СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕПУСКНЫМ КЛАПАНОМ И УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
BYPASS 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 вышеописанном перепускном клапане, как описано в JP 2015-48837, в части приводного механизма, существует небольшой зазор, например, между дальним концом рычага и корпусом клапана тарельчатого типа или между дальним концом стержня и соединительным звеном.
С другой стороны, во время холостого хода в состоянии, в котором двигатель внутреннего сгорания является холодным, хотя задержка момента зажигания выполняется для прогрева каталитического нейтрализатора выхлопной системы, колебание давления выхлопного газа, в частности, пульсация выхлопа становится большой с задержкой момента зажигания. Кроме того, в целом, во время холостого хода, степень открытия перепускного клапана регулируется в полное открытие, чтобы уменьшать сопротивление выхлопу, и часть выхлопного потока проходит через периферию корпуса клапана.
Следовательно, во время холостого хода в холодном состоянии двигателя, в котором пульсация выхлопа становится большой, корпус клапана вибрирует по причине вышеописанного зазора, и, следовательно, имеет тенденцию возникать аномальный звук.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение является изобретением, которое управляет степенью открытия перепускного клапана, во время холостого хода в состоянии, в котором двигатель внутреннего сгорания является холодным, или во время замедления. Таким образом, управляя степенью открытия перепускного клапана, чтобы она была небольшой, объем выхлопного потока, который проходит через периферию корпуса клапана для перепускного клапана, уменьшается, и, тем самым, перемещение корпуса клапана, вызванное пульсацией выхлопа и колебанием давления, пресекается. Следовательно, аномальный звук, вызванный зазором, едва ли возникает.
Согласно настоящему изобретению, представляется возможным пресекать возникновение аномального звука в перепускном клапане во время холостого хода в холодном состоянии двигателя, в котором пульсация выхлопа становится большой, или во время замедления.
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 операций управления варианта осуществления;
Фиг. 5 - характеристическая диаграмма, показывающая функции степени открытия перепускного клапана по отношению к условию работы двигателя;
Фиг. 6 - временная диаграмма, показывающая изменение в степени открытия, оставаясь на холостом ходу после холодного запуска двигателя; и
Фиг. 7 - характеристическая диаграмма, показывающая соотношение между интервалом задержки момента зажигания и степенью открытия перепускного клапана.
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 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 определения 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 определять 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 определяет 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 определения датчика 15 давления наддува и датчика 21 положения, сигналы определения датчиков, таких как датчик 26 температуры охлаждающей жидкости, который определяет температуру TW охлаждающей жидкости двигателя 1 внутреннего сгорания, датчик 27 степени открытия акселератора, который определяет величину нажатия акселератора, которая не показана на чертежах, т.е., степень APO открытия акселератора, датчик 28 угла поворота коленчатого вала, который определяет скорость Ne вращения двигателя 1 внутреннего сгорания, и датчик 29 атмосферного давления, который определяет 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. Вместе с этим, небольшой зазор существует между рычагом 24 и корпусом 7a клапана и между фрагментом 7b вала и внутренней круговой поверхностью крепежного отверстия 24b, и, следовательно, существует возможность, что возникает аномальный звук, вызванный вибрацией. Кроме того, зазор также существует в соединительной части между звеном 23 и стержнем 22, и, следовательно, эта часть может быть частью для возникновения аномального звука.
Далее, со ссылкой на фиг. 4-6, будет объяснено управление приведением в действие перепускного клапана 7 в вышеописанном варианте осуществления.
Фиг. 4 является блок-схемой последовательности операций, показывающей последовательность операций процесса регулирования степени открытия перепускного клапана 7, который исполняется вышеописанным контроллером 25 двигателя, который соответствует секции управления. Сначала, на этапе 1, решается, находится или нет система в состоянии отказа системы, на основе результата самодиагностики для системы, которая исполняется в других программах управления. В случае некоторой аварии (неисправности), которая влияет на управление наддувом, такой как отказ датчиков, таких как датчик 15 давления наддува, и отсоединение, система решает, что находится в состоянии отказа системы, и процесс переходит к этапу 7, и затем целевая степень открытия перепускного клапана 7 фиксируется на полном открытии для отказоустойчивости, независимо от рабочего состояния. Следовательно, неожиданный наддув может быть устранен.
На следующем этапе 2 оценивается, действительно или нет степень APO открытия акселератора, которая определяется посредством датчика 27 степени открытия акселератора, находится в пороговом значении APO0, которое соответствует полностью закрытому положению, или меньше. Пороговое значение APO0 является значением, которое соответственно определяется и обновляется в состоянии, в котором педаль акселератора отпускается.
В случае, когда степень APO открытия акселератора не равна пороговому значению APO0 или меньше, т.е., в случае, когда педаль акселератора слегка нажимается, процесс переходит к этапу 8, и выполняется обычное управление открытием для управления давлением наддува (другими словами, управление крутящим моментом). На фиг. 5 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 предварительно определенный 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 предварительно определенной 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 определения датчика 15 давления наддува. В результате этого управления с обратной связью давлением наддува функция степени открытия, показанная на фиг. 5, может быть получена. Кроме того, электрический актуатор 20 управляется по обратной связи на основе расхождения вышеупомянутой целевой степени открытия и степени открытия, определенной посредством датчика 21 положения.
На этапе 2 на фиг. 4, когда степень APO открытия акселератора находится в пороговом значении APO0 или меньше, процесс переходит к этапу 3, и оценивается, действительно или нет скорость Ne вращения двигателя находится в пороговом значении Ne1 для точной оценки зажигания после старта или больше. Здесь, в случае, когда скорость Ne вращения двигателя ниже порогового значения Ne1, т.е., во время проворачивания коленчатого вала во время запуска, процесс переходит к этапу 7, и целевая степень открытия перепускного клапана 7 устанавливается в полное открытие. Таким образом, задавая степень открытия перепускного клапана 7 в полное открытие, сопротивление выхлопа работающей на выхлопном газе турбины 4 становится минимальным.
В состоянии после того как запуск двигателя 1 внутреннего сгорания выполнен, т.е., когда скорость Ne вращения находится в пороговом значении Ne1 или больше, процесс переходит от этапа 3 к этапу 4, и оценивается, действительно или нет температура TW охлаждающей жидкости находится в пороговом значении TW1 или больше, пороговом значении TW1, которое предназначено для выполнения оценки того, находится или нет двигатель в холодном состоянии. Здесь, в случае, когда температура TW охлаждающей жидкости ниже порогового значения TW1, процесс переходит к этапу 6, и целевая степень открытия перепускного клапана 7 устанавливается в предварительно определенную промежуточную степень открытия, которая меньше полного открытия. Т.е., во время работы на холостом ходу в холодном состоянии двигателя, когда температура TW охлаждающей жидкости ниже порогового значения TW1, процесс переходит к этапу 6 через оценки этапов 2, 3 и 4, и степень открытия перепускного клапана 7 ограничивается промежуточной степенью открытия. В качестве примера, когда, в качестве величины перемещения электрического актуатора 20, полное открытие определяется как 100%, промежуточная степень открытия равна 40-50% полного открытия.
Пороговое значение TW1 задается равным пороговому значению, чтобы определять, выполняется или нет задержка момента зажигания для ранней активации катализатора каталитического нейтрализатора 6 после холодного запуска. Пороговое значение TW1 является подходящим значением в диапазоне, например, 40-60°C. Когда температура TW охлаждающей жидкости ниже порогового значения TW1 во время запуска, момент зажигания корректируется в сторону задержки с интервалом запаздывания в соответствии с температурой TW охлаждающей жидкости посредством других программ управления, которые не показаны на чертежах. Посредством этой задержки момента зажигания температура выхлопного газа повышается. С другой стороны, поскольку пик давления сгорания возникает на стороне запаздывания с задержкой момента зажигания, пульсация выхлопа для выхлопного газа, испускаемого из двигателя 1 внутреннего сгорания, увеличивается. Следовательно, если перепускной клапан 7 полностью открывается, корпус 7a клапана вибрирует, и аномальный звук, вызванный вышеупомянутыми зазорами каждой части перепускного клапана 7, имеет тенденцию возникать. Однако, как упомянуто выше, устанавливая степень открытия перепускного клапана 7 в промежуточную степень открытия, которая меньше полного открытия, объем выхлопного потока, проходящего через периферию корпуса 7a клапана, становится относительно небольшим, и, таким образом, аномальный звук пресекается.
На этапе 4, когда температура TW охлаждающей жидкости находится в пороговом значении TW1 или выше, процесс переходит к этапу 5, и оценивается, действительно или нет внезапное действие замедления (например, внезапное отпускание педали акселератора) выполняется, из сравнения со степенью APO открытия акселератора непосредственно перед этим. В случае, когда степень APO открытия акселератора быстро уменьшается, это оценивается как состояние внезапного замедления. Когда он не находится в состоянии внезапного замедления, процесс переходит от этапа 5 к этапу 7, и целевая степень открытия перепускного клапана 7 устанавливается в полное открытие. Следовательно, во время холостого хода, после того как прогрев завершен, степень открытия перепускного клапана 7, в основном, становится полным открытием, и сопротивление выхлопу работающей на выхлопном газе турбиной 4 становится минимальным.
В случае, когда результат оценки на этапе 5 является состоянием внезапного замедления, например, во время относительно короткого предварительно определенного времени, процесс переходит от этапа 5 к этапу 6, и целевая степень открытия перепускного клапана 7 не устанавливается в полное открытие, а устанавливается в промежуточную степень открытия. Этот процесс выполняется с учетом того, что, когда перепускной клапан 7 полностью закрыт, и затем перепускной клапан 7 полностью открывается с действием замедления из состояния, в котором давление выхлопного газа является высоким, корпус 7a клапана имеет тенденцию вибрировать по причине сильного колебания давления. Во время замедления, устанавливая степень открытия в промежуточную степень открытия, которая меньше полного открытия, аналогично во время вышеупомянутого холостого хода в холодном состоянии двигателя, вибрация корпуса 7a клапана и возникновение аномального звука может быть пресечено.
Кроме того, процесс во время внезапного замедления не всегда является необходимым, и он может быть пропущен. Даже если аномальный звук возникает по причине зазора в перепускном клапане 7, водитель относительно едва ли ощущает незнакомое чувство, поскольку аномальный звук покрывается другими звуками во время движения транспортного средства.
Фиг. 6 является временной диаграммой после холодного запуска и в сравнительном виде показывает изменения в (a) скорости Ne вращения двигателя, (b) степени открытия перепускного клапана 7, (c) температуре TW охлаждающей жидкости, (d) степени APO открытия акселератора и (e) интервале задержки момента зажигания. Хотя, во время t1, проворачивание коленчатого вала начинается посредством действия включения водителя, степень открытия перепускного клапана 7 является полным открытием, в то время как двигатель остановлен, и его степень открытия также является полным открытием во время проворачивания коленчатого вала до тех пор, пока скорость Ne вращения двигателя не достигнет предварительно определенного порогового значения Ne1. Когда, во время t2, запуск двигателя завершается, и скорость Ne вращения двигателя достигает порогового значения Ne1, на основе оценки температуры TW охлаждающей жидкости, степень открытия перепускного клапана 7 изменяется на промежуточную степень открытия. Кроме того, момент зажигания корректируется, чтобы быть задержанным с интервалом задержки в соответствии с температурой TW охлаждающей жидкости для прогрева катализатора, поскольку температура TW охлаждающей жидкости является низкой. Как упомянуто выше, хотя пульсация выхлопа выхлопного газа увеличивается с задержкой момента зажигания, и вибрация корпуса 7a клапана имеет тенденцию возникать, степень открытия перепускного клапана 7 не устанавливается в полное открытие, а устанавливается в промежуточную степень открытия, и, таким образом, возникновение аномального звука может быть пресечено. Кроме того, целевая скорость вращения на холостом ходу задается в соответствии с температурой TW охлаждающей жидкости, и целевая скорость вращения на холостом ходу во время холодного состояния двигателя устанавливается относительно более высокой, чем целевая скорость вращения после прогрева.
Температура TW охлаждающей жидкости постепенно повышается с прохождением времени со времени t2, и интервал задержки постепенно уменьшается. Однако, когда температура TW охлаждающей жидкости достигает порогового значения TW1 во время t3, задержка момента зажигания заканчивается, и в то же время для этого, степень открытия перепускного клапана 7 изменяется на полное открытие. Следовательно, сопротивление выхлопу становится минимальным.
Кроме того, как показано посредством виртуальной линии на фиг. 6, когда педаль акселератора слегка нажимается (т.е., когда степень APO открытия акселератора превышает пороговое значение APO0, соответствующее позиции полного закрытия), прежде чем температура TW охлаждающей жидкости достигает порогового значения TW1, степень открытия перепускного клапана 7 изменяется с промежуточной степени открытия на полное открытие. Т.е., ограничение степени открытия промежуточной степенью открытия снимается, и процесс переходит к обычному управлению открытием на этапе 8 на фиг. 4.
На фиг. 5 точка P1 показывает точку работы на холостом ходу после прогрева, а точка P2 показывает рабочую точку для холостого хода в холодном состоянии двигателя. В этих рабочих точках P1 и P2 степень открытия перепускного клапана 7 управляется по контуру без обратной связи независимо от определенного значения датчика 15 давления наддува. Т.е., в точке P1 работы на холостом ходу после прогрева, целевая степень открытия перепускного клапана 7 устанавливается в полное открытие, а в рабочей точке P2 для холостого хода в холодном состоянии двигателя целевая степень открытия перепускного клапана 7 устанавливается в предварительно определенную промежуточную степень открытия. Кроме того, как упомянуто выше, во время холостого хода в холодном состоянии двигателя, целевая скорость вращения на холостом ходу устанавливается выше целевой скорости вращения в точке P1 работы на холостом ходу после прогрева.
Как упомянуто выше, хотя вариант осуществления настоящего изобретения был объяснен, настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления. Например, хотя температурное состояние двигателя 1 внутреннего сгорания оценивается на основе температуры охлаждающей жидкости в вышеописанном варианте осуществления, температурное состояние двигателя может также быть оценено на основе других параметров, таких как температура смазочного масла. Кроме того, хотя, в вышеописанном варианте осуществления, температура для порогового значения температуры, чтобы определять, выполняется или нет задержка момента зажигания, является такой же, что и температура для порогового значения температуры, чтобы определять, ограничивается или нет степень открытия перепускного клапана промежуточной степенью открытия, обе из них могут иметь слегка различающуюся друг от друга температуру.
Кроме того, оценка того, ограничивается или нет степень открытия перепускного клапана промежуточной степенью открытия во время холостого хода, может быть выполнена на основе выполнения задержки момента зажигания или интервала задержки, независимо от температурных условий.
Кроме того, хотя значение промежуточной степени открытия является постоянным значением в вышеописанном варианте осуществления, оно может быть переменным образом задано в соответствии с размером пульсации выхлопа. Например, как показано на фиг. 7, также возможно переменным образом задавать целевую степень открытия, так что степень открытия перепускного клапана 7 задается меньшей, когда интервал задержки больше.
Кроме того, поскольку двигатель 1 внутреннего сгорания, в случае, когда рабочее состояние, в котором пульсация выхлопа становится большой, за исключением времени холостого хода в холодном состоянии двигателя с задержкой момента зажигания (например, состоянием покоя цилиндра) содержится, когда рабочее состояние, в котором пульсация выхлопа становится большой определяется, степень открытия перепускного клапана 7 может быть ограничена промежуточной степенью открытия, а не полным открытием.