CN102953851B - 内燃机系统以及内燃机系统的控制方法 - Google Patents
内燃机系统以及内燃机系统的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及内燃机系统以及内燃机系统的控制方法。内燃机系统(1)包括内燃机(11)、喷射器(12)、吸气管(13)、点火装置(14)、排气管(15)、涡轮增压器(16)、催化剂(17)、再循环阀(18)、压力传感器(19)、排放气体浓度传感器(20)、以及控制装置(21)。再循环阀(18)的吸气口(18a)经由第1旁路(22)与吸气管(13)中的位于涡轮增压器(16)的下游侧的吸气管连接，第1排气口(18b)经由第2旁路(23)与吸气管(13)中的位于涡轮增压器(16)的上游侧的吸气管连接，第2排气口(18c)经由第3旁路(24)与排气管(15)中的位于催化剂(17)的上游侧的排气管连接。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机系统以及内燃机系统的控制方法，特别是涉及具备再循环阀的内燃机系统以及内燃机系统的控制方法。
背景技术
一直以来，为了实现催化剂的早期活性化，在排气管上连接有二次空气供给装置，通过在启动后的催化剂非活性时由二次空气供给装置向催化剂导入空气，从而促进催化剂的化学反应并提高催化剂温度。然而，二次空气供给装置大多价格较高，另外，需要增压泵，因此，会有泵驱动的消耗电力、驱动时的噪音等的问题。
专利文献1：日本特开平6-185346号公报
专利文献2：日本特开平8-21230号公报
专利文献3：日本实开平4-105923号公报
发明内容
本发明是有鉴于上述问题而悉心研究的结果，其目的在于，提供一种能够不使用二次空气供给装置而实现催化剂的早期活性化并且能够防止吸气管的吸入空气的过剩的内燃机系统以及内燃机系统的控制方法。
因此，为了实现上述目的，本发明所涉及的内燃机系统的特征在于，包括：内燃机；喷射器，向所述内燃机供给燃料气体；吸气管，向所述内燃机供给空气；点火装置；排气管，从所述内燃机排出排放气体；涡轮增压器，对所述吸气管进行增压；催化剂，设置于所述排气管中，用于对所述排放气体进行净化；再循环阀，具有吸气口、第1排气口和第2排气口；压力传感器，设置于所述吸气管上，用于对所述吸气管中的气体压力进行检测；排放气体浓度传感器，设置于所述排气管中的位于所述催化剂的上游侧的排气管上，用于检测排放气体的浓度；以及控制装置，基于来自所述压力传感器和所述排放气体浓度传感器的信号，控制所述再循环阀；所述吸气口经由第1旁路与所述吸气管中的位于所述涡轮增压器的下游侧的吸气管连接，所述第1排气口经由第2旁路与所述吸气管中的位于所述涡轮增压器的上游侧的吸气管连接，所述第2排气口经由第3旁路与所述排气管中的位于所述催化剂的上游侧的排气管连接。这样，由于再循环阀的吸气口经由第1旁路与吸气管中的位于涡轮增压器的下游侧的吸气管连接，第1排气口经由第2旁路与吸气管中的位于涡轮增压器的上游侧的吸气管连接，第2排气口经由第3旁路与排气管中的位于催化剂的上游侧的排气管连接，因此，在吸气管中的位于涡轮增压器的下游侧的吸气管的压力过大(即吸入空气为过剩状态)时，利用再循环阀，能够将过剩的空气导出到排气管以促进催化剂的活性，而且，也能够将过剩的空气导出到内燃机系统的外侧，从而能够防止吸气管的吸入空气的过剩。
另外，在上述的本发明所涉及的内燃机系统中，所述控制装置包括：驱动部，驱动所述再循环阀；输入/输出部，经由所述驱动部输入来自所述压力传感器和所述排放气体浓度传感器的信号，并向所述再循环阀输出脉冲信号；处理部，基于来自所述输入/输出部的信号，生成所述脉冲信号；存储部，由非挥发性存储器和挥发性存储器构成；以及电源备用电路，用于即使切断向所述控制装置供给的电源也保持所述挥发性存储器的内容。
另外，在上述的本发明所涉及的内燃机系统中，所述再循环阀包括阀体、阀芯、活塞、线圈和弹簧，所述再循环阀由所述活塞进行所述第1排气口和所述第2排气口的开闭。这样，利用简易的结构能够实现再循环阀的开闭。
另外，在上述的本发明所涉及的内燃机系统中，在由所述压力检测器判断为所述吸气管的吸入空气为非过剩状态时，关闭所述再循环阀的所述第1排气口和所述第2排气口。
另外，在上述的本发明所涉及的内燃机系统中，在由所述压力检测器判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为非活性时，关闭所述再循环阀的所述第1排气口，打开所述第2排气口。
另外，在上述的本发明所涉及的内燃机系统中，在由所述压力检测器判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为活性时，打开所述再循环阀的所述第1排气口，关闭所述第2排气口。
另外，本发明所涉及的内燃机系统的控制方法的特征在于，是上述的内燃机系统的控制方法，所述控制方法在一个周期内执行以下步骤：读入所述压力传感器的信号，判断所述吸气管的吸入空气的状态；判断所述催化剂的活性状态；在判断为所述吸气管的吸入空气为非过剩状态的情况下，关闭所述再循环阀的所述第1排气口和所述第2排气口；在判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为非活性的情况下，关闭所述再循环阀的所述第1排气口，打开所述第2排气口；在判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为活性的情况下，打开所述再循环阀的所述第1排气口，关闭所述第2排气口。
根据本发明，提供了一种能够不使用二次空气供给装置而实现催化剂的早期活性化并且能够防止吸气管的吸入空气的过剩的内燃机系统以及内燃机系统的控制方法。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的整体结构的图。
图2是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的控制装置的结构的框图。
图3(a)～(c)是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的再循环阀的结构的示意图。
图4是表示本实施方式所涉及的再循环阀的动作的时序图。
图5是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。在此，在附图的说明中，对相同或者相当的要素标记相同的符号，省略重复的说明。
图1是表示本实施方式所涉及的内燃机系统1的整体结构的图。如图1所示，内燃机系统1包括内燃机11、喷射器12、吸气管13、点火装置14、排气管15、涡轮增压器16、催化剂17、再循环阀18、压力传感器19、排放气体浓度传感器20、以及控制装置21。
喷射器12向内燃机11供给燃料气体。吸气管13向内燃机11供给空气。排气管15从内燃机11排出排放气体。涡轮增压器16对吸气管13进行增压。催化剂17设置于排气管15中，用于对排放气体进行净化。再循环阀18具有吸气口18a、第1排气口18b和第2排气口18c。压力传感器19设置于吸气管13上，用于对吸气管13中的气体压力进行检测。排放气体浓度传感器20设置于排气管15中的位于催化剂17的上游侧的排气管上，用于检测排放气体的浓度。控制装置21基于来自压力传感器19和排放气体浓度传感器20的信号，控制再循环阀18。再循环阀18的吸气口18a经由第1旁路22与吸气管13中的位于涡轮增压器16的下游侧的吸气管连接，第1排气口18b经由第2旁路23与吸气管13中的位于涡轮增压器16的上游侧的吸气管连接，第2排气口18c经由第3旁路24与排气管15中的位于催化剂17的上游侧的排气管连接。
控制装置21利用检测吸气管的压力的压力传感器19、曲轴角度传感器、测量排放气体的氧浓度的排放气体浓度传感器20、冷却水温传感器等的传感器的信号，检测内燃机的运转状态，并基于根据这些信息预先设定的顺序，向喷射器12输出燃料喷射信号，向点火装置14输出点火信号，向电子控制式节流阀输出怠速旋转数控制信号，向再循环阀18输出再循环阀控制信号。由控制装置21的信号决定再循环阀18的闭以及开动作。
图2是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的控制装置的结构的框图。如图2所示，控制装置21包括驱动部211、输入/输出部212、处理部213、存储部214、电源备用电路215构成。驱动部211驱动再循环阀等的外部装置。输入/输出部212经由驱动部211输入来自压力传感器19、曲轴角度传感器、排放气体浓度传感器20、冷却水温传感器等的传感器的信号(输出电压)，由A/D转换器将该信号转换为数字信号，并向再循环阀等的外部装置输送脉冲信号。处理部213由中央处理器(CPU)构成，以来自输入/输出部212的信号为基准，判断内燃机的状态，进行数字运算，从而将燃料喷射宽度、点火信号、怠速旋转数控制信号、再循环阀控制信号等的脉冲信号输送至输入/输出部212。存储部214由存储处理部213的程序以及常数的非挥发性存储器ROM、暂时存储所计算的变量的挥发性存储器RAM构成。电源备用电路215为即使切断向控制装置供给的电源也保持挥发性存储器RAM的内容的构成。
图3是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的再循环阀的结构的图。再循环阀18包括阀体181、阀芯182、活塞183、线圈184和弹簧185，再循环阀18由活塞183进行第1排气口18b和第2排气口18c的开闭。即，在由压力检测器19判断为吸气管13的吸入空气为非过剩状态时，如图3(a)所示，第1排气口18b和第2排气口18c被活塞183覆盖，从而关闭再循环阀18的第1排气口18b和第2排气口18c。或者，如图3(b)所示，在由压力检测器19判断为吸气管13的吸入空气为过剩状态且催化剂17为非活性时，第1排气口18b被活塞183覆盖而关闭，第2排气口18c未被活塞183覆盖而打开。或者，如图3(c)所示，在由压力检测器19判断为吸气管13的吸入空气为过剩状态且催化剂17为活性时，再循环阀18的第1排气口18b未被活塞183覆盖而打开，第2排气口18c被活塞183覆盖而关闭。
图4是表示本实施方式所涉及的再循环阀的动作的时序图。在时刻t1～t2，由压力传感器检测的吸气管内的压力低于吸入空气过剩判断阈值(即，吸气管内的吸入空气为非过剩状态)，此时，再循环阀控制信号为低电平，关闭再循环阀18的第1排气口18b和第2排气口18c。在时刻t2～t3，由压力传感器检测的吸气管内的压力高于吸入空气过剩判断阈值(即，吸气管内的吸入空气为过剩状态)，催化剂为非活性状态，此时，再循环阀控制信号为高电平，第1排气口18b被活塞183覆盖而关闭，第2排气口18c未被活塞183覆盖而打开，这样，吸气管的空气向催化剂供给，从而促进催化剂的化学反应。在时刻t3～t4，由压力传感器检测的吸气管内的压力低于吸入空气过剩判断阈值(即，吸气管内的吸入空气为非过剩状态)，此时，再循环阀控制信号为低电平，关闭再循环阀18的第1排气口18b和第2排气口18c。在时刻t4～t5，由压力传感器检测的吸气管内的压力高于吸入空气过剩判断阈值(即，吸气管内的吸入空气为过剩状态)，催化剂为非活性状态，此时，再循环阀控制信号为高电平，第1排气口18b被活塞183覆盖而关闭，第2排气口18c未被活塞183覆盖而打开，这样，吸气管的空气向催化剂供给，从而促进催化剂的化学反应。在时刻t5～t6，由压力传感器检测的吸气管内的压力高于吸入空气过剩判断阈值(即，吸气管内的吸入空气为过剩状态)，催化剂为活性状态，此时，再循环阀控制信号为介于高电平和低电平之间的中间电平，第1排气口18b未被活塞183覆盖而打开，第2排气口18c被活塞183覆盖而关闭，这样，吸气管内的空气经由吸气管向外侧排出，从而防止了吸气管的空气的过剩。
而且，由图4所示的曲线a(本实施方式的催化剂温度)和曲线b(比较例的催化剂温度)可知，由于本实施方式所涉及的内燃机系统具备再循环阀，并利用再循环阀，向催化剂供给空气以促进催化剂的反应，因此，本实施方式中，可以实现催化剂的早期活性化(即，使催化剂的温度更快地达到催化剂活性判断阈值)。
图5是表示本实施方式所涉及的内燃机系统的控制方法的流程图。在一个周期内执行以下步骤：读入压力传感器的信号，判断吸气管的吸入空气的状态；判断催化剂的活性状态；在判断为吸气管的吸入空气为非过剩状态的情况下，关闭再循环阀的第1排气口和第2排气口；在判断为吸气管的吸入空气为过剩状态且催化剂为非活性的情况下，关闭再循环阀的第1排气口，打开第2排气口；在判断为吸气管的吸入空气为过剩状态且催化剂为活性的情况下，打开再循环阀的第1排气口，关闭第2排气口。
而且，本发明的内燃机系统以及内燃机系统的控制方法并不限于上述的实施方式，本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化。这些变形和变化均落入本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种内燃机系统，其特征在于，
包括：
内燃机；
喷射器，向所述内燃机供给燃料气体；
吸气管，向所述内燃机供给空气；
点火装置；
排气管，从所述内燃机排出排放气体；
涡轮增压器，对所述吸气管进行增压；
催化剂，设置于所述排气管中，用于对所述排放气体进行净化；
再循环阀，具有吸气口、第1排气口和第2排气口；
压力传感器，设置于所述吸气管上，用于对所述吸气管中的气体压力进行检测；
排放气体浓度传感器，设置于所述排气管中的位于所述催化剂的上游侧的排气管上，用于检测排放气体的浓度；以及
控制装置，基于来自所述压力传感器和所述排放气体浓度传感器的信号，控制所述再循环阀，
所述吸气口经由第1旁路与所述吸气管中的位于所述涡轮增压器的下游侧的吸气管连接，所述第1排气口经由第2旁路与所述吸气管中的位于所述涡轮增压器的上游侧的吸气管连接，所述第2排气口经由第3旁路与所述排气管中的位于所述催化剂的上游侧的排气管连接，
所述再循环阀包括阀体、阀芯、活塞、线圈和弹簧，
所述再循环阀由所述活塞进行所述第1排气口和所述第2排气口的开闭。
2.如权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，
所述控制装置包括：
驱动部，驱动所述再循环阀；
输入/输出部，经由所述驱动部输入来自所述压力传感器和所述排放气体浓度传感器的信号，并向所述再循环阀输出脉冲信号；
处理部，基于来自所述输入/输出部的信号，生成所述脉冲信号；
存储部，由非挥发性存储器和挥发性存储器构成；以及
电源备用电路，作为即使切断向所述控制装置供给的电源也保持所述挥发性存储器的内容的构成。
3.如权利要求1或者2所述的内燃机系统，其特征在于，
在由所述压力传感器判断为所述吸气管的吸入空气为非过剩状态时，关闭所述再循环阀的所述第1排气口和所述第2排气口。
4.如权利要求1或者2所述的内燃机系统，其特征在于，
在由所述压力传感器判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为非活性时，关闭所述再循环阀的所述第1排气口，打开所述第2排气口。
5.如权利要求1或者2所述的内燃机系统，其特征在于，
在由所述压力传感器判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为活性时，打开所述再循环阀的所述第1排气口，关闭所述第2排气口。
6.一种内燃机系统的控制方法，其特征在于，
是如权利要求1～5中任意一项所述的内燃机系统的控制方法，
所述控制方法在一个周期内执行以下步骤：
读入所述压力传感器的信号，判断所述吸气管的吸入空气的状态；
判断所述催化剂的活性状态；
在判断为所述吸气管的吸入空气为非过剩状态的情况下，关闭所述再循环阀的所述第1排气口和所述第2排气口；
在判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为非活性的情况下，关闭所述再循环阀的所述第1排气口，打开所述第2排气口；
在判断为所述吸气管的吸入空气为过剩状态且所述催化剂为活性的情况下，打开所述再循环阀的所述第1排气口，关闭所述第2排气口。
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