(57)【要約】【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。【選択図】図２
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【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。
【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
【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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