JP2000356158A - エンジンの制御装置 - Google Patents

エンジンの制御装置

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JP2000356158A JP11168450A JP16845099A JP2000356158A JP 2000356158 A JP2000356158 A JP 2000356158A JP 11168450 A JP11168450 A JP 11168450A JP 16845099 A JP16845099 A JP 16845099A JP 2000356158 A JP2000356158 A JP 2000356158A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過渡時の制御応答性を確保しつつＮＯｘとＰ
Ｍの同時低減を図る。 【解決手段】 可変容量ターボチャージャとＥＧＲ量を
制御可能なＥＧＲ弁とを備える。この場合に、吸入空気
量、エンジンの負荷、可変ノズルの有効面積相当値、排
気温度の４つの要素を用いて推定手段８５が排気圧を推
定する。目標空気過剰率に基づいて要求新気量を演算手
段８８が演算し、この要求新気量と前記推定した排気圧
と大気圧との差圧（Ｐexh−Ｐa）とから可変ノズルの要
求開口面積を演算手段８９が演算し、この要求開口面積
となるように可変ノズルの開度を制御する。目標ＥＧＲ
率に基づいて要求ＥＧＲ量を演算手段９４が演算し、こ
の要求ＥＧＲ量と前記推定した排気圧と吸気圧との差圧
（Ｐexh−Ｐm）とからＥＧＲ弁の要求開口面積を演算手
段８９が演算し、この要求開口面積となるようにＥＧＲ
弁の開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの制御装
置、特にＥＧＲ装置と可変容量ターボチャージャを備え
るものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボチャージャを運転条件に応じて効
率よく活用するため（すなわち低速域で高過給を得、か
つ高速域では高効率で運転する）、特開平８−２７０４
５４号公報に示すように、タービン内に可変ノズルを備
える可変容量ターボチャージャ（Variable Nozzle Turb
ocharger）が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、大量にＥＧ
Ｒを行うと窒素酸化物を低減できるものの大量ＥＧＲに
よって空燃比が低下するので、これを避けるため、実用
運転域（低速時や低負荷時）で高過給化する必要があ
り、大量ＥＧＲが可能なＥＧＲ装置と上記の可変容量タ
ーボチャージャとを組み合わせて、エンジンの排気組成
と運転性の双方を改善することが考えられる。
【０００４】この場合に、タービンを通過する排気量Ｑ
exhとＥＧＲ弁を通過するＥＧＲ量Ｑegrと１シリンダに
吸入されるガス重量Ｑcylの間には次の数１式の関係が
あるため、吸入新気量（過給圧）とＥＧＲ量を互いに独
立して制御することは困難であり、一方の量を制御した
結果を受けて他方の量を修正する必要がある。
【０００５】
【数１】 Ｑcyl＝Ｑac＋Ｑec ［mg/st.cyl］ Ｑexh＝Ａvnt×(２×ρe×(Ｐexh−Ｐa))1/2 ［kg/sec］ Ｑegr＝Ａegr×(２×ρe×(Ｐexh−Ｐm))1/2 ［kg/sec］ ただし、Ｑac：シリンダ吸入新気量 Ｑec：シリンダ吸入ＥＧＲ量 Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値 Ａegr：ＥＧＲ弁の有効面積相当値 Ｐexh：排気圧（タービン入口圧） Ｐm：吸気圧（コンプレッサ出口圧） Ｐa：大気圧（コンプレッサ入口圧） ρe：排気の密度 たとえば、吸入新気量を増加させる場合を考える。可変
ノズルのノズル開度を変更することにより、可変ノズル
の有効面積相当値（タービンの効率も含む）Ａvntを変
化させると、排気圧Ｐexhが増加する割合と可変ノズル
の有効面積相当値Ａvntが変化した割合に応じてタービ
ン回転数が増加し、排気量Ｑexh（≒吸入新気量）が増
加する（なお、ノズル開度を小さくする（ノズルを絞
る）と、排気が通過する可変ノズルの実面積は小さくな
るが、タービンの効率も変化するため、必ずしも可変ノ
ズルの有効面積相当値Ａvntが小さくなるとは限らな
い）。すなわち、ノズル開度を変更することにより、排
気圧Ｐexhが変化するため、数１式の第３式よりＥＧＲ
量Ｑegrも変化する。過渡運転状態では排気圧Ｐexhが立
ってから吸気圧Ｐmが増加し、これによってＥＧＲ量Ｑe
grが増大する。周知の通り、ＮＯｘと粒子状物質（Ｐ
Ｍ）・ＨＣ・ＣＯとはトレードオフの関係にあるため、
このようにして、ＥＧＲ量Ｑegrが過大に増えたので
は、ＮＯｘは減少するものの、粒子状物質やＨＣ、ＣＯ
が大幅に悪化したり、燃費が悪くなったりするおそれが
ある。
【０００６】次に、ＥＧＲ量Ｑegrを増加させる場合を
考える。ＥＧＲ弁開度を変更することにより、ＥＧＲ弁
の有効面積相当値Ａegrを変化させると、その有効面積
相当値Ａegrが変化した割合に応じてＥＧＲ量Ｑegrが増
加する。すなわち、ＥＧＲ弁開度を変更することによ
り、排気圧Ｐexhが変化するため、数１式の第２式より
排気量Ｑexhも変化する。言い換えると、ＥＧＲ量Ｑegr
を増したときは、排気圧Ｐexhが減少するため、吸入新
気量が減少する。このため、所望の新気量が得られず、
空気量不足により、スモークが悪化したり、出力が低下
したりするおそれがある。
【０００７】このように、吸入新気量（過給圧）とＥＧ
Ｒ量とは互いに独立して制御することが困難であり、一
方を制御した結果を受けて他方を修正する必要があるこ
とがわかる。
【０００８】そこで、このような課題に対して、過給圧
とＥＧＲ弁に供給される制御負圧とをタイムシェアリン
グによって吸気圧センサにより選択的に検出させ、それ
ら制御負圧、過給圧に基づいて、ＥＧＲ量の制御、過給
圧の制御をそれぞれ行う技術が特開平６−１７３７５２
号公報に開示されている。
【０００９】しかしながら、この技術では特に過渡時の
制御応答性が悪くなる。理論的には、タイムシェアリン
グ周期を短くするほど制御応答性がよくなるはずである
が、実際には吸気圧センサに応答遅れがあり、吸気圧セ
ンサが応答しない間は制御目標となる状態を検出できな
い。つまり、吸気圧センサの応答遅れ期間よりタイムシ
ェアリング周期を短くすることはできないのであり、吸
気圧センサの応答遅れ期間よりタイムシェアリング周期
を短くしたのでは、制御値が発散するおそれがある。こ
のため、過渡時に最適な過給圧とＥＧＲ量でエンジンを
運転することができなくなり、実際の運転状態では、所
望の排気低減が行われなかったり、燃費や出力性能が悪
化する心配がある。
【００１０】ここで、ＮＯｘ、ＰＭの各排出量に対する
ＥＧＲ率、新気量（過給圧）の各感度の関係を改めて図
４に示す。同図より、新気量（過給圧）はＮＯｘ排出量
にはあまり影響を与えないが、ＰＭ排出量に大きく影響
する。これに対して、ＥＧＲ率が増加するにつれてＮＯ
ｘ排出量が漸次減少し、一方、所定のＥＧＲ率まではＰ
Ｍ排出量にほとんど影響がないが、所定のＥＧＲ率を超
えると急激にＰＭ排出量が増加する。これらの特性よ
り、ＮＯｘ排出量は酸素濃度（≒ＥＧＲ率）で決まり、
ＰＭ排出量は所定の酸素濃度（≒空気過剰率）以上なら
増加しないことがわかる。したがって、ＮＯｘとＰＭを
同時低減できる酸素濃度とするには、目標空気過剰率と
目標ＥＧＲ率を予め定めておき、図５に示したように、
これら目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率が得られるように
可変ノズル２ｄのノズル開度とＥＧＲ弁５７の開度を協
調して制御する必要がある。
【００１１】図５を説明すると、まず、空気過剰率＝
（新気量／燃料量）／理論空燃比であるから、目標空気
過剰率Ｍlambと燃料噴射量Ｑfを用いて、目標新気量Ｑa
を Ｑa＝Ｍlamb×Ｑf×理論空燃比 ・・・（ａ） の式により演算し、この目標新気量Ｑaが流れるときの
可変ノズル２ｄの開口面積Ａvntsol0を、流体力学の公
式から Ａvntsol0＝Ｑa／｛２×ρe×（Ｐexh−Ｐa）｝1/2 ・・・（ｂ） ただし、Ｐexh：排気圧 Ｐa：大気圧（コンプレッサ入口圧） ρe：排気密度 の式により求めることができる。
【００１２】一方、ＥＧＲ率＝ＥＧＲ量／新気量である
から、目標新気量Ｑaと目標ＥＧＲ率Ｍegrを用いて、目
標ＥＧＲ量Ｑegrを Ｑegr＝Ｑa×Ｍegr ・・・（ｃ） の式により演算し、この目標ＥＧＲ量Ｑegrが流れると
きのＥＧＲ弁５７の開口面積Ａeを、流体力学の公式か
ら Ａe＝Ｑegr／｛２×ρe×（Ｐexh−Ｐm）｝1/2 ・・・（ｄ） ただし、Ｐexh：排気圧 Ｐmは吸気圧（コンプレッサ出口圧） ρe：排気密度 の式により求めることができる。
【００１３】したがって、（ｂ）、（ｄ）式より、吸気
圧Ｐm、排気圧Ｐexh、大気圧Ｐaの３変数を知ることが
できれば、ノズル開度（過給圧）とＥＧＲ弁開度（ＥＧ
Ｒ量）の協調制御が可能となり、ＮＯｘとＰＭを同時低
減できる酸素濃度を達成するため、制御目標値をＥＧＲ
弁と可変ノズルに配分することができるのである。
【００１４】ここで、上記の３変数のうち、排気圧Ｐex
h以外の変数は検出することが比較的容易であるが、排
気圧Ｐexhは高排気温度・酸化雰囲気で耐久性をもつセ
ンサが一般的に入手困難であり、かつ車載用センサとし
ては高価である。また、前記のような使用条件での耐久
性を持たせるために十分な応答性を得ることが難しい。
したがって、ノズル開度とＥＧＲ弁開度を精度よくかつ
応答性と安定性を損なうことなく制御するためには、排
気圧Ｐexhを推定する手段が必要である。
【００１５】さて、圧力センサを使用しないで排気圧を
推定する方法として、特開平９−１４０２３号公報に記
載のように、総吸気量（Ｑa）に基づいて定常排気圧Ｐw
を算出し、この定常排気圧Ｐwと排気ガス流量比Ｋgから
タービン加速エネルギーＦを、また前回のタービン速度
Ｖ(i-1)から負荷抵抗ＦＬをそれぞれ算出し、これらタ
ービン加速エネルギーＦと負荷抵抗ＦＬの差から今回の
タービン速度Ｖ(i)を算出し、この今回のタービン速度
Ｖ(i)に応じて排気圧Ｐexを算出するものがある。この
方法は、簡単には総吸気量に応じた定常排気圧に対し
て、タービン速度の変化に応じた補正を行うことによっ
て排気圧を推定するものである。
【００１６】しかしながら、この方法のように定常排気
圧から排気圧を推定するのでは、定常排気圧の演算に遅
れがあると、過渡時の排気圧を精度よく推定できない。
【００１７】また、この方法を可変容量ターボチャージ
ャに対して適用するのは難しい。というのも、ノズル開
度を変化させたとき吸気量は非線型な特性で増減するの
で、定常排気圧Ｐwを求めるのが困難となるからであ
る。また、公開されている技術では精度のよいタービン
速度の推定が難しく、精度のよいタービン速度を得るに
はノズル開度に応じてタービン速度を推測する必要があ
るからである。
【００１８】このため、ＥＧＲ装置と可変容量ターボチ
ャージャを備える場合に、吸入空気量と燃料噴射量と可
変ノズルの有効面積相当値と排気温度の４つの要素を用
いて排気圧をダイレクトにかつ簡単な演算式で演算（推
定）することで、過渡時においても排気圧を精度よく推
定するようにした装置を本願発明とほぼ同時期に提案し
ている。
【００１９】そこで本発明は、この推定した排気圧を用
いてＥＧＲ制御と過給圧制御を行うのであるが、この場
合に、ＮＯｘとＰＭを同時低減できる酸素濃度を達成す
るため制御目標値をＥＧＲ弁と可変ノズルに配分するこ
とにより、過渡時の制御応答性を確保しつつＮＯｘとＰ
Ｍの同時低減を図ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、タービン
内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャとＥ
ＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁とを備え、図５７に示すよ
うに、吸入空気量Ｑas0を検出する手段８１と、エンジ
ンの負荷を検出する手段８２と、前記可変ノズルの有効
面積相当値Ａvntを検出する手段８３と、排気温度Ｔexh
を検出する手段８４と、これら４つの要素を用いて排気
圧Ｐexhを推定する手段８５と、前記推定した排気圧Ｐe
xhと大気圧Ｐaの差圧を演算する手段８６と、エンジン
の回転数と負荷に応じて目標空気過剰率Ｍlambを演算す
る手段８７と、この目標空気過剰率に基づいて要求新気
量Ｔqaを演算する手段８８と、この要求新気量Ｔqaと前
記大気圧との差圧（Ｐexh−Ｐa）とから前記可変ノズル
の要求開口面積Ａvntsol0を演算する手段８９と、この
要求開口面積Ａvntsol0となるように前記可変ノズルの
開度を制御する手段９０と、吸気圧Ｐmを検出するセン
サ９１と、前記推定した排気圧Ｐexhとこの吸気圧Ｐmの
差圧を演算する手段９２と、エンジンの回転数と負荷に
応じて目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算する手段９３と、この
目標ＥＧＲ率に基づいて要求ＥＧＲ量Ｔqeを演算する手
段９４と、この要求ＥＧＲ量Ｔqeと前記吸気圧との差圧
（Ｐexh−Ｐm）とから前記ＥＧＲ弁の要求開口面積Ｔav
を演算する手段９５と、この要求開口面積Ｔavとなるよ
うに前記ＥＧＲ弁の開度を制御する手段９６とを設け
た。
【００２１】第２の発明では、第１の発明において前記
エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを用い、前記排気圧
Ｐexhを、 Ｐexh＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh＋
Ｐa ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口排気温度、 Ｐa：コンプレッサ入口圧、 Ｋpexh：定数、 の式により演算する。
【００２２】第３の発明では、第１の発明において前記
エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを用い、タービン入
口排気圧相当値Ｐexhrを、 Ｐexh＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口の排気温度、 Ｋpexhn：定数、 の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Ｐex
hrとコンプレッサ入口圧Ｐaとから前記排気圧Ｐexhを演
算する。
【００２３】第４の発明では、第２または第３の発明に
おいて前記コンプレッサ入口圧Ｐaを検出するセンサを
備える。
【００２４】第５の発明では、第１から第４までのいず
れか一つの発明において前記有効面積相当値Ａvntが、
前記可変ノズルを流れるガスの効率ηnと前記可変ノズ
ルを駆動するアクチュエータに与えるノズル開度指令値
VNTstepとの積である。
【００２５】第６の発明では、第１から第５までのいず
れか一つの発明において前記可変ノズルの要求開口面積
Ａvntsol0を前記可変ノズルを流れるガスの効率ηnで補
正する。
【００２６】第７の発明では、第５または第６の発明に
おいて前記可変ノズルを流れるガスの効率ηnが、摩擦
損失ξfricとノズル損失ξconvの積である。
【００２７】第８の発明では、第７の発明において前記
摩擦損失ξfricが、排気流速相当値Ｗexhの平方根に比
例する値である。
【００２８】第９の発明では、第７の発明において前記
ノズル損失ξconvが、前記ノズル開度指令値VNTstepと
総排気重量Ｑtotalに応じた値である。
【００２９】第１０の発明では、第５または第６の発明
において前記可変ノズルを流れるガスの効率ηnが、前
記ノズル開度指令値VNTstepと排気量Ｑexhに応じた値で
ある。
【００３０】第１１の発明では、第１から第１０までの
いずれか一つの発明において前記排気温度Ｔexhを検出
する手段８４が、図５８に示すように、前記ＥＧＲ弁の
実開度Ｌiftsより前記ＥＧＲ弁の開口面積相当値Ａveを
演算する手段１０１と、この開口面積相当値Ａveと前記
吸気圧との差圧（Ｐexh−Ｐm）とに基づいてＥＧＲ量Ｑ
eを演算する手段１０２と、このＥＧＲ量Ｑeとエンジン
回転数Ｎeに基づいてシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算
する手段１０３と、このシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecとコ
ンプレッサ入口温度Ｔaとシリンダ吸入新気量Ｑacと前
回の排気温度Ｔexhn-1に基づいてシリンダ吸入ガス温度
Ｔnを演算する手段１０４と、このシリンダ吸入ガス温
度Ｔnのサイクル処理値Ｔn0を演算する手段１０５と、
燃料噴射量Ｑfを演算する手段１０６と、この燃料噴射
量Ｑfのサイクル処理値Ｑf0を演算する手段１０７と、
このサイクル処理値Ｑf0に基づいて排気温度基本値Ｔex
hbを演算する手段１０８と、前記シリンダ吸入ガス温度
Ｔnのサイクル処理値Ｔn0から吸気温度補正係数Ｋtexh1
を演算する手段１０９と、この補正係数Ｋtexh1で前記
排気温度基本値Ｔexhbを補正して今回の排気温度Ｔexh
を演算する手段１１０とからなる場合に、前記ＥＧＲ弁
の開口面積相当値Ａveを前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効
率ηn2で補正する。
【００３１】第１２の発明では、第１１の発明において
前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率ηn2が、前記ＥＧＲ弁
での圧力損失ξconv-egrと排気管と吸気管を連通するＥ
ＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egrとの積である。
【００３２】第１３の発明では、第１２の発明において
前記ＥＧＲ弁での圧力損失ξconv-egrを、 ξconv-egr＝１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2 ただし、Ａve：ＥＧＲ弁の開口面積相当値、 Ａvps：ＥＧＲ弁の全開面積相当値、 の式により演算する。
【００３３】第１４の発明では、第１２の発明において
前記ＥＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egrを、 ξfric-egr＝｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ただし、λ：直管損失係数、 ζ：曲がり管損失係数、 ｌ：ＥＧＲ通路長、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 ｇ：重力の加速度、 の式により演算する。
【００３４】第１５の発明では、第１２の発明において
前記直管損失係数λを、 λ＝Ｃs×［｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2
／(ν×ｄ）］-1/4 ただし、Ｔstd：標準大気温度、 Ｔexh：排気温度、 Ｐexh：排気圧、 Ｐm：吸気圧、 ν：排気の動粘度、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 Ｃs：定数、 の式により演算する。
【００３５】第１６の発明では、第１１から第１５まで
のいずれか一つの発明において前記ノズル開度指令値VN
Tstepと排気量Ｑexhに応じて排気温度のノズル開度補正
係数Ｋtexh4を演算し、この補正係数Ｋtexh4で前記排気
温度基本値Ｔexhbを補正する。
【００３６】第１７の発明では、第１１から第１６まで
のいずれか一つの発明において吸気ポートにスワール弁
を備える場合に、このスワール弁の開度位置とエンジン
回転数Ｎeに応じて排気温度のスワール補正係数Ｋtexh3
を演算し、この補正係数Ｋtexh3で前記排気温度基本値
Ｔexhbを補正する。
【００３７】第１８の発明は、タービン内に可変ノズル
を有する可変容量ターボチャージャとＥＧＲ量を制御可
能なＥＧＲ弁とを備え、図５９に示すように、吸入空気
量Ｑas0を検出する手段８１と、エンジンの負荷を検出
する手段８２と、前記可変ノズルの有効面積相当値Ａvn
tを検出する手段８３と、排気温度Ｔexhを検出する手段
８４と、これら４つの要素を用いて排気圧Ｐexhを推定
する手段８５と、前記推定した排気圧Ｐexhと大気圧Ｐa
の差圧を演算する手段８６と、エンジンの回転数と負荷
に応じて目標空気過剰率Ｍlambを演算する手段８７と、
この目標空気過剰率に基づいて要求新気量Ｔqaを演算す
る手段８８と、この要求新気量Ｔqaと前記大気圧との差
圧（Ｐexh−Ｐa）とから前記可変ノズルの要求開口面積
Ａvntsol0を演算する手段８９と、この要求開口面積Ａv
ntsol0となるように前記可変ノズルの開度を制御する手
段９０と、吸気圧Ｐmを検出するセンサ９１と、前記推
定した排気圧Ｐexhとこの吸気圧Ｐmの差圧を演算する手
段９２と、この吸気圧との差圧（Ｐexh−Ｐm）に基づい
て排気管と吸気管を連通するＥＧＲ通路の直管損失λを
演算する手段１２１と、この直管損失λと前記ＥＧＲ通
路の曲がり管損失ζとに基づいて前記ＥＧＲ通路の摩擦
損失ξfric-egrを演算する手段１２２と、前記ＥＧＲ弁
の実開度に基づいて前記ＥＧＲ弁の開口面積相当値Ａve
を演算する手段１２３と、この開口面積相当値Ａveに基
づいて前記ＥＧＲ弁での損失ξconv-egrを演算する手段
１２４と、このＥＧＲ弁での損失ξconv-egrと前記ＥＧ
Ｒ通路の摩擦損失ξfric-egrの積を前記ＥＧＲ弁を流れ
るガスの効率ηn2として演算する手段１２５と、この効
率ηn2で前記ＥＧＲ弁の開口面積相当値Ａveを補正した
値を前記ＥＧＲ弁の要求開口面積Ｔavとして演算する手
段１２６と、この要求開口面積Ｔavとなるように前記Ｅ
ＧＲ弁の開度を制御する手段１２７とを設けた。
【００３８】第１９の発明では、第１８の発明において
前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを用い、前記排
気圧Ｐexhを、 Ｐexh＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh＋
Ｐa ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口排気温度、 Ｐa：コンプレッサ入口圧、 Ｋpexh：定数、 の式により演算する。
【００３９】第２０の発明では、第１８の発明において
前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを用い、タービ
ン入口排気圧相当値Ｐexhrを、 Ｐexh＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口の排気温度、 Ｋpexhn：定数、 の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Ｐex
hrとコンプレッサ入口圧Ｐaとから前記排気圧Ｐexhを演
算する。
【００４０】第２１の発明では、第１９または第２０の
発明において前記コンプレッサ入口圧Ｐaを検出するセ
ンサを備える。
【００４１】第２２の発明では、第１８から第２１まで
のいずれか一つの発明において前記有効面積相当値Ａvn
tが、前記可変ノズルを流れるガスの効率ηnと前記可変
ノズルを駆動するアクチュエータに与えるノズル開度指
令値VNTstepとの積である。
【００４２】第２３の発明では、第１８から第２２まで
のいずれか一つの発明において前記可変ノズルの要求開
口面積Ａvntsol0を前記可変ノズルを流れるガスの効率
ηnで補正する。
【００４３】第２４の発明では、第２２または第２３の
発明において前記可変ノズルを流れるガスの効率ηn
が、摩擦損失ξfricとノズル損失ξconvの積である。
【００４４】第２５の発明では、第２４の発明において
前記摩擦損失ξfricが、排気流速相当値Ｗexhの平方根
に比例する値である。
【００４５】第２６の発明では、第２４の発明において
前記ノズル損失ξconvが、前記ノズル開度指令値VNTste
pと総排気重量Ｑtotalに応じた値である。
【００４６】第２７の発明では、第２２または第２３の
発明において前記可変ノズルを流れるガスの効率ηn
が、前記ノズル開度指令値VNTstepと排気量Ｑexhに応じ
た値である。
【００４７】第２８の発明では、第１８から第２７まで
のいずれか一つの発明において前記排気温度Ｔexhを検
出する手段８４が、図５８に示すように、前記ＥＧＲ弁
の実開度Ｌiftsより前記ＥＧＲ弁の開口面積相当値Ａve
を演算する手段１０１と、この開口面積相当値Ａveと前
記吸気圧との差圧（Ｐexh−Ｐm）とに基づいてＥＧＲ量
Ｑeを演算する手段１０２と、このＥＧＲ量Ｑeとエンジ
ン回転数Ｎeに基づいてシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演
算する手段１０３と、このシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecと
コンプレッサ入口温度Ｔaとシリンダ吸入新気量Ｑacと
前回の排気温度Ｔexhn-1に基づいてシリンダ吸入ガス温
度Ｔnを演算する手段１０４と、このシリンダ吸入ガス
温度Ｔnのサイクル処理値Ｔn0を演算する手段１０５
と、燃料噴射量Ｑfを演算する手段１０６と、この燃料
噴射量Ｑfのサイクル処理値Ｑf0を演算する手段１０７
と、このサイクル処理値Ｑf0に基づいて排気温度基本値
Ｔexhbを演算する手段１０８と、前記シリンダ吸入ガス
温度Ｔnのサイクル処理値Ｔn0から吸気温度補正係数Ｋt
exh1を演算する手段１０９と、この補正係数Ｋtexh1で
前記排気温度基本値Ｔexhbを補正して今回の排気温度Ｔ
exhを演算する手段１１０とからなる場合に、前記ＥＧ
Ｒ弁の開口面積相当値Ａveを前記ＥＧＲ弁を流れるガス
の効率ηn2で補正する。
【００４８】第２９の発明では、第２８の発明において
前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率ηn2が、前記ＥＧＲ弁
での圧力損失ξconv-egrと排気管と吸気管を連通するＥ
ＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egrとの積である。
【００４９】第３０の発明では、第２９の発明において
前記ＥＧＲ弁での圧力損失ξconv-egrを、 ξconv-egr＝１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2 ただし、Ａve：ＥＧＲ弁の開口面積相当値、 Ａvps：ＥＧＲ弁の全開面積相当値、 の式により演算する。
【００５０】第３１の発明では、第２９の発明において
前記ＥＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egrを、 ξfric-egr＝｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ただし、λ：直管損失係数、 ζ：曲がり管損失係数、 ｌ：ＥＧＲ通路長、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 ｇ：重力の加速度、 の式により演算する。
【００５１】第３２の発明では、第２９の発明において
前記直管損失係数λを、 λ＝Ｃs×［｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2
／(ν×ｄ）］-1/4 ただし、Ｔstd：標準大気温度、 Ｔexh：排気温度、 Ｐexh：排気圧、 Ｐm：吸気圧、 ν：排気の動粘度、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 Ｃs：定数、 の式により演算する。
【００５２】第３３の発明では、第２８から第３２まで
のいずれか一つの発明において前記ノズル開度指令値VN
Tstepと排気量Ｑexhに応じて排気温度のノズル開度補正
係数Ｋtexh4を演算し、この補正係数Ｋtexh4で前記排気
温度基本値Ｔexhbを補正する。
【００５３】第３４の発明では、第２８から第３３まで
のいずれか一つの発明において吸気ポートにスワール弁
を備える場合に、このスワール弁の開度位置とエンジン
回転数Ｎeに応じて排気温度のスワール補正係数Ｋtexh3
を演算し、この補正係数Ｋtexh3で前記排気温度基本値
Ｔexhbを補正する。
【００５４】
【発明の効果】第１、第１３、第１４、第３０、第３１
の発明では、エンジンの回転数と負荷に応じて目標空気
過剰率を演算し、この目標空気過剰率に基づいて要求新
気量を演算し、前記推定した排気圧と吸気圧との差圧お
よびこの要求新気量から可変ノズルの要求開口面積を演
算し、この要求開口面積となるように可変ノズルのノズ
ル開度を制御するとともに、エンジンの回転数と負荷に
応じて目標ＥＧＲ率を演算し、この目標ＥＧＲ率に基づ
いて要求ＥＧＲ量を演算し、前記推定した排気圧と吸気
圧との差圧およびこの要求ＥＧＲ量からＥＧＲ弁の要求
開口面積を演算し、この要求開口面積となるようにＥＧ
Ｒ弁開度を制御する。つまり、ＮＯｘとＰＭを同時低減
できる酸素濃度を達成するため制御目標値をＥＧＲ弁と
可変ノズルに配分するようにしたので、従来装置（特開
平６−１７３７５２号公報）のように、過渡時にも制御
応答性が悪くなることがなく、これによって過渡時にも
最適な過給圧と最適なＥＧＲ量でエンジンを運転するこ
とができ、ＮＯｘとＰＭの同時低減を図ることができ
る。
【００５５】第１、第１８の発明では、吸入空気量、エ
ンジンの負荷、可変ノズルの有効面積相当値、排気温度
の４つの要素から排気圧をダイレクトに排気圧を演算で
きることになったので、可変容量ターボチャージャを備
える場合においても、過渡時に応答遅れなく排気圧を推
定できる。、第２、第１９の発明は、タービンノズルを
通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れ
であると仮定して排気圧を演算するものであり、この第
２、第１９の発明によれば、標準状態において排気圧の
高い演算精度が得られる。
【００５６】タービンノズルを通過するガスの流れを、
流路面積が縮小する場合の流れであると仮定して排気圧
を演算すると、標準状態と異なる場合（たとえば高地、
標準温度より温度が高い場合、湿度が標準状態と異なる
場合など）に、排気圧の演算精度が低下するのである
が、第３、第２０の発明によれば、タービンノズルを通
過するガスの流れを、理想気体が断熱変化して流動する
場合の流れであると仮定した演算式により、単位時間当
たりの流量と圧力（つまり比重の変化）が正確に記述で
きているので、標準状態と異なる気圧や温度の状態にお
いても、排気圧の高い演算精度が得られる。しかもこの
場合にマッチングしなければならない特性は単純なもの
であるため、ほとんど計算だけで足り（マッチングの必
要なし）、机上のみの計算でも排気圧の演算精度を高く
することができる。
【００５７】第４、第２１の発明によれば、高度変化に
よりコンプレッサ入口圧が変化しても、排気圧の精度が
低下することがない。
【００５８】第５、第６の発明によれば、可変ノズルを
流れるガスの効率を考慮できる。
【００５９】第７、第２４の発明によれば、摩擦損失と
ノズル損失を別個に考慮できる。
【００６０】第８、第２５の発明によれば、排気流速が
相違しても、摩擦損失を精度よく与えることができる。
【００６１】流速の変化が大きい場合、縮まり管に対す
る損失（後述する（３）式の１／｛１−(Ａ2／Ａ1)2｝
1/2の値）をそのままノズル損失とみなすと、実際のノ
ズル損失と合わないことが多いのであるが、第９、第２
６の発明によれば、流速の変化が大きい場合にも実際の
ノズル損失とよく合致させることができる。
【００６２】第１０、第２７の発明によれば、可変ノズ
ルを流れるガスの効率の演算を簡略化することで、ＣＰ
Ｕの演算負荷を軽くできる。
【００６３】開口面積相当値を弁を流れるガスの効率で
補正できるのは、一般的には定常流に限るというのが定
説である。しかしながら、このたび、ＥＧＲ弁の開口面
積相当値をＥＧＲ弁を流れるガスの効率で補正する場合
で実験してみたところ、脈動のある排気のように規則性
のある流れの場合には、定常、過渡とも、精度よくＥＧ
Ｒ流量を演算できていることを初めて見いだした。した
がって、第１１、第２８の発明によれば、排気のように
非定常流であってもＥＧＲ通路内でのガスの圧力損失を
考慮することが可能となり、これによってより精度の高
いＥＧＲ流量の演算が可能となった。
【００６４】第１２、第２９の発明によれば、ＥＧＲ弁
での圧力損失とＥＧＲ通路の摩擦損失を別個に考慮でき
る。
【００６５】第１５、第３２の発明によれば、排気圧が
急激に変化する過渡時にも直管損失係数を応答よく求め
ることができる。
【００６６】第１６、第１７、第３３、第３４の発明に
よれば、排気温度の演算精度が向上するので、この向上
分だけ排気圧の演算精度が向上する。
【００６７】第１８の発明によれば、排気圧の演算精度
の向上分だけＥＧＲ弁の過渡時の要求開口面積の演算精
度が向上するほか、排気のように非定常流であってもＥ
ＧＲ通路内でのガスの圧力損失を考慮することが可能と
なり、これによってより精度の高いＥＧＲ弁の要求開口
面積の演算が可能となった。
【００６８】
【発明の実施の形態】図１において、エンジンには公知
のコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。
【００６９】これを図２により概説すると（詳細は特開
昭９−１１２２５１号公報参照）、この燃料噴射装置１
０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプラ
イポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に
設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライポンプ１
４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介してコ
モンレール１６にいったん蓄えられたあと、コモンレー
ル１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に分配さ
れる。
【００７０】噴射ノズル１７は、針弁１８、ノズル室１
９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２
１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下
方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン
２２への燃料供給通路２４、この通路２４に介装される
三方弁（電磁弁）２５などからなり、バルブボディ内の
通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズ
ル室１９にともに高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦ
Ｆ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断）に
は、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積
より大きいことから、針弁１８が着座状態にあるが、三
方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢと
Ｃが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻
し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピス
トン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって
針弁１８が上昇して噴射弁先端の噴孔より燃料が噴射さ
れる。三方弁２５をふたたびＯＦＦ状態に戻せば、油圧
ピストン２２に蓄圧室１６の高圧燃料が導びかれて燃料
噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により
燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれ
ば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２
６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００７１】この燃料噴射装置１０にはさらに、コモン
レール圧力を制御するため、サプライポンプ１４から吐
出された燃料を戻す通路１３に圧力制御弁３１を備え
る。この圧力制御弁３１はコントロールユニット４１か
らのデューティ信号に応じて通路１３の流路面積を変え
るためのもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調
整することによりコモンレール圧力を制御する。コモン
レール１６の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、
三方弁２５のＯＮ時間が同じであれば、コモンレール１
６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００７２】コモンレール圧力ＰＣＲ１を検出するセン
サ３２からの信号が、アクセル開度センサ３３（アクセ
ルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クラ
ンク角センサ３４（エンジン回転数とクランク角度を検
出）、クランク角センサ３５（気筒判別を行う）、水温
センサ３６とともに入力されるコントロールユニット４
１では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて主噴射
の目標燃料噴射量Ｑfとコモンレール１６の目標圧力を
演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール
圧力がこの目標圧力と一致するように圧力制御弁３１を
介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制
御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量Ｑfに
対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御する。
【００７３】エンジンにはまた排気還流装置（ＥＧＲ装
置）を備える。これを図３で説明すると、５１はディー
ゼルエンジンの本体、５２は吸気通路、５３は排気通
路、５４は排気通路５３の排気の一部を吸気通路に還流
するための通路（ＥＧＲ通路）である。
【００７４】吸気通路５２は吸入空気量を計測するため
のエアフローメータ５５が設置され、その下流に吸入空
気を２段階に絞り込む吸気絞り弁５６が設けられる。こ
の吸気絞り弁５６の下流側に前記したＥＧＲ通路５４が
接続され、またＥＧＲ通路５４の途中には排気還流量を
コントロールするための弁（ＥＧＲ弁）５７が介装され
る。
【００７５】したがって、排気通路５３から吸気通路５
２に流れる排気の還流量は、吸気絞り弁５６の開度に応
じて発生する吸入負圧と、排気通路５３との排気圧力と
の差圧に応じるとともに、そのときのＥＧＲ弁５７の開
度に対応して決定される。
【００７６】前記吸気絞り弁５６は負圧アクチュエータ
５６ａにより開度が２段階に制御され、負圧アクチュエ
ータ５６ａには第１の電磁弁６１を介して図示しないバ
キュームポンプからの負圧を導く第１負圧通路６２と、
第２の電磁弁６３を介して同じく負圧を導く第２負圧通
路６４とが接続され、これら電磁弁６１、６２によって
調圧された負圧により、吸気絞り弁５６の開度を２段階
に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロール
するようになっている。
【００７７】たとえば、第１の電磁弁６１が負圧導入を
やめ、大気圧を導入し、第２の電磁弁６３が負圧を導入
しているときは、負圧アクチュエータ５６ａの負圧は弱
く、吸気絞り弁５６の開度は比較的大きくなり、これに
対して、第１の電磁弁６１も負圧を導入しているときは
負圧が強く、吸気絞り弁５６の開度は小さくなる。ま
た、第１、第２の電磁弁６１、６３がともに大気圧を導
入しているときは、吸気絞り弁５６はリターンスプリン
グにより、全開位置に保持される。
【００７８】前記ＥＧＲ弁５７はステップモータ５７ａ
の回転によってリフト量が変化し、その開度が調整さ
れ、この開度に応じてＥＧＲ通路５４を通って吸気中に
流入する排気還流量が増減する。なお、５７ｂはＥＧＲ
弁５７の開度を検出する手段である。
【００７９】コントロールユニット４１では、前記した
第１、第２電磁弁６１、６３とステップモータ５７ａの
作動を制御し、排気還流量を制御する。
【００８０】図１に戻り、ＥＧＲ通路５４の開口部下流
の排気通路５３に可変容量ターボチャージャ２を備え
る。これは、吸気コンプレッサ２ｂと同軸配置される排
気タービン２ａのスクロール入口に、ステップモータ２
ｃにより駆動される可変ノズル２ｄを設けたもので、コ
ントロールユニット４１により、可変ノズル２ｄは低回
転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では
排気タービン２ａに導入される排気の流速を高めるノズ
ル開度（傾動状態）に、高回転側では排気を抵抗なく排
気タービン２ａに導入させノズル開度（全開状態）に制
御することができる。また、所定の条件にあるときは、
可変ノズル２ｄは、過給圧を下げるノズル開度に制御さ
れる。
【００８１】本実施形態では、可変ノズル２ｄのノズル
開度をステップモータ２ｃにより駆動する方式で説明す
るが、ダイヤフラムアクチュエータおよびこのアクチュ
エータへの制御負圧を調整する電磁ソレノイドで駆動す
る方法や直流モータで駆動する方法を用いてもよい。さ
らにノズル位置センサからの信号に基づいてノズル開度
をフィードバック制御するようにしてもかまわない。
【００８２】１はＮＯｘ触媒（たとえば銅系ゼオライト
触媒）、３は吸気コンプレッサ２ｂの下流かつコレクタ
５２ａの上流の吸気通路５２に設けられるインタークー
ラ、４はスワール制御弁である。
【００８３】さて、過給圧制御という観点からみると、
ＥＧＲ制御も、過給圧制御の役割を物理的に果たしてい
る。つまり、ＥＧＲ量を変化させることにより過給圧も
変化する。逆に、過給圧を変化させると、排気圧が変化
するため、ＥＧＲ量も変化することになり、過給圧とＥ
ＧＲ量とは独立に制御できない。また、ややもすると、
お互いに制御上の外乱となっている。
【００８４】そこで、過給圧とＥＧＲ弁に供給される制
御負圧とをタイムシェアリングによって吸気圧センサに
より選択的に検出させ、それら制御負圧、過給圧に基づ
いて、ＥＧＲ量の制御、過給圧の制御をそれぞれ行う技
術が開示されているが、この技術では前述したように特
に過渡時の制御応答性が悪くなる。
【００８５】ここで、ＮＯｘ、ＰＭの各排出量に対する
ＥＧＲ率、新気量（過給圧）の各感度の関係は図４に示
したようになるので、ＮＯｘとＰＭを同時低減できる酸
素濃度とするには、目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率を予
め定めておき、これら目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率が
得られるように可変ノズル２ｄのノズル開度とＥＧＲ弁
５７の開度を協調して制御する必要がある。そのために
は、図５で前述したように、目標空気過剰率Ｍlambと燃
料噴射量Ｑfを用いて、目標新気量Ｑaを前記の（ａ）式
により演算し、この目標新気量Ｑaが流れるときの可変
ノズル２ｄの開口面積Ａvntsol0を、前記の（ｂ）式に
より求めるとともに、目標新気量Ｑaと目標ＥＧＲ率Ｍe
grを用いて、目標ＥＧＲ量Ｑegrを前記の（ｃ）式によ
り演算し、この目標ＥＧＲ量Ｑegrが流れるときのＥＧ
Ｒ弁５７の開口面積Ａeを、前記の（ｄ）式により求め
ればよい。前記の（ｂ）、（ｄ）式より、吸気圧Ｐm、
排気圧Ｐexh、大気圧Ｐaの３変数を知ることができれ
ば、ノズル開度（過給圧）とＥＧＲ弁開度（ＥＧＲ量）
の協調制御が可能となり、ＮＯｘとＰＭを同時低減でき
る酸素濃度を達成するため、制御目標値をＥＧＲ弁と可
変ノズルに配分できるわけである。
【００８６】さて、上記の３変数のうち、排気圧Ｐexh
以外の変数は検出することが比較的容易であるが、排気
圧Ｐexhは高排気温度・酸化雰囲気で耐久性をもつセン
サが一般的に入手困難であり、かつ車載用センサとして
は高価である。また、前記のような使用条件での耐久性
を持たせるために十分な応答性を得ることが難しい。し
たがって、過給圧とＥＧＲ量を精度よくかつ応答性と安
定性を損なうことなく制御するためには、排気圧Ｐexh
を推定する手段が必要である。圧力センサを使用しない
で排気圧を推定する方法として、総吸気量に基づいて定
常排気圧を算出し、この定常排気圧と排気ガス流量比か
らタービン加速エネルギーを、また前回のタービン速度
から負荷抵抗をそれぞれ算出し、これらタービン加速エ
ネルギーと負荷抵抗の差から今回のタービン速度を算出
し、この今回のタービン速度に応じて排気圧を算出する
ものがあるが、この方法は、簡単には総吸気量に応じた
定常排気圧に対して、タービン速度の変化に応じた補正
を行うことによって排気圧を推定するものであるので、
この方法を可変容量ターボチャージャに対して適用する
のは難しい。ノズル開度を変化させたとき吸気量は非線
型な特性で増減するので、定常排気圧を求めるのが困難
となるからである。また、公開されている技術では精度
のよいタービン速度の推定が難しく、精度のよいタービ
ン速度を得るにはノズル開度に応じてタービン速度を推
測する必要があるからである。
【００８７】このためコントロールユニット４１では、
吸入空気量Ｑas0と、エンジン負荷（たとえば燃料噴射
量Ｑf）と、可変ノズルの有効面積相当値Ａvntと、排気
温度Ｔexhの４つの要素を用いて、排気圧Ｐexhをダイレ
クトにかつ簡単な演算式で演算（推定）する。
【００８８】また、この推定した排気圧Ｐexhを用いて
図５に従いＥＧＲ制御と過給圧制御を行う。ただし、図
５は基本的な考え方を示すもので、実際には、過給圧制
御について、エンジンの回転数と負荷に応じて目標空気
過剰率Ｍlambを演算し（図３５参照）、この目標空気過
剰率Ｍlambに基づいて要求新気量Ｔqaを演算し（図３
８、図３９参照）、前記推定した排気圧Ｐexhと吸気圧
Ｐmの差とこの要求新気量Ｔqaとから可変ノズル２ｄの
要求開口面積Ａvntsol0を演算し（図４０参照）、この
要求開口面積Ａvntsol0となるように可変ノズル２ｄの
ノズル開度を制御する。また、ＥＧＲ制御については、
エンジンの回転数と負荷に応じて目標ＥＧＲ率Ｍegrを
演算し（図４２参照）、この目標ＥＧＲ率Ｍegrに基づ
いて要求ＥＧＲ量Ｔqeを演算し（図４５参照）、前記推
定した排気圧Ｐexhと吸気圧Ｐmの差とこの要求ＥＧＲ量
ＴqeとからＥＧＲ弁５７の要求開口面積Ｔavを演算し
（図４６参照）、この要求開口面積ＴavとなるようにＥ
ＧＲ弁開度を制御する。
【００８９】コントロールユニット４１で行われるこの
制御を次に詳述する。
【００９０】まず、制御の大まかなブロック図を図６
に、ＥＧＲ制御についてその詳細なフローチャートおよ
びそのフローに使うマップやテーブルを図８〜図３１、
図３３、図３４、図４２〜図４７に、また過給圧制御に
ついてその詳細なフローチャートおよびそのフローに使
うマップやテーブルを図３５〜図４１に示す。
【００９１】ここで、コントロールユニット４１で行わ
れる制御方法はモデル規範制御（多変数入力制御系のモ
デルを用いた制御の一つ）である。このため、アクセル
開度センサ３３、クランク角センサ３４、３５、水温セ
ンサ３６以外のセンサといえば、エアフローメータ５
５、このエアフローメータ５５の近傍に設けた吸気温度
センサ７１および本実施形態で新たに設けた吸気圧セン
サ７２だけで、制御上で必要となる各種のパラメータ
（たとえば後述する排気圧など）はコントロールユニッ
ト４１内ですべて予測演算することになる。なお、モデ
ル規範制御のイメージは、図６の各ブロックが、その各
ブロックに与えられた演算を、回りのブロックとの間で
パラメータの授受を行いつつ瞬時に行うというものであ
る。近年、モデル規範制御の理論的解析が急速に進んだ
ことから、エンジン制御への適用が可能となり、現在、
実用上も問題ないレベルにあることを実験により確認し
ている。
【００９２】さらに詳述すると、エアフローメータ５
５など、センサ検出値のサンプリングを一定時間毎に
（図９ステップ１〜３、図１３、図１５参照）、モデ
ル規範制御におけるパラメータの演算を基本的にＲef信
号（クランク角の基準位置信号）の入力毎に（図９ステ
ップ４〜７、図１０、図１１、図１８、図１９、図２
２、図２８、図３１、図３３、図３５、図３８、図３
９、図４０、図４２、図４５、図４６参照）、最終の
アクチュエータへの出力を一定時間毎に実行する。な
お、以下ではＲef信号の入力毎のジョブであるところ
を、一定時間毎のジョブとして記載しているところもあ
る（図８参照）。
【００９３】また、上記のにおける各パラメータの演
算は図７に示した順番で行う。図７において全ての処理
を行うのに所用の時間がかかるということはなく、Ｒef
信号の入力により全ての処理が一瞬にして終了する。同
図において記号の後に付けた「ｎ−１」は、前回値（つ
まり１Ｒef信号前に演算した値）であることを意味して
いる。
【００９４】以下、図７に示した順番で各パラメータの
演算を説明する。
【００９５】なお、ＥＧＲ制御そのものは特願平１０−
３１４６０号（以下「先願装置」という）によりすでに
開示している。
【００９６】図８はシリンダ吸入新気量、燃料噴射量、
シリンダ吸入ガス温度のサイクル処理のフローである。
ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量Ｑ
f、シリンダ吸入ガス温度Ｔnを読み込む。なお、シリン
ダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量Ｑf、シリンダ吸入ガス
温度Ｔnの各演算についてはそれぞれ図９、図１９、図
１８により後述する。
【００９７】ステップ２ではこれらＱac、Ｑf、Ｔnを用
いてＱexh＝Ｑac・Ｚ-(CYLN#-1)、Ｑf0＝Ｑf・Ｚ
-(CYLN#-2)、Ｔn0＝Ｔn・Ｚ-(CYLN#-1)の式によりサイ
クル処理を施すが、これらはエアフローメータ５５の読
み込みタイミングに対しての位相差に基づく補正を行う
ものである。ただし、ＣＹＬＮ＃はシリンダ数である。
たとえば４気筒エンジンでは、燃料の噴射は、エアフロ
ーメータの読み込みタイミングに対して１８０ＣＡ×
（気筒数−２）ずれるので、シリンダ数から２引いた分
だけディレイ処理を行う。
【００９８】図９はシリンダ吸入新気量Ｑacを演算する
フローである。
【００９９】ステップ１ではエアフローメータ（ＡＭ
Ｆ）５５の出力電圧を読み込み、ステップ２でこの出力
電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステッ
プ３では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値
に対して加重平均処理を行う。
【０１００】ステップ４ではエンジン回転数Ｎeを読み
込み、ステップ５においてこの回転数Ｎeと前記した吸
気量の加重平均値Ｑas0とから、シリンダ吸入空気量
（１吸気行程当たり）Ｑac0を、
【０１０１】
【数２】Ｑac0＝（Ｑas0／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃ ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、の式により計算する。
【０１０２】ステップ６ではこのＱac0のｎ回演算分の
ディレイ処理を行い、このディレイ処理後の値Ｑac0・
Ｚ-nをコレクタ５２ａ入口でのシリンダ新気量（１吸気
行程当たり）Ｑacｎとして算出する。これはエアフロー
メータ５５からコレクタ５２ａ入口までの吸入空気の遅
れを考慮したものである。
【０１０３】ステップ７では容積比Ｋvolと体積効率相
当値の前回値Ｋinn-1を用い、上記のコレクタ５２ａ入
口のシリンダ新気量Ｑacｎから
【０１０４】
【数３】Ｑac＝Ｑacn-1×（１−Ｋvol×Ｋinn-1）＋Ｑa
cｎ×Ｋvol×Ｋinn-1 ただし、Ｑacn-1：Ｑacの前回値、 Ｋinn-1：Ｋinの前回値、 の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入新気量（１吸
気行程当たり）Ｑacを求める。これはコレクタ５２ａ入
口からシリンダまでの吸入空気の遅れを考慮したもので
ある。
【０１０５】図１０はシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算
するフローである。
【０１０６】この演算内容は上記図９に示したシリンダ
吸入新気量Ｑacの演算方法と同様である。ステップ１で
後述（図３３参照）のようにして求めるＥＧＲ（流）量
Ｑeの前回値であるＱen-1を読み込み、ステップ２でエ
ンジン回転数Ｎeを読み込む。
【０１０７】ステップ４ではＱen-1とＮeと定数ＫＣＯ
Ｎ＃とからコレクタ５２ａ入口でのシリンダ吸入ＥＧＲ
量（１吸気行程当たり）Ｑecｎを
【０１０８】
【数４】Ｑecｎ＝（Ｑen-1／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃ ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、の式により計算する。さら
に、ステップ５でこのコレクタ入口５２ａでの値Ｑecｎ
と容積比Ｋvol、体積効率相当値の前回値Ｋinn-1を用い
て、
【０１０９】
【数５】Ｑec＝Ｑecn-1×（１−Ｋvol×Ｋinn-1）＋Ｑe
cｎ×Ｋvol×Ｋinn-1 ただし、Ｑecn-1：Ｑecの前回値、 Ｋinn-1：Ｋinの前回値、 の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入ＥＧＲ量（１
吸気行程当たり）Ｑecを計算する。これはコレクタ５２
ａ入口からシリンダまでのＥＧＲガスの遅れを考慮した
ものである。
【０１１０】なお、先願装置では、ＥＧＲ量Ｑeに対し
て、排気脈動の影響をならすため加重平均処理を行って
いたが、本実施形態ではＱeに対する加重平均処理を行
っていない。これは、次の理由による。排気脈動の影響
をならすためとはいえ、Ｑeの加重平均処理値を用いた
のでは、その加重平均に伴う誤差を含めてシリンダ吸入
ＥＧＲ量Ｑecを演算することになる。そこで、本実施形
態では、脈動を持ったＱeのままでＱecを演算すること
で、できるだけＱecの演算精度を高めるようにしてい
る。
【０１１１】図１１は体積効率相当値Ｋinを演算するフ
ローである。
【０１１２】ステップ１ではシリンダ吸入新気量Ｑac、
シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、吸気圧Ｐm、吸入ガス温度
の前回値であるＴnn-1を読み込み、このうちＰmとＴn
n-1からステップ２で図１２を内容とするマップを検索
することによりガス密度ROUqcylを求め、このガス密度R
OUqcylとシリンダガス重量Ｑcyl（＝Ｑac＋Ｑec）を用
いてステップ３において
【０１１３】
【数６】Ｋin＝Ｑcyl／(Ｖc／ROUqcyl) ただし、Ｖc：１シリンダ容積、の式（体積効率の定義
式）により体積効率相当値Ｋinを演算する。
【０１１４】ここで、体積効率相当値Ｋinの演算方法は
先願装置と異なっている（先願装置より簡単になってい
る）。これは、本実施形態では吸気圧センサ７２を追加
しているため、このセンサ検出値を用いれば体積効率を
定義式より算出できるためである。これにより、本実施
形態では、体積効率の演算について、適合工数を少なく
することができている。
【０１１５】図１３は吸気圧（コレクタ内）の演算（検
出）のフローである。
【０１１６】ステップ１で吸気圧センサ７２の出力電圧
Ｐm＿vを読み込み、この出力電圧Ｐm＿vよりステップ２
において図１４を内容とするテーブルを検索することに
より圧力Ｐm＿0に変換し、この圧力値に対してステップ
３で加重平均処理を行い、その加重平均値Ｐm1を吸気圧
Ｐmとして演算する。
【０１１７】吸気圧センサが設けられていなかった先願
装置と相違して、本実施形態では、吸気圧センサが設け
られているため、吸気圧Ｐmの演算が簡単になってい
る。
【０１１８】ここで、吸気圧センサを新たに追加した理
由は次の通りである。先願装置ではターボチャージャが
可変容量型でなかったのに対して、本実施形態のターボ
チャージャは可変容量型であるため、ノズル開度が未知
数（自由度）として新たに加わり、先願装置より未知数
が１だけ増えることになった。そこで、未知数を先願装
置と同じにするため、吸気圧センサ７２を設けたもので
ある（先願装置では吸気圧も未知数であるが、本実施形
態では吸気圧は未知数でない）。
【０１１９】図１５は吸入新気温度Ｔaを演算するフロ
ーである。
【０１２０】ステップ１で吸気温度センサ７１の出力電
圧Ｔa＿vを読み込み、この出力電圧Ｔa＿vよりステップ
２において図１４と同様の特性を内容とするテーブルを
検索することにより温度Ｔa0に変換する。
【０１２１】ステップ３では吸気温度センサ７１がイン
タークーラ３の上流側と下流側のいずれに装着されてい
るかをみる。
【０１２２】図１のように、吸気温度センサ７１がイン
タークーラ３の上流側にある場合はステップ４に進み、
吸気圧の前回値であるＰmn-1に基づいて圧力補正係数Ｋ
tmpiを、Ｋtmpi＝Ｐmn-1×ＰＡ＃の式より計算する。た
だし、ＰＡ＃は定数である。
【０１２３】そして、ステップ５ではこの圧力補正係数
Ｋtmpiに基づいてコレクタ５２ａ入口での吸入新気温度
Ｔaを、
【０１２４】
【数７】Ｔa＝Ｔa0×Ｋtmpi＋ＴＯＦＦ＃ ただし、ＴＯＦＦ＃：定数、の式（近似式）により計算
する。この計算は、熱力学の法則による温度変化予測演
算である。
【０１２５】吸気温度を車速や吸気量等により補正して
もよい。このときは、図１６、図１７に示した特性を内
容とするテーブルを予め作成しておき、車速と吸気量
（Ｑas0）から各テーブルを検索することにより、吸気
温度の車速補正値Ｋvsp、吸気温度の吸気量補正値Ｋqa
を求め、上記の数７式に代えて、
【０１２６】
【数８】Ｔa＝Ｋvsp×Ｋqa×Ｔa0×Ｋtmpi＋ＴＯＦＦ＃ の式により吸入新気温度Ｔaを求めればよい。
【０１２７】一方、インタークーラ３の下流側に吸気温
度センサが装着されている場合は、過給による温度上昇
も、インタークーラによる温度低下のいずれも織り込み
済みとなるので、ステップ６に進み、Ｔa0の値をそのま
ま吸入新気温度Ｔaとした後、処理を終了する。
【０１２８】図１８はシリンダ吸入ガス温度Ｔnを演算
するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑ
acと吸入新気温度Ｔaとシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecと排
気温度の前回値であるＴexhn-1を読み込み、このうちス
テップ２において排気温度の前回値Ｔexhn-1にＥＧＲ通
路５４での排気温度低下係数Ｋtlosを乗じてシリンダ吸
入ＥＧＲガス温度Ｔeを算出し、ステップ３では
【０１２９】
【数９】 Ｔn＝（Ｑac×Ｔa＋Ｑec×Ｔe）／（Ｑac＋Ｑec） の式によりシリンダ吸入新気とシリンダ吸入ＥＧＲガス
の平均温度を求めてこれをシリンダ吸気温度Ｔnとす
る。
【０１３０】図１９は燃料噴射量Ｑfを演算するフロー
である。ステップ１でエンジン回転数Ｎeとコントロー
ルレバー開度（アクセルペダル開度により定まる）ＣＬ
を読み込み、ステップ２でこれらＮeとＣＬから図２０
を内容とするマップを検索して基本燃料噴射量Ｍqdrvを
求める。
【０１３１】ステップ３ではこの基本燃料噴射量に対し
てエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、こ
の補正後の値Ｑf1に対してさらにステップ４で図２１を
内容とするマップに基づいて、燃料噴射量の最大値Ｑf1
MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Ｑfとし
て演算する。
【０１３２】図２２は排気温度Ｔexhを演算するフロー
である。ステップ１、２では燃料噴射量のサイクル処理
値Ｑf0とシリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値Ｔn0を
読み込む。さらに、ステップ３で排気圧の前回値である
Ｐexhn-1を読み込む。
【０１３３】ステップ４では燃料噴射量のサイクル処理
値Ｑf0から図２３を内容とするテーブルを検索して排気
温度基本値Ｔexhbを求める。
【０１３４】ステップ５では前記した吸入ガス温度のサ
イクル処理値Ｔn0から排気温度の吸気温度補正係数Ｋte
xh1を、Ｋtexh1＝（Ｔn0／ＴＡ＃）KN#（ただし、ＴＡ
＃、ＫＮ＃は定数）の式により、またステップ６では排
気温度の排気圧力補正係数Ｋtexh2を、排気圧の前回値
Ｐexhn-1からＫtexh2＝（Ｐexhn-1／ＰＡ＃）(#Ke-1)/
#Ke（ただし、ＰＡ＃、＃Ｋeは定数）の式によりそれぞ
れ計算する。これら２つの補正係数Ｋtexh1、Ｋtexh2は
テーブル検索により求めてもかまわない（図２４、図２
５参照）。
【０１３５】次に、ステップ７ではスワール弁の開度位
置（全開か全閉かの２位置）とエンジン回転数Ｎeから
図２６を内容とするテーブルを検索することにより排気
温度のスワール補正係数Ｋtexh3を、ステップ８では指
令開度の前回値であるVNTstep n-1と排気量Ｑexhとから
図２７を内容とするマップを検索することにより排気温
度のノズル開度補正係数Ｋtexh4をそれぞれ求める。
【０１３６】そして、ステップ９では、排気温度基本値
Ｔexhbに４つの各補正係数Ｋtexh1、Ｋtexh2、Ｋtexh
3、Ｋtexh4を乗じて排気温度Ｔexhを計算する。
【０１３７】ここで、本実施形態では、先願装置にない
２つの補正係数Ｋtexh3、Ｋtexh4を新たに導入したの
で、本実施形態のほうが排気温度Ｔexhの演算精度が向
上する。排気温度Ｔexhの演算精度を向上させるように
したのは、次の理由からである。図３１のフロー後述す
るように、排気温度Ｔexhは排気圧Ｐexhの演算に用いら
れる。したがって、排気温度Ｔexhの演算精度の向上が
排気圧Ｐexhの演算精度の向上に結びつくので、排気圧
Ｐexhの演算精度の向上を図るため、新たに２つの補正
係数Ｋtexh3、Ｋtexh4を導入したものである。
【０１３８】なお、図２２の処理は、熱力学の式から導
かれる下式を近似したものである。
【０１３９】
【数１０】
【０１４０】図２８は可変ノズル２ｄの有効面積相当値
Ａvntの演算フローである。ステップ１では指令開度の
前回値であるVNTstepn-1、総排気重量Ｑtotal（＝Ｑas0
＋Ｑf）、排気温度Ｔexhを読み込む。
【０１４１】このうち総排気重量Ｑtotalと排気温度Ｔe
xhからステップ２で
【０１４２】
【数１１】 Ｗexh＝Ｑtotal×Ｔexh／Ｔstd ［m3/sec］ ただし、Ｔstd：標準大気温度、の式により排気流速相
当値Ｗexhを算出する。
【０１４３】ステップ３では、この排気流速相当値Ｗex
hの平方根をとった値から図２９を内容とするテーブル
を検索して摩擦損失ξfricを演算する。ステップ４では
指令開度の前回値であるVNTstepn-1と総ガス重量Ｑtota
lから図３０を内容とするマップを検索してノズル損失
ξconvを演算する。そして、これら２つの損失ξfric、
ξconvをステップ５において指令開度の前回値であるVN
Tstepn-1に乗算して、つまり
【０１４４】
【数１２】Ａvnt＝ VNTstepn-1×ξfric×ξconv の式により可変ノズルの有効面積相当値Ａvntを演算す
る。
【０１４５】図３１は排気圧（タービン入口圧）Ｐexh
の演算のフローである。
【０１４６】ステップ１では吸気量の加重平均値Ｑas
0、燃料噴射量Ｑf、有効面積相当値Ａvnt、排気温度Ｔe
xh、大気圧（コンプレッサ入口圧）Ｐaを読み込み、こ
れらのパラメータを用い、ステップ２において
【０１４７】
【数１３】Ｐexh0＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑfuel)／Ａvn
t｝2×Ｔexh＋Ｐa ただし、Ｋpexh：定数、の式により排気圧Ｐexh0を演算
し、この排気圧に対してステップ３で加重平均処理を行
い、その加重平均値を排気圧Ｐexhとして求める。
【０１４８】ここで、上記の有効面積相当値Ａvntと排
気圧Ｐexh0の各演算方法は、次のようにして得たもので
ある。
【０１４９】〈１〉流路面積が縮小する場合の流れの基
礎式 図５２のように緩やかに断面積が縮小する管内を流れる
理想流体を考える。
【０１５０】流体の圧力、流速、面積、比重をそれぞれ
Ｐ、ｗ、Ａ、ρとし、入口を添字１、出口を添字２と
し、入口と出口の断面についてベルヌイ（Bernoulli）
の定理を適用すると、 ｗ1 2／２＋Ｐ1／ρ＝ｗ2 2／２＋Ｐ2／ρ ・・・（1a） また、連続の式より Ａ1×ｗ1＝Ａ2×ｗ2 ・・・（1b） したがって、両式からｗ1を消去すると、 ｗ2＝１／｛１−(Ａ2／Ａ1)2｝1/2×｛２(Ｐ1−Ｐ2)／ρ｝1/2［m/sec］ ・・・（２） 単位時間に流れる流量Ｑは、連続の式より一定であるから、 Ｑ＝ρ×Ａ2×ｗ2 ＝Ａ2／｛１−(Ａ2／Ａ1)2｝1/2×｛２ρ×(Ｐ1−Ｐ2)｝1/2［kg/sec］ ・・・（３） の式より表すことができる。
【０１５１】（３）式の右辺の１／｛１−(Ａ2／
Ａ1)2｝1/2を効率ηnとおくと、次の流れの基礎式を得
る。
【０１５２】 Ｑ＝ηn×Ａ2×｛２ρ×(Ｐ1−Ｐ2)｝1/2 ・・・（４） 〈２〉ターボチャージャの状態方程式 次に、ターボチャージャ２でのコンプレッサ２ｂと仕事
の釣合いの関係を調べる。なお、以下で使用する記号は
図５３の通りである。
【０１５３】コンプレッサ２ｂの実効仕事率Ｌcは、 Ｌｃ＝Ｑas0×Ｗc／ηc ［Ｗ］ ・・・（５） ただし、Ｑas0：吸入新気重量流量［kg/sec］、 Ｗc：コンプレッサ理論仕事［Ｊ／kg］、 ηc：コンプレッサ効率相当値。
【０１５４】また、タービン２ａの実効仕事率Ｌtは、 Ｌt＝ηt×Ｑtotal×Ｗt ［Ｗ］ ・・・（６） ただし、Ｑtotal：総排気重量流量［kg/sec］、 Ｗt：タービン理論仕事［Ｊ／kg］、 ηt：タービン効率相当値。
【０１５５】タービン２ａとコンプレッサ２ｂは軸を介
して直結されているので、コンプレッサ２ｂとタービン
２ａの実仕事率Ｌc、Ｌtが等しいとおけば（軸受けのフ
リクションは効率に含まれる）、ターボチャージャ２の
状態方程式として次式を得る。
【０１５６】 ηc×ηt×(Ｑtotal／Ｑas0)＝Ｗc／Ｗt ∴Ｑtotal＝(Ｗc／Ｗt)×｛１／(ηc×ηt)｝×Ｑas0 ・・・（７） 〈３〉流路面積が縮小する場合の排気圧予測式の検討 （７）式の左辺に上記の（４）式を適用して、 Ａvnt×｛２×ρe×(Ｐexh−Ｐa)｝1/2 ＝(Ｗc／Ｗt)×｛１／(ηc×ηt)｝×Ｑas0 ・・・（8a） Ａvnt＝ηn×VNTstep ・・・（8b） ただし、Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値、 Ｐexh：排気圧、 Ｐa：大気圧相当値、 ρe：排気の密度、 VNTstep：指令開度、 ηn：効率（損失分）、 の式を得る。
【０１５７】（8a）式を排気圧Ｐexhについて整理する
と、 Ｐexh＝｛(Ｗc／Ｗt)×｛１／(ηc×ηt)｝×Ｑas0／Ａvnt｝2 ×(１／(２×ρe))＋Ｐa ・・・（９） ここで、排気密度ρeは理論式によれば ρe＝ρstd×(Ｔa／Ｔexh)×(Ｐexh／Ｐa) ・・・（10） ただし、ρstd：標準大気の密度（≒1.1679g/cm3）、 Ｔa:コンプレッサ入口温度、 Ｔexh：排気温度、 Ｐexh：排気圧、 Ｐa：大気圧、 であるが、この理論式では排気密度ρeを求めるのに排
気圧Ｐexhを用いることになって具合が悪いので、 ρe≒ρstd×(Ｔa／Ｔexh)＝Ｔstd／Ｔexh ・・・（11） ただし、Ｔstd：標準大気の温度（≒298.15Ｋ）、の近
似式を用いる。近似できる理由は、排気圧Ｐexhが高く
なれば、排気温度Ｔexhも高くなるので、排気圧Ｐexhの
変化分を排気温度Ｔexhに含めて考えることができるか
らである。
【０１５８】したがって、（11）式を（９）式に代入す
ることにより、次の式を得る。
【０１５９】 Ｐexh＝Ｋpexh×(Ｗc／Ｗt)×｛１／(ηc×ηt)｝×Ｑas0／Ａvnt｝2 ×Ｔexh＋Ｐa ・・・（12a） Ｋpexh＝１／(２×Ｔa×ρstd) ＝１／(２×Ｔstd） ・・・（12b） ただし、Ｋpexh：定数。
【０１６０】ここで、（12a）式右辺のコンプレッサ理
論仕事Ｗcとタービン理論仕事Ｗtは次式で与えられる。
【０１６１】
【数１４】
【０１６２】さて、（12a）式より、排気圧Ｐexhの演算
式が求められたが、（12a）式中のηc、ηt、Ｗc、Ｗt
の演算は複雑であり（ＥＣＵの能力が要る）、また、
（14）式ではこれから求めようとする排気圧Ｐexhを知
る必要があるので、さらに考える。
【０１６３】いま、総排気重量Ｑtotalと吸入新気量Ｑa
s0および燃料噴射量Ｑf（単位はすべて［kg/sec］とす
る）の間には次の関係がある。
【０１６４】 Ｑtotal＝Ｑas0＋Ｑf ・・・（15） （15）式の左辺に上記の（４）式を適用して、 Ａvnt×｛２×ρe×(Ｐexh−Ｐa)｝1/2＝Ｑas0＋Ｑf ・・・（16a） Ａvnt＝ηn×VNTstep ・・・（16b） （16a）式の両辺を２乗して排気圧Ｐexhについて整理す
ると、次式が得られる。
【０１６５】 Ｐexh＝｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt｝2×(１／ρe)＋Ｐa ・・・（17） ここでも、上記の排気密度ρeの近似式である（11）式
を（17）式に代入することにより、次の最終式を得る。
【０１６６】 Ｐexh＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt｝2×Ｔexh＋Ｐa ・・・（18a） Ｋpexh＝１／(２×Ｔa×ρstd) ＝１／(２×Ｔstd） ・・・（18b） ただし、Ｋpexh：定数。
【０１６７】（18a）式は上記の（12a）式と等価であ
り、（18a）式による排気圧Ｐexhの演算式には、コンプ
レッサ２ｂ、タービン２ａの理論仕事の比（Ｗc／Ｗt）
と各々の効率の積(ηc×ηt)が含まれており、（18a）
式を用いれば、ターボチャージャ２の理論仕事Ｗc、Ｗt
と効率ηc、ηtが未知であっても考慮したことになる。
ゆえにあとは、可変ノズル２ｃを流れるガスの効率ηn
を求めればよい。
【０１６８】〈４〉ノズルを流れるガスの効率ηn 効率ηnを含んだ可変ノズル２ｄの有効面積相当値Ａvnt
は上記の(8b)式、(16b)式で与えられるが、さらに効率
ηnは次式で表すことができる。
【０１６９】 Ａvnt＝ηn×VNTstep ＝ξconv×ξfric×VNTstep ・・・（19） ただし、ξconv：ノズル損失、 ξfric：摩擦損失。
【０１７０】（19）式においてノズル損失ξconvは、ノ
ズル開度毎に決まる損失であり、縮まり管の場合、
（３）式からわかるように１／｛１−(Ａ2／Ａ1)2｝1/2
が効率になる。
【０１７１】しかしながら、流速の変化が大きい場合、
１／｛１−(Ａ2／Ａ1)2｝1/2の値をそのままノズル損失
ξconvとみなすと、実際のノズル損失と合わないことが
多いので、ノズル開度に対する効率のテーブルを持たせ
ることで記述している（図３０参照）。
【０１７２】また、（19）式の摩擦損失ξfricは、ノズ
ル内部の流れを層流とみなすとハーゲンポアズイユ（Ha
gen-Poiseuille）の式が成り立ち、流速の平方根に摩擦
損失ξfricが比例する。そこで、 Ｗexh＝Ｑtotal／ρe ・・・（20） の式により体積流量相当値Ｗexhを算出し、これの平方
根を排気流速として、これにより摩擦損失ξfricを検索
する（図２９参照）。
【０１７３】ここでも、排気密度ρeの近似式である（1
1）式を（20）式に代入して、 Ｗexh＝Ｑtotal×Ｔexh／(ρstd×Ｔa) ＝Ｑtotal×Ｔexh／Ｔstd ・・・（21） このようにして、（19）式によりノズル有効面積相当値
Ａvntを演算し、このＡvntのほか、Ｑas0、Ｑf、Ｔex
h、Ｐa を用いて、（18a）、（18b）式により排気圧Ｐe
xhを予測するようにしたわけである。排気圧の実測値と
予測値の相関を調べた実験結果を図３２に示す。同図よ
り、予測値でも十分な精度があることがわかる。
【０１７４】次に、図３３はＥＧＲ(流)量Ｑeを演算す
るフローである。ステップ１では上記した吸気圧Ｐm、
排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁実開度としてのＥＧＲ弁実リフ
ト量Ｌiftsを読み込む。あるいは、ステップモータのよ
うに目標値を与えれば実際のＥＧＲ弁リフト量が一義に
決まる場合は、目標ＥＧＲ弁リフト量でもよい。
【０１７５】ステップ２では、このＥＧＲ弁実リフト量
Ｌiftsから図３４を内容とするテーブルを検索して、Ｅ
ＧＲ弁５７の開口面積相当値Ａveを求める。
【０１７６】そして、ステップ３において、ＥＧＲ流量
Ｑeを、これら吸気圧Ｐmと排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁５７
の開口面積相当値Ａveとから、
【０１７７】
【数１５】Ｑe＝Ａve×｛(Ｐexh−Ｐm)×ＫＲ＃｝1/2 ただし、ＫＲ＃：補正係数（定数）、の式により計算す
る。
【０１７８】図３５は目標過剰率Ｍlambを演算するフロ
ーである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、燃料噴射
量Ｑf、大気圧（コンプレッサ入口圧）Ｐaを読み込み、
このうちＮeとＱfからステップ２において図３６を内容
とするマップを検索して目標空気過剰率基本値Ｍlamb0
を求める。ステップ３では大気圧Ｐaから図３７を内容
とするテーブルを検索して目標空気過剰率補正値Ｈlamb
を求め、この補正値Ｈlambを目標空気過剰率基本値Ｍla
mb0に乗ずることによって目標空気過剰率Ｍlambを計算
する。
【０１７９】図３８は目標シリンダ吸入新気量Ｔqac1を
演算するフローである。エンジン回転数Ｎe、目標空気
過剰率Ｍlamb、燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0を読み
込み、このうち燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0からス
テップ２において
【０１８０】
【数１６】Ｍqac＝Ｍlamb×Ｂlamb×Ｑf0 ただしＢlamb：理論空燃比（≒１４．７）、の式により
目標吸入新気量Ｍqacを求める。
【０１８１】ステップ３ではこの目標吸入新気量Ｍqac
に対して、Ｋin×Ｋvolを加重平均係数として
【０１８２】
【数１７】Ｒqac＝Ｒqacn-1×（１−Ｋin×Ｋvol）＋Ｍ
qac×Ｋin×Ｋvol ただし、Ｒqacn-1：Ｒqecの前回値、の式により中間処
理値（加重平均値）Ｒqacを演算し、この中間処理値Ｒq
acと上記の目標吸入新気量Ｍqacを用いてステップ４で
【０１８３】
【数１８】Ｔqac1＝Ｍqac×ＧＫＱＥＣ＋Ｒqacn-1×
（１−ＧＫＱＥＣ） ただし、Ｒqacn-1：Ｒqacの前回値、 ＧＫＱＥＣ：進み補償ゲイン、の式により進み処理を行
って目標シリンダ吸入新気量Ｔqac1を求める。要求値に
対して吸気系の遅れ（すなわちＥＧＲ弁５７→コレクタ
５２ａ→吸気マニホールド→吸気弁の容量分の遅れ）が
あるので、ステップ３、４ではこの遅れ分の進み処理を
行うものである。
【０１８４】図３９は要求新気量Ｔqaを演算するフロー
である。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac（実測値
に相当）、目標シリンダ吸入新気量Ｔqac1を読み込み、
これらの差dＱa（＝Ｔqac1−Ｑac）をステップ２におい
て計算する。ステップ３ではこれらの差dＱaから積分制
御より積分補正値Ｋqacを演算し、この補正値Ｋqacをス
テップ４において目標シリンダ吸入新気量Ｔqac1に乗じ
た値を、改めて目標シリンダ吸入新気量Ｔqacとして求
める。
【０１８５】ステップ５ではこの目標シリンダ吸入新気
量Ｔqacから、
【０１８６】
【数１９】Ｔqa＝（Ｔqac／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃ ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、の式により単位変換（１シ
リンダ当たり→単位時間当たり）を行って、要求新気量
Ｔqaを計算する。
【０１８７】図４０は可変ノズルの指令開度VNTstepを
演算するフローである。ステップ１では大気圧Ｐa、排
気圧Ｐexh、要求新気量Ｔqa、摩擦損失ξfric、ノズル
損失ξconvを読み込む。なお、摩擦損失ξfric、ノズル
損失ξconvは、図２８のフローにおいて得た値をＲＡＭ
に移して保存しておき、このＲＡＭから読み込めばよ
い。
【０１８８】ステップ２では可変ノズル２ｄの要求開口
面積Ａvnt＿sol0を、
【０１８９】
【数２０】 Ａvnt＿sol0＝Ｔqa／｛（Ｐexh−Ｐm）×Ｋv＃｝1/2 ただし、Ｋv＃：補正係数（定数）、の式（流体力学の
法則）で計算し、この要求開口面積Ａvnt＿sol0からス
テップ３において
【０１９０】
【数２１】Ａvnt＿sol＝Ａvnt＿sol0×ξfric×ξconv の式により要求有効面積Ａvnt＿solを演算する。
【０１９１】ステップ４ではこの要求有効面積Ａvnt＿s
olより図４１を内容とするテーブルを検索して可変ノズ
ルの指令開度VNTstepを求める。
【０１９２】このようにして得られる可変ノズルの指令
開度VNTstepは、図示しない所定のテーブルを検索する
ことにより、ステップ数（可変ノズルアクチュエータと
してのステップモータ２ｃに与える制御量）に変換さ
れ、このステップ数により指令開度VNTstepとなるよう
に、ステップモータ２ｃが駆動される。
【０１９３】図４２は目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算するフ
ローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、燃料噴
射量Ｑf、シリンダ吸入ガス温度Ｔnを読み込み、このう
ちＮeとＱfとから図４３を内容とするマップを検索し
て、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0を求める。ステップ３で
はシリンダ吸入ガス温度Ｔnから図４４を内容とするテ
ーブルを検索して目標ＥＧＲ率補正値Ｈegrを求め、こ
の目標ＥＧＲ率補正値Ｈegrを目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr
0に乗ずることによって目標ＥＧＲ率Ｍegrを計算する。
【０１９４】図４５は要求ＥＧＲ(流)量Ｔqeの演算フロ
ーである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、目標ＥＧ
Ｒ率Ｍegr、シリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量のサ
イクル処理値Ｑf0を読み込み、このうちシリンダ吸入新
気量Ｑacに目標ＥＧＲ率Ｍegrをステップ２において乗
ずることで目標吸入ＥＧＲ量Ｍqecを計算する。
【０１９５】ステップ３（図３８のステップ３と同様）
ではこの目標吸入ＥＧＲ量Ｍqecに対して、Ｋin×Ｋvol
を加重平均係数として
【０１９６】
【数２２】Ｒqec＝Ｒqecn-1×（１−Ｋin×Ｋvol）＋Ｍ
qec×Ｋin×Ｋvol ただし、Ｒqecn-1：Ｒqecの前回値、の式により中間処
理値（加重平均値）Ｒqecを演算し、この中間処理値Ｒq
ecと上記の目標吸入ＥＧＲ量Ｍqecを用いてステップ４
（図３８のステップ４と同様）で
【０１９７】
【数２３】Ｔqec＝Ｍqec×ＧＫＱＥＣ＋Ｒqecn-1×（１
−ＧＫＱＥＣ） ただし、Ｒqecn-1：Ｒqecの前回値、 ＧＫＱＥＣ：進み補償ゲイン、の式により進み処理を行
って目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqecを求める。要求値
に対して吸気系の遅れ（すなわちＥＧＲ弁５７→コレク
タ５２ａ→吸気マニホールド→吸気弁の容量分の遅れ）
があるので、ステップ３、４では、目標シリンダ吸入新
気量Ｔqac1と同様に、この遅れ分の進み処理を行うもの
である。
【０１９８】ステップ５（図３９のステップ５と同様）
ではこの目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqecから、
【０１９９】
【数２４】Ｔqe＝（Ｔqec／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃ ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、の式により単位変換（１シ
リンダ当たり→単位時間当たり）を行って、要求ＥＧＲ
量Ｔqeを計算する。
【０２００】図４６は指令ＥＧＲ弁開度としての指令Ｅ
ＧＲ弁リフト量Ｌifttを演算するフローである。ステッ
プ１では吸気圧Ｐm、排気圧Ｐexh、要求ＥＧＲ量Ｔqeを
読み込む。ステップ２ではＥＧＲ弁５７の要求開口面積
Ｔavを、
【０２０１】
【数２５】 Ｔav＝Ｔqe／｛（Ｐexh−Ｐm）×ＫＲ＃｝1/2 ただし、ＫＲ＃：補正係数（定数）、の式（流体力学の
法則）で計算する。
【０２０２】ステップ３ではこのＥＧＲ弁５７の要求開
口面積Ｔavより図４７を内容とするテーブルを検索して
目標ＥＧＲ弁開度としてのＥＧＲ弁目標リフト量Ｍlift
を求め、この目標リフト量Ｍliftに対して、ステップ４
において、ＥＧＲ弁５７の作動遅れ分の進み処理を行
い、その進み処理後の値を指令ＥＧＲ弁リフト量Ｌiftt
として求める。
【０２０３】このようにして求められた指令ＥＧＲ弁リ
フト量Ｌifttが図示しないフローによりステップモータ
５７ａへと出力され、ＥＧＲ弁５７が駆動される。
【０２０４】このように、本発明の実施形態では、吸気
量(の加重平均値)Ｑas0、燃料噴射量Ｑf、可変ノズルの
有効面積相当値Ａvnt、排気温度Ｔexhの４つの要素から
ダイレクトにかつ簡単な上記の数１３式を用いて排気圧
Ｐexhを演算できることになったので、可変容量ターボ
チャージャを備える場合においても、過渡時に応答遅れ
なく排気圧を推定できる。
【０２０５】また、エンジンの回転数と負荷に応じて目
標空気過剰率Ｍlambを演算し、この目標空気過剰率Ｍla
mbに基づいて要求新気量Ｔqaを演算し、前記推定した排
気圧Ｐexhと大気圧Ｐaとの差圧（Ｐexh−Ｐa）およびこ
の要求新気量Ｔqaから可変ノズル２ｄの要求開口面積Ａ
vntsol0を上記の数２０式を用いて演算し、この要求開
口面積Ａvntsol0となるように可変ノズル２ｄのノズル
開度を制御するとともに、エンジンの回転数と負荷に応
じて目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算し、この目標ＥＧＲ率Ｍe
grに基づいて要求ＥＧＲ量Ｔqeを演算し、前記推定した
排気圧Ｐexhと吸気圧Ｐmとの差圧（Ｐexh−Ｐm）および
この要求ＥＧＲ量ＴqeからＥＧＲ弁５７の要求開口面積
Ｔavを上記の数２５式を用いて演算し、この要求開口面
積ＴavとなるようにＥＧＲ弁開度を制御する。つまり、
ＮＯｘとＰＭを同時低減できる酸素濃度を達成するため
制御目標値をＥＧＲ弁と可変ノズルに配分するようにし
たので、従来装置（特開平６−１７３７５２号公報）の
ように、過渡時にも制御応答性が悪くなることがなく、
これによって過渡時にも最適な過給圧とＥＧＲ量でエン
ジンを運転することができ、ＮＯｘとＰＭの同時低減を
図ることができる。
【０２０６】また、可変ノズル２ｄの要求開口面積Ａvn
tsol0に可変ノズル２ｄを流れるガスの効率ηnを乗算し
た値を可変ノズル２ｄの要求有効面積Ａvntsolとして求
めるようにしたので、可変ノズル２ｄを流れるガスの効
率ηnを考慮できる。
【０２０７】同様にして、有効面積相当値Ａvntを、可
変ノズル２ｄを流れるガスの効率ηnと可変ノズル２ｄ
を駆動するステップモータ２ｃに与える指令開度の前回
値であるVNTstepn-1との積で与えるようにしたので、こ
のときも可変ノズル２ｄを流れるガスの効率ηnを考慮
できる。
【０２０８】また、可変ノズル２ｄを流れるガスの効率
ηnは摩擦損失ξfricとノズル損失ξconvの積としたの
で、摩擦損失とノズル損失を別個に考慮できる。
【０２０９】また、摩擦損失ξfricを、排気流速相当値
Ｗexhの平方根に比例する値で与えるようにしたので、
排気流速が相違しても、摩擦損失ξfricを精度よく与え
ることができる。
【０２１０】また、流速の変化が大きい場合、縮まり管
に対する損失（上記（３）式の１／｛１−(Ａ2／
Ａ1)2｝1/2の値）をそのままノズル損失とみなすと、実
際のノズル損失と合わないことが多いのであるが、本実
施形態ではノズル損失ξconvを、指令開度の前回値であ
るVNTstepn-1と総排気重量Ｑtotalに応じた値としたの
で、流速の変化が大きい場合にも実際のノズル損失とよ
く合致させることができる。
【０２１１】また、指令開度の前回値であるVNTstepn-1
と排気量Ｑexhに応じて排気温度のノズル開度補正係数
Ｋtexh4を演算し、この補正係数Ｋtexh4で排気温度基本
値Ｔexhbを補正するようにしたので、排気温度Ｔexhの
演算精度が向上し、この向上分だけ排気圧Ｐexhの演算
精度が向上する。同様にして、吸気ポートにスワール弁
を備える場合には、このスワール弁の開度位置とエンジ
ン回転数Ｎeに応じて排気温度のスワール補正係数Ｋtex
h3を演算し、この補正係数Ｋtexh3で排気温度基本値Ｔe
xhbを補正するようにしたので、吸気ポートにスワール
弁を備える場合にも排気温度Ｔexhの演算精度が向上
し、この向上分だけ排気圧Ｐexhの演算精度が向上す
る。
【０２１２】次に、図４８、図４９は第２実施形態の演
算フローで、それぞれ第１実施形態の図３３、図４６に
置き換わるものである。なお、第１実施形態と同一部分
には同一のステップ番号をつけている。
【０２１３】第１実施形態では、上記の数１５式に示し
たように、排気圧Ｐexhと吸気圧Ｐmの差圧からＥＧＲ流
量Ｑeを演算していたが、第２実施形態では、さらにＥ
ＧＲ通路５４内でのガスの圧力損失を考慮するようにし
たもので、これによってより精度の高いＥＧＲ流量の演
算が可能となる。
【０２１４】第１実施形態と相違する部分を主に説明す
ると、図４８のステップ１１で吸気圧Ｐm、排気圧Ｐex
h、ＥＧＲ弁実リフト量Ｌiftsのほか、排気温度Ｔexhを
読み込む。ステップ１２では、
【０２１５】
【数２６】Ｑe＝Ａve×｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh
−Ｐm)｝1/2×［(１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2］×
｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２×ｇ)｝1/2 ×Ｃv ただし、Ａve：ＥＧＲ弁の開口面積相当値、 Ｐexh：排気圧、 Ｐm：吸気圧、 Ｔstd：標準大気温度、 Ｔexh：排気温度、 Ａvps：ＥＧＲ弁５７の全開面積相当値、 λ：ＥＧＲ通路５４の直管損失係数、 ｄ：ＥＧＲ通路５４の直径、 ｌ：ＥＧＲ通路５４の長さ、 ζ：ＥＧＲ通路５４の曲り管損失係数、 ｇ：重力の加速度、 Ｃv：定数、 の式によりＥＧＲ流量Ｑeを演算する。
【０２１６】ただし、ＥＧＲ通路の直管損失係数λと曲
がり管損失係数ζは次の式により計算すればよい。な
お、数２６式において、λは直管損失モデル（ブラジウ
スの式）より、またζは曲がり管損失モデル（ワイズバ
ッハの式）により得られるものである。
【０２１７】
【数２７】 λ＝Ｃs×［｛２×ρe×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2／(ν×ｄ）］-1/4 ≒Ｃs×［｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2／(ν×ｄ）］-1/4 ζ＝｛Ｃb1＋Ｃb2×(ｄ／Ｒ)3.5｝×ｎ ただし、Ｃs、Ｃb1、Ｃb2：定数、 Ｔstd：標準大気温度、 ν：排気の動粘度、 ｄ：ＥＧＲ通路５４の直径、 Ｒ：ＥＧＲ通路５４の曲率半径、 ｎ：ＥＧＲ通路５４の曲がり部の数。
【０２１８】上記の数２６式は、公知の式をＥＧＲガス
の流れに当てはめて得られる式である。たとえば、次の
ようにして数２６式を導くことができる。上記の数１式
の第３式に上記の（４）式を適用して Ｑegr＝Ａegr×｛２×ρe×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2 ・・・（22a） Ａegr＝Ａve×ηn2×Ｃv ・・・（22b） ただし、Ａegr：ＥＧＲ弁５７の有効面積相当値、 Ａve：ＥＧＲ弁５７の開口面積相当値、 ηn2：ＥＧＲ弁５７を流れるガスの効率、 Ｃv：定数。
【０２１９】これは、ＥＧＲ弁５７の開口面積相当値Ａ
veに対して新たにηn2×Ｃvを導入したものである。
【０２２０】ここでも、排気密度ρeの近似式である（1
1）式を（22a）式に代入して、 Ｑe＝Ａegr×｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2 ・・・（23） ただし、Ｔstd：標準大気温度 また、（22b）式の効率ηn2を第１実施形態にならって ηn2＝ξconv-egr×ξfric-egr ・・・（24） ξconv-egr：ＥＧＲ弁５７での損失、 ξfric-egr：ＥＧＲ通路５４の摩擦損失、 とする。
【０２２１】ここで、ＥＧＲ弁５７での損失ξconv-egr
を縮まり管の原則通りに、 ξconv-egr＝１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2 ・・・（25） とおく。
【０２２２】一方、ＥＧＲ通路５４の摩擦損失ξfric-e
grはダルシーワイズバッハ（Darcy-Weisbach）の式よ
り、 ξfric-egr＝｛ε×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ＝｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ・・・（26） ただし、ε：管摩擦係数、 λ：直管損失係数、 ζ：曲がり管損失係数、 ｌ：ＥＧＲ通路長、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 ｇ：重力の加速度、 と表すことができる。
【０２２３】（25）式、（26）式を（24）式に代入し
て、 ηn2＝ξconv-egr×ξfric-egr ＝［１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2］ ×｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ・・・（27） となり、（27）式を（22b）式に代入することで、次の
式を得る。
【０２２４】 Ａegr＝Ａve×［１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2］ ×｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2×Ｃv ・・・（28） この（28）式を（22a）式に代入することで数２６式が
得られる。
【０２２５】さて、上記の数２６式のもととなった式
（22a）式、（22b）式は、一般的には定常流の式である
ため、非定常流では使えないというのが定説である。し
かしながら、このたび、数２６式を用いて実験してみた
ところ、脈動のある排気のように規則性のある流れの場
合には、定常、過渡とも、精度よくＥＧＲ流量Ｑeを演
算できていることを初めて見いだした。したがって、数
２６式によれば、排気のように非定常流であってもＥＧ
Ｒ通路５４内でのガスの圧力損失を考慮することが可能
となり、これによってより精度の高いＥＧＲ流量の演算
が可能となった。
【０２２６】また、図４９のステップ１１、１２では、
図４８のステップ１１、２と同様にして、吸気圧Ｐm、
排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁実開度としてのＥＧＲ弁実リフ
ト量Ｌiftsを読み込み、このＥＧＲ弁実リフト量Ｌifts
から図３４を内容とするテーブルを検索して、ＥＧＲ弁
５７の開口面積相当値Ａveを求め、このＡveを用いて、
ステップ１３で
【０２２７】
【数２８】Ｔav＝Ａve×［１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝
1/2］×｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2×Ｃv の式によりＥＧＲ弁５７の要求開口面積Ｔavを演算す
る。
【０２２８】数２８式は次のようにして得たものであ
る。上記の（22a）式、（22b）式で開口面積相当値Ａve
に対して定数Ｃvと効率ηn2を導入したので、これに合
わせて、ＥＧＲ弁５７の要求開口面積Ｔavを考えるとき
も Ｔav＝Ａve×ηn2×Ｃv ・・・（29） のように開口面積相当値Ａveに対して同じ値の定数Ｃv
と効率ηn2を導入する。ここで、効率ηn2は（27）式に
より与えられているから、（27）式を（29）式に代入す
ることで、数２８式が得られる。
【０２２９】このように、第２実施形態では、ＥＧＲ通
路５４内でのガスの圧力損失を考慮したので、より精度
の高いＥＧＲ量Ｑeの演算が可能となる。
【０２３０】さらに述べると、通路の開口面積相当値
を、通路を流れるガスの効率で補正できるのは、一般的
には定常流に限られるというのが定説である。しかしな
がら、このたび、ＥＧＲ弁５７の開口面積相当値Ａveを
上記の効率ηn2で補正する場合で実験してみたところ、
脈動のある排気のように規則性のある流れの場合には、
定常、過渡とも、精度よくＥＧＲ流量Ｑeを演算できて
いることを初めて見いだした。したがって、第２実施形
態によれば、排気のように非定常流であってもＥＧＲ通
路内でのガスの圧力損失を容易に考慮することが可能と
なり、これによってより精度の高いＥＧＲ流量の演算が
可能となったのである。
【０２３１】ここで、図６をみると、ＥＧＲ量Ｑeから
シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecが、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑ
ecからシリンダ吸入ガス温度Ｔnが、シリンダ吸入ガス
温度Ｔnからサイクル処理値Ｔn0が、サイクル処理値Ｔn
0から排気温度Ｔexhが、排気温度Ｔexhから排気圧Ｐexh
が演算されるので、ＥＧＲ量Ｑeの演算精度を高めるこ
とは、排気圧Ｐexhの演算精度を高めることに結びつ
く。したがって、演算精度の向上した排気圧Ｐexhに基
づくことで、過給圧（吸入新気量）とＥＧＲ量を、さら
に精度よく制御することが可能となる。
【０２３２】また、ＥＧＲ弁５７を流れるガスの効率η
n2を、ＥＧＲ弁での圧力損失ξconv-egrとＥＧＲ通路の
摩擦損失ξfric-egrとの積としたので、ＥＧＲ弁５７で
の圧力損失とＥＧＲ通路５４の摩擦損失を別個に考慮で
きる。
【０２３３】また、直管損失係数λを、上記の数２７式
により演算するようにしたので、排気圧Ｐexhが急激に
変化する過渡時にも直管損失係数λを応答よく求めるこ
とができる。
【０２３４】図５０は第３実施形態の可変ノズルの有効
面積相当値Ａvntの演算フローで、第１実施形態の図２
８に置き換わるものである。
【０２３５】第３実施形態は、第１実施形態の効率ηn
の演算を簡略化したものである。具体的には、ステップ
１で指令開度の前回値であるVNTstepn-1と排気流量Ｑex
hを読み込み、これらからステップ２において図５１を
内容とするマップを検索することにより有効面積の補正
値Ｋvntを求め、これをステップ３において指令開度の
前回値であるVNTstepn-1に乗算して有効面積相当値Ａvn
tを演算する。
【０２３６】ここで、補正値Ｋvntは、第１実施形態の
効率ηn（＝ξfric×ξconv）に相当する値である。
【０２３７】このように、第３実施形態では、可変ノズ
ルを流れるガスの効率ηnの演算を簡略化することで、
ＣＰＵの演算負荷を軽くできる。
【０２３８】図５４は第４実施形態の排気圧（タービン
入口圧）の演算フローで、第１実施形態の図３１に置き
換わるものである。
【０２３９】第１実施形態では、ノズル２ｄを通過する
ガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れである
（図５２参照）と仮定して排気圧を演算したのに対し
て、第４実施形態は、ノズルを通過するガスの流れを、
理想気体が断熱変化して流動する場合の流れ（図５６参
照）と仮定して求めるものである。図５４において具体
的には、ステップ１１で
【０２４０】
【数２９】Ｐexhr＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑfuel)／Ａvn
t｝2×Ｔexh ただし、Ｋpexhn：定数、の式によりタービン入口排気
圧相当値Ｐexhrを演算し、このＰexhrと大気圧Ｐaから
ステップ１２において図５５を内容とするマップを検索
することにより排気圧Ｐexh0を求める。後は、図３１と
同じであり、このＰexh0に対してステップ３で加重平均
処理を行い、その加重平均値を排気圧Ｐexhとして求め
る。
【０２４１】ここで、どのようにして数２９式の排気圧
の演算方法を得たかを次に説明する。
【０２４２】〈５〉先細ノズルの場合の流れの基礎式 タービンノズルを通過する通過する流れを考察すると、
外部との熱の出入りや仕事がほとんどないため、流体の
持つエネルギは、内部エネルギの減少分が運動エネルギ
と押し出し仕事に変化すると考えられる。また、エンジ
ンの排気は、低圧・高温なので理想気体とみなせる。し
たがって、タービンノズルを通過する排気の流れは、
「理想気体が断熱変化をして流動する」と考えることが
できる。
【０２４３】さて、タービンノズルのような先細ノズル
において、図５６に示したように、圧力、比容積、流
速、面積、温度、比熱比、気体定数をそれぞれ、Ｐ、
ｖ、ｗ、Ａ、Ｔ、κ、Ｒとし、入口を添字１、出口を添
字２とすると、
【０２４４】
【数３０】
【０２４５】である。また、定常流動のエネルギ基本式
から、次式が成り立つ。
【０２４６】
【数３１】
【０２４７】数３１式に（31）式を代入して、
【０２４８】
【数３２】
【０２４９】あるいはＰ1Ｖ1＝ＲＴ1から、
【０２５０】
【数３３】
【０２５１】先細ノズルでは、入口流速ｗ1は出口流速
ｗ2に比べてきわめて小さいので省略すると、ノズル出
口端の速度ｗ2は次式で与えられる。
【０２５２】
【数３４】
【０２５３】ノズルの各断面を単位時間に流れる流量Ｑ
は、連続の式より一定であるから、 Ｑ＝Ａ2×ｗ2／ｖ2＝ρe×Ａ2×ｗ2［kg/sec］ ・・・（33） である。また、ノズル内を流れる流体は理想気体で断熱
変化するものとみなしているから、上記の（31）式よ
り、
【０２５４】
【数３５】
【０２５５】である。
【０２５６】（33）式に（32）式と（34）式を代入する
と、
【０２５７】
【数３６】
【０２５８】（35）式が先細ノズルの場合の流れの基礎
式である。
【０２５９】〈６〉先細ノズルの場合の排気圧予測式の
検討 図５３を参照する。（15）式から Ｑas0＋Ｑf＝Ｑtotal［kg/sec］ ・・・（36） である。この（36）式の右辺に、面積が縮小するノズル
の流れの式である上記の（35）式を適用して、
【０２６０】
【数３７】
【０２６１】の式を得る。
【０２６２】ここで、タービン入口排気圧相当値Ｐexhr
を、
【０２６３】
【数３８】
【０２６４】とおくと、（37a）式は Ｑas0＋Ｑf ＝Ａvnt×［２×(κe／(κe−１))×ρe×Ｐexhr］1/2［kg/sec］ ・・・（39） となるので、（39）式をタービン入口排気圧相当値Ｐex
hrについて整理すると、次式が得られる。
【０２６５】 Ｐexhr＝(１／(２×ρe))×(κe／(κe−１)) ×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt｝2［Ｐａ］ ・・・（40） ここでも、排気密度ρeの近似式である（11）式を（4
0）式に代入することにより、次の最終式を得る。
【０２６６】 Ｐexhr＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt｝2×Ｔexh［Ｐａ］・・・（41a） Ｋpexhn＝(１／(２×ρe))×(κe／(κe−１)) ・・・（41b） ただし、Ｋpexhn：定数。
【０２６７】さて、上記の数１３式のように、ノズルを
通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れ
であると仮定して排気圧を演算するものでは、標準状態
（298Ｋ、0.1ＭＰａ）において排気圧の高い演算精度が
得られるのであるが、実験によると、標準状態と異なる
場合（たとえば高地、標準温度より温度が高い場合、湿
度が標準状態と異なる場合など）に、排気圧の演算精度
が低下することがわかっている。これは、数１３式が比
重の変化を考慮してはいるが、まだ正確でないためと思
われる。
【０２６８】これに対して、ノズルを通過するガスの流
れを、理想気体が断熱変化して流動する場合の流れであ
ると仮定して求めた第４実施形態によれば、演算式によ
り単位時間当たりの流量と圧力（つまり比重の変化）が
正確に記述できているので、標準状態と異なる気圧や温
度の状態においても、排気圧の高い演算精度が得られる
ことになった。
【０２６９】しかも第４実施形態でマッチングしなけれ
ばならない図５１の特性は、図示のように単純なもので
あるため、ほとんど計算だけで足り（マッチングの必要
なし）、机上のみの計算でも排気圧の演算精度は高いの
である（実験により確認している）。
【０２７０】実施形態では、コモンレール式燃料噴射装
置を用いた場合で説明したが、これに限定されるもので
ない。たとえばユニットインジェクタを用いる場合にも
適用可能である。
【０２７１】実施形態ではディーゼルエンジンの場合で
説明したが、ガソリンエンジンに対しても適用できるこ
とはいうまでもない。
【０２７２】実施形態ではコンプレッサ入口圧Ｐaを検
出するセンサ７３を設けた場合で説明したが、上記ＥＧ
Ｒ装置と可変容量ターボチャージャとを備えるエンジン
を搭載する車両が標準大気（やこれに近い大気）のもと
で運転される限りにおいては、コンプレッサ入口圧セン
サは不要である。このときは、標準大気に対するＰaの
値を設定してやれば済むからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図。
【図３】ＥＧＲ制御システム図。
【図４】ＮＯｘ、ＰＭの各排出量に対するＥＧＲ率、新
気量（過給圧）の各感度の関係を示す特性図。
【図５】ＥＧＲ制御と過給圧制御の基本的な考え方を示
すブロック図。
【図６】制御システムのブロック図。
【図７】モデル規範制御におけるパラメータの演算順を
示すフローチャート。
【図８】サイクル処理を説明するためのフローチャー
ト。
【図９】シリンダ吸入新気量の演算を説明するためのフ
ローチャート。
【図１０】シリンダ吸入ＥＧＲ量の演算を説明するため
のフローチャート。
【図１１】体積効率相当値の演算を説明するためのフロ
ーチャート。
【図１２】空気密度の特性図。
【図１３】吸気圧の演算を説明するためのフローチャー
ト。
【図１４】センサ出力電圧に対する圧力の特性図。
【図１５】吸気温度の演算を説明するためのフローチャ
ート。
【図１６】吸気温度の車速補正値の特性図。
【図１７】吸気温度の吸気量補正値の特性図。
【図１８】シリンダ吸入ガス温度の演算を説明するため
のフローチャート。
【図１９】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチ
ャート。
【図２０】基本燃料噴射量の特性図。
【図２１】最大噴射量の特性図。
【図２２】排気温度の演算を説明するためのフローチャ
ート。
【図２３】排気温度基本値の特性図。
【図２４】吸気温度補正係数の特性図。
【図２５】排気圧補正係数の特性図。
【図２６】スワール補正係数の特性図。
【図２７】ノズル開度補正係数の特性図。
【図２８】ノズル有効面積相当値の演算を説明するため
のフローチャート。
【図２９】摩擦損失の特性図。
【図３０】ノズル損失の特性図。
【図３１】排気圧の演算を説明するためのフローチャー
ト。
【図３２】排気圧の実測値と予測値の相関を調べた特性
図。
【図３３】ＥＧＲ流量の演算を説明するためのフローチ
ャート。
【図３４】ＥＧＲ弁開口面積相当値の特性図。
【図３５】目標空気過剰率の演算を説明するためのフロ
ーチャート。
【図３６】目標空気過剰率基本値の特性図。
【図３７】目標空気過剰率補正値の特性図。
【図３８】目標シリンダ吸入新気量の演算を説明するた
めのフローチャート。
【図３９】要求新気量の演算を説明するためのフローチ
ャート。
【図４０】可変ノズルアクチュエータに与える指令開度
の演算を説明するためのフローチャート。
【図４１】指令開度の特性図。
【図４２】目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフロー
チャート。
【図４３】目標ＥＧＲ率基本値の特性図。
【図４４】目標ＥＧＲ率補正値の特性図。
【図４５】要求ＥＧＲ量の演算を説明するためのフロー
チャート。
【図４６】指令ＥＧＲ弁リフト量の演算を説明するため
のフローチャート。
【図４７】ＥＧＲ弁目標リフト量の特性図。
【図４８】第２実施形態のＥＧＲ量の演算を説明するた
めのフローチャート。
【図４９】第２実施形態の指令ＥＧＲ弁リフト量の演算
を説明するためのフローチャート。
【図５０】第３実施形態のノズル有効面積相当値の演算
を説明するためのフローチャート。
【図５１】第３実施形態の有効面積補正値の特性図。
【図５２】流路面積が縮小する流れのモデル図。
【図５３】吸排気系の力学的釣合いの検討に使用したモ
デル図。
【図５４】第４実施形態の排気圧の演算を説明するため
のフローチャート。
【図５５】第４実施形態の排気圧Ｐexh0の特性図。
【図５６】先細ノズルのモデル図。
【図５７】第１の発明のクレーム対応図。
【図５８】第１１、第２８の発明のクレーム対応図。
【図５９】第１８の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２ 可変容量ターボチャージャ ２ｄ 可変ノズル １０ コモンレール式燃料噴射装置 １６ コモンレール １７ 燃料噴射弁 ４１ 電子制御ユニット ５４ ＥＧＲ通路 ５７ ＥＧＲ弁 ７２ 吸気圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｐ ５７０ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA14 FA35 GA04 GD01 GE08 GE09 HA05 HA12 JA02 JA13 JA16 JA23 JA28 JA39 JA42 JA45 JB05 3G062 AA05 BA00 BA04 CA04 CA05 DA01 DA02 FA04 FA05 FA07 GA00 GA01 GA02 GA06 GA09 GA11 GA12 GA13 GA22 3G084 BA08 BA20 CA04 CA06 DA05 DA10 EB09 EB25 EC04 FA00 FA01 FA02 FA07 FA11 FA13 FA27 FA33

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】タービン内に可変ノズルを有する可変容量
    ターボチャージャとＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁とを
    備え、 吸入空気量を検出する手段と、 エンジンの負荷を検出する手段と、 前記可変ノズルの有効面積相当値を検出する手段と、 排気温度を検出する手段と、 これら４つの要素を用いて排気圧を推定する手段と、 前記推定した排気圧と大気圧の差圧を演算する手段と、 エンジンの回転数と負荷に応じて目標空気過剰率を演算
    する手段と、 この目標空気過剰率に基づいて要求新気量を演算する手
    段と、 この要求新気量と前記大気圧との差圧とから前記可変ノ
    ズルの要求開口面積を演算する手段と、 この要求開口面積となるように前記可変ノズルの開度を
    制御する手段と、 吸気圧を検出するセンサと、 前記推定した排気圧とこの吸気圧の差圧を演算する手段
    と、 エンジンの回転数と負荷に応じて目標ＥＧＲ率を演算す
    る手段と、 この目標ＥＧＲ率に基づいて要求ＥＧＲ量を演算する手
    段と、 この要求ＥＧＲ量と前記吸気圧との差圧とから前記ＥＧ
    Ｒ弁の要求開口面積を演算する手段と、 この要求開口面積となるように前記ＥＧＲ弁の開度を制
    御する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの制御
    装置。
  2. 【請求項２】前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを
    用い、前記排気圧Ｐexhを、 Ｐexh＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh＋
    Ｐa ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口排気温度、 Ｐa：コンプレッサ入口圧、 Ｋpexh：定数、 の式により演算することを特徴とする請求項１に記載の
    エンジンの制御装置。
  3. 【請求項３】前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑfを
    用い、タービン入口排気圧相当値Ｐexhrを、 Ｐexh＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口の排気温度、 Ｋpexhn：定数、 の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Ｐex
    hrとコンプレッサ入口圧Ｐaとから前記排気圧Ｐexhを演
    算することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制
    御装置。
  4. 【請求項４】前記コンプレッサ入口圧を検出するセンサ
    を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のエ
    ンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】前記有効面積相当値は、前記可変ノズルを
    流れるガスの効率と前記可変ノズルを駆動するアクチュ
    エータに与えるノズル開度指令値との積であることを特
    徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のエ
    ンジンの制御装置。
  6. 【請求項６】前記可変ノズルの要求開口面積を前記可変
    ノズルを流れるガスの効率で補正することを特徴とする
    請求項１から５までのいずれか一つに記載のエンジンの
    制御装置。
  7. 【請求項７】前記可変ノズルを流れるガスの効率は、摩
    擦損失とノズル損失の積であることを特徴とする請求項
    ５または６に記載のエンジンの制御装置。
  8. 【請求項８】前記摩擦損失は、排気流速相当値の平方根
    に比例する値であることを特徴とする請求項７に記載の
    エンジンの制御装置。
  9. 【請求項９】前記ノズル損失は、前記ノズル開度指令値
    と総排気重量に応じた値であることを特徴とする請求項
    ７に記載のエンジンの制御装置。
  10. 【請求項１０】前記可変ノズルを流れるガスの効率は、
    前記ノズル開度指令値と排気量に応じた値であることを
    特徴とする請求項５また第６に記載のエンジンの制御装
    置。
  11. 【請求項１１】前記排気温度を検出する手段が、 前記ＥＧＲ弁の実開度より前記ＥＧＲ弁の開口面積相当
    値を演算する手段と、 この開口面積相当値と前記吸気圧との差圧とに基づいて
    ＥＧＲ量を演算する手段と、 このＥＧＲ量とエンジン回転数に基づいてシリンダ吸入
    ＥＧＲ量を演算する手段と、 このシリンダ吸入ＥＧＲ量とコンプレッサ入口温度とシ
    リンダ吸入新気量と前回の排気温度に基づいてシリンダ
    吸入ガス温度を演算する手段と、 このシリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値を演算する
    手段と、 燃料噴射量を演算する手段と、 この燃料噴射量のサイクル処理値を演算する手段と、 このサイクル処理値に基づいて排気温度基本値を演算す
    る手段と、 前記シリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値から吸気温
    度補正係数を演算する手段と、 この補正係数で前記排気温度基本値を補正して今回の排
    気温度を演算する手段とからなる場合に、前記ＥＧＲ弁
    の開口面積相当値を前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率で
    補正することを特徴とする請求項１から１０までのいず
    れか一つに記載のエンジンの制御装置。
  12. 【請求項１２】前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率は、前
    記ＥＧＲ弁での圧力損失と排気管と吸気管を連通するＥ
    ＧＲ通路の摩擦損失との積であることを特徴とする請求
    項１１に記載のエンジンの制御装置。
  13. 【請求項１３】前記ＥＧＲ弁での圧力損失ξconv-egr
    を、 ξconv-egr＝１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2 ただし、Ａve：ＥＧＲ弁の開口面積相当値、 Ａvps：ＥＧＲ弁の全開面積相当値、 の式により演算することを特徴とする請求項１２に記載
    のエンジンの制御装置。
  14. 【請求項１４】前記ＥＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egr
    を、 ξfric-egr＝｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ただし、λ：直管損失係数、 ζ：曲がり管損失係数、 ｌ：ＥＧＲ通路長、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 ｇ：重力の加速度、 の式により演算することを特徴とする請求項１２に記載
    のエンジンの制御装置。
  15. 【請求項１５】前記直管損失係数λを、 λ＝Ｃs×［｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2
    ／(ν×ｄ）］-1/4 ただし、Ｔstd：標準大気温度、 Ｔexh：排気温度、 Ｐexh：排気圧、 Ｐm：吸気圧、 ν：排気の動粘度、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 Ｃs：定数、 の式により演算することを特徴とする請求項１２に記載
    のエンジンの制御装置。
  16. 【請求項１６】前記ノズル開度指令値と排気量に応じて
    排気温度のノズル開度補正係数を演算し、この補正係数
    で前記排気温度基本値を補正することを特徴とする請求
    項１１から第１５までのいずれか一つに記載のエンジン
    の制御装置。
  17. 【請求項１７】吸気ポートにスワール弁を備える場合
    に、このスワール弁の開度位置とエンジン回転数に応じ
    て排気温度のスワール補正係数を演算し、この補正係数
    で前記排気温度基本値を補正することを特徴とする請求
    項１１から１６までのいずれか一つに記載のエンジンの
    制御装置。
  18. 【請求項１８】タービン内に可変ノズルを有する可変容
    量ターボチャージャとＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁と
    を備え、 吸入空気量を検出する手段と、 エンジンの負荷を検出する手段と、 前記可変ノズルの有効面積相当値を検出する手段と、 排気温度を検出する手段と、 これら４つの要素を用いて排気圧を推定する手段と、 前記推定した排気圧と大気圧の差圧を演算する手段と、 エンジンの回転数と負荷に応じて目標空気過剰率を演算
    する手段と、 この目標空気過剰率に基づいて要求新気量を演算する手
    段と、 この要求新気量と前記大気圧との差圧とから前記可変ノ
    ズルの要求開口面積を演算する手段と、 この要求開口面積となるように前記可変ノズルの開度を
    制御する手段と、 吸気圧を検出するセンサと、 前記推定した排気圧とこの吸気圧の差圧を演算する手段
    と、 この吸気圧との差圧に基づいて排気管と吸気管を連通す
    るＥＧＲ通路の直管損失を演算する手段と、 この直管損失と前記ＥＧＲ通路の曲がり管損失とに基づ
    いて前記ＥＧＲ通路の摩擦損失を演算する手段と、 前記ＥＧＲ弁の実開度に基づいて前記ＥＧＲ弁の開口面
    積相当値を演算する手段と、 この開口面積相当値に基づいて前記ＥＧＲ弁での損失を
    演算する手段と、 このＥＧＲ弁での損失と前記ＥＧＲ通路の摩擦損失の積
    を前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率として演算する手段
    と、 この効率で前記ＥＧＲ弁の開口面積相当値を補正した値
    を前記ＥＧＲ弁の要求開口面積として演算する手段と、 この要求開口面積となるように前記ＥＧＲ弁の開度を制
    御する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの制御
    装置。
  19. 【請求項１９】前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑf
    を用い、前記排気圧Ｐexhを、 Ｐexh＝Ｋpexh×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh＋
    Ｐa ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口排気温度、 Ｐa：コンプレッサ入口圧、 Ｋpexh：定数、 の式により演算することを特徴とする請求項１８に記載
    のエンジンの制御装置。
  20. 【請求項２０】前記エンジン負荷として燃料噴射量Ｑf
    を用い、タービン入口排気圧相当値Ｐexhrを、 Ｐexh＝Ｋpexhn×｛(Ｑas0＋Ｑf)／Ａvnt)｝2×Ｔexh ただし、Ｐexh：排気圧、 Ｑas0：吸入空気量、 Ｑf：燃料噴射量、 Ａvnt：可変ノズルの有効面積相当値、 Ｔexh：タービン入口の排気温度、 Ｋpexhn：定数、 の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Ｐex
    hrとコンプレッサ入口圧Ｐaとから前記排気圧Ｐexhを演
    算することを特徴とする請求項１８に記載のエンジンの
    制御装置。
  21. 【請求項２１】前記コンプレッサ入口圧を検出するセン
    サを備えることを特徴とする請求項１９または２０に記
    載のエンジンの制御装置。
  22. 【請求項２２】前記有効面積相当値は、前記可変ノズル
    を流れるガスの効率と前記可変ノズルを駆動するアクチ
    ュエータに与えるノズル開度指令値との積であることを
    特徴とする請求項１８から２１までのいずれか一つに記
    載のエンジンの制御装置。
  23. 【請求項２３】前記可変ノズルの要求開口面積を前記可
    変ノズルを流れるガスの効率で補正することを特徴とす
    る請求項１８から２２までのいずれか一つに記載のエン
    ジンの制御装置。
  24. 【請求項２４】前記可変ノズルを流れるガスの効率は、
    摩擦損失とノズル損失の積であることを特徴とする請求
    項２２または２３に記載のエンジンの制御装置。
  25. 【請求項２５】前記摩擦損失は、排気流速相当値の平方
    根に比例する値であることを特徴とする請求項２４に記
    載のエンジンの制御装置。
  26. 【請求項２６】前記ノズル損失は、前記ノズル開度指令
    値と総排気重量に応じた値であることを特徴とする請求
    項２４に記載のエンジンの制御装置。
  27. 【請求項２７】前記可変ノズルを流れるガスの効率は、
    前記ノズル開度指令値と排気量に応じた値であることを
    特徴とする請求項２２または２３に記載のエンジンの制
    御装置。
  28. 【請求項２８】前記排気温度Ｔexhを検出する手段が、 前記ＥＧＲ弁の実開度より前記ＥＧＲ弁の開口面積相当
    値を演算する手段と、 この開口面積相当値と前記吸気圧との差圧とに基づいて
    ＥＧＲ量を演算する手段と、 このＥＧＲ量とエンジン回転数に基づいてシリンダ吸入
    ＥＧＲ量を演算する手段と、 このシリンダ吸入ＥＧＲ量とコンプレッサ入口温度とシ
    リンダ吸入新気量と前回の排気温度に基づいてシリンダ
    吸入ガス温度を演算する手段と、 このシリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値を演算する
    手段と、 燃料噴射量を演算する手段と、 この燃料噴射量のサイクル処理値を演算する手段と、 このサイクル処理値に基づいて排気温度基本値を演算す
    る手段と、 前記シリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値から吸気温
    度補正係数を演算する手段と、 この補正係数で前記排気温度基本値を補正して今回の排
    気温度を演算する手段とからなる場合に、前記ＥＧＲ弁
    の開口面積相当値を前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率で
    補正することを特徴とする請求項１８から２７までのい
    ずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
  29. 【請求項２９】前記ＥＧＲ弁を流れるガスの効率は、前
    記ＥＧＲ弁での圧力損失と排気管と吸気管を連通するＥ
    ＧＲ通路の摩擦損失との積であることを特徴とする請求
    項２８に記載のエンジンの制御装置。
  30. 【請求項３０】前記ＥＧＲ弁での圧力損失ξconv-egr
    を、 ξconv-egr＝１／｛１−(Ａve／Ａvps)2｝1/2 ただし、Ａve：ＥＧＲ弁の開口面積相当値、 Ａvps：ＥＧＲ弁の全開面積相当値、 の式により演算することを特徴とする請求項２９に記載
    のエンジンの制御装置。
  31. 【請求項３１】前記ＥＧＲ通路の摩擦損失ξfric-egr
    を、 ξfric-egr＝｛λ×ζ×(ｌ／ｄ)×(１／(２ｇ))｝1/2 ただし、λ：直管損失係数、 ζ：曲がり管損失係数、 ｌ：ＥＧＲ通路長、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 ｇ：重力の加速度、 の式により演算することを特徴とする請求項２９に記載
    のエンジンの制御装置。
  32. 【請求項３２】前記直管損失係数λを、 λ＝Ｃs×［｛２×(Ｔstd／Ｔexh)×(Ｐexh−Ｐm)｝1/2
    ／(ν×ｄ）］-1/4 ただし、Ｔstd：標準大気温度、 Ｔexh：排気温度、 Ｐexh：排気圧、 Ｐm：吸気圧、 ν：排気の動粘度、 ｄ：ＥＧＲ通路の直径、 Ｃs：定数、 の式により演算することを特徴とする請求項２９に記載
    のエンジンの制御装置。
  33. 【請求項３３】前記ノズル開度指令値と排気量に応じて
    排気温度のノズル開度補正係数を演算し、この補正係数
    で前記排気温度基本値を補正することを特徴とする請求
    項２８から第３２までのいずれか一つに記載のエンジン
    の制御装置。
  34. 【請求項３４】吸気ポートにスワール弁を備える場合
    に、このスワール弁の開度位置とエンジン回転数に応じ
    て排気温度のスワール補正係数を演算し、この補正係数
    で前記排気温度基本値を補正することを特徴とする請求
    項２８から３３までのいずれか一つに記載のエンジンの
    制御装置。
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