CN104040139A - 增压系统和增压系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一实施方式的增压系统具备：排气泄压阀(20)；电动致动器(21)，其调整排气泄压阀(20)的开度；温度取得部(25)，其取得对象温度，该对象温度为增压器主体(1)的温度或者与增压器主体(1)的温度具有相关关系的温度中的任意一个温度；致动器控制部(28)，其根据对象温度，控制电动致动器(21)，温度取得部(25)取得对象温度(S240)，致动器控制部(28)根据对象温度，控制电动致动器(21)(S246)。

Description

增压系统和增压系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种增压系统和增压系统的控制方法。
背景技术
已知增压器与引擎等连接用于提高输出。如果增压器的增压压力升高，则其后的排气的流量、压力提高。如果增压器的转矩提高，则增压压力进一步提高。结果，引擎、增压器损坏的可能性提高。因此，在增压器中具备以下的功能，使排气的一部分从引擎旁路到涡轮机的下游，抑制流入涡轮机外壳的排气的压力。
在具有上述功能的增压器中，设置有连通涡轮机叶轮的上游和下游的旁路流路。并且，设置有对该旁路流路进行开闭的排气泄压阀(wastegate valve)。另外，与压缩机外壳内的压力对应地，通过与排气泄压阀连结的致动器调节排气泄压阀的开度。
如果增压器的形状随时间发生变化，则排气泄压阀和被排气泄压阀塞住的孔之间的相对位置也变化。因此，在致动器是电动式的情况下，即使进行排气泄压阀的控制，也无法适当地调整孔的开度。专利文献1提出了一种具备重新设定排气泄压阀的控制量和开度之间的关系的功能的增压器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第4434057号
发明内容
发明要解决的问题
增压器的温度例如由于与该增压器连接的引擎输出等的使用状况而有很大变化。由于伴随该温度变化的热膨胀，增压器整体的形状也变化，排气泄压阀和被排气泄压阀塞住的孔之间的相对位置也变化。因此，例如即使使用专利文献1所记载的增压器，通过电动式致动器进行排气泄压阀的控制，但由于每个使用状况的温度变化，有可能产生泄漏，或排气泄压阀塞住孔时的束缚力过强等，无法适当地调整开度。
本发明的目的在于，提供一种增压系统和增压系统的控制方法，其能够与增压器的温度无关地适当地调整排气泄压阀的开度。
解决问题的方案
发明的第一方式是一种增压系统，其主要内容在于，具备：增压器主体，其具有压缩机外壳和涡轮机外壳；涡轮机轴，其旋转自由地被支持在上述增压器主体上，将上述涡轮机外壳内的涡轮机叶轮和上述压缩机外壳内的压缩机叶轮连结；排气泄压阀，其使被导引至上述涡轮机叶轮的流体的一部分旁路到涡轮机叶轮的下游；电动致动器，其与上述排气泄压阀连结，调整该排气泄压阀的开度；温度取得部，其取得对象温度，该对象温度为上述增压器主体的温度或者与该增压器主体的温度具有相关关系的温度中的任意一个温度；致动器控制部，其根据上述对象温度，控制上述电动致动器。
增压系统还可以具备：存储部，其存储修正值与该对象温度对应的关系信息。此时，上述修正值是在与上述修正值对应的对象温度下上述排气泄压阀全闭时对上述电动致动器的控制值和在基准温度下上述排气泄压阀全闭时对上述电动致动器的控制值即基准值的差分值。上述致动器控制部可以根据由上述温度取得部取得的上述对象温度，基于上述关系信息来确定上述修正值，通过针对上述电动致动器的控制的输入值与该确定的修正值进行加法或减法运算而导出的控制值，控制上述电动致动器。
上述存储部也可以将上述对象温度和上述修正值对应的表作为上述关系信息进行存储。
上述存储部也可以将能够根据上述对象温度计算出上述修正值的运算公式作为上述关系信息进行存储。
本发明的第二方式是一种增压系统的控制方法，该增压系统具备调整排气泄压阀的开度的电动致动器，该排气泄压阀用于使被引导至涡轮机叶轮的流体旁路到该涡轮机叶轮的下游。该控制方法取得对象温度，根据上述对象温度控制上述电动致动器，上述对象温度为增压器主体的温度或者与该增压器主体的温度具有相关关系的温度中的任意一个温度。
发明效果
根据本发明，能够与增压器的温度无关地适当地调整排气泄压阀的开度。
附图说明
图1是增压器的概要截面图。
图2是增压器的正面图。
图3是增压器的侧面图。
图4是用于说明电动致动器的控制的框图。
图5是用于说明增压系统的控制方法的流程图。
图6是表示对象温度和修正值之间的关系的一个例子的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的一个实施方式。该实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等只不过是为了容易理解发明的示例，除了特别预先声明的情况以外，并不限定本发明。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同的功能、结构的要素附加相同的符号，由此省略重复说明，另外，对于与本发明没有直接关系的要素，省略图示。
图1是增压器的概要截面图。以下，将箭头F方向作为增压器C的前侧，将箭头R方向作为增压器C的后侧来进行说明。如图1所示，增压器C具备增压器主体1。增压器主体1具备轴承外壳2、涡轮机外壳4、压缩机外壳6。涡轮机外壳4位于轴承外壳2的前侧，通过螺栓3连结。压缩机外壳6位于轴承外壳2的后侧，通过螺栓5连结。
在轴承外壳2上形成有轴承孔2a。轴承孔2a在增压器C的前后方向上贯通轴承外壳2。将涡轮机轴7插入到该轴承孔2a中，经由轴承旋转自由地被支撑。在涡轮机轴7的前端部(一端)一体地连结有涡轮机叶轮8。涡轮机叶轮8旋转自由地被容纳在涡轮机外壳4内。另外，在涡轮机轴7的后端部(另一端)一体地连结有压缩机叶轮9。压缩机叶轮9旋转自由地被容纳在压缩机外壳6内。
压缩机外壳6在增压器C的后侧开口，并且具有与未图示的空气过滤器连接的吸气口10。吸气口10在增压器C的后侧开口，与未图示的空气过滤器连接。另外，在通过螺栓5将压缩机外壳6与轴承外壳2连结时，这两个外壳2、6相互的相对面形成对空气进行压缩来进行升压的扩散器流路11。扩散器流路11从涡轮机轴7(压缩机叶轮9)的径向内侧开始向外侧环状地形成，在上述径向内侧，经由压缩机叶轮9与吸气口10连通。
压缩机外壳6具有环状的压缩机涡旋流路12。压缩机涡旋流路12相对于扩散器流路11位于涡轮机轴7(压缩机叶轮9)的径向外侧，与引擎的吸气口连通，并且还与扩散器流路11连通。因此，如果压缩机叶轮9旋转，则从吸气口10向压缩机外壳6内吸入流体，该被吸入的流体通过扩散器流路11和压缩机涡旋流路12被升压而被引导至引擎的吸气口。
涡轮机外壳4具有排气口13。排气口13在增压器C的前侧开口，与未图示的排气净化装置连接。另外，在通过螺栓3将涡轮机外壳4与轴承外壳2连结时，两个外壳2、4相互的相对面形成流路14。流路14从涡轮机轴7(涡轮机叶轮8)的径向内侧开始向外侧环状地形成。
涡轮机外壳4具有环状的涡轮机涡旋流路15。涡轮机涡旋流路15相对于流路14位于涡轮机轴7(涡轮机叶轮8)的径向外侧，与引导从引擎的排气口排出的排气的气体流入口4a(参照图3)连通，还与上述流路14连通。因此，引擎的排气从气体流入口4a被引导至涡轮机涡旋流路15，并且经由流路14和涡轮机叶轮8被引导至排气口13。在该流通过程中，排气使涡轮机叶轮8旋转。另外，涡轮机叶轮8的转矩经由涡轮机轴7被传递到压缩机叶轮9，压缩机叶轮9旋转。通过该压缩机叶轮9的转矩，使吸入的流体升压，并被引导至引擎的吸气口。
图2是增压器C的正面图，图3是增压器C的侧面图。如图3所示，在涡轮机外壳4上设置有旁路孔4b。旁路孔4b从气体流入口4a与涡轮机涡旋流路15之间的壁部向排气口13开口的面贯通。被引导至涡轮机叶轮8的流体的一部分能够经由该旁路孔4b旁路(流出)到涡轮机叶轮8的下游。排气泄压阀20作为开闭阀而发挥功能，其与该旁路孔4b接触而关闭旁路孔4b，或从旁路孔4b离开从而打开旁路孔4b。即，排气泄压阀20使被引导至涡轮机叶轮8的流体的一部分旁路到涡轮机叶轮8的下游。
排气泄压阀20与电动致动器21连结。电动致动器21具有例如由电动机等构成的可动部21a、与可动部21a连结的杆21c。在可动部21a上安装有隔热板21b。隔热板21b遮挡来自引擎等热源的辐射热。如图2所示，杆21c与可动部21a的动作联动地，向箭头A所示的方向移动。
连结构件22的一端被旋转自由地轴支撑在杆21c的前端，连结构件22的另一端被固定在被旋转自由地支撑的轴23的一端。并且，轴23的另一端经由安装板24与排气泄压阀20连接。因此，如果杆21c向箭头A所示的方向移动，则连结构件22以被固定在轴23上的端部为旋转轴进行旋转。通过该连结构件22的旋转，轴23向图3的箭头B所示的方向旋转，通过轴23的旋转，调整排气泄压阀20的开度。
这样，电动致动器21随着连结构件22的动作，来调整旁路涡轮机叶轮8的流体(排气)的流量，抑制从气体流入口4a流入涡轮机涡旋流路15的排气的压力，调整涡轮机叶轮8的旋转输出。
图4是用于说明增压系统S的电动致动器21的控制的框图。增压系统S由上述的增压器C、与增压器C连接的引擎的控制装置(ECU：Engine ControlUnit发动机控制单元)构成。图4表示出构成增压系统S的ECU中的与电动致动器21的控制有关的功能部。此外，对于ECU的其他功能部，省略记载。但是，与该电动致动器21的控制有关的功能部并不限于组装在ECU中的结构，也可以组装在另外的控制装置中。
图4所示的温度取得部25与来自后述的初始设定部27或致动器控制部28的控制对应地，经由未图示的温度传感器取得对象温度。
对象温度是与增压器主体1的温度具有相关关系的温度，例如是涡轮机外壳4的外壁的温度、电动致动器21的杆21c的表面的温度的测定值。或者，对象温度也可以是流入涡轮机外壳4的排气的温度、与增压器C连接而设置在引擎的排气路径中的催化剂(排气净化装置)的温度的测定值。另外，温度取得部25既可以始终取得温度传感器的温度，也可以只在从初始设定部27或致动器控制部28有了应该测定温度的指示时取得。
存储部26例如由闪速存储器等存储介质构成。存储部26与初始设定部27的控制对应地，存储与基准温度(在本实施方式中为常温)对应的基准值。在此，基准值是在基准温度下排气泄压阀20全闭时对电动致动器21的控制值(电压)。
另外，存储部26与初始设定部27的控制对应地，存储对象温度下的修正值与该对象温度相对应的关系信息。修正值是在对象温度下排气泄压阀20全闭时对电动致动器21的控制值和基准值的差分值。在此，存储部26将对象温度和修正值对应起来的表作为关系信息进行存储。
在常温时的增压系统S的设定处理中，如下这样确定基准值。首先，初始设定部27例如与用户的操作输入对应地，使温度取得部25取得对象温度。接着，初始设定部27将所取得的对象温度设定为基准温度，将该温度下的暂定的控制值输出到电动致动器21。在此，用户进行对初始设定部27的操作输入，进行控制值的微调，使排气泄压阀20正好全闭。也可以由动作程序等进行对初始设定部27的操作输入。另外，初始设定部27将通过该调整排气泄压阀20成为全闭时的控制值作为基准值存储在存储部26中。
与电动致动器21的杆21c的动作联动地，排气泄压阀20与旁路孔4b接触顶住时，排气泄压阀20成为全闭。例如通过在电动致动器的内部或外部所具备的位置传感器、载荷传感器等确认这样的排气泄压阀20成为全闭的杆21c的位置。
在热机时的增压系统S的设定处理中，如下这样确定修正值。在此，热机时是指增压器C被置于伴随着热膨胀或热收缩那样的温度中的状态(期间)。这例如是连接了增压器C的引擎正在运转的状态。在该情况下，与运转条件对应的高温的排气被引导至增压器C，增压器C被加热。首先，初始设定部27例如与用户的操作输入对应地，使温度取得部25取得对象温度。接着，温度取得部25将基于取得的对象温度的控制值输出到电动致动器21。用户或动作程序等进行对初始设定部27的操作输入，进行控制值的微调，使得排气泄压阀20正好全闭。另外，初始设定部27导出通过该调整而使排气泄压阀20成为全闭时的控制值与基准值的差分值。并且，初始设定部27将导出的差分值设定为修正值，使该修正值和对象温度对应起来，将其组合作为关系信息存储在存储部26中。
在与增压器C连接的引擎运转时，致动器控制部28根据温度取得部25取得的对象温度，控制电动致动器21。详细地说，致动器控制部28根据温度取得部25取得的对象温度和存储在存储部26中的关系信息确定修正值，通过将针对电动致动器21的控制的输入值与该确定的修正值进行加法或减法运算而导出的控制值(电压)，控制电动致动器21。
根据排气泄压阀20的开度来导出针对电动致动器21的控制的输入值。考虑到引擎转速、引擎供排气量等，由ECU决定排气泄压阀20的开度。
图5是用于说明增压系统S的控制方法的流程图。特别地，图5(a)表示常温时的增压系统S的设定处理的流程，图5(b)表示热机时的增压系统S的设定处理的流程，图5(c)表示运转时的增压系统S的控制处理的流程。
如图5(a)所示，首先在常温时，初始设定部27从温度取得部25取得对象温度，将取得的对象温度设定为基准温度(S200)。然后，初始设定部27例如与用户的操作输入或动作程序的输入处理等对应地，使排气泄压阀20全闭(S202)。并且，初始设定部27将排气泄压阀20全闭时对电动致动器21的控制值(电压)作为基准值存储在存储部26中(S204)。
接着，如图5(b)所示，在热机时，初始设定部27从温度取得部25取得对象温度(S220)。
初始设定部27与步骤S202同样地，例如与用户的操作输入或动作程序的输入处理等对应地，使排气泄压阀20全闭(S222)。初始设定部27从存储在存储部26中的基准值减去这时对电动致动器21的控制值(S224)，将该差分作为修正值，与对象温度对应地存储在存储部26中(S226)。
在多个运转条件下，即在不同的多个对象温度下，分别进行该图5(b)所示的处理。
如图5(c)所示，在增压器C的运转时调整旁路孔4b的开度的情况下，致动器控制部28从温度取得部25取得对象温度T(S240)。致动器控制部28参照存储在存储部26中的作为关系信息的表。在该表中，例如针对对象温度的每个预定的范围对应了修正值，致动器控制部28从该表中取得与从温度取得部25取得的对象温度T对应的修正值(S242)。
致动器控制部28将取得的修正值与存储在存储部26中的基准值相加，导出在对象温度T下适当的控制值(S244)。并且，致动器控制部28通过导出的控制值控制电动致动器21，调整排气泄压阀20的开度(S246)。
这样，在本实施方式的增压系统S中，致动器控制部28与对象温度对应地控制电动致动器21。因此，增压器主体1的温度与使用状况对应地变化，与此相伴，即使增压器主体1、电动致动器21热膨胀，排气泄压阀20和被排气泄压阀20塞住的旁路孔4b的相对位置变化，增压系统S也能够适当地调整排气泄压阀20的开度。
另外，存储部26也可以将能够根据对象温度计算出修正值的运算公式作为关系信息进行存储。
图6是表示对象温度和修正值之间的关系的一个例子的图表。在此，列举以下的情况为例子进行说明，即将常温T0下的电动致动器21的控制值设为基准值，针对该基准值的修正值和对象温度具有比例关系。
初始设定部27在多个运转条件下进行了上述图5(b)所示的处理后，根据存储在存储部26中的对象温度和修正值，导出能够根据对象温度近似地计算修正值的运算公式(在此为比例公式)，并存储在存储部26中。
这样，如图6所示，致动器控制部28根据运算公式，能够确定对象温度T1下的修正值是修正值Δa，对象温度T2下的修正值是修正值Δb。
通过这样将关系信息作为运算公式，与在存储部26中存储表的情况相比，增压系统S只存储运算公式即可，能够削减存储部26所需要的存储容量。另外，与根据表确定修正值的情况相比，能够对一个对象温度唯一地确定一个修正值，能够实现更细致的控制。
另一方面，在上述那样将关系信息设为表的情况下，增压系统S不需要进行根据对象温度导出控制值的计算处理，只通过参照表就能够取得修正值。因此，与将关系信息设为运算公式的情况相比，增压系统S能够降低处理负荷。另外，即使对象温度和控制值的关系难以用运算公式表示那样复杂，增压系统S也能够将对象信息设为简单的表存储在存储部26中进行应对。
因此，理想的是与存储部26的容量、初始设定部27和致动器控制部28的处理能力等对应地，决定是存储表、还是存储运算公式作为关系信息。
另外，初始设定部27并不限于使用常温T0作为基准温度、使用常温T0下使排气泄压阀20全闭的控制值作为基准值的结构，也可以将运转时的对象温度、例如对象温度T1作为基准温度，将对象温度T1下使排气泄压阀20全闭的控制值作为基准值。另外，在将运转条件下设想的最高温度设为对象温度T1时，也可以将其控制值设为使排气泄压阀20全闭的控制值的上限值。随着对象温度变高，排气泄压阀20由于热膨胀，相对位置向接近旁路孔4b的方向变化。通过将运转条件下设想的最高温度下的控制值设定为上限值，能够抑制全闭时过度的载荷施加到排气泄压阀20、电动致动器21的杆21c等上。
另外，在上述实施方式中，控制值和修正值用电压表示，但也可以用电流表示。另外，控制值和修正值既可以用模拟信号表示，也可以用数字信号表示。
以上，参照附图说明了本发明的优选的实施方式，但本发明当然并不限于该实施方式。显而易见只要是本领域的技术人员，就能够在权利要求记载的范围内想到各种变更例子或修正例子，它们当然也属于本发明的技术范围。
产业上的应用
能够在调整使被引导至涡轮机叶轮的流体旁路到涡轮机叶轮的下游的流量的增压系统和增压系统的控制方法中应用本发明。

Claims (5)

1.一种增压系统，其特征在于，具备：
增压器主体，其具有压缩机外壳和涡轮机外壳；
涡轮机轴，其旋转自由地被支撑在上述增压器主体上，将上述涡轮机外壳内的涡轮机叶轮和上述压缩机外壳内的压缩机叶轮连结；
排气泄压阀，其使被导引至上述涡轮机叶轮的流体的一部分旁路到该涡轮机叶轮的下游；
电动致动器，其与上述排气泄压阀连结，调整该排气泄压阀的开度；
温度取得部，其取得对象温度，该对象温度为上述增压器主体的温度或者与该增压器主体的温度具有相关关系的温度中的任意一个温度；
致动器控制部，其根据上述对象温度，控制上述电动致动器。
2.根据权利要求1所述的增压系统，其特征在于，
还具备存储部，其存储修正值与该对象温度对应的关系信息，
上述修正值是在与上述修正值对应的对象温度下上述排气泄压阀全闭时对上述电动致动器的控制值和在基准温度下上述排气泄压阀全闭时对上述电动致动器的控制值即基准值的差分值，
上述致动器控制部根据由上述温度取得部取得的上述对象温度，基于上述关系信息来确定上述修正值，通过针对上述电动致动器的控制的输入值与该确定的修正值进行加法或减法运算而导出的控制值，控制上述电动致动器。
3.根据权利要求2所述的增压系统，其特征在于，
上述存储部将上述对象温度和上述修正值对应的表作为上述关系信息进行存储。
4.根据权利要求2所述的增压系统，其特征在于，
上述存储部将能够根据上述对象温度计算出上述修正值的运算公式作为上述关系信息进行存储。
5.一种增压系统的控制方法，该增压系统具备调整排气泄压阀的开度的电动致动器，该排气泄压阀用于使被引导至涡轮机叶轮的流体旁路到该涡轮机叶轮的下游，该增压系统的控制方法的特征在于，
取得对象温度，根据上述对象温度控制上述电动致动器，上述对象温度为增压器主体的温度或者与该增压器主体的温度具有相关关系的温度中的任意一个温度。
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