(57)【要約】【課題】アイドル時などでも等トルクを維持しつつ多量のブローバイガスの処理を可能とする。【解決手段】クランクケース内のブローバイガス量が第１閾値以上となったときに、可変圧縮比機構による目標圧縮比を最低圧縮比まで低下させ、この状態で電子制御型ＰＣＶバルブを全開としてブローバイガスの強制的な処理を行う。圧縮比の低下により熱効率が低下し、等トルクを維持するのに必要な吸入空気量および燃料量が増加する。従って、スロットルバルブの開度を減少させずに処理可能なブローバイガス量が増大する。これにより、例えばスロットルバルブの開度が最小開度であるアイドル時でもブローバイガスの処理が可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケース内に導入される新気とともにブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス処理装置を備えるとともに、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
上記ブローバイガス処理装置によって処理すべきブローバイガス量を検出ないし推定する手段を備え、
処理すべきブローバイガス量が多いときに、上記可変圧縮比機構により圧縮比を低下させた状態でブローバイガスの還流を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
処理すべきブローバイガス量が所定レベルに達したときに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を最低圧縮比と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３】
処理すべきブローバイガス量が多いほど低い圧縮比と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４】
圧縮比を低下させた状態でのブローバイガスの還流により処理すべきブローバイガス量が所定レベルまで低下したときに、圧縮比を、機関運転条件に応じた基本目標圧縮比に復帰させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
スロットルバルブが最小開度であるときに上記の圧縮比の低下を実行する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制御装置。
【請求項６】
クランクケース内に導入される新気とともにブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス処理装置を備えるとともに、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
上記ブローバイガス処理装置によって処理すべきブローバイガス量を検出ないし推定し、
この処理すべきブローバイガス量が多いときに、上記可変圧縮比機構により圧縮比を低下させた状態でブローバイガスの還流を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クランクケース内のブローバイガスを換気用の新気とともに機関吸気系に還流して処理するようにしたブローバイガス処理装置を備える内燃機関に関し、特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクケース内に新気を導入し、この新気と置換する形でクランクケース内から取り出されるブローバイガスを吸気系に還流して燃焼させるブローバイガス処理装置が従来から広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、スロットルバルブの上流側からシリンダヘッドカバーの内部空間へ至る新気通路を備えるとともに、同じくシリンダヘッドカバーの内部空間からスロットルバルブの下流側へ至るブローバイガス通路を備え、かつこのブローバイガス通路に、コントローラによって開度が制御される電子制御型のＰＣＶバルブを設けたブローバイガス処理装置が開示されている。このものでは、ブローバイガスに起因するクランクケース内の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度等が高いときには、ＰＣＶバルブを開き、スロットルバルブ前後の圧力差によって、換気用の新気の導入ならびにブローバイガスの還流を行う構成となっている。
【０００４】
一方、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構は、従来から種々の形式のものが知られている。例えば、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした可変圧縮比機構が本出願人らによって多数提案されている。また、クランクシャフトの中心位置に対しシリンダの位置を上下に変位させることで同様に機械的圧縮比を変化させるようにした可変圧縮比機構も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７４９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クランクケース内に換気用の新気を導入し、この新気とともにブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス処理装置においては、換気用の新気とブローバイガスとの混合物がスロットルバルブの下流側で吸気に導入されることになるため、等トルクを維持するためには、スロットルバルブを通過する吸気量を減少させる必要がある。しかし、アイドル時のようにスロットルバルブの元々の開度が小さい運転領域では、ブローバイガスおよび換気用新気の導入に見合う吸気量の減少が困難であり、結果的に、ブローバイガスの処理量が制限されてしまう。特許文献１のブローバイガス処理装置では、ブローバイガスの処理が要求されたときに電子制御型のＰＣＶバルブを開作動させることで積極的にブローバイガスの処理を行う構成となっているが、上記のようなブローバイガス処理装置の本質的な問題は何ら解決されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、クランクケース内に導入される新気とともにブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス処理装置を備えるとともに、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
上記ブローバイガス処理装置によって処理すべきブローバイガス量を検出ないし推定する手段を備え、
処理すべきブローバイガス量が多いときに、上記可変圧縮比機構により圧縮比を低下させた状態でブローバイガスの還流を行うことを特徴としている。
【０００８】
可変圧縮比機構の圧縮比は、基本的には、内燃機関の運転条件（負荷と回転速度、等）に応じて最適となるように制御されるが、本発明では、処理すべきブローバイガス量が多く、積極的なブローバイガスの処理が必要なときに、圧縮比を本来の目標値よりも低くする。このように内燃機関の圧縮比が低下すると、熱効率が低下し、所望のトルクを維持するのに必要な燃料量および吸入空気量が増加する。一方、同時に、ブローバイガス処理装置によって換気用の新気のクランクケース内への導入およびこの新気を伴ったブローバイガスの吸気系への導入が行われるので、両者が少なくとも部分的に相殺される。従って、等トルクを維持しつつ相対的に多量のブローバイガスの処理が可能となる。
【０００９】
換言すれば、ブローバイガス処理装置による新気およびブローバイガスの導入に対し、スロットルバルブの開度を大きく減少させる必要がなくなり、例えば、スロットルバルブ開度が最小開度となるアイドル時においても、熱効率の低下に見合った量のブローバイガスの処理が可能である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、積極的なブローバイガスの処理が必要となったときに、可変圧縮比機構により圧縮比を低下させることで、換気用の新気およびブローバイガスの吸気系への導入に伴うトルクの増加を少なくとも部分的に相殺することができ、例えばスロットルバルブ開度が最小開度となるアイドル時においてもブローバイガスの処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る内燃機関の制御装置のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】この実施例における制御の流れを示すフローチャート。
【図３】この実施例による圧縮比等の変化を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構２を備えた４ストロークサイクルのターボ過給器付きの筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。
【００１４】
上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、燃焼室３内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁８が配置されている。上記燃料噴射弁８は、駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、この駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。
【００１５】
上記吸気ポート７に接続された吸気通路１８のコレクタ部１８ａ上流側には、エンジンコントローラ９からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１９が介装されており、さらにその上流側に、ターボ過給器のコンプレッサ２０が配設されている。このコンプレッサ２０の上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１０が配設されている。
【００１６】
また、排気ポート１１に接続された排気通路１２には、三元触媒からなる触媒装置１３が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１４が配置されている。
【００１７】
上記エンジンコントローラ９には、上記のエアフロメータ１０、空燃比センサ１４のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１５、冷却水温を検出する水温センサ１６、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ１７、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ９は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１９の開度、等を最適に制御している。
【００１８】
ここで、上記内燃機関１は、燃焼室３からピストン２４を介してクランクケース４１内に漏れたブローバイガスを外部へ流出させることなく処理するために、ブローバイガス処理装置４０を備えている。このブローバイガス処理装置４０は、ブローバイガス通路４２と新気通路４３とを含んでいる。上記ブローバイガス通路４２は、密閉されたクランクケース４１内の空間に一端が接続され、かつ他端が電子制御型ＰＣＶバルブ４４を介して吸気通路１８のコレクタ部１８ａに接続されている。また上記新気通路４３は、クランクケース４１内に換気用の新気を導入するためのものであって、一端が吸気通路１８のコンプレッサ２０とエアフロメータ１０との間に接続され、かつ他端が、シリンダヘッドカバー４５内の空間に接続されている。シリンダヘッドカバー４５内の空間は、図示せぬオイル落とし孔やタイミングチェーン用のチェーン室などを介してクランクケース４１内の空間と連通している。なお、ブローバイガス通路４２先端をシリンダヘッドカバー４５側に接続した構成も可能であり、同様に、新気通路４３先端をクランクケース４１側に接続した構成も可能である。また、上記クランクケース４１には、内部のブローバイガス量に相関した何らかのパラメータを検出するブローバイガスセンサ４６が設けられている。ブローバイガスセンサ４６としては、例えば、ブローバイガス発生量に応じて高くなるクランクケース４１内の圧力を検出する圧力センサ、あるいは、ブローバイガスにＮＯｘが含まれることからやはりブローバイガス発生量に応じて高くなるクランクケース４１内のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ、などを用いることができる。上記ＰＣＶバルブ４４の開度は、機関運転条件および上記ブローバイガスセンサ４６の検出に基づき、エンジンコントローラ９によって制御される。
【００１９】
上記ブローバイガス処理装置４０では、スロットルバルブ１９の下流側が負圧となっている非過給域においてＰＣＶバルブ４４が開くと、スロットルバルブ１９前後の圧力差によって、新気通路４３を通してクランクケース４１内に換気用の新気が導入されるとともに、ブローバイガス通路４２を通してクランクケース４１内からコレクタ部１８ａへブローバイガスが還流される。このブローバイガス（および換気用の新気）は、スロットルバルブ１９を通過した新気とともに燃焼室３内に流入し、燃料噴射弁８によって供給される燃料とともに燃焼する。
【００２０】
一方、可変圧縮比機構２は、特開２００４−１１６４３４号公報等に記載の公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト２１のクランクピン２１ａに回転自在に支持されたロアリンク２２と、このロアリンク２２の一端部のアッパピン２３とピストン２４のピストンピン２４ａとを互いに連結するアッパリンク２５と、ロアリンク２２の他端部のコントロールピン２６に一端が連結されたコントロールリンク２７と、このコントロールリンク２７の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト２８と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト２１および上記コントロールシャフト２８は、シリンダブロック２９下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト２８は、該コントロールシャフト２８の回動に伴って位置が変化する偏心軸部２８ａを有し、上記コントロールリンク２７の端部は、詳しくは、この偏心軸部２８ａに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構２においては、コントロールシャフト２８の回動に伴ってピストン２４の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
【００２１】
また、上記可変圧縮比機構２の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト２１と平行な回転中心軸を有する電動モータ３１がシリンダブロック２９下部に配置されており、この電動モータ３１と軸方向に直列に並ぶように減速機３２が接続されている。この減速機３２としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸３２ａは、電動モータ３１の出力軸（図示せず）と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸３２ａとコントロールシャフト２８とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸３２ａに固定された第１アーム３３とコントロールシャフト２８に固定された第２アーム３４とが中間リンク３５によって互いに連結されている。
【００２２】
すなわち、電動モータ３１が回転すると、減速機３２により大きく減速された形で減速機出力軸３２ａの角度が変化する。この減速機出力軸３２ａの回動は第１アーム３３から中間リンク３５を介して第２アーム３４へ伝達され、コントロールシャフト２８が回動する。これにより、上述したように、内燃機関１の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第１アーム３３および第２アーム３４が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸３２ａが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト２８も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。
【００２３】
上記可変圧縮比機構２の目標圧縮比は、エンジンコントローラ９において、機関運転条件（例えば要求負荷と機関回転速度）に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ３１が駆動制御される。
【００２４】
図２は、上記エンジンコントローラ９において内燃機関１の運転中に所定時間毎に繰り返し実行される本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。
【００２５】
先ずステップ１では、機関運転条件およびブローバイガスセンサ４６の出力を読み込む。ステップ２では、圧縮比変更を伴う強制的なブローバイガス処理中であるか否かを示すフラグの状態を判定する。フラグ＝１は、ブローバイガス処理中であることを示す。フラグが０であれば、ステップ２からステップ３へ進み、ブローバイガスセンサ４６の出力によって示されるクランクケース４１内のブローバイガス量（つまり処理すべきブローバイガス量）が、所定の第１閾値以上であるか判定する。ここで、第１閾値以上でなければ、ステップ９へ進み、可変圧縮比機構２の通常制御を継続する。つまり、機関運転条件（例えば要求負荷と機関回転速度）に基づいて設定される基本目標圧縮比に沿って圧縮比が制御される。なお、この基本目標圧縮比は、基本的には、ノッキング等の異常燃焼が生じない範囲でできるだけ高い圧縮比となるように予め定められており、低負荷側で高い圧縮比となる傾向を有している。さらに、ステップ１０において、ＰＣＶバルブ４４の開度制御として通常制御を行う。つまり、機関運転条件および上記ブローバイガスセンサ４６の出力に基づいて、スロットルバルブ１９下流側が負圧となる条件下で適当量のブローバイガスが還流するように例えば所定のマップを用いてＰＣＶバルブ４４の開度が制御される。
【００２６】
一方、ステップ３で、処理すべきブローバイガス量が第１閾値以上であると判定した場合には、ステップ４へ進んでフラグを「１」にセットするとともに、ステップ５において可変圧縮比機構２の目標圧縮比を制御上可能な限界の最低圧縮比とし、かつステップ６においてＰＣＶバルブ４４の開度を全開とする。これにより、圧縮比を低圧縮比とした状態での強制的なブローバイガス処理が開始される。
【００２７】
このブローバイガス処理の開始後は、フラグ＝１であることからステップ２からステップ７へ進む。ステップ７では、クランクケース４１内のブローバイガス量が所定の第２閾値未満であるか否かを判定する。なお、第２閾値は第１閾値よりも小さな値である。ここで第２閾値未満まで低下していなければ、ステップ７からステップ５，６へ進み、最低圧縮比としつつＰＣＶバルブ４４を全開とした強制的なブローバイガス処理を継続する。
【００２８】
ステップ７において処理すべきブローバイガス量が第２閾値未満まで低下したと判定したら、ステップ８へ進んでフラグを「０」にリセットするとともに、ステップ９，１０に進み、可変圧縮比機構２の通常制御およびＰＣＶバルブ４４の通常制御に復帰する。
【００２９】
次に、図３は、上記実施例の作用を説明するためのタイムチャートであって、図の最上段は、ブローバイガスセンサ４６の出力から求められる処理すべきブローバイガス量を示している。前述したように機関の運転中に適宜にＰＣＶバルブ４４が開くことでブローバイガスの処理が行われるが、例えばブローバイガスの還流が行えない運転条件が長く続いたような場合には、図示するように処理すべきブローバイガス量が徐々に増大していく。図の例では、時間ｔ１において、処理すべきブローバイガス量が第１閾値ＴＨ１に達するため、圧縮比が最低圧縮比となり、かつＰＣＶバルブ４４が全開となる。可変圧縮比機構２の基本目標圧縮比は、前述したように、そのときの運転条件に最適なものとして設定されており、この基本目標圧縮比よりも圧縮比を低下させることで、内燃機関１の熱効率が低下する。従って、所望のトルクを維持するのに必要な要求空気流量が図示するように増加する。なお、必要な燃料量も同様に増加する。
【００３０】
従って、等トルクを前提としたときに、スロットルバルブ１９を通過する吸気流を減少させずに吸気系に導入可能なブローバイガス量が増大する。時間ｔ１において同時にＰＣＶバルブ４４が全開となることで、新気通路４３を通した新気の導入を伴いつつクランクケース４１内のブローバイガスが吸気系に還流されるが、これによる新気および燃料成分の増加が熱効率の低下と少なくとも部分的に相殺される。そのため、図示するように、スロットルバルブ１９の開度は基本的に変化せずに、等トルクが維持される。一つの例では、スロットルバルブ１９の開度が最小開度であるアイドル運転時に、圧縮比を低下させてブローバイガスの処理を行うことができる。このようなアイドル時には、スロットルバルブ１９の開度をさらに減少させることができないが、熱効率の低下により、ブローバイガスによるトルクの上昇を抑制することができる。
【００３１】
上記のような強制的なブローバイガス処理によって、例えばＮＯｘ濃度センサなどからなるブローバイガスセンサ４６により検出されるクランクケース４１内の処理すべきブローバイガス量は徐々に減少していく。図示例では、時間ｔ２においてブローバイガス量が第２閾値ＴＨ２未満となり、可変圧縮比機構２の目標圧縮比が基本目標圧縮比に復帰する。同時に、ＰＣＶバルブ４４の開度も、通常制御に復帰する。
【００３２】
ところで、クランクケース４１内にブローバイガスが滞留することによる一つの問題は、ブローバイガスに含まれるＮＯｘがオイル劣化を招来することである。本発明では、強制的なブローバイガス処理の際に圧縮比を低下させることにより燃焼温度が低下するため、燃焼室３内でのＮＯｘ生成が抑制され、ひいてはクランクケース４１側に漏れたブローバイガスに含まれるＮＯｘも少なくなる。従って、オイル劣化の点で有利となる。換言すれば、ブローバイガス量をＮＯｘ濃度として把握するような場合には、圧縮比低下により、処理すべきブローバイガスがより早期に減少する、と言える。
【００３３】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、強制的なブローバイガス処理の際に、可変圧縮比機構２の圧縮比を最低圧縮比に固定的に設定しているが、処理すべきブローバイガス量が多いほど低い圧縮比となるように目標圧縮比を可変的に設定してもよい。また上記実施例では、複リンク式ピストンクランク機構からなる可変圧縮比機構２を用いているが、本発明は、どのような形式の可変圧縮比機構であっても同様に適用が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…内燃機関
２…可変圧縮比機構
８…燃料噴射弁
９…エンジンコントローラ
１９…スロットルバルブ
４０…ブローバイガス処理装置
４１…クランクケース
４２…ブローバイガス通路
４３…新気通路
４４…電子制御型ＰＣＶバルブ
４６…ブローバイガスセンサ
【図１】
2014202107.tif 000003
【図２】
2014202107.tif 000004
【図３】
2014202107.tif 000005