特許 6043477 ブローバイガス還元装置及びブローバイガス還元装置の異常診断方法

(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】6043477

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】ブローバイガス還元装置及びブローバイガス還元装置の異常診断方法

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20161206BHJP

【ＦＩ】

   F01M13/00 K

   F01M13/00 G

   F01M13/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-263856(P2011-263856)

(22)【出願日】2011年12月1日

(65)【公開番号】特開2013-117175(P2013-117175A)

(43)【公開日】2013年6月13日

【審査請求日】2014年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003908

【氏名又は名称】ＵＤトラックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100167025

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100136227

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 玲子

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(74)【代理人】

【識別番号】100179154

【弁理士】

【氏名又は名称】児玉 真衣

(74)【代理人】

【識別番号】100180231

【弁理士】

【氏名又は名称】水島 亜希子

(74)【代理人】

【識別番号】100184424

【弁理士】

【氏名又は名称】増屋 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100078330

【弁理士】

【氏名又は名称】笹島 富二雄

(72)【発明者】

【氏名】青山 陽介

(72)【発明者】

【氏名】鴨田 祐二

(72)【発明者】

【氏名】下越 充

【審査官】 木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０３８６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８４３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５７３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０７８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０２７２４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−３０１１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７１５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００７５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５６６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４８４１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｍ １３／００−１３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンのブローバイガスを吸気管に環流させるブローバイガス通路と、
前記吸気管に対する前記ブローバイガス通路の接続部の下流における吸気の温度を検出する温度センサと、
コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
を有し、
前記コントロールユニットが、異なる２つのエンジン運転状態において、前記温度センサにより吸気の温度を夫々検出し、２つの吸気の温度の偏差が所定閾値以下である場合に、前記ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する、ことを特徴とするブローバイガス還元装置。

【請求項2】

前記２つのエンジン運転状態の一方は、エンジン回転速度が第１の所定回転速度、かつ、エンジン負荷が第１の所定負荷である第１のエンジン運転状態であり、
前記２つのエンジン運転状態の他方は、エンジン回転速度が前記第１の所定回転速度よりも大きい第２の所定回転速度、かつ、エンジン負荷が前記第１の所定負荷よりも大きい第２の所定負荷である第２のエンジン運転状態である、
ことを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス還元装置。

【請求項3】

前記第１のエンジン運転状態は、アイドリング状態であり、
前記第２のエンジン運転状態は、高負荷・高回転状態である、
ことを特徴とする請求項２に記載のブローバイガス還元装置。

【請求項4】

前記コントロールユニットが、２つの吸気の温度の偏差が所定閾値以下であることに加え、エンジン運転状態の変化に伴って、前記温度センサにより検出された吸気の温度が所定幅を超えて変動した場合に、前記ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のブローバイガス還元装置。

【請求項5】

エンジンのブローバイガスを吸気管に環流させるブローバイガス通路と、
前記吸気管に対する前記ブローバイガス通路の接続部の下流における吸気の温度を検出する温度センサと、
コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
を有するブローバイガス還元装置の異常診断方法であって、
前記コントロールユニットが、異なる２つのエンジン運転状態において、前記温度センサにより吸気の温度を夫々検出し、２つの吸気の温度の偏差が所定閾値以下である場合に、前記ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する、ことを特徴とするブローバイガス還元装置の異常診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブローバイガス還元装置の異常診断技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レシプロエンジンには、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケースへと漏出したブローバイガスを処理するため、ブローバイガスを吸気系に導入して再燃焼させる、ブローバイガス還元装置が取り付けられている。ブローバイガス還元装置は、ブローバイガスを吸気系に導入するブローバイガス通路と、ブローバイガス通路の開度を制御するＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブと、を有する。

【0003】

ブローバイガス還元装置において、例えば、ブローバイガス通路に漏れ・配管外れなどの異常が発生すると、燃料ミストを含むブローバイガスが大気中に放出されてしまう。このため、特開２００９−２８１２２５号公報（特許文献１）に記載されるように、ＰＣＶバルブの開度を強制的に変化させたときの吸気圧力、エンジン回転速度、空燃比フィードバック補正係数などの変化量に基づいて、ブローバイガス通路の異常診断を行う技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２８１２２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、吸気系の負圧により開度が変化するＰＣＶバルブを利用するブローバイガス還元装置では、ＰＣＶバルブの開度を強制的に変化させることができず、従来技術の適用によって異常診断を行うことができない。

【0006】

そこで、本発明は、ＰＣＶバルブの開度にかかわらず、ブローバイガス通路の異常診断を行うことができるブローバイガス還元装置及びその異常診断方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ブローバイガス還元装置は、エンジンのブローバイガスを吸気管に環流させるブローバイガス通路と、吸気管に対するブローバイガス通路の接続部の下流における吸気の温度を検出する温度センサと、コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、を有する。そして、コントロールユニットは、異なる２つのエンジン運転状態において、温度センサにより吸気の温度を夫々検出し、２つの吸気の温度の偏差が所定閾値以下である場合に、ブローバイガス通路に異常が発生していると診断する。

【発明の効果】

【0008】

ＰＣＶバルブの開度にかかわらず、吸気管を流れる吸気の温度に基づいて、ブローバイガス通路に異常が発生しているか否かを診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ブローバイガス還元装置が取り付けられたエンジンの概要図

【図2】異常診断原理の説明図

【図3】制御プログラムの内容を示すフローチャート

【図4】異常診断の具体例の説明図

【図5】異常診断精度を向上させる方法の説明図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、ブローバイガス還元装置が取り付けられたエンジンの概要を示す。
エンジン１０のシリンダブロック１２には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されるシリンダ１２Ａが形成される。また、シリンダブロック１２の下方に形成されたスカート部１２Ｂの下面には、オイルパン１６が締結される。そして、スカート部１２Ｂ及びオイルパン１６により、クランク軸１８を回転可能に収容しつつ潤滑油を貯蔵するクランクケース２０が形成される。

【0011】

一方、シリンダブロック１２の上面には、吸気ポート２２及び排気ポート２４が夫々形成されたシリンダヘッド２６が締結される。シリンダヘッド２６には、燃焼室を臨む吸気ポート２２及び排気ポート２４の開口を所定タイミングで開閉すべく、軸方向に摺動可能な吸気弁２８及び排気弁３０が配設される。シリンダヘッド２６の上面には、吸気弁２８及び排気弁３０を夫々開閉駆動する動弁機構３２が収納されるヘッドカバー３４が締結される。

【0012】

吸気ポート２２に連通する吸気管３６（吸気系）には、吸気流通方向に沿って、吸気中の埃などを濾過するエアクリーナ３８、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａ、ターボチャージャ４０を通過した吸気を冷却するインタークーラ４２がこの順番で配設される。一方、排気ポート２４に連通する排気管４４には、ターボチャージャ４０のタービン４０Ｂが配設される。なお、タービン４０Ｂの排気下流に位置する排気管４４には、図示しない、公知の排気浄化装置が配設されている。

【0013】

インタークーラ４２の下流に位置する吸気管３６とタービン４０Ｂの上流に位置する排気管４４とは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路４６を介して連通され、ここに開度を連続的又は多段階に遠隔制御可能なＥＧＲバルブ４８が配設される。そして、エンジン運転状態に応じてＥＧＲバルブ４８の開度を増減することで、排気の一部が吸気系へと環流され、燃焼温度の低下を通して窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減する。

【0014】

また、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド２６には、ピストン１４とシリンダ１２Ａとの隙間を通ってクランクケース２０へと漏出したブローバイガスを、ヘッドカバー３４の内部空間へと導く連通路５０が形成される。ヘッドカバー３４の内部空間は、配管やチューブなどからなるブローバイガス通路５２を介して、エアクリーナ３８とターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａとの間に位置する吸気管３６に連通接続される。ブローバイガス通路５２には、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータ５４が配設される。

【0015】

オイルミストセパレータ５４には、吸気管３６における吸気負圧により、ブローバイガス通路５２の開度を増減するＰＣＶバルブ機構が内蔵される。ＰＣＶバルブ機構は、アイドリング時のように吸気負圧が小さいときは開度が小さくなる一方、加速時のように吸気負圧が大きいときは開度が大きくなる。

【0016】

そして、オイルミストセパレータ５４により分離されたオイルミストは、配管やチューブなどからなるオイル戻し通路５６を介して、シリンダブロック１２のスカート部１２Ｂからオイルパン１６へと戻される。

【0017】

エアクリーナ３８とターボチャージャ４０のコンプレッサ４０Ａとの間に位置する吸気管３６であって、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部には、ブローバイガスの環流状態を把握するために、吸気管３６を流れる、吸気の温度（吸気温度）Ｔを検出する温度センサ５８が取り付けられる。温度センサ５８の出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット６０に入力される。また、コントロールユニット６０には、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ６２、及び、エンジン１０の負荷Ｑを検出する負荷センサ６４からの出力信号も入力される。ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、例えば、吸気流量、吸気負圧、過給圧、燃料噴射量、アクセル開度、スロットル開度など、エンジントルクと密接に関連する状態量を適用することができる。なお、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑは、ＣＡＮ（Controller Area Network）などで接続された他のコントロールユニットから読み込むようにしてもよい。

【0018】

そして、コントロールユニット６０は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って、回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに基づいてＥＧＲバルブ４８を電子制御すると共に、回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ及び吸気温度Ｔに基づいてブローバイガス通路５２の異常診断を行う。

【0019】

ここで、ブローバイガス通路５２の異常診断原理について説明する。
ヘッドカバー３４と吸気管３６とを連通接続するブローバイガス通路５２に、漏れ・配管外れなどの異常が発生していない場合には、クランクケース２０のブローバイガスは、吸気管３６の負圧を利用して、連通路５０及びヘッドカバー３４の内部空間を介して吸気管３６へと環流される。この場合、図２に示すように、吸気管３６を流れる吸気（新気）にブローバイガスが混合するので、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部に配置された温度センサ５８は、ブローバイガスが混合した吸気温度を検出することとなる。ブローバイガスの流量はエンジン回転速度及び負荷の増加に伴って増えるので、吸気（新気）とブローバイガスとの混合比はエンジン回転速度及び負荷に応じて変化する。そして、吸気（新気）の温度ＴＡは略一定であり、ブローバイガスの温度ＴＢは吸気の温度ＴＡより高いため、両者の混合比が変化することで、温度センサ５８が検出する吸気温度が大きく変化する。

【0020】

一方、ブローバイガス通路５２に漏れ・配管外れなどの異常が発生している場合には、クランクケース２０のブローバイガスは、吸気管３６へと環流されない。この場合、吸気管３６を流れる吸気（新気）にブローバイガスが混合せず、吸気（新気）にブローバイガス通路５２の異常発生箇所から導入されたエンジン周囲の外気が混合するので、温度センサ５８は、エンジン周囲の外気が混合した吸気温度を検出することとなる。吸気（新気）とエンジン周囲の外気との混合比は、エンジン回転速度及び負荷によらず略一定であるため、エンジン運転状態が変化しても、温度センサ５８が検出する吸気温度はあまり変化しない。

【0021】

従って、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度Ｔに基づいて、ブローバイガス通路５２に漏れ・配管外れなどの異常が発生しているか否かを診断することができる。

【0022】

図３は、エンジン１０が始動されたことを契機として、コントロールユニット６０が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット６０が、初期化処理として、第１のエンジン運転状態（例えば、アイドリング状態）における吸気温度Ｔを検出したか否かを判定するためのＦｌａｇ１と、第２のエンジン運転状態（例えば、高負荷・高回転状態）における吸気温度Ｔを検出したか否かを判定するためのＦｌａｇ２と、を夫々０（未検出）に設定する。

【0023】

ステップ２では、コントロールユニット６０が、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ１が０（未検出）であるか否かを判定する。即ち、コントロールユニット６０は、回転速度センサ６２から回転速度Ｎｅを読み込むと共に、負荷センサ６４から負荷Ｑを読み込み、回転速度Ｎｅが第１の所定回転速度Ａ１、かつ、負荷Ｑが第１の所定負荷Ｂ１であるか否かを介して、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であるか否かを判定する。ここで、第１の所定回転速度Ａ１及び第１の所定負荷Ｂ１は、第１のエンジン運転状態を特定する閾値であって、上限値及び下限値で画定される幅を有していてもよい。そして、コントロールユニット６０は、エンジン１０が第１のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ１が０であると判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ５へと進める（Ｎｏ）。

【0024】

ステップ３では、コントロールユニット６０が、温度センサ５８から吸気温度Ｔを読み込み、第１のエンジン運転状態における吸気温度を一時的に保存する変数Ｃ１に吸気温度Ｔを代入する。

【0025】

ステップ４では、コントロールユニット６０が、第１のエンジン運転状態における吸気温度を検出したので、Ｆｌａｇ１を１（検出済み）に設定する。
ステップ５では、コントロールユニット６０が、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ２が０（未検出）であるか否かを判定する。即ち、コントロールユニット６０は、回転速度センサ６２から回転速度Ｎｅを読み込むと共に、負荷センサ６４から負荷Ｑを読み込み、回転速度Ｎｅが第２の所定回転速度Ａ２、かつ、負荷Ｑが第２の所定負荷Ｂ２であるか否かを介して、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であるか否かを判定する。ここで、第２の所定回転速度Ａ２及び第２の所定負荷Ｂ２は、第２のエンジン運転状態を特定する閾値であって、上限値及び下限値で画定される幅を有していてもよい。そして、コントロールユニット６０は、エンジン１０が第２のエンジン運転状態であり、かつ、Ｆｌａｇ２が０であると判定すれば処理をステップ６へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ８へと進める（Ｎｏ）。

【0026】

ステップ６では、コントロールユニット６０が、温度センサ５８から吸気温度Ｔを読み込み、第２のエンジン運転状態における吸気温度を一時的に保存する変数Ｃ２に吸気温度Ｔを代入する。

【0027】

ステップ７では、コントロールユニット６０が、第２のエンジン運転状態における吸気温度を検出したので、Ｆｌａｇ２を１（検出済み）に設定する。
ステップ８では、コントロールユニット６０が、Ｆｌａｇ１及びＦｌａｇ２が共に１であるか否か、要するに、第１のエンジン運転状態及び第２のエンジン運転状態における吸気温度を検出したか否かを判定する。そして、コントロールユニット６０は、Ｆｌａｇ１及びＦｌａｇ２が共に１であると判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、それ以外であると判定すれば処理をステップ２へと戻す（Ｎｏ）。

【0028】

ステップ９では、コントロールユニット６０が、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値、即ち、第１のエンジン運転状態における吸気温度と第２のエンジン運転状態における吸気温度との差の絶対値が所定閾値より大きいか否かを判定する。ここで、所定閾値としては、前述した異常診断原理のように、ブローバイガス通路５２に漏れ・配管外れなどの異常の有無を判別可能な値を適宜採用することができる。そして、コントロールユニット６０は、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値より大きいと判定すれば処理をステップ１０へと進める一方（Ｙｅｓ）、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以下であると判定すれば処理をステップ１１へと進める（Ｎｏ）。

【0029】

ステップ１０では、エンジン１０の運転状態が変化すると、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度が大きく増減変化するので、コントロールユニット６０が、ブローバイガス通路５２は正常（異常なし）と診断する。

【0030】

ステップ１１では、エンジン１０の運転状態が変化しても、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度がさほど増減変化しないので、コントロールユニット６０が、ブローバイガス通路５２は異常と診断する。なお、ブローバイガス通路５２が異常であると診断された場合には、例えば、警告灯を点灯させることで、異常発生をドライバに知らせるようにしてもよい。

【0031】

かかるブローバイガス還元装置によれば、図４に示すように、エンジン１０の回転速度Ｎｅが第１の所定回転速度Ａ１、負荷Ｑが第１の所定負荷Ｂ１となった第１のエンジン運転状態のときに、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度Ｔが変数Ｃ１に保存される。また、エンジン１０の回転速度Ｎｅが第２の所定回転速度Ａ２、負荷Ｑが第２の所定負荷Ｂ２となった第２のエンジン運転状態のときに、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度Ｔが変数Ｃ２に保存される。そして、第１のエンジン運転状態における吸気温度を示す変数Ｃ１と第２のエンジン運転状態における吸気温度を示す変数Ｃ２との差の絶対値（偏差）が所定閾値より大きければ、ブローバイガス通路５２は正常であると診断される。一方、第１のエンジン運転状態における吸気温度を示す変数Ｃ１と第２のエンジン運転状態における吸気温度を示す変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以下であれば、ブローバイガス通路５２は異常であると診断される。

【0032】

このとき、第１のエンジン運転状態としてアイドリング状態を採用すると共に、第２のエンジン運転状態として高負荷・高回転状態を採用すれば、大きく異なる２つのエンジン運転状態での吸気温度の比較を通して、ブローバイガス通路５２に異常が発生しているか否かを診断することができる。このため、異常診断精度を向上させることができる。

【0033】

また、吸気管３６に対するブローバイガス通路５２の接続部における吸気温度は、ブローバイガス通路５２に異常が発生しているか否かに応じて、図５に示すように、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑの変化に伴って変動する幅が大きく異なる。このため、異常診断精度をさらに向上させるべく、変数Ｃ１と変数Ｃ２との差の絶対値が所定閾値以下であることに加え、エンジン運転状態の変化に伴って吸気温度が所定幅を超えて変動した場合に、ブローバイガス通路５２に異常が発生していると診断するようにしてもよい。

【0034】

さらに、ブローバイガス通路５２の異常診断は、コントロールユニット６０に限らず、例えば、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニットなど、他のコントロールユニットにおいて行われるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１０ エンジン
３６ 吸気管（吸気系）
５２ ブローバイガス通路
５８ 温度センサ
６０ コントロールユニット
６２ 回転速度センサ
６４ 負荷センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】