JP6287956B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に関する。

特許文献１には、内燃機関が備える従来のブローバイガス還元装置として、一端がクランクケースに接続されると共に他端がスロットル弁よりも下流側の吸気通路に接続され、スロットル弁よりも下流側の吸気通路で発生する負圧によってクランクケース内のブローバイガスを吸気通路に吸引するための第１のブローバイガス通路を備えたものが開示されている。また、この従来のブローバイガス還元装置は、一端が過給機よりも上流側の吸気通路に接続され、他端が過給機よりも下流側の吸気通路に接続されるバイパス通路と、バイパス通路に設けられ、流体流入口から流体流出口に向かって流体が流れると、流体吸引口から別の流体を吸引するエゼクタ（ジェットポンプ）と、一端がクランクケースに接続され、他端がエゼクタの流体吸引口に接続される第２のブローバイガス通路と、をさらに備えている。

特許文献１において、エゼクタは、流体流入口がバイパス通路の他端側（過給機の吸気流れ方向下流側）に接続され、流体流出口がバイパス通路の一端側（過給機の吸気流れ方向上流側）に接続されている。

したがって、過給機が作動していて過給機の上流側圧力に対して下流側圧力が高くなっているときは、バイパス通路の両端間にも圧力差（他端側圧力＞一端側圧力）が生じるため、バイパス通路の他端側から一端側に向かって空気が流れる。そのため、例えばスロットル弁が全開となっていてスロットル弁よりも下流側の吸気通路に負圧が発生していなくても、過給機が作動していれば、クランクケース内のブローバイガスをエゼクタによってバイパス通路に吸引することができるので、クランクケース内の換気を行うことができる。

特開２０１１−９４５５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブローバイガス還元装置の場合、過給機を作動させずにスロットル弁を全開にするような運転状態のときには、過給機の上流側圧力と下流側圧力とがほぼ同じになるか、又は、圧力損失によって逆に過給機の上流側圧力に対して下流側圧力が低くなる。そのため、バイパス通路の他端側（過給機の吸気流れ方向下流側）から一端側（過給機の吸気流れ方向上流側）に向かって空気が流れない。すなわち、エゼクタの流体流入口から流体流出口に向かって空気が流れない。したがって、過給機を作動させずにスロットル弁を全開にするような運転状態のときには、クランクケース内のブローバイガスをエゼクタによってバイパス通路に吸引することができず、クランクケース内の換気を行うことができないという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、過給機を作動させずにスロットル弁を全開にするような運転状態であっても、クランクケース内の換気を行うことができるブローバイガス還元装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、機関本体と、機関本体の吸気通路に配置される過給機と、過給機よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路に配置されるインタクーラと、機関本体のクランクケース内のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス還元装置と、を備える。そしてブローバイガス還元装置が、吸気通路の第１の位置と第２の位置とを接続するバイパス通路と、バイパス通路に配置され、第１の位置から第２の位置に向かって当該バイパス通路に空気が流れたときに流体吸引口からブローバイガスを吸引するエゼクタと、クランクケースとエゼクタの流体吸引口とを接続するブローバイガス通路と、を備え、第１の位置が過給機とインタクーラとの間となるように構成され、第２の位置がインタクーラの下流側となるように構成されている。

本発明のこの態様によれば、インタクーラの圧力損失によってインタクーラの下流側圧力よりも過給機とインタクーラとの間の圧力が高くなることを利用して、過給機を作動させずにスロットル弁を全開にするような運転状態であっても、バイパス通路の両端間の圧力差によって吸気通路の第１の位置から前記第２の位置に向かってバイパス通路に空気を流すことができる。そのため、過給機を作動させずにスロットル弁を全開にするような運転状態であっても、クランクケース内のブローバイガスをエゼクタによってバイパス通路に吸引することができるので、クランクケース内の換気を行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関の概略構成図である。 図２は、可変圧縮比機構の分解斜視図である。 図３は、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。 図４は、可変バルブタイミング機構の概略構成図である。 図５は、可変バルブタイミング機構の動作について説明する図である。 図６は、機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比について説明する図である。 図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。 図８は、機関本体の運転領域を示すマップである。 図９は、本発明の第１実施形態によるブローバイガス還元装置の概略構成図である。 図１０は、エゼクタの断面図である。 図１１は、機関運転状態に基づいてエゼクタによって吸引すべきブローバイガスの目標流量を算出するためのマップである。 図１２は、本発明の第２実施形態によるブローバイガス還元装置の概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００の概略構成図である。

図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、電子制御ユニット２００と、を備える。

機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に取り付けられたクランクケース４と、クランクケース４の下部に取り付けられたオイルパン５と、を備える。

シリンダブロック２には、複数のシリンダ６が形成される。シリンダ６の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ６の内部を往復運動するピストン７が収められる。ピストン７は、コンロッド８を介してクランクケース４内に回転可能に支持されたクランクシャフト９と連結されており、クランクシャフト９によってピストン７の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ６の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室１０となる。

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室１０に開口する吸気ポート１１と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室１０に開口する排気ポート１２と、が形成される。

またシリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１１との開口を開閉するための吸気弁１３と、燃焼室１０と排気ポート１２との開口を開閉するための排気弁１４と、吸気弁１３を開閉駆動する吸気カムシャフト１５と、排気弁１４を開閉駆動する排気カムシャフト１６と、が取り付けられる。吸気カムシャフト１５の一端部には、吸気弁１３の閉弁時期を任意の時期に変更することができる可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。可変バルブタイミング機構Ｂの詳細については、図４及び図５を参照して後述する。

さらにシリンダヘッド３には、後述する吸気マニホールド２５の各吸気枝管２５ｂに取り付けられた燃料噴射弁１７から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室１０内で点火するための点火プラグ１８が取り付けられる。なお、燃料噴射弁１７は、燃焼室１０内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド３に取り付けてもよい。

シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には可変圧縮比機構Ａが設けられる。本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、シリンダブロック２とクランクケース４とのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更するものである。シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には、シリンダブロック２とクランクケース４との相対位置関係を検出するための相対位置センサ２１１が取付けられており、この相対位置センサ２１１からはシリンダブロック２とクランクケース４との間隔の変化を示す出力信号が出力される。可変圧縮比機構Ａの詳細については、図２及び図３を参照して後述する。

吸気装置２０は、吸気ポート１１を介してシリンダ６内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、インタクーラ２４と、吸気マニホールド２５と、電子制御式のスロットル弁２６と、スロットルセンサ２１２と、エアフローメータ２１３と、過給圧センサ２１４と、を備える。

エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。

吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２５のサージタンク２５ａに連結される。

ターボチャージャ２３は過給機の一種であり、排気のエネルギを利用して空気を強制的に圧縮し、その圧縮した空気を各シリンダ６に供給する。これにより充填効率が高められるので、機関出力が増大する。コンプレッサ２３ａは、ターボチャージャ２３の一部を構成する部品であり、吸気管２２に設けられる。コンプレッサ２３ａは、同軸上に設けられた後述するターボチャージャ２３のタービン２３ｂによって回されて、空気を強制的に圧縮する。なおターボチャージャ２３に替えて、クランクシャフト９の回転力を利用して機械的に駆動される過給機（スーパチャージャ）を用いても良い。

インタクーラ２４は、コンプレッサ２３ａよりも下流の吸気管２２に設けられ、コンプレッサ２３ａによって圧縮されて高温となった空気を冷却する。これにより、体積密度の低下を抑えて充填効率をさらに高めるとともに、高温の空気が各シリンダ６に吸入されることによる混合気の温度上昇を抑えてノッキングなどの発生を抑制することができる。

吸気マニホールド２５は、サージタンク２５ａと、サージタンク２５ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート１１の開口に連結される複数の吸気枝管２５ｂと、を備える。サージタンク２５ａに導かれた空気は、吸気枝管２５ｂを介して各シリンダ６内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２５及び吸気ポート１１が、各シリンダ６内に空気を導くための吸気通路を形成する。

スロットル弁２６は、インタクーラ２４とサージタンク２５ａとの間の吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２６は、スロットルアクチュエータ（図示せず）によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータによってスロットル弁２６の開度（以下「スロットル開度」という。）を調整することで、各シリンダ６内に吸入される空気の流量を調整することができる。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。

エアフローメータ２１３は、コンプレッサ２３ａよりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１３は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸入吸気量」という。）を検出する。

過給圧センサ２１４は、サージタンク２５ａ内に設けられる。過給圧センサ２１４は、サージタンク２５ａ内の圧力を検出する。

排気装置３０は、燃焼室１０内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、排気バイパス通路３３と、排気後処理装置３４と、空燃比センサ２１５と、を備える。

排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート１２の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。

排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管に連結され、他端が開口端となっている。各シリンダ６から排気ポート１２を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。

タービン２３ｂは、ターボチャージャ２３の一部を構成する部品であり、排気管３２に設けられる。タービン２３ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に設けられたコンプレッサ２３ａを駆動する。

排気バイパス通路３３は、タービン２３ｂを迂回するようにタービン２３ｂの上流側の排気管３２と下流側の排気管３２とに接続される通路である。

排気バイパス通路３３には、ウェストゲートアクチュエータ３５によって駆動されて、排気バイパス通路３３の通路断面積を連続的又は段階的に調節することができるウェストゲートバルブ３６が設けられる。ウェストゲートバルブ３６が開かれると、排気管３２を流れる排気の一部又は全部が排気バイパス通路３３へと流入し、タービン２３ｂを迂回して外気へと排出される。そのため、ウェストゲートバルブ３６の開度を調節することで、タービン２３ｂに流入する排気の流量を調節し、タービン２３ｂの回転速度を制御することができる。すなわち、ウェストゲートバルブ３６の開度を調節することで、コンプレッサ２３ａによって圧縮される空気の圧力（過給圧）を制御することができる。

排気後処理装置３４は、タービン２３ｂよりも下流側の排気管３２に設けられる。排気後処理装置３４は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。

空燃比センサ２１５は、排気マニホールド３１の集合管に設けられ、排気の空燃比を検出する。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述した相対位置センサ２１１やスロットルセンサ２１２、エアフローメータ２１３、過給圧センサ２１４、空燃比センサ２１５などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフト９が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１７や点火プラグ１８、ウェストゲートアクチュエータ３５、可変圧縮比機構Ａ、可変バルブタイミング機構Ｂなどの各制御部品が電気的に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。

図２は、本実施形態による可変圧縮比機構Ａの分解斜視図である。

図２に示すように、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０には断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース４の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合する複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。

また可変圧縮比機構Ａは、一対のカムシャフト５４，５５を備えており、各カムシャフト５４，５５上には、所定の間隔を空けて各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７（図３参照）が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。

各カムシャフト５４，５５の一端部には、制御軸６０に設けられた一対のウォーム６１，６２とそれぞれ噛み合うウォームホイール６３，６４が取り付けられている。一対のウォーム６１，６２は、各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることができるように、螺旋方向が逆向きとなっている。制御軸６０は、駆動モータ４０によって回転させられ、駆動モータ４０を回転させて各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることで、図３に示すように、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が変更させられる。カムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２１６が取付けられており、カム回転角度センサ２１６の出力信号は対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。以下、図３を参照して可変圧縮比機構Ａの動作について説明する。

図３は、可変圧縮比機構Ａの動作について説明する図である。

図３（Ａ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大にされている状態の図である。図３（Ｂ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大と最少との間にされている状態の図である。図３（Ｃ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最少にされている状態の図である。

図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５８を、図３（Ａ）において矢印で示されるように互いに反対方向に回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示されるように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示される方向に回転させると図３（Ｃ）に示されるように偏心軸５７は最も低い位置となる。

なお図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）には、それぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。

図３（Ａ）から図３（Ｃ）を比較するとわかるように、クランクケース４とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース４から離間側に移動する。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース４とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース４から離れるとピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積は増大する。このように、各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更することができる。

図４は、吸気カムシャフト１５の一端部に設けられている本実施形態による可変バルブタイミング機構Ｂの概略構成図である。

図４に示すように、可変バルブタイミング機構Ｂは、クランクシャフト９によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転させられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気カムシャフト１５と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを備えており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。

各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は、電子制御ユニット２００によって駆動される作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。

吸気カムシャフト１５のカムの位相を進角すべきときは、図４においてスプール弁８５が右方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転させられる。

これに対し、吸気カムシャフト１５のカムの位相を遅角すべきときは、図４においてスプール弁８５が左方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。

回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転させられているときにスプール弁８５が図４に示される中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止させられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト１５のカムの位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。

図５は、可変バルブタイミング機構Ｂの動作について説明する図である。

図５の実線は、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も進角されているときを示しており、図５の破線は、吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁１３の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、吸気弁１３の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。

すなわち可変バルブタイミグ機構Ｂによって、吸気弁１３の閉弁時期を、吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も進角されているときの閉弁時期（以下「進角側限界閉弁時期」という。）から吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も遅角されているときの閉弁時期（以下「遅角側限界閉弁時期」という。）までの任意の時期に変更することができる。

なお、図１及び図４に示す可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁１３の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁１３の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。

次に図６を参照して、本明細書で使用する機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比という各用語の意味について説明する。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）には、各用語の説明のために燃焼室容積が５０ｍｌでピストン７の行程容積が５００ｍｌである機関本体１が示されており、これら図６（Ａ）から図６（Ｃ）において燃焼室容積とはピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を表している。

図６（Ａ）は機械圧縮比について説明する図である。

機械圧縮比は、圧縮行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示される例では、機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。

図６（Ｂ）は実圧縮比について説明する図である。

実圧縮比は、実際に圧縮作用が開始されたときからピストン７が上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち、図６（Ｂ）に示されるように圧縮行程においてピストン７が上昇を開始しても吸気弁１３が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁１３が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の通り表される。図６（Ｂ）に示される例では、実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。

図６（Ｃ）は膨張比について説明する図である。

膨張比は、膨張行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示される例では、膨張比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。

図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。

図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比はある程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果、理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことがわかった。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギが必要となり、結果として実圧縮比を高めても理論熱効率がほとんど高くならないことがわかった。

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストン７に対し押下げ力が作用する期間が長くなり、ピストン７がクランクシャフト９に回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比を大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７に実線で示す実圧縮比が膨張比と共に増大していく場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。そして一般的に、内燃機関は機関負荷が低いときほど熱効率が悪くなる傾向にあるので、機関運転時における熱効率を向上させて燃費を向上させるためには、機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが有効である。

以下、図８を参照しながら、本実施形態による可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂの基本的な制御について説明する。

図８は、機関本体１の運転領域を示すマップである。図８に示すように、本実施形態では、機関本体１の運転領域が第１負荷ラインと第２負荷ラインとによって３つの領域に区分されている。以下の説明では、便宜上、第１負荷ライン以下の領域を低負荷無過給領域という。第２負荷ライン以下の領域であって低負荷無過給領域を除く領域を中負荷無過給領域という。第２負荷ラインよりも機関負荷の高い領域を高負荷過給領域という。

電子制御ユニット２００は、機関回転速度とアクセル踏込量（機関負荷）とに基づいて定まる機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、ターボチャージャ２３による過給を実施することなく吸気弁１３の閉弁時期を吸気下死点から最も遅角させた遅角側限界閉弁時期に固定し、スロットル弁２６によって吸入空気量を制御すると共に、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定する。なお上限機械圧縮比とは、燃焼室容積が最少にされているとき（図３（Ｃ）の状態）の機械圧縮比である。

このように電子制御ユニット２００は、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで膨張比を最大膨張比に維持し、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期に固定することで実圧縮比をノッキングやプレイグニッションが発生しない程度の所定値（本実施形態では１１）に維持する。

図６に示した機関本体１に適用した場合、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期に固定することで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから２００ｍｌになっており、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで、例えば燃焼室容積が５０ｍｌから２０ｍｌになっている。したがって、図６に示した機関本体１では、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、実圧縮比が（２０ｍｌ＋２００ｍｌ）／２０ｍｌ＝１１となっており、膨張比が（２０ｍｌ＋５００ｍｌ）／２０ｍｌ＝２６となっている。

これにより低負荷無過給領域内においては、実圧縮比をノッキングが発生しない程度の値に維持しつつ、膨張比を最大膨張比に維持することができるので、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。

そして電子制御ユニット２００は、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、吸入空気量が機関負荷に応じた目標吸入空気量となるようにスロットル弁２６を制御している。具体的には、機関回転速度が一定であるとすると、図８に示すように機関負荷が第１負荷ライン上のＡ点に存在するときにスロットル弁２６が全開となるように、機関負荷が高くなるほどスロットル開度を大きくしている。そのため、機関負荷が第１負荷ラインよりも高くなると、もはやスロットル弁２６で吸入空気量を制御できなくなる。そこで機関負荷が第１負荷ラインよりも高くなったときは、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで、吸入空気量を増大させる。

すなわち電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、ターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６を全開に固定し、可変バルブタイミング機構Ｂよって吸入空気量を制御すると共に、実圧縮比が所定値に維持されるように機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。

具体的には、電子制御ユニット２００は、機関回転速度が一定であるとすると、図８に示すように機関負荷が第２負荷ライン上のＢ点に存在するときに吸気弁１３の閉弁時期が進角側限界閉弁時期となるように、機関負荷が高くなるほど吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで吸入空気量を増大させる。そして電子制御ユニット２００は、実圧縮比が所定値に維持されるように、機関負荷が高くなるほど機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。

図６に示した機関本体１において、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから４００ｍｌになったとすると、実圧縮比を一定の１１に維持するために、電子制御ユニット２００は燃焼室容積が４０ｍｌとなるように機械圧縮比を低下させる。

このように、中負荷無過給領域内においては、吸気弁１３の閉弁時期が遅角側限界閉弁時期と進角側限界閉弁時期との間の閉弁時期に制御され、実圧縮比を所定値に維持するために、制御された閉弁時期に応じて機械圧縮比が上限機械圧縮比よりも小さくされる。そのため、中負荷無過給領域内においては、膨張比が最大膨張比よりも小さくなるものの、引き続き膨張比を実圧縮比よりも高い値に維持した状態で機関本体１を運転させることができる。よって、中負荷無過給領域内においても、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を高めることができる。また、中負荷無過給領域ではスロットル弁２６が全開に固定されているので、ポンピング損失をほぼゼロにすることができる。

そして機関負荷が第２負荷ラインよりも高くなると、もはやスロットル弁２６でも可変バルブタイミング機構Ｂでも吸入空気量を制御できなくなる。そこで機関負荷が第２負荷ラインよりも高くなったときは、ターボチャージャ２３による過給を行って吸入空気量を増大させる。

すなわち電子制御ユニット２００は、機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、スロットル開度を全開に固定しつつ吸気弁１３の閉弁時期も進角側限界閉弁時期に固定し、吸入空気量が目標吸入空気量となるようにターボチャージャ２３による過給圧（ウェストゲートバルブ３６の開度）を制御すると共に、機械圧縮比を下限機械圧縮比に固定する。なお下限機械圧縮比とは、燃焼室容積が最大にされているとき（図３（Ａ）の状態）の機械圧縮比である。

このように本実施形態では、可変圧縮比機構Ａと可変バルブタイミング機構Ｂとを協調的に制御することで、低負荷無過給領域及び中負荷無過給領域において、実圧縮比をノッキングが発生しない程度の値に維持しつつ、実圧縮比よりも膨張比を高めた状態で機関本体１を運転させている。

そのため、機関運転領域の中で、ターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６を全開とした状態で可変バルブタイミング機構Ｂによって吸入空気量を制御する領域、すなわち中負荷無過給領域が占める割合が高くなる。その結果、図８において破線で囲われた比較的使用頻度の高い運転領域（低中回転・低中負荷領域）内に中負荷無過給領域が広い範囲で存在することになり、機関運転中にターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６が全開とされる状態が長く続く場合がある。
このような場合、以下のような問題が生じるおそれがある。

すなわち機関運転中は、燃焼室１０内からクランクケース４内に混合気や燃焼ガス（以下、これらをまとめて「ブローバイガス」という。）が漏れ出ることがある。このブローバイガスがクランクケース４内に溜まってクランクケース４内の圧力が上昇すると、ピストン７が上死点から下死点へ移動する際の大きな抵抗となって機関出力が低下する。また、ブローバイガスがクランクケース４内に溜まると、オイルパン５内のオイルを劣化させる要因となる。

そのため従来から内燃機関は、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス還元装置を備えていた。この従来のブローバイガス還元装置は、ターボチャージャなどの過給機による過給を実施していないときには、スロットル弁よりも下流側の吸気通路内に生じる負圧を利用して、クランクケース内のブローバイガスをスロットル弁よりも下流側の吸気通路に導入することができるように構成されていた。

また、過給機による過給を実施しているときは、過給機の下流側圧力と上流側圧力の圧力差（下流側圧力＞上流側圧力）を利用して、スロットル弁が全開であっても過給機の下流側から上流側に吸気を戻す通路上に設けられたエゼクタによってクランクケース内のブローバイガスを吸引し、吸引したブローバイガスを吸気通路に導入することができるように構成されていた。

しかしながら、この従来のブローバイガス還元装置の構成では、過給機による過給を実施することなくスロットル弁を全開にする運転状態のときには、スロットル弁よりも下流側の吸気通路内の圧力が負圧にならない。そのため、スロットル弁よりも下流側の吸気通路内に生じる負圧を利用して、クランクケース内のブローバイガスをスロットル弁よりも下流側の吸気通路に導入することはできない。

また、過給機による過給も実施されていないので、過給機の上流側圧力と下流側圧力とがほぼ同じになるか、又は、圧力損失によって逆に過給機の上流側圧力に対して下流側圧力が低くなる。そのため、過給機の下流側から上流側に吸気を戻すことができず、エゼクタによってクランクケース内のブローバイガスを吸引することもできない。

すなわち従来のブローバイガス還元装置の構成では、過給機による過給を実施することなくスロットル弁を全開にする運転状態のときには、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に導入することができず、クランクケース内の換気を行うことができなかった。そのため、機関出力が低下したり、オイルパン内のオイルが劣化したりするおそれがあった。特に本実施形態による内燃機関１００では、機関運転中にターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６が全開とされた状態が長く続く場合があるので、このような機関出力の低下やオイルの劣化が顕著に現れるおそれがある。

そこで本実施形態では、ターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６を全開にするような運転状態であっても、クランクケース４内の換気を行うことができるようにブローバイガス還元装置を構成した。

以下、図９を参照し、内燃機関１００が備える本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の構成について説明する。図９は、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の概略構成図である。なお、前述した図１ではブローバイガス還元装置９０の図示を省略している。

図９に示すように、ブローバイガス還元装置９０は、空気供給通路９１と、第１ブローバイガス通路９２と、ＰＣＶ弁９３と、ブローバイガス用バイパス通路９４と、エゼクタ９５と、流量調節弁９６と、第２ブローバイガス通路９７と、を備える。

空気供給通路９１は、コンプレッサ２３ａよりも上流側の吸気通路と、クランクケース４内と、に連通する通路であって、吸気通路を流れる空気（新気）をクランクケース４内に導入するための通路である。本実施形態では、空気供給通路９１は、一端がコンプレッサ２３ａよりも上流側の吸気管２２に接続され、他端がシリンダヘッド３に接続されている。なお、空気供給通路９１の他端は、シリンダヘッド３の内部空間を介してクランクケース４内と連通している。

第１ブローバイガス通路９２は、クランクケース４内と、スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路と、に連通する通路であって、スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内で生じる負圧を利用して、クランクケース４内のブローバイガスを吸気通路に導入するための通路である。本実施形態では、第１ブローバイガス通路９２は、一端がオイルセパレータ９２ａを介してクランクケース４に接続され、他端がサージタンク２５ａに接続されている。

ＰＣＶ弁９３は、第１ブローバイガス通路９２に設けられる。ＰＣＶ弁９３は、クランクケース４内の圧力と、サージタンク２５ａ内の圧力と、の圧力差によってその開度が変化する圧力作動弁である。具体的には、ＰＣＶ弁９３は、サージタンク２５ａ内の負圧が大きいとき（スロットル開度が小さいとき）は小さいときと比べて、ＰＣＶ弁９３を通過できるブローバイガス流量が少なくなるように構成されている。そして、クランクケース４内の圧力がサージタンク２５ａ内の圧力以下のときは全閉となるように構成されている。

ブローバイガス用バイパス通路９４は、コンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路と、インタクーラ２４よりも下流側の吸気通路と、に連通する通路である。本実施形態では、ブローバイガス用バイパス通路９４は、一端がコンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気管２２に接続され、他端がインタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気管２２に接続されている。

エゼクタ９５は、ブローバイガス用バイパス通路９４に設けられる。エゼクタ９５は、流体流入口９５ａと、流体流出口９５ｂと、流体吸引口９５ｃと、を有しており、流体流入口９５ａから流体流出口９５ｂに向かって流体が流れると、流体吸引口９５ｃから別の流体を吸引することができるように構成されている。

具体的には、図１０のエゼクタ９５の断面図に示されるように、エゼクタ９５は、流体流入口９５ａ側に形成されたノズル９５１と、流体流出口９５ｂ側に形成されたディフューザ９５２と、ノズル９５１とディフューザ９５２との間に形成されて流体吸引口９５ｃと連通している減圧室９５３と、をその内部に備える。

流体流入口９５ａからエゼクタ９５の内部に流体（本実施形態では空気）が流入すると、この流体はノズル９５１によって絞られて流速が増大し、ノズル噴出孔９５１ａからディフューザ９５２に向けて噴射される。これにより、ベンチュリー効果によって減圧室９５３に負圧が発生し、この負圧によって流体吸引口９５ｃから別の流体（本実施形態ではブローバイガス）が吸引される。ノズル噴出孔９５１ａから噴射された流体、及び、流体吸引口９５ｃから吸引された流体は、ディフューザ９５２で混合されて流体流出口９５ｂから流出する。流体吸引口９５ｃから吸引される流体の流量は、流体流入口９５ａからエゼクタ９５の内部に流入する流体の流量が多くなるほど多くなる。

そして本実施形態では、図９に示すようにエゼクタ９５の流体流入口９５ａがブローバイガス用バイパス通路９４の一端側（インタクーラ２４の上流側）に接続され、流体流出口９５ｂがブローバイガス用バイパス通路９４の他端側（インタクーラ２４の下流側）に接続されている。そして流体吸引口９５ｃに、第２ブローバイガス通路９７の他端が接続されている。したがって本実施形態では、ブローバイガス用バイパス通路９４の一端側から他端側に向かってブローバイガス用バイパス通路９４に空気が流れたときに、エゼクタ９５によって第２ブローバイガス通路９７を介してクランクケース４内のブローバイガスを吸引できるようになっている。

流量調節弁９６は、ブローバイガス用バイパス通路９４に設けられる。本実施形態ではエゼクタ９５の流体流入口９５ａに接続されている側のブローバイガス用バイパス通路９４ａに流量調節弁９６を設けているが、エゼクタ９５の流体流出口９５ｂに接続されている側のブローバイガス用バイパス通路９４ｂに設けても良い。流量調節弁９６は、その開度が電子制御ユニット２００によって調節され、ブローバイガス用バイパス通路９４の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。電子制御ユニット２００によって流量調節弁９６の開度を調節することで、ブローバイガス用バイパス通路９４の一端側の吸気管２２、すなわちコンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気管２２からブローバイガス用バイパス通路９４に流入する空気の流量（ブローバイガス用バイパス通路９４を流れる空気の流量）が制御される。

第２ブローバイガス通路９７は、クランクケース４内と、エゼクタ９５の減圧室９５３とに連通する通路であって、本実施形態では一端がオイルセパレータ９７ａを介してクランクケース４に接続され、他端がエゼクタ９５の流体吸引口９５ｃに接続されている。

引き続き図９を参照して、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。

まず、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。図９に示すように、コンプレッサ２３ａよりも上流側の吸気通路内の圧力をＰ１、コンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路内の圧力をＰ２、インタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力をＰ３、スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内の圧力をＰ４とすると、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、各吸気通路内の圧力の大小関係は、Ｐ１＝Ｐ２＞Ｐ３＞＞Ｐ４となる。機関運転点が低負荷無過給領域にあるときにＰ１＝Ｐ２となるのは、ターボチャージャ２３による過給が実施されていないためであり、Ｐ１及びＰ２はそれぞれ大気圧相当の値となる。Ｐ２＞Ｐ３となるのは、インタクーラ２４の圧力損失によるものである。Ｐ３＞＞Ｐ４となるのは、スロットル弁２６が全開とされておらず、サージタンク２５ａ内の圧力（スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内の圧力Ｐ４）が負圧になっているためである。

このように機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、スロットル弁２６が全開にされていないので、サージタンク２５ａ内の圧力（スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内の圧力Ｐ４）が負圧になる。そのため、クランクケース４内の圧力がサージタンク２５ａ内の圧力よりも高くなってＰＣＶ弁９３が開き、サージタンク２５ａ内の負圧によって、クランクケース４内のブローバイガスが第１ブローバイガス通路９２を介してサージタンク２５ａに吸引される。

そして、例えばクランクケース４内から第１ブローバイガス通路９２を介してサージタンク２５ａに吸引されるブローバイガスの流量が、燃焼室１０からクランクケース４内に漏れ出るブローバイガスの流量よりも多くなり、クランクケース４内が負圧になると、空気供給通路９１を介してクランクケース４内に空気（新気）が供給される。クランクケース４内に供給された空気は、クランクケース４内を換気しながらブローバイガスと共に第１ブローバイガス通路９２を介してサージタンク２５ａに吸引される。

このように機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、サージタンク２５ａ内が負圧となるので、第１ブローバイガス通路９２を介してブローバイガスを吸気通路に導入し、クランクケース４内の換気を行うことができる。機関運転点が低負荷無過給領域にあるときの流量調節弁９６の制御については、以下の機関運転点が中負荷無過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作についての説明時に併せて説明する。

次に、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、前述した各吸気通路内の圧力の大小関係は、Ｐ１＝Ｐ２＞Ｐ３＝Ｐ４となる。機関運転点が中負荷無過給領域にあるときにＰ１＝Ｐ２となるのは、ターボチャージャ２３による過給が実施されていないためであり、Ｐ１及びＰ２はそれぞれ大気圧相当の値となる。Ｐ２＞Ｐ３となるのは、インタクーラ２４の圧力損失によるものである。Ｐ３＝Ｐ４となるのは、スロットル弁２６が全開とされているためである。

このように機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、ターボチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２６が全開にされているので、サージタンク２５ａ内にはほとんど負圧が発生しない。そのため、第１ブローバイガス通路９２を介してクランクケース４内のブローバイガスをサージタンク２５ａに吸引することができない。

そこで電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６を予め設定された目標開度まで開く。目標開度は、全閉以外の開度の中から適宜設定することができ、本実施形態では全開としている。

コンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路内の圧力Ｐ２と、インタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力Ｐ３と、を比較すると、過給の有無及びスロットル開度にかかわらず、インタクーラ２４の圧力損失によって、常にコンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路内の圧力Ｐ２の方が、インタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力Ｐ３よりも高くなる。

そのため、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間には、常に圧力差（一端側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞他端側の吸気通路内の圧力Ｐ３）が生じているので、流量調節弁９６を開くことによって、ブローバイガス用バイパス通路９４の一端側から他端側に向かって空気を流すことができる。その結果、クランクケース４内のブローバイガスがエゼクタ９５によって吸引され、ブローバイガス用バイパス通路９４を介してインタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路に導入される。

そして、例えばクランクケース４内からエゼクタ９５によってブローバイガス用バイパス通路９４に吸引されるブローバイガスの流量が、燃焼室１０からクランクケース４内に漏れ出るブローバイガスの流量よりも多くなり、クランクケース４内が負圧になると、空気供給通路９１を介してクランクケース４内に空気（新気）が供給される。クランクケース４内に供給された空気は、クランクケース４内を換気しながらブローバイガスと共にエゼクタ９５によってブローバイガス用バイパス通路９４に吸引される。

このように機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６を開くことでクランクケース４内のブローバイガスをエゼクタ９５によってブローバイガス用バイパス通路９４に吸引できるので、クランクケース４内の換気を行うことができる。

ここで、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときも、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときと同様に、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間には圧力差（一端側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞他端側の吸気通路内の圧力Ｐ３）が生じている。したがって、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときに流量調節弁９６を開けば、第１ブローバイガス通路９２及び第２ブローバイガス通路９７の双方からクランクケース４内のブローバイガスを吸引して吸気通路に導入し、クランクケース４内の換気を行うことができる。

一方で、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６を全閉にしていても、前述したように第１ブローバイガス通路９２からクランクケース４内のブローバイガスを吸引して吸気通路に導入してクランクケース４内の換気を行うことができる。したがって、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６を開いていても良く、全閉にしていても良い。本実施形態では、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６を全開としている。

最後に、機関運転点が高負荷過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、前述した各吸気通路内の圧力の大小関係は、Ｐ１＜＜Ｐ２かつＰ２＞Ｐ３＝Ｐ４となる。機関運転点が高負荷過給領域にあるときにＰ１＜＜Ｐ２となるのは、ターボチャージャ２３による過給が実施されているためであり、Ｐ１は大気圧相当の値となり、Ｐ２は過給圧相当の値となる。Ｐ２＞Ｐ３となるのは、インタクーラ２４の圧力損失によるものである。Ｐ３＝Ｐ４となるのは、スロットル弁２６が全開とされているためである。

機関運転点が高負荷過給領域にあるとき、すなわちターボチャージャ２３による過給を実施してスロットル弁２６を全開にしているときは、サージタンク２５ａ内が負圧とならない。そのため、第１ブローバイガス通路９２を介してクランクケース４内のブローバイガスをサージタンク２５ａに吸引することができない。

一方、機関運転点が高負荷過給領域にあるときも、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間には圧力差（一端側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞他端側の吸気通路内の圧力Ｐ３）が生じている。したがって、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときと同様に流量調節弁９６を開けば、クランクケース４内のブローバイガスをエゼクタ９５によってブローバイガス用バイパス通路９４に吸引することができるので、クランクケース４内の換気を行うことができる。

しかしながら、ターボチャージャ２３による過給を実施しているときは、コンプレッサ２３ａから吐出される空気の温度が高温となっている。そのため、ブローバイガス用バイパス通路９４に必要以上に空気を流すと、各シリンダ６に吸入された空気のうち、インタクーラ２４を経由しないで各シリンダ６に吸入された高温の空気の割合が高くなる。その結果、充填効率が低下すると共に、ノッキングが発生するおそれがある。

したがって、ターボチャージャ２３による過給を実施しているときは、燃焼室１０内からクランクケース４内に漏れ出たブローバイガスの流量分だけをエゼクタ９５によって吸引することができるように、ブローバイガス用バイパス通路９４に流入する空気の流量を制御することが望ましい。

そこで電子制御ユニット２００は、機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、エゼクタ９５によって吸引されるブローバイガスの流量が、機関運転状態に応じた目標流量となるように流量調節弁９６の開度を制御する。

具体的には電子制御ユニット２００は、図１１のマップを参照し、機関運転状態に基づいて、エゼクタ９５によって吸引すべきブローバイガスの目標流量を算出する。そして電子制御ユニット２００は、目標流量に基づいて流量調節弁９６の目標開度を設定し、当該目標開度となるように流量調節弁９６の開度を制御する。エゼクタ９５は、ブローバイガス用バイパス通路９４に流れる空気の流量が多くなるほど流体吸引口９５ｃから吸引するブローバイガスの流量が多くなる特性を有している。そして、インタクーラ２４の圧力損失は、基本的に機関運転状態（過給圧）にかかわらず略一定であり、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間の圧力差も略一定であるので、本実施形態では目標流量が大きくなるほど目標開度も大きくなるようにしている。なお、機関運転状態に基づいて、流量調節弁９６の目標開度を直接設定するようにしても良い。

このように機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、機関運転状態に応じた目標流量となるように流量調節弁９６の開度を制御することで、クランクケース４内のブローバイガスをエゼクタ９５によって吸引してクランクケース４内の換気を行いつつ、充填効率の低下及びノッキングの発生を抑制することができる。

なお流量調節弁９６は、基本的に機関運転点が高負荷過給領域にあるときの充填効率の低下及びノッキングの発生を抑制するために設けられているので、これらを許容できるのであれば必ずしも設ける必要はない。すなわち流量調節弁９６は、充填効率の低下及びノッキングの発生を許容できるのであれば、各運転領域でクランクケース４内の換気を行うために必ずしも必要なものではない。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１の吸気通路に配置されるコンプレッサ（過給機）２３ａと、コンプレッサ２３ａよりも吸気流れ方向下流側の吸気通路に配置されるインタクーラ２４と、機関本体１のクランクケース４内のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス還元装置９０と、を備える。

そしてブローバイガス還元装置９０が、吸気通路の第１の位置と第２の位置とを接続するブローバイガス用バイパス通路（バイパス通路）９４と、ブローバイガス用バイパス通路９４に配置され、第１の位置から第２の位置に向かってブローバイガス用バイパス通路９４に空気が流れたときに、流体吸引口９５ｃからブローバイガスを吸引するエゼクタ９５と、クランクケース４とエゼクタ９５の流体吸引口９５ｃとを接続する第２ブローバイガス通路（ブローバイガス通路）９７と、を備え、第１の位置がコンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間となるように構成され、第２の位置がインタクーラ２４の下流側となるように構成されている。具体的には、第２の位置が、インタクーラ２４と当該インタクーラ２４よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路に配置されるスロットル弁２６との間となるように構成されている。

コンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路内の圧力Ｐ２と、インタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力Ｐ３と、を比較すると、過給の有無及びスロットル開度にかかわらず、インタクーラ２４の圧力損失によって、コンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間の吸気通路内の圧力の方が、インタクーラ２４の下流側となるインタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力よりも高くなる。すなわち、過給の有無及びスロットル開度にかかわらず、インタクーラ２４の圧力損失によって、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間には圧力差（第１の位置側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞第２の位置側の吸気通路内の圧力Ｐ３）が生じる。

そのため、上記の通りブローバイガス還元装置９０を構成すれば、機関運転点が中負荷無過給領域にあるとき、すなわちターボチャージャ２３による過給を実施せずにスロットル弁２６を全開にしているときであっても、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間に生じる圧力差によって、吸気通路の第１の位置から第２の位置に向かってブローバイガス用バイパス通路９４に空気を流すことができる。したがって、クランクケース４内のブローバイガスを、ブローバイガス用バイパス通路９４に設けられたエゼクタ９５によって吸引することができるので、クランクケース４内の換気を行うことができる。

また、機関運転点が低負荷無過給領域及び高負荷過給領域にあるときも、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間に生じる圧力差によって、吸気通路の第１の位置から第２の位置に向かってブローバイガス用バイパス通路９４に空気を流すことができる。したがって、上記の通りブローバイガス還元装置９０を構成すれば、機関運転点が低負荷無過給領域及び高負荷過給領域にあるときも、クランクケース４内のブローバイガスを、ブローバイガス用バイパス通路９４に設けられたエゼクタ９５によって吸引することができるので、クランクケース４内の換気を行うことができる。

また本実施形態によるブローバイガス還元装置９０は、ブローバイガス用バイパス通路９４に配置されて当該ブローバイガス用バイパス通路９４に流入する空気の流量を調節する流量調節弁９６をさらに備えている。そして本実施形態による内燃機関１００は、機関運転状態に基づいて流量調節弁９６の開度を制御する電子制御ユニット（制御装置）２００をさらに備えている。

エゼクタ９５がクランクケース４内から吸引するブローバイガスの流量は、ブローバイガス用バイパス通路９４に流入する空気の流量に応じて変化する。したがって、ブローバイガス用バイパス通路９４に流量調節弁９６を配置し、機関運転状態に基づいて当該流量調節弁９６の開度を制御することで、エゼクタ９５によって吸引するブローバイガスの流量を機関運転状態に応じて自由に調節することができる。

特に本実施形態による電子制御ユニット２００は、機関運転状態が、ターボチャージャ２３による過給を実施してスロットル弁２６の開度を全開にする運転状態のときには、エゼクタ９５によって吸引されるブローバイガスの流量が、機関運転状態に応じた目標流量となるように流量調節弁９６の開度を制御するように構成されている。なおエゼクタ９５は、ブローバイガス用バイパス通路９４に流入する空気の流量が多くなるほど流体吸引口９５ｃから吸引するブローバイガスの流量が多くなる特性を有しているので、本実施形態による電子制御ユニット２００は、目標流量が大きくなるほど流量調節弁９６の開度を大きくするように構成されている。

これにより、ターボチャージャ２３による過給を実施していてコンプレッサ２３ａから吐出される空気の温度が高温となっているときに、ブローバイガス用バイパス通路９４に必要以上に空気が流入するのを抑制することができる。そのため、インタクーラ２４を経由しないで各シリンダ６に吸入される空気量を最低限に抑えることができるので、充填効率の低下及びノッキングが発生を抑制することができる。

また電子制御ユニット２００は、機関運転状態が、ターボチャージャ２３による過給を実施せずにスロットル弁２６の開度を全開にする運転状態のときには、流量調節弁９６を開くように構成されている。

これにより、ブローバイガ用バイパス通路９４に流量調節弁９６を設けた場合であっても、ターボチャージャ２３による過給を実施せずにスロットル弁２６の開度を全開にする運転状態のときに、確実にクランクケース４内のブローバイガスをエゼクタ９５によって吸引してクランクケース４内の換気を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の第２実施形態によるブローバイガス還元装置９０について説明する。以下、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０との相違点を中心に説明する。

図１２は、内燃機関１００が備える本発明の第２実施形態によるブローバイガス還元装置９０の概略構成図である。

図１２に示すように、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０は、第１ブローバイガス通路９２を備えず、ブローバイガス用バイパス通路９４の他端をサージタンク２５ａに接続している点が、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０と相違している。本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の構成は、これらの相違点以外は第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０の構成と同様である。

引き続き図１２を参照して、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。

まず、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときの本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。本実施形態においても、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときの前述した各吸気通路内の圧力の大小関係は、第１実施形態と同様にＰ１＝Ｐ２＞Ｐ３＞＞Ｐ４となる。

機関運転点が低負荷無過給領域にあるとき、すなわちスロットル弁２６が全開にされていないときは、サージタンク２５ａ内の圧力（スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内の圧力Ｐ４）が負圧になる。そのため、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、流量調節弁９６の開度にかかわらず、サージタンク２５ａ内の負圧によって、クランクケース４内のブローバイガスを、第２ブローバイガス通路９７、エゼクタ９５及びブローバイガス用バイパス通路９４ｂを介してサージタンク２５ａに吸引し、クランクケース４内の換気を行うことができる。

すなわち、ブローバイガス用バイパス通路９４の他端をサージタンク２５ａに接続することで、第２ブローバイガス通路９７、エゼクタ９５及びブローバイガス用バイパス通路９４ｂが、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０の第１ブローバイガス通路９２と同様の機能を果たす。そのため、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０のように、第１ブローバイガス通路９２を設ける必要がなく、ブローバイガス還元装置９０の構成の簡略化を図ることができると共に、コストを低減することができる。

次に、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。

本実施形態においても、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときの前述した各吸気通路内の圧力の大小関係は、第１実施形態と同様にＰ１＝Ｐ２＞Ｐ３＝Ｐ４となる。そしてこの関係から明らかなように、第１実施形態において第２ブローバイガス通路９７の他端が接続されていたインタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力Ｐ３と、本実施形態において第２ブローバイガス通路９７の他端が接続されているスロットル弁２６よりも下流側の吸気通路（サージタンク２５ａ）内の圧力Ｐ４は一致している。

したがって本実施形態においても、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときには、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間に第１実施形態と同様の圧力差（一端側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞他端側の吸気通路内の圧力Ｐ４）が生じている。そのため本実施形態においても、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、第１実施形態と同様に流量調節弁９６を予め定められた目標開度まで開くようにしている。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

最後に、機関運転点が高負荷過給領域にあるときのブローバイガス還元装置９０の動作について説明する。

本実施形態においても、機関運転点が高負荷過給領域にあるときの前述した各吸気通路内の圧力の大小関係は、第１実施形態と同様にＰ１＜＜Ｐ２かつＰ２＞Ｐ３＝Ｐ４となる。そしてこの関係から明らかなように、第１実施形態において第２ブローバイガス通路９７の他端が接続されていたインタクーラ２４とスロットル弁２６との間の吸気通路内の圧力Ｐ３と、本実施形態において第２ブローバイガス通路９７の他端が接続されているスロットル弁２６よりも下流側の吸気通路（サージタンク２５ａ）内の圧力Ｐ４は一致している。

したがって本実施形態においても、機関運転点が高負荷過給領域にあるときには、ブローバイガス用バイパス通路９４の両端間に第１実施形態と同様の圧力差（一端側の吸気通路内の圧力Ｐ２＞他端側の吸気通路内の圧力Ｐ４）が生じている。そのため本実施形態においても、機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、第１実施形態と同様に機関運転状態に応じた目標流量となるように流量調節弁９６の開度を制御するようにしている。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した本実施形態によるブローバイガス還元装置９０は、吸気通路の第１の位置と第２の位置とを接続するブローバイガス用バイパス通路９４と、ブローバイガス用バイパス通路９４に配置され、第１の位置から第２の位置に向かってブローバイガス用バイパス通路９４に空気が流れたときに、流体吸引口９５ｃからブローバイガスを吸引するエゼクタ９５と、クランクケース４とエゼクタ９５の流体吸引口９５ｃとを接続する第２ブローバイガス通路９７と、を備え、第１の位置がコンプレッサ２３ａとインタクーラ２４との間となるように構成され、第２の位置がインタクーラ２４の下流側となるように構成されている。具体的には、第２の位置が、インタクーラ２４よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路に配置されるスロットル弁２６の下流側となるように構成されている。

これにより、スロットル弁２６が全開にされていない運転状態のときは、スロットル弁２６よりも下流側の吸気通路内で発生する負圧によって、クランクケース４内のブローバイガスを、第２ブローバイガス通路９７、エゼクタ９５及びブローバイガス用バイパス通路９４を介してサージタンク２５ａに吸引し、クランクケース４内の換気を行うことができる。そのため、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０のように、第１ブローバイガス通路９２を設ける必要がなく、ブローバイガス還元装置９０の構成の簡略化を図ることができると共に、コストを低減することができる。なお、これ以外の効果は、第１実施形態によるブローバイガス還元装置９０によって得られる効果と同様である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記の各実施形態によるブローバイガス還元装置９０は、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂを備え、中負荷無過給領域が特に広くなる内燃機関１００に好適であるが、前述した通り、低負荷無過給領域、中負荷無過給領域及び高負荷過給領域の各運転領域でクランクケース４内のブローバイガスを吸気通路に吸引してクランクケース４内の換気を行うことができる。したがって、中負荷無過給領域を有しない（又は狭い）内燃機関にも適用することもできる。そのため、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂの双方を備えない内燃機関に適用することもできるし、いずれか一方を備える内燃機関に適用することもできる。

１ 機関本体
４ クランクケース
２３ａ コンプレッサ（過給機）
２４ インタクーラ
２６ スロットル弁
９０ ブローバイガス還元装置
９４ ブローバイガス用バイパス通路（バイパス通路）
９５ エゼクタ
９５ｃ 流体吸引口
９６ 流量調節弁
９７ 第２ブローバイガス通路（ブローバイガス通路）
２００ 電子制御ユニット（制御装置）

Claims (6)

1. 機関本体と、
   前記機関本体の吸気通路に配置される過給機と、
   前記過給機よりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に配置されるインタクーラと、
   前記機関本体のクランクケース内のブローバイガスを前記吸気通路に導入するためのブローバイガス還元装置と、
   を備える内燃機関であって、
   前記ブローバイガス還元装置は、
   前記吸気通路の第１の位置と第２の位置とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配置され、前記第１の位置から前記第２の位置に向かって当該バイパス通路に空気が流れたときに、流体吸引口からブローバイガスを吸引するエゼクタと、
   前記クランクケースと前記エゼクタの流体吸引口とを接続するブローバイガス通路と、
   を備え、
   前記第１の位置が前記過給機と前記インタクーラとの間であり、前記第２の位置が前記インタクーラの下流側である、
   内燃機関。
2. 前記インタクーラよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に配置されるスロットル弁をさらに備え、
   前記第２の位置が前記スロットル弁の下流側である、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ブローバイガス還元装置は、
   前記バイパス通路に配置され、当該バイパス通路に流入する空気の流量を調節する流量調節弁をさらに備え、
   前記内燃機関は、
   機関運転状態に基づいて前記流量調節弁の開度を制御する制御装置をさらに備える、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置は、
   機関運転状態が、前記過給機による過給を実施して、前記インタクーラよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に配置されるスロットル弁の開度を全開にする運転状態のときには、前記エゼクタによって吸引されるブローバイガスの流量が、機関運転状態に応じた目標流量となるように前記流量調節弁の開度を制御する、
   請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記エゼクタは、前記バイパス通路に流入する空気の流量が多くなるほど前記流体吸引口から吸引するブローバイガスの流量が多くなる特性を有し、
   前記制御装置は、前記目標流量が大きくなるほど、前記流量調節弁の開度を大きくする、
   請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記制御装置は、
   機関運転状態が、前記過給機による過給を実施せずに、前記インタクーラよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に配置されるスロットル弁の開度を全開にする運転状態のときには、前記流量調節弁を開く、
   請求項３から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。

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