发动机的制作方法

1.本发明涉及一种发动机启动时的高怠速限制。


背景技术：

2.以往，在发动机启动时的高速旋转中，为了防止由润滑不足导致的烧伤，已知有对高怠速旋转进行限制的方法。专利文献1公开此种发动机的启动时控制方法。
3.专利文献1指出如下课题，即，在发动机启动时，由于润滑油的温度低且粘度高而导致润滑油没有全部进入旋转部，所以，当踩下油门踏板进行急剧的发动机旋转上升时，发动机旋转部的磨损变得严重。专利文献1提出的发动机的启动时控制方法中，在发动机冷却水或发动机润滑油温度比规定的温度低时，即便进行发动机的旋转上升操作，也会对来自燃料喷射喷嘴的燃料喷射量的增量进行限制。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2017－57804号公报


技术实现要素：

7.但是，上述专利文献1的构成需要另外设置对发动机润滑油温度进行检测的温度传感器，使得成本增加。并且，专利文献1的构成未设定高怠速限制的执行时间。因此，在执行时间较短的情况下，发动机润滑油有可能没有充分受热。另一方面，在执行时间较长的情况下，发动机的启动性降低。
8.本发明是鉴于以上情况而实施的，其目的在于，提供能够维持启动性良好且能够适当地执行高怠速限制的发动机。
9.本发明所要解决的课题如上，接下来，对用于解决该课题的手段及其效果进行说明。
10.根据本发明的观点，提供以下构成的发动机。即，该发动机具备发动机主体和对发动机主体进行控制的控制部。所述控制部构成为：在启动时满足了规定条件的情况下，能够执行高怠速限制。在执行所述高怠速限制时，所述控制部基于启动时的发动机温度，求取作为高怠速转速的上限值的第一上限转速和作为所述高怠速限制的持续时间的第一限制时间。所述控制部基于环境温度，求取作为高怠速转速的上限值的第二上限转速和作为所述高怠速限制的持续时间的第二限制时间。所述控制部基于所求取到的所述第一上限转速及所述第二上限转速中的任一者和所述第一限制时间及所述第二限制时间中的任一者，执行所述高怠速限制。
11.由此，能够限制发动机温度较低时的高速旋转。因此，能够防止因润滑不足而在增压器等发生烧伤。
12.所述的发动机中，优选为，所述控制部将所求取到的所述第一上限转速及所述第二上限转速中的转速较少者设定为所述高怠速限制中的转速限制值。
13.由此，能够更适当地设定高怠速限制时的限制转速。
14.所述的发动机中，优选为，所述控制部将所求取到的所述第一限制时间及所述第二限制时间中的时间较长者设定为所述高怠速限制的持续时间。
15.由此，能够更适当地设定高怠速限制的持续时间。
16.所述的发动机中，优选为，所述控制部将至少冷却水温度、燃料温度、排气温度中的最低温度用作所述发动机温度。
17.由此，能够采用与发动机温度相关的各部分的温度中的最严格的温度条件而计算出第一上限转速及第一限制时间。因此，能够执行更适合于发动机的运转状态的高怠速限制。
18.所述的发动机中，优选采用以下的构成。即，所述发动机具备排气净化装置。该排气净化装置构成为：能够使从尿素水箱供给来的尿素水与废气混合，将废气中所含的氮氧化物除去。所述控制部将新气温度、燃料温度及尿素水温度中的最低温度用作所述环境温度。
19.由此，通过采用最严格的条件，能够求取适当地反映发动机的运转环境的第二上限转速及第二限制时间。因此，能够更可靠地避免低温时的高速旋转。
20.所述的发动机中，优选采用以下的构成。即，作为执行启动时的所述高怠速限制的所述规定条件，至少冷却水温度、燃料温度、排气温度全部低于各自的阈值。
21.由此，能够避免执行不必要的高怠速限制。因此，能够提高发动机的启动性。
附图说明
22.图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的发动机的构成的立体图。
23.图2是表示发动机的概要构成的示意图。
24.图3是表示ecu的构成的功能框图。
25.图4是对启动时的高怠速限制进行说明的框图。
26.图5是表示与高怠速限制解除时的高怠速限制转速相关的控制的图表。
具体实施方式
27.接下来，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的发动机100的构成的立体图。图2是表示发动机100的概要构成的示意图。
28.图1所示的发动机100是柴油发动机，其搭载于例如拖拉机等农业机械及挖掘机等建筑机械等。发动机100构成为：例如具有4个气缸的串联四气缸发动机。应予说明，气缸的数量不限定于4个。本实施方式的发动机100构成为主要包括：发动机主体1、atd(排气净化装置)43以及作为控制部的ecu90。atd为后处理装置(after treatment device)的简称。ecu为发动机控制单元(engine control unit)的简称。
29.首先，对发动机100所具备的发动机主体1的基本构成简单地进行说明。如图1等所示，发动机主体1构成为主要包括：自下侧依次配置的、油盘11、气缸体12、气缸盖13、以及盖罩14。
30.油盘11设置于发动机100的下部(下侧的端部)。油盘11形成为上部敞开的容器状。在油盘11的内部贮存有用于对发动机100进行润滑的机油。
31.油盘11中贮存的机油在利用设置于发动机主体1的未图示的机油泵吸入后，向发动机主体的各部分供给，对该发动机主体1进行润滑后，向油盘11返回并贮存。
32.气缸体12安装于油盘11的上侧。在气缸体12形成有用于收纳未图示的曲轴等的凹部及多个缸30。
33.气缸盖13安装于气缸体12的上侧。通过气缸盖13及气缸体12，与各缸30对应地形成有图2所示的燃烧室31。
34.在各缸30中收纳有活塞。活塞借助未图示的连杆而与曲轴连结。通过活塞往复运动而使得曲轴旋转。
35.在气缸盖13形成有用于将发动机主体1冷却的未图示的水冷套。在本实施方式的发动机100设置有未图示的冷却水循环系统，以使得发动机主体1不会因燃料的燃烧而成为过热状态。应予说明，水冷套可以形成于气缸体，以此代替形成于气缸盖13。
36.该冷却水循环系统构成为：使冷却水向在发动机主体1的气缸盖13所形成的上述水冷套等回流，使发动机主体1和水冷套等进行热交换。在该冷却水循环系统中的冷却水路径的适当位置设置有用于检测冷却水温度的冷却水温度传感器91。由冷却水温度传感器91检测到的冷却水温度向ecu90输出。
37.盖罩14安装于气缸盖13的上侧。在盖罩14的内部收纳有包括用于使未图示的排气阀及后述的节流阀22动作的未图示的推杆及摇臂等在内的气门机构。
38.接下来，着眼于进气流及排气流，参照图2等，对本实施方式的发动机100的构成简单地进行说明。
39.如图2所示，发动机100具备进气部2、动力产生部3以及排气部4来作为主要的构成。
40.进气部2从外部吸入空气。进气部2具备：进气管21、节流阀22、进气歧管23、以及增压器24。
41.进气管21构成进气通路，能够使从外部吸入的空气向内部流动。在比后述的egr管53的出口更靠上游侧的进气管21设置有用于对从外部吸入的空气(新气)的温度进行检测的新气温度传感器92。由新气温度传感器92检测到的新气温度向ecu90输出。
42.节流阀22配置于进气通路的中途部。节流阀22构成为：通过按照来自ecu90的控制指令而变更其开度，使得进气通路的截面积发生变化。由此，能够调整向进气歧管23供给的空气量(即进气量)。
43.进气歧管23在进气流动的方向上与进气管21的下游侧端部连接。进气歧管23将经由进气管21而供给来的空气根据缸30的数量进行分配，并向在各缸30所形成的燃烧室31供给。
44.动力产生部3由多个(本实施方式中为4个)缸30构成。动力产生部3构成为：通过使燃料在各缸30所形成的燃烧室31中燃烧而产生使活塞往复运动的动力。
45.具体而言，在各燃烧室31中，从进气歧管23供给来的空气被压缩后，被喷射从燃料箱71供给来的燃料。由此，在燃烧室31发生燃烧，能够使活塞上下往复运动。这样得到的动力经由曲轴等而向动力下游侧的适当装置传递。
46.如图2所示，增压器24具备：涡轮25、转轴26、以及压缩机27。压缩机27借助转轴26而与涡轮25连结。像这样，随着利用从燃烧室31排出的废气而旋转的涡轮25的旋转，压缩机
27进行旋转，由此，通过未图示的空气净化器进行净化后的空气被压缩，并被强制性地吸入。增压器24的各部分通过从油盘11供给来的机油进行润滑。
47.排气部4将燃烧室31内产生的废气向外部排出。排气部4具备：排气管41、排气歧管42、以及atd43。
48.排气管41构成废气通路，能够使从燃烧室31排出的废气向其内部流动。
49.排气歧管42在废气流动的方向上与排气管41的上游侧端部连接。排气歧管42将各燃烧室31中产生的废气汇总而向排气管41引导。
50.在排气歧管42设置有用于检测排气温度的排气温度传感器93。由排气温度传感器93检测到的排气温度向ecu90输出。应予说明，排气温度传感器93可以设置于由排气管41构成的废气通路的其他位置。
51.在发动机主体1设置有用于使废气的一部分向进气侧回流的egr装置50。egr装置50具备：egr冷却器51、egr阀52、以及egr管53。
52.egr管53是用于将作为向进气侧回流的废气的egr气体向进气管21引导的路径，且设置成将排气管41(或排气歧管42)和进气管21连通。
53.egr冷却器51设置于egr管53的中途部，将向进气侧回流的egr气体冷却。
54.egr阀52设置于egr管53的中途部且设置于egr气体的回流方向上的egr冷却器51的下游侧，并构成为能够对egr气体的回流量进行调整。
55.atd43是：进行废气的后处理的装置。atd43通过将废气内所含的nox(氮氧化物)、co(一氧化碳)、hc(烃)等有害成分及粒子状物质(particulate matter，pm)除去而对废气进行净化。atd43配置于排气管41的中途部。atd43可以配置于发动机主体1的上方，也可以与发动机主体1分开配置。
56.atd43具备：dpf装置44和scr装置45。dpf为柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter)的简称。scr为选择性催化还原(selective catalytic reduction)的简称。
57.dpf装置44借助未图示的氧化催化剂、过滤器而将废气中所含的一氧化碳、一氧化氮、粒子状物质等除去。氧化催化剂由铂等构成，且是用于将废气中所含的未燃燃料、一氧化碳、一氧化氮等氧化(燃烧)的催化剂。过滤器配置成比氧化催化剂更靠废气的下游侧，且构成为例如壁流型的过滤器。过滤器对由氧化催化剂处理后的废气中所含的粒子状物质进行捕集。
58.从dpf装置44通过后的废气经由将dpf装置44的出口管和scr装置45的入口管连结的尿素混合管46而向scr装置45输送。
59.在尿素混合管46的上游侧的端部附近安装有尿素水喷射部47。尿素水喷射部47将从尿素水箱48供给来的尿素水向尿素混合管46喷射。由此，在尿素混合管46内，废气与尿素水混合，向scr装置45引导。
60.尿素水箱48与发动机主体1分开设置。在尿素水箱48设置有用于检测尿素水温度的尿素水温度传感器94。由尿素水温度传感器94检测到的尿素水温度向ecu90输出。应予说明，可以设置尿素水箱温度传感器来间接地检测尿素水温度，以此代替尿素水温度传感器94。
61.scr装置45借助scr催化剂、逃逸催化剂(slip catalyst)而将废气中所含的nox除去。scr催化剂由吸附氨的陶瓷等材料构成。废气中所含的nox与吸附有氨的scr催化剂接触
而被还原，变成氮气和水。逃逸催化剂用于防止氨向外部释放。逃逸催化剂为使氨氧化的铂等催化剂，使氨氧化而变成氮气和水。
62.从scr装置45通过后的废气经由与scr装置45的废气的出口连接的排出管而向外部排出。
63.接下来，对本实施方式的发动机100中的进行燃料的供给及喷射的构成简单地进行说明。
64.如图2所示，发动机100具备：燃料过滤器72、燃料泵73、共轨74、以及喷射器75。
65.发动机100借助燃料泵73而从用于贮存燃料的燃料箱71吸入燃料。燃料箱71与发动机主体1另行设置。
66.由燃料泵73吸入的燃料经过燃料过滤器72，由此混入到燃料中的垃圾及污垢被除去。然后，将燃料向共轨74供给。共轨74以高压储存燃料，并向多个(本实施方式中为4个)喷射器75分配供给燃料。
67.喷射器75向燃烧室31喷射燃料。喷射器75具备图3所示的喷射器电磁阀76。在喷射器电磁阀76电连接有ecu90。喷射器电磁阀76在与来自ecu90的信号相对应的时机进行开闭。由此，喷射器75向燃烧室31喷射燃料。
68.在从燃料箱71至喷射器75的燃料路径的适当位置设置有用于检测燃料温度的燃料温度传感器95。由燃料温度传感器95检测到的燃料温度向ecu90输出。应予说明，从使燃料温度良好地反映发动机100运转的环境温度的观点来讲，优选将燃料温度传感器95设置于燃料箱71。
69.ecu90构成为包括：执行各种运算处理及控制的cpu、以及作为存储部的rom及ram等，且配置于发动机主体1或其附近。
70.在ecu90中存储有各种程序和与发动机主体1的控制相关而预先设定的多个控制信息(例如控制映射、温度阈值)。作为ecu90中存储的控制映射，例如可以举出：表示与各部分的温度对应的转速上限及高怠速限制的持续时间等的映射。作为ecu90中存储的温度阈值，例如可以举出：用于判定是否执行高怠速限制的、冷却水下限温度、燃料下限温度及排气下限温度等。
71.参照图3，对ecu90详细地进行说明。图3是表示ecu90的构成的功能框图。
72.如图3所示，ecu90基于从各种传感器输出的检测结果，能够得到尿素水温度、发动机主体1的转速、进气温度(新气温度)、燃料温度、冷却水温度及排气温度等信息。并且，ecu90基于从各种传感器获取的反映发动机主体1状态的所述信息，进行与发动机主体1的运转相关的控制。
73.作为上述各种传感器，可以举出：上述说明的、冷却水温度传感器91、新气温度传感器92、排气温度传感器93、尿素水温度传感器94及燃料温度传感器95。除此以外，还可以使用例如转速传感器96等。
74.转速传感器96构成为例如用于检测曲轴旋转的曲轴传感器，对发动机100的转速进行检测。由转速传感器96检测到的转速向ecu90输出。
75.接下来，参照图4，对启动时ecu90进行的与发动机100的转速相关的控制、即高怠速限制进行说明。图4是对启动时的高怠速限制进行说明的框图。
76.本实施方式的发动机100中，在发动机100启动时满足了规定条件的情况下，ecu90
对发动机100执行高怠速限制。高怠速限制是：使得发动机100的转速不会超过所设定的限制转速的控制。在执行高怠速限制时，即便油门被踩下，发动机100的转速达到所设定的限制转速后，也不会进一步上升。
77.进行该高怠速限制的目的是：在特别是发动机100的运转环境中的温度极低，启动时的发动机100的运转状态不适合高速旋转的情况下，避免高速旋转，对发动机主体1的各部分(例如增压器24等)予以保护。
78.关于不适合高速旋转的运转状态，举出具体例如下。即，在启动时，发动机主体1的温度即发动机温度未充分上升的情况下，机油没有充分受热，流动性不良。因此，机油不会立刻充分地进入发动机主体1的各部分。该结果，发动机主体1的各部分没有得到充分的润滑，因此，当高速旋转时，有可能发生烧伤等。
79.本实施方式的发动机100中，如图4所示，在发动机100启动后，ecu90从冷却水温度传感器91、燃料温度传感器95及排气温度传感器93分别获取冷却水温度、燃料温度及排气温度，并基于获取到的冷却水温度、燃料温度及排气温度，判断是否执行高怠速限制。
80.具体而言，ecu90将获取到的冷却水温度、燃料温度、排气温度和各自的阈值的冷却水下限温度、燃料下限温度、排气下限温度进行比较。在冷却水温度、燃料温度、排气温度中的任一者处于对应的阈值以上的情况下，ecu90使发动机100进行通常运转。即，使不执行高怠速限制的发动机100的转速追随与司机操作后的油门开度相对应的转速即油门指示值。由此，能够避免发动机100的运转状态正常时执行高怠速限制，因此，能够维持发动机100的启动性良好。
81.另一方面，在冷却水温度低于冷却水下限温度且燃料温度低于燃料下限温度且排气温度低于排气下限温度的情况下，ecu90执行高怠速限制。即，ecu90通过对例如燃料喷射量、进气量等进行控制来控制发动机100的旋转，以使得发动机100的转速不会超过所设定的限制转速。
82.应予说明，该高怠速限制的执行还可以通过维修人员的特别操作等而设定为不执行。例如，如图4所示，在高怠速限制的上述执行判断中，使用通过特别操作而设定的执行标志(例如0/1)作为条件。
83.即，在通过司机的操作等而将执行标志设定为“1”的情况下，上述执行判断有效，在满足上述规定条件(即、冷却水温度、燃料温度及排气温度均低于其阈值的情形)时，执行高怠速限制。
84.另一方面，在通过司机的操作等而将执行标志设定为“0”的情况下，上述执行判断无效，即便在满足上述规定条件的情况下，也设定为不强制执行高怠速限制。
85.在判定为满足上述规定条件而执行高怠速限制的情况下，ecu90分别求取第一上限转速、第一限制时间、第二上限转速及第二限制时间。
86.第一上限转速及第二上限转速为高怠速限制中使用的限制转速。第一限制时间及第二限制时间为高怠速限制的持续时间。
87.第一上限转速及第一限制时间根据发动机100当前的运转状态(进而、发动机主体1的温度、即发动机温度)来求取。第二上限转速及第二限制时间根据发动机100的运转环境中的环境温度来求取。
88.在求取第一上限转速及第一限制时间的情况下，ecu90将能够反映发动机主体1的
温度状态的冷却水温度、燃料温度、排气温度中的最低温度用作发动机温度。由此，能够采用最严格的温度条件来求取上述第一上限转速及第一限制时间，因此，能够更可靠地保护发动机主体1。
89.ecu90中，可以设定为：在求取第一上限转速及第一限制时间时不使用冷却水温度、燃料温度、排气温度中的至少任一者。该构成以图4的切换开关表示。关于被设定为不用于计算的温度，如图4所示，该温度的可取范围的上限值作为虚设温度而输出。由于如上所述采用温度的最小值，所以该虚设温度实质上不会用于计算。
90.ecu90基于如上所述求取到的发动机温度，采用预先存储的第一限制转速映射及第一限制时间映射，求取第一上限转速及第一限制时间。该第一限制转速映射及第一限制时间映射可以表达为例如将限制转速或限制时间与发动机温度建立关联的二维表格。
91.ecu90中，作为发动机100运转的外部环境即运转环境的温度(环境温度)，采用新气温度、燃料温度、尿素水温度。
92.新气为经由增压器24而从外部新吸入的空气，因此，新气温度至少在一定程度上反映了外部空气的温度。
93.并且，如上述所说明，燃料箱71及尿素水箱48配置成远离发动机主体1，因此，不易受到发动机100运转时发热的影响。因此，在燃料箱71及尿素水箱48检测到的燃料温度及尿素水温度至少在一定程度上反映了发动机100的外部环境的温度。
94.ecu90将能够反映发动机100运转的外部环境的环境温度的新气温度、燃料温度、尿素水温度中的最低温度用作环境温度。由此，能够采用最严格的环境温度条件来求取上述第二上限转速及第二限制时间，因此，能够更可靠地保护发动机主体1的各部分。
95.ecu90中，可以设定为：在求取第二上限转速及第二限制时间时不使用新气温度、燃料温度、尿素水温度中的至少任一者。该构成以图4的切换开关表示。关于被设定为不用于计算的温度，如图4所示，该温度的可取范围的上限值作为虚设温度而输出。由于如上所述采用温度的最小值，所以该虚设温度实质上不会用于计算。
96.ecu90基于如上所述求取到的发动机温度，采用预先存储的第二限制转速映射及第二限制时间映射，求取第二上限转速及第二限制时间。该第二限制转速映射及第二限制时间映射可以表达为例如将限制转速或限制时间与环境温度建立关联的二维表格。
97.如上所述，在求取到第一上限转速及第一限制时间和第二上限转速及第二限制时间之后，ecu90将所求取到的第一上限转速及第二上限转速中的值较小者(即转速较少者)设定为高怠速限制中的限制转速，而对发动机主体1的旋转进行控制。
98.ecu90将所求取到的第一限制时间及第二限制时间中的值较大者(时间较长者)设定为高怠速限制的持续时间(执行时间)。
99.在高怠速限制的持续时间达成后，该高怠速限制可以自动解除，也可以如图5所示根据司机的油门指示来解除。
100.在根据司机的油门指示来解除的情况下，例如，如图5所示，在高怠速限制的持续时间结束后，ecu90将与从未图示的油门开度检测部获取到的油门开度对应的发动机转速即油门指示值、和高怠速限制的限制转速进行比较。ecu90在判定为油门指示值处于限制转速以下的情况下，将限制转速设定为在规定时间内使其逐渐上升。经过规定时间后，使限制转速追随油门指示值。
101.如以上所说明，本实施方式的发动机100具备发动机主体1和ecu90。ecu90对发动机主体1进行控制。ecu90构成为：在启动时满足了规定条件的情况下，能够执行高怠速限制。在执行高怠速限制时，ecu90基于启动时的发动机温度，求取作为高怠速转速的上限值的第一上限转速和作为高怠速限制的持续时间的第一限制时间。ecu90基于环境温度，求取作为高怠速转速的上限值的第二上限转速和作为高怠速限制的持续时间的第二限制时间。ecu90基于所求取到的第一上限转速及第二上限转速中的任一者和第一限制时间及第二限制时间中的任一者，执行高怠速限制。
102.由此，能够限制发动机温度较低时的高速旋转。因此，能够防止因润滑不足而在增压器等发生烧伤。
103.另外，本实施方式的发动机100中，ecu90将所求取到的第一上限转速及第二上限转速中的转速较少者设定为高怠速限制中的转速限制值。
104.由此，能够更适当地设定高怠速限制时的限制转速。
105.另外，本实施方式的发动机100中，ecu90将计算出的第一限制时间及第二限制时间中的时间较长者设定为高怠速限制的持续时间。
106.由此，能够更适当地设定高怠速限制的持续时间。
107.另外，本实施方式的发动机100中，ecu90将至少冷却水温度、燃料温度、排气温度中的最低温度用作发动机温度。
108.由此，能够采用与发动机温度相关的各部分的温度中的最严格的温度条件而计算出第一上限转速及第一限制时间。因此，能够执行更适合于发动机的运转状态的高怠速限制。
109.另外，本实施方式的发动机100具备atd43。atd43构成为：能够使从尿素水箱48供给来的尿素水与废气混合，将废气中所含的氮氧化物除去。ecu90将新气温度、燃料温度及尿素水温度中的最低温度用作所述环境温度。
110.由此，通过采用最严格的条件，能够求取适当地反映发动机100的运转环境的第二上限转速及第二限制时间。因此，能够更可靠地避免低温时的高速旋转。
111.另外，本实施方式的发动机100中，作为执行启动时的高怠速限制的规定条件，至少冷却水温度、所述燃料温度、排气温度全部低于各自的阈值。
112.由此，能够避免执行不必要的高怠速限制。因此，能够提高发动机100的启动性。
113.虽然以上对本发明的优选实施方式进行了说明，不过，上述的构成可以如下变更。
114.发动机100可以不具备egr装置50。这种情况下，冷却水温度传感器91可以配置于由进气管21构成的进气通路的任一位置，也可以配置于进气歧管23。
115.可以不设置排气温度传感器93。这种情况下，例如可以采用由设置于egr装置50的未图示的egr气体温度传感器检测到的egr气体温度作为排气温度。
116.求取第一上限转速时使用的燃料温度、求取第二上限转速时使用的燃料温度分别可以由不同的温度传感器进行检测。例如，求取第一上限转速时使用的燃料温度由设置于靠近喷射器75的位置的燃料温度传感器检测，求取第二上限转速时使用的燃料温度由设置于燃料箱71的燃料温度传感器检测。
117.作为发动机温度，还可以使用机油的温度。该构成中，将冷却水温度、燃料温度、排气温度、机油的温度中的最低温度用作发动机温度。
118.附图标记说明
119.1发动机主体
120.90ecu(控制部)
121.100发动机