JP5083655B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付の内燃機関に関する。

エンジンが駆動されると、シリンダからのガスは、ピストンのシールリングを過ぎてクランクケース内に漏れる。シリンダ内の圧力はガスをシールリングを通過して吹き付けるので、この漏れたガスは、ブローバイガスと呼ばれている。ブローバイガスがエンジンのクランクケース内に留まると、腐食性の酸とスラッジが形成され、これがエンジン各部に様々な悪影響を与えることが知られている。スラッジは、オイル中に含まれるオレフィンと、ブローバイガスに含まれるＮＯｘやＳＯｘと、水とを主成分とし、これら主成分が熱や酸の力で反応し、スラッジプリカーサやスラッジバインダといった前駆物質を経て生成される。スラッジは視覚的には泥或いはヘドロ状の物質であり、例えば、これが内燃機関内部の通路に堆積すると通路を閉塞するといった問題を引き起こす。クランクケース内をできる限りクリーンにしておくためには、換気装置が必要となる。このような換気装置は、例えば、特許文献１〜３等に開示されている。

特開２００１−１６４９１８号公報 特開２００３−９０２０７号公報 特開２００６−２５００８０号公報

ところで、自然吸気エンジンであれば、筒内に外気を導くインテークマニホールド内は、一般的には、負の圧力を示す。このインテークマニホールド内の負の圧力とクランクケース内の圧力との差圧を利用すれば、クランクケース内のブローバイガスをインテークマニホールドへ還流する換気システムを構成することができる。
しかしながら、過給機付のエンジンでは、その高負荷運転領域において、過給機の作用により、インテークマニホールド内に圧力が正の圧力を示し、かつ、クランクケース内の圧力よりも高圧である。このため、上記したような、インテークマニホールド内の負の圧力とクランクケース内の圧力との差圧を利用した換気システムを構成することができない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高負荷領域においてもクランクケース内の換気が可能な過給機付の内燃機関を提供することにある。

本発明に係る内燃機関は、過給機を備えた内燃機関であって、内燃機関のクランクケースから前記内燃機関の吸気系へ通じる、ブローバイガスの還流通路に設けられた換気補助機構を備え、前記換気補助機構は、前記ブローバイガスの前記クランクケースから前記吸気系へ向かう流れを発生させるための圧力を前記内燃機関の振動を利用して発生させる圧力発生機構と、前記圧力発生機構により発生した圧力により前記クランクケースから前記吸気系へ向かうガスの流れが逆流するのを防止する逆流防止機構と、を有することを特徴とする。

上記構成において、前記圧力発生機構は、前記吸気系及び前記クランクケースに連通する弁室を画定する弁室部材と、前記弁室を前記吸気系側と前記クランクケース側の２つの空間に区画し、その揺動により所定のヒンジを中心に前記吸気系側の空間及び前記クランクケース側の空間に向けて揺動可能に保持されている揺動バルブと、前記揺動バルブの所定位置に設けられた所定質量の錘と、前記揺動バルブをその揺動を受容しつつ支持する弾性部材と、を備える、構成を採用できる。

上記構成において、前記逆流防止機構は、前記弁室のクランクケース側の空間から前記クランクケース側へのガスの逆流を防ぐ第１のリードバルブと、前記揺動バルブに設けられ、前記吸気系側から前記クランクケース側へのガスの逆流を防ぎつつ、前記クランクケース側から前記吸気系側へのガスの流れを許容する第２のリードバルブと、を有する構成を採用できる。

本発明によれば、過給機を備えた内燃機関において、高負荷領域においてもクランクケース内の換気が可能となる。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明が適用される、過給機としてのターボチャージャを備える過給機付内燃機関（以下、エンジン１０という）の概要を示すシステム構成図である。

エンジン１０の吸気系として、吸気ポートにインテークマニホールド２３が連通され、このインテークマニホールド２３の各気筒への吸気通路集合部にサージタンク１２を介してスロットルバルブ１６が介装されたスロットルチャンバ１４が連通されている。スロットルバルブ１６は不図示のスロットルモータによって駆動される、いわゆる電制スロットルであるか、あるいはアクセルペダルに直接に連繋されたスロットルバルブであってもよい。そして、このスロットルチャンバ１４にはスロットルバルブ１６の開度を検出するためのスロットル開度センサ１８が設けられている。さらに、スロットルチャンバ１４の上流の吸気通路にはターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ｃが設けられ、その下流にインタークーラ２１が配設されている。そして、各気筒の吸気ポートの直上流には、ポート噴射用インジェクタ２２が配設され、また、シリンダヘッドの気筒毎に筒内噴射用インジェクタ２４および点火プラグ２６が配設されている。

一方、エンジン１０の排気系としては、排気ポートに連通する排気マニホルドにより排気が合流され、排気マニホルドに排気通路２８が接続されている。そして、排気通路２８にターボチャージャ２０のタービン２０Ｔが介装され、その下流に、三元触媒２９が配設されている。ターボチャージャ２０は、タービン２０Ｔに導入する排気のエネルギーによりコンプレッサ２０Ｃが回転駆動され、空気を吸入、加圧して過給するものである。タービン２０Ｔの入口側と出口側とを連通するバイパス通路には、ウェストゲートバルブ２０ＷＧが設けられている。このウェストゲートバルブ２０ＷＧは、ウェストゲートバルブ作動用アクチュエータ３０により駆動されて開閉される。ここでウェストゲートバルブ駆動用アクチュエータ３０は、コンプレッサ２０Ｃの下流で且つスロットルバルブ１６上流の過給圧を作動圧力として作動され、その供給圧力経路に介装された開閉制御弁３１のデューティ制御により、ウェストゲートバルブ駆動用アクチュエータ３０への供給圧力が制御される。

また、エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ（不図示）やアクセルペダルの踏込み量（以下、アクセル開度と称す）を検出するアクセル開度センサ（不図示）およびスロットルバルブ１６の開度を検出する上述のスロットル開度センサ１８、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ３２が設けられている。さらに、過給圧を制御するのに用いられる圧力センサ３３および排気ガス中の酸素濃度に基づき燃焼室内の混合気の空燃比を検出する空燃比センサ３４が設けられ、上述のセンサと共に、これらの各種センサの出力がマイクロコンピュータ等で構成される制御用コンピュータ４０に送られるようになっている。なお本実施の形態では、圧力センサ３３はコンプレッサ２０Ｃの下流で且つスロットルバルブ１６の上流位置の吸気通路に取付けられ、空燃比センサ３４はターボチャージャ２０の上流に取付けられているが、空燃比センサ３４の位置は、ターボチャージャ２０の下流であってもよい。

制御用コンピュータ４０は、各センサから送られてきた出力値に応じて、燃料噴射量、点火時期、過給圧等を制御する。なお、燃料噴射量、点火時期、過給圧等の制御のために使用される制御値は、例えば縦軸にアクセル開度やスロットル開度、あるいは吸入空気量等のエンジンの負荷をとり、横軸にエンジン回転数をとったエンジン１０の運転状態を表すマップに、エンジン１０の要求特性等に合わせて実験的に求めた最適値が制御値として設定されており、これらのマップは制御用コンピュータ４０のテーブルに保存されている。

図２は本発明の一実施形態に係るエンジンの要部の構造を示す断面図である。
図２に示すように、エンジン１０は、そのシリンダヘッドに吸気ポート１０４及び排気ポート１０５が形成され、そのシリンダブロックに、ピストン１０１が摺動する燃焼室１０２及びクランク軸系１０６を収容するクランクケース１０３が形成されている。エンジン１０のシリンダブロックの側面には、本発明の一実施形態に係る換気補助機構１１０が取り付けられている。

換気補助機構１１０は、図２に示すように、クランクケース１０３からインテークマニホールド２３へ通じるブローバイガスの還流通路１００Ａ，１００Ｂの間に設けられ、クランクケース１０３内のブローバイガスがインテークマニホールド２３へ向かう流れを発生させるための圧力をエンジン１０の振動を利用して発生させ、発生した圧力によりクランクケース１０３からインテークマニホールド２３へ向かうガスの流れが逆流するのを防止する役割を果たす。

換気補助機構１１０は、具体的には、シリンダブロックの側面に固定された弁室部材１２０、揺動バルブ１４０、揺動バルブの所定位置に設けられた所定質量の錘１５０、及び、弾性ばね１３０Ａ，１３０Ｂで構成される圧力発生機構と、第１のリードバルブ１７０及び第２のリードバルブ１６０で構成される逆流防止機構とを備える。

弁室部材１２０は、内部に空洞を有し、吸気系（インテークマニホルド２３）及びクランクケース１０３に、それぞれ還流通路１００Ａ，１００Ｂを介して、連通する弁室１２１を画定している。

揺動バルブ１４０は、弁室１２１をクランクケース１０３側とインテークマニホールド２３側の２つの空間１２１Ａ，１２１Ｂに区画する。揺動バルブ１４０の先端部には、図示しないシール部材が設けられ、空間１２１Ａ，１２１Ｂとの間は、揺動バルブ１４０により密封される。また、揺動バルブ１４０は、その揺動により所定のヒンジを中心に空間１２１Ａ及び空間１２１Ｂに向けて揺動可能に保持されている

錘１５０は、揺動バルブ１４０の所定位置に設けられ、所定質量を有している。錘１５０の質量、取付位置、個数等は、エンジン１０の振動に応じて揺動バルブ１４０が適切に揺動するように、適宜設定される。
弾性ばね１３０Ａ，１３０Ｂは、その一端部が揺動バルブ１４０の上下に接続されており、他端部が弁室１２１の上下の壁面に接続され、揺動バルブ１４０をその揺動を受容しつつ支持する役割を果たす。

第１のリードバルブ１７０は、可撓性の材料で弾性変形可能に形成され、還流通路１００Ａの端部に設置され、弁室１２１のクランクケース側の空間１２１Ａからクランクケース１０３側へのガスの逆流を防ぐ役割を果たす。
第２のリードバルブ１６０は、可撓性の材料で弾性変形可能に形成され、揺動部材１４０に形成された貫通孔１４０ｈを塞ぐように揺動部材１４０に設けられ、吸気系（インテークマニホルド２３）側からクランクケース１０３側へのガスの逆流を防ぎつつ、クランクケース１０３側から吸気系側へのガスの流れを許容する役割を果たす。

次に、図３及び図４を参照して、換気補助機構１１０の動作について説明する。
図３は、揺動バルブ１４０が上昇過程（空間１２１Ｂ側へ向けて移動する過程）にあるエンジン１０の要部断面図であり、図４は揺動バルブ１４０が下降過程（空間１２１Ａ側へ向けて移動する過程）にあるエンジン１０の要部断面図である。

揺動バルブ１４０は、錘１５０と弾性ばね１３０Ａ，１３０Ｂの作用により、エンジン１０が振動すると、この振動を揺動に変換する。また、エンジン１０が駆動された状態では、上記した過給機に吸気系に圧縮ガスが供給されるので、図３及び図４に示すインテークマニホールド２３側（還流通路１００Ｂ内）の圧力Ｐｉは、クランクケース１０３内の圧力Ｐｃよりも高い状態となる。

上記の状態で、図３に示すように、揺動バルブ１４０が上昇過程にあるときは、空間１２１Ｂの圧力Ｐ２は、空間１２１Ｂの容積の縮小に伴い、Ｐ２＞Ｐｉとなり、空間１２１Ｂ内のブローバイガスＢＧは、インテークマニホールド２３側（還流通路１００Ｂ）に流入する。
一方、空間１２１Ａ内の圧力Ｐ１は、空間１２１Ａの容積拡大に伴い、Ｐ１＜Ｐｃとなり、圧力差により、第１のリードバルブ１７０が変形して還流通路１００Ａの端部を開き、クランクケース１０３から還流通路１２１Ａを通じて空間１２１ＡへブローバイガスＢＧが流入する。

図４に示すように、揺動バルブ１４０が下降過程にあるときは、空間１２１Ｂはその容積が拡大していき、空間１２１Ａはその容積が縮小していく。このため、空間１２１Ａ内の圧力Ｐ１と空間１２１Ｂの圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＞Ｐ２となる。Ｐ１とＰ２の圧力差により、第２のリードバルブ１６０が変形し、揺動バルブ１４０の貫通孔１４０ｈが開放され、ブローバイガスＢＧが空間１２１Ａから空間１２１Ｂへ流入する。

換気補助機構１１０は、上記した動作により、インテークマニホールド２３側（還流通路１００Ｂ内）の圧力Ｐｉがクランクケース１０３内の圧力Ｐｃよりも高いにも関わらず、ブローバイガスＢＧをクランクケース１０３からインテークマニホールド２３側（吸気系）へ還流させることが可能となる。

上記実施形態では、エンジン１０の振動を揺動バルブ１４０の揺動へ変換するバネ−マス系を構成する弾性ばねを２つ用いた場合について説明したが、１つでもよく、また、３つ以上でもよい。
また、弾性手段として弾性ばねを例示したが、弾性手段の機能を実現できる部材であればばね以外にも使用可能である。

本発明が適用される、過給機としてのターボチャージャを備える過給機付内燃機関の概要を示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの要部の構造を示す断面図である。 図２に示す換気補助機構の動作を説明するためのエンジンの要部の断面図である。 図２に示す換気補助機構の他の動作を説明するためのエンジンの要部の断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１６ スロットルバルブ
１８ スロットル開度センサ
２０ ターボチャージャ
２０Ｃ コンプレッサ
２０Ｔ タービン
２０ＷＧ ウェストゲートバルブ
２２ ポート噴射用インジェクタ
２４ 筒内噴射用インジェクタ
２６ 点火栓
２９ 三元触媒
３０ ウェストゲートバルブ作動用アクチュエータ
３１ 開閉制御弁
３２ 水温センサ
３３ 圧力センサ
３４ 空燃比センサ
４０ 制御用コンピュータ
１１０ 換気補助機構
１２０ 弁室部材
１４０ 揺動バルブ
１５０ 錘
１３０Ａ，１３０Ｂ 弾性ばね（弾性部材）
１７０ 第１のリードバルブ
１６０ 第２のリードバルブ

Claims (2)

1. 過給機を備えた内燃機関であって、
   内燃機関のクランクケースから前記内燃機関の吸気系へ通じる、ブローバイガスの還流通路に設けられた換気補助機構を備え、
   前記換気補助機構は、前記ブローバイガスの前記クランクケースから前記吸気系へ向かう流れを発生させるための圧力を前記内燃機関の振動を利用して発生させる圧力発生機構と、
   前記圧力発生機構により発生した圧力により前記クランクケースから前記吸気系へ向かうガスの流れが逆流するのを防止する逆流防止機構と、
   を有し、
   前記圧力発生機構は、前記吸気系及び前記クランクケースに連通する弁室を画定する弁室部材と、
   前記弁室を前記吸気系側と前記クランクケース側の２つの空間に区画し、その揺動により所定のヒンジを中心に前記吸気系側の空間及び前記クランクケース側の空間に向けて揺動可能に保持されている揺動バルブと、
   前記揺動バルブの所定位置に設けられた所定質量の錘と、
   前記揺動バルブをその揺動を受容しつつ支持する弾性部材と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記逆流防止機構は、前記弁室のクランクケース側の空間から前記クランクケース側へのガスの逆流を防ぐ第１のリードバルブと、
   前記揺動バルブに設けられ、前記吸気系側から前記クランクケース側へのガスの逆流を防ぎつつ、前記クランクケース側から前記吸気系側へのガスの流れを許容する第２のリードバルブと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

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