JP2013224596A - 内燃機関の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェイストゲートバルブを有する過給機付き内燃機関において、加速応答特性の操作、燃費最適ポイントでの運転、ばらつき要素の学習が可能な、内燃機関の制御装置等を提供する。
【解決手段】目標充填効率と回転速度に基づき目標スロットル上流圧を算出し、空燃比と吸入空気流量に基づき排ガス流量を算出し、目標吸入空気流量と目標スロットル上流圧に基づき目標圧縮機駆動力を算出し、排ガス流量と目標圧縮機駆動力との特性を表す関係式がウェイストゲートバルブ制御値にのみ依存される関係を用いて、排ガス流量と目標圧縮機駆動力からウェイストゲートバルブ制御値を算出する。
【選択図】図３

Description

この発明は、排気路に設けられたタービンと吸気路に設けられた圧縮機を有する過給機を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置等に関する。

従来、内燃機関(以下、エンジン)の出力を向上させること等を目的として、排気ガスでタービンを回転させて動かす過給機をエンジンの吸気路に搭載するターボチャージャが知られている。このターボチャージャにおいては、高回転高負荷では必要以上に過給圧が増加してエンジンを破損させる恐れがあるため、通常タービン上流に排気バイパス通路を有し、この排気バイパス路に設けられたウェイストゲートバルブにて排気路内を流れる排ガスの一部をバイパス通路へと分流させて排ガスのタービンへの流入量を調節することにより過給圧を適正レベルに制御している(例えば、下記特許文献１参照)。

すなわち、ウェイストゲートバルブ開度により過給機の排気圧および過給圧が制御される。そのウェイストゲートバルブ開度の制御量は、エンジンの回転数および負荷を基に、吸気系の予め定められた目標量(例えば、設定過給圧もしくは吸気量)に対するクローズドループ制御、もしくは単純なオープンループ制御によって、決定されている。

ところで、近年、運転者や車両側からの駆動力の要求値であるエンジンの出力軸トルクをエンジン出力目標値として、エンジン制御量である空気量、燃料量及び点火時期を決定することにより良好な走行性能を得る内燃機関の制御装置が提案されている。
さらに、エンジン制御量のうち、エンジン出力軸トルクに最も影響の大きい制御量が空気量であることは一般に知られており、空気量を高精度に制御する内燃機関制御装置も提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特開平９−２２８８４８号公報 特開２００９−０１３９２２号公報

ここで、上記特許文献１に示す従来のウェイストゲートバルブの制御装置では、各運転変数に応じて予め定められたマップ値による目標量でウェイストゲートバルブ開度が制御される。そのため、ターボチャージャのばらつき要素としての、(１)個体差、(２)経年変化(デポジット堆積、軸受劣化 etc)、(３)エンジンオイル粘性変化(軸受損失の変化)、(４)環境変化(大気圧・気温により、タービン出力・タービン回転数・要求圧縮機駆動力が異なる)がある場合は、制御ばらつきの影響を受けてしまい、設定された運転ポイントから大きくずれてしまうという問題が発生してしまう。

また、ウェイストゲートバルブ開度により過給圧が制御されるが、スロットル開度によっても過給圧を制御することができるため、同じ過給圧を制御する場合でも、ウェイストゲートバルブ開度とスロットル開度の組み合わせは複数存在することになり、どの運転ポイントが燃費が最適なのかが不明であるという問題もある。

さらに、上記特許文献１に示す従来のウェイストゲートバルブの制御装置を、上記特許文献２に示すようなエンジン出力を目標値とした内燃機関の制御装置に置き換えて対応させた場合は、アクセル開度に対するエンジン出力、すなわちドラビリ(＝加速性)を操作をする制御に置き換わるため、ウェイストゲートバルブ開度の目標量としてのマップ値をアクセル開度に応じた複数の設定が必要になり、運転ポイントも変わるため、点火時期や空燃比の設定も変更しなければならないという問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、加速応答特性の操作、燃費最適ポイントでの運転、ばらつき要素の学習等が可能な、ウェイストゲートバルブを有する過給機付きの内燃機関の制御装置等を提供することにある。

この発明は、内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、排気路に設けられたタービンと前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブ)と、前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、を設けた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の充填効率の目標値となる目標充填効率と前記内燃機関の回転速度とに基づいて、前記スロットルバルブの上流側の圧力の目標値である目標スロットル上流圧力を算出する目標スロットル上流圧力演算部と、前記内燃機関の空燃比と実シリンダ内新気量とに基づいて、排ガス流量を算出する排ガス流量演算部と、吸入空気流量の目標値となる目標吸入空気流量と前記目標スロットル上流圧力とに基づいて目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力とに基づいてウェイストゲートバルブ制御値を算出するウェイストゲートバルブ開度演算部と、を含み、前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力との特性が前記ウェイストゲートバルブ制御値にのみ依存する関係を用いて前記ウェイストゲートバルブ制御値を算出して前記ウェイストゲートバルブ駆動部を制御するウェイストゲートバルブ制御部、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置等にある。

従って、この発明によれば、ウェイストゲートバルブを有する過給機付き内燃機関において、加速応答特性の操作、燃費最適ポイントでの運転、ばらつき要素の学習等が可能になる。

この発明に係る内燃機関の吸排気系を示す構成図である。 この発明による内燃機関の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図２のＥＣＵの機能を具体的に示すブロック図である。 この発明による吸入空気流量制御の算出処理を示すフローチャートである。 この発明による推定トルクの算出処理を示すフローチャートである。 この発明による目標スロットル上流圧力の算出処理を示すフローチャートである。 この発明による目標圧縮機駆動力、実圧縮機駆動力、および排ガス流量の算出処理を示すフローチャートである。 この発明によるウェイストゲートバルブの制御処理を示すフローチャートである。 この発明によるウェイストゲートバルブ制御値(開度)に対する圧縮駆動力と排ガス流量の関係を示す図である。

以下、この発明による内燃機関の制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る内燃機関の吸排気系を示す構成図である。図１において、エンジン１のクランクには、その回転角に応じた電気信号を生成するためのクランク角センサ１１が取り付けられている。また、エンジン１の燃焼室の吸入口と排出口には、それぞれ、吸気路を形成する吸気管２と、排気路を形成する排気管７が接続されている。

吸気管２の上流側(エンジン１の反対側)には、取り込んだ外気を浄化するためのエアクリーナ３が取り付けられている。吸気管２のエアクリーナ３の下流側(エンジン１側)には、吸入空気流量に応じた電気信号を生成するエアフローセンサ１２と、吸入路内の吸入空気温度に応じた電気信号を生成する吸入空気温センサ(吸気温センサ)１３とが互いに一体又は別体に設けられている。なお、図１では、両センサ１２，１３が一体に構成された例を示す。また、吸気管２のエアクリーナ３の下流側(エンジン１側)には、大気圧に応じた電気信号を生成する大気圧センサ９が設けられている。

排気管７の上流側(エンジン１側)には、排気ガス浄化触媒２２が設けられている。排気管７の排気ガス浄化触媒２２の上流側(エンジン１側)には、燃焼された燃料と空気の割合に応じた電気信号を生成する空燃比センサ１６が設けられている。

また、吸気管２と排気管７にて構成される吸排気系統には、圧縮機３１とこの圧縮機３１と一体になって回転するタービン３２を備えている過給機(ターボチャージャ)３６が設けられている。タービン３２は、排気管７の排気ガス浄化触媒２２よりも上流側に設けられていて、排気管７内を通流する排気ガスによって回転駆動されるようになっている。圧縮機(コンプレッサ)３１は、吸気管２のエアクリーナ３の下流側に設けられている。この圧縮機３１は、タービン３２の回転に伴って回転駆動されることで、吸気路内の空気を圧縮するようになっている。

圧縮機３１の下流側には、主にアクセルオフ時に圧縮された過給圧が逆流してタービン３２が破損をしないよう吸気管２に圧縮空気量を分流させるためのエアバイパスバルブ３３が設けられている。エアバイパスバルブ３３の下流側には、インタークーラ３０が設けられている。インタークーラ３０の下流側には、エンジン１に送られる空気量を調整するためのスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４には、そのスロットル開度に応じた電気信号を生成するスロットルポジションセンサ１４が接続されている。また、スロットルバルブ４の上流側には、インタークーラ３０とスロットルバルブ４の間の空気圧に応じた電気信号を生成するスロットル上流圧力センサ３５が設けられている。

さらに、吸気管２の吸気路のスロットルバルブ４の下流側には、吸気脈動を解消するためのサージタンク５が設けられている。サージタンク５には、サージタンク５内の空気圧に応じた電気信号を生成するインレットマニホールド圧力センサ(以下インマニ圧センサ)１５が設けられている。なお、エアフローセンサ１２およびインマニ圧センサ１５については、両方とも設けられてもよいし、インマニ圧センサ１５のみが設けられてもよい。
なお、インマニ圧センサ１５のみの場合は、図１でも示すとおり、吸入空気温センサ１３はサージタンク５にインマニ圧センサ１５と別体で設けられる。また、インレットマニホールド圧力(以下インマニ圧)Ｐｂを直接測定するインマニ圧センサ１５に代えて、他のセンサ情報からインマニ圧Ｐｂを推定する部を用いてもよい。

吸気管２において、サージタンク５の下流のエンジン１側には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。なお、インジェクタ１７は、シリンダ８内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。

シリンダ８の頂部には、エンジン１に吸入された空気とインジェクタ１７から噴射された燃料とが混合して生成される可燃混合気に点火する点火プラグ１８と、点火プラグ１８に火花を飛ばすための電流を発生させる点火コイル１９とが設けられている。また、吸気路からシリンダ８内に導入される空気量を調節する吸気バルブ２０と、シリンダ８内から内燃機関の排気路に排出される空気量を調節する排気バルブ２１が設けられている。

タービン３２の上流側には、高回転高負荷で過給圧が増加してもエンジンを破損しないよう、排気バイパス通路に排気ガスを分流させるためのウェイストゲートバルブ３４が設けられている。
ウェイストゲートバルブ３４を駆動する部としては、ダイアフラムにかかる圧力を制御する圧力式か、バルブ開度を直接指示する電動式のどちらを用いてもよい。

図２は、この発明による内燃機関の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。図２において、電子制御ユニット(以下、ＥＣＵ)１００は、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸入空気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、インマニ圧センサ１５、および空燃比センサ１６のそれぞれによって生成された電気信号を受ける。
それぞれ、クランク角センサの回転速度Ｎｅ、実計測空気流量Ｑｒ、吸入空気温ＡＴ、スロットル開度ＴＨ、インマニ圧または吸入空気圧Ｐｂ、空燃比ＡＦを示す。

また、ＥＣＵ１００は、ターボチャージャで必要となる大気圧センサ９、スロットル上流圧力センサ３５、前記センサ１１−１６、およびその他の各種センサＳとのそれぞれからも電気信号を受ける。この各種センサには、アクセル(図示せず)の操作量に応じた電気信号を生成するアクセルポジションセンサまたはアクセル開度センサや、エンジン１の燃焼制御用のセンサや車両の挙動制御用のセンサ(例えば、車速センサ、水温センサ等)が含まれている。
それぞれ、大気圧ＡＰ、スロットル上流圧力Ｐ２、アクセル回路Ｄ等を示す。

さらに、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１１からの回転速度Ｎｅ、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ、スロットルポジションセンサ１４からのスロットル開度ＴＨ、インマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂ、空燃比センサ１６からの空燃比ＡＦ、大気圧センサ９からの大気圧ＡＰ、スロットル上流圧力センサ３５からのスロットル上流圧力Ｐ２、および、車両に設けられたアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ(各種センサＳ)からアクセル開度Ｄ、の各入力データに基づいて、エンジン１から発生した実トルクを推定した推定出力トルクＴＲＱ(図示せず)を算出するとともに、上記各センサからの入力データ、および他のコントローラＣ(例えば、トランスミッション制御、ブレーキ制御、トラクション制御、スタビリティ制御等)からのトルク要求値に基づいて、目標出力トルクＴＲＱｔ(図示せず)を算出する。

また、ＥＣＵ１００は、目標出力トルクＴＲＱｔを達成するように、空燃比ＡＦや各制御目標値(例えば、吸気や排気ＶＶＴ開度、ＥＧＲ率、点火時期、等)を参照して、吸入空気流量の目標吸入空気流量Ｑａｔを達成するようにスロットルバルブ４のアクチュエータ(駆動部)４ａを駆動制御し、空燃比ＡＦの目標値を達成するようにインジェクタ１７のアクチュエータ(駆動部)１７ａを駆動制御し、点火時期の目標値を達成するように点火コイル１９の駆動回路からなるアクチュエータ部(駆動部)１９ａを通電制御し、ウェイストゲートバルブ開度の目標値を達成するようにウェイストゲートバルブ３４のアクチュエータ(駆動部)３４ａを駆動制御する。また、ＥＣＵ１００は、これらのアクチュエータ以外の各種アクチュエータＡに対する目標値も算出して制御を行う。

ここで、ＥＣＵ１００は、演算処理を実行するＣＰＵと、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭと、格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭとを有するマイクロプロセッサで構成されている。ＲＯＭとＲＡＭを含めて記憶部とする。

図３は図２のＥＣＵ１００の吸入空気流量制御とウェイストゲートバルブ制御と推定トルク演算と他演算等に関する機能を具体的に示すブロック図である。

ＥＣＵ１００のＲＯＭには、吸入空気流量制御部１１０、ウェイストゲートバルブ制御部１１１、およびトルク値制御部１１２が、ソフトウェアとして記憶されている。

吸入空気流量制御部１１０は、要求トルク演算部１２０、目標トルク演算部１２１、目標シリンダ内新気量演算部１２２、目標吸入空気流量演算部１２３、およびスロットル開度制御部１２４を含む。
ウェイストゲートバルブ制御部１１１は、目標インマニ圧力演算部１３０、目標スロットル上流圧力演算部１３１、目標圧縮機駆動力演算部１３２、排ガス流量演算部１３３、実圧縮機駆動力演算部１３４、およびウェイストゲートバルブ開度演算部１３５を含む。
トルク値制御部１１２は、実吸入空気流量演算部１４０、実シリンダ内新気量演算部１４１、および推定トルク演算部１４２を含む。

要求トルク演算部１２０は、例えばエンジン１の回転速度Ｎｅ(または、車両の走行速度ＶＳ)とアクセル開度Ｄとに基づいて、車両の運転者による運転者要求出力トルクＴＲＱｄを算出する。
目標トルク演算部１２１は、運転者要求出力トルクＴＲＱｄに基づいて、エンジン１が発生すべき目標出力トルクＴＲＱｔ、または目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する。
目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標出力トルクＴＲＱｔまたは目標図示平均有効圧Ｐｉｔと、空燃比ＡＦと、熱効率ηとに基づいて、目標充填効率Ｅｃｔ、または目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを算出する。

目標吸入空気流量演算部１２３は、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに基づいて、エンジン１が吸入すべき目標吸入空気流量Ｑａｔを算出する。
スロットル開度制御部１２４は、スロットルバルブ４のスロットル開度ＴＨを制御することにより、吸気管２の開口面積を変化させて、実吸入空気流量Ｑａｒを可変制御する。
吸入空気流量制御部１１０は、実吸入空気流量Ｑａｒが目標吸入空気流量Ｑａｔと一致するように、スロットル開度制御部１２４を介してスロットル開度ＴＨを制御する。

目標インマニ圧力演算部１３０は、目標充填効率Ｅｃｔと、体積効率補正係数Ｋｖとに基づいて、目標インマニ圧Ｐｂｔを算出する。
目標スロットル上流圧力演算部１３１は、エンジン１の回転速度Ｎｅを検出し、目標充填効率Ｅｃｔと、目標インマニ圧Ｐｂｔとに基づいて、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを算出する。
目標圧縮機駆動力演算部１３２は、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔと、目標吸入空気流量Ｑａｔとに基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。

排ガス流量演算部１３３は、実シリンダ内新気量Ｑｃｒと、空燃比ＡＦとに基づいて、排ガス流量Ｑｅｘを算出する。
実圧縮機駆動力演算部１３４は、スロットル上流圧力Ｐ２と、実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する。
ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、実圧縮機駆動力Ｐｃｒと、排ガス流量Ｑｅｘと、および目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを算出する。

ウェイストゲートバルブ制御部１１１は、実圧縮機駆動力Ｐｃｒが目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと一致するように、ウェイストゲートバルブ開度ＷＧをウェイストゲートバルブのデューティー比として、ウェイストゲートバルブ３４を駆動する。

実吸入空気流量演算部１４０は、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ、もしくはインマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂに基づいて、エンジン１が吸入する実吸入空気流量Ｑａｒを算出する。
実シリンダ内新気量演算部１４１は、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ、もしくはインマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂに基づいて、シリンダ８が吸入する実シリンダ内新気量Ｑｃｒを算出する。

推定トルク演算部１４２は、実シリンダ内新気量Ｑｃｒと、空燃比ＡＦと、熱効率ηとに基づいて、充填効率Ｅｃｒを算出し、エンジン１から発生した実トルクを推定するための演算、即ちエンジン１の推定出力トルクＴＲＱ、または推定図示平均有効圧Ｐｉｒを算出する。

トルク値制御部１１２は、エンジン１が吸入する実吸入空気流量Ｑａｒ、およびシリンダ８が吸入する充填効率Ｅｃｒ、または実シリンダ内新気量Ｑｃｒを算出する。また、充填効率Ｅｃｒからエンジン１の熱効率ηを算出する。

次に、図１〜図３とともに、図４の吸入空気流量制御のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による吸入空気流量制御部１１０の算出処理について説明する。

まず、クランク角センサ１１は、エンジン１の回転速度Ｎｅを検出し、アクセル開度センサ(図２の各種センサＳ)は、アクセル開度Ｄを検出する(ステップＳ１０１)。エンジン１の回転速度Ｎｅは、前述した検出された値を用いればよい。
このとき、クランク角センサ１１がエンジン１の回転速度Ｎｅを検出する代わりに、車速センサ(図２の各種センサＳ)が車両の走行速度ＶＳを検出してもよい。

続いて、要求トルク演算部１２０は、エンジン１の回転速度Ｎｅ(または、走行速度ＶＳ)とアクセル開度Ｄとの関係に基づいたマップとして設定される運転者要求出力トルクマップ(記憶部に格納)を用いて、次式(１)のように、車両の運転者による運転者要求出力トルクＴＲＱｄを算出する(ステップＳ１０２)。なお、ＭＡＰ１は予め演算された上記運転者要求出力トルクマップ値により設定される。

ＴＲＱｄ＝ＭＡＰ１［Ｎｅ、Ｄ］ （１）

次に、他のコントローラＣ(例えば、トランスミッション制御、ブレーキ制御、トラクション制御等)から、それぞれのトルク要求値が入力される(ステップＳ１０３)。
続いて、吸入空気流量制御部１１０(目標トルク演算部１２１)は、運転状態に応じて、運転者要求出力トルクＴＲＱｄとトルク要求値とのどちらかの値を選択し、最終要求出力トルクとして算出する(ステップＳ１０４)。ここで算出された最終要求出力トルクは、エンジン１のクランク軸から出力されるトルクを示している。

次に、吸入空気流量制御部１１０(目標トルク演算部１２１)は、一般にエンジン補機と呼ばれるオルタネータ、エアコン用コンプレッサ、パワステ用ポンプ、トランスミッション用ポンプ、およびトルクコンバータ等の負荷をエンジン補機で計測した実データに基づいて、例えば回転速度Ｎｅ毎に予め演算されたマップ値(記憶部に格納)により算出する(ステップＳ１０５)。
続いて、吸入空気流量制御部１１０(目標トルク演算部１２１)は、最終要求出力トルクとエンジン補機負荷とを加算して、エンジン１に付随する補機負荷を考慮したエンジン要求出力トルクを算出する(ステップＳ１０６)。

次に、目標トルク演算部１２１は、エンジン１自身の持つメカロスやポンピングロス(総称して、「エンジンロス」と称する)をエンジン１で計測した実データに基づいて、例えば回転速度Ｎｅ毎に予め演算されたマップ値(記憶部に格納)により算出する(ステップＳ１０７)。
続いて、目標トルク演算部１２１は、エンジン要求出力トルクとエンジンロスとを加算して、エンジン１のシリンダ８内で発生すべき目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する(ステップＳ１０８)。なお、目標トルク演算部１２１は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔの代わりに、目標出力トルクＴＲＱｔを算出してもよい。

次に、トルク値制御部１１２は、エンジン１で計測した実データに基づいて、例えば回転速度Ｎｅ毎に予め演算されたマップ値(記憶部に格納)によりエンジン１の熱効率ηを算出し、空燃比センサ１６は、可燃混合気の空燃比ＡＦを検出する(ステップＳ１０９)。

続いて、目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔ、熱効率ηおよび空燃比ＡＦに基づいて、次式(２)のように、目標図示平均有効圧Ｐｉｔを実現するための目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを算出する(ステップＳ１１０)。なお、Ｖｃ［Ｌ］は一気筒あたりのシリンダ行程容積を示している。

Ｑｃｔ＝ＡＦ×Ｐｉｔ×Ｖｃ／（η×４４０００） （２）

次に、目標吸入空気流量演算部１２３は、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔと、体積効率補正係数Ｋｖとに基づいて、次式(３)のように、エンジン１が吸入すべき目標吸入空気流量Ｑａｔ［ｇ／ｓ］を算出する(ステップＳ１１１)。但し、ｆｉｌｔｅｒ１は、ＫＣＣＡをフィルタ係数とする１次進みフィルタ処理用の関数である。

Ｑａｔ＝ｆｉｌｔｅｒ１［Ｑｃｔ，Ｑｃｔ（ｎ−１）×Ｋｖ，ＫＣＣＡ］
（３）

続いて、吸入空気流量制御部１１０(スロットル開度制御部１２４)は、スロットル近傍の流れを絞り弁前後の流れと考え、オリフィスの流量算出式である流体力学の理論式を適用して吸入空気流量(体積流量Ｑ)を算出する。
一般的に、体積流量Ｑは、エネルギー保存則、等エントロピ流れの関係式、音速の関係式及び状態方程式より、次式(４)のように算出される。
但し、κ：比熱比、Ｒ：ガス定数、Ｐ：圧力、ρ：密度、Ｔ：温度、ａ：音速、ｕ：流速、ｍ：質量流量、Ｓth：有効開口面積
添字は、０：大気、ｂ：インマニ、ｅ：スロットル、を示す。

上記の式(４)に基づいて、スロットル上流圧力Ｐ２と、スロットル下流圧力であるインマニ圧Ｐｂの比率、すなわちスロットル上下流圧力の比率であるＰｂ／Ｐ２によって決まる特性を示した流量補正係数ＭＡＰ(記憶部に格納)と、吸気温と音速の特性を示した音速ＭＡＰ(記憶部に格納)、エンジン１で計測した有効開口面積とスロットル開度の特性データに基づいて予め演算された有効開口面積ＭＡＰ(記憶部に格納)に基づいて、次式(５)のように、スロットル開度ＴＨの目標値を算出し、スロットル開度制御部１２４を介してスロットル開度ＴＨを制御する(ステップＳ１１２)。

ＴＨ＝有効開口面積ＭＡＰ［Ｑａｔ／（流量補正係数ＭＡＰ［Ｐｂ／Ｐ２］
×音速ＭＡＰ［ＡＴ］）］ （５）

ここでは、エアフローセンサ１２、もしくはインマニ圧センサ１５から算出した実吸入空気流量Ｑａｒが、目標吸入空気流量Ｑａｔと一致するように、スロットル開度フィードバックを用いて有効開口面積ＭＡＰの補正する学習値を算出することにより、目標吸入空気流量Ｑａｔを高精度に達成することができる。

このように吸入空気流量を制御することにより、運転者要求出力トルクＴＲＱｄや他のコントローラからのトルク要求値を高精度に達成することができる。

以下、図１〜図３とともに、図５の推定トルクの算出処理(トルク値制御)を示すフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による推定出力トルクＴＲＱの算出処理について、より具体的に説明する。

まず、エアフローセンサ１２、またはインマニ圧センサ１５は、エンジン１に吸入される実吸入空気流量Ｑｒ、またはサージタンク５内のインマニ圧Ｐｂを検出する(ステップＳ２０１)。

続いて、トルク値制御部１１２は、実吸入空気流量演算部１４０にて、実(計測)吸入空気流量Ｑｒに基づいて、次式(６)のように、実吸入空気流量Ｑａｒを算出し、実吸入空気流量Ｑａｒに対して１次遅れフィルタ処理を次式(７)のように実行する、もしくは、実シリンダ内新気量演算部１４１にて、次式(８)(９)のように、インマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂと、体積効率補正係数Ｋｖとからシリンダ８内の密度を推定し、上記式(４)に記載の状態方程式を適用することにより、一行程あたりの実シリンダ内新気量Ｑｃｒ［ｇ］を算出する(ステップＳ２０２)。但し、ｆｉｌｔｅｒ２は、ＫＣＣＡをフィルタ係数とする１次遅れフィルタ処理用の関数である。また、Ｖｃ［Ｌ］は一気筒あたりのシリンダ行程容積を示している。
但し、Ｒ：ガス定数、Ｐ：圧力、ρ：密度、Ｔ：温度、Ｋｖ：堆積効率補正係数、Ｖｃ：１気筒当たりのシリンダ行程容積、ＡＴ：吸気温(吸入空気温)、Ｐｂ：インマニ圧。

Ｑａｒ＝Ｑｒ（エアフローセンサ計測値） （６）
Ｑｃｒ＝ｆｉｌｔｅｒ２［Ｑａｒ，Ｑｃｒ（ｎ−１），ＫＣＣＡ］ （７）
ρ＝Ｑｃｒ／（Ｋｖ×Ｖｃ）、 Ｐ＝ρＲＴ（状態方程式） （８）
Ｐｂ＝ρ×Ｒ×ＡＴ＝Ｑｃｒ／（Ｋｖ×Ｖｃ）×Ｒ×ＡＴ、
Ｑｃｒ＝Ｐｂ×（Ｋｖ×Ｖｃ）／（Ｒ×ＡＴ） （９）

次に、空燃比センサ１６は、可燃混合気の空燃比ＡＦを検出する(ステップＳ２０３)。なお、空燃比ＡＦは、空燃比センサ１６によって検出された実際の検出値であってもよいし、インジェクタ１７の駆動時間を算出するために用いられる空燃比ＡＦの目標値から求められてもよい。
続いて、推定トルク演算部１４２は、一行程あたりの実シリンダ内新気量Ｑｃｒと空燃比ＡＦとに基づいて、次式(１０)のように、一行程あたりの燃料量Ｑｆ［ｇ］を算出する(ステップＳ２０４)。

Ｑｆ＝Ｑｃｒ／ＡＦ （１０）

また、推定トルク演算部１４２は、エンジン１に使用される燃料の発熱量(例えば、ガソリンの場合には、約４４［ＭＪ／ｋｇ］)に基づいて、次式(１１)のように、一行程あたりの燃料量Ｑｆから発熱量Ｈｔ［Ｊ］を算出する(ステップＳ２０５)。

Ｈｔ＝Ｑｆ×４４０００ (１１)

次に、トルク値制御部１１２(推定トルク演算部１４２)は、エンジン１の熱効率η［％］を算出する(ステップＳ２０６)。
続いて、推定トルク演算部１４２は、発熱量Ｈｔと熱効率ηとに基づいて、次式(１２)のように、燃焼ガスがシリンダ８内でピストンに対してする仕事である実図示仕事Ｗｉ［Ｊ］を算出する(ステップＳ２０７)。

Ｗｉ＝Ｈｔ×η (１２)

次に、推定トルク演算部１４２は、実図示仕事Ｗｉに基づいて、次式(１３)のように、推定図示平均有効圧Ｐｉｒ［ｋＰａ］を算出する(ステップＳ２０８)。なお、Ｖｃ［Ｌ］は一気筒あたりのシリンダ行程容積を示している。

Ｐｉｒ＝Ｗｉ／Ｖｃ (１３)

式(１０)、(１１)、(１２)、(１３)についてまとめると、次式(１４)のように表される。

Ｐｉｒ＝Ｗｉ／Ｖｃ
＝Ｈｔ×η／Ｖｃ
＝Ｑｆ×４４０００×η／Ｖｃ
＝Ｑｃｒ／ＡＦ×４４０００×η／Ｖｃ (１４)

ここで、上記式(１４)において、実シリンダ内新気量Ｑｃｒを目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに、推定図示平均有効圧Ｐｉｒを目標図示平均有効圧Ｐｉｔに置き換えれば、次式(１５)のように表され、この式は目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを表す上記の式(２)と同じ意味の式となることがわかる。

Ｐｉｔ＝Ｑｃｒ／ＡＦ×４４０００×η／Ｖｃ (１５)

続いて、推定トルク演算部１４２は、推定図示平均有効圧Ｐｉｒに基づいて、次式(１６)のように、推定出力トルクＴＲＱ［Ｎｍ］を算出する(ステップＳ２０９)。なお、式(１６)において、ｚは気筒数、ｉは１サイクルあたりの回転速度(例えば、４サイクルエンジンの場合には、ｉ＝２)をそれぞれ示している。

ＴＲＱ＝Ｐｉｒ×Ｖｃ×ｚ／(２π×ｉ) (１６)

このように、実シリンダ内新気量Ｑｃｒを用いることにより、推定出力トルクＴＲＱを高精度に算出することができる。

以下、図１〜図３とともに、図６の目標スロットル上流圧力の算出処理を示すフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔの算出処理について、より具体的に説明する。

まず、クランク角センサ１１は、エンジン１の回転速度Ｎｅを検出し、目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔ、熱効率ηおよび空燃比ＡＦに基づいて、次式(１７)のように、目標充填効率Ｅｃｔを算出する(ステップＳ３０１)。なお、ρ０［ｇ／Ｌ］は標準状態の空気密度、Ｖｃ［Ｌ］は一気筒あたりのシリンダ行程容積を示している。

Ｅｃｔ＝ＡＦ×Ｐｉｔ×／(η×４４０００×ρ０) (１７)

目標スロットル上流圧力演算部１３１は、回転速度Ｎｅと、目標充填効率Ｅｃｔとに基づいて、予め演算されたマップ値(記憶部に格納)により目標スロットル上流圧力ベース補正量を算出する(ステップＳ３０２)。

次に、目標インマニ圧力演算部１３０は、目標充填効率Ｅｃｔと、体積効率補正係数Ｋｖとに基づいて、環境補正として吸気温ＡＴを考慮して、次式(１８)のように、目標インマニ圧Ｐｂｔを算出する(ステップＳ３０３)。

Ｐｂｔ＝Ｐ_１０{(Ｅｃｔ／Ｋｖ)×(ＡＴ／Ｔ_１０)} (１８)

但し、添え字の１０は標準状態を示す Ｐ_１０＝１ａｔｍ Ｔ_１０＝２５℃

続いて、目標スロットル上流圧力演算部１３１は、目標スロットル上流圧力ベース補正量と、目標インマニ圧Ｐｂｔとを加算して、目標スロットル上流圧力［環境補正前］Ｐ２ｔ＊を算出する(ステップＳ３０４)。

次に、吸気温センサ１３より吸入空気温ＡＴを、水温センサ(図２の各種センサＳ)より水温ＷＴを検出する(ステップＳ３０５)。
続いて、目標スロットル上流圧力演算部１３１は、環境補正演算として、目標スロットル上流圧力［環境補正前］Ｐ２ｔ＊と、吸気温ＡＴによるマップ設定(記憶部に格納)された補正値と、水温ＷＴによるマップ設定(記憶部に格納)された補正値とに基づいて、次式(１９)のように、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを算出する(ステップＳ３０６)。なお、ＭＡＰ２とＭＡＰ３は予め演算されたマップ値(記憶部に格納)により設定される。

Ｐ２ｔ＝Ｐ２ｔ＊×ＭＡＰ２［ＡＴ］＋ＭＡＰ３［ＷＴ］ (１９)

このように、目標充填効率Ｅｃｔを用いることにより、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを高精度に算出することができる。

以下、図１〜図３とともに、図７の目標圧縮機駆動力、実圧縮機駆動力、および排ガス流量の算出処理を示すフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ、実圧縮機駆動力Ｐｃｒ、および排ガス流量Ｑｅｘの算出処理について、より具体的に説明する。

まず、圧縮機３１及びタービン３２内の流れを以下に説明する。ここで、空気状態に関する物理法則である、質量保存則や、ポリトロープ変化や、断熱効率を考慮すると、タービンの出力Ｐｔ［Ｗ］、圧縮機駆動力Ｐｃ［Ｗ］は次式（２０）により算出される。

但し、Ｃｐ：定圧比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、Ｗｔ：単位流量あたりのタービン出力［Ｊ］、Ｗｃ：圧縮機仕事量［Ｊ］κ：比熱比、Ｑｔ：タービンの質量流量［ｇ／ｓ］、Ｑｃｍｐ：圧縮機の質量流量(圧縮機通過流量)［ｇ／ｓ］、Ｒ：気体定数［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、ηｔ：タービンの断熱効率、ηｃ：圧縮機の断熱効率。
また、Ｐ：圧力［ｋＰａ］、Ｔ：絶対温度［Ｋ］、における添え字の１〜４は、１：空気入口（大気）、２：シリンダ入口（吸気）、３：シリンダ出口、４：排気口、をそれぞれ示す。

さらに、タービン３２と圧縮機３１の特性は、圧力比が増加するに伴い、流量・タービン回転数が増加する傾向にあることから、排気圧Ｐ３は排ガス流量Ｑｅｘの関数であると言える。
また、排ガス流量Ｑｅｘとタービン出力Ｐｔは自動車用ターボチャージャの常用域において、ほぼ比例の関係にあると推測されることから、タービン出力Ｐｔは排ガス流量Ｑｅｘの関数であると言える。
これらから、次式(２１)のように、圧縮機駆動力Ｐｃもまた排ガス流量Ｑｅｘの関数であると言うことができる。

Ｐｃ＝Ｐｔ・ηｍ ∝ Ｑｅｘ (２１)

ここで、定常状態では、圧縮機通過流量Ｑｃｍｐ＝吸入空気流量Ｑａになるので、圧縮機駆動力Ｐｃは、吸入空気流量Ｑａと、スロットル上流圧力Ｐ２を用いて次式(２２)で求めることができる。

次に、目標スロットル上流圧力演算部１３１は、回転速度Ｎｅと、体積効率補正係数Ｋｖと、目標充填効率Ｅｃｔとに基づいて、上記のステップＳ３０１〜３０６(式(１７)〜式(１９))のとおりに、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを算出し、目標吸入空気流量演算部１２３は、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔと、回転速度Ｎｅとに基づいて、上記のステップＳ１１１(式(３))のとおりに、エンジン１が吸入すべき目標吸入空気流量Ｑａｔを算出する(ステップＳ４０１)。

続いて、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔと、目標吸入空気流量Ｑａｔとに基づいて、上記式(１０)の(Ｐ２／Ｐ１)は、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔと大気圧ＡＰの比率である(Ｐ２ｔ／ＡＰ)と考え、その比率を(Ｐ２ｔ／ＡＰ)の関数ｆ１で表すことで、次式(２３)のように、目標圧縮機駆動力［環境補正前］Ｐｃｔ＊を算出する(ステップＳ４０２)。なお、ｆ１は予め演算されたマップ値により設定される。

次に、吸気温センサ１３より吸気温ＡＴを、大気圧センサ９より大気圧ＡＰを検出する(ステップＳ４０３)。
続いて、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、環境補正演算として、目標圧縮機駆動力［環境補正前］Ｐｃｔ＊と、吸気温ＡＴによる補正値と、大気圧ＡＰによる補正値とに基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する(ステップＳ４０４)。

Ｐｃｔ＝Ｐｃｔ＊・(Ｐ_１０／ＡＰ)・√(Ｔ_１０／ＡＴ) (２４)

但し、添え字の１０は標準状態を示す Ｐ_１０＝１ａｔｍ Ｔ_１０＝２５℃

さらに、スロットル上流圧力センサ３５によりスロットル上流圧力Ｐ２を検出し、実吸入空気流量演算部１４０は、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ、もしくはインマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂに基づいて、上記のステップＳ２０２(式(６))のとおりに、エンジン１が吸入する実吸入空気流量Ｑａｒを算出する(ステップＳ４０５)。
続いて、実圧縮機駆動力演算部１３４は、スロットル上流圧力Ｐ２と、実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、ステップＳ４０２と同様に、上記式(１０)の(Ｐ２／Ｐ１)は、スロットル上流圧力Ｐ２と大気圧ＡＰの比率である(Ｐ２／ＡＰ)と考え、その比率を(Ｐ２／ＡＰ)の関数ｆ１で表すことで、次式(２５)のように、実圧縮機駆動力［環境補正前］Ｐｃｒ＊を算出する(ステップＳ４０６)。なお、ｆ１は予め演算されたマップ値により設定される。

続いて、実圧縮機駆動力演算部１３４は、環境補正演算として、実圧縮機駆動力［環境補正前］Ｐｃｒ＊と、ステップＳ４０３による、吸気温ＡＴによる補正値と、大気圧ＡＰによる補正値とに基づいて、次式(２６)のように、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する(ステップＳ４０７)。

Ｐｃｒ＝Ｐｃｒ＊・(Ｐ_１０／ＡＰ)・√(Ｔ_１０／ＡＴ) (２６)

但し、添え字の１０は標準状態を示す Ｐ_１０＝１ａｔｍ Ｔ_１０＝２５℃

さらに、空燃比センサ１６は、可燃混合気の空燃比ＡＦを検出し、実シリンダ内新気量演算部１４１は、エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ、もしくはインマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂに基づいて、上記のステップＳ２０２(式(６)〜式(９))のとおりに、シリンダ８が吸入する実シリンダ内新気量Ｑｃｒを算出する(ステップＳ４０８)。
続いて、排ガス流量演算部１３３は、実シリンダ内新気量Ｑｃｒと、空燃比ＡＦとに基づいて、次式(２７)のように、排ガス流量［環境補正前］Ｑｅｘ＊を算出する(ステップＳ４０９)。

Ｑｅｘ＊＝Ｑｃｒ・{１＋(１／(ＡＦ))} (２７)

続いて、排ガス流量演算部１３３は、環境補正演算として、排ガス流量［環境補正前］Ｑｅｘ＊と、ステップＳ４０３による、吸気温ＡＴによる補正値と、大気圧ＡＰによる補正値とに基づいて、次式(２８)のように、排ガス流量Ｑｅｘを算出する(ステップＳ４１０)。

Ｑｅｘ＝Ｑｅｘ＊・(Ｐ_１０／ＡＰ)・√(ＡＴ／Ｔ_１０) (２８)

但し、添え字の１０は標準状態を示す Ｐ_１０＝１ａｔｍ Ｔ_１０＝２５℃

このように、環境補正を考慮することにより、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと、実圧縮機駆動力Ｐｃｒと、排ガス流量Ｑｅｘとを高精度に算出することができる。

以下、図１〜図３とともに、図８のウェイストゲートバルブの制御処理を示すフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるウェイストゲートバルブ制御量(開度)ＷＧの算出処理について、より具体的に説明する。
まず、排ガス流量Ｑｅｘと、圧縮機駆動力Ｐｃの関係特性は、図９に示すような多項近似式に表すことができる。この多項近似式は、回転速度Ｎｅや、インマニ圧Ｐｂに影響されず、ウェイストゲートバルブ制御値(開度)ＷＧのみに依存される関係となっている。
そのため、排ガス流量Ｑｅｘと、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ制御値(開度)ＷＧを算出することができる。

次に、排ガス流量演算部１３３は、実シリンダ内新気量Ｑｃｒと、空燃比ＡＦとに基づいて、上記のステップＳ４０９〜４１０(式(２７)〜式(２８))のとおりに、排ガス流量Ｑｅｘを算出する(ステップＳ５０１)。
続いて、前述の図９に示す多項近似式の関係は、排ガス流量Ｑｅｘと圧縮機駆動力ベースＰｃｏの特性を予め演算されたマップ値(記憶部に格納)からなる１次関数ｆ２、および、排ガス流量ＱｅｘとＱｅｘ補正係数Ｋｑｅｘの特性を予め演算されたマップ値(記憶部に格納)からなる１次関数ｆ３にて置き換えて設定することがわかっていることから、排ガス流量Ｑｅｘに基づいて、次式(２９)(３０)のように、圧縮機駆動力ベースＰｃｏと、Ｑｅｘ補正係数Ｋｑｅｘとを１次関数ｆ２、ｆ３にて算出する(ステップＳ５０２、ステップＳ５０３)。

Ｐｃｏ＝ｆ２［Ｑｅｘ］ (２９)
Ｋｑｅｘ＝ｆ３［Ｑｅｘ］ (３０)

続いて、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔと、目標吸入空気流量Ｑａｔとに基づいて、上記のステップＳ４０２〜Ｓ４０４(式(２３)〜式(２４))のとおりに、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する(ステップＳ５０４)。
さらに、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、圧縮機駆動力ベースＰｃｏと、Ｑｅｘ補正係数Ｋｑｅｘと、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、次式(３１)のように、ウェイストゲートバルブ制御量(開度)の補正係数Ｋｗｄｔを算出する(ステップＳ５０５)。

Ｋｗｄｔ＝{(Ｐｃｔ／Ｐｃｏ)−１}／Ｋｑｅｘ (３１)

次に、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、ウェイストゲートバルブ制御量(開度)の補正係数Ｋｗｄｔに基づいて、予め演算されたマップ(記憶部に格納)である１次関数ｆ４にて、次式(３２)のように、ウェイストゲートバルブ基本制御量(開度)ＷＧｂを算出する(ステップＳ５０６)。

ＷＧｂ＝ｆ４［Ｋｗｄｔ］ (３２)

次に、実圧縮機駆動力演算部１３４は、スロットル上流圧力Ｐ２と、実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、上記のステップＳ４０６〜Ｓ４０７(式(２５)〜式(２６))のとおり、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する(ステップＳ５０７)。

続いて、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと、実圧縮機駆動力Ｐｃｒとに対して、ＰＩＤ制御であるフィードバック制御を行い、ウェイストゲートバルブ制御量(開度)のフィードバック補正量ＦＢ(Ｐ)、ＦＢ(Ｉ)、ＦＢ(Ｄ)を算出する(ステップＳ５０８)。
さらに、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、例えば、ウェイストゲートバルブ制御量(開度)のフィードバック補正量ＦＢ(Ｉ)の値がある閾値を超えた量を、ターボチャージャの個体差、経年変化などによるばらつき要素に対する影響をなくすためのウェイストゲートバルブ制御量(開度)の学習量として算出する(ステップＳ５０９)。

次に、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、ウェイストゲートバルブ基本制御量(開度)ＷＧｂと、ウェイストゲートバルブ制御量(開度)のフィードバック補正量ＦＢ(Ｐ)、ＦＢ(Ｉ)、ＦＢ(Ｄ)と、およびウェイストゲートバルブ制御量(開度)の学習量とに基づいて、次式(３３)のように、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを算出する(ステップＳ５１０)。

ＷＧ＝ＷＧｂ＋(ＦＢ(Ｐ)＋ＦＢ(Ｉ)＋ＦＢ(Ｄ))＋学習量 (３３)

このように、前述の多項近似式の関係を、排ガス流量Ｑｅｘに基づいた２つの対応関数(マップ値)にて置き換えることと、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを高精度に制御することができる。

すなわち、ウェイストゲートバルブ制御部１１１は、実圧縮機駆動力Ｐｃｒが目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと一致するように制御され、圧力式のウェイストゲートの場合は、ウェイストゲートバルブ開度ＷＧをダイアフラムにかかる圧力を制御するためのウェイストゲートバルブのデューティー比として、電動式のウェイストゲートの場合は、ウェイストゲートバルブ開度ＷＧにて、ウェイストゲートバルブ３４を駆動する。

以上で示したように、ウェイストゲートバルブ開度演算部１３５は、排ガス流量Ｑｅｘと、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを高精度に算出している。
目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと、排ガス流量Ｑｅｘとは、それぞれ、目標圧縮機駆動力演算部１３２と、排ガス流量演算部１３３によって算出される。さらに、吸入空気流量制御部により吸入空気量を高精度に制御できることから、本実施の形態は実現可能である。

この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、吸入空気流量制御部１１０は、目標トルク演算部１２１が算出した目標図示平均有効圧Ｐｉｔ(目標出力トルクＴＲＱｔ)に基づいて目標吸入空気流量Ｑａｔを算出し、目標吸入空気流量Ｑａｔを達成するようにスロットル開度ＴＨの目標値を算出して、スロットル開度制御部１２４を介してスロットル開度ＴＨを制御する。
そのため、運転者要求出力トルクＴＲＱｄや他のコントローラからのトルク要求値を高精度に達成することができる。

また、推定トルク演算部１４２は、空燃比ＡＦと、インマニ圧Ｐｂまたは実吸入空気流量Ｑａｒと、熱効率ηとに基づいて、エンジン１の推定出力トルクＴＲＱまたは推定図示平均有効圧Ｐｉｒを算出する。
そのため、制御マップ容量を抑えつつ、エンジン１の推定出力トルクＴＲＱを高精度に算出することができる。

また、ウェイストゲートバルブ制御部１１１は、目標インマニ圧力演算部１３０が算出した目標インマニ圧Ｐｂｔに基づいて目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを算出する。さらに、目標圧縮機駆動力演算部１３２と、実圧縮機駆動力演算部１３４と、排ガス流量演算部１３３とにより、環境補正を考慮した、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと、実圧縮機駆動力Ｐｃｒと、排ガス流量Ｑｅｘとを算出する。そしてウェイストゲートバルブ開度演算部１３５にて、実圧縮機駆動力Ｐｃｒと、排ガス流量Ｑｅｘと、および目標圧縮機駆動力Ｐｃｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを算出する。そして実圧縮機駆動力Ｐｃｒが目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと一致するように、ウェイストゲートバルブ開度ＷＧをウェイストゲートバルブのデューティー比として、ウェイストゲートバルブ３４を駆動する。

すなわち、吸入空気流量を制御することで、ウェイストゲートバルブ制御量であるウェイストゲートバルブ開度ＷＧを介して、過給機(ターボチャージャ)の過給圧を高精度に制御することができる。

なお、空燃比ＡＦや各制御目標値(例えば、吸気や排気ＶＶＴ開度、ＥＧＲ率、点火時期、等)については、エンジン１の回転速度Ｎｅや充填効率Ｅｃ等の運転状態に対応した最適値が予め制御マップとして記憶部に記憶されており、目標吸入空気流量Ｑａｔが達成された時点で最適な制御値が算出され、その制御値を目標値として、インジェクタ１７および点火コイル１９を制御することにより、それぞれ最適値に制御される。

１ エンジン、２ 吸気管、３ エアクリーナ、４ スロットルバルブ、５ サージタンク、７ 排気管、８ シリンダ、９ 大気圧センサ、１１ クランク角センサ、１２ エアフローセンサ、１３ 吸気温センサ、１４ スロットルポジションセンサ、１５ インマニ圧センサ、１６ 空燃比センサ、１７ インジェクタ、１８ 点火プラグ、１９ 点火コイル、２０ 吸気バルブ、２１ 排気バルブ、２２ 排気ガス浄化触媒、３０ インタークーラ、３１ 圧縮機、３２ タービン、３３ エアバイパスバルブ、３４ ウェイストゲートバルブ、３５ スロットル上流圧力センサ、１１０ 吸入空気流量制御部、１１１ ウェイストゲートバルブ制御部、１１２ トルク値制御部、１２０ 要求トルク演算部、１２１ 目標トルク演算部、１２２ 目標シリンダ内新気量演算部、１２３ 目標吸入空気流量演算部、１２４ スロットル開度制御部、１３０ 目標インマニ圧力演算部、１３１ 目標スロットル上流圧力演算部、１３２ 目標圧縮機駆動力演算部、１３３ 排ガス流量演算部、１３４ 実圧縮機駆動力演算部、１３５ ウェイストゲートバルブ開度演算部、１４０ 実吸入空気流量演算部、１４１ 実シリンダ内新気量演算部、１４２ 推定トルク演算部。

この発明は、内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、排気路に設けられたタービンと前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、を設けた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の充填効率の目標値となる目標充填効率と前記内燃機関の回転速度とに基づいて、前記スロットルバルブの上流側の圧力の目標値である目標スロットル上流圧力を算出する目標スロットル上流圧力演算部と、前記内燃機関の空燃比と実シリンダ内新気量とに基づいて、排ガス流量を算出する排ガス流量演算部と、吸入空気流量の目標値となる目標吸入空気流量と前記目標スロットル上流圧力とに基づいて目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力とに基づいてウェイストゲートバルブ制御値を算出するウェイストゲートバルブ開度演算部と、を含み、前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力との特性が前記ウェイストゲートバルブ制御値にのみ依存する関係を用いて前記ウェイストゲートバルブ制御値を算出して前記ウェイストゲートバルブ駆動部を制御するウェイストゲートバルブ制御部、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置等にある。

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、排気路に設けられたタービンと前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブ)と、前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、を設けた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の充填効率の目標値となる目標充填効率と前記内燃機関の回転速度とに基づいて、前記スロットルバルブの上流側の圧力の目標値である目標スロットル上流圧力を算出する目標スロットル上流圧力演算部と、
   前記内燃機関の空燃比と実シリンダ内新気量とに基づいて、排ガス流量を算出する排ガス流量演算部と、
   吸入空気流量の目標値となる目標吸入空気流量と前記目標スロットル上流圧力とに基づいて目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、
   前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力とに基づいてウェイストゲートバルブ制御値を算出するウェイストゲートバルブ開度演算部と、
   を含み、
   前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力との特性が前記ウェイストゲートバルブ制御値にのみ依存する関係を用いて前記ウェイストゲートバルブ制御値を算出して前記ウェイストゲートバルブ駆動部を制御するウェイストゲートバルブ制御部、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ウェイストゲートバルブ制御部が、前記吸入空気流量と前記吸気路におけるインマニ圧および吸入空気温に基づいてシリンダへ吸入される前記吸入空気流量の割合である実体積効率補正係数を算出し、前記実体積効率補正係数と前記吸入空気温と前記目標充填効率と空気状態に関する物理法則に基づいて、目標インマニ圧を算出する目標インマニ圧力演算部をさらに含み、
   前記目標スロットル上流圧力演算部が、前記目標インマニ圧に基づいて、スロットル上流圧力は前記インマニ圧より大きくなる特性と、吸入空気温および水温による環境補正に基づいて前記目標スロットル上流圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ウェイストゲートバルブ制御部が、前記スロットルバルブの上流側の吸入空気圧であるスロットル上流圧力と前記吸入空気流量とに基づいて実圧縮機駆動力を算出する実圧縮機駆動力算出部をさらに含み、
   前記ウェイストゲートバルブ開度演算部が、前記実圧縮機駆動力と前記目標圧縮機駆動力の差分に応じたＰＩＤ制御を実施することで、前記ウェイストゲートバルブ制御値のフィードバック補正量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ウェイストゲートバルブ開度演算部が、前記ウェイストゲートバルブ制御値の定量的なずれ量に対して前記ウェイストゲートバルブ制御値のフィードバック学習量を算出し、前記実圧縮機駆動力と前記ウェイストゲートバルブ制御値とに対して学習補正を実施することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記目標圧縮機駆動力演算部および前記排ガス流量演算部および前記実圧縮機駆動力演算部がそれぞれ、大気圧の標準状態に対する補正比率および前記吸気路における吸入空気温の標準状態に対する補正比率を算出し、算出したそれぞれの補正比率である環境補正量を用いて前記目標圧縮機駆動力、前記排ガス流量、前記実圧縮機駆動力を算出することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ウェイストゲートバルブ駆動部が圧力式のウェイストゲートバルブからなり、前記ウェイストゲートバルブ制御部が前記ウェイストゲートバルブ制御値で前記ウェイストゲートバルブのダイアフラムにかかる圧力を制御するための前記ウェイストゲートバルブのデューティー比を制御することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記ウェイストゲートバルブ駆動部が電動式のウェイストゲートバルブからなり、前記ウェイストゲートバルブ制御部が前記ウェイストゲートバルブ制御値で前記ウェイストゲートの開度を制御することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、排気路に設けられたタービンと前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、を設けた内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関の充填効率の目標値となる目標充填効率と前記内燃機関の回転速度とに基づいて、前記スロットルバルブの上流側の圧力の目標値である目標スロットル上流圧力を算出する工程と、
   前記内燃機関の空燃比と実シリンダ内新気量とに基づいて、排ガス流量を算出する工程と、
   吸入空気流量の目標値となる目標吸入空気流量と前記目標スロットル上流圧力とに基づいて目標圧縮機駆動力を算出する工程と、
   前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力とに基づいてウェイストゲートバルブ制御値(ＷＧ)を算出する工程と、
   を含み、
   前記排ガス流量と前記目標圧縮機駆動力との特性が前記ウェイストゲートバルブ制御値にのみ依存される関係を用いて前記ウェイストゲートバルブ制御値を算出して前記ウェイストゲートバルブ駆動部を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。

Images