內燃機控制設備的制作方法

專利名稱：內燃機控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機控制設備，其控制內燃機的操作狀態，在所述 內燃機中潤滑劑循環經過各個滑動部分。
背景技術：
諸如汽油發動機或柴油發動機的內燃機(下文也稱為發動機)受到 驅動時所排出的排氣包含有排放入大氣會引起不利的物質。具體地，來自于柴油發動機的排氣包含有主要由碳、煤煙、可溶性有機成分(SOF) 等組成的顆粒物質(PM),這些物質均會引起空氣污染。作為一種用于凈化包含于排氣中的顆粒物質(下文稱為PM)的裝 置，已知存在一種排氣凈化裝置，其中在柴油發動機的排氣歧管中設置 顆粒過濾器以收集包含在經過排氣歧管的排氣中的PM，從而減少進入 大氣中的排放量。例如，將柴油機顆粒過濾器(DPF)或柴油機顆粒-NOx 還原系統(DPNR)催化劑用作顆粒過濾器。當使用顆粒過濾器來收集PM且如果所收集的PM沉積物的量增加 時，顆粒過濾器堵塞。如果發生過濾器堵塞，則發生經過顆粒過濾器的 排氣的壓力損失增大以及發動機排氣背壓的相應增大，這導致發動機輸 出低下以及燃料效率低下。為了解決這個問題，傳統地，在由顆粒過濾器收集的(沉積在顆粒 過濾器上的)PM的量達到一定程度的時刻升高排氣的溫度，使得顆粒 過濾器上的PM燃燒并被除去以重整微粒過濾器。作為一種重整的方法，例如，在主燃料噴射之后且在排氣門關閉之 前輔助地噴射(后噴射)少量的燃料，以提高排氣的溫度以及燃燒沉積 在顆粒過濾器上的PM(例如，參見日本專利z厶開^H艮2004-211638號)。 注意，后噴射不僅可用于過濾器重整處理還可用于改善發動機性能。在此，已知的是，作為后噴射的結果， 一部分的噴射燃料附著于氣 缸內的壁面，所附著的燃料稀釋了發動機潤滑劑，且發動機潤滑劑的粘
度降低。還已知的是，當粘度隨發動機潤滑劑溫度越來越高而降低時， 發動機各個滑動部分的潤滑趨于不足(例如，參見日本專利公開公報8-177432號)。在柴油發動機中，最大燃燒壓力已經由于共軌、噴射器(燃料噴射 閥)等方面的技術進步而增大。另外，最近，為了改善發動機的燃料效 率，使用低粘度的發動機潤滑劑來降低摩擦。此外，為了進一步降低摩 擦，將諸如軸承的滑動部分的寬度制得較小。這樣的最大燃燒壓力的增大、潤滑劑的低粘度以及軸承的較小寬度 有效地改善了發動機的性能以及燃料的效率。在另一方面，作用在軸承 上的負載(由燃燒壓力導致的負載)增大，這意味著在軸承咬死方面的 環境不利。如果潤滑劑因為上述的后噴射等被稀釋、且潤滑劑的粘度在惡劣的 潤滑環境下進一步降低，則難于確保各個發動機部分的滑動面的油膜厚 度。因此，滑動面的潤滑變得不足，且易于發生諸如軸承的滑動部分咬 死。具體地，當相當大的燃燒負栽施加到連桿軸承上時，更易于發生軸 承咬死。發明內容考慮到上述情形而作出本發明，且本發明的一個目的是提供一種內 燃機控制設備，即使發動機潤滑劑因為后噴射等被稀釋，其也能夠確保 諸如軸承的滑動部分的抗咬死性。本發明的特征在于，在對其中潤滑劑循環經過各個滑動部分的內燃機 的操作狀態進行控制的內燃機控制設備中，包括檢測所述潤滑劑的量的 潤滑劑量檢測部分，當所述潤滑劑量超過預定值時，執行降低所述內燃機 輸出的控制。依據本發明，檢測內燃機(下文稱為發動機)中潤滑劑的量。當潤 滑劑的量超過預定值時，即當潤滑劑由燃料稀釋且對諸如軸承的滑動部 分的潤滑不足時，則執行降低發動機輸出的控制，因此，可以防止諸如 軸承的滑動部分的咬死。例如，在柴油發動機中，在潤滑劑的量超過預 定值時執行降低最大燃燒壓力的控制，從而可以抑制在達到最大燃燒壓 力時施加到諸如軸承的滑動部分的燃燒負載，并且可以防止連桿軸承等
的咬死。因為本發明采用了基于潤滑劑的量來檢測粘度降低的構造，所以可 以確保抗咬死性而無需諸如油溫傳感器的相對昂貴的傳感器。也就是， 本發明在成本上也是有利的。依據本發明，當潤滑劑量超過預定值時，可以執行減少供應至發動機 的燃料量的控制。通過這種構造，從潤滑劑量超過預定值的時刻起、也 就是說，從推定潤滑劑的粘度降低的時刻起，減少燃料供應量。因此， 可以抑制潤滑劑由燃料稀釋，并且因此可以增強諸如軸承的滑動部分的 抗咬死性。依據本發明，當潤滑劑量超過預定值時，可以執行降低發動機冷卻劑 溫度的控制。通過這種構造，可以降低潤滑劑的溫度，進而可以抑制潤 滑劑粘度的降低。因此，可以確保油膜厚度，并且可以增強諸如軸承的 滑動部分的抗咬死性。依據本發明，潤滑劑量檢測部分可以通過在發動機油盤中的潤滑劑的液位超過預定的上限位時轉到ON的上位傳感器實現。通過使用這種上 位傳感器，可以用相對低的費用來實現上述的功能和效果。依據本發明，檢測在發動機中循環的潤滑劑的量。當潤滑劑量超過 預定值時，執行降低發動機輸出的控制，從而，盡管潤滑劑由于后噴射等 而稀釋，仍能夠確保諸如軸承的滑動部分的抗咬死性。


圖l是示出應用了本發明的發動機的一個示例的示意構造圖。圖2是示出諸如ECU的控制系統的構造的框圖。圖3是示出由ECU執行的用于控制燃燒壓力的過程的流程圖。
具體實施方式
下文將參照附圖描述本發明的實施方式。首先將描述一種應用了本發明的發動機。 發動機將參照圖l來描述一種應用了本發明的柴油發動機(下文簡稱為"發 動機")的示意性構造。應指出的是，圖1僅示出了發動機中單個氣缸 的構造。此示例中的發動機l例如通過四氣缸發動機實現，并且包括形成燃燒室la的活塞10和用作輸出軸的曲軸15。活塞10通過連桿16連接到曲軸15,使得活塞10的往復運動通過 連桿16轉換成曲軸15的旋轉。發動機轉速傳感器24設置在曲軸中。 另外，用于檢測發動機冷卻劑溫度的冷卻劑溫度傳感器21設置在發動 機l中。儲存發動機潤滑劑OL (下文稱為潤滑劑OL)的油盤17設置于發 動機l的氣缸體的下部。雖然沒有示出，在發動機l的操作過程中，儲 存在油盤17中的潤滑劑OL通過油泵上抽而經過用于除去雜質的濾油 器，并在此后由機油濾清器凈化并被供應到活塞10、凸輪軸15、連桿 16等對各個部分進行潤滑、冷卻等。當使用以此方式供應的潤滑劑OL 來對發動機l中的各個部分進行潤滑、冷卻等之后，潤滑劑OL返回油 盤17,且潤滑劑OL儲存在油盤17中直至其再次通過油泵上抽。油位傳感器25設置在油盤17中。油位傳感器25通過在油盤17中 的潤滑劑OL的液位超過預定的上限位時轉到ON的上位傳感器(例如 限位開關)實現。應指出的是，油位傳感器25設置成例如在潤滑劑OL 稀釋10% (潤滑劑的量達到110% )時轉到ON。發動機1設置有直接地將燃料噴射入各氣缸的燃燒室la的噴射器 (燃料噴射閥)2。共軌(儲蓄器)3連接到噴射器2。燃料從高壓燃料 泵(未示出)供應到共軌3，且每個噴射器2以預定的正時打開，使得 燃料噴射入發動機1的每個氣缸的燃燒室la。所噴射的燃料在燃燒室 la中燃燒并作為排氣排出。噴射器2的氣門打開正時(燃料噴射正時) 由將在下文描述的ECU 5控制。進氣歧管11和排氣歧管12連接到發動機1的燃燒室la。進氣門13 設置在進氣歧管11和燃燒室la之間。通過打開/關閉進氣門13，實現 進氣歧管11和燃燒室la之間的連接或斷開。另外，排氣門14設置在
排氣歧管12和燃燒室la之間。通過打開/關閉排氣門14,實現排氣歧 管12和燃燒室la之間的連接或斷開。通過進氣凸輪軸和排氣凸輪軸(兩 者均未示出)的轉動實現進氣門13和排氣門14的打開/關閉，其中曲 軸15的轉動傳遞到所述進氣凸輪軸和排氣凸輪軸。進氣擋板4、進氣溫度傳感器22、用于檢測進氣量的進氣壓力傳感 器23等設置在進氣歧管11中。包括DPF 6a的排氣凈化裝置6等設置在發動機1的排氣歧管12中。 排氣凈化裝置6包括檢測DPF 6a的上游和下游之間的壓差的壓差傳感 器26。發動機1設置有通過利用排氣壓力來對進氣進行增壓的渦輪增壓器 (增壓器)30。渦輪增壓器30包括設置在排氣歧管12中的渦輪31和 設置在進氣歧管11中的壓縮器32。設置在排氣歧管12中的渦輪31通 過接收排氣能量而轉動，且設置在進氣歧管11中的壓縮器32相應地轉 動。然后，進氣由于壓縮器32的轉動而被增壓，且增壓后的空氣被強 制性地引入發動機l的每個氣缸的燃燒室la中。進氣歧管11包括用于 冷卻因為壓縮器32的壓縮而處于高溫的進氣的中間冷卻器33。排氣歧管12設置有繞開渦輪增壓器30的旁通管34。旁通管34包 括廢氣旁通岡35。控制廢氣旁通閥35的位置以改變通過旁通管34的排 氣量，從而可以調節渦輪增壓器30的轉速。由于對渦輪增壓器30轉速 的控制，可以調整發動機l的增壓壓力。對于渦輪增壓器而言，可以釆 用可變噴嘴渦輪增壓器，其中可變噴嘴設置在渦輪側(排氣歧管側)以 通過改變其位置而調整增壓壓力。發動機1進一步包括EGR裝置40。 EGR裝置40用于通過將一部 分排氣引入進氣中以降低氣缸內的燃燒溫度來降低NOx的形成量。 EGR裝置40包括連通于進氣歧管11和排氣歧管12之間的EGR管41、 設置在EGR管41中的EGR閥42,等等。通過調節EGR閥42的位置， 可以調節從排氣歧管12引到進氣歧管11的EGR的量(排氣返回量)。 在此，EGR閥42的位置和廢氣旁通閥35的位置都由ECU 5控制。ECU如圖2所示，ECU 5包括CPU 51、 ROM 52、 RAM 53、備份RAM
54等。ROM52存儲各種控制程序、在執行所述各種控制程序時所參考 的映射、等等。CPU51基于所述存儲在ROM52中的各種控制程序和 映射來執行各種類型的操作過程。RAM 53起到臨時儲存CPU 51中所 執行的操作的結果、從各傳感器輸入的數據等的存儲器的作用。備份 RAM 54起到例如在發動機1停止時儲存需儲存的數據等的非易失性存 儲器的作用。上述的ROM 52、 CPU 51、 RAM 53和備份RAM 54通過總線57 彼此連接，并且連接到外部輸入電路55和外部輸出電路56。加速器位置傳感器27、冷卻劑溫度傳感器21、進氣溫度傳感器22、 進氣壓力傳感器23、發動機轉速傳感器24、油位傳感器25、壓差傳感 器26等連接到外部輸入電路55。同時，噴射器2、高壓燃料泵的電磁 溢流閥(未示出)、給出油量異常警報的指示器7、廢氣旁通閥35、 EGR 閥42等連接到外部輸出電路56。ECU 5基于諸如加速器位置傳感器27、冷卻劑溫度傳感器21、進 氣溫度傳感器22、進氣壓力傳感器23、發動機轉速傳感器24等的各種 傳感器的輸出來執行發動機l的各種類型的控制，諸如燃料噴射控制。 另外，ECU5如下所述地控制后噴射和燃燒壓力。后噴射控制ECU 5基于設置在排氣凈化裝置6中的壓差傳感器26的輸出估計 收集在DPF6a上的PM沉積量。當估計的PM量等于或大于預定的基 準值(沉積極限)時，ECU 5判定重整DPF 6a的時刻到了 ，并且使得 在發動機l中于主燃料噴射之后發生后噴射。由于后噴射，沉積在DPF 6a上的PM燃燒并,皮除去，從而重整DPF6a。在此，對于后噴射控制，例如應用了以下方法。具體地，預先地準 備并存儲用于PM重整的控制映射，其中限定了用于把溫度升高到可重 整DPF 6a的目標排氣溫度的目標后噴射量和噴射正時，并且通過使用 所述用于PM重整的控制映射來控制噴射器2。另外，可以應用除上述的使用壓差傳感器26的輸出的方法之外的 其它方法作為估計PM沉積量的方法。具體地，這些方法包括通過試 驗等依據發動機1的操作狀態(諸如排氣溫度、燃料噴射量和發動機轉
速)來獲得PM的附著量而預先準備映射、并且累計基于此映射所獲得 的PM附著量來獲得PM沉積量的方法，依據行駛距離或駕駛時間來估 計PM沉積量的方法，等等。燃燒壓力控制將參照圖3所示的流程來描述ECU 5所執行的用于控制燃燒壓力的 過程。首先，ECU5監測油位傳感器25的輸出，并且在油位傳感器25轉 到ON時，ECU 5判定潤滑劑的量超過上限(步驟ST1)。在此，當油 位傳感器25的ON狀態穩定地持續一個指定時間段時，ECU 5判定"潤 滑劑量已超過上限"，而不是一旦油位傳感器25轉到ON就作出判定。 執行這種判定過程的原因是為了避免由于振動等引起的潤滑劑液位的 瞬變或在車輛轉彎及在傾斜表面上行駛時潤滑劑液位波動(傾斜)所導 致的影響(誤測)。如果在步驟ST1判定為"是"，即如果潤滑劑量超過上限，則過程 進行到步驟ST2，在步驟ST2，指示器7發光以給出油量異常的警報。 在步驟ST3, ECU5使用其中最大燃燒壓力為低的控制映射來控制發動 機l的燃料噴射量等。步驟ST3中使用的"其中最大燃燒壓力為低的控 制映射"例如是這樣的一種控制映射當潤滑劑OL稀釋10% (潤滑劑 的量達到110%)時，最大燃燒壓力降低lMPa，且這個映射預先存儲 在ECU 5的ROM 52中。在另一方面，如果在步驟ST1判定為"否"，即如果不存在油量異 常，則過程進行到步驟ST4，在步驟ST4，使用通常的控制映射來控制 發動機l的燃料噴射量等。在上述的過程中，當在指示器7發光之后由于潤滑劑的交換而不再 存在油量異常時，油盤17中的潤滑劑OL的液位恢復到原始狀態(正 常液位)。因為油位傳感器25在這種狀態下轉到OFF,基于普通映射來 控制發動機l。依據上述的燃燒壓力控制，當儲存在油盤17中的潤滑劑OL的量超 過上限時，即當潤滑劑OL由燃料稀釋且對諸如軸承的滑動部分的潤滑 不足時，則執行降低最大燃燒壓力的控制。因此，可以抑制達到最大燃 燒壓力時施加到例如軸承的滑動部分的燃燒負栽，并且可以確保諸如軸承的滑動部分的抗咬死性。因此，即使潤滑劑OL由燃料稀釋，也可以 防止連桿16的軸承等的咬死。其它實施方式除了上述實施方式的構造之外，可以執行諸如在儲存于油盤17中 的潤滑劑OL的量超過上限時進行用于減少對發動機1的燃料供應的控 制的過程。通過采用這種構造，從潤滑劑OL的量超過上限(估計潤滑 劑OL的粘度已經降低的狀態)的時刻起減少燃料供應量。因此，可以 抑制潤滑劑OL由燃料稀釋，并且可以增強軸承等的抗咬死性。可選地，可以執行諸如在儲存于油盤17中的潤滑劑OL的量超過上 限時進行降低發動機1的冷卻劑溫度的控制的程序。通過釆用這種構造， 可以降低潤滑劑OL的溫度，并且可以抑制潤滑劑OL粘度的降低。因 此，可以確保油膜厚度，并且可以增強諸如軸承的滑動部分的抗咬死性。在上述的實施方式中，釆用了檢測油盤17中的潤滑劑OL的液位上 限的油位傳感器作為用于檢測潤滑劑量的傳感器。然而，本實施方式并 不僅限于此，且可以釆用檢測油盤17中的潤滑劑OL的液位上限以及 下限兩者的油位傳感器。通過使用這種油位傳感器，單個傳感器就可以 檢測潤滑劑OL的稀釋和油的不足。可替換地，可以釆用能夠線性地檢測油盤17中的潤滑劑OL的液位 的液位傳感器作為用于檢測潤滑劑量的傳感器。在此，可采用如下方式控制發動機通過試驗、計算等預先獲得與 多種類型的潤滑劑液位(諸如2.5%稀釋、5%稀釋、10%稀釋等)相適 應的最大燃燒壓力，準備和儲存多個基于其結果的燃燒壓力控制映射， 并且，每當(線性)液位傳感器所檢測到的值超過與各燃燒壓力控制映 射對應的潤滑劑液位時，選擇與該潤滑劑液位相應的燃燒壓力控制映 射。在這種情形下，如果基于通過試驗等預先獲得的用于各潤滑劑液位 的燃燒壓力控制映射、通過插值法來準備在沒有進行試驗、計算等的區 域中的燃燒壓力控制映射，則可以根據由液位傳感器檢測的值來線性地 控制對用于確保抗咬死性的最大燃燒壓力的抑制。
雖然本發明在上述的實施方式中應用于柴油發動機，本發明并不限 于此。同樣地在汽油發動機中，燃料附著于氣缸的內壁面，且潤滑劑由 附著的燃料稀釋，這導致諸如軸承的滑動部分的咬死。因此，本發明可 有效地用于汽油發動機。在將本發明應用于汽油發動機時，例如，當潤滑劑的量超過上限時 使用最大發動機轉速比通常低的發動機轉速控制映射，以控制發動機并 抑制最大發動機轉速，從而確保諸如軸承的滑動部分的抗咬死性。應當理解在此公開的實施方式在所有方面都是說明性的并且是非 限制性的。本發明的范圍由權利要求的術語而不是由上述描述限定，并 且意在包括落在所述范圍之內的任意修改以及與權利要求的術語相當 的含義。
權利要求
1.一種內燃機控制設備，其控制所述內燃機的操作狀態，在所述內燃機中潤滑劑循環經過各個滑動部分，所述內燃機控制設備包括潤滑劑量檢測裝置，用于檢測所述潤滑劑的量；其中當所述潤滑劑量超過預定值時，執行降低所述內燃機輸出的控制。
2. 如權利要求1所述的內燃;N^制設備，其中當所述潤滑劑量超過所述預定值時，執行減少對所述內燃機的燃料供 應量的控制。
3. 如權利要求1所述的內燃M制設備，其中當所述潤滑劑量超過所述預定值時，執行降低所述內燃機的冷卻劑溫 度的控制。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的內燃機控制設備，其中所述潤滑劑量檢測裝置通過在所述內燃機的油盤中的潤滑劑的液位 超過預定的上限位時轉到ON的上位傳感器實現。
全文摘要
使用上位傳感器等來檢測發動機油盤中的潤滑劑的量。當潤滑劑的量超過預定值時(步驟ST1)，即當諸如軸承的滑動部分的潤滑劑由于潤滑劑被燃料稀釋而不足時，執行降低發動機輸出的控制，諸如降低最大燃燒壓力的控制(步驟ST3)，從而抑制在達到最大燃燒壓力時施加到諸如軸承的滑動部分的燃燒負載并且防止連桿軸承等的咬死。
文檔編號F02D41/04GK101155984SQ20068001089
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月23日 優先權日2005年4月1日
發明者戶田忠司 申請人:豐田自動車株式會社