JP2023158564A - ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気温度を測定するセンサが故障した場合でもブローバイガス中の水分が結露・凍結して経路を閉塞する不具合を低減できる、ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置を提供すること。
【解決手段】ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置１１２は、内燃機関の吸気温度センサが測定した吸気温度を受け付ける入力部２０１と、温度センサ１０４が故障した場合、ウェイストゲートバルブ１０９の閉止を禁止する制御を行うコントローラ２０４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に関する。

過給機付き内燃機関は、排気の流れを利用してコンプレッサを駆動して内燃機関が吸入する空気の密度を高くすることで、より多くの酸素を燃焼室に送り、より高い燃焼エネルギーを得ることができる。

他方、過給機付き内燃機関では、燃焼室内の圧力が高く、未燃焼ガスおよび混合気がエンジンのシリンダーとピストンの隙間を通ってクランクケースへ漏れ出しやすい。このようなガスをブローバイガスという。

特許文献１には、ブローバイガス処理装置を備える過給機付き内燃機関であって、内燃機関の負荷が低負荷のとき、排気タービンを最小の駆動効率で駆動させるように、ウェイストゲートバルブを全開に制御して、エゼクタ１１により還流するブローバイガスを微少量にして、外気の逆流によるブローバイガスの換気効率の低下を抑制することが記載されている。

特開２０１５－９８８１４号公報

ＷＧＶを備えた過給エンジンでは、過給不要な領域（ＮＡ（Natural Aspiration）域）でＷＧＶを予め閉じることで過給応答が向上し、加速性能向上が期待できる。インテークマニホールド内の圧力が正圧になるとき、ブローバイガス処理装置のＰＣＶ大気側でブローバイガスが逆流する。低吸気温条件下ではＰＣＶ大気側のホースが冷やされ、ブローバイガス中の水分が結露し凍結し、経路を塞ぐおそれが有る。特に、高車速かつ高ギヤ段での定常走行中はエンジン負荷が高く、インテークマニホールド内の圧力が正圧を維持し、凍結のリスクが高くなる。

例えば、吸気温度を測定するセンサが故障した場合、フェイルセーフ値として常温が設定されると、ウェイストゲートバルブを閉じることがあり、インテークマニホールド内の圧力上昇してしまうことがある。この結果、低温環境下でのブローバイガスが逆流すると、ブローバイガス中の水分が結露・凍結し、経路を閉塞してしまう問題があった。

本開示のポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、温度センサが故障した場合、ウェイストゲートバルブの閉止を禁止する制御を行うようにした。

本開示のポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置によれば、吸気温度を測定するセンサが故障した場合でもブローバイガス中の水分が結露・凍結して経路を閉塞する不具合を低減できる。

本実施の形態にかかる内燃機関システムの一例を示す模式図である。 本実施の形態のＥＣＵ１１２の内部構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態のＥＣＵ１１２の動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる内燃機関システムの一例を示す模式図である。図１において、内燃機関システム１０は、エンジン１００と、吸気通路１０１と、排気通路１０２と、エアフローメータ１０３と、吸気温度センサ１０４と、ターボ過給機１０５と、スロットルバルブ１０６と、スロットルポジションセンサ１０７と、排気バイパス通路１０８と、ＷＧＶ（WASTE GATE VALVE）１０９と、ブローバイガス通路１１０と、ＰＣＶ(Positive Crankcase Ventilation)バルブ１１１と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１１２とを備える。

また、エンジン１００の各気筒には、吸気通路１０１および排気通路１０２が連通している。そして、ターボ過給機１０５は、コンプレッサ１５１と、タービン１５２を備える。さらに、ブローバイガス通路１１０は、軽負荷時ブローバイガス通路１１３と、高負荷時ブローバイガス通路１１４を備える。

エンジン１００は、シリンダー内においてガソリンなどの燃料を燃焼させ、それによって発生した燃焼ガスを用いて動力を得る内燃機関である。

吸気通路１０１は、空気をエンジン１００に導入する通路である。吸気通路１０１の入口近傍には、エアフローメータ１０３と、吸気温度センサ１０４とが設けられている。

排気通路１０２は、エンジン１００から排出される排気ガスを大気に放出する通路である。また、排気通路１０２には、タービン１５２をバイパスする排気バイパス通路１０８が接続されている。

エアフローメータ１０３は、吸気通路１０１に吸入される空気の流量に応じた信号をＥＣＵ１１２に出力する。

吸気温度センサ１０４は、吸気通路１０１に吸入される空気の温度（吸気温度または外気温度）に応じた信号をＥＣＵ１１２に出力する。
エアフローメータ１０３および吸気温度センサ１０４の下流には、ターボ過給機１０５のコンプレッサ１５１が設置されている。

ターボ過給機１０５は、排気の流れを利用して、内燃機関が吸入する空気の密度を高くする過給機である。ターボ過給機１０５は、コンプレッサ１５１、タービン１５２及び連結軸１５３を備える。

コンプレッサ１５１は、排気通路１０２に配置されたタービン１５２と連結軸１５３を介して一体的に連結されている。そして、コンプレッサ１５１は、タービン１５２から伝えられた動力により吸入する空気の密度を高くする。コンプレッサ１５１の下流には、エンジン１００に吸入される空気量を調整するためのスロットルバルブ１０６が設けられている。

タービン１５２は、排気の流れを利用して回転する。そして、タービン１５２は、連結軸１５３を介して、回転による動力をコンプレッサ１５１に伝達する。

スロットルバルブ１０６は、アクセル開度に基づいてスロットルモータ（図示省略）により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１０６の近傍には、スロットルポジションセンサ１０７が配置されている。

スロットルポジションセンサ１０７は、スロットル開度を検出するセンサである。そして、スロットルポジションセンサ１０７は、検出したスロットル開度に応じた信号をＥＣＵ１１２に出力する。

排気バイパス通路１０８は、タービン１５２を迂回して排気ガスを大気中に放出する通路である。排気バイパス通路１０８の途中には、ＷＧＶ１０９が設けられている。

ＷＧＶ１０９は、排気バイパス通路１０８の開閉を担うバルブである。具体的には、ＷＧＶ１０９は、エンジン１００のクランクケース内に接続し、クランクケースよりもインテークマニホールドの内圧が低いときに開いて一方向にのみ通気する。ＷＧＶ１０９は、ここでは、調圧式もしくは電動式のアクチュエータ（図示省略）によって任意の開度に調整可能に構成されているものとする。

ブローバイガス通路１１０は、エンジン１００の内部で生じたブローバイガスを処理するために、エンジン１００と吸気通路１０１とを接続する通路１１０である。より具体的には、一端がエンジン１００に接続されているブローバイガス通路１１０は、その途中で軽負荷時ブローバイガス通路１１３と高負荷時ブローバイガス通路１１４に分岐している。

ここでは、分岐後にスロットルバルブ１０６よりも下流側の吸気通路１０１に接続される通路を、軽負荷時ブローバイガス通路１１３と称する。また、分岐後にコンプレッサ１５１よりも上流側の吸気通路１０１に接続される通路を、高負荷時ブローバイガス通路１１４と称する。

ＰＣＶバルブ１１１は、吸気負圧に応じて作動するバルブである。ＰＣＶバルブ１１１は、軽負荷時ブローバイガス通路１１３の途中に設置されている。軽負荷時には、ＰＣＶバルブ１１１が開弁し、スロットルバルブ１０６の下流側の吸気マニホールド負圧に応じた量のブローバイガスが軽負荷時ブローバイガス通路１１３を介してスロットルバルブ１０６よりも下流側の吸気通路１０１に導入される。一方、高負荷時（過給時）には、ＰＣＶバルブ１１１が閉弁し、ブローバイガスは、高負荷時ブローバイガス通路１１４を介してコンプレッサ１５１よりも上流側の吸気通路１０１に導入される。

ＥＣＵ１１２は、内燃機関システム１０をコントロールする制御装置である。ＥＣＵ１１２は、ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置としても機能する。

そして、ＥＣＵ１１２は、吸気温度センサ１０４に異常が発生しているか否かチェックする。そして、吸気温度センサ１０４に異常が発生している場合、ＥＣＵ１１２は、ＷＧＶ１０９を閉じることを禁止に設定する。例えば、吸気温度センサ１０４の出力が、所定の温度範囲を外れる値を示した場合、ＥＣＵ１１２は、吸気温度センサ１０４に異常が発生したと判断する。そして、ＥＣＵ１１２は、吸気の温度をフェイルセーフ値に設定して制御を行う。ＥＣＵ１１２は、ＷＧＶ１０９が閉じることを禁止する制御となるフェイルセーフ値を設定する。例えば、ＥＣＵ１１２は、フェイルセーフ値を－４０℃に設定する。なお、ＷＧＶ１０９以外の制御について、ＥＣＵ１１２はフェイルセーフ値を常温(例えば２０℃）に設定してもよい。

なお、ＷＧＶ１０９以外のエンジン制御については説明を省略する。また、ＥＣＵ１１２の入力部には、上述したエアフローメータ１０３、吸気温度センサ１０４およびスロットルポジションセンサ１０７等のエンジン１００の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ１１２の出力部には、上述したスロットルバルブ１０６、ＷＧＶ１０９に加え、エンジン１００に燃料を供給する燃料噴射弁等のエンジン１００の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。

次に、ＥＣＵ１１２の詳細について説明する。図２は、本実施の形態のＥＣＵ１１２の内部構成の一例を示すブロック図である。図２においてＥＣＵ１１２は、入力部２０１と、温度センサチェック部２０２と、フェイルセーフ値設定部２０３と、ＷＧＶ制御部２０４と、出力部２０５とを備える。

入力部２０１には、エアフローメータ１０３、吸気温度センサ１０４およびスロットルポジションセンサ１０７等のエンジン１００の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。そして、入力部２０１は、これらのセンサの出力を受け付ける。

温度センサチェック部２０２は、吸気温度を検出する温度センサの出力値をチェックし、温度センサの出力値が異常であるか否か判断する。そして、温度センサチェック部２０２は、温度センサの出力値が異常であることを検出した場合、その旨をフェイルセーフ値設定部２０３に通知する。

フェイルセーフ値設定部２０３は、温度センサの出力値が異常である場合、吸気温度の検出値をウェイストゲートバルブが閉止する制御を禁止する基準温度以下（例えば－４０℃）に設定する。そしてフェイルセーフ値設定部２０３は、設定したフェイルセーフ値を温度センサの出力値としてＷＧＶ制御部２０４に出力する。また、温度センサの出力値が正常である場合、そしてフェイルセーフ値設定部２０３は、温度センサの出力値をＷＧＶ制御部２０４に出力する。

ＷＧＶ制御部２０４は、ウェイストゲートバルブの開閉を制御するコントローラである。例えば、吸気温度が所定の基準値より大きい場合、ＷＧＶ制御部２０４はスロットルポジションセンサ１０７が検出したスロットル開度に応じてＷＧＶ１０９の開度を制御する。また、吸気温度が所定の基準値以下の場合、ＷＧＶ制御部２０４はＷＧＶ１０９の閉弁を禁止する。

出力部２０５には、スロットルバルブ１０６、ＷＧＶ１０９に加え、エンジン１００に燃料を供給する燃料噴射弁等のエンジン１００の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。

次にＥＣＵ１１２の動作について説明する。図３は、本実施の形態のＥＣＵ１１２の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、吸気温度センサ１０４が、吸気通路１０１に吸入される吸気の温度を測定する。そして、吸気温度センサ１０４は、吸気温度に応じた信号をＥＣＵ１１２に出力する。そしてステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２において、ＥＣＵ１１２の温度センサチェック部２０２は、吸気温度センサ１０４の出力値に異常があるか否か判断する。出力値に異常がある場合、ステップＳ３０３に進む。出力値に異常がない場合、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０３において、フェイルセーフ値設定部２０３は、吸気温度の検出値をウェイストゲートバルブが閉止する制御を禁止する基準温度以下に設定する。そしてステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４において、スロットルポジションセンサ１０７は、スロットル開度を検出する。そして、スロットルポジションセンサ１０７は、検出したスロットル開度に応じた信号をＥＣＵ１１２に出力する。そしてステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５において、ＷＧＶ制御部２０４は、吸気温度が所定の基準値以下であるか、基準値より大きいか判断する。吸気温度が所定の基準値以下である場合、ステップＳ３０６に進む。吸気温度が所定の基準値より大きい場合、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０６において、ＷＧＶ制御部２０４はＷＧＶ１０９の閉弁を禁止する。そして、処理を終了する。

ステップＳ３０７において、ＷＧＶ制御部２０４はスロットルポジションセンサ１０７が検出したスロットル開度に応じてＷＧＶ１０９の開度を制御する。そして、処理を終了する。

なお、図３の一連の処理は、必要に応じて定期的に繰り返すようにしてもよい。

このように、本実施の形態のウェイストゲートバルブ制御装置によれば、温度センサが故障した場合に、ＷＧＶ閉弁を禁止することで、閉弁によるインテークマニホールド内の圧力上昇を避けることができる。この結果、低温環境下でのブローバイガスの逆流が抑制され、ブローバイガス中の水分の結露・凍結による経路閉塞といった不具合を低減できる。

また、吸気温度センサが故障した時は、フェイルセーフ値として常温（例えば２０℃）が設定されるものであっても、ＷＧＶ制御においては検出値を低温の値に設定することで、誤って閉弁制御することがない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ＷＧＶ１０９の閉止禁止の条件を吸気温度が所定の基準値以下である場合に加えて、車速が所定の速度より高い、変速ギヤのレシオが高い（すなわちエンジンの負荷が高い）条件の少なくとも１つを満たす場合としてもよい。また、ＷＧＶ１０９が閉止する制御を禁止する動作について、禁止フラグを立てて制御するようにしてもよい。

１０ 内燃機関システム
１００ エンジン
１０１ 吸気通路
１０２ 排気通路
１０３ エアフローメータ
１０４ 吸気温度センサ
１０５ ターボ過給機
１０６ スロットルバルブ
１０７ スロットルポジションセンサ
１０８ 排気バイパス通路
１１０ ブローバイガス通路
１１１ ＰＣＶバルブ
１１３ 軽負荷時ブローバイガス通路
１１４ 高負荷時ブローバイガス通路
１５１ コンプレッサ
１５２ タービン
１５３ 連結軸
２０１ 入力部
２０２ 温度センサチェック部
２０３ フェイルセーフ値設定部
２０４ 制御部
２０５ 出力部

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気温度センサが測定した吸気温度を受け付ける入力部と、
   前記温度センサが故障した場合、ウェイストゲートバルブの閉止を禁止する制御を行うコントローラと、を備える、
   ポジティブクランクケースベンチレーションバルブを有する過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置。

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