(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１５）用の汚染制御システムであって、
電源（１１）に電気接続されたマイクロコントローラー（１０）と、
マイクロコントローラーに接続された複数のエンジンセンサー（１８−３０）であって、複数のエンジンセンサーの各々が、エンジンの操作パラメータを測定するように構成され、前記操作パラメータがエンジン温度及びエンジンＲＰＭを含む、複数のエンジンセンサー（１８−３０）と、
エンジンにおけるブローバイガスの流量の調節のために、マイクロコントローラーに電気接続され、且つそこから制御信号に応答する、ＰＣＶバルブ（１２）とを含み；
ここで、前記マイクロコントローラー（１０）は３つの操作状態を有し、該３つの操作状態は：
点火と、好ましいアイドル−操作温度に到達するエンジン温度との間のエンジン状
態に対応する冷態始動状態であって、前記マイクロコントローラーはバルブを閉じる、冷態始動状態と、
エンジン温度が好ましいアイドル−操作温度に到達した後のエンジン状態に対応する暖始動状態であって、前記マイクロコントローラーは、エンジンＲＰＭが予め定められたエンジンＲＰＭのウィンドウ内にある場合にＰＣＶバルブ（１２）を開き、エンジンＲＰＭが予め定められたエンジンＲＰＭのウィンドウの外にある場合にＰＣＶバルブ（１２）を閉じる、暖始動状態と、
エンジンＲＰＭが予め定めた期間の間に予め定められたエンジンＲＰＭのウィンドウ内となった場合の、暖始動状態およびエンジン状態に対応する第３の状態であって、前記マイクロコントローラーは、エンジンＲＰＭが予め定められエンジンＲＰＭの予め定められたウィンドウ内に残る限り、定期的にＰＣＶバルブ（１２）を開閉する、第３の状態、
とを含む、ことを特徴とする汚染制御システム。
【請求項２】
ＰＣＶバルブ（１２）は、エンジン（１５）における真空圧力を調節するために開放位置と閉鎖位置との間で移動可能である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
複数のエンジンセンサーは、エンジン温度センサー（１８）、点火プラグセンサー（２０）、バッテリーセンサー（２２）、ＰＣＶバルブセンサー（２４）、エンジンＲＰＭセンサー（２６）、加速度センサー（２８）、又は排気ガスセンサー（３０）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
マイクロコントローラー（１０）は、信号線（１１８）、ＰＣＶ制御線（１１０）、及び電源線を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
エンジン（１５）の点火がオンの場合に限り、マイクロコントローラー（１０）に動力が供給される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
マイクロコントローラー（１０）は、プログラム可能且つ再プログラム可能な固体メモリーを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ＰＣＶバルブ（１２）は、エンジン（１５）上のクランクケース（４９）及び吸気マニホルド（５１）と流体連通下にある、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項８】
マイクロコントローラー（１０）は、ＰＣＶバルブ（１２）を通るブローバイガスの流量を調節するために、ＰＣＶバルブ（１２）内で絞り機構を操作する、ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
マイクロコントローラー（１０）は、作られているブローバイガスの量に基づいて、クランクケース（４１）から吸気マニホルド（５１）までのブローバイガスの流量を調節する、ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
マイクロコントローラー（１０）は、エンジンセンサー（１８−３０）により測定されるエンジン（１５）の操作パラメータに基づき、作られているブローバイガスの量を決定する、ことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
マイクロコントローラー（１０）が、
制御処理装置に接続されるプログラム可能なフラッシュメモリーと、
メモリーと制御処理装置に接続される電源入力と、
制御処理装置に接続されるセンサー入力であって、センサー入力はエンジンセンサー（１８−３０）からデータを受信するように構成される、センサー入力と、
制御処理装置に接続される信号出力であって、信号出力は、エンジン（１５）におけるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブ（１２）の操作を制御するために、制御処理装置から信号を送信する、信号出力とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
制御処理装置は、信号出力を通じて複数の操作信号を送信するように構成される、こと
を特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
第１の操作信号が冷態始動状態に対応し、第２の操作信号が暖始動状態に対応し、第３の操作信号が第３の状態に対応する、ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
エンジンセンサーは、エンジンＲＰＭ、エンジン温度、エンジントルク、又はクランク
ケース圧力に関するデータを送信するように構成される、ことを特徴とする請求項１１乃
至１３の何れか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜発明の分野＞
本発明は全体的に汚染制御システムに関する。より具体的に、本発明は内燃機関のための汚染制御システム用のマイクロコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準の内燃機関（ＩＣ）エンジンの基本操作は、燃焼工程の型、シリンダの量、及び所望の使用／機能性に基づいて異なる。例えば、従来の２ストロークエンジンにおいて、オイルは、クランクケースに入る前に燃料及び空気と予め混合され、オイル／燃料／空気の混合物が点火される。ガソリンエンジンにおいて、燃料は空気のみと予め混合されるが、その後、圧縮され、燃料を燃焼させる点火プラグによって点火される。ディーゼルエンジンにおいて、燃料と空気が予め混合されるが、点火を行うための点火プラグは存在しないため、燃料／空気の混合物はピストンシャフト中の圧縮によって点火される。ＩＣエンジンの各タイプにおいて、燃料の点火後、ピストンは後に、下方に押され、及び排気ガスは、ピストンが排気口を露出すると、シリンダから出ることが可能となる。ピストンの運動は、クランクケース中の残りのオイル／燃料を加圧し、追加の新しいオイル／燃料／空気がシリンダに突入するのを可能にし、それにより、残りの排気ガスを排気口から押し出す。プロセス自体が繰り返されると、推進力によりピストンを圧縮行程に戻す。
【０００３】
ディーゼル又はガソリンで動くエンジンにおいて、２−ストロークエンジンとは対照的に、クランクシャフト及びコンロッド軸受のオイル潤滑は、燃料／空気の混合物と離れている。ディーゼル又はガソリンで動くエンジンにおいて、クランクケースは主に空気とオイルで満たされる。別個のソースから、燃料と空気を受け取り且つ混合するのは、吸気マニホルドである。吸気マニホルド中の燃料／空気の混合物は燃焼室へと吸引され、該燃焼室では、該混合物が（ガソリンエンジン中の）点火プラグによって点火され、そして燃焼する。ディーゼルエンジンには点火プラグが存在せず、そのため、ディーゼルエンジンの点火は、ピストンシャフト中の圧縮の結果として生じる。燃焼室は、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両方において、ピストンシリンダ内のピストンの外径の周囲に配置される１セットのピストンリングにより、大部分が密閉される。これにより、オイルが燃焼行程の一部として燃焼することが可能となるよりむしろ、クランクケース中にオイルが保管される。あいにく、ピストンリングはピストンシリンダを完全に密封することができない。結果的に、シリンダを円滑にすることを目的とした少量のクランクケースオイルは、代わりに、燃焼室へと吸引され、燃焼工程中に燃焼する。このことは、ガソリンで動くエンジンとディーゼルで動くエンジンの両方において真実である。付加的に、燃焼していない燃料を含む燃焼廃ガス、及び燃焼室中の排気ガスは同時に、ピストンリングを通過し、クランクケースに入る。クランクケースに入る廃ガスは共通して、「ブローバイ」又は「ブローバイガス」と呼ばれる。
【０００４】
ブローバイガスは主に、炭化水素（燃焼していない燃料）、二酸化炭素、又は水蒸気などの汚染物質から成り、その全てはエンジンのクランクケースに有害である。クランクケース中のブローバイガスの量は、吸気マニホルド中の炭化水素の濃度の数倍であり得る。大気中にこれらの気体を放出するだけで、大気汚染が増加する。代替的に、クランクケース中のブローバイガスを捕捉することにより、汚染物質が凝縮して、エンジンのクランクケースに経時的に蓄積することが可能となる。凝結した汚染物質は、クランクケースの内部に侵食性の酸とスラッジを形成する。これにより、シリンダとクランクシャフトを円滑にするという、クランクケース中のエンジンオイルの能力が減少する。クランクシャフトの構成部品（例えば、クランクシャフト及びコネクティングロッド）を適切に円滑にしない劣化油は、エンジンの摩損の増加の要因、同様に、エンジン性能が乏しくなる要因となり得る。不適切なクランクケースの潤滑は、ピストンリングの不必要な摩耗に起因し、この摩耗は同時に、燃焼室とクランクケースの間のシールの品質を下げる。エンジンが老朽化するにつれ、ピストンリングとシリンダ壁の間の隙間は増加し、結果として、大量のブローバイガスがクランクケースに入る。クランクケースに入る、あまりに多くのブローバイガスにより、電力損失、及びエンジンの故障さえも生じ得る。更に、ブローバイガス中の凝縮水により、エンジン部が錆びる場合もある。従って、クランクケース通気システムが、クランクケース中のブローバイガスの存在を改善するために開発された。一般的に、クランクケース通気システムは、正のクランクケース通気（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｃｒａｎｋｃａｓｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）（ＰＣＶ）バルブから、吸気マニホルドへと、ブローバイガスを排出して再燃焼させる。
【０００５】
ＰＣＶバルブは、ブローバイガスを、クランクケースから、吸気マニホルドに戻して再循環させ（即ち、放出する）、燃焼中に空気／燃料の新たな供給により再度燃焼させる。このことは、有害なブローバイガスは大気へと放出されるだけではないため、特に望ましい。クランクケース通気システムはまた、クランクケースを可能な限り清潔に保つために、クランクケース中のブローバイガスを制限する、又は理想的には排除するように設計されねばならない。初期のＰＣＶバルブは、単純な一方向のチェック弁を含んでいた。これらＰＣＶバルブは、正しく機能するために、クランクケースと吸気マニホルドの間の圧力差に単に依存していた。ピストンが吸気中に下方へ移動すると、吸気マニホルド中の気圧は、周囲の雰囲気よりも低くなる。この結果は共通して「エンジン負圧（ｅｎｇｉｎｅ  ｖａｃｕｕｍ）」と呼ばれる。該負圧は、吸気マニホルドの方へと空気を吸引する。従って、空気は、クランクケースと吸気マニホルドとの間に導路を設けるＰＣＶバルブを通って、クランクケースから、吸気マニホルドへと吸引され得る。ＰＣＶバルブは基本的に、ブローバイガスがクランクケースから吸気マニホルドへと放出するための一方向経路を開く。圧力差が変わる（即ち、吸気マニホルド中の圧力がクランクケース中の圧力よりも比較的高くなる）場合でさえ、ＰＣＶバルブは閉じ、ガスが吸気マニホルドを出てクランクケースに入るのを妨げる。従って、ＰＣＶバルブは、ガスがクランクケースから吸気マニホルドへと一方向で流れることのみを可能にする、「正の」クランクケース通気システムである。一方向のチェック弁は基本的に、全か無の（ａｌｌ−ｏｒ−ｎｏｔｈｉｎｇ）バルブである。つまり、バルブは、吸気マニホルド中の圧力が比較的クランクケース中の圧力未満である間は、完全に開いている。代替的に、バルブは、クランクケース中の圧力が吸気マニホルド中の圧力より比較的低いと、完全に閉じている。一方向のチェック弁に基づくＰＣＶバルブは、任意の所定時間でクランクケースに存在するブローバイガスの量の変化の原因とはなり得ない。クランクケース中のブローバイガスの量は、異なる運転条件下で、及びエンジンの構造（ｍａｋｅ）とモデルによって異なる。
【０００６】
ＰＣＶバルブの設計は、基礎的な一方向のチェック弁にわたって向上されており、クランクケースから吸気マニホルドへと放出されるブローバイガスの量をより良く調節することが可能である。１つのＰＣＶバルブの設計は、バネを使用することで、ブローバイガスがクランクケースから吸気マニホルドへと流れる通気口に対して、円錐又は円盤などの内部絞り機構を位置付ける。内部絞り機構は、バネ張力に対するエンジン負圧のレベルに比例する距離で、通気口に近接して位置する。バネの目的は、クランクケースと吸気マニホルドの間の真空圧変動に応答することである。この設計は、全か無のチェック弁を改善するように意図される。例えば、アイドリング時に、エンジン負圧は高い。たとえエンジンが比較的小量のブローバイガスを生成しているとしても、バネで付勢した絞り機構は、大きな圧力差を考慮して大量のブローバイガスを放出するよう設定される。バネは、クランクケースから吸気マニホルドまでの気流を実質的に可能にするよう、内部絞り機構を位置付ける。加速中、エンジン負圧は、エンジン負荷の増加により減少する。結果的に、たとえエンジンがより多くのブローバイガスを生成していても、バネは、クランクケースから吸気マニホルドまでの気流を少なくするよう、内部絞り機構を下へ押し返すことができる。その後、加速度が減少し（即ち、エンジン負荷が減少する）、車両が一定の巡航速度に近づくと、真空圧は増加する。再度、圧力差に基づいて、バネは、内部絞り機構を通気口から、クランクケースから吸気マニホルドまでの気流を実質的に可能にする位置にまで引き戻す。これは、より高いエンジンＲＰＭのため、エンジンが巡航速度でより多くのブローバイガスを生成するからである。従って、エンジン負圧及びバネで付勢した絞り機構に単に依存する、前述の改善されたＰＣＶバルブは、特に車両が絶えず速度を変える状況（例えば、都市部での運転、又は道路交通の渋滞）において、クランクケースから吸気マニホルドまでのブローバイガスの通気を最適化しない。
【０００７】
クランクケース通気の１つの主要な態様は、エンジン負圧が、エンジン速度よりもむしろエンジン負荷に応じて異なり、且つフローバイガスの量が、部分的に、エンジン負荷よりむしろエンジン速度に応じて異なる、ということである。例えば、エンジン速度が比較的一定のまま（例えば、アイドリング又は一定速度での運転）である場合、エンジン負圧はより高い。故に、エンジンのアイドリング中に存在するエンジン負圧の量（毎分約９００回転（ｒｐｍ））は、エンジンが幹線道路上を一定速度で巡航している場合に存在する量（例えば、２，５００〜２，８００ｒｐｍの間）と、本質的に同じである。ブローバイガスが生成される速度は、９００ｒｐｍの場合よりも、２，５００ｒｐｍの場合で遥かに高い。しかし、バネに基づくＰＣＶバルブが、２，５００ｒｐｍと９００ｒｐｍの間のブローバイガス産生の差を占めることができないのは、バネに基づくＰＣＶバルブが、これらの異なるエンジン速度で吸気マニホルドとクランクケースの間の同様の圧力差を経験するためである。バネは、気圧中の変化に応答するだけであり、これは、エンジン速度よりもむしろエンジン負荷の機能である。例えば、加速する場合、又は坂を登る場合、エンジン負荷は典型的に増加する。車両が加速すると、ブローバイガスの産生は増加するが、増加したエンジン負荷により、エンジン負圧は減少する。故に、バネに基づくＰＣＶバルブは、加速中にクランクケースから不適切な量のブローバイガスを放出することがある。前記バネに基づくＰＣＶバルブシステムが、ブローバイガス産生に基づいてブローバイガスを放出することができない。これは、バネがエンジン真空に応答するだけであるからである。
【０００８】
ＰＣＶバルブシステムの維持は、重要であり、且つ比較的単純である。潤滑油は、経時的にその中で捕捉される有害な汚染物質を取り除くために、定期的に交換されねばならない。適切な間隔（典型的に３，０００〜６，０００マイルごと）で潤滑油を交換しないと、ＰＣＶバルブシステムはスラッジで汚染される場合がある。塞がれたＰＣＶバルブシステムは結局のところ、エンジンを傷つけることになる。ＰＣＶバルブシステムは、潤滑油が適切な頻度で交換されると仮定して、エンジンの寿命のために清潔なままでなければならない。
【０００９】
ロサンジェルスの盆地のスモッグに対処する取り組みの一環として、カリフォルニア州は、１９６０年代から全てのモデルの車に排気制御システムを必要とすることを開始した。連邦政府は、１９６８年、これらの排気制御規制を全米に拡大した。議会は、１９７０年にＣｌｅａｒ  Ａｉｒ  Ａｃｔを通過させ、環境保護庁（ＥＰＡ）を設立した。それ以後、自動車メーカーは、車両の生産及び管理に関する一連の段階的排気規制基準に適合しなければならなくなった。これには、エンジン機能の制御及びエンジンの問題の診断を行う装置を実装することが含まれる。より詳細には、自動車メーカーは、電子燃料供給及び点火システムのような電気的に制御される構成部品を一体化し始めた。エンジン効率、システム性能、及び汚染を測定するためにセンサーも追加された。これらのセンサーは、早期診断支援に対処することができた。
【００１０】
車載診断（ＯＢＤ）は、早期車両自己診断システム及び報告能力を指す。ＯＢＤシステムは、様々な車両サブシステムに関する現状の情報を供給する。ＯＢＤを介して利用可能な診断情報量は、１９８０年代初期における自動車への車載コンピュータの導入以来、大幅に変化した。ＯＢＤは当初、検出された問題についての故障表示灯（ＭＩＬ）を点灯するものであったが、問題の性質に関する情報を提供するものではなかった。最新のＯＢＤの実施は、標準化された高速デジタル通信ポートを使用して、車両内から誤動作の迅速な識別及びこれに対応する是正措置を設定するための一連の標準故障診断コード（ＤＴＣ）と組み合わせて実時間データを提供している。
【００１１】
カリフォルニア大気資源委員会（ＣＡＲＢ又は単にＡＲＢ）は、第１次ＯＢＤ（現在では「ＯＢＤ−Ｉ」として知られる）の適用を施行する規制を策定した。ＣＡＲＢの目標は、自動車メーカーによる信頼性のある排気制御システムの設計を奨励することであった。ＣＡＲＢは、ＣＡＲＢ車両排気基準に合格しなかった車両の登録を認めないことにより、カリフォルニア州の車両排気を引き下げることを想定していた。残念ながら、排気専用の診断情報を試験及び報告するための基盤が統一化されず、又は広く受け入れられなかったため、この時点でＯＢＤ−Ｉは成功しなかった。標準化され信頼性のある排気情報を全ての車両から取得する上での技術的問題により、年次試験プログラムを効率的に実施できないこととなった。
【００１２】
ＯＢＤは、ＯＢＤ−Ｉの初期実行の後により高度なものとなった。ＯＢＤ−ＩＩは、米国自動車技術者協会（ＳＡＥ）により策定された新しい一連の規格及び実施法を実行した、１９９０年代中頃に導入された新たな規格であった。これらの規格は、最終的にはＥＰＡ及びＣＡＲＢにより採用された。ＯＢＤ−ＩＩは、より良好なエンジン監視技術を提供する先進的特徴を組み込んだものである。ＯＢＤ−ＩＩはまた、シャーシ部品、ボディ及び付属装置を監視し、自動車診断制御ネットワークを含む。ＯＢＤ−ＩＩは、能力及び標準化の両方においてＯＢＤ−Ｉを改良したものである。ＯＢＤ−ＩＩでは、診断コネクタ、ピン構成、電気信号伝達プロトコル、メッセージングフォーマットの形式が指定され、故障診断コード（ＤＴＣ）の拡張可能なリストが提示されている。ＯＢＤ−ＩＩはまた、車両パラメータの特定のリストを監視して、これらのパラメータの各々の性能データを符号化する。従って、単一の装置は、任意の車両内の車載コンピュータに問い合わせることができる。診断データの報告のこのような簡素化により、ＣＡＲＢにより想定された総合的な排気試験プログラムが実現可能となった。
【００１３】
ＯＢＤ−ＩＩシステムからの全ての診断情報が、具体的にはＰＣＶバルブに関して、エンジンの性能を最適化するために使用されていないという点で、問題が存在する。従って、ＰＣＶバルブの性能を最適化して、それによりエンジンの排気と汚染を削減するために、エンジン診断情報を利用するマイクロコントローラ装置及びシステムが必要とされる。本発明は、これらのニーズを満たし、且つ他の関連する利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、内燃機関のための汚染制御システムにおける使用のためのマイクロコントローラに関する。マイクロコントローラは、制御処理装置に接続される、プログラム可能なフラッシュメモリーを含む。電源入力は、メモリーと制御処理装置に接続される。センサー入力は制御処理装置に接続され、ここで、センサー入力はエンジンセンサーからデータを受信するように構成される。信号出力も制御処理装置に接続される。エンジンにおけるブローバイガスの流量を調節するＰＣＶバルブの操作を制御するために、信号出力は、制御処理装置からシグナルを送信するように構成される。
【００１５】
マイクロコントローラにおいて、制御処理装置は、信号出力を通じて複数の操作信号を送信するように構成される。第１の操作信号は、エンジンが冷態始動状態である間、ＰＣＶバルブを閉じるように構成される。エンジンがその好ましいアイドル温度／操作温度にまで加熱されている場合、冷態始動状態は、エンジンの点火直後の状態を指す。第２の操作信号は、エンジンが暖始動状態（ｗａｒｍ  ｒｕｎｎｉｎｇ  ｓｔａｔｅ）である間、エンジンＲＰＭのウィンドウ内のＰＣＶバルブを開くように構成される。暖始動状態は、その好ましいアイドル温度／操作温度にまで加熱される十分な期間、エンジンが動いている状態を指す。
【００１６】
特にエンジンＲＰＭが、予め定めた時間よりも長い時間ウィンドウ内にある場合、第３の操作信号が、エンジンＲＰＭのウィンドウ内の予め定めた時間間隔でＰＣＶバルブを開くように構成される。この第３の操作信号は、エンジンＲＰＭが、例えば長時間の幹線道路の運転中に、一貫してウィンドウ内にある場合に、定期的にＰＣＶバルブを開閉するように意図される。これにより、燃焼に対する負の効果を持ち得る、ブローバイガスの一定の再利用が回避される。
【００１７】
エンジンセンサーは、エンジンＲＰＭ、エンジン温度、エンジントルク、及び／又はクランクケース圧力を含む、異なるエンジンパラメータに関するデータを送信するように構成される。制御処理装置は、エンジンセンサーからのデータを使用して、ＰＣＶバルブを開閉するための適用可能なエンジン状態と必要条件を判定する。
【００１８】
内燃機関用の汚染制御システムは、電源に電気接続されたマイクロコントローラ、マイクロコントローラに接続された複数のセンサー、及びマイクロコントローラに電気接続されたＰＣＶバルブを含む。複数のセンサーは各々、エンジンの操作パラメータを測定するように構成される。ＰＣＶバルブは、エンジンにおけるブローバイガスの流量を調節するように構成され、マイクロコントローラからの制御信号に応答する。
【００１９】
ＰＣＶバルブは、エンジンにおける真空圧力を調節するために開放位置と閉鎖位置との間で移動可能である。複数のセンサーは、エンジン温度センサー、点火プラグセンサー、バッテリーセンサー、ＰＣＶバルブセンサー、エンジンＲＰＭセンサー、加速度センサー、又は排気ガスセンサーを含む。
【００２０】
ＰＣＶバルブは、エンジン上のクランクケース及び吸気マニホルドと流体連通下にある。マイクロコントローラは、ＰＣＶバルブ内の絞り機構を操作し、該絞り機構は、ＰＣＶバルブを通る（具体的にはクランクケースから吸気マニホルドまでの）ブローバイガスの流量を調節する。マイクロコントローラは、作られているブローバイガスの量に基づいて、クランクケースから吸気マニホルドまでのブローバイガスの流量を調節する。マイクロコントローラは、センサーにより測定されるエンジンの操作パラメータの分析に基づき、作られているブローバイガスの量を決定する。
【００２１】
マイクロコントローラは、信号線、ＰＣＶ制御線、及び電源線を含む。エンジンの点火がオンの場合に限り、マイクロコントローラに動力が供給される。マイクロコントローラは、プログラム可能且つ再プログラム可能な固体メモリーを含む。
【００２２】
本発明の他の機能及び利点は、ほんの一例ではあるが本発明の原理を示す添付図面と合わせて得られる、以下のより詳細な記載から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
添付図面は本発明を示す。
【図１】自動車エンジンの模式図であって、複数のエンジンセンサーとＰＣＶバルブに接続されたマイクロコントローラを示す。
【図２】ＰＣＶバルブとマイクロコントローラを備えた内燃機関の側面図であり、これら構成部品間の接続を示す。
【図３】ＰＣＶバルブの斜視図であり、ＰＣＶバルブとマイクロコントローラの間の接続を示す。
【図４】ＰＣＶバルブについての側面断面図であり、ＰＣＶバルブの機能性を示す。
【図５】ＰＣＶバルブと電源接続に関連するマイクロコントローラのシステム図である。
【図５Ａ】制御線とコネクタを備えたマイクロコントローラの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を示す目的のために図面で示されるように、汚染制御システム用のマイクロコントローラは、全体的に参照番号（１０）により言及される。図１において、マイクロコントローラ（１０）は、自動車（１６）のフード（１４）の下に取り付けられるのが好ましい。マイクロコントローラ（１０）は、実時間の作動状態と、自動車（１６）の性能を監視及び測定する、複数のセンサーの１つ以上に電気接続される。マイクロコントローラ（１０）は、ＰＣＶバルブ（１２）のデジタル制御を通じて内燃エンジン中のエンジン負圧を調節することにより、ブローバイガスの流量を調節する。マイクロコントローラ（１０）は、センサーから実時間入力を受信する。該センサーは、エンジン温度センサー（１８）、点火プラグセンサー（２０）、バッテリーセンサー（２２）、ＰＣＶバルブセンサー（２４）、エンジンＲＰＭセンサー（２６）、加速度センサー（２８）、及び排気センサー（３０）を含んでもよい。マイクロコントローラ（１０）によりセンサー（１８）、（２０）、（２２）、（２４）、（２６）、（２８）及び（３０）から得たデータは、以下により詳しく記載されるように、ＰＣＶバルブ（１２）を調節するために使用される。
【００２５】
図２は、自動車エンジン（１５）におけるＰＣＶバルブ（１２）に関連するマイクロコントローラ（１０）の操作を示す模式図である。図２に示されるように、ＰＣＶバルブ（１２）は、エンジン（１５）のクランクケース（４９）と吸気マニホルド（５１）の間に配される。操作時に、吸気マニホルド（５１）は、燃料配管（４１）と空気配管（４２）それぞれを介して燃料と空気の混合物を受け取る。空気フィルター（４４）は、吸気マニホルド（５１）において燃料と混合する前に新鮮な空気をフィルタ処理するために、空気配管（４２）と吸気配管（４６）の間に配置してもよい。吸気マニホルド（５１）中の空気／燃料の混合物は、ピストン（５０）が上死点からシリンダ（４８）内で下方に下がると、ピストンシリンダ（４８）に送達される。これにより、燃焼室（５２）内に真空が作られる。従って、クランクシャフト（４９）の速度の半分で回転する入力カムシャフト（５４）は、入力バルブ（５６）を開き、それにより吸気マニホルド（５１）をエンジン負圧にさらすように設計される。故に、燃料／空気が、吸気マニホルド（５１）から燃焼室（５２）へと吸引される。
【００２６】
燃焼室（５２）中の燃料／空気は、（ガソリンエンジン中の）点火プラグ（５８）によって点火される。燃焼室（５２）において点火した燃料／空気の急膨張は、シリンダ（４８）内のピストン（５０）の低下を引き起こす。燃焼後、排気カムシャフト（６０）が排気バルブ（６２）を開くことで、燃焼室（５２）から燃焼ガスが漏出し、排気配管（６４）から出るのを可能にする。典型的に、燃焼サイクル中、余分な排気ガスが、ピストン（５０）のヘッド（６８）中に取り付けられる一対のピストンリング（６６）によりスリップする（ｓｌｉｐ  ｂｙ）。これら「ブローバイガス」は、高圧及び高温のガスとしてクランクケース（４９）に入る。経時的に、炭化水素、一酸化炭素、亜酸化窒素、及び二酸化炭素などの有害排気ガスは、気体状態から凝縮し、クランクケース（４９）の内部を覆い、そしてクランクケース（４９）内の構造を円滑にするオイル（７０）と混ざり得る。しかし、ＰＣＶバルブ（１２）は、クランクケース（４９）から吸気マニホルド（５１）までこれらのブローバイガスを放出して、エンジン（１５）の燃料として再利用するように設計される。これは、クランクケース（４９）と吸気マニホルド（５１）の間の圧力差を使用して達成される。操作時に、ブローバイガスは、通気口（７２）を通って比較的高圧力のクランクケース（４９）を出て、通気配管（７４）、ＰＣＶバルブ（１２）、ブローバイ戻り配管（ｂｌｏｗ−ｂｙ  ｒｅｔｕｒｎ  ｌｉｎｅ）（７６）を通り、それに繋がれる比較的低圧力の吸気マニホルド（５１）へと移動する。従って、ＰＣＶバルブ（１２）を介してクランクケース（４９）から吸気マニホルド（５１）へと放出されたブローバイガスの量は、接続線（３２）を介してＰＣＶバルブに接続されるマイクロコントローラ（１０）によりデジタル処理で調節される。マイクロコントローラ（１０）はバッテリー（１１）により動力を供給され、接地接続（１３）にて接地される。
【００２７】
図３におけるＰＣＶバルブ（１２）は、全体的に、一対の電気接続部（３２）を介してマイクロコントローラ（１０）に電気接続される。マイクロコントローラ（１０）は、電気接続部（３２）を介してＰＣＶバルブ（１２）を通って流れるブローバイガスの量を少なくとも部分的に調節する。図３において、ＰＣＶバルブ（１８）は、剛性の外側ハウジング（３６）の一部を包み込む、ゴムハウジング（３４）を含む。接続線（３２）は、その中の開口部（図示せず）を介して、外側ハウジング（３６）から外に延出する。好ましくは、外側ハウジング（３６）は、単一構造（ｕｎｉｔａｒｙ）であり、吸気穴（３８）および排気穴（４０）を含む。一般に、マイクロコントローラ（１０）は、吸気穴（３８）に入り、排気穴（４０）を出る、ブローバイガスの流量を調節するための、外側ハウジング（３６）内部の絞り機構を操作する。
【００２８】
ブローバイの作動特性および産生は、各エンジンおよび個々のエンジンが設置される各自動車にとって特有である。自動車の燃料効率を最大限にし、有害な排ガスを減少させ、オイルおよび他のガスを再利用し、およびクランクケース内の汚染物質を除去するために、ＰＣＶバルブ（１２）を、工場においてまたは生産後に（ｐｏｓｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）設置することができる。ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）の目的は、ブローバイの産生に基づいて、クランクケース（４９）から吸気マニホルド（５１）へブローバイガスを戦略的に放出することである。したがって、マイクロコントローラ（１０）は、エンジン速度および他の作動特性、およびセンサー（１８−３０）によって得られた実時間測定に基づいて、ＰＣＶバルブ（１２）をデジタルで調節且つ制御する。重要なことに、ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）は、任意の内燃機関に適応可能である。例えば、ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）は、ガソリン、メタノール、ディーゼル、エタノール、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液体プロパンガス（ＬＰＧ）、水素、アルコールをベースとするエンジン、又は事実上任意の他の可燃性ガス、及び／又は蒸気をベースとするエンジンと共に、使用され得る。前記システムは、２ストローク及び４ストロークのＩＣエンジンの両方と、全ての軽い、中間の、および重い負荷の構成を備える。ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）はまた、エネルギーの生成に使用される又は他の工業目的に使用される、固定されたエンジンに統合されてもよい。
【００２９】
特に、自動車のエンジン速度および他の作動特性に基づくブローバイガスの放出によって、炭化水素、一酸化炭素、酸化窒素、および二酸化炭素の排出の量が減少する。ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）は、燃焼サイクル中でガスを燃焼することにより再利用する。もはや大量の汚染物質が排気を介して自動車から排出されることはなくなる。したがって、自動車のエンジンを設置させると、ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）は、各自動車エンジンに対して大気汚染を減少させ、１ガロン当たりの燃費を増加させ、馬力性能を増加させ、エンジン摩耗（その中の低炭素の滞留による）を減少させ、および必要なオイル交換の回数を劇的に減少させることができる。アメリカ合衆国が、１日当たりおよそ８億７千万ガロンの石油を消費していることを考えれば、ブローガスの再利用を介した石油使用の小さな減少でさえ、有意に石油を節約していることになる。世界中で１日当たり３３億ガロン近くの石油が消費されており、世界中でわずかに石油使用を減少させるだけでも何百万ガロンもの化石燃料を節約できるだろう。
【００３０】
ＰＣＶバルブ（１２）は図４中の断面側面図に示される。ここでＰＣＶバルブ（１２）の全体操作が描かれる。マイクロコントローラ（１０）は、接続線（３２）を通じてＰＣＶバルブ（１２）に接続される。マイクロコントローラ（１０）は、入力線（３３）を介して入力信号を受けとり、接地接続（１３）を介して接地される。使用時にマイクロコントローラ（１０）は、ＰＣＶバルブ（１２）内に収容されるソレノイド（８０）に動力供給する。ソレノイド（８０）は円筒状で、プランジャー（７８）を取り囲む。電力がソレノイド（８０）に供給されると、ソレノイド（８０）内に磁場が作られる。プランジャー（７８）も同様に磁気を帯びており、中で作られる磁場の強さによって、ソレノイド（８０）と相互作用する。ソレノイド（８０）に供給される電力がない場合、プランジャー（７８）はソレノイド（８０）の内部から離れ、それによって、（図示されるように）ソレノイド（８０）の内部から摺動する。増加する電力量がソレノイド（８０）へ供給されるとき、プランジャー（７８）は、ソレノイド（８０）の内側と完全に係合するまで、ソレノイド（８０）の内部へ更に引っ張られる。
【００３１】
ＰＣＶバルブ（１２）はまた、マイクロコントローラ（１０）からの動力喪失事象において継続的な機能性を可能にする特性を含む。プランジャー（７８）は、ソレノイド（８０から吸気穴（３８）へ延出するロッド（１００）に結合する。ロッド（１００）は適所に固定される前部盤（ｆｒｏｎｔｄｉｓｋ）（８４）、およびロッド（１００）上をスライドする後部盤（８８）を有する。スナップリング（９０）は、後ばね（９４）と前ばね（９２）の間のロッド（１００）に付けられている。前ばね（９２）は、吸気穴（３８）からスナップリング（９０）へと直径が短くなるコイルばねであることが好ましい。前ばね（９２）の直径は、スナップリング（９０）の直径より、およそ又はわずかに短くなければならない。スナップリング（９０）は、片側面上でばね（９２）と係合し、他の側面上で後ばね（９４）と係合する。前ばね（９２）のように後部スナップリング（９４）は、ソレノイド（８０）の近くのより長い直径から、スナップリング（９０）の直径の大きさとほぼ同じかそれよりわずかに短い直径まで、次第に小さくなる。後ばね（９４）は、コイルばねであることが好ましく、ソレノイド（８０）とスナップリング（９０）との間で楔着される（ｗｅｄｇｅｄ）。この構成において、後部盤（８８）は、前ばね（９２）からその上にかけられる圧力によって、前部盤（８４）に対して適所に保持される。
【００３２】
前部盤（８４）および後部盤（８８）は、吸気穴（３８）に入り排気穴（４０）を出るブローバイガスの量を決定する。ソレノイド（８０）中の磁場が増加する場合、プランジャー（７８）はソレノイド（８０）へと引っ張られ、それによってロッド（８２）を吸気穴（３８）へ前進させる。プランジャー（７８）がソレノイド（８０）に完全に係合すると、前部盤（８４）は、吸気穴（３８）が前部盤（８４）によって効果的に遮断されるように吸気穴（３８）へ押しつけられる。前部盤（８４）は開口部（９６）を有する。後部盤（８８）が前ばね（９２）によって前部盤（８４）へ押しつけられる場合、開口部（９６）は後部盤（８８）によって遮断される。前部盤（８４）が吸気穴へ押しつけられ、後部盤（８８）が前部盤（８４）に押しつけられると、ブローバイガスはＰＣＶバルブ（１２）に入って通過するのを遮断される。しかし前ばね（９２）の力は、吸気穴（３８）を介して十分な圧力により超えられるほど大きなものではない。クランクケース（４９）および吸気マニホルド（５１）からの十分な吸引圧力の下で、後部盤（８８）は前部盤（８４）から押し出され、それによって前部盤（８４）において開口部（９６）は遮断されない。開口部（９６）が遮断されない状態では、少量のブローバイガスがＰＣＶバルブ（１２）を通過することがある。この機能性は、基本的にＯＥＭのデフォルトであり、ソレノイドが作動しない場合にＰＣＶバルブ（１２）が機能し続けることを可能にする。
【００３３】
図４に示されるように、マイクロコントローラ（１０）がソレノイド（８０）に動力を供給し、それにより前部盤（８４）が吸気穴（３８）から引っ張られると、最適化されたＰＣＶバルブの機能性が生じる。ここでブローバイガスは、吸気穴（３８）を通じて矢印方向に沿ってＰＣＶバルブ（１２）に出入りすることが可能である。吸引圧力がかなりの大きさであるならば、後部盤（８８）は、開口部（９６）もまた遮断されないように前部盤（８４）から引っ張られることがある。この構成において、最大量のブローバイガスのがＰＣＶバルブ（１２）を通過することがある。燃費の改良、汚染の減少、およびエンジン性能の最適化は、マイクロコントローラ（１０）がソレノイド（８０）に動力を供給するとき達成され、その結果、エンジン内のいくつかの決定因子にしたがって、適切なレベルのブローバイガスが吸気穴（３８）へ入る。
【００３４】
上に述べられるように、本発明のマイクロコントローラ（１０）は、エンジンセンサー（１８−３０）（図１を参照）から信号を受信する。マイクロコントローラ（１０）は、ＰＣＶバルブ（１２）を制御して最適なエンジン効率および汚染制御を達成するために、これらの信号を使用する。マイクロコントローラ（１０）は、図５および５Ａにおいてより具体的に示される。マイクロコントローラ（１０）は、一連の電気接続部によって、ＰＣＶバルブ（１２）、エンジンセンサー（１８−３０）、および電源（この図には示されていない）に接続される。図５に示されるように、ＰＣＶバルブ（１２）はまずワイヤーハーネス（９８）に接続される。使用において、ＰＣＶバルブ（１２）の吸気穴（３８）は  クランクケース（４９）から通気配管（７４）へ配管されることになる（図２参照）。ＰＣＶバルブ（１２）は、接続線（３２）を介して制御される。接続線（３２）は、雌部の２ポートコネクタ（１０６）を介し、ワイヤーハーネス（９８）に付着した。ワイヤーハーネス（９８）は、対応する雄部の２ポートコネクタ（１０２）を有し、該コネクタ（１０２）はコネクターロック（１１６）およびノッチ（１２０）によってＰＣＶバルブ（１２）の接続線（３２）の雌部の２ポートコネクタ（１０２）に固定される。コネクターロック（１１６）およびノッチ（１２０）は２ポートコネクターの雄部分（１０２）および雌部分（１０６）を適所にしっかりと保持する。これは、車のエンジン（１５）（図１）内に見出される厳しい環境において重要であり、ここでは高温、低温、極度の振動と軋み、および化学ガスと残留物すべてに遭遇する。
【００３５】
ワイヤーハーネス（９８）は、ＰＣＶバルブ（１２）をマイクロコントローラ（１０）および電源に接続するように機能する。ＰＣＶバルブ（１２）に最も近いワイヤーハーネス（９８）末端はまた、信号線（１１８）を含む。信号線（１１８）がここで含まれ、その結果、信号線（１１８）は車のエンジン（１５）（図１）に最も近くなる。外部コイル点火システムでは、信号線（１１８）は、常に負のコイル・ポスト（図示せず）に接続する。内部コイル点火システムでは、信号線（１１８）は、常に内部点火コイル上の接地ポスト（図示せず）に接続する。信号線（１１８）と負のコイル・ポスト又は内部点火コイル上の接地ポストのどちらかとの間の接続は、マイクロコントローラ（１０）に電気的な接地をもたらす。
【００３６】
マイクロコントローラ（１０）は、制御線（１１０）および雌部の４ポートコネクター（１０８）を介してワイヤーハーネス（９８）に取り付けられる。好ましい実施形態において、多色の４つの制御線（１１０）がある。制御線（１１０）は全体的に、信号線（１１８）、つまりＰＣＶバルブ（１２）に動力を供給し制御する線、動力源（図示せず）からの正の電気線（１１２）、および動力源（図示せず）からの負の電気線（１１４）を含む。これらの線は、マイクロコントローラ（１０）が動力供給され、残りのシステムと通信することを可能にする。上記の２ポートコネクターと同様に、雄型（１０４）および雌型（１０８）の４ポートコネクターは、コネクターロック（１１６）およびノッチ（１２０）によって、共に保持される。
【００３７】
ワイヤーハーネス（９８）は、さらに動力供給ハーネス（１００）によって動力源（図示せず）に接続する。動力供給ハーネス（１００）は、正の電気リード（１１２）および負の電気リード（１１４）をワイヤーハーネス（９８）に接続する、雄部の２ポートコネクター（１０２）を含む。好ましい実施形態において、負の電気的リード（１１４）はエンジン内の接地に接続される。正の電気的リード（１１２）は、自動車エンジン（図示せず）の１０アンペアの点火ヒューズに乗った３アンペアのヒューズに、好ましくは接続される。これは、自動車の点火装置がつけられるときに限り、マイクロコントローラ（１２）およびＰＣＶバルブ（１２）が動力供給されることを意味する。他のポートコネクターと同様に、雄型（１０２）および雌型（１０６）の２ポートコネクターで、２ポートコネクターは、コネクターロック（１１６）およびノッチ（１２０）によって、共に保持される。
【００３８】
図５Ａは図５のボックス部５Ａから得られ、マイクロコントローラ（１０）および制御線（１１０）をより詳しく示す。この図では、ＬＥＤ（１２４）およびオプションの入力（１２２）を見ることがさらに可能である。ＬＥＤ（１２４）は、ユーザーにマイクロコントローラ（１０）がどのフェーズにあるかに関する情報を与えるために含まれる。ＬＥＤ（１２４）は多数の色（好ましくは赤および青）を点滅させ、異なるパターンおよびリズムで点滅させることができる。オプションの入力（１２２）は、他のエンジンセンサーから余分な入力を受信するために設けられる。オプションの入力（１２２）はまた、新しいプログラミングによりマイクロコントローラ（１０）を再度点滅させるために使用されてもよい。マイクロコントローラ（１０）は概してロジックおよび固体メモリーを含む。固体メモリーは、プログラミングを更新しマイクロコントローラ（１０）に新しい機能を加えるために、点滅しおよび再度点滅することができる。これは、最新システムへのアップデートおよびアップグレードを速くおよび容易にする。
【００３９】
ＰＣＶバルブ（１２）、マイクロコントローラ（１０）および他のすべての接続の設置の後、自動車（１６）の車載コンピュータはリセットされなくてはならない。これは自動車バッテリー（図示せず）の負の側を４分間分離し、自動車のブレーキを４回踏んで電気システムからエネルギーを放出することによって行われる。一旦これが行われると、自動車（１６）は始動することができ、設置を確認することができる。これはマイクロコントローラ（１０）上のＬＥＤ（１２４）を見ることで行われる。自動車が始動する最初のときは、「冷態始動」と呼ばれる。冷態始動の最初の２分間に、ＬＥＤ（１２４）はＰＣＶバルブ（１２）が正確に作動していることを示すために、２秒ごとに青色の点滅を伴う赤色を示す。次の２分間に、ＬＥＤ（１２４）は、エンジン（１５）の２ＲＰＭごとに青色の点滅を伴って赤色のままである。これはさらに２分間継続し、マイクロコントローラ（１０）のタイミング・シーケンスが適切に働いていることを示す。これに続いて、ＬＥＤ（１２４）は真っ赤になり、青色の点滅はＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）が起動していることを示す。エンジンが必要なＲＰＭに達する時、ＬＥＤ（１２４）は、ＰＣＶバルブ（１２）およびマイクロコントローラ（１０）が要求のすべてのレベルで調整していることを示す、青色の点滅のみに変わることになる。
【００４０】
作動時において、マイクロコントローラ（１０）は３つの状態で機能する。最初に、乗 り物の点火つまり冷態始動状態に際して、マイクロコントローラ（１０）は、上述のように、ＰＣＶバルブ（１２）のソレノイド（８０）を閉じた状態に保つ。これは、 乗り物のエンジン（１５）がさらに熱くなる間に大量の汚染物質を生成するからである。 一旦、エンジン（１５）が適切に加熱され、暖始動状態になると、それはより効率的に機 能し、汚染をより少なくする。その点では、マイクロコントローラ（１０）は次の状態に なり、エンジンのＲＰＭに基づいたウィンドウ・スイッチとして機能する。エンジンが特 定のＲＰＭのウィンドウまたは範囲で作動している間、マイクロコントローラ（１０）は ＰＣＶバルブ（１２）のソレノイド（８０）を開かせる。一旦エンジンがそのＲＰＭの範 囲から落ちれば、ＰＣＶバルブ（１２）のソレノイド（８０）は再び閉じる。ＲＰＭが与 えられたウィンドウまたは範囲に長時間とどまる条件で、乗り物が運転されている場合（ 例えば幹線道路での運転）、マイクロコントローラ（１０）は次に第３の状態に切り替わり、タイミング・シーケンスを起動し、それにより、乗り物の車載診断は、エンジンへの 過大な燃料の取り込みを妨げられる。このタイミング・シーケンスは任意のあらかじめ決 めた時間間隔へプログラムすることができるが、しかし好ましい実施形態においては、シ ーケンスはＰＣＶバルブ（１２）のソレノイド（８０）を２分間開き、その後、１０分間 閉じる。このシーケンスは、エンジンＲＰＭが与えられた範囲から落ちるまで、無期限に 繰り返される。
【００４１】
マイクロコントローラ（１０）の好ましい実施形態のロジックは主としてエンジンＲＰＭに基づく一方、マイクロコントローラ（１０）の他の実施形態は他の基準に基づくロジックを有することがある。こうした基準はクランクケース圧力と同様にエンジン温度およびエンジントルクであってもよい。これらの追加の基準にマイクロコントローラのロジックが基づくことにより、より調整可能でよりプログラム可能な制御システムを実現する。
【００４２】
いくつかの実施形態が、例示目的で詳細に記載されているが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な変更が各実施形態に対してなされ得る。したがって、本発明は、添付の請求項以外によって制限されない。
【図１】
0006317368.tif 000002
【図２】
0006317368.tif 000003
【図３】
0006317368.tif 000004
【図４】
0006317368.tif 000005
【図５】
0006317368.tif 000006
【図５Ａ】
0006317368.tif 000007