本發(fā)明涉及一種用于內燃機的控制設備,并且更特別地,涉及一種用于控制其中由排氣驅動的第一壓縮機和由排氣以外的動力驅動的第二壓縮機被并行配置在進氣通道中的內燃機的控制設備。
背景技術:
在專利文獻1中,公開了一種裝備有第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器的內燃機的渦輪增加器控制設備。第一和第二渦輪增壓器的壓縮機被并行配置在進氣通道中,并且類似地,第一和第二渦輪增壓器的渦輪被并行配置在排氣通道中。第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器每個都裝備有可變噴嘴,作為可變增壓裝置。進氣通道中配置有用于調節(jié)通過第二渦輪增壓器的壓縮機的空氣的流量的進氣開關閥。排氣通道中配置有用于調節(jié)流入第二渦輪增壓器的渦輪中的排氣的流量的排氣開關閥。進一步,排氣通道裝備有在第二渦輪增壓器的渦輪的上游的位置處旁路排氣開關閥的排氣旁路通道、以及打開和閉合排氣旁路通道的排氣旁通閥。
根據上述渦輪增壓器控制設備,在使用第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器兩者來執(zhí)行增壓的模式中,控制第一渦輪增壓器的可變噴嘴的開度,使得兩個渦輪增壓器之間的空氣量比成為預定目標空氣量比。進一步,當從僅僅使用第一渦輪增壓器的模式切換到使用兩個渦輪增壓器的前述模式時,執(zhí)行下面的操作以抑制轉矩沖擊。也就是,當進氣開關閥、排氣開關閥以及排氣旁通閥都被控制從閉合狀態(tài)到打開狀態(tài)以執(zhí)行前述模式切換時,這三個閥以排氣旁通閥、排氣開關閥以及進氣開關閥的順序打開。
下面為申請人已經作為本發(fā)明的相關技術而告知的專利文獻的清單。
【專利文獻1】JP 2008-190412 A
【專利文獻2】JP 2004-278430 A
【專利文獻3】JP 2008-045524 A
【專利文獻4】JP 09-195781 A
【專利文獻5】JP 06-207522 A
技術問題
已知這樣的內燃機,其裝備有具有由排氣驅動的第一壓縮機的第一增壓器(渦輪增壓器)、以及具有由排氣以外的動力驅動的第二壓縮機的第二增壓器(例如,電動增壓器),其中第一壓縮機和第二壓縮機被并行配置在進氣通道中。在做出增加具有這樣的配置的內燃機中的發(fā)動機轉矩的請求之后,轉矩響應能夠通過用利用第二壓縮機的增壓以輔助利用第一壓縮機的增壓來改進。因此,在做出了轉矩請求的情況下,期望迅速開始利用第二壓縮機的增壓。然而,如果在轉矩請求時在第一壓縮機的功率小的狀態(tài)中開始利用第二壓縮機的增壓,則存在第一壓縮機中將發(fā)生浪涌的可能性。一旦第一壓縮機中發(fā)生浪涌,第一壓縮機保持卡在浪涌狀態(tài)中而第二壓縮機正在運行中。進一步,因為第一壓縮機不能在發(fā)生浪涌的同時增加增壓壓力,第一壓縮機不能保證高轉矩響應。因此,必需在開始利用第二壓縮機的增壓之前提升第一壓縮機的功率。為了以此方式來提升第一壓縮機的功率,必需在接收轉矩請求到開始利用第二壓縮機的增壓的期間內提供預定量的能量給第一壓縮機。因此,為了在開始利用第二壓縮機的增壓之前提升第一壓縮機的功率,必需適當地調整排氣能量調整裝置的打開度和利用第二壓縮機增壓的開始正時。
技術實現要素:
已經做出本發(fā)明以解決上述問題,并且本發(fā)明的目的在于提供內燃機的控制設備,其中由排氣驅動的第一壓縮機和由排氣以外的動力驅動的第二壓縮機被并行配置在進氣通道中,所述控制設備被配置為:在請求增加發(fā)動機轉矩時,防止由于開始利用第二壓縮機的增壓而發(fā)生第一壓縮機中的浪涌。
根據本發(fā)明的用于控制內燃機的控制設備被配置成控制包括以下的內燃機:渦輪,所述渦輪被布置在內燃機的排氣通道中并且被配置成由排氣驅動;第一壓縮機,所述第一壓縮機被布置在內燃機的進氣通道中,并且被配置成由渦輪驅動以及對進氣增壓;排氣能量調整裝置,所述排氣能量調整裝置被配置成調整由渦輪恢復的排氣能量的量并且由此改變第一壓縮機的功率;第二壓縮機,所述第二壓縮機被布置在進氣通道中并且被配置成由排氣以外的動力來驅動以及對進氣增壓;以及增壓控制裝置,所述增壓控制裝置被配置成在執(zhí)行利用第二壓縮機的增壓與停止利用第二增壓機的增壓之間切換。第一壓縮機的下游側上的進氣通道連接到第二壓縮機的下游側上的進氣通道??刂圃O備包括控制器。所述控制器被配置成:控制排氣能量調整裝置,使得在請求增加發(fā)動機轉矩時要求利用第二壓縮機增壓的情形中,第一壓縮機的功率被增加到一定值或更大;以及控制增壓控制裝置,使得自第一壓縮機的功率被增加到一定值或更大時開始起逝去了延遲時間之際,開始利用第二壓縮機的增壓。
延遲時間可以隨著增加發(fā)動機轉矩的請求的度的增加而更短。
第一壓縮機的功率的所述一定值可以隨著延遲時間的增加而更小。
根據本發(fā)明,排氣能量調整裝置由控制器控制,使得:在其中在請求增加發(fā)動機轉矩時要求利用第二壓縮機的增壓的情形中,第一壓縮機的功率被增加到一定值或更大。進一步,增壓控制裝置由控制器控制,使得:在自第一壓縮機的功率被增加到一定值或更大時開始起逝去了延遲時間之際,開始利用第二壓縮機的增壓。也就是,根據本發(fā)明,排氣能量調整裝置的打開度和利用第二壓縮機的增壓的開始正時能夠被適當地調整,使得利用第二壓縮機的增壓在第一壓縮機的功率被增加之后開始。因而,利用第二壓縮機的增壓能夠在第一壓縮機的功率相比于在做出前述請求時立即開始利用第二壓縮機的增壓的示例而言變得更高之后開始。結果,在其中第一壓縮機和第二壓縮機被并行配置在進氣通道中的內燃機中,能夠防止由于開始利用第二壓縮機的增壓導致發(fā)生第一壓縮機中的浪涌。
所述利用第二壓縮機的增壓能夠在至少由所述渦輪和所述第一壓縮機構成的第一增壓器已經恢復等效于避免所述第一壓縮機中的浪涌所需的能量的量的功量的狀態(tài)中開始。結果是,能夠明確防止由于開始利用第二壓縮機的增壓導致發(fā)生第一壓縮機中的浪涌。
所述排氣能量調整裝置能夠包括旁路所述渦輪且連接到所述排氣通道的排氣旁路通道以及布置在其中的旁通閥,并且所述第一壓縮機的所述功率通過在預定打開度控制范圍內調整所述旁通閥的打開度來改變。
所述增加發(fā)動機轉矩的請求的度是由所述控制器使用加速器位置傳感器測量的加速器踩壓量。
所述旁通閥是電控廢氣旁通閥。
所述控制器能夠被配置為通過如下來調整所述旁通閥的所述打開度:基于所測量到的所述加速器踩壓量來計算所述延遲時間;計算所述避免所述浪涌所需的能量的量;通過將所計算的所述能量的量除以所計算的所述延遲時間來計算所述第一壓縮機的目標功率;計算在所述旁通閥被完全關閉時待獲得的所述第一壓縮機的功率;以及判定所述目標功率是否低于在所述旁通閥被完全關閉時待獲得的所述第一壓縮機的功率,如果是,則基于進氣流量和所述目標功率來計算目標打開度;并且開始關閉所述旁通閥以便其打開度達到所述目標打開度的操作。
可以按照其中安裝內燃機的車輛的速度、發(fā)動機速度以及發(fā)動機轉矩中的至少一個來調整延遲時間。
所述控制器能夠進一步配置為:如果判定的結果是否定的,則設置完全關閉的打開度作為目標打開度;判定目標功率是否高于當旁通閥完全關閉時待獲得的第一壓縮機的功率,如果是,調整延遲時間,以便變成通過將目標功率與延遲時間的乘積除以當旁通閥完全關閉時待獲得的第一壓縮機的功率所獲得的值。
所述控制器能夠配置為通過如下來計算避免浪涌所需的能量的量:測量進氣流量;計算目標渦輪速度,其為避免浪涌所需的渦輪速度的目標值;測量當前渦輪速度;以及基于目標渦輪速度和當前渦輪速度來計算避免浪涌所需的能量的量。
所述目標渦輪速度被設置以便隨著進氣流量的增加而逐漸變得更高。
所述第一壓縮機的功率的所述一定值通過從目標功率和當旁通閥完全關閉時待獲得的第一壓縮機的功率中較低的一個減去第一增壓器的軸承損失來獲得。
所述增壓控制裝置包括:電動機、電連接到電動機并用于基于來自控制器的命令控制電動機的通電的電動機控制器、和用于向電動機提供電力的電池。
附圖說明
圖1為根據本發(fā)明的第一實施例的用于示意性地描述系統的配置的視圖;
圖2A和圖2B為用于描述當請求增加發(fā)動機轉矩的時開始雙增壓模式時可能出現的問題的視圖;
圖3A和3B為用于描述在做出要求雙增壓模式的轉矩請求時在本發(fā)明的第一實施例中執(zhí)行的控制的時序圖;
圖4A和4B為用于描述在做出要求雙增壓模式的轉矩請求時在本發(fā)明的第一實施例中執(zhí)行的控制的時序圖;
圖5A和圖5B為用于示意性地描述其中執(zhí)行第一實施例的控制的情形中壓縮機的相應的運行點的軌跡的壓縮機特性圖;
圖6為圖示根據本發(fā)明的第一實施例的控制的流程的主流程圖;
圖7為圖示圖6中所示的流程圖中的步驟104中的WGV打開度控制的流程的流程圖;
圖8為圖示其中限定了延遲時間Td與加速器踩壓量之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖;
圖9為圖示圖7中所示的流程圖中的步驟204中的計算能量A的處理的流程的流程圖;
圖10為代表其中限定了目標渦輪速度Nttrg與進氣流量Ga之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖;
圖11為代表其中限定了能量A與目標渦輪速度Nttrg以及當前渦輪速度Nt之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖;
圖12為代表其中限定了功率B0與進氣流量Ga之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖;以及
圖13為代表渦輪的輸出功率Lt、進氣流量Ga以及WGV打開度之間的關系的視圖。
具體實施方式
第一實施例
第一實施例的系統配置
圖1為用于示意性地描述根據本發(fā)明的第一實施例的系統的配置的視圖。圖1中圖示的內燃機10包括內燃機主體12。內燃機10為安裝在車輛中并且用作其動力源的火花點火式發(fā)動機(作為一個示例,汽油發(fā)動機)。進氣通道14和排氣通道16與內燃機主體12的每個氣缸連通。
進氣通道14包括被吸入內燃機主體12的相應的氣缸中的空氣流過的第一進氣通道14a。在第一進氣通道14a的入口附近設置空氣濾清器18。輸出與流過第一進氣通道14a的進氣的流量一致的信號的氣流傳感器20被附接到空氣濾清器18。
用于對進氣增壓的渦輪增壓器22的壓縮機(此后,稱作“渦輪壓縮機”)22a被布置在空氣濾清器18的下游側上的第一進氣通道14a中。離心式壓縮機、斜流式壓縮機或軸流式壓縮機能夠用作渦輪壓縮機22a。渦輪增壓器22包括被布置在排氣通道16中的渦輪22b。渦輪壓縮機22a通過連接軸22c被一體地連接到渦輪22b,并且由流過渦輪22b的排氣來旋轉驅動。進一步,用于檢測渦輪壓縮機22a的速度(此后,還稱作“渦輪速度”)Nt的渦輪速度傳感器22d被附接到渦輪增壓器22。另外,稍后描述的用于對由渦輪壓縮機22a或者由渦輪壓縮機22a和電動壓縮機26a兩者壓縮的進氣進行冷卻的中間冷卻器24被布置在第一進氣通道14a中且在渦輪壓縮機22a的下游側的位置處。
進氣通道14包括第二進氣通道14b。第二進氣通道14b連接第一進氣通道14a中的渦輪壓縮機22a的上游側的部件與第一進氣通道14a中的渦輪壓縮機22a的下游側的部件。也就是,第二進氣通道14b為旁路渦輪壓縮機22a的進氣通道。電動增壓器26的壓縮機(此后,稱作“電動壓縮機”)26a被布置在第二進氣通道14b中。根據這一配置,本實施例的渦輪壓縮機22a和電動壓縮機26a被并行布置在進氣通道14中。注意,在本說明書中,只要渦輪壓縮機的下游側和電動壓縮機的下游側連接,其中為渦輪壓縮機的“第一壓縮機”和為電動壓縮機的“第二壓縮機”例如被“并行”布置在進氣通道中的配置不限于如圖1中所示的配置,其中,渦輪壓縮機22a的上游側和電動壓縮機26a的上游側連接并且渦輪壓縮機22a的下游側和電動壓縮機26a的下游側連接。也就是,可以采用這樣的配置,其中“第一壓縮機”的上游側和“第二壓縮機”的上游側互相獨立。因此,氣流傳感器和空氣濾清器可以分別被獨立地設置在“第一壓縮機”的上游側和“第二壓縮機”的上游側。
電動壓縮機26a還可以為離心式壓縮機、斜流式壓縮機或軸流式壓縮機。電動壓縮機26a由電動機26b驅動。電動機26b電連接到電動機控制器28。電動機控制器28基于來自之后描述的ECU 46的命令來控制電動機26b的通電。將來自電池30的電力供應到電動機26b。根據電動增壓器26,通過電動機26b來驅動電動壓縮機26a能夠對進氣增壓。
單向閥32被布置在電動壓縮機26a的下游側的第二進氣通道14b中。單向閥32被配置成允許空氣通過第二進氣通道14b朝中間冷卻器24側流動,以及被配置成限制在與上述方向相反的方向上的流動。注意,替代單向閥32,可以提供打開/關閉閥(例如,電磁閥),其被配置成:在操作電動壓縮機26a時打開電動壓縮機26a的下游側的第二進氣通道14b;以及在不操作電動壓縮機26a時關閉電動壓縮機26a的下游側的第二進氣通道14b。
電控節(jié)流閥34被布置在第一進氣通道14a中且在中間冷卻器24的下游側的位置處。節(jié)流閥34按照加速器踩壓量操作,并且根據加速器踩壓量來改變進氣流量。第一進氣通道14a的在節(jié)流閥34的下游側的一部分由進氣歧管14c形成。進氣被通過進氣歧管14c分配到相應的氣缸。檢測進氣壓力(進氣歧管壓力)的進氣壓力傳感器36被附接到進氣歧管14c。
來自相應的氣缸的排氣由為排氣通道16的一部分的排氣歧管38收集,并且排放到下游側。旁路渦輪22b的排氣旁路通道40連接到排氣通道16。電控廢氣旁通閥(WGV)42被布置在排氣旁路通道40中,作為用于打開和關閉排氣旁路通道40的旁通閥。通過在預定打開度控制范圍內調整WGV 42的打開度,渦輪22b恢復的排氣能量的量能夠被控制,并且結果是,渦輪壓縮機22a的功率能夠被改變。用于檢測WGV打開度的打開度傳感器44被附接到WGV 42。注意,用于獲取WGV打開度的方法不限于使用打開度傳感器44的方法。也就是,WGV打開度可以基于例如驅動WGV 42的電驅動執(zhí)行器(未在附圖中圖示)的電壓或電流來計算。在其中內燃機10包括的WGV為壓力調節(jié)型的示例中,WGV打開度可以基于驅動壓力(膜壓力)的檢測值或估計值來計算。除此之外,當WGV關閉時,進氣歧管壓力上升并且渦輪的上游側的排氣壓力也上升。因此,WGV打開度可以基于進氣歧管壓力或渦輪的上游側的排氣壓力來計算。
本實施例的系統還包括以下描述的電子控制單元(ECU)46和用于驅動各種執(zhí)行器的驅動電路(未在附圖中示出),作為控制內燃機10的控制設備。ECU 46包括至少輸入/輸出接口、存儲器、以及中央處理單元(CPU),并且執(zhí)行整個系統的控制。輸入/輸出接口被配置成接收來自安裝在內燃機10中或其中安裝內燃機10的車輛中的各種傳感器的傳感器信號,以及輸出致動信號到內燃機10包括的各種執(zhí)行器。用于控制內燃機10的各種控制程序和特性圖存儲在ECU 46的存儲器中。CPU從存儲器中讀出控制程序并且執(zhí)行控制程序,以及基于所接收的傳感器信號來產生用于各種執(zhí)行器的致動信號。
除了前述氣流傳感器20、進氣壓力傳感器36以及打開度傳感器44之外,ECU 46從其接收信號的傳感器包括用于獲取發(fā)動機運轉狀態(tài)的各種傳感器,諸如用于獲取曲軸的旋轉位置和發(fā)動機速度的曲軸轉角傳感器48。前述傳感器還包括加速器位置傳感器50,用于檢測其中安裝了內燃機10的車輛的加速踏板的踩壓量(加速器位置)。除了前述電動機26b、節(jié)流閥34以及WGV 42之外,ECU 46向其輸出致動信號的執(zhí)行器還包括用于控制發(fā)動機運轉的各種執(zhí)行器(未在附圖中示出),諸如用于供應燃料到相應的氣缸的燃料噴射閥和用于對相應的氣缸中的空氣-燃料混合物點火的點火裝置。
第一實施例的控制
(利用電動壓縮機的增壓輔助)
如上所述,內燃機10包括電動增壓器26和渦輪增壓器22。本實施例的系統被配置成使能選擇單增壓模式和雙增壓模式。單增壓模式為僅使用渦輪增壓器22來執(zhí)行增壓的模式。因此,電動壓縮機26a的運轉在單增壓模式中停止。另一方面,雙增壓模式為使用電動增壓器26連同渦輪增壓器22來執(zhí)行增壓的模式。在雙增壓模式中,利用渦輪壓縮機22a的增壓由電動壓縮機26a輔助。雙增壓模式在內燃機10的運轉區(qū)域在預定的低速和低負載區(qū)域中的情形下請求增加發(fā)動機轉矩(請求對車輛加速)時使用。另一方面,單增壓模式對應于在使用雙增壓模式時以外的情形下執(zhí)行增壓時使用的增壓模式。
根據具有通過電動機26b來驅動電動壓縮機26a的配置的電動增壓器26,相比于其中使用排氣來驅動渦輪壓縮機22a的渦輪增壓器22,增壓壓力能夠以更高的響應性而增加。因此,轉矩響應(加速響應)能夠通過在請求增加發(fā)動機轉矩(請求對車輛加速)時選擇雙增壓模式來改進。(電動壓縮機的運轉期間的問題)
圖2A和圖2B為用于描述當在請求增加發(fā)動機轉矩時開始雙增壓模式時可能出現的問題的視圖。圖2A示出了與渦輪壓縮機22a相關的壓縮機特性圖,而圖2B示出了與電動壓縮機26a相關的壓縮機特性圖。這些壓縮機特性圖中的每個中的縱軸代表相應的壓縮機22a和26a的出口壓力相對于進口壓力的壓力比(=出口壓力/進口壓力)。壓縮機特性圖中的每個中的橫軸代表通過壓縮機22a或26a的空氣的流量。在圖2A和圖2B中,相對于浪涌線的低空氣流量和高壓力比側的區(qū)域對應于在壓縮機22a或26a中發(fā)生浪涌的浪涌區(qū)域。
在本實施例的系統中,為了通過減少泵送損失來提高燃料效率,WGV42在不要求利用渦輪增壓器22的增壓的低負載區(qū)域中被打開。圖2A中所示的工作點P1對應于WGV 42以此方式打開的狀態(tài)中渦輪壓縮機22a的工作點P。
這里,將考慮其中從工作點P在工作點P1處的狀態(tài)開始雙增壓模式以增加發(fā)動機轉矩的示例。在開始雙增壓模式時,WGV 42被關閉以允許渦輪壓縮機22a執(zhí)行增壓,并且控制電動機26b的通電以允許電動壓縮機26a執(zhí)行增壓。
圖2A和圖2B對應于其中在檢測到增加發(fā)動機轉矩的請求的時間點,同時地開始關閉WGV 42的操作和致動電動壓縮機26a的操作的示例。如上所述,內燃機10包括被并行布置在進氣通道14(14a,14b)中的渦輪壓縮機22a和電動壓縮機26a。在其中使用這一類型的并行布置的示例中,渦輪壓縮機22a的下游壓力和電動壓縮機26a的下游壓力變得相等,因為渦輪壓縮機22a的下游側與電動壓縮機26a的下游側連通。進一步,在使用并行布置的示例中,通過壓縮機22a和26a的空氣的流量取決于相應的壓縮機22a和26a的功率之間的比。在這一示例中,渦輪壓縮機22a的功率與通過其的空氣的流量和壓力比成比例。這類似地應用于有關電動壓縮機26a的功率。
由于電動壓縮機26a的運轉的開始導致的電動壓縮機26a的功率的增加的響應性比采用排氣作為動力的渦輪壓縮機22a的高。因此,在其中渦輪壓縮機22a的功率因為WGV 42打開而低的狀態(tài)中,如果在轉矩請求時,利用電動壓縮機26a的增壓在關閉WGV 42的操作的同時(對應于圖2A和圖2B中所示的示例)或者在此操作之前立即開始,則可能出現下面的問題。也就是,壓力比增加,而通過渦輪壓縮機22a的空氣的流量減少,并且結果是,存在渦輪壓縮機22a中將發(fā)生浪涌的可能性。
更具體地,電動壓縮機26a的功率的增加快于由關閉WGV 42引起的渦輪壓縮機22a的功率的增加。因此,在并行布置的示例中,當在渦輪壓縮機22a的功率低的狀態(tài)中開始利用電動壓縮機26a的增壓時,將取決于電動壓縮機26a的操作特性來確定渦輪壓縮機22a和電動壓縮機26a的公共下游壓力。進一步,如果在以上所述的狀態(tài)中開始利用電動壓縮機26a的增壓,則通過渦輪壓縮機22a的空氣的流量將由于渦輪壓縮機22a的出口壓力上升而顯著減少。關于該操作,工作點P從工作點P1在圖2A中的左上方向(也就是,高壓力比和低流量的方向)上移動。如果這一移動的量大,則存在工作點P將進入浪涌區(qū)域的可能性。
在致動電動壓縮機26a之后,通過電動壓縮機26a的空氣的流量增加。然而,如果渦輪壓縮機22a中發(fā)生浪涌,由電動壓縮機26a壓縮的空氣將流回到渦輪壓縮機22a側。結果是,盡管電動壓縮機26a的工作點Q在開始電動壓縮機26a的致動之后從工作點Q1在圖2B中的向右方向(也就是,高流量方向)上移動,在開始致動后的電動壓縮機26a的壓力比在直到渦輪壓縮機22a中發(fā)生浪涌的期間增加,并且在渦輪壓縮機22a中發(fā)生浪涌之后減少。除此之外,如果渦輪壓縮機22a中以以上所述的方式發(fā)生了浪涌,因為渦輪壓縮機22a進入渦輪壓縮機22a不能增加壓力的狀態(tài),所以其中發(fā)生著浪涌的狀態(tài)持續(xù)。
如果渦輪壓縮機22a中以以上所述的方式發(fā)生浪涌,即使開始雙增壓模式,也不可能增加內燃機10的整體系統的增壓壓力(也就是,相對于通過渦輪壓縮機22a的進氣和通過電動壓縮機26a的進氣合流的位置的下游側的進氣壓力)。注意,以上的描述關注其中電動壓縮機26a從其中作為一個示例而言WGV 42打開到最大打開度(完全打開度)的狀態(tài)被致動的示例。然而,即使在電動壓縮機26a從其中WGV 42關閉到一定打開度的狀態(tài)被致動的情況下,如果渦輪壓縮機22a的功率低,也出現以上描述的問題。
(第一實施例的控制的概述)
圖3A和3B以及圖4A和4B為描述在要求雙增壓模式的轉矩請求時在本發(fā)明的第一實施例中執(zhí)行的控制的時序圖。更具體地,圖3A和3B圖示了其中WGV 42的目標WGV打開度WGVtrg被設置為前述打開度控制范圍內的最小打開度(作為一個示例,完全關閉打開度)的控制示例。圖4A和圖4B圖示了其中目標WGV打開度WGVtrg為在完全關閉打開度的打開側上的打開度WGV1的控制示例。
根據本實施例的控制,如圖3A和3B以及圖4A和4B中所示,在要求雙增壓模式的轉矩請求在時間點T0被檢測到之后(也就是,在其中在做出增加發(fā)動機轉矩的請求時要求利用電動壓縮機26a的增壓的情形中),為了增加渦輪壓縮機22a的功率,關閉WGV 42以具有目標WGV打開度WGVtrg。
圖3A中圖示的示例中的時間點T1指示當WGV打開度達到為目標WGV打開度WGVtrg的完全關閉打開度時的時間點。圖4A中圖示的示例中的時間點T1’指示當WGV打開度到達為目標WGV打開度WGVtrg的打開度WGV1時的時間點。注意,接收到轉矩請求之前的打開度WGV0為在低負載區(qū)域中使用的WGV打開度,在該低負載區(qū)域中,利用節(jié)流閥34控制發(fā)動機轉矩,而基本上不利用渦輪壓縮機22a的增壓。更具體地,打開度WGV0為前述打開度控制范圍內的最大打開度(作為一個示例,完全打開度)。
根據本實施例的控制,用于增壓輔助的電動壓縮機26a的致動不同于參見圖2A和圖2B描述的以上所述的示例,并且不在檢測到轉矩請求之后立即開始。也就是,在圖3A和圖3B中圖示的示例中,開始利用電動壓縮機26a的增壓由在時間點T2處開始的電動機26b的通電來執(zhí)行,該時間點T2是在從在WGV打開度達到目標打開度WGVtrg(完全關閉打開度)時的時間點T1開始逝去了延遲時間Td之際。這還針對圖4A和圖4B中圖示的示例而適用,其中利用電動壓縮機26a的增壓通過在時間點T2’處開始的電動機26b的通電而開始,該時間點T2’是在從當WGV打開度達到目標打開度WGVtrg(打開度WGV1)時的時間點T1’開始逝去了延遲時間Td之際。此后,電動機輸出朝增壓輔助的時間的預定輸出值增加。
圖5A和圖5B為示意性地描述在執(zhí)行第一實施例的控制的情形中的壓縮機22a和26a的相應的工作點的軌跡的壓縮機特性圖。注意,在圖5A和圖5B中,附到相應的工作點P和Q的數字相同的工作點(例如,P1和Q1)代表同一時間點處的工作點。
如以上參照圖3A和圖3B以及圖4A和圖4B所描述的,根據本實施例的控制,在檢測到轉矩請求時,WGV 42關閉,以獲得為打開度WGV1(對應于之后描述的目標功率B的WGV打開度)或完全關閉打開度的目標WGV打開度WGVtrg。結果是,當伴隨WGV 42的關閉渦輪壓縮機22a的功率開始增加時,渦輪壓縮機22a的工作點P開始從在檢測到轉矩請求時使用的工作點P1在圖5A和圖5B中的向右方向(也就是,高流量方向)上移動。這是因為,在渦輪壓縮機22a的功率增加的初始階段,盡管出口壓力還沒有增加,通過渦輪壓縮機22a的空氣的流量增加。
在WGV打開度達到目標WGV打開度WGVtrg的時候(也就是,在渦輪壓縮機22a的功率增加到等于或大于一定值的值的時候)開始逝去了延遲時間Td之際,工作點P到達工作點P2。具體地,之后描述的一定值C1或C2對應于前述一定值。根據本實施例的控制,利用電動壓縮機26a的增壓在逝去了延遲時間Td之際開始。與其伴隨的,工作點P離開工作點P2,并且電動壓縮機26a的工作點Q開始從工作點Q2(=工作點Q1)移動。
當開始利用電動壓縮機26a的增壓時,因為并行布置,渦輪壓縮機22a的出口壓力隨著電動壓縮機26a的出口壓力的增加而增加,并且通過渦輪壓縮機22a的空氣的流量減少。該操作對應于在壓縮機特性圖上工作點P的移動,其中工作點P在工作點P2處改變方向并且從工作點P2在在圖5A的左上方方向(也就是,高壓力比和低流量的方向)上基本上等功的狀態(tài)中移動。更具體地,如之前所描述的,在其中兩個壓縮機22a和26a被并行布置的示例中,通過兩個壓縮機22a和26a的空氣的相應的流量之間的比取決于兩個壓縮機22a和26a的功率之間的比。然而,緊接在開始利用電動壓縮機26a的增壓之后(也就是,在工作點P2和Q2附近),通過兩個壓縮機22a和26a的空氣的相應的流量不處于在兩個壓縮機22a和26a的功率之間的比率處平衡的狀態(tài)中,并且因此,工作點P從P2朝P3移動并且工作點Q從Q2朝Q3移動。
當工作點P和工作點Q分別到達工作點P3和Q3時,通過兩個壓縮機22a和26a的空氣的流量進入在兩個壓縮機22a和26a的功率之間的比率處平衡的狀態(tài)。當以此方式進入實現平衡的狀態(tài)時,用于提高出口壓力的工作(也就是,增壓)同樣能夠在渦輪壓縮機22a中開始。結果是,工作點P從工作點P3在圖5A中的右上方向(也就是,高壓力比和高流量的方向)上移動。另一方面,由于渦輪壓縮機22a的增壓的貢獻,在壓力比的變化相對于空氣流量的變化的比例相比于在工作點Q到達工作點Q3時的時間點之前為大的狀態(tài)中,工作點Q從工作點Q3在圖5B中的右上方向(也就是,高壓力比和高流量的方向)上移動。
在其中反映本實施例的控制的圖5A和圖5B中所示的操作示例中,因為提供了延遲時間Td,電動壓縮機26a的增壓在其中渦輪壓縮機22a的功率高于圖2A和圖2B中所圖示的控制示例的狀態(tài)中(更具體地,在其中渦輪增壓器22已經恢復等效于避免浪涌所需的能量(之后描述為“能量A”)的量的功量的狀態(tài)中)開始。結果,不同于其中不給予開始電動壓縮機26a的增壓的正時的前述考慮的圖2A和圖2B中所示的控制示例,即使伴隨開始利用電動壓縮機26a的增壓,通過渦輪壓縮機22a的空氣的流量減少,工作點P也不進入浪涌區(qū)域。也就是,伴隨開始利用電動壓縮機26a的增壓的渦輪壓縮機22a中浪涌的發(fā)生被適當地抑制。
(第一實施例中的具體處理)
圖6為圖示根據本發(fā)明的第一實施例的控制的流程的主流程圖。如圖6中所示,首先,ECU 46進行到步驟100,其中ECU 46判定是否存在要求雙增壓模式的轉矩請求(也就是,對車輛加速的請求)。能夠例如通過使用加速器位置傳感器50來判定加速踏板是否被踩壓來做出有關是否存在轉矩請求的判定。如果沒有轉矩請求,根據本流程圖的當前的處理被迅速結束。
如果在步驟100中判定存在要求雙增壓模式的轉矩請求,ECU 46進行到步驟102。在步驟102中,ECU 46判定在當前時間點電動壓縮機26a是否在非工作狀態(tài)。如果步驟102中判定的結果是肯定的,ECU 46進行到步驟104,其中ECU 46按照圖7中所示的子流程圖的處理來執(zhí)行WGV打開度控制。
圖7為圖示步驟104中的WGV打開度控制的流程的流程圖。如圖7中所示,首先,在步驟200中,ECU 46使用加速器位置傳感器50來測量加速器踩壓量。接下來,ECU 46進行到步驟202,其中ECU 46基于測量到的加速器踩壓量來計算延遲時間Td。
圖8為圖示其中限定了延遲時間Td與加速器踩壓量之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖。當轉矩請求(加速請求)的度高時,需要盡快致動電動壓縮機26a。因此,根據圖8中所示的特性圖,設置延遲時間Td以隨著加速器踩壓量增加而逐漸縮短。在步驟202中,延遲時間Td通過參照這樣的特性圖來計算。注意延遲時間Td可以按照其中安裝內燃機10的車輛的速度、發(fā)動機速度以及發(fā)動機轉矩中的至少一個來調整。
接下來,ECU 46進行到步驟204。在步驟204中,避免渦輪壓縮機22a中的浪涌所要求的能量A(以焦耳為單位)按照圖9中圖示的子流程圖的處理來計算。
圖9為圖示用于步驟204中的能量A的計算處理的流程的流程圖。如圖9中所示,首先ECU 46進行到步驟300,其中ECU 46使用氣流傳感器20來測量進氣流量Ga。接下來,ECU 46進行到步驟302以計算為避免渦輪壓縮機22a中的浪涌所需要的渦輪速度Nt的目標值的目標渦輪速度Nttrg。
圖10為代表其中限定目標渦輪速度Nttrg與進氣流量Ga之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖。根據圖10中所示的關系,設置目標渦輪速度Nttrg以隨著進氣流量Ga增加而逐漸變高。在步驟302中,通過參照這樣的特性圖基于進氣流量Ga來計算目標渦輪速度Nttrg。
接下來,ECU 46進行到其中ECU 46使用渦輪速度傳感器22d來測量當前渦輪速度Nt的步驟304(當ECU 46首次進行到步驟304時,測量在做出要求雙增壓模式的轉矩請求時的渦輪速度Nt)。接下來,ECU 46進行到步驟306。在步驟306中,避免渦輪壓縮機22a中的浪涌所要求的能量A基于當前渦輪速度Nt和目標渦輪速度Nttrg來計算。
圖11為代表其中限定能量A與目標渦輪速度Nttrg以及當前渦輪速度Nt之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖。根據圖11中所示的關系,設置能量A以隨著目標渦輪速度Nttrg增加而增加,或者以隨著當前渦輪速度Nt增加而增加。在步驟306中,通過參照這樣的特性圖,基于當前渦輪速度Nt和目標渦輪速度Nttrg,來計算能量A。
描述現在將回到圖7中圖示的流程圖。在步驟204中計算了能量A之后,ECU 46進行到步驟206。在步驟206中,計算渦輪壓縮機22a的目標功率B。目標功率B通過將步驟204中計算的能量A除以步驟202中計算的延遲時間Td來計算。
接下來,ECU 46進行到步驟208,其中,ECU 46計算在WGV 42被完全關閉時待獲得的渦輪壓縮機22a的功率B0。圖12為代表其中限定功率B0與進氣流量Ga之間的關系的特性圖的設置的示例的視圖。如圖12中所示,在WGV 42被完全關閉時待獲得的渦輪壓縮機22a的功率B0隨著進氣流量Ga增加而逐漸增加。在步驟208中,通過參照這樣的特性圖基于進氣流量Ga來計算功率B0。
接下來,ECU 46進行到步驟210,其中ECU 46判定目標功率B是否低于功率B0。如果步驟210中判定的結果為肯定的,也就是,如果要求低于功率B0的功率作為目標功率B,ECU 46進行到步驟212。在步驟212中,目標WGV打開度WGVtrg基于進氣流量Ga和目標功率B來計算。更具體地,目標WGV打開度WGVtrg對應于在當前的進氣流量Ga和目標功率B下避免渦輪壓縮機22a中的浪涌所要求的最大WGV打開度。
圖13為代表渦輪22b的輸出功率Lt、進氣流量Ga以及WGV打開度之間的關系的視圖。通過將圖13中示出的關系存儲為ECU 46中的特性圖,利用這一關系,能夠計算實現作為當前進氣流量Ga下的目標的渦輪22b的輸出功率Lt所要求的最大WGV打開度。更具體地,前述目標功率B為渦輪22b的輸出功率Lt的目標值,以及渦輪壓縮機22a的(驅動)功率為通過從渦輪22b的輸出功率Lt中減去渦輪增壓器22的軸承損耗(已知值)所獲得的值。在步驟212中,通過參照其中限定如圖13中所示的關系的特性圖,基于目標功率B和當前進氣流量Ga,來計算目標WGV打開度WGVtrg(圖4A和圖4B中圖示的示例對應于此)。
另一方面,如果步驟210中判定的結果為否定的,也就是,如果要求等于或大于功率B0的功率作為目標功率B,ECU 46進行到步驟214。在步驟214中,將完全關閉打開度設置作為目標WGV打開度WGVtrg(圖3A和圖3B中圖示的示例對應于此)。
在步驟214中的處理之后,ECU 46判定目標功率B是否高于功率B0(步驟216)。如上所述,在本實施例中,通過將避免浪涌所需的能量A除以延遲時間Td來計算目標功率B,以及將延遲時間Td設置成依據加速器踩壓量的值。因此,當步驟216中的判定的結果為肯定的(也就是,當要求高于功率B0的功率作為目標功率B)時,如果使用依據加速器踩壓量的延遲時間Td的值,即使在在功率B0下逝去延遲時間Td之后,也不能獲得能量A。因此,ECU 46進行到步驟218,其中ECU 46調整延遲時間Td以變?yōu)橥ㄟ^將目標功率B和延遲時間Td的乘積除以功率B0所獲得的值(=B/B0×Td)。注意,如果步驟216中的判定的結果為否定的(也就是,如果目標功率B和功率B0相等),不需要調整延遲時間Td。
在步驟212中的處理或步驟218中的處理之后,ECU 46進行到步驟220,其中ECU 46開始關閉WGV 42的操作,使得WGV打開度達到目標WGV打開度WGVtrg。與此伴隨的,渦輪壓縮機22a的功率開始增加。
描述現在將回到圖6中圖示的流程圖。在執(zhí)行步驟104中的WGV打開度控制之后,ECU 46進行到步驟106。在步驟106中,ECU 46判定WGV打開度是否已經達到目標WGV打開度WGVtrg。結果是,如果步驟106中判定的結果為否定的,則重復執(zhí)行從步驟100向前的處理。
另一方面,如果在步驟106中判定WGV打開度已經達到目標WGV打開度WGVtrg,ECU 46進行到步驟108。在步驟108中,ECU 46判定指示延遲時間Td的計數在進行中的計數進行中標志是否為“ON”。
如果在步驟108中判定計數進行中標志不是“ON”,ECU 46進行到步驟110,其中ECU 46將計數進行中標志設置為“ON”并且還在作為ECU 46的功能之一的倒數定時器中設置延遲時間Td。接下來,ECU 46進行到步驟112,其中ECU 46執(zhí)行用于從倒數定時器的剩余時間中減去從執(zhí)行步驟110中的處理的時間點起已經經過的時間量的處理。另一方面,如果在步驟108中判定計數進行中標志為“ON”,ECU 46立即進行到步驟112。
在執(zhí)行步驟112中的處理之后,ECU 46進行到步驟114。在步驟114中,ECU 46判定倒數定時器的剩余時間是否為零。如果步驟114中判定的結果為否定的,重復執(zhí)行從步驟100向前的處理。
相反,如果在步驟114中判定倒數定時器的剩余時間為零,ECU 46進行到步驟116,其中ECU 46將計數進行中標志設置成“OFF”。接下來,ECU 46進行到步驟118。在步驟118中,ECU 46控制電動機26b的通電以開始由電動壓縮機26a的增壓。注意,當在步驟100或步驟102中判定的結果為否定時,也將計數進行中標志設置成“OFF”(步驟120或122)。
根據以上描述的圖6、圖7以及圖9中圖示的流程圖中的處理,計算能量A。要求能量A,從而避免由當要求雙增壓模式時開始電動壓縮機26a的致動的事實引起的渦輪壓縮機22a中的浪涌。進一步,基于能量A(以焦耳為單位)和以上描述的延遲時間Td,將渦輪壓縮機22a的目標功率B計算為通過將能量A除以延遲時間Td獲得的值(B=A/Td)。根據能量A、延遲時間Td與目標功率B之間的這一關系,能夠說,在目標功率B下操作渦輪壓縮機22a渡過延遲時間Td之后,在延遲時間Td期間,渦輪增壓器22已經恢復了相當于避免浪涌所要求的能量A的功量。
根據以上描述的處理,如果目標功率B低于在WGV被完全關閉時待獲得的功率B0,則在當前的進氣流量Ga下滿足目標功率B的打開度WGV1(大于完全關閉打開度的WGV打開度)被設置作為目標WGV打開度WGVtrg。進一步,如果目標功率B小于功率B0,則在WGV打開度達到目標WGV打開度WGVtrg時(也就是,在渦輪壓縮機22a的功率增加到等于或大于一定值C1的值之后)開始逝去了延遲時間Td之際,開始利用電動壓縮機26a的增壓。所述一定值C1通過從目標功率B中減去前述的軸承損失來獲得。因此,能夠有利地防止發(fā)生伴隨利用電動壓縮機26a的增壓的開始的在渦輪壓縮機22a中的浪涌。
進一步,根據以上所述的處理,如果目標功率B等于或大于在WGV被完全關閉時待獲得的功率B0,將完全關閉打開度設置作為目標WGV打開度WGVtrg。進一步,如果目標功率B等于或大于功率B0,在WGV打開度達到目標WGV打開度WGVtrg時(也就是,在渦輪壓縮機22a的功率增加到等于或大于一定值C2的值之后)開始逝去了延遲時間Td之際開始利用電動壓縮機26a的增壓。該一定值C2通過從功率B0中減去前述軸承損失來獲得。延遲時間Td可以由步驟218中的處理來調整。因此,在該情形中,同樣地,能夠有利地防止發(fā)生伴隨利用電動壓縮機26a的增壓的開始的渦輪壓縮機22a中的浪涌。
進一步,根據本實施例的控制,如圖8中所示,設置延遲時間Td以隨著加速器踩壓量增加而變短(也就是,增加發(fā)動機轉矩的請求的度越高,延遲時間Td變得越短),除了目標功率B高于在WGV完全關閉時待獲得的功率B0。延長延遲時間Td導致加速響應的減少。因此,通過按照前述請求的度來決定延遲時間Td,同時考慮由車輛的駕駛員做出的轉矩請求(對車輛加速的請求)的度,能夠抑制浪涌的發(fā)生。
進一步,根據利用以上描述的關系(B=A/Td)的本實施例的控制,設置目標功率(渦輪22b的輸出功率Lt的目標值)B以隨著延遲時間Td變得更長而變得更低。結果是,與渦輪22b的輸出功率Lt具有相關性的渦輪壓縮機22a的功率的前述一定值C1也被設置為隨著延遲時間Td變得更長而變得更低。通過這一手段,目標功率B(換而言之,一定值C1)能夠被設置為用于將按照延遲時間Td的大小的要求最小變化應用到WGV打開度的值。
注意,在以上描述的第一實施例中,渦輪壓縮機22a對應于根據本發(fā)明的“第一壓縮機”,排氣旁路通道40和WGV 42對應于根據本發(fā)明的“排氣能量調整裝置”,電動壓縮機26a對應于根據本發(fā)明的“第二壓縮機”,以及電動機26b、電動機控制器28和電池30對應于根據本發(fā)明的“增壓控制裝置”。進一步,執(zhí)行根據圖6、圖7以及圖9中圖示的流程圖的處理的ECU 46對應于根據本發(fā)明的“增壓控制手段”。進一步,對應于目標功率B的一定值C1、或對應于WGV被完全關閉時待獲得的功率B0的一定值C2對應于根據本發(fā)明的“一定值”。
在以上描述的第一實施例中,如圖3A和3B以及圖4A和4B中所示,利用電動壓縮機26a的增壓通過在逝去了延遲時間Td時開始電動機26b的通電來開始。然而,本發(fā)明中的“開始利用第二壓縮機的增壓的時間”不限于以上描述的方式的“開始電動機26b的通電的時間”,并且例如,可以為如下所述的時間。
對于裝備有對應于第二壓縮機的電動壓縮機、旁路電動壓縮機的進氣旁路通道、以及打開和關閉進氣旁路通道的進氣旁通閥的內燃機,已知初步旋轉控制的執(zhí)行,其通過在進氣旁通閥打開的狀態(tài)中致動電動壓縮機來預先增加電動壓縮機的速度,使得有可能在開始增壓時快速獲得期望的增壓壓力。在其中利用這一類型的初步旋轉控制的示例中,不等待延遲時間Td逝去的情況下執(zhí)行用于初步旋轉的通電。具體地,如果執(zhí)行根據以上描述的圖6中圖示的流程圖的處理,例如,在步驟102中判定的結果為肯定時、或者在步驟106中判定的結果為肯定時,開始用于初步旋轉的通電。然而,當僅僅執(zhí)行用于初步旋轉的通電時,利用電動壓縮機的增壓未開始。在本配置中,通過伴隨延遲時間Td逝去而關閉進氣旁通閥和增加電動機輸出,電動壓縮機的旋轉速度開始變得高于初步旋轉控制時的旋轉速度。因此,在這一配置中,“關閉進氣旁通閥的時間”、換而言之、“當電動壓縮機的速度開始變得高于初步旋轉控制時的速度時的時間”對應于“開始利用第二壓縮機的增壓的時間”。
進一步,在之前的第一實施例中,將裝備有用于調整渦輪22b恢復的排氣能量的量的排氣旁路通道40和WGV 42的內燃機10作為示例描述。然而,根據本發(fā)明的“排氣能量調整裝置”可以例如為并入渦輪增壓器中的可變噴嘴裝置,該渦輪增壓器具有渦輪壓縮機作為第一壓縮機。如果利用這樣的可變噴嘴裝置,在請求增加發(fā)動機轉矩時需要利用第二壓縮機增壓的情形中,可以在通過向關閉側控制可變噴嘴的打開度來將第一壓縮機的功率增加到一定值或更大時開始逝去了延遲時間Td之際,開始利用第二壓縮機的增壓。
進而,在之前的第一實施例中,將裝備有電動壓縮機26a的內燃機10作為示例描述。然而,根據本發(fā)明的“第二壓縮機”可以為例如使用內燃機的曲軸的轉矩作為動力的機械增壓器的壓縮機。如果使用機械增壓器,“增壓控制裝置”可以例如由包括進氣旁路通道和進氣旁通閥的裝置來實現,進氣旁路通道旁路機械增壓器的壓縮機,進氣旁通閥被配置成在不執(zhí)行利用壓縮機的增壓時打開進氣旁路通道以及被配置成在開始增壓時關閉進氣旁路通道。進一步,除了這樣的設備以外,例如,被配置成在機械增壓器的壓縮機的曲軸和旋轉軸連接的狀態(tài)與這樣的連接被釋放的狀態(tài)之間切換的離合器裝置對應于“增壓控制裝置”。
進一步,盡管在之前的第一實施例中將火花點火式內燃機10作為示例描述,本發(fā)明還可應用于諸如為柴油機的壓燃式內燃機。