特許第6040921号(P6040921)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6040921
(24)【登録日】2016年11月18日
(45)【発行日】2016年12月7日
(54)【発明の名称】車両の制御装置
(51)【国際特許分類】
   F01M 13/00 20060101AFI20161128BHJP
   F01M 13/02 20060101ALI20161128BHJP
   F16H 59/32 20060101ALI20161128BHJP
   F16H 61/04 20060101ALI20161128BHJP
【FI】
   F01M13/00 M
   F01M13/00 G
   F01M13/02
   F16H59/32
   F16H61/04
【請求項の数】1
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2013-243098(P2013-243098)
(22)【出願日】2013年11月25日
(65)【公開番号】特開2015-102021(P2015-102021A)
(43)【公開日】2015年6月4日
【審査請求日】2015年12月21日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】小林 哲智
【審査官】 稲葉 大紀
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−185545(JP,A)
【文献】 特開2013−217262(JP,A)
【文献】 特開2013−96247(JP,A)
【文献】 特開2013−221488(JP,A)
【文献】 特開2011−236825(JP,A)
【文献】 特開2012−36829(JP,A)
【文献】 特開2009−299645(JP,A)
【文献】 特開平9−100724(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01M 13/00
F01M 13/02
F16H 59/32
F16H 61/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気通路における過給機の下流側から上流側に吸気を循環させるための吸気循環路に配置されたエゼクターを備え、そのエゼクターが前記吸気循環路の吸気の流勢でクランクケース内のブローバイガスを吸引して同吸気循環路の吸気に合流させるエンジンを搭載する車両の制御装置において、
前記エンジンが過給域で運転されているときに、吸気温度が規定値以下、かつ前記過給機の下流側と上流側の前記吸気通路内の圧力差が規定の閾値以下の場合、前記圧力差が前記閾値よりも大きくなるようにトランスミッションの変速比を変更する、
ことを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エゼクターを用いて過給域におけるブローバイガスの処理を行うエンジンを搭載した車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、特許文献1に見られるように、過給域におけるブローバイガスの処理を、エゼクターを用いて行うエンジンが知られている。こうしたエンジンは、吸気通路における過給機の下流側から上流側へと吸気を循環させるための吸気循環路と、その吸気循環路に配置されたエゼクターと、クランクケースとエゼクターとを繋ぐ吸入路とを備える。
【0003】
こうしたエンジンの過給域におけるブローバイガスの処理は、以下のように行われる。過給機の下流側の吸気通路内の圧力が上流側の圧力よりも高くなる過給域では、それらの圧力差のため、吸気循環路を通って過給機の下流側から上流側へと吸気が循環される。このときのエゼクターでは、その循環される吸気の流勢により負圧が発生し、その負圧により、クランクケース内のブローバイガスが吸入路を通じてエゼクターに吸引される。エゼクターに吸引されたブローバイガスは、吸気循環路を流れる吸気に合流し、その吸気と共に吸気通路内に導入される。そして、吸気通路内に導入されたブローバイガスは、吸気通路を通って燃焼室に送られて、そこで燃焼される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−236825号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、外気温やエンジンの運転状態によっては、吸気循環路を流れる吸気の温度が氷点下となることがある。そうした場合、吸気循環路に合流したブローバイガス中の水分が吸気によって冷却されて凍結し、吸気循環路に詰まりを発生させることがある。
【0006】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ブローバイガス中の水分の凍結による吸気循環路の詰まりを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決する車両の制御装置は、吸気通路における過給機の下流側から上流側に吸気を循環させるための吸気循環路に配置されたエゼクターを備え、そのエゼクターが吸気循環路の吸気の流勢によりクランクケース内のブローバイガスを吸引して吸気循環路の吸気に合流させるエンジンを搭載した車両に適用される。こうしたエンジンの過給域では、過給機の下流側と上流側の吸気通路内の圧力差により、吸気循環路を通って過給機の下流側から上流側へと吸気が循環される。そして、クランクケース内のブローバイガスが吸気循環路の吸気の流勢によりエゼクターに吸引され、吸気循環路の吸気に合流してその吸気と共に吸気通路に導入される。
【0008】
こうしたエンジンが、過給機の下流側と上流側の吸気通路内の圧力差が小さい状態で過給域運転されているときには、過給機での断熱圧縮による吸気の温度上昇が少なくなる。しかも、上記圧力差が小さいときには、吸気循環路を流れる吸気の流量が少なくなり、エゼクターを通じて合流したブローバイガス中の水分が吸気循環路に滞留するようになる。そのため、吸気温度が低く、かつ過給機の下流側と上流側の吸気通路内の圧力差が小さい状態でエンジンが過給域運転されているときには、吸気循環路の吸気に合流したブローバイガス中の水分が凍結する虞がある。
【0009】
その点、上記車両の制御装置では、エンジンが過給域で運転されているときに、吸気通路に取り込まれた吸気の温度が規定値以下、かつ過給機の下流側と上流側の吸気通路内の圧力差が規定の閾値以下の場合、その圧力差が規定値よりも大きくなるようにトランスミッションの変速比が変更される。そしてその結果、過給機での断熱圧縮による吸気の温度上昇が多くなって吸気循環路を流れる吸気の温度が高められるとともに、吸気循環路の吸気流量が増大される。したがって、上記車両の制御装置では、ブローバイガス中の水分の凍結による吸気循環路の詰まりが好適に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】車両の制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す略図。
図2】同実施形態の適用される車両のエンジンに設置されたエゼクターの構造を模式的に示す略図。
図3】シフトポジション毎のエンジンの動作線と凍結の虞のあるエンジンの運転領域との関係を示すグラフ。
図4】同実施形態で実行される凍結抑制変速制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、車両の制御装置の一実施形態を、図1図4を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の制御装置を採用する車両に搭載されたエンジン10は、シリンダーブロック11、シリンダーヘッド12、ヘッドカバー13、およびオイルパン14を備える。シリンダーブロック11の上部には、ピストン15が往復動可能に配置されたシリンダー16が設けられる。そして、シリンダー16の壁面、ピストン15の冠面、およびシリンダーヘッド12の底面により、燃焼室17が区画形成されている。一方、シリンダーブロック11の下部には、エンジン出力軸であるクランクシャフト18が配置されたクランクケース19が設けられている。
【0012】
なお、クランクシャフト18は、変速比(入力時と出力時の回転速度比)の切り替えを行うトランスミッション39に接続されている。この車両では、トランスミッション39として、変速比を段階的に切り替える多段式のトランスミッションが採用されている。
【0013】
一方、燃焼室17には、吸気を送るための吸気通路20が接続されている。吸気通路20には、その上流から順に、エアクリーナー21、エアフローメーター22、外気温センサー23、過給機であるターボーチャージャーのコンプレッサー24、過給圧センサー25、吸気温センサー26、インタークーラー27、およびスロットル28が設置されている。そして、吸気通路20は、スロットル28の下流において、吸気マニホールド29、およびシリンダーヘッド12に形成された吸気ポート30を通って燃焼室17に接続されている。
【0014】
なお、エアクリーナー21では、吸気通路20に取り込まれた吸気の濾過が行われ、コンプレッサー24では、吸気通路20に取り込まれた吸気の加圧が行われる。また、インタークーラー27では、コンプレッサー24を通過した後の吸気の冷却が行われ、スロットル28では、吸気流量を調整するための吸気の流路面積の増減が行われる。なお、コンプレッサー24は、燃焼室17から出された排気の流勢を利用して駆動される。
【0015】
一方、エアフローメーター22によっては、吸気通路20を流れる吸気の流量が検出され、外気温センサー23によっては、吸気通路20に取り込まれた時点の吸気の温度(以下、エアクリ吸気温と記載する)が検出される。また、過給圧センサー25によっては、吸気通路20におけるコンプレッサー24の下流側の部分の圧力(以下、ダクト吸気圧と記載する)が検出される。そして、吸気温センサー26によっては、コンプレッサー24を通過した後の吸気の温度(以下、ダクト吸気温と記載する)が検出される。
【0016】
こうしたエンジン10には、燃焼室17からクランクケース19に漏出した燃焼ガス、すなわちブローバイガスを処理するためのブローバイガス処理システムが設けられている。ブローバイガス処理システムは、クランクケース19内のブローバイガスを、ヘッドカバー13に設けられた、オイル分離器であるメインセパレーター31に導くための吸引路32を備える。吸引路32は、シリンダーブロック11およびシリンダーヘッド12の内部を通って延伸され、その途中には、オイル分離器であるプリセパレーター33が設けられている。
【0017】
メインセパレーター31は、差圧弁であるPCV(positive crankcase ventilation)バルブ34、およびPCV通路35を介して吸気通路20におけるスロットル28の下流側の部分(このエンジン10では、吸気マニホールド29)に接続されている。PCVバルブ34は、その吸気マニホールド29側の圧力がメインセパレーター31側の圧力よりも低くなったときに開弁して、メインセパレーター31から吸気マニホールド29へのブローバイガスの流入を許容する。
【0018】
さらに、メインセパレーター31には、エゼクター40が接続されている。エゼクター40は、吸気通路20におけるコンプレッサー24の下流側の部分とその上流側の部分とを繋ぐ吸気循環路36の途中に設けられている。なお、エゼクター40の詳細は、後述する。
【0019】
また、ブローバイガス処理システムは、吸気をクランクケース19に導入するための大気導入路37を備える。大気導入路37は、吸気通路20におけるエアクリーナー21とコンプレッサー24の間の部分からシリンダーヘッド12およびシリンダーブロック11の内部を通ってクランクケース19に繋がっている。なお、大気導入路37の途中には、ヘッドカバー13内に設置された、オイル分離器である大気側セパレーター38が設けられている。
【0020】
以上の如く構成されたブローバイガス処理システムを備えるエンジン10、およびトランスミッション39は、電子制御ユニット50により制御されている。電子制御ユニット50は、それらの制御のための演算処理を行う中央演算処理装置(CPU)、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリ(ROM)、CPUの演算結果やセンサーの検出結果などを一時的に記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)を備える。
【0021】
こうした電子制御ユニット50には、上述のエアフローメーター22、外気温センサー23、過給圧センサー25、吸気温センサー26の検出結果が入力されている。さらに電子制御ユニット50には、これらに加え、クランクシャフト18の回転角(クランク角)を検出するクランク角センサー51、シフトレバーの操作位置(シフトポジション)を検出するシフトポジションセンサー52、車速を検出する車速センサー53などのセンサーの検出信号も入力されている。
【0022】
ちなみに、電子制御ユニット50は、クランク角センサー51の検出結果からエンジン回転速度を演算するとともに、その演算したエンジン回転速度とエアフローメーター22の検出結果からエンジン10の充填効率を演算する。なお、充填効率が100%以下となるエンジン10の運転領域を自然吸気域と言い、充填効率が100%を超えるエンジン10の運転領域を過給域と言う。
【0023】
また、電子制御ユニット50は、充填効率、車速、シフトポジションなどに基づいてトランスミッション39の変速段を決定する。そして、電子制御ユニット50は、その決定した変速段に応じてトランスミッション39に変速指令を出力することで、トランスミッション39の変速制御を行う。
【0024】
次に、上述したエゼクター40の詳細な構成を説明する。なお、以下の説明では、吸気循環路36におけるコンプレッサー24の下流に接続される側を吸気流入側と言い、その上流に接続される側を吸気流出側と言う。
【0025】
図2に示すように、エゼクター40は、筒状に形成された外筒41を有する。吸気循環路36は、この外筒41の内部を通って延伸されている。外筒41の内部には、吸気循環路36の駆動ガス入側から流入した吸気を噴射するためのノズル42が設置されている。また、外筒41の側部には、吸引口43が開口されており、その吸引口43を通じて、メインセパレーター31の内部と外筒41の内部とが連通されている。
【0026】
こうしたエゼクター40に吸気循環路36の吸気流入側から吸気が流入すると、その吸気はノズル42から外筒41の内部に噴射される。噴射された吸気は、ノズル42の絞りによって高速低圧流となり、メインセパレーター31の内部のブローバイガスを吸引口43より外筒41の内部に吸引する。そして、吸引されたブローバイガスは、ノズル42から噴射された吸気と合流し、その吸気と共に、吸気循環路36の吸気流出側に流出する。このようにエゼクター40は、吸気循環路36を通ってコンプレッサー24の下流側から上流側へと吸気が循環されるときに、その吸気の流勢でクランクケース19内のブローバイガスを吸引して吸気循環路36に合流させる真空ポンプとして機能する。
【0027】
こうしたエゼクター40を備えるブローバイガス処理システムは、以下の態様でブローバイガスを処理している。なお、上記エンジン10では、大気導入路37を通じて吸気通路20におけるコンプレッサー24の上流側の部分に連通されたクランクケース19の内部は、大気圧となっている。
【0028】
エンジン10の自然吸気域では、吸気通路20におけるスロットル28の下流側の部分の圧力(以下、インマニ吸気圧と記載する)が負圧となる。このときのPCVバルブ34は、その吸気マニホールド29側の圧力(負圧)がそのメインセパレーター31側の圧力(大気圧)よりも低くなることから開弁する。そしてその結果、吸引路32およびPCV通路35を通じて、クランクケース19と吸気マニホールド29とが連通され、それらの圧力差により、クランクケース19内のブローバイガスが吸気マニホールド29に吸引される。吸引されたブローバイガスは、吸気と共に燃焼室17に送られて燃焼される。ちなみに、このときの吸気循環路36には、コンプレッサー24の上流側からその下流側へと吸気が流れるため、エゼクター40は真空ポンプとして機能せず、吸気循環路36側にはブローバイガスは流れない。
【0029】
一方、エンジン10の過給域では、インマニ吸気圧は正圧となってPCVバルブ34が閉弁される。一方、このときには、ダクト吸気圧が正圧となり、吸気循環路36を通ってコンプレッサー24の下流側から上流側へと吸気が循環される。そのため、エゼクター40は真空ポンプとして機能して、クランクケース19内のブローバイガスを吸引する。エゼクター40により吸引されたブローバイガスは、吸気循環路36を流れる吸気と共に、吸気通路20におけるコンプレッサー24の上流側の部分に流入する。そして、その流入したブローバイガスは、吸気通路20の吸気の流れに乗って燃焼室17に送られて燃焼される。
【0030】
さて、こうしたブローバイガス処理システムでは、外気温やエンジンの運転状態によっては、エゼクター40を通じて吸気循環路36に合流したブローバイガス中の水分が凍結して、吸気循環路36に詰まりを発生させる虞がある。そうした場合、過給域でのブローバイガスの処理が滞り、クランクケース19内のブローバイガス濃度が高まるため、オイルパン14に貯留されたエンジンオイルの劣化が促進される。
【0031】
さらに、吸気循環路36に詰まりが発生すると、大気導入路37を通ってブローバイガスが吸気通路20側に逆流し、大気導入路37における吸気通路20の接続部分においてそのブローバイガス中の水分が凍結して、大気導入路37にも詰まりが発生することもある。そうした場合、過給域では、クランクケース19が閉塞されてしまうため、その内圧が上昇してシール部からのオイル漏れが発生してしまう。
【0032】
吸気循環路36における水分の凍結は、吸気循環路36を流れる吸気の温度が氷点下となるときに発生する。ただし、外気温、すなわち吸気通路20に取り込まれた時点の吸気の温度が低くても、過給圧が十分高ければ、コンプレッサー24での断熱圧縮により、吸気の温度が上昇するため、吸気循環路36を流れる吸気の温度は高くなる。また、吸気循環路36の吸気の流量が十分多ければ、その温度が低くても、吸気循環路36に合流したブローバイガスは短時間で吸気循環路36を抜けるため、水分の凍結は生じ難くなる。したがって、上記のような水分の凍結は、エンジン10の過給域において、吸気温度が低く、かつコンプレッサー24の下流側と上流側の吸気通路20内の圧力差が小さい状態のときに発生することになる。車両の運用が想定される外気温範囲の最低値において、吸気循環路36の凍結が発生するまで上記圧力差が小さくなるエンジン10の運転領域は、例えば図3のハッチングで示された領域(以下、凍結領域と記載する)となる。
【0033】
図3には、トランスミッション39の各変速段(同図の例では、1速から5速の5つの変速段)におけるエンジン10の動作線が併せ示されている。トランスミッション39の変速段を切り替えれば、エンジン10の動作点は変化する。そのため、エンジン10が凍結領域内の動作点で運転されているときに、トランスミッション39の変速段を切り替えれば、すなわちトランスミッション39の変速比を変更させれば、エンジン10の動作点を凍結領域の外に移すことができる。
【0034】
例えば、凍結領域内に位置する、3速の動作線上の動作点P1でエンジン10が運転されているときに、トランスミッション39の変速段を5速に切り替えれば、エンジン10の動作点は、凍結領域外の動作点P2に移る。また、凍結領域内に位置する、4速の動作線上の動作点P3でエンジン10が運転されているときに、トランスミッション39の変速段を4速に切り替えれば、エンジン10の動作点は、凍結領域外の動作点P4に移る。
【0035】
そこで、本実施形態の車両の制御装置では、吸気温度が低く、かつエンジン10が凍結領域内の動作点で運転されている場合、エンジン10の動作点が凍結領域から外れるように、すなわちコンプレッサー24の下流側と上流側の吸気通路20内の圧力差が十分大きくなるように、トランスミッション39の変速比を変更するようにしている。
【0036】
図4に示される凍結回避制御ルーチンのフローチャートは、そうした凍結回避のための変速比の変更に係る電子制御ユニット50の処理の手順を示している。同ルーチンの処理は、エンジン10の運転中、規定の制御周期毎に電子制御ユニット50によって実行される。
【0037】
さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100において、エアクリ吸気温が規定値α以下であるか否かが判定される。ここで、エアクリ吸気温が規定値α以下であれば(YES)、ステップS101に処理が進められ、規定値αを超えていれば(NO)、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、規定値αには、エンジン10の過給域内のいずれの動作点においても、吸気循環路36での凍結の発生を十分に抑制可能なエアクリ吸気温の下限値がその値として設定されている。
【0038】
ステップS101に処理が進められると、そのステップS101において、エンジン10の充填効率が100%を超え、かつ規定の閾値β(>100%)以下であるか否かが判定される。ここで、充填効率が上記条件を満たしていれば(YES)、ステップS101に処理が進められ、上記条件を満たしていなければ(NO)、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、閾値βには、エアクリ吸気温が想定範囲の下限にあるときにも、吸気循環路36での凍結の発生を十分に抑制可能な充填効率の下限値が、すなわち上記凍結領域における充填効率の最大値がその値として設定されている。ちなみに、この判定において充填効率は、コンプレッサー24の下流側と上流側の吸気通路20内の圧力差の指標値として使用されている。
【0039】
ステップS102に処理が進められると、そのステップS102において、エンジン10の充填効率が上記閾値βよりも大きくなるようにトランスミッション39の変速段が切り替えられる。そして、その後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【0040】
次に、電子制御ユニット50が上記凍結回避制御ルーチンの処理を実行することで生じる作用を説明する。
エンジン10が過給域で運転されているときに、エアクリ吸気温およびエンジン10の充填効率が低い場合、吸気循環路36を循環される吸気が低温となって、そのままの状態が継続されると、吸気循環路36に凍結が発生する虞がある。上記凍結回避制御ルーチンの処理によれば、そうした場合、エンジン10の充填効率が高められて、コンプレッサー24の下流側と上流側の吸気通路20内の圧力差が拡大されるように、トランスミッション39の変速段の切り替え、すなわち変速比の変更が行われる。
【0041】
上記圧力差が拡大されると、コンプレッサー24の断熱圧縮による吸気の温度上昇が多くなり、その分、吸気循環路36を循環される吸気の温度が高められる。そのため、吸気循環路36を流れる吸気によるブローバイガス中の水分の冷却が抑えられる。また、吸気循環路36を循環される吸気の流量が増え、吸気循環路36に合流したブローバイガス中の水分がその吸気循環路36内で滞留し難くなる。そのため、吸気循環路36に合流したブローバイガス中の水分が、同吸気循環路36を流れる吸気による冷却を受ける時間も短くなる。したがって、吸気循環路36におけるブローバイガス中の水分の凍結が、ひいてはその凍結による吸気循環路36の詰まりの発生が抑えられるようになる。
【0042】
以上説明した本実施形態の車両の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)エンジン10が過給域で運転されているときに、エアクリ吸気温が規定値α以下、かつ充填効率が閾値β以下の場合、充填効率が閾値βよりも大きくなるようにトランスミッション39の変速比を変更している。そのため、ブローバイガス中の水分の凍結による吸気循環路36の詰まりを好適に抑制することができる。
【0043】
(2)凍結抑制のためのエンジン10の動作点の移行を、トランスミッション39の変速比の変更により行っているため、その動作点の移行に伴う車両の走行状態の変化を小さくすることができる。
【0044】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
図4の凍結回避制御ルーチンのステップS101における判定に用いる閾値βを、エアクリ吸気温やダクト吸気温などの吸気温度に応じてその値が変化する可変値としても良い。吸気温度が低いほど、凍結抑制のため、許容可能な充填効率の下限値は大きくなる。そのため、閾値βをそうした可変値とすることで、ブローバイガス中の水分の凍結による吸気循環路36の詰まりをより的確に抑制することが可能となる。
【0045】
図4の凍結回避制御ルーチンのステップS100における判定は、エアクリ吸気温を用いて行われていたが、吸気通路20における他の部分の吸気温度(ダクト吸気温など)をその判定に用いるようにしても良い。
【0046】
図4の凍結回避制御ルーチンのステップS101における判定は、エンジン10の充填効率を用いて行われていたが、コンプレッサー24の下流側と上流側の吸気通路20内の圧力差に相関を有する別の指標値(過給圧)などをその判定に用いるようにしても良い。
【0047】
・トランスミッション39として、変速比を連続的に変更可能な無段式のトランスミッションを採用しても良い。
【符号の説明】
【0048】
10…エンジン、11…シリンダーブロック、12…シリンダーヘッド、13…ヘッドカバー、14…オイルパン、15…ピストン、16…シリンダー、17…燃焼室、18…クランクシャフト、19…クランクケース、20…吸気通路、21…エアクリーナー、22…エアフローメーター、23…外気温センサー、24…コンプレッサー、25…過給圧センサー、26…吸気温センサー、27…インタークーラー、28…スロットル、29…吸気マニホールド、30…吸気ポート、31…メインセパレーター、32…吸引路、33…プリセパレーター、34…PCVバルブ、35…PCV通路、36…吸気循環路、37…大気導入路、38…大気側セパレーター、39…トランスミッション、40…エゼクター、41…外筒、42…ノズル、43…吸引口、50…電子制御ユニット、51…クランク角センサー、52…シフトポジションセンサー、53…車速センサー。
図1
図2
図3
図4