CN1303312C - 用于内燃机的增压器 - Google Patents
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Abstract
一种对进入空气增压的第一压缩机(1a)被安装在内燃机(12)的进气管道(6,20,21)内。第一压缩机(1a)被内燃机(12)的废气能量所驱动。一个第二压缩机(2a)被一个电机所驱动,以及一个旁路第二压缩机(2a)的旁路阀(3)被安装在第一压缩机(1a)和内燃机(12)之间的进气管道(7,20,21)内。该旁路阀(3)根据第二压缩机(2a)的运行从打开状态移向关闭状态。在这时,在第二压缩机(2a)启动后的某个时间,旁路阀(3)开始关闭,以使内燃机(12)的进入空气量不会缺乏。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的增压。
背景技术
日本专利局在2002年发表的专利号为JP2002-021573A的专利中公布了车辆用内燃机中,涡轮增压器和电增压器联合使用的方法以得到合宜的增压性能。
该电增压器包含一个由电机驱动的压缩机,该压缩机和涡轮增压器的压缩机被安置或串接在内燃机的进气管道中。
日本专利局在2000年发表的专利号为JP2000-230427A的专利中公布了在内燃机的进气管道中的一种电增压器和旁路该电增压器的一种旁路阀门。当电增压器运转时,也即当增压时,该旁路阀门关闭,而当电增压器不运转时,也即在自然吸入时,该阀门打开。
发明内容
由于涡轮增压器用内燃机废气能量来驱动压缩机这样的事实,在内燃机加速时增压响应中会产生延迟,称为涡轮滞后。电增压器用电能来驱动压缩机,所以其响应比涡轮增压器要快。但它不能避免由于转动部件的转动惯量所引起的,在开始旋转的时刻和旋转速度达到增压所需速度的时刻之间有一定数量的时间滞后。
当涡轮增压器和电增压器被串连时,在对应于这种滞后的那段时间内,该电增压器,从另一方面看,变成进入空气的一种阻力,比起自然进入空气量,它减少了内燃机进入的空气量,从而干扰了内燃机的加速。
作为这种缺点的一种对策,可以用如在JP2000-230427A中所公布的旁路阀。然而,如果旁路阀的打开和关闭只是象在JP2000-230427A中所述的那样和电增压器的运行联锁,即旁路阀在电增压器启动时同时关闭,那么就存在这样的问题,即由于在电增压器启动后的瞬间,电增压器给予进入空气的阻力,导致进入空气量的暂时地减少,也即问题没有解决。另外,当旁路阀门在电增压器运行停止时同时打开,被电增压器增压的进入空气从旁路阀向上游逸去,从而内燃机进入空气量迅速下降。进入空气量的这样一种迅速下降导致内燃机输出力矩或提供给内燃机的空气-燃料混合物的空气-燃料比的不良变化。
因而本发明的一个目的是优化用一个涡轮增压器和一个电增压器一起组成的增压装置的增压响应。
为了达到上述目的,本发明为一种用于内燃机的增压装置,该内燃机)包括进气管道,该装置包含:装在进气管道内的第一压缩机,该压缩机被废气能量所驱动并在进气管道中对进入空气增压;装在位于第一压缩机和内燃机之间的进气管道内的第二压缩机,该第二压缩机被电机所驱动并对从第一压缩机排出的空气增压;旁路阀,它旁路第二压缩机,当第二压缩机不在运行时该旁路阀是开着的,并在第二压缩机开始运行之后的某个时刻,开始关闭,其特征在于,增压装置还包括:传感器,它检测内燃机的总的进入空气流率,和可编程序控制器,它被编程以按照内燃机的总的进入空气流率来计算第二压缩机的目标转速,计算在自当前时刻起又经历了预定时间以后第二压缩机的预期转速,并当预期转速已达到目标转速时,开始关闭旁路阀。
本发明的细节以及其他特征和优点在本说明书的余下部份加以陈述并在附图中给出。
附图说明
图1是装有按照本发明增压装置的一台内燃机的示意图。
图2是描述由本发明的控制器执行的一个起始增压控制程序的流程图。
图3是描述用于按照本发明的电增压器中的电机操作特性的曲线图。
图4类同于图1,不过给出的是本发明的第二个实施方案。
图5类同于图1,不过给出的是本发明的第二个实施方案。
图6是一个内燃机的示意图,它装有按照本发明第三个实施方案的增压装置。
图7是按照本发明第四实施方案的电增压器的示意图。
图8是一个内燃机的示意图,它装有按照本发明第五个实施方案的增压装置。
图9是一个内燃机的示意图,它装有按照本发明第六个实施方案的增压装置。
图10是描述按照本发明第7个实施方案的控制器执行的起始增压控制程序的流程图。
图11是描述计算预期转速NF子程序的流程图,,该子程序由按照本发明第7个实施方案的控制器来执行。
图12是一张曲线图,它描述贮存在控制器中的按照本发明第7个实施方案转速增加率估计值ΔNMAP和转速关系图的特性。
图13A-13E是一张定时图,它描述按照本发明第7个实施方案电机的启动和旁路阀的关闭定时。
图14是一张曲线图,它描述贮存在控制器中的,按照本发明第7个实施方案的参照转速增加率估计值ΔN0和转速关系图的特性。
图15是一张曲线图,它描述贮存在控制器中的,按照本发明第7个实施方案的参照电流值I0和转速关系图的特性。
图16是一张曲线图,它描述贮存在控制器中的,按照本发明第7个实施方案的参照电压值V0和转速关系图的特性。
图17是一张曲线图,它描述按照本发明第8个实施方案,控制器所设定的转速差ΔN的特性。
图18是一张装有按照本发明第9个实施方案的增压装置的内燃机的示意图。
图19是一张流程图,它描述按照本发明第9个实施方案,在稳态下控制器所执行的错误诊断程序。
图20是一张流程图,它描述按照本发明第9个实施方案,在刚停止增压以后,控制器所执行的错误诊断程序。
图21是一张流程图,它描述按照本发明第9个实施方案,控制器执行的错误处理程序。
图22是一张流程图,它描述按照本发明第10个实施方案,控制器执行的错误处理程序。
具体实施方式
参照附图的图1,一车用内燃机12在其内部燃烧燃料和空气的混合物,而空气是从进气管道6,20,21吸入的,并由于点火燃烧能量而旋转。
由燃烧产生的废气从废气管道50,51排出。
进气管道6和20通过一涡轮增压器1的压缩机1a相连。
废气管道50和51通过涡轮增压器1的废气涡轮机1b相连。
该压缩机1a对应于在权利要求书中定义的第一压缩机。
废气涡轮机1b由于从废气管道50流出废气的能量而旋转,它使通过轴1c和它连接的压缩机1a一起旋转。使废气涡轮机1b旋转的废气流进废气管道51。旋转着的压缩机1a从进气管道6吸入空气并增压,并把它排至进气管道20。
一空气清洁器13被装在进气管道6内。进气管道20,21通过电增压器2的压缩机2a相连接,又为一旁路管道7所连接,该管道旁路压缩机2a。压缩机2a对应于权利要求书中定义的第二压缩机。
电增压器2装有一个电机2b,它按照从控制器4来的信号驱动压缩机2a,以及装有一根轴2c,它把电机2b的转动传输给压缩机2a。通过电机2b的旋转该压缩机2a吸进在进气管道20中的空气并把它增压,然后把它排到进气管道21。在进气管道21中装有节流阀31a。该节流阀和车内安装的加速器踏板的压下量连动并改变进气管道21的进气截面积。
在旁路管道7内装有一个旁路阀3。该旁路阀3被激励器3b所驱动并按照从控制器4来的信号打开和关闭旁路管道7。控制器4包含一个微型计算机,它装有中央处理单元(CPU),只读存储器(ROM),随机存储器(RAM)和输入/输出接口。也可以用多个微型计算机构成该控制器。
为了用控制器4来控制电增压器2和旁路阀3,安装了空气流量计5,它检测进气管道6的空气流率Qa,压力传感器8,它检测进气管道20的压力P1,压力传感器9,它检测进气管道21的压力P2,转速传感器11,它检测压缩机2a的转速Nc,节流阀速度传感器31,它检测节流阀31a的操作速度Th以及空气温度传感器32,它检测被压缩机2a加压后的空气温度Ta。从每一个传感器来的检测数据通过图中用细线箭头所示的信号电路被输入到控制器4。压力P1对应于在权利要求书中定义的第一压力,而压力P2对应于在权利要求书中定义的第二压力。
接着,参照图2,下面将叙述控制器4执行的起始增压控制程序。在内燃机12运转过程中,该程序在10毫秒的时间间隔内执行。起始增压控制具体指电增压器2的压缩机2a从发动到停止运行期间的控制。
在内燃机12的加速期间,涡轮增压器1实现增压。该程序目的在于涡轮滞后期间的增压控制直到涡轮增压器1的增强压力达到加速要求的有效压力。
首先,在步骤S11中,控制器从节流阀速度传感器31输入的节流阀操作速度Th来确定是否要求内燃机12的加速。具体讲,确定节流阀的操作速度Th是否超过一个预定的数值。这里,节流阀操作速度Th假定在打开方向上速度是正值,并假定该预定的值是一个正值。该预定值的典型值是每100毫秒30度。该节流阀速度传感器相当于对于内燃机12加速要求的一个参数检测传感器。
当在步骤S11中不要求加速,则在步骤S13把状态标志下重新设置为0以后,控制器4终止此程序。该状态标志F是这样一种标志,它给出对于内燃机12的加速要求,起始增压处理有没有完成,以及只要没有加速要求,它总是保持在0。另外,当处理完成后,它被设置为1,这将在下面叙述。
当在步骤S11中要求加速,控制器4在步骤S12中确定状态标志F是否为0。当状态标志F不为0,程序终止,不进入后面的步骤。当在步骤S12中状态标志为0,这意味着有加速要求而上述处理没有完成。在该情况下,控制器4在步骤S14中确定压缩机2a是否正在运转。
当压缩机2a没有正在运转,控制器4在步骤S16中,在接通电机2b电源,并启动压缩机2a的运转后,终止该程序。
当压缩机2a的运转已经被执行时,控制器4在步骤S15中,确定旁路阀门3是否开着。
当旁路阀门是开着,控制器4在步骤S17中确定电增压器2的压缩机2a所排放的空气气流Qs是否已经达到由空气流量计5所检测到的空气流率Qa。
这里,由压缩机2a所排放的空气流率Qs由后面方程(1)来计算,用转速传感器11检测到的压缩机2a的转速Nc,压力传感器8检测到的进气管道20的压力P1,和由温度传感器32检测到的进气管道21的空气温度Ta。
其中COEF=转换因子
由方程1计算的空气流率Qs和由空气流量计5检测到的空气流率Qa都是质量流率。
所有进入内燃机12的空气都经过空气流量计。因而,当压缩机2a所排出的空气流率Qs达到空气流量计5的空气流率Qa时,这就意味着所有进入的空气通过压缩机2a,而旁路阀门3的流率基本为零。换言之,这意味着压缩机2a已达到足以满足内燃机12所要求增压的转速。
如果步骤17的确定是肯定的,控制器在步骤S19中关闭旁路阀3并终止程序。如果步骤S17的确定是否定的,控制器4立即终止程序,而不进入步骤S19。
另一方面,在步骤S15中,当旁路阀门3不是开着,那么控制器4在步骤S18中确定进气管道20的压力P1是否大于进气管道21的压力P2。当进气管道20的压力P1小于进气管道21的压力P2时,控制器4立即终止程序。
如果进气管道20的压力P1大于进气管道21的压力P2,则控制器4在步骤S20中打开旁路阀门3,而在步骤S21停止压缩机2a的运转,在步骤S22把状态标志F设置为1并终止该程序。
按照此程序,当要求内燃机12加速时,只要旁路阀门3已经打开,压缩机2a就启动。之后,随着旁路阀门3的关闭而引起内燃机进入空气量的变化能够通过保持旁路阀3打开直到旁路阀3的流率在步骤S17中实际变成零或者讲直到压缩机2a达到增压所要求的转速来防止。
在步骤S19中关闭旁路阀门3以后,控制器4继续压缩机2a的运转直到进气管道20的压力P1达到进气管道21的压力P2。如果进气管道20的压力P1变得大于进气管道21的压力P2,这表示涡轮增压器1的增压已经上升,以及增压能够只用涡轮增压器1来完成。
如果在步骤S18中的这个条件被满足,则控制器4打开旁路阀门3,并停止压缩机2a的运行。另外,把状态标志F设置为1以表示起始增压过程的结束。为什么旁路阀门3要关着直到在步骤S18中进气管道20的压力P1变得大于进气管道21的压力P2的理由是用以防止空气通过旁路阀3从进气管道21向进气管道20的反向流动。
如果在进气管道21中的空气向进气管道20反向流动,内燃机12的进入空气量将减少,内燃机燃烧的燃料-空气混合物中空气-燃料比或内燃机12的输出力矩将变化。在进气管道20的压力P1达到进气管道21的压力P2后,如果旁路阀被打开,从电增压器2转换到涡轮增压器1能够平滑地进行而不会发生供给内燃机12的空气反向流到进气管20并影响废气组成和输出力矩。
在内燃机12以后的加速运转中,当在步骤S12中的判断结果变成否定的,那么事实上不执行本程序的任何处理,而内燃机12在涡轮增压器1的增压下进行运转。当加速不再被要求,在步骤S13中状态标志被重新设置为零,此后在程序的每次执行中,程序不断把状态标志F重新设置为零,直到检测到一个加速要求。
按照此程序,在步骤S11中确定内燃机12是否有加速要求是基于节流阀操作速度Th来实现的,但它也可以基于节流阀开口大小或加速器踏板压下量来确定。例如,加速器踏板压下的量由一个加速器踏板压下量传感器56来检测。把该压下量和一预定的量比较,以及在步骤S11中当压下量大于在给定机器转速下预定的值,控制器4确定内燃机12被要求加速。预定的值依赖于内燃机转速并设置成,例如,对每分钟1200转(rpm)时为15度,2000rpm时为20度,3000rpm时为40度。
另外,按照此程序,压缩机2a的排出空气流率Qs在步骤S17中用方程(1)来计算,但空气流率也可用不是基于方程1的另一种方法计算。
也即,用伏特表33和安培表34来检测提供给电机2b的电压和电流,而电机2b的转速可以通过查阅如图3所示的电机2b的特性图从电压和电流算出,而这特性图事先存储在控制器4的存贮器(ROM)中。
图3给出电机2b的产生力矩,转速和产生功率和提供给电机2b的电流和电压之间的关系。如图所示,当电流变大时,产生的力矩增加但电压和转速下降。产生的功率随着电流的增加而增加直到300安培[A]附近,在靠近300安培[A]达到一个极大值,如果电流增加超过该值,产生功率开始下降。
控制器4从电机2b算出的转速来计算压缩机2a的转速Nc。在本实施方案中,因为电机2b和压缩机2a用轴2c直接相连,压缩机2a的转速Nc和电机2b的转速相等。控制器4还用下面的方程(2),从压缩机2a每旋转一圈排出的流量qu(这可以事先从压缩机2a的说明书上找到),和压缩机2a的转速Nc算出压缩机2a的排出空气流率Qs
Qs=qu·Nc (2)
这样,为从提供给电机2a的电流和电压计算压缩机的排出空气流率Qs时,就能够不用转速传感器11和空气温度传感器32。
现在参照图4和图5,来叙述本发明的第二个实施方案。
首先,参照图4,在此实施方案中,在旁路管道7的旁路阀(3)的上游安装了一个第二空气流量计40以检测旁路流率Qb。
另外,在这个实施方案中,没有安装在第一个实施方案中所具有的空气温度传感器32和压缩机2a的转速传感器11。增压装置的硬件的其他特征与第一个实施方案的相同。
在第一个实施方案中,当压缩机2a的流率Qs从压缩机2a的转速Nc,进气管道20的压力P1,和进入空气温度Ta在,图2的步骤S17中用方程(1)加以计算,以及在步骤S19中当流率Qs变得和空气流量计5检测到的进入空气流率Qa相等时,旁路阀3被关闭。
而在本实施方案中,用执行如图5所示的起始增压控制程序来代替图2的起始增压控制程序。
在图5的程序中,用步骤S17A来代替图2的步骤S17。
在步骤S17A中,控制器4确定旁路流率Qb是否为零。当旁路流率为零时,在步骤S19,控制器4关闭旁路阀3。除了步骤S17A处理以外的处理与图2的程序中的处理是相同的。
按照此实施方案,在启动压缩机2a以后,在旁路流率Qb变为零以后,旁路阀3被关闭,这样即使旁路阀被关闭,内燃机12的进入空气量也不变,随着旁路阀的关闭而引起的内燃机进入空气量的下降能够像第一个实施方案中一样被防止。
上述二个实施方案的效果如下所述。
(1)在废气压力是低的状态下,如在内燃机12的低转速区域和涡轮增压器不能充分实现增压时,涡轮增压器增压性能的缺乏能够被电增压器所补偿。由于在涡轮增压器1已处于能够充份实现增压的状态后旁路阀3被打开,之后从进气管路20向进气管道21运动的空气不通过处于停止状态的压缩机2a,而是沿着具有较小阻力的旁路通道7。因而压缩机2a并不导致被涡轮增压器增压的压力损失。
(2)当压缩机2a启动时旁路阀3总是打开的,而从进气管道20到进气管道21运动的空气既通过压缩机2a又通过旁路管道7。因而,即使压缩器2a在刚启动后的瞬间处于低转速的状态,它不会对内燃机12吸入空气产生一个阻力。其结果是,没有伴随压缩机2a的启动内燃机12进入空气量的瞬间减少。
(3)因为当旁路阀3的流率实际为零时,旁路阀3被关闭,旁路阀3的关闭并不引起内燃机12进入空气量的变化。
(4)因为当进气管道20的压力P1和进气管道21的压力P2变成相等时旁路阀是打开的,即使旁路阀是打开的,空气也不会在旁路管道7中逆向流动。换言之,旁路阀3的开口并不引起内燃机12进入空气量的变化。
因而,因为在增压的早期阶段旁路阀3的打开和关闭对内燃机12的进入空气量的影响已被消除,在增压开始后,内燃机12的进入空气量平稳地以一个好的响应增长,从而得到一个令人满意的加速性能。另外,因为内燃机12的进入空气量没有突然变化,被燃烧的燃料-空气混合物的空气-燃料比的变化以及输出力矩的变化也能被防止。
在所有上述实施方案中,在启动压缩机2a后旁路阀3的关闭被延迟直到旁路阀3的流率变为零,但是在启动压缩机2a的运转后,用延迟旁路阀关闭到某一时间,例如从压缩器2a启动,在一个预定的时间上开着旁路阀3,或者在压缩机2a的转速达到一预定的速度之前,开着旁路阀3也能得到相同效果。
虽然上述实施方案涉及一个增压装置,它在压缩机1a的下游装有压缩机2a,但本发明也能用于一个增压装置,它只包含压缩机2a和旁路阀,就如在上述已有技术例子JP2000-230427A中那样。另外,它也不限于压缩机2a的驱动力是电机的情况,它能用于各种旋转驱动装置,包括废气涡轮机。
下面参照图6,将叙述本发明的第三个实施方案。
按照本实施方案的增压装置装有一个中间冷却器41,它在进气管道20与旁路管道7的分支点和涡轮增压器1的压缩机1a之间。该构造的其他特征和按照第一和第二实施方案的增压装置的特征相同。由于有中间冷却器41,为压缩机1a所压缩处于某个高温上的空气被冷却。作为其结果,因为从压缩机2a通过轴2c传输给电机2b的热量变小,电机2b的运转效率改进,从而增压装置的加速性能改进。另外,因为电机2b的温升被控制,如果,例如,在爬一山路时涡轮增压器1的增压没有上升,用压缩机2a增压就能在一个长时间内进行。
下面参照图7,将叙述本发明第四个实施方案。
按照本实施方案的电增压器通过滑轮42,43和皮带44来连接压缩机2a和电机2b,而不是通过轴2c直接连接。滑轮42被连接到压缩机2a而滑轮43被连接到电机2b,而皮带绕过滑轮42和43。该结构的其他特征和第三个实施方案的特征相同。
由于这种结构,从压缩机2a向电机2b转移的热量能够进一步减少。另外,通过把滑轮43的外直径设置得比滑轮42的外直径大,电机2b的旋转就能被加速并传输到压缩器2a,从而压缩机2a的增压就能被增加。
下面参照图8,将叙述本发明的第五个实施方案。
在这个实施方案中,在进气管道20和旁路管道7的分叉点和压缩机2a之间安装了第一中间冷却器45,在进气管道21和旁路管道7的分叉点和内燃机12之间安装了第二中间冷却器46。其余的硬件与第一实施方案的硬件相同。
在此实施方案中,压缩机2a所吸入的空气被第一中间冷却器45所冷却,这和第三个实施方案是一样的。作为其结果,因为从压缩机2a通过轴2c传输到电机2b的热量变小,电机2b的运行效率改善,因而增压装置的加速性能改善。另外,因为电机2b的温升得到控制,因而即使涡轮增压器1的增压没有上升,例如当爬山路时,能够在一个长的时间内用压缩机2a来实现增压。另外,因为第二冷却器46既把从压缩机2a排出的空气又把从旁路管道7出来的空气冷却并供给内燃机12,内燃机12的进入空气温度总能保持在一个合适的范围内。
下面参照图9,将叙述本发明第六个实施方案。
在本实施方案中,第一中间冷却器45设置于进气管道20和旁路管道7的分叉点和涡轮增压器1的压缩机1a之间。其组成的余下特征与第5个实施方案相同。
按照此实施方案,从压缩机1a排出的空气经过二个中间冷却器45和46,而不论压缩机2a是否运行。
在内燃机12高负载运行区域,当由于压缩机1a的增压被增加,压缩机2a停止运行,所有供给给内燃机12的空气来自旁路管道7。按照此实施方案,在此状态下进入空气的冷却也是由二个中间冷却器45和46来实现的,所以冷却效率比在第五个实施方案中的要高以及可能把中间冷却器46容量做小。
下面参照图10-12,图13A-13E和图14-16,叙述本发明的第七个实施方案。
在前面所述的每一个实施方案中,例如在第一个实施方案的步骤S17,S19中所示,当旁路阀3的流率实际为零时,旁路阀3关闭。在此情况下,从控制器4向激励器3b输出一个关闭信号,而旁路阀门3从完全打开的位置转到完全关闭的位置需要一定的时间。这段需要的时间就对旁路阀3的控制引入一个延迟、因而在这段延迟时间内当电机2b的转速上升时,从压缩机2a排出气体中的一部份在旁路阀已经关闭前就通过旁路阀3逆向流到进气管道20。其结果是,当旁路阀门3已完全关闭时,内燃机12的进入空气量快速上升,从而可以出现输出力矩的台阶形变化。
本实施方案的主要特征是电机2b的转速变化被预测,并基于预测转速向激励器3b输出关闭信号以使内燃机12的输出力矩不会由于旁路阀门3的关闭而出现台阶形的变化。
该实施方案的硬件结构和第一个实施方案相同,但控制器执行如图10所示的起始增压处理程序而不是图2的起始增压处理程序。
该程序也是在内燃机12的运行期间在10毫秒的时间间隔内执行的。
现参照图10,首先在步骤S100中,控制器确定是否要求内燃机12加速。
该确定和图2的步骤S11的确定是相同的。
因为当不要求内燃机加速时,压缩机2a的运转是不必要的,控制器4在步骤S103中打开旁路阀3,在步骤S104中停止压缩机2a的运行并中止程序。
步骤S103和S104的处理和图2的步骤S20和S21的处理等价。
当在步骤S100中要求内燃机12的加速,控制器在步骤S101中确定压缩机2a是否正在运行。
这个确定与图2的步骤S14的确定相同。
当压缩机2a没有在运行时,在步骤S102中,控制器接通电机2b的电源以启动压缩机2a,之后终止程序。
该处理和图2的步骤S16的处理相同。
如果压缩机2a已经运行,则控制器4在步骤S105中确定旁路阀3是否开着。这个确定和图2的步骤S15的确定相同。
当旁路阀3是开着,在步骤S106中,从空气流量计检测到的空气流率Qa来计算压缩机2a的目标转速NT。
这里,最好旁路阀在这样的时刻完成关闭的操作,其时内燃机12的全部进入空气已经由压缩机2a供给,或者讲,进入空气流率Qa已经变得和压缩机2a排出流率Qs相等。压缩机2a的转速Nc和排放流率Qs的关系可以由以下方程(3)粗略表示:
Qs=COEFA·Nc (3)
其中,COEFA=转换系数
这里,当压缩机2a的排放流率Qs等于内燃机12的进入空气流率Qa时的压缩机2a的转速Nc是目标转速NT。
如果在旁路阀3关闭中的上述延迟用延迟时间T来表示,则关闭信号在这样的时刻输出到旁路阀3的激励器3b,该时刻从当压缩机2a的转速达到目标转速NT的时刻减去延时时间T来得到,这样当进入空气流率Qa变得等于排放流率Qs时,旁路阀3的关闭将结束。
在步骤S106计算目标转速NT以后,控制器4在步骤107中通过执行图11中所示的子程序来计算从当前时刻再经过延迟时间T以后,压缩机2a的预期转速NF。
参照图11,在步骤S201中,控制器4读出由转速传感器11所检测到的压缩机2a的转速Nc。
在下一步骤S202中,控制器4计算压缩机2a的转速Nc和前一次执行该子程序读出的压缩机转速Ncn-1的差值,作为压缩机2a的转速的增加率ΔNc。
在接着的步骤S203中,控制器4读出伏特计33的检测电压V和安培计34的检测电流I。
在接着的步骤S204中,控制器4从压缩机2a的转速计算在延迟时间内转动增加率预期值ΔNMAP,这是通过查看事先存在存储器中(ROM)的,具有如图12所示特性的关系图实现的。
在这张关系图中,当压缩机2a的转速Nc增加时,转动增加率预期值ΔNMAP变小,如图12所示。当驱动压缩机2a的电机2b的输出力矩随着转速上升而减小时,单位时间内转速增加率随着转速增加而变小,如图3所示。
这就是为什么在图12中,转速增加率预期值ΔNMAP当转速Nc增加时要变小。
在接着的步骤S205中,控制器4用一个其实的转动增加率ΔNc借助下述方程(4)来改正转动增加率预期值ΔNMAP。此项改正为由于电机2b的负载起伏的效应或电机2b性能中与时间有关的变化所引起的电机转动增加率的变化作了修正。
在作了补偿后转速增加率预期值用ΔN1来表示。
其中,ΔN0=参照转速增加率。
控制器4在从压缩机2a的转速Nc来计算参照转速增加率ΔN0以后,进行方程(4)的计算,而前者是通过查阅事先储存在内部存储器(ROM)中的,具有如图14所示特性的关系图来实现的。该图给出当转速Nc增加时,参照转速增加率ΔN0减小。
在下一步骤S206中,控制器4还基于供给电机2b的电流I,用方程(5)来修正转速增加率预期值ΔN1。
这个改正对于电机2b的转速增加率按照电流I的变化作了修正。对作了补偿以后的转速增加率预期值用ΔN2表示。
其中,I0=参照电流值
控制器4从压缩机2a的转速Nc计算参照电流值I0之后,进行方程(5)的计算,而前者是通过查阅事先存储在内部存储器(ROM)中的,具有如图15所示特性的关系图来实现的。该图给出当转速Nc增加时,参照电流值I0减小。
在下一步骤S207中,控制器也基于提供给电机2b的电压,用下述方程(6)来修正转速增加率预期值ΔN2。这一步骤按照电压V修正了电机2b的转速增加率预期值的变化。
在修正后转速增加率预期值被设置为ΔN3。
其中,V0=参照电压值。
控制器4从压缩机2a的转速Nc计算参照电压值V0以后进行方程(6)的计算,而前者是通过查阅事先存储在内部存储器(ROM)中的,具有如图16所示特性的关系图实现的。该图给出当转速Nc增加时,参照电压值V0增加。
不是绝对必要来进行步骤S205-S207的所有的修正,只进行步骤S205-S207中一个或两个修正的设置,或不进行修正的设置,也是可能的。
在下一步骤S208中,在经过延迟时间T以后的预期转速NF可以用转速增加率预期值ΔN3借助下述方程7来计算。
NF=Nc+ΔN3·T (7)
在执行步骤S208以后,控制器4终止该子程序。
再参照图10,在步骤S107中计算了预期转速NF以后,控制器4在步骤S108中确定预期转速NF是否已经达到目标转速NT。当预期转速NF已达到目标转速NT时,控制器4在步骤S109中关闭旁路阀3,并终止该程序。当预期转速NF没有达到目标转速NT时,控制器4不执行步骤S109的处理而终止该程序。
现在将参照图13A-13E来叙述由于执行该程序,压缩机2a的转速Nc的变化和旁路阀3开口大小的变化。
首先,如图13A中所示,如果在时刻t0在步骤S100中检查到一个加速要求,控制器4,如图13B所示,立即接通电机2b的电源,并启动压缩机2a的运转。
作为其结果,如图13C中所示,压缩机2a的转速Nc上升,预期转速NF在时刻t1达到目标转速NT。
在该点,如图13D中所示,控制器4对旁路阀3的激励器3b输出一个关闭信号。其结果是,旁路阀3向关闭的方向转动,而在时刻t2,也即自时刻t1经历了延迟时间T以后,压缩机2a的转速Nc达到目标转速NT,与此同时,旁路阀3的关闭完成。
这样,因为旁路阀3关闭的完成与压缩机2a达到目标转速NT同步,压缩机2a排出的空气不会从旁路阀3逆向流到进气管道20。因而旁路阀3的关闭不会导致内燃机12的进入空气流率的变化,以及内燃机12的输出力矩不会以台阶形式变化。
下面参照图17,将叙述本发明的第8个实施方案。
本实施方案是这样一个实施方案,它涉及在图10的步骤S107中控制器4计算预期转速NF的方法。
增压装置的硬件结构与按照第7个实施方案的增压装置的硬件结构相同。
在这个实施方案中,如图17所示,认为压缩机2a的转速增加率是固定的。按照这张图,转速差ΔN能够从延迟时间T算出。而延迟时间T能够预先用实验确定。因而转速差ΔN可以作为一个固定值给出,按照此实施方案,控制器4在步骤S107中把此转速差ΔN加到压缩机2a启动时转速的初始值N0上来计算预期转速NF。
按照此实施方案,与第7个实施方案相同的效果能够用一个简单的结构得到。
下面,参照图18-21,将叙述本发明的第9个实施方案。
参照图18,按照本实施方案的增压装置装有打开和关闭传感器53,它检测旁路阀门是否处于关闭位置,装有一个内燃机转速传感器48,它检测内燃机12的转速Ne,一个伏特表49,它检测一个发电机的功率产生电压Vi,一个SOC传感器55,它检测电池的电荷状态SOC,以及一个加速踏板压下量传感器56,它检测汽车所安装的加速器踏板的压下量Acc。伏特计49检测电压Vi,作为表示发电机产生功率的一个数值。
节流阀速度传感器31也被节流阀开口传感器54所代替,它检测节流阀31a的开口大小TVO。该发电机是一个交流发电机,它被内燃机12所驱动,而电池贮存发电机的发电功率并向电机2b提供电源。这些传感器的检测数据作为信号被输入到控制器4。装置余下的硬件和第一个实施方案的硬件相同。
按照本实施方案的控制器4执行第一个实施方案,第二个实施方案或第七个实施方案的初始增压控制程序,并用执行如图19或20中所示的旁路阀3的错误诊断程序来诊断旁路阀3的错误。它还执行如图21所示的错误处理程序以保证内燃机12的进入空气量当旁路阀3出现错误时不会不够。这里旁路阀3的一个错误是指旁路阀没有从关闭位置移动。
图19给出在稳态下的错误诊断程序。这个程序是在内燃机12运转时,和初始增压控制程序在同一时间以十毫秒的时间间隔执行的。
首先,在步骤S301中,控制器4确定内燃机是否处于一个稳定的状态。具体地讲,由转速传感器11所检测到的压缩机2a的转速Nc是零这样的状态继续了一预定的时间,则被确定为稳态。如果状态不是稳态,控制器4立即终止程序而不执行进一步处理。在稳态下,在步骤S302中,控制器确定第一错误条件是否满足。
以下描述第一错误条件。
当压缩机2a没有运行时,或者在压缩机2a停止运行以后又经过一段时间后,旁路阀3固定在关闭位置,则压缩机下游的进气管道的压力是一高的负压。当压缩机2a停止时,空气很少能通过压缩机2a或固定在关闭位置的旁路阀3,所以从进气管道20到进气管道21的空气流将几乎被切断。如果内燃机12在这种状态下吸入空气,则进气管道21将进入非常高的负压。因而在步骤S302中,通过确定由压力传感器9所检测到的压力是否小于一事先设置的压力来确定该第一错误条件是否满足。这里,该事先设置的压力被设置为,例如,10千帕(KPa)。
当在步骤S302中第一错误条件被满足,控制器4执行步骤S305的处理。
当第一错误条件不满足,控制器4在步骤S303中确定第二错误条件是否满足。
以下叙述第二错误条件。
当压缩机2a不运行时,或者在压缩机2a终止运行后又经历一段时间以后,旁路阀3固定在一关闭位置,由空气流量计检测到的空气流率Qa比起在正常运行时内燃机12的进入空气流率减少,而后者可以从节流阀31a的开口大小TVO和内燃机的转速Ne确定的。这是因为,当空气既不能通过压缩机2a又不能通过旁路阀门3,进气管道6的进入空气流率下降。通过确定进入空气流率Qa是否小于从节流阀31a的开口大小TVO算出的内燃机12的进入空气流率和内燃机12的转速Ne能够确定第二错误条件是否满足。
当在步骤S303中第二错误条件被满足时,控制器4执行步骤305的处理。当第二错误条不满足时,控制器4在步骤304中确定第三错误条件是否被满足。
下面叙述第三错误条件。
当压缩机2a不运行时或者在压缩机2a停止运行后又经历一段时间以后,即使控制器4按照第一个实施方案,第二个实施方案或第七个实施方案中的任何一个执行起始增压控制程序,作为步骤S20或S103处理的结果,阀门3必须打开。
然而当阀门3仍固定在关闭位置,不管步骤S20或步骤S103的处理,从打开和关闭传感器53输入到控制器4的信号仍然显示关闭位置。因而,在该稳态下,当打开和关闭传感器53的信号继续显示关闭位置,控制器4确定第三错误条件被满足。
当在步骤S304中第三错误条件被满足时,控制器4执行步骤S305的处理。
当第三错误条件不满足,控制器终止该程序。
如上所述,在步骤S302-S304的确定中,如果第一到第三错误条件中任何一个被满足,控制器4将执行步骤S305的处理。当第一到第三错误条件中没有一个被满足时,控制器4将终止程序而不执行任何处理。在步骤S305中,控制器把一个错误标志F设置为1以表明在旁路阀3内发生错误,并终止该程序。错误标志F取值或为零,或为1,其初始值为零。
接着,参照图20,将叙述紧随增压停止后的错误诊断程序。
只有当从控制器对电机2b的电源供给被停止时才执行该程序。
首先,在步骤S401中,控制器4基于转速传感器11的检测速度Nc来确定压缩机2a是否已经停止。当压缩机2a还没有停止时,旁路阀3的错误诊断是困难的,所以控制器4立即终止程序而不进行进一步处理。
当压缩机2a已经停止,控制器4在步骤S402中确定第一错误条件是否被满足。当第一错误条件没有被满足时,在步骤S403中确定第二错误条件是否被满足。当第二错误条件没有被满足时,在步骤S404中确定第三错误条件是否被满足。第一到第三错误条件与图19中程序的第一到第三错误条件相同。
当各错误条件中有一个被满足时,在步骤S406中,控制器把错误标志F设置为1并终止程序。当第一到第三错误条件中任何一个都不满足时,在步骤S405中,控制器4确定从开始程序执行后是否已经历了预定的时间。如果还没有经历预定的时间,则重复步骤S402-404的确定。如果在步骤S405中已经历了预定的时间,控制器终止该程序。
图19的程序和图20的程序的错误诊断算法是相同的,所以要把它分开的理由如下述。具体讲,尽管按照图19的稳态程序,诊断是周期性地执行的,而图20的紧随增压停止的程序中,在从压缩机2a停止到已经过一段预定的时间之间的速度时期内,诊断以一个更短的时间间隔重复。这样通过把两个程序分开并缩短紧随压缩器2a停止之后的诊断时间间隔,旁路阀3的错误能够被立即检测出。
在图19和图20的程序中,为了加强确定的准确性,对第一到第三错误条件进行确定,但这些确定的先后顺序可以任意设置。另外,该错误标志F可以通过在第一到第三个错误条件中只确定一个或两个来设置。
在第一到第三错误确定中,第一错误条件的确定用了压力传感器9的检测压力。压力传感器9是用于前面所述的起始增压控制程序中检测压力P2的传感器,而错误条件能够用已有的传感器来确定。对于第二错误条件的确定,用了从流量计5,节流阀开口传感器54,和内燃机转速传感器48来的检测数据。对于内燃机12的常规的运行控制,通常要用这些传感器,而错误条件能够用这些已有的传感器来确定。对于第三错误条件的确定,用了打开和关闭传感器53所检测到的旁路阀3的关闭位置信号。这个传感器必须专为错误诊断安装,以及因为它直接检测旁路阀3是否被关闭,旁路阀3在关闭位置的固定能够被可靠地检测。
下面,参照图21,将叙述由控制器4执行的错误处理程序。该程序也是在内燃机12的运行期间,在起始增压控制程序的相同时间内,以10毫秒的时间间隔执行的。
首先,在步骤S501中,控制器4确定错误标志F是否为1。当错误标志F不为1时,在旁路阀3中没有出现错误,所以控制器4立即终止程序而没有执行进一步处理。当错误标志F是1时,在步骤S502中,控制器基于从SOC传感器55来的输入信号确定电池的电荷状态SOC。当SOC大于一预定的值,控制器4执行步骤S503的处理。
当SOC小于一预定的值,控制器4在步骤S506中确定由伏特计检测到的发电机的产生电压Vi是否大于一预定的电压。当该产生电压Vi大于该预定的电压,控制器执行步骤S503的处理。
在步骤S503中,控制器4基于由加速器踏板压下量传感器56检测到的加速器踏板压下量ACC来确定车辆的目标车速。
在步骤S503的处理以后,控制器4执行步骤S504的处理。
另外,在步骤S506中,当产生电压Vi小于预定的电压,那么控制器4在步骤S507中基于加速器踏板压下量传感器56所检测到的加速器踏板压下量Acc确定车辆的目标车速。在下一步骤S508,控制器4按照产生电压Vi,向下修正目标车速。在步骤S508的处理以后,控制器4进行步骤S504的处理。
在步骤S504中,控制器4向电机2b提供功率以便可以实现对应于目标车速的进入空气体积。在步骤S504的处理以后,控制器4终止该程序。
如果错误标志被上述过程设置为1,控制器4向电机2b在电池容量或发电机产生功率所许可的一个范围内供给功率,并相应地使压缩机2a运行。以这样的方式,向内燃机12提供的空气被可靠地得到以便对应于加速器踏板压下量的车速可以实现。因而,即使旁路阀3被固定在关闭位置,车辆也能以对应于加速器踏板压下量的车速运行。
这里,加速器踏板压下量代表车辆驾驶者的意向速率。
另外,当没有足够大的电池容量或发电机的功率以驱动电机2b,那么目标车速被向下修正,并把按照修正后的车速的功率供给至电机2b。通过反复执行此程序,目标车速逐渐下降。
这样,即使旁路阀3被固定在关闭位置,也可以用可用的电能向内燃机12供给空气,内燃机12的运行不会立即停止,因而能够把车辆驾驶到能够修理车辆毛病的地方。
在这个实施方案中,因为电池的电荷状态SOC被检测,因而可以在电池本身退化的早期把它检测出来。
下面参照图22,将叙述本发明的第10个实施方案。
该实施方案涉及出错处理程序,其中控制器4执行如图22所示的出错处理程序,而不是图21所示的出错处理程序。本实施方案的增压装置的其余结构和按照第9个实施方案的增压装置相同。
参照图22,该程序去掉图21中的步骤S502,S503和步骤S506-S508,并用步骤S604代替步骤S504。在步骤S501中,控制器4确定出错标志F是否为1。当出错标志F不为1时,程序立即终止。而当出错标志F是1时,控制器4在步骤S604中向电机2b提供功率并使压缩机2a运转。
在此情况下,提供给电机2b的功率是一个常量,这常数值是基于车辆行驶自身所需的内燃机12的进入空气量设置的。
按照此实施方案,当旁路阀3被固定在关闭位置时,电机2b被驱动以便足以使车辆自身行驶的空气量被供给到内燃机12,而不论电池或发电机是怎样的状态,或驾驶者的意向,因而在旁路阀被固定在一个关闭位置后比按照第9个实施方案的增压装置情况下能够行驶更长的距离。
在日本申请的,ToKugan的专利号为2002-238894申请日期为2002年8月20日专利的内容,Tokugan的专利号为2002-338999,申请日期为2002年11月22日专利的内容,Tokugan的专利号为2003-044794,申请日期为2003年2月1日专利的内容,Tokugan的专利号为2003-016201,申请日期为2003年1月24日专利的内容,Tokugan的专利号为2003-021667,申请日期为2003年1月30日专利的内容在此引入以供参考。
虽然本发明已经借助本发明的某些实施方案在前面加以叙述,但本发明不限于上述实施方案。对于本领域的技术人员,借助于上面的叙述,能对上述实施方案进行修正和改变。
例如,在每一个上述实施方案中,为控制所需的参数是用传感器检测的,但本发明能用于任何一个增压装置,它能执行权利要求书中所要求的控制,用权利要求书中所要求的参数,而不论这些参数是怎样获得的。
在本发明的实施方案中,要求的特许权或权利规定如下:
Claims (15)
1、一种用于内燃机(12)的增压装置,该内燃机(12)包括进气管道(6,20,21),该装置包含:
装在进气管道(6,20,21)内的第一压缩机(1a),该压缩机(1a)被废气能量所驱动并在进气管道(6,20,21)中对进入空气增压;
装在位于第一压缩机(1a)和内燃机(12)之间的进气管道(20,21)内的第二压缩机(2a),该第二压缩机(2a)被电机(2b)所驱动并对从第一压缩机(1a)排出的空气增压;
一个旁路阀(3),它旁路第二压缩机(2a),当第二压缩机(2a)不在运行时该旁路阀(3)是开着的,并在第二压缩机(2a)开始运行之后的某个时刻,开始关闭,
其特征在于,增压装置还包括:
一个传感器(5),它检测内燃机(12)的总的进入空气流率,和
一个可编程序控制器(4),它被编程以按照内燃机(12)的总的进入空气流率来计算第二压缩机(2a)的目标转速(S106),计算在自当前时刻起又经历了预定时间以后第二压缩机(2a)的预期转速(S107),并当预期转速已达到目标转速时,开始关闭旁路阀(3)。
2、权利要求1中的增压装置,其中预定时间被设置成等于旁路阀(3)关闭所需的时间。
3、权利要求1或权利要求2中的增压装置,其中增压装置还包含一个传感器(11),它检测第二压缩机(2a)的转速,并且控制器(4)还被编程以基于第二压缩机(2a)的转速来计算预期转速(S201-S208)。
4、权利要求3中的增压装置,其中控制器(4)还被编程以根据当前时刻第二压缩机(2a)的转速来计算转速增加率估计值(S204-S207),转速增加率估计值随着第二压缩机(2a)转速的增加而减少,并根据转速增加率估计值和当前时刻第二压缩机(2a)的转速来计算预期转速(S208)。
5、权利要求3中的增压装置,其中控制器(4)还被编程以根据第二压缩机(2a)的转速来计算实时的转速增加率,并基于实时的转速增加率来修正转速增加率估计值(S205)。
6、权利要求3中的增压装置,其中增压装置还包含一个驱动第二压缩机(2a)的驱动电机(2b)和一个传感器(34),该传感器检测供给电机(2b)的电流,并且控制器(4)还被编程以基于供给第二压缩机(2a)的电机(2b)的电流,计算预期转速(S206)。
7、权利要求3中的增压装置,其中该增压装置还包含一个驱动第二压缩机(2a)的驱动电机(2b)和一个传感器(33),该传感器检测供给电机(2b)的电压,并且控制器(4)还被编程以基于供给第二压缩机(2a)的电机(2b)的电压,计算预期转速(S207)。
8、权利要求1中的增压装置,其中增压装置还包含用于检测和旁路阀(3)固定在一个关闭位置有关的参数的传感器(5,9,48,49,53,54),以及所述可编程序控制器(4)被编程以根据参数来确定旁路阀(3)是否固定在该关闭位置(S302-S304,S402,S404),并当旁路阀(3)固定在关闭位置时,向电机(2b)提供功率以使第二压缩机(2a)运行(S504,S604)。
9、权利要求8中的增压装置,其中控制器(4)还被编程以从第二压缩机(2a)操作停止经过一段预定时间以后,以一个固定时间间隔判断旁路阀(3)是否被固定在一个关闭位置(S302-S304),并以比该固定时间间隔更短的一个时间间隔执行该判断直到从第二压缩机(2a)操作停止起经过该预定时间为止(S402-S404)。
10、权利要求8或权利要求9中的增压装置,其中控制器还被编程以当旁路阀(3)被固定在关闭位置时,向电机(2b)提供一个固定的功率。
11、权利要求8或权利要求9中的增压装置,其中内燃机(12)是用来驱动车辆的发动机,该车辆包含一个加速器踏板,该增压装置还包含一个传感器(53),它检测加速踏板的压下量,而控制器(4)还被编程以根据加速器踏板的压下量来设置车辆的目标车速(S503),并根据该目标车速向电机(2b)提供功率(S504)。
12、权利要求11中的增压装置,其中该车辆还包含由内燃机(12)所驱动的一个交流发电机和一个电池,该电池贮存交流发电机所产生的功率并把功率供给至电机(2b),该增压装置还包含一个传感器(55),它检测电池的充电状态,以及一个传感器(49),它检测交流发电机的功率产生状态,并且控制器(4)还被编程以当电池的充电状态没有达到预定的充电状态及交流发电机的功率产生状态没有达到预定的功率产生状态时减小该目标车速(S502,S506,S508)。
13、权利要求8或权利要求9中的增压装置,其中参数检测传感器(5,9,48,49,53,54)包含一个压力传感器(9),它检测位于第二压缩机(2a)和内燃机(12)之间的进气管道(21)的压力,并且控制器(4)还被编程以在第二压缩机(2a)的运行已经停止后,当压力等于或小于一个预定的压力时,确定旁路阀(3)被固定在关闭位置(S302,S304)。
14、权利要求8或权利要求9中的增压装置,其中内燃机(12)是一个驱动车辆的发动机,该车辆包含一个加速器踏板,该内燃机(12)包含一个节流阀(31a),它安装在旁路阀(3)下游的进气管道(21)内并根据加速器踏板的操作来增加或减少内燃机(12)的总的进入空气流率,参数检测传感器(5,9,48,49,53,54)包含内燃机(12)的总的进入空气流率检测传感器(5),一个转速传感器(48),它检测内燃机(12)的转速,和一个节流阀开口传感器(54),它检测节流阀(31a)的开口,并且控制器(4)还被编程以在第二压缩机(2a)的运行已经停止之后内燃机(12)的总的进入空气流率小于根据转速和节流阀(31a)的开口计算出的内燃机(12)的进入空气流率时确定旁路阀(3)被固定在关闭位置(S103,S304)。
15、权利要求8或权利要求9中的增压装置,其中参数检测传感器(5,9,48,49,53,54)包含一个打开和关闭传感器(53),它检测旁路阀是否处于关闭位置,以及控制器(4)还被编程以在第二压缩机(2a)的运行已经停止以后旁路阀仍然处于关闭位置时,确定旁路阀被固定在关闭位置(S304,S404)。
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