JP2008510094A - ターボチャージャ速度の判定技法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャの回転速度を精度高く推定または合成するシステムを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態は、ターボチャージャを有する内燃エンジンを含む。ターボチャージャは、エンジンの吸気口側に結合されている出口を有するコンプレッサと、エンジンの排気マニフォールドに結合されているタービンとを含む。エンジン速度と、コンプレッサの入口およびブースト圧力間の比率とから、ターボチャージャの速度推定値を判定する。更に、コンプレッサのブースト圧力の経時的変動の関数として、ターボチャージャ速度推定値を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジンに関し、更に特定すれば、ターボチャージャを備えた内燃エンジンの動作に関するが、これのみに限定するのではない。

ターボチャージャは、内燃エンジンの燃焼室に入る吸入空気を加圧することによって、エンジンの効率および動力出力を増大するための周知のデバイスである。一般に、吸入空気を加圧すると、吸気中にエンジンの燃焼室に入る空気量が増大し、望ましい空燃費での燃料装荷を確立する際に利用できる燃料が増大する。通例、ターボチャージャが付いていない同様のエンジンと比較すると、エンジントルクおよび動力が増大する結果となる。

ターボチャージャ付きエンジンでは、エンジンの排気マニフォールドが、排気導管を通じてターボチャージャの回転可能なタービンと流体連通しており、この導管を排気ガスが通過することによって、排気ガスの圧力および流速によって決定されるレートで、タービンが回転する。ターボチャージャのコンプレッサが機械的にタービンに結合されている。コンプレッサは、タービンが回転すると、タービンによって回転可能に駆動される。コンプレッサの入口は、新鮮な大気を受け入れ、コンプレッサの出口は、吸気導管を通じて、エンジンの吸気マニフォールドと流体連通している。コンプレッサの回転は、エンジンに供給される吸入空気の量を増大させ、その結果圧力が上昇する。これを「ブースト圧力」(boost pressure)と呼ぶことが多い。

このようなターボチャージャ付きエンジンにおいて、排気ガス環流（ＥＧＲ）システムが実装されており、ＥＧＲ導管を通じて排気マニフォールドから吸気マニフォールドへの排気ガス量を制御するようにしている。ＥＧＲ導管における正方向のＥＧＲ流を維持するために、排気導管における圧力を吸気導管における圧力よりも高いレベルに維持し、ＥＧＲに基づくエンジンにおけるターボチャージャは、ＥＧＲのないエンジンよりも高い回転数で動作するのが通例である。いずれの場合でも、ターボチャージャの回転数が精確に分かっていることが、特に、ＥＧＲを有するターボチャージャ付きエンジンが、正方向のＥＧＲ流を確保しつつ、安全な動作限度以内にターボチャージャの速度を維持するためには、望ましいことが多い。

ターボチャージャ速度センサの実装が実用的でない場合、費用が法外にかかる場合、および／または冗長な即ち「バックアップ」ターボチャージャ速度情報が望まれる場合、ターボチャージャの回転速度を精度高く推定または合成するシステムが必要となる。したがって、この技術分野では、一層の貢献が望まれている。

本発明の一実施形態では、ターボチャージャの速度を判定するための独自の技法を提供する。他の実施形態では、ターボチャージャの速度を判定するための独自の方法、システム、および装置を提供する。

更に別の実施形態は、入口および出口を含むコンプレッサを備えたターボチャージャを有する内燃エンジンの速度を検知することを含む。この出口は、エンジンの吸気口に結合されている。この実施形態は、更に、コンプレッサの入口圧力およびブースト圧力を検知し、内燃エンジンの速度、入口圧力、およびブースト圧力から、ターボチャージャの速度に対応する値を判定することを含む。ターボチャージャの速度を表すために、ブースト圧力の経時変化の関数として値を精密化する。

別の実施形態は、エンジンの吸気口に結合されている出口を有するコンプレッサを含むターボチャージャを含む内燃エンジンを設け、エンジンの速度と、コンプレッサに対する圧力比とから、ターボチャージャの速度推定値を判定し、コンプレッサブースト圧力の経時的変動の関数として、ターボチャージャ速度推定値を調節することを含む。

更に別の実施形態は、内燃エンジンと、エンジン速度を表す第１信号を供給するように動作可能な速度センサと、入口およびエンジンの吸気口に結合されている出口を有するコンプレッサを含むターボチャージャと、コンプレッサの入口圧力を表す第２信号と、コンプレッサの出口圧力を表す第３信号とを供給するように動作可能な圧力検知装置と、第１信号、第２信号、および第３信号に応答して、エンジン速度と圧力比の関数として値を判定するコントローラとを備えている。圧力比は入口圧力と出口圧力との間で取る。コントローラは、更に、ターボチャージャ速度を表す第４信号を供給するために、出口圧力の変動に基づいて値を調節するように動作可能である。

本発明のなおも別の実施形態は、ターボチャージャを含む内燃エンジンの速度を検知する手段を備えている。ターボチャージャのコンプレッサは、入口と、エンジンの吸気口に結合されている出口とを含む。この実施形態は、更に、内燃エンジンの速度をフィルタ処理する手段と、ターボチャージャ・コンプレッサの入口温度、入口圧力およびブースト圧力を検知する手段と、ブースト圧力をフィルタ処理する手段と、内燃エンジンの速度、入口圧力、およびブースト圧力から、未補正のターボチャージャ速度に対応する値を判定する手段と、温度補正したターボチャージャ速度に対応するために、前述の値を入口温度で補正する手段と、精密化したターボチャージャ速度を得るために、ブースト圧力の時間微分の関数として、前述の値を精密化する手段とを備えている。

本発明のこれらおよび更に別の実施形態、形式、特徴、目的、利点、便益、および態様は、ここに提示する詳細な説明および図面から明白となろう。

本発明の原理の理解を促進する目的のために、これより、図面に示す実施形態を引用し、これを説明するために具体的な言葉を用いることとする。しかしながら、これによって本発明の範囲を限定することを意図していないことは理解されるべきである。記載する実施形態、および本発明の更に別の応用のいずれにおいても、本発明が関係する技術における当業者には通常に想起されるようないずれの変更および更なる修正も想定しているものとする。

これより図１を参照すると、本発明の一実施形態のエンジン・システム１０が示されている。システム１０は、内燃エンジン１２と、ターボチャージャ１８とを含む。ターボチャージャ１８は、コンプレッサ１６とタービン２６とを含む。エンジン１２は、圧縮空気導管２０を通じてコンプレッサ１６の出口１５に流体結合している吸気マニフォールド１４を含む。コンプレッサ１６は、吸気導管２２に結合されここから新鮮な空気を受け入れるコンプレッサ入口１７を含む。任意に、既知の構造の吸入空気冷却器を、ターボチャージャのコンプレッサ１６と吸気マニフォールド１４との間に、導管２０内に設けることができる（図示せず）。ターボチャージャのコンプレッサ１６は、駆動カップリング２５を介してタービン２６に機械的に結合されており、タービン２６は、排気導管３０を通じてエンジン１２の排気マニフォールド２８に流体結合されているタービン入口２７を含み、更に、排気導管３２を通じて外気(ambient)に流体結合されているタービン出口２９も含む。ＥＧＲバルブ３６が、ＥＧＲ導管３４内に配されている。導管３４は、導管２０および排気導管３０と流体連通している。任意に、既知の構造のＥＧＲ冷却器を、ＥＧＲ弁３６と導管２０との間のＥＧＲ導管３４内に設けることができる（図示せず）。

一形態において、エンジン１２は、従来からの様々な四行程往復ピストン型の１つである。しかしながら、往復ピストンに基づくエンジンの代わりに、ロータに基づくエンジンも、本発明の代替実施形態において利用することもできる。また、他の実施形態では、二サイクル・シーケンスのような、動作サイクルの数が異なるエンジンを利用することもできる。カップリング２５は、回転可能な駆動軸、プーリーおよびベルト構成、相互噛合ギアの形態、これらの組み合わせ、および／または当業者に想起されるような、タービン２６でコンプレッサ１６を駆動する同様のその他の構成とすればよい。

システム１０は、コントローラ４０を含み、コントローラ４０は、コンピュータを基礎とし、エンジン１２の動作全体を制御および管理するように総合的な動作が可能である。コントローラ４０は、メモリ４５と、エンジン１２に結合されている種々のセンサおよびシステムとインターフェースするための多数の入力および出力とを含む。コントローラ４０は、ディジタル回路、アナログ回路、またはこれらの組み合わせに基づく１つ以上の構成要素の形態で設けることができ、および／またはＲＩＳＣ、ＣＩＳＣまたはその他の様々な中央演算装置（ＣＰＵ）、算術論理ユニット（ＡＬＵ）等の１つ以上に基づくことができる。多数の構成要素から成る形態では、このような構成要素は、単一ユニット内に統合することができ、あるいは互いに対して離れて位置付けることができる。コントローラ４０は、一実施形態では、既知の制御ユニットであり、電子またはエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）、電子またはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）等と呼ばれることもある。あるいは、以下で更に説明するように動作することができる汎用制御回路としてもよい。コントローラ４０は、電源、信号コンディショナ、フィルタ、リミッタ、フォーマット変換器（アナログ／ディジタルおよび／またはディジタル／アナログ型のような）、入力／出力コントローラ、通信ポート、オペレータ入力／出力デバイス等のような、当業者であれば想起するような、所望の支援構成要素を含む。メモリ４５は、様々な電子、光学、および／または電磁型を含むがこれらには限定されない１種類以上から成ることができ、および／または揮発性、不揮発性、またはこれらの組み合わせとすることができる。

コントローラ４０は、好ましくは、１つ以上の制御ルーチンを遂行する動作ロジックを実行する。これについては、以下で更に詳しく説明する。このようなロジックは、ソフトウェアまたはファームウェア・プログラミング命令、専用ハードウェア（非同期状態機械または非同期機械のような）、制御命令および／直接コントローラ動作を行うようにエンコードされている１つ以上の信号、あるいはこれらの組み合わせの形態とすることができ、他にも例をあげることができる。一形態では、コントローラ動作ロジックは、多数のエンジンおよび／またはターボチャージャ動作状態センサからの入力信号に基づいてターボチャージャの速度推定値を判定する制御ルーチンを部分的または完全に実行するように構成されている。これについては、図３および図４に関連付けて更に詳しく説明する。

コントローラ４０は、システム１０と関連する種々のセンサまたは検知サブシステムからの信号を受ける多数の入力を含む。例えば、システム１０は温度センサ５０を含む。温度センサ４０は、吸気導管２２と流体連通して設けられており、信号路５２を通じてコントローラ４０に電気的に接続されている。センサ５０は、既知の構造のものでよく、概略的には、信号路５２を通じてコンプレッサ入口温度信号（ＩＴ）を供給するように動作することができればよい。信号ＩＴは、コンプレッサ１６の外気入力入口１７の温度を示す（即ち、吸気導管２２に入る外気）。あるいは、センサ５０は、吸気導管２２と流体連通して設ける必要はなく、代わりに、導管２２に入ってくる新鮮な外気の温度を示す、信号経路５２上の信号を生成するためにシステム１０に対して都合の良い場所であれば、どこに配置してもよい。代替案の１つでは、ＩＴは、１つ以上の他のセンサおよび／または動作パラメータに基づいて、ときどきまたは常に合成またはそれ以外の方法で推定する。

システム１０は、更に、圧力検知装置６０も含む。装置６０は、圧力センサ６２ａおよび圧力センサ６２ｂを含み、それぞれ、信号路６４ａおよび６４ｂを通じてコントローラ４０に電気的に接続されている。センサ６２ａは、既知の構造とすればよく、概略的に、信号路６４ａ上にコンプレッサ入口圧力信号（ＩＰ）を生成するように動作可能である。圧力信号は、コンプレッサ１６の入口１７に入る外気（即ち、吸気導管２２に入る）の圧力を示す。本発明の趣旨では、センサ５４は吸気導管２２と流体連通して設けられる必要はなく、代わりに、センサ６２ａが導管２２に入る外気の圧力を示す信号を信号路６４ａ上に生成できる限りにおいて、システム１０に対して好都合な場所であればどこにでも配置可能であることは言うまでもない。圧力センサ６２ｂは、導管２０と流体連通して設けられ、信号路６４を通じてエンジン・コントローラ４０の入力（ＩＮ４）に電気的に接続されている。センサ６２ｂは、既知の構造とすればよく、概略的に、導管２０内部の圧力を示すコンプレッサ出口圧力信号（ＯＰ）を信号路６４ｂ上に生成するように動作可能である（また、コンプレッサ「ブースト」圧力またはコンプレッサ出口圧力と同一）。尚、コンプレッサ１６の出口圧力／ブースト圧力は、センサ６２ｂの導管２０に沿った位置には関係なく、センサ６２ｂによって供給することができるので、センサ６２ｂは、導管３４および／または吸入空気冷却器（図示せず）のような、コンプレッサ１６と吸気口１４との間で導管２０に流体結合することができる他のいずれの機器の上流でも下流でもよいことは認められよう。他の実施形態では、装置６０が含むセンサの数は前述よりも多くても少なくてもよく、および／または１つ以上の圧力信号は、ときとしてまたは常に、１つ以上の他のセンサおよび／または動作パラメータから合成またはそれ以外の方法で推定することができる。

システム１０は、更に、信号路６８を通じてコントローラ４０に電気的に接続されているエンジン速度センサ６６も含む。一実施形態では、センサ６６は、ホール効果型であり、エンジン１２と同期して回転するギアまたはトーンホイール上に形成されている多数の歯の各々の通過を検知するように動作可能である。あるいは、センサ６６は、可変リラクタンス・センサまたはその他の既知の速度センサであってもよく、いずれの場合でも、エンジン１２の回転速度を示す速度信号（ＥＳ）を信号路６８上に生成するように動作可能である。更に別の実施形態では、速度は、ときとしてまたは常に、１つ以上の他のセンサおよび／または動作パラメータに基づいて合成またはそれ以外の方法で推定することができる。

また、コントローラ４０は、エンジン１２および／またはシステム１０と関連する１つ上のエンジン制御機構を制御するために多数の出力も含む。例えば、コントローラ４０は、ターボチャージャのスワロー容量／効率を制御するために少なくとも１つの出力も含み、ここで、「ターボチャージャのスワロー容量／効率」という用語は、本発明の趣旨では、ターボチャージャ・タービン２６のガス流容量と定義する。例えば、図１に示すように、コントローラ４０は、信号路７０を通じて、ターボチャージャ・スワロー容量／効率制御機構７２に電気的に接続されており、ここで、ターボチャージャ・スワロー容量／効率制御機構７２は、１つ以上のターボチャージャ制御信号に応答して、ターボチャージャ１８のスワロー容量および／または効率を修正する。総じて、本発明は、コントローラ４０の指揮の下で、１つ以上の既知の制御機構７０を介して、ターボチャージャ１８のスワロー容量および／または効率を制御することを考慮する。このような制御機構の例には、限定ではなく、ターボチャージャ・タービン２６のジェオメトリを変化させる機構、排気ガスをターボチャージャ・タービン２６から選択的に偏向させるために導管３０および３２間に設けられたウェストゲート、ならびに導管３０および３２のいずれかを通過する排気ガスの流量を選択的に制御する排気スロットルの組み合わせが含まれる。更に、コントローラ４０は、信号路７４を通じてＥＧＲバルブ３６に電気的に接続されている第２出力も含む。コントローラ４０は、既知の様式で、弁３６の通過断面積を制御して、そこを通過する循環排気ガスの流れを選択的に制御するように動作可能である。

従来のコンプレッサ流体力学に基づいて、以下の変数の内いずれか２つが与えられると、残りを一意に決定することができる。

ここで、MAFはターボチャージャ・コンプレッサ１６の入口１７に流入する空気の質量流量であり、ITはコンプレッサ１６に流入する空気の温度であり、IPはコンプレッサ１６に流入する空気の圧力であり、OPは導管２０内部の空気圧であり（即ち、ターボチャージャ・コンプレッサ１６の出口１５における）、したがって導管２０内における絶対ブースト圧力を表し、TSはターボチャージャ１８の回転速度であり、「SQRT()」は、二乗根演算子であり、括弧内のオペランドの二乗根を戻す。

上記の関係において、項TS/sqrt(IT)は、温度補正したターボチャージャの速度を示し、以後CTSで表すことにする。項OP/IPはコンプレッサの圧力比であり、以後PRで表すことにする。項MAF*sqrt(IT)/IPは、補正したコンプレッサ質量流量であり、以後CMAFで表すことにする。CTS、PR、およびCMAF間の関係は、所有者が本願と同一の米国特許第６，５３９，７１４号の図２に示すような形式のコンプレッサ・マップによって表すことができる。この特許の内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。このような関係から、温度補正ターボチャージャ回転数CTSは、式（１）にしたがって以下のように推定することができる。

したがって、吸気導管２２と流体連通して設けられている質量空気流センサを含む実施形態では、CTSは、PRおよびCMAFに対して測定した値の関数として直接導出することができる。しかしながら、このような質量空気流センサを福間ａ内システム１０の実施形態、および／または容認できない精度または精密度の吸気質量空気流センサまたはCMAF合成技法を含む実施形態では、CTSをPRおよびCMAFの関数として直接判定することは望ましくない場合がある。

また、温度補正ターボチャージャ速度CTSは、コンプレッサ圧力比PRの変化に対する方が、補正コンプレッサ質量流量CMAFに対するよりも感度が高い。現在のエンジン速度ESが分かれば、コンプレッサ圧力比（CR）の変動を一定の温度補正ターボチャージャ速度値（CTS）にマッピングすることができる。その結果、式（２）が得られる。

次いで、推定または合成したターボチャージャ速度(TS_E）は、以下のように、式（３）によって定められる。

図２は、補正前のターボチャージャ速度ＴＳ、コンプレッサ圧力比PR、およびエンジン速度ESの三次元プロット１１０を示し、図１に関して説明した形式のエンジン・システムの特性を表している。いずれの所与のPRおよびES対についても、プロット１１０は、一意に決定されるターボチャージャ速度値TSが存在することを示す。

図３は、制御ルーチン１２０をフローチャート形式で示す。ルーチン１２０は、ターボチャージャ回転速度を推定または合成するための手順の非限定的な一実施形態を提供する。ルーチン１２０は、図４の制御フロー図２２０に対応する。図４も合わせて説明する。ルーチン１２０は、コントローラ４０の動作ロジックにしたがって動作するシステム１０によって実施することができる。一形態では、ルーチン１２０は、メモリ４５に格納されたプログラミング命令として提供され、コントローラ４０によって既知の様式で実行される。別の実施形態では、ルーチン１２０は、異なるシステムおよび／または異なる動作ロジックでも実施される。

ルーチン１２０は、動作１２から開始する。動作１２２において、コンプレッサ入口圧力IPを、圧力センサ６２ａ（図１）が提供する情報によって決定し、更にコンプレッサ出口圧力OPを、圧力センサ６２ｂが提供する情報によって決定する。ルーチン１２０は動作１２４に進み、ここでコンプレッサ圧力比PRを、OPおよびIPの比として計算する。図４の制御フロー図２２０において、PR入力を入力２２４と指定する。尚、PRの逆数、既知の定数と乗算したPR、および／またはPRの相応しい関数を、しかるべき調整と共に用いることができることは認められよう。動作１２４は、「０による除算」という状況を回避するため、および／または、センサの故障によって生じ得るような、非現実的に低いPRを防止するために、IPをある値の範囲に強制することを含むことができる。

ルーチン１２０は、動作１２４から動作１２６に移る。動作１２６において、速度センサ６６が提供する情報から、エンジン回転数ESを判定する。これは、制御フロー図２２０の入力２２６に対応する。動作１２６から、ルーチンは動作１２８に進む。動作１２８において、ESをロー・パス・フィルタに受け渡し(submit)し、過渡を除去する。制御フロー図２２０では、フィルタ２２８は動作１２８に対応する。フィルタ２２８は、複素可変形態(T₁s+1)^-1で示されており、T₁はフィルタの時定数である。通例、フィルタ２２８は、離散ソフトウェア定義型のディジタル・フィルタとして実施する。

動作１２８から動作１３０に達し、ここで、センサ５０からの情報により温度ITを判定する。動作１３０は、制御フロー２２０の入力３０に対応する。動作１３０から、ルーチン１２０は動作１３２に進み、ここでターボチャージャ速度温度補正の実行のためにITを調節する。動作１３２では、ITの二乗根を計算し（制御フロー２２０の演算子２３２ａ）、変換係数０．０６を乗算して（制御フロー２２０の演算子２３２ｂ）温度補正係数TCF=0.06*(IT)^1/2を求める。演算子２３２ｂの変換係数は、６０秒／１０００ＲＰＭに対応し、異なる実施形態では様々に変化することもある。

ルーチン１２０は、動作１３２から動作１４０に達し、ここでPRおよびフィルタ処理後のESを入力として用い、図２のプロット１１０のような、三変数関係から未補正のTSを求める。これは、制御フロー図２２０における３−Ｄマップ演算子２４０によって表されている。本発明は、入力変数PRおよびESに基づいてTSを求めるために、動作１４０（３−Ｄマップ演算子２４０）を実行する技法を多数想定している。例えば、一実施形態では、プロット１１０におけるデータを、１つ以上のグラフィックまたは表形式でメモリ４５に格納することができる。この実施形態では、コントローラ４０は、TSを決定するために、PRおよびESの現在値をマッピングすることによって、動作１４０を実行するように動作可能である。PRおよびESの現在値がデータ点の間にある場合、既知の線形および／または非線形補間技法を用いて、推定値を得ればよい。

代替実施形態では、図２のプロット１１０の三次元関係は、メモリ４５内部に格納されている多項式によって表すことができ、この多項式は、TS以外の２つのパラメータの値が与えられると、TSについて解くことができる。例えば、図２のプロット１１０は平滑面を表し、したがって、以下のように式（４）による二次多項式としてモデル化することができる。

ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、およびｆは、モデル定数を表す。この実施形態では、コントローラ４０は、PRおよびESの現在値の関数として式（４）を解くことによって、ルーチン１２０の動作１４０を実行するように動作可能である。

更に別の代替実施形態では、図３の三次元プロット１１０は、既知の変数PRおよびESにしたがってTSのデータ点を当てはめるためのしかるべき表面として訓練された二入力ニューラル・ネットワークによってモデル化することができる。この実施形態では、コントローラ４０は、二入力ニューラル・ネットワークにしたがってTSを計算することによって、ルーチン１２０の動作１４０を実行するように動作可能である。

更に別の代替実施形態では、図２のプロット１１０は、以下の式にしたがって、PRについての二次多項式、およびESのスケーリング関数(scaling function)としてモデル化することができる。

ここで、項 (a+b*PR+c*PR²)は、二次PRモデルを表し、f(ES)は、エンジン回転数の現在値に依存する倍数であり、ａ、ｂ、およびｃはモデル定数を表す。この実施形態では、コントローラ４０は、TSについて式（５）を解くことによって、ルーチン１２０の動作１４０を実行するように動作可能である。更に別の形態では、これらの手法の組み合わせを用いて、動作１４０／演算子２４０を実施することもでき、いずれの３−Ｄデータでも、２つ以上の二次元テーブル、マップ等によって表すことができ、あるいは当業者に想起するような、異なる技法を利用することができる。

制御フロー図２２０の乗算器２４２は、TSからCTSを求めるために、その種々の形態のいずれかにおける、３−Ｄマップ演算子２４０の出力へのTCFの印加を表す。即ち、CTS=TS*TCF=TS*0.06*sqrt(IT)となる。乗算器２４２は、CTSを生成するための動作１４０に包含される。尚、変換係数０．０６を、代わりに、演算子２４０または２４２に組み込むこともできることを記しておく。あるいはまたは加えて、動作１４０および対応する演算子２４０は、ITの二乗根および適用可能な補正係数を考慮に入れることによって、TSの代わりに、入力PRおよびESに基づいて、CTSを出力として供給する標準的な技法を用いて構成することができる。一代替案では、PRおよびESと共に、ITを入力として扱い、四変数関係に基づいて、対応するCTS値を求める。四変数関係は、マップ、テーブル、多項式、あるいはその他の数式（複数の数式）、ニューラル・ネットワーク等として提供する。これら以外にも可能な例は多数ある。更に別の実施形態では、PRおよびESから時間の関数としてターボチャージャの速度を推定または合成するときに、入口温度を補正すること、あるいは温度を選択的にのみ補正することが望ましくない場合もある。

ルーチン１２０は、動作１４０から動作１５０に進む。動作１５０において、補正したターボチャージャ速度CTSを、出口圧力OPの関数として更に精密化する。OPは、制御フロー図２２０における入力２４４に対応する。一形態では、このOPの関数は、ロー・パス・フィルタ処理、および時間に関する一次導関数を求めることを含む。その結果をCTSと組み合わせて、精密化した出力を得る。制御フロー図２２０を参照すると、フィルタ処理および時間微分は、演算子２５０において、複素ラプラス変数の形式で、Ks(T₂s+1)と表されている。ここで、T₂は、OPのロー・パス・フィルタの時定数であり、ｋはOPに適用する定数である。通例、演算子２５０は、プログラミング命令によって、離散形式で実施される。加算演算子２５２は、演算子２５０からの精密化または調節係数を、演算子２４２から出力される補正ターボチャージャ速度CTSに換算することによって、精密化または調節係数を組み合わせる。演算子２５０および２５２は、ルーチン１２０の動作１５０において具体化されている。

尚、動作１２８および１５０（および対応して演算子２２８および２５０）によるフィルタ処理により、エンジン速度ESの急激な変化の間に発生する可能性があるスパイクや過渡による誤差の公算(likelihood)が低下することが分かっている。更に、動作１５０および演算子２５０において具体化されるような、ブースト圧力（OP）の時間微分成分は、急激なエンジン速度の変化の間に予測を頻繁に向上させる。何故なら、ブースト圧力は、通例、システムの調節を遅らせるからである。

ここで用いる場合、変数、基準、特性、数量(quantity)、量(amount)、値、定数、フラグ、データ、レコード、しきい値、限度、入力、出力、行列、コマンド、およびルックアップ・テーブルは、各々、一般に本発明の処理機器内における１つ以上の信号に対応する。尚、本発明に関連して記載する種々の機能ブロック、演算子、動作、段階、条件(conditional)、手順、しきい値、およびプロセスは、本発明の趣旨から逸脱することなく、当業者に想起し得るような、変形、再構成、交換、削除、二重化、組み合わせ、追加を行うことができることを想定している。

本明細書において引用した全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願の各々が、具体的かつ個々に、引用によって本願にも含まれ、その全体がこの中で明記されているかのように、この中で引用したことにより本願にも含まれるものとする。ここに記載するいずれの動作原理または発見も、以下に続く特許請求の範囲が定める本発明の範囲を、記述した原理または発見のいずれにも限定するように解釈してはならない。図面および前述の説明において本発明を詳細に図示し記載したが、これらは、その性質上限定的ではなく例示的に解釈すべきであり、好適な実施形態を示し記載したに過ぎず、既に記載または図示し、および／または特許請求の範囲に定める、発明の要旨に該当する全ての変更、修正、および均等物の保護を希望していることは言うまでもない。

図１は、本発明の一実施形態のエンジン・システムの線図である。 図２は、図１のシステムについて三次元関係を特徴付けるグラフである。 図３は、図１のシステムに実装することができるターボチャージャ速度推定ルーチンのフローチャートである。 図４は、図３のルーチンに対応する制御図である。

Claims (21)

1. 内燃エンジンの速度を検知するステップであって、前記エンジンが、コンプレッサを有するターボチャージャを含み、前記コンプレッサが入口および出口を含み、該出口が前記エンジンの吸気口に結合されている、ステップと、
   前記コンプレッサの入口圧力およびブースト圧力を検知するステップと、
   前記内燃エンジンの速度、前記入口圧力、および前記ブースト圧力から、ターボチャージャ速度に対応する値を判定するステップと、
   前記ターボチャージャ速度を表すために、前記ブースト圧力の経時変化の関数として前記値を精密化するステップと、
   を備えている、方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記コンプレッサの入口温度を検知するステップと、
   前記入口温度に基づいて前記値を補正するステップと、
   を含む、方法。
3. 請求項２記載の方法において、前記判定するステップは、前記入口圧力と前記ブースト圧力との間の比率を判定することを含む、方法。
4. 請求項１記載の方法であって、前記内燃エンジンの速度をフィルタ処理するステップを含む、方法。
5. 請求項１記載の方法において、前記精密化するステップは、前記ブースト圧力をフィルタ処理することを含む、方法。
6. 請求項５記載の方法において、前記関数は、前記ブースト圧力の時間微分に対応する、方法。
7. 請求項６記載の方法であって、
   前記コンプレッサの入口温度を検知するステップと、
   前記入口温度に基づいて前記値を補正するステップと、
   前記内燃エンジンの速度をフィルタ処理するステップと、
   前記入口圧力と前記ブースト圧力との間の比率にしたがって、前記判定するステップを実行するステップと、
   を含む、方法。
8. ターボチャージャを含む内燃エンジンを設けるステップであって、前記ターボチャージャが、前記エンジンの吸気口に結合されている出口を有するコンプレッサを含む、ステップと、
   前記エンジンの速度と、前記コンプレッサに対する圧力比とから、ターボチャージャの速度推定値を判定するステップと、
   コンプレッサブースト圧力の経時的変動の関数として、前記ターボチャージャ速度推定値を調節するステップと、
   を含む、方法。
9. 請求項８記載の方法であって、前記ターボチャージャの速度推定値を温度に対して補正するステップを含む、方法。
10. 請求項８記載の方法において、前記圧力比は、前記ブースト圧力とコンプレッサの入口圧力との間の比率である、方法。
11. 請求項８記載の方法において、前記関数は、ブースト圧力の時間微分に対応する、方法。
12. 請求項１１記載の方法において、前記ブースト圧力の時間微分は、離散時間領域関係によって表される、方法。
13. 請求項１２記載の方法であって、前記エンジンの速度および前記ブースト圧力をフィルタ処理するステップを含む、方法。
14. 内燃エンジンと、
    エンジン速度を表す第１信号を供給するように動作可能な速度センサと、
    入口および出口を有するコンプレッサを含むターボチャージャであって、前記出口が前記エンジンの吸気口に結合されている、ターボチャージャと、
    前記コンプレッサの入口圧力を表す第２信号と、前記コンプレッサの出口圧力を表す第３信号とを供給するように動作可能な、圧力検知装置と、
    前記第１信号、前記第２信号、および前記第３信号に応答して、前記エンジン速度と圧力比の関数として値を判定するコントローラであって、前記圧力比は前記入口圧力と前記出口圧力との間の比率であり、ターボチャージャ速度を表す第４信号を供給するために、前記出口圧力の経時変動に基づいて前記値を調節するように動作可能な、コントローラと、
    を備えている、システム。
15. 請求項１４記載のシステムであって、更に、コンプレッサ入口温度に対応する第５信号を供給するように動作可能な温度センサを備えている、システム。
16. 請求項１５記載のシステムにおいて、前記コントローラは、更に、前記入口温度にしたがって、前記値を温度に対して補正するように動作可能である、システム。
17. 請求項１４記載のシステムにおいて、前記コンプレッサ出口圧力の変動は、離散時間領域関係によって特徴付けられる、システム。
18. 請求項１４記載のシステムにおいて、前記ターボチャージャは、前記内燃エンジンの排気マニフォールドと流体連通するタービンを含む、システム。
19. 請求項１８記載のシステムであって、更に、排気ガスを再循環する手段を備えており、該再循環手段は、前記ターボチャージャ速度を表す前記第４信号に応答する、システム。
20. 請求項１４記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記エンジン速度と前記コンプレッサの出口圧力とをフィルタ処理する手段を含む、システム。
21. 内燃エンジンの速度を検知する手段であって、前記エンジンが、コンプレッサを有するターボチャージャを含み、前記コンプレッサが、入口と、前記エンジンの吸気口に結合されている出口とを含む、手段と、
    前記内燃エンジンの速度をフィルタ処理する手段と、
    前記ターボチャージャ・コンプレッサの入口温度、入口圧力およびブースト圧力を検知する手段と、
    前記ブースト圧力をフィルタ処理する手段と、
    前記内燃エンジンの速度、前記入口圧力、および前記ブースト圧力から、未補正のターボチャージャ速度に対応する値を判定する手段と、
    温度補正したターボチャージャ速度に対応するために、前記値を前記入口温度で補正する手段と、
    精密化したターボチャージャ速度を得るために、前記ブースト圧力の時間微分の関数として、前記値を精密化する手段と、
    を備えている、装置。

Images