CN106468220A - 带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法 - Google Patents

带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法，能削减需要在内燃机和增压器组合后的状态下进行的数据测量及匹配的工时数。在带增压器的内燃机的控制装置(100)及其控制方法中，对实现目标压缩机驱动力(Pct)的目标涡轮流量(Qtt)进行计算，基于排出气体流量(Qex)和目标涡轮流量(Qtt)对目标废气门流量(Qwgt)进行计算，基于实现目标压缩机驱动力(Pct)的目标涡轮前后压力比(P3t/P4t)和涡轮下游压力来对目标涡轮上游压力(P3t)进行计算，并基于目标废气门流量(Qwgt)、目标涡轮前后压力比(P3t/P4t)及目标涡轮上游压力(P3t)来对目标气门有效开口面积(Swgt)进行计算，并对气门阀控制值(WG)进行计算。

Description

带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种包括增压器的内燃机的控制装置及其控制方法，其中，上述内燃机具有对废气门阀(日文：ウェイストゲートバルブ)进行驱动的致动器。
背景技术
以往，以提高内燃机的输出等为目的，已知有如下增压器：将利用排出气体使涡轮旋转来进行驱动的压缩机装载在内燃机的进气路径上。在上述增压器中，在高转速、高负荷下，存在超过必要限度地增压压力而使内燃机破损的风险，因此，通常具有绕过涡轮的排气旁通通路，通过将设于该排气旁通通路的废气门阀打开，使排出气体的一部分向排气旁通通路分流来对流向涡轮的流入量进行调节，从而能将增压压力控制为适当水平(例如参照下述专利文献1)。
这样，能根据废气门阀的开度，来对增压器的排出压力及增压压力进行控制。废气门阀的控制量是由针对基于内燃机的旋转速度及负荷设定的进气系统的目标量(例如目标增压压力或目标吸气量)进行的闭环控制或简单的开环控制来确定的。
但是，近年来，提出了一种内燃机的控制装置，其将来自驾驶员或车辆侧的驱动力的要求值即内燃机的输出轴转矩作为内燃机的输出目标值，通过确定内燃机的控制量即空气量、燃料量及点火时刻，来获得良好的行驶性能。另外，公知的是，在内燃机的控制量中对内燃机的输出轴转矩影响最大的控制量是空气量，也提出了高精度地对空气量进行控制的内燃机的控制装置(例如参照下述专利文献2)。
此外，还提出了一种使上述专利文献1所示的现有的废气门阀的控制装置与上述专利文献2这样的确定内燃机的输出目标值的内燃机的控制装置对应的方法。例如，在下述专利文献3的技术中，构成为基于内燃机的输出目标值来计算出目标吸入空气流量(≈目标填充效率)，基于目标填充效率及旋转速度来计算出目标增压压力，基于目标吸入空气流量及目标增压压力，来计算出为驱动增压器而需要的目标压缩机驱动力，利用排出气体流量和压缩机驱动力(涡轮输出)间的关系与废气门阀的致动器的控制值相应地发生变化这样的特性(专利文献3的图9)，基于排出气体流量及目标压缩机驱动力来计算出废气门阀的致动器的目标控制值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平9－228848号公报
专利文献2：日本专利特开2009－013922号公报
专利文献3：日本专利特许第5420013号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献3的技术中，利用了排出气体流量和压缩机驱动力间的关系与废气门阀的致动器的控制值相应地发生变化这样的特性，因此，为例获得这一特性，需要在使内燃机与增压器组合的状态下进行实验，并基于实验数据制作表示特性的图表或近似式，需要花费数据测量及匹配(日文：適合)的工时数。此外，在相同规格的内燃机中将增压器改变为其它规格的增压器的情况下，或是在将相同规格的增压器沿用到其它规格的内燃机这样的情况下，需要再次在使规格改变后的内燃机与增压器组合的状态下进行数据测量及匹配。即，在内燃机和增压器中的一方的规格发生改变的情况下，也需要再次进行内燃机及增压器整体的实验，存在无法削减数据测量及匹配的工时数这样的问题。
本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法，能在利用废气门阀对增压压力进行控制时，削减需要在使内燃机和增压器组合的状态下进行的数据测量及匹配的工时数。
解决技术问题所采用的技术方案
在本发明的带增压器的内燃机的控制装置中，所述内燃机包括增压器，所述增压器具有：涡轮，该涡轮设于排气路径；压缩机，该压缩机设于吸气路径中的节气门的上游侧，且与所述涡轮一体地旋转；废气门阀，该废气门阀设于绕过所述涡轮的所述排气路径的旁通通路；以及气门阀致动器，该气门阀致动器对所述废气门阀进行驱动，所述带增压器的内燃机的控制装置包括：运转状态检测部，该运转状态检测部对所述内燃机的实际旋转速度及实际吸入空气流量和实际大气压进行检测；吸入空气控制部，该吸入空气控制部对所述内燃机的目标吸入空气流量及目标填充效率进行计算；目标增压压力运算部，该目标增压压力运算部基于所述目标填充效率及所述实际旋转速度，来对目标增压压力进行计算，所述目标增压压力是位于所述压缩机的下游侧且位于所述节气门的上游侧的所述吸气路径内的压力、即增压压力的目标值；目标压缩机驱动力运算部，该目标压缩机驱动力运算部基于所述目标吸入空气流量和所述目标增压压力与所述实际大气压间的压力比、即目标压缩机前后压力比中的至少一方，来对所述压缩机的驱动力的目标值、即目标压缩机驱动力进行计算；目标涡轮流量运算部，该目标涡轮流量运算部对实现所述目标压缩机驱动力的在所述涡轮中流动的排出气体流量、即目标涡轮流量进行计算；排出气体流量运算部，该排出气体流量运算部基于所述实际吸入空气流量和所述内燃机的空燃比，来对从所述内燃机排出的排出气体流量进行计算；目标气门流量运算部，该目标气门流量运算部基于所述排出气体流量和所述目标涡轮流量，来对经由所述废气门阀流至所述旁通通路的排出气体流量的目标值、即目标废气门流量进行计算；目标涡轮前后压力比运算部，该目标涡轮前后压力比运算部对实现所述目标压缩机驱动力或所述目标压缩机前后压力比的所述涡轮的前后的压力比、即目标涡轮前后压力比进行计算；目标涡轮上游压力运算部，该目标涡轮上游压力运算部基于所述排出气体流量来对所述涡轮的下游压力进行计算，并基于所述涡轮的下游压力和所述目标涡轮前后压力比来对所述涡轮的上游压力的目标值、即目标涡轮上游压力进行计算；目标气门有效开口面积运算部，该目标气门有效开口面积运算部基于所述目标废气门流量、所述目标涡轮前后压力比及所述目标涡轮上游压力来对所述废气门阀的有效开口面积的目标值、即目标气门有效开口面积进行计算；以及气门阀控制值运算部，该气门阀控制值运算部基于所述目标气门有效开口面积，来对所述气门阀致动器的控制值、即气门阀控制值进行计算。
此外，在本发明的带增压器的内燃机的控制方法中，所述内燃机包括增压器，所述增压器具有：涡轮，该涡轮设于排气路径；压缩机，该压缩机设于吸气路径中的节气门的上游侧，且与所述涡轮一体地旋转；废气门阀，该废气门阀设于绕过所述涡轮的所述排气路径的旁通通路；以及气门阀致动器，该气门阀致动器对所述废气门阀进行驱动，所述带增压器的内燃机的控制方法包括：运转状态检测步骤，在所述运转状态检测步骤中，对所述内燃机的实际旋转速度及实际吸入空气流量和实际大气压进行检测；吸入空气控制步骤，在所述吸入空气控制步骤中，对所述内燃机的目标吸入空气流量及目标填充效率进行计算；目标增压压力运算步骤，在所述目标增压压力运算步骤中，基于所述目标填充效率及所述实际旋转速度，来对目标增压压力进行计算，所述目标增压压力是位于所述压缩机的下游侧且位于所述节气门的上游侧的所述吸气路径内的压力、即增压压力的目标值；目标压缩机驱动力运算步骤，在所述目标压缩机驱动力运算步骤中，基于所述目标吸入空气流量和所述目标增压压力与所述实际大气压间的压力比、即目标压缩机前后压力比中的至少一方，来对所述压缩机的驱动力的目标值、即目标压缩机驱动力进行计算；目标涡轮流量运算步骤，在所述目标涡轮流量运算步骤中，对实现所述目标压缩机驱动力的在所述涡轮中流动的排出气体流量、即目标涡轮流量进行计算；排出气体流量运算步骤，在所述排出气体流量运算步骤中，基于所述实际吸入空气流量和所述内燃机的空燃比，来对从所述内燃机排出的排出气体流量进行计算；目标气门流量运算步骤，在所述目标气门流量运算步骤中，基于所述排出气体流量和所述目标涡轮流量，来对经由所述废气门阀流至所述旁通通路的排出气体流量的目标值、即目标废气门流量进行计算；目标涡轮前后压力比运算步骤，在所述目标涡轮前后压力比运算步骤中，对实现所述目标压缩机驱动力或所述目标压缩机前后压力比的所述涡轮的前后的压力比、即目标涡轮前后压力比进行计算；目标涡轮上游压力运算步骤，在所述目标涡轮上游压力运算步骤中，基于所述排出气体流量来对所述涡轮的下游压力进行计算，并基于所述涡轮的下游压力和所述目标涡轮前后压力比来对所述涡轮的上游压力的目标值、即目标涡轮上游压力进行计算；目标气门有效开口面积运算步骤，在所述目标气门有效开口面积运算步骤中，基于所述目标废气门流量、所述目标涡轮前后压力比及所述目标涡轮上游压力来对所述废气门阀的有效开口面积的目标值、即目标气门有效开口面积进行计算；以及气门阀控制值运算步骤，在所述气门阀控制值运算步骤中，基于所述目标气门有效开口面积，来对所述气门阀致动器的控制值、即气门阀控制值进行计算。
发明效果
根据本发明的带增压器的内燃机的控制装置及其控制方法，构成为各控制值的运算能使用增压器的单体特性或与增压器的规格无关的内燃机的特性来进行。藉此，即便是在相同规格的内燃机中将增压器改变为其它规格的增压器的情况，或是将相同规格的增压器沿用到其它规格的内燃机中的情况，也不需要再次在使内燃机与增压器组合后的状态下进行数据测量及匹配，能使用增压器的单体特性或内燃机的特性，因此，能削减数据测量及匹配的工时数。
附图说明
图1是本发明实施方式1的带增压器的内燃机的示意结构图。
图2是本发明实施方式1的带增压器的内燃机的控制装置的框图。
图3是本发明实施方式1的带增压器的内燃机的控制装置的硬件结构图。
图4是表示本发明实施方式1的控制装置的处理的流程图。
图5是表示本发明实施方式1的吸入空气控制部的处理的流程图。
图6是表示本发明实施方式1的废气门阀控制部的处理的流程图。
图7是对在本发明实施方式1的废气门阀控制部中使用的图表进行说明的图。
(符号说明)
1 带增压器的内燃机(发动机)
2 吸气路径
4 节气门
5 进气歧管
7 排气路径
8 汽缸
9 大气压传感器
11 曲柄角传感器
12 空气流量传感器
13 吸入空气温度传感器
14 节气门位置传感器
15 歧管压力传感器
16 空燃比传感器
17 喷射器
22 排出气体净化催化器
30 中冷器
31 压缩机
32 涡轮
34 废气门阀
34a 气门阀致动器
35 增压压力传感器
36 增压器
37 排气旁通通路
40 节气门电动机
41 油门踏板位置传感器
90 运算处理装置
91 存储装置
92 输入电路
93 输出电路
100 带增压器的内燃机的控制装置(控制装置)
110 运转状态检测部
111 吸入空气控制部
112 废气门阀控制部
120 要求转矩运算部
121 目标转矩运算部
122 目标汽缸内新气量运算部
123 目标吸入空气流量运算部
124 节气门开度控制部
131 目标增压压力运算部
132 目标压缩机驱动力运算部
133 目标涡轮流量运算部
134 排出气体流量运算部
135 目标气门流量运算部
136 目标涡轮前后压力比运算部
137 目标涡轮上游压力运算部
138 目标气门有效开口面积运算部
139 气门阀控制值运算部
140 实际压缩机驱动力运算部
141 实际吸入空气流量运算部
142 实际汽缸内新气量运算部
143 推定转矩运算部
AF 空燃比
D 油门踏板开度
Ecr 实际填充效率
Ect 目标填充效率
F1 压力比修正系数
Kv 体积效率
KP2 压力累加值
Ne 旋转速度
Ner 实际旋转速度
P1 大气压
P1r 实际大气压
P2 增压压力
P2r 实际增压压力
P2t 目标增压压力
P3 涡轮上游压力
P3t 目标涡轮上游压力
P4 涡轮下游压力
Pb 歧管压力
Pbr 实际歧管压力
Pbt 目标歧管压力
P2r/P1r 实际压缩机前后压力比
P2t/P1t 目标压缩机前后压力比
P3/P4 涡轮前后压力比
P4/P1 大气压压力比
T1r 实际吸入空气温度
T3 排出气体温度
Vc 汽缸容积
WG 气门阀控制值
Pcr 实际压缩机驱动力
Pct 目标压缩机驱动力
Qar 实际吸入空气流量
Qat 目标吸入空气流量
Qcr 实际汽缸内新气量
Qct 目标汽缸内新气量
Qex 排出气体流量
Qtt 目标涡轮流量
Qwgt 目标废气门流量
Swgt 目标气门有效开口面积
TRQd 要求输出转矩
TRQt 目标输出转矩
TRR 外部要求输出转矩
具体实施方式
实施方式1
参照附图，对实施方式1的带增压器36的内燃机1的控制装置100(以下仅称为控制装置100)进行说明。图1是本实施方式的带增压器36的内燃机1(以下称为发动机1)的示意结构图，图2是本实施方式的控制装置100的框图。
1.发动机1的结构
首先，对发动机1的结构进行说明。如图1所示，发动机1具有使空气和燃料的混合气体燃烧的汽缸8。另外，发动机1及控制装置100装载于车辆，发动机1作为车辆(车轮)的驱动力源。发动机1包括：进气路径2，该进气路径2将空气供给至汽缸8；以及排气路径7，该排气路径7将汽缸8的排出气体排出。进气路径2由进气管等构成，排气路径7由排气管等构成。进气路径2具有将空气供给至各汽缸8的进气歧管5。在进气歧管5的上游侧的进气路径2上设置有节气门4。藉此，节气门4的下游侧的进气路径2由进气歧管5构成。发动机1包括增压器36。增压器36具有：设于排气路径7的涡轮32；设置在吸气路径2中的节气门4的上游侧并与涡轮32一体旋转的压缩机31；绕过涡轮32的排气路径7的旁通通路37(以下称为排气旁通通路37)；设置于排气旁通通路37的废气门阀34；以及对废气门阀34进行驱动的气门阀致动器34a。排气旁通通路37是将涡轮32的上游侧的排气路径7的部分与下游侧的排气路径7的部分连接的涡轮32的迂回流路。废气门阀34是改变排气旁通通路37的流路截面积(开度)的阀。
若利用排出气体驱动涡轮32旋转，则压缩机31也与涡轮32一体地旋转，对进气路径2内的空气进行压缩后朝汽缸8侧送入。涡轮32与压缩机31利用涡轮轴39连接成绕同一轴线一体旋转。在利用气门阀致动器34a使废气门阀34的开度增加时，从发动机1(汽缸8)排出的排出气体流量中的绕过涡轮32后流至排气旁通通路37的排出气体流量、即废气门流量Qwg增加，流至涡轮32的排出气体流量、即涡轮流量Qt减少。因而，涡轮32及压缩机31的旋转驱动力减弱。气门阀致动器34a设置成利用电动机的旋转驱动力来使废气门阀34的开度变化的电动式的气门阀致动器。另外，气门阀致动器34a也可以设置成将从增压压力P2中减少了由电磁阀调节的减压量后的压力供给至隔膜，并利用隔膜的驱动力使废气门阀34的开度变化的压力式的气门阀致动器。
在本实施方式中，增压器36具有：绕过压缩机31的进气路径2的旁通通路38(以下称为空气旁通通路38)；设于空气旁通通路38的空气旁通阀33；以及对空气旁通阀33进行驱动的旁通阀致动器33a。旁通阀致动器33a设置成具有根据增压压力P2与歧管压力Pb间的压力差而动作的隔膜的压力式的旁通阀致动器。在增压压力P2增加到比歧管压力Pb大规定压力差以上时，利用隔膜的动作来打开空气旁通阀33，使压缩机31的上游和下游旁通。藉此，能主要防止因松开油门踏板(日文：アクセルオフ)时增压压力P2异常上升而引起的进气管等的机械损伤。在利用后述的废气门阀控制部112对废气门阀34的开度进行控制的状态下，空气旁通阀33基本是关闭的。
在进气路径2的最上游侧，安装有对引入的外部气体进行净化的空气滤清器3。在进气路径2中的位于空气滤清器3的下游侧(靠近汽缸8一侧)且位于压缩机31的上游侧的位置处，以一体部件或分体部件(在本例中为一体部件)的方式设置有空气流量传感器12和吸入空气温度传感器13，其中，上述空气流量传感器12产生与吸入空气流量Qa相应的电信号，上述吸入空气温度传感器13产生与吸气路径2内的吸入空气温度T1相应的电信号。此外，在吸气路径2中的位于空气滤清器3的下游侧且位于压缩机31的上游侧的位置处，设置有大气压传感器9，该大气压传感器9产生与大气压P1相应的电信号。压缩机31的上游压力能看成为与大气压P1相等。另外，大气压传感器9也可以内置在控制装置100内。
在排气路径7中的涡轮32的下游侧设置有排出气体净化催化器22。在排气路径7中的位于涡轮32的下游侧且位于排出气体净化催化器22的上游侧(靠近汽缸8一侧)的位置处，设置有空燃比传感器16，该空燃比传感器16产生与燃烧气体内的空气与燃料的比例、即空燃比AF相应的电信号。
在吸气路径2中的压缩机31的下游侧的位置处，设置有用于对压缩空气进行冷却的中冷器30。在中冷器30的下游侧设置有用于对吸入发动机1的空气量进行调节的节气门4。节气门4通过节气门电动机40(节气门驱动用电动机)打开、关闭。在节气门4上连接有节气门位置传感器14，该节气门位置传感器14产生与节气门4的开度、即节气门开度相应的电信号。此外，在位于压缩机31的下游侧且位于节气门4的上游侧的吸气路径2的部分、即增压吸气路径中，设置有增压压力传感器35，该增压压力传感器35产生与上述增压吸气路径内的空气的压力、即增压压力P2相应的电信号。
吸气路径2中的节气门4的下游侧的部分由进气歧管5构成，该进气歧管5也起到对吸气波动进行抑制的稳压箱的作用。在进气歧管5上，设置有歧管压力传感器15，该歧管压力传感器15产生与进气歧管5内的空气压力、即歧管压力Pb相应的电信号。另外，也可以不像本实施方式这样设置空气流量传感器12及歧管压力传感器15这两者，而是仅设置歧管压力传感器15，而不设置空气流量传感器12。另外，在仅设置歧管压力传感器15的情况下，吸入空气温度传感器13也可以构成为设置于进气歧管5，对进气歧管5内的吸入空气温度进行检测。
在进气歧管5的下游侧部分(汽缸8一侧的部分)处，设置有对燃料进行喷射的喷射器17。另外，喷射器17也可以设置成将燃料直接喷射到汽缸8内。
在汽缸8的顶部设置有火花塞18和点火线圈19，其中，上述火花塞18对吸入到汽缸8内的空气和从喷射器17喷射出的燃料混合而产生的可燃混合气进行点火，上述点火线圈19产生用于在火花塞18上溅起火花的能量。此外，设置有进气阀20和排气阀21，其中，上述进气阀20对从进气路径2吸入至汽缸8内的吸入空气量进行调节，上述排气阀21对从汽缸8内排出至排气路径7的排出气体量进行调节。在发动机1的曲柄轴上设置有产生与其旋转角相应的电信号的曲柄角传感器11。
2.控制装置100的结构
接着，对控制装置100的结构进行说明。
控制装置100是将包括增压器36的发动机1作为控制对象的控制装置。
控制装置100设有的各控制部110～112等通过控制装置100设有的处理电路来实现。具体来说，如图3所示，在控制装置100中，作为处理电路，包括CPU(中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90进行数据的交换的存储装置91、将外部信号输入至运算处理装置90的输入电路92以及将信号从运算处理装置90输出至外部的输出电路93等。作为存储装置91，设置有RAM(随机存取存储器)及ROM(只读存储器)等，其中，上述RAM构成为能由运算处理装置90进行数据读取或数据写入，上述ROM构成为能由运算处理装置90进行数据读取。输入电路92与各种传感器及开关连接，并包括将上述这些传感器及开关的输出信号输入至运算处理装置90的A/D转换器及输入端口等。输出电路93与电负载连接，并包括将控制信号从运算处理装置90输出至上述电负载的驱动电路及输出端口等。此外，通过运算处理装置90执行存储在ROM等存储装置91中的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92及输出电路93等控制装置100的其它硬件配合，来实现控制装置100设有的各控制部110～112等的各功能。另外，各控制部110～112等所使用的图表等的设定数据作为软件(程序)的一部分，存储在ROM等存储装置中。
在本实施方式中，在输入电路92上连接有大气压传感器9、曲柄角传感器11、空气流量传感器12、吸入空气温度传感器13、节气门位置传感器14、歧管压力传感器15、空燃比传感器16、增压压力传感器35及产生与油门踏板的操作量相应的电信号的油门踏板位置传感器41等各种传感器。在输出电路93上连接有节气门电动机40、喷射器17、点火线圈19、旁通阀致动器33a以及气门阀致动器34a等各种致动器。虽未图示，但在输入电路92上连接有发动机1的燃烧控制用的传感器及车辆的动作控制用传感器(例如车速传感器、水温传感器等)。
控制装置100作为基本的控制，基于所输入的各种传感器的输出信号等，来计算出燃料喷射量、点火时刻等，并对燃料喷射装置及点火装置等进行驱动控制(未图示)。在下面将进行详细的说明，控制装置100基于油门踏板位置传感器41的输出信号等，来计算出发动机1所要求的要求输出转矩，并对节气门4及废气门阀34等进行控制，以达到可实现上述要求输出转矩的吸入空气量。
2－1.运转状态检测部110
控制装置100包括对发动机1及车辆的运转状态进行检测的运转状态检测部110。运转状态检测部110对发动机1的实际旋转速度Ner、实际吸入空气流量Qar以及实际大气压P1r进行检测。具体来说，运转状态检测部110基于曲柄角传感器11的输出信号来对发动机1的实际旋转速度Ner进行检测，基于空气流量传感器12或歧管压力传感器15的输出信号来对发动机1的实际吸入空气流量Qar进行检测，并基于大气压传感器9的输出信号来对实际大气压P1r进行检测。
运转状态检测部110除此之外还对实际吸入空气温度T1r、实际节气门开度THr、实际歧管压力Pbr、排出气体的空燃比AF、实际增压压力P2r及油门踏板开度D等各种运转状态进行检测。具体来说，运转状态检测部110构成为基于吸入空气温度传感器13的输出信号来对实际吸入空气温度T1r进行检测，基于节气门位置传感器14的输出信号来对实际节气门开度THr进行检测，基于歧管压力传感器15的输出信号来对实际歧管压力Pbr进行检测，基于空燃比传感器16的输出信号来对排出气体的空燃比AF进行检测，基于增压压力传感器35的输出信号来对实际增压压力P2r进行检测，并基于油门踏板位置传感器41的输出信号来对油门踏板开度D进行检测。
(实际吸入空气流量运算部141)
运转状态检测部110包括实际吸入空气流量运算部141。实际吸入空气流量运算部141对吸入到发动机1(吸气路径2)的空气流量、即实际吸入空气流量Qar进行计算。在本实施方式中，实际吸入空气流量运算部141基于实际测量空气流量Qr，按照下述式(1)，计算出在行程周期ΔT间(在本例中为BTDC5degCA间)的实际测量空气流量Qr的平均值，以作为实际吸入空气流量Qar(g/s)，其中，上述实际测量空气流量Qr是基于空气流量传感器12或歧管压力传感器15(在本例中为空气流量传感器12)的输出信号而检测出的。
Qar＝ΣQr/N (1)
在此，符号N是行程周期ΔT间的实际测量空气流量Qr的取样次数。
另外，在运转状态检测部110基于由歧管压力传感器15检测出的实际歧管压力Pbr来对实际测量空气流量Qr进行检测的情况下，使用式(14)的节流孔的流量计算公式等来计算出实际测量空气流量Qr。
(实际汽缸内新气量运算部142)
运转状态检测部110包括实际汽缸内新气量运算部142。实际汽缸新气量运算部142基于空气流量传感器12或歧管压力传感器15(在本例中为空气流量传感器12)的输出信号来对实际填充效率Ecr及实际汽缸内新气量Qcr进行计算。
在本实施方式中，实际汽缸内新气量运算部142像下述式(2)这样，针对实际吸入空气流量Qar乘上行程周期ΔT(在本例中为BTDC5degCA间的期间)后的值，进行模拟了进气歧管5(稳压箱)的滞后的一次滞后过滤处理，来计算出每一行程内的实际汽缸内新气量Qcr(g/行程)。
Qcr(n)＝KCCA×Qcr(n－1)+(1－KCCA)×Qar(n)×ΔT(n) (2)
在此，KCCA是过滤系数。
或者是，实际汽缸内新气量运算部142也可以构成为按下述式(3)那样在进气歧管5基准的体积效率Kv上乘以汽缸容积Vc后，计算出吸入到汽缸8的进气歧管5内的空气体积，并在计算出的空气体积上乘以基于实际歧管压力Pbr及实际吸入空气温度T1r计算出的进气歧管5内的空气密度ρb，来计算出实际汽缸内新气量Qcr(g/行程)。在此，体积效率Kv是吸入到汽缸8的进气歧管5内的空气体积与汽缸容积Vc的比(Kv＝吸入到汽缸8的进气歧管5内的空气体积/Vc)。实际汽缸内新气量运算部142使用预先设定了旋转速度Ne及进气歧管压力Pb与体积效率Kv间的关系的图表，计算出与实际旋转速度Ner及实际歧管压力Pbr相对应的体积效率Kv。
Qcr＝(Kv×Vc)×ρb，ρb＝Pbr/(R×T1r) (3)
在此，R是气体常数。
此外，实际汽缸内新气量运算部142将实际汽缸内新气量Qcr除以标准大气状态的空气密度ρ0与汽缸容积Vc相乘后的值，来计算出实际填充效率Ecr。实际填充效率Ecr是实际汽缸内新气量Qcr与充满汽缸容积Vc的标准大气状态的空气质量(ρ0×Vc)的比。另外，标准大气状态是1个大气压，25℃。
Ecr＝Qcr/(ρ0×Vc) (4)
(推定转矩运算部143)
推定转矩运算部143基于实际填充效率Ecr、空燃比AF、热效率η，进行用于推定发动机1产生的实际转矩的运算，即，计算出发动机1的推定输出转矩TRQr或推定图示平均有效压力Pir。在此，空燃比AF既可以是由空燃比传感器16检测出的排出气体的空燃比，也可以是为了计算出喷射器17的驱动时间而使用的空燃比AF的目标值。
在本实施方式中，推定转矩运算部143基于每一行程内的实际汽缸内新气量Qcr和空燃比AF，按下述式(5)，计算出每一行程内的燃料量Qf(g)。
Qf＝Qcr/AF (5)
此外，推定转矩运算部143基于在发动机1中使用的燃料的每单位质量的发热量(例如，在汽油的情况下为大约44(MJ/kg))，按下述式(6)，来根据每一行程内的燃料量Qf计算出发热量Ht(J)。
Ht＝Qf×44000 (6)
推定转矩运算部143计算出发动机1的热效率η(％)。推定转矩运算部143基于预先在发动机1中测量到的实验数据，使用预先设定了旋转速度Ne及填充效率Ec与热效率η间的关系的图表，来计算出与实际旋转速度Ner及实际填充效率Ecr相对应的热效率。推定转矩运算部143基于发热量Ht和热效率η，按下述式(7)，来计算出燃烧气体在汽缸8内对活塞所做的功、即实际图示功Wi(J)。
Wi＝Ht×η (7)
推定转矩运算部143按下述式(8)，将实际图示功Wi(j)除以汽缸容积Vc，来计算出推定图示平均有效压力Pir(kPa)。
Pir＝Wi/Vc (8)
若将上述式(5)、(6)、(7)、(8)加以归纳，则如下述式(9)这样表示。
Pir＝Wi/Vc
＝(Ht×η)/Vc
＝(Qf×44000×η)/Vc
＝{(Qcr/AF)×44000×η}/Vc (9)
在此，在上述式(9)中，只要将实际汽缸内新气量Qcr替换为目标汽缸内新气量Qct，将推定图示平均有效压力Pir替换为目标图示平均有效压力Pit，则可用下述式(10)表示，若将上式按目标汽缸内新气量Qct进行整理，则能导出后述的式(12)。
Pit＝{(Qct/AF)×44000×η}/Vc (10)
接着，推定转矩运算部143基于推定图示平均有效压力Pir(kPa)，按下述式(11)这样，计算出推定输出转矩TRQr(Nm)。在此，z是汽缸数，i是每一循环的转速(例如，在四循环发动机的情况下，i＝2)。
TRQr＝Pir×Vc×z/(2π×i) (11)
这样，通过使用实际汽缸内新气量Qcr，能高精度地计算出推定输出转矩TRQr。
2－2.吸入空气控制部111
控制装置100包括对发动机1的吸入空气进行控制的吸入空气控制部111。吸入空气控制部111对吸入空气流量Qa的目标值、即目标吸入空气流量Qat和填充效率Ec的目标值、即目标填充效率Ect进行计算。
在本实施方式中，吸入空气控制部111包括：要求转矩运算部120，该要求转矩运算部120计算出发动机1所要求的输出转矩、即要求输出转矩TRQd；目标转矩运算部121，该目标转矩运算部121基于要求输出转矩TRQd来计算出目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit；目标汽缸内新气量运算部122，该目标汽缸内新气量运算部122基于目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit，来计算出目标填充效率Ect及目标汽缸内新气量Qct；目标吸入空气流量运算部123，该目标吸入空气流量运算部123基于目标汽缸内新气量Qct来计算出目标吸入空气流量Qat；以及节气门开度控制部124，该节气门开度控制部124基于目标吸入空气流量Qat来对节气门开度进行控制。
以下，对吸入空气控制部111的各控制部120～124进行详细说明。
(要求转矩运算部120)
要求转矩运算部120基于油门踏板开度D及来自外部的控制装置的要求，来计算出要求输出转矩TRQd。要求转矩运算部120基于实际旋转速度Ner(或车辆的行驶速度VS)及油门踏板开度D，来计算出车辆的驾驶员所要求的发动机1的输出转矩、即驾驶员要求输出转矩。具体来说，要求转矩运算部120使用预先设定了实际旋转速度Ner(或行驶速度VS)、油门踏板开度D与驾驶员要求输出转矩间的关系的图表，计算出与实际旋转速度Ner(或行驶速度VS)及油门踏板开度D相应的驾驶员要求输出转矩。
从外部的控制装置(例如变速箱的控制装置、刹车的控制装置、牵引控制的控制装置等)将外部要求输出转矩TRR输入至控制装置100中。要求转矩运算部120根据运转状态，来选择驾驶员要求输出转矩和外部要求输出转矩TRR中的任一个的值，并作为要求输出转矩TRQd进行计算。在此，要求输出转矩TRQd表示从发动机1的曲柄轴输出的转矩的要求值。另外，要求转矩运算部120也可以为了使车辆的加速响应特性变化，而对要求输出转矩TRQd进行一次超前补偿(日文：一次進み補償)或一次滞后补偿(日文：一次遅れ補償)。
(目标转矩运算部121)
目标转矩运算部121基于要求输出转矩TRQd来计算出目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit。目标转矩运算部121基于对各种发动机辅助设备(例如，发电机、空气调节器用压缩机、动力转向用泵、变速箱用泵、变矩器等)的负荷进行了测量后的实验数据，使用预先设定了旋转速度Ne等运转状态与发动机辅助设备的负荷间的关系的图表，来计算出与实际旋转速度Ner等实际运转状态相应的发动机辅助设备的负荷。目标转矩运算部121在要求输出转矩TRQd上加上发动机辅助设备负荷(绝对值)，来计算出考虑了发动机辅助设备负荷后的发动机要求输出转矩。
接着，目标转矩运算部121基于对发动机1自身所具有的机械损失及泵气损失(总称为“发动机损失”)进行了测量后的实际数据，使用预先设定了旋转速度Ne等运转状态与发动机损失间的关系的图表，来计算出与实际旋转速度Ner等实际运转状态相应的发动机损失。接着，目标转矩运算部121在发动机要求输出转矩上加上发动机损失(绝对值)，来计算出在汽缸8内应当产生的目标图示平均有效压力Pit。另外，目标转矩运算部121也可以计算出目标输出转矩TRQt，来代替目标图示平均有效压力Pit。
(目标汽缸内新气量运算部122)
目标汽缸内新气量运算部122基于目标图示平均有效压力Pit或目标输出转矩TRQt，来对目标汽缸内新气量Qct及目标填充效率Ect进行计算。目标汽缸内新气量运算部122基于目标图示平均有效压力Pit或目标输出转矩TRQt、空燃比AF的目标值、热效率η，来对目标汽缸内新气量Qct(g/行程)及目标填充效率Ect进行计算。热效率η使用在上述的推定转矩运算部143中计算出的热效率。另外，汽缸容积Vc表示每一汽缸内的汽缸8的行程容积(L)。
目标汽缸内新气量运算部122按照下述式(12)这样，基于目标图示平均有效压力Pit、空燃比AF的目标值、热效率η，来对目标汽缸内新气量Qct及目标填充效率Ect进行计算。使用式(10)按照上述方式导出式(12)。
Qct＝AF×Pit×Vc/(η×44000)
Ect＝AF×Pit/(η×44000×ρ0) (12)
目标汽缸内新气量运算部122也可以构成为将目标汽缸内新气量Qct除以充满汽缸容积Vc的标准大气状态下的预先设定的空气质量(ρ0×Vc)，来计算出目标填充效率Ect。目标填充效率Ect及目标汽缸内新气量Qct是相互关联的值，基于一方的计算值能够计算出另一方的值。
(目标吸入空气流量运算部123)
目标吸入空气流量运算部123基于目标汽缸内新气量Qct，来对发动机1应当吸入到吸气路径2的目标吸入空气流量Qat(g/s)进行计算。在本实施方式中，目标吸入空气流量运算部123构成为按下述式(13)将针对目标汽缸内新气量Qct进行了具有与上述式(2)中的一次滞后过滤处理相反特性的一次超前过滤处理后的值除以行程周期ΔT，来计算出目标吸入空气流量Qat。目标吸入空气流量Qat相当于经过进气歧管5(稳压箱)的上游的吸气路径2(例如节气门4)的空气流量的目标值。在本例中，行程周期ΔT设定为BTDC5degCA间的周期，若是四汽缸发动机，则为180degCA间的周期，若是三汽缸发动机，则为240degCA间的周期。
Qat(n)＝{1/(1－KCCA)×Qct(n)
－KCCA/(1－KCCA)×Qct(n－1)}/ΔT(n) (13)
(节气门开度控制部124)
节气门开度控制部124基于目标吸入空气流量Qat，来对节气门开度进行控制。节气门开度控制部124基于目标吸入空气流量Qat，来设定目标节气门开度THt，并对节气门电动机40进行驱动控制，以使实际节气门开度THr接近目标节气门开度THt。
在本实施方式中，节气门开度控制部124构成为使用将节气门4旁边的流动视为节流阀前后的流动的压缩性流体中的节流孔的流量计算公式、即流体力学的理论公式，来对实现目标吸入空气流量Qat的目标节气门开度THt进行计算。
在作为节流阀的节气门4中流动的吸入空气流量Qa(g/s)的理论公式根据能量守恒定律、等熵流动的关系式、音速的关系式及状态方程式，按下述式(14)这样导出。
(数学式1)
在此，κ表示比热比，R表示气体常数，ρ表示密度，T表示温度，a表示音速，U表示流速，Sth表示节气门4的有效开口面积，Const.表示恒定值。σ2是与节气门4的上下游(前后)的压力比Pb/P2相应地发生变化的流量修正系数。另外，各符号后的“2”表示对应于节气门4的上游部，各符号后的b表示对应于节气门4的下游部(进气歧管5)，各符号后的e表示对应于节气门4部。
节气门开度控制部124基于上述式(14)中的流量修正系数σ2的计算公式，使用预先设定了增压压力P2和歧管压力Pb间的比例、即节气门前后压力比Pb/P2与流量修正系数σ2之间的关系的图表，来计算出与实际歧管压力Pbr和实际增压压力P2r间的压力比、即实际节气门前后压力比Pbr/P2r相应的流量修正系数σ2。此外，节气门开度控制部124基于上述式(14)中的音速a的计算公式，使用预先设定了温度T与音速a间的关系的图表，来计算出与实际吸入空气温度T1r相应的音速a2。节气门开度控制部124使用上述式(14)中的密度ρ的计算公式，基于实际增压压力P2r及实际吸入空气温度T1r来计算出密度ρ2。接着，节气门开度控制部124按照下述式(15)这样，将目标吸入空气流量Qat除以流量修正系数σ2、音速a2以及密度ρ2，来计算出目标节气门有效开口面积Stht。
Stht＝Qat/(σ2×a2×ρ2) (15)
节气门开度控制部124使用预先设定了节气门有效开口面积Sth与节气门开度间的关系的图表，来计算出与目标节气门有效开口面积Stht相应的节气门开度，以作为目标节气门开度THt。接着，节气门开度控制部124使节气门电动机40的控制值变化，以使实际节气门开度THr接近目标节气门开度THt。
节气门开度控制部124构成为计算出以使实际吸入空气流量Qar接近目标吸入空气流量Qat的方式对目标节气门有效开口面积Stht进行修正的学习值。藉此，能高精度地实现目标吸入空气流量Qat。
通过这样对吸入空气流量Qa进行控制，从而能高精度地实现来自驾驶员或其它控制器的转矩要求值。
2－3.废气门阀控制部112
控制装置100包括废气门阀控制部112。废气门阀控制部112对废气门阀34进行驱动控制，以对增压压力P2进行控制。如图2所示，废气门阀控制部112包括目标增压压力运算部131、目标压缩机驱动力运算部132、目标涡轮流量运算部133、排出气体流量运算部134、目标气门流量运算部135、目标涡轮前后压力比运算部136、目标涡轮上游压力运算部137、目标气门有效开口面积运算部138以及气门阀控制值运算部139。
目标增压压力运算部131基于目标填充效率Ect及实际旋转速度Ner，来计算出位于压缩机31的下游侧且位于节气门4的上游侧位置的吸气路径2内的压力、即增压压力P2的目标值，也就是目标增压压力P2t。目标压缩机驱动力运算部132基于由吸入空气控制部111计算出的目标吸入空气流量Qat和目标增压压力P2t与实际大气压P1r间的压力比、即目标压缩机前后压力比P2t/P1r中的至少一方，来计算出压缩机31的驱动力的目标值、即目标压缩机驱动力Pct。目标涡轮流量运算部133对实现目标压缩机驱动力Pct的在涡轮32中流动的排出气体流量、即目标涡轮流量Qtt进行计算。排出气体流量运算部134基于实际吸入空气流量Qar和发动机1的空燃比AF，来计算出从发动机1(汽缸8)排出的排出气体流量Qex。目标气门流量运算部135基于排出气体流量Qex和目标涡轮流量Qtt，来计算出经过废气门阀34流至排气旁通通路37中的排出气体流量的目标值、即目标废气门流量Qwgt。
目标涡轮前后压力比运算部136对实现目标压缩机驱动力Pct或目标压缩机前后压力比P2t/P1r的涡轮32的前后(上下游)的压力比、即目标涡轮前后压力比P3t/P4t进行计算。目标涡轮上游压力运算部137基于排出气体流量Qex，来对涡轮32的下游压力P4(以下称为涡轮下游压力P4)进行计算，基于该涡轮下游压力P4和目标涡轮前后压力比P3t/P4t来对涡轮32的上游压力P3(以下称为涡轮上游压力P3)的目标值、即目标涡轮上游压力P3t进行计算。目标气门有效开口面积运算部138基于目标废气门流量Qwgt、目标涡轮前后压力比P3t/P4t及目标涡轮上游压力P3t，来对废气门阀34的有效开口面积Swg的目标值、即目标气门有效开口面积Swgt进行计算。接着，气门阀控制值运算部139基于目标气门有效开口面积Swgt，来对气门阀致动器34a的控制值WG、即气门阀控制值WG进行计算，从而对气门阀致动器34a进行驱动控制。
对上述废气门阀控制部112的各控制部131～139的运算中使用的特性进行说明。在目标增压压力运算部131中基于目标填充效率Ect及实际旋转速度Ner进行的目标增压压力P2t的计算中，能使用与增压器36的规格无关的发动机1的基础特性及桌上设定数据(日文：机上設定データ)。在目标压缩机驱动力运算部132中基于目标吸入空气流量Qat和目标压缩机前后压力比P2t/P1r中的至少一方进行的目标压缩机驱动力Pct的计算中，能使用处于未组装于发动机1的状态的增压器36(压缩机31)的单体基础特性。在目标涡轮流量运算部133中的实现目标压缩机驱动力Pct的目标涡轮流量Qtt的计算中，能使用增压器36(涡轮32)的单体基础特性。在排出气体流量运算部134中基于实际吸入空气流量Qar和空燃比AF进行的排出气体流量Qex的计算中，能使用与增压器36的规格无关的发动机1的基础特性。在目标气门流量运算部135中基于排出气体流量Qex和目标涡轮流量Qtt进行的目标废气门流量Qwgt的计算中，能使用基于质量守恒定律进行的单纯的四则运算。
在目标涡轮前后压力比运算部136中的实现目标压缩机驱动力Pct或目标压缩机前后压力比P2t/P1r的目标涡轮前后压力比P3t/P4t的计算中，能使用处于未组装于发动机1的状态的增压器36的单体基础特性。在目标涡轮上游压力运算部137中基于排出气体流量Qex进行的涡轮下游压力P4的计算中，能使用与增压器36的规格无关的发动机1的基础特性。此外，在目标涡轮上游压力运算部137中基于涡轮下游压力P4和目标涡轮前后压力比P3t/P4t进行的目标涡轮上游压力P3t的计算中，能使用单纯的四则运算。在目标气门有效开口面积运算部138中基于目标废气门流量Qwgt、目标涡轮前后压力比P3t/P4t及目标涡轮上游压力P3t进行的目标气门有效开口面积Swgt的计算中，能使用处于未安装于发动机1的状态的增压器36(废气门阀34及排气旁通通路37)的单体基础特性。在气门阀控制值运算部139中基于目标气门有效开口面积Swgt进行的气门阀控制值WG的计算中，能使用处于未安装于发动机1的状态的增压器36(废气门阀34及气门阀致动器34a)的单体基础特性。
如上所述，在废气门阀控制部112的各控制部131～139的运算中，不需要使用处于使发动机1与增压器36组合后的状态的特性，能使用增压器36的单体基础特性或与增压器36的规格无关的发动机1的基础特性。因而，在相同规格的发动机1中将增压器36改变为其它规格的增压器的情况、或是将相同规格的增压器36用于其它规格的发动机1的情况下，不需要再次在使发动机1与增压器36组合的状态下对特性进行测量，能使用增压器36的单体基础特性或发动机1的基础特性，因此，能降低用于匹配的工作量。
以下，对废气门阀控制部112的各控制部的结构进行详细说明。
(目标增压压力运算部131)
目标增压压力运算部131基于目标填充效率Ect及实际旋转速度Ner，来对目标增压压力P2t进行计算。在本实施方式中，目标增压压力运算部131构成为基于实际旋转速度Ner和实际歧管压力Pbr，来对进气歧管5基准的体积效率Kv进行计算，并基于体积效率Kv、目标填充效率Ect及实际吸入空气温度T1r，来对进气歧管5内的压力的目标值、即目标歧管压力Pbt进行计算，并在目标歧管压力Pbt上加上压力累积值KP2，来计算出目标增压压力P2t。体积效率Kv是以进气歧管5内的空气体积为基准的体积效率Kv，其是吸入到汽缸8中的进气歧管5内的空气体积与汽缸容积Vc的比(Kv＝吸入到汽缸8中的进气歧管5内的空气体积/Vc)。目标增压压力运算部131与实际汽缸内新气量运算部142同样地，使用预先设定了旋转速度Ne及进气歧管压力Pb与体积效率Kv间的关系的图表，计算出与实际旋转速度Ner及实际歧管压力Pbr相对应的体积效率Kv。在本实施方式中，使用实际汽缸内新气量运算部142所计算出的体积效率Kv。
目标增压压力运算部131按下述式(16)这样，基于大气基准的目标填充效率Ect、进气歧管5基准的体积效率Kv及作为环境修正的实际吸入空气温度T1r，来对目标歧管压力Pbt进行计算。在此，P10是标准大气状态下的大气压P1(在本例中，P10＝1atm)，T10是标准大气状态下的吸入空气温度T1(在本例中T10＝25℃)。
(数学式2)
目标增压压力运算部131按下述式(17)这样，使用预先设定了目标填充效率Ect及旋转速度Ne与压力累加值KP2间的关系的压力累加值图表MAP1，来对与目标填充效率Ect及实际旋转速度Ner相应的压力累加值KP2进行计算。此外，目标增压压力运算部131在目标歧管压力Pbt上加上压力累加值KP2，来计算出目标增压压力P2t。另外，压力累加值KP2用于确保节气门4前后的压差，来利用节气门4对吸入空气流量Qa进行控制。另外，压力累加值KP2也可以设定为5(kPa)程度的恒定值。
P2t＝Pbt+KP2
KP2＝MAP1(Ect，Ner) (17)
这样，能高精度地计算出实现目标填充效率Ect所需要的目标增压压力P2t。
(目标压缩机驱动力运算部132)
目标压缩机驱动力运算部132基于目标吸入空气流量Qat和目标增压压力P2t与实际大气压P1r间的压力比、即目标压缩机前后压力比P2t/P1r中的至少一方(在本例中为两者)，来对目标压缩机驱动力Pct进行计算。
首先，对压缩机31及涡轮32的基础特性进行说明。当考虑与空气状态相关的物理定律即质量守恒定律、多变过程(日文：ポリトロープ変化)及隔热效率时，涡轮输出Pt(W)及压缩机驱动力Pc(W)根据下述式(18)的理论公式计算出。
(数学式3)
在此，Cp是定压比热(kJ/(kg·K))，Wt是每单位流量下的涡轮输出(J)，Wc是每单位流量下的压缩机做功(J)，κ是比热比，Qt是经过涡轮32的质量流量(g/s)，Qcmp是经过压缩机31的质量流量(g/s)，R是气体常数(kJ/(kg·K))，ηt是涡轮32的隔热效率，ηc是压缩机31的隔热效率，T3是排出气体温度，P3是涡轮32的上游压力，P4是涡轮32的下游压力。
在上述式(18)中，在通常状态下，气体旁通阀33基本上是关闭着的，吸入空气流量Qa全部经过压缩机31，因此，能假定为吸入空气流量Qa与压缩机经过流量Qcmp相等。藉此，压缩机驱动力Pc能使用吸入空气流量Qa、增压压力P2与大气压P1间的比即压缩机前后压力比P2/P1以及吸入空气温度T1，通过下述式(19)来进行计算。
(数学式4)
目标压缩机驱动力运算部132按下述式(20)，基于目标吸入空气流量Qat、目标增压压力P2t与实际大气压P1r间的压力比即目标压缩机前后压力比P2t/P1r、压缩机31的目标隔热效率ηct以及实际吸入空气温度T1r，来对目标压缩机驱动力Pct进行计算。在此，目标压缩机驱动力运算部132基于下述式(20)的理论公式，使用预先设定了增压压力P2和大气压P1间的压力比即压缩机前后压力比P2/P1与压力比修正系数F1之间的关系的压力比修正系数图表MAP2，来对与目标增压压力P2t和实际大气压P1r间的压力比、即目标压缩机前后压力比P2t/P1r相应的压力比修正系数F1进行计算。
(数学式5)
此外，目标压缩机驱动力运算部132按下述式(21)这样，使用预先设定了吸入空气流量Qa及压缩机前后压力比P2/P1与压缩机31的隔热效率ηc间的关系的隔热效率计算图表MAP3，来对与目标吸入空气流量Qat及目标压缩机前后压力P2t/P1r相应的目标隔热效率ηct进行计算。隔热效率计算图表MAP3能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(压缩机31)的单体下进行测量的实验数据来预先设定。另外，目标压缩机驱动力运算部132也可以将目标隔热效率ηct设为恒定值等，不考虑隔热效率ηc的变化，来对目标压缩机驱动力Pct*进行计算。
ηct＝MAP3(Qat，P2t/P1r) (21)
根据增压器36的特性不同，有时也能基于吸入空气流量Qa和压缩机前后压力比P2/P1中的至少一方来对压缩机驱动力Pc进行计算，在这种情况下，也可以基于目标吸入空气流量Qat和目标压缩机前后压力比P2t/P1r中的至少一方，来对目标压缩机驱动力Pct进行计算。
在本实施方式中，目标压缩机驱动力运算部132构成为将在当前的环境下计算出的目标压缩机驱动力Pct转换为标准大气状态下的压缩机驱动力。具体来说，目标压缩机驱动力运算部132按下述式(22)这样，针对目标压缩机驱动力Pct，乘以基于实际大气压P1r和实际吸入空气温度T1r计算出的环境修正系数，来对换算为标准大气状态后的目标压缩机驱动力Pct0进行计算。在本例中，标准大气状态下的大气压P10设定为1atm(P10＝1atm)，标准大气状态下的吸入空气温度T10设定为25℃(T10＝25℃)。另外，上述环境修正基于考虑了压缩性的影响的相似法则来换算为标准大气状态下的压缩机驱动力，也将环境修正后的压缩机驱动力称为修正压缩机驱动力。
(数学式6)
(实际压缩机驱动力运算部140)
在本实施方式中，废气门阀控制部112包括实际压缩机驱动力运算部140。实际压缩机驱动力运算部140基于实际吸入空气流量Qar和实际增压压力P2r与实际大气压P1r间的压力比、即实际压缩机前后压力比P2r/P1r中的至少一方(在本例中为两者)，来对实际的压缩机31的驱动力、即实际压缩机驱动力Pcr进行计算。
实际压缩机驱动力运算部140根据与上述式(20)同样的下述式(23)，基于实际吸入空气流量Qar、实际增压压力P2r与实际大气压P1r间的实际压缩机前后压力比P2r/P1r、压缩机31的实际隔热效率ηcr以及实际吸入空气温度T1r，来计算出实际压缩机驱动力Pcr。在此，实际压缩机驱动力运算部140与目标压缩机驱动力运算部132同样地，使用预先设定了压缩机前后压力比P2/P1与压力比修正系数F1间的关系的压力比修正系数地图MAP2，来对与实际增压压力P2r和实际大气压P1r间的实际压缩机前后压力比P2r/P1r相应的压力比修正系数F1进行计算。
(数学式7)
此外，实际压缩机驱动力140按下述式(24)这样，使用预先设定了吸入空气流量Qa及压缩机前后压力比P2/P1与压缩机31的隔热效率ηc间的关系的隔热效率计算图表MAP3，来对与实际吸入空气流量Qar及实际压缩机前后压力P2r/P1r相应的实际隔热效率ηcr进行计算。作为隔热效率计算图表MAP3，能使用与目标压缩机驱动力运算部132所使用的图表相同的图表。实际压缩机驱动力运算部140也可以与目标压缩机驱动力运算部132同样地，构成为将实际隔热效率ηcr设为恒定值等，不考虑隔热效率ηc的变化，来对实际压缩机驱动力Pcr进行计算。
ηcr＝MAP3(Qar，P2r/P1r) (24)
实际压缩机驱动力运算部140与上述式(22)同样地，针对当前环境下的实际压缩机驱动力Pcr，乘以基于实际大气压P1r和实际吸入空气温度T1r计算出的环境修正系数，来对换算为标准大气状态后的实际压缩机驱动力Pcr0进行计算。这样，就能高精度地对考虑了环境修正后的标准大气状态下的目标压缩机驱动力Pct0和实际压缩机驱动力Pcr0进行计算。
(目标涡轮流量运算部133)
目标涡轮流量运算部133对实现目标压缩机驱动力Pct的目标涡轮流量Qtt进行计算。在本实施方式中，目标涡轮流量运算部133构成为按下述式(25)这样，使用预先设定了作为压缩机31的驱动力的涡轮输出Pt与涡轮流量Qt间的关系的涡轮流量图表MAP4，来对与目标压缩机驱动力Pct(在本例中是变换为标准大气状态后的目标压缩机驱动力Pct0)相应的涡轮流量Qt进行计算，来作为目标涡轮流量Qtt。涡轮流量图表MAP4能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(涡轮32)的单体下进行测量的实验数据来预先设定。
Qtt＝MAP4(Pct) (25)
根据这种结构，由于涡轮流量Qt与涡轮输出Pt间具有很强的相关性，因此能高精度地计算出实现目标压缩机驱动力Pct的目标涡轮流量Qtt。更详细来说，在式(18)的涡轮输出Pt的计算理论公式中，虽然使用了涡轮流量Qt与涡轮前后压力比P3/P4，但由于涡轮流量Qt与涡轮前后压力比P3/P4间具有很强的相关性，因此能够省略涡轮流量Qt和涡轮前后压力比P3/P4中的任意一个。
具体来说，随着涡轮流量Qt增加，涡轮上游压力P3增加，因此，涡轮前后压力比P3/P4也增加。此外，至于涡轮32的隔热效率ηt，与使用式(21)进行了说明的压缩机31的隔热效率ηc同样，由于涡轮流量Qt及涡轮前后压力比P3/P4间具有很强的相关性，因此能利用涡轮流量Qt和涡轮前后压力比P3/P4中的任意一个来计算出涡轮32的隔热效率ηt。此外，在与涡轮流量Qt相等的排出气体流量Qex和排出气体温度T3之间具有很强的相关性。藉此，在式(18)的涡轮输出Pt的运算中需要的涡轮前后压力比P3/P4、涡轮32的隔热效率ηt及排出气体温度T3能基于涡轮流量Qt进行计算。因而，能基于涡轮流量Qt计算出涡轮输出Pt(压缩机31的驱动力)，相反地，也能基于涡轮输出Pt(压缩机31的驱动力)来计算出涡轮流量Qt。另外，也能基于涡轮前后压力比P3/P4来计算出涡轮输出Pt，相反地，也能基于涡轮输出Pt来计算出涡轮前后压力比P3/P4。
在本实施方式中，作为目标涡轮流量Qtt的计算中使用的目标压缩机驱动力Pct，使用变换成标准环境状态下的目标压缩机驱动力Pct0，在涡轮流量图表MAP4中，预先设定了变换成标准大气状态下的涡轮流量Qt0与涡轮输出Pt0间的关系。藉此，利用式(25)计算出的目标涡轮流量Qtt成为变换成标准大气状态的目标涡轮流量Qtt(以下称为目标涡轮流量Qtt0)。因而，需要将变换成标准大气状态的目标涡轮流量Qtt0换算成当前环境下的目标涡轮流量Qtt。因此，目标涡轮流量运算部133构成为按下述式(26)这样，针对目标涡轮流量Qtt0，乘以基于实际大气压P1r及实际吸入空气温度T1r计算出的环境修正系数，来对换算成当前环境下的目标涡轮流量Qtt进行计算。
(数学式8)
(排出气体流量运算部134)
排出气体流量运算部134基于实际吸入空气流量Qar和空燃比AF来对排出气体流量Qex进行计算。在本实施方式中，排出气体流量运算部134构成为按下述式(27)这样，基于根据实际吸入空气流量Qar计算出的实际汽缸内新气量Qcr和由空燃比传感器16检测出的排出气体的空燃比AF，来对排出气体流量Qex进行计算。另外，也可以使用实际吸入空气流量Qar来代替Qcr/ΔT，作为空燃比AF，也可以使用在燃料运算中采用的空燃比AF的目标值。
(数学式9)
(目标气门流量运算部135)
目标气门流量运算部135基于排出气体流量Qex和目标涡轮流量Qtt，来对目标废气门流量Qwgt进行计算。在本实施方式中，目标气门流量运算部135构成为按下述式(28)这样，从排出气体流量Qe中减去目标涡轮流量Qtt，来计算出目标废气门流量Qwgt。
Qwgt＝Qex－Qtt(28)
(目标涡轮前后压力比运算部136)
目标涡轮前后压力比运算部136对实现目标压缩机驱动力Pct或目标压缩机前后压力比P2t/P1r(在本例中为目标压缩机驱动力Pct)的目标涡轮前后压力比P3t/P4t进行计算。在本实施方式中，目标涡轮前后压力比运算部136构成为按下述式(29)这样，使用预先设定了作为压缩机31的驱动力的涡轮输出Pt与涡轮前后压力比P3/P4间的关系的涡轮压力比图表MAP5，来对与目标压缩机驱动力Pct相应的涡轮前后压力比P3/P4进行计算，以作为目标涡轮前后压力比P3t/P4t。
P3t/P4t＝MAP5(Pct) (29)
如上所述，由于在涡轮输出Pt与涡轮前后压力比P3/P4间具有很强的相关性，因此能高精度地对实现目标压缩机驱动力Pct的目标涡轮前后压力比P3t/P4t进行计算。
另外，根据增压器36的特性不同，也有涡轮前后压力比P3/P4与压缩机前后压力比P2/P1间的相关性比涡轮前后压力比P3/P4与压缩机驱动力Pc间的相关性强的情况。在这种情况下，目标涡轮前后压力比运算部136也可以构成为按下述式(30)这样，使用预先设定了压缩机前后压力比P2/P1与涡轮前后压力比P3/P4间的关系的涡轮压力比图表MAP5*，来对与目标压缩机前后压力比P2t/P1r相应的涡轮前后压力比P3/P4进行计算，以作为目标涡轮前后压力比P3t/P4t。
P3t/P4t＝MAP5*(P2t/P1r) (30)
涡轮压力比图表MAP5*能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36的单体下进行测量的实验数据来预先设定。
(目标涡轮上游压力运算部137)
目标涡轮上游压力运算部37基于排出气体流量Qex来对涡轮下游压力P4进行计算，并基于该涡轮下游压力P4和目标涡轮前后压力比P3t/P4t来对涡轮上游压力P3的目标值、即目标涡轮上游压力P3t进行计算。
在本实施方式中，目标涡轮上游压力运算部137按下述式(31)这样，使用预先设定了排出气体流量Qex与涡轮下游压力P4和大气压P1间的压力比、即大气压压力比P4/P1之间的关系的涡轮下游压力比图表MAP6，来对与排出气体流量Qex相应的大气压压力比P4/P1进行计算。
P4/P1＝MAP6(Qex) (31)
涡轮下游压力比图表MAP6能基于在处于增压器36没有组装于发动机1的状态下的发动机1中进行测量的实验数据来预先设定。但是，涡轮下游压力比图表MAP6的特性是根据设于增压器36下游的催化器及消音器等的排气阻力确定的，因此，是与增压器36的规格无关的发动机1的基础特性，即便改变了增压器36的规格，也能沿用。
目标涡轮上游压力运算部137基于大气压压力比P4/P1与实际大气压P1r来对涡轮下游压力P4进行计算，并基于该涡轮下游压力P4和目标涡轮前后压力比P3t/P4t来对目标涡轮上游压力P3t进行计算。具体来说，目标涡轮上游压力运算部137按下述式(32)这样，在大气压压力比P4/P1上乘以实际大气压P1r，来计算出涡轮下游压力P4。接着，目标涡轮上游压力运算部137按照下述式(33)这样，在目标涡轮前后压力比P3t/P4t上乘以涡轮下游压力P4，来计算出目标涡轮上游压力P3t。
P4＝(P4/P1)×P1r (32)
P3t＝(P3t/P4t)×P4 (33)
(目标气门有效开口面积运算部138)
目标气门有效开口面积运算部138基于目标废气门流量Qwgt、目标涡轮前后压力比P3t/P4t及目标涡轮上游压力P3t，来对目标气门有效开口面积Swgt进行计算。
在本实施方式中，目标气门有效开口面积138与上述节气门4同样地，构成为使用将废气门阀34旁边的流动视为节流阀前后的流动的压缩性流体中的节流孔的流量计算公式、即流体力学的理论公式，来对实现目标废气门流量Qwgt的目标气门有效开口面积Swgt进行计算。
在设为节流阀的废气门阀34中流动的废气门流量Qwg(g/s)的理论公式与上述式(14)同样地，根据能量守恒定律、等熵流动的关系式、音速的关系式及状态方程式，按下述式(34)这样导出。
(数学式10)
在此，ρ3是废气门阀34上游的排出气体的密度，T3表示废气门阀34上游的排出气体温度，a3表示废气门阀34上游的排出气体的音速，Swg表示废气门阀34的有效开口面积。σ3是与废气门阀34的上下游(前后)的压力比P4/P3相应地发生变化的流量修正系数。
目标气门有效开口面积运算部138基于上述式(34)中的流量修正系数σ3的理论公式，使用预先设定了涡轮前后压力比P3/P4与流量修正系数σ3间的关系的流量修正系数图表MAP7，按下述式(35)这样，对与目标涡轮前后压力比P3t/P4t相应的流量修正系数σ3进行计算。
σ3＝MAP7(P3t/P4t) (35)
目标气门有效开口面积运算部138基于实际吸入空气流量Qar与实际旋转速度Ner来对排出气体温度T3进行计算。在本实施方式中，目标气门有效开口面积运算部138按下述式(36)这样，使用预先设定了填充效率Ec及旋转速度Ne与排出气体温度T3间的关系的排出气体温度图表MAP8，来对与基于实际吸入空气流量Qar计算出的实际填充效率Ecr及实际旋转速度Ner相应的排出气体温度T3进行计算。另外，目标气门有效开口面积运算部138也可以构成为对针对使用排出气体温度图表MAP8计算出的排出气体温度T3进行了滞后过滤处理后的值进行计算，以作为最终的排出气体温度T3。排出气体温度图表MAP8能基于在发动机1中进行测量的实验数据来预先设定。另外，排出气体温度图表的特性是与配置于下游的增压器36的规格无关的发动机1的基础特性，即便改变增压器36的规格，也能沿用。
T3＝MAP8(Ecr，Ner) (36)
目标气门有效开口面积运算部138基于上述式(34)中的音速a3的理论公式，使用预先设定了温度T3与音速a3间的关系的音速图表MAP9，按下述式(37)这样，对与排出气体温度T3相应的音速a3进行计算。
a3＝MAP9(T3) (37)
目标气门有效开口面积运算部138使用上述式(34)中的密度ρ3的理论公式，按下述式(38)这样，基于目标涡轮上游压力P3t及排出气体温度T3来对密度ρ3进行计算。
ρ3＝P3t/(R×T3) (38)
接着，目标气门有效开口面积运算部138按下述式(39)这样，将目标废气门流量Qwgt除以流量修正系数σ3、音速a3以及密度ρ3，来对目标气门有效开口面积Swgt进行计算。
Swgt＝Qwgt/(σ3×a3×ρ3) (39)
(气门阀控制值运算部139)
气门阀控制值运算部139基于目标气门有效开口面积Swgt来对气门阀控制值WG进行计算。控制装置100基于气门阀控制值WG，来将控制信号输出至气门阀致动器34a，并对废气门阀34进行驱动控制。
在本实施方式中，使用电动式的气门阀致动器34a，气门阀控制值运算部139按下述式(40)这样，使用预先设定了废气门阀34的有效开口面积Swg与气门阀控制值WG间的关系的有效开口面积图表MAP10，来对与目标气门有效开口面积Swgt相应的气门阀控制值WG进行计算。有效开口面积图表MAP10能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(废气门阀34、气门阀致动器34a)的单体下进行测量的实验数据来预先设定。
WG＝MAP10(Swgt) (40)
另外，在使用压力式的气门阀致动器34a的情况下，气门阀控制值运算部139也可以构成为使用预先设定了废气门阀34的有效开口面积Swg及压缩机前后压力比P2/P1与气门阀控制值Wg间的关系的有效开口面积图表，来对与目标气门有效开口面积Swgt及实际压缩机前后压力比P2r/P1r相应的气门阀控制值WG进行计算。在这种情况下，有效开口面积图表也能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(废气门阀34、气门阀致动器34a)的单体下进行测量的实验数据来预先设定。
气门阀控制值运算部139构成为执行使对气门阀控制值WG进行修正的反馈修正值WGfb变化的驱动力反馈控制，以使由上述实际压缩机驱动力运算部140计算出的实际压缩机驱动力Pcr接近目标压缩机驱动力Pct。接着，气门阀控制值运算部139将利用反馈修正值WGfb对气门阀控制值WG进行修正后的值设为最终的气门阀控制值WG。
另外，气门阀控制值运算部139构成为根据反馈修正值WGfb偏离零值的偏离量，执行使对气门阀控制值WG进行修正的反馈学习值WGlrn变化的驱动力反馈学习控制。接着，气门阀控制值运算部139按下述式(41)这样，将利用反馈修正值WGfb及反馈学习值WGlrn对气门阀控制值WG进行修正后的值设为最终的气门阀控制值WG。在此，将基于目标气门有效开口面积Swgt计算出的气门阀控制值WG设为基本气门阀控制值WGb。
WG＝WGb+WGfb+WGlrn (41)
气门阀控制值运算部139构成为进行作为驱动力反馈控制的PID控制，该PID控制利用基于目标压缩机驱动力Pct与实际压缩机驱动力Pcr间的偏差的比例运算、积分运算及微分运算来对反馈修正值WGfb进行计算。气门阀控制值运算部139按下述式(42)这样，对比例运算值WGfbp、积分运算值WGfbi及微分运算值WGfbd进行累积，来计算出反馈修正值WGfb。
WGfb＝WGfbp+WGfbi+WGfbd (42)
气门阀控制值运算部139作为驱动力反馈学习控制，构成为对积分运算值WGfbi偏离零值的偏离量超过预先设定的阈值的量进行计算，来作为反馈学习值WGlrn。另外，进行驱动力反馈学习控制是为了对由增压器36的个体差、历时变化等不均匀因素引起的稳定的反馈偏差进行吸收，并减少不均匀因素的影响。
这样，通过驱动力反馈控制及驱动力反馈学习控制，能提高旁通阀致动器33a对目标压缩机驱动力Pct的控制精度。
另外，气门阀控制值运算部139作为驱动力反馈控制，也可以构成为以使实际涡轮流量Qtr接近目标涡轮流量Qtt的方式使反馈修正值WGfb变化，也可以构成为以使废气门流量Qwgr接近目标废气门流量Qwgt的方式使反馈修正值WGfb变化。在这些情况下，也能提高目标压缩机驱动力Pct的控制精度。
2－4.流程图
基于图4～图6所示的流程图，对本实施方式的控制装置100的处理步骤(带增压器36的发动机1的控制方法)进行说明。通过运算处理装置90执行存储在存储装置91中的软件(程序)，例如按一定的运算周期反复执行图4～图6的流程图的处理。
首先，对图4的流程图进行说明。
在步骤S01中，运转状态检测部110如上所述执行对发动机1的运转状态进行检测的运转状态检测处理(运转状态检测步骤)。运算状态检测部110对发动机1的实际旋转速度Ner、实际吸入空气流量Qar以及实际大气压P1r进行检测。此外，运转状态检测部110除此之外还对实际吸入空气温度T1r、实际节气门开度THr、实际歧管压力Pbr、排出气体的空燃比AF、实际增压压力P2r及油门踏板开度D等各种运转状态进行检测。在此，运转状态检测部110(实际吸入空气流量运算部141)如上所述执行对实际吸入空气流量Qar进行计算的实际吸入空气流量运算处理(实际吸入空气流量运算步骤)。运转状态检测部110(实际汽缸内新气量运算部142)如上所述执行基于空气流量传感器12或歧管压力传感器15的输出信号来对实际填充效率Ecr及实际汽缸内新气量Qcr进行计算的实际汽缸内新气量运算处理(实际汽缸内新气量运算步骤)。此外，运转状态检测部110(推定转矩运算部143)如上所述执行对发动机1的推定输出转矩TRQr或推定图示平均有效压力Pir进行计算的推定转矩运算处理(推定转矩运算步骤)。
接着，在步骤S02中，吸入空气控制部111如上所述执行对发动机1的吸入空气进行控制的吸入空气控制处理(吸入空气控制步骤)。吸入空气控制部111对目标吸入空气流量Qat及目标填充效率Ect进行计算。步骤S02的更详细的处理示于图5的流程图。在步骤S10中，要求转矩运算部120如上所述执行基于油门踏板开度D及来自外部的控制装置的要求等来对要求输出转矩TRQd进行计算的要求转矩运算处理(要求转矩运算步骤)。接着，在步骤S11中，目标转矩运算部121如上所述执行基于要求输出转矩TRQd来对目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit进行计算的目标转矩运算处理(目标转矩运算步骤)。接着，在步骤S12中，目标汽缸内新气量运算部122如上所述执行基于目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit来对目标填充效率Ect及目标汽缸内新气量Qct进行计算的目标汽缸内新气量运算处理(目标汽缸内新气量运算步骤)。在步骤S13中，目标吸入空气流量运算部123如上所述执行基于目标汽缸内新气量Qct来对目标吸入空气流量Qat进行计算的目标吸入空气流量运算处理(目标吸入空气流量运算步骤)。在步骤S14中，节气门开度控制部124如上所述执行基于目标吸入空气流量Qat来对节气门开度进行控制的节气门开度控制处理(节气门开度控制步骤)。
接着，在图4的步骤S03中，废气门阀控制部112如上所述执行对废气门阀34进行驱动控制以对增压压力P2进行控制的废气门阀控制处理(废气门阀控制步骤)。步骤S03的更详细的处理示于图6的流程图。在步骤S21中，目标增压压力运算部131如上所述执行基于目标填充效率Ect及实际旋转速度Ner来对目标增压压力P2t进行计算的目标增压压力运算处理(目标增压压力运算步骤)。在步骤S22中，目标压缩机驱动力运算部132如上所述执行基于由吸入空气控制步骤计算出的目标吸入空气流量Qat和目标增压压力P2t与实际大气压P1r间的压力比、即目标压缩机前后压力比P2t/P1r中的至少一方，来对目标压缩机驱动力Pct进行计算的目标压缩机驱动力运算处理(目标压缩机驱动力运算步骤)。
在步骤S23中，目标涡轮流量运算部133如上所述执行对实现目标压缩机驱动力Pct的目标涡轮流量Qtt进行计算的目标涡轮流量运算处理(目标涡轮流量运算步骤)。在步骤S24中，排出气体流量运算部134如上所述执行基于实际吸入空气流量Qar和发动机1的空燃比AF来对排出气体流量Qex进行计算的排出气体流量运算处理(排出气体流量运算步骤)。在步骤S25中，目标气门流量运算部135如上所述执行基于排出气体流量Qex和目标涡轮流量Qtt来对目标废气门流量Qwgt进行计算的目标气门流量运算处理(目标气门流量运算步骤)。在步骤S26中，目标涡轮前后压力比运算部136如上所述执行对实现目标压缩机驱动力Pct或目标压缩机前后压力比P2t/P1r的目标涡轮前后压力比P3t/P4t进行计算的目标涡轮前后压力比运算处理(目标涡轮前后压力比运算步骤)。
在步骤S27中，目标涡轮上游压力运算部137如上所述执行基于排出气体流量Qex对涡轮下游压力P4进行计算，并基于该涡轮下游压力P4和目标涡轮前后压力比P3t/P4t来对目标涡轮上游压力P3t进行计算的目标涡轮上游压力运算处理(目标涡轮上游压力运算步骤)。在步骤S28中，目标气门有效开口面积运算部138如上所述执行基于目标废气门流量Qwgt、目标涡轮前后压力比P3t/P4t及目标涡轮上游压力P3t来对废气门阀34的有效开口面积Swg的目标值、即目标气门有效开口面积Swgt进行计算的目标气门有效开口面积运算处理(目标气门有效开口面积运算步骤)。
在本实施方式中，在步骤S29中，实际压缩机驱动力运算部140如上所述执行基于实际增压压力P2r和实际吸入空气流量Qar来对实际压缩机驱动力Pcr进行计算的实际压缩机驱动力运算处理(实际压缩机驱动力运算步骤)。
在步骤S30中，气门阀控制值运算部139如上所述执行基于目标气门有效开口面积Swgt来对气门阀致动器34a的控制值WG、即气门阀控制值WG进行计算的气门阀控制值运算处理(气门阀控制值运算步骤)。在本实施方式中，气门阀控制值运算部139如上所述执行以使实际压缩机驱动力Pcr接近目标压缩机驱动力Pct的方式使反馈修正值WGfb变化来对气门阀控制值WG进行修正的驱动力反馈控制处理(驱动力反馈控制步骤)。此外，气门阀控制值运算部139如上所述执行根据反馈修正值WGfb偏离零值的偏离量来使反馈学习值WGlrn变化，以对气门阀修正值WG进行修正的驱动力反馈学习控制处理(驱动力反馈学习控制步骤)。
3.总结
根据本实施方式的控制装置100，在包括具有废气门阀34的增压器36的发动机1中，具有能实现加速响应特性的操作、燃油消耗最优点下的运转、以及不均匀因素的学习这样的优异的特征，另外，与现有技术相比，能削减用于需要在使发动机1与增压器36组合后进行的数据测量及匹配的作业。
此外，根据本实施方式的控制装置100，在吸入空气控制部111中，基于驾驶员的油门踏板操作及来自外部的控制装置等的转矩要求值，来对要求输出转矩TRQd进行计算，并对能实现要求输出转矩TRQd的目标吸入空气流量Qat进行计算，以实现目标吸入空气流量Qat的方式对目标节气门开度进行计算来对节气门开度进行控制。藉此，能与废气门阀34的控制系统独立地实现来自驾驶员或其它控制器等的转矩要求，也能容易地实现加速响应特性的操作等。
另一方面，在转矩要求值较大、为实现目标吸入空气流量Qat而需要增压的情况下，对值为大气压P1以上的目标增压压力P2t进行计算，使目标压缩机驱动力Pct为正值(0以上的值)，并计算出与之相应的目标涡轮流量Qtt。另外，在排出气体流量Qex比目标涡轮流量Qtt多的情况下，对经过废气门阀34而绕过涡轮32的目标废气门流量Qwgt进行计算，并基于压缩性气体中的节流孔的流量计算公式，对能实现目标废气门流量Qwgt的废气门阀开度进行计算，来对废气门阀34进行驱动控制。
这样，能对废气门阀34进行操作来高精度地对实现目标吸入空气流量Qat而需要的增压压力P2进行控制，因此，能避免无谓的增压而能实现在燃油消耗最优点下的运转，另外，通过对节气门4进行操作，能最终地实现目标吸入空气流量Qat。此外，通过对废气门阀开度进行反馈学习，能实现不均匀因素的学习。
将在废气门阀控制部112内使用的图表MAP1～MAP10归纳示于图7。
压力累加值图表MAP1是预先设定了目标填充效率Ect及旋转速度Ne与压力累加值KP2间的关系的压力累加值图表，在目标增压压力运算部131中使用。压力累加值图表MAP1能基于桌上设计来进行设定。
压力比修正系数图表MAP2是预先设定了压缩机前后压力比P2/P1与压力比修正系数F1间的关系的图表，在目标压缩机驱动力运算部132中使用。压力比修正系数图表MAP2能基于式(20)所示的理论公式来设定。
隔热效率计算图表MAP3是预先设定了吸入空气流量Qa及压缩机前后压力比P2/P1与压缩机31的隔热效率η间的关系的图表，在目标压缩机驱动力运算部132中使用。隔热效率计算图表MAP3能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(压缩机31)的单体下进行测量的实验数据来设定。
涡轮流量图表MAP4是预先设定了涡轮输出Pt与涡轮流量Qt间的关系的图表，在目标涡轮流量运算部133中使用。涡轮流量图表MAP4能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(涡轮32)的单体下进行测量的实验数据来设定。
涡轮压力比图表MAP5是预先设定了涡轮输出Pt与涡轮前后压力比P3/P4间的关系的图表，在目标涡轮前后压力比运算部136中使用。涡轮压力比图表MAP5能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(涡轮32)的单体下进行测量的实验数据来设定。
涡轮下游压力比图表MAP6是预先设定了排出气体流量Qex与涡轮下游压力P4和大气压P1间的压力比、即大气压压力比P4/P1之间的关系的图表，在目标涡轮上游压力运算部137中使用。涡轮下游压力比图表MAP6是根据设于增压器36下游的催化器及消音器等的排气阻力确定的，其能基于与增压器36的规格无关的发动机1的实验数据来设定。
流量修正系数图表MAP7是预先设定了涡轮前后压力比P3/P4与流量修正系数σ3间的关系的图表，在目标气门有效开口面积运算部138中使用。流量修正系数图表MAP7能基于式(34)所示的理论公式来设定。
排出气体温度图表MAP8是预先设定了填充效率Ec及旋转速度Ne与排出气体温度T3间的关系的图表，在目标气门有效开口面积运算部138中使用。排出气体温度图表MAP8能基于与配置于下游的增压器36的规格无关的发动机1的实验数据来设定。
音速图表MAP9是预先设定了温度T3与音速a3间的关系的图表，在目标气门有效开口面积运算部138中使用。音速图表MAP9能基于式(34)所示的理论公式来设定。
有效开口面积图表MAP10是预先设定了废气门阀34的有效开口面积Swg与气门阀控制值WG间的关系的图表，在气门阀控制值运算部139中使用。有效开口面积图表MAP10能基于在处于没有组装于发动机1的状态的增压器36(废气门阀34、气门阀致动器34a)的单体下进行测量的实验数据来设定。
如上所述，压力累加值图表MAP1、压力比修正系数图表MAP2、流量修正系数图表MAP7及音速图表MAP9能基于理论公式等在桌上进行设定，它们是即便发动机1及增压器36的规格发生变化也能沿用的图表。
隔热效率计算图表MAP3、涡轮理论图表MAP4、涡轮压力比图表MAP5及有效开口面积图表MAP10能基于处于未组装到发动机1的状态的增压器36单体下进行测量的实验数据来设定，它们是即便发动机1的规格发生变化，只要使用相同增压器36的规格就能沿用的图表。
涡轮下游压力比图表MAP6及排出气体温度图表MAP8能基于与增压器36的规格无关的发动机1的实验数据来设定，它们是即便增压器36的规格发生变化，只要使用相同发动机1的规格就能沿用的图表。
这样，在废气门阀控制部112内使用的图表MAP1～MAP10分为理论值、增压器36的单体特性或发动机1的特性。相反地，以能使用分为理论值、增压器36的单体特性或发动机1的特性的图表的方式，对废气门阀控制部112的各控制部进行设计。藉此，在相同规格的发动机1中将增压器36改变为其它规格的增压器的情况，或是将相同规格的增压器36沿用到其它规格的发动机1的情况下，也能沿用图表，其结果是，能削减数据测量及匹配的工时数。
另外，在本发明中，“图表”是指表示多个变量间的关系的函数，除了数据图表之外，还能使用多项式、数学式、数据表等。
另外，本发明能在本发明的范围内对实施方式进行适当变形、省略。
本发明能理想地用于包括增压器的内燃机的控制装置及该内燃机的控制方法，其中，上述内燃机具有对废气门阀进行驱动的致动器。

Claims (6)

1.一种带增压器的内燃机的控制装置，所述内燃机包括增压器，所述增压器具有：涡轮，该涡轮设于排气路径；压缩机，该压缩机设于吸气路径中的节气门的上游侧，且与所述涡轮一体地旋转；废气门阀，该废气门阀设于绕过所述涡轮的所述排气路径的旁通通路；以及气门阀致动器，该气门阀致动器对所述废气门阀进行驱动，其特征在于，所述带增压器的内燃机的控制装置包括：
运转状态检测部，该运转状态检测部对所述内燃机的实际旋转速度及实际吸入空气流量和实际大气压进行检测；
吸入空气控制部，该吸入空气控制部对所述内燃机的目标吸入空气流量及目标填充效率进行计算；
目标增压压力运算部，该目标增压压力运算部基于所述目标填充效率及所述实际旋转速度，来对目标增压压力进行计算，所述目标增压压力是位于所述压缩机的下游侧且位于所述节气门的上游侧的所述吸气路径内的压力、即增压压力的目标值；
目标压缩机驱动力运算部，该目标压缩机驱动力运算部基于所述目标吸入空气流量和所述目标增压压力与所述实际大气压间的压力比、即目标压缩机前后压力比中的至少一方，来对所述压缩机的驱动力的目标值、即目标压缩机驱动力进行计算；
目标涡轮流量运算部，该目标涡轮流量运算部对实现所述目标压缩机驱动力的在所述涡轮中流动的排出气体流量、即目标涡轮流量进行计算；
排出气体流量运算部，该排出气体流量运算部基于所述实际吸入空气流量和所述内燃机的空燃比，来对从所述内燃机排出的排出气体流量进行计算；
目标气门流量运算部，该目标气门流量运算部基于所述排出气体流量和所述目标涡轮流量，来对经由所述废气门阀流至所述旁通通路的排出气体流量的目标值、即目标废气门流量进行计算；
目标涡轮前后压力比运算部，该目标涡轮前后压力比运算部对实现所述目标压缩机驱动力或所述目标压缩机前后压力比的所述涡轮的前后的压力比、即目标涡轮前后压力比进行计算；
目标涡轮上游压力运算部，该目标涡轮上游压力运算部基于所述排出气体流量来对所述涡轮的下游压力进行计算，并基于所述涡轮的下游压力和所述目标涡轮前后压力比来对所述涡轮的上游压力的目标值、即目标涡轮上游压力进行计算；
目标气门有效开口面积运算部，该目标气门有效开口面积运算部基于所述目标废气门流量、所述目标涡轮前后压力比及所述目标涡轮上游压力来对所述废气门阀的有效开口面积的目标值、即目标气门有效开口面积进行计算；以及
气门阀控制值运算部，该气门阀控制值运算部基于所述目标气门有效开口面积，来对所述气门阀致动器的控制值、即气门阀控制值进行计算。
2.如权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述运转状态检测部对所述节气门的下游侧的构成所述吸气路径的进气歧管内的压力即实际歧管压力和实际吸入空气温度进行检测，
所述目标增压压力运算部基于所述实际旋转速度和所述实际歧管压力，来对所述进气歧管基准的体积效率进行计算，基于所述体积效率、所述目标填充效率和所述实际吸入空气温度，来对歧管压力的目标值、即目标歧管压力进行计算，并在所述目标歧管压力上加上压力累加值，来对所述目标增压压力进行计算。
3.如权利要求1或2所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述目标涡轮流量运算部使用预先设定了作为所述压缩机的驱动力的涡轮输出与涡轮流量间的关系的图表，来对与所述目标压缩机驱动力相应的所述涡轮流量进行计算，以作为所述目标涡轮流量，
所述目标涡轮前后压力比运算部使用预先设定了所述压缩机的驱动力或是所述增压压力与大气压间的压力比即压缩机前后压力比和所述涡轮的前后的压力比即涡轮前后压力比之间的关系的图表，来对与所述目标压缩机驱动力或所述目标压缩机前后压力比相应的所述涡轮前后压力比进行计算，以作为所述目标涡轮前后压力比，
所述目标涡轮上游压力运算部使用预先设定了所述排出气体流量与所述涡轮的下游压力和所述大气压间的压力比、即大气压压力比之间的关系的图表，来对与所述排出气体流量相应的所述大气压压力比进行计算，基于所述大气压压力比和所述实际大气压，来对所述涡轮的下游压力进行计算，并基于所述涡轮的下游压力和所述目标涡轮前后压力比，来对所述目标涡轮上游压力进行计算。
4.如权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
包括实际压缩机驱动力运算部，该实际压缩机驱动力运算部基于所述实际吸入空气流量和由所述运转状态检测部检测出的实际增压压力与所述实际大气压间的压力比、即实际压缩机前后压力比中的至少一个，来对所述压缩机的驱动力的检测值、即实际压缩机驱动力进行计算，
所述气门阀控制值运算部进行使对所述气门阀控制值进行修正的反馈修正值变化的驱动力反馈控制，以使所述实际压缩机驱动力接近所述目标压缩机驱动力，
将利用所述反馈修正值对所述气门阀控制值进行修正后的值作为最终的所述气门阀控制值。
5.如权利要求4所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气门阀控制值运算部进行驱动力反馈学习控制，该驱动力反馈学习控制根据所述反馈修正值偏离零值的偏离量，使对所述气门阀控制值进行修正的反馈学习值变化，
将利用所述反馈修正值及所述反馈学习值对所述气门阀控制值进行修正后的值作为最终的所述气门阀控制值。
6.一种带增压器的内燃机的控制方法，所述内燃机包括增压器，所述增压器具有：涡轮，该涡轮设于排气路径；压缩机，该压缩机设于吸气路径中的节气门的上游侧，且与所述涡轮一体地旋转；废气门阀，该废气门阀设于绕过所述涡轮的所述排气路径的旁通通路；以及气门阀致动器，该气门阀致动器对所述废气门阀进行驱动，其特征在于，所述带增压器的内燃机的控制方法包括：
运转状态检测步骤，在所述运转状态检测步骤中，对所述内燃机的实际旋转速度及实际吸入空气流量和实际大气压进行检测；
吸入空气控制步骤，在所述吸入空气控制步骤中，对所述内燃机的目标吸入空气流量及目标填充效率进行计算；
目标增压压力运算步骤，在所述目标增压压力运算步骤中，基于所述目标填充效率及所述实际旋转速度，来对目标增压压力进行计算，所述目标增压压力是位于所述压缩机的下游侧且位于所述节气门的上游侧的所述吸气路径内的压力、即增压压力的目标值；
目标压缩机驱动力运算步骤，在所述目标压缩机驱动力运算步骤中，基于所述目标吸入空气流量和所述目标增压压力与所述实际大气压间的压力比、即目标压缩机前后压力比中的至少一方，来对所述压缩机的驱动力的目标值、即目标压缩机驱动力进行计算；
目标涡轮流量运算步骤，在所述目标涡轮流量运算步骤中，对实现所述目标压缩机驱动力的在所述涡轮中流动的排出气体流量、即目标涡轮流量进行计算；
排出气体流量运算步骤，在所述排出气体流量运算步骤中，基于所述实际吸入空气流量和所述内燃机的空燃比，来对从所述内燃机排出的排出气体流量进行计算；
目标气门流量运算步骤，在所述目标气门流量运算步骤中，基于所述排出气体流量和所述目标涡轮流量，来对经由所述废气门阀流至所述旁通通路的排出气体流量的目标值、即目标废气门流量进行计算；
目标涡轮前后压力比运算步骤，在所述目标涡轮前后压力比运算步骤中，对实现所述目标压缩机驱动力或所述目标压缩机前后压力比的所述涡轮的前后的压力比、即目标涡轮前后压力比进行计算；
目标涡轮上游压力运算步骤，在所述目标涡轮上游压力运算步骤中，基于所述排出气体流量来对所述涡轮的下游压力进行计算，并基于所述涡轮的下游压力和所述目标涡轮前后压力比来对所述涡轮的上游压力的目标值、即目标涡轮上游压力进行计算；
目标气门有效开口面积运算步骤，在所述目标气门有效开口面积运算步骤中，基于所述目标废气门流量、所述目标涡轮前后压力比及所述目标涡轮上游压力来对所述废气门阀的有效开口面积的目标值、即目标气门有效开口面积进行计算；以及
气门阀控制值运算步骤，在所述气门阀控制值运算步骤中，基于所述目标气门有效开口面积，来对所述气门阀致动器的控制值、即气门阀控制值进行计算。
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