专利名称：带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置及燃料喷射量控制方法
技术领域：
本发明涉及带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制技术，尤其涉及即使在增压压力的调压机构发生故障的情况下，也能使增压压力不会超过容许上限的技术。
然而，当因泄压闸阀或执行元件被粘合而发生故障时，增压压力就会超过容许上限而变得过大，就有可能损坏内燃机。因此，有人提出了设有作为失效保险机构的溢流阀的装置，当增压压力超过容许上限时，该溢流阀将吸入气体排放到大气中而使增压压力下降。
然而，这样的溢流阀是仅在泄压闸阀等发生故障时才工作的失效保险机构，且在目前是昂贵的部件，因此从目前成本竞争激化的观点来看，若有其它的替代措施，则应废止不用。
鉴于如上所述现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置及燃料喷射量控制方法，该装置及方法根据增压压力控制燃料喷射量，从而即使调压机构发生故障，也能使增压压力不超过容许上限。
另一方面，在方法的发明中，其特征在于，包括判定增压压力的调压机构是否发生故障的故障判定工序；当判定该调压机构未发生故障时，根据内燃机运转状态运算正常时燃料喷射量的正常时燃料喷射量运算工序；当判定该调压机构发生了故障时，根据内燃机运转状态对比正常时燃料喷射量少的故障时燃料喷射量进行运算的故障时燃料喷射量运算工序；以及，根据运算出的正常时燃料喷射量或故障时燃料喷射量，控制燃料喷射的燃料喷射控制工序，构成带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制方法。
根据这样的构成，当增压压力的调压机构未发生故障时，根据正常时燃料喷射量进行燃料喷射量控制。因此，进行与传统的一样的燃料喷射量控制，所以，例如可以防止驾驶者感到异样。
另一方面，当增压压力的调压机构发生了故障时，根据比正常时燃料喷射量要少的故障时燃料喷射量控制燃料喷射量。即，由于使用比正常时燃料喷射量要少的故障时燃料喷射量，产生转矩减少，故内燃机旋转速度下降。随着内燃机旋转速度的下降，吸入空气量也下降，故增压压力下降，可以将增压压力控制在容许上限以下。因此，可以不使用在传统技术中作为失效保险机构必需的溢流阀，可以降低成本并减轻重量和提高可靠性等。
此外，在装置的发明中，所述故障时燃料喷射量运算手段最好包括根据内燃机运转状态对油门全开时的第1燃料喷射量进行运算的第1燃料喷射量运算手段；根据内燃机运转状态对比所述正常时燃料喷射量少的第2燃料喷射量进行运算的第2燃料喷射量运算手段；将运算出的第1燃料喷射量与第2燃料喷射量中的较小方选作故障时燃料喷射量的燃料喷射量选择手段。
另一方面，在方法的发明中，所述故障时燃料喷射量运算工序最好包括根据内燃机运转状态对油门全开时的第1燃料喷射量进行运算的第1燃料喷射量运算工序；根据内燃机运转状态对比所述正常时燃料喷射量少的第2燃料喷射量进行运算的第2燃料喷射量运算工序；将运算出的第1燃料喷射量与第2燃料喷射量中的较小方选作故障时燃料喷射量的燃料喷射量选择工序。
根据这样的构成，将油门全开时的第1燃料喷射量与比正常时燃料喷射量少的第2燃料喷射量之中的较小方作为故障时燃料喷射量，控制燃料喷射量。因此，当调压机构一旦发生故障时，之后即使不进行是否发生故障的判定，也能在保证平滑的加速特性的情况下，将增压压力控制在容许上限以下。
还有，在装置的发明中，理想的构成是，具有检测增压压力的增压压力检测手段，当测出的增压压力达到规定值以上时，所述故障判定手段作出调压机构发生了故障的判定。
还有，在方法的发明中，理想的构成是，具有检测增压压力的增压压力检测工序，当测出的增压压力达到规定值以上时，所述故障判定工序作出调压机构发生了故障的判定。
根据这样的构成，因为调压机构是否发生故障，是根据增压压力进行判定的，所以，例如在已设有增压压力传感器等的增压压力检测手段的情况下，就不必设置新的传感器，可以抑制成本上升。
还有，在装置的发明中，理想的构成是，使所述正常时燃料喷射量运算手段及故障时燃料喷射量运算手段分别参照相对内燃机运转状态设定的燃料喷射量的图表，对正常时燃料喷射量及故障时燃料喷射量进行运算。
另一方面，在方法的发明中，理想的构成是，所述正常时燃料喷射量运算工序及故障时燃料喷射量运算工序分别参照相对内燃机运转状态设定的燃料喷射量的图表，对正常时的燃料喷射量及故障时的燃料喷射量进行运算。
根据这样的构成，因为正常时的燃料喷射量及故障时的燃料喷射量是参照图表进行运算的，可以抑制随着燃料喷射量的运算，处理负载增大。
图2为传统技术及本发明中的增压压力上升特性的曲线图。
图3为第1实施例的控制燃料喷射量的流程图。
图4为燃料喷射量图，(A)为故障时使用的图的说明图，(B)为正常时使用的图的说明图。
图5为第2实施例的控制燃料喷射量的流程图。
图6为全负载燃料喷射量图的说明图。
实施发明的最佳实施例为了更详细地说明本发明，根据附图进行说明。
图1所示为在电子控制可变喷嘴型带涡轮增压器(以下称“涡轮增压器”)的内燃机中应用了本发明的整体构成。
涡轮增压器的构成包括进行主控制的控制器单元1；利用内装的可变式叶片控制增压压力的涡轮增压器本体2；向进行阀开关动作的执行元件3供给负压的压力控制调节阀(以下称“PCM阀”)4；作为执行元件3的动作源，发生负压的真空泵5。检测增压压力Pb的增压传感器10(增压压力检测手段)的输出，以及检测内燃机旋转速度(以下称“旋转速度”)Ne的旋转速度传感器11的输出，作为内燃机的运行状态分别输入控制单元1中。
控制器单元1将测出的内燃机运转状态与理想的增压特性进行比较，用电子控制控制PCM阀4，控制涡轮增压器本体2的叶片角度，以使其成为与内燃机运转状态对应的最佳增压状态。另一方面，控制单元1为了与涡轮增压器的控制对应地对燃料喷射量进行增减控制，根据后述的控制内容，控制装在内燃机6内的燃料喷射装置7。此外，在未图示的驾驶座的仪表盘8上，设有告知涡轮增压器异常的警告灯8a。当测出涡轮增压器异常时，警告灯8a由控制单元1进行点灯控制。
当执行元件3或/和PCM阀4发生粘合等，在不能通过涡轮增压器本体2的叶片的开关来控制增压压力时，说明如何通过燃料喷射量控制来控制增压压力。
一旦不能由涡轮增压器进行增压压力的控制时，例如加速时，如图2所示，增压压力Pb会随着时间而上升，超过容许上限Pc。在可能发生这种现象的情况下，通过与内燃机运转状态对应地使设定的燃料喷射量Tp减少，来减少产生的转矩，使增压压力Pb下降。即，在增压压力Pb似乎会超过容许上限Pc的情况下，通过按旋转速度Ne相应地减少燃料喷射量Tp，增压压力Pb就被控制在容许上限以下。
接着，参照图3的流程图，对燃料喷射量控制的第1实施例进行说明。
在步骤1(在图中简略写为“S1”)中，对由增压传感器10测出的增压压力Pb是否为规定值P0以上进行判定。在此，规定值P0为判定是否已不再能用涡轮增压器控制增压压力的值，如图2所示，设定为比容许上限Pc小的值Pa。这样，如果增压压力Pb为规定值P0以上，则进入步骤2(是)，如果增压压力Pb不到规定值P0，则进入步骤4(否)。另外，规定值P0可以是一定的值，或者也可以是随旋转速度Ne变化的可变值。在规定值P0为可变值的情况下，可以提高涡轮增压器的故障检测精度。此外，步骤1的处理相当于故障判定手段。
在步骤2中，对涡轮增压器发生故障时(以下称“故障时”)的燃料喷射量Tp进行运算。即，参照如图4(A)所示那样的燃料喷射量图，根据由旋转速度传感器11测出的旋转速度Ne，运算故障时的燃料喷射量Tp。在此，根据上述原理，燃料喷射量图中设定有使增压压力Pb为容许上限Pc以下的燃料喷射量Tp。另外，步骤2的处理相当于故障时燃料喷射量运算手段。
在步骤3中，根据故障时燃料喷射量Tp，控制燃料喷射装置7，在规定的燃料喷射时间内进行燃料喷射。此时，根据故障时燃料喷射量Tp的燃料喷射量控制一直进行至点火开关被切断即控制单元1的电源被切断为止。又，步骤3的处理相当于燃料喷射控制手段。
在步骤1判定增压压力Pb未达到规定值P0后的步骤4中，对涡轮增压器未发生故障时(以下称“正常时”)的燃料喷射量Tp进行运算。即，参照如图4(B)所示那样的燃料喷射量图，根据由旋转速度传感器11和增压传感器10分别测出的旋转速度Ne和增压压力Pb，运算正常时的燃料喷射量Tp。又，步骤4的处理相当于正常时燃料喷射量运算手段。
在步骤5中，根据正常时燃料喷射量Tp，控制燃料喷射装置7，在规定的燃料喷射时间内进行燃料喷射。此后，返回步骤1。又，步骤5的处理相当于燃料喷射控制手段。
根据以上说明的步骤1至步骤5的处理，如果增压压力Pb未到规定值P0，则按正常时燃料喷射量进行燃料喷射量控制。因此，如果增压压力Pb未到规定值P0，就进行与传统的相同的燃料喷射量控制，因此，例如可以防止驾驶者感到异样。
另一方面，当增压压力Pb达到规定值P0以上时，因为判断出是不能由涡轮增压器进行增压压力控制的故障，所以按故障时燃料喷射量Tp进行燃料喷射量控制。此时，故障时的燃料喷射量Tp设定为比相同条件下的正常时燃料喷射量Tp要少，即，设定的使输出转矩减小、增压压力Pb在容许上限Pc以下。
因此，即使执行元件3或/和PCM阀发生了粘合等情况，涡轮增压器本体2的叶片再不能进行开关动作，也能如图2所示，将增压压力Pb控制在容许上限Pc以下。因此，可以废止使用在传统技术中作为失效保险机构是不可缺少的溢流阀，可以降低成本。此外，由于废止使用溢流阀，也可以降低重量及提高可靠性。
接着参照图5的流程图，对燃料喷射量控制的第2实施例进行说明。
在步骤11中，判定由增压传感器10测出的增压压力Pb是否为规定值P0以上。如果增压压力Pb为规定值P0以上，则进入步骤12(是)，如果增压压力Pb不到规定值P0，则进入步骤18(否)。又，在此所使用的规定值P0与第1实施例中的步骤1所使用的规定值P0是相同的，故省略对它的说明。此外，步骤11的处理相当于故障判定手段。
在步骤12中，对油门开度为全开时的正常时的燃料喷射量(以下称为“全负载燃料喷射量”)Tp1进行运算。即，参照如图6所示那样的燃料喷射量图，根据由旋转速度传感器11测出的旋转速度Ne，运算全负载燃料喷射量Tp1。又，步骤12的处理相当于第1燃料喷射量运算手段。
在步骤13中，进行与第1实施例中的步骤2相同的处理，运算故障时燃料喷射量Tp2。又，步骤13的处理相当于第2燃料喷射量运算手段。
在步骤14中，判定全负载燃料喷射量Tp1是否在故障时燃料喷射量Tp2以上。然后，如果全负载燃料喷射量Tp1为故障时燃料喷射量Tp2以上，则进入步骤15(是)，选择故障时燃料喷射量Tp2作为燃料喷射量Tp。而如果全负载燃料喷射量Tp1未达到故障时燃料喷射量Tp2，则进入步骤16(否)，选择全负载燃料喷射量Tp1作为燃料喷射量Tp。又步骤14到步骤16的处理相当于燃料喷射量选择手段。
在此，步骤12到步骤16的处理相当于作为上位概念的故障时燃料喷射量运算手段。
在步骤17中，根据燃料喷射量Tp控制燃料喷射装置7，在规定的燃料喷射时间内进行燃料喷射。在此，根据燃料喷射量Tp进行的燃料喷射量控制一直进行至点火开关被切断，即控制单元1的电源被切断为止。又，步骤17的处理相当于燃料喷射控制手段。
在步骤11判定增压压力Pb未到规定值P0后的步骤18中，进行与第1实施例中的步骤2相同的处理，运算正常时燃料喷射量Tp作为燃料喷射量。又，步骤18的处理相当于正常时燃料喷射量运算手段。
在步骤19中，根据燃料喷射量Tp控制燃料喷射装置7，在规定的燃料喷射时间内进行燃料喷射。然后，返回步骤11，重复进行步骤11之后的处理。又，步骤19的处理相当于燃料喷射控制手段。
根据以上说明的步骤11至步骤19的处理，除了上面第1实施例的作用和效果之外，还具有如下所述的作用和效果。即，燃料喷射量的控制开始之后，一旦增压压力Pb变为规定值P0以上，即选择全负载燃料喷射量Tp1与故障时燃料喷射量Tp2之中较小的作为燃料喷射量Tp。这样按燃料喷射量Tp进行燃料喷射量控制。然后，不进行增压压力Pb是否为规定值P0以上的判定，重复进行故障时燃料喷射量控制。这是因为，当增压压力Pb变为规定值P0以上时，可以判断涡轮增压器发生了故障，故欲进行故障时的高精度燃料喷射量控制。
因此，一旦涡轮增压器发生故障，即使增压压力Pb未到规定值P0，也进行故障时的燃料喷射量控制。因此，通过适当设定对全负载燃料喷射量Tp1进行运算的燃料喷射量图(参照图6)，即使涡轮增压器发生了故障，也能在保证平滑的加速特性的情况下，将增压压力Pb控制在容许上限以下。
在此，在图3及图5所示的流程图中的步骤3及步骤17中，将根据燃料喷射量Tp进行的燃料喷射量控制持续至控制单元1的电源被切断为止的效果在于，能防止转矩变动等2次性不良情况的发生。
另外，在以上说明的实施例中，将本发明的燃料喷射量控制装置应用于电子控制可变喷嘴型带涡轮增压器内燃机，但也可以应用于具有泄压闸阀的普通的带涡轮增压器内燃机。此时，即使泄压闸阀因粘合等而不能动作，也能通过燃料喷射量的减少进行增压压力控制，所以，可以废止使用作为失效保险机构的溢流阀。
此外，也可以不直接检测增压压力Pb，而代之以例如从吸入空气流量Q等来间接检测增压压力Pb。
产业上利用的可能性如以上说明过的那样，本发明的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置及燃料喷射量控制方法，即使在增压压力的调压机构发生了故障的情况下，也能防止增压压力超过容许上限，是极其有用的。
权利要求
1．一种带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置，其特征在于，其包括判定增压压力的调压机构是否发生了故障的故障判定手段；当判定该调压机构未发生故障时，根据内燃机运转状态运算正常时燃料喷射量的正常时燃料喷射量运算手段；当判定该调压机构发生了故障时，根据内燃机运转状态运算比正常时燃料喷射量少的故障时燃料喷射量的故障时燃料喷射量运算手段；根据运算出的正常时燃料喷射量或故障时燃料喷射量，控制燃料喷射控制的燃料喷射控制手段。
2．根据权利要求1所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置，其特征在于，所述故障时燃料喷射量运算手段包括根据内燃机运转状态对油门全开时的第1燃料喷射量进行运算的第1燃料喷射量运算手段；根据内燃机运转状态对比所述正常时燃料喷射量少的第2燃料喷射量进行运算的第2燃料喷射量运算手段；将运算出的第1燃料喷射量与第2燃料喷射量中的较小方选作故障时燃料喷射量的燃料喷射量选择手段。
3．根据权利要求1所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置，其特征在于，具有检测增压压力的增压压力检测手段，当测出的增压压力达到规定值以上时，所述故障判定手段作出调压机构发生了故障的判定。
4．根据权利要求1所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制装置，其特征在于，所述正常时燃料喷射量运算手段及故障时燃料喷射量运算手段分别参照相对内燃机运转状态设定的燃料喷射量的图表，对正常时燃料喷射量及故障时燃料喷射量进行运算。
5．一种带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量的控制方法，其特征在于，其包括判定增压压力的调压机构是否发生了故障的故障判定工序；当判定该调压机构未发生故障时，根据内燃机运转状态运算正常时燃料喷射量的正常时燃料喷射量运算工序；当判定该调压机构发生了故障时，根据内燃机运转状态对比正常时燃料喷射量少的故障时燃料喷射量进行运算的故障时燃料喷射量运算工序；根据运算出的正常时燃料喷射量或故障时燃料喷射量，控制燃料喷射的燃料喷射控制工序。
6．根据权利要求5所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量控制方法，其特征在于，所述故障时燃料喷射量运算工序包括根据内燃机运转状态对油门全开时的第1燃料喷射量进行运算的第1燃料喷射量运算工序；根据内燃机运转状态对比所述正常时燃料喷射量少的第2燃料喷射量进行运算的第2燃料喷射量运算工序；将运算出的第1燃料喷射量与第2燃料喷射量中的较小方选作故障时燃料喷射量的燃料喷射量选择工序。
7．根据权利要求5所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量的控制方法，其特征在于，具有检测增压压力的增压压力检测工序，当测出的增压压力达到规定值以上时，所述故障判定工序作出调压机构发生了故障的判定。
8．根据权利要求5所述的带涡轮增压器内燃机的燃料喷射量的控制方法，其特征在于，所述正常时燃料喷射量运算工序及故障时燃料喷射量运算工序分别参照相对内燃机运转状态设定的燃料喷射量的图表，对正常时燃料喷射量及故障时燃料喷射量进行运算。
全文摘要
通过调查增压压力Pb是否在规定值PO以上,判定增压压力的调压机构是否发生了故障。者判定增压压力的调压机构未发生故障,就按内燃机运转状态运算正常时燃料喷射量Tp。而若判定增压压力的调压机构发生了故障,则运算出比正常时燃料喷射量少的故障时燃料喷射量Tp。然后,根据运算出的正常时燃料喷射量Tp或故障时燃料喷射量Tp,进行燃料喷射控制。因此,当增压压力的调压机构发生了故障时,燃料喷射量减少,通过产生转矩减小,能将增压压力控制在容许上限以下。
文档编号F02D41/02GK1297510SQ00800414
公开日2001年5月30日 申请日期2000年3月31日 优先权日1999年3月31日
发明者今井良成, 石桥康隆 申请人:日产柴油机车工业株式会社