CN113494381B - 内燃机的增压压力控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的增压压力控制装置，可抑制由大量冷凝水的产生引起的内燃机的失火及中间冷却器的冻结，并且可在不易发生如上所述的不良情况的条件下抑制增压响应性的降低。本发明的内燃机的增压压力控制装置包括：增压器(涡轮增压器(12))；中间冷却器(3)；增压压力控制单元(ECU(20))，基于目标增压压力(PBCMD)控制增压压力(PB)；以及进气温度获取单元(进气温度传感器(23))，获取进气的温度作为进气温度(TI)，在进气温度为规定的第一阈值温度(TTHR1)以上或为低于所述第一阈值温度的规定的第二阈值温度(TTHR2)以下的情况下，增压压力控制单元执行降低增压压力的增压压力降低控制。

Description

内燃机的增压压力控制装置
技术领域
本发明涉及一种包括增压器的内燃机的增压压力控制装置。
背景技术
在包括增压器的汽车等的内燃机中，通过利用压缩机(compressor)将进气压缩来使增压压力上升，由此使输出功率增加。若使增压压力上升，则经压缩的进气的温度因此而上升，此种进气温度的上升成为发生爆震(knocking)等异常燃烧的原因。因此，以往在进气通路中设置中间冷却器(intercooler)来对进气进行冷却。
若进气被中间冷却器冷却，则在中间冷却器的内部或下游侧有时会产生冷凝水。此种冷凝水的产生会成为中间冷却器的腐蚀、或因产生水锤(water hammer)等而导致的内燃机损伤的原因，因此理想的是切实地防止所述冷凝水的产生。
针对此种问题，例如在专利文献1记载的内燃机的控制装置中，对吸入至内燃机的燃烧室的进气的湿度进行检测，并在所述湿度高的情况下进行降低增压压力的控制，由此抑制冷凝水的产生。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2015-78637号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在进气处于高温多湿的状态的情况下，进气中大量存在的水分在中间冷却器中被冷却，因此在中间冷却器的内部或下游侧产生冷凝水的可能性变高。此时，若所产生的冷凝水因利用增压器上升的增压压力而一次大量地进入内燃机的燃烧室中，则有发生失火的担忧。另外，在进气处于低温多湿的状态的情况下，进气中的大量水分由于被中间冷却器过度冷却而冷凝，有时会在其内部或下游侧冻结。
对此，在专利文献1的技术中，基于进气的湿度对增压压力进行了控制而未考虑进气的温度，因此难以在如上所述的高温多湿条件或低温多湿条件下防止冷凝水的产生。
本发明是为了解决此种问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的增压压力控制装置，可抑制由大量冷凝水的产生而引起的内燃机的失火及中间冷却器的冻结，并且可在不易发生如上所述的不良情况的条件下抑制增压响应性的降低。
[解决问题的技术手段]
为了实现所述目的，本发明技术方案1的内燃机的增压压力控制装置，包括：增压器12，利用压缩机123将车辆中所搭载的内燃机(实施方式中的(以下，在本项中相同)发动机1)的进气压缩来进行增压；中间冷却器3，将经压缩机123压缩的进气冷却；增压压力控制单元(ECU 20)，基于根据车辆的要求而设定的目标增压压力PBCMD，控制由增压器12增压的增压压力PB；以及进气温度获取单元(进气温度传感器23)，获取压缩机123的上游侧的进气的温度作为进气温度TI，在所获取的进气温度TI为规定的第一阈值温度TTHR1以上或为低于第一阈值温度TTHR1的规定的第二阈值温度TTHR2以下的情况下，增压压力控制单元执行将增压压力PB降低至低于目标增压压力PBCMD的值的增压压力降低控制(图3的步骤301、步骤302、步骤306)，并且，在进气温度小于第一阈值温度TTHR1且高于第二阈值温度TTHR2的情况下，增压压力控制单元禁止执行增压压力降低控制(步骤301、步骤302、步骤307)。
根据所述结构，在所获取的进气温度为规定的第一阈值温度以上或为低于第一阈值温度的规定的第二阈值温度以下的情况下，增压压力控制单元执行将增压压力降低至低于目标增压压力的值的增压压力降低控制。
如此，在湿度高时容易在中间冷却器的内部或下游侧产生大量冷凝水的规定的高温条件下、或者在湿度高时容易在中间冷却器的内部或下游侧产生冻结的规定的低温条件下，执行增压压力降低控制而将增压压力降低至低于目标增压压力的值。由此，通过降低基于增压的进气流量，可抑制由大量冷凝水的吸入而引起的内燃机的失火、及由过度的冷却而引起的中间冷却器的内部或下游侧的冻结。另外，在不满足所述温度条件的情况下，禁止执行增压压力降低控制，因此可在不易产生大量冷凝水的条件下抑制增压响应性的降低。
本发明技术方案2的发明是根据技术方案1所述的内燃机的增压压力控制装置，还包括：车速获取单元(车速传感器25)，获取作为车辆的速度的车速VP；以及进气湿度参数获取单元(刮水器传感器26)，获取表示压缩机123的上游侧的进气的湿度的进气湿度参数，在进气温度TI为第一阈值温度TTHR1以上或为第二阈值温度TTHR2以下、所获取的车速VP为规定值VTHR以上、且由所获取的进气湿度参数表示的湿度为规定值以上的情况下，增压压力控制单元执行增压压力降低控制(步骤301～步骤306)，并且，在进气温度TI小于第一阈值温度TTHR1且高于第二阈值温度TTHR2、或车速VP小于规定值VTHR、或由进气湿度参数表示的湿度小于规定值的情况下，增压压力控制单元禁止执行增压压力降低控制(步骤301～步骤305、步骤307)。
根据所述结构，在进气温度为规定的第一阈值温度以上或为低于第一阈值温度的第二阈值温度以下、且所获取的车速为规定值以上、且由所获取的进气湿度参数表示的湿度为规定值以上的情况下，增压压力控制单元执行增压压力降低控制。
如此，仅在规定的高温或低温的条件下、且在满足规定的高车速条件及规定的高湿度条件的情况下执行增压压力降低控制，将增压压力降低至低于目标增压压力的值。由此，可更良好地获得如下效果，即，抑制因大量冷凝水的吸入而引起的内燃机的失火、及因促进过度的冷却而引起的中间冷却器的内部或下游侧的冻结。另外，在不满足所述温度条件、车速条件及湿度条件中的任一者的情况下，禁止执行增压压力降低控制，因此可在不易产生大量冷凝水的条件下进一步抑制增压响应性的降低。
本发明技术方案3的发明是根据技术方案2所述的内燃机的增压压力控制装置，其中，进气湿度参数是刮水器的工作信号，在进气温度为第一阈值温度以上或为第二阈值温度以下、所获取的车速为规定值以上、且所获取的刮水器的工作信号表示刮水器的连续工作的情况下，增压压力控制单元执行增压压力降低控制(步骤301～步骤306)，并且，在进气温度小于第一阈值温度且高于第二阈值温度、或车速小于规定值、或所获取的刮水器的工作信号不表示刮水器的连续工作的情况下，增压压力控制单元禁止执行增压压力降低控制(步骤301～步骤305、步骤307)。
根据所述结构，进气湿度参数是刮水器的工作信号，在进气温度为第一阈值温度以上或为第二阈值温度以下、且所获取的车速为规定值以上、且所获取的刮水器的工作信号为表示刮水器的连续工作的信号的情况下，增压压力控制单元执行增压压力降低控制。
如此，在获取了表示刮水器的连续工作的信号的情况下，判定为满足规定的高湿度条件，因此可利用更简易的结构来判定是否满足规定的高湿度条件。
本发明技术方案4的发明是根据技术方案1至3中任一项所述的内燃机的增压压力控制装置，还包括扭矩补偿单元(ECU 20、步骤308)，在执行增压压力降低控制时，所述扭矩补偿单元(ECU 20、步骤308)为了补偿因增压压力PB的降低而引起的内燃机的扭矩的降低，通过与不执行增压压力降低控制时相比增加节流阀13的开度而使吸入空气量增加。
根据所述结构，在执行增压压力降低控制时，利用扭矩补偿单元，通过与不执行增压压力降低控制时相比增加节流阀的开度而使吸入空气量增加。由此，可补偿因执行增压压力降低控制而增压压力降低所致的扭矩的减少量，可抑制驾驶性能(driveability)及燃料消耗率的劣化。
附图说明
图1是示意性地表示内燃机的结构的图。
图2是表示内燃机的控制装置的结构的框图。
图3是表示增压压力的控制处理的流程图。
[符号的说明]
1：发动机(内燃机)
3：中间冷却器
12：涡轮增压器(增压器)
13：节流阀
20：ECU(增压压力控制单元、扭矩补偿单元)
23：进气温度传感器(进气温度获取单元)
25：车速传感器(车速获取单元)
26：刮水器传感器(进气湿度参数获取单元)
123：压缩机
PB：增压压力
PBCMD：目标增压压力
TI：进气温度
TTHR1：第一阈值温度
TTHR2：第二阈值温度
VP：车速
VTHR：阈值速度
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。如图1所示，内燃机(以下称为“发动机”)1搭载于车辆中，且例如是具有串联的四个气缸6并且向气缸6的燃烧室(未图示)内直接喷射燃料的直喷发动机。在各气缸6中设置有燃料喷射阀7、火花塞8、进气阀及排气阀(均未图示)。
另外，发动机1包括进气通路2、排气通路11、及作为增压器的涡轮增压器12。进气通路2与缓冲罐(surge tank)4连接，缓冲罐4经由进气歧管5与各气缸6的燃烧室连接。在进气通路2中，从上游侧起依次设置有涡轮增压器12的后述的压缩机123、用于冷却经涡轮增压器12加压的空气的中间冷却器3、以及节流阀13。节流阀13由节流阀(TH)致动器13a驱动。在缓冲罐4中设置有检测增压压力PB的增压压力传感器21，在进气通路2中设置有检测吸入空气流量GAIR的吸入空气流量传感器22，并且设置有检测进气温度TI的进气温度传感器23。
涡轮增压器12包括：涡轮121，设置于排气通路11，利用排出气体的动能受到旋转驱动；以及压缩机123，设置于进气通路2，经由轴122与涡轮121连结。压缩机123将吸入至发动机1的空气(进气)加压来进行增压。在进气通路2连接有绕过压缩机123的旁通通路16，在旁通通路16中设置有用于调整在旁通通路16中通过的空气的流量的空气旁通阀(AB阀)17。
排气通路11经由排气歧管10与各气缸6的燃烧室连接。在排气通路11连接有绕过涡轮121的旁通通路14。在旁通通路14的下游侧的连接部，设置有用于调整在旁通通路11中通过的排气的流量的废气旁通阀(waste gate valve)(以下称为“WG阀”)15。WG阀15被控制为在通过涡轮增压器12进行的增压而增压压力PB上升且与此相伴排压(涡轮121的上游侧的排气压力)成为规定值以上的情况下开阀。由此，排压经由旁通通路11释放至涡轮121的下游侧，由此调整增压压力。在WG阀15中设置有检测WG阀15的开度WGA的阀开度传感器24。
图2表示发动机1的控制装置的结构。电子控制单元(以下，称为ECU。)20由包括中央处理器(central processing unit，CPU)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)及输入/输出(input/output，I/O)接口(均未图示)等的微型计算机构成。在ECU 20连接有所述增压压力传感器21、吸入空气流量传感器22、进气温度传感器23、阀开度传感器24，除此之外还连接有检测车辆的速度的车速传感器25、检测刮水器的工作状态的刮水器传感器26等，且依次被输入它们的检测信号。在ECU 20的输出侧连接有燃料喷射阀7、火花塞8、TH致动器13a、WG阀15、AB阀17等。
图3是表示本实施方式中的增压压力的控制处理的流程图。在ECU 20中，每隔规定时间反复执行本处理。
在本处理中，首先在步骤301(图示为“S301”。以下相同)中判别由进气温度传感器23检测出的进气温度TI是否为规定的第一阈值温度TTHR1以上。所述第一阈值温度TTHR1设定为使进气中的饱和水蒸气量比较大而包含大量水分的高温度。例如，作为第一阈值温度TTHR1，可设定相当于夏季路面附近的外部气温的温度。在所述判别结果为YES(是)而进气温度TI为第一阈值温度TTHR1以上的情况下，前进至步骤303。在所述判别结果为NO(否)而进气温度TI低于第一阈值温度TTHR1的情况下，前进至步骤302。
在步骤302中，判别进气温度TI是否为规定的第二阈值温度TTHR2以下。所述第二阈值温度TTHR2设定为容易发生水分冻结的低温度。例如，作为第二阈值温度TTHR2，可设定相当于冬季路面附近的外部气温的温度。在所述判别结果为YES(是)而进气温度TI为第二阈值温度TTHR2以下的情况下，前进至步骤303。在所述判别结果为NO(否)而进气温度TI高于第二阈值温度TTHR2的情况下，前进至步骤307。
在步骤303中，判别由车速传感器25检测出的车速VP是否为规定的阈值速度VTHR以上。所述阈值速度VTHR设定为在车辆以此速度行驶的情况下，通过行驶风而中间冷却器3中的进气的冷却得到促进且冷凝水的产生得到促进的速度。例如，作为阈值速度VP，可设定相当于高速公路上的车辆的行驶速度的速度。当所述判别结果为YES(是)而车速VP为阈值速度VTHR以上的情况下，前进至步骤304。在所述判别结果为NO(否)而车速VP低于阈值速度VTHR的情况下，前进至步骤307。
在步骤304中，判别是否从刮水器传感器26输入了表示刮水器处于工作中的信号。在所述判别结果为YES(是)的情况下，前进至步骤305，在判别结果为NO(否)的情况下，前进至步骤307。在步骤305中，判别是否从刮水器传感器26输入了表示刮水器处于连续工作中的信号。在所述判别结果为YES(是)的情况下，前进至步骤306，在判别结果为NO(否)的情况下，前进至步骤307。
在步骤306中，根据所述步骤301～步骤305的判别结果，通过规定的温度条件、规定的车速条件及规定的湿度条件已全部满足而判定为有产生大量冷凝水的担忧，并执行增压压力降低控制。在所述增压压力降低控制中，通过将WG阀15的开度WGA控制为打开侧，将增压压力PB降低至低于根据车辆的要求而设定的目标增压压力PBCMD的值。
在继步骤306之后的步骤308中，为了补偿因步骤306中的增压压力降低控制的执行而降低的发动机1的扭矩，以与不执行增压压力降低控制时相比增加节流阀13的开度的方式控制TH致动器13a，从而使吸入空气量增加。
另一方面，在步骤307中，通过规定的温度条件、规定的车速条件及规定的湿度条件中的任一者未满足而判定为不存在产生大量冷凝水的担忧，不进行增压压力降低控制而执行通常控制。在所述通常控制中，例如以增压压力PB成为目标增压压力PBCMD的方式进行反馈控制。
此外，在本实施方式中，刮水器的工作状态与降雨状况具有相关性，因此将刮水器的工作状态用作表示压缩机123的上游侧的进气的湿度的参数。即，在步骤304及步骤305中确认刮水器的工作状态，并且根据刮水器处于连续工作中而评估为压缩机123的上游侧的进气的湿度为规定值以上。
如上所述，根据本实施方式，在进气温度TI为表示规定的高温状态的第一阈值温度TTHR1以上或为表示规定的低温状态的第二阈值温度TTHR2以下、且车速VP为阈值速度VTHR以上、且雨刷器处于连续工作中的情况下，执行增压压力降低控制。
因此，仅在规定的高温或低温的条件下、且在满足规定的高车速条件及规定的高湿度条件的情况下，将增压压力PB降低至低于目标增压压力PBCMD的值，而降低基于增压的进气流量，由此，可抑制由大量冷凝水的吸入而引起的内燃机的失火、及由过度的冷却而引起的中间冷却器的冻结。另外，在不满足所述规定的温度条件、车速条件及湿度条件中的任一者的情况下，禁止执行增压压力降低控制而执行通常控制，因此可在不易产生大量冷凝水的条件下抑制增压响应性的降低。
另外，在执行增压压力降低控制时，为了补偿因增压压力PB的降低而引起的发动机1的扭矩的降低，与不执行增压压力降低控制时相比增加节流阀13的开度而使吸入空气量增加，因此可补偿因执行增压压力降低控制而增压压力PB降低所致的扭矩的减少量，可抑制驾驶性能及燃料消耗率的劣化。
此外，本发明并不限定于所说明的实施方式，可以各种实施方式实施。例如，在实施方式中，通过进气温度传感器获取了压缩机的上游侧的进气温度，但也可通过外部气温传感器获取车辆的外部的气温，将其用作进气温度。
另外，在实施方式中，作为表示压缩机的上游侧的进气的湿度的参数，使用了利用刮水器传感器而得的表示刮水器的工作状态的信号，但也可代替于此或在此基础上，使用来自检测雨滴的雨滴传感器(rain sensor)的信号、或表示雾灯(fog lamp)的工作的信号。当然，也能够利用湿度传感器等检测进气的湿度并使用其信号。
另外，在实施方式中，构成为为了进行增压压力降低控制过程中的扭矩补偿而增加节流阀的开度，但也可代替于此或在此基础上，设为增加由燃料喷射阀喷射的燃料喷射量。除此之外，在本发明的主旨的范围内，能够适宜地变更细节的结构。

Claims (4)

1.一种内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，包括：
增压器，利用压缩机将车辆中所搭载的内燃机的进气压缩来进行增压；
中间冷却器，将经所述压缩机压缩的进气冷却；
增压压力控制单元，基于根据所述车辆的要求而设定的目标增压压力，控制由所述增压器增压的增压压力；
进气温度获取单元，获取所述压缩机的上游侧的进气的温度作为进气温度；以及
车速获取单元，获取作为所述车辆的速度的车速；
其中，在所获取的所述进气温度为规定的第一阈值温度以上、或为低于所述第一阈值温度的规定的第二阈值温度以下，且所获取的所述车速为规定值以上的情况下，所述增压压力控制单元执行将所述增压压力降低至低于所述目标增压压力的值的增压压力降低控制，并且，
在所述进气温度小于所述第一阈值温度且高于所述第二阈值温度的情况下，或所述车速小于所述规定值的情况下，所述增压压力控制单元禁止执行所述增压压力降低控制。
2.根据权利要求1所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，还包括：
进气湿度参数获取单元，获取表示所述压缩机的上游侧的进气的湿度的进气湿度参数，
其中，在所述进气温度为所述第一阈值温度以上或为所述第二阈值温度以下、所获取的所述车速为规定值以上、且由所获取的所述进气湿度参数表示的湿度为规定值以上的情况下，所述增压压力控制单元执行所述增压压力降低控制，并且，
在所述进气温度小于所述第一阈值温度且高于所述第二阈值温度、或所述车速小于所述规定值、或由所述进气湿度参数表示的湿度小于所述规定值的情况下，所述增压压力控制单元禁止执行所述增压压力降低控制。
3.根据权利要求2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，
所述进气湿度参数是刮水器的工作信号，
在所述进气温度为所述第一阈值温度以上或为所述第二阈值温度以下、所获取的所述车速为规定值以上、且所获取的刮水器的工作信号表示所述刮水器的连续工作的情况下，所述增压压力控制单元执行所述增压压力降低控制，并且，
在所述进气温度小于所述第一阈值温度且高于所述第二阈值温度、或所述车速小于所述规定值、或所获取的所述刮水器的工作信号不表示所述刮水器的连续工作的情况下，所述增压压力控制单元禁止执行所述增压压力降低控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，还包括：
扭矩补偿单元，在执行所述增压压力降低控制时，所述扭矩补偿单元为了补偿因所述增压压力的降低而引起的所述内燃机的扭矩的降低，通过与不执行所述增压压力降低控制时相比增加节流阀的开度而使吸入空气量增加。
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