CN1930386B - 带电动增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种不管档位，在整个运转区域中都能实现良好的增压性能的带电动增压器的内燃机的控制装置。本发明的带电动增压器的内燃机的控制装置具有搭载在车辆上的内燃机(1)；进行内燃机(1)的增压的带电动机(11b)的增压器(11)；控制由电动机(11b)实行的增压的控制机构(16、21)；和使内燃机(1)的输出变速的变速器(27)，其特征在于，在变速器(27)的档位低的情况下，与高的情况相比，控制机构(16、21)使电动机(11b)产生的增压辅助量增加。根据本发明，由于变速器(27)越处于低速段，越使增压辅助量增加，所以能抑制低速区域内的车辆加速性能的过渡性降低，从而能在整个档位(整个车速区域)中得到良好的增压效果。

Description

带电动增压器的内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及能使用带电动机的增压器控制增压压力的内燃机的控制装置。 
背景技术
一直以来，使用增压器对发动机(内燃机)的吸入空气增压，以得到高的输出(或实现低的燃料消耗)。而且，利用由增压产生的输出增强效果，可以不增加最高输出而进行低排气量化、发动机的小型化。将电动机装配到这种增压器上、控制增压压力的技术是公知的(日本专利特开2003-239754号公报等)。 
发明内容
带电动机的增压器能任意控制增压压力，因而控制性好。而且，在增压器为涡轮增压器的情况下，可以消除涡轮迟滞现象。在涡轮增压器中，由于涡轮机/压缩机叶轮的惯性质量，存在这样的问题，即，在涡轮旋转开始前产生延迟，增压的上升变迟钝。这时，可以通过由电动机辅助增压来消除涡轮迟滞现象。 
这里，变速器的档位越处于低速段，全开加速时的发动机转速的上升越急剧。当考虑这种情形时，担心由增压器引起的增压上升在档位处于低速段侧时比处于高速段侧时容易出现过渡性不足，希望对此进行进一步改善。因此，本发明的目的在于提供一种不管档位，在整个运转区域中都能实现良好的增压性能的带电动增压器的内燃机的控制装置。 
本发明的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具有： 搭载在车辆上的内燃机；进行内燃机增压的带电动机的增压器；控制由电动机实行的增压的控制机构；和使内燃机的输出变速的变速器，在变速器的档位低的情况下(或者越低)，与高的情况相比，控制机构使电动机产生的增压辅助量增加。 
另外，增压辅助量的增加有各种方法。如果例举几个的话，则有使目标增压压力增加的方法、使供给电动机的电力量(电压值及/或电流量)增加的方法等。而且，这时，考虑对每个档位准备映射的方法、求出与档位段对应的校正系数，利用该校正系数，越是低速段越增加增压辅助量的方法等。 
附图说明
图1为表示发动机的构成的结构图，该发动机具有本发明的带电动增压器的内燃机的控制装置的一实施方式。 
图2为增压压力控制的流程图。 
图3为确定由电动机产生的增压压力增加量用的映射。 
图4为确定给予电动机的控制器的指示值用的映射。 
具体实施方式
下面对本发明的带电动增压器的内燃机的控制装置的一实施方式进行说明。在图1中示出具有本实施方式的带电动增压器的内燃机的控制装置的发动机1。 
本实施方式中说明的发动机1为搭载在车辆上的多缸内燃机，这里，在图1中以剖视图仅示出其中的一个气缸。发动机1为通过喷射器2向气缸3内的活塞4的上表面喷射燃料的所谓的缸内喷射型发动机。该发动机1不仅可以均质燃烧，而且可以分层燃烧。另外，该发动机1也可以稀薄燃烧(稀燃发动机)，通过由后述的涡轮增压器11对更多的吸入空气增压、以进行稀燃，不仅能实现高输出化，而且能实现低燃料消耗化。 
发动机1通过活塞4压缩经进气通路5吸入气缸3内的空气，将燃料喷射到形成在活塞4上表面的凹部的内部，使浓混合气集中到点火塞7附近，在那里由点火塞7点火燃烧。气缸3内的压力由于这时的燃烧而上升，使活塞4往复运动，该往复运动通过连杆转换成旋转运动并被输出。输出的驱动力由变速器(变速机)27减速或增速(变速)，使驱动轮旋转。 
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。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，从上游侧开始配置空气滤清器10、涡轮增压单元(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。涡轮增压单元11设置在进气通路5和排气通路6之间，进行增压。在本实施方式的涡轮增压单元11中，涡轮机侧叶轮和压缩机侧叶轮由旋转轴连接(下面，将该部分仅地称作涡轮机/压缩机11a)。 
而且，本实施方式的涡轮增压器为装有电动机11b的带电动机的涡轮增压器，其中涡轮机/压缩机11a的旋转轴为输出轴。电动机11b为交流电动机，也能用作发电机。涡轮增压单元11能用作仅由排气能量进行增压的普通增压器，但是也能通过电动机11b强制地驱动涡轮机/压缩机11a来进行进一步的增压。 
另外，通过利用排气能量、经涡轮机/压缩机11a使电动机11b旋转，可以发电，并回收所产生的电力。尽管图中未示出，电动机11b具有固定到涡轮机/压缩机11a的旋转轴上的转子、及配置在其周围的定子作为主要构成部分。在进气通路5上的涡轮增压单元11的下游侧设置空冷式中间冷却器12，用于使伴随由涡轮增压单元11的增压引起的压力上升而温度上升的吸入空气的温度下降。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，其中，由加速器位置传感器15检测出加速踏板14的操作量，ECU16(控制机构)根据该检测结果和其它信息量确定节气门13的开度。节气门13由附带设置在其上的节气门马达17开闭。而且，还可以在节气门13上附带地设置用于检测其开度的节气门位置传感器18。 
在节气门13的下游侧设置用于检测进气通路5内的压力(进气压力)的压力传感器19。将这些传感器15、18、19连接到ECU16上，其检测结果被送给ECU16。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、电动机11b等连接到ECU16，它们由来自ECU16的信号控制。除此之外，检测凸轮位置的凸轮位置传感器20、与电动机11b相连的控制器(控制机构)21、蓄电池22等也连接到ECU16。控制器21不仅控制电动机11b的驱动，而且具有作为变换器进行电动机11b发电的电力的电压变换的功能。由发电产生的电力通过控制器21进行电压变换后充到蓄电池22中。 
另一方面，在排气通路6上，在涡轮增压单元11的下游侧安装净化排气的排气净化催化剂23。而且，从排气通路6(涡轮增压单元11的上游部)到进气通路5(设置压力传感器19的稳压罐部)设置使排气回流用的EGR(排气再循环)通路24。在EGR通路24上安装用于调节排气回流量的EGR阀25。EGR阀25的开度控制也由上述ECU16进行。 
而且，在发动机1的曲轴附近安装用于检测发动机转速的转速传感器26。另外，变速器27内部的控制阀28接受来自ECU16的信号而驱动，由此进行变速动作。即，变速器27的档位由ECU16掌握。另外，虽然图中示出的变速器27为自动变速器(前进5速、后退1速)，但是也可以是手动变速器。在手动变速器的情况下，设置用于检测其 档位的传感器。 
对使用上述电动机11b的增压压力控制的基本部分进行说明。图2示出该控制的流程图。图2所示的流程图的控制每隔规定的时间(例如，每32ms)重复进行。 
首先，由转速传感器26检测出发动机转速，并且根据吸入空气量(由压力传感器19推测)、节气门开度(由节气门位置传感器18检测)推测发动机负荷(步骤200)。接着，根据发动机转速和发动机负荷算出基本目标增压压力B(步骤205)。所谓基本目标增压压力B就是预想在正常运转时的规定发动机转速、规定发动机负荷时产生的增压压力，预先通过实验等取得并作为映射存储在ECU16的ROM内。 
接着，根据由转速传感器26检测的发动机转速和由加速器位置传感器15检测的加速器开度，确定由电动机11b增加的增压压力P(步骤210)。发动机转速、加速器开度和增加的增压压力P之间的关系预先通过实验等确定，并作为映射存储在ECU16内的ROM中。在图3中示出该映射。如图3所示，这里，发动机转速为规定转速以下、并且加速器开度为规定开度以上的区域设定为特定运转区域，只有发动机1处于在该特定运转区域内运转的状态时，上述增加的增压压力P才设定为正的值，才进行由电动机11b产生的辅助增压。在特定运转区域内，越低的转速、越大的加速器开度，增加的增压压力P越大。 
在发动机1的状态为特定运转区域外的状态的情况下，上述增加的增压压力P不是为零，而是将其设定为负值，由此来实质上禁止由电动机11b进行的辅助增压。随后对增加的增压压力P设定为负值的意思进行说明。在步骤210之后，检测变速器27的档位，对应该档位确定校正系数K。这里，根据下面的表1确定校正系数K(步骤212)。 
表1 
  变速段   1   2   3   4   5速以上
  校正系数K   1.3   1.2   1.1   1   1
校正系数K确定后，根据目标增压压力T＝校正系数K×(基本目标增压压力B+增加的增压压力P)算出目标增压压力T(步骤215)。从表1中可以清楚地看到，由于校正系数K，目标增压压力T在档位处于低速段侧的情况下(或，越位于低速段侧)比处于高速段侧的情况下高。 
另外，目标增压压力T是为了电动机11b的增压压力控制而设定的控制上的目标值，也有和实际想要的增压压力不一致的情况。例如，从图3的映射中可以看出，在低转速、加速器开度大时，增加量P设定得大，目标增压压力T设定得大。可是，这时的目标增压压力T也有实际上不能达到的增压压力的情况。通过如此设定目标增压压力T，能可靠地继续进行电动机11b的增压压力的全辅助(full assist)。特别是，在增加量P设定为正的情况下，即，在考虑应该主动地进行电动机11b的增压时，通过增加量P，将该目标增压压力T设定得比实际想要的增压压力稍大，从而能可靠地进行电动机11b的增压。 
算出目标增压压力T后，将进气管内压力作为实际增压压力C并由压力传感器19进行检测(步骤220)，算出上述目标增压压力T和检测出的实际增压压力C的差ΔP(步骤225)。接着，判断算出的差ΔP是否比0大(步骤230)，如果差ΔP为0以下，则将表示有无电动机11b的增压的辅助标志Fassist设定为0，并且不进行由电动机11b实行的增压辅助，暂时脱离图2的流程图。这里，即使上述增加的增压量P为正值，如果差ΔP为0以下，则也不进行电动机11b的增压。另一方面，在步骤230为肯定的情况下，即，差ΔP比0大的情况下，根据差ΔP确定进行电动机11b的增压辅助用的指示值，并将该指示值对控制器21输出(步骤235)。 
在图4中示出差ΔP和给予控制器21的指令值之间的关系。如图4的实线所示，由电压值进行向控制器21的指令值的输出。差ΔP越大，则越大的电压值被送出到控制器21。该电压值的范围在这里为0～4.3V。当4.3V的电压被送出到控制器21时，控制器21使电动机11b全驱动，以进行全辅助增压。向控制器21送出指示值后，将辅助标志Fassist设定为1(步骤240)，根据控制器21接收的指示值控制电动机11b(步骤245)。 
如上所述，变速器27的档位越处于低速段侧，目标增压压力T越大。因此，在变速器27的档位处于低速段侧的情况下(或越处于低速段侧)，(在同一条件下与高速段侧的情况相比)差ΔP变大。结果，供给电动机11b的电压变高，使电动机11b产生的增压辅助量增加。在变速器27处于低速段侧的情况下(或，越处于低速段侧)为了增强电动机的增压辅助效果，使涡轮机/压缩机11a的开始急剧旋转。尽管在变速器27处于低速段侧的情况下，加速时的发动机转速的上升急剧，但是，由于如上所述涡轮机/压缩机11a的旋转也急剧开始，所以能防止过渡性的输出降低。 
如上所述，在变速器27的档位处于低速段侧(车速低)的情况下，如果进行超车加速(全开加速)等，则发动机转速达到最高转速(调高档时的转速)前的时间较短(与高速段侧比短)。如果不进行本实施方式的与档位对应的校正，则对于涡轮转速的上升，由于涡轮机/压缩机11a的惯性力矩的影响，其相对发动机转速的响应延迟会变大。 
另外，作为响应延迟变大的主要原因，例如还有伴随来自排气歧管等涡轮机上游侧的排气系统的放热的排气温度降低。使涡轮增压单元11的涡轮旋转的排气能量也受排气温度的影响，所以，如果排气温度降低，则使涡轮旋转的能量也减少。而且，由于该响应延迟，存在不能使发动机的大幅度小型化，不能改善实际燃料消耗的缺点。 
在本实施方式中，通过进行与档位对应的校正，可以消除上述响应延迟，抑制低速区域的车辆加速性能的过渡性降低。而且，由大幅度的小型化引起的实际燃料消耗的改善也是可能的。另外，对于高速行进(档位处于高速段侧)下的加速的情况，行进阻力大，发动机转速的上升速度也变小，结果，排气系统本身的温度上升也高(接近稳定全负荷)。因此，越处于高速区域(档位越处于高速段侧)，涡轮转速的响应延迟越小。 
而且，也可以对上述校正系数K设置限制。例如，在车辆并用牵引力控制的情况下，在检测车轮的滑移时，可以施加使校正系数的大小变小的限制。对于车轮滑移的情况，减小发动机的输出，以抑制车轮的滑移。因此，在检测出车辆滑移的情况下，通过校正系数K抑制目标增压压力T(增压辅助量)的增加。这时，可以禁止校正系数K的利用，也可以使校正系数K的值成为在步骤212中确定的值的80％。或者，也可以使用校正系数K以外的校正系数。 
而且，这里，在处于上述特定运转区域外时，将增加的增压量P设定为负值。通过这样，较小地算出被计算的目标增压压力T，结果，较小地算出差ΔP。由于是否进行电动机11b的增压压力控制是基于差ΔP的大小判断的，所以，对于较小地算出差ΔP的情况，难以进行电动机11b的增压压力控制。差ΔP为较小算出的目标增压压力T和实际增压压力C的差，所以，在判断是否进行电动机11b的增压压力控制上，作为结果，可以相对实际增压压力C确保一定程度的变动幅度。 
这样一来，在仅由外部干扰等引起实际增压压力C变动、不想开始由电动机11b实行的辅助的情况下，使电动机11b的增压变得难以进行，从而能稳定地进行增压压力控制。例如，在由于外部干扰等、实际增压压力C反复地进行微小增减变动的情况下，如果频繁地重复由电动机11b实行的增压的开始停止，则增压压力控制反而混乱。即， 进行了由电动机11b实行的不必要的增压压力控制。因此，在考虑不必要进行电动机11b的增压时(在特定运转区域以外时)，通过使电动机11b的增压难以开始来实现增压压力控制的稳定化。另外，上述实施方式为“使上述电动机的增压辅助量在变速器的档位低的情况下比高的情况下增加”的实施方式，而且，为“与高的情况相比，变速器的档位越低，上述电动机的增压辅助量越增加”的实施方式。 
另外，本发明不限于上述实施方式。在上述实施方式中，虽然将本发明的带电动增压器的内燃机的控制装置适用于直喷汽油机，但是，本发明也可以适用于非直喷的汽油机或柴油机等。而且，虽然在上述实施方式中，增压器为涡轮增压器，但是也可以不是涡轮增压器，例如可以是除去带电动机的涡轮增压器的排气侧那样的、电动式的压缩机等。另外，在上述实施方式中，虽然根据目标增压压力T＝校正系数K×(基本目标增压压力B+增加的增压压力P)算出目标增压压力T，但是，也可以根据目标增压压力T＝基本目标增压压力B+(增加的增压压力P×校正系数K)算出目标增压压力T。 
工业实用性 
根据本发明记载的带电动增压器的内燃机的控制装置，由于使增压辅助量在变速器处于低速段的情况下(或越处于低速段)比高的情况下增加，所以能抑制低速区域内的车辆加速性能的过渡性降低，从而能在整个档位(即，整个车速区域)中得到良好的增压效果。 

Claims (7)

1.一种带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具有：
搭载在车辆上的内燃机；
进行所述内燃机的增压的带电动机的增压器；
控制由所述电动机实行的增压的控制机构；和
使所述内燃机的输出变速的变速器，
在所述变速器的档位低的情况下，与高的情况相比，所述控制机构使所述电动机产生的增压辅助量增加。
2.一种带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具有：
搭载在车辆上的内燃机；
进行所述内燃机的增压的带电动机的增压器；
控制由所述电动机实行的增压的控制机构；和
使所述内燃机的输出变速的变速器，
所述变速器的档位越低，与高的情况相比，所述控制机构越使所述电动机产生的增压辅助量增加。
3.如权利要求1或2所述的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述增压器具有共用旋转轴的涡轮机叶轮及压缩机叶轮，所述电动机将所述旋转轴作为输出轴而配置，能够通过所述旋转轴的旋转进行发电。
4.如权利要求1或2所述的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述控制机构根据发动机转速和发动机负荷设定基本目标增压压力，通过发动机转速和加速器开度设定由所述电动机增加的增压压力，使基本目标增压压力和增加的增压压力相加来设定目标增压压力，并利用对应所述变速器的档位设定的校正系数控制所述电动机产生的增压辅助量。
5.如权利要求1或2所述的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述控制机构根据发动机转速和发动机负荷设定基本目标增压压力，并通过发动机转速和加速器开度设定由所述电动机增加的增压压力，利用对应所述变速器的档位设定的校正系数校正所述增加的增压压力，以在所述变速器的档位低的情况下，与高的情况相比，使所述电动机产生的增压辅助量增加，使基本目标增压压力和校正后的增加的增压压力相加来设定目标增压压力。
6.如权利要求1或2所述的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，在处于发动机转速为规定转速以下、且加速器开度为规定开度以上的特定运转区域内的情况下，相比考虑所述变速器的档位而校正后的所述电动机产生的增压辅助量，所述控制机构进一步增大辅助量。
7.如权利要求1或2所述的带电动增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，在处于发动机转速为规定转速以下、且加速器开度为规定开度以上的特定运转区域以外的情况下，所述控制机构禁止由所述电动机实行增压辅助或使增压辅助变得难以进行。
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