CN102124194A - 发动机 - Google Patents

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Abstract

构成增压器(21、31)的涡轮(21b、31b)串联配置于排气通路(3)，压缩器(21a、31a)串联配置于进气通路(2)，增压器(31)具备增压器旋转传感器(61)、旁通通路(4)以及旁通阀(34)，所述增压器旋转传感器(61)向控制装置发送根据压缩器(31a)的旋转而得到的检测信号，所述旁通通路(4)从涡轮(31b)的上游侧向下游侧旁通排气气体，所述旁通阀(34)对在旁通通路(4)中流动的排气气体的流量进行调节，控制装置(60)基于来自增压器旋转传感器(61)的检测信号，生成控制信号，并且向旁通阀(34)发送控制信号，由此将压缩器(21a、31a)的旋转速度调节至高效率区域。

Description

发动机
技术领域
本发明涉及具备多个增压器的发动机的控制技术。
背景技术
以往，作为具备多个增压器的发动机，公知具备两段式增压系统的发动机。具备两段式增压系统的发动机例如结构为：接受排气气体进行旋转驱动的涡轮串联配置于一个排气通路，对吸入空气进行加压的压缩器串联配置于一个进气通路。并且，在从涡轮的上游侧向下游侧旁通的旁通通路、从压缩器的上游侧向下游侧旁通的旁通通路设置有旁通阀，通过控制该旁通阀从而能够对增压压力进行调节(例如参照专利文献1)。
但是，以往以来，在具备增压器的发动机中，仅是基于来自吸入空气流量传感器、增压压力传感器的检测信号来调节为与发动机的运行状态相应的增压压力。因此，在具备两段式增压系统的发动机中，难以将构成增压器的各个压缩器的旋转速度调节至各个增压器的高效区域、同时确保与发动机的运行状态相应的增压压力。
专利文献1：日本特开2004-92646号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题在于提供一种发动机及控制方法，其能够在具备多个增压器的发动机中，确保与该发动机的运行状态相应的增压压力，并且将构成增压器的各个压缩器的旋转速度调节至各个增压器的高效区域。
用于解决课题的方案
对用于解决本发明要解决的课题的方案进行说明。
本发明的第一方式是具备多个增压器的发动机，所述增压器包括接受在排气通路中流动的排气气体进行旋转驱动的涡轮、和被该涡轮旋转驱动而对在进气通路中流动的吸入空气进行加压的压缩器，构成所述增压器的各个涡轮串联配置于一个所述排气通路，构成所述增压器的各个压缩器串联配置于一个所述进气通路，至少一个所述增压器具备：增压器旋转传感器，其向控制装置发送根据构成该增压器的压缩器的旋转而得到的检测信号；旁通通路，其从构成该增压器的涡轮的上游侧向下游侧旁通排气气体；以及旁通阀，其对在该旁通通路中流动的排气气体的流量进行调节，所述控制装置，基于来自所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且向所述旁通阀发送控制信号，由此将构成所述增压器的各个压缩器的旋转速度调节至各个所述增压器的高效率区域。
本发明的第二方式是在第一方式的发动机中，具备能够根据控制信号变更燃料喷射特性的燃料喷射嘴，所述控制装置，基于来自所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且向所述燃料喷射嘴发送控制信号，由此根据运行状态变更燃料喷射特性。
本发明的第三方式是在第一方式的发动机中，具备：增压压力传感器，其检测通过多个所述增压器加压后的吸入空气的压力，并且向所述控制装置发送检测信号；和进气节流器，其配置在所述增压压力传感器的上游侧，对通过多个所述增压器加压后的吸入空气的流量进行调节，所述控制装置，基于来自所述增压压力传感器和所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且，向所述进气节流器发送控制信号，由此根据运行状态调节吸入空气的压力。
本发明的第四方式是在第三方式的发动机中，具备：EGR通路，其将在所述排气通路中流动的排气气体的一部分导向所述进气通路；和EGR阀，其对在所述EGR通路中流动的排气气体的流量进行调节，所述控制装置，基于来自所述增压压力传感器和所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且，向所述EGR阀发送控制信号，由此，根据运行状态调节导至所述进气通路的排气气体的流量。
发明的效果
作为本发明的效果，实现以下所述的效果。
在第一方式中，通过基于来自增压器旋转传感器的检测信号来控制旁通阀，能够将构成增压器的各个压缩器的旋转速度调节至各个增压器的高效率区域。由此，能够高效地将吸入空气加压到与发动机的运行状态相应的增压压力，能够减少燃料消耗量。
在第二方式中，通过基于来自增压器旋转传感器的检测信号来控制燃料喷射嘴，能够适当地变更为最佳的燃料喷射特性。由此，能够实现与发动机的运行状态相应的燃料喷射，能够避免排气排出的恶化。
在第三方式中，通过基于来自增压压力传感器和增压器旋转传感器的检测信号来控制进气节流器，不需要设置从构成增压器的压缩器的上游侧向下游侧旁通的旁通通路。由此，能够简化发动机的构造。
在第四方式中，通过基于来自增压压力传感器和增压器旋转传感器的检测信号来控制EGR阀，能够将导至进气通路的排气气体调节为最佳的流量。由此，能够进行与发动机的运行状态相应的控制，能避免排气排出的恶化。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的具备两段式增压系统的发动机的整体结构的结构图。
图2是表示增压器的压缩器性能的等效率线图。
图3是表示增压器的控制结构的控制流程图。
图4是表示本发明第二实施方式的具备两段式增压系统的发动机的整体结构的结构图。
图5是表示增压器的控制结构的控制流程图。
图6是表示本发明第三实施方式的具备两段式增压系统的发动机的整体结构的结构图。
图7是表示EGR阀的控制结构的控制流程图。
符号说明
1发动机本体
2进气通路
3排气通路
4旁通通路
5EGR通路
7旁通通路
12进气歧管
13排气歧管
15燃料喷射嘴
20两段式增压系统
21低压增压器
21a压缩器
21b涡轮
24旁通阀
31高压增压器
31a压缩器
31b涡轮
34旁通阀
40进气节流器
50EGR装置
51EGR阀
60控制装置
61增压器旋转传感器
62增压压力传感器
100发动机
200发动机
300发动机
具体实施方式
接着，对发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明第一实施方式的具备两段式增压系统20的发动机100的整体结构的结构图，图2是表示各增压器21、31的压缩器性能的等效率线图，图3是表示各增压器21、31的控制结构的控制流程图。
图4是表示本发明第二实施方式的具备两段式增压系统20的发动机200的整体结构的结构图，图5是表示各增压器21、31的控制结构的控制流程图。
图6是表示本发明第三实施方式的具备两段式增压系统20的发动机300的整体结构的结构图，图7是表示EGR阀51的控制结构的控制流程图。
使用图1对本发明第一实施方式的发动机100的结构进行说明。发动机100是具有6个燃烧室的直喷式6气缸柴油发动机，主要包括发动机本体1、连接进气通路2的进气歧管12、连接排气通路3的排气歧管13、向各燃烧室喷射燃料的燃料喷射嘴15。该燃料喷射嘴15能够通过来自控制装置60的控制信号来任意地控制燃料喷射正时等。
另外，发动机100具备两段式增压系统20。两段式增压系统20是具备低压增压器21和高压增压器31这两个增压器的增压系统。
进气通路2是将吸入空气经由进气歧管12导向发动机本体1的通路。在进气通路2中沿着吸入空气流而具备构成低压增压机21的压缩器21a、对通过该压缩器21a加压后的吸入空气进行冷却的中间冷却器23、构成高压增压机31的压缩器31a、对通过该压缩器31a加压后的吸入空气进行冷却的中间冷却器33、对在进气通路2中流动的吸入空气的流量进行调节的进气节流器40。
并且，在进气歧管12设置有增压压力传感器62，对导至发动机本体1的吸入空气的压力进行检测，并向控制装置60发送检测信号。
排气通路3是将排气气体经由排气歧管13从发动机本体1排出的通路。在排气通路3上沿着排气气体流而设置有构成高压增压机31的涡轮31b、构成低压增压机21的涡轮21b。
详细而言，低压增压器21包括能够在发动机100的运行状态为高输出运行状态的情况下有效地进行吸入空气的加压的压缩器21a、和驱动该压缩器21a旋转的涡轮21b。并且，高压增压器31包括能够在发动机100的运行状态为低输出运行状态的情况下有效地进行吸入空气的加压的压缩器31a、和驱动该压缩器31a旋转的涡轮31b。
低压增压器21和高压增压器31通过各个压缩器21a、31a对在进气通路2中流动的吸入空气进行加压，低压增压器21的压缩器21a配置在进气通路2的上游侧，高压增压器31的压缩器31a配置在进气通路2的下游侧。
另外，在本实施方式的发动机100中，设置有使排气气体从构成高压增压器31的涡轮31b的上游侧向下游侧旁通的旁通通路4，具备对在该旁通通路4中流动的排气气体的流量进行调节的旁通阀34。
进一步，在高压增压器31设置有增压器旋转传感器61，该增压器旋转传感器61能够向控制装置60发送根据构成所述高压增压器31的压缩器31a的旋转而得到的检测信号。
控制装置60主要包括中央处理装置、存储装置等。控制装置60经由放大器65与设置于高压增压器31的增压器旋转传感器61、设置于进气歧管12的增压压力传感器62、未图示的加速踏板等发动机输出设定单元电连接。并且，基于来自它们的电信号生成控制信号，并且向前述的燃料喷射嘴15等输出控制信号。
另外，在控制装置60中，为了根据操作者的要求进行发动机100的运行，存储有增压映射、燃料喷射映射、进气节流映射、EGR映射等的控制映射。
增压映射等的各控制映射是例如为了确保操作者要求的发动机转速、转矩而存储有预先通过试验确定的最佳的控制因子的映射。由此，控制装置60能够通过从各控制映射调出控制因子来生成控制信号，从而对发动机100进行最佳的控制。
在此，对增压映射进行详细的说明。图2是表示低压增压器21及高压增压器31的压缩器性能的等效率线图。图2的横轴表示流向各压缩器21a、31a的吸入空气的流量，纵轴表示各压缩器21a、31a的上游侧和下游侧的压力比。
如图2所示，在低压增压器21的等效率线21map，右端线21mapR为旋转极限线，左端线21mapL为喘振(サ一ジ)极限线。旋转极限线和喘振极限线为产生由吸入空气流因剥离等而变为不稳定所导致的加压效率大幅降低的边界。即，低压增压器21能够在旋转极限线和喘振极限线所包围的区域中对吸入空气进行加压，其中心部分为能够最有效地对吸入空气进行加压的高效率区域。另外，同样地，高压增压器31也能够在由旋转极限线和喘振极限线所包围的区域中对吸入空气进行加压，其中心部分为高效率区域(参照等效率线31map)。
并且，如图2所示，低压增压器21的高效率区域形成在高流量、且高压力比侧，高压增压器31的高效率区域形成在低流量、且低压力比侧。由此，具备由这样的各增压器21、31构成的两段式增压系统20的发动机100能够在大的运行区域中得到最佳的增压压力。
使用图3对发动机100的增压器控制进行说明。控制装置60算出目标增压压力Bpatrg、目标增压器旋转速度ωctrg、目标旁通阀开度Ebyp_trg(S110)。
目标增压压力Bpatrg是能够根据发动机100的运行状态使燃料的燃烧最佳化的增压压力，是基于存储在控制装置60中的增压映射等而算出的。
目标增压器旋转速度ωctrg是能够在高压增压器31中最有效地对吸入空气进行加压的压缩器31a的旋转速度，是基于目标增压压力Bpatrg、存储在控制装置60中的增压映射(参照图3)等而算出的。
目标旁通阀开度Ebyp_trg是能够将构成高压增压器31的压缩器31a的旋转速度稳定为目标增压器旋转速度ωctrg的旁通阀34的开度，是基于存储在控制装置60中的增压映射等而算出的。
控制装置60作为条件(11)判断当前的增压压力Bpa与目标增压压力Bpatrg之差的绝对值是否小于预定值α2，作为条件(12)判断当前的增压器旋转速度Nta与目标增压器旋转速度ωctrg之差的绝对值是否小于预定值α3(S120)。
当在S120中满足条件(11)和条件(12)的情况下，两段式增压系统20进行与发动机100的运行状态相应的增压，对于构成两段式增压系统20的高压增压器31，判断为在高效率区域中运行。另外，通过对于此时的低压增压器21也预先选择在高效率区域中运行的压缩器21a，能够使各增压器21、31一同在高效率区域中运行。
控制装置60也能够通过对目标旁通阀开度Ebyp_trg加以修正，从而应对发动机100的历时劣化(S130)。
另一方面，当不满足S120中的条件(11)和条件(12)时，判断为两段式增压系统20没有进行与发动机100的运行状态相应的最佳的增压。即，判断为不是与发动机100的运行状态相应的最佳的增压压力、或者高压增压器31没有运行在高效率区域。于是，控制装置60调节进气节流器40的开度直到满足条件(11)(S140)，接着，调节旁通阀34的开度直到满足条件(12)(S150)。
进一步，控制装置60，在通过反复进行10次S150中的预定的控制也无法满足条件(12)的情况下，判断为在增压器旋转传感器61等中发生异常，由此来谋求提高两段式增压系统20的可靠性(S160)。
这样，在本实施方式的发动机100中，能够基于高压增压器31的增压器旋转速度Nta，对在旁通通路4中流动的排气气体的流量进行调节。由此，发动机100能够确保与该发动机100的运行状态相应的目标增压压力Bpatrg，并且使低压增压器21和高压增压器31运行在高效率区域，能够使燃料消耗量减少。
另外，控制装置60使用构成高压增压器31的压缩器31a的旋转速度来生成控制信号、并发送给燃料喷射嘴15，由此即使例如发动机100的运行状态处于出过渡运行状态，也能够适当变更燃料喷射特性。由此，能够实现与发动机100的运行状态相应的最佳的燃料喷射，避免排气排出(エミツシヨン)的恶化，并且能够高精度地控制发动机100的输出。
接着，使用图4对本发明第二实施方式的发动机200的结构进行说明。本实施方式的发动机200的基本结构与第一实施方式的发动机100是同样的，但还具备使排气气体从构成低压增压器21的涡轮21b的上游侧向下游侧旁通的旁通通路7、和对在该旁通通路7中流动的排气气体的流量进行调节的旁通阀24。
使用图5对发动机200的增压器控制进行说明。控制装置60算出目标增压压力Bpatrg、高压增压器31的目标增压器旋转速度的ωctrg_hp、低压增压器的目标增压器旋转速度ωctrg_lp、高压增压器31的目标旁通阀开度Ebyp_trg_hp、低压增压器的目标旁通阀开度Ebyp_trg_lp(S210)。关于各个目标值的计算是与第一实施方式同样的，因此省略说明。
控制装置60判断增压压力Bpa与目标增压压力Bpatrg之差的绝对值是否小于预定值α6(S220)。在满足S220中的条件的情况下，判断为两段式增压系统20进行与发动机200的运行状态相应的增压。
另一方面，在不满足S220中的条件的情况下，判断为两段式增压系统20没有进行与发动机200的运行状态相应的增压。于是，控制装置60调节低压增压器21的旁通阀24和高压增压器31的旁通阀34中的一方或双方的开度，直到满足S220中的条件(S230)。
并且，控制装置60作为条件(21)判断当前的高压增压器旋转速度Nta_hp与高压增压器31的目标增压器旋转速度的ωctrg_hp之差的绝对值是否小于预定值α7，作为条件(22)判断当前的低压增压器旋转速度Nta_lp与低压增压器21的目标增压器旋转速度ωctrg_lp之差的绝对值是否小于预定值α8(S240)。
在满足S240中的条件(21)和条件(22)的情况下，判断为构成两段式增压系统20的低压增压器21和高压增压器31运行在高效率区域。控制装置60通过对低压增压器21的目标旁通阀开度Ebyp_trg_lp、高压增压器31的目标旁通阀开度Ebyp_trg_hp加以修正，也能够应对发动机200的历时劣化(S270)。
另一方面，在不满足S240中的条件(21)和条件(22)的情况下，判断为构成两段式增压系统20的低压增压器21没有运行在高效率区域、或者构成两段式增压系统20的高压增压器31没有运行在高效率区域。于是，控制装置60调节高压增压器31的旁通阀34的开度直到满足条件(21)，调节低压增压器21的旁通阀24的开度直到满足条件(22)(S250)。
进一步，控制装置60，在即使反复进行10次S250中的预定的控制也不满足条件(21)和条件(22)的情况下，判断为在增压器旋转传感器61等中发生了异常，由此谋求提高两段式增压系统20的可靠性(S260)。
这样，在本实施方式的发动机200中，能够基于低压增压器21的增压器旋转速度Nta_lp，对在旁通通路7中流动的排气气体的流量进行调节，能够基于高压增压器31的增压器旋转速度Nta_hp，对在旁通通路4中流动的排气气体的流量进行调节。由此，能够确保与发动机200的运行状态相应的目标增压压力Bpatrg，并且使低压增压器21和高压增压器31运行在高效率区域，能够使燃料消耗量减少。
另外，控制装置60使用构成各增压器21、31的各压缩器21a、31a中的一方或者两方的旋转速度来生成控制信号、并发送给燃料喷射嘴15，由此例如发动机200的运行状态即使处于过渡运行状态，也能够适当变更燃料喷射特性。由此，能够实现与发动机200的运行状态相应的最佳的燃料喷射，能够避免排气排出的恶化，并且高精度地控制发动机200的输出。
接着，使用图6对本发明第三实施方式的发动机300的结构进行说明。本实施方式的发动机300的基本结构与第一实施方式的发动机100是同样的，但还具备将在排气通路3中流动的排气气体的一部分导向进气通路2的EGR装置50。
EGR装置50包括将在排气通路3中流动的排气气体的一部分导向进气通路2的EGR通路5、对在该EGR通路5中流动的排气气体进行冷却的EGR冷却器53、对在该EGR通路5中流动的排气气体的流量进行调节的EGR阀51。
使用图7对发动机300的EGR控制进行说明。控制装置60能够利用已有的计算式根据当前的增压压力Bpa、高压增压器31的增压器旋转速度Nta_hp求出吸入空气的流量。
首先，控制装置60算出目标EGR率EGR_1、EGR率EGRact(S310)。
目标EGR率EGR_1是能够根据发动机300的运行状态使燃料的燃烧最佳化的EGR率，是基于存储在控制装置60中的EGR映射等而算出的。
EGR率EGRact是根据排气流量Qair_wot、EGR流量Qair_act而算出的。排气流量Qair_wot是使EGR阀51全闭时在排气通路3中流动的排气气体的全部流量，EGR流量Qair_act是导向进气通路2的排气气体的流量。通过根据增压压力Bpa、高压增压器31的增压器旋转速度Nta_hp、在EGR通路5中流动的排气气体的温度等来修正密度，从而算出EGR流量Qair_act。
控制装置60判断EGR率EGRact与目标EGR率EGR_1之差的绝对值是否小于预定值α5(S320)。在满足S320中的条件的情况下，判断为EGR装置50进行着与发动机300的运行状态相应的EGR控制。
另一方面，在不满足S320中的条件的情况下，判断为EGR装置50没有进行与发动机300的运行状态相应的EGR控制。于是，控制装置60调节EGR通路5的EGR阀51的开度、直到满足S320中的条件(S330)。
进一步，控制装置60，在即使反复进行10次S330中的预定的控制也不满足S320中的条件的情况下，判断为在EGR阀51等中发生了异常，由此谋求提高EGR装置50的可靠性(S340)。
这样，在本实施方式的发动机300中，能够基于增压压力Bpa和增压器旋转速度Nta，对在EGR通路5中流动的排气气体的流量进行调节。由此，能够根据发动机300的运行状态稳定为目标EGR率EGR_1，能够避免排气排出的恶化。
工业实用性
本发明能够利用于具备多个增压器的发动机。

Claims (4)

1.一种发动机，具备多个增压器，所述增压器包括接受在排气通路中流动的排气气体进行旋转驱动的涡轮、和被该涡轮旋转驱动而对在进气通路中流动的吸入空气进行加压的压缩器，其特征在于，
构成所述增压器的各个涡轮串联配置于一个所述排气通路，
构成所述增压器的各个压缩器串联配置于一个所述进气通路，
至少一个所述增压器具备：
增压器旋转传感器，其向控制装置发送根据构成该增压器的压缩器的旋转而得到的检测信号；
旁通通路，其从构成该增压器的涡轮的上游侧向下游侧旁通排气气体；以及
旁通阀，其对在该旁通通路中流动的排气气体的流量进行调节，
所述控制装置，基于来自所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且向所述旁通阀发送控制信号，由此将构成所述增压器的各个压缩器的旋转速度调节至各个所述增压器的高效率区域。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，
具备能够根据控制信号变更燃料喷射特性的燃料喷射嘴，
所述控制装置，基于来自所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且向所述燃料喷射嘴发送控制信号，由此根据运行状态变更燃料喷射特性。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，具备：
增压压力传感器，其检测通过多个所述增压器加压后的吸入空气的压力，并且向所述控制装置发送检测信号；和
进气节流器，其配置在所述增压压力传感器的上游侧，对通过多个所述增压器加压后的吸入空气的流量进行调节，
所述控制装置，基于来自所述增压压力传感器和所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且，向所述进气节流器发送控制信号，由此根据运行状态调节吸入空气的压力。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，具备：
EGR通路，其将在所述排气通路中流动的排气气体的一部分导向所述进气通路；和
EGR阀，其对在所述EGR通路中流动的排气气体的流量进行调节，
所述控制装置，基于来自所述增压压力传感器和所述增压器旋转传感器的检测信号，生成控制信号，并且，向所述EGR阀发送控制信号，由此，根据运行状态调节导至所述进气通路的排气气体的流量。
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