JP5760474B2

JP5760474B2 - 過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置

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Publication number: JP5760474B2
Application number: JP2011026995A
Authority: JP
Inventors: 高志臼田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012167557A

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガス還流装置に関する。

内燃機関のブローバイガス還流装置として、クランクケース内圧とコレクタタンク内圧との差圧を利用して、クランクケース内に蓄積したブローバイガスをコレクタタンクに還流させるＰＣＶ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＣｒａｎｋｃａｓｅＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）システムが知られている。

一般的なＰＣＶシステムを過給機付き内燃機関に適用すると、高過給圧時にコレクタタンク内圧がクランクケース内圧より高くなって、ブローバイガスを還流させることが困難になる場合がある。しかし、従来の過給機付き内燃機関では、ブローバイガスの還流が困難になる程度まで過給圧が上昇する機会は少なく、低過給域または自然吸気領域での走行中に還流させれば十分であった。

ところで、近年、環境性能等の要請から、一般的にそのクラスの車両に搭載される内燃機関よりも小排気量の内燃機関を搭載し、小排気量化による出力不足を過給機により補う車両が増加している。このような車両では、高負荷状態、つまり過給域で運転する機会が増加するため、ブローバイガスの還流が困難になる機会も多くなり、クランクケース内に蓄積されるブローバイガス量が増大してしまうという問題がある。

そこで、高過給圧時にブローバイガスを過給機の上流側に還流させる流路と、この流路に介装したポンプとを備え、ポンプによりブローバイガスの還流を促進させるシステムが特許文献１に開示されている。

特開２００９−１７４３３４号公報

しかしながら、特許文献１のシステムでは、ブローバイガスを還流させるためのポンプを追加することになり、システムの複雑化やコストの増大を招くことになる。

そこで、本発明では、過給機付き内燃機関の過給域においても、システムの複雑化やコストの増大を招くことなく、ブローバイガスを吸気側に還流させ得るブローバイ還流装置を提供することを目的とする。

本発明の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置は、燃焼室からブローバイガスが吹き抜けるクランクケースとスロットルバルブの下流の吸気通路とを連通するブローバイガス還流通路を備える。また、スロットルバルブの上流かつ過給機の下流の吸気通路とクランクケース内とを連通する第１新気導入通路と、過給機の上流の吸気通路とクランクケースとを連通する第２新気導入通路を備える。さらに、第１新気導入通路または第２新気導入通路のいずれをクランクケース内と連通させるかを切り替える切替バルブと、運転者のアクセル操作量を検出するアクセル開度検出手段と、スロットルバルブの上下流の差圧を検出するスロットルバルブ上下流差圧検出手段を備える。そして、過給域であって、定常状態、かつアクセル開度が全開未満、かつスロットルバルブ上下流差圧が所定値以上の場合には、切替バルブは第１新気導入通路をクランクケース内と連通させる。

本発明によれば、過給域であっても、定常状態かつアクセル開度が全開未満であってスロットルの上下流に圧力差があれば、第１新気導入通路からクランクケース内に新気を導入し、ブローバイガス還流通路を介してブローバイガスをスロットルバルブ下流の吸気通路へ還流させることができる。すなわち、ポンプ等を用いることなく、スロットルバルブの上下流の圧力差を利用してブローバイガスを還流させるので、システムの複雑化やコスト増大を招くことなく、過給域でもブローバイガスを還流させることができる。

第１実施形態を適用するシステムの構成図である。ＥＣＵが実行する、第１実施形態に係る経路切替制御ルーチンを示すフローチャートである。第１実施形態に係る経路切替制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。第１実施形態の非過給域におけるブローバイガスの流れを示す図である。第１実施形態の過給域におけるブローバイガスの流れの一例を示す図である。第１実施形態の過給域におけるブローバイガスの流れの他の例を示す図である。第２実施形態を適用するシステムの構成図である。電磁クラッチの締結、解放領域を示すマップである。ＥＣＵが実行する、スロットルバルブとバイパスバルブの開度制御ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵが実行する、スロットルバルブとバイパスバルブの開度制御中に実行するサブルーチンを示すフローチャートである。バイパスバルブ開度−コレクタ圧特性マップである。バイパスバルブの開度を固定した場合のスロットルバルブ開度とコレクタ圧との関係を示す図である。ＥＣＵが実行する、第２実施形態に係る経路切替制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。ＥＣＵが実行する、第２実施形態に係る経路切替制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。ＥＣＵが実行する、第２実施形態に係る経路切替制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。ＥＣＵが実行する、第２実施形態に係る経路切替制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。第２実施形態に係る経路切替制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。第２実施形態の非過給域におけるブローバイガスの流れの一例を示す図である。第２実施形態の非過給域におけるブローバイガスの流れの他の例を示す図である。第２実施形態の過給域におけるブローバイガスの流れの一例を示す図である。第２実施形態の過給域におけるブローバイガスの流れの他の例を示す図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第1実施形態を適用するシステムの概略構成図である。

内燃機関１は排気エネルギにより駆動するターボ式過給機２を備える。内燃機関１の吸気通路７には、吸気流れの上流側から順に、吸入空気量を計測するエアフローメータ３、ターボ式過給機２のコンプレッサ２ａ、加圧され高温になった吸入空気を冷却するインタークーラ４、吸入空気量を調整する電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」という）６が備えられる。吸気通路７はスロットルバルブ６の下流側でコレクタタンク５に接続されている。コレクタタンク５は各気筒の吸気ポートに連通するブランチ８を備える。

吸気通路７のコンプレッサ２ａより上流側には第１経路２１が、同じくコンプレッサ２ａとスロットルバルブ６の間には第２経路２２が、それぞれ接続されており、第１経路２１と第２経路２２は、経路切替弁２０を介して連結されている。経路切替弁２０は三方弁であり、第３経路ｒ２３も接続されている。第３経路２３は内燃機関１のロッカカバー１ａに接続されている。

ロッカカバー１ａには、ブランチ８と連通し、内燃機関１の内部が負圧になったときに開弁するＰＣＶバルブ２５を備える第４経路２４も接続されている。

なお、第４経路２４を、ブランチ８ではなくコレクタタンク５と連通するようにしてもよい。また、内燃機関１の内部のうち、ピストンの下面にシリンダブロックおよびオイルパン１ｄで画成される空間をクランクケース１ｅ、ロッカカバー１ａとシリンダヘッド１ｂの上面で画成される空間をロッカカバー内部１ｇと呼ぶこととする。クランクケース１ｅは、シリンダブロック１ｃおよびシリンダヘッド１ｂに設けた連通路を介して連通している。したがって、クランクケース１ｅが負圧になると、ロッカカバー内部１ｇも負圧になり、ＰＣＶバルブ２５が開弁する。

吸気通路７の第２経路２２接続部とスロットルバルブ６との間には圧力センサ３１が、コレクタタンクには圧力センサ３０が、それぞれ設けられている。

内燃機関１の排気通路９には、排気流れの上流側から順に、ターボ式過給機２のタービン２ｂ、排気浄化用の触媒１０、１１、消音のためのマフラー１２が備えられる。

圧力センサ３０、３１の検出信号、およびエアフローメータ３の検出信号等はエンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４０に読み込まれる。なお、ＥＣＵ４０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ４０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

また、ＥＣＵ４０は、圧力センサ３０、３１等の検出信号の他、運転者のアクセルペダル操作量を検出するアクセル開度センサ３４、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ３５の検出信号も読み込み、これらの信号に基づいて、一般的な内燃機関と同様の燃料噴射量、点火時期、およびスロットルバルブ６の開度等の制御の他、ブローバイガス還流のために、後述する経路切替弁２０の切り替え制御等を実行する。

図２は、ＥＣＵ４０が実行する、ブローバイガス還流のための経路切替弁２０の切り替え制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関１の運転状態に応じて流路切替弁２０を制御することで、第１経路２１または第２経路２２のいずれかを第３経路２３と連通させるものである。なお、本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。以下、ステップに沿って説明する。

ステップＳ１０００で、ＥＣＵ４０は現在の運転領域が過給域か否かを判定する。例えば、圧力センサ３０により検出したコレクタ圧Ｐｃｏｌと大気圧を比較し、コレクタ圧が大気圧を超えていたら過給域と判定する。判定の結果、過給域であればステップＳ１０１０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１０９０の処理を実行する。

ステップＳ１０１０で、ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ３４の検出値に基づいてアクセル全開判定フラグｆＪＡＰＯＦＵＬＬをセットする。具体的には、アクセル開度が全開の場合にはｆＪＡＰＯＦＵＬＬ＝１、そうでない場合はｆＪＡＰＯＦＵＬＬ＝０にセットする。

ステップＳ１０２０で、ＥＣＵ４０はアクセル開度が全開ではない、または、圧力センサ３１の検出値であるスロットル上流圧Ｐｔｈとコレクタ圧Ｐｃｏｌの圧力差（以下、スロットル前後差圧という）が判定用スロットル前後差圧Ｐｓ以上である、の少なくともいずれかが成立しているか否かを判定する。いずれかが成立している場合はステップＳ１０３０の処理を実行し、いずれも成立していない場合はステップＳ１０９０の処理を実行する。なお、スロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓ以上の場合には、スロットル前後差圧成立フラグｆＰｓを１に設定する。

アクセル開度についてはアクセル全開フラグｆＪＡＰＯＦＵＬＬに基づいて判定することができる。判定用スロットル前後差圧Ｐｓは予め設定した値であり、第２経路２２と第３経路２３が連通している場合に、ＰＣＶバルブ２５が開弁するときの圧力差を下限値とする。

ステップＳ１０３０で、ＥＣＵ４０はアクセル開度の変化量に基づいて、定常運転状態か過渡運転状態を判定する。定常運転状態の場合には定常状態判定フラグｆＴＥＩＪＹＯを１、過渡状態判定フラグｆＫＡＴＯを０に設定し、過渡運転状態の場合には定常状態判定フラグｆＴＥＩＪＹＯを０、過渡状態判定フラグｆＫＡＴＯを１に設定する。

ステップＳ１０４０で、ＥＣＵ４０は定常状態判定フラグｆＴＥＩＪＹＯが１か否か、つまり定常運転状態か否かを判定し、定常運転状態の場合にはステップＳ１０５０の処理を実行し、過渡運転状態の場合にはステップＳ１０９０の処理を実行する。

ステップＳ１０５０で、ＥＣＵ４０は第１経路２１から第２経路２２へ切り替える経路１→２切替フラグｆＲ１ＴＯ２を１に設定する。

ステップＳ１０６０で、ＥＣＵ４０は、過渡状態判定フラグｆＫＡＴＯがゼロであること、アクセル全開判定フラグｆＪＡＰＯＦＵＬＬがゼロであること、スロットル上流圧Ｐｔｈとコレクタ圧Ｐｃｏｌの圧力差が判定用スロットル前後差圧Ｐｓ以上であること、という３つの条件が成立するか否かを判定する。３つの条件が成立する場合はステップＳ１０７０の処理を実行し、１つでも成立しない場合はステップＳ１０９０の処理を実行する。

ステップＳ１０７０で、ＥＣＵ４０は第２経路２２から第１経路２１へ切り替える経路２→１切替フラグｆＲ２ＴＯ１を０に設定する。

ステップＳ１０８０で、ＥＣＵ４０は、第２経路２２と第３経路２３が連通するように経路切替弁２０を制御する。

ステップＳ１０９０で、ＥＣＵ４０は経路１→２切替フラグｆＲ１ＴＯ２を０、経路２→１切替フラグｆＲ２ＴＯ１フラグを１に設定する。

ステップＳ１１００で、ＥＣＵ４０は第１経路２１と第３経路２３が連通するように経路切替弁２０を制御する。

図３は、本制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。なお、ｔ２からｔ８までのスロットル前後差圧は、判定用スロットル前後差圧Ｐｓより大きいものとする。

ｔ１からｔ２までは、アクセル開度が増減するが、コレクタ圧が大気圧以下の自然吸気領域なので、図２のステップＳ１０００の後、ステップＳ１１００、ステップＳ１１１０へと進み、第１経路２１が選択される。

ｔ２からｔ３までは過給域に入っており、アクセル開度が全開ではないので、図２のステップＳ１０４０の処理を実行するが、アクセル開度が変化し続けている、つまり過渡状態なので、ステップＳ１１００、ステップＳ１１１０へと進み、第１経路２１が選択される。

ｔ３からｔ４までは、いったん自然吸気領域に戻った後で過給域に入るので、ステップＳ１０００またはステップＳ１０４０の判定の結果、ステップＳ１１００、ステップＳ１１１０へと進み第１経路２１が選択される。

ｔ４からｔ５までは、過給域であり、かつアクセル開度が全開ではなく、かつ定常状態、かつスロットル前後差圧が所定値より大きいので、ステップＳ１０８０、ステップＳ１０９０へと進み、第２経路２２が選択される。

ｔ５からｔ６は、過渡状態になるので、ステップＳ１１００、ステップＳ１１１０へと進み、第１経路２１が選択される。

ｔ６からｔ７では、ｔ４からｔ５と同様に第２経路２２が選択される。

ｔ７からｔ８は過渡状態になるので、ｔ５からｔ６までと同様に第１経路２１が選択される。

ｔ８以降は、アクセル開度が全開、かつスロットル前後差圧がなくなるので、ステップＳ１０２０の後ステップＳ１１００、ステップＳ１１１０へと進み、第１経路２１が選択される。

上述した制御ルーチンによれば、非過給域では第１経路２１と第３経路２３が連通し、新気およびブローバイガスは図４に示すように流れる。すなわち、コレクタタンク５の負圧に引かれて内燃機関１の内部も負圧になるので、第１経路２１および第３経路２３を介してクランクケース１ｅに新気が導入され、これによりクランクケース１ｅ内は換気され、ブローバイガスは第４経路２４を介してコレクタタンク５下流のブランチ８に入る。

過給域であっても、スロットルバルブ６が全開の場合、スロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓより小さい場合、または過渡運転状態の場合には、第１経路２１と第３経路２３が連通し、ブローバイバスは図５に示すように流れる。すなわち、コレクタタンク５の負圧がなくなることでＰＣＶバルブ２５が閉じるので、ブローバイガスはクランクケース１ｅから第３経路２３、第１経路２１へと逆流し、吸気通路７へ還流する。このようにすれば、例えばスロットルバルブ６が全開の場合にもクランクケース１ｅの内圧が過剰に上昇することを防止できる。なお、スロットルバルブ６の開度は、アクセルペダル開度に比例するものとする。

一方、定常運転状態、かつアクセル開度が全開未満、かつスロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓ以上の場合には、第２経路２２と第３経路が連通し、新気およびブローバイガスは図６に示すように流れる。すなわち、スロットル前後差圧があることでスロットルバルブ６の上流側から第２経路２２を介してクランクケース１ｅに新気が導入され、非過給時と同様に新気によってクランクケース１ｅ内が換気され、ブローバイガスはブランチ８に入る。

なお、過渡運転状態であっても、スロットル前後差圧があれば第２経路２２と第３経路２３を連通させてブローバイガスをブランチ８に還流させることはできるが、吸気の一部が換気に使われることになるので、図５の場合に比べると加速性能が低下する。このため本実施形態では、過渡運転状態の場合には第１経路２１と第３経路２３を連通させている。

ただし、過渡運転状態であっても、アクセル開度変化量が比較的小さい場合、つまり運転者が急激な加速を要求していない場合には、第２経路２２と第３経路２３を連通させるようにしてもかまわない。

以上のように、本実施形態では次の効果が得られる。

（１）スロットルバルブ６の上流かつ過給機２の下流の吸気通路７とクランクケース１ｅを連通する第２経路２２および第３経路２３を備え、過給域であっても、定常運転状態、かつアクセル開度が全開未満、かつスロットル前後差圧が所定値以上の場合に、第２経路２２と第３経路２３が連通する。これにより、過給域においても、コンプレッサ２ａとスロットルバルブ６の間の吸気通路７からクランクケース１ｅに新気を導入して、ブローバイガスをブランチ８に還流させることができる。

（２）コンプレッサ２ａの上流の吸気通路７とクランクケース１ｅとを連通する第２経路２２および第３経路２３を備えるので、クランクケース内圧が高まったときには第１経路２１から吸気通路７へブローバイガスを還流することができる。これにより、クランクケース内圧の過剰な上昇を抑制できる。一方、非過給時には第１経路２１から新気を導入してブローバイガスをブランチ８に還流させることができる。

（３）第１経路２１と第２経路２２は合流して第３経路２３となり、合流部には切替バルブ２０を備えるので、クランクケース１ｅ内の換気、燃費性能、または過渡トルク応答性能の要求に応じて新気導入通路を容易に切り替えることができる。

（４）非過給時には、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３を連通させる。すなわち、コンプレッサ２ａを通過した新気がすべて筒内に供給される経路にする。したがって、その後に加速要求があった場合に経路を切り替える必要がない。

（５）過渡運転時またはアクセル全開運転時には、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３を連通させる。このようにすると、コンプレッサ２ａを通過した新気はすべて筒内に供給されるので、第２経路２２と第３経路２３を連通させる場合に比べて加速性能に優れる。
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態を適用するシステムの概略構成図である。

第１実施形態との相違点は、過給機が機械式過給機５０である点、機械式過給機５０を迂回するバイパス通路５２を備える点、バイパス通路５２を流れる吸気量を制御するバイパスバルブ５１を備える点、エアフローメータ３と機械式過給機５０の間に圧力センサ６０を備える点である。

機械式過給機５０は、内燃機関１のクランクシャフト１ｆからの回転の伝達を断接する電磁クラッチ５３を備える。電磁クラッチ５３が締結状態のときは、クランクシャフト１ｆの回転が伝達されて機械式過給機５０も回転して過給し、電磁クラッチ５３が解放状態のときは、クランクシャフト１ｆからの回転の伝達が遮断されて機械式過給機５０は回転せず、過給は行われない。

バイパス通路５２は、機械式過給機５０より上流側かつ第１経路２１との合流部より下流側で吸気通路７から分岐し、機械式過給機５０より下流側かつ第２経路２２との合流部より上流側で合流する。

電磁クラッチ５３の解放、締結の切り換え、スロットルバルブ６の開度制御、バイパスバルブ５１の開度制御、経路切替弁２０の制御等は、クランク角センサ３５、圧力センサ６０、圧力センサ３１、および経路切替弁２０の切り替え制御等の検出信号に基づいて、ＥＣＵ４０によって行われる。

ここで、スロットルバルブ６およびバイパスバルブ５１の開度制御の基本的な考え方について説明する。

図９は、ＥＣＵ４０が実行する、スロットルバルブ６およびバイパスバルブ５１の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ３０００で、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度をクランク角センサ３５の検出値に基づいて算出し、トルクをアクセル開度センサ３４の検出値に基づいて算出し、図８のマップを用いて現在の運転領域が電磁クラッチ５３の締結領域か否かを判定する。図８は、電磁クラッチ５３の締結、解放領域を示すマップである。縦軸は内燃機関１のトルク、横軸はエンジン回転速度であり、図中のＷＯＴトルク線は全負荷トルクを、０［ｋＰａ］トルクは、コレクタ圧Ｐｃｏｌがゼロ［ｋＰａ］のときのトルク特性を、そして斜線を付した領域は電磁クラッチ５３を締結する領域を示している。

締結領域の場合はステップＳ３０１０の処理を実行し、締結領域でない場合は、ステップＳ３０６０でバイパスバルブ５１を全開にし、スロットル開度をアクセル開度に応じて制御する。

ステップＳ３０１０で、ＥＣＵ４０はアクセル開度センサ１８で検出したアクセル開度ＡＰＯから、アクセル全開値に対する現在のアクセル開度の割合（以下、アクセル開度率という）ＡＰＯＲを算出する。

ステップＳ３０２０で、ＥＣＵ４０はドライバ要求トルクＴｒを算出する。具体的には、現在のエンジン回転速度でアクセル開度が全開であるとした場合のトルク（全開トルク）を求め、この全開トルクにアクセル開度率ＡＰＯＲを乗じたものをドライバ要求トルクＴｒとする。

ステップＳ３０３０で、ＥＣＵ４０は圧力センサ３１で検出したスロットル上流圧Ｐｔｈ、現在のスロットル開度及びエンジン回転速度に基づいて、コレクタ圧Ｐｃｏｌを推定する。推定方法としては、例えば、吸気通路７、スロットルバルブ６、コレクタタンク５、及び内燃機関１の仕様ごとに、実験等によりスロットル上流圧Ｐｔｈ、スロットル開度、エンジン回転速度とコレクタ圧Ｐｃｏｌとの関係をマップ化し、これを検索する。

ステップＳ３０４０で、ＥＣＵ４０は、ドライバ要求トルクＴｒをマップ検索等により目標コレクタ圧Ｐｔに換算する。

ステップＳ３０５０で、ＥＣＵ４０は、後述するサブルーチンを実行することにより、目標コレクタ圧Ｐｔとなるようにスロットルバルブ６及びバイパスバルブ５１の開度をフィードバック制御する。

図１０は、ＥＣＵ４０がステップＳ３０５０で実行するサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ４０００で。ＥＣＵ４０は現在のエンジン回転速度に基づいて図１１に示すようなバイパスバルブ開度−コレクタ圧特性マップを選択する。図１１は横軸がバイパスバルブ開度、縦軸がコレクタ圧であり、このようなマップをエンジン回転数ごとに作成しておく。

ステップＳ４０１０で、ＥＣＵ４０は選択した特性マップ上に目標コレクタ圧Ｐｔとなるバイパスバルブ開度があるか否かの判定を行う。可能な場合にはステップＳ４０２０の処理を実行し、不可能な場合にはステップＳ４０４０の処理を実行する。

ステップＳ４０２０で、ＥＣＵ４０はスロットルバルブ６を全開にする。

ステップＳ４０３０で、ＥＣＵ４０はバイパスバルブ５１の開度を目標コレクタ圧Ｐｔとなる開度に制御する。

一方、ステップＳ４０４０で、ＥＣＵ４０はスロットルバルブ６を全開にする。

ステップＳ４０５０で、ＥＣＵ４０は、実現可能な開度のうち、目標コレクタ圧Ｐｔとなる開度よりも大きい側で最も近いバイパスバルブ開度ＢＰＶｈ及びこのときのコレクタ圧Ｐｈと、同じく小さい側で最も近いバイパスバルブ開度ＢＰＶｌおよびこのときのコレクタ圧Ｐｌと、を算出する。

ステップＳ４０６０で、ＥＣＵ４０は、バイパスバルブ５１の開度をＢＰＶｈに固定し、現在のコレクタ圧Ｐｃｏｌが目標コレクタ圧Ｐｔとなるようにスロットルバルブ６の開度を制御する。これは、バイパスバルブ５１では制御できないコレクタ圧Ｐｈ−Ｐｌ間の圧力制御をスロットルバルブ６で行うものである。図１２はバイパスバルブ５１の開度を固定した場合のスロットルバルブ開度とコレクタ圧との関係を示す図である。この図に示すように、スロットルバルブ開度が大きくなるほどスロットルバルブ開度の変化に対するコレクタ圧の変化は鈍くなっている。すなわち、スロットルバルブ開度とコレクタ圧との関係は、図１１に示したバイパスバルブ開度とコレクタ圧との関係とは逆の特性となっている。

ここでは、ステップＳ４０４０でスロットルバルブ開度は全開になっているため、スロットルバルブ全開付近で制御することになる。このため、バイパスバルブ開度の制御では、制御分解能により不可能であったコレクタ圧Ｐｈ−Ｐｌ間の微小範囲の圧力制御が可能となる。

ステップＳ４０７０で、ＥＣＵ４０は、現在のコレクタ圧Ｐｃｏｌがコレクタ圧Ｐｌであるか否かの判定を行い、コレクタ圧Ｐｌの場合はステップＳ４０８０の処理を実行し、コレクタ圧Ｐｌでない場合は本ルーチンを終了する。

ステップＳ４０８０で、ＥＣＵ４０はスロットルバルブ６を全開にし、かつバイパスバルブ５１をＢＰＶｌに制御する。

上記のように、電磁クラッチ５３が解放された状態では、バイパスバルブ５１は全開に制御され、スロットルバルブ６の開度を制御することでトルク制御を行う。

一方、電磁クラッチ５３が締結された状態では、基本的にはスロットルバルブ６を全開にして、バイパスバルブ５１の開度を制御することでトルク制御を行う。

次に、上記のようなシステムにおける、経路切替弁２０の制御ルーチンについて説明する。

図１３、図１４、図１５、図１６は、第２実施形態においてＥＣＵ４０が実行する、ブローバイガス還流のための経路切替弁２０の切り替え制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関１の運転状態に応じて流路切替弁２０を制御することで、第１経路２１または第２経路２２のいずれかを第３経路２３と連通させるものである。なお、本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。以下、ステップに沿って説明する。

ステップＳ２０００で、ＥＣＵ４０は、電磁クラッチ５３が締結されていること、およびコレクタタンク圧が大気圧を超えていること、のいずれもが成立しているか否かを判定する。成立している場合はステップＳ２００１の処理を実行し、成立していない場合は後述するステップＳ２１３０の処理を実行する。

ステップＳ２０１０、Ｓ２０２０は、図２のステップＳ１０１０、Ｓ１０２０と同様なので説明を省略する。なお、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２０の判定結果が肯定的な場合にはステップＳ２０２５の処理を実行し、否定的な場合は後述するステップＳ２１００の処理を実行する。

ステップＳ２０２５で、ＥＣＵ４０は、クランクケース１ｅ内のブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥを推定する。例えば、内燃機関１の各運転状態における単位時間当たりのブローバイガス量を予め実験等により求めてマップ化しておく。そして、このマップを機関運転中に繰り返し検索し、検索結果を積算していけば現在のブローバイガス量を推定することができ、クランクケース１ｅ内のブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥを推定することもできる。

ステップＳ２０３０で、ＥＣＵ４０はアクセル開度に基づいて定常状態か過渡状態かを判定し、定常状態フラグｆＴＥＩＪＹＯ、過渡状態フラグｆＫＡＴＯを設定する。

ステップＳ２０４０で、ＥＣＵ４０は定常状態かつブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥが所定値ＢＢＧＡＳＪＨ以上であるという条件が成立するか否かを判定する。成立する場合はステップＳ２５０の処理を実行し、成立しない場合はステップＳ２０７０の処理を実行する。なお、ここではブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥに基づいて判定しているが、ステップＳ２０２５でブローバイガス量を求めて、ブローバイガス量に基づいて判定するようにしてもよい。

ステップＳ２０５０で、ＥＣＵ４０は図２のステップＳ１０５０と同様に経路切替フラグｆＲ１ＴＯ２を１に設定する。

ステップＳ２０６０で、ＥＣＵ４０は、定常状態、かつアクセル開度が全開未満、かつスロットル前後差圧が所定値Ｐｓ以上、かつクランクケース１ｅ内のブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥが所定値ＢＢＧＡＳＪＬより大、の条件が成立するか否かを判定する。成立する場合はステップＳ２０８０の処理を実行し、成立しない場合はステップＳ２１００の処理を実行する。

ステップＳ２０７０で、ＥＣＵ４０は、定常状態かつブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥが所定値ＢＢＧＡＳＪＬより大きいか否かを判定し、大きい場合はステップＳ２０４０の処理を実行し、そうでない場合は図１５のステップＳ２１００の処理を実行する。

図１４のステップＳ２０８０で、ＥＣＵ４０は経路２→１切替フラグｆＲ２ＴＯ１を０に設定する。

ステップＳ２０９０で、ＥＣＵ４０はバイパスバルブ５１を全閉に制御する。

ステップＳ２０９３で、ＥＣＵ４０は、内燃機関１が運転者の要求に応じたドライバ要求トルクＴｒを発生するようスロットルバルブ６の開度を制御する。

ステップＳ２０９６で、ＥＣＵ４０は、第２経路２２と第３経路２３が連通するよう経路切替弁２０を制御する。

一方、図１３のステップＳ２０２０、Ｓ２０６０の判定結果が否定的な場合に実行する図１５のステップＳ２１００で、ＥＣＵ４０は経路１→２切替フラグｆＲ１ＴＯ２を０、経路２→１切替フラグｆＲ２ＴＯ１を１に設定する。

ステップＳ２１１０で、ＥＣＵ４０は第１経路２１と第３経路２３が連通するように経路切替弁２０を制御する。

ステップＳ２１２０で、ＥＣＵ４０はスロットルバルブ６を全開に制御する。

ステップＳ２１３０で、ＥＣＵ４０は内燃機関１がドライバ要求トルクＴｒを発生するようスロットルバルブ６の開度を制御する。

また、図１３のステップＳ２０００の判定結果が否定的であった場合に実行する図１６のステップＳ２１３０で、ＥＣＵ４０は、経路１→２切替フラグｆＲ１ＴＯ２を０、経路２→１切替フラグｆＲ２ＴＯ１を１に設定する。

ステップＳ２１４０で、ＥＣＵ４０は第１経路２１と第３経路２３が連通するように経路切替弁２０を制御する。

ステップＳ２１６０で、ＥＣＵ４０は、上述した通常のトルク制御を実行する。

図１７は、上記制御を実行した場合のタイムチャートである。なお、ｔ６からｔ７まで、ｔ９からｔ１０まで、のそれぞれのスロットル前後差圧は、判定用スロットル前後差圧Ｐｓより大きいものとする。

ｔ１からｔ２までは、コレクタ圧Ｐｃｏｌが大気圧未満なので、図１３のステップＳ２０００の判定の結果、図１６のステップＳ２１４０以降の処理を実行し、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３が連通するように制御される。

ｔ２からｔ３まではコレクタ圧Ｐｃｏｌが大気圧を超えるが過渡運転状態であり、ｔ３からｔ４まではコレクタ圧Ｐｃｏｌが大気圧未満であり、ｔ４からｔ５までは過渡運転状態であるから、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３が連通する状態のままである。

ｔ５からｔ６までは、定常運転状態であるが、スロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓより小さいため、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３が連通する状態のままである。

ｔ６からｔ７では、定常状態であり、かつアクセル開度が全開未満であり、かつブローバイガス量割合が所定値ＢＢＧＡＳＪＬより大きく、かつスロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓより大きいという条件が成立するので、経路切替弁２０は第２経路２２と第３経路２３が連通する状態に制御される。

ｔ７からｔ８は過渡運転状態なので、経路切替弁２０は再び第１経路２１と第３経路２３が連通する状態に制御される。

ｔ８からｔ９は、定常運転状態であるが、スロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓより小さいため、経路切替弁２０は再び第１経路２１と第３経路２３が連通する状態に制御される。

ｔ９からｔ１０では、ｔ６からｔ７の期間と同様の条件が成立するので、経路切替弁２０は第２経路２２と第３経路２３が連通する状態に制御される。

ｔ１０からｔ１１はスロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓより小さく、ｔ１１からｔ１２は過渡運転状態であり、ｔ１２以降はアクセル開度が全開になるため、いずれの期間も経路切替弁２０は再び第１経路２１と第３経路２３が連通する状態に制御される。

上述した制御ルーチンによれば、非過給域では第１経路２１と第３経路２３が連通し、バイパスバルブ５１は全開に制御されて、トルクの制御はスロットルバルブ６により行われる。これにより、新気およびブローバイガスは図１８に示すように流れる。すなわち、コレクタタンク５の負圧に引かれてクランクケース１ｅ内部も負圧になり、第１経路２１および第３経路２３を介してクランクケース１ｅに新気が導入されてクランクケース１ｅ内が換気され、ブローバイガスは第４経路２４を介してコレクタタンク５下流のブランチ８に入る。そして、コレクタタンク５内の負圧が小さくなると、第４経路２４からコレクタタンク５へのブローバイガスの吸引がされなくなるので、クランクケース１ｅ内圧が上昇したら、図１９に示すようにブローバイガスは第３経路２３及び第１経路２１を介して吸気通路７に還流する。

過給域に入ると、バイパスバルブ５１とスロットルバルブ６は協調制御される。そして、定常状態、かつアクセル開度が全開未満、かつスロットル前後差圧が判定用スロットル前後差圧Ｐｓ以上、かつブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥが所定値ＢＢＧＡＳＪＬより大きい、という条件が成立する場合には経路切替弁２０は第２経路２２と第３経路２３が連通する状態に制御される。このとき、バイパスバルブ５１は全閉に制御され、トルク制御はスロットルバルブ６の開度制御により行われ、ブローバイガスは図２１に示すように流れる。すなわち、トルク制御のためにスロットルバルブ６を中間開度にすることで、スロットル上流圧力Ｐｔｈがコレクタ圧Ｐｃｏｌより高くなり、第２経路２２からクランクケース１ｅに新気が導入する。これにより、クランクケース１ｅ内を換気して、ブローバイガスを第４経路２４からコレクタタンク５へ還流させることができる。

一方、上記条件が成立しない場合は、経路切替弁２０は第１経路２１と第３経路２３が連通する状態に制御される。このとき、バイパスバルブ５１およびスロットルバルブ６は、要求トルクＴｒとなるように協調制御され、ブローバイガスは図２０に示すように流れる。すなわち、ブローバイガスがクランクケース１ｅからコレクタタンク５へ吸引されない状況でクランクケース１ｅ内圧が高まると、ブローバイガスは第１経路２１を介して機械式過給機５０より上流の吸気通路７へ還流される。

ところで、バイパスバルブ５１を全閉にしてスロットルバルブ６でトルク制御を行うと、スロットルバルブ６の前後でポンプロスが生じ、燃費性能が低下する。そこで、トルク制御をスロットルバルブ６で行う条件にブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥが所定量以上であることを含めることによって、ブローバイガスの還流と燃費性能を両立している。

以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果も得られる。

過給域では、基本的にはスロットルバルブ６は全開にし、バイパスバルブ５１によりトルク制御を行うが、ブローバイガス量割合が所定値を超えたら、バイパスバルブ５１を全閉にしてスロットルバルブ６でトルク制御を行う。そして、第２経路２２と第３経路２３を連通させる。

これにより、過給域においてもスロットル上流圧力Ｐｔｈがコレクタ圧Ｐｃｏｌより高い状態を作り出して、第２経路２２から新気を導入してブローバイガスをコレクタタンク５に還流させることができる。また、経路切替およびトルク制御の切り替えの条件にブローバイガス量割合ＢＢＧＡＳＲＡＴＥを含めたので、ブローバイガスの還流によるオイル劣化防止と燃費性能の低下防止を両立できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１内燃機関
２ターボ式過給機
３エアフローメータ
４インタークーラ
５コレクタタンク
６電子制御式スロットルバルブ
７吸気通路
８ブランチ
９排気通路
２０経路切替弁（切替バルブ）
２１第１経路（第２新気導入通路）
２２第２経路（第１新気導入通路）
２３第３経路
２４第４経路（ブローバイガス還流通路）
２５ＰＣＶバルブ
３０圧力センサ
３１圧力センサ
３４アクセル開度センサ
３５クランク角センサ
４０コントロールユニット（ＥＣＵ）
５０機械式過給機
５１バイパスバルブ

Claims

過給機を備える内燃機関の燃焼室からブローバイガスが吹き抜けるクランクケースとスロットルバルブの下流の吸気通路とを連通するブローバイガス還流通路と、
前記スロットルバルブの上流かつ前記過給機の下流の吸気通路と前記クランクケース内とを連通する第１新気導入通路と、
前記過給機の上流の吸気通路と前記クランクケースとを連通する第２新気導入通路と、
前記第１新気導入通路または前記第２新気導入通路のいずれを前記クランクケース内と連通させるかを切り替える切替バルブと、
運転者のアクセル操作量を検出するアクセル開度検出手段と、
前記スロットルバルブの上下流の差圧を検出するスロットルバルブ上下流差圧検出手段と、を備え、
過給域であって、定常状態、かつ前記アクセル開度が全開未満、かつ前記スロットルバルブ上下流差圧が所定値以上の場合には、前記切替バルブは前記第１新気導入通路を前記クランクケース内と連通させる
ことを特徴とする過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。
前記第１新気導入通路および前記第２新気導入通路は前記クランクケース側が合流して一つの通路となっていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。
非過給時には、前記切替バルブは前記第２新気導入通路を前記クランクケース内と連通させる請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。
過渡運転時またはアクセル全開運転時には、前記切替バルブは前記第２新気導入通路を前記クランクケース内と連通させる請求項１から３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。
前記過給機は機械式過給機であって、
前記機械式過給機を迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路の流路を開閉するバイパスバルブと、
前記内燃機関の各運転状態に基づいて現在のブローバイガス量を推定するブローバイガス推定手段と、
前記バイパスバルブと前記スロットルバルブを協調制御して前記内燃機関のトルクを制御するトルク制御手段と、を備え、
前記切り替えバルブが前記第１新気導入通路を前記クランクケース内と連通させる条件に前記ブローバイガス量が予め設定した所定量以上になったことを含む請求項１から４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。
前記スロットルバルブの上流側と下流側の圧力差であるスロットル前後圧力差を検知する手段を備え、
定常運転状態かつアクセル開度が全開未満かつ前記スロットル前後圧力差が所定値以上かつ前記クランクケース内のブローバイガス量が所定値以上となった場合に、前記トルク制御手段は前記スロットルバルブ前後差圧が所定値を下回らないように前記スロットルバルブの開度を制御する請求項５に記載の過給機付き内燃機関のブローバイガス還流装置。