(57)【要約】【課題】ブローバイガスから取り出された燃料を燃料タンクに効率よく排出することができる内燃機関のブローバイガス処理装置を提供する。【解決手段】エンジン本体２の燃焼室３から漏れるブローバイガスを吸気通路４に還流させる還流通路１７に設けられ、ブローバイガスを冷却してブローバイガス中の燃料成分を液化する冷却器２１と、この冷却器２１にて液化された燃料を燃料タンク２５に導く燃料回収通路２６とを備えたブローバイガス処理装置において、圧力導入路２４を介して冷却器２１から燃料回収通路２６へとコンプレッサ６ｂの過給圧を作用させることにより、冷却器２１にて取り出された液体の燃料を燃料タンク２５へ排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から漏れるブローバイガスを吸気通路に還流させる還流通路に設けられ、前記ブローバイガスを冷却して該ブローバイガス中の燃料成分を液化する冷却手段と、該冷却手段にて液化された燃料を燃料タンクに導く燃料回収通路とを備えた内燃機関のブローバイガス処理装置において、
前記燃料が前記燃料タンクに導かれる方向の圧力を前記燃料回収通路に作用させる圧力付与手段を備えたことを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
【請求項２】
前記吸気通路には過給機が設けられ、前記圧力付与手段は、前記過給機の過給圧を前記燃料回収通路に作用させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
【請求項３】
前記還流通路には、前記冷却手段を通過したブローバイガスを前記吸気通路の前記過給圧が作用する区間よりも上流側に導くガス戻し路が設けられ、前記圧力付与手段は、前記冷却手段と前記吸気通路の前記区間との間に設けられて前記区間の圧力を前記冷却手段に導く圧力導入路と、前記冷却手段と前記吸気通路との間に設けられて前記冷却手段を前記ガス戻し路又は前記圧力導入路のいずれか一方と選択的に接続する流路選択手段とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
【請求項４】
前記冷却手段にて液化された燃料の蓄積燃料量を取得する蓄積燃料量取得手段と、取得された蓄積燃料量が所定値を超えている場合に前記冷却手段と前記圧力導入路とが接続されるように前記流路選択手段を制御する選択制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
【請求項５】
前記燃料回収通路には、前記燃料が前記燃料タンクに導かれる方向の流れを許容し、前記燃料タンクから前記燃料回収通路に向かう方向の流れを阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で発生するブローバイガスから燃料成分を分離して燃料タンクに回収するブローバイガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のブローバイガス処理装置として、クランク室及びロッカーアーム室と吸気通路とを結ぶブローバイガスの還流通路中に、ブローバイガスを冷却してガス中に含まれる燃料成分（アルコール）を液化し、その液化した燃料を燃料タンクに回収することにより、ブローバイガス中の燃料成分が空燃比に与える影響を抑えるようにした装置が知られている（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２〜６が存在する。
【０００３】
【特許文献１】実公平４−１７７６８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５１７２号公報
【特許文献３】特開２００５−２３３１０４号公報
【特許文献４】特開２００５−２６４７５９号公報
【特許文献５】特表平１１−５０７７０９号公報
【特許文献６】特開平６−２１２９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のブローバイガス処理装置では燃料タンク内における燃料の蒸発に伴ってタンク内圧が上昇すると、ブローバイガスの還流通路から燃料タンクへ液化した燃料を効率よく排出することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ブローバイガスから取り出された燃料を燃料タンクに効率よく排出することができる内燃機関のブローバイガス処理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】
【０００６】
本発明のブローバイガス処理装置は、内燃機関の燃焼室から漏れるブローバイガスを吸気通路に還流させる還流通路に設けられ、前記ブローバイガスを冷却して該ブローバイガス中の燃料成分を液化する冷却手段と、該冷却手段にて液化された燃料を燃料タンクに導く燃料回収通路とを備えたブローバイガス処理装置において、前記燃料が前記燃料タンクに導かれる方向の圧力を前記燃料回収通路に作用させる圧力付与手段を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明のブローバイガス処理装置によれば、圧力付与手段によって燃料回収通路に圧力を作用させることにより、冷却手段から燃料回収通路を経て燃料タンクへと向かう燃料の流れを強制的に作り出すことができる。これにより、ブローバイガスの還流通路から燃料タンクへと燃料を効率よく排出することができる。
【０００８】
本発明のブローバイガス処理装置の一形態において、前記吸気通路には過給機が設けられ、前記圧力付与手段は、前記過給機の過給圧を前記燃料回収通路に作用させてもよい（請求項２）。この形態によれば、過給機の作り出す圧力を利用して燃料回収通路から燃料タンクへと燃料を送り込むことができる。
【０００９】
上記の形態において、前記還流通路には、前記冷却手段を通過したブローバイガスを前記吸気通路の前記過給圧が作用する区間よりも上流側に導くガス戻し路が設けられ、前記圧力付与手段は、前記冷却手段と前記吸気通路の前記区間との間に設けられて前記区間の圧力を前記冷却手段に導く圧力導入路と、前記冷却手段と前記吸気通路との間に設けられて前記冷却手段を前記ガス戻し路又は前記圧力導入路のいずれか一方と選択的に接続する流路選択手段とを含むものとしてもよい（請求項３）。
【００１０】
この形態によれば、流路選択手段にて冷却手段をガス戻し路と接続した場合には、通常の内燃機関と同様にブローバイガスを吸気通路に導入することができる。一方、冷却手段と圧力導入路とを接続した場合には、吸気通路に作用する過給圧を圧力導入路から冷却手段を介して燃料回収通路に作用させて、液化した燃料を燃料タンクへと押し出すことができる。
【００１１】
さらに、上記形態のブローバイガス処理装置は、前記冷却手段にて液化された燃料の蓄積燃料量を取得する蓄積燃料量取得手段と、取得された蓄積燃料量が所定値を超えている場合に前記冷却手段と前記圧力導入路とが接続されるように前記流路選択手段を制御する選択制御手段とを備えてもよい（請求項４）。この形態によれば、液化した燃料が所定値を超えて溜ると、圧力導入路と冷却手段とが接続されて冷却手段から燃料回収通路を介して燃料タンクに液化燃料が押し出される。これにより、冷却手段内に限度を超える燃料が溜るおそれを排除することができる。
【００１２】
本発明のブローバイガス処理装置の一形態おいて、前記燃料回収通路には、前記燃料が前記燃料タンクに導かれる方向の流れを許容し、前記燃料タンクから前記燃料回収通路に向かう方向の流れを阻止する逆止弁が設けられてもよい（請求項５）。この形態によれば、燃料タンクにて発生した蒸気が燃料回収通路を介して還流通路への流入を逆止弁によって阻止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のブローバイガス処理装置によれば、圧力付与手段によって燃料回収通路に圧力を作用させて燃料回収通路から燃料タンクへと向かう燃料の流れを強制的に作り出すことができるので、ブローバイガスから取り出された液体の燃料を燃料タンクへ効率よく排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係るブローバイガス処理装置が適用された内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）を示している。エンジン１には、エンジン本体２の複数（図では一つのみ示す。）の燃焼室３のそれぞれに吸気を導くための吸気通路４と、燃焼室３からの排気が導かれる排気通路５とが設けられている。吸気通路４と排気通路５との間にはターボチャージャ６が設けられている。ターボチャージャ６は、排気通路５の排気エネルギーをタービン６ａで回収し、その回収したエネルギーで吸気通路４のコンプレッサ６ｂを駆動させることにより吸気を圧縮加圧する過給機である。吸気通路４のコンプレッサ６ｂよりも上流の第１区間４ａには、吸気を濾過するエアクリーナ７と、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ８と、吸気温度に対応した信号を出力する吸気温センサ９とが設けられている。吸気通路４のコンプレッサ６ｂよりも下流の第２区間４ｂには、コンプレッサ６ｂにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１０と、インタークーラ１０の下流における吸気の圧力に対応した信号を出力する吸気圧センサ１１と、吸入空気量を調整するためのスロットル弁１２と、スロットル弁１２を通過した空気を燃焼室３に分配するインテークマニホールド１３とが設けられている。エンジン本体２には、燃焼室３からクランク室１４に漏れたブローバイガスから潤滑油成分を分離するオイルセパレータ１５と、クランク室１４から取り出されるブローバイガスの流量を調整するブローバイガスコントロールバルブ（以下、ＰＣＶバルブと称することがある。）１６とが設けられている。
【００１５】
エンジン１には、ＰＣＶバルブ１６から排出されるブローバイガスを吸気通路４の第１区間４ａに導く第１のブローバイガス還流通路１７と、燃焼室３からヘッドカバー１８内のカム室１９に漏れたガスをエアクリーナ７に導く第２のブローバイガス還流通路２０とが設けられている。第１のブローバイガス還流通路（以下、第１還流通路と呼ぶ。）１７には冷却器２１が設けられている。第１還流通路１７は、冷却器２１を挟んで、ＰＣＶバルブ１６と冷却器２１とを結ぶ１次通路１７ａと、冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとを結ぶ２次通路１７ｂとに区分されている。冷却器２１は１次通路１７ａから導かれたブローバイガスと外気との間で熱を交換させることにより、ブローバイガスを冷却してそのガス中に含まれる燃料成分を液化させる。１次通路１７ａには、ＰＣＶバルブ１６から冷却器２１に向かう流れを許容し、冷却器２１からＰＣＶバルブ１６に向かう流れを阻止する逆止弁２２が設けられている。２次通路１７ｂには三方弁２３が設けられ、その三方弁２３とインテークマニホールド１３との間には圧力導入路２４が設けられている。三方弁２３は、図４に示すように、２次通路１７ｂを開いて冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとを接続し、かつ圧力導入路２４を冷却器２１に対して遮断する位置（以下、これを通常位置と呼ぶことがある。）と、図１に示すように圧力導入路２４と冷却器２１とを接続し、かつ２次通路１７ｂを閉じて冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとの間を遮断する位置（以下、これを燃料排出位置と呼ぶことがある。）との間で切り替え可能である。三方弁２３が通常位置にあるときは、冷却器２１から吸気通路４の第１区間４ａにブローバイガスが還流する。
【００１６】
冷却器２１には、液化した燃料を燃料タンク２５に戻すための燃料回収通路２６が接続されている。燃料回収通路２６には、冷却器２１から燃料タンク２５に向かう流れを許容し、かつ燃料タンク２５から冷却器２１に向かう流れを阻止する逆止弁２７が設けられている。逆止弁２７は、燃料タンク２５で発生する燃料蒸気の燃料回収通路２６から冷却器２１への流入を阻止する手段として機能する。
【００１７】
三方弁２３の流路切り替え動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２８により制御される。ＥＣＵ２８はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ２８は、冷却器２１にて液化して冷却器２１内に蓄積されている燃料の量（以下、蓄積燃料量と称することがある。）に基づいて三方弁２３の切り替え動作を制御する。
【００１８】
図２は、ＥＣＵ２８が実行する燃料戻し制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。燃料戻し制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２８は、まずステップＳ１でエアフローメータ８の出力信号を参照して瞬時空気量ｇａ（吸入空気量）を取得し、その瞬時空気量ｇａを、前回のルーチンで得られている積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆに加算することにより、積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆを更新する。続くステップＳ２にて、ＥＣＵ２８は三方弁２３が冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとを接続し、かつ圧力導入路２４を冷却器２１に対して遮断する通常位置（図４参照）にあるか否かを判断する。ステップＳ２において、三方弁２３が圧力導入路２４と冷却器２１とを接続し、かつ２次通路１７ｂを閉じて冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとの間を遮断する燃料排出位置（図１参照）にあると判断した場合、ＥＣＵ２８はステップＳ３及びＳ４をスキップしてステップＳ５へ処理を進める。ステップＳ２が否定判断された場合は、冷却器２１から燃料タンク２５に燃料が排出されている途中だからである。
【００１９】
一方、ステップＳ２において、三方弁２３が通常位置にあると判断した場合、ＥＣＵ２８はステップＳ３に進み、ステップＳ１で更新した積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆが蓄積燃料判定値ＧＡＦを超えているか否かを判断する。蓄積燃料判定値ＧＡＦは、冷却器２１における蓄積燃料量が所定の限度を超えたか否かを判別するために使用される値であって、予め定められてＥＣＵ２８のＲＯＭに書き込まれている。すなわち、ブローバイガスの冷却によって得られる液体燃料の量は、クランク室１４から排出されるブローバイガスの流量に相関し、そのブローバイガスの流量は、燃焼室３への吸入空気量に相関する。よって、積算空気量と蓄積燃料量との間にも相関があり、その相関性を利用すれば積算空気量から蓄積燃料量を推定することができる。よって、本形態では、蓄積燃料量をＥＣＵ２８が取得するためにステップＳ１で積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆを演算し、その演算値を利用して蓄積燃料量が所定の限度を超えたか否かをステップＳ３で判定している。
【００２０】
ステップＳ３にて積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆが蓄積燃料判定値ＧＡＦ以下であると判断された場合、ＥＣＵ２８は今回のルーチンを終了する。まだ冷却器２１内の燃料量が限度に達していないためである。一方、ステップＳ２にて積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆが蓄積燃料判定値ＧＡＦを超えていると判断された場合、ＥＣＵ２８はステップＳ４に進み、三方弁２３を燃料排出位置に切り替えるとともに、積算空気量ｇａ１ｓｕｍｆを０にリセットする。三方弁２３を図１の燃料排出位置に切り替えることにより、コンプレッサ６ｂにて加圧された区間４ｂの圧力が圧力導入路２４を介して冷却器２１に導入されるとともに、冷却器２１と吸気通路４の第１区間４ａとの間は遮断される。これにより、冷却器２１の内圧が上昇し、逆止弁２７が開いて冷却器２１内に蓄積された液体燃料が燃料回収通路２６から燃料タンク２５へと効率よく排出される。
【００２１】
続くステップＳ５において、ＥＣＵ２８は、吸気温センサ９を利用して検出される吸気温に基づいて燃料タンク２５の内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰを求める。燃料タンク２５の内圧は外気温と相関し、外気温は吸気温にて代表することができるので、例えば図３に示すように吸気温ｔｈａと内圧推定値ｍａｐ１との関係を記述したマップデータを予め作成してＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶し、ステップＳ５の実行時に吸気温センサ９が検出している吸気温ｔｈａに対応する内圧推定値ｍａｐ１をマップデータから取得し、その内圧推定値ｍａｐ１を現時点におけ内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰとすればよい。
【００２２】
続くステップＳ６において、ＥＣＵ２８はインテークマニホールド１３（より詳しくはサージタンク）の内圧ＳｕｒｇｅＴａｎｋＰが燃料タンク２５の内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰを超えているか否かを判断する。インテークマニホールド１３の内圧ＳｕｒｇｅＴａｎｋＰは、例えば吸気圧センサ１１の出力信号を参照して推定することができる。ステップＳ６にて、内圧ＳｕｒｇｅＴａｎｋＰが内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰ以下であると判断された場合、ＥＣＵ２８は、今回のルーチンを終了する。この場合は、冷却器２１から燃料タンク２５へ燃料が排出されていないためである。一方、ステップＳ６で内圧ＳｕｒｇｅＴａｎｋＰが内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰを超えていると判断された場合、ＥＣＵ２８はステップＳ７に進み、冷却器２１から燃料タンク２５に排出された燃料の積算量（以下、積算燃料排出量と称することがある。）ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍを算出する。積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍは、前回のルーチンで演算された積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍから、単位時間あたりの燃料排出量（以下、単位燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅと称することがある。）を減算することによって求められる。単位燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅは、内圧ＳｕｒｇｅＴａｎｋＰと内圧推定値ｆｕｅｌｔａｎｋＰとの差圧から得られる値である。単位燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅを求めるには、例えば内圧の差圧と燃料排出量との対応関係を記述するマップ又は関数式を準備しておけばよい。なお、ここでいう単位時間は図２のルーチンの実行周期に相当する。
【００２３】
続く、ステップＳ８にて、ＥＣＵ２８は、積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍが負の値か否かを判断する。積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍが正の値であると判断された場合、ＥＣＵ２８は今回の制御ルーチンを終了する。一方、積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍが負の値と判断された場合、ＥＣＵ２８はステップＳ９に進み、三方弁２３を通常位置に切り替えるとともに、積算燃料排出量ｆｕｅｌｐｕｒｇｅｓｕｍを所定の冷却器内燃料量ＦＵＥＬにリセットする。冷却器内燃料量ＦＵＥＬは、冷却器２１から燃料タンク２５への燃料の排出を開始する時点で冷却器２１に溜っている液体燃料の量の推定値であって、ステップＳ３で使用される蓄積燃料判定値ＧＡＦに対応した蓄積燃料量に相当する。従って、ステップＳ８が肯定判断された場合には、冷却器２１から燃料タンク２５へ排出された燃料量の積算値が、燃料排出を開始するための限度として設定された燃料量ＦＵＥＬに達しているとみなすことができ、冷却器２１の燃料残量はほぼゼロとなる。ステップＳ９の処理後、ＥＣＵ２８は今回のルーチンを終了する。
【００２４】
以上の形態においては、冷却器２１が冷却手段に相当し、三方弁２３及び圧力導入路２４が圧力付与手段に相当し、三方弁２３がその流路選択手段に相当する。また、ＥＣＵ２８は、図２のステップＳ１を実行することにより、エアフローメータ８と協働しつつ蓄積燃料量取得手段として機能し、ステップＳ３及びＳ４を実行することにより選択制御手段として機能する。
【００２５】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。例えば、蓄積燃料量取得手段は、冷却器２１の内部に液面センサ等を設けて液量を実測するように構成されてもよい。冷却手段は、冷却器２１のように一定の容積を有するタンク状の構成に限らず、例えばブローバイガス還流通路の一部を蛇行させ、あるいはフィンを設ける等して熱交換を促進することにより冷却手段を実現してもよい。圧力付与手段は、コンプレッサ８ｂの過給圧を導く例に限らず、燃料が燃料タンク２５に導かれる方向の圧力を燃料回収通路２６に対して作用させることができる限り、適宜の変更が可能である。例えば、燃料タンク２５のフューエルフィードポンプ（不図示）の吸い込み圧を利用して燃料回収通路２６から燃料タンク２５に燃料を吸い込むように圧力付与手段を構成してもよい。本発明はターボチャージャを備えた内燃機関に限らず、例えば機械式の過給機を備えた内燃機関にも適用可能である。さらに、電動ポンプなどを利用して燃料回収通路に圧力を加えるといった構成を付加すれば、過給機が存在しない内燃機関でも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一形態に係るブローバイガス処理装置が適用された内燃機関を示す図。
【図２】燃料戻し制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】吸気温と燃料タンクの内圧推定値との関係の一例を示す図。
【図４】三方弁が冷却器と吸気通路の第１区間とを接続し、かつ圧力導入路を冷却器に対して遮断する位置に切り替えられている状態を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  エンジン本体
３  燃焼室
４  吸気通路
４ａ  第１区間
４ｂ  第２区間（過給圧が作用する区間）
６  ターボチャージャ（過給機）
６ａ  コンプレッサ
６ｂ  タービン
８  エアフローメータ（蓄積燃料量取得手段）
１７  第１のブローバイガス還流通路
１７ａ  １次通路
１７ｂ  ２次通路（ガス戻し路）
２１  冷却器（冷却手段）
２３  三方弁（圧力付与手段、流路選択手段）
２４  圧力導入路（圧力付与手段）
２５  燃料タンク
２６  燃料回収通路
２７  逆止弁
２８  エンジンコントロールユニット（蓄積燃料量取得手段、選択制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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