JP5822445B2

JP5822445B2 - ブローバイガス還流装置

Info

Publication number: JP5822445B2
Application number: JP2010177845A
Authority: JP
Inventors: 雄太關根
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP2012036829A

Description

本発明は、過給機が付帯した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、シリンダ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、シリンダ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。例えば、吸気通路におけるコンプレッサの上流側と下流側とをバイパス通路で接続し、当該バイパス通路上に負圧を発生させるジェットポンプを設けるとともに、クランク室から導いたブローバイ通路をジェットポンプを介してバイパス通路に連通せしめる構成のブローバイガス還流装置（エゼクタシステム）が既知である（下記特許文献を参照）。

上掲のブローバイガス還流装置では、過給時にコンプレッサの上流側と下流側との間で発生する圧力差を利用してジェットポンプを機能させ、その負圧によりクランク室内のブローバイガスを吸い出して、コンプレッサの上流側へと還流させる。しかしながら、非過給時には、コンプレッサの上流側と下流側との間の圧力差が小さくなることから、ブローバイガス換気作用を営まないという弱みがあった。

特開２００９−２９９６４５号公報

本発明は、過給を行わない運転領域においてもブローバイガスの換気を好適に行うことができるシステムを、簡便な構成で実現しようとするものである。

本発明に係るブローバイガス還流装置は、過給機が付帯した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、吸気通路におけるコンプレッサの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路上にあって負圧を発生させるジェットポンプと、ブローバイガスが溜まる内室を前記ジェットポンプを介して前記バイパス通路に連通せしめるブローバイ通路と、吸気通路におけるコンプレッサの上流側に接続している前記バイパス通路の接続箇所よりもさらに上流側に設置した吸気絞り弁とを具備してなり、前記吸気絞り弁が、吸気通路におけるコンプレッサの上流側の所定箇所に接続している外部ＥＧＲ通路の出口の上流に位置しており、この吸気絞り弁が、過給機が仕事をしない軽負荷域において、前記バイパス通路の入口が接続している吸気通路のコンプレッサの下流側の圧力がバイパス通路の出口が接続している吸気通路のコンプレッサの上流側の圧力よりも相対的に高くなるように、その開度が絞られるものである。ここで、内室とは、ブローバイガスが発生するクランク室や、クランク室に連通しているカム室等を包括した概念である。

非過給時には、吸気絞り弁を絞ることにより、コンプレッサの上流側を下流側に対して負圧化し、内室からブローバイガスを吸い出す。

本発明によれば、過給を行わない運転領域においても好適にブローバイガスの換気を行うことができるシステムが実現される。

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。ジェットポンプの構造を例示する図。

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６５、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６５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６５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６５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６５が絞られていると、吸気絞り弁６５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６５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ＥＣＵ（電子制御装置）９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６５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、バイパス通路６１と、ジェットポンプ６２と、ブローバイ通路６３と、新気通路６４と、吸気絞り弁６５と、ＰＣＶ通路６６とを具備してなる。

バイパス通路６１は、吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側と下流側とを接続する。特に、このバイパス通路６１の出口は、コンプレッサ５１の上流であって吸気絞り弁６５よりも下流の箇所に接続している。

ジェットポンプ６２は、バイパス通路６１上にあって負圧を発生させる。図２に例示するように、ジェットポンプ６２は、コンプレッサ５１の下流側に接続している入口方に設けたノズル６２１と、コンプレッサ５２の上流側に接続している出口方に設けたディフューザ６２２と、これらノズル６２１とディフューザ６２２との間に介在した減圧室６２３とを要素とする。バイパス通路６１の入口の圧力が出口の圧力よりも高いとき、ノズル６２１からディフューザ６２２に向けて空気が噴出され、減圧室６２３に負圧が発生する。この負圧の大きさは、バイパス通路６１の入口と出口との圧力差、即ちコンプレッサ５１の上流側と下流側との圧力差に応じて変動する。

ブローバイ通路６３は、内燃機関０のクランク室７をバイパス通路６１に連通せしめる。ブローバイ通路６３の一端は、ジェットポンプ６２の減圧室６２３に接続している。また、内燃機関０が二気筒エンジンである場合には、ブローバイ通路６３上にリードバルブ６３１を設けておくことが好ましい。リードバルブ６３１は、その前後の差圧により作動する。リードバルブ６３１は、クランク室７の容積縮小時（各気筒１のピストン１２の下降時）に開き、クランク室７の容積拡大時（各気筒１のピストン１２の上昇時）に閉じる。

新気通路６４は、内燃機関０のシリンダヘッドカバー内のカム室８を吸気通路３に連通せしめる。カム室８は、図示しない内部通路を介してクランク室７と繋がっており、クランク室７との間で相互に新気やブローバイガスを行き来させることができる。新気通路６４の一端は、吸気通路３における、吸気絞り弁６５よりも上流の箇所に接続している。

ＰＣＶ通路６６は、内燃機関０のクランク室７を吸気通路３に連通せしめる。ＰＣＶ通路６６の一端は、サージタンク３４に接続している。ＰＣＶ通路６６上には、ＰＣＶバルブ６６１を設けてある。ＰＣＶバルブ６６１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、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）その開度が大きく開く。但し、アイドル時等、サージタンク３４内の吸気圧が顕著に低下して所定の閾値を下回った場合には開度を小さくする。

ブローバイ通路６３、新気通路６４及びＰＣＶ通路６６のそれぞれの他端近傍には、オイルセパレータ６３２、６４１、６６２が存在している。オイルセパレータ６３２、６４１、６６２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。

過給機５が仕事をする過給域（または、正圧域）にあっては、当然にコンプレッサ５１の下流側の圧力がコンプレッサ５１の上流側の圧力よりも高くなる。このコンプレッサ５１の上流側と下流側との間の圧力差に起因して、ジェットポンプ６２の減圧室６２３内に負圧が発生する。この負圧により、クランク室７内のブローバイガスが、ブローバイ通路６３を通じて減圧室６２３に吸い出され、バイパス通路６１の出口から吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側へと還流する。同時に、吸気通路３から新気通路６４経由でカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、クランク室７内のブローバイガスを追い出す。

翻って、過給機５が仕事をしない軽負荷域（または、負圧域）にあっては、ＥＣＵ９から吸気絞り弁６５に開度操作信号ｉを入力し、吸気絞り弁６５の開度を絞る操作を行う。さすれば、コンプレッサ５１の上流側に負圧が発生し、コンプレッサ５１の下流側の圧力が相対的にコンプレッサ５１の上流側の圧力よりも高くなる。従って、ジェットポンプ６２の減圧室６２３内に負圧が発生し、クランク室７内のブローバイガスが吸い出されてバイパス通路６１の出口から吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側へと還流する。この際にも、新気通路６４経由でカム室８及びクランク室７に新気が流れ込むことは言うまでもない。

さらに、軽負荷域において、サージタンク３４内の吸気圧が極端に低下しない限り、ＰＣＶバルブ６６１が開弁するため、ＰＣＶ通路６１経由でもブローバイガスを排出することができる。

本実施形態では、過給機５が付帯した内燃機関０に適用され、吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側と下流側とを接続するバイパス通路６１と、前記バイパス通路６１上にあって負圧を発生させるジェットポンプ６２と、ブローバイガスが溜まる内室７、８を前記ジェットポンプ６２を介して前記バイパス通路６１に連通せしめるブローバイ通路６３と、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いる前記バイパス通路６１の接続箇所よりもさらに上流側に設置した吸気絞り弁６５とを具備するブローバイガス還流装置６を構成した。

本実施形態によれば、非過給時にあっても、吸気絞り弁６５を絞ることでコンプレッサ５１の上流側を下流側に対して負圧化し、内室７、８からブローバイ通路６３を通じてブローバイガスを吸い出すことができる。ひいては、過給時、非過給時を問わず、好適にブローバイガスの換気を行うことが可能となる。

アイドル時にはサージタンク３４内の吸気圧が顕著に低下し、ＰＣＶバルブ６６１が閉じるが、このときにもブローバイ通路６３からバイパス通路６１を経由して吸気通路３にブローバイガスを還流させることができる。換言すれば、ブローバイガスの換気の目的でアイドル時にＰＣＶバルブ６１１を開かずに済むので、アイドル運転が安定化する。

クランク室７内の圧力を十分に低下させることができるため、ピストン１２の下降動作に対する抵抗が減ってポンプロスが低減し、燃費の向上にも寄与する。加えて、オイルパンに蓄えている潤滑油面の変動や、オイルパン−シリンダブロック間の潤滑油漏れ等を抑制できる。

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。例えば、内燃機関０が三気筒以上の多気筒エンジンである場合には、クランク室７の容積はさほど拡縮せず、リードバルブ６３１は不要である。

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過給機付きの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
５…過給機
５１…コンプレッサ
６…ブローバイガス還流装置
６１…バイパス通路
６２…ジェットポンプ
６３…ブローバイ通路
６５…吸気絞り弁
７、８…内室（クランク室、カム室）

Claims

過給機が付帯した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、
吸気通路におけるコンプレッサの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路上にあって負圧を発生させるジェットポンプと、
ブローバイガスが溜まる内室を前記ジェットポンプを介して前記バイパス通路に連通せしめるブローバイ通路と、
吸気通路におけるコンプレッサの上流側に接続している前記バイパス通路の接続箇所よりもさらに上流側に設置した吸気絞り弁とを具備し、
前記吸気絞り弁が、吸気通路におけるコンプレッサの上流側の所定箇所に接続している外部ＥＧＲ通路の出口の上流に位置しており、
この吸気絞り弁は、過給機が仕事をしない軽負荷域において、前記バイパス通路の入口が接続している吸気通路のコンプレッサの下流側の圧力がバイパス通路の出口が接続している吸気通路のコンプレッサの上流側の圧力よりも相対的に高くなるように、その開度が絞られるものであるブローバイガス還流装置。