JP2018017140A - スロットルバルブの凍結防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルバルブが凍結などにより作動不良に陥るのを確実に防止するとともに、スロットルバルブの全開領域付近を含んだ開度位置に亘って十分なトルクを確保することができるスロットルバルブの凍結防止装置を提供すること。
【解決手段】ＰＣＶ通路（１５）は、クランクケース（１１Ｄ）と吸気管（１４）とを連通させて、クランクケース（１１Ｄ）で発生したブローバイガスを吸気管（１４）に導入する。新気導入通路（１８）は、内燃機関（１０）に吸気通路（１２）からの新気を導入する。開度制御部（２４）は、ＰＣＶ通路（１５）を通じて、クランクケース（１１Ｄ）から吸気管（１４）にブローバイガスが常時流通するように、スロットルバルブ（１３）の開度状態を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に導入する空気の流量を調整するスロットルバルブの凍結防止装置に関する。

特許文献１には、加熱ヒータを使用することなくスロットルバルブの作動不良を防止するために、スロットルバルブの作動不良の条件が成立したときに、スロットルバルブの開度を増大させることで、スロットルバルブの軸及びその周辺に付着した結露、霜、氷などを吹き飛ばす技術が開示されている。

特開２００５−４２６８２号公報

しかしながら、特許文献１は、スロットルバルブが作動可能な条件でのみ実施することができ（スロットルバルブが作動可能であることが前提となっており）、スロットルバルブが凍結などにより作動不能となった場合には、もはや実施することができない。

また、特許文献１は、スロットルバルブの開度を全開領域付近まで増大させたときに、当該全開領域付近においてトルクが制限されて不十分となり、運転者が要求した加速ができなくなってしまう。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、スロットルバルブが凍結などにより作動不良に陥るのを確実に防止するとともに、スロットルバルブの全開領域付近を含んだ開度位置に亘って十分なトルクを確保することができるスロットルバルブの凍結防止装置を提供することを目的の１つとする。

本発明のスロットルバルブの凍結防止装置は、内燃機関に導入する空気の流量を調整するスロットルバルブの凍結防止装置であって、前記内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気管とを連通させて、前記内燃機関で発生したブローバイガスを前記吸気管に導入するためのＰＣＶ通路と、前記クランクケースに吸気通路からの新気を導入するための新気導入通路と、前記ＰＣＶ通路を通じて、前記クランクケースから前記吸気管に前記ブローバイガスが常時流通するように、前記スロットルバルブの開度状態を制御する開度制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スロットルバルブが凍結などにより作動不良に陥るのを確実に防止するとともに、スロットルバルブの全開領域付近を含んだ開度位置に亘って十分なトルクを確保することができるスロットルバルブの凍結防止装置を提供することができる。

本実施形態によるスロットルバルブの凍結防止装置の構成を示すブロック図である。 ＰＣＶ通路が凍結した場合における新気とブローバイガスの流れを示す図１に対応するブロック図である。 本実施形態によるスロットルバルブの凍結防止装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係るスロットルバルブの凍結防止装置を自動四輪車に適用した例について説明するが、適用対象はこれに限定されることなく変更可能である。例えば、本発明に係るスロットルバルブの凍結防止装置を、他のタイプの車両（例えば自動二輪車や自動三輪車）に適用してもよい。

図１は、本実施形態によるスロットルバルブの凍結防止装置１の構成を示すブロック図である。凍結防止装置１は、車両に駆動力を与える内燃機関としてのエンジン１０と、このエンジン１０の各デバイスを制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、エンジン１０とＥＣＵ２０を接続する通信ライン（ＣＡＮ：Controller Area Network）３０とを有している。

エンジン１０は、エンジン本体１１を有している。エンジン本体１１には、シリンダブロック１１Ａと、このシリンダブロック１１Ａ上に固定されたシリンダヘッド１１Ｂと、このシリンダヘッド１１Ｂ上に固定されたシリンダヘッドカバー１１Ｃと、シリンダブロック１１Ａに固定されたクランクケース１１Ｄとが設けられている。クランクケース１１Ｄの下部にはオイルパンが形成されている。シリンダブロック１１Ａ内にはピストン（図示略）が往復動可能に配置されており、このピストンの往復動に連動してクランクシャフト（図示略）が回転するようになっている。ピストンの上面とシリンダヘッド１１Ｂの内壁面との間には、燃焼室が形成されている。ピストンの下面より下方の空間はクランクケース１１Ｄのクランク室となっており、このクランク室は、タイミングチェーンカバー（図示略）内の空間を介してシリンダヘッドカバー１１Ｃに連通している。

ピストンの上面とシリンダヘッド１１Ｂの内壁面の間に形成された燃焼室は、インテークマニホールド１４及びスロットルバルブ１３を介して吸気通路１２に繋がっている。吸気通路１２の上流側には、エアクリーナケース（図示略）が接続されており、エアクリーナケースは、大気側に開放されている。吸気制御バルブであるスロットルバルブ１３は、吸気通路１２の下流側に接続されており、エンジン１０内に導入する空気の流量を調整するために、その開度状態を変更することができる。スロットルバルブ１３の軸は、スロットルバルブ１３の開度状態を変更するためのスロットルモータ（図示略）に接続されている。スロットルバルブ１３を有するスロットルボディ（図示略）の下流側には、インテークマニホールド１４（吸気管）が接続されている。

エンジン１０は、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路（ＰＣＶライン）１５を有している。ＰＣＶ通路１５は、クランクケース１１Ｄとインテークマニホールド１４とを連通させて、クランクケース１１Ｄで発生したブローバイガスをインテークマニホールド１４に導入するためのものである。ＰＣＶ通路１５の一端は、ＰＣＶバルブ（図示略）を介してシリンダヘッドカバー１１Ｃに繋がっており、ＰＣＶ通路１５の他端は、スロットルバルブ１３よりも下流側のインテークマニホールド１４に繋がっている。

インテークマニホールド１４には、インテークマニホールド１４の内部の負圧（吸気管の内部の負圧）を検出するための圧力センサ（ＭＡＰセンサ）１７と、インテークマニホールド１４内を流れる吸気の温度を検出するための温度センサ１６が設置されている。

エンジン１０は、新気導入通路（ブリーザーライン）１８を有している。新気導入通路１８は、クランクケース１１Ｄに吸気通路１２からの新気を導入するためのものである。新気導入通路１８の一端は、シリンダヘッドカバー１１Ｃ内に連通しており、新気導入通路１８の他端は、吸気通路１２のうちスロットルバルブ１３よりも上流に連通している。

以上のように構成されたエンジン１０は、次のようにして動作する。エンジン１０内には、吸気通路１２及びインテークマニホールド１４を介して外気が導入されるとともに、インジェクタ（図示略）からの燃料が導入され、所定のタイミングで吸気、圧縮、燃焼、排気などの工程を経てピストンが上下することで、エンジン１０の動力が生み出される。一方、エンジン１０の駆動に伴い、クランクケース１１Ｄのクランク室では、可燃性の炭化水素などを含むブローバイガスが発生する。このブローバイガスを再燃焼させるために、ＰＣＶ通路１５を介して吸気通路１２のスロットルバルブ１３の下流にブローバイガスが導入（還流）される。また、新気導入通路１８からシリンダヘッドカバー１１Ｃに新気が導入され、クランクケース１１Ｄのクランク室の空気浄化（クランク室内の換気）が促進される。

ＥＣＵ２０は、燃料噴射制御部２１と、点火時期制御部２２と、通信部２３とを有している。燃料噴射制御部２１は、燃焼室への燃料の噴射タイミング及び噴射量などを制御する。点火時期制御部２２は、所望のエンジン効率を達成できるように点火プラグ（図示略）への点火時期をタイミング制御する。通信部２３は、エンジン１０の各構成要素やその他の外部装置との間での通信機能を担う。

ところで、低温環境下ではＰＣＶ通路１５が凍結するおそれがあり、ＰＣＶ通路１５が凍結した場合、図２に示すように、ブローバイガスがＰＣＶ通路１５を通過できず、新気導入通路１８のみで新気とブローバイガスの交換が行われる（新気導入通路１８内で新気とブローバイガスが入り混じる）。その際、ブローバイガスが新気によって冷却されるので、水分がスロットルバルブ１３に付着して凍結してしまう。つまり、ＰＣＶ通路１５の凍結がスロットルバルブ１３の凍結を引き起こす結果、スロットルバルブ１３ひいてはエンジン１０の作動不良を招いてしまう。

そこで本実施形態では、ＰＣＶ通路１５とインテークマニホールド１４の内部の負圧を確保してブローバイガスの流通を保証することにより、ＰＣＶ通路１５とスロットルバルブ１３の凍結を防止してスロットルバルブ１３とエンジン１０が作動不良に陥るのを防止している。

より具体的に、本実施形態では、ＥＣＵ２０にスロットルバルブ１３の開度状態を制御するための開度制御部（空気量制御部）２４を設けている。開度制御部２４は、ＰＣＶ通路１５を通じて、クランクケース１１Ｄからインテークマニホールド１４にブローバイガスが常時流通するように、スロットルバルブ１３の開度状態を制御する。開度制御部２４は、圧力センサ１７が検出したインテークマニホールド１４の内部の負圧をモニタリングしている。開度制御部２４は、インテークマニホールド１４の内部の負圧が大気圧より真空方向に設定された所定の閾値（以下では単に「所定の閾値」と呼ぶ）を大気圧方向に超えたときに、スロットルバルブ１３の開度状態を、全開状態よりも閉じた所定の開度上限を超えない範囲で開く。開度制御部２４は、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数をカウントし、そのカウント数が所定数に到達したときに、スロットルバルブ１３の開度状態を、全開状態よりも閉じた所定の開度上限を超えない範囲で開く。

ここで、スロットルバルブ１３の開度状態を所定の開度上限を超えない範囲で開くか否かの判断の基準となる前記「所定数」は、内燃機関としてのエンジン１０を冷却する冷却水の温度に基づいて決定される。より具体的に、冷却水の温度が高い（低い）程、前記「所定数」が多く（少なく）設定される。冷却水の温度が低い程、ＰＣＶ通路１５が凍結するおそれが高まるため、冷却水の温度に基づいて前記「所定数」を決定することで、より適切にスロットルバルブ１３の凍結防止制御を実行することができる。

このように、開度制御部２４が、スロットルバルブ１３の開度状態を所定の開度上限を超えないように制御するので、スロットルバルブ１３の全開領域付近を含んだ開度位置に亘って十分なトルクを確保して、運転者が要求した加速を実現することが可能になる。

図３のフローチャートを参照して、本実施形態によるスロットルバルブの凍結防止装置１の動作について説明する。

ステップＳ１では、ＥＣＵ２０の点火時期制御部２２によって点火プラグに点火されることで、エンジン１０が始動する。

ステップＳ２では、ＥＣＵ２０が、ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、温度センサ１６が検出した吸気の温度（吸気温度）に基づいてＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあるか否かを判定する。具体的にＥＣＵ２０は、吸気温度が所定の吸気閾値よりも低く且つ外気温度が所定の外気閾値よりも低いときに、ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあると判定し、吸気温度が所定の吸気閾値以上であり又は外気温度が所定の外気閾値以上であるときに、ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがないと判定することができる。ここで、ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあるか否かの判定手法には自由度があり、種々の設計変更が可能である。ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあると判定したとき（ステップＳ２：Ｙｅｓ）はステップＳ３に進み、ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがないと判定したとき（ステップＳ２：Ｎｏ）は処理を終了する。

ステップＳ３では、ＥＣＵ２０の開度制御部２４が、圧力センサ１７が検出したインテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えているか否かを判定する。ここで、「所定の閾値」は、ＰＣＶ通路１５とインテークマニホールド１４の内部の負圧を確保するための値に設定される。例えば、常圧（１００ｋＰａ）の状態で負圧を−５ｋＰａ確保したい場合は、「所定の閾値」を９５ｋＰａに設定する。インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えていると判定したとき（ステップＳ３：Ｙｅｓ）はステップＳ４に進み、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えていないと判定したとき（ステップＳ３：Ｎｏ）はステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、ＥＣＵ２０の開度制御部２４が、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数を１だけカウントアップ（インクリメント）する。

ステップＳ５では、ＥＣＵ２０の開度制御部２４が、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数（カウント数）が所定数に到達したか否かを判定する。インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数（カウント数）が所定数に到達したと判定したとき（ステップＳ５：Ｙｅｓ）はステップＳ６に進み、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数（カウント数）が所定数に到達していないと判定したとき（ステップＳ５：Ｎｏ）はステップＳ２に戻る。

ステップＳ６では、ＥＣＵ２０の開度制御部２４が、スロットルバルブ１３の開度状態を上記所定の開度上限を超えない範囲で開くように制御する。

ＰＣＶ通路１５に凍結のおそれがあると判定したときにだけスロットルバルブ１３の開度状態を制御する（開度制限制御を実行する）ことで、ドライバビリティとハード保護の両立が可能になる。また、負圧が小さい領域を短時間で通り過ぎただけでは、ＰＣＶ通路１５は凍結には至らないので、常にスロットルバルブ１３の開度状態を制御する（開度制限制御を実行する）のではなく、インテークマニホールド１４の内部の負圧が「所定の閾値」を大気圧方向に超えた回数（カウント数）が所定数に到達したときに限って（これをトリガーとして）、スロットルバルブ１３の開度状態を制御する（開度制限制御を実行する）ことが好適である。これにより、開度制限が必要な全開域（負圧が小さい領域）でも十分なトルクを確保することができる。

なお、上記実施の形態において、添付図面に図示される各構成の機能、大きさ、形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、その目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、インテークマニホールド１４に設置した圧力センサ（ＭＡＰセンサ）１７によってインテークマニホールド１４の内部の負圧を検出した場合を例示して説明したが、インテークマニホールド１４の内部の負圧を検出するための構成要素はこれに限定されるものではない。

本発明のスロットルバルブの凍結防止装置は、例えば自動四輪車や自動二輪車等の各種車両に適用して好適である。

１ スロットルバルブの凍結防止装置
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１Ａ シリンダブロック
１１Ｂ シリンダヘッド（燃焼室）
１１Ｃ シリンダヘッドカバー
１１Ｄ クランクケース（オイルパン）
１２ 吸気通路
１３ スロットルバルブ
１４ インテークマニホールド（吸気管）
１５ ＰＣＶ通路（ＰＣＶライン）
１６ 温度センサ
１７ 圧力センサ（ＭＡＰセンサ）
１８ 新気導入通路（ブリーザーライン）
２０ ＥＣＵ
２１ 燃料噴射制御部
２２ 点火時期制御部
２３ 通信部
２４ 開度制御部（空気量制御部）
３０ 通信ライン

Claims (5)

1. 内燃機関に導入する空気の流量を調整するスロットルバルブの凍結防止装置であって、
   前記内燃機関のクランクケースと前記内燃機関の吸気管とを連通させて、前記クランクケースで発生したブローバイガスを前記吸気管に導入するためのＰＣＶ通路と、
   前記内燃機関に吸気通路からの新気を導入するための新気導入通路と、
   前記ＰＣＶ通路を通じて、前記クランクケースから前記吸気管に前記ブローバイガスが常時流通するように、前記スロットルバルブの開度状態を制御する開度制御部と、
   を有することを特徴とするスロットルバルブの凍結防止装置。
2. 前記開度制御部は、前記スロットルバルブの開度状態を全開状態よりも閉じた所定の開度上限を超えないように制御することを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブの凍結防止装置。
3. 前記開度制御部は、前記吸気管の内部の負圧が大気圧より真空方向に設定された所定の閾値を大気圧方向に超えたときに、前記スロットルバルブの開度状態を前記所定の開度上限を超えない範囲で開くことを特徴とする請求項２に記載のスロットルバルブの凍結防止装置。
4. 前記開度制御部は、前記吸気管の内部の負圧が大気圧より真空方向に設定された所定の閾値を大気圧方向に超えた回数をカウントし、そのカウント数が所定数に到達したときに、前記スロットルバルブの開度状態を前記所定の開度上限を超えない範囲で開くことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスロットルバルブの凍結防止装置。
5. 前記所定数は、前記内燃機関を冷却する冷却水の温度に基づいて決定され、前記冷却水の温度が高い程、前記所定数が多くなることを特徴とする請求項４に記載のスロットルバルブの凍結防止装置。

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