CN1651731A - 柴油机的控制设备 - Google Patents

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Abstract

如果实际增压压力超过预定的第二容许上限增压压力，电子控制单元(3)就执行用于保护涡轮增压器的第二保护控制。在第二保护控制中，消除喷射量并且控制废气再循环阀(EGR阀) (8)的开度为完全打开的程度。于是经由EGR通道(7)再循环进入进气通道(4)的EGR气体量迅速增加，并且作用在涡轮增压器的废气涡轮(10)上的排气能量大大减小。因此，迅速地消除了增压压力的过量状态并且防止了涡轮增压器转速超速。于是就可以保护涡轮增压器。

Description

柴油机的控制设备
技术领域
本发明涉及具有可变几何形状涡轮增压器的柴油机控制设备。
背景技术
传统上，在柴油机中尽可能地增大空气进气量以便增大单位位移的输出是非常重要的。因此，许多柴油机使用可变几何形状涡轮增压器(可变喷嘴涡轮增压器)来执行空气进气量的详细控制。
可变几何形状涡轮增压器在废气涡轮入口处具有可变喷嘴，并且通过致动器来驱动可变喷嘴从而改变喷嘴的开度。如果没有适当地控制致动器，增压压力会过渡地增加并且涡轮增压器的转速(废气涡轮和压缩机的转速)会超速。因此，会导致涡轮增压器上产生不利影响。
作为对上述问题的一种解决方案，在JP-A-H10-503569(专利文件1)和JP-A-H05-280365(专利文件2)中描述了用于在增压压力异常增大时减小涡轮增压器转速的故障保护方法。在专利文件1和2中描述的故障保护方法在增压压力异常增大时可以减少喷射量从而限制发动机的输出。于是供给废气涡轮的废气量减小了并且涡轮增压器的转速减小。
然而，即使上述故障保护方法通过减少喷射量来限制输出，发动机转速较高的状态(例如齿轮啮合的惯性状态)仍会持续。因此，在喷射量减小之后仍需要花费时间使增压压力实际减小。因此，有可能不能对涡轮增压器实现足够的保护作用。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供柴油机的控制设备，该设备用于在检测到增压压力异常增大时通过迅速地减少作用在废气涡轮上的排气能量来防止涡轮增压器转速超速从而保护涡轮增压器。
根据本发明的一个方面，柴油机包括用于使用排气能量对吸入空气加压的可变几何形状涡轮增压器、用于使部分废气再循环进入空气进气系统的废气再循环通道和用于调节流经废气再循环通道的废气量的废气再循环阀。柴油机的控制设备包括保护装置，该保护装置用于在涡轮增压器产生的实际增压压力超过预定容许上限增压压力时执行用于保护涡轮增压器的涡轮增压器保护控制。保护装置在涡轮增压器保护控制中执行使废气再循环阀的开度增大的控制。
在上述结构中，如果实际增压压力超过容许上限增压压力，那么废气再循环阀的开度就会增大或达到完全打开的程度。于是经由废气再循环通道再循环进入进气系统的废气量增加。因此，减少了流向涡轮增压器废气涡轮的废气量并且抑制了压缩机的增压操作。于是消除了增压压力的过量状态。特别地，如果废气再循环阀完全打开，那么流向废气涡轮侧的废气量就可以迅速地减小。于是可以迅速地消除增压压力的过量状态。因此，可以防止涡轮增压器转速超速并且可以保护涡轮增压器。
根据本发明的另一个方面，在涡轮增压器保护控制中，保护装置减少或消除了喷入发动机汽缸中的燃料喷射量。
当实际增压压力超过容许上限增压压力时，如果执行用于增大废气再循环阀开度的控制，那么再循环进入空气进气系统的废气量就会增加。因此，汽缸内的氧气浓度减小。因此，如果在控制废气再循环阀的开度之后，仍然提供在控制阀开度之前所提供的喷射量，那么就有可能使喷射量变得过量以及使排烟(碳)增加。与此相反，本发明的保护装置在执行用于增大废气再循环阀开度的控制得同时减少或消除喷射量。因此，可以防止喷射量的过量并且抑制排烟的增加。
附图说明
通过研究均形成本申请一部分的下列详细说明、所附权利要求书和附图，可以很容易理解实施例的特征和优点以及相关零件的操作方法和功能。在附图中：
图1示意性地显示了根据本发明的实施例的柴油机的空气系统；
图2的框图显示了根据实施例的对涡轮增压器的保护控制；并且
图3的时间图显示了根据实施例的控制操作。
具体实施方式
参见图1，图中显示了根据本发明的实施例的柴油机的空气系统。
在图1中所示的柴油机包括安装在各个汽缸1的汽缸盖上的喷射器2。从共轨供应的高压燃料经由喷射器2供应到汽缸1内部的燃烧室1a中。电子控制单元(ECU)3基于柴油机的转速和载荷(加速器位置)等来控制喷射器2的喷射定时和喷射量。
图1中所示的柴油机具有用于使部分废气再循环进入进气通道4的EGR设备(废气再循环设备)和可变几何形状的涡轮增压器(可变喷嘴涡轮增压器)。用于调节空气进气量的柴油机节流阀5置于进气通道4中。
EGR设备包括用于连接排气通道6和进气通道4的EGR通道7以及置于EGR通道7中的EGR阀8。EGR设备改变EGR阀8的开度以改变流经EGR通道7的废气量(EGR气体量)。水冷式冷却设备9置于EGR通道7中用于通过执行与冷却水的热交换来冷却EGR气体(流经EGR通道7的废气)。
涡轮增压器包括置于排气通道6中位于EGR通道7的连接端下游的废气涡轮10和置于进气通道4中位于EGR通道7另一个连接端上游的压缩机11。如果废气涡轮10由于从汽缸1中排出的废气的能量而旋转，那么与废气涡轮10同轴连接的压缩机11就发生旋转并且压缩吸入空气。
涡轮增压器具有置于废气涡轮10入口侧上的可变喷嘴。涡轮增压器通过用于调节喷嘴开度的致动器来驱动可变喷嘴。由此涡轮增压器可以改变增压特性。
ECU3控制依照柴油机的操作状态例如发动机转速和喷射量来控制EGR气体量和增压压力。
ECU3执行EGR控制，从而基于柴油机的操作状态来设置EGR控制量(例如，空气进气量、吸入空气的氧浓度、废气的氧浓度)的目标值，并且依照实际EGR控制量与目标值的偏差来反馈控制EGR阀8的开度。
ECU3执行增压压力控制，从而基于柴油机的操作状态来设置目标增压压力，并且依照实际增压压力与目标增压压力的偏差使用驱动致动器来反馈控制可变喷嘴的开度。
在实际增压压力超过预定的容许上限增压压力的情形下，就执行如图2所示的涡轮增压器保护控制来保护涡轮增压器。实际的增压压力通过安装到进气通道4中的增压压力传感器12来检测并且输出到ECU3。
接下来，将基于在图2中所示的框图来说明由实施例的ECU3执行的涡轮增压器保护控制。
在由ECU3执行的涡轮增压器保护控制中，设置了两个阶段的容许上限增压压力。更具体地，当实际增压压力超过第一容许上限增压压力时就执行涡轮增压器保护控制，当实际增压压力超过第二容许上限增压压力时也执行涡轮增压器保护控制。第一和第二容许上限增压压力SP1、SP2分别由图2中所示的第一和第二设置装置101、102基于三维图依照柴油机的操作状态(发动机转速NE和喷射量Q)来设置，其中该三维图中的参数是发动机转速NE、喷射量Q和容许上限增压压力SP1、SP2。
第一比较装置103将实际增压压力SP与第一容许上限增压压力SP1进行比较。在比较中，设置滞后α1(例如5kPa)来防止控制振荡。如果确定实际增压压力SP高于第一容许上限增压压力SP1，那么第一保护装置105就执行第一保护控制。在第一保护控制中，限制了喷射器2的喷射量Q并且涡轮增压器的喷嘴开度控制为完全打开的程度。
第二比较装置104将实际增压压力SP与第二容许上限增压压力SP2进行比较。在比较中，设置滞后α2(例如5kPa)以防止控制振荡。如果确定实际增压压力SP高于第二容许上限增压压力SP2，那么第二保护装置106就执行第二保护控制。如果实际增压压力SP增大并且超过第二容许上限增压压力SP2，那么即使在第一保护控制中涡轮增压器的喷嘴开度控制成完全打开的程度，也要执行第二保护控制。在第二保护控制中，消除了喷射器2的喷射量Q并且涡轮增压器的喷嘴开度控制在完全打开的状态。甚至在涡轮增压器喷嘴的开度控制成完全打开的程度之后，实际增压压力SP仍保持增加，因为涡轮增压器的响应较缓慢。更具体地说，因为废气涡轮10和压缩机11由于惯性而旋转，所以即使喷嘴打开的程度达到完全打开的程度也需要花费时间使增压压力减少。因此，在实际增压压力SP减小之前实际增压压力SP有可能超过第二容许上限增压压力SP2。
接下来，将基于图3中所示的时间图来说明第二保护控制。
ECU3读出由增压压力传感器12检测的实际增压压力SP。在由图3中实线c示出的实际增压压力SP超过第二容许上限增压压力SP2的时间点t1处，ECU3启动由图3的实线e所示的涡轮增压器保护控制标记(FLAG)并且设置用于预定时间(例如一秒)的内部定时器。于是，ECU3立即起动第二保护控制。于是消除由实线b所示的喷射量Q，并且被反馈控制直到在时间点t1处的EGR阀8的开度OE控制成完全打开的程度时位置，如图3的实线f所示。图3中的虚线C′表示目标增压压力。
如果EGR阀8控制在完全打开的状态，那么经由EGR通道7再循环进入进气通道4的EGR气体量就会迅速地增加。于是流向排气通道6中的废气涡轮10的废气量迅速地减小。因此，作用在废气涡轮10上的排气压力大大减小。因此，如图3中的实线d所示，涡轮增压器转速RT迅速地减小而没有超过上限转速RTup，其中只要没有超过上限转速RTup就可以保持涡轮增压器的可靠性。
如果EGR阀8控制在完全打开的状态，那么经由EGR通道7再循环成进气通道4的EGR气体量就会迅速地增加。于是，汽缸1内的氧气浓度减小。因此，如果在控制EGR阀8的开度OE之后，仍然提供在控制EGR阀8的开度OE之前所提供的喷射量Q，那么就有可能使喷射量Q变得过量以及排烟(碳)的增加。与此相反，在第二保护控制中，EGR阀8控制在完全打开的状态并且同时消除喷射量Q。因此，可以防止喷射量Q的过量并且抑制排烟的增加。
如果在图3中所示的时间点t2处定时器数到设置的时间(一秒)，那么就关掉涡轮增压器保护控制标记(FLAG)并且第二保护控制结束。
之后，EGR阀8被反馈控制为在EGR控制中所命令的开度，如实线f所示。喷射量Q逐渐返回到在正常喷射量控制中所命令的命令喷射量，如实线b所示。依照喷射量Q的变化逐渐改变发动机转速NE，如图3中的实线a所示。
接下来，将说明实施例的作用。
在本实施例的第二保护控制中，当实际增压压力SP超过第二容许上限增压压力SP2时，EGR阀8立即控制在完全打开的状态。于是作用到废气涡轮10上的排气能量可以大大减小。因此，可以迅速消除增压压力SP的过量状态并且可以防止涡轮增压器转速RT超速。于是就可以保护涡轮增压器。当涡轮增压器转速RT超过上限转速RTup时就到达了超速，其中在上限转速RTup之下就可以保持涡轮增压器的可靠性。
在EGR阀8控制在完全打开的状态地同时，消除了喷射量Q。因此，可以防止喷射量Q的过量并且抑制排烟的增加。
此外，喷射量Q在第二保护控制结束之后逐渐恢复。于是可以防止发动机输出的快速变化。因此，可以避免车辆快速加速所伴发的危险，并且可以防止操作性能的退化。
如果发生了涡轮增压器的机器故障(例如如果可变喷嘴锁死)，那么控制可变喷嘴使它完全打开的方法(第一保护控制)就不能控制可变喷嘴，并且不能消除增压压力SP的异常增大。与此相反，在第二保护控制中，EGR阀8被控制在完全打开的状态下。因此，即使当涡轮增压器出故障时，第二保护控制也可以消除增压压力SP的异常增大。
(改进)
在上面的实施例中，出于对涡轮增压器的保护控制，在增压压力SP的异常增加不能由第一保护控制消除的情形下执行第二保护控制。或者，第一保护控制可以取消，而仅仅执行第二保护控制。
在第二保护控制中，消除了喷射量Q并且EGR阀8控制在完全打开的状态。或者，仅仅执行用于完全打开EGR阀8的控制从而消除增压压力SP的异常增大。更具体地说，在第二保护控制中可以取消用于消除喷射量Q的控制。
在实施例中，第二保护控制执行由定时器所设置的时间(例如一秒)。可以不使用定时器对第二保护控制的执行来设置时间，而是使第二保护控制在实际增压压力SP变得比第二允许上限增压压力SP2低一个预定值的时间点处终止。
本发明不应该限于公开的实施例，但是可以在不脱离由所附权利要求书界定的本发明范围的前提下以许多其它方式来实现。

Claims (8)

1.一种柴油机的控制设备(3)，包括用于使用排气能量对吸入空气加压的可变几何形状涡轮增压器、用于使部分废气再循环进入空气进气系统的废气再循环通道(7)和用于调节流经废气再循环通道(7)的废气量的废气再循环阀(8)，控制设备(3)的特征在于：
保护装置(106)，如果由涡轮增压器产生的实际增压压力超过预定的容许上限增压压力，所述保护装置用于执行保护涡轮增压器的涡轮增压器保护控制，以及其中保护装置(106)在涡轮增压器保护控制中执行使废气再循环阀(8)的开度增大的控制。
2.如权利要求1所述的控制设备(3)，其特征在于：
保护装置(106)在涡轮增压器保护控制中执行减小或消除喷入发动机汽缸(1)中的燃料喷射量的控制。
3.如权利要求1或2所述的控制设备(3)，其特征在于：
保护装置(106)执行涡轮增压器保护控制，直到实际增压压力比容许上限增压压力低预定的值时为止。
4.如权利要求1或2所述的控制设备(3)，其特征在于：
保护装置(106)执行涡轮增压器保护控制，直到经历了预定的时间长度时为止。
5.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备(3)，其特征在于：
当实际增压压力超过容许上限增压压力时，保护装置(106)立即将废气再循环阀(8)的开度控制为包括完全开度在内的目标开度，并且在废气再循环阀(8)的开度控制中，在实际增压压力比容许上限增压压力低预定的值之后，保护装置(106)恢复对废气再循环阀(8)开度的正常反馈控制。
6.如权利要求1、2和4中任一项所述的控制设备(3)，其特征在于：
当实际增压压力超过容许上限增压压力时，保护装置(106)立即将废气再循环阀(8)的开度控制为包括完全开度在内的目标开度，并且当在废气再循环阀(8)的开度控制中经历预定的时间之后，保护装置(106)恢复对废气再循环阀(8)开度的正常反馈控制。
7.如权利要求2、3和5中任一项所述的控制设备(3)，其特征在于：
当实际增压压力超过容许上限增压压力时，保护装置(106)立即使喷射量减少到预定量或消除喷射量，并且在减少或消除喷射量的控制中，在实际增压压力比容许上限增压压力低预定的值之后逐渐恢复喷射量。
8.如权利要求2、4和6中任一项所述的控制设备(3)，其特征在于：
当实际增压压力超过容许上限增压压力时，保护装置(106)立即使喷射量减少到预定量或消除喷射量，并且在用于减少或消除喷射量的控制中，在经历预定的时间之后逐渐恢复喷射量。
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