特許 6765260 過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6765260

(24)【登録日】2020年9月17日

(45)【発行日】2020年10月7日

(54)【発明の名称】過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20200928BHJP

   F01M 13/04 20060101ALI20200928BHJP

【ＦＩ】

   F01M13/00 M

   F01M13/00 E

   F01M13/00 F

   F01M13/00 G

   F01M13/00 J

   F01M13/04 E

   F01M13/04 F

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-172369(P2016-172369)

(22)【出願日】2016年9月5日

(65)【公開番号】特開2018-40252(P2018-40252A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2019年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151209

【氏名又は名称】株式会社マーレ フィルターシステムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】野中 敦

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 大蔵

(72)【発明者】

【氏名】望月 映元

(72)【発明者】

【氏名】飯島 晃

(72)【発明者】

【氏名】酒井 貴之

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１１１４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００９０３２８３５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１０２０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４０６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０００９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０７１９１０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｍ １３／００

Ｆ０１Ｍ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気通路のスロットル弁上流側に過給機を備えた内燃機関において、
上記吸気通路の上記過給機の上流側に一端が接続され、かつ他端が上記内燃機関のクランクケース内に連通した新気導入通路と、
上記吸気通路の上記過給機の上流側に設けられたベンチュリ部に一端が接続され、かつ他端が上記クランクケース内に連通したブローバイガス通路と、
上記新気導入通路に介装され、上記クランクケース側から上記吸気通路側へ向かう方向の流れを阻止する第１の逆止弁と、
上記ブローバイガス通路に介装され、上記吸気通路側から上記クランクケース側へ向かう方向の流れを阻止する第２の逆止弁と、
を備え、
過給域においては上記新気導入通路の上記一端と上記ブローバイガス通路の上記一端との間の圧力差によって新気が上記クランクケース内に導入されかつブローバイガスが上記吸気通路へと流れる、過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置。

【請求項2】

上記新気導入通路は、上記内燃機関のシリンダヘッドカバーに接続され、シリンダヘッドカバー内部の空間を介して上記クランクケース内に連通している、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置。

【請求項3】

上記ブローバイガス通路は、上記内燃機関のシリンダヘッドカバーに接続され、該シリンダヘッドカバー内部に設けられたオイルミストセパレータを介して上記クランクケース内に連通している、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置。

【請求項4】

上記ブローバイガス通路は、シリンダブロック側部に設けられたオイルミストセパレータを介して上記クランクケース内に連通している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置。

【請求項5】

上記スロットル弁の下流側に一端が接続され、かつ他端が上記クランクケース内に連通した第２のブローバイガス通路と、
この第２のブローバイガス通路に介装され、前後圧力差によって開度が変化する流量制御弁と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、内燃機関のクランクケース内に漏れ出たブローバイガスを吸気系に戻すようにしたブローバイガス処理装置に関し、特に、吸気系に過給機を備えた過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばガソリン機関においては、クランクケース内に漏れ出たブローバイガスによって潤滑油の劣化が促進される問題があり、従来から、クランクケース内へ新気を導入するとともにクランクケース内からブローバイガスを取り出して吸気系へ戻すようにしたブローバイガス処理装置が用いられている。

【0003】

このブローバイガス処理装置は、一般に、吸気系のスロットル弁上流側と機関本体の例えばシリンダヘッドとの間に新気通路が設けられているとともに、吸気系のスロットル弁下流側とクランクケースとの間にブローバイガス通路が設けられており、かつこのブローバイガス通路に、スロットル弁下流側の負圧に応じて開度が変化する流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）を備えた構成となっている。このものでは、高負荷領域を除く通常の運転条件下では、スロットル弁下流側の吸気系に十分な負圧が発生するので、上記新気通路からシリンダヘッド内を経由してクランクケース内へ新気が導入され、かつこの新気に押し出されるような形で、ブローバイガスがブローバイガス通路を介してスロットル弁下流側の吸気系に戻り、燃焼室に導かれる。

【0004】

このような一般的なブローバイガス処理装置の場合、吸気通路のスロットル弁の上流に過給機を備えた過給機付内燃機関にあっては、過給域では、スロットル弁下流も正圧となることから、ブローバイガスの処理を行うことができない。

【0005】

特許文献１は、過給域でのブローバイガスの処理を図った過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置を開示している。この装置は、吸気通路のスロットル弁下流側と過給機上流側との間にバイパス通路を備えるとともに、このバイパス通路に、スロットル弁下流側から過給機上流側へと戻る吸気流を作動流体とするエゼクタポンプが設けられている。そして、シリンダヘッドカバーにＰＣＶバルブを介して接続されたＰＣＶ通路の先端が、このエゼクタポンプの吸入ポートに接続されている。従って、過給域では、正圧となったスロットル弁下流側からバイパス通路を通して吸気の一部が過給機上流側へと還流し、この流れによって、エゼクタポンプの作用により、ブローバイガスが吸引される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１３／０２１４５６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記のような構成では、過給した吸気の一部がブローバイガスの吸引のために過給機上流側に還流されるため、過給機の効率が低下して燃料消費率悪化の要因になるとともに、吸気温度が不必要に上昇する。また、エゼクタポンプが必要であることから、構成が複雑となる。

【0008】

本発明は、エゼクタポンプや過給吸気の還流を用いない過給機付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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明に係る過給機付内燃機関のブローバイガス処理装置は、
吸気通路のスロットル弁上流側に過給機を備えた内燃機関において、
上記吸気通路の上記過給機の上流側に一端が接続され、かつ他端が上記内燃機関のクランクケース内に連通した新気導入通路と、
上記吸気通路の上記過給機の上流側に設けられたベンチュリ部に一端が接続され、かつ他端が上記クランクケース内に連通したブローバイガス通路と、
上記新気導入通路に介装され、上記クランクケース側から上記吸気通路側へ向かう方向の流れを阻止する第１の逆止弁と、
上記ブローバイガス通路に介装され、上記吸気通路側から上記クランクケース側へ向かう方向の流れを阻止する第２の逆止弁と、
を備えて構成されている。

【0010】

新気導入通路の一端およびブローバイガス通路の一端は、いずれも吸気通路の過給機上流側に接続されているが、ブローバイガス通路の一端は、吸気通路に設けられたベンチュリ部に接続されている。そのため、過給域において吸気が高速で流れると、ベンチュリ部での圧力低下作用によって、ブローバイガス通路の一端に作用する圧力は、新気導入通路の一端に作用する圧力よりも相対的に低くなる。

【0011】

従って、過給域においては、両者の圧力差により、新気導入通路を介して吸気通路からクランクケース内に新気が導入され、これと並行して、ブローバイガス通路を介してクランクケース内から吸気通路へとブローバイガスが取り出される。このブローバイガスは、最終的に、吸気とともに燃焼室へ導入される。

【0012】

新気導入通路およびブローバイガス通路はそれぞれ所定の方向への流れのみを許容する逆止弁を備えているので、例えば両者の圧力差が不十分なときの逆流、などが確実に防止される。

【0013】

本発明の好ましい一つの態様では、上記新気導入通路は、上記内燃機関のシリンダヘッドカバーに接続され、シリンダヘッドカバー内部の空間を介して上記クランクケース内に連通している。

【0014】

また本発明の好ましい一つの態様では、上記ブローバイガス通路は、上記シリンダヘッドカバーに接続され、該シリンダヘッドカバー内部に設けられたオイルミストセパレータを介して上記クランクケース内に連通している。

【0015】

他の一つの態様では、上記ブローバイガス通路は、シリンダブロック側部に設けられたオイルミストセパレータを介して上記クランクケース内に連通している。

【0016】

さらに望ましくは、上記スロットル弁の下流側に一端が接続され、かつ他端が上記クランクケース内に連通した第２のブローバイガス通路と、この第２のブローバイガス通路に介装され、前後圧力差によって開度が変化する流量制御弁と、を備えている。

【0017】

この第２のブローバイガス通路によって、非過給域でのブローバイガスの処理が可能である。すなわち、非過給域では、スロットル弁下流側に負圧が生じるので、この負圧によって第２のブローバイガス通路および流量制御弁を介してブローバイガスが吸気通路のスロットル弁下流側へ取り出される。そして、吸気通路の過給機上流側は大気圧に近い圧力となるので、並行して、新気導入通路を介して新気がクランクケース内へ導入される。

【発明の効果】

【0018】

この発明によれば、過給域においてもブローバイガスの処理が可能となる。そして、従来のような過給吸気の還流やエゼクタポンプが不要であり、過給機の効率低下等の問題を回避できるとともに、構成が簡素なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明に係る第１実施例のブローバイガス処理装置を備えた過給機付内燃機関の構成説明図。

【図2】吸気通路の要部の構成を示す断面説明図。

【図3】新気導入通路の先端部の構成の変形例を示す断面説明図。

【図4】第１実施例の過給域でのガスの流れを示す説明図。

【図5】第１実施例の非過給域でのガスの流れを示す説明図。

【図6】第２実施例のブローバイガス処理装置を備えた過給機付内燃機関の構成説明図。

【図7】第２実施例の過給域でのガスの流れを示す説明図。

【図8】第２実施例の非過給域でのガスの流れを示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【0021】

図１は、この発明を内燃機関１として自動車用ガソリン機関に適用した第１実施例のブローバイガス処理装置の全体的な構成を示す構成説明図である。内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、シリンダヘッドカバー４と、オイルパン５と、を備え、シリンダブロック２とオイルパン５とによってクランクケース６が構成されている。ピストン７の周囲の隙間を通して燃焼室からクランクケース６内に漏れた未燃ガス（一部に既燃ガスも含む）が、いわゆるブローバイガスである。

【0022】

シリンダヘッド３には、吸気ポートに連なる吸気通路１１と排気ポートに連なる排気通路１２とが接続されており、上記吸気通路１１に、電動モータ等のアクチュエータにより開度が制御される電子制御スロットル弁１３が介装されているとともに、その上流側に、エアクリーナ１４が設けられている。そして、上記のスロットル弁１３とエアクリーナ１４との間に、過給機１５が介装されている。一実施例においては、過給機１５は、ターボ過給機、詳しくは排気通路１２中の排気タービン（図示せず）によって駆動されるコンプレッサである。なお、内燃機関１の出力や電動モータ等によって駆動される機械式過給機を用いることも可能である。吸気通路１１の過給機１５下流側（スロットル弁１３の上流側もしくは下流側）に、過給により高温となった吸気を冷却するインタークーラを備えていてもよい。

【0023】

吸気通路１１の過給機１５上流側には、新気導入通路２１の一端２１ａが接続されている。新気導入通路２１の他端２１ｂは、シリンダヘッドカバー４に接続されている。この新気導入通路２１が接続されたシリンダヘッドカバー４内の空間４ａは、内燃機関１内部の潤滑油落とし孔やチェーン通路等からなる内部通路２２を介してクランクケース６に連通している。

【0024】

また、過給域においてクランクケース６内からブローバイガスを取り出すために、吸気通路１１の過給機１５上流側に第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａが接続されている。第１ブローバイガス通路２３の他端２３ｂは、シリンダヘッドカバー４に接続されている。詳しくは、シリンダヘッドカバー４の内部に設けられたオイルミストセパレータ２４の出口ポートに接続されている。オイルミストセパレータ２４の入口ポートは、ガスポート通路２５として、シリンダヘッド３およびシリンダブロック２を通って上下方向に延びる管路状に構成され、クランクケース６に連通している。

【0025】

上記新気導入通路２１には、吸気通路１１側からシリンダヘッドカバー４側へ向かう新気の流れのみを許容し、逆方向へのブローバイガスの流れを阻止する新気導入通路用逆止弁２８が介装されている。一実施例においては、新気導入通路２１のシリンダヘッドカバー４への接続部に新気導入通路用逆止弁２８が配置されている。

【0026】

上記第１ブローバイガス通路２３には、シリンダヘッドカバー４側から吸気通路１１側へ向かうブローバイガスの流れのみを許容し、逆方向への新気の流れを阻止するブローバイガス通路用逆止弁２９が介装されている。一実施例においては、第１ブローバイガス通路２３のシリンダヘッドカバー４（オイルミストセパレータ２４）への接続部にブローバイガス通路用逆止弁２９が配置されている。

【0027】

また、非過給域においてクランクケース６内からブローバイガスを取り出すために、シリンダヘッドカバー４と吸気通路１１との間に、さらに、第２ブローバイガス通路３１が設けられている。第２ブローバイガス通路３１は、一端が吸気通路１１のスロットル弁１３下流側に接続されており、他端がシリンダヘッドカバー４におけるオイルミストセパレータ２４の出口側に接続されている。この第２ブローバイガス通路３１には、吸気通路１１側の負圧（詳しくは前後の圧力差）に応じて開度が変化する流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）３２が介装されている。具体的には、流量制御弁３２は、第２ブローバイガス通路３１のシリンダヘッドカバー４との接続部に配置されている。

【0028】

図２は、上記新気導入通路２１の一端２１ａおよび第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａがそれぞれ接続された吸気通路１１の過給機１５上流側の構成を示している。図示するように、吸気通路１１の中で相対的に上流側の位置に新気導入通路２１が接続され、相対的に下流側の位置に第１ブローバイガス通路２３が接続されている。ここで、新気導入通路２１の一端２１ａが開口する吸気通路１１の部分に比べて、第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａが開口する吸気通路１１の部分は、相対的に径（換言すれば通路断面積）が縮小したベンチュリ部３４として構成されている。つまり、吸気通路１１は、上流側から徐々に径が縮小し、最小通路断面積となるベンチュリ部３４に第１ブローバイガス通路２３が接続されている。なお、吸気通路１１は、図示せぬ下流側で再び通路断面積を拡張させた上で過給機１５に接続するようにしてもよく、あるいはベンチュリ部３４における最小通路断面積を保ったまま過給機１５に接続するようにしてもよい。

【0029】

ベンチュリ部３４においては、径の縮小に伴って吸気の流速が増大し、圧力が低下する。従って、吸気通路１１内を吸気が高速で流れているときに、新気導入通路２１の一端２１ａに作用する圧力と第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａに作用する圧力とを比較すると、第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａにおける圧力の方が相対的に低くなり、両者間に圧力差が得られる。

【0030】

なお、本発明においては、吸気通路１１における新気導入通路２１の一端２１ａの位置が第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａの位置よりも下流側であってもよい。但し、新気導入通路２１の一端２１ａが第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａよりも下流側に位置していると、第１ブローバイガス通路２３から吸気通路１１に流れ出たブローバイガスの一部が新気導入通路２１に流れ込むことになるので、図示の実施例のように、新気導入通路２１の一端２１ａの方が上流側にあることが望ましい。

【0031】

また、図３に示すように、新気導入通路２１の一端２１ａを、金属管等として吸気通路１１の中に突出させ、かつ上流側へ曲げて、吸気通路１１の流れに対向して開口するように構成してもよい。このように構成すれば、吸気の流れに伴う動圧が新気導入通路２１に作用し、第１ブローバイガス通路２３との間での圧力差がより拡大する。

【0032】

図４および図５は、上記の構成におけるガスの流れを説明した説明図である。内燃機関１の過給域においては、過給機１５上流側の吸気通路１１内を多量の吸気が高速で流れるため、前述したように、新気導入通路２１の一端２１ａと第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａとの間に圧力差が生じる。そのため、図４に矢印で示すように、吸気通路１１から新気導入通路２１を通してシリンダヘッドカバー４側へ新気が流れ、クランクケース６内に導入される。これによってクランクケース６内が換気される。そして、燃焼室からクランクケース６内に流出したブローバイガスは、ガスポート通路２５からオイルミストセパレータ２４を経て第１ブローバイガス通路２３へと流れ、第１ブローバイガス通路２３を通して吸気通路１１へと流れる。このブローバイガスは、最終的には燃焼室へと戻り、燃焼される。

【0033】

新気導入通路２１および第１ブローバイガス通路２３は、それぞれ逆流を阻止する逆止弁２８，２９を具備しているので、クランクケース６内の圧力が過渡的に変化しても、逆流を生じることはなく、図４に示した方向の流れのみが生じる。つまり、クランクケース６内の圧力が過渡的に変化しても、新気導入通路２１の一端２１ａでの圧力がクランクケース６内の圧力よりも相対的に高いときに新気の導入がなされ、クランクケース６内の圧力が第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａでの圧力よりも相対的に高いときにブローバイガスの排出がなされる。

【0034】

過給域においては、第２ブローバイガス通路３１が連通するスロットル弁１３下流側の吸気通路１１も正圧となるので、第２ブローバイガス通路３１を通したブローバイガスの排出はなされない。なお、流量制御弁３２の開度が０となるため、第２ブローバイガス通路３１を通した新気の流入（つまり逆流）も生じない。

【0035】

一方、内燃機関１の非過給域においては、スロットル弁１３下流側の吸気通路１１内の圧力が負圧となるため、過給機１５上流側の吸気通路１１内の圧力との圧力差によって、図５に示すような新気およびブローバイガスの流れが生じる。すなわち、クランクケース６内のブローバイガスは、ガスポート通路２５およびオイルミストセパレータ２４を経て、第２ブローバイガス通路３１を通して吸気通路１１のスロットル弁１３下流側へと導入される。また同時に、吸気通路１１の過給機１５上流側から新気が新気導入通路２１を通してクランクケース６内に導入され、クランクケース６内が換気される。第２ブローバイガス通路３１を流れるブローバイガスの流量は、流量制御弁３２によって、該流量制御弁３２の前後の圧力差に応じて調整される。なお、非過給域においては、過給機１５上流側での吸気通路１１内の流速が比較的低いので、第１ブローバイガス通路２３の一端２３ａの圧力低下は比較的弱い。つまり、スロットル弁１３下流側の圧力に比較して高い圧力となる。そのため、第１ブローバイガス通路２３を通したブローバイガスの流れは、殆ど生じない。

【0036】

このように、上記実施例によれば、過給域において、吸気通路１１内の高速吸気流によって生じる新気導入通路２１と第１ブローバイガス通路２３との間の圧力差を利用して、クランクケース６からのブローバイガスの取り出しならびにクランクケース６内への新気の導入が可能である。従って、いわゆるダウンサイジングターボのように広い運転領域で過給を行うような内燃機関１にあっても、ブローバイガスの処理をより確実に行うことが可能となる。また、新気は過給機１５上流側で取り出されるので、従来のエゼクタポンプを利用した装置のように過給吸気を無駄にすることがない。

【0037】

また、上記実施例では、非過給域においても、第２ブローバイガス通路３１を利用してブローバイガスの処理が可能である。従って、過給域と非過給域の双方において、ブローバイガスを処理することができる。

【0038】

なお、ブローバイガスの発生量は一般に過給域の方が大となるので、第２ブローバイガス通路３１は省略してもよい。

【0039】

次に、図６は、この発明の第２実施例を示している。この第２実施例は、シリンダブロック２の側部にオイルミストセパレータ１２４を配置したものであり、オイルミストセパレータ１２４の入口ポートがクランクケース６内に直接に連通している。第１ブローバイガス通路２３の端部２３ｂは、オイルミストセパレータ１２４の出口側にブローバイガス通路用逆止弁２９を介して接続されている。同様に、第２ブローバイガス通路３１の端部は、流量制御弁３２（ＰＣＶバルブ）を介してオイルミストセパレータ１２４の出口側に接続されている。

【0040】

図７は、第２実施例の過給域におけるガスの流れを示している。前述した第１実施例と同様に、過給機１５上流側の吸気通路１１において生じる圧力差を利用して、新気導入通路２１を通してクランクケース６内へ新気が導入され、第１ブローバイガス通路２３を通してクランクケース６からブローバイガスが取り出される。

【0041】

図８は非過給域におけるガスの流れを示している。やはり前述した第１実施例と同様に、スロットル弁１３下流側での負圧を利用して、第２ブローバイガス通路３１を通してクランクケース６からブローバイガスが取り出され、新気導入通路２１を通してクランクケース６内へ新気が導入される。

【符号の説明】

【0042】

１…内燃機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダヘッドカバー
６…クランクケース
１１…吸気通路
１３…スロットル弁
１５…過給機
２１…新気導入通路
２３…第１ブローバイガス通路
２４…オイルミストセパレータ
２８…新気導入通路用逆止弁
２９…ブローバイガス通路用逆止弁
３１…第２ブローバイガス通路
３２…流量制御弁
１２４…オイルミストセパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】