内燃发动机的控制方法和控制设备的制作方法
【专利摘要】一种内燃发动机，具有涡轮增压器。控制设备基于发动机中的燃料的喷射量以及发动机的转数来计算燃料流量。控制设备计算涡轮机流量以及涡轮机叶轮的上游侧的上游侧压力和温度。控制设备基于涡轮机流量以及压力比·涡轮机流量特性来计算涡轮增压器的可变喷嘴的开度水平的上限阈值，使得涡轮机压力比小于等于预定的比率。压力比·涡轮机流量特性是指示出涡轮机压力比、涡轮机流量与可变喷嘴的开度水平之间的关系的预先存储的信息。控制设备将可变喷嘴的开度控制成小于等于上限阈值的开度。
【专利说明】内燃发动机的控制方法和控制设备
[0001]本申请主张日本专利申请序列号为2012-187514的优先权，其内容通过引用结合于本文中。
【技术领域】
[0002]本发明的实施方式涉及内燃发动机的控制方法和控制设备。内燃发动机通常具有涡轮增压器。涡轮增压器具有可变喷嘴，该可变喷嘴能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速。
【背景技术】
[0003]近些年来，内燃发动机已经广泛应用。发动机具有包括可变喷嘴的涡轮增压器。即便在内燃发动机的转数较低的情况下，对可变喷嘴的开度的调节也可以获得合适的增压压力。因此，可以增加内燃发动机的输出动力。
[0004]当内燃发动机以极高的载荷并在较高的旋转状态下运转时，在涡轮机叶轮的前方和后方出现了较大的压力差。因该压力差以及排气脉动而在涡轮机叶轮的前方和后方产生了应力。排气脉动可以因内燃发动机的每个燃烧冲程而发生。如果涡轮机叶轮在较长时间内连续地受到大于等于预定应力的应力，那么涡轮机叶轮的寿命可能缩短。已知一种防止以上问题的方法。在该方法中，将发动机控制成使得涡轮机叶轮的前-后压力比小于等于预定的压力比。前-后压力比为涡轮机前方压力/涡轮机后方压力。
[0005]日本特开专利公告N0.2010-31829中所公开的内燃发动机的控制设备包括目标上游侧排气压力计算器以及叶片开度控制器，从而改进增压压力的反馈控制。目标上游侧排气压力计算器计算目标上游侧排气压力，使得实际的增压压力与目标增压压力相匹配。叶片开度控制器计算目标前-后排气压力比，使得实际上游侧排气压力与目标上游侧排气压力相匹配。叶片开度控制器基于预定的涡轮机模式来确定与目标前-后排气压力比相对应的叶片开度(可变喷嘴开度)。
[0006]内燃发动机包括排气再循环装置(EGR)，从而减少排气中的NOx。压力传感器分别设置在涡轮机的上游侧和下游侧。通过使用作为涡轮机的上游侧的压力的实际上游侧排气压力，获得了目标前-后排气压力比。当EGR从关闭(OFF)状态转换到打开(ON)状态时，可变喷嘴的开度瞬间变化。但是，EGR量和实际上游侧排气压力在此后短时间内轻微地变化。由于此响应延迟，使得存在以下可能性:涡轮机前方和后方的排气压力比可能仅在短时间内超过可容许值。因此，在一些情况下，涡轮机叶轮不能得到充分的保护。
[0007]实际上获得了前-后排气压力比(实际上游侧排气压力/实际下游侧排气压力)，并且根据目标前-后排气压力比来执行控制。因此，对于该控制，实际下游侧排气压力是必要的。因此，在涡轮机下游侧的压力传感器是必要的。在涡轮机上游侧的温度传感器也是必要的。
[0008]因此，在本领域中需要一种内燃发动机的控制方法和控制设备，其能够以良好的响应性能将涡轮机叶轮前-后压力比适当地控制到所需的压力比。还需要减少检测装置(传感器)的数量。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一个方面，内燃发动机具有涡轮增压器，涡轮增压器具有能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴。控制设备按以下步骤来控制发动机。控制设备基于到内燃发动机中的燃料的喷射量以及内燃发动机的转数来计算燃料流量。控制设备计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧压力。控制设备计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧温度。控制设备计算或检测朝向涡轮机叶轮流动的气体的涡轮机流量。控制设备基于涡轮机流量以及压力比.涡轮机流量特性来计算可变喷嘴的开度的上限阈值，使得涡轮机压力比小于等于预定的比率。涡轮机压力比是涡轮机叶轮的上游侧的压力与下游侧的压力的比率。压力比.涡轮机流量特性是指示出涡轮机压力比、涡轮机流量与可变喷嘴的开度水平之间的关系的预先存储的信息。控制设备将可变喷嘴的开度控制成小于等于上限阈值的开度。
[0010]根据该控制方法，能够利用更好的响应特性以所需的涡轮机压力比对内燃发动机进行控制。
[0011]根据本发明的另一方面，控制设备可以基于进气流量、燃料流量、以及大气压力来计算上游侧压力。进气流进入至内燃发动机中。控制设备可以基于喷射量、进气流量、以及燃料流量来计算上游侧温度。控制设备可以基于燃料流量、进气流量、上游侧压力、以及上游侧温度来计算涡轮机流量。
[0012]因此，上游侧温度不是由压力传感器检测到的，而是替代地通过使用进气流量、燃料流量、以及大气压力来计算的。例如当EGR从关闭(OFF)状态转换至打开(ON)状态时，进气流量瞬间变化。因此，进气流量相对于涡轮机叶轮的上游侧的排气压力的变化以极好的响应特性而变化。内燃发动机不需要具有在涡轮机叶轮的上游侧和下游侧的压力传感器。内燃发动机也不需要具有在涡轮机叶轮的上游侧的温度传感器。因此，能够进一步减少内燃发动机的传感器的数量。
[0013]根据本发明的另一方面，控制设备可以基于来自压力传感器的检测信号而获得上游侧压力，其中压力传感器能够检测涡轮机叶轮的上游侧的压力。因此，不用计算涡轮机叶轮的上游侧的排气压力，而是基于来自压力传感器的检测信号而获得涡轮机叶轮的上游侧的排气压力。因此，能够以更高的精确度获得排气压力。
[0014]根据本发明的另一方面，控制设备可以基于来自温度传感器的检测信号而获得上游侧温度，其中温度传感器能够检测涡轮机叶轮的上游侧的温度。因此，不用计算涡轮机叶轮的上游侧的排气温度，而是基于来自温度传感器的检测信号而获得涡轮机叶轮的上游侧的排气压力。因此，能够以更高的精确度获得排气温度。
[0015]根据本发明的一个方面，内燃发动机的控制设备包括:涡轮增压器、开度调节设备、存储器、以及控制器。涡轮增压器具有能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴。开度调节设备调节可变喷嘴的开度。存储器将指示出涡轮机压力比、涡轮机流量与可变喷嘴的开度水平之间的关系的压力比?涡轮机流量特性储存。涡轮机压力比是涡轮机叶轮的上游侧的压力与涡轮机叶轮`的下游侧的压力的比率。
[0016]控制器基于发送至用于将燃料喷射至内燃发动机中的喷射器的喷射指令信号来检测内燃发动机中的燃料的喷射量。控制器基于来自空气流量检测传感器的检测信号来检测内燃发动机中接收的进气流量。控制器基于来自内燃发动机转数检测设备的检测信号来检测内燃发动机的转数。控制器基于来自大气压力传感器的检测信号来检测大气压力。控制器基于喷射量以及内燃发动机转数来计算燃料流量。控制器计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧压力。控制器计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧温度。控制器计算涡轮机流量。控制器基于涡轮机流量以及压力比?涡轮机流量特性来计算可变喷嘴的开度水平的上限阈值，使得涡轮机压力比小于等于预定的值。控制器通过使用开度调节设备将可变喷嘴的开度调节成小于等于上限阈值的开度。
[0017]根据本发明的另一方面，控制器可以基于进气流量、燃料流量、以及大气压力来计算上游侧压力。控制器可以基于喷射量、进气流量、以及燃料流量来计算上游侧温度。控制器可以基于燃料流量、进气流量、上游侧压力、以及上游侧温度来计算涡轮机流量。
[0018]因此，上游侧压力不是通过压力传感器而检测到的，而是通过使用进气流量、燃料流量、以及大气压力而计算的。当EGR从关闭(OFF)状态转换至打开(ON)状态时，进气流量瞬间变化。因此，进气流量相对于涡轮机叶轮的上游侧的排气压力的变化以极好的响应特性而变化。内燃发动机不需要具有位于涡轮机叶轮的上游侧和下游侧的压力传感器。内燃发动机也不需要具有位于涡轮机叶轮的上游侧的温度传感器。因此，能够进一步减少内燃发动机的传感器数量。
[0019]根据本发明的另一方面，控制器可以基于来自压力传感器的检测信号而获得上游侧压力，其中压力传感器能够检测涡轮机叶轮的上游侧的压力。因此，不用计算涡轮机叶轮的上游侧的排气压力，而是基于来自压力传感器的检测信号来获得涡轮机叶轮的上游侧的排气压力。因此，能够以更高的精确度获得排气压力。 [0020]根据本发明的另一方面，控制器可以基于来自温度传感器的检测信号而获得上游侧温度，其中温度传感器能够检测涡轮机叶轮的上游侧的温度。因此，不用计算涡轮机叶轮的上游侧的排气温度，而是基于来自温度传感器的检测信号来获得涡轮机叶轮的上游侧的排气温度。因此，能够以更高的精确度获得排气温度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是能够应用到本发明的控制方法的内燃发动机的示意性视图；
[0022]图2是用于说明该控制方法的框图；
[0023]图3是用于图2的框图的过程的流程图；
[0024]图4是压力率与涡轮机流量之间的示例性关系的图；
[0025]图5A是现有技术的控制方法中的实验性压力率的图；
[0026]图5B是现有技术的控制方法中的可变喷嘴的实验性开启率的图；
[0027]图5C是本实施方式的控制方法中的实验性压力率的图；
[0028]图是本实施方式的控制方法中的可变喷嘴的实验性开启率的图；
[0029]图6A是本实施方式和现有技术的控制方法中的内燃发动机的实验性转数的图；
[0030]图6B是本实施方式和现有技术控制方法中的实验性燃料喷射量的图；以及
[0031]图6C是本实施方式和现有技术的控制方法中的实验性增压压力的图。【具体实施方式】
[0032]上文和下文中所公开的每个附加特征和教示可以单独使用或与其它特征和教示结合地使用，从而提供内燃发动机的改进的控制方法和控制设备。现在将参照附图详细地描述本发明的代表性实施例，其中本发明的代表性实施例将多个这些附加特征和教示既单独地使用又与其它的附加特征和教示结合地使用。该详细描述仅旨在教示本领域普通技术人员用以实践本教示的优选方面的进一步细节，且不旨在限制本发明的范围。仅由权利要求来限定要求保护的发明的范围。因此，以下详细描述中所公开的特征和步骤的结合在广义上不是实践本发明所必要的，并且相反地，这些结合被教导用于仅仅特定地描述本发明的代表性实施例。此外，代表性实施例和所附的权利要求的各种特征可以以未具体列举的方式来结合，从而提供本教示的附加的可用结构。
[0033]将参照附图来描述本发明的实施方式。图1示出了作为内燃发动机的发动机10(例如柴油机)。发动机10连接到进气管11和排气管12。进气管11将进气引入到发动机10的相应气缸45A至45D。排气管12将排气从相应气缸45A至4?喷出。进气管11设置有增压压力检测装置(压力传感器)24。控制装置(控制器)51可以基于来自增压压力检测装置24的检测信号来检测进气的增压压力。发动机10设置有旋转检测装置(旋转检测传感器)22。旋转检测装置22能够检测内燃发动机的转数(例如曲轴的转数)、转角(每个气缸的压缩上止点正时)、等等。控制装置51能够基于来自旋转检测装置22的检测信号而获得或检测发动机10的转数、转角、等等。
[0034]燃料从油箱(未示出)供应到公共轨道41。公共轨道41中的燃料保持为高压，并且通过燃料管道42A至42D供应到相应的喷射器43A至43D。喷射器43A至43D与相应的气缸45A至4?相对应，并且喷射器43A至43D响应于来自控制装置51的控制信号而以预定的正时将预定量的燃油喷射至相应的气缸中。控制装置51接收来自各个检测装置的检测信号、检测发动机10的操作状态、并且输出用于驱动喷射器43A至43D的控制信号。控制装置51可以基于已经输出至喷射器43A至43D的控制信号(喷射指令信号)来检测供应到相应气缸45A至45D的燃料流量。
[0035]涡轮增压器30包括:具有压缩机叶轮35A的压缩机35 ；以及具有涡轮机叶轮36A的涡轮机36。涡轮机36设置有可变喷嘴33，可变喷嘴33能够调节排出至涡轮机叶轮36A的气体的流速。通过驱动装置(驱动单元)31来调节可变喷嘴33的开度。控制装置51可以将控制信号经由开度调节装置(开度调节设备)52输出至驱动装置31，从而调节可变喷嘴33的开度。控制装置51可以基于来自开度检测装置(传感器)32的检测信号来检测可变喷嘴33的开度。
[0036]压缩机35连接至进气通路IIA和进气管11。压缩机35接收来自进气通路IIA的进气。压缩机叶轮35A将进气压缩，并且已压缩的进气被喷出至进气管11。因此，压缩机35对发动机10增压。进气通路IlA设置有能够检测进气的流量的流量检测装置(传感器)21。控制装置51可以基于来自流量检测装置21的检测信号来获得或检测由内燃发动机10所接收的进气的流量。涡轮机36连接到排气通路12A和排气管12。来自排气管12的高温、高压排气被引入至涡轮机36中从而使涡轮机叶轮36A (和压缩机叶轮35A)旋转并且所述高温、高压排气被喷出至排气通路12A。
[0037]排气管12与进气管11经由EGR通路13连通。EGR阀14设置在EGR通路中。控制装置51控制EGR阀14。以此方式，排气管12中的排气可以返回到进气管11。控制装置51设置有大气压力检测装置(压力传感器)23。控制装置51可以基于来自大气压力检测装置23的检测信号来获得或检测大气压力。控制设备50包括控制装置(控制器51)、开度调节装置52、以及存储装置(存储器)53。
[0038]当内燃发动机以极高的载荷并在较高的旋转状态下运转时，在涡轮机叶轮36A的前方和后方产生了较大的压力差。因内燃发动机的每个燃烧冲程而产生了排气脉动。因压力差和排气脉动而在涡轮机叶轮36A的前方和后方产生了应力。如果涡轮机叶轮36A在较长的时间内连续地受到大于等于预定应力的应力，那么涡轮机叶轮36A的寿命可能会缩短。为了防止这种情况发生，通过使用图2中示出的控制框图并通过图3中示出的流程图过程来控制可变喷嘴33的开度。从而使涡轮机叶轮36A的前-后压力比(涡轮机前方压力/涡轮机后方压力)小于等于预定的压力比。
[0039]如图2所示，内燃发动机的控制设备50包括控制块51Z和控制块51Y。控制块51Z是用于计算可变喷嘴33的临时开度的现有的控制块。控制设备50通过使用控制块51Z和控制块51Y来设定可变喷嘴33的开度的上限阈值。控制设备50适当地控制了可变喷嘴33的开度，使得涡轮机叶轮36A的前-后压力比(涡轮机前方压力/涡轮机后方压力)小于等于预定的压力比。
[0040]图3中示出的流程图过程是以预定的正时(例如几毫秒至几十毫秒的预定时间间隔或相似的时间间隔)来执行的。在步骤SlO中，控制装置51基于来自旋转检测装置(设备)22的检测信号来检测内燃发动机转数。控制装置51基于发送至喷射器43A至43D的控制信号(喷射指令信号)来检测燃料至内燃发动机中的喷射量。控制装置51基于来自流量检测装置21的检测信号来检测由内燃发动机所接收的进气的流量。控制装置51基于来自大气压力检测装置23的检测信号来检测大气压力。控制装置51基于来自比重检测装置的检测信号来检测燃料比重或读取预先设定的燃料比重的值。控制装置51基于来自增压压力检测装置24的检测信号来检测增压压力。该过程从步骤SlO行进到步骤SI I。
[0041]燃料比重通常不会根据内燃发动机的操作状态而变化，而是相反地具有近乎恒定的值。因此，燃料比重可以视为预定的燃料比重系数。在燃料比重不被视为可变的而是视为预定的燃料比重系数的情况下，不必将燃料比重输入至需要可变燃料比重做为变量的控制块。因此，与燃料比重相对应的预定燃料比重系数可以预先地设定在需要燃料比重的控制块中。因此，可以省略燃料比重的输入。
[0042]在步骤Sll (燃料流量计算步骤)中，执行了图2的控制块51A的过程。控制装置51基于内燃发动机转数、喷射量、以及燃料比重(可以省略燃料比重)来计算燃料流量Gf [g/s]，其中燃料流量Gf[g/s]是每单位时间的燃料量。该过程从步骤Sll行进到步骤S12。
[0043]在步骤S12 (上游侧压力计算步骤)中，执行了图2的控制块51C的过程。控制装置51基于进气流量、燃料流量Gf、以及大气压力来计算涡轮机叶轮36A的上游侧压力P4[kpa]，其中上游侧压力P4[kpa]是在涡轮机叶轮36A的上游侧的压力。该过程从步骤S12行进到步骤S13。
[0044]在步骤S13 (上游侧温度计算步骤)中，执行了涉及图2的控制块51D的过程。控制装置51基于进气流量、燃料流量Gf、喷射量、燃料比重(可以将其省略)、以及增压压力(可以将其省略)来计算上游侧温度T4[°C ]，其中上游侧温度T4[°C ]是在涡轮机叶轮36A的上游侧的温度。该过程从步骤S13行进到步骤S14。
[0045]在步骤S14 (排气流量计算步骤)中，执行了涉及图2的控制块51B的过程。控制装置51基于燃料流量Gf以及进气流量来计算每个单位时间的排气流量G4[cm2/s]。该过程从步骤S14行进到步骤S15。[0046]在步骤S15 (涡轮机流量计算步骤)中，执行了涉及图2的控制块51E的过程。控制装置51基于排气流量G4、上游侧压力P4、以及上游侧温度T4来计算涡轮机流量Q4 [cm2/s]。涡轮机流量Q4是流过涡轮机36的气体的流量或是流过涡轮机叶轮36A的气体的流量。该过程从步骤S15行进到步骤S16。
[0047]在步骤S16 (上限阈值计算步骤)中，执行了涉及图2的控制块51F的过程。控制装置51基于涡轮机流量Q4、以及存储在存储装置53中的压力比.涡轮机流量特性来计算可变喷嘴33的开度水平的上限阈值。该过程从步骤S16行进到步骤S17。
[0048]图4示出了压力比.涡轮机流量特性的示例。存储装置53将压力比.涡轮机流量特性预先存储。图4中示出的图的水平轴线表示压力比(涡轮机叶轮上游侧压力(P4) /涡轮机叶轮下游侧压力(P6))。该图的竖直轴线表示涡轮机流量(Q4)。曲线Kl至K5分别表示在可变喷嘴33的开度为100% (完全关闭状态)、75%、50%、25%、以及0% (完全开启状态)的情况下的特性。
[0049]下文将对以下情况进行描述:通过使用图4的压力比?涡轮机流量特性，将压力比控制为3.00或者更小。在步骤S15中所计算的涡轮机流量为ql的情况下，将可变喷嘴33的开度设定成75%或者更小。因此，压力比小于等于3.00。因此，当所需的压力比小于等于
3.00并且涡轮机流量为ql时，将上限阈值计算为75%。
[0050]在步骤S17 (可变喷嘴最终开度计算步骤)中，执行了涉及图2的控制块51G的过程。控制装置51将在与现有的控制块51Z相对应的步骤中所计算的可变喷嘴33的临时开度与在步骤S16中所计算的上限阈值进行比较。控制装置51将临时开度与上限阈值中的更小的一者选定为最终开度。该过程从步骤S17行进到步骤S18。
[0051]在步骤S18 (可变喷嘴控制步骤)中，控制装置51将控制信号经由开度调节装置52输出至驱动装置31。控制装置51控制可变喷嘴33的开度，从而将可变喷嘴33的开度设定成最终开度。将最终开度选定成小于等于上限阈值。
[0052]如上所述，在步骤S12中计算上游侧压力P4。替代地，可以设置有用于检测在涡轮机叶轮36A的上游侧的压力的压力检测装置(压力传感器)。上游侧压力P4可以基于来自压力检测装置的检测信号而直接获得。
[0053]如上所述，在步骤S13中计算上游侧温度T4。替代地，设置有用于检测涡轮机叶轮36A的上游侧的温度的温度检测装置(温度传感器)。上游侧温度T4可以基于来自温度检测装置的检测信号而直接获得。
[0054]如上所述，在步骤S15中计算涡轮机流量Q4。替代地，设置有用于检测涡轮机流量Q4的流量检测装置。涡轮机流量Q4可以基于来自流量检测装置的检测信号而直接获得。
[0055]图5A至以及6A至6C示出了根据内燃发动机的控制方法的效果的示例。图5A和5B示出了当内燃发动机在根据现有技术中控制方法的预定操作模式下运转时的效果。图5A的曲线GAl表示压力比(P4/P6=涡轮机上游侧压力/涡轮机下游侧压力)相对于时间的变化。图5B的曲线GA2表示可变喷嘴的开度相对于时间的变化。[0056]图5C和示出了当内燃发动机在根据本实施方式中控制方法的相同操作模式下运转时的效果。图5C的曲线GBl表示压力比(P4/P6=涡轮机上游侧压力/涡轮机下游侧压力)相对于时间的变化。图的曲线GB2表示可变喷嘴的开度相对于时间的变化。在图5A和5C的测试中，将压力比(P4/P6)设定成Dmax或者更小(直线LI或者更小)。在图5B和中，表示可变喷嘴的开度的竖直轴线中的值100%表示完全关闭状态。值0%表示完全开启状态。
[0057]在现有技术的控制方法中，如图5A中的曲线GAl所示，响应速度较低。因此，压力t匕(P4/P6)在区域AA中超过Dmax。压力比(P4/P6)超过Dmax的时间为较短的时间。该时间过短以致不会产生瞬间断裂。但是从疲劳断裂的角度来看，涡轮机叶轮的寿命是与超过Dmax的时间的积分值相关联的。因此，优选的是不超过Dmax，从而确保涡轮机叶轮使用较长时间。如果将可变喷嘴的开度控制成在图5B的曲线GA2的区域AB中进一步开启，那么能够将曲线GAl的区域AA抑制为Dmax或更小。但是，响应速度较低，且因此未执行到所需开度的控制。
[0058]相反地，在本实施方式中控制方法中，确保将压力比(P4/P6)抑制为图5C的曲线GBl中所示的区域BA中的Dmax或更小，并且将可变喷嘴在区域BB中的开度控制成相比于图5B的曲线GA2中的区域AB中的开度而进一步地开启。图中的曲线GB3表示在步骤S16 (控制块51F)中所获得的可变喷嘴的上限阈值。
[0059]相比于现有技术中的控制方法，本实施方式的控制方法极大地改进了响应性能。因此，在本实施方式的控制方法中，能够将可变喷嘴的开度控制成合适的开度，从而达到所需的压力比(P4/P6)。
[0060]图6A示出了当内燃发动机以预定的操作模式运转时内燃发动机转数相对于时间的变化。曲线GA表示在本实施方式中的控制方法中的转数变化。曲线HA表示在现有技术中的控制方法中的转数变化。图6B示出了当内燃发动机以相同的操作模式运转时到内燃发动机中的燃料的喷射量相对于时间的变化。曲线GB表示在本实施方式中的控制方法中的喷射量的变化。曲线HB表示在现有技术中的控制方法中的喷射量的变化。图6C示出了当内燃发动机以相同的操作模式运转时增压压力相对于时间的变化。曲线GC表示在本实施方式中的控制方法中的增压压力的变化。曲线HC表示在现有技术中的控制方法中的增压压力的变化。
[0061]如图6A所示，本实施方式与现有技术中的内燃发动机转数之间几乎没有差别。如图6B所示，本实施方式与现有技术中的喷射量之间几乎没有差别。因此，当发动机用于车辆或类似装置时，可以知道的是，本实施方式与现有技术中的车辆行驶性能彼此相同。
[0062]在图6C所示的区域CA中，与现有技术中的控制方法相关的曲线HC具有突出的顶点。因此，在曲线HC中发生了增压压力的过冲。近来，经常由树脂或类似物来制造进气管11，并且在其中设定增压压力的上限值。因此，必要的是，控制增压压力的过冲从而不会超过上限值。换言之，本实施方式的控制方法能够进一步减少增压压力的过冲、同时实现与现有技术中的行驶性能一样的行驶性能。因此，本实施方式中的控制方法能够改进适当的限制，并且是比现有技术中的控制方法更优选的控制方法。
[0063]在与本实施方式相关的内燃发动机控制方法中，可以省略涡轮机上游侧的压力检测装置、涡轮机下游侧的压力检测装置、以及涡轮机上游侧的温度检测装置。因此，能够进一步减少检测装置的数量，并且从而进一步减少内燃发动机的成本。
[0064]内燃发动机的用于实施上述控制方法的控制设备50包括如图1所示的涡轮增压器。涡轮增压器包括能够控制排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴。控制设备50包括开度调节装置(开度调节设备)52、存储装置53、以及控制装置(控制设备)51。开度调节装置52调节可变喷嘴的开度。存储装置53存储压力比.涡轮机流量特性(参照图4)。在压力比.涡轮机流量特性中，在可变喷嘴的每个开度水平处设定根据涡轮机叶轮36A的上游侧的压力与涡轮机叶轮36A的下游侧的压力的比率的涡轮机流量。压力比?涡轮机流量特性取决于可变喷嘴的开度水平。
[0065]如图3的步骤SlO所示，控制装置51检测进气流量、燃料喷射量、内燃发动机转数、以及大气压力。进气流量是由内燃发动机接收的进气的流量，并且是基于来自流量检测装置21 (进气流量计)的检测信号而被检测到的。到内燃发动机中的燃料的喷射量是基于发送至喷嘴的喷射指令信号而检测到的。喷嘴将燃料喷射至内燃发动机中。内燃发动机转数是基于来自旋转检测装置22 (内燃发动机转数检测装置或设备)的检测信号而被检测到的。大气压力是基于来自大气压力检测装置23的检测信号而被检测到的。
[0066]如图2和3所示，控制装置51计算燃料流量、上游侧压力、以及上游侧温度。燃料流量是供应到内燃发动机的燃料的量，并且是基于喷射量和内燃发动机转数而计算的。上游侧压力是涡轮机叶轮的上游侧的压力，并且是基于进气流量、燃料流量、以及大气压力而计算的。上游侧温度是涡轮机叶轮的上游侧的温度，并且是基于喷射量、进气流量、以及燃料流量而计算的。
[0067]控制装置51计算涡轮机流量和上限阈值。涡轮机流量是基于燃料流量、进气流量、上游侧压力、以及上游侧温度而计算的。基于涡轮机流量以及压力比?涡轮机流量特性来计算可变喷嘴的开度水平的上限阈值，使得涡轮机叶轮上游侧的压力与下游侧的压力的比率小于等于预定的比率。控制装置51通过使用开度调节装置52将可变喷嘴33的开度调节成小于等于上限阈值。
[0068]尽管已经参照具体结构来描述了本发明的实施方式，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不与本发明的范围相背离的情况下，可以进行多种替代、修改、以及变化。因此，本发明的实施方式旨在覆盖可能落入所附权利要求的精神和范围的全部这些替代、修改、以及变化。例如，本发明的实施方式不应限于代表性结构，而是可以例如按以下所描述的来修改。
[0069]内燃发动机的控制方法和控制设备所应用于的目标控制系统可以是图1中示出的系统。替代地，目标控制系统可以是包括了具有可变喷嘴的涡轮增压器的其它内燃发动机。
[0070]术语大于等于(≥)、小于等于(≤)、大于(>)、小于(<)、等等可以包括或可以不包括等号。
[0071]用于描述本实施方式的数值为示例，并且本发明不限于这些数值。
【权利要求】
1.一种具有涡轮增压器的内燃发动机的控制方法，所述涡轮增压器具有能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴，通过控制设备来执行所述方法，所述方法包括步骤: 基于所述内燃发动机中的燃料的喷射量以及所述内燃发动机的转数来计算燃料流量; 计算或检测所述涡轮机叶轮的上游侧的上游侧压力； 计算或检测所述涡轮机叶轮的上游侧的上游侧温度； 计算或检测朝向所述涡轮机叶轮流动的气体的涡轮机流量； 基于所述涡轮机流量以及压力比?涡轮机流量特性来计算所述可变喷嘴的开度水平的上限阈值，使得涡轮机压力比小于等于预定比率，其中所述涡轮机压力比是所述涡轮机叶轮的所述上游侧的压力与下游侧的压力的比率，其中所述压力比.涡轮机流量特性是指示出所述涡轮机压力比、所述涡轮机流量与所述可变喷嘴的所述开度水平之间的关系的预先存储的信息； 将所述可变喷嘴的开度控制成使得所述开度小于等于所述上限阈值。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制方法: 其中所述控制设备基于在所述内燃发动机中接收的进气流量、所述燃料流量、以及大气压力来计算所述上游侧压力， 其中所述控制设备基于所述喷射量、所述进气流量、以及所述燃料流量来计算所述上游侧温度；以及 其中所述控制设备基于所述燃料流量、所述进气流量、所述上游侧压力、以及所述上游侧温度来计算所述涡轮机流量。
3.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制方法，其中所述控制设备基于来自压力传感器的检测信号而获得所述上游侧压力，所述压力传感器能够检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的压力。
4.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制方法，其中所述控制设备基于来自温度传感器的检测信号而获得所述上游侧温度，所述温度传感器能够检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的温度。
5.一种内燃发动机的控制设备，包括: 涡轮增压器，所述涡轮增压器具有能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴； 开度调节设备，所述开度调节设备构造成调节所述可变喷嘴的开度； 存储器，所述存储器构造成对指示出涡轮机压力比、涡轮机流量与所述可变喷嘴的开度水平之间的关系的压力比.涡轮机流量特性进行储存，其中所述涡轮机压力比是所述涡轮机叶轮的上游侧的压力与所述涡轮机叶轮的下游侧的压力的比率；以及 控制器，所述控制器构造成基于来自空气流量检测传感器的检测信号来检测在所述内燃发动机中接收的进气流量， 所述控制器构造成基于发送至喷射器的喷射指令信号来检测喷射到所述内燃发动机中的燃料的喷射量，所述喷射器用于将所述燃料喷射至所述内燃发动机中， 所述控制器构造成基 于来自内燃发动机转数检测装置的检测信号来检测所述内燃发动机的转数； 所述控制器构造成基于来自大气压力传感器的检测信号来检测大气压力， 所述控制器构造成基于所述喷射量以及所述内燃发动机转数来计算燃料流量， 所述控制器构造成计算或检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的上游侧压力， 所述控制器构造成计算或检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的上游侧温度， 所述控制器构造成计算所述涡轮机流量， 所述控制器构造成基于所述涡轮机流量以及所述压力比.涡轮机流量特性来计算所述可变喷嘴的所述开度水平的上限阈值，使得所述涡轮机压力比小于等于预定值， 所述控制器构造成通过使用所述开度调节设备将所述可变喷嘴的所述开度调节成小于等于所述上限阈值的开度。
6.根据权利要求5所述的内燃发动机的控制设备: 其中所述控制器构造成基于所述进气流量、所述燃料流量、以及所述大气压力来计算所述上游侧压力， 其中所述控制器构造成基于所述喷射量、所述进气流量、以及所述燃料流量来计算所述上游侧温度，以及 其中所述控制器构造成基于所述燃料流量、所述进气流量、所述上游侧压力、以及所述上游侧温度来计算所述涡轮机流量。
7.根据权利要求5所述的内燃发动机的控制设备，其中所述控制器构造成基于来自压力传感器的检测信号而获得所述上游侧压力，所述压力传感器能够检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的压力。
8.根据权利要求5所述的内燃发动机的控制设备，其中所述控制器构造成基于来自温度传感器的检测信号来获得所述上游侧温度，所述温度传感器能够检测所述涡轮机叶轮的所述上游侧的温度。
【文档编号】F02B37/24GK103670684SQ201310378877
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】青木秀树, 益山晴树 申请人:株式会社丰田自动织机