JP7077623B2

JP7077623B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7077623B2
Application number: JP2018003622A
Authority: JP
Inventors: 努脇屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: JP2019124138A

Description

本発明は、過給機と、排気通路に排出される排気のうちの前記過給機のタービンホイールに吹き付ける排気量を調整する調整装置と、前記過給機のコンプレッサホイールの下流側と上流側とを接続するエゼクタと、を備え、前記エゼクタの吸引部がクランクケースに接続されている内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、クランクケース内のブローバイガスをエゼクタによって吸引して吸気通路のうちの過給機の上流側に流出させる装置が記載されている。

特開２０１３－１２４５４４号公報

上記のようにエゼクタを用いる場合において、過給機の下流側の圧力が上流側の圧力よりも十分に高くなる頻度が少ない場合には、吸気通路のうちのタービンホイールの下流側からエゼクタに流入する空気の流量が大きくなる状態の頻度が少ない。そしてその場合、ブローバイガス中のオイルミストや粒子状物質に起因して、エゼクタに堆積物が堆積し、エゼクタ内の流路断面積が縮小する、いわゆるつまりが生じるおそれがある。

上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、過給機と、排気通路に排出される排気のうちの前記過給機のタービンホイールに吹き付ける排気量を調整する調整装置と、前記過給機のコンプレッサホイールの下流側と上流側とを接続するエゼクタと、を備え、前記エゼクタの吸引部がクランクケースに接続されている内燃機関に適用され、前記コンプレッサホイールの下流側の圧力が所定値以上となる状態の履歴を記憶する記憶処理と、前記記憶された履歴に基づき、所定期間における前記所定値以上となる状態の累積時間が所定時間以下となる場合、前記調整装置を操作して前記下流側の圧力を上昇させる上昇処理と、を実行する。

上記構成において、所定期間における前記所定値以上となる状態の累積時間が所定時間以下となる場合、過給機の下流側の圧力が上流側の圧力よりも十分に高くなる頻度が少ないため、ブローバイガス中のオイルミストや粒子状物質に起因して、エゼクタに堆積物が堆積し、エゼクタ内の流路断面積が縮小する、いわゆるつまりが生じるおそれがある。そこで、上記構成では、そうしたおそれがある場合、下流側の圧力を上昇させる。これにより、吸気通路のうちのコンプレッサホイールの下流側からエゼクタに流入する空気の量を増量することができる。そしてこれにより、エゼクタ内に滞留するオイル等が吹き飛ばされ、堆積物が生じることを抑制できる。

一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。同実施形態にかかるクランクケースの換気手法を示す図。同実施形態にかかる制御装置が実行する処理を示すブロック図。

以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、車載原動機である。内燃機関１０の吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４のコンプレッサホイール１４ａおよびスロットルバルブ１６を介してシリンダ２０およびピストン２２によって区画される燃焼室２４に流入する。燃焼室２４に流入した空気とたとえばガソリン等の燃料との混合気は、図示しない点火装置による火花放電によって燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として排気通路３０に排出される。排気通路３０には、過給機１４のタービンホイール１４ｂを迂回する迂回通路３２と、迂回通路３２の流路断面積を調整するウェストゲートバルブ（ＷＧＶ３４）とが設けられている。

シリンダ２０とオイルパン２６とによってクランクケース２８が区画されている。クランクケース２８には、吸気通路１２のうち過給機１４よりも上流側の部分が大気導入通路４０によって接続されている。また、クランクケース２８は、シリンダ２０およびピストン２２との摺動面を介してクランクケース２８に流入した未燃燃料やオイルミストを含むブローバイガス中のオイルを分離するオイルセパレータ４２を介してブローバイガスの排出通路４４に接続されている。排出通路４４は、ＰＣＶ通路４６を介して吸気通路１２のうちのスロットルバルブ１６の下流の部分に接続されている。また、ＰＣＶ通路４６には、吸気通路１２のうちのスロットルバルブ１６の下流の圧力が大気圧よりも低いことを条件に開弁するＰＣＶバルブ４８が設けられている。

吸気通路１２には、過給機１４のコンプレッサホイール１４ａを迂回するバイパス通路５０が接続されている。バイパス通路５０は、上流側通路５２、エゼクタ５４および下流側通路５６を備えている。エゼクタ５４は、上流側通路５２から下流側通路５６へと吸気が流出すると、負圧を生じ、クランクケース２８から排出通路４４へと流入したブローバーガスを吸引部５４ａから吸引する。

このように、本実施形態では、ブローバイガスを吸気通路１２に排出する換気処理として、ＰＣＶバルブ４８を介して吸気通路１２に排出する処理と、エゼクタ５４を介して吸気通路１２に排出する処理とが実行される。

図２に、ＰＣＶバルブ４８を介して吸気通路１２にブローバイガスを排出する自然吸気換気領域と、エゼクタ５４を介して吸気通路１２にブローバイガスを排出する過給域換気領域とを示す。なお、図２において、横軸は、スロットルバルブ１６の下流の圧力（以下、インマニ圧）である。図２に示すように、インマニ圧が低い領域は、自然吸気換気領域となっており、インマニ圧が高い領域は、過給域換気領域となっている。

図１に戻り、制御装置６０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分等を制御すべく、スロットルバルブ１６や、ＷＧＶ３４等の内燃機関１０の操作部を操作する。その際、制御装置６０は、上流側圧力センサ７０によって検出される、吸気通路１２のうちのスロットルバルブ１６の上流側の圧力である上流側圧力Ｐｕや、下流側圧力センサ７２によって検出される、吸気通路１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側の圧力である下流側圧力Ｐｄを参照する。また、制御装置６０は、クランクセンサ７４の出力信号Ｓｃｒや、アクセルセンサ７６によって検出される、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を参照する。制御装置６０は、ＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４および電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ６６を備えており、ＲＯＭ６４に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２が実行することにより上記制御量の制御を実現する。

図３に、制御装置６０が実行する処理の一部を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ６４に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２が実行することにより実現される。
要求トルク算出処理Ｍ１０は、アクセル操作量ＡＣＣＰが大きい場合に小さい場合よりも要求トルクＴｒｑ＊を大きい値に算出する処理である。目標負荷率算出処理Ｍ１２は、要求トルクＴｒｑ＊を実現するための負荷率ＫＬの目標値である目標負荷率ＫＬ＊を算出する処理である。ちなみに、負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比であり、筒内充填空気量を定量化したものである。なお、本実施形態において、基準流入空気量は、コンプレッサホイール１４ａによる過給がなされないと仮定した場合においてスロットルバルブ１６の開口度が最大値となるときの筒内充填空気量である。なお、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定されることとしてもよい。

目標過給圧算出処理Ｍ１４は、目標負荷率ＫＬ＊が大きい場合に小さい場合よりも目標過給圧Ｐａ＊を大きい値に算出する処理である。詳しくは、所定値を「１」よりもわずかに小さい値とした場合、目標過給圧算出処理Ｍ１４は、目標負荷率ＫＬ＊が所定値以上となる場合、目標過給圧Ｐａ＊を大気圧よりも高い値に設定する処理である。

フィードバック処理Ｍ１８は、過給圧としての上流側圧力Ｐｕを、補正処理Ｍ１６によって補正された目標過給圧Ｐａ＊にフィードバック制御するための操作量として、ＷＧＶ３４の開口度θｗの目標値である目標開口度θｗ＊を算出する処理である。ＷＧＶ操作処理Ｍ１９は、ＷＧＶ３４の開口度θｗが目標開口度θｗ＊となるように、ＷＧＶ３４に操作信号ＭＳ２を出力してＷＧＶ３４を操作する処理である。

目標スロットル開口度算出処理Ｍ２０は、回転速度ＮＥと、補正処理Ｍ１６によって補正された目標過給圧Ｐａ＊と、目標負荷率ＫＬ＊とに基づき、スロットルバルブ１６の開口度θｓの目標値である目標開口度θｓ＊を算出する処理である。詳しくは、目標スロットル開口度算出処理Ｍ２０は、目標負荷率ＫＬ＊が大きい場合に小さい場合よりも目標開口度θｓ＊を大きい値に算出する処理である。また、目標スロットル開口度算出処理Ｍ２０は、目標負荷率ＫＬ＊が同一であれば、目標過給圧Ｐａ＊が大きい場合に小さい場合よりも目標開口度θｓ＊を小さい値に算出する処理である。

スロットル操作処理Ｍ２２は、スロットルバルブ１６の開口度θｓが目標開口度θｓ＊となるように、スロットルバルブ１６に操作信号ＭＳ１を出力してスロットルバルブ１６の開口度θｓを操作する処理である。

記憶処理Ｍ２４は、下流側圧力Ｐｄが所定値以上となるか所定値未満であるかを逐次判定し、所定期間において所定値以上となる累積時間を算出し、累積時間を不揮発性メモリ６６に記憶し、また、記憶した累積時間を更新する処理である。ここで、所定値は、大気圧よりも高い値に設定されている。

上昇処理Ｍ２６は、所定期間における累積時間が所定時間以下である場合、規定の長さを有する時間の間、目標過給圧Ｐａ＊を増加補正するための補正量ΔＰをゼロよりも大きい値に算出する処理である。そして、上記補正処理Ｍ１６は、目標過給圧算出処理Ｍ１４によって算出された目標過給圧Ｐａ＊を補正量ΔＰにて補正する処理である。なお、通常は、補正量ΔＰは、ゼロとされ、目標過給圧算出処理Ｍ１４によって算出された目標過給圧Ｐａ＊がそのままフィードバック処理Ｍ１８に入力される。

ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ６２は、記憶処理Ｍ２４によって、下流側圧力Ｐｄが所定値以上となる累積時間を逐次算出し、不揮発性メモリ６６内の値を更新する。そして、ＣＰＵ６２は、所定期間における累積時間が所定時間以下である場合、上昇処理Ｍ２６によって、目標過給圧Ｐａ＊を補正量ΔＰだけ増加補正する。これにより、ＣＰＵ６２は、フィードバック処理Ｍ１８によって、上流側圧力Ｐｕを目標過給圧Ｐａ＊にフィードバック制御すべく、目標開口度θｗ＊を縮小し、ＷＧＶ操作処理Ｍ１９によって、ＷＧＶ３４の開口度θｗを縮小した目標開口度θｗ＊に制御すべく、ＷＧＶ３４を操作する。これにより、コンプレッサホイール１４ａの上流側の圧力をコンプレッサホイール１４ａの下流側の圧力である上流側圧力Ｐｕが上回る度合いを大きくすることができる。

ここで、累積時間が所定時間以下である場合には、吸気通路１２のうちのコンプレッサホイール１４ａの下流の空気が上流側通路５２を介してエゼクタ５４に流入する量が少ない状態となっている割合が多いことを意味する。この場合において、たとえばエゼクタ５４付近の温度が所定温度領域（たとえば「１３０～１５０℃」）となると、ブローバイガス中のオイルミストや粒子状物質がエゼクタ５４内に堆積するおそれがある。そして、これは、エゼクタ５４の流路断面積を縮小させるいわゆるつまりを生じさせる。

これに対し、本実施形態では、目標過給圧Ｐａ＊を増加補正することにより、吸気通路１２のうちのコンプレッサホイール１４ａの下流の空気が上流側通路５２を介してエゼクタ５４に流入する量を増量することができる。そしてこれにより、エゼクタ５４内に滞留するオイル等が吹き飛ばされ、堆積物が生じることを抑制できる。

さらに、ＣＰＵ６２は、目標過給圧Ｐａ＊を増加補正することに起因して、目標スロットル開口度算出処理Ｍ２０によって算出するスロットルバルブ１６の目標開口度θｓ＊を縮小する。これにより、補正量ΔＰによって上流側圧力Ｐｕが上昇することに起因して、燃焼室２４内に充填される空気量が増加することを抑制でき、負荷率ＫＬを目標負荷率ＫＬ＊に制御することができる。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。調整装置は、ＷＧＶ３４に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、所定期間において下流側圧力Ｐｄが所定値以上となる状態の累積時間が所定時間以下となる場合に、過給圧である上流側圧力Ｐｕを上昇させる処理を実行したが、これに限らない。たとえば、所定期間において上流側圧力Ｐｕが所定値以上となる状態の累積時間が所定時間以下となる場合に、過給圧である上流側圧力Ｐｕを上昇させる処理を実行してもよい。

・上記実施形態では、排気通路３０に排出される排気のうちのタービンホイール１４ｂに吹き付ける排気量を調整する調整装置として、ＷＧＶ３４を例示したがこれに限らない。たとえば、タービンホイール１４ｂのうち排気圧を受圧する面積を可変とする可変ノズルのうちの受圧する面積を調整するアクチュエータであってもよい。

・上記実施形態では、目標過給圧Ｐａ＊に基づき目標開口度θｓ＊を算出したが、これに限らず、たとえば、目標過給圧Ｐａ＊に代えて上流側圧力Ｐｕを用いてもよい。
・内燃機関としては、ガソリン等を燃料とする火花点火式内燃機関に限らない。たとえば、軽油等を燃料とする圧縮着火式内燃機関であってもよい。この場合、スロットルバルブを備えなくてもよい。もっとも、火花点火式内燃機関においても、たとえば吸気バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置を備える場合、スロットルバルブは必須ではなく、過給圧を上昇させる際、バルブ特性の操作によって充填効率の上昇を抑制してもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１４ａ…コンプレッサホイール、１４ｂ…タービンホイール、１６…スロットルバルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…オイルパン、２８…クランクケース、３０…排気通路、３２…迂回通路、３４…ＷＧＶ、４０…大気導入通路、４２…オイルセパレータ、４４…排出通路、４６…ＰＣＶ通路、４８…ＰＣＶバルブ、５０…バイパス通路、５２…上流側通路、５４…エゼクタ、５４ａ…吸引部、５６…下流側通路、６０…制御装置、６２…ＣＰＵ、６４…ＲＯＭ、６６…不揮発性メモリ、７０…上流側圧力センサ、７２…下流側圧力センサ、
７４…クランクセンサ、７６…アクセルセンサ。

Claims

過給機と、排気通路に排出される排気のうちの前記過給機のタービンホイールに吹き付ける排気量を調整する調整装置と、前記過給機のコンプレッサホイールの下流側と上流側とを接続するエゼクタと、を備え、前記エゼクタの吸引部がクランクケースに接続されている内燃機関に適用され、
前記コンプレッサホイールの下流側の圧力が所定値以上となる状態の履歴を記憶する記憶処理と、
前記記憶された履歴に基づき、所定期間における前記所定値以上となる状態の累積時間が所定時間以下となる場合、前記調整装置を操作して前記下流側の圧力を上昇させる上昇処理と、を実行する内燃機関の制御装置。