JP4508133B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関で発生するブローバイガスの還元を制御する制御装置に関する。

従来の内燃機関としては、内燃機関で発生するブローバイガスを大気中に放出すると大気汚染の原因となるため、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元装置が設けられているものが知られている。このブローバイガス還元装置は、クランク室と吸気管とを結ぶブローバイガス通路を通じてクランク室内にあるブローバイガスを吸気管に通し、吸気管に通したブローバイガスを新たな混合気と共に燃焼室で再度燃焼させるようになっている。

また、従来の内燃機関は、可変圧縮機構を具備し、内燃機関の圧縮比を高く変更することで、高い出力を発生させたり内燃機関のノッキングを防止するものがあり、可変圧縮機構を具備した内燃機関の制御装置としては、圧縮比の変更に伴うブローバイガスの発生状況に応じて内燃機関の空燃比を補正するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−０７６６９５号公報

しかしながら、上述した従来の内燃機関の制御装置では、可変圧縮機構で圧縮比を高く変更したり、燃焼室にカーボンが堆積する等の要因で圧縮比が高くなっていると、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるため、内燃機関の動作を潤滑にするためのエンジンオイルが劣化してしまうという課題が残されていた。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、クランク室内のブローバイガスを吸気管に流入させるブローバイガス還元装置を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の圧縮比の増加に応じて増加するまたは減少しない流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御する構成を有している。
この構成により、圧縮比の増加に応じて増加する流量で、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記圧縮比が所定の範囲にある場合、前記所定の範囲に応じた一定の流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御する構成を有している。
この構成により、圧縮比が増加して圧縮比が所定の範囲にある場合、所定の範囲に応じて増加する一定の流量で、ブローバイガスを吸気管に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

また、前記内燃機関には、コンロッドの屈曲を変位させて圧縮比を可変にする可変圧縮機構が設けられており、本発明の内燃機関の制御装置は、前記可変圧縮機構によって調節された圧縮比に応じた流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御する構成を有している。
この構成により、可変圧縮機構によって調節された圧縮比が増加した場合、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

また、内燃機関には、吸気バルブまたは排気バルブのうち少なくとも１つを変動させて圧縮比を可変にする可変動弁機構が設けられており、本発明の内燃機関の制御装置は、前記可変動弁機構によって調節された圧縮比に応じた流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御する構成を有している。
この構成により、可変動弁によって調節された圧縮比が増加した場合、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

以上のように本発明は、内燃機関の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置について、図面を参照して説明する。
（本発明の第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の断面図およびその制御装置の構成図である。

図１に示した内燃機関１は、シリンダを構成するシリンダブロック２およびシリンダヘッド３と、エンジンオイルを蓄えるオイルパン４とを備えている。なお、図１にはシリンダを１つ図示しているが、内燃機関１にはシリンダが複数有していてもよい。

シリンダ内には、ピストン５が往復運動するように設けられており、ピストン５の頂面と、シリンダの内周壁面およびシリンダヘッド３の下面とによって囲まれた燃焼室６が形成されている。

燃焼室６の上部には、吸気バルブ１１および排気バルブ１２があり、吸気バルブ１１が開いたとき、吸気管２１から流入する空気とインジェクタ７から供給される燃料との混合気が燃焼室６に供給される。また、混合気が燃焼室６に供給されたとき、混合気が点火プラグ８の着火により燃焼室６内で燃焼される。燃焼室６内で混合気の燃焼により発生する排気ガスは、排気バルブ１２が開いたとき排気管２４に排出される。

また、内燃機関１は、可変バルブタイミング装置３０およびブローバイガス還元装置４０を備えており、制御装置１０によって制御されるようになっている。以下、可変バルブタイミング装置３０、ブローバイガス還元装置４０、および制御装置１０について詳細に説明する。

可変動弁機構として機能する可変バルブタイミング装置３０は、吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングを変更できるようになっている。例えば図２には、可変バルブタイミング装置３０が吸気バルブ１１の閉時期を変更することを示している。

可変バルブタイミング装置３０の機構は、ＶＶＴ−ｉ（Variable Valve Timing-intelligent）と呼ばれており、吸気および排気の効率を向上させ、出力およびトルクを高めることができる。なお、本発明の実施の形態では、可変バルブタイミング装置３０が、吸気カムシャフト１３側に設けられるベーン型アクチュエータ３１と、ベーン型アクチュエータ３１を制御する油圧コントローラ３２とを備えて構成されるように例示している。

また、可変バルブタイミング装置３０が、制御装置１０から出力される制御信号に応じて、吸気バルブ１１や排気バルブ１２のバルブタイミングを遅角や進角させることにより圧縮比を調節することができるようになっている。ここで、可変バルブタイミング装置３０のバルブ・タイミング・ダイヤグラムの一例を図７に示す。

例えば、吸気バルブを閉じるときのタイミングを遅角するアトキンソン手法のように、可変バルブタイミング装置３０は、吸気バルブ１１の閉弁タイミングがピストン５の下死点（Bottom Dead Center）を超えて遅角（図７中での時計回転方向への移行）すると、圧縮行程で圧縮する際、吸気バルブ１１が閉じてからの燃焼室６の容積比が小さくなり、圧縮比が低下する。また、可変バルブタイミング装置３０が、遅角させたバルブタイミングを進角すれば、低下した圧縮比が高まる。

また、可変バルブタイミング装置３０は、図７で示したバルブオーバーラップの期間を変更することで圧縮比を調節するようにしてもよいし、可変バルブタイミング装置３０は、バルブタイミングで圧縮比を調節することの他に、バルブリフトを可変にすることやバルブの作用角を可変にすることで圧縮比を調節してもよい。

ブローバイガス還元装置４０は、シリンダブロック２およびオイルパン４で形成されるクランク室１５と吸気管２１とを結ぶブローバイガス通路４１を通じて、クランク室１５内に流れ込んだブローバイガスを吸気管２１に通し、吸気管２１に通したブローバイガスを新たな混合気と共に燃焼室６で再度燃焼させるようになっている。

なお、図１に示したブローバイガス通路４１は、吸気管２１に設けられたスロットルバルブ２３よりも、吸気管２１を通して流れる空気の方向に対し下流側で吸気管２１と結ばれており、ブローバイガス通路４１と吸気管２１とを結合する付近にＰＣＶバルブ４２が設けられている。

ＰＣＶバルブ４２は、例えば、図示していない弁体をデューティソレノイドまたはステップモータで駆動する電磁弁として構成してもよく、弁が開いているときブローバイガスを吸気管２１に通すようになっている。また、ＰＣＶバルブ４２は、制御装置１０からの信号に応じて弁の開閉度合を調節するようになっている。

ここで、ＰＣＶバルブ４２の一例を図３に示す。図３に示したように、ＰＣＶバルブ４２のボディ４２Ａには、弁４２Ｂが配設されており、弁４２Ｂの位置に応じてブロ−バイガス通路４２Ｃの通流面積すなわち開度を可変にするように構成されている。

ＰＣＶバルブ４２には、弁４２Ｂを駆動する駆動部４２Ｄが取り付けられており、制御装置１０は、電気信号で駆動部４２Ｄを駆動して弁４２Ｂの位置を変更することにより、ブロ−バイガス通路４２Ｃの通流面積を縮小してブロ−バイガスの流量を減少させたり、ブロ−バイガス通路４２Ｃの通流面積を拡大してブロ−バイガスの流量を増加させたりすることができる。

制御装置１０は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）で構成されており、公知であるように、双方向性バスによって相互に制御装置１０と接続されたＣＰＵ等の中央処理制御装置、ＲＯＭ等のプログラムメモリ、および、ＲＡＭ等のデータメモリを備えて構成されている。

制御装置１０は、各種のセンサから出力される出力信号に基づいて、プログラムメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理を行い、内燃機関１の運転に関する動作制御を行うようになっている。

なお、各種のセンサとしては、例えば、クランク角センサ１６、吸気センサ１７、カム角センサ１８等のセンサがある。

クランク角センサ１６は、吸気カムシャフト１３および排気カムシャフト１４の回転に基づいてクランクシャフトの回転角度を表すクランク角を検知すると共に、内燃機関１の回転数を算出することできる。

吸気センサ１７は、空気が燃焼室６に吸入される量を検出し、検出したときの空気吸入量を表す信号を制御装置１０に出力するようになっている。

カム角センサ１８は、例えば、吸気カムシャフト１３側に設けられており、クランクシャフトが２回転する毎（７２０°ＣＡ毎）に、つまり内燃機関１のサイクル１周期毎に１回、電圧パルスを出力するようになっている。

なお、制御装置１０は、例えば、内燃機関１の回転数、燃焼室６内の最大空気収容量に対する実際の空気吸入量の割合となる負荷率、吸気バルブ１１や排気バルブ１２のタイミングなどを含む圧縮比に関する情報に基づいて、圧縮比を推定して算出するようになっている。なお、内燃機関１に圧縮比センサを設け、圧縮比センサが圧縮比を検出して制御装置１０に通知するように構成するようにしてもよい。

以上のように構成された本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の動作の一例について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御装置１０は、内燃機関１が始動したときなどにブローバイガス還元装置４０のＰＣＶバルブ４２の開度を一定にしてブローバイガスを所定の流量で吸気管２１に流入させる（ステップＳ１）。

次に、可変バルブタイミング装置３０によって調節される圧縮比が変更された場合、制御装置１０は、変更後の圧縮比が増加したか否かを判定する（ステップＳ２）。圧縮比が増加していた場合、制御装置１０は、ブローバイガス還元装置４０にブローバイガスを現在の流量よりも多く流入させるよう制御する。詳細には、制御装置１０は、ＰＣＶバルブ４２の開度をさらに開けて、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管２１に流入させる（ステップＳ３）。

なお、ステップＳ３の動作では、圧縮比の値に対応してブローバイガスの流量を決定するための対応情報が予めメモリに記憶されており、制御装置１０がこの対応情報に基づいてブローバイガスの流量を制御するようにしてもよい。

対応情報の例としては、図５（Ａ）に示すように、圧縮比とブローバイガスの流量とが比例する関係を表すものがある。なお、圧縮比とブローバイガスの流量との関係は、比例に限定されず、圧縮比が増加する毎にブローバイガスの流量が増加するものでもよい。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、圧縮比が所定値Ａよりも大きい範囲にある場合、ブローバイガスの流量を、所定値Ａ以下の範囲に対応するブローバイガスの流量から増加することを表すものでもよい。なお、圧縮比の範囲は多数あってもよく、それぞれの範囲に応じた一定の流量を階段状のように増加するものでもよい。

一方、圧縮比が減少していた場合、制御装置１０は、図５に示した対応情報などに従ってブローバイガスの流量を現在の流量より減少または維持させるよう制御する（ステップＳ４）。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、可変動弁として機能する可変バルブタイミング装置３０によって調節された圧縮比が増加した場合、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管２１に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関１の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

なお、本発明においては、可変バルブタイミング装置３０が圧縮比を変更する形態に限定されない。なんらかの要因で圧縮比が変化した場合、ステップＳ２で、制御装置１０は、各センサから出力された圧縮比に関する情報に基づいて圧縮比を定期的に算出し、算出した圧縮比が以前と比較して増加したか否かを判定し、増加した場合の圧縮比に応じた流量で、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管２１に流入させるようブローバイガス還元装置４０を制御するようにしてもよい。

（本発明の第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置について説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の断面図およびその制御装置の構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関は、図１で説明したものに加えて、可変圧縮機構５０を備えている。

可変圧縮機構５０は、コンロッド５１の屈曲を変位させ、変位させた屈曲程度に応じてピストン５の上死点位置と下死点位置との間の長さが変わり、圧縮比を可変にすることができる。また、可変圧縮機構５０は、制御装置１０からの信号に応じて圧縮比を調節するようになっている。

以上のように構成された本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の動作の一例について、図面を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の動作は、図４で説明したものと同様であるが、ステップＳ２の判定動作を次のようにする。

ステップＳ２で可変圧縮機構５０によって調節される圧縮比が変更された場合、制御装置１０は、変更後の圧縮比が増加したか否かを判定し、増加した場合の圧縮比に応じた流量で、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管２１に流入させるようブローバイガス還元装置４０を制御する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、可変圧縮機構５０によって調節された圧縮比が増加した場合、ブローバイガスを現在の流量よりも多く吸気管２１に流入させて還元することにより、ブローバイガスに含まれる窒素酸化物の濃度が高くなるのを抑止できるため、内燃機関１の圧縮比が高い状況でもエンジンオイルの劣化を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置の構成図 本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミングを説明するための図 ＰＣＶバルブの構成を示した説明図 本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャート 圧縮比の値に対応したブローバイガスの流量の関係を表す図 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置の構成図 バルブ・タイミング・ダイヤグラムの一例を示す図

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ オイルパン
５ ピストン
６ 燃焼室
７ インジェクタ
８ 点火プラグ
１０ 制御装置
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１３ 吸気カムシャフト
１４ 排気カムシャフト
１５ クランク室
１６ クランク角センサ
１７ 吸気センサ
１８ カム角センサ
２１ 吸気管
２３ スロットルバルブ
２４ 排気管
３０ 可変バルブタイミング装置
３１ ベーン型アクチュエータ
３２ 油圧コントローラ
４０ ブローバイガス還元装置
４１ ブローバイガス通路
４２ ＰＣＶバルブ
５０ 可変圧縮機構
５１ コンロッド

Claims (5)

1. クランク室内のブローバイガスを吸気管に流入させるブローバイガス還元装置を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の圧縮比の増加に応じて増加するまたは減少しない流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記圧縮比が所定の範囲にある場合、前記所定の範囲に応じた一定の流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関には、コンロッドの屈曲を変位させて圧縮比を可変にする可変圧縮機構が設けられており、
   前記可変圧縮機構によって調節された圧縮比に応じた流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関には、吸気バルブまたは排気バルブのうち少なくとも１つを変動させて圧縮比を可変にする可変動弁機構が設けられており、
   前記可変動弁機構によって調節された圧縮比に応じた流量で前記ブローバイガスを前記吸気管に流入させるよう前記ブローバイガス還元装置を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ブローバイガス還元装置には、開度制御可能なバルブが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の内燃機関の制御装置。
   

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