JP2014020252A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＧＶを有するターボチャージャ付きの内燃機関において、タービン回転数を精度よく推定する。
【解決手段】タービン２０ｂをバイパスする排気バイパス通路４２の開閉を担うＷＧＶ４４と、ＷＧＶ開閉状態を示すダイアフラム圧力に基づいて、ＷＧＶ４４が閉弁状態から開弁状態に変化するときの開弁時吸入空気量ＧＡ_０を推定する手段と、ＷＧＶ４４が閉弁された状態におけるタービン回転数Ｎｔｂと吸入空気量ＧＡとの関係を規定した第１規則と、ＷＧＶ４４が開弁された状態におけるＮｔｂとＧＡとの関係をダイアフラム圧力毎に規定した第２規則と、を記憶する手段と、現在の吸入空気量ＧＡがＧＡ_０以下の場合に、第１規則に従って現在のＧＡに対応するＮｔｂを算出し、ＧＡがＧＡ_０よりも大きい場合に、第２規則に従って現在のＧＡおよびダイアフラム圧力に対応するＮｔｂを算出する手段と、を備える。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）を有するターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば、特開２０１０−１７４７１０号公報には、ターボチャージャを備える内燃機関において、ターボ回転数の推定モデルを用いて筒内吸入空気量を推定する技術が提案されている。この技術では、より具体的には、定常運転状態での筒内吸入空気流量と過給圧との関係を用いて、計算モデルを用いて取得された過給圧取得値に対応する筒内吸入空気量（暫定吸入空気量）が取得される。そして、定常運転状態での筒内吸入空気流量とコンプレッサの回転数との関係と、計算モデルを用いて取得された筒内吸入空気流量と、暫定吸入空気量と、に基づいて、コンプレッサ回転数が推定される。

特開２０１０−１７４７１０号公報 国際公開ＷＯ２０１２／０６０００６号公報

ところで、ターボチャージャには、タービンへ流れる排気ガスの一部をバイパスさせるためのウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）が設けられている。ＷＧＶは、その開度を調整することにより、タービンに流入する排気ガス流量（以下、「タービン流量」と称する）と、該タービンをバイパスする排気ガス流量（以下、「ＷＧＶ流量」と称する）との流量比を変化させることができる。タービンをバイパスする排気ガスは、該タービンで仕事をすることなく排出される。このため、例えば、ＷＧＶ流量を増加させることで、過給圧の上昇を緩慢にすることや、排気温度を上昇させることが可能となる。

タービン流量の変化に伴いタービン回転数が変化すると、内燃機関の筒内に吸入される空気量（以下、単に「吸入空気量」と称する）が変化する。このため、ＷＧＶを有するターボチャージャ付きの内燃機関においては、ＷＧＶの開度変化、特にＷＧＶが開き始める時期を精度よく特定しないと、タービン回転数を精度よく推定することができないという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＷＧＶを有するターボチャージャ付きの内燃機関において、タービン回転数を精度よく推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボチャージャと、
前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に配置され、当該排気バイパス通路の開閉を担うウエストゲートバルブと、
前記ウエストゲートバルブ開閉状態を示すＷＧＶ状態量を取得するＷＧＶ状態量取得手段と、
前記ＷＧＶ状態量に基づいて、前記ウエストゲートバルブが閉弁状態から開弁状態に変化するときの前記内燃機関の開弁時吸入空気量を推定する推定手段と、
前記ウエストゲートバルブが閉弁された状態における前記タービンのタービン回転数と前記内燃機関の吸入空気量との関係を規定した第１規則と、前記ウエストゲートバルブが開弁された状態における前記タービン回転数と前記吸入空気量との関係を前記ＷＧＶ状態量毎に規定した第２規則と、を記憶する記憶手段と、
現在の吸入空気量が前記開弁時吸入空気量よりも小さい場合に、前記第１規則に従って前記現在の吸入空気量に対応する前記タービン回転数を算出し、現在の吸入空気量が前記開弁時吸入空気量よりも大きい場合に、前記第２規則に従って前記現在の吸入空気量および前記ＷＧＶ状態量に対応する前記タービン回転数を算出するタービン回転数算出手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記ウエストゲートバルブは、当該ウエストゲートバルブと連動するダイアフラムと、当該ウエストゲートバルブを開弁方向に付勢する弾性体と、を有し、前記ダイアフラムのダイアフラム圧力による閉弁方向の第１の力と、前記弾性体による開弁方向の第２の力と、を受けるとともに、前記内燃機関の背圧による第３の力を開弁方向に受けるバルブであって、
前記推定手段は、前記第２の力と前記第３の力との合力が前記第１の力に一致する状態における吸入空気量を、前記開弁時吸入空気量として推定することを特徴としている。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記推定手段は、吸入空気量をパラメータとする関係式に基づいて前記第３の力を推定する手段を含むことを特徴としている。

第４の発明は、第３の発明において、
吸気弁およびまたは排気弁の開き時期およびまたは閉じ時期のうちの少なくとも１つを操作する可変動弁機構の操作量および点火時期のうち、少なくとも１つをパラメータとする関係式に従い前記第３の力を補正する補正手段を更に含むことを特徴としている。

第１の発明によれば、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）の開閉状態を示すＷＧＶ状態量に基づいて、ＷＧＶが閉弁状態から開弁状態へ変化する時点での吸入空気量（開弁時吸入空気量）が推定される。そして、現在の吸入空気量が開弁時吸入空気量以下となる範囲では、ＷＧＶの閉弁状態における吸入空気量とタービン回転数との関係（第１規則）に従ってタービン回転数が特定され、現在の吸入空気量が開弁時吸入空気量よりも大きい範囲では、ＷＧＶの開弁状態におけるＷＧＶ状態量と吸入空気量とタービン回転数との関係（第２規則）に従ってタービン回転数が特定される。このため、本発明によれば、ＷＧＶの開弁後のタービン回転数を精度よく推定することが可能となる。

第２の発明によれば、ダイアフラム圧力による力（第１の力）がＷＧＶを閉じる力として作用し、また弾性体の付勢力（第２の力）と背圧による力（第３の力）とがＷＧＶを開く力として作用している。このため、本発明によれば、第２の力と第３の力との合力が、第１の力に一致した状態での吸入空気量を算出することにより、ＷＧＶが閉弁状態から開弁状態へと切り替わる時点での吸入空気量（開弁時吸入空気量）を精度よく算出することができる。

第３の発明によれば、ＷＧＶが全閉状態である場合の背圧は吸入空気量に依存している。このため、本発明によれば、吸入空気量をパラメータとする関係式に基づいて、背圧による第３の力を推定することが可能となる。

第４の発明によれば、点火時期や可変動弁機構の操作量が変化すると排気エネルギが変化するため、吸入空気量が同じであっても背圧が変化する。このため、本発明によれば、点火時期および可変動弁機構の操作量のうち少なくとも何れか１つをパラメータとした関係式に従い背圧による第３の力が補正されるので、開弁時吸入空気量の推定精度を高めてタービン回転数を精度よく推定することが可能となる。

本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 ＷＧＶの構成および動作を説明するための図である。 タービン回転数Ｎｔｂと吸入空気量ＧＡとの関係をＷＧＶの開閉状態毎に示す図である。 定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを推定する方法を説明するための図である。 開弁時吸入空気量ＧＡ_０の推定原理を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 吸入空気量ＧＡに対するＷＧＶに作用する力の変化を示す図である。 開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０の算出原理を説明するための図である。 定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを推定する方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。

コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。また、内燃機関１０の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が設けられている。更に、内燃機関１０の各気筒には、混合気に点火するための点火プラグ２８が設けられている。

また、内燃機関１０は、吸気弁（図示省略）および排気弁（図示省略）を開閉駆動するための吸気可変動弁機構３０および排気可変動弁機構３２を備えている。ここでは、これらの可変動弁機構３０、３２は、吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能な機構であるものとする。このような可変動弁機構３０、３２を実現する具体的な構成は、特に限定されるものではないが、例えば、クランクシャフト（図示省略）の回転位相に対するカムシャフト３４、３６の回転位相を変更することで、吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能な位相可変機構（ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構）（図示省略）を用いることができる。また、吸気可変動弁機構３０の近傍には、吸気カムシャフト３４の回転位置（進角量）を検出するための吸気カム角センサ３６が設けられており、排気可変動弁機構３２の近傍には、排気カムシャフト３８の回転位置（進角量）を検出するための排気カム角センサ４０が設けられている。

また、排気通路１４には、タービン２０ｂをバイパスしてタービン２０ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路４２が接続されている。排気バイパス通路４２の途中には、排気バイパス通路４２の開閉を担うウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）４４が設けられている。ＷＧＶ４４の開度は、調圧式のアクチュエータ４６により制御される。尚、ＷＧＶ４４の構成についてはその詳細な説明を後述する。

また、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒５４が配置されている。触媒５４の上流には、排気ガスの空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ５６が配置されている。また、クランクシャフトの近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ５８が設けられている。

更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、カム角センサ３６、４０、Ａ／Ｆセンサ５６およびクランク角センサ５８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８、可変動弁機構３０、３２、およびＶＳＶ５２等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。

次に、図２を参照してＷＧＶ４４の詳細な構成およびその動作について説明する。図２は、ＷＧＶ４４の構成および動作を説明するための図である。この図に示すように、ＷＧＶ４４のアクチュエータ４６の内部には、ＷＧＶ４４と連動するダイアフラム４６１が設けられている。このダイアフラム４６１によって２つに区画された圧力室の一方には、負圧ポンプ４８により生成された負圧が負圧通路５０を介して供給されている。負圧通路５０の途中には、この負圧通路５０の開閉を担うバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）５２が設けられている。ダイアフラム４６１に供給される負圧は、ＶＳＶ５２を任意のデューティ比で駆動することにより調整される。また、この図に示すように、ダイアフラム４６１は、スプリング４６２によってＷＧＶ４４を開く方向に付勢されている。

また、排気バイパス通路４２の途中に設けられたＷＧＶ４４には、背圧による力が当該ＷＧＶ４４を開く方向に作用する。このため、内燃機関１０の運転中のダイアフラム４６１には、スプリング４６２の付勢力Ｆｓと背圧による力ＦｅｘとがＷＧＶ４４を開く方向に作用し、負圧ポンプ４８により生成されたダイアフラム差圧による力ＦｄがＷＧＶ４４を閉じる方向に作用することとなる。従って、ＷＧＶ４４の開度は、これら３つの力Ｆｓ、ＦｅｘおよびＦｄによる力の釣り合いにより決定されることとなる。

次に、ＷＧＶ４４の開閉状態とタービン回転数Ｎｔｂとの関係について説明する。図３は、タービン回転数Ｎｔｂと吸入空気量ＧＡとの関係をＷＧＶ４４の開閉状態毎に示す図である。この図に示すとおり、タービン回転数Ｎｔｂと吸入空気量ＧＡとの間には相関があり、両者の定常時の関係は、ＷＧＶ４４の開閉状態を示すＷＧＶ状態量（図３ではダイアフラム差圧）をパラメータとして、図３に示すような関係（ここでは、「定常線」と称する）によって表すことができる。より具体的には、この図に示すように、ＷＧＶ４４が全閉となる条件下では、吸入空気量ＧＡが大きくなるにつれて、タービン回転数Ｎｔｂが大きくなっていく。また、ＷＧＶ４４が開かれると、排気ガス流量のうち排気バイパス通路４２を流れるガス流量（ＷＧＶ流量）が増えるので、タービン２０ｂを流れるガス流量（タービン流量）が少なくなる。このため、ＷＧＶ４４が開かれた場合には、図３に示すように、吸入空気量ＧＡが同一の条件下では、ＷＧＶ４４が閉じられている場合と比べ、タービン回転数Ｎｔｂが低下することとなる。

ここで、上述したとおり、ＷＧＶ４４の開度は、スプリング４６２の付勢力Ｆｓ、背圧による力Ｆｅｘ、およびダイアフラム差圧による力Ｆｄの３つの力の釣り合いにより決定される。このため、図３に示すように、ＷＧＶ４４が開き始める吸入空気量はダイアフラム差圧等の大きさによって異なる値となり、また、ＷＧＶ４４が開き始めた後の中間開度においては、ダイアフラム差圧等の大きさによって異なる定常線を辿ることとなる。従って、ＷＧＶ４４の中間開度の状態においては、ＷＧＶ４４の開度状況に影響するこれらのパラメータを考慮しないとタービン回転数Ｎｔｂの推定精度が悪化してしまう。

そこで、本実施の形態１のシステムでは、ダイアフラム差圧と背圧との関係に基づいて、ＷＧＶ４４が開き始める吸入空気量（以下、「開弁時吸入空気量」と称する）ＧＡ_０を推定し、吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０よりも大きいか否かによって、すなわちＷＧＶ４４が開弁しているか否かによって、タービン回転数Ｎｔｂの推定に用いる定常線を切り替えることとする。以下、タービン回転数Ｎｔｂの推定方法について詳細に説明する。

図４は、定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを推定する方法を説明するための図である。タービン回転数Ｎｔｂの推定は、図４に示すような定常線を用いて行なう。具体的には、ＥＣＵ６０は、図４に示す定常線として、ＷＧＶ４４の全閉時における吸入空気量ＧＡとタービン回転数Ｎｔｂとの関係が規定された定常線、およびＷＧＶ４４の中間開度における吸入空気量ＧＡとタービン回転数Ｎｔｂとの関係がダイアフラム差圧毎に規定された定常線を記憶している。そして、この図に示すように、ＷＧＶ４４の全閉時、すなわちエアフローメータ１８により検出された吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０以下となる領域では、全閉時の定常線を用いて吸入空気量ＧＡに対応するタービン回転数Ｎｔｂが特定され、ＷＧＶ４４の中間開度時、すなわち吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０より大きい領域では、ダイアフラム差圧に応じた中間開度時の定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂが特定される。

尚、開弁時吸入空気量ＧＡ_０は、ダイアフラム差圧と背圧との関係に基づいて推定することができる。図５は、開弁時吸入空気量ＧＡ_０の推定原理を説明するための図である。この図に示すとおり、ＷＧＶ４４を閉じる力としてのダイアフラム差圧による力Ｆｄは、ダイアフラム差圧が一定であれば変化しない。一方、ＷＧＶ４４の全閉時における背圧は吸入空気量ＧＡに依存しているため、ＷＧＶ４４を開く力としてのスプリング４６２の付勢力Ｆｓと背圧による力Ｆｅｘとの合力は、吸入空気量ＧＡが増大するにつれて大きくなる。従って、この図に示すように、ＷＧＶ４４は、ＷＧＶ４４を開く力（Ｆｓ＋Ｆｅｘ）とＷＧＶ４４を閉じる力Ｆｄとが釣り合う吸入空気量を境に、ＷＧＶ４４の開閉状態が切り替わることとなる。

ＷＧＶ４４の開弁開始時の力の釣り合いは、ダイアフラム差圧をｐｄｒ、背圧をｐｅｘ、スプリング４６２のバネ定数および変位量をそれぞれＫ，Ｌ、ダイアフラム４６１のダイアフラム面積をＢｄｒ、ＷＧＶ４４の開口面積をＢｗｇｖとすると、以下の式（１）で表される。
Ｆｄ’(Ｂｄｒ，ｐｄｒ)＝Ｆｓ’(Ｌ，Ｋ)＋Ｆｅｘ’(Ｂｗｇｖ，ｐｅｘ) ・・・・（１）

ここで、上式（１）におけるＢｄｒ，Ｂｗｇｖ，Ｌ，Ｋは、内燃機関１０によって定まる定数であり、また、ＷＧＶ４４の全閉時の背圧ｐｅｘは、吸入空気量ＧＡに依存するので、上式（１）は次式（２）のように変形することができる。
Ｆｄ(ｐｄｒ)＝Ｆｅｘ(ＧＡ)＋Ｃ ・・・（２）

上式（２）に示すように、吸入空気量ＧＡはダイアフラム差圧ｐｄｒについての関数として表すことができる。従って、ＷＧＶ４４の開弁時吸入空気量ＧＡ_０は、次式（３）に示す関係をマップ等に規定することによって、ダイアフラム差圧ｐｄｒに対して一意に決定することができる。
ＧＡ_０＝ｆ(ｐｄｒ) ・・・（３）

このように、本実施の形態のシステムによれば、開弁時吸入空気量ＧＡ_０を推定し、現在の吸入空気量ＧＡと比較することにより、ＷＧＶ４４が開弁し始める時点を精度よく推定することができる。これにより、吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０よりも大きい範囲において、ダイアフラム差圧に応じた中間開度の定常線を選択し、タービン回転数Ｎｔｂを推定することができるので、タービン回転数Ｎｔｂの推定精度を有効に高めることが可能となる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。

図６に示すルーチンでは、先ず、開弁時吸入空気量ＧＡ_０が算出される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、ダイアフラム差圧ｐｄｒが特定される。そして、上式（３）に示す関係を規定したマップを用いて、ダイアフラム差圧ｐｄｒに対応する開弁時吸入空気量ＧＡ_０が算出される。

次に、エアフローメータ１８により検出された現在の吸入空気量ＧＡが上記ステップ１００において算出された開弁時吸入空気量よりも大きいか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、ＧＡ＞ＧＡ_０の成立が認められない場合には、未だＷＧＶ４４が開弁されていないと判断されて、次のステップに移行し、ＷＧＶ全閉定常線が選択される（ステップ１０４）。一方、ＧＡ＞ＧＡ_０の成立が認められた場合には、ＷＧＶ４４が開弁されたと判断されて、次のステップに移行し、ＷＧＶ中間開度定常線が選択される（ステップ１０６）。上記ステップ１０４または１０６において定常線が選択された後は、タービン回転数Ｎｔｂが算出される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、選択された定常線を用いて、現在の吸入空気量ＧＡに対応するタービン回転数Ｎｔｂが算出される。

以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、開弁時吸入空気量ＧＡ_０を推定し、現在の吸入空気量ＧＡと比較することにより、ＷＧＶ４４が開弁し始める時点を精度よく推定することができる。これにより、吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０よりも大きい範囲において、ダイアフラム差圧に応じた中間開度の定常線を選択し、タービン回転数Ｎｔｂを推定することができるので、タービン回転数Ｎｔｂの推定精度を有効に高めることが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、吸入空気量ＧＡとタービン回転数Ｎｔｂとの関係を規定した定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを算出することとしているが、吸入空気量ＧＡと相関を有する排気ガス流量を用いることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＷＧＶ４４の全閉時の定常線が前記第１の発明における「第１規則」に、ＷＧＶ４４の中間開度時の定常線が前記第１の発明における「第２規則」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」が、上記ステップ１０２〜１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「タービン回転数算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

点火時期やＶＶＴ等の運転条件が変化すると排気エネルギが変化するため、同じ吸入空気量ＧＡであっても背圧が変化する。図７は、吸入空気量ＧＡに対するＷＧＶ４４に作用する力の変化を示す図である。この図に示すように、例えば、点火時期やＶＶＴが変化して背圧が上昇した場合、ＷＧＶ４４を開く力としてのＦｅｘが背圧変化前に比して大きくなる。しかしながら、上述した実施の形態１のシステムのように、吸入空気量と背圧との関係を一意的に設定すると、排気エネルギの変化に起因する背圧の変化が開弁時吸入空気量ＧＡ_０に反映されず、ΔＧＡ_０分の空気量に相当するズレが発生してしまう。

そこで、本実施の形態２のシステムでは、開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０を算出することで、タービン回転数Ｎｔｂの推定精度の更なる向上を図ることとする。図８は、開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０の算出原理を説明するための図である。以下、図８を参照して、開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０の算出方法について説明する。

先ず、運転条件の変化による背圧変化をΔｐｅｘとすると、Δｐｅｘによる力の変化量ｄＦｘ’(Δｐｅｘ)は、次式（４）によって表される。
Ｆｄ(Δｐｄｒ)＝ｄＦｅｘ’(Δｐｅｘ) ・・・（４）

ここで、ＷＧＶ４４の全閉時の背圧はＧＡに依存するので、Δｐｅｘの変化量は吸入空気量ｇａ、点火時期の変化量Δｓａ、ＶＶＴの変化量Δｖｖｔに依存することとなる。このため、上式（４）は次式（５）のように表すことができる。
Ｆｄ(Δｐｄｒ)＝ｄＦｅｘ(ＧＡ，Δｓａ，Δｖｖｔ) ・・・（５）

上式（５）からも分かるように、ΔＧＡ_０はＧＡ、Δｓａ、Δｖｖｔに依存する。従って、開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０が考慮された補正後の開弁時吸入空気量ＧＡ_０’は、次式に示す関係を用いて演算することが可能となる。
ＧＡ_０’＝ＧＡ_０−ΔＧＡ_０ ・・・（６）
ΔＧＡ_０＝ｆ(Δｐｄｒ) ・・・（７）

図９は、定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを推定する方法を説明するための図である。この図に示すように、ＷＧＶ４４の全閉時、すなわちエアフローメータ１８により検出された吸入空気量ＧＡが背圧変化分の補正後の開弁時吸入空気量ＧＡ_０’以下となる領域では、全閉時の定常線を用いて吸入空気量ＧＡに対応するタービン回転数Ｎｔｂが特定され、ＷＧＶ４４の中間開度時、すなわち吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０’より大きい領域では、ダイアフラム差圧に応じた中間開度時の定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂが特定される。

このように、本実施の形態２のシステムによれば、ＶＶＴや点火時期等の運転条件による背圧変化を考慮した開弁時吸入空気量ＧＡ_０’を推定し、現在の吸入空気量ＧＡと比較することにより、ＷＧＶ４４が開弁し始める時点を精度よく推定することができる。これにより、吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０’よりも大きい範囲において、ダイアフラム差圧に応じた中間開度の定常線を選択し、タービン回転数Ｎｔｂを推定することができるので、タービン回転数Ｎｔｂの推定精度を有効に高めることが可能となる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図１０を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図１０は、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。

図１０に示すルーチンでは、先ず、開弁時吸入空気量ＧＡ_０が算出される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。次に、開弁時吸入空気量ＧＡ_０’が算出される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、先ず上式（７）の関係を用いて、吸入空気量ｇａ、点火時期の変化量Δｓａ、ＶＶＴの変化量Δｖｖｔが反映された開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０が算出される。そして、算出されたズレ量ΔＧＡ_０と、上記ステップ２００において算出された開弁時吸入空気量ＧＡ_０を上式（６）に代入することにより、開弁時吸入空気量ＧＡ_０’が算出される。

次に、エアフローメータ１８により検出された現在の吸入空気量ＧＡが上記ステップ２０２において算出された開弁時吸入空気量ＧＡ_０’よりも大きいか否かが判定される（ステップ２０４）。その結果、ＧＡ＞ＧＡ_０’の成立が認められない場合には、未だＷＧＶ４４が開弁されていないと判断されて、次のステップに移行し、ＷＧＶ全閉定常線が選択される（ステップ２０６）。一方、ＧＡ＞ＧＡ_０’の成立が認められた場合には、ＷＧＶ４４が開弁されたと判断されて、次のステップに移行し、ＷＧＶ中間開度定常線が選択される（ステップ２０８）。上記ステップ２０６または２０８において定常線が選択された後は、タービン回転数Ｎｔｂが算出される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、選択された定常線を用いて、現在の吸入空気量ＧＡに対応するタービン回転数Ｎｔｂが算出される。

以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、背圧変化の影響が反映された開弁時吸入空気量ＧＡ_０’を推定し、現在の吸入空気量ＧＡと比較することにより、ＷＧＶ４４が開弁し始める時点を精度よく推定することができる。これにより、吸入空気量ＧＡが開弁時吸入空気量ＧＡ_０’よりも大きい範囲において、ダイアフラム差圧に応じた中間開度の定常線を選択し、タービン回転数Ｎｔｂを推定することができるので、タービン回転数Ｎｔｂの推定精度を有効に高めることが可能となる。

ところで、上述した実施の形態２においては、吸入空気量ＧＡとタービン回転数Ｎｔｂとの関係を規定した定常線を用いてタービン回転数Ｎｔｂを算出することとしているが、吸入空気量ＧＡと相関を有する排気ガス流量を用いることとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、点火時期やＶＶＴ等の運転条件の変化に伴う背圧の変化による開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０を算出することとしているが、これに加えて、温度やバラツキに伴うスプリング４６２のバネ定数の変化による開弁時吸入空気量のズレ量も演算することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、点火時期やＶＶＴ等の運転条件の変化に伴う背圧の変化による開弁時吸入空気量のズレ量ΔＧＡ_０を算出することとしているが、他の運転条件による背圧の変化も考慮することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、ＷＧＶ４４の全閉時の定常線が前記第１の発明における「第１規則」に、ＷＧＶ４４の中間開度時の定常線が前記第１の発明における「第２規則」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第４の発明における「補正手段」が、上記ステップ２０４〜２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「タービン回転数算出手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１８ エアフローメータ
２０ ターボ過給機
２０ａ コンプレッサ
２０ｂ タービン
２４ スロットルバルブ
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３０ 吸気可変動弁機構
３２ 排気可変動弁機構
３６ 吸気カム角センサ
４０ 排気カム角センサ
４２ 排気バイパス通路
４４ ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４６ ＷＧＶのアクチュエータ
４６１ ダイアフラム
４６２ スプリング
４８ 負圧ポンプ
５０ 負圧通路
５２ バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）
５４ 触媒
５６ Ａ／Ｆセンサ
５８ クランク角センサ
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (4)

1. 内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボチャージャと、
   前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路に配置され、当該排気バイパス通路の開閉を担うウエストゲートバルブと、
   前記ウエストゲートバルブ開閉状態を示すＷＧＶ状態量を取得するＷＧＶ状態量取得手段と、
   前記ＷＧＶ状態量に基づいて、前記ウエストゲートバルブが閉弁状態から開弁状態に変化するときの前記内燃機関の開弁時吸入空気量を推定する推定手段と、
   前記ウエストゲートバルブが閉弁された状態における前記タービンのタービン回転数と前記内燃機関の吸入空気量との関係を規定した第１規則と、前記ウエストゲートバルブが開弁された状態における前記タービン回転数と前記吸入空気量との関係を前記ＷＧＶ状態量毎に規定した第２規則と、を記憶する記憶手段と、
   現在の吸入空気量が前記開弁時吸入空気量よりも小さい場合に、前記第１規則に従って前記現在の吸入空気量に対応する前記タービン回転数を算出し、現在の吸入空気量が前記開弁時吸入空気量よりも大きい場合に、前記第２規則に従って前記現在の吸入空気量および前記ＷＧＶ状態量に対応する前記タービン回転数を算出するタービン回転数算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ウエストゲートバルブは、当該ウエストゲートバルブと連動するダイアフラムと、当該ウエストゲートバルブを開弁方向に付勢する弾性体と、を有し、前記ダイアフラムのダイアフラム圧力による閉弁方向の第１の力と、前記弾性体による開弁方向の第２の力と、を受けるとともに、前記内燃機関の背圧による第３の力を開弁方向に受けるバルブであって、
   前記推定手段は、前記第２の力と前記第３の力との合力が前記第１の力に一致する状態における吸入空気量を、前記開弁時吸入空気量として推定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記推定手段は、吸入空気量をパラメータとする関係式に基づいて前記第３の力を推定する手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 吸気弁およびまたは排気弁の開き時期およびまたは閉じ時期のうちの少なくとも１つを操作する可変動弁機構の操作量および点火時期のうち、少なくとも１つをパラメータとする関係式に従い前記第３の力を補正する補正手段を更に含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。

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