JP2013032740A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し演算を行うことなく排気圧を求めることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】制御部２０には、膨張比に対するタービンホイール３６通過前の排気流量の変化の特性が定められるとともに、複数の膨張比区間ごとに分割され、一次式に近似されたタービンホイール３６特性式が記憶されている。制御部２０は、吸気流量取得手段１４により取得されたコンプレッサホイール３４通過後の吸気流量と、複数の一次式それぞれの係数から、タービンホイール３６通過前の排気圧候補値を算出する。さらに、排気圧候補値を入力して膨張比候補値を算出し、これらの膨張比候補値のうち、膨張比候補値に対応する一次式の膨張比区間内に膨張比候補値が含まれるものを抽出し、抽出された膨張比候補値を算出する際に用いた排気圧候補値をタービンホイール３６通過前の排気圧として定め、定められた排気圧に基づいて内燃機関３３の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関から排出された排気の圧力に応じて内燃機関を制御する制御装置に関する。

従来から、内燃機関の吸気及び排気の流量や圧力に基づいて当該内燃機関の制御を行う制御技術が知られている。例えば内燃機関の燃焼室における燃焼温度を制御するために、内燃機関から排出された排気の一部を吸気側に戻す排気再循環（ＥＧＲ、Exhaust Gas Recirculation）と呼ばれる制御が行われている。吸気における還流排気の混合率（以下、これをＥＧＲ率と呼ぶ）には目標値（以下、これを目標ＥＧＲ率と呼ぶ）が定められており、吸気のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率とするために還流排気量を調整する。

一般的に、還流排気量Ｑ_EGRは排気圧Ｐ_EXHと吸気圧Ｐ_INとの差（Ｐ_EXH−Ｐ_IN）と、還流排気が流れる経路上に設けられたＥＧＲバルブの開度Ａ_EGRとの積に比例している。つまり、これらのパラメータは下記数式１のような関係を有している。

ここで、ＥＧＲバルブの開度Ａ_EGRはＥＧＲバルブの開度を検知するＥＧＲバルブポジションセンサから取得することが可能であり、また、吸気圧Ｐ_INは吸気管に設けられた吸気圧センサから取得することが可能である。つまり、ＥＧＲバルブの開度Ａ_EGR及び吸気圧Ｐ_INは実測により取得することが可能である。

一方、実測による排気圧Ｐ_EXHの取得は困難となる場合がある。例えば排気圧センサによって排気圧Ｐ_EXHを測定する場合、排気圧センサのバイパス管（細管）を排気管に繋いで排気の一部を取り込む。ここで、排気には粒子状物質（すす）が含まれており、この粒子状物質がバイパス管に付着してバイパス管の目詰まりの原因となる場合がある。バイパス管の目詰まりが起こると排気圧を求めることが困難となる。

そこで例えば特許文献１においては実測により排気圧Ｐ_EXHを求める代わりにモデル式を立てて当該モデル式によって排気圧Ｐ_EXHを推定している。具体的には、下記数式２で示されるような排気圧Ｐ_EXH、排気量Ｑ_EXH及び排気温度Ｔ_EXHの関係式を用いて排気圧Ｐ_EXHの推定値を求める。

ここで、Ｑ_{EGR_n-1}は前回の制御ステップにおける還流排気量を表している。また、排気温度Ｔ_EXHは燃料噴射量から求められた基礎排気温度Ｔ_EXHBと補正係数ｋ２との積で求められる（Ｔ_EXH＝Ｔ_EXHB×ｋ２）。さらに補正係数ｋ２は前回の制御ステップにおけるＰ_{EXH_n-1}に基づいて求められる（ｋ２∝Ｐ_{EXH_n-1})。このように、特許文献１によれば、前回の制御ステップの値Ｑ_{EGR_n-1}及びＰ_{EXH_n-1}を用いて排気圧の推定値を算出している。

特開２００４−２５１２８８号公報

ところで、前回の制御ステップｎ−１の値を用いて今回の制御ステップｎにおける排気圧を推定するような繰り返し演算においては１つ前の制御ステップｎ−１と今回の制御ステップｎとの時間間隔が離れすぎると誤差が大きくなることから、制御ステップ同士の間隔を短くする必要がある。しかし、制御ステップ同士の間隔が短くなると演算負荷が増加するという別の問題が生じる。そこで本発明は演算負荷軽減のため、繰り返し演算を行うことなく排気圧を求めることの可能な手段を提供することを目的とする。

本発明は内燃機関の制御装置に関するものである。当該制御装置は、内燃機関に吸入される吸気を加圧するコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールに連結されるとともに前記内燃機関から排出される排気により回転駆動されるタービンホイールとを有するターボチャージャと、前記コンプレッサホイール通過後の吸気流量を取得する吸気流量取得手段と、前記内燃機関の制御を行う制御部と、を備える。さらに前記制御部は、前記タービンホイール通過前と通過後の排気圧の比率を表す膨張比の変化に対する前記タービンホイール通過前の排気流量の変化の特性が定められるとともに、前記特性が複数の膨張比区間ごとに分割された複数の一次式に近似されたタービンホイール特性式が記憶されている。さらに前記制御部は、前記吸気流量取得手段により取得された前記吸気流量と、前記複数の一次式のそれぞれの係数とに基づいて、前記それぞれの係数に応じた前記タービンホイール通過前の排気圧候補値を算出する。さらに、前記タービンホイール通過前の排気圧として前記排気圧候補値を入力して前記膨張比候補値を算出し、算出された前記膨張比候補値のうち、前記膨張比候補値に対応する前記一次式の前記膨張比区間内に当該膨張比候補値が含まれるものを抽出し、抽出された前記膨張比候補値を算出する際に用いた前記排気圧候補値を前記タービンホイール通過前の排気圧として定め、前記定められた排気圧に基づいて前記内燃機関の制御を行う。

また、上記発明において、前記制御部は、前記吸気流量と前記複数の一次式の係数に加えて前記タービンホイール通過前の排気温度に基づいて前記排気圧候補値を算出し、前記排気温度は８００℃以上９００℃以下のいずれか一つの値であることが好適である。

本発明によれば、繰り返し演算を行うことなく排気圧を求めることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置を例示する図である。 タービン特性図を例示する図である。 タービン特性線に対する線形近似処理を説明する図である。 排気圧の算出フローを説明する図である。 排気圧の算出フローを説明する図である。 設定排気温度を説明する図である。

図１に本実施形態に係る内燃機関の制御装置１０を例示する。制御装置１０は、ターボチャージャ１２と、タービンホイール回転数センサ１３と、吸気流量センサ１４と、吸気圧センサ１６と、大気圧センサ１７と、制御部２０を含んで構成される。さらに制御装置１０は、ＥＧＲバルブ２２と、ＥＧＲバルブポジションセンサ２４と、スロットルバルブ２６と、スロットルバルブポジションセンサ２８と、ウェイストゲートバルブ３０と、ウェイストゲートバルブポジションセンサ３２を含んで構成される。なお、本実施形態に係る制御装置１０は例えば内燃機関３３を駆動源とする車両に搭載される。

ターボチャージャ１２はいわゆる過給機であって、内燃機関３３に送る吸気を圧縮する機能を有する。ターボチャージャ１２はコンプレッサホイール３４と、タービンホイール３６と、両者を接続するシャフト３８とを含んで構成されている。コンプレッサホイール３４が回転駆動されることによって吸気が加圧される。コンプレッサホイール３４は吸気の流路上に設けられており、例えば本実施形態では吸気管３９のうち、エアクリーナー４０とインタークーラー４２の間に設けられている。

また、タービンホイール３６は排気によって回転駆動される。タービンホイール３６の回転運動がシャフト３８を介してコンプレッサホイール３４に伝達され、これによりコンプレッサホイール３４が回転する。コンプレッサホイール３４は排気の流路上に設けられており、例えば本実施形態では排気管４４のうち、排気還流管４６と触媒器４８との間に設けられている。

タービンホイール回転数センサ１３はタービンホイール３６の回転数を測定可能となっている。タービンホイール回転数センサ１３は接触または非接触にてタービンホイール３６の回転数Ｎｔを測定することが可能となっており、例えば本実施形態では光センサによって非接触にてタービンホイール３６の回転数を測定している。タービンホイール回転数センサ１３により測定されたタービンホイール３６の回転数Ｎｔは制御部２０に送信される。

吸気流量センサ１４は、コンプレッサホイール３４を通過して加圧された吸気の流量Ｑ_Ｉ２を測定する吸気流量測定手段として機能する。吸気流量センサ１４は加圧吸気の流路上に設けられており、例えば本実施形態ではインタークーラー４２と吸気圧センサ１６の間に設けられている。吸気流量センサ１４は例えばホットワイヤー式のエアフローメータから構成され、吸気管３９にバイパス管を繋いで吸気の一部を取り込むことで吸気流量を測定する。測定された吸気流量Ｑ_Ｉ２は制御部２０に送信される。

吸気圧センサ１６はコンプレッサホイール３４を通過して加圧された吸気の圧力Ｐ_Ｉ２を測定可能となっている。吸気圧センサ１６は加圧吸気の流路上に設けられており、例えば本実施形態では吸気流量センサ１４とスロットルバルブ２６の間に設けられている。吸気流量センサ１４は例えばバキュームセンサから構成され、吸気管３９にバイパス管を繋いで吸気の一部を取り込むことで吸気圧を測定する。測定された吸気圧Ｐ_Ｉ２は制御部２０に送信される。

ＥＧＲバルブ２２は内燃機関３３から排出された排気の一部を吸気側に還流する還流排気量を調整可能な弁体を含んで構成され、例えばニードルバルブから構成される。ＥＧＲバルブ２２はモータ５０等の駆動手段によって駆動され、この駆動に応じてＥＧＲバルブ２２の開度Ａ_ＥＧＲが変化する。この開度変化に応じてＥＧＲバルブ２２を通過する還流排気量Ｑ_ＥＧＲが調整される。また、ＥＧＲバルブ２２は還流排気の流路上に設けられており、例えば本実施形態では排気還流管４６のうち、ＥＧＲクーラー４３より下流側（吸気管側）にＥＧＲバルブ２２が設けられている。

また、排気還流管４６は排気管４４と吸気管３９とを接続している。例えば本実施形態では排気還流管４６は排気管４４のタービンホイール３６よりも上流に接続されるとともに吸気管３９のスロットルバルブ２６よりも下流に接続されている。

また、ＥＧＲバルブポジションセンサ２４はＥＧＲバルブ２２の開度Ａ_ＥＧＲを測定して制御部２０に送信する。ＥＧＲバルブポジションセンサ２４は例えばモータ５０の回転数を測定して当該回転数からＥＧＲバルブ２２の開度を算出して制御部２０に開度Ａ_ＥＧＲを送信する。

スロットルバルブ２６は内燃機関３３に供給する吸気（新気）の流量を調整可能な弁体を含んで構成され、例えばバタフライバルブから構成される。スロットルバルブ２６はモータ５２等の駆動手段によって駆動され、この駆動に応じてスロットルバルブ２６の開度が変化する。この開度変化に応じてスロットルバルブ２６を通過する吸気量が調整される。また、スロットルバルブ２６は吸気の流路上に設けられており、例えば本実施形態では吸気管３９の吸気圧センサ１６より下流に設けられている。

また、スロットルバルブポジションセンサ２８はスロットルバルブ２６の開度を測定して制御部２０に送信する。スロットルバルブポジションセンサ２８は例えばモータ５２の回転数を測定して当該回転数からスロットルバルブ２６の開度を算出して制御部２０に開度を送信する。

ウェイストゲートバルブ３０はバイパス排気の流量Ｑ_Ｏ３を調整可能な弁体を含んで構成され、例えばニードルバルブから構成される。バイパス排気とは排気の一部を分流させてタービンホイール３６を介さずに大気に排出される排気を指している。バイパス排気を流すことでタービンホイール３６を通過する前の排気圧Ｐ_Ｏ１と通過後の排気圧Ｐ_Ｏ２との比である膨脹比Ｐ_ｒを調整することが可能となる。膨脹比Ｐ_ｒを調整することで後述するようにターボチャージャ１２の効率を高水準に維持することが可能となる。

ウェイストゲートバルブ３０はモータ５４等の駆動手段によって駆動され、この駆動に応じてウェイストゲートバルブ３０の開度が変化する。この開度変化に応じてウェイストゲートバルブ３０を通過するバイパス排気量Ｑ_Ｏ３が調整される。また、ウェイストゲートバルブ３０はバイパス排気の流路上に設けられており、例えば本実施形態ではバイパス管５６に設けられている。

ウェイストゲートバルブポジションセンサ３２はウェイストゲートバルブ３０の開度を測定して制御部２０に送信する。ウェイストゲートバルブポジションセンサ３２は例えばモータ５４の回転数を測定して当該回転数からウェイストゲートバルブ３０の開度を算出して制御部２０に開度を送信する。

大気圧センサ１７は車両外の気圧を測定可能となっており、例えば車両のフロントグリル近傍に設けられている。大気圧センサ１７によって測定された大気圧Ｐ_Ａは制御部２０に送信される。

制御部２０は情報を演算するための演算部や情報を記憶するための記憶部を備えている。制御部２０は情報演算や情報の記憶や読み出しが可能な機器から構成され、例えば本実施形態ではマイクロコンピュータを含んで構成される。このマイクロコンピュータは例えば車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）から構成することが可能である。

制御部２０は演算部の演算結果に基づいてＥＧＲバルブ２２、スロットルバルブ２６、ウェイストゲートバルブ３０の開度を決定し、これに応じた開度指令を各バルブを作動させるモータ５０、５２、５４に送信する。各バルブの開度が制御されることで内燃機関３３の燃焼温度や出力が制御される。

また、制御部２０には吸気流量センサ１４、吸気圧センサ１６、大気圧センサ１７からそれぞれ吸気流量Ｑ_Ｉ２、吸気圧Ｐ_Ｉ２、大気圧Ｐ_Ａ、が送信される。また、ＥＧＲバルブポジションセンサ２４、スロットルバルブポジションセンサ２８、ウェイストゲートバルブポジションセンサ３２から各バルブの開度が送信される。また、タービンホイール回転数センサ１３からタービンホイール３６の回転数Ｎ_ｔが送信される。さらに、アクセルペダル５８の踏み込み量を測定するアクセルポジションセンサ６０から当該踏み込み量が制御部２０に送信される。

また、制御部２０の演算部は、制御部２０が受信した各種の測定値等と後述する排気圧算出式とに基づいてタービンホイール３６を通過する前の排気圧Ｐ_Ｏ１を算出する。

また、制御部２０の記憶部には排気圧算出式やタービン特性、また後述する修正流量の算出式等が記憶されている。タービン特性はタービンマップまたはタービン性能線図とも呼ばれ、ターボチャージャ１２の効率を表す関数、表、またはマップであって、ターボチャージャ１２の制御や本実施形態においては排気圧Ｐ_Ｏ１の推定にも用いられている。

タービン特性を図２に例示する。タービン特性はタービンホイール通過前の排気の圧力Ｐ_Ｏ１と通過後の圧力Ｐ_Ｏ２の比である膨脹率Ｐ_ｒ（＝Ｐ_Ｏ１／Ｐ_Ｏ２）と、タービンホイール通過前の排気流量Ｑ_Ｏ１を軸に取る線図であって、タービンホイール３６の回転数Ｎ_ｔごとに特性線７０Ａ〜７０Ｄが定められている。またタービンホイール３６の稼動領域の上限を示すチョークラインＣＬと稼動領域の下限を示すサージラインＳＬが定められている。さらに、特性線７０Ａ〜７０Ｄがプロットされた座標平面上に破線で示すように効率Ｂ１％〜Ｂ４％が定められている。この効率は断熱効率とも呼ばれ、排気が膨脹する際に当該排気のエンタルピをどの程度タービンホイール３６の動力エネルギーとして回収できるかを示す指標である。

ターボチャージャ１２を高効率にて運転するためにこのタービン特性が用いられる。例えば効率を高効率領域のＢ１％とするように膨脹比Ｐ_ｒを調整する。具体的にはウェイストゲートバルブ３０の開度を調整してパイパス排気の流量Ｑ_Ｏ３を加減することで膨脹比Ｐ_rを調整する。なお、タービン特性は予め実測により求められる。例えばタービンホイール通過前の排気流量Ｑ_Ｏ１及び排気圧Ｐ_Ｏ１と、タービンホイール通過後の排気圧Ｐ_Ｏ２と測定する流量センサ及び圧力センサをそれぞれ設けた実験用の装置を構成し、各センサから得られた値とタービンホイール３６の効率との関係をプロットする。このプロットをタービンホイール３６の回転数Ｎ_ｔごとに分けるとともに回転数ごとの特性線を求める。

なお、記憶部は特性線７０Ａ〜７０Ｄのそれぞれを図３のような区分線形処理によって複数の一次関数の組として記憶している。すなわち、曲線の軌跡を有する特性線を複数の膨張比の区間（膨張比区間）で分割して各区間における軌跡を一次関数に近似する。図３では特性線を求める際に取得した膨張比Ｐ_ｒと排気流量Ｑ_Ｏ１との実測値がプロットされ、さらに[１≦Ｐ_r＜１．１]、[１．１≦Ｐ_r＜１．３]、[１．３≦Ｐ_r＜１．６]の３つの膨張比区間に分けて線形近似を行っている。特性線７０Ａ〜７０Ｄをそれぞれｋ個の区間に分割し、区間の閾値をｃで表すと、特性線７０Ａ〜７０Ｄはタービン特性式として下記（数式１）のように表すことができる。

さらに、記憶部には吸気量に対応するスロットルバルブ２６の開度や、還流排気量に対応するＥＧＲバルブ２２の開度等がマップ（テーブル、表）または関数として記憶されている。さらに記憶部には内燃機関３３に対する駆動モード（エコモード、パワーモード等）に対応する空燃比α及び目標ＥＧＲ率や、後述する内燃機関の出力制御を実行する上での数式等が記憶されている。記憶部はこれらの情報を記憶可能な機器であればよく、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ハードディスク装置等の１つまたは複数の組み合わせから構成することができる。

次に、制御部２０によるＥＧＲバルブ２２の制御について説明する。制御部２０はコンプレッサホイール３４通過後の吸気圧Ｐ_Ｉ２、タービンホイール通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１、及び目標還流排気量に基づいてＥＧＲバルブ２２の開度Ａ_ＥＧＲを調整する。吸気圧Ｐ_Ｉ２、排気圧Ｐ_Ｏ１、還流排気量Ｑ_ＥＧＲ、開度Ａ_ＥＧＲの関係は下記（数式２）のように表すことができる。

すなわち、還流排気量Ｑ_ＥＧＲはＥＧＲバルブ開度Ａ_ＥＧＲと吸気圧Ｐ_Ｉ２、排気圧Ｐ_Ｏ１の関数として表すことができる。また、数式４は上述した区分線形処理によって下記数式３のような複数の一次関数の組に分けることができる。

ここで、ｄ_１、ｆ_１、γは任意の係数であり、予め実測等で求めることができる。

制御部２０は（数式２）または（数式３）に基づいてＥＧＲバルブ２２の開度調整を行う。まず制御部２０は吸気流量センサ１４からコンプレッサホイール３４通過後の吸気流量Ｑ_Ｉ２を取得する。さらに制御部２０は車両の走行状態に応じた目標ＥＧＲ率を記憶部から呼び出す。制御部２０は吸気流量Ｑ_Ｉ２と目標ＥＧＲ率から目標還流排気量Ｑ_ＥＧＲを求める。

さらに制御部２０は吸気圧センサ１６からコンプレッサホイール３４通過後の吸気圧Ｐ_Ｉ２を取得する。さらに制御部２０は後述するようにタービンホイール通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１を算出する。目標還流排気量Ｑ_ＥＧＲ、吸気圧Ｐ_Ｉ２、排気圧Ｐ_Ｏ１を（数式２）または（数式３）に入力することで目標ＥＧＲバルブ開度Ａ_{ＥＧＲ-ＲＥＦ}が求められる。また、ＥＧＲバルブポジションセンサ２４からＥＧＲバルブ２２の現在時ｔの開度Ａ_ＥＧＲ-tを取得する。現在時の開度Ａ_ＥＧＲ-tと目標開度Ａ_{ＥＧＲ-ＲＥＦ}との差ΔＡ_ＥＧＲがＥＧＲバルブ２２に対する操作量として設定される。ＥＧＲバルブ２２が当該操作量に沿って開閉されることで目標ＥＧＲ率に応じた還流排気量を得ることができる。これにより、内燃機関３３の燃焼温度や出力等を制御することができる。

次に、制御部２０による排気圧Ｐ_Ｏ１の算出過程を説明する。図４、５には排気圧Ｐ_Ｏ１の算出過程を示すフローチャートが例示されている。まず制御部２０はタービンホイール回転数センサ１３からタービン回転数Ｎ_ｔを取得する（Ｓ１）。さらに制御部２０は記憶部に記憶された特性線７０Ａ〜７０Ｄのうち、回転数センサ１３から取得したタービン回転数Ｎ_ｔに対応する特性線を呼び出す（Ｓ２）。

次に制御部２０は車両の走行状態に基づく空燃比αを記憶部から呼び出すとともに、吸気流量センサ１４から吸気流量Ｑ_Ｉ２を取得する（Ｓ３）。さらに制御部２０は、吸気流量Ｑ_Ｉ２と空燃比αから燃料噴射量及び吸気と燃流とが混合された混合気の流量Ｑ_Ｉ３を求める（Ｓ４）。具体的には記憶部に記憶された下記（数式４）に基づいて混合気流量Ｑ_Ｉ３を算出する。

次に制御部２０は混合気流量Ｑ_Ｉ３を排気圧Ｐ_Ｏ１を推定する排気圧推定式に入力する。この排気圧推定式について説明する。本実施形態においては、排気圧推定式を上述したタービン特性式（数式１）とタービンホイール通過前の排気流量Ｑ_Ｏ１を求める数式とに基づいて排気圧推定式を導いている。

タービンホイール通過前の排気流量Ｑ_Ｏ１は修正流量とも呼ばれ、混合気流量Ｑ_Ｉ３、タービンホイール３６通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１及び排気温度Ｔ_Ｏ１に基づいて下記（数式５）から求めることができる。

さらに（数式１）と（数式５）からタービンホイール通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１を算出する排気圧推定式として下記（数式６）を導くことができる。

ここで、タービンホイール通過後の排気圧Ｐ_Ｏ２は大気圧Ｐ_Ａに近似することができる（Ｐ_Ｏ２≒Ｐ_Ａ）。そこで制御部２０は（数式６）において排気圧Ｐ_Ｏ２として大気圧センサ１７が取得した大気圧Ｐ_Ａを入力する。さらに、（数式４）で求めた混合気流量Ｑ_Ｉ３を（数式６）に入力する。また、タービンホイール３６通過前の排気温度Ｔ_Ｏ１として後述する設定排気温度Ｔ_ＯＳを入力する。次に係数ａ_ｉ、ｂ_ｉについて、ａ_１、ｂ_１からａ_ｋ、ｂ_ｋまで順次代入してそれぞれの係数に対応するタービンホイール通過前の排気圧の候補値Ｐ_Ｏ１＿１・・・Ｐ_Ｏ１＿ｋを取得する（図５のＳ５）。

次に、制御部２０は排気圧候補値Ｐ_Ｏ１＿１・・・Ｐ_Ｏ１＿ｋのいずれが排気圧として妥当であるかを求める。まず、制御部２０は大気圧センサ１７が取得した大気圧Ｐ_Ａ（≒Ｐ_Ｏ２）と（数式６）から得られた排気圧候補値Ｐ_Ｏ１＿１・・・Ｐ_Ｏ１＿ｋから膨張比候補値Ｐ_ｒ＿１・・・Ｐ_ｒ＿ｋを算出する。（Ｓ６）。次に、制御部２０は膨張比候補値Ｐ_ｒ＿１・・・Ｐ_ｒ＿ｋに対応するタービン特性の一次式を呼び出す。つまり、膨張比候補値Ｐ_ｒ＿iの算出に用いた排気圧候補値Ｐ_Ｏ１＿iをもとに、排気圧候補値Ｐ_Ｏ１＿iの算出に用いたタービン特性の一次式Ｑ_０１＝ａ_iＰ_r＋ｂ_iを呼び出す。

さらに制御部２０は一次式Ｑ_０１＝ａ_iＰ_r＋ｂ_iに対して定められた膨張比区間[ｃ_i-1≦Ｐ_r＜ｃ_i]を呼び出し、膨張比候補値Ｐ_ｒ＿ｉが当該膨張比区間内に含まれる（ｃ_i-1≦Ｐ_r＿ｉ＜ｃ_i）か否かを判定する（Ｓ７）。例えば、ｉ＝１から判定を開始し、膨張比候補値Ｐ_ｒ＿１が膨張比区間[ｃ_０，ｃ_１）内に含まれる（ｃ_０≦Ｐ_r＿１＜ｃ_１）か否かを判定し、含まれない場合はｉ＝２として（インクリメントして）上記判定を行う。以下膨張比区間内に含まれる膨張比候補値Ｐ_ｒ＿ｉが出るまで繰り返す。

さらに制御部２０は膨張比区間内に含まれる膨張比候補値Ｐ_ｒ＿ｉを抽出し、抽出された膨張比候補値Ｐ_ｒ＿ｉの算出に用いられた排気圧候補値Ｐ_Ｏ１＿ｉを取得してこれを最終的なタービンホイール通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１として設定する（Ｓ８）。

このように、本実施形態によれば、タービンホイール通過前の排気圧Ｐ_Ｏ１の推定に当たり、基本的には前回の制御ステップの値を用いなくても排気圧Ｐ_Ｏ１の推定を実行することが可能となる。

次に、（数式５）、（数式６）における設定排気温度Ｔ_ＯＳについて説明する。排気圧を実測するのが困難であるのと同様に、例えば検知面に排気の粒子状物質（すす）が付着するおそれがある等の理由により排気温度Ｔ_Ｏ１を実測することにも困難が伴う。そこで本実施形態においては予め実験等により排気温度Ｔ_Ｏ１として適切な値を求めておき、これを（数式５）、（数式６）に入力する。

図６に示すグラフは、排気温度Ｔ_Ｏ１として様々な数値を（数式６）に入力したときの計算上の排気圧Ｐ_Ｏ１と、実測による排気圧Ｐ_Ｏ１との誤差を膨張比Ｐ_ｒごとに表した様子が示されている。ここで、中抜き白丸プロット（○）は排気温度Ｔ_Ｏ１を実測によって求めてこれを（数式６）に入力したときに得られる排気圧Ｐ_Ｏ１と実測による排気圧Ｐ_Ｏ１との誤差を表している。なお、排気温度Ｔ_Ｏ１と排気圧Ｐ_Ｏ１の実測に当たり、例えば定期的に実験装置を停止させて検知面や排気管４４に接続するバイパス管を洗浄するなどの洗浄処理を行って測定値の精度を維持している。

図６では、排気温度Ｔ_Ｏ１として入力する設定排気温度Ｔ_ＯＳをそれぞれ７００℃、８００℃、９００℃としたときの計算上の排気圧Ｐ_Ｏ１と実測による排気圧Ｐ_Ｏ１との誤差が示されている。これによると、８００℃（下向き塗りつぶし三角▼）及び９００℃（塗りつぶし四角■）を設定排気温度としたときの計算上の排気圧Ｐ_Ｏ１と実測による排気圧Ｐ_Ｏ１との誤差は、実測による排気温度Ｔ_Ｏ１を設定排気温度としたときの計算上の排気圧Ｐ_Ｏ１と実測による排気圧Ｐ_Ｏ１との誤差と同等かまたはそれよりも小さくなる。このことから、排気温度Ｔ_Ｏ１の実測値を使用した時と少なくとも同等の精度を保障する８００℃以上９００℃以下の温度を設定排気温度Ｔ_ＯＳとすることが好適である。

１０ 制御装置、１２ ターボチャージャ、１３ タービンホイール回転数センサ、１４ 吸気流量センサ、１６ 吸気圧センサ、１７ 大気圧センサ、２０ 制御部、２２ ＥＧＲバルブ、２４ ＥＧＲバルブポジションセンサ、２６ スロットルバルブ、２８ スロットルバルブポジションセンサ、３０ ウェイストゲートバルブ、３２ ウェイストゲートバルブポジションセンサ、３３ 内燃機関、３４ コンプレッサホイール、３６ タービンホイール、３８ シャフト、３９ 吸気管、４０ エアクリーナー、４２ インタークーラー、４３ ＥＧＲクーラー、４４ 排気管、４６ 排気還流管、４８ 触媒器、５０ ＥＧＲバルブ用モータ、５２ スロットルバルブ用モータ、５４ ウェイストゲートバルブ用モータ、５６ バイパス管、５８ アクセルペダル、６０ アクセルポジションセンサ、７０Ａ〜７０Ｄ 特性線。

Claims (2)

1. 内燃機関に吸入される吸気を加圧するコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールに連結されるとともに前記内燃機関から排出される排気により回転駆動されるタービンホイールとを有するターボチャージャと、
   前記コンプレッサホイール通過後の吸気流量を取得する吸気流量取得手段と、
   前記内燃機関の制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記タービンホイール通過前と通過後の排気圧の比率を表す膨張比の変化に対する前記タービンホイール通過前の排気流量の変化の特性が定められるとともに、前記特性が複数の膨張比区間ごとに分割された複数の一次式に近似されたタービンホイール特性式が記憶され、
   前記吸気流量取得手段により取得された前記吸気流量と、前記複数の一次式のそれぞれの係数とに基づいて、前記それぞれの係数に応じた前記タービンホイール通過前の排気圧候補値を算出し、
   前記タービンホイール通過前の排気圧として前記排気圧候補値を入力して前記膨張比候補値を算出し、
   算出された前記膨張比候補値のうち、前記膨張比候補値に対応する前記一次式の前記膨張比区間内に当該膨張比候補値が含まれるものを抽出し、抽出された前記膨張比候補値を算出する際に用いた前記排気圧候補値を前記タービンホイール通過前の排気圧として定め、
   前記定められた排気圧に基づいて前記内燃機関の制御を行うことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記制御部は、前記吸気流量と前記複数の一次式の係数に加えて前記タービンホイール通過前の排気温度に基づいて前記排気圧候補値を算出し、
   前記排気温度は８００℃以上９００℃以下のいずれか一つの値であることを特徴とする内燃機関の制御装置。