JP2015031213A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる場合に空燃比の調整を可能にする内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１００はバルブ４２と逆止弁５２とバルブ５３とを備える。バルブ４２は第１の通路Ｐ１に設けられ、第１の通路Ｐ１におけるガスの流通を変更する。逆止弁５２およびバルブ５３は第２の通路Ｐ２に設けられ、第２の通路Ｐ２におけるガスの流通を変更する。機関温度が所定値αよりも高く、且つＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いβを超えた場合、バルブ４２は第１の通路Ｐ１を流通するガスの流量を減少させ、逆止弁５２およびバルブ５３は第２の通路Ｐ２におけるガスの流通方向を吸気通路Ｐｉｎからクランクケース３８の内部へとガスが流通する方向に制限する。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

燃焼室から漏出したブローバイガスを吸気通路に導入する内燃機関が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２０１０−２０９８４３号公報 特開２０１０−９０８７０号公報

内燃機関では、機関冷間時に燃焼室壁に付着した燃料がオイルに混入し、機関温間時に気化する結果、ブローバイガス中に燃料成分が多く含まれることがある。特にアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関では、オイルに含まれている燃料のアルコール成分が沸点（例えばエタノールの場合は約７８℃で、メタノールの場合は約６５℃）で急激に気化する結果、ブローバイガス中に多量の燃料成分が含まれ易くなる。ブローバイガス中にはこのようにして燃料成分が含まれる結果、燃料噴射量を補正するフィードバック制御で空燃比を適正範囲内に制御できなくなるほどの多量の燃料成分が含まれることがある。

この場合に空燃比を調整するには、例えばクランクケース内から吸気通路にブローバイガスを導入する通路に設けたバルブでブローバイガスの流量を減少させることが考えられる。クランクケース内から吸気通路にブローバイガスを導入する場合、クランクケース内には吸気通路から別の通路を介し、吸気通路に導入するブローバイガスの分だけ新気を導入することができる。

ところが、ブローバイガス中に多量の燃料成分が含まれている場合には、クランクケース内の圧力が気化した燃料の圧力によって高まることになる。このためこの場合には、上記バルブでブローバイガスの流量を減少させても、吸気通路からクランクケース内に新気を導入可能な通路を介して、クランクケース内から吸気通路にブローバイガスが導入される虞がある。結果、上記バルブでブローバイガスの流量を減少させても、空燃比を調整できない虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、ブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる場合に空燃比の調整を可能にする内燃機関を提供することを目的とする。

本発明はクランクケースの内部と吸気通路のうち吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部よりも下流側の部分とを接続する第１の通路に設けられ、前記第１の通路におけるガスの流通を変更する第１の流通変更部と、前記クランクケースの内部と前記吸気通路のうち前記吸入空気量調節部よりも上流側の部分とを接続する第２の通路に設けられ、前記第２の通路におけるガスの流通を変更する第２の流通変更部とを備え、機関温度が所定値よりも高く、且つ燃料噴射量を補正するフィードバック制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いを超えた場合に、前記第１の流通変更部が前記第１の通路を流通するガスの流量を減少させ、前記第２の流通変更部が前記第２の通路におけるガスの流通方向を前記吸気通路から前記クランクケースの内部へとガスが流通する方向に制限する内燃機関である。

本発明は前記第２の通路が前記吸気通路に分岐接続された第１の分岐通路および第２の分岐通路を有し、前記第２の流通変更部が前記第１の分岐通路に設けられ、前記吸気通路から前記クランクケースの内部へのガスの流通を許可するとともに、前記クランクケースの内部から前記吸気通路へのガスの流通を禁止する逆止弁と、前記第２の分岐通路に設けられ、前記第２の分岐通路を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁とである構成とすることができる。

本発明は前記第１の流通変更部が前記第１の通路を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁である構成とすることができる。

本発明によれば、ブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる場合に空燃比の調整を可能にすることができる。

内燃機関の概略構成図である。 制御動作の一例を示すフローチャートである。 燃料補正割合の変化の一例を示す図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関１００の概略構成図である。内燃機関１００は吸気系１０と排気系２０と本体３０と第１および第２の装置４０、５０とＥＣＵ７０とを備えている。内燃機関１００は多気筒の内燃機関であり、図示しない車両に搭載されている。内燃機関１００は具体的にはアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関となっている。図１では各気筒のうち一気筒につき本体３０を示す。

吸気系１０は吸気管１１とスロットル弁１２とを備えている。吸気管１１は吸気通路Ｐｉｎを形成している。スロットル弁１２は吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部であり、吸気管１１に設けられている。スロットル弁１２は具体的には電子制御式のスロットル機構となっている。スロットル弁１２は機械式のスロットル機構であってもよい。吸気管１１はスロットル弁１２よりも下流側で本体３０の各気筒に分岐接続されている。吸気系１０にはエアフロメータ８１とスロットルポジションセンサ８２とが設けられている。エアフロメータ８１は具体的には吸気管１１のうちスロットル弁１２よりも上流側の部分に設けられており、吸入空気量を計測する。スロットルポジションセンサ８２は具体的にはスロットル弁１２に設けられており、スロットル弁１２の開度を検出する。

排気系２０は排気管２１と触媒２２とを備えている。排気管２１は排気通路を形成している。触媒２２は排気管２１に設けられており、排気を浄化する。排気管２１は触媒２２よりも上流側で本体３０の各気筒に分岐接続されている。排気系２０にはＡ／Ｆセンサ８３とＯ_２センサ８４とが設けられている。Ａ／Ｆセンサ８３は具体的には排気管２１のうち触媒２２よりも上流側の部分であって、各気筒からの合流後の部分に設けられており、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出する。Ｏ_２センサ８４は具体的には排気管２１のうち触媒２２よりも下流側の部分に設けられており、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出する。

本体３０はシリンダブロック３１とシリンダヘッド３２とピストン３３と吸気弁３４と排気弁３５と燃料噴射弁３６と点火プラグ３７とクランクケース３８とクランクシャフト３９とを備えている。シリンダブロック３１にはシリンダ３１ａが形成されている。シリンダ３１ａ内にはピストン３３が収容されている。ピストン３３は燃焼室Ｅに隣接している。燃焼室Ｅはシリンダブロック３１、シリンダヘッド３２およびピストン３３に囲まれた空間である。

シリンダブロック３１の上面にはシリンダヘッド３２が固定されている。シリンダヘッド３２には、燃焼室Ｅに吸気を導く吸気ポート３２ａと、燃焼室Ｅからガスを排気する排気ポート３２ｂとが形成されている。また、吸気ポート３２ａを開閉する吸気弁３４と、排気ポート３２ｂを開閉する排気弁３５とが設けられている。吸気弁３４と排気弁３５とは燃焼室Ｅに対して設けられている。本体３０は具体的には気筒毎に吸気ポート３２ａと吸気弁３４とを複数備えるとともに、排気ポート３２ｂと排気弁３５とを複数備えている。

燃料噴射弁３６はシリンダヘッド３２に設けられている。燃料噴射弁３６は吸気ポート３２ａが形成する吸気通路Ｐｉｎに燃料を噴射する。燃料噴射弁３６は燃焼室Ｅに燃料を噴射する燃料噴射弁であってもよい。点火プラグ３７は燃焼室Ｅの上部中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド３２に設けられている。クランクケース３８はシリンダブロック３１に固定されている。クランクケース３８はクランクシャフト３９のクランク部を収容している。クランクシャフト３９はピストン３３の往復運動を回転運動に変換する。本体３０にはクランクシャフト３９の角度を検出するためのクランク角センサ８５や、冷却水温ＴＨＷを検知する水温センサ８６が設けられている。

第１の装置４０はＰＣＶ装置であり、ブローバイガスを吸気通路Ｐｉｎに導入する。第１の装置４０は配管４１とバルブ４２とを備えている。配管４１は第１の通路Ｐ１を形成している。第１の通路Ｐ１はクランクケース３８の内部と、吸気通路Ｐｉｎのうちスロットル弁１２よりも下流側の部分とを接続している。当該部分は負圧発生部となっている。第１の通路Ｐ１は例えばシリンダブロック３１やシリンダヘッド３２を介して吸気通路Ｐｉｎに接続するように設けられてもよい。バルブ４２は第１の通路Ｐ１におけるガスの流通を変更する。バルブ４２は具体的には第１の通路Ｐ１を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁となっている。バルブ４２は第１の流通変更部に相当する。

第２の装置５０はＰＣＶ兼大気導入装置であり、新気をクランクケース３８の内部に導入するか、或いはブローバイガスを吸気通路Ｐｉｎに導入する。第２の装置５０は例えばスロットル弁１２の開度が小さい場合に大気導入装置として機能することができる。また、例えばスロットル弁１２が全開である場合にＰＣＶ装置として機能することができる。

第２の装置５０は配管５１と逆止弁５２とバルブ５３とを備えている。配管５１は第２の通路Ｐ２を形成している。第２の通路Ｐ２はクランクケース３８の内部と、吸気通路Ｐｉｎのうちスロットル弁１２よりも上流側の部分とを接続している。配管５１は具体的には吸気管１１に分岐接続されている。このため、第２の通路Ｐ２は具体的には吸気通路Ｐｉｎに分岐接続された分岐通路Ｐ２１、Ｐ２２を有している。分岐通路Ｐ２１は第１の分岐通路に相当し、分岐通路Ｐ２２は第２の分岐通路に相当する。

逆止弁５２は分岐通路Ｐ２１に設けられている。逆止弁５２は吸気通路Ｐｉｎからクランクケース３８の内部へのガスの流通を許可するとともに、クランクケース３８の内部から吸気通路Ｐｉｎへのガスの流通を禁止する。バルブ５３は分岐通路Ｐ２２に設けられている。バルブ５３は具体的には分岐通路Ｐ２２を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁となっている。逆止弁５２およびバルブ５３は第２の通路Ｐ２におけるガスの流通を変更する。逆止弁５２およびバルブ５３は第２の流通変更部に相当する。

ＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはスロットル弁１２や燃料噴射弁３６や点火プラグ３７用のイグナイタ３７ａやバルブ４２、５３が制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ８１やスロットルポジションセンサ８２やＡ／Ｆセンサ８３やＯ_２センサ８４やクランク角センサ８５や水温センサ８６がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。ＥＣＵ７０にはこのほか例えばアクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセル開度センサ８７や、燃料中のアルコール含有率を検出するアルコールセンサ８８がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。

ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示すフィードバック（以下、ＦＢと称す）制御部や制御部が実現される。なお、これらの構成は例えば複数の電子制御装置において実現されてもよい。

ＦＢ制御部はＡ／Ｆセンサ８３やＯ_２センサ８４の出力に基づき燃料噴射量を補正するＦＢ制御を行うことで、空燃比を調整する。ＦＢ制御部は具体的にはＡ／Ｆセンサ８３やＯ_２センサ８４の出力に基づき燃料補正割合を算出するとともに、算出した燃料補正割合の分、燃料噴射量を増量或いは減量補正する。燃料噴射量を減量補正する場合、燃料補正割合は負の値となる。このため、燃料噴射量を減量補正する場合、燃料補正割合が小さい場合ほど燃料減量補正の度合いは大きくなる。

制御部はバルブ４２、５３を制御する。制御部は機関温度が所定値αよりも高く（ここでは所定値α以上の場合）、且つＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いβを超えた場合（ここでは所定の度合いβ以上になった場合）に、第１の制御を行う。第１の制御は第１の通路Ｐ１を流通するガスの流量を減少させるようにバルブ４２を制御し、且つ第２の通路Ｐ２におけるガスの流通方向を吸気通路Ｐｉｎからクランクケース３８の内部へとガスが流通する方向（以下、大気導入方向と称す）に制限するようにバルブ５３を制御する制御である。したがって、バルブ４２はかかる場合にガスの流量を減少させる。また、バルブ５３はかかる場合にガスの流通方向を大気導入方向に制限する。

ガスの流通方向を大気導入方向に制限するにあたり、制御部は具体的にはバルブ５３を全閉にする。したがって、バルブ５３は具体的にはかかる場合に全閉になる。制御部はさらに第１の制御を実行した後、ＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いγよりも大きい場合には、第１の制御を継続して実行する。所定の度合いγは所定の度合いβよりも小さく設定されている。第１の制御では、燃料減量補正の度合いが所定の度合いβを超えない場合よりも第１の通路Ｐ１を流通するガスの流量を減少させるようにバルブ４２を制御できる。

制御部は機関温度が所定値αよりも小さい場合、或いはＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いβを超えない場合には、第２の制御を行う。また、第１の制御を実行した後、ＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いγよりも小さくなった場合（ここでは所定の度合いγ以下になった場合）にも、第２の制御を実行する。制御部は第１の制御を実行した後、第２の制御を実行することで、第１の制御を中止する。

第２の制御は第１の制御と異なる制御であり、第２の制御には第１の制御を中止可能な制御を適用できる。第１の制御を中止することで、バルブ４２はガスの流量を減少させることを中止し、バルブ５３はガスの流通方向の制限を中止する。第２の制御には具体的には例えばバルブ４２、５３を全開にする制御を適用できる。したがって、第１の制御を中止することで、バルブ４２、５３は具体的には例えば全開になる。第２の制御は例えば所定の条件に応じてバルブ４２、５３の開度を調整する制御であってもよい。第１および第２の流通変更部は制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。

次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図２に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は冷却水温ＴＨＷが所定値α´（例えば７０℃）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。所定値α´は所定値αに対応する冷却水温ＴＨＷであり、本ステップで機関温度が所定値α以上であるか否かが判定される。機関温度が所定値α以上であるか否かは例えば油温ＴＨＯが所定値以上であるか否かで判定されてもよい。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０はＦＢ制御の燃料補正割合が所定値β´（例えば−４０％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。所定値β´は所定の度合いβに対応する燃料補正割合であり、本ステップで燃料減量補正の度合いが所定の度合いβ以上である否かが判定される。

ＦＢ制御では燃料補正割合が所定値β´よりも大きい場合には燃料補正割合の分、燃料噴射量を減量補正することができる。一方、ＦＢ制御では燃料補正割合が所定値β´以下の場合には燃料補正割合の分、燃料噴射量を減量補正することができなくなる。すなわち、空燃比を適正範囲内に制御できなくなる。このため、ステップＳ２で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は第１の制御を行う（ステップＳ３）。これにより、バルブ４２は第１の通路Ｐ１を流通するガスの流量を減少させ、バルブ５３は第２の通路Ｐ２におけるガスの流通方向を大気導入方向に制限する。

ステップＳ３に続き、ＥＣＵ７０はＦＢ制御の燃料補正割合が所定値γ´（例えば−１０％）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。所定値γ´は所定の度合いγに対応する燃料補正割合であり、本ステップで燃料減量補正の度合いが所定の度合いγ以下であるか否かが判定される。ステップＳ４で否定判定であればステップＳ３に戻る。これにより、第１の制御が継続して実行される。

ステップＳ１またはＳ２で否定判定であった場合、或いはステップＳ４で肯定判定であった場合、ＥＣＵ７０は第２の制御を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ４で肯定判定であった場合、第１の制御は燃料減量補正の度合いが所定の度合いβ以上になった場合に開始され、その後燃料減量補正の度合いが所定の度合いγ以下になった場合に中止されることになる。ステップＳ１またはＳ２で否定判定であった場合と、ステップＳ４で肯定判定であった場合との間で、第２の制御の具体的な内容は異なっていてもよい。ステップＳ５の後には本フローチャートを一旦終了する。

次に内燃機関１００の主な作用効果について説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）は経過時間に応じた燃料補正割合の変化の一例を示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）では燃料補正割合とともに冷却水温ＴＨＷ、油温ＴＨＯを示す。図３（ａ）、図３（ｂ）ではケースＣ１で内燃機関１００の場合を示すとともに、ケースＣ２、Ｃ３で比較例を併せて示す。ケースＣ２は第１の制御を行わない場合であり、ケースＣ３は第１の制御の代わりに第１の制御におけるバルブ４２の制御のみを行う場合である。

図３（ａ）に示すように、ケースＣ２の場合には冷却水温ＴＨＷが所定値α´以上である場合に燃料補正割合が所定値β´以下になる。また、ケースＣ３の場合でも冷却水温ＴＨＷが所定値α´以上である場合に燃料補正割合が所定値β´以下になる。これは、クランクケース３８の内部の圧力が気化した燃料の圧力によって高まる結果、第２の通路Ｐ２を介してクランクケース３８の内部から吸気通路Ｐｉｎに多量の燃料成分を含むブローバイガスが導入されるためである。このためケースＣ２、Ｃ３の場合には、ＦＢ制御で空燃比を適正範囲内に制御できなくなる結果、排気エミッションの悪化を招くことになる。

これに対し、内燃機関１００は前述のように第１の制御を行うことで、クランクケース３８の内部から吸気通路Ｐｉｎに多量の燃料成分を含むブローバイガスが導入されることを防止或いは抑制できる。結果、図３（ｂ）に示すように、ケースＣ１の場合には燃料補正割合のさらなる低下を防止することで、ＦＢ制御で空燃比を適正範囲内に制御可能にすることができる。このため、内燃機関１００はブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる場合に空燃比の調整を可能にすることができる。結果、具体的には排気エミッションの悪化を防止或いは抑制できる。

内燃機関１００は具体的には第２の通路Ｐ２が分岐通路Ｐ２１、Ｐ２２を有し、第２の流通変更部として逆止弁５２とバルブ５３とを備える構成となっている。また、第１の流通変更部としてバルブ４２を備える構成となっている。すなわち、内燃機関１００は具体的には例えばかかる構成であるときに、ブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる場合に空燃比の調整を可能にすることができる。

内燃機関１００は具体的には第１の制御を実行した後、ＦＢ制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いγよりも小さい場合に、第１の制御を中止する構成となっている。すなわち、第１の制御を中止するにあたっては、内燃機関１００は具体的にはかかる構成とすることができる。内燃機関１００はさらに具体的には、かかる場合にバルブ４２、５３が全開になる構成であることで、オイルに混入した燃料の気化を促進することもできる。結果、オイルの劣化等が助長されることも防止或いは抑制できる。

ブローバイガスに多量の燃料成分が含まれる結果、ＦＢ制御で空燃比を適正範囲内に制御できなくなる事態はアルコール混合燃料を使用する場合に発生し易くなる。このため、内燃機関１００は具体的にはアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関である場合に適している。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

第１の装置 ４０
第２の装置 ５０
配管 ４１、５１
逆止弁 ５２
バルブ ４２、５３
ＥＣＵ ７０
内燃機関 １００

Claims (3)

1. クランクケースの内部と吸気通路のうち吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部よりも下流側の部分とを接続する第１の通路に設けられ、前記第１の通路におけるガスの流通を変更する第１の流通変更部と、
   前記クランクケースの内部と前記吸気通路のうち前記吸入空気量調節部よりも上流側の部分とを接続する第２の通路に設けられ、前記第２の通路におけるガスの流通を変更する第２の流通変更部とを備え、
   機関温度が所定値よりも高く、且つ燃料噴射量を補正するフィードバック制御の燃料減量補正の度合いが所定の度合いを超えた場合に、前記第１の流通変更部が前記第１の通路を流通するガスの流量を減少させ、前記第２の流通変更部が前記第２の通路におけるガスの流通方向を前記吸気通路から前記クランクケースの内部へとガスが流通する方向に制限する内燃機関。
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記第２の通路が前記吸気通路に分岐接続された第１の分岐通路および第２の分岐通路を有し、
   前記第２の流通変更部が前記第１の分岐通路に設けられ、前記吸気通路から前記クランクケースの内部へのガスの流通を許可するとともに、前記クランクケースの内部から前記吸気通路へのガスの流通を禁止する逆止弁と、前記第２の分岐通路に設けられ、前記第２の分岐通路を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁とである内燃機関。
3. 請求項１または２記載の内燃機関であって、
   前記第１の流通変更部が前記第１の通路を流通するガスの流量を変更可能な流量調節弁である内燃機関。
   
   

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