[发明专利]内燃发动机的控制方法和控制设备

说明书

本申请主张日本专利申请序列号为2012-187514的优先权，其内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明的实施方式涉及内燃发动机的控制方法和控制设备。内燃发动机通常具有涡轮增压器。涡轮增压器具有可变喷嘴，该可变喷嘴能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速。

背景技术

近些年来，内燃发动机已经广泛应用。发动机具有包括可变喷嘴的涡轮增压器。即便在内燃发动机的转数较低的情况下，对可变喷嘴的开度的调节也可以获得合适的增压压力。因此，可以增加内燃发动机的输出动力。

当内燃发动机以极高的载荷并在较高的旋转状态下运转时，在涡轮机叶轮的前方和后方出现了较大的压力差。因该压力差以及排气脉动而在涡轮机叶轮的前方和后方产生了应力。排气脉动可以因内燃发动机的每个燃烧冲程而发生。如果涡轮机叶轮在较长时间内连续地受到大于等于预定应力的应力，那么涡轮机叶轮的寿命可能缩短。已知一种防止以上问题的方法。在该方法中，将发动机控制成使得涡轮机叶轮的前-后压力比小于等于预定的压力比。前-后压力比为涡轮机前方压力/涡轮机后方压力。

日本特开专利公告No.2010-31829中所公开的内燃发动机的控制设备包括目标上游侧排气压力计算器以及叶片开度控制器，从而改进增压压力的反馈控制。目标上游侧排气压力计算器计算目标上游侧排气压力，使得实际的增压压力与目标增压压力相匹配。叶片开度控制器计算目标前-后排气压力比，使得实际上游侧排气压力与目标上游侧排气压力相匹配。叶片开度控制器基于预定的涡轮机模式来确定与目标前-后排气压力比相对应的叶片开度（可变喷嘴开度）。

内燃发动机包括排气再循环装置（EGR），从而减少排气中的NOx。压力传感器分别设置在涡轮机的上游侧和下游侧。通过使用作为涡轮机的上游侧的压力的实际上游侧排气压力，获得了目标前-后排气压力比。当EGR从关闭（OFF）状态转换到打开（ON）状态时，可变喷嘴的开度瞬间变化。但是，EGR量和实际上游侧排气压力在此后短时间内轻微地变化。由于此响应延迟，使得存在以下可能性：涡轮机前方和后方的排气压力比可能仅在短时间内超过可容许值。因此，在一些情况下，涡轮机叶轮不能得到充分的保护。

实际上获得了前-后排气压力比（实际上游侧排气压力/实际下游侧排气压力），并且根据目标前-后排气压力比来执行控制。因此，对于该控制，实际下游侧排气压力是必要的。因此，在涡轮机下游侧的压力传感器是必要的。在涡轮机上游侧的温度传感器也是必要的。

因此，在本领域中需要一种内燃发动机的控制方法和控制设备，其能够以良好的响应性能将涡轮机叶轮前-后压力比适当地控制到所需的压力比。还需要减少检测装置（传感器）的数量。

发明内容

根据本发明的一个方面，内燃发动机具有涡轮增压器，涡轮增压器具有能够调节排出至涡轮机叶轮的气体的流速的可变喷嘴。控制设备按以下步骤来控制发动机。控制设备基于到内燃发动机中的燃料的喷射量以及内燃发动机的转数来计算燃料流量。控制设备计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧压力。控制设备计算或检测涡轮机叶轮的上游侧的上游侧温度。控制设备计算或检测朝向涡轮机叶轮流动的气体的涡轮机流量。控制设备基于涡轮机流量以及压力比·涡轮机流量特性来计算可变喷嘴的开度的上限阈值，使得涡轮机压力比小于等于预定的比率。涡轮机压力比是涡轮机叶轮的上游侧的压力与下游侧的压力的比率。压力比·涡轮机流量特性是指示出涡轮机压力比、涡轮机流量与可变喷嘴的开度水平之间的关系的预先存储的信息。控制设备将可变喷嘴的开度控制成小于等于上限阈值的开度。

根据该控制方法，能够利用更好的响应特性以所需的涡轮机压力比对内燃发动机进行控制。

根据本发明的另一方面，控制设备可以基于进气流量、燃料流量、以及大气压力来计算上游侧压力。进气流进入至内燃发动机中。控制设备可以基于喷射量、进气流量、以及燃料流量来计算上游侧温度。控制设备可以基于燃料流量、进气流量、上游侧压力、以及上游侧温度来计算涡轮机流量。

因此，上游侧温度不是由压力传感器检测到的，而是替代地通过使用进气流量、燃料流量、以及大气压力来计算的。例如当EGR从关闭（OFF）状态转换至打开（ON）状态时，进气流量瞬间变化。因此，进气流量相对于涡轮机叶轮的上游侧的排气压力的变化以极好的响应特性而变化。内燃发动机不需要具有在涡轮机叶轮的上游侧和下游侧的压力传感器。内燃发动机也不需要具有在涡轮机叶轮的上游侧的温度传感器。因此，能够进一步减少内燃发动机的传感器的数量。