帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置製造方法
2023-06-03 01:22:52
帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明的目的在於，在帶渦輪增壓器的內燃機中以不妨礙排氣淨化催化劑的預熱的方式控制增壓。為此，本發明提供的帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置在有對排氣淨化催化劑進行預熱的要求的情況下，使相對於相同目標進氣壓的目標增壓的確定值比不存在所述要求的情況小。另外，根據基於對內燃機的要求扭矩確定的目標空氣量，確定目標進氣壓。本控制裝置根據目標進氣壓和實際增壓操作節氣門，並且根據目標增壓操作廢氣旁通閥。
【專利說明】帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置，特別是能夠利用促動器的操作主動地控制渦輪的轉速的帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置。
【背景技術】
[0002]作為汽車用內燃機的控制方法之一，公知將扭矩作為控制量來確定促動器的操作量的扭矩需求控制。扭矩需求控制也能應用在帶渦輪增壓器的內燃機中。在帶渦輪增壓器的內燃機的扭矩需求控制中，根據要求扭矩確定節氣門的操作量，並且根據要求扭矩確定增壓控制用的促動器的操作量。增壓控制用促動器是能夠主動控制渦輪的轉速的促動器，作為例子，可以舉出廢氣旁通閥和可變氣門。更詳細而言，按照根據要求扭矩確定的目標增壓，進行上述這些增壓控制用促動器的操作。作為根據要求扭矩確定目標增壓的方法，如日本特開2007-315217號公報公開的那樣，公知根據要求扭矩確定目標空氣量，再根據目標空氣量算出目標增壓的方法。另外，如日本特開2006-152821號公報公開的那樣，也公知根據目標空氣量確定目標進氣壓，根據目標進氣壓算出目標增壓的方法。
[0003]在帶渦輪增壓器的內燃機的扭矩需求控制中，重視運轉性能、詳細而言重視內燃機產生的扭矩對油門操作的響應而確定目標增壓。但是，內燃機所追求的性能不僅是該種運轉性能。廢氣性能即減少廢氣中含有的有害成分，也是內燃機追求的性能之一。在獲得充分的廢氣性能的方面，使排氣淨化催化劑早期發揮活性是一個必要條件，為此必須快速進行排氣淨化催化劑的預熱。但是，在帶渦輪增壓器的內燃機的情況下，在渦輪產生的熱損失有時使排氣溫度下降。為了提高增壓，需要較大的渦輪功，但渦輪功越大，在渦輪產生的熱損失也增大。因此，根據增壓的控制的方法的不同，渦輪的排氣溫度的下降可能妨礙排氣淨化催化劑的預熱。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2007-315217號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2008-015051號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2008-255896號公報
[0009]專利文獻4:日本特開2006-152821號公報
【發明內容】
[0010]本發明的目的在於，在帶渦輪增壓器的內燃機中，以不妨礙排氣淨化催化劑的預熱的方式控制增壓。並且，為了達到該目的，本發明的帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置以如下方式構成。
[0011]根據本發明的一技術方案，本控制裝置取得對內燃機的要求扭矩。並且，根據要求扭矩確定目標空氣量，根據目標空氣量確定目標進氣壓，再根據目標進氣壓確定目標增壓。並且，根據目標進氣壓和實際增壓操作節氣門，並且按照目標增壓操作增壓控制用促動器。增壓控制用促動器是能夠主動控制渦輪的轉速的促動器，其代表例是廢氣旁通閥和可變氣門。本控制裝置在根據目標進氣壓確定目標增壓時，在有對排氣淨化催化劑進行預熱的要求的情況下，使相對於相同目標進氣壓的目標增壓的確定值，比不存在該種要求的情況小。作為更具體的目標增壓的確定方法，也可以採用如下方法:預先持有對相同目標進氣壓給予比較大的值的目標增壓的映射以及對相同目標進氣壓給予比較小的值的目標增壓的映射，依據對排氣淨化催化劑進行預熱的要求的有無，切換用於確定目標增壓的映射。
[0012]採用以上述方式構成的控制裝置，在有對排氣淨化催化劑進行預熱的要求的情況下，以使增壓比不存在該種要求的情況低的方式操作增壓控制用促動器。利用該操作減小渦輪功，結果在渦輪產生的熱損失減少，能夠抑制排氣溫度的下降。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發明的實施方式的控制裝置的結構的框圖。
[0014]圖2是用於對依據催化劑預熱要求的有無來切換目標增壓的設定的處理進行說明的圖。
[0015]圖3是表示用於切換目標增壓的設定的判斷的次序的流程圖。
[0016]圖4是表示由本發明的實施方式的控制裝置獲得的控制結果的圖。
【具體實施方式】
[0017]參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0018]本實施方式中成為控制對象的帶渦輪增壓器的內燃機(以下稱為發動機)，是能夠通過由節氣門調整空氣量而控制扭矩的汽車用的四衝程往復式發動機。在設置於發動機的渦輪增壓器附加設置有能調整開度的廢氣旁通閥(以下稱為WGV)。控制裝置通過操作發動機所具備的促動器，控制發動機的運轉。在能由控制裝置操作的促動器中包括點火裝置、節氣門、燃料噴射裝置、可變氣門正時機構和WGV等。但是，在本實施方式中，控制裝置操作的是節氣門和WGV。控制裝置操作這兩個促動器而控制由發動機輸出的扭矩。
[0019]圖1的框圖中表示的控制裝置10表示本實施方式的控制裝置的結構。圖1中構成控制裝置10的各部件12、14、16、18、20、22是特別用圖只表現控制裝置10所具有的各種功能性的部件中的與節氣門2和WGV4的操作相關的部件。因而，圖1並不是指控制裝置10隻由這些部件構成。另外，各部件可以分別由專用的硬體構成，也可以共有硬體而利用軟體虛擬地構成。以下，以圖1所示的各部件12、14、16、18、20、22的功能為中心說明控制裝置10的結構。
[0020]自綜合控制整個車輛的動力系統管理器(省略圖示)，將要求扭矩和要求效率供給到控制裝置10。要求扭矩是發動機產生的圖示扭矩的要求值。要求扭矩包括根據油門踏板的操作量、操作速度算出的來自駕駛員的要求扭矩，和來自ECT (Electronic ControlledTransmission,電子控制變速器)、TRC (Traction Control System,牽引力控制系統)等車輛的控制設備的要求扭矩。要求效率是用於進行點火正時的控制的參數。在要求最佳點火正時下的運轉的情況下，動力系統管理器將要求效率的值設定為最大值I。要求效率成為低於I的值是要求點火正時比最佳點火正時滯後的情況。例如為了進行排氣淨化催化劑的預熱而想要使排氣溫度上升的情況、想要使扭矩急劇下降的情況屬於此情況。對自動力系統管理器供給到控制裝置10的要求效率賦予用於識別要求內容的ID。
[0021]控制裝置10根據所取得的要求扭矩確定目標空氣量。為了進行目標空氣量的確定而使用目標空氣量確定部12。目標空氣量確定部12利用預先準備的轉換映射來將要求扭矩變換為空氣量。這裡所說的空氣量指被吸入到缸內的空氣量。在目標空氣量確定部12將要求扭矩的實現所需的空氣量確定為發動機的目標空氣量。
[0022]接著，控制裝置10根據目標空氣量確定目標進氣壓。為了進行目標進氣壓的確定而使用目標進氣壓確定部14。目標進氣壓確定部14使用預先需要的轉換映射來將目標空氣量轉換為進氣壓。或者也可以使用物理模型將目標空氣量轉換為進氣壓。這裡所說的進氣壓指從節氣門到進氣門的空間內的壓力。在目標進氣壓確定部14將目標空氣量的實現所需的進氣壓確定為發動機的目標進氣壓。
[0023]目標進氣壓輸入到目標節氣門開度確定部16。利用增壓傳感器(省略圖示)計量到的實際增壓也輸入到目標節氣門開度確定部16。在以實際增壓為前提的情況下，目標節氣門開度確定部16算出目標進氣壓的達成所需的節氣門開度，來作為目標節氣門開度。在該計算中使用將增壓、節氣門開度、進氣壓之間成立的關係模型化後得到的節氣門模型。目標節氣門開度輸入到節氣門控制部18。節氣門控制部18按照目標節氣門開度進行節氣門2的操作。
[0024]另外，控制裝置10與根據目標進氣壓確定目標節氣門開度並行地根據目標進氣壓確定目標增壓。根據目標進氣壓確定目標增壓而不是根據目標空氣量確定目標增壓，這就有不易受到氣門開閉正時變化的影響這一技術性意義。為了進行目標增壓的確定而使用目標增壓確定部20。要求效率的值及其ID與目標進氣壓一起輸入到目標增壓確定部20。以下，使用圖2和圖3說明在目標增壓確定部20進行的處理的內容。
[0025]圖2的下段表示目標增壓確定部20用於進行目標增壓的確定的映射的圖像。目標增壓確定部20所用的映射準備在圖中用實線表示目標進氣壓與目標增壓的關係的第I映射，和用虛線表示該關係的第2映射這兩種。根據這些映射，在目標進氣壓為規定值以下的區域，將目標增壓設定為恆定，在目標進氣壓超過上述規定值時，依據目標進氣壓的大小也增大目標增壓。但是，在第I映射中，目標增壓升高的目標進氣壓的值為大氣壓，相比之下，在第2映射中，目標增壓升高的目標進氣壓的值為比大氣壓低的值。因此，對於相同目標進氣壓，在第I映射給予比較小的值的目標增壓，在第2映射給予比較大的值的目標增壓。目標增壓確定部20依據要求效率的內容選擇用於進行目標增壓的確定的映射。在要求效率要求排氣淨化催化劑的預熱時，目標增壓確定部20選擇第I映射，在要求效率要求排氣淨化催化劑的預熱以外時，目標增壓確定部20選擇第2映射。根據所選的映射切換目標增壓相對於目標進氣壓的設定。
[0026]圖2的上段表示根據各映射實現的WGV4的開度與目標進氣壓的關係。用實線畫出的折線表示在選擇了第I映射的情況下的WGV4的開度與目標進氣壓的關係。用虛線畫出的折線表示在選擇了第2映射的情況下的WGV4的開度與目標進氣壓的關係。比較這兩條折線可清楚得知，當在增壓區域選擇了第I映射的情況下，對於相同目標進氣壓，使WGV4比選擇了第2映射的情況大地打開。WGV4的開度越大，流入到渦輪的廢氣的流量越少，越能將渦輪功抑制為較小。結果，在渦輪產生的熱損失減小，能夠抑制由渦輪引發的排氣溫度的下降。也就是說，在選擇了第I映射的情況下，進行重視了排氣溫度的增壓控制，從而能夠抑制排氣溫度的下降而促進排氣淨化催化劑的預熱。另一方面，在選擇了第2映射的情況下，對於相同目標進氣壓，將增壓設定為較高，所以能夠提高發動機產生的扭矩對油門操作的響應。也就是說，能夠進行重視了響應的增壓控制。
[0027]由目標增壓確定部20進行的目標增壓的設定的切換，按照圖3的流程圖所示的判斷次序來進行。首先，在步驟SI中，判定要求效率的值是否比I小。當要求效率的值為I時，選擇步驟S3的處理。即，通過選擇第2映射，進行重視響應的目標增壓的設定。在要求效率的值比I小的情況下，進行步驟S2的判定。在步驟S2中，根據要求效率的ID判定要求的內容是否是排氣淨化催化劑的預熱。當要求的內容不是排氣淨化催化劑的預熱時，選擇步驟S3的處理而進行重視響應的目標增壓的設定。相對於此，在要求的內容是排氣淨化催化劑的預熱時，選擇步驟S4的處理。S卩，通過選擇第I映射，進行重視排氣溫度的目標增壓的設定。根據該流程圖可知，目標增壓的通常的設定是重視響應，只在要求排氣淨化催化劑的預熱的情況下，向重視排氣溫度的設定進行切換。
[0028]在目標增壓確定部20確定的目標增壓輸入到增壓控制部22。在增壓控制部22，算出目標增壓的實現所需的WGV4的開度，來作為目標WGV開度。在目標WGV開度的計算中，將發動機轉速、負荷等各種發動機狀態量用作參數。增壓控制部22按照所算出的目標WGV開度進行WGV4的操作。
[0029]採用以上述方式構成的控制裝置10，能夠獲得例如圖4所示的那樣的控制結果。在圖4中表示由控制裝置10產生的要求效率、目標進氣壓和目標增壓的各時間變化。在圖4所示的例子中，兩次使要求效率的值比I小。最初的比I小的要求效率是用於進行排氣淨化催化劑的預熱的要求效率，第二次的比I小的要求效率為用於進行ECT的變速的要求效率。根據要求效率附帶的ID，區別要求效率是要求進行排氣淨化催化劑的預熱，還是要求進行ECT變速。
[0030]在要求是進行排氣淨化催化劑的預熱的情況下，進行重視排氣溫度的目標增壓的設定。也就是說，在要求效率比I小的期間內，目標增壓比通常時的值(重視響應時的值)小。由此，WGV4打開，將繞過了渦輪的高溫的廢氣直接供給到排氣淨化催化劑。相比之下，在要求是進行ECT的變速的情況下，像通常那樣進行重視響應的目標增壓的設定。因此，與排氣淨化催化劑的預熱的情況不同，不與要求效率的減少相對應地降低目標增壓。這是為了在與ECT變速的完成相對應地進行扭矩提升時，不發生增壓延遲。
[0031]另外，雖省略用附圖進行的說明，但控制裝置10與上述的節氣門控制和增壓控制一併進行點火正時控制。在點火正時控制中，在要求效率的值為I的情況下，將點火正時設定為最佳點火正時，要求效率的值越比I小，相對於最佳點火正時的滯後量越大。
[0032]以上是關於本發明的實施方式的說明。但本發明並不限定於上述實施方式，可以在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變形而實施本發明。例如在圖3的流程圖的步驟SI中，將閾值設定為I而判定要求效率的值是否比I小，但也可以將閾值設定為比I小的值。另外，在付與要求效率的值的ID是催化劑預熱的要求的情況下，能夠判斷為:要求效率的值越小，越強烈要求催化劑預熱。因此，也可以使目標增壓相對於目標進氣壓的設定為多階段，以要求效率的值越小，目標增壓相對於相同目標進氣壓的值越小的方式切換設定。
[0033]另外，在上述實施方式中，根據響應重視或排氣溫度重視，切換用於設定目標增壓的映射，但用於設定目標增壓的映射也可以只是重視響應的映射。在存在排氣淨化催化劑的預熱的要求的情況下，將根據該映射獲得的目標增壓的值修正為更小的值較好。更優選的是，依據要求效率的值，修正根據該映射獲得的目標增壓的值較好。
[0034]作為增壓控制用促動器，除了 WGV以外，還可以使用渦輪的可變氣門。
[0035]附圖標記說明
[0036]2、節氣門；4、廢氣旁通閥；10、控制裝置；12、目標空氣量確定部；14、目標進氣壓確定部；16、目標節氣門開度確定部；18、節氣門控制部；20、目標增壓確定部；22、增壓控制部。
【權利要求】
1.一種帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置，其能夠利用促動器的操作主動控制渦輪的轉速，其特徵在於， 該帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置包括目標空氣量確定機構、目標進氣壓確定機構、目標增壓確定機構、節氣門控制機構和增壓控制機構， 所述目標空氣量確定機構取得對所述內燃機的要求扭矩，根據所述要求扭矩確定目標空氣量， 所述目標進氣壓確定機構根據所述目標空氣量確定目標進氣壓， 所述目標增壓確定機構根據所述目標進氣壓確定目標增壓， 所述節氣門控制機構根據所述目標進氣壓和實際增壓，操作節氣門， 所述增壓控制機構按照所述目標增壓操作所述促動器， 所述目標增壓確定機構在有對配置在所述內燃機的排氣通路內的排氣淨化催化劑進行預熱的要求的情況下，與沒有所述要求的情況相比，使相對於相同目標進氣壓的目標增壓確定值變小。
2.根據權利要求1所述的帶渦輪增壓器的內燃機的控制裝置，其特徵在於， 所述目標增壓確定機構具有對相同目標進氣壓給予比較大的值的目標增壓的映射以及對相同目標進氣壓給予比較小的值的目標增壓的映射，依據所述要求的有無，切換用於確定所述目標增壓的映射。
【文檔編號】F02B37/18GK103732878SQ201180072936
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2011年8月23日 優先權日:2011年8月23日
【發明者】高橋清德, 副島慎一, 田中聰, 吉崎聰 申請人:豐田自動車株式會社