(57)【要約】【課題】  低負荷時にはクランクケースによる過給を可能にすると共に高負荷時にはクランクケース内の脈動が伝達されないようにする。【解決手段】  クランクケース（６０）に導入される気体をクランクケース内において圧縮して燃焼室（５Ａ、５Ｂ）まで供給するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置において、内燃機関の吸気通路（１７）内の気体をクランクケースまで供給する第一の通路（６１）と、クランクケース内において圧縮された気体を吸気通路まで戻す第二の通路（６２）と、機関要求負荷が所定負荷以上の場合に第一の通路を閉鎖できる第一の開閉手段（６５）および機関要求負荷が所定負荷以上の場合に第二の通路を閉鎖できる第二の開閉手段（６６）のうちの少なくとも一方とを具備するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置が提供される。さらに、内燃機関には過給機（１５）が設けられていてもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースに導入される気体を前記クランクケース内において圧縮して燃焼室まで供給するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置において、
前記内燃機関の吸気通路内の気体を前記クランクケースまで供給する第一の通路と、
前記クランクケース内において圧縮された前記気体を前記吸気通路まで戻す第二の通路と、
機関要求負荷が所定負荷以上の場合に前記第一の通路を閉鎖できる第一の開閉手段および機関要求負荷が前記所定負荷以上の場合に前記第二の通路を閉鎖できる第二の開閉手段のうちの少なくとも一方とを具備するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記内燃機関には過給機が設けられており、前記第一および第二の通路が、前記内燃機関の過給機のコンプレッサよりも上流に設けられている請求項１に記載のクランクケース過給式内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記第一および第二の通路の少なくとも一方には逆止弁が設けられている請求項１または２に記載のクランクケース過給式内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクケースに導入される気体をクランクケース内において圧縮して燃焼室まで供給するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、内燃機関の出力を向上させるようにしたクランクケース過給式内燃機関が提案されている。このような内燃機関においては、ピストンの往復運動によってクランクケース内における気体を圧縮して燃焼室まで供給することにより、燃焼室の充填効率を高めて内燃機関の出力を向上させている。
【０００３】
ところで、一般の内燃機関においては燃焼室において気体または混合気を燃焼させているが、これら気体または混合気の一部が、燃焼室内で燃焼することなしに、内燃機関のシリンダとピストンとの間の隙間を通ってクランクケース内に流入する場合がある。このようにクランクケース内に流入した気体または混合気はブローバイガスと呼ばれている（例えば、特許文献１または２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−８９７５号公報
【特許文献２】特開昭６０−４０７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したクランクケース過給式内燃機関においてはブローバイガスを燃焼室内に再び供給することが可能であるが、クランクケース内部がピストンの往復運動によって圧縮されるためにクランクケース内に脈動が生じ、この脈動が吸気通路を通じて燃焼室まで伝達される場合がある。そして、ピストンの往復運動に伴って生じる脈動は内燃機関の要求負荷が高いほど大きくなる。
【０００５】
特に、２気筒内燃機関または単気筒もしくは不等間隔ピッチの燃焼を伴う多気筒内燃機関においては、クランクケース内の容積変化が大きくなることからこのような脈動が生じやすいので、クランクケースによる過給を可能にする一方で、クランクケースにおける脈動の伝達阻止をも行う必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、機関要求負荷が所定負荷より小さいときにはクランクケースによる過給を可能にすると共に機関要求負荷が所定負荷以上のときにはクランクケース内の脈動を伝達しないようにしたクランクケース過給式内燃機関の吸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】
【０００７】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、クランクケースに導入される気体を前記クランクケース内において圧縮して燃焼室まで供給するクランクケース過給式内燃機関の吸気装置において、前記内燃機関の吸気通路内の気体を前記クランクケースまで供給する第一の通路と、前記クランクケース内において圧縮された前記気体を前記吸気通路まで戻す第二の通路とを具備し、機関要求負荷が所定負荷以上の場合に前記第一の通路を閉鎖できる第一の開閉手段および機関要求負荷が前記所定負荷以上の場合に前記第二の通路を閉鎖できる第二の開閉手段の少なくとも一方が設けられているクランクケース過給式内燃機関の吸気装置が提供される。
【０００８】
すなわち１番目の発明によって、機関要求負荷が所定負荷よりも小さい場合にはクランクケース内において圧縮された気体が吸気通路に供給されるのでクランクケースを用いた過給を行うことが可能であると共に、機関要求負荷が所定負荷以上である場合にはクランクケース内の気体が吸気通路に供給されなくなるので、クランクケース内の脈動が吸気通路に伝達されるのを妨げることが可能となる。特に、第二の開閉手段が第二の通路に設けられているのが好ましく、これにより、機関要求負荷が所定負荷以上のときに第二の通路が閉鎖されるので、クランクケース内のエンジンオイルが吸気通路まで供給されることを妨げることもできる。また、第一および第二の開閉手段の両方が設けられている場合には、機関要求負荷が所定負荷以上のときに第一および第二の通路の両方が閉鎖されるので、前述した効果をさらに確実に得ることが可能となる。
【０００９】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記内燃機関には過給機が設けられており、前記第一および第二の通路が、前記内燃機関の過給機のコンプレッサよりも上流に設けられている。
すなわち２番目の発明によって、機関要求負荷が所定負荷よりも小さい場合にはクランクケースの過給によって内燃機関の過給機がアシストされる共に、機関要求負荷が所定負荷以上である場合にはクランクケースによる過給を伴うことなしに、過給機の過給のみで内燃機関を駆動させられる。
【００１０】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記第一および第二の通路の少なくとも一方には逆止弁が設けられている。
すなわち３番目の発明によって、逆止弁によって第一の通路および／または第二の通路において気体が逆流するのを防止できる。なお、第二の通路内に気体が反対方向に無駄に流れるのを防ぐために、第二の通路に設けられる逆止弁はクランクケース近傍に設けられるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
各発明によれば、機関要求負荷が所定負荷よりも小さい場合にはクランクケース内において圧縮された気体が吸気通路に供給されるのでクランクケースを用いた過給を行うことが可能であると共に、機関要求負荷が所定負荷以上である場合にはクランクケース内の気体が吸気通路に供給されなくなるので、クランクケース内の脈動が吸気通路に伝達されるのを妨げることが可能となるという共通の効果を奏しうる。
【００１２】
さらに、２番目の発明によれば、機関要求負荷が所定負荷よりも小さい場合にはクランクケースの過給によって内燃機関の過給機がアシストされる共に、機関要求負荷が所定負荷以上である場合にはクランクケースによる過給を伴うことなしに、過給機の過給のみで内燃機関を駆動させられるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、逆止弁によって第一の通路および／または第二の通路において気体が逆流するのを防止できるという効果を奏しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の第一の実施形態に基づくクランクケース過給式内燃機関の吸気装置の略図である。図１および後述する図２においては、１はクランクケース過給式内燃機関の機関本体を示している。図１においては二気筒内燃機関が示されているが、本発明における内燃機関は二気筒のものに限られず、不等間隔ピッチで燃焼が行われるあらゆる種類の内燃機関を含むものと理解されたい。図１に示される機関本体１はＶ型二気筒内燃機関を想定しているので、二つのシリンダブロック２Ａ、２Ｂは互いに約９０度の角度をなすように連結されている。これらシリンダブロック２Ａ、２Ｂのそれぞれにはピストン４Ａ、４Ｂが摺動可能に配置されている。さらに、これらピストン４Ａ、４Ｂにはそれぞれコンロッド１２Ａ、１２Ｂが回動可能に連結されている。そして、機関本体１のクランクケース６０内においては破線で示されるようにクランク軸１３がクランクピン１４を介してこれらコンロッド１２Ａ、１２Ｂを連結している。クランク軸１３はクランクケース６０内に回転可能に配置されており、図示しない変速機構などによってクランク軸１３の回転が伝達される。
【００１４】
図示されるように、各シリンダブロック２Ａ、２Ｂの上方に位置するシリンダヘッド３Ａ、３Ｂ内においては吸気弁７Ａ、７Ｂをそれぞれ担持した吸気ポート８Ａ、８Ｂが備えられると共に、排気弁９Ａ、９Ｂをそれぞれ担持した排気ポート１０Ａ、１０Ｂが備えられている。また、各シリンダヘッド３Ａ、３Ｂとピストン４Ａ、４Ｂとの間には燃焼室５Ａ、５Ｂがそれぞれ形成されており、これら燃焼室５Ａ、５Ｂ内にはそれぞれ電気制御式燃料噴射弁６Ａ、６Ｂによって燃料が供給されるようになっている。
【００１５】
吸気ポート８Ａ、８Ｂのそれぞれは、吸気管１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ介して共通のサージタンク２９に連結され、サージタンク２９は吸気ダクト２８およびインタークーラ２７を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気ダクト１７およびエアフローメータ１８を介してエアクリーナ１９に連結され、吸気ダクト１７内にはステップモータ２０により駆動されるスロットル弁２１が配置される。
【００１６】
一方、排気ポート１０Ａ、１０Ｂのそれぞれは排気マニホルド２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部は排気管２６を介してパティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５に連結される。また、燃料噴射弁６Ａ、６Ｂは燃料供給管（図示しない）を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール（図示しない）に連結される。
【００１７】
さらに図１に示されるように吸気ダクト１７とクランクケース６０とを接続する第一および第二の通路６１、６２が設けられている。図１において破線で示されるように第一の通路６１は吸気ダクト１７内の気体をクランクケース６０に導入する役目を果たしている。また、第二の通路６２はクランクケース６０において圧縮された気体を吸気ダクト１７に戻す役目を果たしている。第一の通路６１より導入された気体をクランクケース６０内で圧縮して吸気ダクト１７に戻すことにより、吸気ダクト１７内の空気の圧力が高められるので、通常よりも多量の気体が燃焼室５Ａ、５Ｂに供給されるようになり、クランクケース６０による過給が行われる。このような過給を効率的に行うために、吸気ダクト１７における第一の通路６１の入口部は図１に示されるように第二の通路６２の出口部よりも上流側に設けられるのが好ましい。
【００１８】
さらに、図１においては、第二の通路６２には開閉弁６６が設けられている。さらに第二の通路６２には気体をクランクケース６０から吸気ダクト１７に向かって流すようにした逆止弁７２が設けられている。同様に、第一の通路６１には気体を吸気ダクト１７からクランクケース６０に向かって流すようにした逆止弁７１が設けられている。これら逆止弁７１、７２は気体が第一および第二の通路６１、６２のそれぞれに逆流するのを防止する役目を果たしている。
【００１９】
電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。エアフローメータ１８および燃料圧センサ（図示しない）の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。フィルタ２４を内蔵したケーシング２５にはフィルタ２４の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられ、この温度センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。さらに、前述した開閉弁６６および後述する別の開閉弁６５の開度を表す信号が入力ポート５５に入力される。
【００２０】
一方、アクセルペダル４４にはアクセルペダル４４の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４６が接続される。出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁６Ａ、６Ｂ、ステップモータ２０、燃料ポンプ（図示しない）、開閉弁６６および後述する別の開閉弁６７に接続される。
【００２１】
以下、本発明の第一の実施形態に基づくクランクケース過給式内燃機関の吸気装置の作用について説明する。クランクケース過給式内燃機関の機関本体１が駆動されると、電子制御ユニット５０がアクセルペダル４４に接続された負荷センサ４５からの信号を検知して、内燃機関の運転状態に応じて開閉弁６６の開度を調整する。
【００２２】
機関要求負荷が所定の負荷よりも小さい場合、例えばアイドリングなどの低負荷、低回転時には、電子制御ユニット５０が、開閉弁６６に対応する駆動回路５８を出力ポートを通じて作動させ、それにより、第二の通路６２に設けられた開閉弁６６が開放するようになる。このとき、エアクリーナ１９から吸引された気体の一部は第一の通路６１を通ってクランクケース６０に流入する。次いで、気体はクランクケース６０内においてピストン４Ａ、４Ｂにより順次、圧縮される。つまり、ピストン４Ａ、４Ｂが膨張行程にあるときにクランクケース６０内の気体が圧縮される。開閉弁６６が開放しているので、クランクケース６０内で圧縮された気体は第二の通路６２を通じて吸気ダクト１７に戻る。これにより、吸気ダクト１７内の気体の圧力が上昇するようになる。次いで、気体は排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６を通過してサージタンク２９に流入する。そして、空気は二つの吸気管１１Ａ、１１Ｂを通って吸気ポート８Ａ、８Ｂからそれぞれ燃焼室５Ａ、５Ｂに流入する。吸気圧力が上昇しているために、燃焼室５Ａ、５Ｂ内には通常の場合よりも多量の気体が供給され、これにより、内燃機関の出力が向上するようになる。図示されるように、内燃機関に排気ターボチャージャ１５が設けられている場合には排気ターボチャージャ１５のみによっても内燃機関の出力を向上することは可能であるが、さらにクランクケース６０による過給を併用することによって、排気ターボチャージャ１５による過給作用を補助することが可能となる。当然のことながら、排気ターボチャージャ１５が設けられていない場合であっても、クランクケース６０による過給が可能である。
【００２３】
また、内燃機関が駆動しているときには燃焼室５Ａ、５Ｂ内の気体がピストン４Ａ、４Ｂと各シリンダブロック２Ａ、２Ｂとの間の隙間を通ってブローバイガスとしてクランクケース６０内に流入する可能性もある。しかしながら、本発明の内燃機関において機関要求負荷が所定の負荷よりも小さい場合には、開閉弁６６が開放しているのでブローバイガスを第一の通路６１から導入された気体と一緒に第二の通路６２に通して吸気ダクト１７に戻して、燃焼室５Ａ、５Ｂ内で再燃焼させることが可能となる。
【００２４】
一方、機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には、電子制御ユニット５０が、開閉弁６６に対応する駆動回路５８を出力ポートを通じて作動させ、それにより、開閉弁６６が閉鎖するようになる。このとき、吸気ダクト１７内の気体の一部は第一の通路６１を通ってクランクケース６０内に流入してピストン４Ａ、４Ｂによって圧縮されるものの、開閉弁６６が閉鎖しているために、再び吸気ダクト１７まで戻ることはない。前述したように機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には、ピストン４Ａ、４Ｂの往復運動によってクランクケース６０内の気体が圧縮される際にクランクケース６０内に比較的大きな脈動が生じうる。しかしながら、本発明において機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には第二の通路６２の開閉弁６６を閉鎖しているので、クランクケース６０内の比較的大きな脈動が吸気ダクト１７に伝達されるのを防止することが可能となる。また、図１には示さないものの、通常はクランクケース６０の下方に形成されたオイルパン内にエンジンオイルが貯められている。機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には、吸気ガスによってオイルパン内のエンジンオイルが第二の通路６２を通って吸気ダクト１７等に流入する可能性があるが、本発明においては第二の通路６２の開閉弁６６が閉鎖されるので、エンジンオイルが吸気ダクト１７内に流入することはない。従って、本発明によれば、エンジンオイルが燃焼室５Ａ、５Ｂに流入することによる不具合、例えば出力低下などを妨げることができる。
【００２５】
さらに、図示されるように内燃機関に排気ターボチャージャ１５が設けられている場合には、機関要求負荷が所定の負荷以上であれば、排気ターボチャージャ１５による過給作用が十分に大きくなる。従って、クランクケース６０の過給を停止させても出力不足になることはなくなるので、クランクケース６０の比較的大きな脈動が吸気ダクト１７まで伝達されるのを防止するために、第二の通路６２の開閉弁６６を閉鎖するのが好ましい。
【００２６】
図２は、本発明の第二の実施形態に基づくクランクケース過給式内燃機関の吸気装置の略図である。図２において図１と同一の参照番号により示される部材は図１の場合と同一であるので説明を省略する。図２に示されるように、本実施形態においては第一の通路６１においても開閉弁６５が設けられている。前述したようにこの開閉弁６５の開度を表す信号も入力ポート５５に入力されている。
【００２７】
機関要求負荷が所定の負荷よりも小さい場合には、電子制御ユニット５０が、開閉弁６５および開閉弁６６に対応する駆動回路５８を出力ポートを通じて作動させ、それにより、第一の通路６１に設けられた開閉弁６５および第二の通路６２に設けられた開閉弁６６の両方が開放するようになる。この場合には第一の通路６１の開閉弁６５が開放しているので、エアクリーナ１９から吸引された気体の一部は第一の通路６１を通ってクランクケース６０に流入する。次いで、気体はクランクケース６０内においてピストン４Ａ、４Ｂにより順次、圧縮される。次いで、開閉弁６６が開放しているので、圧縮された気体は第二の通路６２を通じて吸気ダクト１７に戻る。このため、前述した実施形態と同様に気体が吸気ポート８Ａ、８Ｂからそれぞれ燃焼室５Ａ、５Ｂに流入する。吸気圧力が上昇しているために、燃焼室５Ａ、５Ｂ内には通常の場合よりも大量の気体が供給され、これにより、内燃機関の出力が向上し、前述した第一の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
一方、機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には、電子制御ユニット５０が、開閉弁６５および開閉弁６６に対応する駆動回路５８を出力ポートを通じて作動させ、それにより、第一の通路６５の開閉弁６５と第二の通路６２の開閉弁６６の両方が閉鎖するようになる。このとき、開閉弁６５が閉鎖しているために、吸気ダクト１７内の気体は第一の通路６１を通ってクランクケース６０まで流入しない。なお、第一の通路６１に設けられる開閉弁６５は吸気ダクト１７近傍に設けられるのが好ましく、この場合には、開閉弁６５を閉鎖したときに気体が第一の通路６１内にほとんど流入しなくなる。そして、第二の通路６２の開閉弁６６も閉鎖しているために、第一の通路６１の開閉弁６５を閉鎖する前にクランクケース６０内で圧縮された気体であっても吸気ダクト１７に再び戻ることはない。従って、前述した第一の実施形態の場合と同様に、第二の実施形態においても、機関要求負荷が所定の負荷以上である場合に、クランクケース６０内の脈動が吸気ダクト１７に伝達されるのを防止することが可能となる。なお、前述した第一の実施形態においては第一の通路６１の開閉弁６５が存在しないために、第二の通路６２の開閉弁６６を閉鎖した場合であっても、吸気ダクト１７内の気体の一部がクランクケース６０内に流入する可能性がある。しかしながら、第二の実施形態においては、第一の通路６１の開閉弁６５と第二の通路６２の開閉弁６６との両方を閉鎖しているので、クランクケース６０内において気体が無駄に圧縮されるのを避けることができ、脈動が吸気ダクト１７に伝達されるのをさらに確実に妨げることが可能となる。なお、図２に示されるように二つの開閉弁６５、６６が設けられている場合には、必ずしも両方の開閉弁６５、６６を同時に開閉する必要はなく、一方の開閉弁を開閉した後に、他方の開閉弁を開閉するようにしてもよい。
【００２９】
また、前述した第一の実施形態の場合と同様に、内燃機関に排気ターボチャージャ１５が設けられている場合には、機関要求負荷が所定の負荷以上であれば、排気ターボチャージャ１５による過給作用が十分に大きくなる。従って、クランクケース６０の過給を停止させても出力不足になることはなくなるので、クランクケース６０の比較的大きな脈動が吸気ダクト１７まで伝達されるのを防止するために、第二の通路６２の開閉弁６６を閉鎖するのが好ましい。
【００３０】
さらに、図面には示さない本発明の他の実施形態においては、第二の通路６２の開閉弁６６を排除して、第一の通路６１のみに開閉弁６５を設けるようにしてもよい。このときには、機関要求負荷が所定の負荷よりも小さい場合には開閉弁６５を開放し、機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には開閉弁６５を閉鎖する。従って、機関要求負荷が所定の負荷よりも小さい場合には前述した実施形態と同様の効果が得られると共に、機関要求負荷が所定の負荷以上である場合には、第一の通路６１の開閉弁６５が閉鎖されるので、第一の通路６１内の気体の影響を受けない比較的小さな脈動が吸気ダクト１７まで伝達される可能性があるものの、燃焼室５Ａ、５Ｂからクランクケース６０内に流入したブローバイガスを吸気ダクト１７まで戻すことが可能となる。
【００３１】
また、図１および図２に示される実施形態および図示しない他の実施形態においては機関要求負荷が所定の負荷以上のときに開閉弁６５および／または開閉弁６６を全閉するようにしているが、これら開閉弁６５、６６を機関要求負荷に応じて徐々に開閉する、つまり開閉弁６５、６６が半閉の状態があるようにしてもよい。この場合には、機関要求負荷を高めているときに、クランクケース６０の脈動が伝達されるのを徐々に低下させられるので、脈動の伝達が急激に無くなるような場合であっても、ドライバビリティを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づくクランクケース過給式内燃機関の吸気装置の略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づくクランクケース過給式内燃機関の吸気装置の略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…機関本体
２Ａ、２Ｂ…シリンダブロック
３Ａ、３Ｂ…シリンダヘッド
４Ａ、４Ｂ…ピストン
５Ａ、５Ｂ…燃焼室
６Ａ、６Ｂ…電気制御式燃料噴射弁
７Ａ、７Ｂ…吸気弁
８Ａ、８Ｂ…吸気ポート
９Ａ、９Ｂ…排気弁
１０Ａ、１０Ｂ…排気ポート
１１Ａ、１１Ｂ…吸気管
１２Ａ、１２Ｂ…コンロッド
１４…クランクピン
１５…排気ターボチャージャ
１６…コンプレッサ
１７…吸気ダクト
２１…スロットル弁
２３…排気タービン
２６…排気管
２９…サージタンク
４４…アクセルペダル
４５…負荷センサ
６０…クランクケース
６１…第一の通路
６２…第二の通路
６５、６６…開閉弁
７１、７２…逆止弁
【図１】
2005120968.tif 000003
【図２】
2005120968.tif 000004