内燃機関のクランクケース換気装置
【課題】従来よりも確実に換気を行うことが可能な内燃機関のクランクケース換気装置を提供する。
【解決手段】機関本体２のクランクケース６を含む換気対象空間と吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂとを接続する排出通路２１と、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも上流側の領域１０ａと換気対象空間とを接続する新気導入通路２２とを備えたを備えたクランクケース換気装置２０において、排出通路２１上にタンク２３を設け、排出通路２１上でかつ換気対象空間とタンク２３との間には第１制御弁２４を、新気導入通路２２上には第２制御弁２５をそれぞれ設け、内燃機関１の運転状態に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉を制御する。
【解決手段】機関本体２のクランクケース６を含む換気対象空間と吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂとを接続する排出通路２１と、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも上流側の領域１０ａと換気対象空間とを接続する新気導入通路２２とを備えたを備えたクランクケース換気装置２０において、排出通路２１上にタンク２３を設け、排出通路２１上でかつ換気対象空間とタンク２３との間には第１制御弁２４を、新気導入通路２２上には第２制御弁２５をそれぞれ設け、内燃機関１の運転状態に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクケースに漏れ出たブローバイガスを排出する一方で、吸気通路に取り込まれた新気の一部をクランクケース内に導いて該クランクケース内を換気する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式の内燃機関においては、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケースに漏れ出たブローバイガスを処理するため、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路のスロットルバルブの下流側の領域に還流させる一方で、吸気通路のスロットルバルブよりも上流側の領域から取り出した新気をクランクケース内に導入してクランクケース内を換気するクランクケース換気装置が従来より設けられている（例えば、特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７４７３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０７９２号公報
【特許文献３】特開２００９−２９３５４９号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／１２２６１６号パンフレット
【特許文献５】特開平０９−０６８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のクランクケース換気装置では、内燃機関が高負荷で運転されているとき、特には全負荷運転状態のときに、クランクケース内圧の脈動で新気導入通路内をブローバイガスが往復し、クランクケース内への新気の導入に支障が生じて換気が十分にできないおそれがある。そこで、本発明は従来よりも確実に換気を行うことが可能なクランクケース換気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】
【０００５】
本発明は、機関本体のクランクケースを含む換気対象空間と吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域とを接続する排出通路と、前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側の領域と前記換気対象空間とを接続する新気導入通路と、前記排出通路上に設けられたタンクと、前記排出通路上でかつ前記換気対象空間と前記タンクとの間に設けられた第１制御弁と、前記新気導入通路上に設けられた第２制御弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１制御弁及び前記第２制御弁の開閉を制御する弁制御手段と、を備えた内燃機関のクランクケース換気装置としたものである（請求項１）。
【０００６】
本発明のクランクケース換気装置によれば、第１制御弁又は第２制御弁のいずれか一方を開き、他方を閉じることにより、排出通路を介したブローバイガスの排出と、新気導入通路を介した新気の導入とを内燃機関の運転状態に応じて適宜に切り替えて実行することができる。例えば、換気対象空間の圧力が上昇しているときは第２制御弁を閉じて新気導入通路へのブローバイガスの逆流を防ぎつつ、第１制御弁を開いて換気対象空間の圧力をタンクへと開放し、それに伴って換気対象空間からタンク側へブローバイガスを排出することができる。一方、換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは第１制御弁を閉じて第２制御弁を開くことにより、新気導入通路から換気対象空間へと新気を導入することができる。このように、排出通路上に、圧力開放先としてのタンクを設けるとともに、第１制御弁及び第２制御弁の開閉を運転状態に応じて適宜に切り替え制御することにより、全負荷運転状態のように、吸気通路の圧力が高くなりがちな運転状態であっても、ブローバイガスの排出と新気の導入とを区分して実行して、クランクケースを含む換気対象空間を従来よりも確実に換気することができる。なお、本発明において換気対象空間の用語は、クランクケース及びこれと通じた空間、通路等といった機関本体内の空間であって、ブローバイガスを新気と置き換えて換気する対象となり得る空間を意味する。
【０００７】
本発明の一形態において、前記吸気通路の前記下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別する圧力判別手段をさらに設け、前記弁制御手段は、前記圧力判別手段により、前記下流側の領域の圧力が前記所定の閾値を超えていると判断された場合、前記第１制御弁を開く一方で前記第２制御弁を閉じることにより前記換気対象空間の圧力を前記タンク側へ開放する圧力開放状態と、前記第１制御弁を閉じる一方で前記第２制御弁を開くことにより前記換気対象空間に導入する新気導入状態とを、前記内燃機関の運転状態に応じて交替的に生じさせる連係制御を実行してもよい（請求項２）。吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が閾値を超えた場合、第１制御弁と第２制御弁との連係制御を実行して圧力開放状態と新気導入状態とをそれらの状態に適した時期に交替的に生じさせることにより、内燃機関の負荷が上昇してもクランクケース等の換気を確実に行うことができる。
【０００８】
上記の形態において、圧力開放状態と新気導入状態とは、時期をずらして交替的に生じていれば足り、両状態の間にさらに別の状態が介在してもよい。例えば、前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記新気導入状態と前記圧力開放状態との間に、前記第１及び第２の制御弁のいずれも閉じる閉鎖状態を挟みつつ、前記新気導入状態と前記圧力開放状態とを交替的に生じさせてもよい（請求項３）。これによれば、新気導入状態と圧力排出状態との間に閉鎖状態を挟むことにより、換気対象空間に圧力を一旦閉じ込め、その後の圧力排出状態にてブローバイガスをタンク側へ効率よく排出することができる。
【０００９】
前記弁制御手段は、前記内燃機関が全負荷運転状態にあるときに前記連係制御を実行してもよい（請求項４）。これによれば、全負荷運転状態においても、クランクケースを含む換気対象空間を確実に換気することができる。
【００１０】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択してもよい（請求項５）。これによれば、換気対象空間の圧力の低下傾向を利用して新気を導入する一方、圧力が所定の基準値を超えて上昇するときには圧力開放状態を選択して換気対象空間からタンク側へとブローバイガスを排出することができる。
【００１１】
前記弁制御手段は、前記換気対象空間の容積が増加する間に前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の容積が減少して該換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択してもよい（請求項６）。内燃機関のピストンの上昇等によって換気対象空間の容積が増加する間は、その容積増加に伴ってクランクケース内の圧力が低下傾向となり、両制御弁を新気導入状態に制御すれば新気を導入することができる。一方、換気対象空間の容積が減少する場合には、その減少に伴って圧力が上昇する。その換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇した場合に両制御弁を圧力開放状態に制御すれば、換気対象空間からタンク側へとブローバイガスを排出することができる。
【００１２】
本発明の一形態において、前記排出通路上における前記タンクと前記吸気通路との間の領域には、前記タンクから空気を吸い込んで前記吸気通路側に送り出すポンプが設けられてもよい（請求項７）。これによれば、ポンプを動作させることによりタンクの圧力を低く維持し、第１制御弁が開かれたときに換気対象空間からタンクへとブローバイガスを確実にかつ効率よく排出させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明のクランクケース換気装置によれば、ブローバイガスの排出通路上に、クランクケース側からの圧力開放先としてのタンクを設けるとともに、排出通路には第１制御弁を、新気導入通路には第２制御弁をそれぞれ設け、内燃機関の運転状態に応じてこれらの制御弁の開閉を制御することとしたので、全負荷運転状態のように、吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が高くなりがちな運転状態であっても、ブローバイガスの排出と新気の導入とを区分して実行して、クランクケースを含む換気対象空間を従来よりも確実に換気することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行するクランクケース内圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】制御弁連係制御の実行時における制御弁の開閉状態とクランクケース内の圧力との関係の一例を示す図。
【図４】クランクケース内の圧力状態に基づいて制御弁の開閉を制御する場合に適した制御弁連係制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図。
【図６】第２の形態におけるクランクケース内圧制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示している。内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）１は車両に原動機として搭載されるものであって、エンジン本体２を有している。周知のように、エンジン本体２は、シリンダブロック３の上方にシリンダヘッド４及びヘッドカバー５が順次取り付けられ、シリンダブロック３の下方にクランクケース６が取り付けられた概略構成を有している。シリンダブロック３の内部にはシリンダ３ａが形成されている。シリンダ３ａの個数、つまりエンジン１の気筒数は適宜でよい。ただし、本形態では、クランクケース６内の圧力変動（脈動）が比較的大きくなる１〜３気筒のエンジン１が想定されている。
【００１６】
シリンダ３ａにはピストン７が装着されている。クランクケース６内にはクランクシャフト８が回転自在に取り付けられ、そのクランクシャフト８はコンロッド９を介して各ピストン７と連結されている。シリンダヘッド４には吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０の入口には不図示のエアクリーナが設けられている。エアクリーナで濾過された新気は、スロットルバルブ１１の開度に応じた流量でインテークマニホールド１２に取り込まれ、さらにインテークマニホールド１２からシリンダヘッド４の吸気ポートを経由してシリンダ３ａに吸入される。なお、図１では、一つのシリンダのみを示している。エンジン１が複数気筒を有している場合には、図示以外のシリンダに関しても図１と同様の構成である。
【００１７】
クランクケース６の内部には、ピストン７とシリンダ３ａとの隙間から漏れ出たブローバイガスが流入する。そのブローバイガスは、クランクケース換気装置２０によりクランクケース６から排出される。クランクケース換気装置２０は、クランクケース６と吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂとを結ぶ排出通路２１と、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも上流側の領域１０ａとヘッドカバー５の内部空間とを結ぶ新気導入通路２２とを備えている。排出通路２１は、インテークマニホールド１２に生じる負圧を利用して、クランクケース６のブローバイガスを吸気通路１０に導くように設けられている。新気導入通路２２は、吸気通路１０に取り込まれた新気の一部をヘッドカバー５の内部空間に導くように設けられている。ヘッドカバー５の内部空間は、エンジン本体２の内部通路を介してクランクケース６と通じている。ヘッドカバー５の内部空間からクランクケース６までの空間が、エンジン本体２内における換気対象空間に相当する。エンジン１が複数のシリンダ３ａを有する場合、換気対象空間は気筒間で仕切られることなく、相互に通じている。なお、以下では、換気対象空間をクランクケース６で代表することがある。
【００１８】
クランクケース換気装置２０は、排出通路２１上に設けられたタンク２３と、そのタンク２３とクランクケース６との間に設けられた第１制御弁２４と、新気導入通路２２上に設けられた第２制御弁２５とをさらに備えている。エンジン１が複数気筒を有する場合、タンク２３、第１制御弁２４及び第２制御弁２５は気筒間で共通である。つまり、エンジン本体２の一つの換気対象空間に対してタンク２３、第１制御弁２４及び第２制御弁２５がそれぞれ一つ設けられている。
【００１９】
タンク２３は、エンジン１の排気量以上の容積を有している。第１制御弁２４は、全閉状態と全開状態との間で切り替えが可能な開閉弁である。一方、第２制御弁２５は、全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に、又は複数段に亘って変化させることにより、通過流量を調整可能な流量制御弁である。ただし、第１制御弁２４も、開閉弁に代えて、流量制御弁としてもよい。また、第１制御弁２４及び第２制御弁２５は、いずれも電磁式のアクチュエータによって開閉操作が可能な電磁制御弁である。ただし、電磁式アクチュエータに限らず、空気式アクチュエータ等の他のアクチュエータが用いられてもよい。第２制御弁２５は、新気導入通路２２のヘッドカバー５に対する接続部分に設けられている。言い換えれば、第２制御弁２５は換気対象空間におけるヘッドカバー５側の入口を開閉するように設けられている。
【００２０】
第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉動作は、電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０には、エンジン１の燃焼制御に用いられるコンピュータユニットが兼用されてもよい。あるいは、燃焼制御用のコンピュータユニットとは別のコンピュータユニットがＥＣＵ３０として設けられてもよい。ＥＣＵ３０には、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂの圧力、例えば、インテークマニホールド１２内の圧力を検出するための手段として、圧力センサ３１が接続されている。圧力センサ３１の検出位置は、排出通路２１のタンク２３とインテークマニホールド１２とに挟まれた領域２１ａ内に設定されている。ただし、圧力センサ３１は、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂにおける圧力を検出できる位置であれば、他の位置に設けられてもよい。
【００２１】
図２は、ＥＣＵ３０がクランクケース６の内圧を制御するために所定の周期で繰り返し実行するクランクケース内圧制御ルーチンを示している。図２のルーチンを開始すると、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１で、圧力センサ３１の出力を参照してインテークマニホールド１２の圧力を取得し、続くステップＳ２でインテークマニホールド１２の圧力が負圧、つまり、大気圧よりも低いか否かを判別する。ただし、負圧か否かの判別には、適度な許容幅が設定されてもよい。例えば、インテークマニホールド１２の圧力が、大気圧よりも所定の許容域を超えて低下しているときに負圧と判断されてもよい。あるいは、インテークマニホールド１２の圧力が大気圧に対して所定の許容域を超えて上昇していない限り、負圧と判断されてもよい。
【００２２】
ステップＳ２で圧力が負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３に進み、第１制御弁２４を全開位置に制御する。続くステップＳ４で、ＥＣＵ３０はクランクケース６から排出通路２１に排出されるブローバイガスの流量（排出流量）を、新気導入通路２２からクランクケース６に導入される新気の流量（新気流量）よりも大きく維持するために必要な第２制御弁２５の開度を決定する。ステップＳ４で開度を決定するためには、ベンチ適合試験、コンピュータシミュレーション等を用いてエンジン１の運転状態と第２制御弁２５の開度との対応関係を予め解析し、得られた対応結果をマップ等のデータとしてＥＣＵ３０の内部メモリに記録し、ステップＳ４の処理時にエンジン１の運転状態を判別して、適切な開度を選べばよい。第２制御弁２５の開度が決定された後、ＥＣＵ３０はステップＳ５に進み、第２制御弁２５をステップＳ４で決定された開度に制御する。
【００２３】
一方、ステップＳ２でインテークマニホールド１２の圧力が負圧ではないと判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ６に進んで第１制御弁２４及び第２制御弁２５に関する連係制御を実施する。以下、図３を参照して制御弁２４、２５の連係制御を説明する。図３では、４サイクル機関の４つの行程が完了する一周期のクランク角ＣＡを横軸に取り、第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉状態をクランク角ＣＡと対応付けて図の上段に示している。また、クランクケース６の内圧変化をクランク角ＣＡと対応付けて図の下段に示している。ステップＳ６の連係制御を実施した場合の内圧変化を実線で、比較例における内圧変化を想像線でそれぞれ示している。比較例としては、クランクケース６からタンク２３へのブローバイガスの排出をそれらの間の圧力差のみに依存させるとともに、新気導入通路２２とクランクケース６との間を一定の絞りを介して接続した構成を想定している。クランク角ＣＡは、ピストン７が下死点と上死点との間の中間にあるときのクランク角を０としている。また、図３の例では、理解を容易にするため、エンジン１が単気筒であるか、または３６０°クランク形式の２気筒であると想定して、クランク角ＣＡに対応する圧力変化を示している。なお、３６０°クランク形式とは、２つのピストンが３６０°の位相差でクランクシャフトに連結されることにより２つのピストン７の位置が揃う形式をいう。
【００２４】
図３に示すように、連係制御が行われる場合には、ピストン７が下死点から上死点に移動する期間Ａにて、排出通路２１の第１制御弁２４が閉じられ、新気導入通路２２の第２制御弁２５が開かれる。期間Ａでは、ピストン７の上昇に伴ってクランクケース６の容積が漸次増加する。したがって、第１制御弁２４が閉じていてもクランクケース６の内圧は徐々に低下する。そのため、第２制御弁２５を開けば、クランクケース６の内圧の低下に伴って、新気導入通路２２からクランクケース６内に新気が導入される。
【００２５】
一方、ピストン７が上死点から下死点へと移動する場合には、期間Ｂと期間Ｃとで異なる制御が行われる。まず、ピストン７が上死点から所定の位置まで移動する期間Ｂにおいては、第１制御弁２４及び第２制御弁２５のいずれもが閉じられる。これにより、クランクケース６から新気導入通路２２へとブローバイガスが逆流するおそれが排除される。また、クランクケース６からタンク２３への圧力の開放も阻止されるので、クランクケース６内において、大気圧を超えない範囲で圧力を一旦蓄えることができる。
【００２６】
ピストン７の下降に伴ってクランクケース６内の容積は減少し、クランクケース６の内圧は徐々に上昇する。その内圧が、基準値としての大気圧に達した時点からピストン７が下死点に達するまでの期間Ｃでは、第１制御弁２４が開かれ、第２制御弁２５は閉じた状態に維持される。この場合、第２制御弁２５が閉じているので、新気導入通路２２へのブローバイガスの逆流が阻止される。また、第１制御弁２４が開かれてクランクケース６とタンク２３とが通じるため、クランクケース６に蓄えられた圧力をタンク２３へと開放し、それに伴って及びブローバイガスをタンク２３側へ効率よく排出することができる。これにより、クランクケース６の内圧の正圧域における上昇が抑制される。図３に白抜き矢印で示したように、ピストン７の下死点到達時における比較例の圧力と比較して、クランクケース６の内圧は十分に小さく維持される。
【００２７】
ピストン７が下死点まで達すると再び期間Ａとなり、第１制御弁２４が閉じ、第２制御弁２５が開かれる。ピストン７が上死点に達する期間Ｂとなり、第１制御弁２４及び第２制御弁２５がいずれも閉じられる。以下、同様にして期間Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉が制御される。
【００２８】
以上のように、図２のステップＳ６の連係制御では、ピストン７の位相に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉が切り替え制御される。つまり、ＥＣＵ３０は、クランク角ＣＡに応じてピストン７の位置及び移動方向を判別して、制御弁２４、２５の開閉を切り替え制御すればよい。ステップＳ５又はステップＳ６で制御弁２４、２５の動作を制御した後、ＥＣＵ３０は今回のルーチンを終了する。
【００２９】
以上の処理によれば、まず、インテークマニホールド１２の圧力が負圧に維持されている場合、例えば、スロットルバルブ１１の開度が中間的な位置にある場合には、ステップＳ２が肯定され、クランクケース６から第１制御弁２４を介したブローバイガスの排出が許容される一方で、新気導入通路２２からクランクケース６に導入される新気の流量はブローバイガスの排出流量よりも小さく制限される。よって、クランクケース６内が負圧に保持され、クランクケース６内の換気を確実かつ安定的に継続させることができる。
【００３０】
一方、インテークマニホールド１２の圧力が正圧に転じるような運転状態、典型的にはスロットルバルブ１１が全開となるエンジン１の全負荷運転状態では、ピストン７の上昇時に排出通路２１の第１制御弁２４が閉じてクランクケース６とタンク２３との間が遮断されるとともに新気導入通路２２の第２制御弁２５が開かれてクランクケース６に新気が導入される。また、ピストン７の下降時には、まず両制御弁２４、２５が閉じられてブローバイガスの排出及び新気の導入のいずれもが阻止される。その後、ピストン７の下降に伴うクランクケース６の容積減少でその内圧が基準値としての大気圧まで上昇すると、新気導入通路２２が第２制御弁２５にて閉じられた状態で排出通路２１の第１制御弁２４が開かれてクランクケース６とタンク２３とが連通する。そのため、クランクケース６のブローバイガスがタンク２３に押し出されるように排出されてクランクケース６の内圧の上昇が抑制される。これにより、全負荷運転状態のような新気が導入されにくい運転状態でも、クランクケース６を効率よく換気することができる。クランクケース６の正圧域での上昇を抑制することにより、エンジン１の各シール部からのオイル漏れといった不都合の発生を回避することもできる。
【００３１】
上記の説明では、エンジン１が単気筒又は３６０°クランク形式の２気筒であると仮定した。しかしながら、クランクケース６（換気対象空間）の圧力が脈動する構成であれば、図２及び図３に示した制御弁２４、２５の開閉制御は適用可能である。その場合、ステップＳ６の連係制御は、ピストン７の位相、言い換えればクランク角ＣＡを基準とする制御に代えて、クランクケース６内の圧力変動に基づく制御によって実現すればよい。そのような場合の制御弁連係制御ルーチンの一例を図４に示す。なお、図４のルーチンは、図２のステップＳ６のサブルーチンとして実行されるべきものである。
【００３２】
図４の制御弁連係制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１にてクランクケース６の内圧を取得する。ここで取得する内圧は、圧力センサによって実測した値としてもよいし、エンジン１の運転状態に基づいて推定した値としてもよい。内圧を推定する場合には、エンジン１のベンチ適合試験、あるいはコンピュータシミュレーションによってエンジン１の運転状態に相関する各種のパラメータとクランクケース６の内圧との相関関係を予め解析し、得られた相関関係を利用して内圧を推定すればよい。次のステップＳ１２において、ＥＣＵ３０はクランクケース６の内圧が低下傾向にあるか否かを判別する。低下傾向にあるか否かは、過去のルーチン実行時に取得した内圧を参照して判断すればよい。
【００３３】
ステップＳ１２で内圧が低下傾向にあると判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１３に進んで第１制御弁２４を全閉状態に制御し、続くステップＳ１４にて第２制御弁２５を全開状態に制御する。この場合には、クランクケース６の内圧が低下傾向にあることを利用して、新気導入通路２２から第２制御弁２５を経由してクランクケース６内に新気を導入することができる。つまり、図３における期間Ａと同様である。一方、ステップＳ１２にて内圧が低下傾向にないと判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１５に進み、クランクケース６の内圧が負圧か否かを判別する。この場合も図２のステップＳ２における判断と同様に、負圧か否かの判別に関して適度な許容幅が設定されてもよい。ステップＳ１５で負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１６に進み、第１制御弁２４及び第２制御弁２５のいずれも全閉状態に制御する。この場合には、ブローバイガスの排出及び新気の導入のいずれもが阻止される。つまり、図３における期間Ｂと同様である。一方、ステップＳ１５にてクランクケース６の内圧が負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１７に進んで第１制御弁２４を全開状態に制御し、続くステップＳ１８にて第２制御弁２５を全閉状態に制御する。これにより、クランクケース６のブローバイガスがタンク２３に押し出されるように排出されてクランクケース６の内圧の上昇が抑制される。つまり、図３における期間Ｃと同様である。ステップＳ１４、Ｓ１６又はＳ１８の処理後、ＥＣＵ３０は今回のルーチンを終了する。
【００３４】
図４のルーチンを実行することにより、クランクケース６内の圧力変動に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５を適宜に開閉させ、それによりブローバイガスの新気導入通路２２への逆流を防止しつつ、全負荷運転状態のような新気が導入されにくい運転状態でも、クランクケース６を効率よく換気することができる。
【００３５】
（第２の形態）
図５は本発明の第２の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示している。ただし、図５において、図１と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。本形態のクランクケース換気装置２０Ａでは、排出通路２１のタンク２３とインテークマニホールド１２とに挟まれた領域２１ａにポンプ２６が設けられている。ポンプ２６は、タンク２３から空気を吸い込んでインテークマニホールド１２に送り出すように設けられている。
【００３６】
ＥＣＵ３０は、圧力センサ３１が検出したインテークマニホールド１２の圧力に基づいてポンプ２６の運転状態（吐出流量）を制御する。例えば、ＥＣＵ３０は、圧力が正圧に近付くほどポンプ２６の回転数を上昇させる。あるいは、図６に示したように、図４のクランクケース内圧制御ルーチンに対して、ステップＳ２で負圧と判断された場合にポンプ２６を停止させ（ステップＳ１１）、負圧ではないと判断された場合にポンプ２６を作動させる（ステップＳ１２）といったように、ＥＣＵ３０にてポンプ２６の運転状態を制御してもよい。このようにポンプ２６を制御すれば、タンク２３の圧力を第１の形態よりも低く維持し、それにより、第１制御弁２４が開かれたときのクランクケース６からのブローバイガスの排出を促進することができる。
【００３７】
以上に説明した各形態においては、ＥＣＵ３０が図２又は図６のルーチンを実行することにより弁制御手段として機能する。また、図３における期間Ａが新気導入状態に相当し、期間Ｂが閉鎖状態に相当し、期間Ｃが圧力開放状態に相当する。さらに、上記の各形態では、圧力センサ３１の検出圧力に基づいてＥＣＵ３０が図２又は図６のステップＳ２の判別を行うことにより、圧力判別手段として機能し、そのステップＳ２における分岐条件として設定された大気圧が、連係制御を実行するか否かを判別するための閾値に相当する。ただし、圧力判別手段は、圧力センサのような圧力の実測手段を利用する例に限らず、内燃機関の運転状態に基づいて吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別するように構成されてもよい。
【００３８】
上記の各形態においては、図３に示した期間Ｃの始期をクランクケース６の圧力が大気圧に達した時点に設定することにより、大気圧を基準値として、これを超えてクランクケース６の圧力が上昇したときに制御弁２４、２５を圧力開放状態に切り替えている。ただし、その基準値は必ずしも大気圧に限定されない。大気圧に達する以前よりも低い圧力を基準として設定し、圧力開放状態への移行をより早期に開始してもよい。閉鎖状態、つまり図３の期間Ｂは、クランクケース内の圧力変動の状態によっては省略されてもよい。
【００３９】
上記の各形態では、排出通路２１がクランクケース６に接続され、新気導入通路２２がヘッドカバー５に接続されている。しかしながら、本発明はこのような形態に限定されることなく、排出通路及び新気導入通路の機関本体に対する接続位置は、クランクケースを含む換気対象空間に通じる位置である限りにおいて、適宜に変更可能である。例えば、クランクケースからシリンダブロックにブローバイガスの通路が設けられている場合には、その通路と排出通路とが接続されてもよい。新気導入通路も、ヘッドカバーに限らず、シリンダブロック内の通路に接続されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（機関本体）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ ヘッドカバー
６ クランクケース
７ ピストン
１０ 吸気通路
１０ａ スロットルバルブよりも上流側の領域
１０ｂ スロットルバルブよりも下流側の領域
１１ スロットルバルブ
１２ インテークマニホールド
２０、２０Ａ クランクケース換気装置
２１ 排出通路
２１ａ タンクと吸気通路との間の領域
２２ 新気導入通路
２３ タンク
２４ 第１制御弁
２５ 第２制御弁
２６ ポンプ
３０ 電子制御装置（弁制御手段、圧力判別手段）
３１ 圧力センサ（圧力判別手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクケースに漏れ出たブローバイガスを排出する一方で、吸気通路に取り込まれた新気の一部をクランクケース内に導いて該クランクケース内を換気する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式の内燃機関においては、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケースに漏れ出たブローバイガスを処理するため、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路のスロットルバルブの下流側の領域に還流させる一方で、吸気通路のスロットルバルブよりも上流側の領域から取り出した新気をクランクケース内に導入してクランクケース内を換気するクランクケース換気装置が従来より設けられている（例えば、特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７４７３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０７９２号公報
【特許文献３】特開２００９−２９３５４９号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／１２２６１６号パンフレット
【特許文献５】特開平０９−０６８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のクランクケース換気装置では、内燃機関が高負荷で運転されているとき、特には全負荷運転状態のときに、クランクケース内圧の脈動で新気導入通路内をブローバイガスが往復し、クランクケース内への新気の導入に支障が生じて換気が十分にできないおそれがある。そこで、本発明は従来よりも確実に換気を行うことが可能なクランクケース換気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】
【０００５】
本発明は、機関本体のクランクケースを含む換気対象空間と吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域とを接続する排出通路と、前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側の領域と前記換気対象空間とを接続する新気導入通路と、前記排出通路上に設けられたタンクと、前記排出通路上でかつ前記換気対象空間と前記タンクとの間に設けられた第１制御弁と、前記新気導入通路上に設けられた第２制御弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１制御弁及び前記第２制御弁の開閉を制御する弁制御手段と、を備えた内燃機関のクランクケース換気装置としたものである（請求項１）。
【０００６】
本発明のクランクケース換気装置によれば、第１制御弁又は第２制御弁のいずれか一方を開き、他方を閉じることにより、排出通路を介したブローバイガスの排出と、新気導入通路を介した新気の導入とを内燃機関の運転状態に応じて適宜に切り替えて実行することができる。例えば、換気対象空間の圧力が上昇しているときは第２制御弁を閉じて新気導入通路へのブローバイガスの逆流を防ぎつつ、第１制御弁を開いて換気対象空間の圧力をタンクへと開放し、それに伴って換気対象空間からタンク側へブローバイガスを排出することができる。一方、換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは第１制御弁を閉じて第２制御弁を開くことにより、新気導入通路から換気対象空間へと新気を導入することができる。このように、排出通路上に、圧力開放先としてのタンクを設けるとともに、第１制御弁及び第２制御弁の開閉を運転状態に応じて適宜に切り替え制御することにより、全負荷運転状態のように、吸気通路の圧力が高くなりがちな運転状態であっても、ブローバイガスの排出と新気の導入とを区分して実行して、クランクケースを含む換気対象空間を従来よりも確実に換気することができる。なお、本発明において換気対象空間の用語は、クランクケース及びこれと通じた空間、通路等といった機関本体内の空間であって、ブローバイガスを新気と置き換えて換気する対象となり得る空間を意味する。
【０００７】
本発明の一形態において、前記吸気通路の前記下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別する圧力判別手段をさらに設け、前記弁制御手段は、前記圧力判別手段により、前記下流側の領域の圧力が前記所定の閾値を超えていると判断された場合、前記第１制御弁を開く一方で前記第２制御弁を閉じることにより前記換気対象空間の圧力を前記タンク側へ開放する圧力開放状態と、前記第１制御弁を閉じる一方で前記第２制御弁を開くことにより前記換気対象空間に導入する新気導入状態とを、前記内燃機関の運転状態に応じて交替的に生じさせる連係制御を実行してもよい（請求項２）。吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が閾値を超えた場合、第１制御弁と第２制御弁との連係制御を実行して圧力開放状態と新気導入状態とをそれらの状態に適した時期に交替的に生じさせることにより、内燃機関の負荷が上昇してもクランクケース等の換気を確実に行うことができる。
【０００８】
上記の形態において、圧力開放状態と新気導入状態とは、時期をずらして交替的に生じていれば足り、両状態の間にさらに別の状態が介在してもよい。例えば、前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記新気導入状態と前記圧力開放状態との間に、前記第１及び第２の制御弁のいずれも閉じる閉鎖状態を挟みつつ、前記新気導入状態と前記圧力開放状態とを交替的に生じさせてもよい（請求項３）。これによれば、新気導入状態と圧力排出状態との間に閉鎖状態を挟むことにより、換気対象空間に圧力を一旦閉じ込め、その後の圧力排出状態にてブローバイガスをタンク側へ効率よく排出することができる。
【０００９】
前記弁制御手段は、前記内燃機関が全負荷運転状態にあるときに前記連係制御を実行してもよい（請求項４）。これによれば、全負荷運転状態においても、クランクケースを含む換気対象空間を確実に換気することができる。
【００１０】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択してもよい（請求項５）。これによれば、換気対象空間の圧力の低下傾向を利用して新気を導入する一方、圧力が所定の基準値を超えて上昇するときには圧力開放状態を選択して換気対象空間からタンク側へとブローバイガスを排出することができる。
【００１１】
前記弁制御手段は、前記換気対象空間の容積が増加する間に前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の容積が減少して該換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択してもよい（請求項６）。内燃機関のピストンの上昇等によって換気対象空間の容積が増加する間は、その容積増加に伴ってクランクケース内の圧力が低下傾向となり、両制御弁を新気導入状態に制御すれば新気を導入することができる。一方、換気対象空間の容積が減少する場合には、その減少に伴って圧力が上昇する。その換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇した場合に両制御弁を圧力開放状態に制御すれば、換気対象空間からタンク側へとブローバイガスを排出することができる。
【００１２】
本発明の一形態において、前記排出通路上における前記タンクと前記吸気通路との間の領域には、前記タンクから空気を吸い込んで前記吸気通路側に送り出すポンプが設けられてもよい（請求項７）。これによれば、ポンプを動作させることによりタンクの圧力を低く維持し、第１制御弁が開かれたときに換気対象空間からタンクへとブローバイガスを確実にかつ効率よく排出させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明のクランクケース換気装置によれば、ブローバイガスの排出通路上に、クランクケース側からの圧力開放先としてのタンクを設けるとともに、排出通路には第１制御弁を、新気導入通路には第２制御弁をそれぞれ設け、内燃機関の運転状態に応じてこれらの制御弁の開閉を制御することとしたので、全負荷運転状態のように、吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が高くなりがちな運転状態であっても、ブローバイガスの排出と新気の導入とを区分して実行して、クランクケースを含む換気対象空間を従来よりも確実に換気することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行するクランクケース内圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】制御弁連係制御の実行時における制御弁の開閉状態とクランクケース内の圧力との関係の一例を示す図。
【図４】クランクケース内の圧力状態に基づいて制御弁の開閉を制御する場合に適した制御弁連係制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図。
【図６】第２の形態におけるクランクケース内圧制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示している。内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）１は車両に原動機として搭載されるものであって、エンジン本体２を有している。周知のように、エンジン本体２は、シリンダブロック３の上方にシリンダヘッド４及びヘッドカバー５が順次取り付けられ、シリンダブロック３の下方にクランクケース６が取り付けられた概略構成を有している。シリンダブロック３の内部にはシリンダ３ａが形成されている。シリンダ３ａの個数、つまりエンジン１の気筒数は適宜でよい。ただし、本形態では、クランクケース６内の圧力変動（脈動）が比較的大きくなる１〜３気筒のエンジン１が想定されている。
【００１６】
シリンダ３ａにはピストン７が装着されている。クランクケース６内にはクランクシャフト８が回転自在に取り付けられ、そのクランクシャフト８はコンロッド９を介して各ピストン７と連結されている。シリンダヘッド４には吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０の入口には不図示のエアクリーナが設けられている。エアクリーナで濾過された新気は、スロットルバルブ１１の開度に応じた流量でインテークマニホールド１２に取り込まれ、さらにインテークマニホールド１２からシリンダヘッド４の吸気ポートを経由してシリンダ３ａに吸入される。なお、図１では、一つのシリンダのみを示している。エンジン１が複数気筒を有している場合には、図示以外のシリンダに関しても図１と同様の構成である。
【００１７】
クランクケース６の内部には、ピストン７とシリンダ３ａとの隙間から漏れ出たブローバイガスが流入する。そのブローバイガスは、クランクケース換気装置２０によりクランクケース６から排出される。クランクケース換気装置２０は、クランクケース６と吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂとを結ぶ排出通路２１と、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも上流側の領域１０ａとヘッドカバー５の内部空間とを結ぶ新気導入通路２２とを備えている。排出通路２１は、インテークマニホールド１２に生じる負圧を利用して、クランクケース６のブローバイガスを吸気通路１０に導くように設けられている。新気導入通路２２は、吸気通路１０に取り込まれた新気の一部をヘッドカバー５の内部空間に導くように設けられている。ヘッドカバー５の内部空間は、エンジン本体２の内部通路を介してクランクケース６と通じている。ヘッドカバー５の内部空間からクランクケース６までの空間が、エンジン本体２内における換気対象空間に相当する。エンジン１が複数のシリンダ３ａを有する場合、換気対象空間は気筒間で仕切られることなく、相互に通じている。なお、以下では、換気対象空間をクランクケース６で代表することがある。
【００１８】
クランクケース換気装置２０は、排出通路２１上に設けられたタンク２３と、そのタンク２３とクランクケース６との間に設けられた第１制御弁２４と、新気導入通路２２上に設けられた第２制御弁２５とをさらに備えている。エンジン１が複数気筒を有する場合、タンク２３、第１制御弁２４及び第２制御弁２５は気筒間で共通である。つまり、エンジン本体２の一つの換気対象空間に対してタンク２３、第１制御弁２４及び第２制御弁２５がそれぞれ一つ設けられている。
【００１９】
タンク２３は、エンジン１の排気量以上の容積を有している。第１制御弁２４は、全閉状態と全開状態との間で切り替えが可能な開閉弁である。一方、第２制御弁２５は、全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に、又は複数段に亘って変化させることにより、通過流量を調整可能な流量制御弁である。ただし、第１制御弁２４も、開閉弁に代えて、流量制御弁としてもよい。また、第１制御弁２４及び第２制御弁２５は、いずれも電磁式のアクチュエータによって開閉操作が可能な電磁制御弁である。ただし、電磁式アクチュエータに限らず、空気式アクチュエータ等の他のアクチュエータが用いられてもよい。第２制御弁２５は、新気導入通路２２のヘッドカバー５に対する接続部分に設けられている。言い換えれば、第２制御弁２５は換気対象空間におけるヘッドカバー５側の入口を開閉するように設けられている。
【００２０】
第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉動作は、電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０には、エンジン１の燃焼制御に用いられるコンピュータユニットが兼用されてもよい。あるいは、燃焼制御用のコンピュータユニットとは別のコンピュータユニットがＥＣＵ３０として設けられてもよい。ＥＣＵ３０には、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂの圧力、例えば、インテークマニホールド１２内の圧力を検出するための手段として、圧力センサ３１が接続されている。圧力センサ３１の検出位置は、排出通路２１のタンク２３とインテークマニホールド１２とに挟まれた領域２１ａ内に設定されている。ただし、圧力センサ３１は、吸気通路１０のスロットルバルブ１１よりも下流側の領域１０ｂにおける圧力を検出できる位置であれば、他の位置に設けられてもよい。
【００２１】
図２は、ＥＣＵ３０がクランクケース６の内圧を制御するために所定の周期で繰り返し実行するクランクケース内圧制御ルーチンを示している。図２のルーチンを開始すると、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１で、圧力センサ３１の出力を参照してインテークマニホールド１２の圧力を取得し、続くステップＳ２でインテークマニホールド１２の圧力が負圧、つまり、大気圧よりも低いか否かを判別する。ただし、負圧か否かの判別には、適度な許容幅が設定されてもよい。例えば、インテークマニホールド１２の圧力が、大気圧よりも所定の許容域を超えて低下しているときに負圧と判断されてもよい。あるいは、インテークマニホールド１２の圧力が大気圧に対して所定の許容域を超えて上昇していない限り、負圧と判断されてもよい。
【００２２】
ステップＳ２で圧力が負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３に進み、第１制御弁２４を全開位置に制御する。続くステップＳ４で、ＥＣＵ３０はクランクケース６から排出通路２１に排出されるブローバイガスの流量（排出流量）を、新気導入通路２２からクランクケース６に導入される新気の流量（新気流量）よりも大きく維持するために必要な第２制御弁２５の開度を決定する。ステップＳ４で開度を決定するためには、ベンチ適合試験、コンピュータシミュレーション等を用いてエンジン１の運転状態と第２制御弁２５の開度との対応関係を予め解析し、得られた対応結果をマップ等のデータとしてＥＣＵ３０の内部メモリに記録し、ステップＳ４の処理時にエンジン１の運転状態を判別して、適切な開度を選べばよい。第２制御弁２５の開度が決定された後、ＥＣＵ３０はステップＳ５に進み、第２制御弁２５をステップＳ４で決定された開度に制御する。
【００２３】
一方、ステップＳ２でインテークマニホールド１２の圧力が負圧ではないと判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ６に進んで第１制御弁２４及び第２制御弁２５に関する連係制御を実施する。以下、図３を参照して制御弁２４、２５の連係制御を説明する。図３では、４サイクル機関の４つの行程が完了する一周期のクランク角ＣＡを横軸に取り、第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉状態をクランク角ＣＡと対応付けて図の上段に示している。また、クランクケース６の内圧変化をクランク角ＣＡと対応付けて図の下段に示している。ステップＳ６の連係制御を実施した場合の内圧変化を実線で、比較例における内圧変化を想像線でそれぞれ示している。比較例としては、クランクケース６からタンク２３へのブローバイガスの排出をそれらの間の圧力差のみに依存させるとともに、新気導入通路２２とクランクケース６との間を一定の絞りを介して接続した構成を想定している。クランク角ＣＡは、ピストン７が下死点と上死点との間の中間にあるときのクランク角を０としている。また、図３の例では、理解を容易にするため、エンジン１が単気筒であるか、または３６０°クランク形式の２気筒であると想定して、クランク角ＣＡに対応する圧力変化を示している。なお、３６０°クランク形式とは、２つのピストンが３６０°の位相差でクランクシャフトに連結されることにより２つのピストン７の位置が揃う形式をいう。
【００２４】
図３に示すように、連係制御が行われる場合には、ピストン７が下死点から上死点に移動する期間Ａにて、排出通路２１の第１制御弁２４が閉じられ、新気導入通路２２の第２制御弁２５が開かれる。期間Ａでは、ピストン７の上昇に伴ってクランクケース６の容積が漸次増加する。したがって、第１制御弁２４が閉じていてもクランクケース６の内圧は徐々に低下する。そのため、第２制御弁２５を開けば、クランクケース６の内圧の低下に伴って、新気導入通路２２からクランクケース６内に新気が導入される。
【００２５】
一方、ピストン７が上死点から下死点へと移動する場合には、期間Ｂと期間Ｃとで異なる制御が行われる。まず、ピストン７が上死点から所定の位置まで移動する期間Ｂにおいては、第１制御弁２４及び第２制御弁２５のいずれもが閉じられる。これにより、クランクケース６から新気導入通路２２へとブローバイガスが逆流するおそれが排除される。また、クランクケース６からタンク２３への圧力の開放も阻止されるので、クランクケース６内において、大気圧を超えない範囲で圧力を一旦蓄えることができる。
【００２６】
ピストン７の下降に伴ってクランクケース６内の容積は減少し、クランクケース６の内圧は徐々に上昇する。その内圧が、基準値としての大気圧に達した時点からピストン７が下死点に達するまでの期間Ｃでは、第１制御弁２４が開かれ、第２制御弁２５は閉じた状態に維持される。この場合、第２制御弁２５が閉じているので、新気導入通路２２へのブローバイガスの逆流が阻止される。また、第１制御弁２４が開かれてクランクケース６とタンク２３とが通じるため、クランクケース６に蓄えられた圧力をタンク２３へと開放し、それに伴って及びブローバイガスをタンク２３側へ効率よく排出することができる。これにより、クランクケース６の内圧の正圧域における上昇が抑制される。図３に白抜き矢印で示したように、ピストン７の下死点到達時における比較例の圧力と比較して、クランクケース６の内圧は十分に小さく維持される。
【００２７】
ピストン７が下死点まで達すると再び期間Ａとなり、第１制御弁２４が閉じ、第２制御弁２５が開かれる。ピストン７が上死点に達する期間Ｂとなり、第１制御弁２４及び第２制御弁２５がいずれも閉じられる。以下、同様にして期間Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉が制御される。
【００２８】
以上のように、図２のステップＳ６の連係制御では、ピストン７の位相に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５の開閉が切り替え制御される。つまり、ＥＣＵ３０は、クランク角ＣＡに応じてピストン７の位置及び移動方向を判別して、制御弁２４、２５の開閉を切り替え制御すればよい。ステップＳ５又はステップＳ６で制御弁２４、２５の動作を制御した後、ＥＣＵ３０は今回のルーチンを終了する。
【００２９】
以上の処理によれば、まず、インテークマニホールド１２の圧力が負圧に維持されている場合、例えば、スロットルバルブ１１の開度が中間的な位置にある場合には、ステップＳ２が肯定され、クランクケース６から第１制御弁２４を介したブローバイガスの排出が許容される一方で、新気導入通路２２からクランクケース６に導入される新気の流量はブローバイガスの排出流量よりも小さく制限される。よって、クランクケース６内が負圧に保持され、クランクケース６内の換気を確実かつ安定的に継続させることができる。
【００３０】
一方、インテークマニホールド１２の圧力が正圧に転じるような運転状態、典型的にはスロットルバルブ１１が全開となるエンジン１の全負荷運転状態では、ピストン７の上昇時に排出通路２１の第１制御弁２４が閉じてクランクケース６とタンク２３との間が遮断されるとともに新気導入通路２２の第２制御弁２５が開かれてクランクケース６に新気が導入される。また、ピストン７の下降時には、まず両制御弁２４、２５が閉じられてブローバイガスの排出及び新気の導入のいずれもが阻止される。その後、ピストン７の下降に伴うクランクケース６の容積減少でその内圧が基準値としての大気圧まで上昇すると、新気導入通路２２が第２制御弁２５にて閉じられた状態で排出通路２１の第１制御弁２４が開かれてクランクケース６とタンク２３とが連通する。そのため、クランクケース６のブローバイガスがタンク２３に押し出されるように排出されてクランクケース６の内圧の上昇が抑制される。これにより、全負荷運転状態のような新気が導入されにくい運転状態でも、クランクケース６を効率よく換気することができる。クランクケース６の正圧域での上昇を抑制することにより、エンジン１の各シール部からのオイル漏れといった不都合の発生を回避することもできる。
【００３１】
上記の説明では、エンジン１が単気筒又は３６０°クランク形式の２気筒であると仮定した。しかしながら、クランクケース６（換気対象空間）の圧力が脈動する構成であれば、図２及び図３に示した制御弁２４、２５の開閉制御は適用可能である。その場合、ステップＳ６の連係制御は、ピストン７の位相、言い換えればクランク角ＣＡを基準とする制御に代えて、クランクケース６内の圧力変動に基づく制御によって実現すればよい。そのような場合の制御弁連係制御ルーチンの一例を図４に示す。なお、図４のルーチンは、図２のステップＳ６のサブルーチンとして実行されるべきものである。
【００３２】
図４の制御弁連係制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１にてクランクケース６の内圧を取得する。ここで取得する内圧は、圧力センサによって実測した値としてもよいし、エンジン１の運転状態に基づいて推定した値としてもよい。内圧を推定する場合には、エンジン１のベンチ適合試験、あるいはコンピュータシミュレーションによってエンジン１の運転状態に相関する各種のパラメータとクランクケース６の内圧との相関関係を予め解析し、得られた相関関係を利用して内圧を推定すればよい。次のステップＳ１２において、ＥＣＵ３０はクランクケース６の内圧が低下傾向にあるか否かを判別する。低下傾向にあるか否かは、過去のルーチン実行時に取得した内圧を参照して判断すればよい。
【００３３】
ステップＳ１２で内圧が低下傾向にあると判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１３に進んで第１制御弁２４を全閉状態に制御し、続くステップＳ１４にて第２制御弁２５を全開状態に制御する。この場合には、クランクケース６の内圧が低下傾向にあることを利用して、新気導入通路２２から第２制御弁２５を経由してクランクケース６内に新気を導入することができる。つまり、図３における期間Ａと同様である。一方、ステップＳ１２にて内圧が低下傾向にないと判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１５に進み、クランクケース６の内圧が負圧か否かを判別する。この場合も図２のステップＳ２における判断と同様に、負圧か否かの判別に関して適度な許容幅が設定されてもよい。ステップＳ１５で負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１６に進み、第１制御弁２４及び第２制御弁２５のいずれも全閉状態に制御する。この場合には、ブローバイガスの排出及び新気の導入のいずれもが阻止される。つまり、図３における期間Ｂと同様である。一方、ステップＳ１５にてクランクケース６の内圧が負圧と判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１７に進んで第１制御弁２４を全開状態に制御し、続くステップＳ１８にて第２制御弁２５を全閉状態に制御する。これにより、クランクケース６のブローバイガスがタンク２３に押し出されるように排出されてクランクケース６の内圧の上昇が抑制される。つまり、図３における期間Ｃと同様である。ステップＳ１４、Ｓ１６又はＳ１８の処理後、ＥＣＵ３０は今回のルーチンを終了する。
【００３４】
図４のルーチンを実行することにより、クランクケース６内の圧力変動に応じて第１制御弁２４及び第２制御弁２５を適宜に開閉させ、それによりブローバイガスの新気導入通路２２への逆流を防止しつつ、全負荷運転状態のような新気が導入されにくい運転状態でも、クランクケース６を効率よく換気することができる。
【００３５】
（第２の形態）
図５は本発明の第２の形態に係るクランクケース換気装置を備えた内燃機関の概略構成を示している。ただし、図５において、図１と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。本形態のクランクケース換気装置２０Ａでは、排出通路２１のタンク２３とインテークマニホールド１２とに挟まれた領域２１ａにポンプ２６が設けられている。ポンプ２６は、タンク２３から空気を吸い込んでインテークマニホールド１２に送り出すように設けられている。
【００３６】
ＥＣＵ３０は、圧力センサ３１が検出したインテークマニホールド１２の圧力に基づいてポンプ２６の運転状態（吐出流量）を制御する。例えば、ＥＣＵ３０は、圧力が正圧に近付くほどポンプ２６の回転数を上昇させる。あるいは、図６に示したように、図４のクランクケース内圧制御ルーチンに対して、ステップＳ２で負圧と判断された場合にポンプ２６を停止させ（ステップＳ１１）、負圧ではないと判断された場合にポンプ２６を作動させる（ステップＳ１２）といったように、ＥＣＵ３０にてポンプ２６の運転状態を制御してもよい。このようにポンプ２６を制御すれば、タンク２３の圧力を第１の形態よりも低く維持し、それにより、第１制御弁２４が開かれたときのクランクケース６からのブローバイガスの排出を促進することができる。
【００３７】
以上に説明した各形態においては、ＥＣＵ３０が図２又は図６のルーチンを実行することにより弁制御手段として機能する。また、図３における期間Ａが新気導入状態に相当し、期間Ｂが閉鎖状態に相当し、期間Ｃが圧力開放状態に相当する。さらに、上記の各形態では、圧力センサ３１の検出圧力に基づいてＥＣＵ３０が図２又は図６のステップＳ２の判別を行うことにより、圧力判別手段として機能し、そのステップＳ２における分岐条件として設定された大気圧が、連係制御を実行するか否かを判別するための閾値に相当する。ただし、圧力判別手段は、圧力センサのような圧力の実測手段を利用する例に限らず、内燃機関の運転状態に基づいて吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別するように構成されてもよい。
【００３８】
上記の各形態においては、図３に示した期間Ｃの始期をクランクケース６の圧力が大気圧に達した時点に設定することにより、大気圧を基準値として、これを超えてクランクケース６の圧力が上昇したときに制御弁２４、２５を圧力開放状態に切り替えている。ただし、その基準値は必ずしも大気圧に限定されない。大気圧に達する以前よりも低い圧力を基準として設定し、圧力開放状態への移行をより早期に開始してもよい。閉鎖状態、つまり図３の期間Ｂは、クランクケース内の圧力変動の状態によっては省略されてもよい。
【００３９】
上記の各形態では、排出通路２１がクランクケース６に接続され、新気導入通路２２がヘッドカバー５に接続されている。しかしながら、本発明はこのような形態に限定されることなく、排出通路及び新気導入通路の機関本体に対する接続位置は、クランクケースを含む換気対象空間に通じる位置である限りにおいて、適宜に変更可能である。例えば、クランクケースからシリンダブロックにブローバイガスの通路が設けられている場合には、その通路と排出通路とが接続されてもよい。新気導入通路も、ヘッドカバーに限らず、シリンダブロック内の通路に接続されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（機関本体）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ ヘッドカバー
６ クランクケース
７ ピストン
１０ 吸気通路
１０ａ スロットルバルブよりも上流側の領域
１０ｂ スロットルバルブよりも下流側の領域
１１ スロットルバルブ
１２ インテークマニホールド
２０、２０Ａ クランクケース換気装置
２１ 排出通路
２１ａ タンクと吸気通路との間の領域
２２ 新気導入通路
２３ タンク
２４ 第１制御弁
２５ 第２制御弁
２６ ポンプ
３０ 電子制御装置（弁制御手段、圧力判別手段）
３１ 圧力センサ（圧力判別手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体のクランクケースを含む換気対象空間と吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域とを接続する排出通路と、
前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側の領域と前記換気対象空間とを接続する新気導入通路と、
前記排出通路上に設けられたタンクと、
前記排出通路上でかつ前記換気対象空間と前記タンクとの間に設けられた第１制御弁と、
前記新気導入通路上に設けられた第２制御弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１制御弁及び前記第２制御弁の開閉を制御する弁制御手段と、
を備えた内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項２】
前記吸気通路の前記下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別する圧力判別手段をさらに備え、
前記弁制御手段は、前記圧力判別手段により、前記下流側の領域の圧力が前記所定の閾値を超えていると判断された場合、前記第１制御弁を開く一方で前記第２制御弁を閉じることにより前記換気対象空間の圧力を前記タンク側へ開放する圧力開放状態と、前記第１制御弁を閉じる一方で前記第２制御弁を開くことにより前記換気対象空間に導入する新気導入状態とを、前記内燃機関の運転状態に応じて交替的に生じさせる連係制御を実行する請求項１に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記新気導入状態と前記圧力開放状態との間に、前記第１及び第２の制御弁のいずれも閉じる閉鎖状態を挟みつつ、前記新気導入状態と前記圧力開放状態とを交替的に生じさせる請求項２に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項４】
前記弁制御手段は、前記内燃機関が全負荷運転状態にあるときに前記連係制御を実行する請求項２又は３に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項５】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択する請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項６】
前記弁制御手段は、前記換気対象空間の容積が増加する間に前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の容積が減少して該換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択する請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項７】
前記排出通路上における前記タンクと前記吸気通路との間の領域には、前記タンクから空気を吸い込んで前記吸気通路側に送り出すポンプが設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項１】
機関本体のクランクケースを含む換気対象空間と吸気通路のスロットルバルブよりも下流側の領域とを接続する排出通路と、
前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側の領域と前記換気対象空間とを接続する新気導入通路と、
前記排出通路上に設けられたタンクと、
前記排出通路上でかつ前記換気対象空間と前記タンクとの間に設けられた第１制御弁と、
前記新気導入通路上に設けられた第２制御弁と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１制御弁及び前記第２制御弁の開閉を制御する弁制御手段と、
を備えた内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項２】
前記吸気通路の前記下流側の領域の圧力が所定の閾値を超えるか否かを判別する圧力判別手段をさらに備え、
前記弁制御手段は、前記圧力判別手段により、前記下流側の領域の圧力が前記所定の閾値を超えていると判断された場合、前記第１制御弁を開く一方で前記第２制御弁を閉じることにより前記換気対象空間の圧力を前記タンク側へ開放する圧力開放状態と、前記第１制御弁を閉じる一方で前記第２制御弁を開くことにより前記換気対象空間に導入する新気導入状態とを、前記内燃機関の運転状態に応じて交替的に生じさせる連係制御を実行する請求項１に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記新気導入状態と前記圧力開放状態との間に、前記第１及び第２の制御弁のいずれも閉じる閉鎖状態を挟みつつ、前記新気導入状態と前記圧力開放状態とを交替的に生じさせる請求項２に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項４】
前記弁制御手段は、前記内燃機関が全負荷運転状態にあるときに前記連係制御を実行する請求項２又は３に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項５】
前記弁制御手段は、前記連係制御の実行時に、前記換気対象空間の圧力が低下傾向にあるときは前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択する請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項６】
前記弁制御手段は、前記換気対象空間の容積が増加する間に前記新気導入状態を選択し、前記換気対象空間の容積が減少して該換気対象空間の圧力が所定の基準値を超えて上昇するときは前記圧力開放状態を選択する請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【請求項７】
前記排出通路上における前記タンクと前記吸気通路との間の領域には、前記タンクから空気を吸い込んで前記吸気通路側に送り出すポンプが設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関のクランクケース換気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２３８２（Ｐ２０１３−２３８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５００３（Ｐ２０１１−１３５００３）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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