用于內燃機的污染控制系統的微控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明通常涉及污染控制系統，尤其涉及用于內燃機的污染控制系統的微控制器。
【背景技術】
[0002]標準內燃(internal combust1n ；IC)機的基本運行基于燃燒過程的類型、汽缸數量以及所需的用途/功能而變化。例如，在傳統兩沖程發(fā)動機中，機油在進入曲軸箱之前與燃料和空氣預先混合，在該曲軸箱中點燃該機油/燃料/空氣混和物。在汽油發(fā)動機中，燃料僅與空氣預先混合，接著壓縮并使用火花塞點燃，以使該燃料燃燒。在柴油發(fā)動機中，將燃料與空氣預先混合，但由于沒有火花塞提供點火，因此通過活塞軸中的壓縮來點燃該燃料/空氣混和物。在各種類型的內燃機中，燃料點燃以后，接著向下推動活塞，并于活塞暴露排氣口時，能夠將廢氣排出汽缸。活塞運動壓縮曲軸箱中的剩余機油/燃料，并使額外的新鮮機油/燃料/空氣能夠沖入汽缸，從而同時驅使剩余的廢氣經由排氣口排出。重復該過程時，動力驅動活塞返回壓縮沖程。
[0003]與兩沖程發(fā)動機相反，在以柴油或汽油為動力的發(fā)動機中，曲軸和連桿軸承的機油潤滑獨立于燃料/空氣混和物。在以柴油或汽油為動力的發(fā)動機中，曲軸箱主要由空氣和機油填充。進氣歧管自獨立的源頭接收并混合燃料和空氣。進氣歧管中的燃料/空氣混和物被吸入燃燒室中。在燃燒室中，該燃料/空氣混和物由火花塞點燃(在汽油發(fā)動機中)并燃燒。在柴油發(fā)動機中沒有火花塞，因此柴油發(fā)動機中燃燒的發(fā)生是由活塞軸中的壓縮導致的結果。在汽油發(fā)動機及柴油發(fā)動機中，通過活塞汽缸內圍繞活塞的外徑設置的一組活塞環(huán)將燃燒室與曲軸箱大程度上地密封隔離。這使機油保持于曲軸箱中而不是使其作為燃燒沖程的一部分而燃燒。不幸的是，該活塞環(huán)無法完全密封活塞汽缸。因此，意圖潤滑汽缸的少量曲軸箱機油被吸入燃燒室中并于燃燒過程中燃燒。在以汽油為動力和以柴油為動力的發(fā)動機中的確如此。另外，燃燒室中包括未燃燒燃料及廢氣的燃燒廢氣同時經過該活塞環(huán)并進入曲軸箱。通常將進入曲軸箱的廢氣稱為“吹漏氣(blow-by或blow-by gas)”。
[0004]吹漏氣主要由污染物例如碳氫化合物(未燃燒燃料)、二氧化碳或水蒸氣組成，所有這些污染物都對發(fā)動機曲軸箱有害。曲軸箱中的吹漏氣量可為進氣歧管中的碳氫化合物濃度的數倍。簡單地將這些氣體排入大氣中會增加空氣污染?；蛘?，將吹漏氣限制在曲軸箱中會使污染物凝結并隨著時間推移逐漸累積于發(fā)動機曲軸箱中。凝結后的污染物在曲軸箱的內部形成腐蝕性酸和油泥。這降低曲軸箱中的發(fā)動機機油潤滑汽缸及曲軸箱的能力。無法正常潤滑曲軸箱元件(例如曲軸和連桿)的劣化機油可成為增加發(fā)動機中的磨損以及降低發(fā)動機性能的一個因素。曲軸箱潤滑不充分導致活塞環(huán)發(fā)生不必要的磨損，這同時降低燃燒室與曲軸箱之間的密封的品質。隨著發(fā)動機老化，活塞環(huán)與汽缸壁之間的間距逐漸增大，導致更多的吹漏氣進入曲軸箱。進入曲軸箱的過多吹漏氣可引起功率損耗，甚至引起發(fā)動機失效。而且，吹漏氣中的冷凝水可使發(fā)動機零件生銹。因此，業(yè)界開發(fā)了曲軸箱通風系統來改善曲軸箱中吹漏氣的存在。一般來說，曲軸箱通風系統將吹漏氣排出曲軸箱強制通風(positive crankcase ventilat1n ；PCV)閥門并進入進氣歧管以再燃燒。
[0005]PCV閥門使來自曲軸箱的吹漏氣再循環(huán)(亦即排出)返回至進氣歧管中，從而得以在燃燒期間與新鮮供應的空氣/燃料一起再次燃燒。由于沒有簡單地將有害的吹漏氣排放至大氣，因而這是極其理想的。曲軸箱通風系統應當被設計為限制或理想情況下消除曲軸箱中的吹漏氣，以保持曲軸箱盡可能干凈。早期的PCV閥門包括簡單的單向止回閥。這些PCV閥門僅依賴曲軸箱與進氣歧管之間的壓力差來正確發(fā)揮功能。當進氣期間活塞向下運動時，進氣歧管中的氣壓變得低于周圍環(huán)境大氣。通常將該結果稱為“發(fā)動機真空”。該真空將空氣吸向進氣歧管。相應地，能夠將空氣自曲軸箱經PCV閥門吸入進氣歧管中，該PCV閥門在曲軸箱與進氣歧管之間提供通道。該PCV閥門基本打開單向路徑，以使吹漏氣自曲軸箱排入進氣歧管。如果壓力差變化(也就是進氣歧管中的壓力變得相對高于曲軸箱中的壓力)，則該PCV閥門關閉并防止氣體排出進氣歧管并進入曲軸箱。因此，該PCV閥門為“積極的(positive) ”曲軸箱通風系統，其中僅允許氣體單向流動-自曲軸箱流入進氣歧管中。該單向止回閥基本是一個或者完全開啟或者完全關閉的閥門。換句話說，當進氣歧管中的壓力相對低于曲軸箱中的壓力時，該閥門完全開啟。或者，當曲軸箱中的壓力相對低于進氣歧管中的壓力時，該閥門完全關閉?；趩蜗蛑够亻y的PCV閥門無法區(qū)分在任意給定時間曲軸箱中的吹漏氣量的變化。曲軸箱中的吹漏氣量隨不同的驅動條件以及發(fā)動機的品牌和型號而變化。
[0006]PCV閥門設計已經得到改善而優(yōu)于基本的單向止回閥，并可更好地調節(jié)自曲軸箱排至進氣歧管的吹漏氣量。一種PCV閥門設計使用彈簧以相對出口定位內部限制器(例如圓錐或圓盤)，其中，吹漏氣自曲軸箱經由該出口流向進氣歧管。該內部限制器鄰近該出口的距離正比于發(fā)動機真空相對彈簧張力的程度。該彈簧旨在響應曲軸箱與進氣歧管之間的真空壓力變化。該設計意圖改善或者完全開啟或者完全關閉的單向止回閥。例如，在空轉狀態(tài)時，發(fā)動機真空很高。該彈簧偏置的限制器被設置為針對大的壓力差排出大量吹漏氣，盡管該發(fā)動機正產生相對少量的吹漏氣。該彈簧定位該內部限制器以基本允許從曲軸箱至進氣歧管的空氣流動。加速期間，由于發(fā)動機負載增加，發(fā)動機真空降低。因此，該彈簧能夠向下回推該內部限制器，以降低自曲軸箱至進氣歧管的空氣流動，盡管發(fā)動機正產生更多的吹漏氣。隨后，當車輛逐漸具有恒定的巡航速度時，隨著加速降低(亦即發(fā)動機負載降低)，真空壓力增加。因為較高的發(fā)動機轉速(RPM)使處于巡航速度的發(fā)動機產生較多的吹漏氣，基于壓力差，該彈簧再次將該內部限制器吸離出口，以基本允許從曲軸箱至進氣歧管的空氣流動。因此，這樣一個僅依賴發(fā)動機真空及彈簧偏置限制器的改善型PCV閥門無法最優(yōu)化從曲軸箱至進氣歧管的吹漏氣排出，特別是在車輛不斷變化速度的情況下(例如城市駕駛或停止以及走高速公路)。
[0007]曲軸箱通風的一個關鍵方面是發(fā)動機真空受發(fā)動機負載而不是發(fā)動機速度的影響而變化，且吹漏氣量部分地受發(fā)動機速度而不是發(fā)動機負載的影響而變化。例如，當發(fā)動機速度保持相對恒定時(例如空轉狀態(tài)或以恒定速度駕駛)，發(fā)動機真空較高。因此，發(fā)動機空轉(每分鐘900轉(900rpm))時的發(fā)動機真空量與發(fā)動機在高速公路上以恒定速度巡航(例如轉速在2500至2800rpm之間)時的發(fā)動機真空量基本相同。轉速為2500rpm時產生吹漏氣的速度遠高于轉速為900rpm時產生吹漏氣的速度。但是，基于彈簧的PCV閥門無法區(qū)分2500rpm與900rpm之間吹漏氣產量的差別，因為在這些不同的發(fā)動機速度下，基于彈簧的PCV閥門所受的進氣歧管與曲軸箱之間的壓力差類似。彈簧僅響應空氣壓力的變化，其受發(fā)動機負載而不是發(fā)動機速度影響。例如，在加速或爬坡時，發(fā)動機負載通常會增加。隨著車輛加速，吹漏氣產量增加，而發(fā)動機真空因發(fā)動機負載增加而降低。這樣，在加速期間，基于彈簧的PCV閥門可能自曲軸箱排出不足量的吹漏氣。由于彈簧僅響應發(fā)動機真空，因此這樣一個基于彈簧的PCV閥門系統不能夠基于吹漏氣產量排出吹漏氣。
[0008]PCV閥門系統的維護很重要而且相對簡單。必須定期更換潤滑油以移除隨著時間推移而被限制于其中的有害污染物。不能以適當的間隔(通常每3000至6000英里)更換潤滑油可導致PCV閥門系統被油泥污染。堵塞的PCV閥門系統將最終損壞發(fā)動機。如能以適當的頻率更換潤滑油，則在發(fā)動機的壽命期內，PCV閥門系統將會保持清潔。
[0009]為努力消除洛杉磯盆地的煙霧，從20世紀60年代開始，加州開始要求在所有型號的汽車上裝設排放控制系統。1968年，聯邦政府開始在全國范圍內推廣這些排放控制法規(guī)。1970年，國會通過了“大氣凈化法”，并成立了環(huán)境保護局(Environmental