内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、過給圧を利用するブローバイガス還元装置を備える内燃機関において、エゼクターで吸引するガス量を調節可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】オイル劣化防止のために必要な換気流量（トータル換気流量）に基づいて目標過給圧を設定し、ＷＧＶ４６の開度を制御する。目標過給圧は、トータル換気流量から、スロットルバルブ４０下流側の負圧による換気流量を減算し、過給圧による換気流量（エゼクターによる換気流量）を算出する。そして、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出し、この駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する。最後に、算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択する。
【解決手段】オイル劣化防止のために必要な換気流量（トータル換気流量）に基づいて目標過給圧を設定し、ＷＧＶ４６の開度を制御する。目標過給圧は、トータル換気流量から、スロットルバルブ４０下流側の負圧による換気流量を減算し、過給圧による換気流量（エゼクターによる換気流量）を算出する。そして、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出し、この駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する。最後に、算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳細には、ブローバイガスを処理するブローバイガス還元機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のピストンとシリンダ壁面の隙間からクランクケース内に流入するガスを大気中に放出せずに、吸気マニホルドを経由して内燃機関に再導入して燃焼させるブローバイガス還元装置と、吸入ガスを過給する過給機と、を備える内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の吸気通路において過給機のコンプレッサを迂回する迂回通路と、この迂回通路上に設けられたエゼクターと、該エゼクターとクランクケースとを接続するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路と、該迂回通路と該吸気通路との接続点のうち該エゼクター上流側の接続点に設けられた流量調整機と、該流量調整機を制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１の制御装置は、クランクケース内のガスを、ＰＣＶ通路、エゼクター、迂回通路、吸気通路の順に流すことを前提としたものである。この制御装置によれば、流量調整機を制御することで、迂回通路側に流す吸入ガス流量と吸気通路側に流す吸入ガス流量とを任意に調節して、エゼクターの上下流に所望の圧力差を生ぜしめることができる。従って、クランクケース内のガスを所望量だけエゼクターで吸引して内燃機関に再導入させることが可能となる。
【０００４】
また従来、過給機を備える内燃機関において、過給圧を利用することでクランクケース内のガスを内燃機関に再導入するブローバイガス還元装置が知られている。例えば特許文献３には、内燃機関の吸気通路において過給機のコンプレッサを迂回する迂回通路と、該迂回通路の途中において該迂回通路とクランクケースとを接続する第１ＰＣＶ通路と、該迂回通路と該第１ＰＣＶ通路との接続点に設けたエゼクターと、該コンプレッサ下流側おいて該吸気通路と該クランクケースとを接続する第２ＰＣＶ通路と、を備えるブローバイガス還元装置が開示されている。
【０００５】
上記特許文献３の装置によれば、過給時に、クランクケース内のガスを第１ＰＣＶ通路を経由させて内燃機関に再導入できる。即ち、過給時においては、コンプレッサの上下流に圧力差が生じるのでエゼクターの上下流に圧力差を生ぜしめることができる。よって、クランクケース内に流入のガスをエゼクターで吸引し、迂回通路、吸気通路の順に流して内燃機関に再導入できる。また、上記特許文献３の装置は、非過給時においては、吸気マニホルド内に生じた負圧により、クランクケース内のガスを第２ＰＣＶ通路、吸気通路を経由させて内燃機関に再導入できる。故に、上記特許文献３の装置によれば、過給時、非過給時に関係なく、クランクケース内のガスを内燃機関に再導入できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３２９２号公報
【特許文献２】特開平６−２１２９３９号公報
【特許文献３】特開２０１１−９４５５７号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の流量調整機は迂回通路側および吸気通路側のそれぞれに流量調整弁を有するものであり、その設置に伴うコスト増加の問題が避けられない。この点、上記特許文献３の装置は、上記流量調整機を非搭載とできるものの、上記特許文献１のようにエゼクターで吸引するガス量を調節するものではない。そのため、過給圧によってはこの吸引ガス量が不足してしまう可能性がある。吸引ガス量が不足すると、クランクケース内の換気が不十分となる。故に、上記特許文献３の装置では、オイル劣化を早める可能性があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、過給圧を利用するブローバイガス還元装置を備える内燃機関において、エゼクターで吸引するガス量を調節可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
前記吸気通路において、前記コンプレッサを迂回する迂回通路と、
前記迂回通路の途中において、前記内燃機関のシリンダヘッドと前記迂回通路とを接続する第１ＰＣＶ通路と、
前記迂回通路と前記第１ＰＣＶ通路との接続点に設けられ、前記コンプレッサ上流側における吸気通路内圧と、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧との圧力差によって、前記第１ＰＣＶ通路内のブローバイガスを前記迂回通路に導入するエゼクターと、
前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、前記過給機による過給圧の目標値を設定する目標過給圧設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記コンプレッサ下流側おいて、前記吸気通路と前記シリンダヘッドとを接続する第２ＰＣＶ通路と、
前記第２ＰＣＶ通路に設けられ、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧と、前記シリンダヘッド内圧との圧力差に応じてその開度が変化するＰＣＶバルブと、
前記ＰＣＶバルブの開度に基づいて、前記第２ＰＣＶ通路を経由して内燃機関に流入するブローバイガス流量を算出するガス流量算出手段と、を備え、
前記目標過給圧設定手段は、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量と、前記ガス流量算出手段により算出したブローバイガス流量とを用いて、前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を算出し、該ブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、前記過給圧の目標値として設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、過給機による過給圧の目標値を設定することができる。そのため、エゼクターで吸引するガス量を調節できる。従って、クランクケース内の換気が不十分となることを良好に抑制できる。
【００１２】
第１ＰＣＶ通路および第２ＰＣＶ通路を備えるシステムにおいては、両通路にクランクケース内のガスが流通可能である。第２の発明によれば、ガス流量算出手段により第２ＰＣＶ通路を経由するガス流量を算出できるので、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量から、この第２ＰＣＶ通路を経由するガス流量を除外できる。従って、第１ＰＣＶ通路を経由するガス流量、即ち、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量を精度高く算出できる。また、一般に過給圧を上昇させると燃費が悪化するので、目標過給圧設定手段による過給圧の目標値は極力低圧であることが望ましい。この点、第２の発明によれば、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、この過給圧の目標値として設定するので、換気流量を確保しながら燃費最良となる過給圧を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態のシステム構成を示す図である。
【図２】エゼクター３６の構造を説明するための図である。
【図３】無過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。
【図４】過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。
【図５】実施形態において、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０は、内部にピストン１２を有するシリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の上部にはシリンダヘッド１６が組み付けられている。シリンダヘッド１６は、シリンダヘッドカバー１８により覆われている。ピストン１２上面からシリンダヘッド１６までの空間は燃焼室２０を形成している。シリンダヘッド１６は、燃焼室２０と連通する吸気通路２２と、排気通路２４とを備えている。
【００１５】
また、本実施形態のシステムは、過給機２６を備えている。過給機２６は、排気通路２４に設けられたタービン２６ａと、吸気通路２２に設けられたコンプレッサ２６ｂとを備えている。タービン２６ａとコンプレッサ２６ｂとは相互に連結されている。過給機２６の作動時には、排気圧を受けて回転するタービン２６ａによりコンプレッサ２６ｂが駆動され、コンプレッサ２６ｂにより吸入空気が圧縮、過給される。
【００１６】
吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂにより過給された吸入空気を冷却するインタークーラ２８が設けられている。インタークーラ２８よりも上流側の吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂをバイパスするエアバイパス通路３０，３２が設けられている。エアバイパス通路３０には、ＡＢＶ（Ａir By-pass Valve）３４が設けられている。ＡＢＶ３４を開弁することで、過給圧の急激な上昇を防止することができる。エアバイパス通路３２には、エゼクター３６が設けられている。エゼクター３６の詳細な説明については後述する。また、インタークーラ２８よりも上流側の吸気通路２２には、エアクリーナ３８が設けられている。一方、インタークーラ２８よりも下流側の吸気通路２２には、電子制御式のスロットルバルブ４０が設けられている。スロットルバルブ４０よりも下流側の吸気通路２２には、サージタンク４２が設けられている。
【００１７】
排気通路２４には、タービン２６ａをバイパスする排気バイパス通路４４が設けられている。排気バイパス通路４４には、電磁駆動式のＷＧＶ（Ｗaste Ｇate Ｖalve）４６が設けられている。ＷＧＶ４６を開弁することで背圧を調節できるので、エンジンのポンプ損失や排気ガスの筒内残留量を抑制できる。
【００１８】
また、本実施形態のシステムは、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元機構を備えている。ブローバイガスとは、ピストン１２とシリンダ壁面の隙間からクランクケース内に流入するガスであり、未燃燃料やオイルミストを含むガスである。このブローバイガス還元機構は、３種類のＰＣＶ通路４８，５０，５２を備えている。ＰＣＶ通路４８は、シリンダヘッドカバー１８とサージタンク４２とを接続する。ＰＣＶ通路４８上には、ＰＣＶバルブ５４が設けられている。ＰＣＶバルブ５４は、シリンダヘッドカバー１８内圧と、サージタンク４２内圧との圧力差によってその開度が変化するように構成されている。ＰＣＶバルブ５４の近傍には、ＰＣＶバルブ５４の開度を検出するＰＣＶ開度センサ５６が設けられている。ＰＣＶ通路５０は、コンプレッサ２６ｂよりも上流側において、シリンダヘッドカバー１８と吸気通路２２とを接続する。ＰＣＶ通路５２は、エゼクター３６の吸入口３６ａと、シリンダヘッドカバー１８とを接続する。
【００１９】
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、ＰＣＶ開度センサ５６の他、スロットルバルブ４０の開度を検出するスロットル開度センサ、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、クランク軸の回転角度（クランク角）を検出するクランク角度センサ等、エンジン１０の制御に必要な各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、ＡＢＶ３４、スロットルバルブ４０、ＷＧＶ４６等の各種アクチュエータが接続されている。
【００２０】
図２は、エゼクター３６の構造を説明するための図である。エゼクター３６は、吸入口３６ａと、ノズル部３６ｂと、ディヒューザ部３６ｃと、を備えている。吸入口３６ａはＰＣＶ通路５２の一端と接続されている。ノズル部３６ｂは、インタークーラ２８側のエアバイパス通路３２に接続されている。ディヒューザ部３６ｃは、エアクリーナ３８側のエアバイパス通路３２に接続されている。図２に矢印で示すように、エゼクター内部に駆動流が流れると、この駆動流によって、吸入口３６ａからディヒューザ部３６ｃに向かう吸引流を生ぜしめることができる。そのため、ＰＣＶ通路５２内のガスをエアバイパス通路３２に導入することができる。
【００２１】
［本実施形態の特徴］
図３は、無過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。無過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧を利用した換気が実施される。具体的に、スロットルバルブ４０下流側に負圧が生じると、シリンダヘッドカバー１８内部と、サージタンク４２内部との間に圧力差が生じてＰＣＶバルブ５４が開く。そのため、クランクケース内のガスは、シリンダヘッドカバー１８、ＰＣＶ通路４８を経由してサージタンク４２内に流れ込む。これにより、クランクケース内のガスをエンジン１０で再燃焼させることが可能となる。またこのとき、吸気通路２２からＰＣＶ通路５０、シリンダヘッドカバー１８を経由して、クランクケース内に新気が流れ込む。よって、クランクケース内部が換気される。
【００２２】
図４は、過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。過給域においては、非過給域に比してスロットルバルブ４０下流側の負圧が小さくなる。そのため、ＰＣＶ通路４８を経由してサージタンク４２内に流れ込むガス量が少なくなる。但し、過給域においては、コンプレッサ２６ｂ下流側の圧力がその上流側の圧力に比して高圧となる。そのため、エゼクター３６内部に駆動流を生ぜしめることができる。よって、クランクケース内のガスをエゼクター３６で吸引し、エアバイパス通路３２を経由してサージタンク４２内に導入できる。またこのとき、吸気通路２２からＰＣＶ通路５０、シリンダヘッドカバー１８を経由してクランクケース内に新気が流れ込む。よって、クランクケース内部が換気される。このように、過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧および過給圧を利用した換気が実施される。
【００２３】
ところで、筒内圧が高くなればクランクケース内に流入するガス量が増加し易くなる。そのため、筒内圧が高くなる過給域においては、換気流量を十分に確保することが望ましい。何故なら、換気流量が不十分であると、クランクケース内にガスが蓄積してオイル劣化を助長してしまうからである。ここで、換気流量の確保手法のひとつとして、ＷＧＶ４６の開度制御の実行が挙げられる。ＷＧＶ４６の開度制御を実行してその開度を小さくすれば、タービン２６ａ側に多くの排気ガスを流すことができるので、過給圧を上昇させることができる。過給圧を上昇させることができれば、エゼクター３６内部を流す駆動流量を増やすことができるので、より多くのガスをエゼクター３６で吸引できる。
【００２４】
しかしながら、一般に過給圧の上昇は燃費の悪化を伴うものである。また、上記開度制御を実行すると背圧が上昇するのでポンプ損や内部ＥＧＲ量が増加してしまう。内部ＥＧＲ量は高温の筒内残留ガスであるため、内部ＥＧＲ量が増加すればノッキングが発生し易くなってしまう。そのため、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角せざるを得なくなり、エンジン効率が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、オイル劣化防止のために必要な換気流量（以下、「トータル換気流量」と称す。）に基づいて過給圧の目標値（以下、「目標過給圧」と称す。）設定し、その上で上記開度制御を実行することとしている。これにより、上記開度制御の実行による過給圧の上昇や、上記付随問題の発生を最小限に留めることが可能となる。
【００２５】
本実施形態において、トータル換気流量は、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「トータル換気流量マップ」と称す。）により算出される。トータル換気流量マップは、運転状態（エンジン回転数および負荷率）毎にクランクケース内のＮＯｘ濃度を測定し、このＮＯｘ濃度を一定値以下とするのに必要な外気流量を求めることで作成されたものである。
【００２６】
また、目標過給圧は、以下のように設定される。先ず、トータル換気流量から、スロットルバルブ４０下流側の負圧による換気流量（以下、「インマニ圧による換気流量」と称す。）を減算する。上述したように、過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧および過給圧を利用した換気が実施されるので、この減算値は、過給圧による換気流量（以下、「エゼクターによる換気流量」と称す。）に相当する。なお、インマニ圧による換気流量は、トータル換気流量同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「インマニ換気流量マップ」と称す。）により算出される。インマニ換気流量マップは、インマニ圧による換気流量と、ＰＣＶバルブの開度との関係を求めることで作成されたものである。
次に、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出する。この駆動流量は、トータル換気流量同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「駆動流量マップ」と称す。）により算出される。駆動流量マップは、エゼクターによる換気流量と、エゼクター内部に流す駆動流量との関係を求めることで作成されたものである。
次に、駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する。この駆動圧は、駆動流量マップ同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「駆動圧マップ」と称す。）により算出される。駆動圧マップは、エゼクター内部に流す駆動流量と駆動圧との関係を求めることで作成されたものである。
最後に、駆動圧マップを用いて算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択する。これにより、目標過給圧が設定される。なお、目標トルクにより算出される過給圧は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて決定されるものであり、上述した各種マップとは別にＥＣＵ６０内部に格納されたドライバーモデルから算出される。
【００２７】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図５を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、本実施形態において、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
【００２８】
図５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ６０は、トータル換気流量を算出する（ステップ１１０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、上記スロットル開度センサやクランク角センサから運転状態を取得し、トータル換気流量マップに適用することでトータル換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、インマニ圧による換気流量を算出する（ステップ１２０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ＰＣＶ開度センサ５６からＰＣＶバルブ５４の開度を取得し、インマニ換気流量マップに適用することでインマニ圧による換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、エゼクターによる換気流量を算出する（ステップ１３０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１１０で算出したトータル換気流量からステップ１２０で算出したインマニ圧による換気流量を減算することでエゼクターによる換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出する（ステップ１４０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１３０で算出したエゼクターによる換気流量を駆動流量マップに適用することで駆動流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する（ステップ１５０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１４０で算出した駆動流量を駆動圧マップに適用することで駆動圧を算出する。
最後に、ＥＣＵ６０は、目標過給圧を算出する（ステップ１６０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、駆動圧マップを用いて算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択し目標過給圧として設定する。そして、ＥＣＵ６０は、ステップ１６０で設定した目標過給圧となるように、ＷＧＶ４６の開度を制御する。
【００２９】
以上、図５に示したルーチンによれば、目標トルクやトータル換気流量を確保しつつ、ＷＧＶ４６の開度制御の実行による過給圧の上昇やそれに付随した問題の発生を最小限に留めることが可能となる。
【００３０】
なお、上記実施形態においては、ＰＣＶ通路５２が上記第１の発明における「第１ＰＣＶ通路」に、エゼクター３６が上記第１の発明における「エゼクター」に、それぞれ相当する。また、上記実施形態においては、ＥＣＵ６０が図５のステップ１３０〜１６０の処理を実行することにより上記第１の発明における「目標過給圧設定手段」が実現されている。
また、上記実施形態においては、ＰＣＶ通路４８が上記第２の発明における「第２ＰＣＶ通路」に、ＰＣＶバルブ５４が上記第２の発明における「ＰＣＶバルブ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が図５のステップ１２０の処理を実行することにより上記第２の発明における「ガス流量算出手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００３１】
１０ エンジン
２２ 吸気通路
２６ 過給機
２６ａ タービン
２６ｂ コンプレッサ
３０，３２ エアバイパス通路
３６ エゼクター
３６ａ 吸入口
３６ｂ ノズル部
３６ｃ ディヒューザ部
４８，５０，５２ ＰＣＶ通路
５４ ＰＣＶバルブ
５６ ＰＣＶバルブ開度センサ
６０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳細には、ブローバイガスを処理するブローバイガス還元機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のピストンとシリンダ壁面の隙間からクランクケース内に流入するガスを大気中に放出せずに、吸気マニホルドを経由して内燃機関に再導入して燃焼させるブローバイガス還元装置と、吸入ガスを過給する過給機と、を備える内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の吸気通路において過給機のコンプレッサを迂回する迂回通路と、この迂回通路上に設けられたエゼクターと、該エゼクターとクランクケースとを接続するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路と、該迂回通路と該吸気通路との接続点のうち該エゼクター上流側の接続点に設けられた流量調整機と、該流量調整機を制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１の制御装置は、クランクケース内のガスを、ＰＣＶ通路、エゼクター、迂回通路、吸気通路の順に流すことを前提としたものである。この制御装置によれば、流量調整機を制御することで、迂回通路側に流す吸入ガス流量と吸気通路側に流す吸入ガス流量とを任意に調節して、エゼクターの上下流に所望の圧力差を生ぜしめることができる。従って、クランクケース内のガスを所望量だけエゼクターで吸引して内燃機関に再導入させることが可能となる。
【０００４】
また従来、過給機を備える内燃機関において、過給圧を利用することでクランクケース内のガスを内燃機関に再導入するブローバイガス還元装置が知られている。例えば特許文献３には、内燃機関の吸気通路において過給機のコンプレッサを迂回する迂回通路と、該迂回通路の途中において該迂回通路とクランクケースとを接続する第１ＰＣＶ通路と、該迂回通路と該第１ＰＣＶ通路との接続点に設けたエゼクターと、該コンプレッサ下流側おいて該吸気通路と該クランクケースとを接続する第２ＰＣＶ通路と、を備えるブローバイガス還元装置が開示されている。
【０００５】
上記特許文献３の装置によれば、過給時に、クランクケース内のガスを第１ＰＣＶ通路を経由させて内燃機関に再導入できる。即ち、過給時においては、コンプレッサの上下流に圧力差が生じるのでエゼクターの上下流に圧力差を生ぜしめることができる。よって、クランクケース内に流入のガスをエゼクターで吸引し、迂回通路、吸気通路の順に流して内燃機関に再導入できる。また、上記特許文献３の装置は、非過給時においては、吸気マニホルド内に生じた負圧により、クランクケース内のガスを第２ＰＣＶ通路、吸気通路を経由させて内燃機関に再導入できる。故に、上記特許文献３の装置によれば、過給時、非過給時に関係なく、クランクケース内のガスを内燃機関に再導入できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３２９２号公報
【特許文献２】特開平６−２１２９３９号公報
【特許文献３】特開２０１１−９４５５７号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の流量調整機は迂回通路側および吸気通路側のそれぞれに流量調整弁を有するものであり、その設置に伴うコスト増加の問題が避けられない。この点、上記特許文献３の装置は、上記流量調整機を非搭載とできるものの、上記特許文献１のようにエゼクターで吸引するガス量を調節するものではない。そのため、過給圧によってはこの吸引ガス量が不足してしまう可能性がある。吸引ガス量が不足すると、クランクケース内の換気が不十分となる。故に、上記特許文献３の装置では、オイル劣化を早める可能性があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、過給圧を利用するブローバイガス還元装置を備える内燃機関において、エゼクターで吸引するガス量を調節可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
前記吸気通路において、前記コンプレッサを迂回する迂回通路と、
前記迂回通路の途中において、前記内燃機関のシリンダヘッドと前記迂回通路とを接続する第１ＰＣＶ通路と、
前記迂回通路と前記第１ＰＣＶ通路との接続点に設けられ、前記コンプレッサ上流側における吸気通路内圧と、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧との圧力差によって、前記第１ＰＣＶ通路内のブローバイガスを前記迂回通路に導入するエゼクターと、
前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、前記過給機による過給圧の目標値を設定する目標過給圧設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記コンプレッサ下流側おいて、前記吸気通路と前記シリンダヘッドとを接続する第２ＰＣＶ通路と、
前記第２ＰＣＶ通路に設けられ、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧と、前記シリンダヘッド内圧との圧力差に応じてその開度が変化するＰＣＶバルブと、
前記ＰＣＶバルブの開度に基づいて、前記第２ＰＣＶ通路を経由して内燃機関に流入するブローバイガス流量を算出するガス流量算出手段と、を備え、
前記目標過給圧設定手段は、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量と、前記ガス流量算出手段により算出したブローバイガス流量とを用いて、前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を算出し、該ブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、前記過給圧の目標値として設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、過給機による過給圧の目標値を設定することができる。そのため、エゼクターで吸引するガス量を調節できる。従って、クランクケース内の換気が不十分となることを良好に抑制できる。
【００１２】
第１ＰＣＶ通路および第２ＰＣＶ通路を備えるシステムにおいては、両通路にクランクケース内のガスが流通可能である。第２の発明によれば、ガス流量算出手段により第２ＰＣＶ通路を経由するガス流量を算出できるので、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量から、この第２ＰＣＶ通路を経由するガス流量を除外できる。従って、第１ＰＣＶ通路を経由するガス流量、即ち、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量を精度高く算出できる。また、一般に過給圧を上昇させると燃費が悪化するので、目標過給圧設定手段による過給圧の目標値は極力低圧であることが望ましい。この点、第２の発明によれば、エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、この過給圧の目標値として設定するので、換気流量を確保しながら燃費最良となる過給圧を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態のシステム構成を示す図である。
【図２】エゼクター３６の構造を説明するための図である。
【図３】無過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。
【図４】過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。
【図５】実施形態において、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０は、内部にピストン１２を有するシリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の上部にはシリンダヘッド１６が組み付けられている。シリンダヘッド１６は、シリンダヘッドカバー１８により覆われている。ピストン１２上面からシリンダヘッド１６までの空間は燃焼室２０を形成している。シリンダヘッド１６は、燃焼室２０と連通する吸気通路２２と、排気通路２４とを備えている。
【００１５】
また、本実施形態のシステムは、過給機２６を備えている。過給機２６は、排気通路２４に設けられたタービン２６ａと、吸気通路２２に設けられたコンプレッサ２６ｂとを備えている。タービン２６ａとコンプレッサ２６ｂとは相互に連結されている。過給機２６の作動時には、排気圧を受けて回転するタービン２６ａによりコンプレッサ２６ｂが駆動され、コンプレッサ２６ｂにより吸入空気が圧縮、過給される。
【００１６】
吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂにより過給された吸入空気を冷却するインタークーラ２８が設けられている。インタークーラ２８よりも上流側の吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂをバイパスするエアバイパス通路３０，３２が設けられている。エアバイパス通路３０には、ＡＢＶ（Ａir By-pass Valve）３４が設けられている。ＡＢＶ３４を開弁することで、過給圧の急激な上昇を防止することができる。エアバイパス通路３２には、エゼクター３６が設けられている。エゼクター３６の詳細な説明については後述する。また、インタークーラ２８よりも上流側の吸気通路２２には、エアクリーナ３８が設けられている。一方、インタークーラ２８よりも下流側の吸気通路２２には、電子制御式のスロットルバルブ４０が設けられている。スロットルバルブ４０よりも下流側の吸気通路２２には、サージタンク４２が設けられている。
【００１７】
排気通路２４には、タービン２６ａをバイパスする排気バイパス通路４４が設けられている。排気バイパス通路４４には、電磁駆動式のＷＧＶ（Ｗaste Ｇate Ｖalve）４６が設けられている。ＷＧＶ４６を開弁することで背圧を調節できるので、エンジンのポンプ損失や排気ガスの筒内残留量を抑制できる。
【００１８】
また、本実施形態のシステムは、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元機構を備えている。ブローバイガスとは、ピストン１２とシリンダ壁面の隙間からクランクケース内に流入するガスであり、未燃燃料やオイルミストを含むガスである。このブローバイガス還元機構は、３種類のＰＣＶ通路４８，５０，５２を備えている。ＰＣＶ通路４８は、シリンダヘッドカバー１８とサージタンク４２とを接続する。ＰＣＶ通路４８上には、ＰＣＶバルブ５４が設けられている。ＰＣＶバルブ５４は、シリンダヘッドカバー１８内圧と、サージタンク４２内圧との圧力差によってその開度が変化するように構成されている。ＰＣＶバルブ５４の近傍には、ＰＣＶバルブ５４の開度を検出するＰＣＶ開度センサ５６が設けられている。ＰＣＶ通路５０は、コンプレッサ２６ｂよりも上流側において、シリンダヘッドカバー１８と吸気通路２２とを接続する。ＰＣＶ通路５２は、エゼクター３６の吸入口３６ａと、シリンダヘッドカバー１８とを接続する。
【００１９】
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、ＰＣＶ開度センサ５６の他、スロットルバルブ４０の開度を検出するスロットル開度センサ、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、クランク軸の回転角度（クランク角）を検出するクランク角度センサ等、エンジン１０の制御に必要な各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、ＡＢＶ３４、スロットルバルブ４０、ＷＧＶ４６等の各種アクチュエータが接続されている。
【００２０】
図２は、エゼクター３６の構造を説明するための図である。エゼクター３６は、吸入口３６ａと、ノズル部３６ｂと、ディヒューザ部３６ｃと、を備えている。吸入口３６ａはＰＣＶ通路５２の一端と接続されている。ノズル部３６ｂは、インタークーラ２８側のエアバイパス通路３２に接続されている。ディヒューザ部３６ｃは、エアクリーナ３８側のエアバイパス通路３２に接続されている。図２に矢印で示すように、エゼクター内部に駆動流が流れると、この駆動流によって、吸入口３６ａからディヒューザ部３６ｃに向かう吸引流を生ぜしめることができる。そのため、ＰＣＶ通路５２内のガスをエアバイパス通路３２に導入することができる。
【００２１】
［本実施形態の特徴］
図３は、無過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。無過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧を利用した換気が実施される。具体的に、スロットルバルブ４０下流側に負圧が生じると、シリンダヘッドカバー１８内部と、サージタンク４２内部との間に圧力差が生じてＰＣＶバルブ５４が開く。そのため、クランクケース内のガスは、シリンダヘッドカバー１８、ＰＣＶ通路４８を経由してサージタンク４２内に流れ込む。これにより、クランクケース内のガスをエンジン１０で再燃焼させることが可能となる。またこのとき、吸気通路２２からＰＣＶ通路５０、シリンダヘッドカバー１８を経由して、クランクケース内に新気が流れ込む。よって、クランクケース内部が換気される。
【００２２】
図４は、過給域におけるブローバイガスの流れを説明するための図である。過給域においては、非過給域に比してスロットルバルブ４０下流側の負圧が小さくなる。そのため、ＰＣＶ通路４８を経由してサージタンク４２内に流れ込むガス量が少なくなる。但し、過給域においては、コンプレッサ２６ｂ下流側の圧力がその上流側の圧力に比して高圧となる。そのため、エゼクター３６内部に駆動流を生ぜしめることができる。よって、クランクケース内のガスをエゼクター３６で吸引し、エアバイパス通路３２を経由してサージタンク４２内に導入できる。またこのとき、吸気通路２２からＰＣＶ通路５０、シリンダヘッドカバー１８を経由してクランクケース内に新気が流れ込む。よって、クランクケース内部が換気される。このように、過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧および過給圧を利用した換気が実施される。
【００２３】
ところで、筒内圧が高くなればクランクケース内に流入するガス量が増加し易くなる。そのため、筒内圧が高くなる過給域においては、換気流量を十分に確保することが望ましい。何故なら、換気流量が不十分であると、クランクケース内にガスが蓄積してオイル劣化を助長してしまうからである。ここで、換気流量の確保手法のひとつとして、ＷＧＶ４６の開度制御の実行が挙げられる。ＷＧＶ４６の開度制御を実行してその開度を小さくすれば、タービン２６ａ側に多くの排気ガスを流すことができるので、過給圧を上昇させることができる。過給圧を上昇させることができれば、エゼクター３６内部を流す駆動流量を増やすことができるので、より多くのガスをエゼクター３６で吸引できる。
【００２４】
しかしながら、一般に過給圧の上昇は燃費の悪化を伴うものである。また、上記開度制御を実行すると背圧が上昇するのでポンプ損や内部ＥＧＲ量が増加してしまう。内部ＥＧＲ量は高温の筒内残留ガスであるため、内部ＥＧＲ量が増加すればノッキングが発生し易くなってしまう。そのため、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角せざるを得なくなり、エンジン効率が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、オイル劣化防止のために必要な換気流量（以下、「トータル換気流量」と称す。）に基づいて過給圧の目標値（以下、「目標過給圧」と称す。）設定し、その上で上記開度制御を実行することとしている。これにより、上記開度制御の実行による過給圧の上昇や、上記付随問題の発生を最小限に留めることが可能となる。
【００２５】
本実施形態において、トータル換気流量は、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「トータル換気流量マップ」と称す。）により算出される。トータル換気流量マップは、運転状態（エンジン回転数および負荷率）毎にクランクケース内のＮＯｘ濃度を測定し、このＮＯｘ濃度を一定値以下とするのに必要な外気流量を求めることで作成されたものである。
【００２６】
また、目標過給圧は、以下のように設定される。先ず、トータル換気流量から、スロットルバルブ４０下流側の負圧による換気流量（以下、「インマニ圧による換気流量」と称す。）を減算する。上述したように、過給域においては、スロットルバルブ４０下流側の負圧および過給圧を利用した換気が実施されるので、この減算値は、過給圧による換気流量（以下、「エゼクターによる換気流量」と称す。）に相当する。なお、インマニ圧による換気流量は、トータル換気流量同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「インマニ換気流量マップ」と称す。）により算出される。インマニ換気流量マップは、インマニ圧による換気流量と、ＰＣＶバルブの開度との関係を求めることで作成されたものである。
次に、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出する。この駆動流量は、トータル換気流量同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「駆動流量マップ」と称す。）により算出される。駆動流量マップは、エゼクターによる換気流量と、エゼクター内部に流す駆動流量との関係を求めることで作成されたものである。
次に、駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する。この駆動圧は、駆動流量マップ同様、予め適合されたＥＣＵ６０内部のマップ（以下、「駆動圧マップ」と称す。）により算出される。駆動圧マップは、エゼクター内部に流す駆動流量と駆動圧との関係を求めることで作成されたものである。
最後に、駆動圧マップを用いて算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択する。これにより、目標過給圧が設定される。なお、目標トルクにより算出される過給圧は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて決定されるものであり、上述した各種マップとは別にＥＣＵ６０内部に格納されたドライバーモデルから算出される。
【００２７】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図５を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、本実施形態において、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
【００２８】
図５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ６０は、トータル換気流量を算出する（ステップ１１０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、上記スロットル開度センサやクランク角センサから運転状態を取得し、トータル換気流量マップに適用することでトータル換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、インマニ圧による換気流量を算出する（ステップ１２０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ＰＣＶ開度センサ５６からＰＣＶバルブ５４の開度を取得し、インマニ換気流量マップに適用することでインマニ圧による換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、エゼクターによる換気流量を算出する（ステップ１３０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１１０で算出したトータル換気流量からステップ１２０で算出したインマニ圧による換気流量を減算することでエゼクターによる換気流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、エゼクターによる換気流量を確保するために必要な駆動流量を算出する（ステップ１４０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１３０で算出したエゼクターによる換気流量を駆動流量マップに適用することで駆動流量を算出する。
続いて、ＥＣＵ６０は、駆動流量を確保するために必要な駆動圧を算出する（ステップ１５０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、ステップ１４０で算出した駆動流量を駆動圧マップに適用することで駆動圧を算出する。
最後に、ＥＣＵ６０は、目標過給圧を算出する（ステップ１６０）。具体的に、ＥＣＵ６０は、駆動圧マップを用いて算出した駆動圧と、目標トルクにより算出される過給圧とを比較し、より高圧な方を選択し目標過給圧として設定する。そして、ＥＣＵ６０は、ステップ１６０で設定した目標過給圧となるように、ＷＧＶ４６の開度を制御する。
【００２９】
以上、図５に示したルーチンによれば、目標トルクやトータル換気流量を確保しつつ、ＷＧＶ４６の開度制御の実行による過給圧の上昇やそれに付随した問題の発生を最小限に留めることが可能となる。
【００３０】
なお、上記実施形態においては、ＰＣＶ通路５２が上記第１の発明における「第１ＰＣＶ通路」に、エゼクター３６が上記第１の発明における「エゼクター」に、それぞれ相当する。また、上記実施形態においては、ＥＣＵ６０が図５のステップ１３０〜１６０の処理を実行することにより上記第１の発明における「目標過給圧設定手段」が実現されている。
また、上記実施形態においては、ＰＣＶ通路４８が上記第２の発明における「第２ＰＣＶ通路」に、ＰＣＶバルブ５４が上記第２の発明における「ＰＣＶバルブ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が図５のステップ１２０の処理を実行することにより上記第２の発明における「ガス流量算出手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００３１】
１０ エンジン
２２ 吸気通路
２６ 過給機
２６ａ タービン
２６ｂ コンプレッサ
３０，３２ エアバイパス通路
３６ エゼクター
３６ａ 吸入口
３６ｂ ノズル部
３６ｃ ディヒューザ部
４８，５０，５２ ＰＣＶ通路
５４ ＰＣＶバルブ
５６ ＰＣＶバルブ開度センサ
６０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
前記吸気通路において、前記コンプレッサを迂回する迂回通路と、
前記迂回通路の途中において、前記内燃機関のシリンダヘッドと前記迂回通路とを接続する第１ＰＣＶ通路と、
前記迂回通路と前記第１ＰＣＶ通路との接続点に設けられ、前記コンプレッサ上流側における吸気通路内圧と、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧との圧力差によって、前記第１ＰＣＶ通路内のブローバイガスを前記迂回通路に導入するエゼクターと、
前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、前記過給機による過給圧の目標値を設定する目標過給圧設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記コンプレッサ下流側おいて、前記吸気通路と前記シリンダヘッドとを接続する第２ＰＣＶ通路と、
前記第２ＰＣＶ通路に設けられ、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧と、前記シリンダヘッド内圧との圧力差に応じてその開度が変化するＰＣＶバルブと、
前記ＰＣＶバルブの開度に基づいて、前記第２ＰＣＶ通路を経由して内燃機関に流入するブローバイガス流量を算出するガス流量算出手段と、を備え、
前記目標過給圧設定手段は、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量と、前記ガス流量算出手段により算出したブローバイガス流量とを用いて、前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を算出し、該ブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、前記過給圧の目標値として設定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。
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
前記吸気通路において、前記コンプレッサを迂回する迂回通路と、
前記迂回通路の途中において、前記内燃機関のシリンダヘッドと前記迂回通路とを接続する第１ＰＣＶ通路と、
前記迂回通路と前記第１ＰＣＶ通路との接続点に設けられ、前記コンプレッサ上流側における吸気通路内圧と、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧との圧力差によって、前記第１ＰＣＶ通路内のブローバイガスを前記迂回通路に導入するエゼクターと、
前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値に応じて、前記過給機による過給圧の目標値を設定する目標過給圧設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記コンプレッサ下流側おいて、前記吸気通路と前記シリンダヘッドとを接続する第２ＰＣＶ通路と、
前記第２ＰＣＶ通路に設けられ、前記コンプレッサ下流側における吸気通路内圧と、前記シリンダヘッド内圧との圧力差に応じてその開度が変化するＰＣＶバルブと、
前記ＰＣＶバルブの開度に基づいて、前記第２ＰＣＶ通路を経由して内燃機関に流入するブローバイガス流量を算出するガス流量算出手段と、を備え、
前記目標過給圧設定手段は、内燃機関の運転状態毎に設定されたブローバイガスの要求流量と、前記ガス流量算出手段により算出したブローバイガス流量とを用いて、前記エゼクターを経由して内燃機関に流入させるブローバイガス流量の目標値を算出し、該ブローバイガス流量の目標値を担保する過給圧のうちの最小値を、前記過給圧の目標値として設定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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６２４７（Ｐ２０１３−９６２４７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７２４１（Ｐ２０１１−２３７２４１）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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