专利名称：带涡轮增压器发动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带涡轮增压器发动机的控制装置，特别是涉及一种能够将涡轮的转速高精度地抑制在容许值以下的带涡轮增压器发动机的控制装置。
背景技术：
以往，在车辆或建筑机械等中，多采用带涡轮增压器的发动机。在这种带涡轮增压器的发动机中，在气压低且空气密度低的高地使用的情况下， 如果想要向发动机供给与低地使用的情况同量的空气，从向发动机供给的空气体积考虑， 则需要向发动机供给比低地的情况更多的空气。因此，如果在空气密度低的高地使用带涡轮增压器的发动机，则为了向发动机供给大量的空气，可能会使构成涡轮增压器的涡轮的转速过度上升，引起涡轮增压器的损坏。因此，在专利文献1、专利文献2中公开了即使在空气密度低的高地使用带涡轮增压器的发动机，也能够防止涡轮的过快旋转，事先防止涡轮增压器的破损的技术。在专利文献1中公开的技术中，在涡轮设置转速传感器，该转速传感器附带在装备有可动喷嘴叶片的涡轮增压器中，在一般情况下，控制喷嘴叶片的开度以使根据发动机的运转状态输出的目标质量流量与设置在涡轮增压器的压缩机上游侧的空气流量计测量的实际质量流量一致。并且，在涡轮增压器的转速检测值在理想转速以上时，控制燃料喷射量以使压缩机的实际吸气体积流量与体积流量图相符。在这里，所述吸气体积流量是根据空气流量计得到的吸气质量流量和吸气温度算出的计算值。并且，在专利文献2公开的技术中，利用大气压传感器测量的大气压的信息来判断高度，根据判定的高度，对EGR控制阀进行打开操作以将涡轮转速抑制在容许值以下。在该专利文献2公开的技术中，关于液压挖掘机等建筑机械，由于保持较高的转速地进行额定运转，并连续地驱动液压泵，并利用通过该液压泵得到的液压来进行土木作业，因此，作业中的增压较高，即使在空气密度低的高地进行排气气体的再循环，也难以产生黑烟，因此，通过对EGR控制阀进行打开操作，就能够将涡轮转速抑制在容许值以下。现有技术文献专利文献专利文献1 (日本)特开2005-299618号公报专利文献2 (日本)特开2008-184922号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在专利文献1公开的技术中，需要设置转速传感器。一般地，由于不需控制涡轮增压器的转速，在采用专利文献1公开的技术时，就仅仅为了检测涡轮的过快旋转而设置转速传感器，从产品成本上升方面来看并不优选。并且，虽然通过质量流量和吸气温度的信息计算出了体积流量，然而，在该计算中并不使用大气压的信息。由于体积流量随着大气压变化，因此，不能说准确地进行了体积流量的计算，因此，也不能说准确地进行了控制。并且，在专利文献2公开的技术中，通过对EGR控制阀进行打开操作，涡轮转速降低，然而，在高负荷时，由于原本空气过剩率就低，因此，容易产生烟，在涡轮转速上升的低大气压下的开阀操作可能会产生大量的烟。并且，在除了建筑机械之外，从低负荷向高负荷的状态变化的应用中，如果为了进行涡轮的过快旋转保护而导入EGR，则很可能会产生黑烟，因此，除了建筑机械以外的应用范围小。并且，仅仅通过根据大气压的信息判断的高度信息将涡轮转速控制为允许值，然而，涡轮转速与气压和吸气温度均相关。如专利文献2公开的技术，在不考虑吸气温度的情况下，即使在易于产生涡轮的过快旋转的吸气温度高的条件下，也需要设置参数以防止过快旋转的产生，在吸气温度低时，会超出必要地限制燃料喷射量，超出必要地限制发动机的输出。为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种带涡轮增压器发动机的控制装置，其不添加直接检测涡轮转速的零件就能够高精度地推测出涡轮转速，通过高精度地推测涡轮的转速，就能够将涡轮的转速高精度地抑制在容许值以下，防止过快旋转。解决技术问题的技术方案为了解决上述问题，本发明提供一种带涡轮增压器发动机的控制装置，包括涡轮增压器，其具有配置在发动机的吸气通路的压缩机和配置在排气通路的涡轮；燃料喷射量控制机构，其按照所述发动机的运转状态控制向所述发动机的燃料喷射量，其特征在于，具有涡轮转速推测机构，其根据所述发动机的运转状态，计算并求出所述涡轮的转速的推测值，所述燃料喷射量控制机构在所述涡轮转速的推测值超过规定的容许值时，控制燃料喷射量以使所述涡轮转速的推测值在所述容许值以下。由此，不添加直接检测涡轮转速的零件就能够根据发动机的运转状态推测涡轮转速。因此，能够避免在临时设置对该涡轮转速进行检测的传感器时造成的产品成本上升，该传感器的故障、误检测造成的产品可靠性降低等问题。并且，在涡轮转速超过容许值时，通过限制燃料喷射量来限制发动机输出，由此， 就能够将涡轮转速限制在规定值以下，能够防止涡轮的过快旋转。因此，能够防止涡轮的过快旋转造成的涡轮增压器的破损等。并且，具有大气压测量机构，其测量大气压；吸气质量流量测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机吸入的吸气的吸气质量流量；吸气温度测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机导入的吸气的温度；升压测量机构，其测量所述发动机的升压，所述涡轮转速推测机构利用所述大气压、所述吸气质量流量以及所述吸气温度，求出由配置在所述吸气通路的压缩机吸入的吸气的标准状态下的吸气体积流量，并且，求出由大气压除所述升压得到的供气压力比，利用表示所述标准状态下的吸气体积流量、吸气压力比以及所述涡轮的转速的关系的涡轮增压器的性能曲线，推测出所述涡轮转速。涡轮转速不仅受到大气压也受到吸气温度的影响。因此，在根据吸气体积流量和供气压力比，利用涡轮增压器的性能曲线推测涡轮转速时，作为吸气体积流量，通过使用根据大气压和吸气温度求出的标准状态下的吸气体积流量，就能够高精度地推测出涡轮转速。
在这里，标准状态是指25°C、latm。并且，具有大气压测量机构，其测量大气压；吸气温度测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机导入的吸气的温度，所述涡轮转速测量机构利用所述大气压和所述吸气温度算出所述吸气的空气密度，利用通过实验预先制作出的表示吸气密度与涡轮转速的关系的图，根据所述吸气的空气密度，推测出涡轮转速。由此，不需涡轮增压器的性能曲线，就能够通过简单的运算处理推测出涡轮转速。并且，所述吸气温度测量机构的特征在于，利用供气歧管温度测量机构，其测量所述发动机的供气歧管内的供气歧管温度，并且，利用通过实验预先制作出的表示供气歧管温度与吸气温度的关系的图，根据所述供气歧管温度，求出吸气温度。由此，不再需要设置直接检测由配置在吸气通路的压缩机导入吸气的温度的传感器等。因此，即使在不具有能够直接检测吸气温度的传感器的带涡轮增压器发动机中，不需重新设置该传感器就能够使用本发明。并且，所述燃料喷射量控制机构根据所述涡轮转速和大气压，预先设定所述涡轮转速在所述容许值以下的最大的燃料喷射量，在所述涡轮转速超过所述容许值时，将燃料喷射量减少至与所述大气压和涡轮转速相应的最大燃料喷射量以下，使所述涡轮转速在所述容许值以下即可。由此，就能够容易地决定燃料喷射量的最大值。并且，具有利用所述大气压和吸气温度计算吸气的空气密度的空气密度计算机构，所述燃料喷射量控制机构根据所述涡轮转速和空气密度，预先设定所述涡轮转速在所示容许值以下的最大燃料喷射量，在所述涡轮转速超过所述容许值时，将燃料喷射量减少至与所述空气密度和涡轮转速相应的最大燃料喷射量以下，使所述涡轮转速在所述容许值以下即可。由此，在决定燃料喷射量的上限值时，不仅考虑到发动机转速和大气压，而且考虑到了吸气温度，因此，在防止涡轮的过快旋转时，能够将燃料喷射量的降低限制在小幅度， 能够使发动机的输出的降低限制在小幅度。并且，所述燃料喷射量控制机构计算与所述吸气温度相应的耗油率的恶化比例， 所述恶化比例越大，对所述最大燃料喷射量补正越多即可。由此，通过考虑耗油率的变化，在防止涡轮的过快旋转时，能够使发动机输出的降低限制在更小幅度。发明效果根据本发明，能够提供一种带涡轮增压器发动机的控制装置，其不添加直接检测涡轮转速的零件就能够高精度地推测出涡轮转速，通过高精度地推测涡轮的转速，就能够将涡轮的转速高精度地抑制在容许值以下，防止过快旋转。
图1是表示实施例1的带涡轮增压器发动机的控制装置的发动机周边的示意图。图2是表示实施例1的燃料喷射量的控制的逻辑的图。图3是实施例1的燃料喷射量的限制的控制的流程图。图4是表示实施例1的最大喷射量限制判断的顺序的流程图。
图5是表示实施例1的最大喷射量限制判断的顺序的其他流程图。图6是表示实施例2的燃料喷射量的控制的逻辑的图。图7是表示涡轮转速与空气密度的关系的曲线图。图8是表示实施例3的燃料喷射量的控制的逻辑的图。图9是表示供气歧管温度与吸气温度的关系的曲线图。图10是表示实施例5的燃料喷射量的控制的逻辑的图。图11是表示一定的发动机转速的空气密度与涡轮转速在容许值以下的最大燃料喷射量的关系的曲线图。图12是表示实施例6的燃料喷射量的控制的逻辑的图。图13是表示在图11的曲线图所示的实验点，涡轮转速与空气密度的关系的图表。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的合适的实施例进行详细说明。然而，对于该实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对位置等，只要没有特别地进行特定记载，就不意味着将本发明的范围仅限于此，而仅仅是说明例。实施例1图1是表示实施例1的带涡轮增压器发动机的控制装置的发动机周边的示意图。 在图1中，发动机2是具有四个气缸的四冲程循环柴油发动机。发动机2经由吸气歧管6与吸气通路8合流，且经由排气歧管10与排气通路12 连接。在吸气通路8设置有涡轮增压器14的压缩机14a。压缩机14a与后述的涡轮14b 同轴驱动。在吸气通路8的压缩机1 的下游侧设置有通过在吸气通路8流动的供气与大气进行热交换的中间冷却器16。在吸气通路8的比中间冷却器16更靠向下游侧设置有对在吸气通路8内流通的供气的流量进行调节的节流阀18。并且，在吸气通路8，在压缩机1 的上游侧设置有检测吸气流量的空气流量计沈和检测吸气温度的温度传感器34，在中间冷却器16的下游侧且在节流阀18的上游侧设置有检测增压(升压)的压力传感器36。并且，在供气歧管6设置有温度传感器观和压力传感器30。空气流量计沈、温度传感器观、压力传感器30、压力传感器36的检测值分别经由 A/D 转换器 46a、46b、46c、46e 输入到发动机控制单元(Engine Control Unit:ECU)40。并且，温度传感器；34的检测值经由热敏电阻电路42输入到E⑶40。在排气通路12设置有涡轮增压器14的涡轮14b。涡轮14b被来自发动机2的排气气体驱动。并且，排气歧管10与使排气的一部分向吸气通路8再循环的EGR通路20连接。在EGR通路20设置有EGR冷却器22和EGR控制阀对。EGR冷却器22与EGR控制阀M相比设置在更靠向排气歧管10侧，且利用通过EGR 冷却器22的EGR气体与冷却水进行热交换，使该EGR气体的温度降低。并且，EGR控制阀 24控制在EGR流路20流动的EGR气体的流量。并且，在发动机4设置有发动机转速传感器32，发动机转速传感器32的检测值经由脉冲计数电路47输入到E⑶40。
并且，还设置有能够测量大气压的压力传感器38，压力传感器38检测的大气压经由A/D转换器46d输入到E⑶40。另外，代替压力传感器38，也可以设置GPS等的能够得到高度信息的机构，利用 ECU40，根据所述高度信息推测大气压。在E⑶，根据上述的各输入值，在CPU48计算EGR控制阀M和节流阀18的目标开度，经由驱动电路43、44对控制阀M和节流阀18的开度进行控制。并且，根据上述各输入值，在CPU48计算向发动机4的燃料喷射量，并经由喷射器控制电路41控制向发动机4的燃料喷射量。并且，关于在本发明中作为特征的控制的内容，通过涡轮14b的转速限制所述燃料喷射量。下面，对本发明的燃料喷射量的限制的控制进行说明。图2是表示实施例1的燃料喷射量的逻辑的图，图3是实施例1的燃料喷射量的限制的控制的流程图。在图3所示的流程图中，处理开始，在这里，如果E⑶40工作，则进入步骤Si。在步骤Si，E⑶40读取各传感器的数据。在步骤Sl读取的传感器数据是压力传感器38检测的大气压[kPa]、空气流量计 26检测的吸气质量流量Rg/s]、温度传感器34检测的吸气温度[°C ]、压力传感器36检测的升压[kPa]。如果步骤1的各传感器的数据读取结束，则进入步骤S2。在步骤S2进行吸气体积流量计算。也就是图2所示的51。在步骤S2，如图2的51 所示，利用空气流量计沈检测的吸气质量流量[kg/s]、压力传感器38检测的大气压[kPa] 以及温度传感器34检测的吸气温度[°C]，计算标准状态(25°C、latm)的吸气体积流量[m3/
S] O如果步骤S2的标准状态的吸气体积流量的计算结束，则进入步骤S3。在步骤S3计算供气压力比。也就是图2所示的52。在步骤S3，如图2的52所示，利用压力传感器38检测的大气压[kPa]除压力传感器36检测的升压[kPa]，从而计算出供气压力比[一]。如果步骤S3的供气压力比的计算结束，则进入步骤S4。在步骤S4中推测涡轮14b的涡轮转速。根据如图2中的53所示的涡轮增压器的性能曲线来推测涡轮转速。涡轮增压器的性能曲线表示标准状态下的空气体积流量[m3/s]、供气压力比[一] 以及涡轮转速的关系，是每一个涡轮增压器所固有的。图2的53是表示每个转速的、供气压力比[一]与标准状态下的空气体积流量[m3/s]的关系的性能曲线的一例。利用这种性能曲线，就能够根据供气压力比[一]与标准状态下的空气体积流量[m3/s]推测出涡轮转速。也就是说，在步骤S2，根据从各传感器读取的信息，计算标准状态下的吸气体积流量[m3/s]，在步骤S3，根据从传感器读取的信息，计算供气压力比[一]，在步骤S4，利用性能曲线推测涡轮转速，由此，仅仅根据从传感器读取的信息，就能够推测涡轮转速。如果步骤S4结束，则进入步骤S5。
在步骤S5计算最大喷射量[mg/st]。在这里，最大喷射量是指经由喷射器驱动电路41喷射到发动机4的燃料的量[mg/st]的上限值。利用如图2的M所示的图求最大喷射量。图2的M所示的图表示最大喷射量 [mg/st]、涡轮转速[rpm]、大气压[kPa]的关系。利用该图，根据压力传感器38检测的大气压[kPa]和在步骤S4计算出的涡轮转速就能够求出最大喷射量。另外，如图2的M所示的、根据大气压和涡轮转速就能够求出最大喷射量的图是通过如下方式预先制作的，即，在每个大气压，根据涡轮转速，求出使涡轮转速成为能够防止过快旋转的容许值以下的最大喷射量。 根据图52可知，大气压越低，即，高度越高，最大喷射量越小。如果步骤S5结束，则进入步骤S6。在步骤S6进行最大喷射量限制判断。最大喷射量限制判断是指，判断喷射到发动机2的燃料量的上限是否限制在步骤S5求出的最大喷射量内。涡轮转速是规定以上的高转速时，就会产生涡轮的过快旋转，涡轮有可能产生破损，因此，在步骤S4求出的涡轮转速是规定容许值以上的高转速时，将喷射到发动机2的燃料量的上限限制在步骤S5求出的最大喷射量内。在所述最大喷射量限制判断中，当涡轮转速在规定容许值附近时，为了不使所述判断的0N/0FF频繁地切换，如图2的55所示，滞后地进行判断。图2的55是最大喷射量限制判断的图，纵轴表示所述判断的0N/0FF，横轴表示涡轮转速，下面，利用图4对其进行详细说明。利用图4说明步骤S6的最大喷射量限制判断的一例。图4是表示实施例1的最大喷射量限制判断的顺序的流程图。处理一开始，在步骤Sll判断现在的喷射量限制标记是否是ON。在这里，喷射量限制标记是用于判断喷射到发动机2的燃料量的上限是否限制在步骤S5求出的最大喷射量的判断的标记，其受步骤S4算出的涡轮转速的影响。在步骤Sll判断为YES，即，现在的喷射量限制标记是ON时，进入步骤S12。在步骤S12，判断Nt (涡轮转速)是否小于18万rpm。如果在步骤S12判断为YES， 艮口，Nt < 18万rpm，则在步骤S13，将喷射量限制标记变为OFF，处理结束。如果在步骤S12 判断为N0，S卩，Nt彡18万rpm，则使喷射量限制标记保持为ON不变，并结束处理。并且，如果在步骤Sll判断为N0，即，现在的喷射量限制标记为OFF，则进入步骤 S14。在步骤S14判断Nt (涡轮转数)是否大于19万rpm。如果步骤S14判断为YES， 艮口，Nt > 19万rpm，则将喷射量限制标记变为0N，并结束处理。如果在步骤S14判断为N0， 艮口，Nt < 19万rpm，则使喷射量限制标记保持OFF不变，并结束处理。S卩，根据图4所示的最大喷射量限制判断，与现在的喷射量限制标记的状态无关地，在Nt > 19万rpm时，喷射量限制标记为0N，在Nt < 18万rpm时，喷射量限制标记为 OFF并结束处理，在18万rpm彡Nt彡19万rpm的范围内，维持现在的喷射量限制标记的状态并结束处理。图5是表示实施例1的最大喷射量限制判断的顺序的其他例的流程图。处理一开始，在步骤S21判断现在的喷射量限制标记是否为0N。
如果在步骤S21，为YES，即，现在的喷射量限制标记为0N，则进入步骤S22。在步骤S22判断发动机的开关是否为OFF。如果步骤S22判断为YES，即，发动机的开关OFF，则在步骤SM将喷射量限制标记变为OFF并结束处理。如果在步骤S22判断为 NO,即，发动机的开关为0N，则进入步骤S23。在步骤S23判断从喷射量限制标记变为ON开始是否经过了规定时间，例如，一小时。如果在步骤S23判断为YES，即，喷射量限制标记变为ON开始经过了规定时间，则在步骤S24，将喷射量限制标记变为OFF并结束处理。如果在步骤S23判断为N0，则喷射量限制标记保持ON不变地结束处理。也就是说，在步骤S22 S23中，如果满足发动机的开关OFF、或者满足从喷射量限制标记变为ON开始经过了例如一小时等规定时间的任何条件，则将喷射量限制标记变为 OFF。并且，如果在步骤S21判断为N0，S卩，现在的喷射量限制标记为OFF时，则进入步骤 S25。在步骤S25判断Nt (涡轮转速)是否大于19万rpm。如果在步骤S25判断为YES， 艮口，Nt > 19万rpm，则将喷射量限制标记变为ON并结束处理。如果在步骤S14判断为N0， 艮口，Nt < 19万rpm，则使喷射量限制标记保持OFF不变，并结束处理。在图4所示的流程图和图5所示的流程图中使喷射限制标记为OFF的条件不同， 可以根据发动机的用途进行灵活运用。对于频繁使用在高转速、高负荷区域的应用，例如铲土机，在使用图4所示的喷射限制标记的条件时，喷射量限制标记反复地ON和OFF。此时，由于喷射量限制功能的频繁切换，驾驶员可能会感到不谐调。为了避免这种问题，在频繁使用高转速、高负荷区域的应用中，使用于图5所示的顺序。在图5所示的顺序中，为了防止前述的喷射量限制功能的频繁切换，如果发动机的开关0FF，则重置喷射量限制标记。并且，需要考虑到如下情况，即，随着时间的过去，气温降低并且空气密度上升，或者，在搭载在车辆的发动机的情况下，由于车辆下山，空气密度会上升。这种情况下，在发动机的开关OFF前不希望限制喷射量，因此，在图5所示的顺序中，在发动机的开关OFF的条件下基础上，结合经过规定时间的判断，进行判断。如果图3所示的流程图的步骤S6结束，则在图2所示的流程图中，进入步骤S7。在步骤S7中，根据图4所示的流程图(图2所示的55)，如果是最大喷射量限制判断，则在所述喷射量限制标记时，图2所示的电路56为0N，输出在步骤S5(图2中的图中求出的最大喷射量[mg/st]。在所述喷射量限制标记为OFF时，燃料喷射量没有特殊限定。如果S7结束，则处理结束。在步骤S7中，所述喷射量限制标记为ON且输出最大喷射量时，根据上述的各输入的值，在CPU48计算向发动机4的燃料喷射量，并经由喷射器驱动电路41控制向发动机4 的燃料喷射量时，ECU40进行控制以使燃料喷射量不超过所述最大喷射量。根据实施例1，通过限制最大喷射量，就限制了发动机输出，由此，就能够将涡轮转速限制在规定值以下，能够防止涡轮的过快旋转。因此，能够防止涡轮的过快旋转造成的涡轮增压器的破损等。
并且，根据大气压[kPa]、吸气质量流量[kg/s]、吸气温度[°C ]、升压[kPa]的各检测值，能够推测涡轮转速。因此，不需设置检测涡轮转速的传感器，能够避免在临时设置对该涡轮转速进行检测的传感器时造成的产品成本上升，该传感器的故障、误检测造成的产品可靠性降低等问题。并且，在本实施例中，不仅根据大气压或来自GPS的高度信息，还根据吸气温度来推测涡轮转速，因此，能够高精度地推测涡轮转速。由此，能够高精度地将涡轮转速抑制在容许值以下。并且，在使用如图2所示的53的涡轮增压器的性能曲线时，由于使用标准状态下的体积流量，因此，能够根据涡轮增压器的性能曲线高精度推测出涡轮转速。并且，由于不是为了防止涡轮的过快旋转而控制EGR控制阀，因此，在带EGR装置的发动机也能够照原样使用本实施例的技术。实施例2关于表示实施例1的带涡轮增压器的控制装置的发动机周围的示意图，由于与实施例1中说明的图1相同，在此引用图1并省略其说明。图6是表示实施例2的燃料喷射量的控制的逻辑的图。在图6中，与图2相同的附图标记，表示相同动作、控制，省略其说明。在实施例2中，与实施例1的涡轮转速的推测方法不同。利用图6对实施例2的涡轮转速的推测方法进行说明。在图6所示的61中，在E⑶40中输入压力传感器38检测的大气压[kPa]、温度传感器34检测的吸气温度[°C ]，并根据大气压[kPa]和吸气温度[°C ]计算空气密度Rg/ m3]。并且，在图6所示的62中，根据表示涡轮转速[rpm]和空气密度Rg/m3]的关系的图，推测出涡轮转速[rpm]。图7是表示涡轮转速[rpm]和空气密度[kg/m3]的关系的曲线图的一例。在图7 中，纵轴是涡轮转速[X104rpm]、横轴是空气密度[kg/m3]，各标绘点是实验点。由图7可知， 如果在涡轮转速与空气密度之间具有负的一次相关关系，预先形成这种涡轮转速与空气密度，则根据空气密度，就能够简单地求出涡轮转速。在算出涡轮转速以后，与实施例1相同，省略其说明。根据实施例2，不需涡轮增压器的性能曲线，就能够通过简单的计算处理求出涡轮转速的推测值。实施例3图8是表示实施例3的燃料喷射量的控制的逻辑的图。在图8中，与图2相同的附图标记表示相同动作、控制，省略其说明。在实施例3中，代替实施例1的吸气体积流量计算51时使用的吸气温度[°C ]，能够使用根据供气歧管温度[°c ]推测出的吸气温度[°c ]。在图8中，E⑶40使温度传感器观检测的供气歧管温度[°C ]通过低通滤波器71， 并在72，利用图，根据供气歧管温度[°C ]求出吸气温度[°C ]。低通滤波器71用于在过渡运转时抑制运转图形对供气歧管温度变化的影响。图9是表示供气歧管温度[°C ]与吸气温度[°C ]的关系的曲线图，纵轴表示供气歧管温度[°c ]、横轴表示吸气温度[°C ]、各标绘点表示实验点。如图9所示，不依赖于高度、即、不依赖于大气压的吸气歧管温度[°C ]与吸气温度[°C ]之间具有一次相关关系。因此，通过实验来预先制作图9所示的图，由此，根据供气歧管温度[°C ]就能够容易地求出吸气温度[°c ]。并且，在吸气体积流量计算51时，能够在73选择使用由温度传感器34直接检测的吸气温度[°c ]和根据供气歧管温度[°C ]利用72所示的图求出的吸气温度[°C ]的中的任一个。根据实施例3，即使在不具有检测吸气温度的温度传感器(图1中的34)的带涡轮增压器发动机系统中，也能够防止涡轮的过快旋转。并且，在具有检测吸气温度的温度传感器(图1中的34)的情况下，即使该温度传感器故障，也能够防止涡轮的过快旋转。另外，由于供气歧管温度[°C ]受到EGR(排气再循环)的影响，因此，根据供气歧管温度[°c ]使用吸气温度[°C ]的方法也能够用于如下情况，即，不进行EGR( BP, EGR控制阀M的开度为0或者EGR通路20自身不存在)的情况。并且，根据供气歧管温度[°C ]求出的吸气温度[°C ]也能够用于在实施例2中进行空气密度计算时所需的吸气温度[°c ]。实施例4在实施例1 3中，能够使用通过计算求出的吸气质量流量Rg/s]代替空气流量计沈检测的吸气质量流量Rg/s]。在不进行EGR(排气气体再循环)的情况下，能够通过下式求出吸气质量流量Rg/ s] (Ga)。[数学式1]
N2Ga=Pm- VD. -~ · Ilcyl. Ttvm (Ne，Pm) ... (1)
τ-*mclp.Pm=^r另外，在式⑴中，Pm是供气歧管内的空气密度Dcg/m3]、VD是排气量[m3]、队是发动机转速[rpm]、R是气体常数(=287. 05J/ (kg · K))、Icycle是循环数、ncyl是气缸数、P v, ffl(Ne,Pffl)是体积效率、Pm是供气歧管压力[I^]、Tm是供气歧管温度[K]。并且，在进行EGR(排气再循环)时，通过在EGR线设置检测EGR气体流量的传感器，并测量EGR气体流量，通过上述式(1)计算流入气缸的气体流量G。yl，由此，通过下述 (2)式就能够求出吸气质量流量(kg/s) (Ga)。Ga = Gcyl-Gegr...... (2)根据实施例4，即使在不具有空气流量计的带增压气体发动机中，也能够防止涡轮的过快旋转。实施例5图11表示某个一定的发动机转速的空气密度与涡轮转速在容许值以下的最大燃料喷射量之间的关系的曲线图。在图11中，纵轴表示最大燃料喷射量[mg/st]、横轴表示空气密度[kg/m3]，各标绘点是实验点。如图11所示，最大燃料喷射量与空气密度之间存在一定的关系。通过在每个转速都制作这种曲线，来预先制作最大燃料喷射量和空气密度和涡轮转速的关系的图。图10是表示实施例5的燃料喷射量的控制的逻辑的图。在图10中，与图2相同的附图标记表示相同动作、控制，省略其说明。在图10所示的81中，在E⑶40输入压力传感器38检测的大气压[kPa]、温度传感器34检测的吸气温度[°C ]，并根据大气压[kPa]和吸气温度[°C ]计算空气密度Rg/ m3]。并且，在图10所示的82中，根据预先制作的表示所述最大燃料喷射量与空气密度与涡轮转速的关系的图，决定最大喷射量。根据实施例5，制作相对于输入值能够更为精确地求出最大喷射量的图，在防止涡轮的过快旋转时，能够使发动机的输出限制在小幅度降低。实施例6图13是表示在图11的图表所示的实验点，涡轮转速与空气密度的关系的图表。图11和图13中，关于a部表示的数据，如果通过如图10的82中使用的图来限制最大燃料喷射量，则与涡轮转速在容许值以下无关，也进行限制。这是因为耗油率随着吸气温度变化。因此，在实施例6中，通过随着吸气温度变化的耗油率，对最大喷射量进行补正。图12表示实施例6的燃料喷射率的控制的逻辑的图。在图12中，与图2和图10相同的附图标记表示相同动作、控制，省略其说明。在图12所示的91中，根据吸气温度算出耗油率的恶化比例，根据在92中的该耗油率的恶化比例，对82的图所决定的最大喷射量进行补正。由此，耗油率的恶化比例越大， 最大喷射量越大。根据实施例6，在防止涡轮过快旋转时，通过考虑耗油率的变化，能够将发动机的输出限制在更小幅度地降低。工业实用性本发明能够作为如下带涡轮增压器发动机的控制装置使用，S卩，不添加直接测量涡轮转速的零件就能够高精度地推测涡轮转速，通过高精度地推测涡轮的转速，能够将涡轮的转速高精度地抑制在容许值以下，并防止过快旋转。
权利要求
1.一种带涡轮增压器发动机的控制装置，包括涡轮增压器，其具有配置在发动机的吸气通路的压缩机和配置在排气通路的涡轮；燃料喷射量控制机构，其按照所述发动机的运转状态控制向所述发动机的燃料喷射量，所述带涡轮增压器发动机的控制装置的特征在于，具有涡轮转速推测机构，其根据所述发动机的运转状态，计算并求出所述涡轮的转速的推测值，所述燃料喷射量控制机构在所述涡轮转速的推测值超过规定的容许值时，控制燃料喷射量以使所述涡轮转速的推测值在所述容许值以下。
2.根据权利要求1所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于， 具有大气压测量机构，其测量大气压；吸气质量流量测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机吸入的吸气的吸气质量流量；吸气温度测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机导入的吸气的温度； 升压测量机构，其测量所述发动机的升压， 所述涡轮转速推测机构利用所述大气压、所述吸气质量流量以及所述吸气温度，求出由配置在所述吸气通路的压缩机吸入的吸气的标准状态下的吸气体积流量，并且，求出由大气压除所述升压而得到的供气压力比，利用表示所述标准状态下的吸气体积流量、吸气压力比以及所述涡轮的转速的关系的涡轮增压器的性能曲线，推测出所述涡轮转速。
3.根据权利要求1所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于， 具有大气压测量机构，其测量大气压；吸气温度测量机构，其测量由配置在所述吸气通路的压缩机导入的吸气的温度， 所述涡轮转速测量机构利用所述大气压和所述吸气温度算出所述吸气的空气密度，利用通过实验预先制作出的表示吸气密度与涡轮转速的关系的图，根据所述吸气的空气密度，推测出涡轮转速。
4.根据权利要求2或3所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于，所述吸气温度测量机构利用供气歧管温度测量机构，其测量所述发动机的供气歧管内的供气歧管温度，并且，利用通过实验预先制作出的表示供气歧管温度与吸气温度的关系的图，根据所述供气歧管温度，求出吸气温度。
5.根据权利要求2 4的任一项所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于， 所述燃料喷射量控制机构根据所述涡轮转速和大气压，预先设定所述涡轮转速在所述容许值以下的最大的燃料喷射量，在所述涡轮转速超过所述容许值时，将燃料喷射量减少至与所述大气压和涡轮转速相应的最大燃料喷射量以下，使所述涡轮转速在所述容许值以下。
6.根据权利要求2 4的任一项所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于， 具有利用所述大气压和吸气温度计算吸气的空气密度的空气密度计算机构，所述燃料喷射量控制机构根据所述涡轮转速和空气密度，预先设定所述涡轮转速在所述容许值以下的最大燃料喷射量，在所述涡轮转速超过所述容许值时，将燃料喷射量减少至与所述空气密度和涡轮转速相应的最大燃料喷射量以下，使所述涡轮转速在所述容许值以下。
7.根据权利要求5或6所述的带涡轮增压器发动机的控制装置，其特征在于， 所述燃料喷射量控制机构计算与所述吸气温度相应的耗油率的恶化比例，所述恶化比例越大，对所述最大燃料喷射量补正越多。
全文摘要
本发明提供一种带涡轮增压器发动机的控制装置，其不添加直接检测涡轮转速的零件就能够高精度地推测出涡轮转速，通过高精度地推测涡轮的转速，就能够将涡轮的转速高精度地抑制在容许值以下，而能够防止过快旋转。该带涡轮增压器发动机的控制装置，包括涡轮增压器，其具有配置在发动机的吸气通路的压缩机和配置在发动机的排气通路的涡轮；燃料喷射量控制机构，其根据所述发动机的运转状态控制向所述发动机的燃料喷射量，其特征在于，具有涡轮转速推测机构，其根据所述发动机的运转状态，计算并求出所述涡轮的转速的推测值，所述燃料喷射量控制机构在所述涡轮转速的推测值超过规定的容许值时，控制燃料喷射量以使所述涡轮转速的推测值在所述容许值以下。
文档编号F02B39/16GK102575577SQ20108003156
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年2月9日
发明者井手和成, 山田知秀 申请人:三菱重工业株式会社