JP2008064071A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室内の圧力を従来よりも適切に制御して排気エミッションを改善することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】クランク室１１の底部からオイルを汲み出すスカベンジポンプ３５を備えた内燃機関１の制御装置において、クランク室１１と吸気通路３とを連通する新気導入通路１９と、新気導入通路１９を開閉する開閉弁２０と、クランク室１１内の圧力を検出する圧力センサ５２とを備え、開閉弁２０の開度はクランク室１１内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるように圧力センサ５２によって検出された圧力に基づいて制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランク室からオイルを汲み出すオイルポンプを備えた内燃機関の制御装置に関する。

ドライサンプ式の潤滑装置を備えた内燃機関において、スカベンジポンプである第１オイルポンプのオイル吸入通路又はクランクケースに連通する大気開放部にこの大気開放部を開閉可能な制御弁を配置し、内燃機関の運転状態に応じて制御弁を開閉制御する潤滑制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開平４−１４８００９号公報 特開平６−４２３２５号公報

特許文献１及び２の発明では内燃機関の運転性能と潤滑性能とを両立させることを主目的に制御弁を制御しているため、内燃機関又は潤滑装置に異常が発生してクランク室内の圧力が過度に変化した場合の対策が不十分である。例えば、内燃機関の回転数が急上昇した場合、スカベンジポンプによってクランク室内から排出されるガスが急増し、クランク室内の圧力が過度に低下するおそれがある。この場合、機関本体のシール部からクランク室内に空気が流入して異物を移動させ、機関本体内の摺動部が異物を咬み込むおそれがある。また、上述した特許文献１及び２では、制御弁の開弁時にクランク室内のガスが大気に放出されるおそれがあるため、排気エミッションを悪化させるおそれがある。

そこで、本発明は、クランク室内の圧力を従来よりも適切に制御して排気エミッションを改善することが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。

本発明の内燃機関の制御装置は、クランク室の底部からオイルを汲み出すオイルポンプを備えた内燃機関の制御装置において、前記クランク室と前記内燃機関の吸気通路とを連通する新気導入通路と、前記新気導入通路を開閉する弁手段と、前記クランク室内の圧力を取得する圧力取得手段と、前記クランク室内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるように前記圧力取得手段により取得された圧力に基づいて前記弁手段の開度を制御する弁開度制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、クランク室内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるので、その所定の圧力範囲を適切に設定することによってクランク室内の圧力を従来よりも適切に制御することができる。また、新気導入通路にてクランク室と吸気通路とが連通されているので、クランク室の圧力が上昇してクランク室からブローバイガスなどが流出しても吸気通路から内燃機関に吸い込ませることができるので、ブローバイガスの外部への放出を防止できる。そのため、排気エミッションを改善できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記所定の圧力範囲は、前記クランク室を形成している機関本体のシール部を介した前記クランク室と前記クランク室の外部との間におけるガスの移動が防止されるように設定されてもよい（請求項２）。圧力範囲をこのように設定することにより、シール部を介したガスの移動を防止できる。

この形態においては、前記所定の圧力範囲の下限値として、前記クランク室の外部から前記クランク室への前記シール部を介したガスの流入を防止可能な圧力が設定されてもよい（請求項３）。下限値をこのように設定すれば、シール部を介して外部からクランク室内にガス（例えば空気）が流入することが抑制できるので、摺動部の異物の咬み込みを抑制できる。

また、前記所定の圧力範囲の上限値として、前記クランク室から前記クランク室の外部への前記シール部を介したガスの流出を防止可能な圧力が設定されてもよい（請求項４）。このような上限値の設定によれば、シール部を通過してクランク室から外部にブローバイガスが漏れることを抑制できる。そのため、排気エミッションをさらに改善できる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記所定の圧力範囲の上限値として、前記クランク室から前記新気導入通路を介して前記吸気通路に流出するガスが前記内燃機関に吸入されずに外部へ流出する現象を防止可能な圧力が設定されてもよい（請求項５）。これにより、クランク室から吸気通路に流出したガスの外部への漏れを防止することができるので、排気エミッションの改善効果をより高めることができる。この場合においては、前記所定の圧力範囲の下限値として、前記クランク室を形成している機関本体のシール部を介した前記クランク室の外部から前記クランク室への空気の流入を防止可能な圧力が設定されてもよい（請求項６）。このように下限値を設定すれば、シール部を介したクランク室への空気の流入に起因する摺動部の異物の咬み込みを抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記新気導入通路は、スロットルバルブより上流側の吸気通路と前記クランク室とを連通していてもよい（請求項７）。内燃機関の運転時、スロットルバルブより下流側の吸気通路の圧力はスロットルバルブより上流側の吸気通路の圧力よりも低くなる。この形態では、スロットルバルブより上流側の吸気通路とクランク室とが連通されるので、スロットルバルブより下流側の吸気通路とクランク室とが連通される場合よりも少ない仕事量でクランク室に空気を導入することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は機関本体と別体にオイルタンクが設けられるドライサンプ式の潤滑装置を備え、前記オイルポンプは、前記クランク室の底部から前記オイルタンクにオイルを排出するスカベンジポンプであってもよい（請求項８）。ドライサンプ式の潤滑装置では、スカベンジポンプによってクランク室内のガスがオイルとともにクランク室からオイルタンクに排出されるため、クランク室内の圧力が変化し易い。そのため、本発明を好適に適用できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記圧力取得手段は、前記クランク室内の圧力を検出する圧力検出手段であってもよいし（請求項９）、前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、前記内燃機関のスロットル開度を取得するスロットル開度取得手段と、をさらに備え、前記圧力取得手段は、前記回転数取得手段により取得された回転数及び前記スロットル開度取得手段により取得されたスロットル開度に基づいて前記クランク室内の圧力を推定してもよい（請求項１０）。クランク室内の圧力は内燃機関の回転数及び内燃機関のトルクとそれぞれ相関している。内燃機関のトルクはスロットル開度と相関関係を有しているため、内燃機関の回転数及びスロットル開度に基づいてクランク室内の圧力を推定できる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、クランク室内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるので、所定の圧力範囲を適切に設定することによりクランク室から外部へのブローバイガスの漏れを抑制できる。そのため、排気エミッションを改善できる。また、外部からクランク室内への空気の流入も抑制できるので、摺動部の異物の咬み込みを抑制できる。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと呼ぶこともある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、機関本体２と、吸気通路３及び排気通路４と、潤滑装置３０とを備えている。機関本体２は、複数（図１では１つのみを示す。）の気筒５が形成されるシリンダブロック６と、シリンダブロック６の上方に設けられるシリンダヘッド７と、シリンダヘッド７の上面に取り付けられるヘッドカバー８と、シリンダブロック６の下方に取り付けられるクランクケース９と、クランクケース９の下面に取り付けられるオイルパン１０とを備えている。クランクケース９の内部には、シリンダブロック６、クランクケース９、及びオイルパン１０によってクランク室１１が形成される。ヘッドカバー８とシリンダヘッド７とによって形成された空間とクランク室１１とは、シリンダブロック６及びシリンダヘッド７にそれぞれ形成されたブローバイガス通路（不図示）によって互いに接続されている。

各気筒５には、ピストン１２が往復動可能にそれぞれ挿入され、燃焼室１３がそれぞれ形成される。ピストン１２は、コンロッド１４によって機関本体２に回転自在に支持されるクランク軸１５と連結されている。各燃焼室１３には、吸気通路３を開閉する吸気弁１６及び排気通路４を開閉する排気弁１７がそれぞれ設けられている。吸気通路３には、吸気量を調整するためのスロットルバルブ１８が設けられている。

また、図１に示したように、エンジン１には、スロットルバルブ１８より上流の吸気通路３とシリンダヘッド７内とを連通する新気導入通路１９と、新気導入通路１９を開閉する弁手段としての開閉弁２０とが設けられている。このようにシリンダヘッド７内と吸気通路３とが新気導入通路１９で連通されることにより、新気導入通路１９及びブローバイガス通路によって吸気通路３とクランク室１１とが連通される。そのため、本発明の新気導入通路には、新気導入通路１９及びブローバイガス通路の両方が相当する。

機関本体２には、クランク軸１５を支持するクランクジャーナル（不図示）などの複数のオイル供給対象が設けられている。これら複数のオイル供給対象は、機関本体２に設けられているメインオイルホール２１と連通しており、潤滑装置３０はこのメインオイルホール２１を介して複数のオイル供給対象にオイルを供給する。

潤滑装置３０は、ドライサンプ式の潤滑装置であり、機関本体２と別体に設けられるオイルタンク３１と、クランク室１１の底部に設けられたオイル回収部３２とオイルタンク３１とを接続するオイル排出通路３３と、オイルタンク３１とメインオイルホール２１とを接続するオイル供給通路３４とを備えている。オイル排出通路３３にはオイルポンプとしてのスカベンジポンプ３５が設けられ、オイル供給通路３４にはフィードポンプ３６が設けられる。オイルタンク３１のヘッドスペース３１ａとスロットルバルブ１８より下流の吸気通路３とはブローバイガス通路３７にて連通されており、ブローバイガス通路３７にはブローバイガスの逆流を防止するためのＰＣＶバルブ３８が設けられている。なお、スカベンジポンプ３５及びフィードポンプ３６は、クランク軸１５にて駆動される周知のものと同様のものでよいため、詳細な説明は省略する。

オイルタンク３１内のオイルは、フィードポンプ３６によりオイル供給通路３４及びメインオイルホール２１を介して機関本体２の各オイル供給対象に供給される。各オイル供給対象にて使用されたオイルは、オイル回収部３２に回収され、その後スカベンジポンプ３５によってオイル排出通路３３を介してオイル回収部３２からオイルタンク３１に戻される。このようにオイルは、オイルタンク３１と機関本体２との間を循環する。なお、スカベンジポンプ３５はクランク室１１内からオイルと共にガスもオイルタンク３１に送るため、スカベンジポンプ３５によってクランク室１１内が減圧される。

開閉弁２０の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０によって制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、各種センサから入力される信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ５０には、例えばエンジン１のクランク角度に対応した信号を出力するクランク角センサ５１、クランク室１１内の圧力に対応した信号を出力する圧力検出手段としての圧力センサ５２、及びスロットルバルブ６の開度に対応した信号を出力するスロットル開度取得手段としてのスロットルバルブ開度センサ５３などが接続される。

上述したようにクランク室１１はシリンダブロック６、クランクケース９及びオイルパン１０によって形成されているため、例えばピストン１２に設けられるピストンリングが摩耗してピストン１２と気筒５の壁面との隙間が拡大し、クランク室１１内に吹き込むブローバイガスの量が増加したり、スカベンジポンプ３５が故障してクランク室１１からオイルタンク３１へのガスの排出が停止した場合にクランク室１１内の圧力が過度に上昇し、クランク室１１から吸気通路３側にブローバイガスが逆流する量が多くなり、そのブローバイガスがエンジン１に吸入されずに吸気通路３を逆流して大気中に流出するおそれがある。さらに、圧力が高くなると、クランクケース９とオイルパン１０とのシール部６０などから外部にクランク室１１内のガスが漏れるおそれがある。また、例えばクランク軸１５の回転数が急上昇してスカベンジポンプ３５のオイル排出能力が急増した場合にクランク室１１内の圧力が過度に低下してシール部６０からクランク室１１内に空気が流入するおそれがある。この場合、この空気がクランク室１１内の異物を移動させるおそれがあるため、クランクジャーナルなどの摺動部に異物が咬み込むおそれがある。

クランク室１１内はスカベンジポンプ３５によって減圧されているため、開閉弁２０の開度を変更し、新気導入通路１９及びブローバイガス通路を介してクランク室１１に導かれる新気（外部から内燃機関へ吸入される燃焼前の空気）の量を調整することにより、クランク室１１内の圧力を調整できる。例えば、開閉弁２０の開度を開き側に変更すると吸気通路３からブローバイガス通路及び新気導入通路１９を介してクランク室１１に導かれる新気の量が増加するため、クランク室１１内の圧力を上昇させることができる。一方、開閉弁２０の開度を閉じ側に変更すると吸気通路３からブローバイガス通路及び新気導入通路１９を介してクランク室１１に導かれる新気の量が減少するため、クランク室１１内の圧力を低下させることができる。

そこで、ＥＣＵ５０は図２の開閉弁制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行してクランク室１１内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるように開閉弁２０の開度を制御する。なお、図２の制御ルーチンを実行して開閉弁２０の開度を制御することにより、ＥＣＵ５０が本発明の弁開度制御手段として機能する。

図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０はまずステップＳ１１で圧力センサ５２の出力信号を参照してクランク室１１内の圧力Ｐを取得する。そのため、圧力センサ５２が本発明の圧力取得手段に相当する。次のステップＳ１２においてＥＣＵ５０は取得した圧力Ｐが予め設定した上限圧力Ｐｍａｘより高いか判断する。上限圧力Ｐｍａｘは、クランク室１１から吸気通路３側に逆流するブローバイガス量が増加し、そのブローバイガスがエンジン１に吸入されることなく吸気通路３を逆流して外部、すなわち大気中に流出する現象を防止できるように設定されていればよい。例えばブローバイガスの逆流量が所定の量以上となる圧力よりも低くかつ後述する下限圧力Ｐｍｉｎよりも高い圧力が設定される。このように設定された上限圧力Ｐｍａｘは、クランク室１１から外部へのシール部６０を介したブローバイガスの流出を防止できる圧力、つまりシール部６０から外部にブローバイガスが漏れ始める圧力よりも低い圧力で、かつ下限圧力Ｐｍｉｎよりも高い圧力であることを満たしている。このような上限圧力Ｐｍａｘとしては、例えば−５０ｍｍＨ_２Ｏが設定される。

圧力Ｐが上限圧力Ｐｍａｘより高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ５０は開閉弁２０の開度を所定の開度分閉じ側に変更する。なお、すでに開閉弁２０が全閉の場合はその状態を維持させる。所定の開度としては、例えば新気導入通路１９を流通する新気の量が変化する最小の開度が設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、圧力Ｐが上限圧力Ｐｍａｘ以下と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ５０は圧力Ｐが予め設定した下限圧力Ｐｍｉｎより低いか否か判断する。下限圧力Ｐｍｉｎは外部からクランク室１１へのシール部６０を介した空気の流入が防止されるように設定されていればよく、例えばシール部６０からクランク室１１内に空気が流入し始める圧力より高く、かつ上限圧力Ｐｍａｘより低い圧力が設定される。このような下限圧力Ｐｍｉｎとしては、例えば−２００ｍｍＨ_２Ｏが設定される。

圧力Ｐが下限圧力Ｐｍｉｎより低いと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ５０は開閉弁２０の開度を所定の開度分開き側に変更する。なお、すでに開閉弁２０が全開の場合はその状態を維持させる。所定の開度にはステップＳ１３と同様の開度が設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、圧力Ｐが下限圧力Ｐｍｉｎ以上と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ５０はクランク室１１内に新気導入通路１９及びブローバイガス通路を介してクランク室１１内を換気するために必要な量の新気が導入されるように圧力Ｐに応じて開閉弁２０の開度を調整する通常制御を行う。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図２の制御ルーチンを実行して開閉弁２０の開度を変更することにより、クランク室１１内の圧力をほぼ上限圧力Ｐｍａｘと下限圧力Ｐｍｉｎの間の圧力範囲となるよう調整できるので、クランク室１１から外部へのブローバイガスの漏れを抑制したり、外部からクランク室１１内への空気の流入を抑制できる。そのため、排気エミッションを改善したり、摺動部の異物の咬む込みを抑制できる。

図３は、開閉弁制御ルーチンの変形例を示している。図３の変形例では、ステップＳ１１の代わりにステップＳ２１〜Ｓ２３が設けられる。それ以外は、図２と同じであるため、図３において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ２１でエンジン１の回転数を取得する。エンジン１の回転数は、例えばクランク角センサ５１の出力信号に基づいて取得する。このように回転数を取得することにより、クランク角センサ５１が本発明の回転数取得手段として機能する。続くステップＳ２２においてＥＣＵ５０は、スロットル開度センサ５３の出力信号を参照してスロットルバルブ１８の開度（スロットル開度）を取得する。

次のステップＳ２３においてＥＣＵ５０は、取得したエンジン１の回転数及びスロットル開度に基づいてクランク室１１内の圧力を推定する。この圧力の推定は、例えば図４に示したマップを使用して行う。図４は、エンジン１の回転数及びスロットル開度とクランク室内の圧力との関係の一例を示している。クランク室内の圧力はエンジン１の回転数及びエンジン１のトルクとそれぞれ相関を有している。エンジン１の回転数が高くなるほどクランク室１１内の圧力が低下する。また、エンジン１のトルクが大きくなるほどクランク室１１内の圧力が低下する。エンジン１のトルクはスロットル開度と相関しており、スロットル開度が大きいほどエンジン１のトルクが大きくなる。そのため、エンジン１の回転数及びスロットル開度に基づいてクランク室１１内の圧力が推定できる。図４に示したマップは、予め実験又は数値計算などにより求めてＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶させておく。クランク室１１内の圧力を推定した後はステップＳ１２に進み、以降図２と同様に処理を進める。

図３の開閉弁制御ルーチンでは、エンジン１の回転数及びスロットル開度に基づいてクランク室１１内の圧力を推定するので、圧力センサ５２を設ける必要がない。なお、この場合、ステップＳ２３においてＥＣＵ５０がクランク室１１内の圧力を推定するため、ＥＣＵ５０が本発明の圧力取得手段として機能する。

上記の形態における上限圧力Ｐｍａｘ及び下限圧力Ｐｍｉｎは一例であって、クランク室の圧力範囲の上限値及び下限値は種々の事情を考慮して定めてよい。例えば、ブローバイガスの吸気通路３から外部への漏れが問題とならない場合には、シール部６０を介したクランク室１１から外部へのガスの流出を防止することが可能な範囲で上限圧力Ｐｍａｘを設定してもよい。シール部６０を介してクランク室１１へ空気が流入するほどにクランク室１１の圧力が低下するおそれがないときは上限圧力のみを開閉弁２０にて制限してもよい。また、例えばクランク室１１の容積に対してスカベンジポンプ３５の能力に余裕があるなどクランク室１１からシール部６０を介して、又は吸気通路３を逆流して外部にブローバイガスが流出するおそれがない場合は、下限圧力のみを開閉弁２０にて制限してもよい。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示す図。 ＥＣＵが実行する開閉弁制御ルーチンを示すフローチャート。 開閉弁制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。 エンジンの回転数及びスロットル開度とクランク室内の圧力との関係の一例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 機関本体
３ 吸気通路
１１ クランク室
１８ スロットルバルブ
１９ 新気導入通路
２０ 開閉弁（弁手段）
３０ 潤滑装置
３１ オイルタンク
３５ スカベンジポンプ（オイルポンプ）
５０ エンジンコントロールユニット（弁開度制御手段、圧力取得手段）
５１ クランク角センサ（回転数取得手段）
５２ 圧力センサ（圧力取得手段、圧力検出手段）
５３ スロットル開度センサ（スロットル開度取得手段）
６０ シール部

Claims (10)

1. クランク室の底部からオイルを汲み出すオイルポンプを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記クランク室と前記内燃機関の吸気通路とを連通する新気導入通路と、前記新気導入通路を開閉する弁手段と、前記クランク室内の圧力を取得する圧力取得手段と、前記クランク室内の圧力が所定の圧力範囲内に調整されるように前記圧力取得手段により取得された圧力に基づいて前記弁手段の開度を制御する弁開度制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定の圧力範囲は、前記クランク室を形成している機関本体のシール部を介した前記クランク室と前記クランク室の外部との間におけるガスの移動が防止されるように設定されてい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。
3. 前記所定の圧力範囲の下限値として、前記クランク室の外部から前記クランク室への前記シール部を介したガスの流入を防止可能な圧力が設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定の圧力範囲の上限値として、前記クランク室から前記クランク室の外部への前記シール部を介したガスの流出を防止可能な圧力が設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記所定の圧力範囲の上限値として、前記クランク室から前記新気導入通路を介して前記吸気通路に流出するガスが前記内燃機関に吸入されずに外部へ流出する現象を防止可能な圧力が設定され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。
6. 前記所定の圧力範囲の下限値として、前記クランク室を形成している機関本体のシール部を介した前記クランク室の外部から前記クランク室への空気の流入を防止可能な圧力が設定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記新気導入通路は、スロットルバルブより上流側の吸気通路と前記クランク室とを連通していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関は機関本体と別体にオイルタンクが設けられるドライサンプ式の潤滑装置を備え、
   前記オイルポンプは、前記クランク室の底部から前記オイルタンクにオイルを排出するスカベンジポンプであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記圧力取得手段は、前記クランク室内の圧力を検出する圧力検出手段であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、前記内燃機関のスロットル開度を取得するスロットル開度取得手段と、をさらに備え、
    前記圧力取得手段は、前記回転数取得手段により取得された回転数及び前記スロットル開度取得手段により取得されたスロットル開度に基づいて前記クランク室内の圧力を推定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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