JP4583038B2 - 過給機付き内燃機関の過給圧推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の過給圧を推定する過給機付き内燃機関の過給圧推定装置に関するものである。

従来より、車両に搭載される内燃機関においては、高出力化等を目的として、排気タービン式過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したものがある。この排気タービン式過給機の一般的な構成は、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンと吸気通路に設けたコンプレッサとを連結し、排出ガスの運動エネルギーで排気タービンを回転駆動することでコンプレッサを回転駆動して吸入空気を過給するようにしている。

このような過給機付き内燃機関の過給圧を制御する技術としては、例えば、特許文献１（特開平７−３３２０９７号公報）に記載されているように、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路にウェイストゲートバルブを設け、過給圧センサで検出した過給圧が目標過給圧に一致するようにウェイストゲートバルブの開度をフィードバック制御して排気タービンに供給される排出ガス量を制御することで、排気タービンとコンプレッサの回転速度を制御して過給圧を制御するようにしたものがある。

また、特許文献２（特許第２５２８３８４号公報）に記載されているように、過給機付き内燃機関において、過給圧センサで検出した過給圧に基づいてエアフローメータで検出した吸入空気量を補正することで、過給時の吸入空気量の検出精度を向上させるようにしたものがある。

また、特許文献３（特開２００２−１８０８８９号公報）に記載されているように、過給機付き内燃機関において、過給前の吸気温及び吸気圧（大気圧）と、過給圧センサで検出した過給圧とに基づいてマップ等を用いて過給後の吸気温を算出するようにしたものがある。
特開平７−３３２０９７号公報（第２頁等） 特許第２５２８３８４号公報（第１頁等） 特開２００２−１８０８８９号公報（第２頁等）

しかし、上記特許文献１〜３の技術では、過給圧センサの検出値に基づいて過給圧を制御したり、或は、過給圧センサの検出値に基づいて吸入空気量や吸気温を算出したりするため、過給圧センサの故障時や過給圧センサの検出精度が悪化する使用環境や運転条件下では、過給圧センサの検出値に基づいた制御や処理を禁止する必要があり、過給圧に基づいた制御や処理を実施できなくなるという欠点がある。また、過給圧センサを必ず設ける必要があり、部品点数が増大してコストアップするという欠点もある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、従来の過給圧センサを用いたシステムでは過給圧が検出不能又は検出精度悪化となるような条件下でも、過給圧を過給圧センサを用いずに精度良く推定することができて、過給圧に基づいた制御や処理を実施することができると共に、過給圧センサを省略して部品点数削減、低コスト化の要求も満たすことができる過給機付き内燃機関の過給圧推定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサをを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えた過給システムにおいて、吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量とウェイストゲートバルブの開度とに基づいて排気タービンに供給される排出ガス量（以下「タービン供給ガス量」という）を、ウェイストゲートバルブの開度が所定値以下であると判定された場合には、ウェイストゲートバルブの通過ガス量がゼロに設定され、当該開度が所定値より大きいと判断された場合には、この開度に基づいて、ウェイストゲートバルブの通過ガス量が算出され、このウェイストゲートバルブの通過ガス量を吸入空気量から減算することで算出するタービン供給ガス量算出手段により算出し、このタービン供給ガス量に基づいて過給機の過給圧の推定値（以下「推定過給圧」という）を過給圧推定手段により算出するようにしたものである。

一般に、内燃機関の吸入空気量と排出ガス量は、ほぼ等しくなる。また、ウェイストゲートバルブの開弁時に、排出ガスは、排気タービンに供給される経路と、排気タービンをバイパスしてウェイストゲートバルブを通過する経路とに分かれて流れるため、タービン供給ガス量（排気タービンに供給される排出ガス量）とウェイストゲートバルブ通過ガス量（排気タービンをバイパスする排出ガス量）との合計値が、ほぼ吸入空気量（排出ガス量）に相当する値となる。

吸入空気量＝タービン供給ガス量＋ウェイストゲートバルブ通過ガス量
この場合、ウェイストゲートバルブ通過ガス量は、ウェイストゲートバルブの開度に応じて変化するため、吸入空気量とウェイストゲートバルブの開度とを用いれば、タービン供給ガス量を精度良く算出することができる。このタービン供給ガス量に応じて排気タービンの回転速度（コンプレッサの回転速度）が変化して過給圧が変化するため、請求項１の過給圧推定方法によってタービン供給ガス量を用いて過給圧を精度良く推定することができる。これにより、従来の過給圧センサを用いたシステムでは過給圧が検出不能又は検出精度悪化となるような条件下でも、過給圧を過給圧センサを用いずに精度良く推定することができて、過給圧に基づいた制御や処理を実施することができる。しかも、過給圧センサを省略した構成とすることができるので、部品点数削減、低コスト化の要求も満たすことができる。

この場合、タービン供給ガス量から、直接、推定過給圧を算出するようにしても良いが、請求項２のように、タービン供給ガス量に基づいて排気タービンの回転速度を算出し、該排気タービンの回転速度に基づいて推定過給圧を算出するようにしても良い。このようにしても、推定過給圧をより精度良く算出することができる。

ところで、内燃機関の吸入空気量（排出ガス量）が急変する加速時や減速時等の過渡時には、タービン供給ガス量の変化に対して排気タービン回転速度の変化には、排気タービンのイナーシャ（慣性）による遅れが生じるため、タービン供給ガス量の変化に対して過給圧の変化には遅れが生じる。

このような特性を考慮して、請求項３のように、内燃機関の加速時又は減速時に吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量に基づいて排気タービンのイナーシャによる遅れ時定数を算出し、この遅れ時定数に基づいてタービン供給ガス量を補正するようにしても良い。このようにすれば、排気タービンのイナーシャによる排気タービン回転速度の遅れ（過給圧の遅れ）を考慮して補正したタービン供給ガス量に基づいて推定過給圧を精度良く算出することができ、加速時や減速時等の過渡時の推定過給圧の算出精度を向上させることができる。

また、請求項４のように、過給機で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラーを備えたシステムにおいては、内燃機関の運転状態に基づいてインタークーラーによる吸気圧力損失を算出し、この吸気圧力損失に基づいて推定過給圧を補正するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態に応じてインタークーラーによる吸気圧力損失が変化するのに対応して推定過給圧を補正することができ、推定過給圧を更に精度良く算出することができる。

また、過給状態からの減速時に過給圧が上昇することを防止するために、コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路にエアバイパスバルブを設け、減速時にエアバイパスバルブを開弁して過給圧を低下させる構成としたものがある。この構成のものは、請求項５のように、エアバイパスバルブの開度に基づいて推定過給圧を補正するようにしても良い。このようにすれば、エアバイパスバルブの開度に応じて過給圧が低下するのに対応して推定過給圧を補正することができ、エアバイパスバルブ開弁時の推定過給圧を精度良く算出することができる。

また、エアバイパスバルブの開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と過給圧との関係にずれが生じることがある。そこで、請求項６のように、排気タービンの回転速度に基づいて推定過給圧を算出する際に、エアバイパスバルブの作動状態に応じて排気タービンの回転速度と推定過給圧との関係を変更して推定過給圧を補正するようにしても良い。このようにすれば、エアバイパスバルブの開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と過給圧との関係がずれるのに対応して、排気タービンの回転速度と推定過給圧との関係を変更して推定過給圧を補正することができ、エアバイパスバルブの作動状態の影響を受けずに推定過給圧を精度良く算出することができる。

一般に、小排気量エンジンで排気エミッションを重視する場合には、排気系を１系統の排気通路で構成し、大排気量エンジンで出力を重視する場合には、排気系を複数系統の排気通路で構成して、各排気通路に対して、それぞれ過給システム（排気タービン、排気バイパス通路、ウェイストゲートバルブ等）を設けるようにしている。排気系を複数系統の排気通路で構成した場合、製造ばらつきや各気筒の吸気効率の違い等によって各排気通路の排出ガス量にばらつきが生じると、各排気通路のタービン供給ガス量にもばらつきが生じる。

そこで、請求項７のように、内燃機関の複数の気筒グループに対応して設けられた複数系統の排気通路に対して、それぞれ過給システムと排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを設け、各気筒グループ毎に空燃比センサで検出した排出ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように空燃比フィードバック補正量を算出し、吸入空気量とウェイストゲートバルブの開度と各気筒グループの空燃比フィードバック補正量とに基づいて各排気通路毎にタービン供給ガス量を算出するようにしても良い。

各気筒グループの空燃比フィードバック補正量は、各気筒グループの吸入空気量や排出ガス量を反映したパラメータであり、ひいては、各排気通路のタービン供給ガス量を反映したパラメータとなる。従って、各気筒グループの空燃比フィードバック補正量を用いて各排気通路のタービン供給ガス量を算出すれば、各排気通路のタービン供給ガス量にばらつきが生じた場合でも、各排気通路毎にタービン供給ガス量を精度良く算出することができる。これにより、各過給機毎に推定過給圧を算出して最終的な推定過給圧を精度良く算出することができる。

また、請求項８のように、内燃機関の運転状態（例えば、機関回転速度、要求トルク、冷却水温等）に基づいて目標過給圧を算出し、推定過給圧が目標過給圧に一致するようにウェイストゲートバルブの開度を制御するようにしても良い。このようにすれば、従来の過給圧センサを用いたシステムでは過給圧が検出不能又は検出精度悪化となるような条件下でも、タービン供給ガス量に基づいて精度良く算出した推定過給圧を用いて実過給圧を目標過給圧に制御することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、次の３つの実施例１〜３を用いて説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４（吸入空気量検出手段）が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられている。このサージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２（排気通路）には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。

また、エンジン１１には、排気タービン式過給機２５が搭載されている。この過給機２５は、排気管２２のうちの空燃比センサ２４と触媒２３との間に、排気タービン２６が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４とスロットルバルブ１５との間に、コンプレッサ２７が配置されている。過給機２５は、排気タービン２６とコンプレッサ２７とが連結され、排出ガスの運動エネルギーで排気タービン２６を回転駆動することでコンプレッサ２７を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

更に、吸気管１２には、コンプレッサ２７をバイパスする吸気バイパス通路２８が設けられ、この吸気バイパス通路２８の途中に、吸気バイパス通路２８を開閉するエアバイパスバルブ（以下「ＡＢＶ」と表記する）２９が設けられている。このＡＢＶ２９は、ＡＢＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＡＢＶ用ＶＳＶ」と表記する）３０を制御することでＡＢＶ２９の開度が制御されるようになっている。また、吸気管１２のうちのコンプレッサ２７とスロットルバルブ１５との間には、過給機２５で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラー（以下「ＩＣ」と表記する）３１が設けられている。

一方、排気管２２には、排気タービン２６をバイパスする排気バイパス通路３２が設けられ、この排気バイパス通路３２の途中に、排気バイパス通路３２を開閉するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」と表記する）３３が設けられている。このＷＧＶ３３は、ＷＧＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＷＧＶ用ＶＳＶ」と表記する）３４を制御してダイヤフラム式のアクチュエータ３５を制御することでＷＧＶ３３の開度が制御されるようになっている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３７が取り付けられている。このクランク角センサ３７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３８に入力される。このＥＣＵ３８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３８は、図２及び図３に示す過給圧制御用の各ルーチンを実行することで、推定過給圧（過給機２５で加圧された吸入空気圧の推定値）を算出し、その推定過給圧が目標過給圧に一致するようにＷＧＶ３３の開度をフィードバック制御して排気タービン２６に供給される排出ガス量を制御することで、排気タービン２６とコンプレッサ２７の回転を制御して過給圧を制御する。

その際、推定過給圧は、次のようにして算出する。一般に、エンジン１１の吸入空気量と排出ガス量は、ほぼ等しくなる。また、ＷＧＶ３３の開弁時に、排出ガスは、排気タービン２６に供給される経路と、排気タービン２６をバイパスしてＷＧＶ３３を通過する経路とに分かれて流れるため、タービン供給ガス量（排気タービン２６に供給される排出ガス量）とＷＧＶ通過ガス量（排気タービン２６をバイパスする排出ガス量）との合計値が、ほぼ吸入空気量（排出ガス量）に相当する値となる。

吸入空気量＝タービン供給ガス量＋ＷＧＶ通過ガス量
この場合、ＷＧＶ通過ガス量は、ＷＧＶ３３の開度に応じて変化するため、ＥＣＵ３８は、ＷＧＶ３３の開度に応じてＷＧＶ通過ガス量を算出し、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（排出ガス量）からＷＧＶ通過ガス量を差し引いてタービン供給ガス量を求める。

タービン供給ガス量＝吸入空気量−ＷＧＶ通過ガス量
このタービン供給ガス量に応じて排気タービン２６の回転速度とコンプレッサ２７の回転速度が変化して過給圧が変化するため、ＥＣＵ３８は、タービン供給ガス量を用いて排気タービン回転速度を算出して、この排気タービン回転速度を用いて推定過給圧を算出する。

以下、ＥＣＵ３８が実行する図２及び図３に示す過給圧制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［過給圧ＦＢ制御ルーチン］
図２に示す過給圧ＦＢ制御ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう過給圧制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、図示しない目標過給圧算出ルーチンを実行することで、図４に示す目標過給圧のマップ又は数式等を用いて、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、要求トルク、冷却水温等）に応じた目標過給圧を算出する。

この後、ステップ１０２に進み、後述する図３に示す過給圧推定ルーチンを実行することで、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量とＷＧＶ３３の開度とに基づいて推定過給圧を算出する。

この後、ステップ１０３に進み、目標過給圧と推定過給圧との偏差ΔＰを算出した後、ステップ１０４に進み、目標過給圧と推定過給圧との偏差ΔＰの絶対値が所定値よりも大きいか否かを判定する。

その結果、目標過給圧と推定過給圧との偏差ΔＰの絶対値が所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ１０５に進み、図示しないフィードバック制御ルーチンを実行することで、目標過給圧と推定過給圧との偏差ΔＰに基づいてフィードバック補正量（以下「ＦＢ補正量」と表記する）を算出し、このＦＢ補正量を用いて推定過給圧が目標過給圧に一致するようにＷＧＶ３３の開度をフィードバック制御（以下「ＦＢ制御と表記する）してタービン供給ガス量を制御することで、排気タービン２６の回転速度（コンプレッサ２７の回転速度）を制御して過給圧を制御する。

一方、上記ステップ１０４で、目標過給圧と推定過給圧との偏差ΔＰの絶対値が所定値以下であると判定された場合には、実過給圧が目標過給圧付近に制御されていると判断して、ステップ１０６に進み、ＦＢ補正量を０に設定する。この場合、ＷＧＶ３３の開度が、そのまま保持される。

［過給圧推定ルーチン］
次に、図２の過給圧ＦＢ制御ルーチンのステップ１０２で実行される図３に示す過給圧推定ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量を読み込んだ後、ステップ２０２に進み、ＷＧＶ３３の開度を読み込む。この際、ＷＧＶ３３の開度の代用情報として、例えばＷＧＶ用ＶＳＶ３４の制御デューティ値等を読み込むようにしても良い。

この後、ステップ２０３に進み、ＷＧＶ３３の開度が所定値よりも大きいか否かを判定する。その結果、ＷＧＶ３３の開度が所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ２０４に進み、図５に示すＷＧＶ通過ガス量のマップ又は数式等を用いて、ＷＧＶ３３の開度に応じたＷＧＶ通過ガス量を算出する。

一方、上記ステップ２０３で、ＷＧＶ３３の開度が所定値以下であると判定された場合には、ステップ２０５に進み、ＷＧＶ通過ガス量を０に設定する。

このようにしてＷＧＶ通過ガス量を設定した後、ステップ２０６に進み、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（排出ガス量）からＷＧＶ通過ガス量を差し引いてタービン供給ガス量を求める。
タービン供給ガス量＝吸入空気量−ＷＧＶ通過ガス量
このステップ２０６の処理が特許請求の範囲でいうタービン供給ガス量算出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ２０７に進み、図６に示す排気タービン回転速度のマップ又は数式等を用いて、タービン供給ガス量に応じた排気タービン回転速度を算出する。この後、ステップ２０８に進み、図７に示す推定過給圧のマップ又は数式等を用いて、排気タービン回転速度に応じた推定過給圧を算出する。これらのステップ２０７，２０８の処理が特許請求の範囲でいう過給圧推定手段としての役割を果たす。

尚、図３の過給圧推定ルーチンでは、タービン供給ガス量に応じて排気タービン回転速度を算出し、その排気タービン回転速度に応じて推定過給圧を算出するようにしたが、タービン供給ガス量をパラメータとする推定過給圧のマップ又は数式等を用いて、タービン供給ガス量から、直接、推定過給圧を算出するようにしても良い。

以上説明した本実施例１では、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度とに基づいてタービン供給ガス量を算出し、このタービン供給ガス量に基づいて推定過給圧を算出するようにしたので、従来の過給圧センサを用いたシステムでは過給圧が検出不能又は検出精度悪化となるような条件下でも、過給圧を過給圧センサを用いずに精度良く推定することができて、過給圧に基づいた制御や処理を実施することができる。しかも、過給圧センサを省略した構成とすることができるので、部品点数削減、低コスト化の要求も満たすことができる。

次に、図８乃至図１７を用いて本発明の実施例２を説明する。
図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、エンジン１１の吸入空気量（排出ガス量）が急変する加速時や減速時等の過渡時には、タービン供給ガス量の変化に対して排気タービン回転速度の変化には、排気タービン２６のイナーシャ（慣性）による遅れが生じるため、タービン供給ガス量の変化に対して過給圧の変化には、遅れが生じる。

また、図１７Ａに示すように、過給状態からの減速時に過給圧が上昇することを防止するために、減速時には、ＡＢＶ２９を開弁して過給圧を低下させるようにしている。
更に、図１７Ｂに示すように、ＡＢＶ２９の開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と過給圧との関係にずれが生じることがある。
また、エンジン運転状態に応じてＩＣ圧損（ＩＣ３１による吸気圧力損失）が変化するため、その分、過給圧も変化する。

上述した過給圧の特性を考慮して、ＥＣＵ３８は、図８乃至図１１に示す過給圧推定用の各ルーチンを実行することで、推定過給圧を算出する際に各種の補正を施して推定過給圧の算出精度を向上させるようにしている。

［過給圧推定ルーチン］
図８に示す過給圧推定ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度を読み込む（ステップ３０１、３０２）。この後、ＷＧＶ３３の開度が所定値よりも大きい場合には、ＷＧＶ３３の開度に応じたＷＧＶ通過ガス量を算出し、ＷＧＶ３３の開度が所定値以下の場合には、ＷＧＶ通過ガス量を０に設定する（ステップ３０３〜３０５）。

この後、ステップ３０６に進み、後述する図９に示すイナーシャ補正ルーチンを実行することで、排気タービン２６のイナーシャによる遅れ時定数Ｋに基づいて吸入空気量を補正する。次に、ステップ３０７に進み、後述する図１０に示すＡＢＶ補正ルーチンを実行することで、ＡＢＶ２９の開度に基づいて吸入空気量を補正する。

この後、ステップ３０８に進み、イナーシャ補正及びＡＢＶ補正を施した吸入空気量からＷＧＶ通過ガス量を差し引いてタービン供給ガス量を求める。
タービン供給ガス量＝吸入空気量−ＷＧＶ通過ガス量
この後、ステップ３０９に進み、タービン供給ガス量に応じた排気タービン回転速度を算出する。

この後、３１０に進み、ＡＢＶ２９が開弁しているか否かを判定し、ＡＢＶ２９が開弁していると判定された場合には、ステップ３１１に進み、図１２に破線で示すＡＢＶ開弁時の推定過給圧のマップ又は数式等を用いて、排気タービン回転速度に応じた推定過給圧を算出する。

一方、上記ステップ３１０で、ＡＢＶ２９が閉弁していると判定された場合には、ステップ３１２に進み、図１２に実線で示すＡＢＶ閉弁時の推定過給圧のマップ又は数式等を用いて、排気タービン回転速度に応じた推定過給圧を算出する。

このようにＡＢＶ２９の開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と推定過給圧との関係を規定するマップを変更して推定過給圧を算出した後、ステップ３１３に進み、後述する図１１に示すＩＣ圧損補正ルーチンを実行することで、ＩＣ圧損に応じて推定過給圧を補正する。

［イナーシャ補正ルーチン］
図８のステップ３０６で実行される図９に示すイナーシャ補正ルーチンでは、まず、ステップ４０１で、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量を読み込んだ後、ステップ４０２に進み、所定期間内の吸入空気変化量を算出する。

この後、ステップ４０３に進み、吸入空気変化量が所定値Ａ（＞０）よりも大きいか否かを判定する。その結果、吸入空気変化量が所定値Ａよりも大きいと判定された場合には、加速時であると判断して、ステップ４０４に進み、図１３に実線で示す加速時の遅れ時定数Ｋのマップ又は数式等を用いて、吸入空気量に応じた排気タービン２６のイナーシャによる遅れ時定数Ｋを算出する。

一方、上記ステップ４０３で、吸入空気変化量が所定値Ａ以下であると判定された場合には、ステップ４０５に進み、吸入空気変化量が所定値（−Ａ）よりも小さいか否かを判定する。その結果、吸入空気変化量が所定値（−Ａ）よりも小さいと判定された場合には、減速時であると判断して、ステップ４０６に進み、図１３に破線で示す減速時の遅れ時定数Ｋのマップ又は数式等を用いて、吸入空気量に応じた排気タービン２６のイナーシャによる遅れ時定数Ｋを算出する。

また、上記ステップ４０３で吸入空気変化量が所定値Ａ以下であると判定され、且つ、上記ステップ４０５で吸入空気変化量が所定値（−Ａ）以上であると判定された場合には、ほぼ定常状態であると判断して、ステップ４０７に進み、遅れ時定数Ｋを０に設定する。

このようにして遅れ時定数Ｋを設定した後、ステップ４０８に進み、遅れ時定数Ｋを用いて吸入空気量を次式より補正する。
Ｇａ＝Ｇａ(i) ＋Ｋ×｛Ｇａ(i) −Ｇａ(i-1) ｝
ここで、Ｇａは補正後の吸入空気量、Ｇａ(i) は今回の吸入空気量の検出値、Ｇａ(i-1) は前回の吸入空気量の検出値である。

これにより、排気タービン２６のイナーシャによる遅れ時定数Ｋに基づいて吸入空気量が補正されてタービン供給ガス量が補正される。

［ＡＢＶ補正ルーチン］
図８のステップ３０７で実行される図１０に示すＡＢＶ補正ルーチンでは、まず、ステップ５０１で、エンジン回転速度を読み込んだ後、ステップ５０２に進み、エンジン負荷（例えば、吸入空気量、スロットル開度等）を読み込む。

この後、ステップ５０３に進み、ＡＢＶ２９が開弁しているか否かを判定し、ＡＢＶ２９が開弁していると判定された場合には、ステップ５０４に進み、図１４に示すＡＢＶ通過空気量のマップ又は数式等を用いて、ＡＢＶ２９の開度とエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じたＡＢＶ通過空気量を算出する。ここで、図１４に示すＡＢＶ通過空気量のマップは、ＡＢＶ２９の開度に応じたＡＢＶ通過空気量が、エンジン回転速度とエンジン負荷毎に設定されている。

一方、上記ステップ５０３で、ＡＢＶ２９が閉弁していると判定された場合には、ステップ５０５に進み、ＡＢＶ通過空気量を０に設定する。
このようにしてＡＢＶ通過空気量を設定した後、ステップ５０６に進み、吸入空気量を読み込んだ後、ステップ５０７に進み、ＡＢＶ通過空気量を用いて吸入空気量を次式より補正する。
補正後の吸入空気量＝吸入空気量−ＡＢＶ通過空気量

これにより、ＡＢＶ２９の開度に応じて吸入空気量が補正されてタービン供給ガス量が補正されることで推定過給圧が補正される。

［ＩＣ圧損補正ルーチン］
図８のステップ３１３で実行される図１１に示すＩＣ圧損補正ルーチンでは、まず、ステップ６０１で、吸入空気量を読み込んだ後、ステップ６０２に進み、図１５に示すＩＣ圧損のマップ又は数式等を用いて、吸入空気量に応じたＩＣ圧損を算出する。

この後、ステップ６０３に進み、ＩＣ圧損を用いて推定過給圧を次式より補正する。
補正後の推定過給圧＝推定過給圧−ＩＣ圧損

以上説明した本実施例２では、加速時や減速時に排気タービン２６のイナーシャによる遅れ時定数Ｋを算出し、この遅れ時定数Ｋに基づいてタービン供給ガス量を補正するようにしたので、排気タービン２６のイナーシャによる排気タービン回転速度の遅れ（つまり、過給圧の遅れ）を考慮して補正したタービン供給ガス量に基づいて推定過給圧を精度良く算出することができ、加速時や減速時等の過渡時の推定過給圧の算出精度を向上させることができる。

尚、本実施例２では、遅れ時定数Ｋを用いて吸入空気量を補正することでタービン供給ガス量を補正するようにしたが、遅れ時定数Ｋを用いて、直接、タービン供給ガス量を補正しても良い。また、遅れ時定数Ｋを用いて、直接、排気タービン回転速度や推定過給圧を補正するようにしても良い。

また、本実施例２では、ＡＢＶ２９の開度に基づいて推定過給圧を補正するようにしたので、ＡＢＶ２９の開度に応じて過給圧が低下するのに対応して推定過給圧を補正することができ、ＡＢＶ２９開弁時の推定過給圧を精度良く算出することができる。

更に、本実施例２では、ＡＢＶ２９の開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と推定過給圧との関係を規定するマップを変更して推定過給圧を算出するようにしたので、ＡＢＶ２９の開弁時と閉弁時との間で、排気タービン回転速度と過給圧との関係がずれるのに対応して、排気タービン回転速度と推定過給圧との関係を変更して推定過給圧を補正することができ、ＡＢＶ２９の作動状態の影響を受けずに推定過給圧を精度良く算出することができる。

また、本実施例２では、エンジン運転状態（例えば吸入空気量）に基づいてＩＣ圧損（ＩＣ３１による吸気圧力損失）を算出し、このＩＣ圧損に応じて推定過給圧を補正するようにしたので、エンジン運転状態に応じてＩＣ圧損が変化するのに対応して推定過給圧を補正することができ、推定過給圧を更に精度良く算出することができる。

次に、図１８及び図１９を用いて本発明の実施例３を説明する。
図１８に示すように、本実施例３では、２つの気筒グループに対応して２系統の排気管３９（排気通路）が設けられ、各気筒グループの排気管３９に、それぞれ空燃比センサ２４が設けられている。また、エンジン１１には、２系統の排気管３９に対応して、２系統の排気タービン式過給機２５が搭載されている。各過給機２５は、２系統の排気管３９に、それぞれ排気タービン２６が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４とスロットルバルブ１５との間で２系統に分岐した分岐吸気管４０（吸気通路）に、それぞれコンプレッサ２７が配置されている。また、２系統の排気管３９には、それぞれ排気バイパス通路３２が設けられ、各排気バイパス通路３２に、それぞれＷＧＶ３３とアクチュエータ３５が設けられている。各ＷＧＶ３３とアクチュエータ３５は、共通のＷＧＶ用ＶＳＶ３４により制御されるようになっている。その他のシステム構成は、前記実施例１と同じである。

ＥＣＵ３８は、図示しない空燃比ＦＢ制御ルーチンを実行することで、空燃比フィードバック制御手段として機能し、各気筒グループ毎に空燃比センサ２４で検出した排出ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように空燃比ＦＢ補正量を算出する。

各気筒グループの空燃比ＦＢ補正量は、各気筒グループの吸入空気量（つまり、各排気管３９に排出される排出ガス量）を反映したパラメータであり、ひいては、各排気管３９のタービン供給ガス量を反映したパラメータとなる。

そこで、ＥＣＵ３８は、図１９に示す過給圧推定ルーチンを実行することで、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度と各気筒グループの空燃比ＦＢ補正量とに基づいて各排気管３９毎にタービン供給ガス量を算出し、それらのタービン供給ガス量に基づいて各過給機２５毎に推定過給圧を算出して、それらの推定過給圧の平均値を最終的な推定過給圧として求める。

以下、図１９に示す過給圧推定ルーチンの処理内容を説明する。尚、説明の便宜上、２つの気筒グループを、それぞれ「Ａグループ」、「Ｂグループ」と表記する。本ルーチンが起動されると、まず、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度を読み込む（ステップ７０１、７０２）。この後、ＷＧＶ３３の開度が所定値よりも大きい場合には、ＷＧＶ３３の開度に応じたＷＧＶ通過ガス量を算出し、ＷＧＶ３３の開度が所定値以下での場合には、ＷＧＶ通過ガス量を０に設定する（ステップ７０３〜７０５）。

この後、ステップ７０６に進み、Ａグループの空燃比ＦＢ補正量ＫＡとＢグループの空燃比ＦＢ補正量ＫＢを読み込んだ後、ステップ７０７〜７１２で、次のようにして各気筒グループの過給機２５毎に推定過給圧を算出する。

Ａグループの過給機２５による推定過給圧ＰＡを算出する場合には、まず、ステップ７０７で、吸入空気量（例えばエアフローメータ１４で検出した吸入空気量の１／２）とＷＧＶ通過ガス量とＡグループの空燃比ＦＢ補正量ＫＡとを用いて、Ａグループの排気管３９のタービン供給ガス量ＱＡを次式により算出する。

タービン供給ガス量ＱＡ＝吸入空気量−ＷＧＶ通過ガス量＋空燃比ＦＢ補正量ＫＡ
この後、ステップ７０８に進み、タービン供給ガス量ＱＡに応じた排気タービン回転速度ＶＡを算出した後、ステップ７０９に進み、排気タービン回転速度ＶＡに応じた推定過給圧ＰＡを算出する。

一方、Ｂグループの過給機２５による推定過給圧ＰＢを算出する場合には、まず、ステップ７１０で、吸入空気量（例えばエアフローメータ１４で検出した吸入空気量の１／２）とＷＧＶ通過ガス量とＢグループの空燃比ＦＢ補正量ＫＢとを用いて、Ｂグループの排気管３９のタービン供給ガス量ＱＢを次式により算出する。
タービン供給ガス量ＱＢ＝吸入空気量−ＷＧＶ通過ガス量＋空燃比ＦＢ補正量ＫＢ

この後、ステップ７１１に進み、タービン供給ガス量ＱＢに応じた排気タービン回転速度ＶＢを算出した後、ステップ７１２に進み、排気タービン回転速度ＶＢに応じた推定過給圧ＰＢを算出する。

このようにして、各過給機２５毎に推定過給圧ＰＡ，ＰＢを算出した後、ステップ７１３に進み、各過給機２５の推定過給圧ＰＡ，ＰＢの平均値を最終的な推定過給圧として求める。
推定過給圧＝（推定過給圧ＰＡ＋推定過給圧ＰＢ）／２

以上説明した本実施例３では、各気筒グループの空燃比ＦＢ補正量を利用して各排気管３９毎にタービン供給ガス量を算出するようにしたので、各排気管３９のタービン供給ガス量にばらつきが生じた場合でも、各排気管３９毎にタービン供給ガス量を精度良く算出することができる。これにより、各過給機２５毎に推定過給圧を算出して最終的な推定過給圧を精度良く算出することができる。

尚、本実施例３では、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度とＡグループの空燃比ＦＢ補正量とを用いてＡグループのタービン供給ガス量を算出すると共に、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度とＢグループの空燃比ＦＢ補正量とを用いてＢグループのタービン供給ガス量を算出するようにしたが、吸入空気量とＷＧＶ３３の開度とに基づいて平均的なタービン供給ガス量を算出し、その平均的なタービン供給ガス量をＡグループの空燃比ＦＢ補正量で補正してＡグループのタービン供給ガス量を求めると共に、平均的なタービン供給ガス量をＢグループの空燃比ＦＢ補正量で補正してＢグループのタービン供給ガス量を求めるようにしても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の過給圧ＦＢ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の過給圧推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 目標過給圧のマップを概念的に示す図である。 ＷＧＶ通過ガス量のマップを概念的に示す図である。 排気タービン回転速度のマップを概念的に示す図である。 実施例１の推定過給圧のマップを概念的に示す図である。 実施例２の過給圧推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２のイナーシャ補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２のＡＢＶ補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２のＩＣ圧損補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の推定過給圧のマップを概念的に示す図である。 遅れ時定数のマップを概念的に示す図である。 ＡＢＶ通過空気量のマップを概念的に示す図である。 ＩＣ圧損のマップを概念的に示す図である。 加速時の過給圧の挙動を説明するためのタイムチャートである。 減速時の過給圧の挙動を説明するためのタイムチャートである。 ＡＢＶ開弁時の過給圧の挙動を示すタイムチャートである。 ＡＢＶ開弁時と閉弁時における排気タービン回転速度と過給圧との関係を示す特性図である。 実施例３におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例３の過給圧推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１４…エアフローメータ（吸入空気量検出手段）、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管（排気通路）、２４…空燃比センサ、２５…過給機、２６…排気タービン、２７…コンプレッサ、２８…吸気バイパス通路、２９…ＡＢＶ（エアバイパスバルブ）、３１…ＩＣ（インタークーラー）、３２…排気バイパス通路、３３…ＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）、３８…ＥＣＵ（タービン供給ガス量算出手段，過給圧推定手段，過給圧制御手段，空燃比フィードバック制御手段）、３９…排気管（排気通路）、４０…分岐吸気管（吸気通路）

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えた過給システムにおいて、
   内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量と前記ウェイストゲートバルブの開度とに基づいて前記排気タービンに供給される排出ガス量（以下「タービン供給ガス量」という）を算出するタービン供給ガス量算出手段であって、
   このタービン供給ガス量算出手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が所定値以下であると判定された場合には、前記ウェイストゲートバルブの通過ガス量がゼロに設定され、前記開度が所定値より大きいと判断された場合には、この開度に基づいて前記ウェイストゲートバルブの通過ガス量が算出され、このウェイストゲートバルブの通過ガス量を前記吸入空気量から減算することで、前記タービン供給ガス量を算出するタービン供給ガス量算出手段と、
   前記タービン供給ガス量に基づいて前記過給機の過給圧の推定値（以下「推定過給圧」という）を算出する過給圧推定手段と
   を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
2. 前記過給圧推定手段は、前記タービン供給ガス量に基づいて前記排気タービンの回転速度を算出し、該排気タービンの回転速度に基づいて前記推定過給圧を算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
3. 前記タービン供給ガス量算出手段は、内燃機関の加速時又は減速時に前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量に基づいて前記排気タービンのイナーシャによる遅れ時定数を算出し、この遅れ時定数に基づいて前記タービン供給ガス量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
4. 前記過給機で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラーを備え、
   前記過給圧推定手段は、内燃機関の運転状態に基づいて前記インタークーラーによる吸気圧力損失を算出し、この吸気圧力損失に基づいて前記推定過給圧を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
5. 前記コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブを備え、
   前記過給圧推定手段は、前記エアバイパスバルブの開度に基づいて前記推定過給圧を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
6. 前記コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブを備え、
   前記過給圧推定手段は、前記排気タービンの回転速度に基づいて前記推定過給圧を算出する際に、前記エアバイパスバルブの作動状態に応じて前記排気タービンの回転速度と前記推定過給圧との関係を変更して前記推定過給圧を補正することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
7. 内燃機関の複数の気筒グループに対応して設けられた複数系統の排気通路に対して、それぞれ前記過給システムと排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサとが設けられ、各気筒グループ毎に前記空燃比センサで検出した排出ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように空燃比フィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック制御手段を備え、
   前記タービン供給ガス量算出手段は、前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量と前記ウェイストゲートバルブの開度と各気筒グループの空燃比フィードバック補正量とに基づいて各排気通路毎に前記タービン供給ガス量を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
8. 内燃機関の運転状態に基づいて目標過給圧を算出し、前記推定過給圧が前記目標過給圧に一致するように前記ウェイストゲートバルブの開度を制御する過給圧制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の過給圧推定装置。
   

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