JP2014084777A

JP2014084777A - オイル抜き穴の開閉制御装置

Info

Publication number: JP2014084777A
Application number: JP2012233626A
Authority: JP
Inventors: Tatsu Hamaguchi; 竜濱口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-12
Also published as: WO2014064500A1; US20150176479A1; DE112013003167T5; CN104487672A

Abstract

【課題】インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴を開閉する開閉制御装置において、開閉弁等が破損するのを抑える。
【解決手段】インタークーラ６と、吸気通路３ａに形成されたオイル抜き穴２３と、オイル抜き穴２３を開閉するための開閉バルブ１６と、エンジン停止時に、開閉バルブ１６を開弁するように制御するＥＣＵ１３と、を備えたオイル抜き穴の開閉制御装置である。ＥＣＵ１３は、取得した開閉バルブ１６の温度が所定温度以下である場合には、開閉バルブ１６を開閉する制御を行わないように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴を開閉する開閉制御装置に関するものである。

エンジンにおいては、その出力を向上させるべく、吸入空気を強制的に燃焼室へ送り込むための過給機と、過給機により加圧されて高温となり膨張した吸入空気を冷却するためのインタークーラとを搭載したものが多い。もっとも、この種のエンジンにおいて、例えばブローバイガスを還流させるようにした場合、ブローバイガスに混入したオイルがインタークーラ内に溜まり易くなり、多量のオイルが溜まった状態で急激にアクセルを踏み込むと、オイルハンマーによりエンジンが破損するおそれがある。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、インタークーラのオイル受け部にオイルが存在することが、センサによって検出された場合に、開閉蓋を駆動させて、インタークーラに形成されたオイル抜き用貫通孔を開くようにしたオイル溜り防止装置が提案されている。

特開２００９−２１５９１５号公報

しかしながら、上記特許文献１のものでは、開閉蓋を駆動させるか否かが、オイル受け部におけるオイルの有無のみにより決定されることから、以下のような問題が生じるおそれがある。すなわち、インタークーラには、上述したオイルの他、駐車中の結露により水が溜まることから、低温時に水が凍ってしまい、開閉蓋（開閉弁）が凍結する可能性がある。にもかかわらず、インタークーラ内にオイルが存在しているという条件が満たされたからといって、凍結した開閉弁を無理に開閉しようとすると、開閉弁やバルブアクチュエータ等が破損するおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴を、開閉するための開閉制御装置において、開閉弁等が破損するのを抑える技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、オイル抜き穴を開閉するための開閉弁が凍結している可能性が高い場合には、開閉弁の開閉自体を行わないようにしている。

具体的には、本発明は、エンジンに設けられる、過給機により加圧された吸入空気を冷却するためのインタークーラと、上記インタークーラ又はその近傍に形成される、当該インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴と、上記オイル抜き穴を開閉するための開閉弁と、上記開閉弁を開閉するように制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記開閉弁の温度を取得するとともに、当該取得した温度が所定温度以下である場合には、上記開閉弁を開閉する制御を行わないように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、制御手段は、取得した開閉弁の温度が所定温度以下である場合には、換言すると、開閉弁が凍結している可能性が高い場合には、開閉弁を開閉する制御を行わないように構成されている。これにより、例えば、開閉弁が閉じた状態で凍結している場合に、インタークーラ内に溜まったオイルを排出すべく、開閉弁を無理に開弁しようとする制御が行われるのを回避することができる。その結果、開閉弁やバルブアクチュエータ等が破損するのを抑えることができる。

なお、本発明において、「所定温度」とは、例えば水の凝固点である０℃を意味する。

好ましくは、上記開閉弁の近傍に設けられる温度検出手段をさらに備え、上記制御手段は、上記温度検出手段の検出結果に基づいて、上記開閉弁の温度を取得するように構成されている。

この構成によれば、制御手段は、開閉弁の近傍に設けられた温度検出手段によって検出された温度に基づいて、開閉弁の温度を取得する。これにより、例えば既設の温度センサや過給圧力等から、開閉弁の温度を取得（推定）する場合に比して、より高い精度で開閉弁の温度を取得することができる。その結果、開閉弁が凍結しているか否かを高い精度で判定することが可能となるので、開閉弁等の破損をより一層確実に抑えることができる。

以上、説明したように本発明に係るオイル抜き穴の開閉制御装置によれば、取得した開閉弁の温度が所定温度以下である場合には、開閉弁を開閉する制御を行わないように構成されていることから、開閉弁等が破損するのを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。開閉制御装置を模式的に説明する概略構成図である。オイル抜き穴の開閉制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る内燃機関の全体構成を簡略化して示す図である。

図１において、内燃機関（エンジン）１は、車両に搭載されるものであって、エンジン本体２及びエンジン１の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御ユニット）１３を備えている他、エアクリーナ４、ターボチャージャ（過給機）５及び空冷式のインタークーラ６が、上流側からこの順で吸気通路３に設けられている。なお、このエンジン１では、吸気通路３は、エアクリーナ４よりも上流側の吸気通路３ｃと、エアクリーナ４とインタークーラ６とを繋ぐ吸気通路３ｂと、インタークーラ６よりも下流側の吸気通路３ａとで構成されている。

ターボチャージャ５は、吸気通路３ｂに設けられるコンプレッサホイール５２と、排気通路７に設けられるタービンホイール５１と、両ホイール５１，５２を連結するタービンシャフト５３とを有している。かかる構成により、このターボチャージャ５では、エンジン本体２の燃焼室２ａから排出される排気ガスによりタービンホイール５１が回転し、それに伴ってコンプレッサホイール５２が回転することによって、吸気通路３ｃから導入された外気が圧縮されて燃焼室２ａへ強制的に送り込まれるようになっている。

なお、このターボチャージャ５とエアクリーナ４とを繋ぐ吸気通路３ｂは、後述するベンチレーションケース２ｄ内のブローバイガスを吸気系に還流させるためのブローバイガス通路８によって、エンジン本体２のシリンダヘッドカバー２ｃと接続されている。ブローバイガス通路８には、ブローバイガスを冷却するためのＰＣＶクーラ９が設けられている。ＰＣＶクーラ９は、インタークーラ６と同様に空冷式のクーラであり、車両のエンジンルーム内においてインタークーラ６の近傍に設けられているが、図１においては、便宜上インタークーラ６から離れた箇所に図示している。

インタークーラ６は、吸気通路３におけるコンプレッサホイール５２の下流側に設けられている。このインタークーラ６には、上下方向の略中央に空冷式熱交換器１９が設けられており（図２参照）、吸気通路３ｂからインタークーラ６内部に導入された高温の吸入空気は、この熱交換器１９において外気と熱交換されることにより冷却される。なお、熱交換器１９は、空冷式熱交換器に限られず、水冷式熱交換器であってもよい。

以上の構成により、このエンジン１では、排気ガスによるタービンホイール５１の回転に伴ってコンプレッサホイール５２が回転し、エアクリーナ４を通った外気およびブローバイガス通路８を通ったブローバイガス（以下、これらを吸入空気ともいう）が圧縮され、圧縮されて高温となり膨張した吸入空気がインタークーラ６に入る。そうして、吸入空気は、インタークーラ６にて冷却されるとともに、その容積も収縮された後、エンジン本体２の燃焼室２ａに供給される。

また、このエンジン１には、その運転状態を検出するための各種のセンサ１０，１１，１２が、具体的には、インタークーラ６の下流側の吸気圧力（過給圧）を検出するための過給圧センサ１０と、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ１１と、アクセル踏込量を検出するためのアクセルセンサ１２と、が設けられている。

これら各センサ１０，１１，１２の検出信号は、上記ＥＣＵ１３に送られる。ＥＣＵ１３は、エンジン１の各種制御を統括して実行するものであり、制御プログラムや同プログラムの実行に際して必要なデータを記憶するメモリ等を備えて構成されている。それ故、ＥＣＵ１３は、アクセルセンサ１２の検出信号から求められるアクセル踏込量や、クランク角センサ１１の検出信号から求められるエンジン回転速度等に基づいて、燃料噴射量及び燃料噴射時期に関する指令値を算出し、これらの指令値に基づいて、熱効率及び排気エミッション等が良好なものとなるように、燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。

このエンジン１では、上述の如くブローバイガスを吸気系に還流させるところ、燃焼室２ａからクランク室２ｂに漏れたブローバイガスは、エンジン本体２内部に形成された不図示のガス通路を通ってベンチレーションケース２ｄに導入される。ベンチレーションケース２ｄには、バッフルプレート（図示せず）が設けられており、ブローバイガスに含まれるミスト状（霧状）のオイルがバッフルプレートに付着してブローバイガスから分離され、これにより、ブローバイガス中のオイルが吸気系に流出するのが抑えられる。もっとも、ブローバイガスからオイルを完全に除去することは困難であることから、インタークーラ６を備えたエンジン１では、除去しきれなかったオイルがインタークーラ６内に溜まり易くなる。そうして、インタークーラ６内に溜まったオイルは、急激にアクセルを大きく踏み込んだ際に、一度にエンジン本体２へ吸い込まれ、オイルハンマー等を招き、エンジン本体２を破損させるおそれがある。

このため、本実施形態のエンジン１では、インタークーラ６内に溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴２３がインタークーラ６近傍に形成されているとともに、エンジン１の状態やインタークーラ６におけるオイルの有無に応じて、かかるオイル抜き穴２３を開閉する開閉制御装置が備えられている。

より詳しくは、図２において、吸気通路３ａは、インタークーラ６への接続端部におけるその内部通路の下端部が、インタークーラ６の内部底面よりも低くなるような態様で、インタークーラ６の下部に接続されている。そうして、吸気通路３ａの内部通路における最も低い部位には、インタークーラ６内に溜まったオイル１８を排出するためのオイル抜き穴２３が形成されている。このように、インタークーラ６及びこれに接続される吸気通路３ａにおける部位のうち、最も低い部位にオイル抜き穴２３を形成することにより、インタークーラ６内に溜まったオイル１８は、オイル抜き穴２３が開いていれば、必然的にオイル抜き穴２３から排出される。

このオイル抜き穴２３には、ＥＣＵ１３の指令に基づいて開閉する開閉バルブ１６が取り付けられており、ＥＣＵ１３が、不図示のバルブアクチュエータを駆動させて開閉バルブ１６を開弁させることにより、インタークーラ６に溜まったオイル１８がオイル抜き穴２３を通って排出タンク１７に排出されるようになっている。

ここで、ＥＣＵ１３は、エンジン停止時で且つインタークーラ６内にオイル１８が存在する場合には開閉バルブ１６を開弁するような制御を行うように構成されている。つまり、ＥＣＵ１３は、インタークーラ６の下流側における所定の吸気圧力を維持する必要がなく且つオイル１８を排出すべき場合には、開閉バルブ１６を開弁する。そうして、開閉バルブ１６が開くことによってオイル１８が排出されると、インタークーラ６内に排出すべきオイルが存在しない場合に該当することから、ＥＣＵ１３は開閉バルブ１６を閉弁する。一方、ＥＣＵ１３は、エンジン運転時またはインタークーラ６内にオイル１８が存在しない場合には開閉バルブ１６を開弁しない。これにより、エンジン運転時における、インタークーラ６の下流側での所定の吸気圧力が維持されるとともに、開閉バルブ１６が不必要に開閉されるのを抑えることができる。

かかる制御を実現すべく、本実施形態では、上記の各種センサ１０，１１，１２に加えて、インタークーラ６内部におけるオイル１８の有無を検出するための赤外線式センサ１４が、インタークーラ６内部に設けられている。赤外線式センサ１４は、インタークーラ６の内部底面と対向する、空冷式熱交換器１９の下端部に取り付けられている。このように配置された赤外線式センサ１４は、インタークーラ６の内部底面に向けて赤外線を出し、その反射光を受光することができる。赤外線式センサ１４は、インタークーラ６の内部底面にオイル１８が存在するときは反射光が弱くなる一方、インタークーラ６の内部底面にオイル１８が存在しないときは反射光が強くなるという性質を利用して、インタークーラ６内部におけるオイル１８の有無を検出する。

そうして、ＥＣＵ１３は、先ず、例えばクランク角センサ１１からの検出信号に基づいて、エンジン本体２が停止しているか否かを判定する。エンジン本体２が停止していれば、ＥＣＵ１３は、さらに赤外線式センサ１４からの検出信号に基づいて、インタークーラ６内部におけるオイル１８の有無を判定し、インタークーラ６内にオイルが存在すれば、開閉バルブ１６を開弁させて、インタークーラ６内に溜まったオイルを排出する。

このように、開閉制御装置は、適切な状態ないしは時期に、インタークーラ６内に溜まったオイル１８を排出するのであるが、インタークーラ６内にはオイル１８の他にも、以下のようにして、燃料や水等の液体が溜まることがある。すなわち、吸気弁の閉弁時期が基準閉弁時期よりも遅閉じであると、気筒内へ一旦供給された吸気が吸気通路へ戻される吸気の吹き返しが発生することから、インジェクタから噴射された燃料が吸気通路へ吹き返されて、インタークーラ６内に溜まることや、駐車中の結露によって水がインタークーラ６内に溜まることがある。このようにして、燃料や水等の液体がインタークーラ６内に溜まると、低温時にこれらの液体が凍ってしまい、開閉バルブ１６が凍結することが考えられるところ、かかる凍結した開閉バルブ１６を無理に開閉しようとすると、開閉バルブ１６やバルブアクチュエータが破損するおそれがある。

そこで、本実施形態の開閉制御装置では、開閉バルブ１６の近傍に吸気温度センサ（温度検出手段）１５をさらに設け、かかる吸気温度センサ１５の検出結果に基づいて、ＥＣＵ１３が、開閉バルブ１６の温度を取得するようにしている。そうして、ＥＣＵ１３は、取得した温度が所定温度以下である場合には、開閉バルブ１６を開閉する制御を行わないように構成されている。

より詳しくは、本実施形態の開閉制御装置では、開閉バルブ１６の近傍（より正確には、吸気通路３ａにおける、インタークーラ６への接続部）には、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ１５が配置されている。このように、吸入空気の主流が当たり易い部位に吸気温度センサ１５を設けることにより、ＥＣＵ１３は、吸入空気の温度からインタークーラ６近傍の温度を適切に取得するとともに、インタークーラ６近傍に設けられた開閉バルブ１６の温度Ｔ₁を取得することができる。なお、開閉バルブ１６の温度をより正確に検出するために、バルブシートや、開閉バルブ１６自体の温度を直接検出すこと可能な部位に、吸気温度センサ１５を設け得ることは言うまでもない。

そうして、ＥＣＵ１３は、取得した温度Ｔ₁が所定温度Ｔ₀（例えば、水の凝固点０℃）以下のときには、開閉バルブ１６が凍結していると判定して、たとえエンジン停止時で且つインタークーラ６内にオイル１８が存在する場合でも、開閉バルブ１６を開閉する制御を行わない（開閉バルブ１６を開弁しない）。これにより、凍結した開閉バルブ１６を無理に開閉することにより生じる、開閉バルブ１６やバルブアクチュエータ等の破損を抑えることができる。

一方、ＥＣＵ１３は、取得した温度Ｔ₁が所定温度Ｔ₀を超えるときには、開閉バルブ１６が凍結していないと判定して、エンジン停止時で且つインタークーラ６内にオイル１８が存在することを条件として、開閉バルブ１６を開閉する制御を行う（開閉バルブ１６を開弁する）。これにより、開閉バルブ１６やバルブアクチュエータを破損させることなく、適切な状態ないしは時期に、インタークーラ６内に溜まったオイル１８を排出することができる。

以上により、ＥＣＵ１３、インタークーラ６、オイル抜き穴２３、開閉バルブ１６、クランク角センサ１１、赤外線式センサ１４および吸気温度センサ１５等が、本実施形態の開閉制御装置を構成している。

次いで、本実施形態の開閉制御装置による、オイル抜き穴の開閉制御を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップＳ１では、ＥＣＵ１３がクランク角センサ１１等の検出信号に基づいて、エンジン本体２が停止しているか否かを判定する。このステップＳ１での判定がＮＯの場合、すなわち、エンジン本体２が運転中の場合には、インタークーラ６内にオイル１８が溜まっているか否かに拘わらず、エンジン運転時における所定の吸気圧力を維持すべく、ステップＳ７に進み、開閉バルブ１６を開弁せず、その後リターンする。一方、ステップＳ１での判定がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン本体２が停止している場合には、ステップＳ２に進む。

次のステップＳ２では、赤外線式センサ１４によってインタークーラ６内部におけるオイル１８の有無を検出する。次いで、ステップＳ３では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ２で得られた赤外線式センサ１４の検出信号に基づいて、インタークーラ６内にオイル１８が存在しているか否かを判定する。このステップＳ３での判定がＮＯの場合、すなわち、インタークーラ６内にオイル１８が存在していない場合には、ステップＳ７に進み、開閉バルブ１６を開弁せず、その後リターンする。一方、ステップＳ３での判定がＹＥＳの場合、すなわち、インタークーラ６内にオイル１８が存在している場合には、ステップＳ４に進む。

次のステップＳ４では、ＥＣＵ１３が、吸気温度センサ１５の検出信号に基づいて、開閉バルブ１６の温度Ｔ₁を取得する。

次いで、ステップＳ５では、ＥＣＵ１３が、ステップＳ４で取得した開閉バルブ１６の温度Ｔ₁が、所定温度Ｔ₀を超えているか否かを判定する。このステップＳ５での判定がＮＯの場合、すなわち、開閉バルブ１６の温度Ｔ₁が所定温度Ｔ₀以下の場合には、開閉バルブ１６が凍結している可能性が高いことから、ステップＳ７に進み、開閉バルブ１６を開弁せず、その後リターンする。一方、ステップＳ５での判定がＹＥＳの場合、すなわち、開閉バルブ１６近傍の温度Ｔ₁が所定温度Ｔ₀を超えている場合には、ステップＳ６に進む。

次のステップＳ６では、ＥＣＵ１３が、インタークーラ６内に溜まったオイル１８を排出させるべく、開閉バルブ１６を開弁させ、その後リターンする。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、インタークーラ６に溜まったオイル１８を排出するためのオイル抜き穴２３を吸気通路３ａに形成したが、これに限らず、例えばインタークーラ６の底部にオイル抜き穴２３を形成してもよい。

また、上記実施形態では、インタークーラ６の近傍に設けた吸気温度センサ１５を用いて、開閉バルブ１６の温度を取得したが、これに限らず、例えば、エンジン１に既設されている他の温度センサと過給圧センサ１０とから、開閉バルブ１６の温度を取得（推定）するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、過給機として、エンジン本体２からの排気を利用するターボチャージャ（排気タービン式過給機）５を用いたが、これに限らず、エンジン本体２のクランクシャフトからベルト等を介して取り出した動力によってコンプレッサーを駆動するスーパーチャージャ（機械駆動式過給機）を用いてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン停止時で且つインタークーラ６内にオイル１８が存在する場合に、開閉バルブ１６を開弁するようにしたが、これに限らず、例えば、赤外線式センサ１４を省略して、エンジン停止時に開閉バルブ１６を開弁するようにしてもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明によれば、開閉弁やバルブアクチュエータの破損を抑えることができるので、インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴の開閉制御装置に適用して極めて有益である。

１エンジン（内燃機関）
５ターボチャージャ（過給機）
６インタークーラ
１３ＥＣＵ（制御手段）
１５吸気温度センサ（温度検出手段）
１６開閉バルブ（開閉弁）
２３オイル抜き穴

Claims

エンジンに設けられる、過給機により加圧された吸入空気を冷却するためのインタークーラと、
上記インタークーラ又はその近傍に形成される、当該インタークーラに溜まったオイルを排出するためのオイル抜き穴と、
上記オイル抜き穴を開閉するための開閉弁と、
上記開閉弁を開閉するように制御する制御手段と、を備え、
上記制御手段は、上記開閉弁の温度を取得するとともに、当該取得した温度が所定温度以下である場合には、上記開閉弁を開閉する制御を行わないように構成されていることを特徴とするオイル抜き穴の開閉制御装置。
請求項１記載のオイル抜き穴の開閉制御装置において、
上記開閉弁の近傍に設けられる温度検出手段をさらに備え、
上記制御手段は、上記温度検出手段の検出結果に基づいて、上記開閉弁の温度を取得するように構成されていることを特徴とするオイル抜き穴の開閉制御装置。