JP2009228600A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクケース内のエンジンオイルから効率よく未燃燃料を除去できるとともに、除去した未燃燃料を有効に活用できる内燃機関を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化のための触媒を排気系に備える内燃機関において、クランクケース２１内のガスＧを吸引してクランクケース２１内を減圧するポンプ１００と、ポンプ１００の吸引したガスを排気通路１３の触媒２７の上流側に導入するガス導入通路１０４と、ポンプ１００を駆動制御するＥＣＵ５０と、を有し、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態および前記触媒の温度の少なくなくとも一方に応じてポンプ１００の動作を制御する、構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関に関する。

ピストンとシリンダとの隙間からクランクケースに漏れる未燃燃料を含むいわゆるブローバイガスが、クランクケース内のオイルに希釈されると、オイルの劣化を著しく促進させることが知られている。
このため、クランクケース内のブローバイガスを吸気系に導入して、ブローバイガスに含まれる未燃燃料を燃焼させるＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置が知られいてる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００３−３２２０５２号公報

ところで、オイル中の未燃燃料を取り除く機構としてのＰＣＶ装置は、内燃機関の吸気管内に発生する負圧を利用してクランクケース内のガスを吸気管に還流させる。このため、例えば、ＷＯＴ（ワイド・オープン・スロットル）時などは、吸気管の負圧を利用できず、オイル中の未燃燃料を除去できない。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、クランクケース内のエンジンオイルから効率よく未燃燃料を除去できるとともに、除去した未燃燃料を有効に活用できる内燃機関を提供する。

本発明に係る内燃機関は、排気ガス浄化のための触媒を排気系に備える内燃機関において、クランクケース内のガスを吸引してクランクケース内を減圧するポンプ手段と、ポンプ手段の吸引したガスを排気系の触媒の上流側に導入するガス導入通路と、ポンプ手段を駆動制御するポンプ制御手段と、を有し、ポンプ制御手段は、内燃機関の運転状態および前記触媒の温度の少なくなくとも一方に応じてポンプ手段の動作を制御することを特徴とする。
この構成によれば、エンジンオイルから効率よく未燃燃料を除去できるとともに、除去した未燃燃料を有効に活用できる。

上記構成において、ポンプ制御手段は、触媒の暖機時には、ポンプ手段の出力を上昇させて触媒への燃料成分の送出量を増加させる、構成を採用できる。
この構成によれば、触媒の暖機をより効率的に実施できる。

上記構成において、ポンプ制御手段は、暖機された触媒が所定温度以上の場合には、ポンプ手段の出力を低下させて触媒への燃料成分の送出量を減少させる、構成を採用できる。

上記構成において、ポンプ制御手段は、内燃機関の回転数又は負荷に応じて、ポンプ手段の出力を制御する、構成を採用できる。
この構成によれば、内燃機関の運転状況を考慮して、クランクケース内のオイルから未燃燃料の除去を実行するので、より効率的な未燃燃料の除去が可能になる。

本発明によれば、クランクケース内のエンジンオイルから効率よく未燃燃料を除去できるとともに、除去した未燃燃料を有効に活用できる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
この内燃機関は、シリンダヘッド１９、シリンダブロック２０及びシリンダブロック２０に一体的に形成されたクランクケース２１を含み、又、シリンダヘッド１９に吸気を導入するための吸気通路１１、及び、シリンダヘッド１９から排気を行なうための排気通路１３を含む。

内燃機関は、内燃機関の回転速度を検知する回転速度センサ４３、シリンダブロックを冷却する冷却水の水温を検知する水温センサ４５、吸気通路１１に設けられ吸入空気量を検出する吸入空気量センサ４２、アクセルペダル６０の近傍に設けられ踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４４、排気通路１３に設けられて空燃比を検出する空燃比センサ４６等をさらに含む。

内燃機関は、吸気通路１１の途中に設けられ燃焼室１２に導入される吸入空気の量を調整するスロットルバルブ２６及びその下流側に設けられた燃料噴射弁３０、後述するシリンダに設けられた点火プラグ２２等を含む。電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０は、各種センサの出力を受けて、スロットルバルブ２６の開度、点火プラグ２２の点火時期、燃料噴射弁３０から噴射される燃料噴射量、噴射タイミング等を制御する。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４６の検出する検出空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御を実行する。

シリンダブロック２０は、そのシリンダ１８内にピストン１４が往復動可能に設けられている。ピストン１４の上部とシリンダ１８とにより燃焼室１２が画定されている。シリンダヘッド１９において、燃焼室１２は吸気通路１１および排気通路１３に接続される。

吸気通路１１から導入される吸入空気は、燃料噴射弁３０から噴射される燃料と混合されて混合気となり、吸気弁２４が開いているときに燃焼室１２に導入される。この混合気は点火プラグ２２の点火によって爆発燃焼した後に、排気弁２３の開弁時に燃焼室１２から排気通路１３に排出される。排気通路１３には排気浄化機能を有した触媒２７が設けられている。
触媒２７は、例えば、三元触媒からなり、排気ガス中の窒素酸化物を還元し、一酸化炭素及び炭化水素（未燃燃料）を酸化をする。
触媒２７には、その温度を検出する温度センサ１５０が設けられ、この温度センサ１５０の検出信号はＥＣＵ５０へ入力される。

クランクケース２１は、図示しないクランクシャフトを内蔵すると共に、その底部に所定量のエンジンオイルＯＬ（潤滑油）を保持している。エンジンオイルＯＬは、図示しない潤滑油供給装置によって内燃機関の各部に供給される。また、エンジンオイルＯＬには、シリンダ１８とピストン１４との間を漏れたいわゆるブローバイガスＢＧに含まれる未燃燃料が溶け、エンジンオイルＯＬを希釈する。

潤滑油供給装置は、オイルポンプ、フィルタおよびオイルジェット機構などを含む。クランクケース２１内のエンジンオイルＯＬは、フィルタを介してオイルポンプにより吸引されオイルジェット機構に供給される。ピストン１４とシリンダ１８との間を潤滑するために、オイルジェット機構によってシリンダ１８内に潤滑油が供給される。

内燃機関において、スロットルバルブ２６の上流側の吸気通路１１とシリンダヘッド１９内とは大気通路７６によって連通されている。
シリンダブロック２０には、シリンダヘッド１９とクランクケース２１とを連通するオイル落とし通路１５が形成されている。このオイル落とし通路１５は、動弁系の潤滑を終えてシリンダヘッド１９に滞留したオイルをクランクケース２１へ向けて落とすための通路であるとともに、大気通路７６を通じてクランクケース２１内へ新気（大気）を供給する通路の役割を果たす。

内燃機関において、クランクケース２１の一方の外側面には、クランクケース２１内のガスに含まれるオイル成分を分離するオイルミストセパレータ２０１が設けられている。このオイルミストセパレータ２０１は、図示しないラビリンス構造を備えており、クランクケース２１から導入されたガスに含まれるオイルミスト成分は、ラビリンス構造により液滴化されてクランクケース２１内に戻される。
オイルミストセパレータ２０１の出口には、ワンウェイバルブからなるＰＶＣバルブ２０２が設けられ、このＰＶＣバルブ２０２は、ガス通路２０３により吸気通路１１に接続されている。吸気通路１１が大気圧よりも低い負圧になると、クランクケース２１と吸気通路１１との間に差圧が発生し、この差圧により、ＰＶＣバルブ２０２が開き、クランクケース２１内のガスが吸気通路１１へ還流される。

内燃機関において、クランクケース２１の他方の外側面には、クランクケース２１内のガスを吸い込むための吸込口１０１が設けられ、この吸込口１０１はポンプ手段としてのポンプ１００と接続されている。ポンプ１００は、例えば、電動ポンプで構成され、クランクケース２１内のガスＧを吸引してクランクケース２１内を減圧する。ポンプ１００には、ドライバ１０２が接続され、このドライバ１０２は、ＥＣＵ５０からの制御指令を受けて、ポンプ１００を駆動する駆動電流を供給する。ポンプ１００として、電動ポンプを用いることにより、内燃機関の駆動状態に関わらず、ポンプ１００を駆動でき、クランクケース２１内を減圧することができる。尚、ドライバ１０２及びＥＣＵ５０はポンプ制御手段を構成する。また、クランクケース２１内のガスＧは、ピストン１４とシリンダ１８との隙間から噴き抜ける未燃燃料を含むいわゆるブローバイガスＢＧ、エンジンオイルＯＬに希釈して再び蒸発した蒸発燃料、オイルミスト等から構成される。

ポンプ１００の出力側には、オイルミストセパレータ１０３が接続されている。このオイルミストセパレータ１０３は、図示しないラビリンス構造を備えており、ポンプ１００から導入されたガスに含まれるオイルミスト成分は、ラビリンス構造により液滴化されてクランクケース２１内に戻される。

オイルミストセパレータ１０３の出口には、ガス通路１０４の一端が接続され、ガス通路１０４の他端は、排気通路１３に接続されている。ガス通路１０４の排気通路１３に対する接続位置は、空燃比センサ４６よりも下流である。ガス通路１０４は、オイルミストセパレータ１０３によりオイルミスト成分が除かれたガスが供給され、このガスを排気通路１３に導く。ガス通路１０４の排気通路１３に対する接続位置を空燃比センサ４６よりも下流とすることにより、空燃比センサ４６がガスに含まれる未燃燃料の影響を受けるのを防止している。

ガス通路１０４の排気通路１３側の端部には、電磁弁１０５が設けられている。この電磁弁１０５は、ＥＣＵ５０からの制御指令に応じてガス通路１０４を開閉すると共に、排気通路１３側からオイルミストセパレータ１０３側へガスが逆流するのを防ぐ逆止弁としての機能も有する。
また、ガス通路１０４の中途には、ガス通路１０４に供給されるガスに含まれる燃料濃度を検出する燃料量検知センサ１０６が設けられ、この燃料量検知センサ１０６の検知信号はＥＣＵ５０へ入力される。

次に、ＥＣＵ５０によるポンプ１０３の制御の一例について図２及び図３を参照して説明する。
図２及び図３に示すポンプ制御ルーチン１，２は、所定期間毎に実行される。尚、ポンプ制御ルーチン１及び２のいずれか一方のみ実行することも可能である。

ポンプ制御ルーチン１は、図２に示すように、ポンプ制御ルーチン１では、先ず、ポンプ１００が作動中かを判断する（ステップＳ１）。ポンプ１００が停止している場合には、ポンプ１００を起動するか、すなわち、ポンプ１００の起動条件が成立しているかを判断する（ステップＳ６）。ポンプ１００の起動条件は、例えば、内燃機関の始動時や、所定の期間毎等、予め適宜設定できる。

ステップＳ６において、ポンプ１００の起動条件が成立している場合には、出力を標準にしてポンプ１００を起動する（ステップＳ７）。尚、電磁弁１０５は開放されているものとする。これにより、クランクケース２１内の未燃燃料を含むガスＧがポンプ１００により吸い出される。これに加えて、クランクケース２１内が減圧されるので、クランクケース２１内のオイルＯＬに希釈した未燃燃料が蒸発しやすくなり、排気通路１３を通じて触媒２７へ未燃燃料が効率的に供給される。触媒２７へ未燃燃料が供給されると、酸化されて触媒２７の温度が上昇する。

ステップＳ１において、ポンプ１００が作動している場合には、内燃機関の運転状態としての回転数（クランクシャフトの回転数）が高回転であるか、あるいは、高負荷、すなわち、ＷＯＴ（ワイド・オープン・スロットル）の状態にあるかを判断する（ステップＳ２）。回転数が高回転であるかは、回転数が所定回転数を越えているかで判断する。内燃機関の運転状態が高回転あるいはＷＯＴの状態では、ＰＣＶ装置の働きが弱く、ブローバイガスＢＧの発生量が増加する。このため、この状態では、ポンプ１００の出力を上昇させ（ステップＳ５）、クランクケース２１内の未燃燃料を含むガスＧを効率良く除去する。

ステップＳ２において、内燃機関の運転状態が高回転あるいはＷＯＴの状態ではない場合には、燃料噴射弁３０から噴射される燃料噴射量が標準量よりも多いかを判断する（ステップＳ３）。燃料噴射量が多い場合も、ブローバイガスＢＧの発生量が増加する。このため、この状態では、ポンプ１００の出力を上昇させ（ステップＳ５）、クランクケース２１内の未燃燃料を含むガスＧを効率良く除去する。

ステップＳ３において、燃料噴射量が標準量以下の場合には、車両の減速時等に発生するフューエルカット（燃料カット）状態か判断する（ステップＳ４）。フューエルカット時は、排気通路１３へ高温の排気ガスが供給されないため、触媒２７の温度が低下し、触媒の機能を十分に果たさなくなる可能性がある。このため、ポンプ１００の出力を上昇させ（ステップＳ５）、触媒２７へ供給される未燃燃料の量をできるだけ増やし、触媒２７の温度低下を防ぐ。

ステップＳ４において、フューエルカット状態ではない場合には、内燃機関の運転状態が低回転あるいは低負荷であるかを判断し（ステップＳ８）、低回転あるいは低負荷の場合には、ポンプ１００の出力を下げる（ステップＳ９）。内燃機関の運転状態が低回転あるいは低負荷である場合には、ブローバイガスＢＧの発生量は比較的すくなく、ポンプ１００の出力を下げることで省電力化が可能となる。

ポンプ制御ルーチン２は、図３に示すように、先ず、ポンプ１００が作動中かを判断する（ステップＳ１０）。ポンプ１００が停止している場合には、ポンプ１００を起動するかを判断する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０において、ポンプ１００の起動条件が成立している場合には、出力を標準にしてポンプ１００を起動する（ステップＳ３１）。ポンプ１００の起動条件が成立していない場合には、処理を終了する。

ステップＳ１０において、ポンプ１００が作動している場合には、触媒２７の温度が所定値１よりも低いかを判断する（ステップＳ１１）。すなわち、このステップは、触媒２７が低温状態で活性化していないかを判断する。
内燃機関の始動時などに、触媒２７の温度が低温の場合には、触媒２７を活性化温度に到達させるのに必要な燃料量を算出する（ステップＳ１２）。そして、燃料量検知センサ１０６により検出できるクランクケース２１から供給される現在の燃料量がステップＳ１２において算出した燃料量に対して不足するかを判断し（ステップＳ１３）、不足する場合には、ポンプ１００の出力を上昇させる（ステップＳ１４）。これにより、触媒２７に供給される未燃燃料が増加し、触媒２７の温度が速やかに上昇する。

ステップＳ１３において燃料量が不足してない場合には、燃料量が過剰かを判断する（ステップＳ１９）。燃料量が過剰な場合には、触媒２７の温度が高くなり過ぎて、破損する可能性があるので、ポンプ１００を停止し（ステップＳ２０）、電磁弁１０５を閉じる（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ１９において、燃料量が適切な場合には、ポンプ１００の出力を標準にしてポンプ１００を作動させる（ステップＳ２２）。

ステップＳ１１において、触媒２７が低温でない場合には、触媒２７の温度が所定値２よりも高いかを判断する（ステップＳ１６）。所定値２は、触媒２７がこれ以上高温になると破損する可能性があることを判断するための温度である。触媒２７の温度が所定値２よりも高い場合には、ポンプ１００を停止し（ステップＳ１７）、電磁弁１０５を閉じる（ステップＳ１８）。これにより、触媒２７へガス通路１０４を通じて未燃燃料が供給されなくなり、触媒２７の過剰な温度上昇を防ぐことができる。

上記実施形態では、ガス通路１０４に逆止機能をもつ電磁弁１０５を設けた場合を説明したが、これに代えて、電磁機能をもたない逆止弁を用いることも可能である。

上記実施形態では、ポンプ手段として電動ポンプを用いた場合について説明したが、例えば、クランクシャフトに接続したポンプを用いることも可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 ＥＣＵによるポンプの制御の一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵによるポンプの制御の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

５０…ＥＣＵ（ポンプ制御手段）
１００…ポンプ（ポンプ手段）
１０１…吸込口
１０２…ドライバ
１０３……オイルミストセパレータ
１０４…ガス通路（ガス導入通路）
１０５…電磁弁
１５０…温度センサ

Claims (4)

1. 排気ガス浄化のための触媒を排気系に備える内燃機関において、
   クランクケース内のガスを吸引してクランクケース内を減圧するポンプ手段と、
   前記ポンプ手段の吸引したガスを前記排気系の触媒の上流側に導入するガス導入通路と、
   前記ポンプ手段を駆動制御するポンプ制御手段と、を有し、
   前記ポンプ制御手段は、内燃機関の運転状態および前記触媒の温度の少なくとも一方に応じて前記ポンプ手段の動作を制御する、
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記ポンプ制御手段は、前記触媒の暖機時には、前記ポンプ手段の出力を上昇させて前記触媒への燃料成分の送出量を増加させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ポンプ制御手段は、暖機された前記触媒が所定温度以上の場合には、前記ポンプ手段の出力を低下させて前記触媒への燃料成分の送出量を減少させる、
   ことを特徴とする請求項1又は２に記載の内燃機関。
4. 前記ポンプ制御手段は、内燃機関の回転数又は負荷に応じて、前記ポンプ手段の出力を制御する、
   ことを特徴とする請求項1ないし３のいずれかに記載の内燃機関。

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