内燃机控制设备的制作方法

专利名称：内燃机控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机控制设备，其控制内燃机的操作状态，在所述 内燃机中润滑剂循环经过各个滑动部分。
背景技术：
诸如汽油发动机或柴油发动机的内燃机(下文也称为发动机)受到 驱动时所排出的排气包含有排放入大气会引起不利的物质。具体地，来自于柴油发动机的排气包含有主要由碳、煤烟、可溶性有机成分(SOF) 等组成的颗粒物质(PM),这些物质均会引起空气污染。作为一种用于净化包含于排气中的颗粒物质(下文称为PM)的装 置，已知存在一种排气净化装置，其中在柴油发动机的排气歧管中设置 颗粒过滤器以收集包含在经过排气歧管的排气中的PM，从而减少进入 大气中的排放量。例如，将柴油机颗粒过滤器(DPF)或柴油机颗粒-NOx 还原系统(DPNR)催化剂用作颗粒过滤器。当使用颗粒过滤器来收集PM且如果所收集的PM沉积物的量增加 时，颗粒过滤器堵塞。如果发生过滤器堵塞，则发生经过颗粒过滤器的 排气的压力损失增大以及发动机排气背压的相应增大，这导致发动机输 出低下以及燃料效率低下。为了解决这个问题，传统地，在由颗粒过滤器收集的(沉积在颗粒 过滤器上的)PM的量达到一定程度的时刻升高排气的温度，使得颗粒 过滤器上的PM燃烧并被除去以重整微粒过滤器。作为一种重整的方法，例如，在主燃料喷射之后且在排气门关闭之 前辅助地喷射(后喷射)少量的燃料，以提高排气的温度以及燃烧沉积 在颗粒过滤器上的PM(例如，参见日本专利z厶开^H艮2004-211638号)。 注意，后喷射不仅可用于过滤器重整处理还可用于改善发动机性能。在此，已知的是，作为后喷射的结果， 一部分的喷射燃料附着于气 缸内的壁面，所附着的燃料稀释了发动机润滑剂，且发动机润滑剂的粘
度降低。还已知的是，当粘度随发动机润滑剂温度越来越高而降低时， 发动机各个滑动部分的润滑趋于不足(例如，参见日本专利公开公报8-177432号)。在柴油发动机中，最大燃烧压力已经由于共轨、喷射器(燃料喷射 阀)等方面的技术进步而增大。另外，最近，为了改善发动机的燃料效 率，使用低粘度的发动机润滑剂来降低摩擦。此外，为了进一步降低摩 擦，将诸如轴承的滑动部分的宽度制得较小。这样的最大燃烧压力的增大、润滑剂的低粘度以及轴承的较小宽度 有效地改善了发动机的性能以及燃料的效率。在另一方面，作用在轴承 上的负载(由燃烧压力导致的负载)增大，这意味着在轴承咬死方面的 环境不利。如果润滑剂因为上述的后喷射等被稀释、且润滑剂的粘度在恶劣的 润滑环境下进一步降低，则难于确保各个发动机部分的滑动面的油膜厚 度。因此，滑动面的润滑变得不足，且易于发生诸如轴承的滑动部分咬 死。具体地，当相当大的燃烧负栽施加到连杆轴承上时，更易于发生轴 承咬死。发明内容考虑到上述情形而作出本发明，且本发明的一个目的是提供一种内 燃机控制设备，即使发动机润滑剂因为后喷射等被稀释，其也能够确保 诸如轴承的滑动部分的抗咬死性。本发明的特征在于，在对其中润滑剂循环经过各个滑动部分的内燃机 的操作状态进行控制的内燃机控制设备中，包括检测所述润滑剂的量的 润滑剂量检测部分，当所述润滑剂量超过预定值时，执行降低所述内燃机 输出的控制。依据本发明，检测内燃机(下文称为发动机)中润滑剂的量。当润 滑剂的量超过预定值时，即当润滑剂由燃料稀释且对诸如轴承的滑动部 分的润滑不足时，则执行降低发动机输出的控制，因此，可以防止诸如 轴承的滑动部分的咬死。例如，在柴油发动机中，在润滑剂的量超过预 定值时执行降低最大燃烧压力的控制，从而可以抑制在达到最大燃烧压 力时施加到诸如轴承的滑动部分的燃烧负载，并且可以防止连杆轴承等
的咬死。因为本发明采用了基于润滑剂的量来检测粘度降低的构造，所以可 以确保抗咬死性而无需诸如油温传感器的相对昂贵的传感器。也就是， 本发明在成本上也是有利的。依据本发明，当润滑剂量超过预定值时，可以执行减少供应至发动机 的燃料量的控制。通过这种构造，从润滑剂量超过预定值的时刻起、也 就是说，从推定润滑剂的粘度降低的时刻起，减少燃料供应量。因此， 可以抑制润滑剂由燃料稀释，并且因此可以增强诸如轴承的滑动部分的 抗咬死性。依据本发明，当润滑剂量超过预定值时，可以执行降低发动机冷却剂 温度的控制。通过这种构造，可以降低润滑剂的温度，进而可以抑制润 滑剂粘度的降低。因此，可以确保油膜厚度，并且可以增强诸如轴承的 滑动部分的抗咬死性。依据本发明，润滑剂量检测部分可以通过在发动机油盘中的润滑剂的液位超过预定的上限位时转到ON的上位传感器实现。通过使用这种上 位传感器，可以用相对低的费用来实现上述的功能和效果。依据本发明，检测在发动机中循环的润滑剂的量。当润滑剂量超过 预定值时，执行降低发动机输出的控制，从而，尽管润滑剂由于后喷射等 而稀释，仍能够确保诸如轴承的滑动部分的抗咬死性。


图l是示出应用了本发明的发动机的一个示例的示意构造图。图2是示出诸如ECU的控制系统的构造的框图。图3是示出由ECU执行的用于控制燃烧压力的过程的流程图。
具体实施方式
下文将参照附图描述本发明的实施方式。首先将描述一种应用了本发明的发动机。 发动机将参照图l来描述一种应用了本发明的柴油发动机(下文简称为"发 动机")的示意性构造。应指出的是，图1仅示出了发动机中单个气缸 的构造。此示例中的发动机l例如通过四气缸发动机实现，并且包括形成燃烧室la的活塞10和用作输出轴的曲轴15。活塞10通过连杆16连接到曲轴15,使得活塞10的往复运动通过 连杆16转换成曲轴15的旋转。发动机转速传感器24设置在曲轴中。 另外，用于检测发动机冷却剂温度的冷却剂温度传感器21设置在发动 机l中。储存发动机润滑剂OL (下文称为润滑剂OL)的油盘17设置于发 动机l的气缸体的下部。虽然没有示出，在发动机l的操作过程中，储 存在油盘17中的润滑剂OL通过油泵上抽而经过用于除去杂质的滤油 器，并在此后由机油滤清器净化并被供应到活塞10、凸轮轴15、连杆 16等对各个部分进行润滑、冷却等。当使用以此方式供应的润滑剂OL 来对发动机l中的各个部分进行润滑、冷却等之后，润滑剂OL返回油 盘17,且润滑剂OL储存在油盘17中直至其再次通过油泵上抽。油位传感器25设置在油盘17中。油位传感器25通过在油盘17中 的润滑剂OL的液位超过预定的上限位时转到ON的上位传感器(例如 限位开关)实现。应指出的是，油位传感器25设置成例如在润滑剂OL 稀释10% (润滑剂的量达到110% )时转到ON。发动机1设置有直接地将燃料喷射入各气缸的燃烧室la的喷射器 (燃料喷射阀)2。共轨(储蓄器)3连接到喷射器2。燃料从高压燃料 泵(未示出)供应到共轨3，且每个喷射器2以预定的正时打开，使得 燃料喷射入发动机1的每个气缸的燃烧室la。所喷射的燃料在燃烧室 la中燃烧并作为排气排出。喷射器2的气门打开正时(燃料喷射正时) 由将在下文描述的ECU 5控制。进气歧管11和排气歧管12连接到发动机1的燃烧室la。进气门13 设置在进气歧管11和燃烧室la之间。通过打开/关闭进气门13，实现 进气歧管11和燃烧室la之间的连接或断开。另外，排气门14设置在
排气歧管12和燃烧室la之间。通过打开/关闭排气门14,实现排气歧 管12和燃烧室la之间的连接或断开。通过进气凸轮轴和排气凸轮轴(两 者均未示出)的转动实现进气门13和排气门14的打开/关闭，其中曲 轴15的转动传递到所述进气凸轮轴和排气凸轮轴。进气挡板4、进气温度传感器22、用于检测进气量的进气压力传感 器23等设置在进气歧管11中。包括DPF 6a的排气净化装置6等设置在发动机1的排气歧管12中。 排气净化装置6包括检测DPF 6a的上游和下游之间的压差的压差传感 器26。发动机1设置有通过利用排气压力来对进气进行增压的涡轮增压器 (增压器)30。涡轮增压器30包括设置在排气歧管12中的涡轮31和 设置在进气歧管11中的压缩器32。设置在排气歧管12中的涡轮31通 过接收排气能量而转动，且设置在进气歧管11中的压缩器32相应地转 动。然后，进气由于压缩器32的转动而被增压，且增压后的空气被强 制性地引入发动机l的每个气缸的燃烧室la中。进气歧管11包括用于 冷却因为压缩器32的压缩而处于高温的进气的中间冷却器33。排气歧管12设置有绕开涡轮增压器30的旁通管34。旁通管34包 括废气旁通岡35。控制废气旁通阀35的位置以改变通过旁通管34的排 气量，从而可以调节涡轮增压器30的转速。由于对涡轮增压器30转速 的控制，可以调整发动机l的增压压力。对于涡轮增压器而言，可以釆 用可变喷嘴涡轮增压器，其中可变喷嘴设置在涡轮侧(排气歧管侧)以 通过改变其位置而调整增压压力。发动机1进一步包括EGR装置40。 EGR装置40用于通过将一部 分排气引入进气中以降低气缸内的燃烧温度来降低NOx的形成量。 EGR装置40包括连通于进气歧管11和排气歧管12之间的EGR管41、 设置在EGR管41中的EGR阀42,等等。通过调节EGR阀42的位置， 可以调节从排气歧管12引到进气歧管11的EGR的量(排气返回量)。 在此，EGR阀42的位置和废气旁通阀35的位置都由ECU 5控制。ECU如图2所示，ECU 5包括CPU 51、 ROM 52、 RAM 53、备份RAM
54等。ROM52存储各种控制程序、在执行所述各种控制程序时所参考 的映射、等等。CPU51基于所述存储在ROM52中的各种控制程序和 映射来执行各种类型的操作过程。RAM 53起到临时储存CPU 51中所 执行的操作的结果、从各传感器输入的数据等的存储器的作用。备份 RAM 54起到例如在发动机1停止时储存需储存的数据等的非易失性存 储器的作用。上述的ROM 52、 CPU 51、 RAM 53和备份RAM 54通过总线57 彼此连接，并且连接到外部输入电路55和外部输出电路56。加速器位置传感器27、冷却剂温度传感器21、进气温度传感器22、 进气压力传感器23、发动机转速传感器24、油位传感器25、压差传感 器26等连接到外部输入电路55。同时，喷射器2、高压燃料泵的电磁 溢流阀(未示出)、给出油量异常警报的指示器7、废气旁通阀35、 EGR 阀42等连接到外部输出电路56。ECU 5基于诸如加速器位置传感器27、冷却剂温度传感器21、进 气温度传感器22、进气压力传感器23、发动机转速传感器24等的各种 传感器的输出来执行发动机l的各种类型的控制，诸如燃料喷射控制。 另外，ECU5如下所述地控制后喷射和燃烧压力。后喷射控制ECU 5基于设置在排气净化装置6中的压差传感器26的输出估计 收集在DPF6a上的PM沉积量。当估计的PM量等于或大于预定的基 准值(沉积极限)时，ECU 5判定重整DPF 6a的时刻到了 ，并且使得 在发动机l中于主燃料喷射之后发生后喷射。由于后喷射，沉积在DPF 6a上的PM燃烧并,皮除去，从而重整DPF6a。在此，对于后喷射控制，例如应用了以下方法。具体地，预先地准 备并存储用于PM重整的控制映射，其中限定了用于把温度升高到可重 整DPF 6a的目标排气温度的目标后喷射量和喷射正时，并且通过使用 所述用于PM重整的控制映射来控制喷射器2。另外，可以应用除上述的使用压差传感器26的输出的方法之外的 其它方法作为估计PM沉积量的方法。具体地，这些方法包括通过试 验等依据发动机1的操作状态(诸如排气温度、燃料喷射量和发动机转
速)来获得PM的附着量而预先准备映射、并且累计基于此映射所获得 的PM附着量来获得PM沉积量的方法，依据行驶距离或驾驶时间来估 计PM沉积量的方法，等等。燃烧压力控制将参照图3所示的流程来描述ECU 5所执行的用于控制燃烧压力的 过程。首先，ECU5监测油位传感器25的输出，并且在油位传感器25转 到ON时，ECU 5判定润滑剂的量超过上限(步骤ST1)。在此，当油 位传感器25的ON状态稳定地持续一个指定时间段时，ECU 5判定"润 滑剂量已超过上限"，而不是一旦油位传感器25转到ON就作出判定。 执行这种判定过程的原因是为了避免由于振动等引起的润滑剂液位的 瞬变或在车辆转弯及在倾斜表面上行驶时润滑剂液位波动(倾斜)所导 致的影响(误测)。如果在步骤ST1判定为"是"，即如果润滑剂量超过上限，则过程 进行到步骤ST2，在步骤ST2，指示器7发光以给出油量异常的警报。 在步骤ST3, ECU5使用其中最大燃烧压力为低的控制映射来控制发动 机l的燃料喷射量等。步骤ST3中使用的"其中最大燃烧压力为低的控 制映射"例如是这样的一种控制映射当润滑剂OL稀释10% (润滑剂 的量达到110%)时，最大燃烧压力降低lMPa，且这个映射预先存储 在ECU 5的ROM 52中。在另一方面，如果在步骤ST1判定为"否"，即如果不存在油量异 常，则过程进行到步骤ST4，在步骤ST4，使用通常的控制映射来控制 发动机l的燃料喷射量等。在上述的过程中，当在指示器7发光之后由于润滑剂的交换而不再 存在油量异常时，油盘17中的润滑剂OL的液位恢复到原始状态(正 常液位)。因为油位传感器25在这种状态下转到OFF,基于普通映射来 控制发动机l。依据上述的燃烧压力控制，当储存在油盘17中的润滑剂OL的量超 过上限时，即当润滑剂OL由燃料稀释且对诸如轴承的滑动部分的润滑 不足时，则执行降低最大燃烧压力的控制。因此，可以抑制达到最大燃 烧压力时施加到例如轴承的滑动部分的燃烧负栽，并且可以确保诸如轴承的滑动部分的抗咬死性。因此，即使润滑剂OL由燃料稀释，也可以 防止连杆16的轴承等的咬死。其它实施方式除了上述实施方式的构造之外，可以执行诸如在储存于油盘17中 的润滑剂OL的量超过上限时进行用于减少对发动机1的燃料供应的控 制的过程。通过采用这种构造，从润滑剂OL的量超过上限(估计润滑 剂OL的粘度已经降低的状态)的时刻起减少燃料供应量。因此，可以 抑制润滑剂OL由燃料稀释，并且可以增强轴承等的抗咬死性。可选地，可以执行诸如在储存于油盘17中的润滑剂OL的量超过上 限时进行降低发动机1的冷却剂温度的控制的程序。通过釆用这种构造， 可以降低润滑剂OL的温度，并且可以抑制润滑剂OL粘度的降低。因 此，可以确保油膜厚度，并且可以增强诸如轴承的滑动部分的抗咬死性。在上述的实施方式中，釆用了检测油盘17中的润滑剂OL的液位上 限的油位传感器作为用于检测润滑剂量的传感器。然而，本实施方式并 不仅限于此，且可以釆用检测油盘17中的润滑剂OL的液位上限以及 下限两者的油位传感器。通过使用这种油位传感器，单个传感器就可以 检测润滑剂OL的稀释和油的不足。可替换地，可以釆用能够线性地检测油盘17中的润滑剂OL的液位 的液位传感器作为用于检测润滑剂量的传感器。在此，可采用如下方式控制发动机通过试验、计算等预先获得与 多种类型的润滑剂液位(诸如2.5%稀释、5%稀释、10%稀释等)相适 应的最大燃烧压力，准备和储存多个基于其结果的燃烧压力控制映射， 并且，每当(线性)液位传感器所检测到的值超过与各燃烧压力控制映 射对应的润滑剂液位时，选择与该润滑剂液位相应的燃烧压力控制映 射。在这种情形下，如果基于通过试验等预先获得的用于各润滑剂液位 的燃烧压力控制映射、通过插值法来准备在没有进行试验、计算等的区 域中的燃烧压力控制映射，则可以根据由液位传感器检测的值来线性地 控制对用于确保抗咬死性的最大燃烧压力的抑制。
虽然本发明在上述的实施方式中应用于柴油发动机，本发明并不限 于此。同样地在汽油发动机中，燃料附着于气缸的内壁面，且润滑剂由 附着的燃料稀释，这导致诸如轴承的滑动部分的咬死。因此，本发明可 有效地用于汽油发动机。在将本发明应用于汽油发动机时，例如，当润滑剂的量超过上限时 使用最大发动机转速比通常低的发动机转速控制映射，以控制发动机并 抑制最大发动机转速，从而确保诸如轴承的滑动部分的抗咬死性。应当理解在此公开的实施方式在所有方面都是说明性的并且是非 限制性的。本发明的范围由权利要求的术语而不是由上述描述限定，并 且意在包括落在所述范围之内的任意修改以及与权利要求的术语相当 的含义。
权利要求
1.一种内燃机控制设备，其控制所述内燃机的操作状态，在所述内燃机中润滑剂循环经过各个滑动部分，所述内燃机控制设备包括润滑剂量检测装置，用于检测所述润滑剂的量；其中当所述润滑剂量超过预定值时，执行降低所述内燃机输出的控制。
2. 如权利要求1所述的内燃;N^制设备，其中当所述润滑剂量超过所述预定值时，执行减少对所述内燃机的燃料供 应量的控制。
3. 如权利要求1所述的内燃M制设备，其中当所述润滑剂量超过所述预定值时，执行降低所述内燃机的冷却剂温 度的控制。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的内燃机控制设备，其中所述润滑剂量检测装置通过在所述内燃机的油盘中的润滑剂的液位 超过预定的上限位时转到ON的上位传感器实现。
全文摘要
使用上位传感器等来检测发动机油盘中的润滑剂的量。当润滑剂的量超过预定值时(步骤ST1)，即当诸如轴承的滑动部分的润滑剂由于润滑剂被燃料稀释而不足时，执行降低发动机输出的控制，诸如降低最大燃烧压力的控制(步骤ST3)，从而抑制在达到最大燃烧压力时施加到诸如轴承的滑动部分的燃烧负载并且防止连杆轴承等的咬死。
文档编号F02D41/04GK101155984SQ20068001089
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年4月1日
发明者户田忠司 申请人:丰田自动车株式会社