JP6536420B2 - ターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、ターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法に関する。

車両に搭載されるエンジンに取り付けられるターボチャージャは、エンジンからの排気を動力源として回転する回転体を有している。この回転体の回転により、エンジンの燃焼室に空気が強制的に送り込まれる。

ターボチャージャの回転体は、高速で回転する。回転体の回転速度（以下、ターボ回転速度という）が上昇しすぎると、回転軸の軸受け等に破損が生じるおそれがある。このため過回転とならないように回転速度を監視することが好ましい。しかし、回転軸に回転速度センサを設けると追加部品が必要となって、部品の設計変更が必要となり、かつ部品追加により製造コストも増加する。

そこで、従来、回転速度センサを使用せずにターボ回転速度を検出する手法が考案されている。たとえば、特開２０１４−５８１１号公報（特許文献１）および特開２０１１−２４１７３３号公報（特許文献２）には、ターボコンプレッサの入口圧と出口圧の圧力比を算出し、この圧力比に基づいてターボ回転速度を検出する手法が開示されている。

特開２０１４−５８１１号公報 特開２０１１−２４１７３３号公報

特開２０１４−５８１１号公報（特許文献１）に開示された手法では、コンプレッサの入口圧の検出には大気圧センサの値を用いており、また、コンプレッサの出口圧の検出には新規に圧力センサをコンプレッサの出口に設置して測定している。したがって、コンプレッサ出口に圧力センサを追加する分だけ製造コストが上昇する。また、コンプレッサの入口圧として大気圧センサの値をそのまま用いているので、大気圧センサとコンプレッサ入口との間に配置されるエアクリーナ等による圧力損失が考慮されていない分だけ、実際のコンプレッサ入口圧よりも圧力が高く見積もられて、検出されるターボ回転数と実際のターボ回転数の間に誤差が生じる虞がある。このため、ターボ回転速度が１０％以上低く検出される可能性がある。内燃機関の性能をなるべく向上させつつターボ回転速度の上限を守るという観点からは、高速域におけるターボ回転速度の検出誤差は、特に小さく抑えることが望ましい。

特開２０１１−２４１７３３号公報（特許文献２）に開示された手法では、コンプレッサ出口に圧力センサの追加はないが、コンプレッサ出口の圧力として、インテークマニホールドに設置された過給圧センサの値を利用している。このため、コンプレッサ出口とインテークマニホールドの間に配置されているインタークーラ等による圧力損失が考慮されていない分だけ、実際のコンプレッサ出口圧よりも圧力が低く見積もられて、検出されるターボ回転数と実際のターボ回転数との間の誤差がさらに大きくなる虞がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回転速度センサを追加することなく、ターボ回転速度の推定精度が向上されたターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法を提供することである。

この発明は、要約すると、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定装置である。内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、吸気通路のインタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含む。ターボ回転速度推定装置は、過給圧センサの出力に対してインタークーラの圧力損失を考慮した第１補正を行なってコンプレッサの出口圧を推定する出口圧推定手段と、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失を考慮した第２補正を行なってコンプレッサの入口圧を推定する入口圧推定手段と、出口圧推定手段および入口圧推定手段の推定結果から、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を演算する第１演算手段と、第１演算手段で演算された圧力比と吸気通路の空気流量とに基づいてコンプレッサの回転速度を算出する第２演算手段とを備える。入口圧推定手段は、エアクリーナの劣化度に応じて第２補正におけるエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、補正量は劣化度が大きくなると増加するように変更される。

好ましくは、入口圧推定手段は、車両の走行距離が増加するにしたがってエアクリーナの劣化度が大きくなるように車両の走行距離に応じてエアクリーナの劣化度を推定する。

より好ましくは、入口圧推定手段は、カーナビゲーション装置で検出される車両の走行地域に基づいて、走行距離に応じたエアクリーナの劣化度の増加度合いを変更する。

好ましくは、入口圧推定手段は、内燃機関のアイドル運転時の吸気通路の空気流量からエアクリーナの劣化度を推定する。

好ましくは、内燃機関は、温度センサをさらに備える。出口圧推定手段は、温度センサの検出温度がしきい値より低い場合には、検出温度がしきい値より高い場合に比べて、第１補正におけるインタークーラの圧力損失に対応する補正量を増加させる。

この発明は、他の局面では、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定方法である。内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、吸気通路のインタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含む。ターボ回転速度推定方法は、過給圧センサの出力に対してインタークーラの圧力損失を考慮した第１補正処理を行なってコンプレッサの出口圧を推定するステップと、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失を考慮した第２補正処理を行なってコンプレッサの入口圧を推定するステップと、第１補正処理および第２補正処理の推定結果から、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を演算するステップと、圧力比と吸気通路の空気流量とに基づいて、コンプレッサの回転速度を算出するステップとを備える。入口圧を推定するステップは、エアクリーナの劣化度に応じて第２補正処理におけるエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、補正量は劣化度が大きくなると増加するように変更される。

本発明によれば、エアクリーナの劣化度合が変化した場合であっても、精度よくターボ回転速度を推定することができる。

本実施の形態に係る制御装置によって制御される過給機３０を備えるエンジン１の全体構成を示す図である。 制御装置４００の機能ブロック図である。 実施の形態１において制御装置４００が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。 インタークーラの圧力損失（ΔＰｉｃ）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。 エアクリーナの基本圧力損失（ΔＰａｃ０）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。 エアクリーナの劣化による圧力損失の増加係数（Ｋ）と走行距離（Ｄ）との関係を示した図である。 エアクリーナの基本圧力損失（ΔＰａｃ０）が増加係数（Ｋ）によって補正される様子を示した図である。 空気流量（Ｆ１）および圧力比（Ｒ１）からターボ回転速度を導出するマップの一例を示した図である。 圧力損失増加係数を車両の使用地域によって変更する例を示す図である。 アイドル状態において空気流量（Ｆ）からエアクリーナの劣化度を決めるマップの一例を示した図である。 劣化度によってエアクリーナの圧力損失を変更することを説明するための図である。 実施の形態４において制御装置４００が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態４において用いられるインタークーラの圧力損失（ΔＰｉｃ）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る制御装置によって制御される過給機３０を備えるエンジン１の全体構成を示す図である。

エンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０とを備える。

エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。本実施の形態においては、エンジン１は、直列３気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。

複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２の各々に設けられ、その各々がコモンレール１４に接続されている。燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料は、サプライポンプ（図示せず）によって所定圧まで加圧されてコモンレール１４へ供給される。コモンレール１４に供給された燃料は複数のインジェクタ１６の各々から所定のタイミングで噴射される。

エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０は、吸気管２２の一方端に接続される。

吸気管２２の他方端は、過給機３０のコンプレッサ３２の入口に接続される。コンプレッサ３２の出口は、吸気管２４の一方端に接続される。

吸気管２４の他方端は、インタークーラ２６の一方端に接続される。インタークーラ２６は、吸気管２４を流通する空気を冷却する水冷式の熱交換器を含んで構成される。なお、インタークーラ２６は、空冷式の熱交換器を含むものであっても良い。

インタークーラ２６の他方端は、吸気管２７の一方端に接続される。吸気管２７の他方端は、吸気マニホールド２８に接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の吸気ポートに連結される。

エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２０によりろ過される。エアクリーナ２０によりろ過された空気は、コンプレッサ３２によって圧縮され、インタークーラ２６で冷却される。インタークーラ２６で冷却された空気は、エンジン本体１０の各気筒の吸気側に接続された吸気マニホールド２８を通過してエンジン本体１０に吸入される。

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０は、第１排気管５２の一方端に接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気ガスは、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

なお、エンジン１は、ＥＧＲ装置１３０をさらに含む。ＥＧＲ装置１３０は、吸気マニホールド２８と排気マニホールド５０とを接続するＥＧＲ通路１３１と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲバルブ１３４およびＥＧＲクーラ１３２とを含む。ＥＧＲ装置１３０は、ＥＧＲバルブ１３４の開度を調整し、吸入空気に排気ガスの一部を導入することによって、燃焼室内の燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発生を抑制する装置である。

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６とを含む。タービン３６は、第２排気管５４の一方端に接続される。タービン３６から排出された排気ガスは第２排気管５４を経由して車外に排出される。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

コンプレッサ３２は、タービンホイール３８によって回転駆動されることによって、コンプレッサ３２よりも上流側の吸気（以下「過給前吸気」という）を過給して吸気管２４に供給する。これにより、コンプレッサ３２よりも下流側の吸気（以下「過給後吸気」という）の圧力は、過給前吸気の圧力よりも高められる。

なお、タービン３６に過度の量の排気ガスが流入することを防止する必要がある場合には、排気ガスはウエイストゲートバルブ５８を開くことによって排気バイパス通路５６を通る。排気バイパス通路５６を通ることにより、排気ガスは、タービン３６を迂回して第２排気管５４に導かれる。

エンジン１は、インタークーラ２６を通過後の吸気の温度Ｔｉｃｏ（T-intercooler-out）を検出するターボ後吸気温度センサ１０２と、エアフローメータ１０４と、過給圧センサ１０７を含む。エアフローメータ１０４は、吸気管２２内の過給前吸気の流量を検出する。過給圧センサ１０７は、吸気マニホールド２８の入口部の過給後吸気の圧力（以下「過給圧Ｐｉｍ」ともいう）を検出する。

エンジン１が搭載される車両は、アクセルペダルポジションセンサ、エンジン回転速度センサなど車両の状態を検出する各種センサと、制御装置４００とを含む。制御装置４００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ４０１を内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）により構成される。制御装置４００は、メモリ４０１に記憶された情報および各センサの検出結果に基づいて、エンジン１のスロットル開度、燃料噴射量、点火時期等を制御するとともに、ＥＧＲバルブ１３４の開度を制御する制御信号Ｃ１とウエイストゲートバルブ５８の開度を制御する制御信号Ｃ２とを出力する。

上記のような構成を有するエンジン１において、ターボ回転速度が過剰に高くなると、過給機３０の過熱や振動などによって過給機３０が破損してしまうおそれがある。このような破損を防止するためには、たとえば、エンジン１の運転条件やウエイストゲートバルブ５８の開度などを制御して、ターボ回転速度を予め定めた上限回転速度未満に制限する必要がある。このためには、ターボ回転速度を精度よく推定する必要がある。

ターボ回転速度の推定方法としては、コンプレッサの前段の圧力とコンプレッサの後段の圧力との比を用いる方法が知られているが、特開２０１４−５８１１号公報（特許文献１）のように、新規の圧力センサを追加せずに精度を向上させることが望ましい。

特に、近年のガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンにおいては、排気規制が強化されていることによって、ＥＧＲ装置１３０を備えることが必須となりつつある。この場合、ＥＧＲ装置１３０を精度よく制御するためには、シリンダ筒内に入る直前の吸気圧の検出が必要であるため、過給圧センサ１０７は吸気マニホールド２８に設けられることが多い。したがって、各圧力センサで測定した圧力を補正することによって、過給圧センサ１０７からコンプレッサの後段の圧力を精度良く得るとともに、大気圧センサ１０６からコンプレッサの前段の圧力を精度よく得ることができればよい。

大気圧センサ１０６が検出する大気圧Ｐ０とコンプレッサ３２の直前の圧力Ｐ１との間には、Ｐ０＞Ｐ１の関係が成立する。Ｐ０とＰ１との差は、吸気管２２の圧力損失およびエアクリーナ２０で生じる圧力損失である。

また、過給圧センサ１０７が検出する過給圧Ｐｉｍとコンプレッサ３２の直後の圧力Ｐ３との間には、Ｐｉｍ＜Ｐ３の関係が成立する。Ｐ３とＰｉｍとの差は、吸気管２４，２７の圧力損失およびインタークーラ２６で生じる圧力損失である。

本実施の形態では、制御装置４００が大気圧Ｐ０と過給圧Ｐｉｍの各々について圧力損失分の圧力を補正して、コンプレッサの入口の圧力Ｐ１と出口の圧力Ｐ３とを得て、圧力比Ｐ３／Ｐ１を算出し、この圧力比からターボ回転速度Ｎｔを得るようにしている。このため、補正せずに大気圧Ｐ０と過給圧Ｐｉｍを圧力Ｐ３，Ｐ４として使用するよりも推定精度が向上している。以下、制御装置４００が実行している推定処理について説明する。

図２は、制御装置４００の機能ブロック図である。図１および図２を参照して、エンジン１は、エアクリーナ２０、コンプレッサ３２、インタークーラ２６、吸気マニホールド２８の順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナ２０の上流に配置された大気圧センサ１０６と、吸気通路のインタークーラ２６の下流に配置された過給圧センサ１０７とを含む。このような構成を備える車両において、制御装置４００は、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定装置として動作する。

制御装置４００は、第１補正処理部４１２と、第２補正処理部４１４と、圧力比演算部４１６と、回転速度演算部４１８とを備える。

第１補正処理部４１２は、過給圧センサ１０７の出力する過給圧Ｐｉｍに対してインタークーラ２６の圧力損失を考慮した補正を行なうとともに、吸気管２４，２７の圧力損失分の補正を行なって圧力Ｐ３を算出する。第２補正処理部４１４は、大気圧センサ１０６の出力に対してエアクリーナ２０の圧力損失を考慮した補正と吸気管２２の圧力損失分の補正とを行なって圧力Ｐ１を算出する。なお、第１補正処理部４１２は、コンプレッサの出口圧を推定する「出口圧推定手段」に相当する。また、第２補正処理部４１４は、コンプレッサの入口圧を推定する「入口圧推定手段」に相当する。この場合、第１補正処理部４１２は、インタークーラ２６の圧力損失を考慮した補正を行なっておれば吸気管２４，２７の圧力損失分の補正を省略しても良く、第２補正処理部４１４は、エアクリーナ２０の圧力損失を考慮した補正を行なっておれば吸気管２２の圧力損失分の補正を省略しても良い。

圧力比演算部４１６は、第１補正処理部４１２および第２補正処理部４１４の推定結果（圧力Ｐ１，Ｐ３）から、コンプレッサ３２の入口圧と出口圧の圧力比（Ｐ３／Ｐ１）を演算する。回転速度演算部４１８は、圧力比演算部４１６で演算された圧力比（Ｐ３／Ｐ１）と、吸気通路の空気流量Ｆとに基づいてコンプレッサ３２の回転速度Ｎｔを算出する。

ここで、第２補正処理部４１４は、エアクリーナ２０の劣化度に応じてエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更する。この補正量は、劣化度が大きくなると増加するように変更される。たとえば、エアクリーナ２０の劣化度が初期状態（エアクリーナが新品の状態）に比較して大きくなると、エアクリーナ２０の圧力損失に対する補正量も初期状態よりも増加する。なお、劣化度が前回補正量算出時に比較して増加すれば、補正量も増加させるようにしても良い。

好ましくは、第２補正処理部４１４は、車両の走行距離が増加するにしたがってエアクリーナ２０の劣化度が大きくなるように、車両の走行距離に応じてエアクリーナの劣化度を推定する。

図３は、実施の形態１において制御装置４００が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置４００は、インタークーラ２６を通過後の吸気の温度Ｔｉｃｏが０℃より高いか否かを判断する。なお、Ｔｉｃｏが低い場合、インタークーラ２６の気道内にある水冷式熱交換器の表面に霜が付き圧力損失が変化するので、精度良く圧力Ｐ３を推定することができなくなる場合がある。このため、Ｔｉｃｏが０℃以下であれば（Ｓ１でＮＯ）、ターボ回転速度の算出を行なわずステップＳ８に処理が進められ、制御はメインルーチンに移される。

一方、Ｔｉｃｏが０℃より高い場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御装置４００は、ステップＳ２において過給圧センサ１０７から過給圧Ｐｉｍを取得し、ステップＳ３において、過給圧Ｐｉｍを用いてコンプレッサ３２直後の圧力Ｐ３を算出する。具体的には、圧力Ｐ３は次式（１）によって算出される。

Ｐ３＝Ｐｉｍ＋ΔＰｐｉｐｅ１＋ΔＰｐｉｐｅ２＋ΔＰｉｃ …（１）
ここで、Ｐｉｍは過給圧センサ１０７で測定された過給圧を示し、ΔＰｐｉｐｅ１は、吸気管２７の圧力損失を示し、ΔＰｐｉｐｅ２は、吸気管２４の圧力損失を示し、ΔＰｉｃはインタークーラ２６の圧力損失を示す。これらの圧力損失は、予めメモリ等に記憶されている、吸気管を流れる空気流量に対するテーブルを参照して得ることができる。

図４は、インタークーラの圧力損失（ΔＰｉｃ）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。図４の横軸には、エアフローメータ１０４で検出された空気流量Ｆが示され、縦軸にはインタークーラの圧力損失ΔＰｉｃが示される。空気流量Ｆが増加すると圧力損失ΔＰｉｃは二次関数的に増加する。圧力損失ΔＰｐｉｐｅ１、ΔＰｐｉｐｅ２についても図４と同様な関係があり、予め用意したテーブルを参照して空気流量Ｆから求めることができる。

なお、各テーブルは、予め圧力損失の変化を実験的に計測して作成しても良いし、吸気管やインタークーラの形状から計算によって作成してもよい。各部分の圧力損失は、配管長、径、絞り、曲がりによって変化するが、設計図面があれば計算式で算出できる。

ステップＳ３において、過給圧Ｐｉｍは、圧力損失分が加算されることによって補正される。

ステップＳ３に続き、ステップＳ４において大気圧センサ１０６から大気圧Ｐ０を取得し、ステップＳ５において、大気圧Ｐ０を用いてコンプレッサ３２直前の圧力Ｐ１を算出する。具体的には、圧力Ｐ１は次式（２）によって算出される。

Ｐ１＝Ｐ０−ΔＰａｃ−ΔＰｐｉｐｅ３ …（２）
式（２）において、Ｐ０は大気圧センサ１０６で測定された大気圧を示し、ΔＰｐｉｐｅ３は、吸気管２２の圧力損失を示し、ΔＰａｃはエアクリーナ２０の圧力損失を示す。なお、式（１）では、圧力損失を補正する符号は（＋）であったが、式（２）では補正する符号は（−）になっている。これは、式（１）では、圧力がより低くなるコンプレッサの下流側に圧力測定点があるのに対して、式（２）では、圧力がより高くなるコンプレッサの上流側に圧力測定点があるからである。圧力損失ΔＰｐｉｐｅ３については、図４と同様に、予めメモリ等に記憶されている、吸気管を流れる空気流量に対するテーブルを参照して得ることができる。

ただし、インタークーラや配管は吸気抵抗を変化させるような劣化は生じないので、圧力損失に劣化は考慮しなくてよいが、エアクリーナ２０の圧力損失ΔＰａｃは、エアクリーナ２０の経年劣化によって増加する。エアクリーナ２０では、吸入した空気をフィルタでろ過する。フィルタは、次第にごみが詰まって目詰まりを起こす。したがって、走行距離や年数によってエアクリーナ２０の圧力損失は変化する。このため、圧力Ｐ１を精度良く推定するには、エアクリーナ２０の劣化度合いを考慮する必要がある。

そこで、本実施の形態では、エアクリーナ２０の基本圧力損失ΔＰａｃ０に対して、劣化度を反映させてエアクリーナ２０の圧力損失ΔＰａｃを求める。

図５は、エアクリーナの基本圧力損失（ΔＰａｃ０）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。図５に示した図は、劣化していない新しい状態のエアクリーナ２０の特性を示し、図４と同様にして得ることができる。

図６は、エアクリーナの劣化による圧力損失の増加係数（Ｋ）と走行距離（Ｄ）との関係を示した図である。図６の横軸には、走行距離Ｄが示され、縦軸には増加係数Ｋが示される。増加係数Ｋは、圧力損失ΔＰａｃ０に掛けることによって劣化による圧力損失の増加を補正するための係数であり、１以上の数である。増加係数Ｋは、走行距離Ｄが増加するほど増加する。図６を参照することによって、たとえば、走行距離Ｄ＝１０００ｋｍである場合、増加係数Ｋ＝１．１を得ることができる。なお、数値は一例であり、他の数値をとることもある。

図７は、エアクリーナの基本圧力損失（ΔＰａｃ０）が増加係数（Ｋ）によって補正される様子を示した図である。走行距離Ｄに応じて決定された増加係数Ｋを基本圧力損失ΔＰａｃ０に掛け算すると、補正されたエアクリーナの圧力損失ΔＰａｃは図７の実線に示すようになる。

したがって、図３のステップＳ５では、制御装置４００は、図５からエアフローメータ１０４で検出した空気流量Ｆに対応する基本圧力損失ΔＰａｃ０を求め、これに図６を参照して得た走行距離Ｄに対応する増加係数Ｋを掛け算することによって圧力損失ΔＰａｃを算出する。そして、制御装置４００は、算出した圧力損失ΔＰａｃを上記の式（２）に代入し、圧力Ｐ１を算出する。

続いて、ステップＳ６において、ステップＳ３で算出した圧力Ｐ３とステップＳ５で算出した圧力Ｐ１から、制御装置４００は、コンプレッサ３２の入口圧と出口圧との圧力比Ｒ１（＝Ｐ３／Ｐ１）を算出する。次にステップＳ７において、制御装置４００は、圧力比Ｒ１とエアフローメータ１０４で計測した空気流量Ｆとを用いてマップを参照してターボ回転速度Ｎｔを求める。

図８は、空気流量（Ｆ１）および圧力比（Ｒ１）からターボ回転速度を導出するマップの一例を示した図である。図８に示すマップは、予め実験的に求められ、メモリに記憶されている。図８において、例えば、エアフローメータ１０４で測定された空気流量Ｆ１と図３のステップＳ６で算出された圧力比Ｒ１が与えられると、ターボ回転速度Ｎｔ＝１００ｋｒｐｍが得られる。

ステップＳ７において、ターボ回転速度Ｎｔが算出されると、ステップＳ８に処理が進められ制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、実施の形態１では、エアクリーナ２０の経年劣化をエアクリーナの圧力損失ΔＰａｃに反映させている。このため、ターボ回転速度Ｎｔの推定精度が向上する。なお、図６では、走行距離Ｄに基づいて増加係数Ｋを決定したが、走行距離Ｄに代えて使用年数に基づいて増加係数Ｋを決定しても良い。また、エアクリーナ２０をメンテナンスによって新品に交換した場合には、走行距離Ｄまたは使用年数を初期値ゼロにクリアすることが好ましい。

［実施の形態２］
エアクリーナ２０は、空気のきれいな地域の舗装道路を走行するときよりも、砂漠やオフロードを走行する方が目詰まりを起こしやすい。このため、走行する地域によって、適用する圧力損失の増加係数を変えるとさらに精度が向上する。

実施の形態２においては、図２の第２補正処理部４１４は、カーナビゲーション装置４０２で検出される車両の走行地域に基づいて、走行距離に応じたエアクリーナ２０の劣化度の増加度合いを変更する。この劣化度の増加度合いは、たとえば、圧力損失増加係数の走行距離に対する傾きで示される。

図９は、圧力損失増加係数を車両の使用地域によって変更する例を示す図である。図９のグラフは、図６に対応しているものであり、圧力損失増加係数Ｋ１〜Ｋ３が定義されている。第２補正処理部４１４は、カーナビゲーション装置４０２で検出される車両の走行地域が、たとえば舗装道路の多い都市部であれば、圧力損失増加係数Ｋ１を選択し、舗装道路の少ないオフロード地域であれば圧力損失増加係数Ｋ２を選択し、砂漠地帯であれば圧力損失増加係数Ｋ３を選択する。また、粉じんの多い工業地帯の場合にも圧力損失増加係数が大きいＫ３を選択する。なお、実施の形態２では、ステップＳ５の処理において図６に代えて図９の圧力損失増加係数を使用するが、他の処理については、実施の形態１と同様であるので、説明は繰り返さない。

実施の形態２によれば、実施の形態１よりもさらにターボ回転速度Ｎｔの推定精度を向上させることができる。なお、走行地域の情報は、カーナビゲーション装置４０２以外から与えられるものであっても良い。たとえば、ユーザやメーカが走行地域に対応する情報（圧力損失増加係数Ｋ１〜Ｋ３を選択するための情報）を車両に入力しても良い。

［実施の形態３］
実施の形態３においては、図２の第２補正処理部４１４は、エンジン１のアイドル運転時の吸気通路の空気流量からエアクリーナ２０の劣化度を推定し、劣化度が増加するにしたがってエアクリーナ２０の圧力損失分の補正量を増加させる。

図１０は、アイドル状態において空気流量（Ｆ）からエアクリーナの劣化度を決めるマップの一例を示した図である。エアクリーナ２０が目詰まりを起こして劣化すると、エンジン１が同じ状態で運転している場合に、吸気通路を流れる空気流量Ｆは低下する。したがって、実施の形態３では、エンジンがアイドル運転している場合の空気流量Ｆに基づいて、制御装置４００はエアクリーナ２０の劣化度を決定する。

たとえば、図１０に示すように、空気流量Ｆ＞Ｆ４の場合には劣化度を０と決定し、Ｆ３＜Ｆ＜Ｆ４の場合には劣化度を１と決定し、Ｆ２＜Ｆ＜Ｆ３の場合には劣化度を２と決定し、Ｆ＜Ｆ２の場合には劣化度を３と決定する。

なお、劣化度を決定するときのエンジン状態は同じ負圧を発生させる運転条件であれば良く、アイドル状態に限られない。

図１１は、劣化度によってエアクリーナの圧力損失を変更することを説明するための図である。図１１において、ΔＰａｃ０は、図５および図７に示したものと同じエアクリーナが新しい場合の基本圧力損失を示す。そして、図１０を参照して決定された劣化度が１，２，３である場合には、それぞれ補正された圧力損失ΔＰａｃ１，ΔＰａｃ２，ΔＰａｃ３が適用される。劣化度が大きいほど、基本圧力損失ΔＰａｃ０からの補正による圧力損失の増加量は増大する。

なお、実施の形態３では、ステップＳ５の処理において図７に代えて図１１の補正された圧力損失ΔＰａｃ１〜ΔＰａｃ３を使用するが、他の処理については、実施の形態１と同様であるので、説明は繰り返さない。

実施の形態３によれば、実施の形態１よりもさらに実際のエアクリーナ２０の劣化度合いが反映された圧力損失を用いてターボ回転速度の推定を行なうので、推定精度の向上が期待できる。

［実施の形態４］
実施の形態１では、ターボ回転速度の推定精度の悪化が懸念される低温時には、図３のステップＳ１によって推定処理を行なわないこととしていた。これに対して、実施の形態４では、低温時にインタークーラの圧力損失ΔＰｉｃを安全側にシフトさせて推定処理を行なうこととした。

実施の形態４においては、第１補正処理部４１２は、ターボ後吸気温度センサ１０２の測定した検出温度Ｔｉｃｏがしきい値より低い場合には、検出温度Ｔｉｃｏがしきい値より高い場合に比べて、インタークーラ２６の圧力損失に対応する補正量を増加させる。

図１２は、実施の形態４において制御装置４００が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。

図１２のフローチャートは、図３のフローチャートに対してステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａの処理が追加されたものである。ステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａの処理は、ステップＳ１において温度Ｔｉｃｏが０℃以下である場合（Ｓ１でＮＯ）に実行される。

ステップＳ２Ａでは、ステップＳ２と同様に過給圧Ｐｉｍが過給圧センサ１０７から取得され、ステップＳ３Ａでは、コンプレッサ後圧力Ｐ３が算出される。ステップＳ３Ａでは、インタークーラの圧力損失ΔＰｉｃを増大させる方向の補正が適用される。

図１３は、実施の形態４において用いられるインタークーラの圧力損失（ΔＰｉｃ）と空気流量（Ｆ）との関係を示した図である。図１２のステップＳ３で適用されるテーブルが図１３のΔＰｉｃ０とすると、ステップＳ３Ａで適用されるテーブルは、図１３のΔＰｉｃ１で表される。これにより、式（１）で算出される圧力Ｐ３はステップＳ３ＡではステップＳ３よりも高めに算出される。その結果、圧力比Ｒ（＝Ｐ３／Ｐ１）も高めに算出されるので、図８で求められるターボ回転速度の推定値も高めに算出される。

したがって、上限値に対して安全側にターボ回転速度の推定値が算出され、ターボチャージャの破損を防ぐように制御することが可能となる。

なお実施の形態４は、実施の形態２，３のいずれとも組み合わせて用いることもできる。また、実施の形態１および４は、ステップＳ１の判断の処理にターボ後吸気温度センサ１０２で検出した温度を使用したが、他の部分の温度を使用しても良い。たとえば、気温センサやインタークーラの冷却水の温度を直接測定するセンサの出力を用いても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１４ コモンレール、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２，２４，２７ 吸気管、２６ インタークーラ、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４２ 連結軸、５０ 排気マニホールド、５２ 第１排気管、５４ 第２排気管、５６ 排気バイパス通路、５８ ウエイストゲートバルブ、１０２ ターボ後吸気温度センサ、１０４ エアフローメータ、１０６ 大気圧センサ、１０７ 過給圧センサ、１３０ ＥＧＲ装置、１３１ ＥＧＲ通路、１３２ ＥＧＲクーラ、１３４ ＥＧＲバルブ、４００ 制御装置、４０１ メモリ、４０２ カーナビゲーション装置、４１２ 第１補正処理部、４１４ 第２補正処理部、４１６ 圧力比演算部、４１８ 回転速度演算部。

Claims (5)

1. 過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定装置であって、
   前記内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、前記吸気通路の前記エアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、前記吸気通路の前記インタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含み、
   前記ターボ回転速度推定装置は、
   前記過給圧センサの出力に対して前記インタークーラの圧力損失を考慮した第１補正を行なって前記コンプレッサの出口圧を推定する出口圧推定手段と、
   前記大気圧センサの出力に対して前記エアクリーナの圧力損失を考慮した第２補正を行なって前記コンプレッサの入口圧を推定する入口圧推定手段と、
   前記出口圧推定手段および前記入口圧推定手段の推定結果から、前記コンプレッサの前記入口圧と前記出口圧との圧力比を演算する第１演算手段と、
   前記第１演算手段で演算された圧力比と前記吸気通路の空気流量とに基づいて前記コンプレッサの回転速度を算出する第２演算手段とを備え、
   前記入口圧推定手段は、前記エアクリーナの劣化度に応じて前記第２補正における前記エアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、前記補正量は前記劣化度が大きくなると増加するように変更され、
   前記入口圧推定手段は、車両の走行距離が増加するにしたがって前記エアクリーナの前記劣化度が大きくなるように前記車両の走行距離に応じて前記エアクリーナの前記劣化度を推定する、ターボ回転速度推定装置。
2. 前記入口圧推定手段は、カーナビゲーション装置で検出される車両の走行地域に基づいて、前記走行距離に応じた前記エアクリーナの前記劣化度の増加度合いを変更する、請求項１に記載のターボ回転速度推定装置。
3. 前記入口圧推定手段は、前記内燃機関のアイドル運転時の前記吸気通路の空気流量から前記エアクリーナの劣化度を推定する、請求項１に記載のターボ回転速度推定装置。
4. 前記内燃機関は、温度センサをさらに備え、
   前記出口圧推定手段は、前記温度センサの検出温度がしきい値より低い場合には、前記検出温度が前記しきい値より高い場合に比べて、前記第１補正における前記インタークーラの圧力損失に対応する補正量を増加させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボ回転速度推定装置。
5. 過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定方法であって、
   前記内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、前記吸気通路の前記エアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、前記吸気通路の前記インタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含み、
   前記ターボ回転速度推定方法は、
   前記過給圧センサの出力に対して前記インタークーラの圧力損失を考慮した第１補正処理を行なって前記コンプレッサの出口圧を推定するステップと、
   前記大気圧センサの出力に対して前記エアクリーナの圧力損失を考慮した第２補正処理を行なって前記コンプレッサの入口圧を推定するステップと、
   前記第１補正処理および前記第２補正処理の推定結果から、前記コンプレッサの前記入口圧と前記出口圧との圧力比を演算するステップと、
   前記圧力比と前記吸気通路の空気流量とに基づいて、前記コンプレッサの回転速度を算出するステップとを備え、
   前記入口圧を推定するステップは、前記エアクリーナの劣化度に応じて前記第２補正処理における前記エアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、前記補正量は前記劣化度が大きくなると増加するように変更され、
   前記入口圧を推定するステップは、車両の走行距離が増加するにしたがって前記エアクリーナの前記劣化度が大きくなるように前記車両の走行距離に応じて前記エアクリーナの前記劣化度を推定する、ターボ回転速度推定方法。

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