JP2006046245A - エンジンオイルの希釈状態監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンオイルの希釈状態を正確にモニタできるエンジンオイルの希釈状態監視装置を提供する。
【解決手段】燃料をポスト噴射して排気温度を上昇させるポスト噴射手段（Ｓ１）と、排気温度を検出する排温検出手段（Ｓ３）と、前記ポスト噴射によってエンジンオイルが希釈されたか否かを判定するための基準温度を設定する基準温度設定手段（Ｓ２）と、前記排温検出手段で検出された排気温度が、前記基準温度設定手段で設定された基準温度よりも低いときには、エンジンオイルが希釈されたと判定するオイル希釈判定手段（Ｓ４）とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンオイルの希釈状態を監視する装置に関する。

ディーゼルエンジンの黒煙対策として、排気中に含まれるパティキュレート(粒子状物質(Particulate Matter)、以下「ＰＭ」という)を捕集するディーゼルパーティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下「ＤＰＦ」という）が採用されている。このようなＤＰＦは、セラミック性の多孔質体であり、ＰＭを捕集し続けると目詰まりを生じてしまう。そこで、ＰＭをある程度捕集したら、排気温度を上昇させて捕集したＰＭを燃焼除去してフィルタ再生を図っている。例えば特許文献１では、ＤＰＦ再生タイミングになったら、通常の燃料噴射（メイン噴射）に続けてピストン膨張行程で第２の燃料噴射（以下「ポスト噴射」という）を行う。このようにすると、ポスト噴射された燃料が燃焼して排気温度が上昇するとともに、ポスト噴射された燃料の一部は未燃のままＤＰＦに達し、ＤＰＦで燃焼することによってＤＰＦの温度を上昇させることとなる。
特開２００４−１５０３８９号公報

しかし、エンジンの運転状態によっては、ポスト噴射された燃料の一部は未燃のままシリンダ内壁に付着し、ピストンリングで掻き落とされてオイルパンに貯留されているエンジンオイルに混入し、エンジンオイルを希釈してしまう可能性がある。従来はオイルの希釈状況をモニタ（監視）することができなかったので、ＤＰＦの再生制御にポスト噴射を積極的に行うことができなかった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジンオイルの希釈状態を正確にモニタできるエンジンオイルの希釈状態監視装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、燃料をポスト噴射して排気温度を上昇させるポスト噴射手段（Ｓ１）と、排気温度を検出する排温検出手段（Ｓ３）と、前記ポスト噴射によってエンジンオイルが希釈されたか否かを判定するための基準温度を設定する基準温度設定手段（Ｓ２）と、前記排温検出手段で検出された排気温度が、前記基準温度設定手段で設定された基準温度よりも低いときには、エンジンオイルが希釈されたと判定するオイル希釈判定手段（Ｓ４）とを有することを特徴とする。

本発明によれば、燃料をポスト噴射しても排気温度が基準温度よりも低いときには、ポスト噴射された燃料が燃焼せずに未燃のまま残り、その燃料によってエンジンオイルが希釈されたと判定するようにした。このようにすることで、エンジンオイルが希釈されているのか否かを判定することができるようになり、ひいてはＤＰＦの再生制御にポスト噴射を積極的に活用することができるようになったのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明によるエンジンオイルの希釈状態監視装置の一実施形態を示すシステム構成図である。

エンジンオイルの希釈状態監視装置１０は、ターボチャージャ１２を備えるディーゼルエンジン１１の吸気系に、エアクリーナ１３と、エアフローメータ１４と、吸気温度センサ１５と、吸気スロットル１６と、インタークーラ１７とを備え、排気系に、排気温度センサ１８と、ＤＰＦ１９とを備える。またディーゼルエンジン１１には、例えばクランクシャフトにエンジン回転速度を検出するセンサ２１が設けられている。

エアクリーナ１３は、吸入空気中に含まれる不純物を除去する。エアフローメータ１４は、エアクリーナ１３の出口に設けられ、吸入空気量を計測する。吸気温度センサ１５は、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａの上流側（例えばエアクリーナ出口）に設けられ、吸入空気温度を計測する。吸気スロットル１６は、吸入空気の流量を調整する。インタークーラ１７は、空気温度を冷却する。

排気温度センサ１８は、ＤＰＦ１９の入口に設けられている温度センサを利用するとよい。この排気温度センサ１８は、排気の最高温度においても高い分解能を有することはもちろんのこと、加えて高い排気温度にさらされるので、耐熱耐久性に優れることが要求される。

なお排気温度センサ１８の位置としては、図２に示すように、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂの入口もしくは出口、またはＤＰＦ１９の上流に配置された触媒２０の入口もしくは出口の少なくともいずれか一箇所に設けられた温度センサを利用してもよい。なお触媒２０とは、図２ではＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒(Diesel Oxide Catalytic converter)）を例示しているが、ＮＯｘ触媒、酸化触媒付きＤＰＦ等であってもよい。

エンジンコントロールユニット３０は、エアフローメータ１４、吸気温度センサ１５及び排気温度センサ１８の信号を入力する。またエンジンコントロールユニット３０は、回転速度センサ２１、車速センサ２２、大気温度センサ２３の信号を入力する。エンジンコントロールユニット３０は、これらの信号に基づいて、燃料のポスト噴射を制御する。なお燃料のポスト噴射は、ポスト噴射以外の燃料噴射時期、燃料噴射量に大きな影響を受けるので、エンジンコントロールユニット３０は、ポスト噴射以外の燃料制御情報も利用する。またエンジンオイルの希釈が大きいと判断したときは、警告ランプ２４を点灯して、ドライバーへオイル交換が必要である旨を警告する
エアクリーナ１３を通流した空気は、エアフローメータ１４で吸入空気量が計測され、吸気温度センサ１５で吸気温度が検出され、吸気スロットル１６で流量が調整されて、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａで圧送されて、インタークーラ１７で冷却されてディーゼルエンジン１１に吸入される。ディーゼルエンジン１１では燃料が混入され、燃焼した後、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂを回転させて、排気温度センサ１８で吸気温度が検出され、ＤＰＦ１９を通流して排出される。

さて、ＤＰＦの再生時には、上述の通り、燃料をポスト噴射するのであるが、そのポスト噴射量、ポスト噴射時期によっては、ポスト噴射された燃料の一部は未燃のままシリンダ内壁に付着し、ピストンリングで掻き落とされてオイルパンに貯留されているエンジンオイルに混入し、エンジンオイルを希釈してしまう可能性がある。

本件発明者は、燃料のポスト噴射と排気温度との関係を鋭意研究することで、両者の相関を明らかにした。すなわち燃料をポスト噴射しても排気温度が想定される温度に上昇しないときは、ポスト噴射が排気温度上昇に寄与しない状態、すなわちポスト噴射した燃料が燃焼せずに未燃成分の多い状態であり、このときはオイル希釈が生じる状態であると考えられる。そこで、これに基づき、エンジンオイルが希釈されているか否かの状態を監視し、希釈されているときは、希釈量を求め、累積希釈量が限界量を超えるときには、ポスト噴射を停止してドライバにオイル交換するよう警告するようにしたのである。

図３は、エンジンコントロールユニット３０におけるエンジンオイルの希釈状態の監視制御を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、燃料をポスト噴射する。なお燃料のポスト噴射は、ＤＰＦにおけるＰＭ捕集量が多くなり、ＤＰＦ再生タイミングになったときに、排温を上昇させるために実施する。ＤＰＦ再生タイミングの判断手法は公知であるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２において、ポスト噴射することでエンジンオイルの希釈が生じているか否かを判断するための基準排気温度（オイル希釈判断基準排気温度）を、エンジン運転状況（例えば、エンジン回転速度、ポスト噴射以外の噴射量及び噴射時期、ポスト噴射量及びポスト噴射時期、吸入空気量、吸入空気温度など）に基づいて算出する。なお具体的な算出法は後述する。

ステップＳ３において、排気温度センサ１８の出力信号から排気温度を検出する。

ステップＳ４において、その検出した排気温度が基準排気温度を上回ったか否かを判定する。排気温度が基準温度を上回るときは燃料をポスト噴射することで排気温度が十分に上昇しているのでオイル希釈は生じていないと判断できる。一方、排気温度が基準温度以下であるときは、燃料をポスト噴射しても排気温度の上昇に寄与していない状態であり、この場合は、未燃成分がシリンダ内壁に付着し、オイル希釈を生じる可能性がある。このときはステップＳ５以降の処理を行う。

ステップＳ５において、希釈判断基準排気温度、排気温度、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、ポスト噴射以外の噴射量及び噴射時期、ポスト噴射量及びポスト噴射時期、吸入空気量、吸入空気温度など）からオイル希釈量を算出する。具体的な算出法は後述する。

ステップＳ６において、エンジンオイルの希釈量の累積量が限界量を超えたか否かを判定する。超えていなければステップＳ７の処理を行い、ポスト噴射時期及びポスト噴射量を補正する。超えているときは、ステップＳ８においてポスト噴射を停止して、ステップＳ９においてドライバーへオイル交換が必要である旨を警告する。なお累積量の限界量とはエンジンの潤滑性能を維持できる限界値であって予め予備実験によって求めておく。

続いてステップＳ２のオイル希釈判断基準排気温度の算出法について、図４を参照しながら説明する。

はじめに、希釈判断基準ベース温度算出ブロック２０１において、エンジン回転速度、ポスト噴射以外の噴射量及び噴射時期、ポスト噴射量及び噴射時期に基づいて希釈判断基準ベース温度を算出する。具体的には図５の排気温度マップに基づいて算出する。なおこれらのマップは予め予備実験に基づいて決められている。

図５（Ａ）は、ポスト噴射以外の噴射量とエンジン回転速度とによる排気温度マップである。このマップより明らかなように、排気温度は、エンジン回転速度が高く、ポスト噴射以外の噴射量が多いほど高温になる。

図５（Ｂ）は、ポスト噴射以外の噴射量と噴射時期とによる排気温度マップである。このマップより明らかなように、排気温度は、ポスト噴射以外の噴射量が多く、噴射時期が遅角するほど、高温になる。

図５（Ｃ）は、ポスト噴射量と噴射時期とによる排気温度マップである。このマップより明らかなように、排気温度は、ポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が進角するほど、高温になる。

希釈判断基準ベース温度算出ブロック２０１は、これらのマップ図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて、希釈判断基準のベース温度を算出する。

次に、補正ブロック２０２において、吸入空気量、吸入空気温度、車速、大気温度に基づいて希釈判断基準ベース温度を補正し、希釈判断基準温度を決定する。具体的には図６の排気温度の補正係数マップに基づいて算出する。なおこれらのマップは予め予備実験に基づいて決められている。

図６（Ａ）は、吸入空気量と吸入空気温度とによる補正係数マップである。このマップより明らかなように、補正係数は、吸入空気量が少なく、吸入空気温度が高いほど、大きくなる。

図６（Ｂ）は、車速と大気温度とによる補正係数マップである。このマップより明らかなように、補正係数は、車速が低く、大気温度が高いほど、大きくなる。

補正ブロック２０２は、これらのマップ図６（Ａ）（Ｂ）に基づいて、補正係数を算出し、その補正係数を希釈判断基準ベース温度に乗じることで希釈判断基準温度を算出する。

続いてステップＳ５のオイル希釈量の算出法について、図７を参照しながら説明する。

はじめに、温度差１℃当たり希釈量算出ブロック５０１において、エンジン回転速度、ポスト噴射以外の噴射量及び噴射時期、ポスト噴射量及び噴射時期に基づいて、希釈判断基準温度と排気温度との温度差の１℃当たりの希釈量を求める。具体的には図８の温度差１℃当たり希釈量マップに基づいて算出する。なおこれらのマップは予め予備実験に基づいて決められている。

図８（Ａ）は、ポスト噴射以外の噴射量とエンジン回転速度とによる温度差１℃当たりの希釈量マップである。このマップより明らかなように、温度差１℃当たりの希釈量は、エンジン回転速度が低く、ポスト噴射以外の噴射量が少ないほど、大きくなる。

図８（Ｂ）は、ポスト噴射以外の噴射量と噴射時期とによる温度差１℃当たりの希釈量マップである。このマップより明らかなように、温度差１℃当たりの希釈量は、ポスト噴射以外の噴射量が少なく、噴射時期が進角するほど、大きくなる。

図８（Ｃ）は、ポスト噴射量と噴射時期とによる温度差１℃当たりの希釈量マップである。このマップより明らかなように、温度差１℃当たりの希釈量は、ポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が遅角するほど、大きくなる。

温度差１℃当たり希釈量算出ブロック５０１は、これらのマップ図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて、希釈判断基準温度と排気温度との温度差１℃当たりの希釈量を算出する。

次に、補正ブロック５０２において、吸入空気量及び吸入空気温度に基づいて、温度差１℃当たりの希釈量を補正する。具体的には図９の補正係数マップに基づいて補正係数を算出し、その補正係数を、温度差１℃当たり希釈量算出ブロック５０１で求めた温度差１℃当たりの希釈量に乗じることで、温度差１℃当たりの希釈量を補正する。なおこの補正係数マップは予め予備実験に基づいて決められている。図９は、吸入空気量と吸入空気温度とによる補正係数マップであり、このマップより明らかなように、補正係数は、吸入空気量が多く吸入空気温度が低いほど、大きくなる。

続いて、オイル希釈量算出ブロック５０３において、希釈判断基準温度（ステップＳ２で算出）と排気温度（ステップＳ３で検出）との温度差を求め、その温度差を、補正した温度差１℃当たりの希釈量に乗じ、さらにその演算に要した時間を乗じることで希釈量を算出する。

本実施形態によれば、燃料をポスト噴射しても排気温度が基準温度よりも低いときには、ポスト噴射した燃料によってエンジンオイルが希釈されたと判定するようにした。そして、その基準温度を、エンジン回転速度が高く、ポスト噴射以外の噴射量が多いほど高温に設定するようにした。また基準温度を、ポスト噴射以外の噴射量が多く、噴射時期が遅角するほど、高温に設定するようにした。さらに基準温度を、ポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が進角するほど、高温に設定するようにした。さらにまた基準温度を、吸入空気量が少なく、吸入空気温度が高いほど、高温に設定するようにした。また基準温度を、車速が低く、大気温度が高いほど、高温に設定するようにした。このように基準温度を設定するようにしたので、エンジンオイルが希釈されたか否かを正確に判定できるようになったのである。

またエンジンオイルが希釈されているときには、エンジンオイルを希釈する希釈量を算出するようにした。まずポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が遅角するほど、希釈量が多量であると算出するようにした。また吸入空気量が多く吸入空気温度が低いほど、希釈量が多量であると算出するようにした。さらに基準温度と排気温度との温度差が大きいほど、希釈量が多量であると算出するようにした。このようにしたので、希釈量を正確に算出できるようになったのである。

そしてこのようにして求めた希釈の有無、希釈量を次制御に活用することで（ステップＳ７）、オイル希釈を最小限にすることができ、また無駄なポスト噴射燃料を減らすことができるので、ＤＰＦの再生中の燃費を向上させることができるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明によるエンジンオイルの希釈状態監視装置の一実施形態を示すシステム構成図である。 排気温度センサの配置位置のバリエーションを示す図である。 エンジンコントロールユニット３０におけるエンジンオイルの希釈状態の監視制御を示すフローチャートである。 オイル希釈判断基準排気温度の算出法について説明する図である。 排気温度マップを示す図である。 排気温度の補正係数マップを示す図である。 オイル希釈量の算出法について説明する図である。 温度差１℃当たり希釈量マップを示す図である。 温度差１℃当たり希釈量の補正係数マップを示す図である。

符号の説明

１０ エンジンオイルの希釈状態監視装置
１１ ディーゼルエンジン
１２ ターボチャージャ
１４ エアフローメータ
１５ 吸気温度センサ
１８ 排気温度センサ
１９ ディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２１ エンジン回転速度センサ
２２ 車速センサ
２３ 大気温度センサ
ステップＳ１ ポスト噴射手段
ステップＳ２ 基準温度設定手段
ステップＳ３ 排温検出手段
ステップＳ４ オイル希釈判定手段
ステップＳ５ 希釈量算出手段

Claims (16)

1. 燃料をポスト噴射して排気温度を上昇させるポスト噴射手段と、
   排気温度を検出する排温検出手段と、
   前記ポスト噴射によってエンジンオイルが希釈されたか否かを判定するための基準温度を設定する基準温度設定手段と、
   前記排温検出手段で検出された排気温度が、前記基準温度設定手段で設定された基準温度よりも低いときには、エンジンオイルが希釈されたと判定するオイル希釈判定手段と、
   を有するエンジンオイルの希釈状態監視装置。
2. ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルタを備え、
   前記ポスト噴射手段は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタの再生処理タイミングになったときに、燃料をポスト噴射して排気温度を上昇させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
3. 前記基準温度設定手段は、エンジン回転速度が高く、ポスト噴射以外の噴射量が多いほど、基準温度を高温に設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
4. 前記基準温度設定手段は、ポスト噴射以外の噴射量が多く、噴射時期が遅角するほど、基準温度を高温に設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
5. 前記基準温度設定手段は、ポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が進角するほど、基準温度を高温に設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
6. 前記基準温度設定手段は、吸入空気量が少なく、吸入空気温度が高いほど、基準温度を高温に設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
7. 前記基準温度設定手段は、車速が低く、大気温度が高いほど、基準温度を高温に設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
8. 前記オイル希釈判定手段によってエンジンオイルが希釈されていると判定されたら、エンジンオイルを希釈する希釈量を算出する希釈量算出手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
9. 前記希釈量算出手段は、エンジン回転速度が低く、ポスト噴射以外の噴射量が少ないほど、希釈量が多量であると算出する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
10. 前記希釈量算出手段は、ポスト噴射以外の噴射量が少なく、噴射時期が進角するほど、希釈量が多量であると算出する、
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
11. 前記希釈量算出手段は、ポスト噴射量が多く、ポスト噴射時期が遅角するほど、希釈量が多量であると算出する、
    ことを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
12. 前記希釈量算出手段は、吸入空気量が多く、吸入空気温度が低いほど、希釈量が多量であると算出する、
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
13. 前記希釈量算出手段は、前記基準温度と排気温度との温度差が大きいほど、希釈量が多量であると算出する、
    ことを特徴とする請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
14. 前記希釈量の累積量が所定値を超えたときには燃料のポスト噴射を停止する、
    ことを特徴とする請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
15. 前記排温検出手段は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタの入口に設けられた温度センサである、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。
16. 前記排温検出手段は、ターボチャージャのタービン入口もしくは出口、またはディーゼルパーティキュレートフィルタの上流に配置された触媒の入口もしくは出口の少なくともいずれか一箇所に設けられた温度センサである、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載のエンジンオイルの希釈状態監視装置。

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