JP5494206B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。

従来、例えば実開昭６２−５２２１１号公報に開示されているように、ブローバイガスを流すためにエゼクタを利用する構成を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置が知られている。

実開昭６２−５２２１１号公報 特開２００９−１３３２９２号公報

ブローバイガスは、ＰＣＶ（positive crankcase ventilation）バルブを含むＰＣＶ機構を用いてサージタンク、吸気マニホールド側に還流させられる。しかし、ＰＣＶバルブによるＰＣＶ流量が常に十分に大きいとはかぎらず、例えば過給域では吸気管圧力が大きいためＰＣＶバルブが作動しない。

そこで、エゼクタにより負圧を生じさせ、この負圧を用いて、内燃機関の吸気通路へとブローバイガスの還流を行う構成が考えられる。具体的には、過給時におけるコンプレッサの上流と下流との圧力差を利用してブローバイガスを流すように、クランクケースと吸気通路との間にエゼクタを介在させることができる。このようにＰＣＶ機構とエゼクタを併用する場合、非過給域においてはＰＣＶバルブがブローバイガスの還流を実現することが期待され、過給域においてはコンプレッサ上流下流の十分に大きな圧力差によりエゼクタがブローバイガスの還流を実現することが期待される。

しかしながら、非過給域から過給域へと推移する途中には、ＰＣＶ流量が少なくかつコンプレッサ上流下流の圧力差が小さい領域が存在する。コンプレッサ上流下流の圧力差が小さいと、エゼクタへのガス流入が発生せず、エゼクタがブローバイガス還流機能を発揮することができない。このように、ＰＣＶ機構とエゼクタを併用する構成では、過給域と非過給域の境界を含む範囲に渡り内燃機関の運転領域が変化する際に、ブローバイガスの処理が阻害されてしまうおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＣＶ機構とエゼクタを用いる構成において、過給域および非過給域の境界を含めて内燃機関の運転領域が変化する場合に、ブローバイガスの円滑な処理が阻害されるのを抑制することのできる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
過給機が備えられた内燃機関において前記内燃機関の吸気通路における過給機のコンプレッサの上流と前記内燃機関のクランクケースとを連通させるガス通路と、
前記ガス通路内のブローバイガスの少なくとも一部を前記吸気通路に還流するためのＰＣＶ機構と、
前記吸気通路における前記過給機の前記コンプレッサの上流と下流との圧力差を利用して、前記クランクケースから前記吸気通路における前記コンプレッサの上流へとブローバイガスを流すエゼクタと、
前記過給機による過給が行われない運転領域である非過給域と前記過給機による過給が行われる運転領域である過給域との境界の付近の所定領域において、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流部の流路断面積を小さくする流路開度変更手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記所定領域は、前記非過給域における前記境界の近傍の、前記ＰＣＶ機構によるＰＣＶ流量が前記ガス通路内を流れるブローバイガス流量を下回る領域を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記流路開度変更手段は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの上流に設けられ、自身の開度を複数の開度に変更可能な弁と、
前記所定領域において前記弁の開度を相対的に小さな開度に変更する弁体制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記ガス通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流と連通する一端を備え、
前記エゼクタは、前記ガス通路の前記一端と前記クランクケースとの間に備えられ、
前記弁は、前記吸気通路における前記ガス通路の前記一端の近傍に備えられ、前記一端近傍における前記吸気通路の流路断面積を変更可能であることを特徴とする。

第１の発明によれば、非過給域と過給域の境界付近の運転領域において、コンプレッサ上流に負圧を発生させ、エゼクタを利用したブローバイガスの還流を行うことができる。これにより、過給域および非過給域を含む運転領域の変化に応じてブローバイガス還流効果が低下することを抑制することができる。

第２の発明によれば、ＰＣＶ流量低下領域において、エゼクタを利用したブローバイガスの還流を行うことができる。

第３の発明によれば、弁の開度制御によって、所定運転領域における流路断面積の変更を実現することができる。

第４の発明によれば、非過給域と過給域の境界付近の所定運転領域において、吸気通路とガス通路のエゼクタ下流との合流部における流路断面積を低減することができる。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置における、開度調節弁の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置における、開度調節弁の構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の動作を説明するための図である。

実施の形態．
［実施の形態にかかる構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。実施の形態にかかるブローバイガス処理装置は、車両用内燃機関に好適に用いられる。実施の形態にかかるブローバイガス処理装置は、内燃機関１０に対して適用される。内燃機関１０は、ヘッドカバー１２、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケースおよびオイルパンを含んでいる。その内部には、ピストンおよびクランクシャフトが備えられている。内燃機関１０は、過給内燃機関である。本実施形態では、過給機としてターボチャージャ２６を用いるものとする。なお、内燃機関１０は、その気筒数や方式に特に限定は無く、自動車用内燃機関で一般的な多気筒内燃機関であってもよい。

内燃機関１０におけるシリンダヘッドの吸気ポートには、インテークマニホールド２０が連通している。インテークマニホールド２０は、インタークーラ２４と連通している。それらの間には、スロットルバルブ２２が備えられている。インタークーラ２４の上流は、ターボチャージャ２６のコンプレッサを介して、吸気通路上流部２８に連通している。吸気通路上流部２８は、エアクリーナ３０に接続している。

内燃機関１０のクランクケースには、ガス通路４０が接続している。ガス通路４０には、オイルセパレータ４４が設けられている。ガス通路４０は、吸気通路上流部２８に接続している。また、図示するように、インテークマニホールド２０とオイルセパレータ４４は他のガス通路４６を介して接続されており、この他のガス通路４６には、ＰＣＶ（positive crankcase ventilation）機構としてのＰＣＶバルブ５０を介して接続されている。ＰＣＶバルブ５０とガス通路４６が、内燃機関１０におけるＰＣＶ機構を構成している。

ガス通路４０の途中には、エゼクタ５２が備えられている。エゼクタ５２は、吸気通路におけるターボチャージャ２６のコンプレッサ下流位置と連通している。エゼクタ５２は、ターボチャージャ２６のコンプレッサの上流と下流との圧力差を利用して、内燃機関１０のクランクケースから吸気通路上流部２８へとブローバイガスを流すことができる。

吸気通路上流部２８には、開度調節弁５４が備えられている。開度調節弁５４は、ターボチャージャ２６のコンプレッサ上流における吸気通路断面積を変更することができる弁である。開度調節弁５４は、連続的に開度調節が可能な弁体であってもよいし、２段階以上の複数段階での開度切換が可能な弁体であってもよい。
より具体的には、開度調節弁５４は、例えば図２に示す構成を用いても良い。図２は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置における、開度調節弁５４の構成を示す図である。本実施形態では、開度調節弁５４は、吸気通路上流部２８の一部に設けた可変部５６と、この可変部５６を流路と交差する方向に押圧する押圧部５８とを有する。可変部５６は柔軟な材料で形成されており、図２に示すように、押圧部５８の図示矢印方向の移動に伴って、吸気通路上流部２８の流路断面積を変化させることができる。図示しないが、押圧部５８を駆動するアクチュエータが設けられている。
また、図３に示す構成を用いても良い。図３は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置における、開度調節弁の構成の変形例を示す図である。開度調節弁１５４は、吸気通路上流部２８内に回転可能に設けられ、いわばスロットル弁と同じ役割を果たす弁である。開度調節弁１５４の回転角度の制御は、スロットルと同様の機構（例えばスロットルモータやスロットルポジションセンサなどを）を用いればよい。
本実施形態においては、図２、３に示すように、ガス通路４０と吸気通路上流部２８との接続部位に、開度調節弁５４、１５４が設けられている。

実施の形態にかかるブローバイガス処理装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０により制御される。ＥＣＵ６０は、開度調節弁５４における押圧部５８のアクチュエータと接続して、押圧部５８を所望位置に移動させるための制御信号を発することができる。これにより、ＥＣＵ５０は、開度調節弁５４の開度を制御する。

なお、図示しないが、実施の形態において、内燃機関１０には、エアフローメータ等の吸気量検知用の構成、クランク角センサ、エンジン水温センサなどの各種センサが備えられているものとする。ＥＣＵ６０は、こういった図示しない各種センサと接続して機関の運転状態（機関回転数、負荷など）を検知したり、内燃機関１０の運転にかかる各種装置のアクチュエータと接続してそれらを操作したりする。ＥＣＵ６０は、内燃機関１０に備えられた各センサからの信号を処理し、その処理結果を各アクチュエータの操作に反映させている。

［実施の形態にかかる動作］
図４は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の動作を説明するための図である。

前述したように、本実施形態にかかるブローバイガス処理装置は、ＰＣＶバルブ５０を含むＰＣＶ機構と、エゼクタ５２とを備えている。非過給域においては、ＰＣＶバルブ５０が作動することで、内燃機関１０のクランクケース内から吸気通路上流部２８へとブローバイガスを還流することができる。一方、過給域では、エゼクタ５２で生ずる負圧を利用して、ガス通路４０を介して、内燃機関１０のクランクケース内から吸気通路上流部２８へとブローバイガスを還流することができる。

しかしながら、非過給域から過給域へと推移する途中には、ＰＣＶ流量が少なく、かつコンプレッサ上流下流の圧力差が小さい領域が存在する。図４に示す「ＰＣＶ流量」の特性のように、非過給域と過給域との境界を挟んで、局所的にＰＣＶ流量が小さくなる。この領域ではＰＣＶ流量がブローバイガス流量を下回ってしまっている。

上記のＰＣＶ流量の落ち込む領域は、十分に大きな過給圧を得られる過給域ではなく、コンプレッサ上流下流の圧力差が小さい。コンプレッサ上流下流の圧力差が小さいと、エゼクタ５２へのガス流入が発生せず、エゼクタ５２がブローバイガス還流機能を発揮することができない。エゼクタ５２の機能が十分に発揮されないと、ブローバイガスの還流を意図するように行うことができない。

このように、ＰＣＶ機構とエゼクタを併用する構成では、過給域と非過給域の境界を含む範囲に渡って内燃機関の運転領域が変化する際に、特定の領域でブローバイガスの処理が阻害されてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、図４に示したような、非過給域におけるＰＣＶバルブ５０のＰＣＶ流量がブローバイガス流量を下回る領域で、開度調節弁５４を制御することにより、吸気通路上流部２８の当該位置の流路断面積を小さくすることにした。流路断面積を小さくすることにより、ターボチャージャ２６のコンプレッサ上流下流の圧力差が大きくなる。これにより、エゼクタ５２へ十分にガスが流入するようになり、負圧が増大し、非過給域でもブローバイガスの還流を行うことができる。
一方、高い過給圧の得られる高過給域（図４の紙面右端側）では、コンプレッサ上流の負圧が過大となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ６０が開度調節弁５４のアクチュエータを制御して、流路断面積を適当な大きさに調節し、ブローバイガス還流量を適正な量に調節する。

以上の動作によれば、非過給域と過給域の境界付近の運転領域において、コンプレッサ上流に負圧を発生させ、エゼクタ５２を利用したブローバイガスの還流を行うことができる。これにより、過給域および非過給域を含む運転領域の変化に応じてブローバイガス還流効果が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、ＥＣＵ６０が、非過給域と過給域の境界の近傍の、ＰＣＶ機構によるＰＣＶ流量がガス通路４０内を流れるブローバイガス流量を下回る領域において、吸気通路上流部２８の流路断面積を小さくするように開度調節弁５４を制御することができる。これにより、ＰＣＶ流量低下領域において、確実に、エゼクタを利用したブローバイガスの還流を行うことができる。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ６０による制御により開度変更が可能な開度調節弁５４を用いることで、前記第１の発明における「流路開度変更手段」を実現したが、本発明が常にソフトウェア制御を伴わなければならないわけではない。ハードウェア的に同様の機能を実現しても良い。

１０ 内燃機関
１２ ヘッドカバー
２０ インテークマニホールド
２２ スロットルバルブ
２４ インタークーラ
２６ ターボチャージャ
２８ 吸気通路上流部
３０ エアクリーナ
４０ ガス通路
４４ オイルセパレータ
４６ ガス通路
５０ バルブ
５２ エゼクタ
５４ 開度調節弁
５６ 可変部
５８ 押圧部
１５４ 開度調節弁

Claims (4)

1. 過給機が備えられた内燃機関において前記内燃機関の吸気通路における過給機のコンプレッサの上流と前記内燃機関のクランクケースとを連通させるガス通路と、
   前記ガス通路内のブローバイガスの少なくとも一部を前記吸気通路に還流するためのＰＣＶ機構と、
   前記吸気通路における前記過給機の前記コンプレッサの上流と下流との圧力差を利用して、前記クランクケースから前記吸気通路における前記コンプレッサの上流へとブローバイガスを流すエゼクタと、
   前記過給機による過給が行われない運転領域である非過給域と前記過給機による過給が行われる運転領域である過給域との境界の付近の所定領域において、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流部の流路断面積を小さくする流路開度変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
2. 前記所定領域は、前記非過給域における前記境界の近傍の、前記ＰＣＶ機構によるＰＣＶ流量が前記ガス通路内を流れるブローバイガス流量を下回る領域を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
3. 前記流路開度変更手段は、
   前記吸気通路における前記コンプレッサの上流に設けられ、自身の開度を複数の開度に変更可能な弁と、
   前記所定領域において前記弁の開度を相対的に小さな開度に変更する弁体制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
4. 前記ガス通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流と連通する一端を備え、
   前記エゼクタは、前記ガス通路の前記一端と前記クランクケースとの間に備えられ、
   前記弁は、前記吸気通路における前記ガス通路の前記一端の近傍に備えられ、前記一端近傍における前記吸気通路の流路断面積を変更可能であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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