JP2012007507A - ブローバイガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給中にブローバイガスの換気を行うことができ、低圧ループＥＧＲの制御性も悪化しないようなシステムを実現する。
【解決手段】排気通路４におけるタービン５２の下流側と吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側とを接続する外部ＥＧＲ通路２と、吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側に設けられた吸気絞り弁３５とを具備する内燃機関０において、ブローバイガスが溜まるクランク室７とコンプレッサ５１の上流側とをブローバイガス排出路６２を介して接続し、吸気通路３における外部ＥＧＲ通路２の接続箇所とブローバイガス排出路６２の接続箇所との間に吸気絞り弁３５が位置するように構成した。ブローバイガスが流入する箇所とＥＧＲガスが還流する箇所とを吸気絞り弁３５により分離したことで、ブローバイガスの脈動がＥＧＲ率に及ぼす影響が軽減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ターボ過給機付きの内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置に関する。

内燃機関のクランク室は、シリンダ及びピストンにより燃焼室から隔絶されている。しかし、この隔絶は完全なものではなく、内燃機関の圧縮行程では未燃焼ガスが、また膨張行程では燃焼ガスが、シリンダとピストンとの隙間からクランク室内に漏洩する。漏洩したブローバイガスは、クランク室内に蓄えている潤滑油の劣化や、内燃機関本体の腐食を招く。

そのために、従来より、クランク室に溜まるブローバイガスを換気する機構を実装することが通例となっている。一般的には、クランク室とサージタンクとをＰＣＶ通路を以て接続するとともに、カム室とコンプレッサの上流側とを新気通路を以て接続し、新気通路経由で新気をカム室及びクランク室に取り入れ、ＰＣＶ通路経由でブローバイガスをサージタンクに向けて送り出している（例えば、下記特許文献１を参照）。

過給機が付帯した内燃機関の場合、過給時にはＰＣＶバルブを閉じてＰＣＶ通路を遮断する。従って、過給中はＰＣＶ通路によるブローバイガスの換気が不可能となる。そこで、昨今、クランク室とコンプレッサの上流側とを接続するブローバイガス排出路を別途設け、過給時においてポンプを稼働して当該ブローバイガス排出路経由でブローバイガスを換気することが試みられている（例えば、下記特許文献２を参照）。

ところで、大量のＥＧＲガスを還流させることを目的とした低圧ループＥＧＲシステムでは、排気タービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した比較的低温低圧の排気ガスをコンプレッサの上流側に還流させる。このような低圧ループＥＧＲシステムに、上述したブローバイガス排出路を組み合わせると、ブローバイガス排出路経由で流入するブローバイガスの脈動がＥＧＲガス量に変動をもたらし、ＥＧＲ率の制御性を悪化させることがあった。

実公昭６０−０４０８１２号公報 特開２００９−１７４３３４号公報

上記の問題に着目してなされた本発明は、過給中にブローバイガスの換気を行うことができ、なおかつ低圧ループＥＧＲの制御性も悪化しないようなシステムを実現しようとするものである。

本発明に係るブローバイガス還流装置は、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続する外部ＥＧＲ通路と、吸気通路における前記コンプレッサの上流側に設けられた吸気絞り弁とを具備する排気ターボ過給機付きの内燃機関に適用され、ブローバイガスが溜まる内室と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とをブローバイガス排出路を介して接続し、吸気通路における前記外部ＥＧＲ通路の接続箇所と前記ブローバイガス排出路の接続箇所との間に前記吸気絞り弁が位置するように構成したものである。ここで、内室とは、ブローバイガスが発生するクランク室や、クランク室に連通しているカム室等を包括した概念である。

本発明によれば、過給中にブローバイガスの換気を行うことができ、低圧ループＥＧＲの制御性も悪化しないシステムを実現し得る。

本発明の一実施形態における内燃機関及びブローバイガス還流装置の構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のブローバイガス還流装置６が適用される車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを具備している。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒２の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。換言すれば、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。よって、内燃機関０のクランクケース内のクランク室７の容積は、三気筒以上の多気筒エンジンと比べて大きく拡大／縮小する。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３５、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、スロットルバルブ３３、サージタンク３４を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成してなる。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをＥＧＲ通路２を通じて吸気通路３に還流する。そのために、ＥＧＲ通路２の出口の上流にある吸気絞り弁３５を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ５１の稼働によって幾分負圧となる。因みに、内燃機関０の減速時に吸気絞り弁３５が絞られていると、吸気絞り弁３５が抵抗となってＥＧＲ通路２の出口の周囲の圧力に乱れが発生し、ＥＧＲ通路２を流れるＥＧＲガス量が大きく振動する。そこで、内燃機関０の減速時には吸気絞り弁３５を一旦全開し、エンジントルクが低下した後に本来あるべき開度に戻す過渡制御を実施する。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）９は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、スロットルバルブ３３の開度を検出するスロットルポジションセンサから出力されるスロットル開度信号ｃ、サージタンク３４内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｅ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｆ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｇ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｈ、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｉ等を出力する。

ＥＣＵ９のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ９は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、目標ＥＧＲ率等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉを出力インタフェースを介して印加する。

しかして、本実施形態のブローバイガス還流装置６は、内燃機関０の内室７、８で発生するブローバイガスを吸気通路３に送り出すためのものであって、ＰＣＶ通路６１と、ブローバイガス排出路６２と、新気通路６３とを要素とする。

ＰＣＶ通路６１、ブローバイガス排出路６２はそれぞれ、内燃機関０のクランク室７を吸気通路３に連通せしめる。ＰＣＶ通路６１の一端は、サージタンク３４に接続している。ＰＣＶ通路６１上には、ＰＣＶバルブ６１１を設けてある。ＰＣＶバルブ６１１は、サージタンク３４内の吸気圧が大気圧以上であるときには閉じており、サージタンク３４内の吸気圧が低くなるほど（大気圧に対して負圧になるほど）その開度が大きく開く。但し、アイドル時等、サージタンク３４内の吸気圧が顕著に低下して所定の閾値を下回った場合には閉じる。

ブローバイガス排出路６２の一端は、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流の所定箇所に接続している。ブローバイガス排出路６２上には、リードバルブ６２１を設けてある。リードバルブ６２１は、その前後の差圧により作動する。リードバルブ６２１は、クランク室７の容積縮小時、即ち各気筒１のピストン１２の下降時に開き、クランク室７の容積拡大時、即ち各気筒１のピストン１２の上昇時に閉じる。

新気通路６３は、内燃機関０のシリンダヘッドカバー内のカム室８を吸気通路３に連通せしめる。カム室８は、図示しない内部通路を介してクランク室７と繋がっており、相互にブローバイガスや新気を行き来させることができる。新気通路６３の一端は、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流の所定箇所に接続している。新気通路６３上には、調量弁６３１を設けてある。調量弁６３１は、新気通路６３を流れる新気の流量を一定に保つ。

また、ＰＣＶ通路６１、ブローバイガス排出路６２及び新気通路６３のそれぞれの他端近傍には、オイルセパレータ６１２、６２２、６３３が存在している。オイルセパレータ６１２、６２２、６３３は、ラビリンス構造を有し、流通するガスに含まれる潤滑油を当該ガスから分離させる気液分離作用を営むもので、クランク室７から潤滑油が失われることを抑止する。

過給機５が仕事をしない軽負荷域（または、負圧域）にあっては、従前通り、ＰＣＶ通路６１経由でブローバイガスを排出することができる。つまり、サージタンク３４内の吸気圧が負圧となってＰＣＶバルブ６１１が開弁し、クランク室７からサージタンク３４に向けてブローバイガスが流れる。その際、吸気通路３から新気通路６３経由でカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、クランク室７内のブローバイガスを追い出す。

翻って、過給機５が仕事をする過給域（または、正圧域）にあっては、サージタンク３４内の吸気圧が正圧となってＰＣＶバルブ６１１が閉弁し、ＰＣＶ通路６１経由でブローバイガスを排出できなくなる。しかしながら、ピストン１２の下降に伴い、クランク室７内の圧力が吸気通路３におけるブローバイガス排出路６２の接続箇所の圧力に対して正圧となり、リードバルブ６２１が開弁するため、ブローバイガス排出路６２経由でブローバイガスを排出することが可能になる。この際にも、吸気通路３から新気通路６３経由でカム室８及びクランク室７に新気が流れ込むことは言うまでもない。

尤も、軽負荷域にあっても、リードバルブ６２１が開弁することはある。ＰＣＶバルブ６１１及びリードバルブ６２１の両方が開弁するときには、ブローバイガスがＰＣＶ通路６１及びブローバイ排出路６２の二系統から吸気通路３に還流することとなる。

本実施形態では、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、排気通路４における前記タービン５２の下流側と吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを接続する外部ＥＧＲ通路２と、吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側に設けられた吸気絞り弁３５とを具備する排気ターボ過給機５付きの内燃機関０に適用され、ブローバイガスが溜まる内室７、８と吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とをブローバイガス排出路６２を介して接続し、吸気通路３における前記外部ＥＧＲ通路２の接続箇所と前記ブローバイガス排出路６２の接続箇所との間に前記吸気絞り弁３５が介在するブローバイガス還流装置６を構成した。

低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は非常に小さいが故に、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２の出口の周囲の圧力が乱れると、吸気通路３に還流するＥＧＲガス量が大きく振動してしまう。結果として、各気筒１に充填される吸気の外部ＥＧＲ率が吸気行程の機会毎にばらつく。これに対し、本実施形態では、吸気通路３にブローバイガスが流入する箇所とＥＧＲガスが還流する箇所とを吸気絞り弁３５によって隔て、ブローバイガスの脈動がＥＧＲガス量に及ぼす影響を抑制している。本実施形態によれば、過給中にもブローバイガス排出路６２を通じてブローバイガスの換気を行うことができる上、外部ＥＧＲ率の制御性も悪化しない。

加えて、ピストン１２が下降してクランク室７の容積が縮小するときにリードバルブ６２２を開弁することから、クランク室７内圧力の上昇を抑えることができる。これにより、オイルパンに蓄えている潤滑油面の変動やオイルパン−シリンダブロック間の潤滑油漏れ、ポンピングロスの増大等を回避できる。

さらには、クランク室７の容積変動を利用してブローバイガスの排出を行い得るため、ブローバイガス排出路６２にポンプを配設する必要がない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、ＰＣＶ通路６１及びＰＣＶバルブ６１１、オイルセパレータ６１２は必須の構成要素ではない。ブローバイガス排出路６２によってブローバイガスを十分に換気できるのであれば、ＰＣＶ通路６１等を廃することも許される。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
２…外部ＥＧＲ通路
３…吸気通路
３５…吸気絞り弁
４…排気通路
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…ブローバイガス還流装置
６２…ブローバイガス排出路
７、８…内室（クランク室、カム室）

Claims (1)

1. 排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続する外部ＥＧＲ通路と、吸気通路における前記コンプレッサの上流側に設けられた吸気絞り弁とを具備する排気ターボ過給機付きの内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置であって、
   ブローバイガスが溜まる内室と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とをブローバイガス排出路を介して接続し、
   吸気通路における前記外部ＥＧＲ通路の接続箇所と前記ブローバイガス排出路の接続箇所との間に前記吸気絞り弁が位置するように構成したことを特徴とするブローバイガス還流装置。

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