УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С НАДДУВОМ
CONTROL DEVICE FOR SUPERCHARGED ENGINES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к управляющим устройствам для управления величиной требуемого крутящего момента в двигателях с наддувом.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] В качестве способа управления для двигателей внутреннего сгорания известно управление величиной требуемого крутящего момента при определении рабочих параметров управляющих механизмов, использующих величину крутящего момента в качестве управляемого параметра. Управляющие механизмы, управляемые посредством системы управления величиной требуемого крутящего момента, включают в себя управляющие механизмы, принцип действия которых основан на изменении количества поступающего воздуха, угла опережения зажигания и соотношения воздух/топливо. Среди этих управляющих механизмов, управляющие механизмы, принцип действия которых основан на изменении количества поступающего воздуха, включают в себя, например, дроссельную заслонку, механизм изменения момента открытия/закрытия клапана, который изменяет момент открытия/закрытия впускного клапана, и механизм изменения момента открытия/закрытия клапана, который изменяет момент открытия/закрытия выпускного клапана.
[0003] На фиг. 7 представлена структурно-функциональная схема, отображающая конфигурацию управляющего устройства для двигателя без наддува (NA engine), которое выполняет традиционно предлагаемое устройство для управления величиной требуемого крутящего момента. Управляющее устройство 200, представленное на фиг. 7, предназначено для управления дроссельной заслонкой 10, механизмом 20 изменения момента открытия/закрытия впускного клапана (здесь и далее IN-VVT - intake valve variable valve timing) и механизм 30 изменения момента открытия/закрытия выпускного клапана (здесь и далее EX-VVT - exhaust valve variable valve timing). Кроме того, устройство 200 управления оснащено блоком 210 расчета целевого количества воздуха, блоком 220 управления VVT и блоком 230 управления дроссельной заслонкой.
[0004] Блок 210 расчета целевого количества воздуха рассчитывает количество воздуха, необходимого, чтобы получить требуемый крутящий момент, как целевое количество воздуха. Расчет проводится с помощью карты (многомерной регулировочной характеристики), в которой крутящий момент и количество воздуха соотнесены друг с другом посредством различной информации о двигателе такой, как скорость вращения вала двигателя, угол опережения зажигания, отношение воздух/топливо и т.п. в качестве аргументов.
[0005] Блок 220 управления VVT выбирает сочетание, которое оптимизирует экономию топлива, из множества сочетаний настроек впускного клапана, которые могут быть реализованы посредством работы механизма 20 IN-VVT, и настроек выпускного клапана, которые могут быть реализованы посредством работы механизма 30 EX-VVT. Такое сочетание предварительно сохраняется в качестве базового значения времени открытия клапанов. Блок 220 управления VVT определяет значение команды для механизма 20 IN-VVT (значение команды для IN-VVT) и значение команды для механизма 30 EX-VVT (значение команды для EX-VVT) на основании базового значения времени открытия клапанов.
[0006] Кроме того, блок 220 управления VVT сохраняет в формате карты (многомерной регулировочной характеристики) зависимость, которая установлена между степенью перекрытия клапанов, давлением на входе и количеством поступающего воздуха. На фиг. 7 отображение такой карты представлено в форме графика внутри блока, изображающего блок 220 управления VVT. Количество воздуха, соответствующее определенной степени перекрытия клапанов и давлению на входе, на этой карте является, в точном смысле, количеством воздуха, поступающим в цилиндр через впускной клапан. С другой стороны, целевое количество воздуха, которое рассчитывают на основании требуемого крутящего момента, является, в точном смысле, количеством воздуха, используемым при сгорании, а именно: целевым значением количества воздуха в цилиндре. Однако, как будет описано ниже, количество проходящего через впускной клапан воздуха совпадает с количеством воздуха в цилиндре, по меньшей мере, в двигателях без наддува, так что нет никаких препятствий в применении целевого количества воздуха в вышеупомянутой карте. Блок 220 управления VVT выбирает значение давления на входе, соответствующее степени перекрытия клапанов при базовом значении времени открытия клапанов, из сочетаний давления на входе и степени перекрытия клапанов, которые позволяют достичь целевого количества подаваемого воздуха, и задает выбранное значение давления на входе в качестве целевого давления на входе.
[0007] Блок 230 управления дроссельной заслонкой проводит расчет степени открытия дроссельной заслонки на основании целевого давления на входе и целевого количества воздуха. Для расчета степени открытия дроссельной заслонки используется модель, обратная воздушной модели. Воздушная модель представляет собой физическую модель, которую получают моделированием динамических характеристик давления и расхода воздуха во впускном канале в ответ на движение дроссельной заслонки. Блок 230 управления дроссельной заслонкой управляет работой дроссельной заслонки 10, используя расчетную степень открытия дроссельной заслонки в качестве рабочего параметра.
[0008] Управляющее устройство, сконфигурированное таким образом, позволяет обеспечивать количество воздуха в цилиндре двигателя так, чтобы оно не было слишком большим или слишком маленьким для достижения требуемого крутящего момента, за счет одновременного управления дроссельной заслонкой 10, механизмом 20 IN-VVT и механизмом 30 EX-VVT.
[0009] Помимо сказанного выше, возможно применение вышеупомянутого устройства для управления требуемым крутящим моментом для управления двигателем с наддувом, который оборудован турбонагнетателем или механическим нагнетателем. Если явно используется конфигурация устройства управления требуемой величиной крутящего момента в двигателе без наддува, представленная на фиг. 7, конфигурация, представленная на фиг. 8, может быть применена как конфигурация управляющего устройства, которая необходима, чтобы выполнить управление требуемой величиной крутящего момента двигателя с нагнетателем. Управляющее устройство 201, представленное на фиг. 8, предназначено для управления работой перепускного клапана 40 (здесь и далее WGV - waste gate valve), в дополнение к дроссельной заслонке 10, механизму 20 IN-VVT и механизму 30 EX-VVT. В этом случае управляющее устройство 201 оснащено блоком 240 расчета целевого давления наддува и блоком 250 управления WGV 40 в дополнение к блоку 210 расчета целевого количества воздуха, блоку 220 управления VVT и блоку 230 управления дроссельной заслонкой.
[0010] При использовании двигателя с нагнетателем давление на входе может достичь верхнего предела по причине открытия дроссельной заслонки 10 до полностью открытого состояния в зоне наддува, где наддув выполняется нагнетателем. В этом случае блок 220 управления VVT определяет сочетание давления на входе и степени перекрытия клапанов, которое позволяет достичь целевого значения количества воздуха с помощью вышеупомянутой карты, и выбирает степень перекрытия клапанов, соответствующую верхнему пределу давления на входе такого сочетания. Однако следует отметить, что существует множество сочетаний значений настроек впускного клапана и выпускного клапана, позволяющих достичь выбранной степени перекрытия клапанов, поэтому значения команд для соответствующих механизмов 20 и 30 изменения настроек клапанов не определяются однозначно. Например, можно выбрать сочетание, наиболее близкое к базовым моментам открытия/закрытия клапанов, и определить значения команд для соответствующих механизмов 20 и 30 изменения моментов открытия/закрытия клапанов в соответствии с выбранным сочетанием. В частности, если давление на входе не достигло верхнего предела, базовый момент открытия/закрытия клапанов выбирается как сочетание соответствующих времен открытия впускного клапана и выпускного клапана, а давление на входе, соответствующее степени перекрытия клапанов при базовом моменте открытия/закрытия клапанов, определяется как целевое давление на входе, как и в случае с двигателя без наддува.
[0011] Блок 240 расчета целевого давления наддува рассчитывает величину, получаемую добавлением заранее установленного запаса по давлению к целевому давлению на входе, как целевое давление наддува. Блок 250 управления WGV определяет рабочее значение, передаваемое электромагниту, который приводит в движение клапан 40 WGV, на основании целевого давления наддува. В качестве примера способа определения рабочего значения можно привести способ, при котором составляется карта, устанавливающая связь рабочего значения с давлением наддува, и на основании карты рассчитывается рабочее значение, соответствующее целевому давлению наддува. Кроме того, также можно упомянуть способ, при котором проводится измерение или оценка фактического давления наддува, и рабочее значение подвергается регулированию с обратной связью так, чтобы фактическое давление наддува стало равным целевому давлению наддува.
[0012] Управляющее устройство, выполненное таким образом, делает возможным заставить двигатель выдавать требуемый крутящий момент посредством тех же механизмов управления, что и в двигателе без наддува, в зоне отсутствия наддува, где наддув не выполняется турбонагнетателем.
[0013] Однако, в зоне наддува, где наддув выполняется турбонагнетателем, возникает такая проблема, как точность в реализации требуемого крутящего момента.
[0014] Фиг. 9 представляет графический вид результата управления в зоне с наддувом посредством управляющего устройства, выполненного, как показано на фиг. 8. Согласно схеме управляющего устройства, представленной на фиг. 8, целевое количество воздуха рассчитывается на основании требуемой величины крутящего момента, при этом дроссельная заслонка 10, механизм 20 IN-VVT, механизм 30 EX-VVT и клапан 40 WGV функционируют совместно таким образом, чтобы получить целевое количество поступающего воздуха. Однако фактически полученное количество воздуха, за счет применения управляющего устройства, представленного на фиг. 8, меньше целевого количества воздуха.
[0015] Такая нехватка количества воздуха является следствием непосредственного применения способа управления для двигателя без наддува к двигателю с наддувом. В двигателе без наддува давление на выходе выше, чем давление на входе. Поэтому в случаях, когда длительность открытия впускного клапана и длительность открытия выпускного клапана перекрывают друг друга, отработавшие газы остаются в цилиндре в соответствии со степенью этого перекрытия. Другими словами, это приводит к так называемой внутренней рециркуляции отработавших газов (EGR - Exhaust Gas Recirculator). В этом случае воздух (свежий воздух), поступивший в цилиндр через впускной клапан, остается в цилиндре, и сумма количества воздуха, поступающего через впускной клапан, и количества выхлопного газа, оставшегося вследствие внутренней рециркуляции отработавших газов EGR, представляет собой общее количество газа в цилиндре. Следовательно, в случае двигателя без наддува количество воздуха, поступающего через впускной клапан, и количество воздуха в цилиндре, которое фактически используется для сгорания, совпадают друг с другом, независимо от того, перекрываются ли упомянутые длительности открытия клапанов друг с другом.
[0016] С другой стороны, в случае двигателя с наддувом давление на входе выше, чем давление на выходе в зоне наддува. Поэтому в случае, когда длительность открытия впускного клапана и длительность открытия выпускного клапана перекрывают друг на друга, продувка, а именно: поток воздуха от впускного патрубка через выпускной патрубок, происходит в зоне наддува. При возникновении продувки часть воздуха, поступившего в цилиндр через впускной клапан, выходит через выпускной патрубок. Поэтому количество воздуха в цилиндре, которое фактически используется для сгорания, меньше, чем количество воздуха, поступающего через впускной клапан, на количество, соответствующее продувке. В результате, как показано на ФИГ. 9, количество воздуха в цилиндре, фактически полученное, меньше целевого количества воздуха, поэтому достигнутая величина крутящего момента меньше требуемой величины крутящего момента.
[0017] Как явно следует из вышесказанного, в случае, если устройство для управления величиной крутящего момента применимо к двигателю с наддувом, то нецелесообразно непосредственно использовать конфигурацию устройства для управления величиной крутящего момента в двигателе без наддува. Устройство для управления величиной крутящего момента для двигателя с наддувом требует наличия управляющего устройства, которое делает возможной точную реализацию требуемого крутящего момента даже в зоне наддува, где возникает продувка.
[0018] В частности, упомянутые ниже документы являются документами, относящимися к известному уровню техники, и указывающими на современный уровень развития в технической области, соответствующей настоящей заявке.
Документы известного уровня техники
Патентные документы
[0019] Патентный документ 1: Публикация японской заявки на патент №2009-068403 (JP-2009-068403 А)
Патентный документ 2: Публикация японской заявки на патент №2008-075549 (JP-2008-075549 А)
Патентный документ 3: Публикация японской заявки на патент №2004-263571 (JP-2004-263571 А)
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачи, решаемые изобретением
[0020] Изобретение сделано для решения вышеупомянутых задач. Задачей изобретения является предложить управляющее устройство для двигателя с наддувом, повышающее возможность реализации требуемого крутящего момента в зоне наддува, где имеет место продувка.
[0021] В соответствии с настоящим изобретением, управляющее устройство для двигателя с наддувом применяют в двигателе с наддувом, оборудованном дроссельной заслонкой, приводным устройством впускного клапана и нагнетателем. Приводное устройство впускного клапана может представлять собой устройство, способное, по меньшей мере, изменять время закрытия впускного клапана. В соответствии с настоящим изобретением, управляющее устройство для двигателя с наддувом определяет рабочий параметр приводного устройства впускного клапана на основании целевого количества воздуха в цилиндре, которое рассчитывается на основании требуемой величины крутящего момента. Затем, параллельно с этим, управляющее устройство определяет рабочий параметр дроссельной заслонки на основании целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан, которое рассчитывается путем добавления количества воздуха, пропускаемого через полость цилиндра, к целевому количеству воздуха в цилиндре. Количество воздуха, пропускаемого через полость цилиндра, означает количество воздуха, проходящего через выпускной патрубок, как часть объема воздуха, поступившего в цилиндр через впускной клапан. Количество воздуха, добавляемое к целевому количеству воздуха в цилиндре, может быть целевым (заданным) значением, определяемым на основании определенных потребностей в отношении производительности двигателя, фиксированным значением или заранее заданной величиной такой, как величина флуктуации, соответствующая рабочему состоянию и т.п.
[0022] В соответствии с настоящим изобретением, управляющее устройство для двигателя с наддувом реализует требуемый крутящий момент посредством управления работой приводного устройства впускного клапана в случае, когда наддув выполняется нагнетателем, и давление на входе достигает верхнего предела диапазона, что может быть отрегулировано за счет управления дроссельной заслонкой. В этом случае рабочий параметр приводного устройства впускного клапана определяется на основании целевого количества воздуха в цилиндре, которое рассчитывается на основании требуемой величины крутящего момента, основанной на зависимости, установленной между временной привязкой для закрытия впускного клапана, давления на входе и количества воздуха в цилиндре.
[0023] Временная привязка для открытия впускного клапана и временная привязка для закрытия впускного клапана определяются путем фиксирования рабочего параметра приводного устройства впускного клапана. Однако следует подчеркнуть, что особое значение имеет временная привязка для закрытия впускного клапана, как фактор, определяющий количество воздуха в цилиндре. Это поясняется тем, что количество воздуха в цилиндре определяется однозначно на основании временной привязки для закрытия спускного клапана в случае, когда давление на входе достигает верхнего значения. С другой стороны, временная привязка для открытия впускного клапана влияет на степень перекрытия длительности открытия впускного клапана и длительности открытия выпускного клапана. Однако степень перекрытия клапанов в зоне наддува, где имеет место продувка, не влияет на количество воздуха в цилиндре, и соответственно не влияет на точность при реализации необходимой величины крутящего момента. Как результат, длительность открытия впускного клапана ничем при этом не ограничена.
[0024] Двигатель с наддувом может быть оборудован приводным устройством выпускного клапана. Приводное устройство выпускного клапана может представлять собой устройство, способное, по меньшей мере, изменять временную привязку для закрытия выпускного клапана. Если временная привязка для закрытия выпускного клапана зафиксирована, то степень перекрытия клапанов также фиксирована. Степень перекрытия клапанов не влияет на точность при реализации требуемой величины крутящего момента, но количество продуваемого воздуха, а именно, количество воздуха, проходящего через полость цилиндра, возрастает или уменьшается в соответствии с величиной степени перекрытия клапанов. Суммарное значение количества продуваемого воздуха и количества воздуха в цилиндре представляет собой количество воздуха, проходящего через впускной клапан. Поэтому в случае, когда давление на входе достигает верхнего значения, количество воздуха, проходящего через впускной клапан, однозначно определяется на основании степени перекрытия клапанов. В отношении количества продуваемого воздуха предусмотрен ряд требований с точки зрения прогрева катализатора, предотвращения раннего зажигания и т.п. Таким образом, целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан, может быть определено с учетом этих требований, и рабочий параметр приводного устройства выпускного клапана может быть определен таким же образом, как и целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан. В этом случае рабочий параметр приводного устройства выпускного клапана может быть определен на основании целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан и рабочего параметра приводного устройства впускного клапана (более конкретно, для временной привязки для открытия впускного клапана) на основании установленной зависимости между степенью перекрытия клапанов, давлением на входе и количеством воздуха, проходящего через впускной клапан.
[0025] Кроме того, нагнетатель, которым оборудован двигатель с наддувом в настоящем изобретении, может быть представлен механическим нагнетателем или турбонагнетателем. Однако, если применяется турбонагнетатель, способный изменять характеристики наддува посредством установленного для этой цели управляющего механизма, давление наддува можно активно регулировать посредством этого управляющего механизма. Например, целевое значение количества воздуха в цилиндре на единицу времени может быть рассчитано на основании целевого количества воздуха в цилиндре и скорости вращения вала двигателя, при этом рабочий параметр управляющего механизма можно определить на основании целевого количества воздуха в цилиндре на единицу времени и целевого давления наддува, исходя из установленной зависимости между рабочим параметром управляющего механизма и характеристиками наддува турбонагнетателя. В этом случае, если текущее значение не достигнет целевого значения количества воздуха в цилиндре на единицу времени, выявленное количество воздуха можно увеличить с помощью продувки. Выражаясь конкретнее, целевое количество продуваемого воздуха можно рассчитать исходя из недостаточности текущего значения по отношению к целевому значению воздуха в цилиндре на единицу времени, и рабочий параметр приводного устройства выпускного клапана можно определить с использованием суммарного значения количества воздуха в цилиндре и целевого количества продуваемого воздуха, как целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0026] ФИГ. 1 представляет собой структурно-функциональную схему, отображающую конфигурацию управляющего устройства для двигателя с наддувом, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 2 представляет собой график, отображающий зависимость между давлением на входе и соответствующими величинами количества воздуха.
ФИГ. 3 представляет собой график для объяснения способа определения целевого давления на входе и момента открытия/закрытия впускного клапана на основании целевого количества воздуха в цилиндре.
ФИГ. 4 представляет собой график для объяснения способа определения целевого давления на входе и момента открытия/закрытия впускного клапана на основании целевого количества воздуха в цилиндре.
ФИГ. 5 представляет собой график для объяснения рабочего значения перепускного клапана и целевое количество продувки.
ФИГ. 6 отображает графическое представление результата управления в зоне с наддувом посредством управляющего устройства, выполненного, как показано на ФИГ. 1.
ФИГ. 7 представляет собой структурно-функциональную схему, отображающую конфигурацию управляющего устройства для традиционного двигателя без наддува.
ФИГ. 8 представляет собой структурно-функциональную схему, отображающую конфигурацию управляющего устройства для двигателя с наддувом, который использует конфигурацию управляющего устройства для традиционных двигателей без наддува.
ФИГ. 9 отображает графическое представление результата управления в зоне с наддувом посредством управляющего устройства, выполненного, как показано на ФИГ. 8.
СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Далее пример осуществления изобретения будет описан со ссылками на чертежи.
[0028] Двигатель с наддувом, в котором используется управляющее устройство в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, представлен четырехтактным поршневым двигателем с искровым зажиганием, который оборудован турбонагнетателем, имеющим перепускной клапан (клапан WGV). Впускной канал этого двигателя с наддувом оснащен дроссельной заслонкой с электронным управлением. Кроме того, впускной клапан оснащен механизмом изменения момента открытия/закрытия впускного клапана (IN-VVT), а выпускной клапан оснащен механизмом изменения момента открытия/закрытия выпускного клапана (EX-VVT).
[0029] Работой двигателя с наддувом управляет электронный блок управления транспортного средства (блок ЭБУ транспортного средства). В блоке ЭБУ предусмотрены такие функции, как управление транспортным средством, управление работой двигателя, управление трансмиссией и т.п. В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, управляющее устройство реализовано, как несколько функций, предусмотренных в блоке ЭБУ. Различные информационные данные о рабочем состоянии и условиях работы двигателя с наддувом поступают в блоке ЭБУ от различных датчиков, в том числе датчика расхода воздуха и датчика угла поворота коленчатого вала. В случае, когда блок ЭБУ функционирует как управляющее устройство в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, блок ЭБУ осуществляет совместное управление управляющими механизмами в отношении количества воздуха, а именно: дроссельной заслонкой, IN-VVT, EX-VVT и клапаном WGV, в соответствии с программой управления работой устройства для управления величиной крутящего момента, сохраненной в памяти.
[0030] На ФИГ. 1 представлена структурно-функциональная схема, отображающая конфигурацию управляющего устройства, которая реализуется при выполнении блоком ЭБУ функций в соответствии с программой управления. Согласно примеру осуществления настоящего изобретения, управляющее устройство 100 представлено устройством 110 расчета целевого количества воздуха, устройством 120 управления IN-VVT, устройством 130 управления дроссельной заслонкой, устройством 160 управления EX-VVT, устройством 140 расчета целевого давления наддува и устройством 150 управления WGV. Однако следует отметить, что конфигурация, представленная на ФИГ. 1, является конфигурацией, применяемой в зоне наддува, где турбонагнетателем выполняется наддув. В зоне без наддува, где турбонагнетателем наддув не выполняется (т.е. давление наддува не возрастает), может применяться конфигурация для устройства для управления величиной крутящего момента традиционного двигателя без наддува, представленная на ФИГ. 7. Конфигурация управляющего устройства 100, применяемого в зоне наддува, будет описана далее.
[0031] Устройство 110 расчета целевого количества воздуха рассчитывает количества воздуха в цилиндре, необходимого для реализации требуемого крутящего момента, как целевое количество воздуха в цилиндре. Расчет проводится с помощью карты, которая соотносит крутящий момент и количество воздуха в цилиндре друг с другом, используя различные информационные данные о двигателе, например, скорость вращения вала двигателя, угол опережения зажигания, отношение воздух/топливо и т.п. в качестве аргументов. Используемая здесь карта является такой же, что и карта, применяемая для устройства для управления величиной крутящего момента двигателя без наддува, чтобы рассчитывать целевое количество воздуха на основании требуемого крутящего момента.
[0032] Управляющее устройство 120 IN-VVT определяет значение команды момента открытия/закрытия клапанов (значение команды для IN-VVT) в качестве рабочего параметра IN-VVT 20 и целевого давления на входе на основании целевого количества воздуха в цилиндре. Определение делают с помощью карты, в которой соотнесены количество воздуха в цилиндре с моментом открытия/закрытия впускного клапана и давлением на входе. На ФИГ. 1 отображение такой карты представлено в форме графика внутри блока, изображающего блок управляющего устройства 120 IN-VVT.
[0033] На ФИГ. 2 представлен график, объясняющий зависимость между давлением на входе и количеством воздуха в цилиндре, как определено картой IN-VVT 20. График, представленный на ФИГ. 2, представляет линейной зависимостью, как количество воздуха в цилиндре, количество воздуха, поступающего через впускной клапан, и общее количество газа в цилиндре соотносятся с давлением на входе в случае, когда соответствующие моменты открытия/закрытия впускного клапана и выпускного клапана и скорость вращения двигателя неизменны. Общее количество газа в цилиндре увеличивается пропорционально возрастанию давления на входе. В противоположность этому, количество воздуха, поступающего через впускной клапан, увеличивается по мере возрастания давления на входе, но увеличивается неравномерно. В зоне без наддува, где давление на входе ниже атмосферного давления, количество воздуха, поступающего через впускной клапан меньше, чем общее количество газа в цилиндре, на количество остаточного газа, полученного в результате внутренней рециркуляции отработанных газов EGR. Однако количество остаточного газа снижается по мере приближения величины давления на входе к величине атмосферного давления, и количество воздуха, поступающего через впускной клапан, выравнивается с общим количеством газа в цилиндре сразу же после того, как давление на входе совпадет с величиной атмосферного давления. Тогда в зоне с наддувом, где давление на входе превышает атмосферное давление, количество воздуха, поступающего через впускной клапан, больше, чем общее количества газа в цилиндре на количество продуваемого воздуха (продувки), а именно, количество воздуха, проходящего через полость цилиндра от впускного патрубка до выпускного патрубка. Соотношение между давлением на входе и общим количеством газа в цилиндре зависит только от момента открытия/закрытия впускного клапана, а точнее, только от временной привязки для закрытия впускного клапана. С другой стороны, соотношение между давлением на входе и количеством воздуха, поступающего через впускной клапан, зависит как от момента открытия/закрытия впускного, так и от момента открытия/закрытия выпускного клапана.
[0034] Количество воздуха в цилиндре, влияющее на крутящий момент, меньше количества воздуха, поступающего через впускной клапан, и общего количества газа в цилиндре. Соответственно, количество воздуха в цилиндре совпадает с количеством воздуха, поступающим через впускной клапан, в зоне без наддува, где давление на входе ниже атмосферного давления, но количество воздуха в цилиндре совпадает с общим количеством газа в цилиндре в зоне с наддувом, где давление на входе выше атмосферного давления. Поэтому в зоне с наддувом количество воздуха в цилиндре пропорционально давлению на входе, и соотношение между количеством воздуха в цилиндре и давлением на входе зависит только от временной привязки для закрытия впускного клапана.
[0035] На каждой из ФИГ. 3 и 4 представлено соотношение между моментом открытия/закрытия впускного клапана, давлением на входе и количеством воздуха в цилиндре посредством графика, по оси абсцисс которого откладывается давление на входе, а по оси ординат - количество воздуха в цилиндре. Каждый график линейно представляет соотношение между давлением на входе и количеством воздуха в цилиндре при четырех различных моментах открытия/закрытия клапана (IN-VT1, IN-VT2, IN-VT3 и IN-VT4). Соответствующие моменты открытия/закрытия клапана отличаются друг от друга, по меньшей мере, во временной привязке для закрытия впускного клапана. Однако следует отметить, что эти четыре момента открытия/закрытия клапана являются не более, чем иллюстративными примерами, и что давление на входе и количество воздуха в цилиндре соотносятся друг с другом большим числом моментов открытия/закрытия на реальной карте. Способ определения момента открытия/закрытия впускного клапана и целевого давления на входе на основании целевого количества воздуха в цилиндре будет описан далее с использованием ФИГ. 3 и 4.
[0036] В случае использования целевого количества воздуха в цилиндре возможно множество сочетаний момента открытия/закрытия впускного клапана и давления на входе, которые позволяют достичь целевого количества воздуха в цилиндре. В этом случае управляющее устройство 120 IN-VVT выбирает заданный базовый момент открытия/закрытия клапана и рассчитывает давление на входе, которое позволяет достичь целевого количества воздуха в цилиндре на основании соотношения между количеством воздуха в цилиндре и давлением на входе при данном моменте открытия/закрытия клапана. В примере, представленном на каждом графике, IN-VT1 является базовым моментом открытия/закрытия клапана. Базовый момент открытия/закрытия клапана является, например, моментом открытия/закрытия клапана, при котором топливная экономичность двигателя оптимизируется.
[0037] Однако, как показано на соответствующих фигурах, давления на входе имеет верхний предел. Такой верхний предел представляет собой верхний предел диапазона давления на входе, который может быть отрегулирован посредством дроссельной заслонки 10. Например, давление на входе в то время, когда дроссельная заслонка 10 полностью открыта, или давление на входе в то время, когда дроссельная заслонка 10 открывается с максимальной скоростью, является верхним пределом. Верхний предел давления на входе в зоне с наддувом представляет собой давление, которое приближено, но равно или ниже давления наддува.
[0038] Целевое давление на входе не может быть задано выше верхнего предела. В примере, представленном на ФИГ. 3, давление на входе, позволяющее достичь целевого количества воздуха в цилиндре при IN-VT1, не превышает верхнего предела. Следовательно, в этом случае давление на входе, которое позволяет достичь целевого количества воздуха в цилиндре при IN-VT1, определяется как целевое давление на входе, a IN-VT1 определяется как значение команды момента открытия/закрытия клапана (значение команды для IN-VVT) для IN-VVT 20.
[0039] С другой стороны, в примере, приведенном на ФИГ. 4, давление на входе, позволяющее достичь целевого количества воздуха в цилиндре при IN-VT1, превышает верхний предел. В этом случае, когда верхний предел давления на входе установлен как целевое давление на входе, выбирается момент открытия/закрытия впускного клапана, который позволяет достичь целевого количества воздуха в цилиндре. Количество воздуха в цилиндре в момент, когда возникает продувка, определяется внутренним объемом цилиндра и давлением на входе в момент, когда впускной клапан закрыт.Поэтому, в случае, когда давление на входе достигло верхнего предела, момент открытия/закрытия впускного клапана, который позволяет достичь целевого количества воздуха в цилиндре (более точно - временная привязка для закрытия впускного клапана) определяется однозначно.
[0040] Таким образом, в случае, когда давление на входе достигает верхнего предела диапазона, который может быть отрегулирован посредством управления дроссельной заслонкой 10, управляющее устройство 120 IN-VVT определяет момент открытия/закрытия впускного клапана в соответствии с целевым количеством воздуха в цилиндре, чтобы управлять количеством воздуха в цилиндре согласно временной привязке для закрытия впускного клапана. В примере, представленном на ФИГ. 4, IN-VT3 выбирается и задается как значение команды момента открытия/закрытия клапана (значение команды для IN-VVT) для IN-VVT 20.
[0041] Момент открытия/закрытия впускного клапана, определяемый управляющим устройством 120 IN-VVT, передается на IN-VVT 20 и является входным параметром для управляющего устройства 160 EX-VVT. Помимо этого, целевое давление на входе, которое определяется управляющим устройством 120 IN-VVT, является входным параметром для управляющего устройства 160 EX-VVT, устройства 130 управления дроссельной заслонки и устройства 140 расчета целевого давления наддува.
[0042] Целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан, а также момент открытия/закрытия впускного клапана и целевое давление на входе являются входными параметрами для управляющего устройства 160 EX-VVT. Целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан, представляет собой суммарную величину, образованную количеством воздуха в цилиндре и целевым количеством продуваемого воздуха, которые будут описаны ниже. Целевое количество продуваемого воздуха означает целевое значение количества воздуха, проходящего от впускного патрубка до выпускного патрубка в результате продувки. В случае, когда количество воздуха, поступающего через впускной клапан, превышает количество воздуха в цилиндре, которое определяется временной привязкой для закрытия впускного клапана и давления на входе, различие между ними представляет собой количество воздуха продувки.
[0043] Управляющее устройство 160 EX-VVT сохраняет соотношения, которые установлены между показателем перекрытия клапанов, давлением на входе и количеством воздуха в формате карты, отображение такой карты представлено в форме графика внутри блока на ФИГ. 1. На этой карте количество воздуха, соответствующее показателю перекрытия клапанов и давлению на входе, означает количество воздуха, поступающего через впускной клапан. В ситуации, когда давление на входе достигло верхнего значения в зоне с наддувом, количество воздуха, проходящего через впускной клапан, однозначно определяется на основании показателя перекрытия клапанов. Кроме того, момент открытия/закрытия впускного клапана представляет собой фиксированное значение. Поэтому, если показатель перекрытия клапанов определен, момент открытия/закрытия выпускного клапана, который позволяет достичь целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан (конкретнее - временная привязка для закрытия выпускного клапана), определяется однозначно.
[0044] Таким образом, управляющее устройство 160 EX-VVT устанавливает показатель перекрытия клапанов, что одновременно позволяет достичь целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан, и целевого давления на входе, используя карту. Затем, управляющее устройство 160 EX-VVT рассчитывает момент открытия/закрытия выпускного клапана на основании установленного показателя перекрытия клапанов и момента открытия/закрытия впускного клапана, определенной управляющим устройством 120 IN-VVT, и определяет расчетный момент открытия/закрытия клапана как значение команды (значение команды для EX-VVT) для EX-VVT 30.
[0045] Устройство 130 управления дроссельной заслонки проводит расчет степени открытия дроссельной заслонки на основании целевого давления на входе и целевого количества воздуха, проходящего через впускной клапан, используя модель, обратную воздушной модели. В ситуации, когда давление на входе достигло верхнего предела в зоне наддува, степень открытия дроссельной заслонки, рассчитываемая с использованием модели, обратной воздушной модели, представляет собой степень полного открытия. Устройство 130 управления дроссельной заслонкой управляет дроссельной заслонкой 10, используя расчетную степень открытия дроссельной заслонки в качестве рабочего параметра.
[0046] Устройство 140 расчета целевого давления наддува рассчитывает в качестве целевого давления наддува величину, получаемую добавлением запаса по давлению, равного или превышающего 0 атмосфер, к целевому давлению на входе. Запас по давлению может быть фиксированным значением или переменным значением, которое меняется согласно рабочему состоянию.
[0047] Управляющее устройство 150 WGV определяет рабочий параметр WGV 40 на основании целевого давления наддува. Рабочий параметр WGV 40 представляет собой рабочее значение, передаваемое к электромагниту, который приводит в движение WGV 40. Рабочее значение определяется с использованием карты, которая соотносит рабочее значение WGV 40 с характеристиками наддува турбонагнетателя. Отображение этой карты представлено в виде графика внутри блока, изображающего управляющее устройство 150 WGV на ФИГ. 1.
[0048] Характеристики наддува турбонагнетателя можно представить как соотношение между количеством воздуха в цилиндре на единицу времени (здесь и далее GA) и давлением наддува. GA расчитывается путем умножения количества воздуха в цилиндре (точнее говоря, количества воздуха в цилиндре на цикл) на скорость вращения вала двигателя. Целевое GA и текущее GA, а также целевое давление наддува, являются входными параметрами управляющего устройства 150 WGV. Целевое GA как целевого значение GA рассчитывается путем умножения целевого количества воздуха в цилиндре на скорость вращения вала двигателя. Текущее GA как текущее значение GA рассчитывается путем вычитания расчетного количества продуваемого воздуха на единицу времени из скорости потока воздуха на входе, измеренной датчиком расхода воздуха (количество воздуха, поступающего через впускной клапан, на единицу времени). Расчетное количество продуваемого воздуха на единицу времени рассчитывается с использованием карты, в которой рабочее состояние двигателя используется как аргумент.
[0049] На ФИГ. 5 представлено отображение карты, используемой управляющим устройством 150 WGV, в виде графика, по оси абсцисс которого отложены значения GA, а по оси ординат- давление наддува. График представляет зависимости между GA и давлением наддува при трех различных рабочих значениях (Duty1, Duty2 и Duty3) в виде кривых. Однако следует отметить, что эти три рабочих значения являются не более, чем иллюстративными примерами, и что давление на входе и количество воздуха в цилиндре соотносятся друг с другом большим числом рабочих значений на реальной карте. Управляющее устройство 150 WGV получает из карты рабочее значение, которое одновременно удовлетворяет целевому давлению наддува и целевому GA, и устанавливает извлеченное рабочее значение как рабочее значение WGV 40. В примере, представленном на ФИГ. 5, Duty2 установлено как рабочее значение WGV 40.
[0050] Кроме того, управляющее устройство 150 WGV рассчитывает недостаточность текущего GA и по отношению к целевому GA. Давление наддува зависит не только от степени открытия WGV 40, но также и от GA. Поэтому, желаемое давление наддува не может быть достигнуто в случае, когда текущее GA меньше целевого GA. Таким образом, целевое количество продуваемого воздуха рассчитывается на основании недостаточности текущего GA по отношению к целевому GA, чтобы увеличить выявленное количество воздуха с помощью продувки. Выражаясь точнее, недостаточность текущего GA по отношению к целевому GA определяется как целевое количество продуваемого воздуха на единицу времени. Таким образом, целевое количество продуваемого воздуха на цикл может быть рассчитано на основании скорости вращения вала двигателя. Если количество продуваемого воздуха повышается, давление наддува может быть увеличено без воздействия на крутящий момент. Целевое количество продуваемого воздуха на цикл используется, чтобы рассчитать целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан, как описано выше, и момент открытия/закрытия выпускного клапана устанавливается в соответствии с целевым количеством воздуха, проходящего через впускной клапан. Затем EX-VVT 30 управляется согласно установленному моменту открытия/закрытия клапана, так что реализуется целевое количество продуваемого воздуха и, соответственно, недостаточность текущего GA по отношению к целевому GA возмещается. Таким образом, гарантируется дальнейшее доведение фактического давления наддува до целевого давления наддува.
[0051] Как описано выше, при использовании управляющего устройства 100, в соответствии с представленным примером осуществления настоящего изобретения, целевое количество воздуха в цилиндре рассчитывается на основании требуемой величины крутящего момента в зоне наддува, где наддув выполняется турбонагнетателем. Соответственно, в случае, когда давление на входе достигает верхнего предела диапазона, который может быть отрегулирован посредством управления дроссельной заслонкой 10, количество воздуха в цилиндре контролируется моментом открытия/закрытия впускного клапана, более конкретно - временной привязкой для закрытия впускного клапана. Таким образом, как показано на ФИГ. 6, фактически достигаемое количество воздуха в цилиндре не становится избыточно низким или избыточно высоким относительно целевого количества воздуха в цилиндре, и вследствие этого достигаемая величина крутящего момента не становится избыточно малой или избыточно большой по отношению к требуемой величине крутящего момента. То есть, при использовании управляющего устройства 100 согласно представленному примеру осуществления настоящего изобретения, вероятность реализации требуемого крутящего момента в зоне наддува, где возникает продувка, может быть повышена. Кроме того, управляющее устройство 100 согласно представленному примеру осуществления настоящего изобретения имеет дополнительное преимущество в том, что количеством продуваемого воздуха можно намеренно управлять в соответствии с моментом открытия/закрытия выпускного клапана. Таким образом, количество воздуха, поступающего через впускной клапан, может быть отрегулировано до любой величины без воздействия на крутящий момент.
[0052] В связи с этим изобретение не следует ограничивать описанным выше примером осуществления, оно может быть осуществлено после модификации различными способами без отклонения от сущности изобретения. Например, устройство 110 расчета целевого количества воздуха может рассчитывать целевое количество воздуха в цилиндре, используя вместо карты выражение соотношения, которое соотносит крутящий момент и количество воздуха в цилиндре с различной информацией о двигателе. Это утверждение верно и для расчетов, выполняемых управляющим устройством 120 IN-VVT, управляющим устройством 160 EX-VVT и управляющим устройством 150 WGV. В этих расчетах также можно вместо карты использовать выражение соотношения.
[0053] Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения целевое количество продуваемого воздуха определяется как осуществление управления WGV управляющим устройством 150 WGV. Однако целевое количество продуваемого воздуха также можно определить в зависимости от прогревания катализатора, предотвращения раннего зажигания и т.п. Кроме того, целевое количество воздуха, проходящего через впускной клапан, также можно определить добавлением заранее установленной величины, эквивалентной количеству продуваемого воздуха, к целевому количеству воздуха в цилиндре. В таком случае заранее установленное значение может быть значением, равным нулю или выше нуля. Заранее установленное значение может быть фиксированным значением или переменным значением, которое меняется согласно рабочему состоянию двигателя.
[0054] Кроме того, при использовании двигателя с нагнетателем, для которого применяется управляющее устройство по настоящему изобретению, приводное устройство впускного клапана может быть устройством, способным изменять, по меньшей мере, временную привязку для закрытия впускного клапана. Как следствие, приводным устройством впускного клапана может быть не только устройство изменения момента открытия/закрытия клапана, но также устройство регулирования высоты подъема клапана, которое также может изменять высоту подъема или рабочий угол, электромагнитное устройство подъема клапана, которое открывает/закрывает впускной клапан посредством электромагнитного клапана или т.п. Это утверждение справедливо также для приводного устройства выпускного клапана. Приводное устройство выпускного клапана может быть устройством, способным, по меньшей мере, изменять временную привязку для закрытия выпускного клапана. Поэтому, приводное устройство выпускного клапана может быть устройством регулирования высоты подъема клапана или электромагнитным устройством подъема клапана. Кроме того, управляющее устройство, в соответствии с настоящим изобретением, применимо к двигателям с наддувом, оборудованным турбонагнетателем переменной мощности, также как и к двигателям с наддувом, оборудованным турбонагнетателем с перепускным клапаном.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0055] 10 ДРОССЕЛЬНАЯ ЗАСЛОНКА
20 IN-VVT (МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ МОМЕНТА ОТКРЫТИЯ/ЗАКРЫТИЯ ВПУСКНОГО КЛАПАНА)
30 EX-VVT (МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ МОМЕНТА ОТКРЫТИЯ/ЗАКРЫТИЯ ВЫПУСКНОГО КЛАПАНА)
40 ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН (WGV)
100 УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
110 УСТРОЙСТВО РАСЧЕТА ЦЕЛЕВОГО КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА
120 УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО IN-VVT
130 УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКОЙ
140 УСТРОЙСТВО РАСЧЕТА ЦЕЛЕВОГО ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА
150 УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО КЛАПАНА WGV
160 УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО EX-VVT