(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＣＶ通路とエゼクタ通路とを有する内燃機関において、ブローバイガスを的確に除去する。【解決手段】ＰＣＶ通路（第１ブローバイガス通路）２１は、負圧作用によってクランク室２ａのブローバイガスを吸気通路１０に還流させる。エゼクタ通路（第２ブローバイガス通路）２５は、排気ターボ過給機１８の駆動下でブローバイガスをクランク室２ａから吸引する。吸気圧Ｐが予め設定した値になると、ウエストゲートバルブ２０を閉じて排気ターボ過給機１８をプレ駆動する。これにより、ＰＣＶ通路２１によるブローバイガスの吸引が不完全な状態でエゼクタ通路２５を機能させて、ブローバイガスをクランク室２ａから吸引除去できる。過給圧が上限値になると、排気ターボ過給機１８による過給量を低下させて過度の吸引を防止する。【選択図】図１
2013124544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室及びクランク室を有する機関本体と、前記機関本体の燃焼室に接続された吸気通路及び排気通路と、圧縮機が前記吸気通路に介挿された過給機とを備えており、
前記吸気通路のうち前記過給機よりも下流側にスロットルバルブを設けていると共に、前記吸気通路のうちスロットルバルブより下流側の部位と前記クランク室とが第１ブローバイガス還流通路で接続されており、かつ、前記吸気通路には、前記過給機の下流側の空気を上流側に戻し得るバイパス通路が接続されており、前記バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部と前記クランク室とが第２ブローバイガス還流通路で接続されており、
前記過給機が駆動されて吸気が過給されていると前記バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部が機能するようになっている構成であって、
前記過給機は過給圧調整手段を備えており、ブローバイガスの実際の発生量又は予想発生量、若しくは、クランク室の圧力の実測値又は予測値に基づき、前記過給機による過給圧が目標値となるように前記過給圧調整手段が制御される、
内燃機関。
【請求項２】
主軸に掛かる負荷と主軸の回転数と機関温度とを変数として、負荷及び回転数が高いほど、及び、機関温度が低いほどブローバイガスの量が増大すると予測して、前記過給圧の目標値が設定される、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＶ通路とエゼクタ通路とでクランク室のブローバイガスを吸気に還流させる方式の車両用内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボ過給機を備えた車両用内燃機関において、クランク室の換気手段として、クランク室と吸気通路とをＰＣＶ通路で結び、クランク室内圧力が大気圧より高くならないようにブローバイガスを吸気通路に還流させることが行われている。他方、クランク室ではピスントの往復動によって圧力変動が発生する。特に、４サイクル２気筒内燃機関の場合、２つのピストンが同じ位相で往復動することにより、クランク室での圧力変動が大きいため、ＰＣＶ通路を設けてもクランク室の内部が大気圧より高くなる現象が発生しやすく、すると、クランク室からエンジンの外部へオイルが漏れ出るという問題がある。さらに過給運転領域においては、ブローバイガスの吸気負圧による還流ができないという問題もあった。
【０００３】
そこで、排気ターボ過給機に着目し、排気ターボ過給機の上流側と下流側とをバイパス通路で接続すると共に、このバイパス通路にエゼクタ式吸引部を設けて、エゼクタ式吸引部とクランク室とをエゼクタ通路で接続することにより、クランク室を減圧すると共にブローバイガスを吸気通路に還流させることが行われている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、排気ターボ過給機は排気ガスの流れに対しては抵抗として作用するため、これを常時駆動すると燃費が悪くなる。そこで、排気ターボ過給機に、そのタービン室に入る排気ガスの量を制御するウエストゲートバルブを設けて、機関にある程度以上の負荷が要求されるときだけウエストゲートバルブを閉じて、排気ターボ過給機を駆動することが行われている。
【０００６】
このように排気ターボ過給機にウエストゲートバルブを設けると、例えば低・中負荷領域では過給されていないためバイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部は機能を発揮できず、クランク室の換気手段はＰＣＶ通路のみになるが、吸気通路が大気圧付近の圧力であると負圧によってＰＣＶ通路からブローバイガスを吸引することがあまりないため、クランク室を的確に減圧できずに、クランク室からエンジンの外部へオイルが漏れ出ることを阻止できない事態が生じる。また、クランク室を的確に換気することができないため、クランク室に貯留されているオイルの劣化を進行させてしまう事態を引き起こすおそれがある。
【０００７】
例えば、定常走行から中程度の加速をした場合、エンジン負荷アップ及び回転数アップによってブローバイガスは増大してクランク室の内圧は高くなっているのに、排気ターボ過給機は作動（過給）しておらずに吸気通路の圧力は大気圧のままでエゼクタ式吸引部が機能せず、結果として、オイル漏れやオイル劣化という現象が生じ得る。
【０００８】
同様のことは、電気モータによって駆動される過給機やエンジンの出力軸によって駆動される過給機においても発生する。これは、過給機の種類を問わず、スロットルバルブが全開でない運転領域において過給機を駆動すると過給した吸入空気をスロットルバルブで制限することとなり過給機の仕事が無駄になるため、機関にある程度以上の負荷が要求されるときだけ過給機を駆動することに起因している。
【０００９】
この現象に対する対策として、エゼクタ式吸引部が低圧でも作動するようにバイパス通路の流量を多くすることが考えられるが、この対策では、最大トルク運転（ＷＯＴ）のように高過給運転が行われた場合、エゼクタ式吸引部からの吸引量が多くなり過ぎて、クランク室のオイルミストの持ち出し量が増えてしまうという問題がある。
【００１０】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、オイルの消費量を増やすことなくブローバイガスを的確に処理することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の内燃機関は、基本的な構成として、燃焼室及びクランク室を有する機関本体と、前記機関本体の燃焼室に接続された吸気通路及び排気通路と、圧縮機が前記吸気通路に介挿された過給機とを備えている。
【００１２】
そして、請求項１の発明では、更に、上記基本的な構成において、前記吸気通路のうち前記過給機よりも下流側にスロットルバルブを設けていると共に、前記吸気通路のうちスロットルバルブより下流側の部位と前記クランク室とが第１ブローバイガス還流通路で接続されており、かつ、前記吸気通路には、前記過給機の下流側の空気を上流側に戻し得るバイパス通路が接続されており、前記バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部と前記クランク室とが第２ブローバイガス還流通路で接続されており、前記過給機が駆動されて吸気が過給されていると前記バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部が機能するようになっている。
【００１３】
更に、請求項１の発明では、前記過給機は過給圧調整手段を備えており、ブローバイガスの実際の発生量又は予想発生量、若しくは、クランク室の圧力の実測値又は予測値に基づき、前記過給機による過給圧が目標値となるように前記過給圧調整手段が制御される。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１において、主軸に掛かる負荷と主軸の回転数と機関温度とを変数として、負荷及び回転数が高いほど、及び、機関温度が低いほどブローバイガスの量が増大すると予測して、前記過給圧の目標値が設定される。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明によると、クランク室の圧力上昇やブローバイガス増大を予め予測して過給機をプレ駆動することにより、バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部を的確に機能させて、クランク室のブローバイガスを的確に排除して吸気通路に還流処理できる。また、過給機は常に駆動するのでなくて必要なときだけ駆動させるものであるため、過給機が無駄に駆動されて燃費が悪化することもないし、バイパス通路の流動を多くする必要はないため、高負荷運転領域においてクランク室の過吸引によるオイル消費増大を招来することもない。
【００１６】
さて、機関の負荷が高くなったり回転数が高くなったりすると、燃料消費量の増大や燃焼圧の上昇に起因してブローバイガスの発生量も増える傾向にある。他方、機関の温度が高いとピストンとシリンダボアとの隙が小さくなり、ブローバイガスは減少するが、機関の温度が低いとピストンとシリンダボアとの隙が大きくなり、ブローバイガスの量が増える。従って、負荷と回転数はブローバイガスの発生量と正の比例関係にあり、機関温度の高さはブローバイガスの量と負の比例関係にある。従って、負荷と回転数と機関温度とを制御するための基礎として請求項２の構成を採用すると、ブローバイガスの発生量を的確に予測してこれを的確に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願発明の実施形態の模式図（概念図）である。
【図２】制御例の説明のためのグラフである。
【図３】制御例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(1).内燃機関の構成
次に、本願発明の実施形態に基づいて説明する。本実施形態は、ガソリンを燃料とする内燃機関に適用している。内燃機関は２気筒縦型のタイプであり、シリンダブロック２やシリンダヘッド３を主要要素とする機関本体１を有しており、シリンダブロック２には、ピストン４が摺動自在に嵌まった２つのシリンダボア５を紙面と直交した方向に並べて設けている。燃焼室は、前記シリンダヘッド３とシリダボア２及びピストン４で囲われた空間である。シリンダブロック２の下面にはオイルパン６を固定しており、シリンダヘッド３には、動弁室を覆うシリンダヘッドカバー７が固定されている。
【００１９】
また、機関本体１を構成するシリンダヘッド３の一方の面には吸気マニホールド８が装着されており、シリンダヘッド３の他方の面には排気マニホールド９が装着されている。吸気マニホールド８には吸気通路１０が接続されており、吸気通路１０のうちその上流部にエアクリーナ１１が配置され、それより下流側にはインタークーラ１２が介挿され、更にその下流側にスロットルバルブ１４が介挿されている。スロットルバルブ１４の下流側にサージタンク１３を設けている。
【００２０】
排気マニホールド９には排気通路１６が接続されており、この排気通路１６に触媒方式等の排気浄化装置１７を介挿している。排気通路８の下流側の末端には消音器（図示せず）を接続しており、排気ガスは最終的には大気に放出される。内燃機関は排気ターボ過給機１８を有しており、排気ターボ過給機１８のタービン室１８ａに排気通路１６のうち排気浄化装置１７よりも上流側の部位を接続し、排気ターボ過給機１８のコンプレッサ室１８ｂに、吸気通路１０うちエアクリーナ１１とインタークーラ１２との間の部位が接続されている。コンプレッサ室１８ｂの内部には、タービン室１８ａ内に設けたタービン羽根車に軸で接続されたコンプレッサ羽根車が配置されており、コンプレッサ羽根車とケーシングとで圧縮機を形成している。
【００２１】
排気ターボ過給機１８のうちタービン室１８ａの手前には、過給圧調整手段として電動モータ１９で駆動されるウエストゲートバルブ２０を設けている。ウエストゲートバルブ２０はタービン室上流の排気ガスを逃がす（排気ガスの圧力を抜く）ためのバルブであり、ウエストゲートバルブ２０の開度を制御することにより、排気ターボ過給機１８の仕事率を０から１００まで制御できる。
【００２２】
シリンダブロック２のクランク室２ａとサージタンク１３とは、第１ブローバイガス通路（ＰＣＶ通路）２１にて接続されている。第１ブローバイガス通路２１には、逆止弁を有するPCV バルブ２１ａを設けている。従って、クランク室２ａとサージタンク１３との間に、サージタンク１３の側（吸気通路１０の側）がマイナスになるような圧力差が生じると、クランク室２ａに溜まったブローバイガスはサージタンク１３に排出されて燃焼に供される。
【００２３】
吸気通路１０のうち、排気ターボ過給機１８の上流側の部位と下流側の部位とはバイパス通路２３で接続されている。本実施形態では、バイパス通路２３の始端は、インタークーラ１２とスロットルバルブ１４との間の部位に接続している。バイパス通路２３は、流路が細くなったオリフィスに向いて横穴が空いたエゼクタ式吸引部２４を有しており、このエゼクタ式吸引部２４とクランク室２ａとを、第２ブローバイガス通路（エゼクタ通路）２５で接続している。
【００２４】
バイパス通路２３に吸気が流れるには吸気通路１０が大気圧より高い正圧になっていなければならず、そのためには、排気ターボ過給機１８が駆動されておらねばならない。従って、エゼクタ式吸引部２４は排気ターボ過給機１８が駆動されている状態でしか機能せず、第２ブローバイガス通路２５によるブローバイガスの吸引も、排気ターボ過給機１８の駆動下でしか行われない。図１では、ブローバイガスの流れは点線の矢印で示している。
【００２５】
なお、吸気通路１０のうちエアクリーナ１１と排気ターボ過給機１８との間の部位から、清浄空気が換気管２６を通って動弁室２７に供給される。また、内燃機関は排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えているが、説明は省略する。
【００２６】
内燃機関は、ＣＰＵやメモリー類を搭載した制御装置（ＥＣＵ）２９を備えており、この制御装置２９に、スロットルバルブ１４の開度を検出するスロットルセンサ３０、サージタンク１３の内部の圧力を検知する吸気圧センサ３１、クランク室２ａの内部の圧力を検知するクランク室内圧センサ３２、主軸（クランク軸）３３の回転数を検知する回転センサ３４、主軸３３に掛かった負荷を検知する負荷センサ３５、機関の温度を検知する機関温度センサ３６、アクセルペダル３７の踏み込み量を検知するアクセルセンサ（ポテンショメータ）３８、排気ターボ過給器とスロットルバルブ１４との間の吸気通路内の圧力を検出する過給圧センサ３９等が接続されている。ウエストゲートバルブ２０を駆動するモータ１９の回転は、制御装置２９からの指示信号に基づいて制御される。機関温度センサ３６は冷却水温度センサで代替することも可能である。
【００２７】
(2).制御態様
次に、制御の態様を説明する。なお、ここで述べる吸気圧とはスロットルバルブより下流側の吸気管内圧力のことであり、具体的にはサージタンク内に設けた吸気圧センサ３１により検出される値である。また、過給圧とは排気ターボ過給器とスロットルバルブ１４との間の吸気通路内の圧力のことであり、具体的には前記過給圧センサ３９により検出される値である。
【００２８】
まず、図２に基づいて骨子を説明する。図２は、ＰＣＶ通路流量（第１ブローバイガス通路２１の流量）と吸気圧との関係、エゼクタ通路（第２ブローバイガス通路２５）での吸引量と吸気圧との関係を示したグラフである。ＰＣＶ通路２１は吸気通路１０とクランク室２ａとの差圧を利用してブローバイガスを吸引するものであるため、吸引量は吸気圧と負の比例関係にあり、吸気圧が大気圧と等しくなると（正確には圧力差が０になると）、吸引量は０になる。
【００２９】
他方、エゼクタ通路２５での吸引はバイパス通路２３の流れを利用するものであるため、過給圧が正圧でないと吸引はされない。アクセルペダル３７の踏み込み等によって機関に掛かる負荷がある程度の大きさになると、排気ターボ過給機１８が駆動されて過給されるが、従来は、Ａの曲線のように、ＰＣＶ通路２１による吸引が停止してから過給が開始されていたため、ＰＣＶ通路２１のみではブローバイガスを十分に排除できない領域が存在していた。
【００３０】
そこで本実施形態では、曲線Ｂのように、吸気圧が負圧状態でも積極的に排気ターボ過給機１８を駆動することで、バイパス通路２３に新気を供給してエゼクタ通路２５からブローバイガスを吸引し、もって、ブローバイガスの的確な吸引還流をさせるものである。この制御は、例えば、吸気圧センサ３１の検出値を基にして、これが駆動目標値を超えたら排気ターボ過給機１８のウエストゲートバルブ２０を閉じ、過給圧が目標設定値に達したらウエストゲートバルブ２０の開度を保持する、といったシステムで実現される。
【００３１】
クランク室２ａを過度に換気するとオイルの消費量が増えるので、過給圧が目標設定値以上になったら、ウエストゲートバルブ２０を開き方向に駆動して排気ターボ過給機１８の効率を低下させる。
【００３２】
次に、図３に基づいて制御例のフローチャートを説明する。図においてステップはＳで表示、Ｓ２以下ではＹＥＳはＹと簡略化し、ＮＯはＮと簡略化している。制御システムは機関の運転と共にスタートし、この状態で排気ターボ過給機１８は駆動されていない。
【００３３】
そこで、Ｓ１でサージタンク１３の吸気圧Ｐが過給開始目標値Ｐ１に到達しているか否かが判断され、ＹＥＳの場合はウエストゲートバルブ２０を閉じ方向に駆動して過給が開始され（Ｓ２）、過給量は時間と共に増大していく。Ｓ１でＮＯ場合は、リターンする。
【００３４】
排気ターボ過給機１８は駆動効率をアップさせていくが、その経過において、過給圧Ｐ′が過給目標値Ｐ２よりも大きいか否かが適宜の時間間隔をおいて判断され（Ｓ３）、過給圧Ｐ′が過給目標値Ｐ２よりも大きい場合には、ウエストゲートバルブ２０を開き方向に駆動して排気ターボ過給機１８による過給量を低下させ（Ｓ４）、過給圧Ｐ′が過給目標値Ｐ２よりも小さい場合には、ウエストゲートバルブ２０を閉じ方向に駆動して排気ターボ過給機１８による過給量を増大させる（Ｓ５）。
【００３５】
次いで、過給圧Ｐ′と過給目標値Ｐ２とが一致したか否かが判断され（Ｓ６）、一致したらウエストゲートバルブ２０の駆動は停止して、過給量が一定の定常状態になる（Ｓ７）。この場合、ウエストゲートバルブ２０が全閉で定常状態になる場合もあるし、全閉前の状態で定常状態になる場合もある。なお、過給目標値Ｐ２は、エゼクタ式吸引部２４が機能してクランク室２ａ内のブローバイガスを吸引できる程度であればよく、吸気圧が大気圧以下の場合は、少なくともエンジン回転数と吸気圧から決定し、吸気圧が大気圧以上の場合は、少なくともエンジン回転数と吸気圧及びアクセルペダルの踏み込み量とから決定する。
【００３６】
このように、吸気圧Ｐに過給開始目標値Ｐ１，過給圧に目標値Ｐ２を設定して、これに基づいて排気ターボ過給機１８を駆動する（ウエストゲートバルブ２０を制御する）ものであるため、ＰＣＶ通路２１が機能していない状態にプレ過給してブローバイガスを適切に吸引還流できると共に、過度の過給によってオイルの持ち出しが増えることを防止できるのである。
【００３７】
更に、クランク室２ａの圧力や主軸３３に作用した負荷、或いは機関の温度を制御値として、これらに予め設定した目標値に基づいてウエストゲートバルブ２０の開閉を制御することも可能である。この場合、クランク室２ａの圧力や負荷は、吸気圧Ｐや回転数Ｒと同じレベルの主たる制御要素としても良いし、吸気圧Ｐや回転数Ｒによる制御を補完する補助的要素（補正要素）としてもよい。各要素をパッケージした独立した概念の制御要素を演算し、これに基づいてウエストゲートバルブ２０を制御することも可能である。
【００３８】
また、目標設定値は不変である必要はなく、運転状況に応じて変化させることも可能である。更に、ウエストゲートバルブ２０の制御要素としてスロットルバルブ１４の開度を採用することも可能である。
【００３９】
バイパス通路に設けたエゼクタ式吸引部と前記クランク室とは、第２ブローバイガス還流通路で直接的に接続されている必要はなく、例えば、動弁室やシリンダブロックに設けたブローバイ通路を介して接続してもよい。
【００４０】
上記実施形態では、クランク室２ａの内部の圧力を検知するクランク室内圧センサ３２、を設けたが、エンジン回転数と吸気圧とからブローバイガスの量を推定しクランク室内圧力を導き出してもよい。また、上記実施形態では、主軸３３に掛かった負荷を検知する負荷センサ３５を設けたが、エンジン回転数と吸気圧とから主軸３３にかかる負荷を推定してもよい。さらに、上記実施形態では、過給圧検知手段として、吸気通路１０のうち排気ターボ過給器１８とスロットルバルブ１４との間の部位に過給圧センサ３９を設けたが、エンジン回転数と吸気圧及びスロットルバルブ開度から過給圧を推定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上、利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  機関本体
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  排気マニホールド
１０  吸気通路
１２  インタークーラ
１３  サージタンク
１４  スロットルバルブ
１６  排気通路
１８  過給機の一例としての排気ターボ過給機
１９  ウエストゲートバルブの駆動用モータ
２０  過給圧調整手段の一例としてのウエストゲートバルブ
２１  第１ブローバイガス通路（ＰＣＶ通路）
２３  バイパス通路
２４  エゼクタ式吸引部
２５  第２ブローバイガス通路（エゼクタ通路）
２９  制御装置
３０  スロットルセンサ
３１  吸気圧センサ
３２  クランク室圧力センサ
３４  回転センサ
３５  負荷センサ  
３９  過給圧センサ
【図１】
2013124544.tif 000003
【図２】
2013124544.tif 000004
【図３】
2013124544.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月21日(2011.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013124544.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月11日(2012.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013124544.tif 000007