專利名稱：用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控 制設備。特別是，本發明涉及一種用于具有馬達驅動型增壓器的內燃 發動機的控制設備，其中增壓器壓氣機的下游與上游之間的旁路通道 能夠旁通通過壓氣機。
背景技術：
將馬達設置在渦輪增壓器的轉軸上在現有技術中是已知的。驅動 這種馬達驅動型渦輪增壓器是為了輔助壓氣機轉動。因此，無論從內 燃發動機提供的排氣能量是大還是小，在需要時都能夠獲得需要級別 的增壓壓力。因而，即使在發動機轉速低時，也就是說，當驅動渦輪 的排氣流量低時，馬達驅動型渦輪增壓器也能夠通過強制驅動壓氣機 來實現高的增壓壓力。但是，馬達驅動型渦輪增壓器具有的問題是非 常有可能超過壓氣機的喘振極限。作為避免喘振的方法，保證一定量的空氣流過壓氣機是行之有效的。在日本專利公報No. 2004-332715中公開的具有馬達驅動型增壓 器的內燃發動機在壓氣機的上游與下游之間設有旁通壓氣機的旁路 通道以及打開和關閉該旁路通道的旁通閥。根據這種技術，能夠增加 流過壓氣機的空氣量以防止喘振。為此,通過打開旁通閥(下文表示 為"空氣旁路")，由壓氣機增壓的空氣部分返回壓氣機的上游。發明內容在內燃發動機中，決定內燃發動機輸出的例如燃料噴射量的各種控 制M基于進氣流量調整。 一般來說，進氣流量根據諸如設置在進氣通 il^口處的空氣流量計的進氣流量傳感器的信號測量。
然而，在這種具有馬達驅動型渦輪增壓器的內燃發動機中，如果打 開旁通閥避免喘振，則經a氣機的空氣會部分流入旁路通道。隨著旁 路通道充滿空氣，在旁通閥的上游與下游之間的壓差穩定之前，吸入進 氣通道的空氣量都比pM內燃發動機內的空氣量大。由于這個原因，在開始空氣旁通之后即刻由進氣流量傳感器的信號 測得的空氣流量與吸入內燃發動機的實際空氣流量不同。如果進氣流量傳感器的信號不準確地反應^UV內燃發動機的實際空氣流量，則由于不 能準確地實施燃料噴射量控制與其它發動機控制而使廢氣排放與燃油 效率變差。發明本發明就是為了解決上述問題。本發明的一個目的在于提供 一種用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，所述控制 設備能夠避免在空氣旁通期間對吸入內燃發動機的空氣流量不準確 地測量，并因此基于準確測量的進氣流量控制內燃發動機。為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種用于內燃 發動機的控制設備，所述內燃發動機包括增壓器，其置于進氣通道中 并設置有能夠輔助所述增壓器轉動的電動馬達；旁路通道，其使所述進 氣通道中的所述增壓器的下游側旁通至所述增壓器的上游側；旁通閥， 其打開和關閉所述旁路通道；以及進氣流量傳感器，其置于所述進氣通 道中所述增壓器的上游，并輸出指示吸入所述進氣通道的空氣流量的信 號。所述控制設備包括計算裝置，其用于基于所述電動馬達的工作狀 態、所述旁通閥的工作狀態以及所述進氣流量傳感器的信號計算吸入所 述內燃發動機的空氣流量；以及控制參數調節裝置，其用于基于吸入所 述內燃發動機的所述空氣流量調節與所述內燃發動機的輸出功率有關 的控制M。才艮據本發明的第一方面，基于所述電動馬達的工作狀態、所述旁通 閥的工作狀態以及所述進氣流量傳感器的信號計算吸入所述內燃發動 機的所述空氣流量，并且基于計算出的內燃發動機的空氣流量調節 與所述內燃發動機的輸出功率有關的控制參數。由于這樣確定了實際吸 入內燃發動機的空氣流量，所以能夠避免在執行空氣旁通過程中對^v 內燃發動機的空氣流量測量不準確。因而，即使在執行空氣旁通過程中， 也能夠基于準確的進氣控制所述內燃發動機。
根據本發明的第二方面，提供了一種如在第一方面中所述的用于具 有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，其中所述計算裝置通 過獲得經過從所述增壓器的所述下游側到所述上游側的所述旁路通 道的旁通空氣流量并使用所獲得的旁通空氣流量校正由所述進氣流 量傳感器的信號測得的所述進氣流量來計算在所述電動馬達運行時 打開所述旁通閥之后即刻吸入所述內燃發動機的空氣流量。根據本發明的第二方面，在開始空氣旁通之后即刻吸入內燃發動機 的空氣流量能夠通過使用旁通空氣流量校正吸入進氣通道的空氣流量 準確地計算。根據本發明的第三方面，提供一種如在第二方面中所述的用于具有 馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，其中所述計算裝置根據 所述增壓器的壓氣機的輸出壓力以及所述旁通閥的開度計算所述旁 通空氣流量，所述壓氣機的輸出壓力基于所述進氣流量和所述增壓器 的轉速計算。根據本發明的第三方面，不用在旁路通道中安裝空氣流量傳感器就 能夠測量所述旁通空氣流量。而且，也沒有必要安裝壓力傳感器來測量 壓氣機的輸出壓力。根據本發明的第四方面，提供了一種如在第一方面中所述的用于具 有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，其中所述計算裝置通 過平滑所述進氣流量傳感器的信號并將由所述平滑的信號測得的進 氣流量作為吸入所述內燃發動機的進氣流量來計算在所述電動馬達 運行時打開所述旁通閥之后即刻吸入所述內燃發動機的空氣流量。根據本發明的第四方面，在開始空氣旁通之后即刻平滑所述進氣流 量傳感器的所述信號。這能夠減少由所述進氣流量傳感器的信號測得的 進氣流量與吸入所述內燃發動機的實際進氣流量之間的差。根據本發明的第五方面，提供一種如在第一方面中所述的用于具有 馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，其中所述計算裝置通過動機的空氣流量的最大值、將所述最大值設定為由所述進氣流量傳感 器的信號測得的進氣流量的上限并且將結果作為吸入所述內燃發動 機的空氣流量來計算在所述電動馬達運行時打開所述旁通閥之后即 刻吸入所述內燃發動機的空氣流量。根據本發明的第五方面，在開始空氣旁通之后即刻由所述進氣流 量傳感器的信號測得的所述進氣流量由將要吸入所述內燃發動機的 最大空氣流量限制。所述最大空氣流量基于所述內燃發動機的轉速與 節氣門開度預測。這能夠減少由所述進氣流量傳感器的信號測得的進 氣流量與吸入所述內燃發動機的實際空氣流量之間的差。根據本發明的第六方面，提供了一種如前述第一至第五方面中任一 方面所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，其中所述內燃發動M包括EGR設備，其將部分排氣在所述節氣門下游 的排氣入口處引入所述進氣通道中；以及氣體性狀傳感器，其置于所述 排氣入口下游并輸出指示吸入所述內燃發動機的氣體流量或氣體壓力 的信號，其中，所述計算裝置在所述EGR設備不運行時基于所述氣體 性狀傳感器的信號計算吸入所述內燃發動機的空氣流量，并在所述EGR 設備運行時基于所述電動馬達的工作狀態、所述旁通閥的工作狀態以及 所述進氣流量傳感器的信號計算吸入所述內燃發動機的空氣流量。如果置于所述節氣門下游的氣體性狀傳感器輸出指示氣體壓力或 氣體流量的信號，則能夠測量^UV所述內燃發動機內的空氣流量。然而， 如果排氣由EGR設備引入進氣通道，則排氣流量^f吏得由氣體性狀傳感 器的信號測得的氣體流量與實際吸入復動機的空氣流量之間產生差異。 根據本發明的第六方面，當EGR設備不運行時，吸入義動機的空氣流 量能夠基于氣體性狀傳感器的信號準確計算。當EGR運行時，吸入內 燃發動機的空氣流量基于所述電動馬達的工作狀態、所述旁通閥的工作 狀態以及所述進氣流量傳感器的所述信號計算。因此，即使在排氣引入 所述進氣通道的情況下，吸入所*動機的所述空氣流量也能夠準確計 算。根據本發明的第七方面，提供一種如前述第一至第六方面中任一方 面所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，還包括 喘振避免裝置，所述喘振避免裝置在所述電動馬達運行時判斷所述增 壓器的喘振條件，并且如果判斷出應該執行喘振避免，則打開所述旁 通閥。根據本發明的第七方面，根據所述增壓器的喘振條件打開所述旁通
閥，從而使得當所述增壓器由所述電動馬達驅動時能夠避免喘振。根據本發明的第八方面，提供了一種如前述第一至第七方面中任一 方面所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制設備，還包括扭矩增加請求預測裝置，其用于基于道路信息或車輛信息提前預測來自駕駛員的扭矩增加請求；以及預輔助裝置，其用于在預測到所述扭矩增加請求時通過運行所述電動馬達來提高所述增壓器的轉速。根據本發明的第八方面，所述增壓器的轉速在扭矩增加變為實際需 要之前得到提高。這能夠改善對更高扭矩請求的輸出響應。為了實現上述目的，才艮據本發明的第九方面，提供了一種用于內燃發動機的控制設備，所述內燃發動機包括所述內燃發動機包括增 壓器，其置于進氣通道中并設置有能夠輔助所述增壓器轉動的電動馬 達；旁路通道，其使所述進氣通道中的所述增壓器的出口側旁通至所 述增壓器的入口側；旁通閥，其打開和關閉所述旁路通道；以及進氣 流量傳感器，其置于所述進氣通道中所述增壓器的上游，并輸出指示 吸入所述進氣通道的空氣流量的信號；其中，所述控制設備包括控 制參數調節裝置，其用于基于吸入所述內燃發動機的空氣流量調節與 所述內燃發動機的輸出功率有關的控制參數；扭矩增加請求預測裝 置，其用于基于道路信息或車輛信息提前預測來自駕駛員的扭矩增加 請求；預輔助裝置，其用于在預測到所述扭矩增加請求時通過運行所 述電動馬達來提高所述增壓器的轉速；以及岡控制裝置，其用于在預 測到所述扭矩增加請求時在運行所述電動馬達之前打開所述旁通閥。根據本發明的第九方面，在扭矩增加變為實際請求之前，當所述電 動馬達準備運行以提高所述增壓器的轉速時，所述旁通閥在運行所述電 動馬達之前打開。由于所述增壓器對進氣的壓縮得到了抑制，因而這能 夠減少由所述進氣流量傳感器的信號測得的所述進氣流量與吸入所述 內燃發動機的實際空氣流量之間的差。因此，即使在執行空氣旁通期間 也能夠基于^^所^動機的準確空氣流量控制所述內燃發動機。
圖l示意性地示出根據本發明第一實施方式的具有馬達驅動型增 壓器的內燃發動機的構造；
圖2是示出由本發明第一實施方式執行的輔助控制程序的流程圖；圖3是示出由本發明第一實施方式執行的預輔助控制程序的流程圖；圖4是示出根據本發明第一實施方式的預輔助控制中的進氣流量 校正方法的圖表；圖5是示出根據本發明第一實施方式的預輔助控制中的另 一種進 氣流量校正方法的圖表；圖6是示出由本發明第二實施方式執行的預輔助控制程序的流程圖；圖7示意性地示出根據本發明第三實施方式的具有馬達驅動型增 壓器的內燃發動機的構造；以及圖8是示出由本發明第三實施方式執行的輔助控制程序的流程圖。
具體實施方式
第一實施方式下面參考圖1到圖5描述本發明的第一實施方式。[發動機系統構造的i兌明I圖l示意性地示出應用有本發明第一實施方式的控制設備的具有 馬達驅動型增壓器的內燃發動機的構造。在本實施方式中，本發明適 用于汽油發動機(下文簡單表示為發動機)。該發動機包括具有多個 氣缸(在圖1中為四個氣缸)的發動機機體2。對于發動機機體2， 進氣歧管4為各個氣缸配氣，排氣歧管6收集來自各個氣缸的排氣。該發動機設有馬達驅動型渦輪增壓器(馬達輔助渦輪增壓器，下 文表示為MAT)30。渦輪增壓器30包括壓氣機30a、渦輪30b以及 設置在壓氣機30a與渦輪30b之間的電動馬達30c。壓氣機30a與渦
輪30b —起聯接在連接軸上。壓氣機30a由引入到渦輪30b的排氣的 排氣能量驅動旋轉。連接軸還作為電動馬達30c的轉子，從而能夠通 過致動電動馬達30c而強制驅動壓氣機30a。此外，連接軸還設有渦 輪轉速傳感器32,所述渦輪轉速傳感器32輸出指示壓氣機30a轉速 (每一定時間內的轉數)的信號。壓氣機30a布置在通往進氣歧管4的進氣通道8與IO之間的半 途上。連接壓氣機30a的出口與進氣歧管4的進氣通道10設有中冷 器36,以冷卻增壓空氣。在進氣歧管4附近，進氣通道10還設有節 氣門20，用以控制吸入發動機機體2的空氣流量。將要被提供至發動機機體2的空氣從大氣中經由空氣濾清器16 獲得。將空氣濾清器16連接至壓氣機30a入口的進氣通道8設有空 氣流量計52,所述空氣流量計52輸出指示吸入進氣通道8的空氣流 量的信號。該發動機具有旁路通道40，所述旁路通道40通過連接壓氣機30a 的出口與入口旁通壓氣機30a。旁路通道40的一端連接至進氣通道8 中的空氣流量計52的下游，而另一端連接至進氣通道IO中的節氣門 20的上游。旁路通道40設有旁通閥42，用以控制流過其的空氣(旁 通空氣)量。排氣通道12連接至渦輪30b的入口。排氣通道12的另一端連接 至排氣歧管6。由排氣歧管6從各個氣缸收集的排氣通過排氣通道12 供應至渦輪30b。另一排氣通道14連接至渦輪30b的出口。在該排 氣通道14中，設有催化劑18,用以凈化排氣。ECU (電子控制單元)50被設置用來作為整個發動機總體控制 的控制單元。該ECU 50包括對提供給電動馬達30c的電力進行控制 也就是對MAT30的轉動進行控制的馬達控制器。除了電動馬達30c 之外，例如節氣門20與旁通閥42的其它裝置也連接至ECU50的輸 出側。另一方面，ECU 50的輸入側連接至各種傳感器，不僅包括上述 空氣流量計52與渦輪轉速傳感器32 ，而且包括輸出指示發動機轉速 的信號的發動機轉速傳感器54與輸出指示加速器開度的信號的加速 器開度傳感器56。除了這些傳感器信號之外，道路信息與車輛信息
也輸入ECU50。道路信息包括當前道路的曲率、坡度等。車輛信息 包括車輛離前方最近車輛的距離、轉向角等。道路信息能夠從例如使 用GPS的導航系統獲得。車輛信息能夠從車載傳感器(例如前方雷 達)獲得。基于各個傳感器信號與其它輸入信息，ECU50根據一定 的控制程序驅動每個裝置。[輔助控制的說明ECU 50實施的其中一種發動機控制為燃料噴射量控制，以控制 噴射器(未示出)噴射的燃料量。在這種燃料噴射量控制中，燃料噴 射量基于由空氣流量計52的信號測得的進氣流量計算，以便使得空 燃比等于預定的目標比，其中空燃比為吸入發動機系統的空氣質量除 以噴入氣缸內的燃料質量。ECU 50實施的另一種發動機控制為輔助控制，以通過電動馬達 30c輔助壓氣機30a轉動。輔助控制通過單獨的程序與上述燃料噴射 量控制一起同時執行。在執行輔助控制的過程中，也實施旁通閥42 的打開與關閉控制，以防止壓氣機30a發生喘振。然而，如果在電動馬達30c工作時打開旁通閥42執行空氣旁通， 則在空氣流量計52測量的進氣量與實際吸入發動機機體2內的空氣 量之間會產生瞬時差。如上所述，燃料噴射量控制使用空氣流量計 52的信號。為了良好地保持廢氣排放與燃油效率，燃料噴射量必須 基于吸入發動機機體2內的實際空氣量控制至目標量。因而，在本實施方式中，燃料噴射量控制與輔助控制如下文所述 的相互關聯。進氣流量根據輔助控制的情況校正。燃料噴射量能夠基 于校正過的進氣流量控制。圖2提供了示出ECU50執行的輔助控制 程序的流程圖。執行該輔助控制程序包括對進氣流量進行校正。在圖2示出的程序的第一步驟100中，處理從各個傳感器進入 ECU50的信號。在輔助控制中，使用來自加速器開度傳感器56、發 動機轉速傳感器54、渦輪轉速傳感器32以及空氣流量計52的信號。在接下來的步驟102中，基于步驟100中已處理的輸入信號判斷是 否滿足預定的"輔助起動/繼續，，條件。具體而言，ECU50參考提前準 備的工作狀態判斷映射，并依據發動機轉速與加速器開度判斷當前的發 動機工作狀態是否需要馬達輔助。例如，如果需要更高的扭矩，但是排氣能量太低以致不能驅動MAT30(低速、高負載狀態)，則判斷出需要 馬達輔助。如果當前的發動機工作狀態需要馬達輔助，則滿足"輔助起 動/繼續，，條件。另一方面，如果工作狀態不需要馬達輔助，則程序 會因為不滿足"輔助起動/繼續"條件而終止。如果在步驟102中滿足"輔助起動/繼續"務fr，則執行步驟104與 后面的步驟。首先，在步驟104中，基于在步驟IOO中處理過的輸入信 號為MAT30確定目標渦輪轉速。具體而言，ECU50才艮據多維映射(馬 達控制映射)確定目標渦輪轉速，在所述多維映射中沿相應的軸線表示 了發動機轉速、加速器開度與節氣門開度。在確定目標渦輪轉速之后， ECU50根據目標渦輪轉速提供電力至電動馬達30c，以由電動馬達30c 起動馬達輔助(步驟106)。在執行馬達輔助的過程中，判斷是否滿足"旁通閥42打開"^fr (步驟108 )。"旁通閥42打開"條件意味著壓氣機30a已經達到喘, 限。是否達到喘振極限能夠從壓氣機30a的輸出壓力與輸入壓力(大氣 壓力)的壓力比以及空氣流量計52的信號所指示的進氣流量判斷出。 如果壓力比與進氣流量之間的關系超過預先限定的喘振線，可以判斷出 壓氣機30a已經達到喘椒歐限。如果壓力傳感器設置于壓氣機30a與節氣門20之間，則壓氣機30a 的輸出壓力可以由該壓力傳感器的信號測出。然而，在本實施方式中， 壓氣機30a的輸出壓力從渦輪轉速計32測量的渦輪轉速以及進氣流量 計算得出。具體而言，壓氣機30a的輸出壓力根據沿相應軸線示出渦輪 轉速與進氣流量的映射確定。如果在步驟108中滿足"旁通閥打開，，條件，亦即壓氣機30a已經 達到喘癡歐限，則旁通閥42打開(步驟110)。旁通閥42通常是關閉的。 如果旁通閥42打開，則被壓氣機30a壓縮的空氣部分通過旁路通道40 返回壓氣機30a的上游。因而，由于實施的空氣旁通增加了經it^氣機 30a的空氣量，所以能夠防止壓氣機30a發生喘振。如果在步驟110中打開旁通閥42以實施空氣旁通，則流過旁路通 道40的空氣量穩定至某一穩定級別。在達到穩定級別之后，由空氣流 量計52的信號指示的進氣流量就與實際吸入良動枳4^體2內的空氣量 一致。然而，在旁路通道40裝滿空氣以穩定流過它的空氣量之前，被 吸入進氣通道8的空氣比實際^lAJl動^L體2的空氣更多。因而，在 由空氣流量計52的信號指示的進氣流量以及吸入發動機機體2內的 空氣流量之間會產生瞬時差。因而，在步驟112中，對由空氣流量計52的信號測得的進氣流量 實施校正，直至旁通空氣流量穩定至穩定級別。具體而言，根據下文的 方程式(1),實際吸入t動^體2內的空氣量(實際進氣流量)通過 從空氣流量計52的信號測得的進氣量(測得的進氣流量)中減去旁通 的空氣量(旁通空氣流量)而計算出。旁通空氣流量能夠從旁通閥42 的上游與下游之間的壓差以及旁通閥42的孔面積計算出，或者由壓氣 機30a的輸出壓力與輸入壓力(大氣壓力)之間的差以及旁通閥42的 孔面積計算出。實際進氣流量=測得的進氣流量—旁通空氣流量...(1)在開始旁通空氣之后緊接的瞬間，由上述方程式(1)計算的實際 進氣流量被用于燃料噴射量控制。在開始旁通空氣之后，如果旁通空氣流量穩定，則終止才艮據上述方 程(1)對進氣流量的校正。其后，由空氣流量計52的信號測得的進氣 流量直接被用于燃料噴射量控制。旁通空氣流量是否穩定能夠從旁通 閥42的上游與下游之間的壓差的變化判斷出，亦即，能夠從壓氣機 30a的輸出壓力與輸入壓力之間的差的變化判斷出。如果在步驟108中不滿足"旁通閥42打開"條件，也就是說， 壓氣機30a沒有達到喘振極限，則由于跳過步驟110的處理而不實施 空氣旁通。在這種情況下，由于還跳過步驟112的處理，所以不校正 進氣流量。也就是說，當旁通閥42關閉時，由空氣流量計52的信號 測得的進氣流量被直接用于燃料噴射量控制。在步驟114中，判斷是否滿足"旁通閥42關閉"條件。"旁通閥 42關閉"條件意味著避免了壓氣機30a的喘振。如果壓氣機30a的 輸出壓力與輸入壓力的比以及進氣流量之間的關系降至喘振線之下， 就判斷出避免了壓氣機30a的喘振。如果滿足"旁通閥關閉"條件， 也就是說，避免了壓氣機30a的喘振，則關閉旁通閥42 (步驟116)。 如果不滿足"旁通閥關閉"條件，則旁通閥42保持打開并且跳過步 驟116以及后續步驟的處理。如果旁通閥42關閉，則在下一步驟118中判斷是否滿足"馬達 輔助停止"條件。具體而言，ECU50將由渦輪轉速傳感器32測量的 實際渦輪轉速與在步驟104中確定的目標渦輪轉速進行比較。如果實 際渦輪轉速已經達到目標渦輪轉速，則滿足"馬達輔助停止"條件。 在滿足"馬達輔助停止"條件之前，跳過下一步驟120的處理，以繼 續馬達輔助。如果滿足"馬達輔助停止"條件，則停止從ECU50供 應至電動馬達30c的電力，以終止由電動馬達30c進行的輔助(步驟 120 )。根據到目前為止描述的上述程序，即使在執行馬達輔助的過程中， 當執行空氣旁通以便避免喘振時，在開始旁通空氣之后即刻出現的瞬態 中，也能夠通iWv吸入進氣通道8內的空氣量中減去旁通空氣流量準確 地計算出吸入發動^L體2內的進氣流量。因此，能夠基于實際進氣流 量實施燃料噴射量控制。也就是說，即使在為了避免喘振而實施空氣旁 通的情況下，也能實現目標空燃比，從而良好地維持廢氣排放與燃油效 率。值得注意的是，在該實施方式中，根據本發明第一方面的"計算裝 置"由ECU50通過執行上述程序的步驟112實現。此外，根據本發明 第一方面的"控制參數調節裝置"由ECU50通過基于在步驟112中校 正的進氣流量執行燃料噴射量控制實現。另外，根據本發明第七方面的 "喘M免裝置"由ECU 50通過執行步驟108實現。[預輔助控制的說明除了在實際需要高扭矩時驅動電動馬達30c的輔助控制之外，本實 施方式中的ECU50還能夠實施預輔助控制。預輔助控制預測來自駕駛 員的扭矩增加請求，并在實際需要更高扭矩之前通過驅動電動馬達30c 提高渦輪轉速。根據該預輔助控制，能夠消除將要通it^氣機30a的轉 動提高的增壓壓力所需要的時間滯后。因而，能夠改善對用于加速、爬 坡等更高扭矩請求的輸出相應。與輔助控制相似，該預輔助控制通過單獨的程序與上述燃料噴射 量控制一起同時執行。在執行預處理控制的過程中，旁通閥42打開 以實施空氣旁通，從而防止在渦輪轉速快速提高時壓氣機30a發生喘
振。因此，像在輔助控制中一樣，在開始空氣旁通之后即刻瞬態，由空氣流量計52的信號測得的進氣量與實際吸入發動機機體2內的空 氣量之間會產生瞬時差。因而，如在本實施方式中的下文所述，燃料噴射量控制與預輔助 控制相互關聯。進氣流量根據預輔助控制的情況校正。燃料噴射量能 夠基于校正過的進氣流量控制。圖3提供了示出ECU50執行的預輔 助控制程序的流程圖。執行該預輔助控制程序包括對進氣流量進行校 正。在圖3示出的程序的第一步驟200中，處理從各個傳感器進入 ECU50的信號。在預輔助控制中，使用來自加速器開度傳感器56、 發動機轉速傳感器54、渦輪轉速傳感器32以及空氣流量計52的信 號。在預輔助控制中也使用道路信息和車輛信息。在接下來的步驟中，基于步驟200中處理的輸入信號判斷是否滿足 預定的"預輔助起動/繼續"條件。具體而言，ECU50依據道路信息與 車輛信息判斷車輛當前的行駛情況是否需要預輔助。如果預期需要更高 的扭矩，例如當車輛在斜坡上起動時、當車輛接近上坡時以及當車輛從 彎曲道路ii^平直道路時，則判斷出需要預輔助。如果車輛當前的行駛 情況需要預輔助，則滿足"預輔助起動/繼續"條件。另一方面，如果 車輛當前的行駛情況不需要預輔助，則程序會因為不滿足"預輔助起 動/繼續"條件而終止。如果在步驟202中滿足"預輔助起動/繼續"條件，則執行步驟204 與后面的步驟。首先，在步驟204中，基于在步驟200中處理過的輸入 信號為MAT 30確定目標渦輪轉速。具體而言，ECU50根據多維預輔 助映射(馬達控制映射)確定目標渦輪轉速，在多維預輔助映射中沿相 應軸線表示發動機轉速、加速器開度與節氣門開度。在確定目標渦輪轉 速之后，ECU50根據該目標渦輪轉速提供電力至電動馬達30c，以起動 由電動馬達30c執行的輔助(步驟206)。在起動由電動馬達30c執行的輔助之后，打開旁通閥42(步驟208 )。 由于打開旁通閥42使得壓氣機30a的輸出側旁通至輸入側，所以雖然 渦輪轉速升高，但抑制了壓氣機30a的輸出壓力升高。這使得能夠快速 將渦輪轉速升高至目標速度，同時避免壓氣機30a的喘振。當在步驟208中打開旁通閥42之后實施空氣旁通時，在下一步驟 210校正空氣流量計52的信號所測得的進氣流量。在這個步驟中，通 過平滑空氣流量計52的信號來進行校正。亦即，進氣流量根據平滑的 信號測量。需要注意的是，雖然平滑信號通常是為了除去干擾噪聲， 但在這里，信號比通常情況平滑多幾十倍。如圖4所示，根據平滑的 信號確定進氣流量能夠接近實際吸入發動機機體2內的空氣流量(實 際進氣流量)，從而4吏得空氣流量計52的信號測得的進氣流量與實際 進氣流量之間的差減小。在步驟212中，判斷是否滿足"旁通閥42關閉"條件。"旁通岡 42關閉"條件意味著駕駛員發出扭矩增加請求。是否存在扭矩增加 請求能夠從發動機轉速與加速器開度判斷出。如果發出扭矩增加請 求，則關閉旁通閥42 (步驟214)以提高壓氣機30a的輸出壓力。另 一方面，如果不滿足"旁通閥關閉"條件，則旁通閥42保持打開并 且跳過步驟214以及之后步驟的處理。如果旁通閥42關閉，則在下一步驟216中判斷是否滿足"馬達 輔助停止"條件。具體而言，ECU50將由渦輪轉速傳感器32測量的 實際渦輪轉速與在步驟204中確定的目標渦輪轉速進行比較。如果實 際渦輪轉速已經達到目標渦輪轉速，則滿足"馬達輔助停止"條件。 在滿足"馬達輔助停止，，條件之前，跳過下一步驟218的處理，以繼 續馬達輔助。如果滿足"馬達輔助停止"條件，則停止從ECU50供 應至電動馬達30c的電力，以終止由電動馬達30c執行的輔助(步驟 218)。根據到目前為止描述的上述程序，在執行預輔助的過程中進行空氣 旁通時，能夠通過平滑空氣流量計52的信號以減小由該信號測得的進 氣流量與i^A^動5^體2內的實際進氣流量之間的差準確地確定^UV 發動^L體2內的空氣量。因此，能夠基于實際進氣流量實施燃料噴射 量控制。也就是說，即使在預輔助的過程中，也能實現目標空燃比，并 且良好地維持廢氣排放與燃油效率。值得注意的是，在本實施方式中，根據本發明第一方面的"計算裝 置，，由ECU50通過執行上述程序的步驟210實現。此外，根據本發明 第一方面的"控制參數調節裝置"由ECU50通過基于步驟210中校正 的進氣流量執行燃料噴射量控制實現。另外，根據本發明第八方面的"扭
矩增加請求預測裝置"與"預輔助裝置，，由ECU50分別通過執行步驟 202與步驟206實現。雖然在上述實施方式中，通過平滑空氣流量計52的信號校正了預 輔助過程中的進氣流量，但是還可能使用更簡單的校正方法。 一個示例 就是根據發動機轉速與節氣門開度預測iiA^動;WL體2的最大進氣流 量，并設定該最大值為進氣流量的上限。通過將由空氣流量計52的信 號測得的進氣流量限制在該上P艮之下，能夠接近iiAJC動;WL體2的實 際空氣流量(實際進氣流量)或者減小由空氣流量計52的信號測得的 進氣流量與實際進氣流量之間的差。此外，雖然在上述實施方式中，在起動馬達輔助進行預輔助之后立 即打開旁通閥42,但是旁通閥42可以以與預輔助控制程序相同的方式 保持關閉，直到壓氣機30a達到喘椒改限。無論旁通閥42打開與否， 在起動馬達輔助之后立即能夠通過平滑空氣流量計52的信號或者通過 設定進氣流量的上限執行對進氣流量的校正。第二實施方式下面參照圖6描述本發明的第二實施方式。根據本實施方式，用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的控制 設備也具有與圖1中的構造相同的構造。然而，在本實施方式中，通過 使ECU 50執行圖6所示的程序來代替圖3所示的程序來使用控制設備。[預輔助控制的說明本控制^l備實施方式在預輔助控制處理方面不同于第一控制"i更備 實施方式。圖6提供了示出由ECU 50執行的預輔助控制程序的流程圖。 不考慮處理方面的差別，則圖6中程序的每一個處理步驟，如果在圖3 中存在的話，使用與圖3中程序的相應步驟相同的步驟編號。此外，除 非是還沒有描述過的處理，否則將省略有關處理的說明。在才艮據如圖6所示的本實施方式的預輔助控制中，在起動馬達輔助 之前打開旁通閥42 (步驟220 )。也就是說，在ECU 50通過從ECU 50 向電動馬達30c提供電力來起動根據目標渦輪轉速確定的電動馬達30c 輔助(步驟222 )之前，壓氣機30a的出口側通過打開的旁通閥42旁通 至入口側。
由于在電動馬達30c起動運行之前打開旁通閥42,所以壓氣機30a 對進氣的壓縮得到抑制，從而使得壓氣機30a的入口與出口之間的壓差 更小。因此，由于流入旁路通道40的空氣得到抑制，所以幾乎所有通 過壓氣機30a的空氣都被直接^AJL動;M^體2。因此，由于從空氣流量計52的信號測得的進氣流量與吸入發動機 機體2內的實際空氣流量之間的差4艮小，所以在本實施方式中不需要校 正測得的進氣流量。也就是說，通過直接使用從空氣流量計52的信號 測得的進氣流量，能夠基于準確的進氣流量進行燃料噴射量控制。值得注意的是，在本實施方式中，才艮據本發明第九方面的"控制參 數調節裝置"由ECU50通過執行燃料噴射量控制實現。類似地，根據 本發明第九方面的"扭矩增加請求預測裝置"、"預輔助裝置"以及"閥 控制裝置"由ECU 50分別通過執行步驟202、 222與220實現。第三實施方式下面參照圖7與圖8描述本發明的第三實施方式。[發動機系統構造的說明圖7示意性地示出具有馬達驅動型增壓器的內燃發動機的構造， 其中應用有本發明第三控制設備的實施方式。圖7中的每個部件，如 果在圖1中存在的話，使用與圖1中所示相應部件相同的參考標號。 此外，除非是還沒有描述過的構造說明，否則省略有關構造的說明。才艮據本實施方式的發動機與根據第一實施方式的發動機的區別在 于包括EGR。如圖7所示，EGR通道22在節氣門20與進氣歧管4之 間連接至進氣通道IO。 EGR通道22的相對端連接至排氣歧管6。 EGR 通道22設有EGR冷卻器26以冷卻流過其中的EGR氣體。在EGR冷 卻器26的下游，EGR通道22設有EGR閥24以控制EGR通道22的 通道面積。這些EGR通道22、 EGR閥24以及EGR冷卻器26構成 EGR設備。由于進氣通道10與排氣歧管6由EGR通道22連接，所以部分排 氣(EGR氣體)經由EGR通道22引入進氣通道10。引入進氣通道IO 的EGR氣體量(EGR流量)能夠通過EGR閥24的開度控制。EGR 閥24的開度由ECU 50基于發動機的工作狀態控制 在與EGR通道22連接的下游，進氣通道10還設有增壓壓力傳感 器58。增壓壓力傳感器58輸出指示進氣通道10的內部空氣壓力的信號。 由于進氣通道IO內的空氣壓力與進氣通道IO內的空氣流量一致，所以 可以說，增壓壓力傳感器58輸出指示進氣通道10內的空氣流量的信號。 因此，根據增壓壓力傳感器58的信號，能夠測量經由進氣通道10吸入 發動^L體2內的空氣流量。增壓壓力傳感器58連接至ECU 50的輸 入側。增壓壓力傳感器58的信號由ECU50用來控制發動機。[輔助控制的說明本控制設備實施方式在輔助控制處理方面也與第一控制設備實 施方式不同。圖8提供了示出在本實施方式中由ECU50執行的輔助控 制程序的流程圖。不考慮處理方面的差別，圖8中程序的每一個處理步 驟，如果在圖2中存在的話，使用與圖2中程序的相應步斜目同的步驟 編號。此外，除非是還沒有描述過的處理，否則省略有關處理的描述。在根據本實施方式的輔助控制中，根據EGR閥24是否打開來切 換(switch)進氣量的計算。具體而言，如圖8所示，在步驟110打 開旁通閥42之后，判斷EGR閥24是否打開(步驟122 )。如果EGR 閥24關閉，則吸入發動機機體2內的空氣流量根據增壓壓力傳感器 58的信號計算(步驟124 )。使用增壓壓力傳感器58的信號能夠準確 地計算吸入發動機機體2內的空氣流量，而不受旁通空氣的影響。然而，當EGR閥24打開以使排氣引入進氣通道10時，則根據 增壓壓力傳感器58的信號測得的氣體流量會由于排氣流量而與實際 吸入發動機機體2內的空氣流量不同。因此，當EGR岡24打開時， 則以與第一實施方式中相同的方式對由空氣流量計52的信號測得的 進氣流量進行校正(步驟112 )。根據上述程序，即使在EGR設備運行時或者在EGR閥24打開 時，也能夠在開始旁通空氣之后緊接的瞬態下，通it^吸入進氣通道8 內的空氣量中減去旁通空氣流量準確地計算^UV發動^體2內的進氣 流量。因此，即j吏在排氣引入進氣通道10的情況下，也能夠基于準確 的進氣流量控制燃料噴射量。值得注意的是，在本實施方式中，才艮據本發明第六方面的"計算裝 置"由ECU 50通過執行步驟122、 124或112實現。此外，增壓壓力
傳感器58對應于根據本發明第六方面的"氣體性狀傳感器"。 其它雖然到目前為止已經描述了本發明的實施方式，但本發明不限于這 些具體的實施方式。在不脫離本發明主旨的前提下，可以對本發明做出 多種改型。下面描述這些改型的示例。第一實施方式中的預輔助控制在執行空氣旁通的過程中對空氣流 量計52的信號進行平滑。由平滑后的信號測得的進氣流量可以作為吸 AjL動;fe/L^體2內的空氣流量。這可以被改型為僅在剛起動空氣旁通之 后的瞬時期間對空氣流量計52的信號進行平滑。^f象輔助控制一樣，在 剛起動空氣旁通之后^IA^動;WL體2內的空氣流量也可以通過對由空 氣流量計52的信號測得的進氣流量進行校正而確定，亦即，通it^測 得的進氣流量中減去旁通空氣流量而確定。此外，第三實施方式可以修改為通過使用第 一 實施方式中的預輔助 控制方法或第二實施方式中的預輔助控制方法來實施預輔助控制。當 EGR設備不運行時，吸AJC動;IM^體2內的空氣流量也可以4艮據增壓 壓力傳感器58的信號以與第三實施方式中的輔助控制相同的方式計算 出。此外，盡管第三實施方式具有在進氣通道IO中設置于節氣門20下 游的增壓壓力傳感器58，但是可以設置輸出指示空氣流量的信號的空氣 流量計4戈替增壓壓力傳感器58。
權利要求
1.一種用于內燃發動機的控制設備，所述內燃發動機包括增壓器，其置于進氣通道中并設置有能夠輔助所述增壓器轉動的電動馬達；旁路通道，其使所述進氣通道中的所述增壓器的下游側旁通至所述增壓器的上游側；旁通閥，其打開和關閉所述旁路通道；以及進氣流量傳感器，其置于所述進氣通道中所述增壓器的上游，并輸出指示吸入所述進氣通道的空氣流量的信號；其中，所述控制設備包括計算裝置，其用于基于所述電動馬達的工作狀態、所述旁通閥的工作狀態以及所述進氣流量傳感器的信號計算吸入所述內燃發動機的空氣流量；以及控制參數調節裝置，其用于基于吸入所述內燃發動機的所述空氣流量調節與所述內燃發動機的輸出功率有關的控制參數。
2. 根據權利要求1所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動 機的控制設備，其中所述計算裝置通過獲得經過從所述增壓器的所述下 游側到所述上游側的所述旁路通道的旁通空氣流量并使用所獲得的旁通空氣流量校正由所述進氣流量傳感器的信號測得的所述進氣流量來 計算在所述電動馬達運行時打開所述旁通閥之后即刻吸入所述內燃發動機的空氣流量。
3. 根據權利要求2所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動 機的控制設備，其中所述計算裝置根據所述增壓器的壓氣機的輸出壓力 以及所述旁通閥的開度計算所述旁通空氣流量，所述壓氣機的輸出壓力 基于所述進氣流量和所述增壓器的轉速計算。
4. 根據權利要求1所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動 機的控制設備，其中所述計算裝置通過平滑所述進氣流量傳感器的信號 并將由所述平滑的信號測得的進氣流量作為吸入所述內燃發動機的進 氣流量來計算在所述電動馬達運行時打開所述旁通閥之后即刻吸入所 述內燃發動機的空氣流量。
5. 根據權利要求1所述的用于具有馬達驅動型增壓器的內燃發動 機的控制設備，其中所述計算裝置通過基于所述內燃發動機的轉速與節 氣門開度預測將要吸入所述內燃發動機的空氣流量的最大值、將所述最 大值設定為由所述進氣流量傳感器的信號測得的進氣流量的上限并且 將結果作為吸入所述內燃發動機的空氣流量來計算在所述電動馬達運 行時打開所述旁通閥之后即刻吸入所述內燃發動機的空氣流量。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的用于具有馬達驅動型增壓器 的內燃發動機的控制設備，其中所述內燃發動機還包括EGR設備，其將部分排氣在所述節氣門下游的排氣入口處引入所 述進氣通道中；以及氣體性狀傳感器，其置于所述排氣入口下游并輸出指示吸入所述內 燃發動機的氣體流量或氣體壓力的信號，其中，所述計算裝置在所述EGR設備不運行時基于所述氣體性狀 傳感器的信號計算吸入所述內燃發動機的空氣流量，并在所述EGR設 備運行時基于所述電動馬達的工作狀態、所述旁通閥的工作狀態以及所 述進氣流量傳感器的信號計算吸入所述內燃發動機的空氣流量。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的用于具有馬達驅動型增壓器 的內燃發動機的控制設備，還包括喘振避免裝置，所述喘振避免裝置在 所述電動馬達運行時判斷所述增壓器的喘振條件，并且如果判斷出應該 執行喘振避免，則打開所述旁通岡。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的用于具有馬達驅動型增壓器 的內燃發動機的控制設備，還包括扭矩增加請求預測裝置，其用于基于道路信息或車輛信息提前預測 來自駕駛員的扭矩增加請求；以及預輔助裝置，其用于在預測到所述扭矩增加請求時通過運行所述電 動馬達來提高所述增壓器的轉速。
9. 一種用于內燃發動機的控制設備，所述內燃發動機包括 增壓器，其置于進氣通道中并設置有能夠輔助所述增壓器轉動的電動馬達；旁路通道，其使所述進氣通道中的所述增壓器的出口側旁通至所述增壓器的入口側；旁通閥，其打開和關閉所述旁路通道；以及進氣流量傳感器，其置于所述進氣通道中所述增壓器的上游，并輸 出指示吸入所述進氣通道的空氣流量的信號；其中，所述控制設備包括控制參數調節裝置，其用于基于吸入所述內燃發動機的空氣流量調 節與所述內燃發動機的輸出功率有關的控制參數；扭矩增加請求預測裝置，其用于基于道路信息或車輛信息提前預測 來自駕駛員的扭矩增加請求；預輔助裝置，其用于在預測到所述扭矩增加請求時通過運行所述電 動馬達來提高所述增壓器的轉速；以及閥控制裝置，其用于在預測到所述扭矩增加請求時在運行所述電動 馬達之前打開所述旁通閥。
全文摘要
吸入內燃發動機的空氣流量基于電動馬達的工作狀態、旁通閥的工作狀態以及進氣流量傳感器的信號計算。當電動馬達運行時，在打開旁通閥之后即刻吸入內燃發動機的空氣流量可以通過獲得經過旁路通道的旁通空氣流量并使用獲得的旁通空氣流量校正由進氣流量傳感器的信號測得的進氣流量來計算。基于計算得到的吸入內燃發動機的空氣流量，調節與內燃發動機的輸出功率有關的控制參數。
文檔編號F02D41/00GK101163870SQ20068001363
公開日2008年4月16日 申請日期2006年6月6日 優先權日2005年6月21日
發明者五十嵐修 申請人:豐田自動車株式會社