CN105189985B - 柴油发动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供柴油发动机及其控制方法。EGR控制单元(34S)为，在发动机加速时，在由燃料喷射检测单元(31S)检测到的燃料喷射量(Q)的增加量(ΔQ)大于预先设定的第一阈值(ΔQc)、且由增压压力检测单元(32S)检测到的增压压力(Pb)低于预先设定的第二阈值(Pbc)、且由发动机运转状态检测单元(33S)检测到的发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域(Ra)之外的情况下，关闭EGR阀(19)而停止EGR。由此，在柴油发动机(10)的发动机加速时，能够使朝涡轮式增压器(16)流入的废气量收敛到适当范围内，由此在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器(16)的转速(Nt)上升到容许转速(Nta)以上，能够防止涡轮式增压器(16)的故障。

Description

柴油发动机及其控制方法
技术领域
本发明涉及柴油发动机及其控制方法，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机中，在发动机加速时能够避免涡轮式增压器的转速上升到所需以上，能够防止涡轮式增压器的故障。
背景技术
从保全地球环境的观点出发，汽车的废气限制正在不断加强。尤其是，在车辆搭载的柴油发动机中要求微粒状物质(PM)、氮氧化物(NOx)的减少，在NOx减少中进行EGR(排气再循环)，该EGR通过将从气缸(缸体)排出的废气的一部分朝气缸进行再循环而使气缸内的燃烧温度降低，由此减少NOx的产生量。
此外，在柴油发动机中，具备涡轮式增压器而进行如下的涡轮增压：通过废气的能量对设置于排气通路的涡轮进行驱动，通过与该涡轮连结且设置于进气通路的压缩机对吸入空气进行压缩，使朝气缸内送入的空气量增多而使燃烧效率良好。
关于该涡轮增压与EGR的关系，例如日本特开2007-85258号公报所记载的那样，提出有一种内燃机的增压压力控制装置，在内部EGR系统的汽油发动机中，在涡轮增压时，进行EGR或者使增压时的EGR量与未增压时相比较增加EGR量，由此将气缸内的当前循环的能量的一部分在下次以后的循环中使用，在下次以后的循环中使能量的总量以及排气的能量增加而提高涡轮式增压器的转速，由此使增压压力更迅速地上升，由此，提高涡轮式增压器的增压压力上升的响应性而抑制驾驶性能的恶化。
另一方面，在柴油发动机中，在增加朝气缸内的燃料喷射量而使发动机加速的情况下，为了提高发动机的加速性能，进行如下控制：关闭EGR阀而不使从气缸排出的废气的一部分流入EGR通路，而使从气缸排出的废气的全部流入涡轮式增压器，由此使朝涡轮式增压器的废气流量增加，对涡轮式增压器的转速的上升进行辅助，由此促进增压压力的上升而增加朝气缸内的新气的供给量，使发动机的加速性提高。
但是，在该控制中，仅根据发动机是否处于加速状态、即燃料喷射量是否急剧地增加来进行是否关闭EGR阀的判定，因此会进行如下控制：与涡轮增压器的转速无关，都要关闭EGR阀而进一步提高转速。
因此，在发动机加速时，在已经处于涡轮式增压器的转速较高的状态的情况下，当根据发动机加速的请求来增加燃料喷射量并关闭EGR阀时，存在如下问题：朝涡轮式增压器流入的废气量急增，涡轮式增压器的转速急剧上升到容许转速以上，涡轮式增压器发生故障。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-85258号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供柴油发动机及其控制方法，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机中，在发动机加速时能够使朝涡轮式增压器流入的废气量收敛到适当范围内，由此在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器的转速上升到容许转速以上，能够防止涡轮式增压器的故障。
用于解决课题的手段
用于实现上述那样的目的的本发明的柴油发动机为，具备涡轮式增压系统和EGR系统，其构成为，具有燃料喷射量检测单元、增压压力检测单元、发动机运转状态检测单元以及EGR控制单元，该EGR控制单元为，在发动机加速时，在由上述燃料喷射检测单元检测到的燃料喷射量的增加量大于预先设定的第一阈值、且由上述增压压力检测单元检测到的增压压力低于预先设定的第二阈值、且由上述发动机运转状态检测单元检测到的发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域之外的情况下，关闭EGR阀而停止EGR。
根据该构成，在发动机加速时，在不仅通过燃料喷射量的增加量的判定、而且通过增压压力和发动机运转状态的判定来判断涡轮式增压器的运转状态的同时，判定是进行还是停止EGR，在涡轮式增压器的转速有可能成为容许转速以上的情况下停止EGR，因此在发动机加速时，能够使朝涡轮式增压器流入的废气量收敛到适当范围内，由此在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器的转速上升到容许转速以上，能够防止涡轮式增压器的故障。
在上述柴油发动机中，在上述EGR控制单元中，当基于发动机转速和燃料喷射量来设定上述第二阈值时，能够更高精度地判定在当前的发动机加速时、涡轮式增压器的转速是否有可能成为容许转速以上，能够进行EGR直至涡轮式增压器的转速不超过容许转速的极限的限度，能够在抑制废气中的NOx的产生量的同时提高燃料消耗率。
并且，用于实现上述目的的柴油发动机的控制方法为，上述柴油发动机具备涡轮式增压系统和EGR系统，该柴油发动机的控制方法的特征在于，在发动机加速时，在燃料喷射量的增加量大于预先设定的第一阈值、且增压压力低于预先设定的第二阈值、且发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域之外的情况下，关闭EGR阀而停止EGR。
根据该方法，在不仅观察燃料喷射量的变化、而且观察增压压力和发动机运转状态的同时，判定是进行还是停止EGR，因此在涡轮式增压器的转速有可能成为容许转速以上的情况下能够停止EGR。由此，在发动机加速时，能够使朝涡轮式增压器流入的废气量收敛到适当范围内，因此能够避免涡轮式增压器的转速上升到容许转速以上，能够防止涡轮式增压器的故障。
另外，该第一阈值、第二阈值、以及该情况下的高旋转·高负载运转状态区域，根据柴油发动机的规格、涡轮式增压器的规格而变化，能够根据预先进行的实验的结果等来设定，与发动机转速、燃料喷射量等均有关系，但是能够按照数值、函数值、映射数据等形式来设定。
发明的效果
根据本发明的柴油发动机及其控制方法，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机中，在发动机加速时，在不仅观察燃料喷射量的变化、而且观察增压压力和发动机运转状态的同时，判定是进行还是停止EGR，因此能够使朝涡轮式增压器流入的废气量收敛到适当范围内，由此在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器的转速上升到容许转速以上，能够防止涡轮式增压器的故障。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机的构成的图。
图2是表示本发明的实施方式的柴油发动机的控制方法的控制流程的一例的图。
图3是表示本发明的实施方式的柴油发动机的控制装置的构成的图。
图4是示意性地表示在本发明的实施方式的柴油发动机的控制方法中在发动机加速时不关闭EGR阀的区域Ra、Rb和关闭EGR阀的区域Rc的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的柴油发动机及其控制方法进行说明。此处，表示具有EGR通路的一部分设置在气缸盖内的EGR系统的柴油发动机的例子，但并不限定于此，既可以是外部EGR系统、也可以是内部EGR系统。
如图1所示，本发明的实施方式的柴油发动机10构成为，具有发动机主体11、进气通路12、排气通路13和EGR通路14。在发动机主体11设置有多个气缸(缸体)11a和活塞11b等，在进气通路12上从上游侧起依次设置有空气滤清器15、未图示的进气量传感器、以及涡轮式增压器16的压缩机16a。
此外，在排气通路13上从上游侧起依次设置有涡轮式增压器16的涡轮16b以及废气净化装置17。EGR通路14从发动机主体11与涡轮16b之间的排气通路13分支，经由EGR冷却器18、设置于气缸盖11c内部的内部EGR通路14a以及EGR阀19，合流到压缩机16a与发动机主体11之间的进气通路12。
该废气净化装置17是用于对从发动机主体11排出的废气G中的PM(微粒状物质)、NOx(氮氧化物)进行净化的后处理装置，由前级氧化催化剂装置、PM捕集用过滤装置、NOx吸藏还原型催化剂装置、尿素供给喷嘴以及尿素SCR装置等几个废气净化单元的组合构成。
此外，设置有对柴油发动机10的运转整体进行控制的控制装置(ECM：发动机控制模块)30，如图3所示，该控制装置30构成为具有燃料喷射量检测单元31S、增压压力检测单元32S、发动机运转状态检测单元33S以及EGR控制单元34S。
并且，EGR控制单元34S构成为，在发动机加速时，在如下情况下关闭EGR阀19而停止EGR，即：由燃料喷射检测单元31S检测到的燃料喷射量Q的增加量ΔQ大于预先设定的第一阈值ΔQc；并且，增压压力检测单元32S具有配置于进气通路12的增压压力传感器21，由该增压压力传感器21检测到的增压压力Pb低于预先设定的第二阈值Pbc；并且，发动机运转状态检测单元33S输入发动机转速Ne和燃料喷射量Q的值，根据该发动机转速Ne和燃料喷射量Q来参照表示发动机运转区域的映射数据等而检测到的发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域Ra之外。
另外，该第一阈值ΔQc、第二阈值Pbc、以及该情况下的高旋转·高负载运转状态区域，根据柴油发动机10的规格、涡轮式增压器16的规格而变化，因此是预先通过实验等设定的值。
第一阈值ΔQc是用于判定发动机加速状态是急加速还是慢加速的阈值。此外，第二阈值Pbc是用于根据增压压力Pb来判定涡轮式增压器16在当前时刻的转速Nt是高还是低的值，该第二阈值Pbc优选基于发动机转速Ne和燃料喷射量Q来设定，即，优选是成为发动机转速Ne和燃料喷射量Q的函数的值，且是如下值：通过根据发动机运转时的发动机转速Ne和燃料喷射量Q来参照通过实验等而预先设定的映射数据等，由此在控制时能够完成设定的值。在图4中，该第二阈值Pbc用区域Rb与区域Rc之间的线Lp表示。
此外，高旋转·高负载运转状态区域(在图4中用区域Ra表示)也是用于判定涡轮式增压器16的转速Nt是高还是低的值，优选基于发动机转速Ne和燃料喷射量Q来设定，即，优选是成为发动机转速Ne和燃料喷射量Q的函数的值，是通过根据发动机运转时的发动机转速Ne和燃料喷射量Q来参照通过实验等而预先设定的映射数据等、由此在控制时能够设定的范围。在图4中，该高旋转·高负载运转状态区域Ra的边界由线Lb和线Lc表示。
参照图2的控制流程对该柴油发动机的控制方法进行说明。该图2的控制流程表示为如下的控制流程：在发动机10的运转开始的同时，被起动的上位的控制流程反复呼叫而执行，在发动机10的运转停止的同时，中断控制流程而返回到上位的控制流程，在上位的控制流程停止的同时停止。
当该图2的控制流程被上位的控制流程呼叫而开始时，在步骤S11中，判定柴油发动机10是否处于加速状态。该判定为，在车辆搭载的柴油发动机10的情况下，根据由驾驶员操作的油门开度α是否大于预先设定的油门开度阈值αc来进行判定。在该步骤S11的判定中，在油门开度α大于油门开度阈值αc而处于发动机加速状态的情况(是)下，朝下一个步骤S12的燃料喷射量的增加量的判定前进，在油门开度α为油门开度阈值αc以下而不处于发动机加速状态的情况(否)下，朝步骤S16的EGR停止解除前进。
在步骤S12中，判定燃料喷射量Q的增加量ΔQ是否大于第一阈值ΔQc，在大于的情况(是)下，朝步骤S13的增压压力的判定前进，在为第一阈值ΔQc以下的情况(否)下，朝步骤S16的EGR停止解除前进。
在步骤S13中，根据当前的发动机转速Ne和燃料喷射量Q来参照映射数据，而判定增压压力Pb是否大于第二阈值Pbc，在小于的情况(是)下，朝步骤S14的发动机运转区域的判定前进，在为第二阈值Pbc以上的情况(否)下，朝步骤S16的EGR停止解除前进。
在步骤S14中，根据当前的发动机转速Ne和燃料喷射量Q来参照映射数据，而判定发动机运转区域是否处于高旋转·高负载运转区域Ra之外，在处于高旋转·高负载运转区域Ra之外的情况(是)下，朝步骤S15的EGR停止前进，在处于高旋转·高负载运转区域Ra之内的情况(否)下，朝步骤S16的EGR停止解除前进。
在步骤S15中，关闭EGR阀19而停止EGR。在该情况下，即使当前通过其他控制来进行EGR控制而EGR阀19的阀开度被控制，也使该步骤S15的控制优先，关闭EGR阀19，阻止废气G的一部分Ge流入EGR通路14。然后，返回到步骤S11。
另一方面，在步骤S16中，在EGR阀19被关闭而EGR停止的状态的情况下，在该控制中，开放EGR阀19，解除EGR停止的状态。然后，返回到步骤S11。
解除该EGR停止时的EGR的控制、换言之、EGR阀19的阀开度的控制，通过与基于该图2的控制流程的控制不同的EGR控制来进行，例如，基于发动机转速Ne和燃料喷射量Q且基于预先设定的EGR用的映射数据等来设定。该控制与基于以往的公知技术来进行的控制相同。
在该图2的控制流程中，反复实施步骤S11～S15或者步骤S11～S16，在柴油发动机10的运转停止的同时生成中断，使控制流程中断而朝返回前进，返回到上位的控制流程，在上位的控制流程停止的同时停止。
通过该控制，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机的控制方法中，在发动机加速时，在燃料喷射量Q的增加量ΔQ大于预先设定的第一阈值ΔQc、且增压压力Pb低于预先设定的第二阈值Pbc、且发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域Ra之外的情况下，能够关闭EGR阀19而停止EGR。
并且，根据上述构成的柴油发动机10及其控制方法，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机10中，在发动机加速时，在不仅观察燃料喷射量Q的变化而且观察增压压力Pb和发动机运转状态的同时，判定是进行还是停止EGR，因此能够使朝涡轮式增压器16流入的废气量收敛到适当范围内，由此在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器16的转速Nt上升到容许转速Nta以上，能够防止涡轮式增压器16的故障。
产业上的可利用性
根据本发明的柴油发动机及其控制方法，在具备涡轮式增压系统和EGR系统的柴油发动机中，在发动机加速时，能够避免涡轮式增压器的转速上升到容许转速以上，能够防止涡轮式增压器的故障，因此能够利用为搭载于汽车等的柴油发动机及其控制方法。
符号的说明
10：柴油发动机；11：发动机主体；11a：气缸(缸体)；11b：活塞；12：进气通路；13：排气通路；14：EGR通路；14c：内部EGR通路；15：空气滤清器；16：涡轮式增压器；16a：压缩机；16b：涡轮；17：废气净化装置；18：EGR冷却器；19：EGR阀；21：增压压力传感器；30：控制装置(ECM)；31S：燃料喷射量检测单元；32S：增压压力检测单元；33S：发动机运转状态检测单元；34S：EGR控制单元；Ra：高旋转·高负载运转状态区域；Rb：区域(Pb≥Pbc、且在区域Ra之外)；Rc：区域(Pb＜Pbc、且在区域Ra之外)；Lp：区域Rb与区域Rc的边界(Pbc)；Lb、Lc：“区域Ra和区域Rb”与区域Rc的边界；Nt：涡轮式增压器的转速；Nta：涡轮式增压器的容许转速；Ne：发动机转速；Pb：增压压力；Pbc：第二阈值；Q：燃料喷射量；ΔQ：燃料喷射量的增加量；ΔQc：第一阈值；α：油门开度；αc：油门开度阈值。

Claims (3)

1.一种柴油发动机，具备涡轮式增压系统和EGR系统，其特征在于，
该柴油发动机具有燃料喷射量检测单元、增压压力检测单元、发动机运转状态检测单元以及EGR控制单元，
该EGR控制单元为，在发动机加速时，在由上述燃料喷射量检测单元检测到的燃料喷射量的增加量大于预先设定的第一阈值、且由上述增压压力检测单元检测到的增压压力低于预先设定的第二阈值、且由上述发动机运转状态检测单元检测到的发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域之外的情况下，关闭EGR阀而停止EGR，在由上述发动机运转状态检测单元检测到的发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域内的情况下，解除上述EGR的停止。
2.如权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于，
在上述EGR控制单元中，基于发动机转速和燃料喷射量来设定上述第二阈值。
3.一种柴油发动机的控制方法，该柴油发动机具备涡轮式增压系统和EGR系统，该柴油发动机的控制方法的特征在于，
在发动机加速时，在燃料喷射量的增加量大于预先设定的第一阈值、且增压压力低于预先设定的第二阈值、且发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域之外的情况下，关闭EGR阀而停止EGR，在发动机运转状态在预先设定的高旋转·高负载运转状态区域内的情况下，解除上述EGR的停止。
CN201480024390.4A 2013-06-27 2014-05-21 柴油发动机及其控制方法 Active CN105189985B (zh)

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