СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕПУСКНЫМ КЛАПАНОМ И УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
DIVERTER VALVE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE

Область техники
Изобретение относится к управлению открытием клапана для перепускного клапана, который предусматривается для турбонагнетателя.
Уровень техники
В целом, турбонагнетатель, используемый для наддува двигателя внутреннего сгорания, снабжается перепускным клапаном в части турбины, которая конфигурируется так, чтобы обводить часть выхлопного потока без прохождения через колесо турбины, для управления давлением наддува. В публикации JP 2015-48837 в качестве приводного механизма для приведения в действие открытия/закрытия перепускного клапана, раскрывается так называемый поворотный механизм, в котором линейное движение стержня электрического актуатора преобразуется во вращательное движение поворотного вала через соединительное звено, и затем корпус клапана тарельчатого типа, который поддерживается на дальнем конце рычага, прикрепленного к поворотному валу, совершает колебание.
В таком вышеупомянутом перепускном клапане, как описано в JP 2015-48837, существует небольшой зазор между дальним концом рычага и корпусом клапана, который колеблется, взаимно блокируясь с актуатором, и это становится причиной возникновения аномального звука. Этот аномальный звук может быть подавлен посредством вставки пружинного элемента, такого как конусная шайба, в зазор. Однако, поскольку зазор имеет функцию приведения корпуса клапана в тесное соприкосновение с посадочной поверхностью с небольшой степенью свободы положения корпуса клапана, когда корпус клапана усаживается на посадочную поверхность, посредством вставки пружинного элемента герметичность во время полного закрытия снижается.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение является изобретением, сконфигурированным, чтобы выполнять процесс, когда перепускной клапан закрывается из открытого состояния в полностью закрытое положение, при этом процесс включает себя увеличение приводного усилия актуатора на этапе, на котором корпус клапана является локально посаженным.
Следовательно, увеличивая приводное усилие, после того как корпус клапана локально посажен, корпус клапана приходит в состояние приведения в тесное соприкосновение с посадочной поверхностью, в то же время смещая пружинный элемент.
Согласно настоящему изобретению, представляется возможным пресекать уменьшение герметичности во время полного закрытия, вызванное вставкой пружинного элемента, чтобы подавлять аномальный звук перепускного клапана.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - пояснительный чертеж, показывающий конфигурацию системы варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид в разрезе, показывающий основную часть турбонагнетателя;
Фиг. 3 - укрупненный вид основной части, показывающий структуру присоединения корпуса клапана для перепускного клапана;
Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций, показывающая последовательность управления варианта осуществления;
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, показывающая ход процесса управления полным закрытием;
Фиг. 6 - характеристическая диаграмма, показывающая функции степени открытия перепускного клапана по отношению к условию работы двигателя; и
Фиг. 7 - временная диаграмма, показывающая работу во время управления полным закрытием непосредственно после запуска двигателя.
Наилучший способ осуществления изобретения
Далее подробно поясняется вариант осуществления настоящего изобретения на основе чертежей.
Фиг. 1 представляет собой схематичный пояснительный чертеж, показывающий конфигурацию системы варианта осуществления настоящего изобретения. Выхлопной канал 2 двигателя 1 внутреннего сгорания, который является бензиновым двигателем искрового типа зажигания, располагается с работающей на выхлопном газе турбиной 4 турбонагнетателя 3, и на его нижней по потоку стороне располагается каталитический нейтрализатор 6, в котором используется, например, трехкомпонентный нейтрализатор. Глушитель выхлопной системы, который не показан на чертежах, предусматривается на стороне дальше по потоку от выхлопного канала 2, и выхлопной канал 2 открывается наружу через глушитель выхлопной системы. Работающая на выхлопном газе турбина 4 снабжается перепускным клапаном 7 для регулировки давления наддува. Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания имеет, например, конфигурацию с прямым типом впрыска, и клапан впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндры, который не показан на чертежах, предусматривается в каждом цилиндре, и свеча зажигания, которая не показана на чертежах, предусматривается в каждом из цилиндров. Двигатель 1 внутреннего сгорания не ограничивается типом прямого впрыска и может быть устройством впрыска топлива с типом впрыска во впускной канал.
Впускной канал 10 двигателя 1 внутреннего сгорания располагается с воздушным фильтром 11, расходомером 12 воздуха и дроссельной заслонкой 13, размещенными в таком порядке со стороны выше по потоку. Компрессор 5 турбонагнетателя 3 располагается между расходомером 12 воздуха и дроссельной заслонкой 13. Кроме того, в варианте осуществления, показанном на чертеже, промежуточный охладитель 14 с водяным типом охлаждения или воздушным типом охлаждения помещается между компрессором 5 и дроссельной заслонкой 13. Кроме того, впускной канал 10 снабжается каналом 16 рециркуляции, который сообщается со стороной выше по потоку и стороной ниже по потоку от компрессора 5. Этот канал 16 рециркуляции снабжается клапаном 17 рециркуляции. Этот клапан 17 рециркуляции имеет функцию циркуляции всасываемого воздуха посредством открытия клапана во время замедления, когда дроссельная заслонка 13 внезапно закрывается.
Датчик 15 давления наддува для обнаружения давления наддува располагается на стороне ниже по потоку дроссельной заслонки 13 впускного канала 10.
Перепускной клапан 7 имеет конфигурацию, в которой степень открытия перепускного клапана 7 регулируется посредством электрического актуатора 20, и датчик 21 положения содержится в электрическом актуаторе 20, чтобы обнаруживать фактическую степень открытия. В частности, электрический актуатор 20 выводит вращение электромотора в качестве движения в осевом направлении стержня 22 посредством шарикового винтового механизма, и датчик 21 положения обнаруживает положение стержня 22 в осевом направлении относительно корпуса актуатора. Стержень 22 соединяется с корпусом 7a клапана тарельчатого типа для перепускного клапана 7 через звено 23 и рычаг 24.
Работа электрического актуатора 20 управляется посредством контроллера 25 двигателя, который выполняет различные виды управления для двигателя 1 внутреннего сгорания. В дополнение к сигналам обнаружения датчика 15 давления наддува и датчика 21 положения, сигналы обнаружения датчиков, таких как датчик 26 температуры охлаждающей жидкости, который обнаруживает температуру TW охлаждающей жидкости двигателя 1 внутреннего сгорания, датчик 27 степени открытия акселератора, который обнаруживает величину нажатия акселератора, которая не показана на чертежах, т.е., степень APO открытия акселератора, датчик 28 угла поворота коленчатого вала, который обнаруживает скорость Ne вращения двигателя 1 внутреннего сгорания, и датчик 29 атмосферного давления, который обнаруживает атмосферное давление ATM, вводятся в контроллер 25 двигателя. Степень открытия дроссельной заслонки 13, объем впрыска топлива клапанов для впрыска топлива, которые не показаны на чертежах, и момент зажигания свечей зажигания, которые не показаны на чертежах, также управляются посредством контроллера 25 двигателя.
Фиг. 2 показывает более конкретный пример конфигурации перепускного клапана 7, предусмотренного для работающей на выхлопном газе турбины 4 турбонагнетателя 3. Как показано на чертеже, корпус 7a клапана для перепускного клапана 7 располагается в фрагменте 33 выхлопного отверстия корпуса 31 турбины, имеющего спиральный фрагмент 32, и конфигурируется, чтобы открывать и закрывать обходной канал 34 (схематично показан на фиг. 1) со стороны фрагмента 33 выхлопного отверстия, которое сообщает часть спирального фрагмента 32 на стороне выше по потоку с фрагментом 33 выхлопного отверстия. Этот перепускной клапан 7 имеет так называемую конфигурацию откидного типа, и корпус 7a клапана поддерживается на дальнем конце рычага 24, имеющего фрагмент 24a вала. Фрагмент 24a вала поддерживается с возможностью вращения на корпусе 31 турбины, а один конец звена 23 прикрепляется к концу основания фрагмента 24a вала, который выставляется на внешнюю поверхность корпуса 31 турбины. Стержень 22 электрического актуатора 20, детально, промежуточная тяга 22a, соединяется с другим концом звена 23 посредством штифта 35. Основная конфигурация перепускного клапана поворотного типа является публично известной, например, посредством публикации японской патентной заявки № 2014-58894. В этой конфигурации рычаг 24 совершает колебания с фрагментом 24a вала в качестве центра посредством движения в осевом направлении стержня 22 электрического актуатора 20, и вместе с этим, круглый корпус 7a клапана открывает и закрывает отверстие на дальнем конце обходного канала 34.
Фиг. 3 показывает пример структуры присоединения корпуса 7a клапана на дальнем конце рычага 24. Как показано на чертеже, фрагмент 7b вала в центре корпуса 7a клапана проникает в крепежное отверстие 24b рычага и предохраняется от выхода посредством присоединения кольцеобразного фиксирующего элемента 36 к фрагменту 7c небольшого диаметра на дальнем конце фрагмента 7b вала. Кроме того, в качестве пружинного элемента, кольцеобразная конусная шайба 37, имеющая пологую конусную форму, вставляется между фиксирующим элементом 36 и верхней поверхностью 24c рычага 24 в состоянии сжатия. Т.е., если пружинный элемент, такой как конусная шайба 37, не обеспечивается, существует вероятность, что аномальный звук возникает вследствие вибрации корпуса 7a клапана, вызванного небольшими зазорами, существующими между рычагом 24 и корпусом 7a клапана и между фрагментом 7b вала и внутренней круговой поверхностью крепежного отверстия 24. В отличие от этого, в конфигурации вышеописанного варианта осуществления, корпус 7a клапана нажимается по направлению к нижней поверхности 24d рычага 24 пружинным усилием конусной шайбы 37, и, тем самым, аномальный звук, вызванный вибрацией, может быть пресечен.
С другой стороны, как объяснено выше, если корпус 7a клапана основательно прикреплен к рычагу 24 посредством пружинного элемента, такого как конусная шайба 37, герметичность относительно посадочной поверхности 34a окружности отверстия обходного канала 34 ухудшается, поскольку степень свободы корпуса 7a клапана ухудшается. В настоящем варианте осуществления ухудшение герметичности компенсируется изменением приводного усилия электрического актуатора 20.
Далее, со ссылкой на фиг. 4-7, будет объяснено управление степенью открытия перепускного клапана 7 в вышеописанном варианте осуществления.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую последовательность операций процесса регулирования степени открытия перепускного клапана 7, который исполняется вышеописанным контроллером 25 двигателя, который соответствует секции управления. На этапе 1 оценивается, удовлетворяется или нет условие для выполнения определения датчика 21 положения в полностью закрытом положении перепускного клапана 7. Каждый раз при запуске двигателя внутреннего сгорания 1 это определение выполняется после запуска. Если результатом оценки является "Да", процесс переходит к этапу 3, и степень открытия перепускного клапана 7 принудительно регулируется до полностью закрытой, в качестве управления с открытым контуром, не относящегося к давлению наддува. Таким образом, в состоянии, в котором степень открытия перепускного клапана 7 физически регулируется до полностью закрытой, выполняется определение значения обнаружения датчика 21 положения.
Когда определение положения полного закрытия датчика положения 21 заканчивается, оценкой этапа 1 становится "Нет". В этом случае процесс переходит от этапа 1 к этапу 2, и посредством изменения в степени APO открытия акселератора оценивается, находится или нет двигатель в состоянии резкого ускорения. Если оценкой является "Да", процесс переходит от этапа 2 к этапу 3, и степень открытия перепускного клапана 7 принудительно регулируется до полностью закрытой в качестве управления с открытым контуром, не относящегося к давлению наддува. При этом реакция наддува во время, когда ускорение требуется, т.е. рост крутящего момента, улучшается. Кроме того, принудительное управление полным закрытием во время этого резкого ускорения снимается по истечении очень короткого фиксированного времени после начала ускорения.
Если результатом оценки на этапе 2 является "Нет", процесс переходит от этапа 2 к этапу 4, и выполняется обычное управление открытием клапана посредством системы управления с обратной связью для управления давлением наддува (другими словами, управление крутящим моментом). На фиг. 6 функция степени открытия перепускного клапана по отношению к скорости вращения двигателя и крутящему моменту показана в форме контурной линии. В области "a", в которой нагрузка является высокой, а скорость вращения является низкой, перепускной клапан 7 полностью закрыт, и, как показано стрелкой, степень открытия перепускного клапана 7 увеличивается больше, когда нагрузка становится ниже, а скорость вращения становится выше от области "a" в правую нижнюю сторону чертежа. Таким образом, область, в которой степень открытия перепускного клапана 7 постоянно изменяется, является так называемой областью наддува, и посредством управления открытием перепускного клапана 7 крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания управляется, в то время как степень открытия дроссельной заслонки 13, в основном, устанавливается в полное открытие. В области "b" более низкой нагрузки, чем заданный крутящий момент T1, перепускной клапан 7 становится полностью открытым. В этой области "b" наддув практически не выполняется, и в качестве области без наддува, т.е., области обычного всасывания, посредством степени открытия дроссельной заслонки 13, управляется крутящий момент. Более конкретно, целевое давление наддува (более строго, целевой коэффициент давления) предоставляется посредством заданной карты управления на основе скорости вращения двигателя и требуемого крутящего момента, и чтобы достигать этой цели, целевая степень открытия перепускного клапана 7 управляется по обратной связи с помощью сигнала обнаружения датчика 15 давления наддува. В результате этого управления с обратной связью давлением наддува функция степени открытия, показанная на фиг. 6, может быть получена. Кроме того, в этом обычном управлении, электрический актуатор 20 управляется по обратной связи на основе расхождения вышеупомянутой целевой степени открытия и степени открытия, обнаруженной посредством датчика 21 положения.
Таким образом, во время работы двигателя 1 внутреннего сгорания, степень открытия перепускного клапана 7 в основном управляется по обратной связи на основе давления наддува, обнаруженного посредством датчика 15 давления наддува для управления давлением наддува. Когда выполняется определение датчика 21 положения во время резкого ускорения и непосредственно после запуска, посредством управления с открытым контуром, целевая степень открытия становится полным закрытием, и перепускной клапан 7 принудительно управляется в полностью закрытое положение.
Фиг. 5 показывает подробности процесса принудительного управления полным закрытием на вышеописанном этапе 3. Поскольку целевая степень открытия изменяется с полного открытия или промежуточного открытия на полное закрытие, электрический актуатор 20 приводится в действие в направлении закрытия корпуса 7a клапана. На этапе 11 оценивается, больше ли положение L корпуса 7a клапана заданного положения L1 или нет. Здесь, например, положение стержня 22 (положение, обнаруженное датчиком 21 положения), когда корпус 7a клапана полностью закрыт, устанавливается в точку 0 в качестве исходной точки, а положение L и заданное положение L1 корпуса 7a клапана показаны посредством величины хода стержня 22 от этой точки 0 в направлении открытия. Т.е., чем больше значение L, тем дальше корпус 7a клапана находится от посадочной поверхности 34a. Кроме того, заданное положение L1 устанавливается в положение непосредственно перед посадкой корпуса 7a клапана на посадочную поверхность 34a.
Результатом оценки этапа 11 является "Да" до тех пор, пока положение L не достигнет заданного положения L1, в то время как корпус 7a клапана переходит от полного открытия или промежуточного открытия к полному закрытию. В этом случае процесс переходит к этапу 12, и приводное усилие электрического актуатора 20 (другими словами, тяга стержня 22) устанавливается в первый уровень, на котором приводное усилие является относительно большим. Здесь, в вышеописанном варианте осуществления, приводное усилие электрического актуатора 20 определяется продолжительностью включения приводящего импульсного сигнала, предоставляемого электромотору. На этапе 12 электрический актуатор, следовательно, приводится в действие посредством относительно высокой продолжительности включения.
Когда положение L корпуса 7a клапана достигает заданного положения L1, оценкой на этапе 11 становится "Нет". В этом случае процесс переходит от этапа 11 к этапу 13, и оценивается, действительно или нет прошедшее время TM после достижения заданного положения L1 равно заданному времени TM1 или более. Пока заданное время TM1 проходит, процесс переходит от этапа 13 к этапу 14, и приводное усилие электрического актуатора 20 устанавливается во второй уровень, на котором приводное усилие меньше приводного усилия на первом уровне. Т.е., на этапе 14, посредством относительно небольшой продолжительности включения, электрический актуатор 20 приводится в действие.
Когда прошедшее время TM после достижения заданного положения L1 достигает заданного времени TM1, процесс переходит от этапа 13 к этапу 15, приводное усилие электрического актуатора 20 устанавливается в третий уровень 3, на котором приводное усилие больше приводного усилия на втором уровне. Здесь, требуется, чтобы приводное усилие на третьем уровне имело, по меньшей мере, усилие, достаточное, чтобы вызывать смещение конусной шайбы 37, которая является пружинным элементом. Кроме того, чтобы предохранять электромотор от чрезмерного возбуждения, предпочтительно, чтобы приводное усилие на третьем уровне было ниже приводного усилия на первом уровне. Соответственно, на этапе 15, посредством продолжительности включения, которая меньше продолжительности включения, соответствующей первому уровню, и длительности включения, которая больше продолжительности включения на втором уровне, электрический актуатор 20 приводится в действие.
Фиг. 7 является временной диаграммой во время управления полным закрытием непосредственно после запуска, в качестве примера принудительного управления полным закрытием, и сравнительно показывает изменения в (a) степени открытия перепускного клапана 7 (величине хода стержня 22 электрического актуатора 20), (b) переключателе стартера двигателя 1 внутреннего сгорания и (c) продолжительности включения приводящего импульсного сигнала, предоставляемого электрическому актуатору 20.
Во время t1 переключатель стартера переключается в положение "ВКЛ." посредством действия водителя, и начинается проворачивание коленчатого вала. Во время t2 двигатель 1 внутреннего сгорания запускается, и переключатель стартера переключается в положение "ВЫКЛ." Таким образом, во время завершения запуска, начинается определение датчика 21 положения, и степень открытия, указанная ссылочным знаком Ltg, изменяется ступенчато в "0", что соответствует полностью закрытому положению, посредством управления с открытым контуром. Кроме того, перед запуском двигателя 1 внутреннего сгорания, перепускной клапан 7 полностью открыт, и также целевая степень Ltg открытия является полным открытием во время проворачивания коленчатого вала.
В соответствии с изменением целевой степени Ltg открытия во время t2 электрический актуатор 20 приводится в действие в направлении закрытия. Однако, приводное усилие в это время устанавливается в наивысший первый уровень, и, например, электрический актуатор 20 приводится в действие посредством приводящего сигнала с 90% продолжительности включения. При этом, как показано сплошной линией, положение L корпуса 7a клапана быстро снижается.
Во время t3 положение L корпуса 7a клапана достигает заданного положения L1, и при этом приводное усилие электрического актуатора 20 уменьшается до второго уровня. Например, оно становится 30% продолжительности включения. Следовательно, скорость перемещения корпуса 7a клапана уменьшается, и корпус 7a клапана плавно садится без сильного столкновения с посадочной поверхностью 34a. Степень приводного усилия, т.е., степень силы тяги стержня 22 в это время становится степенью, до которой корпус 7a клапана не может больше быть перемещен, когда часть корпуса 7a клапана является локально посаженной на посадочную поверхность 34a. Посредством изменения в положении корпуса 7a клапана относительно посадочной поверхности 34a, во многих случаях, корпус 7a клапана, следовательно, приходит в состояние, в котором его часть локально посажена.
Во время t4, после того как заданное время TM1 проходит со времени t3, в которое положение L достигает заданного положения L1, приводное усилие электрического актуатора 20 увеличивается до третьего уровня. Например, продолжительность включения увеличивается до 70%. Следовательно, корпус 7a клапана, который является локально посаженным, дополнительно прижимается к посадочной поверхности 34a. Следовательно, даже в случае, когда часть корпуса 7a клапана плавает от посадочной поверхности 34a, корпус 7a клапана прижимается к посадочной поверхности 34a, в то же время смещая конусную шайбу 37, и вся периферия корпуса 7a клапана приходит в тесное соприкосновение с посадочной поверхностью 34a. В результате, получается надежная герметичность. В варианте осуществления, показанном на чертеже, во время t5, корпус 7a клапана приходит в состояние достаточного приведения в тесное соприкосновение с посадочной поверхностью 34a.
Таким образом, в состоянии, в котором корпус 7a клапана является достаточно посаженным на посадочную поверхность 34a, выполняется определение положения полного закрытия корпуса 7a клапана. Во время t6 выполняется управление определением, и принудительное управление полным закрытием заканчивается. При этом целевая степень Ltg открытия изменяется на степень открытия в соответствии с состоянием в это время.
Хотя фиг. 7 показывает изменение в приводном усилии во время управления полным закрытием для управления определением непосредственно после запуска, принудительное управление полным закрытием во время резкого ускорения также является таким же.
Таким образом, когда корпус 7a клапана приводится в полное закрытие, приводное усилие устанавливается в первый уровень в первоначальном периоде, и посредством уменьшения приводного усилия с первого уровня до второго уровня на этапе достижения заданного положения L1 корпус 7a клапана быстро закрывается, и в то же самое время, корпус 7a клапана может избегать столкновения с посадочной поверхностью 34a, и, тем самым, он может быть плавно посажен. В состоянии локальной посадки, посредством увеличения приводного усилия со второго уровня до третьего уровня, надежная герметичность может быть получена независимо от введения пружинного элемента (конусной шайбы 37), используемого для пресечения аномального звука. Следовательно, как пресечение аномального звука посредством конусной шайбы 37, так и обеспечение герметичности во время полного закрытия, могут быть достигнуты.
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления, поскольку продолжительность включения на третьем уровне устанавливается ниже продолжительности включения на первом уровне, представляется возможным не допускать чрезмерного возбуждения электромотора.
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления, поскольку фактическое положение L корпуса 7a клапана обнаруживается посредством датчика 21 положения, и на основе этого выполняется снижение с первого уровня до второго уровня, скорость корпуса 7a клапана во время закрытия может правильно контролироваться, и плавная посадка может быть всегда надежно получена.
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления, поскольку момент времени, в который приводное усилие увеличивается со второго уровня до третьего уровня, оценивается на основе прошедшего времени TM после достижения корпусом 7a клапана заданного положения L1, на него не влияет изменение в положении L корпуса 7a клапана во время локальной посадки корпуса 7a клапана.
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления, хотя двигатель внутреннего сгорания искрового типа зажигания был объяснен в качестве примера, настоящее изобретение может быть аналогично применено к турбонагнетателю для дизельного двигателя.
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления, хотя конусная шайба используется в качестве пружинного элемента, он не ограничивается этим, и может быть использован пружинный элемент, имеющий упругость, также могут быть использованы шайбы, такие как волнистые шайбы и пружинная шайба C-типа.