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1. WO2014128877 - ブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置

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明 細 書

発明の名称 ブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : ブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置

技術分野

[0001]
 本発明はブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置に関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1には、内燃機関(以下「機関」)の燃焼室からクランクケース内に漏出したブローバイガスを吸気通路に還流させることによってクランクケース内の換気を行うシステムが記載されている。このシステムはブローバイガス還流装置またはPCV(ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション)とも呼ばれている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2007-187033号公報
特許文献2 : 特開平8-14056号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 ところで、クランクケース内では、クランクシャフトが高速で回転すること及びピストンリングとシリンダボア内周壁面との間からの筒内ガスが噴出すること等によってオイルが飛散する。その結果、クランクケース内にオイルミスト(すなわち、潤滑油の液体状微粒子)が形成される。ここで、機関が過給機を具備する場合、オイルミストがブローバイガス還流装置によってブローバイガスとともに吸気通路に還流されると、オイルミストが過給機のコンプレッサに流入する。一方、コンプレッサのインペラから吐出される吸気の温度はコンプレッサの圧縮作用によって上昇して高温になっている。したがって、オイルミストがインペラから吐出されるときに当該オイルミストが高温に晒され、その結果、オイルミストに起因するデポジットが発生してコンプレッサのディフューザ壁面に堆積する。こうしたデポジットの堆積によって過給機の過給効率が低下してしまう。
[0005]
 そこで、本発明の目的はコンプレッサにおけるデポジットの発生または堆積を抑制することにある。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明はブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置に関する。本発明の冷却装置は低温ガス導入手段を具備する。本発明では、前記ブローバイガス環流装置が前記過給機のコンプレッサの上流にブローバイガスを導入するように構成されている。さらに、前記低温ガス導入手段が前記コンプレッサのディフューザ通路に低温ガスを導入するように構成されている。さらに、前記低温ガスが前記コンプレッサのインペラから吐出されて前記ディフューザ通路に流入する吸気の温度よりも温度の低いガスである。さらに、前記低温ガス導入手段が前記ディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に低温ガスを前記ディフューザ通路に導入するように構成されている。
[0007]
 本発明によれば、ディフューザ通路に低温ガスが導入される。したがって、コンプレッサのインペラから吐出される吸気が低温ガスによって冷却される。これによって、吸気中のオイルミストが高温に晒されることが抑制される。このため、吸気中のオイルミストに起因するデポジットの発生が抑制される。
[0008]
 これに加えて、本発明によれば、ディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に低温ガスがディフューザ通路に導入される。したがって、インペラから吐出される吸気とディフューザ壁面との間に低温ガスの層が形成される。これによって、吸気がディフューザ壁面から受ける熱量が少なくなる。したがって、インペラから吐出される吸気の温度の上昇が抑制される。このため、吸気中のオイルミストに起因するデポジットの発生が抑制される。
[0009]
 これに加えて、本発明によれば、吸気とディフューザ壁面との間に低温ガスの層が形成されているので、吸気中のオイルミストに起因してデポジットが発生したとしても、ディフューザ壁面へのデポジットの堆積が低温ガスの層によって抑制される。
[0010]
 また、上記発明において、前記低温ガス導入手段が低温ガス導入通路を有し、該低温ガス導入通路が前記ディフューザ通路を画成するディフューザ壁面から前記ディフューザ通路に開口しており、前記低温ガス導入通路が前記ディフューザ壁面近傍において前記ディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に延在していると好ましい。
[0011]
 これによれば、低温ガス導入通路がディフューザ壁面近傍においてディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に延在している。このため、簡易な構成によって吸気とディフューザ壁面との間に低温ガスの層が形成される。
[0012]
 また、上記発明において、前記低温ガス導入手段が前記コンプレッサのインペラの吸気吐出領域近傍から前記ディフューザ通路に低温ガスを導入するように構成されていると好ましい。
[0013]
 これによれば、ディフューザ壁面の広い範囲に亘って低温ガスの層が形成される。このため、インペラから吐出される吸気の温度の上昇抑制効果が大きくなる。
[0014]
 また、上記発明において、前記低温ガス導入手段がインタークーラによって冷却された吸気を低温ガスとして前記ディフューザ通路に導入すると好ましい。
[0015]
 これによれば、簡易な構成によって低温ガスが得られる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] ブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の第1実施形態を示す図である。
[図2] 第1実施形態の内燃機関の過給機のコンプレッサを示す図である。
[図3] 第2実施形態の内燃機関を示す図である。
[図4] 第2実施形態の流量制御弁の制御フローを示す図である。
[図5] 第3実施形態の内燃機関を示す図である。
[図6] 第3実施形態の流量制御弁の制御フローを示す図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下で説明する内燃機関はピストン往復動型の圧縮自着火式内燃機関(いわゆるディーゼルエンジン)である。しかしながら、本発明はその他の形式の内燃機関にも適用可能である。なお、以下の説明において「デポジット」とは吸気中のオイルミストに起因して発生するデポジットを意味する。
[0018]
<第1実施形態>
 第1実施形態について説明する。第1実施形態の内燃機関が図1に示されている。第1実施形態の過給機のコンプレッサが図2に示されている。内燃機関(以下「機関」)10は機関本体20と、吸気通路30と、排気通路40とを具備する。機関本体20はクランクケース21と、オイルパン22と、シリンダブロック23と、シリンダヘッド24とを有する。クランクケース21はクランクシャフト21Aを回転可能に支持している。オイルパン22はクランクケース21の下方においてクランクケース21に固定されている。そして、オイルパン22はクランクケース21とともにクランクシャフト21Aおよび潤滑油OLを収容する空間(以下「クランクケース室」)を形成している。
[0019]
 シリンダブロック23はクランクケース21の上方においてクランクケース21に固定されている。シリンダブロック23はアルミニウム製である。また、シリンダブロック23は中空円筒状のシリンダボア23Aを複数個(第1実施形態では、4つ)備えている。シリンダボア23Aの内周には鋳鉄製のシリンダライナ23Bが嵌入されている。シリンダボア23A(第1実施形態では、特に、シリンダライナ23B)にはピストン23Cが収容されている。
[0020]
 ピストン23Cは略円筒形である。また、ピストン23Cはその側面に複数のピストンリングを備えている。複数のピストンリングのうちの最も下方(すなわち、クランクケース21側)のリングはいわゆるオイルリングORである。オイルリングORはシリンダボア23Aの内周壁面(第1実施形態では、特に、シリンダライナ23Bの内周壁面)上を摺動しながら同内周壁面上の潤滑油(別の言い方をすれば、油膜)をクランクケース21側に掻き落とすようになっている。ピストン23Cはコネクティングロッド23Dによってクランクシャフト21Aに連結されている。ピストン23Cの上壁面(すなわち、頂壁面)はシリンダライナ23Bの内周壁面およびシリンダヘッド24の下壁面とともに燃焼室CCを形成している。
[0021]
 シリンダヘッド24はシリンダブロック23の上方においてシリンダブロック23に固定されている。シリンダヘッド24には燃焼室CCに連通する吸気ポートおよび排気ポートが形成されている。吸気ポートは吸気弁によって開閉される。吸気弁はシリンダヘッド24に収容されたインテークカムシャフトのカム(図示せず)によって駆動される。排気ポートは排気弁によって開閉される。排気弁はシリンダヘッド24に収容されたエグゾーストカムシャフトのカム(図示せず)によって駆動される。シリンダヘッド24はシリンダヘッドカバー24Aによって覆われている。シリンダヘッド24内には燃料噴射弁(図示せず)が備えられている。
[0022]
 吸気通路30は概して吸気管31とインタークーラ32と過給機60のコンプレッサ61と吸気ポートとから構成されている。吸気管31は吸気ポートに接続されている。コンプレッサ61は吸気管31に介装されている。インタークーラ32はコンプレッサ61よりも下流の吸気管31に介装されている。
[0023]
 排気通路40は概して排気ポートと排気管41と過給機60のタービン62とから構成されている。排気管41は排気ポートに接続されている。タービン62は排気管41に介装されている。タービン62はシャフトによってコンプレッサ61のインペラ63に連結されている。
[0024]
 タービン62はそこに流入する排気ガスのエネルギによって回転せしめられる。タービン62の回転はシャフトを介してインペラ63に伝達される。これによって、インペラ63が回転する。このインペラ63の回転によって吸気が圧縮せしめられる。すなわち、過給機60が過給を行う。
[0025]
 過給機60は遠心式の過給機である。すなわち、コンプレッサ61はインペラ63の回転軸線RAの方向に沿って吸気取込口66から吸気を取り込み、この取り込んだ吸気をインペラ63の回転によって圧縮し、この圧縮された吸気をインペラ63から径方向外方へ吐出する。過給機60は円環状のディフューザ通路64を有する。インペラ63から吐出された吸気はディフューザ通路64に流入する。ディフューザ通路64は概して2つのディフューザ壁面65A、65Bによって画成されている。インペラ63の回転軸線RAに対して垂直な平面であってディフューザ通路64の中央領域に延在する平面を基準平面としたときに、一方のディフューザ壁面65Aは基準面に関して吸気取込口66側にある壁面であり、他方のディフューザ壁面65Bは基準面に関して一方のディフューザ壁面65Aの反対側にある壁面である。
[0026]
 第1実施形態のブローバイガス還流装置50は第1通路51と第2通路52と第3通路53とを有する。第1通路51はシリンダブロック23内に形成されている。第1通路51はクランクケース室をシリンダヘッド24内の第2通路52に接続する。第2通路52はシリンダヘッド24内の所定の経路を通って第3通路53の一端に接続されている。第3通路53は機関本体20の外部に設けられたガス管53Aによって構成されている。第3通路53の他端はコンプレッサ61よりも上流の吸気管31に接続されている。
[0027]
 燃焼室CCからクランクケース室に漏出したブローバイガスは第1通路51、第2通路52および第3通路53を通って吸気通路30に還流せしめられる。なお、吸気通路30へのブローバイガスの還流量を制御するために周知のPCVバルブが第3通路53に配置されていてもよい。
[0028]
<第1実施形態の過給機の冷却装置>
 第1実施形態の過給機の冷却装置について説明する。第1実施形態の冷却装置は冷却空気導入装置からなる。冷却空気導入装置は冷却空気導入通路70を有する。冷却空気導入通路70はインタークーラ32よりも下流の吸気通路30をコンプレッサ61のディフューザ通路64に接続する。冷却空気導入通路70は一方のディフューザ壁面65Aに開口している。インタークーラ32から流出する冷却空気(すなわち、インタークーラによって冷却された吸気)の一部が冷却空気導入通路70を介してディフューザ通路64に導入される。冷却空気導入通路70は吸気流方向(すなわち、ディフューザ通路64内を流れる吸気の流方向)IAに対して鋭角に冷却空気をディフューザ通路70に導入するように構成されている。すなわち、冷却空気導入通路70は一方のディフューザ壁面65Aの近傍において吸気流方向IAに対して鋭角に延在している。
[0029]
<第1実施形態の効果>
 第1実施形態によれば、冷却空気導入通路70からディフューザ通路64に冷却空気が導入される。したがって、インペラ63から吐出される吸気が冷却空気によって冷却される。これによって、吸気中のオイルミストが高温に晒されることが抑制される。このため、吸気中のオイルミストに起因するデポジットの発生が抑制される。
[0030]
 これに加えて、第1実施形態によれば、吸気流方向IAに対して鋭角に冷却空気がディフューザ通路64に導入される。したがって、インペラ63から吐出される吸気とディフューザ壁面65Aとの間に冷却空気の層が形成される。これによって、吸気がディフューザ壁面65Aから受ける熱量が少なくなる。したがって、吐出温度(すなわち、インペラ63から吐出されるガスの温度であり、第1実施形態では、インペラ63から吐出される吸気の温度)の上昇が抑制される。このため、吸気中のオイルミストに起因するデポジットの発生が抑制される。
[0031]
 これに加えて、第1実施形態によれば、吸気とディフューザ壁面65Aとの間に冷却空気の層が形成されているので、吸気中のオイルミストに起因してデポジットが発生したとしても、ディフューザ壁面65Aへのデポジットの堆積が冷却空気の層によって抑制される。
[0032]
 これに加えて、第1実施形態によれば、冷却空気は吸気流方向IAにほぼ沿って冷却空気導入通路70からディフューザ通路64に導入される。したがって、ディフューザ通路64への冷却空気の導入による吸気流乱れの発生が抑制される。このため、ディフューザ通路64への冷却空気の導入による過給機60の過給効率の低下が抑制される。
[0033]
 なお、第1実施形態において、導入ガス(すなわち、ディフューザ通路64に導入されるガス)として、冷却空気以外のガスが採用されてもよい。ここで、冷却空気を含む導入ガスは、少なくとも、ディフューザ壁面65Aの温度を低下させる程度に低温のガスであることが好ましい。すなわち、冷却空気を含む導入ガスの温度は、少なくとも、ディフューザ壁面65Aの温度よりも低いことが好ましい。また、冷却空気を含む導入ガスの温度は、少なくとも、コンプレッサのインペラから吐出されてディフューザ通路に流入する吸気の温度よりも温度の低いことが好ましい。
[0034]
 また、第1実施形態において、吸気流方向IAに対する冷却空気導入通路70の角度は特定の角度に限定されないが、好ましくは、ディフューザ壁面65A上に冷却空気の層が所望の程度に形成される角度、または、ディフューザ通路64内を流れる吸気に生じる乱れが所望の程度に抑制される角度であり、さらに好ましくは、零に近い角度である。
[0035]
 また、第1実施形態において、冷却空気がディフューザ通路64に導入される位置は特定の位置に限定されないが、好ましくは、吸気吐出領域(すなわち、インペラ63から吸気が吐出される領域)近傍の位置である。
[0036]
 また、第1実施形態において、冷却空気導入通路70が一方のディフューザ壁面65Aに開口するだけではなく他方のディフューザ壁面65Bにも開口していてもよい。また、第1実施形態において、冷却空気導入通路70が一方のディフューザ壁面65Aに開口する代わりに他方のディフューザ壁面65Bに開口していてもよい。
[0037]
<第2実施形態>
 第2実施形態について説明する。第2実施形態の内燃機関が図3に示されている。第2実施形態は冷却空気導入装置が流量制御弁を有している点で第1実施形態とは異なっている。第2実施形態のその他の構成は第1実施形態のものと同じである。
[0038]
 流量制御弁71は冷却空気導入通路70に配置されている。冷却空気導入通路70からディフューザ通路64に導入される冷却空気の量を流量制御弁71によって制御可能である。第2実施形態では、吐出温度に応じて流量制御弁71の開度が決定される。より具体的には、吐出温度が高いほど流量制御弁71の開度が大きくされる。なお、流量制御弁71の開度が大きいほど導入冷却空気量(すなわち、冷却空気導入通路70からディフューザ通路64に導入される冷却空気の量)が多い。
[0039]
<第2実施形態の効果>
 第2実施形態によれば、導入冷却空気量が吐出温度に応じた量であるので、デポジット発生抑制などをより確実に達成可能である。
[0040]
 なお、吐出温度は吸気量(すなわち、燃焼室CCに吸入される空気の量)と過給圧(すなわち、コンプレッサ61によって圧縮された後のガスの圧力、すなわち、コンプレッサ61よりも下流の吸気通路30内の圧力)とに応じて変化する。より具体的には、吸気量が多いほど吐出温度が高くなる傾向にあり、過給圧が高いほど吐出温度が高くなる傾向にある。そこで、第2実施形態において、吐出温度を代表するパラメータとして、吸気量、または、過給圧、または、これらの組合せが採用されてもよい。ここで、吸気量が採用された場合には、吸気量が多いほど流量制御弁71の開度が大きくされる。過給圧が採用された場合には、過給圧が高いほど流量制御弁71の開度が大きくされる。吸気量と過給圧との組合せが採用された場合には、吸気量が多いほど流量制御弁71の開度が大きくされ、過給圧が高いほど流量制御弁71の開度が大きくされる。
[0041]
<第2実施形態の流量制御弁の制御フロー>
 第2実施形態の流量制御弁の制御フローについて説明する。この制御フローの一例が図4に示されている。図4のフローが開始すると、始めに、ステップ200において、吸気量Gaと過給圧Pimとが取得される。次いで、ステップ201において、ステップ200で取得された吸気量Gaと吸気圧Pimとに基づいて流量制御弁71の目標開度TDfrが算出される。次いで、ステップ202において、ステップ201で算出された目標開度TDfrが達成されるように流量制御弁71の開度Dfrが制御され、その後、フローが終了する。
[0042]
<第3実施形態>
 第3実施形態について説明する。第3実施形態の内燃機関が図5に示されている。第3実施形態は内燃機関が排気再循環装置を有している点で第2実施形態とは異なっている。第3実施形態のその他の構成は第2実施形態のものと同じである。
[0043]
 排気再循環装置(以下「EGR装置」)90は排気ガスを吸気通路30に導入する装置である。EGR装置90は排気再循環通路(以下「EGR通路」)91と排気再循環制御弁(以下「EGR弁」)92とを有する。EGR通路91はタービン62よりも下流の排気通路40とコンプレッサ61よりも上流の吸気通路30とを直接連結している。EGR弁92はEGR通路91に配置されている。EGR弁92はEGR通路91内を流れる排気ガスの流量を制御可能である。機関運転中にEGR弁92が開弁されると排気ガスがEGR通路91を介して吸気通路30に導入される。また、EGR弁92の開度が大きいほどEGRガス量(すなわち、吸気通路30に導入される排気ガスの量)が多い。
[0044]
 EGR実行条件(すなわち、EGR装置90による吸気通路30への排気ガスの導入を実行する機関運転条件)が予め定められている。機関運転状態がEGR実行条件を満たした場合、EGR弁92が開弁され、これによって、EGR(すなわち、EGR装置90による吸気通路30への排気ガスの導入)が実行される。
[0045]
 また、EGR実行時のEGR弁92の開度は機関運転状態に応じて予め定められている。EGR実行中、EGR弁92の開度は機関運転状態に応じて定まる開度に制御される。
[0046]
 また、第2実施形態と同様に、吐出温度(すなわち、インペラ63から吐出されるガスの温度)に応じて流量制御弁71の開度が決定される。
[0047]
<第3実施形態の効果>
 第3実施形態によれば、導入冷却空気量が吐出温度に応じた量であるので、EGR実行時であっても、デポジット発生抑制などをより確実に達成可能である。
[0048]
 なお、吐出温度は吸気量と過給圧とEGRガス量とに応じて変化する。より具体的には、吸気量が多いほど吐出温度が高くなる傾向にあり、過給圧が高いほど吐出温度が高くなる傾向にあり、EGRガス量が少ないほど吐出温度が高くなる傾向にある。そこで、第3実施形態において、吐出温度を代表するパラメータとして、吸気量、または、過給圧、または、EGRガス量、または、これらの組合せが採用されてもよい。ここで、吸気量が採用された場合には、吸気量が多いほど流量制御弁の開度71が大きくされる。過給圧が採用された場合には、過給圧が高いほど流量制御弁71の開度が大きくされる。EGRガス量が採用された場合には、EGRガス量が少ないほど流量制御弁71の開度が大きくされる。吸気量と過給圧とEGRガス量とのうちの2つまたは3つの組合せが採用された場合には、吸気量が多いほど流量制御弁71の開度が大きくされ、過給圧が高いほど流量制御弁71の開度が大きくされ、EGRガス量が少ないほど流量制御弁71の開度が大きくされる。
[0049]
 なお、吐出温度を代表するパラメータとして、EGRガス量を採用する代わりに、EGR弁72の開度が採用されてもよい。
[0050]
<第3実施形態の流量制御弁の制御フロー>
 第3実施形態の流量制御弁の制御フローについて説明する。この制御フローの一例が図6に示されている。図6のフローが開始すると、始めに、ステップ300において、吸気量Gaと過給圧PimとEGRガス量Aegrとが取得される。次いで、ステップ301において、ステップ300で取得された吸気量Gaと吸気圧PimとEGRガス量Aegrとに基づいて流量制御弁71の目標開度TDfrが算出される。次いで、ステップ302において、ステップ301で算出された目標開度TDfrが達成されるように流量制御弁71の開度Dfrが制御され、その後、フローが終了する。
[0051]
 なお、本発明の技術思想を逸脱しない範囲において上記4つの実施形態が適宜組み合わされてもよい。

請求の範囲

[請求項1]
 ブローバイガス環流装置を備えた内燃機関の過給機の冷却装置において、低温ガス導入手段を具備し、前記ブローバイガス環流装置が前記過給機のコンプレッサの上流にブローバイガスを導入するように構成されており、前記低温ガス導入手段が前記コンプレッサのディフューザ通路に低温ガスを導入するように構成されており、前記低温ガスが前記コンプレッサのインペラから吐出されて前記ディフューザ通路に流入する吸気の温度よりも温度の低いガスであり、前記低温ガス導入手段が前記ディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に低温ガスを前記ディフューザ通路に導入するように構成されている内燃機関の過給機の冷却装置。
[請求項2]
 前記低温ガス導入手段が低温ガス導入通路を有し、該低温ガス導入通路が前記ディフューザ通路を画成するディフューザ壁面から前記ディフューザ通路に開口しており、前記低温ガス導入通路が前記ディフューザ壁面近傍において前記ディフューザ通路内を流れる吸気の流方向に対して鋭角に延在している請求項1に記載の内燃機関の過給機の冷却装置。
[請求項3]
 前記低温ガス導入手段が前記コンプレッサのインペラの吸気吐出領域近傍から前記ディフューザ通路に低温ガスを導入するように構成されている請求項1または2に記載の内燃機関の過給機の冷却装置。
[請求項4]
 前記低温ガス導入手段がインタークーラによって冷却された吸気を低温ガスとして前記ディフューザ通路に導入する請求項1~3のいずれか1つに記載の内燃機関の過給機の冷却装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]