JP5916403B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブローバイガス還流装置が付帯した内燃機関の制御装置に関する。

一般に、内燃機関のクランク室は、気筒及びピストンにより燃焼室から隔絶されている。しかし、この隔絶は完全なものではなく、内燃機関の圧縮行程では未燃焼ガスが、また膨張行程では燃焼ガスが、気筒とピストンとの隙間からクランク室内に漏洩する。漏洩したブローバイガスは、クランク室内に蓄えている潤滑油の劣化や、内燃機関本体の腐食をもたらす。

そのために、従前より、クランク室に溜まるブローバイガスを換気する装置を実装することが通例となっている。一般的なブローバイガス還流装置（例えば、下記特許文献１を参照）は、クランク室と吸気通路（特に、サージタンク）とを連通するＰＣＶ通路と、このＰＣＶ通路を開閉するＰＣＶバルブとを備えている。クランク室内のブローバイガスは、ＰＣＶ通路経由で吸気通路に向けて送り出され、吸気とともに気筒に充填されて、最終的に燃焼室内で再燃焼される。ＰＣＶバルブは、吸気通路からクランク室に向けたブローバイガス及び吸気の逆流を阻止する。

弾性付勢された弁体をブローバイガスの圧力を以て弁座から離反させる機械式のＰＣＶバルブ（例えば、下記特許文献２を参照）は、基本的には、クランク室と吸気通路との差圧が大きいほどその開度を拡大させる。ところが、クランク室と吸気通路との差圧が小さい領域では、差圧が大きいほど逆に開度が縮小するという、背反的な動作特性を有している。この特性は、スロットルバルブの開度が絞られ、吸気負圧により上記の差圧が顕著に大きくなるアイドル運転時等において、気筒に充填される新気の量を確保してアイドリングを安定させるために必要とされるものである。

運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩め、またはアクセルペダルから足を離す減速要求があったときに、エンジン回転数がある条件値を上回っているならば、気筒における燃料噴射を一時的に停止する燃料カットが実行される。

アイドリング中とは異なり、燃料カット中は燃料を燃焼させないので、ＰＣＶバルブの開度を縮小する必要はない。にもかかわらず、機械式のＰＣＶバルブを採用している場合には、燃料カット中にＰＣＶバルブの開度が縮小し、クランク室内のブローバイガスを換気する機会が失われてしまっていた。

無論、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から制御信号を入力することで開度を自在に制御できる電磁式のＰＣＶバルブ（例えば、下記特許文献３を参照）を採用すれば、燃料カット中にＰＣＶバルブの開度を拡大させてブローバイガスの換気を行うことが可能である。だが、電磁式のＰＣＶバルブは、機械式のそれと比べると高価である。

実公昭６０−０４０８１２号公報 特開２００７−２３１７８５号公報 特開２００９−２２１９０５号公報

本発明は、機械式のＰＣＶバルブを用いながら、ブローバイガスの換気を行う機会を増やすことを所期の目的としている。

本発明では、ブローバイガスが溜まる内室と吸気通路とを連通するＰＣＶ通路と、ＰＣＶ通路を開閉するべく設けられ、内室と吸気通路との差圧が所定値以下である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路を流通するブローバイガスの流量が増加し、内室と吸気通路との差圧が所定値以上である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路を流通するブローバイガスの流量が減少する特性を有する機械式のＰＣＶバルブとを備えるブローバイガス還流装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、アクセル開度が閾値以下かつ内燃機関の燃料カットを実行中であるときに、吸気量を増量補正して前記差圧を前記所定値に近づける補正制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。ここで、内室とは、ブローバイガスが発生するクランク室や、クランク室に連通しているカム室等を包括した概念である。

本発明によれば、機械式のＰＣＶバルブを用いながら、ブローバイガスの換気を行う機会を増やすことができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及びブローバイガス還流装置の構成を示す図。 同実施形態における機械式ＰＣＶバルブの流量特性を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンである。図示例の内燃機関は、筒内直接噴射式のもので、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させることで発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気ガス浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４における触媒４１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車載バッテリの電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、電子スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、吸気圧及びエンジン回転数を知得するとともに、気筒１に充填される吸気量を推算し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２の開度といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態におけるブローバイガス還流装置６は、内燃機関の内室７、８で発生するブローバイガスを吸気通路３に送り出すためのものであって、ＰＣＶ通路６１と、ＰＣＶバルブ６２及びブローバイ通路６３を要素としてなる。

ＰＣＶ通路６１は、その一端がクランク室７に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流側（特に、サージタンク３４）に接続しており、クランク室７を吸気通路３に連通せしめる。クランク室７内にあるブローバイガスは、このＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に排出される。

ＰＣＶバルブ６２は、ＰＣＶ通路６１を流通するブローバイガスの流量を増減させる。本実施形態では、ＰＣＶバルブ６２を、ＰＣＶ通路６１のクランク室７への接続箇所に設置している。本実施形態において、このＰＣＶバルブ６２は、弾性付勢されて弁座に押し付けられている弁体が、ブローバイガスの圧力により（弾性付勢力に抗して）弁座から離反する方向に変位する態様の、機械式（差圧作動形）のバルブである。

図２に、ＰＣＶバルブ６２の流量特性を示している。ＰＣＶバルブ６２は、吸気通路３内の圧力が大気圧と同等かそれ以上（吸気圧が正圧）である領域Ａでは閉じており、ＰＣＶ通路６１を通じたブローバイガスまたは吸気の逆流を阻止する。

そして、吸気通路３内圧力が大気圧よりも小さく（吸気圧が負圧）、かつクランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧が所定以下である領域Ｂでは、その差圧が大きいほどＰＣＶバルブ６２の開度が拡大し、クランク室７から吸気通路３に向けて流れるブローバイガスの流量が増加する。

但し、吸気通路３内圧力が非常に小さく（吸気負圧が非常に大きく）なり、クランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧が所定以上となった領域Ｃでは、その差圧が大きいほどＰＣＶバルブ６２の開度が縮小し、クランク室７から吸気通路３に向けて流れるブローバイガスの流量が減少する。アイドル運転時またはアイドル運転に近い低負荷運転時のように、吸気通路３内圧力が極小（吸気負圧が極大）であるときには、吸気通路３内圧力の変化に対するＰＣＶバルブ６２の流量の変化が乏しくなる。

クランク室７とＰＣＶバルブ６２との間には、図示しないオイルセパレータを介設する。オイルセパレータは、ラビリンス構造を有し、流通するガスに含まれる潤滑油を当該ガスから分離させる気液分離作用を営むもので、クランク室７から潤滑油が失われることを抑止する。

ブローバイ通路６３は、その一端が内燃機関のシリンダヘッドカバー内のカム室８に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の上流側に接続しており、カム室８を吸気通路３に連通せしめる。このブローバイ通路６３のカム室８への接続箇所にも、オイルセパレータを設けてある。

ＰＣＶバルブ６２が開いているとき、カム室８及びクランク室７内のブローバイガスが、ＰＣＶバルブ６２及びＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に送り出される。同時に、吸気通路３からブローバイ通路６３を経由してカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、カム室８及びクランク室７内が換気される。吸気通路３のサージタンク３４に還流したブローバイガスは、気筒１に充填されて再燃焼される。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転状況に応じてインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実行する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。燃料カット許可回転数はアイドル運転時の目標エンジン回転数よりも高く、故に燃料カットに突入する直前の内燃機関はアイドリング状態にはない。

燃料カットの開始後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には、燃料カットを終了し、燃料噴射（及び、点火）を再開する。エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した場合には、燃料カットの終了によりアイドリング状態へと移行することになる。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、上述の燃料カットの実行中に吸気量を増量補正し、クランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧を所定値、即ち図２に示す領域Ｂと領域Ｃとの境界（または、その近傍）に対応した値に近づける補正制御を実施する。この補正制御により、燃料カット中におけるＰＣＶバルブ６１の開度がアイドル運転時またはこれに近い低負荷運転時よりも拡大し、燃料カット中にクランク室７内のブローバイガスを換気することが可能となる。

吸気量の補正制御に際し、ＥＣＵ０は、電子スロットルバルブ３３の開度を、アクセルペダルの踏込量に基づいて決定される開度よりも大きく拡げる操作を行う。このときのスロットルバルブ３３の開度の拡大量は、例えば、現在のエンジン回転数が低いほど大きく設定し、及び／または、アクセルペダルの踏込量が小さいほど大きく設定する。ＥＣＵ０のメモリに予め、エンジン回転数及び／またはアクセルペダルの踏込量とスロットルバルブ３３の開度の拡大量との関係を規定したマップデータを格納しておけば、現在のエンジン回転数及び／またはアクセルペダルの踏込量をキーとして当該マップを検索し、具現するべきスロットルバルブ３３の開度の拡大量を知得することが可能である。

本実施形態では、ブローバイガスが溜まる内室７、８と吸気通路３とを連通するＰＣＶ通路６１と、ＰＣＶ通路６１を開閉するべく設けられ、内室７、８と吸気通路３との差圧が所定値以下である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路６１を流通するブローバイガスの流量が増加し、内室７、８と吸気通路３との差圧が所定値以上である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路６１を流通するブローバイガスの流量が減少する特性を有する機械式のＰＣＶバルブ６２とを備えるブローバイガス還流装置６が付帯した内燃機関を制御するものであって、アクセル開度が閾値以下かつ内燃機関がアイドリング状態でないときに、吸気量を増量補正して前記差圧を前記所定値に近づける補正制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

つまり、本来であれば吸気通路３内圧力がアイドル運転時と同じような負圧とされる運転状態、特に燃料カット中において、敢えてスロットルバルブ３３を開くことでクランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧を小さくし、ＰＣＶバルブ６２の開度を拡大させてブローバイガスの流量を増大させるようにしたのである。本実施形態によれば、高価な電磁式ＰＣＶバルブを用いることなく、燃料カット期間等を利用してクランク室７内及びカム室８内を換気する機会を増やすことができる。

クランク室７内のブローバイガスの換気能力が向上することから、ピストンリングの張力（ピストンリングによる燃焼室とクランク室７との間のシール、ピストンリングと気筒１のボア内壁との摺動摩擦）を低減させることが許容されるので、燃費の向上にも寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、ＰＣＶバルブ６２は、ＰＣＶ通路６１上の任意の箇所に設置することが許される。

上記実施形態における内燃機関は自然吸気エンジンであったが、排気ターボ過給機が付随している内燃機関についても本発明を適用することは当然に可能である。この場合、ブローバイガス還流装置の要素であるブローバイ通路６３の他端は、吸気通路３における過給機のコンプレッサよりも上流側に接続する。自然吸気エンジンに比して、ターボエンジンでは吸気通路３内の圧力が過給により正圧となることが多く、その分だけＰＣＶバルブ６２が開弁する時間が短くなるが、本発明の適用により、減速要求に伴う燃料カット中にＰＣＶバルブ６２を開弁してブローバイガスを換気する機会を確保できるようになる。

上記実施形態では、吸気量の増減補正のために電子スロットルバルブ３３の開度を操作していたが、アイドルスピードコントロールバルブを実装している内燃機関においては、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を操作して吸気量の増量補正を行うこととしてもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路におけるスロットルバルブの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を開閉する流量制御弁である。

また、吸気量の補正制御の際に、制御装置０が、吸気通路３内圧力の実測値とその目標値との偏差を縮小するように電子スロットルバルブ３３またはアイドルスピードコントロールバルブの開度を操作するフィードバック制御を実施するものとしてもよい。このフィードバック制御における吸気通路３内圧力の目標値は、図２に示している領域Ｂと領域Ｃとの境界（または、その近傍）に位置する吸気負圧の値である。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
３…吸気通路
３３…電子スロットルバルブ
６…ブローバイガス還流装置
６１…ＰＣＶ通路
６２…ＰＣＶバルブ
６３…ブローバイ通路
７、８…内室（クランク室、カム室）

Claims (1)

1. ブローバイガスが溜まる内室と吸気通路とを連通するＰＣＶ通路と、
   ＰＣＶ通路を開閉するべく設けられ、内室と吸気通路との差圧が所定値以下である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路を流通するブローバイガスの流量が増加し、内室と吸気通路との差圧が所定値以上である場合にはその差圧が大きいほどＰＣＶ通路を流通するブローバイガスの流量が減少する特性を有する機械式のＰＣＶバルブと
   を備えるブローバイガス還流装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、
   アクセル開度が閾値以下かつ内燃機関の燃料カットを実行中であるときに、吸気量を増量補正して前記差圧を前記所定値に近づける補正制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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