JP2009168007A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャの個体差、経時劣化等の影響を受けずに、所望の過給圧に対して応答良く吸入空気の過給圧を得ることが可能な可変翼調整機構を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ターボチャージャのタービンに備えられた可変翼調整機構を制御することで該タービンの翼開度を調整し、過給圧を制御するものにおいて、ターボチャージャの熱力学モデルとタービン特性とを用いてタービンの翼開度を算出する過給機のモデルを備え、該モデルで用いられている効率を、ターボチャージャのタービン入口の排気圧（タービン入口圧）を計測することにより導かれる実際の効率で補正することによりモデルの精度を高め、制御性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変タービン機構を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

排気動力を用いて吸入空気を過給する過給機としてターボチャージャが知られている。一般的に、ターボチャージャは、吸気通路に設けられたコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有し、このコンプレッサとタービンとはシャフトにて連結されている。そして、排気通路を流れる排ガスによってタービンが回転すると、その回転力がシャフトを介してコンプレッサに伝達され、吸気通路内を流れる吸入空気量がコンプレッサにより圧縮されて過給が行われる。

また、近年では、ターボチャージャのタービンの動力を調整する可変タービン機構を有する技術が考えられている。可変タービン機構の１つとして、ターボチャージャのタービン側に可変翼開度調整機構を設け、この可変翼開度調整機構によりタービン翼の開度（タービン翼開度）を調整することによって、所望の過給圧を得る過給機付き内燃機関の制御装置が提案されている。より具体的には、可変翼開度調整機構は、タービン翼開度を調整することによって、タービンに流入する排ガスの流入角度を制御することができ、タービン動力、つまりはコンプレッサ動力を可変に制御することができる。

このような可変翼開度調整機構を備えた過給機において、例えば、特許文献１には、所望の過給圧に対して応答良く吸入空気の過給圧を得るために、過給機のモデルを用いてタービン翼開度を求める技術が開示されている。この過給機のモデルでは、コンプレッサ、タービン、およびシャフトなどの摩擦等による損失を考慮して、目標過給圧（所望の過給圧）に基づいてタービン翼開度を算出している。
米国特許６７３２５２３号公報

ところで、この過給機のモデルでは、コンプレッサ、タービン、およびシャフトなどの摩擦等による損失を、それぞれコンプレッサ、タービン、およびシャフトの効率とし、特定のターボチャージャで測定された基準の効率が設定されている。

しかしながら、実際には、個々のターボチャージャは、例えばコンプレッサ、またはタービンの回転翼とケーシングとの隙間の違いや、コンプレッサとタービンとをつなぐシャフトの摩擦係数の違いにより、実際の効率が予め設定された基準の効率と異なる場合がある。このように、実際の効率が基準の効率と異なると、モデルの精度に影響を与えるため、所望の過給圧に対して応答良く吸入空気の過給圧を得ることができない。

この対策として、個々にターボチャージャの効率を測定することが考えられる。しかしながら、個々にターボチャージャの効率を測定しても、経時劣化等の影響により実際の効率が変化すると、実際の効率と基準の効率とにずれが生じるため、モデルの精度が悪化し、所望の過給圧に対して応答良く吸入空気の過給圧を得ることができない虞がある。

そこで、本発明は、ターボチャージャの個体差、経時劣化等の影響を受けずに、所望の過給圧に対して応答良く吸入空気の過給圧を得ることが可能な可変タービン機構を有する過給機を備えた内燃機関を提供することを目的とする。

そこで、本発明の請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設けられたタービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、タービンの動力を調整する可変タービン機構と、コンプレッサより下流の吸気の過給圧と、タービンより上流の排気通路のタービン入口圧とを関連付けるパラメータを記憶する記憶手段と、内燃機関の運転状態に基づいて算出されるコンプレッサより下流の吸気の目標過給圧と、記憶手段に記憶されたパラメータと、タービンの入口圧とタービンの操作量とを関連付ける過給機のモデルに基づいて、目標過給圧からタービンの操作量を算出し、可変タービン機構を制御する制御手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、コンプレッサより下流の吸気の圧力を実過給圧として検出する吸気圧検出手段と、タービンより上流の排気の圧力を実タービン入口圧として検出するタービン入口圧検出手段と、実過給圧と実タービン入口圧とに基づいて、パラメータに相当する実パラメータを算出する算出手段と、実パラメータに基づいて、記憶手段に記憶されたパラメータを学習補正する学習手段とを備える。

このように、予め記憶されたパラメータを、実過給圧と実タービン入口圧とに基づいて算出された実パラメータに基づいて学習補正することで、ターボチャージャの個体差、経時劣化等の影響を少なくすることができ、延いては、所望の過給圧に対して応答良く過給圧を得ることが可能となる。

また、請求項２に係る発明のように、算出手段は、実過給圧に応じて算出されるコンプレッサの実理論コンプレッサ動力と実タービン入口圧に応じて算出されるタービンの実理論タービン動力とに基づいて、実パラメータを算出すると良い。

また、請求項３に係る発明のように、パラメータは、過給圧に応じて算出されるコンプレッサの実理論コンプレッサ動力からコンプレッサの実コンプレッサ動力を算出するための第１パラメータと、実コンプレッサ動力からタービンの実タービン動力を算出するための第２パラメータと、実タービン動力からタービン入口圧と相関のあるタービンの実理論タービン動力を算出するための第３パラメータとを含み、算出手段は、実過給圧に応じて算出される前記コンプレッサの実理論コンプレッサ動力と、実タービン入口圧に応じて算出されるタービンの実理論タービン動力とに基づいて、第１、第２、および第３パラメータのいずれか１つの実パラメータを算出すると良い。

このように、第１、第２、および第３パラメータのいずれか１つの実パラメータを算出し、該実パラメータに基づいて予め記憶されたパラメータを学習補正することで、ターボチャージャの個体差、経時劣化等の影響を少なくすることができ、延いては、所望の過給圧に対して応答良く過給圧を得ることが可能となる。

また、請求項４に係る発明のように、算出手段は、第１、第２、および第３パラメータのうちいずれか２つのパラメータを一定とし、これらパラメータと実理論コンプレッサ動力と実理論タービン動力とに基づいて、残りの１つのパラメータに相当する実パラメータを算出すると良い。これにより、目標過給圧からタービンの操作量を精度良く算出することができ、延いては、所望の過給圧に対して応答良く過給圧を得ることが可能となる。

［実施形態（１）］
以下、図を用いて内燃機関であるディーゼルエンジンに本発明を適用した実施形態を説明する。まず、図１は、エンジン制御システムの全体概要構成図であり、図２は図１を簡素化した概要構成図である。

図１に示すエンジン１０において、シリンダブロック１１にはピストン１２が収容され、シリンダ内壁とピストン１２とシリンダヘッド１３とにより燃焼室１４が区画形成されている。シリンダヘッド１３には電気制御式の燃料噴射弁１５が配設されている。この燃料噴射弁１５にはコモンレール１６から高圧燃料が給送され、燃料噴射弁１５の開動作に伴い燃焼室１４内に燃料が噴射供給される。なお図示は省略するが、本システムでは、燃料タンク内の燃料をコモンレール１６に圧送するための燃料ポンプを備えており、センサ等で検出したコモンレール内圧力（燃料圧）に基づいて燃料ポンプの燃料吐出量が制御されるようになっている。

吸気ポートには吸気弁１７が配設され、排気ポートには排気弁１８が配設されている。また、吸気ポートには吸気管２１が接続されており、吸気管２１においてサージタンク２２よりも上流側にはインタークーラ３７が設けられている。サージタンク２２には、吸気管圧力（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を実過給圧として検出する吸気圧センサ２３が設けられている。排気ポートには排気管２４が接続されている。

吸気管２１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管２１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらがシャフト３３にて連結されている。また、タービンホイール３２には、タービンホイール３２の開度（以下、「タービン翼開度」という）を調整可能な可変翼調整機構５３が設けられている。

ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気によってタービンホイール３２が回転し、その回転力がシャフト３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３１により、吸気管２１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。なお、可変翼調整機構５３により、タービン翼開度を調整することで、タービンホイール３２の回転を調整することができる。つまりは、可変翼調整機構５３により、タービン翼開度を調整することで、吸入空気の過給を制御することが可能となる。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３７によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３７によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。また、インタークーラ３７の下流には、スロットル弁２６が設けられている。

吸気管２１の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ５１と、吸入空気量の温度を検出する吸気温センサ５２とが設けられている。その他、本制御システムでは、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２７、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２８、大気圧を検出する大気圧センサ２９等の各種センサが設けられている。

また、排気管２４において、排気管に設けられたタービンの上流の排気管の圧力を検出するタービン入口圧センサ５４と、図示は省略するが、排気管２４においてターボチャージャ３０のタービン下流側にはＮＯｘ吸収剤を内蔵した触媒装置が設けられている。更に、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ下流側と排気管２４において触媒装置の上流側との間にはＥＧＲ通路４２が設けられており、そのＥＧＲ通路４２の途中には、エンジン冷却水等によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲインタークーラと、ＥＧＲ制御弁４４とが配設されている。

エンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量、スロットル弁制御量、ＥＧＲ制御量、燃圧制御量等を演算し、それらに基づいて燃料噴射弁、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁４４、燃料ポンプ等の駆動を制御する。

図３は、エンジンＥＣＵ５０の中に組み込まれた過給圧制御の制御ブロック図である。この制御ブロック図を使って過給圧制御の概要を説明する。エンジンＥＣＵ５０は、例えば、エンジン運転状態に基づいて目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する。そして、該目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇおよび図３には記載のない他のエンジン運転状態、例えば吸入空気量や吸入空気温に基づき、フィードフォワード制御器Ｂ３０にてタービン翼開度の基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅ（以下、「可変翼開度基本位置」という）を算出する。また、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇとエンジン上で計測された実過給圧Ｐ１Ｅとの差ΔＰ１Ｅに基づきフィードバック制御器Ｂ２０にてフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂを算出する。次に、可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅにフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂを加えて過給圧を目標に制御するためのタービン翼開度ＶＮ＿ｔｒｇ（以下、「指令可変翼開度位置」という）が算出される。なお、本実施形態では、フィードバック制御器Ｂ２０に、ＰＩＤ制御器を採用していており、フィードバック制御器Ｂ２０にて算出されたフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂは、タービン翼開度を制御する制御量である。なお、フィードバック制御器Ｂ２０は、ＰＩＤ制御器に限定するものではなく、例えば、ＰＤ制御、ＰＩ制御、最適レギュレータ制御などを利用することができる。

図４は、図３のフィードフォワード制御器Ｂ３０の中に組み込まれるフィードフォワードモデルの制御ブロック図である。以下、図４を用いて、フィードフォワードモデルの制御を説明する。

まず、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する。なお、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇは、エンジンの運転状態から算出しても良いし、運転者が要求する目標トルクに基づいて算出しても良い。目標トルクを基に目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する場合、目標トルクから目標燃料噴射量を算出し、該目標燃料噴射量とエンジン回転速度とに基づいて算出すると良い。ここで、目標トルクは、例えば、運転者によって踏み込まれるアクセルペダルのアクセル開度に基づいて算出される。

目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇが算出されると、制御ブロックＢ３１にてエンジンに吸入される目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇが算出される。目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇは、吸気ガス密度とエンジンに吸入する体積効率とに基づいて算出される。

まず、制御ブロックＢ３１において、目標吸気温Ｔｅｎｇ＿ｔｒｇに基づき吸気ガスの密度ρが算出される。密度ρは、以下の数１によって算出することができる。なお、目標吸気温Ｔｅｎｇ＿ｔｒｇの算出方法は、例えば、所望の目標過給圧を得るための吸入空気温として、目標過給圧をパラメータとしたマップを用いて設定すると良い。また、吸気温センサによって検出された吸気温を目標吸気温として設定しても良い。なお、本実施形態のようにインタークーラが取り付けられている場合には、吸入空気がインタークーラを通過することにより冷却された吸気温を推定して、この吸気温を目標吸気温として設定すると良い。

続いて、エンジンの運転状態、通常はエンジン回転数Ｎｅと噴射量Ｑに基づきエンジンに吸入するガスの体積効率ηｖｏｌを算出する。この体積効率ηｖｏｌは、予めエンジン上で測定され保管されたマップから算出する（数２参照）。

次に、エンジンに吸入される目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇは、例えば、４サイクル機関で１シリンダの容積がＶｈの場合、以下の数３を用いて求めることができる。

続いて、制御ブロックＢ３２では、制御ブロックＢ３１で算出されたエンジンに吸入される目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇと吸入されるＥＧＲガス量Ｇｅｇｒからターボチャージャのコンプレッサが圧縮すべき目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇが算出される（数４参照）。なお、ＥＧＲ装置を備えていない場合には、ＥＧＲガス量を考慮する必要はない。

制御ブロックＢ３３では、ターボチャージャのコンプレッサが圧縮すべき目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇに基づいて、ターボチャージャの熱力学モデルより目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出し、機械効率ηｍを加味した後、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇを算出する。そして目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇより目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを算出する。

以下、図５を用いて、制御ブロックＢ３３において目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを算出するフローを説明する。

図５において、まず、ステップＳ１０１では、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇを算出する。この目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇは、例えば、数５を用いて算出すると良い。なお、本実施形態では、コンプレッサでの圧縮仕事を等エントロピー仕事として、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇと目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇとから目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇを算出している。数５において、Ｃｐａは吸入空気の定圧比熱、κａは比熱比、Ｔ１Ｃは吸気温センサ５２で計測された吸気温度、Ｐａは大気圧センサ２９で計測された大気圧をそれぞれ意味している。なお、吸入空気の定圧比熱Ｃｐａと、比熱比κａは、予め設定した値を設定すると良い。

次に、ステップＳ１０２では、コンプレッサ効率を算出する。コンプレッサ効率ηＣは、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇに基づいて算出される。この場合、例えば、図６のような、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇをパラメータとしたコンプレッサ効率特性マップを用いて算出すると良い。

続いて、ステップＳ１０３では、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出する。なお、本実施形態では、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇとコンプレッサ効率ηＣとから実際の目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出している（数６参照）。

また、ステップＳ１０４では、機械効率を算出する。この機械効率ηｍは、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇに基づいて算出される。この場合、例えば、図７のように、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇをパラメータとした機械効率特性マップを用いて算出すると良い。

次に、ステップＳ１０５にて、目標タービン動力を算出する。この目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇは、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇと機械効率ηｍとに基づいて算出することができ、以下の数７を用いて算出される。

次に、ステップＳ１０６では、タービン効率を算出する。このタービン効率ηＴは、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇに基づいて算出される。タービン効率ηＴは、例えば、図８に記載のタービン効率特性マップを用いて算出すると良い。

また、ステップＳ１０７では、目標タービン入口圧を算出する。この目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇは、エンジンから排出された排ガスで目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇを達成するためのタービン入口の目標圧力である。

ここで、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇは以下の数８で算出することができる。数８において、Ｃｐｅｘは予め決められた排ガスの定圧比熱、κｅｘは比熱比、Ｔ１Ｔは現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温、Ｇｅｘはタービンを通過する排ガス流量、Ｐ２Ｔは推定されたタービン出口圧を表している。なお、本実施形態では、タービン出口圧は、大気圧センサによって検出された大気圧を採用しているが、タービン出口に圧力センサを設け、その圧力センサによって直接圧力を検出しても良い。

上記数８を変形すると目標タービン入口圧は以下の数９ように表すことができる。

このように、目標タービン入口圧は、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇとタービン効率ηＴとに基づいて算出することができる。なお、本実施形態（１）では、タービン効率特性マップを逐次学習することにより、最適な目標タービン入口圧を算出している。

また、本実施形態では、ステップＳ１０７で目標タービン入口圧を算出するために、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇとタービン入口圧との関係を示す数９を用いて算出したが、数１０の式を用いて、目標理論タービン動力ｗＴ＿ｔｒｇを算出し、数１１を変形して、目標タービン入口圧を算出しても良い。

より具体的には、ステップＳ１０７において、数１０を用いて、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇから目標理論タービン動力ｗＴ＿ｔｒｇを算出する。なお、タービン効率ηＴは、ステップＳ１０６で算出した値を用いる。

次に、目標理論タービン動力ｗＴ＿ｔｒｇとタービン入口圧との関係は、数１１のように表すことができる。

上記数１１を変形すると目標タービン入口圧は以下の数１２ように算出される。

このように、目標理論タービン動力を算出して、目標タービン入口圧を算出しても良い。

以上説明した制御ブロックＢ３３では、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇと目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇとから目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇが算出される。

続いて、図４の制御ブロックＢ３５では、制御ブロックＢ３３で算出された目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを達成するための可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを算出する。この計算には図９示すタービン特性が用いられる。図９において、各タービン特性は、可変翼開度を一定としたときの膨張比（タービン入口圧÷タービン出口圧）と基準温度、圧力に修正した修正排ガス流量Ｇｅｘ^＊との関係を示したものである。

以下、図１０を用いて、制御ブロックＢ３５の演算フローを説明する。

まず、ステップＳ３０１で、タービン入口圧センサ５４で測定されたタービン入口圧Ｐ１Ｔと現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温をＴ１Ｔ、排ガス流量Ｇｅｘから修正排ガス流量Ｇｅｘ^＊を算出する（数１３参照）。なお、基準温度２８８Ｋ、基準圧力１０１．３２５ｋＰａとしている。

続いてステップＳ３０２では、目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇとタービン出口圧Ｐ２Ｔとから数１４を用いて目標膨張比πＴ＿ｔｒｇを算出する。なお、タービン出口圧Ｐ２Ｔは、圧力センサを設け、圧力センサの出力に基づいて直接設定しても良いし、排ガス流量Ｇｅｘに基づいて推定しても良い。また、大気圧を用いても良い。

ステップＳ３０３で、修正排ガス流量Ｇｅｘ^＊と目標膨張比πＴ＿ｔｒｇにて、ＥＣＵ５０内に組み込まれた、図９のタービン特性図を用いて可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを算出する。

このように、可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを図３の制御ブロックのフィードフォワード値として使用することにより、より精度の高い制御が可能となる。

次に、本実施形態の特徴部分である、制御ブロックＢ３３で使用されるタービン効率ηＴを学習補正する制御ブロック（フロー）について説明する。なお、本実施形態の図４の制御ブロックＢ３４では、実際のターボチャージャの運転状態からコンプレッサ動力とタービン動力を算出することによりタービン効率を学習補正するものである。

ここで、コンプレッサの圧縮仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実過給圧に基づき算出されるコンプレッサ動力を実理論コンプレッサ動力ｗＣとし、同じくタービンの膨張仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実タービン入口圧より算出されるタービン動力を実理論タービン動力ｗＴとし、コンプレッサ、タービン、およびシャフトなどの摩擦等による損失を、それぞれコンプレッサ効率ηＣ、機械効率ηｍ、タービン効率ηＴとして定義すると以下の数１５が成立つ。

なお、本実施形態では、実理論コンプレッサ動力ｗＣと実理論タービン動力ｗＴとの比は３つの効率に影響するため学習補正する場合は２つの効率を固定して残りの効率を学習補正している。なお、本実施形態（１）では、タービン効率の学習補正について説明する。

以下、図１１を用いて、タービン効率ηＴを学習補正するフローチャートを説明する。

ステップＳ２０１にて、実理論コンプレッサ動力ｗＣを算出する。この実理論コンプレッサ動力ｗＣは、以下の数１６を用いて算出することができる。数１６において、Ｃｐａは吸入空気の定圧比熱、κａは比熱比、Ｔ１Ｃは吸気温センサ５２で計測された吸気温度、Ｐａは大気圧センサで計測された大気圧、Ｐ１Ｅは吸気圧センサ２３で計測された実過給圧、Ｇａはエアフロメータ５１で計測されたエアフロー量をそれぞれ表している。

ステップＳ２０２にて、実理論タービン動力ｗＴを算出する。この実理論タービン動力ｗＴは、以下の数１７を用いて算出することができる。数１７において、Ｃｐｅｘは予め決められた排ガスの定圧比熱、κｅｘは比熱比、Ｔ１Ｔは現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温、Ｐ１Ｔはタービン入口圧センサ５４で計測されるタービン入口圧、Ｇｅｘは吸入空気量Ｇａと噴射量の和として表されるタービンを通過する排ガス流量、Ｐ２Ｔは排ガス流量Ｇｅｘから推定されたタービン出口圧をそれぞれ表している。また、タービン出口圧は、大気圧を設定しても良い。

ステップＳ２０３にて、コンプレッサ効率ηＣを算出する。コンプレッサ効率ηＣは、実理論コンプレッサ動力ｗＣに基づいて算出すると良い。コンプレッサ効率ηＣは、例えば図６のコンプレッサ効率特性マップを用いて算出される。
次に、ステップＳ２０４にて、実コンプレッサ動力ＷＣを算出する。実コンプレッサ動力ＷＣは、実理論コンプレッサ動力ｗＣとコンプレッサ効率ηＣから、例えば、以下の数１８を用いて算出する。

また、ステップＳ２０５では、機械効率ηｍを算出する。機械効率ηｍは、実コンプレッサ動力ＷＣに基づいて、例えば、図７の機械効率特性マップより算出する。

ステップＳ２０６にて、実タービン効率ηＴ＿ａｃｔを算出する。実タービン効率ηＴ＿ａｃｔは、例えば、以下の数１９を用いて算出する。

ステップＳ２０７にて学習補正するタービン効率の補正点を判定する。

ここで、図８は目標（実）タービン動力とタービン効率との関係を示すタービン効率特性マップ、図１２は目標（実）理論タービン動力とタービン効率との関係を示すタービン効率特性マップである。図８、１２のタービン効率特性マップは、それぞれ図１３、１４のようにデータ配列としてＥＣＵ５０の中に格納されている。

ステップＳ２０２で算出された実理論タービン動力ｗＴから図１２のタービン効率特性マップ、すなわち図１４のデータ配列を使って仮のタービン効率ηＴ´を求める。

次に、仮のタービン効率ηＴ´から仮の実タービン動力ＷＴ´を求める（数２０参照）。

次に、図１３のデータ配列から、仮の実タービン動力ＷＴ´に対応する実タービン動力ＷＴｉを求める（数２１参照）。

また、図１３のデータ配列から対応するタービン効率ηＴｉを求める。

次に、ステップＳ２０８にて、ステップＳ２０６で算出された実タービン効率ηＴ＿ａｃｔと、ステップＳ２０７で算出されたタービン効率ηＴｉとに基づいて、図１３のデータ配列に格納されたタービン効率ηＴｉを学習する。タービン効率ηＴｉは、以下の数２２を用いて学習される。なお、Ｋは補正値反映ゲインであり、所定の値が設定されている。

次に、学習補正されたタービン効率ηＴｉを、図１３、１４に格納する。図１４のデータ配列に格納する際には、Ｓ２０８により学習されたタービン効率ηＴｉと実タービン動力ＷＴｉとに基づいて、数２３を用いて実理論タービン動力ｗＴｉを算出し、図１４のデータ配列に格納されている該実理論タービン動力ｗＴｉに対応するタービン効率を補正するようにする。

以上、制御ブロックＢ３４では、予め格納されたタービン効率が、実際のターボチャージャの運転状態に基づき算出されたタービン効率により学習補正される。このように、タービン効率が学習補正されることにより、制御ブロックＢ３３において、適切なタービン入口圧が算出されるようになり、制御性が向上する。つまり、フィードフォワードモデルの精度が向上するため、目標に対する応答性が向上する。

［実施形態（２）］
次に、制御ブロックＢ３３で使用される機械効率ηｍの学習補正について説明する。なお、実施形態（２）において、図４の制御ブロックＢ３４では、実際のターボチャージャの運転状態からコンプレッサ動力とタービン動力を算出することにより機械効率を学習補正するものである。

実施形態（２）の学習補正は、先行する実施形態の学習補正に代えて、または加えて実施される。実施形態（２）では先行する実施形態の構成を基礎として以下に述べる学習補正が実施される。

コンプレッサの圧縮仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実過給圧に基づき算出されるコンプレッサ動力を実理論コンプレッサ動力ｗＣとし、同じくタービンの膨張仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実タービン入口圧より算出されるタービン動力を実理論タービン動力ｗＴとして、コンプレッサ、タービン、およびシャフトなどの摩擦等による損失を、それぞれコンプレッサ効率ηＣ、機械効率ηｍ、タービン効率ηＴとして定義すると以下の数２４が成立つ。

なお、実理論コンプレッサ動力ｗＣと実理論タービン動力ｗＴの比は３つの効率に影響するため学習補正する場合は２つの効率を固定（一定）して残りの効率を学習補正している。以下、図１５を用いて、機械効率ηｍを学習補正するフローチャートを説明する。

ステップＳ２１１にて、実理論コンプレッサ動力ｗＣを算出する。この実理論コンプレッサ動力ｗＣは、以下の数２５を用いて算出することができる。数２５において、Ｃｐａは吸入空気の定圧比熱、κａは比熱比、Ｔ１Ｃは吸気温センサ５２で計測された吸気温度、Ｐａは大気圧センサで計測された大気圧、Ｐ１Ｅは吸気圧センサ２３で計測された実過給圧、Ｇａはエアフロメータ５１で計測されたエアフロー量をそれぞれ表している。

ステップＳ２１２にて、実理論タービン動力ｗＴを算出する。この実理論タービン動力ｗＴは、以下の数２６を用いて算出することができる。数２６において、Ｃｐｅｘは予め決められた排ガスの定圧比熱、κｅｘは比熱比、Ｔ１Ｔは、現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温、Ｐ１Ｔは、タービン入口圧センサ５４で計測されるタービン入口圧、Ｇｅｘは吸入空気量Ｇａと噴射量の和として表されるタービンを通過する排ガス流量、Ｐ２Ｔは排ガス流量Ｇｅｘから推定されたタービン出口圧をそれぞれ表している。また、タービン出口圧は、大気圧を設定しても良い。

ステップＳ２１３にて、コンプレッサ効率ηＣを算出する。コンプレッサ効率ηＣは、実理論コンプレッサ動力ｗＣに基づいて算出すると良い。コンプレッサ効率ηＣは、例えば図６のコンプレッサ効率特性マップを用いて算出される。

次に、ステップＳ２１４にて、実コンプレッサ動力ＷＣを算出する。実コンプレッサ動力ＷＣは、実理論コンプレッサ動力ｗＣとコンプレッサ効率ηＣから、例えば、以下の数２７を用いて算出する。

ステップＳ２１５にて、タービン効率ηＴを算出する。タービン効率ηＴは、実理論タービン動力ｗＴから例えば、図１２のタービン効率特性マップを用いて算出する。

ステップＳ２１６にて、実機械効率ηｍ＿ａｃｔを算出する（数２８参照）。

ステップＳ２１７では、学習補正する機械効率の補正点を判定する。

図７の機械効率特性マップは、図１６のデータ−配列としてＥＣＵ５０の中に格納されている。ステップＳ２１７では、図１６のデータ配列から実コンプレッサ動力ＷＣに対応するコンプレッサ動力ＷＣｉを求める（数２９参照）。

また、図１６のデータ配列から実コンプレッサ動力ＷＣｉに対応する機械効率ηｍｉを求める。

ステップＳ２１８にて、ステップＳ２１６で算出された実機械効率ηｍ＿ａｃｔと、ステップＳ２１７で算出された機械効率ηｍｉに基づいて図１６のデータ配列にて格納されている機械効率ηｍｉを学習する。なお、タービン効率ηｍｉの学習は、以下の数３０を用いて学習される。なお、Ｋは補正値反映ゲインであり、予め設定された値である。

次に、学習補正された機械効率ηｍｉを、図１６のデータ配列に格納する。以上、制御ブロックＢ３４では、予め格納された機械効率が、実際のターボチャージャの運転状態に基づき算出された機械効率により学習補正される。このように、機械効率が学習補正されることにより、制御ブロックＢ３３において、適切なタービン入口圧が算出されるようになり、制御性が向上する。つまり、フィードフォワードモデルの精度が向上するため、目標に対する応答性が向上する。

［実施形態（３）］
次に、制御ブロックＢ３３で使用されるコンプレッサ効率ηＣを学習補正する制御ブロック（フロー）について説明する。なお、実施形態（３）の図４の制御ブロックＢ３４では、実際のターボチャージャの運転状態からコンプレッサ動力とタービン動力を算出することによりコンプレッサ効率を学習補正するものである。

実施形態（３）の学習補正は、先行する実施形態の学習補正に代えて、または加えて実施される。実施形態（３）では先行する実施形態の構成を基礎として以下に述べる学習補正が実施される。

コンプレッサの圧縮仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実過給圧に基づき算出されるコンプレッサ動力を実理論コンプレッサ動力ｗＣとし、同じくタービンの膨張仕事を等エントロピー仕事とみなした場合に実タービン入口圧より算出されるタービン動力を実理論タービン動力ｗＴとし、コンプレッサ、タービン、およびシャフトなどの摩擦等による損失を、それぞれコンプレッサ効率ηＣ、機械効率ηｍ、タービン効率ηＴとして定義すると以下の数３１が成立つ。

なお、実理論コンプレッサ動力ｗＣと理論タービン動力ｗＴの比は３つの効率に影響するため学習補正する場合は２つの効率を固定して残りの効率を学習補正している。以下、図１７を用いて、コンプレッサ効率ηＣを学習補正するフローチャートを説明する。

ステップＳ２２１にて、実理論コンプレッサ動力ｗＣを算出する。このコンプレッサ動力ｗＣは、以下の数３２を用いて算出することができる。数３２において、Ｃｐａは吸入空気の定圧比熱、κａは比熱比、Ｔ１Ｃは吸気温センサ５２で計測された吸気温度、Ｐａは大気圧センサで計測された大気圧、Ｐ１Ｅは吸気圧センサ２３で計測された実過給圧、Ｇａはエアフロメータ５１で計測されたエアフロー量をそれぞれ表している。

ステップＳ２２２にて、実理論タービン動力ｗＴを算出する。この実理論タービン動力ｗＴは、以下の数３３を用いて算出することができる。数３３において、Ｃｐｅｘは予め決められた排ガスの定圧比熱、κｅｘは比熱比、Ｔ１Ｔは、現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温、Ｐ１Ｔは、タービン入口圧センサ５４で計測されるタービン入口圧、Ｇｅｘは吸入空気量Ｇａと噴射量の和として表されるタービンを通過する排ガス流量、Ｐ２Ｔは排ガス流量Ｇｅｘから推定されたタービン出口圧をそれぞれ表している。また、タービン出口圧は、大気圧を設定しても良い。

ステップＳ２２３にて、機械効率ηｍを求める。機械効率ηｍは、実コンプレッサ動力ＷＣ基づいて算出すると良い。機械効率ηｍは、例えば、図７の機械効率特性マップを用いて算出する。

ステップＳ２２４にて、タービン効率ηＴを算出する。タービン効率ηＴは、例えば図１２のタービン効率特性マップを用いて実理論タービン動力ｗＴに基づいて算出する。
ステップＳ２２５にて、実コンプレッサ効率ηＣ＿ａｃｔを算出する（数３４参照）。

ステップＳ２２６にて、学習補正するコンプレッサ効率の補正点を判定する。
図６のコンプレッサ効率特性マップは、図１８のデータ−配列としてＥＣＵ５０の中に格納されている。ステップＳ２２１で算出された実理論コンプレッサ動力ｗＣより図１８のデータ配列から、以下の数３５を用いて理論コンプレッサ動力ｗＣｉを算出する。

また、図１８のデータ配列から理論コンプレッサ動力ｗＣｉに対応するコンプレッサ効率ηＣｉを求める。ステップＳ２２７にて、ステップＳ２２５で算出された実コンプレッサ効率ηＣ＿ａｃｔと、ステップＳ２２６で算出されたコンプレッサ効率ηＣｉに基づいて、図１８のデータ配列に格納されているコンプレッサ効率ηＣｉを学習する（数３６参照）。なお、Ｋは補正値反映ゲインであり、予め設定された値である。

次に、学習補正されたコンプレッサ効率ηＣｉを、図１８のデータ配列に格納する。以上、制御ブロックＢ３４では、予め格納されたコンプレッサ効率が、実際のターボチャージャの運転状態に基づき算出されたコンプレッサ効率により学習補正される。このように、コンプレッサ効率が学習補正されることにより、制御ブロックＢ３３において、適切なタービン入口圧が算出されるようになり、制御性が向上する。つまり、フィードフォワードモデルの精度が向上するため、目標に対する応答性が向上する。

［実施形態（４）］
次に、実施形態（４）では、コンプレッサ効率、タービン効率、機械効率を１つの効率（以下、「過給機効率」という）として、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇ、目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇから目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを算出する。

実施形態（４）の学習補正は、先行する実施形態の学習補正に代えて実施される。実施形態（４）では先行する実施形態の構成を基礎として以下に述べる学習補正が実施される。

より具体的には、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇ、目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇから目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇを算出し、該目標理論コンプレッサｗＣ＿ｔｒｇから過給機効率を、例えばマップを用いて算出する。続いて、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇと過給機効率ηｃｍＴとから、数３７を用いて目標理論タービン動力ｗＴ＿ｔｒｇを算出し、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを求める。

なお、過給効率の学習は、まず、実理論コンプレッサ動力ｗＣと実理論タービン動力ｗＴとをそれぞれ算出し、数３８により、過給機効率ηｃｍＴ＿ａｃｔを算出する。

次に、実理論コンプレッサ動力ｗＣと過給機効率とのマップから、今回学習補正する実理論コンプレッサ動力ｗＣに対する過給機効率ηｃｍＴを算出する。そして、過給機効率ηｃｍＴ＿ａｃｔに基づいて、過給機効率ηｃｍＴを学習補正する。

このように、予め格納された過給機効率が実際のターボチャージャの運転状態に基づき算出された過給機効率となるように補正されるため、ターボチャージャの個体差、経時劣化等の影響を受けずに、所望の過給圧を得ることが可能となる。

以上に述べたように、パラメータとしての効率は、過給圧とタービン入口圧とを関連付けている。このパラメータは、過給圧とタービン入口圧との間の換算を可能としている。よって、このパラメータを用いて、目標過給圧に基づいて目標タービン入口圧を算出することができる。ひとつの態様においては、パラメータは、コンプレッサ動力とタービン動力との間の換算を可能とする。ひとつの態様においては、パラメータは、実理論コンプレッサ動力ｗＣと実コンプレッサ動力ＷＣとを関連付け、それらの間の換算を可能とするコンプレッサ効率ηＣである。ひとつの態様においては、パラメータは、実理論コンプレッサ動力ｗＣと実理論タービン動力ＷＴとを関連付け、それらの間の換算を可能とする機械効率ηｍである。ひとつの態様においては、パラメータは、実理論タービン動力ｗＴと実タービン動力ＷＴとを関連付け、それらの間の換算を可能とするタービン効率ηＴである。

以上説明した実施形態（１）乃至（４）では、吸気圧センサ２３で測定した過給圧を用いて、理論コンプレッサ動力を算出したが、過給機下流にスロットルがある場合，スロットル開度に基づいて、吸気圧センサ２３で測定した過給圧を補正し，それを用いて理論コンプレッサ動力を算出するとより精度よく求めることが出来る。より具体的には、例えば、スロットルバルブの開度と吸気流速（または、吸気量）とに基づいて、スロットルバルブ前後の圧力損失を予め測定したマップを備え、そのマップに基づいて吸気圧センサ２３で測定した過給圧を補正すると良い。

その他に、実施形態（１）乃至（４）では、ターボチャージャ（コンプレッサ）より下流にスロットルバルブを備えた構成について説明したが、ターボチャージャ（コンプレッサ）より上流にスロットルバルブを備えた構成についても適用しても良い。また、内燃機関であるディーゼルエンジンに本発明を適用した例を説明したが、ガソリンエンジンに本発明を適用してもよいことは言うまでもない。また、タービンの動力を調整する可変タービン機構の一例として、可変翼調整機構を例に挙げたが、これに限定されるものでなく、例えばタービンの動力の負荷を調整するような機構を備えたものに適用しても良い。

本発明を適用した実施形態（１）の全体構成図である。 実施形態（１）の簡素化した全体構成図である。 実施形態（１）の過給圧制御の制御ブロック図である。 実施形態（１）のフィードフォワード制御器内の制御ブロック図である。 フィードフォワード制御器の目標吸気量に基づいてタービン入口圧を算出するフローチャートである。 目標理論コンプレッサ動力または実理論コンプレッサ動力とコンプレッサ効率の関係図である。 目標コンプレッサ動力または実コンプレッサ動力と機械効率の関係図である。 目標タービン動力または実タービン動力とタービン効率の関係図である。 実施形態（１）のタービン特性図である。 可変翼開度基本位置を算出するフローチャートである。 実施形態（１）のタービン効率を学習するフローチャートである。 目標理論タービン動力または実理論タービン動力とタービン効率の関係図である。 目標コンプレッサ動力または実コンプレッサ動力と機械効率のマップである。 目標理論タービン動力または実理論タービン動力とタービン効率のマップである。 実施形態（２）の機械効率を学習するフローチャートである。 目標コンプレッサ動力または実コンプレッサ動力と機械効率のマップである。 実施形態（３）のコンプレッサ効率を学習するフローチャートである。 目標理論コンプレッサ動力または実理論コンプレッサ動力とコンプレッサ効率のマップである。

符号の説明

１０ エンジン
３０ ターボチャージャ
３１ コンプレッサインペラ
３２ タービンホイール
３３ シャフト
５１ エアフロメータ
５２ 吸気温センサ
５３ 可変翼調整機構
Ｂ２０ フィードバック制御器
Ｂ３０ フィードフォワード制御器

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、
   前記タービンの動力を調整する可変タービン機構と、
   前記コンプレッサより下流の吸気の過給圧と、前記タービンより上流の排気通路のタービン入口圧とを関連付けるパラメータを記憶する記憶手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される前記コンプレッサより下流の吸気の目標過給圧と、前記記憶手段に記憶されたパラメータと、前記タービンの入口圧と前記タービンの操作量とを関連付ける過給機のモデルに基づいて、前記目標過給圧から前記タービンの操作量を算出し、前記可変タービン機構を制御する制御手段と
   を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記コンプレッサより下流の吸気の圧力を実過給圧として検出する吸気圧検出手段と、
   前記タービンより上流の排気の圧力を実タービン入口圧として検出するタービン入口圧検出手段と、
   前記実過給圧と前記実タービン入口圧とに基づいて、前記パラメータに相当する実パラメータを算出する算出手段と、
   前記実パラメータに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記パラメータを学習補正する学習手段とを備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記算出手段は、前記実過給圧に応じて算出される前記コンプレッサの実理論コンプレッサ動力と前記実タービン入口圧に応じて算出される前記タービンの実理論タービン動力とに基づいて、前記実パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記パラメータは、
   前記過給圧に応じて算出される前記コンプレッサの実理論コンプレッサ動力から前記コンプレッサの実コンプレッサ動力を算出するための第１パラメータと、
   前記実コンプレッサ動力から前記タービンの実タービン動力を算出するための第２パラメータと、
   前記実タービン動力から前記タービン入口圧と相関のある前記タービンの実理論タービン動力を算出するための第３パラメータとを含み、
   前記算出手段は、
   前記実過給圧に応じて算出される前記コンプレッサの実理論コンプレッサ動力と
   前記実タービン入口圧に応じて算出される前記タービンの実理論タービン動力とに基づいて、
   前記第１、第２、および第３パラメータのいずれか１つの実パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記算出手段は、前記第１、第２、および第３パラメータのうちいずれか２つのパラメータを一定とし、これらパラメータと前記実理論コンプレッサ動力と前記実理論タービン動力とに基づいて、残りの１つの前記パラメータに相当する前記実パラメータを算出することを特徴とする請求項３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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