説明

エンジンの換気システム

【課題】過給式エンジンにおいて、クランクケース内でのエンジンオイルの劣化を抑制できる換気システムを提供する。
【解決手段】ターボチャージャー5付きのエンジン1のポジティブ・クランクケース・ベンチレーション・システムとして、ブローバイガス還元通路10と新気導入通路11、およびオリフィス24付きのPCVバルブ12を備える。低負荷時にはブローバイガス還元通路10を通してブローバイガスを吸気系2側に還元する一方、新気導入通路11からクランク室1aに新気を導入する。吸気系2のブースト圧が正圧となった場合には、新気導入通路11を通してブローバイガスを吸気系2側に還元する一方、ブローバイガス還元通路10を通して新気を導入する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ターボチャージャー等による過給式エンジンの換気システムに関し、特にブローバイガス処理システムの一部を構成することになるポジティブ・クランクケース・ベンチレーション・システム(PCVシステム)の換気率向上に着目した技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自然吸気式または無過給式エンジンにおけるPCVシステムは例えば特許文献1に記載されているように公知であり、吸気通路であるインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも下流側位置とエンジンのクランク室(クランクケース)とを連通するブローバイガス還元通路と、インテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブとを備えている。
【0003】
そして、エンジンの低負荷時には、PCVバルブの作用によりエンジン内部が負圧となることから、ロッカカバー等に設けられた新気導入通路を経て新気がクランクケース内に導入され、同時にブローバイガスはクランケース内で新気と混ざり、PCVバルブを経てインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも下流側位置に導かれることになる。また、エンジンの高負荷時には、クランクケース内のブローバイガスが新気導入通路を通しても排出されて、そのブローバイガスはインテークマニホールドのうちスロットルバルブよりも上流側位置に導かれることになる。
【0004】
このような構成は例えばターボチャージャーによる過給式エンジンにおいても基本的に同様であって、過給式エンジンにおけるPCVシステムが特許文献2に開示されている。
【特許文献1】特開2007−16664号公報
【特許文献2】特開2003−184532号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の換気システムにおいて、先に述べたようなエンジンの高負荷時にはブースト圧が大きくなる(正圧に近付く)ため、PCVバルブを経て排出されるブローバイガスは、エンジンそれ自体から発生するブローバイガスの量よりも少なくなる。それに伴いクランクケース内での換気が緩慢となり、エンジンオイルがブローバイガスによって劣化されることになる。
【0006】
特に過給式エンジンの場合には、自然吸気式または無過給式エンジンに比較して、エンジンの低負荷時においても過給圧の影響でブースト圧が高くなって正圧となるため、クランクケース内に新気が導入されない運転領域が多くなり、結果としてクランクケース内のエンジンオイルがブローバイガスによって一段と劣化されやすくなって好ましくない。
【0007】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に過給式エンジンにおいてクランクケース内でのエンジンオイルの劣化を抑制できるようにした換気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】
【0008】
請求項1に記載の発明は、過給式エンジンの吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置とエンジンのクランク室とを連通するブローバイガス還元通路と、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブと、を備えていて、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記ブローバイガス還元通路の少なくとも一部を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とする。
【0009】
この場合において、請求項2に記載のように、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブを含むブローバイガス還元通路を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることが構造の簡素化の上で望ましい。
【0010】
より具体的には、請求項3に記載のように、上記PCVバルブには、PCVバルブ本来の流量制御機能とは別に、ブースト圧が正圧となった場合の新気導入用のオリフィスを設けてあるものとする。
【0011】
または、請求項4に記載のように、上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブと並列関係にあるチェックバルブを通してクランク室に新気が導入されるようになっているものとする。
【発明の効果】
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、ブースト圧が正圧になった場合でもクランク室には確実に新気が導入されることから、換気効率が向上して、クランクケース内でのエンジンオイルの劣化を抑制できる。
【0013】
特に請求項2に記載の発明によれば、既存の通路を利用して新気を導入することになるため、構造の簡素化の上で有利となる。
【0014】
また、請求項3に記載の発明によれば、既存のPCVバルブにわずかな改良を加えるだけで所期の目的を達成できる利点がある。
【0015】
請求項4に記載の発明によれば、PCVバルブとは別にチェックバルブがあることによって、より確実に且つ安定してクランク室に新気を導入できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
図1〜5は本発明に係る換気システムのより具体的な第1の実施の形態を示す図であり、特に図1はエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示し、図2はエンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。
【0017】
図1では、過給式直列多気筒型エンジンの単一の気筒を便宜的にエンジン1として示し、その吸気通路としての吸気系2には、上流側から順にエアクリーナー3、エアフローメーター4、過給機であるターボチャージャー5の圧縮機インペラー5b、インタークーラー6のほか、スロットルバルブ7をそれぞれ介装してある。他方、エンジン1の排気系8にはターボチャージャー5のタービンインペラー5aを介装してある。
【0018】
そして、周知のように、吸入空気はエアクリーナー3およびエアフローメーター4を経て、エンジン1からの排気により駆動されるターボチャージャー5の圧縮機インペラー5bにより圧縮(過給)された後に後段のインタークーラー6にて冷却され、さらにスロットルバルブ7にて流量調整された上でエンジン1の燃焼室に導入されることになる。なお、エンジン1からの排気の一部がEGRクーラー9を経て吸気系2側に還流される。
【0019】
そして、吸気系2のうちスロットルバルブ7よりも下流側位置とエンジン1のクランク室1aとを連通するブローバイガス還元通路10を設けてあるとともに、吸気系2のうちスロットルバルブ7よりも上流側位置、ここでは吸気系2のうちターボチャージャー5の圧縮機インペラー5bよりも上流側位置とクランク室1aとを連通する新気導入通路11を設けてある。
【0020】
上記ブローバイガス還元通路10には、PCVバルブ12とオイルミストセパレータ13とをPCVバルブ12がスロットルバルブ7側となるように直列に介装してあるとともに、新気導入通路11にも別のオイルミストセパレー14を介装してある。さらに、PCVバルブ12には、PCVバルブ12本来の流量制御機能とは別に、吸気系2の吸気圧であるブースト圧が正圧となった場合の新気導入用のオリフィス24を後述するようにオイルミストセパレータ13側に直列に設けてある。なお、いずれのオイルミストセパレータ13,14もホース接続等によりエンジン1とは独立して設けられる場合のほか、ロッカカバー(シリンダヘッドカバー)と一体に設けられることもある。
【0021】
図3は上記PCVバルブ12の詳細を、図4はそのPCVバルブ12の弁体16の詳細をそれぞれに示し、このPCVバルブ12は、内外周面ともに段付き円筒形状をなす中空状のバルブボディ(ケーシングまたはハウジング)15内にスプール型の弁体16をスライド可能に内挿したもので、バルブボディ15の一方のポート17が吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側に、反対側(他方)のポート18がクランク室1a側(オイルミストセパレータ13側)にそれぞれ繋がることになる。そして、弁体16はバルブボディ15との間に介装した圧縮コイルスプリング19により他方のポート18側に向けて付勢されている。なお、バルブボディ15は長手方向で二分割された二つのピース15a,15b同士を螺合接続したものである。
【0022】
バルブボディ15の内周面のうち軸心方向中央部には段差部をもってスロート部20を形成してある一方、このスロート部20を含むバルブボディ15の内周に挿入される弁体16の外周面は、ポート17側の端部に近い小径部側ほど滑らかな曲率を有しているとともに、それとは反対側の端部に向かって滑らかに且つ漸次直径が大きくなるテーパ形状のものとして形成してある。そのために、吸気系2側のブースト圧が負圧である場合には、その負圧により引っ張られた弁体16がバルブボディ15に対してスライド変位し、そのブースト圧と圧縮コイルスプリング19の弾性力とが釣り合った位置で弁体16が静止することになる。つまり、上記ブースト圧の大きさに応じてスロート部20と弁体16とが相対移動することで両者のなす開度、ひいてはPCVバルブ12を流れるブローバイガスの流量が連続的に可変制御されることになる。なお、バルブボディ15側のポート18と弁体16のうち後述するフランジ部21を除いた部分の最大直径部との間には所定の隙間が確保されていて、この隙間がオリフィス24として機能することになる。
【0023】
PCVバルブ12における弁体16のうちバルブボディ15のポート18側に位置する端部には図4に示すように大径のフランジ部21をその全周に形成してあり、このフランジ部21が弁体16側における圧縮コイルスプリング19のためのスプリングシート(スプリング受け座)として機能することになる。また、フランジ部21にはバルブボディ15のポート18側に向かって突出する複数の円筒状の突起部22を円周方向で等ピッチで形成してあり、この突起部22がバルブボディ15の内周面のうちポート18に近い縦壁面23に当接することで、突起部22自体が圧縮コイルスプリング19による弁体16の付勢方向での位置を規制するストッパー部として機能することになる。
【0024】
そして、上記のように弁体16側の突起部22が縦壁面23に当接した場合でも、フランジ部21と縦壁面23との間には突起部22の高さに相当するところの隙間、すなわちオリフィス24に連通する所定大きさの隙間Gが確保されている。これにより、弁体16が圧縮コイルスプリング19の弾性力によりストローク限界位置までスライド変位して、フランジ部21側の突起部22が縦壁面23に着座したとしても、スロート部20はもちろんのこと、隙間Gに連通するオリフィス24においても所定の開度が確保されている。
【0025】
図5は、吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側のブースト圧とブローバイガス等の流量との関係を示したもので、符号Aはブローバイガスの発生量を、符号Bはブローバイガス還元通路10側のオイルミストセパレータ13でのブローバイガス等の流量特性を、符号Cは新気導入通路11側のオイルミストセパレータ14でのブローバイガス等の流量特性をそれぞれ示している。なお、図5では、ブースト圧が負圧となってその度合いが大きい左側が低負荷側となり、反対にブースト圧が正圧となってその度合いが大きい右側ほど高負荷側となっている。
【0026】
そして、図1に示したブローバイガス還元通路10において、PCVバルブ12はオイルミストセパレータ13と直列に配置されていることから、オリフィス24を含むPCVバルブ12のブースト圧−ブローバイガス流量特性としては、図5の符号Bで示す特性とほぼ同等のものとなるように予め調整してある。
【0027】
このように構成された換気システムによれば、図1,5に示すように、エンジン1の低負荷時、すなわち図5の領域P1においては、吸気系2におけるスロットルバルブ7の下流側の圧力である吸気圧、すなわちブースト圧が負圧であって、且つその負圧の度合いが大きいため、図3に示したPCVバルブ12では、その負圧のために弁体16が同図の左方向に大きく引っ張られ、スロート部20と弁体16との間の隙間(開度)は小さいものとなる。したがって、図5の領域P1では、図1のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側に排出(還元)されるブローバイガス流量も比較的小さいものとなるとともに、ブローバイガス発生量そのものも他の領域に比べて相対的に小さいものとなる。
【0028】
そして、図5の領域P1では、符号Aで示すブローバイガス発生量よりもブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13やPCVバルブ12を通して吸気系2側に排出される符号Bのブローバイガス流量の方が大きいことから、両者の流量差がクランク室1aへの新気導入量となる。そのため、図1に示すように、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通しての吸気系2側へのブローバイガスの排出と並行して、新気導入通路11を通してクランク室1aに新気が導入されて、そのクランク室1aが換気されることになる。
【0029】
ここで、新気導入通路11を通してクランク室1aに導入される新気はオイルミストセパレータ14を通過することから、図5の領域P1においては符号Cで示すオイルミストセパレータ14の流量特性は本来であれば「正(+)」のものとなるが、後述するように新気導入通路11を通して吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側に排気されるブローバイガス流量を「正(+)」としてあるので、図5の領域P1では符号Cで示す特性は「負(−)」となっている。
【0030】
さらに、エンジン1の負荷が高くなる図5の領域P2では、ブースト圧が徐々に正圧に近付くことから、図3のPCVバルブ12では弁体16が先の場合よりも右側にスライド変位し、スロート部20での開度が大きくなる。そのため、符号Aで示すブローバイガス発生量の増加とともに、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側へ排出される符号Bのブローバイガス流量、および新気導入通路11からの新気導入量も増加することになる。
【0031】
そして、図5のブースト圧が正圧に限りなく近付く正圧直前位置では、ブローバイガス還元通路10のオイルミストセパレータ13およびPCVバルブ12を通して吸気系2側へ排出される符号Bのブローバイガス流量は符号Aで示すブローバイガス発生量よりも少なくなり、それとともに新気導入通路11からのクランク室1aへの符号Cで示す新気導入量も少なくなり、やがては図2に示すようにその新気導入通路11からもブローバイガスが吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側へと排気されるようになる。
【0032】
エンジン1の負荷がさらに大きくなって、図5のブースト圧が図1に示したターボチャージャー5の過給圧の影響で正圧に転じる領域P3では、図3のPCVバルブ12はその弁体16が圧縮コイルスプリング19の弾性力に加えてブースト圧を受けて同図の右方向にスライド変位し、同図に示すように弁体16側の突起部22が縦壁面23に着座することになる。この状態ではスロート部20での開度が最大になるとともに、ポート18側ではオリフィス24に相当する開度が確保されている。
【0033】
そして、ブースト圧が正圧に転じた以降、すなわち図5の領域P3では、符号Aで示すブローバイガス発生量の増加とともに、オイルミストセパレータ14を含む新気導入通路11を通して吸気系2のうちスロットルバルブ7の上流側へと排出されるブローバイガス流量(符号C)が急激に増加し、さらにブローバイガス還元通路10側のPCVバルブ12やオイルミストセパレータ13でのブローバイガス流量は「負(−)」側に転じることになる。
【0034】
このブローバイガス還元通路10側でのガス流量が「負(−)」側に転じることは、スロットルバルブ7の下流側の新気がPCVバルブ12やオイルミストセパレータ13を通してクランク室1a側へと逆流していて、積極的にクランク室1a側に新気が導入されていることを意味する。すなわち、図5の領域P3では、符号Aで示すブローバイガス発生量よりも新気導入通路11を通しての符号Cで示すブローバイガス排出量が多くなっていて、両者の流量差がブローバイガス還元通路10を通しての新気導入量となる。つまり、図3のPCVバルブ12は、弁体16が同図の位置にありながら、オリフィス24およびスロート部20と弁体16との間に隙間を通してクランク室1a側への新気の導入を積極的に許容することになる。
【0035】
したがって、図5に示したようにブースト圧が正圧に転じた以降の領域P3においても、クランク室1aに積極的に新気を導入して換気を行うことができることから、従前と比較してクランク室1aの換気率が大幅に向上し、ブローバイガスによるエンジンオイルの劣化を抑制することが可能となる。
【0036】
ここで、上記第1の実施の形態では、図3に示すようにオリフィス24の機能をPCVバルブ12内に設けているが、従来から公知のPCVバルブとオリフィス部材と互いに独立させておき、両者を直列に設けるようにしても同様の機能が発揮される。ただし、部品点数の削減および構造の簡素化の上では図3の構造の方が望ましい。
【0037】
図6,7は本発明の第2の実施の形態を示し、先の図1,2と共通する部分には同一符号を付してある。すなわち、図6はエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示し、図7はエンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。
【0038】
この第2の実施の形態では、図1,2および図3のPCVバルブ12に代えて従来から公知のPCVバルブ25を採用し、そのPCVバルブ25と並列にチェックバルブ27を介装したものである。なお、従来から公知のPCVバルブ25とは、図4の構造においてオリフィス24の機能を有していないタイプのものを言う。
【0039】
すなわち、図6に示すように、吸気系2のうちスロットルバルブ7の下流位置に対してブローバイガス還元通路10が分岐または合流しているものであるが、同等位置から分岐または合流するバイパス通路26を設け、そのバイパス通路26にチェックバルブ27を設けるとともに、バイパス通路26の他端をオイルミストセパレータ13に接続したものである。
【0040】
この第2の実施の形態によれば、図6に示すようにエンジンの低負荷時においては、吸気系2側のブースト圧が負圧となっているため、オイルミストセパレータ13やPCVバルブ25を有するブローバイガス還流通路10が本来の機能を発揮し、チェックバルブ27を有するバイパス通路26は何ら機能しない。
【0041】
その一方、図7に示すように、エンジン1の負荷が高くなって吸気系2側のブースト圧が正圧になると、バイパス通路26のチェックバルブ27が開いて、図3のPCVバルブ12におけるオリフィス24と同様に、チェックバルブ27が新気の導入を積極的許容するようになり、結果としてこの第2の実施の形態においても先の第1の実施の形態と同様の機能が発揮されることになる。
【0042】
図8は本発明の第3の実施の形態を示し、図6と同様のエンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示している。
【0043】
この第3の実施の形態では、図8に示すように、チェックバルブ27を有するバイパス通路26を、オイルミストセパレータ13ではなく、エンジン1のクランク室1aに直接接続したものである。
【0044】
この場合にも、第2の実施の形態と同様の機能が発揮されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図で、エンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示す構成説明図。
【図2】図1において、エンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示す構成説明図。
【図3】図1,2におけるPCVバルブの詳細を示す拡大断面図。
【図4】図3におけるPCVバルブの弁体のみの斜視図。
【図5】図1,2における吸気系のブースト圧とブローバイガス流量との関係を示す特性図。
【図6】本発明の第2の実施の形態を示す図で、エンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示す構成説明図。
【図7】図6において、エンジンの高負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示す構成説明図。
【図8】本発明の第3の実施の形態を示す図で、エンジンの低負荷時におけるブローバーガスおよび新気の流れを示す構成説明図。
【符号の説明】
【0046】
1…エンジン
1a…クランク室
2…吸気系(吸気通路)
5…ターボチャージャー(過給機)
7…スロットルバルブ
10…ブローバイガス還元通路
11…新気導入通路
12…PCVバルブ
24…オリフィス
26…バイパス通路
27…チェックバルブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
過給式エンジンの吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置とエンジンのクランク室とを連通するブローバイガス還元通路と、
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも上流側位置と上記クランク室とを連通する新気導入通路と、
上記ブローバイガス還元通路に設けられたPCVバルブと、
を備えていて、
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記ブローバイガス還元通路の少なくとも一部を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とするエンジンの換気システム。
【請求項2】
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブを含むブローバイガス還元通路を通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの換気システム。
【請求項3】
上記PCVバルブには、PCVバルブ本来の流量制御機能とは別に、ブースト圧が正圧となった場合の新気導入用のオリフィスを設けてあることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの換気システム。
【請求項4】
上記吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流側位置のブースト圧が正圧となった場合に、上記PCVバルブと並列関係にあるチェックバルブを通してクランク室に新気が導入されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの換気システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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