JP4506417B2

JP4506417B2 - 内燃機関のブローバイガス処理装置

Info

Publication number: JP4506417B2
Application number: JP2004319981A
Authority: JP
Inventors: 晋石崎; 信一竹村; 孝伸杉山; 毅有永
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP2006132360A

Description

この発明は、内燃機関のクランクケース内に漏れ出たブローバイガスを吸気系に戻すようにしたブローバイガス処理装置に関し、特に、吸気弁のバルブリフト特性を可変制御可能な可変動弁装置によって吸気量の制御を達成するようにした内燃機関におけるブローバイガス処理装置に関する。

ガソリン機関においては、クランクケース内に漏れ出たブローバイガスによって潤滑油の劣化が促進される問題があり、従来から、クランクケース内へ新気を導入するとともにクランクケース内からブローバイガスを取り出して吸気系へ戻すようにしたブローバイガス処理装置が用いられている。

このブローバイガス処理装置は、特許文献１等に記載されているように、一般に、吸気系のスロットル弁上流側と機関本体の例えばシリンダヘッドとの間に新気通路が設けられているとともに、吸気系のスロットル弁下流側とクランクケースとの間にブローバイガス通路が設けられており、かつこのブローバイガス通路に、スロットル弁下流側の負圧に応じて開度が変化する流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）を備えた構成となっている。このものでは、高負荷領域を除く通常の運転条件下では、スロットル弁下流側の吸気系に十分な負圧が発生するので、上記新気通路からシリンダヘッド内を経由してクランクケース内へ新気が導入され、かつこの新気に押し出されるような形で、ブローバイガスがブローバイガス通路を介してスロットル弁下流側の吸気系に戻り、燃焼室に導かれる。

一方、ガソリン機関においては、一般に吸気通路中に設けたスロットル弁の開度制御によって吸気量を制御しているが、良く知られているように、この種の方式では、特にスロットル弁開度の小さな中低負荷時におけるポンピングロスが大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉時期やリフト量を変化させることで、スロットル弁に依存せずに吸気量を制御しようとする試みが以前からなされており、この技術を利用して、ディーゼル機関と同様に吸気系にスロットル弁を具備しないいわゆるスロットルレスの構成を実現することが提案されている。

特許文献２は、本出願人が先に提案した吸気弁の可変動弁装置を示しており、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小可能な第１可変動弁機構（リフト・作動角可変機構）と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構（位相可変機構）と、を備え、両者を独立して制御することにより、種々のリフト特性に可変制御し得る技術が開示されている。この種の可変動弁機構によれば、スロットル弁の開度制御に依存せずにシリンダ内に流入する空気量を可変制御することが可能であり、特に負荷の小さな領域において、いわゆるスロットルレス運転ないしはスロットル弁の開度を十分に大きく保った運転を実現でき、ポンピングロスの大幅な低減が図れる。

なお、特許文献２のように吸気弁のバルブリフト特性の可変制御により吸入空気量を制御するように構成した場合、スロットル弁を具備しない完全なスロットルレスの構成であると、種々の負圧源としても利用される吸気系の負圧が発生しないため、吸気通路にいわゆる電子制御スロットル弁を設け、その開度制御と組み合わせることで、略一定の負圧を確保しつつ吸気弁のバルブリフト特性による吸入空気量の制御を実現することも検討されている。
特開平１０−１５９５３３号公報特開２００３−７４３１８号公報

この発明は、特許文献２のように吸気弁のバルブリフト特性の可変制御により吸入空気量を制御する構成において、ポンピングロスを最小限に抑制しつつ、確実なブローバイガスの処理を実現することを目的としている。

この発明に係るブローバイガス処理は、吸気弁のリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備え、この可変動弁機構により実現される吸気弁のリフト特性によって吸気量の制御が可能な内燃機関を前提としている。そして、吸気弁上流の吸気通路に設けられた負圧制御弁と、この負圧制御弁の下流側とクランクケース内とを連通するブローバイガス通路と、負圧制御弁の上流側から上記クランクケース内へ新気を導入するように設けられた新気通路と、を備えており、上記負圧制御弁により、該負圧制御弁の下流側の吸気通路圧力が上記クランクケース内の圧力よりも低くなるように構成されている。

このように、吸気通路圧力をクランクケース内圧力よりも低く保つことで、ブローバイガスの換気が確実に行われる。

本発明の一つの態様（請求項１）では、上記吸気通路圧力と上記クランクケース内圧力との圧力差が略一定となるように上記負圧制御弁が構成される。

このように略一定の圧力差となるようにすることで、負圧制御弁の構成の簡素化が可能である。

また本発明の一つの態様（請求項２）では、上記吸気通路圧力と上記クランクケース内圧力との圧力差が、内燃機関の負荷および回転数に応じた値となるように、上記負圧制御弁が制御される。
この場合、内燃機関の負荷および回転数に応じて、上記の吸気通路圧力を必要最小限の負圧とすることができ、ポンピングロスが最小限となる。

上記クランクケース内圧力は、圧力センサのような圧力検出手段によって直接に検出することができるほか、内燃機関の負荷および回転数から推定することも可能である。つまり、内燃機関の負荷および回転数とクランクケース内圧力との相関関係をデータマップ等として保持することで、そのときの負荷および回転数に対応したクランクケース内圧力を推定することができる。

また、特定の運転条件においては上記クランクケース内圧力に関連した吸気通路圧力の制御を行わないようにしてもよい。例えばクランクケース内圧力が高くなる高負荷領域では、負圧制御弁により負圧を生成しなくても、ブローバイガスの換気に必要な圧力差が確保されるので、例えば負圧制御弁を全開とすることができ、ポンピングロスの低減が可能である。

また必要に応じ、クランクケース内圧力よりも他の条件を優先して、吸気通路圧力を制御することもできる。

例えば、車両のブレーキブースタの負圧が不足した場合には、車両のブレーキブースタに必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することが可能である。

あるいは、車両の蒸発燃料処理装置のパージガスの処理に必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することができる。

あるいは、排気還流装置による還流排気の導入に必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することができる。

この発明によれば、吸気弁のバルブリフト特性の可変制御により吸入空気量を制御する構成において、ポンピングロスを最小限に抑制しつつ、確実にブローバイガスの処理を達成することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明を内燃機関１として自動車用ガソリン機関に適用したブローバイガス処理装置の全体的な構成を示す説明図である。内燃機関１は、吸気ポートに連なる吸気通路２と排気ポートに連なる排気通路３とを有し、かつ上記吸気通路２に、モータ等のアクチュエータにより開度が制御される電子制御スロットル弁からなる負圧制御弁４が介装されているとともに、その上流側に、エアクリーナ５が設けられている。そして、上記負圧制御弁４とエアクリーナ５との間に新気通路６の一端が接続され、かつシリンダヘッドカバー７に該新気通路６の他端が接続されている。この新気通路６が接続されたシリンダヘッドカバー７内の空間７ａとクランクケース８内の空間とは、内燃機関１内部の潤滑油落とし孔やチェーン通路等からなる内部通路９を介して互いに連通している。

また、クランクケース８内からブローバイガスを取り出すために、ブローバイガス通路１０の一端がシリンダヘッドカバー７に接続され、かつその他端は、負圧制御弁４下流側で吸気通路２に接続されている。このブローバイガス通路１０が接続されたシリンダヘッドカバー７内の空間７ｂは、やはり内燃機関１内部の潤滑油落とし孔やチェーン通路等からなる内部通路９を介してクランクケース８内の空間に連通している。上記ブローバイガス通路１０のシリンダヘッドカバー７側の端部には、負圧制御弁４下流側の負圧（詳しくは前後の圧力差）に応じて開度が変化する流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）１１が設けられている。なお、シリンダヘッドカバー７内の空間７ａ，７ｂには、それぞれ図示せぬオイルセパレータが設けられている。

上記構成においては、内燃機関１の通常の運転領域では、クランクケース８内に流出したブローバイガスは、負圧制御弁４下流側の負圧の作用により、シリンダヘッドカバー７内のオイルセパレータおよび流量制御弁１１を経てブローバイガス通路１０を通り、吸気通路２から燃焼室へと戻って、燃焼される。また同時に、新気が新気通路６を通してクランクケース８内へ導入され、クランクケース８内が換気される。なお、高負荷時には、ブローバイガスは、ブローバイガス通路１０および新気通路６の双方を通して吸気通路２へと流れる。

次に、図２は、上記内燃機関１の制御システムの構成を示す構成説明図であって、上記内燃機関１は、吸気弁１３と排気弁１４とを有しているが、吸気弁１３の動弁機構として、吸気弁１３のリフト・作動角を両者同時に連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構１５および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構１６を備えている。吸気通路２には、前述したように負圧制御弁４が設けられているが、この負圧制御弁４は、吸気通路２内に、ブローバイガスの処理などのために必要な僅かな負圧を発生させる目的で設けられており、吸入空気量の調整は、基本的に、上記第１，第２可変動弁機構１５，１６により吸気弁１３のリフト特性を変更することで行われる。上記第１，第２可変動弁機構１５，１６による吸気弁１３のリフト特性および負圧制御弁４の開度は、コントロールユニット１７によって制御される。

また、燃料噴射弁１８が吸気通路２に配設されており、上記のように吸気弁１３等により調整された吸入空気量に応じた量の燃料が、この燃料噴射弁１８から噴射される。従って、内燃機関１の出力は、第１，第２可変動弁機構１５，１６および負圧制御弁４により吸入空気量を調整することによって制御される。

上記のコントロールユニット１７は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ２１からのアクセル開度信号と、エンジン回転速度センサ２２からの回転速度信号と、吸入空気量センサ２３からの吸入空気量信号と、負圧制御弁４下流の吸気通路２の圧力を検出する圧力センサ２４からの吸気通路圧力信号、等を受け取り、これらの信号に基づいて、目標負圧制御弁開度、燃料噴射量、点火時期、作動角目標値、中心角目標値をそれぞれ演算する。そして、要求の燃料噴射量および点火時期を実現するように燃料噴射弁１８および点火プラグ１９を制御するとともに、作動角目標値および中心角目標値を実現するための制御信号を、第１可変動弁機構１５のアクチュエータおよび第２可変動弁機構１６のアクチュエータへそれぞれ出力し、かつ負圧制御弁４の開度を制御する。なお、上記第１可変動弁機構１５および第２可変動弁機構１６は、その機械的な構成は公知であり、例えば、上述した特許文献２に記載の装置と同様の構成を有している。従って、その詳細な説明は省略する。

次に、上記負圧制御弁４の制御について説明する。上記のように可変動弁機構１５，１６によって吸気量を制御する内燃機関１の場合、スロットル弁によって空気量を制御する一般的な内燃機関と異なり、吸気通路２内の圧力（負圧制御弁４下流側の吸気通路圧力）を、機関の負荷や機関回転数に関係なく自由に設定することが可能である。従って、本発明では、クランクケース８内の圧力よりも低くなるように上記吸気通路圧力を制御し、確実にブローバイガスの換気を行うようにした。

図３は、一例として、上記吸気通路圧力とクランクケース内圧力との圧力差ΔＰの制御目標を示しており、この目標圧力差ΔＰが得られるように、上記負圧制御弁４の開度が制御される。つまり、内燃機関１の負荷および回転数に応じた圧力差ΔＰとなるように、負圧制御弁４の開度制御がなされ、これにより、ブローバイガスの換気を確実に行いつつ、ポンピングロスを最小限のものとすることができる。ここで、この図３の例では、ある負荷Ｌ１以下の領域でのみ、負荷および回転数に応じた圧力差ΔＰの制御を行い、Ｌ１よりも高負荷側の領域では、負圧制御弁４による負圧制御は行わない。Ｌ１よりも高負荷側の領域では、クランクケース８内の圧力が高くなるため、負圧制御弁４によらずに、吸気通路圧力とクランクケース内圧力との圧力差が、十分に大きく得られる。

なお、燃費など他の条件を優先させたい場合には、ブローバイガスの換気に問題がない限られた時間内で、ブローバイガス処理に必要な圧力差よりも小さな圧力差ΔＰとなるように負圧制御弁４を制御することも可能である。

また、ポンピングロス低減よりも吸気通路２に負圧を発生させる負圧制御弁４の簡素化を優先させるために、細かな制御は行わずに、圧力差ΔＰが運転条件に拘わらずに略一定となるようにすることも可能である。例えば、負圧制御弁４を、その下流の負圧が、吸入空気量による圧力で一義的に決まるようなオリフィス構造とする、などが考えられる。図４は、この場合の負圧の特性の一例を示す。このように略一定の圧力差ΔＰとすると、必要以上の圧力差が発生する運転条件もあるが、負圧制御弁４の簡素化が図れ、そのコスト低減が可能である。

また、種々の条件によっては、負圧制御弁４による圧力差ΔＰの制御を停止することもある。例えば、上述した高負荷領域などのように、吸気通路圧力を制御しなくてもブローバイガスの換気のための圧力差ΔＰを確保できる場合には、ブローバイガスの換気のための負圧制御は行なわない。これによりポンピングロスが発生しない。

一方、ブレーキブースタ用の負圧が必要な場合には、図３に示したような特性の制御を行なわずに、ブレーキブースタに必要な大きな負圧を発生させる。また、ブローバイガス量に適合した負圧では蒸発燃料処理装置のエバポレータからのパージガスを処理できない場合にも、このパージガスの処理に必要な目標負圧に設定する。排気還流装置についても同様であり、ブローバイガス量に適合した負圧では所望の排気還流量を得られない場合には、排気還流を優先した目標設定とする。ただし、いずれの場合にも、ポンピングロス低減のために、吸気通路２内の負圧を必要最小限にすることが望ましい。

なお、クランクケース８内の圧力は、圧力センサを設けて直接に検出することができるほか、内燃機関１の負荷および回転数から推定することも可能である。つまり、内燃機関１の負荷および回転数とクランクケース内圧力との相関関係をデータマップ等として保持することで、そのときの負荷および回転数に対応したクランクケース内圧力を推定することができる。勿論、上記の圧力差ΔＰそのものを直接に検出するようにしてもよい。

この発明に係るブローバイガス処理装置の構成を示す構成説明図。この実施例の内燃機関のシステム構成図。機関運転条件に応じた圧力差ΔＰの目標値を示した特性図。オリフィス構造とした負圧制御弁による負圧の特性の一例を示す特性図。

符号の説明

２…吸気通路
４…負圧制御弁
６…新気通路
１０…ブローバイガス通路
１３…吸気弁
１５…第１可変動弁機構
１６…第２可変動弁機構

Claims

吸気弁のリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備え、この可変動弁機構により実現される吸気弁のリフト特性によって吸気量の制御が可能な内燃機関において、
吸気弁上流の吸気通路に設けられた負圧制御弁と、この負圧制御弁の下流側とクランクケース内とを連通するブローバイガス通路と、負圧制御弁の上流側から上記クランクケース内へ新気を導入するように設けられた新気通路と、を備え、上記負圧制御弁により、該負圧制御弁の下流側の吸気通路圧力が上記クランクケース内の圧力よりも低くなるようにし、かつ、上記吸気通路圧力と上記クランクケース内圧力との圧力差が略一定となるように上記負圧制御弁を構成したことを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
吸気弁のリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を備え、この可変動弁機構により実現される吸気弁のリフト特性によって吸気量の制御が可能な内燃機関において、
吸気弁上流の吸気通路に設けられた負圧制御弁と、この負圧制御弁の下流側とクランクケース内とを連通するブローバイガス通路と、負圧制御弁の上流側から上記クランクケース内へ新気を導入するように設けられた新気通路と、を備え、上記負圧制御弁により、該負圧制御弁の下流側の吸気通路圧力が上記クランクケース内の圧力よりも低くなるようにし、かつ、上記吸気通路圧力と上記クランクケース内圧力との圧力差が、内燃機関の負荷および回転数に応じた値となるように上記負圧制御弁を制御することを特徴とする内燃機関のブローバイガス処理装置。
上記クランクケース内圧力を検出する圧力検出手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
上記クランクケース内圧力を内燃機関の負荷および回転数から推定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
特定の運転条件においては上記クランクケース内圧力に関連した吸気通路圧力の制御を行わないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
車両のブレーキブースタに必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
車両の蒸発燃料処理装置のパージガスの処理に必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。
排気還流装置による還流排気の導入に必要な負圧の生成を優先して上記負圧制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のブローバイガス処理装置。