特開 2025-14391 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025014391

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20250123BHJP

   F01M 13/04 20060101ALI20250123BHJP

   F01M 1/02 20060101ALI20250123BHJP

   F01M 1/06 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

F01M13/00 K

F01M13/04 A

F01M13/00 H

F01M1/02 A

F01M1/06 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023116906

(22)【出願日】2023-07-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】山崎 喬裕

【テーマコード（参考）】

3G015

3G313

【Ｆターム（参考）】

3G015AA08

3G015BD10

3G015BD24

3G015BE06

3G015BF05

3G015BF08

3G015CA05

3G015DA10

3G015EA38

3G015FB08

3G015FC02

3G015FC03

3G313AA09

3G313BB14

3G313BD47

3G313EA02

3G313EA03

3G313FA06

(57)【要約】

【課題】ブローバイガスの吸気系への還流を確保しつつ、オイルセパレータからのオイルの噴出を抑制したエンジンシステムを提供することを課題とする。
【解決手段】エンジンと、前記エンジン内で発生し吸気系に還流されるブローバイガスから分離したオイルが溜まるオイルセパレータと、前記オイルセパレータ内のオイルを吸引するポンプと、前記オイルセパレータと前記ポンプとを連通した配管と、前記配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記開閉弁が閉じた状態で前記エンジンの運転状態に応じた所定時間が経過した場合に、前記開閉弁を開く、エンジンシステム。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジン内で発生し吸気系に還流されるブローバイガスから分離したオイルが溜まるオイルセパレータと、
前記オイルセパレータ内のオイルを吸引するポンプと、
前記オイルセパレータと前記ポンプとを連通した配管と、
前記配管を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記開閉弁が閉じた状態で前記エンジンの運転状態に応じた所定時間が経過した場合に、前記開閉弁を開く、エンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

オイルセパレータを備えたエンジンが知られている。オイルセパレータでは、エンジン内で発生し吸気系に還流されるブローバイガスから分離したオイルが溜まる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１８１７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

オイルセパレータ内にオイルが溜まると、オイルセパレータからオイルが噴出するおそれがある。噴出したオイルはブローバイガスにより巻き上げられてエンジンの吸気系に搬送されるおそれがある。従って、オイルセパレータからオイルを吸引するポンプを設けることが考えられる。しかしながら、常時オイルセパレータからオイルを吸引すると、オイルセパレータ内のブローバイガスもポンプにより吸引され、ブローバイガスの吸気系への還流を妨げるおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、ブローバイガスの吸気系への還流を確保しつつ、オイルセパレータからのオイルの噴出を抑制したエンジンシステム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】

【0006】

上記目的は、エンジンと、前記エンジン内で発生し吸気系に還流されるブローバイガスから分離したオイルが溜まるオイルセパレータと、前記オイルセパレータ内のオイルを吸引するポンプと、前記オイルセパレータと前記ポンプとを連通した配管と、前記配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記開閉弁が閉じた状態で前記エンジンの運転状態に応じた所定時間が経過した場合に、前記開閉弁を開く、エンジンシステムによって達成できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ブローバイガスの吸気系への還流を確保しつつ、オイルセパレータからのオイルの噴出を抑制したエンジンシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａは、エンジンシステムの概略構成図であり、図１Ｂは、オイルセパレータの概略構成図である。

【図2】図２は、ＥＣＵが実行するスイッチングバルブの開閉制御を例示したフローチャートである。

【図3】図３は、噴出領域を示したマップの例示図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［エンジンの概略構成］
図１Ａは、エンジンシステムＡの概略図である。エンジンシステムＡは、エンジン１とＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを含む。エンジン１は、Ｖ型エンジンである。エンジン１は、シリンダブロック６の上部にＶ型に突出した一対のバンク２Ｌ及び２Ｒを有している。エンジンシステムＡは、例えば車両に搭載される。バンク２Ｌはシリンダヘッド５Ｌとヘッドカバー４Ｌとを含む。同様に、バンク２Ｒはシリンダヘッド５Ｒとヘッドカバー４Ｒとを含む。シリンダヘッド５Ｌ及び５Ｒはシリンダブロック６の上部に設置されている。ヘッドカバー４Ｌはシリンダヘッド５Ｌの上部に設置されている。同様に、ヘッドカバー４Ｒはシリンダヘッド５Ｒの上部に設置されている。

【0010】

シリンダブロック６内には、各バンク２Ｌ及び２Ｒのそれぞれに複数のシリンダが設けられている。各シリンダ内にはピストンが設けられている。各ピストンは、クランクシャフト８に動力伝達可能に連結されている。シリンダブロック６の下側にはラダーフレーム７が取り付けられている。シリンダブロック６及びラダーフレーム７により、クランクシャフト８は回転可能に支持されている。シリンダブロック６及びラダーフレーム７の内部に、クランクシャフト８を収容したクランク室６ａが画定される。ラダーフレーム７の下側には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン９が取り付けられている。オイルパン９に貯留されたオイルは、不図示のポンプによりエンジン１の各摺動部へと供給される。潤滑に供されたオイルは、最終的にオイルパン９に流下する。

【0011】

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の揮発性や不揮発性のメモリを含むコンピュータを中心に構成される。ＥＣＵ５０には、イグニッションスイッチ６１、クランク角センサ６２、及びエアフロメータ６３が接続されている。イグニッションスイッチ６１は、イグニッションのオンオフ状態を検出する。クランク角センサ６２は、エンジン１のクランク角を検出する。エアフロメータ６３は、エンジン１の吸入空気量を検出する。ＥＣＵ５０は、クランク角及び吸入空気量に基づいてそれぞれエンジン１の回転数及び負荷を算出する。ＥＣＵ５０は、エンジン１の回転数及び負荷に基づいて、エンジン１での燃料噴射量や吸入空気量を制御する。ＥＣＵ５０は制御装置の一例である。

【0012】

［オイルセパレータの概略構成］
図１Ｂは、オイルセパレータ１０Ｒの概略構成図である。図１Ｂでは、オイルセパレータ１０Ｒの内部構成を示している。ヘッドカバー４Ｒの上面４Ｒａにオイルセパレータ１０Ｒが一体的に形成されている。オイルセパレータ１０Ｒは、ヘッドカバー４Ｒの上面４Ｒａに設けられたハウジング１１を含む。ハウジング１１には、導入口１２ａ及び排出口１２ｂが形成されている。排出口１２ｂは、導入口１２ａよりも重力方向の上方側に位置する。またハウジング１１には、ブローバイガス供給配管２２が接続されている。ブローバイガス供給配管２２がハウジング１１に接続されている位置は、導入口１２ａよりも重力方向の上方側である。

【0013】

クランク室６ａから導入口１２ａを介してハウジング１１内に導入される。ブローバイガスがハウジング１１内を流れる過程でハウジング１１の内壁面に衝突する。これにより、ブローバイガスに含まれるオイルが内壁面に捕捉される。このようにしてハウジング１１内でブローバイガスからオイルが分離される。オイルが分離されたブローバイガスは、ブローバイガス供給配管２２を介してエンジン１の吸気系、例えばサージタンクに還流される。ハウジング１１の内壁面に付着したオイルは、エンジン１の振動や重力の作用により流れ落ちてハウジング１１の下方部に溜まる。ハウジング１１内に溜まったオイルは、自重により排出口１２ｂからシリンダヘッド５Ｒやシリンダブロック６に形成されたオイル通路を介してオイルパン９へと流れる。

【0014】

図１Ｂに示すようにハウジング１１の下方部には、排出管２４の一端が接続されている。詳細には、ハウジング１１内のオイルが溜まる部位に排出管２４の一端が接続されている。排出管２４の他端は、スカベンジングポンプ４０に接続されている。また、排出管２４には、スイッチングバルブ３０が設けられている。排出管２４は、配管の一例である。スイッチングバルブ３０は開閉弁の一例である。スカベンジングポンプ４０には、オイルパン９に連通した連通管４４が接続されている。スカベンジングポンプ４０は、例えば不図示のカム室に溜まったオイルを、連通管４４を介してオイルパン９に搬送するために設けられている。スカベンジングポンプ４０は、クランクシャフト８の回転に連動して駆動する機械式のポンプである。従ってエンジン１の駆動中は、スカベンジングポンプ４０は常時駆動している。

【0015】

上述したように、オイルセパレータ１０Ｒのハウジング１１内にはオイルが溜まる。排出口１２ｂから排出されるオイルの流量よりも、ハウジング１１内でブローバイガスから分離したオイルの流量の方が多い場合、ハウジング１１内にオイルが溜まる。ハウジング１１内のオイルの量が増えると、導入口１２ａからオイルが噴出するおそれがある。従ってＥＣＵ５０は、詳しくは後述するが所定のタイミングでスイッチングバルブ３０を開く。これにより、ハウジング１１内に溜まったオイルをスカベンジングポンプ４０により吸引される。この結果、オイルは強制的にオイルパン９へと搬送され、上述したオイルの噴出が抑制される。

【0016】

ここで、オイルセパレータ１０Ｒからのオイルの噴出を抑制するために、例えば排出口１２ｂを拡大することが考えられる。しかしながら排出口１２ｂを拡大すると、排出口１２ｂからハウジング１１内にブローバイガスが流入するおそれがある。これにより、ハウジング１１内を通過するブローバイガスの流速が低下し、ブローバイガスからオイルを十分に分離することができないおそれがある。また、クランク室６ａ内の換気が不十分となるおそれもある。本実施例では上述したように、ハウジング１１内に溜まったオイルをスカベンジングポンプ４０により強制的にオイルパン９へと搬送する。これにより、オイルセパレータ１０Ｒからのオイルの噴出が抑制される。

【0017】

例えば、スイッチングバルブ３０を設けずにスカベンジングポンプ４０により常時ハウジング１１内のオイルを吸引することが考えられる。しかしながらこの場合、オイルセパレータ１０Ｒ内のブローバイガスがスカベンジングポンプ４０により吸引され、ブローバイガスの吸気系への還流の妨げとなるおそれがある。従って、ＥＣＵ５０は以下のようなタイミングでスイッチングバルブ３０を開く。

【0018】

［スイッチングバルブの開閉制御］
図２は、ＥＣＵ５０が実行するスイッチングバルブ３０の開閉制御を例示したフローチャートである。本制御は、イグニッションオンの間に繰り返し実行される。ＥＣＵ５０は、エンジン１の動作点が噴出領域内にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。エンジン１の動作点とは、エンジン１の回転数及び負荷に基づいて定められる、エンジン１の運転状態である。噴出領域とは、スイッチングバルブ３０が閉じた状態で、排出口１２ｂから排出されるオイルの流量よりもハウジング１１内でブローバイガスから分離したオイルの流量の方が大きい運転状態である。噴出領域については後述する。ステップＳ１でＮｏの場合には、ＥＣＵ５０はスイッチングバルブ３０を閉じた状態に維持する（ステップＳ６）。

【0019】

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ５０はエンジン１の動作点が噴出領域内に属した状態で所定時間αが経過したか否かを判定する（ステップＳ２）。所定時間αは、スイッチングバルブ３０が閉じた状態でエンジン１の運転状態に応じて変化する可変値である。

【0020】

図３は、噴出領域を示したマップの例示図である。図３では、縦軸がエンジン１の負荷であり、横軸がエンジン１の回転数を示す。図３の例では、噴出領域は噴射猶予時間に応じて３つの領域に区画されている。噴出猶予時間とは、エンジン１の動作点が噴出領域内に属してから導入口１２ａからオイルが噴出するまでの時間である。図３の例では、噴出猶予時間は、Ａ秒、Ｂ秒、及びＣ秒に設定されている。噴射猶予時間は、予め実験結果により定められている。所定時間αは、噴射猶予時間から所定のＴ秒減算した値である。Ｔ秒は、導入口１２ａからオイルが噴出するまでの余裕時間を確保するための時間である。従って、Ｔ秒は、Ａ秒、Ｂ秒、及びＣ秒の何れよりも短い時間である。例えば、噴射猶予時間がＡ秒に設定されている領域にエンジン１の動作点が属する場合、所定時間αは、α＝Ａ－Ｔに設定される。Ｂ秒の領域に動作点が属する場合、α＝Ｂ－Ｔに設定される。Ｃ秒の領域に動作点が属する場合、α＝Ｃ－Ｔに設定される。ステップＳ２でＮｏの場合には、ＥＣＵ５０はスイッチングバルブ３０を閉じた状態に維持する（ステップＳ６）。

【0021】

ステップＳ２でＹｅｓの場合、ＥＣＵ５０はスイッチングバルブ３０を開く（ステップＳ３）。これにより、ハウジング１１内に溜まったオイルはスカベンジングポンプ４０により強制的にオイルパン９へと搬送される。これにより、導入口１２ａからのオイルの噴出が抑制される。

【0022】

次にＥＣＵ５０は、エンジン１の動作点が噴出領域外に属したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４でＮｏの場合には、再度ステップＳ４が実行される。

【0023】

ステップＳ４でＹｅｓの場合、ＥＣＵ５０はエンジン１の動作点が噴出領域外となってから所定時間βが経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。所定時間βは、エンジン１の動作点が噴出領域外となってからハウジング１１内からオイルが十分に排出されるのに必要な時間である。ステップＳ５でＮｏの場合、再度ステップＳ４が実行される。尚、ステップＳ５でＮｏと判定されてから再び動作点が噴出領域に属してステップＳ４でＮｏと判定され、その後にステップＳ４でＹｅｓと判定された場合、動作点が噴出領域外となってからの時間カウントはゼロにリセットされる。ステップＳ５でＹｅｓの場合、ＥＣＵ５０はスイッチングバルブ３０を閉じる（ステップＳ６）。

【0024】

このようにして所定のタイミングでスイッチングバルブ３０が開く。これにより、ブローバイガスの吸気系への還流を確保しつつ、オイルセパレータ１０Ｒからのオイルの噴出が抑制される。

【0025】

尚、上記のオイルセパレータ１０Ｒと同様の構成がヘッドカバー４Ｌ側にも形成されている。この場合、スカベンジングポンプ４０は、ヘッドカバー４Ｌ側のオイルセパレータと共用してもよい。また、このようなオイルセパレータは、ヘッドカバー４Ｌ及び４Ｒの何れか一方側にのみ設けてもよい。

【0026】

また、オイルセパレータはシリンダヘッドに形成されていることに限定されない。例えばオイルセパレータは、シリンダブロックに形成されていてもよい。また、エンジンはＶ型エンジンに限定されず、直列エンジンであってもよい。

【0027】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0028】

１ エンジン １０Ｒ オイルセパレータ ２４ 排出管（配管） ３０ スイッチングバルブ（開閉弁） ４０ スカベンジングポンプ（ポンプ）

【図1】

【図2】

【図3】