内燃机的控制装置的制作方法

本发明涉及具有可进行由电动机执行的驱动辅助的增压器的内燃机的控制装置，尤其涉及进行抑制废气温度的过度上升的控制的控制装置。

背景技术：

当具有增压器的内燃机的废气温度过度上升时，会导致涡轮转速和增压压力的过度上升，内燃机发生故障的可能性变大。因此，例如专利文献1所示，一直以来，已知一种当废气温度有可能过度上升时使空燃比加浓的控制方法。通过使空燃比加浓，能够抑制燃烧温度的降低以及废气温度的上升。

日本特开2012-229666号公报

当使空燃比加浓以抑制废气温度的上升时，会成为导致燃料消耗及排气特性恶化的原因，因此，期望尽可能地不进行空燃比的加浓。

技术实现要素：

本发明是着眼于这点而完成的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，该控制装置能够通过适当地进行内燃机中的电动机和增压器的控制来抑制废气温度的上升，并能够抑制用于降低燃烧温度的空燃比加浓而改善燃料消耗，其中，上述内燃机具有可进行由电动机执行的驱动辅助的增压器。

为了实现上述目的，技术方案1所述的发明是内燃机的控制装置，该内燃机具有增压器12和废气门阀14，其中，所述增压器12具有：涡轮121，其设置于内燃机1的排气通路10中；压缩机123，其被所述涡轮进行旋转驱动，对所述内燃机的进气进行加压；以及电动机124，其被设置成能够驱动该压缩机，所述废气门阀14设置于绕过所述涡轮121的旁通路11中，该内燃机的控制装置的特征在于，具有废气温度上升抑制单元，在被估计为所述内燃机的负载trqd为第1规定负载trqdth1以上且所述内燃机的废气温度tex过度上升的规定高负载运转状态下，该废气温度上升抑制单元驱动所述电动机124，并增大所述废气门阀的开度wgo。

根据该结构，在被估计为内燃机的负载为第1规定负载以上且内燃机的废气温度过度上升的规定高负载运转状态下，执行驱动电动机并增大所述废气门阀的开度的废气温度上升抑制控制。在内燃机负载较大的状态下，进行由电动机实现的压缩机的驱动辅助，由此，即使增大废气门阀的开度而使得涡轮工作量降低，也能够实现与废气门阀关闭时同等的增压压力上升特性。由于通过增大废气门阀的开度来使废气压力降低而能够抑制废气温度的上升，因此，无需进行空燃比的加浓，就能够抑制废气温度的上升而改善燃料消耗。此外，由于废气压力的降低而使得燃烧室内的高温残留气体减少，不易发生爆震，因此，能够降低点火正时的滞后量，在这方面也有助于抑制废气温度上升。

技术方案2所述的发明的特征在于，在技术方案1所述的内燃机的控制装置的基础上，所述废气温度升温抑制单元包含空燃比加浓单元，在所述规定高负载运转状态下，当所述内燃机的负载trqd为大于所述第1规定负载trqdth1的第2规定负载trqdth2以上时，该空燃比加浓单元对在所述内燃机中燃烧的混合气的空燃比进行加浓。

根据该结构，在规定高负载运转状态下，当内燃机负载为大于第1规定负载的第2规定负载以上时，进行空燃比的加浓。在内燃机负载非常大的运转状态下，相比于防止燃料消耗的恶化，需要优先抑制废气温度，因此，通过在驱动电动机、增大废气门阀的开度的同时执行空燃比加浓，能够可靠地防止废气温度的过度上升。

技术方案3所述的发明的特征在于，在技术方案2所述的内燃机的控制装置的基础上，所述内燃机的控制装置具有发电机32，发电机32由所述内燃机驱动，所述废气温度降低单元在所述内燃机的负载trqd处于包含在由所述第1规定负载trqdth1和所述第2规定负载trqdth2规定的负载范围中的规定负载范围内(trqdth3～trqdth4)时，增加所述发电机的发电量wacg。

根据该结构，当内燃机负载处于包含在由第1规定负载和第2规定负载规定的负载范围中的规定负载范围内时，进行使发电机的发电量增加的控制，因此，能够增大增压所需的电动机的输出扭矩、或者延长能维持该增大的输出扭矩的时间。此外，当用于驱动电动机的电力不足时，即使在内燃机负载小于第2规定负载的状态下，也需要进行空燃比加浓以避免故障，因此，通过增加发电机的发电量，能够避免这样的情况。但是，如果增加发电机的发电量，则当内燃机负载处于第2规定负载附近时，由于用于驱动发电机的工作量的增加会使燃料消耗恶化，因此，通过限定在上述规定负载范围内来进行发电量的增加，能够获得改善燃料消耗的效果。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的内燃机的结构的图。

图2是示出进行图1所示的内燃机的控制的控制系统的结构的框图。

图3是用于说明废气温度上升抑制控制的概要的图。

图4是用于说明由于增加发电机的发电量而引起的燃料消耗率(bsfc)的变化的图。

图5是执行废气温度升温抑制控制的处理的流程图。

图6是用于说明执行废气温度升温抑制控制的效果的图。

标号说明

1：内燃机；2：进气通路；10：排气通路；11：旁通路；12：涡轮增压器(增压器)；121：涡轮；123：压缩机；124：马达；14：废气门阀；20：气门动作相位可变机构；21：进气压力传感器；23：发动机转速传感器；24：油门传感器；30：电子控制单元(废气温度升温抑制单元、空燃比加浓单元)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的内燃机的结构的图。内燃机(以下称作“发动机”)1是具有4个气缸6且将燃料直接喷射至气缸6的燃烧室内的直喷发动机，在各气缸6中设有燃料喷射阀7、火花塞8以及进气门和排气门(未图示)。

发动机1具有进气通路2、排气通路10、涡轮增压器(增压器)12和曲轴(输出轴)15。进气通路2与调压箱4连接，调压箱4通过进气歧管5与各气缸6的燃烧室连接。在进气通路2中设有用于冷却被加压后的空气的中间冷却器3和节气门13，节气门13构成为能够由节气门致动器13a驱动。在调压箱4中设有检测进气压力pb的进气压力传感器21，在进气通路2中设有检测吸入空气流量gair的吸入空气流量传感器22。

涡轮增压器12具有：涡轮121，其设置于排气通路9中，被废气的动能驱动而旋转；压缩机123，其通过轴122与涡轮121联结；以及马达(电动机)124，其被设置成能够驱动轴122旋转。压缩机123设置于进气通路2中，进行被吸入发动机1的空气的加压(压缩)。通过驱动马达124来进行辅助由涡轮121进行的压缩机123的驱动的驱动辅助。以下将该驱动辅助称作“马达辅助”。

发动机1的各气缸6的燃烧室通过排气歧管9与排气通路10连接。绕过涡轮121的旁通路11与排气通路10连接，在旁通路11中设有废气门阀14，废气门阀14用于控制通过旁通路11的废气的流量。

发动机1的曲轴15通过传递机构31与交流发电机(以下称作“acg”)32连接，acg32由发动机1驱动。利用acg32对电池(未图示)充电，由电池对马达124供应电力。

图2是示出进行发动机1的控制的控制系统的结构的框图，电子控制单元(以下称作“ecu”)30除了与上述的进气压力传感器21和吸入空气流量传感器22连接外，还与检测发动机1的转速ne的发动机转速传感器23、检测由发动机1驱动的车辆的油门踏板(未图示)的踩下量(以下称作“油门踏板操作量”)ap的油门传感器24、检测发动机冷却水温tw的冷却水温传感器25以及未图示的其他传感器连接，这些传感器的检测信号被供应至ecu30。燃料喷射阀7、火花塞8、废气门阀14、节气门致动器13a、马达124和acg32与ecu30的输出侧连接。

ecu30具有输入电路、中央运算处理单元(以下称作“cpu”)、存储电路以及输出电路，其中，所述输入电路具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形、将电压电平修正为规定电平并将模拟信号值转换为数字信号值等功能，所述存储电路存储由cpu执行的各种运算程序和运算结果等，所述输出电路将驱动信号供应至马达124等。

ecu30根据发动机运转状态(主要是发动机转速ne和要求扭矩trqd)来进行基于燃料喷射阀7的燃料喷射控制、基于火花塞8的点火控制、基于马达124的涡轮增压器12的驱动辅助控制、基于废气门阀14的涡轮驱动控制以及基于节气门13的吸入空气量控制。主要根据油门踏板操作量ap来计算要求扭矩trqd，并且以随着油门踏板操作量ap的增加而增加的方式来计算出要求扭矩trqd。

在本实施方式中，通过在要求扭矩trqd较高的高负载运转状态下进行马达辅助，来进行抑制废气温度tex的上升的废气温度上升抑制控制。以下，参照图3对该控制的概要进行说明。

图3的(a)～(i)的横轴全部是要求扭矩trqd(在图3的(e)、(i)中显示)，示出废气门阀14的开度(以下称作“wg开度”)wgo、废气压力pex、废气温度tex、当量比φ(在理论空燃比中为“1.0”，是与空燃比af的倒数成比例的参数)、以从压缩行程结束上止点开始的提前量来表示的点火正时ig、涡轮工作量wtbn、压缩机工作量wcmp、增压压力pbst(节气门13的上游侧的进气通路内压力)、净燃料消耗率(以下称作“bsfc”)与要求扭矩trqd之间的关系。在这些附图中，在要求扭矩trqd为扭矩trq2以上的区域中，实线与不进行马达辅助的情况对应，虚线与进行马达辅助的情况对应。另外，图3的(c)、(g)和(h)所示的废气温度tex、压缩机工作量wcmp和增压压力pbst在进行马达辅助的情况下和不进行马达辅助的情况下是相同的，因此，没有示出虚线。

在要求扭矩trqd大于扭矩trq1的区域减小wg开度wgo，由此利用废气能量来驱动涡轮121，并利用涡轮121来驱动压缩机123从而执行增压。因此，废气压力pex和增压压力pbst上升(图3的(b)、(h))。

在在要求扭矩trqd为扭矩trq2以上的区域不执行马达辅助的情况下，需要进一步减小wg开度wgo，因此，废气压力pex上升。因此，通过执行增加当量比φ的空燃比加浓来将废气温度tex的上升抑制在上限温度texlmt以下(图3的(c)、(d))。在不进行空燃比加浓的情况下，如以单点划线所示，废气温度tex进一步上升。此外，延迟点火正时ig以防止爆震(图3的(e))。图3的(e)所示的单点划线是发动机输出扭矩为最大的最佳点火正时mbt，由于与实线重合，因此稍微错开地示出。

另一方面，在要求扭矩trqd为扭矩trq2以上的区域执行马达辅助的情况下，使涡轮121的工作量wtbn减少所要辅助的工作量，可以利用马达辅助(wmot)来补偿该减少量(图3的(g))，并可以增加wg开度wgo(图3的(a))。其结果是，能够使废气压力pex低于以实线所示的压力,从而避免废气温度tex的上升，无需进行空燃比加浓。此外，由于废气压力pex降低，因此，在燃烧之后，残留在燃烧室内的高温残留气体减少，不易发生爆震，能够使点火正时ig如图3的(e)中以虚线所示的那样提前、或者相比于以实线所示的点火正时减少滞后量。在这方面也有助于抑制废气温度tex的上升。通过不进行空燃比加浓以及提前点火正时ig、或者减少滞后量，能够获得降低bsfc的燃料消耗改善效果(该附图(i))。

当执行马达辅助时，由于要消耗电池的电力，因此，利用电池的蓄电量来限制马达辅助的可执行时间。因此，通过增加acg32的发电量wacg，增加马达输出扭矩tmot、或者延长维持所增加的马达输出扭矩tmot的时间，能够进一步改善bsfc。参照图4，对由于增加acg32的发电量wacg、增加马达输出扭矩tmot而引起的bsfc的变化进行说明。

图4的(a)示出发动机输出扭矩trqe与涡轮工作量wtbn之间的关系，图4的(b)和(c)示出发动机输出扭矩trqe与bsfc之间的关系。在各附图中，实线与无马达辅助的情况对应，虚线和单点划线与有马达辅助的情况对应。此外，图4的(b)与acg发电量wacg为通常发电量wacgn的情况对应，图4的(c)与acg发电量wacg为大于通常发电量wacgn的最大发电量wacgmax的情况对应。

如图4的(a)所示，通过进行马达辅助能够减少涡轮工作量wtbn(虚线和单点划线)，此外，通过将acg发电量设为最大发电量wacgmax，相比于设定成通常发电量wacgn的情况(虚线)能够增加马达输出扭矩tmot并进一步减少涡轮工作量wtbn(单点划线)。

图4的(b)与要求扭矩trqd为扭矩trq12的情况对应，为了使发动机1的有效输出扭矩trqef(有助于车辆的驱动的扭矩)与要求扭矩trqd相等，需要补偿acg32的驱动扭矩的增加量dtacg，因此，需要将发动机输出扭矩trqe设为扭矩trq11。因此，以附图所示的dbsfc1来表示bsfc的改善效果。另外，在图示例中，设有效输出扭矩trqef(＝trqe-dtacg)包含将acg发电量设定成通常发电量wacgn的状态下的acg驱动扭矩。

图4的(c)与要求扭矩trqd为扭矩trq22的情况对应，为了使发动机1的有效输出扭矩trqef与扭矩trq22相等，需要将发动机输出扭矩trqe设为扭矩trq21。因此，通过将acg发电量wacg设为最大发电量wacgmax，相比于将acg发电量wacg设为通常发电量wacgn的情况，bsfc恶化dbsfc2的量。

根据上述情况，能够确认：通过相比于通常发电量wacgn而增加acg发电量wacg，从而获得bsfc改善效果，这仅限于在要求扭矩trqd处于执行马达辅助的较高负载的范围内且处于包含在该高负载范围内的规定扭矩范围内时。

图5是执行上述废气温度升温抑制控制的处理的流程图。由ecu30每规定的时间来执行该处理。

在步骤s11中，对要求扭矩trqd是否为第1规定扭矩trqth1以上进行判别，当该答案是否定(“否”)时，将马达输出扭矩tmot设定为“0”，不执行马达辅助(步骤s12)。执行步骤s12之后，前进至步骤s20。第1规定扭矩trqth1相当于图3所示的扭矩trq2，是应执行马达辅助而用于对高负载运转状态进行判別的閾值。

当步骤s11的答案是肯定(“是”)时，对要求扭矩trqd是否为大于第1规定扭矩trqth1的第2规定扭矩trqth2以上进行判别(步骤s13)。第2规定扭矩trqth2是用于判定为了抑制废气温度tex的升温而应执行马达辅助和空燃比加浓的运转状态(以下称作“特定高负载运转状态”)的閾值。

当步骤s13的答案是否定(“否”)且trqth1≦trqd＜trqth2成立时，对要求扭矩trqd是否为第3规定扭矩trqth3以上进行判别(步骤s14)。第3规定扭矩trqth3被设定为大于第1规定扭矩trqth1且小于第2规定扭矩trqth2的值。当步骤s14的答案是肯定(“是”)时，对要求扭矩trqd是否为第4规定扭矩trqth4以上进行判别(步骤s15)。第4规定扭矩trqth4被设定为大于第3规定扭矩trqth3且小于第2规定扭矩trqth2的值。即，第1～第4规定扭矩trqth1～trqth4被设定成满足下述公式(1)的关系。第3规定扭矩trqth3和第4规定扭矩trqth4是参照图4说明的对规定扭矩范围进行规定的閾值，被设定成通过在规定扭矩范围内使acg发电量wacg增加来获得bsfc改善效果。

trqth1＜trqth3＜trqth4＜trqth2(1)

当步骤s14的答案是否定(“否”)或步骤s15的答案是肯定(“是”)时，即，当要求扭矩trqd为第1规定扭矩trqth1以上且小于第3规定扭矩trqth3时、或为第4规定扭矩trqth4以上且小于第2规定扭矩trqth2时，前进至步骤s16，根据发动机转速ne和要求扭矩trqd来检索第1tmot映射图，计算出马达输出扭矩tmot(步骤s16)。第1tmot映射图是在将acg发电量wacg设定成通常发电量wacgn的情况下使用的马达输出扭矩计算映射图。以成为计算马达124的实际输出扭矩而得到的马达输出扭矩tmot的方式来控制马达124的驱动电流。

在接下来的步骤s20中，将acg32的增加发电量dwacg设定为“0”，在步骤s21中，将与增加发电量dwacg对应的加算acg驱动扭矩dtacg设定为“0”。即，acg32的发电量wacg被维持在通常发电量wacgn。执行步骤s21之后，前进至步骤s24。

当步骤s15的答案是否定(“否”)时，即，当要求扭矩trqd为第3规定扭矩trqth3以上且小于第4规定扭矩trqth4时，根据发动机转速ne和要求扭矩trqd来检索第2tmot映射图，计算出马达输出扭矩tmot(步骤s17)。第2tmot映射图是在将acg发电量wacg设定为最大发电量wacgmax的情况下使用的马达输出扭矩计算映射图，第2tmot映射图的各格子点处的设定值被设定为大于第1tmot映射图上的所对应的格子点处的设定值的值。

在步骤s22中，根据发动机转速ne和要求扭矩trqd来检索dwacg映射图，计算出加算发电量dwacg，在步骤s23中，根据加算发电量dwacg来计算acg驱动扭矩dtacg。以使acg驱动扭矩dtacg随着加算发电量dwacg的增加而增加的方式计算出acg驱动扭矩dtacg。加算发电量dwacg相当于最大发电量wacgmax与通常发电量wacgn之差。执行步骤s23之后，前进至步骤s24。

当步骤s13的答案是肯定(“是”)且发动机1处于特定高负载运转状态时，进行将空燃比设定为比理论空燃比靠加浓侧的空燃比的加浓(步骤s18)，根据发动机转速ne和要求扭矩trqd来检索第3tmot映射图，计算出马达输出扭矩tmot(步骤s19)。第3tmot映射图是设定了与特定高负载运转状态对应的马达输出扭矩tmot的映射图。执行步骤s19之后，前进至步骤s20。

在步骤s24中，根据下述公式(2)进行要求扭矩trqd的更新，并且，将更新后的要求扭矩trqd应用于下述公式(3)，计算出修正要求扭矩trqdm。

trqd＝trqd+dtacg(2)

trqdm＝trqd-tmot(3)

在步骤s25中，根据发动机转速ne和修正要求扭矩trqdm来计算修正目标增压压力pobjm。将计算出的修正目标增压压力pobjm应用于wg开度wgo的控制。由于修正目标增压压力pobjm为小于根据要求扭矩trqd计算出的目标增压压力pobj的值，因此，向wg开度wgo减小的方向来控制修正目标增压压力pobjm。当不进行马达辅助、修正目标增压压力pobjm与目标增压压力pobj相等时，执行通常的wg开度控制。此外，执行与更新后的要求扭矩trqd对应的吸入空气流量控制、燃料喷射控制和点火正时控制。

图6是用于说明由于执行包含马达辅助在内的废气温度升温抑制控制带来的效果的图，示出以发动机转速ne和发动机输出扭矩trqe定义的发动机运转区域。实线l1表示与发动机转速ne对应的最大扭矩，由实线l1和虚线l3围住的区域是在不执行包含马达辅助在内的废气温度升温抑制控制的情况下的、应执行空燃比加浓的运转区域，由实线l1和l2围住的区域prich是在执行包含马达辅助在内的废气温度升温抑制控制的情况下的、应执行空燃比加浓的运转区域。这样，通过进行马达辅助并执行增大wg开度wgo的废气温度升温抑制控制，能够缩小应执行空燃比加浓的运转区域，能够改善燃料消耗。

如上所述，在本实施方式中，在被估计为表示发动机1的负载的要求扭矩trqd为第1规定扭矩trqth1以上且废气温度tex过度上升的规定高负载运转状态下，执行驱动马达124的马达辅助，并且，执行增大废气门阀14的开度wgo的废气温度上升抑制控制。在要求扭矩trqd较大的规定高负载运转状态下进行由马达124执行的压缩机123的驱动辅助，由此，即使增大废气门阀14的开度wgo而使得涡轮工作量降低，也能够实现与废气门阀14关闭时同等的增压压力上升特性。由于通过增大废气门阀14的开度wgo而使得废气压力pex降低，从而能够抑制废气温度tex的上升，因此，如图3的(d)中虚线所示，无需进行空燃比的加浓，就能够抑制废气温度tex的上升而改善燃料消耗。此外，由于废气压力pex的降低而使得燃烧室内的高温残留气体减少，不易发生爆震，因此，能够降低点火正时ig的滞后量(包括提前的情况)，在这方面也有助于抑制废气温度上升。

此外，在要求扭矩trqd为大于第1规定扭矩trqth1的第2规定扭矩trqth2以上的特定高负载运转状态下，进行空燃比的加浓。在要求扭矩trqd非常大的运转状态下，相比于防止燃料消耗的恶化，需要优先抑制废气温度tex，因此，通过执行马达辅助和废气门阀的开度wgo的增大以及空燃比加浓，在特定高负载运转状态下，也能够可靠地防止废气温度tex的过度上升。

此外，当要求扭矩trqd处于包含在由第1规定扭矩trqth1和第2规定扭矩trqth2规定的扭矩范围中的规定扭矩范围内时，即，当处于第3规定扭矩trqth3以上且小于第4规定扭矩trqth4的范围内时，进行使acg32的发电量wacg增加至最大发电量wacgmax的控制，因此，能够增大马达输出扭矩tmot、或者延长能维持该增大的马达输出扭矩tmot的时间。当用于驱动马达124的电力不足时，即使在要求扭矩trqd小于第2规定扭矩trqth2的状态下，也需要进行空燃比加浓以避免故障，因此，通过增加acg32的发电量wacg，能够避免这样的情况。但是，如参照图4的(c)说明的那样，如果增加acg32的发电量wacg，则当要求扭矩trqd处于第2规定扭矩trqth2附近时，由于用于驱动acg32的发动机输出扭矩的增大会使燃料消耗恶化，因此，通过限定在上述规定扭矩范围内来进行发电量的增加，能够获得燃料消耗改善效果。

在本实施方式中，ecu30构成包含空燃比加浓单元的废气温度升温抑制单元。

并且，本发明并不限于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，在要求扭矩trqd为第3规定扭矩trqth3以上且小于第4规定扭矩trqth4的范围内，增加acg32的发电量wacg，但是，也可以将acg32的发电量wacg维持在通常发电量wacgn。此外，在增加acg32的发电量wacg时，不一定要增加至最大发电量wacgmax。此外，在图5的步骤s22中，根据发动机转速ne和要求扭矩trqd来计算加算发电量dwacg，但是，也可以以使加上加算发电量dwacg之后的发电量wacg为最大发电量wacgmax以下的方式来将加算发电量dwacg设定为固定值。

此外，在上述实施方式中，使用要求扭矩trqd作为表示发动机1的负载的参数，但是，也可以使用油门踏板操作量ap。此外，图1示出4个气缸的直喷型发动机，但是，可以与气缸数量无关地应用本发明，此外，还可以将本发明应用于将燃料喷射到进气通路内的发动机。