JP6330744B2

JP6330744B2 - 内燃機関のブローバイガス還流装置

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Publication number: JP6330744B2
Application number: JP2015140709A
Authority: JP
Inventors: 矢口　寛; 寛矢口; 豪福井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2018-05-30
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Also published as: JP2017020459A; DE112016003183T5; US10655515B2; CN107735550B; CN107735550A; WO2017010054A1; US20180187582A1

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、内燃機関においては、その圧縮行程中にピストンとシリンダの隙間から未燃焼のガス（ブローバイガスと称される）が漏れ、このブローバイガス（特に、ガス中に含まれるNOｘ)はエンジンオイルに接触して酸化による劣化を助長することから、かかるエンジンオイルとの接触機会を減少すべくブローバイガスを機関の吸気系に還流して処理するブローバイガス還流装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載のブローバイガス還流装置では、クランク室とシリンダヘッドカバー内部室とを連通する連通孔が設けられ、クランク室に溜まるブローバイガスがシリンダヘッドカバー内部室に誘導されて吸気通路に還流される。そして、ブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプの吸込口と吐出口をそれぞれ上記のクランク室とシリンダヘッドカバー内部室とに導管を介して開口させると共に、当該クランク室に通じる導管に制御弁を配置し、クランク室とシリンダヘッドカバー内部室との圧力差が所定圧以上になった時に限り、当該制御弁を開くようにしている。これによって、当該制御弁が開かれたブローバイガス還流時に、バキュームポンプでクランク室内のブローバイガスを吸込みシリンダヘッドカバー内部室に送るようにしている。

特開昭６２−２７９２２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたブローバイガス還流装置においては、ブレーキブースタへ負圧を供給するバキュームポンプの吸込口と吐出口をそれぞれ上記のクランク室とシリンダヘッドカバー内部室とに導管を介して開口させると共に、当該クランク室に通じる導管に制御弁を配置し、クランク室とシリンダヘッドカバー内部室との圧力差が所定圧以上になった時に限り当該制御弁を開くようにしている。その結果、この圧力差が生じない限りクランク室内のブローバイガスは移動せず残存することになる。したがって、ブローバイガスとエンジンオイルとの接触機会が減少せず、オイルの劣化を十分に抑制できない。

また、クランク室内のブローバイガスはバキュームポンプに一旦吸込まれてシリンダヘッドカバー内部室に送られるが、このバキュームポンプによる吸込みに起因してクランク室内が負圧になるために、シリンダヘッドカバー内部室のブローバイガスがクランク室とシリンダヘッドカバー内部室とを連通する連通孔を介してクランク室に戻り、循環してしまう。この結果、クランク室内のブローバイガス濃度が薄くならず、オイル劣化抑制を十分に行うことができない。

さらに、ブレーキブースタに対してバキュームポンプから供給されるべき負圧が、ブローバイガスの還流のために費やされるのを抑えるために、バキュームポンプからクランク室への負圧の供給を、上述のように、クランク室とシリンダヘッドカバー内部室との圧力差が所定圧以上になった時に限っている。しかしながら、ブレーキブースタ内の負圧は、かかる圧力差とは無関係に、ブレーキペダルの操作回数などによっても変わるものであるから、ブレーキブースタ内の負圧が十分に確保されないことも起こり得る。

さらに、特許文献１に記載されたブローバイガス還流装置においては、機械式バキュームポンプが用いられている。これは、内燃機関により常時駆動されるため無駄仕事が多く燃費を悪化させる要因となっている。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その主たる目的は、バキュームポンプを利用する内燃機関のブローバイガス還流装置において、ブローバイガスとエンジンオイルとの接触機会を減らし、オイルの劣化を抑制することができる内燃機関のブローバイガス還流装置を提供することにある。

また、ブレーキブースタ内の負圧を常に十分に確保し、無駄仕事の少ない内燃機関のブローバイガス還流装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
ブレーキブースタの負圧源をなすと共に、ブローバイガスの吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置を備える内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に還流するためのＰＣＶ装置と、
当該ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域か否かを判定する換気不足領域判定手段と、
前記ブレーキブースタのブレーキ負圧が確保されているか否かを判定するブレーキ負圧判定手段と、を備え、
当該換気不足領域判定手段により前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域と判定され、且つ、当該ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていると判定されたときに限り、前記バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスを換気するように構成したことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還流装置が提供される。

このように構成された内燃機関のブローバイガス還流装置によれば、換気不足領域判定手段によりＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域と判定され、且つ、ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていると判定されたときに限り、バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスが換気される。したがって、ブレーキ負圧を確保しつつ、ＰＣＶ装置により換気ができない分のブローバイガスをバキュームポンプによって確実に換気することができる。

ここで、前記内燃機関は自然吸気式の内燃機関であってもよい。この場合、前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域は、前記吸気通路の吸気圧が大気圧より低い負圧と大気圧との間の範囲にある領域であってもよい。
また、前記内燃機関はコンプレッサを吸気通路に備える過給機付き内燃機関であってもよい。この場合、前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域は、前記吸気通路の吸気圧が大気圧より低い負圧と大気圧より高い正圧との間の範囲であってもよい。

さらに、ブローバイガスの前記吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置は電動バキュームポンプ装置であってもよい。この場合、前記クランクケース内と当該電動バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に開閉制御弁を有する配管通路と、当該電動バキュームポンプの吐出口とスロットルバルブの上流の吸気通路とを連通し、途中に逆止め弁を有する配管通路と、当該スロットルバルブより上流の吸気通路と前記クランクケース内とを連通する新気導入通路とを含んでもよい。

また、ブローバイガスの前記吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置は電動バキュームポンプ装置であり、前記クランクケース内と当該電動バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に開閉制御弁を有する配管通路と、当該電動バキュームポンプの吐出口と過給機のコンプレッサの上流の吸気通路とを連通し、途中に逆止め弁を有する配管通路と、当該過給機のコンプレッサのより上流の吸気通路と前記クランクケース内とを連通する新気導入通路とを含んでもよい。

かかる電動バキュームポンプを用いた構成によれば、無駄な仕事を減らすことができ燃費の向上ができる。

ここで、前記バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスを換気している間に、前記ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていないと判定されたときは、前記バキュームポンプによるクランクケース内のブローバイガスの換気を中断し、前記バキュームポンプによりブレーキ負圧を生成するように構成することが好ましい。

この構成によると、バキュームポンプをクランクケース内のブローバイガス換気のために使用していても、ブレーキ負圧が必要量より不足すると、バキュームポンプによるクランクケース内のブローバイガスの換気が中断され、バキュームポンプによるブレーキ負圧の生成が優先して行われるので、ブレーキ負圧を必要量に満たすことができる。

本発明によれば、ブローバイガスとエンジンオイルとの接触機会を大幅に減らすことができ、オイルの劣化を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。

また、電動バキュームポンプを用いた構成によれば、無駄な仕事を減らすことができ燃費の向上を図ることができる。

さらに、新気導入通路を含んだ構成によれば、クランクケース内が常に新気により希釈されるので、ブローバイガス濃度を薄くすることができる。

本発明の一実施形態に係る過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置の構成を示す概略図である。車速とブレーキブースタ内に確保されるべき負圧との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る自然吸気式内燃機関における吸気圧とクランクケース内の換気流量との関係を説明するためのグラフである。本発明の一実施形態に係る自然吸気式内燃機関における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る過給機付き内燃機関における吸気圧とクランクケース内の換気流量との関係を説明するためのグラフである。本発明の一実施形態に係る過給機付き内燃機関における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態に係る自然吸気式内燃機関における吸気圧とクランクケース内の換気流量との関係を説明するためのグラフである。本発明の他の実施形態に係る過給機付き内燃機関における吸気圧とクランクケース内の換気流量との関係を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態に係る過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置の構成を示す。本実施形態のブローバイガス還流装置は、ブレーキブースタを備えた車両に搭載された内燃機関（エンジン）Ｅに適用される。内燃機関Ｅはエンジン本体１を備え、エンジン本体１は周知のようにヘッドカバー１Ａ、シリンダヘッド１Ｂ、シリンダブロック１Ｃ、クランクケース１Ｄおよびオイルパン１Ｅを含んで構成される。そしてエンジン本体１の内部にはピストン、コンロッドおよびクランクシャフト等が備えられ、同時に、シリンダヘッド１Ｂ及びシリンダブロック１Ｃには、これらを貫通する連通孔１Fが形成されている。この連通孔１Fによって、ヘッドカバー１Ａ及びクランクケース１Ｄの内部が連通されている。図１に示す内燃機関Ｅは、過給機としてのターボチャージャ５０を備えた多気筒ガソリンエンジンである。なお内燃機関Ｅの気筒数、シリンダ配置形式（直列、Ｖ型、水平対向等）等は特に限定されない。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管３を介して吸気集合室であるサージタンク４に接続されている。サージタンク４の上流側には吸気管５が接続されている。吸気管５には、上流側から順に、エアクリーナ６、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５０Ｃ、インタークーラ５０ＩＣ、および電子制御式スロットルバルブ９が設けられている。吸気ポート、枝管３、サージタンク４及び吸気管５により吸気通路Ｓが形成される。なお図示はしないが、吸気ポート内には燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）及び燃焼室には、点火プラグが気筒毎に設けられている。

一方、各気筒の排気ポートは不図示の排気マニフォールドを介して共通の排気管に接続される。これら排気ポート、排気マニフォールド及び排気管により排気通路が形成される。排気通路にはターボチャージャ５０のタービン５０Ｔが設置され、タービン５０Ｔの下流側には三元触媒が設けられる。排気通路には、図示は省略するが、タービン５０Ｔをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するための電子制御式ウェイストゲートバルブとが設けられる。ウェイストゲートバルブはスロットルバルブ９と同様のバタフライ弁とされ、その開度を無段階で変更可能である。

エンジン本体１のクランクケース１Ｄにはオイルセパレータ１２が設けられている。オイルセパレータ１２は、クランクケース１Ｄ内に連通されると共に、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスを導入して、これに含まれるオイルを分離する。

オイルセパレータ１２とサージタンク４又はその下流の枝管３とは第１ブローバイガス通路１３により互いに連通され、第１ブローバイガス通路１３にはＰＣＶバルブ１４が設けられる。第１ブローバイガス通路１３とＰＣＶバルブ１４はＰＣＶ装置を構成する。ＰＣＶバルブ１４の開弁時、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスはオイルセパレータ１２、第１ブローバイガス通路１３という経路を順に通じてサージタンク４に還流される。

また、ヘッドカバー１Ａ内とエアフローメータ７の上流側の吸気通路Ｓとは新気導入通路１６により互いに連通される。なお、オイルセパレータ１２は第２ブローバイガス通路２８を介して後述するブースタ通路２６に連通されている。

他方、車両には、ドライバによるブレーキペダルの操作をアシストするためのブレーキブースタ２０が設けられている。ブレーキブースタ２０は、ブレーキ作動時、その負圧室に供給された負圧を利用してブレーキペダル操作力を倍力する。

ブレーキブースタ２０の負圧室と電動バキュームポンプ２４の吸込口２４inとは、ブースタ通路２６により互いに連通される。ブースタ通路２６には、ブレーキブースタ２０側から電動バキュームポンプ２４側に向かう順流方向の空気の流れのみを許容し、逆流方向の空気の流れを禁止する第１逆止弁CV１が設けられている。第１逆止弁CV１により負圧室からの負圧抜けが防止される。また、オイルセパレータ１２とブースタ通路２６とは、第１逆止弁CV１と電動バキュームポンプ２４の吸込口２４inとの間の合流部X１で合流する第２ブローバイガス通路２８により互いに連通されている。第２ブローバイガス通路２８には、電磁開閉弁からなる制御弁３０が設けられている。

制御弁３０は、オイルセパレータ１２から第２ブローバイガス通路２８及びブースタ通路２６を介して電動バキュームポンプ２４に至るブローバイガスの流れを禁止する第１位置（閉位置）と、その流れを許容する第２位置(開位置)とを取り得る。

また、本実施の形態では、電動バキュームポンプ２４の吐出口24outとターボチャージャ５０のコンプレッサ５０Ｃの上流の吸気通路Ｓとを連通する第３ブローバイガス通路３２が設けられている。第３ブローバイガス通路３２には、吸気通路Ｓから電動バキュームポンプ２４側へのガスの流れを禁止する第２逆止弁CV２が設けられている。

さらに、ブレーキブースタ２０と第１逆止弁CV１との間の合流部X２でブースタ通路２６に合流する配管通路３４、及び電動バキュームポンプ２４の吐出口24outと第２逆止弁CV２との間の合流部X３で第３ブローバイガス通路３２に合流する配管通路３６とが合流部X４で合流され、配管通路３８によってサージタンク４に連通されている。なお、配管通路３４及び配管通路３６には、それぞれ、サージタンク４からの逆流方向の空気の流れを禁止する第３逆止弁CV３及び第４逆止弁CV４が設けられている。

これらの配管通路３４、３６，３８のうち、第３逆止弁CV３が設けられている配管通路３４と配管通路３８は、吸気圧がブレーキブースタ２０のプレーキ負圧よりも低いときに、サージタンク４などからブレーキブースタ２０の負圧室に負圧を供給するためのものである。吸気圧がプレーキ負圧よりも低いときは、第３の逆止め弁CV3を介してブレーキブースタ２０の負圧室に負圧が供給される。そして、第４逆止弁CV４が設けられている配管通路３６と配管通路３８は、電動バキュームポンプ２４の吐出口24outから吐出されるガスを負圧状態のサージタンク４に戻すためのものである。

さらに、本実施形態のブローバイガス還流装置には、制御部もしくは制御ユニットをなす電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００が備えられる。ＥＣＵ１００は、制御弁３０および電動バキュームポンプ２４に加え、前述のスロットルバルブ９、インジェクタ、点火プラグ、ウェイストゲートバルブをも制御するように構成されている。またＥＣＵ１００はこれらの他、内燃機関Ｅおよび車両の図示しない各種デバイスをも制御するように構成されている。

センサ類に関して、前述のエアフローメータ７に加え、特に、スロットルバルブ９より下流の吸気通路Ｓ内の圧力（吸気圧と称す）を検出するための吸気圧センサ４０、内燃機関Ｅのクランク角を検出するためのクランク角センサ４２、ブレーキブースタ２０の負圧室の圧力を検出するための圧力センサ４４及び車速センサ４６がＥＣＵ１００に接続されている。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ４２からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジンの回転数（rpm）を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。

ＥＣＵ１００は、エアフローメータ７からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量である吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ１００は、検出した吸入空気量に基づきエンジン１の負荷を検出する。

また、本実施形態で用いられるブレーキブースタ２０の負圧室に確保されるべきブレーキ負圧と車速との関係について図２を参照して説明する。図２は、横軸に車速v（km/h）、縦軸にブレーキ負圧ＰＢ（kＰａ）を取ったグラフである。一般に、車速vが高いほど制動時間が長くなり、あるいはより大きな制動力を要するので、ブレーキ負圧ＰＢは車速vが所定の中速度vsより高速側に越える領域では、大気圧に対してより大きく負圧側に設定されたブレーキ負圧ＰＢｓとされている、一方、さほど大きな制動力を必要としないので、車速ゼロから当該所定の中速度vsまでの間では、大気圧に近いブレーキ負圧ＰＢcから上述の大きく負圧側に設定されたブレーキ負圧ＰＢｓに直線的に変化するように設定されている。なお、このブレーキ負圧ＰＢの設定線ＰＢ（v）を（図において上側に）越えて負圧が消費（減少）された場合、ブレーキ負圧ＰＢの所定値が確保されていないとして、バキュームポンプが作動されることによりブレーキ負圧の生成が開始される。そして、ブレーキ負圧ＰＢの生成の結果、これが図２のブレーキ負圧の下限値ＰＢｍに到達したときにバキュームポンプの作動は停止される。

（第一の実施形態）
ここで、本発明の第一の実施形態に係る自然吸気式内燃機関における本発明の作用を説明する。自然吸気式内燃機関は、図１に示した過給機付き内燃機関に対して、吸気系のコンプレッサ５０Ｃと排気系のタービン５０Ｔ及びウェイストゲートバルブを含んで構成される過給機５０及びインタークーラ５０ＩＣを取除いて構成されるのみで、他の構成は同じであるので、改めて図示することは避け、それらが取除かれているとして説明する。

自然吸気式内燃機関では、所定の運転領域において、ＰＣＶ装置（第１ブローバイガス通路１３とＰＣＶバルブ１４）を用いてクランクケース１Ｄ内のブローバイガスを吸気通路Ｓ（サージタンク４）に還流することができる。すなわち、ＰＣＶバルブ１４の下流側（サージタンク４側）の圧力が上流側（クランクケース１Ｄ側）の圧力より低いので、ＰＣＶバルブ１４が開き、ブローバイガスの還流を実行することができるのである。

すなわち、自然吸気式内燃機関では、吸気通路Ｓの吸気圧Ｐｋ（ｋＰａ）に対するクランクケース内換気流量Ｇｂ（Ｌ／ｍｉｎ）の関係は図３に示すようになる。なお、吸気圧Ｐｋとはスロットルバルブ９の下流側における吸気通路Ｓ内の圧力のことをいい、具体的には吸気圧センサ４０により検出されるサージタンク４内の吸気圧Ｐｋである。圧力は、大気圧を基準にしてその差をもって表すゲージ圧で表示される。この図３から明らかなように、吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１より低い運転領域では、ＰＣＶ装置によって圧力がＰ０とＰ１との間にある運転領域において最大流量Ｇｂmaxが得られる相当な量（大きさ）のクランクケース内換気流量Ｇｂが得られる。

しかし、吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１と大気圧（吸気圧Ｐｋ＝０）との間の運転領域範囲では、圧力Ｐ１を超えて大気圧に近づくにつれ、ＰＣＶ装置によるブローバイガス還流量ないしはクランクケース内換気流量Ｇｂが低下し始め、クランクケース内換気を満足に行うことが困難となる。すなわち、Ｐ１≦Ｐｋ≦０の吸気圧範囲では、吸気圧Ｐｋが高まるにつれＰＣＶ装置によるクランクケース内換気流量Ｇｂが太実線aで示す最大流量Ｇｂｍａｘから徐々に低下し、最終的に０になる（細実線b参照）。この自然吸気式内燃機関におけるＰＣＶ換気流量が十分でない運転領域の吸気圧範囲は、ＰＣＶ換気流量不足領域Ｒ１として図３に示されている。この換気流量の不足が始まる吸気圧Ｐ１を以下、不足開始吸気圧Ｐ１と称す。

そこで、本第一の実施形態の自然吸気式内燃機関では、吸気圧Ｐｋが不足開始吸気圧Ｐ１になったとき、電動バキュームポンプ２４を作動させると共に制御弁３０を開き、電動バキュームポンプ２４を利用してブローバイガスを還流する（図中破線ｃ参照）。これにより、ＰＣＶ装置によっては不足するクランクケース内換気流量Ｇｂを補い、あるいは補完することができ（図中太実線ｄ（＝ｂ+ｃ）参照）、十分な量のクランクケース内換気流量Ｇｂを得ることが可能となる。

図４に上述した自然吸気式内燃機関の制御ルーチンの一例を示す。かかるルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ４０１では、圧力センサ４４により検出されたブレーキブースタ２０のブレーキ負圧ＰＢが所定値を確保しているか否かが判断される。すなわち、ブレーキ負圧ＰＢが車速に対応して設定されている設定線ＰＢ（v）を越えて消費（減少）されているか否か（ＰＢ≦ＰＢ（v）？）が判断される。確保している（Yes）ときは、ステップＳ４０２に進み、上述のＰＣＶ装置によるクランクケース内換気流量Ｇｂが不足する運転領域にあるか否か、吸気圧Ｐｋが不足開始吸気圧Ｐ１以上であり大気圧以下か否か（Ｐ１≦Ｐｋ≦０）が判断される。すなわち吸気圧ＰｋがＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ１に入っているか否かが判断される。ステップＳ４０２での判断がノー（No）の場合にはこのルーチンは終了される。

ステップＳ４０２において、イエス（Yes）の場合には、ステップＳ４０３に進み、第２ブローバイガス通路２８の制御弁３０が開かれると共に、電動バキュームポンプ２４の作動が開始される。この結果、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスは、当該クランクケース１Ｄに新気導入通路１６を介してスロットルバルブ９より上流の吸気通路Ｓから導入される新気と共にその少なくとも一部が、オイルセパレータ１２、第１ブローバイガス通路１３とそのＰＣＶバルブ１４を介してサージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓに還流される。同時に、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスは、オイルセパレータ１２、第２ブローバイガス通路２８とその開かれた制御弁３０を介して電動バキュームポンプ２４に吸引され、吐出口２４outから吐出される。そして第４逆止弁CV４が設けられている配管通路３６と配管通路３８を通じてサージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓに還流される。したがって、ＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ１であっても電動バキュームポンプ２４によりブローバイガスの還流が行われ、ブローバイガスがクランクケース１Ｄ内に滞留するのが抑制される。

一方、ステップＳ４０１での判断において、圧力センサ４４により検出されたブレーキブースタ２０のブレーキ負圧ＰＢが確保されていない（No）ときは、ステップＳ４０４に進み、ブレーキ負圧の生成が開始される。すなわち、電動バキュームポンプ２４が作動され、ブレーキブースタ２０内のブレーキ負圧ＰＢが設定線ＰＢ（v）を下回り、図２の負圧下限値ＰＢｍに到達するまでブレーキ負圧生成作動が継続される。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る過給機付き内燃機関における本発明の作用を説明する。過給機付き内燃機関は図１に示され、また上述したように、自然吸気式内燃機関に対して、吸気系のコンプレッサ５０Ｃと排気系のタービン５０Ｔ及びウェイストゲートバルブを含んで構成される過給機５０及びインタークーラ５０ＩＣが付加されて構成されている。

さて、本実施形態に係る過給機付き内燃機関において、過給が行われない非過給運転領域においては、上述の自然吸気式内燃機関と同様に作動する。そして、吸気通路Ｓの吸気圧Ｐｋ（ｋＰａ）に対するクランクケース内換気流量Ｇｂ（Ｌ／ｍｉｎ）の関係は図５に示すようになる。この図５から明らかなように、吸気圧Ｐｋが前述の不足開始吸気圧Ｐ１より低い運転領域では、吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との間にある運転領域で最大流量Ｇｂmaxが得られる相当な大きさのクランクケース内換気流量Ｇｂが、ＰＣＶ装置により得られる。しかしながら、過給が行われる過給運転領域においては、ＰＣＶバルブ１４の下流側の吸気通路Ｓの圧力が上流側のクランクケース１D内の圧力より高くなるので、ＰＣＶバルブ１４が開弁できず、ＰＣＶ装置による還流は行われない。すなわち、吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１を超えて大気圧に近づくにつれ自然吸気式内燃機関と同様にクランクケース内換気流量Ｇｂが低下し始めブローバイガス還流を満足に行うことが困難となる。そして、吸気圧Ｐｋが高まるにつれＰＣＶ装置によるクランクケース内換気流量Ｇｂは最大流量Ｇｂｍａｘから徐々に低下し、大気圧付近で最終的にゼロになる。その後は、過給圧の上昇に伴い、このクランクケース内換気流量Ｇｂがゼロのまま大気圧よりも高い正圧である過給圧Ｐ２まで維持される。図５には、このＰＣＶ装置によるクランクケース内換気流量Ｇｂが十分でない運転領域とゼロの運転領域とを含むＰ１≦Ｐｋ≦Ｐ２の吸気圧範囲がＰＣＶ換気流量不足領域Ｒ２として示されている。

そこで、本実施形態の過給機付き内燃機関では、非過給運転領域において吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１になったとき、電動バキュームポンプ２４の作動を開始させると共に制御弁３０を開き、電動バキュームポンプ２４を利用してブローバイガスを還流する。これにより、ＰＣＶ装置によっては不足するクランクケース内換気流量Ｇｂを補い、あるいは補完する。さらに、過給運転領域においては、電動バキュームポンプ２４のみにより、十分な量のクランクケース内換気流量Ｇｂを得ることが可能となる。なお、図５において、a、b、c及びｄは図３に示したものと同じであり、eは電動バキュームポンプ２４のみによるクランクケース内換気流量Ｇｂの最大値を示している。

図６に上述した過給機付き内燃機関の制御ルーチンの一例を示す。かかるルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ６０１では、圧力センサ４４により検出されたブレーキブースタ２０のブレーキ負圧ＰＢが所定値を確保しているか否かが判断される。すなわち、ブレーキ負圧ＰＢが車速に対応して設定されている設定線ＰＢ（v）を越えて消費（減少）されているか否か（ＰＢ≦ＰＢ（v）？）が判断される。確保している（Yes）ときは、ステップＳ６０２に進み、上述のＰＣＶ装置によるクランクケース内換気流量Ｇｂが不足する運転領域にあるか否かを、吸気圧Ｐｋが不足開始の吸気圧Ｐ１以上かつ吸気圧Ｐ２以下であるか否か（Ｐ１≦Ｐｋ≦Ｐ２？）が判断される。すなわち、吸気圧ＰｋがＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ２に入っているか否かが判断される。ステップＳ６０２での判断がノー（No）の場合には、このルーチンは終了される。

ステップＳ６０２において、イエス（Yes）と判断された場合には、ステップＳ６０３に進み、第２ブローバイガス通路２８の制御弁３０が開かれると共に、電動バキュームポンプ２４の作動が開始される。この結果、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスは、当該クランクケース１Ｄに新気導入通路１６を介してエアフローメータ７より上流の吸気通路Ｓから導入される新気と共にその少なくとも一部が、オイルセパレータ１２、第１ブローバイガス通路１３とそのＰＣＶバルブ１４を介してサージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓに還流される。同時に、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスは、オイルセパレータ１２、第２ブローバイガス通路２８とその制御弁３０を介して電動バキュームポンプ２４に吸引され、吐出口２４outから吐出される。このとき、非過給域で吸気圧Ｐｋが大気圧よりも低い場合には、第４逆止弁CV４が設けられている配管通路３６と配管通路３８を通じてサージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓに還流される。一方、過給域で吸気圧Ｐｋが大気圧よりも高い場合には、第２逆止弁CV２が設けられている配管通路３２を通じてコンプレッサ５０Ｃの上流で新気導入通路１６の入口より下流の吸気通路Ｓに還流される。したがって、ＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ２であっても電動バキュームポンプ２４によりクランクケース内換気が行われ、ブローバイガスがクランクケース１Ｄ内に滞留するのが抑制される。なお、電動バキュームポンプ２４からの吐出ガスをサージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓに還流させる形態は、電動バキュームポンプ２４の駆動負荷を軽減することができる。

一方、ステップＳ６０１での判断において、圧力センサ４４により検出されたブレーキブースタ２０のブレーキ負圧ＰＢが確保ていない（No）ときは、ステップＳ６０４に進み、ブレーキ負圧の生成が開始される。すなわち、電動バキュームポンプ２４が作動され、ブレーキブースタ２０内のブレーキ負圧ＰＢが設定線ＰＢ（v）を下回り、図２の負圧下限値ＰＢｍに到達するまでブレーキ負圧生成作動が継続される。

なお、上述の自然吸気式内燃機関及び過給機付き内燃機関のいずれにおいても、これらの内燃機関の運転状態がＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ１及び/又はＲ２にあるか否かの判定を、吸気圧Ｐｋの値に基づいて行なうようにした。しかしながら、これらの判定は、内燃機関の運転状態を表すパラメータ（例えば、回転数Ｎｅと負荷率（全負荷に対する負荷の割合）Ｋl又は回転数と吸入空気量）の値に基づいて行なってもよい。例えば、回転数Ｎｅと負荷率Ｋlで規定されるマップにおいて、上述の換気流量不足領域Ｒ１及び/又はＲ２に対応する領域Ｒ１’及び/又はＲ２’を予め定め、実際の回転数Ｎｅと負荷率Ｋlがこれらの領域Ｒ１’及び/又はＲ２’に入ったとき、内燃機関の運転状態がＰＣＶ装置による換気流量不足領域Ｒ１及び/又はＲ２にあるとして、電動バキュームポンプ２４をオンにし作動を開始するようにしてもよい。

以上、本発明の好適な第一及び第二の実施形態を説明したが、本発明はさらに他の実施形態も可能である。例えば、図３及び図５に示したように、自然吸気式内燃機関及び過給機付き内燃機関のいずれにおいても、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１より低い低負荷運転領域においては、ＰＣＶ装置により十分なクランクケース内換気流量Ｇｂ（太実線a参照）が得られるものとした。換言すると、この吸気圧Ｐ１より高い吸気圧Ｐｋの運転領域にのみ、ＰＣＶ換気流量不足領域Ｒ１、又はＲ２が存するものとした。しかしながら、内燃機関によっては、喩え吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１より低い低負荷運転領域であっても、ＰＣＶ装置によっては十分なクランクケース内換気流量Ｇｂが得られない場合がある。

そこで、本発明の第三及び第四の実施形態では、全てのＰＣＶ換気流量不足領域において、電動バキュームポンプ２４によりクランクケース内換気を行うようにしている。

（第三の実施形態）
具体的には、自然吸気式内燃機関の場合には、図７に示すように、例えば、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ０から大気圧（Ｐｋ＝０）までの運転領域範囲をＰＣＶ換気流量不足領域Ｒ３として、この領域で電動バキュームポンプ２４を作動させている。このとき、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ０から吸気圧Ｐ１の間では一定の流量が得られる（破線f参照）ように作動させ、吸気圧Ｐ１を超えると所定の割合で流量が増大する（破線ｇ参照）ように作動させる。

（第四の実施形態）
過給機付き内燃機関の場合には、図８に示すように、例えば、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ０から吸気圧Ｐ２までの運転領域範囲をＰＣＶ換気流量不足領域Ｒ４として、この領域で電動バキュームポンプ２４を作動させている。このとき、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ０から吸気圧Ｐ１の間では一定の流量が得られる（破線f参照）ように、また、吸気圧Ｐ１を超えて大気圧に至るまでは所定の割合で流量が増大する（破線ｇ参照）ように、そして大気圧を超える過給圧Ｐ２の間では一定の流量が得られる（実線j参照）ように電動バキュームポンプ２４を作動させる。

また、上述の実施形態では、バキュームポンプ装置として電動バキュームポンプを用いたが、これに限られずに、内燃機関のクランクシャフトで駆動され、電磁クラッチなどでオンオフ制御される機械式のバキュームポンプを用いてもよいことは言うまでもない。

本発明の実施形態には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１Ｄクランクケース
１３第１ブローバイガス通路
１４ＰＣＶバルブ
１６新気導入通路
２０ブレーキブースタ
２４電動バキュームポンプ
３０制御弁
４０、４４圧力センサ
５０ターボチャージャ
５０Ｃコンプレッサ
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｅ内燃機関
Ｓ吸気通路

Claims

ブレーキブースタの負圧源をなすと共に、ブローバイガスの吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置を備える内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に還流するためのＰＣＶ装置と、
前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域か否かを判定する換気不足領域判定手段と、
前記ブレーキブースタのブレーキ負圧が確保されているか否かを判定するブレーキ負圧判定手段と、を備え、
前記換気不足領域判定手段により前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域と判定され、且つ、前記ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていると判定されたときに限り、前記バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスを換気するように構成し、
前記内燃機関は自然吸気式の内燃機関であり、前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域は、前記吸気通路の吸気圧が大気圧より低い負圧と大気圧との間の範囲にある領域であることを特徴とする内燃機関のブローバイガス還流装置。
ブレーキブースタの負圧源をなすと共に、ブローバイガスの吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置を備える内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に還流するためのＰＣＶ装置と、
前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域か否かを判定する換気不足領域判定手段と、
前記ブレーキブースタのブレーキ負圧が確保されているか否かを判定するブレーキ負圧判定手段と、を備え、
前記換気不足領域判定手段により前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域と判定され、且つ、前記ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていると判定されたときに限り、前記バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスを換気するように構成し、
前記内燃機関はコンプレッサを吸気通路に備える過給機付き内燃機関であり、前記ＰＣＶ装置によるクランクケース内のブローバイガスの換気流量が不足する運転領域は、前記吸気通路の吸気圧が大気圧より低い負圧と大気圧より高い正圧との間の範囲であることを特徴とする内燃機関のブローバイガス還流装置。
ブローバイガスの前記吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置は電動バキュームポンプ装置であり、前記クランクケース内と前記電動バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に開閉制御弁を有する配管通路と、前記電動バキュームポンプの吐出口とスロットルバルブの上流の吸気通路とを連通し、途中に逆止め弁を有する配管通路と、前記スロットルバルブより上流の吸気通路と前記クランクケース内とを連通する新気導入通路とを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
ブローバイガスの前記吸気通路への還流にも利用可能なバキュームポンプ装置は電動バキュームポンプ装置であり、前記クランクケース内と前記電動バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に開閉制御弁を有する配管通路と、前記電動バキュームポンプの吐出口と過給機のコンプレッサの上流の吸気通路とを連通し、途中に逆止め弁を有する配管通路と、前記過給機のコンプレッサより上流の吸気通路と前記クランクケース内とを連通する新気導入通路とを含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
前記バキュームポンプによりクランクケース内のブローバイガスを換気している間に、前記ブレーキ負圧判定手段によりブレーキ負圧が確保されていないと判定されたときは、前記バキュームポンプによるクランクケース内のブローバイガスの換気を中断し、前記バキュームポンプによりブレーキ負圧を生成するように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。