JP2009167911A - 内燃機関のオイル消費量低減装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドライバーの運転スタイルないしは走行パターンに拘わらず、オイル消費量を低減することのできる内燃機関のオイル消費量低減装置を提供する。
【解決手段】内燃機関が搭載された車両の単位走行距離当たりのオイル消費量を推定するオイル消費量推定手段と、該オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量に基づき、前記内燃機関の吸入負圧を制御する吸入負圧制御手段とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関のオイル消費量低減装置に関する。
一般に、車両減速時や降坂時等の吸入空気量が制限される運転条件においては、吸気ポート及び筒内の圧力が低下し、いわゆるオイル上がりやオイル下がりが多くなってオイル消費量が増大する傾向にある。
そこで、このような問題に対応し、上記のような車両減速時の燃料カット制御実施中において、吸入空気量制御手段であるISCバルブの開度を内燃機関の回転数に応じて制御し、より詳細には機関回転数が高くなればなるほどISCバルブの開度が大きくなるように制御し、生じる負圧をそれほど高くない一定値になるように制御することによってオイル消費の改善を図るようにしたオイル消費量低減装置が知られている。
ところが、このオイル消費量低減装置においては、ISCバルブの開度が機関回転数のみによって決定されることから、決定された開度で実際に吸入される空気量がオイル消費の改善等を図る上で適切ではない場合が起こり得るため、これを改善すべく、筒内圧力を推定する筒内圧力推定手段と、エンジンオイルの粘度または温度を推定する手段と、推定された上記粘度または温度に応じて目標最低筒内圧力を決定する目標最低筒内圧力決定手段とを有し、上記燃料カット制御の実施中には、上記筒内圧力推定手段で推定される筒内圧力の最低値が上記目標最低筒内圧力となるように吸入空気量を制御するようにしたオイル消費量低減技術が特許文献1により提案されている。
特開2004−162532号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されたオイル消費量低減技術では、エンジンオイルの推定された粘度または温度に応じて目標最低筒内圧力を決定し、これに対応させて吸入空気量を制御するようにしており、オイルの実際の性状に基づいているということは所定の効果を得る上で有効であるが、内燃機関が搭載された実際の車両におけるオイル消費量に基づくものではないので、個々の車両に即して適切にオイル消費量低減制御をするという観点からは、改良の余地があるものであった。すなわち、内燃機関が搭載された実際の車両においては、その車両を運転するドライバーの運転スタイルないしは走行パターンに起因して、オイル消費量は大きく変動するからである。特に、ドライサンプ潤滑方式を採用する内燃機関が搭載されたスポーツ車両等においては、急速な加減速や急旋回を繰り返す運転スタイルないしは走行パターンによって運転される傾向が強いことから、このような場合にも適切にオイル消費量を低減することが好ましい。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、運転するドライバーの運転スタイルないしは走行パターンに拘わらず、オイル消費量を低減することのできる内燃機関のオイル消費量低減装置を提供することである。
上記目的を達成する本発明に係るオイル消費量低減装置の一形態は、内燃機関が搭載された車両の単位走行距離当たりのオイル消費量を推定するオイル消費量推定手段と、該オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量に基づき、前記内燃機関の吸入負圧を制御する吸入負圧制御手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記オイル消費量推定手段は、オイル貯留部におけるオイルレベルを測定するオイルレベル測定手段を備え、所定の走行距離の前後において該オイルレベル測定手段により測定されたオイルレベル測定値に基づき、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定することを特徴とする。
また、前記オイル消費量推定手段は、所定の走行距離期間における車両の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、該走行パターン中における所定の減速度を超える減速運転の割合を算出する減速運転割合算出手段とを備え、該減速運転割合算出手段により算出された減速運転割合に基づき、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定するようにしてもよい。
さらに、前記吸入負圧制御手段は、オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量が多い程、吸入負圧の低下割合を減少させることが好ましい。
ここで、本明細書で用いられる「負圧」とは、大気圧を基準として計測した場合の圧力であり、負圧が大きいないしは高いということは絶対圧としては小さく、逆に、負圧が小さいないしは低いということは絶対圧としては大きくなり、より大気圧に近いことを意味する。
本発明の一形態によれば、内燃機関が搭載された車両の単位走行距離当たりのオイル消費量がオイル消費量推定手段によりを推定され、この推定されたオイル消費量に基づき、吸入負圧制御手段よりに内燃機関の吸入負圧が制御されるので、吸気ポートや筒内に高い負圧が発生することが防止され、いわゆるオイル上がりやオイル下がりの増大によるオイル消費悪化を抑制することができる。本発明の一形態では特に、個々の車両のオイル消費量に直接関係するドライバーの運転スタイルないしは走行パターンに起因する単位走行距離当たりのオイル消費量に基づいて吸入負圧が制御されるので、適切にオイル消費量を低減することができる。
ここで、前記オイル消費量推定手段が、オイル貯留部におけるオイルレベルを測定するオイルレベル測定手段を備え、所定の走行距離の前後において該オイルレベル測定手段により測定されたオイルレベル測定値に基づき、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定する形態の場合には、直接的な測定により求められるので、より正確にオイル消費量を把握することができ、制御精度を向上させるができる。
また、前記吸入負圧制御手段が、オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量が多い程、吸入負圧の低下割合を減少させる形態によれば、意図するオイル消費量低減効果とエンジンブレーキ作用による減速感とを得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明のオイル消費量低減装置をドライサンプ潤滑方式の火花点火式内燃機関(以下、単にエンジンと称すこともある)へ適用した場合のシステム構成を示している。なお、本発明はウェットサンプ潤滑方式の内燃機関にも適用することができる。
図1を参照すると、本実施の形態におけるエンジン本体100は、シリンダブロック110の下部にクランクケース120が一体又は別体に取り付けられ、シリンダブロック110の上部にシリンダヘッド130及びヘッドカバー140が順次結合されて構成されている。そして、クランクケース120の下面には、底面がほぼ平坦で浅底のオイルパン部材150が不図示のボルトなどで取り付けられ、オイル受け部を形成している。
なお、シリンダブロック110内のボアにはピストン111が往復移動可能に収容され、コネクティングロッド112によってピストン111の往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。また、シリンダヘッド130には、燃焼室が形成され、この燃焼室に開口する吸気ポート131及び排気ポート132にそれぞれ連通されて、吸気マニホルド160及び排気マニホルド170が接続されている。吸気ポート131及び排気ポート132は、バルブガイドに摺動自在に案内された吸気バルブ133及び排気バルブ134によってそれぞれ開閉され、これらの吸・排気バルブ133、134は不図示の吸・排気カムシャフトにより駆動される。
吸気ポート131は対応する吸気マニホルド160を介してサージタンク161に連結され、サージタンク161は吸気ダクト162に連結されている。吸気ダクト162内には、吸気量を制御するスロットル弁163が配置されており、本実施の形態においては、後述するECU300からの制御信号によりその開度が制御される、いわゆる電制スロットル弁とされている。また、吸気ダクト162のスロットル弁163の上流側にはエアフローメータ164及びエアクリーナ165が順に配置されている。一方、排気ポート132は排気マニホルド170及び排気管171を介して排気ガス浄化装置172に連結されており、この排気ガス浄化装置172内には排気ガス中のHC、CO、NOx等を浄化するための三元触媒が配置されている。
また、各吸気ポート131に臨むべく吸気マニホルド160に設けられた各燃料噴射弁166は燃料供給管を介して不図示の燃料リザーバ、いわゆるデリバリパイプに連結されており、デリバリパイプ内へは電制可変燃料ポンプから目標燃料圧となるように燃料が供給される。なお、167は燃焼室に臨んで設けられた点火プラグ168に給電するイグナイタである。
さらに、本実施の形態においては、エンジン本体100とは別体のオイルタンク180が設けられている。このオイルタンク180はエンジンルーム内の適宜位置に配置される。そして、エンジン本体100のオイルパン部材150で形成されたオイル受け部に回収されたオイルがスカベンジポンプ182によって吐出パイプ184を介してオイルタンク180に移送される。さらに、オイルタンク180に貯留されたオイルはフィードポンプ186によって吸入パイプ188を介してオイルタンク180から吸入され、エンジン本体100内の潤滑部位に供給される。
そして、このオイルタンク180にはその内部に貯留されたオイル量を計量すべくオイルレベルを測定するためのオイルレベルセンサ190が設けられている。このオイルレベルセンサ190としては静電容量式等、オイルタンク180の内部に貯留されているオイル量を計量できるものであればよく、その形式は限定されない。
電子制御ユニット(ECU)300は、CPU(中央演算装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、不揮発性メモリ、入出力ポート等を双方向バスで接続した公知の形式のデジタルコンピュータからなり、エンジンに設けられた各種センサと信号をやり取りして燃料噴射量、点火時期制御等の機関の基本制御を行う他、以下で述べるように、車両減速時の燃料カット制御実施中における吸入負圧制御も行う。上述したオイルレベルセンサ190の他に、燃料噴射量、点火時期制御等を行うのに必要なセンサとして、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ164、機関回転数を得るためのクランク角センサ192、スロットル弁163の開度を得るためのスロットルポジションセンサや冷却水温センサなどがECU300に接続されており、これらの出力信号はECU300に供給される。なお、本実施形態では、車両の走行距離情報信号がオドメータ(ODM)194から入力されている。
さらに、アクセルペダルの踏込量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ195が設けられ、その出力電圧はECU300へ入力される。またECU300にはイグナイタ167、燃料噴射弁166等も接続されていて、ECU300からの出力信号により制御される。
ここで、上記のように構成された実施形態の一般的な作用を説明する。エンジン100の作動中においては、フィードポンプ186によりオイルタンク180内のオイルが不図示のオイルストレーナを介して吸引され、オイルフィルタを経て、クランクケース120ないしはシリンダブロック110に形成された供給通路に供給される。そして、被潤滑部ないしは油圧作動部に供給されたオイルはその後、重力に従ってクランクケース120内部のオイルパン部材150で形成されたオイル受け部に回収される。さらに、オイル受け部に回収されたオイルは他のブローバイガスなどと共にオイルストレーナを介してスカベンジポンプ182に吸引され、吐出パイプ184を介してオイルタンク180に吐出される。この吐出されたオイルは、再度、フィードポンプ186によりエンジン100内に供給される。このように、エンジン100の作動中においてオイルは、エンジン100の被潤滑部ないしは油圧作動部に供給され、その残りの量がオイルタンク180に貯留され、このときのオイルレベルがオイルレベルセンサ190で測定されることになる。
以上のような構成を有する本実施形態のエンジン100では、燃費の向上並びにエミッションの改善を図るべく、予め定めた一定の条件を満たす車両減速時や降坂時等においては車速が零でない走行状態であっても燃料供給を停止する、いわゆる燃料カット制御が実施される。そしてこの燃料カット制御の実施中においては、スロットル弁163はほぼ全閉状態となるのであるが、本内燃機関においては以下で説明するように、スロットル弁163の開度が制御されて吸入空気量、延いては吸入負圧が制御され、筒内圧力が調整される。
以下、本実施形態において行われるオイル消費量低減制御の一手順について、図2のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、エンジンが始動され、制御がスタートされると、ステップS201においてオイルレベル測定条件が満たされているか否かが判定される。このオイルレベル測定条件とは、オイルタンク180に貯留されているオイルのレベルが安定状態にあることを基本として、車両の各走行(トリップ)毎に同一条件でオイルレベルが測定できるように設定されるのが好ましい。この観点から、本実施の形態では、エンジンの始動後の暖機完了時であって、車速がゼロでアイドリング状態であることがオイルレベル測定条件を満たすとされている。なお、これらの状態は冷却水温センサやクランク角センサ192からの入力信号に基づいて判定され得る。そこで、ステップS201においては、かかるオイルレベル測定条件が満たされるまで待機した後に、その旨の判定が行われとステップS202に進み、オイルタンク180に貯留されたオイルレベルを測定するオイルレベルセンサ190からの入力信号により、オイルレベル測定値が取得される。同時に、これは今回のオイルレベル測定値として、後述するように、次回のオイルレベル測定時のオイル消費量算出のために不揮発性メモリに保存される。
次に、ステップS203において、単位走行距離当たりのオイル消費量が算出される。すなわち、今回の測定時におけるオイルレベル測定値と上述のように不揮発性メモリに保存されている前回の測定時におけるオイルレベル測定値との差が求められると共に、ODM194から得られる車両の前回から今回までの走行距離情報により、両測定時の間に車両が走行した区間における単位走行距離当たりのオイル消費量Oconが算出される。なお、オイルレベル測定値の差に対応するオイル消費量は、オイルタンク180の形状に対応させて、予め実験等により求めてマップの形態で保管されている。
そして、次のステップS204に進み、この求められた単位走行距離当たりのオイル消費量Oconが、ECU300のROMに保管されている標準オイル消費量Orefと比較される。該標準オイル消費量Orefとは、普通の運転スタイルないしは走行パターンで走行した場合の単位走行距離当たりのオイル消費量であり、これも予め実験等により求めて、マップの形態で保管されているものである。この比較の結果、今回の単位走行距離当たりのオイル消費量が標準オイル消費量Orefよりも多くないとき、換言すると、ステップS204の判定がNOであるときは、この制御ルーチンは一旦終了される。一方、今回の単位走行距離当たりのオイル消費量が標準オイル消費量Orefよりも多いとき、換言すると、ステップS204の判定がYESであるときは、ステップS205に進み、後述する減速時の吸入負圧制御が実行される。
そこで、図3のフローチャートは、この減速時の吸入負圧制御として本実施形態で実行される制御ルーチンの一例を示し、本実施形態では燃料カット制御と共に吸入空気量制御として実行される。なお、本制御ルーチンはECU300により一定時間毎の割込みによって実施される。
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップS301で燃料カット(F/C)制御の実行中であるか否かが判定される。ステップS301において燃料カット制御を実施していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了され、燃料カット制御の実行中であると判定された場合にはステップS302に進む。
ステップS302においてはオイル消費過剰率Oerが算出される。このオイル消費過剰率Oerとは、今回の単位走行距離当たりのオイル消費量Oconの標準オイル消費量Orefに対する比率である。すなわち、Oer=Ocon/Orefで表される。このオイル消費過剰率Oerが大きいということは、かなり、急速な加減速を繰り返す運転が行われた結果、単位走行距離当たりのオイル消費量Oconが多かったということを意味している。
そして、ステップS302でオイル消費過剰率Oerが算出されると、続くステップS303において、そのオイル消費過剰率Oerに基づいて目標最低吸入負圧Pmoが設定される。この目標最低吸入負圧Pmoは、オイル消費を意図する程度に低減可能で且つエンジンブレーキによる減速感が得られる筒内の最低負圧である。
すなわち、吸入負圧が大きくなることによってオイル消費量が増大するのは、ピストン111とシリンダブロック110のボアとの隙間より燃焼室にオイルが上がるいわゆるオイル上がりと、吸気バルブ133とバルブガイドとの隙間よりオイルが燃焼室に漏れるいわゆるオイル下がりとが多くなるのが主な原因である。したがって、オイル消費量を低減する目的のためのみであれば、オイル消費過剰率Oerが大きくなるに従い、図4に破線bで示すように、吸入負圧を一定割合で小さくするのが好ましいが、反面、エンジンブレーキによる減速感が損なわれるので、本実施形態では、オイル消費過剰率Oerが大きくなる程、図4に実線aで示すように、吸入負圧を小さくする割合が小さくなるように目標最低吸入負圧Pmoが設定される。
本実施形態においては、各オイル消費過剰率Oerに対応して意図するオイル消費量低減効果と減速感とを得ることができる最低吸入負圧Pmを事前に実験等によって求めてマップにしておき、このマップに基づいてステップS302で求められたオイル消費過剰率Oerに応じた目標最低吸入負圧Pmoが決定される。
ステップS303において目標最低吸入負圧Pmoが決定されると、続くステップS304において、まず、機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとに基づいて目標吸入空気量Gaoが決定される。この目標吸入空気量Gaoは、その機関回転数Neの時に吸入負圧Pmが目標最低吸入負圧Pmoとなるような吸入空気量であり、機関回転数Neが大きくなるほど多くなり、また目標最低吸入負圧Pmoが小さくなるほど多くなる。本実施形態では、機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとに対する目標吸入空気量Gaoのマップを事前に作成してECU300のROMに記憶させておき、これに基づいて目標吸入空気量Gaoが決定される。
そしてこれに続き、ステップS305においては更にこの目標吸入空気量Gaoに対応するスロットル弁163の目標開度Vaoが決定される。なお、ISCバルブを備える場合には、燃料カット制御実行中において、スロットル弁163はほぼ全閉の状態であるので、スロットル弁163の代わりにISCバルブの目標開度を吸入空気量が目標吸入空気量Gaoとなる開度となるようにしてもよい。
なお、上述の説明では、まず機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとから目標吸入空気量Gaoを決定し、次いでこの目標吸入空気量Gaoから目標開度Vaoを決定するように説明したが、機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとから直接目標開度Vaoを決定するようにしてもよい。すなわち、上述した目標吸入空気量Gaoを決定するマップにスロットル弁163を介する吸入空気量とスロットル弁163の開度Vaとの関係を組み入れることにより、機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとに対する目標開度Vaoのマップが作成可能であり、このマップを用いて機関回転数Neと目標最低吸入負圧Pmoとから直接目標開度Vaoを決定することができる。
ステップS305においてスロットル弁163の目標開度Vaoが決定されると、続くステップS306において、スロットル弁163がその開度Vaが目標開度Vaoとなるように制御される。この場合、スロットルポジションセンサからの検出信号に基づき、スロットル弁163の開度Vaが目標開度Vaoとなるようにフィードバック制御される。
以上のように、本実施形態によれば、燃料カット制御の実行中において、吸入空気量が制御されて筒内吸入負圧Pmがオイル消費過剰率Oerに応じて決定される目標最低吸入負圧Pmoになるようにされるので、吸気ポート131や筒内に高い負圧が発生することが防止され、いわゆるオイル上がりやオイル下がりの増大によるオイル消費悪化を抑制することができる。
なお、上述の実施形態においては、オイル消費量を推定するのに、オイルタンク180に配置したオイルレベルセンサ190により測定されたオイルレベル測定値に基づいて、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく他の方法でオイル消費量を推定するようにしてもよい。すなわち、所定の走行距離期間における車両の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、該走行パターン中における所定の減速度を超える減速運転の割合を算出する減速運転割合算出手段とを備え、該減速運転割合算出手段により算出された減速運転割合に基づいて、オイル消費量を推定するようにしてもよい。
具体的に説明すると、例えば、タコグラフへの入力信号がECU300にも入力され、所定の走行距離期間における車両の走行パターンが取得される。そして、この走行パターン中において、オイル消費量が増大するであろう所定の減速度を超える減速運転の割合が算出される。さらに、この算出された減速運転割合に基づいて、この所定の走行距離期間におけるオイル消費量、延いては単位走行距離当たりのオイル消費量が算出されるのである。この場合も、減速運転割合に対応するオイル消費量は予め実験等により求められ、マップとして作成されてECU300のROMに記憶されている。
また、以上では、燃料カット制御実行中の吸入空気量制御手段がスロットル弁163の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料カット制御実行中の吸入空気量制御手段が他の手段であってもよい。例えば、スロットル弁の他に、これをバイパスする通路にISCバルブを有している場合には、燃料カット制御実行中の吸入空気量制御手段はISCバルブとなるが、この場合、図3のフローチャートを参照して説明したような手順でスロットル弁163の代わりにISCバルブを制御することによって上述した実施形態の場合とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態よれば、燃料カット制御実行中における吸入空気量をより適切に制御するオイル消費量低減装置を提供することができる。そしてこのオイル消費量低減装置によれば、オイル消費の抑制が確実に図れると共に、燃料カット制御実行中における吸入空気量を必要最低限に留めることができ、過剰な減速感の低下を抑制することができる。
本発明のオイル消費量低減装置をドライサンプ潤滑方式の火花点火式内燃機関へ適用した実施形態のシステム構成図である。 本発明の実施形態において行われるオイル消費量低減制御の一手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態において、燃料カット制御実行中における吸入空気量制御の一手順を示すフローチャートである。 本発明の本実施形態における、オイル消費過剰率Oerと目標最低吸入負圧Pmoとの関係の一例を示すグラフである。
符号の説明
100 エンジン本体
110 シリンダブロック
130 シリンダヘッド
111 ピストン
131 吸気ポート
132 排気ポート
133 吸気バルブ
134 排気バルブ
161 サージタンク
162 吸気ダクト
163 スロットル弁
180 オイルタンク
190 オイルレベルセンサ
194 オドメータ(ODM)
300 電子制御ユニット(ECU)

Claims (4)

  1. 内燃機関が搭載された車両の単位走行距離当たりのオイル消費量を推定するオイル消費量推定手段と、
    該オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量に基づき、前記内燃機関の吸入負圧を制御する吸入負圧制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関のオイル消費量低減装置。
  2. 前記オイル消費量推定手段は、オイル貯留部におけるオイルレベルを測定するオイルレベル測定手段を備え、所定の走行距離の前後において該オイルレベル測定手段により測定されたオイルレベル測定値に基づき、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のオイル消費量低減装置。
  3. 前記オイル消費量推定手段は、所定の走行距離期間における車両の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、該走行パターン中における所定の減速度を超える減速運転の割合を算出する減速運転割合算出手段とを備え、該減速運転割合算出手段により算出された減速運転割合に基づき、単位走行距離当たりのオイル消費量を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のオイル消費量低減装置。
  4. 前記吸入負圧制御手段は、オイル消費量推定手段により推定されたオイル消費量が多い程、吸入負圧の低下割合を減少させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関のオイル消費量低減装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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