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(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】
(24)【登録日】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】過給機付エンジン
(51)【国際特許分類】
   F01M 13/00 20060101AFI20221220BHJP
   F02B 39/00 20060101ALI20221220BHJP
   F02B 39/04 20060101ALI20221220BHJP
【FI】
F01M13/00 M
F01M13/00 G
F01M13/00 J
F02B39/00 P
F02B39/04
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2018106862
(22)【出願日】2018-06-04
(65)【公開番号】P2019210847
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-05-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉田 健
(72)【発明者】
【氏名】山谷 光隆
(72)【発明者】
【氏名】山根 久幸
(72)【発明者】
【氏名】濱詰 嘉浩
【審査官】池田 匡利
(56)【参考文献】
【文献】韓国公開特許第10-2009-0063942(KR,A)
【文献】欧州特許出願公開第01788206(EP,A2)
【文献】特開2018-031350(JP,A)
【文献】特開平09-324640(JP,A)
【文献】特開平04-203214(JP,A)
【文献】特開平09-088728(JP,A)
【文献】特開2007-309257(JP,A)
【文献】米国特許第04599862(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01M 13/00
F02B 39/00
F02B 39/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼室に吸気を導入する吸気通路の途中に過給機を備えたエンジンであって、
前記吸気通路における前記過給機よりも上流側の部位に配置されていて、前記エンジンの運転状態に応じて制御されるスロットルバルブと、
前記エンジンで発生し、オイルミストを含むブローバイガスを、前記吸気通路における前記スロットルバルブと前記過給機との間の部位に導入するブローバイガス通路と、
前記ブローバイガス通路の上流側に配置され、ブローバイガスの流量を可変するPCVバルブと、
を備え、
前記過給機は、
吸気を吸入する吸入口、及び吸気を吐出する吐出口が形成された過給機本体と、
前記過給機本体の内部に、軸受部を介して軸支され、回転することによって前記吸入口から前記吐出口に吸気を送り出すロータと、
前記軸受部の近傍に形成された隙間からなる空間部と、
を有し、
前記ブローバイガス通路における前記PCVバルブの下流側の部位から分岐して、前記空間部に連通する連通路が設けられ、
前記連通路の上流側に、ブローバイガスからオイルを分離して前記連通路にそのオイルを供給するオイル分離供給部が設けられ
前記オイル分離供給部は、
前記ブローバイガス通路によって構成されていて、
ブローバイガスからオイルを慣性によって分離し、前記連通路にオイルを導入するストレート部と、
前記ストレート部の下流側から曲がるように分岐して、前記吸気通路に向かうクロス部と、
を有している、過給機付エンジン。
【請求項2】
請求項1に記載の過給機付エンジンにおいて、
前記過給機は、更に、前記軸受部の近傍に当該軸受部をシールするシール材を有し、
前記空間部が前記シール材に隣接している、過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、過給機付エンジンに関し、その中でも特に、吸気通路にブローバイガスを還流させるエンジンに関する。なお、ブローバイガスは、一般に、エンジンの燃焼室から漏れ出すガスを意味しており、ブローバイガスにはオイルミストが含まれている。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、吸気通路にブローバイガスを還流させる過給機付エンジンが開示されている。このエンジンでは、スーパーチャージャ(過給機)の気密性を向上させるために、ブローバイガスに含まれるオイルミストが利用されている。
【0003】
具体的には、少量のブローバイガスがスーパーチャージャに導入されるようにしている。そのブローバイガスがスーパーチャージャのロータ室を通過する際、ブローバイガスに含まれるオイルが、ロータ軸とロータ本体との隙間に侵入して付着する。それにより、ブローバイガスのオイルをシール剤として機能させ、ロータ室内の気密性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平04-203213号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1では、少量のブローバイガスをロータ室に導入し、ロータ室を通過する時に、ロータ軸等に付着するオイルを利用する。ブローバイガスのロータ室への導入量は少量であるうえに、そのオイルはロータ室の全体に広がる。そのため、軸受部等の駆動部位に付着するオイルは微量である。従って、シール剤や潤滑油として十分とはいえず、改良の余地がある。
【0006】
加えて、ロータ室の全体にオイルが付着するため、ロータ室がオイルで汚れる。
【0007】
開示する技術の目的は、ブローバイガスに含まれるオイルミストを利用して、効率的に、過給機の軸受部の潤滑性、シール性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
開示する技術は、燃焼室に吸気を導入する吸気通路の途中に過給機を備えたエンジンに関する。
【0009】
前記エンジンは、前記エンジンで発生し、オイルミストを含むブローバイガスを、前記吸気通路における前記過給機よりも上流側の部位に導入するブローバイガス通路を備え、前記過給機は、吸気を送り出すロータの軸受部の近傍に隙間からなる空間部を有し、前記ブローバイガス通路に、ブローバイガスからオイルを分離して前記空間部にそのオイルを供給するオイル分離供給部が設けられている。
【0010】
具体的には、前記エンジンはまた、前記吸気通路における前記過給機よりも上流側の部位に配置されていて、前記エンジンの運転状態に応じて制御されるスロットルバルブと、前記エンジンで発生し、オイルミストを含むブローバイガスを、前記吸気通路における前記スロットルバルブと前記過給機との間の部位に導入するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の上流側に配置され、ブローバイガスの流量を可変するPCVバルブと、を備える。
【0011】
前記過給機は、吸気を吸入する吸入口、及び吸気を吐出する吐出口が形成された過給機本体と、前記過給機本体の内部に、軸受部を介して軸支され、回転することによって前記吸入口から前記吐出口に吸気を送り出すロータと、前記軸受部の近傍に形成された隙間からなる空間部と、を有している。
【0012】
そして、前記ブローバイガス通路における前記PCVバルブの下流側の部位から分岐して、前記空間部に連通する連通路が設けられていて、前記連通路の上流側に、ブローバイガスからオイルを分離して前記連通路にそのオイルを供給するオイル分離供給部が設けられている、としてもよい。
【0013】
すなわち、このような過給機付エンジンによれば、過給機が、その軸受部の近傍に隙間からなる空間部を有しており、ブローバイガス通路に、ブローバイガスからオイルを分離して、その空間部にそのオイルを供給するオイル分離供給部が設けられている。従って、過給機の軸受部に、空間部を通じて、ブローバイガスが含むオイルを供給することができ、ブローバイガスが含むオイルで、過給機の軸受部の潤滑性を、効率的に向上させることができる。
【0014】
またその結果、オイル分離供給部でオイルが分離され、オイル含量が少なくなったブローバイガスが、吸気通路に導入される。従って、吸気通路や過給機のロータ室等のオイル汚れも抑制できる。
【0015】
前記エンジンはまた、前記オイル分離供給部が、前記ブローバイガス通路によって構成されていて、ブローバイガスからオイルを慣性によって分離し、前記連通路にオイルを導入するストレート部と、前記ストレート部の下流側から曲がるように分岐して、前記吸気通路に向かうクロス部とを有している、としてもよい。
【0016】
この場合、別途装置を設けることなく、簡単でコンパクトな構造でオイル分離供給部を実現できる。従って、部材コストが低減でき、僅かなスペースにも配置できるので、組み付け性に優れ、軽量化も図れる。
【0017】
前記エンジンはまた、前記過給機が、更に、前記軸受部の近傍に当該軸受部をシールするシール材を有し、前記空間部が前記シール材に隣接している、としてもよい。
【0018】
この場合、導入するオイルによってシール性も向上できるので、過給機の性能を長期にわたって安定して維持できる。
【発明の効果】
【0019】
開示する技術によれば、ブローバイガスに含まれるオイルミストを利用して、効率的に、過給機の軸受部の潤滑性、シール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】過給機付エンジンの主な構成を示す図である。
図2】吸気ユニットの具体的な構造を示す概略上面図である。
図3図2で示す矢印Aの方向から吸気ユニットを見た概略前面図である。
図4図2で示す矢印Bの方向から吸気ユニットを見た概略後面図である。
図5】(b)は、過給機の縦断面図である。(a)は、(b)のVa-Va線における断面図であり、(c)は、(b)のVc-Vc線における断面図である。
図6】過給機とブローバイガス還元システムとの接続を示す模式図である。
図7】(a)は、ブローバイガス通路の要部の構造を具体的に示す概略上面図である。(b)は、(a)に対応した概略後面図である。
図8A】過給時の吸気の流れを示す概略図である。
図8B】非過給時の吸気の流れを示す概略図である。
図9A】過給時における要部での吸気の流れを示す概略図である。
図9B】非過給時における要部での吸気の流れを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【0022】
図1に、開示する技術を適用した、過給機34を備えたエンジン1(単にエンジン1ともいう)の主な構成を示す。図2図4に、エンジン1が備える吸気ユニット3の具体的な構造を示す。図2は、吸気ユニット3を上側から見た図である。図3は、図2で示す矢印Aの方向(前方)から吸気ユニット3を見た図である。図4は、図2で示す矢印Bの方向(後方)から吸気ユニット3を見た図である。
【0023】
エンジン1は、例えば、自動車(車両)に搭載される4ストローク式の内燃機関であり、機械式又は駆動式の過給機34を備えている。エンジン1の燃料は、特に限定はされないが、本実施形態においてはガソリンである。
【0024】
また、エンジン1は、詳細な図示は省略するが、列状に配置された4つのシリンダ(気筒)11を備えている。エンジン1は、4つのシリンダ11が車幅方向に沿って並ぶように搭載された、いわゆる直列4気筒の横置きエンジン1である。
【0025】
これにより、4つのシリンダ11が配列する方向(気筒列方向)であるエンジン1の左右方向は、車幅方向とほぼ一致している。直列多気筒エンジン1では、気筒列方向と、クランクシャフト15が延びる方向とが一致する。
【0026】
上下左右等の方向を各図に示す。特に断らない限り、「前」とは、自動車の前側を指し、「後」とは、自動車の後側を指し、「左」とは、車幅方向における一方側を指し、「右」とは、車幅方向における他方側を指す。また、「上」とは、エンジン1を自動車に搭載した状態の上側を指し、「下」とは、その下側を指す。
【0027】
(エンジン1の概略構成)
エンジン1は、4つのシリンダ11を有するエンジン本体10と、エンジン本体10の前側に配置され、吸気ポート18を介して各シリンダ11と連通する吸気通路30と、エンジン本体10の後側に配置され、排気ポート19を介して各シリンダ11と連通する排気通路50とを備えている。
【0028】
吸気通路30は、吸気(空気等のガス)が流れる複数の通路と、これらの途中に配置されたエアクリーナ31、過給機34、インタークーラ36、サージタンク38等の装置とで、一体に組み合わされた吸気ユニット3を構成している。エンジン本体10は、吸気ユニット3を通じて供給される吸気と、燃料とからなる混合気を、各シリンダ11内に形成された燃焼室16で燃焼させ、燃焼によって生じる排気ガスを、排気通路50を通じて排気するように構成されている。
【0029】
具体的に、エンジン本体10は、シリンダブロック12と、シリンダブロック12の上に載置されるシリンダヘッド13とを有している。シリンダブロック12の内部に、4つのシリンダ11が形成されている。これらシリンダ11は、クランクシャフト15が延びる方向に沿って並んでいる(図1では、1つのシリンダのみを示す)。
【0030】
各シリンダ11の内部には、ピストン14が、それぞれ摺動自在に挿入されている。各ピストン14は、コネクティングロッド141を介してクランクシャフト15と連結されている。ピストン14、シリンダ11、及びシリンダヘッド13により、燃焼室16が区画形成されている。なお、ここでいう「燃焼室」は、ピストン14が圧縮上死点に至ったときに形成される空間のみの意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。
【0031】
シリンダヘッド13には、1つのシリンダ11につき、例えば2つの吸気ポート18が形成されている(図1には、1つの吸気ポート18のみを示す)。2つの吸気ポート18は、気筒列方向に隣接しており、それぞれ対応するシリンダ11と連通している。
【0032】
2つの吸気ポート18には、それぞれ吸気バルブ21が配設されている。吸気バルブ21は、燃焼室16と各吸気ポート18との間を開閉する。吸気バルブ21は、吸気動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。
【0033】
吸気動弁機構は、図1に示すように、可変動弁機構23を有している。可変動弁機構23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲で連続的に変更するよう構成されている。これにより、各吸気バルブ21の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。
【0034】
また、シリンダヘッド13には、1つのシリンダ11につき、例えば2つの排気ポート19が形成されている(図1には、1つの排気ポート19のみを示す)。2つの排気ポート19は、気筒列方向に隣接しており、それぞれ対応するシリンダ11と連通している。
【0035】
2つの排気ポート19には、それぞれ排気バルブ22が配設されている。排気バルブ22は、燃焼室16と各排気ポート19との間を開閉する。排気バルブ22は、排気動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。
【0036】
排気動弁機構は、図1に示すように、可変動弁機構24を有している。可変動弁機構24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲で連続的に変更するよう構成されている。これにより、各排気バルブ22の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。
【0037】
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎にインジェクタ6が取り付けられている。各インジェクタ6は、例えば多噴口型の燃料噴射弁であり、各燃焼室16の内部に、燃料を直接に噴射するように構成されている。
【0038】
各インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留する燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設されている。
【0039】
また、シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25の先端は、燃焼室16の内部に臨んでいる。点火プラグ25の作動により、燃焼室16の中の混合気は、強制的に点火される。
【0040】
(吸気ユニット3)
吸気通路30の上流側の端部には、新気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。サージタンク38は、吸気を一時的に貯める容器状の装置であり、吸気通路30の下流側の端部、すなわち、吸気通路30における吸気ポート18の上流側の部位に配設されている。吸気通路30におけるエアクリーナ31の下流側の部位に、スロットルバルブ32が配設されている。スロットルバルブ32は、エンジン1の運転状態に応じて、その開度が制御される。それにより、燃焼室16に導入される新気の量が調整される。
【0041】
吸気通路30におけるスロットルバルブ32の下流側の部位に、過給機34が配設されている。過給機34は、各燃焼室16に導入する吸気を過給する。過給機34は、エンジン1(具体的には、クランクシャフト15から伝達される動力)によって駆動される(機械式)。過給機34は、例えば、2軸ロータ式のルーツブロワとして構成されている。
【0042】
過給機34とクランクシャフト15との間には、電磁クラッチ34a及び駆動プーリ34dが介設されている。駆動プーリ34dとクランクシャフト15とには、環状のタイミングベルトが巻き掛けられていて、これらが連動して回転するように構成されている。なお、過給機34は、電気で駆動する電気式としてもよい。
【0043】
電磁クラッチ34aは、過給機34とクランクシャフト15との間を接続して駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。ECU7(制御装置)が電磁クラッチ34aの遮断及び接続を切り替えることによって、過給機34のオン状態とオフ状態とが切り替わる。
【0044】
すなわち、エンジン1は、過給機34のオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、燃焼室16に導入する吸気を過給する運転(過給運転)と、燃焼室16に導入する吸気を過給しない運転(自然吸気運転)とを切り替えることができる。過給機34の詳細については、別途後述する。
【0045】
インタークーラ36は、吸気通路30における過給機34の下流側の部位に配設されている。インタークーラ36は、過給機34を通過した吸気との間で熱交換を行い、過給機34で圧縮された吸気を冷却する。インタークーラ36は、例えば水冷式である。
【0046】
吸気通路30は、スロットルバルブ32の下流側であって過給機34の上流側の部位を構成する第1通路33と、過給機34の下流側であってインタークーラ36の上流側の部位を構成する第2通路35と、インタークーラ36の下流側であってサージタンク38の上流側の部位を構成する第3通路37と、サージタンク38の下流側であって、各吸気ポート18の上流側の部位を構成する独立通路39とを有している。
【0047】
独立通路39は、吸気ポート18毎に、サージタンク38から複数に分岐するように形成されている。第1通路33、第2通路35、第3通路37、及び独立通路39は、吸気通路30の主体となる主吸気通路30Aを構成している。
【0048】
吸気通路30には、この主吸気通路30Aとは別に、過給機34及びインタークーラ36を迂回するバイパス通路40が設けられている。詳細には、バイパス通路40は、第1通路33の途中の部位(上流側分岐部33a)から分岐して、サージタンク38(下流側分岐部)と連通するように接続されている。
【0049】
バイパス通路40には、バイパス通路40の流路断面積を変更するバイパスバルブ41が配設されている。バイパスバルブ41は、エンジン1の運転状態に応じて、バイパス通路40の流路断面積を変更する。それにより、バイパスバルブ41は、バイパス通路40を流れる吸気の流量を調節する。
【0050】
吸気通路30には、燃料タンク63で発生する蒸発燃料を、吸気通路30に導入する蒸発燃料通路66が配設されている。蒸発燃料通路66は、燃料タンク63の上部からキャニスタ67を介し、第1通路33に配設されたパージバルブ68に接続されている。なお、キャニスタ67は、蒸発した燃料を一時的に貯留する容器である。
【0051】
(排気通路50)
排気通路50は、吸気通路30とは逆の、エンジン本体10の後側に接続されている。図示は省略するが、排気通路50の上流側の端部は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。それら独立通路が、各シリンダ11の排気ポート19と接続されている。
【0052】
排気通路50には、1つ以上の触媒コンバータ51を有する排気浄化システムが配設されている。触媒コンバータ51は、三元触媒を含んで構成されており、排気通路50における排気ポート19の下流側に隣接して配置されている(いわゆる直キャタリスト)。なお、排気浄化システムは、三元触媒のみを含む構成に限られない。
【0053】
吸気通路30と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路30に導入する。詳しくは、EGR通路52の上流端は、排気通路50における触媒コンバータ51の下流側の部位に接続されていて、排気通路50と連通している。
【0054】
一方、EGR通路52の下流端は、吸気通路30における過給機34より上流側であってスロットルバルブ32の下流側の部位に連通するように構成されている(詳細は後述)。
【0055】
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラ53が配設されている。EGRクーラ53は、EGR通路52を流れる排気ガスを冷却する。EGR通路52を流れる排気ガスの流量は、EGRバルブ54によって調節される。EGRバルブ54の開度を調整することにより、冷却された排気ガス(外部EGRガス)の、吸気通路30への導入量が調節される。
【0056】
(ブローバイガス還元システム70)
また、エンジン1には、燃焼室16から漏れ出すガス(ブローバイガス)を、吸気通路30に導入して燃焼室16に還元する、ブローバイガス還元システム70が配設されている。ブローバイガスは、オイルミストを含む。
【0057】
詳細には、図1に示すように、エンジン本体10のシリンダヘッドカバー26の上部には、PCVバルブ72が設けられている。ブローバイガス還元システム70を構成するブローバイガス通路71は、その上流側の端部が、このPCVバルブ72と接続されている。PCVバルブ72は、ブローバイガス通路71に流入するブローバイガスの流量を可変する。
【0058】
ブローバイガス通路71の下流側の端部は、バイパス通路40の上流側の部位に接続されている。ブローバイガス通路71は、過給機34の吸入側と接続される第1連通路73と、過給機34の吐出側と接続される第2連通路74とを有している。ブローバイガス通路71の詳細は後述する。
【0059】
(過給機34)
図5に示すように、過給機34は、内部にロータ室343及びギア室344が形成されたケーシング34b(過給機本体)を有している。ロータ室343及びギア室344の内部には、駆動側及び従動側からなる一対の回転軸81,82が、気筒列方向に平行して延びるように配置されている。これら回転軸81,82の各々は、吸入側及び吐出側からなる一対の軸受部83,84によって回転自在に軸支されている。
【0060】
図6にも示すように、ロータ室343の左側には、各回転軸81,82の端部を収容する小容量の軸受室345が、ケーシング34bから突出するように設けられている。軸受室345には、吸入側の軸受部83を構成するボールベアリングが収容されている。軸孔345aを通じて軸受室345に突出した各回転軸81,82の端部が、そのボールベアリングを介して軸支されている。軸受室345にはシール材(吸入側シール材91)が設けられていて、この吸入側シール材91が、軸孔345aと各回転軸81,82との間の隙間を塞いでいる。
【0061】
ギア室344は、ロータ室343の右側に隣接して配置されている。軸孔344aを通じて各回転軸81,82がギア室344に突出している。ギア室344にも、軸孔344aと各回転軸81,82との間の隙間を塞ぐシール材が設けられている。ギア室344には、軸受室345とは異なり、2つのシール材92,93が設けられているが、これについては後述する。
【0062】
ギア室344には、駆動側の回転軸81と従動側の回転軸82とを連動して回転させるギア346が収容されている。吐出側の軸受部84は、ギア346と共に、ギア室344に収容されている。ギア室344には、潤滑用のオイルが適量、充填されている。
【0063】
ロータ室343には、第1ロータ341及び第2ロータ342が、互いに隣接して部分的に噛み合うように収容されている。第1ロータ341は、従動側の回転軸82に一体に固定され、第2ロータ342は駆動側の回転軸81に一体に固定されている。駆動側の回転軸81は、従動側の回転軸82よりも長く延びて、ギア室344から突出し、電磁クラッチ34aに連結されている。
【0064】
図5の右側においてVc-Vc線で示す断面図(c)のように、ケーシング34bの左側の端部には、ロータ室343に連通する吸入口34cが開口している。一方、ケーシング34bの前側の側面には、ロータ室343を露出させるV字状ないし三角形状に開口する吐出口34eが開口している。
【0065】
吸入口34cは、第1通路33に連通している。吐出口34eは、第2通路35に連通している。第1ロータ341及び第2ロータ342が回転することにより、第1通路33を流れる吸気は、吸入口34cを通じてロータ室343に吸入される。ロータ室343に吸入された吸気は、右側に向かって送り出され、圧縮される。圧縮された吸気は、吐出口34eから吐出される。
【0066】
(吸気ユニット3のレイアウト)
図2に示すように、吸気ユニット3は、エンジン本体10の前側、具体的には、シリンダヘッド13及びシリンダブロック12の前面に沿うように配置されている。特に、過給機34とインタークーラ36とは、過給レスポンスを高めるべく、吸気ポート18の上流側の端部の近傍に集約して配置されている。
【0067】
過給機34は、左右方向に延びる横長なサージタンク38を間に挟むようにして、エンジン本体10の前側に配置されている。過給機34の後部とエンジン本体10の前部との間には、サージタンク38の寸法に応じた隙間が空いている。第1通路33は、過給機34の左側に気筒列方向に延設されており、吸入口34cが開口している、過給機34の左端部と接続されている。
【0068】
また、図3に示すように、過給機34及びインタークーラ36は、この順に上下方向に並設されており、上下に隣接している。第2通路35は、吐出口34eがある過給機34の前部と、インタークーラ36の前部とを接続するように、ほぼ上下方向に延設されている。
【0069】
サージタンク38は、図2図4に示すように、過給機34の後部と、複数の独立通路39との間の隙間に配置されている。第3通路37は、過給機34の下方を通過するように延設されている。インタークーラ36は、サージタンク38よりも下方に位置しており、インタークーラ36の後部とサージタンク38の底部とが、第3通路37によって接続されている。
【0070】
バイパス通路40は、第1通路33の上流側分岐部33aから分岐して上方へ延びた後、右方へ延びている。バイパス通路40の下流側の端部は、二股に分岐し、サージタンク38の上部と接続されている(図2図4図9Aを参照。)。
【0071】
(過給機34へのブローバイガスの利用)
外部EGRガスには、煤や酸化物などのダスト、水蒸気等が含まれる。これら水蒸気等は、外部EGRガスの吸気への導入に伴って、過給機34のロータ室343に流入する。水蒸気は、EGRクーラ53で冷却されることにより、EGR通路52及びバイパス通路40において凝縮水となり、バイパス通路40から第1通路33に流入し、ひいては過給機34のロータ室343に流れ込むおそれがある。
【0072】
これらダストや凝縮水が、過給機34のロータ室343に流れ込むと、軸受部やシール材に作用し、劣化させるおそれがある。そこで、このエンジン1では、ブローバイガス還元システム70を利用することにより、エンジン1の運転状態に応じて、軸受部やシール材の周辺の吸気を吸引したり、軸受部やシール材の周辺へオイルを供給したりできるように工夫されている。
【0073】
具体的には、図1に示すように、ブローバイガス通路71におけるPCVバルブ72の下流側の部位から分岐する第1連通路73及び第2連通路74が設けられている。そして、図6に示すように、これらが過給機34のケーシング34bを通して、吸入側及び吐出側の各軸受部83,84の近傍に設けた、各軸受部83,84に通ずる隙間からなる空間部(吸入側環状空間部34f、吐出側環状空間部34h)に連通している。
【0074】
図6に、ブローバイガス通路71の要部を模式的に示す。図7に、ブローバイガス通路71の要部を具体的に示す。これら図に示すように、ブローバイガス通路71の下流側の端部は、下流側導入路71a、上流側導入路71b、第1分岐路73a、及び第2分岐路74aなどで構成されている。
【0075】
下流側導入路71aは、バイパス通路40における上流側分岐部33aの近傍の部位(後述する分岐基部42)に接続されていて、その接続部位に開口する導入口(ブローバイガス導入口75)から、ブローバイガスが吸気通路30に導入されるようになっている。
【0076】
そして、下流側導入路71aにおけるブローバイガス導入口75の上流側の部位から、第1分岐路73aと第2分岐路74aとが分岐している。第1分岐路73aは、第2分岐路74aよりも上流側に位置している。第1分岐路73aは、第1連通路73に連通し、第2分岐路74aは第2連通路74に連通している。
【0077】
上流側導入路71bは、下流側導入路71aの上流側に交差した状態で連なっている。詳細には、上流側導入路71bは、気筒列方向に延びており、下流側導入路71aは、上流側導入路71bの下流側から曲がるように分岐して、気筒列方向と略垂直な横方向に延びている。そして、第1分岐路73aは、上流側導入路71bと真っ直ぐに連なるように、上流側導入路71bと下流側導入路71aとの屈曲部位から気筒列方向に延びている。
【0078】
対して、第2分岐路74aは、下流側導入路71aの途中から、第1分岐路73aと平行して気筒列方向に延びている。上流側導入路71bは、第1分岐路73a及び第2分岐路74aよりも、大径の管で構成されている(流路面積が大きい)。
【0079】
詳細は後述するが、このような上流側導入路71b、下流側導入路71a、及び第1分岐路73aは、ブローバイガスからオイルを分離して、そのオイルを第1連通路73に供給するオイル分離供給部OPを構成している。そして、上流側導入路71bはストレート部を構成し、下流側導入路71aはクロス部を構成している。
【0080】
図2図4に示すように、第1連通路73及び第2連通路74は、過給機34と、その上方に配置されたバイパス通路40との間を通って配設されている。そして、オイル分離供給部OPは、第1通路33とバイパス通路40との間の僅かな隙間に配置されていて、ブローバイガス通路71によってコンパクトに構成されている。それにより、ブローバイガス通路71と各連通路73、74とのレイアウトは、有機的且つコンパクトに構成されている。また、各連通路73、74を気筒列方向に配設しているので、吸気はスムーズに流れるし、レイアウトに関してもコンパクト化が図れる。
【0081】
図5図6に示すように、ケーシング34bの各軸受室345に臨む軸孔345aの周囲には、環状の隙間からなる吸入側環状空間部34fが、それぞれ設けられている。吸入側環状空間部34fには、図6に拡大して示すように、軸孔34aよりも大径の環状段部34f1が、それぞれ設けられている。吸入側シール材91は、環状段部34f1を介して、吸入側環状空間部34fに隣接し、かつ臨んでいる。環状段部34f1は、吸入側環状空間部34fの容積を増大させる。なお、環状段部34f1は、ケーシング34bにおける各シール材の91の内側部分を、エンドミル(end mill)等を用いて切削することにより形成することができる。
【0082】
図5の断面図(c)に示すように、2つの吸入側環状空間部34f,34fは、縦孔からなる単一の第1接続路34gによって互いに接続されている。従って、2つの吸入側環状空間部34f,34fは、ドリル加工によって容易に連通させることができる。
【0083】
一方、ケーシング34bのギア室344に臨む各軸孔344aの周囲にも、環状の隙間からなる吐出側環状空間部34hがそれぞれ設けられている。ギア室344に臨む各軸孔344aの周囲には、隙間を隔てて、2つのシール材(外側シール材92及び内側シール材93)が配置されている。外側シール材92は、ギア室344の側に位置し、内側シール材93はロータ室343の側に位置している。
【0084】
これら外側シール材92と内側シール材93との間に、吐出側環状空間部34hが設けられている。外側シール材92及び内側シール材93の各々は、吐出側環状空間部34hに隣接し、かつ臨んでいる。図5において左側に示す断面図(a)のように、2つの吐出側環状空間部34h,34hもまた、吸入側環状空間部34fと同様に、縦孔からなる第2接続路34iによって互いに接続されている。
【0085】
第1連通路73は、第1接続路34gを介して、各吸入側環状空間部34fと接続されている。第2連通路74は、第2接続路34iを介して、各吐出側環状空間部34hと接続されている。
【0086】
このように、ブローバイガス通路71から、オイル分離供給部OPを通じて分岐する第1連通路73及び第2連通路74の各々は、過給装置34における吸入側の軸受部83及び吐出側の軸受部84のそれぞれの近傍に設けられた吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの各々に連通している。従って、エンジン1の運転状態に応じて、軸受部83,84やシール材91,92,93の周辺の吸気を吸引したり、軸受部83,84やシール材91,92,93の周辺へオイルを供給したりできるようになっている。その一例を、過給時と非過給時(自然吸気時)との場合により、説明する。
【0087】
(過給時)
図8A及び図9Aに、吸気通路30における過給時の吸気の流れを示す。例えば、アクセルが踏まれて加速が要求された場合などには、ECU7は、自動車の走行中に過給機34を作動(つまり、電磁クラッチ34aを接続)し、バイパスバルブ41の開度を適宜調整する。
【0088】
このとき、スロットルバルブ32は、通常、略全開に調整され、新気が負荷なく吸気通路30へ導入される。また、エンジン1の運転状態に応じて、EGRバルブ54の開度が適宜調整されることにより、外部EGRガスが、吸気通路30へ導入される。更に、PCVバルブ72の開度が適宜調整されることにより、ブローバイガスも、吸気通路30へ導入される。
【0089】
これにより、新気、外部EGRガス、及びブローバイガス(単に吸気ともいう)は、主吸気通路30Aを通じ、過給された状態で燃焼室16に導入される。このとき、バイパスバルブ41の開度調整により、過給機34を通過した吸気の一部は、バイパス通路40を通って過給機34の上流に逆流する。吸気の逆流量により、燃焼室16に導入する吸気の過給圧が調節される。
【0090】
このように過給機34が作動している場合には、ロータ室343の内部は高圧になる。そのため、ロータ室343の近傍に位置し、軸孔344a,345aを通じてロータ室343と連通している吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの内圧も、過給圧に応じて高くなる。通常、ブローバイガス通路71の内圧よりも、これら吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの各々の内圧の方が高い。
【0091】
従って、軸受部83,84やシール材91,92,93の周辺に付着するダストや凝縮水は、吸気と共に、吸入側環状空間部34f及び第1連通路73や、吐出側環状空間部34h及び第2連通路74を通ってブローバイガス通路71に吸い出すことができる。その結果、軸受部83,84やシール材91,92,93の劣化を抑制できる。
【0092】
(非過給時)
図8B及び図9Bに、吸気通路30における非過給時(自然吸気時)の吸気の流れを示す。例えば、アイドリングや惰性走行の場合などには、ECU7は、過給機34の作動を停止(つまり、電磁クラッチ34aを遮断)し、バイパスバルブ41を全開にする。
【0093】
このとき、スロットルバルブ32は、エンジン1の運転状態に応じて、適宜開度が調整され、適量の新気が吸気通路30へ導入される。また、エンジン1の運転状態に応じて、EGRバルブ54の開度が適宜調整されることにより、外部EGRガスが、吸気通路30へ導入される。更に、PCVバルブ72の開度が適宜調整されることにより、ブローバイガスも、吸気通路30へ導入される。
【0094】
これにより、吸気通路30を流れる吸気は、過給機34をバイパスして、自然吸気の状態で燃焼室16に導入される。このように過給機34が作動していない場合には、ロータ室343の内部は、非加圧状態になる。そのため、吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの内圧も、高くなることはない。
【0095】
そのため、ブローバイガス通路71の内圧と、吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの各々の内圧との差は相対的に小さく、エンジン1の運転状態によって、ブローバイガス通路71の内圧よりも吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの各々の内圧の方が高くなったり、吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hの各々の内圧の方がブローバイガス通路71の内圧よりも高くなったりする。
【0096】
例えば、本願発明者らの種々の検討によれば、低負荷運転時又は中負荷運転時は、吐出側環状空間部34hの内圧(負圧)は、ブローバイガス通路71の圧力(負圧)とほとんど差が生じない。それに対し、吸入側環状空間部34fの内圧は、ブローバイガス通路71よりも低くなる。
【0097】
このように、エンジン1の運転状態によって、吸入側環状空間部34fや吐出側環状空間部34hに、ブローバイガスが導入される場合がある。その場合、図6に模式的に示すように、ブローバイガスは、第1分岐路73a及び第2分岐路74aを経由して、吸入側環状空間部34f及び吐出側環状空間部34hに導入される。
【0098】
このとき、第1分岐路73aは、直線状に延びる上流側導入路71b(ストレート部)と、直線状に連なっている。そのため、ブローバイガスに含まれるオイルミストは、慣性によって第1連通路73に流入し易い。オイルミストよりも軽量なブローバイガスは、下流側導入路71a(クロス部)に流入し易い。その結果、比較的オイルを多量に含むブローバイガスが、第1連通路73に分配されて、吸入側環状空間部34fに流入する。
【0099】
吸入側環状空間部34fは、ギア室344とは異なり、オイルが十分で無く、潤滑不良になり易い軸受室345の近傍に位置している。そのため、これらにオイルを多量に含むブローバイガスを供給することで、吸入側シール材91のシール性、及び吸入側の軸受部83の潤滑性を高めることができる。
【0100】
(吸気通路30に対するブローバイガス通路71の工夫)
ブローバイガスはオイルミストを含む。そのため、ブローバイガスを吸気通路30に導入すると、そのオイルミストが吸気通路30の内部に付着し、オイル汚れが発生する。特に、バルブ等が配置されている部位は、吸気の流れが乱れるため、オイルが集中して付着する傾向がある。そのような部位では、時間の経過により、オイルが溜まって変質する。その結果、オイルが高粘度になると、バルブの作動を阻害するおそれがある。
【0101】
そこで、このエンジン1では、そのようなオイル汚れに基づくトラブルが抑制できるように、吸気通路30やブローバイガス通路71の構造や配置が工夫されている。
【0102】
図9A図9Bに示すように、バイパス通路40の上流側の部位には、吸気通路30と交差する方向に上流側分岐部33aから分岐する分岐基部42と、分岐基部42の下流側に連なって屈曲した屈曲部43と、屈曲部43の下流側に連なって過給機34に沿って延びる延出部44とが設けられている。
【0103】
具体的には、分岐基部42は、左右の気筒列方向に延びる吸気通路30(第1通路33)の上部から上方に小さく分岐している。吸気通路30における分岐基部42が分岐する部位が、上流側分岐部33aである。屈曲部43は、その分岐基部42から、サージタンク38から離れる左側に向かって、斜め上方に延びた後、U又はV状に屈曲し、右斜め上方に向いている。
【0104】
延出部44は、その屈曲部43の下流側に連なり、過給機34を避けるようにして、右方に延びている。延出部44の下流側は、二股に分岐してサージタンク38の上部に接続されている(図2及び図4を参照)。
【0105】
延出部44における上流側の部位には、バイパスバルブ41が配置されている。更にその上流側である、バイパス通路40における屈曲部43とバイパスバルブ41との間の部位には、EGR通路52が側方(後方)から接続されている。図9A図9Bでは、紙面手前側から、EGR通路52はバイパス通路40に接続されている(EGR通路52を示すため、便宜上、EGR通路52の接続方向を変えて示す)。
【0106】
そのバイパス通路40とEGR通路52との接続部位に、EGRバルブ54が設置されている。EGRバルブ54は、ダイヤフラムバルブであり、バイパス通路40を流れる吸気の流れに対して、略直交する方向にバルブが制御される。EGRバルブ54は、バイパスバルブ41に隣接している。
【0107】
分岐基部42の上部に、上方に小さく突出する凹部42a(ブローバイガス導入部)が設けられている。そして、この凹部42aにブローバイガス導入口75が開口し、凹部42aを通じて分岐基部42はブローバイガス通路71と連通している。
【0108】
吸気通路30の上流側分岐部33aにおける分岐基部42の下流側の部位(過給機34の上流側の部位)であって、分岐基部42が分岐している上側の部位に、パージバルブ68が配置されている。そして、その部位に、蒸発燃料通路の導入口(蒸発燃料導入口68a)が開口しており、蒸発燃料導入口68aから蒸発燃料が吸気通路30に導入されるようになっている。
【0109】
過給時には、例えば、図9Aに示すように、主吸気通路30を通じて燃焼室16に、新気、外部EGRガス、還流ガス(バイパス通路40を通じて戻されるガス)、ブローバイガス等からなる吸気が、混合した状態で導入される。このとき、ブローバイガスは、分岐基部42から導入されるので、外部EGRガス及び還流ガスの流れに乗って、スムーズに主吸気通路30Aに導入することができ、分散させることができる。
【0110】
外部EGRガス及び還流ガスの流れに妨げられるため、EGRバルブ54やバイパスバルブ41に、ブローバイガスが含むオイルが影響することはない。
【0111】
蒸発燃料導入口68aは、比較的小さな孔であるため、オイルが付着して堆積すると、蒸発燃料を適切に吸気通路30に導入できなくなるおそれがある。それに対し、このエンジン1では、蒸発燃料導入口68aが分岐基部42の下流側であってその分岐側に配置されている。従って、ブローバイガスに含まれるオイルは、分岐基部42の壁面(第1オイル規制部45)によって蒸発燃料導入口68aに向かうのが妨げられるので、蒸発燃料導入口68aのオイル汚れが抑制できる。
【0112】
非過給時には、例えば、図9Bに示すように、バイパス通路40を通じて燃焼室16に、新気、外部EGRガス、ブローバイガス等の吸気が、混合した状態で導入される。このとき、ブローバイガスは、分岐基部42から導入されるので、新気の流れに乗って、スムーズにバイパス通路40に導入することができ、分散させることができる。
【0113】
また、新気の流れに妨げられるため、蒸発燃料導入口68aに、ブローバイガスが含むオイルが影響することはない。
【0114】
一方、ブローバイガスはEGRバルブ54やバイパスバルブ41を通過するので、ブローバイガスが含むオイルが、EGRバルブ54やバイパスバルブ41に付着して堆積するおそれがある。
【0115】
しかし、このエンジン1では、ブローバイガスは、分岐基部42から導入されるので、EGRバルブ54に至る前に、屈曲部43を通過する。屈曲部43でブローバイガスの流れは偏向されるので、ブローバイガスに含まれるオイルは、慣性により、屈曲部43の壁面(第2オイル規制部46)に付着し易くなっている。従って、EGRバルブ54やバイパスバルブ41のオイル汚れが抑制できる。
【0116】
また、EGR通路40からバイパス通路40に導入される外部EGRガスは、バイパス通路40を流れる吸気の流れに対して略直交する方向から合流する。それによって吸気の流れが乱れるので、よりいっそう第2オイル規制部46にオイルが付着し易くなっている。従って、EGRバルブ54やバイパスバルブ41のオイル汚れがよりいっそう抑制できる。
【0117】
屈曲部43の壁面に付着したオイルは、壁面を伝って吸気通路30に滴下し、スロットルバルブ32に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、スロットルバルブ32は、上流側分岐部33aよりも上流側に配置されているので、スロットルバルブ32がオイルで汚れるおそれはない。
【0118】
なお、開示する技術にかかる過給機付エンジンは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態では、ブローバイガス通路71によって構成したオイル分離供給部OPを示したが、オイル分離供給部OPは、それに限らない。例えば、ブローバイガス通路71の途中に遠心分離器を設置し、オイルと吸気とを積極的に分離してもよい。
【符号の説明】
【0119】
1 エンジン
3 吸気ユニット
10 エンジン本体
30 吸気通路
30A 主吸気通路
31 エアクリーナ
32 スロットルバルブ
33 第1通路
33a 上流側分岐部
34 過給機
34f 吸入側環状空間部
34h 吐出側環状空間部
343 ロータ室
344 ギア室
35 第2通路
36 インタークーラ
37 第3通路
38 サージタンク
39 独立通路
40 バイパス通路
41 バイパスバルブ
42 分岐基部
43 屈曲部
44 延出部
50 排気通路
51 触媒コンバータ
52 EGR通路
53 EGRクーラ
54 EGRバルブ
61 燃料供給システム
70 ブローバイガス還元システム
71 ブローバイガス通路
71a 下流側導入路(クロス部)
71b 上流側導入路(ストレート部)
72 PCVバルブ
73 第1連通路(連通路)
73a 第1分岐路
74 第2連通路
74a 第2分岐路
75 ブローバイガス導入口
81 回転軸(駆動側)
82 回転軸(従動側)
83 軸受部(吸入側)
84 軸受部(吐出側)
91 吸入側シール材
92 外側シール材
93 内側シール材
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8A
図8B
図9A
図9B