V型柴油機的進氣控制裝置的製作方法

2023-06-03 03:44:16 3

專利名稱：V型柴油機的進氣控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及v型柴油機的進氣控制裝置，其控制供給到v型柴油 機的進氣的狀態。
背景技術：
近來，根據對於更高功率和更大排量的需求，增加了車輛柴油機 中的氣缸數量。例如，如果柴油機具有六個或八個氣缸，那麼發動機
常常布置成v型，其中氣缸布置成v形形狀，以節約發動機艙內的空
間。如圖4中所示，V型發動機的進氣通道2包括共用的上遊部分和 分叉的下遊部分，該分叉下流部分連接到一對氣缸列1L、 1R。進氣 這樣分配到對應的氣缸(例如，參見專利文獻l)。在進氣通道2的上 遊部分(即，氣缸列1L、 1R的共用部分)在設置調節進氣流速的進 氣節流閥3。因此，通過共用的進氣節流閥3同時調節供給到氣缸列 1L、 1R的進氣量。
但是，如果這種結構的柴油機具有大的排量，那麼進氣流速在較 寬的範圍內變化。因此，使用為兩個氣缸列共用的進氣節流閥難以在 較寬的範圍內精確地調節進氣流速。
例如，如圖5中所示，分別為氣缸列1R、 1R設置進氣通道2L、 2R，並在相應的進氣通道2L、 2R中布置進氣節流閥3L、 3R。該結 構將各進氣節流閥3L、 3R的進氣流速調節範圍縮小至為氣缸列共用 的進氣流速節流閥所需進氣流速調節範圍的一半。因此，可精確調節 進氣流速。
[專利文獻1日本專利7^開No. 2004-124778

發明內容
但是，使對應於氣釭列1L、 1R的進氣通道2L、 2R的長度、形 狀或環境溫度相同是非常難的。這使得必須根據進氣通道2L、 2R中 相應一個的狀態來控制各進氣節流閥3F、 3R的操作。這使得這類操 作控制中所含的各進氣節流閥3L、 3R的結構變得複雜，並增加了計 算負荷。
到此，雖然藉助於實例描述了進氣節流閥的問題，但是該問題通 常對於改變在V型柴油機進氣通道內流動的進氣狀態的其它致動器是 共有的，例如，調節從排氣通道再循環至進氣通道的排氣量的外部排 氣再循環機構的排氣流速調節閥、或改變增壓器增壓壓力的增壓壓力 改變糹幾構。
因此，本發明的目的是提供一種V型柴油機的進氣控制裝置，其 通過設在進氣通道內的一對致動器來精確改變進氣的狀態，並且在不 使致動器操作控制中所含結構複雜的情況下就抑制了計算負荷的增 加。
為實現上述目的，提供一種V型柴油機的進氣控制裝置，其具有 進氣通道、致動器和控制所述致動器的操作的控制裝置，其中進氣通 過所述進氣通道供給到形成在所述V型柴油機的一對氣缸列中的各氣 缸，所述致動器改變在所述進氣通道中流動的進氣的狀態。所述進氣 通道包括分別連接到所述氣缸列之一的一對連接部分、將所述連接部 分連接在一起的會聚部分、以及從所述會聚部分分叉並且向上遊延伸 的一對分叉部分。所述致動器設置成對應於各所述分叉部分，並且其 中所述控制裝置根據共同目標控制值控制各所述致動器的操作。
在該結構中，所述致動器布置在所述進氣通道的相應分叉部分內。 因此，與由為兩個氣缸列共用的致動器改變進氣流速狀態的情形相比， 各致動器的可操作範圍變小。這允許各致動器精確地改變進氣流速的 狀態。在通過所述致動器改變了進氣狀態之後，進氣臨時在所述進氣 通道的會聚部分混合在一起。然後，進氣通過相應的連接部分分配到 所述氣缸列中。這使得不必單獨控制所述致動器的操作。換句話說， 根據共同目標控制值控制所述致動器的操作。這防止了致動器操作控
制所含結構變得複雜，並防止了計算負荷的增加。進氣狀態包括，例 如，流速、壓力、進氣流速的溫度、以及進氣中再循環廢氣的濃度和 溫度。
上述v型柴油機的進氣控制裝置優選具有一傳感器，其檢測在所
述進氣通道中流動的進氣的狀態，所述傳感器設置成對應於各所述分 叉部分。
在該結構中，所述傳感器設在所述進氣通道的相應分叉部分內。 因此，與由為所述氣缸列共用的傳感器檢測進氣流速狀態的情形相比， 各傳感器可檢測的範圍變小。這允許各傳感器精確地檢測進氣的狀態。
在上述v型柴油機的進氣控制裝置中，所述傳感器優選包括各自
布置在所述分叉部分之一中的一對進氣流速傳感器。所述控制裝置優 選通過求由所述進氣流速傳感器提供的檢測值的平均值來計算在所述 進氣通道內流動的進氣的量。
在該結構中，即使在所述分叉部分內流動的進氣中存在脈動，因 而由所述進氣流速傳感器檢測的檢測值變得彼此不同，也可防止進氣 流速的計算值發生變化。另外，精確地確定了從所述分叉部分通過所 述會聚部分和相應連接部分進入所述氣缸的進氣量。
在上述V型柴油機的進氣控制裝置中，所述控制裝置優選在所述
求平均值過程之前執行對所述進氣流速傳感器的檢測值的修勻過程。 該結構還有效地影響了進氣脈動的影響。
在上述V型柴油機的進氣控制裝置中，所述控制裝置優選根據所 述目標控制值反饋控制所述致動器的操作。所述控制裝置優選還包括 確定裝置，其確定所述致動器中是否有故障；以及限制裝置，如果所 述確定裝置確定所述致動器中的一個出現故障，則所述限制裝置通過 在所述致動器中的另一個上執行的反饋控制限制所述進氣的狀態的變 化。
在該結構中，如果確定一個致動器出現故障，那麼限制另一個制 動器對進氣狀態的調節。從而抑制了作用在故障致動器上的過多負載。 這也防止了由於只有功能正常的致動器改變進氣狀態引起所述氣缸列
接收彼此狀態不同的進氣。另外，限制改變進氣狀態包括，如果檢測 到一個致動器出現故障，那麼禁止通過對另一個致動器的反饋控制改 變進氣狀態。
在上述V型柴油機的進氣控制裝置中，所述V型柴油機優選還包
括對應於所述分叉部分布置的一對增壓器和各自改變相應增壓器的增 壓壓力的一對增壓壓力改變機構。所述增壓壓力改變機構用作所述致 動器。
在上述V型柴油機的進氣控制裝置中，如果所述確定裝置確定所
述增壓壓力改變機構中的一個出現故障，則所述限制裝置通過禁止在 所述增壓壓力改變機構中的另 一個上的反饋控制而使增壓效率最小。 在該結構中，如果一個增壓壓力改變機構出現故障，那麼防止所 述增壓器接收由於所述控制裝置對另一增壓壓力改變機構執行的反饋 控制引起的過多負載。
上述v型柴油機的進氣控制裝置優選包括用作所述致動器的一對
排氣流速調節閥。所述排氣流速調節閥形成在一對連通管路中，各所 述連通管路都將連接至所述氣缸的排氣通道與所述分叉部分中相應的 一個彼此連接。各所述排氣流速調節閥調節通過相聯的連通通道再循 環到相應的所述分叉部分的排氣的量。如果所述確定裝置確定所述排 氣流速調節閥中的一個出現故障，則所述限制裝置通過禁止在所述排 氣流速調節閥上的反饋控制而完全關閉所述排氣流速調節閥中的另一個。
在該結構中，如果外部廢氣再循環機構的一個排氣流速調節閥出 現故障，那麼防止由於所述控制裝置的這種開度反饋控制引起另一個 排氣流速調節閥的開度過度增大。這抑制了將大量的再循環廢氣引入 對應於功能正常的排氣流速調節閥的分叉部分中。因此，防止了所述 氣缸列接收含有濃度彼此大大不同的再循環氣體的進氣。
上述v型柴油機的進氣控制裝置優選包括用作所述致動器的一對 進氣節流閥。所述進氣節流閥形成在相應的分叉部分中，各所述進氣 節流閥調節通過相應分叉部分的進氣的量。如果所述確定裝置確定所
述進氣節流閥中的 一個出現故障，則所述控制裝置通過禁止在所述進 氣節流閥上的反饋控制而完全打開所述進氣節流閥中的另一個。
在該結構中，即使一個進氣節流閥出現故障，也能通過完全打開 另一個進氣節流閥來可靠地將最大量的進氣供給到各氣缸列。這了廢 氣中由於不完全燃燒引起的顆粒物質增加。
在上述V型柴油機的進氣控制裝置中，所述會聚部分優選由為所
述氣缸列共用的穩壓罐形成。
與所述進氣通道內的其餘部分相比，通過增加所述進氣通道內穩 壓罐的截面積，所述進氣具有減小進氣脈動所必須的容量。因此，通 過將為所述氣缸列共用的穩壓罐用作所述會聚部分，從所述兩個分叉 部分流入所述會聚部分的進氣有效地混合在一起。因此，從所述會聚 部分送至所述兩個連接部分的進氣量和特性變得相同。這減小了由於 供給到各氣缸列的氣缸的進氣量和特性的不同引起的不期望的影響，
例如發動機運行速度的變化和排氣性質的惡化。另外，與在相應的各 氣缸列中單獨設置穩壓罐的情形相比，該結構適於大型進氣控制裝置。


圖1為示意性示出發動機和根據本發明實施例的發動機進氣控制
裝置的視圖;
圖2為示出進氣控制裝置、傳感器、致動器的控制部分的結構的 框圖3為示出在致動器執行反饋控制的過程的流程圖； 圖4為示意性示出V型發動機的傳統進氣控制裝置的結構的視 圖；以及
圖5為示意性示出V型發動機的另一傳統進氣控制裝置的結構的 視圖。
具體實施方式
[第一實施例I
現在參考圖1和2描述根據本發明第 一 實施例的八缸V型柴油機 的進氣控制裝置。
如圖l中所示，發動機10為V型發動機，其中以V形布置一對 氣缸列IIL、 IIR。每氣釭列IIL、 IIR都具有四個氣缸。發動才幾10 的進氣系統包括空氣濾清器12， 一對中冷器14L、 14R,節流閥體20， 以及對應於氣缸列IIL、 11R的增壓器24L、 24R。各增壓器24L、 24R 為廢氣驅動型增壓器。壓縮機葉片26和渦輪葉片25布置在各轉子27 的末端。各壓縮機葉片26布置在一對進氣管路13L、 13R中相應的一 個內，所述進氣管路13L、 13R將相應的中冷器14L、 14R連接到空 氣濾清器12。各渦輪葉片25設在一對排氣通道21L、 21R中相應的 一個內，所述排氣通道21L、 21R連接到氣缸列IIL、 IIR相應的氣 缸上。
各增壓器24L、 24R使用從氣缸排入相應排氣通道21L、 21R的 廢氣產生的能量來增壓進氣。換句話說，各轉子21通過相應排氣通道 21L、 21R內撞擊相關的渦輪葉片25的廢氣而轉動。這引起相應的壓 縮機葉片26增壓相應進氣管路13L、 13R中的進氣，並將該進氣送入 相應的中冷器14L、 14R。進氣管路13L、 13R具有基本相同的截面積 和長度。壓縮機葉片26位於進氣管路13L、 13R內基本相同的位置。
各增壓器24L、 24R都具有增壓壓力改變機構50L、 50R。各增壓 壓力改變機構50L、 50R都具有噴嘴(未示出)和電機(未示出)，廢 氣通過噴嘴吹在相應的渦輪葉片25上，電機改變噴嘴的開度。各增壓 壓力改變機構50L、 50R調節噴嘴的開度，從而改變增壓壓力。增壓 壓力根據撞擊渦輪葉片25的廢氣的流速(更準確地，沖量)變化。因 此，當廢氣流速根據發動機運行狀態變化時，增壓壓力變化。如果發 動機10運行於輕載和低轉速範圍內，那麼廢氣的流速小，並且各轉子 27的轉速低。因此，增壓壓力低。相反，如果發動機10運行於重載 和高轉速範圍內，那麼廢氣的流速大，並且各轉速27的轉速高。從而 增壓壓力變高。
因此，當在輕載和低轉速範圍內需要增大增壓壓力和提高增壓響
應時，各增壓壓力改變機構50L、 50R減小相應噴嘴的開度，以增大 撞擊相關渦輪葉片25的廢氣的流速。這增大了增壓壓力，並提高了增 壓響應。相反，當發動機10運行於重載和高轉速範圍內時，增壓壓力 改變機構50L、 50R增大噴嘴的開度，以降低撞擊渦輪葉片25的廢氣 的流速。這抑制了轉子27的過快旋轉和增壓壓力的過度升高。
各增壓器24L、 24R增壓的進氣通過相連的進氣管路13L、 13R 供給到相應的中冷器14L、 14R。中冷器14L、 14R冷卻了通過增壓器 24L、 24R壓縮而加熱的進氣。然後，進氣進入節流閥體20。兩個增 壓器24L、 24R和兩個增壓壓力改變才幾構50L、 50R具有基本相同的 增壓特性和增壓壓力改變特性。中冷器14L、 14R具有基本相同的結 構。
節流閥體20具有一對分叉管路15L、15R，設在相應分叉管路15L、 15R內的一對進氣節流閥，在分叉管路15L、 15R下遊的會聚管路16。 在從中冷器14L、 14R流入節流閥體20之後，進氣分配至分叉管路 15L、 15R基本相等的量。然後，進氣通過進氣節流閥51L、 51R送至 會聚管路16。會聚管路16用作為氣缸列IIL、 IIR共用的穩壓罐。會 聚管路16的截面積大於各分叉管路15L、 15R的截面積。會聚管路 16確保了減少進氣脈動所必需的容量。
因此，即使從進氣節流閥51L流入會聚管路16的進氣與從進氣 節流閥51R流入會聚管路16的進氣之間存在溫度、壓力和脈動狀態 的差異，通過將進氣在會聚管路16中暫時混合在一起，也消除了進氣 節流閥51L的進氣的狀態與進氣節流閥51R的進氣的狀態之間的差 異。即，充分均勻地混合了進氣。分叉管路15L、 15R具有基本相同 的流路面積和長度。進氣節流閥51L、 51R位於分叉管路15L、 15R 內基本相同的位置。另外，進氣節流閥51L、 51R的打開/關閉速度和 進氣節流閥51L、 51R在完全打開/關閉狀態內的開度基本相同。
在第一實施例中，參考圖1，在節流閥體20內分叉管路15L、 15R 的上遊位置設有將分叉管路15L、 15R彼此連接的連接部分S。從中 冷器14L、 14R流出的一部分進氣在分配到分叉管路15L、 15R之間 在連通部分S內混合在一起。這樣，在進氣分配到分叉管路15L、 15R 之前，將上述進氣狀態的差異消除至一定的程度。只要會聚管路16 對消除流入分叉管路15L的進氣與流入分叉管路15R的進氣之間的狀 態差異起作用，就可省略連通部分S。在第一實施例中，會聚管路16 促使分叉管路15L的進氣與分叉管路15R的進氣混合，因此消除了分 叉管路15L的進氣與分叉管路15R的進氣之間的狀態差異。因此，進 氣在連通部分S內的混合用作輔助操作。
會聚管路16上連接有一對分配管路19L、 19R (進氣歧管)。如 圖1所示，分配管路19L、 19R中一個管路的下遊側分叉向左氣缸列 IIL的氣缸，並連接到左氣缸列11L的氣缸。如圖1中所示，分配管 路19L、 19R中另一個管路的下遊側分叉向右氣缸列IIR的氣缸並連 接到其上。分叉管路19L、 19R具有基本相同的流動通道面積和通道 長度以及基本相同的形狀。因此，當在會聚管路16中均勻混合之後， 進氣進入分叉管路19L、 19R基本相同的量，同時保持在均勻狀態。 送至分叉管路19L、 19R的進氣以相同的量分配到相應的氣缸列IIL、 11R的氣缸中。
發動機10的進氣系統包括外部廢氣再循環機構，其將排氣通道 21L、 21R的廢氣的一部分再循環至分叉管路15L、 15R(EGR)。外 部廢氣再循環機構具有一對再循環管路17L、 17R和設在相應再循環 管路17L、 17R內的一對廢氣流速調節閥52L、 52R。再循環管路17L 將增壓器24L上遊的排氣通道21L與進氣節流閥51L下遊的分叉管路 15L彼此連接。再循環管路17R將增壓器24R上遊的排氣通道21R與 進氣節流閥51R下遊的分叉管路15R彼此連接。排氣流速調節閥52L 設在再循環管路17L中最下遊的位置，其為再循環管路17L與分叉管 路15L的連接部分。排氣流速調節閥52R設在再循環管路17R中最 下遊的位置，其為再循環管路17R與分叉管路15R的連接部分。
外部排氣再循環機構使用分叉管路15L、 15R內相應進氣節流閥 51L、 51R下遊位置產生的進氣負壓力促使各排氣通道21L、 21R的廢 氣的一部分通過相連的再循環管路17L、 17R返回至相應的分叉管路
15L、 15R。各廢氣流速調節閥52L、 52R為由電機(未示出)驅動的 電磁閥。當電機運行調節各廢氣流速調節閥52L、 52R的開度時，調 節了從廢氣通道21L、 21R返回至分叉管路15L、 15R的廢氣量或再 循環氣體量。
如同流速調節閥52L、 52R,各進氣節流閥51L、 51R為由電才幾(未 示出)的電》茲閥。當電機運行改變各進氣節流閥51L、 51R的開度時， 調節了從相應分叉管路15L、 15R至會聚管路16的進氣總量或從會聚 管路16通過分配管路19L、 19R分配至氣缸的進氣總量。
在柴油機10中，由各進氣節流閥51L、 51R調節的進氣量以抑制 廢氣中顆粒物質(PM)增加的方式調節。具體地，當與噴射的燃料量 相比，進氣量變得過少時，燃料燃燒不完全，從而增加了廢氣中的顆 粒物質量。因此調節各進氣節流閥51L、 51R的開度，以確保所需進 氣量與發動機運行狀態一致，其中，發動機狀態由如燃料噴射量表示。
各進氣節流閥51L、 51R的開度調節為確保進氣流速的最佳調節 和外部廢氣再循環機構的最佳廢氣再循環。如果各廢氣流速調節閥 52L、 52R的開度固定，那麼當進氣節流閥51L、 51R的開度減小時， 進氣節流閥51L、 51R下遊產生的負壓增大。這增大了從相應廢氣通 道21L、 21R再循環至分叉管路15L、 15R的再循環氣體量。相反， 當進氣節流閥51L、 51R的開度減小時，負壓降低。結果，減小了再 循環氣體量。即，再循環廢氣量根據負壓改變，其中負壓根據各進氣 節流閥51L、 51R的開度和各廢氣流速調節閥52L、 52R的開度變化。 在第一實施例中，進氣節流閥51L、 51R的開度首先減小至防止廢氣 中顆粒物質增加的水平。然後，當進氣負壓力保持在足夠的水平時， 廢氣流速調節閥52L、 52R根據例如由增壓壓力和進氣流速表示的發 動機運行狀態來進行反饋控制。這樣，將再循環廢氣量調節至最佳水 平。
如圖2中所示，發動機10具有控制部分41，其執行進氣控制裝 置的各種程序。發動機IO還具有傳感器31L、 31R至34L、 34R和35 至37、以及致動器50L、 50R至52L、 52R，所述傳感器檢測控制部
分41中的程序所需的發動機運行狀態信息，所述致動器的操作由控制 部分41控制。控制部分41具有存儲器44、輸入電路42和驅動電路 43。存儲器44存儲程序所必需的數據。輸入電路接收傳感器的檢測信 號，並將檢測信號從模擬信號轉換為所需的數位訊號。驅動電路43 驅動致動器。在第一實施例中，致動器包括進氣節流閥51L、 51R, 廢氣流速調節閥52L、 52R，或增壓壓力改變才幾構50L、 50R。
檢測相應進氣節流閥51L、 51R的開度的開度傳感器32L、 32R 設在進氣節流閥51L、 51R的附近。檢測相應廢氣流速調節閥52L、 52R的開度的開度傳感器33L、 33R設在廢氣流速調節閥52L、 52R 內。根據電機轉角檢測噴嘴開度的開度傳感器34L、 34R布置在相應 的增壓壓力改變機構50L、 50R中。檢測相應進氣管路13L、 13R內 進氣流速的進氣流速傳感器31L、 31R設在進氣管路13L、 13R內相 關增壓器24L、 24R的上遊。發動機IO還包括檢測發動機速度的發動 機速度傳感器35、檢測加速器開度的加速踏板下壓度傳感器36、和檢 測會聚管路16內進氣壓力(增壓壓力)的進氣壓力傳感器37。
傳感器電連接到控制部分41的輸入電路42。控制部分41通過輸 入電路42接收傳感器的檢測信號。根據傳感器的檢測信號，控制部分 41設定進氣系統致動器(例如進氣節流岡51L、 51R,廢氣流速調節 閥52L、 52R和增壓壓力改變機構50L、 50R )的目標控制值。控制部 分41根據設定的目標控制值對致動器執行反饋控制。
下面參考圖3描述進氣系統致動器上實行的反饋控制的程序。該 程序由控制部分41以預定控制循環來執行。
如圖3中所示，計算改變進氣狀態(包括進氣流速、再循環廢氣 流速和增壓壓力)的致動器的目標控制值(步驟S10 )。
具體地，根據加速踏板玷辱度和發動機速度獲得各進氣節流閥 51L、 51R的目標開度。如果進氣流速相對於燃料噴射量過少，那麼 燃料燃燒不完全，廢氣內的顆粒物質增加。相反，如果各進氣節流閥 51L、 51R的開度增大以增加進氣流速，那麼負壓力降低，使得難以 完成適於發動機運行狀態的廢氣再循環。因此，進氣節流閥51L、 51R
的目標開度設定在使廢氣中的顆粒物質量可忽略、並且維護確保最佳 廢氣再循環的負壓力的範圍內。這樣設定的目標控制值是對於進氣節
流閥51L、 51R是共同的。即，進氣節流閥51L的操作和進氣節流閥 51R的操作都根據共同目標控制值控制。
各廢氣流速調節閥52L、 52R的目標開度衝艮據加速踏板下壓度、 發動機速度、增壓壓力和進氣流速以如下方式計算廢氣以對發動機 運行狀態最佳的量來再循環。獲得的目標開度對於廢氣流速調節閥 52L、 52R是共同的。換句話說，廢氣流速調節閥52L的操作和廢氣 流速調節閥52R的操作都根據共同目標控制值來控制。各增壓壓力改 變機構50L、 50R的目標噴嘴開度根據加速踏板下壓度、發動才幾速度 和增壓壓力以如下方式計算獲得對發動機運行狀態最佳的增壓壓力。 確定的目標噴嘴開度圩增壓壓力改變機構50L、 50R是共同的。即， 增壓壓力改變機構50L的操作和增壓壓力改變機構50R的操作都根據 共同目標控制值來控制。
進氣流速傳感器31L、 31R布置在相應的進氣管路13L、 13R內。 這將進氣流速傳感器31L、 31R獲得的兩個值提供為進氣流速檢測值。 如上所述，進氣管路13L、 13R的流道面積和長度基本相同。因此， 在兩個檢測值之間基本沒有顯著的差異。但是，由於在各氣缸內間歇 出現爆震，所以相應增壓器24L、 24R的轉子27的轉速實際上是波動 的。這引起進氣脈動，使得進氣流速檢測值彼此不同。
為解決該問題，在第一實施例中，首先使用下列公式(1)和(2) 對檢測值進行修勻。然後，使用公式(3)確定修勻值的平均值QA。 例如，在根據進氣流速計算各廢氣流速調節閥52L、 52R的目標開度 中，將獲得的平均值QA用作進氣流速值。
Ql(i) — Ql(i)/n + Ql(i-l) x (n-l)/n…(1 )
Q2(i) — Q2(i)/n + Q2(i-1) x (n-l)/n…(2 )
QA — (Ql(i) + Q2(i))/2…(3)
在公式(1)和(2)中，"Q1"表示進氣流速傳感器31L獲得的 檢測值，"Q2"表示進氣流速傳感器31R提供的檢測值。後綴"(i)"
和分別表示當前控制循環的檢測值和前一控制循環的檢測值。
"n"為常數(不小於"1"的整數)，根據該常數n確定修勻水平。 常數n越大，進氣脈動引起的檢測值的變化越平順。但是，如果常數 n過大，那麼檢測值相對於瞬時運行狀態進氣流速變化的響應性降低。 因此，考慮檢測值的響應性和進氣所含脈動的程度來確定常數n。
在這樣計算了各致動器的目標控制值之後，修正目標控制值以補 償致動器之間的差異(步驟Sll)。具體地，使用下列公式(4)和(5) 進行這種^f務正。
formula see original document page 15
在公式(4)和(5)中，"△ otl"表示進氣節流閥51L、 51R的 實際開度6a與目標開度6t之間的常數差異(=6t-6a)。 "A ot2" 表示進氣節流閥51L、 51R的實際開度6a與目標開度6t之間的常數 差異(=6t-6a)。值"K1"和"K2"為常數。通過這種修正設定進 氣節流閥51L的目標開度6 tl和進氣節流閥51R的目標開度6 t2。這 種修正的目的是補償進氣節流閥51L、 51R之間的差異，但是並不改 變各進氣節流閥51L、 51R的目標開度。換句話說，所述修正並不將 進氣節流閥51L、 51R的開度調節為不同的值。至此，雖然通過實例， 集中描述了各進氣節流閥51L、 51R的目標開度的修正，但是可以同 樣的方式修正各廢氣流速調節閥52L、 52R的目標開度和各增壓壓力 改變機構50L、 50R的目標噴嘴開度。
在執行修正補償了致動器之間的差異之後，控制部分以使目標控 制值與傳感器檢測的相應實際值相匹配的方式對致動器執行反饋控制 (步驟S12)。這以如下方式逐步地改變了進氣節流閥51L、 51R的開 度、廢氣流速調節閥52L、 52R的開度、及增壓壓力改變機構50L、 50R的噴嘴開度使這些值近似於相應的目標值。這樣，根據發動機 運行狀態控制了進氣的狀態，例如進氣流速、再循環廢氣量和增壓壓 力。結果。當抑制PM和NOx的產生從而將廢氣性質保持在良好的狀 態，確保了發動機的有效輸出。
第一實施例具有下列優點。
(1) 致動器(例如，進氣節流閥51L、 51R，外部廢氣再循環機 構的廢氣流速調節閥52L、 52R,和增壓器24L、 24R的增壓壓力改變 機構50L、 50R)布置在進氣通道內會聚管路16的上遊，或者與進氣 管路13L、 13R和分叉管路15L、 15R相連。與通過為氣缸列IIL、 11R 共用的致動器改變進氣流速的狀態的情形相比，這縮小了各致動器的 可操作範圍。因此，允許各致動器精確地改變進氣流速的狀態，包括 進氣流速、再循環廢氣量、和增壓壓力。在通過相應的致動器改變進 氣狀態之後，進氣在會聚管路16中暫時混合在一起，然後通過相應的 分配管路19L、 19R分配到氣缸列IIL、 IIR。因此，不必彼此單獨地 控制致動器的操作。換句話說，根據共同目標控制值操作致動器。這 抑制了致動器控制操作中所含結構的複雜化，並防止計算負荷的增加。
(2) 特別地，進氣流速傳感器31L、 31R設有相應的進氣管路 13L、 13R中。因此，與通過為氣缸列11L、 IIR共用的傳感器來檢測 進氣流速的情形相比，縮小了各進氣流速傳感器31L、 31R的可檢測 範圍。這允許進氣流速傳感器31L、 31R精確地檢測進氣流速。
(3 )進氣流速通過求進氣流速傳感器31L、 31R的檢測值的平均 值來獲得。因此，即使在分叉管路15L、 15R內流動的進氣出現脈動， 也可防止進氣流速的計算值被所述脈動改變。另外，精確地計算了從 各分叉管路15L、 15R通過會聚管路16和相關分配管路19L、 19R供 給到相應氣缸的進氣量。
(4 )在求進氣流速檢測值的平均值之前，所述檢測值經過修勻處 理。這進一步有效地抑制了進氣脈動的影響。
(5)將分叉管路15L、 15R彼此連接的會聚管路16用作氣缸列 IIL、 IIR的共用穩壓罐。這增大了會聚管路16的流道面積。因此， 將從分叉管路15L、 15R進入會聚管路16的進氣進一步有效地混合在 一起。因此，從會聚管路16流到分配管路19L、 19R的進氣量和性質 變得基本相同。這減輕了氣缸列IIL、 11R之間供給到氣缸的進氣量 和性質不同引起的不利影響的程度，包括發動機速度的波動或廢氣性
質的惡化。另外，與為氣缸列11L、 IIR單獨設置穩壓罐的情形相比， 所示結構在擴大進氣控制裝置的情形下是有利的。 [第二實施例I
現在描述本發明的第二實施例。在第一實施例中，以根據發動機 狀態調節再循環廢氣量、增壓壓力和進氣流速的方式反饋控制廢氣流 速調節閥52L、 52R、增壓壓力改變機構50L、 50R和進氣節流閥51L、 51R。但是，如果廢氣流速調節閥52L、 52R中的一個出現故障，而 繼續執行反饋控制，那麼可能出現下列問題。
具體地，如果廢氣流速調節閥52L、 52R中的一個的開度變得不 可變，那麼廢氣流速調節閥52L、 52R中另一個或功能正常的一個的 開度可能變得過大。這樣，大量的再循環廢氣進入分叉管路15L、 15R 中相應的一個內。這引起到氣缸列IIL的進氣與供給到氣缸列IIR的 進氣之間的大的濃度差異。另外，如果增壓壓力改變機構50L、 50R 中的一個出現故障，那麼增壓壓力改變機構50L、 50R中的另一個或 功能正常的一個中出現轉速27的過度旋轉，導致相關轉子27的過量 旋轉，引起作用在相關增壓器上的過度載荷。同樣，如果進氣節流閥 51L、 51R中的一個出現故障，那麼進氣節流閥中的另一個或功能正 常的一個的開度無法增加至符合進氣節流閥所需值的強烈提高(如果 有的話)。因此，進氣流速變得不充分。結果，帶來燃料燃燒的不完全， 增加了廢氣中的顆粒物質。
為解決這個問題，在第二實施例中，除了上述反饋控制之外，對 於廢氣流速調節閥52L、 52R、增壓壓力改變4幾構50L、 50R和進氣節 流閥51L、 51R中任意一個出現故障的情形，控制部分41還執行故障 保護控制。
[廢氣流速調節閥的故障保護控制
在故障保護控制中，確定廢氣流速調節閥52L、 52R中是否出現 故障。具體地，如果符合下列條件(1)和(2)中至少一個，那麼確 定廢氣流速調節閥52L、 52R中至少一個出現故障。
(1)廢氣流速調節閥52L、 52R的目標開度與由各開度傳感器 33L、 33R檢測的實際開度之間的差異對於預定時間連續保持大於或 等於預定值。
(2)進氣流速傳感器31L、 31R檢測的兩個進氣流速傳感器之間 的差異對於預定時間連續保持大於或等於預定值。
如果廢氣流速調節閥52L、 52R中的一個出現故障，那麼供給到 分叉管路15L、 15R的再循環廢氣量不同。這使得在進氣管路13L內 流動的進氣量與在進氣管路13R內流動的進氣量之間存在差異。這種 差異根據上述故障確定條件(2)來監測。例如，不管廢氣流速調節閥 52L、 52R在運行的事實，如果廢氣流速調節閥52L、 52R中的一個或 兩個的孔壁捕集到雜質並妨礙廢氣的正常再循環，那麼就無法滿足條 件(2)。因此確定存在故障。
如果確定廢氣流速調節閥52L、 52R中至少一個出現故障，那麼 暫停對廢氣流速調節閥52L、 52R的反饋控制，並將廢氣流速調節閥 52L、 52R的目標開度設定為最小值。這完全關閉了廢氣流速調節閥 52L、 52R中功能正常的一個。這樣，當只有一個流速調節閥52L、 52R 進行反饋控制時，防止流速調節閥52L、 52R中的一個的開度由於反 饋控制變得過大。這抑制大量的再循環廢氣進入相應的分叉管路15L、 15R，即，防止送至氣缸列IIL的進氣和供給到氣缸列IIR的進氣之 間存在大的再循環廢氣濃度差異。
[增壓壓力改變機構的故障保護控制
在故障保護控制中，首先確定增壓壓力改變機構50L、 50R中是 否出現故障。具體地，如果符合下列條件(1)和(2)中至少一個， 那麼確定增壓壓力改變機構50L、 50R中至少一個出現故障。
(l)增壓壓力改變機構50L、 50R的目標噴嘴開度與由各開度傳 感器34L、 34R檢測的實際噴嘴開度之間的差異對於預定時間連續保 持大於或等於預定值。
(2 )進氣流速傳感器31L、 31R檢測的兩個進氣流速傳感器之間 的差異對於預定時間連續保持大於或等於預定值。
如果增壓壓力改變機構50L、 50R中的一個出現故障，那麼在進
氣管路13L內流動的進氣量不同於在進氣管路13R內流動的進氣量。 這種差異根據上述故障確定條件(2)來監測。例如，不管增壓壓力改 變機構50L、 50R在運行的事實，如果增壓壓力改變機構50L、 50R 中的一個或兩個的噴嘴孔壁捕集到雜質並妨礙正常的增壓，那麼就無 法滿足條件(2)。因此確定存在故障。
如果確定增壓壓力改變機構50L、 50R中至少一個出現故障，那 麼停止對增壓壓力改變機構50L、 50R的反饋控制，並將增壓壓力改 變機構50L、 50R的目標噴嘴開度設定為最大值。結果，增壓壓力改 變機構50L、 50R中功能正常的一個的增壓效率變得最小。因此，當 只有一個增壓壓力改變機構50L、 50R進行反饋控制時，防止增壓壓 力改變機構50L、 50R中的一個接收過大的負栽。這樣，防止了轉子 27的過度旋轉和對增壓器24L、 24R的損壞。
[進氣節流閥的故障保護控制I
在故障保護控制中，首先確定進氣節流閥51L、 51R中是否出現 故障。具體地，如果滿足下列條件(1)和(2)中至少一個，那麼確 定進氣節流閥51L、 51R中至少一個出現故障。
(1)進氣節流閥51L、 51R的目標開度與由各開度傳感器32L、 32R檢測的實際開度之間的差異對於預定時間連續保持大於或等於預 定值。
(2 )進氣流速傳感器31L、 31R檢測的兩個進氣流速傳感器之間 的差異對於預定時間連續保持大於或等於預定值。
如果進氣節流閥51L、 51R中的一個出現故障，那麼在進氣管路 13L內流動的進氣量不同於在進氣管路13R內流動的進氣量。這種差 異根據上述故障確定條件(2)來監測。不管進氣節流閥51L、 51R在 運行的事實，如果進氣節流閥51L、 51R中的一個或兩個的噴嘴孔壁 捕集到雜質並妨礙正常的增壓，那麼就不滿足條件(2)。因此確定存 在故障。
如果確定進氣節流閥51L、 51R中至少一個出現故障，那麼暫停 對進氣節流閥51L、 51R的反饋控制，並將進氣節流閥51L、 51R的
目標開度設定為最大值。結果，進氣節流閥51L、 51R中功能正常的 一個變得完全打開。因此，向發動機10供給了足量的進氣。這防止了 不完全燃燒和導致廢氣中顆粒物質的增加。
如果在進氣節流閥51L、 51R中出現故障，可能進氣量不足，那 麼除了上述處理之外，還完全關閉排氣流速調節閥52L、 52R。這停 止了外部廢氣再循環機構的廢氣再循環。這樣，進一步有效抑制了進 氣量的不足。同樣，防止供給到分叉管路15L、 15R的再循環廢氣量 彼此不同。這防止了供給到氣缸列IIL、 11R的再循環廢氣濃度彼此 變得極大不同。
所示實施例以如下方式{務改。
在第二實施例中，如果滿足上述兩個條件(1)和(2)中的一個， 則確定增壓壓力改變機構50L、 50R或進氣節流閥51L、 51R或廢氣 流速調節閥52L、 52R中存在故障。但是，這種確定可只使用條件(l) 和條件(2)中的一個來實施。
在第二實施例中，執行處理增壓壓力改變機構50L、 50R、進氣 節流閥51L、 51R和廢氣流速調節閥52L、 52R中的故障的故障保護 控制程序。但是，可實施處理相應致動器的的這些故障保護控制程序 中的至少一個。
在求進氣流速實際值的平均值之前，所述實際值經過修勻處理。 但是，只要進氣管路13L、 13R中的進氣脈動可忽略，那麼就可省略 該修勻處理。可選地，在修勻處理中，除了公式(l)表示的計算之外， 還可執行例如使用各類高通濾波器的濾波或移動平均數計算。另外， 在求平均值過程中，可執行幾何平均計算來替代由公式(3)表示的數 學平均計算。
增壓器24L、 24R的增壓壓力改變機構50L、 50R都根據發動機 運行狀態改變噴嘴開度。這改變了吹動渦輪葉輪的廢氣的流速，從而 調節了增壓壓力。但是，本發明不限於這種增壓壓力改變機構。另外， 除了廢氣驅動型增壓器，還可將使用發動機輸入軸改變增壓壓力的機 構用作增壓器24L、 24R。
至此，通過實例描述了，對進氣系統的致動器(例如，進氣節流
閥51L、 51R、增壓壓力改變機構50L、 50R和增壓壓力改變才幾構)實 施反饋控制。但是，只要確保提高了控制精度， 一部分控制器或全部 控制器可為開環控制。
儘管所示實施例的致動器使用電機作為驅動源，但是也可使用其 它驅動源，例如氣壓或液壓。
發動機10具有與氣缸列IIL、 IIR相連的兩個增壓器24L、 24R。 但是，發動機10可包括只對應氣缸列IIL、 11R中一個的一個增壓器。
在進氣管路13L、 13R中可相應地設置進氣溫度傳感器，作為檢 測進氣狀態的另外傳感器。進氣溫度的檢測值經過類似於進氣流速檢 測值所執行計算的計算。這樣，該檢測值使用在進氣系統執行的各類 控制中。
如果在增壓壓力改變機構50L、 50R中的一個內檢測到故障，那 麼將增壓壓力改變機構50L、 50R中的另一個的噴嘴開度變至分不開 水平，以禁止進氣的增壓。但是，增壓壓力的目標值可設定為低於正 常增壓的值，例如，以限制而非完全禁止的方式。另外，再循環廢氣 量的目標值可設定為低於正常廢氣再循環的值，例如，以限制而非完 全禁止的方式。同樣，如果致動器(增壓壓力改變機構50L、 50R或 進氣節流閥51L、 51R或廢氣流速調節閥52L、 52R )中的任意一個出 現故障，那麼可以調節進氣流速或增壓進氣壓力或再循環廢氣的方式， 繼續操作致動器中功能正常的一個。
例如，發動機可包括i殳在雙氣缸列IIL、 11R中的冷卻裝置，以 冷卻在相應再循環通道中流動的再循環廢氣。發動機通過調節冷卻裝 置的冷卻效率來調節再循環廢氣的溫度。在這類發動機中，冷卻裝置 的操作可以與上述操作致動器相同的方式進行控制。這樣，各冷卻裝 置為改變在進氣通道內流動的進氣的狀態的致動器。
將分叉管路15L、 15R彼此連接的會聚管路16是為氣缸列IIL、 IIR共用的穩壓罐。但是，會聚管路和穩壓罐可彼此單獨地設置。
除了八缸V型柴油機10之外，本發明還可應用在具有六個或更 少氣缸或十個或更多氣缸的v型柴油機中
權利要求
1. 一種V型柴油機的進氣控制裝置，其具有進氣通道、致動器和控制所述致動器的操作的控制裝置，其中進氣通過所述進氣通道供給到形成在所述V型柴油機的一對氣缸列中的各氣缸，所述致動器改變在所述進氣通道中流動的進氣的狀態，所述進氣控制裝置的特徵在於，所述進氣通道包括分別連接到所述氣缸列之一的一對連接部分、將所述連接部分連接在一起的會聚部分、以及從所述會聚部分分叉並且向上遊延伸的一對分叉部分，其中所述致動器設置成對應於各所述分叉部分，並且其中所述控制裝置根據共同目標控制值控制各所述致動器的操作。
2. 如權利要求1所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於， 一傳感器檢測在所述進氣通道中流動的進氣的狀態，所述傳感器 設置成對應於各所述分叉部分。
3. 如權利要求2所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於，所述傳感器包括各自布置在所述分叉部分之一中的一對進氣流速 傳感器，其中所述控制裝置通過求由所述進氣流速傳感器提供的檢測值的 平均值來計算在所述進氣通道內流動的進氣的量。
4. 如權利要求3所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於，所述控制裝置在所述求平均值過程之前執行對所述進氣流速傳感 器的檢測值的修勻過程。
5. 如權利要求1至4中任意一項所述的V型柴油機的進氣控制 裝置，其特徵在於，所述控制裝置根據所述目標控制值反饋控制所述 致動器的操作，所述控制裝置還包括確定裝置，其確定所述致動器中是否有故障；以及限制裝置，如果所述確定裝置確定所述致動器中的一個出現故障，則所述限制裝置通過在所述致動器中的另 一個上執行的反饋控制限制所述進氣的狀態的變化。
6. 如權利要求5所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於，所述V型柴油機還包括對應於所述分叉部分布置的一對增壓器和 各自改變相應增壓器的增壓壓力的一對增壓壓力改變機構，所述增壓 壓力改變機構用作所述致動器。
7. 如權利要求6所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於，如果所述確定裝置確定所述增壓壓力改變機構中的一個出現故障， 則所述限制裝置通過禁止在所述增壓壓力改變機構中的另 一個上的反 饋控制而使增壓效率最小。
8. 如權利要求5所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於， 一對排氣流速調節閥用作所述致動器，所述排氣流速調節閥形成 在一對連通管路中，各所述連通管路都將連接至所述氣缸的排氣通道 與所述分叉部分中相應的一個彼此連接，各所述排氣流速調節閥調節 通過相聯的連通通道再循環到相應的所述分叉部分的排氣的量，其中，如果所述確定裝置確定所述排氣流速調節閥中的一個出現 故障，則所述限制裝置通過禁止在所述排氣流速調節閥上的反饋控制 而完全關閉所述排氣流速調節閥中的另 一個。
9. 如權利要求5所述的V型柴油機的進氣控制裝置，其特徵在 於， 一對進氣節流閥用作所述致動器，所述進氣節流閥形成在相應的 分叉部分中，各所述進氣節流閥調節通過相應分叉部分的進氣的量， 並且其中，如果所述確定裝置確定所述進氣節流閥中的一個出現故障， 則所述控制裝置通過禁止在所述進氣節流閥上的反饋控制而完全打開 所述進氣節流閥中的另 一個。
10. 如權利要求1至9中任意一項所述的V型柴油機的進氣控制 裝置，其特徵在於，所述會聚部分由為所述氣缸列共用的穩壓罐形成。
全文摘要
V型柴油機(10)的進氣通道具有連接到相應氣缸列(11L、11R)的一對分配管路(19L、19R)，以及從會聚管路(16)分叉並向上遊延伸的一對分叉管路(15L、15R)。在相應的分叉管路(15L、15R)和進氣管路(13L、13R)中設有增壓壓力改變機構(50L、50R)、進氣節流閥(51L、51R)和廢氣流速調節閥(52L、52R)。控制部分(41)根據共同的目標控制值控制這些致動器中每一個的操作。
文檔編號F02B37/00GK101379280SQ200780004549
公開日2009年3月4日 申請日期2007年2月6日 優先權日2006年2月8日
發明者伊藤嘉康, 成田裕二 申請人:豐田自動車株式會社;株式會社豐田自動織機