CN1755083A - 发动机增压压力控制 - Google Patents

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Abstract

控制器(70)控制包括两个进气/排气单元的内燃发动机(60)的增压压力，每一进气/排气单元包括涡轮增压器(10)，使用排气道(30)中的排气能量涡轮增压进气道(20)中的进气；和排气再循环装置(41、41)，将排气道中的部分排气再循环到进气道。控制器(70)计算在两个单元的阀之间的开度差(S121)，并且根据开度差控制两个单元的每一个中的调节装置(13)(S123－S125)。因此，两个单元中的涡轮增压器(10)的增压压力相一致，于是每一排气道(30)中可排出等量的NOx，并且催化剂可良好地净化NOx。

Description

发动机增压压力控制
技术领域
本发明涉及发动机的增压压力控制。
背景技术
由日本专利局在1999年公布的第JPH11-132049A公开了一种用于车辆发动机的控制装置，该车辆发动机包括排气再循环(以下缩写为EGR)装置和能够改进增压压力的涡轮增压器。该控制装置根据进气量反馈控制EGR量并且根据大气压力和发动机负荷的变化速率校正基于发动机转速和发动机负荷所设置的涡轮增压器的基本增压压力，以实现稳定的EGR控制和稳定的增压压力控制，即使在过渡运转期间。
发明内容
在双涡轮增压发动机中，其中在左列(bank)和右列均设置有EGR装置和涡轮增压器，由于在每一排中的进气道的长度和直径的差异，部件尺寸精度的变化和受时间劣化的影响，增压压力和EGR阀开度在左列和右列之间可能不同。这些差异产生从左列和右列排出的氮氧化合物(以下缩写为NOx)的量的变化，该变化可导致被提供用于净化排气的催化剂的NOx净化性能的劣化。
因此本发明的一个目的是使安装有多个涡轮增压器的车辆中的每一涡轮增压器的增压压力相等。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于内燃发动机的增压压力控制装置。所述发动机包括两个进气/排气单元。每一进气/排气单元包括：进气道、排气道、使用所述排气道中的排气能量增压所述进气道中的进气的涡轮增压器、和排气再循环装置，所述排气再循环装置将所述排气道中的部分排气再循环到所述进气道，所述排气再循环装置具有阀，所述阀根据其开度调节排气管流量。所述增压压力控制装置包括：调节装置，调节每一单元中的所述涡轮增压器的增压压力；传感器，检测每一阀的开度；和可编程控制器，被编程为：计算所述两个单元的阀之间的开度差，和根据开度差控制每一调节装置，使得在两个单元中的涡轮增压器的增压压力相一致。
本发明也提供了一种用于内燃发动机的增压压力控制方法。该发动机包括两个进气/排气单元。每一进气/排气单元包括：进气道；排气道；涡轮增压器，使用所述排气道中的排气能量增压所述进气道中的进气，所述涡轮增压器具有调节增压压力的调节装置；排气再循环装置，将所述排气道中的部分排气再循环到所述进气道，所述排气再循环装置具有根据其开度调节排气管流量的阀。所述增压压力控制方法包括：检测每一阀的开度；计算在所述两个单元的所述阀之间的开度差；和根据开度差控制每一调节装置，使得在两个单元中的涡轮增压器的增压压力相一致。
本发明的详细内容以及其它的特征和优点在其余的说明书中被列出并在附图中被示出。
附图说明
图1是根据本发明的发动机增压压力控制装置的示意图；
图2是说明根据本发明的控制器的控制功能的方框图；
图3A和3B是说明由控制器所执行的喷嘴叶片开度计算例程的流程图；
图4A和4B是说明用于确定目标EGR率tEGR和喷嘴叶片开度Ra_vnt的特征曲线图的示图；
图5A和5B是说明用于确定目标EGR量tQ_EGR和目标开度tAegr_V的特征曲线图的示图；
图6A和6B是说明用于确定喷嘴叶片开度校正值Ra_vntFB和喷嘴叶片开度校正系数K的特征曲线图的示图；
图7A-7C是说明根据本发明的喷嘴叶片开度的控制结果的时序图。
具体实施方式
参照图1，用于车辆的双列双涡轮增压内燃柴油发动机60包括右列R和左列L。由于右列R和左列L的构成基本相同，所以下面仅相对于其中的一列对发动机60的构成进行说明。右列R和左列L对应于权利要求中的进气/排气单元。发动机60包括通过各个阀与燃烧室61相连的进气道20和排气道30。进气道20和排气道30通过EGR道40相连。通过EGR道40排气部分地被再循环到进气道20。EGR道40中的EGR阀41调节EGR量。开度传感器41A检测EGR阀41的开度。
在排气道20中设置有可变涡轮增压器10的压缩机11。在排气道30中设置有涡轮增压器10的涡轮12。涡轮12与压缩机11同轴。当涡轮12通过发动机60的排气压力被旋转时，与其共同旋转的压缩机11对进气增压。
涡轮增压器10包括涡轮12中的喷嘴叶片13。喷嘴叶片13通过打开和关闭来调节涡轮增压器10的增压压力。致动器14打开和关闭喷嘴叶片13。上升(lift)传感器15检测致动器14的上升。
在进气道20中设置有空气流量计21、中冷器22、收集器23和增压压力传感器24。
空气流量计21检测进气量并将检测信号输出给控制器70。中冷器22冷却由压缩机11泵入的空气。收集器23通过暂时存储进气来降低进气脉动。收集器23的内压通过增压压力传感器24被检测并作为检测信号输出给控制器70。
在排气道30中设置有λ传感器31。λ传感器31从排气成分中检测被提供到柴油发动机60的空燃混合物的过量空气系数λ。
燃油泵51将高压燃油提供给共轨52。共轨52存储高压燃油，然后将高压燃油提供给每一喷油器53。每一喷油器53将由共轨52所提供的燃油喷射进发动机的燃烧室61。
根据该构成，空气流量计21测量从进气道20吸入进燃烧室61的空气流量(flow rate)。进气由压缩机11增压、中冷器22冷却，然后通过收集器23流入燃烧室61。流入的空气通过喷油器53与所喷射的燃油混合，并在燃烧室61中燃烧。燃烧气体被排放进排气道30，使得涡轮12在由喷嘴叶片13所调节的压力下旋转，然后被排出。在排出期间，λ传感器31根据排气成分检测过量空气系数λ。部分排气通过EGR道40被再循环到收集器23。
控制器70控制喷嘴叶片13和EGR阀14的开度。为了该控制，来自检测设置在车辆中的加速踏板的压下的加速踏板位置传感器71、检测发动机60的曲轴转角的曲轴转角传感器72、上升传感器15、空气流量计21、增压压力传感器24、λ传感器31和开度传感器41A中的每一个的检测数据作为信号被输入进控制器70。
控制器70包括具有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出接口(I/O接口)的微计算机。该控制器可包括多个微计算机。
图2是说明根据本发明的控制器70的控制功能的方框图。
控制器70包括目标进气量设置单元#101、目标喷嘴叶片开度设置单元#102、一对喷嘴叶片控制单元#103、实际进气量检测单元#104、目标EGR阀开度设置单元#105、一对EGR控制单元#106、EGR阀开度差(difference)计算单元#121和喷嘴叶片开度校正单元#123。该图中所示的方块表示作为虚拟单元的控制器70的功能，而物理上这些单元并不存在。
目标进气量设置单元#101根据加速踏板位置(acceleratorposition)设置目标进气量。
目标喷嘴叶片开度设置单元#102根据目标进气量和实际进气量设置喷嘴叶片13的目标开度。如下面将要说明的，当喷嘴叶片开度校正单元#123计算喷嘴叶片13的开度校正量时，喷嘴叶片13的目标开度的校正量也反映在喷嘴叶片13的目标开度的设置中。
喷嘴叶片控制单元#103调节喷嘴叶片13的开度。喷嘴叶片控制单元#103采用如致动器14的具体形式。
实际进气量检测单元#104检测实际吸入发动机的空气量。实际进气量检测单元#104采用如空气流量计21的具体形式。
目标EGR阀开度设置单元#105根据目标进气量和实际进气量设置EGR阀的目标开度。
EGR阀控制单元#106调节EGR阀41的开度。
上述的构成与常规的可变涡轮***的构成相同。本发明还包括EGR阀开度差计算单元#121和喷嘴叶片开度校正单元#123。
EGR阀开度差计算单元#121计算在左列和右列的EGR阀41的开度的差ΔAegr。
喷嘴叶片开度校正单元#123根据左列和右列的喷嘴叶片开度的差ΔRa_vnt计算喷嘴叶片开度校正量。
下面参照图3A和3B，将说明由控制器70所执行的执行该控制的例程。当发动机60在工作时该例程以10毫秒的间隔被执行。
在步骤S111中，控制器70根据加速踏板的位置计算发动机负荷并设置目标进气量。
在步骤S112中，控制器70根据来自空气流量计21的信号检测实际进气量。
在步骤S113中，控制器70计算在目标进气量和实际进气量之间的差。
在步骤S114中，控制器70设置喷嘴叶片13的开度Ra_vnt。更具体地说，喷嘴叶片13的开度Ra_vnt被如下确定。首先，根据事先存储在ROM中的、具有图4A中所示的特征曲线的图，从发动机转速Ne和指示的燃油喷射量Qf确定目标EGR率tEGR。该图通过实验被事先设置。
紧接着，通过将目标进气量tQac与指示的燃油喷射量Qf相加，确定目标排气流量tQexh。
tQexh＝Qf+tQac                            (1)
然后，将目标进气量tQac和实际进气量rQac之间的差与tQexh相加，以确定排气将流过喷嘴叶片13的目标排气流量tQec_exh。
tQec_exh＝tQexh+(tQac-rQac)               (2)
然后根据事先存储在ROM中的、具有图4B中所示的特征曲线的图，从目标EGR率tEGR和目标排气流量tQec_exh，确定喷嘴叶片13的开度Ra_vnt。
在步骤S115中，控制器70设置EGR阀41的目标开度并相应地调节EGR阀41的开度。更具体地说，这被如下执行。首先，根据事先存储在ROM中的、具有图5A中所示的特征曲线的图，从目标EGR率tEGR和目标进气量tQac，确定目标EGR量tQ_EGR。该图通过实验被事先设置。
然后，根据事先存储在ROM中的、具有图5B中所示的特征曲线的图，从目标EGR量tQ_EGR和收集器中的增压压力rP_col，确定EGR阀41的目标开度tAegr_V。该图通过实验被事先设置。
在步骤S116中，控制器70检测EGR阀41的开度。
在步骤S121中，控制器70计算左列和右列的EGR阀41开度的差ΔAegr。
在步骤S122中，控制器70确定EGR阀开度差ΔAegr是否等于或大于基准开度ConstAegr。当EGR阀开度差ΔAegr等于或大于基准开度ConstAegr时，步骤S123的下一个处理被执行。基准开度ConstAegr通过实验被事先设置。
在步骤S123中，根据事先存储在ROM中的、具有图6A中所示的特征曲线的图，控制器70确定喷嘴叶片开度校正量Ra_vntFB。该图通过实验被事先设置。
在步骤S124中，控制器70根据曲轴转角传感器72的检测信号确定发动机转速Ne。然后，根据事先存储在ROM中的、具有图6B中所示的特征曲线的图，控制器70确定喷嘴叶片开度校正系数K。该图通过实验被事先设置。此外，燃油喷射量根据发动机负荷被计算。
在步骤S125中，控制器70计算喷嘴叶片开度Ra_vnt，并调整喷嘴叶片13的开度。假定右列的喷嘴叶片开度为Ra_vnt_R并且左列的喷嘴叶片开度为Ra_vnt_L，则根据下列方程式确定各个开度。应当注意Ra_vnt_R-1为Ra_vnt_R的先前值，Ra_vnt_L-1为Ra_vnt_L的先前值。
Ra_vnt_R＝Ra_vnt_R-1+K×Ra_vntFB         (3)
Ra_vnt_L＝Ra_vnt_L-1+(K-1)×Ra_vntFB     (4)
校正值可被存储作为学习值。在这种情况下，当发动机60在停止之后被重新起动时，根据所存储的学习值可顺利地恢复增压。
在步骤S126中，控制器70设置喷嘴叶片13的开度Ra_vnt_R和Ra_vnt_L。
下面，参照图7A-7C，将说明本发明的效果。
如由图7A中的时间t0-t1所示，在左列和右列的涡轮增压器之间的喷嘴叶片开度的差可能由于部件尺寸精度的变化和部件的时间劣化而引起。这种喷嘴叶片开度的差影响在左列和右列的EGR阀开度，使得从左列和右列被排出的NOx量出现差异。在这些情况下，催化剂的NOx净化性能可能劣化。因此，最好使左列的涡轮增压器的喷嘴叶片开度与右列的喷嘴叶片开度相等。
在图7A中，右列涡轮增压器的喷嘴叶片开度较大。通过执行上述控制，左列涡轮增压器的喷嘴叶片开度与右列涡轮增压器的喷嘴叶片开度可以一致。
图7A示出了这样一种情况，其中用于使左列的喷嘴叶片开度与右列的喷嘴叶片开度相一致的控制在时间t1开始，并且在时间t2实现一致。在这种情况下，如图7B中所示，左列涡轮增压器的进口排气压力下降，右列涡轮增压器的进口排气压力上升直到两种排气压力相一致为止。如图7C中所示，左列EGR阀的开度减小，右列EGR阀的开度增加，直到两种EGR阀开度相一致为止。
通过以这种方式消除左、右喷嘴叶片开度的差，EGR阀开度的差也可被消除。因此，从左列排出的NOx的量与右列排出的NOx的量可以相等，并且催化剂可良好地净化NOx。
尽管以上参照本发明的某些实施例已描述了本发明，但本发明不限于上述的实施例。在权利要求的范围内，本领域的技术人员可对上述的实施例进行各种修改和变化。
控制器可包括多个微计算机。
在上述实施例的每一个中，使用传感器检测控制所需的参数，但本发明可适用于可使用要求的参数执行要求的控制的任何发动机增压压力控制装置，而与参数是如何获取的无关。
发动机不限于柴油发动机，例如，也可以是汽油发动机。
此外，在上述的实施例中，设想了在左列和右列分别包括单进气/排气单元的V型发动机，但本发明不限于此，其也可适用于包括两个、三个或更多个进气/排气单元的发动机。
此外，在上述的实施例中，作为一个示例，提供了使用喷嘴叶片用作增压压力调节装置的可变喷嘴涡轮增压器，但本发明也可适用于使用废气旁通阀用作增压压力调节装置的废气旁通涡轮增压器，或使用排气节流阀用作增压压力调节装置的排气节流阀涡轮增压器。
2004年9月29日在日本申请的第Tokugan 2004-283933号申请的内容以参照的方式被包含在这里。
要求了专有权或专用权的本发明的实施例被限定如下。

Claims (10)

1、一种用于内燃发动机(60)的增压压力控制装置，所述内燃发动机(60)包括两个进气/排气单元，每一进气/排气单元包括：进气道(20)、排气道(30)、涡轮增压器(10)和排气再循环装置(40、41)，所述涡轮增压器(10)使用所述排气道(30)中的排气能量增压所述进气道(20)中的进气，所述排气再循环装置(40、41)将所述排气道中的部分排气再循环到所述进气道，所述排气再循环装置(40、41)具有阀(41)，所述阀(41)根据其开度调节再循环排气流量，
所述增压压力控制装置包括：
调节装置(13)，调节每一单元中的所述涡轮增压器(10)的增压压力；
传感器(41A)，检测每一阀的开度；和
可编程控制器(70)，被编程为：
计算所述两个单元的阀之间的开度差(S121)；
根据开度差计算每一调节装置(13)的控制量，使得所述两个单元中的所述涡轮增压器(10)的增压压力相一致(S123-S125)；和
根据所述控制量控制每一调节装置(13)(S126)。
2、如权利要求1所述的增压压力控制装置，其中所述控制器(70)还被编程为：随着所述两个单元的阀之间的所述开度差的增加而增加每一调节装置(13)的所述控制量。
3、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述控制器(70)还被编程为：当燃油喷射量恒定时，随着发动机转速的增加而增加每一调节装置(13)的所述控制量。
4、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述控制器(70)还被编程为：当所述发动机转速恒定时，随着所述燃油喷射量的增加而增加每一调节装置(13)的所述控制量。
5、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述控制器(70)还被编程为：学习根据所述开度差所计算的每一调节装置(13)的所述控制量(S125)。
6、如权利要求5所述的增压压力控制装置，其中所述控制器(70)还被编程为：根据先前学习的控制量重复计算每一调节装置(13)的所述控制量(S125)。
7、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述涡轮增压器(10)为使用喷嘴叶片作为所述调节装置(13)的可变喷嘴涡轮增压器。
8、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述涡轮增压器(10)为使用废气旁通阀作为所述调节装置(13)的废气旁通涡轮增压器。
9、如权利要求1或权利要求2所述的增压压力控制装置，其中所述涡轮增压器(10)为使用排气节流阀作为所述调节装置(13)的排气节流阀涡轮增压器。
10、一种用于内燃发动机(60)的增压压力控制方法，所述内燃发动机(60)包括两个进气/排气单元，每一进气/排气单元包括：进气道(20)、排气道(30)、涡轮增压器(10)和排气再循环装置(40、41)，所述涡轮增压器(10)使用所述排气道(30)中的排气能量增压所述进气道(20)中的进气，所述排气再循环装置(40、41)将所述排气道中的部分排气再循环到所述进气道，所述排气再循环装置(40、41)具有阀(41)，所述阀(41)根据其开度调节再循环排气流量，
所述增压压力控制方法包括：
检测每一阀(41)的开度；
计算在所述两个单元的所述阀(41)之间的开度差(S121)；
根据所述开度差计算每一调节装置(13)的控制量，使得在所述两个单元中的所述涡轮增压器(10)的所述增压压力相一致(S123-S125)；和
根据所述控制量控制每一调节装置(13)(S126)。
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