用于内燃机的控制系统的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的控制系统，并且更特别地涉及一种用于包括低压EGR装置的内燃机的控制系统。

背景技术：

常规地，已知一种包括EGR装置的内燃机，该EGR装置将在涡轮的下游侧处的排气通道中流动的排气的一部分再循环至在压缩机上游侧处的进气通道。这样的EGR装置不同于将在涡轮的上游侧处的排气通道中流动的排气的一部分再循环至压缩机下游侧处的进气通道的EGR装置，并且被称为低压EGR装置。

作为包括低压EGR装置的内燃机，例如，引用日本专利特开No.2010-223179中公开的用于内燃机的控制系统。为了抑制从在EGR气体与新鲜空气彼此结合之后得到的进气气体(下文中，称为“混合气体”)中产生冷凝水，控制系统控制水冷型EGR冷却器的制冷泵的转速，并且执行对通过EGR冷却器的EGR气体的除湿。在控制制冷泵的情况下，基于来自空气流量计的输出信号以及来自设置在空气流量计附近的湿度传感器的输出信号，计算包含在与EGR气体结合之前的新鲜空气中的水蒸气量Gaw。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利特开No.2010-223179

技术实现要素：

技术问题

顺便提到，当诸如装载有上述内燃机的车辆的可移动本体在面临雾(fog)的区域中行进时，具有基本上100％湿度的包含薄雾(mist)的新鲜空气穿过空气流量计而流动到压缩机中。另外，当压缩机被驱动时，流动到压缩机中的气体被压缩，以使得包含在压缩气体中的水蒸气的局部压力升高，并且压缩气体的温度也升高，由此，饱和水蒸气压力增大。

这里，如果包含在压缩气体中的水蒸气的局部压力等于或者高于压缩气体的饱和水蒸气压力，则压缩气体的湿度保持在100％。然而，如果包含在压缩气体中的水蒸气的局部压力变得低于压缩气体的饱和水蒸气压力，则压缩气体的湿度变得低于100％。因此，如果在面临雾的区域中行进期间驱动上述可移动本体的压缩机，则当包含在由压缩机压缩后的气体中的水蒸气的局部压力变得低于饱和水蒸气压力时，压缩气体的湿度变得低于100％。

当压缩气体的湿度变得低于100％时，压缩气体周围的薄雾可以被蒸发。当压缩气体周围的薄雾被蒸发时，包含在压缩气体中的水蒸气的量增大。当包含在压缩气体中的水蒸气的量增大时，通过由压缩机压缩而减小的压缩气体的湿度再次增大，并且因此难以掌握压缩气体的湿度。另外，当包含在压缩气体中的水蒸气的量增大时，容易在压缩气体穿过中间冷却器时由压缩气体产生冷凝水，并且成为中间冷却器腐蚀的原因。

在这方面，上述控制系统通过设置在空气流量计附近的湿度传感器测量与EGR气体混合之前的新鲜空气的湿度。因此，不能掌握由压缩机压缩的气体的湿度，并且不能避免上述问题的出现。

为了解决上述问题而做出本发明。也就是说，本发明的目的是在用于内燃机的控制系统中准确地得到由压缩机压缩的气体的湿度，用于内燃机的控制系统基于湿度传感器的输出信号执行关于经过中间冷却器的进气中的含水量的控制。

问题的解决方案

本发明的第一方面是一种用于内燃机的控制系统，包括：压缩机，其压缩在内燃机的进气通道中流动的进气；中间冷却器，其冷却由压缩机压缩的进气；以及湿度传感器，其测量在进气通道中流动的进气的湿度，并且控制系统基于来自湿度传感器的输出信号在驱动压缩机时执行关于经过中间冷却器的进气的含水量的控制，其中湿度传感器被设置在压缩机与中间冷却器之间的进气通道中。

本发明的第二方面是根据第一方面的控制系统，其中湿度传感器被设置在压缩机的正下游。

本发明的第三方面是根据第一或第二方面的控制系统，其中控制是将在中间冷却器中产生的冷凝水的量限制为等于或者小于容许的量的控制。

本发明的第四方面是根据第一至第三方面中的任一项的控制系统，控制系统还包括：EGR装置，其将在连接至压缩机的涡轮的下游侧处的排气通道中流动的排气的一部分再循环到压缩机上游侧处的进气通道。

本发明的有利效果

根据本发明，可以在用于内燃机的控制系统中准确地得到由压缩机压缩的气体的湿度，用于内燃机的控制系统基于湿度传感器的输出信号执行关于经过中间冷却器的进气中的含水量的控制。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施例1的用于内燃机的控制系统的配置的图。

图2是示出了在内燃机的增压操作期间，在进气通道中流动的两种空气的压力、温度、露点温度以及相对湿度的特性的图。

图3是示出了由ECU执行的I/C温度调节控制的例程的流程图。

图4是示出了由ECU执行的EGR率控制的例程的流程图。

图5是用于说明本发明的实施例3的用于内燃机的控制系统的配置的图。

图6是示出了由ECU执行的EGR气体温度控制的例程的流程图。

具体实施方式

在下文中，将基于附图描述本发明的实施例。应注意，在各个附图中共同的元件被指定为相同的附图标记，并且将省略冗余的描述。另外，本发明不限于下述实施例。

实施例1

[系统配置的说明]首先，将参照图1至图3描述本发明的实施例1。

图1是用于说明本发明的实施例1的用于内燃机的控制系统的配置的图。如图1所示，本实施例的控制系统包括内燃机10。内燃机10被配置为直列式四缸(in-line four-cylinder)发动机，其将装载到诸如车辆的可移动本体上。然而，内燃机10的气缸的数量以及气缸布置不限于此。进气通道12和排气通道14与内燃机10的相应气缸连接。

空气滤清器16被安装在进气通道12的入口附近。空气滤清器16具有空气流量计18，该空气流量计18输出对应于吸入进气通道12中的新鲜空气的流量的信号。涡轮增压器20的压缩机20a被安装在空气滤清器16的下游。压缩机20a由设置在排气通道14中的涡轮20b的转动来驱动。水冷型中间冷却器22被设置在压缩机20a的下游侧的进气通道12中。

电子控制的节流阀24被设置在中间冷却器22的下游侧的进气通道12中。在节流阀24的下游侧的进气通道12被配置为连接到相应气缸的进气端口(未示出)的进气歧管26。进气歧管26包括用作均压箱(surge tank)的收集部分26a以及将收集部分26a与相应的进气端口连接的进气支管26b。

在压缩机20a与中间冷却器22之间的进气通道12中，设置有温度传感器28、压力传感器30以及湿度传感器32。温度传感器28、压力传感器30以及湿度传感器32是输出对应于在压缩机20a与中间冷却器22之间的进气通道12中流动的气体的温度、压力以及湿度的信号的传感器。

这里，湿度传感器32不是设置在中间冷却器22侧的进气通道12中，而是设置在压缩机20a侧的进气通道12中。湿度传感器32更期望被设置在压缩机20a的正下游的进气通道12中。由压缩机20a压缩的气体(下文中称为“压缩气体”)的温度在压缩机20a的正下游处最高，并且朝向中间冷却器22侧而变低。因此，为了准确地掌握压缩气体的湿度的特性(将在下文描述细节)，湿度传感器32期望被设置在这样的位置。另外，从压缩机20a的排气端口到湿度传感器32的安装点的距离期望等于从排气端口到温度传感器28的安装点的距离，并且同时等于从排气端口到压力传感器30的安装点的距离。

在涡轮20b的下游侧的排气通道14中，包括用于净化排气的催化剂(例如，三元催化剂)34。

另外，该实施例的控制系统包括低压EGR装置36。低压EGR装置36包括EGR通道38，该EGR通道38连接催化剂34的下游侧处的排气通道14与压缩机20a的上游侧处的进气通道12。在EGR气体被再循环到进气通道12时，从EGR气体的流动的上游侧，将EGR冷却器40和EGR阀42依次设置在EGR通道38的中途。包括EGR冷却器40，以冷却在EGR通道38中流动的EGR气体，并且包括EGR阀42，以调节EGR气体的流量。

另外，本实施例的控制系统包括冷却液循环装置44。冷却液循环装置44包括用于循环冷却液的冷却液循环路径46、用于将冷却液循环到冷却液循环路径46中的电动水泵48、以及散热器50。中间冷却器22的芯部(未示出)被连接到冷却液循环路径46。水泵48被驱动以将冷却液循环到冷却液循环装置44中，由此，在流经中间冷却器22的芯部的冷却液与压缩气体之间进行热转换，并且压缩气体被冷却。

本实施例的控制系统还包括ECU(电子控制单元)60。ECU 60至少包括输入/输出接口、存储器和CPU。输入/输出接口被设置为从安装到内燃机10和可移动本体的各个传感器获取传感器信号，并且设置为向内燃机10包括的致动器输出操作信号。除了上述的空气流量计18、温度传感器28、压力传感器30以及湿度传感器32以外，ECU 60从中获取信号的传感器包括：用于测量发动机转速的曲柄角传感器52、用于测量收集部分26a中的压力的压力传感器54、用于测量冷却液循环装置44中的冷却液的温度的水温传感器56等。除了上述的节流阀24、ECR阀42以及水泵48以外，ECU 60向其输出操作信号的致动器包括用于将燃料喷射到内燃机10的气缸或者进气端口中的燃料喷射阀等。在存储器中，存储用于控制内燃机10的各种控制程序、映射等。CPU从存储器读取控制程序等并且执行控制程序等，并且基于获取(taken in)的传感器信号产生操作信号。

[实施例1的特征]图2是示出了在内燃机的增压操作期间，在进气通道中流动的两种空气的压力、温度、露点温度以及相对湿度的特性的图。该两种空气的区别在于含水量，更具体地，该两种空气是具有接近100％的相对湿度的空气(饱和状态下的空气：实线)和具有包含薄雾的大约100％的相对湿度的空气(过饱和状态下的空气：虚线)。除含水量以外的状态(在引入进气通道之前，两种空气的压力、温度、露点温度以及相对湿度的状态，引入两种空气的内燃机的操作状态，冷却液循环装置的水泵的驱动状态等)相同。

如图2所示，两种空气的压力和温度在压缩机的下游侧的进气通道中上升(图2中的(a)和(b))。另外，在下游侧的进气通道中，两种空气的露点也上升(图2中的(c))。然而，这些露点温度显示出不同的特性。也就是说，在过饱和状态下的空气的露点高于在饱和状态下的空气的露点。与露点相似，过饱和状态下的空气的湿度高于饱和状态下的空气的湿度(图2中的(d))。

两种空气的露点和湿度由于下述原因显示出不同的特性。也就是说，当空气被压缩机压缩时，包含在压缩空气中的水蒸气的局部压力升高，并且压缩空气的温度也升高，由此饱和水蒸气压力升高。这里，相对湿度表示为水蒸气相对于饱和水蒸气压力的局部压力，并且因此如果包含在通过压缩机之后的空气中的水蒸气的局部压力等于或者高于饱和水蒸气压力，则相对湿度保持接近100％。然而，如果水蒸气的局部压力不等于或者高于饱和水蒸气压力，则过饱和状态下的空气周围的薄雾可被蒸发。图2(c)和(d)中的虚线示出了在该情况下，过饱和状态下的空气的露点和湿度的特性。因此，在图2的(c)和(d)中，在过饱和状态下的空气的露点和湿度均高于在饱和状态下的空气的露点和湿度。

在通过压缩机之后出现的两种空气之间的露点差和湿度差在穿过中间冷却器时也类似地发生。因此，当中间冷却器中的冷却状态固定而不考虑此类的差时，当处于过饱和状态的气体通过时，很可能产生许多冷凝水。在这种情况下，存在以下担心：由于产生的冷凝水导致中间冷却器的腐蚀以及在内燃机10中发生失火。因此，在本实施例中，使用来自温度传感器28、压力传感器30和湿度传感器32的输出信号来执行调节水泵48的转速的控制(下文中，称为“I/C温度调节控制”)。

如上所述，温度传感器28、压力传感器30和湿度传感器32被设置在压缩机20a与中间冷却器22之间的进气通道12中。因此，可以准确地掌握在中间冷却器22上游侧的进气通道12中流动的压缩气体的温度、压力和湿度特性。因此，在执行I/C温度调节控制时，在中间冷却器22中产生的冷凝水的量可以被限制为等于或小于容许量。

图3是示出了由ECU 60执行的I/C温度调节控制的例程的流程图。应注意，在涡轮20b开始转动时例程开始，并且在每个预定的控制时间段重复执行该例程。

在图3所示的例程中，首先测量压缩气体的温度、压力和湿度、吸入进气通道12中的新鲜空气的量、冷却液循环装置44中的冷却液(下文中，称为“I/C冷却液”)的温度，并且估算EGR率(步骤S10)。更具体地，在该步骤中，基于来自温度传感器28、压力传感器30和湿度传感器32的输出信号，测量压缩气体的温度、压力和湿度。另外，基于来自空气流量计18的输出信号，测量新鲜空气的量。另外，基于来自水温传感器56的输出信号，测量I/C冷却液的温度。另外，基于测量的新鲜空气的量以及关于EGR阀42的开度的信息(例如，来自安装在EGR阀42附近的开度传感器的输出信号等)来估算EGR率。

随后，计算压缩气体的饱和水蒸气压力(步骤S12)。更具体地，在该步骤中，基于在步骤S10中测量的压缩气体的温度和压力以及提前存储在ECU 60中的映射，来计算压缩气体的饱和水蒸气压力。应注意，压缩气体的饱和水蒸气压力还可以通过将在步骤S10中测量的压缩气体的温度和压力输入到模型计算公式中来计算，该模型计算公式设定在增压发动机的进气通道中流动的气体的温度和压力与气体的饱和水蒸气压力的关系。

随后，基于内燃机10的操作状态，计算在中间冷却器22中产生的冷凝水的量的容许值(下文中称为“容许的冷凝水量”)(步骤S14)。更具体地，在该步骤中，基于来自曲柄角传感器52和压力传感器54的输出信号以及提前存储在ECU 60中的映射来计算容许的冷凝水量。

随后，计算中间冷却器22的芯部的温度的容许值(下文中称为“容许的I/C芯部温度”)(步骤S16)。更具体地，在该步骤中，基于在步骤S10中测量的压缩气体的湿度、在步骤S10中估算的EGR率、在步骤S12中计算的压缩气体的饱和水蒸气压力、在步骤S14中计算的容许的冷凝水量以及提前存储在ECU 60中的映射来计算容许的I/C芯部温度。

随后，计算水泵48的转速的目标值(步骤S18)。更具体地，在该步骤中，基于在步骤S10中测量的I/C冷却液的温度、在步骤S16中计算的容许的I/C芯部温度以及提前存储在ECU 60中的映射来计算水泵48的转速的目标值。将计算的目标值从ECU 60输入到水泵48中，并且从而调节水泵48的转速增大或减小。

如上所述，根据图3所示的例程的过程，可以将在中间冷却器22中产生的冷凝水的量减少至等于或者小于容许的冷凝水量。因此，在过饱和状态的气体由压缩机20a压缩的情况下，可以将在中间冷却器22中产生的冷凝水的量减小至等于或者小于容许的冷凝水量。

顺便提到，在上述的实施例1中，说明了包括低压EGR装置36的控制系统作为示例。然而，本发明也可以应用于不包括低压EGR装置36的控制系统。当本发明应用到像这样的无EGR系统的控制系统时，可以在假设图3的步骤S10中的EGR率为零的状态下执行步骤S12的过程和之后的步骤。

另外，在上述的实施例1中，在由ECU 60执行的I/C温度调节控制时，通过使用来自温度传感器28的输出信号测量压缩气体的温度，并且通过使用来自压力传感器30的输出信号测量压缩气体的压力。然而，也可以通过估算而得到压缩气体的温度和压力。更具体地，可以基于通常设置在涡轮20b的旁路通道中的旁路阀(例如，废气门阀)的开度来估算压缩气体的压力。另外，可以基于用于内燃机10的冷却液的温度来估算压缩气体的温度。可以基于来自设置在不同于压缩机20a与中间冷却器22之间的进气通道12的位置处的温度传感器的输出信号来估算压缩气体的温度。应注意，该修改可以类似地应用于下文描述的实施例2和实施例3中。

实施例2

[实施例2的特征]接下来，将参照图4描述本发明的实施例2。

本实施例具有在具有与实施例1相似的系统配置作为前提条件的ECU60中执行图4所示的例程的特征。在下文中，将进行特征部分的说明，并且将省略或者简化与实施例1共同的部分的说明。

在上述实施例1中，为了将在中间冷却器22中产生的冷凝水的量限制为等于或者小于容许的量，执行I/C温度调节控制。在本实施例中执行的控制的目的是相似的。然而，在本实施例中，执行调节EGR阀42的开度增大或减小的控制(下文中称为“EGR率控制”)，以代替调节水泵48的转速的控制，其中在压缩机20a的驱动期间，水泵48的转速固定。

当水泵48的转速固定时，在中间冷却器22中产生的冷凝水的量显著地受中间冷却器22的芯部的温度(下文中称为“I/C芯部温度”)与压缩气体的温度之间的差影响。由于压缩气体的温度与EGR率相关联，因此如果执行EGR率控制，则使温度差变小，并且在中间冷却器22中产生的冷凝水的量可以被限制为等于或者小于容许的量。

图4是示出了由ECU 60执行的EGR率控制的例程的流程图。应注意，假设在涡轮20b开始转动时例程开始，并且在每个预定的控制时间段重复执行该例程。

在图4所示的例程中，测量压缩气体的压力和湿度、吸入进气通道12中的新鲜空气量以及I/C冷却液的温度，并且估算I/C芯部温度(步骤S20)。该步骤的过程基本上与图3中的步骤S10的过程相同。图3中的步骤S10的过程与该步骤的过程的区别在于：在图3的步骤S10的过程中估算EGR率，而在该步骤的过程中估算I/C芯部温度。在该步骤中，基于测量的I/C冷却液的温度以及水泵48的转速来估算I/C芯部温度。

随后，计算压缩气体的饱和水蒸气压力和容许的冷凝水量(步骤S22和步骤S24)。这些过程与图3的步骤S12和S14的过程相同。

随后，计算EGR率的容许值(下文中，称为“容许的EGR率”)(步骤S26)。更具体地，在该步骤中，基于步骤S20中测量的压缩气体的湿度、步骤S20中估算的I/C芯部温度、步骤S22中计算的压缩气体的饱和水蒸气压力、步骤S24中计算的容许的冷凝水量以及提前存储在ECU 60中的映射来计算容许的EGR率。

随后，EGR阀42的开度的目标值被计算(步骤S28)。更具体地，在该步骤中，基于步骤S20中测量的新鲜空气量和步骤S26中计算的容许的EGR率计算EGR阀42的开度的目标值。将计算的目标值从ECU 60输入到EGR阀42，从而调节EGR阀42的开度增大或减小。

如上所述，根据图4所示的例程的过程，能够得到与上述实施例1的效果相似的效果。

实施例3

[系统配置的说明]接下来，将参照图5和图6描述本发明的实施例3。应注意，在本实施例中，前提条件是EGR冷却器40是水冷型。

图5是用于说明本发明的实施例3的内燃机的控制系统的配置的图。如图5所示，本实施例的控制系统包括设置在EGR冷却器40上游侧(也就是，EGR冷却器40的排气通道14侧)的EGR通道38中的温度传感器62。温度传感器62是输出对应于EGR气体在通过EGR冷却器40之前的温度的信号的传感器。

另外，本实施例的控制系统包括冷却液循环装置64。冷却液循环装置64包括用于循环冷却液的冷却液循环路径66、用于将冷却液循环到冷却液循环路径66中的电动水泵68以及散热器70。EGR冷却器40的内部槽道(未示出)连接至冷却液循环路径66。驱动水泵68以将冷却液循环到冷却液循环装置64中，由此在EGR冷却器40的内部槽道中流动的冷却液与EGR气体之间进行热交换，并且EGR气体被冷却。

除了温度传感器62以外，用于测量冷却液循环装置64中的冷却液的温度的水温传感器72连接至ECU 60的输入侧。水泵68被连接至ECU 60的输出侧。

[实施例3的特征]在上述实施例1中，执行I/C温度调节控制，以将中间冷却器22中产生的冷凝水的量限制为等于或者小于容许的量。在本实施例中执行的控制的目的是相同的。然而，在本实施例中，在压缩机20a被驱动的同时，执行调节水泵68的转速以增大或减小转速的控制(下文中称为“EGR气体温度控制”)。应注意，在本实施例中，如同上述实施例2，假设水泵48的转速为固定的。

如上述实施例2所述，当水泵48的转速固定时，在中间冷却器22中产生的冷凝水的量受I/C芯部温度与压缩气体的温度之间的温度差的显著影响。由于压缩气体的温度与EGR气体温度相关联，如果执行EGR气体温度控制，则使得温度差较小，并且在中间冷却器22中产生的冷凝水的量可以被限制为等于或者小于容许的量。

图6是示出了由ECU 60执行的EGR气体温度控制的例程的流程图。应注意，假设在涡轮20b开始旋转时例程开始，并且在每个预定的控制时间段重复执行该例程。

在图6所示的例程中，首先测量压缩气体的温度、压力和湿度、EGR气体的温度、吸入进气通道12中的新鲜空气的量、I/C冷却液的温度以及冷却液循环装置64中的冷却液(下文中称为“EGR冷却液”)的温度，并且估算EGR率和I/C芯部温度(步骤S30)。更具体地，在该步骤中，基于来自温度传感器28、压力传感器30以及湿度传感器32的输出信号测量压缩气体的温度、压力和湿度。另外，基于来自温度传感器62的输出信号测量EGR气体的温度。另外，基于来自空气流量计18的输出信号测量新鲜空气量。另外，基于来自水温传感器56的输出信号测量I/C冷却液的温度。另外，基于来自水温传感器72的输出信号测量EGR冷却液的温度。另外，基于测量的新鲜空气量以及关于EGR阀42的开度的信息(例如，来自安装在EGR阀42附近的开度传感器的输出信号等)估算EGR率。另外，基于测量的I/C冷却液的温度和水泵48的转速估算I/C芯部温度。

随后，计算压缩气体的饱和水蒸汽压力和容许的冷凝水量(步骤S32和S34)。这些步骤中的过程与图3的步骤S12和S14的过程相同。

随后，计算EGR气体温度的容许值(容许的EGR气体温度)(步骤S36)。更具体地，在该步骤中，基于步骤S30中测量的压缩气体的湿度、步骤S30中估算的EGR率和I/C芯部温度、步骤S32中计算的压缩气体的饱和水蒸汽压力、步骤S34中计算的容许的冷凝水量以及提前存储在ECU 60中的映射来计算容许的EGR气体温度。

随后，计算水泵68的转速的目标值(步骤S38)。更具体地，在该步骤中，基于步骤S30中测量的EGR气体和EGR冷却液的温度、步骤S36中计算的容许的EGR气体温度以及提前存储在ECU 60中的映射来计算水泵68的转速的目标值。将计算的目标值从ECU 60输入到水泵68，从而调节水泵68的转速增大或减小。

如上所述，根据图6所示的例程的过程，可以得到与上述实施例1的效果相似的效果。

顺便提到，在上述实施例3中，基于来自温度传感器62的输出信号测量EGR气体的温度。然而，温度传感器62的位置可能在催化剂34下游侧的排气通道14中。可以通过已知的估算方法获得EGR气体的温度。

参考标记表

10 内燃机

12 进气通道

14 排气通道

18 空气流量计

20 涡轮增压器

20a 压缩机

20b 涡轮

22 中间冷却器

28、62 温度传感器

30、54 压力传感器

56、72 水温传感器

32 湿度传感器

36 低压EGR装置

60 ECU