JP2002266690A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転速度センサ等を用いることなくターボチャ
ージャの回転速度を精度よく求めて、その必要とされる
各種制御を行なうことのできる内燃機関の制御装置を提
供する。 【解決手段】この制御装置は、エアフローメータ５３の
出力信号Ｇａ、大気温センサ５５の出力信号Ｔｔ、コン
プレッサインペラ４２の入口圧力、及びコンプレッサイ
ンペラ４２の出口圧力に基づいてターボチャージャの回
転速度を算出し、同回転速度に応じた機関制御を実行す
る。コンプレッサインペラ４２の入口圧力は、大気圧セ
ンサ５２の出力信号Ｐｔや、エアクリーナ２１の圧力損
失特性に基づき算出される。コンプレッサインペラ４２
の出口圧力は、インマニ温度センサ５５の出力信号Ｔ
ｍ、インマニ圧力センサ５６の出力信号Ｐｍ、吸気絞り
弁２３の圧力損失特性、及びインタークーラ２２の圧力
損失特性に基づき算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
が搭載された内燃機関にあってその過給特性に応じた機
関制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用の内燃機関において、
その出力向上のためには燃焼室へ充填される空気の量を
増やすことが好ましい。そして、そのような要求から、
ピストンの下動に伴って燃焼室内に発生する圧力で空気
を燃焼室に充填するだけでなく、その空気を強制的に燃
焼室へ送り込んで、同燃焼室への空気の充填効率を高め
るターボチャージャが実用されている。

【０００３】このターボチャージャは通常、内燃機関の
排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホ
イールと、同機関の吸気通路内の空気を強制的に燃焼室
側へ送り込むコンプレッサインペラとを備えている。ま
た、これらタービンホイールとコンプレッサインペラと
は、シャフトを介して一体回転可能に連結されており、
タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて同ホイー
ルが回転することで、その回転がシャフトを介してコン
プレッサインペラに伝達される。こうしてコンプレッサ
インペラが回転することにより、吸気通路内の空気はそ
の圧力（過給圧）が高められ、強制的に燃焼室に送り込
まれるようになっている。

【０００４】また、こうしたターボチャージャが搭載さ
れる内燃機関は通常、その排気通路に、上記タービンホ
イールを迂回する迂回路や、この迂回路を開閉するウェ
イストゲートバルブ等が設けられ、上記過給圧が過剰に
高められる場合には、このウェイストゲートバルブを開
くなどによって、その低減が図られる。また近年は、可
変容量型ターボチャージャや特開平８−１７７５０８号
公報に記載の電動・発電機付ターボチャージャ等、その
過給特性自体を外部から制御することのできるタイプの
ターボチャージャも種々提案されている。そして従来、
このようなターボチャージャが搭載された内燃機関にあ
っては、適宜の回転速度センサによってそれらターボチ
ャージャの回転速度を検出することにより、上記過給圧
を目標の過給圧に制御したり、同ターボチャージャの回
転速度に応じた燃料噴射量等を求めるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、ターボチ
ャージャの回転速度が検出されることで、その過給圧の
制御や、燃料噴射量の制御等が可能になる。ただし、上
記回転速度センサは、ターボチャージャ自身の搭載性の
悪化を招くばかりでなく、その配設位置によっては同タ
ーボチャージャとしての性能の低下をも招きかねず、そ
の取り扱いを困難なものとしている。また、こうした回
転速度センサをターボチャージャに設けること自体、製
造コストの増大を招くことともなっている。

【０００６】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、回転速度センサ等を用いる
ことなくターボチャージャの回転速度を精度よく求め
て、その必要とされる各種制御を行なうことのできる内
燃機関の制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。先
ず、請求項１に記載の発明は、ターボチャージャの搭載
された内燃機関を制御対象として前記ターボチャージャ
の回転速度に応じた機関制御を実行する内燃機関の制御
装置において、前記ターボチャージャのコンプレッサを
通過する吸入空気量、及び同吸入空気の温度、及び前記
コンプレッサの入口圧力、及び同コンプレッサの出口圧
力に基づいて前記ターボチャージャの回転速度を演算す
る回転速度演算手段を備えることをその要旨とする。

【０００８】上記構成によれば、ターボチャージャの回
転速度が、コンプレッサを通過する吸入空気量や、同吸
入空気の温度、コンプレッサの入口圧力及び出口圧力と
いった各演算パラメータに基づく演算により求められ
る。これにより、回転速度センサ等を用いることなくタ
ーボチャージャの回転速度を精度よく求めて、その必要
とされる各種制御を行なうことができるようになる。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、吸
気通路に配されて同通路への吸入空気量を検出する吸気
量センサと、大気の温度を検出する大気温センサと、大
気の圧力を検出する大気圧センサと、インテークマニホ
ールドの近傍における管内圧力を検出する吸気管内圧力
センサとを備え、前記回転速度演算手段は、前記吸気量
センサの出力に基づいて前記コンプレッサを通過する吸
入空気量Ｇａを推定し、前記大気温センサの出力に基づ
いて前記吸入空気の温度Ｔｔを推定し、前記大気圧セン
サの出力に基づいて前記コンプレッサの入口圧力Ｐｉを
推定し、前記吸気管内圧力センサの出力に基づいて前記
コンプレッサの出口圧力Ｐｏを推定するものであり、前
記ターボチャージャの回転速度をＮとするとき、それら
推定値Ｇａ，Ｔｔ，Ｐｉ，Ｐｏによる「Ｇａ√（Ｔｔ）
／Ｐｉ」と「Ｐｏ／Ｐｉ」との関係に基づき定まる「Ｎ
／√（Ｔｔ）」から同ターボチャージャの回転速度Ｎを
算出することをその要旨とする。

【００１０】上記構成によれば、内燃機関の運転状態を
制御するために同機関に標準で設けられることの多い吸
気量センサや、大気温センサ、大気圧センサ、吸気管内
圧力センサといった各種センサを通じて、上記各演算パ
ラメータが推定され、それら推定値に基づいて好適にタ
ーボチャージャの回転速度が求められるようになる。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、吸
気通路における前記コンプレッサの出口と前記吸気管内
圧力センサの配設位置との間に同通路の圧力特性を変更
する要素を備え、前記回転速度演算手段は、前記吸気管
内圧力センサの出力に基づいて前記コンプレッサの出口
圧力を推定するに際し、前記吸気量センサの出力、及び
前記圧力特性を変更する要素内での圧力損失に基づいて
その推定値Ｐｏを補正することをその要旨とする。

【００１２】上記構成によれば、コンプレッサの出口と
吸気管内圧センサとの間に吸気通路の圧力特性を変更す
る要素が設けられる構成において、この要素内を通過す
る吸入空気量の変化、及び同要素内における圧力損失が
加味された上で、コンプレッサの出口圧力が推定され
る。すなわち、こうした要素が設けられる場合におい
て、コンプレッサの出口圧力、ひいてはターボチャージ
ャの回転速度を精度よく推定することができるようにな
る。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、前
記インテークマニホールドの近傍における管内温度を検
出する吸気管内温度センサを更に備え、前記回転速度演
算手段は、前記検出される管内温度の参照のもとに前記
コンプレッサの出口圧力についての推定値Ｐｏを補正す
ることをその要旨とする。

【００１４】上記圧力特性を変更する要素内における圧
力損失は、同要素内を通過する吸気の温度が変化するこ
とによっても変化してしまう。そしてこれにより、上記
推定されるコンプレッサの出口圧力に誤差が生じる。こ
の点、上記構成によれば、これも内燃機関に標準で設け
られることの多い吸気管内温度センサの出力を通じて吸
気の温度が検出されるとともに、その検出結果に基づい
てコンプレッサの出口圧力が補正されるようになる。こ
れにより、吸気の温度変化に伴って生じる誤差が好適に
補償されるようになる。

【００１５】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の内燃機関の制御装置において、前記圧力特性を変更
する要素が、前記内燃機関の燃焼室に至る吸入空気量を
調量する吸気絞り弁であり、前記回転速度演算手段は、
前記検出される管内温度、及び該吸気絞り弁の開度に応
じて異なる圧力損失特性に基づいて前記コンプレッサの
出口圧力についての推定値Ｐｏを補正することをその要
旨とする。

【００１６】吸気絞り弁を通過する吸気の圧力損失は、
同吸気の温度変化による変化に加えて、吸気絞り弁の開
度変化によっても変化する。この点、上記構成によれ
ば、吸気絞り弁が設けられる構成において、こうした吸
気の温度、及び吸気絞り弁の開度に応じて異なる圧力損
失特性に基づき、コンプレッサの出口圧力が好適に補正
されるようになる。

【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項４記
載の内燃機関の制御装置において、前記圧力特性を変更
する要素が、前記コンプレッサにより圧縮される吸入空
気を冷却するインタークーラであり、前記回転速度演算
手段は、前記検出される管内温度、及び該インタークー
ラによる前記吸入空気の冷却度合いを加味して前記コン
プレッサの出口圧力についての推定値Ｐｏを補正するこ
とをその要旨とする。

【００１８】インタークーラを通過する吸気の圧力損失
は、同吸気の温度変化による変化に加えて、インターク
ーラによる吸気の冷却度合いによっても変化する。この
点、上記構成によれば、インタークーラが設けられる構
成において、こうした吸気の温度、及びインタークーラ
の冷却度合いに応じて、コンプレッサの出口圧力が好適
に補正されるようになる。

【００１９】また、請求項７記載の発明は、請求項４記
載の内燃機関の制御装置において、前記圧力特性を変更
する要素が、前記内燃機関の燃焼室に至る吸入空気量を
調量する吸気絞り弁、及びこの吸気絞り弁の前段に設け
られて前記コンプレッサにより圧縮される吸入空気を冷
却するインタークーラであり、前記回転速度演算手段
は、前記検出される管内温度、及び前記吸気絞り弁の開
度に応じて異なる圧力損失特性に基づいて同吸気絞り弁
上流の管内圧力を推定するとともに、この推定した吸気
絞り弁上流の管内圧力に前記検出される管内温度、及び
前記インタークーラによる前記吸入空気の冷却度合いを
加味して前記コンプレッサの出口圧力についての推定値
Ｐｏを補正することをその要旨とする。

【００２０】上記構成によれば、吸気絞り弁とインター
クーラとが共に設けられる構成において、先ず吸気の温
度、及び吸気絞り弁の圧力損失特性に基づいて同吸気絞
り弁上流における吸気の圧力が推定され、この推定され
た圧力に、吸気の温度、及びインタークーラの冷却度合
いを加味してコンプレッサの出口圧力が補正される。こ
れにより、コンプレッサの出口圧力が好適に補正される
ようになる。

【００２１】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、吸
気通路における前記大気圧センサの配設位置と前記コン
プレッサの入口との間に同通路を通過する吸気を濾過す
るエアクリーナを更に備え、前記回転速度演算手段は、
前記大気圧センサの出力に基づいて前記コンプレッサの
入口圧力を推定するに際し、前記吸気量センサの出力、
及び前記エアクリーナ内での圧力損失に基づいてその推
定値Ｐｉを補正することをその要旨とする。

【００２２】上記構成によれば、大気圧センサの配設位
置とコンプレッサの入口との間にエアクリーナが設けら
れる構成において、吸入空気量、及び同エアクリーナで
の圧力損失に応じたかたちで、コンプレッサの入口圧力
が好適に補正されるようになる。

【００２３】そして具体的には、請求項９記載の発明に
よるように、前記吸気管内圧力センサの出力をＰｍ、前
記検出される管内温度をＴｍ、前記吸気絞り弁による圧
力損失をΔＰｓ、同吸気絞り弁上流の管内圧力をＰｓ、
前記インタークーラによる圧力損失をΔＰｏとすると
き、前記回転速度演算手段は、前記コンプレッサを通過
する吸入空気量の推定値Ｇａ、前記検出される管内温度
Ｔｍ、及び前記吸気絞り弁上流の管内圧力Ｐｓによる
「Ｇａ√（Ｔｍ）／Ｐｓ」と前記吸気絞り弁による圧力
損失ΔＰｓとの関係、及び次式Ｐｓ＝Ｐｍ＋ΔＰｓに基
づいて前記吸気絞り弁上流の管内圧力Ｐｓを求め、且
つ、前記吸入空気の温度の推定値Ｔｔ、前記検出される
管内温度Ｔｍ、及びインタークーラの冷却度合いに基づ
いて、同インタークーラ上流の管内温度である前記コン
プレッサの出口温度をＴｏとして求めるとともに、前記
コンプレッサを通過する吸入空気量の推定値Ｇａ、この
求めたコンプレッサの出口温度Ｔｏ、及び前記コンプレ
ッサの出口圧力の推定値Ｐｏによる「Ｇａ√（Ｔｏ）／
Ｐｏ」と前記インタークーラによる圧力損失ΔＰｏとの
関係、及び次式Ｐｏ＝Ｐｓ＋ΔＰｏに基づいて前記コン
プレッサの出口圧力Ｐｏを求め、その後、前記コンプレ
ッサを通過する吸入空気量の推定値Ｇａ、前記吸入空気
の温度の推定値Ｔｔ、及び前記コンプレッサの入口圧力
の推定値Ｐｉによる「Ｇａ√（Ｔｔ）／Ｐｉ」と前記コ
ンプレッサにおける出口圧力と入口圧力との各推定値の
比である「Ｐｏ／Ｐｉ」との関係に基づき定まる「Ｎ／
√（Ｔｔ）」から、前記ターボチャージャの回転速度Ｎ
を算出する構成とすることで、上記請求項８に記載の発
明に関しては、その算出精度を高く維持することができ
るようになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
制御装置の一実施の形態について、図１〜図６を参照し
て説明する。

【００２５】はじめに、図１を参照して、本実施の形態
にかかる内燃機関の制御装置が適用される内燃機関、並
びにその周辺装置の概略構成について説明する。なお、
本実施の形態の内燃機関は、自動車に搭載される４気筒
のディーゼル機関を想定している。

【００２６】同図１に示すように、内燃機関１には、タ
ーボチャージャ４が設けられている。このターボチャー
ジャ４は、内燃機関１の排気通路３を流れる排気ガスに
よって回転するタービンホイール４１と、同機関１の吸
気通路２内の空気を強制的に各気筒＃１〜＃４内へ送り
込むコンプレッサインペラ４２とを備えている。これら
タービンホイール４１とコンプレッサインペラ４２と
は、シャフト４３を介して一体回転可能に連結されてお
り、タービンホイール４１に排気ガスが吹き付けられて
同ホイール４１が回転することで、その回転がシャフト
４３を介してコンプレッサインペラ４２に伝達される。
こうしてコンプレッサインペラ４２が回転することによ
り、吸気通路２内における前記過給圧が高められ、その
結果、空気が強制的に各気筒＃１〜＃４に送り込まれる
ようになる。

【００２７】上記内燃機関１の吸気通路２には、空気の
流れ方向における上流側から順に、同吸気通路２内に吸
入される空気を濾過するエアクリーナ２１、上記コンプ
レッサインペラ４２、外気との熱交換を通じて吸入空気
の温度を低下させるインタークーラ２２、及び同通路２
内を通過する吸入空気の量を調量する吸気絞り弁２３が
それぞれ配設されている。なお、吸気絞り弁２３は、ア
クチュエータ２４により開閉駆動されることでその開弁
度合いが調節されるようになっている。

【００２８】また、この吸気通路２は、その下流側がイ
ンテークマニホールド２５を介して内燃機関１の各気筒
＃１〜＃４に接続されている。上記吸気絞り弁２３によ
り調量された空気が、上記インテークマニホールド２５
を経て内燃機関１の各気筒＃１〜＃４に分配供給され
る。

【００２９】内燃機関１には、その各気筒＃１〜＃４に
対応して燃料噴射ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６
ｄが設けられている。これら燃料噴射ノズル２６ａ〜２
６ｄは、自身に送り込まれる燃料の圧力により作動し、
その燃料を対応する各気筒＃１〜＃４内へ直接噴射す
る。また、本実施の形態にかかる制御装置には、各燃料
噴射ノズル２６ａ〜２６ｄに送り込む燃料の圧力と同圧
力を高める時期とを、これら燃料噴射ノズル２６ａ〜２
６ｄについて各別に調整する周知の燃料噴射機構２７が
設けられている。この燃料噴射機構２７を通じて、各気
筒＃１〜＃４に噴射供給される燃料の量と同燃料が噴射
供給される時期とが調整される。

【００３０】内燃機関１の出力軸であるクランク軸（図
示略）には、冷却ファン１１が駆動連結されている。こ
の冷却ファン１１により強制的に、上記インタークーラ
２２に当接する外気の流れが作られる。

【００３１】内燃機関１の排気通路３には、上記タービ
ンホイール４１が配設されている。排気通路３には、こ
のタービンホイール４１を迂回するようにバイパス通路
３１が設けられている。バイパス通路３１には、アクチ
ュエータ３２により開閉駆動されるウェイストゲートバ
ルブ３３が設けられている。そして、このウェイストゲ
ートバルブ３３が開かれるときには、排気通路３内を流
れる排気ガスの一部がバイパス通路３１を通じて迂回す
るようになるために、同バルブ３３が閉じられていると
きと比較してタービンホイール４１に吹き付けられる排
気ガスの量が少なくなる。すなわち、これにより、ター
ボチャージャ４の回転速度が抑制されるようになる。

【００３２】本実施の形態の制御装置には、大気の温度
に応じた信号（大気温信号）Ｔｔを出力する大気温セン
サ５１や、大気の圧力に応じた信号（大気圧信号）Ｐｔ
を出力する大気圧センサ５２、吸気通路２内を流れる吸
入空気の量に応じた信号（吸気量信号）Ｇａを出力する
エアフローメータ５３、吸気絞り弁２３の開弁度合いに
応じた信号（弁開度信号）ＴＡを出力する弁開度センサ
５４、インテークマニホールド２５内における吸入空気
の温度に応じた信号（インマニ温度信号）Ｔｍを出力す
るインマニ温度センサ５５、同インテークマニホールド
２５内における吸入空気の圧力に応じた信号（インマニ
圧力信号）Ｐｍを出力するインマニ圧力センサ５６、自
動車の走行速度に応じた信号（走行速度信号）ＳＰＤを
出力する車速センサ５７等といった各種センサが設けら
れている。

【００３３】また、この制御装置には、例えばマイクロ
コンピュータを有して構成される電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）５０が設けられており、このＥＣＵ５０には、上記
各センサ５１〜５７の出力信号Ｔｔ，Ｐｔ，Ｇａ，Ｔ
Ａ，Ｔｍ，Ｐｍ，ＳＰＤがそれぞれ取り込まれている。
そして、ＥＣＵ５０は、これら各信号Ｔｔ，Ｐｔ，Ｇ
ａ，ＴＡ，Ｔｍ，Ｐｍ，ＳＰＤに基づいて各種の演算を
実行するとともに、その演算結果に基づいて上記燃料噴
射機構２７を通じた燃料噴射量及び燃料噴射時期の調整
制御や、上記アクチュエータ２４を通じた吸気絞り弁２
３の開閉制御、上記アクチュエータ３２を通じたウェイ
ストゲートバルブ３３の開閉制御等といった機関制御に
かかる各種制御を実行する。

【００３４】そして、この制御装置は、上記各センサ５
１〜５６の出力信号Ｔｔ，Ｐｔ，Ｇａ，ＴＡ，Ｔｍ，Ｐ
ｍ，ＳＰＤに基づいてそのときどきにおけるターボチャ
ージャ４の回転速度を算出するとともに、その推定され
た回転速度に基づいて上記機関制御にかかる各種制御を
実行するようにしている。

【００３５】図２に、こうした内燃機関の制御処理の実
行手順を示し、以下、同図２を参照して、この処理の詳
細について説明する。なお、図２に示す一連の処理は、
所定周期毎の処理として、ＥＣＵ５０により実行され
る。

【００３６】同図２に示されるように、この処理では先
ず、エアクリーナ２１の上流側における吸気の温度（大
気温信号Ｔｔ）、同吸気の圧力（大気圧信号Ｐｔ）、及
びエアクリーナ２１を通過する吸入空気の量（吸気量信
号Ｇａ）に基づいてＡマップから、エアクリーナ２１の
下流側、すなわちコンプレッサの入口における吸気の圧
力（コンプレッサ入口圧力）Ｐｉが算出される（ステッ
プＳ１）。このＡマップは、大気温信号Ｔｔ、大気圧信
号Ｐｔ、及び吸入空気量信号Ｇａの関係から、コンプレ
ッサ入口圧力Ｐｉを算出するためのマップであり、予め
ＥＣＵ５０に記憶されている。

【００３７】なお、上記コンプレッサ入口圧力Ｐｉは、
次のように算出することができる。すなわち先ず、大気
温信号Ｔｔ、大気圧信号Ｐｔ、吸入空気量信号Ｇａ、及
びエアクリーナ２１の特性から、吸気がエアクリーナ２
１を通過する際に生じる圧力損失ΔＰｔを求める。そし
て、この圧力損失ΔＰｔと大気圧信号Ｐｔとに基づき、 Ｐｉ＝Ｐｔ−ΔＰｔ といった関係式から、上記コンプレッサ入口圧力Ｐｉを
算出することができる。上記Ａマップは、大気温信号Ｔ
ｔ、大気圧信号Ｐｔ、及び吸入空気量信号Ｇａと、こう
したコンプレッサ入口圧力Ｐｉとの関係が実験等によっ
て求められた上で、その関係に基づき設定されている。

【００３８】その後、吸気絞り弁２３を通過する吸気の
温度（インマニ温度信号Ｔｍ）及び同吸気の量（吸入空
気量信号Ｇａ）、吸気絞り弁２３の下流側における吸気
の圧力（インマニ圧力信号Ｐｍ）、及び吸気絞り弁２３
の開度（弁開度信号ＴＡ）に基づいてＢマップから、吸
気絞り弁２３の上流側における圧力（吸気絞り弁上流圧
力）Ｐｓが算出される（ステップＳ２）。このＢマップ
は、インマニ温度信号Ｔｍ、吸入空気量信号Ｇａ、イン
マニ圧力信号Ｐｍ、及び弁開度信号ＴＡの関係から、吸
気絞り弁上流圧力Ｐｓを算出するためのマップであり、
このＢマップも予めＥＣＵ５０に記憶されている。

【００３９】なお、上記吸気絞り弁上流圧力Ｐｓは、次
のように算出することができる。すなわち先ず、インマ
ニ圧力信号Ｐｍ、上記吸気絞り弁上流圧力Ｐｓ、及び吸
気が吸気絞り弁２３を通過する際に生じる圧力損失ΔＰ
ｓの間には、 Ｐｓ＝Ｐｍ＋ΔＰｓ …（１） といった関係式（１）が成り立つ。一方、図３に示すよ
うに、この圧力損失ΔＰｓは、吸入空気量信号Ｇａをイ
ンマニ温度信号Ｔｍと上記吸気絞り弁上流圧力Ｐｓとに
より補正した値「Ｇａ×√（Ｔｍ）／Ｐｓ」が大きくな
るほど２次曲線的に大きくなるとともに、吸気絞り弁２
３の開度が小さくなるほど、すなわち弁開度信号ＴＡが
小さくなるほど大きくなるといった特性を有する。な
お、上記「√（Ｔｍ）」における「√」は平方根を示
し、これに続く括弧内にはその適用範囲を示している。
そして、こうした特性を通じて、圧力損失ΔＰｓを上記
吸気絞り弁上流圧力Ｐｓの一次式として求めた上で、そ
の一次式を上記（１）式に代入することで、同上記吸気
絞り弁上流圧力Ｐｓを算出することができるようにな
る。上記Ｂマップは、インマニ温度信号Ｔｍ、吸入空気
量信号Ｇａ、インマニ圧力信号Ｐｍ、及び弁開度信号Ｔ
Ａと、こうした吸気絞り弁上流圧力Ｐｓとの関係が実験
等によって求められた上で、その関係に基づき設定され
ている。

【００４０】その後、上記インタークーラ２２の下流側
における吸気の温度（インマニ温度信号Ｔｍ）、同イン
タークーラ２２に当接している大気の温度（大気温信号
Ｔｔ）、吸入空気量信号Ｇａ、及び自動車の走行速度
（走行速度信号ＳＰＤ）に基づいてＣマップから、イン
タークーラ２２の上流側における吸気の温度（インター
クーラ上流温度）Ｔｏが算出される（ステップＳ３）。
このＣマップは、吸入空気量信号Ｇａ、大気温信号Ｔ
ｔ、インマニ温度信号Ｔｍ、及び走行速度信号ＳＰＤの
関係から上記インタークーラ上流温度Ｔｏを算出するた
めのマップであり、このＣマップも予めＥＣＵ５０に記
憶されている。

【００４１】なお、図４に吸入空気量信号Ｇａが一定の
条件下における上記インタークーラ上流温度Ｔｏの特性
を実線にて示すように、インタークーラ２２の下流側に
おける吸気の温度が高くなるほど、すなわちインマニ温
度信号Ｔｍが大きくなるほどインタークーラ上流温度Ｔ
ｏは高くなる。また、同図４に破線で併せ示すように、
同条件下では大気温が低いほど、すなわち大気温信号Ｔ
ｔが小さいほどインタークーラ２２による吸気の冷却度
合いが大きくなるために、上記インタークーラ上流温度
Ｔｏは高くなる。更に、同条件下では自動車の走行速度
が速いほど、すなわち走行速度信号ＳＰＤが大きいほど
インタークーラ２２に当接する大気の量も多くなって、
上記冷却度合いが大きくなるために、インタークーラ上
流温度Ｔｏは高くなる。一方、これらインマニ温度信号
Ｔｍや、大気温信号Ｔｔ、走行速度信号ＳＰＤが一定の
条件下では、吸入空気量が少なくなるほど、すなわち吸
入空気量信号Ｇａが小さくなるほど所定重量の吸気から
大気により奪われる熱量が多くなるために、インターク
ーラ上流温度Ｔｏは高くなる。

【００４２】上記Ｃマップは、これらインマニ温度信号
Ｔｍ、大気温信号Ｔｔ、走行速度信号ＳＰＤ、及び吸入
空気量信号Ｇａと、こうしたインタークーラ上流温度Ｔ
ｏとの関係が実験等によって求められた上で、その関係
に基づき設定されている。

【００４３】そしてその後、それぞれ算出された吸気絞
り弁上流圧力Ｐｓ（ステップＳ２）及びインタークーラ
上流温度Ｔｏ（ステップＳ３）と、吸入空気量信号Ｇａ
とに基づいてＤマップから、インタークーラ２２の上流
側、すなわちコンプレッサインペラ４２の出口における
吸気の圧力（コンプレッサ出口圧力）Ｐｏが算出される
（ステップＳ４）。このＤマップは、吸気絞り弁上流圧
力Ｐｓ、インタークーラ上流温度Ｔｏ、及び吸入空気量
信号Ｇａの関係に基づいて、コンプレッサ出口圧力Ｐｏ
を算出するためのマップであり、このＤマップも予めＥ
ＣＵ５０に記憶されている。

【００４４】なお、上記コンプレッサ出口圧力Ｐｏは、
次のように算出することができる。すなわち先ず、コン
プレッサ出口圧力Ｐｏ、吸気絞り弁上流圧力Ｐｓ、及び
吸気がインタークーラ２２を通過する際に生じる圧力損
失ΔＰｏの間には、 Ｐｏ＝Ｐｓ＋ΔＰｏ …（２） といった関係式（２）が成り立つ。一方、この圧力損失
ΔＰｏは、図５に示すように、吸入空気量信号Ｇａをイ
ンタークーラ上流温度Ｔｏとコンプレッサ出口圧力Ｐｏ
とにより補正した値「Ｇａ×√（Ｔｏ）／Ｐｏ」が大き
くなるほど２次曲線的に大きくなるといった特性を有す
る。そして、こうした特性を通じて、圧力損失ΔＰｏを
上記コンプレッサ出口圧力Ｐｏの一次式として求めた上
で、その一次式を上記（２）式に代入することで、同コ
ンプレッサ出口圧力Ｐｏを算出することができるように
なる。上記Ｄマップは、インタークーラ上流温度Ｔｏ、
吸入空気量信号Ｇａ、及び吸気絞り弁上流圧力Ｐｓと、
こうしたコンプレッサ出口圧力Ｐｏとの関係が実験等に
よって求められた上で、その関係に基づき設定されてい
る。

【００４５】その後、上記算出されたコンプレッサ入口
圧力Ｐｉ（ステップＳ１）、同じく算出されたコンプレ
ッサ出口圧力Ｐｏ（ステップＳ３）、大気温信号Ｔｔ、
及び吸入空気量信号Ｇａに基づいてＥマップから、ター
ボチャージャ４の回転速度Ｎが算出される（ステップＳ
５）。このＥマップは、コンプレッサ入口圧力Ｐｉ、コ
ンプレッサ出口圧力Ｐｏ、大気温信号Ｔｔ、及び吸入空
気量信号Ｇａの関係から、上記回転速度Ｎを算出するた
めのマップであり、このＥマップも予めＥＣＵ５０に記
憶されている。なお、ターボチャージャ４の回転速度Ｎ
を大気温信号Ｔｔの平方根で割った値（Ｎ／√（Ｔ
ｔ））が、図６に示すような特性となることが発明者に
よって確認されている。すなわち、同図６に示されるよ
うに、この「Ｎ／√（Ｔｔ）」は、基本的にはコンプレ
ッサ入口圧力Ｐｉ及びコンプレッサ出口圧力Ｐｏの比Ｐ
ｒ（＝Ｐｏ／Ｐｉ）と、吸入空気量信号Ｇａとの関係に
基づき定まる。詳しくは、この値「Ｎ／√（Ｔｔ）」
は、吸入空気量信号Ｇａを大気温信号Ｔｔとコンプレッ
サ入口圧力Ｐｉとにより補正した値「Ｇａ×√（Ｔｔ）
／Ｐｉ」が大きくなるほど、また上記圧力比Ｐｒが大き
くなるほど大きな値となる。上記Ｅマップは、こうした
特性が実験等により求められた上で、その特性に基づい
て設定されている。

【００４６】そして、こうして算出されるターボチャー
ジャ４の回転速度Ｎに基づいて、上記機関制御にかかる
各種制御が実行された後（ステップＳ６）、本処理が一
旦終了される。

【００４７】こうした処理を通じて、回転速度センサ等
を用いることなくターボチャージャ４の回転速度Ｎを精
度よく求めて、その必要とされる各種制御を行なうこと
ができるようになる。

【００４８】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、以下に記載する効果が得られるようになる。 （１）吸入空気量信号Ｇａ、大気温信号Ｔｔ、コンプレ
ッサ入口圧力Ｐｉ、及びコンプレッサ出口圧力Ｐｏとい
った各演算パラメータに基づくマップ演算にてターボチ
ャージャ４の回転速度Ｎを算出し、この回転速度Ｎに基
づき機関制御にかかる各種制御を実行するようにした。
これにより、回転速度センサ等を用いることなくターボ
チャージャの回転速度を精度よく求めて、その必要とさ
れる各種制御を行なうことができるようになる。

【００４９】（２）また、内燃機関の運転状態を制御す
るために同機関に標準で設けられることの多い大気温セ
ンサ５１や、大気圧センサ５２、エアフローメータ５
３、弁開度センサ５４、インマニ温度センサ５５、イン
マニ圧力センサ５６といった各種センサを通じて、上記
各演算パラメータを推定するようにした。これにより、
新規の構成を設けることなく、既存のセンサにより上記
各演算パラメータを推定することができるようになる。

【００５０】（３）弁開度信号ＴＡに応じて異なる吸気
絞り弁２３の圧力損失ΔＰｓの特性に基づき定められた
Ｂマップから、吸気絞り弁上流圧力Ｐｓを算出し、更に
は、同圧力Ｐｓに基づいて、インタークーラ２２の圧力
損失ΔＰｏの特性に基づき定められたＤマップから、コ
ンプレッサ出口圧力Ｐｏを算出するようにした。これに
より、これらインタークーラ２２及び吸気絞り弁２３に
おける圧力損失ΔＰｏ及びΔＰｓが加味されるかたち
で、コンプレッサ出口圧力Ｐｏを、ひいてはターボチャ
ージャ４の回転速度Ｎを精度よく算出することができる
ようになる。

【００５１】（４）また、インマニ温度信号Ｔｍの変化
に伴う圧力損失ΔＰｓ及びΔＰｏの変化をそれぞれ対応
するＢマップ及びＤマップに加味するようにした。これ
により、吸気の温度変化に伴って生じる誤差が好適に補
償されるようになる。

【００５２】（５）エアクリーナ２１の圧力損失ΔＰｔ
の特性に基づき定められたＡマップから、コンプレッサ
入口圧力Ｐｉを算出するようにした。これにより、同圧
力損失ΔＰｔの変化に応じたかたちで、コンプレッサ入
口圧力Ｐｉとしての好適な値が算出されるようになる。

【００５３】なお、上記実施の形態は、以下のように変
更して実施してもよい。 ・上記実施の形態では、コンプレッサ入口圧力Ｐｉ、吸
気絞り弁上流圧力Ｐｓ、インタークーラ上流温度Ｔｏ、
コンプレッサ出口圧力Ｐｏ、及びターボチャージャ４の
回転速度Ｎについて、それぞれマップ演算により算出す
るようにした。しかし、これら各値Ｐｉ，Ｐｓ，Ｔｏ，
Ｐｏ，Ｎのうちのいずれか、若しくは全てについては、
上記マップ演算に代えて、実験結果等に基づき予め設定
された計算式により算出するようにしてもよい。

【００５４】・上記実施の形態では、インテークマニホ
ールド２５内における吸入空気の温度に応じた信号を出
力するインマニ温度センサ５５を設けるようにした。こ
れに代えて、吸気絞り弁の上流側における吸気の温度
や、インタークーラ２２の上流側における吸気の温度、
すなわちインタークーラ上流温度Ｔｏ等に応じた信号を
出力するセンサを設けるようにしてもよい。要は、コン
プレッサインペラ４２の下流側に、吸気の温度に応じた
信号を出力する適宜のセンサを設けることで、その出力
信号に基づいてインタークーラ上流温度Ｔｏを算出する
ことはできる。特に、こうしたセンサがインタークーラ
２２の上流側に設けられる構成にあっては、インターク
ーラ上流温度Ｔｏに応じた信号を直接検出することがで
きるようになる。

【００５５】・また、こうしたセンサを省略するように
してもよい。こうした構成にあっても、その演算負荷が
増大するとはいえ、コンプレッサ入口圧力Ｐｉ、大気温
信号Ｔｔ、インマニ圧力信号Ｐｍ、及び吸入空気量信号
Ｇａ等に基づいて、インタークーラ上流温度Ｔｏを算出
することはできる。

【００５６】・上記実施の形態では、インテークマニホ
ールド２５内における吸入空気の圧力に応じた信号を出
力するインマニ圧力センサ５６を設けるようにした。こ
れに代えて、吸気絞り弁上流圧力や、インタークーラ２
２の上流側における吸気の圧力、すなわちコンプレッサ
出口圧力Ｐｏ等に応じた信号を出力するセンサを設ける
ようにしてもよい。要は、コンプレッサインペラ４２の
下流側に、吸気の圧力に応じた信号を出力する適宜のセ
ンサを設けることで、その出力信号に基づいてコンプレ
ッサ出口圧力Ｐｏを算出することはできる。特に、こう
したセンサがインタークーラ２２の上流側に設けられる
構成にあっては、新規のセンサを設ける必要があるとは
いえ、コンプレッサ出口圧力Ｐｏに応じた信号を直接検
出することができるようになる。これにより、インマニ
圧力信号Ｐｍからコンプレッサ出口圧力Ｐｏを算出する
といった演算を省略することができ、この演算に伴う誤
差がなくなる分だけターボチャージャ４の回転速度Ｎの
算出精度も向上するようになる。

【００５７】・上記内燃機関の制御処理におけるターボ
チャージャ４の回転速度Ｎの算出に際し、エアクリーナ
２１や、インタークーラ２２、吸気絞り弁２３、インテ
ークマニホールド２５といった各要素を互いに繋ぐ通路
における吸入空気の圧力損失や温度変化の特性等を併せ
加味するようにしてもよい。こうした構成によれば、よ
り精度よくターボチャージャ４の回転速度を算出するこ
とができるようになる。また、この算出に際し、吸気が
エアクリーナ２１や吸気絞り弁２３を通過する際に生じ
る同吸気の温度変化を併せ加味するようにしてもよい。

【００５８】・上記実施の形態では、吸気通路２に吸気
絞り弁２３が設けられる内燃機関１に本発明にかかる制
御装置を適用するようにしたが、吸気絞り弁が設けられ
ない内燃機関に本発明にかかる制御装置を適用するよう
にしてもよい。

【００５９】・上記実施の形態では、空冷式のインター
クーラ２２を設けるようにしたが、これに代えて、水冷
式のインタークーラを設けるようにしてもよい。また、
こうしたインタークーラが設けられない内燃機関に本発
明にかかる制御装置を適用することができる。

【００６０】・上記実施の形態では、アクチュエータ３
２を通じてウェイストゲートバルブ３３を開くことで、
自身の回転速度が低下されるターボチャージャ４が搭載
された内燃機関１に本発明にかかる制御装置を適用する
ようにした。これに代えて、タービンホイールに吹き付
けられる排気ガスの流速を調節することで、自身の回転
速度が低下されるターボチャージャが搭載された内燃機
関に本発明にかかる制御装置を適用するようにしてもよ
い。

【００６１】・上記実施の形態では、ディーゼル機関に
本発明にかかる制御装置を適用するようにしたが、ガソ
リン機関に本発明にかかる制御装置を適用するようにし
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる内燃機関の制御装置の一実施の
形態についてその概略構成を示すブロック図。

【図２】内燃機関の制御処理についてその処理手順を示
すフローチャート。

【図３】吸気絞り弁を通過する吸気の圧力損失の特性を
示すグラフ。

【図４】インタークーラ上流温度の特性を示すグラフ。

【図５】インタークーラを通過する吸気の圧力損失の特
性を示すグラフ。

【図６】ターボチャージャの回転速度の特性を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…吸気通路、３…排気通路、４…ター
ボチャージャ、１１…冷却ファン、２１…エアクリー
ナ、２２…インタークーラ、２３…吸気絞り弁、２４…
アクチュエータ、２５…インテークマニホールド、２６
ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…燃料噴射ノズル、２７…
燃料噴射機構、３１…バイパス通路、３２…アクチュエ
ータ、３３…ウェイストゲートバルブ、４１…タービン
ホイール、４２…コンプレッサインペラ、４３…シャフ
ト、５０…ＥＣＵ、５１…大気温センサ、５２…大気圧
センサ、５３…エアフローメータ、５４…弁開度セン
サ、５５…インマニ温度センサ、５６…インマニ圧力セ
ンサ、５７…車速センサ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターボチャージャの搭載された内燃機関を
   制御対象として前記ターボチャージャの回転速度に応じ
   た機関制御を実行する内燃機関の制御装置において、前
   記ターボチャージャのコンプレッサを通過する吸入空気
   量、及び同吸入空気の温度、及び前記コンプレッサの入
   口圧力、及び同コンプレッサの出口圧力に基づいて前記
   ターボチャージャの回転速度を演算する回転速度演算手
   段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関の制御装置におい
   て、前記内燃機関は、吸気通路に配されて同通路への吸
   入空気量を検出する吸気量センサと、大気の温度を検出
   する大気温センサと、大気の圧力を検出する大気圧セン
   サと、インテークマニホールドの近傍における管内圧力
   を検出する吸気管内圧力センサとを備え、前記回転速度
   演算手段は、前記吸気量センサの出力に基づいて前記コ
   ンプレッサを通過する吸入空気量Ｇａを推定し、前記大
   気温センサの出力に基づいて前記吸入空気の温度Ｔｔを
   推定し、前記大気圧センサの出力に基づいて前記コンプ
   レッサの入口圧力Ｐｉを推定し、前記吸気管内圧力セン
   サの出力に基づいて前記コンプレッサの出口圧力Ｐｏを
   推定するものであり、前記ターボチャージャの回転速度
   をＮとするとき、それら推定値Ｇａ，Ｔｔ，Ｐｉ，Ｐｏ
   による「Ｇａ√（Ｔｔ）／Ｐｉ」と「Ｐｏ／Ｐｉ」との
   関係に基づき定まる「Ｎ／√（Ｔｔ）」から同ターボチ
   ャージャの回転速度Ｎを算出することを特徴とする内燃
   機関の制御装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の内燃機関の制御装置におい
   て、前記内燃機関は、吸気通路における前記コンプレッ
   サの出口と前記吸気管内圧力センサの配設位置との間に
   同通路の圧力特性を変更する要素を備え、前記回転速度
   演算手段は、前記吸気管内圧力センサの出力に基づいて
   前記コンプレッサの出口圧力を推定するに際し、前記吸
   気量センサの出力、及び前記圧力特性を変更する要素内
   での圧力損失に基づいてその推定値Ｐｏを補正すること
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の内燃機関の制御装置におい
   て、 前記内燃機関は、前記インテークマニホールドの近傍に
   おける管内温度を検出する吸気管内温度センサを更に備
   え、 前記回転速度演算手段は、前記検出される管内温度の参
   照のもとに前記コンプレッサの出口圧力についての推定
   値Ｐｏを補正することを特徴とする内燃機関の制御装
   置。
5. 【請求項５】前記圧力特性を変更する要素が、前記内燃
   機関の燃焼室に至る吸入空気量を調量する吸気絞り弁で
   あり、前記回転速度演算手段は、前記検出される管内温
   度、及び該吸気絞り弁の開度に応じて異なる圧力損失特
   性に基づいて前記コンプレッサの出口圧力についての推
   定値Ｐｏを補正する請求項４記載の内燃機関の制御装
   置。
6. 【請求項６】前記圧力特性を変更する要素が、前記コン
   プレッサにより圧縮される吸入空気を冷却するインター
   クーラであり、前記回転速度演算手段は、前記検出され
   る管内温度、及び該インタークーラによる前記吸入空気
   の冷却度合いを加味して前記コンプレッサの出口圧力に
   ついての推定値Ｐｏを補正する請求項４記載の内燃機関
   の制御装置。
7. 【請求項７】前記圧力特性を変更する要素が、前記内燃
   機関の燃焼室に至る吸入空気量を調量する吸気絞り弁、
   及びこの吸気絞り弁の前段に設けられて前記コンプレッ
   サにより圧縮される吸入空気を冷却するインタークーラ
   であり、前記回転速度演算手段は、前記検出される管内
   温度、及び前記吸気絞り弁の開度に応じて異なる圧力損
   失特性に基づいて同吸気絞り弁上流の管内圧力を推定す
   るとともに、この推定した吸気絞り弁上流の管内圧力に
   前記検出される管内温度、及び前記インタークーラによ
   る前記吸入空気の冷却度合いを加味して前記コンプレッ
   サの出口圧力についての推定値Ｐｏを補正する請求項４
   記載の内燃機関の制御装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の内燃機関の制御装置におい
   て、 前記内燃機関は、吸気通路における前記大気圧センサの
   配設位置と前記コンプレッサの入口との間に同通路を通
   過する吸気を濾過するエアクリーナを更に備え、 前記回転速度演算手段は、前記大気圧センサの出力に基
   づいて前記コンプレッサの入口圧力を推定するに際し、
   前記吸気量センサの出力、及び前記エアクリーナ内での
   圧力損失に基づいてその推定値Ｐｉを補正することを特
   徴とする内燃機関の制御装置。
9. 【請求項９】前記吸気管内圧力センサの出力をＰｍ、前
   記検出される管内温度をＴｍ、前記吸気絞り弁による圧
   力損失をΔＰｓ、同吸気絞り弁上流の管内圧力をＰｓ、
   前記インタークーラによる圧力損失をΔＰｏとすると
   き、 前記回転速度演算手段は、前記コンプレッサを通過する
   吸入空気量の推定値Ｇａ、前記検出される管内温度Ｔ
   ｍ、及び前記吸気絞り弁上流の管内圧力Ｐｓによる「Ｇ
   ａ√（Ｔｍ）／Ｐｓ」と前記吸気絞り弁による圧力損失
   ΔＰｓとの関係、及び次式 Ｐｓ＝Ｐｍ＋ΔＰｓ に基づいて前記吸気絞り弁上流の管内圧力Ｐｓを求め、
   且つ、前記吸入空気の温度の推定値Ｔｔ、前記検出され
   る管内温度Ｔｍ、及びインタークーラの冷却度合いに基
   づいて、同インタークーラ上流の管内温度である前記コ
   ンプレッサの出口温度をＴｏとして求めるとともに、前
   記コンプレッサを通過する吸入空気量の推定値Ｇａ、こ
   の求めたコンプレッサの出口温度Ｔｏ、及び前記コンプ
   レッサの出口圧力の推定値Ｐｏによる「Ｇａ√（Ｔｏ）
   ／Ｐｏ」と前記インタークーラによる圧力損失ΔＰｏと
   の関係、及び次式 Ｐｏ＝Ｐｓ＋ΔＰｏ に基づいて前記コンプレッサの出口圧力Ｐｏを求め、そ
   の後、前記コンプレッサを通過する吸入空気量の推定値
   Ｇａ、前記吸入空気の温度の推定値Ｔｔ、及び前記コン
   プレッサの入口圧力の推定値Ｐｉによる「Ｇａ√（Ｔ
   ｔ）／Ｐｉ」と前記コンプレッサにおける出口圧力と入
   口圧力との各推定値の比である「Ｐｏ／Ｐｉ」との関係
   に基づき定まる「Ｎ／√（Ｔｔ）」から、前記ターボチ
   ャージャの回転速度Ｎを算出する請求項８記載の内燃機
   関の制御装置。