JP2010096030A - 内燃機関のブローバイガス還元装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温再始動時に始動性の悪化を抑制し、且つ高い実用性を備える内燃機関のブローバイガス還元装置を提供する。
【解決手段】このブローバイガス還元装置６０は、クランク室３２内から吸気通路４９に供給されるブローバイガスの流量を調整する電子制御式のＰＣＶバルブ６３を備える。そして、高温再始動時にクランキングの開始とともにＰＣＶ開度を全開に設定する。また、エンジン１０の始動が完了した後はＰＣＶ開度を全開から通常開度に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランク室内から吸気通路に供給されるブローバイガスの流量を調整する制御弁が設けられる内燃機関のブローバイガス還元装置に関する。

この種のブローバイガス還元装置としては一般に、吸気通路のスロットルバルブの吸気下流側とクランク室内とを接続してクランク室内のブローバイガスを吸気通路に供給する第１の換気通路と、吸気通路のスロットルバルブの吸気上流側とクランク室内とを接続して吸入空気をクランク室内に供給する第２の換気通路と、第１の換気通路に設けられてその通路面積を変更する制御弁とにより構成されている。

また、このようなブローバイガス還元装置を備える内燃機関やその他の一般的な内燃機関においては、高温再始動時にベーパロックという現象が起こり、始動性が悪化することが知られている。このような問題を解決する内燃機関として、特許文献１に記載のものが知られている。
特開２００４−５２７１３号公報

この特許文献１に記載の内燃機関では、第１の燃料ポンプと第２の燃料ポンプとを備えるとともに、その間を連結するバイパス通路を備えることでベーパロックの問題を解決している。しかし、複雑な構成を備えているため、実用性を考慮すると好ましい対策とは言い難い。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温再始動時に始動性の悪化を抑制し、且つ高い実用性を備える内燃機関のブローバイガス還元装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、クランク室内から吸気通路に供給されるブローバイガスの流量を調整する制御弁が設けられる内燃機関のブローバイガス還元装置において、高温再始動時に、前記制御弁の開度を高温再始動時ではない始動時よりも大きくする制御手段を備えることを要旨としている。

上記発明によれば、高温再始動時に制御弁の開度を高温再始動時ではない始動時よりも大きくするようにしているため、高温再始動時において吸気通路に供給される蒸発燃料量は、高温再始動時ではない始動時に比べて多くなり、燃焼室に供給される蒸発燃料量も増える。これにより、ベーパロックに起因する燃料噴射量の不足が補われるため、高温再始動時の始動性の悪化を抑制することができるようになる。また、内燃機関に備えられるブローバイガス還元装置を利用して始動性悪化の抑制を図るようにしているため、実用性を高めることができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、前記制御手段は、高温再始動時に前記制御弁を全開に設定することを要旨としている。

上記発明によれば、制御弁が制御する流量範囲においてブローバイガスの流量が最大となり、より多くの蒸発燃料が吸気通路に供給されるため、高温再始動時の始動性の悪化をより好適に抑制することができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、前記制御手段は、内燃機関が始動完了した後に前記制御弁を全開よりも小さい開度に設定することを要旨としている。

上記発明によれば、内燃機関が始動完了した後に制御弁を全開よりも小さい開度に設定するようにしているため、始動完了後の機関低負荷時に大量のブローバイガスを吸気通路に供給させることを抑制することができるようなる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、前記制御手段は、クランキングの開始と同時に前記制御弁の開度を高温再始動時ではない始動時よりも大きくすることを要旨としている。

上記発明によれば、クランキングの開始と同時に制御弁を高温再始動時ではない始動時よりも大きくするようにしているため、クランキングを開始した後に制御弁を開いたときに比べて、より多くの蒸発燃料が吸気通路に供給される。これにより、高温再始動時の始動性の悪化をより好適に抑制することができる。

図１〜図５を参照して、本発明にかかる内燃機関のブローバイガス還元装置を車両用の電子制御式ブローバイガス還元装置として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、空気及び燃料（ガソリン）からなる混合気の燃焼を通じて動力を発生させるためのエンジン本体２０と、外部の空気をエンジン本体２０に取り入れるための吸気装置４０と、エンジン本体２０に燃料を供給する燃料供給装置５０と、エンジン本体２０内のブローバイガスを吸気装置４０に供給するための電子制御式のブローバイガス還元装置６０と、これら装置を統括的に制御する電子制御装置７０とを備えている。

エンジン本体２０は、燃料供給装置５０からインジェクタ２７を介して燃焼室３１に供給された燃料と吸気装置４０を通じて燃焼室３１内に供給された空気との混合気を燃焼させるためのシリンダブロック２１と、このシリンダブロック２１と協働してクランクシャフト２６を支持するためのクランクケース２２と、エンジンオイルを貯留するためのオイルパン２３と、動弁系の部品を配置するためのシリンダヘッド２４と、エンジンオイルの外部への飛散を抑制するためのヘッドカバー２５とにより構成されている。また、シリンダブロック２１及びクランクケース２２により形成されるクランク室３２と、シリンダヘッド２４及びヘッドカバー２５により形成される動弁室３３とは、シリンダブロック２１に形成された連通室３４により接続されている。

吸気装置４０は、外気を当該装置内に取り込むためのエアインテーク４１と、このエアインテーク４１を介して取り込まれた空気（以下、「吸気」）中の異物を捕捉するためのエアクリーナ４２と、スロットルバルブ４５の開閉を通じて吸気の流量を調整するためのスロットルボディ４４と、エアクリーナ４２の吸気下流側とスロットルボディ４４の吸気上流側とを接続するインテークホース４３と、スロットルボディ４４の吸気下流側とシリンダヘッド２４の吸気上流側とを接続するインテークマニホールド４６とにより構成されている。

このインテークマニホールド４６には、スロットルボディ４４を通過した吸気を滞留させるためのサージタンク４７と、サージタンク４７内の吸気をシリンダヘッド２４の各インテークポートに送り込むための複数のサブパイプ４８とが設けられている。すなわち吸気装置４０においては、エアインテーク４１内の通路と、エアクリーナ４２内の通路と、インテークホース４３内の通路と、スロットルボディ４４内の通路と、インテークマニホールド４６内の通路とにより、吸気をエンジン本体２０に送り込むための吸気通路４９が形成されている。

燃料供給装置５０は、燃料を貯留する燃料タンク５１と、燃料タンク５１内の燃料を吸入して所定の圧力にして吐出する燃料ポンプ５２と、加圧された燃料をエンジン１０のインジェクタ２７に供給するデリバリパイプ５３と、燃料タンク５１とデリバリパイプ５３を連通する燃料通路５４とを備えている。

ブローバイガス還元装置６０は、燃焼室３１内からクランク室３２内に流れ出たブローバイガスを吸気装置４０内におけるスロットルバルブ４５の吸気下流側に供給する機能、及びエアクリーナ４２により浄化された吸気を吸気装置４０内におけるスロットルバルブ４５の吸気上流側からクランク室３２内に供給する機能、及びエンジン本体２０内から吸気装置４０内に供給されるブローバイガスの流量を調整する機能を備えている。

具体的には、クランク室３２内のブローバイガスを動弁室３３内からサージタンク４７内に送り込むための通路として、ヘッドカバー２５とサージタンク４７とを接続する態様で形成された第１換気通路６１が設けられている。また、インテークホース４３内の吸気を動弁室３３内に送り込むための通路、あるいは動弁室３３内からインテークホース４３内にブローバイガスを送り込むための通路として、ヘッドカバー２５とインテークホース４３とを接続する態様で形成された第２換気通路６２が設けられている。また、動弁室３３内からサージタンク４７内に向けて流れるブローバイガスの流量を調整するための弁として、ヘッドカバー２５に設けられて第１換気通路６１の通路面積を変更するＰＣＶバルブ６３が設けられている。そして、同一の機関運転条件のもとでは、ＰＣＶバルブ６３の開度（以下、「ＰＣＶ開度ＴＢ」）が開弁側に変更されることにより、動弁室３３内からサージタンク４７内に供給されるブローバイガスの流量が増大するようになる。

ここで図２に示すように、機関低負荷時においてはスロットルバルブ４５の吸気下流側の負圧が大きいため、クランク室３２内から連通室３４及び動弁室３３及び第１換気通路６１を介してサージタンク４７内にブローバイガスが流れ込むようになる。またこのとき、インテークホース４３内から第２換気通路６２を介して動弁室３３に吸気が流れ込むようになる。

また、図３に示すように機関高負荷時においてはクランク室３２及び動弁室３３内の圧力が大きいため、クランク室３２内から連通室３４及び動弁室３３及び第１換気通路６１を介してサージタンク４７内にブローバイガスが流れ込むとともに、動弁室３３内から第２換気通路６２を介してインテークホース４３内にもブローバイガスが流れ込むようになる。

さて、先の図１に示されるようにエンジン１０において、電子制御装置７０は、回転速度センサ７１、エアフロメータ７２、スロットルポジションセンサ７３及び冷却水温度センサ７４をはじめとする各種センサからの信号、並びにイグニッションスイッチ７５からの信号に基づいて機関運転状態及び車両走行状態及び運転者の要求を把握したうえで、例えば、次のような制御を行う。すなわち、吸気流量を調整するスロットル制御、及びエンジン本体２０内から吸気装置４０内に供給されるブローバイガスを含むガスの流量（以下、「ＰＣＶ流量ＧＢ」）を調整する換気制御等の各種制御を行う。

回転速度センサ７１は、クランクシャフトの回転速度（以下、「機関回転速度ＮＥ」）に応じた信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気通路４９を流れる吸気の質量流量に応じた信号を出力する。スロットルポジションセンサ７３は、スロットルバルブ４５の開度に応じた信号を出力する。冷却水温度センサ７４は、エンジン本体２０を冷却する機関冷却水の温度（以下、「冷却水温度ＴＨＷ」）に応じた信号を出力する。イグニッションスイッチ７５は、イグニッションのＯＮ、ＯＦＦに応じた信号を出力する。

ここで、換気制御においては、機関負荷及び機関回転速度ＮＥに基づいて要求されるＰＣＶ流量ＧＢ（以下、「ＰＣＶ流量の要求値ＧＢＴ」）を設定し、実際のＰＣＶ流量ＧＢ（以下、「ＰＣＶ流量の実際値ＧＢＲ」）がこの要求値ＧＢＴに維持されると見込まれるＰＣＶ開度ＴＢをその要求値（以下、「ＰＣＶ開度の要求値ＴＢＴ」）として設定し、実際のＰＣＶ開度ＴＢ（以下、「ＰＣＶ開度の実際値ＴＢＲ」）をこの要求値ＴＢＴに維持すべくＰＣＶバルブ６３の開度を制御する。なお、ＰＣＶ流量の要求値ＧＢＴを算出するために電子制御装置７０に予め記憶されているマップ（図示略）においては、機関負荷及び機関回転速度ＮＥの一つの組み合わせに対して一つの要求値ＧＢＴが設定されており、エンジン１０の全運転領域において機関負荷及び機関回転速度ＮＥの各組み合わせに対応する要求値ＧＢＴが設定される。また、機関負荷は、例えばそのときどきにおいて燃焼室３１内に供給することのできる吸入空気量の最大値に対する実際の吸入空気量の割合、あるいはインジェクタ２７の噴射量の最大値に対する噴射量の実際値の割合を指標として把握することができる。

ところで、エンジン１０の高温再始動時には、ベーパロックが生じ燃料の不足をまねくことがある。そこで、本実施形態のブローバイガス還元装置６０では高温再始動時にＰＣＶバルブ６３を全開に設定する制御を行うようにしている。

図４を参照して、こうしたＰＣＶバルブ６３を制御するための処理として実行される「ＰＣＶバルブ開度調整処理」の内容について説明する。なお、「ＰＣＶバルブ開度調整処理」は、電子制御装置７０の電源がＯＮのとき実行されるものであって、一旦終了に達した後に再びステップＳ１１０から処理が実行される。

図４に示すように、「ＰＣＶバルブ開度調整処理」ではまずステップＳ１１０において、エンジン停止時か否かを判定する。ステップＳ１１０の判定処理において、エンジン停止時でない旨判定したとき、ステップＳ１６０の処理により通常のＰＣＶバルブ制御を開始する。なお、通常のＰＣＶバルブ制御では前記のように、機関負荷及び機関回転速度ＮＥに基づいてＰＣＶ流量の要求値ＧＢＴを設定し、ＰＣＶ流量の実際値ＧＢＲがこの要求値ＧＢＴに維持されると見込まれるＰＣＶ開度の要求値ＴＢＴとして設定し、ＰＣＶ開度の実際値ＴＢＲをこの要求値ＴＢＴに維持すべくＰＣＶバルブ６３の開度を制御する。

ステップＳ１１０の判定処理において、エンジン停止時である旨判定したとき、次のステップＳ１２０においてエンジン始動要求があるか否かを判定する。このエンジン始動要求は、イグニッションスイッチ７５の操作に応じてＯＮ、ＯＦＦされるものである。ステップＳ１２０の判定処理おいて、エンジン始動要求がない旨判定されたとき、一旦、ＰＣＶバルブ６３の開度調整を終了する。

そして、上記ステップＳ１１０及びＳ１２０の各判定処理において、それぞれの条件が成立している旨判定したときには、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を通じてＰＣＶバルブ６３の開度調整を実行する。

まず、ステップＳ１３０においては、高温再始動時であるか否かを判定する。具体的な判定方法としては、エンジン１０が高温状態にあるか否かを冷却水温度センサ７４によって冷却水温度ＴＨＷが高温であるかを感知し判定する。ここで、高温とはベーパロックが生じる程度に高温であることを意味し、さらにその判定値をＴＨＷｘとする。ステップＳ１３０における判定時に、冷却水温度ＴＨＷが判定値ＴＨＷｘ以上であれば高温再始動時であると判定し、冷却水温度ＴＨＷが判定値ＴＨＷｘ未満であれば冷間始動時であると判定する。

ステップＳ１３０において高温再始動時でない旨判定したとき、すなわち冷間始動時であるときは燃料の蒸発が生じにくいと予測される。こうした状況においては、以降の処理を通じてＰＣＶバルブ６３の開度調整を実行しなくともベーパロックの問題が起こりにくいと予測されるため、ステップＳ１６０において通常のＰＣＶバルブ制御が開始される。一方、ステップＳ１３０において高温再始動時である旨判定したときは、燃料の蒸発が生じやすく、ベーパロックの問題も起こりやすいと予測される。そこで、次のステップＳ１４０においてＰＣＶ開度ＴＢを全開に設定し、且つクランキングを開始する。

次のステップＳ１５０では、エンジン１０の始動が完了しているか否かを判定する。ステップＳ１５０の判定処理において、エンジン１０の始動が完了している旨判定したとき、ステップＳ１６０の処理を通じて通常のＰＣＶバルブ制御を開始する。一方、ステップＳ１５０の判定処理において、エンジン１０の始動が完了していない旨判定したとき、一定の間隔毎にステップＳ１５０を繰り返し行う。

以上のように、本実施形態の「ＰＣＶバルブ開度調整処理」においては、高温再始動時であるとき、ＰＣＶ開度ＴＢを全開に維持するとともにクランキングを開始する。その後、エンジン１０の始動が完了すれば通常のＰＣＶバルブ制御を開始する手順を採用している。一方、高温再始動時ではないとき、すなわち冷間始動時であるときは通常のＰＣＶバルブ制御を開始する手順を採用している。

図５を参照して、「ＰＣＶバルブ開度調整処理」の実行態様の一例について、その詳細を説明する。なお、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３はそれぞれ、エンジン停止時、クランキング開始時、エンジン始動完了時を示している。

時刻ｔ１以前、すなわちエンジン運転中のとき、通常のＰＣＶバルブ制御が実行され、これによりＰＣＶ開度ＴＢは、機関負荷及び機関回転速度ＮＥに応じた開度（通常開度）に維持される。

時刻ｔ１にて、エンジン１０が停止されてから、次に始動要求が生じる時刻ｔ２までの間において冷却水温度ＴＨＷが判定値ＴＨＷｘよりも高い状態のままであるとすると、時刻ｔ２のときに高温再始動時であると判定され、ＰＣＶ開度ＴＢは全開に設定される。またこのとき同時にクランキングを開始することにより、より長い時間、吸気通路４９に蒸発燃料を供給することができる。そして、時刻ｔ３においてエンジン１０の始動が完了したとすると、ＰＣＶ開度ＴＢは全開から通常開度に変更されて、以降は通常のＰＣＶバルブ制御が行われる。

一方、時刻ｔ１にてエンジン１０が停止されてから、次に始動要求が生じる時刻ｔ２までの間において冷却水温度ＴＨＷが判定値ＴＨＷｘを下回ったとすると、時刻ｔ２のときに冷間始動時であると判定され、以降はＰＣＶ開度ＴＢが通常開度に維持され、通常のＰＣＶバルブ制御が実行される。

［実施形態の効果］
以上詳述したように、本実施形態の内燃機関のブローバイガス還元装置によれば以下に示す効果が得られるようになる。

（１）本実施形態では、高温再始動時にＰＣＶ開度ＴＢを高温再始動時ではない始動時よりも大きくするようにしているため、高温再始動時において吸気通路４９に供給される蒸発燃料量は、高温再始動時ではない始動時に比べて多くなり、燃焼室３１に供給される蒸発燃料量も増える。これにより、ベーパロックに起因する燃料噴射量の不足が補われるため、高温再始動時の始動性の悪化を抑制することができるようになる。また、エンジン１０に備えられるブローバイガス還元装置６０を利用して始動性悪化の抑制を図るようにしているため、実用性を高めることができるようになる。

（２）本実施形態では、高温再始動時にＰＣＶ開度ＴＢを全開に設定するようにしているため、ＰＣＶバルブ６３が制御する流量範囲においてブローバイガスの流量が最大となり、より多くの蒸発燃料が吸気通路４９に供給されるため、高温再始動時の始動性の悪化をより好適に抑制することができるようになる。

（３）本実施形態では、エンジン１０の始動が完了した後にＰＣＶ開度ＴＢを全開よりも小さい開度に設定するようにしているため、始動完了後の機関低負荷時に大量のブローバイガスを吸気通路４９に供給させることを抑制することができるようなる。

（４）本実施形態では、クランキングの開始と同時にＰＣＶ開度ＴＢを高温再始動時ではない始動時よりも大きくするようにしているため、クランキングを開始した後にＰＣＶバルブ６３を開いたときに比べて、より多くの蒸発燃料が吸気通路４９に供給される。これにより、高温再始動時の始動性の悪化をより好適に抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施態様は上記実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示すように変更することもできる。

・上記実施形態では、高温再始動時にＰＣＶ開度ＴＢを全開に設定することを想定したが、ＰＣＶ開度ＴＢは冷間始動時の開度より大きい開度であれば、その範囲内で適宜変更することができる。

・上記実施形態では、クランキングの開始と同時にＰＣＶ開度ＴＢを高温再始動時ではない始動時よりも大きくすることを想定したが、クランキングの開始より遅らせてＰＣＶバルブ６３を開くようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料にガソリンを用いるエンジン１０を想定したが、ガソリンとエタノールの揮発性の高い混合燃料を用いるエンジン１０においても同様にＰＣＶバルブ６３の開度調整処理を行うことができる。なお、ガソリンとエタノールの揮発性の高い混合燃料を用いるエンジン１０ではベーパロックが特に生じやすが、上記ＰＣＶバルブ６３の制御を行うことにより高温再始動時の始動性の悪化を抑制することができる。また、エンジン１０に備えられるブローバイガス還元装置６０を利用して始動性悪化の抑制を図るようにしているため、実用性を高めることができる。

・上記実施形態では、第１換気通路６１および第２換気通路６２を設けたブローバイガス還元装置６０を想定したが、電子制御式のＰＣＶバルブ６３を備えるものであればその他の具体的な構造は上記実施形態にて例示した構造に限られるものではない。

本発明にかかる内燃機関のブローバイガス還元装置を具体化した一実施形態について、このブローバイガス還元装置を備える内燃機関の構成を模式的に示す模式図。 同実施形態の内燃機関について、機関低負荷時におけるブローバイガス及び吸気の流れの態様を示す模式図。 同実施形態の内燃機関について、機関高負荷時におけるブローバイガス及び吸気の流れの態様を示す模式図。 同実施形態の内燃機関の電子制御装置により実行される「ＰＣＶバルブ開度調整処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の内燃機関の電子制御装置により実行される「ＰＣＶバルブ開度調整処理」を実行した際の各パラメータについての変化態様を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…エンジン、２０…エンジン本体、２１…シリンダブロック、２２…クランクケース、２３…オイルパン、２４…シリンダヘッド、２５…ヘッドカバー、２６…クランクシャフト、２７…インジェクタ、３１…燃焼室、３２…クランク室、３３…動弁室、３４…連通室、４０…吸気装置、４１…エアインテーク、４２…エアクリーナ、４３…インテークホース、４４…スロットルボディ、４５…スロットルバルブ、４６…インテークマニホールド、４７…サージタンク、４８…サブパイプ、４９…吸気通路、５０…燃料供給装置、５１…燃料タンク、５２…燃料ポンプ、５３…デリバリパイプ、５４…燃料通路、６０…ブローバイガス還元装置、６１…第１換気通路、６２…第２換気通路、６３…ＰＣＶバルブ、７０…電子制御装置、７１…回転速度センサ、７２…エアフロメータ、７３…スロットルポジションセンサ、７４…冷却水温度センサ、７５…イグニッションスイッチ。

Claims (4)

1. クランク室内から吸気通路に供給されるブローバイガスの流量を調整する制御弁が設けられる内燃機関のブローバイガス還元装置において、
   高温再始動時に、前記制御弁の開度を高温再始動時ではない始動時よりも大きくする制御手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還元装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、
   前記制御手段は、高温再始動時に前記制御弁を全開に設定する
   ことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還元装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、
   前記制御手段は、内燃機関が始動完了した後に前記制御弁を全開よりも小さい開度に設定する
   ことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還元装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のブローバイガス還元装置において、
   前記制御手段は、クランキングの開始と同時に前記制御弁の開度を高温再始動時ではない始動時よりも大きくする
   ことを特徴とする内燃機関のブローバイガス還元装置。

Images