專利名稱：柴油機(jī)的控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變幾何形狀渦輪增壓器的柴油機(jī)控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在柴油機(jī)中盡可能地增大空氣進(jìn)氣量以便增大單位位移的輸出是非常重要的。因此，許多柴油機(jī)使用可變幾何形狀渦輪增壓器(可變噴嘴渦輪增壓器)來執(zhí)行空氣進(jìn)氣量的詳細(xì)控制。
可變幾何形狀渦輪增壓器在廢氣渦輪入口處具有可變噴嘴，并且通過致動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)可變噴嘴從而改變噴嘴的開度。如果沒有適當(dāng)?shù)乜刂浦聞?dòng)器，增壓壓力會(huì)過渡地增加并且渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速(廢氣渦輪和壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速)會(huì)超速。因此，會(huì)導(dǎo)致渦輪增壓器上產(chǎn)生不利影響。
作為對(duì)上述問題的一種解決方案，在JP-A-H10-503569(專利文件1)和JP-A-H05-280365(專利文件2)中描述了用于在增壓壓力異常增大時(shí)減小渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的故障保護(hù)方法。在專利文件1和2中描述的故障保護(hù)方法在增壓壓力異常增大時(shí)可以減少噴射量從而限制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。于是供給廢氣渦輪的廢氣量減小了并且渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速減小。
然而，即使上述故障保護(hù)方法通過減少噴射量來限制輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高的狀態(tài)(例如齒輪嚙合的慣性狀態(tài))仍會(huì)持續(xù)。因此，在噴射量減小之后仍需要花費(fèi)時(shí)間使增壓壓力實(shí)際減小。因此，有可能不能對(duì)渦輪增壓器實(shí)現(xiàn)足夠的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供柴油機(jī)的控制設(shè)備，該設(shè)備用于在檢測(cè)到增壓壓力異常增大時(shí)通過迅速地減少作用在廢氣渦輪上的排氣能量來防止渦輪增壓器轉(zhuǎn)速超速?gòu)亩Ｗo(hù)渦輪增壓器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，柴油機(jī)包括用于使用排氣能量對(duì)吸入空氣加壓的可變幾何形狀渦輪增壓器、用于使部分廢氣再循環(huán)進(jìn)入空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)通道和用于調(diào)節(jié)流經(jīng)廢氣再循環(huán)通道的廢氣量的廢氣再循環(huán)閥。柴油機(jī)的控制設(shè)備包括保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置用于在渦輪增壓器產(chǎn)生的實(shí)際增壓壓力超過預(yù)定容許上限增壓壓力時(shí)執(zhí)行用于保護(hù)渦輪增壓器的渦輪增壓器保護(hù)控制。保護(hù)裝置在渦輪增壓器保護(hù)控制中執(zhí)行使廢氣再循環(huán)閥的開度增大的控制。
在上述結(jié)構(gòu)中，如果實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力，那么廢氣再循環(huán)閥的開度就會(huì)增大或達(dá)到完全打開的程度。于是經(jīng)由廢氣再循環(huán)通道再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣量增加。因此，減少了流向渦輪增壓器廢氣渦輪的廢氣量并且抑制了壓縮機(jī)的增壓操作。于是消除了增壓壓力的過量狀態(tài)。特別地，如果廢氣再循環(huán)閥完全打開，那么流向廢氣渦輪側(cè)的廢氣量就可以迅速地減小。于是可以迅速地消除增壓壓力的過量狀態(tài)。因此，可以防止渦輪增壓器轉(zhuǎn)速超速并且可以保護(hù)渦輪增壓器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在渦輪增壓器保護(hù)控制中，保護(hù)裝置減少或消除了噴入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的燃料噴射量。
當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力時(shí)，如果執(zhí)行用于增大廢氣再循環(huán)閥開度的控制，那么再循環(huán)進(jìn)入空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣量就會(huì)增加。因此，汽缸內(nèi)的氧氣濃度減小。因此，如果在控制廢氣再循環(huán)閥的開度之后，仍然提供在控制閥開度之前所提供的噴射量，那么就有可能使噴射量變得過量以及使排煙(碳)增加。與此相反，本發(fā)明的保護(hù)裝置在執(zhí)行用于增大廢氣再循環(huán)閥開度的控制得同時(shí)減少或消除噴射量。因此，可以防止噴射量的過量并且抑制排煙的增加。


通過研究均形成本申請(qǐng)一部分的下列詳細(xì)說明、所附權(quán)利要求書和附圖，可以很容易理解實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)以及相關(guān)零件的操作方法和功能。在附圖中圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柴油機(jī)的空氣系統(tǒng)；圖2的框圖顯示了根據(jù)實(shí)施例的對(duì)渦輪增壓器的保護(hù)控制；并且圖3的時(shí)間圖顯示了根據(jù)實(shí)施例的控制操作。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柴油機(jī)的空氣系統(tǒng)。
在圖1中所示的柴油機(jī)包括安裝在各個(gè)汽缸1的汽缸蓋上的噴射器2。從共軌供應(yīng)的高壓燃料經(jīng)由噴射器2供應(yīng)到汽缸1內(nèi)部的燃燒室1a中。電子控制單元(ECU)3基于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和載荷(加速器位置)等來控制噴射器2的噴射定時(shí)和噴射量。
圖1中所示的柴油機(jī)具有用于使部分廢氣再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣通道4的EGR設(shè)備(廢氣再循環(huán)設(shè)備)和可變幾何形狀的渦輪增壓器(可變噴嘴渦輪增壓器)。用于調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣量的柴油機(jī)節(jié)流閥5置于進(jìn)氣通道4中。
EGR設(shè)備包括用于連接排氣通道6和進(jìn)氣通道4的EGR通道7以及置于EGR通道7中的EGR閥8。EGR設(shè)備改變EGR閥8的開度以改變流經(jīng)EGR通道7的廢氣量(EGR氣體量)。水冷式冷卻設(shè)備9置于EGR通道7中用于通過執(zhí)行與冷卻水的熱交換來冷卻EGR氣體(流經(jīng)EGR通道7的廢氣)。
渦輪增壓器包括置于排氣通道6中位于EGR通道7的連接端下游的廢氣渦輪10和置于進(jìn)氣通道4中位于EGR通道7另一個(gè)連接端上游的壓縮機(jī)11。如果廢氣渦輪10由于從汽缸1中排出的廢氣的能量而旋轉(zhuǎn)，那么與廢氣渦輪10同軸連接的壓縮機(jī)11就發(fā)生旋轉(zhuǎn)并且壓縮吸入空氣。
渦輪增壓器具有置于廢氣渦輪10入口側(cè)上的可變噴嘴。渦輪增壓器通過用于調(diào)節(jié)噴嘴開度的致動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)可變噴嘴。由此渦輪增壓器可以改變?cè)鰤禾匦浴?br> ECU3控制依照柴油機(jī)的操作狀態(tài)例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噴射量來控制EGR氣體量和增壓壓力。
ECU3執(zhí)行EGR控制，從而基于柴油機(jī)的操作狀態(tài)來設(shè)置EGR控制量(例如，空氣進(jìn)氣量、吸入空氣的氧濃度、廢氣的氧濃度)的目標(biāo)值，并且依照實(shí)際EGR控制量與目標(biāo)值的偏差來反饋控制EGR閥8的開度。
ECU3執(zhí)行增壓壓力控制，從而基于柴油機(jī)的操作狀態(tài)來設(shè)置目標(biāo)增壓壓力，并且依照實(shí)際增壓壓力與目標(biāo)增壓壓力的偏差使用驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器來反饋控制可變噴嘴的開度。
在實(shí)際增壓壓力超過預(yù)定的容許上限增壓壓力的情形下，就執(zhí)行如圖2所示的渦輪增壓器保護(hù)控制來保護(hù)渦輪增壓器。實(shí)際的增壓壓力通過安裝到進(jìn)氣通道4中的增壓壓力傳感器12來檢測(cè)并且輸出到ECU3。
接下來，將基于在圖2中所示的框圖來說明由實(shí)施例的ECU3執(zhí)行的渦輪增壓器保護(hù)控制。
在由ECU3執(zhí)行的渦輪增壓器保護(hù)控制中，設(shè)置了兩個(gè)階段的容許上限增壓壓力。更具體地，當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過第一容許上限增壓壓力時(shí)就執(zhí)行渦輪增壓器保護(hù)控制，當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過第二容許上限增壓壓力時(shí)也執(zhí)行渦輪增壓器保護(hù)控制。第一和第二容許上限增壓壓力SP1、SP2分別由圖2中所示的第一和第二設(shè)置裝置101、102基于三維圖依照柴油機(jī)的操作狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和噴射量Q)來設(shè)置，其中該三維圖中的參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、噴射量Q和容許上限增壓壓力SP1、SP2。
第一比較裝置103將實(shí)際增壓壓力SP與第一容許上限增壓壓力SP1進(jìn)行比較。在比較中，設(shè)置滯后α1(例如5kPa)來防止控制振蕩。如果確定實(shí)際增壓壓力SP高于第一容許上限增壓壓力SP1，那么第一保護(hù)裝置105就執(zhí)行第一保護(hù)控制。在第一保護(hù)控制中，限制了噴射器2的噴射量Q并且渦輪增壓器的噴嘴開度控制為完全打開的程度。
第二比較裝置104將實(shí)際增壓壓力SP與第二容許上限增壓壓力SP2進(jìn)行比較。在比較中，設(shè)置滯后α2(例如5kPa)以防止控制振蕩。如果確定實(shí)際增壓壓力SP高于第二容許上限增壓壓力SP2，那么第二保護(hù)裝置106就執(zhí)行第二保護(hù)控制。如果實(shí)際增壓壓力SP增大并且超過第二容許上限增壓壓力SP2，那么即使在第一保護(hù)控制中渦輪增壓器的噴嘴開度控制成完全打開的程度，也要執(zhí)行第二保護(hù)控制。在第二保護(hù)控制中，消除了噴射器2的噴射量Q并且渦輪增壓器的噴嘴開度控制在完全打開的狀態(tài)。甚至在渦輪增壓器噴嘴的開度控制成完全打開的程度之后，實(shí)際增壓壓力SP仍保持增加，因?yàn)闇u輪增壓器的響應(yīng)較緩慢。更具體地說，因?yàn)閺U氣渦輪10和壓縮機(jī)11由于慣性而旋轉(zhuǎn)，所以即使噴嘴打開的程度達(dá)到完全打開的程度也需要花費(fèi)時(shí)間使增壓壓力減少。因此，在實(shí)際增壓壓力SP減小之前實(shí)際增壓壓力SP有可能超過第二容許上限增壓壓力SP2。
接下來，將基于圖3中所示的時(shí)間圖來說明第二保護(hù)控制。
ECU3讀出由增壓壓力傳感器12檢測(cè)的實(shí)際增壓壓力SP。在由圖3中實(shí)線c示出的實(shí)際增壓壓力SP超過第二容許上限增壓壓力SP2的時(shí)間點(diǎn)t1處，ECU3啟動(dòng)由圖3的實(shí)線e所示的渦輪增壓器保護(hù)控制標(biāo)記(FLAG)并且設(shè)置用于預(yù)定時(shí)間(例如一秒)的內(nèi)部定時(shí)器。于是，ECU3立即起動(dòng)第二保護(hù)控制。于是消除由實(shí)線b所示的噴射量Q，并且被反饋控制直到在時(shí)間點(diǎn)t1處的EGR閥8的開度OE控制成完全打開的程度時(shí)位置，如圖3的實(shí)線f所示。圖3中的虛線C′表示目標(biāo)增壓壓力。
如果EGR閥8控制在完全打開的狀態(tài)，那么經(jīng)由EGR通道7再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣通道4的EGR氣體量就會(huì)迅速地增加。于是流向排氣通道6中的廢氣渦輪10的廢氣量迅速地減小。因此，作用在廢氣渦輪10上的排氣壓力大大減小。因此，如圖3中的實(shí)線d所示，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速RT迅速地減小而沒有超過上限轉(zhuǎn)速RTup，其中只要沒有超過上限轉(zhuǎn)速RTup就可以保持渦輪增壓器的可靠性。
如果EGR閥8控制在完全打開的狀態(tài)，那么經(jīng)由EGR通道7再循環(huán)成進(jìn)氣通道4的EGR氣體量就會(huì)迅速地增加。于是，汽缸1內(nèi)的氧氣濃度減小。因此，如果在控制EGR閥8的開度OE之后，仍然提供在控制EGR閥8的開度OE之前所提供的噴射量Q，那么就有可能使噴射量Q變得過量以及排煙(碳)的增加。與此相反，在第二保護(hù)控制中，EGR閥8控制在完全打開的狀態(tài)并且同時(shí)消除噴射量Q。因此，可以防止噴射量Q的過量并且抑制排煙的增加。
如果在圖3中所示的時(shí)間點(diǎn)t2處定時(shí)器數(shù)到設(shè)置的時(shí)間(一秒)，那么就關(guān)掉渦輪增壓器保護(hù)控制標(biāo)記(FLAG)并且第二保護(hù)控制結(jié)束。
之后，EGR閥8被反饋控制為在EGR控制中所命令的開度，如實(shí)線f所示。噴射量Q逐漸返回到在正常噴射量控制中所命令的命令噴射量，如實(shí)線b所示。依照噴射量Q的變化逐漸改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE，如圖3中的實(shí)線a所示。
接下來，將說明實(shí)施例的作用。
在本實(shí)施例的第二保護(hù)控制中，當(dāng)實(shí)際增壓壓力SP超過第二容許上限增壓壓力SP2時(shí)，EGR閥8立即控制在完全打開的狀態(tài)。于是作用到廢氣渦輪10上的排氣能量可以大大減小。因此，可以迅速消除增壓壓力SP的過量狀態(tài)并且可以防止渦輪增壓器轉(zhuǎn)速RT超速。于是就可以保護(hù)渦輪增壓器。當(dāng)渦輪增壓器轉(zhuǎn)速RT超過上限轉(zhuǎn)速RTup時(shí)就到達(dá)了超速，其中在上限轉(zhuǎn)速RTup之下就可以保持渦輪增壓器的可靠性。
在EGR閥8控制在完全打開的狀態(tài)地同時(shí)，消除了噴射量Q。因此，可以防止噴射量Q的過量并且抑制排煙的增加。
此外，噴射量Q在第二保護(hù)控制結(jié)束之后逐漸恢復(fù)。于是可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的快速變化。因此，可以避免車輛快速加速所伴發(fā)的危險(xiǎn)，并且可以防止操作性能的退化。
如果發(fā)生了渦輪增壓器的機(jī)器故障(例如如果可變噴嘴鎖死)，那么控制可變噴嘴使它完全打開的方法(第一保護(hù)控制)就不能控制可變噴嘴，并且不能消除增壓壓力SP的異常增大。與此相反，在第二保護(hù)控制中，EGR閥8被控制在完全打開的狀態(tài)下。因此，即使當(dāng)渦輪增壓器出故障時(shí)，第二保護(hù)控制也可以消除增壓壓力SP的異常增大。
(改進(jìn))在上面的實(shí)施例中，出于對(duì)渦輪增壓器的保護(hù)控制，在增壓壓力SP的異常增加不能由第一保護(hù)控制消除的情形下執(zhí)行第二保護(hù)控制?；蛘?，第一保護(hù)控制可以取消，而僅僅執(zhí)行第二保護(hù)控制。
在第二保護(hù)控制中，消除了噴射量Q并且EGR閥8控制在完全打開的狀態(tài)?；蛘撸瑑H僅執(zhí)行用于完全打開EGR閥8的控制從而消除增壓壓力SP的異常增大。更具體地說，在第二保護(hù)控制中可以取消用于消除噴射量Q的控制。
在實(shí)施例中，第二保護(hù)控制執(zhí)行由定時(shí)器所設(shè)置的時(shí)間(例如一秒)?？梢圆皇褂枚〞r(shí)器對(duì)第二保護(hù)控制的執(zhí)行來設(shè)置時(shí)間，而是使第二保護(hù)控制在實(shí)際增壓壓力SP變得比第二允許上限增壓壓力SP2低一個(gè)預(yù)定值的時(shí)間點(diǎn)處終止。
本發(fā)明不應(yīng)該限于公開的實(shí)施例，但是可以在不脫離由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明范圍的前提下以許多其它方式來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)的控制設(shè)備(3)，包括用于使用排氣能量對(duì)吸入空氣加壓的可變幾何形狀渦輪增壓器、用于使部分廢氣再循環(huán)進(jìn)入空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)通道(7)和用于調(diào)節(jié)流經(jīng)廢氣再循環(huán)通道(7)的廢氣量的廢氣再循環(huán)閥(8)，控制設(shè)備(3)的特征在于保護(hù)裝置(106)，如果由渦輪增壓器產(chǎn)生的實(shí)際增壓壓力超過預(yù)定的容許上限增壓壓力，所述保護(hù)裝置用于執(zhí)行保護(hù)渦輪增壓器的渦輪增壓器保護(hù)控制，以及其中保護(hù)裝置(106)在渦輪增壓器保護(hù)控制中執(zhí)行使廢氣再循環(huán)閥(8)的開度增大的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于保護(hù)裝置(106)在渦輪增壓器保護(hù)控制中執(zhí)行減小或消除噴入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸(1)中的燃料噴射量的控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于保護(hù)裝置(106)執(zhí)行渦輪增壓器保護(hù)控制，直到實(shí)際增壓壓力比容許上限增壓壓力低預(yù)定的值時(shí)為止。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于保護(hù)裝置(106)執(zhí)行渦輪增壓器保護(hù)控制，直到經(jīng)歷了預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)為止。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力時(shí)，保護(hù)裝置(106)立即將廢氣再循環(huán)閥(8)的開度控制為包括完全開度在內(nèi)的目標(biāo)開度，并且在廢氣再循環(huán)閥(8)的開度控制中，在實(shí)際增壓壓力比容許上限增壓壓力低預(yù)定的值之后，保護(hù)裝置(106)恢復(fù)對(duì)廢氣再循環(huán)閥(8)開度的正常反饋控制。
6.如權(quán)利要求1、2和4中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力時(shí)，保護(hù)裝置(106)立即將廢氣再循環(huán)閥(8)的開度控制為包括完全開度在內(nèi)的目標(biāo)開度，并且當(dāng)在廢氣再循環(huán)閥(8)的開度控制中經(jīng)歷預(yù)定的時(shí)間之后，保護(hù)裝置(106)恢復(fù)對(duì)廢氣再循環(huán)閥(8)開度的正常反饋控制。
7.如權(quán)利要求2、3和5中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力時(shí)，保護(hù)裝置(106)立即使噴射量減少到預(yù)定量或消除噴射量，并且在減少或消除噴射量的控制中，在實(shí)際增壓壓力比容許上限增壓壓力低預(yù)定的值之后逐漸恢復(fù)噴射量。
8.如權(quán)利要求2、4和6中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備(3)，其特征在于當(dāng)實(shí)際增壓壓力超過容許上限增壓壓力時(shí)，保護(hù)裝置(106)立即使噴射量減少到預(yù)定量或消除噴射量，并且在用于減少或消除噴射量的控制中，在經(jīng)歷預(yù)定的時(shí)間之后逐漸恢復(fù)噴射量。
全文摘要
如果實(shí)際增壓壓力超過預(yù)定的第二容許上限增壓壓力，電子控制單元(3)就執(zhí)行用于保護(hù)渦輪增壓器的第二保護(hù)控制。在第二保護(hù)控制中，消除噴射量并且控制廢氣再循環(huán)閥(EGR閥) (8)的開度為完全打開的程度。于是經(jīng)由EGR通道(7)再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣通道(4)的EGR氣體量迅速增加，并且作用在渦輪增壓器的廢氣渦輪(10)上的排氣能量大大減小。因此，迅速地消除了增壓壓力的過量狀態(tài)并且防止了渦輪增壓器轉(zhuǎn)速超速。于是就可以保護(hù)渦輪增壓器。
文檔編號(hào)F02B39/16GK1651731SQ200510006290
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者內(nèi)山賢 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝