JP5533220B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。

従来、例えば、特開２００９−２７５６３２号公報や特開２００８−１１１４２２号公報に開示されているように、ブローバイガス処理装置を備えた内燃機関が知られている。特開２００９−２７５６３２号公報にかかるブローバイガス処理装置は、ブローバイ（ブローバイガス）を吸気系に還流させる機構を備えている。当該公報にかかる構成では、クランクケース内のガスをポンプで吸引してクランクケース内を減圧し、ポンプにより吸引されるガスに含まれるオイル成分をセパレータで分離している。

特開２００９−２７５６３２号公報 特開２００８−１１１４２２号公報

従来のブローバイガス処理装置では、エンジン回転数や負荷に関係なく、同じオイルセパレータにブローバイガスを流すのが普通であった。しかしながら、このような構成においては、運転条件が変化した場合に弊害が生じてしまう。

具体的には、例えば高回転高負荷領域でオイルの持ち去りを低減させる観点からセパレータの仕様を決定しようとする場合、高圧力損失のセパレータが選択されることになる。高回転高負荷領域ではクランクケース内とコンプレッサ上流の圧力差が大きいため、高圧力損失のセパレータを用いたとしても、十分な掃気性が得られる程度のＰＣＶ流量を確保することができる。しかしながら、その一方で、低回転高負荷領域では、クランクケース内とコンプレッサ上流との圧力差は小さい。低回転高負荷領域において高圧力損失のセパレータを用いると、ＰＣＶ流量が少なく、良好な掃気性が得られなくなってしまう。これに起因して内燃機関の内部でスラッジが生成され、エンジンオイルの劣化促進を招く。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、運転領域が変化しても支障なくブローバイガスの処理を行うことのできる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が第１の圧力損失である第１ガス経路と、
前記クランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失より低い第２の圧力損失である第２ガス経路と、
前記第１ガス経路と前記第２ガス経路とを切換可能な切換機構と、
前記内燃機関が所定の高回転高負荷領域にある場合には前記第１ガス経路を介して前記クランクケースを掃気し、前記内燃機関が所定の低回転高負荷領域にある場合には前記第２ガス経路を介して前記クランクケースを掃気するように、前記切換機構を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１ガス経路は、前記クランクケースと前記吸気通路との間を結ぶ第１ガス通路と、前記第１ガス通路に設けられ通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失である第１オイルセパレータと、を含み、
前記第２ガス経路は、前記クランクケースと前記吸気通路との間において前記第１ガス通路と並列に接続する第２ガス通路と、前記第２ガス通路に設けられ通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第２の圧力損失である第２オイルセパレータと、を含み、
前記切換機構は、前記第１ガス通路と前記第２ガス通路の何れか一方を介して前記クランクケースと前記吸気通路とを連通状態にする１つまたは複数の弁であることを特徴とする。

また、第３の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が第１の圧力損失である第１ガス経路と、
前記クランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失より低い第２の圧力損失である第２ガス経路と、
前記第１ガス経路と前記第２ガス経路とを切換可能な切換機構と、
を備え、
前記第１ガス経路は、前記クランクケースと接続する第１の端部と、前記吸気通路と接続する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ第１ガス通路と、通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失である第１オイルセパレータと、を含み、
前記第２ガス経路は、前記クランクケースと前記第１の端部との間または／および前記吸気通路と前記第２の端部との間において並列に設けられた１つまたは複数の第２ガス通路と、路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第２の圧力損失である第２オイルセパレータと、を含み、
前記切換機構は、前記第１ガス通路および前記第２ガス通路が前記クランクケースと前記吸気通路との間に直列に介在する状態と、前記第１ガス通路のみが前記クランクケースと前記吸気通路との間に直列に介在する状態とを切換可能な弁であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記第１オイルセパレータと前記第２オイルセパレータの圧力損失が同じである。

第１の発明によれば、それぞれがオイルセパレータを含み圧力損失の異なる複数のガス経路を必要に応じて切換えることができる。運転領域が変化した場合に、クランクケース内の良好な掃気性を得る観点から、圧力損失の異なる複数のガス経路を選択的に使用することができる。低回転高負荷領域においては、相対的に低い圧力損失のガス経路を介して、クランクケースを掃気することができる。

第２の発明によれば、それぞれがオイルセパレータを含む複数のガス経路を並列に設け、これら複数のガス経路を択一的に使用することができる。

第３の発明によれば、１つのガス通路に対し必要に応じて他のガス通路を直列接続させることで、オイルセパレータを含むガス経路の圧力損失を切り換えることができる。

第４の発明によれば、同じ圧力損失の２つのセパレータで二段階の異なる圧力損失を生成できる。

本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の動作について説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置は、車両用内燃機関に好適に用いられる。実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置は、内燃機関１０に対して適用される。内燃機関１０は、ヘッドカバー１２、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケースおよびオイルパンを含んでいる。その内部には、ピストンおよびクランクシャフトが備えられている。内燃機関１０は、ターボチャージャ２６を有する過給内燃機関である。なお、内燃機関１０は、その気筒数や方式に特に限定は無く、自動車用内燃機関で一般的な多気筒内燃機関であってもよい。

内燃機関１０におけるシリンダヘッドの吸気ポートには、インテークマニホールド２０が連通している。インテークマニホールド２０は、インタークーラ２４と連通している。それらの間には、スロットルバルブ２２が備えられている。インタークーラ２４の上流は、ターボチャージャ２６のコンプレッサを介して、吸気通路上流部２８に連通している。吸気通路上流部２８は、エアクリーナ３０に接続している。

内燃機関１０のクランクケースには、ガス通路４０が接続している。ガス通路４０は、オイルセパレータ４４を介して、吸気通路上流部２８に接続している。ガス通路４０には、オイルセパレータ４４をバイパスするように、ガス通路４２が接続している。ガス通路４２には、オイルセパレータ４６および切換弁４８が設けられている。

実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置において、オイルセパレータ４６は、オイルセパレータ４４と比べて、圧力損失が低いオイルセパレータである。このような構成によれば、切換弁４８を開いた場合には、低圧力損失のオイルセパレータ４６を介したガス経路へとブローバイガスを導入することができる。

インテークマニホールド２０と、ガス通路４０におけるオイルセパレータ４４、４６下流の位置とは、ＰＣＶバルブ５０を介して接続されている。

実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０により制御される。ＥＣＵ６０は、切換弁４８と接続して、切換弁４８の開閉を制御する制御信号を発することができる。

なお、図示しないが、実施の形態１において、内燃機関１０には、エアフローメータ等の吸気量検知用の構成、クランク角センサ、エンジン水温センサなどの各種センサが備えられているものとする。ＥＣＵ６０は、こういった図示しない各種センサと接続して機関の運転状態（機関回転数、負荷など）を検知したり、内燃機関１０の運転にかかる各種装置のアクチュエータと接続してそれらを操作したりする。ＥＣＵ６０は、内燃機関１０に備えられた各センサからの信号を処理し、その処理結果を各アクチュエータの操作に反映させている。

実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置では、ターボチャージャ２６を備える過給内燃機関において、低回転高負荷領域でＰＣＶ流量が少なく、クランクケース内の掃気性が悪化する場合には、低圧力損失のオイルセパレータ４６へとブローバイガスを導入する。そうでない場合においては、高圧力損失のオイルセパレータ４４へとブローバイガスを導入する。

実施の形態１において、ＥＣＵ６０は、運転領域に応じて切換弁４８を制御して、これらオイルセパレータ４４、４６の使用を切り換える。このような動作によって、十分な掃気性を確保することができる。

低圧力損失のオイルセパレータにブローバイガスを流入させることにより、クランクケース内とターボチャージャ２６のコンプレッサ上流との間の圧力差が小さくとも、ＰＣＶ流量が確保でき、十分な掃気性を得ることができる。また、低回転領域ではオイルセパレータに流入するオイルミストの量も少なくなるため、低圧力損失のオイルセパレータであってもオイル持ち去り量を満足することができる。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の動作について説明するための図である。図２は、実施の形態１における、トルクとエンジン回転数に応じて、オイルセパレータ４４、４６の使用領域を区分けしたマップを示す。実施の形態１においては、ＥＣＵ６０は、内燃機関１０の運転領域を特定した上で、図２のマップに従って、切換弁４８の制御を行う。

図２には、トルク曲線と、運転領域を領域Ａと領域Ｂに区分けするための境界線７０とが示されている。図２における領域Ａは、低圧力損失であるオイルセパレータ４６の使用領域を示す。

一方、図２における領域Ｂは、高圧力損失であるオイルセパレータ４４の使用領域を示す。図２に示すように、実施の形態１においては、所定の回転数Ｎｅ１よりも低回転の領域であって、且つ、所定のトルクＴｒ１より高トルク側の領域に、領域Ａが定められている。

実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置によれば、それぞれがオイルセパレータ含みかつ圧力損失の異なる２つのブローバイ導入経路を設けたことで、これらの複数のガス経路を必要に応じて切換えることができる。運転領域が変化した場合に、クランクケース内の掃気性を得る観点から、圧力損失の異なる複数のガス経路を選択的に使用することができる。

実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置によれば、ＥＣＵ６０が図２のマップに従って切換弁４８を制御することで、低回転高負荷領域においては、相対的に低い圧力損失のガス経路を介してクランクケースを掃気することができる。

また、実施の形態１にかかるブローバイガス処理装置によれば、並列に設けたオイルセパレータ４４側のガス通路４０とオイルセパレータ４６側のガス通路４２とを、択一的に使用することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関のブローバイガス処理装置の構成を示す図である。実施の形態２の構成は、ガス通路４０に代えてガス通路１４０を備えている点、オイルセパレータ４４、４６に代えてオイルセパレータ１４４、１４６を備えている点、およびオイルセパレータ１４４と１４６とを繋ぐガス通路１４２を備えている点を除き、実施の形態１の構成と同様である。以下、重複を避けるために、実施の形態１で述べた構成と同一あるいは相当する構成には同じ符号を付し、適宜に説明を省略ないしは簡略化する。

オイルセパレータ１４４とオイルセパレータ１４６は、同じ圧力損失を有するオイルセパレータであるものとする。実施の形態２にかかるブローバイガス処理装置は、切換弁４８を開くことにより、オイルセパレータ１４６側にブローバイガスを導入し、切換弁４８を閉じることにより、オイルセパレータ１４６およびオイルセパレータ１４４の両方にブローバイガスを導入することができる。

実施の形態２にかかるブローバイガス処理装置によれば、切換弁４８の開閉の切換によって、１個のオイルセパレータを通過させる経路と、２個のオイルセパレータを通過させる経路とを切り換えることができる。これにより、実施の形態１においてオイルセパレータ４４、４６の切換により行ったのと同様の機能、すなわち、高圧力損失の経路へのブローバイガス導入と低圧力損失の経路へのブローバイガス導入とを切り換える機能を、実現することができる。

なお、実施の形態２ではオイルセパレータ１４４，１４６を同じ圧力損失のオイルセパレータを用いたが、本発明はこれに限られない。低圧力損失時と高圧力損失時の圧力損失の差を如何なる大きさにするかに応じて、圧力損失の異なるオイルセパレータを実施の形態２において用いても良い。

なお、上述した実施の形態１、２では、オイルセパレータを２つ用いたが、本発明は２つのオイルセパレータを用いる形態にのみ限定されるものではない。同じ或いは異なる圧力損失の３つ以上のオイルセパレータを、適宜に、直列または並列に連通させて用いてもよい。これにより、例えば、より細かく圧力損失を相違させても良い。

また、運転領域の区分けは、図２に示した実施の形態１のマップの具体例に限られず、境界線７０と異なる境界線を引いて領域Ａ、Ｂを確定して圧力損失を相違させても良い。低回転高負荷領域でＰＣＶ流量が少なく、クランクケース内の掃気性が悪化する運転領域を特定したうえで、異なる圧力損失を有する複数のブローバイ導入経路のうち何れの経路を使用するかを、運転領域に応じて定めておけばよい。

なお、特開２００８−１１１４２２号公報にかかるブローバイガス処理装置は、吸気通路から機関内部に外気を導入するための２つの導入経路（第１の導入経路および第２の導入経路）を備えている。さらに、当該特開２００８−１１１４２２号公報は、２つのオイルセパレータを設けて、一方の導入通路に一方のオイルセパレータを、他方の導入通路に他方のオイルセパレータをそれぞれ介在させる構成を開示している。しかしながら、この公報において開示された構成は、導入通路についてそれぞれオイルセパレータを介在させているものである。この公報には、本発明のごとくクランクケースと吸気通路との間に、それぞれがオイルセパレータ含みかつ圧力損失の異なる複数のブローバイ導入経路を設ける構成は記載されていない。

１０ 内燃機関
１２ ヘッドカバー
２０ インテークマニホールド
２２ スロットルバルブ
２４ インタークーラ
２６ ターボチャージャ
２８ 吸気通路上流部
３０ エアクリーナ
４８ 切換弁
５０ ＰＣＶバルブ
７０ 境界線
４０、４２、１４０、１４２ ガス通路
４４、４６、１４４、１４６ オイルセパレータ

Claims (4)

1. 内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が第１の圧力損失である第１ガス経路と、
   前記クランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失より低い第２の圧力損失である第２ガス経路と、
   前記第１ガス経路と前記第２ガス経路とを切換可能な切換機構と、
   前記内燃機関が所定の高回転高負荷領域にある場合には前記第１ガス経路を介して前記クランクケースを掃気し、前記内燃機関が所定の低回転高負荷領域にある場合には前記第２ガス経路を介して前記クランクケースを掃気するように、前記切換機構を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
2. 前記第１ガス経路は、前記クランクケースと前記吸気通路との間を結ぶ第１ガス通路と、前記第１ガス通路に設けられ通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失である第１オイルセパレータと、を含み、
   前記第２ガス経路は、前記クランクケースと前記吸気通路との間において前記第１ガス通路と並列に接続する第２ガス通路と、前記第２ガス通路に設けられ通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第２の圧力損失である第２オイルセパレータと、を含み、
   前記切換機構は、前記第１ガス通路と前記第２ガス通路の何れか一方を介して前記クランクケースと前記吸気通路とを連通状態にする１つまたは複数の弁であ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処理装置。
3. 内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が第１の圧力損失である第１ガス経路と、
   前記クランクケースと前記内燃機関の吸気通路とを連通させ、経路中に少なくとも１つのオイルセパレータを含み、かつ経路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失より低い第２の圧力損失である第２ガス経路と、
   前記第１ガス経路と前記第２ガス経路とを切換可能な切換機構と、
   を備え、
   前記第１ガス経路は、前記クランクケースと接続する第１の端部と、前記吸気通路と接続する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ第１ガス通路と、通路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第１の圧力損失である第１オイルセパレータと、を含み、
   前記第２ガス経路は、前記クランクケースと前記第１の端部との間または／および前記吸気通路と前記第２の端部との間において並列に設けられた１つまたは複数の第２ガス通路と、路内におけるブローバイガスのオイルセパレータによる圧力損失の合計値が前記第２の圧力損失である第２オイルセパレータと、を含み、
   前記切換機構は、前記第１ガス通路および前記第２ガス通路が前記クランクケースと前記吸気通路との間に直列に介在する状態と、前記第１ガス通路のみが前記クランクケースと前記吸気通路との間に直列に介在する状態とを切換可能な弁であることを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
4. 前記第１オイルセパレータと前記第２オイルセパレータの圧力損失が同じである請求項３に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。

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