УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания, в частности к системе управления впрыском топлива в двигатель, работающий на спиртосодержащем топливе.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] Условно, в двигателе внутреннего сгорания, предусмотренном на транспортном средстве, может использоваться топливо, содержащее спирт, например метанол или этанол, а также бензин и легкие фракции нефтепродуктов (см., например, публикацию японской патентной заявки No. 2012-077732 (JP 2012-077732 А)). Транспортное средство с двигателем такого типа, как правило, называется транспортным средством с гибким выбором топлива (далее именуемое с двигателем FFV). При этом за счет использования спиртосодержащего топлива улучшаются экологические показатели, такие как снижение выбросов выхлопных газов и снижение потребления ископаемых видов топлива.
[0003] В двигателе FFV моторное масло (далее именуемое просто масло), накопленное в масляном поддоне, всасывается масляным насосом и подается как смазка на каждый участок двигателя, аналогично обычному бензиновому двигателю. Масляный сетчатый фильтр, расположенный в масляном поддоне, снабжен сеткой, которая отделяет посторонние вещества из всасываемого моторного масла и далее через маслопровод сообщается с всасывающей стороной масляного насоса, оснащенного бумажным масляным фильтром.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] При этом у двигателя внутреннего сгорания, в котором используется спиртосодержащее топливо, как в вышеприведенном примере, в составе газообразных продуктов сгорания соотношение водяного пара выше по сравнению с обычным бензиновым двигателем. Поэтому в картере или т.п. образуется больше конденсата в то время, когда у двигателя низкая температура, например в непрогретом состоянии, что в значительной мере способствует увеличению в масляном поддоне количества воды, смешиваемой с моторным маслом.
[0005] Смешанная таким образом с моторным маслом вода может замерзать в местности с холодным климатом или т.п. и, например, образованные при этом льдинки могут приводить к засорению сетки или т.п. масляного сетчатого фильтра. В свою очередь, в системе смазки двигателя происходит нарушение циркуляции моторного масла, что приводит к недостаточной смазке, а также возникает беспокойство, что может произойти сбой в работе гидравлического устройства, в которое поступает моторное масло.
[0006] В частности, в случае частых запусков и остановок двигателя, например, как у гибридного транспортного средства, работа двигателя зачастую стопорится в середине прогрева. В результате, вода в машинном масле не превращается в пар, а накапливается, увеличивая вероятность того, что льдинка, образовавшаяся таким образом в масляном поддоне, создаст проблему, как описано выше.
[0007] Задача настоящего изобретения заключается в предупреждении нарушения функции, такой как недостаточная смазка в двигателе, работающем на спиртосодержащем топливе, путем предотвращения замерзания воды в моторном масле, как описано выше.
[0008] Объект настоящего изобретения относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания, который работает на спиртосодержащем топливе, при этом упомянутое устройство управления включает в себя средство оценки содержания воды, выполненное с возможностью оценки содержания воды, смешанной с моторным маслом, на основе хронологических данных о количестве впрыскиваемого топлива во время работы этого двигателя, и средство предотвращения замерзания, выполненное с возможностью, когда оценочное содержание воды равно или больше заданного значения, увеличения количества топлива, смешиваемого с моторным маслом, по сравнению со случаем, когда оценочное содержание воды меньше заданного значения, что предотвращает замерзание воды. Объект настоящего изобретения может быть определен следующим образом. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, выполненного с возможностью использования спиртосодержащего топлива, при этом упомянутое устройство управления включает в себя: электронный блок управления, выполненный с возможностью: i) оценки содержания воды, смешанной с моторным маслом, на основе хронологических данных о количестве впрыскиваемого топлива во время работы этого двигателя; и ii) предотвращения замерзания воды таким образом, что когда оценочное содержание воды равно или больше заданного значения, электронный блок управления увеличивает количество топлива, смешиваемого с моторным маслом, по сравнению со случаем, когда оценочное содержание воды меньше заданного значения.
[0009] Иными словами, как описано выше, водяной пар в составе продуктов сгорания может частично конденсироваться и смешиваться с моторным маслом во время работы двигателя, таким образом, средство оценки содержания воды оценивает содержание воды в моторном масле на основе хронологических данных о количестве впрыскиваемого топлива до настоящего момента. Если содержание воды достигает заданного значения или более, средство предотвращения замерзания увеличивает количество топлива, смешиваемого с моторным маслом.
[0010] Таким образом, спирт, содержащийся в топливе, смешивается с водой в моторном масле с тем, чтобы предотвратить ее замерзание, при этом образующиеся льдинки имеют маленький размер. Кроме того, количество льдинок сокращается, тем самым предотвращая засорение сетки или т.п. масляного сетчатого фильтра. Следует отметить, что «заданное значение» содержания воды представляет собой содержание воды, из которого может быть образовано такое количество льдинок, которое способно привести к засорению, например, сетки масляного сетчатого фильтра. В частности, заданное значение варьируется в зависимости от рабочего объема двигателя, от количества накопленного моторного масла или мелкости сетки масляного сетчатого фильтра. С учетом этого заданное значение устанавливается экспериментальным путем или т.п.
[0011] Когда, таким образом, спирт, содержащийся в топливе, смешивается с водой, можно предотвратить ее замерзание. Соответственно, чтобы получить существенный результат, предпочтительно в моторное масло примешивать соответствующее количество спирта, соответствующее заданному значению содержания воды. С учетом этого предпочтительно, чтобы средство предотвращения замерзания увеличивало количество топлива, смешиваемого с моторным маслом, в соответствии с оценочным содержанием воды и в соответствии с концентрацией спирта в топливе.
[0012] Чтобы увеличить количество топлива в моторном масле фактически, маслопровод, который ответвлен от системы подачи топлива и ведет в картер или в масляный поддон, может быть выполнен так, что топливо добавляется непосредственно в моторное масло, находящееся в масляном поддоне. Кроме того, в двигателе, оснащенном инжектором впрыска в цилиндр, выполненным с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр, предпочтительно увеличить количество топлива, смешиваемого с моторным маслом, путем впрыска топлива инжектором впрыска в цилиндр в период времени от такта расширения в цилиндре до такта выхлопа в нем.
[0013] Иными словами, в случае когда топливо впрыскивается инжектором впрыска в цилиндр во время работы двигателя, такое топливо обычно впрыскивается в период времени от такта всасывания в цилиндр до такта сжатия в нем с тем, чтобы образовалась легковоспламеняющаяся топливная смесь в цилиндре возле верхней мертвой точки такта сжатия. Впрыснутая струя топлива (далее именуемая дожигающим впрыском) после такого обычного впрыска топлива легко смешивается с масляной пленкой на внутренней периферийной поверхности цилиндра без чрезмерного возгорания, таким образом, топливо эффективно смешивается с моторным маслом.
[0014] Крайне предпочтительно, чтобы топливо впрыскивалось инжектором впрыска топлива в цилиндр со второй половины такта расширения в цилиндре до первой половины такта выхлопа в нем. Причина заключается в следующем. Если топливо впрыскивается в первой половине такта расширения в цилиндре, струя топлива сгорает частично, а если топливо впрыскивается во второй половине такта выхлопа, струя топлива частично вытекает из цилиндра вместе с выхлопными газами.
[0015] Чтобы количество топлива, которое сгорает или вытекает с выхлопными газами, было малым насколько это возможно, предпочтительно, чтобы средство предотвращения замерзания выдавало инжектору впрыска в цилиндр команду на дожигающий впрыск в течение периода, установленного экспериментальным путем или т.п., с опережением от такта расширения в цилиндре до такта выхлопа в нем. Более того, чтобы предотвратить слишком большое количество дожигающих впрысков, предпочтительно впрыскивать топливо в течение всего установленного таким образом периода, и, кроме того, давление впрыска топлива может быть увеличено в момент дожигающего впрыска.
[0016] В то же время, при расчете содержания воды в моторном масле, в частности, средство оценки содержания воды может суммировать заданное соотношение содержания воды в газообразных продуктах сгорания, образующихся за один цикл сгорания, когда температура моторного масла меньше заданной температуры (например, температуры масла, соответствующей завершению прогрева двигателя, температуры конденсации воды при определенном внутреннем давлении в картере или т.п.). Следует отметить, что в качестве заданного соотношения содержания могут рассматриваться соотношение горючих газов, которые попадают в картер из камеры сгорания цилиндра, а также соотношение охлаждаемой воды, становящейся конденсатом в картере, к воде, входящей в газообразные продукты сгорания.
[0017] Далее, когда истекло заданное время после того, как температура моторного масла достигла заданной температуры, считается, что вода в моторном масле превращается в пар. Соответственно, оценочное значение содержания воды, смешанной таким образом, может быть обнулено средством оценки содержания воды. В то же время, в случае когда двигатель остановлен до того, как температура масла достигла заданной температуры, предпочтительно, чтобы оценочное значение содержания воды до этого момента было сохранено в памяти и было принято в качестве начального значения, от которого начинается суммирование после следующего запуска двигателя.
[0018] Согласно настоящему объекту в двигателе, работающем на спиртосодержащем топливе, содержание воды в моторном масле оценивается, и если оценочное содержание воды достигает заданного значения или более, количество топлива, смешиваемого с моторным маслом, увеличивают. Соответственно, можно предотвратить замерзание воды с помощью спирта, содержащегося в топливе. Это позволяет эффективно предотвращать засорение сетки или т.п. масляного сетчатого фильтра льдинками и не допускать неисправности в работе, например недостаточную смазку двигателя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] Свойства, преимущества, а также техническое и промышленное значение вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и где:
На фиг. 1 представлена схема конфигурации двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2 представлен поясняющий вид, схематически иллюстрирующий обычный впрыск топлива и дожигающий впрыск топлива;
На фиг. 3 представлена блок-схема последовательности операций при оценке содержания воды в моторном масле;
На фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций процедуры управления предотвращением замерзания с помощью дожигающего впрыска;
На фиг. 5 представлен вид карты, которая устанавливает связь между внутренним давлением в картере и заданной температурой топливной смеси;
На фиг. 6 представлен вид карты, которая задает внутреннее давление в картере в соответствии с рабочим состоянием двигателя; и
На фиг. 7 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая управление предотвращением замерзания с помощью дожигающего впрыска.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0020] Ниже приводится описание варианта осуществления, в котором настоящее изобретение применено в двигателе FFV с впрыском топлива непосредственно в цилиндр. На фиг.1 проиллюстрирован только один цилиндр 11, хотя двигатель 1 согласно настоящему варианту осуществления включает в себя блок цилиндров 12, выполненный с четырьмя цилиндрами 11, расположенными в линию, например, а также головку 13 блока цилиндров, прикрепленную к верхней части блока цилиндров 12. В каждый из цилиндров 11 установлен поршень 14 с возможностью возвратно-поступательного движения, упомянутый поршень 14 соединен с коленчатым валом 16 через шатун 15.
[0021] Имеется в виду, что масляный поддон 18, в котором накапливается моторное масло O (далее именуемое просто масло O), вместе с нижней частью 12a блока цилиндров 12 формируют картер 19, в котором размещается коленчатый вал 16. В картере 19 размещен датчик 91 положения кривошипно-шатунного механизма, а в днище масляного поддона 18 размещен датчик 92 температуры моторного масла. Кроме того, на участке боковой стенки блока 12 цилиндров также размещен датчик 93 температуры воды.
[0022] Также в картере 19 размещен масляный насос 17, приводимый в действие коленчатым валом 16 через цепной механизм или т.п. Моторное масло O, накопившееся в масляном поддоне 18, всасывается через масляный сетчатый фильтр 17a и затем подается на каждый смазываемый участок двигателя 1, например поршень 14 и подшипник на коленчатом валу 16. Масляный сетчатый фильтр 17a снабжен сеткой (не показана) с тем, чтобы изолировать загрязняющие вещества во время циркуляции всасываемого моторного масла.
[0023] При этом в каждом цилиндре 11 предусмотрена свеча зажигания 4, расположенная на нижней поверхности головки 13 цилиндра, которая сверху накрывает цилиндр 11, а также впускное окно 20, которое представляет собой с выпускной стороны конец впускного канала 2, и выпускное окно 30, которое представляет собой с впускной стороны конец выпускного канала 3, выполненные открытыми. Впускной клапан 21 и выпускной клапан 31 расположены во впускном окне 20 и выпускном окне 30 соответственно таким образом, чтобы открываться и закрываться с помощью впускного кулачкового вала 22 и выпускного кулачкового вала 32 системы привода клапанов.
[0024] Во впускном канале 2 дроссельная заслонка 23 с приводом от электродвигателя 23a дроссельной заслонки и уравнительный бачок 24 размещены по ходу потока ниже воздухоочистителя (не показан), а далее ниже по потоку подсоединен впускной коллектор 25. Кроме того, во впускном канале 2 размещены расходомер воздуха 94 с датчиком температуры всасываемого воздуха, а также датчик 95 открытия дроссельной заслонки, который определяет степень открытия (открытия дросселя) дроссельной заслонки 23.
[0025] В то же время в выпускном канале 3 выхлопной коллектор 33 расположен таким образом, чтобы сводить в одно целое выпускные окна 30 от соответствующих цилиндров 11. Катализатор 34, как, например, тройной катализатор, который очищает выхлопные газы, размещен по ходу потока ниже выхлопного коллектора 33. Датчик В/Т (датчик соотношения воздух-топливо) 96 предусмотрен по ходу потока выше упомянутого катализатора 34, а кислородный датчик 97 размещен по ходу потока ниже упомянутого катализатора 34.
[0026] Кроме того, в настоящем варианте осуществления инжектор 5 (инжектор впрыска топлива в цилиндр) размещен со стороны впуска периферийной части каждого цилиндра 11. Когда инжектор 5 впрыскивает топливо на такте всасывания или такте сжатия (обычный впрыск топлива М), как схематически показано на фиг.2, внутри цилиндра 11 в конце такта сжатия образуется топливная смесь. После получения высокого напряжения из блока зажигания 41 топливная смесь воспламеняется от свечи зажигания 4.
[0027] Система подачи топлива к инжектору 5 каждого цилиндра 11 включает в себя топливный бак 50, трубопровод 51 подачи топлива и топливный насос 52 высокого давления. Топливный насос 52 высокого давления выполнен таким образом, чтобы поршень приводился в действие приводным кулачком, предусмотренным на впускном кулачковом валу 22, например, с тем чтобы увеличивать давление всасываемого топлива и нагнетать топливо. Чтобы определить температуру нагнетаемого таким образом топлива, в трубопроводе 51 подачи топлива предусмотрен датчик 98 температуры топлива.
[0028] В двигателе 1 согласно настоящему варианту осуществления, можно использоваться не только бензин, но и смешанные виды топлива, такие как спирто-бензиновое топливо из этанола или т.п., а также спиртосодержащий газолин. Пользователь двигателя FFV обычно применяет газолин, спирто-бензиновое топливо, а также топливную смесь с соответствующими присадками. Как результат, концентрация спирта в топливе, находящемся в топливном баке 50, может изменяться от 0% до 100%.
[0029] Блок ЭБУ
Блок ЭБУ 8 образован известным электронным блоком управления и включает в себя ЦП (центральный процессор), ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), резервное ОЗУ или т.п., хотя это здесь и не показано. Центральный процессор выполняет различные вычислительные процессы, основанные на управляющих программах и картах, хранящихся в ПЗУ. Кроме того, устройство ОЗУ временно хранит в себе результаты вычислений, входные данные от соответствующих датчиков или т.п., а резервное ОЗУ хранит данные или т.п., которые будут сохранены, например, в момент остановки двигателя 1.
[0030] Датчик 91 положения кривошипно-шатунного механизма, датчик 92 температуры моторного масла, датчик 93 температуры воды, расходомер воздуха 94, датчик 95 открытия дроссельной заслонки, датчик 96 соотношения воздух-топливо, кислородный датчик 97, датчик 98 температуры топлива или т.п., которые описаны выше, подключены к блоку ЭБУ 8. Кроме того, датчик 99 открытия акселератора, который определяет режим работы (степень открытия дроссельной заслонки) педали акселератора (не показана), также подключен к блоку ЭБУ 8, как показано на фиг. 1.
[0031] Блок ЭБУ 8 выполняет управление работой двигателя 1 путем управления различными режимами работы на основе входных сигналов от вышеупомянутых датчиков. Более конкретно, блок ЭБУ 8 вычисляет целевой крутящий момент двигателя 1 на основе степени открытия дроссельной заслонки, коэффициент нагрузки и количество оборотов двигателя 1, скорость транспортного средства или т.п., а также выполняет контроль момента воспламенения свечи 4 зажигания, контроль впрыска топлива через инжектор 5 и контроль степени открытия дроссельной заслонки с помощью электродвигателя 23a дроссельной заслонки (то есть контроль количества всасываемого воздуха), с тем чтобы получить целевой крутящий момент.
[0032] Следует отметить, что целевой крутящий момент двигателя 1 представляет собой крутящий момент, который может реализовать режим работы, на который водитель выводит транспортное средство путем совмещенного управления двигателем 1 и коробкой передач. Блок ЭБУ 8 вычисляет требуемый крутящий момент двигателя 1 путем добавления к движущей силе, на которую водитель выводит транспортное средство, крутящего момента для компенсации потерь, например потерь в двигателе 1 и системе передачи мощности, вызываемых трением. Выполняя управление на основе «крутящего момента», имеющего тесную связь с профессиональной интуицией водителя, можно улучшить общую характеристику управляемости автомобиля.
[0033] Далее, как будет описано ниже, в момент, когда температура двигателя 1 является низкой, например в непрогретом состоянии, блок ЭБУ 8 выполняет управление (управление предотвращением замерзания) предотвращением от замерзания конденсата воды в моторном масле O, накопленном в масляном поддоне 18.
[0034] Управление предотвращением замерзания
Далее будут описаны подробности режима управления предотвращением замерзания в настоящем варианте осуществления. В двигателе 1, в котором используется спиртосодержащее топливо, как в настоящем варианте осуществления, газообразные продукты сгорания насыщены водяным паром. Поэтому в картере 19 в непрогретом состоянии образуется конденсат воды или т.п., что значительно увеличивает состав воды в моторном масле O, накопленном в масляном поддоне 18.
[0035] Вода в моторном масле O может замерзнуть в местности с холодным климатом или т.п., например, и образовавшиеся таким образом льдинки могут привести к засорению сетки или т.п. масляного сетчатого фильтра 17а. Когда такое засорение возникает в системе смазки двигателя 1, нарушается циркуляция масла O, что приводит к недостаточной смазке, а также вызывает беспокойство, что может произойти сбой в работе гидравлического устройства, которое подает моторное масло O.
[0036] В противоположность этому, в настоящем варианте осуществления внимание фокусируется на том факте, что если спирт смешать с водой, то можно предотвратить замерзание воды. С учетом этого за счет спирта, добавленного в топливо, можно предотвратить замерзание воды в моторном масле O. То есть у спирта более высокая гидрофильность, чем у моторного масла O. Соответственно, если спиртосодержащее топливо добавить в моторное масло O, вода будет диспергироваться в коллоидной форме и точка затвердевания воды понизится, таким образом, замерзание будет предотвращено.
[0037] Более конкретно, в настоящем варианте осуществления рассчитывают количество конденсата воды, смешанной с моторным маслом O, и если такое количество в смеси возрастает до заданного значения или более, выполняют так называемый дожигающий впрыск таким образом, чтобы спиртосодержащее топливо смешалось с моторным маслом O. Дожигающий впрыск предназначен для впрыска топлива на такте расширения или на такте выхлопа, как схематически показано ссылочной позицией P на фиг. 2, после того как обычный впрыск топлива М выполнен на такте всасывания или на такте сжатия.
[0038] Если моментом времени, в который выполняют дожигающий впрыск, является первая половина такта расширения, струя топлива, впрыскиваемая таким образом, может воспламеняться частично. Когда момент впрыска ставят на опережение, сгораемое количество топлива увеличивается. В то же время, если дожигающий впрыск выполняют во второй половине такта выхлопа, струя топлива частично вытекает из цилиндра 11 вместе с выхлопными газами. По мере того как время впрыска переносят на запаздывание, их отток увеличивается.
[0039] С учетом этого подбор времени для дожигающего впрыска устанавливают экспериментальным путем или т.п. с опережением, начиная со второй половины такта расширения в цилиндре 11 до первой половины такта выхлопа (схематически обозначено белой стрелкой на фиг. 2) таким образом, чтобы понизить количество топлива, сжигаемого или вытекающего с выхлопными газами, настолько, насколько это возможно. Таким образом, топливо может быть смешано с масляной пленкой на внутренней периферийной поверхности цилиндра 11 без сжигания топлива, впрыскиваемого в ходе дожигающего впрыска, в максимально возможной степени и без вытекания топлива из цилиндра 11.
[0040] Другими словами, период времени (период, отмеченный белой стрелкой на фиг. 2), в ходе которого выполняют дожигающий впрыск, устанавливается экспериментальным путем или т.п. с опережением на такте расширения до такта выхлопа в цилиндре 11 так, чтобы количество топлива, сжигаемого или вытекающего с выхлопными газами, было настолько малым, насколько это возможно. Следует отметить, что дожигающий впрыск может выполняться в течение всего периода времени, описанного выше, или в течение отрезка времени этого периода.
[0041] Обратившись теперь к фиг. 3 и фиг. 4, видим, что ниже приведена блок-схема специфического процесса управления предотвращением замерзания по настоящему варианту осуществления. На фиг. 3 представлена блок-схема последовательности операций при оценке содержания воды в моторном масле О на основе хронологических данных о количестве впрыскиваемого топлива во время работы двигателя 1, при этом программа выполняется в течение заданного периода времени после включения ключа зажигания двигателя с FFV. Блок ЭБУ 8 представляет собой средство оценки содержания воды за счет последовательности операций с помощью программы оценки содержания воды.
[0042] Кроме того, на фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций по увеличению количества топлива в моторном масле O за счет выполнения дожигающего впрыска в момент времени, когда оценочное содержание воды представляет собой заданное значение или более, при этом программа также выполняется в течение заданного периода времени после включения ключа зажигания. При выполнении программы управления дожигающим впрыском блок ЭБУ 8 увеличивает количество топлива в моторном масле O и, таким образом, представляет собой средство предотвращения замерзания воды.
[0043] Первоначально, на этапе ST101, после запуска потока на фиг.3, вычисляют текущую температуру (далее именуемую температурой моторного масла T) масла O и сравнивают с заданной температурой T1. Температуру моторного масла T можно определить с помощью сигнала от датчика 92 температуры моторного масла, а можно рассчитать, например, на основе сигнала от датчика 93 температуры воды и коэффициента нагрузки, скорости вращения двигателя и других параметров двигателя 1. Кроме того, заданная температура T1 представляет собой температуру, при которой вода, смешиваясь с моторным маслом O, превращается в пар, и соответствует точке кипения воды.
[0044] Здесь точка кипения воды изменяется в зависимости от давления, и в состоянии, когда давление низкое, точка кипения понижается. С учетом этого, как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 5, карта, по которой заданная температура T1 устанавливается в зависимости от внутреннего давления Р в картере 19, составляется заранее и хранится в электронном виде в ПЗУ блока ЭБУ 8. Заданная температура T1 устанавливается со ссылкой на вышеупомянутую карту, исходя из внутреннего давления в картере, с учетом коэффициента нагрузки и количества оборотов во время работы двигателя 1.
[0045] На этапе ST101, если температура моторного масла T соответствует заданной температуре T1 или более, выдается отрицательное решение (НЕТ). В этом случае можно считать, что в картере 19 никакого конденсата воды не образуется, таким образом, управление программой заканчивается (КОНЕЦ). В то же время, если температура моторного масла T меньше заданной температуры T1, выдается утвердительное решение (ДА). При этом считается, что в картере 19 образуется конденсат воды, который смешивается с моторным маслом O, накопленным в масляном поддоне 18.
[0046] С учетом этого процесс переходит на этап ST102, на котором считывается содержание воды до предыдущей поездки, и содержание воды за один цикл сгорания суммируется с содержанием воды, считанной таким образом, принятой в качестве начального значения (этап ST103). Следует отметить, что содержание воды до предыдущей поездки указывает на суммарное значение, сохраняемое на нижеупомянутом этапе ST108, и представляет собой содержание воды в моторном масле O до предыдущей работы двигателя FFV, до того как был включен ключ зажигания двигателя FFV в этот раз.
[0047] Более конкретно, содержание воды в моторном масле O за один цикл сгорания вычисляется следующим образом. Сначала соотношение горючих газов, которые попадают в картер 19, и горючих газов, образующихся в цилиндре 11, устанавливается для каждого двигателя 1 экспериментальным путем или т.п. заранее, и в электронном виде хранится в ПЗУ блока ЭБУ 8. Количество пара, содержащегося в горючих газах, вычисляется на основе количества топлива, впрыскиваемого инжектором 5 согласно нижеследующей химической формуле (1), например:
Кроме того, содержащийся в горючих газах водяной пар, охлажденный и ставший конденсатом в картере 19, можно вычислить по карте на фиг. 5 следующим образом. То есть карта на фиг. 5 по вертикальной оси показывает внутреннее давление P в картере 19, а по горизонтальной оси устанавливает соответствующую точку кипения воды под давлением. Карта соответствует так называемой диаграмме давления пара и также в электронном виде хранится в ПЗУ блока ЭБУ 8.
[0049] Например, если внутреннее давление в картере 19 удовлетворяет условию P=P1, вода в моторном масле O закипает при заданной температуре T1. Однако если температура моторного масла Т в это время удовлетворяет условию T=T1', то давление пара P1' ниже, чем внутреннее давление P1 в картере, таким образом, количество n (молей) конденсируемого пара представлено следующей формулой (2) из уравнения состояния газа. Следует отметить, что V обозначает объем картера 19, a R обозначает газовую постоянную.
Здесь внутреннее давление P в картере 19 изменяется в зависимости от коэффициента нагрузки и числа оборотов двигателя 1. С учетом этого карта, как показано на фиг. 6, создается путем количественного нахождения соотношения коэффициента нагрузки и числа оборотов двигателя с внутренним давлением P в картере экспериментальным способом или т.п. заранее и хранится в электронном виде в ПЗУ блока ЭБУ 8. На этой карте, когда коэффициент нагрузки и число оборотов двигателя повышаются, внутреннее давление Р в картере также повышается.
[0051] Как описано выше, суммарное значение содержания воды, вычисленное на этапе ST103, может быть в конечном итоге одним из следующих параметров: содержанием воды, вычисленным на основе количества впрыскиваемого топлива за один цикл сгорания, согласно приведенной выше формуле (1); и количеством конденсата воды (количество, вычисленное согласно приведенной выше формуле (2)), образовавшегося из-за охлаждения горючих газов в картере 19.
[0052] Далее, на этапе ST104 определяют, достигло ли содержание воды (суммарное значение), суммированное таким образом, заданного значения или более. Заданным значением является, например, содержание воды, которое может привести к возникновению количества льдинок, способных привести к засорению сетки масляного сетчатого фильтра 17a. Заданное значение варьируется в зависимости от объема двигателя 1, накопленного количества масла или мелкости сетки масляного сетчатого фильтра 17a.
[0053] С учетом этого в рабочем режиме двигателя 1 учитываются такие параметры, как коэффициент нагрузки и число оборотов двигателя, какое количество льдинок вызывает засорение сетки, сколько не достает моторного масла, какие повреждения на смазываемых участках - все это заранее вычисляется экспериментальным путем или т.п. Затем уточняется степень засорения, которая не причиняет существенного ущерба на смазываемых участках, и количество льдинок, то есть содержание воды, которое вызывает такое засорение, и устанавливается в качестве заданного значения.
[0054] На этапе ST104 установленное таким образом заданное значение сравнивается с суммированным таким образом содержанием воды (суммарное значение), и, если суммарное значение содержания воды меньше заданного значения (отрицательное решение: НЕТ), принимается решение, что дожигающий впрыск не нужен, и процесс переходит на этап ST106 (описан ниже). В то же время, если суммарное значение соответствует заданному значению или более (утвердительное решение: ДА), процесс переходит на этап ST105, для которого включается индикатор дожигающего впрыска. После этого процесс переходит на этап ST106.
[0055] На этапе ST106 определяется, истекло или нет заданное время после того, как температура моторного масла T достигла заданной температуры T1 или более. Как описано выше, заданная температура T1 представляет собой температуру, при которой вода в моторном масле O превращается в пар. Если температура моторного масла T достигла этой температуры, вода в моторном масле O превращается в пар в течение заданного времени (обычно 10-30 секунд, что может быть заранее установлено экспериментальным путем или т.п.). С учетом этого, если температура моторного масла T меньше заданной температуры T1, или даже в случае, когда температура моторного масла T равна заданной температуре T1 или более, если заданное время не истекло, выносится отрицательное решение (НЕТ), и процесс переходит на этап ST107.
[0056] На этапе ST107 определяется, выключен или нет ключ зажигания двигателя FFV (ЗАЖ-выкл?). Если выносится отрицательное заключение (НЕТ), процесс возвращается на этап ST103, и повторяется процедура от этапа ST103 до этапа ST106, то есть повторяется суммирование содержания воды за один цикл сгорания. При этом, если ключ зажигания выключен и вынесено утвердительное заключение (ДА), суммарное значение сохраняется в резервном ПЗУ блока ЭБУ 8, и управление заканчивается (КОНЕЦ).
[0057] То есть в момент времени, когда температура моторного масла T низкая, например у двигателя 1 в непрогретом состоянии, суммарное значение постепенно растет по мере смешивания конденсата воды с моторным маслом O. Если двигатель 1 останавливается до того, как достаточно прогреется, суммарное значение на этот момент времени сохраняется и принимается как начальное значение для оценки содержания воды в моторном масле О после запуска двигателя 1 в следующий раз.
[0058] В то же время, если на этапе ST106 выносится утвердительное заключение (ДА), что заданное время истекло после того, как температура моторного масла T достигла заданной температуры T1 или более, вода в моторном масле O превращается в пар, как было описано выше. С учетом этого суммарное значение сбрасывается на ноль (этап ST109), а индикатор дожигающего впрыска выключается (этап ST110). На этом управление заканчивается (КОНЕЦ).
[0059] Далее будет описано управление дожигающим впрыском, проиллюстрированное на фиг. 4. На этапе ST201, после запуска операции, определяется, включен или нет индикатор дожигающего впрыска. Если индикатор дожигающего впрыска выключен (отрицательное заключение: НЕТ), дожигающий впрыск не выполняется и на этом управление заканчивается (КОНЕЦ). В то же время, если индикатор дожигающего впрыска включен (утвердительное заключение: ДА), процесс переходит на этап ST202, на котором считывается количество спирта, добавленное до предыдущей поездки. Далее на этапе ST203 выполняется дожигающий впрыск для каждого цилиндра 11 в заданный момент времени.
[0060] Здесь количество добавляемого спирта представляет собой количество спирта, смешиваемое с моторным маслом O за счет выполнения дожигающего впрыска на этапе ST203, будет описано ниже. Количество добавляемого спирта будет сохранено до этапа ST206 (описан ниже) от предыдущей работы двигателя FFV, который запускается в момент включения ключа зажигания двигателя FFV; оно является количеством спирта, добавленным до предыдущей поездки.
[0061] Наибольшая часть струи дожигающего впрыска смешивается с масляной пленкой на внутренней периферийной поверхности цилиндра. Когда масляная пленка соскребается поршневым кольцом, топливо смешивается с моторным маслом O в масляном поддоне 18. Чтобы содержащийся в топливе спирт, смешанный таким образом с моторным маслом O, перемешался сходным образом с водой в моторном масле O таким образом, чтобы в достаточной мере предотвратить ее замерзание, желательно к моторному маслу O добавлять подходящее количество спирта, соответствующее заданному количеству воды, содержащемуся в моторном масле O.
[0062] С учетом этого сначала создается карта путем расчета подходящего добавляемого количества спирта на основе предварительного эксперимента/моделирования, соответствующего заданному количеству воды, которая сохраняется в электронном виде в ПЗУ блока ЭБУ 8. Карта составляется так, чтобы когда, например, оценочное содержание воды большое, то добавляемое количество спирта также было большое по сравнению со случаем, когда оценочное содержание воды маленькое. Далее, после считывания добавляемого количества спирта с карты на основе заданного значения воды, добавленное количество спирта до предыдущей поездки, которое считывается на этапе ST202, вычитается из добавляемого количества спирта так, чтобы установить целевое значение добавляемого спирта во время работы двигателя 1 на этот раз.
[0063] Целевое значение добавляемого количества спирта устанавливается фактически, при этом топливо смешивается с моторным маслом O путем дожигающего впрыска, как описано ниже. Таким образом, добавляемое количество спирта увеличивается до целевого значения. Как описано выше, в двигателе FFV концентрация спирта в топливе обычно варьируется в диапазоне от 0 до 100%. Соответственно, когда концентрация спирта ниже, количество топлива, смешиваемого с маслом O, больше. То есть количество смеси в моторном масле O увеличивается в зависимости от концентрации спирта в топливе в настоящем варианте осуществления.
[0064] Следует отметить, что, когда топливо смешивается с маслом O, не только спирт, но и бензин и т.п. перемешивается с моторным маслом O. Это может быть причиной негативного эффекта из-за так называемого разбавления моторного масла. С учетом этого предпочтительно устанавливать верхнее предельное ограничительное значение для целевого значения добавляемого количества спирта, устанавливаемого, как описано выше. То есть верхнее предельное ограничительное значение может быть установлено экспериментальным путем или т.п. заранее таким образом, чтобы количество бензина и т.п., смешиваемое с моторным маслом O, было рассчитано на основе концентрации спирта в топливе, чтобы негативный эффект от разбавления моторного масла был не таким сильным.
[0065] Как было описано выше, в двигателе FFV концентрация спирта в топливе обычно варьируется в диапазоне от 0 до 100%. Соответственно, необходимо произвести оценку концентрации спирта. Хорошо известны различные способы оценки концентрации спирта, поэтому подробное описание здесь будет опущено, хотя концентрацию спирта можно оценить на основе изменений в фактическом соотношении воздух-топливо (определяется на основе показаний датчика соотношения воздух-топливо), вызываемых изменениями количества впрыскиваемого топлива в зависимости от концентрации спирта в топливе, например.
[0066] Как было описано выше со ссылкой на фиг. 2, инжектор 5 работает от такта расширения до такта выхлопа в цилиндре 11, таким образом, выполняется дожигающий впрыск. Объем дожигающего впрыска за один раз можно рассчитать исходя из ширины импульса впрыска и давления топлива (заданное значения), а повышенное количество добавляемого спирта можно получить путем умножения объема дожигающего впрыска на концентрацию спирта. На этапе ST204 определяется, достигло целевого значения или нет текущее количество добавляемого спирта, полученного путем суммирования повышенного количества добавляемого спирта за счет дожигающего впрыска.
[0067] Если добавляемое количество спирта меньше целевого значения, выдается отрицательное решение (НЕТ), и процесс переходит на этап ST205, на котором определяется, выключен или нет ключ зажигания (ЗАЖ-выкл?). Если выдается отрицательное решение (НЕТ), процесс возвращается на этап ST203, и продолжается выполнение дожигающего впрыска в одном цикле сгорания. При этом, если ключ зажигания выключен и выдается положительное решение (ДА), то добавляемое количество спирта на текущий момент сохраняется в ПЗУ блока ЭБУ 8, а управление заканчивается (КОНЕЦ).
[0068] То есть, если двигатель 1 остановлен до того, как добавляемое количество спирта достигает целевого значения, добавляемое количество спирта на этот момент времени запоминается, при этом добавляемое количество спирта принимается в качестве начального значения для вычисления добавляемого количества спирта после того, как двигатель 1 будет запущен в следующий раз. Если на этапе ST204 выдано утвердительное решение (ДА), что добавляемое количество спирта достигло целевого значения, индикатор дожигающего впрыска выключается (этап ST207), а управление заканчивается (КОНЕЦ).
[0069] Последовательность операций (фиг. 3) в процессе оценки содержания воды, как и последовательность операций (фиг. 4) в процессе управления предотвращением замерзания с помощью дожигающего впрыска, как было описано выше, реализуются посредством исполнения заданной программы в блоке ЭБУ 8. Ниже описан процесс оценки содержания воды и процесс смешивания спирта с маслом O за счет дожигающего впрыска со ссылкой на временную диаграмму на фиг. 7.
[0070] Первоначально, когда запускается двигатель 1 в момент времени t0 на фиг. 7, температура масла Т начинает сразу повышаться. Температура масла Т перед запуском двигателя, как правило, такая же, как температура наружного воздуха и может быть от 0°C до 5°C в местности с холодным климатом или т.п. В то время, когда температура двигателя 1 низкая сама по себе, в картере 19 образуется большое количество конденсата, таким образом, количество воды q, смешиваемое с моторным маслом O, в масляном поддоне 18 с течением времени возрастает. Следует отметить, что в данном примере содержание воды в момент запуска двигателя не является нулевым (0), а представляет собой содержание воды q0 до предыдущей поездки.
[0071] Когда содержание воды q в моторном масле O достигает заданного значения q1 (момент времени t1), включается индикатор дожигающего впрыска. Соответственно, как было описано выше со ссылкой на фиг. 2, инжектор 5 каждого цилиндра 11 выполняет дожигающий впрыск (P на фиг. 2) после обычного впрыска топлива (M на фиг. 2). Поскольку топливо, впрыснутое при дожигающем впрыске, эффективно смешивается с моторным маслом O, добавляемое количество спирта в моторное масло O со временем увеличивается. Когда количество спирта достигает заданного значения a1, соответствующего содержанию воды q1 (момент времени t2), индикатор дожигающего впрыска выключается.
[0072] Таким образом, дожигающий впрыск прекращается. Тем не менее, так как нужное количество al добавляемого спирта, соответствующее содержанию воды q1, уже было смешано с моторным маслом О, вода диспергируется в моторное масло О в коллоидной форме, и точка замерзания воды понижается, таким образом, ее замерзание полностью предотвращается.
Соответственно, образующиеся льдинки становятся маленькими, а их количество уменьшается, что эффективно предотвращает засорение сетки или т.п. масляного сетчатого фильтра 17a и исключает сбои в работе, например недостаточную смазку двигателя 1.
[0073] Далее следует отметить, что когда температура масла Т повышается и достигает заданной температуры T1 или более (момент времени t3), вода и спирт, перемешанные в моторном маслом O, испаряются, таким образом, содержание воды q и количество спирта, добавленное в моторное масло O, сразу снижается.
[0074] Другие варианты осуществления изобретения, описание вышеуказанных вариантов осуществления изобретения является только примером, но не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения. Например, в настоящем варианте осуществления, содержание воды, добавляемое за один цикл сгорания в двигателе 1, представляет собой небольшое количество пара в горючих газах и конденсата, образующегося в картере 19, однако настоящий вариант осуществления этим не ограничивается. Например, суммированное содержание воды может быть вычислено путем умножения на заданный коэффициент объема пара в горючих газах, образующихся за один цикл сгорания.
[0075] Кроме того, количество топлива, смешиваемого с моторным маслом O увеличивается согласно суммарному значению (заданному значению) рассчитанного, таким образом, содержания воды, однако настоящий вариант осуществления этим не ограничивается. Подходящее значение может быть установлено заранее экспериментальным путем или т.п. в качестве количества топлива в моторном масле O.
[0076] Кроме того, в отличие от вышеописанного варианта осуществления невозможно произвести оценку концентрации спирта в топливе, однако в трубопроводе 51 подачи топлива может быть установлен датчик концентрации спирта, с тем чтобы определять концентрацию спирта. В качестве датчика концентрации спирта может быть использован датчик с электростатической емкостью, который определяет концентрацию спирта на основе диэлектрической проницаемости топлива, либо может быть применен оптический датчик, который определяет концентрацию спирта на основе индекса преломления топлива.
[0077] Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления спирт добавляют за счет выполнения дожигающего впрыска, с тем чтобы увеличить количество топлива, смешиваемого с моторным маслом O. Тем не менее, настоящий вариант осуществления этим не ограничивается, и может быть предусмотрен маслопровод (не показан), ответвляющийся от трубопровода 51 подачи топлива и доходящий до картера 19, по которому топливо добавляется непосредственно в моторное масло O, накопленное в масляном поддоне 18.
[0078] Кроме того, вышеописанный вариант осуществления имеет дело с примером, по которому настоящее изобретение применяется в многоцилиндровом однорядном двигателе 1. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, но также применимо в одноцилиндровом двигателе, V-образном двигателе, в двигателе с горизонтально расположенными противолежащими цилиндрами и т.п. Настоящее изобретение также применимо в двигателе с гибридной системой, включающей в себя электрический двигатель.
[0079] Настоящее изобретение может предотвратить возникновение неисправности, например недостаточную смазку, что может быть вызвано холодным климатом или т.п., в двигателе, в котором используется спиртосодержащее топливо. Соответственно, настоящее изобретение позволяет достигать высоких результатов, когда настоящее изобретение используется в двигателе автомобиля, например в двигателе FFV.