JP2010159729A - 内燃機関のブローバイガス還元装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高地の場合に、燃費の悪化を抑制することのできる内燃機関のブローバイガス還元装置を提供する。
【解決手段】ブローバイガス還元装置６０は、クランクケース２２からスロットルバルブ４５が設けられた吸気通路４９へ流れるブローバイガスの流量を制御する電子制御式のＰＣＶバルブ６３と、このＰＣＶバルブ６３の開度を制御する電子制御装置７０とを備えている。そして、この電子制御装置７０は、大気圧に基づいて、ＰＣＶバルブ６３の開度を制御するとともに、アイドル運転状態において、大気圧が低くなるにつれて、スロットルバルブ４５の開度に対するＰＣＶバルブ６３の開度が小さくなるように設定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクケースから吸気通路へ流れるブローバイガスの流量を制御する電子制御式のＰＣＶバルブと、このＰＣＶバルブの開度を制御する制御装置とを備える内燃機関のブローバイガス還元装置に関する。

従来のブローバイガス還元装置としては、内燃機関の吸気通路の負圧に応じてガスの流量を調整する機械式のＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブが設けられている。このＰＣＶバルブは、ケース内に収容された弁体を、弁体に取り付けられたばねと負圧との相互作用によって往復移動させて、ケースと弁体との間に形成されるガスの流路を拡大及び縮小することにより、ＰＣＶバルブを通過するガスの流量（以下、単に「ＰＣＶ流量」という。）を調整する（例えば、特許文献１参照）。

この機械式ＰＣＶバルブの開度は、車両の中車速時での機関本体の換気性を向上させることが可能となるように、即ち、車両の中車速時（例えば、５０ｋｍ／ｈ）に吸気通路に供給されるＰＣＶ流量が比較的大きなものとなるように予め設定される。

特開２００７−２３１７８５号公報

ところで、平地（例えば、標高０ｍ）における大気圧に対して、高地（例えば、標高２０００ｍ）における大気圧は低くなるため、吸気通路に導入されるガスの流量が減少してしまう。したがって、例えば、高地において内燃機関のアイドル運転した場合のスロットルバルブのスロットル開度は、平地において内燃機関のアイドル運転した場合の同スロットル開度よりも大きくなってしまう。具体的には、高地においての内燃機関のアイドル運転した場合のスロットル開度は、平地において中車速にて定常走行しているときのスロットル開度に相当してしまう。これにより、高地において内燃機関のアイドル運転した場合のＰＣＶ流量は、平地におけるアイドル運転時よりも多くなり、平地において中車速にて走行しているときのＰＣＶ流量に相当してしまう。これに伴い燃焼室に供給されるガス量が増加するため、理論空燃比を維持すべく燃料噴射量も増加してしまう。その結果、高地においては、燃費が悪化してしまう。

しかし、機関式のＰＣＶバルブでは、機関本体の圧力と吸気通路の圧力との差に応じてその開度が一義的に変化するため、高地におけるＰＣＶ流量をＰＣＶバルブの操作により減少させて燃費悪化の抑制を図ることはできない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高地の場合に、燃費の悪化を抑制することのできる内燃機関のブローバイガス還元装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、クランクケースからスロットルバルブが設けられた吸気通路へ流れるブローバイガスの流量を制御する電子制御式のＰＣＶバルブと、該ＰＣＶバルブの開度を制御する制御装置とを備える内燃機関のブローバイガス還元装置において、前記制御装置は、大気圧に基づいて、前記ＰＣＶバルブの開度を制御し、前記制御装置は、アイドル運転状態において、前記大気圧が低くなるにつれて、前記スロットルバルブの開度に対する前記ＰＣＶバルブの開度が小さくなるように設定することを要旨とする。

この発明によれば、平地よりも大気圧が低くなる高地において、スロットルバルブの開度に対するＰＣＶバルブの開度が小さく設定されるため、ＰＣＶ流量の増大を抑制することができる。したがって、ＰＣＶ流量の増大に伴う燃料噴射量の増加による燃費の悪化を抑制することができるようになる。

本発明の内燃機関のブローバイガス還元装置を具体化した実施形態について、同機関の構成を示す模式図。 同実施形態の内燃機関のブローバイガス還元装置について、平地及び高地におけるＰＣＶ流量とスロットル開度との関係を示すグラフ。 同実施形態において電子制御装置により実行される「ＰＣＶバルブ制御処理」について、その処理手順を示すフローチャート。

図１〜図３を参照して、本発明にかかる内燃機関のブローバイガス還元装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、空気及び燃料からなる混合気の燃焼を通じて動力を発生させるためのエンジン本体２０と、外部の空気をエンジン本体２０に取り入れるための吸気装置４０と、エンジン本体２０内の燃焼室３１に燃料を供給するための燃料供給装置と、エンジン本体２０内のブローバイガスを吸気装置４０に供給するためのブローバイガス還元装置６０と、これら装置を統括的に制御する電子制御装置７０とを備えている。

エンジン本体２０は、燃焼室３１にて混合気を燃焼させるためのシリンダブロック２１と、このシリンダブロック２１と協働してクランクシャフト２６を支持するためのクランクケース２２と、エンジンオイルを貯留するためのオイルパン２３と、動弁系の部品を配置するためのシリンダヘッド２４と、エンジンオイルの外部への飛散を抑制するためのヘッドカバー２５とにより構成されている。また、シリンダブロック２１及びクランクケース２２により形成されるクランク室３２と、シリンダヘッド２４及びヘッドカバー２５により形成される動弁室３３とは、シリンダブロック２１に形成された連通室３４により接続されている。

吸気装置４０は、外気を当該装置内に取り込むためのエアインテーク４１と、このエアインテーク４１を介して取り込まれた空気（以下、「新気」という。）中の異物を捕捉するためのエアクリーナ４２と、スロットルバルブ４５の開閉を通じて新気の流量を調整するためのスロットルボディ４４と、エアクリーナ４２の吸気下流側とスロットルボディ４４の吸気上流側とを接続するインテークホース４３と、スロットルボディ４４の吸気下流側とシリンダヘッド２４の吸気上流側とを接続するインテークマニホールド４６とにより構成されている。このインテークマニホールド４６には、スロットルボディ４４を通過した新気を滞留させるためのサージタンク４７と、サージタンク４７内の新気をシリンダヘッド２４の各インテークポートに送り込むための複数のサブパイプ４８とが設けられている。即ち、吸気装置４０においては、エアインテーク４１内の通路と、エアクリーナ４２内の通路と、インテークホース４３内の通路と、スロットルボディ４４内の通路と、インテークマニホールド４６内の通路とにより、吸気をエンジン本体２０に送り込むための吸気通路４９が形成されている。そして、インテークマニホールド４６には、燃料を吸気通路４９内に噴射するインジェクタ５０が設けられている。

ブローバイガス還元装置６０は、燃焼室３１内からクランク室３２内に流れ出たブローバイガスを吸気装置４０内におけるスロットルバルブ４５の吸気下流側に供給する機能、及びエアクリーナ４２により浄化された吸気を吸気装置４０内におけるスロットルバルブ４５の吸気上流側からクランク室３２内に供給する機能、及びエンジン本体２０内から吸気装置４０内に供給されるブローバイガス流量を調整する機能を備える装置として構成されている。

具体的には、クランク室３２内のブローバイガスを動弁室３３内からサージタンク４７内に送り込むための通路として、ヘッドカバー２５とサージタンク４７とを接続する態様で形成された第１換気通路６１が設けられている。また、インテークホース４３内の新気を動弁室３３内に送り込むための通路、あるいは動弁室３３内からインテークホース４３内にブローバイガスを送り込むための通路として、ヘッドカバー２５とインテークホース４３とを接続する態様で形成された第２換気通路６２が設けられている。また、動弁室３３内からサージタンク４７内に向けて流れるブローバイガスを含有するガスの流量を調整するための弁として、ヘッドカバー２５に設けられて第１換気通路６１の通路面積を変更する電子制御式のＰＣＶバルブ６３が設けられている。

ここで、同一の機関運転条件のもとでは、ＰＣＶバルブ６３の開度が大きくなるにつれて、動弁室３３内からサージタンク４７内に供給されるＰＣＶバルブ６３を通過するガスであるブローバイガス及び新気からなる混合気の流量（以下、単に「ＰＣＶ流量」という。）が増加するようになる。即ち、ＰＣＶ流量は、ＰＣＶバルブ６３の開度により制御されている。

電子制御装置７０には、回転センサ７１、スロットルセンサ７２、及びＰＣＶバルブセンサ７３が設けられている。回転センサ７１は、エンジン本体２０のクランクシャフト２６の近傍に設けられて、クランクシャフト２６の回転数に応じた信号を出力する。また、スロットルセンサ７２は、スロットルバルブ４５の近傍に設けられて、スロットルバルブ４５のスロットル開度に応じた信号を出力する。また、ＰＣＶバルブセンサ７３は、ＰＣＶバルブ６３の近傍に設けられて、ＰＣＶバルブの開度に応じた信号を出力する。

次に、図２を参照して、スロットルバルブ４５のスロットル開度に対するＰＣＶ流量の制御態様について説明する。
電子制御装置７０は、基本的には図２の曲線Ｇ１，Ｇ２に基づいて、スロットルバルブ４５のスロットル開度に対応したＰＣＶ流量の要求値を設定し、実際のＰＣＶ流量をこの設定した要求値にすべくＰＣＶバルブ６３の開度を調整する。ここで、曲線Ｇ１は、平地（標高０ｍ）におけるＰＣＶ流量の制御曲線であり、曲線Ｇ２は、高地（標高２０００ｍ）におけるＰＣＶ流量の制御曲線である。以下、曲線Ｇ１，Ｇ２に基づくＰＣＶ流量の制御態様について詳述する。

まず、曲線Ｇ１に基づくＰＣＶ流量の制御態様について説明する。
スロットル開度Ｔ１のスロットル開度の小さい場合において、ＰＣＶ流量の要求値は、「０」よりも大きく、且つ要求値の変更範囲内における最小の値（以下、「要求値ＰＡ」という。）に設定される。なお、スロットル開度Ｔ１は、アイドル運転時におけるスロットル開度に相当する。

また、スロットル開度Ｔ１からスロットル開度Ｔ２までの領域において、ＰＣＶ流量の要求値は、スロットル開度の増大に伴い大きく設定される。なお、スロットル開度Ｔ４は、車両が中車速（例えば、５０ｋｍ／ｈ）にて定常走行しているときのスロットル開度に相当する。

そして、スロットル開度Ｔ２からスロットル開度Ｔ３までの領域において、ＰＣＶ流量の要求値は、要求値の変更範囲内における最大の値（以下、「要求値ＰＢ」という。）、またはその近傍の値に設定される。ここで、同領域において、そのうちのスロットル開度の小さい側の実際のＰＣＶ流量は、実質的に要求値ＰＢとなる。一方、同領域において、そのうちのスロットル開度の大きい側の領域の実際のＰＣＶ流量は、吸気通路４９の圧力とクランク室３２の圧力とが略同等となるため、図２の一点鎖線にて示すようにスロットル開度の増大に伴い急激に減少し、最終的には、ＰＣＶ流量は「０」またはその近傍の値となる。そして、スロットル開度Ｔ３において、最もＰＣＶ流量が減少する。

次いで、曲線Ｇ２に基づくＰＣＶバルブ６３の制御態様について説明する。ここで、曲線Ｇ２は、曲線Ｇ１とほぼ同じであり、以下では、曲線Ｇ１と曲線Ｇ２との異なる部分についてのみ説明し、他の部分の説明は省略する。

曲線Ｇ２では、スロットル開度Ｔ４において、ＰＣＶ流量の要求値は、要求値ＰＡに設定される。即ち、スロットル開度Ｔ４においては、スロットルバルブ４５のスロットル開度に対するＰＣＶバルブ６３の開度は、曲線Ｇ１と比較して、小さくなるように設定されている。

また、スロットル開度Ｔ４からスロットル開度Ｔ２までの領域において、ＰＣＶ流量の要求値は、スロットル開度の増大に伴い大きく設定される。また、同領域においても、スロットル開度に対するＰＣＶバルブ６３の開度が、曲線Ｇ１と比較して、小さくなるように設定されている。そして、スロットル開度Ｔ２からスロットル開度Ｔ３までの領域は、曲線Ｇ１と同様である。また、実際のＰＣＶ流量も同様である。

なお、図２のグラフにおいては、スロットル開度Ｔ１における機関負荷は、低負荷であり、スロットル開度Ｔ１からスロットル開度Ｔ２までの領域における機関負荷は、中機関負荷領域に相当し、スロットル開度Ｔ２からスロットル開度Ｔ３までの領域における機関負荷は、高機関負荷領域に相当する。

ところで、高地におけるアイドル運転の場合には、そのスロットル開度が平地におけるアイドル運転よりも大きくなり、平地における車両の中車速時のスロットル開度の一つであるスロットル開度Ｔ４と略同じ大きさとなる。即ち図２のグラフに示すように、平地のアイドル運転時のスロットル開度はスロットル開度Ｔ１となり、これに対して高地のアイドル運転時のスロットル開度はスロットル開度Ｔ４となる。

ここで、この高地のアイドル運転の状態において、ＰＣＶ流量を平地のＰＣＶ流量の制御曲線である曲線Ｇ１のスロットル開度Ｔ４に対応した値（以下、「要求値ＰＣ」という。）に設定したとすると、これに伴うＰＣＶ流量の増加により燃焼室３１に供給されるガス量も増加する。このとき、ガス量増加による空燃比の変化を受けて、空燃比制御により燃料噴射量を増量する補正が成されるため、結果として燃費の悪化を招くようになる。

そこで、本実施形態のブローバイガス還元装置６０では、高地におけるＰＣＶ流量の制御曲線を有するため、高地のアイドル運転の状態にあるときには、ＰＣＶ流量の要求値をスロットル開度Ｔ４に対応した要求値ＰＣに代えて、これよりも小さい値であるアイドル運転時の要求値ＰＡを用いるようにしている。これにより、実際のＰＣＶ流量がアイドル運転中の要求値を大きく上回ることを抑制するようにしている。

次に、図３を参照して、上述したＰＣＶ流量の調整を実現するために電子制御装置７０により実行される「ＰＣＶバルブ制御処理」の処理手順について説明する。なお、同処理はエンジン１０の運転中において、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

当該ＰＣＶバルブ処理では、まずステップＳ１０において、大気圧を推定する。具体的には、平地のときの所定の回転数及び負荷に対するスロットルバルブ４５のスロットル開度を基準として、同回転数及び負荷における実際のスロットル開度を比較し、その変化量から大気圧の変化量を推定する。詳細には、まず、大気圧の変化に基づく回転数及び負荷に対するスロットル開度の変化量のデータを予め作成する。次いで、そのデータに基づいて、平地のスロットル開度に対する実際の同スロットル開度の変化量が、どの大気圧に相当するかを算出する。ここで、実際のスロットル開度は、スロットルセンサ７２により求められる。また、負荷は、スロットルバルブ４５を通過する吸入空気量及び燃料噴射量の少なくともどちらか一方に基づいて求めることができる。

次に、ステップＳ１１において、大気圧が８５０ｈＰａ以下か否かを判断する。この大気圧は、標高２０００ｍの大気圧に相当する。ここで、大気圧が８５０ｈＰａより大きいと判断した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、ステップＳ１２において、ＰＣＶ流量の制御曲線を曲線Ｇ１に設定する。一方、大気圧が８５０ｈＰａ以下と判断した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、ステップＳ１３において、ＰＣＶ流量の制御曲線を曲線Ｇ２に設定する。以上により、平地及び高地におけるＰＣＶ流量の制御曲線を変更することにより、平地及び高地に適したＰＣＶ流量の制御を実現している。

［実施形態の効果］
本実施形態のブローバイガス還元装置６０によれば、以下に示す効果を奏することができる。

（１）本実施形態では、電子制御装置７０が、アイドル状態において、大気圧が小さくなるにつれて、スロットルバルブ４５の開度に対するＰＣＶバルブ６３の開度を小さく設定している。これにより、大気圧が低くなる高地において、ＰＣＶ流量の増大を抑制することができる。したがって、ＰＣＶ流量の増大に伴う燃料噴射量の増加による燃費の悪化を抑制することができるようになる。

（２）本実施形態では、電子制御装置７０が、平地及び高地の場合に応じて、それぞれのＰＣＶ流量の制御曲線Ｇ１，Ｇ２によって、ＰＣＶ流量を制御している。これにより、車両が平地及び高地において、それぞれアイドル運転を行う場合に適したＰＣＶ流量を供給することができるようになる。

（３）本実施形態では、所定の回転数及び負荷に対するスロットル開度から大気圧を推定している。これにより、大気圧を推定、もしくは測定するための新規のセンサを不要とすることができるため、部品点数の削減を図ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、例えば以下に示すように変更して実施することもできる。
・本実施形態のブローバイガス還元装置６０では、大気圧を推定するのに、所定の回転数及び負荷に対するスロットル開度によって行っていたが、大気圧を推定する構成は、これに限定されることはない。例えば、カーナビゲーション等に搭載される気圧センサにより大気圧を推定してもよい。

・本実施形態のブローバイガス還元装置６０では、大気圧が８５０ｈＰａを閾値として、ＰＣＶ流量の制御曲線である曲線Ｇ１及び曲線Ｇ２を選択していたが、大気圧の閾値は、これに限定されることはない。大気圧の閾値としては、他の値を用いてもよい。

・本実施形態のブローバイガス還元装置６０では、ＰＣＶ流量の制御曲線として、曲線Ｇ１，Ｇ２の２種類を用いたが、制御曲線の数は、これに限定されることはない。例えば、曲線を３種類以上用いてもよい。

・本実施形態のブローバイガス還元装置６０では、第１換気通路６１及び第２換気通路６２のともに、ヘッドカバー２５に接続されたが、第１換気通路６１及び第２換気通路６２の接続位置は、これに限定されることはない。ブローバイガスをエンジン本体２０からスロットルバルブ４５の上流側及び下流側に還元する構造であればよいため、例えば、第１換気通路６１及び第２換気通路６２は、クランク室３２に接続されてもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、２０…エンジン本体（機関本体）、２１…シリンダブロック、２２…クランクケース、２３…オイルパン、２４…シリンダヘッド、２５…ヘッドカバー、２６…クランクシャフト、３１…燃焼室、３２…クランク室、３３…動弁室、３４…連通室、４０…吸気装置、４１…エアインテーク、４２…エアクリーナ、４３…インテークホース、４４…スロットルボディ、４５…スロットルバルブ、４６…インテークマニホールド、４７…サージタンク、４８…サブパイプ、４９…吸気通路、５０…インジェクタ、６０…ブローバイガス還元装置、６１…第１換気通路、６２…第２換気通路、６３…ＰＣＶバルブ、７０…電子制御装置（制御手段）、７１…回転センサ、７２…スロットルセンサ、７３…ＰＣＶバルブセンサ。

Claims (1)

1. クランクケースからスロットルバルブが設けられた吸気通路へ流れるブローバイガスの流量を制御する電子制御式のＰＣＶバルブと、該ＰＣＶバルブの開度を制御する制御装置とを備える内燃機関のブローバイガス還元装置において、
   前記制御装置は、大気圧に基づいて、前記ＰＣＶバルブの開度を制御し、
   前記制御装置は、アイドル運転状態において、前記大気圧が低くなるにつれて、前記スロットルバルブの開度に対する前記ＰＣＶバルブの開度が小さくなるように設定する
   ことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還元装置。

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