JP6582863B2 - 過給機付き内燃機関の吸気システム - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の吸気システムに関する。

従来、過給機付き内燃機関の吸気システムなどが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ターボチャージャ（過給機）付きの内燃機関における換気システム（過給機付き内燃機関の吸気システム）が開示されている。この内燃機関における換気システムでは、絞り弁（負圧制御弁）とコンプレッサ（吸気側過給機）とエアクーラとスロットルバルブと吸気マニホールドとがこの順に配置された吸気通路が内燃機関本体に接続されている。また、内燃機関本体に排気マニホールドと排気タービンと排気処理装置（触媒装置）とがこの順に配置された排気通路が接続されている。そして、クランクケースから引き出されたブローバイガス通路と、排気通路から引き出されたＥＧＲガス通路とが合流して１本の外部ガス通路となった状態で、外部ガス通路が絞り弁とコンプレッサとの間に接続されている。また、絞り弁の上流とクランクケースとは、新気導入通路により連通されている。これにより、内燃機関の運転中、絞り弁により吸気が絞られることによって外部ガス通路の接続部分に発生する負圧を利用してブローバイガス（燃焼ガスを含む未燃焼混合気）およびＥＧＲガス（排気ガス）の混合ガスが吸気通路に導入されるとともに、新気導入通路を介して新気がクランクケースに供給されるように構成されている。

米国特許出願公開第２０１４／０３１８５１４号明細書

しかしながら、上記特許文献１に記載された内燃機関における換気システムでは、ブローバイガス通路とＥＧＲガス通路とが合流して１本の外部ガス通路となった状態で吸気通路における絞り弁とコンプレッサとの間に接続されるため、ＥＧＲガスに含まれる水分や粒子状物質とブローバイガスに含まれるオイル成分とが混合してデポジット（堆積物）が生成しやすくなる。そして、デポジット（堆積物）が１本の外部ガス通路の内壁に堆積されることにより外部ガス通路が閉塞する可能性が高まる。このため、内燃機関本体の換気性能を十分に得ることができないという問題点がある。

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あり、この発明の１つの目的は、内燃機関本体の換気性能を十分に得ることが可能な過給機付き内燃機関の吸気システムを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における過給機付き内燃機関の吸気システムは、吸気通路における吸気側過給機よりも上流側に配置された負圧制御弁と、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分に、ブローバイガスからなる単一の外部ガスを導入する第１外部ガス導入通路と、負圧制御弁の上流から内燃機関本体に新気を導入する新気導入通路と、吸気通路における吸気側過給機よりも下流側に配置されたスロットルバルブと、を備え、スロットルバルブが最も閉じ側に回動された際の吸気通路の開口面積は、負圧制御弁が最も閉じ側に回動された際の吸気通路の開口面積よりも小さく、低負荷状態から高負荷状態に移行する際に、スロットルバルブよりも先に負圧制御弁の開度が増加されるとともに、高負荷状態から低負荷状態に移行する際に、スロットルバルブよりも後に負圧制御弁の開度が減少されるように構成されている。

この発明の一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムでは、上記のように、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分に、ブローバイガスからなる単一の外部ガスを導入する第１外部ガス導入通路を設ける。これにより、第１外部ガス導入通路を介して他の外部ガス（ＥＧＲガスなど）との混合などがないブローバイガスのみを負圧制御弁による負圧を利用して吸気通路に導入（還流）させることができるので、第１外部ガス導入通路の内壁には複数の外部ガスが混合した際に発生するデポジット（堆積物）が生じない。したがって、第１外部ガス導入通路を閉塞させることなくブローバイガスを導入することができるので、内燃機関本体の換気性能を十分に得ることができる。また、内燃機関が低負荷状態から高負荷状態に移行する車両の加速時などにおける吸気量増加時に、負圧制御弁の開度がスロットルバルブの開度増加に先行して増加されるので、負圧制御弁の開度が先行して増加されない場合に吸気量の増加とともに負圧制御弁前後での圧力差（差圧）が顕著に増加するのを抑制することができる。これにより、負圧制御弁前後での差圧増加に起因してブローバイガスの導入量が無用に増加するのを抑制することができる。また、内燃機関が高負荷状態から低負荷状態に移行する車両の減速時などには、スロットルバルブの開度減少とともに吸気量が減少して負圧制御弁前後での圧力差が減少する状況下で、スロットルバルブの開度減少から遅延して負圧制御弁の開度が減少されるので、より少ない吸気量のもとで負圧制御弁の開度が遅延なく減少された場合に負圧制御弁前後での差圧が顕著に増加するのを抑制することができる。これにより、負圧制御弁前後での差圧の増加を緩慢にすることができる。したがって、この場合にも、ブローバイガスの導入量が無用に増加するのを抑制することができる。

また、上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムでは、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分にブローバイガスからなる単一の外部ガスを導入する第１外部ガス導入通路と、負圧制御弁の上流から内燃機関本体に新気を導入する新気導入通路とを設ける。これにより、第１外部ガス導入通路を介して内燃機関本体からのブローバイガスを吸気通路に導入（還流）させるのと同時に、新気導入通路を介して負圧制御弁の上流側の新気を内燃機関本体に供給することができる。これによっても、内燃機関本体における新気とブローバイガスとの置換を確実に行うことができるので、内燃機関本体に対する換気性能をより十分に発揮することができる。

上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、好ましくは、第１外部ガス導入通路とは別個に設けられ、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分に、ブローバイガスとは異なる他の外部ガスを導入する第２外部ガス導入通路をさらに備える。

このように構成すれば、ブローバイガス以外の他の外部ガスをブローバイガスとは別個に第２外部ガス導入通路を介して吸気通路に導入（還流）させることができるので、第２外部ガス導入通路の内壁にもブローバイガスとの混合に起因したデポジットが生じるのを抑制することができる。これにより、ブローバイガスのみならず他の外部ガスも効果的に利用して過給機付き内燃機関を運転することができるので、過給機付き内燃機関の品質を高く維持することができる。

上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、好ましくは、負圧制御弁は、全ての運転領域において、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分に負圧を発生させるように開度が減少されるように構成されている。

このように構成すれば、過給機付き内燃機関の回転数（エンジン回転数）がアイドリング回転域を含む低回転域から高回転域でかつ過給機付き内燃機関の負荷（エンジン負荷）が無負荷または低負荷から高負荷に至る幅広い領域において内燃機関本体の換気を確実に行うことができる。この際、負圧制御弁の絞り動作によって第１外部ガス導入通路内に内燃機関本体から吸気通路に向かってブローバイガスの流れを常時形成することができるので、ブローバイガスが発生する内燃機関本体内が正圧化するのを効果的に防止することができる。これにより、内燃機関本体（クランクケース）から外部へのエンジンオイル漏れも容易に防止することができる。

上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、好ましくは、負圧制御弁は、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域を除いて、吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分に負圧を発生させるように開度が減少されるように構成されている。

このように構成すれば、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域以外の常用領域では内燃機関本体の換気を行う一方、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域では、内燃機関本体の換気を一時的に中断するとともに新気のシリンダへの吸気量を瞬発的に増加させて（過給して）、過給機付き内燃機関の出力確保を優先させることができる。これにより、常用領域での換気性能を得つつ高いレベルの最高出力を発揮することが可能な過給機付き内燃機関を得ることができる。

上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、好ましくは、ブローバイガスからなる単一の外部ガスは、第１外部ガス導入通路を介して負圧制御弁の下流に生成される負圧領域およびその近傍から吸気通路に導入されるように構成されている。

このように構成すれば、負圧制御弁による開度減少動作（絞り動作）によって生じる負圧（吸引力）が最も大きい負圧制御弁の下流に生成される負圧領域およびその近傍からブローバイガスを吸気通路に確実に引き込むことができる。したがって、内燃機関本体の換気性能を高く維持することができる。

上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、好ましくは、スロットルバルブが最も閉じ側に回動された際の吸気通路の開口面積は、負圧制御弁が最も閉じ側に回動された際の吸気通路の開口面積よりも小さく、内燃機関本体の運転が停止される直前に、スロットルバルブの開度が増加されるとともに負圧制御弁の開度が減少されるように構成されている。

このように構成すれば、スロットルバルブの開度を増加させる一方で負圧制御弁の開度を減少させるので、吸気通路の全圧損を変化させずに内燃機関本体の運転が停止される直前のアイドル回転状態での吸気量を安定させることができる。その上で、負圧制御弁の開度を減少させて負圧制御弁前後での圧力差を瞬間的に増加させることができる。これにより、内燃機関本体の運転が停止される直前に、ブローバイガスの流速を瞬間的に増加させることができるので、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルセパレータが、オイル分離後の液状オイルや他の異物に起因して詰まるのを回避することができる。

なお、本出願では、上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記一の局面による過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、新気導入通路は、負圧制御弁の上流でかつエアクリーナの下流の吸気通路の部分と、内燃機関本体とを連通している。

（付記項２）
また、上記ブローバイガスが負圧領域およびその近傍から吸気通路に導入される過給機付き内燃機関の吸気システムにおいて、第１外部ガス導入通路は、吸気通路の壁面を貫通して負圧領域まで延びてブローバイガスからなる単一の外部ガスを吸気に混合させる外部ガス導入部を含む。

本発明の第１実施形態による過給機付きエンジンの構成を模式的に示した図である。 本発明の第１実施形態による負圧制御弁の構成を模式的に示した上面図である。 本発明の第１実施形態による負圧制御弁の動作態様を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による負圧制御弁の動作態様を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による負圧制御弁の動作態様を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による負圧制御弁の動作態様を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による負圧制御弁の構成を模式的に示した上面図である。 本発明の第２実施形態による負圧制御弁の構成を模式的に示した断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるエンジン１００の構成について説明する。

（過給機付きエンジンの概略構成）
本発明の第１実施形態による車両（自動車）用のエンジン１００（過給機付き内燃機関の一例）は、図１に示すように、エンジン本体１０（内燃機関本体）を備える。エンジン本体１０は、複数の気筒（シリンダ１ａ）が形成されたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上部に締結されるシリンダヘッド２と、シリンダブロック１の下部に締結されるクランクケース３と、シリンダヘッド２に被せられたヘッドカバー２ａとを含む。また、エンジン本体１０には、吸気通路３０と排気通路４０とが接続されている。シリンダブロック１内でピストン４が往復動することにより、吸引・圧縮・膨張（燃焼）・排気の１サイクルが連続的に繰り返されてクランク軸５が回転されるように構成されている。

シリンダヘッド２には、カムシャフトの回転により周期的に開閉される吸気バルブ６および排気バルブ７と、点火プラグ８とが組み込まれている。シリンダヘッド２は、燃焼室９と、燃焼室９に吸入空気を送り込む吸気ポート１１と、排気ガスが排出される排気ポート１２とを有する。また、シリンダヘッド２の内部には、シリンダヘッド２とヘッドカバー２ａとの間の空間とクランクケース３とを連通する新気連通路１３が設けられている。

また、ガソリン機関からなるエンジン１００は、排気タービン駆動式の過給機（ターボチャージャ）２０を備える。すなわち、過給機２０は、タービンシャフト２３に接続されたタービンホイール２１とコンプレッサホイール２２（吸気側過給機）とがハウジング２０ａ内に回転可能に収容されている。また、過給機２０は、タービンホイール２１が排気マニホールド４１の下流に接続されるとともに、コンプレッサホイール２２がインタクーラ３３の上流の吸気通路３０に接続されている。過給機２０においては、排気ガス流によりタービンホイール２１が回転されてコンプレッサホイール２２が回転される。これにより、コンプレッサホイール２２に吸い込まれた吸気が圧縮空気となってシリンダ１ａに供給される。エンジン１００では、同一排気量の無過給エンジンに比べてシリンダ１ａに多量の空気が供給されて充填効率が高められる分、エンジン出力が増加される。

また、エンジン１００は、吸気通路３０を含む吸気システム５０を備える。吸気システム５０は、ピストン４とシリンダ１ａとの隙間を通って燃焼室９からクランクケース３内に吹き漏れるブローバイガス（単一の外部ガスの一例）を吸気通路３０に戻す役割と、吸気通路３０から分流された新気をエンジン本体１０に供給してクランクケース３内を換気する役割と、燃焼室９から外部に排気された排気ガスの一部のＥＧＲガス（ブローバイガスとは異なる他の外部ガスの一例）をシリンダ１ａに導入（再循環）する役割とを有する。

（吸気通路および排気通路の構成）
吸気通路３０では、空気取入口３０ａから吸気ポート１１に向かって、エアクリーナ３１と負圧制御弁３２と過給機２０におけるコンプレッサホイール２２とインタクーラ３３とスロットル弁３４（スロットバルブの一例）と吸気マニホールド３５とが、この順に接続されている。また、スロットル弁３４が最も閉じ側に回動された際の吸気通路３０の開口面積は、負圧制御弁３２が最も閉じ側に回動された際の吸気通路３０の開口面積よりも小さくなるように構成されている。ここで、大気圧となるエアクリーナ３１の上流の空気取入口３０ａを位置Ａ、エアクリーナ３１の下流かつ負圧制御弁３２の上流の部分を位置Ｂ、負圧制御弁３２の下流かつコンプレッサホイール２２の上流の部分を位置Ｃとする。

エアクリーナ３１は、吸気中の塵や埃を除去し吸気騒音を低減する役割を有する。負圧制御弁３２は、弁体９２が回動されて吸気通路断面を絞ることにより、負圧制御弁３２の上流（位置Ｂ）と下流（位置Ｃ）との間に圧力差を発生させる役割を有する。この場合、位置Ｃは位置Ｂよりも圧力が低くなる。インタクーラ３３は、コンプレッサホイール２２により圧縮された吸入空気を冷却する役割を有する。スロットル弁３４は、吸入空気量を制御する役割を有する。吸気マニホールド３５は、サージタンクとその下流で枝分かれする吸気管群（図示せず）を含み、吸気管群の下流側が吸気ポート１１に接続されている。

排気通路４０では、排気ポート１２からマフラー（図示せず）に向かって、燃焼室９から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド４１と過給機２０におけるタービンホイール２１と触媒装置（触媒コンバータ）４２とが、この順に接続されている。

そして、第１実施形態では、図１に示すように、吸気通路３０を含む吸気システム５０は、互いに別個に設けられたブローバイガス通路５１（第１外部ガス導入通路の一例）と、新気導入通路６１と、ＥＧＲガス通路７１（第２外部ガス導入通路の一例）とを備える。

（吸気システムの詳細な構成）
ブローバイガス通路５１は、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃとエンジン本体１０におけるクランクケース３とを連通しており、位置Ｃにおいて吸気通路３０にクランクケース３からのブローバイガスを導入する役割を有する。なお、エンジン本体１０には、ブローバイガス中のオイルミストを分離するオイルセパレータ５２が接続されている。オイルセパレータ５２においては、未燃焼混合気とオイルミストとが互いに分離され、分離された液状オイルはクランクケース３に戻される。また、オイルセパレータ５２の出口部には、矢印Ｕ方向に流れるオイル分離後のブローバイガスの逆流を防止するための逆止弁５３が設けられている。

新気導入通路６１は、負圧制御弁３２の上流でかつエアクリーナ３１の下流の吸気通路３０の位置Ｂと、エンジン本体１０におけるヘッドカバー２ａとを連通しており、位置Ｂからヘッドカバー２ａに新気を分岐導入する役割を有する。なお、新気導入通路６１には、矢印Ｖ方向に流れる新気の逆流を防止するための逆止弁６３が設けられている。

ＥＧＲガス通路７１は、ブローバイガス通路５１とは別個に設けられており、タービンホイール２１の下流でかつ触媒装置４２の上流の排気通路４０の位置Ｄと、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃとを連通する。これにより、ＥＧＲガス通路７１は、矢印Ｗ方向に流れるＥＧＲガスを位置Ｃから吸気通路３０に導入する役割を有する。ＥＧＲガス通路７１は、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ７２と、冷却後の排気ガスの導入量（ＥＧＲ率）を調整するＥＧＲ制御弁７３とを含む。

したがって、エンジン１００では、負圧制御弁３２の下流の位置Ｃにおいて、ブローバイガスとＥＧＲガスとがそれぞれ吸気通路３０に導入される。また、吸気システム５０を備えることにより、エンジン１００の運転状態に応じて負圧制御弁３２の開度調整が行われてエンジン本体１０（クランクケース３）の換気が行われるように構成されている。

たとえば、エンジン１００の回転数および負荷が相対的に小さく（低く）過給機２０が機能を発揮しない場合には、負圧制御弁３２が所定開度だけ閉じられる。すなわち、エンジン１００がアイドリング状態や低（中）回転および低（中）負荷で運転される際に負圧制御弁３２の絞り動作によって、負圧制御弁３２の上流（位置Ｂ）と下流側（位置Ｃ）との間に差圧が生じる。すなわち、位置Ｃは位置Ｂよりも圧力が低くなり、位置Ｃに発生する負圧の吸引力によって、ブローバイガス通路５１を介してクランクケース３からのブローバイガスが吸気通路３０に導入される。そして、クランクケース３の内圧が大気圧（正圧）よりも若干低い負圧状態に保たれるので、大気圧に近いエアクリーナ３１通過後の新気が、位置Ｂから新気導入通路６１を介してヘッドカバー２ａ内に供給されて新気連通路１３を介してクランクケース３に導入される。なお、過給機２０の回転数が小さい状態でもクランクケース３内の負圧によって、新気はヘッドカバー２ａに供給される。

また、エンジン１００の回転数および負荷が相対的に大きく（高く）過給機２０が機能を発揮する過給時（スロットル弁３４は全開状態）にも、負圧制御弁３２が所定開度だけ閉じられる。すなわち負圧制御弁３２から見た位置Ｃは位置Ｂよりも圧力が低くなり、位置Ｃに発生する負圧によって、ブローバイガス通路５１を介してエンジン本体１０（クランクケース３）からのブローバイガスが吸気通路３０に導入される。そして、大気圧に近いエアクリーナ３１通過後の新気が、位置Ｂから新気導入通路６１を介して負圧に保たれたクランクケース３に導入される。このように、エンジン１００における全ての運転領域において、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の部分（位置Ｃ）に負圧を発生させる（開度を減少させる）ように構成されている。

また、吸気システム５０の制御的な構成としては、図２に示すように、エンジン１００の制御を統括するＥＣＵ（制御部）８０に対して、負圧制御弁３２の開度を検出する開度センサ８１と、ブローバイガス流量を検出する流量センサ８２と、ＥＧＲガス流量を検出する流量センサ８３と、負圧制御弁３２を駆動するモータ９３と、ＥＧＲ制御弁７３（図１参照）とが電気的に接続されている。

ＥＣＵ８０には、アクセル開度センサからの開度情報、エンジン１００の回転数情報、排気通路４０に設けられたＯ２センサ（酸素センサ）からの情報および燃料噴射量の情報が入力される。ＥＣＵ８０は、これらの情報に基づいて所定の判断を行い、モータ９３を駆動してエンジン１００の運転中における負圧制御弁３２の開度およびＥＧＲ制御弁７３の開度を調整する制御を行うように構成されている。なお、ＥＧＲガスの導入については、ＥＧＲ制御弁７３の開度制御によって決定される。すなわち、負圧制御弁３２の絞り動作によって位置Ｃに負圧が発生していても、エンジン１００の運転状態に基づきＥＧＲ制御弁７３が全閉となった場合には、ＥＧＲガスは吸気通路３０に導入されない。

また、負圧制御弁３２は、バルブボディ９１と、バルブボディ９１内に収容された回動軸９２ａを有するバタフライ型の弁体９２と、上述のモータ９３および開度センサ８１とを備える。なお、負圧制御弁３２が所定開度だけ閉じられた場合、負圧制御弁３２の下流には負圧（吸引力）が最も大きくなる負圧領域Ｑ（ハッチング領域）が生成される。

ここで、第１実施形態では、バルブボディ９１には、ブローバイガスが導入される開口５１ａと、ＥＧＲガスが導入される開口７１ａとが設けられている。開口５１ａおよび７１ａは、負圧領域Ｑに対応したバルブボディ９１の内壁に配置されている。開口５１ａは、バルブボディ９１の天井側の内壁９１ａ（図１参照）に位置するとともに、開口７１ａは、バルブボディ９１の底部側の内壁９１ｂ（図１参照）に位置する。これにより、位置Ｃから導入されるブローバイガスは、負圧制御弁３２の下流に生成される負圧領域Ｑから吸気通路３０に導入され、ＥＧＲガスも、負圧制御弁３２の下流に生成される負圧領域Ｑから吸気通路３０に導入されるように構成されている。

（エンジンの運転状態における負圧制御弁の動作内容）
次に、図３を参照して、停止状態のエンジン１００（図１参照）が始動されて車両が所定距離だけ走行し、その後、停止される一連の運転モードにおける負圧制御弁３２（図１参照）の動作制御の内容を説明する。

まず、機関停止状態（時間ｔ０から時間ｔ１までの期間）では、ＥＣＵ８０（図２参照）の指令に基づき負圧制御弁３２は全開状態に保持されている。そして、乗員の操作によりイグニッションオン状態（時間ｔ１）になるのに伴って、ＥＣＵ８０の指令に基づき負圧制御弁３２は全閉状態に切り替えられる。その後、時間ｔ２におけるエンジン始動とともに負圧制御弁３２は開度制御状態に移行される。すなわち、車両の走行に伴う機関回転数（吸入空気量）の変動に追従するように負圧制御弁３２の開度が制御（増減）される。また、これにより、負圧制御弁３２の上流と下流との間に圧力差（差圧）が発生するので、位置Ｃにおけるブローバイガス（およびＥＧＲガス）の吸気通路３０（図１参照）への導入とともにクランクケース３（図１参照）内の換気が行われる。

ここで、時間ｔ２から時間ｔ３まで車両が加速したとする。この場合、図４における左側の４つのグラフに示されるように、時間ｔ２１でのアクセル開度の増加開始に基づいて時間ｔ２３でスロットル弁３４（図１参照）の開度が増加される。したがって、エンジン１００が低負荷状態から高負荷状態に移行される。この際、第１実施形態では、スロットル弁３４よりも早い時間ｔ２２のタイミングで負圧制御弁３２の開度が増加される。これにより、車両の加速時における吸気量の増加時に、負圧制御弁３２の開度がスロットル弁３４に先行して増加される。その後、時間ｔ２４で加速を中止した場合、時間ｔ２６でスロットル弁３４の開度増加も停止されるが、この時間ｔ２６よりも早い時間ｔ２５のタイミングで負圧制御弁３２の開度増加が停止されるように開度制御される。

次に、車両が減速したとする。この場合、図４における右側の４つのグラフに示されるように、時間ｔ３１でのアクセル開度の減少開始に基づいて時間ｔ３２でスロットル弁３４の開度が減少される。したがって、エンジン１００が高負荷状態から低負荷状態に移行される。この際、第１実施形態では、スロットル弁３４よりも遅い時間ｔ３３のタイミングで負圧制御弁３２の開度が減少される。これにより、車両の減速時における吸気量の減少時に、負圧制御弁３２の開度がスロットル弁３４よりも遅延して減少される。また、時間ｔ３４で減速を中止した場合、時間ｔ３５でスロットル弁３４の開度減少も停止されるが、この時間ｔ３５よりも遅い時間ｔ３６のタイミングで負圧制御弁３２の開度減少が停止されるように開度制御される。

また、車両走行中、信号待ちなどで車両が一時的に停車された場合、ＥＣＵ８０の指令に基づきアイドル回転数のエンジン１００は一時的に停止される。このアイドリングストップ状態では、図５における左側の４つのグラフに示されるように、時間ｔ３にてエンジン１００が停止される直前の時間ｔ２９のタイミングでスロットル弁３４の開度が増加され、かつ、負圧制御弁３２の開度が減少される。また、車両が所定距離だけ走行した後、減速して停止したとする。そして、エンジン１００がアイドル回転数になった状態で乗員の操作によってイグニッションオフ状態にされた場合、図５における右側の４つのグラフに示されるように、時間ｔ５にてエンジン１００が停止される直前の時間ｔ４９のタイミングでスロットル弁３４の開度が増加され、かつ、負圧制御弁３２の開度が減少される。すなわち、アイドリングストップにおけるエンジン１００の停止時およびイグニッションオフにおけるエンジン１００の停止時には、吸気通路３０（位置Ｃ）に導入されるブローバイガスの流量（流速）が、瞬間的に増加されるように構成されている。

なお、アイドル回転数での吸気通路３０の状態Ｓ１（図４参照）、および、上記説明したエンジン１００が実際に停止される直前での吸気通路３０の状態Ｓ２（図４参照）における吸気通路３０の内圧の分布状態について、図６を参照して説明する。

図６に示すように、状態Ｓ１においては、アイドル回転数に維持されるので、スロットル弁３４の開度が主に減少される一方、負圧制御弁３２の開度はそれ程減少されない。したがって、スロットル弁３４前後での圧力差（差圧）が相対的に大きく、負圧制御弁３２前後での圧力差（差圧）が相対的に小さい状態にある。なお、エアクリーナ３１の下流から吸気マニホールド３５の入口までの圧力損失は、全圧損Ｐとして得られる。そして、エンジン１００がアイドリングストップ状態（または完全に停止される状態）に切り替わる直前の状態Ｓ２（図４における時間ｔ２９または時間ｔ３９のタイミング）においては、スロットル弁３４の開度が増加されかつ負圧制御弁３２の開度が減少される。したがって、瞬間的ではあるが、スロットル弁３４前後での圧力差が相対的に小さく、負圧制御弁３２前後での圧力差が相対的に大きい状態になる。ただし、全圧損Ｐは、状態Ｓ２と状態Ｓ１の場合とで同じ値が維持される。状態Ｓ２では、全圧損Ｐを維持しつつ、負圧制御弁３２の開度が瞬間的に減少されるので位置Ｃ（図１参照）での圧力差（吸引力）が増加し、ブローバイガスの導入量が瞬間的に増加される。第１実施形態によるエンジン１００に搭載される吸気システム５０は、上記のように構成されている。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃに、単一のブローバイガスを導入するブローバイガス通路５１を設ける。これにより、ブローバイガス通路５１を介してＥＧＲガスなどとの混合がないブローバイガスのみを負圧制御弁３２による負圧を利用して吸気通路３０に導入（還流）させることができるので、ブローバイガス通路５１の内壁には複数の外部ガスが混合した際に発生するデポジット（堆積物）が生じない。したがって、ブローバイガス通路５１を閉塞させることなくブローバイガスを導入することができるので、エンジン本体１０の換気性能を十分に得ることができる。

また、第１実施形態では、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃに単一のブローバイガスを導入するブローバイガス通路５１と、負圧制御弁３２の上流の位置Ｂからヘッドカバー２ａに新気を導入する新気導入通路６１とを設ける。これにより、ブローバイガス通路５１を介してエンジン本体１０からのブローバイガスを吸気通路３０に導入（還流）させるのと同時に、新気導入通路６１を介して負圧制御弁３２の上流側の新気をクランクケース３に供給することができる。これによっても、エンジン本体１０内の新気とブローバイガスとの置換を確実に行うことができるので、エンジン本体１０に対する換気性能を十分に発揮することができる。

また、第１実施形態では、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置ＣにＥＧＲガスを導入するＥＧＲガス通路７１を、ブローバイガス通路５１と別個に設ける。これにより、ＥＧＲガスを単独でＥＧＲガス通路７１を介して吸気通路３０に導入（還流）させることができるので、ＥＧＲガス通路７１の内壁にもブローバイガスとの混合に起因したデポジットが生じるのを抑制することができる。これにより、ブローバイガスのみならずＥＧＲガスも効果的に利用してエンジン１００を運転することができるので、エンジン１００の品質を高く維持することができる。

また、第１実施形態では、エンジン１００における全ての運転領域において、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃに負圧を発生させる（開度を減少させる）ように負圧制御弁３２を構成する。これにより、エンジン１００の回転数がアイドリング回転域を含む低回転域から高回転域でかつエンジン１００の負荷が無負荷または低負荷から高負荷に至る幅広い領域においてクランクケース３内の換気を確実に行うことができる。この際、負圧制御弁３２の絞り動作によってブローバイガス通路５１内にクランクケースから吸気通路３０の位置Ｃに向かってブローバイガスの流れを常時形成することができるので、ブローバイガスが発生するクランクケース３内が正圧化するのを効果的に防止することができる。これにより、クランクケース３から外部へのエンジンオイル漏れも容易に防止することができる。

また、第１実施形態では、ブローバイガス通路５１を介して負圧制御弁３２の下流に生成される負圧領域Ｑからブローバイガスを吸気通路３０に導入する。これにより、負圧制御弁３２による開度減少動作によって生じる負圧が最も大きい負圧制御弁３２の下流に生成される負圧領域Ｑからブローバイガスを吸気通路３０に確実に引き込むことができる。したがって、エンジン本体１０の換気性能を高く維持することができる。

また、第１実施形態では、スロットル弁３４が最も閉じ側となった際の吸気通路３０の開口面積が、負圧制御弁３２が最も閉じ側となった際の吸気通路３０の開口面積よりも小さい構成において、エンジン１００が低負荷状態から高負荷状態に移行する際に、スロットル弁３４よりも先に負圧制御弁３２の開度を増加させるとともに、高負荷状態から低負荷状態に移行する際に、スロットル弁３４よりも後に負圧制御弁３２の開度を減少させるように構成する。これにより、車両の加速時における吸気量の増加時に、負圧制御弁３２の開度がスロットル弁３４の開度増加に先行して増加されるので、負圧制御弁３２の開度が先行して増加されない場合に吸気量の増加とともに負圧制御弁３２前後での差圧が顕著に増加するのを抑制することができる。これにより、負圧制御弁３２前後での差圧増加に起因してブローバイガスの導入量が増加するのを抑制することができる。また、車両の減速時には、スロットル弁３４の開度減少とともに吸気量が減少して負圧制御弁３２前後での差圧が減少する状況下で、スロットル弁３４の開度減少から遅延して負圧制御弁３２の開度が減少されるので、より少ない吸気量のもとで負圧制御弁３２の開度が遅延なく減少された場合に負圧制御弁３２前後での差圧が顕著に増加するのを抑制することができる。これにより、負圧制御弁３２前後での差圧の増加を緩慢にすることができ、この場合にも、ブローバイガスの導入量が無用に増加するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、エンジン１００が停止される直前に、スロットル弁３４の開度を増加させ、かつ、負圧制御弁３２の開度を減少させるように構成する。これにより、スロットル弁３４の開度を増加させる一方で負圧制御弁３２の開度を減少させるので、吸気通路３０の全圧損を変化させずにエンジン１００の運転が停止される直前のアイドル回転状態での吸気量を安定させることができる。その上で、負圧制御弁３２の開度を減少させて負圧制御弁３２前後での圧力差を瞬間的に増加させることができる。これにより、エンジン１００の運転が停止される直前に、ブローバイガスの流速を瞬間的に増加させることができるので、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルセパレータ５２が、オイル分離後の液状オイルや他の異物に起因して詰まるのを回避することができる。

また、第１実施形態では、負圧制御弁３２の上流でかつエアクリーナ３１の下流の吸気通路３０の位置Ａとヘッドカバー２ａとを連通するように新気導入通路６１を構成する。これにより、塵や埃などが除去されかつ大気圧（正圧）に近い状態の新気を確実にエンジン本体１０（クランクケース３）に導入することができる。

［第２実施形態］
次に、図１、図７および図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる構造を有する負圧制御弁２３２を用いて吸気システム２５０を構成する例について説明する。

本発明の第２実施形態におけるエンジン２００（過給機付き内燃機関）に適用される吸気システム２５０では、負圧制御弁２３２が用いられる。負圧制御弁２３２は、図７に示すように、ブローバイガスが導入される導入部２５１ａと、ＥＧＲガスが導入される導入部２７１ａとを備える。導入部２５１ａは、バルブボディ９１の一方側（Ｘ１側）の内壁９１ｃをＸ軸方向に貫通するとともに回動軸９２ａに沿って平行に延びて負圧領域Ｑの中心寄りの位置に達している。同様に、導入部２７１ａは、バルブボディ９１の他方側（Ｘ２側）の内壁９１ｄをＸ軸方向に貫通するとともに回動軸９２ａと平行に延びて負圧領域Ｑの中心寄りの位置に達している。また、導入部２５１ａには、負圧領域Ｑ内で下流に向かって開口する円形状の２つの開口２５１ｂが形成されるとともに、導入部２７１ａには、負圧領域Ｑ内で下流に向かって開口する円形状の２つの開口２７１ｂが形成されている。

また、図８に示すように、導入部２５１ａおよび２７１ａは、Ｘ軸方向に互いに対向した状態でその軸中心が同じ高さ位置Ｈ２に設けられている。なお、負圧制御弁２３２の弁体９２が全閉時の状態を実線で示すとともに、全開時の状態を破線で示している。そして、弁体９２は、全開に制御された場合においても、軸中心（高さ位置Ｈ１）から吸気流れ方向に延長した線分１５０（一点鎖線で示す）に対して所定の角度αを有して開度制御されるように構成されている。すなわち、全開状態でも角度αが設けられる分、弁体９２の下流に負圧領域Ｑが生成されるとともに、この負圧領域Ｑ中に導入部２５１ａおよび２７１ａが配置されるように負圧制御弁２３２は構成されている。

なお、弁体９２の下面（背面）９２ｃにおける吸気下流方向の先端部分が導入部２５１ａおよび２７１ａの外側面に当接した状態で、弁体９２に吸気流れ方向から若干上向きの角度αが設けられるように、回動軸９２ａの高さ位置Ｈ１に対する導入部２５１ａ（２７１ａ）の高さ位置Ｈ２までの距離Ｌ（Ｚ軸方向）が決定されている。したがって、導入部２５１ａおよび２７１ａは、弁体９２が全開となった場合のストッパの役割も兼ねている。これにより、位置Ｃから導入されるブローバイガスは、負圧制御弁２３２の下流に生成される負圧領域Ｑから吸気通路３０に導入される。同様に、ＥＧＲガスも、負圧制御弁２３２の下流に生成される負圧領域Ｑから吸気通路３０に導入される。

また、第２実施形態では、吸気システム２５０における負圧制御弁２３２の制御内容としては、エンジン２００が高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域を除いて、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁２３２の下流の吸気通路３０の部分（位置Ｃ）に負圧を発生させるように負圧制御弁２３２の開度が減少されるように構成されている。この点が第１実施形態と異なる。

これにより、第２実施形態では、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域以外の常用領域ではエンジン本体１０（クランクケース３）の換気を行う一方、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域では、エンジン本体１０の換気を一時的に中断するとともに新気のシリンダ１ａ（図１参照）への吸気量を瞬発的に増加させて（過給して）エンジン２００の出力確保を優先させるように構成されている。なお、第２実施形態におけるその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、上記のように、エンジン２００における高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域を除いて、コンプレッサホイール２２の上流でかつ負圧制御弁２３２の下流の吸気通路３０の位置Ｃに負圧を発生させるように負圧制御弁２３２を構成する。これにより、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域以外の常用領域ではエンジン本体１０の換気を行う一方、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域では、エンジン本体１０の換気を一時的に中断するとともに新気のシリンダ１ａへの吸気量を瞬発的に増加させて（過給して）、エンジン２００の出力確保を優先させることができる。したがって、常用領域での換気性能を得つつ高いレベルの最高出力を発揮することが可能なエンジン２００を得ることができる。

また、第２実施形態では、ブローバイガスが導入される導入部２５１ａをバルブボディ９１の内壁９１ｃを貫通して回動軸９２ａに平行に延ばして負圧領域Ｑ内に配置するとともに、ＥＧＲガスが導入される導入部２７１ａを、バルブボディ９１の内壁９１ｄを貫通して回動軸９２ａに平行に延ばして負圧領域Ｑ内に配置するように負圧制御弁２３２を構成する。これにより、負圧制御弁２３２による開度減少動作によって生じる負圧（吸引力）が最も大きい負圧制御弁２３２の下流に生成される負圧領域ＱからブローバイガスおよびＥＧＲガスを吸気通路３０に確実に引き込むことができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、排気タービン駆動式の過給機２０を備えたエンジン１００の吸気システム５０に対して本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。すなわち、クランク軸５の駆動力により駆動される過給機（スーパーチャージャ）を備えたエンジンの吸気システムに対して本発明を適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、吸気システム５０（２５０）にＥＧＲガス通路７１を設けたが、本発明はこれに限られない。すなわち、ブローバイガスのみを負圧制御弁３２の下流かつコンプレッサホイール２２の上流の位置Ｃから吸気通路３０に導入するように過給機付きエンジンの吸気システムを構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、負圧制御弁３２の下流のバルブボディ９１の内壁にブローバイガスおよびＥＧＲガスの開口５１ａおよび７１ａを設け、上記第２実施形態では、負圧制御弁２３２の下流のバルブボディ９１の内壁から負圧領域Ｑに延びる導入部２５１ａおよび２７１ａを設けたが、本発明はこれに限られない。たとえば、弁体９２を回動させる回動軸９２ａ内に中空の流路（ブローバイガス通路５１および／またはＥＧＲガス通路７１）を設けるとともに回動軸９２ａに負圧領域Ｑに開口する開口を形成してもよい。

また、上記第１実施形態では開口５１ａおよび７１ａを負圧領域Ｑに対応したバルブボディ９１の内壁に設けるとともに、上記第２実施形態では導入部２５１ａおよび２７１ａを負圧領域Ｑ中に設けたが、本発明はこれに限られない。ブローバイガスおよびＥＧＲガスの導入口（導入部）を負圧領域Ｑの近傍に設けるとともに、負圧領域Ｑの吸引力を利用して吸気通路３０に導入するように構成してもよい。

また、上記第２実施形態では、導入部２５１ａおよび２７１ａを別々に設けたが、本発明はこれに限られない。たとえば、回動軸９２ａに沿ってその下流の負圧領域Ｑを貫通する１本の導入管を設けるとともに、この導入管の中央部分を仕切ってＸ１側に導入部２５１ａを形成するとともにＸ２側に導入部２７１ａを形成してもよい。

また、上記第２実施形態では、開口２５１ｂ（２７１ｂ）を円形状を有するように導入部２５１ａ（２７１ａ）に形成したが、本発明はこれに限られない。外部ガスを導入する開口をノズル状に形成してもよいし、スリット状（細い長孔状）に形成してもよい。また、開口２５１ｂ（２７１ｂ）を２個ずつ設けたが、本発明はこれに限られない。開口の個数は、１個ずつでもよいし、３個ずつ設けてもよい。また、導入部２５１ａと導入部２７１ａとで異なる個数の開口を設けてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ガソリン機関からなるエンジン１００（２００）を備えた車両（自動車）に搭載される吸気システム５０（２５０）に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。すなわち、ガソリンエンジン以外にも、過給機付きのディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどに対して本発明を適用することが可能である。

１０ エンジン本体（内燃機関本体）
２０ 過給機
２２ コンプレッサホイール（吸気側過給機）
３０ 吸気通路
３２、２３２ 負圧制御弁
３４ スロットル弁（スロットルバルブ）
５０、２５０ 吸気システム（過給機付き内燃機関の吸気システム）
５１ ブローバイガス通路（第１外部ガス導入通路）
５１ａ、７１ａ、２５１ｂ、２７１ｂ 開口
６１ 新気導入通路
７１ ＥＧＲガス通路（第２外部ガス導入通路）
１００、２００ エンジン（過給機付き内燃機関）
Ａ 位置（負圧制御弁の上流でかつエアクリーナの下流の吸気通路の部分）
Ｂ 位置（負圧制御弁の上流）
Ｃ 位置（吸気側過給機の上流でかつ負圧制御弁の下流の吸気通路の部分）
Ｐ 負圧領域

Claims (6)

1. 吸気通路における吸気側過給機よりも上流側に配置された負圧制御弁と、
   前記吸気側過給機の上流でかつ前記負圧制御弁の下流の前記吸気通路の部分に、ブローバイガスからなる単一の外部ガスを導入する第１外部ガス導入通路と、
   前記負圧制御弁の上流から内燃機関本体に新気を導入する新気導入通路と、
   前記吸気通路における前記吸気側過給機よりも下流側に配置されたスロットルバルブと、を備え、
   前記スロットルバルブが最も閉じ側に回動された際の前記吸気通路の開口面積は、前記負圧制御弁が最も閉じ側に回動された際の前記吸気通路の開口面積よりも小さく、
   低負荷状態から高負荷状態に移行する際に、前記スロットルバルブよりも先に前記負圧制御弁の開度が増加されるとともに、高負荷状態から低負荷状態に移行する際に、前記スロットルバルブよりも後に前記負圧制御弁の開度が減少されるように構成されている、過給機付き内燃機関の吸気システム。
2. 前記第１外部ガス導入通路とは別個に設けられ、前記吸気側過給機の上流でかつ前記負圧制御弁の下流の前記吸気通路の部分に、前記ブローバイガスとは異なる他の外部ガスを導入する第２外部ガス導入通路をさらに備える、請求項１に記載の過給機付き内燃機関の吸気システム。
3. 前記負圧制御弁は、全ての運転領域において、前記吸気側過給機の上流でかつ前記負圧制御弁の下流の前記吸気通路の部分に負圧を発生させるように開度が減少されるように構成されている、請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の吸気システム。
4. 前記負圧制御弁は、高負荷状態でかつ中回転数域から高回転数域の運転領域を除いて、前記吸気側過給機の上流でかつ前記負圧制御弁の下流の前記吸気通路の部分に負圧を発生させるように開度が減少されるように構成されている、請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の吸気システム。
5. 前記ブローバイガスからなる単一の外部ガスは、前記第１外部ガス導入通路を介して前記負圧制御弁の下流に生成される負圧領域およびその近傍から前記吸気通路に導入されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付き内燃機関の吸気システム。
6. 前記スロットルバルブが最も閉じ側に回動された際の前記吸気通路の開口面積は、前記負圧制御弁が最も閉じ側に回動された際の前記吸気通路の開口面積よりも小さく、
   前記内燃機関本体の運転が停止される直前に、前記スロットルバルブの開度が増加されるとともに前記負圧制御弁の開度が減少されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機付き内燃機関の吸気システム。

Images