JP5862759B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、インペラよりも上流側の吸気通路の部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路とを備える内燃機関に関する。

従来、排気のエネルギによりコンプレッサのインペラを駆動する排気タービン過給機を備える内燃機関が周知である（例えば特許文献１参照）。

また、内燃機関においては、クランクケース内のブローバイガスをブローバイガス還流通路を通じて吸気通路に還流するようにしている。ちなみに、排気タービン過給機を搭載していない自然吸気の内燃機関、所謂「ＮＡ」の内燃機関の場合、ブローバイガス還流通路は吸気マニホルドに接続されており、同吸気マニホルドに発生する負圧によってブローバイガスが引き込まれるようになっている。

これに対して、排気タービン過給機を搭載する内燃機関の場合、特に過給時には吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位の圧力が高くなることから、そのままではブローバイガスを吸気通路に還流させることができない。

そこで、特許文献１に記載の技術では、吸気通路の前記下流側部位に同吸気通路を迂回する迂回通路が設けられている。また、迂回通路の途中には負圧を発生させるためのエゼクタ機構が設けられるとともに、同エゼクタ機構に対してブローバイガス還流通路が接続されている。具体的には、吸気通路において迂回通路の上流側の分岐部には、吸気通路への圧縮ガスの流量を調整する弁と迂回通路への圧縮ガスの流量を調整する弁とがそれぞれ設けられている。そして、これら弁の開度を制御し、迂回通路を通じてエゼクタ機構に導入される圧縮ガスの流量を調整することによって同エゼクタ機構において負圧を発生させるようにしている。これにより、過給時においても吸気通路にブローバイガスが還流されるようにしている。

また、排気タービン過給機を搭載する内燃機関は、吸気通路におけるインペラの下流側の部位と上流側の部位とを接続するエアバイパス通路と、同エアバイパス通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を調整するエアバイパス弁とを備えている。そして、この弁の開度を制御し、吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量を調整することによって、スロットル弁を閉じた際にコンプレッサのサージングが発生することを抑制するようにしている。

特開２００９―１３３２９２号公報

ところで、排気タービン過給機を搭載する内燃機関にあっては、上述したように吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位の圧力が高くなる。そこで、吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガス還流通路を接続することが考えられる。この場合においても、そのままではブローバイガスを好適に還流させることができない。そのため、吸気通路の下流側部位と上流側部位とを接続する迂回通路を設けるとともに、ブローバイガス還流通路を同迂回通路の途中に接続することが考えられる。

ところが、この場合、コンプレッサ及びその周辺には、上述したようにコンプレッサのサージングが発生することを抑制するためのエアバイパス通路と、ブローバイガス還流通路に接続される迂回通路とが互いに独立して２つ設けられることとなり、構成が複雑なものとなる。

尚、こうした問題に対して、これら目的の異なる２つの迂回通路を共通化することにより構成の簡素化を図ることが考えられる。しかしながら、単に、吸気通路の上流側部位と下流側部位とを接続する迂回通路を１つにして迂回通路全体を共通化してしまうと新たに以下の問題が生じる。すなわち、例えばサージングが発生することを抑制するために、迂回通路に設けられた弁を開弁すると、吸気通路に対して多量のブローバイガスが急激に還流されてしまうといった問題が生じる。

本発明の目的は、吸気通路におけるインペラの下流側の部位から圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路におけるインペラの上流側の部位に還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることのできる内燃機関を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。

上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関は、排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路と、吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位から分岐して延びる第１の通路と、前記第１の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記ブローバイガス還流通路の一部を構成する第２の通路と、前記第１の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記第２の通路とは別に設けられる第３の通路と、前記下流側部位から前記第１の通路及び前記第２の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量と、前記下流側部位から前記第１の通路及び前記第３の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構と、を備える。

同構成によれば、圧縮ガスが吸気通路の下流側部位から第１の通路及び第２の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される際に、ブローバイガス還流通路からのブローバイガスが第２の通路に引き込まれるようになる。また、圧縮ガスが吸気通路の下流側部位から第１の通路及び第３の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。ここで、上記構成によれば、第２の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量と、第３の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量とを、変更機構によって互いに異なった態様にて変更することができるようになる。したがって、吸気通路の下流側部位から圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることができるようになる。

この場合、前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、前記第１の通路、第２の通路、及び第３の通路は共に前記コンプレッサハウジングの内部に形成されるといった態様が好ましい。

同構成によれば、各通路の長さが短くなるため、各通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの応答性を高めることができるようになる。

また、仮にこれら通路がコンプレッサハウジングの外部に設けられる場合にはこれら通路を構成するためのパイプ等が別途必要となる。これに対して、上記構成によれば、こうしたパイプ等が不要となることから部品点数を少なくすることができるようになる。

また、前記変更機構は、前記第２の通路及び前記第３の通路に対して共通の弁体を備えるといった態様が好ましい。

同構成によれば、前記第２の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流する圧縮ガスの流量、すなわちブローバイガスの流量と、前記第３の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構が共通の弁体を備えるものとされる。このため、第２の通路及び第３の通路に対して弁体が各別に設けられる構成に比べて、変更機構の構成を簡素なものとすることができるようになる。

この場合、前記変更機構は、前記第１の通路と前記第２の通路及び前記第３の通路の双方との接続を遮断した状態とする第１のモードと、前記第１の通路と前記第３の通路との接続を遮断した状態で前記弁体の位置に応じて前記第１の通路と前記第２の通路との接続度合を連続的に変更する第２のモードと、前記第１の通路と前記第２の通路との接続度合を最大とした状態で前記弁体の位置に応じて前記第１の通路と前記第３の通路との接続度合を連続的に変更する第３のモードと、を有しているといった態様が好ましい。

同構成によれば、弁体の位置が第１のモードに対応する領域にあるときには第２の通路及び第３の通路を通じた圧縮ガスの還流が行なわれない。また、弁体の位置が第２のモードに対応する領域にあるときには、第２の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量が弁体の位置に応じて変更されるようになる。また、弁体の位置が第３のモードに対応する領域にあるときには、第３の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量が弁体の位置に応じて変更されるようになる。

ここで、弁体を開弁側に変位させて第２のモードから第３のモードとすると、それまで第１の通路から第２の通路を通じて還流されていた圧縮ガスが第３の通路を通じて還流されるようになる。このため、第２の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量が低減するようになる。これらのことから、第３の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を多くする一方で、第２の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量を少なくすることができるようになる。したがって、コンプレッサのサージングを回避すべく第３の通路を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路の上流側部位に還流させる一方で、吸気通路の上流側部位に多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。

この場合、前記第２の通路及び前記第３の通路の各々は前記第１の通路に接続される接続部を有し、前記第２の通路の接続部と前記第３の通路の接続部とは互いに並んで設けられ、前記弁体は前記第２の通路の接続部及び前記第３の通路の接続部の並び方向に沿って変位可能に設けられ、前記第２の通路の接続部は前記第３の通路の接続部に対して前記弁体の閉じ側に位置しているといった態様が好ましい。

同構成によれば、閉弁状態から弁体を開弁側に変位させると、第１のモードから第２のモードとなり、第２の通路を通じてブローバイガスが吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。そして更に弁体を開弁側に変位させると、第２のモードから第３のモードとなり、第３の通路を通じて圧縮ガスが吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。

この場合、前記第３の通路は前記第２の通路に比べて流通断面積が大きくされているといった態様が好ましい。

同構成によれば、弁体を開弁側に変位させて第２のモードから第３のモードとすると、第１の通路から第３の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に増大させることができ、第２の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に低減することができるようになる。

これらの場合、前記第２の通路の接続部は前記弁体の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされているといった態様が好ましい。

同構成によれば、弁体の位置に応じた第１の通路と第２の通路との接続度合の調整を緻密に行なうことができるようになる。したがって、第２の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整することができるようになる。

また、前記ブローバイガス還流通路は、前記第２の通路が接続された部位よりも上流側である上流側部位を有し、前記変更機構は、前記弁体の位置が前記第３のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、前記第１の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を前記ブローバイガス還流通路の上流側部位に供給する供給機構を備えるといった態様が好ましい。

同構成によれば、第１の通路から導入される圧縮ガスの一部が供給機構を通じてブローバイガス還流通路に供給されるようになる。これにより、ブローバイガス還流通路内に付着しているオイル等を早い段階で除去することができるようになる。

この場合、前記供給機構は、前記ブローバイガス還流通路の上流側部位から分岐して延びる分岐パイプと、前記第１の通路と連通するとともに前記弁体と一体に設けられる可動パイプとを備え、前記弁体が前記所定の位置にあるときに前記可動パイプが前記分岐パイプの先端と連通するといった態様が好ましい。

同構成によれば、弁体が上記所定の位置にあるときには、可動パイプと分岐パイプとが連通状態となる。このため、第１の通路からの圧縮ガスの一部が可動パイプ及び分岐パイプを通じてブローバイガス還流通路に供給されるようになる。また、弁体の位置に応じて可動パイプと分岐パイプとの接続度合が変更され、これら可動パイプ及び分岐パイプを通じて供給される圧縮ガスの圧力を緻密に調節することができるようになる。

また、前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、前記コンプレッサハウジングは、前記吸気通路に露出するディフューザ面を有するとともに、その内部であってディフューザ面の裏側に冷却室を有し、前記冷却室は前記ブローバイガス還流通路の一部を構成するとともに同ブローバイガス還流通路において前記第２の通路の上流側に位置しているといった構成が好ましい。

機関性能を向上すべく過給圧を上昇させると、これに伴って過給後の吸気温が上昇し、コンプレッサハウジングのディフューザ面の温度が上昇するために同ディフューザ面にオイルデポジットが堆積しやすくなる。その結果、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されることとなる。

この点、上記構成によれば、圧縮ガスが第２の通路を通じて還流される際に、冷却室内のブローバイガスが第２の通路に引き込まれるようになる。このとき、冷却室内は断熱膨張することによって冷却されるようになる。このため、コンプレッサハウジングのディフューザ面の冷却を図ることができ、ディフューザ面にオイルデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。したがって、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されるといった問題の発生を抑制することができるようになる。更に、吸気通路の上流側部位に還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、インペラに流入する空気の温度が低減されるようになる。したがって、過給の効率を向上させることができるようになる。

この場合、前記第２の通路には、前記第１の通路と同第２の通路との接続部から前記冷却室と同第２の通路との接続部に向けて第２の通路を先細状とするノズル部が設けられるといった態様が好ましい。

同構成によれば、圧縮ガスが第２の通路を通じて還流される際に、ノズル部を通過することから、圧縮ガスの流速が上昇するとともにその圧力が低下するようになる。このため、第２通路において冷却室との接続部に負圧を好適に発生させることができるようになる。このため、より多くのブローバイガスが第２の通路に好適に引き込まれるようになる。したがって、冷却室内を的確に冷却してディフューザ面の冷却を好適に図ることがようになる。

これらの場合、前記コンプレッサハウジングは、ハウジング本体と、同ハウジング本体とは別体であって前記ディフューザ面を含むディフューザ部とを有し、前記冷却室は前記ディフューザ部と前記ハウジング本体との間に形成されるといった態様が好ましい。

同構成によれば、コンプレッサハウジングの内部に冷却室を容易に形成することができるようになる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の全体構成を示す概略図。 同実施形態におけるコンプレッサハウジングの断面構造を示す断面図。 図２の矢印Ａ方向から視たコンプレッサハウジングの平面構造を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）はコンプレッサハウジングの冷却室を中心とした断面構造を示す断面図であって、（ａ）は第１のモードのときの断面図、（ｂ）は第２のモードのときの断面図、（ｃ）は第３のモードのときの断面図。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関について、コンプレッサハウジングの断面構造を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）はコンプレッサハウジングの断面構造を示す断面図であって、（ａ）は弁体が所定の位置よりも閉弁側にあるときの断面図、（ｂ）は弁体が所定の位置にあるときの断面図、（ｃ）は弁体が所定の位置よりも開弁側にあるときの断面図。 （ａ）は、コンプレッサの断面構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る内燃機関を具体化した第１実施形態について説明する。

図１に示すように、内燃機関は、シリンダヘッド２、シリンダブロック４、及びクランクケース６を備えている。また、シリンダヘッド２の上部にはヘッドカバー２ａが取り付けられている。

シリンダヘッド２には各気筒に空気を導入する吸気通路１０が接続されている。

吸気通路１０には上流側から順に、コンプレッサ２２、インタークーラ１２、スロットル弁１４、及び吸気マニホルド１６が設けられている。

コンプレッサ２２は、吸気通路１０内に設けられたインペラ３０と、インペラ３０を囲繞するコンプレッサハウジング２４とを有している。尚、吸気通路１０において、インペラ３０よりも上流側の部位を上流側部位１０ａとし、インペラ３０よりも下流側の部位を下流側部位１０ｂとする。

インペラ３０にはシャフト３２を介してタービン３４、より詳しくはタービンホイールが連結されている。タービン３４、シャフト３２、及びコンプレッサ２２によって排気タービン過給機２０が構成される。排気のエネルギによりタービン３４が駆動されると、タービンホイールに軸連結されたインペラ３０が回転駆動する。

また、内燃機関にはクランクケース６内のブローバイガスを吸気通路１０に還流するためのブローバイガス還流装置４０が設けられている。

ブローバイガス還流装置４０は、新気導入通路４２、第１還流通路４４、第２還流通路４６、及び上流側還流通路４８を備えている。

新気導入通路４２は吸気通路１０の上流側部位１０ａとヘッドカバー２ａの内部とを接続する。新気導入通路４２を通じて上流側部位１０ａからヘッドカバー２ａ内に導入された空気はシリンダヘッド２及びシリンダブロック４に形成された通路を通じてクランクケース６内に導入される。

上流側還流通路４８は、クランクケース６の内部に開口する基端と、ヘッドカバー２ａに設けられたオイルセパレータ４９の入口部に接続される先端とを有している。尚、オイルセパレータ４９としてはラビリンス式のものが設けられている。

第１還流通路４４は、オイルセパレータ４９の出口部と吸気マニホルド１６とを接続する。また、オイルセパレータ４９と第１還流通路４４との接続部には、第１還流通路４４を通じて吸気マニホルド１６に還流されるブローバイガスを調量する電動式の調量弁４５が設けられている。

第２還流通路４６は、オイルセパレータ４９の出口部と吸気通路１０の上流側部位１０ａとを接続する通路である。尚、オイルセパレータ４９と第２還流通路４６との接続部には調量弁は設けられていない。

また、内燃機関には、吸気通路１０の下流側部位１０ｂと上流側部位１０ａとを接続するエアバイパス通路５０が設けられている。

次に、図２及び図３を参照して、コンプレッサハウジング２４の構造について説明する。尚、図２はコンプレッサハウジング２４の断面図である。また、図３は、図２の矢印Ａ方向から視たコンプレッサハウジング２４の平面図である。また、図２において、特に明示しない限り、左側を単に基端側と称し、右側を単に先端側と称する。

図２に示すように、コンプレッサハウジング２４は、ハウジング本体２５と、同ハウジング本体２５とは別体のシュラウドピース２６とを有している。

ハウジング本体２５は略円筒状をなしており、インペラ３０の外周周りに略円環状をなすスクロール通路２８を有している。

シュラウドピース２６は略円筒状をなしており、インペラ３０に径方向に対向するシュラウド面２６ａと、同シュラウド面２６ａの基端からインペラ３０の径方向外側に延びるディフューザ面２６ｂとを有している。シュラウドピース２６はその基端側からハウジング本体２５の内周面に取り付けられている。これらシュラウド面２６ａ及びディフューザ面２６ｂは、吸気通路１０に露出している。

ハウジング本体２５には、スクロール通路２８の内壁に開口するとともに先端側に延びて同ハウジング本体２５を貫通する第１の通路６１が形成されている。すなわち、第１の通路６１は吸気通路１０の下流側部位１０ｂから分岐して延びる。また、第１の通路６１の先端６１ａは円柱状をなす空間とされ、同第１の通路６１の基端側に比べて拡径されている。

また、ハウジング本体２５には、第１の通路６１の内壁（図２において内壁の上部）に開口するとともに径方向内側に向かって延びて同ハウジング本体２５を貫通する、すなわちハウジング本体２５の内周面に開口する２つの通路（第２の通路６２、第３の通路６３）が形成されている。

尚、以降において、第１の通路６１の先端６１ａに接続される第２の通路６２の部位を単に、第２の接続部６２ａと称し、第１の通路６１の先端６１ａに接続される第３の通路６３の部位を単に、第３の接続部６３ａと称することとする。

第２の接続部６２ａと第３の接続部６３ａとはインペラ３０の軸線方向に沿って互いに並んで設けられており、これらは共に上記軸線方向に沿って延びる長い長穴形状とされている。また、第３の通路６３は第２の通路６２に比べて流通断面積が大きくされている。

また、第１の通路６１の先端６１ａには、インペラ３０の軸線方向に沿って変位可能な弁体７２が収容されている。また、弁体７２には同弁体７２を上記軸線方向に沿って往復動させる電動式のアクチュエータ７１が連結されている。すなわち、弁体７２は第２の接続部６２ａ及び第３の接続部６３ａの並び方向に沿って変位可能に設けられている。また、第２の接続部６２ａは第３の接続部６３ａに対して基端側（弁体７２の閉じ側）に位置している。このアクチュエータ７１と弁体７２とによって変更機構７０が構成される。

図２及び図３に併せ示すように、コンプレッサハウジング２４の内部、具体的にはシュラウドピース２６とハウジング本体２５との間であって同シュラウドピース２６のディフューザ面２６ｂの裏側にはインペラ３０の回転軸を中心とした環状の空間である冷却室２９が形成されている。この冷却室２９には第２還流通路４６の一部をなす還流パイプ４７が接続されている。また、ハウジング本体２５において冷却室２９と第２の通路６２との間には連通孔６７が形成されており、同連通孔６７にはエゼクタピース６５が取り付けられている。すなわち、冷却室２９は第２還流通路４６の一部を構成するとともに同第２還流通路４６において第２の通路６２の上流側に位置している。尚、シュラウドピース２６のディフューザ面２６ｂには冷却室２９に貫通する貫通孔２６ｃが形成されており、同貫通孔２６ｃは栓部材２７によって閉塞されている。また、冷却室２９における還流パイプ４７との接続部、エゼクタピース６５、貫通孔２６ｃ（栓部材２７）は共に、周方向における同一の位置に形成されている。

エゼクタピース６５は略円筒状をなしており、インペラ３０の径方向に関して外側に位置するエゼクタピース６５の部位はノズル部６５ａを形成している。このノズル部６５ａは第２の通路６２内に配置され、その先端側ほどインペラ３０の径方向内側に位置するように湾曲している。このノズル部６５ａによって、第２の通路６２は第２の接続部６２ａから同第２の通路６２と冷却室２９との接続部に向けて先細状とされている。尚、エゼクタピース６５は冷却室２９の側から第２の通路６２に向けて連通孔６７に嵌挿されている。また、エゼクタピース６５の基端部には同エゼクタピース６５の抜け止めのためにフランジが形成されている。

還流パイプ４７、冷却室２９、エゼクタピース６５、及び第２の通路６２は共に第２還流通路４６の一部を構成している。また、第１の通路６１及び第３の通路６３はエアバイパス通路５０を構成している。

変更機構７０は、上記軸線方向における弁体７２の位置によって変更される以下の３つのモードを有している。

図４（ａ）に示すように、第１のモードでは、弁体７２が最も基端側（弁体７２の閉じ側）に位置し、第１の通路６１の先端６１ａと第２の接続部６２ａ及び第３の接続部６３ａの双方との接続を遮断した状態とされる。

図４（ｂ）に示すように、第１のモードから弁体７２が先端側（弁体７２の基端側）に変位すると第２のモードとなる。第２のモードでは、第１の通路６１の先端６１ａと第３の接続部６３ａとの接続を遮断した状態で弁体７２の位置に応じて第１の通路６１に対する第２の接続部６２ａの接続度合（連通断面積）が連続的に変更される。すなわち、弁体７２が先端側に変位するほど第１の通路６１の先端６１ａと第２の接続部６２ａとの接続度合（連通断面積）が大きくされる。これにより、吸気通路１０の下流側部位１０ｂから第１の通路６１及び第２の通路６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量が変更される。

図４（ｃ）に示すように、第２のモードから弁体７２が先端側（弁体７２の基端側）に変位すると第３のモードとなる。第３のモードでは、第１の通路６１の先端６１ａと第２の接続部６２ａとの接続度合が最大とされた状態で弁体７２の位置に応じて第１の通路６１に対する第３の接続部６３ａの接続度合（連通断面積）が連続的に変更される。すなわち、弁体７２が先端側に変位するほど第１の通路６１の先端６１ａと第３の接続部６３ａとの接続度合（連通断面積）が大きくされる。これにより、吸気通路１０の下流側部位１０ｂから第１の通路６１及び第３の通路６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量が変更される。

次に、図４を参照して、本実施形態の作用について説明する。

図４（ａ）に示すように、弁体７２の位置が第１のモードに対応する領域にあるときには第２の通路６２及び第３の通路６３を通じた圧縮ガスの還流が行なわれない。

また、図４（ｂ）に示すように、弁体７２の位置が第２のモードに対応する領域にあるときには、圧縮ガスが第２の通路６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される際に、還流パイプ４７及び冷却室２９からのブローバイガスが第２の通路６２に引き込まれるようになる。具体的には、圧縮ガスが第２の通路６２を通じて還流される際に、エゼクタピース６５のノズル部６５ａを通過することから、圧縮ガスの流速が上昇するとともにその圧力が低下するようになる。このため、第２の通路６２においてエゼクタピース６５との接続部に負圧が生じ、ブローバイガスが第２の通路６２に好適に引き込まれるようになる。ここで、第２の通路６２を通じて還流されるブローバイガスの流量は弁体７２の位置に応じて変更されるようになる。

また、図４（ｃ）に示すように、弁体７２の位置が第３のモードに対応する領域にあるときには、第３の通路６３を通じて還流される圧縮ガスの流量が弁体７２の位置に応じて変更されるようになる。

このように変更機構７０により弁体７２の位置を調整することによって、第２の通路６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される圧縮ガス、すなわちブローバイガスの流量と、第３の通路６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される圧縮ガスの流量とが互いに異なった態様にて変更されるようになる。

ここで、弁体７２を開弁側に変位させて第２のモードから第３のモードとすると、それまで第１の通路６１から第２の通路６２を通じて還流されていた圧縮ガスが第３の通路６３を通じて還流されるようになる。特に、第３の通路６３は第２の通路６２に比べて流通断面積が大きくされていることから、第１の通路６１から第３の通路６３を通じて還流される圧縮ガスの流量が急激に増大するようになり、第１の通路６１から第２の通路６２を通じて還流される圧縮ガスの流量が急激に低減するようになる。

これらのことから、第３の通路６３を通じて還流される圧縮ガスの流量を多くする一方で、第２の通路６２を通じて還流されるブローバイガスの流量を急激に少なくすることができるようになる。したがって、コンプレッサ２２のサージングを回避すべく第３の通路６３を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流させる一方で、吸気通路１０の上流側部位１０ａに多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。

ところで、機関性能を向上すべく過給圧を上昇させると、これに伴って過給後の吸気温が上昇し、コンプレッサハウジングのディフューザ面の温度が上昇するために同ディフューザ面にオイルデポジットが堆積しやすくなる。その結果、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されることとなる。

この点、本実施形態によれば、ブローバイガスが第２の通路６２に引き込まれるとき、冷却室２９内は断熱膨張することによって冷却されるようになる。このため、コンプレッサハウジング２４のディフューザ面２６ｂが冷却されるようになり、ディフューザ面２６ｂへのオイルデポジットの堆積が抑制されるようになる。

またこのとき、吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、インペラ３０に流入する空気の温度が低減されるようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）内燃機関は、排気のエネルギにより駆動されるインペラ３０を吸気通路１０に備えたコンプレッサ２２を有する排気タービン過給機２０と、吸気通路１０におけるインペラ３０の上流側である上流側部位１０ａにブローバイガスを還流する第２還流通路４６とを備えている。内燃機関は、吸気通路１０におけるインペラ３０の下流側である下流側部位１０ｂから分岐して延びる第１の通路６１と、第１の通路６１の先端６１ａと吸気通路１０の上流側部位１０ａとを接続する通路であって第２還流通路４６の一部を構成する第２の通路６２と、第１の通路６１の先端６１ａと吸気通路１０におけるインペラ３０の上流側とを接続する通路であって第２の通路６２とは別に設けられる第３の通路６３と、を備えている。また、内燃機関は、吸気通路１０の下流側部位１０ｂから第１の通路６１及び第２の通路６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量と、吸気通路１０の下流側部位１０ｂから第１の通路６１及び第３の通路６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構７０を備えている。こうした構成によれば、吸気通路１０の下流側部位１０ｂから圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることができるようになる。

（２）第１の通路６１、第２の通路６２、及び第３の通路６３は共にコンプレッサハウジング２４の内部に形成されている。こうした構成によれば、各通路６１，６２，６３の長さが短くなるため、各通路６１，６２，６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される圧縮ガスの応答性を高めることができるようになる。また、仮にこれら通路がコンプレッサハウジングの外部に設けられる場合にはこれら通路を構成するためのパイプ等が別途必要となる。これに対して、上記構成によれば、こうしたパイプ等が不要となることから部品点数を少なくすることができるようになる。

（３）変更機構７０は、第２の通路６２及び第３の通路６３に対して共通の弁体７２を備えている。こうした構成によれば、第２の通路６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量、すなわちブローバイガスの流量と、第３の通路６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構７０が共通の弁体７２を備えるものとされる。このため、第２の通路及び第３の通路に対して弁体が各別に設けられる構成に比べて、変更機構７０の構成を簡素なものとすることができるようになる。

（４）第１の通路６１の先端６１ａに接続される第２の通路６２の接続部６２ａと第３の通路６３の接続部６３ａとは互いに並んで設けられている。また、弁体７２は第２の通路６２の接続部６２ａ及び第３の通路６３の接続部６３ａの並び方向に沿って変位可能に設けられている。また、第２の通路６２の接続部６２ａは第３の通路６３の接続部６３ａに対して弁体７２の閉じ側に位置している。すなわち、変更機構７０は、弁体７２の位置によって３つのモードを有している。第１のモードでは、第１の通路６１と第２の通路６２及び第３の通路６３の双方との接続を遮断した状態とされる。第２のモードでは、第１の通路６１と第３の通路６３との接続を遮断した状態で弁体７２の位置に応じて第１の通路６１と第２の通路６２との接続度合が連続的に変更される。第３のモードでは、第１の通路６１と第２の通路６２との接続度合を最大とした状態で弁体７２の位置に応じて第１の通路６１と第３の通路６３との接続度合が連続的に変更される。こうした構成によれば、コンプレッサ２２のサージングを回避すべく第３の通路６３を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流させる一方で、吸気通路１０の上流側部位１０ａに多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。

（５）第３の通路６３は第２の通路６２に比べて流通断面積が大きくされている。こうした構成によれば、弁体７２を開弁側に変位させて第２のモードから第３のモードとすると、第１の通路６１から第３の通路６３を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に増大させることができ、第２の通路６２を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に低減することができるようになる。

（６）第２の通路６２の接続部６２ａは弁体７２の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされている。こうした構成によれば、弁体７２の位置に応じた第１の通路６１と第２の通路６２との接続度合の調整を緻密に行なうことができるようになる。したがって、第２の通路６２を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整することができるようになる。

（７）コンプレッサハウジング２４の内部であってディフューザ面２６ｂの裏側には中空状の冷却室２９が形成されている。また、冷却室２９は第２還流通路４６の一部を構成するとともに同第２還流通路４６において第２の通路６２の上流側に位置している。具体的には、コンプレッサハウジング２４はディフューザ面２６ｂを含むシュラウドピース２６がハウジング本体２５とは別体とされている。冷却室２９はシュラウドピース２６とハウジング本体２５との間に形成されている。こうした構成によれば、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されるといった問題の発生を抑制することができるようになる。更に、吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、過給の効率を向上させることができるようになる。またコンプレッサハウジング２４の内部に冷却室２９を容易に形成することができるようになる。

（８）冷却室２９と第２の通路６２との間にはノズル部６５ａを有するエゼクタピース６５が設けられている。また、第２の通路６２はノズル部６５ａにより第１の通路６１との接続部から冷却室２９との接続部に向けて先細状とされている。こうした構成によれば、エゼクタ効果を増大させることができ、より多くのブローバイガスを冷却室２９内から第２の通路６２に引き込むことができるようになる。したがって、冷却室２９内を的確に冷却してディフューザ面２６ｂの冷却を好適に図ることができるようになる。

以下、図５及び図６を参照して、本発明に係る内燃機関を具体化した第２実施形態について説明する。

本実施形態では、第２還流通路において第２の通路との接続部よりも上流側に第１の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給可能な供給機構が設けられている点が先の第１実施形態と相違している。

以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。尚、以降において、第１実施形態と同一又は対応する構成に対しては「１００」を加算した符号を付すことにより重複する説明を割愛する。

図５に示すように、本実施形態のコンプレッサハウジング１２４には冷却室が形成されていない。このため、還流パイプ１４７は第２の通路１６２に直接接続されている。

還流パイプ１４７の途中からは分岐パイプ１７６が分岐して延びている。すなわち、分岐パイプ１７６は第２還流通路１４６において第２の通路１６２よりも上流側の部位から分岐して延びている。尚、分岐パイプ１７６の先端は変更機構１７０の内部に位置している。

弁体１７２の内部には第１の通路１６１と連通するとともに同弁体１７２の変位する方向に沿って延びる可動パイプ１７３が嵌挿されている。また、可動パイプ１７３の周面には、弁体１７２が所定の位置、具体的には第３のモードに対応する領域内の位置にあるときに分岐パイプ１７６の先端と連通する連通孔１７４が形成されている。ここで、上記所定の位置は、還流パイプ１４７を通じて供給される圧縮ガスが所望の圧力となるように実験等を通じて設定されている。すなわち、変更機構１７０には、弁体１７２の位置が第３のモードに対応する領域の上記所定の位置にあるときに、第２還流通路１４６において第２の通路１６２との接続部よりも上流側に第１の通路１６１を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給する供給機構１８０を備えている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

図６（ａ）に示すように、弁体１７２が第２のモードに対応する領域において上記所定の位置よりも閉弁側にあるときには、可動パイプ１７３と分岐パイプ１７６との連通が遮断される。このため、第１の通路１６１からの圧縮ガスは、分岐パイプ１７６には供給されることはなく、第２の通路１６２を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流されるようになる。

また、図６（ｂ）に示すように、弁体１７２が上記所定の位置にあるときには、可動パイプ１７３と分岐パイプ１７６とが連通状態となるため、第１の通路１６１からの圧縮ガスの一部が可動パイプ１７３及び分岐パイプ１７６を通じて還流パイプ１４７に供給されるようになる。これにより、還流パイプ１４７内に付着しているオイル等が除去されるようになる。

また、図６（ｃ）に示すように、弁体１７２が第３のモードに対応する領域において上記所定の位置よりも開弁側にあるときには、可動パイプ１７３と分岐パイプ１７６との連通が遮断される。このため、第１の通路１６１からの圧縮ガスは、分岐パイプ１７６には供給されることはなく、そのほとんどは第３の通路１６３を通じてインペラ３０の上流側に還流されるようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（８）に加え、新たに以下に示す効果（９）が得られるようになる。

（９）変更機構１７０は、弁体１７２の位置が第３のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、第２還流通路１４６において第２の通路１６２との接続部よりも上流側に、第１の通路１６１を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給する供給機構１８０を備えている。具体的には、供給機構１８０は、第２還流通路１４６において第２の通路１６２よりも上流側の部位から分岐して延びる分岐パイプ１７６と、第１の通路１６１と連通するとともに弁体１７２と一体に設けられる可動パイプ１７３とを備え、弁体１７２が上記所定の位置にあるときに可動パイプ１７３が分岐パイプ１７６の先端と連通する。こうした構成によれば、第２還流通路１４６内に付着しているオイル等を早い段階で除去することができるようになる。また、弁体１７２の位置に応じて可動パイプ１７３の連通孔１７４と分岐パイプ１７６との接続度合が変更され、これら可動パイプ１７３及び分岐パイプ１７６を通じて供給される圧縮ガスの圧力を緻密に調節することができるようになる。

尚、本発明に係る内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記各実施形態ではコンプレッサハウジング２４，１２４及び第１の通路６１，１６１の先端６１ａ，１６１ａに対する第３の通路６３，１６３の位置関係について特に言及しなかったが、当該位置関係を図７に示すように設定することが望ましい。図７（ａ）は、コンプレッサの断面構造を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図である。尚、図７において、第２実施形態と同一又は対応する構成については「１００」を加算した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。すなわち、図７に示すように、第１の通路２６１の先端２６１ａにおける内周面及びハウジング本体２２５の内周面は共に円状をなしている。第３の通路２６３は、これら内周面の共通接線に沿って延びている。こうした構成によれば、同第３の通路２６３を通じて吸気通路１０の上流側部位１０ａに還流される圧縮ガスはインペラ３０の回転方向Ｃに沿った旋回流となるため、したがって、過給の効率を向上させることができるようになる。

・上記各実施形態では、ヘッドカバー２ａにラビリンス式のオイルセパレータ４９を設けるようにしたが、オイルセパレータ４９の種類及び配設位置はこれに限られるものではない。他に例えば、サイクロン式のオイルセパレータやフィルタ式のオイルセパレータを採用するようにしてもよい。また、これらセパレータを直列或いは並列に複数組み合わせるようにすることもできる。

・上記各実施形態では、電動式のアクチュエータ７１によって弁体７２を駆動する変更機構７０について例示したが、油圧式や空気圧式等の他のアクチュエータによって弁体を駆動するようにしてもよい。また、第１還流通路４４に設けられる調量弁４５についても同様である。

・上記各実施形態のように、第２の通路６２の接続部６２ａを弁体７２の変位する方向に沿って延びる長穴形状とすることが、第２の通路６２を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整する上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第１の通路に接続される第２の通路の接続部の断面形状を円形状等の他の形状にすることもできる。

・上記各実施形態のように、変更機構７０が第２の通路６２及び第３の通路６３に対して共通の弁体７２を備えものとすることが、変更機構７０の構成を簡素なものとする上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第２の通路及び第３の通路に対して弁体を各別に設けることもできる。

・上記各実施形態のように、第１の通路６１、第２の通路６２、及び第３の通路６３が共にコンプレッサハウジング２４の内部に形成されるものとすることが、各通路６１，６２，６３の長さを短くする上では有効である。また、部品点数を少なくする上でも有効である。ただし、こうした制約が問題にならないのであれば、コンプレッサハウジングの外部に各通路を設けるようにすることもできる。

２…シリンダヘッド、２ａ…ヘッドカバー４…シリンダブロック、６…クランクケース、１０…吸気通路、１２…インタークーラ、１４…スロットル弁、１６…吸気マニホルド、２０…排気タービン過給機、２２…コンプレッサ、２４，１２４，２２４…コンプレッサハウジング、２５，１２５，２２５…ハウジング本体、２６…シュラウドピース（ディフューザ部）、２６ａ…シュラウド面、２６ｂ…ディフューザ面、２６ｃ…貫通孔、２７…栓部材、２８、１２８，２２８…スクロール通路、２９…冷却室、３０…インペラ、３２…シャフト、３４…タービン、４０…ブローバイガス還流装置、４２…新気導入通路、４４…第１還流通路、４５…調量弁、４６…第２還流通路（ブローバイガス還流通路）、４７，１４７，２４７…還流パイプ、４８…上流側還流通路、４９…オイルセパレータ、５０…エアバイパス通路、６１，１６１，２６１…第１の通路、６１ａ，１６１ａ，２６１ａ…先端、６２，１６２，２６２…第２の通路、６２ａ…第２の接続部、６３，１６３，２６３…第３の通路、６３ａ…第３の接続部、６５…エゼクタピース、６５ａ…ノズル部、６７…連通孔、７０，１７０，２７０…変更機構、７１，１７１，２７１…アクチュエータ、７２，１７２，２７２…弁体、１７３…可動パイプ、１７４…連通孔、１７６…分岐パイプ、１８０…供給機構。

Claims (12)

1. 排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、
   吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路と、
   吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位から分岐して延びる第１の通路と、
   前記第１の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記ブローバイガス還流通路の一部を構成する第２の通路と、
   前記第１の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記第２の通路とは別に設けられる第３の通路と、
   前記下流側部位から前記第１の通路及び前記第２の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量と、前記下流側部位から前記第１の通路及び前記第３の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構と、を備える内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、
   前記第１の通路、第２の通路、及び第３の通路は共に前記コンプレッサハウジングの内部に形成される内燃機関。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、
   前記変更機構は、前記第２の通路及び前記第３の通路に対して共通の弁体を備える内燃機関。
4. 請求項３に記載の内燃機関において、
   前記変更機構は、
   前記第１の通路と前記第２の通路及び前記第３の通路の双方との接続を遮断した状態とする第１のモードと、
   前記第１の通路と前記第３の通路との接続を遮断した状態で前記弁体の位置に応じて前記第１の通路と前記第２の通路との接続度合を連続的に変更する第２のモードと、
   前記第１の通路と前記第２の通路との接続度合を最大とした状態で前記弁体の位置に応じて前記第１の通路と前記第３の通路との接続度合を連続的に変更する第３のモードと、を有している内燃機関。
5. 請求項４に記載の内燃機関において、
   前記第２の通路及び前記第３の通路の各々は前記第１の通路に接続される接続部を有し、
   前記第２の通路の接続部と前記第３の通路の接続部とは互いに並んで設けられ、
   前記弁体は前記第２の通路の接続部及び前記第３の通路の接続部の並び方向に沿って変位可能に設けられ、
   前記第２の通路の接続部は前記第３の通路の接続部に対して前記弁体の閉じ側に位置している内燃機関。
6. 請求項５に記載の内燃機関において、
   前記第３の通路は前記第２の通路に比べて流通断面積が大きくされている内燃機関。
7. 請求項５又は請求項６に記載の内燃機関において、
   前記第２の通路の接続部は前記弁体の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされている内燃機関。
8. 請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記ブローバイガス還流通路は、前記第２の通路が接続された部位よりも上流側である上流側部位を有し、
   前記変更機構は、前記弁体の位置が前記第３のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、前記第１の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を前記ブローバイガス還流通路の上流側部位に供給する供給機構を備える内燃機関。
9. 請求項８に記載の内燃機関において、
   前記供給機構は、前記ブローバイガス還流通路の上流側部位から分岐して延びる分岐パイプと、前記第１の通路と連通するとともに前記弁体と一体に設けられる可動パイプとを備え、前記弁体が前記所定の位置にあるときに前記可動パイプが前記分岐パイプの先端と連通する内燃機関。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、
    前記コンプレッサハウジングは、前記吸気通路に露出するディフューザ面を有するとともに、その内部であってディフューザ面の裏側に冷却室を有し、
    前記冷却室は前記ブローバイガス還流通路の一部を構成するとともに同ブローバイガス還流通路において前記第２の通路の上流側に位置している内燃機関。
11. 請求項１０に記載の内燃機関において、
    前記第２の通路には、前記第１の通路と同第２の通路との接続部から前記冷却室と同第２の通路との接続部に向けて第２の通路を先細状とするノズル部が設けられる内燃機関。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の内燃機関において、
    前記コンプレッサハウジングは、ハウジング本体と、同ハウジング本体とは別体であって前記ディフューザ面を含むディフューザ部とを有し、
    前記冷却室は前記ディフューザ部と前記ハウジング本体との間に形成される内燃機関。

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