專利名稱：帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能使用帶電動機的增壓器控制增壓壓力的內(nèi)燃機的控制裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，使用增壓器對發(fā)動機(內(nèi)燃機)的吸入空氣增壓，以得到高的輸出(或?qū)崿F(xiàn)低的燃料消耗)。而且，利用由增壓產(chǎn)生的輸出增強效果，可以不增加最高輸出而進行低排氣量化、發(fā)動機的小型化。將電動機裝配到這種增壓器上、控制增壓壓力的技術(shù)是公知的(日本專利特開2003-239754號公報等)。

發(fā)明內(nèi)容
帶電動機的增壓器能任意控制增壓壓力，因而控制性好。而且，在增壓器為渦輪增壓器的情況下，可以消除渦輪遲滯現(xiàn)象。在渦輪增壓器中，由于渦輪機/壓縮機葉輪的慣性質(zhì)量，存在這樣的問題，即，在渦輪旋轉(zhuǎn)開始前產(chǎn)生延遲，增壓的上升變遲鈍。這時，可以通過由電動機輔助增壓來消除渦輪遲滯現(xiàn)象。
這里，變速器的檔位越處于低速段，全開加速時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升越急劇。當考慮這種情形時，擔心由增壓器引起的增壓上升在檔位處于低速段側(cè)時比處于高速段側(cè)時容易出現(xiàn)過渡性不足，希望對此進行進一步改善。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種不管檔位，在整個運轉(zhuǎn)區(qū)域中都能實現(xiàn)良好的增壓性能的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置。
本發(fā)明的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具有搭載在車輛上的內(nèi)燃機；進行內(nèi)燃機增壓的帶電動機的增壓器；控制由電動機實行的增壓的控制機構(gòu)；和使內(nèi)燃機的輸出變速的變速器，在變速器的檔位低的情況下(或者越低)，與高的情況相比，控制機構(gòu)使電動機產(chǎn)生的增壓輔助量增加。
另外，增壓輔助量的增加有各種方法。如果例舉幾個的話，則有使目標增壓壓力增加的方法、使供給電動機的電力量(電壓值及/或電流量)增加的方法等。而且，這時，考慮對每個檔位準備映射的方法、求出與檔位段對應(yīng)的校正系數(shù)，利用該校正系數(shù)，越是低速段越增加增壓輔助量的方法等。


圖1為表示發(fā)動機的構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖，該發(fā)動機具有本發(fā)明的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置的一實施方式。
圖2為增壓壓力控制的流程圖。
圖3為確定由電動機產(chǎn)生的增壓壓力增加量用的映射。
圖4為確定給予電動機的控制器的指示值用的映射。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置的一實施方式進行說明。在圖1中示出具有本實施方式的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置的發(fā)動機1。
本實施方式中說明的發(fā)動機1為搭載在車輛上的多缸內(nèi)燃機，這里，在圖1中以剖視圖僅示出其中的一個氣缸。發(fā)動機1為通過噴射器2向氣缸3內(nèi)的活塞4的上表面噴射燃料的所謂的缸內(nèi)噴射型發(fā)動機。該發(fā)動機1不僅可以均質(zhì)燃燒，而且可以分層燃燒。另外，該發(fā)動機1也可以稀薄燃燒(稀燃發(fā)動機)，通過由后述的渦輪增壓器11對更多的吸入空氣增壓、以進行稀燃，不僅能實現(xiàn)高輸出化，而且能實現(xiàn)低燃料消耗化。
發(fā)動機1通過活塞4壓縮經(jīng)進氣通路5吸入氣缸3內(nèi)的空氣，將燃料噴射到形成在活塞4上表面的凹部的內(nèi)部，使?jié)饣旌蠚饧械近c火塞7附近，在那里由點火塞7點火燃燒。氣缸3內(nèi)的壓力由于這時的燃燒而上升，使活塞4往復運動，該往復運動通過連桿轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動并被輸出。輸出的驅(qū)動力由變速器(變速機)27減速或增速(變速)，使驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)。
氣缸3的內(nèi)部和進氣通路5之間由進氣門8開閉。燃燒后的排氣被排到排氣通路6。氣缸3的內(nèi)部和排氣通路6之間由排氣門9開閉。在進氣通路5上，從上游側(cè)開始配置空氣濾清器10、渦輪增壓單元(增壓器)11、中間冷卻器12、節(jié)氣門13等?？諝鉃V清器10為除去吸入空氣中的廢物、塵土等的過濾器。渦輪增壓單元11設(shè)置在進氣通路5和排氣通路6之間，進行增壓。在本實施方式的渦輪增壓單元11中，渦輪機側(cè)葉輪和壓縮機側(cè)葉輪由旋轉(zhuǎn)軸連接(下面，將該部分僅地稱作渦輪機/壓縮機11a)。
而且，本實施方式的渦輪增壓器為裝有電動機11b的帶電動機的渦輪增壓器，其中渦輪機/壓縮機11a的旋轉(zhuǎn)軸為輸出軸。電動機11b為交流電動機，也能用作發(fā)電機。渦輪增壓單元11能用作僅由排氣能量進行增壓的普通增壓器，但是也能通過電動機11b強制地驅(qū)動渦輪機/壓縮機11a來進行進一步的增壓。
另外，通過利用排氣能量、經(jīng)渦輪機/壓縮機11a使電動機11b旋轉(zhuǎn)，可以發(fā)電，并回收所產(chǎn)生的電力。盡管圖中未示出，電動機11b具有固定到渦輪機/壓縮機11a的旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子、及配置在其周圍的定子作為主要構(gòu)成部分。在進氣通路5上的渦輪增壓單元11的下游側(cè)設(shè)置空冷式中間冷卻器12，用于使伴隨由渦輪增壓單元11的增壓引起的壓力上升而溫度上升的吸入空氣的溫度下降。中間冷卻器12使吸入空氣的溫度下降，從而使填充效率提高。
在中間冷卻器12的下游側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)吸入空氣量的節(jié)氣門13。本實施方式的節(jié)氣門13為所謂的電子控制式節(jié)氣門，其中，由加速器位置傳感器15檢測出加速踏板14的操作量，ECU16(控制機構(gòu))根據(jù)該檢測結(jié)果和其它信息量確定節(jié)氣門13的開度。節(jié)氣門13由附帶設(shè)置在其上的節(jié)氣門馬達17開閉。而且，還可以在節(jié)氣門13上附帶地設(shè)置用于檢測其開度的節(jié)氣門位置傳感器18。
在節(jié)氣門13的下游側(cè)設(shè)置用于檢測進氣通路5內(nèi)的壓力(進氣壓力)的壓力傳感器19。將這些傳感器15、18、19連接到ECU16上，其檢測結(jié)果被送給ECU16。ECU16為由CPU、ROM、RAM等構(gòu)成的電子控制單元。上述噴射器2、點火塞7、電動機11b等連接到ECU16，它們由來自ECU16的信號控制。除此之外，檢測凸輪位置的凸輪位置傳感器20、與電動機11b相連的控制器(控制機構(gòu))21·蓄電池22等也連接到ECU16。控制器21不僅控制電動機11b的驅(qū)動，而且具有作為變換器進行電動機11b發(fā)電的電力的電壓變換的功能。由發(fā)電產(chǎn)生的電力通過控制器21進行電壓變換后充到蓄電池22中。
另一方面，在排氣通路6上，在渦輪增壓單元11的下游側(cè)安裝凈化排氣的排氣凈化催化劑23。而且，從排氣通路6(渦輪增壓單元11的上游部)到進氣通路5(設(shè)置壓力傳感器19的穩(wěn)壓罐部)設(shè)置使排氣回流用的EGR(排氣再循環(huán))通路24。在EGR通路24上安裝用于調(diào)節(jié)排氣回流量的EGR閥25。EGR閥25的開度控制也由上述ECU16進行。
而且，在發(fā)動機1的曲軸附近安裝用于檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器26。另外，變速器27內(nèi)部的控制閥28接受來自ECU16的信號而驅(qū)動，由此進行變速動作。即，變速器27的檔位由ECU16掌握。另外，雖然圖中示出的變速器27為自動變速器(前進5速·后退1速)，但是也可以是手動變速器。在手動變速器的情況下，設(shè)置用于檢測其檔位的傳感器。
對使用上述電動機11b的增壓壓力控制的基本部分進行說明。圖2示出該控制的流程圖。圖2所示的流程圖的控制每隔規(guī)定的時間(例如，每32ms)重復進行。
首先，由轉(zhuǎn)速傳感器26檢測出發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并且根據(jù)吸入空氣量(由壓力傳感器19推測)、節(jié)氣門開度(由節(jié)氣門位置傳感器18檢測)推測發(fā)動機負荷(步驟200)。接著，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷算出基本目標增壓壓力B(步驟205)。所謂基本目標增壓壓力B就是預(yù)想在正常運轉(zhuǎn)時的規(guī)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速·規(guī)定發(fā)動機負荷時產(chǎn)生的增壓壓力，預(yù)先通過實驗等取得并作為映射存儲在ECU16的ROM內(nèi)。
接著，根據(jù)由轉(zhuǎn)速傳感器26檢測的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和由加速器位置傳感器15檢測的加速器開度，確定由電動機11b增加的增壓壓力P(步驟210)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速、加速器開度和增加的增壓壓力P之間的關(guān)系預(yù)先通過實驗等確定，并作為映射存儲在ECU16內(nèi)的ROM中。在圖3中示出該映射。如圖3所示，這里，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為規(guī)定轉(zhuǎn)速以下、并且加速器開度為規(guī)定開度以上的區(qū)域設(shè)定為特定運轉(zhuǎn)區(qū)域，只有發(fā)動機1處于在該特定運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)時，上述增加的增壓壓力P才設(shè)定為正的值，才進行由電動機11b產(chǎn)生的輔助增壓。在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)，越低的轉(zhuǎn)速、越大的加速器開度，增加的增壓壓力P越大。
在發(fā)動機1的狀態(tài)為特定運轉(zhuǎn)區(qū)域外的狀態(tài)的情況下，上述增加的增壓壓力P不是為零，而是將其設(shè)定為負值，由此來實質(zhì)上禁止由電動機11b進行的輔助增壓。隨后對增加的增壓壓力P設(shè)定為負值的意思進行說明。在步驟210之后，檢測變速器27的檔位，對應(yīng)該檔位確定校正系數(shù)K。這里，根據(jù)下面的表1確定校正系數(shù)K(步驟212)。
表1

校正系數(shù)K確定后，根據(jù)目標增壓壓力T＝校正系數(shù)K×(基本目標增壓壓力B+增加的增壓壓力P)算出目標增壓壓力T(步驟215)。從表1中可以清楚地看到，由于校正系數(shù)K，目標增壓壓力T在檔位處于低速段側(cè)的情況下(或，越位于低速段側(cè))比處于高速段側(cè)的情況下高。
另外，目標增壓壓力T是為了電動機11b的增壓壓力控制而設(shè)定的控制上的目標值，也有和實際想要的增壓壓力不一致的情況。例如，從圖3的映射中可以看出，在低轉(zhuǎn)速、加速器開度大時，增加量P設(shè)定得大，目標增壓壓力T設(shè)定得大?？墒牵@時的目標增壓壓力T也有實際上不能達到的增壓壓力的情況。通過如此設(shè)定目標增壓壓力T，能可靠地繼續(xù)進行電動機11b的增壓壓力的全輔助(full assist)。特別是，在增加量P設(shè)定為正的情況下，即，在考慮應(yīng)該主動地進行電動機11b的增壓時，通過增加量P，將該目標增壓壓力T設(shè)定得比實際想要的增壓壓力稍大，從而能可靠地進行電動機11b的增壓。
算出目標增壓壓力T后，將進氣管內(nèi)壓力作為實際增壓壓力C并由壓力傳感器19進行檢測(步驟220)，算出上述目標增壓壓力T和檢測出的實際增壓壓力C的差ΔP(步驟225)。接著，判斷算出的差ΔP是否比0大(步驟230)，如果差ΔP為0以下，則將表示有無電動機11b的增壓的輔助標志Fassist設(shè)定為0，并且不進行由電動機11b實行的增壓輔助，暫時脫離圖2的流程圖。這里，即使上述增加的增壓量P為正值，如果差ΔP為0以下，則也不進行電動機11b的增壓。另一方面，在步驟230為肯定的情況下，即，差ΔP比0大的情況下，根據(jù)差ΔP確定進行電動機11b的增壓輔助用的指示值，并將該指示值對控制器21輸出(步驟235)。
在圖4中示出差ΔP和給予控制器21的指令值之間的關(guān)系。如圖4的實線所示，由電壓值進行向控制器21的指令值的輸出。差ΔP越大，則越大的電壓值被送出到控制器21。該電壓值的范圍在這里為0～4.3V。當4.3V的電壓被送出到控制器21時，控制器21使電動機11b全驅(qū)動，以進行全輔助增壓。向控制器21送出指示值后，將輔助標志Fassist設(shè)定為1(步驟240)，根據(jù)控制器21接收的指示值控制電動機11b(步驟245)。
如上所述，變速器27的檔位越處于低速段側(cè)，目標增壓壓力T越大。因此，在變速器27的檔位處于低速段側(cè)的情況下(或越處于低速段側(cè))，(在同一條件下與高速段側(cè)的情況相比)差ΔP變大。結(jié)果，供給電動機11b的電壓變高，使電動機11b產(chǎn)生的增壓輔助量增加。在變速器27處于低速段側(cè)的情況下(或，越處于低速段側(cè))為了增強電動機的增壓輔助效果，使渦輪機/壓縮機11a的開始急劇旋轉(zhuǎn)。盡管在變速器27處于低速段側(cè)的情況下，加速時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升急劇，但是，由于如上所述渦輪機/壓縮機11a的旋轉(zhuǎn)也急劇開始，所以能防止過渡性的輸出降低。
如上所述，在變速器27的檔位處于低速段側(cè)(車速低)的情況下，如果進行超車加速(全開加速)等，則發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到最高轉(zhuǎn)速(調(diào)高檔時的轉(zhuǎn)速)前的時間較短(與高速段側(cè)比短)。如果不進行本實施方式的與檔位對應(yīng)的校正，則對于渦輪轉(zhuǎn)速的上升，由于渦輪機/壓縮機11a的慣性力矩的影響，其相對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的響應(yīng)延遲會變大。
另外，作為響應(yīng)延遲變大的主要原因，例如還有伴隨來自排氣歧管等渦輪機上游側(cè)的排氣系統(tǒng)的放熱的排氣溫度降低。使渦輪增壓單元11的渦輪旋轉(zhuǎn)的排氣能量也受排氣溫度的影響，所以，如果排氣溫度降低，則使渦輪旋轉(zhuǎn)的能量也減少。而且，由于該響應(yīng)延遲，存在不能使發(fā)動機的大幅度小型化，不能改善實際燃料消耗的缺點。
在本實施方式中，通過進行與檔位對應(yīng)的校正，可以消除上述響應(yīng)延遲，抑制低速區(qū)域的車輛加速性能的過渡性降低。而且，由大幅度的小型化引起的實際燃料消耗的改善也是可能的。另外，對于高速行進(檔位處于高速段側(cè))下的加速的情況，行進阻力大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升速度也變小，結(jié)果，排氣系統(tǒng)本身的溫度上升也高(接近穩(wěn)定全負荷)。因此，越處于高速區(qū)域(檔位越處于高速段側(cè))，渦輪轉(zhuǎn)速的響應(yīng)延遲越小。
而且，也可以對上述校正系數(shù)K設(shè)置限制。例如，在車輛并用牽引力控制的情況下，在檢測車輪的滑移時，可以施加使校正系數(shù)的大小變小的限制。對于車輪滑移的情況，減小發(fā)動機的輸出，以抑制車輪的滑移。因此，在檢測出車輛滑移的情況下，通過校正系數(shù)K抑制目標增壓壓力T(增壓輔助量)的增加。這時，可以禁止校正系數(shù)K的利用，也可以使校正系數(shù)K的值成為在步驟212中確定的值的80％?；蛘撸部梢允褂眯Ｕ禂?shù)K以外的校正系數(shù)。
而且，這里，在處于上述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域外時，將增加的增壓量P設(shè)定為負值。通過這樣，較小地算出被計算的目標增壓壓力T，結(jié)果，較小地算出差ΔP。由于是否進行電動機11b的增壓壓力控制是基于差ΔP的大小判斷的，所以，對于較小地算出差ΔP的情況，難以進行電動機11b的增壓壓力控制。差ΔP為較小算出的目標增壓壓力T和實際增壓壓力C的差，所以，在判斷是否進行電動機11b的增壓壓力控制上，作為結(jié)果，可以相對實際增壓壓力C確保一定程度的變動幅度。
這樣一來，在僅由外部干擾等引起實際增壓壓力C變動、不想開始由電動機11b實行的輔助的情況下，使電動機11b的增壓變得難以進行，從而能穩(wěn)定地進行增壓壓力控制。例如，在由于外部干擾等、實際增壓壓力C反復地進行微小增減變動的情況下，如果頻繁地重復由電動機11b實行的增壓的開始停止，則增壓壓力控制反而混亂。即，進行了由電動機11b實行的不必要的增壓壓力控制。因此，在考慮不必要進行電動機11b的增壓時(在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域以外時)，通過使電動機11b的增壓難以開始來實現(xiàn)增壓壓力控制的穩(wěn)定化。另外，上述實施方式為“使上述電動機的增壓輔助量在變速器的檔位低的情況下比高的情況下增加”的實施方式，而且，為“與高的情況相比，變速器的檔位越低，上述電動機的增壓輔助量越增加”的實施方式。
另外，本發(fā)明不限于上述實施方式。在上述實施方式中，雖然將本發(fā)明的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置適用于直噴汽油機，但是，本發(fā)明也可以適用于非直噴的汽油機或柴油機等。而且，雖然在上述實施方式中，增壓器為渦輪增壓器，但是也可以不是渦輪增壓器，例如可以是除去帶電動機的渦輪增壓器的排氣側(cè)那樣的、電動式的壓縮機等。另外，在上述實施方式中，雖然根據(jù)目標增壓壓力T＝校正系數(shù)K×(基本目標增壓壓力B+增加的增壓壓力P)算出目標增壓壓力T，但是，也可以根據(jù)目標增壓壓力T＝基本目標增壓壓力B+(增加的增壓壓力P×校正系數(shù)K)算出目標增壓壓力T。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明記載的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，由于使增壓輔助量在變速器處于低速段的情況下(或越處于低速段)比高的情況下增加，所以能抑制低速區(qū)域內(nèi)的車輛加速性能的過渡性降低，從而能在整個檔位(即，整個車速區(qū)域)中得到良好的增壓效果。
權(quán)利要求
1.一種帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具有搭載在車輛上的內(nèi)燃機；進行所述內(nèi)燃機的增壓的帶電動機的增壓器；控制由所述電動機實行的增壓的控制機構(gòu)；和使所述內(nèi)燃機的輸出變速的變速器，在所述變速器的檔位低的情況下，與高的情況相比，所述控制機構(gòu)使所述電動機產(chǎn)生的增壓輔助量增加。
2.一種帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具有搭載在車輛上的內(nèi)燃機；進行所述內(nèi)燃機的增壓的帶電動機的增壓器；控制由所述電動機實行的增壓的控制機構(gòu)；和使所述內(nèi)燃機的輸出變速的變速器，所述變速器的檔位越低，與高的情況相比，所述控制機構(gòu)越使所述電動機產(chǎn)生的增壓輔助量增加。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，所述增壓器具有共用旋轉(zhuǎn)軸的渦輪機葉輪及壓縮機葉輪，所述電動機將所述旋轉(zhuǎn)軸作為輸出軸而配置，能夠通過所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)進行發(fā)電。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，所述控制機構(gòu)根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷設(shè)定基本目標增壓壓力，并通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速器開度設(shè)定由所述電動機增加的增壓壓力，使基本目標增壓壓力和增加的增壓壓力相加來設(shè)定目標增壓壓力，利用對應(yīng)所述變速器的檔位設(shè)定的校正系數(shù)控制所述電動機產(chǎn)生的增壓輔助量。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，所述控制機構(gòu)根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷設(shè)定基本目標增壓壓力，并通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速器開度設(shè)定由所述電動機增加的增壓壓力，利用對應(yīng)所述變速器的檔位設(shè)定的校正系數(shù)校正所述增加的增壓壓力，以在所述變速器的檔位低的情況下，與高的情況相比，使所述電動機產(chǎn)生的增壓輔助量增加，使基本目標增壓壓力和校正后的增加的增壓壓力相加來設(shè)定目標增壓壓力。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種不管檔位，在整個運轉(zhuǎn)區(qū)域中都能實現(xiàn)良好的增壓性能的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置。本發(fā)明的帶電動增壓器的內(nèi)燃機的控制裝置具有搭載在車輛上的內(nèi)燃機(1)；進行內(nèi)燃機(1)的增壓的帶電動機(11b)的增壓器(11)；控制由電動機(11b)實行的增壓的控制機構(gòu)(16、21)；和使內(nèi)燃機(1)的輸出變速的變速器(27)，其特征在于，在變速器(27)的檔位低的情況下，與高的情況相比，控制機構(gòu)(16、21)使電動機(11b)產(chǎn)生的增壓輔助量增加。根據(jù)本發(fā)明，由于變速器(27)越處于低速段，越使增壓輔助量增加，所以能抑制低速區(qū)域內(nèi)的車輛加速性能的過渡性降低，從而能在整個檔位(整個車速區(qū)域)中得到良好的增壓效果。
文檔編號F02D29/00GK1930386SQ200580007449
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者奧山晃英 申請人:豐田自動車株式會社