專(zhuān)利名稱(chēng):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(lái)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(guò)致動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)可變噴嘴從而改變噴嘴的開(kāi)度。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)乜刂浦聞?dòng)器,增壓壓力會(huì)過(guò)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(wèn)題的一種解決方案,在JP-A-H10-503569(專(zhuān)利文件1)和JP-A-H05-280365(專(zhuān)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(zhuān)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?lài)娚淞繌亩拗瓢l(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(guò)減少?lài)娚淞縼?lái)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(guò)迅速地減少作用在廢氣渦輪上的排氣能量來(lái)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(guò)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(kāi)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(guò)容許上限增壓壓力,那么廢氣再循環(huán)閥的開(kāi)度就會(huì)增大或達(dá)到完全打開(kāi)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(guò)量狀態(tài)。特別地,如果廢氣再循環(huán)閥完全打開(kāi),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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)度之后,仍然提供在控制閥開(kāi)度之前所提供的噴射量,那么就有可能使噴射量變得過(guò)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(kāi)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(guò)量并且抑制排煙的增加。
通過(guò)研究均形成本申請(qǐng)一部分的下列詳細(xì)說(shuō)明、所附權(quán)利要求書(shū)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(jiàn)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(lái)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(kāi)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(guò)執(zhí)行與冷卻水的熱交換來(lái)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(guò)用于調(diào)節(jié)噴嘴開(kāi)度的致動(dòng)器來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)反饋控制EGR閥8的開(kāi)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(lái)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(lái)反饋控制可變噴嘴的開(kāi)度。
在實(shí)際增壓壓力超過(guò)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(lái)保護(hù)渦輪增壓器。實(shí)際的增壓壓力通過(guò)安裝到進(jìn)氣通道4中的增壓壓力傳感器12來(lái)檢測(cè)并且輸出到ECU3。
接下來(lái),將基于在圖2中所示的框圖來(lái)說(shuō)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(kāi)度控制為完全打開(kāi)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(guò)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(kāi)度控制成完全打開(kāi)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(kāi)度控制在完全打開(kāi)的狀態(tài)。甚至在渦輪增壓器噴嘴的開(kāi)度控制成完全打開(kāi)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(shuō),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(kāi)的程度達(dá)到完全打開(kāi)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(guò)第二容許上限增壓壓力SP2。
接下來(lái),將基于圖3中所示的時(shí)間圖來(lái)說(shuō)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(xiàn)c示出的實(shí)際增壓壓力SP超過(guò)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(xiàn)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(xiàn)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(kāi)度OE控制成完全打開(kāi)的程度時(shí)位置,如圖3的實(shí)線(xiàn)f所示。圖3中的虛線(xiàn)C′表示目標(biāo)增壓壓力。
如果EGR閥8控制在完全打開(kāi)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(xiàn)d所示,渦輪增壓器轉(zhuǎn)速RT迅速地減小而沒(méi)有超過(guò)上限轉(zhuǎn)速RTup,其中只要沒(méi)有超過(guò)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(kāi)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(kāi)度OE之后,仍然提供在控制EGR閥8的開(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)度,如實(shí)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)a所示。
接下來(lái),將說(shuō)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(chē)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(kāi)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(kāi)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。或者,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(kāi)的狀態(tài)?;蛘撸瑑H僅執(zhí)行用于完全打開(kāi)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(shuō),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(lái)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(kāi)的實(shí)施例,但是可以在不脫離由所附權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明范圍的前提下以許多其它方式來(lái)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)度控制為包括完全開(kāi)度在內(nèi)的目標(biāo)開(kāi)度,并且在廢氣再循環(huán)閥(8)的開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)度控制為包括完全開(kāi)度在內(nèi)的目標(biāo)開(kāi)度,并且當(dāng)在廢氣再循環(huán)閥(8)的開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)度為完全打開(kāi)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(guò)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(kāi)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