内燃机的节流阀控制装置以及内燃机的节流阀控制方法

摘要

内燃机的节流阀控制装置以及内燃机的节流阀控制方法。在带有增压器的发动机中，避免减速时增压压力产生过冲，从而使元器件的耐久性得以提高。带有增压器的发动机设置有绕过增压器的涡轮的旁通通路，在该旁通通路设置有废气门阀，该废气门阀可通过废气门致动器来调整旁通通路的流路面积，ECU(50)在从高负荷运转进行减速的情况下，扩大废气门阀的流路面积，并在确认节流阀上游压力下降至小于规定值之后，通过关闭节流阀，从而能可靠地避免节流阀上游压力的过冲。

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如搭载于增压式发动机车辆的内燃机的节流阀控制装置以 及内燃机的节流阀控制方法，尤其着眼于以下内容，即，能够通过对从高负荷运转 到节流阀开度关闭从而进行减速时的控制方法进行研究，来提高元器件的耐久性。

背景技术

以往，出于提高内燃机(下面称为发动机)的输出等目的，已知有一种涡轮 增压器，该涡轮增压器中，在发动机的进气通路上搭载增压器，该增压器利用排出 气体使涡轮旋转来进行工作。在使用该涡轮增压器的情况下，在高旋转高负荷下， 增压压力有可能会增加至所需以上，从而使发动机损坏。

因此，通常利用设置于涡轮上游的排气旁通通路，将发动机的进气通路的压 力(增压压力)控制为合理水平。具体而言，通过对设置于排气旁通通路的废气门 阀(以下，称为WGV)进行开关控制，使得排气通路内流过的排出气体的一部分被 分流至旁通通路，由此通过对排出气体流入涡轮的流入量进行调节，来将增压压力 控制为合理水平。

一般情况下使用正压型致动器来驱动WGV。发动机的进气通路(特别是压力上 升的节流阀上游部)与废气门致动器(以下，称为WGA)相连，构成为：若发动机 的进气通路的压力大于大气压，则WGA可以进行动作。

但是，若发动机的进气通路的压力不在规定值以上，则无法对WGV的开度进行 操作。因此，近年来，提出了以下系统，该系统中，使WGA自动化，在需要时即可 进行WGV的操作，而无需依赖于进气通路的压力。

作为这种现有技术的一种，提出了以下方法，即，在从高负荷运转到节流阀 开度关闭从而进行减速时，根据节流阀开度的关闭量来扩大WGV的开度，从而使发 动机的进气通路的压力(以下为节流阀上游压力)上升迅速下降的方法(例如，参 照专利文献1)。

在专利文献1所公开的现有方法中，在从节流阀开度较大的高负荷运转，到节 流阀开度被关闭为全闭或接近于全闭时，WGV打开至接近于全开。然而，仍然存在 下述问题，即：在节流阀开度为全闭状态时，由于与利用惯性旋转的涡轮一体旋转 的压缩机的压力的影响，节流阀上游压力会上升至过大。

因此，作为其他的现有技术，提出了以下方法，即，在对WGV的开度进行控制 的同时，还对节流阀开度进行控制，由此来控制吸入空气量的方法(例如，参照专 利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012－246800号公报

专利文献2：日本专利特开2008－297929号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有技术存在以下问题。

在专利文献2所公开的现有方法中，在发出减速指令从而关闭节流阀时，在对 节流阀开度进行控制使得实际吸入空气量发生延迟的情况下，节流阀不会突然关闭 。因此，能够期待对节流阀上游压力上升至过大的问题进行抑制的效果，但是，根 据运转状态(参照专利文献2的图5中的※5)的不同，节流阀有可能会突然关闭， 从而产生节流阀上游压力上升至过大的问题。此外，由于未对节流阀上游压力进行 监视，因此，存在无法可靠地避免节流阀上游压力上升的问题。

本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于获得一种能够避免 节流阀上游压力产生过冲，且能够使元器件的耐久性提高的内燃机的节流阀控制装 置以及内燃机的节流阀控制方法。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的内燃机的节流阀控制装置包括：节流阀，该节流阀设置于内 燃机的进气通路；涡轮，该涡轮设置于排气通路；增压器，该增压器设置于节流阀 的上游侧，具有与涡轮一体旋转的压缩机；废气门阀，该废气门阀设置于绕过涡轮 的旁通通路；废气门阀驱动部，该废气门阀驱动部通过驱动废气门阀来改变旁通通 路的流路截面积；节流阀上游压力检测部，该节流阀上游压力检测部检测从增压器 的下游到节流阀之间的压力来作为节流阀上游压力；油门开度检测单元，该油门开 度检测单元对油门开度量进行检测；以及电子控制单元，该电子控制单元根据运转 状态对废气门阀和所述节流阀进行控制，所述电子控制单元进行下述控制：在节流 阀上游压力检测部检测到的节流阀上游压力在预先确定的阈值压力以上，且油门开 度检测单元检测到的油门开度量在预先确定的第1阈值开度量以上的情况下，判断 为高负荷运转，在判断为高负荷运转之后，在油门开度检测单元检测到的油门开度 量在作为比第1阈值开度量小的值而被预先确定的第2阈值开度量以下的情况下，判 定为从高负荷运转进入节流阀开度被关闭的减速运转区域，在判断为进入减速运转 区域的情况下，经由废气门阀驱动部将废气门阀控制为全开，并将节流阀控制为全 开，在判断为进入减速运转区域并将节流阀控制为全开之后，在判断为节流阀上游 压力检测部检测到的节流阀上游压力下降至小于阈值压力的情况下，将节流阀控制 为全闭。

此外，本发明所涉及的内燃机的节流阀控制方法是在内燃机的节流阀控制装 置中，利用电子控制单元来执行的内燃机的节流阀控制方法，该内燃机的节流阀控 制装置包括：节流阀，该节流阀设置于内燃机的进气通路；涡轮，该涡轮设置于排 气通路；增压器，该增压器设置于节流阀的上游侧，具有与涡轮一体旋转的压缩机 ；废气门阀，该废气门阀设置于绕过涡轮的旁通通路；废气门阀驱动部，该废气门 阀驱动部通过驱动废气门阀来改变旁通通路的流路截面积；节流阀上游压力检测部 ，该节流阀上游压力检测部检测从增压器的下游到节流阀之间的压力来作为节流阀 上游压力；油门开度检测单元，该油门开度检测单元对油门开度量进行检测；以及 电子控制单元，该电子控制单元根据运转状态对废气门阀和所述节流阀进行控制， 所述内燃机的节流阀控制方法在所述电子控制单元进行下述步骤，包括：第1步骤 ，在该第1步骤中，在节流阀上游压力检测部检测到的节流阀上游压力在预先确定 的阈值压力以上，且油门开度检测单元检测到的油门开度量在预先确定的第1阈值 开度量以上的情况下，判断为高负荷运转；第2步骤，在该第2步骤中，在通过所述 第1步骤判断为高负荷运转之后，在油门开度检测单元检测到的油门开度量在作为 比第1阈值开度量小的值而被预先确定的第2阈值开度量以下的情况下，判定为从高 负荷运转进入节流阀开度被关闭的减速运转区域；第3步骤，在该第3步骤中，在通 过所述第2步骤判断为进入减速运转区域的情况下，经由废气门阀驱动部将废气门 阀控制为全开，并将节流阀控制为全开；以及第4步骤，在该第4步骤中，在通过所 述第3步骤在判断为进入减速运转区域并将节流阀控制为全开之后，在判断为节流 阀上游压力检测部检测到的节流阀上游压力下降至小于阈值压力的情况下，将节流 阀控制为全闭。

发明的效果

根据本发明，在从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速时，通过将 废气门阀开度和节流阀开度设为全开，并在确认了节流阀上游压力下降至小于规定 值之后，进行关闭节流阀开度的控制，从而可得到能够避免节流阀上游压力产生过 冲，且能够提高元器件的耐久性的内燃机的节流阀控制装置以及内燃机的节流阀控 制方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中内燃机(发动机)的简要结构的图。

图2是表示利用现有技术从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速的 情况下的动作的时序图。

图3是表示利用本发明的实施方式1中内燃机的节流阀控制装置从高负荷运转 到节流阀开度被关闭从而进行减速的情况下的动作的时序图。

图4是本发明的实施方式1中内燃机的节流阀控制装置的控制框图。

图5是表示本发明的实施方式1中ECU所进行的节流阀控制以及废气门控制的 一系列动作的流程图。

图6是表示本发明的实施方式2中ECU所进行的节流阀控制以及废气门控制的 一系列动作的流程图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的内燃机的节流阀控制装置及内燃机的节流阀控制 方法的优选实施方式进行说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1中内燃机(发动机)的简要结构的图。发动机 10具有燃烧室11，进气通路20与排气通路30经由进气歧管22相连接。在排气通路30 的中途设置有涡轮增压器32的涡轮外壳32c，在涡轮外壳32c上游的部位与涡轮外壳 32c下游的部位之间设置有绕开涡轮机叶轮32d的旁通通路33。

在旁通通路33的中途，设置有废气门阀(WGV)33a，该废气门阀33a可利用废 气门致动器(WGA)33b对旁通通路33的流路面积进行调整。在排气通路30中，在旁 通通路33的连接部的下游侧设置有催化剂31。

另一方面，在进气通路20的中途设置有涡轮增压器32的压缩机外壳32a，在压 缩机外壳32a的下游设置有中间冷却器21。在中间冷却器21的下游的进气通路20中 ，设置有节流阀(THV)23。进气通路20经由进气歧管22与发动机10相连接。

THV23通过节流阀电动机23a来进行开关，进行了开关控制的THV的开度由节流 阀位置传感器(TPS)23b来检测。从压缩机外壳32a的下游到节流阀23之间安装有 节流阀上游压力传感器(Pt)41。

在涡轮增压器32中，涡轮外壳32c与设置于其内部的涡轮机叶轮32d构成离心 式涡轮，压缩机外壳32a与设置于其内部的压缩机叶轮32b构成离心式压缩机。涡轮 机叶轮32d与压缩机叶轮32b通过涡轮轴以同轴方式相连结。于是，在利用排出气体 对涡轮机叶轮32d进行旋转驱动时，压缩机叶轮32b也被旋转驱动，由此对进气通路 20内的进气进行增压。

另外，发动机10中同时设有电子控制单元(ECU)50。油门位置传感器(APS )44、以及图1中未进行图示的曲柄转速传感器及水温、进气温度、车速等各种传 感器各自的输出信号被输入到ECU50。节流阀电动机23a、及WGA33b等致动器通过该 ECU50被驱动控制。

ECU50如众所周知的那样，以由CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机为主体构 成。ECU50通过执行ROM所存储的各种控制程序，根据每次发动机的运转状态来对发 动机10实施各种控制。

即，ECU50中输入来自所述各种传感器的各检测信号。于是，ECU50基于随时 输入的各种检测信号，计算燃料喷射量、点火时期等，对燃料喷射装置、点火装置 等实施驱动控制。

此外，ECU50基于由各种传感器得到的检测信号，计算驾驶员所要求的发动机 输出，由此来计算目标节流阀开度。接着，ECU50基于计算得到的目标节流阀开度 、以及节流阀位置传感器(TPS)23b的信号，驱动节流阀电动机23a，从而对节流 阀(THV)23的开度进行调整。

并且，ECU50还与节流阀开度控制并行地实施WGV开度控制，以达到每次要求 的WGV开度。通过这些节流阀开度控制和WGV开度控制可实现驾驶员所要求的发动机 输出。

然而，如上所述，在现有技术中，在从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而 进行减速时，WGV处于全开，但由于根据油门开度来关闭节流阀开度，因此有可能 会导致节流阀上游压力过度上升。

图2是表示利用现有技术从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速的 情况下的动作的时序图。最开始，油门开度从全开向全闭附近变化，若检测到该变 化，则将WGV开度控制为全开。若WGV开度处于全开，则涡轮旋转数缓缓下降。

这里，在现有技术中，在油门开度全闭的同时，节流阀开度也全闭，节流阀 上游压力会因基于涡轮的惯性旋转的增压而上升。

与此相对，图3是表示利用本发明的实施方式1中内燃机的节流阀控制装置从 高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速的情况下的动作的时序图。

最开始，ECU50若检测到油门开度从全开变化到全闭附近，则将WGV开度控制 为全开。若WGV开度处于全开，则涡轮旋转数缓缓下降，但在涡轮的惯性旋转中会 产生增压。因此，本实施方式1的ECU50为了避免节流阀处于全闭时节流阀上游压力 产生过度上升，在将WGV控制为全开的同时，还将节流阀开度控制为全开。

在所述节流阀开度处于全开的T1期间，进气歧管压的下降延迟，发动机制动 效果延迟。然而，ECU50在节流阀上游压力达到规定值以下的时刻(即，经过T1后 的时刻)，将节流阀开度控制为全闭。由此，进气歧管压立即下降，发动机制动效 果恢复，从而能防止驾驶员感受到发动机制动效果的下降。

此外，在节流阀开度处于全闭的时期，由于涡轮的惯性旋转而引起的增压， 节流阀上游压力再次上升。然而，如本实施方式1那样通过在经过T1后的时刻将节 流阀开度控制为全闭，与在油门开度全开的同时将节流阀开度控制为全闭的现有方 法的情况相比，降低了节流阀上游压力的上升峰值，从而能够减少对进气元器件的 损害。

接着，使用附图对本实施方式1中内燃机的节流阀控制装置的具体结构、以及 一系列的控制处理进行详细说明。图4是本发明的实施方式1中内燃机的节流阀控制 装置的控制框图。更具体而言，是表示从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行 减速时的由ECU50进行的THV控制功能以及WGV控制功能的概要的控制框图。

图4所示的本实施方式1的ECU50构成为包括：电动废气门目标开度运算部51、 节流阀上游压力抑制判定部52、节流阀目标开度运算部53、电动废气门开度设定部 54、电动废气门控制部55、节流阀开闭度抑制部56、以及电子节流阀控制部57。

电动废气门目标开度运算部51基于来自Pt41和各种传感器45的输入信号，计 算电动废气门目标开度(WTa)。节流阀上游压力抑制判定部52基于APS44和Pt41的 输入信息，决定节流阀上游压力的抑制请求。节流阀目标开度运算部53基于来自 APS44和各种传感器45的输入信号，计算与驾驶员所要求的发动机的输出相匹配的 节流阀目标开度(TTa)。

电动废气门开度设定部54根据节流阀上游压力抑制判定部52所判定得到的节 流阀上游压力抑制请求，判定是否将电动废气门目标开度运算部51计算得到的电动 废气门目标开度(WTa)设为最终电动废气门开度(WTalst)。

电动废气门控制部55基于由电动废气门开度设定部54判定得到的最终电动废 气门开度(WTalst)来驱动WGA33b。

节流阀开闭度抑制部56根据节流阀上游压力抑制判定部52判定得到的节流阀 上游压力抑制请求，判定是否将节流阀目标开度运算部53计算得到节流阀目标开度 (TTa)设定为最终节流阀开度(TTalst)。

电子节流阀控制部57基于节流阀开闭度抑制部56判定得到的最终节流阀开度 (TTalst)、与TPS23b的输入信号之间的偏差，对THV23进行反馈控制。

接下来，使用流程图对由ECU50实现的控制内容的一系列动作进行说明。图5 是表示本发明的实施方式1中ECU50所进行的节流阀控制以及废气门控制的一系列 动作的流程图。具体而言，是表示从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速 时的THV控制处理以及WGV控制处理的流程图，以规定的时间周期反复执行上述处理 。

在步骤S101和步骤S102中，节流阀上游压力抑制判定部52基于由Pt41检测得 到的节流阀上游压力、以及由APS44检测得到的油门开度，判定是否为高负荷运转 。具体而言，节流阀上游压力抑制判定部52在步骤S101中，判定节流阀上游压力是 否在规定值(相当于预先确定的阈值压力)以上，若小于规定值、即增压压力较低 ，则前进至步骤S108，清零节流阀上游压力抑制请求标记，禁止抑制动作。

此外，节流阀上游压力抑制判定部52在步骤S102中，若油门开度打开至规定 值以上(相当于预先确定的第1阈值开度，相当于全开附近)，则前进至步骤S103 ，将节流阀上游压力抑制执行次数计数器设为0，从而处于可执行节流阀上游压力 抑制的状态。另一方面，节流阀上游压力抑制判定部52中，在油门开度小于规定值 的情况下，前进至步骤S104。

并且，节流阀上游压力抑制判定部52在步骤S104中，判定油门开度是否在规 定值以下(相当于预先确定的第2阈值开度，相当于全闭附近)，在判定为超过规定 值、即未进行减速的情况下，前进至步骤S108，清零节流阀上游压力抑制请求标记 ，禁止抑制动作。另一方面，节流阀上游压力抑制判定部52中，在判定为减速的情 况下，前进至步骤S105。

接着，节流阀上游压力抑制判定部52在步骤S105中对节流阀上游压力抑制执 行次数计数器进行确认，在执行次数为0、即抑制动作一次都没有执行的情况下， 前进至步骤S106，并将节流阀上游压力抑制执行次数计数器设定为1，并且，在步 骤S107中，对节流阀上游压力抑制请求标记进行置位。

另一方面，节流阀上游压力抑制判定部52在对节流阀上游压力抑制执行次数 计数器进行确认，并确认为不为0、即执行过一次抑制动作的情况下，不进行任何 处理，前进至步骤S109。

接着，在步骤S109～步骤S112中，利用电动废气门开度设定部54和电动废气 门控制部55对废气门阀进行开度控制，并且在步骤S113～步骤S116中，利用节流阀 开闭度抑制部56和电子节流阀控制部57对节流阀进行开度控制。

首先，为了进行废气门阀的开度控制，在步骤S109中，电动废气门开度设定 部54在节流阀上游压力抑制请求标记处于置位状态时，在步骤S110中设定全开作为 废气门阀的最终目标开度，并前进至步骤S112。

另一方面，在步骤S109中，电动废气门开度设定部54在节流阀上游压力抑制 请求标记未处于置位状态时，在步骤S111中将电动废气门目标开度运算部51计算得 到的电动废气门目标开度(WTa)设定作为废气门阀的最终目标开度，并前进至步 骤S112。

接着，在步骤S112中，电动废气门控制部55对废气门阀进行切换控制，以使 其达到电动废气门开度设定部54在步骤S110或步骤S111中所设定的废气门最终目 标开度。

接着，为了进行节流阀的开度控制，在步骤S113中，节流阀开闭度抑制部56 在节流阀上游压力抑制请求标记处于置位状态时，在步骤S114中设定全开作为节流 阀最终目标开度，并前进至步骤S116。

另一方面，在步骤S113中，节流阀开闭度抑制部56在节流阀上游压力抑制请 求标记未处于置位状态时，在步骤S115中将由节流阀目标开度运算部53计算得到的 节流阀目标开度(TTa)设定作为节流阀最终目标开度，并前进至步骤S116。

接着，在步骤S116中，电子节流阀控制部57使用TPS23b的检测结果，对节流 阀的开度进行反馈控制，以使其达到由节流阀开闭度抑制部56在步骤S114或步骤 S115中所设定的节流阀最终目标开度。

如上所述，根据实施方式1，在从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减 速时，将WGV开度和节流阀开度设为全开，在确认了节流阀上游压力下降至小于规 定值之后，进行关闭节流阀开度的控制。在立即关闭节流阀开度的情况下，由于涡 轮的惯性所带来的增压效果的影响，节流阀上游压力会上升至过大，从而给元器件 带来不好的影响。因此，通过进行实施方式1这样的控制，能够抑制因利用惯性旋 转的涡轮而引起的节流阀上游压力上升的峰值，从而能够确保元器件的耐久性。

实施方式2.

上述实施方式1中，在从高负荷运转到节流阀开度被关闭从而进行减速时，将 WGV开度和节流阀开度设为全开，在确认了节流阀上游压力下降至规定值以下之后 ，进行关闭节流阀开度的控制。与此相对，本实施方式2中，对下述情况进行说明 ，即，对进行关闭节流阀开度的控制的时机进行更进一步的改进。

图6是表示本发明的实施方式2中ECU50所进行的节流阀控制以及废气门阀控 制的一系列动作的流程图。具体而言，是表示从高负荷运转到节流阀开度被关闭， 从而进行减速时的THV控制处理以及WGV控制处理的流程图，以规定的时间周期反复 执行上述处理。

若与之前实施方式1中图5所示的流程图相比较，则本实施方式2中图6所示的 流程图的不同点在于进一步增加了步骤S200～步骤S202。这里，以这些增加的步骤 为中心来进行下述说明。

在步骤S105中，在节流阀上游压力抑制执行次数计数器为0的情况下，前进至 步骤S200。接着，在步骤S200中，节流阀上游压力抑制判定部52将节流阀上游压力 抑制禁止计数器设定为0，进行清零。这里，节流阀上游压力抑制禁止计数器是对 执行节流阀上游压力抑制控制的时间进行计量的计数器，在节流阀上游压力抑制请 求标记置位的时刻即步骤S200中进行清零。

另一方面，在步骤S105中，在节流阀上游压力抑制执行次数计数器不为0的情 况下，前进至步骤S201。接着，在步骤S201中，节流阀上游压力抑制判定部52对节 流阀上游压力抑制禁止计数器进行向上计数。

并且，在之后的步骤S202中，节流阀上游压力抑制判定部52判断经过向上计 数后的节流阀上游压力抑制禁止计数器是否达到规定值(即，是否经过了规定时间 )。接着，节流阀上游压力抑制判定部52在判断为经过了规定时间(例如，200ms )的情况下，前进至步骤S108，并清零节流阀上游压力抑制请求标记。另一方面， 节流阀上游压力抑制判定部52在判定为未经过规定时间的情况下，不进行任何动作 ，前进至步骤S109。

通过增加上述步骤S200～步骤S202，基于从节流阀上游压力抑制请求标记被 置位起经过了规定时间的情况，也能够对节流阀上游压力抑制请求标记进行清零。 由此，在从高负荷运转进行减速动作时，通过将节流阀开度设为全开的期间限定为 规定时间，能够将对发动机制动的影响控制为最小，或者能够避免因持续加速而引 起的异常状态。

如上所述，根据实施方式2，增加了下述处理，即：基于从节流阀上游压力抑 制请求标记被置位起经过了规定时间的情况，能够对节流阀上游压力抑制请求标记 进行清零的处理。其结果是，能够获得与之前的实施方式1相同的效果，并且还能 够将对发动机制动的影响控制为最小。

标号说明

10发动机、11燃烧室、20进气通路、21中间冷却器、22进气歧管、23节 流阀(THV)、23a节流阀电动机、23b节流阀位置传感器(TPS)、30排气通路、 31催化剂、32涡轮增压器、32a压缩机外壳、32b压缩机叶轮、32c涡轮外壳、 32d涡轮机叶轮、33旁通通路、33a废气门阀(WGV)、33b废气门致动器(WGA)、 41节流阀上游压力传感器(Pt)、44油门位置传感器(APS)、45各种传感器、50 电子控制单元(ECU)、51电动废气门目标开度运算部、52节流阀上游压力抑制判 定部、51节流阀目标开度运算部、54电动废气门开度设定部、55电动废气门控 制部、56节流阀开闭度抑制部、57电子节流阀控制部。