CN1926316A - 带电动机的增压器的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种可以在大气压低时有效地补偿输出的带电动机的增压器的控制装置。本发明的带电动机的增压器的控制装置具有：增压器20，设置在搭载于车辆上的内燃机1的进气通路5上并由电动机20a驱动；控制机构16、21，控制电动机20a以控制增压压力；和气压检测机构30，用于检测大气压状态，其特征在于，在由气压检测机构30检测出的大气压低于规定值的情况下，与大气压为规定值以上时相比，控制机构16、21增大电动机20a的驱动力。
Description
技术领域
本发明涉及一种带电动机的增压器的控制装置，其对设置在搭载于车辆上的内燃机的进气通路上的带电动机的增压器进行控制。
背景技术
在发动机的进气通路上设置涡轮增压器，通过该涡轮增压器的增压得到高输出(或低燃料消耗)的内燃机是公知的。在日本专利特开平11-132049号公报中也公开了具有涡轮增压器的内燃机。
发明内容
内燃机从大气中吸入空气供燃烧使用。如果吸入空气量减少，则输出降低。例如，当大气压下降时，每单位体积的空气质量下降，所以输出降低。通常，通过增加节气门开度等来增加进气容积，以便空气质量不会减少。不过，在涡轮增压器上设有某些可变控制机构的结构中，使用该机构使增压压力增加，以补偿输出。作为这种机构的一个例子，例如有上述公报中记载的涡轮增压器所具有的可变喷嘴机构。
可变喷嘴机构在向涡轮机叶轮的排气流入部上设置多个叶片，通过改变各叶片间的间隙量(可变喷嘴开度)来进行排气流速的可变控制。通过对可变喷嘴开度进行可变控制，可以使涡轮机的输出最佳化。可是，当内燃机处于低负荷区域时，可变喷嘴机构已经达到最小开度，在大气压低时，一般都没有使增压压力提高的余量。而且，当喷嘴开度过于缩小时，导致涡轮增压器的增压效率的降低(背压的上升)，燃料消耗会恶化。因此，希望这种情况下的输出补偿。因此，本发明的目的在于提供一种可以在大气压低时也有效地补偿输出的带电动机的增压器的控制装置。
本发明的带电动机的增压器的控制装置具有：增压器，设置在搭载于车辆上的内燃机的进气通路上并由电动机驱动；控制机构，控制电动机以控制增压压力；和气压检测机构，用于检测大气压状态，其特征在于，在由气压检测机构检测出的大气压低于规定值的情况下，与大气压为规定值以上时相比，控制机构增大电动机的驱动力。
这里，优选的是，还具有用于检测吸入空气量的吸入空气量检测机构，控制机构根据由吸入空气量检测机构检测出的吸入空气量与基于内燃机的运转状态决定的目标吸入空气量的偏差，决定电动机的驱动力增加量。
或者，这里优选的是，还具有：利用内燃机的排气流进行增压的涡轮增压器；和对涡轮增压器的增压状态进行可变控制的可变喷嘴机构，在由气压检测机构检测出的大气压低于规定值的情况下，禁止在决定可变喷嘴机构的控制量时参考吸入空气量。
另外，这里优选的是，电动机内置在涡轮增压器中，增压器与涡轮增压器成为一体。
附图说明
图1为表示具有本发明的控制装置一实施方式的内燃机(发动机)的构成的结构图。
图2为根据本发明的控制装置一实施方式的增压控制的流程图。
图3为用在判断是否为EGR实行区域时的映射。
图4为用在决定可变喷嘴开度的目标值VN0时的映射。
图5为用在决定新空气量的目标值AFt时的映射。
图6为表示具有本发明的控制装置的其它实施方式的内燃机(发动机)的构成的结构图。
具体实施方式
下面，对本发明的控制装置的一实施方式进行说明。图1中示出具有本实施方式的控制装置的发动机1。
另外，“增压压力”的用语有用作表示相对大气压的压差的的情况。另一方面，“增压压力”的用语也有用作表示进气管内的绝对压力的情况。下面，对于有必要明确地分开说明两者的情况，会进行明确其所指之意的说明。例如，对于根据检测进气管内压力的压力传感器的输出进行增压压力控制的情况，如果该压力传感器为检测相对大气压的压差的传感器，则增压压力控制容易基于“作为相对大气压的差的增压压力”进行控制；如果压力传感器为检测绝对压力的传感器，则增压压力控制容易基于“作为绝对压力的进气压力”进行控制。
在本实施方式中说明的发动机1虽然为多缸发动机，但是这里作为剖视图，在图1中仅示出其中的一个气缸。在发动机1中，喷射器2将燃料喷射到进气口中，使其和经进气通路5吸入的吸入空气混合生成混合气。生成的混合气被导入气缸3内，由点火塞7点火·燃烧。由后述的具有电动机20a的增压器20和涡轮增压器11对更多的吸入空气增压，不仅可以实现高输出化，而且可以实现低燃料消耗化。气缸3的内部和进气通路5之间由进气门8开闭。燃烧后的排气被排到排气通路6中。气缸3的内部和排气通路6之间由排气门9开闭。在进气通路5上从上游侧起配置空气滤清器10、空气流量计27、增压器20、涡轮增压器11、中间冷却器12、节气门13等。
空气滤清器10为除去吸入空气中的废物、尘土等的过滤器。本实施方式的空气流量计(吸入空气检测机构)27为热电阻线式的元件，其将吸入空气量作为质量流量检测出来。增压器20由内置的马达(电动机)20a电驱动。压缩机叶轮直接连接到电动机20a的输出轴上。增压器20的电动机20a经控制器(控制机构)21与电池22相连。控制器21控制向电动机20a供给的电力，以控制电动机20a的驱动。电动机20a的转速(即，压缩机叶轮的转速)能通过控制器21检测。
设置旁路24，以使增压器20的上游侧和下游侧旁通。在该旁路24上设置调节经过旁路24的吸入空气量的阀25。阀25电驱动，可以任意调节通过旁路24的空气流量。当增压器20不工作时，增压器20会作为进气阻力而作用，所以通过阀25打开旁路24，以避免增压器20成为进气阻力。相反地，在增压器20工作时，为了防止由增压器20增压的吸入空气经旁路24倒流，由阀25断开旁路24。
涡轮增压器11为设置在进气通路5和排气通路6之间进行增压的装置。虽然涡轮增压器11为公知的装置，但作为可变几何机构，具有可变喷嘴机构11a。可变喷嘴机构11a由后述的ECU(控制机构)16控制。在本实施方式的发动机1中，能由串联设置的增压器20和涡轮增压器11进行增压。在涡轮增压器11的下游侧设置使温度上升的吸入空气的温度下降的空冷式中间冷却器12，增压器20和涡轮增压器11的增压引起的压力增加导致所述温度上升。通过中间冷却器12使吸入空气的温度下降，从而使填充效率提高。
在中间冷却器12的下游侧设置用于调节吸入空气量的节气门13。本实施方式的节气门13为所谓的电子控制式节气门，由加速器位置传感器15检测出加速器踏板14的操作量，ECU16根据该检测结果和其它信息量决定节气门13的开度。节气门13由其附带设置的节气门马达17开闭。而且，还在节气门13上附带地设置检测其开度的节气门位置传感器18。
还在节气门13的下游侧设置用于检测进气通路5内的压力(增压压力·进气压力)的压力传感器19。检测增压压力的传感器也可以安装在进气歧管部上。将这些传感器15、18、19、27连接到ECU16上，其检测结果被送给ECU16。而且，在ECU16上还连接用于检测大气压力的大气压力传感器(气压检测机构)30。ECU16为由CPU、ROM、RAM等构成的电子控制单元。上述喷射器2、点火塞7、阀25、空气流量计27、控制器21、电池22等连接到ECU16，它们由来自ECU16的信号控制，它们的状态(如果是电池22，则为充电状态)被监视。
另一方面，在排气通路6上，在涡轮增压器单元11的下游侧安装净化排气的排气净化催化剂23。而且，在发动机1的曲轴附近安装用于检测曲轴旋转位置的曲轴位置传感器26。曲轴位置传感器26还能根据曲轴位置检测发动机转速。
而且，从排气通路6(涡轮增压器单元11的上游侧)到进气通路5(稳压罐部)设置使排气回流用的EGR(排气再循环)通路28。在EGR通路28上安装调节排气回流量(EGR量)的EGR阀29。EGR阀29的开度(DUTY比)控制也由上述ECU16进行。另外，尽管图中未示出，在EGR阀29和进气通路5的稳压罐之间设置利用发动机1的冷却水冷却EGR气体的EGR冷却器。
下面，对本实施方式的发动机1的增压控制进行说明。在本实施方式中，当大气压下降时(低于规定值时)，为了防止输出降低，与大气压未下降时相比，使电动机20a的驱动量增加，以增强由增压器20产生的增压效果。而且，由于涡轮增压器11具有可变喷嘴机构11a，所以可以与其协调控制。另外，由于发动机1具有EGR机构，所以也可以进行与EGR系统的协调。
在图2中示出增压控制的流程图。首先，读入发动机转速Ne·发动机负荷(步骤200)。发动机转速由曲轴位置传感器26检测。发动机负荷根据空气流量计27检测出的吸入空气量、节气门位置传感器18检测出的节气门开度算出。接着，根据检测出的发动机转速Ne·发动机负荷，判断是否处于进行EGR控制的区域(步骤205)。
图3中示出这时使用的映射的例子。对于图3的映射，横轴代表发动机转速Ne，纵轴代表发动机负荷，在映射中的阴影线所表示的区域A中实行EGR控制，使排气回流到进气侧。从图3的映射中可以看出，在高转速区域或高负荷区域，不进行排气的回流。在步骤205被否定的情况下，根据压力传感器19检测出的进气压力实施基于反馈控制的通常控制(步骤210)。
另一方面，在步骤205被肯定并实施EGR控制的情况下，计算目标可变喷嘴开度VN0，并相对可变喷嘴机构11a输出计算出的目标可变喷嘴开度VN0(步骤215)。可变喷嘴机构11a根据该信号改变其开度。这时，为了算出目标可变喷嘴开度VN0，使用如图4所示的那样的映射。在图4的映射中，横轴代表发动机转速Ne，纵轴代表发动机负荷，并给映射中的各区域分配目标可变喷嘴开度VN0的数值。越是低转速·高负荷，目标可变喷嘴开度VN0越小，越是高转速·低负荷，目标可变喷嘴开度VN0越大。
接着步骤215，读入为了达到目标可变喷嘴开度VN0而开始可变喷嘴机构11a的控制后新吸入的吸入空气量、即新空气量AF(步骤220)。新空气量AF由空气流量计27检测。这里，使从大气吸入的新空气和回流的排气混合，之后，喷射燃料形成混合气并导入气缸3内。接着，计算新空气量的目标值AFt(步骤225)。这时，为了算出新空气量的目标值AFt，使用如图5所示的那样的映射。在图5的映射中，横轴代表发动机转速Ne，纵轴代表发动机负荷，并给映射中的各区域分配新空气量目标值AFt的数值。越是低转速·低负荷，新空气量目标值AFt越小，越是高转速·高负荷，新空气量目标值AFt越大。
接着步骤225，计算目标值和实际值的偏差AFe＝AFt-AF(步骤230)。另外，由压力传感器19检测大气压P0(步骤235)。而且，判断检测出的大气压P0是否低于规定压力(这里为90kPa)(步骤240)。在大气压P0低于规定压力的情况下，可以判断出进气密度降低，这种情况下，为了通过增强电动机20a的驱动力来增加进气体积，以确保进气质量，根据上述偏差AFe的函数f(AFe)计算发给电动机20a的指令值(驱动电流值等)i。将算出的指令值i输出到电动机20a(步骤245)。根据该指令值i驱动电动机20a。该指令值i设定成与大气压为规定压力以上的情况相比使驱动力增大。换句话说，以那样的方式确定上述函数f(AFe)。电动机20a的控制组合了由压力传感器19进行的进气压力反馈控制和由空气流量计27进行的吸入空气量反馈控制。
另外，在步骤240被肯定、大气压P0低于规定压力的情况下，可变喷嘴机构11a的控制，成为组合上述目标可变喷嘴开度VN0的映射控制与压力传感器19的进气压力反馈控制的控制。即，这时，禁止在决定可变喷嘴开度时参考吸入空气量。这是为了防止下述情况，即，在大气压P0低于规定压力的时候，如果为了补偿输出而减小可变喷嘴开度，则背压上升，燃料消耗由于涡轮增压器11的效率恶化而恶化。
而且，这里，根据上述偏差AFe决定发给电动机20a的指令值i，即，决定电动机20a的驱动力增强程度。这样，即使在不使EGR量减少的情况下，也能可靠地确保不会产生烟雾的新空气量。尽管在这里没有详细描述，但是，在EGR量区域中，进行反馈控制以使EGR率成为目标值，由此实现减少由燃烧温度降低导致的NOX排出量。这样，通过确保新空气量，能维持EGR率并可靠地进行排气净化。
对于大气压低时、不能通过电动机20a确保新空气量的情况，当去往高原等处而产生伴随大气压降低的吸入空气量减少的现象时，为了不排出烟雾，只好对应大气压的降低减少EGR量。但是，根据本实施方式，能在确保新空气量的同时确保EGR量，从而能将行进性能和排气净化性能维持在和大气压不低时同等的水平。
另一方面，在步骤240被否定的情况下，根据上述偏差AFe的函数g(AFe)计算可变喷嘴机构11a的校正量VNc(步骤250)。对于可变喷嘴机构11a，将通过上述目标开度VN0+校正量VNc算出的开度作为指令值输出。函数g，随着上述偏差Afe增大，向打开或缩小可变喷嘴开度侧决定校正量VNc，以减小该偏差。另外，在步骤240被否定的情况下，电动机20a的控制仅涉及由压力传感器19进行的进气压力反馈控制，而不进行由空气流量计27实行的吸入空气量反馈控制。
另外，本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，气压检测机构为大气压传感器(压力传感器)30。但是，气压检测机构也可以是车辆导航系统等。可以从导航系统取得土地高低差，并根据它检测(推测)大气压。而且，导航系统具有通信功能，也可以根据通过通信功能取得的气象信息(包含大气压)和位置信息检测大气压。
而且，在图1所示的实施方式中，和涡轮增压器11分开，在其上游侧设置带电动机20a的增压器20。但是，本发明能适用于带电动机(马达)的增压器，如图6所示，也能适用于在涡轮增压器11的内部内置电动机(马达)11b的结构。对于图6所示的实施方式，除电动机11b的配置(及没有配置增压器20)之外，和图1所示的情况为基本相同的结构，所以对于同一构成部分使用同样的标号并省略其详细说明。在图6所示的实施方式中，内置马达11b，使涡轮增压器11的涡轮机/压缩机叶轮的旋转轴成为输出轴。
这样，能减少单元数量，从而能使发动机室内的空间效率提高。而且，发动机1的组装也变得容易。由于向电动机20a施加的电力与增压效果的关系等改变，所以各种控制映射与图1的不同，但是基本上能同样地实行图2的流程图所示的控制，能得到同样的效果。
根据本发明的带电动机的增压器的控制装置，能通过带电动机的增压器对增压压力进行可变控制，从而能得到最佳的增压效果。而且，由气压检测机构检测出大气压的状态，在大气压低于规定值的情况下，与大气压在规定值以上的情况相比，使电动机的驱动力增大，由此能有效地防止由大气压低引起的输出降低。
Claims (4)
1.一种带电动机的增压器的控制装置，其特征在于，具有：增压器，设置在搭载于车辆上的内燃机的进气通路上并由电动机驱动；控制机构，控制所述电动机以控制增压压力；和气压检测机构，用于检测大气压状态，
在由所述气压检测机构检测出的大气压低于规定值的情况下，与大气压为规定值以上时相比，所述控制机构增大所述电动机的驱动力。
2.根据权利要求1所述的带电动机的增压器的控制装置，其特征在于，还具有用于检测吸入空气量的吸入空气量检测机构，
所述电动机控制机构根据由所述吸入空气量检测机构检测出的吸入空气量与基于所述内燃机的运转状态决定的目标吸入空气量的偏差，决定所述电动机的驱动力增加量。
3.根据权利要求1或2所述的带电动机的增压器的控制装置，其特征在于，还具有：利用所述内燃机的排气流进行增压的涡轮增压器；和对所述涡轮增压器的增压状态进行可变控制的可变喷嘴机构，
在由所述气压检测机构检测出的大气压低于规定值的情况下，禁止在决定所述可变喷嘴机构的控制量时参考吸入空气量。
4.根据权利要求3所述的带电动机的增压器的控制装置，其特征在于，所述电动机内置在所述涡轮增压器中，所述增压器与所述涡轮增压器成为一体。
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