排气旁通阀的控制装置.pdf

排气旁通阀设于连通路，连通路以绕过设于内燃机的排气通路的涡轮增压器的排气涡轮的方式延伸。在排气旁通阀的开度被控制为全闭开度时(S11：是，且S12：是)，根据内燃机的运转状态计算判定值J(S13)，并且检测涡轮旋转速度NT(S14)。在该涡轮旋转速度NT比判定值J低时(S15：是)，增大排气旁通阀的向闭阀方向的驱动力(S16)。

权利要求书
1.  一种排气旁通阀的控制装置，是内燃机的排气旁通阀的控制装置，上述内燃机具备：排气通路；涡轮增压器，具有设于上述排气通路的排气涡轮；和连通路，将在上述排气通路中比上述排气涡轮靠上游侧的部分与比上述排气涡轮靠下游侧的部分连通，上述排气旁通阀设于上述连通路，
上述控制装置具备：
开度控制部，控制上述排气旁通阀的开度；
指标值检测部，检测上述涡轮增压器的增压量的指标值；和
驱动力控制部，在上述排气旁通阀的开度由上述开度控制部控制为全闭开度时，基于上述内燃机的运转状态计算判定值，并且通过上述指标值检测部检测上述指标值，在该检测到的指标值为表示上述增压量比上述判定值少的低增压状态的值时，增大上述排气旁通阀的向闭阀方向的驱动力。

2.  根据权利要求1所述的排气旁通阀的控制装置，
上述运转状态包含上述内燃机的吸入空气量和燃料喷射量。

3.  根据权利要求1或2所述的排气旁通阀的控制装置，
上述指标值为上述涡轮增压器的旋转轴的旋转速度。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的排气旁通阀的控制装置，
上述排气旁通阀为电动式的排气旁通阀。

说明书排气旁通阀的控制装置
技术领域
本发明涉及在将内燃机排气通路中的比涡轮增压器的排气涡轮靠上游侧的部分与比涡轮增压器的排气涡轮靠下游侧的部分连通的连通路设置的排气旁通阀的控制装置。
背景技术
以往，通过设置涡轮增压器而谋求内燃机的输出提高的技术被广泛使用。另外，为了抑制增压压力的过度的上升，设置以绕过涡轮增压器的排气涡轮的方式延伸的连通路、以及用于调节在该连通路中流动的排气的量的排气旁通阀的技术也被广泛使用。而且，提出了为了调节增压压力而控制上述排气旁通阀的开度的技术(例如参照专利文献1)。
排气旁通阀的工作特性由于长期的使用所引起的历时变化、伴随于温度上升的热膨胀的影响等而有一些变化。在专利文献1中，提出了学习排气旁通阀的可动范围中的、最为闭阀侧的开度(全闭开度)。具体而言，在将排气旁通阀操作至全闭开度的状态下检测实际的开度，根据该检测出的开度，学习排气旁通阀的全闭开度。根据这样学习到的全闭开度，控制排气旁通阀的开度，从而能够妥善地应对因排气旁通阀的工作特性的变化所引起的开度的偏移。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-274834号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，即使在排气旁通阀的开度被高精度地控制为全闭开度的情况下，在该排气旁通阀的阀芯、阀座由于其历时变化、热膨胀而变形时，也会根据其变形的样态，有可能该阀芯与阀座的接触部分的表面压力局部降低、或者在阀芯与阀座之间产生间隙。于是，在那样的情况下，排气经由排气旁通阀以及连通路而自排气涡轮的上游侧向下游侧不需要地泄露，有可能招致内燃机转矩的不需要的降低。
本发明是鉴于那样的实际情况而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制因排气旁通阀的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低的排气旁通阀的控制装置。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，根据本发明，提供一种内燃机的排气旁通阀的控制装置。上述内燃机具备：排气通路；涡轮增压器，具有设于上述排气通路的排气涡轮；和连通路，将在上述排气通路中比上述排气涡轮靠上游侧的部分与比上述排气涡轮靠下游侧的部分连通，上述排气旁通阀设于上述连通路。上述控制装置具备：开度控制部，控制上述排气旁通阀的开度；指标值检测部，检测上述涡轮增压器的增压量的指标值；和驱动力控制部，在上述排气旁通阀的开度由上述开度控制部控制为全闭开度时，基于上述内燃机的运转状态计算判定值，并且通过上述指标值检测部检测上述指标值，在该检测到的指标值为表示上述增压量比上述判定值少的低增压状态的值时，增大上述排气旁通阀的向闭阀方向的驱动力。
在具备带有排气旁通阀的涡轮增压器的内燃机中，若该排气旁通阀的开度成为全闭开度，则成为经由连通路绕过排气涡轮的排气的流动被切断的状态，因此涡轮增压器的增压量变多。
在上述装置中，检测此时的涡轮增压器的增压量的指标值(例如增压压力、涡轮旋转速度等)，并且根据此时的内燃机的运转状态，计算判定值。并且，在该检测到的指标值为表示涡轮增压器的增压量比上述判定值少的低增压状态的值时，涡轮增压器的增压量成为不需要地小的状态，因 此能够判断为存在排气经由排气旁通阀以及连通路泄露的可能性。
根据上述装置，上述检测到的指标值为表示与判定值相比是低增压状态的值时，增大排气旁通阀的向闭阀方向的驱动力。因此，在排气旁通阀的阀芯、阀座由于历时变化、热膨胀而变形，该阀芯与阀座的接触部分的表面压力局部降低、或者在阀芯与阀座之间产生间隙时，能够以强力将阀芯按压于阀座。由此，能够减小阀芯与阀座之间的间隙、提高阀芯与阀座的接触部分的表面压力，因此能够抑制排气经由排气旁通阀以及连通路自排气涡轮的上游侧向下游侧不必要地泄露。因此，能够抑制因排气旁通阀的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
优选的是，上述运转状态包含内燃机的吸入空气量和燃料喷射量。
在内燃机的排气通路中流动的排气的量能够根据该内燃机的吸入空气量和燃料喷射量而推定。因此，根据那样的吸入空气量以及燃料喷射量，计算判定值，从而能够计算出与在内燃机的排气通路中流动的排气的量、即在排气未经由连通路泄露的情况下流入排气涡轮的排气的量对应的恰当的值，来作为用于判定有无排气经由排气旁通阀以及连通路泄露的、与上述检测到的指标值进行比较的判定值。
优选的是，上述涡轮增压器的增压量的指标值为该涡轮增压器的旋转轴的旋转速度。
优选的是，上述排气旁通阀采用电动式的排气旁通阀。
根据采用电动式的排气旁通阀的装置，例如与利用进气压力、排气压力而驱动排气旁通阀的装置相比，能够以高自由度执行其调节，因此能够很好地抑制因排气旁通阀的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
附图说明
图1是表示应用了将本发明具体化的一实施方式的排气旁通阀的控制装置的内燃机的简要结构的简图。
图2是表示排气旁通阀的具体构造的简图。
图3是表示排气旁通阀的向闭阀方向的驱动力与内燃机转矩之间的关 系的一例的曲线图。
图4是表示驱动力增大处理的执行顺序的流程图。
具体实施方式
以下，对将本发明具体化的一实施方式的排气旁通阀的控制装置进行说明。
如图1所示，在内燃机11的进气通路12安装有节气门机构13。该节气门机构13具备节气门14和节气门马达15。并且，通过该节气门马达15的工作控制，调节节气门14的开度(节气门开度TA)，由此调节通过进气通路12被吸入燃烧室16内的空气的量。另外，在内燃机11安装有燃料喷射阀17。在内燃机11，通过自该燃料喷射阀17喷射的燃料在燃烧室16内燃烧，活塞18往复移动，曲轴19旋转。并且，燃烧后的气体作为排气自燃烧室16送出至排气通路20。
在内燃机11设有用于对进气通路12内的吸入空气进行加压输送而使其增压的涡轮增压器21。详细而言，在内燃机11的进气通路12中的、比上述节气门机构13靠进气流动方向上游侧(以下，简称为“上游侧”)的部分，安装有涡轮增压器21的压缩机22。另外，在内燃机11的排气通路20安装有涡轮增压器21的排气涡轮23。此外，涡轮增压器21是设于压缩机22的内部的压缩机叶轮(compressor wheel)22A与设于排气涡轮23的内部的涡轮叶轮23A经由旋转轴21A而连结为一体的排气驱动式的涡轮增压器。
在内燃机11的排气通路20，安装有连通路24，连通路24以绕过上述排气涡轮23地将该排气通路20中的、比排气涡轮23靠排气流动方向上游侧(以下，简称为“上游侧”)的部分与比排气涡轮23靠下游侧(以下，简称为“下游侧”)的部分连通的形状延伸。在该连通路24安装有排气旁通阀25。
如图2所示，作为排气旁通阀25，采用了通过电动马达26的工作控制而调节排气旁通阀25的开度的电动式的排气旁通阀。详细而言，电动马达26的输出轴26A经由齿轮机构(未图示)而连接于旋转齿轮27，并且该旋转齿轮27经由连结杆28而连结于摇臂29。在摇臂29固定有排气旁通阀25的阀 芯30。
并且，若通过电动马达26的工作控制，输出轴26A旋转，则如图2中空心的箭头所示，旋转齿轮27旋转，并且连结杆28移动，其结果，摇臂29与排气旁通阀25的阀芯30一起移动。在本实施方式中，通过这样的电动马达26的工作控制，控制排气旁通阀25的开度。
如图2中单点划线所示，若通过电动马达26的工作控制，排气旁通阀25的开度成为可动范围中的最为闭阀侧的开度、即、阀芯30抵接于阀座31的全闭开度，则经由连通路24绕过排气涡轮23(参照图1)的排气的流动(图2中涂黑的箭头所示的流动)成为大致被切断的状态。此时，内燃机11的排气的大致全部流入排气涡轮23。此外在本实施方式的装置中，连通路24一体形成于涡轮增压器21，排气旁通阀25安装于涡轮增压器21。并且，在涡轮增压器21的内面中上述排气旁通阀25的阀芯30所抵接的部分作为上述阀座31而发挥作用。
另一方面，如图2中实线所示，若排气旁通阀25的开度成为上述全闭开度以外的开度，则排气通路20中的比上述排气涡轮23靠上游侧的部分与比上述排气涡轮23靠下游侧的部分经由连通路24而连通。在该情况下，排气的一部分经由连通路24绕过排气涡轮23而流动。
本实施方式的装置具备例如具有微型计算机而构成的电子控制装置40。用于检测内燃机11的运转状态的各种传感器的检测信号被读取到该电子控制装置40。作为各种传感器，例如设有用于检测曲轴19的旋转速度(内燃机旋转速度NE)的曲轴传感器41、用于检测节气门开度TA的节气门传感器42。另外，设有安装在进气通路12中的比压缩机22靠上游侧的部分、用于检测通过该进气通路12内的空气的量(吸入空气量GA)的空气流量计43。另外，还设有用于检测排气旁通阀25的开度(实际开度VP)的开度传感器44、用于检测涡轮增压器21的旋转轴21A的旋转速度(涡轮旋转速度NT)的速度传感器45等。
电子控制装置40，读取各种传感器的检测信号，并且基于该信号进行各种运算，根据其运算结果，执行节气门机构13、燃料喷射阀17、以及排 气旁通阀25的工作控制等这样的各种控制。该电子控制装置40作为开度控制部以及驱动力控制部而发挥作用。
排气旁通阀25的工作控制如下述那样执行。即，根据内燃机旋转速度NE以及内燃机负载率KL，设定排气旁通阀25的开度的控制目标值(目标开度TV)。并且，执行电动马达26的工作控制，以使该目标开度TV与排气旁通阀25的实际的开度一致。此外，内燃机负载率KL是内燃机11的负载的指标值之一，是内燃机11实际的每旋转一周的吸入空气量相对于未增压时内燃机11每旋转一周的最大吸入空气量的比率(％)。
在排气旁通阀25的工作控制中，在处于内燃机旋转速度NE为预定速度(例如1600转/分)以上、且内燃机负载率KL为预定比率(例如150％)以上的内燃机运转区域时，将全闭开度设定为目标开度TV。并且，在设定全闭开度为目标开度TV时，以将排气旁通阀25的阀芯30(图2)按压于阀座31的样态执行电动马达26的工作控制。
另外，在将全闭开度设定为目标开度TV时，将通过上述开度传感器44检测的实际开度VP作为全闭开度的学习值存储于电子控制装置40的存储器。在排气旁通阀25的工作控制中，根据这样学习存储的全闭开度与实际开度VP，计算排气旁通阀25的实际的开度。
在此，即使在排气旁通阀25的开度被高精度地控制为全闭开度的情况下，也会根据排气旁通阀25的阀芯30、阀座31的因历时变化、热膨胀导致的变形的样态，使得该阀芯30与阀座31的接触部分的表面压力局部降低、或者阀芯30与阀座31之间产生间隙。于是，在这样的情况下，经由排气旁通阀25以及连通路24而从排气涡轮23的上游侧向下游侧不需要地泄露排气，会招致内燃机转矩的不需要的降低。
鉴于这一点，在本实施方式中，在排气旁通阀25的开度被控制为全闭开度时，在判断为存在排气经由连通路24而自排气涡轮23的上游侧泄露至下游侧的可能性的情况下，增大该排气旁通阀25的向闭阀方向(将阀芯30按压于阀座31的方向)的驱动力。
具体而言，在全闭开度被设定为目标开度TV时，通过速度传感器45 而检测涡轮旋转速度NT，并且根据吸入空气量GA、燃料喷射量、以及节气门开度TA这样的内燃机运转状态，计算判定值J。并且，在涡轮旋转速度NT低于上述判定值J时，涡轮增压器21的增压量为不需要地少的状态，所以判断为所以存在排气经由排气旁通阀25以及连通路24泄露的可能性，使排气旁通阀25(详细而言电动马达26)的向闭阀方向的驱动力增大。此外，在本实施方式中，涡轮增压器21的旋转轴21A的旋转速度作为该涡轮增压器21的增压量的指标值而发挥作用，速度传感器45作为检测指标值的指标值检测部而发挥作用，涡轮旋转速度NT作为检测到的指标值、即检测值而发挥作用。
(作用)
以下，对增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力而产生的作用进行说明。
在图3中，示出对排气旁通阀25的开度为全闭开度时的、该排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力与内燃机转矩之间的关系进行测定而得到的结果。从该图3明确可知，越增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力，则内燃机转矩也越大。这是因为，由于排气旁通阀25的阀芯30与阀座31的接触部分处的表面压力升高等，使得经由该排气旁通阀25的排气的泄露减少。
根据本实施方式，在排气旁通阀25的阀芯30、阀座31由于历时变化、热膨胀而变形，该阀芯30与阀座31的接触部分的表面压力局部降低、或者在阀芯30与阀座31之间产生间隙时，能够以强力将阀芯30按压于阀座31。由此，能够使阀芯30与阀座31之间的间隙减小、阀芯30与阀座31的接触部分的表面压力升高，因此能够抑制排气经由排气旁通阀25以及连通路24自排气涡轮23的上游侧向下游侧不需要地泄露。因此，能够抑制因排气旁通阀25的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
在此，在内燃机11的排气通路20中流动的排气的量能够根据该内燃机11的吸入空气量和燃料喷射量而被高精度地推定。在本实施方式中，作为判定值J的计算所使用的计算参数，采用吸入空气量GA以及燃料喷射量。因此，能够计算出与在内燃机11的排气通路20中流动的排气的量、即、在 排气未经由连通路24泄露的情况下流入排气涡轮23的排气的量对应的恰当的值，作为用于判定有无排气经由连通路24的泄露的、与涡轮旋转速度NT进行比较的判定值J。
另外，在本实施方式中，作为排气旁通阀25，采用了通过电动马达26而驱动的电动式的排气旁通阀，因此例如与利用进气压力、排气压力而驱动排气旁通阀的装置相比，能够以高自由度执行该调节。因此，能够很好地抑制因排气旁通阀25的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
以下，参照图4所示的流程图，对增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力的处理(驱动力增大处理)的具体执行顺序进行详细说明。此外，图4的流程图所示的一系列处理是作为每隔预定周期的中继处理由电子控制装置40执行的处理。
如图4所示，在该处理中，首先判断以下的各条件是否都满足。
·目标开度TV为全闭开度(步骤S11)。
·实际开度VP为全闭开度(步骤S12)。
并且，在上述各条件中的一方未满足时(步骤S11：否，或者步骤S12：否)，不执行以下的处理(步骤S13～步骤S17的处理)，而一度终止本处理。
之后，反复执行本处理，若上述各条件都满足(步骤S11：是，且步骤S12：是)，则根据吸入空气量GA、燃料喷射量、以及节气门开度TA来计算判定值J(步骤S13)。在本实施方式中，基于各种实验、模拟的结果，预先求出能够尽早且高精度地判定排气经由排气旁通阀25而自排气涡轮23的上游侧向下游侧泄露的判定值J、吸入空气量GA、燃料喷射量、以及节气门开度TA之间的关系，并存储于电子控制装置40。在步骤S13的处理中，根据那样的关系，计算判定值J。具体而言，吸入空气量GA越多、燃料喷射量越多、节气门开度TA越大，则涡轮增压器21的旋转轴21A的旋转速度越高，因此作为判定值J也被设定为高的值。作为判定值J，例如可以设定为比由各个时期的内燃机运转状态决定的理想的涡轮旋转速度稍微低的速度。
另外，通过速度传感器45，检测涡轮旋转速度NT(步骤S14)。并且，判断涡轮旋转速度NT是否比判定值J低(步骤S15)。
在涡轮旋转速度NT比判定值J低的情况下(步骤S15：是)，执行增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力的处理(步骤S16)。具体而言，以增加向电动马达(参照图2)的供给电力的样态，执行该电动马达26的工作控制。
另一方面，在涡轮旋转速度NT为判定值J以上的情况下(步骤S15：否)，不执行增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力的处理，此时的实际开度VP被作为全闭开度的学习值而存储(步骤S17)。通过这样执行全闭开度的学习，能够在排气经由排气旁通阀25的泄露极少的状态下执行全闭开度的学习，因此能够学习适当的位置来作为全闭开度。因此，能够将排气旁通阀25的开度高精度地调节为离全闭开度近的、极小的开度(极小开度)，能够在内燃机控制中有效地应用那样的极小开度。
如以上说明那样，根据本实施方式，能够得到以下所述的效果。
(1)在全闭开度被设定为目标开度TV时，检测涡轮旋转速度NT，并且根据内燃机运转状态计算判定值J，在涡轮旋转速度NT比判定值J低时，增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力。因此，能够抑制因排气旁通阀25的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
(2)根据吸入空气量GA以及燃料喷射量，计算判定值J。因此，能够计算出与在内燃机11的排气通路20中流动的排气的量、即、在排气未经由连通路24泄露的情况下流入排气涡轮23的排气的量对应的恰当的值，作为用于判定有无排气经由连通路24的泄露的、与涡轮旋转速度NT进行比较的判定值J。
(3)作为排气旁通阀25，采用了通过电动马达26而驱动的电动式的排气旁通阀。因此，能够很好地抑制因排气旁通阀25的工作特性的变化所引起的内燃机转矩的降低。
此外，上述实施方式也可以如下那样进行变更来实施。
·判定值J的计算所使用的计算参数只要包含内燃机11的吸入空气量 GA和燃料喷射量，就能够任意改变。作为上述计算参数，可以采用加速操作构件的操作量、内燃机旋转速度NE等这样的与涡轮增压器21的增压量有相关关系的值。
·也可以在全闭开度被设定为目标开度TV时，通过压力传感器检测进气通路12中的比节气门机构13靠下游侧的部分的压力(增压压力P)，并且根据内燃机运转状态计算判定值，在增压压力P比该判定值低时，增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力。在该装置中，增压压力作为涡轮增压器21的增压量的指标值而发挥作用，压力传感器作为检测指标值的指标值检测部而发挥作用。
另外，也能够在全闭开度被设定为目标开度TV时，检测在涡轮增压器21的增压量越小时成为越大的值的该增压量的指标值，并且根据内燃机运转状态计算判定值，在检测到的指标值比该判定值大时，增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力，等等。作为这样的指标值，例如能够列举涡轮旋转速度的倒数(1/涡轮旋转速度)、增压压力的倒数(1/增压压力)等。
总而言之，只要是如下即可：在排气旁通阀25的开度被控制为全闭开度时，根据内燃机运转状态计算判定值，并且检测涡轮增压器21的增压量的指标值，在该检测到的指标值为表示与上述判定值相比该增压量少的低增压状态的值时，增大排气旁通阀25的向闭阀方向的驱动力。
·上述实施方式的装置并不限定于采用通过电动马达26而驱动的类型的排气旁通阀25的装置，也可以在适当改变其结构的基础上应用于采用通过电磁线圈而驱动的类型的排气旁通阀的装置。
附图标记说明
11…内燃机，12…进气通路，13…节气门机构，14…节气门，15…节气门马达，16…燃烧室，17…燃料喷射阀，18…活塞，19…曲轴，20…排气通路，21…涡轮增压器，21A…旋转轴，22…压缩机，22A…压缩机叶轮，23…排气涡轮，23A…涡轮叶轮，24…连通路，25…排气旁通阀，26…电动马达，26A…输出轴，27…旋转齿轮，28…连结杆，29…摇臂，30…阀 芯，31…阀座，40…电子控制装置，41…曲轴传感器，42…节气门传感器，43…空气流量计，44…开度传感器，45…速度传感器。