(57)【要約】【課題】  冷間時におけるブローバイガスの結露によるエンジンオイルの劣化等の問題を解決する。【解決手段】  ＥＣＵは、吸気温を検知するステップ（Ｓ１００）と、ヘッドカバーにおいて結露の可能性があるか否かを判断するステップ（Ｓ１１０）と、ヘッドカバーにおいて結露の可能性があると判断されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、吸気温に基づいて電子ＰＣＶバルブ開度を算出するステップ（Ｓ１２０）と、新気を含むＰＣＶ流量増加分を算出してその増加分だけ吸入空気量を減量するように電子スロットルバルブ開度を算出するステップ（Ｓ１３０）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースと吸気管と前記吸気管に設けられ内燃機関へ供給される吸気量を制御するスロットルバルブとを有する内燃機関において、前記クランクケース内に生じるブローバイガスを、シリンダヘッドカバーからブローバイガスバルブを介して、前記吸気管の前記スロットルバルブよりも下流に還流するためのブローバイガス還元装置であって、
吸気の温度を検知するための検知手段と、
前記スロットルバルブおよび前記ブローバイガスバルブを制御するための制御手段と、
前記スロットルバルブよりも上流側の吸気管と前記シリンダヘッドカバーとを連通する連通管とを含み、
前記制御手段は、
前記検知された吸気の温度に基づいて、前記ブローバイガスバルブを開くように制御するとともに、前記吸気量が減少するように前記スロットルバルブを閉じるように制御するための手段を含む、ブローバイガス還元装置。
【請求項２】
前記制御手段により前記ブローバイガスバルブが開かれると、前記連通管を流通して前記内燃機関に供給される新気の量が増加する、請求項１に記載のブローバイガス還元装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記吸気の温度が低いほど、前記新気の流量を増加するようにブローバイガスバルブを制御するとともに、前記吸気量が減少するように前記スロットルバルブを制御するための手段を含む、請求項１または２に記載のブローバイガス還元装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記新気の流量の増加量と、前記吸気量の減少量とが相殺されるように、前記ブローバイガスバルブおよび前記スロットルバルブを制御するための手段を含む、請求項３に記載のブローバイガス還元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジンに用いられるＰＣＶ装置に関し、特に、外気温が低いときに発生する問題を解決することができるＰＣＶ装置に関する。ここで、ＰＣＶとは、「Positive Clankcase Ventilation」の略であり、ＰＣＶ装置とは、ブローバイガス還元装置を意味する。
【背景技術】
【０００２】
一般の車両には、内燃機関（エンジン）のシリンダとピストンの隙間から吹き抜けるガスを大気中に放出せずに、再び吸気マニホールドを通してエンジンに導いて再燃焼させるブローバイガス還元装置が設けられている。ブローバイガスを再燃焼させることにより、炭化水素（ＨＣ）の低減が可能となる。
【０００３】
このようなブローバイガスについて、エンジン温度が所定の温度より上昇するまで、クランクケースから吸気マニホールドへのブローバイガスの流れを遮断することが行なわれてきた。具体的には、公知のＰＣＶバルブには、エンジンの冷間始動時にブローバイガスの流れを遮断するものがある。
【０００４】
このブローバイガスは、以下のような特性を有する。冷間運転状態においては、ブローバイガスは、エンジンオイルと反応してオイルを劣化させる傾向が強く、それが、オイルの潤滑特性に悪い影響を与えて、結果として、エンジン磨耗を増大することがある。そのため、冷間時にクランクケースへの新気の流れを止めることは、エンジンオイルのオイル劣化を増長させる可能性がある。さらに、燃焼生成物が水であるので、ブローバイガスは比較的湿度が高い。それゆえに、クランクケースへの新気の流れを止めることにより、クランクケース内の湿度が比較的高くなり、冷間運転状態でブローバイガス中の水蒸気が結露して氷結する可能性がある。
【０００５】
特開２００４−１５６６２０号公報（特許文献１）は、バルブ組立体内の氷結と氷による詰りの発生および滞留しているブローバイガスがエンジンオイルと反応することによるオイルの劣化を低減または排除する方法を開示する。この方法は、クランクケースとエンジン吸気マニホールドとの間の通路を通過するガスの流量を制御する方法であって、ガスの温度が所定温度よりも低いとき、クランクケースと吸気マニホールドとの間の通路を通過するブローバイガスの流量を増大させるものである。
【０００６】
この方法によると、ブローバイガスの温度が所定温度よりも低いとき、クランクケースと吸気マニホールドとの間の通路を流れるブローバイガスの流量を増大させることで、バルブ組立体内の氷結と氷による詰りの発生および滞留しているブローバイガスがエンジンオイルと反応することによるオイルの劣化の低減を行なうことができる。
【特許文献１】特開２００４−１５６６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ブローバイガスの還流量を増加させるので、エンジンの燃焼室へ吸入される空気量が増大する。単に、ＰＣＶバルブを開くということだけでは、燃焼室へ吸入される空気量が変動してしまい、エンジン回転数が上昇してしまう。特許文献１に開示された方法では、このような問題点を解決し得ない。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷間時におけるブローバイガスの結露によるエンジンオイルの劣化等の問題を解決する、ブローバイガス還元装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係るブローバイガス還元装置は、クランクケースと吸気管と吸気管に設けられ内燃機関へ供給される吸気量を制御するスロットルバルブとを有する内燃機関において、クランクケース内に生じるブローバイガスを、シリンダヘッドカバーからブローバイガスバルブを介して、吸気管のスロットルバルブよりも下流に還流する。このブローバイガス還元装置は、吸気の温度を検知するための検知手段と、スロットルバルブおよびブローバイガスバルブを制御するための制御手段と、スロットルバルブよりも上流側の吸気管とシリンダヘッドカバーとを連通する連通管とを含む。制御手段は、検知された吸気の温度に基づいて、ブローバイガスバルブを開くように制御するとともに、吸気量が減少するようにスロットルバルブを閉じるように制御するための手段を含む。
【００１０】
第１の発明によると、外気温が低いほどシリンダヘッドカバー（以下、単にヘッドカバーと記載することがある。）内に結露が発生してエンジンオイルが劣化する。このとき、外気温が低いときには、ブローバイガスバルブを開いて連通管を流通してシリンダヘッドカバーに供給される新気の量を増加させる。新気にはブローバイガスに比較して水分を多く含まないので、ヘッドカバーにおける結露温度を下げることができる。すなわち、外気温が低いときにはヘッドカバーの温度も低いが、ヘッドカバーにおける結露温度を下げて、結露温度をへッドカバーの温度よりも低くなるようにして、ヘッドカバーにおける結露を防止することができる。このために、制御手段は、たとえば、吸気の温度が低いときには、連通管を流通してシリンダヘッドカバーに供給される新気の流量が増加するようにブローバイガスバルブ（電子ＰＣＶバルブ）を開くように制御する。さらに、制御手段は、このように新気の増加により燃焼室に吸入される空気量が増えるので、スロットルバルブ（電子スロットルバルブ）を閉じるようにして、燃焼室に供給される総空気量（新気＋吸気量）を変動させない。このため、エンジン回転数が変動することがなくなる。その結果、冷間時におけるブローバイガスの結露によるエンジンオイルの劣化等の問題を解決する、ブローバイガス還元装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係るブローバイガス還元装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段によりブローバイガスバルブが開かれると、連通管を流通して内燃機関に供給される新気の量が増加するものである。
【００１２】
第２の発明によると、ブローバイガスバルブが開かれる方向に制御され、スロットルバルブが閉じる方向に制御され、かつ、スロットルバルブ下流側のシリンダヘッドカバーの負圧が大きくなっているので、連通管を通って多くの新気が導入される。連通管を通って導入された新気はブローバイガスと混合されて、ブローバイガスバルブを通って燃焼室に供給される。このとき、新気にはブローバイガスに比較して水分を多く含まないので、この新気により結露温度を下げることができ、ヘッドカバーにおける結露の発生が回避しやすくなる。これにより、より結露によるエンジンオイルの劣化等の問題を回避することができる。
【００１３】
第３の発明に係るブローバイガス還元装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御手段は、吸気の温度が低いほど、新気の流量を増加するようにブローバイガスバルブを制御するとともに、吸気量が減少するようにスロットルバルブを制御するための手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、制御手段は、吸気の温度が低いときには、ヘッドカバーの結露を防止するために、新気の流量が増加するようにブローバイガスバルブを開く。新気の増加により燃焼室に吸入される空気量が増えるので、スロットルバルブを閉じて、燃焼室に供給される総空気量（新気＋吸気量）を変動させない。このため、エンジン回転数が変動することがなくなる。これにより、冷間時におけるブローバイガスの結露によるエンジンオイルの劣化等の問題を解決することができる。
【００１５】
第４の発明に係るブローバイガス還元装置においては、第３の発明の構成に加えて、制御手段は、新気の流量の増加量と、吸気量の減少量とが相殺されるように、ブローバイガスバルブおよびスロットルバルブを制御するための手段を含む。。
【００１６】
第４の発明によると、制御手段は、新気の流量が増加するようにブローバイガスバルブを開くように制御するときには、スロットルバルブを閉じるようにして、燃焼室に供給される総空気量（新気＋吸気量）を変動させない。このため、エンジン回転数が変動することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
図１を参照して、本実施の形態に係るエンジン制御システムが制御する、ＰＣＶ装置が実装されたエンジン１００の断面について説明する。図１には、エンジン１００の軽負荷時の状態を示す。
【００１９】
図１に示すように、このエンジン１００は、主として、シリンダ１０４と、ピストン１０６と、クランクケース１０２と、シリンダヘッド１１６とから構成される。ブローバイガスは、ピストンリングとシリンダ１０４との隙間からクランクケース１０２へ漏れる混合ガスのことであって、このブローバイガスには多量の炭化水素や水分が含まれており、かつ強酸性であるため、あまり多いとエンジンオイルの劣化やエンジン内部の錆の原因になる。また、炭化水素が含まれているため、このまま大気に解放することは環境によくない。そのため、ブローバイガスはＰＣＶ管路１２２Ａ（軽負荷時）、ＰＣＶ管路１２２ＡおよびＰＣＶ管路１２２Ｂ（高負荷時）を通して、吸気マニホールドの負圧を利用して強制的に吸気系統へ戻されることになる。この軽負荷時におけるブローバイガスおよび新気の流れを矢印で示す。
【００２０】
軽負荷時においては、電子スロットルバルブ１１８が閉じる傾向に制御されており、電子スロットルバルブ１１８下流側のシリンダヘッド１１６側の負圧が大きくなっているので、ＰＣＶ管路１２２Ｂを通って新気が導入される。ＰＣＶ管路１２２Ｂを通って導入された新気はブローバイガスと混合されて、電子ＰＣＶバルブ（電子ブローバイガスバルブ）１２３およびＰＣＶ管路１２２Ａを通って燃焼室に供給される。このとき、新気にはブローバイガスに比較して水分を多く含まないので、この低湿度の新気により結露温度が下がり、ヘッドカバーにおける結露の発生が回避しやすくなる。
【００２１】
吸気系には電子スロットルバルブ１１８が設けられている。電子スロットルバルブ１１８にてエンジン１００へ供給される吸気の量が調整され、吸気管１１２を、その量が調整された吸気が通って吸気バルブ１０８からエンジン１００の内部の燃焼室に供給される。供給された吸気により燃料が燃焼され、排気バルブ１１０および排気管１１４を介して燃焼ガスがエンジン外部に排出される。
【００２２】
ピストンリングとシリンダ１０４との隙間で発生したブローバイガスは、シリンダヘッド内１１６内を通り、軽負荷時にはＰＣＶ管路１２２Ａを通って、高負荷時にはＰＣＶ管路１２２ＡおよびＰＣＶ管路１２２Ｂを通って吸気管１１２へと導かれる。ＰＣＶ管路１２２Ａには、電子ＰＣＶバルブ１２３が設けられている。この電子ＰＣＶバルブ１２３は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの制御デューティ信号により、その開度が調整される電磁弁であって、その開度によりＰＣＶ流量が調節される。すなわち、図１に示すように、ＰＣＶ管路１２２Ａは、電子ＰＣＶバルブ１２３によりその流量が調節されて電子スロットルバルブ１１８の下流側にブローバイガスを還元する。エンジン１００の高負荷時において、電子スロットルバルブ１１８の開度が大きくなり負圧が高まるので、ＰＣＶ管路１２２Ｂには、電子スロットルバルブ１１８の上流側に供給されるブローバイガスが流されて、ブローバイガスが還元される。
【００２３】
また、電子スロットルバルブ１１８も、電子ＰＣＶバルブ１２３と同様に、ＥＣＵからの制御デューティ信号により、その開度が調整される電磁弁であって、その開度によりエンジンに供給される流量が調節される。
【００２４】
電子スロットルバルブ１１８が閉じられる傾向であるときに、電子ＰＣＶバルブ１２３を開くと、ブローバイガスが多く還流されるとともに、電子スロットルバルブ１１８下流側のシリンダヘッド１１６側の負圧が大きくなっているので、ＰＣＶ管路１２２Ｂを通って新気が導入される。本実施の形態においては、このように電子ＰＣＶバルブ１２３を開いたときであっても、エンジンに供給される空気量の増加量（ブローバイガス＋新気（この新気はＰＣＶ管路１２２Ｂを通過する量である））を相殺するように、電子スロットルバルブ１１８を閉じるように制御される。
【００２５】
図２に、本実施の形態に係るエンジン制御システムの制御ブロック図を示す。図２には、このエンジン制御システムにおけるＰＣＶ冷間補正制御に関する部分のみを示す。
【００２６】
図２に示すように、このエンジン制御システムは、エンジンに吸気される空気の気温（大気温）を検知する吸気温センサ１０１０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびバルブの駆動回路を含み、電子スロットルバルブ１１８および電子ＰＣＶバルブ１２３のバルブ開度をデューティ制御することにより流量を調整するＥＣＵ１０００とを含む。
【００２７】
このＥＣＵ１０００には、後述するプログラム、各種マップ、テーブル等のデータが記憶されたメモリを含む。プログラムは、吸気温センサ１０１０から入力された信号に基づいて、ＣＰＵにより実行され、その結果により電子スロットルバルブ１１８および電子ＰＣＶバルブ１２３に駆動指令信号（デューティ信号）を出力する。
【００２８】
図３に、ＰＣＶバルブ流量（電子ＰＣＶバルブ１２３を通って還流される、ブローバイガス量＋新気の空気量）とヘッドカバー結露温度との関係を示す。外気温が１０℃以下のときにおいては、エンジン始動後１０分程度まではヘッドカバーの温度が２０℃となる。図３の縦軸であるヘッドカバー結露温度が高いほどヘッドカバーにおいてブローバイガスが結露しやすく、ヘッドカバー結露温度が低いほどヘッドカバーにおいてブローバイガスが結露しにくくなる。図３に示すように、ＰＣＶバルブ流量が多くなるに従って（低湿度の新気の流量が多くなるに従って）、ヘッドカバー結露温度が低くなりヘッドカバーにおいてブローバイガスが結露しにくくなる。そのため、ＰＣＶバルブ流量を多くすれば結露しにくくなり、エンジンオイルの劣化等の問題を解決することができる。
【００２９】
図４に電子ＰＣＶバルブ１２３の流量特性曲線を示す。図４に示すように、電子ＰＣＶバルブ１２３は、通常の流量調整弁と同様に、ＰＣＶバルブ開度が大きくなるに従ってＰＣＶバルブ流量が多くなる。図３および図４から、エンジンオイルの劣化等の問題を解決するためには、ＰＣＶバルブ流量を多くするために、電子ＰＣＶバルブ１２３の開度を開くようにすればよい。
【００３０】
このときに、ブローバイガスの還流量およびＰＣＶ管路１２２Ｂを通る新気の流量が増えるので、その分を減らすように電子スロットルバルブ１１８の開度を閉じる。なお、電子スロットルバルブ１１８の流量特性も、図４に示した電子ＰＣＶバルブ１２３と同じように、開度が大きいほど流量が大きいという一般的なものである。
【００３１】
これらのバルブ制御（電子スロットルバルブ１１８の制御および電子ＰＣＶバルブ１２３の制御）を、吸気温をパラメータとしてメモリに記憶させることもできる。たとえば、図５に示すように、吸気温が低いほど、電子ＰＣＶバルブ１２３を大きく開いて電子スロットルバルブを大きく閉じて、吸気温が高いほど、電子ＰＣＶバルブ１２３を大きく閉じて電子スロットルバルブ１１８を大きく開く。すなわち、このようにして、ブローバイガスの流量と新気の流量との合計流量を変動させないようにしている。なお、ここでは、アイドリング状態等を前提としており、アクセル開度変化等のエンジン回転数変動要因を考慮していない。
【００３２】
図６を参照して、本実施の形態に係るエンジン制御システムを制御するＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３３】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１０００は、エンジンに供給される空気の温度（吸気温）を検知する。このとき、吸気温センサ１０１０からＥＣＵ１０００に入力された信号に基づいて、吸気温が検知される。
【００３４】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１０００は、吸気温に基づいて推定されたエンジンのヘッドカバー温度（なお、ヘッドカバー温度を検知してもよい）に基づいてヘッドカバーにおける結露の可能性があるか否かを判断する。このとき、たとえば、吸気温がへッドカバー結露温度よりも低いと、ヘッドカバーにおける結露の可能性があると判断される。ヘッドカバーにおける結露の可能性があると判断されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。
【００３５】
Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１０００は、吸気温に基づいて、電子ＰＣＶバルブ１２３の開度を算出する。このとき、たとえば、一例として示した図５のようなマップが用いられて、電子ＰＣＶバルブ１２３の開度が算出される。
【００３６】
Ｓ１３０にて、ＥＣＵ１０００は、ＰＣＶ流量増加分（ブローバイガス＋新気（ＰＣＶ管路１２２Ｂの通過量））を算出してその増加分だけ吸入空気量を減量する電子スロットルバルブ１１８の開度を算出する。このとき、たとえば、一例として示した図５のようなマップが用いられて、電子スロットルバルブ１１８の開度が算出される。
【００３７】
Ｓ１４０にて、ＥＣＵ１０００は、ヘッドカバーにおける結露の可能性がないので、通常の制御を行なう。
【００３８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るエンジン制御システムの動作について、説明する。
【００３９】
外気温が低いときに、エンジンの始動直後であるとエンジンのヘッドカバーにおける結露の可能性がある（Ｓ１１０にてＹＥＳ）。このような場合には、吸気温に基づいて、電子ＰＣＶバルブ１２３が開くように電子ＰＣＶバルブ開度が算出される（Ｓ１２０）。この結果、ＰＣＶ配管１２２Ｂを通ってブローバイガスよりも湿度の低い新気が導入され、へッドカバー結露温度が低下して結露しにくくなる。
【００４０】
さらに、このＰＣＶ流量増加分（ブローバイガス＋新気（ＰＣＶ管路１２２Ｂの通過量））が算出されて、その増加分だけ吸入空気量を減量するように電子スロットルバルブ１１８の開度が制御される（Ｓ１３０）。
【００４１】
以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン制御システムによると、外気温が低くてヘッドカバーにおいて結露が発生するような場合には、電子ＰＣＶバルブを開いてＰＣＶ還流量（低湿度の新気を含む）を多くする。このようにすると、低湿度の新気を導入することにより結露温度が下がるので、ヘッドカバーの温度が低くても結露しにくくすることができる。
【００４２】
なお、上述した実施の形態においては、ＰＣＶ管路１２２Ｂを通過する新気を考慮したが、このＰＣＶ管路１２２Ｂに電磁弁等を設けて、ＰＣＶ管路１２２Ｂを通過する新気の量をさらに精度高く制御することもできる。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムで制御されるＰＣＶ装置を有するエンジンの断面図である。
【図２】エンジン制御システムの制御ブロック図である。
【図３】ＰＣＶバルブ流量とヘッドカバー結露温度との関係を示す図である。
【図４】電子ＰＣＶ開度とＰＣＶバルブ流量との関係を示す図である。
【図５】吸気温とバルブ開度との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムのＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１００  エンジン、１０２  クランクケース、１０４  シリンダ、１０６  ピストン、１０８  吸気バルブ、１１０  排気バルブ、１１２  吸気管、１１４  排気管、１１６  シリンダヘッド、１１８  電子スロットルバルブ、１２２Ａ，１２２Ｂ  ＰＣＶ管路、１２３  電子ＰＣＶバルブ、１０００  ＥＣＵ、１０１０  吸気温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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