JP2020122461A - Blow-by gas humidity estimation device and blow-by gas humidity estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、内燃機関におけるブローバイガスの湿度を推定するための装置および方法に関する。 The present disclosure relates to an apparatus and method for estimating the humidity of blow-by gas in an internal combustion engine.
内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、ブローバイガス通路を通じて吸気通路に還流させるブローバイガス処理装置が公知である。 2. Description of the Related Art In internal combustion engines, a blow-by gas processing device is known in which blow-by gas that has leaked into a crankcase from a gap between a piston and a cylinder is returned to an intake passage through a blow-by gas passage.
ブローバイガスには水分が含まれる。すなわちブローバイガスは、そのうちの水分量の割合であるブローバイガス湿度を有する。このブローバイガス湿度は、湿度センサにより直接検出することが可能である。しかし、湿度センサを用いることなくブローバイガス湿度を推定することができる装置および方法は見当たらない。 Blow-by gas contains water. That is, the blow-by gas has a blow-by gas humidity which is a ratio of the amount of water in the blow-by gas. This blow-by gas humidity can be directly detected by a humidity sensor. However, there is no device or method that can estimate the blow-by gas humidity without using a humidity sensor.
そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ブローバイガス湿度を推定することができる装置および方法を提供することにある。 Therefore, the present disclosure has been devised in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an apparatus and a method capable of estimating blow-by gas humidity.
本開示の一の態様によれば、
内燃機関におけるブローバイガスの湿度を推定するための装置であって、
排気再循環ガスの水分濃度と、吸気の水分濃度と、燃料の燃焼によって生じた水分量を排気流量で除してなる燃料燃焼水分濃度と、に基づいて、ブローバイガスの水分量を算出する第1ステップと、
前記ブローバイガスの水分量に基づいて、ブローバイガスの湿度を推定する第2ステップと、
を実行するように構成された
ことを特徴とするブローバイガス湿度推定装置が提供される。
According to one aspect of the present disclosure,
A device for estimating the humidity of blow-by gas in an internal combustion engine,
Calculating the water content of the blow-by gas based on the water content of the exhaust gas recirculation gas, the water content of the intake air, and the fuel combustion water content obtained by dividing the water content produced by the combustion of fuel by the exhaust flow rate. 1 step,
A second step of estimating the humidity of the blow-by gas based on the water content of the blow-by gas;
A blow-by gas humidity estimation device is provided, which is configured to perform.
好ましくは、前記ブローバイガス湿度推定装置は、前記第1ステップにおいて、前記燃料燃焼水分濃度に所定の水分混入率を乗じて得られる値に基づいて前記ブローバイガスの水分量を算出する。 Preferably, in the first step, the blow-by gas humidity estimation device calculates the water content of the blow-by gas based on a value obtained by multiplying the fuel combustion water content by a predetermined water mixing rate.
好ましくは、前記内燃機関は、ターボチャージャのコンプレッサで生成されたブーストガスを利用してブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータを備え、
前記ブローバイガス湿度推定装置は、前記第2ステップにおいて、前記オイルセパレータにおいてブーストガスが混入された後のブローバイガスの湿度を、前記ブローバイガスの水分量とブーストガスの水分量とに基づいて推定する。
Preferably, the internal combustion engine includes an oil separator that separates oil from blow-by gas using boost gas generated by a compressor of a turbocharger,
In the second step, the blow-by gas humidity estimating apparatus estimates the humidity of the blow-by gas after the boost gas is mixed in the oil separator, based on the water content of the blow-by gas and the water content of the boost gas. ..
本開示の他の態様によれば、
内燃機関におけるブローバイガスの湿度を推定するための方法であって、
排気再循環ガスの水分濃度と、吸気の水分濃度と、燃料の燃焼によって生じた水分量を排気流量で除してなる燃料燃焼水分濃度と、に基づいて、ブローバイガスの水分量を算出する第1ステップと、
前記ブローバイガスの水分量に基づいて、ブローバイガスの湿度を推定する第2ステップと、
を備えることを特徴とするブローバイガス湿度推定方法が提供される。
According to another aspect of the present disclosure,
A method for estimating the humidity of blow-by gas in an internal combustion engine, comprising:
Calculating the water content of the blow-by gas based on the water content of the exhaust gas recirculation gas, the water content of the intake air, and the fuel combustion water content obtained by dividing the water content produced by the combustion of fuel by the exhaust flow rate. 1 step,
A second step of estimating the humidity of the blow-by gas based on the water content of the blow-by gas;
There is provided a blow-by gas humidity estimation method comprising:
本開示によれば、ブローバイガス湿度を推定することができる。 According to the present disclosure, the blow-by gas humidity can be estimated.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present disclosure is not limited to the embodiments below.
図1は、ブローバイガス処理装置90を含む内燃機関(エンジン)1の全体構成図である。図中において、白抜き矢印は吸気AおよびブーストガスBST(後述)の流れを示し、網掛け矢印はブローバイガスBBYの流れを示し、黒塗り矢印は排気EXHの流れを示す。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine (engine) 1 including a blowby
図1に示すように、内燃機関1は、車両(不図示)に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関1の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関1は火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。
As shown in FIG. 1, the
内燃機関1は、エンジン本体2と、エンジン本体2に接続された吸気通路10及び排気通路11とを備える。エンジン本体2は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。符号3は、シリンダヘッドの上部に取り付けられたヘッドカバーを表す。
The
吸気通路10は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された吸気マニホールド12と、吸気マニホールド12の上流端に接続された吸気管13とにより主に画成される。吸気管13には、上流側から順に、エアクリーナ14、ターボチャージャ20のコンプレッサ20C、及びインタークーラ21が設けられる。
The
ここで、エアクリーナ14から吸気管13内に導入されてコンプレッサ20Cにより過給される前の空気を吸気Aと称し、コンプレッサ20Cにより過給された後の空気をブーストガスBSTと称する。
Here, the air introduced from the
排気通路11は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された排気マニホールド15と、排気マニホールド15の下流側に配置された排気管16と、により主に画成される。排気マニホールド15と排気管16の間には、ターボチャージャ20のタービン20Tが設けられる。
The
エンジン1は、排気再循環(EGR(Exhaust Gas Recirculation)という)装置4を備える。EGR装置4は、排気通路11内(特に排気マニホールド15内)の排気の一部(EGRガスという)を吸気通路10内(特に吸気マニホールド12内)に還流させるためのEGR通路5と、EGR通路5を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ6と、EGRガスの流量を調節するためのEGR弁7とを備える。
The
ブローバイガス処理装置90は、コンプレッサ20Cよりも上流側の吸気通路10にブローバイガスを還流させるためのブローバイガス通路30を備える。周知のように、ブローバイガスは、エンジン本体2内においてシリンダとピストンとの隙間からクランクケース内に漏れ出たガスである。ブローバイガス通路30には、ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ40が設けられる。特に本実施形態のオイルセパレータ40は、後述するように、コンプレッサ20Cで生成された圧縮空気すなわちブーストガスを利用して、ブローバイガスからオイルを分離するように構成されている。
The blow-by
ブローバイガス通路30は、クランクケース内からシリンダブロック及びシリンダヘッドを通過してヘッドカバー3内に延びるエンジン本体2内のガス通路31と、そのガス通路31の下流側に配置され、外部に露出されたブローバイガス管32とにより形成される。オイルセパレータ40は、外部に露出してヘッドカバー3上に配置される。オイルセパレータ40に、ガス通路31の下流端とブローバイガス管32の上流端とが接続される。すなわちオイルセパレータ40はガス通路31とブローバイガス管32の間に設けられる。ブローバイガス管32の下流端は、コンプレッサ20Cの上流側にて吸気管13に接続される。
The blow-by
ブローバイガス処理装置90は、コンプレッサ20Cよりも下流側の吸気通路10からブーストガスBSTを取り出してオイルセパレータ40に供給するブーストガス通路50を備える。ブーストガス通路50はブーストガス管51により画成される。本実施形態の場合、ブーストガス通路50の上流端は、インタークーラ21の上流側の吸気管13に接続され、インタークーラ21で冷却される前のブーストガスBSTを取り出すようになっている。ブーストガス通路50の下流端はオイルセパレータ40に接続される。
The blow-by
図2は、オイルセパレータ40の概略縦断面図である。図示するように、オイルセパレータ40は、ヘッドカバー3の上面部上に設置されている。そのヘッドカバー3の上面部には、エンジン本体側のガス通路31のガス出口31aが形成される。
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the
オイルセパレータ40は、ガス出口31aからブローバイガスBBYを導入すると共に、そのブローバイガスBBYからオイルOを分離するオイル分離部41を備える。また、オイルセパレータ40は、これに供給されたブーストガスBSTにより負圧を生成し、その負圧により、オイル分離部41でオイルOが分離された後のブローバイガスBBYを吸引するガス吸引部42を備える。また、オイルセパレータ40は、ガス吸引部42で吸引されたブローバイガスBBYをブーストガスBSTと共に排出するガス排出部43を備える。
The
オイル分離部41は、ヘッドカバー3の上面部に接続された下部ケーシング44と、下部ケーシング44の上面部に接続された上部ケーシング45、ガス噴射部材46、及び出口部ケーシング47と、を備える。
The
下部ケーシング44は、ガス出口31aを覆うと共に、連通口44aを有し、この連通口44aと同軸に有底円筒状のガス噴射部材46が取り付けられている。これにより下部ケーシング44は、ガス出口31aをガス噴射部材46に連通させる。下部ケーシング44には、出口部ケーシング47内の底部に溜まったオイルOを排出するためのオイル出口48が形成される。オイル出口48には、後述する排出弁49が取り付けられる。
The
上部ケーシング45は、ガス噴射部材46を上方から覆って収容する。上部ケーシング45の下端位置には、オイル分離後のブローバイガスBBY及びオイルOを出口部ケーシング47内に排出するための排出口45aが形成される。
The
ガス噴射部材46は、上下方向に延びると共に下端が開放された有底円筒状に形成され、上端に蓋46aを有する。また、ガス噴射部材46の周面部には、径方向に延びる複数の貫通孔46bが形成される。
The
出口部ケーシング47は、上下方向に延びる樋状に形成され、排出口45aを覆って上部ケーシング45の側面部に接続される。出口部ケーシング47の上端部にはガス出口41aが形成される。このガス出口41aは、オイル分離部41におけるブローバイガスBBYの出口となる。
The
排出弁49は、スプリング(不図示)の付勢力によって常時閉弁される。そして出口部ケーシング47内にオイルOが一定以上溜まると、その溜まったオイルOの荷重により、スプリング付勢力に逆らって開弁される。このときオイル出口48から排出されたオイルOは、図示しないオイル戻り管を通じて最終的にエンジン本体2内に戻される。
The discharge valve 49 is always closed by the urging force of a spring (not shown). When the oil O is accumulated in the
ガス吸引部42は、水平方向に延びる管状に形成され、上部ケーシング45および出口部ケーシング47上に支持される。ガス吸引部42の上流端には、ブーストガス管51の下流端が接続される。
The
ガス吸引部42の上流側端部には、絞りとなる小径のオリフィス42aが形成される。一方、ガス吸引部42の下流側端部には、下流に向かうにつれ徐々に拡径されるテーパ部42bが形成され、その下流端にガス排出部43が一体に形成される。ガス排出部43には、ブローバイガス管32の上流端が接続される。
A small-diameter orifice 42a serving as a throttle is formed at the upstream end of the
オリフィス42aの出口の位置に面して、あるいは直交するように、前述のガス出口41aが設けられる。これにより、オリフィス42aから噴出された高速のブーストガスBSTの流れによって負圧が生成されると共に、この負圧によってオイル分離後のブローバイガスBBYが吸引され、ガス出口41aから排出される。ガス出口41aから排出されたブローバイガスBBYは、ブーストガスBSTと共に、ガス吸引部42内を流れ、ガス排出部43からブローバイガス管32内へと排出される。このように本実施形態のオイルセパレータ40は、ブーストガスBSTによって生成された負圧を利用してブローバイガスBBYからオイルOを分離する。
The above-mentioned
ブローバイガスBBYの吸引により、オイルセパレータ40内には図2に示すようなブローバイガスBBYの流れが発生する。
The suction of the blow-by gas BBY causes a flow of the blow-by gas BBY as shown in FIG. 2 in the
ガス出口31aから下部ケーシング44を通じてガス噴射部材46内に導入されたオイル分離前のブローバイガスBBYは、ガス噴射部材46の貫通孔46bを通じて径方向外側に噴射され、上部ケーシング45の内壁に衝突する。この際、ブローバイガスBBYに含まれるオイルOが上部ケーシング45の内壁に付着し、ブローバイガスBBYからオイルOが分離される。
The blow-by gas BBY before oil separation introduced into the
オイル分離後のブローバイガスBBYはその後、排出口45aおよび出口部ケーシング47を通過し、上述のようにガス出口41aからガス吸引部42内に吸い込まれる。他方、分離されたオイルOは、排出口45aを通じて出口部ケーシング47内に入り、そこに溜められる。溜まったオイルOが一定量に達したら、排出弁49が開いて、オイルOがオイル出口48から排出される。
The blow-by gas BBY after the oil separation then passes through the
次に、本実施形態のブローバイガス湿度推定装置およびブローバイガス湿度推定方法を説明する。 Next, the blow-by gas humidity estimation device and the blow-by gas humidity estimation method of this embodiment will be described.
図1に示すように、本実施形態のブローバイガス湿度推定装置は、車両に搭載された電子制御ユニット(ECU(Electronic Control Unit)という)100により主に構成される。ECU100は、制御ユニット、回路要素(circuitry)もしくはコントローラをなすものである。ECU100は、演算機能を有するCPU(Central Processing Unit)、記憶媒体であるROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)、入出力ポート、ならびにROMおよびRAM以外の記憶装置等を含む。ECU100は、エンジン運転状態に応じてEGR弁7を制御するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the blow-by gas humidity estimation apparatus of the present embodiment is mainly configured by an electronic control unit (ECU) 100 mounted on a vehicle. The
また、ブローバイガス湿度推定装置を構成するセンサ類として、エンジンの回転速度(具体的には毎分当たりのエンジン回転数(rpm))を検出するための回転速度センサ61と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ62とが設けられる。また、吸気マニホールド12の内圧(インマニ圧という)を検出するための圧力センサ63と、エアクリーナ14から吸入された吸気Aの流量を検出するための流量センサ64と、大気の湿度を検出するための湿度センサ65とが設けられる。
Further, as sensors constituting the blow-by gas humidity estimating device, a
以下の計算で用いる量と、対応する記号および単位は次表の通りである。 The quantities used in the following calculations and the corresponding symbols and units are shown in the table below.
本実施形態では、オイルセパレータ40においてブーストガスBSTが混入された後のブローバイガスBBYの湿度を推定するようになっている。従って本実施形態では、ブーストガスBSTとブローバイガスBBYの混合ガスの湿度を推定する。この混合ガスのことを便宜上「PCVガス」という。PCVガスとは例えば、ブローバイガス管32内を流れるガスのことをいう。
In this embodiment, the humidity of the blow-by gas BBY after the boost gas BST is mixed in the
また上記表と以下の説明において、「ブーストガスBST」とは、特に断らない限り、吸気通路10から取り出されオイルセパレータ40に供給されるブーストガスBSTのことをいう。ブーストガスBSTとは例えば、ブーストガス管51内を流れるブーストガスBSTのことをいう。ブーストガス管51の分岐点より下流側の吸気通路10内のブーストガスBSTのことではないことに留意されたい。
Further, in the above table and the following description, “boost gas BST” means the boost gas BST taken out from the
「ブローバイガスBBY」とは純粋に、エンジン本体2内で発生されオイルセパレータ40に供給されるブローバイガスBBYのことをいう。ブローバイガスBBYとは例えば、オイルセパレータ40のガス出口41aから排出される前のブローバイガスBBYのことをいう。
The “blow-by gas BBY” means purely the blow-by gas BBY generated in the
さて、本実施形態で推定されるPCVガスの湿度Hpcvは、PCVガスの水分量(PCVガスに含まれる水分の量。以下同様)Wpcvを、PCVガスの流量Qpcvで除して得られる値である。PCVガス水分量Wpcvは、ブローバイガスの水分量Wbbyとブーストガスの水分量Wbstとの和であり、PCVガスの流量Qpcvは、ブローバイガスの流量Qbbyとブーストガスの流量Qbstとの和である。従って、次式(1)が成り立つ。 Now, the humidity Hpcv of the PCV gas estimated in the present embodiment is a value obtained by dividing the water content of the PCV gas (the water content of the PCV gas. The same applies hereinafter) Wpcv by the flow rate Qpcv of the PCV gas. is there. The PCV gas moisture content Wpcv is the sum of the blowby gas moisture content Wbby and the boost gas moisture content Wbst, and the PCV gas flow rate Qpcv is the sum of the blowby gas flow rate Qbby and the boost gas flow rate Qbst. Therefore, the following expression (1) is established.
ここで、ブローバイガス流量Qbbyはエンジン運転状態に応じて変化する値である。従って本実施形態では、エンジン運転状態を表すパラメータ(具体的にはエンジンの回転数および負荷)と、ブローバイガス流量Qbbyとの関係を予め実験等を通じて定めておき、この関係に従ってブローバイガス流量Qbbyを算出する。 Here, the blow-by gas flow rate Qbby is a value that changes according to the engine operating state. Therefore, in the present embodiment, the relationship between the parameter indicating the engine operating state (specifically, the engine speed and load) and the blow-by gas flow rate Qbby is determined in advance through an experiment or the like, and the blow-by gas flow rate Qbby is determined according to this relationship. calculate.
具体的には、ECU100は、回転速度センサ61およびアクセル開度センサ62によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Neおよびアクセル開度Acに基づき、所定の噴射量マップ(関数でもよい。以下同様)に従って、筒内噴射用インジェクタ(図3に符号28で示す)への指示噴射量である目標燃料噴射量Qを算出する。そして、エンジン回転数Neおよび目標燃料噴射量Qに基づき、上記関係を表す所定のブローバイガス流量マップに従って、ブローバイガス流量Qbbyを算出する。
Specifically, the
この場合、エンジン負荷を表すパラメータとして目標燃料噴射量Qを用いているが、これに限定せず、例えばアクセル開度等の他のパラメータを用いてもよい。 In this case, the target fuel injection amount Q is used as the parameter representing the engine load, but the present invention is not limited to this, and other parameters such as the accelerator opening may be used.
次に、ブーストガス流量Qbstは、オイルセパレータ40の諸元に応じて決まると共に、ブーストガスの圧力に応じて変化する値である。ブーストガスの圧力が上昇するほどブーストガス流量Qbstは増大する傾向にある。ブーストガスの圧力は、圧力センサ63によって検出されたインマニ圧Pimに等しい。従ってブーストガス流量Qbstは、圧力センサ63によって検出されたインマニ圧Pim(絶対圧)に基づき、次式(2)および(3)に従って、ECU100により算出される。
Next, the boost gas flow rate Qbst is a value that is determined according to the specifications of the
Pimrは、インマニ圧Pim(kPa)を気圧の単位に概ね換算した値ともいえる。式(2)中の第1定数Aと第2定数Bはオイルセパレータ40の諸元に応じて定まる。第1定数A、第2定数Bおよび大気密度ρの値はECU100に予め記憶されている。
It can be said that Pimr is a value obtained by converting the intake manifold pressure Pim (kPa) into a unit of atmospheric pressure. The first constant A and the second constant B in the equation (2) are determined according to the specifications of the
次に、ブーストガス水分量Wbstは、ECU100により、次式(4)から算出される。
Next, the boost gas moisture content Wbst is calculated by the
ブーストガス流量Qbstは前式(2)から算出される。大気湿度Hambは、湿度センサ65により検出された値である。
The boost gas flow rate Qbst is calculated from the above equation (2). The atmospheric humidity Hamb is a value detected by the
次に、ブローバイガス水分量Wbbyの算出方法を説明する。この算出も当然ながらECU100によって行われる。
Next, a method for calculating the blow-by gas moisture content Wbby will be described. Of course, this calculation is also performed by the
ブローバイガス水分量Wbbyの算出に際しては、まず、吸気水分量Waと、燃料燃焼水分量Wcombと、排気水分量Wexhとが算出される。燃料燃焼水分量Wcombとは、筒内における燃料の燃焼によって生じた水分の量のことである。 In calculating the blow-by gas moisture content Wbby, first, the intake moisture content Wa, the fuel combustion moisture content Wcomb, and the exhaust moisture content Wexh are calculated. The fuel combustion moisture content Wcomb is the amount of moisture generated by combustion of the fuel in the cylinder.
吸気水分量Waは次式(5)により算出される。吸気流量Gaは、流量センサ64により検出された値である。
The intake moisture amount Wa is calculated by the following equation (5). The intake air flow rate Ga is a value detected by the
燃料燃焼水分量Wcombは次式(6)から算出される。 The fuel combustion water content Wcomb is calculated from the following equation (6).
ここで、燃料燃焼水分量Wcombの算出においては、JIS K2279で規定された燃料である軽油の高位発熱量=10857(kcal/kJ)と低位発熱量=10188(kcal/kJ)とが考慮される。完全燃焼の場合、軽油1gに対して水1.24gが生成されるので、式(6)では燃料流量Gfに1.24が乗算されている。燃料流量Gfは、前述の目標燃料噴射量Qから換算された値である。 Here, in the calculation of the fuel combustion moisture content Wcomb, the high heating value = 10857 (kcal/kJ) and the low heating value = 10188 (kcal/kJ) of light oil, which is a fuel specified by JIS K2279, are considered. .. In the case of complete combustion, 1.24 g of water is produced for 1 g of light oil, so the fuel flow rate Gf is multiplied by 1.24 in the equation (6). The fuel flow rate Gf is a value converted from the target fuel injection amount Q described above.
排気水分量Wexhは、前式(5)および(6)から算出された吸気水分量Waおよび燃料燃焼水分量Wcombを用いて、次式(7)から算出される。 The exhaust water content Wexh is calculated from the following expression (7) using the intake water content Wa and the fuel combustion water content Wcomb calculated from the previous expressions (5) and (6).
知られているように、EGR率γはエンジン運転状態に応じて変化する値である。本実施形態では、ブローバイガス流量Qbbyと同様、エンジン回転数Neおよび目標燃料噴射量Qに基づき、EGR率マップに従って、EGR率γが算出される。 As is known, the EGR rate γ is a value that changes according to the engine operating state. In this embodiment, the EGR rate γ is calculated according to the EGR rate map based on the engine speed Ne and the target fuel injection amount Q, as in the blow-by gas flow rate Qbby.
一般に、排気には吸気よりも多くの水分が含まれる。EGR率γが高いほど、吸気側に環流される排気の量が増えるので、排気水分量Wexhは増大する傾向にある。 In general, exhaust contains more water than intake. The higher the EGR rate γ, the larger the amount of exhaust gas that is recirculated to the intake side, so the exhaust water content Wexh tends to increase.
図3は、シリンダ周辺のガス等の流れを示す模式図である。22はピストン、23はシリンダ、24は吸気ポート、25は吸気弁、26は排気ポート、27は排気弁、28は筒内噴射用インジェクタである。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of gas and the like around the cylinder. 22 is a piston, 23 is a cylinder, 24 is an intake port, 25 is an intake valve, 26 is an exhaust port, 27 is an exhaust valve, and 28 is an in-cylinder injector.
シリンダ23内には、吸気A(より具体的にはブーストガスBST中の吸気成分)に含まれる水分が導入される。またシリンダ23内では、インジェクタ28から噴射された燃料が燃焼することによって水分が発生する。他方、シリンダ23から排出された排気EXHの一部は、EGRガスとなって再びシリンダ23内に導入される。このEGRガスに含まれる水分がシリンダ23内に導入される。なおEGRガスの水濃度は排気の水濃度に等しいとみなせる。
The water contained in the intake air A (more specifically, the intake air component in the boost gas BST) is introduced into the
ブローバイガスBBYに含まれる水分は、概して、吸気Aに由来する水分と、燃料に由来する水分と、EGRガスに由来する水分との合作からできたものとみなせる。このことを考慮し、本実施形態では、ブローバイガス水分量Wbbyを次式(8)から算出することとしている。 The water contained in the blow-by gas BBY can be generally regarded as a combination of the water derived from the intake air A, the water derived from the fuel, and the water derived from the EGR gas. In consideration of this, in the present embodiment, the blow-by gas moisture content Wbby is calculated from the following equation (8).
括弧内の第1項(γ×Wexh/Ge)は、シリンダ23内に導入されたEGRガスの水分濃度を表す。括弧内の第2項((1−γ)×Wa/Ga)は、シリンダ23内に導入された吸気Aの水分濃度を表す。括弧内の第3項のうちの(Wcomb/Ge)は、シリンダ23内の燃料の燃焼により発生した排気中における水分の濃度を表し、燃料燃焼水分量Wcombを排気流量Geで除して得られる。以下、この濃度を燃料燃焼水分濃度という。
The first term (γ×Wexh/Ge) in the parentheses represents the water concentration of the EGR gas introduced into the
式(8)では、概して、これら各濃度にブローバイガス流量Qbbyを乗じた値を合計して、ブローバイガス水分量Wbbyを算出している。 In Expression (8), generally, the values obtained by multiplying the respective concentrations by the blow-by gas flow rate Qbby are summed to calculate the blow-by gas water content Wbby.
ところで、燃料燃焼水分濃度には不均一性の問題がある。以下この点について説明する。 By the way, there is a problem of non-uniformity in fuel combustion moisture concentration. This point will be described below.
例えばEGRガスに関して言うと、EGRガスは、排気ポート26、排気マニホールド15、EGR通路5、吸気マニホールド12、および吸気ポート24という、比較的長い経路を経てシリンダ23内に導入される。このため、シリンダ23内に導入された時点で、EGRガスの水分と水分以外の成分とは十分に攪拌、混合されており、EGRガスの水分濃度は均一である。言い換えれば、シリンダ23内に導入されたEGRガスのどの部分を抽出しても水分濃度は等しい。吸気Aについても同様のことが言える。
For example, with respect to EGR gas, the EGR gas is introduced into the
しかし、燃料は、シリンダ23内の中心部でインジェクタ28から噴射されて着火し、そこから半径方向外側に燃え広がる。従って燃料濃度はシリンダ23内中心部で最も高く、そこから半径方向外側に向かうほど低くなる。水分濃度についても同様である。このように、シリンダ23内の所々に応じて水分濃度が異なること、より具体的には、半径方向外側に向かうにつれ水分濃度が低くなることが、不均一性の問題である。
However, the fuel is injected from the
ブローバイガスBBYは、ピストン22とシリンダ23の隙間から漏出するガスである。一方、その隙間はシリンダ23の最も半径方向外側に位置する。よってシリンダ23内の排気のうち、水分濃度が最も低い部分が、ブローバイガスBBYを実質的に構成するものと考えられる。
The blow-by gas BBY is a gas that leaks from the gap between the
そこで本実施形態では、この不均一性の問題を反映させるべく、前式(8)に示すように、燃料燃焼水分濃度Wcomb/Geに所定の水分混入率αを乗じ、これにより得られる値に基づいてブローバイガス水分量Wbbyを算出する。水分混入率αは1より小さい正の値である(0<α<1)。 Therefore, in the present embodiment, in order to reflect this problem of non-uniformity, the fuel combustion water concentration Wcomb/Ge is multiplied by a predetermined water mixing rate α as shown in the above equation (8), and the value obtained by this is obtained. Based on this, the blow-by gas moisture content Wbby is calculated. The water content rate α is a positive value smaller than 1 (0<α<1).
単に燃料燃焼水分量Wcombを排気流量Geで除して得られる燃料燃焼水分濃度は、シリンダ23内の排気の水分濃度が均一であると仮定した場合の水分濃度である。これに対し、燃料燃焼水分濃度に水分混入率αを乗じた値(補正後濃度という)は、その均一な濃度よりも低く見積もった値であり、ブローバイガスBBYを実質的に構成する排気ガスの一部の実際の水分濃度に近い値である。水分混入率αの具体的な数値は、実機試験等を通じて最適に設定もしくは適合され、ECU100に記憶される。
The fuel combustion moisture concentration obtained by simply dividing the fuel combustion moisture amount Wcomb by the exhaust gas flow rate Ge is the moisture concentration on the assumption that the moisture concentration of the exhaust gas in the
このように、燃料燃焼水分濃度を水分混入率αにより補正することで、シリンダ23内における燃料由来水分の濃度の不均一性を反映させて、ブローバイガス水分量Wbbyの算出精度、ひいてはPCVガス湿度Hpcvの算出精度を向上することが可能である。
In this way, by correcting the fuel combustion moisture concentration by the moisture mixing ratio α, the nonuniformity of the concentration of the fuel-derived moisture in the
なお、水分濃度が均一なときの水分混入率αは1である。水分混入率αは、対象物の水分濃度の不均一性の大きさを表す指標値であるとも言える。 The water content rate α is 1 when the water concentration is uniform. It can be said that the water mixing rate α is an index value indicating the degree of nonuniformity of the water concentration of the object.
以上のようにして算出されたブローバイガス流量Qbby、ブーストガス流量Qbst、ブーストガス水分量Wbstおよびブローバイガス水分量Wbbyを前式(1)に代入することで、PCVガス湿度Hpcvが算出される。 The PCV gas humidity Hpcv is calculated by substituting the blow-by gas flow rate Qbby, the boost gas flow rate Qbst, the boost gas moisture amount Wbst, and the blow-by gas moisture amount Wbby calculated as described above into the equation (1).
次に、図4を参照して、PCVガス湿度算出ルーチンを説明する。このルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10msec)毎に繰り返し実行される。
Next, the PCV gas humidity calculation routine will be described with reference to FIG. This routine is repeatedly executed by the
ステップS101では、回転速度センサ61により検出されたエンジン回転数Neと、アクセル開度センサ62により検出されたアクセル開度Acと、圧力センサ63により検出されたインマニ圧Pimと、流量センサ64により検出された吸気流量Gaと、湿度センサ65により検出された大気湿度Hambとの値が取得される。
In step S 101, the engine speed Ne detected by the
ステップS102では、エンジン回転数Neとアクセル開度Acに基づいて目標燃料噴射量Qが算出される。 In step S102, the target fuel injection amount Q is calculated based on the engine speed Ne and the accelerator opening Ac.
ステップS103では、エンジン回転数Neと目標燃料噴射量Qに基づいて、ブローバイガス流量QbbyとEGR率γが算出される。また目標燃料噴射量Qに基づいて、燃料流量Gfが算出される。 In step S103, the blow-by gas flow rate Qby and the EGR rate γ are calculated based on the engine speed Ne and the target fuel injection amount Q. Further, the fuel flow rate Gf is calculated based on the target fuel injection amount Q.
ステップS104では、前式(2)および(3)に従って、ブーストガス流量Qbstが算出される。 In step S104, the boost gas flow rate Qbst is calculated according to the equations (2) and (3).
ステップS105では、前式(4)に従って、ブーストガス水分量Wbstが算出される。 In step S105, the boost gas moisture content Wbst is calculated according to the equation (4).
ステップS106では、前式(5)に従って、吸気水分量Waが算出される。 In step S106, the intake moisture amount Wa is calculated according to the above equation (5).
ステップS107では、前式(6)に従って、燃料燃焼水分量Wcombが算出される。 In step S107, the fuel combustion water content Wcomb is calculated according to the above equation (6).
ステップS108では、前式(7)に従って、排気水分量Wexhが算出される。 In step S108, the exhaust water content Wexh is calculated according to the equation (7).
ステップS109では、前式(8)に従って、ブローバイガス水分量Wbbyが算出される。 In step S109, the blow-by gas moisture content Wbby is calculated according to the equation (8).
ステップS110では、前式(1)に従って、PCVガス湿度Hpcvが算出される。 In step S110, the PCV gas humidity Hpcv is calculated according to the above equation (1).
このように本実施形態のECU100は、EGRガスの水分濃度(γ×Wexh/Ge)と、吸気の水分濃度((1−γ)×Wa/Ga)と、燃料の燃焼によって生じた水分量Wcombを排気流量Geで除してなる燃料燃焼水分濃度(Wcomb/Ge)と、に基づいて、ブローバイガスの水分量Wbbyを算出する第1ステップと、ブローバイガスの水分量Wbbyに基づいて、ブローバイガス(本実施形態ではブーストガスが混入された後のブローバイガスであるPCVガス)の湿度Hpcvを推定する第2ステップと、を実行するように構成されている。よって、ブローバイガス湿度を好適に推定することが可能である。
As described above, the
また本実施形態のECU100は、第1ステップにおいて、燃料燃焼水分濃度(Wcomb/Ge)に所定の水分混入率αを乗じて得られる値に基づいてブローバイガスの水分量Wbbyを算出する。よって、燃料燃焼水分濃度の不均一性を反映させて、ブローバイガス水分量Wbbyひいてはブローバイガス湿度Hpcvの算出精度を向上することが可能である。
In the first step, the
また本実施形態のECU100は、第2ステップにおいて、オイルセパレータ40においてブーストガスが混入された後のブローバイガス(すなわちPCVガス)の湿度Hpcvを、ブローバイガスの水分量Wbbyとブーストガスの水分量Wbstとに基づいて推定する。よってブローバイガスにブーストガスが混入された場合であっても、その混合物であるPCVガスの湿度Hpcvを好適に推定することができる。
Further, in the second step, the
ところで、本実施形態によって推定されたPCVガス湿度Hpcvの推定値は、様々な用途に使用可能である。例えば、図1に仮想線で示すように、オイルセパレータ40の下流側のブローバイガス管32にPCVガス湿度を検出する湿度センサ70が設けられた場合、この湿度センサ70の診断に、PCVガス湿度の推定値を利用できる。本実施形態は、こうした湿度センサ70の診断装置および診断方法を含んでもよい。
By the way, the estimated value of the PCV gas humidity Hpcv estimated according to the present embodiment can be used for various purposes. For example, as shown by a phantom line in FIG. 1, when the blow-
かかる診断装置は、ECU100により構成することができる。この場合、ECU100は、湿度センサ70の検出値をPCVガス湿度Hpcvの推定値と比較して、湿度センサ70が正常か異常かを判定する。具体的には、ECU100は、検出値と推定値の差の絶対値が正の閾値以下の場合、湿度センサ70を正常と判定し、その差の絶対値が閾値より大きい場合、湿度センサ70を異常と判定する。これにより、湿度センサ70が正常か異常かを好適に診断することができる。
The diagnostic device can be configured by the
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above in detail, various other embodiments and modifications of the present disclosure are possible.
(1)例えば、ブーストガスが混入された後のブローバイガスすなわちPCVガスではなく、純粋なブローバイガスの湿度を推定するよう、上記実施形態を変形することができる。この場合、前式(1)のブーストガスの水分量Wbstおよびブーストガス流量Qbstをゼロとすればよく、これにより単純に式:Wbby/Qbbyからブローバイガス湿度を算出できる。この場合のブローバイガスとは、上記実施形態で言えば、例えばオイルセパレータ40内でブーストガスが混入される前の、ガス出口41aより上流側のブローバイガスが該当する。この他、ブーストガスを利用しない一般的なオイルセパレータの場合では、オイルセパレータの下流側のブローバイガスの湿度を推定するためにも、本開示を適用できる。
(1) For example, the above embodiment can be modified so as to estimate the humidity of the pure blow-by gas, not the blow-by gas after mixing the boost gas, that is, the PCV gas. In this case, the moisture content Wbst of the boost gas and the boost gas flow rate Qbst in the above equation (1) may be set to zero, and thus the blowby gas humidity can be simply calculated from the equation: Wbby/Qbby. In the above embodiment, the blow-by gas in this case corresponds to, for example, the blow-by gas upstream of the
(2)ブーストガス通路50は、インタークーラ21の下流側からブーストガスを取り出すものであってもよい。あるいはブーストガス通路50は、インタークーラ21の上流側および下流側の両方からブーストガスを取り出すものであってもよい。この場合、両方から取り出したブーストガスの混合比を調節してブーストガスの温度を調節する温調弁をブーストガス通路50に設けてもよい。
(2) The
(3)ブローバイガス処理装置は、ブローバイガスを吸気通路に環流させず大気開放するものであってもよい。 (3) The blow-by gas processing device may be one that releases the blow-by gas to the atmosphere without circulating it into the intake passage.
本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiments of the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present disclosure defined by the claims are included in the present disclosure. Therefore, the present disclosure should not be limitedly interpreted, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present disclosure.
1 内燃機関
20 ターボチャージャ
20C コンプレッサ
40 オイルセパレータ
100 電子制御ユニット(ECU)
1
Claims (4)
排気再循環ガスの水分濃度と、吸気の水分濃度と、燃料の燃焼によって生じた水分量を排気流量で除してなる燃料燃焼水分濃度と、に基づいて、ブローバイガスの水分量を算出する第1ステップと、
前記ブローバイガスの水分量に基づいて、ブローバイガスの湿度を推定する第2ステップと、
を実行するように構成された
ことを特徴とするブローバイガス湿度推定装置。 A device for estimating the humidity of blow-by gas in an internal combustion engine,
Calculating the water content of the blow-by gas based on the water content of the exhaust gas recirculation gas, the water content of the intake air, and the fuel combustion water content obtained by dividing the water content produced by the combustion of fuel by the exhaust flow rate. 1 step,
A second step of estimating the humidity of the blow-by gas based on the water content of the blow-by gas;
A blow-by gas humidity estimation device characterized in that it is configured to perform.
請求項1に記載のブローバイガス湿度推定装置。 The blow-by gas humidity estimation device according to claim 1, wherein in the first step, the moisture content of the blow-by gas is calculated based on a value obtained by multiplying the fuel combustion moisture concentration by a predetermined moisture mixing rate.
前記ブローバイガス湿度推定装置は、前記第2ステップにおいて、前記オイルセパレータにおいてブーストガスが混入された後のブローバイガスの湿度を、前記ブローバイガスの水分量とブーストガスの水分量とに基づいて推定する
請求項1または2に記載のブローバイガス湿度推定装置。 The internal combustion engine includes an oil separator that separates oil from blow-by gas using boost gas generated by a compressor of a turbocharger,
In the second step, the blow-by gas humidity estimating apparatus estimates the humidity of the blow-by gas after the boost gas is mixed in the oil separator, based on the water content of the blow-by gas and the water content of the boost gas. The blow-by gas humidity estimation device according to claim 1.
排気再循環ガスの水分濃度と、吸気の水分濃度と、燃料の燃焼によって生じた水分量を排気流量で除してなる燃料燃焼水分濃度と、に基づいて、ブローバイガスの水分量を算出する第1ステップと、
前記ブローバイガスの水分量に基づいて、ブローバイガスの湿度を推定する第2ステップと、
を備えることを特徴とするブローバイガス湿度推定方法。 A method for estimating the humidity of blow-by gas in an internal combustion engine, comprising:
Calculating the water content of the blow-by gas based on the water content of the exhaust gas recirculation gas, the water content of the intake air, and the fuel combustion water content obtained by dividing the water content produced by the combustion of fuel by the exhaust flow rate. 1 step,
A second step of estimating the humidity of the blow-by gas based on the water content of the blow-by gas;
A method for estimating the humidity of blow-by gas, comprising:
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