JP2013096229A - Blowby gas recirculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。 The present invention relates to a blow-by gas recirculation device for an internal combustion engine.
一般に、内燃機関のクランク室は、気筒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、気筒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おそれがある。 Generally, a crank chamber of an internal combustion engine is isolated from a combustion chamber by a cylinder and a piston. However, this isolation is not perfect, and unburned gas leaks in the compression stroke of the internal combustion engine, and combustion gas leaks into the crank chamber through the gap between the cylinder and the piston in the expansion stroke. The leaked blow-by gas may cause deterioration of lubricating oil stored in the crank chamber and corrosion of the internal combustion engine body.
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。現状では、クランク室とサージタンクとをPCV通路を介して連通するとともに、カム室とコンプレッサの上流とをブローバイ通路を介して連通し、ブローバイ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)。 For this reason, conventionally, it is common to implement a mechanism for ventilating blow-by gas accumulated in the crank chamber. At present, the crank chamber and the surge tank communicate with each other through the PCV passage, and the cam chamber and the upstream of the compressor communicate with each other through the blow-by passage, and fresh air is taken into the cam chamber and the crank chamber through the blow-by passage. Blow-by gas is sent out toward the surge tank via the PCV passage (see, for example, Patent Document 1 below).
ブローバイガス中には潤滑油が微小粒子即ちオイルミストとなって存在しており、これをそのままサージタンクに送り出すと潤滑油が徐々に減少してしまう。そこで、ラビリンス構造を有するオイルセパレータを用い、ブローバイガスに含まれる潤滑油をブローバイガスから分離させてクランク室に戻すようにしている(例えば、下記特許文献2を参照)。 Lubricating oil is present in the blow-by gas as fine particles, that is, oil mist. If this is sent directly to the surge tank, the lubricating oil gradually decreases. Therefore, an oil separator having a labyrinth structure is used to separate the lubricating oil contained in the blow-by gas from the blow-by gas and return it to the crank chamber (see, for example, Patent Document 2 below).
二気筒エンジンのような、クランク室の容積が大きく拡縮する内燃機関では、ブローバイガスの脈動も大きくなる。ブローバイガスの流速が大きく変動するため、低速の流れだけでなく高速の流れにも適合したオイルセパレータのラビリンス構造を設計しなければならないが、これは困難であった。また、流速の速いガスから潤滑油を除去しようとする都合上、オイルセパレータの容積も大形化せざるを得なかった。 In an internal combustion engine such as a two-cylinder engine in which the volume of the crank chamber is greatly expanded and contracted, the pulsation of blow-by gas also increases. Since the flow rate of blow-by gas fluctuates greatly, it is necessary to design a labyrinth structure of an oil separator that is suitable not only for a low-speed flow but also for a high-speed flow, but this is difficult. In addition, the volume of the oil separator has to be increased for the purpose of removing the lubricating oil from the gas having a high flow rate.
本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであって、脈動の大きいブローバイガスに適応したブローバイガス還流装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problem for the first time, and an object of the present invention is to provide a blow-by gas recirculation device adapted to blow-by gas having a large pulsation.
本発明では、内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置において、流通するブローバイガスに含まれる潤滑油を当該ブローバイガスから分離させるオイルセパレータに、開閉特性の異なる複数個のリードバルブを、ブローバイガスの流れの方向に沿って直列に配列した。 According to the present invention, in a blow-by gas recirculation device applied to an internal combustion engine, a plurality of reed valves having different opening and closing characteristics are provided in an oil separator that separates lubricating oil contained in the circulating blow-by gas from the blow-by gas. Arranged in series along the direction of flow.
本発明によれば、脈動の大きいブローバイガスに適応したブローバイガス還流装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the blowby gas recirculation apparatus adapted to blowby gas with a large pulsation is realizable.
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とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the outline | summary of the internal combustion engine 0 for vehicles to which the blowby gas recirculation apparatus 6 of this embodiment is applied is shown. The internal combustion engine 0 in this embodiment includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1), an
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1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、多気筒エンジンと比べて大きく拡大/縮小する。 The internal combustion engine 0 in this embodiment is a two-cylinder four-cycle engine, and there is a phase difference of 360 ° CA (crank angle) between the stroke of the first cylinder 1 and the stroke of the second cylinder 1. In other words, the piston 12 of the first cylinder 1 and the piston 12 of the second cylinder 1 are simultaneously raised and simultaneously lowered. Therefore, the volume of the crank chamber 7 in the crankcase of the internal combustion engine 0 is greatly expanded / reduced compared to the multi-cylinder engine.
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。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an
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。
The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. A
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たものである。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。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
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。
The external EGR passage 2 realizes a so-called low pressure loop EGR. The pressure loss in the low-pressure loop EGR passage 2 is as small as several hundred Pa. The inlet of the external EGR passage 2 is connected to a predetermined location downstream of the three-
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。
In the low-pressure loop EGR, low-pressure exhaust gas close to atmospheric pressure is recirculated to the intake passage 3 through the EGR passage 2. For this purpose, the pressure around the outlet of the EGR passage 2 is reduced to a negative pressure by restricting the
内燃機関0の運転制御を司るECU9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。
The ECU 9 that controls the operation of the internal combustion engine 0 is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like. The input interface includes a vehicle speed signal a output from the vehicle speed sensor that detects the vehicle speed, a rotation speed signal b output from the rotation speed sensor that detects the engine rotation speed, and a throttle position sensor that detects the opening of the
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。 The processor of the ECU 9 controls the operation of the internal combustion engine 0 by interpreting and executing a program stored in the memory in advance. The ECU 9 acquires various information a, b, c, d, and e necessary for controlling the operation of the internal combustion engine 0 via the input interface, and based on them, the intake air amount, the required fuel injection amount, the ignition timing, the target EGR Calculate the rate, etc. Then, various control signals f, g, h, i corresponding to the calculation result are applied through the output interface.
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に送り出し、ブローバイガスを換気するためのものである。なお、カム室8は、クランク室7に連通している。ブローバイガス還流装置6は、PCV通路63と、PCVバルブ64と、ブローバイ通路65と、オイルセパレータ61、62とを具備してなる。
The blow-by gas recirculation device 6 is for sending blow-by gas generated in the inner chambers 7 and 8 of the internal combustion engine 0 to the intake passage 3 and ventilating the blow-by gas. The cam chamber 8 communicates with the crank chamber 7. The blow-by gas recirculation device 6 includes a
PCV通路63は、その一端がクランク室7の外周壁に接続し、他端が吸気通路3のサージタンク34に接続しており、クランク室7を吸気通路3に連通せしめる。
One end of the
PCVバルブ64は、PCV通路63を流通するブローバイガスの流量を増減させる。PCVバルブ64は、弾性付勢されて弁座に押し付けられている弁体が、ブローバイガスの圧力により(弾性付勢力に抗して)弁座から離反する方向に変位する態様の、機械式(差圧作動形)のバルブである。PCVバルブ64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)開度が大きく開く。但し、サージタンク34内の吸気圧が顕著に低下した場合には、その開度が逆に小さくなる。
The
クランク室7とPCVバルブ64との間には、オイルセパレータ61を介設する。オイルセパレータ61、62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。
An
ブローバイ通路65は、その一端が内燃機関0のシリンダヘッドカバー内のカム室8に接続し、他端が吸気通路3におけるコンプレッサ51の上流側に接続しており、カム室8を吸気通路3に連通せしめる。このブローバイ通路65のカム室8への接続箇所にも、オイルセパレータ62を設けてある。
One end of the blow-by
以降、オイルセパレータ61、62に関して詳述する。図2に示すように、本実施形態におけるオイルセパレータ61、62では、ラビリンス構造の上流(図中下方)に、複数個のリードバルブを、オイルミストを含むガスの流れの方向(図中下方から上方)に沿って直列に配置してなる。
Hereinafter, the
ラビリンス構造は、ブローバイガスの流れの方向に対し交差する方向に拡張した複数の壁601を要素とする。ラビリンス構造の壁の具体的な形状や配置は、一意に限定されない。壁601は、ガスの流れにとって障害となるものであり、ガスが壁601にぶつかることでガスに含まれる潤滑油のミストが壁601に付着し、ガスから分離される。ガスから分離された潤滑油は、オイルセパレータ61、62の底壁等に穿ったオイル落とし穴602に集められ、そこからクランク室7へと流下する。
The labyrinth structure includes a plurality of
リードバルブは、ワンウェイバルブの一種であり、ブローバイガスが下流側即ち吸気通路3側から上流側即ちクランク室7側に向けて逆流することを阻止する。 The reed valve is a kind of one-way valve, and prevents the blow-by gas from flowing backward from the downstream side, that is, the intake passage 3 side, toward the upstream side, that is, the crank chamber 7 side.
リードバルブの弁体603は、カーボンまたは金属等を素材とする弾性変形可能な薄板体であり、その一端部603bが固定された固定端、他端部603aが弾性変形を通じてフラップ動作可能な可動端となっている。弁体603は、弁座604に当接してガスの通り抜ける流路を閉鎖する(図中実線で示す)。
The
クランク室7側から吸気通路3側に向かって流れるEGRガスは、弁体603に当たり、この弁体603を押圧して弾性変形させ弁座604から離反させる(図中鎖線で示す)。結果、EGR通路20と吸気通路3とが連通し、EGRガスが吸気通路3に流入する。弁体603は、ちょうど板ばねのような作用を営む。弁体603上流の圧力と下流の圧力との差圧が小さい、または後者が前者を上回る場合には、弁体603は弁座604に着座する。
The EGR gas flowing from the crank chamber 7 side toward the intake passage 3 side hits the
リードバルブの開閉特性、即ち弁体603上流の圧力と下流の圧力との差圧がどれくらい大きければ弁体603が弁座604から離れるのか(前後差圧とバルブ開度との関係)は、弁体603の材質、寸法、形状等に応じて異なる。本実施形態では、開閉特性が互いに異なる複数のリードバルブをラビリンス構造の上流に設けている。好ましくは、下流側に位置するリードバルブを、上流側に位置するリードバルブよりも開きにくい(前後差圧がより大きくないと開かない)特性のものとする。
The open / close characteristics of the reed valve, that is, how large the differential pressure between the pressure upstream of the
また、隣接するリードバルブについて、弁体603の固定端603bと可動端603aとの位置関係を互い違いにしている。
Moreover, the positional relationship between the
本実施形態のオイルセパレータ61、62では、各リードバルブの弁体603自体がラビリンス構造の壁601の如く作用する。これにより、ブローバイガスに含まれる潤滑油をブローバイガスから分離除去できる。
In the
また、図3に示しているように、ブローバイガスの気体部分の流速(図中実線で示す)の変動と、ブローバイガスに含まれるオイルミストや油滴の流速(図中鎖線で示す)の変動との間には、時間差が存在している。ブローバイガスの気流の流速が速い時期にリードバルブが開弁し、ブローバイガスの気流の流速が遅い時期にリードバルブが閉弁することにより、速い流速で流れようとするオイルミストや油滴をリードバルブにて遮ることができる。 Further, as shown in FIG. 3, fluctuations in the flow rate of the gas part of the blowby gas (shown by a solid line in the figure) and fluctuations in the flow rate of oil mist and oil droplets contained in the blowby gas (shown by the chain line in the figure). There is a time difference between The lead valve opens when the flow velocity of the blow-by gas flow is fast, and closes the lead valve when the flow velocity of the blow-by gas flow is slow, leading to oil mist and oil droplets that flow at a high flow velocity. Can be blocked by a valve.
複数個のリードバルブの開閉特性が互いに異なっていることは、各リードバルブが同時に開く可能性が減少することを意味し、リードバルブ間の空間領域にブローバイガスを一時的に貯留して、ラビリンス構造に流入するガスの脈動を小さくし、当該ガスの流速を低下させることにつながる。つまり、ラビリンス構造における潤滑油トラップ効果が向上する。 The opening / closing characteristics of multiple reed valves differ from each other, which means that the possibility of opening each reed valve at the same time is reduced. Blow-by gas is temporarily stored in the space area between the reed valves, resulting in a labyrinth. The pulsation of the gas flowing into the structure is reduced and the flow velocity of the gas is reduced. That is, the lubricating oil trapping effect in the labyrinth structure is improved.
本実施形態では、内燃機関に適用されるブローバイガス還流装置6において、流通するブローバイガスに含まれる潤滑油を当該ブローバイガスから分離させるオイルセパレータ61、62の上流側に、開閉特性の異なる複数個のリードバルブを、ブローバイガスの流れの方向に沿って直列に配列した。
In this embodiment, in the blow-by gas recirculation device 6 applied to the internal combustion engine, a plurality of different opening / closing characteristics are provided upstream of the
本実施形態によれば、複数段のリードバルブによって潤滑油を除去できる上、ラビリンス構造に流れ込むブローバイガスの脈動を鎮圧することができる。従って、ラビリンス構造の要素となる壁601の数を減らすことが可能で、ラビリンス構造の設計も容易となり、オイルセパレータ61、62の小形軽量化、オイルセパレータ61、62の作製コストの低減に資する。
According to the present embodiment, the lubricating oil can be removed by a plurality of reed valves, and the pulsation of blow-by gas flowing into the labyrinth structure can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the number of
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。例えば、上記実施形態では、複数個のリード弁をおしなべてラビリンス構造よりも上流に配置していたが、リード弁の一部または全部を、ラビリンス構造の中やラビリンス構造よりも下流に配置することを妨げない。要するに、複数個のリード弁を常にオイルセパレータ61、62の上流側に設けなければいけないわけではない。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, in the above embodiment, the plurality of reed valves are all arranged upstream of the labyrinth structure, but a part or all of the reed valves are arranged in the labyrinth structure or downstream of the labyrinth structure. I do not disturb. In short, it is not always necessary to provide a plurality of reed valves on the upstream side of the
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。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…内燃機関
6…ブローバイガス還流装置
61、62…オイルセパレータ
601…ラビリンス構造の壁
603…リードバルブの弁体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Internal combustion engine 6 ... Blow-by
Claims (1)
流通するブローバイガスに含まれる潤滑油を当該ブローバイガスから分離させるオイルセパレータに、開閉特性の異なる複数個のリードバルブを、ブローバイガスの流れの方向に沿って直列に配列している
ことを特徴とするブローバイガス還流装置。 In a blow-by gas recirculation device applied to an internal combustion engine,
A plurality of reed valves having different opening / closing characteristics are arranged in series along the flow direction of blow-by gas in an oil separator that separates lubricating oil contained in the blow-by gas from the blow-by gas. Blowby gas recirculation device.
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