CN107532526B - 增压系统的控制装置 - Google Patents

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Abstract

用于将压缩后的进气供给到发动机的增压系统的控制装置具有：增压器，所述增压器包括对向发动机供给的所述进气进行压缩的压缩机；以及控制器，所述控制器对给压缩机的动作带来影响的控制设备进行控制。控制器包括：压缩机映射存储部，所述压缩机映射存储部存储表示压缩机中的进气体积流量、压力比以及压缩机转速的关系的压缩机映射；当前位置计算部，所述当前位置计算部按照规定周期对压缩机映射上的压缩机的动作点的当前位置进行计算；移动方向计算部，所述移动方向计算部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置，对压缩机映射上的动作点的移动方向进行计算；以及控制部，所述控制部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置和利用移动方向计算部算出的动作点的移动方向，对控制设备进行控制。

Description

增压系统的控制装置
技术领域
本公开涉及用于将压缩后的进气供给到发动机的增压系统的控制装置。
背景技术
作为提高发动机的输出的技术，利用增压器对进气进行压缩并将该压缩后的进气供给到发动机的方法(增压)是已知的，在各种发动机中广泛使用。增压器有时在发动机的运转状态骤变的情况等下过渡性地成为被称为喘振的异常运转状态。若增压器进入喘振状态，则不再能够对进气进行压缩。另外，若向喘振状态的进入频发，则可能会引起设备的破损。因此，需要适当地控制增压器，以极力避免增压器进入喘振状态。
以往，作为对增压器进行控制的技术，通常进行如下的控制：对进气流量、转速等进行感测，并基于该感测到的信息，对增压器进行反馈控制，以防止压缩机映射上的动作点进入喘振区域。换言之，基于压缩机映射上的动作点的当前位置对增压器进行反馈控制。例如，在专利文献1中公开了如下内容：进行涡轮转速的反馈控制，以使由涡轮转速传感器检测到的实际涡轮转速与和当前的运转状态相应的目标涡轮转速一致，从而进行控制以防止压缩机映射上的涡轮增压器的动作点进入喘振区域。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-291961号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在得到传感器的信息后的反馈控制中，增压器的控制来不及，可能会导致增压器的动作点越过喘振线而临时进入喘振状态。尤其是，在发动机处于海拔高的场所的情况下，与发动机处于海拔低的场所的情况相比，由于大气密度小，因此，压力比(增压器的出口压力/入口压力)增高，进入喘振状态的担忧进一步增高。
为了避免上述问题，若降低控制的目标值以便能够避免进入喘振状态，则会导致增压器的性能降低。若为了对该性能降低进行补偿而使增压器大型化，则会导致成本增加。
另外，在仅基于压缩机映射上的动作点的当前位置的控制中，未能掌握动作点向压缩机映射上的哪个方向移动，因此，在欲对增压器进行控制以使压缩机映射上的动作点移动到任意的目标位置的情况下，难以高效地控制增压器。
本发明是鉴于上述那样的现有课题而作出的，其目的在于提供一种能够使增压器的动作点高效地移动到压缩机映射上的任意位置的增压系统的控制装置。
用于解决课题的方案
(1)本发明的一实施方式的增压系统的控制装置用于将压缩后的进气供给到发动机，该增压系统的控制装置具有：增压器，所述增压器包括对向发动机供给的进气进行压缩的压缩机；以及控制器，所述控制器对给压缩机的动作带来影响的控制设备进行控制。而且，上述控制器包括：压缩机映射存储部，所述压缩机映射存储部存储表示压缩机中的进气体积流量、压力比以及压缩机转速的关系的压缩机映射；当前位置计算部，所述当前位置计算部按照规定周期对压缩机映射上的压缩机的动作点的当前位置进行计算；移动方向计算部，所述移动方向计算部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置，对压缩机映射上的动作点的移动方向进行计算；以及控制部，所述控制部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置和利用移动方向计算部算出的动作点的移动方向，对控制设备进行控制。
在此，增压器包括：利用借助从发动机排出的废气而旋转的涡轮机使压缩机旋转的后述的涡轮增压器；利用来自电动马达的动力使压缩机旋转的电动增压器；以及利用来自发动机的曲轴的动力使压缩机旋转的机械式增压器。
根据上述(1)所述的实施方式，基于压缩机映射上的动作点的当前位置以及动作点的移动方向双方来控制压缩机的动作。因此，与仅基于压缩机映射上的动作点的当前位置来控制压缩机的动作的以往的结构相比，可以将动作点的移动方向用于控制压缩机，因此，可以使压缩机的动作点高效地移动到压缩机映射上的任意位置。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括移动方向判定部，所述移动方向判定部对所述动作点的移动方向是否朝向目标方向进行判定。而且，在动作点的移动方向未朝向目标方向的情况下，控制部对控制设备进行控制，以使动作点的移动方向朝向目标方向。
根据上述(2)所述的实施方式，控制设备由控制部自动控制，以使动作点的移动方向朝向目标方向。因此，可以使压缩机的动作点高效地移动到压缩机映射上的任意位置。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与动作点的当前位置对应的控制设备的控制量的控制映射。而且，控制部对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，以使动作点的移动方向朝向目标方向。
根据上述(3)所述的实施方式，通过对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，对控制设备进行控制，以使动作点的移动方向朝向目标方向。该控制映射例如是用于计算发动机通常运转时的控制设备的控制量的映射。由此，通过仅对利用控制映射算出的控制量进行修正的简单结构，即可对压缩机进行控制以使动作点的移动方向朝向目标方向。
(4)在几个实施方式中，在(1)～(3)中任一项所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括移动速度计算部，所述移动速度计算部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置的每单位时间的变化量，对动作点的移动速度进行计算。而且，控制部基于利用当前位置计算部算出的动作点的当前位置、利用移动方向计算部算出的动作点的移动方向、以及利用移动速度计算部算出的动作点的移动速度，对控制设备进行控制。
根据上述(4)所述的实施方式，除基于压缩机映射上的动作点的当前位置以及动作点的移动方向之外，还基于压缩机映射上的动作点的移动速度来控制压缩机。这样，通过将动作点的移动速度用于控制压缩机，在使压缩机的动作点移动到压缩机映射上的任意位置时，可以使时间概念反映到控制中。
(5)在几个实施方式中，在(4)所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括到达时间推定部，所述到达时间推定部基于动作点的移动方向以及移动速度，对动作点从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间进行推定。而且，控制部基于动作点的移动方向以及移动速度，对动作点从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间进行推定，根据到达时间和规定时间的比较结果，对控制设备进行控制。
根据上述(5)所述的实施方式，基于动作点的移动方向以及移动速度，对动作点从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间进行推定，根据该推定出的到达时间和规定时间的比较结果，对控制设备进行控制。因此，例如，如后所述，可以考虑动作点从当前位置起直至进入喘振区域为止的时间、动作点从当前位置起直至到达目标位置为止所花费的时间等对压缩机进行控制。
(6)在几个实施方式中，在(5)所述的增压系统的控制装置中，上述规定区域是是作为在动作点位于规定区域内的情况下可能会产生喘振的区域被定义的喘振区域。而且，在动作点从当前位置起直至到达喘振区域为止的到达时间比第一规定时间小的情况下，控制部对控制设备进行控制，以避免动作点进入喘振区域。
根据上述(6)所述的实施方式，在动作点从当前位置起越过喘振线而到达喘振区域为止的到达时间比第一规定时间小的情况下，对压缩机进行控制，以避免动作点进入喘振区域。该第一规定时间例如是在对控制设备进行了通常的反馈控制的情况下为了避免处于当前位置的动作点进入喘振区域而所需要的时间(响应延迟时间)。因此，根据这样的实施方式，在通过通常的反馈控制不能避免动作点进入喘振区域那样的情况下，避免动作点进入喘振区域那样的控制起作用，因此，可以在过渡运转时避免增压器进入喘振状态。
另外，在动作点从当前位置起直至到达喘振区域为止的到达时间比第一规定时间大的情况下，例如，在通过通常的反馈控制能够避免动作点进入喘振区域那样的情况下，避免上述增压器进入喘振状态那样的控制不起作用。因此，不会使通常的控制状态下的压缩机的动作范围过于缩小。
(7)在几个实施方式中，在(6)所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与动作点的当前位置对应的控制设备的控制量的控制映射。而且，控制部对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，以避免动作点进入喘振区域。
根据上述(7)所述的实施方式，通过对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，对控制设备进行控制，以避免动作点进入喘振区域。该控制映射例如是用于计算发动机通常运转时的控制设备的控制量的映射。由此，通过仅对利用控制映射算出的控制量进行修正的简单结构，即可对压缩机进行控制以避免增压器进入喘振状态。
(8)在几个实施方式中，在(5)所述的增压系统的控制装置中，在动作点从当前位置起直至到达目标位置为止的到达时间比第二规定时间小的情况下，上述控制部对控制设备进行控制，以使动作点相比第二规定时间提前到达目标位置。
根据上述(8)所述的实施方式，在动作点从当前位置起直至到达目标位置为止的到达时间比第二规定时间小的情况下，对压缩机进行控制，以使动作点相比第二规定时间提前到达目标位置。该目标位置例如是压缩机映射上的、压缩机效率比规定的效率高的位置(例如，压缩机效率为75％以上的位置)。因此，根据这样的实施方式，在通过通常的控制直至动作点到达目标位置为止过于花费时间那样的情况下，动作点到达早期的目标位置那样的控制起作用，因此，可以使压缩机的动作点相比通常的控制提前到达目标位置。
(9)在几个实施方式中，在(8)所述的增压系统的控制装置中，上述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与动作点的当前位置对应的控制设备的控制量的控制映射。而且，控制部对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，以使动作点相比第二规定时间提前到达目标位置。
根据上述(9)所述的实施方式，通过对基于控制映射算出的控制设备的控制量进行修正，对控制设备进行控制，以使动作点相比第二规定时间提前到达目标位置。该控制映射例如是用于计算发动机通常运转时的控制设备的控制量的映射。由此，通过仅对利用控制映射算出的控制量进行修正的简单结构，即可对压缩机进行控制以使动作点相比第二规定时间提前到达目标位置。
(10)在几个实施方式中，在(1)～(9)中任一项所述的增压系统的控制装置中，上述增压器由利用涡轮机使压缩机旋转的涡轮增压器构成，所述涡轮机利用从发动机排出的废气而旋转。而且，控制设备包括燃料喷射装置、可变喷嘴机构以及废气旁通阀中的至少任一个，所述燃料喷射装置向发动机供给燃料，所述可变喷嘴机构对流入到涡轮机的所述废气的流动方向进行控制，所述废气旁通阀对流入到涡轮机的废气的流量进行控制。
根据上述(10)所述的实施方式，可以提供增压器由涡轮增压器构成的增压系统的控制装置。
发明的效果
根据本发明的至少一个实施方式，可以提供能够使增压器的动作点高精度地移动到压缩机映射上的任意位置的增压系统的控制装置。这样，通过使增压器的动作点高精度地移动到压缩机映射上的任意位置，可以最大限度地发挥增压器的性能。
附图说明
图1是表示应用本发明的一实施方式的增压系统的控制装置的增压系统的整体结构的图。
图2是用于说明控制器的功能的框图。
图3是表示压缩机映射的图。
图4是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。
图5是表示用于变更动作点的移动方向的控制流程的图。
图6是用于说明距离La的图。
图7是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。
图8是表示用于避免动作点进入喘振区域的控制流程的图。
图9是用于说明对到达时间进行推定的方法的图。
图10是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。
图11是表示用于使动作点提前到达目标位置的控制流程的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式说明。但是，作为实施方式而记载的或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，其主旨并非将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对的配置的表述，不仅严格地表示上述那样的配置，而且，也表示以具有公差、或能够得到相同功能这种程度的角度、距离的方式相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示处于事物相等的状态的表述，不仅严格地表示相等的状态，而且也表示存在公差或存在能够得到相同功能这种程度的差的状态。
例如，表示四边形或圆筒形等形状的表述，不仅表示几何学上严格的意义下的四边形或圆筒形等形状，而且也表示在能够得到相同效果的范围包括凹凸部或倒角部等在内的形状。
另一方面，“配备”、“配置”、“具备”、“包括”或“具有”一个结构要素的表述并非是排除其他的结构要素的存在的排他性的表述。
另外，在以下的说明中，对于相同的结构标注相同的附图标记，有时省略其详细说明。
<第一实施方式>
图1是表示应用本发明的一实施方式的增压系统的控制装置的增压系统的整体结构的图。本发明的一实施方式的增压系统的控制装置1A是用于将压缩后的进气IA供给到发动机2的增压系统的控制装置1A，如图1所示，具有：包括对向发动机2供给的进气IA进行压缩的压缩机22在内的增压器20、以及对给压缩机22的动作带来影响的控制设备进行控制的控制器10。
在图示的实施方式中，增压器20由利用涡轮机24使压缩机22旋转的涡轮增压器20A构成，所述涡轮机24利用从发动机2排出的废气EG而旋转。
在图1所示的增压系统1中，经由空气滤清器32被导入到了进气管路30的空气(进气)流入到涡轮增压器20A的压缩机22。涡轮增压器20A包括：配置于进气管路30的压缩机22、配置于排气管路40的涡轮机24、以及将压缩机22和涡轮机24连结的转子23。而且，利用从发动机2排出的废气EG的排气能量驱动涡轮机24旋转，压缩机22随之同轴驱动，从而压缩流入到了压缩机22的进气IA。
由压缩机22压缩后的进气IA在中间冷却器34中被冷却，由节气门36调节进气流量后，经由进气口5被供给到燃烧室8。燃烧室8是在气缸套3和活塞4的顶面之间划分的空间。另外，发动机2具有用于向燃烧室8喷射燃料的燃料喷射装置6。而且，从燃料喷射装置6被供给到了燃烧室8的燃料利用压缩热而自点火(或利用未图示的点火装置点火)，从而在燃烧室8内燃烧、膨胀。而且，在燃烧室8内生成的废气EG经由排气口7向排气管路40排出。
被排出到排气管路40的废气流入到上述涡轮增压器20A的涡轮机24，驱动涡轮机24使其旋转。另外，绕过涡轮机24的旁通管路42与排气管路40连接。而且，在旁通管路42中设置有用于对在旁通管路42中流动的废气EG的流量进行控制的废气旁通阀28。
另外，涡轮机24设置有用于对作用于涡轮机24的废气EG的流动进行控制的可变喷嘴机构26。
上述燃料喷射装置6、可变喷嘴机构26、废气旁通阀28等装置相当于给上述压缩机22的动作带来影响的控制设备。
另外，在图1所示的增压系统1中，在进气管路30中的压缩机22的上游侧，分别设置有对在进气管路30中流动的进气IA的流量进行计测的空气流量计51以及对在进气管路30中流动的进气的温度进行计测的进气温度传感器52。另外，在进气管路30中的压缩机22的入口部位，设置有对向压缩机22流入的进气IA的压力进行计测的入口侧压力传感器53。而且，在进气管路30中的压缩机22的出口部位，设置有对由压缩机22压缩后的进气IA的压力进行计测的出口侧压力传感器54。另外，涡轮增压器20设置有对涡轮转速(即，压缩机22的转速)进行计测的涡轮转速传感器55。由这些空气流量计51、进气温度传感器52、入口侧压力传感器53、出口侧压力传感器54、以及涡轮转速传感器55测出的各信息向控制器10发送。
控制器10包括：中央处理装置(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、以及I/O接口等，由相互分体而构成的微型计算机构成。
图2是用于说明控制器的功能的框图。如图2所示，控制器10包括：控制部10A、压缩机映射存储部10B、当前位置计算部10C、以及移动方向计算部10D。
压缩机映射存储部10B是控制器10中的实现保存以下说明的压缩机映射M1而存储的功能的部分。
图3是表示压缩机映射的图。如图3所示，压缩机映射M1是横轴表示修正流量Qa、纵轴表示压力比ε的曲线图。修正流量Qa例如通过将空气流量计51检测到的进气流量换算为基准温度下的进气体积流量而求出。压力比ε例如用由出口侧压力传感器54检测到的压缩机出口压力P2除以由入口侧压力传感器53检测到的压缩机入口压力P1而求出(ε＝P2/P1)。另外，在图3所示的压缩机映射M1中，用虚线表示压缩机效率η，用点划线表示涡轮转速Nt。涡轮转速Nt例如可以根据由涡轮转速传感器55检测到的涡轮转速来掌握。
而且，在图3所示的压缩机映射M1中，主要知道修正流量Qa、压力比ε、涡轮转速Nt这三个中的至少两个，即可确定压缩机映射M1上的动作点61的位置。另外，求出修正流量Qa、压力比ε、涡轮转速Nt的手段并不限定于上述方法。除上述方法之外，也可以采用能够求出修正流量Qa、压力比ε、涡轮转速Nt的公知的其他方法。
当前位置计算部10C是控制器10中的实现按照规定周期对压缩机映射M1上的压缩机22的动作点61的当前位置进行计算的功能的部分。
动作点61根据发动机2的运转状态的变化等时时刻刻在压缩机映射M1上移动。当前位置计算部10C按照规定周期对在压缩机映射M1上时时刻刻移动的动作点61的当前位置进行计算并将其保存在存储器等中。
移动方向计算部10D是控制器10中的实现如下功能的部件，即基于利用当前位置计算部10C算出的动作点61的当前位置，对压缩机映射M1上的动作点61的移动方向(在图3中用“箭头63”表示)进行计算。
例如可以根据利用当前位置计算部10C算出的规定周期前的动作点61的过去位置(在图3中用“○”表示)和利用当前位置计算部10C算出的动作点61的当前位置(在图3中用“●”表示)求出动作点61的当前的移动方向。
控制部10A是控制器10中的实现如下功能的部分，即基于利用当前位置计算部10C算出的动作点61的当前位置和利用移动方向计算部10D算出的动作点61的移动方向对控制设备6、26、28等进行控制。
根据这样构成的本实施方式的增压系统的控制装置1A，基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置以及动作点61的移动方向双方来控制压缩机22的动作。因此，与仅基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置来控制压缩机的动作的以往的结构相比，可以将动作点61的移动方向用于控制压缩机22，因此，可以使压缩机22的动作点61高效地移动到压缩机映射M1上的任意位置。由此，可以最大限度地发挥涡轮增压器20A的性能。
在几个实施方式中，如图2所示，控制器10还包括移动方向判定部10E。移动方向判定部10E是控制器10中的对动作点61的移动方向是否朝向目标方向进行判定的部分。在此，目标方向指的是在压缩机映射M1上从动作点61的当前位置朝向目标位置(在图3中用“★”表示)的方向(在图3中用“箭头65”表示)。动作点61的目标位置根据发动机2的运转状态等由控制器10中的目标位置计算部10F适当设定。
而且，如在后述的图4、5中所说明的那样，控制部10A构成为，在动作点61的移动方向未朝向目标方向的情况下，对控制设备6、26、28等进行控制，以使动作点61的移动方向朝向目标方向。
根据这样的实施方式，控制设备6、26、28等由控制部10A自动控制，以使动作点61的移动方向朝向目标方向。因此，可以使压缩机22的动作点61高效地移动到压缩机映射M1上的任意位置(例如目标位置)。
在几个实施方式中，如图2所示，控制器10还包括控制映射存储部10G。控制映射存储部10G是控制器10中的实现如下功能的部分，即存储用于计算与动作点61的当前位置对应的控制设备6、26、28等的控制量的控制映射。该控制映射例如是用于计算发动机2通常运转时的控制设备6、26、28等的控制量的映射(通常控制映射)。
而且，如在后述的图4、5中所说明的那样，控制部10A构成为，对基于控制映射算出的控制设备6、26、28等的控制量进行修正，以使动作点61的移动方向朝向目标方向。
根据这样的实施方式，通过对基于控制映射算出的控制设备6、26、28等的控制量进行修正，对控制设备6、26、28等进行控制，以使动作点61的移动方向朝向目标方向。由此，通过仅对利用控制映射算出的控制量进行修正的简单结构，即可对压缩机22进行控制，以使动作点61的移动方向朝向目标方向。
图4是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。图5是表示用于变更动作点的移动方向的控制流程的图。
在图4所示的控制流程中，首先，计算修正流量Qa以及涡轮转速Nt(S11)。接着，基于在S11中算出的修正流量Qa以及涡轮转速Nt，利用上述当前位置计算部10C来计算压缩机映射M1上的动作点61的当前位置(S12)。接着，基于在当前位置计算部10C中算出的动作点61的当前位置，利用上述移动方向计算部10D来计算压缩机映射M1上的动作点61的移动方向(S13)。
接着，利用移动方向判定部10E对动作点61的移动方向是否朝向目标方向进行判定(S14、S15)。在S14中，计算沿着动作点61的移动方向的线63L与目标位置之间的距离La(从目标位置向线63L引出的垂线的长度)(参照图6)。接着，在S15中，对算出的距离La是否为0进行判定。在算出的距离La＝0的情况下(在S15中为“是”)，动作点61的移动方向朝向目标方向而进入到S16。在算出的距离La≠0的情况下(在S15中为“否”)进入到S18，执行图5所示的移动方向变更控制流程。
在图5所示的移动方向变更控制流程中，首先，在S181中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量。接着，在S182中，对在S181中算出的控制设备6、26、28等的控制量进行修正。例如，在控制设备为燃料喷射装置6并将从燃料喷射装置6喷射的燃料喷射量作为控制量的情况下，将距离La与任意的系数A相乘而得到的值A·La与通过通常控制映射算出的燃料喷射量(通常燃料喷射量)相加。这样，通过与距离La相应地使修正量变化，从而可以增大移动方向从目标方向较大偏移时的修正量以使移动方向迅速朝向目标方向。接着，由控制部10A对燃料喷射装置6进行控制(S183)，以便喷射算出的修正后的燃料喷射量(修正燃料喷射量)。
反复进行这样的移动方向变更控制，直至在S15中判定为动作点61的移动方向朝向目标方向。另外，在上述说明中，在La＝0的情况下，判定为动作点61的移动方向朝向目标方向，但也可以在La≤th(th是阈值并且是比0大的值)的情况下，判定为动作点61的移动方向朝向目标位置。
回到图4的控制流程，在判定为动作点61的移动方向朝向目标方向时，在S16中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量，在S17中，基于在S16中算出的控制量，由控制部10A对控制设备6、26、28进行控制。即，执行通常的运转控制。
这样，通过基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置以及动作点61的移动方向双方对压缩机22的动作进行控制，与仅基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置来控制压缩机的动作的以往的结构相比，可以使压缩机22的动作点61高效地移动到压缩机映射M1上的任意位置。
<第二实施方式>
在几个实施方式中，如图2所示，控制器10还包括移动速度计算部10H。移动速度计算部10H是控制器10中的实现如下功能的部分，即基于利用当前位置计算部10C算出的动作点61的当前位置的每单位时间的变化量对动作点61的移动速度进行计算。
而且，如在后述的图7、8中所说明的那样，控制部10A构成为，基于利用当前位置计算部10C算出的动作点61的当前位置、利用移动方向计算部10D算出的动作点61的移动方向、以及利用移动速度计算部10H算出的动作点61的移动速度，对控制设备6、26、28等进行控制。
根据这样的实施方式，除基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置以及动作点61的移动方向之外，还基于压缩机映射M1上的动作点61的移动速度来控制压缩机22。这样，通过将动作点61的移动速度用于控制压缩机22，在使压缩机22的动作点61移动到压缩机映射M1上的任意位置时，可以使时间概念反映到控制中。
在几个实施方式中，如图2所示，控制器10还包括到达时间推定部10I。到达时间推定部10I是控制器10中的实现如下功能的部分，即基于动作点61的移动方向以及移动速度对动作点61从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间ta进行推定。在此，规定区域意思是在压缩机映射M1上占据规定的范围的预先确定的区域。例如，在后述的实施方式中，规定区域是作为在动作点61位于规定区域内的情况下可能会产生喘振的区域被定义的喘振区域S(参照图3)。
而且，如在后述的图7、8中所说明的那样，控制部10A构成为，基于动作点61的移动方向以及移动速度，对动作点61从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间进行推定，根据到达时间ta和规定时间的比较结果，对控制设备6、26、28等进行控制。
图9是用于说明对到达时间进行推定的方法的图。对动作点61的当前位置与沿着动作点61的移动方向的线63L和喘振线SL的交点63P之间的距离Lb进行计算，用该距离Lb除以动作点61的当前的移动速度Va(＝√{(dQa/dt)2+(dε/dt)2})，从而推定到达时间ta(ta＝Lb/Va)。
根据这样的实施方式，基于动作点61的移动方向以及移动速度，对动作点61从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间ta进行推定，根据该推定出的到达时间和规定时间的比较结果，对控制设备6、26、28等进行控制。因此，例如，如后所述，可以考虑动作点61从当前位置起直至进入喘振区域为止的时间、动作点61从当前位置起直至到达目标位置为止所花费的时间等，对压缩机22进行控制。
在几个实施方式中，上述规定区域是喘振区域S。而且，在动作点61从当前位置起直至到达喘振区域S为止的到达时间ta比第一规定时间tc小的情况下，控制部10A构成为对控制设备6、26、28等进行控制，以避免动作点61进入喘振区域S。
根据这样的实施方式，在动作点61从当前位置起直至越过喘振线SL而到达喘振区域S为止的到达时间ta比第一规定时间小的情况下，控制压缩机22，以避免动作点61进入喘振区域S。该第一规定时间例如是在对控制设备6、26、28等进行了通常的反馈控制的情况下为了避免处于当前位置的动作点61进入喘振区域S而所需要的时间(响应延迟时间)。因此，根据这样的实施方式，在通过通常的反馈控制不能避免动作点61进入喘振区域S那样的情况下，避免动作点61进入喘振区域S那样的控制起作用，因此，可以避免在过渡运转时涡轮增压器20进入喘振状态。
另外，在动作点61从当前位置起直至到达喘振区域S为止的到达时间ta比第一规定时间tc大的情况下，例如，在通过通常的反馈控制能够避免动作点61进入喘振区域S那样的情况下，避免上述动作点61进入喘振区域S那样的控制不起作用。因此，不会使通常的控制状态下的压缩机22的动作范围过于缩小。
图7是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。图8是表示用于避免动作点进入喘振区域的控制流程的图。
在图7所示的控制流程中，首先，计算修正流量Qa以及涡轮转速Nt(S21)。接着，基于在S21中算出的修正流量Qa以及涡轮转速Nt，利用上述当前位置计算部10C来计算压缩机映射M1上的动作点61的当前位置(S22)。接着，基于在当前位置计算部10C中算出的动作点61的当前位置，利用上述移动方向计算部10D以及移动速度计算部(10H)来计算压缩机映射M1上的动作点61的移动方向以及移动速度(S23)。
接着，利用到达时间推定部10I来推定直至动作点61到达规定区域即喘振区域S为止的到达时间ta(S24)，对推定出的到达时间ta和第一规定时间tc进行比较(S25)。在ta>tc的情况下(在S25中为“是”)，通过通常的反馈控制也可以避免动作点61进入喘振区域S而进入到S26。在ta≤tc的情况下(在S25中为“否”)进入到S28，执行图8所示的喘振避免控制流程。
在图8所示的喘振避免控制流程中，首先，在S281中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量。接着，在S282中，对在S281中算出的控制设备6、26、28等的控制量进行修正。例如，在控制设备为可变喷嘴机构26并将可变喷嘴机构26的喷嘴叶片的开度作为控制量的情况下，将第一规定时间tc和推定出的到达时间ta之差(tc-ta)与任意的系数B相乘而得到的值B·(tc-ta)与通过通常控制映射算出的喷嘴叶片的开度(通常叶片开度)相加。这样，通过与第一规定时间tc和推定出的到达时间ta之差(tc-ta)相应地使修正量变化，从而可以增大直至到达喘振区域S为止的时间上的富余不够时的修正量并可靠地避免动作点61进入喘振区域S。接着，由控制部10A对可变喷嘴机构26进行控制，以使可变喷嘴机构26的喷嘴叶片的开度成为修正后的喷嘴叶片的开度(修正叶片开度)(S283)。
反复进行这样的喘振避免控制流程，直至在S25中判定为动作点61从当前位置起直至到达喘振区域S为止的到达时间ta超过第一规定时间tc。
回到图7的控制流程，在判定为动作点61从当前位置起直至到达喘振区域S为止的到达时间ta超过第一规定时间tc时，在S26中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量，在S27中，基于在S26中算出的控制量，由控制部10A对控制设备6、26、28进行控制。即，执行通常的运转控制。
这样，除基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置以及动作点61的移动方向之外，还基于压缩机映射M1上的动作点61的移动速度对压缩机22进行控制，由此，如上所述，即便在通过通常的反馈控制不能避免动作点61进入喘振区域S那样的情况下，也可以避免涡轮增压器20进入喘振状态。
<第三实施方式>
在几个实施方式中，如在后述的图10～11中所说明的那样，在动作点61从当前位置起直至到达目标位置为止的到达时间tb比第二规定时间td小的情况下，控制部10A对控制设备6、26、28等进行控制，以使动作点61相比第二规定时间td提前到达目标位置。
根据这样的实施方式，在动作点61从当前位置起直至到达目标位置为止的到达时间比第二规定时间td小的情况下，控制压缩机22，以使动作点61相比第二规定时间td提前到达目标位置。该目标位置例如是压缩机映射M1上的、压缩机效率η比规定的效率高的位置(例如，压缩机效率η为75％以上的位置)。因此，根据这样的实施方式，在通过通常的控制直至动作点61到达目标位置为止过于花费时间那样的情况下，动作点61到达早期的目标位置那样的控制起作用，因此，可以使压缩机22的动作点61相比通常的控制提前到达目标位置。
图10是表示本发明的一实施方式的控制流程的一例的图。图11是表示用于使动作点提前到达目标位置的控制流程的图。
在图10所示的控制流程中，首先，计算修正流量Qa以及涡轮转速Nt(S31)。接着，基于在S31中算出的修正流量Qa以及涡轮转速Nt，利用上述当前位置计算部10C来计算压缩机映射M1上的动作点61的当前位置(S32)。接着，基于在当前位置计算部10C中算出的动作点61的当前位置，利用上述移动方向计算部10D以及移动速度计算部(10H)来计算压缩机映射M1上的动作点61的移动方向以及移动速度(S33)。
接着，利用移动方向判定部10E对动作点61的移动方向是否朝向目标方向进行判定(S34、S35)。在S34中，计算沿着动作点61的移动方向的线63L与目标位置之间的距离La(参照图6)。接着，在S35中，对算出的距离La是否为0进行判定。在算出的距离La＝0的情况下(在S35中为“是”)，动作点61的移动方向朝向目标方向而进入到S16。在算出的距离La≠0的情况下(在S35中为“否”)，进入到S40，执行图5所示的移动方向变更控制流程(S401～S403)。另外，S401～S403是与上述第一实施方式中的S181～S183相同的内容，因此，省略其说明。
接着，利用到达时间推定部10I对直至动作点61到达目标位置为止的到达时间tb进行推定(S36)，并对推定出的到达时间tb和第二规定时间td进行比较(S37)。在tb<td的情况下(在S25中为“是”)进入到S26。在tb≥td的情况下(在S37中为“否”)，为了使动作点61提前到达目标位置而进入到S41，执行图11所示的移动速度增大控制流程。
在图11所示的移动速度增大控制流程中，首先，在S411中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量。接着，在S412中，对在S411中算出的控制设备6、26、28等的控制量进行修正。例如，在控制设备为废气旁通阀28并将废气旁通阀28的阀开度作为控制量的情况下，将推定出的到达时间tb和第二规定时间td之差(tb-td)与任意的系数C相乘而得到的值C·(tb-td)与通过通常控制映射算出的废气旁通阀28的阀开度(通常阀开度)相加。这样，通过与推定出的到达时间tb和第二规定时间tc之差(tb-td)相应地使修正量变化，从而可以增大直至动作点61到达目标位置为止的时间长时的修正量并使动作点61提前向目标位置移动。接着，由控制部10A对废气旁通阀28进行控制(S413)，以使废气旁通阀28的阀开度成为修正后的废气旁通阀28的阀开度(修正阀开度)。
反复进行这样的移动速度增大控制流程，直至在S37中判定为直至动作点61到达目标位置为止的到达时间tb小于第二规定时间tc。
回到图10的控制流程，在判定为直至动作点61到达目标位置为止的到达时间tb小于第二规定时间tc时，在S38中，基于通常控制映射来计算控制设备6、26、28等的控制量，在S39中，基于在S38中算出的控制量，由控制部10A对控制设备6、26、28进行控制。即，执行通常的运转控制。
这样，除基于压缩机映射M1上的动作点61的当前位置以及动作点61的移动方向之外，还基于压缩机映射M1上的动作点61的移动速度对压缩机22进行控制，由此，如上所述，在通过通常的控制直至动作点61到达目标位置为止过于花费时间那样的情况下，可以使动作点61相比通常的控制提前到达目标位置。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的目的的范围内进行各种变更。
附图标记说明
1 增压系统
1A 增压系统的控制装置
2 发动机
3 气缸套
4 活塞
5 进气口
6 燃料喷射装置(控制设备)
7 排气口
8 燃烧室
10 控制器
10A 控制部
10B 压缩机映射存储部
10C 当前位置计算部
10D 移动方向计算部
10E 移动方向判定部
10F 目标位置计算部
10G 控制映射存储部
10H 移动速度计算部
10I 到达时间推定部
20 增压器
20A 涡轮增压器
22 压缩机
23 转子
24 涡轮机
26 可变喷嘴机构(控制设备)
28 废气旁通阀(控制设备)
32 空气滤清器
34 中间冷却器
36 节气门
40 排气管路
42 旁通管路
51 空气流量计
52 进气温度传感器
53 入口侧压力传感器
54 出口侧压力传感器
55 涡轮转速传感器
61 动作点
63L 沿着动作点的移动方向的线
63P 沿着动作点的移动方向的线和喘振线的交点

Claims (9)

1.一种增压系统的控制装置，是用于将压缩后的进气供给到发动机的增压系统的控制装置，其特征在于，具有：
增压器，所述增压器包括对向所述发动机供给的所述进气进行压缩的压缩机；以及
控制器，所述控制器对给所述压缩机的动作带来影响的控制设备进行控制，
所述控制器包括：
压缩机映射存储部，所述压缩机映射存储部存储表示所述压缩机中的进气体积流量、压力比以及压缩机转速的关系的压缩机映射；
当前位置计算部，所述当前位置计算部按照规定周期对所述压缩机映射上的所述压缩机的动作点的当前位置进行计算；
移动方向计算部，所述移动方向计算部基于利用所述当前位置计算部算出的所述动作点的过去位置和当前位置，对所述压缩机映射上的所述动作点的当前的移动方向进行计算；以及
控制部，所述控制部基于利用所述当前位置计算部算出的所述动作点的当前位置和利用所述移动方向计算部算出的所述动作点的移动方向，对所述控制设备进行控制，
所述控制器还包括移动速度计算部，所述移动速度计算部基于利用所述当前位置计算部算出的所述动作点的当前位置的每单位时间的变化量，对所述动作点的移动速度进行计算，
所述控制部基于利用所述当前位置计算部算出的所述动作点的当前位置、利用所述移动方向计算部算出的所述动作点的移动方向、以及利用所述移动速度计算部算出的所述动作点的移动速度，对所述控制设备进行控制。
2.如权利要求1所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述控制器还包括移动方向判定部，所述移动方向判定部对所述动作点的移动方向是否朝向目标方向进行判定，
在所述动作点的移动方向未朝向所述目标方向的情况下，所述控制部对所述控制设备进行控制，以使所述动作点的移动方向朝向所述目标方向。
3.如权利要求2所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与所述动作点的当前位置对应的所述控制设备的控制量的控制映射，
所述控制部对基于所述控制映射算出的所述控制设备的控制量进行修正，以使所述动作点的移动方向朝向所述目标方向。
4.如权利要求1所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述控制器还包括到达时间推定部，所述到达时间推定部基于所述动作点的移动方向以及移动速度，对所述动作点从当前位置起直至到达规定区域或目标位置为止的到达时间进行推定，
所述控制部根据利用所述到达时间推定部推定出的所述到达时间和规定时间的比较结果，对所述控制设备进行控制。
5.如权利要求4所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述规定区域是作为在所述动作点位于所述规定区域内的情况下可能会产生喘振的区域被定义的喘振区域，
在所述动作点从当前位置起直至到达所述喘振区域为止的到达时间比第一规定时间小的情况下，所述控制部对所述控制设备进行控制，以避免所述动作点进入所述喘振区域。
6.如权利要求5所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与所述动作点的当前位置对应的所述控制设备的控制量的控制映射，
所述控制部对基于所述控制映射算出的所述控制设备的控制量进行修正，以避免所述动作点进入所述喘振区域。
7.如权利要求4所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
在所述动作点从当前位置起直至到达所述目标位置为止的到达时间比第二规定时间小的情况下，所述控制部对所述控制设备进行控制，以使所述动作点相比所述第二规定时间提前到达所述目标位置。
8.如权利要求7所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述控制器还包括控制映射存储部，所述控制映射存储部存储用于计算与所述动作点的当前位置对应的所述控制设备的控制量的控制映射，
所述控制部对基于所述控制映射算出的所述控制设备的控制量进行修正，以使所述动作点相比所述第二规定时间提前到达所述目标位置。
9.如权利要求1～8中任一项所述的增压系统的控制装置，其特征在于，
所述增压器由利用涡轮机使所述压缩机旋转的涡轮增压器构成，所述涡轮机利用从所述发动机排出的废气而旋转，
所述控制设备包括燃料喷射装置、可变喷嘴机构以及废气旁通阀中的至少任一个，所述燃料喷射装置向所述发动机供给燃料，所述可变喷嘴机构对流入到所述涡轮机的所述废气的流动方向进行控制，所述废气旁通阀对流入到所述涡轮机的所述废气的流量进行控制。
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