JP2007205339A - State quantity estimation device of turbocharger - Google Patents

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英二 板倉
Mutsuo Shiraki
睦生 白木
Takuhiro Yoshimura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the state quantity of a turbocharger using less number of sensors. <P>SOLUTION: This state quantity estimation device of the turbocharger uses a plurality of expressions composed of a compressor model expression, a turbine model expression, an inertia energy expression, loss energy expression, energy balance expression, and mass conservation expression. Specifically, the state quantity estimation device actually measures the predetermined variables among the variables used in these expressions, and estimates, as the state amounts of the turbocharger, the compressor inflow gas state variables, the compressor outflow gas state variables, the turbine inflow gas state variables, the turbine outflow gas state variables, and the actually unmeasured variables of the compressor passing gas flow, the turbocharger rotational speed, and the fuel amount fed into an internal combustion engine. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関に過給するターボチャージャの状態量推定装置に関する。   The present invention relates to a state quantity estimating device for a turbocharger that supercharges an internal combustion engine.

従来から、機械式過給機を吸入側と吐出側との2つの容器からなるものとしてモデル化し、それぞれの容器の圧力を仮定して機械式過給機の状態量を演算し、この演算を各圧力の仮定値を更新しつつ繰り返し行うことにより所定の条件が成立する状態を探索し、所定の条件が成立した場合の状態を機械式過給機の状態量として推定する技術が知られている(特許文献1を参照。)。
特開平7−269362号公報
Conventionally, a mechanical supercharger is modeled as consisting of two containers on the suction side and discharge side, and the state quantity of the mechanical supercharger is calculated assuming the pressure of each container. There is known a technique for searching for a state where a predetermined condition is satisfied by repeatedly performing while updating the assumed value of each pressure, and estimating a state when the predetermined condition is satisfied as a state quantity of the mechanical supercharger. (See Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-269362

しかしながら、機械式過給機とは異なるターボチャージャの状態量をモデルにより推定する装置は知られていない。従って、従来の装置は、ターボチャージャの状態量を取得するために極めて多くのセンサを備えていた。   However, an apparatus for estimating a state quantity of a turbocharger different from that of a mechanical supercharger by a model is not known. Therefore, the conventional apparatus is provided with an extremely large number of sensors in order to acquire the state quantity of the turbocharger.

本発明の目的の一つは、より少ない数のセンサを用いて、ターボチャージャの状態量を推定することができる装置を提供することにある。この目的を達成するための、本発明によるターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を使用する。   One object of the present invention is to provide an apparatus that can estimate the state quantity of a turbocharger using a smaller number of sensors. In order to achieve this object, a turbocharger state quantity estimating apparatus according to the present invention includes a plurality of equations including a compressor model equation, a turbine model equation, an inertia energy equation, a loss energy equation, an energy balance equation, and a mass conservation equation. Is used.

コンプレッサモデル式は、前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数、同コンプレッサを通過するガスの流量であるコンプレッサ通過ガス流量、同ターボチャージャの回転軸の回転速度であるターボチャージャ回転速度及び同コンプレッサが同コンプレッサを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーの間の関係を記述した式である。   The compressor model equation is a compressor inflow gas state variable representing the state of gas flowing into the compressor of the turbocharger, a compressor outflow gas state variable representing the state of gas flowing out from the compressor, and a gas flow rate passing through the compressor. It is an equation describing the relationship between the compressor passing gas flow rate, the turbocharger rotation speed that is the rotation speed of the rotation shaft of the turbocharger, and the compressor imparted energy that is the energy that the compressor gives to the gas passing through the compressor.

タービンモデル式は、前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数、同タービンから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数、同タービンを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び同タービンが同タービンを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーの間の関係を記述した式である。   The turbine model equation is a turbine inflow gas state variable representing a state of gas flowing into the turbine of the turbocharger, a turbine outflow gas state variable representing a state of gas flowing out from the turbine, and a flow rate of gas passing through the turbine. 6 is an equation describing the relationship between the turbine passing gas flow rate, the turbocharger rotational speed, and the turbine acquired energy, which is the energy that the turbine receives from the gas passing through the turbine.

慣性エネルギー式は、前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの慣性エネルギーを求めるための式である。
損失エネルギー式は、前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの損失エネルギーを求めるための式である。
The inertia energy equation is an equation for obtaining the inertia energy of the turbocharger based on the turbocharger rotation speed.
The loss energy equation is an equation for determining the loss energy of the turbocharger based on the turbocharger rotation speed.

そして、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置は、上記複数の式において用いられる複数の変数のうちの所定の変数を実測するとともに、同実測された所定の変数を同複数の式に適用することにより、前記コンプレッサ流入ガス状態変数、前記コンプレッサ流出ガス状態変数、前記タービン流入ガス状態変数、前記タービン流出ガス状態変数、前記コンプレッサ通過ガス流量、前記タービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び前記内燃機関に供給される燃料量のうちの実測されていない変数を前記ターボチャージャの状態量として推定する。   The turbocharger state quantity estimating apparatus according to the present invention measures a predetermined variable among a plurality of variables used in the plurality of formulas and applies the measured predetermined variable to the plurality of formulas. The compressor inflow gas state variable, the compressor outflow gas state variable, the turbine inflow gas state variable, the turbine outflow gas state variable, the compressor passage gas flow rate, the turbine passage gas flow rate, the turbocharger rotation speed, and the An unmeasured variable of the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is estimated as the state quantity of the turbocharger.

換言すると、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置は、連立した複数の式を解くことにより総ての変数を特定する(最終的に定める)のに必要な数及び種類の同複数の式に用いられる変数をセンサ等により実測し、実測されなかった残りの変数を計算により推定する。この結果、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャの状態推定量を取得することができる。なお、前記内燃機関に供給される燃料量は、燃料供給手段(例えば、燃料噴射弁)への燃料供給指示データ(例えば、開弁時間等)に基づいて事実上実測してもよく、センサによって実測してもよい。   In other words, the turbocharger state quantity estimating device according to the present invention uses the same number and types of equations necessary to identify (finally determine) all variables by solving a plurality of simultaneous equations. The variables to be used are actually measured by a sensor or the like, and the remaining variables that have not been actually measured are estimated by calculation. As a result, the estimated amount of state of the turbocharger can be acquired using a smaller number of sensors. Note that the amount of fuel supplied to the internal combustion engine may be actually measured based on fuel supply instruction data (for example, valve opening time) to a fuel supply means (for example, a fuel injection valve). You may actually measure.

上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの一つの変数を実測するセンサと、
前記センサにより実測された変数と前記推定された一つの変数の値とが所定値以上乖離しているとき(例えば、これら2つの値の差の絶対値が所定値より大きいとき、或いは、推定された一つの変数に対するセンサにより実測された変数の比が所定範囲内にないとき等)、同センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段と、
を備えることができる。
The turbocharger state quantity estimation device is:
A sensor that actually measures one of the estimated variables;
When the variable actually measured by the sensor deviates from the estimated value of one variable by a predetermined value or more (for example, when the absolute value of the difference between these two values is larger than the predetermined value or is estimated Sensor abnormality determination means for determining that the sensor is abnormal, for example, when the ratio of the variable actually measured by the sensor to one variable is not within a predetermined range)
Can be provided.

これによれば、センサの異常有無(特性ずれを含む)を容易に判定することができる。   According to this, it is possible to easily determine whether the sensor is abnormal (including characteristic deviation).

また、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
The turbocharger state quantity estimating device is
At least one of the estimated variables is an assumed value that is sequentially changed until the mass conservation formula is satisfied, and the same mass is maintained even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range. It is preferable to provide a turbocharger abnormality determining unit that determines that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when the conservation formula is not established.

或いは、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
Alternatively, the turbocharger state quantity estimating device is:
At least one of the estimated variables is an assumed value that is sequentially changed until the energy balance equation is satisfied, and the same energy even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range. When the balance formula is not established, it is preferable to include a turbocharger abnormality determining unit that determines that the supercharging system including the turbocharger is abnormal.

これらによれば、ターボチャージャを含む過給システムが異常であるか否かを容易に判定することができる。   According to these, it is possible to easily determine whether or not the supercharging system including the turbocharger is abnormal.

更に、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記実測されていない変数が推定されたときに前記エネルギーバランス式に用いられている損失エネルギーが同エネルギーバランス式に用いてられているコンプレッサ付与エネルギーを基準として定められる閾値より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
Furthermore, the turbocharger state quantity estimation device is:
When the loss energy used in the energy balance equation when the unmeasured variable is estimated is larger than a threshold value determined based on the compressor imparted energy used in the energy balance equation, the turbocharger It is preferable to include a turbocharger abnormality determination unit that determines that the supercharging system including the abnormality is abnormal.

過給システムが異常であると、損失エネルギーはコンプレッサ付与エネルギーに比較して大きくなる。そこで、上記のように、損失エネルギーをコンプレッサ付与エネルギーを基準として評価した場合に同損失エネルギーが想定される範囲より大きくなっているとき、仮に前記エネルギーバランス式と前記質量保存式を含む総ての式が満足されても、ターボチャージャを含む過給システムは異常であると判定するように装置を構成しておく。これによれば、一層確実に過給システムの異常を検出することができる。   If the supercharging system is abnormal, the energy loss is greater than the energy imparted by the compressor. Therefore, as described above, when the loss energy is evaluated with respect to the energy imparted by the compressor, when the loss energy is larger than the assumed range, all of the energy balance formulas and the mass conservation formula are temporarily included. Even if the expression is satisfied, the apparatus is configured to determine that the supercharging system including the turbocharger is abnormal. According to this, the abnormality of the supercharging system can be detected more reliably.

なお、このようなターボチャージャ状態量推定装置の好ましい態様の一つは、推定すべき変数のうちの一つ又は二つを仮定値として与え、前記エネルギーバランス式及び前記質量保存式が成立するまで同仮定値を順次変更し、同エネルギーバランス式及び同質量保存式が成立した時点にて得られている変数の値を最終的なターボチャージャ状態量として出力するように構成される。   One of the preferred embodiments of such a turbocharger state quantity estimating device is that one or two of the variables to be estimated are given as assumed values until the energy balance equation and the mass conservation equation are established. The assumed values are sequentially changed, and the values of variables obtained when the energy balance equation and the mass conservation equation are established are output as final turbocharger state quantities.

以下、本発明による内燃機関のターボチャージャの状態量推定装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態のターボチャージャ状態量推定装置は、図1に示した4気筒ディーゼルエンジン10(以下、「内燃機関10」と称呼する。)に適用されている。   Embodiments of a state quantity estimating device for a turbocharger of an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The turbocharger state quantity estimation device of each embodiment is applied to the four-cylinder diesel engine 10 (hereinafter referred to as “internal combustion engine 10”) shown in FIG.

<第1実施形態>
(構成)
この内燃機関10は、エンジン本体20、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統30、エンジン本体20からの排ガスを放出するための排気系統40及び電気制御装置50を含んでいる。
<First Embodiment>
(Constitution)
The internal combustion engine 10 includes an engine body 20, an intake system 30 for introducing gas into the combustion chamber of each cylinder of the engine body 20, an exhaust system 40 for discharging exhaust gas from the engine body 20, and an electric control device 50. Contains.

エンジン本体20の各気筒の上部には燃料噴射弁21が配設されている。各燃料噴射弁21は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプから昇圧された燃料が供給されるようになっている。燃料噴射弁21は、電気制御装置50と電気的に接続されていて、電気制御装置50からの駆動信号により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記昇圧された燃料を噴射するようになっている。   A fuel injection valve 21 is disposed above each cylinder of the engine body 20. Each fuel injection valve 21 is supplied with a boosted fuel from a fuel injection pump connected to a fuel tank (not shown). The fuel injection valve 21 is electrically connected to the electric control device 50 and is opened for a predetermined time by a drive signal from the electric control device 50, thereby injecting the boosted fuel into the combustion chamber of each cylinder. It is supposed to be.

吸気系統30は、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド31、吸気マニホールド31に接続されたサージタンク32、サージタンク32に接続された吸気管33、吸気管33内に回動可能に保持されたスロットル弁34、電気制御装置50からの駆動信号に応答してスロットル弁34を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ34a、スロットル弁34の上流において吸気管33に介装されたインタクーラ35、並びに、インタクーラ35の上流において吸気管33に配設されたターボチャージャ36のコンプレッサ36aを含んでいる。   The intake system 30 includes an intake manifold 31 connected to the combustion chamber of each cylinder of the engine body 20, a surge tank 32 connected to the intake manifold 31, an intake pipe 33 connected to the surge tank 32, and an intake pipe 33. A throttle valve 34 that is rotatably held, a throttle valve actuator 34a that rotates the throttle valve 34 in response to a drive signal from the electric control device 50, and an intercooler that is interposed in the intake pipe 33 upstream of the throttle valve 34. 35, and a compressor 36a of a turbocharger 36 disposed in the intake pipe 33 upstream of the intercooler 35.

排気系統40は、エンジン本体20の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド41、排気マニホールド41の下流側集合部に接続された排気管42及び排気管42に配設されたターボチャージャ36のタービン36bを含んでいる。   The exhaust system 40 includes an exhaust manifold 41 connected to each cylinder of the engine body 20, an exhaust pipe 42 connected to a downstream side assembly of the exhaust manifold 41, and a turbine 36 b of a turbocharger 36 disposed in the exhaust pipe 42. Is included.

ターボチャージャ36は、タービンシャフト(回転軸)36cを備えている。タービンシャフト36cは、コンプレッサ36a内に収容されたコンプレッサブレード36a1とタービン36b内に収容されたタービンブレード36b1とを連結している。ターボチャージャ36は、周知のバリアブルノズル式ターボチャージャ(例えば、特開平10−47071号及び特開2001−173449号公報を参照。)であって、複数のノズルベーン36dと、ノズルベーン36d間に形成されるタービンノズルの開度(ノズル面積)を可変とするためにノズルベーン36dを駆動するノズルベーンアクチュエータ36eと、を備えている。   The turbocharger 36 includes a turbine shaft (rotary shaft) 36c. The turbine shaft 36c connects the compressor blade 36a1 accommodated in the compressor 36a and the turbine blade 36b1 accommodated in the turbine 36b. The turbocharger 36 is a well-known variable nozzle type turbocharger (see, for example, JP-A-10-47071 and JP-A-2001-173449), and is formed between a plurality of nozzle vanes 36d and the nozzle vanes 36d. And a nozzle vane actuator 36e that drives the nozzle vane 36d in order to make the opening degree (nozzle area) of the turbine nozzle variable.

ターボチャージャ36においては、タービンブレード36b1が排気により回転せしめられる。これにより、タービンシャフト36cに連結されたコンプレッサブレード36a1がタービンシャフト36cとともに回転し、吸入空気を圧縮する過給を行うようになっている。また、ノズルベーン36dによりタービンノズル開度が変更されると、タービン36bへ流入する排ガス(排気)の速度が変更される。この結果、過給圧が可変となる。   In the turbocharger 36, the turbine blade 36b1 is rotated by exhaust. As a result, the compressor blade 36a1 connected to the turbine shaft 36c rotates together with the turbine shaft 36c and performs supercharging to compress intake air. Further, when the turbine nozzle opening is changed by the nozzle vane 36d, the speed of the exhaust gas (exhaust gas) flowing into the turbine 36b is changed. As a result, the supercharging pressure becomes variable.

電気制御装置50は、CPU、ROM及びRAM等を含む周知のマイクロコンピュータである。電気制御装置50は、エアフローメータ51、コンプレッサ流入ガス圧力センサ52、コンプレッサ流入ガス温度センサ53、タービン流入ガス温度センサ54、タービン流出ガス圧力センサ55、バリアブルノズル開度センサ56、アクセルペダル操作量センサ57及びエンジン回転速度センサ58と接続され、これらのセンサからの信号を入力するようになっている。更に、電気制御装置50は、燃料噴射弁21、スロットル弁アクチュエータ34a及びノズルベーンアクチュエータ36e等と接続されていて、CPUの指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。   The electric control device 50 is a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The electric control device 50 includes an air flow meter 51, a compressor inflow gas pressure sensor 52, a compressor inflow gas temperature sensor 53, a turbine inflow gas temperature sensor 54, a turbine outflow gas pressure sensor 55, a variable nozzle opening sensor 56, an accelerator pedal operation amount sensor. 57 and an engine speed sensor 58, and signals from these sensors are input. Furthermore, the electric control device 50 is connected to the fuel injection valve 21, the throttle valve actuator 34a, the nozzle vane actuator 36e, and the like, and sends drive signals to these in accordance with instructions from the CPU.

エアフローメータ51は、コンプレッサ36aの上流にて吸気通路に配設されている。エアフローメータ51は、コンプレッサ36aを通過する空気の質量流量(単位時間当りの空気量)であるコンプレッサ通過ガス流量を計測し、同コンプレッサ通過ガス流量を表す信号Gaを発生するようになっている。   The air flow meter 51 is disposed in the intake passage upstream of the compressor 36a. The air flow meter 51 measures a compressor passing gas flow rate that is a mass flow rate (air amount per unit time) of air passing through the compressor 36a, and generates a signal Ga representing the compressor passing gas flow rate.

コンプレッサ流入ガス圧力センサ52は、コンプレッサ36a入口部近傍の吸気通路に配設されている。コンプレッサ流入ガス圧力センサ52は、コンプレッサ36aに流入するガスの圧力(コンプレッサ流入ガス圧力、コンプレッサ入口部ガス圧力)を検出し、同コンプレッサ流入ガス圧力を表す信号P0を発生するようになっている。
コンプレッサ流入ガス温度センサ53は、コンプレッサ36a入口部近傍の吸気通路に配設されている。コンプレッサ流入ガス温度センサ53は、コンプレッサ36aに流入するガスの温度(コンプレッサ流入ガス温度、コンプレッサ入口部ガス温度)を検出し、同コンプレッサ流入ガス温度を表す信号T0を発生するようになっている。
The compressor inflow gas pressure sensor 52 is disposed in the intake passage near the inlet of the compressor 36a. The compressor inflow gas pressure sensor 52 detects the pressure of the gas flowing into the compressor 36a (compressor inflow gas pressure, compressor inlet gas pressure) and generates a signal P0 representing the compressor inflow gas pressure.
The compressor inflow gas temperature sensor 53 is disposed in the intake passage near the inlet of the compressor 36a. The compressor inflow gas temperature sensor 53 detects the temperature of the gas flowing into the compressor 36a (compressor inflow gas temperature, compressor inlet portion gas temperature), and generates a signal T0 representing the compressor inflow gas temperature.

タービン流入ガス温度センサ54は、タービン36b入口部近傍の排気通路に配設されている。タービン流入ガス温度センサ54は、タービン36bに流入するガスの温度(タービン流入ガス温度、タービン入口部ガス温度)を検出し、同タービン流入ガス温度を表す信号T4を発生するようになっている。
タービン流出ガス圧力センサ55は、タービン36b出口部近傍の排気通路に配設されている。タービン流出ガス圧力センサ55は、タービン36bから流出するガスの圧力(タービン流出ガス圧力、タービン出口部ガス圧力)を検出し、同タービン流出ガス圧力を表す信号P6を発生するようになっている。
The turbine inflow gas temperature sensor 54 is disposed in the exhaust passage near the inlet of the turbine 36b. The turbine inflow gas temperature sensor 54 detects the temperature of the gas flowing into the turbine 36b (turbine inflow gas temperature, turbine inlet gas temperature), and generates a signal T4 representing the turbine inflow gas temperature.
The turbine outflow gas pressure sensor 55 is disposed in the exhaust passage near the outlet of the turbine 36b. The turbine outflow gas pressure sensor 55 detects the pressure of the gas flowing out from the turbine 36b (turbine outflow gas pressure, turbine outlet gas pressure), and generates a signal P6 representing the turbine outflow gas pressure.

バリアブルノズル開度センサ56は、ノズルベーン36dの開度(以下、「バリアブルノズル開度」と称呼する。)を検出し、同バリアブルノズル開度を表す信号VNを発生するようになっている。
アクセルペダル操作量センサ57は、アクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Accpを発生するようになっている。
エンジン回転速度センサ58は、内燃機関10の回転速度を検出し、同エンジン回転速度NEを表す信号を発生するようになっている。
The variable nozzle opening sensor 56 detects the opening of the nozzle vane 36d (hereinafter referred to as “variable nozzle opening”) and generates a signal VN representing the variable nozzle opening.
The accelerator pedal operation amount sensor 57 detects the operation amount of the accelerator pedal AP, and generates a signal Accp representing the accelerator operation amount.
The engine rotation speed sensor 58 detects the rotation speed of the internal combustion engine 10 and generates a signal representing the engine rotation speed NE.

(ターボチャージャ状態量推定装置の推定原理)
次に、上記のように構成されたターボチャージャの状態量推定装置によるターボチャージャ状態量の推定原理について説明する。このターボチャージャの状態量推定装置は、図2に示したように、エネルギーバランス計算部M1、質量保存計算部M2、コンプレッサ状態量計算部(コンプレッサプログラム1;コンプレッサモデル)M3、タービン状態量計算部(タービンプログラム1;タービンモデル)M4、ターボチャージャ慣性エネルギー計算部M5及び損失エネルギー計算部M6を備え、これらによりターボチャージャの状態量を推定する。なお、ターボチャージャの状態量は、表1に示したとおりである。図3は、ターボチャージャの状態量を説明するための図である。

Figure 2007205339
(Estimation principle of turbocharger state quantity estimation device)
Next, the principle of estimation of the turbocharger state quantity by the turbocharger state quantity estimation apparatus configured as described above will be described. As shown in FIG. 2, the turbocharger state quantity estimation apparatus includes an energy balance calculation unit M1, a mass conservation calculation unit M2, a compressor state quantity calculation unit (compressor program 1; compressor model) M3, and a turbine state quantity calculation unit. (Turbine program 1; turbine model) M4, a turbocharger inertial energy calculation unit M5, and a loss energy calculation unit M6 are provided to estimate the state quantity of the turbocharger. The state quantity of the turbocharger is as shown in Table 1. FIG. 3 is a diagram for explaining the state quantity of the turbocharger.
Figure 2007205339

(エネルギーバランス計算部M1)
エネルギーバランス計算部M1は、(1)式により表されるターボチャージャ36に関するエネルギー保存則を使用する。(1)式は、タービン36bが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Ltは、コンプレッサ36aが吸気(コンプレッサ36aを通過するガス)に与えるエネルギー(コンプレッサ付与エネルギー)Lcと、タービンシャフト36cとその軸受との間の摩擦損失等のターボチャージャ36の損失エネルギーLmと、ターボチャージャ慣性エネルギーLiと、の和に等しいというエネルギーバランスを表す式(エネルギーバランス式)である。

Figure 2007205339
(Energy balance calculator M1)
The energy balance calculation unit M1 uses the energy conservation law regarding the turbocharger 36 expressed by the equation (1). In the equation (1), energy (turbine acquired energy) Lt received by the turbine 36b from the exhaust is energy (compressor imparted energy) Lc that the compressor 36a gives to intake air (gas that passes through the compressor 36a), turbine shaft 36c, and its bearings. Is an equation (energy balance equation) representing an energy balance that is equal to the sum of the loss energy Lm of the turbocharger 36 such as the friction loss between and the turbocharger inertial energy Li.
Figure 2007205339

(質量保存計算部M2)
質量保存計算部M2は、(2)式により表されるターボチャージャ36を通過するガスについての質量保存則に基づく式である。即ち、(2)式は、タービン36bを通過するガスの流量(タービン通過ガス流量)G4は、コンプレッサ通過ガス流量Gaと内燃機関10に単位時間あたりに与えられた燃料噴射量(燃料供給量)Qinjとの和に等しいという質量保存則に基づく式(質量保存式)である。第1実施形態において、(2)式右辺のコンプレッサ通過ガス流量Gaにはエアフローメータ51によって実測された値を代入し、燃料噴射量Qinjには電気制御装置50から各燃料噴射弁21に対して噴射するように指示された燃料噴射量に基づいて求められる値(実測値)を代入する。

Figure 2007205339
(Mass conservation calculation part M2)
The mass conservation calculation unit M2 is an equation based on the mass conservation law for the gas passing through the turbocharger 36 expressed by the equation (2). That is, the equation (2) indicates that the gas flow rate (turbine passing gas flow rate) G4 passing through the turbine 36b is the compressor passing gas flow rate Ga and the fuel injection amount (fuel supply amount) given to the internal combustion engine 10 per unit time. It is a formula (mass conservation formula) based on the law of conservation of mass that is equal to the sum of Qinj. In the first embodiment, the value actually measured by the air flow meter 51 is substituted for the compressor passage gas flow rate Ga on the right side of the equation (2), and the fuel injection amount Qinj is assigned to each fuel injection valve 21 from the electric control device 50. A value (measured value) obtained based on the fuel injection amount instructed to be injected is substituted.
Figure 2007205339

エネルギーバランス計算部M1及び質量保存計算部M2において使用される各変数を求めるため、ターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサ状態量計算部M3、タービン状態量計算部M4、ターボチャージャ慣性エネルギー計算部M5、損失エネルギー計算部M6を使用する。以下、各部について個別に説明する。   In order to obtain each variable used in the energy balance calculation unit M1 and the mass conservation calculation unit M2, the turbocharger state quantity estimation device includes a compressor state quantity calculation unit M3, a turbine state quantity calculation unit M4, and a turbocharger inertia energy calculation unit. M5 and loss energy calculation unit M6 are used. Hereinafter, each part will be described individually.

(コンプレッサ状態量計算部M3)
コンプレッサ状態量計算部M3は、下記の入力値と(3)〜(10)式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。(3)式は圧力比計算式、(8)式はコンプレッサ効率計算式、(9)式はコンプレッサ効率定義式、(10)式はコンプレッサエネルギー式(実験式)である。
(Compressor state quantity calculation unit M3)
The compressor state quantity calculation unit M3 estimates the following output value using the following input value and mathematical expressions represented by the expressions (3) to (10). Equation (3) is a pressure ratio calculation equation, equation (8) is a compressor efficiency calculation equation, equation (9) is a compressor efficiency definition equation, and equation (10) is a compressor energy equation (experimental equation).

(3)〜(10)式は、ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数(コンプレッサ流入ガス温度T0及びコンプレッサ流入ガス圧力P0)、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数(コンプレッサ流出ガス温度T3及びコンプレッサ流出ガス圧力P3)、コンプレッサ通過ガス流量Ga、ターボチャージャ回転速度Nt及びコンプレッサ36aがコンプレッサ36aを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーLcの間の関係を記述したコンプレッサモデル式である。   Equations (3) to (10) are the compressor inflow gas state variables (compressor inflow gas temperature T0 and compressor inflow gas pressure P0) representing the state of gas flowing into the turbocharger compressor, and the state of gas flowing out from the compressor. Compressor outflow gas state variables (compressor outflow gas temperature T3 and compressor outflow gas pressure P3), compressor passing gas flow rate Ga, turbocharger rotation speed Nt, and compressor applied energy Lc that is energy that the compressor 36a gives to the gas passing through the compressor 36a Is a compressor model equation describing the relationship between

(入力値)
コンプレッサ流入ガス圧力P0(センサ検出値)
コンプレッサ流入ガス温度T0(センサ検出値)
コンプレッサ通過ガス流量Ga(センサ検出値)
ターボチャージャ回転速度Nt(仮定値:結果的に推定値となる。)
(出力値:推定値)
コンプレッサ流出ガス圧力P3
コンプレッサ流出ガス温度T3
コンプレッサが吸気に与えるエネルギーLc
(Input value)
Compressor inflow gas pressure P0 (sensor detection value)
Compressor inflow gas temperature T0 (sensor detection value)
Compressor passage gas flow rate Ga (sensor detection value)
Turbocharger rotation speed Nt (assumed value: resulting in an estimated value)
(Output value: Estimated value)
Compressor outflow gas pressure P3
Compressor outflow gas temperature T3
Energy Lc given to intake air by compressor

Figure 2007205339
(3)式の関数f1は、変数Gn及び変数N0と、比P3/P0と、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
The function f1 in the equation (3) is a function that determines the relationship between the variable Gn and the variable N0 and the ratio P3 / P0. Here, the function f1 is a conversion table (map) determined in advance by experiments. Stored in ROM.
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339

(8)式の関数f2は、変数Gn及び変数N0と、コンプレッサ効率ηcと、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。

Figure 2007205339
Figure 2007205339
The function f2 in the equation (8) is a function for determining the relationship between the variable Gn and the variable N0 and the compressor efficiency ηc. Here, the ROM of the electric control device 50 is used as a conversion table (map) determined in advance by experiment. Is stored inside.
Figure 2007205339
Figure 2007205339

理解のため、上記の(3)式に(4)〜(7)式を代入すると、下記の(11)式が得られる。(11)式の右辺に対し、Gaとしてエアフローメータ51の検出値を代入し、P0としてコンプレッサ流入ガス圧力センサ52の検出値を代入し、T0としてコンプレッサ流入ガス温度センサ53の検出値を代入するとともに、ターボチャージャ回転速度Ntを適当な仮定値として与えてやれば、コンプレッサ流出ガス圧力P3が求められる。

Figure 2007205339
For the sake of understanding, the following equation (11) is obtained by substituting the equations (4) to (7) into the above equation (3). For the right side of equation (11), the detection value of the air flow meter 51 is substituted as Ga, the detection value of the compressor inflow gas pressure sensor 52 is substituted as P0, and the detection value of the compressor inflow gas temperature sensor 53 is substituted as T0. At the same time, if the turbocharger rotational speed Nt is given as an appropriate assumed value, the compressor outflow gas pressure P3 can be obtained.
Figure 2007205339

これにより、(9)式の右辺のP3/P0が得られるとともに、(9)式のコンプレッサ効率ηcは(4)式、(5)式及び(8)式から得られ、且つ、コンプレッサ流入ガス温度T0はコンプレッサ流入ガス温度センサ53により検出されているから、(9)式からコンプレッサ流出ガス温度T3が推定される。   As a result, P3 / P0 on the right side of the equation (9) is obtained, and the compressor efficiency ηc of the equation (9) is obtained from the equations (4), (5), and (8), and the compressor inflow gas Since the temperature T0 is detected by the compressor inflow gas temperature sensor 53, the compressor outflow gas temperature T3 is estimated from the equation (9).

更に、推定されたコンプレッサ流出ガス温度T3、検出されているコンプレッサ流入ガス温度T0及び検出されているコンプレッサ通過ガス流量Gaを、(10)式に代入することにより、コンプレッサが吸気(コンプレッサを通過するガス)に与えるエネルギー(コンプレッサ付与エネルギー)Lcが推定される。   Further, by substituting the estimated compressor outflow gas temperature T3, the detected compressor inflow gas temperature T0, and the detected compressor passage gas flow rate Ga into the equation (10), the compressor takes in the intake air (passes through the compressor). Energy (compressor imparted energy) Lc given to the gas) is estimated.

(タービン状態量計算部M4)
タービン状態量計算部M4は、下記の入力値と(12)〜(17)式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。(12)式は流量計算式、(15)式はタービン効率計算式、(16)式はタービン効率定義式、(17)式はタービンエネルギー式(実験式)である。
(Turbine state quantity calculation unit M4)
The turbine state quantity calculation unit M4 estimates the following output value using the following input value and mathematical expressions represented by the expressions (12) to (17). (12) is a flow rate calculation formula, (15) is a turbine efficiency calculation formula, (16) is a turbine efficiency definition formula, and (17) is a turbine energy formula (experimental formula).

(12)〜(17)式は、ターボチャージャ36のタービン36bに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数(タービン流入ガス温度T4及びタービン流入ガス圧力P4)、同タービン36bから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数(タービン流出ガス温度T6及びタービン流出ガス圧力P6)、同タービン36bを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量G4、前記ターボチャージャ回転速度Nt、バリアブルノズル開度VN及び同タービン36bが同タービン36bを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーLtの間の関係を記述したタービンモデル式である。   Equations (12) to (17) are turbine inflow gas state variables (turbine inflow gas temperature T4 and turbine inflow gas pressure P4) representing the state of gas flowing into the turbine 36b of the turbocharger 36, and gas flowing out from the turbine 36b. The turbine effluent gas state variables (turbine effluent gas temperature T6 and turbine effluent gas pressure P6), the turbine passage gas flow rate G4 which is the flow rate of the gas passing through the turbine 36b, the turbocharger rotational speed Nt, the variable nozzle opening It is a turbine model formula describing the relationship between the degree VN and the turbine acquired energy Lt, which is the energy that the turbine 36b receives from the gas passing through the turbine 36b.

(入力値)
タービン流入ガス温度T4(センサ検出値)
タービン流出ガス圧力P6(センサ検出値)
バリアブルノズル開度VN(センサ検出値)
タービン流入ガス圧力P4(仮定値:結果的に推定値となる。)
ターボチャージャ回転速度Nt(仮定値:結果的に推定値となる。)
(出力値:推定値)
タービン通過ガス流量G4
タービン流出ガス温度T6
タービンが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Lt
(Input value)
Turbine inflow gas temperature T4 (sensor detection value)
Turbine outlet gas pressure P6 (sensor detection value)
Variable nozzle opening VN (sensor detection value)
Turbine inflow gas pressure P4 (assumed value: resulting in an estimated value)
Turbocharger rotation speed Nt (assumed value: resulting in an estimated value)
(Output value: Estimated value)
Turbine passing gas flow rate G4
Turbine effluent gas temperature T6
Energy that turbine receives from exhaust (turbine acquired energy) Lt

Figure 2007205339
(12)式の関数f3は、変数P4/P6,変数N1及び変数VNと、修正流量Q4と、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
The function f3 in the equation (12) is a function for determining the relationship between the variable P4 / P6, the variable N1 and the variable VN, and the corrected flow rate Q4. Here, the function f3 is an electric conversion table (map) determined in advance by experiments. It is stored in the ROM of the control device 50.
Figure 2007205339
Figure 2007205339

Figure 2007205339
(15)式の関数f4は、変数P4/P6,変数N1及び変数VNと、タービン効率ηtと、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。
Figure 2007205339
Figure 2007205339
Figure 2007205339
The function f4 in the equation (15) is a function for determining the relationship between the variables P4 / P6, the variable N1, the variable VN, and the turbine efficiency ηt. Here, the function f4 is expressed as a conversion table (map) predetermined by an experiment. It is stored in the ROM of the control device 50.
Figure 2007205339
Figure 2007205339

理解のため、上記の(14)式に(12)式及び(13)式を代入すると、下記の(18)式が得られる。

Figure 2007205339
(18)式の右辺に対し、P6としてタービン流出ガス圧力センサ55の検出値を代入し、T4としてタービン流入ガス温度センサ54の検出値を代入し、VNとしてバリアブルノズル開度センサ56の検出値を代入するとともに、ターボチャージャ回転速度Nt及びタービン流入ガス圧力P4を適当な仮定値として与えてやれば、タービン通過ガス流量G4が推定される。 For the sake of understanding, the following equation (18) is obtained by substituting the equations (12) and (13) into the above equation (14).
Figure 2007205339
For the right side of the equation (18), the detected value of the turbine outflow gas pressure sensor 55 is substituted as P6, the detected value of the turbine inflow gas temperature sensor 54 is substituted as T4, and the detected value of the variable nozzle opening sensor 56 is set as VN. Is substituted, and the turbocharger rotation speed Nt and the turbine inflow gas pressure P4 are given as appropriate assumptions, the turbine passing gas flow rate G4 is estimated.

一方、P6はタービン流出ガス圧力センサ55の検出値であり、P4は仮定値が与えられるからP4/P6は求められる。また、Ntは仮定値であり、T4はタービン流入ガス温度センサ54の検出値であるから、(13)式及び(15)式からタービン効率ηtが求められる。従って、(16)式の右辺のP6/P4及びηtが定まるので、(16)によりT6/T4が求められる。更に、T4はタービン流出ガス温度センサ54により検出されているから、(16)式に基づいてタービン流出ガス温度T6が推定される。以上により、G4、T4及びT6が定まるので、(17)式によりタービン取得エネルギーLtが求められる。   On the other hand, P6 is a detected value of the turbine outflow gas pressure sensor 55, and P4 / P6 is obtained because P4 is given an assumed value. Since Nt is an assumed value and T4 is a detected value of the turbine inflow gas temperature sensor 54, the turbine efficiency ηt is obtained from the equations (13) and (15). Accordingly, since P6 / P4 and ηt on the right side of the equation (16) are determined, T6 / T4 is obtained from (16). Further, since T4 is detected by the turbine effluent gas temperature sensor 54, the turbine effluent gas temperature T6 is estimated based on the equation (16). As described above, G4, T4, and T6 are determined, and therefore, the turbine acquisition energy Lt is obtained by the equation (17).

(ターボチャージャ慣性エネルギー計算部M5)
ターボチャージャ慣性エネルギー計算部M5は、慣性エネルギー式である(19)式に基づいてターボチャージャ慣性エネルギーLiを推定する。(19)式の関数 funcLi は、ターボチャージャ回転速度Ntとターボチャージャ回転速度Ntの時間微分値(dNt/dt)とを変数としてターボチャージャ慣性エネルギーLiを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。本明細書においては、(19)式のように変換テーブルを用いてある値を取得する場合も、「ある値を式を用いて求める」と表現している。

Figure 2007205339
(Turbocharger inertial energy calculation unit M5)
The turbocharger inertial energy calculation unit M5 estimates the turbocharger inertial energy Li based on the equation (19) which is an inertial energy equation. The function funcLi in the equation (19) is a function for obtaining the turbocharger inertial energy Li using the turbocharger rotation speed Nt and the time differential value (dNt / dt) of the turbocharger rotation speed Nt as variables. It is stored in the ROM of the electric control device 50 as a defined conversion table (map). In this specification, when a certain value is acquired using a conversion table as in equation (19), it is expressed as “determining a certain value using an equation”.
Figure 2007205339

(損失エネルギー計算部M6)
損失エネルギー計算部M6は、損失エネルギー式である(20)式に基づいてその他の損失エネルギーLmを推定する。(20)式の関数 funcLm は、ターボチャージャ回転速度Ntを変数としてその他の損失エネルギーLmを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。なお、関数 funcLm は、例えば、funcLm=km・Nt(km, nは定数)のように数式により表された関数であってもよい。

Figure 2007205339
(Loss energy calculation part M6)
The loss energy calculation unit M6 estimates other loss energy Lm based on the equation (20) which is a loss energy equation. The function funcLm in the equation (20) is a function for obtaining other loss energy Lm using the turbocharger rotational speed Nt as a variable, and here, in the ROM of the electric control device 50 as a conversion table (map) determined in advance by experiment. Stored in The function funcLm may be a function expressed by a mathematical expression such as funcLm = km · Nt n (km and n are constants).
Figure 2007205339

本実施形態のターボチャージャ状態量推定装置は、(1)式及び(2)式が満足されるまで、ターボチャージャ回転速度Nt及びタービン流入ガス圧力P4の値を順次変更し、(1)式及び(2)式が満足されたときの各値(P3,T3,P4,T6,G4,Nt)をターボチャージャ状態量として推定する。   The turbocharger state quantity estimating apparatus of the present embodiment sequentially changes the values of the turbocharger rotation speed Nt and the turbine inflow gas pressure P4 until the expressions (1) and (2) are satisfied, Each value (P3, T3, P4, T6, G4, Nt) when the expression (2) is satisfied is estimated as a turbocharger state quantity.

(一般論)
ところで、第1実施形態においては、(Nt,P4)の値を仮定し、その仮定した値(Nt,P4)と(P0,T0,T4,P6,Ga,Qinj,VN)の各検出値(実測値)とを入力値として上記各計算部に入力することにより、(Nt,P4)の最終値を定め、その最終値が求められたときの(P3,T3,P4,T6,G4,Nt)の値をターボチャージャ状態量として推定している。このことから、(Nt,P4)のうちの少なくとも一方をセンサにより検出した値としても、残りの変数を推定することができるが容易に理解される。
(common belief)
By the way, in the first embodiment, a value of (Nt, P4) is assumed, and the detected values (Nt, P4) and detected values (P0, T0, T4, P6, Ga, Qinj, VN) ( (Actually measured value) is input as an input value to each of the above calculation units to determine the final value of (Nt, P4), and when the final value is obtained (P3, T3, P4, T6, G4, Nt ) Is estimated as the turbocharger state quantity. From this, it is easily understood that the remaining variables can be estimated even if at least one of (Nt, P4) is detected by the sensor.

更に、上記の各式から明らかなように、他の値を入力値とし、残りの値を出力値とすることができる。出力値が計算可能であるためには、(P0,T0,P3,T3,P4,T4,P6,T6,VN,Ga,G4,Qinj,Nt)の13個の変数の中から、次の条件を満たす7個の変数の組合せを入力とすればよい。   Further, as is apparent from the above equations, other values can be used as input values and the remaining values can be used as output values. In order to be able to calculate the output value, the following condition is selected from 13 variables of (P0, T0, P3, T3, P4, T4, P6, T6, VN, Ga, G4, Qinj, Nt). A combination of seven variables satisfying the above may be used as an input.

条件1:P0,T0,P3,T3の中から任意の2個以上が選択される。
条件2:P4,T4,P6,T6,VNの中から任意の3個以上が選択される。
条件3:条件1及び条件2にてそれぞれ選択した4個の変数が、総て圧力、又は、総て温度、であってはならない。
条件4:Ga,G4,Qinj,Ntの中から任意の2個以上が選択される。
Condition 1: Any two or more of P0, T0, P3, and T3 are selected.
Condition 2: Any three or more of P4, T4, P6, T6, and VN are selected.
Condition 3: The four variables selected in condition 1 and condition 2 must not be pressure or temperature.
Condition 4: Any two or more of Ga, G4, Qinj, and Nt are selected.

従って、計算可能な組合せは、(21)式のとおりの348通りとなる。このような組合せのうちの代表的な例を表2に示す。なお、ケース1は上記第1実施形態に対応した場合である。また、表2において、仮定値は結果的に推定される値であるから、出力値として記載されている。

Figure 2007205339
Figure 2007205339
Therefore, there are 348 combinations that can be calculated as shown in equation (21). A typical example of such combinations is shown in Table 2. Case 1 corresponds to the first embodiment. In Table 2, since the assumed value is a value estimated as a result, it is described as an output value.
Figure 2007205339
Figure 2007205339

(実際の作動)
次に、第1実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の実際の作動について、図4乃至図6を参照しながら説明する。
(Actual operation)
Next, the actual operation of the turbocharger state quantity estimating apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

電気制御装置50のCPUは、ターボチャージャ状態量を推定するにあたり、図4にフローチャートにより示したプログラムのステップ400から処理を開始し、ステップ405に進んで仮定値であるターボチャージャ回転速度Ntに初期値Ntintを設定する。なお、初期値Ntintは、最終的に推定されるターボチャージャ回転速度Ntが取り得るであろう最小値より僅かに小さい値に選択されている。次いで、CPUはステップ410に進み、図5のフローチャートにより示したコンプレッサプログラム1のステップ500に進んだ後、以下に述べる各ステップを実行する。   When estimating the turbocharger state quantity, the CPU of the electric control device 50 starts processing from step 400 of the program shown in the flowchart of FIG. 4 and proceeds to step 405 to initially set the turbocharger rotational speed Nt, which is an assumed value. Set the value Ntint. Note that the initial value Ntint is selected to be a value slightly smaller than the minimum value that the turbocharger rotational speed Nt that is finally estimated can assume. Next, the CPU proceeds to step 410 and proceeds to step 500 of the compressor program 1 shown by the flowchart of FIG. 5 and then executes each step described below.

ステップ505:コンプレッサ流入ガス圧力P0、コンプレッサ流入ガス温度T0及びコンプレッサ通過ガス流量Gaを、コンプレッサ流入ガス圧力センサ52、コンプレッサ流入ガス温度センサ53及びエアフローメータ51からそれぞれ取得する。
ステップ510:(6)式及び(7)式に従って値θ0及び値δ0を算出する。
ステップ515:(5)式に従って値N0を求める。
ステップ520:(4)式に従って値Gnを求める。
ステップ525:(3)式に従ってコンプレッサ流出ガス圧力P3を求める。
ステップ530:(8)式に従ってコンプレッサ効率ηcを求める。
ステップ535:(9)式に従ってコンプレッサ流出ガス温度T3を求める。
ステップ540:(10)式に従ってコンプレッサ付与エネルギーLcを求める。
ステップ545:以上により算出されたコンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3及びコンプレッサ付与エネルギーLcをRAMの所定領域に格納する。なお、CPUは、上記ステップで使用又は算出した他の値もRAMの所定領域に格納しておく。
Step 505: The compressor inflow gas pressure P0, the compressor inflow gas temperature T0, and the compressor passage gas flow rate Ga are acquired from the compressor inflow gas pressure sensor 52, the compressor inflow gas temperature sensor 53, and the air flow meter 51, respectively.
Step 510: Calculate the value θ0 and the value δ0 according to the equations (6) and (7).
Step 515: The value N0 is obtained according to the equation (5).
Step 520: A value Gn is obtained according to the equation (4).
Step 525: The compressor outflow gas pressure P3 is obtained according to the equation (3).
Step 530: Determine the compressor efficiency ηc according to equation (8).
Step 535: The compressor outflow gas temperature T3 is obtained according to the equation (9).
Step 540: Determine the compressor imparted energy Lc according to the equation (10).
Step 545: The compressor outflow gas pressure P3, the compressor outflow gas temperature T3, and the compressor applied energy Lc calculated as described above are stored in a predetermined area of the RAM. The CPU also stores other values used or calculated in the above steps in a predetermined area of the RAM.

次いで、CPUはステップ595を介して図4のステップ415に戻り、仮定値であるタービン流入ガス圧力P4に初期値P4intを設定する。なお、初期値P4intは、最終的に推定されるタービン流入ガス圧力P4の予測値が取り得るであろう最小値より僅かに小さい値に選択されている。その後、CPUはステップ420に進み、図6のフローチャートにより示したタービンプログラム1のステップ600に進んだ後、以下に述べる各ステップを実行する。   Next, the CPU returns to step 415 in FIG. 4 via step 595, and sets an initial value P4int to the turbine inflow gas pressure P4, which is an assumed value. The initial value P4int is selected to be a value slightly smaller than the minimum value that the predicted value of the finally estimated turbine inflow gas pressure P4 can take. Thereafter, the CPU proceeds to step 420 and proceeds to step 600 of the turbine program 1 shown by the flowchart of FIG. 6 and then executes each step described below.

ステップ605:タービン流入ガス温度T4、タービン流出ガス圧力P6及びバリアブルノズル開度VNを、タービン流入ガス温度センサ54、タービン流出ガス圧力センサ55及びバリアブルノズル開度センサ56からそれぞれ取得する。
ステップ610:(13)式に従って値N1を求める。
ステップ615:(12)式に従って値Q4を求める。
ステップ620:(14)式に従ってタービン通過ガス流量G4を求める。
ステップ625:(15)式に従ってタービン効率ηtを求める。
ステップ630:(16)式に従ってタービン流出ガス温度T6を求める。
ステップ635:(17)式に従ってタービンが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Ltを求める。
ステップ640:以上により算出されたタービン通過ガス流量G4、タービン流出ガス温度T6及びタービン取得エネルギーLtをRAMの所定領域に格納する。なお、CPUは、上記ステップで使用又は算出した他の値もRAMの所定領域に格納しておく。
Step 605: The turbine inflow gas temperature T4, the turbine outflow gas pressure P6, and the variable nozzle opening degree VN are acquired from the turbine inflow gas temperature sensor 54, the turbine outflow gas pressure sensor 55, and the variable nozzle opening degree sensor 56, respectively.
Step 610: The value N1 is obtained according to the equation (13).
Step 615: The value Q4 is obtained according to the equation (12).
Step 620: A turbine passing gas flow rate G4 is obtained according to the equation (14).
Step 625: The turbine efficiency ηt is obtained according to the equation (15).
Step 630: The turbine outlet gas temperature T6 is obtained according to the equation (16).
Step 635: The energy (turbine acquired energy) Lt that the turbine receives from the exhaust gas is obtained according to the equation (17).
Step 640: The turbine passage gas flow rate G4, the turbine outflow gas temperature T6, and the turbine acquired energy Lt calculated as described above are stored in a predetermined area of the RAM. The CPU also stores other values used or calculated in the above steps in a predetermined area of the RAM.

次いで、CPUはステップ695を介して図4のステップ425に戻り、図示しない周知の燃料噴射量計算プログラムによりアクセル操作量を表す信号Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて定められている単位時間あたりの燃料噴射量Qinjを入力する。   Next, the CPU returns to step 425 in FIG. 4 via step 695, and per unit time determined based on the signal Accp indicating the accelerator operation amount and the engine speed NE by a known fuel injection amount calculation program (not shown). The fuel injection amount Qinj is input.

次いで、CPUはステップ430に進み、先のタービンプログラム1(ステップ420)によって求められたタービン通過ガス流量G4、エアフローメータ51によって実測されているコンプレッサ通過ガス流量Ga及びステップ425にて入力した燃料噴射量Qinjが、(2)式の質量保存則に基づく式を満足している否か(即ち、(2)式が成立しているか否か)を判定する。   Next, the CPU proceeds to step 430, where the turbine passage gas flow rate G4 obtained by the previous turbine program 1 (step 420), the compressor passage gas flow rate Ga actually measured by the air flow meter 51, and the fuel injection input at step 425 are obtained. It is determined whether or not the quantity Qinj satisfies the expression based on the mass conservation law of the expression (2) (that is, whether or not the expression (2) is satisfied).

この時点で、(2)式の質量保存則に基づく式が成立していなければ、CPUはステップ430にて「No」と判定してステップ435に進み、タービン流入ガス圧力P4を所定の微小値αだけ増大する。その後、CPUは、ステップ420に戻ってタービンプログラム1を実行することにより、タービン通過ガス流量G4を再び算出する。次いで、CPUはステップ425及びステップ430の処理を実行する。このような処理(ステップ420乃至ステップ435)は、ステップ430にて質量保存則に基づく式が成立したと判定されるまで繰り返し行われる。   At this time, if the equation based on the law of conservation of mass of equation (2) is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at step 430 to proceed to step 435, and sets the turbine inflow gas pressure P4 to a predetermined minute value. Increases by α. Thereafter, the CPU returns to step 420 and executes the turbine program 1 to calculate the turbine passage gas flow rate G4 again. Next, the CPU executes the processing of step 425 and step 430. Such processing (step 420 to step 435) is repeated until it is determined in step 430 that the formula based on the law of conservation of mass is established.

従って、タービン流入ガス圧力P4が、その時点で仮定されているターボチャージャ回転速度Ntに対して適正値になると、質量保存則に基づく式が成立するから、CPUはステップ430にて「Yes」と判定してステップ440に進み、ターボチャージャ慣性エネルギーLiを(19)式に基づいて求めるとともに、その他の損失エネルギーLmを(20)式に基づいて求める。   Therefore, when the turbine inflow gas pressure P4 becomes an appropriate value with respect to the turbocharger rotation speed Nt assumed at that time, the equation based on the law of conservation of mass is established. The determination proceeds to step 440, where turbocharger inertial energy Li is determined based on equation (19), and other loss energy Lm is determined based on equation (20).

次いで、CPUはステップ445に進み、先のコンプレッサプログラム1(ステップ410)により求められたコンプレッサ付与エネルギーLc、タービンプログラム1(ステップ420)により求められたタービン取得エネルギーLt、ステップ440にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーLi及びその他の損失エネルギーLmが、(1)式のエネルギーバランス式(エネルギー保存則に基づく式)を満足しているか否か(即ち、(1)式が成立しているか否か)を判定する。   Next, the CPU proceeds to step 445, where the compressor imparted energy Lc obtained by the previous compressor program 1 (step 410), the turbine acquired energy Lt obtained by the turbine program 1 (step 420), and obtained by step 440. Whether the turbocharger inertial energy Li and other loss energy Lm satisfy the energy balance formula (formula based on the law of conservation of energy) of formula (1) (that is, whether formula (1) is met) ).

この時点で、(1)式が成立していなければ、CPUはステップ445にて「No」と判定してステップ450に進み、ターボチャージャ回転速度Ntを所定の微小値βだけ増大する。その後、CPUはステップ410に戻ってステップ410乃至ステップ440までの処理を再び実行する。これにより、上記エネルギーLt、Lc、Li及びLmを含む各値が更新される。このような処理(ステップ410〜ステップ450)は、ステップ445にて(1)式(エネルギーバランス式)が成立するまで繰り返し行われる。   At this time, if the expression (1) is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at step 445 to proceed to step 450 to increase the turbocharger rotation speed Nt by a predetermined minute value β. Thereafter, the CPU returns to step 410 and executes the processing from step 410 to step 440 again. Thereby, each value including the energy Lt, Lc, Li, and Lm is updated. Such processing (steps 410 to 450) is repeated until the expression (1) (energy balance expression) is established in step 445.

従って、タービン流入ガス圧力P4及びターボチャージャ回転速度Ntが適正値になると、上記エネルギーLt、Lc、Li及びLmを含む各値が適正値となるので、エネルギー保存則に基づく(1)式が成立する。これにより、CPUはステップ445に進んだとき、同ステップ445にて「Yes」と判定してステップ455に進み、その時点で算出されているコンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3、タービン流入ガス圧力P4、タービン流出ガス温度T6、ターボチャージャ回転速度Nt及びタービン通過ガス流量G4をターボチャージャ状態量の推定値として出力する。その後、CPUはステップ495に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上が、第1実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の作動である。   Accordingly, when the turbine inflow gas pressure P4 and the turbocharger rotational speed Nt become appropriate values, the values including the energy Lt, Lc, Li, and Lm become appropriate values, and therefore the formula (1) based on the energy conservation law is established. To do. As a result, when the CPU proceeds to step 445, the CPU makes a “Yes” determination at step 445 to proceed to step 455, where the compressor outflow gas pressure P3, the compressor outflow gas temperature T3, and the turbine inflow calculated at that time are calculated. The gas pressure P4, turbine outflow gas temperature T6, turbocharger rotation speed Nt, and turbine passage gas flow rate G4 are output as estimated values of the turbocharger state quantity. Thereafter, the CPU proceeds to step 495 to end the present routine tentatively. The above is the operation of the turbocharger state quantity estimation device according to the first embodiment.

このように、第1実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を連立して、それらの式に変数として含まれるターボチャージャ状態量の幾つか(P0、T0、T4、P6,Ga、Qinj、VN)を実測し、その実測値をこれらの式に適用することにより他のターボチャージャ状態量(P3、T3,P4、T6、G4、Nt)を推定する。従って、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。   As described above, the turbocharger state quantity estimation device according to the first embodiment includes a plurality of equations including a compressor model equation, a turbine model equation, an inertia energy equation, a loss energy equation, an energy balance equation, and a mass conservation equation. Then, some of the turbocharger state quantities (P0, T0, T4, P6, Ga, Qinj, VN) included as variables in those equations are measured, and the measured values are applied to these equations to Turbocharger state quantities (P3, T3, P4, T6, G4, Nt) are estimated. Therefore, a value representing the turbocharger state quantity can be acquired using a smaller number of sensors.

また、ターボチャージャ状態量推定装置は、推定する変数のうちの一つ又は二つ(本例では、NtとP4の二つ)の変数を仮定値として順次変更し、これらの値がエネルギーバランス式及び質量保存式を満足するまで繰り返し計算を行う。そして、これらの値がエネルギーバランス式及び質量保存式を満足した時点での上記各式により求められている変数をターボチャージャ状態量として推定(出力)する。従って、更に少ない数(仮定される変数の数だけ少ない数)のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。   The turbocharger state quantity estimating apparatus sequentially changes one or two of the variables to be estimated (in this example, two of Nt and P4) as assumed values, and these values are energy balance equations. The calculation is repeated until the mass conservation equation is satisfied. And the variable calculated | required by said each formula when these values satisfy | fill the energy balance type | formula and mass conservation type | formula is estimated (output) as a turbocharger state quantity. Therefore, a value representing the turbocharger state quantity can be obtained by using a smaller number of sensors (a smaller number of assumed variables).

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この装置は、電気制御装置50のCPUが図4乃至図6に代わる図7乃至図10のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第1実施形態のターボチャージャ状態量推定装置と主として相違している。従って、以下、この相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a turbocharger state quantity estimating device according to a second embodiment of the present invention will be described. This device is mainly different from the turbocharger state quantity estimating device of the first embodiment in that the CPU of the electric control device 50 executes the program shown in the flowcharts of FIGS. 7 to 10 instead of FIGS. 4 to 6. Yes. Therefore, this difference will be mainly described below.

第1実施形態に係る推定装置は、所定の変数(P0、T0、T4、P6,Ga、Qinj、VN)を各センサから検出(実測)し、これらを入力値とするとともに、タービン流入ガス圧力P4及びターボチャージャ回転速度Ntを順次変更することによって(P3、T3,P4、T6、G4、Nt)を推定していた。これに対し、第2実施形態に係る推定装置は、タービン流入ガス圧力P4を検出するタービン流入ガス圧力センサをタービン36bの入口部近傍に備え、タービン流入ガス圧力P4をタービン流入ガス圧力センサによって検出し、その値をコンプレッサ通過ガス流量Gaに代わる入力値とし、コンプレッサ通過ガス流量Gaを推定する。   The estimation apparatus according to the first embodiment detects (actually measures) predetermined variables (P0, T0, T4, P6, Ga, Qinj, VN) from each sensor and uses them as input values, as well as turbine inflow gas pressure. (P3, T3, P4, T6, G4, Nt) were estimated by sequentially changing P4 and the turbocharger rotation speed Nt. In contrast, the estimation device according to the second embodiment includes a turbine inflow gas pressure sensor that detects the turbine inflow gas pressure P4 in the vicinity of the inlet of the turbine 36b, and the turbine inflow gas pressure P4 is detected by the turbine inflow gas pressure sensor. Then, the value is used as an input value instead of the compressor passing gas flow rate Ga, and the compressor passing gas flow rate Ga is estimated.

即ち、第2実施形態に係る推定装置は、所定の変数(P0,T0,P4,T4,P6,Qinj、VN)を各センサから検出し、これらを入力値とするとともに、ターボチャージャ回転速度Ntを順次変更することによって(P3,T3,T6,Ga、G4、Nt)を推定する(表2におけるケース11を参照。)。   That is, the estimation apparatus according to the second embodiment detects predetermined variables (P0, T0, P4, T4, P6, Qinj, VN) from each sensor, uses them as input values, and sets the turbocharger rotational speed Nt. Are sequentially estimated (P3, T3, T6, Ga, G4, Nt) (see case 11 in Table 2).

(実際の作動)
この第2実施形態に係る電気制御装置のCPUは、ターボチャージャ状態量を推定するにあたり、図7のステップ700から処理を開始し、ステップ705に進んでターボチャージャ回転速度Ntに上記初期値Ntintを設定する。次いで、CPUはステップ710に進み、図8のフローチャートにより示したタービンプログラム2のステップ800に進む。そして、CPUはステップ805に進んでタービン流入ガス圧力P4、タービン流入ガス温度T4、タービン流出ガス圧力P6及びバリアブルノズル開度VNを、タービン流入ガス圧力センサ、タービン流入ガス温度センサ54、タービン流出ガス圧力センサ55及びバリアブルノズル開度センサ56からそれぞれ取得する。
(Actual operation)
When estimating the turbocharger state quantity, the CPU of the electric control device according to the second embodiment starts processing from step 700 in FIG. 7 and proceeds to step 705 to set the initial value Ntint to the turbocharger rotational speed Nt. Set. Next, the CPU proceeds to step 710 and proceeds to step 800 of the turbine program 2 shown by the flowchart of FIG. Then, the CPU proceeds to Step 805 to set the turbine inflow gas pressure P4, the turbine inflow gas temperature T4, the turbine outflow gas pressure P6, and the variable nozzle opening VN to the turbine inflow gas pressure sensor, the turbine inflow gas temperature sensor 54, the turbine outflow gas. Obtained from the pressure sensor 55 and the variable nozzle opening sensor 56, respectively.

次に、CPUはステップ810乃至ステップ840の処理を行う。ステップ810乃至ステップ840は、先に説明したステップ610乃至ステップ640とそれぞれ同一のステップであるので、説明を省略する。但し、タービン流入ガス圧力P4は、第1実施形態のように仮定値ではなく、実測値である。以上により、タービン通過ガス流量G4、タービン流出ガス温度T6及びタービン取得エネルギーLtが求められ、それらがRAMの所定領域に格納される。   Next, the CPU performs processing from step 810 to step 840. Since Steps 810 to 840 are the same steps as Steps 610 to 640 described above, description thereof will be omitted. However, the turbine inflow gas pressure P4 is not an assumed value as in the first embodiment but an actual measurement value. Thus, the turbine passing gas flow rate G4, the turbine outflow gas temperature T6, and the turbine acquired energy Lt are obtained and stored in a predetermined area of the RAM.

次いで、CPUはステップ895を介して図7のステップ715に戻り、図示しない周知の燃料噴射量計算プログラムによりアクセル操作量を表す信号Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて定められている燃料噴射量Qinjを入力する。その後、CPUはステップ720に進み、ステップ710にて求めたタービン通過ガス流量G4とステップ715にて取得した燃料噴射量Qinjと(2)式とに基づいてコンプレッサ通過ガス流量Gaを求める。これにより、(2)式の質量保存則に基づく式が計算結果に反映されることになる。   Next, the CPU returns to step 715 of FIG. 7 via step 895, and the fuel injection amount determined based on the signal Accp representing the accelerator operation amount and the engine speed NE by a known fuel injection amount calculation program (not shown). Enter Qinj. Thereafter, the CPU proceeds to step 720, and obtains the compressor passage gas flow rate Ga based on the turbine passage gas flow rate G4 obtained in step 710, the fuel injection amount Qinj obtained in step 715, and the equation (2). Thereby, the formula based on the mass conservation law of formula (2) is reflected in the calculation result.

次いで、CPUはステップ725に進み、図9のフローチャートにより示したコンプレッサプログラム2のステップ900に進む。そして、CPUはステップ905に進んでコンプレッサ流入ガス圧力P0及びコンプレッサ流入ガス温度T0を、コンプレッサ流入ガス圧力センサ52及びコンプレッサ流入ガス温度センサ53からそれぞれ取得する。   Next, the CPU proceeds to step 725 and proceeds to step 900 of the compressor program 2 shown by the flowchart of FIG. Then, the CPU proceeds to step 905 to acquire the compressor inflow gas pressure P0 and the compressor inflow gas temperature T0 from the compressor inflow gas pressure sensor 52 and the compressor inflow gas temperature sensor 53, respectively.

次に、CPUはステップ910乃至ステップ945の処理を行う。ステップ910乃至ステップ945は、先に説明したステップ510乃至ステップ545とそれぞれ同一のステップであるので、説明を省略する。以上により、コンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3及びコンプレッサ付与エネルギーLcがRAMの所定領域に格納される。   Next, the CPU performs processing from step 910 to step 945. Steps 910 to 945 are the same steps as steps 510 to 545 described above, and thus description thereof is omitted. As described above, the compressor outflow gas pressure P3, the compressor outflow gas temperature T3, and the compressor imparted energy Lc are stored in a predetermined area of the RAM.

次いで、CPUはステップ995を介して図7のステップ730に戻り、同ステップ730にてターボチャージャ慣性エネルギーLiを(19)式に基づいて求めるとともに、その他の損失エネルギーLmを(20)式に基づいて求める。その後、CPUはステップ735に進み、先のタービンプログラム2(ステップ710)により求められたタービン取得エネルギーLt、コンプレッサプログラム2(ステップ725)により求められたコンプレッサ付与エネルギーLc、ステップ730にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーLi及びその他の損失エネルギーLmが、(1)式のエネルギーバランス式を満足しているか否かを判定する。   Next, the CPU returns to step 730 in FIG. 7 via step 995, and in step 730, the turbocharger inertia energy Li is obtained based on the equation (19), and other loss energy Lm is obtained based on the equation (20). Ask. Thereafter, the CPU proceeds to step 735, where the turbine acquisition energy Lt obtained by the previous turbine program 2 (step 710), the compressor applied energy Lc obtained by the compressor program 2 (step 725), and the step 730 obtained. It is determined whether the turbocharger inertial energy Li and other loss energy Lm satisfy the energy balance equation (1).

この時点で、(1)式のエネルギーバランス式が成立していなければ、CPUはステップ735にて「No」と判定してステップ740に進み、ターボチャージャ回転速度Ntを所定の微小値βだけ増大する。その後、CPUは、ステップ710に戻って、再び、ステップ710乃至ステップ730までの処理を実行する。これにより、上記エネルギーLt、Lc、Li及びLmを含む各値が更新される。このような処理(ステップ710〜ステップ740)は、ステップ735にて(1)式のエネルギーバランス式が成立したと判定されるまで繰り返し行われる。   At this time, if the energy balance equation (1) is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at step 735 to proceed to step 740 to increase the turbocharger rotation speed Nt by a predetermined minute value β. To do. Thereafter, the CPU returns to step 710 and executes the processing from step 710 to step 730 again. Thereby, each value including the energy Lt, Lc, Li, and Lm is updated. Such processing (steps 710 to 740) is repeated until it is determined in step 735 that the energy balance equation (1) is established.

従って、ターボチャージャ回転速度Ntが適正値になると、上記エネルギーLt、Lc、Li及びLmを含む各値が適正値となるので、(1)式のエネルギーバランス式が成立する。これにより、CPUはステップ735に進んだとき、同ステップ735にて「Yes」と判定してステップ745に進み、その時点で算出されているコンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3、タービン流出ガス温度T6、ターボチャージャ回転速度Nt、タービン通過ガス流量G4及びコンプレッサ通過ガス流量Gaをターボチャージャ状態量の推定値として出力する。その後、CPUはステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上が、第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の作動である。   Therefore, when the turbocharger rotational speed Nt becomes an appropriate value, each value including the energy Lt, Lc, Li, and Lm becomes an appropriate value, so that the energy balance expression (1) is established. As a result, when the CPU proceeds to step 735, the CPU makes a “Yes” determination at step 735 to proceed to step 745, where the compressor outflow gas pressure P3, the compressor outflow gas temperature T3, the turbine outflow are calculated. The gas temperature T6, the turbocharger rotation speed Nt, the turbine passing gas flow rate G4, and the compressor passing gas flow rate Ga are output as estimated values of the turbocharger state quantity. Thereafter, the CPU proceeds to step 795 to end the present routine tentatively. The above is the operation of the turbocharger state quantity estimating device according to the second embodiment.

このように、第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を連立して、それらの式に変数として含まれるターボチャージャ状態量の幾つか(P0、T0、P4、T4、P6,Qinj、VN)を実測し、その実測値をこれらの式に適用することにより他のターボチャージャ状態量(P3、T3,T6、Ga、G4、Nt)を推定する。従って、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。   As described above, the turbocharger state quantity estimation device according to the second embodiment includes a plurality of formulas including a compressor model formula, a turbine model formula, an inertia energy formula, a loss energy formula, an energy balance formula, and a mass conservation formula. Then, some of the turbocharger state quantities (P0, T0, P4, T4, P6, Qinj, VN) included as variables in those equations are measured, and the measured values are applied to these equations to Turbocharger state quantities (P3, T3, T6, Ga, G4, Nt) are estimated. Therefore, a value representing the turbocharger state quantity can be acquired using a smaller number of sensors.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この推定装置は、上述した第1実施形態の推定装置と同様に、ターボチャージャ回転速度Ntを推定値Ntcalとして推定する。一方、この推定装置は、ターボチャージャ回転速度Ntを検出(実測)するターボチャージャ回転速度検出センサをタービンシャフト36cの近傍に備え、検出されたターボチャージャ回転速度を実測値Ntactとして入力する。そして、推定装置は、推定値Ntcalと実測値Ntactとを比較し、その比較結果に基づいてターボチャージャ回転速度検出センサが異常であるか否かを判定するようになっている。
<Third Embodiment>
Next, a turbocharger state quantity estimating apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. This estimation apparatus estimates the turbocharger rotational speed Nt as the estimated value Ntcal, similarly to the estimation apparatus of the first embodiment described above. On the other hand, this estimation apparatus includes a turbocharger rotation speed detection sensor that detects (actually measures) the turbocharger rotation speed Nt in the vicinity of the turbine shaft 36c, and inputs the detected turbocharger rotation speed as an actual measurement value Ntact. Then, the estimation device compares the estimated value Ntcal and the actually measured value Ntact, and determines whether or not the turbocharger rotation speed detection sensor is abnormal based on the comparison result.

(実際の作動)
より具体的に作動について述べると、この推定装置は、電気制御装置50のCPUが図4乃至図6に加えて更に図10のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第1実施形態の推定装置と相違している。従って、以下、この相違点を主として説明する。
(Actual operation)
More specifically, the estimation device is an estimation device according to the first embodiment in that the CPU of the electric control device 50 executes the program shown in the flowchart of FIG. 10 in addition to FIGS. 4 to 6. Is different. Therefore, this difference will be mainly described below.

このCPUは、図4のステップ455の処理を終了すると、図10のステップ1010に進み、ターボチャージャ回転速度センサが検出しているターボチャージャ回転速度を実測値Ntactとして入力する。次いで、CPUはステップ1020に進み、図4乃至図6に示したプログラムによって推定された(最終的に求められた)ターボチャージャ回転速度Ntを推定値Ntcalとして入力し、ステップ1030にて推定値Ntcalと実測値Ntactとの差の絶対値が閾値(異常判定値)errより小さいか否かを判定する。   When the processing of step 455 in FIG. 4 ends, the CPU proceeds to step 1010 in FIG. 10 and inputs the turbocharger rotation speed detected by the turbocharger rotation speed sensor as the actual measurement value Ntact. Next, the CPU proceeds to step 1020 to input the turbocharger rotational speed Nt estimated (finally obtained) by the program shown in FIGS. 4 to 6 as the estimated value Ntcal, and in step 1030, the estimated value Ntcal Whether or not the absolute value of the difference between the measured value Ntact and the measured value Ntact is smaller than a threshold value (abnormality determination value) err is determined.

そして、CPUは、推定値Ntcalと実測値Ntactとの差の絶対値が閾値errより小さければ、ステップ1030にて「Yes」と判定してステップ1040に進み、ターボチャージャ回転速度センサは正常である旨を示すように異常フラグXDNtの値を「0」に設定する。これに対し、推定値Ntcalと実測値Ntactとの差の絶対値が閾値err以上であれば、CPUはステップ1030にて「No」と判定してステップ1050に進み、ターボチャージャ回転速度センサは異常である旨を示すように異常フラグXDNtの値を「1」に設定する。その後、CPUは図4のステップ495へと進む。   If the absolute value of the difference between the estimated value Ntcal and the measured value Ntact is smaller than the threshold err, the CPU makes a “Yes” determination at step 1030 to proceed to step 1040, where the turbocharger rotation speed sensor is normal. As shown, the value of the abnormality flag XDNt is set to “0”. On the other hand, if the absolute value of the difference between the estimated value Ntcal and the measured value Ntact is greater than or equal to the threshold err, the CPU makes a “No” determination at step 1030 to proceed to step 1050, where the turbocharger rotation speed sensor is abnormal. The value of the abnormality flag XDNt is set to “1” so as to indicate that it is. Thereafter, the CPU proceeds to step 495 in FIG.

(第3実施形態の変形例)
上述した第3実施形態の推定装置は、ターボチャージャ回転速度センサが異常であるか否かを判定するようになっていたが、本発明によれば、他のセンサが異常であるか否かを判定することもできる。図11のフローチャートにより示したプログラムは、そのような処理を行う例である。
(Modification of the third embodiment)
The estimation apparatus according to the third embodiment described above determines whether or not the turbocharger rotation speed sensor is abnormal. According to the present invention, it is determined whether or not other sensors are abnormal. It can also be determined. The program shown in the flowchart of FIG. 11 is an example for performing such processing.

このプログラムによれば、CPUはステップ1110にて「異常有無の判定を行おうとするセンサ(便宜上、「Yセンサ」と称呼する。)」から、そのYセンサが検出している値を実測値Yactとして入力する。この場合、「Yセンサ」が検出している実測値は、ターボチャージャ状態量推定のための入力値として使用されているセンサの実測値であってはならず、且つ、ターボチャージャ状態量推定装置によって推定される値に対応した値であることが必要である。   According to this program, in step 1110, the CPU detects the value detected by the Y sensor from the “sensor that determines whether there is an abnormality (referred to as a“ Y sensor ”for convenience)”. Enter as. In this case, the actual measurement value detected by the “Y sensor” should not be the actual measurement value of the sensor used as the input value for turbocharger state quantity estimation, and the turbocharger state quantity estimation device It is necessary that the value corresponds to the value estimated by.

次いで、CPUはステップ1120に進み、例えば図4乃至図6に示したプログラムによって推定された推定値であって、実測値Yactに対応する値Yを推定値Ycalとして入力する。次に、CPUは、ステップ1030にて推定値Ycalと実測値Yactとの差の絶対値が閾値(異常判定値)errYより小さいか否かを判定する。   Next, the CPU proceeds to step 1120 and inputs, for example, a value Y estimated by the program shown in FIGS. 4 to 6 and corresponding to the measured value Yact as the estimated value Ycal. Next, in step 1030, the CPU determines whether or not the absolute value of the difference between the estimated value Ycal and the actually measured value Yact is smaller than a threshold value (abnormality determination value) errY.

そして、CPUは、推定値Ycalと実測値Yactとの差の絶対値が閾値errYより小さければ、ステップ1130にて「Yes」と判定してステップ1140に進み、Yセンサは正常である旨を示すように異常フラグXYの値を「0」に設定する。これに対し、推定値Ycalと実測値Yactとの差の絶対値が閾値errY以上であれば、CPUはステップ1130にて「No」と判定してステップ1150に進み、Yセンサは異常である旨を示すように異常フラグXYの値を「1」に設定する。その後、CPUはステップ1195に進んで本プログラムを一旦終了する。   If the absolute value of the difference between the estimated value Ycal and the measured value Yact is smaller than the threshold errY, the CPU makes a “Yes” determination at step 1130 to proceed to step 1140 to indicate that the Y sensor is normal. As described above, the value of the abnormality flag XY is set to “0”. On the other hand, if the absolute value of the difference between the estimated value Ycal and the measured value Yact is greater than or equal to the threshold value errY, the CPU makes a “No” determination at step 1130 to proceed to step 1150 to indicate that the Y sensor is abnormal. As shown, the value of the abnormality flag XY is set to “1”. Thereafter, the CPU proceeds to step 1195 to end the program once.

このように、第3実施形態及びその変形例に係るターボチャージャ推定装置は、推定された変数(推定状態量)と、その推定された変数と同じ種類の変数であってセンサにより実測された変数(実測状態量)と、が所定値以上乖離しているとき、そのセンサが異常であると判定する。従って、推定された状態量と同じ種類の状態量を実測するセンサの異常の有無を容易に検出することができる。   As described above, the turbocharger estimation device according to the third embodiment and the modification thereof is an estimated variable (estimated state quantity) and a variable of the same type as the estimated variable and measured by the sensor. When the (measured state quantity) deviates from a predetermined value or more, it is determined that the sensor is abnormal. Therefore, it is possible to easily detect the presence or absence of abnormality of a sensor that actually measures the same type of state quantity as the estimated state quantity.

なお、上記例においては、実測状態量と推定状態量との差の絶対値が所定値より大きいとき、その実測状態量を測定したンサが異常であると判定していた。これに対し、例えば、推定状態量に対する実測状態量の比が所定範囲内にないときに、その実測状態量を測定したセンサが異常であると判定してもよい。   In the above example, when the absolute value of the difference between the measured state quantity and the estimated state quantity is larger than a predetermined value, it is determined that the sensor that measured the measured state quantity is abnormal. On the other hand, for example, when the ratio of the measured state quantity to the estimated state quantity is not within a predetermined range, it may be determined that the sensor that measured the measured state quantity is abnormal.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この推定装置は、第1実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置を利用してターボチャージャ36が異常となっているか否かを判定する機能を備えた装置である。具体的には、第4実施形態の推定装置は、ターボチャージャ状態量の推定途中又は完了時において、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲を超える場合、ターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲を超える場合、及び、「コンプレッサ付与エネルギーLc」を基準とした場合の「その他の損失エネルギーLm」(例えば、それらの比R=Lm/Lc)が閾値(異常判定値)を超えた場合、の何れかの場合が発生すると、ターボチャージャ36が異常であると判定する。
<Fourth embodiment>
Next, a turbocharger state quantity estimating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. This estimation device is a device having a function of determining whether or not the turbocharger 36 is abnormal by using the turbocharger state quantity estimation device according to the first embodiment. Specifically, in the estimation device of the fourth embodiment, the turbocharger rotation speed Nt exceeds a predetermined range when the turbine inflow gas pressure P4 exceeds a predetermined range during or after estimation of the turbocharger state quantity. Or when “other energy loss Lm” (for example, the ratio R = Lm / Lc thereof) exceeds a threshold value (abnormality determination value) when “compressor energy Lc” is used as a reference. When this occurs, it is determined that the turbocharger 36 is abnormal.

(実際の作動)
より具体的に作動について述べると、この推定装置は、電気制御装置50のCPUが図4に代わる図12のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第1実施形態の推定装置と相違している。従って、以下、この相違点を主として説明する。なお、図12において図4と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(Actual operation)
More specifically, the estimation device is different from the estimation device of the first embodiment in that the CPU of the electric control device 50 executes the program shown in the flowchart of FIG. 12 instead of FIG. . Therefore, this difference will be mainly described below. In FIG. 12, the same steps as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

CPUは、ターボチャージャ状態量の推定及びターボチャージャ36の異常有無判定を行うために、図12のステップ1200から処理を開始し、ステップ405に進んで仮定値であるターボチャージャ回転速度Ntに初期値Ntintを設定する。次いで、CPUはステップ410に進み、図5に示したコンプレッサプログラム1を実行する。この結果、コンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3及びコンプレッサ付与エネルギーLcが求められる。   In order to estimate the turbocharger state quantity and determine whether or not the turbocharger 36 is abnormal, the CPU starts processing from step 1200 in FIG. 12 and proceeds to step 405 to set an initial value to the turbocharger rotation speed Nt that is an assumed value. Set Ntint. Next, the CPU proceeds to step 410 to execute the compressor program 1 shown in FIG. As a result, the compressor outflow gas pressure P3, the compressor outflow gas temperature T3, and the compressor imparted energy Lc are obtained.

次に、CPUはステップ415にて仮定値であるタービン流入ガス圧力P4に初期値P4intを設定し、ステップ420に進んで図6に示したタービンプログラム1を実行する。この結果、タービン通過ガス流量G4、タービン流出ガス温度T6及びタービン取得エネルギーLtが求められる。   Next, the CPU sets an initial value P4int to the turbine inflow gas pressure P4, which is an assumed value, in step 415, and proceeds to step 420 to execute the turbine program 1 shown in FIG. As a result, the turbine passing gas flow rate G4, the turbine outflow gas temperature T6, and the turbine acquired energy Lt are obtained.

その後、CPUはステップ425にて単位時間あたりの燃料噴射量Qinjを入力し、続くステップ430にて先のタービンプログラム1(ステップ420)によって求められたタービン通過ガス流量G4、エアフローメータ51によって実測されているコンプレッサ通過ガス流量Ga及びステップ425にて入力した燃料噴射量Qinjが、(2)式の質量保存則に基づく式を満足している否かを判定する。この時点で、(2)式の質量保存則に基づく式が成立していなければ、CPUはステップ430にて「No」と判定してステップ435に進み、タービン流入ガス圧力P4を所定の微小値αだけ増大する。   Thereafter, the CPU inputs the fuel injection amount Qinj per unit time at step 425, and is measured by the turbine flow gas flow rate G4 obtained by the previous turbine program 1 (step 420) and the air flow meter 51 at the subsequent step 430. It is determined whether the compressor passing gas flow rate Ga and the fuel injection amount Qinj input in step 425 satisfy the equation based on the mass conservation law of equation (2). At this time, if the equation based on the law of conservation of mass of equation (2) is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at step 430 to proceed to step 435, and sets the turbine inflow gas pressure P4 to a predetermined minute value. Increases by α.

次いで、CPUはステップ1205に進み、ステップ435にて更新されたタービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)内にあるか否かを判定する。そして、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)内にあれば、CPUはステップ1205にて「Yes」と判定してステップ420に戻る。   Next, the CPU proceeds to step 1205 to determine whether or not the turbine inflow gas pressure P4 updated at step 435 is within a predetermined range (Pmin to Pmax). If the turbine inflow gas pressure P4 is within a predetermined range (Pmin to Pmax), the CPU makes a “Yes” determination at step 1205 to return to step 420.

一方、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)内になければ、CPUはステップ1205にて「No」と判定し、ステップ1210に進んでターボチャージャ36が異常であることを示すフラグ(ターボチャージャ異常フラグ)XTCの値を「1」に設定し、ステップ1295に進んで本プログラムを一旦終了する。   On the other hand, if the turbine inflow gas pressure P4 is not within the predetermined range (Pmin to Pmax), the CPU makes a “No” determination at step 1205 to proceed to step 1210 to indicate that the turbocharger 36 is abnormal. (Turbocharger abnormality flag) The value of XTC is set to “1”, and the process proceeds to step 1295 to end the program once.

以上の手順により、タービン流入ガス圧力P4が順次増大(変更)されながら、ステップ430にて質量保存則に基づく式が成立するか否かが判定されるとともに、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)を超えると、ターボチャージャ36(ターボチャージャ36を含む過給システム)が異常であると判定される。即ち、本装置は、推定される変数(ターボチャージャ状態量)のうちの少なくとも一つであるタービン流入ガス圧力P4は仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。   While the turbine inflow gas pressure P4 is sequentially increased (changed) by the above procedure, it is determined in step 430 whether or not an equation based on the law of conservation of mass is established, and the turbine inflow gas pressure P4 is within a predetermined range. When (Pmin to Pmax) is exceeded, it is determined that the turbocharger 36 (supercharging system including the turbocharger 36) is abnormal. That is, in this apparatus, the turbine inflow gas pressure P4, which is at least one of the estimated variables (turbocharger state quantity), is an assumed value and is sequentially changed until the mass conservation formula is satisfied. Turbocharger abnormality determination means is provided that determines that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when the same mass conservation equation is not satisfied even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range.

いま、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)を超える前に、ステップ430にて質量保存則に基づく式が成立したと仮定する。この場合、CPUはステップ430にて「Yes」と判定してステップ440に進み、ターボチャージャ慣性エネルギーLi及びその他の損失エネルギーLmを求める。その後、CPUはステップ445にて、先のコンプレッサプログラム1(ステップ410)により求められたコンプレッサ付与エネルギーLc、タービンプログラム1(ステップ420)により求められたタービン取得エネルギーLt、ステップ440にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーLi及びその他の損失エネルギーLmが、(1)式のエネルギーバランス式を満足しているか否かを判定する。   Now, it is assumed that the formula based on the law of conservation of mass is established in step 430 before the turbine inflow gas pressure P4 exceeds a predetermined range (Pmin to Pmax). In this case, the CPU makes a “Yes” determination at step 430 to proceed to step 440 to obtain the turbocharger inertial energy Li and other loss energy Lm. Thereafter, in step 445, the CPU obtains the compressor imparted energy Lc obtained by the previous compressor program 1 (step 410), the turbine acquired energy Lt obtained by the turbine program 1 (step 420), and obtained in step 440. It is determined whether the turbocharger inertial energy Li and other loss energy Lm satisfy the energy balance equation (1).

この時点で、(1)式のエネルギーバランス式が成立していなければ、CPUはステップ445にて「No」と判定してステップ450に進み、ターボチャージャ回転速度Ntを所定の微小値βだけ増大する。   At this time, if the energy balance equation (1) is not established, the CPU makes a “No” determination at step 445 to proceed to step 450 to increase the turbocharger rotational speed Nt by a predetermined minute value β. To do.

次いで、CPUはステップ1215に進み、ステップ450にて更新されたターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲(Ntmin〜Ntmax)内にあるか否かを判定する。そして、ターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲(Ntmin〜Ntmax)内にあれば、CPUはステップ1215にて「Yes」と判定してステップ410に戻る。   Next, the CPU proceeds to step 1215 to determine whether or not the turbocharger rotational speed Nt updated at step 450 is within a predetermined range (Ntmin to Ntmax). If the turbocharger rotational speed Nt is within a predetermined range (Ntmin to Ntmax), the CPU makes a “Yes” determination at step 1215 to return to step 410.

一方、ターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲(Ntmin〜Ntmax)内になければ、CPUはステップ1215にて「No」と判定し、ステップ1220に進んでターボチャージャ異常フラグXTCの値を「1」に設定し、ステップ1295に進んで本プログラムを一旦終了する。   On the other hand, if the turbocharger rotational speed Nt is not within the predetermined range (Ntmin to Ntmax), the CPU makes a “No” determination at step 1215 to proceed to step 1220 to set the value of the turbocharger abnormality flag XTC to “1”. And the program proceeds to step 1295 to end the program once.

以上の手順により、ターボチャージャ回転速度Ntが順次増大(変更)されながら、ステップ445にてエネルギー保存則に基づく式が成立するか否かが判定され、そのエネルギー保存則に基づく式が成立する前の時点でターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲(Ntmin〜Ntmax)を超えると、ターボチャージャ36(ターボチャージャを含む過給システム)が異常となっていると判定される。   According to the above procedure, while the turbocharger rotation speed Nt is sequentially increased (changed), it is determined in step 445 whether or not an expression based on the energy conservation law is established, and before the expression based on the energy conservation law is established. When the turbocharger rotational speed Nt exceeds a predetermined range (Ntmin to Ntmax) at the time of, it is determined that the turbocharger 36 (supercharging system including the turbocharger) is abnormal.

即ち、この装置は、推定される変数(ターボチャージャ状態量)のうちの少なくとも一つであるターボチャージャ回転速度Ntは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。   That is, in this apparatus, the turbocharger rotational speed Nt, which is at least one of the estimated variables (turbocharger state quantity), is an assumed value and is sequentially changed until the energy balance equation is satisfied. Turbocharger abnormality determination means is provided for determining that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when the energy balance equation is not satisfied even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range.

いま、タービン流入ガス圧力P4が所定の範囲(Pmin〜Pmax)を超えることなく、且つ、ターボチャージャ回転速度Ntが所定の範囲(Ntmin〜Ntmax)を超えることなく、ステップ445にて(1)式のエネルギーバランス式が成立したと仮定すると、CPUはステップ445にて「Yes」と判定してステップ1225に進み、先のコンプレッサプログラム1(ステップ410)により求められた「コンプレッサ付与エネルギーLc」に対するステップ440にて求められた「その他の損失エネルギーLm」の比R(R=Lm/Lc)が閾値(異常判定値)Rthより大きいか否かを判定する。   Now, the turbine inflow gas pressure P4 does not exceed the predetermined range (Pmin to Pmax) and the turbocharger rotational speed Nt does not exceed the predetermined range (Ntmin to Ntmax). Assuming that the energy balance equation is established, the CPU makes a “Yes” determination at step 445 to proceed to step 1225 to execute a step for “compressor imparted energy Lc” obtained by the previous compressor program 1 (step 410). It is determined whether the ratio R (R = Lm / Lc) of “other energy loss Lm” obtained at 440 is greater than a threshold value (abnormality determination value) Rth.

ターボチャージャ36(ターボチャージャを含む過給システム)に異常が生じていない場合、比Rは閾値Rthより大きくなることはない。そこで、CPUは比Rが閾値Rthより大きい場合、ターボチャージャ36が異常となっていると判定し、ステップ1225からステップ1220へと進んでターボチャージャ異常フラグXTCの値を「1」に設定し、ステップ1295に進んで本プログラムを一旦終了する。   If there is no abnormality in the turbocharger 36 (a turbocharging system including a turbocharger), the ratio R does not become larger than the threshold value Rth. Therefore, when the ratio R is larger than the threshold value Rth, the CPU determines that the turbocharger 36 is abnormal, proceeds from step 1225 to step 1220, and sets the value of the turbocharger abnormality flag XTC to “1”. Proceeding to step 1295, the program is temporarily terminated.

他方、ステップ1225にて比R(Lm/Lc)が閾値Rth以下であれば、CPUはステップ455にてターボチャージャ状態量(P3、T3、P4、T6、Nt、G4)を推定された値として出力し、続くステップ1230にてターボチャージャ異常フラグXTCの値を「0」に設定し、ステップ1295に進んで本プログラムを一旦終了する。以上が、第4実施形態の作動である。   On the other hand, if the ratio R (Lm / Lc) is equal to or smaller than the threshold value Rth in step 1225, the CPU determines the turbocharger state quantities (P3, T3, P4, T6, Nt, G4) as estimated values in step 455. In step 1230, the value of the turbocharger abnormality flag XTC is set to “0”, and the process proceeds to step 1295 to end the program once. The above is the operation of the fourth embodiment.

このように、第4実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、前記エネルギーバランス式と前記質量保存式との両式が成立したとき、同エネルギーバランス式に用いている損失エネルギーLmが同エネルギーバランス式に用いているコンプレッサ付与エネルギーLcを基準として定められる閾値(Rth・Lc)より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。   Thus, in the turbocharger state quantity estimation device according to the fourth embodiment, when both the energy balance equation and the mass conservation equation are established, the loss energy Lm used in the energy balance equation is the same energy. Turbocharger abnormality determining means for determining that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when it is larger than a threshold value (Rth · Lc) determined based on the compressor imparted energy Lc used in the balance equation.

これによれば、前記エネルギーバランス式と前記質量保存式との両式が満足された場合であっても、ターボチャージャを含む過給システムが異常であることを一層確実に検出することができる。   According to this, even when both the energy balance type and the mass conservation type are satisfied, it is possible to more reliably detect that the supercharging system including the turbocharger is abnormal.

なお、第4実施形態において、図12のステップ435の処理後はステップ420に直接進むようにプログラムを構成するとともに、ステップ1205及びステップ1210をステップ445とステップ1225の間に配置することも好適である。
同様に、図12のステップ450の処理後はステップ410に直接進むようにプログラムを構成するとともに、ステップ1215及びステップ1220をステップ445とステップ1225の間に配置することも好適である。
In the fourth embodiment, it is also preferable to configure the program so as to proceed directly to step 420 after the processing of step 435 in FIG. 12, and to arrange step 1205 and step 1210 between step 445 and step 1225. is there.
Similarly, it is also preferable to configure the program to proceed directly to step 410 after the processing of step 450 in FIG. 12 and to arrange step 1215 and step 1220 between step 445 and step 1225.

以上、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、各実施形態においては、ターボチャージャ回転速度Ntは、エネルギー保存則に基づく式が成立するまで、初期値Ntintから次第に増大されていたが、最初は初期値Ntintにて計算を行い、次に初期値Ntint+γにて計算を行い、次いで初期値Ntint−γにて計算を行い、その次に初期値Ntint+2・γ、初期値Ntint−2・γ、初期値Ntint+3・γ、更に、初期値Ntint−3・γのように、増減させて行ってもよい。また、仮定値としてのターボチャージャ回転速度Ntに想定される中で最大の値を初期値として与えておき、推定途中において初期値Ntintから次第に減少してもよい。以上に述べたことは、タービン流入ガス圧力P4の他、ターボチャージャ状態量推定のために変更される仮定値(変数)について同様に適用される。   As mentioned above, although the embodiment of the turbocharger state quantity estimating device according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be adopted within the scope of the present invention. it can. For example, in each embodiment, the turbocharger rotational speed Nt is gradually increased from the initial value Ntint until an equation based on the law of conservation of energy is satisfied. The calculation is performed with the initial value Ntint + γ, then the calculation is performed with the initial value Ntint−γ, and then the initial value Ntint + 2 · γ, the initial value Ntint−2 · γ, the initial value Ntint + 3 · γ, and the initial value Ntint− You may carry out by increasing / decreasing like 3 * (gamma). Alternatively, the maximum value assumed as the assumed turbocharger rotation speed Nt may be given as an initial value, and gradually decreased from the initial value Ntint during estimation. What has been described above is similarly applied to the assumed value (variable) changed for estimating the turbocharger state quantity in addition to the turbine inflow gas pressure P4.

更に、上記各実施形態において状態量が推定されるターボチャージャは、バリアブルノズル式ターボチャージャであったので、バリアブルノズル開度VNをターボチャージャ状態量の一つとしていた。これに対し、バリアブルノズル可変機構を備えない(バリアブルノズル式でない)ターボチャージャにも本発明は当然に適用できる。この場合、例えば、(12)式及び(15)式などにおいて、バリアブルノズル開度VNを一定値にすれば、上記複数の式をそのまま用いてターボチャージャの状態量を求めることができる。   Furthermore, since the turbocharger whose state quantity is estimated in each of the above embodiments is a variable nozzle type turbocharger, the variable nozzle opening VN is one of the turbocharger state quantities. In contrast, the present invention is naturally applicable to a turbocharger that does not include a variable nozzle variable mechanism (not a variable nozzle type). In this case, for example, in the formulas (12) and (15), if the variable nozzle opening VN is set to a constant value, the state quantity of the turbocharger can be obtained using the plurality of formulas as they are.

本発明の第1実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置及び同推定装置が適用される内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a turbocharger state quantity estimation device and an internal combustion engine to which the estimation device according to a first embodiment of the present invention is applied. 図1に示したターボチャージャ状態量推定装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the turbocharger state quantity estimating device shown in FIG. 1. 図1に示したターボチャージャ状態量推定装置がターボチャージャ状態量として扱う変数を示す図である。It is a figure which shows the variable which the turbocharger state quantity estimation apparatus shown in FIG. 1 handles as a turbocharger state quantity. 図1に示したターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus shown in FIG. 1 performs. 図1に示したターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラム(コンプレッサプログラム1)を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program (compressor program 1) which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus shown in FIG. 1 performs. 図1に示したターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラム(タービンプログラム1)を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program (turbine program 1) which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus shown in FIG. 1 performs. 本発明の第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention runs. 本発明の第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラム(タービンプログラム2)を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program (turbine program 2) which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention performs. 本発明の第2実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラム(コンプレッサプログラム2)を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program (compressor program 2) which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention performs. 本発明の第3実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUがターボチャージャ回転速度検出センサの異常検出のために追加的に実行するプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention performs additionally for the abnormality detection of a turbocharger rotational speed detection sensor. 本発明の第3実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUが、ターボチャージャ回転速度検出センサ以外の他のセンサが異常であるか否かを判定するために追加的に実行するプログラムを示したフローチャートである。The CPU of the turbocharger state quantity estimation device according to the third embodiment of the present invention shows a program that is additionally executed to determine whether other sensors other than the turbocharger rotation speed detection sensor are abnormal. It is a flowchart. 本発明の第4実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のCPUが実行するプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program which CPU of the turbocharger state quantity estimation apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention runs.

符号の説明Explanation of symbols

10…多気筒ディーゼルエンジン(内燃機関)、20…エンジン本体、21…燃料噴射弁、30…吸気系統、31…吸気マニホールド、32…サージタンク、33…吸気管、34…スロットル弁、34a…スロットル弁アクチュエータ、35…インタクーラ、36…ターボチャージャ、36a…コンプレッサ、36a1…コンプレッサブレード、36b…タービン、36b1…タービンブレード、36c…タービンシャフト、36d…ノズルベーン、36e…ノズルベーンアクチュエータ、40…排気系統、41…排気マニホールド、42…排気管、50…電気制御装置、51…エアフローメータ、52…コンプレッサ流入ガス圧力センサ、53…コンプレッサ流入ガス温度センサ、54…タービン流入ガス温度センサ、55…タービン流出ガス圧力センサ、56…バリアブルノズル開度センサ、57…アクセルペダル操作量センサ、58…エンジン回転速度センサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Multi-cylinder diesel engine (internal combustion engine), 20 ... Engine main body, 21 ... Fuel injection valve, 30 ... Intake system, 31 ... Intake manifold, 32 ... Surge tank, 33 ... Intake pipe, 34 ... Throttle valve, 34a ... Throttle Valve actuator, 35 ... intercooler, 36 ... turbocharger, 36a ... compressor, 36a1 ... compressor blade, 36b ... turbine, 36b1 ... turbine blade, 36c ... turbine shaft, 36d ... nozzle vane, 36e ... nozzle vane actuator, 40 ... exhaust system, 41 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Exhaust manifold, 42 ... Exhaust pipe, 50 ... Electric control device, 51 ... Air flow meter, 52 ... Compressor inflow gas pressure sensor, 53 ... Compressor inflow gas temperature sensor, 54 ... Turbine inflow gas temperature sensor, 55 ... Turbine outflow Scan the pressure sensor, 56 ... variable nozzle opening degree sensor, 57 ... accelerator pedal operation amount sensor, 58 ... engine rotational speed sensor.

Claims (6)

内燃機関に過給するターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数、同コンプレッサを通過するガスの流量であるコンプレッサ通過ガス流量、同ターボチャージャの回転軸の回転速度であるターボチャージャ回転速度及び同コンプレッサが同コンプレッサを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーの間の関係を記述したコンプレッサモデル式、
前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数、同タービンから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数、同タービンを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び同タービンが同タービンを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーの間の関係を記述したタービンモデル式、
前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの慣性エネルギーを求める慣性エネルギー式、
前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの損失エネルギーを求める損失エネルギー式、
コンプレッサ付与エネルギーとターボチャージャの慣性エネルギーとターボチャージャの損失エネルギーとの和がタービン取得エネルギーと等しいとするエネルギーバランス式、並びに、
コンプレッサ通過ガス流量と内燃機関に供給される燃料量との和がタービン通過ガス流量に等しいとする質量保存式、
からなる複数の式において用いられる複数の変数のうちの所定の変数を実測するとともに、同実測された所定の変数を同複数の式に適用することにより、前記コンプレッサ流入ガス状態変数、前記コンプレッサ流出ガス状態変数、前記タービン流入ガス状態変数、前記タービン流出ガス状態変数、前記コンプレッサ通過ガス流量、前記タービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び前記内燃機関に供給される燃料量のうちの実測されていない変数を前記ターボチャージャの状態量として推定するターボチャージャの状態量推定装置。
A turbocharger state quantity estimating device for supercharging an internal combustion engine,
A compressor inflow gas state variable representing a state of gas flowing into the compressor of the turbocharger, a compressor outflow gas state variable representing a state of gas flowing out from the compressor, a compressor passing gas flow rate being a flow rate of gas passing through the compressor, Compressor model equation describing the relationship between the turbocharger rotation speed, which is the rotation speed of the rotating shaft of the turbocharger, and the compressor applied energy, which is the energy that the compressor gives to the gas passing through the compressor,
A turbine inflow gas state variable representing a state of gas flowing into the turbine of the turbocharger, a turbine outflow gas state variable representing a state of gas flowing out from the turbine, a turbine passing gas flow rate being a flow rate of gas passing through the turbine, A turbine model equation describing the relationship between the turbocharger rotational speed and turbine acquired energy, which is the energy the turbine receives from the gas passing through the turbine,
An inertial energy equation for determining the inertial energy of the turbocharger based on the turbocharger rotation speed;
Loss energy formula for determining the loss energy of the turbocharger based on the turbocharger rotation speed,
An energy balance formula that the sum of compressor imparted energy, turbocharger inertial energy, and turbocharger loss energy is equal to turbine acquired energy, and
A mass conservation type in which the sum of the compressor passing gas flow rate and the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is equal to the turbine passing gas flow rate,
And measuring the predetermined variable of the plurality of variables used in the plurality of equations, and applying the measured predetermined variable to the plurality of equations, so that the compressor inflow gas state variable, the compressor outflow Of the gas state variable, the turbine inflow gas state variable, the turbine outflow gas state variable, the compressor passing gas flow rate, the turbine passing gas flow rate, the turbocharger rotational speed, and the amount of fuel supplied to the internal combustion engine. A turbocharger state quantity estimating apparatus that estimates a variable that is not present as a state quantity of the turbocharger.
請求項1に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの一つの変数を実測するセンサと、
前記センサにより実測された変数と前記推定された一つの変数の値とが所定値以上乖離しているとき同センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段と、
を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
The turbocharger state quantity estimating device according to claim 1,
A sensor that actually measures one of the estimated variables;
Sensor abnormality determination means for determining that the sensor is abnormal when a variable actually measured by the sensor and a value of the one estimated variable deviate by a predetermined value or more;
A turbocharger state quantity estimating device.
請求項1に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
The turbocharger state quantity estimating device according to claim 1,
At least one of the estimated variables is an assumed value that is sequentially changed until the mass conservation formula is satisfied, and the same mass is maintained even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range. A turbocharger state quantity estimation device comprising turbocharger abnormality determining means for determining that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when the conservation formula is not satisfied.
請求項1に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
The turbocharger state quantity estimating device according to claim 1,
At least one of the estimated variables is an assumed value that is sequentially changed until the energy balance equation is satisfied, and the same energy even if the assumed value to be changed exceeds a predetermined range. A turbocharger state quantity estimating device comprising turbocharger abnormality determining means for determining that the supercharging system including the turbocharger is abnormal when the balance formula is not established.
請求項1に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記実測されていない変数が推定されたときに前記エネルギーバランス式に用いられている損失エネルギーが同エネルギーバランス式に用いてられているコンプレッサ付与エネルギーを基準として定められる閾値より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
The turbocharger state quantity estimating device according to claim 1,
When the loss energy used in the energy balance equation when the unmeasured variable is estimated is larger than a threshold value determined based on the compressor imparted energy used in the energy balance equation, the turbocharger A turbocharger state quantity estimation device comprising turbocharger abnormality determination means for determining that the supercharging system including the abnormality is abnormal.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のターボチャージャの状態量推定装置において、
前記コンプレッサ流入ガス状態変数は、前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの温度及び圧力であり、
前記コンプレッサ流出ガス状態変数は、前記ターボチャージャのコンプレッサから流出するガスの温度及び圧力であり、
前記タービン流入ガス状態変数は、前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの温度及び圧力であり、
前記タービン流出ガス状態変数は、前記ターボチャージャのタービンから流出するガスの温度及び圧力である、
ターボチャージャの状態量推定装置。
In the turbocharger state quantity estimating device according to any one of claims 1 to 5,
The compressor inflow gas state variables are the temperature and pressure of the gas flowing into the turbocharger compressor,
The compressor effluent gas state variables are the temperature and pressure of the gas leaving the turbocharger compressor,
The turbine inflow gas state variables are the temperature and pressure of the gas flowing into the turbocharger turbine,
The turbine effluent gas state variables are the temperature and pressure of gas exiting the turbocharger turbine,
Turbocharger state quantity estimation device.
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