JP5700987B2

JP5700987B2 - ブローバイガス還流装置

Info

Publication number: JP5700987B2
Application number: JP2010207042A
Authority: JP
Inventors: 雄太關根
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012062810A

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。

一般に、内燃機関のクランク室は、気筒及びピストンにより燃焼室から隔絶されている。しかし、この隔絶は完全なものではなく、内燃機関の圧縮行程では未燃焼ガスが、また膨張行程では燃焼ガスが、気筒とピストンとの隙間からクランク室内に漏洩する。この漏洩したブローバイガスは、クランク室内に蓄えている潤滑油の劣化や、内燃機関本体の腐食を招くおそれがある。

そのために、従来より、クランク室に溜まるブローバイガスを換気する機構を実装することが通例となっている。現状では、クランク室とサージタンクとをＰＣＶ通路を介して連通するとともに、カム室とコンプレッサの上流とをブローバイ通路を介して連通し、ブローバイ通路経由で新気をカム室及びクランク室に取り入れ、ＰＣＶ通路経由でブローバイガスをサージタンクに向けて送り出すようにしている（例えば、下記特許文献１を参照）。

二気筒エンジンのような、クランク室の容積が大きく拡縮する内燃機関では、高回転の運転領域においてクランク室内圧力が顕著に増大するため、ＰＣＶ流量を大きく確保する必要がある。一方、アイドル時のような低回転の運転領域においては、ＰＣＶ流量を大きく確保する必要はなく、アイドル運転を安定させる見地からは寧ろこれを小さくしたい。

弾性付勢された弁体をブローバイガスの圧力を以て弁座から離反させる機械式のＰＣＶバルブ（例えば、下記特許文献２を参照）を採用している場合、エンジン回転数が増減してもその流量はあまり変化しない。従って、高回転の運転領域に対応できるようにＰＣＶバルブの流量を設定すると、低回転の運転領域では流量過多となり、アイドル運転の安定性を損なうおそれがある。

ＥＣＵ（電子制御装置）から制御信号を入力することで開度を自在に制御できる電磁式のＰＣＶバルブ（例えば、下記特許文献３を参照）を採用すれば、低回転の運転領域においてＰＣＶバルブの開度を十分に絞り、問題を回避することができる。だが、電磁式のＰＣＶバルブは、機械式のそれと比べると高価である。

実公昭６０−０４０８１２号公報特開２００７−２３１７８５号公報特開２００９−２２１９０５号公報

本発明は、機械式のＰＣＶバルブを用いながら、エンジン回転数の高低に応じて適正なＰＣＶ流量を実現できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置であって、クランクシャフトの回転に従動して回転するバランスシャフトと、前記バランスシャフトのウェイトを囲繞する外周壁を有し前記バランスシャフトを回転可能に収容するとともに前記外周壁に形成された連通口を介してブローバイガスが溜まるクランク室に連通しているバランスシャフト室と、一端が前記バランスシャフト室の外周壁に接続し他端が吸気通路に接続しておりバランスシャフト室を吸気通路に連通せしめるＰＣＶ通路と、前記バランスシャフト室の外周壁と前記ＰＣＶ通路との接続箇所またはＰＣＶ通路上に設置したＰＣＶバルブとを具備し、前記バランスシャフト室内で回転するバランスシャフトのウェイトにより、バランスシャフト室は、クランク室に連通する前記連通口が開通しているが前記ＰＣＶバルブに至る流路が閉塞している状態と、クランク室に連通する連通口が閉塞しておりＰＣＶバルブに至る流路が開通している状態とを交互にとり、バランスシャフト及びバランスシャフト室がクランク室内のブローバイガスを吸引しＰＣＶ通路に向けて圧送する回転ポンプとして作用することで、ＰＣＶバルブを経由してＰＣＶ通路に流出するブローバイガスの流量が、高回転の運転領域では増大する一方、低回転の運転領域ではＰＣＶバルブの開度如何によらず減少するブローバイガス還流装置を構成した。

前記回転体及び前記回転体収容部は、ブローバイガスをＰＣＶ通路に向けて圧送する回転ポンプの如く作用し、その吐出量はエンジン回転数に依存する。この「回転ポンプ」から吐出され、ＰＣＶバルブを経由してＰＣＶ通路へと流出するブローバイガスの流量は、エンジン回転数が高いほど多く、エンジン回転数が低いほど少なくなる。

本発明によれば、機械式のＰＣＶバルブを用いながら、エンジン回転数の高低に応じて適正なＰＣＶ流量を実現することが可能となる。

本発明の一実施形態における内燃機関及びブローバイガス還流装置の構成を示す図。同実施形態におけるクランク室、バランスシャフト及びバランスシャフト室を拡大して示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のブローバイガス還流装置６が適用される車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。換言すれば、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。よって、内燃機関０のクランクケース内のクランク室７の容積は、三気筒以上の多気筒エンジンと比べて大きく拡大／縮小する。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３５、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、スロットルバルブ３３、サージタンク３４を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをＥＧＲ通路２を通じて吸気通路３に還流する。そのために、ＥＧＲ通路２の出口の上流にある吸気絞り弁３５を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ５１の稼働によって幾分負圧となる。因みに、内燃機関０の減速時に吸気絞り弁３５が絞られていると、吸気絞り弁３５が抵抗となってＥＧＲ通路２の出口の周囲の圧力に乱れが発生し、ＥＧＲ通路２を流れるＥＧＲガス量が大きく振動する。そこで、内燃機関０の減速時には吸気絞り弁３５を一旦全開し、エンジントルクが低下した後に本来あるべき開度に戻す過渡制御を実施する。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ９は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、スロットルバルブ３３の開度を検出するスロットルポジションセンサから出力されるスロットル開度信号ｃ、サージタンク３４内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｅ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｆ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｇ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｈ、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｉ等を出力する。

ＥＣＵ９のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ９は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、目標ＥＧＲ率等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉを出力インタフェースを介して印加する。

しかして、本実施形態のブローバイガス還流装置６は、内燃機関０の内室７、８で発生するブローバイガスを吸気通路３に送り出すためのものであって、回転体たるバランスシャフト６１と、回転体収容部たるバランスシャフト室６２と、ＰＣＶ通路６３と、ＰＣＶバルブ６４と、ブローバイ通路６５とを具備してなる。

バランスシャフト６１は、本来、内燃機関０の上下加振力を低減するために配設するものである。既に述べた通り、本実施形態における内燃機関０は二気筒エンジンであり、ピストン１２の往復動に伴う振動が大きくなる傾向にある。図２に示すように、この振動を抑制するバランスシャフト６１は、クランクシャフト７１と略平行に配置されており、歯車７１１、６１１またはその他の伝動機構を介して、クランクシャフト７１から回転駆動力の伝達を受けて回転する。バランスシャフト６１の中間部は、当該バランスシャフト６１の軸心から偏心したバランスウェイトとなっている。バランスウェイトは、バランスシャフト６１の軸心方向から見て、概ね半円状の外形をなしている。

バランスシャフト室６２は、クランク室７から側方に膨出するように成形した室で、バランスシャフト６１のウェイトを回転可能に囲繞する外周壁を有する。バランスシャフト室６２の外周壁は、バランスシャフト６１の軸心を中心とした略円筒状をなしている。バランスシャフト室６２は、ブローバイガスが溜まるクランク室７に連通している。

ＰＣＶ通路６３は、その一端がバランスシャフト室６２の外周壁に接続し、他端が吸気通路３のサージタンク３４に接続しており、バランスシャフト室６２を吸気通路３に連通せしめる。ＰＣＶ通路６３のバランスシャフト室６２への接続箇所は、バランスシャフト室６２がクランク室７に連通している連通口の反対側にある。

ＰＣＶバルブ６４は、ＰＣＶ通路６３を流通するブローバイガスの流量を増減させる。本実施形態では、ＰＣＶバルブ６４を、ＰＣＶ通路６３のバランスシャフト室６２への接続箇所に設置している。本実施形態において、このＰＣＶバルブ６４は、弾性付勢されて弁座に押し付けられている弁体が、ブローバイガスの圧力により（弾性付勢力に抗して）弁座から離反する方向に変位する態様の、機械式（差圧作動形）のバルブである。ＰＣＶバルブ６４は、サージタンク３４内の吸気圧が大気圧以上であるときには閉じており、サージタンク３４内の吸気圧が低くなるほど（大気圧に対して負圧になるほど）開度が大きく開く。但し、サージタンク３４内の吸気圧が顕著に低下した場合には、その開度が逆に小さくなる。

バランスシャフト室６２とＰＣＶバルブ６４との間には、図示しないオイルセパレータを介設する。オイルセパレータは、ラビリンス構造を有し、流通するガスに含まれる潤滑油を当該ガスから分離させる気液分離作用を営むもので、クランク室７から潤滑油が失われることを抑止する。

ブローバイ通路６５は、その一端が内燃機関０のシリンダヘッドカバー内のカム室８に接続し、他端が吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側に接続しており、カム室８を吸気通路３に連通せしめる。このブローバイ通路６５のカム室８への接続箇所にも、オイルセパレータを設けてある。

内燃機関０の運転中、クランクシャフト７１が回転し、これに従動してバランスシャフト６１も回転する。バランスシャフト室６２内で回転するバランスシャフト６１（のウェイト）により、バランスシャフト室６２は、クランク室７に連通する連通口が開通しているがＰＣＶバルブ６４に至る流路が閉塞している状態と、クランク室７に連通する連通口が閉塞しておりＰＣＶバルブ６４に至る流路が開通している状態とを交互にとる。そして、このバランスシャフト６１及びバランスシャフト室６２が、クランク室７内のブローバイガスを吸引しＰＣＶ通路６３に向けて圧送する回転ポンプとして作用する。

ＰＣＶバルブ６４を経由してＰＣＶ通路６３に流出するブローバイガスの流量は、バランスシャフト６１一回転当たり、バランスシャフト室６２の容積分に制限される。バランスシャフト６１の回転数はエンジン回転数即ちクランクシャフト７１の回転数に比例することから、高回転の運転領域ではブローバイガスの流量が増大する一方、低回転の運転領域ではＰＣＶバルブ６４の開度如何によらずブローバイガスの流量が減少する。

ＰＣＶバルブ６４が開いているとき、カム室８及びクランク室７内のブローバイガスがバランスシャフト室６２、ＰＣＶバルブ６４及びＰＣＶ通路６３経由を経由して吸気通路３に送り出される。同時に、吸気通路３からブローバイ通路６５を経由してカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、カム室８及びクランク室７内が換気される。吸気通路３のサージタンク３４に還流したブローバイガスは、気筒１に充填されて再燃焼される。

本実施形態によれば、クランクシャフト７１の回転に従動して回転する回転体６１と、前記回転体６１を回転可能に収容するとともにブローバイガスが溜まる内室７、８に連通している回転体収容部６２と、一端が前記回転体６１を包囲する前記回転体収容部６２の外周壁に接続し他端が吸気通路３に接続しており回転体収容部６２を吸気通路３に連通せしめるＰＣＶ通路６３と、前記回転体収容部６２の外周壁と前記ＰＣＶ通路６３との接続箇所に設置したＰＣＶバルブ６４とを具備するブローバイガス還流装置６を構成したため、高価な電磁式ＰＣＶバルブを用いずとも、エンジン回転数の高低に応じて適正なＰＣＶ流量を実現することが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、ＰＣＶバルブ６４は、ＰＣＶ通路６３上の任意の箇所に設置することが許される。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
３…吸気通路
６…ブローバイガス還流装置
６１…回転体（バランスシャフト）
６２…回転体収容部（バランスシャフト室）
６３…ＰＣＶ通路
６４…ＰＣＶバルブ
７、８…内室（クランク室、カム室）

Claims

内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置であって、
クランクシャフトの回転に従動して回転するバランスシャフトと、
前記バランスシャフトのウェイトを囲繞する外周壁を有し前記バランスシャフトを回転可能に収容するとともに前記外周壁に形成された連通口を介してブローバイガスが溜まるクランク室に連通しているバランスシャフト室と、
一端が前記バランスシャフト室の外周壁に接続し他端が吸気通路に接続しておりバランスシャフト室を吸気通路に連通せしめるＰＣＶ通路と、
前記バランスシャフト室の外周壁と前記ＰＣＶ通路との接続箇所またはＰＣＶ通路上に設置したＰＣＶバルブとを具備し、
前記バランスシャフト室内で回転するバランスシャフトのウェイトにより、バランスシャフト室は、クランク室に連通する前記連通口が開通しているが前記ＰＣＶバルブに至る流路が閉塞している状態と、クランク室に連通する連通口が閉塞しておりＰＣＶバルブに至る流路が開通している状態とを交互にとり、
バランスシャフト及びバランスシャフト室がクランク室内のブローバイガスを吸引しＰＣＶ通路に向けて圧送する回転ポンプとして作用することで、ＰＣＶバルブを経由してＰＣＶ通路に流出するブローバイガスの流量が、高回転の運転領域では増大する一方、低回転の運転領域ではＰＣＶバルブの開度如何によらず減少するブローバイガス還流装置。