JP6381728B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス温度を精度良く算出し、タービン流量やウエストゲートバルブ開度のずれをなくし、出力目標値に精度よく制御することのできる内燃機関の制御装置を得る。【解決手段】熱効率演算部３１２は、内燃機関の熱効率の変化因子である、点火時期または、充填効率または、空燃比または、ＥＧＲ率のいずれかの組合せに基づいて熱効率を演算し、排気損失演算部３０１は、熱効率演算部で演算した熱効率と、排気損失の変化因子である、点火時期または、充填効率または、空燃比または、ＥＧＲ率のいずれかの組合せに基づいて排気損失を演算し、排気ポート温度演算部３０２は、排気損失に基づき、排気ポート部の排気ガス温度を演算する。【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関から排出される排気ガスの温度を推定する排気系の状態推定を行うことができる内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の出力を向上させること等を目的として、排気ガスでタービンを回転させることによって動作するターボチャージャを搭載した過給機付エンジンが知られている。

特許文献１は、エンジンの出力目標値に基づいて目標吸入空気量（目標充填効率にほぼ等しい）を算出し、目標吸入空気量およびエンジン回転速度に基づき目標過給圧を算出し、目標過給圧から目標タービン流量を算出し、排気ガス流量と目標タービン流量から目標ウエストゲートバルブ流量を算出して、ウエストゲートバルブ開度を制御することで、目標トルクになるように圧縮機駆動力を制御するものである。
目標ウエストゲートバルブ流量の算出には排気ガス温度が必要であるが、特許文献１では、排気ガス温度はメモリ内に記憶された充填効率と回転速度より参照するマップ値を用いている。

特許文献２は、吸気酸素濃度と燃料噴射時期の変化量から基準運転状態からの熱効率の変化量を算出し、基準運転状態の排気熱量と基準運転状態からの熱効率の変化量に基づいて排気温度を推定している。

特許５９６３９２７号公報 特開２０１５−０３１１７０号公報

特許文献１では、充填効率と回転速度より参照するマップから求めた排気ガス温度では、点火時期や空燃比にずれや変化があった場合の排気ガス温度の変化には対応できないため、排気ガス温度を用いて算出するタービン流量やウエストゲートバルブ開度がずれて、過給圧が過剰になってエンジンやターボチャージャを損傷させる原因になったり、過給圧が不足して走行性が悪化したり、過給圧不足を過剰なアクセル操作で補おうとして燃費が悪化するなどの問題が生じる。

また特許文献２では、基準運転状態からの熱効率の変化量に基づいて排気温度を推定しているため、冷却損失等の変化により熱効率と排気熱量の関係がずれると排気温度がずれるという問題が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排気損失を精度よく推定することで排気ガス温度を精度良く算出し、タービン流量やウエストゲートバルブ開度のずれをなくし、出力目標値に精度よく制御することのできる内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関の制御装置は、あらかじめ記憶されたエンジンの運転状態ごとの基本となる熱効率に対して、内燃機関の熱効率の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率による熱効率の変化で補正して熱効率を演算する熱効率演算部と、熱効率演算部で演算した熱効率と、排気損失の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率に基づいて排気損失を演算する排気損失演算部と、排気損失に基づき、排気ポート部の排気ガス温度を演算する排気ポート温度演算部を備えたものである。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、熱効率と、排気損失の変化に影響する因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率により排気損失を求めて排気ポート部の排気ガス温度を推定することにより、熱効率の変化による排気損失の変化が精度よく推定できるため、排気ポート部の排気ガス温度が精度よく推定でき、内燃機関やターボチャージャの損傷、走行性や燃費が悪化することが防止できる。

この発明の実施の形態１および実施の形態２による内燃機関の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成図である。 この発明の実施の形態１および実施の形態２による内燃機関の制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１および実施の形態２による内燃機関の制御装置の機能を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１による実測値と推定値の関係であり推定精度を表わすグラフを示す図である。 この発明の実施の形態１および実施の形態２による内燃機関の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかる内燃機関（以下、エンジンと称す）の吸排気系を示す構成図である。図１において、エンジン１のクランクには、その回転角に応じた電気信号を生成するためのクランク角センサ１１が取り付けられている。また、エンジン１の燃焼室の吸入口と排出口には、それぞれ、吸気路を形成する吸気管２と、排気路を形成する排気管７が接続されている。

吸気管２の上流側(エンジン１の反対側)には、取り込んだ外気を浄化するためのエアクリーナ３が取り付けられている。吸気管２のエアクリーナ３の下流側(エンジン１側)には、吸入空気流量に応じた電気信号を生成するエアフローセンサ１２と、吸入路内の吸入空気温度に応じた電気信号を生成する吸入空気温センサ（吸気温センサ)１３とが互いに一
体または別体に設けられている。なお、図１では、両センサ１２，１３が一体に構成された例を示す。また、吸気管２のエアクリーナ３の下流側(エンジン１側)には、大気圧に応じた電気信号を生成する大気圧センサ９が設けられている。

排気管７の上流側(エンジン１側)には、排気ガス浄化触媒２２が設けられている。排気管７の排気ガス浄化触媒２２の上流側(エンジン１側)には、燃焼された燃料と空気の割合に応じた電気信号を生成する空燃比センサ１６が設けられている。

また、吸気管２と排気管７にて構成される吸排気系統には、圧縮機（コンプレッサ）３
１とこの圧縮機３１と一体になって回転するタービン３２を備えている過給機(ターボチ
ャージャ)３６が設けられている。タービン３２は、排気管７の排気ガス浄化触媒２２よ
りも上流側に設けられていて、排気管７内を通流する排気ガスによって回転駆動されるようになっている。圧縮機３１は、吸気管２のエアクリーナ３の下流側に設けられている。この圧縮機３１は、タービン３２の回転に伴って回転駆動されることで、吸気路内の空気を圧縮するようになっている。

圧縮機３１の下流側には、主にアクセルオフ時に圧縮された過給圧が逆流してタービン３２が破損をしないよう吸気管２に圧縮空気量を分流させるためのエアバイパスバルブ３３が設けられている。エアバイパスバルブ３３の下流側には、インタークーラ３０が設けられている。インタークーラ３０の下流側には、エンジン１に送られる空気量を調整するためのスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４には、そのスロットル開度に応じた電気信号を生成するスロットルポジションセンサ１４が接続されている。また、スロットルバルブ４の上流側には、インタークーラ３０とスロットルバルブ４の間の空気圧に応じた電気信号を生成するスロットル上流圧力センサ３５が設けられている。

さらに、吸気管２の吸気路のスロットルバルブ４の下流側には、吸気脈動を解消するためのサージタンク５が設けられている。サージタンク５には、サージタンク５内の空気圧に応じた電気信号を生成するインレットマニホールド圧力センサ（以下インマニ圧センサ)１５と、サージタンク５内の吸入空気温度に応じた電気信号を生成するインマニ吸気温センサ６が設けられている。インレットマニホールド圧力(以下インマニ圧)Ｐｂを直接測定するインマニ圧センサ１５に代えて、他のセンサ情報からインマニ圧Ｐｂを推定しても良い。吸気ポート部の吸気温度を直接測定するインマニ吸気温センサ６に代えて、他のセンサ情報から吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎを推定しても良い。

吸気管２において、サージタンク５の下流のエンジン１側には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。なお、インジェクタ１７は、シリンダ８内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。

シリンダ８の頂部には、エンジン１に吸入された空気とインジェクタ１７から噴射された燃料とが混合して生成される可燃混合気に点火する点火プラグ１８と、点火プラグ１８に火花を飛ばすための電流を発生させる点火コイル１９とが設けられている。また、吸気路からシリンダ８内に導入される可燃混合気量を調節する吸気バルブ２０と、シリンダ８内からエンジンの排気路に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ２１が設けられている。

タービン３２の上流側には、高回転高負荷で過給圧が増加してもエンジンを破損しないよう、排気バイパス通路に排気ガスを分流させるためのウエストゲートバルブ３４が設けられている。
ウエストゲートバルブ３４を駆動するアクチュエータとしては、ダイアフラムにかかる圧力を制御する圧力式か、バルブ開度を直接指示する電動式のどちらを用いてもよい。

図１にはないが、吸気バルブの可変バルブタイミング機構（吸気ＶＶＴ）、排気バルブの可変バルブタイミング機構（排気ＶＶＴ）、ＥＧＲ（排気再循環）バルブが排ガス低減、燃費向上のための機構として備えられている。

図２は、この発明による内燃機関の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図２において、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ)１００は、センサ２００を構成して
いるクランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸入空気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、インマニ圧センサ１５、インマニ吸気温センサ６および空燃比セ
ンサ１６のそれぞれによって生成された電気信号を受ける。
それぞれ、クランク角センサの回転速度（エンジン回転速度ともいう）Ｎｅ、実計測空気流量Ｇｒ、吸入空気温Ｔ１、スロットル開度ＴＨ、インマニ圧Ｐｂまたは吸入空気圧、吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎ、空燃比ＡＦを示す。

また、ＥＣＵ１００は、ターボチャージャで必要となる大気圧センサ９、スロットル上流圧力センサ３５、およびその他の各種センサＳのそれぞれからも電気信号を受ける。この各種センサには、アクセル(図示せず)の操作量に応じた電気信号を生成するアクセルポジションセンサまたはアクセル開度センサや、エンジン１の燃焼制御用のセンサや車両の挙動制御用のセンサ(例えば、車速センサ、外気温センサ等)が含まれている。
それぞれ、大気圧Ｐ１、スロットル上流圧力Ｐ２、アクセル開度Ｄ、車速ＶＳＰ、外気温Ｔｏｕｔ等を示す。

さらに、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１１からの回転速度Ｎｅ、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｇｒ、スロットルポジションセンサ１４からのスロットル開度ＴＨ、インマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂ、空燃比センサ１６からの空燃比ＡＦ、大気圧センサ９からの大気圧Ｐ１、スロットル上流圧力センサ３５からのスロットル上流圧力Ｐ２、および、車両に設けられたアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ(各種センサＳ)からアクセル開度Ｄ、の各入力データに基づいて、エンジン１から発生した実トルクを推定した推定出力トルクＴＲＱ(図示せず)を算出するとともに、上記各センサからの入力データ、および他のコントローラＣ（例えば、トランスミッション制御、ブレーキ制御、トラクション制御、スタビリティ制御等）からのトルク要求値に基づいて、目標トルクＴＲＱｔ(図示せず)を算出する。

また、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ２１０を制御し、目標トルクＴＲＱｔを達成するように、空燃比ＡＦや各制御目標値（例えば、吸気や排気ＶＶＴ開度、ＥＧＲ（排気再循環）率、点火時期、等）を参照して、吸入空気流量の目標吸入空気流量Ｇａｔを達成するようにスロットルバルブ４のアクチュエータ（駆動部)４ａを駆動制御し、空燃比ＡＦ
の目標値を達成するようにインジェクタ１７のアクチュエータ（駆動部)１７ａを駆動制
御し、点火時期の目標値を達成するように点火コイル１９の駆動回路からなるアクチュエータ部(駆動部)１９ａを通電制御し、ウエストゲートバルブ開度の目標値を達成するようにウエストゲートバルブ３４のアクチュエータ（駆動部)３４ａを駆動制御する。また、ＥＣＵ１００は、これらのアクチュエータ以外の各種アクチュエータＡに対する目標値も算出して制御を行う。また、各種アクチュエータＡには、例えばラジエータファンを駆動および停止させる制御も行う。

ここで、ＥＣＵ１００は、演算処理を実行するＣＰＵ１１１と、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ１１２と、格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭ１１３とを有するマイクロプロセッサ１１０で構成されている。ＲＯＭとＲＡＭを含めて記憶部とする。

図３は、図２のＥＣＵ１００が持つ機能のうち、排気温度演算と空気量演算およびウエストゲートバルブ制御に関する機能を具体的に示すブロック図である。ＥＣＵ１００のＲＯＭ１１２には、排気温度演算部３００と、空気量演算部３１０と、ウエストゲートバルブ制御部３２０がソフトウェアとして記憶されている。
排気温度演算部３００は、排気損失演算部３０１と、排気ポート温度演算部３０２と、排気管変化温度演算部３０３と、排気ポート下流温度演算部３０４を含む。
空気量演算部３１０は、目標トルク演算部３１１と、熱効率演算部３１２と、目標シリンダ空気量演算部３１３を含む。
ウエストゲートバルブ制御部３２０は、目標インマニ圧演算部３２１と、目標スロットル
上流圧演算部３２２と、目標圧縮機駆動力演算部３２３と、目標タービン流量演算部３２４と、目標ウエストゲートバルブ開度演算部３２５を含む。

排気損失演算部３０１では、熱効率演算部３１２で演算した熱効率と、点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ等から排気損失を演算する。
排気ポート温度演算部３０２では、排気損失演算部３０１で演算した排気損失を用いて排気ポート部の排気ガス温度を演算する。
排気管変化温度演算部３０３では、排気ポート部から排気ポート下流部であるタービン上流部までの間に熱損失により変化する温度を演算する。
排気ポート下流温度演算部３０４では、排気ポート温度演算部３０２で演算した排気ポート部の排気ガス温度と、排気管変化温度演算部３０３で演算した変化温度から排気ポート下流部であるタービン上流部の排気ガス温度を演算する。

目標トルク演算部３１１では、運転者が操作するアクセル開度やトランスミッション等他のコントローラからの要求トルクに基づき、目標トルクを演算する。
熱効率演算部３１２では、エンジンの運転条件である点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ等により変化する熱効率を演算する。
目標シリンダ空気量演算部３１３では、目標トルク演算部３１１で演算した目標トルクと、熱効率演算部３１２で演算した熱効率に基づき、エンジンが目標トルクを発生するのに必要なシリンダ空気量を演算する。
目標インマニ圧演算部３２１では、目標シリンダ空気量をシリンダに導入するのに必要なインマニ圧を目標インマニ圧として演算する。
目標スロットル上流圧演算部３２２では、スロットルバルブでの圧損による圧力低下を考慮して目標インマニ圧を実現するのに必要な目標スロットル上流圧を演算する。
目標圧縮機駆動力演算部３２３では、圧縮機前後の圧力比と吸入空気量に基づいて目標圧縮機駆動力を演算する。
目標タービン流量演算部３２４では、目標圧縮機駆動力演算部３２３で演算した目標圧縮機駆動力と排気ポート下流温度演算部３０４で演算したタービン上流部の排気ガス温度を用いて目標タービン流量を演算する。
目標ウエストゲートバルブ開度演算部３２５では、排気流量と目標タービン流量から目標ウエストゲートバルブ流量を演算し、目標ウエストゲートバルブ流量と排気ポート下流温度演算部３０４で演算したタービン上流の排気ガス温度を用いて目標ウエストゲートバルブ開度を演算する。

熱効率と排気損失について補足する。
ガソリンが持つ全熱量の内、その熱量がどのように分配されるかを表したものが熱勘定である。
熱勘定の配分の内、エンジンの回転動力として有効に仕事をする分が熱効率であり、排気ガスの熱として廃棄される分が排気損失である。エンジンの冷却により失う熱量が冷却損失である。その他エンジンの内部摩擦や補機駆動により失われる熱量の機械損失等がある。

排気損失ηｅｘと吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎ、ガソリン発熱量Ｑ、ガソリン質量流量Ｇｆｕｅｌ、定圧比熱Ｃｐ、排気ガス流量Ｇｅｘから状態方程式に基づいた式（１）により、排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘが求められる。

よって、排気損失ηｅｘを精度よく推定することで、精度の高い排気ガス温度Ｔｅｘの演算が可能となる。

図４は、図３の熱効率演算部３１２と排気温度演算部３００をフローチャートに示したものである。以下、具体的に説明する。
ステップＳ４０１では、熱効率ηを演算する。熱効率ηはあらかじめ記憶されたエンジンの運転状態ごとの基本の定数項に対して、熱効率を変化させる影響因子である少なくとも点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを用いて熱効率の変化を例えばマップ値として記憶して補正することで求める。
ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、ＥＧＲバルブ流量から求めた外部ＥＧＲ率と、推定した吸排気効率から求めた内部ＥＧＲ率を加算したトータルＥＧＲ率である。

ステップＳ４０２では、式（２）にて、排気損失ηｅｘを演算する。

Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６は定数であり、エンジン機種に応じてあらかじめ様々な運転条件でエンジンパラメータを変化させた場合の実測の排気温度から求まる排気損失を、熱効率η、点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒから、重回帰分析により決定した値があらかじめ設定されている。
排気損失ηｅｘの演算に使用する独立変数は上記、熱効率η、点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒのみに限らず、排気温度から求まる実測の排気損失と、近似式で求める排気損失ηｅｘの誤差が小さくなるように、例えば、インマニ圧Ｐｂ等の独立変数を追加しても良い。また、例えば点火時期Ｉｇに対して排気温度から求まる実測の排気損失が２次曲線の傾向を示す場合には、点火時期Ｉｇの２乗項に変更したり２乗項を追加したりしても良い。

ステップＳ４０３では、排気損失ηｅｘから排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘを求める式（１）の内、この時点で未知数である、排気ガス温度Ｔｅｘと定圧比熱Ｃｐの２つを含む｛（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐ｝の値を既知数である排気損失ηｅｘ、ガソリン発熱量Ｑ、燃料供給量Ｇｆｕｅｌ、排気ガス流量Ｇｅｘを用いて式（３）で求める。

ガソリン発熱量Ｑは定数であり、４４０００［ｋＪ／ｋｇ］である。

燃料供給量Ｇｆｕｅｌは、エアフローセンサで計量した吸入空気量（実計測空気流量）Ｇｒからシリンダへの吸入遅れを考慮して求めたシリンダ空気量Ｇａｉｒと空燃比ＡＦから求める。
Ｇｆｕｅｌ＝Ｇａｉｒ／ＡＦ・・・・（４）
排気ガス流量Ｇｅｘは、シリンダ空気量Ｇａｉｒと燃料供給量Ｇｆｕｅｌから求める。
Ｇｅｘ＝Ｇａｉｒ＋Ｇｆｕｅｌ・・・（５）
排気ガス温度を演算するためには、エンジン排気行程での排気ガス流量Ｇｅｘと燃料供給量Ｇｆｕｅｌが必要であるが、シリンダ空気量Ｇａｉｒは吸気行程での計量値であるため、行程遅れを考慮して４気筒エンジンの場合は、３行程前の値を使用する。

ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３で求めた（Tｅｘ−Ｔｉｎ）×ＣｐからＭＡ
Ｐ１の値を参照する式（６）で、定圧比熱Ｃｐを求める。

定圧比熱Ｃｐと式（３）で求めた未知数のトータル値（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐの関係は、あらかじめ様々な運転条件でエンジンパラメータを変化させた場合の未知数のトータル値（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐと定圧比熱Ｃｐの関係を確認して設定したＭＡＰ１を参照して求める。
傾きａと切片ｂをあらかじめ定数として設定しておき、以下の算出式（７）で求めても良い。
Ｃｐ＝｛（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐ｝×ａ＋ｂ・・・・・（７）
定圧比熱Ｃｐは、排気ガス温度により変化するので、排気ガス温度Ｔｅｘが求められないと定圧比熱Ｃｐが求められないが、未知数のトータル値（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐを求めてから、未知数のトータル値（Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）×Ｃｐを用いて定圧比熱Ｃｐを式（６）または式（７）で求めるようにすれば、定圧比熱Ｃｐが求められる。

ステップＳ４０５では、排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘを以下の式（１）で求める。

吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎは、サージタンク５に装着されたインマニ吸気温センサ６で検出された値である。

図５は、排気損失ηｅｘと排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘの推定結果である。
図５（ａ）は、実測した排気ポート部の排気ガス温度から算出した排気損失に対する式（２）で求めた排気損失ηｅｘであり、強い相関を示す結果が得られることがわかる。
図５（ｂ）は、実測した排気ポート部の排気ガス温度に対する式（１）で求めた排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘであり、強い相関を示す結果が得られることがわかる。

ステップＳ４０６では、エンジンルーム内の排気管周辺温度Ｔｒｅｘを式（８）で求める。

車速ＶＳＰとラジエータファンの風速Ｒｆａｎの大きい方の値と、外気温Ｔｏｕｔから、あらかじめ設定したＭＡＰ２を参照して排気管周辺温度Ｔｒｅｘを求める。
車速ＶＳＰは車速センサ（図示なし）での検出値である。ラジエータファンの風速Ｒｆａｎはラジエータファン作動時の風速を定数として記憶している値であり、ラジエータファン作動時は定数値、非作動時は０を選択する。
外気温Ｔｏｕｔは外気温センサ（図示なし）での検出値である。
エンジンルーム内の排気管周辺温度Ｔｒｅｘは、排気管からの受熱と走行またはラジエータファン作動時のフロントグリルからの導入外気による放熱と拡散の影響を受けるため、あらかじめ実車にて計測したエンジンルーム内の排気管周辺温度をＭＡＰ２に設定しておき、参照する。

ステップＳ４０７では、排気管の温度効率ηtを式（９）で求める。

排気管の温度効率ηtとは、排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘが排気ポート下流部の
排気ガス温度Ｔ３に低下するまでの温度差（Ｔｅｘ−Ｔ３）と、排気ポート部の排気ガス
温度Ｔｅｘと排気管周辺温度Ｔｒｅｘの温度差（Ｔｅｘ−Ｔｒｅｘ）の比率（式（１０））である。

排気管の温度効率ηｔは、排気ガス流量Ｇｅｘとエンジン回転速度Ｎｅと相関があるため、あらかじめ実車にて、排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘ、排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３、エンジンルーム内の排気管周辺温度Ｔｒｅｘを計測した上で排気管の温度効率を求めてＭＡＰ３に設定しておく。

ステップＳ４０８では、排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３を式（１１）で求める。

ηｔ（Ｔｅｘ−Ｔｒｅｘ）が排気ポート部から排気ポート下流部までの排気管での変化温度となり、排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘから変化温度を減算することで、排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３を求める。

図４のステップＳ４０１は図３の熱効率演算部３１２、図４のステップＳ４０２は図３の排気損失演算部３０１、図４のステップＳ４０３からステップＳ４０５は図３の排気ポート温度演算部３０２、図４のステップＳ４０６からステップＳ４０７は図３の排気管変化温度演算部３０３、図４のステップＳ４０８は図３の排気ポート下流温度演算部３０４にそれぞれ対応する。

図６は、図３の目標トルク演算部３１１、目標シリンダ空気量演算部３１３、ウエストゲートバルブ制御部３２０をフローチャートに示したものである。以下、具体的に説明する。
ステップＳ６０１では、目標トルクＴＲＱｔを演算する。まず運転車が要求するトルクはアクセル操作量として検出できるため、エンジン回転速度Ｎｅと、アクセル開度Ｄとの関係をＭＡＰ８にあらかじめ設定しておき、式（１２）で要求トルクＴＲＱｄを求める。

トランスミッションコントローラがトランスミッション保護のために制限トルクを出力したり、他コントローラからもトルク要求値が出力されたりする場合には、要求トルクＴＲＱｄや制限トルク等に対して調停制御がなされて、調停後のトルクが目標トルクＴＲＱｔとなる。

ステップＳ６０２では、目標トルクＴＲＱｔから目標シリンダ空気量Ｇｃｔを演算する。
目標トルクＴＲＱｔ、１気筒当たりのシリンダ行程容積Ｖｃ、気筒数ｚ、１サイクル当たりの回転速度（４サイクルエンジンの場合はｉ＝２）から、式（１３）で目標図示平均有効圧Ｐｉｔを演算する。

目標図示平均有効圧Ｐｉｔ、空燃比ＡＦ、１気筒当たりのシリンダ行程容積Ｖｃ、熱効率η、ガソリン発熱量Ｑから、式（１４）で目標シリンダ空気量Ｇｃｔを演算する。

ステップＳ６０３では、目標インマニ圧Ｐｂｔを演算する。
目標シリンダ空気量Ｇｃｔ、空気ガス定数Ｒａ、吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎ、体積効率補正係数Ｋｖ、１気筒当たりのシリンダ行程容積Ｖｃから、式（１５）で目標インマニ圧Ｐｂｔを演算する。

体積効率補正係数Ｋｖは、シリンダ行程容積Ｖｃに対するシリンダに吸入されるインマニ内の空気体積の比率であり、エンジン回転速度Ｎｅと、充填効率Ｅｃとの関係をあらかじめＭＡＰ９に設定しておき、式（１６）で求める。

ステップＳ６０４では、目標スロットル上流圧Ｐ２ｔを演算する。
スロットル上流圧力センサ３５で検出したスロットル上流圧Ｐ２と、インマニ圧センサ１５で検出したインマニ圧Ｐｂの比を目標インマニ圧Ｐｂｔに乗算する式（１７）で、目標スロットル上流圧Ｐ２ｔを演算する。

ステップＳ６０５では、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを演算する。
質量保存則やポリトロープ変化を考慮して、目標シリンダ空気量Ｇｃｔ、圧縮機の断熱効率ηｃ、空気比熱比κａ、空気ガス定数Ｒａ、吸入空気温センサ１３で検出した吸入空気温Ｔ１，目標スロットル上流圧Ｐ２ｔ、大気圧センサ９で検出した大気圧Ｐ１から式（１８）で目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを演算する。

圧縮機の断熱効率ηｃは、圧縮機前後の圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１と目標シリンダ空気量Ｇｃｔから、ＭＡＰ１０を参照する式（１９）で求める。

ステップＳ６０６のタービン上流部の排気ガス温度である排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３の演算は、説明済の図４のフローチャートであり、ここでは説明を省略する。

ステップＳ６０７では、目標タービン流量Ｇｔｔを演算する。
質量保存則やポリトロープ変化を考慮して、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ、タービンの断熱効率ηｔ、排気ガス比熱比κｅｘ、排気ガスのガス定数Ｒｅｘ、排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３、タービン下流圧Ｐ４、タービン上流圧Ｐ３から式（２０）で目標タービン流量Ｇｔｔを演算する。

タービン下流圧Ｐ４は、タービン下流圧Ｐ４と、大気圧Ｐ１の比率（比率＝Ｐ４／Ｐ１）と相関のある排気流量Ｑｅｘとの関係をあらかじめＭＡＰ１１に設定しておき、ＭＡＰ１１を参照してタービン下流圧Ｐ４と、大気圧Ｐ１の比率ＰＲ４１を式（２１）で求めた後に、タービン下流圧Ｐ４と大気圧Ｐ１の比率ＰＲ４１に大気圧センサ９で検出した大気圧Ｐ１を乗算する式（２２）でタービン下流圧Ｐ４を求める。

タービン上流圧Ｐ３は、タービン上流圧Ｐ３と、タービン下流圧Ｐ４の比率（比率＝Ｐ３／Ｐ４）と相関のある目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとの関係をあらかじめＭＡＰ１２に設定しておき、ＭＡＰ１２を参照してタービン上流圧Ｐ３と、タービン下流圧Ｐ４の比率ＰＲ３４を式（２３）で求めた後に、タービン上流圧Ｐ３とタービン下流圧Ｐ４の比率ＰＲ３４に式（２１）で求めたタービン下流圧Ｐ４を乗算する式（２４）でタービン上流圧Ｐ３を求める。

タービン断熱効率ηｔは、タービン前後の圧力比Ｐ４／Ｐ３とタービン回転Ｎｔから、ＭＡＰ１３を参照する式（２５）で求める。

タービン回転Ｎｔは、圧縮機と同軸で回転しているため、圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１と目標シリンダ空気量ＧｃｔからＭＡＰ１４を参照する式（２６）で求める。

ステップＳ６０８では、目標ウエストゲートバルブ流量Ｇｗｇｔを演算する。
排気ガス流量Ｇｅｘと目標タービン流量Ｇｔｔの差分が目標ウエストゲートバルブ流量Ｇｗｇｔとなる。

ステップＳ６０９では、目標ウエストゲートバルブ開度Ｒｗｇｔを演算する。
まず、目標ウエストゲートバルブ流量Ｇｗｇｔを目標ウエストゲートバルブ開口面積Ｓｗｇｔに変換する。
ウエストゲートバルブを絞り弁としてエネルギー保存則、等エントロピ流れの関係式、音速の関係式および状態方程式より、下記式（２８）で導出する。

次に、目標ウエストゲートバルブ開口面積Ｓｗｇｔから、目標ウエストゲートバルブ開度Ｒｗｇｔを求める。
開口面積と開度があらかじめ設定されたＭＡＰ１５を用いて目標ウエストゲートバルブ開口面積Ｓｗｇｔから目標ウエストゲートバルブ開度Ｒｗｇｔを求める。

目標ウエストゲートバルブ開度Ｒｗｇｔに基づいて、ウエストゲートバルブ３４を駆動制御する。

図６のステップＳ６０１は図３の目標トルク演算部３１１、図６のステップＳ６０２は図３の目標シリンダ空気量演算部３１３、図６のステップＳ６０３は図３の目標インマニ圧演算部３２１、図６のステップＳ６０４は図３の目標スロットル上流圧演算部３２２、図６のステップＳ６０５は図３の目標圧縮機駆動力演算部３２３、図６のステップＳ６０６は図３の排気ポート下流温度演算部３０４、図６のステップＳ６０７は図３の目標タービン流量演算部３２４、図６のステップＳ６０８からステップＳ６０９は図３の目標ウエストゲートバルブ開度演算部３２５にそれぞれ対応する。

このように、熱効率と、排気損失の変化に影響する因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率のいずれかの組合せにより排気損失を求めて排気ポート部の排気ガス温度を推定することにより、熱効率の変化による排気損失の変化が精度よく推定できるため、排気ポート部の排気ガス温度が精度よく推定できる。

また、排気損失の変化に影響する因子を用いて重回帰分析を行い近似式の係数を求める
ことで、排気ポート部の排気ガス温度の推定精度を確保しつつ、設定工数を短縮することが可能となる。

また、排気ポート部から排気ポート下流部までの変化温度を推定し、排気ポート下流部の排気ガス温度を推定することで、排気ポート下流部であるタービン入口温度を精度よく推定できるため、過給圧制御精度が向上する。

更に、エンジンルーム内の排気管周りの温度を推定し、排気ガス温度と排気管回りの温度との熱伝達により排気ポート部から排気ポート下流部までの排気ガス温度の変化を推定するため、走行状態により排気管回りの温度変化があっても精度よく排気ポート下流部の排気ガス温度を推定することが可能となる。

ターボ非装着機種の場合は、排気ポート下流部は触媒入口部となるため、触媒温度の推定精度が向上する。

実施の形態２．
図７は、図３の排気温度演算部３００の他の処理方法をフローチャートに示したものである。以下、具体的に説明する。図４と同一ステップ番号の処理は、同一処理である。空気量演算部３１０、ウエストゲートバルブ制御部３２０は実施例１と同一処理であり、説明は省略する。

ステップＳ４０１では、熱効率ηを演算する。熱効率ηはあらかじめ記憶されたエンジンの運転状態ごとの基本の定数項に対して、熱効率を変化させる影響因子である少なくとも点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを用いて熱効率の変化を例えばマップ値として記憶して補正することで求める。
ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、ＥＧＲバルブ流量から求めた外部ＥＧＲ率と、推定した吸排気効率から求めた内部ＥＧＲ率を加算したトータルＥＧＲ率である。

ステップＳ７０１では、基準運転状態での熱効率ηｒｅｆを演算する。
基準運転状態で運転したときの熱効率をエンジン回転速度Ｎｅと充填効率ＥｃごとにＭＡＰ７にあらかじめ記憶した値を式（３０）で求める。

基準運転状態とは、点火時期、ＶＶＴ作動角、ＥＧＲバルブ開度、空燃比等が最適値に設定された状態での運転状態である。

ステップＳ７０２では、熱効率偏差Δηを演算する。
ステップＳ４０１で求めた熱効率ηとステップＳ７０１で求めた基準運転状態での熱効率ηｒｅｆの差分を熱効率偏差Δηとして式（３１）で求める。

ステップＳ７０３では、基準運転状態での排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘ_ｒｅｆ
を演算する。
基準運転状態で運転したときのエンジン回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃごとに計測した安定した排気温度をあらかじめＭＡＰ４に記憶した値を式（３２）で求める。

ステップＳ７０４では、基準運転状態での吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎ_ｒｅｆを演
算する。
基準運転状態で運転したときのエンジン回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃごとに計測したインマニ吸気温センサ６で検出した吸気ポート部の吸気温度をあらかじめＭＡＰ５に記憶した値を式（３３）で求める。

ステップＳ７０５では、基準運転状態での定圧比熱値Ｃｐ_ｒｅｆを演算する。
排気温度と関係がある定圧比熱をあらかじめＭＡＰ６に設定して、式（３２）で求めた基準運転状態での排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘ_ｒｅｆに応じた基準運転状態での定
圧比熱値Ｃｐ_ｒｅｆを式（３４）で求める。

ステップＳ７０６では、基準運転状態での排気損失ηｅｘ_ｒｅｆを演算する。
式（１）を排気温度から排気損失を求める式に変換した式（３５）を用いて基準運転状態での排気損失ηｅｘ_ｒｅｆを求める。

基準運転状態での排気ポート部の排気ガス温度Ｔｅｘ_ｒｅｆは、式（３２）で求めた
値である。
基準運転状態での吸気ポート部の吸気温度Ｔｉｎ_ｒｅｆは、式（３３）で求めた値であ
る。
基準運転状態での定圧比熱値Ｃｐ_ｒｅｆは、式（３４）で求めた値である。
ガソリン発熱量Ｑは定数であり、４４０００［ｋＪ／ｋｇ］である。
基準運転状態での燃料供給量Ｇｆｕｅｌ_ｒｅｆは、エアフローセンサで計量した吸入空
気量Ｇｒからシリンダへの吸入遅れを考慮して求めたシリンダ空気量Ｇａｉｒと基準運転状態での空燃比ＡＦｒｅｆから求める。
Ｇｆｕｅｌ_ｒｅｆ＝Ｇａｉｒ／ＡＦｒｅｆ・・・・・（３６）
基準運転状態での排気ガス流量Ｇｅｘ_ｒｅｆは、シリンダ空気量Ｇａｉｒと基準運転状
態での燃料供給量Ｇｆｕｅｌ_ｒｅｆから求める。
Ｇｅｘ_ｒｅｆ＝Ｇａｉｒ＋Ｇｆｕｅｌ_ｒｅｆ・・・（３７）
基準運転状態での排気ガス温度から排気損失を演算するためには、エンジン排気行程での排気ガス流量Ｇｅｘ_ｒｅｆと燃料供給量Ｇｆｕｅｌ_ｒｅｆが必要であるが、シリンダ空気量Ｇａｉｒは吸気行程での計量値であるため、行程遅れを考慮して４気筒エンジンの場合は、３行程前の値を使用する。

ステップＳ７０７では、式（３８）にて、排気損失偏差Δηｅｘを演算する。

Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６は定数であり、エンジン機種に応じてあらかじめ様々な運転条件でエンジンパラメータを変化させた場合の実測の排気温度から求まる排気損失の基準運転状態との偏差を、基準運転状態との熱効率偏差Δη、点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒから、重回帰分析により決定した値があらかじめ設定されている。
排気損失偏差Δηｅｘの演算に使用する独立変数は上記、基準運転状態との熱効率偏差Δη、点火時期Ｉｇ、充填効率Ｅｃ、空燃比ＡＦ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒのみに限らず、排気温度から求まる実測の排気損失と、近似式で求める排気損失ηｅｘの誤差が小さくなるように、例えば、インマニ圧Ｐｂ等の独立変数を追加しても良い。また、例えば点火時期Ｉｇに対して排気温度から求まる実測の排気損失が２次曲線の傾向を示す場合には、点火時期Ｉｇの２乗項に変更したり２乗項を追加したりしても良い。

ステップＳ７０８では、排気損失ηｅｘを演算する。
式（３５）で求めた基準運転状態での排気損失ηｅｘ_ｒｅｆと、式（３８）で求めた排
気損失偏差Δηｅｘを加算する式（３９）で求める。

ステップＳ４０３からステップＳ４０８は、図４のステップＳ４０３からステップＳ４０８と同一処理を行って排気ポート下流部の排気ガス温度Ｔ３が求まる。

図７のステップＳ４０１からステップＳ７０２は図３の熱効率演算部３１２、図７のステップＳ７０３からステップＳ７０８は図３の排気損失演算部３０１、図７のステップ７０３からステップＳ７０５は図３の排気ポート温度演算部３０２、図７のステップＳ４０６からステップＳ４０７は図３の排気管変化温度演算部３０３、図７のステップＳ４０８は図３の排気ポート下流温度演算部３０４にそれぞれ対応する。

このように実施の形態２によれば、基準運転状態からの熱効率の変化と、排気損失の変化に影響する因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率のいずれかの組合せにより、基準運転状態からの排気損失の変化を求めて排気ポート部の排気ガス温度を推定することにより、実測した排気ガス温度を基準とした排気ガス温度の推定が可能となるため、絶対値誤差が精度よく修正されて、精度のよい排気ガス温度の推定が可能となる。

この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることができる。

１ エンジン、２ 吸気管、４ スロットルバルブ、６ インマニ吸気温センサ、７ 排気管、８ シリンダ、９ 大気圧センサ、１１ クランク角センサ、１２ エアフローセンサ、１３ 吸入空気温センサ、１４ スロットルポジションセンサ、１５ インレットマニホールド圧力センサ（インマニ圧センサ）、１６ 空燃比センサ、１７ インジェクタ、１８ 点火プラグ、１９ 点火コイル、２０ 吸気バルブ、２１ 排気バルブ、３１
圧縮機、３２ タービン、３３ エアバイパスバルブ、３４ ウエストゲートバルブ、３５ スロットル上流圧力センサ、３６ 過給機、１００ ＥＣＵ、３００ 排気温度演算部、３０１ 排気損失演算部、３０２ 排気ポート温度演算部、３０３ 排気管変化温度演算部、３０４ 排気ポート下流温度演算部、３１０ 空気量演算部、３１１ 目標トルク演算部、３１２ 熱効率演算部、３１３ 目標シリンダ空気演算部、３２０ ウエストゲートバルブ制御部、３２１ 目標インマニ圧演算部、３２２ 目標スロットル上流圧演算部、３２３ 目標圧縮機駆動力演算部、３２４ 目標タービン流量演算部、３２５ 目標ウエストゲートバルブ開度演算部

Claims (6)

1. あらかじめ記憶されたエンジンの運転状態ごとの基本となる熱効率に対して、内燃機関の熱効率の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率による熱効率の変化で補正して熱効率を演算する熱効率演算部と、
   前記熱効率演算部で演算した前記熱効率と、排気損失の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率に基づいて排気損失を演算する排気損失演算部と、
   前記排気損失に基づき、排気ポート部の排気ガス温度を演算する排気ポート温度演算部を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. あらかじめ記憶した基準運転状態での熱効率と、
   内燃機関の熱効率の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率に基づいて前記基準運転状態の熱効率との差分である熱効率偏差を演算する熱効率演算部と、
   あらかじめ記憶した基準運転状態の排気温度から基準運転状態の排気損失を演算し、
   前記熱効率演算部で演算した前記熱効率偏差と、排気損失の変化因子である、点火時期、充填効率、空燃比、ＥＧＲ率に基づいて基準運転状態からの排気損失の偏差を演算し、
   前記基準運転状態の排気損失と前記基準運転状態からの排気損失の偏差から排気損失を演算する排気損失演算部と、
   前記排気損失に基づき、排気ポート部の排気ガス温度を演算する排気ポート温度演算部を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記排気損失演算部で演算する前記排気損失は、前記排気損失の変化因子に基づき、重回帰分析により求められた演算式により演算されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気損失演算部で演算する前記基準運転状態からの排気損失の偏差は、前記排気損失の変化因子に基づき、重回帰分析により決定した値があらかじめ設定されている演算式により演算されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 排気ポート部から排気ポート下流部に至る間の排気管での排気ガス変化温度を演算する排気管変化温度演算部と、
   前記排気ポート部の排気ガス温度に前記排気ガス変化温度を加味して排気ポート下流部の排気ガス温度を演算する排気ポート下流温度演算部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記排気管変化温度演算部は、車速およびラジエータファンの動作有無と外気温に基づきエンジンルーム内の排気管周辺温度を推定し、前記排気管から排気管周辺への熱伝達に基づいて前記排気ガス変化温度を演算することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

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