内燃机的控制装置的制作方法

本发明涉及内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置具备：增压器，其具有对吸入空气进行加压的压缩机；和空气旁通阀，其对绕过压缩机的旁通通道进行开闭。

背景技术：

在具有增压器的内燃机中，如果在从增压运转转移到减速运转时关闭配置在压缩机的下游侧的节气门，则压缩机下游侧的增压压力在与节气门之间进一步上升，并且，通过压缩机的空气流量减少。因此，会发生空气从压缩机的下游侧朝向上游侧逆流的、压缩机的喘振，成为导致噪音/振动的产生以及对压缩机部件产生不良影响等不良情况的原因。

作为用于防止这样的喘振的现有的控制装置，已知例如专利文献1中公开的装置。在该控制装置中，检测通过压缩机的空气流量(压缩机流量)和压缩机的上下游间的压力比(压缩机压力比)，并且计算压缩机流量的变化量。此外，根据检测到的压缩机流量和压缩机压力比计算流量变化量的阈值。然后，当计算出的压缩机流量的变化量超过了阈值时，判定为发生喘振，通过打开空气旁通阀来防止喘振。

在先技术文献

专利文献1:国际公开第2015/145942号

如上所述，压缩机的喘振是由于如下情况而产生的：伴随着从增压运转减速时的节气门的关闭动作，压缩机的下游侧的增压压力在与节气门之间进一步上升，并且，压缩机流量减少。另一方面，在如下情况下发生压缩机流量的减小：即使在节气门开度没有发生变化的状态下，设置在增压器的排气侧的排气泄压阀的动作状态也发生变化的情况、或者在变速时发动机转速被控制到降低侧的情况等。

对此，在现有的控制装置中，根据压缩机流量和压缩机压力比来判定喘振的发生。因此，当如上所述在节气门的开度没有发生变化的状态下压缩机流量降低时，尽管发生喘振的可能性较小，也误判定为会发生喘振而打开空气旁通阀。其结果是，会发生与驾驶员的意图不对应的扭矩下降，驾驶性能恶化，并且空气旁通阀的工作频度增加而成为缩短其寿命的原因。

技术实现要素：

本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，能够更高精度地判定发生喘振的可能性，由此避免空气旁通阀的不必要的打开，减少其工作频度并可靠地防止喘振的发生。

为了实现所述目的，技术方案1的发明是内燃机3的控制装置，该内燃机3的控制装置具备:增压器(实施方式中的(以下，在本项中相同)涡轮增压器9)其在进气通道7中具有对吸入空气进行加压的压缩机17；和空气旁通阀22，其对绕过压缩机17的旁通通道21进行开闭，该该内燃机3的控制装置的特征在于，具备:压缩机流量取得单元(ecu2、图5的步骤11)，其取得作为通过压缩机17的空气的流量的压缩机流量(目标压缩机流量qaircmd)；压缩机压力比检测单元(上游压力传感器33、增压压力传感器34)，其检测作为压缩机17的上下游间的压力比的压缩机压力比(压缩机前后压力比p2/p1)；节气门开度参数取得单元(节气门开度传感器30、曲轴角传感器35、ecu2、图7的步骤22)，其取得节气门开度参数，该节气门开度参数表示配置在进气通道7的比压缩机17靠下游侧的位置的节气门13的开度；第1开阀判定单元(ecu2、图3的步骤1、图5)，其根据所取得的压缩机流量和检测到的压缩机压力比，判定是否应打开空气旁通阀22；第2开阀判定单元(ecu2、图3的步骤2、图7)，其根据所取得的节气门开度参数的变化量(开口率减少量drtho)，判定是否应打开空气旁通阀22；以及空气旁通阀控制单元(ecu2、图3的步骤3～6)，其在第1开阀判定单元和第2开阀判定单元双方均判定为应打开空气旁通阀22时，打开空气旁通阀22，当至少一方判定为不应打开空气旁通阀22时，禁止空气旁通阀22的打开。

在本发明的内燃机的控制装置中，取得压缩机流量(通过压缩机的空气的流量)，检测压缩机压力比(压缩机的上下游间的压力比)，并且，由第1开阀判定单元根据这些压缩机流量和压缩机压力比，判定是否应打开空气旁通阀(以下称为“第1开阀判定”)。此外，取得表示配置在压缩机下游侧的节气门的开度的节气门开度参数，并且，由第2开阀判定单元根据节气门开度参数的变化量，判定是否应打开空气旁通阀(以下称为“第2开阀判定”)。然后，当第1和第2开阀判定单元双方均判定为应打开空气旁通阀时，打开空气旁通阀，当至少一方判定为不应打开空气旁通阀时，禁止空气旁通阀的打开。

根据以上结构，例如，当在节气门的开度没有变化的状态下压缩机流量减少时，在基于压缩机流量的第1开阀判定中，存在尽管喘振发生的可能性较小也误判定为应打开空气旁通阀的担忧。该情况下，在基于节气门开度参数的变化量的第2开阀判定中，判定为不应打开空气旁通阀，其结果是，空气旁通阀的打开被禁止。

另一方面，例如，当在进行节气门的关闭动作的状态下压缩机流量没怎么减少时，在第2开阀判定中，存在尽管喘振发生的可能性较小也误判定为应打开空气旁通阀的担忧。该情况下，通过第1开阀判定判定为不应打开空气旁通阀，其结果是，空气旁通阀的打开被禁止。

如上所述，通过同时使用第1开阀判定和第2开阀判定，可以排除由于一方的开阀判定导致的误判定，并更高精度地判定喘振发生的可能性，由此能够避免空气旁通阀的不必要的打开，减少其工作频度，并且能够可靠地防止喘振的发生。另外，技术方案1中的“取得压缩机流量”和“取得节气门开度参数”中的“取得”包含通过传感器等直接检测、以及根据其它参数计算、估计或设定等。

技术方案2的发明在技术方案1所述的内燃机3的控制装置的基础上，其特征在于，还具备转速检测单元(曲轴角传感器35)，该转速检测单元检测内燃机3的转速(发动机转速ne)，节气门开度参数是节气门13的开口率rtho，该开口率rtho被定义为节气门处于任意开度时得到的流量与最大流量之比，节气门开度参数取得单元根据检测到的内燃机3的转速来计算节气门13的开口率rtho。

根据该结构，节气门的开口率被用作表示节气门的开度的节气门开度参数。该开口率被定义为节气门处于任意开度时得到的流量与最大流量之比。因此，开口率与节气门的物理开度相比更准确地表示通过节气门的流量。此外，开口率具有根据内燃机的转速而变化的特性。

因此，通过根据内燃机的转速计算开口率并根据计算出的开口率的变化量进行第2开阀判定，能够良好地反映压缩机流量的变化程度并更高精度地进行第2开阀判定。其结果是，第1和第2开阀判定整体上的喘振发生的判定精度提高，因此，能够更良好地获得技术方案1的如下效果：避免空气旁通阀的不必要的打开，可靠地防止喘振的发生。

附图说明

图1是概要地示出应用本发明的内燃机的图。

图2是概要地示出控制装置的框图。

图3是示出在控制装置中执行的空气旁通阀控制处理的流程图。

图4是用于说明空气旁通阀控制处理的概要的图。

图5是示出空气旁通阀控制处理中的第1开阀判定处理的流程图。

图6是在第1开阀判定处理中使用的判定值映射图。

图7是示出空气旁通阀控制处理中的第2开阀判定处理的流程图。

图8是在第2开阀判定处理中使用的开口率映射图。

图9是示出通过空气旁通阀控制处理得到的动作例的图。

标号说明

2：ecu(压缩机流量取得单元、节气门开度参数取得单元、第1开阀判定单元、第2开阀判定单元、空气旁通阀控制单元)；

3：发动机：(内燃机)；

7：进气通路；

9：涡轮增压器(增压器)；

13：节气门；

17：压缩机；

21：旁通路；

22：ab阀(空气旁通阀)；

30：节气门开度传感器(节气门开度参数取得单元)；

33：上游压力传感器(压缩机压力比检测单元)；

34：增压压力传感器(压缩机压力比检测单元)；

35：曲轴角传感器(节气门开度参数取得单元、转速检测单元)；

qaircmd：目标压缩机流量(压缩机流量)；

p2/p1：压缩机前后压力比(压缩机压力比)；

rtho：节气门的开口率(节气门开度参数)；

drtho：开口率减少量(节气门开度参数的变化量)；

ne：发动机转速(内燃机的转速)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式详细地进行说明。图1所示的内燃机(以下称为“发动机”)3是具有四个气缸4、将燃料直接喷射到燃烧室(未图示)中的直喷式汽油发动机，搭载于车辆(未图示)上。此外，发动机3经由有级自动变速器而与驱动轮(均未图示)等连接。

各气缸4设有燃料喷射阀5和火花塞6。由ecu(电子控制单元)2控制(参照图2)燃料喷射阀5的打开时间以及打开正时和火花塞6的点火正时。

发动机3针对每个气缸4具备进气门、排气门和活塞(均未图示)，并且具备进气通道7、排气通道8和涡轮增压器9。进气通道7与调压箱10连接，调压箱10经由进气歧管11与各气缸4的燃烧室连接。进气通道7设有用于冷却由涡轮增压器9加压的空气的中间冷却器12和配置在其下游侧的节气门13。

节气门13由蝶形阀构成，并与驱动节气门13的th致动器13a联结。通过来自ecu2的控制信号控制th致动器13a的动作，由此控制节气门13的开度，从而调节吸入燃烧室的吸入空气量。利用节气门开度传感器30检测节气门13的开度(以下称为“节气门开度”)th。此外，在调压箱10上设有检测进气压力pba的进气压力传感器31，它们的检测信号被输入到ecu2。

排气通道8经由排气歧管18与发动机3的各气缸4的燃烧室连接。涡轮增压器9具有:涡轮15，其配置在排气通道8中，被废气的动能驱动而旋转；和压缩机17，其经由轴16与涡轮15一体地联结。压缩机17配置在进气通道7中，对流过进气通道7的空气进行加压(压缩)，并对进气进行增压。

进气通道7与绕过压缩机17的旁通通道21连接，在旁通通道21中设有开闭旁通通道21的空气旁通阀(以下称为“ab阀”)22。ab阀22与用于控制其开闭的电磁式控制阀23(参照图2)连接。ab阀22由隔膜阀构成，通过利用来自ecu2的控制信号控制控制阀23的螺线管的接通/断开来控制ab阀22的开闭。

在进气通道7中的比压缩机17靠上游侧的位置设有检测流过该部位的空气的流量qa的气流传感器32，其检测信号被输入到ecu2。当ab阀22处于关闭状态时，该空气流量qa等于通过压缩机17的空气的流量(以下称为“压缩机流量”)qair。此外，在进气通道7中，在压缩机17的上游侧设有检测上游压力p1的上游压力传感器33，在中间冷却器12与节气门13之间设有检测增压压力p2的增压压力传感器34，它们的检测信号被输入到ecu2。

此外，进气通道8与绕过涡轮15的旁通通道24连接，在旁通通道24中设有排气泄压阀(以下称为“wg阀”)25。wg阀25例如是电动式的，通过来自ecu2的控制信号控制其开度来控制通过旁通通道24的废气的流量。

此外，作为脉冲信号的crk信号从曲轴角传感器35被输入到ecu2。伴随着曲轴的旋转，每规定的曲轴角(例如，30度)输出crk信号。ecu2根据crk信号计算发动机3的转速(以下称为“发动机转速”)ne。此外，从油门开度传感器36将检测信号输入到ecu2，所述检测信号表示车辆的油门踏板(未图示)的踩下量(以下称为“油门开度”)ap。

ecu2由微型计算机构成，所述微型计算机由i/o接口、cpu、ram和rom等构成。根据上述各种传感器30～36的检测信号，ecu2依照存储在rom中的程序，执行包含燃料喷射阀5的燃料喷射控制、火花塞6的点火正时控制、节气门13的吸入空气量控制以及ab阀22和wg阀25的增压控制等在内的发动机控制。在本实施方式中，ecu2相当于压缩机流量取得单元、节气门开度参数取得单元、第1开阀判定单元、第2开阀判定单元和空气旁通阀控制单元。

图3示出由ecu2执行的、控制ab阀22的开闭的ab阀控制处理的主流程。该ab阀控制处理是对ab阀22进行打开控制以防止压缩机17的喘振的处理，以规定的周期反复执行。以下，参照图4对ab阀控制处理的概要进行说明。

图4示出横轴为压缩机流量qair、压缩机前后压力比p2/p1为纵轴的压缩机映射图。压缩机17的下游侧的压力(增压压力p2)与上游侧的压力(上游压力p1)之差越大、或者压缩机流量qair越小，则越容易发生压缩机17的喘振。根据该关系，在压缩机映射图中，用该图的阴影区域表示发生喘振的喘振区域。

ab阀控制处理是如下这样的处理:伴随着压缩机流量qair的减少，如图4中由箭头a所示，压缩机17的动作点进入喘振区域，判定是否存在喘振发生的担忧，当判定为存在该担忧时，打开ab阀22(例如，图4的“x”记号)以防止喘振的发生。

在图3的ab阀控制处理中，在步骤1(图示为“s1”。以下相同)和步骤2中分别执行第1开阀条件判定处理和第2开阀条件判定处理。第1开阀条件判定处理是如下这样的处理:根据图4所示的压缩机映射图上的动作点与喘振区域之间的关系来判定是否应打开ab阀22。另一方面，第2开阀条件判定处理是如下这样的处理:根据节气门开度th的减少状态来判定是否应打开ab阀22。

图5示出第1开阀条件判定处理的子程序。在本处理中，首先，在步骤11中，计算并存储作为压缩机流量qair的目标值的目标压缩机流量qaircmd。具体而言，通过根据发动机3所要求的要求扭矩trq和发动机转速ne检索规定的映射图(未图示)来计算目标压缩机流量qaircmd。另外，要求扭矩trq是通过如下方式计算的：根据油门开度ap和发动机转速ne检索规定的映射图(未图示)，由此与油门开度ap大致成比例。另外，当通过单独的处理计算目标压缩机流量qaircmd时，可以转用该计算值。

接下来，在步骤12中，计算作为目标压缩机流量qaircmd的减少量的流量减少量dqaircmd。具体而言，计算从本次起在规定的时间之前计算出的目标压缩机流量qaircmd与本次的目标压缩机流量qaircmd之差作为流量减少量dqaircmd。

接下来，在步骤13中，计算与目标压缩机流量qaircmd进行比较的第1判定值qairabvop。具体而言，通过根据压缩机前后压力比p2/p1和在步骤12中计算出的流量减少量dqaircmd检索图6所示的判定值映射图来计算第1判定值qairabvop。在该判定值映射图中，第1判定值qairabvop基本上被设定为随着压缩机前后压力比p2/p1的增大而增大的值，以相对于喘振区域具有与压缩机流量对应的余量(参照图9)。此外，由于流量减少量dqaircmd越大，则压缩机17的动作点越容易进入喘振区域，因此第1判定值qairabvop被设定为更大的值。

接下来，在步骤14中，对目标压缩机流量qaircmd是否小于第1判定值qairabvop进行判别。当该答案是“是”并且qaircmd<qairabvop时，视为压缩机17的动作点进入图4的喘振区域，存在发生喘振的担忧而判定为打开ab阀22的第1开阀条件成立，将第1开阀条件标志f_abvop1设置为“1”(步骤15)，结束本处理。

另一方面，当上述步骤14的答案是“否”并且qaircmd≧qairabvop时，视为不存在发生喘振的担忧而判定为第1开阀条件不成立，将第1开阀条件标志f_abvop1设置为“0”(步骤16)，结束本处理。

图7示出在图3的步骤2中执行的第2开阀条件判定处理的子程序。在本处理中，首先，在步骤21中，计算并存储作为节气门开度th的目标值的目标节气门开度thcmd。具体而言，通过根据要求扭矩trq和发动机转速ne检索规定的映射图(未图示)来计算目标节气门开度thcmd。另外，当通过单独的处理计算目标节气门开度thcmd时，可以转用该计算值。

接下来，在步骤22中，通过根据发动机转速ne和目标节气门开度thcmd搜索图8所示的开口率映射图来计算节气门13的开口率rtho。

根据节气门13的流量特性，将该开口率rtho定义如下。节气门13具有这样的流量特性:当在发动机转速ne恒定的条件下节气门开度th变得大于等于与发动机转速ne对应的规定开度(以下称为“有效开度”)时，成为恒定的最大流量(饱和)。根据该流量特性，由在这时的节气门开度th得到的流量与大于等于有效开度时得到的最大流量之比来表示开口率rtho。这样定义的开口率rtho与节气门13的物理开度相比更准确地表示通过节气门13的流量(以下称为“节气门流量”)。此外，当ab阀22处于关闭状态时，该节气门流量等于压缩机流量qair。

图8的开口率映射图是如下这样的图:通过实验等求出上述节气门13的流量特性，并映射为发动机转速ne和目标节气门开度thcmd与开口率rtho之间的关系。其结果是，在该开口率映射图中，开口率rtho被设定为随着发动机转速ne的增大而减小的值，并且被设定为在更大的目标节气门开度thcmd处为最大值(100％)(有效开度增大)。

返回图7，在上述步骤22之后的步骤23中，计算开口率减少量drtho，该开口率减少量drtho是节气门13的开口率rtho的减少量。具体而言，计算从本次起在规定时间之前计算出的开口率rtho与本次的开口率rtho之差作为开口率减少量drtho。该开口率减少量drtho表示节气门流量(＝压缩机流量qair)的减少率(程度)，表示该值越大，则压缩机流量qair的减少率越大。

接下来，对计算出的开口率减少量drtho是否大于规定的第2判定值drthoabvop进行判别(步骤24)。当该答案是“是”，即drtho＞drthoabvop时，估计为压缩机流量qair的减少率较大，因此存在发生喘振的担忧而判定为打开ab阀22的第2开阀条件成立，将第2开阀条件标志f_abvop2设置为“1”(步骤25)，结束本处理。

另一方面，当上述步骤24的答案是“否”，即drtho≦drthoabvop时，估计为压缩机流量qair的减少比率较小，因此不存在发生喘振的担忧而判定为第2开阀条件不成立，将第2开阀条件标志f_abvop2设置为“0”(步骤26)，结束本处理。

返回图3，在步骤1和2中执行第1和第2开阀条件判定处理之后，在步骤3和4中，对第1开阀条件标志f_abvop1和第2开阀条件标志f_abvop2是否分别为“1”进行判别。当这些答案中的任何一个为“否”时，即，当第1开阀条件和第2开阀条件中的至少一方不成立时，视为不存在发生喘振的担忧而关闭ab阀22(步骤5)，结束本处理。

另一方面，当上述步骤3和4的答案均为“是”时，即，当第1开阀条件和第2开阀条件均成立时，视为存在发生喘振的担忧而打开ab阀22(步骤6)，结束本处理。通过打开该ab阀22，将压缩机17的下游侧的压力经由空气旁通通道21释放到压缩机17的上游侧，使所述压力降低，从而防止了喘振。

以下，参照图9，对通过上述ab阀控制处理得到的动作例进行说明。在该图的压缩机映射图中，绘制了表示在图5的步骤13中计算出的第1判定值qairabvop的线和表示三个动作例1～3的动作点的转变。

首先，动作例1是如下这样的示例:在从发动机3的增压运转减速时，通过关闭节气门13，使得增压压力p2上升并且压缩机流量qair减少，如果维持该状态的话，会导致动作点进入喘振区域(该图的虚线)，发生喘振。该情况下，通过利用上述ab阀控制处理进行节气门13的关闭动作，使得第2开阀条件成立(图7的步骤24：“是”)，并且在目标压缩机流量qaircmd低于第1判定值qairabvop的时候，第1开阀条件成立(图5的步骤14：“是”)。

响应于该第1和第2开阀条件的成立，ab阀22打开(图3的步骤6)，压缩机17的下游侧的压力被释放，由此使得压缩机前后压力比p2/p1降低。由此使得动作点不会进入喘振区域而从那里退避开(该图的实线)，从而防止了喘振的发生。

动作例2是如下这样的示例:在节气门13的开度没有由于例如wg阀25的动作状态的变化或者自动变速器的升档时的发动机转速ne的降低等而变化的状态下，将压缩机流量qair暂时减少得较小。在该示例中，即使通过暂时使目标压缩机流量qaircmd低于第1判定值qairabvop而被判定为第1开阀条件成立，节气门13的开度也没有变化，因此判定为第2开阀条件不成立(图7的步骤24：“否”)。其结果是，使得ab阀22的打开被禁止，ab阀22维持在关闭状态。

另外，存在如下情况:由于使用与发动机转速ne对应地变化的开口率rtho作为表示节气门13的开度的参数，因此，伴随着自动变速器降档时的发动机转速ne的上升，在节气门开度th不变化的状态下，开口率rtho减少，开口率减少量drtho超过第2判定值drthoabvop，从而第2开阀条件成立。该情况下，压缩机流量qair响应于发动机转速ne的上升而增加，从喘振区域离开，由此使得第1开阀条件不成立，因此ab阀22不会打开。

此外，动作例3是如下这样的示例:在减速时进行节气门13的关闭动作，另一方面，压缩机流量qair较大，其动作点从喘振区域离开。该情况下，通过进行节气门13的关闭动作而判定为第2开阀条件成立，与此相对，目标压缩机流量qaircmd不会低于第1判定值qairabvop，因此判定为第1开阀条件不成立。其结果是，使得ab阀22的打开被禁止，ab阀22维持在关闭状态。

如上所述，根据本实施方式，一并执行第1开阀条件判定和第2开阀条件判定，其中，所述第1开阀条件判定是根据目标压缩机流量qaircmd和压缩机前后压力比p2/p1，判定是否应打开ab阀22，所述第2开阀条件判定是根据开口率减少量drtho，判定是否应打开ab阀22。并且，只有第1和第2开阀条件双方成立时才打开ab阀22，因此可以排除由于一方的开阀条件判定导致的误判定，并更高精度地判定喘振发生的可能性，因此，能够避免ab阀22的不必要的打开，减少其工作频度，并且能够可靠地防止喘振的发生。

此外，使用节气门13的开口率rtho作为表示节气门13的开度的参数，根据发动机转速ne和目标节气门开度thcmd来计算，并且根据作为其减少量的开口率减少量drtho来进行第2开阀条件判定，因此能够准确地反映压缩机流量qair的减少率并更高精度地进行第2开阀条件判定。其结果是，第1和第2开阀条件判定整体上的判定精度提高，因此，能够更良好地获得如下效果：避免ab阀22的不必要的打开，可靠地防止喘振的发生。

此外，在第1开阀条件的判定中，使用目标压缩机流量qaircmd作为压缩机流量，与第1判定值qairabvop进行比较。因此，与例如使用由空气流量传感器32检测到的实际压缩机流量的情况相比，能够在不受传感器检测误差等的影响的情况下以高精度且响应良好地进行第2开阀条件的判定。同样，由于使用目标节气门开度th作为用于计算开口率rtho的节气门13的开度，因此能够以高精度且响应良好地计算开口率rtho。

并且，本发明并不限定于进行了说明的实施方式，能够以各种方式来实施。例如，在实施方式中，作为表示节气门13的开度的节气门开度参数，使用了良好地表示与节气门开度th和发动机转速ne对应的节气门流量的开口率rtho，但不限于此，也可以使用节气门开度th。

此外，在实施方式中，作为在第1开阀判定中与第1判定值qairabvop进行比较的压缩机流量，使用了目标压缩机流量qaircmd，但是也可以取而代之，使用由气流传感器32等检测到的实际的压缩机流量qair。同样，在实施方式中，作为在第2开阀判定中用于计算开口率rtho的节气门开度，使用了目标节气门开度thcmd，但是也可以取而代之，使用由节气门开度传感器30检测到的实际的节气门开度th。另外，能够在本发明的主旨范围内适当变更细微部分的结构。