CN101535616A

CN101535616A - 带增压器的内燃机的控制装置

Info

Publication number: CN101535616A
Application number: CNA2007800224871A
Authority: CN
Inventors: 田畑正和; 五十岚修
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-09-16
Also published as: JP4306703B2; JP2008045410A

Abstract

提供一种带增压器的内燃机的控制装置。根据空气流量计(18)的输出来获得通过离心式压缩机(26a)的空气量。根据获得的通过压缩机的空气量来获得喘振界限压缩机转速。根据涡轮转速传感器(30)来获得当前的压缩机转速(涡轮转速)。根据喘振界限压缩机转速与当前的压缩机转速来控制压缩机(26a)的转速。更具体地说，限制目标压缩机转速，以使其小于或等于喘振界限压缩机转速，并且控制该目标压缩机转速，以使其达到基于加速器开度、发动机转速等内燃机(10)的运转条件的值。另外，根据喘振界限压缩机转速和当前的压缩机转速来进行压缩机(26a)的喘振判断。

Description

带增压器的内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及带增压器的内燃机的控制装置。

背景技术

以往，例如在专利文献1中公开了具有涡轮增压器的内燃机的控制装置。所述以往的控制装置根据压缩机前后的压力比与通过压缩机的空气流量的关系、或者该压力比与发动机转速的关系来判断涡轮增压器的压缩机喘振。

另外，作为与本发明相关的文献，申请人分析了包括上述文献在内的以下文献。

专利文献1：日本专利文献特开平2001-342840号公报；

专利文献2：日本实开平5-42642号公报。

发明内容

内燃机的进气管压力通常会发生很大波动(脉动)。在利用了压缩机前后的压力比的上述现有技术的方法中，由于受这种进气系统脉动的影响，需花费一定时间才能计算出正确的压力比。因此，难以迅速地进行正确的喘振判断。另一方面，为了实现效率高的增压供气，优选在喘振界限附近的工作区域控制压缩机。但是，上述的现有方法在高精度地避免喘振同时在喘振界限附近的工作区域控制压缩机的方面，还留有改善的余地。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其第一目的在于，提供一种能够在高精度地避免喘振的同时在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机的、带增压器的内燃机的控制装置。

另外，在上述现有技术的方法中，由于如上述那样需花费一定时间才能计算出正确的压力比，因此难以迅速地进行正确的喘振判断，并且无法立即进行之后的喘振避免处理。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其第二目的在于，提供一种能够正确且迅速地进行压缩机的喘振判断的带增压器的内燃机的控制装置。

为了达到上述第一目的，第一发明的特征在于，包括：

增压器，具有离心式压缩机；

转速获得单元，获得所述离心式压缩机的压缩机转速；

运转参数获得单元，获得与所述离心式压缩机的工作特性相关且比进气管压力波动少的内燃机的运转参数；

界限转速获得单元，根据所述运转参数来获得喘振界限压缩机转速；

压缩机控制单元，根据所述喘振界限压缩机转速和所述压缩机转速来控制压缩机转速。

另外，第二发明在第一发明的基础上还具有如下特征：所述压缩机控制单元又包括：

目标转速获得单元，根据内燃机的运转条件来获得所述离心式压缩机的目标压缩机转速；以及

目标转速限制单元，限制所述目标压缩机转速，以使该目标压缩机转速小于等于喘振界限压缩机转速。

另外，第三发明在第二发明的基础上还具有如下特征：

还包括驱动所述离心式压缩机的电动马达，

所述压缩机控制单元还包括马达控制装置，该马达控制装置与控制内燃机的运转的发动机控制装置分开设置，用于控制所述电动马达的转速，

所述压缩机控制单元将所述目标转速获得单元和所述目标转速限制单元设置在发动机控制装置内，

所述马达控制装置控制所述电动马达，以使得从所述发动机控制装置提供的所述目标压缩机转速与当前的所述压缩机转速之差变为0。

另外，第四发明在第一至第三发明中任一发明的基础上还具有如下特征：所述运转参数是通过所述离心式压缩机的空气量。

另外，第五发明在第一至第三发明中任一发明的基础上还具有如下特征：所述运转参数是发动机转速。

另外，第六发明在第五发明的基础上还具有如下特征：

所述界限转速获得单元根据发动机转速和内燃机的进气效率来获得所述喘振界限压缩机转速。

为了达到上述第二目的，第七发明的特征在于，包括：

增压器，具有离心式压缩机；

转速获得单元，获得所述离心式压缩机的压缩机转速；

喘振判断单元，根据所述喘振界限压缩机转速和所述压缩机转速来进行所述离心式压缩机的喘振判断；

另外，第八发明在第七发明的基础上还具有如下特征：其包括：

喘振裕度获得单元，根据所述喘振界限压缩机转速和所述运转参数来获得所述离心式压缩机发生喘振之前的喘振裕度；以及

喘振避免控制单元，根据所述喘振裕度来调整用于避免喘振的内燃机的执行器的控制量。

另外，第九发明在第七或第八发明的基础上还具有如下特征：所述运转参数是通过所述离心式压缩机的空气量。

另外，第十发明在第七或第八发明的基础上还具有如下特征：所述运转参数是发动机转速。

另外，第十一发明在第十发明的基础上还具有如下特征：

发明效果

根据第一发明，基于波动较少的运转参数来正确且迅速地获得喘振界限压缩机转速。并且，根据该喘振界限压缩机转速来控制压缩机的转速。因此，根据本发明，能够高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机。

根据第二发明，控制目标压缩机转速，以使其小于或等于如上述正确且迅速获得的喘振界限压缩机转速，由此能够高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机。

根据第三发明，只需从发动机控制装置向由马达控制装置控制转速的电动马达提供目标压缩机转速，而无需另外设置复杂的反馈电路。这样，根据本发明，能够简化电动马达的控制系统的结构，同时可实现能够高精度地避免喘振的增压控制。

根据第四发明，基于通过压缩机的空气量，能够正确且迅速地获得喘振界限压缩机转速。

根据第五发明，基于发动机转速，能够正确且迅速地获得喘振界限压缩机转速。

根据第六发明，在具有影响进气效率的执行器的带增压器的内燃机中，能够将随着该执行器的驱动所发生的进气效率的变化反映在喘振界限压缩机转速上。因此，根据本发明，在内燃机具有种执行器的情况下，能够比第五发明更高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机。

根据第七发明，根据基于波动较少的运转参数获得的喘振界限压缩机转速和压缩机转速，能够正确且迅速地进行喘振判断。

根据第八发明，能够比第七发明更可靠地避免进入喘振区域。并且，在喘振裕度比较富余的情况下，还能够防止提供不必要的喘振避免校正量，因此能够避免发动机输出过度下降。

根据第九发明，基于通过压缩机的空气量，能够正确且迅速地获得喘振界限压缩机转速。

根据第十发明，基于发动机转速，能够正确且迅速地获得喘振界限压缩机转速。

根据第十一发明，在具有影响进气效率的执行器的带增压器的内燃机中，能够将随着该执行器的驱动所发生的进气效率的变化反映在喘振界限压缩机转速上。因此，根据本发明，在内燃机具有这种执行器的情况下，能够比第十发明更高精度地进行喘振判断。

附图说明

图1是用于说明本发明第一实施方式的结构的简要结构图；

图2是用于说明本发明第一实施方式的涡轮增压器所具有的电动马达的控制系统的框图；

图3是示出压缩机的出口压力相对于入口压力的压力比与通过压缩机的空气量的关系的图；

图4是直接示出通过压缩机的空气量与喘振界限涡轮转速的关系的图；

图5是在本发明第一实施方式中执行的例程的流程图；

图6是在本发明第一实施方式的变形例中执行的例程的流程图；

图7是用于根据修正空气量来获得喘振界限涡轮转速的喘振映射图；

图8是示出在本发明第二实施方式和第五实施方式中使用的喘振映射图的图；

图9是示出在本发明第三实施方式和第五实施方式的变形例中使用的喘振映射图的图；

图10是在本发明第四实施方式中执行的例程的流程图；

图11是示出由气门重叠度引起的喘振裕度的变化的图；

图12是在本发明第四实施方式的变形例中执行的例程的流程图；

图13是用于根据修正空气量来获得喘振界限涡轮转速的喘振映射图；

图14是在本发明第六实施方式中执行的例程的流程图；

图15是用于说明喘振裕度的图；

图16是根据与喘振裕度的关系确定了喘振避免校正量的映射图。

标号说明

10 内燃机

14 进气管

18 空气流量计

24 增压传感器

26 带电动马达的涡轮增压器

26a 压缩机

26b 涡轮机

28 电动马达

30 涡轮转速传感器

32 进气旁通管

34 旁通阀

36 进气压力传感器

37 进气温度传感器

40 排气管

44 废气旁通阀

46 进气可变气门机构

48 排气可变气门机构

50 ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)

52 马达控制器

56 燃料喷射阀

58 曲轴转角传感器

60 加速器位置传感器

具体实施方式

第一实施方式

[系统结构的说明]

图1是用于说明本发明第一实施方式的结构的简要结构图。如图1所示，本实施方式的系统具有内燃机10。内燃机10的进气系统包括进气岐管12和与进气岐管12连接的进气管(进气通道)14。空气从大气中进入进气管14中，并经由进气岐管12被分配给各气缸的燃烧室。

在进气管14的入口安装有空气滤清器16。在空气滤清器16的下游附近设置有空气流量计18，该空气流量计18输出与吸入到进气管14中的空气的流量相应的信号。另外，在进气岐管12的上游设置有节气门20。在节气门20的上游设置有对压缩的空气进行冷却的内部冷却器22。在内部冷却器22的下游配置有增压传感器24，该增压传感器24输出与进气管14内的压力相应的信号。

在从空气流量计18到节气门20的进气管14的中途设置有带电动马达的涡轮增压器(马达辅助式涡轮增压器，以下称为MAT)26。MAT 26包括离心式压缩机26a、涡轮机26b、以及配置在压缩机26a与涡轮机26b之间的电动马达28。这里，电动马达28使用交流马达。压缩机26a和涡轮机26b通过连结轴连结成一体，压缩机26a通过进入涡轮机26b中的排气的排气能量而旋转驱动。连结轴还构成电动马达28的转子，通过使电动马达28工作，也能够强制驱动压缩机26a。另外，在连结轴上安装有涡轮转速传感器30，该涡轮转速传感器30输出与压缩机26a的转速(＝涡轮转速＝马达转速)相应的信号。另外，由于MAT 26中的涡轮转速与电动马达28的马达转速相同，因此也可以不通过涡轮转速传感器30而根据施加给电动马达28的电流来检测所述涡轮转速。

进气旁通管32的一端连接在从压缩机26a到内部冷却器22的进气管14的中途。进气旁通管32的另一端与压缩机26a的上游侧连接。在进气旁通管32的中途配置有旁通阀34，该旁通阀34用于控制流经进气旁通管32的空气的流量。通过操作旁通阀34打开进气旁通管32的入口，被压缩机26a压缩了的空气的一部分再次返回到压缩机26a的入口侧。当涡轮增压器26处于容易发生喘振的运转状态时，使得从压缩机26a排出的空气的一部分通过进气旁通管32返回到压缩机26a的入口侧，由此能够防止喘振。

在压缩机26a的上游配置有进气压力传感器36和进气温度传感器37，进气压力传感器36输出与进气管14内的压力相应的信号，进气温度传感器37输出与压缩机26a的入口空气温度相应的信号。

内燃机10的排气系统包括排气岐管38以及与排气岐管38连接的排气管40。从内燃机10的各气缸排出的排气汇集到排气岐管38中，并经由排气岐管38被排出到排气管40中。

另外，排气管40与排气旁通通道42连接，该排气旁通通道42绕过涡轮机26b而与涡轮机26b的入口侧和出口侧连接。在排气旁通通道42的中间配置有电动式废气旁通阀44。废气旁通阀44根据增压传感器24所检测的进入空气的增压而开闭。另外，废气旁通阀不限于电动式的，也可以是利用压力差的调压式阀。

另外，图1所示的系统分别包括用于分别驱动各气缸的进气门和排气门的进气可变气门机构46和排气可变气门机构48。这些可变气门机构46、48包括用于控制进气门和排气门的开闭正时的VVT机构。

内燃机10的控制系统包括ECU(Electronic Control Unit)50和马达控制器52。内燃机10的最高转速约为每分钟6千转，与之相比，涡轮增压器26的最高转速为每分钟20万转左右，转速非常高。因此，马达控制器52与其他发动机控制相比，需要高速处理。因而，马达控制器52与发动机ECU 50分开另行设置。马达控制器52根据来自ECU 50的指令，通过基于转速的控制来控制向电动马达28通电的通电状态。向电动马达28提供的电力由电池54供应。ECU 50是对图1所示的整个系统进行总控制的控制装置。

在ECU 50的输出侧，除了马达控制器52以外，还连接有节气门20、旁通阀34等执行器以及用于向各气缸供应燃料的燃料喷射阀56。另外，在ECU 50的输入侧，除了空气流量计18和增压传感器24以外，还连接有用于检测发动机转速NE的曲轴转角传感器58、用于检测加速器开度的加速器位置传感器60等各种传感器类设备。另外，在马达控制器52上连接有涡轮转速传感器30。在ECU 50上除了这些设备和传感器以外还连接有多个设备和传感器，但在这里省略说明。ECU 50根据各传感器的输出并按照预定的控制程序来驱动各个设备。

[本实施方式的电动马达的控制系统]

图2是用于说明MAT 26所具有的电动马达28的控制系统的框图。如图2所示，作为交流马达的电动马达28根据来自发动机ECU 50和马达控制器52的指令而驱动。发动机ECU 50根据加速器开度和发动机转速等作为内燃机10的运转条件的参数来计算电动马达28的目标涡轮转速。在这里算出的目标涡轮转速基本从发动机ECU 50被输出给马达控制器52。然后，在马达控制器52内，计算出使所述目标涡轮转速与由涡轮转速传感器30检测的当前涡轮转速的偏差接近于0的马达控制转速，并控制施加给电动马达28的马达电流，以得到该马达控制转速。

另外，本实施方式的发动机ECU 50依照使用图3和图4在后面说明的喘振映射图，根据与通过压缩机的空气量的关系来计算喘振界限涡轮转速(喘振界限压缩机转速)。然后，如图2所示，发动机ECU 50将该喘振界限涡轮转速和上述目标涡轮转速中的任一较小值作为最终的目标涡轮转速输出给马达控制器52。

如果整理以上说明的发动机ECU 50与马达控制器52的关系，则发动机ECU 50计算提供给电动马达28的目标涡轮转速，并向马达控制器52指示该目标涡轮转速。并且，马达控制器52基于从发动机ECU 50接收的目标涡轮转速(包括为喘振界限涡轮转速的情况)，并通过利用了PID控制的涡轮转速的反馈控制，来控制向电动马达28提供的马达电流。

[本实施方式的电动马达(交流马达)的控制方法]

图3是示出压缩机26a的出口压力相对于入口压力的压力比与通过压缩机的空气量的关系的图。图3中以粗线表示的曲线表示喘振线，在图3中，喘振线左侧的划有阴影线的区域对应于喘振区域。即，喘振容易在压缩机26a的压力比大并且通过压缩机的空气量少的状况下发生。

图3示出了等涡轮转速线。如图3所示，在涡轮转速恒定的情况下，通过压缩机的空气量越少，就越是接近喘振区域。另外，涡轮转速与压力比之间存在压力比越高涡轮转速就越高的关系。根据这样的图3所示的关系，如果知道作为内燃机10的运转参数之一的通过压缩机的空气量，就能够掌握达到喘振线的涡轮转速、即喘振界限涡轮转速。

图4是直接示出上述通过压缩机的空气量与喘振界限涡轮转速的关系的图。如图4所示，喘振界限涡轮转速具有通过压缩机的空气量越多就变得越高的趋势。如果将图4所示的关系作为喘振映射图存储在ECU50中，则通过获得由空气流量计18测量的通过压缩机的空气量，能够获得喘振界限涡轮转速。

为了实现效率高的增压供气，优选在喘振线附近控制压缩机26a。因此，在本实施方式中，根据基于上述图4所示的喘振映射图算出的喘振界限涡轮转速和当前的涡轮转速来控制MAT 26的电动马达28。更具体地说，在不超过上述算出的喘振界限涡轮转速的范围内控制电动马达28的目标涡轮转速。

[第一实施方式的具体处理]

图5是为了实现上述功能而在本第一实施方式中由ECU 50执行的例程的流程图。在图5所示的例程中，首先根据加速器位置传感器60和曲轴转角传感器58的输出来获得当前的加速器开度和发动机转速，并基于这些计算出电动马达28的目标涡轮转速(步骤100)。

接着，通过空气流量计18测量通过压缩机的空气量(步骤102)，然后，通过涡轮转速传感器30测量涡轮转速(步骤104)。

接着，根据喘振映射图和在上述步骤102中获得的通过压缩机的空气量来计算喘振界限涡轮转速(步骤106)。ECU 50将上述图4所示的关系作为用于获得喘振界限涡轮转速的喘振映射图而存储。这样的喘振映射图预先通过实验等来确定。

接着，判断在上述步骤106中获得的喘振界限涡轮转速是否大于在上述步骤100中算出的目标涡轮转速(步骤108)。进行判断的结果，当喘振界限涡轮转速>目标涡轮转速成立时，能够判断出当前时刻的目标涡轮转速还没有达到喘振界限。因此，直接使用在上述步骤100中算出的目标涡轮转速。

另一方面，当在上述步骤108中判断出喘振界限涡轮转速>目标涡轮转速不成立时，为了避免压缩机26a的工作点进入喘振区域，将目标涡轮转速从在上述步骤100中算出的值置换为在上述步骤106中算出的喘振界限涡轮转速(步骤110)。

根据以上说明的图5所示的例程，基于通过压缩机的空气量正确且迅速地获得喘振界限涡轮转速，并在不超过喘振界限涡轮转速的范围内控制电动马达28的目标涡轮转速。并且，如参考图2所示的框图进行说明的那样，由马达控制器52通过使用了当前涡轮转速的涡轮转速反馈控制来控制马达的转速、即涡轮转速，以使其达到被限制在上述的喘振界限内的目标涡轮转速。因此，根据本实施方式的方法，能够高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机26a。

与以上说明的本实施方式的方法不同，还已知有基于增压来控制电动马达28的方法。更具体地说，由发动机ECU根据通过压缩机的空气量与涡轮转速的关系来计算作为喘振界限的压力比，并根据该喘振界限压力比来计算增压的界限压力。然后，根据该界限压力与当前增压之差来计算电动马达的马达输出目标值。然后，发动机ECU将算出的马达输出目标值输出给马达控制器。马达控制器确定预定的目标涡轮转速(马达转速)，以使所述马达输出目标值与当前的马达输出值之差接近0。并且，控制马达电流，以使所述目标涡轮转速与当前的涡轮转速之差为0。

在如上述现有方法那样将压力比用作参数的情况下，由于进气管压力受进气系统脉动的影响，需花费一定的时间(数百毫秒)才能根据这种波动大的进气管压力来计算出正确的压力比。这样，当使用增压时，控制延迟大、并且测量值的偏差大，难以迅速且正确地进行喘振判断。其结果是，为了可靠地避免喘振，需要使增压器在相对于喘振线具有预定裕度的情况下工作。如果对喘振设置这样的裕度，就不能在喘振线附近实现高效率的增压供气。

另外，如果使用上述的现有方法，则在发动机ECU内需要设置增压的反馈电路。并且，尽管交流马达的转速被控制，但是在马达控制器内除了涡轮转速的反馈电路以外，还需要增加马达输出的反馈电路。

对此，在基于涡轮转速(马达转速)进行控制的本实施方式的方法中，需要实时测量的参数是通过压缩机的空气量和涡轮转速。通过压缩机的空气量由于在几乎不受脉动影响的进气管14的入口附近被测量，因此能够在较短的时间内得到正确的值。并且，如上述步骤108～110的处理所示的那样，由于向欲对作为交流马达的电动马达28的转速进行控制的马达控制器52提供考虑了喘振界限的目标涡轮转速，因此无需在电动马达28的控制系统中设置上述现有方法所具有的增压和马达输出的反馈电路。因此，根据本实施方式的方法，能够简化电动马达28的控制系统的结构，同时可实现能够高精度地避免喘振的增压控制。

然而，在上述第一实施方式中，为了避免喘振，分别直接使用了由空气流量计18测出的通过压缩机的空气量和由涡轮转速传感器30测出的当前的涡轮转速。但是，为了更可靠地避免喘振，也可以通过参考下述图6和图7进行说明的方法来控制目标涡轮转速。

图6是为了实现这种目标涡轮转速控制的变形例而由ECU 50执行的例程的流程图。在图6中，对于与图5所示的步骤相同的步骤，标注相同的标号并省略或简化其说明。

在图6所示的例程中，首先根据进气温度传感器37和进气压力传感器36各自的输出来分别测量进气温度和进气压力(步骤200)。

接着，在测出通过压缩机的空气量和涡轮转速(步骤102和104)之后，根据进气温度和进气压力，分别修正在上述步骤102和104中获得的通过压缩机的空气量和涡轮转速(步骤202)。具体地说，按照下式进行修正。

其中，在上述各式中，θ为进气温度/标准温度(例如293.15K)，δ为进气压力/标准压力(例如，101.325kPa abs(绝对压力))

接着，根据图7所示的喘振映射图和在上述步骤202中获得的修正空气量来计算喘振界限涡轮转速(步骤204)。图7是为了根据修正空气量获得喘振界限涡轮转速而由ECU 50存储的喘振映射图。图7所示的映射图除了通过压缩机的空气量被改为修正空气量以外，与上述图4所示的映射图相同。

接着，对在上述步骤204中获得的喘振界限涡轮转速与在上述步骤202中获得的修正涡轮转速进行比较(步骤206)。进行比较的结果，当判断出喘振界限涡轮转速>修正涡轮转速成立时，可以判断为当前时刻的目标涡轮转速还没有达到喘振界限。因此，在此情况下，将修正涡轮转速用作目标涡轮转速(步骤208)。

另一方面，在上述步骤206中，当判断出喘振界限涡轮转速>修正涡轮转速不成立时，为了避免压缩机26a的工作点进入到喘振区域，将喘振界限涡轮转速用作目标涡轮转速(步骤110)。

根据以上说明的图6所示的例程，能够比上述图5所示的方法进一步提高喘振界限涡轮转速的计算精度，因此利用图6所示的例程，能够进一步高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机26a。

另外，在上述第一实施方式中，通过ECU 50执行上述步骤104的处理来实现了上述第一发明中的“转速获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤102的处理来实现了上述第一发明中的“运转参数获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤106的处理来实现了上述第一发明中的“界限转速获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤108和110的处理来实现了上述第一发明中的“压缩机控制单元”。

另外，通过ECU 50执行上述步骤100的处理来实现了上述第二发明中的“目标转速获得单元”，通过ECU 50在上述步骤108的判断不成立的情况下执行上述步骤110的处理来实现了上述第二发明中的“目标转速限制单元”。

另外，发动机ECU 50相当于上述第三发明中的“发动机控制装置”，马达控制器52相当于上述第三发明中的“马达控制装置”。

第二实施方式

接着，参考图8来说明本发明的第二实施方式。

本实施方式的系统可通过使用图1所示的硬件结构并使ECU 50执行与图5所示的例程类似的例程来实现。

[第二实施方式的特点]

图8是示出在本第二实施方式中使用的喘振映射图的图。在上述第一实施方式中，是依照根据与通过压缩机的空气量的关系所确定的喘振映射图来计算喘振界限涡轮转速的。但是，在能够用来判断喘振的内燃机10的运转参数中，与压缩机26a的工作特性相关且比进气管压力波动少的运转参数不限于通过压缩机的空气量。例如，也可以是发动机转速。即，如图8所示，本实施方式的特点是，依照根据与发动机转速的关系所确定的喘振映射图来计算喘振界限涡轮转速。

在发动机转速、涡轮转速和喘振区域之间存在上述图3的压缩机映射图所示的关联。因此，根据与通过压缩机的空气量的场合相同的想法，如果知道发动机转速，就能够掌握达到喘振线的涡轮转速、即喘振界限涡轮转速。

利用以与发动机转速的关系确定了喘振界限涡轮转速的喘振映射图所进行的目标涡轮转速的控制可通过使ECU 50执行将上述图5所示例程中的通过压缩机的空气量置换为发动机转速的类似的例程来实现，并能够获得与上述第一实施方式相同的效果。

第三实施方式

接着，参考图9来说明本发明的第三实施方式。

本实施方式的系统可通过使用图1所示的硬件结构并使ECU50执行与图5所示的例程类似的例程来实现。

[第三实施方式的特点]

图9是示出在本第三实施方式中使用的喘振映射图的图。与上述第二实施方式一样，本实施方式的喘振映射图也根据与发动机转速的关系来确定喘振界限涡轮转速。但是，内燃机10的进气效率例如在涡流控制阀的开度发生变化时发生变化，或者在可变气门机构46、48的控制位置发生变化时发生变化。因此，本实施方式的特点是，在喘振映射图上反映了由内燃机10所具有的上述执行器的驱动引起的进气效率的变化。

大致来讲，本实施方式的喘振映射图如图9所示，在喘振映射图中具有多条与内燃机10的执行器的控制量(这里为涡流控制阀的开度)相应的喘振线。该喘振线被设定成随着涡流控制阀的开度变大、即随着进气效率变高，针对某一发动机转速的喘振界限涡轮转速的值变高。

根据以上说明的本实施方式的喘振映射图，基于发动机转速和涡流控制阀的开度来计算喘振界限涡轮转速。因此，能够将随着内燃机10的执行器的驱动而发生的进气效率的变化反映在喘振界限涡轮转速的计算中。并且，通过使用如此算出的喘振界限涡轮转速，与上述第二实施方式相比，能够更高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机26a。

在上述第三实施方式中，是根据作为与内燃机10的进气效率有关的执行器的涡流控制阀的开度来计算喘振界限涡轮转速的，但是，与内燃机10的进气效率有关的执行器也可以是由可变气门机构46、48控制的进气门、排气门的气门开启特性(提升量、作用角、开闭正时等)。

另外，作为考虑进气效率的其他方法，也可以具有分别检测内燃机10的进气岐管12内的压力和温度的进气岐管压力传感器和进气岐管进气温度传感器。另外，也可以根据下式在内燃机10的运转中计算进气效率，并根据所算出的进气效率来改变喘振映射图中的喘振线。

进气效率(体积效率)＝(吸入空气量/吸入空气密度)/(发动机转速×排气量)×(标准压力/进气岐管压力)×(进气岐管进气温度/标准温度)

第四实施方式

接着，参考上述图3和图4、以及图10至图13来说明本发明的第四实施方式。

本实施方式的系统可通过使用图1所示的硬件结构并使ECU 50执行图10的例程来实现。

[本实施方式的喘振判断方法]

接着，参考上述图3来说明本实施方式的喘振判断方法。如上所述，图3中以粗线所示的曲线表示喘振线，在图3中，喘振线左侧的划有阴影线的区域对应于喘振区域。即，喘振容易在压缩机26a的压力比大并且通过压缩机的空气量少的状况下发生。

为了实现效率高的增压供气，优选在喘振线附近控制压缩机26a。另外，在由于加速等而产生喘振的情况下，如使用图10在后面进行说明的那样，如果控制内燃机10所具有的预定的执行器，就能够避免喘振。但是，如果对喘振的检测变慢，则所发生的喘振会变大。而且为避免大的喘振而所执行的执行器的控制量也会变大。并且，如果发生大的喘振，则解除该喘振就比较费时。其结果是，内燃机10的加速力会大大衰减。因此，需要正确且迅速地进行喘振判断。因此，在本实施方式中，根据上述图4所示的关系来进行喘振判断。

图3示出了等涡轮转速线。如图3所示，在涡轮转速为恒定的情况下，通过压缩机的空气量越少就越接近喘振区域。另外，涡轮转速与压力比之间存在压力比越高涡轮转速就越高的关系。根据这样的图3所示的关系，如果知道作为内燃机10的运转参数之一的通过压缩机的空气量，就能够掌握达到喘振线的涡轮转速、即喘振界限涡轮转速(喘振界限压缩机转速)。

如上所述，图4是直接示出通过压缩机的空气量与喘振界限涡轮转速的关系的图。如图4所示，喘振界限涡轮转速具有通过压缩机的空气量越多就变得越高的趋势。如果将图4所示的关系作为映射图而存储在ECU50中，则通过获得由空气流量计18测量的通过压缩机的空气量，能够获得喘振界限涡轮转速。并且，如果对涡轮转速传感器30所检测的当前涡轮转速和上述喘振界限涡轮转速进行比较，就能够判断当前的涡轮增压器26的运转区域是否进入喘振区域。

在上述的喘振判断方法中，需要实时测量的参数是通过压缩机的空气量和涡轮转速。与这样的方法不同，在将压力比用作参数的情况下，由于进气管压力受进气系统脉动的影响，因此需要花费一定的时间(数百毫秒)才能根据上述波动大的进气管压力来算出正确的压力比。与此相对，由于通过压缩机的空气量在几乎不受脉动影响的进气管14的入口附近被测量，因此能够在较短的时间内得到正确的值。如上所述，根据本实施方式的喘振判断方法，通过使用根据与通过压缩机的空气量的关系所确定的喘振判断值(喘振界限涡轮转速)，能够根据当前的涡轮转速来在内燃机10的运转中估计涡轮增压器26的当前工作点，并可根据该推测结果来正确且迅速地进行喘振判断。

[本实施方式的喘振避免控制]

接着，对在喘振判断后进行的喘振避免控制进行说明。

在本实施方式中，ECU 50利用上述图4所示的关系，根据通过压缩机的空气量和当前的涡轮转速来计算涡轮增压器26的当前工作点(换言之，上述图3所示的压缩机映射图中的当前运转位置)。并且，ECU 50控制内燃机10的预定的执行器(废气旁通阀44、旁通阀34等)，以使该工作点不超出压缩机26a的喘振线并通过该喘振线附近。

图10是为了实现上述功能而在本第四实施方式中由ECU 50执行的例程的流程图。在图10所示的例程中，首先，通过空气流量计18来测量通过压缩机的空气量(步骤300)，接着，通过涡轮转速传感器30来测量涡轮转速(步骤302)。

接着，根据喘振映射图和在上述步骤300中获得的通过压缩机的空气量来计算喘振界限涡轮转速(步骤304)。ECU 50将上述图4所示的关系作为用于获得喘振界限涡轮转速的喘振映射图而存储。这样的喘振映射图预先通过实验等来确定。

接着，判断在上述步骤304中获得的喘振界限涡轮转速是否大于在上述步骤302中获得的当前涡轮转速(步骤306)。进行判断的结果，当喘振界限涡轮转速>当前的涡轮转速成立时，能够判断为当前的压缩机26a的工作点没有进入喘振区域。因此，之后，这次的处理周期迅速结束。

另一方面，当在上述步骤306中判断出喘振界限涡轮转速>当前的涡轮转速不成立时，可以判断为当前的压缩机26a的工作点达到了喘振线。因此，在此情况下，实施以下的喘振避免控制(步骤308)。具体地说，控制废气旁通阀44的开度，以使其增大预定量。由此来抑制涡轮转速的上升。

根据以上说明的图10所示的例程，基于喘振映射图和通过压缩机的空气量来计算喘振界限涡轮转速，并根据该喘振界限涡轮转速与当前涡轮转速的比较结果来计算涡轮增压器26的当前工作点。然后，控制废气旁通阀44的开度，以使该工作点不超出压缩机26a的喘振线并通过该喘振线附近。因此，能够正确且迅速地进行喘振判断，并且即使在判断出发生了喘振的情况下也能够迅速地避开喘振，从而能够在喘振线附近控制压缩机26a。由此，能够使用涡轮增压器26实现效率高的增压供气。

然而，在上述的第四实施方式中，作为上述步骤308中的喘振避免控制的一个例子，对废气旁通阀44的开度进行了控制。但是，用于上述步骤308中的喘振避免控制的方法不限于此。即，例如象本实施方式的内燃机10那样，在进气管14具有旁通阀34的情况下，为了避免喘振，也可以将旁通阀34的开度增大预定量。根据这样的方法，通过增加通过压缩机的空气量，可使压缩机26a的工作点离开喘振线。

或者，为实施上述步骤308中的喘振避免控制，也可以将燃料喷射量减少预定量。根据这样的方法，能够减少供应给涡轮机26b的排气能量，因此能够抑制涡轮转速的上升。

另外，如本实施方式那样，在具有带电动马达28的涡轮增压器26的情况下，为实施上述步骤308中的喘振避免控制，也可以将电动马达28的输出降低预定量。根据这样的方法，也能够降低涡轮转速。

另外，如果是包括具有用于改变涡轮机入口面积的可变喷嘴的涡轮增压器(省略图示)的内燃机，则为实施上述步骤308中的喘振避免控制，也可以将可变喷嘴的开度增大预定量，即也可以加大涡轮机的入口面积。根据这样的方法，也能够降低涡轮转速。

另外，如本实施方式那样，在具有用于控制进气门和排气门的开闭正时的可变气门机构46、48的情况下，为实施上述步骤308中的喘振避免控制，也可以将进气门和排气门的气门重叠度增加预定量。图11是示出由气门重叠度引起的喘振裕度的变化的图。如果适当地加大气门重叠度，内燃机10的进气效率就会上升。其结果是，如图11所示，通过压缩机的空气量增加，压缩机26a的工作点离开喘振线，由此喘振裕度上升。另外，为避免喘振而提高进气效率的方法不限于此，例如在具有涡流控制阀的内燃机(省略图示)的情况下，为了避免喘振，也可以将涡流控制阀的开度加大预定量。

另外，在上述的第四实施方式中，为了进行喘振判断，分别直接使用了由空气流量计18测出的通过压缩机的空气量和由涡轮转速传感器30测出的当前的涡轮转速。但是，为了进一步提高判断喘振的精度，也可以采用参考下面图12和图13进行说明的方法。

图12是为了实现这种喘振避免控制的变形例而由ECU 50执行的例程的流程图。另外，在图12中，对于与图10所示的步骤相同的步骤，标注相同的标号并省略或简化其说明。

在图12所示的例程中，首先，根据进气温度传感器37和进气压力传感器36各自的输出来分别测量进气温度和进气压力(步骤400)。

接着，在测出通过压缩机的空气量和涡轮转速(步骤300和步骤302)之后，根据进气温度和进气压力，分别修正在上述步骤300和302中获得的通过压缩机的空气量和涡轮转速(步骤402)。具体地说，按照下式进行修正。

其中，在上述各式中，θ为进气温度/标准温度(例如293.15K)，δ为进气压力/标准压力(例如101.325kPa abs(绝对压力))。

接着，根据图13所示的喘振映射图和在上述步骤402中获得的修正空气量来计算喘振界限涡轮转速(步骤404)。图13是为了根据修正空气量获得喘振界限涡轮转速而由ECU 50存储的喘振映射图。图13所示的映射图除了通过压缩机的空气量被改为修正空气量以外，与上述图4所示的映射图相同。

接着，对在上述步骤404中获得的喘振界限涡轮转速与在上述步骤402中获得的修正涡轮转速进行比较(步骤406)。以后的处理与上述图10所示的例程相同，因此省略其详细说明。

根据以上说明的图12所示的例程，能够比上述图10所示的方法进一步提高喘振界限涡轮转速的计算精度和获得当前涡轮转速的精度，因此能够进一步提高喘振判断的准确性。

在上述的第四实施方式中，通过ECU 50执行上述步骤302的处理来实现了上述第七发明中的“转速获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤300的处理来实现了上述第七发明中的“运转参数获得单元”，通过ECU50执行上述步骤304的处理来实现了上述第七发明中的“界限转速获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤306的处理来实现了上述第七发明中的“喘振判断单元”。

第五实施方式

接着，参考上述图8和图9来说明本发明的第五实施方式。

本实施方式的系统可通过使用图1所示的硬件结构并使ECU 50执行与图10所示的例程类似的例程来实现。

[第五实施方式的特点]

在上述的第四实施方式中，使用了根据与通过压缩机的空气量的关系确定了喘振界限涡轮转速的映射图。但是，在能够用来判断喘振的内燃机10的运转参数中，与压缩机26a的工作特性相关且比进气管压力波动少的运转参数不限于通过压缩机的空气量，也可以是发动机转速。

上述图8也是示出在本第五实施方式中使用的喘振映射图的图。如图8所示，本实施方式的特点是，使用了根据与发动机转速的关系来确定用于喘振判断的喘振界限涡轮转速的喘振映射图。发动机转速、涡轮转速和喘振区域之间存在上述图3的压缩机映射图所示那样的一定的关系。因此，根据与通过压缩机的空气量的场合相同的想法，如果知道发动机转速，就能够掌握达到喘振线的涡轮转速、即喘振界限涡轮转速(喘振界限压缩机转速)。发动机转速可根据曲轴转角传感器58的输出来迅速检测，因此与压力比相比，获得发动机转速时的时间延迟短。因此，能够正确且迅速地进行喘振判断。另外，喘振界限涡轮转速与发动机转速的关系与上述图4所示的关系相同，发动机转速越高，喘振界限涡轮转速就越高。

利用以与当前发动机转速的关系确定了喘振界限涡轮转速的喘振映射图所进行的喘振判断可通过使ECU 50执行将上述图10所示例程中的通过压缩机的空气量置换为发动机转速的类似的例程来实现，并能够获得与上述第四实施方式相同的效果。

在上述的第五实施方式中，是根据与当前发动机转速的关系来获得喘振界限涡轮转速的。这里，内燃机10的进气效率例如在涡流控制阀的开度发生变化时发生变化，或者在可变气门机构46、48的控制位置发生变化时发生变化。因此，在包含涡流控制阀或可变气门机构等影响进气效率的执行器的内燃机中，也可以如上述图9所示的喘振映射图那样，除发动机转速以外，还根据进气效率来确定喘振界限涡轮转速(喘振界限压缩机转速)。

上述图9也是示出在上述本第五实施方式的变形例中使用的喘振映射图的图。在图9所示的喘振映射图中反映了进气效率随着内燃机10的执行器的控制量(这里为涡流控制阀的开度)的变化而发生的变化。大致来讲，在该喘振映射图中具有多条与涡流控制阀的开度相应的喘振线。该喘振线被设定成随着涡流控制阀的开度变大、即随着进气效率变高，针对某一发动机转速的喘振界限涡轮转速的值变高。

根据上述的喘振映射图，基于发动机转速和涡流控制阀的开度来计算喘振界限涡轮转速。因此，能够将随着内燃机10的执行器的驱动而发生的进气效率的变化反映在喘振界限涡轮转速的计算中。并且，通过使用如此算出的喘振界限涡轮转速，与上述第五实施方式相比，能够更高精度地避免喘振，同时能够在喘振界限附近的高效率的工作区域控制压缩机26a。

另外，在上述图9所示的喘振映射图中，是根据作为与内燃机10的进气效率有关的执行器的涡流控制阀的开度来计算喘振界限涡轮转速的，但是，与内燃机10的进气效率有关的执行器也可以是由可变气门机构46、48控制的进气门、排气门的气门开启特性(提升量、作用角、开闭正时等)。

另外，作为考虑进气效率的其他方法，也可以具有分别检测内燃机10的进气岐管12内的压力和温度的进气岐管压力传感器和进气岐管进气温度传感器。并且，也可以根据下式在内燃机10的运转中计算进气效率，并根据所算出的进气效率来改变喘振映射图中的喘振线。

第六实施方式

接着，参考图14至图16来说明本发明的第六实施方式。

本实施方式的系统可通过使用图1所示的硬件结构并使ECU 50执行代替图10所示例程的后述的图14所示的例程来实现。

[第六实施方式的特点]

在上述的第四实施方式中，当判断出当前的涡轮转速达到喘振界限涡轮转速时，迅速进行喘振避免控制。与此相对，本实施方式的特点是，根据喘振界限涡轮转速与当前涡轮转速之差来判断喘振裕度，并且根据这样的喘振裕度来控制用于避免喘振的预定的执行器的控制量。

图14是为实现上述功能而在本第六实施方式中由ECU 50执行的例程的流程图。另外，在图14中，对于与图12所示的步骤相同的步骤，标注相同的标号并省略或简化其说明。

在图14所示的例程中，根据上述图13的喘振映射图和在上述步骤402中获得的修正空气量来计算喘振界限涡轮转速(步骤404)，接着计算喘振裕度(步骤500)。图15是用于说明这样的喘振裕度的图。如图15所示，根据当前的修正空气量和涡轮转速，可得到压缩机26a的当前工作点。然后计算作为当前修正空气量下的喘振界限涡轮转速与当前涡轮转速之差的喘振裕度。

接着，根据在上述步骤500中算出的喘振裕度和图16所示的喘振校正映射图来计算喘振避免校正量(步骤502)。该喘振避免校正量是用于避免喘振的执行器的控制量，例如在执行器为废气旁通阀44的情况下，该校正量是使其开度增大的校正量。图16是以与喘振裕度的关系确定了喘振避免校正量的映射图。在图16所示的映射图中进行如下设定，即：在喘振裕度变为规定值以下时开始施加喘振避免校正量，并随着喘振裕度变小，喘振避免校正量变大。

在图14所示的例程中，接下来，与在上述步骤502中算出的喘振避免校正量相应地调整废气旁通阀44的开度，由此来实施喘振避免控制(步骤504)。

另外，如在上述的第四实施方式中也说明的那样，用于避免喘振的执行器不限于废气旁通阀44。即，也可以在喘振裕度变小的情况下，如果是旁通阀34，则加大其开度，如果是电动马达28，则减小其输出，如果是燃料喷射量，则减少喷射量，如果是可变喷嘴，则加大其开度，如果是气门重叠度，则增加该气门重叠度，或者如果是涡流控制阀，则加大其开度。

根据以上说明的图14所示的例程，随着喘振裕度变小，即随着压缩机26a的工作点接近喘振线，向执行器施加的喘振避免校正量变大。根据这样的方法，与上述第四实施方式的方法相比，能够更可靠地避免进入喘振区域。并且，在喘振裕度比较富余的情况下，还能够防止提供不必要的喘振避免校正量，因此能够避免发动机输出过度下降。

然而，在上述的第六实施方式中，是在上述步骤500中根据由当前的通过压缩机的空气量算出的喘振界限涡轮转速与当前涡轮转速之差来计算喘振裕度的，但是喘振裕度的计算方法不限于此。即，喘振裕度也可以根据当前的通过压缩机的空气量与由当前涡轮转速计算的喘振界限空气流量之差来计算(参考图15)。

另外，在上述的第六实施方式中，使用了以与通过压缩机的空气量(修正空气量)的关系确定了喘振界限涡轮转速的映射图(参考图13(图15))，但是，用来获得喘振界限涡轮转速的内燃机10的运转参数不限于通过压缩机的空气量，与上述第四实施方式的场合一样，也可以是发动机转速。并且，喘振裕度的计算方法既可以采用根据由当前发动机转速算出的喘振界限涡轮转速与当前涡轮转速之差来计算的方法，也可以采用根据当前发动机转速与由当前涡轮转速算出的喘振界限发动机转速之差来计算的方法。

在上述的第六实施方式中，通过ECU 50执行上述步骤500的处理来实现了上述第八发明中的“喘振裕度获得单元”，通过ECU 50执行上述步骤502和504的处理来实现了上述第八发明中的“喘振避免控制单元”。

虽然在上述第一实施方式至第六实施方式中使用了具有可强制驱动压缩机26a的电动马达28的涡轮增压器26，但是本发明中的增压器不限于此，只要具有离心式压缩机就可以。即，例如也可以是电动式压缩机。

Claims

1.一种带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，包括：

增压器，具有离心式压缩机；

转速获得单元，获得所述离心式压缩机的压缩机转速；

运转参数获得单元，获得运转参数，所述运转参数是与所述离心式压缩机的工作特性相关的内燃机的运转参数，并且其波动比进气管压力的波动少；

2.如权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述压缩机控制单元又包括：

目标转速限制单元，限制所述目标压缩机转速，以使该目标压缩机转速小于或等于喘振界限压缩机转速。

3.如权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，

还包括驱动所述离心式压缩机的电动马达，

所述压缩机控制单元还包括马达控制装置，所述马达控制装置与控制内燃机的运转的发动机控制装置分开设置，用于控制所述电动马达的转速，

4.如权利要求1至3中任一项所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述运转参数是通过所述离心式压缩机的空气量。

5.如权利要求1至3中任一项所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述运转参数是发动机转速。

6.如权利要求5所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，

7.一种带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，包括：

增压器，具有离心式压缩机；

转速获得单元，获得所述离心式压缩机的压缩机转速；

8.如权利要求7所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，包括：

9.如权利要求7或8所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述运转参数是通过所述离心式压缩机的空气量。

10.如权利要求7或8所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述运转参数是发动机转速。

11.如权利要求10所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述界限转速获得单元根据发动机转速和内燃机的进气效率来获得所述喘振界限压缩机转速。