废气旁通阀的控制方法及控制装置
阅读：880发布：2020-05-13
专利汇可以提供废气旁通阀的控制方法及控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在为了起动时的学习控制等而将废气旁通 阀 (7)强制性地设为完全闭合时，最初将电动 致动器 (20)的驱动 力 设为大的第1 水 平，在到达即将落座之前的规定 位置 (L1)时，使驱动力降低至第2水平。由此， 阀体 (7a)平缓地落座。如果经过规定时间(TM1)，则使驱动力增加至第3水平。因此，电动致动器(20)使弹性部件(37)位移且将阀体(7a)向底座面(34a)推压。由此，得到可靠的 密封性 。，下面是废气旁通阀的控制方法及控制装置专利的具体信息内容。
1.一种废气旁通阀的控制方法，该废气旁通阀设置于涡轮增压器，上述废气旁通阀构成为具有：致动器；臂部，其被该致动器驱动而以旋转中心为中心进行摆动运动；阀体，其支撑于该臂部的前端；以及弹性部件，其安装于上述臂部与上述阀体之间，在该废气旁通阀的控制方法中，
在将上述废气旁通阀从打开状态闭合至完全闭合位置时，在上述阀体局部地落座的阶段使上述致动器的驱动力增加。
2.根据权利要求1所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
在将上述废气旁通阀从打开状态闭合至完全闭合位置时，在上述阀体即将落座之前使上述致动器的驱动力从第1水平降低至第2水平，在上述阀体局部地落座的阶段使上述驱动力从上述第2水平增加至第3水平。
3.根据权利要求2所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
上述第3水平具有能够使上述弹性部件位移的驱动力的大小。
4.根据权利要求2或3所述的废气旁通阀的控制方法，其中，在通过传感器检测出向闭合方向移动中的上述阀体到达了规定位置时，使上述驱动力从上述第1水平降低至上述第2水平。
5.根据权利要求4所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
在从上述阀体到达至规定位置起经过了规定时间时，视为上述阀体局部地落座，使上述驱动力从上述第2水平增加至上述第3水平。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
上述第3水平设定为比上述第1水平小的驱动力。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的废气旁通阀的控制方法，其中，
具有：基于增压压力的检测的废气旁通阀开度的反馈控制；以及在规定的条件时无论增压压力如何将废气旁通阀开度设为完全闭合的开环控制，在由上述开环控制实现的完全闭合动作时执行上述驱动力的变更。
8.一种废气旁通阀的控制装置，其构成为具有：
涡轮增压器；
废气旁通阀，其构成为具有致动器、臂部、阀体以及弹性部件，该臂部被该致动器驱动而以旋转中心为中心进行摆动运动，该阀体支撑于该臂部的前端，该弹性部件安装于上述臂部与上述阀体之间；以及
控制部，其在接收到将上述废气旁通阀从打开状态闭合至完全闭合位置的指令时，将上述致动器的驱动力作为第1水平而使上述致动器向闭合方向进行动作，在上述阀体即将落座之前使上述致动器的驱动力从第1水平降低至第2水平，在上述阀体局部地落座的阶段使上述驱动力从上述第2水平增加至第3水平。
废气旁通阀的控制方法及控制装置
技术领域
背景技术
[0002] 用于内燃机的增压的涡轮增压器通常在涡轮部具有废气旁通阀，该废气旁通阀为了增压压力控制而使得排气流的一部分不经由涡轮机叶轮而进行旁通。在专利文献1中，作为对该废气旁通阀进行开闭驱动的驱动机构，公开了下述所谓的摆动形式的结构，即，将电动致动器的杆的直线运动经由连杆变换为旋转轴的旋转运动，使得被固定于该旋转轴的臂部的前端支撑的提升式的阀体摆动。
[0003] 在上述的废气旁通阀中，如专利文献1所记载，在与致动器联动地摆动的臂部的前端与提升式的阀体之间存在微小的间隙，成为异常噪音产生的要因。该异常噪音能够通过在上述间隙安装锥形垫圈等弹性部件而得到抑制，上述间隙起到在阀体落座于底座面时向阀体的姿态赋予微小的自由度而使其与底座面贴合的作用，因此通过安装弹性部件而使完全闭合时的密封性降低。
[0004] 专利文献1：日本特开2015-48837号公报
发明内容
[0005] 本发明使得在将废气旁通阀从打开状态闭合至完全闭合位置时，在阀体局部落座的阶段使致动器的驱动力增加。
[0006] 因此，通过在阀体局部落座之后使驱动力增加，从而成为使弹性部件位移且阀体可靠地贴合于底座面的状态。
[0008] 图1是表示本发明的一个实施例的系统结构的说明图。
[0009] 图2是表示涡轮增压器的要部的剖视图。
[0010] 图3是表示废气旁通阀的阀体安装结构的要部的放大图。
[0011] 图4是表示一个实施例的控制流程的流程图。
[0012] 图5是表示完全闭合控制的处理流程的流程图。
[0013] 图6是表示废气旁通阀相对于内燃机运转条件的开度的特性的特性图。
[0014] 图7是表示刚起动之后的完全闭合控制时的动作的时序图。
具体实施方式
[0015] 下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
[0016] 图1是表示本发明的一个实施例的系统结构的结构说明图，在作为火花点火式汽油内燃机的内燃机1的排气通路2配置有涡轮增压器3的排气涡轮4，在其下游侧配置有例如使用了三元催化剂的催化剂转换器6。在排气通路2的更下游侧设置有未图示的排气消音器，排气通路2经由该排气消音器向外部开放。上述排气涡轮4具备用于增压压力控制的废气旁通阀7。此外，内燃机1例如是直喷型的结构，在每个气缸具有在气缸内对燃料进行喷射的未图示的燃料喷射阀，并且在每个气缸具有未图示的火花塞。当然，不限于直喷型，也可以是端口喷射型燃料喷射装置。
[0017] 在内燃机1的进气通路10从上游侧按顺序配置有空气滤清器11、空气流量计12、节流阀13，上述涡轮增压器3的压缩机5配置于上述空气流量计12与上述节流阀13之间。此外，在图示的例子中，在压缩机5与节流阀13之间安装例如水冷式或空冷式的中间冷却器14。另外，在上述进气通路10还设置有再循环通路16，该再循环通路16将上述压缩机5的上游侧和下游侧之间连通，在该再循环通路16设置有再循环阀17。该再循环阀17具有在节流阀13突然关闭的减速时开阀而使进气循环的功能。
[0019] 上述废气旁通阀7成为通过电动致动器20对开度进行控制的结构，为了对实际的开度进行检测，将位置传感器21内置于电动致动器20。具体而言，电动致动器20通过滚珠丝杠机构将电动机的旋转作为杆22的轴方向的移动输出，位置传感器21对杆22相对于致动器的壳体的轴方向位置进行检测。上述杆22经由连杆23以及臂部24而与废气旁通阀7的提升式的阀体7a连接。
[0020] 上述电动致动器20的动作通过进行内燃机1的各种控制的发动机控制器25进行控制。除了向该发动机控制器25输入上述的空气流量计12、增压压力传感器15以及位置传感器21的检测信号以外，还对下述传感器类的检测信号进行输入，即，对内燃机1的冷却水温TW进行检测的冷却水温传感器26、对未图示的加速器踏板的踩踏量即加速器开度APO进行检测的加速器开度传感器27、对内燃机1的转速Ne进行检测的曲轴转角传感器28、对大气压ATM进行检测的大气压传感器29等。节流阀13的开度、未图示的燃料喷射阀的燃料喷射量、未图示的火花塞的点火时机等也通过发动机控制器25进行控制。
[0021] 图2示出了在涡轮增压器3的排气涡轮4设置的废气旁通阀7的更具体的结构例。废气旁通阀7的阀体7a如图示，位于具有涡旋部32的涡轮壳体31的排气出口部33，从排气出口部33侧对将涡旋部32的上游侧部分和排气出口部33连通的旁通通路34(图1中示意性地示出)进行开闭。该废气旁通阀7是所谓的摆动形式的结构，在具有轴部24a的臂部24的前端对阀体7a进行支撑。轴部24a能够旋转地支撑于涡轮壳体31，在露出于涡轮壳体31的外表面的轴部24a的基端固定有连杆23的一端。在连杆23的另一端经由销35而连结有电动致动器20的杆22、具体而言是中间杆22a。此外，上述摆动形式的废气旁通阀的基本结构例如根据日本特开2014-58894号公报等而公知。在上述结构中，通过电动致动器20的杆22的轴方向的移动，臂部24以轴部24a作为中心进行摆动，与此相伴，圆形的阀体7a对旁通通路34的前端开口进行开闭。
[0022] 图3示出了臂部24的前端处的阀体7a的安装构造的一个例子。如图所示，阀体7a中心的轴部7b将臂部24的安装孔24b贯穿，将圆环状的固定部件36安装于轴部7b前端的小径部7c，由此对该轴部7b进行止脱。并且，在固定部件36与臂部24上表面24c之间，作为弹性部件，以略微被压缩的状态安装具有缓锥形的圆环状的锥形垫圈(conical washer)37。即，假设如果不具有锥形垫圈37等弹性部件，则有可能由于在臂部24与阀体7a之间以及在轴部7B与安装孔24B内周面之间存在的微小的间隙而产生伴随阀体7a的振动的异常噪音。与此相对，在上述实施例的结构中，通过锥形垫圈37的弹性力使阀体7a朝向臂部24下表面24d推压，因此抑制了由振动带来的异常噪音的产生。
[0023] 另一方面，如果如上述那样通过锥形垫圈37等弹性部件将阀体7a相对于臂部24实质上进行固定，则阀体7a的自由度受损，因此旁通通路34开口周围相对于底座面34a的密封性降低。在本实施例中，以电动致动器20的驱动力的变更对上述密封性的降低进行补偿。
[0024] 下面，参照图4～图7，对上述实施例中的废气旁通阀7的驱动控制进行说明。
[0025] 图4是表示相当于控制部的上述发动机控制器25所执行的废气旁通阀7的开度控制的处理流程的流程图。在步骤1中，对是否为在废气旁通阀7的完全闭合位置处应该进行位置传感器21的学习的条件进行判定。在每次内燃机构1起动时，在刚起动之后执行该学习。在这里，如果是YES，则进入至步骤3，作为与增压压力不相关的开环控制，将废气旁通阀7的开度强制性地设为完全闭合。这样，在将废气旁通阀7的开度以物理的方式设为完全闭合的状态下，进行位置传感器21的检测值的学习。
[0026] 如果位置传感器21的完全闭合位置的学习结束，则步骤1的判定成为NO。在该情况下，从步骤1进入至步骤2，根据加速器开度APO的变化量而判定是否为急剧加速。在这里，如果是YES，则从步骤2进入至步骤3，作为与增压压力不相关的开环控制，将废气旁通阀7的开度强制性地设为完全闭合。由此，要求加速时的增压的响应性即扭矩的上升得到改善。此外，在加速开始起极短的一定时间之后将该急剧加速时的强制性的完全闭合控制解除。
[0027] 如果步骤2的判定为NO，则从步骤2进入至步骤4，执行由用于进行增压压力控制(换言之为扭矩控制)的反馈控制方式实现的通常的开度控制。图6将废气旁通阀7相对于内燃机转速和扭矩的开度特性以等高线状示出，在高负荷侧且转速低的区域a，废气旁通阀7成为完全闭合，如箭头所示，从区域a朝向图的右下侧越是负荷低且转速高，则废气旁通阀7的开度越增加。这样，废气旁通阀7的开度连续变化的区域为所谓的增压区域，将节流阀13的开度基本上设为完全打开，且通过废气旁通阀7的开度控制对内燃机1的扭矩进行控制。并且，在与规定的扭矩T1相比为低负荷的区域b中，废气旁通阀7成为完全打开。在该区域b中，实质上不会实现增压，作为非增压区域即自然供气区域，通过节流阀13的开度对扭矩进行控制。更具体而言，基于内燃机转速和要求扭矩而从规定的控制对应图(map)赋予目标的增压压力(更严密而言，目标的压力比)，为了实现上述内容，使用增压压力传感器15的检测信号对废气旁通阀7的目标开度进行反馈控制。该增压压力反馈控制的结果是，得到如图6所示的开度特性。此外，在该通常控制中，电动致动器20基于上述的目标开度与由位置传感器21检测出的检测开度的偏差进行反馈控制。
[0028] 这样，在内燃机构1的运转中，废气旁通阀7的开度基本上是为了进行增压压力控制而基于增压压力传感器15检测出的增压压力被反馈控制。并且，在进行急剧加速时以及刚起动之后的位置传感器21的学习时，通过开环控制，目标开度成为完全闭合，强制性地被控制于完全闭合位置。
[0029] 图5示出了上述步骤3中的强制性的完全闭合控制的处理的详细内容。目标开度从之前的完全打开或中间开度变化到完全闭合，因此电动致动器20被向阀体7a的闭合方向进行驱动，但在步骤11中，对阀体7a的位置L是否大于规定位置L1进行判定。在这里，阀体7a的位置L以及规定位置L1例如将在阀体7a为完全闭合时的杆22的位置(位置传感器21检测出的位置)设为基准0点，以杆22从该0点向打开方向的行程量示出。即，值L越大，阀体7a越远离底座面34a。另外，规定位置L1设定在阀体7a即将落座于底座面34a之前的位置。
[0030] 在阀体7a从完全打开或中间开度变化到完全闭合期间，直至位置L到达至上述规定位置L1为止，步骤11的判定为YES。在该情况下，进入至步骤12，将电动致动器20的驱动力(换言之为杆22的推力)设定为较大的第1水平。在这里，在上述实施例中，电动致动器20的驱动力由施加于电动机的驱动脉冲信号的导通占空比(ONduty)确定。因此，在步骤12中，以较高的导通占空比对电动致动器20进行驱动。
[0031] 如果阀体7a的位置L到达至规定位置L1，则步骤11的判定成为NO。在该情况下，从步骤11进入至步骤13，对从到达至规定位置L1起的经过时间TM是否大于或等于规定时间TM1进行判定。在直至经过规定时间TM1为止的期间，从步骤13进入至步骤14，将电动致动器20的驱动力设定为比上述第1水平小的第2水平。即，在步骤14中，以较低的导通占空比对电动致动器20进行驱动。
[0032] 如果从到达至规定位置L1起的经过时间TM达到规定时间TM1，则从步骤13进入至步骤15，将电动致动器20的驱动力设定为比上述第2水平大的第3水平。在这里，第3水平的驱动力至少需要与能够产生作为弹性部件的锥形垫圈37的位移相应的大小。另外，为了避免对电动机的过度的通电，第3水平优选为比最初的第1水平的驱动力低的水平。因此，在步骤15中，以比与第1水平相对应的导通占空比小且比第2水平的导通占空比大的导通占空比对电动致动器20进行驱动。
[0033] 图7是作为强制性的完全闭合控制的一个例子的在刚起动之后的完全闭合控制时的时序图，将(a)废气旁通阀7的开度(电动致动器20的杆22的行程量)、(b)内燃机构1的起动器开关、(c)施加于电动致动器20的驱动脉冲信号的导通占空比的变化进行对比而示出。
[0034] 在时间t1，通过驾驶者的操作使起动器开关成为ON，开始曲轴起动(cranking)。在时间t2，起动内燃机构1，起动器开关成为OFF。在这样起动完成的时刻，开始位置传感器21的学习，因此，由标号Ltg示出的目标开度通过开环控制而阶跃地变化至与完全闭合位置相当的“0”。此外，在内燃机构1的起动之前，废气旁通阀7为完全打开，在曲轴起动中，目标开度Ltg也是完全打开。
[0035] 与时间t2的目标开度Ltg的变化对应地，电动致动器20被向闭合方向进行驱动，此时的驱动力设定为最高的第1水平，例如，以90％的导通占空比的驱动信号对电动致动器20进行驱动。由此，阀体7a的位置L如实线所示急剧降低。
[0036] 在时间t3，阀体7a的位置L到达至规定位置L1，与此相伴，电动致动器20的驱动力降低至第2水平。例如，成为30％的导通占空比。因此，阀体7a的移动速度降低，不会强烈地碰撞到底座面34a，而是平缓地落座。此时的驱动力即杆22的推力在阀体7a的一部分局部落座于底座面34a时，成为无法继续使阀体7a移动的程度。因此，由于阀体7a相对于底座面34a的姿态的波动等，大多情况下成为阀体7a的一部分局部落座的状态。
[0037] 在从到达至规定位置L1的时间t3起经过了规定时间TM1的时间t4，电动致动器20的驱动力提高至第3水平。例如，导通占空比增加至70％。由此，将局部落座的阀体7a进一步朝向底座面34a进行推压。因此，即使在阀体7a的一部分从底座面34a翘起的情况下，也使锥形垫圈37位移且将阀体7a向底座面34a推压，阀体7a的全周与底座面34a贴合。因此，得到可靠的密封性。在图示例中，在时间t5，成为阀体7a与底座面34a充分贴合的状态。
[0038] 在这样阀体7a充分地落座于底座面34a的状态下，执行阀体7a的完全闭合位置的学习。在时间t6，完成学习控制，结束强制性的完全闭合控制。由此，目标开度Ltg变化至与此时条件相对应的开度。
[0039] 图7示出了用于刚起动之后的学习控制的完全闭合控制时的驱动力变化，在急剧加速时的强制性的完全闭合控制中也是同样的。
[0040] 这样，在将阀体7a向完全闭合进行驱动时，最初将驱动力设为第1水平，在到达至规定位置L1的阶段使第1水平降低至第2水平，由此能够在将阀体7a迅速闭合的同时，避免向底座面34a的碰撞，能够平缓地使其落座。并且，在局部落座的状态下，将驱动力从第2水平增加至第3水平，由此无论是否插入用于防止振动的弹性部件(锥形垫圈37)，都会得到可靠的密封性。因此，能够兼顾由锥形垫圈37实现的防止异常噪音和完全闭合时的密封性确保。
[0041] 另外，在上述实施例中，第3水平的导通占空比设定为低于第1水平的导通占空比，因此能够避免向电动机的过度的通电。
[0042] 另外，在上述实施例中，通过位置传感器21对阀体7a的实际的位置L进行检测，基于此进行从第1水平向第2水平的降低，因此能够对闭合时的阀体7a的速度适当地进行控制，能够始终可靠地得到平缓的落座。
[0043] 并且，在上述实施例中，基于从阀体7a到达至规定位置L1起的经过时间TM而对将驱动力从第2水平增加至第3水平的定时进行判断，因此，不会对阀体7a局部落座时的该阀体7a的位置L的波动产生影响。
[0044] 此外，在上述实施例中，以火花点火内燃机为例对本发明进行了说明，但本发明在柴油机等的涡轮增压器中也能够同样地适用。
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