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CN103237968A - 带增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

带增压器的内燃机的控制装置 Download PDF

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CN103237968A
CN103237968A CN2010800369478A CN201080036947A CN103237968A CN 103237968 A CN103237968 A CN 103237968A CN 2010800369478 A CN2010800369478 A CN 2010800369478A CN 201080036947 A CN201080036947 A CN 201080036947A CN 103237968 A CN103237968 A CN 103237968A
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turbine
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situation
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大塚孝之
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

本发明提供一种能够在排气净化装置的温度变低的低温运转条件下，抑制排气净化装置的温度降低的带增压器的内燃机的控制装置。具备在排气通路(14)中具有通过排气能来进行动作的涡轮(20b)的涡轮增压器(20)。具备对绕开涡轮(20b)的排气旁路通路(34)的开闭进行控制的WGV(36)。在排气净化催化剂(38)的温度变低的低温运转条件成立的情况下，根据通过了涡轮(20b)的情况与通过了排气旁路通路(34)的情况相比下游侧的部位处的废气的温度变高的高涡轮温度条件是否成立，来控制WGV(36)的开度。

Description

带增压器的内燃机的控制装置
技术区域
本发明涉及带增压器的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，例如在专利文献1中公开了一种具备涡轮增压器的内燃机。该现有的内燃机具备绕过涡轮增压器的涡轮的排气旁路通路、和能够切换该排气旁路通路的开闭的废气旁通阀(waste gate valve)。而且，在包括空载(idling)的低旋转低负载区域，根据内燃机的运转状态来切换使废气旁通阀关闭的常闭控制和使废气旁通阀打开的常开控制。
专利文献1：日本特开2009-228486号公报
在车辆的低车速运转时，一般由于内燃机以低输出状态运转，所以排气温度低，结果，配置在涡轮下游的排气净化催化剂等排气净化装置的温度也低。另外，当废气通过涡轮时，在废气与涡轮之间进行热交换。因此，在排气温度变高的高车速运转时，涡轮会因为来自废气的导热而变成高温。结果，在车辆从高车速运转移至低车速运转时，有时会由于涡轮的热质(heat mass)的存在而导致涡轮的温度不立刻下降，使得涡轮的温度高于流入到涡轮的废气的温度。结果，通过了涡轮的气体会受到来自涡轮的热，而比通过了排气旁路通路的气体温度高。如果在这样的情况下将废气旁通阀设为打开，则温度相对低的气体会经由排气旁路通路被供给排气净化装置。结果，与低车速运转时废气旁通阀关闭的情况相比，废气旁通阀打开的情况下有时会降低排气净化装置的温度。
发明内容
本发明为了解决上述那样的课题而提出，其目的在于，提供能够在排气净化装置的温度变低的低温运转条件下抑制排气净化装置的温度降低的带增压器的内燃机的控制装置。
第1发明涉及一种带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：涡轮增压器，其在排气通路中具备通过排气能来进行动作的涡轮；排气旁路通路，其在比所述涡轮靠上游侧的部位从所述排气通路分岔，在比所述涡轮靠下游侧的部位与所述排气通路汇合；废气旁通阀，其能够对所述排气旁路通路的开闭进行切换；排气净化装置，其配置于比所述下游侧的部位更靠下游侧的所述排气通路；低温运转条件判定单元，其判定是否是所述排气净化装置的温度变低的低温运转条件；高涡轮温度条件判定单元，其判定通过了所述涡轮的情况与通过了所述排气旁路通路的情况相比所述下游侧的部位处的废气的温度变高的高涡轮温度条件是否成立；以及WGV开度控制单元，其在所述低温运转条件成立的情况下，根据所述高涡轮温度条件是否成立来控制所述废气旁通阀的开度。
另外，第2发明基于第1发明，其特征在于，在所述低温运转条件以及所述高涡轮温度条件成立的情况下，所述WGV开度控制单元关闭所述废气旁通阀，在所述低温运转条件成立并且所述高涡轮温度条件不成立的情况下，所述WGV开度控制单元打开所述废气旁通阀。
另外，第3发明基于第1发明，其特征在于，所述WGV开度控制单元进行在通常时打开所述废气旁通阀、在对所述内燃机发出了高输出请求的情况下关闭所述废气旁通阀的常开控制作为基本控制，在所述低温运转条件以及所述高涡轮温度条件成立的情况下，关闭所述废气旁通阀。
另外，第4发明基于第1～3发明中的任意一个发明，其特征在于，所述低温运转条件判定单元是在搭载有所述内燃机的车辆的速度低于规定的速度基准值时，判定为所述低温运转条件成立的单元。
另外，第5发明基于第1～3发明中的任意一个发明，其特征在于，所述排气净化装置是排气净化催化剂，所述低温运转条件判定单元是在所述排气净化催化剂的温度为规定的活性温度以下时，判定为所述低温运转条件成立的单元。
根据第1发明，在上述低温运转条件成立的情况下，根据上述高涡轮温度条件是否成立来控制废气旁通阀的开度。由此，在上述低温运转条件成立的情况下，能够根据涡轮的温度状态向排气净化装置供给温度更高的废气。因此，可抑制排气净化装置的温度降低。
根据第2发明，通过在上述低温运转条件以及上述高涡轮温度条件成立的情况下，关闭废气旁通阀，废气在通过高温的涡轮时会升温。由此，能够提高流入到排气净化装置的废气的温度。另外，通过在上述低温运转条件成立并且上述高涡轮温度条件不成立的情况下，打开废气旁通阀，能够使废气不会被温度相对低的涡轮夺去热。因此，根据本发明，能够抑制排气净化装置的温度降低。
根据第3发明，通过在上述低温运转条件以及上述高涡轮温度条件成立的情况下，关闭废气旁通阀，废气在通过高温的涡轮时会升温。由此，能够提高流入到排气净化装置的废气的温度。因此，根据本发明，能够在进行上述常开控制作为基本控制的过程中，抑制排气净化装置的温度降低。
根据第4发明，当具备在搭载有内燃机的车辆的速度低于规定速度基准值的情况下判定为低温运转条件成立的构成时，能够抑制排气净化装置的温度降低。
根据第5发明，当具备在排气净化催化剂的温度为规定的活性温度以下的情况下判定为低温运转条件成立的构成时，能够抑制排气净化装置的温度降低。
附图说明
图1是用于对本发明的实施方式1的内燃机的系统构成进行说明的示意图。
图2是用于对与内燃机的运转区域对应的WGV的开闭控制进行说明的图。
图3是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。
图4是在本发明的实施方式2中执行的程序的流程图。
具体实施方式
实施方式1
[系统构成的说明]
图1是用于对本发明的实施方式1的内燃机10的系统构成进行说明的示意图。本实施方式的系统具备内燃机(这里，作为一个例子，采用火花点火式的汽油发动机)10。内燃机10的各汽缸与进气通路12以及排气通路14连通。
在进气通路12的入口附近安装有空气过滤器16。在空气过滤器16的下游附近设有输出与进入到进气通路12的空气流量对应的信号的空气流量计18。在空气流量计18的下游，设置有涡轮增压器20的压缩机20a。压缩机20a经由连结轴与配置于排气通路14的涡轮20b连结成一体。另外，在涡轮增压器20上安装有用于取得涡轮20b的温度的涡轮温度传感器22。
在压缩机20a的下游安装有对被压缩后的空气进行冷却的内部冷却器(intercooler)24。在内部冷却器24的下游设有电子控制式的节气阀(throttle valve)26。在节气阀26的下游，配置有用于对进气压力(增压压力)进行检测的进气压力传感器28。而且，在内燃机10的各汽缸中设有用于对进气口喷射燃料的燃料喷射阀30。并且，在内燃机10的各汽缸中，设有用于对混合气体进行点火的火花塞32。
另外，排气通路14上连接着排气旁路通路34，该排气旁路通路34构成为在比涡轮20b靠上游侧的部位从排气通路14分岔、在比涡轮20b靠下游侧的部位与排气通路14汇合。在排气旁路通路34的中途设有能够切换排气旁路通路34的开闭的废气旁通阀(WGV)36。在此，假设WGV36构成为能够通过调压式或电动式的致动器(省略图示)调整成任意的开度。
另外，在比涡轮20b的下游侧的与排气旁路通路34的连接部位更靠下游侧的排气通路14中，配置有用于对废气进行净化的排气净化催化剂(以下简称为“催化剂”)38。而且，在比涡轮20b的上游侧的与排气旁路通路34的连接部位靠上游侧的排气通路14中，安装有用于取得从汽缸排出的废气的温度的排气温度传感器40。另外，在曲轴的附近设有用于对发动机转速进行检测的曲柄角传感器42。
并且，图1所示的系统具备ECU(Electronic Control Unit)50。ECU50的输入部除了连接着上述的空气流量计18、进气压力传感器28、涡轮温度传感器22、排气温度传感器40以及曲柄角传感器42之外，还连接着对在具备内燃机10的车辆中安装的加速踏板的踩踏量(加速开度)进行检测的加速开度传感器52、以及对车速进行检测的车速传感器54等用于对内燃机10的运转状态进行检测的各种传感器。另外，ECU50的输出部连接着上述的节气阀26、燃料喷射阀30、火花塞32以及WGV36等用于对内燃机10的运转状态进行控制的各种致动器。ECU50通过基于上述各种传感器的输出，按照规定的程序使各种致动器工作，来对内燃机10的运转状态进行控制。
[实施方式1中的控制]
图2是用于对与内燃机10的运转区域对应的WGV36的开闭控制进行说明的图。
带涡轮增压器的内燃机的增压压力如图2所示，随着负载(扭转)以及发动机转速变高而增高。现有的重视输出的带涡轮增压器的内燃机一般都具备利用正压式的膜片来进行开闭的废气旁通阀。而且，作为该废气旁通阀的控制，可进行在通常运转时关闭，当增压压力为规定值以上时为了保护发动机而使之打开的常闭控制。
与此相对，在本实施方式的系统中，如图2所示，在为了保护发动机而打开WGV36的高旋转高负载区域以外的区域，进行通常时(高输出请求时以外)使WGV36处于以与运转状态对应的规定开度打开的状态，而在被请求高输出的情况下使之关闭的常开控制。根据这样的常开控制，通过在通常时打开WGV36，能够降低由于排气压力的降低而导致的排气损失。并且，由于通过在通常时打开WGV36，与闭阀时相比为了得到相同扭转所需的节气门(throttle)开度变大，所以能够降低泵损失。基于这些理由，能够提高内燃机10的油耗效率。
由于在车辆的低车速运转时，一般内燃机10以低输出状态运转，所以排气温度低，结果，在涡轮20b的下游配置的催化剂38也变低。另外，当废气通过涡轮20b时，在废气与涡轮20b之间进行热交换。因此，在排气温度高的高车速运转时，涡轮20b会因为来自废气的导热而变成高温。结果，在车辆从高车速运转移至低车速运转时，有时会由于涡轮20b的热质的存在而导致涡轮20b的温度不立刻降低，使得涡轮20b的温度高于流入到涡轮20b的废气的温度。结果，通过了涡轮20b的气体会受到来自涡轮20b的热，而比通过了排气旁路通路34的气体温度高。若在这样的情况下通过常开控制将WGV36设定为打开，则温度相对低的气体会经由排气旁路通路34而供给催化剂38。结果，与低车速运转时WGV36关闭的情况相比，在WGV36打开的情况下有时使催化剂38的温度降低。
鉴于此，在本实施方式中，基于车速是否低于规定的速度基准值，来判定催化剂38的温度变低的低温运转条件是否成立。另外，基于涡轮20b的温度是否高于规定的温度基准值，来判定通过了涡轮20b的情况与通过了排气旁路通路34的情况相比下游侧的部位(涡轮20b的下游侧的排气通路14与排气旁路通路34的汇合部位)的废气的温度变高的高涡轮温度条件是否成立。在此基础上，当上述低温运转条件成立时，根据上述高涡轮温度条件是否成立，来控制WGV36的开度(这里是指“开闭”)。
具体而言，在上述低温运转条件以及上述高涡轮温度条件都成立的情况下，关闭WGV36(设为完全关闭)，在上述低温运转条件成立并且上述高涡轮温度条件不成立的情况下，打开WGV36。
图3是表示为了实现上述功能而在本实施方式1中由ECU50执行的控制程序的流程图。其中，本程序按每个规定的控制周期被反复执行。
在图3所示的程序中，首先判定由进气压力传感器28检测到的增压压力是否高于规定的压力基准值(步骤100)。本步骤100中的压力基准值是为了防止增压压力过大而作为增压压力的阈值预先设定的值，其中，该增压压力的阈值用于判断内燃机关10的运转区域是否进入了保护发动机用的WGV开区域(参照图2)。
当在上述步骤100中判定为增压压力高于上述压力基准值时、即当能够判断为当前的运转区域是用于保护发动机的WGV开区域时，打开WGV36(步骤102)。由此，由于废气经由排气旁路通路34而绕过涡轮20b，所以能够防止增压压力过大。
另一方面，当在上述步骤100中判定为增压压力为上述压力基准值以下时、即当能够判断为当前的运转区域是保护发动机用的WGV开区域以外的常开控制区域(参照图2)时，判定由加速开度传感器52检测到的加速开度是否比规定的开度基准值大(步骤104)。本步骤104中的开度基准值是作为用于判断有无高输出请求的加速开度的阈值而预先设定的值。
当在上述步骤104中判定为加速开度大于上述开度基准值时、即当能够判断为驾驶员发出了高输出请求时，关闭WGV36(步骤106)。由此，由于100％的废气通过涡轮20b，所以能够良好地提高增压压力。
另一方面，当在上述步骤104中判定为加速开度为上述开度基准值以下时、即当能够判断为是未发出高输出请求、为了提高油耗效率而基本上进行将WGV36打开的控制的状况时，接着，判定车速是否低于规定的速度基准值(步骤108)。本步骤108中的速度基准值是作为车速的阈值而预先设定的值，该车速的阈值用于判断是否是催化剂38的温度变低的上述低温运转条件成立的低车速运转时。
当在上述步骤108中判定为车速在上述速度基准值以上时，为了使油耗效率优先，打开WGV36(步骤102)。另一方面，当在上述步骤108中判定为车速低于上述速度基准值时、即在能够判断为是上述低温运转条件成立的低车速运转时的情况下，接着判定涡轮20b的温度是否高于规定的温度基准值(步骤110)。本步骤110中的温度基准值是作为涡轮20b的温度的阈值而预先设定的值，该涡轮20b的温度的阈值用于判断上述高涡轮温度条件是否成立。
当在上述步骤110中判定为涡轮20b的温度高于上述温度基准值时、即当能够判断为上述高涡轮温度条件成立时，关闭WGV36(步骤106)。另一方面，当判定为涡轮20b的温度在上述温度基准值以下时、即在能够判断为上述高涡轮温度条件不成立的情况下，打开WGV36(步骤102)。
根据以上说明的图3所示的程序，在加速开度为上述开度基准值以下的情况下为了提高油耗效率而进行上述常开控制的系统中，当车速低于上述速度基准值(上述低温运转条件成立)、且涡轮20b的温度高于上述温度基准值(上述高涡轮温度条件成立)时，关闭WGV36。由此，由于废气在通过高温的涡轮20b时升温，所以能够提高流入到催化剂38的废气的温度。因此，能够在上述低温运转条件成立的低车速运转时抑制催化剂38的温度降低。
另外，根据上述程序，在车速低于上述速度基准值(上述低温运转条件成立)、且涡轮20b的温度成为上述温度基准值以下(上述高涡轮温度条件不成立)时，通过打开WGV36，能够使废气不被温度相对低的涡轮20b夺走热。因此，该情况下也能够抑制催化剂38的温度降低。
如上所述，根据本实施方式的控制，在催化剂38的温度变低的低温运转条件成立的低车速运转时，可以根据涡轮20b的温度状态，向催化剂38供给温度更高的废气。因此，能够尽量高地保持催化剂38的温度，可以维持废气的净化能力。
其中，在上述的实施方式1中，排气净化催化剂38相当于上述第1发明中的“排气净化装置”。另外，通过ECU50执行上述步骤108的处理，实现了上述第1发明中的“低温运转条件判定单元”，通过执行上述步骤110的处理，实现了上述第1发明中的“高涡轮温度条件判定单元”，通过执行上述步骤102、106、108以及110这一系列处理，实现了上述第1发明中的“WGV开度控制单元”。
实施方式2
接下来，参照图4对本发明的实施方式2进行说明。
本实施方式的系统能够通过使用图1所示的硬件构成，使ECU50取代图3所示的程序而执行后述的图4所示的程序来实现。
在上述的实施方式1中，基于车速是否低于上述速度基准值，判定了催化剂38(排气净化装置)的温度变低的低温运转条件是否成立。与此相对，本实施方式的系统基于催化剂38的温度是否为规定的活性温度以下，来判定上述低温运转条件是否成立。另外，基于涡轮20b的温度是否高于从缸内排出的废气(涡轮20b的上游侧部位的废气)的温度，来判定上述高涡轮温度条件是否成立。
图4是表示在本发明的实施方式2中由ECU50执行的控制程序的流程图。其中，在图4中，对与实施方式1中的图3所示的步骤相同的步骤标注相同的附图标记，而省略或者简略其说明。
在图4所示的程序中，当在步骤104中判定为加速开度为上述开度基准值以下时，接着判定催化剂38的温度是否高于规定的活性温度(步骤200)。其中，催化剂38的温度可以基于例如内燃机10的运转履历来推断，也可以另外具备温度传感器来取得。
当在上述步骤200中判定为催化剂38的温度高于上述活性温度时，为了使油耗效率优先而打开WGV36(步骤102)。另一方面，当判定为催化剂38的温度在上述活性温度以下时，判定涡轮20b的温度是否高于由排气温度传感器40检测到的废气的温度(发动机排出气体温度)(步骤202)。
当在上述步骤202中判定为涡轮20b的温度高于发动机排出气体温度时，关闭WGV36(步骤106)。另一方面，当判定为涡轮20b的温度在发动机排出气体温度以下时，打开WGV36(步骤102)。
根据以上说明的图4所示的程序，在加速开度为上述开度基准值以下的情况下为了提高油耗效率而进行上述常开控制的系统中，当催化剂38的温度为上述活性温度以下(上述低温运转条件成立)、且涡轮20b的温度高于发动机排出气体温度(上述高涡轮温度条件成立)时，关闭WGV36。结果，能够将利用来自涡轮20b的受热提高了温度的废气向催化剂38供给。由此，能够抑制触媒38的温度降低。
另外，根据上述程序，当催化剂38的温度在上述活性温度以下(上述低温运转条件成立)、且涡轮20b的温度变为发动机排出气体温度以下(上述高涡轮温度条件不成立)时，打开WGV36。由此，能够不使废气被温度相对低的涡轮20b夺走热。因此，该情况下也能够抑制催化剂38的温度降低。
如上所述，根据本实施方式的控制，在催化剂38的温度低于上述活性温度的低温运转条件下，能够根据涡轮20b的温度状态，向催化剂38供给温度更高的废气。因此，催化剂38的温度能够更容易地保持活性温度，可维持废气的净化能力。
在上述的实施方式1以及2中，以在上述低温运转条件成立的情况下根据上述高涡轮温度条件是否成立，来控制WGV36的开闭为例进行了说明。但本发明不限于根据上述2个条件的成立状况来控制废气旁通阀的开闭。即，只要根据上述2个条件的成立状况，来控制废气旁通阀的开度即可。因此，例如也可以在上述2个条件均成立的情况下，将废气旁通阀的开度控制成比与本条件成立时的内燃机的运转状态对应的开度小的开度。根据这样的控制，由于通过涡轮的气体的比例增加，所以与废气旁通阀为全闭的情况相比效果降低，但能够提高流入到排气净化装置的废气的温度。因此，在低温运转条件下，能够抑制排气净化装置的温度降低。
另外，在上述的实施方式1以及2中，基于车速是否低于规定的速度基准值、或者催化剂38的温度是否在规定的活性温度以下，来判断催化剂38的温度变低的低温运转条件是否成立。但本发明中的低温运转条件的判定方法不限于这些方法。即，低温运转条件的判定也可以基于是否有例如车辆从高速行驶向低速行驶的行驶状态的变化(车速的变化)来进行。
另外，在上述的实施方式1以及2中，作为本发明中的排气净化装置，列举排气净化催化剂38为例进行了说明。但作为本发明的对象的排气净化装置不限于排气净化催化剂，例如也可以是对废气中所含的粒子状物质进行捕集并能够将其除去的颗粒过滤器。
附图标记说明：10...内燃机；12...进气通路；14...排气通路；18...空气流量计；20...涡轮增压器；20a...压缩机；20b...涡轮；22...涡轮温度传感器；26...节气阀；28...进气压力传感器；30...燃料喷射阀；32...火花塞；34...排气旁路通路；36...废气旁通阀(WGV)；38...排气净化催化剂；40...排气温度传感器；42...曲柄角传感器；50...ECU(ElectronicControl Unit)；52...加速开度传感器；54...车速传感器。

Claims (5)

1.一种带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，其在排气通路中具备通过排气能来进行动作的涡轮；
排气旁路通路，其在比所述涡轮靠上游侧的部位从所述排气通路分岔，在比所述涡轮靠下游侧的部位与所述排气通路汇合；
废气旁通阀，其能够对所述排气旁路通路的开闭进行切换；
排气净化装置，其配置于比所述下游侧的部位更靠下游侧的所述排气通路；
低温运转条件判定单元，其判定是否是所述排气净化装置的温度变低的低温运转条件；
高涡轮温度条件判定单元，其判定通过了所述涡轮的情况与通过了所述排气旁路通路的情况相比所述下游侧的部位处的废气的温度变高的高涡轮温度条件是否成立；以及
WGV开度控制单元，其在所述低温运转条件成立的情况下，根据所述高涡轮温度条件是否成立来控制所述废气旁通阀的开度。
2.根据权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述低温运转条件以及所述高涡轮温度条件成立的情况下，所述WGV开度控制单元关闭所述废气旁通阀，在所述低温运转条件成立并且所述高涡轮温度条件不成立的情况下，所述WGV开度控制单元打开所述废气旁通阀。
3.根据权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述WGV开度控制单元进行在通常时打开所述废气旁通阀、在对所述内燃机发出了高输出请求的情况下关闭所述废气旁通阀的常开控制来作为基本控制，在所述低温运转条件以及所述高涡轮温度条件成立的情况下关闭所述废气旁通阀。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述低温运转条件判定单元是在搭载有所述内燃机的车辆的速度低于规定的速度基准值的情况下，判定为所述低温运转条件成立的单元。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述排气净化装置是排气净化催化剂，
所述低温运转条件判定单元是在所述排气净化催化剂的温度为规定的活性温度以下的情况下，判定为所述低温运转条件成立的单元。
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