WO2024069672A1 - ブローバイガス処理装置 - Google Patents

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WO2024069672A1
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blow
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gas
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貴之 福重
弘明 国府寺
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株式会社Subaru
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a blow-by gas treatment device.
  • blow-by gas treatment devices have been widely used to return blow-by gas that has leaked into the crankcase from between the cylinder and piston to the environment (atmosphere), where it is combusted and treated (see, for example, Patent Document 1).
  • the blow-by gas treatment device is configured, for example, with a scavenging line (PCV line) that connects the inside of the crankcase with the downstream side of the throttle valve and returns (introduces) the blow-by gas to the intake system, a PCV (Positive Crankcase Ventilation) valve that adjusts the flow rate of the blow-by gas flowing through the scavenging line, and a fresh air line that connects the upstream side of the throttle valve with the inside of the crankcase and introduces fresh air.
  • PCV line scavenging line
  • PCV Physical Crankcase Ventilation
  • blow-by gas containing moisture is cooled by cold external air (fresh air), and the moisture in the blow-by gas condenses and freezes to form ice. This ice can then clog the scavenging lines or fresh air lines, causing an abnormal rise in pressure inside the crankcase.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a blow-by gas treatment device that can remove the ice that is generated when the moisture in the blow-by gas condenses and freezes to form ice, and prevent an abnormal increase in the pressure inside the crankcase.
  • the blow-by gas treatment device comprises a scavenging line that connects the crankcase with the downstream side of the throttle valve of the intake system and returns the blow-by gas to the intake system, a fresh air line that connects the upstream side of the throttle valve of the intake system with the crankcase and introduces fresh air, and a flow control valve that is interposed in the scavenging line and adjusts the flow rate of the blow-by gas according to the pressure of the intake system, and introduces the blow-by gas into the intake system and burns it, and is characterized by comprising an ice crushing member that is freely movable forward and backward and crushes ice by its tip coming into contact with ice, and a driving means that drives the ice crushing member according to the internal pressure of the fresh air line.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine to which a blow-by gas treatment device according to an embodiment is applied; 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a blow-by gas treatment device according to an embodiment of the present invention;
  • Figure 1 is a diagram showing the configuration of an engine 10 to which the blow-by gas treatment device 60 is applied.
  • Figure 2 is a diagram showing the configuration of the main parts of the blow-by gas treatment device 60 (the ice crushing member 64 and the diaphragm mechanism 65).
  • Engine 10 may be of any type, but is, for example, a horizontally opposed, four-cylinder gasoline engine.
  • Engine 10 is an in-cylinder injection engine that injects fuel directly into the cylinders.
  • air taken in through air cleaner 16 is throttled by electronically controlled throttle valve (hereinafter simply referred to as "throttle valve") 13 provided in intake pipe 15, passes through intake manifold 11, and is taken into each cylinder formed in engine 10.
  • throttle valve 13 electronically controlled throttle valve
  • the amount of air sucked in through the air cleaner 16 is detected by an air flow meter 14 located between the air cleaner 16 and the throttle valve 13.
  • a vacuum sensor 30 that detects the pressure inside the intake manifold 11 (intake manifold pressure) is disposed inside the collector section (surge tank) that constitutes the intake manifold 11. Furthermore, a throttle opening sensor 31 that detects the opening of the throttle valve 13 is disposed in the throttle valve 13.
  • the cylinder head has an intake port 22 and an exhaust port 23 formed for each cylinder (only one bank is shown in FIG. 1). Each intake port 22 and exhaust port 23 is provided with an intake valve 24 and an exhaust valve 25 that open and close the intake port 22 and exhaust port 23, respectively.
  • a variable valve timing mechanism 26 is provided that rotates the intake cam pulley and the intake camshaft relative to each other to continuously change the rotational phase (displacement angle) of the intake camshaft with respect to the crankshaft 10a, thereby advancing or retarding the valve timing (opening and closing timing) of the intake valve 24.
  • the variable valve timing mechanism 26 variably sets the opening and closing timing of the intake valve 24 according to the engine operating state.
  • variable valve timing mechanism 27 is provided between the exhaust camshaft and the exhaust cam pulley, which rotates the exhaust cam pulley and the exhaust camshaft relative to each other to continuously change the rotational phase (displacement angle) of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 10a, thereby advancing or retarding the valve timing (opening/closing timing) of the exhaust valve 25.
  • the variable valve timing mechanism 27 variably sets the opening and closing timing of the exhaust valve 25 according to the engine operating state.
  • Each cylinder of the engine 10 is fitted with an injector 12 that injects fuel into the cylinder.
  • the injector 12 injects fuel pressurized by a high-pressure fuel pump (not shown) directly into the combustion chamber of each cylinder.
  • each cylinder head of each cylinder is fitted with a spark plug 17 that ignites the mixture, and an igniter-integrated coil 21 that applies high voltage to the spark plug 17.
  • the mixture of intake air and fuel injected by the injector 12 is ignited by the spark plug 17 and combusted.
  • Exhaust gas after combustion is discharged through an exhaust pipe 18.
  • An air-fuel ratio sensor 19 is attached downstream of the exhaust pipe 18 assembly and upstream of the exhaust purification catalyst 20.
  • the air-fuel ratio sensor 19 is a linear air-fuel ratio sensor (LAF sensor) that can output a signal corresponding to the oxygen concentration and unburned gas concentration in the exhaust gas (i.e., a signal corresponding to the air-fuel ratio of the mixture) and can linearly detect the air-fuel ratio.
  • LAF sensor linear air-fuel ratio sensor
  • An exhaust purification catalyst 20 is disposed downstream of the LAF sensor 19.
  • the exhaust purification catalyst 20 is a three-way catalyst that simultaneously oxidizes hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas and reduces nitrogen oxides (NOx), purifying harmful gas components in the exhaust gas into harmless carbon dioxide ( CO2 ), water vapor ( H2O ), and nitrogen ( N2 ).
  • a silencer (muffler) 43 that reduces exhaust noise is attached downstream of the exhaust purification catalyst 20.
  • the exhaust pipe 18 is provided with an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as "EGR (Exhaust Gas Recirculation) device”) 40 that recirculates a portion of the exhaust gas discharged from the engine 10 to the intake manifold 11 of the engine 10.
  • the EGR device 40 has an EGR pipe 41 that connects the exhaust pipe 18 of the engine 10 to the intake manifold 11, and an EGR valve 42 that is installed on the EGR pipe 41 and adjusts the amount of exhaust gas recirculation (EGR flow rate).
  • the opening degree (EGRSTP) of the EGR valve 42 is controlled by an electronic control device 50 described later according to the operating state of the engine 10.
  • a cam angle sensor 32 for identifying the cylinders of the engine 10 is attached near the camshaft of the engine 10.
  • a crank angle sensor 33 for detecting the rotational position of the crankshaft 10a is attached near the crankshaft 10a of the engine 10.
  • a timing rotor 33a with 34 protrusions, with two teeth missing, formed at 10° intervals, is attached to the end of the crankshaft 10a, and the crank angle sensor 33 detects the rotational position of the crankshaft 10a by detecting the presence or absence of the protrusions on the timing rotor 33a.
  • an electromagnetic pickup type is used as the cam angle sensor 32 and the crank angle sensor 33.
  • ECU 50 electronice control unit
  • various sensors are also connected to the ECU 50, such as a water temperature sensor 34 that detects the temperature of the engine 10 cooling water, an oil temperature sensor 35 that detects the temperature of the lubricating oil, an accelerator pedal position sensor 36 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, i.e., the position of the accelerator pedal, and a vehicle speed sensor 37 that detects the speed of the vehicle.
  • the ECU 50 is configured with a microprocessor that performs calculations, an EEPROM that stores programs and the like for causing the microprocessor to execute various processes, a RAM that stores various data such as the results of calculations, a backup RAM whose stored contents are maintained by a battery or the like, and an input/output I/F, etc.
  • the ECU 50 also includes an injector driver that drives the injector 12, an output circuit that outputs an ignition signal, and a motor driver that drives the electric motor 13a that opens and closes the electronically controlled throttle valve 13, etc.
  • the ECU 50 identifies the cylinder from the output of the cam angle sensor 32, and determines the rotational angular velocity and engine speed from the output of the crank angle sensor 33.
  • the ECU 50 also acquires various information such as the intake air volume, intake pipe negative pressure, accelerator pedal opening, air-fuel ratio of the mixture, and the water temperature and oil temperature of the engine 10 based on the detection signals input from the various sensors mentioned above.
  • the ECU 50 then comprehensively controls the engine 10 by controlling the fuel injection volume, ignition timing, and various devices such as the throttle valve 13 and EGR valve 42 based on the acquired information.
  • the engine 10 also includes a blow-by gas treatment device 60 that introduces blow-by gas leaking from the combustion chamber into the crankcase 10b through the gap between the cylinder and the piston into the intake pipe 15 or the like (intake system) for combustion.
  • the blow-by gas treatment device 60 includes a scavenging line (PCV line) 61 that connects the inside of the crankcase 10b with the downstream side of the throttle valve 13 of the intake pipe 15 or the like and returns (introduces) the blow-by gas to the intake pipe 15 or the like, a PCV valve 62 (corresponding to a flow control valve described in the claims) that is interposed in the scavenging line 61 and adjusts the flow rate of the blow-by gas flowing through the scavenging line 61 depending on the pressure of the intake pipe 15 or the like, and a fresh air line 63 that connects the upstream side of the throttle valve 13 with the inside of the crankcase 10b and introduces fresh air.
  • PCV line scavenging line
  • the PCV valve 62 is of a type that operates according to the pressure difference between the crankcase 10b and the downstream side of the throttle valve 13 (e.g., the intake manifold 11).
  • blow-by gas containing moisture is cooled by the cold external air (fresh air), and the moisture in the blow-by gas condenses and freezes to form ice. If the scavenging line 61 or the fresh air line 63 is blocked by this ice, an abnormal increase in the pressure inside the crankcase can occur.
  • the blow-by gas treatment device 60 of this embodiment has the function of removing the ice generated when the moisture in the blow-by gas condenses and freezes to form ice, thereby eliminating blockages in the scavenging line 61 and the fresh air line 63, and preventing an abnormal rise in pressure inside the crankcase.
  • the blow-by gas processing device 60 is equipped with an ice crushing member 64 that crushes the ice, and a diaphragm mechanism 65 that drives the ice crushing member 64.
  • the ice crushing member 64 is a needle-shaped member with a sharp tip.
  • the ice crushing member 64 is provided so that it can move forward and backward freely, and crushes ice when its tip comes into contact with the ice.
  • the ice crushing member 64 protrudes from a diaphragm 651 (details of which will be described later) that constitutes the diaphragm mechanism 65, and moves forward and backward in accordance with the movement (elastic deformation) of the diaphragm 651.
  • the diaphragm mechanism 65 drives the ice crushing member 64 to move forward and backward according to the internal pressure of the fresh air line 63.
  • the diaphragm mechanism 65 functions as the driving means described in the claims.
  • the diaphragm mechanism 65 has a diaphragm 651, a first air chamber (fresh air line pressure chamber) 652, and a second air chamber (atmospheric pressure chamber) 653 arranged opposite each other across the diaphragm 651.
  • the diaphragm 651 is, for example, a membrane-like member (diaphragm) that is formed in a circular shape when viewed from above and that can be curved in cross section in the direction in which the ice crushing member 64 advances and retreats.
  • the diaphragm 651 is made of, for example, rubber, resin (thermoplastic resin, fluororesin, etc.), metal, etc., and is flexible.
  • the first air chamber 652 and the second air chamber 653 are arranged opposite each other with the diaphragm 651 in between.
  • the first air chamber 652 and the second air chamber 653 are each formed, for example, in a cylindrical shape.
  • the first air chamber 652 is connected to the fresh air line 63, and the internal pressure of the fresh air line 63 is introduced into the first air chamber 652.
  • the second air chamber 653 is open to the atmosphere, and atmospheric pressure is introduced into the second air chamber 653.
  • the diaphragm mechanism 65 uses the elastic deformation of the diaphragm 651 caused by the pressure difference (differential pressure) between the fresh air line pressure introduced into the first air chamber 652 and the atmospheric pressure introduced into the second air chamber 653 to drive the ice crushing member 64 to move it forward and backward.
  • the diaphragm mechanism 65 uses the pressure increase in the fresh air line 63 that accompanies the pressure increase in the crankcase internal pressure caused by ice being generated and blocking the scavenging line 61 and fresh air line 63 to drive the ice crushing member 64.
  • the pressure-receiving area (diameter) of the diaphragm 651 is set taking into consideration, for example, the pressure difference between the fresh air line pressure and atmospheric pressure that may occur when the scavenging line 61 or the fresh air line 63 becomes blocked, the force required to crush ice, etc.
  • the diaphragm mechanism 65 is also provided with a biasing member (coil spring, etc.) 654 that retracts the diaphragm 651 and returns it to its original position when the internal pressure of the fresh air line 63 returns to normal.
  • the ice-breaking member 64 is arranged so that it can move freely forward and backward with respect to the connection hole, which is the connection point between the fresh air line 63 and the intake pipe 15, where ice is likely to form and become clogged.
  • blow-by gas containing moisture is cooled by cold external air (fresh air), and the moisture in the blow-by gas condenses and freezes to form ice.
  • This ice can then block the scavenging line 61 and the fresh air line 63, causing the pressure inside the crankcase to rise.
  • the internal pressure of the fresh air line 63 rises as the pressure inside the crankcase rises, and the ice crushing member 64 is driven (advanced) in response to the increase in internal pressure of the fresh air line 63 (as a driving force source), and the tip of the ice crushing member 64 hits the ice to crush it.
  • the ice is then removed, and the blockage of the fresh air line 63 is cleared.
  • the ice crushing member 64 is driven in response to the increase in internal pressure of the fresh air line 63, and the ice is crushed when the tip of the member hits the ice. Then, the blockage of the fresh air line 63 is cleared.
  • the blockage of the fresh air line 63 can be cleared by removing the generated ice, and it becomes possible to prevent an abnormal increase in internal pressure in the crankcase.
  • the diaphragm mechanism 65 has a flexible diaphragm 651, a first air chamber (fresh air line pressure chamber) 652, and a second air chamber (atmospheric pressure chamber) 653 arranged opposite each other across the diaphragm 651, and the ice crushing member 64 is driven by utilizing the elastic deformation of the diaphragm 651 caused by the pressure difference (differential pressure) between the fresh air line pressure introduced into the first air chamber 652 and the atmospheric pressure introduced into the second air chamber 653. Therefore, when the moisture in the blow-by gas freezes and the fresh air line 63 or the like is blocked and the internal pressure rises, the ice crushing member 64 can be driven. In addition, by opening the second air chamber 653 to the atmosphere, the ice crushing member 64 can be prevented from being driven when it is not necessary.
  • the ice crushing member 64 protrudes from the diaphragm 651 and moves forward and backward in accordance with the movement of the diaphragm 651. Therefore, the ice crushing member 64 can be moved forward and backward in accordance with the movement (elastic deformation) of the diaphragm 651 caused by the pressure difference between the internal pressure of the fresh air line 63 and atmospheric pressure.
  • the ice crushing member 64 is an ice pick-shaped (or needle-shaped) member with a sharp tip, so ice can be crushed effectively.
  • the ice crushing member 64 is disposed at the connection point (connection hole) of the fresh air line 63 with the intake pipe 15, etc., so that ice that forms at the connection point (connection hole) of the fresh air line 63 with the intake pipe 15, etc., can be crushed and removed.
  • the present invention is not limited to the above embodiment and various modifications are possible.
  • the second air chamber 653 of the diaphragm mechanism 65 is open to the atmosphere, but pressure may be introduced into the second air chamber 653 from the upstream side of the throttle valve 13. Also, pressure (negative pressure) may be introduced from the downstream side of the throttle valve 13.
  • the shape of the diaphragm mechanism 65 is not limited to the above embodiment.
  • the ice crushing member 64 and the diaphragm mechanism 65 are arranged at the connection point of the fresh air line 63 with the intake pipe 15, etc., where ice is likely to form (be blocked), but the arrangement of the ice crushing member 64 and the diaphragm mechanism 65 is not limited to the above embodiment, and they may be arranged at other locations where ice is likely to form, such as the connection point of the scavenging line 61 with the intake pipe 15, etc., or near the PCV valve 62.
  • the shape of the ice crushing member 64 is not limited to the above embodiment. In other words, it is not limited to an ice pick or needle shape, and may be any other shape that makes it easy to crush ice.
  • the present invention has been described as being applied to a naturally aspirated (NA) engine, but the present invention can also be applied to an engine equipped with a supercharger (such as a turbocharger).
  • a supercharger such as a turbocharger

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Abstract

ブローバイガス処理装置（６０）は、クランクケース（１０ｂ）とスロットルバルブ（１３）の下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流する掃気ライン（６１）と、掃気ライン（６１）に介装され、吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブ（６２）と、スロットルバルブ（１３）の上流側とクランクケース（１０ｂ）とを連通し新気を導入する新気ライン（６３）と、進退自在に設けられ、先端が氷に当ることにより氷を砕く砕氷部材（６４）と、新気ライン（６３）の内圧と大気圧との圧力差に応じて砕氷部材（６４）を駆動するダイアフラム機構（６５）とを備えている。

Description

ブローバイガス処理装置
　本発明は、ブローバイガス処理装置に関する。
　従来から、シリンダとピストンとの間からクランクケースに漏れ出したブローバイガスの環境（大気）への放出を防止するために、ブローバイガスをエンジンの吸気系に戻して燃焼させ処理するブローバイガス処理装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
　ブローバイガス処理装置は、例えば、クランクケース内部とスロットルバルブの下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流（導入）する掃気ライン（ＰＣＶライン）と、掃気ラインを流れるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｃｒａｎｋｃａｓｅ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）バルブと、スロットルバルブの上流側とクランクケース内部とを連通し新気を導入する新気ラインとを有して構成されている。
特開２０１０－１７３５４８号公報
　ところで、例えば、極低温環境下においては、外部の冷たい空気（新気）によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成されることがある。そして、その氷によって掃気ラインや新気ラインが閉塞して、クランクケース内圧が異常上昇するおそれがある。
　本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能なブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係るブローバイガス処理装置は、クランクケースと吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを吸気系に還流する掃気ライン、吸気系のスロットルバルブ上流側とクランクケースとを連通し新気を導入する新気ライン、及び、掃気ラインに介装され、吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節する流量制御弁を備え、ブローバイガスを吸気系に導入して燃焼させるブローバイガス処理装置において、進退自在に設けられ、先端が氷に当ることにより氷を砕く砕氷部材と、新気ラインの内圧に応じて、砕氷部材を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能となる。
実施形態に係るブローバイガス処理装置が適用されたエンジンの構成を示す図である。 実施形態に係るブローバイガス処理装置の要部の構成を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、特に区別する必要がある場合を除いて、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るブローバイガス処理装置６０の構成について説明する。図１は、ブローバイガス処理装置６０が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。図２は、ブローバイガス処理装置６０の要部の構成（砕氷部材６４及びダイアフラム機構６５）を示す図である。
　エンジン１０は、どのような型式のものでもよいが、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。なお、吸気管１５及びインテークマニホールド１１は、請求の範囲に記載の吸気系に相当する。
　ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。
　シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
　同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
　エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。
　また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。
　排気管１８の集合部の下流かつ排気浄化触媒２０の上流には、空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。
　ＬＡＦセンサ１９の下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に清浄化するものである。排気浄化触媒２０の下流側には、排気音を低減する消音器（マフラ）４３が取り付けられている。
　排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０のインテークマニホールド１１に再循環させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８とインテークマニホールド１１とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ流量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、エンジン１０の運転状態に応じて、後述する電子制御装置５０によって開度（ＥＧＲＳＴＰ）が制御される。
　上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。
　これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。
　ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリ等によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び、入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。
　ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及び、エンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３やＥＧＲバルブ４２等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。
　また、エンジン１０は、燃焼室からシリンダとピストンとの間を通してクランクケース１０ｂ内に漏れ出したブローバイガスを吸気管１５等（吸気系）に導入して燃焼させるブローバイガス処理装置６０を備えている。ブローバイガス処理装置６０は、クランクケース１０ｂ内部と吸気管１５等のスロットルバルブ１３の下流側とを連通しブローバイガスを吸気管１５等に還流（導入）する掃気ライン（ＰＣＶライン）６１と、掃気ライン６１に介装され、吸気管１５等の圧力に応じて、掃気ライン６１を流れるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブ６２（請求の範囲に記載の流量制御弁に相当）と、スロットルバルブ１３の上流側とクランクケース１０ｂ内部とを連通し新気を導入する新気ライン６３とを含んで構成されている。
　なお、本実施形態では、ＰＣＶバルブ６２として、例えば、クランクケース１０ｂとスロットルバルブ１３の下流側（例えばインテークマニホールド１１）との圧力差によって差動するタイプのものを用いた。
　ところで、例えば、－２０℃以下の極低温環境下においては、外部の冷たい空気（新気）によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成されることがある。そして、その氷によって掃気ライン６１や新気ライン６３が閉塞した場合、クランクケース内圧の異常上昇が生じ得る。
　そこで、本実施形態に係るブローバイガス処理装置６０は、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去することで掃気ライン６１や新気ライン６３の閉塞を解消し、クランクケース内圧の異常上昇を防止する機能を有している。
　そのため、ブローバイガス処理装置６０は、氷を砕く砕氷部材６４と、砕氷部材６４を駆動するダイアフラム機構６５とを備えている。
　砕氷部材６４は、先端が尖ったニードル状の部材である。砕氷部材６４は、進退（進出及び退行）自在に設けられ、先端が氷に当ることにより氷を砕く。砕氷部材６４は、ダイアフラム機構６５を構成するダイアフラム６５１（詳細は後述する）に突設されており、ダイアフラム６５１の動き（弾性変形）に伴って進退する。
　ダイアフラム機構６５は、新気ライン６３の内圧に応じて、砕氷部材６４を駆動することで進退させる。すなわち、ダイアフラム機構６５は、請求の範囲に記載の駆動手段として機能する。
　より具体的には、ダイアフラム機構６５は、ダイアフラム６５１と、ダイアフラム６５１を挟んで対向して配設された第１気室（新気ライン圧室）６５２、及び、第２気室（大気圧室）６５３とを有している。
　ダイアフラム６５１は、例えば、平面視において円形に形成され、断面において砕氷部材６４が進退する方向に湾曲し得る膜状の部材（隔膜）である。ダイアフラム６５１は、例えば、ゴム、樹脂（熱可塑性樹脂、フッ素樹脂等）、金属などから形成され、可撓性を有する。
　ダイアフラム６５１を挟んで、第１気室６５２と、第２気室６５３とが対向して配設される。第１気室６５２、第２気室６５３それぞれは、例えば、円筒状に形成される。第１気室６５２は新気ライン６３と連通され、第１気室６５２には新気ライン６３の内圧が導入される。一方、第２気室６５３は大気解放され、第２気室６５３には大気圧が導入される。
　ダイアフラム機構６５は、第１気室６５２に導入される新気ライン圧と第２気室６５３に導入される大気圧との圧力差（差圧）によるダイアフラム６５１の弾性変形を利用して、砕氷部材６４を駆動することで進退させる。すなわち、ダイアフラム機構６５は、氷が生成され掃気ライン６１や新気ライン６３が閉塞することによるクランクケース内圧の圧力上昇に伴う新気ライン６３の圧力上昇を利用して砕氷部材６４を駆動する。
　なお、ダイアフラム６５１の受圧面積（径）等は、例えば、掃気ライン６１や新気ライン６３が閉塞した際に生じ得る新気ライン圧と大気圧との差圧や、砕氷に要する力等を考慮して設定される。また、ダイアフラム機構６５には、新気ライン６３の内圧が正常に戻ったときに、ダイアフラム６５１を退行させ元の位置に戻す付勢部材（コイルスプリング等）６５４が設けられている。
　砕氷部材６４は、例えば、氷ができやすく閉塞しやすい新気ライン６３の吸気管１５との接続箇所である接続孔に対して進退自在に配設される。
　ところで、例えば、極低温環境下においては、外部の冷たい空気（新気）によって水分を含んだブローバイガスが冷却され、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成されることがある。そして、その氷によって掃気ライン６１や新気ライン６３が閉塞してクランクケース内圧が上昇することがある。上述したように構成されることにより、クランクケース内圧の上昇に伴って新気ライン６３の内圧が上昇し、その新気ライン６３の内圧上昇に応じて（駆動力源として）、砕氷部材６４が駆動され（進出し）、砕氷部材６４の先端が氷に当ることによって氷が砕かれる。そして、氷が取り除かれて、新気ライン６３の閉塞が解消される。
　以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、ブローバイガス中の水分の凝縮、凍結により、新気ライン６３等が閉塞した場合に、新気ライン６３の内圧上昇に応じて、砕氷部材６４が駆動され、先端が氷に当ることによって氷が砕かれる。そして、新気ライン６３の閉塞が解消される。その結果、ブローバイガス中の水分が凝縮し、凍結して氷が生成された場合に、生成された氷を除去することで新気ライン６３の閉塞を解消し、クランクケース内圧の異常上昇を防止することが可能となる。
　本実施形態によれば、ダイアフラム機構６５が、可撓性を有するダイアフラム６５１と、ダイアフラム６５１を挟んで対向して配設された第１気室（新気ライン圧室）６５２、及び、第２気室（大気圧室）６５３とを有し、第１気室６５２に導入される新気ライン圧と第２気室６５３に導入される大気圧との圧力差（差圧）によるダイアフラム６５１の弾性変形を利用して、砕氷部材６４が駆動される。そのため、ブローバイガス中の水分が凍結し、新気ライン６３等が閉塞して内圧が上昇した場合に、砕氷部材６４を駆動することができる。また、第２気室６５３を大気解放とすることにより、砕氷部材６４が不要なときに駆動されることを防止できる。
　本実施形態によれば、砕氷部材６４が、ダイアフラム６５１に突設されており、ダイアフラム６５１の動きに伴って進退する。そのため、新気ライン６３の内圧と大気圧との差圧によるダイアフラム６５１の動き（弾性変形）に伴って砕氷部材６４を進退させることができる。
　本実施形態によれば、砕氷部材６４が、先端が尖ったアイスピック状（又はニードル状）の部材であるため、氷を効果的に砕くことができる。
　本実施形態によれば、砕氷部材６４が、新気ライン６３の吸気管１５等との接続箇所（接続孔）に配設されるため、新気ライン６３の吸気管１５等との接続箇所（接続孔）に生成される氷を砕いて取り除くことができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ダイアフラム機構６５の第２気室６５３を大気解放としたが、第２気室６５３にスロットルバルブ１３の上流側から圧力を導入してもよい。また、スロットルバルブ１３の下流側から圧力（負圧）を導入してもよい。また、ダイアフラム機構６５の形状等は上記実施形態には限られない。
　上記実施形態では、砕氷部材６４及びダイアフラム機構６５を、氷ができやすい（閉塞しやすい）新気ライン６３の吸気管１５等との接続箇所に配置したが、砕氷部材６４及びダイアフラム機構６５の配置は、上記実施形態に限られることなく、氷ができやすい他の箇所、例えば、掃気ライン６１の吸気管１５等との接続箇所やＰＣＶバルブ６２近傍に配置してもよい。
　また、砕氷部材６４の形状等は上記実施形態には限られない。すなわち、アイスピック状やニードル状に限られることなく、氷を砕きやすい他の形状にしてもよい。
　上記実施形態では、本発明をＮＡ（自然吸気）エンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、過給機（ターボチャージャ等）を備えたエンジンに適用することもできる。
　１０　エンジン
　１０ｂ　クランクケース
　１１　インテークマニホールド
　１３　電子制御式スロットルバルブ
　１５　吸気管
　１８　排気管
　１９　空燃比センサ
　２０　排気浄化触媒
　４０　排気ガス再循環装置
　４１　ＥＧＲ配管
　４２　ＥＧＲバルブ
　４３　消音器
　５０　ＥＣＵ
　６０　ブローバイガス処理装置
　６１　掃気ライン
　６２　ＰＣＶバルブ
　６３　新気ライン
　６４　砕氷部材
　６５　ダイアフラム機構
　６５１　ダイアフラム
　６５２　第１気室（新気ライン圧室）
　６５３　第２気室（大気圧室）

Claims (5)

  1. 　クランクケースと吸気系のスロットルバルブ下流側とを連通しブローバイガスを前記吸気系に還流する掃気ライン、前記吸気系のスロットルバルブ上流側と前記クランクケースとを連通し新気を導入する新気ライン、及び、前記掃気ラインに介装され、前記吸気系の圧力に応じてブローバイガスの流量を調節する流量制御弁を備え、ブローバイガスを前記吸気系に導入して燃焼させるブローバイガス処理装置において、
    　進退自在に設けられ、先端が氷に当ることにより氷を砕く砕氷部材と、
    　前記新気ラインの内圧に応じて、前記砕氷部材を駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とするブローバイガス処理装置。
  2. 　前記駆動手段は、
    　可撓性を有するダイアフラムと、
    　前記ダイアフラムを挟んで対向して配設された第１気室、及び、第２気室と、を有し、
    　前記第１気室に導入される新気ライン圧と前記第２気室に導入される大気圧との圧力差による前記ダイアフラムの弾性変形を利用して、前記砕氷部材を駆動することを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス処理装置。
  3. 　前記砕氷部材は、前記ダイアフラムに突設されており、前記ダイアフラムの動きに伴って進退することを特徴とする請求項２に記載のブローバイガス処理装置。
  4. 　前記砕氷部材は、先端が尖ったニードル状の部材であることを特徴とする請求項３に記載のブローバイガス処理装置。
  5. 　前記砕氷部材は、前記新気ラインの前記吸気系との接続箇所に配設されることを特徴とする請求項４に記載のブローバイガス処理装置。
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