段がヘッドスペースの圧力を調整するので、クランク室及び潤滑油タンクから適切にブローバイガスを吸気通路へ排出することができる。従って、ブローバイガスによる潤滑油の劣化を抑制することができる。

本発明のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置は、前記目標流量として、前記流量調整手段が調整できるガス流量の最大値が設定されていてもよい（請求項２）。この場合、ブローバイガス還元通路のガス流量は流量調整手段が調整できる最大のガス流量（最大調整流量）となる。これにより、クランク室及び潤滑油タンクから最大調整流量のブローバイガスを排出させることができるので、潤滑油の劣化をさらに抑制することができる。

本発明のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置は、前記圧力調整手段として、前記接続通路を通過するガスの流量を調整する弁手段が設けられていてもよい（請求項３）。ヘッドスペースの圧力は、ヘッドスペースへ流入するガスの流量とヘッドスペースから流出するガスの流量の変化させることで調整することができる。例えば、ヘッドスペースへ流入するガス流量を増加させることでヘッドスペースの圧力を上昇させることができ、ガス流量を減少させることで圧力を低下させることができる。そこで、弁手段によって接続通路を通過するガスの流量を調整することでヘッドスペースの圧力を調整することができる。

本発明のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置は、前記吸気通路にスロットルバルブが設けられ、前記ブローバイガス還元通路は前記スロットルバルブの下流の前記吸気通路に接続されていてもよい（請求項４）。このようにブローバイガス還元通路を接続することで、ブローバイガス還元装置から導入されるブローバイガスに含まれる煤等のスロットルバルブへの付着を抑制することができる。そのため、煤等のデポジットによるスロットルバルブの固着を防止することができる。また、スロットルバルブへのデポジットの堆積による吸入空気量の低下を抑制することができるので、空燃比のリッチ化を抑制して排気エミッション、出力及び燃費の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、気液分離の促進によりブローバイガスによる潤滑油の持ち去りを低減させて潤滑油の減少を抑制することができる。また、クランク室及び潤滑油タンクから適切にブローバイガスが排出されるので、潤滑油の劣化を抑制することができる。そのため、潤滑油の交換頻度を抑えて、メンテナンスコストを低減することができる。さらに、ブローバイガスに含まれる燃料及び煤と潤滑油との混合が抑制されるので、潤滑油が供給される内燃機関各部の潤滑効率を向上させることができる。

図１に本発明のブローバイガス還元装置が組み込まれたドライサンプ給油式内燃機関を示す。図１の内燃機関１は、シリンダが形成されるシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上方に取り付けられるシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上面に取り付けられるヘッドカバー４と、シリンダブロック２の下方に取り付けられるクランクケース５と、クランクケース５の下面に取り付けられるオイルパン６とで構成されている。クランクケース５の内部には、シリンダブロック２と、クランクケース５と、オイルパン６とによってクランク室７が形成される。シリンダヘッド３とシリンダブロック２とクランク室７とは、シリンダヘッド３及びシリンダブロック２に形成されたブローバイガス通路（不図示）で接続されている。

内燃機関１には、吸気通路８と、給油装置９とが設けられている。吸気通路８には、吸気濾過用のエアクリーナ１０と、吸気量に対応した信号を出力するエアフローセンサ１１と、吸気量調整用のスロットルバルブ１２と、吸気通路４の圧力（吸気圧）に対応した信号を出力する吸気圧取得手段としての吸気圧センサ１３とが設けられている。給油装置９はドライサンプ式給油装置として構成され、潤滑油を貯留する潤滑油タンク１４と、潤滑油タンク１４内の潤滑油を内燃機関１の各部へ供給する（図１中の矢印Ａ方向へ送る。）供給ポンプ１５と、内燃機関１の各部を潤滑した後クランク室７の底部に設けられた潤滑油溜め部６ａに戻ってきた潤滑油を潤滑油タンク１４へ排出する（図１中の矢印Ｂ方向へ送る。）排出ポンプ１６と、を備えている。供給ポンプ１５及び排出ポンプ１６は、ベルト１７によって例えば内燃機関１の出力軸と接続され、駆動される。

内燃機関１には、内燃機関１の圧縮行程時や膨張行程時にクランク室７へ噴き抜けた燃料混合気いわゆるブローバイガスを吸気通路８へ還元するためのブローバイガス還元装置１８が設けられている。ブローバイガス還元装置１８は、クランク室７の潤滑油溜め部６ａよりも上部の空間（上部空間）７ａと潤滑油タンク１４内のヘッドスペース１４ａとを接続する接続通路１９と、ヘッドスペース１４ａとスロットルバルブ１２よりも下流の吸気通路８とを接続するブローバイガス還元通路２０と、ヘッドスペース１４ａの圧力（タンク内圧）に対応した信号を出力するタンク内圧力取得手段としてのタンク内圧センサ２１と、吸気通路８とヘッドカバー４とを接続する新気導入通路２２とを備えている。接続通路１９には接続通路１９を流通するガスの流量を調整する弁手段としての電磁弁２３が、ブローバイガス還元通路２０にはブローバイガス還元通路２０を通過するガスの流量をヘッドスペース１４ａと吸気通路４との圧力差に応じて調整する流量調整手段としてのＰＣＶバルブ２４が、それぞれ設けられている。

内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２５により制御される。ＥＣＵ２５はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ２５は、例えばイグニッション（ＩＧ）スイッチ２６等から内燃機関１の始動信号を受信した場合、始動装置を動作させて内燃機関１を始動させる。また、ＥＣＵ２５には、エアフローセンサ１１、吸気圧センサ１３及びタンク内圧センサ２１が接続される。ＥＣＵ２５の起動及びその停止は電源制御回路２７により制御される。

電源制御回路２７によりＥＣＵ２５が起動されると、ＥＣＵ２５は内燃機関１の始動のために各種の制御ルーチンを開始する。図２は、その制御ルーチンの一つとして電磁弁２３を制御するためにＥＣＵ２５が実行する電磁弁制御ルーチンを示している。図２の制御ルーチンは、実行開始後、内燃機関１の運転中に所定の間隔で繰り返し実行される。

図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２５はまずステップＳ１１で内燃機関１が運転中であるか否かを判断する。内燃機関１が運転中であるか否かは、例えばエアフローセンサ１１の出力信号を参照することで判断することができる。内燃機関１が運転中ではないと判断した場合はステップＳ１２に進み、内燃機関１の始動要求があったか否かを判断する。
始動要求があったか否かは、例えばＩＧスイッチ２６からの出力信号を参照することで判断することができる。始動要求がなかったと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、始動要求があったと判断した場合はステップＳ１３へ進み、ＥＣＵ２５は電磁弁２３を開状態にする。このように内燃機関１の始動要求直後に電磁弁２３を開状態にすることで、潤滑油タンク１４内の圧力の低下を抑えて供給ポンプが潤滑油を内燃機関１の各部へ供給できるようにする。電磁弁２３の制御としては、例えば電磁弁２３に対する単位時間あたりの通電時間の割合（デューティ比）を変化させる制御いわゆるデューティ制御が適用できる。図１の電磁弁２３には、通電されることで開弁する電磁弁が取り付けられている。そのため、電磁弁２３を開状態にするために、ＥＣＵ２５はデューティ比を１００％にする。

電磁弁２３を開状態にした後及びステップＳ１１で運転中と判断した場合はステップＳ１４へ進み、ＥＣＵ２５は内燃機関１が全負荷で運転中であるか否かを判断する。内燃機関１が全負荷で運転中であるか否かは、例えばエアフローセンサ１１の出力信号を参照することで推定することができる。内燃機関１が全負荷で運転中ではない（部分負荷で運転中である。）と判断した場合はステップＳ１５へ進み、ＥＣＵ２５はタンク内圧と吸気圧とを取得する。タンク内圧及び吸気圧は、それぞれタンク内圧センサ２１及び吸気圧センサ１３の出力信号から取得できる。続くステップＳ１６においてＥＣＵ２５は、取得したタンク内圧と吸気圧とからタンク内圧と吸気圧との圧力差Ｐを算出する。

次のステップＳ１７においてＥＣＵ２５は、算出した圧力差Ｐが目標差圧になるように電磁弁２３のデューティ比を変更する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。目標差圧としては、ＰＣＶバルブ２４が図３に示したような流量特性である場合、例えばＰＣＶバルブ２４の最大調整流量になる圧力差（Ｐ_Ｔ）を設定することができる。また、ＥＣＵ２５は、例えば図４に示した圧力差Ｐと目標差圧Ｐ_Ｔとの差ΔＰ（＝Ｐ_Ｔ−Ｐ）とディーティ比を変化させる変化量との関係を示したマップを記憶しておき、このマップを参照してデューティ比を変更する。ヘッドスペース１４ａの圧力は、ブローバイガス還元通路２０によって吸気通路８へ排出されるガス（図１の矢印Ｃ方向へ流れるガス。）の流量と、接続通路１９を通ってヘッドスペース１４ａへ導入されるガス（図１の矢印Ｄ方向へ流れるガス。）の流量と、排出ポンプ１６によって潤滑油とともに潤滑油タンク１４内へ導入されるガスの流量とによってほぼ決定される。そのため、電磁弁２３のデューティ比を変更して接続通路１９からヘッドスペース１４ａへ流入するガスの流量を変化させることで、ヘッドスペース１４ａの圧力を調整することができる。このように接続通路１９のガス流量を調整してヘッドスペース１４ａの圧力を変更することにより、電磁弁２３は圧力調整手段として機能する。また、電磁弁２３のディーティ比を変化させる処理を行うことにより、ＥＣＵ２５は圧力制御手段として機能する。

一方、内燃機関１が全負荷で運転中であると判断した場合はステップＳ１８へ進み、ＥＣＵ２５はデューティ比を１００％にして電磁弁２３を開状態にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。内燃機関１が全負荷で運転されている場合、ブローバイガスの発生量が増加してヘッドスペース１４ａの圧力と吸気通路８の圧力との差が殆ど無くなる。そのため、ブローバイガス還元通路２０から吸気通路８へのブローバイガスの排出量が減少し、ヘッドスペース１４ａからブローバイガスが排出され難くなる。一方、ヘッドスペース１４ａへは、排出ポンプ１６によって潤滑油とともに増加したブローバイガスが導入される。このような場合は図５に示したように、電磁弁２３の開状態を維持させることによりヘッドスペース１４ａから上部空間７ａへ（図５の矢印Ｇ方向）ブローバイガスを排出し、ブローバイガス通路を介して新気導入通路２２からもブローバイガスを吸気通路８へ排出（図５中の矢印Ｈ及び矢印Ｉ方向の流れ）させる。このように内燃機関１が全負荷で運転されてブローバイガスの発生量が多く、ヘッドスペース１４ａの圧力と吸気通路８の圧力との差が殆ど無くなる場合は電磁弁２３を開状態にすることで、ブローバイガスを適切に排出することができる。

このように電磁弁２３の動作を制御することで、内燃機関１が部分負荷で運転されている場合は、最大調整流量のブローバイガスがブローバイガス還元通路２０を介して吸気通路８へ排出させることができる。そのため、図１に示したように新気導入通路２２及びブローバイガス通路を介して（図１の矢印Ｅ及び矢印Ｆ方向への流れ）最大調整流量に対応した空気をクランク室７へ導入することができる。そのため、クランク室７の換気性を向上させ、潤滑油の劣化を抑制することができる。また、内燃機関１の部分負荷運転時、ブローバイガスはヘッドスペース１４ａを通過して吸気通路８へ排出されるので、ヘッドスペース１４ａで潤滑油とブローバイガスとの気液分離を促進させることが出来る。そのため、潤滑油の減少を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、接続通路に設けられる弁は電磁弁に限定されない。例えば、接続通路のガス流量を連続的に変化させることのできる弁を設けてもよい。

本発明のブローバイガス還元装置が組み込まれたドライサンプ給油式内燃機関を示す図。図１のＥＣＵが実行する電磁弁制御ルーチンを示すフローチャート。図１のＰＣＶバルブの流量特性の一例を示す図。図２の制御ルーチンでＥＣＵが電磁弁を制御するために参照するマップの一例を示した図。図１の内燃機関が全負荷で運転されている場合のブローバイガスの流れを示す図。

符号の説明

１内燃機関
６ａ潤滑油溜め部
７クランク室
７ａクランク室の潤滑油溜め部よりも上部の空間
８吸気通路
１２スロットルバルブ
１３吸気圧センサ（吸気圧取得手段）
１４潤滑油タンク
１４ａヘッドスペース
１５供給ポンプ
１６排出ポンプ
１８ブローバイガス還元装置
１９接続通路
２０ブローバイガス還元通路
２１タンク内圧センサ（タンク内圧力取得手段）
２３電磁弁（圧力調整手段、弁手段）
２４ＰＣＶバルブ（流量調整手段）
２５エンジンコントロールユニット（圧力制御手段）

Claims

内燃機関のクランク室の底部に設けられた潤滑油溜め部から潤滑油タンクへ潤滑油を排出する排出ポンプと、前記潤滑油タンクから前記内燃機関の各部へ前記潤滑油を供給する供給ポンプと、を備えたドライサンプ給油式内燃機関に適用されるブローバイガス還元装置において、
前記クランク室の前記潤滑油溜め部よりも上部の空間と前記潤滑油タンク内のヘッドスペースとを接続する接続通路と、前記ヘッドスペースと前記内燃機関の吸気通路とを接続するブローバイガス還元通路と、前記ブローバイガス還元通路を通過するガスの流量を前記ヘッドスペースと前記吸気通路との圧力差に応じて調整する流量調整手段と、前記ヘッドスペースの圧力を調整する圧力調整手段と、前記ヘッドスペースの圧力を取得するタンク内圧力取得手段と、前記吸気通路の圧力を取得する吸気圧取得手段と、前記流量調整手段により調整される前記ブローバイガス還元通路のガス流量が目標流量となるように前記タンク内圧力取得手段が取得した圧力と前記吸気圧取得手段が取得した圧力とに基づいて前記圧力調整手段を制御する圧力制御手段と、を備えたことを特徴とするドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置。
前記目標流量として、前記流量調整手段が調整できるガス流量の最大値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置。
前記圧力調整手段として、前記接続通路を通過するガスの流量を調整する弁手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置。
前記吸気通路にスロットルバルブが設けられ、前記ブローバイガス還元通路は前記スロットルバルブの下流の前記吸気通路に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライサンプ給油式内燃機関のブローバイガス還元装置。