JP6689621B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の機関内部のブローバイガスを吸気通路へ還流して処理する内燃機関のブローバイガス処理装置の改良に関する。

従来の内燃機関のブローバイガス処理装置として、特許文献１には、機関内部のクランクケースとスロットルバルブよりも下流側の吸気通路とを接続する第１ブローバイガス通路（ブリーザ通路）と、クランクケースとスロットルバルブよりも上流側の吸気通路とを接続する第２ブローバイガス通路と、上記第１ブローバイガス通路に配置されたＰＣＶバルブと、を有し、非過給時にはＰＣＶバルブが開き、第１ブローバイガス通路を通してブローバイガスが吸気通路へ還流されるとともに、過給時にはＰＣＶバルブが閉じ、第２ブローバイガス通路を通してブローバイガスが吸気通路へ還流されるものが開示されている。

特開２００８−９５５２８号公報

上記従来のブローバイガス装置では、第１ブローバイガス通路に配置されたＰＣＶバルブが何らかの理由により閉固着した場合、非過給時であっても第２ブローバイガス通路を通してスロットルバルブよりも上流側の吸気通路にブローバイガスが還流されることとなる。このため、ブローバイガスがスロットルバルブを通過することとなり、例えば低温環境下での低負荷時（非過給時）にブローバイガスがスロットルバルブを通過すると、ブローバイガス中に含まれる水分によってスロットルバルブが氷結（凝結）し、動作不良を招くおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、何らかの理由で第１ブローバイガス通路に配置されたＰＣＶバルブが閉固着した場合であっても、ブローバイガスがスロットルバルブを通流することを抑制して、スロットルバルブの氷結等の不具合の発生を抑制することができる新規な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している。

本発明に係る内燃機関のブローバイガス処理装置は、機関内部とスロットルバルブよりも下流側の吸気通路とを接続する第１ブローバイガス通路と、上記機関内部と上記スロットルバルブよりも上流側の上記吸気通路とを接続する第２ブローバイガス通路と、上記第１ブローバイガス通路に配置されるＰＣＶバルブと、を有し、低負荷時には上記ＰＣＶバルブが開き、高負荷時には上記ＰＣＶバルブが閉じるように構成されている。そして、上記機関内部と上記スロットルバルブよりも下流側の上記吸気通路とを接続する第３ブローバイガス通路を、上記第１ブローバイガス通路とは別個に設けている。

本発明によれば、第１ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブが閉固着しても、第１ブローバイガス通路とは個別に設けられた第３ブローバイガス通路を通してブローバイガスをスロットルバルブよりも下流側の吸気通路に還流させることができる。従って、例えば低温な低負荷時にＰＣＶバルブが閉固着したとしても、第２ブローバイガス通路を通してブローバイガスがスロットルバルブよりも上流側の吸気通路に還流されることを抑制し、スロットルバルブを通流するブローバイガス量を低減させることで、スロットルバルブの氷結等の不具合の発生を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る内燃機関のブローバイガス処理装置を示し、低負荷時（非過給時）のブローバイガスの流れを示す構成図。 本発明の一実施例に係る内燃機関のブローバイガス処理装置を示し、高負荷時（過給時）のブローバイガスの流れを示す構成図。 本発明の一実施例に係る内燃機関のブローバイガス処理装置を示し、ＰＣＶバルブの閉固着時のブローバイガスの流れを示す構成図。 上記実施例の制御バルブの制御の流れを示すフローチャート。 第２ブローバイガス通路の入口部と出口部との差圧とブローバイガス流量との関係を示す特性図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１に示すように、内燃機関１０は、複数のシリンダが形成されたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の上側に複数本のボルトを用いて固定されるシリンダヘッド１２と、このシリンダヘッド１２の上側に複数本のボルトを用いて固定されるヘッドカバー１３と、これらシリンダブロック１１，シリンダヘッド１２及びヘッドカバー１３の機関前側に複数本のボルトを用いて固定され、これらシリンダブロック１１，シリンダヘッド１２及びヘッドカバー１３の機関前側を覆うフロントカバー１４と、を有している。

シリンダブロック１１の内部にはクランクシャフト（図示省略）を収容するクランクケース１５が形成され、シリンダブロック１１の下側には機関潤滑用のオイルが貯留されるオイルパン（図示省略）が取り付けられている。

シリンダヘッド１２の吸気側の側壁には、吸気通路１６の一部を構成するインテークマニホールド１７が取り付けられるとともに、シリンダヘッド１２の排気側の側壁には、排気通路の一部を構成する排気マニホールド（図示省略）が取り付けられている。

この内燃機関１０にはターボ過給機１８が設けられている。このターボ過給機１８は、周知のように、排気エネルギーにより吸気を過給する排気駆動式のものであり、内燃機関１０の排気通路に設けられて排気により回転駆動されるタービンホイール（図示省略）と、内燃機関１０の吸気通路１６に設けられて吸気を過給するコンプレッサ１８Ａと、がシャフトを介して一体的に回転するように構成されている。

吸気通路１６には、吸気流れ方向で上流側（以下、単に「上流側」と呼ぶ）から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ２１と、ターボ過給機１８のコンプレッサ１８Ａと、吸気通路１６内の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２２と、吸気通路１６の通路断面積を変更する絞り弁としてのスロットルバルブ２３と、が設けられている。

そして、この内燃機関１０には、シリンダとピストンとの摺動面の隙間を通して燃焼室からクランクケース１５等の機関内部へ漏れ出した燃焼ガス、すなわちブローバイガスを吸気中に還流して処理するブローバイガス処理装置が設けられている。このブローバイガス処理装置は、クランクケース１５から吸気通路１６へブローバイガスを還流するための３つの第１〜第３ブローバイガス通路３１〜３３と、吸気通路１６から機関内部、具体的にはヘッドカバー１３の内部へ吸気（外気）を導入する導入通路３４と、を備えている。

機関内部のクランクケース１５には、吸気通路１６側へオイルが持ち出されることのないように、ブローバイガス中のオイルミストを分離するオイルミストセパレータ１９が設けられ、このオイルミストセパレータ１９によりオイルが分離された後のブローバイガスが第１〜第３ブローバイガス通路３１〜３３へ供給されて、第１〜第３ブローバイガス通路３１〜３３を通して吸気通路１６へ還流するように構成されている。

第１ブローバイガス通路３１は、機関内部のクランクケース１５と、吸気通路１６におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部分と、を連通する通路であり、途中で分岐してインテークマニホールド１７の４本の吸気ブランチ通路にそれぞれ接続している。この第１ブローバイガス通路３１のクランクケース１５寄りの部分には、ＰＣＶバルブ（パージ・コントロール・バルブ）３５が設けられている。このＰＣＶバルブ３５は、周知の差圧作動弁であり、クランクケース１５に接続する入口部の圧力（正圧）と、スロットルバルブ２３の上流側の吸気通路１６に接続する出口部の圧力（負圧）と、の差圧が大きいときに開くように作動する。このＰＣＶバルブ３５は、第１ブローバイガス通路３１を通して吸気通路１６からクランクケース１５内部へ外気が逆流することを防ぎつつ、差圧に応じてクランクケース１５から吸気通路１６へブローバイガスを排出させるもので、そのブローバイガス流量は、上記の差圧によって自律的に調整される。

第２ブローバイガス通路３２は、クランクケース１５と、スロットルバルブ２３よりも上流側の吸気通路１６と、を接続する通路であり、過給時には、第２ブローバイガス通路３２がクランクケース１５に接続する入口部３２Ａ（正圧）と、第２ブローバイガス通路３２が吸気通路１６に接続する出口部３２Ｂ（負圧）と、の差圧が大きくなって、クランクケース１５から吸気通路１６へブローバイガスが還流される。特にこの実施例では、第２ブローバイガス通路３２が吸気通路１６に接続する出口部３２Ｂを、吸気通路１６におけるエアクリーナ２１とターボ過給機１８の間の部分に配置しており、これによって、過給時にはエアクリーナ２１の圧力損失による負圧を利用して入口部３２Ａと出口部３２Ｂの差圧を大きくして、ブローバイガス流量を増加させ、換気性の向上を図っている。

この第２ブローバイガス通路３２の途中には制御バルブ３６が設けられている。この制御バルブ３６は、制御部４０からの信号に応じて開度を連続的に調整可能なものであり、後述するように、ＰＣＶバルブ３５の閉固着の有無や過給圧等の機関運転状態に応じて開度が制御される。

第３ブローバイガス通路３３は、上記の第１ブローバイガス通路３１と同様に、吸気通路１６におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部分と機関内部のクランクケース１５とを連通する通路であるが、第１ブローバイガス通路３１とは異なる通路として別個に設けられている。この第３ブローバイガス通路３３は、第１ブローバイガス通路３１よりも通過流量が少なくなるように、第１ブローバイガス通路３１よりも通路断面積が小さいホールにより構成されている。この第３ブローバイガス通路３３の途中にはワンウェイバルブ３７が設けられている。このワンウェイバルブ３７は、クランクケース１５から吸気通路１６へ向かう方向の流れを許容しつつ、吸気通路１６からクランクケース１５へ向かう方向の流れを禁止する機能を有している。

導入通路３４は、吸気通路１６におけるエアクリーナ２１よりも上流側の部分と機関内部のヘッドカバー１３の内部とを連通する通路である。この導入通路３４には、吸気通路１６から機関内部へ向かう方向の流れを許容しつつ、機関内部から吸気通路１６へ向かう方向の流れを禁止するワンウェイバルブ３８が設けられている。

次に、本実施例のブローバイガス処理装置の作用について説明する。

図１中の矢印は、機関要求負荷が低い低負荷時におけるブローバイガスの流れを示している。低負荷時には、通常、ターボ過給機１８による過給が行なわれない非過給状態となっており、導入通路３４を通して吸気の一部がヘッドカバー１３内部へ導入され、これにより比較的高圧になった機関内部の圧力と、スロットルバルブ２３が絞られることによって負圧となっているスロットルバルブ２３の下流側の部分の圧力（負圧）と、の差圧によりＰＣＶバルブ３５が開き、第１ブローバイガス通路３１を通して機関内部のブローバイガスが吸気通路１６へ還流されて、換気が行なわれる。

図２の矢印は、機関要求負荷が高い高負荷時（過給時）におけるブローバイガスの流れを示している。高負荷時には、過給によりコンプレッサ１８Ａの下流側における過給圧が高くなり、機関内部の圧力よりも高くなる。そのため、ＰＣＶバルブ３５が閉じ、第１ブローバイガス通路３１が遮断される。一方、過給によりコンプレッサ１８Ａの上流側の部分、つまり第２ブローバイガス通路３２が接続する出口部３２Ｂの圧力（負圧）は機関内部の圧力よりも低くなるため、この差圧により、第２ブローバイガス通路３２を通して機関内部のブローバイガスが吸気通路１６におけるスロットルバルブ２３よりも上流側、より詳しくはコンプレッサ１８Ａ上流側の出口部３２Ｂへ還流される。つまり、高負荷時（過給時）には、導入通路３４を通じてヘッドカバー１３内部から機関内部へ吸気が導入されるとともに、機関内部のブローバイガスが第２ブローバイガス通路３２を通して吸気通路１６へ排出されて、換気が行なわれる。

図３の矢印は、機関要求負荷が低い低負荷時であって、かつ、何らかの理由によりＰＣＶバルブ３５が閉状態に保持されたままとなる、いわゆる閉固着状態である場合のブローバイガスの流れを示している。このように低負荷でのＰＣＶバルブ閉固着時には、第１ブローバイガス通路３１とは別個に設けられた第３ブローバイガス通路３３を通してブローバイガスの多くが吸気通路１６へ還流される。また、機関内部の過度な圧力上昇を防ぐ必要がある場合には、制御バルブ３６を微小量だけ開き、これにより一部のブローバイガスが第２ブローバイガス通路３２を通してスロットルバルブ２３の上流側の吸気通路１６へ還流される。

図４は、制御バルブ３６の制御の流れを示すフローチャートであり、このルーチンは制御部４０により所定期間毎に繰り返し実行される。ステップＳ１１では、機関回転数，機関要求負荷，過給圧の他、酸素濃度センサ２２等の検出信号を読み込む。ステップＳ１２では、酸素濃度センサ２２等の検出信号に基づいて、ＰＣＶバルブ３５の閉固着が生じているか否かを判定する。例えば、非過給の低負荷域であるにもかかわらず、第２ブローバイガス通路３２を通してスロットルバルブ２３の上流側にブローバイガスが還流している場合、酸素濃度センサ２２により検出される酸素濃度が低くなることから、機関要求負荷（過給圧）や酸素濃度センサ２２の検出信号に基づいて、ＰＣＶバルブ３５が閉固着していると判定することができる。

ＰＣＶバルブ３５が閉固着していると判定された場合には、ステップＳ１３へ進み、低温・低負荷時におけるスロットルバルブ２３へのブローバイガスの通流を抑制するように、制御バルブ３６を閉じ方向へ制御する。但し、第３ブローバイガス通路３３によるブローバイガスの通流量は少ないことから、クランクケース１５内の圧力が過度に高くなるおそれがある。そこで、この実施例では、制御バルブ３６を微小量開くことで、クランクケース１５内の圧力が過度に高くなることを防止している。

ＰＣＶバルブ３５が閉固着していないと判定された場合には、ステップＳ１４へ進み、機関要求負荷や過給圧等の機関運転状態に応じて制御バルブ３６の開度を制御する。

この制御バルブ３６の制御について、図５を参照して説明する。図５は、第２ブローバイガス通路３２の入口部３２Ａと出口部３２Ｂとの差圧と、この第２ブローバイガス通路３２を流れるブローバイガス流量（制御バルブ３６の開度）と、の関係を示している。図中の実線の特性は、本実施例の制御により制御バルブ３６の開度を調節した場合の特性を示しており、図中の破線の特性は、制御バルブ３６を制御することなく、単にオリフィス等により第２ブローバイガス通路３２の流量を制限した比較例の特性を示している。

同図に示すように、本実施例では、使用頻度が大きい過給圧が立ち上がる加速初期は、差圧が急激に増大することから、制御バルブ３６の開度を大きくしてブローバイガス流量を増やし、換気を促進している。一方、過給圧の立ち上がり後の加速後半は、差圧が大きいままとなることから、比較例では破線の特性で示すようにブローバイガス流量が増大し、オイルの持ち出しが問題となる。そこで本実施例では、このような差圧が大きい領域では制御バルブ３６の開度を小さくしてブローバイガス流量を抑制し、吸気側へのオイルの持ち出しを抑制している。

このような本実施例の特徴的な構成及び作用効果について、以下に列記する。

［１］機関内部（クランクケース１５）とスロットルバルブ２３よりも下流側の吸気通路１６とを接続する第３ブローバイガス通路３３を、ＰＣＶバルブ３５が設けられた第１ブローバイガス通路３１とは別個に設けている。従って、低温状態での低負荷時に、仮に第１ブローバイガス通路３１に設けられたＰＣＶバルブ３５が閉固着したとしても、第３ブローバイガス通路３３を通してブローバイガスをスロットルバルブ２３の下流側の吸気通路１６に還流させることができる。この結果、第２ブローバイガス通路３２を通してスロットルバルブ２３の上流側に還流されるブローバイガスを抑制し、これに起因するスロットルバルブ２３の氷結等の不具合の発生を抑制することができる。

［２］また、第２ブローバイガス通路３２に制御バルブ３６を設け、機関運転状態に応じて制御バルブ３６の制御している。従って、図５を参照して上述したように、使用頻度が大きい過給圧が立ち上がる加速初期には、制御バルブ３６の開度を大きくしてブローバイガス流量を増やし、換気を促進する一方、加速後半のように差圧が大きいままとなっている状態では、制御バルブ３６の開度を小さくしてブローバイガス流量を抑制し、吸気側へのオイルの持ち出しを抑制することができる。

［３］また、ＰＣＶバルブ３５の閉固着を検出したときには、制御バルブ３６を閉じ方向へ制御している。これによって、第２ブローバイガス通路３２を通してスロットルバルブ２３の上流側へ還流されるブローバイガスの量を低減し、スロットルバルブ２３の氷結の発生を抑制することができる。

［４］第２ブローバイガス通路３２が吸気通路１６に接続する位置よりも下流側の吸気通路１６に、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２２を設け、この酸素濃度センサ２２の検出信号に基づいて、ＰＣＶバルブ３５の閉固着を検出している。ＰＣＶバルブ３５が閉固着すると、低負荷側でも第２ブローバイガス通路３２を通流するブローバイガス流量が増え、酸素濃度が低下することから、酸素濃度センサ２２の検出信号に基づいてＰＣＶバルブ３５の閉固着を高精度に検出することが可能となる。

［５］第３ブローバイガス通路３３は、第１ブローバイガス通路３１よりも通過流量が少なくなるように構成されている。この実施例では、第３ブローバイガス通路３３が第１ブローバイガス通路３１よりも通路断面積が小さいホースにより構成されている。あるいは、第３ブローバイガス通路３３に通路断面積を部分的に小さくするオリフィス等を設けるようにしても良い。

従って、低負荷時において、ＰＣＶバルブ３５が正常に作動している状態では、基本的にはＰＣＶバルブ３５が設けられた第１ブローバイガス通路３１を通して換気が行なわれ、ＰＣＶバルブ３５が閉固着している場合に限り、通路断面積が小さい第３ブローバイガス通路３３を通して換気が行なわれることとなる。

［６］第３ブローバイガス通路３３に、機関内部（クランクケース１５）から吸気通路１６へ向かう方向の流れのみを許容するワンウェイバルブが設けられている。このワンウェイバルブ３７により、第３ブローバイガス通路３３を通して吸気通路１６からクランクケース１５内部へ外気が導入されることを防ぎつつ、クランクケース１５内部から吸気通路１６へのブローバイガスの排出を許容している。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、ＰＣＶバルブ３５の閉固着時に上記実施例では制御バルブ３６を微小開としているが、機関内部が過度に上昇するおそれのない場合には、制御バルブ３６を全閉としても良い。

１０…内燃機関
１５…クランクケース（機関内部）
１６…吸気通路
３１…第１ブローバイガス通路
３２…第２ブローバイガス通路
３３…第３ブローバイガス通路
３４…導入通路
３５…ＰＣＶバルブ
３６…制御バルブ
３７…ワンウェイバルブ
４０…制御部

Claims (9)

1. 機関内部とスロットルバルブよりも下流側の吸気通路とを接続する第１ブローバイガス通路と、
   上記機関内部と上記スロットルバルブよりも上流側の上記吸気通路とを接続する第２ブローバイガス通路と、
   上記第１ブローバイガス通路に配置されるＰＣＶバルブと、を有し、
   低負荷時には上記ＰＣＶバルブが開き、高負荷時には上記ＰＣＶバルブが閉じるように構成された内燃機関のブローバイガス処理装置において、
   上記第１ブローバイガス通路とは別個に設けられ、上記機関内部と上記スロットルバルブよりも下流側の上記吸気通路とを接続する第３ブローバイガス通路を有し、
   上記第２ブローバイガス通路に制御バルブを設け、
   上記ＰＣＶバルブの閉固着を検出したときには、上記制御バルブを閉じ方向へ制御す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. 上記第２ブローバイガス通路が上記吸気通路へ接続する位置よりも下流側の上記吸気通路に、酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、
   この酸素濃度センサの検出信号に基づいて、上記ＰＣＶバルブの閉固着を検出する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処理装置。
3. 上記第３ブローバイガス通路は、上記第１ブローバイガス通路よりも通過流量が少なくなるように構成されてい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. 上記第３ブローバイガス通路に、上記機関内部から上記吸気通路へ向かう方向の流れを許容しつつ、上記吸気通路から機関内部へ向かう方向の流れを禁止するワンウェイバルブが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
5. 機関内部とスロットルバルブよりも下流側の吸気通路とを接続する第１ブローバイガス通路と、
   上記機関内部と上記スロットルバルブよりも上流側の上記吸気通路とを接続する第２ブローバイガス通路と、
   上記第１ブローバイガス通路に配置されるＰＣＶバルブと、を有し、
   低負荷時には上記ＰＣＶバルブが開き、高負荷時には上記ＰＣＶバルブが閉じるように構成された内燃機関のブローバイガス処理装置において、
   上記第１ブローバイガス通路とは別個に設けられ、上記機関内部と上記スロットルバルブよりも下流側の上記吸気通路とを接続する第３ブローバイガス通路を有し、
   上記第３ブローバイガス通路は、上記第１ブローバイガス通路よりも通過流量が少なくなるように構成されてい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。
6. 上記第２ブローバイガス通路に制御バルブを設け、機関運転状態に応じて上記制御バルブの開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
7. 上記ＰＣＶバルブの閉固着を検出したときには、上記制御バルブを閉じ方向へ制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
8. 上記第２ブローバイガス通路が上記吸気通路へ接続する位置よりも下流側の上記吸気通路に、酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、
   この酸素濃度センサの検出信号に基づいて、上記ＰＣＶバルブの閉固着を検出することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
9. 上記第３ブローバイガス通路に、上記機関内部から上記吸気通路へ向かう方向の流れを許容しつつ、上記吸気通路から機関内部へ向かう方向の流れを禁止するワンウェイバルブが設けられていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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