(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン機関のクランクケース内と吸気系とを連通するブローバイガス通路と、
吸気系の上流側から上記クランクケース内へ新気を導入するように設けられた新気通路と、
上記新気通路に設けられ、吸気系の上流側から新気を吸引してクランクケース内へ吐出するエアポンプと、
上記クランクケース内のＮＯｘ濃度を取得するＮＯｘ濃度取得手段と、
上記ＮＯｘ濃度に基づいて、上記エアポンプの作動を制御するポンプ制御手段と、
を備え、
かつ、上記エアポンプの吐出側と排気通路とを接続する二次エア通路が設けられ、上記エアポンプが二次エア用のポンプを兼用していることを特徴とするガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【請求項２】
上記二次エア通路を開閉する二次エア用切換弁を備えることを特徴とする請求項１に記載のガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【請求項３】
上記エアポンプの吸入側が、さらに車両ブレーキ系のマスターバックに接続されており、上記エアポンプがマスターバック用のポンプを兼用していることを特徴とする請求項１又は２に記載のガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【請求項４】
上記エアポンプの吸入側と吸気系とを連通する上流側新気通路に、上記マスターバックに接続する負圧取出し通路が合流しており、この合流部よりも上流側の上流側新気通路に、マスタバック用スロットルが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【請求項５】
上記ＮＯｘ濃度取得手段が、機関負荷と機関回転数から求められるＮＯｘ発生量を累積してＮＯｘ濃度を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【請求項６】
さらに機関温度を検出する温度検出手段を備え、
上記ポンプ制御手段は、上記ＮＯｘ濃度と機関温度とに基づいてエアポンプの作動を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガソリン機関のブローバイガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガソリン機関のクランクケース内に漏れ出たブローバイガスを吸気系に戻すようにしたガソリン機関のブローバイガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン機関においては、クランクケース内に漏れ出たブローバイガスによって潤滑油の劣化が促進される問題があり、従来から、クランクケース内へ新気を導入するとともにクランクケース内からブローバイガスを取り出して吸気系へ戻すようにしたブローバイガス処理装置が用いられている。このブローバイガス処理装置は、一般には、吸気系のスロットル弁上流側と機関本体の例えばシリンダヘッドとの間に新気通路が設けられているとともに、吸気系のスロットル弁下流側とクランクケースとの間にブローバイガス通路が設けられており、かつこのブローバイガス通路に、スロットル弁下流側の負圧に応じて開度が変化する流量制御弁（いわゆるＰＣＶバルブ）を備えた構成となっている。このものでは、高負荷領域を除く通常の運転条件下では、スロットル弁下流側の吸気系に十分な負圧が発生するので、上記新気通路からシリンダヘッド内を経由してクランクケース内へ新気が導入され、かつこの新気に押し出されるような形で、ブローバイガスがブローバイガス通路を介してスロットル弁下流側の吸気系に戻り、燃焼室に導かれる。つまり、クランクケース内が常に新気によって換気され、ブローバイガスによる潤滑油の劣化が抑制されている。
【０００３】
しかしながら、近年、可変動弁装置による吸気弁開閉時期の制御等によりスロットル弁に頼らずに吸入空気量を制御することが一部で実用化されており、このようなものでは、運転条件によってはブローバイガスの換気に十分なだけの負圧を生成し得ないことがあり、クランクケース内のブローバイガス濃度が高くなって、潤滑油の劣化が促進されてしまう虞がある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、ブローバイガス通路にクランクケース内からブローバイガスを吸引して吸気系側へと吐出する負圧ポンプを設けている。この特許文献１の実施例においては、負圧ポンプが機関のクランク軸に連動して常時駆動される機械式のものであり、スロットル弁下流の負圧の状況にかかわらず、ブローバイガスを確実に処理することができる。
【特許文献１】特開２００１−１６４９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような機械式の負圧ポンプでは、クランクケース内のブローバイガス濃度つまりはＮＯｘ濃度にかかわらず、機関運転中には常時負圧ポンプが作動することとなり、ＮＯｘ濃度が低いにもかかわらず不必要に負圧ポンプが作動することによって余分なエネルギー損失を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ガソリン機関のクランクケース内と吸気系とを連通するブローバイガス通路と、吸気系の上流側から上記クランクケース内へ新気を導入するように設けられた新気通路と、上記ブローバイガス通路又は新気通路に設けられ、上記ブローバイガス又は新気を圧送するエアポンプと、上記クランクケース内のＮＯｘ濃度を取得するＮＯｘ濃度取得手段と、上記ＮＯｘ濃度に基づいて、上記エアポンプの作動を制御するポンプ制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、エアポンプによって吸入負圧が十分に得られない場合でもクランクケース内を確実に換気することができ、かつ、ＮＯｘ濃度に応じてエアポンプの作動を制御することによって、クランクケース内のブローバイガス濃度を低く保って潤滑油の劣化を抑制しつつ、エアポンプの不必要な作動を抑制し、エネルギー損失を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明を車両用ガソリン機関１に適用した第１実施例を示している。このガソリン機関１は、例えば図示せぬ燃料噴射弁がシリンダ内へ向けて配置された筒内直噴型として構成され、超希薄燃焼を実現できるものとなっている。このガソリン機関１の吸気ポートに連なる吸気通路２は、スロットル弁３を具備し、かつその上流側に、エアクリーナ４が介装されている。そして、スロットル弁３とエアクリーナ４との間に新気通路５の一端が接続され、かつシリンダヘッドカバー６に他端が接続されている。上記シリンダヘッドカバー６内の空間とクランクケース７内の空間とは、図示せぬ潤滑油落とし孔やチェーン通路等を介して互いに連通している。また、クランクケース７内からブローバイガスを取り出すようにブローバイガス通路８の一端がクランクケース７に接続され、かつその他端は、スロットル弁３下流側で吸気通路２に接続されている。
【０００９】
新気通路５にはエアポンプ９が介装されている。つまり、新気通路５は、上流側新気通路５ａと下流側新気通路５ｂとからなり、上流側新気通路５ａが吸気通路２のスロットル弁３上流側とエアポンプ９吸入側とを連通し、下流側新気通路５ｂがエアポンプ９吐出側とシリンダヘッドカバー６内とを連通している。上記エアポンプ９は、モータにより駆動される電動式のものである。
【００１０】
また、このガソリン機関１には、クランクケース７内のＮＯｘの濃度を直接的に検出するＮＯｘ濃度センサ１１と、機関温度に関連するセンサ値の一つとしてのエンジンオイルの温度つまり油温を検出する油温センサ１２と、が設けられる。制御部１０は、上記センサ１１，１２等からの検出信号に基づいて、上記のエアポンプ９等のアクチュエータへ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００１１】
図１には、新気の流れが白抜き矢印で、ブローバイガスの流れがが黒塗り矢印でそれぞれ示されている。これらの矢印で示すように、制御部１０からの信号に応じてエアポンプ９が作動すると、新気通路５を通してスロットル弁３上流側からシリンダヘッドカバー６内に新気が強制的に送り出される。この新気は、シリンダヘッドカバー６内の空間を掃気した後、クランクケース７内に入り、この新気とともにクランクケース７内からブローバイガスがブローバイガス通路８を通して吸気通路２に導入され、最終的に燃焼室に送られる。このようにエアポンプ９を用いてブローバイガスを強制的に吸気系に送り込むようにした構成によれば、スロットル弁３下流の負圧の状況に拘わらず、ブローバイガスを確実に処理でき、クランクケース７内のブローバイガス濃度を低く保つことができる。
【００１２】
そして本実施例では、クランクケース７内のＮＯｘ濃度に応じてエアポンプ９の作動を制御している。より具体的にはＮＯｘ濃度が高くなるほどエアポンプ９の作動電圧を高くし、エアポンプ９の負荷・駆動力が高くなるように設定している。この実施例では図２に示すように、ＮＯｘ濃度に応じて三段階にエアポンプ９の作動電圧を切り換えている。また、作動電圧の切換が過度に行われることのないように、低下側への切換と増加側への切換との間に適宜なヒステリシスＨ１を与えている。
【００１３】
上記実施例ではＮＯｘ濃度センサ１１によってＮＯｘ濃度を直接的に検出するようにしているが、このような特別のセンサを設けることなく、より簡易的に、機関負荷や機関回転数などを用いてＮＯｘ濃度を推定するようにしても良い。例えば図３に示すように、機関負荷と機関回転数とに基づいてマップ（Ａ）からＮＯｘ発生量を逐次算出して蓄積し（Ｂ）、この蓄積されたＮＯｘ発生量を累積してＮＯｘ濃度を推定することができる（Ｃ）。
【００１４】
また、上記ＮＯｘ濃度に加え、機関温度の指標となる油温，水温，吸入空気温などに応じてエアポンプ９の作動を制御するようにしてもよい。より具体的には機関温度が低くなるほど、エンジンオイルがＮＯｘを吸着し易い状況になるために、エアポンプ９の負荷・駆動力が高くするように設定する。この実施例では図４に示すように、油温センサ１２により検出される油温に応じて三段階にエアポンプ９の最低作動電圧を切り換えている。そして、この最低作動電圧と上記ＮＯｘ濃度に基づいて求められる作動電圧の高い方をエアポンプ９の作動電圧として選択している。また、最低作動電圧の切換が過度に行われることのないように、低下側への切換と増加側への切換との間に適宜なヒステリシスＨ２を与えている。あるいは、ＮＯｘ濃度に基づいて求められる作動電圧を機関温度に応じて補正するようにしても良い。例えば、機関温度が低くなるほどＮＯｘ濃度が高くなるように係数を掛けるようにしても良い。
【００１５】
このような本実施例によれば、エアポンプ９によってクランクケース内を確実に換気すできることに加え、ＮＯｘ濃度、更には機関温度に応じてエアポンプ９の作動を適切に制御してブローバイガスの流量を適正化し、エアポンプ９の不必要な作動を抑制してエネルギー損失を抑制することができるとともに、過剰にブローバイガスが循環されて燃焼が不安定となることを回避することができる。
【００１６】
図５は、本発明の第２実施例に係るブローバイガス処理装置を示している。なお、上記第１実施例と同様の構成には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。この第２実施例においては、エアポンプ９が、排気通路１３へ二次エアを導入する二次エア用のポンプと、車両ブレーキ系のマスターバック１４にブレーキ用の負圧を与えるマスターバック用のポンプと、を兼用するように構成されている。マスターバック１４に接続する負圧取出し通路１５は、エアポンプ９の吸入側に接続する上流側新気通路５ａの途中に合流しており、この合流部よりも上流側に、マスターバック用スロットル１６が介装されている。また、下流側で排気通路１３へ接続する二次エア通路１７の上流側は、エアポンプ９の吐出側に接続する下流側新気通路５ｂから分岐しており、この分岐部に、二次エア通路１７を開閉する二次エア用切換弁１８が設けられている。
【００１７】
図６は、上記制御部１０によるスロットル１６や切換弁１８の制御の一例を簡略的に示すフローチャートである。ステップＳ１では、マスターバック１４の圧力（負圧）を検出する圧力センサ１９により検出されるマスターバック圧力Ｐｍが所定のしきい値Ｐ０以上であるかを判定する。しきい値Ｐ０以上であれば、ステップＳ２へ進み、マスターバック用スロットル１６を閉じる。これによって、エアポンプ９が作動したときには、マスターバック１４側の負圧取出し通路１５のみを介して空気が吸引されて、マスターバック１４内の負圧が強化される。続くステップＳ３では、マスターバック１４の要求負圧に必要な作動電圧Ｖｍが設定される。
【００１８】
一方、マスターバック圧力Ｐｍがしきい値Ｐ０未満の場合、つまり、マスターバック１４の負圧を特に強化する必要のない場合には、ステップＳ１からステップＳ４へ進み、マスターバック用スロットル１６を開く。これにより、エアポンプ９が作動したときには、新気通路５の上流側新気通路５ａとマスターバック１４側の負圧取出し通路１５との双方から空気が吸引される。ステップＳ５では、マスターバック用作動電圧Ｖｍを０に初期化する。
【００１９】
ステップＳ６では、上記のセンサ１１，１２からＮＯｘ濃度と油温とを読み込み、ステップＳ７では、上述したように、ＮＯｘ濃度と油温とに基づいて作動電圧Ｖｎを設定する。
【００２０】
ステップＳ８では、図示せぬ他のルーチンによる二次エアの要求の有無を判定する。二次エアの要求が有る場合、ステップＳ９へ進み、二次エア用切換弁１８により二次エア通路１７を開く。これによって、エアポンプ９から送り出される新気（エア）が二次エアとして二次エア通路１７を介して排気通路１３へも供給されることとなる。ステップＳ１０では、要求される二次エアの流量を確保するために必要な二次エア用作動電圧Ｖａが設定される。この二次エア用作動電圧Ｖａは、上述したマスターバック用スロットル１６の開閉状態に応じて設定され、つまり、マスターバック用スロットル１６が閉じているときには、上記のマスターバック用作動電圧Ｖｍを加味して二次エア用作動電圧Ｖａが設定される。
【００２１】
一方、二次エアの要求が無い場合には、ステップＳ８からステップＳ１１へ進み、切換弁１８により二次エア通路１７を閉じる。これにより、エアポンプ９が作動しても二次エアが供給されることはなく、エアポンプ９から供給される新気の全てが新気通路５を通してシリンダヘッドカバー６内へ供給される。続くステップＳ１２では、二次エア用作動電圧Ｖａを０に初期化する。
【００２２】
ステップＳ１３では、上記ステップＳ３又はＳ５で設定されたマスターバック用作動電圧Ｖｍと、ステップＳ７で設定された作動電圧Ｖｎと、ステップＳ１０又はＳ１２で設定された二次エア用作動電圧Ｖａと、のうちで、最も大きな値のものをエアポンプ９の作動電圧Ｖ０として選択する。この選択された作動電圧Ｖ０によりエアポンプ９が作動されることとなる。
【００２３】
このような第２実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果が得られることに加え、エアポンプ９が二次エア用のポンプとマスターバック用のポンプとを兼用しているので、別途ポンプを設ける場合に比して構成が簡素化される。なお、上記特開２００１−１６４９１８号公報のもののように、ブローバイガス通路にエアポンプを設けた場合には、エアポンプを二次エア用のポンプとして利用することはできず、本実施例のように新気通路５にエアポンプ９を設けることで、このエアポンプ９を二次エア用のポンプとして利用することができるのである。
【００２４】
また、マスターバック用スロットル１６により開度を調整することで、マスターバック１４へのブレーキ負圧を確保した上で、過度な負圧の発生を抑制し、運転効率を高めることができる。更に、二次エアの要求に応じて切換弁１８を切換制御することで、必要な二次エアを確保して排気性能を向上しつつ、二次エアを必要以上に供給することを無くして、運転効率を高めることができる。
【００２５】
特に本実施例のように、負圧取出し通路１５の合流部よりも上流側の上流側新気通路５ａにマスタバック用スロットル１６を設けることで、このマスターバック用スロットル１６が閉じている状態でも二次エアを確保することができ、機関始動直後からブレーキ負圧の確保と二次エアによる排気性能の向上とを高いレベルで両立することができる。
【００２６】
更に、アイドル回転数制御時など、エアポンプ９の作動状態によってエンジン発生トルクの変動が大きく影響する運転領域においては、エアポンプ９の作動電圧つまりは駆動力を低く抑制し、あるいは一定値に固定することで、機関回転数を安定させるようにしても良い。この場合、必要な吸入空気量を確保するために、例えば図示せぬ可変動弁装置によってバルブリフト特性を補正すれば良い。
【００２７】
以上の説明より把握し得る本発明の技術的思想について列記する。
（１）ガソリン機関１のクランクケース７内と吸気系（吸気通路２）とを連通するブローバイガス通路８と、吸気系の上流側から上記クランクケース７内へ新気を導入するように設けられた新気通路５と、上記ブローバイガス通路８又は新気通路５に設けられ、上記ブローバイガス又は新気を圧送するエアポンプ９と、上記クランクケース７内のＮＯｘ濃度を取得するＮＯｘ濃度取得手段（ＮＯｘ濃度センサ１１）と、上記ＮＯｘ濃度に基づいて、上記エアポンプ９の作動を制御するポンプ制御手段（制御部１０）と、を備えている。この構成によれば、機関回転数や機関負荷などにかかわらずエアポンプ９によってクランクケース７内を確実に換気することができ、かつ、ＮＯｘ濃度に応じてエアポンプ９の作動を制御することによって、エアポンプ９の不必要な作動を抑制し、エネルギー損失を軽減することができる。
（２）上記エアポンプ９が、上記新気通路５に設けられ、吸気系の上流側から新気を吸引してクランクケース７内へ吐出するものである。この場合、ブローバイガス通路８にエアポンプを設ける場合に比して、エアポンプ９にブローバイガスが流れることなく新気のみが流れるために、エアポンプ９の故障や劣化が抑制される。
（３）加えて、エアポンプ９の吐出側と排気通路１３とを接続する二次エア通路１７を設けることで、エアポンプ９を二次エア用のエアポンプとして兼用することができる。
（４）上記二次エア通路１７を開閉する二次エア用切換弁１８を備えている。この二次エア用切換弁１８を機関運転条件に応じて切り換ることで、必要な二次エアを確保して排気性能を向上しつつ、二次エアを必要以上に供給することを無くし、運転効率を高めることができる。
（５）上記エアポンプ９の吸入側が、さらに車両ブレーキ系のマスターバック１４に接続されており、上記エアポンプ９がマスターバック用のポンプを兼用している。これによって、別途ポンプを設けることのない簡素な構成で、マスターバック１４のブレーキ負圧を確実に確保することが可能となる。
（６）上記エアポンプ９の吸入側と吸気系とを連通する上流側新気通路５ａに、上記マスターバック１４に接続する負圧取出し通路１５が合流しており、この合流部よりも上流側の上流側新気通路５ａに、マスタバック用スロットル１６が設けられている。この構成によれば、マスターバック用スロットル１６が閉じている状態でも二次エアを確保することが可能であり、機関始動直後からブレーキ負圧の確保と二次エアによる排気性能の向上とを高いレベルで両立することができる。
（７）上記ＮＯｘ濃度取得手段は、ＮＯｘ濃度センサ１１を用いる他、より簡易的に、機関負荷と機関回転数から求められるＮＯｘ発生量を累積してＮＯｘ濃度を推定することもできる。
（８）さらに機関温度を検出する温度検出手段（油温センサ１２）を備え、上記ＮＯｘ濃度と機関温度とに基づいてエアポンプ９の作動を制御するようにしてもよい。この場合、例えば機関温度が低くなるほど、エンジンオイルがＮＯｘを吸着し易い状況になるために、エアポンプ９の負荷・駆動力が高くするように設定することで、低温時のＮＯｘ濃度を低くしてエンジンオイルの劣化を抑制・防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例に係るガソリン機関のブローバイガス処理装置を示す構成説明図。
【図２】ＮＯｘ濃度と作動電圧との関係を示す特性図。
【図３】機関負荷と機関回転数からＮＯｘ濃度を推定する場合の説明図。
【図４】機関油温と最低作動電圧との関係を示す特性図。
【図５】本発明の第２実施例に係るガソリン機関のブローバイガス処理装置を示す構成説明図。
【図６】上記第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２９】
１…ガソリン機関
５…新気通路
７…クランクケース
８…ブローバイガス通路
９…エアポンプ
１０…制御部（ポンプ制御手段）
１１…ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ取得手段）
１２…油温センサ（温度検出手段）
１４…マスターバック
１６…マスターバック用スロットル
１８…二次エア用切換弁
【図１】
0005119916.tif 000002
【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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