CN107916986B - 带增压机的内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

带增压机的内燃机的控制装置以及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带增压机的内燃机的控制装置和控制方法，即使在利用了多个增压机的内燃机中，也能以简单的运算，利用电动压缩机响应性良好地对涡轮增压机产生的增压压力的不足部分进行辅助。该带增压机的内燃机的控制装置(100)包括电动压缩机转速控制部(151)，该电动压缩机转速控制部(151)从实际增压压力(P2r)减去实际中间增压压力(P12r)来得到压力差，计算出从目标增压压力(P2t)中减去该压力差后得到的值来作为目标中间增压压力，计算目标中间增压压力与实际大气压(P1r)的压力比，基于压力比和实际吸入空气流量(Qar)，计算电动压缩机的目标转速(Necpt)，控制电动机(43)。

Description

带增压机的内燃机的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及具备了具有涡轮机和涡轮压缩机的涡轮增压机、以及具有利用电动机来驱动的电动压缩机的带增压机的内燃机的控制装置以及控制方法，。
背景技术
作为适用于内燃机的增压系统的控制方法，提出了利用根据涡轮增压机的通过空气流量、压缩机的前后压力比等计算出的压缩机驱动力的方法(例如参照下述专利文献1)。
由于利用废气能量进行增压的涡轮增压机中产生从低速区域开始的加速延迟的问题，因此还提出了在进气路径设置以电动机作为驱动力的电动压缩机来解决加速延迟的方法(例如参照下述专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第593927号公报
专利文献2：日本专利特开2016－11641号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，专利文献1的技术中，虽然能应对具备涡轮增压机的内燃机，但无法应对除了涡轮增压机之外还具备电动压缩机的内燃机。此外，专利文献2的技术中需要较多的控制模式的判定，因此存在控制复杂化的问题。
于是，要求一种带增压机的内燃机的控制装置和控制方法，即使在利用了涡轮增压机以及电动压缩机的多个增压机的内燃机中，也能以简单的运算，利用电动压缩机响应性良好地对因涡轮增压机而产生的增压压力的不足部分进行辅助。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的带增压机的内燃机的控制装置中，该增压机包括：涡轮增压机，该涡轮增压机具有设置于排气路径的涡轮机，及设置于进气路径的节流阀的上游侧且与所述涡轮机进行一体旋转的涡轮压缩机；以及电动增压机，该电动增压机具有设置于所述进气路径的所述涡轮压缩机的上游侧的电动压缩机，及驱动所述电动压缩机的电动机，该带增压机的内燃机的控制装置的特征在于，具有：运转状态检测部，该运转状态检测部检测流过所述进气路径的吸入空气流量、大气压、所述电动压缩机的下游侧且所述涡轮压缩机的上游侧的所述进气路径内的压力即中间增压压力、以及所述涡轮压缩机的下游侧且所述节流阀的上游侧的所述进气路径内的压力即增压压力；目标增压压力运算部，该目标增压压力运算部计算所述增压压力的目标值；以及电动压缩机转速控制部，该电动压缩机转速控制部从所述增压压力的检测值减去所述中间增压压力的检测值得到压力差，计算出从所述增压压力的目标值中减去该压力差后得到的值，来作为所述中间增压压力的目标值，计算所述中间增压压力的目标值与所述大气压的检测值的比即目标电动压缩机前后压力比，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述吸入空气流量的检测值，计算所述电动压缩机的目标转速，控制所述电动机，从而使所述电动压缩机的转速接近所述电动压缩机的目标转速。
本发明涉及的带增压机的内燃机的控制方法中，该带增压机的内燃机包括：涡轮增压机，该涡轮增压机具有设置于排气路径的涡轮机，及设置于进气路径的节流阀的上游侧且与所述涡轮机进行一体旋转的涡轮压缩机；以及电动增压机，该电动增压机具有设置于所述进气路径的所述涡轮压缩机的上游侧的电动压缩机，及驱动所述电动压缩机的电动机，该带增压机的内燃机的控制方法的特征在于，执行如下步骤：
运转状态检测步骤，该运转状态检测步骤中，检测流过所述进气路径的吸入空气流量、大气压、所述电动压缩机的下游侧且所述涡轮压缩机的上游侧的所述进气路径内的压力即中间增压压力、以及所述涡轮压缩机的下游侧且所述节流阀的上游侧的所述进气路径内的压力即增压压力；目标增压压力运算步骤，该目标增压压力运算步骤中，计算所述增压压力的目标值；以及电动压缩机转速控制步骤，该电动压缩机转速控制步骤中，从所述增压压力的检测值减去所述中间增压压力的检测值得到压力差，计算出从所述增压压力的目标值中减去该压力差后得到的值，来作为所述中间增压压力的目标值，计算所述中间增压压力的目标值与所述大气压的检测值的比即目标电动压缩机前后压力比，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述吸入空气流量的检测值，计算所述电动压缩机的目标转速，控制所述电动机，从而使所述电动压缩机的转速接近所述电动压缩机的目标转速。
发明效果
根据本发明涉及的带增压机的内燃机的控制装置以及控制方法，利用从增压压力的检测值中减去中间增压压力的检测值后得到的压力差，计算利用涡轮压缩机实际增压的实际压力差。然后，为了通过从涡轮压缩机的下游侧的目标增压压力中减去涡轮压缩机的实际压力值从而实现目标增压压力，计算电动压缩机增压所需的中间增压压力的目标值，根据中间增压压力的目标值，能计算由电动压缩机达成所需的电动压缩机前后压力比的目标值。然后，在通过电动压缩机的实际吸入空气流量的条件下，计算用于达成目标电动压缩机前后压力比的电动压缩机的目标转速，能利用响应性快的电动机将电动压缩机控制为目标转速。从而，通过利用了压力信息的简单的运算，能利用电动压缩机响应性良好地对因加速请求后的涡轮增压机的响应延迟等所产生的涡轮压缩机的增压压力的不足部分进行辅助，能实现加速响应性的改善。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的带增压机的内燃机的简要结构图。
图2是本发明的实施方式1涉及的带增压机的内燃机的控制装置的框图。
图3是本发明的实施方式1涉及的带增压机的内燃机的控制装置的硬件结构图。
图4是说明本发明的实施方式1涉及的转速特性的图。
图5是说明在没有因本发明的实施方式1涉及的电动压缩机而产生的增压的情况下吸入空气的流动的图。
图6是说明在有因本发明的实施方式1涉及的电动压缩机而产生的增压的情况下吸入空气的流动的图。
图7是表示本发明的实施方式1涉及的控制装置的处理的流程图。
图8是表示本发明的实施方式1涉及的吸入控制控制部的处理的流程图。
图9是表示本发明的实施方式1涉及的废气减压阀控制部的处理的流程图。
图10是表示本发明的实施方式1涉及的电动压缩机控制部的处理的流程图。
具体实施方式
参照附图对实施方式1涉及的带增压机的内燃机1(以下简称为发动机1)的控制装置100(以下简称为控制装置100)进行说明。发动机1包括涡轮增压机36和电动增压机50这两个增压机。图1是本实施方式涉及的发动机1的简要结构图，图2是本实施方式涉及的控制装置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气缸8。发动机1以及控制装置100搭载于车辆，发动机1成为车辆(车轮)的驱动力源。发动机1包括向气缸8提供空气的进气路径2、以及使气缸8的废气排出的排气路径7。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具有向各气缸8提供空气的进气歧管5。在进气歧管5的上游侧的进气路径2具备节流阀4。由此，节流阀4的下游侧的进气路径2由进气歧管5构成。
发动机1包括涡轮增压机36。涡轮增压机36具有设置于排气路径7的涡轮机32，以及设置于进气路径2的节流阀4的上游侧、且与涡轮机32一体旋转的压缩机即涡轮压缩机31。
此外，涡轮增压机36具有绕开涡轮机32的涡轮旁路37、使涡轮旁路37开闭的废气减压阀34、以及驱动废气减压阀34的减压阀致动器34a。涡轮旁路37是连接涡轮机32的上游侧的排气路径7的部分和下游侧的排气路径7的部分的涡轮机32的旁通流路。
若利用废气对涡轮机32旋转驱动，则涡轮压缩机31也与涡轮机32一体旋转，将吸气路径2内的空气压缩并送入气缸8一侧。涡轮机32和涡轮压缩机31通过涡轮轴39连结以使其在同轴上一体旋转。若利用减压阀致动器34a增加废气减压阀34的开度，则从发动机1(气缸8)排出的废气流量内，绕开涡轮机32流过涡轮旁路37的废气流量部分即废气减压流量增加，流过涡轮机32的废气流量部分即涡轮机流量减少。因此，涡轮机32以及涡轮压缩机31的旋转驱动力减弱。减压阀致动器34a被设为是利用电动机的旋转驱动力使废气减压阀34的开度变化的电动式。此外，减压阀致动器34a也可以被设为压力式，即、将对增压压力P2减去利用电磁阀所调节的减压量后的压力提供至膜片，利用膜片的驱动力使废气减压阀34的开度变化。
涡轮增压机36具有绕开涡轮压缩机31的涡轮压缩机旁路38、使涡轮压缩机旁路38开闭的涡轮压缩机旁通阀33、以及驱动涡轮压缩机旁通阀33的涡轮压缩机阀致动器33a。涡轮压缩机阀致动器33a被设为是具有利用增压压力P2与歧管压力Pb的压力差来进行动作的膜片的压力式。若增压压力P2增加至比歧管压力Pb高出规定的压力差以上，则利用膜片的动作来打开涡轮压缩机旁通阀33，使涡轮压缩机31的上游和下游旁通。从而，能防止主要在松开油门时因增压压力P2异常上升而造成的进气管等的机械损伤。在利用后述的废气减压阀控制部112控制废气减压阀34的开度的状态下，涡轮压缩机旁通阀33基本是被关闭的。
发动机1包括电动增压机50。电动增压机50具有设置于进气路径2的涡轮压缩机31的上游侧的压缩机即电动压缩机42，以及驱动电动压缩机42的电动机43(以下称为压缩机驱动用电动机43)。本实施方式中，压缩机驱动用电动机43被设为永磁体式同步电动机。压缩机驱动用电动机43具有安装了永磁体的转子、和安装了绕组的定子。转子的转轴与电动压缩机42相连结。压缩机驱动用电动机43包括逆变器、电动机控制装置。电动机控制装置通过控制逆变器使电动机的输出发生变化，从而使转子的转速接近从控制装置100所传输的电动压缩机42的目标转速Necpt。电动机控制装置利用转速传感器等检测转子的转速。压缩机驱动用电动机43也可以利用DC无刷电动机、感应电动机等其它种类的电动机。
电动增压机50具有绕开电动压缩机42的电动压缩机旁路44、使电动压缩机旁路44开闭的电动压缩机旁通阀45、以及驱动电动压缩机旁通阀45的电动压缩机阀致动器47。电动压缩机旁路44是连接电动压缩机42的上游侧的进气路径2的部分和下游侧的进气路径2的部分的电动压缩机42的旁通流路。电动压缩机阀致动器47被设为是利用电动机的旋转驱动力使电动压缩机旁通阀45的开度变化的电动式。电动压缩机旁通阀45连接有生成与电动压缩机旁通阀45的开度相对应的电信号的电动压缩机阀位置传感器46。此外，电动压缩机阀致动器47也可以被设为压力式，即、将对中间增压压力P12减去利用电磁阀所调节的减压量后的压力提供至膜片，利用膜片的驱动力使电动压缩机旁通阀45的开度变化。
在进气路径2的最上游侧安装有对吸入的外部空气进行净化的空气净化器3。在进气路径2的空气净化器3的下游侧且电动压缩机42的上游侧，以整体元器件或单独元器件(本例中为整体元器件)的方式设有生成与吸入空气流量Qa相对应的电信号的气流传感器12、和生成与进气路径2内的吸入空气温度T1相对应的电信号的吸入空气温度传感器13。在进气路径2的空气净化器3的下游侧且电动压缩机42的上游侧，设有生成与大气压P1相对应的电信号的大气压传感器9。电动压缩机42的上游压力能看作与大气压P1相等。大气压传感器9也可以内置于控制装置100。
在电动压缩机42的下游侧且涡轮压缩机31的上游侧的进气路径2内，设有生成与中间增压压力P12相对应的电信号的压力传感器即中间增压压力传感器48、以及生成与中间增压温度T12相对应的电信号的温度传感器即中间增压温度传感器49。中间增压压力P12是电动压缩机42的下游侧且涡轮压缩机31的上游侧的进气路径2内的吸入空气的压力。中间增压温度T12是电动压缩机42的下游侧且涡轮压缩机31的上游侧的进气路径2内的吸入空气的温度。中间增压压力传感器48和中间增压温度传感器49可以是整体元器件，也可以是单独元器件。中间增压压力P12、中间增压温度T12可以是利用了各种控制信息的推定値。
在涡轮压缩器31的下游侧的进气路径2内，设有用于冷却压缩空气的中冷器30。在中冷器30的下游侧，设有用于调整吸入发动机1的空气量的节流阀4。节流阀4通过节流发动机40来进行开闭。节流阀4连接有生成与节流开度相对应的电信号的节流位置传感器14。
在涡轮压缩机31的下游侧且节流阀4的上游侧的进气路径2内，设有生成与增压压力P2相对应的电信号的压力传感器即增压压力传感器35。增压压力P2是涡轮压缩机31的下游侧且节流阀4的上游侧的进气路径2内的吸入空气的压力。
节流阀4的下游侧的进气路径2的部分通过起到抑制进气脉动的调压罐的作用的进气歧管5来构成。在进气歧管5设有生成与进气歧管5内的吸入空气的压力即歧管压力Pb相对应的电信号的歧管压力传感器15。对于气流传感器12和歧管压力传感器15，可以如本实施方式所述那样两者均未设置，也可以仅设置歧管压力传感器15而不设置气流传感器12。在仅设有歧管压力传感器15的情况下，也可以构成为将吸入空气温度传感器13设于进气歧管5，检测进气歧管5内的吸入空气的温度。
在进气歧管5的下游侧部分设有喷射燃料的喷射器17。喷射器17也可以设为使其向气缸8内直接喷射燃料。在气缸8的顶部设有对将吸入至气缸8的空气和从喷射器17喷射出的燃料混合而生成的可燃混合气体进行点燃的火花塞18、以及产生用于使火花塞18飞溅火花的能量的点火线圈19。此外，设有对从进气路径2吸入至气缸8内的吸入空气量进行调节的进气阀20、以及对从气缸8内排出至排气路径7的废气量进行调节的排气阀21。在发动机1的曲柄轴设有生成与其旋转角相对应的电信号的曲柄角传感器11。
在涡轮机32的下游侧的排气路径7内设有废气净化催化剂22。在涡轮机32的下游侧且废气净化催化剂22的上游侧的排气路径7内，设有生成与燃烧气体内的空气与燃料的比率即空燃比AF相对应的电信号的空燃比传感器16。
2.控制装置100的结构
接着，对电子控制装置100的结构进行说明。控制装置100是将具备了涡轮增压机36以及电动增压机50的发动机1作为控制对象的控制装置。如图2所示，控制装置100包括运转状态检测部110、吸入空气控制部111、废气减压阀控制部112、以及电动压缩机控制部113等控制部。
控制装置100所具备的各控制部110～113等通过控制装置100具备的处理电路来实现。具体而言，如图3所示，控制装置100作为处理电路包括CPU(Central ProcessingUnit：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进行数据的交换的储存装置91、向运算处理装置90输入外部的信号的输入电路92、以及从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93等。作为储存装置91，包括能从运算处理装置90读取以及写入数据而构成的RAM(Random Access Memory：随机存取储存器)、能从运算处理装置90读取数据而构成的ROM(Read Only Memory：只读储存器)等。输入电路92连接各种传感器、开关，并包括向运算处理装置90输入这些传感器、开关的输出信号的A/D转换器、输入端口等。输出电路93与电负载相连接，包括从运算处理装置90向这些电负载输出控制信号的驱动电路、输出端口等。并且，控制装置100所具备的各控制部110～113等的各功能是通过运算处理装置90执行储存于ROM等储存装置91的软件(程序)，并与储存装置91、输入电路92、以及输出电路93等控制装置100的其它硬件协作来实现的。各控制部110～113等利用的映射数据等设定数据作为软件(程序)的一部分被储存至ROM等储存装置91。
本实施方式中，在输入电路92连接有大气压传感器9、曲柄角传感器11、气流传感器12、吸入空气温度传感器13、节流位置传感器14、歧管压力传感器15、空燃比传感器16、增压压力传感器35、生成与油门的操作量相对应的电信号的油门位置传感器41、电动压缩机阀位置传感器46、中间增压压力传感器48、中间增压温度传感器49等各种传感器。在输出电路93连接有节流电动机40、喷射器17、点火线圈19、涡轮压缩机阀致动器33a、以及减压阀致动器34a、压缩机驱动用电动机43、电动压缩机阀驱动用电动机47等各种致动器。在输入电路92连接有未图示的发动机1的燃烧控制用的传感器、车辆动作控制用的传感器(例如车速传感器、水温传感器等)。
作为基本的控制，控制装置100基于所输入的各种传感器的输出信号等计算燃料喷射量、点火定时等，对燃料喷射装置以及点火装置等进行驱动控制(未图示)。控制装置100的详细内容在以下进行说明，基于油门位置传感器41的输出信号等，计算发动机1所请求的请求输出转矩，控制节流阀4、废气减压阀34、电动压缩机42、电动压缩机旁通阀45等，使其成为实现该请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包括检测发动机1以及车辆的运转状态的运转状态检测部110。运转状态检测部110检测发动机1的实际转速Ner、实际吸入空气流量Qar、以及实际大气压P1r。具体而言，运转状态检测部110基于曲柄角传感器11的输出信号检测发动机1的实际转速Ner，基于气流传感器12或歧管压力传感器15的输出信号检测发动机1的实际吸入空气流量Qar，基于大气压传感器9的输出信号检测实际大气压P1r。此外，图2中记载的内容中，构成为基于气流传感器12的输出信号检测发动机1的实际吸入空气流量Qar的方式。
这里，实际吸入空气流量表示吸入空气流量的检测值等，实际○○表示○○的检测值。目标吸入空气流量表示吸入空气流量的目标值等，目标○○表示○○的目标值。
运转状态检测部110除此之外还检测实际吸入空气温度T1r、实际节流阀开度THr、实际歧管压力Pbr、废气的空燃比AF、实际增压压力P2r、油门开度D、电动压缩机旁通阀的实际开度BVr、实际中间增压压力P12r、以及实际中间增压温度T12r等各种运转状态。具体而言，运转状态检测部110构成为基于吸入空气温度传感器13的输出信号检测实际吸入空气温度T1r，基于节流位置传感器14的输出信号检测实际节流阀开度THr，基于歧管压力传感器15的输出信号检测实际歧管压力Pbr，基于空燃比传感器16的输出信号检测废气的空燃比AF，基于增压压力传感器35的输出信号检测实际增压P2r，基于油门位置传感器41的输出信号检测油门开度D，基于电动压缩机阀位置传感器46的输出信号检测电动压缩机旁通阀的实际开度BVr，基于中间增压压力传感器48的输出信号检测实际中间增压压力P12r，基于中间增压温度传感器49的输出信号检测实际中间增压温度T12r。
<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计算吸入至发动机1(进气路径2)的空气流量即实际吸入空气流量Qar。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，如下述(1)式计算冲程周期ΔT间(本例中为BTDC5degCA间)的实际测量空气流量Qr的平均值来作为实际吸入空气流量Qar[g/s]，所述实际测量空气流量Qr基于气流传感器12或歧管压力传感器15(本例中为气流传感器12)的输出信号Vafs来检测出。
Qar＝ΣQr/N (1)
这里，N是冲程周期ΔT间的实际测量空气流量Qr的取样次数。运转状态检测部110在基于利用歧管压力传感器15检测到的实际歧管压力Pbr检测实际测量空气流量Qr的情况下，利用(14)式的节流孔的流量计算式等计算实际测量空气流量Qr。
<实际气缸内新气体量运算部142>
运转状态检测部110包括实际气缸内新气体量运算部142。实际气缸内新气体量运算部142基于气流传感器12或歧管压力传感器15(本例中为气流传感器12)的输出信号，计算实际填充效率Ecr以及实际气缸内新气体量Qcr。本实施方式中，实际气缸内新气体量运算部142如以下(2)式，对将实际吸入空气流量Qar与冲程周期ΔT(本例中BTDC5degCA间的期间)相乘后的值，进行模拟了进气歧管5(调压罐)的延迟后的一阶滞后滤波处理，计算出一个冲程内的实际气缸内新空气量Qcr[g/stroke]。这里，KCCA为滤波系数。
Qcr(n)＝KCCA×Qcr(n－1)
+(1－KCCA)×Qar(n)×ΔT(n) (2)
或者，实际气缸内新气体量运算部142也可以构成为如以下(3)式所述，对进气歧管5基准的体积效率Kv乘以气缸容积Vc，计算吸入至气缸8内的进气歧管5内的空气体积，对计算出的空气体积乘以基于实际歧管压力Pbr以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，从而计算出实际气缸内新气体量Qcr[g/stroke]。这里，体积效率Kv是吸入至气缸8的进气歧管5内的空气体积相对于气缸容积Vc的比率(Kv＝吸入气缸8的进气歧管5内的空气体积/Vc)。实际气缸内新气体量运算部142利用预先设定了转速Ne、歧管压力Pb和体积效率Kv的关系的映射数据，计算与实际转速Ner以及实际歧管压力Pbr相对应的体积效率Kv。这里R为气体常数。
Qcr＝(Kv×Vc)×ρb，ρb＝Pbr/(R×T1r) (3)
实际气缸内新气体量运算部142如以下(4)式所述，将实际气缸内新气体量Qcr除以标准大气状态的空气密度ρ0和气缸容积Vc相乘后的值，计算实际填充效率Ecr。实际填充效率Ecr是实际气缸内新气体量Qcr相对于充满气缸容积Vc的标准大气状态的空气质量(ρ0×Vc)的比率。标准大气状态为1atm，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，进行用于推定从发动机1产生的实际转矩的运算，即计算发动机1的推定输出转矩TRQr或推定图示平均有效压力Pir。这里，空燃比AF可以是利用空燃比传感器16检测出的废气的空燃比，也可以是为了计算喷射器17的驱动时间所使用的空燃比AF的目标值。
本实施方式中，推定转矩运算部143基于一个冲程内的实际气缸内新气体量Qcr和空燃比AF，如以下(5)式所示，计算一个冲程内的燃料量Qf[g]。
Qf＝Qcr/AF (5)
推定转矩运算部143基于发动机1所使用的燃料的每单位质量的发热量(例如在汽油的情况下约为44[MJ/kg])，如以下(6)式所述，根据一个冲程内的燃料量Qf计算发热量Ht[J])。
Ht＝Qf×44000 (6)
推定转矩运算部143计算发动机1的热效率η[％]。推定转矩运算部143基于预先在发动机1所测量的实际数据，利用预先设定了转速Ne、填充效率Ec与热效率η的关系的映射数据，计算与实际转速Ner以及实际填充效率Ecr相对应的热效率η。推定转矩运算部143基于发热量Ht和热效率η，如以下(7)式所述，计算燃烧气体在气缸8内对活塞所做的功即实际图示做功Wi[J]。
Wi＝Ht×η (7)
推定转矩运算部143如以下(8)式所述，使实际图示做功Wi[J]除以气缸容积Vc，计算推定图示平均有效压力Pir[kPa]。
Pir＝Wi/Vc (8)
对上述(5)、(6)、(7)、(8)汇总，表示为下述(9)式。
Pir＝Wi/Vc
＝(Ht×η)/Vc
＝(Qf×44000×η)/Vc
＝{(Qcr/AF)×44000×η}/Vc (9)
这里，上述(9)式中，若将实际气缸内新气体量Qcr替换为目标气缸内新气体量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，则如以下(10)式所示，对目标气缸内新气体量Qct整理该式，导出下述的(12)式。
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]，如以下(11)式所示，计算推定输出转矩TRQr[Nm]。这里，z为缸数，i为1个循环内的转速(例如4循环发动机的情况下i＝2)。
TRQr＝Pir×Vc×z/(2π×i) (11)
像这样，通过利用实际气缸内新气体量Qcr，能高精度地计算推定输出转矩TRQr。
2-2.吸入空气控制部111
吸入空气控制部111控制发动机1的吸入空气。吸入空气控制部111计算吸入空气流量Qa的目标值即目标吸入空气流量Qat、填充效率Ec的目标值即目标填充效率Ect。本实施方式中，吸入空气控制部111包括：计算发动机1所请求的输出转矩即请求输出转矩TRQd的请求转矩运算部120，基于请求输出转矩TRQd计算目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit的目标转矩运算部121，基于目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit计算目标填充效率Ect以及目标气缸内新气体量Qct的目标气缸内新气体量运算部122，基于目标气缸内新气体量Qct计算目标吸入空气流量Qat的目标吸入空气流量运算部123，以及基于目标吸入空气流量Qat控制节流阀开度的节流阀开度控制部124。
下面，对吸入空气控制部111的各控制部120～124进行详细说明。
<请求转矩运算部120>
请求转矩运算部120基于油门开度D以及来自外部的控制装置的请求计算请求输出转矩TRQd。请求转矩运算部120基于实际转速Ner(或者车辆的行驶速度VS)以及油门开度D，计算由车辆的驾驶者所请求的发动机1的输出转矩即驾驶者请求输出转矩。具体而言，请求转矩运算部120利用预先设定了实际转速Ner(或者行驶速度VS)、油门开度D与驾驶者请求输出转矩的关系的映射数据，计算与实际转速Ner(或行驶速度VS)以及油门开度D相对应的驾驶者请求输出转矩。
从外部的控制装置(例如传动的控制装置、制动的控制装置、牵引力控制的控制装置等)向控制装置100输入外部请求输出转矩TRR。请求转矩运算部120根据运转状态选择驾驶者请求输出转矩和外部请求输出转矩TRR中的任一方的值，进行计算来作为请求输出转矩TRQd。这里，请求输出转矩TRQd表示从发动机1的曲柄轴输出的转矩的请求值。请求转矩运算部120也可以为了使车辆的加速响应特性变化而对请求输出转矩TRQd进行一阶提前补偿、一阶滞后补偿。
<目标转矩运算部121>
目标转矩运算部121基于请求输出转矩TRQd计算目标输出转矩TQRt或目标图示平均有效压力Pit。目标转矩运算部121基于测量了各种发动机辅助装置(例如电源连接器、空调用压缩机、助力转向装置用泵、传动用泵、转矩转换器等)的负载后的实验数据，利用预先设定了转速Ne等运转状态与发动机辅助装置的负载的关系的映射数据，计算与实际转速Ner等实际运转状态相对应的发动机辅助装置的负载。目标转矩运算部121在请求输出转矩TRQd中加上发动机辅助装置负载(绝对值)，计算考虑了发动机辅助装置负载的发动机请求输出转矩。
接着，目标转矩运算部121基于测量了发动机1自身所具有的机械损耗以及泵气损耗(将其总称为“发动机损耗”)后的实际数据，利用预先设定了转速Ne等运转状态与发动机损耗的关系的映射数据，计算与实际转速Ner等实际运转状态相对应的发动机损耗。接着，目标转矩运算部121在发动机请求输出转矩中加上发动机损耗(绝对值)，计算在气缸8内应当产生的目标图示平均有效压力Pit。此外，目标转矩运算部121也可以计算目标输出转矩TRQt来代替目标图示平均有效压力Pit。
<目标气缸内新气体量运算部122>
目标气缸内新气体量运算部122基于目标图示平均有效压力Pit或目标输出转矩TRQt计算目标气缸内新气体量Qct以及目标填充效率Ect。目标气缸内新气体量运算部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来计算目标气缸内新气体量Qct[g/stroke]以及目标填充效率Ect。热效率η利用上述的推定转矩运算部143中计算出的数据。此外，气缸容积Vc表示一个缸内的气缸8的冲程容积[L]。
目标气缸内新气体量运算部122如以下(12)式所示，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来计算目标气缸内新气体量Qct以及目标填充效率Ect。(12)式的导出是利用(10)式进行上述运算的内容。
Qct＝AF×Pit×Vc/(η×44000)
Ect＝AF×Pit/(η×44000×ρ0) (12)
目标气缸内新气体量运算部122也可以构成为使目标气缸内新气体量Qct除以充满气缸容积Vc的标准大气状态的预先设定的空气质量(ρ0×Vc)，从而计算出目标填充效率Ect。目标填充效率Ect以及目标气缸内新气体量Qct是互为相关的值，基于一方的计算值来计算另一方的值。
<目标吸入空气流量运算部123>
目标吸入空气流量运算部123基于目标气缸内新气体量Qct，计算发动机1应当吸入进气路径2的目标吸入空气流量Qat[g/s]。本实施方式中，目标吸入空气流量运算部123如下(13)式所述，对于目标气缸内新气体量Qct，将上述的(2)式的进行了作为一阶滞后滤波处理的相反特性的一阶提前滤波处理后的值除以冲程周期ΔT，来计算目标吸入空气流量Qat。目标吸入空气流量Qat相当于通过进气歧管5(调压罐)的上游的进气路径2(例如节流阀4)的空气流量的目标值。本例中，冲程周期ΔT被设定为BTDC5degCA间的周期，若为4缸发动机则为180degCA间的周期，若为3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)
<节流阀开度控制部124>
节流阀开度控制部124基于目标吸入空气流量Qat控制节流阀开度。节流阀开度控制部124基于目标吸入空气流量Qat设定目标节流阀开度THt，对节流电动机40进行驱动控制，使实际节流阀开度THr接近目标节流阀开度THt。
本实施方式中，节流阀开度控制部124构成为，使其利用将节流阀4附近的流动考虑为节流阀前后的流动的、压缩性流体的节流孔的流量计算式即流体力学的理论式，计算实现目标吸入空气流量Qat的目标节流阀开度THt。
流过作为节流阀的节流阀4的吸入空气流量Qa[g/s]的理论式利用能量守恒定律、等熵流关系方程、音速关系方程以及状态方程导出如下述(14)式所示。
【数学式1】
Figure BDA0001425611030000181
这里，示出了κ为比热比，R为气体常数，ρ为密度，T为温度，a为音速，U为流速，Sth为节流阀4的有效开口面面积，Const.为定值。σ2为根据节流阀4的上下游(前后)的压力比Pb/P2变化的流量校正系数。此外，各标记后面的2表示是节流阀4的上游部的值，各标记后面的b表示是节流阀4的下游部(进气歧管5)的值，各标记后面的e表示是节流阀4部的值。
节流开度控制部124基于上述(14)式中流量校正系数σ2的计算式，利用预先设定了增压压力P2和歧管压力Pb的比率即节流阀前后压力比Pb/P2、与流量校正系数σ2的关系的映射数据，计算与实际歧管压力Pbr和实际增压压力P2r的压力比即实际节流阀前后压力比Pbr/P2r相对应的流量校正系数σ2。节流阀开度控制部124基于上述(14)式中音速a的计算式，利用预先设定了温度T与音速a的关系的映射数据，计算与实际吸入空气温度T1r相对应的音速a2。节流开度控制部124利用上述(14)式中的密度ρ的计算式，基于实际增压压力P2r以及实际吸入空气温度T1r计算密度ρ2。并且，节流阀开度控制部124如下述(15)式所示，对目标吸入空气流量Qat除以流量校正系数σ2、音速a2、以及密度ρ2，计算目标节流阀有效开口面积Stht。
Stht＝Qat/(σ2×a2×ρ2) (15)
节流阀开度控制部124利用预先设定了节流阀有效开口面积Sth与节流阀开度的关系的映射数据，计算与目标节流有效开口面积Stht相对应的节流阀开度作为目标节流阀开度THt。节流阀开度控制部124使节流阀电动机40的控制值变化，从而使实际节流阀开度THr接近目标节流阀开度THt。
节流阀开度控制部124构成为计算校正目标节流阀有效开口面积Stht的学习值，从而使实际吸入空气流量Qar接近目标吸入空气流量Qat。从而，能高精度地达成目标吸入空气流量Qat。
通过像这样控制吸入空气流量Qa，能高精度地达成驾驶者、或其它来自控制器的转矩请求值。
2-3.废气减压阀控制部112
废气减压阀控制部112驱动控制废气减压阀34，控制增压压力P2。废气减压阀控制部112如图2所示，包括：目标增压压力运算部131、目标总压缩机驱动力运算部132、目标涡轮流量运算部133、废气流量运算部134、目标减压流量运算部135、目标涡轮机前后压力比运算部136、目标涡轮上游压力运算部137、目标减压阀有效开口面积运算部138、减压阀控制值运算部139、以及实际涡轮压缩机驱动力运算部140。以下，对废气减压阀控制部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以及实际转速Ner，计算增压压力P2的目标值即目标增压压力P2t，该增压压力P2是位于涡轮压缩机31的下游侧且节流阀4的上游侧的进气路径2内的压力。本实施方式中，目标增压压力运算部131构成为基于实际转速Ner和实际歧管压力Pbr来计算进气歧管5的基准的体积效率Kv，基于体积效率Kv和目标填充效率Ect及实际吸入空气温度T1r来计算进气歧管5内的压力的目标值即目标歧管压力Pbt，对目标歧管压力Pbt加上压力加法值KP2来计算目标增压压力P2t。体积效率Kv是将进气歧管5内的空气体积作为基准的体积效率Kv，是被吸入气缸8的进气歧管5内的空气体积相对于气缸容积Vc的比率(Kv＝吸入气缸8的进气歧管5内的空气体积/Vc)。目标增压压力运算部131与实际气缸内新气体量运算部142同样地，利用预先设定了转速Ne、歧管压力Pb与体积效率Kv的关系的映射数据，计算与实际转速Ner以及实际歧管压力Pbr相对应的体积效率Kv。本实施方式中，利用实际气缸内新气体量运算部142所计算出的体积效率Kv。
目标增压压力运算部131如下述(16)式所示，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、和作为环境校正的实际吸入空气温度T1r，计算目标歧管压力Pbt。这里，P10是标准大气状态的大气压P1(本例中为P10＝1atm)，T10是标准大气状态的吸入空气温度T1(本例中为T10＝25℃)。
【数学式2】
目标增压压力运算部131如下述(17)式所示，利用预先设定了目标填充效率Ect及转速Ne与压力计算值KP2的关系的映射数据MAP1，计算与目标填充效率Ect和实际转速Ner相对应的压力相加值KP2。然后，目标增压压力运算部131对目标歧管压力Pbt加上压力加法值KP2，计算目标增压压力P2t。压力加法值KP2是用于确保节流阀4前后的压力差，利用节流阀4控制吸入空气流量Qa的值。也可以将压力加法值KP2设定为5[kPa]左右的定值。
P2t＝Pbt+KP2
KP2＝MAP1(Ect，Ner) (17)
由此，能高精度地计算达成目标填充效率Ect所需的目标增压压力P2t。
<目标总压缩机驱动力运算部132>
目标总压缩机驱动力运算部132基于目标吸入空气流量Qat、以及目标增压压力P2t与实际大气压P1r的压力比即目标总压缩机前后压力比P2t/P1r，计算对涡轮压缩机31的驱动力和电动压缩机42的驱动力进行总计后的总压缩机驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力Pct。
首先，对涡轮压缩机31以及涡轮机32的基础特性进行说明。若考虑到作为涉及空气状态的物理定律的质量守恒定律、多方状态变化、绝热效率，则涡轮机输出Pt[W]以及涡轮压缩机31的驱动力Pc[W]利用下述(18)式的理论式来计算。
【数学式3】
Figure BDA0001425611030000221
这里，Cp是定压比热容[kJ/(kg·K)]，Wt是每单位流量的涡轮机输出[J]，Wc是每单位流量的压缩机做功[J]，，Qt是通过涡轮机32的质量流量[g/s]，Qcmp是通过涡轮压缩机31的质量流量[g/s]，R是气体常数[kJ/(kg·K)]，ηt是涡轮机32的绝热效率，ηc是涡轮压缩机31的绝热效率，T3是废气温度，P3是涡轮机32的上游压力，P4是涡轮机32的下游压力。
在上述(18)式中，由于在通常状态下涡轮压缩机旁通阀33基本上被关闭，全部的吸入空气流量Qa通过涡轮压缩机31，因此涡轮压缩机通过流量Qcmp假定为与吸入空气流量Qa相等。目标总压缩机驱动力Pct是将涡轮压缩机31以及电动压缩机42进行总计后的整个吸气路径2中的总压缩机驱动力。因此，目标总压缩机驱动力运算部132如下述(19)式所示，基于目标增压压力P2t与实际大气压力P1r的压力比即目标总压缩机前后压力比P2t/P1r、目标吸入空气流量Qat、目标绝热效率ηct、以及实际吸入空气温度T1r，计算目标总压缩机驱动力Pct。也可以利用预先设定了压力比与压力比的指数计算结果的关系的映射数据，来代替(19)式的目标总压缩机前后压力比P2t/P1r的指数计算。
【数学式4】
Figure BDA0001425611030000222
目标总压缩机驱动力运算部132如下述(20)式所示，利用预先设定了吸入空气流量Qa以及涡轮压缩机前后压力比P2/P12、与涡轮压缩机31的绝热效率ηc的关系的映射数据MAP2，计算与目标吸入空气流量Qat和目标总压缩机前后压力比P2t/P1r相对应的目标绝热效率ηct。此外，目标总压缩机驱动力运算部132也可以构成为使目标绝热效率ηct为定值等，不考虑绝热效率ηc的变化，来计算目标总压缩机驱动力Pct。
ηct＝MAP2(Qat，P2t/P1r) (20)
<实际涡轮压缩机驱动力运算部140>
实际涡轮压缩机驱动力运算部140基于实际吸入空气流量Qar、以及实际增压压力P2r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际涡轮压缩机前后压力比P2r/P12r，计算实际的涡轮压缩机31的驱动力即实际涡轮压缩机驱动力Pcr。
实际涡轮压缩机驱动力运算部140如(21)式所示，基于实际吸入空气流量Qar、实际涡轮压缩机前后压力比P2r/P12r、涡轮压缩机31的实际绝热效率ηcr、实际中间增压温度T12r，计算实际涡轮压缩机驱动力Pcr。也可以利用预先设定了压力比与压力比的指数计算结果的关系的映射数据，来代替(21)式的实际涡轮压缩机前后压力比P2r/P12r的指数计算。
【数学式5】
Figure BDA0001425611030000231
此外，实际涡轮压缩机驱动力运算部140如下述(22)式所示，利用与式(20)相同的映射数据MAP2，计算与实际吸入空气流量Qar以及实际涡轮压缩机前后压力比P2r/P12r相对应的实际绝热效率ηcr。
ηcr＝MAP2(Qar，P2r/P12r) (22)
<目标涡轮机流量运算部133>
目标涡轮机流量运算部133计算实现目标总压缩机驱动力Pct的涡轮机流量Qt的目标值即目标涡轮机流量Qtt。本实施方式中，目标涡轮机流量运算部133构成为如下述(23)所示，利用预先设定了作为涡轮压缩机31的驱动力的涡轮机输出Pt与涡轮机流量Qt的关系的映射数据MAP3，计算与目标总压缩机驱动力Pct相对应的涡轮机流量Qt来作为目标涡轮机流量Qtt。
Qtt＝MAP3(Pct) (23)
(18)式的涡轮机输出Pt的计算理论式中，利用了涡轮机流量Qt和涡轮机前后压力比P3/P4，但由于涡轮机流量Qt与涡轮机前后压力比P3/P4之间具有较强的相关性，因此能省略涡轮机前后压力比P3/P4，导出式(23)的关系。
<废气流量运算部134>
废气流量运算部134基于实际吸入空气流量Qar以及空燃比AF，计算废气流量Qex的实际值即实际废气流量Qexr。本实施方式中，废气流量运算部134构成为如下述(24)式所述，基于实际气缸内新气体量Qcr、利用空燃比传感器16检测出的废气的空燃比AF，计算实际废气流量Qexr，该实际气缸内新气体量Qcr是基于实际吸入空气流量Qar计算出的。也可以利用实际吸入空气流量Qar来代替Qcr/ΔT，在空燃比AF中也可以利用燃料运算中所使用的空燃比AF的目标值。
【数学式6】
Figure BDA0001425611030000241
<目标减压流量运算部135>
目标减压流量运算部135基于实际废气流量Qexr和目标涡轮机流量Qtt，计算目标废气减压阀流量Qwgt。本实施方式中，目标减压流量运算部135构成为如下述(25)式所示，从实际废气流量Qexr中减去目标涡轮机流量Qtt，计算目标废气减压流量Qwgt。
Qwgt＝Qexr－Qtt (25)
<目标涡轮机前后压力比运算部136>
目标涡轮机前后压力比运算部136计算实现目标总压缩机驱动力Pct的、目标涡轮机前后压力比P3t/P4t。目标涡轮机前后压力比P3t/P4t是涡轮机32的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值。本实施方式中，目标涡轮机前后压力比运算部136构成为如下述(26)所示，利用预先设定了作为涡轮压缩机31的驱动力的涡轮机输出Pt与涡轮机前后压力比P3/P4的关系的映射数据MAP4，计算与目标总压缩机驱动力Pct相对应的涡轮机前后压力比P3/P4，来作为目标涡轮机前后压力比P3t/P4t。
P3t/P4t＝MAP4(Pct) (26)
如上文所述，(18)式的涡轮机输出Pt的计算理论式中，利用了涡轮机流量Qt和涡轮机前后压力比P3/P4，但由于涡轮机流量Qt与涡轮机前后压力比P3/P4之间具有较强的相关性，因此能省略涡轮机流量Qt，导出式(26)的关系。
<目标涡轮机上游压力运算部137>
目标涡轮机上游压力运算部137基于实际废气流量Qexr，计算涡轮机下游压力P4的实际值即实际涡轮机下游压力P4r，基于该实际涡轮机下游压力P4r和目标涡轮机前后压力比P3t/P4t计算涡轮机上游压力P3的目标值即目标涡轮机上游压力P3t。
本实施方式中，目标涡轮机上游压力运算部137如下述(27)式所示，利用预先设定了废气流量Qex、与涡轮机下游压力P4和大气压P1的压力比即大气压压力比P4/P1的关系的映射数据MAP5，计算与实际废气流量Qexr相对应的大气压压力比P4/P1。
P4/P1＝MAP5(Qexr) (27)
目标涡轮机上游压力运算部137如下述(28)式所示，对大气压压力比P4/P1乘以实际大气压P1r，计算实际涡轮机下游压力P4r。然后，目标涡轮机上游压力运算部137如下述(29)式所示，对目标涡轮机前后压力比P3t/P4t乘以实际涡轮机下游压力P4r，计算目标涡轮机上游压力P3t。
P4r＝(P4/P1)×P1r (28)
P3t＝(P3t/P4t)×P4 (29)
<目标减压有效开口面积运算部138>
目标减压有效开口面积运算部138基于目标废气减压阀流量Qwgt、目标涡轮机前后压力比P3t/P4t、以及目标涡轮机上游压力P3t，计算废气减压阀34的有效开口面积的目标值即目标减压有效开口面积Swgt。
本实施方式中，目标减压有效开口面积运算部138与上述节流阀4同样地，构成为使其利用流体力学的理论式，计算实现目标废气减压阀流量Qwgt的目标减压有效开口面积Swgt，其中，该流体力学的理论式是将废气减压阀34附近的流动考虑为节流阀前后的流动的、压缩性流体的节流孔的流量计算式。
流过作为节流阀的废气减压阀34的废气减压流量Qwg[g/s]的理论式如上述(14)式同样地，利用能量守恒定律、等熵流关系方程、音速关系方程以及状态方程导出如下述(30)式所示。
【数学式7】
Figure BDA0001425611030000271
这里，ρ3是废气减压阀34上游的废气的密度，T3是废气减压阀34上游的废气温度，a3是废气减压阀34上游的废气的音速，Swg是废气减压阀34的有效开口面积。σ3为根据废气减压阀34的上下游(前后)的压力比P4/P3而变化的流量校正系数。
目标减压有效开口面积运算部138基于上述(30)式的流量校正系数σ3的理论式，利用预先设定了涡轮机前后压力比P3/P4与流量校正系数σ3的关系的数据映射，计算与目标涡轮机前后压力比P3t/P4t相对应的流量校正系数σ3。
目标减压有效开口面积运算部138利用预先确定了填充效率Ec及转速Ne与废气温度T3的关系的映射数据，计算与基于实际吸入空气流量Qar计算出的实际填充效率Ecr以及实际转速Ner相对应的实际废气温度T3r。
目标减压有效开口面积运算部138基于上述(30)式中的音速a3的理论式，利用预先设定了温度T3与音速a3的关系的映射数据，计算与实际废气温度T3r相对应的音速a3。
目标减压有效开口面积运算部138利用上述(30)式的密度ρ3的理论式，如下述(31)式所示，基于目标涡轮机上游压力P3t以及实际废气温度T3r来计算密度ρ3。
ρ3＝P3t/(R×T3r) (31)
然后，目标减压有效开口面积运算部138如下述(32)式所示，对目标废气减压流量Qwgt除以流量校正系数σ3、音速a3、以及密度ρ3，计算目标减压有效开口面积Swgt。
Swgt＝Qwgt/(σ3×a3×ρ3) (32)
<减压阀控制值运算部139>
减压阀控制值运算部139基于目标减压有效开口面积Swgt，计算减压阀致动器34a的控制值即减压阀控制值WG。控制装置100基于减压阀控制值WG，对减压阀致动器34a输出控制信号，对废气减压阀34进行驱动控制。
本实施方式中，减压阀控制值运算部139利用预先设定了废气减压阀34的有效开口面积Swg与减压阀控制值WG的关系的映射数据，计算与目标减压有效开口面积Swgt相对应的减压阀控制值WG。
减压阀控制值运算部139构成为执行驱动力反馈控制以使校正减压阀控制值WG的反馈校正值WGfb变化，从而使利用上述实际涡轮压缩机驱动力运算部140计算出的实际涡轮压缩机驱动力Pcr接近目标总压缩机驱动力Pct。减压阀控制值运算部139将利用反馈校正值WGfb校正了减压阀控制值WG后的值作为最终的减压阀控制值WG。
接着，减压阀控制值运算部139构成为根据反馈校正值WGfb相对于零的偏差量，执行驱动力反馈学习控制以使校正减压阀控制值WG的反馈学习值WGIrn变化。然后，减压阀控制值运算部139如下述(33)式所示，将利用反馈校正值WGfb以及反馈学习值WGIrn校正了减压阀控制值WG后的值作为最终的减压阀控制值WG。这里，将基于目标减压有效开口面积Swgt计算出的减压阀控制值WG作为基本减压阀控制值WGb。
WG＝WGb+WGfb+WGlrn (33)
2-4.电动压缩机控制部113
电动压缩机控制部113对压缩机驱动用电动机43、以及电动压缩机阀致动器47进行驱动控制，控制中间增压压力P12。电动压缩机控制部113如图2所示，包括电动压缩机转速控制部151、以及旁通阀开度控制部158。以下，对电动压缩机控制部113的各控制部的结构详细进行说明。
2-4-1.电动压缩机转速控制部151
在由驾驶员等产生了加速请求的情况下，目标增压压力P2t急速上升，但在利用了废气能量的涡轮增压机36中，直到增压压力上升为止会产生响应延迟。对于该响应延迟部分，通过使利用响应较快的电动机43驱动的电动压缩机42进行动作来对增压压力的上升进行辅助，期望实现加速响应性的改善。
<基本目标转速运算部152>
电动压缩机转速控制部151包括基本目标转速运算部152。基本目标转速运算部152如下述(34)式所示，计算从实际增压压力P2r中减去实际中间增压压力P12r后的压力差、再由目标增压压力P2t减去该压力差后得到的值，来作为中间增压压力的目标值即目标中间增压压力P12t，计算目标中间增压压力P12t与实际大气压P1r的比即目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r。基本目标转速运算部152基于目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r和实际吸入空气流量Qar，计算电动压缩机42的目标转速。
P12t＝P2t－(P2r－P12r) (34)
根据该结构，通过从实际增压压力P2r中减去实际中间增压压力P12r后的压力差，计算由涡轮压缩机31实际增压的实际压力差。然后，为了通过从涡轮压缩机31的下游侧的目标增压压力P2t中减去涡轮压缩机31的实际压力差从而实现目标增压压力P2t，计算电动压缩机42增压所需的中间增压压力的目标值，根据中间增压压力的目标值，能计算由电动压缩机42达成所需的电动压缩机前后压力比的目标值。然后，在通过电动压缩机42的实际吸入空气流量Qar的条件下，计算用于达成目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r的电动压缩机42的目标转速，能利用响应性快的电动机43将电动压缩机42控制为目标转速。从而，根据因加速请求后旳涡轮增压机36的响应延迟等所产生的、涡轮压缩机31的增压压力的实际不足部分，使电动压缩机42的转速适当上升，能利用电动压缩机42响应性良好地对增压压力的不足部分进行辅助，能实现加速响应性的改善。
本实施方式中，将对目标中间增压压力P12t除以实际大气压P1r后的值作为目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r。利用基本目标转速运算部152计算出的电动压缩机42的目标转速被作为电动压缩机42的基本目标转速Necpb。
本实施方式中，基本目标转速运算部152利用图4所示的转速特性，计算与目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r以及实际吸入空气流量Qar相对应的电动压缩机的转速Necp，来作为电动压缩机的基本目标转速Necpb，其中，上述转速特性中预先设定了电动压缩机42的上下游的压力比即电动压缩机前后压力比P12/P1、电动压缩机42的通过空气流量Qecmp、与电动压缩机42的转速Necp的关系。图4中示出了，使电动压缩机前后压力比P12/P1和电动压缩机42的通过空气流量Qecmp发生变化时，将电动压缩机42的转速Necp相同的点连接而成的等转速线。该转速特性作为映射数据被储存至ROM等储存装置91。
根据该结构，利用电动压缩机42的转速特性，能高精度地计算电动压缩机的目标转速。在安装于发动机1的电动压缩机的型号、特性被变更了的情况下，由于利用能以单个电动压缩机进行数据测量的转速特性，因此也不需要在组合了内燃机和电动压缩机的状态下进行数据测量和匹配，能减少数据测量以及匹配的工时。
在利用电动压缩机42进行增压的情况下，由于电动压缩机旁通阀45基本上被关闭，因此能将实际吸入空气流量Qar看作电动压缩机42的实际通过控制流量Qecmpr。然而，本实施方式中如后所述，有时电动压缩机旁通阀45被打开。因此，基本目标转速运算部152构成为利用由后述的实际电动压缩机流量运算部157计算出的电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr来作为实际吸入空气流量Qar，基于目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r和电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr，计算电动压缩机42的目标转速。根据该结构，无论电动压缩机旁通阀45的开闭状态如何，均能高精度地计算目标转速。
<压缩机驱动力的控制>
本实施方式中，从压缩机的驱动力的观点来看，也构成为通过由电动压缩机42对涡轮压缩机31进行辅助，来实现增压压力的控制精度的提高。因此，电动压缩机转速控制部151包括目标电动压缩机驱动力运算部153、实际电动压缩机驱动力运算部154、以及目标转速校正部155。以下进行详细说明。
目标电动压缩机驱动力运算部153如下述(35)式所示，计算从利用目标总压缩机驱动力运算部132计算出的目标总压缩机驱动力Pct中减去由实际涡轮压缩机驱动力运算部140计算出的实际涡轮压缩机驱动力Pcr后的值，来作为电动压缩机的驱动力的目标值即目标电动压缩机驱动力Pecpt。
Pecpt＝Pct－Pcr (35)
根据该结构，通过从为了达成目标增压压力P2t所需的、对涡轮压缩机31以及电动压缩机42进行总计的整个进气路径2中的总压缩机驱动力的目标值中减去实际涡轮压缩机驱动力Pcr，由此能计算出为了达成目标增压压力P2t而需要电动压缩机42进行辅助的驱动力的目标值。
实际电动压缩机驱动力运算部154基于实际吸入空气流量Qar、以及实际大气压P1r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r，计算出电动压缩机42的驱动力的实际值即实际电动压缩机驱动力Pecpr。
本实施方式中，实际电动压缩机驱动力运算部154如下述(36)式所示，基于实际吸入空气流量Qar、实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r、电动压缩机42的实际绝热效率ηecr、电动压缩机42的上游的实际吸入空气温度T1r，计算实际电动压缩机驱动力Pecpr。也可以利用预先设定了压力比与压力比的指数计算结果的关系的映射数据，来代替(36)式的实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r的指数计算。
【数学式8】
此外，实际电动压缩机驱动力运算部154如下述(37)式所示，利用预先设定了吸入空气流量Qa以及电动压缩机前后压力比P12/P1、与电动压缩机42的绝热效率ηec的关系的映射数据MAP6，计算与实际吸入空气流量Qar以及实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r相对应的实际绝热效率ηecr。实际电动压缩机驱动力运算部154也可以构成为使实际绝热效率ηecr为定值等、不考虑绝热效率ηec的变化，计算实际电动压缩机驱动力Pecpr。
ηecr＝MAP6(Qar，P12r/P1r) (37)
在利用电动压缩机42进行增压的情况下，由于电动压缩机旁通阀45基本上被关闭，因此在(36)式、(37)式中，能将实际吸入空气流量Qar看作为电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr。然而，本实施方式中如后所述，有时电动压缩机旁通阀45被打开。因此，实际电动压缩机驱动力运算部154构成为利用电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr来作为(36)式、(37)式的实际吸入空气流量Qar，基于实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r和电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr，计算实际电动压缩机驱动力Pecpr。根据该结构，无论电动压缩机旁通阀45的开闭状态如何，均能高精度地计算实际电动压缩机驱动力Pecpr。
目标转速校正部155基于目标电动压缩机驱动力Pecpt与实际电动压缩机驱动力Pecpr的驱动力差，计算校正电动压缩机的目标转速的转速校正量ΔNecpfb。目标转速校正部155如(38)式所示，对基本目标转速Necpb加上转速校正量ΔNecpfb，计算最终的电动压缩机42的目标转速Necbt。
Necpt＝Necpb+ΔNecpfb (38)
在实际电动压缩机驱动力Pecpr低于目标电动压缩机驱动力Pecpt的情况下进行增加目标转速Necpt的校正，在实际电动压缩机驱动力Pecpr高于目标电动压缩机驱动力Pecpt的情况下进行减少目标转速Necpt的校正。针对驱动力差的转速校正量ΔNecpfb的值被设定为预先通过实际状态进行匹配后的值。例如，目标转速校正部155通过对驱动力差进行比例运算以及积分运算的PI控制，计算转速校正量ΔNecpfb，被设定为预先匹配了比例增益以及积分增益后的值。在PI控制之外，也可以利用P控制、PID控制等其它反馈控制。
根据该结构，即使在由于电动压缩机、发电机的个体差异等而使增压压力与目标值存在偏差的情况下，也能通过控制压缩机的驱动力，使增压压力接近目标值。
电动压缩机转速控制部151控制压缩机驱动用电动机43，使电动压缩机42的转速接近电动压缩机42的目标转速Necpt。本实施方式中，如上所述，电动压缩机转速控制部151向压缩机驱动用电动机43的电动机控制装置传送目标转速Necpt，电动机控制装置控制电动机的输出，从而使电动机的转速接近目标转速。
<实际旁通阀流量运算部156、实际电动压缩机流量运算部157>
本实施方式中，为了计算电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr，电动压缩机转速控制部151包括实际旁通阀流量运算部156以及实际电动压缩机流量运算部157。以下进行详细说明。
实际旁通阀流量运算部156基于电动压缩机旁通阀45的实际开度BVr、以及实际大气压P1r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r，计算电动压缩机旁通阀45的通过空气流量的实际值即实际旁通阀通过空气流量Qecbvr。
本实施方式中，实际旁通阀流量运算部156与所述的节流阀4以及废气减压阀34同样地，构成为利用流体力学的理论式，计算实际旁通阀通过空气流量Qecbvr，其中，该流体力学的理论式是将电动压缩机旁通阀45附近的流动考虑为节流阀前后的流动的、压缩性流体的节流孔的流量计算式。
然而，如图5以及图6所示，根据有无电动压缩机42进行的增压，使成为电动压缩机旁通阀45的上游侧(大气侧)的压力的大气压P1、与成为下游侧(发动机1侧)的压力的中间增压压力P12的大小关系反转，流过电动压缩机旁通阀45的空气流向反转。
在没有电动压缩机42产生的增压的情况下，如图5所示，由于压力损耗使实际中间增压压力P12r低于实际大气压力P1r(P1r＞P12r)，使空气从上游侧向下游侧流过电动压缩机旁通阀45。另一方面，在具有电动压缩机42产生的增压的情况下，如图6所示，由于增压使实际中间增压压力P12r高于实际大气压力P1r(P1r＜P12r)，使空气从下游侧向上游侧逆流流过电动压缩机旁通阀45。
流过作为节流阀的电动压缩机旁通阀45的旁通阀通过空气流量Qecbv[g/s]的理论值与上述(14)式、(30)式同样地，利用能量守恒定律、等熵流关系方程、音速关系方程以及状态方程导出如下述(39)式所示。这里，根据大气压P1与中间增压压力P12的大小关系，切换音速a4、流量校正系数σ4、密度ρ4的计算式。在P1＜P12的情况下，由于空气逆流，因此乘上-1来使流量校正系数σ4的计算值为负。
【数学式9】
Qecbv＝ρ4·a4·Secbv·σ4
1)P1＞P12的情况
Figure BDA0001425611030000351
2)P1＜P12的情况
Figure BDA0001425611030000352
这里，a4为电动压缩机旁通阀45的上游或下游的空气的音速，ρ4为电动压缩机旁通阀45的上游或下游的空气的密度，σ4为根据电动压缩机旁通阀45的上下游的压力比进行变化的流量校正系数。Secbv为电动压缩机旁通阀45的有效开口面积。
实际旁通阀流量运算部156基于上述(39)式中的流量校正系数σ4的理论式，利用预先设定了压力比与流量校正系数σ4的关系的映射数据，在P1r＞P12r的情况下，计算与实际旁通阀前后压力比P12r/P1r(实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r)相对应的流量校正系数σ4，在P1r＜P12r的情况下，计算与实际旁通阀前后压力比P1r/P12r(实际电动压缩机前后压力比P1r/P12r)相对应的流量校正系数σ4。
实际旁通阀流量运算部156基于上述(39)式中的音速a4的理论式，利用预先设定了温度与音速a4的关系的映射数据，在P1r＞P12r的情况下，计算与实际吸入空气温度T1r相对应的音速a3，在P1r＜P12r的情况下，计算与实际中间增压温度T12r相对应的音速a3。
实际旁通阀流量运算部156利用上述(39)式中的密度ρ4的理论式，在P1r＞P12r的情况下，基于实际大气压P1r以及实际吸入空气温度T1r计算密度ρ4，在P1r＜P12r的情况下，基于实际中间增压压力P12r以及实际中间增压温度T12r计算密度ρ4。
实际旁通阀流量运算部156利用预先设定了电动压缩机旁通阀45的开度与电动压缩机旁通阀45的有效开口面积的关系的映射数据，计算与电动压缩机旁通阀45的实际开度BVr相对应的有效开口面积，来作为电动压缩机旁通阀45的实际有效开口面积Secbvr。
并且，实际旁通阀流量运算部156如(40)式所示，对电动压缩机旁通阀45的实际有效开口面积Secbvr乘以流量校正系数σ4、音速a4、以及密度ρ4，计算出实际旁通阀通过空气流量Qecbvr。
Qecbvr＝Secbvr×σ4×a4×ρ4 (40)
实际电动压缩机流量运算部157如(41)式所示，计算从实际吸入空气流量Qar中减去实际旁通阀通过空气流量Qecbvr后的值，来作为电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr。
Qecmpr＝Qar－Qecbvr (41)
2-4-2.旁通阀开度控制部158
旁通阀开度控制部158对电动压缩机阀致动器47进行驱动控制，使电动压缩机旁通阀45的开度变化。
旁通阀开度控制部158基本上利用电动压缩机42进行增压的情况下，控制电动压缩机阀致动器47，使电动压缩机旁通阀45关闭。
然而，在没有利用电动压缩机42进行增压的情况下，电动压缩机42阻碍吸入空气的流动，产生进气损耗，导致油耗恶化。尤其是，在高负载运转下，有时对发动机1要求在电动压缩机42的流路形状中流过最大流量以上的吸入空气流量。因此，在不利用电动压缩机42进行增压的情况下，如图5所示，期望打开电动压缩机旁通阀45，绕过电动压缩机42，使吸入空气流入电动压缩机旁路44。
旁通阀开度控制部158在除了利用电动压缩机42进行增压时以外，控制电动压缩机阀致动器47，使电动压缩机旁通阀45打开。这里，在利用电动压缩机42进行增压时以外，还包含如下情况：产生加速请求之后，涡轮增压机36产生的增压压力上升的响应延迟被消除，从而不需要利用电动压缩机42对涡轮增压机36进行辅助的情况。即，也包含虽然利用涡轮压缩机31进行增压，但不利用电动压缩机42进行增压的情况。像这样的情况下，由于处于高负载运转下，因此使电动压缩机旁通阀45打开，能降低进气损耗，增加吸入空气量。在不利用涡轮压缩机31进行增压的低中负载时也能降低进气损耗，提高油耗。
如上所述，在出现加速请求之后，利用电动压缩机42进行增压时，通过关闭电动压缩机旁通阀45能使电动压缩机42进行的增压的响应变快。然而，在中高负载中产生由电动压缩机42进行增压的请求的情况下，有时存在目标吸入空气流量Qat变得高于流过电动压缩机42的流量的情况。在该情况下，若使电动压缩机旁通阀45为全闭状态，则吸入空气流量变得不足，发动机1的输出可能降低。从而，电动压缩机旁通阀45的开度需要在发动机1的输出不降低的范围内关闭。该吸入空气流量的不足部分成为目标吸入空气流量Qat与电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr的流量差，该流量差成为通过电动压缩机旁通阀45所需的空气流量，为了产生该空气流量所需的电动压缩机旁通阀45的目标有效开口面积Secbvt可利用(42)式计算出。
Secbvt＝(Qat－Qecmpr)/(σ4×a4×ρ4) (42)
于是，本实施方式中，旁通阀开度控制部158如(42)式所示，将从目标吸入空气流量Qat中减去电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr后的流量差，除以利用上述处理计算出的流量校正系数σ4、音速a4、以及密度ρ4，从而计算出电动压缩机旁通阀45的目标有效开口面积Secbvt。并且，旁通阀开口控制部158利用预先设定了电动压缩机旁通阀45的开度与电动压缩机旁通阀45的有效开口面积的关系的映射数据，计算与目标有效开口面积Secbvt相对应的开度，来作为电动压缩机旁通阀45的目标开度BVt。旁通阀开度控制部158控制电动压缩机阀驱动用电动机47，从而使电动压缩机旁通阀45的实际开度BVr接近目标开度BVt。
2-5.流程图
对于本实施方式涉及的控制装置100的处理的步骤(带增压机的发动机1的控制方法)，基于图7～图10所示的流程图进行说明。图7～图10的流程图的处理是通过运算处理装置90执行储存于储存装置91的软件(程序)，从而例如每隔一定运算周期重复执行。
首先，说明图7的流程图。步骤S01中，运转状态检测部110如上文所述，执行检测发动机1的运转状态的运转状态检测处理(运转状态检测步骤)。运转状态检测部110检测发动机1的实际转速Ner、实际吸入空气流量Qar、以及实际大气压P1r。运转状态检测部110还检测实际吸入空气温度T1r、实际节流阀开度THr、实际歧管压力Pbr、废气的空燃比AF、实际增压压力P2r、油门开度D、电动压缩机旁通阀的实际开度BVr、实际中间增压压力P12r、以及实际中间增压温度T12r等各种运转状态。这里，运转状态检测部110(实际吸入空气流量运算部141)如上所述，执行计算实际吸入空气流量Qar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(实际气缸内新气体量运算部142)如上所述，执行实际气缸内新气体量运算处理(实际气缸内新气体量运算步骤)，即、基于气流传感器12或歧管压力传感器15的输出信号计算实际填充效率Ecr以及实际气缸内新气体量Qcr。运转状态检测部110(推定转矩运算部143)如上所述，执行推定转矩运算处理(推定转矩运算步骤)，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。
接着，步骤S02中，吸入空气控制部111如上所述，执行吸入空气控制处理(吸入空气控制步骤)，即、控制发动机1的吸入空气。吸入空气控制部111计算目标吸入空气流量Qat以及目标填充效率Ect。图8的流程图中示出了S02的进一步详细的处理。步骤S10中，请求转矩运算部120如上所述，执行请求转矩运算处理(请求转矩运算步骤)，即、基于油门开度D以及来自外部的控制装置的请求等计算请求输出转矩TRQd。接着，步骤S11中，目标转矩运算部121如上所述，执行目标转矩运算处理(目标转矩运算步骤)，即、基于请求输出转矩TRQd计算目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit。然后，步骤S12中，目标气缸内新空气量运算部122如上所述，执行目标气缸内新气体量运算处理(目标气缸内新气体量运算步骤)，即、基于目标输出转矩TRQt或目标图示平均有效压力Pit计算目标填充效率Ect以及目标气缸内新气体量Qct。步骤S13中，目标吸入空气流量运算部123如上所述，执行目标吸入空气流量运算处理(目标吸入空气流量运算步骤)，即、基于目标气缸内新气体量Qct计算目标吸入空气流量Qat。在步骤S14中，节流阀开度控制部124如上所述，执行节流阀开度控制处理(节流阀开度控制步骤)，即、基于目标吸入空气流量Qat控制节流阀开度。
接着，在图7的步骤S03中，废气减压阀控制部112如上所述，为了控制增压压力P2，执行对废气减压阀34进行驱动控制的废气减压阀控制处理(废气减压阀控制步骤)。图9的流程图中示出了S03的进一步详细的处理。在步骤S21中，目标增压压力运算部如上所述，执行基于目标填充效率Ect以及实际转速Ner计算目标增压压力P2t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，目标总压缩机驱动力运算部132如上所述，执行目标总压缩机驱动力运算处理(目标总压缩机驱动力运算步骤)，即、基于通过吸入空气控制步骤计算出的目标吸入空气流量Qat、目标增压压力P2t与实际大气压P1r的压力比即目标总压缩机前后压力比P2t/P1r，计算目标总压缩机驱动力Pct。
步骤S23中，目标涡轮机流量运算部133如上所述，执行对实现目标总压缩机驱动力Pct的目标涡轮机流量Qtt进行计算的目标涡轮机流量运算处理(目标涡轮机流量运算步骤)。步骤S24中，废气流量运算部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计算实际废气流量Qexr的废气流量运算处理(废气流量运算步骤)。步骤S25中，目标减压流量运算部135如上所述，执行基于实际废气流量Qexr和目标涡轮机流量Qtt计算目标废气减压阀流量Qwgt的目标减压流量运算处理(目标减压流量运算步骤)。步骤S26中，目标涡轮机前后压力比运算部136如上所述，执行对实现目标总压缩机驱动力Pct的目标涡轮机前后压力比P3t/P4t进行计算的目标涡轮机前后压力比运算处理(目标涡轮机前后压力比运算步骤)。
步骤S27中，目标涡轮机上游压力运算部137如上所述，执行目标涡轮机上游压力运算处理(目标涡轮机上游压力运算步骤)，即、基于实际废气流量Qexr计算实际涡轮机下游压力P4r，基于该实际涡轮机下游压力P4r和目标涡轮机前后压力比P3t/P4t计算目标涡轮机上游压力P3t。步骤S28中，目标减压有效开口面积运算部138如上所述，执行目标减压有效开口面积运算处理(目标减压阀有效开口面积运算步骤)，即、基于目标废气减压流量Qwgt、目标涡轮机前后压力比P3t/P4t、以及目标涡轮机上游压力P3t计算目标减压有效开口面积Swgt。
在步骤S29中，实际涡轮压缩机驱动力运算部140如上所述，执行实际涡轮压缩机驱动力运算处理(实际涡轮压缩机驱动力运算步骤)，即、基于实际吸入空气流量Qar、实际增压压力P2r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际涡轮压缩机前后压力比P2r/P12r，计算实际涡轮压缩机驱动力Pcr。
步骤S30中，减压阀控制值运算部139如上文所述，执行基于目标减压有效开口面积Swgt计算减压阀控制值WG的减压阀控制值运算处理(减压阀控制值运算步骤)。
接着，图7的步骤S04中，电动压缩机控制部113如上所述，为了控制中间增压压力P12，执行对压缩机驱动用电动机43、以及电动压缩机阀致动器47进行驱动控制的电动压缩机控制处理(电动压缩机控制步骤)。
图10的流程图中示出了S04的进一步详细的处理。步骤S31中，实际旁通阀流量运算部156如上所述，执行实际旁通阀流量运算处理(实际旁通阀流量运算步骤)，即、基于电动压缩机旁通阀45的实际开度BVr、以及大气压P1r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r计算实际旁通阀通过空气流量Qecbvr。步骤S32中，实际电动压缩机流量运算部157如上所述，执行实际电动压缩机流量运算处理(实际电动压缩机流量运算步骤)，即、计算从实际吸入空气流量Qar中减去实际旁通阀通过空气流量Qecbvr的值，来作为电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr。
在步骤S33中，电动压缩机转速控制部151(基本目标转速运算部152)如上所述，执行电动压缩机转速控制处理(电动压缩机转速控制步骤)，即、从实际增压压力P2r中减去实际中间增压压力P12r得到压力差，再计算出从目标增压压力P2t中减去该压力差后得到的值来作为目标中间增压压力P12t，计算目标中间增压压力P12t与实际大气压P1r的比即目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r，基于目标电动压缩机前后压力比P12t/P1r和实际吸入空气流量Qar(本例中为电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr)，计算电动压缩机42的目标转速，控制压缩机驱动用电动机43来使电动压缩机42的转速接近电动压缩机42的目标转速。
在步骤S34中，目标电动压缩机驱动力运算部153如上所述，执行目标电动压缩机驱动力运算处理(目标电动压缩机驱动力运算步骤)，即、计算出从目标总压缩机驱动力Pct减去实际涡压缩机驱动力Pcr后得到的值，来作为目标电动压缩机驱动力Pecpt。在步骤S35中，实际电动压缩机驱动力运算部154如上所述，执行实际电动压缩机驱动力运算处理(实际电动压缩机驱动力运算步骤)，即、基于实际吸入空气流量Qar(本例中为电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr)、以及实际大气压P1r与实际中间增压压力P12r的压力比即实际电动压缩机前后压力比P12r/P1r来计算出实际电动压缩机驱动力Pecpr。在步骤S36中，目标转速校正部155执行目标转速校正处理(目标转速校正步骤)，即、基于目标电动压缩机驱动力Pecpt与实际电动压缩机驱动力Pecpr的驱动力差来校正电动压缩机的目标转速。
步骤S37中，旁通阀开度控制部158执行对电动压缩机阀致动器47进行驱动控制，从而使电动压缩机旁通阀45的开度变化的旁通阀开度控制处理(旁通阀开度控制步骤)。本实施方式中，旁通阀开度控制部158在除了利用电动压缩机42进行增压时之外，控制电动压缩机阀致动器47，从而使电动压缩机旁通阀45打开。旁通阀开度控制部158如上所述，为了对电动压缩机42的实际通过空气流量Qecmpr相对于目标吸入空气流量Qat的不足部分进行补足，根据该不足部分进行使电动压缩机旁通阀45的有效开口面积打开的控制。
此外，本发明在该发明的范围内能对实施方式进行适宜变形、省略。
标号说明
1 发动机(带增压机的内燃机)、
2 进气路径、
4 节流阀、
7 排气路径、
21 涡轮压缩机、
32 涡轮机、
34 废气减压阀、
34a 减压阀致动器、
35 增压压力传感器、
36 涡轮增压机、
37 涡轮旁路、
42 电动压缩机、
43 压缩机驱动用电动机(电动机)、
44 电动压缩机旁路、
34 电动压缩机旁通阀、
47 电动压缩机阀致动器、
48 中间增压压力传感器、
49 中间增压温度传感器、
50 电动增压机、
100 控制装置、
110 运转状态检测部、
111 吸入空气控制部、
112 废气减压阀控制部、
113 电动压缩机控制部、
131 目标增压压力运算部、
132 目标总压缩机驱动力运算部、
133 目标涡轮机流量运算部、
134 废气流量运算部、
135 目标减压流量运算部、
136 目标涡轮机压力运算部、
137 目标涡轮机上游压力运算部、
138 目标减压有效开口面积运算部、
139 减压阀控制运算部、
140 实际涡轮压缩机驱动力运算部、
151 电动压缩机转速控制部、
152 基本目标转速运算部、
153 目标电动压缩机驱动力运算部、
154 实际电动压缩机驱动力运算部、
155 目标转速校正部、
156 实际旁通阀流量运算部、
157 实际电动压缩机流量运算部、
158 旁通阀开度控制部、
AF 发动机的空燃比
BVt 电动压缩机旁通阀的目标开度、
Necpb 电动压缩机的基本目标转速、
Necpt 电动压缩机的目标转速、
P1 大气压、
P1r 实际大气压、
P12 中间增压压力、
P12r 实际中间增压压力、
P2 增压压力、
P2r 实际增压压力、
P2t 目标增压压力、
P3t 目标涡轮机上游压力、
P4r 实际涡轮机下游压力、
Pcr 实际涡轮压缩机驱动力、
Pct 目标总压缩机驱动力、
Pecpr 实际电动压缩机驱动力、
Pecpt 目标电动压缩机驱动力、
Qar 实际吸入空气流量、
Qat 目标吸入空气流量、
Qecbvr 实际旁通阀通过空气流量、
Qecmpr 电动压缩机的实际通过空气流量、
Qexr 实际废气流量、
Qtt 目标涡轮机流量、
Qwgt 目标废气减压流量、
Secbvr 电动压缩机旁通阀的实际有效开口面积、
Secbvt 电动压缩机旁通阀的目标有效开口面积、
Swgt 目标减压有效开口面积、
WG 减压阀控制值。

Claims (14)

1.一种带增压机的内燃机的控制装置，
包括：涡轮增压机，该涡轮增压机具有设置于排气路径的涡轮机，及设置于进气路径的节流阀的上游侧且与所述涡轮机进行一体旋转的涡轮压缩机；以及电动增压机，该电动增压机具有设置于所述进气路径的所述涡轮压缩机的上游侧的电动压缩机，及驱动所述电动压缩机的电动机，该带增压机的内燃机的控制装置的特征在于，具有：
运转状态检测部，该运转状态检测部检测流过所述进气路径的吸入空气流量、大气压、所述电动压缩机的下游侧且所述涡轮压缩机的上游侧的所述进气路径内的压力即中间增压压力、以及所述涡轮压缩机的下游侧且所述节流阀的上游侧的所述进气路径内的压力即增压压力；
目标增压压力运算部，该目标增压压力运算部计算所述增压压力的目标值；以及
电动压缩机转速控制部，该电动压缩机转速控制部从所述增压压力的检测值减去所述中间增压压力的检测值得到压力差，计算出从所述增压压力的目标值中减去该压力差后得到的值，来作为所述中间增压压力的目标值，计算所述中间增压压力的目标值与所述大气压的检测值的比即目标电动压缩机前后压力比，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述吸入空气流量的检测值，计算所述电动压缩机的目标转速，控制所述电动机，从而使所述电动压缩机的转速接近所述电动压缩机的目标转速。
2.如权利要求1所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述电动压缩机转速控制部利用预先确定了所述电动压缩机的上下游的压力比即电动压缩机前后压力比、所述电动压缩机的通过空气流量、与所述电动压缩机的转速的关系的转速特性，计算与所述目标电动压缩机前后压力比以及所述吸入空气流量的检测值相对应的所述电动压缩机的转速，来作为所述电动压缩机的目标转速。
3.如权利要求1或2所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计而获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
实际涡轮压缩机驱动力运算部，该实际涡轮压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的检测值、以及所述中间增压压力的检测值与所述增压压力的检测值的压力比，计算所述涡轮压缩机的驱动力的实际值；
目标电动压缩机驱动力运算部，该目标电动压缩机驱动力运算部计算出从所述目标总压缩机驱动力中减去所述涡轮压缩机的驱动力的实际值后得到的值，来作为所述电动压缩机的驱动力的目标值；
实际电动压缩机驱动力运算部，该实际电动压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的检测值、以及所述大气压的检测值与所述中间增压压力的检测值的压力比，计算所述电动压缩机的驱动力的实际值；以及
目标转速校正部，该目标转速校正部基于所述电动压缩机的驱动力的目标值与所述电动压缩机的驱动力的实际值的驱动力差，校正所述电动压缩机的目标转速。
4.如权利要求1或2所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述电动增压机还具有绕开所述电动压缩机的电动压缩机旁路，使所述电动压缩机旁路开闭的电动压缩机旁通阀，以及驱动所述电动压缩机旁通阀的电动压缩机阀致动器，
还包括旁通阀开度控制部，该旁通阀开度控制部在由所述电动压缩机进行增压时之外，控制所述电动压缩机阀致动器，从而打开所述电动压缩机旁通阀。
5.如权利要求3所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述电动增压机还具有绕开所述电动压缩机的电动压缩机旁路，使所述电动压缩机旁路开闭的电动压缩机旁通阀，以及驱动所述电动压缩机旁通阀的电动压缩机阀致动器，
还包括旁通阀开度控制部，该旁通阀开度控制部在由所述电动压缩机进行增压时之外，控制所述电动压缩机阀致动器，从而打开所述电动压缩机旁通阀。
6.如权利要求4所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
实际旁通阀流量运算部，该实际旁通阀流量运算部基于通过所述运转状态检测部检测出的所述电动压缩机旁通阀的开度的检测值、以及所述大气压的检测值与所述中间增压压力的检测值的压力比，计算所述电动压缩机旁通阀的通过空气流量的实际值；以及
实际电动压缩机流量运算部，该实际电动压缩机流量运算部计算出从所述吸入空气流量的检测值中减去所述电动压缩机旁通阀的通过空气流量的实际值后得到的值，来作为所述电动压缩机的通过空气流量的实际值，
所述电动压缩机转速控制部利用所述电动压缩机的通过空气流量的实际值来作为所述吸入空气流量的检测值，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述电动压缩机的通过空气流量的实际值，计算所述电动压缩机的目标转速。
7.如权利要求5所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
实际旁通阀流量运算部，该实际旁通阀流量运算部基于通过所述运转状态检测部检测出的所述电动压缩机旁通阀的开度的检测值、以及所述大气压的检测值与所述中间增压压力的检测值的压力比，计算所述电动压缩机旁通阀的通过空气流量的实际值；以及
实际电动压缩机流量运算部，该实际电动压缩机流量运算部计算出从所述吸入空气流量的检测值中减去所述电动压缩机旁通阀的通过空气流量的实际值后得到的值，来作为所述电动压缩机的通过空气流量的实际值，
所述电动压缩机转速控制部利用所述电动压缩机的通过空气流量的实际值来作为所述吸入空气流量的检测值，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述电动压缩机的通过空气流量的实际值，计算所述电动压缩机的目标转速。
8.如权利要求1或2所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
9.如权利要求3所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
10.如权利要求4所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
11.如权利要求5所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
12.如权利要求6所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
13.如权利要求7所述的带增压机的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压机还具有：绕开所述涡轮机的涡轮旁路，使所述涡轮旁路开闭的废气减压阀，以及驱动所述废气减压阀的减压阀致动器；
还具有：目标吸入空气流量运算部，该目标吸入空气流量运算部计算所述吸入空气流量的目标值；
目标总压缩机驱动力运算部，该目标总压缩机驱动力运算部基于所述吸入空气流量的目标值、以及所述增压压力的目标值与所述大气压的检测值的压力比，计算将所述涡轮压缩机的驱动力和所述电动压缩机的驱动力总计获得的总驱动力的目标值即目标总压缩机驱动力；
目标涡轮机流量运算部，该目标涡轮机流量运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、流入所述涡轮机的废气流量即涡轮机流量的目标值；
废气流量运算部，该废气流量运算部基于所述吸入空气流量的检测值和所述内燃机的空燃比，计算废气流量的实际值；
目标减压流量运算部，该目标减压流量运算部计算出从所述废气流量的实际值中减去所述涡轮机流量的目标值的值，来作为流过所述废气减压阀的废气流量即废气减压流量的目标值；
目标涡轮机前后压力比运算部，该目标涡轮机前后压力比运算部计算出实现所述目标总压缩机驱动力的、所述涡轮机的上下游的压力比即涡轮机前后压力比的目标值；
目标涡轮机上游压力运算部，该目标涡轮机上游压力运算部基于所述废气流量的实际值计算所述涡轮机的下游压力的实际值，基于该涡轮机的下游压力的实际值以及所述涡轮机前后压力比的目标值来计算所述涡轮机的上游压力的目标值；
目标减压有效开口面积运算部，该目标减压有效开口面积运算部基于所述废气减压流量的目标值、所述涡轮机前后压力比的目标值、以及所述涡轮机的上游压力的目标值，计算所述废气减压阀的有效开口面积的目标值；以及
减压阀控制值运算部，该减压阀控制值运算部基于所述有效开口面积的目标值，计算所述减压阀致动器的控制值。
14.一种带增压机的内燃机的控制方法，该带增压机的内燃机
包括：涡轮增压机，该涡轮增压机具有设置于排气路径的涡轮机，及设置于进气路径的节流阀的上游侧且与所述涡轮机进行一体旋转的涡轮压缩机；以及电动增压机，该电动增压机具有设置于所述进气路径的所述涡轮压缩机的上游侧的电动压缩机，及驱动所述电动压缩机的电动机，该带增压机的内燃机的控制方法的特征在于，执行如下步骤：
运转状态检测步骤，该运转状态检测步骤中，检测流过所述进气路径的吸入空气流量、大气压、所述电动压缩机的下游侧且所述涡轮压缩机的上游侧的所述进气路径内的压力即中间增压、以及所述涡轮压缩机的下游侧且所述节流阀的上游侧的所述进气路径内的压力即增压压力；
目标增压压力运算步骤，该目标增压压力运算步骤中，计算所述增压压力的目标值；以及
电动压缩机转速控制步骤，该电动压缩机转速控制步骤中，从所述增压压力的检测值中减去所述中间增压压力的检测值得到压力差，计算出从所述增压压力的目标值中减去该压力差后得到的值，来作为所述中间增压压力的目标值，计算所述中间增压压力的目标值与所述大气压的检测值的比即目标电动压缩机前后压力比，基于所述目标电动压缩机前后压力比和所述吸入空气流量的检测值，计算所述电动压缩机的目标转速，控制所述电动机，从而使所述电动压缩机的转速接近所述电动压缩机的目标转速。
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