JP4498699B2 - 電子スロットル凍結防止制御 - Google Patents

Description

本発明はバルブ制御装置に関し、特に、機関の吸気通路中に設けられた吸気制御バルブの作動不良を防止することのできる制御装置に関する。

内燃機関を低温環境下で運転すると、スロットルバルブが作動不良を起こすことがある。特に内燃機関の暖機運転時などにおいて、吸気温度が低くかつ水蒸気が多い場合には、その水蒸気が吸気通路やスロットルバルブに氷結し、スロットルバルブが固着してしまうことがある。

特開平１０−２６０３３号公報には、スロットルバルブのハウジングを樹脂製のハウジング部材の組立体で構成し、このハウジング部材を発熱体を介して接合させ、この発熱体によってハウジング部材を溶着させることが記載されている。そして、低温度下で使用する時にはハウジングが溶けない程度の温度に発熱体を発熱させてハウジング内部空間を加熱できるようにし、氷結防止を図ることが記載されている。
特開平１０−２６０３３号公報

しかしながら、特開平１０−２６０３３号公報のスロットルバルブ装置では、溶着時間がかかり生産性が悪く、ハウジング部材の同軸度確保などが難しいという問題があった。また、凍結防止のための発熱体への通電条件は外乱により異なり、特に低温アイドル時には、回転不安定やエンストが発生するおそれがあった。

本発明は、上記従来技術の問題を解決し、加熱ヒータが無くても、氷結や霜の付着などのアイシングによるバルブの作動不良を未然に防止することのできるバルブ制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のバルブ制御装置は、機関の吸気通路中に介装された吸気制御バルブの軸をモータにより駆動し、当該バルブの開度により前記吸気通路内の流量を制御するバルブ制御装置であって、前記バルブの作動不良の予測条件が成立時に、前記開度を増大させるものである。

上記バルブ装置において、前記バルブの作動不良の予測条件は、通過する吸気の温度が所定温度より低いか、水温が所定温度より低いか、吸気内の水蒸気過多条件が成立するか、の何れか少なくとも１つが成立したときであることが望ましい。前記吸気内の水蒸気過多条件は、ＰＣＶバルブが閉塞している場合であることが望ましい。

上記バルブ装置において、前記制御は、アイドル回転となって所定時間経過後に実行されることが望ましい。

上記バルブ装置は、前記吸気通路のボデー又は前記バルブの何れか少なくとも１つが樹脂製である場合に特に有用である。

本発明によれば、加熱ヒータが無くても、氷結や霜の付着などのアイシングによるバルブの作動不良を未然に防止することのできるバルブ制御装置を提供することができる。

次に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１．内燃機関の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るバルブ制御装置が用いられる内燃機関の概念図である。この内燃機関は、シリンダブロック１、シリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２上に固定されたシリンダヘッドカバー３、シリンダブロック１の下部に固定されたオイルパン４を備えている。このシリンダブロック１内にはピストン１２が往復動可能に配置され、ピストン１２の往復動に連動してクランクシャフト１３が回転するようになっている。

ピストン１２の上面とシリンダヘッド２の内壁面との間には、燃焼室２１が形成されている。ピストン１２の下面より下方の空間はクランク室４１となっており、タイミングチェーンカバー内の空間１１を介してシリンダヘッドカバー３内に連通している。

燃焼室２１は吸気バルブ２２を介して吸気通路２３に繋がっている。この吸気通路２３は、吸気制御バルブであるスロットルバルブ２４を介してエアクリーナケース２５に連通し、更に大気に連通している。スロットルバルブ２４の軸はスロットルモータ２６に接続されている。吸気通路２３又はスロットルバルブ２４の何れか又は双方は、樹脂製であるため軽量で加工性及び耐久性に優れるが、熱伝導率が低いので暖まりにくい。しかし、本実施形態のバルブ制御装置を用いることにより、凍結その他によるスロットルバルブ２４の作動不良を防止することができる。

シリンダヘッドカバー３は、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ３２を介してＰＣＶ経路３３に繋がっており、このＰＣＶ経路３３は吸気通路２３のうちスロットルバルブ２４より下流に開口している。一方、吸気通路２３のスロットルバルブ２４より上流部分からは、新気導入通路３４がシリンダヘッドカバー３内に連通している。

＜２．内燃機関の動作＞
以上の構成においてその動作を説明すると、燃焼室２１内には吸気通路２３からの外気および図示しない燃料噴射弁など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ることでピストン１２が上下し、内燃機関が動力を生み出す。その際、スロットルモータ２６の駆動によりスロットルバルブ２４が制御され、スロットルバルブ２４の開度を大きくすることで吸気量を大きくし、より高トルクを生み出すことができる。但し、このスロットルバルブ２４は、最小開口時においてもバルブ端部と吸気通路壁面との間に所定の間隙を有するようになっており、例えばアイドリング時においても所定のエンジン回転数が確保される。

一方、内燃機関の駆動に伴い、クランク室４１内に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、ＰＣＶバルブ３２及びＰＣＶ経路３３を介して吸気通路２３のスロットルバルブ下流に導入する。軽負荷時には新気導入通路３４からシリンダヘッドカバー３内に新気が導入され、クランク室４１内の空気浄化が促進される。

＜３．制御系の構成＞
図２は、本発明の実施形態によるバルブ制御装置の制御系統の構成を示すブロック図である。バルブ制御装置であるＥＣＵ５は、内燃機関に設けられた各種センサの出力に基づいて、スロットルモータ２６を駆動させ、吸気制御バルブであるスロットルバルブ２４の開度を制御する。

吸気温センサ５１は吸気通路２３内のエアクリーナケース２５側に設けられ、吸気温度を感知する。吸気温度の低下により、スロットルバルブ２４周囲の水蒸気が霜や氷となりやすいかどうかなどが判断できる。水温センサ５２はシリンダブロック１の冷却水経路（図示せず）に設けられ、冷却水の水温を感知する。水温が高いことにより、ブローバイガスに水蒸気が多いかどうかなどが判断でき、逆に水温が低いことにより、ＰＣＶバルブ等が凍結しやすいかどうかなどが判断できる。ＳＰＤセンサ５３は図示しない車軸に設けられ、車速を感知する。ＰＣＶ経路温度センサ５５はＰＣＶ経路３３に設けられ、ＰＣＶ経路３３の温度を感知する。スロットルセンサ５６はスロットルバルブ２４の軸に設けられ、スロットルバルブ２４の開度を感知する。エアフローメータ５７は吸気通路２３内のエアクリーナケース２５側に設けられ、その流量を感知する。クランクケース内圧センサ５８は、クランク室４１内に設けられ、クランク室内の圧力を感知する。回転数センサ５９は、クランクシャフト１３に設けられ、エンジンの回転数を感知する。以上の各センサにより得られたデータは、エンジン制御において他の用途にも用いることが可能である。

なお、新気導入通路温度センサ５０は、新気導入通路３４内の温度を感知する。

＜４．制御装置の動作＞
図３は、上記制御装置によるバルブ制御の処理手順を示すフローチャートである。この図に基づき、上記制御装置の動作を説明する。

特に本実施形態は、スロットルバルブ２４の作動不良の起こりやすい状況を予測してスロットルバルブ２４の開度を一時的に大きくすることで、スロットルバルブ２４の軸およびその周辺に付着した結露、霜、氷などを吹き飛ばす。これにより、低温環境下のアイドリング時などにおいてスロットルバルブ２４が作動不良となることを防止する。

まず、ステップＳ１において、スロットルバルブ２４のアイシングが予測される温度条件が成立し、かつ、ブローバイガス中の水蒸気が多くなる条件が成立するか否かを判断する。スロットルバルブ２４のアイシングが予測される温度条件は、スロットルバルブ２４の周囲に霜や氷が付着するような低温条件であるかどうかによって決まる。具体的には、吸気温センサ５１により測定された吸気温、水温センサ５２により測定された水温によって判断される。また、ブローバイガス中の水蒸気が多くなる条件は、水温が所定値（例えば３５℃）以上であること、ショートトリップの後まだ走行していないこと、エンジン始動後の走行距離が所定距離未満であることなどによって判断する。水温は水温センサ５２により判断し、ショートトリップや始動後の走行距離についてはＳＰＤセンサ５３により判断する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＶバルブの閉塞が予測される条件が成立するか否かを判断する。ＰＣＶバルブ２３の閉塞の原因としては、例えばＰＣＶバルブの凍結、その他の原因によるＰＣＶバルブの固着、作動不良が考えられる。ＰＣＶバルブが閉塞してしまうと、水蒸気を多く含むブローバイガスが新気導入通路３４からスロットル上流に還流してしまい、スロットルバルブ及びその周辺での霜又は氷の付着を引き起こす可能性が高くなる。

ＰＣＶバルブ２３の凍結が予測される条件としては、吸気温センサ５１、水温センサ５２、ＰＣＶ経路温度センサ５５により感知される吸気温、水温、ＰＣＶ経路温度が所定値以下であることが考えられる。

その他の原因によるＰＣＶバルブ２３の固着及び作動不良が予測される条件としては、第１に、スロットル開度がアイドリング中の吸気量に対して大きい、又はスロットル開度が回転数に対して大きいことが挙げられる。このように、スロットル開度が運転状況の割に大きい場合には、ＰＣＶバルブ３２が閉じてスロットルより上流にブローバイガスが還流している可能性が疑われる。スロットル開度はスロットルセンサ５６により、吸気量はエアフローメータ５７により、回転数は回転数センサ５９により感知される。第２に挙げられる条件として、新気導入通路３４内の温度が吸気温より高い、又は新気導入通路３４内の温度がＰＣＶ経路温度より高いことが挙げられる。このような場合、ＰＣＶバルブ２３が閉じて新気導入通路３４にブローバイガスが還流している可能性が疑われる。新気導入通路３４内の温度は新気導入通路温度センサ５０により、吸気温は吸気温センサ５１により、ＰＣＶ経路温度はＰＣＶ経路温度センサ５５により感知される。第３に挙げられる条件として、クランクケース内圧が正圧であることが挙げられる。このような場合、ブローバイガスがスロットル下流の負圧により吸引されていない、すなわちＰＣＶバルブが閉じている可能性が疑われる。クランクケース内圧は、クランクケース内圧センサ５８により感知される。これら第１から第３の条件は、すべて満足する必要はなく、何れかの条件が満足されればＰＣＶバルブ２３の固着及び作動不良が予測されると判断される。

上記ステップＳ１の条件又はステップＳ２の条件の少なくとも一方が不成立となった場合には、ステップＳ３において通常の制御、すなわちアクセル操作や通常のエンジン制御プログラムに応じた制御を行う。

上記ステップＳ１の条件及びステップＳ２の条件の両者が成立した場合には、ステップＳ４において、アイドリング開始後所定時間が経過したか否かを判断する。

所定時間が経過した場合には、ステップＳ５において、スロットルバルブ２４を所定開度まで開いて閉じる動作を実行する。その動作実行後は、更に所定時間経過するごとに、スロットルバルブ２４を所定開度まで開いて閉じる動作を繰り返す。スロットルバルブを開いて閉じる動作は、エンジン回転速度が一時的に高まるので、Ｎレンジ等回転速度が上がっても問題ない状態において行うようになっている。また、ステップＳ４の所定時間は例えば１０秒に一回とするが、ステップＳ１及びＳ２の判断は、エンジンの運転状態に有意な変化が起こりうる時間、例えば１分に一回程度とするのが好ましい。

以上のように制御することで、加熱装置が無くても低温環境下におけるスロットルバルブの作動不良を未然に防ぐことができる。なお、スロットルバルブ２４の作動不良が予測される条件の判断は上記の実施例に限定されるものではなく、例えばブローバイガス中の水蒸気が多くなる条件の判断などを省略しても良い。

本発明の実施の形態に係るバルブ制御装置が用いられる内燃機関の概念図である。 本発明の実施形態によるバルブ制御装置の制御系統の構成を示すブロック図である。 上記制御装置によるバルブ制御の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
２３ 吸気通路
２４ スロットルバルブ
２６ スロットルモータ
３ シリンダヘッドカバー
３２ ＰＣＶバルブ
３３ ＰＣＶ経路
３４ 新気導入通路
４ オイルパン
４１ クランク室

Claims (3)

1. 機関の吸気通路中に介装された吸気制御バルブの軸をモータにより駆動し、前記吸気制御バルブの開度により前記吸気通路内の流量を制御するバルブ制御装置において、
   前記機関のシリンダヘッドカバーと前記吸気流路の前記吸気制御バルブの下流部分とを連通接続し、前記機関の駆動に伴って発生したガスを前記吸気通路の前記吸気制御バルブの下流部分に導入するＰＣＶ経路と、
   前記ＰＣＶ経路に設けられたＰＣＶバルブと、
   前記機関のシリンダヘッドカバーと前記吸気通路の前記吸気制御バルブの上流部分とを連通接続する新気導入通路と、を備え、
   前記ＰＣＶバルブが閉塞している場合に、前記吸気制御バルブの作動不良の予測条件が成立するものとして、前記開度を一時的に増大させることにより前記吸気流路内の流量を一時的に増大させる、
   バルブ制御装置。
2. 前記制御は、アイドル回転となって所定時間経過後に実行される、
   請求項１に記載のバルブ制御装置。
3. 前記吸気通路のボデー又は前記バルブの何れか少なくとも１つが樹脂製である、
   請求項１又は２に記載のバルブ制御装置。

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