WO2017010053A1

WO2017010053A1 - 内燃機関のブローバイガス還流装置

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Publication number: WO2017010053A1
Application number: PCT/JP2016/003128
Authority: WO
Inventors: 矢口　寛; 豪福井
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US20180156168A1; JP2017020454A; US10352280B2; JP6332177B2; DE112016003163T5

Abstract

ブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプを備える車両における内燃機関のブローバイガス還流装置である。スロットルバルブよりも上流の吸気通路からクランクケース内に新気を導入するための新気導入通路と、クランクケース内のブローバイガスをスロットルバルブより下流の吸気通路に還流するＰＣＶ装置と、ＰＣＶ装置によってのブローバイガスの換気量が不足する領域において、バキュームポンプを用いて、新気導入通路から新気を導入しつつクランクケース内のブローバイガスを吸引して吸気通路に還流する吸引還流手段と、を備える。かくて、クランクケース内のブローバイガス濃度を薄くすると共にエンジンオイルとの接触機会を減少させオイルの劣化を抑制する。

Description

内燃機関のブローバイガス還流装置

　本発明は、内燃機関のブローバイガス還流装置、特に、ブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプを備える車両における内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。

　一般に、車両用ブレーキシステムには、ドライバによるブレーキペダル操作をアシストするためのブレーキブースタが装備されている。ブレーキブースタの負圧室には、バキュームポンプから負圧が供給され、ブレーキブースタはこの負圧を利用することでブレーキペダル操作力を倍力するようになっている。

　また、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漏れた未燃焼のガス（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、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排気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は、バキュームポンプでクランク室内のブローバイガスが吸込まれてシリンダヘッドカバー内部室に送られるようになっている。

特開昭６２－２７９２２０号公報

　ところで、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、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、高濃度のブローバイガスとエンジンオイルとの接触機会も増大するという問題があった。このようにブローバイガス濃度が薄くならず接触機会が増大すると、ブローバイガス中に含まれるNOｘがエンジンオイルの酸化による劣化をさらに助長する。

　そこで、本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、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、クランク室内のブローバイガス濃度を薄くすると共にエンジンオイルとの接触機会を減少させて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。

　上記目的を達成する本発明に係る内燃機関のブローバイガス還流装置の一の態様は、
　ブレーキブースタの負圧源をなすと共に、吸気通路へのブローバイガスの還流にも利用可能なバキュームポンプを備える内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
　スロットルバルブより上流の吸気通路からクランクケース内に新気を導入するための新気導入通路と、
　前記クランクケース内のブローバイガスの少なくとも一部を前記スロットルバルブより下流の吸気通路に還流するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置と、
　前記ＰＣＶ装置によるブローバイガスの換気量が不足する領域において、前記バキュームポンプを用いて、前記新気導入通路から新気を導入しつつクランクケース内のブローバイガスを吸引して前記スロットルバルブよりも上流の吸気通路に還流する吸引還流手段と、を備えることを特徴とする。

　上記一の態様の構成によれば、自然吸気運転すなわち非過給運転領域においては、新気導入通路からクランクケース内に新気が導入されつつＰＣＶ装置によって、クランクケース内のブローバイガスの少なくとも一部がスロットルバルブより下流の吸気通路に還流される。そして、非過給及び過給運転領域における前記ＰＣＶ装置によってのブローバイガスの換気量が不足する領域においては、吸引還流手段によって、バキュームポンプを用いて、新気導入通路から新気が導入されつつクランクケース内のブローバイガスが吸引されて吸気通路に還流される。かくて、クランクケース内はほぼ全運転領域に亘り新気によって換気されるので、クランクケース内のブローバイガス濃度は薄くされると共にオイルとの接触機会も減少される。したがって、オイルの劣化を大幅に抑制することができる。

　ここで、前記内燃機関が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る場合の前記吸引還流手段は、前記ブレーキブースタと前記バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に第１の逆止弁を有する第１の配管通路と、
　前記クランクケース内に連通され、前記バキュームポンプの吸込口と前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路に合流する第２の配管通路であって、途中に制御弁が配置された第２の配管通路と、
　前記ブレーキブースタと前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路から分岐し、途中に第２の逆止弁が配置されて前記過給機のコンプレッサより下流の吸気通路に連通する第３の配管通路と、
　前記バキュームポンプの排気口に連通された第４の配管通路であって、前記コンプレサより上流で前記新気導入通路の入口より下流の吸気通路に連通する第５の配管通路、及び前記過給機のコンプレッサより下流の吸気通路に連通する第６の配管通路に合流する第４の配管通路と、
　前記第４乃至第６の配管通路に配置され、前記バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段と、を備えることが好ましい。

　この態様によれば、クランクケース内のブローバイガスの吸気通路への還流にバキュームポンプが利用されるとき、制御弁が開かれ、クランクケース内には過給機より上流の吸気通路とクランクケース内とを連通する新気導入通路を介して新気が導入される。そして、新気が導入されたクランクケース内のブローバイガスは、クランクケース内に連通され、バキュームポンプの吸込口と第１の逆止弁との間で第１の配管通路に合流する第２の配管通路であって、途中に制御弁が配置された第２の配管通路を介してバキュームポンプに吸引される。さらに、バキュームポンプに吸引された新気を含むブローバイガスはバキュームポンプの排気口に連通された第４の配管通路に吐出される。ここで、第４の配管通路はコンプレッサより上流で新気導入通路の入口より下流の吸気通路に連通する第５の配管通路、及び過給機のコンプレッサより下流の吸気通路に連通する第６の配管通路に合流しているので、バキュームポンプから吐出された新気を含むブローバイガスは、過給域において、コンプレッサより下流の大気圧より高い圧力の吸気通路ではなく、コンプレッサより上流で新気導入通路の入口より下流の大気圧である吸気通路に連通する第５の配管通路に流れる。このとき、大気圧より高い圧力に過給されたコンプレッサより下流の吸気通路の新気が、第６の配管通路及び第５の配管通路を介してコンプレッサより上流の吸気通路に逃げていくことは、第４乃至第６の配管通路に配置され、バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段によって防止される。一方、非過給域において、この新気を含むブローバイガスは、コンプレッサより下流の大気圧より低い圧力の吸気通路に連通する第６の配管通路に流れる。このとき、コンプレッサより上流の大気圧の新気が、第５の配管通路及び第６の配管通路を介してコンプレッサより下流の吸気通路に流入することは、第４乃至第６の配管通路に配置され、前記バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段によって防止される。

　また、前記内燃機関が自然吸気式の内燃機関である場合の前記吸引還流手段は、前記ブレーキブースタと前記バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に第１の逆止弁を有る第１の配管通路と、前記クランクケース内に連通され、前記バキュームポンプの吸込口と前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路に合流する第２の配管通路であって、途中に制御弁が配置された第２の配管通路と、前記ブレーキブースタと前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路から分岐し、途中に第２の逆止弁が配置されて前記スロットルバルブより下流の吸気通路に連通する第３の配管通路と、前記バキュームポンプの排気口に連通された第４の配管通路であって、前記スロットルバルブより上流で前記新気導入通路の入口より下流の吸気通路に連通する第５の配管通路、及び前記スロットルバルブより下流の吸気通路に連通する第６の配管通路に合流する第４の配管通路と、前記第４乃至第６の配管通路に配置され、前記バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段と、を備えることが好ましい。

　さらに、前記流れ方向制限手段は、前記第５の配管通路の途中に配置された第３の逆止弁、及び前記第６の配管通路の途中に配置された第４の逆止弁により構成されてもよい。

　この構成によれば、バキュームポンプから吐出された新気を含むブローバイガスの圧力が、第５の配管通路の途中に配置された第３の逆止弁及び第６の配管通路の途中に配置された第４の逆止弁に等しく作用し、ブローバイガスの還流先との圧力差の大きい逆止弁を自動的に開く。したがって、過給域においては、第３の逆止弁が開かれ、新気を含むブローバイガスはコンプレッサより下流の大気圧より高い圧力の吸気通路ではなく、コンプレッサより上流で大気圧である吸気通路に連通する第５の配管通路に流れる。一方、非過給域においては、第４の逆止弁が開かれ、新気を含むブローバイガスはコンプレッサより下流の大気圧より低い圧力の吸気通路に連通する第６の配管通路に流れる。このように、第３及び第４の逆止弁は、ブローバイガスの還流先との圧力差によって自動的に開くので、特別な制御手段を必要とすることなく制御を簡素化できる。

　さらに、前記流れ方向制限手段は、前記第４乃至第６の配管通路の合流部に配置され、前記第４の配管通路からの流路を切替える三方切替弁で構成されてもよい。

　この構成によれば、バキュームポンプから吐出された新気を含むブローバイガスの流路が、切替弁によって第４の配管通路から第５の配管通路又は第６の配管通路に切替えられる。したがって、過給域においては、切替弁が第４の配管通路から第５の配管通路への流路に切替えられ、新気を含むブローバイガスは第５の配管通路に流れる。一方、非過給域においては、切替弁が第４の配管通路から第６の配管通路への流路に切替えられ、新気を含むブローバイガスは第６の配管通路に流れる。このように、この構成では切替弁は１つでよいので、２つの逆止弁を必要とすることなく構成を簡素化できる。

　なお、上記内燃機関のブローバイガス還流装置は、
　前記過給機の下流の吸気通路の吸気圧、及び前記ブレーキブースタのブレーキ負圧を検出する圧力検出手段と、
　当該圧力検出手段の検出結果に基づき、前記制御弁及び電動バキュームポンプの作動を制御する制御手段を備え、
　当該制御手段は、検出されたブレーキ負圧が所定値を満たし、かつ吸気圧が所定範囲内にあるときに、前記電動バキュームポンプが作動されると共に前記制御弁が開かれることにより、前記ブローバイガスを吸引し前記吸気通路に還流すべく制御するように構成されていることが好ましい。

　なお、前記流れ方向制限手段の三方切替弁は、前記圧力検出手段により検出された吸気圧に基づき、過給時と非過給時とで流れ方向を切換えるように制御されてもよい。

　本発明によれば、ブローバイガスを薄くし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。

本発明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第１実施形態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（マップ）である。本発明に係る自然吸気式内燃機関において、吸気通路の吸気圧Ｐｋに対するクランクケース内換気流量Ｇｂの関係を示すグラフである。本発明に係る過給機付き内燃機関において、吸気通路の吸気圧Ｐｋに対するクランクケース内換気流量Ｇｂの関係を示すグラフである。本発明に係る過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置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第２実施形態の構成を示す概略図である。本発明の第２実施形態における三方切替弁の第1の切替位置を示す図である。本発明の第２実施形態における三方切替弁の第２の切替位置を示す図である。

　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。

第１実施形態

　図１は、本発明の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置の第１実施形態の構成を示す。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及びオイルパン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、コンロッド及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２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２のコンプレッサ２Ｃ、インタークーラ２ＩＣ、及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２のタービン２Ｔが設置され、タービン２Ｔ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２Ｔ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の下流でコンプレッサ２Ｃ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は後述するように第２ブローバイガス通路２８を介してブースタ通路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て保持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。

　ここで、このブレーキブースタ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、車速ゼロから当該所定の中速度vsまでの間では、さほど大きな制動力を必要としないので、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。

　また、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、第１の配管通路としてのブースタ通路２６により互いに連通されている。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の配管通路としての第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。

　さらに、ブレーキブースタ２０と第１逆止弁CV１との間の分岐部X２でブースタ通路２６から分岐され、途中に第２逆止弁CV２が配置されている第３の配管通路３２が設けられている。そして、電動バキュームポンプ２４の排気口24outに連通された第４の配管通路３４が設けられている。この第４の配管通路３４は、ターボチャージャ２のコンプレッサ２Ｃの上流で新気導入通路１６の入口より下流の吸気通路Ｓに連通する第５の配管通路（第３ブローバイガス通路）３５、及び第６の配管通路３６に合流部X３で合流されている。本実施の形態では、電動バキュームポンプ２４から下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段として、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３逆止弁CV３が第５の配管通路３５に設けられ、電動バキュームポンプ２４から下流方向への流れのみを許容する第４逆止弁CV４が後述する第６の配管通路３６に設けられている。

　なお、図１に示す実施形態では、第３の配管通路３２及び第６の配管通路３６が合流部X４で合流され、第７の配管通路３８によってサージタンク４に連通されている。しかし、第３の配管通路３２及び第６の配管通路３６は途中で合流することなく、それぞれ、直接にサージタンク４に連通されてもよい。なお、繰り返すが、上述の第３配管通路３２及び第６配管通路３６には、それぞれ、サージタンク４から電動バキュームポンプ２４への逆流方向の空気の流れを禁止する第２逆止弁CV２及び第４逆止弁CV４が設けられている。

　なお、第３の配管通路３２及び第７の配管通路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２の逆止弁CV２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と第７の配管通路３８は、電動バキュームポンプ２４の駆動負荷を軽減すべく、電動バキュームポンプ２４の排気口24outから第４の配管通路３４に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及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及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、コンプレッサ２Ｃ、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。

　ここで、本発明の実施形態に係る自然吸気式内燃機関における作用を説明する。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２Ｃと排気系のタービン２Ｔ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２及びインタークーラ２ＩＣ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（太実線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４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、本発明の実施形態に係る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。

　次に、本発明の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作用を説明する。本発明の実施形態に係る内燃機関では、過給が行われない非過給の低負荷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、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。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、本発明に係る過給機付き内燃機関では、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４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４から明らかなように、過給が行われない非過給運転領域において、吸気圧Ｐｋが圧力Ｐ１より低い運転領域では、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を示す相当な量（大きさ）のクランクケース内換気流量ＧｂがＰＣＶ装置によって得られる。

　しかし、同じく非過給運転領域である吸気圧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、吸気圧Ｐｋが圧力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（太実線b参照）。その後は、過給圧の上昇に伴い、このＰＣＶ装置による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４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。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、本実施形態の過給機付き内燃機関では、吸気圧Ｐｋが不足開始吸気圧Ｐ１になったとき、吸引還流手段によって、電動バキュームポンプ２４を用いて、新気導入通路１６から新気を導入しつつクランクケース内のブローバイガスを吸引して吸気通路に還流する（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５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。

　制御がスタートされるステップ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。例えば、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）されていないか、換言すると、所定のブレーキ負圧ＰＢが確保されているか否か（ＰＢ≦ＰＢ（v）？）が判断される。確保されている（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が判断される。

　詳細には、（ア）吸気圧Ｐｋが不足開始の吸気圧Ｐ１未満であるか否か（Ｐｋ＜Ｐ１？）、（イ）吸気圧Ｐｋが吸気圧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Ｒ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、（ア）でイエス（Yes）の場合、換言すると、非過給域で吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１未満である場合にはステップＳ４０３に進み、上述のＰＣＶ装置のみによるクランクケース内換気を行うべく制御弁３０が閉じられると共に電動バキュームポンプ（電動Ｖ/Ｐ）２４の作動が停止される。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を介して過給機より上流の吸気通路Ｓから導入される新気と共に、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。

　一方、ステップＳ４０２において、（イ）でイエス（Yes）の場合、換言すると、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１以上かつ吸気圧Ｐ２以下である場合には、ステップＳ４０４に進み、第２ブローバイガス（第２配管）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、新気導入通路１６を介して過給機より上流の吸気通路Ｓから導入される新気と共に、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に吸引される。但し、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１以上であっても大気圧より低い非過給域においては、クランクケース１Ｄ内のブローバイガスは導入された新気と共に、その少なくとも一部が、電動バキュームポンプ２４と並行して作動するＰＣＶ装置によって、サージタンク４又は枝管３付近の吸気通路Ｓにも還流される。そして、電動バキュームポンプ２４に吸引された新気を含むブローバイガスは、その排気口２４outに連通された第４の配管通路３４に吐出される。ここで、第４の配管通路３４は過給機のコンプレッサ２Ｃより上流で新気導入通路１６の入口より下流の吸気通路Ｓに連通する第５の配管通路３５、及び過給機のコンプレッサ２Ｃより下流のサージタンク４に連通する第６の配管通路３６に合流しているので、バキュームポンプ２４から吐出された新気を含むブローバイガスは、吸気圧Ｐｋが大気圧より高い過給域においては、大気圧より高い圧力のコンプレッサ２Ｃより下流のサージタンク４（吸気通路Ｓ）ではなく、大気圧付近であるコンプレッサ２Ｃより上流で新気導入通路１６の入口より下流の吸気通路Ｓに連通する第５の配管通路３５に流れる。

　このとき、大気圧より高い圧力に過給されたコンプレッサ２Ｃより下流の吸気通路Ｓの新気が、第６の配管通路３６及び第５の配管通路３５を介してコンプレッサ２Ｃより上流の吸気通路Ｓに逃げていくことは、電動バキュームポンプ２４から下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段として、第６の配管通路３６に配置された第４逆止弁ＣＶ４によって防止される。

　一方、吸気圧Ｐｋが大気圧より低い非過給域においては、この新気を含むブローバイガスは、大気圧より低い圧力のコンプレッサ２Ｃより下流のサージタンク４（吸気通路Ｓ）に連通する第６の配管通路３６に流れる。このとき、コンプレッサ２Ｃより上流の大気圧の新気が、第５の配管通路３５及び第６の配管通路３６を介してコンプレッサ２Ｃより下流の吸気通路に流入することは、第５の配管通路３５に配置された第３逆止弁ＣＶ３によって防止される。

　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Ｓ４０５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が作動されると共に制御弁３０が閉じられる。これにより、ブレーキブースタ２０内の負圧室から第１逆止弁ＣＶ１を介して空気が吸引され、ブレーキブースタ２０内の負圧室の負圧が増大される。このステップ４０５におけるブレーキ負圧生成作動は、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に到達するまで継続される。

第２実施形態

　次に、本発明の第２実施形態につき図６を参照して説明する。第１実施形態においては、電動バキュームポンプ２４の排気口２４outに連通された第４の配管通路３４を、合流部X3において第５の配管通路３５、及び第６の配管通路３６に合流させ、そして、電動バキュームポンプ２４から下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段として、第５の配管通路３５の途中に第３の逆止弁ＣＶ３、第６の配管通路３６の途中に第４の逆止弁ＣＶ４をそれぞれ配置するようにした。これに対して、本第２実施形態は、図６に示すように、これらの逆止弁の代わりに、上述の第４乃至第６の配管通路の合流部X3に第４の配管通路３４からの流路を切替える三方切替弁６０を配置して構成したものである。その他の構成は第１実施形態と実質的に同じであるので、図1に示した第１実施形態と同一部位には同一符合を付し重複説明を避ける。

　具体的には、図６に示された第２実施形態において、流れ方向制限手段としての三方切替弁６０は、第４の配管通路３４と第５の配管通路３５、又は第４の配管通路３４と第６の配管通路３６をそれぞれ排他的に連通すべく切替え可能である。換言すると、第４の配管通路３４と第５の配管通路３５とを連通し、第４の配管通路３４と第６の配管通路３６とを遮断する第１位置（図７Ａ参照）と、第４の配管通路３４と第５の配管通路３５とを遮断し、第４の配管通路３４と第６の配管通路３６とを連通する第２位置（図７Ｂ参照）とに、三方切替弁６０は切替え可能である。

　そこで、この第２実施形態においては、電動バキュームポンプ２４から吐出された新気を含むブローバイガスの流路が、上記第１実施形態において述べた運転領域に対応して、切替弁６０によって、第４の配管通路３４から第５の配管通路３５への第１位置又は第６の配管通路３６への第２位置へと切替えられる。

　すなわち、上記第１実施形態において述べたように、吸気圧Ｐｋが吸気圧Ｐ１以上かつ吸気圧Ｐ２以下である場合に、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（ステップＳ４０４参照）運転状態において、過給域においては、三方切替弁６０が図７Ａに示す第１位置（第４の配管通路３４から第５の配管通路３５への流路）に切替えられ、新気を含むブローバイガスは第５の配管通路３５に流される。一方、非過給域においては、切替弁６０が図７Ｂに示す第２位置（第４の配管通路３４から第６の配管通路３６への流路）に切替えられ、新気を含むブローバイガスは第６の配管通路３６に流される。なお、この三方切替弁６０の切替えは、ＥＣＵ１００でもって、不図示の三方切替弁アクチュエータを駆動制御することによって行えばよい。

　この切替制御の結果、過給域において、大気圧より高い圧力に過給されたコンプレッサ２Ｃより下流の吸気通路Ｓの新気が、第６の配管通路３６及び第５の配管通路３５を介してコンプレッサ２Ｃより上流の吸気通路Ｓに逃げていくことは、この三方切替弁６０によって防止される。一方、非過給域において、コンプレッサ２Ｃより上流の大気圧の新気が、第５の配管通路３５及び第６の配管通路３６を介してコンプレッサ２Ｃより下流の吸気通路に流入することは、この三方切替弁６０によって防止される。

　このように、第２実施形態によれば、切替弁は１つでよいので、２つの逆止弁を必要とすることなく構成を簡素化できる。

　なお、上述の過給機付き内燃機関において、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Ｒ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、回転数と負荷率（全負荷に対する負荷の割合）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、回転数と負荷率で規定されるマップにおいて、上述の換気流量不足領域Ｒに対応する領域Ｒ’を予め定め、実際の回転数と負荷率がこれらの領域Ｒ’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Ｒにあるとして、電動バキュームポンプ２４をオンにして作動を開始するようにしてもよい。

　また、上述の実施形態では、バキュームポンプ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、内燃機関に駆動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。

Claims

　ブレーキブースタの負圧源をなすと共に、吸気通路へのブローバイガスの還流にも利用可能なバキュームポンプを備える内燃機関のブローバイガス還流装置であって、
　スロットルバルブより上流の吸気通路からクランクケース内に新気を導入するための新気導入通路と、
　前記クランクケース内のブローバイガスの少なくとも一部を前記スロットルバルブより下流の吸気通路に還流するＰＣＶ装置と、
　前記ＰＣＶ装置によるブローバイガスの換気量が不足する領域において、前記バキュームポンプを用いて、前記新気導入通路から新気を導入しつつクランクケース内のブローバイガスを吸引して前記スロットルバルブよりも上流の吸気通路に還流する吸引還流手段と、
を備え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。
　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、前記吸引還流手段は、
　前記ブレーキブースタと前記バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に第１の逆止弁を有する第１の配管通路と、
　前記クランクケース内に連通され、前記バキュームポンプの吸込口と前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路に合流する第２の配管通路であって、途中に制御弁が配置された第２の配管通路と、
　前記ブレーキブースタと前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路から分岐し、途中に第２の逆止弁が配置されて前記過給機のコンプレッサより下流の吸気通路に連通する第３の配管通路と、
　前記バキュームポンプの排気口に連通された第４の配管通路であって、前記コンプレッサより上流で前記新気導入通路の入口より下流の吸気通路に連通する第５の配管通路、及び前記過給機のコンプレッサより下流の吸気通路に連通する第６の配管通路に合流する第４の配管通路と、
　前記第４乃至第６の配管通路に配置され、前記バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段と、
を備え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還流装置。
　前記流れ方向制限手段は、前記第５の配管通路の途中に配置された第３の逆止弁、及び前記第６の配管通路の途中に配置された第４の逆止弁により構成される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。
　前記流れ方向制限手段は、前記第４乃至第６の配管通路の合流部に配置され、前記第４の配管通路からの流路を切替える三方切替弁で構成される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。
　前記過給機の下流の吸気通路の吸気圧、及び前記ブレーキブースタのブレーキ負圧を検出する圧力検出手段と、当該圧力検出手段の検出結果に基づき、前記制御弁及び電動バキュームポンプの作動を制御する制御手段を備え、
　当該制御手段は、検出されたブレーキ負圧が所定値を満たし、かつ吸気圧が所定範囲内にあるときに、前記電動バキュームポンプが作動されると共に前記制御弁が開かれることにより、前記ブローバイガスを吸引し前記吸気通路に還流すべく制御するように構成されている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。
　前記流れ方向制限手段は、前記第４乃至第６の配管通路の合流部に配置され、前記第４の配管通路からの流路を切替える三方切替弁で構成され、当該三方切替弁は、前記圧力検出手段により検出された吸気圧に基づき、過給時と非過給時とで流れ方向を切換えるように制御され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還流装置。
　前記内燃機関は自然吸気式の内燃機関であり、前記吸引還流手段は、
　前記ブレーキブースタと前記バキュームポンプの吸込口とを連通し、途中に第１の逆止弁を有する第１の配管通路と、
　前記クランクケース内に連通され、前記バキュームポンプの吸込口と前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路に合流する第２の配管通路であって、途中に制御弁が配置された第２の配管通路と、
　前記ブレーキブースタと前記第１の逆止弁との間で前記第１の配管通路から分岐し、途中に第２の逆止弁が配置されて前記スロットルバルブより下流の吸気通路に連通する第３の配管通路と、
　前記バキュームポンプの排気口に連通された第４の配管通路であって、前記スロットルバルブより上流で前記新気導入通路の入口より下流の吸気通路に連通する第５の配管通路、及び前記スロットルバルブより下流の吸気通路に連通する第６の配管通路に合流する第４の配管通路と、
　前記第４乃至第６の配管通路に配置され、前記バキュームポンプから下流方向への流れのみを許容する流れ方向制限手段と、
を備え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還流装置。
　前記流れ方向制限手段は、前記第５の配管通路の途中に配置された第３の逆止弁、及び前記第６の配管通路の途中に配置された第４の逆止弁により構成されることを特徴とする
請求項７に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。
　前記流れ方向制限手段は、前記第４乃至第６の配管通路の合流部に配置され、前記第４の配管通路からの流路を切替える三方切替弁で構成されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のブローバイガス還流装置。