内燃机的增压压力控制装置及增压压力控制方法

专利名称：内燃机的增压压力控制装置及增压压力控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制内燃机增压压力的装置、以及一种增压压力的控 制方法。
背景技术：
存在有通过延迟点火正时或延迟燃料喷射正时等来增加排气温度 — 一即，排气能量一一以改善涡轮增压器的响应性的公知技术(例如参见经审查的日本专利申请公开公报HEI 7-101011号)。在此，如果通过延迟点火正时或延迟喷射正时等来增加排气的热 能，则由内燃机产生的扭矩相应地降低。具体地，假设进气量是固定的， 则与排气热能没有增加时相比，排气热能增加时的净扭矩变小。其原因 是如果通过延迟点火正时等来增加排气热能，则在下一循环以及后续 循环中的增压压力升高，但在当前循环中产生的扭矩降低。即使在通过增加排气能量来提高增压压力的响应性的情形中，如果由产生扭矩的降则驾驶性能劣化。另外，在迅速加速等期间，产生扭矩通过延迟点火正时而降低以减 少冲击等。在此情形中，如果以进行点火正时延迟等来作为增加排气能 量的手段，则其对于防止驾驶性能下降的效果较小。发明内容考虑到上述问题而作出本发明，并提供一种能够在增压压力控制装置 中迅速地升高增压压力的技术、以及一种内燃机的增压压力控制方法。作为本发明示例的一个实施方式，提供一种内燃机的增压压力控制装 置，所述内燃机包括涡轮增压器以及EGR设备，所述涡轮增压器的涡轮 由所述内燃机的排气旋转驱动，其特征在于，在增压时执行EGR，或者， 与不执行增压时相比，在增压时增加EGR量。根据本发明的另一个方面，提供一种内燃机的增压压力控制方法，所述内燃机包括涡轮增压器以及EGR设备，所述涡轮增压器的涡轮由所述 内燃机的排气旋转驱动，其特征在于，在增压时执行EGR，或者，与不执 行增压时相比，在增压时增加EGR量。通过执行EGR， 一部分在当前循环中产生于气缸内的高温排气可以 在下一循环以及后续循环中进入气缸内。具体地， 一部分在当前循环中产生的能量可以用于下一循环以及后续循环。这增加了在下一循环以及 后续循环中的能量的总量。因此，因为可以减少用于增加排气能量的点 火正时的延迟程度，所以可以抑制发动机产生扭矩的降低。从而，可以 增加排气的能量并同时抑制发动机产生扭矩的降低。由此，可以提高增 压压力升高的响应性，并且可以抑制驾驶性能的劣化。另外，在本发明中，增压压力控制装置可进一步包括改变进气门和/ 或排气门的打开/关闭正时的可变气门机构，其中所述在增压时执行的部EGR。通过使得一旦燃烧气体流入排气通道或进气通道则随后使其回流通过 相同通道并将其引入气缸内，或者通过增加保留在气缸内的燃烧气体，执 行内部EGR。例如，通过将窜回进气通道内的燃烧气体再次^X气釭来执 行内部EGR,或者通过使排入排气通道内的燃烧气体回流并将其^U^气缸 内来执行内部EGR,或者通过减少从气缸排出的燃烧气体量从而增加保留 在气缸内的燃烧气体量来执行内部EGR。可以通过例如改变排气门的打开 及关闭正时的可变气门机构来执行内部EGR。通过调节排气门的打开正 时、关闭正时、升程量以及操作角，可变气门^调节^l^内燃机气缸内 的新鲜空气的量、EGR量、保留气体量(内部EGR量)、泵损失等，从 而改变内燃机的操作状态。例如，如果进气通道内的压力低于气缸或者排 气通道内的压力，则进气门的打开正时提前，从而延长进气门和排气门同 时都打开的气门重叠，使得窜回进气通道侧的燃烧气体的量增加。然后， 窜回进气通道内的燃烧气体的在下一进气冲程被吸入气釭。因此，在下一 循环中，气釭内的燃烧气体增加。另外，如果使排气门的关闭正时先于排 气上死点，则燃烧气体窜回进气通道侧，且此燃烧气体在进气冲程中被吸 入气缸内。因此，保留在气缸内的燃烧气体增加。进一步地，如果使排气 门的关闭正时晚于排气上死点，则曾经排入排气通道的燃烧气体在进气冲程内回流到气缸内。因此，保留在气釭内的燃烧气体增加。由此，内部EGR 量可以增加。由于内部EGR气体的温度高于经由EGR通道传送的外部 EGR气体的温度，所以可以通过增加气缸中内部EGR气体的比例来增加 气釭中的能量。在本发明中，优选地，如果进气的压力低于预定值，则禁止在增压时 的EGR。进气的压力是吸入气缸内的空气的压力。如果在进气通道内设置有 节气门，则进气的压力是节气门下游的压力。如果进气的压力例如低于 节气门上游的压力或大气压，则对于涡轮机转速升高值来说增压压力的 升高值小；因此，即使排气能量增加，其提高增压压力升高的响应性的 效果也较小。另外，如果进气压力低，则内燃机经常在低负载下运转。 在此情形中，因为内部EGR气体的温度低，所以内部EGR的执行仅能 实现下一循环及后续循环中能量的少量增加。在另一方面，禁止EGR 将导致发动机产生扭矩的增加，从而可以通过增大发动机转速来增加进 气量。因此，可以改善增压压力升高的响应性。附及地，上述的"预定 值"为进气压力的上限值，在该上限值处，内部EGR的性能将仅具有 小的效果，并且上述的"预定值"例如为节气门上游的压力或大气压。在本发明中，优选地，调节所述进气门的打开正时，使得发动机产生 的扭矩处于预定的范围内且内部EGR气体的量变为最大。如果进气门的打开正时提前，则流入进气通道内的燃烧气体的量变 大，使得内部ERG气体的量增加。这增加了在下一及后续循环中添加 的能量。然而，如果进气门的打开正时过度地提前，则由于在当前循环 中所产生扭矩的降低，增压压力的响应性降低，而此响应性的降低抑制 了在下一及后续循环中所获得的增压压力的响应性的增加。在该情形 下，如果限制进气门的打开正时的提前量，则可以抑制所产生扭矩的降 低。此外，通过使内部ERG气体的量最大化并同时使所产生的扭矩保 持在所述范围内，则可以改善增压压力升高的响应性。附及地，"预定 范围"可以是这样的一个范围在下一及后续循环中，由排气能量增加 所导致的增压压力的升高可抑制由发动机产生扭矩的减少所导致的增 压压力的降低。具体地，只要发动机产生的扭矩处于所述范围内，就可 以抑制下一及后续循环中的发动机产生扭矩的降低，即使当前循环中的 发动机产生扭矩由于进气门打开正时的提前而降低，也是如此。此外，通过结合排气门打开正时的延迟，可以增加发动机产生的扭矩。在本发明中，优选地，当增压时EGR气体的量增加的时候，点火正 时不提前。因为内部EGR的增加导致緩慢燃烧，所以在相关技术中提前点火正 时以增加发动机产生的扭矩。另外，如果EGR气体量增加，则气釭内的 温度升高，从而爆燃变得易于发生。如果发生爆燃，在相关技术中则延迟 点火正时。在另一方面，如果在没有发生爆燃的风险时禁止点火正时的提 前，则发动机产生的扭矩降低，而排气的温度可以相应地升高。因此，可 以增加排气能量，从而，涡轮增压器的响应性可变得更好。根据本发明的另一个方面，提供一种内燃机的增压压力控制装置，其测排气温度的排气温度检测装置，其特征在于，在排气温度高于或等于预 定温度的操作区域中，禁止提前进气门打开正时的控制，且排气门的打开 正时延迟预定的量。根据再另一个方面，提供一种内燃机的增压压力控制方法，所述内燃检测排气温度的排气温度检测装置。在此控制方法中，在排气温度高于 或等于预定温度的操作区域中，禁止提前进气门打开正时的控制，且排气 门的打开正时延迟预定的量。例如，如果催化剂的温度变得过高，则发生催化剂劣化，或者催化 剂的排气净化能力下降。另外，例如，如果涡轮增压器的温度变得过高， 则存在涡轮增压器损坏的危险。因此，例如如果涡轮增压器和/或排气 净化催化剂的温度变得高达一定程度，则不允许排气温度再进一步升 高；因此，难以增加内部EGR。在该情形下，如果延迟排气门的打开 正时，则燃烧气体的能量中向下推动活塞的能量变大，使得发动机产生 的扭矩增大。另外，如果延迟排气门的打开正时，则进气门和排气门同 时打开的期间变长。如果排气温度高，则增压压力也高，从而，在重叠 期间，空气从进气通道窜漏到排气通道。这改变了排气脉冲的正时，从 而降低了在进气门和排气门同时处于打开气门状态期间所形成的背压。 由此，可以提高在排气冲程结束附近的排气速度，从而可以把动能赋予 涡轮机，且可以提高增压压力升高的响应性。另外，通过避免进气门打开正时的提前，可以抑制内部EGR的增加，从而可以抑制排气温度的 升高。附及地，"预定温度，，是存在设置于内燃机排气通道中的构件或 者构成内燃机的构件的性能降低的危险、或者存在这种构件损坏的危险 的下限温度值。根据如上所述构造的内燃机的增压压力控制装置及增压压力控制 方法，通过执行EGR, —部分当前循环中的能量可用于下一及后续循 环，从而可以迅速地提高增压压力。


通过阅读下文对本发明优选实施的详细描述，同时结合考虑附图， 可以更好地理解本发明的特征、优点以及技术和工业上的意义，其中图l是示出应用了根据本发明一个实施方式的内燃机增压压力控制 装置的内燃机及其进气/排气系统的整体构造的示图；图2是示出根据所述实施方式的发动机转速和发动机产生的扭矩之 间的关系的示图；图3是示出根据所述实施方式的增压压力、发动机产生的扭矩、进 气侧VVT的控制值、排气侧VVT的控制值、以及根据相关技术的控制 的对应值的转变过程的时序图；图4是示出根据所述实施方式的增压压力控制的流程的流程图；图5是示出排气涡轮机的转速TCR和增压压力Pm之间的关系的 示图；图6是示出根据所述实施方式的排气能量增加控制的流程的流程图；图7是示出排气涡轮机的转速和发动机产生的扭矩之间的关系的示图；图8是示出进气门的操作正时和排气温度之间的关系的示图；以及 图9是示出排气管中压力(背压)变化的转变过程的时序图。
具体实施方式
在下文的描述和附图中，将参照示例实施方式更加详细地描述本发明。下面将对作为本发明示例的一个实施方式进行描述。图l示出应用 了根据本发明一个实施方式的内燃机增压压力控制装置的内燃机及其 进气/排气系统的整体构造的示图。图1所示的内燃机1为具有四个气缸2的水冷四冲程汽油发动机。进气管3和排气管4连接到内燃机1。进气管3的中部设置有涡轮 增压器5的压缩机壳体5a,所述涡轮增压器5利用排气的能量作为驱动 源而工作。压缩机5c容纳于压缩机壳体5a中。位于压缩机壳体5a下 游的进气管3设置有进气节气门6，其调节在进气管3中流动的进气的 流量。进气节气门6通过电子致动器打开和关闭。位于压缩机壳体5a 上游的进气管3设置有空气流量计7，其输出与在进气管3中流动的进 气的流量相对应的信号。内燃机l的进气量由空气流量计7测量。排气管4的中部设置有涡轮增压器5的涡轮机壳体5b。位于涡轮机 壳体5b下游的排气管4设置有排气净化催化剂8。通过排气能量来转 动的排气涡轮机5d容纳于涡轮机壳体5b。依据所述实施方式的内燃机1还装备有可变气门机构50。每个气缸 2装备有两个进气门51。进气门51的打开/关闭操作由进气侧凸轮52 引起。进气侧凸轮52附连于进气侧凸轮轴53。进气侧凸轮轴53的端部 设置有进气侧皮带轮54。此外，设置有可以改变进气侧凸轮轴53与进 气侧皮带轮54之间的相对转动相位的可变转动相位机构(下文称为"进 气侧VVT" ) 55。进气侧VVT 55遵循来自于ECU 10的指令来控制进 气侧凸轮轴53与进气侧皮带轮54之间的相对转动相位。通过曲轴的驱动力来实现对进气侧凸轮轴53的旋转驱动。通过曲 轴的驱动力，进气侧凸轮轴53被旋转驱动，从而旋转进气侧凸轮52， 由此打开和关闭进气门51。在此实施方式中，通过可变气门机构50来 相对于进气上死点提前或延迟进气门51的打开/关闭正时，从而改变气 缸2中的燃烧气体量。在本实施方式中，通过此种方式保留在气缸2中 的燃烧气体称为内部EGR (废气再循环)气体。每个气缸2都设置有两个排气门61，且排气门61的打开/关闭操作 由排气侧凸轮62引起。排气侧凸轮62附连于排气侧凸轮轴63。排气侧 凸轮轴63的端部设置有排气侧皮带轮64。此外，设置有可以改变排气 侧凸轮轴63与排气侧皮带轮64之间的相对转动相位的可变转动相位 机构(下文称为"排气侧VVT" ) 65。排气侧VVT 65遵循来自于ECU 10的指令来控制排气侧凸轮轴63与排气侧皮带轮64之间的相对转动 相位。通过曲轴的驱动力来实现对进气侧凸轮轴53和排气侧凸轮轴63的 旋转驱动。通过曲轴的驱动力，进气侧凸轮轴53和排气侧凸轮轴63被 旋转驱动，从而旋转进气侧凸轮52和排气侧凸轮62,由此打开和关闭 进气门51和排气门61。在此实施方式中，通过可变气门机构50来提前 或延迟进气门51和排气门61的打开/关闭正时，从而改变气缸2中的 燃烧气体量。在本实施方式中，通过此种方式保留在气缸2中的燃烧气 体称为内部EGR气体。如上所述构造的内燃机1 i殳置有ECU 10，所述ECU 10为用于控制 内燃机l的电子控制单元。ECU 10是根据内燃机1的操作条件或来自 于驾驶人员的要求来控制内燃机1操作状态的单元。各种传感器经由电 子线路连接到ECU 10,所述传感器包括能够根据驾驶人员下压加速器 踏板11的量来输出电子信号并检测发动机负载的加速器操作量传感器 12、检测发动机转速的曲轴位置传感器13、根据进气管3中的进气门6 下游的压力来输出信号的下游侧进气压力传感器14、根据进气管3中的 进气门6上游的压力来输出信号的上游侧进气压力传感器15、根据排气 温度来输出信号的排气温度传感器16等。各种传感器的输出信号输入 到ECU 10。另外，进气门6、进气侧VVT 55以及排气侧VVT65经由 电子线路连接到ECUIO。这些器件由ECU10控制。ECU 10调节内部EGR气体的量。可以通过控制进气侧VVT 55来 调节内部EGR气体的量。此外，还可以通过控制排气侧VVT 65来调 节内部EGR气体的量。因此，进气侧VVT55和排气侧VVT65有时称 为EGR设备。如果使进气门51的打开正时先于排气上死点，则进气门 51在排气冲程期间打开。于是，如果进气管3中的压力低于排气管4 中的压力，则气缸2中的燃烧气体在活塞上升时回流入进气管3。回流 的燃烧气体在紧接着的后续进气冲程中再次流入气缸2。即，内部EGR气体的量可随着进气门51的打开正时相对于排气上死点的进一步提前 而逐渐地增加。图2是示出根据本实施方式的发动机转速和发动机产生的扭矩之间 的关系的示图。图3是示出根据本实施方式的增压压力、发动机产生的 扭矩、进气侧VVT的控制值、排气侧VVT的控制值、以及根据相关技 术的控制的对应值的转变过程的示图。在图2中，"等于节气门上游压力曲线"是这样的一条线其指示 当进气管3中的进气节气门6上游侧和下游侧上的压力相等时所产生的 针对每一发动机转速的发动机产生扭矩。"OT极限线"是这样的一条线 其指示能够导致涡轮增压器5或排气净化催化剂8过热的针对每一发动 机转速的发动机产生扭矩的最低值。"转变轨迹"示出了根据本实施方 式在加速期间内燃机l操作状态中的变化。"NA扭矩，，指示在不执行增 压时产生的针对每一发动机转速的发动机产生扭矩。在图2中，发动机产生扭矩低于"等于节气门上游压力曲线"的操 作区域被示为"常规控制区域"。在此"常规控制区域"中，控制进气 侧VVT 55和排气侧VVT 65使得对于每一束动机转速而言发动机产生 扭矩变为最大。具体地，在示为"常规控帝f区域"的操作区域中，不执 行用于主动增加排气能量的进气侧VVT 55和排气侧VVT 65的控制。其原因是当进气节气门6的下游侧的压力小于或等于其上游侧的压 力时，增压压力的升高量APm与排气涡轮机5d的转速增加量ATCR 的比值(APm/ATCR)小，从而，排气能量的增加不会显著地增加增压 压力。另外，在这种状态下，内部EGR的温度也是低的。在此方面， 增压压力的响应性也没有得到提高。在这种操作状态下，相比于增加排 气能量，通过提高发动机转速可以更加迅速地增加发动机产生扭矩。因 此，如果增压压力或排气涡轮机5d的转速小于或等于预定值(等于节 气门上游压力曲线)，则不执行所述的进气侧VVT 55和排气侧VVT 65 的控制。于是，进气侧VVT55和排气侧VVT65控制为使发动机产生 扭矩变为最大。附及地，在图3中以标记(2)示出开始"常规控制区 域"控制的时间点。此外，在图1中，由"等于节气门上游压力曲线"和"OT极限线" 划界的操作区域被示为"进气/排气侧VVT控制区域"。在此操作区域中，内部EGR通过进气侧VVT 55和排气侧VVT 65增加。在刚刚进入"进气/排气侧VVT控制区域"之后，排气管4中的压 力高于进气管3中的压力。首先，在此操作区域中，通过进气侧VVT55 使进气门51的打开正时从MBT点(发动机产生扭矩变为最大的正时) 偏移以增加重叠而增加内部EGR。这使得存在于当前循环中的排气能 量的一部分可用于下一循环，从而，虽然在当前循环中产生的扭矩降低 了，但是下一循环中的能量总量增加。因此，可以减少为了增加排气能 量而执行的喷射正时的延迟程度，并且因此可以抑制产生扭矩的降低。 在此情形中，进气门51的打开正时的提前量确定为使得内部EGR气体 量变为最大。同时，排气门61的打开正时还可以通过排气侧VVT65提前。这升 高了背压，并因此可以进一步增加内部EGR气体量。执行排气门61的 打开正时的提前，同时使与进气门51的重叠期间保持恒定。此外，在能够独立地控制进气门51的关闭正时的系统中，可以通 过将进气门51的关闭正时设在进气下死点附近来使进气量最大化。这 将进一步地增加发动机产生扭矩。附及地，在图3中，在当前操作区域 为"进气/排气侧VVT控制区域"且排气管4中压力高于进气管3中压 力的情形下执行控制的时间段由标记(1)示出。在当前操作区域为"进气/排气侧VVT控制区域"且进气管3中压 力高一一即高于或等于排气管4中压力一一的情形下，进气门51的打 开正时提前，使得产生扭矩中的下降相对于在MBT点处产生的扭矩的 比例处于预定的范围内，且排气涡轮机5d的转速(或增压压力)变为 最大。在此，进气门51的打开正时控制为使得进入气缸内的空气量变 为最大。附及地，如果进气门51的打开正时过度地提前，则重叠期间变得 过长，且在压缩沖程结束时的温度变高。由于这导致出现爆燃的危险， 所以延迟点火正时。因此，发动机产生的扭矩降低。然而，虽然点火正 时的延迟在某种程度上牺牲了发动机产生的扭矩，但是进气门51打开 正时的提前导致了气体从进气管3到排气管4的窜漏。这增加了进气量， 从而可以增加发动机产生扭矩。具体地，如果产生扭矩中的下降相对于 在MBT点处产生扭矩的比例处于预定的范围内，则通过在下一循环以及后续循环中的增压压力的升高所导致的发动机产生扭矩的升高而抑 制了发动机产生扭矩的降低，从而能够在下一循环以及后续循环中升高 发动机产生扭矩。同时，通过排气侧VVT65来延迟排气门61的打开正时。这加长了 在膨胀冲程中燃烧气体向下推动活塞的时间，从而可以提高发动机产生 的扭矩。此外，在能够独立地控制进气门51的关闭正时的系统中，可以通 过将进气门51的关闭正时设在进气下死点附近来最大化进气量。这将 进一步地增加发动机产生的扭矩。附及地，在图3中，在当前操作区域 为"进气/排气侧VVT控制区域"且进气管3中压力高于或等于排气管 4中压力的情形下执行控制的时间段由标记(3)示出。在相关技术中，因为内部EGR的增加导致了緩慢燃烧，所以提前 点火正时以补偿由该緩慢燃烧引起的发动机产生扭矩的降低。在另一方 面，在本实施方式中，在没有发生爆燃的危险的区域中(下文称为"位 于爆燃区域之外")，避免提前点火正时，从而使得排气温度进一步升高。 在存在发生爆燃的危险的区域中(下文称为"爆燃区域")，执行点火正 时的延迟补偿，从而使得不发生爆燃。附及地，在图3中，执行这种控 制的操作状态由标记(4)示出。此外，在图2中，其中发动机产生扭矩位于"OT极限线，，之上的 操作区域被示为"排气侧VVT控制区域"。在此区域中，排气门61的 打开正时例如通过排气侧VVT 65延迟。在存在涡轮增压器5或排气净化催化剂8过热的危险的区域(下文 称为"OT区域")中，如果排气温度升高，则涡轮增压器5或排气净化 催化剂8过热。因此，在此区域中，难以升高排气的温度。因此，通过 排气侧VVT 65延迟排气门61的打开正时且增加重叠，使得已经从进 气管3流入气缸2的空气直接地排放到排气管4。因此，可以增加赋予 排气涡轮机5d的动压能量，从而可以提高增压压力升高的响应性。另 外，如果排气门61的打开正时通过排气侧VVT 65延迟，则加长了在 膨胀冲程中燃烧气体向下推动活塞的时间，从而可以增加发动机产生扭 矩。附及地，在图3中，在"排气侧VVT控制区域"中执行控制的时 间段由标记(5)示出。在图3中，实线的曲线表示由根据本实施方式的控制所导致的转变， 而虚线表示由根据相关技术的控制所导致的转变。在相关技术中，以 MBT为目标来控制进气侧VVT 55和排气侧VVT 65。在图3中示为A 的时刻处，驾驶人员通过下压加速器踏板11提出加速要求。从时刻A 到时刻B，发动机操作状态处于"常规操作控制区域"，其中进气节气 门6的下游侧的压力小于或等于其上游侧的压力。在从时刻A到时刻B 的期间，在本实施方式和相关技术中执行相同的控制。在图3中示为B的时刻处，进气管3中的进气节气门6的上游侧和 下游侧的压力变为相等。然后，从由B所示的时刻起，发动机操作状态 处于"进气/排气侧VVT控制区域"内。在相关技术中，进气门和排气 门的打开及关闭正时以MBT点为此操作区域中的目标而进行控制。因 此，在图3中，在依据相关技术的控制中，进气门51的打开及关闭正 时通过进气侧VVT 55延迟。然而，在才艮据本实施方式的控制中，进气 门51的打开及关闭正时提前而没有使用MBT点作为目标。另夕卜，在依 据相关技术的控制中，排气门61的打开及关闭正时通过排气侧VVT 65 逐渐地提前。另一方面，在根据本实施方式的控制中， 一旦排气门61 的打开及关闭正时提前后、则保持固定，从而使得更多的燃烧气体窜回 进气管3中。然后，在C所示的时刻处，基于本实施方式控制的增压压力变得大 于基于根据相关技术来控制的增压压力。然后，在D所示的时刻处，操 作状态抵达"OT极限线"。从D所示的时刻起，操作状态处于"排气 侧VVT控制区域"内。接下来，将对根据本实施方式的增压压力控制进行描述。图4是示 出根据本实施方式的增压压力控制的流程的流程图。在需要通过涡轮增 压器5增压的情形下，此程序每隔预定时间地重复执行。在步骤S101处，判断是否满足增压压力控制的先决条件。增压压件的条件。如果存在加速要求或在已经执行了燃料切断之后，则认为满 足了该条件。另外，在稳定运转或者緩緩加速时，执行增压压力控制会 劣化燃料经济性。因此，在这些情形下，认为没有满足条件。如果在步 骤S101中作出了肯定的判断，则过程前进到步骤S102。在另一方面， 如果在步骤S101中作出了否定的判断，则过程前进到步骤S104。在步骤S102处，判断内燃机1是否在预定区域中操作。所述预定 区域是进气节气门6下游的进气管3中的压力小于或等于进气节气门6 上游的进气管3中的压力的区域。这些压力可通过下游侧进气压力传感 器14和上游侧进气压力传感器15获得。具体地，在此步骤，判断发动 机产生的扭矩是否处在图2中位于"等于节气门上游压力曲线"下方的 "常规控制区域"内。在APm/ATCR小的情形下，几乎不能期望增压 压力的增加，即使排气涡轮机5d的转速通过排气能量的增加而升高， 也是如此。图5是示出排气涡轮机5d的转速TCR和增压压力Pm之间的关系 的示图。在图5中由阴影线示出的部分中，APm/ATCR小于或等于预 定的值。该部分例如为排气涡轮机5d的转速TCR小于或等于50000rpm 且增压压力Pm小于或等于14kPa的区域。在由阴影线示出的区域中， 因为APm/ATCR小，所以可以进行设定使得不执行通过增加排气能量 来升高增压压力。具体地，在此步骤中，如果涡轮机转速小于或等于预 定的值，则可以判定操作状态是"常规操作区域"并且可以避免增压压 力控制。如果在步骤S102中作出肯定的判断，则过程前进到步骤S104。 在另一方面，如果在步骤S102中作出否定的判断，则过程前进到步骤 S103。在步骤S103处，执行排气能量增加控制。下文将对其细节进行描述。在步骤S104处，执行相关技术中没有排气能量增加控制的增压压 力控制，即普通控制。接下来，将对排气能量增加控制的流程进行描述。图6是示出根据 所述实施方式的排气能量增加控制的流程的流程图。如上所述，在步骤 S103处执行此程序。在步骤S201处，判断内燃机1的操作区域是否为OT区域。具体 地，判断发动机的操作区域是否为能够升高排气温度的操作区域。通过 在图2中代入发动机转速和发动机负载来执行这个判断。如果在步骤 S201中作出肯定的判断，则过程前进到步骤S206。在另一方面，如果 在步骤S201中作出否定的判断，则过程前进到步骤S202。在步骤S202处，通过进气侧VVT 55提前进气门51的打开正时。 因此，因为进气门51在排气冲程的中途打开，所以一部分燃烧气体回 流到进气管3内。然后，在随后的进气沖程中，进气管3中的燃烧气体 被吸入气釭2内。从而，在此步骤中，内部EGR增加。由此，在压缩 冲程结束时的气缸2内的温度升高，使得排气的能量增加。图7是示出排气涡轮机5d的转速和发动机产生扭矩之间的关系的 示图。在图7中，相同的图标意味着排气门61的打开和关闭正时相同、 但是进气门51的打开和关闭正时不同。如果进气门51的打开和关闭正 时进一步提前，则发动机产生的扭矩逐渐地降低。另外，圆形标记的进 气门51的打开和关闭正时是最早的，并且进气门51的打开和关闭正时 朝三角形标记逐渐地变晚。然后，选择进气侧VVT55的控制值，使得 排气涡轮机5d的转速在图7中以阴影线示出的MBT的范围内变得最 大。其等同于以使得进气量变为最大的方式获取进气侧VVT55的控制 值。具体地，控制进气门51及排气门61的打开和关闭正时以获得图7 中由Z所示的点的状态。由此，尽管在当前循环中产生的扭矩降低，但 是在下一循环以及后续循环中的增压压力的响应性得以提高。从而，可 以在下一周期以及后续周期中消除所产生的扭矩的降低。在步骤S203处，判断内燃机l的操作区域是否处于爆燃区域。如果内燃机l的负载是中等的或者是高的，则存在发生爆燃的危险； 因此，补偿点火正时从而使得爆燃不会发生。图8是示出进气示图门51 的操作正时和排气温度之间的关系的。三角形的标记指示点火正时得以 补偿，而圆形的标记指示点火正时没有被补偿。通过以此方式补偿点火 正时，可以抑制排气温度的升高。于是，当存在发生爆燃的危险时，可 以通过补偿点火正时以抑制排气温度的升高来限制爆燃的发生。附及 地，爆燃区域通过实验等预先地确定并且以基于发动机转速和发动机所 产生扭矩的映射的形式存储。然后，通过代入当前时刻的发动机转速和 当前时刻的发动机负载来判断当前的操作区域是否为爆燃区域。如果在 步骤S203中作出肯定的判断，则过程前进到步骤S204。在另一方面， 如果在步骤S203中作出否定的判断，则过程前进到步骤S205。在步骤S204处，补偿点火正时以使得爆燃不会发生。这抑制了燃 烧温度，并因此抑制了爆燃的发生。在步骤S205处，阻止执行对点火正时的补偿。因为不存在发生爆 燃的危险，所以点火正时可以保持原样，使得排气能量可以进一步地增 加。在步骤S206处，执行通过排气侧VVT 65来改变排气门61的打开 和关闭正时的控制并且执行对点火正时的补偿。在OT区域中，难以通 过升高排气的温度来升高增压压力。因此，通过提高排气的流速来升高 增压压力。首先，在通过排气侧VVT 65来改变排气门61的打开和关 闭正时的控制中，改变排气脉冲的发生正时，从而降低在气门重叠期间 的背压。图9是示出排气管4中的压力(背压)变化的转变过程的示图。 在图9中，水平轴代表曲轴角度。实线曲线和虚线曲线分别表示改变前 的转变过程和改变后的转变过程。在本实施方式中，因为采用了四缸的 内燃机1，所以来自于一个气缸的排气压力由于来自于另外的气缸的排 气而波动。通过变动这些排气脉冲的正时，可以降低气门重叠期间的背 压。由此，从进气管3引入气缸2中的空气直接地窜漏到排气管4内。 因此，在排气冲程终止处附近形成了排气流，从而动能可以赋予到排气 涡轮机5d。从而，增压压力可以迅速地升高。通过以上述方式来控制进气门51的打开和关闭正时、排气门61的 打开和关闭正时以及点火正时，可以增加排气的能量。因此，提高了升 高排气压力时的响应性，从而可以改善驾驶性能。另外，在进气节气门 6下游侧的压力小于或等于其上游侧压力的情形中，可以通过禁止内部 EGR来增加发动机产生的扭矩；因此，可以通过增加发动机转速来增 加进气量。因此，可以改善增压压力升高的响应性。此外，当增压压力 高达一定程度时，可以通过限制进气门51打开正时的提前量来抑制所 产生扭矩的降低，从而可以改善增压压力升高的响应性。通过同时延迟 排气门61的打开正时，可以增加基于燃烧气体的发动机产生扭矩。另 外，通过在没有发生爆燃的危险时禁止点火正时的提前，排气温度对应于发动机产生扭矩的减少而相应地升高；因此，可以增加排气能量，从 而增压压力升高的响应性可变得更好。
权利要求
1.一种内燃机的增压压力控制装置，所述内燃机包括涡轮增压器以及EGR设备，所述涡轮增压器的涡轮由所述内燃机的排气旋转驱动，所述增压压力控制装置的特征在于，在增压时执行EGR，或者，与不执行增压时相比，在增压时增加EGR量。
2. 如权利要求1所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，进 一步包括改变进气门和/或排气门的打开/关闭正时的可变气门机构，其中/关闭正时来执行的内部EGR。
3. 如权利要求2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，所 述进气门的打开正时调节为使得发动机产生的扭矩在预定的范围内且内 部EGR气体量变为最大。
4. 如权利要求1或2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于， 如果进气的压力低于预定值，则禁止所述在增压时的EGR。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的内燃机的增压压力控制装置，其 特征在于，当增压时EGR气体量增加的时候，点火正时不提前。
6. —种内燃机的增压压力控制装置，所述内燃机包括改变进气门和/气温度检测装置，其特征在于，在排气温度高于或等于预定温度的操作区域中，禁止提 前进气门打开正时的控制，且排气门的打开正时延迟预定的量。
7. —种内燃机的增压压力控制方法，所述内燃机包括涡轮增压器以及 EGR设备，所述涡轮增压器的涡轮由所述内燃机的排气旋转驱动，所述增压压力控制方法的特征在于，在增压时执行EGR，或者，与不 执行增压时相比，在增压时增加EGR
8.如权利要求7所述的内燃机的增压压力控制方法，其特征在于，所行的内部EGR。
9. 如权利要求8所述的内燃机的增压压力控制方法，其特征在于，调 节所述进气门的打开正时，使得发动机产生的扭矩在预定的范围内且内部 EGR气体量变为最大。
10. 如权利要求7或8所述的内燃机的增压压力控制方法，其特征在 于，如果进气的压力低于预定值，则禁止所述在增压时的EGR。
11. 如权利要求7至10中任一项所述的内燃机的增压压力控制方法， 其特征在于，当增压时EGR气体量增加的时候，点火正时不提前。
12. —种内燃机的增压压力控制方法，所述内燃机包括改变进气门和/气温度检测装置，其特征在于，在排气温度高于或等于预定温度的操作区域中，禁止提 前进气门打开正时的控制，且排气门的打开正时延迟预定的量。
全文摘要
一种增压压力控制装置，包括其涡轮由内燃机(1)的排气旋转地驱动的涡轮增压器(5)、以及EGR设备(55、65)，其中在增压时执行EGR，或者与不执行增压时相比，在增压时增加EGR量。如果通过由EGR设备(55、65)改变进气门(51)和/或排气门(61)的打开/关闭正时来增加内部EGR气体量，则可以增加排气的能量，从而可以提高涡轮增压器(5)的转速。因此，可以改善增压压力升高的响应度。从而，提供了一种更为迅速地升高增压压力的技术。
文档编号F02D43/00GK101268268SQ200680034584
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者久保田博文, 井上政广, 入沢泰之 申请人:丰田自动车株式会社