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
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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。
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
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。
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。
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
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205 出力部
Claims (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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---|---|---|---|
JP2022068479A JP2023158564A (ja) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 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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