CN108463620B - 废气旁通阀的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

涡轮增压器(3)的废气旁通阀(7)，在暖机完毕后的怠速时成为完全打开以使排气阻力降低，但在冷却水温(TW)低于阈值(TW1)的冷机怠速时，开环控制为与完全打开相比小的中间开度。点火时机为了进行催化剂暖机而延迟。如果冷却水温(TW)达到阈值(TW1)(t3)，则废气旁通阀(7)的开度成为完全打开。在暖机完毕之前，如果加速器开度(APO)变大(t4)，则开度的限制被解除。

Description

废气旁通阀的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及在内燃机的涡轮增压器设置的废气旁通阀的开度控制。
背景技术
用于内燃机的增压的涡轮增压器，通常在涡轮部具有废气旁通阀，该废气旁通阀为了增压压力控制而使得排气流的一部分不经由涡轮机叶轮而进行旁通。在专利文献1中，作为对该废气旁通阀进行开闭驱动的驱动机构，公开了下述所谓的摆动形式的结构，即，将电动致动器的杆的直线运动经由连杆变换为旋转轴的旋转运动，使得被固定于该旋转轴的臂部的前端支撑的提升式的阀体摆动。
在上述的废气旁通阀中，如专利文献1所记载，在驱动机构的一部分、例如臂部前端与提升式的阀体之间、或者杆前端与连杆之间等存在微小的间隙。
另一方面，在内燃机的冷机怠速时，为了进行排气系统的催化剂暖机而执行点火时机延迟，伴随该点火时机延迟，排气的压力变动变大、详细而言排气脉动变大。另外，在怠速时，废气旁通阀的开度通常被控制为完全打开，排气流的一部分通过阀体周围，以使排气阻力降低。
因此，在排气脉动变大的冷机怠速时，由上述间隙导致阀体振动，容易产生异常噪音。
专利文献1：日本特开2015-48837号公报
发明内容
本发明是在内燃机的冷机怠速时或者减速时，对废气旁通阀的开度进行限制。通过以上述方式将废气旁通阀的开度缩小，从而从废气旁通阀的阀体周围通过的排气流量变少，伴随排气脉动或者压力变动的阀体的移动得到抑制。因此，不易产生由间隙导致的异常噪音。
根据本发明，能够抑制排气脉动变大的冷机怠速时或者减速时的废气旁通阀处的异常噪音的产生。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的系统结构的说明图。
图2是表示涡轮增压器的要部的剖视图。
图3是表示废气旁通阀的阀体安装构造的要部的放大图。
图4是表示一个实施例的控制流程的流程图。
图5是表示废气旁通阀相对于内燃机运转条件的开度的特性的特性图。
图6是表示在冷机起动后怠速放置时的开度变化等的时序图。
图7是表示点火时机延迟量与废气旁通阀开度的关系的特性图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
图1是表示本发明的一个实施例的系统结构的结构说明图，在作为火花点火式汽油内燃机的内燃机1的排气通路2配置有涡轮增压器3的排气涡轮4，在其下游侧配置有例如使用了三元催化剂的催化剂转换器6。在排气通路2的更下游侧设置有未图示的排气消音器，排气通路2经由该排气消音器向外部开放。上述排气涡轮4具备用于增压压力控制的废气旁通阀7。此外，内燃机1例如是直喷型的结构，在每个气缸具有在气缸内对燃料进行喷射的未图示的燃料喷射阀，并且在每个气缸具有未图示的火花塞。当然，不限于直喷型，也可以是端口喷射型燃料喷射装置。
在内燃机1的进气通路10从上游侧按顺序配置有空气滤清器11、空气流量计12、节流阀13，上述涡轮增压器3的压缩机5配置于上述空气流量计12与上述节流阀13之间。此外，在图示例子中，在压缩机5与节流阀13之间安装例如水冷式或空冷式的中间冷却器14。另外，在上述进气通路10还设置有再循环通路16，该再循环通路16将上述压缩机5的上游侧和下游侧之间连通，在该再循环通路16设置有再循环阀17。该再循环阀17具有在节流阀13突然关闭的减速时开阀而使进气循环的功能。
在上述进气通路10的节流阀13下游侧配置有对增压压力进行检测的增压压力传感器15。
上述废气旁通阀7成为通过电动致动器20对开度进行控制的结构，为了对实际的开度进行检测，将位置传感器21内置于电动致动器20。具体而言，电动致动器20通过滚珠丝杠机构将电动机的旋转作为杆22的轴向的移动输出，位置传感器21对杆22相对于致动器的壳体的轴向位置进行检测。上述杆22经由连杆23以及臂部24而与废气旁通阀7的提升式的阀体7a连接。
上述电动致动器20的动作通过进行内燃机1的各种控制的发动机控制器25进行控制。除了向该发动机控制器25输入上述的空气流量计12、增压压力传感器15以及位置传感器21的检测信号以外，还对下述传感器类的检测信号进行输入，即，对内燃机1的冷却水温TW进行检测的冷却水温传感器26、对未图示的加速器踏板的踩踏量即加速器开度APO进行检测的加速器开度传感器27、对内燃机1的转速Ne进行检测的曲轴转角传感器28、对大气压ATM进行检测的大气压传感器29等。节流阀13的开度、未图示的燃料喷射阀的燃料喷射量、未图示的火花塞的点火时机等也通过发动机控制器25进行控制。
图2示出了在涡轮增压器3的排气涡轮4设置的废气旁通阀7的更具体的结构例。废气旁通阀7的阀体7a如图所示，位于具有涡旋部32的涡轮壳体31的排气出口部33，从排气出口部33侧对将涡旋部32的上游侧部分和排气出口部33连通的旁通通路34(图1中示意性地示出)进行开闭。该废气旁通阀7是所谓的摆动形式的结构，在具有轴部24a的臂部24的前端对阀体7a进行支撑。轴部24a能够旋转地支撑于涡轮壳体31，在露出于涡轮壳体31的外表面的轴部24a的基端固定有连杆23的一端。在连杆23的另一端经由销35而连结有电动致动器20的杆22、具体而言是中间杆22a。此外，上述摆动形式的废气旁通阀的基本结构例如根据日本特开2014-58894号公报等而公知。在上述结构中，通过电动致动器20的杆22的轴向的移动，臂部24以轴部24a作为中心进行摆动，与此相伴，圆形的阀体7a对旁通通路34的前端开口进行开闭。
图3示出了臂部24的前端处的阀体7a的安装构造的一个例子。如图所示，阀体7a中心的轴部7b将臂部24的安装孔24b贯穿，将圆环状的固定部件36安装于轴部7b前端的小径部7c，由此对该轴部7b进行止脱。因此，在臂部24与阀体7a之间以及轴部7b与安装孔24b内周面之间存在微小的间隙，存在产生由振动引起的异常噪音的余地。除此以外，在上述的连杆23与杆22的连结部等也存在间隙，能够成为产生异常噪音的部位。
下面，参照图4～图6，对上述实施例中的废气旁通阀7的开度控制进行说明。
图4是表示相当于控制部的上述发动机控制器25所执行的废气旁通阀7的开度控制的处理流程的流程图。首先，在步骤1中，基于由其他控制程序执行的系统的自我诊断结果而对是否为系统故障进行判别。在对增压压力控制产生影响的某些异常时，例如增压压力传感器15等传感器类发生故障或断线等的情况下，判断为系统故障，进入至步骤7，无论运转条件等如何，将废气旁通阀7的目标开度固定为完全打开，以实现故障安全。由此，避免意外的增压。
在接下来的步骤2中，对通过加速器开度传感器27检测出的加速器开度APO是否小于或等于相当于完全闭合位置的阈值APO0进行判定。阈值APO0是在加速器踏板被松开的状态下适当学习/更新的值。
在加速器开度APO不是小于或等于阈值APO0的情况下、即加速器踏板稍微被踩踏的情况下，进入至步骤8，执行用于增压压力控制(换言之扭矩控制)的通常的开度控制。图5将废气旁通阀7相对于内燃机转速和扭矩的开度特性以等高线状示出，在高负荷侧且转速低的区域a，废气旁通阀7成为完全闭合，如箭头所示，从区域a朝向图的右下侧越是负荷低且转速高，则废气旁通阀7的开度越增加。这样，废气旁通阀7的开度连续变化的区域为所谓的增压区域，将节流阀13的开度基本上设为完全打开，且通过废气旁通阀7的开度控制对内燃机1的扭矩进行控制。并且，在与规定的扭矩T1相比为低负荷的区域b中，废气旁通阀7成为完全打开。在该区域b中，实质上不会实现增压，作为非增压区域即自然供气区域，通过节流阀13的开度对扭矩进行控制。
更具体而言，基于内燃机转速和要求扭矩而从规定的控制对应图(map)赋予目标的增压压力(更严密而言，目标的压力比)，为了实现上述内容，使用增压压力传感器15的检测信号对废气旁通阀7的目标开度进行反馈控制。该增压压力反馈控制的结果是，得到如图5所示的开度特性。此外，电动致动器20基于上述的目标开度与由位置传感器21检测到的检测开度的偏差进行反馈控制。
在图4的步骤2中，如果加速器开度APO小于或等于阈值APO0，则进入至步骤3，对内燃机转速Ne是否大于或等于起动后的完全爆燃(complete explosion)判定用的阈值Ne1进行判定。在这里，在低于阈值Ne1的情况下、即在起动时的曲轴起动(Cranking)期间，进入至步骤7，将废气旁通阀7的目标开度设为完全打开。通过如上将废气旁通阀7的开度设为完全打开，从而由排气涡轮4产生的排气阻力变成最小。
如果在内燃机1的起动完毕后、即转速Ne大于或等于阈值Ne1，则从步骤3进入至步骤4，对冷却水温TW是否大于或等于阈值TW1进行判定，该阈值TW1用于判别是否为冷机状态。在这里，如果冷却水温TW低于阈值TW1，则进入至步骤6，将废气旁通阀7的目标开度设为与完全打开相比小的规定的中间开度。即，在冷却水温TW低于阈值TW1的冷机怠速中，经过步骤2、3、4的判定而进入至步骤6，将废气旁通阀7的开度限制为中间开度。对于中间开度而言，作为一个例子，在作为电动致动器20的移动量将完全打开设为100％时，为40～50％左右的开度。
阈值TW1设定为与在冷机起动后是否执行用于催化剂转换器6的催化剂的早期活化的点火时机延迟的阈值相等，例如是40℃～60℃左右范围内的适当的值。如果在起动时冷却水温TW低于阈值TW1，则通过未图示的其他控制程序以与冷却水温TW相对应的延迟量对点火时机进行延迟校正。由于该点火时机延迟，排气温度上升。另一方面，伴随点火时机延迟而燃烧压力的峰值处于延迟角侧，因此从内燃机1排出的排气的排气脉动增大。因此，如果废气旁通阀7为完全打开，则阀体7a振动而容易产生由前述的废气旁通阀7的各部分的间隙导致的异常噪音。但是，通过以上述方式将废气旁通阀7的开度设为与完全打开相比小的中间开度，从而从阀体7a的周围通过的排气流量相对变少，抑制了异常噪音的产生。
在步骤4中，如果冷却水温TW大于或等于阈值TW1，则进入至步骤5，根据与前一个加速器开度APO的比较而判定是否执行了急剧减速操作(例如加速器踏板的急剧解除)。在加速器开度APO急剧减少的情况下判定为急剧减速。如果不是急剧减速，则从步骤5进入至步骤7，将废气旁通阀7的目标开度设为完全打开。因此，在暖机完毕后的怠速中，基本上废气旁通阀7的开度成为完全打开，由排气涡轮4产生的排气阻力变得最小。
在步骤5中判定为急剧减速的情况下，例如在较短的规定时间期间，从步骤5进入至步骤6，将废气旁通阀7的目标开度设为中间开度，而不是完全打开。这是考虑到，例如在从废气旁通阀7成为完全闭合而排气压力高的状态起废气旁通阀7伴随着减速操作成为完全打开时，由大的压力变动导致阀体7a容易振动。在上述减速时，与前述的冷机怠速时同样地，通过设为与完全打开相比小的中间开度，从而能够抑制阀体7a的振动，进而抑制异常噪音的产生。
此外，该急剧减速时的处理并非是必须的，也能够进行省略。即使由废气旁通阀7的间隙导致产生异常噪音，在车辆行驶中，也会被其他噪音覆盖，因此不易感到相对的不适感。
图6是冷机起动后的时序图，将(a)内燃机转速Ne、(b)废气旁通阀7的开度、(c)冷却水温TW、(d)加速器开度APO、(e)点火时机延迟量的变化进行对比而示出。在时间t1，通过驾驶者的键ON操作而开始曲轴起动，但在内燃机停止中废气旁通阀7的开度是完全打开的，直至内燃机转速Ne达到规定的阈值Ne1为止在曲轴起动中也是完全打开的。在时间t2，如果起动完毕而内燃机转速Ne达到阈值Ne1，则基于冷却水温TW的判定，废气旁通阀7的开度变化至中间开度。另外，冷却水温TW低，因此，点火时机以与冷却水温TW相对应的延迟量进行延迟校正，以使催化剂暖机。如前所述，伴随着点火时机延迟而排气脉动增大，容易产生阀体7a的振动，但将废气旁通阀7的开度设为中间开度而不是完全打开，从而抑制了异常噪音产生。此外，目标怠速转速根据冷却水温TW进行设定，冷机时与暖机后相比相对高地赋予目标怠速转速。
从时间t2伴随时间经过而冷却水温TW逐渐上升，延迟量逐渐降低，在时间t3，如果冷却水温TW达到阈值TW1，则点火时机延迟结束，且同时废气旁通阀7的开度变化至完全打开。由此，排气阻力变成最小。
另外，如图6中虚线所示，如果在冷却水温TW达到阈值TW1之前，例如在时间t4加速器开度APO稍微被踩踏(即如果超过与完全闭合位置相当的阈值APO0)，则废气旁通阀7的开度从中间开度变化至完全打开。即，对中间开度的限制得到解除，进入至图4的步骤8的通常控制。
在图5中，点P1表示暖机后的怠速运转点，点P2表示冷机怠速的运转点。在上述运转点P1、P2处，废气旁通阀7的开度无论增压压力传感器15的检测值如何均会进行开环控制。即，在暖机后的怠速运转点P1处，废气旁通阀7的目标开度是完全打开的，在冷机怠速的运转点P2处，废气旁通阀7的目标开度变成规定的中间开度。此外，如前所述，在冷机怠速时，目标怠速转速设定为比暖机后的怠速运转点P1高。
如上，对本发明的一个实施例进行了说明，但本发明并不限于上述实施例。例如，在上述实施例中，基于冷却水温对内燃机1的温度状态进行判断，但也能够基于润滑油温度等其他参数对内燃机温度状态进行判断。另外，在上述实施例中，是否执行点火时机延迟的温度阈值与是否限制于中间开度的温度阈值成为相同的温度，但两者也可以是略有不同的温度。
并且，无论温度条件如何，都可以基于点火时机延迟的有无或者延迟量的大小进行在怠速时是否限制于中间开度的判断。
另外，中间开度的值在上述实施例中为恒定值，但也可以根据排气脉动的大小可变地进行设定。例如，如图7所示，也能够以延迟量越大则废气旁通阀7的开度变得越小的方式，对目标开度可变地进行设定。
另外，作为内燃机1，在除了伴随点火时机延迟的冷机怠速时以外具有排气脉动变大的运转条件(例如一部分气缸的间歇等)的情况下，也可以在检测出排气脉动变大的运转条件时，将废气旁通阀7的开度限制为中间开度，而不是完全打开。

Claims (7)

1.一种废气旁通阀的控制方法，该废气旁通阀设置于内燃机的涡轮增压器，
在该废气旁通阀的控制方法中，
在内燃机的冷机起动时直至起动完毕为止将废气旁通阀的开度设为完全打开，
另一方面，在内燃机的冷机怠速时、执行点火时机延迟的期间，将废气旁通阀的开度控制为中间开度，该中间开度小于内燃机的暖机后的怠速时的废气旁通阀的开度，
其中，在冷机起动之后，当判定起动完毕时，在将废气旁通阀的开度设为中间开度的同时，开始所述点火时机延迟。
2.根据权利要求1所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
在内燃机的暖机后的怠速时，将废气旁通阀控制为完全打开。
3.根据权利要求1或2所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
在怠速时且内燃机温度处于执行点火时机延迟的低温条件时，将废气旁通阀的开度控制为中间开度。
4.根据权利要求3所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
对应于点火时机延迟量，该延迟量越大则将废气旁通阀的开度设定得越小。
5.根据权利要求1或2所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
通过电动致动器对上述废气旁通阀的开度进行控制。
6.一种废气旁通阀的控制装置，其构成为具有：
内燃机；
涡轮增压器，其具有废气旁通阀；
致动器，其对上述废气旁通阀的开度进行控制；
增压压力传感器，其对增压压力进行检测；
温度传感器，其对上述内燃机的温度状态进行检测；以及
控制部，其在上述内燃机的非怠速时基于上述增压压力传感器所检测出的增压压力将上述废气旁通阀的目标开度输出，另一方面，在怠速时将废气旁通阀的目标开度设为完全打开，且在内燃机的冷机起动时直至起动完毕为止将废气旁通阀的开度设为完全打开，另一方面，在内燃机的冷机怠速时、执行点火时机延迟的期间，将废气旁通阀的目标开度设为中间开度而输出，该中间开度小于内燃机的暖机后的怠速时的废气旁通阀的开度，
所述控制部，在冷机起动之后，当判定起动完毕时，在将废气旁通阀的开度设为中间开度的同时，开始所述点火时机延迟。
7.根据权利要求6所述的废气旁通阀的控制装置，其中，
上述致动器为电动致动器。
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