JP2006144686A - エンジンの換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給機付き直噴エンジンにおいて、エンジンオイルに混入した燃料成分の気化を安価な装置で促進させる。
【解決手段】 吸気系１１とチェーン室１０とに接続された換気エア供給管２７と、動弁室８と吸気系１１とに接続された第２ブローバイガス還流管２８とを含む。換気エア供給管２７は、その上流端が、過給機のコンプレッサ１３とインタークーラー１４との管の共通吸気管３０に連通され、下流端が、チェーン室１０に連通されている。そして、この換気エア供給管２７の途中にチェック弁３１が介装されている。第２ブローバイガス還流管２８は、その上流端が、動弁室８内に形成されたオイル分離室３３に連通され、下流端が、エアクリーナー１２とコンプレッサ１３との間の共通吸気管３４に連通されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンオイルに混入した燃料成分の揮発を促進させることのできるエンジンの換気装置に関するものであり、特に、過給機付きの直噴エンジンの換気装置に関する。

従来から、クランク室に入り込んだ未燃焼の混合気（未燃ガス）をエンジンの吸気系に還流させるブローバイ還流装置（ＰＣＶシステム）が知られている。

特許文献１は、過給機付きエンジンに関するＰＣＶシステムを提案している。すなわち、特許文献１が提案するＰＣＶシステムは、低負荷時に新気を動弁室を介してクランク室に導入しつつクランク室内のブローバイガスを吸気負圧により吸気系（スロットル弁下流）に還流させる一方で、高負荷時には、クランク室及び動弁室内のブローバイガスを直接的に吸気系（過給機のコンプレッサ上流）に還流させるように構成されている。特許文献１は、また、従来技術として、低負荷時に新気をクランク室に導入しつつクランク室内のブローバイガスを動弁室を介して吸気負圧により吸気系（スロットル弁下流）に還流させる一方で、他方、高負荷時には、クランク室及び動弁室内のブローバイガスを直接的に吸気系に還流するＰＣＶシステムを例示している。

ところで、気筒内に直接的に燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンは圧縮比を高めて燃焼効率を向上できるため、多くの車両に採用される傾向にある。直噴エンジンでは、一般的に、吸気ポートの下方且つこれに隣接して燃料噴射ノズルを傾斜して配置するサイドインジェクタ方式が採用される。このサイドインジェクタ方式を採用したエンジンにあっては、吸気ポートから気筒内に流入する新気の一部が気筒の壁面に沿って下方に進み、この下方への新気の流れによって燃料噴射ノズルから吐出された燃料の一部が気筒の壁面に付着してしまう傾向にある。そして、壁面に付着した燃料は、エンジンオイルと一緒にピストンによって掻き落とされてクランク室に入り、クランク室に入った燃料によってクランク室内のエンジンオイルのオイル成分比率が低下し、このためエンジンオイル本来の潤滑性能を低下させてしまうという問題を引き起こし易い。

特許文献２は、直噴エンジンにおいて、圧縮上死点近傍で燃料を噴射する主噴射の他に、主噴射の前後で燃料を噴射する副噴射を行った場合に、副噴射によって燃料が気筒の壁面に付着し易く、これにより燃料がクランク室に侵入してエンジンオイルのオイル成分比率が低下し、この結果、エンジンオイルの潤滑性能を低下させてしまうという問題を指摘している。この問題点に対して特許文献２は、副噴射を行うときにエンジンオイルをヒータなどの加熱手段を利用して加熱し、これによりエンジンオイルに混入した燃料成分の気化を促進し、気化した燃料成分をＰＣＶシステムによって吸気系に還流させることを提案している。

ここに、特許文献２に開示のＰＣＶシステムは、スロットル弁の上流側に連結された第１管路を動弁室に連結すると共に、スロットル弁の下流側に連結された第２管路をＰＣＶバルブを介して動弁室に連結する構成が採用されている。なお、動弁室とクランク室とはシリンダブロック内のブローバイガス通路によって連通されている。このＰＣＶシステムでは、低負荷時にはＰＣＶバルブが開き、第２管路を通じて吸気負圧により動弁室内のブローバイガスが吸気系に還流されると共に第１管路を通じて新気が動弁室に導入される。他方、高負荷時には、第１、第２の管路を通じて動弁室から吸気系にブローバイガスが還流される。
実開平５−８７２１３号公報 特開２００４−１９０５１３号公報

過給機付きエンジンの場合、気筒内の燃焼圧が高くなるため未燃ガスの吹き抜けの問題を含んでいる。このことから、直噴エンジンに過給機を装着したときには、直噴エンジンの上述の問題点つまり気筒内の壁面に燃料が付着し、この結果クランク室のエンジンオイルが燃料成分で希釈化され易いという問題に、過給に伴う吹き抜けガスの問題が加わることになり、より一層、クランク室のエンジンオイルが燃料成分で希釈化され易くなるという問題を含むことになる。この問題に対して、特許文献２に記載の発明を適用してもよいが、この特許文献２の発明は、ヒータ等の特別な手段を必要とし、高価な装置となる。

本発明の目的は、クランク室に侵入したエンジンオイルが燃料成分で希釈化され易いという過給機付き直噴エンジンに関し、低コストでエンジンオイルに混入した燃料成分の気化を促進させることのできるエンジンの換気装置を提供することにある。

上記の技術的課題を達成すべく、本発明によれば、
各気筒の燃焼室に臨んで配置された燃料噴射ノズルと、吸気系に配設された過給機とを備えたエンジンの内部に発生するブローバイガスを前記吸気系に還流させるエンジンの換気装置であって、
前記過給機が過給圧を発生しているときに、前記エンジン内部のブローバイガスを前記吸気系に還流させるブローバイガス還流通路と、
前記エンジン内部に換気エアを吸気するエア供給通路と、
該エア供給通路に介装され、前記過給機が過給圧を発生しているときに開弁して該エア供給通路を開く開閉弁とを有し、
前記ブローバイガス還流通路は、その上流端が前記エンジンの動弁室に連通され、下流端が前記吸気系の前記過給機よりも上流側に連通され、
前記エア供給通路は、その上流端が前記吸気系の前記過給機よりも下流側に連通され、下流端が前記エンジンのクランク室に連通されていることを特徴とするエンジンの換気装置が提供される。

すなわち、本発明によれば、過給圧が発生しているときには上記のエア供給通路を通じてクランク室に新気が導入されながら吸気系にブローバイガスが還流される。したがって、過給機付き直噴エンジンでは前述したようにクランク室に未燃ガスが侵入し易い傾向にあるが、クランク室はエア供給通路を通じて導入される新気によって燃料が気化し易い環境が生成されるため、これにより、直噴エンジンの燃料噴射形態に制限されることなく、エンジンオイルに混入している未燃ガスの揮発を促進し、未燃ガスによりエンジンオイルが希釈化され潤滑性能が低下するのを抑えることができる。また、エア供給通路に介装した開閉弁によって過給機が過給圧を発生しているときに限定して開閉弁が開かれるため、過給機が過給圧を発生していないときに、このエア供給通路を通じてブローバイガスが吸気系に逆流するのを防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態では、前記エンジンが、上部に配設された動弁室と、下部に配設されたクランク室と、動弁室とクランク室とに連通しカバー部材で覆われた動力伝達室であってクランク室内のクランクシャフトと動弁室内の動弁機構とを連係する無端の動力伝達部材を収容した動力伝達室とを有し、エア供給通路が動力伝達室を介してクランク室に連通されると共に動弁室に連通されている。動力伝達室では、無端の動力伝達部材を潤滑するためにオイルジェットによりエンジンオイルが動力伝達部材に吹き付けられることから、動力伝達室はミスト状のオイルで充満した状態にあり、この動弁伝達室にクランク室から燃料成分を含むミスト状のオイルが不用意に侵入することを抑制し、タイミングチェーン及びスプロケットの噛み合い部分の潤滑油膜が燃料成分により油膜切れを起こす虞を低減して、これにより動力伝達部材に吹き付けるエンジンオイルの潤滑性能を安定化させることができる。

本発明の好ましい実施の形態では、また、前記エンジンの吸気系が、前記過給機の下流にインタークーラーを有し、前記エア供給通路の上流端が、前記吸気系における前記過給機と前記インタークーラーとの間に連通されている。これによれば、過給機により圧縮された比較的高温の新気がエア供給通路を通じてエンジン内部に導入されるため、上述したエンジンオイルに混入した未燃ガスの揮発を一層促進することができる。

本発明の好ましい実施の形態では、また、前記ブローバイガス還流通路を通じて前記吸気系に還流するブローバイガスからオイル成分を分離するためのオイルセパレータを更に有し、このオイルセパレータによってオイル成分を除去した後のブローバイガスを吸気系に還流させることができる。オイルセパレータは、動弁室内に設けたオイル分離室であってもよいし、ブローバイガス還流通路に介装したオイル分離タンクであってもよい。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、過給機付き直噴エンジン及びその吸気系を模式的に示す側面図である。エンジン１は、例えば４つのピストン（図示せず）を直列に配置したシリンダブロック２と、このシリンダブロック２の上部に配設されて各気筒の燃焼室を画成するシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上部に配設されたヘッドカバー４と、シリンダブロック２の下部に配設されたオイルパン５とを有し、オイルパン５によって、クランク室６の下方にエンジンオイル７が貯留される。

シリンダヘッド３は、既知のように、各気筒に臨んで開口する吸気ポート（図示せず）と排気ポート（図示せず）とを有し、これを開閉する吸気弁及び排気弁の動弁機構（図示せず）はヘッドカバー５で密閉された動弁室８に収容されている。エンジン１は、その一端にチェーンカバー９によって密閉された動力伝達室としてのチェーン室１０を有し、チェーン室１０には、クランクシャフト（図示せず）と動弁機構とを連係する無端の動力伝達部材としてのタイミングチェーンが配設され、このタイミングチェーンにより、エンジン１の回転に同期した所定のタイミングで吸気弁及び排気弁が開閉駆動される。

エンジン１は、各燃焼室の頂部に臨んで配設された点火プラグと、吸気ポートの下方且つこれに隣接して傾斜して配置された燃料噴射ノズルとを有し、燃料噴射ノズルによって各気筒の燃焼室に直接的に燃料が供給される。

エンジン１の吸気系１１は、その上流端の新気を導入するエアクリーナ１２から順に、例えば排気過給機などの過給機のコンプレッサ１３、インタークーラー１４、スロットル弁１５を収容したスロットルボディ１６、吸気マニホールド１７を含み、吸気マニホールド１７の各枝管を通じて各気筒の吸気ポートに過給エアが供給される。

図１の参照符号２０はＰＣＶバルブを示し、ＰＣＶバルブ２０は、クランク室６と吸気マニホールド１７とに連通された第１ブローバイガス還流通路２１に介装され、第１ブローバイガス還流通路２１には、オイル分離室を構成するチャンバー２２が設けられている。ＰＣＶバルブ２０は、吸気マニホールド１７内の負圧が逆止弁の設定付勢力よりも大きいときに開弁し、例えば低負荷時に吸気マニホールド１７内の圧力が負圧のときにクランク室６内のブローバイガスが吸気マニホールド１７に還流される。

オイルパン５内のエンジンオイル７はオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、この汲み上げられたオイルは、図示しないオイルギャラリを通じてクランクシャフトやカムシャフト等の軸受部に供給される一方で、オイルジェットを用いてピストンやタイミングチェーンなどに吹き付けられる。動弁室８はクランク室６とシリンダブロック２に形成されたオイルリターン通路２３を通じて連通され、また、チェーン室１０は下側開口２４をを通じてクランク室６に連通され、また、上側開口２５を通じて動弁室８に連通されている。動弁室８内の動弁機構に供給されたエンジンオイルはオイルリターン通路２３を通ってクランク室６に戻り、チェーン室１０内のタイミングチェーンに向けて噴射されたエンジンオイルは下側開口２４を通ってクランク室６に戻る。

直噴エンジン１には、吸気系１１とチェーン室１０とに接続された換気エア供給管２７と、動弁室８と吸気系１１とに接続された第２ブローバイガス還流管２８とを含む、過給圧発生時の換気装置２９が設けられている。より具体的に説明すると、換気エア供給管２７は、その上流端が、過給機のコンプレッサ１３とインタークーラー１４との間の共通吸気管３０に連通され、下流端が、チェーン室１０に連通されている。そして、この換気エア供給管２７の途中にチェック弁３１が介装されている。チェック弁３１は、吸気系１１からチェーン室１０への流れを許容し、逆方向の流れを禁止する。

変形例として、チェック弁３１の代わりに開閉弁であってもよく、開閉弁は、信号により開閉可能なソレノイドバルブであるのが好ましい。換気エア供給管２７にソレノイドバルブを設けたときには、エンジン１側から吸気系１１に逆流する運転状態のときにソレノイドバルブを閉じるようにソレノイドバルブの開閉を制御すればよい。これにより、クランク室６内のブローバイガスが不用意に吸気系１１に逆流するのを防止することができる。換気エア供給管２７に関する変形例として、換気エア供給管２７の上流端を、図１に仮想線で示すように、インタークーラー１４とスロットルボディ１６との間の共通吸気管３２に連通するようにしてもよい。

第２ブローバイガス還流管２８は、その上流端が、動弁室８内に形成されたオイル分離室３３に連通され、下流端が、エアクリーナー１２とコンプレッサ１３との間の共通吸気管３４に連通されている。動弁室８内のオイル分離室３３は、ブローバイガスに含まれるオイル成分を分離するセパレータの役割を有し、これにより吸気系１１に還流するガス成分からオイルを分離することができる。なお、第２ブローバイガス還流管２８は、低負荷時に第１ブローバイガス還流通路又は還流管２１を経由してブローバイガスが吸気系１１に還流される際には換気エアの供給のために機能し、配管系の簡素化に寄与している。変形例として、オイル分離室３３に代えて又はこれに加えて、第２ブローバイガス還流管２８に、オイル分離タンクのような独立したオイルセパレータを設けるようにしてもよい。

上記の実施例によれば、クランク室６内のブローバイガスは、スロットル弁１５下流の吸気負圧が所定値よりも高いとき、例えば、低負荷時には吸気負圧によって第１ブローバイガス還流管又は還流通路２１を通じて吸気マニホールド１７に還流される。一方、第１ブローバイガス還流管又は還流通路２１を介して換気用の新気が動弁室８から供給される。

また、過給機のコンプレッサ１３が過給圧を発生しているとき、換言すれば、エンジン１の内部の圧力がコンプレッサ３０下流の吸気系１１の圧力よりも低いときには、吸気系１１から換気用の新気が換気エア供給管２７を通じてチェーン室１０に入り、チェーン室１０の下側開口２４を通じてクランク室６に入ると共に、上側開口２５を通じて動弁室８の内部に入る。そして、クランク室６内のブローバイガスは、第１ブローバイガス還流管２１を通じて吸気マニホールド１７に還流されると共に、シリンダブロック２内のオイルリターン通路２３を通じて動弁室８に入り、この動弁室８のオイル分離室３３でオイル成分を分離した後のガス成分が第２ブローバイガス還流管２８を通じてコンプレッサー１３の上流側の共通吸気管３４に還流される。したがって、燃料成分がクランク室６に侵入し易い過給機付き直噴エンジン１は、クランク室６及び動弁室８が新気で積極的に換気されることから、クランク室６や動弁室８での燃料揮発条件が未飽和状態となるように環境が改善され、エンジンオイルに混入した燃料成分の気化を促進することができる。したがって、実施例によれば、エンジンオイルが燃料成分で希釈化されるのを抑制し、エンジンオイルの潤滑性能の低下を抑制することができる。

好ましい実施例では、換気エア供給管２７に設けられたオリフィス３５を有し、これにより吸気系１１からチェーン室１０を通じてクランク室６及び動弁室８に導入される換気エアの量及び圧力を制限するのが好ましい。

換気用の新気をチェーン室１０を介してクランク室６などに供給するようにしてあるため、チェーン室１０内が新気によって置換される状態となって、クランク室６内の燃料成分を含むオイルミストが不用意にチェーン室１０に侵入することが無くなり、これによりタイミングチェーンに向けて噴射したエンジンオイルの潤滑性能を安定化することができ、高速回転するタイミングチェーンの燃料成分による油膜切れの問題発生を抑制することができる。特に、過給により出力を高めたエンジンにあっては、タイミングチェーンの油膜切れは、チェーンの小さな噛み合い面の摩耗を促進するという問題を引き起こすが、この問題に対して、チェーン室１０に換気用の新気を導入することは効果的である。

また、図１に実線で示すように、換気エア供給管２７の上流端をインタークーラー１４の上流に接続した場合には、コンプレッサー１３で圧縮された直後の比較的高温の新気が換気用エアとしてエンジン１に供給されるため、上述した燃料揮発を一層促進することができる。

実施例の過給機付き直噴エンジンの換気装置の概要を示す図である。

符号の説明

１ 直噴エンジン
５ オイルパン
６ クランク室
７ エンジンオイル
８ 動弁室
９ チェーンカバー
１０ チェーン室
１１ 吸気系
１２ エアクリーナー
１３ コンプレッサ
１４ インタークーラー
１５ スロットル弁
１６ バルブボディ
１７ 吸気マニホールド
２０ ＰＣＶバルブ
２１ 第１ブローバイガス還流管
２３ オイルリターン通路
２７ 換気エア供給管
２８ 第２ブローバイガス還流管

Claims (4)

1. 各気筒の燃焼室に臨んで配置された燃料噴射ノズルと、吸気系に配設された過給機とを備えたエンジンの内部に発生するブローバイガスを前記吸気系に還流させるエンジンの換気装置であって、
   前記過給機が過給圧を発生しているときに、前記エンジン内部のブローバイガスを前記吸気系に還流させるブローバイガス還流通路と、
   前記エンジン内部に換気エアを吸気するエア供給通路と、
   該エア供給通路に介装され、前記過給機が過給圧を発生しているときに開弁して該エア供給通路を開く開閉弁とを有し、
   前記ブローバイガス還流通路は、その上流端が前記エンジンの動弁室に連通され、下流端が前記吸気系の前記過給機よりも上流側に連通され、
   前記エア供給通路は、その上流端が前記吸気系の前記過給機よりも下流側に連通され、下流端が前記エンジンのクランク室に連通されていることを特徴とするエンジンの換気装置。
2. 前記エンジンが、上部に配設された動弁室と、下部に配設されたクランク室と、前記動弁室と前記クランク室とに連通しカバー部材で覆われた動力伝達室であって前記クランク室内のクランクシャフトと前記動弁室内の動弁機構とを連係する無端の動力伝達部材を収容した動力伝達室とを有し、
   前記エア供給通路が前記動力伝達室を介して前記クランク室に連通されると共に前記動弁室に連通されている、請求項１に記載のエンジンの換気装置。
3. 前記エンジンの吸気系が、前記過給機の下流にインタークーラーを有し、
   前記エア供給通路の上流端が、前記吸気系における前記過給機と前記インタークーラーとの間に連通されている、請求項１又は２に記載のエンジンの換気装置。
4. 前記ブローバイガス還流通路を通じて前記吸気系に還流するブローバイガスからオイル成分を分離するためのオイルセパレータを更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンの換気装置。
   
   

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