CN101268265A - 用于内燃机的增压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种用于极好地控制配备有电机的增压器的技术。根据本发明的用于内燃机的增压系统设有：配备有电机的增压器，其中增压器的旋转轴的旋转由电机辅助；和控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速。控制单元基于以下各项中的任一项确定增压器的目标转速：(1)加速器开度；(2)加速器开度和内燃机转速；(3)节气门实际开度和内燃机转速；以及(4)目标节气门开度和内燃机转速，且通过电动设备控制辅助力，其控制方式使得获得目标转速。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃机的增压系统，且特别涉及包括配备有电机的增压器的系统，该电机能够辅助增压器的旋转轴旋转。
背景技术
已公布日本专利No.2782711公开了配备有增压器的内燃机，该增压器具有把引入到气缸内的进气的压力升高以增加输出的动力的功能。配备有电机的增压器内置有电机，且电机的输出轴构成增压器的旋转轴。
在该日本专利No.2782711中公开的内燃机内，计算出对应于加速器位置的进气管压力(增压压力)和由设置在进气通道内的进气管压力(增压压力)传感器检测到的当前进气管压力(增压压力)之差，且如果确定该差大于预定值则启动电机以将增压器的旋转轴的转速增加到希望的转速。
发明内容
当基于进气管压力控制目标增压压力时，通常实行使进气管压力数据的波动平滑的处理，以便消除进气管压力的波动的影响，且因此降低配备有电机的增压器的过渡响应。
在柴油发动机中，常规地基于由进气管压力传感器测量到的值控制供给到气缸中的燃油量。另一方面，在汽油发动机中，基于由空气流量计测量到的值控制供给到气缸中的燃油量。因此，与柴油发动机不同，汽油发动机不设有进气管压力传感器。
因此，如果配备有电机的增压器设置在汽油发动机内，则将出现如下的缺点。即，在基于进气管压力进行目标增压控制的情况下，需要设置在常规的汽油发动机中不设置的进气管压力传感器。这导致成本的增加。另外，在如柴油发动机的情况那样仅设置进气管压力传感器、且基于进气管压力传感器测量到的值控制配备有电机的增压器以及供给到气缸中的燃油量的情况下，需要与不具有配备有电机的增压器的发动机内的控制逻辑不同的控制逻辑。这导致了与开发相关的成本的增加。
已经鉴于上述问题作出本发明，且本发明的目的是提供用于极好地控制配备有电机的增压器的技术。
为实现以上的目的，根据本发明，提供一种用于内燃机的增压系统，包括：配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转由所述电机辅助；和控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，其中所述控制单元基于设置在所述车辆上的加速器的开度或基于所述加速器的开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制前述辅助力，其控制方式使得获得这样确定的目标转速。
通过基于设置在车辆上的加速器的开度或基于加速器开度和内燃机转速来确定增压器的目标转速，且通过控制增压器的转速使得获得目标转速，能够改善增压器的过渡响应，因为当基于进气管压力控制目标增压压力时不需要进行已经常规进行的使进气管压力数据的波动平滑的处理。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于内燃机的增压系统，包括：配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转由所述电机辅助；和控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，其中所述控制单元基于设置在所述内燃机的进气通道中的节气门的实际开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制前述辅助力，其控制方式使得获得这样确定的目标转速。
通过基于节气门的实际开度和内燃机转速来确定增压器的目标转速，且控制增压器的转速使得获得目标转速，能够改善增压器的过渡响应，因为当基于进气管压力控制目标增压压力时不需要进行已经常规进行的使进气管压力数据的波动平滑的处理。
根据本发明的再一个方面，提供一种用于内燃机的增压系统，包括：配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转由所述电机辅助；和控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，其中所述控制单元基于设置在所述内燃机的进气通道中的节气门的实际开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制前述辅助力，其控制方式使得获得这样确定的目标转速。
通过基于节气门的目标开度(该目标开度主要基于加速器开度和内燃机转速确定)和内燃机转速来确定增压器的目标转速，且通过控制增压器的转速使得获得目标转速，能够改善增压器的过渡响应，因为当基于进气管压力控制目标增压压力时不需要进行已经常规进行的使进气管压力数据的波动平滑的处理。
在过渡期中，特别是例如在加速期间，需要相当长的时间使节气门的实际开度变得等于基于加速器开度和内燃机转速计算出的节气门的目标开度。因此，通过基于节气门的目标开度确定增压器的目标转速，能够更精确地设定作为对于发动机状况最优的目标转速。
根据本发明的再一个方面，提供一种用于内燃机的增压系统，包括：配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转由所述电机辅助；和控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，其中所述控制单元在所述电机的辅助开始之后的预定时段期间基于设置在所述内燃机的进气通道内的节气门的目标开度和所述内燃机的转速确定所述增压器的目标转速，在已经经过所述预定时间之后基于所述节气门的实际开度和所述内燃机的转速确定所述增压器的目标转速，且控制前述辅助力，其控制方式使得获得这样确定的目标转速。
上述控制方式是有利的，因为考虑到：在已经经过所述预定时间之后，实际节气门开度和目标开度彼此相等，且能够更简单且更快地基于实际节气门开度和内燃机转速来确定目标转速。
优选的是前述控制单元适于将目标转速设定为略低于在所述内燃机稳定运转而不需所述电机的辅助的状态下的所述增压器的转速。通过此特征，能够仅当发生涡轮时滞时启动辅助。因此，能够防止过度增压、过度旋转和浪费的电力消耗。
此外，优选的是前述控制单元适于基于环境大气压力修正目标转速。环境大气压力越低，则氧气浓度越低。因此，例如在车辆所行驶的地区海拔高的情况下，可以使目标转速高于车辆行驶的地区海拔低的情况下的目标转速。因此，通过基于环境大气压力检测车辆所处的地区的海拔且基于该海拔修正目标转速，能够更可靠且更合适地控制转速。
还优选的是前述控制单元适于：检测在所述内燃机的气缸内发生的爆震强度，且基于所述爆震强度修正所述目标转速。例如，如果当增压器在目标转速下运转时气缸内发生的爆震强度高，则可以减小目标转速。以此方式，通过检测在内燃机气缸内发生的爆震强度且基于爆震强度修正目标转速，能够提高可靠性。
如在前文中所述，根据本发明的用于内燃机的增压系统能够提供对配备有电机的增压器的极好的控制。
从如下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的以上及其它目的、特征和优点对于本领域技术人员将变得更显而易见。
附图说明
图1是示意性地示出了根据本发明的实施例的内燃机及其进气和排气系统的结构的图。
图2示出了加速器开度、发动机转速和目标涡轮转速之间的关系。
图3示出了实际节气门开度、发动机转速和目标涡轮转速之间的关系。
图4示出了目标节气门开度、发动机转速和目标涡轮转速之间的关系。
图5是根据实施例的电动辅助控制的控制程序的流程图。
具体实施方式
如下将参考附图通过例子详细描述用于实施本发明的最佳模式。
(实施例1)
图1是示意性地示出了根据该实施例的内燃机及其进气和排气系统的结构的图。图1中示出的内燃机1是水冷四缸汽油发动机，它具有四个气缸2。
内燃机1与进气通道3连接，进气通道3又连接到空气滤清器盒4。输出指示流过进气通道3的进气的质量的电信号的空气流量计5在空气滤清器盒4下游附连到进气通道3。
增压器(涡轮增压器)6的压缩机壳体6a以插入到进气通道3内的方式设置。中间冷却器7在压缩机壳体6a的下游附连在进气通道3上。增压器6是配备有电机的增压器，即电机6d内置在增压器6内，使得电机6d的输出轴构成增压器6的旋转轴6c。
调节经过进气通道3的进气流量的节气门8在进气通道3内设置在中间冷却器7下游。开启/关闭节气门8的促动器9附连到节气门8。
从每个气缸2的燃烧室排出的排气流过由排气口、排气歧管10和增压器6的涡轮壳体6b形成的排气通道。排气由在增压器6下游设置在排气通道内的排气净化催化器11净化，然后在经过消声器(未示出)后排出到大气中。
在节气门8附近设有节气门位置传感器12，该节气门位置传感器12输出指示节气门8的开度的电信号。在安装有内燃机1的车辆的加速器13附近设有加速器位置传感器14，该加速器位置传感器14输出指示加速器13的开度的电信号。在增压器6的旋转轴6c附近设有旋转轴位置传感器15，该旋转轴位置传感器15检测旋转轴6c的旋转相位。在内燃机1的曲轴(未示出)附近设有曲柄位置传感器16，该曲柄位置传感器16检测曲轴的旋转相位。
将电子控制单元(ECU)20附加到具有上述结构的内燃机1以及内燃机1的进气和排气系统上。ECU20是算术逻辑单元，它由CPU、ROM、RAM和备用RAM等组成。
ECU20与各种传感器例如上述空气流量计5、节气门位置传感器12、加速器位置传感器14、旋转轴位置传感器15和曲柄位置传感器16以及环境大气压力传感器(未示出)通过电气布线连接，且这些传感器的输出信号输入到ECU20。
在以规则时间间隔执行的基本程序中，ECU20读入各种传感器的输出信号。另外，ECU20例如以规则时间间隔基于来自旋转轴位置传感器15的信号的频率计算旋转轴6c每分钟的转数(在下文中将称为“涡轮转速”)且基于来自曲柄位置传感器16的信号的频率计算曲轴每分钟的转数(在下文中将称为“发动机转速”)。
ECU20也与促动器9及电机6d等通过电气布线连接，使得ECU20能够控制促动器9和电机6d等。
在用于具有配备有电机6的增压器的内燃机的增压系统中，电机6d被控制成使得涡轮转速变成希望的目标涡轮转速。
粗略地讲，计算用于涡轮转速的目标转速，且如果由旋转轴位置传感器15检测到的当前涡轮转速低于目标转速，则判断为需要电机的辅助，且以使得涡轮转速变成目标涡轮转速的方式控制电机6d。
在下文中将描述一些确定目标涡轮转速的方法。
(1)基于经验，例如基于实验来计算在各种加速器开度下的最佳目标涡轮转速，且准备表示目标涡轮转速和加速器开度之间的关系的MAP图。该MAP图可以例如布置为使得：用于小于30％的加速器开度的目标涡轮转速设定为零，用于30％的加速器开度的目标涡轮转速设定为30,000rpm，且当加速器开度变得大于30％时，目标涡轮转速从30,000rpm起与加速器开度成比例地增加。通过将加速器位置传感器14检测到的加速器开度代入上述MAP图中来计算和设定目标涡轮转速。
(2)基于经验，例如基于实验来计算在各种加速器开度和各种发动机转速下的最佳目标涡轮转速，且准备如图2所示的表示目标涡轮转速、加速器开度和发动机转速之间的关系的MAP图。通过将加速器位置传感器14检测到的加速器开度以及由曲柄位置传感器16检测到的发动机转速代入上述MAP图中来计算和设定目标涡轮转速。
(3)基于经验，例如基于实验来计算在各种实际节气门开度和各种发动机转速下的最佳目标涡轮转速，且准备如图3所示的表示目标涡轮转速、实际节气门开度和发动机转速之间的关系的MAP图。通过将节气门位置传感器12检测到的实际节气门开度以及由曲柄位置传感器16检测到的发动机转速代入上述MAP图中来计算和设定目标涡轮转速。加速器开度由驾驶员的意愿决定，但对于发动机而言决定性的是节气门开度，同样也涉及换档和其它车辆控制。因此，可以参考节气门开度根据发动机状况设定合适的目标涡轮转速。
(4)基于经验，例如基于实验来计算在各种目标节气门开度和各种发动机转速下的最佳目标涡轮转速，且准备如图4所示的表示目标涡轮转速、目标节气门开度和发动机转速之间的关系的MAP图。通过将加速器位置传感器14检测到的加速器开度来确定的目标节气门开度以及曲柄位置传感器16检测到的发动机转速代入上述MAP图中来计算和设定目标涡轮转速。在方法(3)中，基于实际节气门开度计算目标涡轮转速。在过渡期中，例如在加速期间，需要相当长的时间使实际节气门开度变得等于基于加速器开度和发动机转速计算出的目标节气门开度。因此，通过参考目标节气门开度，能够更精确地设定对于发动机状况更优的目标涡轮转速。然而，在已经经过相当长的时间后，实际节气门开度被认为等于目标节气门开度，因此能够简单地基于由节气门位置传感器检测到的实际节气门开度和发动机转速来更简单地且更快地计算目标涡轮转速。
在上述用于计算目标涡轮转速的MAP图中，如果在加速器开度大于特定开度、实际节气门开度大于特定开度或目标节气门开度大于特定开度时对于每个发动机转速设定恒定的涡轮转速，则能够实现更快的加速。然而，可以通过随加速器开度、实际节气门开度或目标节气门开度的增加而逐步地增加目标涡轮转速来改进操纵性，如在图2至图4中所示。
在准备用于计算目标涡轮转速的上述MAP图中，优选的是：在当涡轮旋转不由电机辅助时(在电机不运行时)的稳定发动机状况下，将目标涡轮转速设定为比实际涡轮转速低数个百分点。通过此特征，能够使得电机仅当发生涡轮时滞时运行。因此，能够防止过度增压、过度旋转和浪费的电力消耗。与以上有关，优选的是，在稳定发动机状况下目标涡轮转速设定为低于涡轮转速的百分点(即上述“数个百分点”)设定为使得：如果涡轮转速已经增加到此较低的转速，则涡轮转速被认为由于排气能量和惯性力而自然增加到稳定发动机状况下的涡轮转速。
在下文中，将参考在图5中示出的流程图具体地描述根据此实施例的电动辅助控制的控制程序。该控制程序预先存储在ECU20的ROM中，且由ECU20以规则的时间间隔执行，或作为例如由来自曲柄位置传感器的脉冲信号的输入触发的中断服务程序来执行。
首先，在此控制程序的步骤S101中，ECU20处理来自加速器位置传感器14、旋转轴位置传感器15、曲柄位置传感器16和空气流量计5等的输入信号。
此后，过程前进到步骤S102，其中确定是否满足进行电动辅助的条件。用于进行电动辅助的条件可以例如包括：电机的温度不高；发动机转速是允许增压器运行的转速；和增压器的运行不在喘振区域内。如果在此步骤中作出肯定的确定，则过程前进到步骤S103。另一方面，如果作出否定的确定，则过程前进到步骤S110，且此程序的执行终止而不进行电动辅助。
在步骤S103中设定了目标涡轮转速。根据上述方法(1)至方法(4)中的任一个方法进行设定。
然后，过程前进到步骤S104，其中确定是否需要对步骤S103中确定的目标涡轮转速施加高海拔修正。在高地中，氧气浓度低于低地中的氧气浓度。因此，在高海拔处需要使涡轮转速高于通常的涡轮转速。因此，在此步骤中确定是否需要施加高海拔修正，换言之，确定从环境大气压力传感器的测量值得到的当前海拔是否高于预定海拔。
如果作出了肯定的确定，即如果确定了当前海拔高于该预定海拔且需要高海拔修正，则过程前进到步骤S105，在步骤S105处修正目标涡轮转速。特别地，在当前海拔高于该预定海拔时，可以将目标涡轮转速增加某一恒定量，或可以根据海拔的增加而可变地增加目标涡轮转速。
另一方面，如果在步骤S104中作出了否定的确定，则过程前进到步骤S106，在步骤S106中，确定如果设定了通过前述步骤确定的目标涡轮转速则气缸内的爆震强度是否将变高。特别地，例如通过检查燃烧室的温度，基于各种传感器的输出值来把握气缸的当前状况，且确定如果在当前状况下设定通过前述步骤确定的目标涡轮转速则爆震强度是否将变得高于预定值。
如果该问题得到肯定的回答，则过程前进到步骤S107，在步骤S107中修正目标涡轮转速。如此，当爆震强度大于该预定值时可以将目标涡轮转速减少某一恒定量，或替代地使转速可以随爆震强度的增加而可变地减少。前述预定值基于经验例如通过实验来确定。
另一方面，如果步骤S106中的问题得到否定的回答，则过程前进到步骤S108，在步骤S108中确定是否需要电动辅助。特别地，如果当前涡轮转速低于通过前述步骤确定的目标涡轮转速，则确定需要电动辅助。如果作出了肯定的确定，则过程前进到步骤S109，在步骤S109中进行电动辅助使得涡轮转速变成在前述步骤中确定的目标涡轮转速。另一方面，如果作出了否定的确定，则过程前进到步骤S110，且此程序的执行终止而不进行电动辅助。
在根据上述方法(4)确定目标涡轮转速的情况下，首先在加速时基于加速器开度和发动机转速来确定目标节气门开度，使用图4中示出的MAP图基于这样确定的目标节气门开度和发动机转速来确定目标涡轮转速，且进行电机6的辅助使得获得目标涡轮转速。随后，在已经经过了允许实际节气门开度变得等于基于加速器开度和发动机转速计算出的目标节气门开度的合适的时间(预定时间段)后，优选的是使用图3中示出的MAP图简单地基于由节气门位置传感器12检测到的实际节气门开度和发动机转速来确定目标涡轮转速，因为实际节气门开度被认为已变成等于目标节气门开度。在此情况下，优选的是：针对内燃机的各种运转状况基于经验例如通过实验得到前述的合适的时间(所述预定时间段)，且根据在开始电动辅助后是否已经经过前述的合适的时间(所述预定时间段)来切换确定目标涡轮转速的方式。
虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到的是本发明能以在所附权利要求的精神和范围内的变型来实施。
Claims (7)
1.一种用于内燃机的增压系统，包括：
配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转能由所述电机辅助；和
控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，
其中所述控制单元基于设置在所述车辆上的加速器的开度或基于所述加速器的开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制所述辅助力，其控制方式使得获得所述目标转速。
2.一种用于内燃机的增压系统，包括：
配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转能由所述电机辅助；和
控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，
其中所述控制单元基于设置在所述内燃机的进气通道中的节气门的实际开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制所述辅助力，其控制方式使得获得所述目标转速。
3.一种用于内燃机的增压系统，包括：
配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转能由所述电机辅助；和
控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，
其中所述控制单元基于设置在所述内燃机的进气通道中的节气门的目标开度和所述内燃机的转速来确定所述增压器的目标转速，且控制所述辅助力，其控制方式使得获得所述目标转速。
4.一种用于内燃机的增压系统，包括：
配备有电机的增压器，所述增压器利用安装在车辆上的所述内燃机的排气的能量进行增压，其中所述增压器的旋转轴的旋转能由所述电机辅助；和
控制单元，该控制单元用于控制所述电机的辅助力，其控制方式使得所述增压器的转速变为目标转速，
其中所述控制单元在所述电机的辅助开始之后的预定时段期间基于设置在所述内燃机的进气通道内的节气门的目标开度和所述内燃机的转速确定所述增压器的目标转速，在已经经过所述预定时间之后基于所述节气门的实际开度和所述内燃机的转速确定所述增压器的目标转速，且控制所述辅助力，其控制方式使得获得所述目标转速。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于内燃机的增压系统，其中所述控制单元使得所述目标转速略低于在所述内燃机稳定运转而不需所述电机的辅助的状态下的所述增压器的转速。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于内燃机的增压系统，其中所述控制单元基于环境大气压力修正所述目标转速。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于内燃机的增压系统，其中所述控制单元检测在所述内燃机的气缸内发生的爆震强度，且基于所述爆震强度修正所述目标转速。
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