JP2013117176A - ブローバイガス還元装置及びブローバイガス還元装置の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブの開度にかかわらず、ブローバイガス通路の異常診断を行えるようにする。
【解決手段】エンジン１０のクランクケース２０に漏出したブローバイガスを吸気管３６に環流させるブローバイガス還元装置において、コンピュータを内蔵したコントロールユニット６０が、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐを検出する圧力センサ５８の出力信号に基づいて、ブローバイガス通路５２に配管外れなどの異常が発生しているか否かを診断する。即ち、ブローバイガス通路５２に異常が発生している場合には、吸気管３６における負圧によりクランクケース２０のブローバイガスが吸引されないため、エンジン１０のピストン１４が往復動することで大きく変動する圧力Ｐに応じて異常診断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブローバイガス還元装置の異常診断技術に関する。

レシプロエンジンには、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケースへと漏出したブローバイガスを処理するため、ブローバイガスを吸気系に導入して再燃焼させる、ブローバイガス還元装置が取り付けられている。ブローバイガス還元装置は、ブローバイガスを吸気系に導入するブローバイガス通路と、ブローバイガス通路の開度を制御するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブと、を有する。

ブローバイガス還元装置において、例えば、ブローバイガス通路に漏れ・配管外れなどの異常が発生すると、燃料ミストを含むブローバイガスが大気中に放出されてしまう。このため、特開２００９−２８１２２５号公報（特許文献１）に記載されるように、ＰＣＶバルブの開度を強制的に変化させたときの吸気圧力、エンジン回転速度、空燃比フィードバック補正係数などの変化量に基づいて、ブローバイガス通路の異常診断を行う技術が提案されている。

特開２００９−２８１２２５号公報

しかしながら、吸気系の負圧により開度が変化するＰＣＶバルブを利用するブローバイガス還元装置では、ＰＣＶバルブの開度を強制的に変化させることができず、従来技術の適用によって異常診断を行うことができない。

そこで、本発明は、ＰＣＶバルブの開度にかかわらず、ブローバイガス通路の異常診断を行うことができるブローバイガス還元装置及びその異常診断方法を提供することを目的とする。

ブローバイガス還元装置は、エンジンのクランクケースに漏出したブローバイガスを吸気系に環流させるブローバイガス通路と、クランクケースの内部空間の圧力を検出する圧力センサと、コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、を有する。そして、コントロールユニットは、圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ブローバイガス通路に異常が発生しているか否かを診断する。

ＰＣＶバルブの開度にかかわらず、クランクケースの内部空間の圧力に基づいて、ブローバイガス通路に異常が発生しているか否かを診断することができる。

ブローバイガス還元装置が取り付けられたエンジンの概要図 制御プログラムの内容を示すフローチャート 異常診断の具体例の説明図

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、ブローバイガス還元装置が取り付けられたエンジンの概要を示す。
エンジン１０のシリンダブロック１２には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されるシリンダ１２Ａが形成される。また、シリンダブロック１２の下方に形成されたスカート部１２Ｂの下面には、オイルパン１６が締結される。そして、スカート部１２Ｂ及びオイルパン１６により、クランク軸１８を回転可能に収容しつつ潤滑油を貯蔵するクランクケース２０が形成される。

一方、シリンダブロック１２の上面には、吸気ポート２２及び排気ポート２４が夫々形成されたシリンダヘッド２６が締結される。シリンダヘッド２６には、燃焼室を臨む吸気ポート２２及び排気ポート２４の開口を所定タイミングで開閉すべく、軸方向に摺動可能な吸気弁２８及び排気弁３０が配設される。シリンダヘッド２６の上面には、吸気弁２８及び排気弁３０を夫々開閉駆動する動弁機構３２が収納されるヘッドカバー３４が締結される。

吸気ポート２２に連通する吸気管３６（吸気系）には、吸気流通方向に沿って、吸気中の埃などを濾過するエアクリーナ３８、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａ、ターボチャージャ４０を通過した吸気を冷却するインタークーラ４２がこの順番で配設される。一方、排気ポート２４に連通する排気管４４には、ターボチャージャ４０のタービン４０Ｂが配設される。なお、タービン４０Ｂの排気下流に位置する排気管４４には、図示しない、公知の排気浄化装置が配設されている。

インタークーラ４２の下流に位置する吸気管３６とタービン４０Ｂの上流に位置する排気管４４とは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路４６を介して連通され、ここに開度を連続的又は多段階に遠隔制御可能なＥＧＲバルブ４８が配設される。そして、エンジン運転状態に応じてＥＧＲバルブ４８の開度を増減することで、排気の一部が吸気系へと環流され、燃焼温度の低下を通して窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減する。

また、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド２６には、ピストン１４とシリンダ１２Ａとの隙間を通ってクランクケース２０へと漏出したブローバイガスを、ヘッドカバー３４の内部空間へと導く連通路５０が形成される。ヘッドカバー３４の内部空間は、配管やチューブなどからなるブローバイガス通路５２を介して、エアクリーナ３８とターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａとの間に位置する吸気管３６に連通接続される。ブローバイガス通路５２には、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータ５４が配設される。

オイルミストセパレータ５４には、吸気管３６における吸気負圧により、ブローバイガス通路５２の開度を増減するＰＣＶバルブ機構が内蔵される。ＰＣＶバルブ機構は、アイドリング時のように吸気負圧が小さいときは開度が小さくなる一方、加速時のように吸気負圧が大きいときは開度が大きくなる。

そして、オイルミストセパレータ５４により分離されたオイルミストは、配管やチューブなどからなるオイル戻し通路５６を介して、シリンダブロック１２のスカート部１２Ｂからオイルパン１６へと戻される。

シリンダブロック１２には、ブローバイガスの環流状態を把握するために、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐを検出する圧力センサ５８が取り付けられる。圧力センサ５８の出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット６０に入力される。また、コントロールユニット６０には、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ６２、及び、エンジン１０の負荷Ｑを検出する負荷センサ６４からの出力信号も入力される。ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、例えば、吸気流量、吸気負圧、過給圧、燃料噴射量、アクセル開度、スロットル開度など、エンジントルクと密接に関連する状態量を適用することができる。なお、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑは、ＣＡＮ（Controller Area Network）などで接続された他のコントロールユニットから読み込むようにしてもよい。

そして、コントロールユニット６０は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って、回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに基づいてＥＧＲバルブ４８を電子制御すると共に、回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ及び圧力Ｐに基づいてブローバイガス通路５２の異常診断を行う。

ここで、ブローバイガス通路５２の異常診断原理について説明する。
ヘッドカバー３４と吸気管３６とを連通接続するブローバイガス通路５２に、配管外れなどの異常が発生している場合には、クランクケース２０の内部空間は、連通路５０及びヘッドカバー３４の内部空間を介して大気開放される。この場合、エンジン１０のピストン１４が下死点に向かって下降すると、クランクケース２０の容積が減少することから、その内部空間の圧力が上昇し、ブローバイガス通路５２の異常発生箇所からブローバイガスが徐々に放出される。このため、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐは、ピストン１４の往復動に伴って大きく増減変化することとなる。

一方、ブローバイガス通路５２に配管外れなどの異常が発生していない場合には、クランクケース２０の内部空間の圧力が上昇しても、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部の下流に配設されたターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａによる負圧の影響などで、ブローバイガスが短時間で吸気管３６へと環流される。このため、ピストン１４が往復動しても、異常発生時ほどクランクケース２０の内部空間の圧力Ｐは増減変化しない。

従って、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐに基づいて、ブローバイガス通路５２に配管外れなどの異常が発生しているか否かを診断することができる。
図２は、エンジン１０が始動されたことを契機として、コントロールユニット６０が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの内容を示す。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット６０が、初期化処理として、第１のエンジン運転状態（例えば、アイドリング状態）における圧力Ｐを検出したか否かを判定するためのＦｌａｇ１と、第２のエンジン運転状態（例えば、高負荷・高回転状態）における圧力Ｐを検出したか否かを判定するためのＦｌａｇ２と、を夫々０（未検出）に設定する。

ステップ２では、コントロールユニット６０が、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ１が０（未検出）であるか否かを判定する。即ち、コントロールユニット６０は、回転速度センサ６２から回転速度Ｎｅを読み込むと共に、負荷センサ６４から負荷Ｑを読み込み、回転速度Ｎｅが第１の所定回転速度Ａ１、かつ、負荷Ｑが第１の所定負荷Ｂ１であるか否かを介して、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であるか否かを判定する。ここで、第１の所定回転速度Ａ１及び第１の所定負荷Ｂ１は、第１のエンジン運転状態を特定する閾値であって、上限値及び下限値で画定される幅を有していてもよい。そして、コントロールユニット６０は、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ１が０であると判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ５へと進める（Ｎｏ）。

ステップ３では、コントロールユニット６０が、圧力センサ５８からクランクケース２０の内部空間の圧力Ｐを読み込み、第１のエンジン運転状態における圧力を一時的に保存する変数Ｃ１に圧力Ｐを代入する。

ステップ４では、コントロールユニット６０が、第１のエンジン運転状態における圧力を検出したので、Ｆｌａｇ１を１（検出済み）に設定する。
ステップ５では、コントトールユニット６０が、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ２が０（未検出）であるか否かを判定する。即ち、コントロールユニット６０は、回転速度センサ６２から回転速度Ｎｅを読み込むと共に、負荷センサ６４から負荷Ｑを読み込み、回転速度Ｎｅが第２の所定回転速度Ａ２、かつ、負荷Ｑが第２の所定負荷Ｂ２であるか否かを介して、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であるか否かを判定する。ここで、第２の所定回転速度Ａ２及び第２の所定負荷Ｂ２は、第２のエンジン運転状態を特定する閾値であって、上限値及び下限値で画定される幅を有していてもよい。そして、コントロールユニット６０は、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ２が０であると判定すれば処理をステップ６へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ８へと進める（Ｎｏ）。

ステップ６では、コントロールユニット６０が、圧力センサ５８からクランクケース２０の内部空間の圧力Ｐを読み込み、第２のエンジン運転状態における圧力を一時的に保存する変数Ｃ２に圧力Ｐを代入する。

ステップ７では、コントロールユニット６０が、第２のエンジン運転状態における圧力を検出したので、Ｆｌａｇ２を１（検出済み）に設定する。
ステップ８では、コントロールユニット６０が、Ｆｌａｇ１及びＦｌａｇ２が共に１であるか否か、要するに、第１のエンジン運転状態及び第２のエンジン運転状態における圧力を検出したか否かを判定する。そして、コントロールユニット６０は、Ｆｌａｇ１及びＦｌａｇ２が共に１であると判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ２へと戻す（Ｎｏ）。

ステップ９では、コントロールユニット６０が、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値、即ち、第１のエンジン運転状態における圧力と第２のエンジン運転状態における圧力との差の絶対値が所定閾値未満であるか否かを判定する。ここで、所定閾値としては、前述した異常診断原理のように、ブローバイガス通路５２に配管外れなどの異常の有無を判別可能な値を適宜採用することができる。そして、コントロールユニット６０は、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値未満であると判定すれば処理をステップ１０へと進める一方（Ｙｅｓ）、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以上であると判定すれば処理をステップ１１へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１０では、エンジン１０の運転状態が変化しても、クランクケース２０の内部空間の圧力はそれほど大きく増減変化しないので、コントロールユニット６０が、ブローバイガス通路５２は正常（異常なし）と診断する。

ステップ１１では、エンジン１０の運転状態が変化すると、クランクケース２０の内部空間の圧力が大きく増減変化するので、コントロールユニット６０が、ブローバイガス通路５２は異常と診断する。なお、ブローバイガス通路５２が異常であると診断された場合には、例えば、警告灯を点灯させることで、異常発生をドライバに知らせるようにしてもよい。

かかるブローバイガス還元装置によれば、図３に示すように、エンジン１０の回転速度Ｎｅが第１の所定回転速度Ａ１、負荷Ｑが第１の所定負荷Ｂ１となった第１のエンジン運転状態のときに、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐが変数Ｃ１に保存される。また、エンジン１０の回転速度Ｎｅが第２の所定回転速度Ａ２、負荷Ｑが第２の所定負荷Ｂ２となった第２のエンジン運転状態のときに、クランクケース２０の内部空間の圧力Ｐが変数Ｃ２に保存される。そして、第１のエンジン運転状態における圧力を示す変数Ｃ１と第２のエンジン運転状態における圧力を示す変数Ｃ２との差の絶対値（偏差）が所定閾値未満（図中のΔＰ₁）であれば、ブローバイガス通路５２は正常であると診断される。一方、第１のエンジン運転状態における圧力を示す変数Ｃ１と第２のエンジン運転状態における圧力を示す変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以上（図中のΔＰ₂）であれば、ブローバイガス通路５２は異常であると診断される。なお、クランクケース２０とオイルミストセパレータ５４とを連接接続するオイル戻し通路５６に異常が発生した場合にも、同様な現象が発生するので、オイル戻し通路５６の異常も併せて診断することができる。

このとき、第１のエンジン運転状態としてアイドリング状態を採用すると共に、第２のエンジン運転状態として高負荷・高回転状態を採用すれば、クランクケース２０の内部空間の圧力が大きく異なる２つのエンジン運転状態での圧力比較を通して、ブローバイガス通路５２に異常が発生しているか否かを診断することができる。このため、異常診断精度を向上させることができる。

ここで、クランクケース２０の内部空間の圧力は、図３に示すように、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに応じて大きく変化するため、ブローバイガス通路５２の正常又は異常を診断するための所定閾値は、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに応じて動的に設定されてもよい。この場合、エンジン１０の回転速度及び負荷に対応した所定閾値が予め設定されたマップを参照し、回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに応じた所定閾値を決定すればよい。

また、クランクケース２０の内部空間の圧力は、ブローバイガス通路５２に異常が発生しているか否かに応じて、図３に示すように、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑの変化に伴って変動する幅が大きく異なる。このため、異常診断精度を向上させるべく、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以上であることに加え、エンジン運転状態の変化に伴って圧力が所定幅を超えて変化した場合に、ブローバイガス通路５２に異常が発生していると診断するようにしてもよい。

さらに、ブローバイガス通路５２の異常診断は、コントロールユニット６０に限らず、例えば、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニットなど、他のコントロールユニットにおいて行われるようにしてもよい。

１０ エンジン
２０ クランクケース
３６ 吸気管（吸気系）
５２ ブローバイガス通路
５８ 圧力センサ
６０ コントロールユニット
６２ 回転速度センサ
６４ 負荷センサ

Claims (7)

1. エンジンのクランクケースに漏出したブローバイガスを吸気系に環流させるブローバイガス通路と、
   前記クランクケースの内部空間の圧力を検出する圧力センサと、
   コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
   を有し、
   前記コントロールユニットが、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて、前記ブローバイガス通路に異常が発生しているか否かを診断する、ことを特徴とするブローバイガス還元装置。
2. 前記コントロールユニットが、異なる２つのエンジン運転状態において、前記圧力センサにより圧力を夫々検出し、２つの圧力の偏差が所定閾値以上である場合に、前記ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する、ことを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス還元装置。
3. 前記２つのエンジン運転状態の一方は、エンジン回転速度が第１の所定回転速度、かつ、エンジン負荷が第１の所定負荷である第１のエンジン運転状態であり、
   前記２つのエンジン運転状態の他方は、エンジン回転速度が前記第１の所定回転速度よりも大きい第２の所定回転速度、かつ、エンジン負荷が前記第１の所定負荷よりも大きい第２の所定負荷である第２のエンジン運転状態である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のブローバイガス還元装置。
4. 前記第１のエンジン運転状態は、アイドリング状態であり、
   前記第２のエンジン運転状態は、高負荷・高回転状態である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のブローバイガス還元装置。
5. 前記コントロールユニットが、２つの圧力の偏差が所定閾値以上であることに加え、エンジン運転状態の変化に伴って、前記圧力センサにより検出されたクランクケースの内部空間の圧力が所定幅を超えて変動した場合に、前記ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する、ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載のブローバイガス還元装置。
6. 前記コントロールユニットが、エンジン運転状態に応じて前記所定閾値を動的に設定する、ことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載のブローバイガス還元装置。
7. エンジンのクランクケースに漏出したブローバイガスを吸気系に環流させるブローバイガス通路と、
   前記クランクケースの内部空間の圧力を検出する圧力センサと、
   コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
   を有するブローバイガス還元装置の異常診断方法であって、
   前記コントロールユニットが、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて、前記ブローバイガス通路に異常が発生しているか否かを診断する、ことを特徴とするブローバイガス還元装置の異常診断方法。