JP2015218688A - ターボ過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることが可能なターボ過給機付エンジンの制御装置を提供する。【解決手段】ターボ過給機付エンジンの制御装置（ＥＣＵ５０）は、コンプレッサ上流圧力、コンプレッサ下流圧力及びコンプレッサ通過流量に基づいて、コンプレッサ回転数を推定するコンプレッサ回転数推定部５１と、コンプレッサ回転数に基づいてタービン回転数を推定するタービン通過流量推定部５３と、エンジンシステムの運転状態に基づいてタービン通過流量を推定するタービン通過流量推定部５３と、タービン下流側状態値に基づいてタービン下流排気ガス圧力を推定するタービン下流排気ガス圧力推定部５４と、タービン回転数、タービン通過流量及びタービン下流排気ガス圧力に基づいて、タービン上流排気ガス圧力を推定するタービン上流排気ガス圧力推定部５５と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、ターボ過給機付エンジンの制御装置に係わり、特に、ターボ過給機を有するエンジンシステムにおいて排気ガス圧力を推定するターボ過給機付エンジンの制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、ターボ過給機付エンジンにおいて、コンプレッサ上下流圧力比（コンプレッサ圧力比）及び吸入空気量に基づいてコンプレッサ運転状態を推定し、このコンプレッサ運転状態に基づいてタービン運転状態を推定し、これら推定されたコンプレッサ運転状態及びタービン運転状態に基づいて排気ガス圧力を推定する技術が開示されている。

特開２００９−２０３９１８号公報

上記した特許文献１に開示された技術では、タービン通過流量及びタービン回転数に基づいて、タービン下流の排気ガス圧力（タービン下流排気ガス圧力）を推定している。しかしながら、タービン下流排気ガス圧力はタービン下流の排気系の状態（例えばタービン下流側の排気ガス温度や排気通路における圧力損失など）によって変化するが、特許文献１に開示された技術では、そのようなタービン下流の排気系の状態を考慮に入れていないため、精度の高いタービン下流排気ガス圧力を得ることができない。したがって、特許文献１に開示された技術では、タービン下流排気ガス圧力に基づいて推定するタービン上流の排気ガス圧力（タービン上流排気ガス圧力）の推定精度が低いと言える。
なお、一般的に、ターボ過給機を有するエンジンシステムでは、コストやレイアウト上の観点などから、タービン上流排気ガス圧力を検出するセンサが設けられておらず、推定によってタービン上流排気ガス圧力を求めている（例えば、上記したように、タービン下流排気ガス圧力を推定し、このタービン下流排気ガス圧力に基づいてタービン上流排気ガス圧力を求めている）。また、このタービン上流排気ガス圧力は、種々の制御を的確に実施する上で重要な情報である。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、タービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることが可能なターボ過給機付エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、排気通路上に設けられ、排気ガスにより回転されるタービンと、吸気通路上に設けられ、このタービンの回転により駆動されて吸気を昇圧させるコンプレッサとを有するターボ過給機を含むエンジンシステムに適用されるターボ過給機付エンジンの制御装置であって、コンプレッサの上流側の吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、このコンプレッサの下流側の吸気の圧力であるコンプレッサ下流圧力と、このコンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量とに基づいて、コンプレッサ回転数を推定するコンプレッサ回転数推定手段と、コンプレッサ回転数推定手段が推定したコンプレッサ回転数に基づいて、タービン回転数を推定するタービン回転数推定手段と、エンジンシステムの運転状態に基づいて、タービンを通過する排気ガスの流量であるタービン通過流量を推定するタービン通過流量推定手段と、タービンの下流側の排気系の状態を示すタービン下流側状態値に基づいて、このタービンの下流側の排気ガスの圧力であるタービン下流排気ガス圧力を推定するタービン下流排気ガス圧力推定手段と、タービン回転数推定手段が推定したタービン回転数と、タービン通過流量推定手段が推定したタービン通過流量と、タービン下流排気ガス圧力推定手段が推定したタービン下流排気ガス圧力とに基づいて、タービンの上流側の排気ガスの圧力であるタービン上流排気ガス圧力を推定するタービン上流排気ガス圧力推定手段と、を有することを特徴とする。
このように構成された本発明においては、タービンの下流側の排気系の状態を示すタービン下流側状態値に基づいてタービン下流排気ガス圧力を推定するので、タービン下流排気ガス圧力を精度良く推定することができる。したがって、本発明によれば、このタービン下流排気ガス圧力に基づいて推定するタービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、タービン下流排気ガス圧力推定手段は、タービン下流側状態値として大気圧を用い、この大気圧が高いほど、高い値を有するタービン下流排気ガス圧力を推定する。
このように構成された本発明においては、大気圧が高いほどタービン下流排気ガス圧力が高くなるという傾向を考慮して推定を行うので、タービン下流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、更に、タービンと、このタービンの下流側の排気通路上に設けられた排気浄化触媒との間を通過する排気ガスの温度を取得する排気ガス温度取得手段を有し、タービン下流排気ガス圧力推定手段は、排気ガス温度取得手段が取得した排気ガス温度をタービン下流側状態値として用い、この排気ガス温度が高いほど、高い値を有するタービン下流排気ガス圧力を推定する。
このように構成された本発明においては、タービンと排気浄化触媒との間を通過する排気ガスの温度が高いほどタービン下流排気ガス圧力が高くなるという傾向を考慮して推定を行うので、タービン下流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、タービン下流排気ガス圧力推定手段は、タービンの下流側の排気通路における圧力損失をタービン下流側状態値として用い、この圧力損失に基づいてタービン下流排気ガス圧力を推定する。
このように構成された本発明においては、タービンの下流側の排気通路における圧力損失に応じてタービン下流排気ガス圧力が変化することを考慮して推定を行うので、タービン下流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、タービン下流排気ガス圧力推定手段は、タービンの下流側の排気通路を通過する排気ガスの流量であるタービン下流排気ガス流量をタービン下流側状態値として用い、このタービン下流排気ガス流量に基づいてタービン下流排気ガス圧力を推定する。
このように構成された本発明においては、タービンの下流側の排気通路を通過する排気ガスの流量に応じてタービン下流排気ガス圧力が変化することを考慮して推定を行うので、タービン下流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、更に、タービンを迂回して排気ガスを流すように構成されたタービンバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブの開度に基づいて、このタービンバイパス通路を通過する排気ガスの流量であるタービンバイパス通路通過流量を推定するタービンバイパス通路通過流量推定手段を有し、タービン通過流量推定手段は、タービンバイパス通路通過流量推定手段が推定したタービンバイパス通路通過流量に基づいてタービン通過流量を推定する。
このように構成された本発明においては、タービンバイパス通路及びウエストゲートバルブを有するエンジンシステムに関して、エンジンから排出された排気ガスのうちでタービンに供給されなかった排気ガスの流量を適切に差し引いてタービン通過流量を求めるので、タービン通過流量を精度良く求めることができる。したがって、このタービン通過流量に基づいて推定するタービン上流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、更に、タービンの上流側の排気ガスを吸気通路に還流させるように構成されたＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量であるＥＧＲ流量を推定するＥＧＲ流量推定手段を有し、タービン通過流量推定手段は、ＥＧＲ流量推定手段が推定したＥＧＲ流量に基づいてタービン通過流量を推定する。
このように構成された本発明においては、ＥＧＲ通路を有するエンジンシステムに関して、エンジンから排出された排気ガスのうちでタービンに供給されなかった排気ガスの流量を適切に差し引いてタービン通過流量を求めるので、タービン通過流量を精度良く求めることができる。したがって、このタービン通過流量に基づいて推定するタービン上流排気ガス圧力の推定精度を適切に向上させることができる。

本発明のターボ過給機付エンジンの制御装置によれば、タービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることができる。

本発明の実施形態によるターボ過給機付エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるＥＣＵの機能構成図である。 本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法で用いるコンプレッサ回転数マップである。 本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法で用いるタービン回転数マップである。 本発明の実施形態によるタービン下流排気ガス圧力の推定方法を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力推定処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるターボ過給機付エンジンの制御装置を説明する。

図１は、本発明の実施形態によるターボ過給機付エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、この吸気通路１０から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン２０（例えばガソリンエンジン）と、このエンジン２０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路３０と、エンジンシステム１００全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナー２と、通過する吸気を圧縮して吸気圧力を上昇させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン２０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１３と、が設けられている。
また、吸気通路１０には、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａを迂回して吸気を流すエアバイパス通路６が設けられている。具体的には、エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６上には、エアバイパス通路６を流れる吸気を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

エンジン２０は、主に、吸気通路１０から供給された吸気を燃焼室２１内に導入する吸気バルブ２２と、燃焼室２１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、燃焼室２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路３０へ排出する排気バルブ２９とを有する。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記したようにコンプレッサ４ａを駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒３７、３８と、が設けられている。
また、排気通路３０には、排気ガスを吸気通路１０に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３２が接続されている。このＥＧＲ通路３２は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路３０に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０に接続されている。加えて、ＥＧＲ通路３２には、還流させる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ通路３２を流れる排気ガスを制御するＥＧＲバルブ３４とが設けられている。
更に、排気通路３０には、ターボ過給機４のタービン４ｂを迂回して排気ガスを流すタービンバイパス通路３５が設けられている。このタービンバイパス通路３５上には、タービンバイパス通路３５を流れる排気ガスを制御するウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇバルブ）３６が設けられている。

また、図１に示すエンジンシステム１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジンシステム１００の吸気系においては、エアクリーナー２の下流側の吸気通路１０上（詳しくはエアクリーナー２とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１０上）に、吸入空気量を検出するエアフロメータ６１と、吸気温度を検出する温度センサ６２とが設けられ、コンプレッサ４ａとスロットルバルブ１１との間の吸気通路１０上に、過給圧を検出する圧力センサ６３が設けられ、スロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０上（詳しくはサージタンク１３内）に、インマニ圧を検出する圧力センサ６４が設けられている。
加えて、エンジンシステム１００の排気系においては、ＥＧＲバルブ３４の開度であるＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ６５が設けられ、ウエストゲートバルブ３６の開度であるＷ／Ｇ開度を検出するＷ／Ｇ開度センサ６６が設けられ、タービン４ｂの下流側の排気通路３０上（詳しくはタービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０上）に、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ６７と、排気ガス温度を検出する温度センサ６８とが設けられている。
エアフロメータ６１は、検出した吸入空気量に対応する検出信号Ｓ６１をＥＣＵ５０に供給し、温度センサ６２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ６２をＥＣＵ５０に供給し、圧力センサ６３は、検出した過給圧に対応する検出信号Ｓ６３をＥＣＵ５０に供給し、圧力センサ６４は、検出したインマニ圧に対応する検出信号Ｓ６４をＥＣＵ５０に供給し、ＥＧＲ開度センサ６５は、検出したＥＧＲ開度に対応する検出信号Ｓ６５をＥＣＵ５０に供給し、Ｗ／Ｇ開度センサ６６は、検出したＷ／Ｇ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＥＣＵ５０に供給し、Ｏ₂センサ６７は、検出した酸素濃度に対応する検出信号Ｓ６７をＥＣＵ５０に供給し、温度センサ６８は、検出した排気ガス温度に対応する検出信号Ｓ６８をＥＣＵ５０に供給する。また、エンジンシステム１００には、大気圧を検出する大気圧センサ６０が設けられており、この大気圧センサ６０は、検出した大気圧に対応する検出信号Ｓ６０をＥＣＵ５０に供給する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。

次に、図２は、本発明の実施形態によるＥＣＵの機能構成図を示す。

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、機能的には、コンプレッサ回転数を推定するコンプレッサ回転数推定部５１と、タービン回転数を推定するタービン回転数推定部５２と、タービン４ｂを通過する排気ガスの流量であるタービン通過流量を推定するタービン通過流量推定部５３と、タービン４ｂの下流側の排気ガスの圧力（厳密には、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０を通過する排気ガスの圧力）であるタービン下流排気ガス圧力を推定するタービン下流排気ガス圧力推定部５４と、タービン４ｂの上流側の排気ガスの圧力であるタービン上流排気ガス圧力を推定するタービン上流排気ガス圧力推定部５５と、温度センサ６８が検出した排気ガス温度（検出信号Ｓ６８に対応する）を取得する排気ガス温度取得部５６と、タービンバイパス通路３５を通過する排気ガスの流量であるタービンバイパス通路通過流量を推定するタービンバイパス通路通過流量推定部５７と、ＥＧＲ通路３２を通過する排気ガスの流量であるＥＧＲ流量を推定するＥＧＲ流量推定部５８と、を有する。
なお、ＥＣＵ５０は、本発明における「ターボ過給機付エンジンの制御装置」に相当する。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法を示すブロック図であり、図４は、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法で用いるコンプレッサ回転数マップであり、図５は、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力の推定方法で用いるタービン回転数マップである。

図３に示すように、まず、ＥＣＵ５０のコンプレッサ回転数推定部５１が、エアフロメータ６１が検出した吸入空気量を、所定の標準状態（所定の温度や圧力などにより規定された状態に相当する。以下同様とする。）での吸入空気量へと補正する処理を行う。具体的には、コンプレッサ回転数推定部５１は、現在の大気圧及び吸気温度（それぞれ大気圧センサ６０及び温度センサ６２によって検出される）に基づいて、エアフロメータ６１が検出した吸入空気量を、標準状態での吸入空気量へと補正する処理を行う、つまり標準状態での吸入空気量に換算する処理を行う。
以下では、現在得られた任意の状態値（ガス量や回転数など）を、標準状態での状態値へと補正する処理を適宜「標準状態換算処理」と呼ぶ。また、上記のように標準状態換算処理を行った吸入空気量を「標準状態吸入空気量」と呼ぶ。吸入空気量は一義的にコンプレッサ通過流量となるため、この標準状態吸入空気量のことを適宜「標準状態コンプレッサ通過流量」と言い換える。
このような標準状態換算処理を行うのは、後述するコンプレッサ回転数マップ（図４参照）及びタービン回転数マップ（図５参照）が標準状態での状態値によって規定されたものであるからである。つまり、コンプレッサ回転数マップ及びタービン回転数マップから所望の値を得るためには、マップを参照する際に用いる実際の状態値を標準状態での状態値へと補正する必要があるからである。また、コンプレッサ回転数マップ及びタービン回転数マップから得られた所望の値は標準状態での状態値であるため、この標準状態での状態値を実際の状態値へと補正する必要もある。
以上のことから、「標準状態」は、コンプレッサ回転数マップ又はタービン回転数マップを作成した際の状態値（ガス量や圧力や回転数など）により規定された状態に対応するものである。したがって、コンプレッサ回転数マップにおける標準状態と、タービン回転数マップにおける標準状態とは、基本的には一致しない。そのため、コンプレッサ回転数マップを用いるために行う標準状態換算処理と、タービン回転数マップを用いるために行う標準状態換算処理とでは、それぞれに対応する標準状態に応じた処理を行うこととなる。

また、コンプレッサ回転数推定部５１は、大気圧センサ６０が検出した大気圧と、圧力センサ６３が検出した過給圧とに基づいて、コンプレッサ４ａの上流側と下流側の吸気圧力の比であるコンプレッサ上下流圧力比（過給圧／大気圧）を求める。そして、コンプレッサ回転数推定部５１は、図４に示すようなコンプレッサ回転数マップを参照して、上記のようにして得られた標準状態コンプレッサ通過流量及びコンプレッサ上下流圧力比に対応するコンプレッサ回転数を決定する。こうして決定されるコンプレッサ回転数は、標準状態での回転数であるため、以下では適宜「標準状態コンプレッサ回転数」と呼ぶ。
ここで、図４を参照すると、コンプレッサ回転数マップでは、横軸に示すコンプレッサ通過流量（標準状態コンプレッサ通過流量に対応する）と、縦軸に示すコンプレッサ上下流圧力比とに応じた、複数のコンプレッサ回転数が規定されている。図４では、１つの例として、５つのコンプレッサ回転数Ａ１〜Ａ５を含むコンプレッサ回転数マップを示している。コンプレッサ回転数推定部５１は、このようなコンプレッサ回転数マップを参照して、標準状態コンプレッサ通過流量及びコンプレッサ上下流圧力比に対応するコンプレッサ回転数を決定する。なお、コンプレッサ回転数マップは、事前に作成されて、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶されている。

再び図３を参照すると、コンプレッサ回転数推定部５１は、上記のようにして得られた標準状態コンプレッサ回転数を、現在の温度などに対応する実際のコンプレッサ回転数（以下では「実コンプレッサ回転数」と呼ぶ。）へと補正する。つまり、コンプレッサ回転数推定部５１は、標準状態でのコンプレッサ回転数を、現在の状態に応じたコンプレッサ回転数へと換算する処理を行う。具体的には、コンプレッサ回転数推定部５１は、標準状態コンプレッサ回転数に対して、温度センサ６２が検出した吸気温度を乗算することにより、実コンプレッサ回転数を求める。

次いで、ＥＣＵ５０のタービン回転数推定部５２が、このようにして得られた実コンプレッサ回転数に基づいて、タービン回転数を推定する。具体的には、タービン回転数推定部５２は、この実コンプレッサ回転数をタービン回転数として推定する、つまりタービン回転数として実コンプレッサ回転数を採用する。このタービン回転数は、実コンプレッサ回転数に対応する実際のタービン回転数であり、標準状態での値に換算されたものではないので、以下では「実タービン回転数」と呼ぶ。
ここで、実コンプレッサ回転数は過渡的なものであるため、つまり圧力などを検出してから回転数を求めるまでの時間的な遅れがあるため、厳密には、実コンプレッサ回転数は実タービン回転数に一致しない。しかしながら、定性的にはこのような遅れがあるものの、タービン４ｂの応答性が比較的遅いため、実タービン回転数として実コンプレッサ回転数を用いても、本実施形態における推定精度にほとんど影響を与えない。

次いで、タービン回転数推定部５２は、このようにして得られた実タービン回転数を、標準状態でのタービン回転数（以下では「標準状態タービン回転数」と呼ぶ。）へと補正する処理、つまり標準状態換算処理を行う。具体的には、タービン回転数推定部５２は、予測されたタービン上流側の排気ガス温度である予測タービン上流ガス温度と、排気ガス比熱比と、空気比熱比とに基づいて、実タービン回転数を標準状態タービン回転数へと換算する処理を行う。このように実タービン回転数を標準状態の値に換算するのは、この後に、標準状態タービン回転数によって規定されたタービン回転数マップ（図５参照）を用いるからである。
なお、予測タービン前ガス温度は、エンジン回転数やエンジン負荷などにより規定されたマップから決定される。また、排気ガス比熱比は、理論空燃比にて規定された温度テーブルから決定される（実際の空燃比に基づいて更に補正した値を用いてもよい）。また、空気比熱比は、基本的には定数が用いられる（種々の状態値を加味して決定してもよい）。

他方で、上記したようにコンプレッサ回転数推定部５１及びタービン回転数推定部５２が処理を行っている際に、ＥＣＵ５０のタービン通過流量推定部５３が、タービン通過流量を求める。具体的には、タービン通過流量推定部５３は、まず、吸入空気量及び燃焼Ａ／Ｆ（空燃比）に基づいて、エンジン２０から排出された排気ガス総流量を求める。吸入空気量は、エアフロメータ６１によって検出され、燃焼Ａ／Ｆは、Ｏ₂センサ６７によって検出された酸素濃度に基づいて求められる。

次いで、タービン通過流量推定部５３は、このようにして得られた排気ガス総流量から、当該排気ガス総流量のうちでタービン４ｂに流れなかった排気ガス流量を減算することで、タービン通過流量を求める。具体的には、タービン通過流量推定部５３は、排気ガス総流量から、ＥＧＲ通路３２を通過した排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）、及びタービンバイパス通路３５を通過した排気ガスの流量（タービンバイパス通路通過流量）を減算することで、タービン通過流量を求める。この場合、ＥＣＵ５０のＥＧＲ流量推定部５８が、ＥＧＲ開度センサ６５が検出したＥＧＲ開度と、圧力センサ６４が検出したインマニ圧と、タービン上流排気ガス圧力とに基づいて、ＥＧＲ流量を求める。また、ＥＣＵ５０のタービンバイパス通路通過流量推定部５７が、Ｗ／Ｇ開度センサ６６が検出したＷ／Ｇ開度と、上記したものと同様の予測タービン前ガス温度と、タービン上流排気ガス圧力と、タービン下流排気ガス圧力とに基づいて、ベルヌーイの定理を用いて、タービンバイパス通路通過流量を求める。
なお、ＥＧＲ流量推定部５８及びタービンバイパス通路通過流量推定部５７が用いるタービン上流排気ガス圧力には、例えば、図３に示す推定方法により前回求められた値が適用される。また、タービンバイパス通路通過流量推定部５７が用いるタービン下流排気ガス圧力には、後述する方法により求められた値が適用される。

次いで、タービン通過流量推定部５３は、上記のようにして得られたタービン通過流量を、標準状態でのタービン通過流量（以下では「標準状態タービン通過流量」と呼ぶ。）へと補正する処理、つまり標準状態換算処理を行う。具体的には、タービン通過流量推定部５３は、予測タービン上流ガス温度と、排気ガス比熱比と、空気比熱比と、タービン上流排気ガス圧力とに基づいて、実際のタービン通過流量を標準状態タービン通過流量へと換算する処理を行う。このように実際のタービン通過流量を標準状態の値に換算するのは、この後に、標準状態タービン通過流量によって規定されたタービン回転数マップ（図５参照）を用いるからである。
なお、予測タービン上流ガス温度、排気ガス比熱比、及び空気比熱比は、上記したタービン回転数推定部５２が用いるものと同様である。また、タービン上流排気ガス圧力には、例えば、図３に示す推定方法により前回求められた値が適用される。

次いで、ＥＣＵ５０のタービン上流排気ガス圧力推定部５５が、図５に示すようなタービン回転数マップを参照して、タービン回転数推定部５２が求めた標準状態タービン回転数及びタービン通過流量推定部５３が求めた標準状態タービン通過流量に対応する、タービン４ｂの上流側と下流側の排気ガス圧力の比であるタービン上下流圧力比（タービン上流排気ガス圧力／タービン下流排気ガス圧力）を決定する。
ここで、図５を参照すると、タービン回転数マップでは、横軸に示すタービン上下流圧力比と、縦軸に示すタービン通過流量（標準状態タービン通過流量に対応する）とに応じた、複数のタービン回転数（標準状態タービン回転数）が規定されている。図５では、１つの例として、５つのタービン回転数Ｂ１〜Ｂ５を含むタービン回転数マップを示している。タービン上流排気ガス圧力推定部５５は、このようなタービン回転数マップを参照して、標準状態タービン回転数及び標準状態タービン通過流量に対応するタービン上下流圧力比を決定する。なお、タービン回転数マップは、事前に作成されて、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶されている。

再び図３を参照すると、タービン上流排気ガス圧力推定部５５は、タービン下流排気ガス圧力に対して、上記のようにして得られたタービン上下流圧力比を乗算することで、タービン上流排気ガス圧力を求める。ここで用いるタービン下流排気ガス圧力には、後述する方法により求められた値が適用される。

次に、本発明の実施形態によるタービン下流排気ガス圧力の推定方法について説明する。
前述したように、最終的に求めるべきタービン上流排気ガス圧力を得るに当たってタービン下流排気ガス圧力が必要となるが（図３参照）、本実施形態では、ＥＣＵ５０のタービン下流排気ガス圧力推定部５４が、タービン４ｂの下流側の排気系の状態を示すタービン下流側状態値に基づいて、このタービン下流排気ガス圧力を推定する。つまり、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、タービン４ｂの下流側の排気系の状態を考慮に入れて、タービン下流排気ガス圧力を推定する。
具体的には、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、タービン下流側状態値として、タービン４ｂの下流側にあるテールパイプ部の排気ガス圧力に相当する大気圧と、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間を通過する排気ガスの温度（以下では適宜「タービン下流排気ガス温度」と呼ぶ。）と、タービン４ｂの下流側の排気通路３０における圧力損失（以下では適宜「タービン下流排気系圧力損失」と呼ぶ。）と、タービン４ｂの下流側の排気通路３０を通過する排気ガスの流量であるタービン下流排気ガス流量とを用いて、タービン下流排気ガス圧力を推定する。
より詳しくは、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、大気圧が高い場合や、タービン下流排気ガス温度が高い場合や、タービン下流排気系圧力損失が大きい場合や、タービン下流排気ガス流量が多い場合には、高い値を有するタービン下流排気ガス圧力を推定する。こうするのは、大気圧が高い場合や、タービン下流排気ガス温度が高い場合や、タービン下流排気系圧力損失が大きい場合や、タービン下流排気ガス流量が多い場合には、タービン４ｂの下流側の排気通路３０に排気ガスが流れにくくなり、タービン下流排気ガス圧力が上昇する傾向にあるからである。

なお、タービン下流排気ガス温度は、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０上に設けられた温度センサ６８によって検出される排気ガス温度であり、ＥＣＵ５０の排気ガス温度取得部５６によって取得される。このタービン下流排気ガス温度を温度センサ６８によって検出することに限定はされず、排気通路３０上に温度センサ６８を設けずに、エンジンシステム１００の運転状態に基づいてタービン下流排気ガス温度を推定してもよい。
また、タービン下流排気系圧力損失は、タービン４ｂの下流側の排気通路３０における管路摩擦係数（タービン４ｂから排気通路３０の終端部（外部に排気ガスが排出される箇所）までの配管による圧力損失や、排気浄化触媒３７、３８による圧力損失などを含む。）によって規定される定数である。このタービン下流排気系圧力損失は、事前に求められて、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶される。
また、タービン下流排気ガス流量は、厳密には、タービン４ｂの下流側であって、タービンバイパス通路３５が接続された排気通路３０上の箇所よりも下流側を流れる排気ガスの流量である。したがって、このタービン下流排気ガス流量には、タービン４ｂを通過した排気ガスの流量だけでなく、タービン４ｂを迂回した排気ガスの流量、つまりタービンバイパス通路３５を通過した排気ガスの流量も含まれる。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態によるタービン下流排気ガス圧力の推定方法について具体的に説明する。図６は、本発明の実施形態によるタービン下流排気ガス圧力の推定方法を示すブロック図である。

図６に示すように、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、まず、タービン通過流量推定部５３が求めた排気ガス総流量から、ＥＧＲ流量推定部５８が求めたＥＧＲ流量を減算することで、タービン下流排気ガス流量を求める。そして、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、このタービン下流排気ガス流量と、大気圧センサ６０が検出した大気圧と、温度センサ６８が検出したタービン下流排気ガス温度（ＥＣＵ５０の排気ガス温度取得部５６によって取得される）と、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶されたタービン下流排気系圧力損失とに基づいて、ベルヌーイの定理を用いて、タービン下流排気ガス圧力を求める。
なお、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、このようなタービン下流排気ガス圧力の推定処理を、図３に示したタービン上流排気ガス圧力の推定処理と並行して実行する。

次に、図７を参照して、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力推定処理について説明する。図７は、本発明の実施形態によるタービン上流排気ガス圧力推定処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ５０のコンプレッサ回転数推定部５１が、コンプレッサ回転数を推定する。具体的には、コンプレッサ回転数推定部５１は、最初に、大気圧センサ６０が検出した大気圧と、温度センサ６２が検出した吸気温度とに基づいて、エアフロメータ６１が検出した吸入空気量を標準状態吸入空気量へと補正する処理を行う。コンプレッサ回転数推定部５１は、この標準状態吸入空気量を標準状態コンプレッサ通過流量として用いる。これと同時に、コンプレッサ回転数推定部５１は、大気圧センサ６０が検出した大気圧と、圧力センサ６３が検出した過給圧とに基づいて、コンプレッサ上下流圧力比を求める。そして、コンプレッサ回転数推定部５１は、図４に示したようなコンプレッサ回転数マップを参照して、標準状態コンプレッサ通過流量及びコンプレッサ上下流圧力比に対応する標準状態コンプレッサ回転数を決定する。この後、コンプレッサ回転数推定部５１は、温度センサ６２が検出した吸気温度に基づいて、この標準状態コンプレッサ回転数を実コンプレッサ回転数へと補正する処理を行う。

次いで、ステップＳ２において、ＥＣＵ５０のタービン回転数推定部５２が、ステップＳ１で得られた実コンプレッサ回転数に基づいて、タービン回転数を推定する。具体的には、タービン回転数推定部５２は、実コンプレッサ回転数を実タービン回転数として採用する。そして、タービン回転数推定部５２は、予測タービン上流ガス温度と、排気ガス比熱比と、空気比熱比とに基づいて、この実タービン回転数を標準状態タービン回転数へと補正する処理を行う。

次いで、ステップＳ３において、ＥＣＵ５０のＥＧＲ流量推定部５８が、ＥＧＲ開度センサ６５が検出したＥＧＲ開度と、圧力センサ６４が検出したインマニ圧と、タービン上流排気ガス圧力とに基づいて、ＥＧＲ流量を求める。この場合、ＥＧＲ流量推定部５８は、タービン上流排気ガス圧力として、例えば、図７に示すフローのステップＳ８で前回求められたタービン上流排気ガス圧力を用いる。

次いで、ステップＳ４において、ＥＣＵ５０のタービンバイパス通路通過流量推定部５７が、Ｗ／Ｇ開度センサ６６が検出したＷ／Ｇ開度と、予測タービン前ガス温度と、タービン上流排気ガス圧力と、タービン下流排気ガス圧力とに基づいて、ベルヌーイの定理を用いて、タービンバイパス通路通過流量を求める。この場合、タービンバイパス通路通過流量推定部５７は、タービン下流排気ガス圧力及びタービン上流排気ガス圧力として、例えば、図７に示すフローのステップＳ６及びＳ８で前回求められたタービン下流排気ガス圧力及びタービン上流排気ガス圧力をそれぞれ用いる。

次いで、ステップＳ５において、ＥＣＵ５０のタービン通過流量推定部５３が、タービン通過流量を推定する。具体的には、タービン通過流量推定部５３は、まず、エアフロメータ６１が検出した吸入空気量と、Ｏ₂センサ６７が検出した酸素濃度に応じた燃焼Ａ／Ｆとに基づいて、排気ガス総流量を求める。そして、タービン通過流量推定部５３は、この排気ガス総流量から、ステップＳ３でＥＧＲ流量推定部５８が求めたＥＧＲ流量と、ステップＳ４でタービンバイパス通路通過流量推定部５７が求めたタービンバイパス通路通過流量とを減算することで、タービン通過流量を求める。そして、タービン通過流量推定部５３は、予測タービン上流ガス温度と、排気ガス比熱比と、空気比熱比と、タービン上流排気ガス圧力とに基づいて、このタービン通過流量を標準状態タービン通過流量へと補正する処理を行う。

次いで、ステップＳ６において、ＥＣＵ５０のタービン下流排気ガス圧力推定部５４が、タービン下流排気ガス圧力を推定する。具体的には、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、まず、タービン通過流量推定部５３が求めた排気ガス総流量から、ＥＧＲ流量推定部５８が求めたＥＧＲ流量を減算することで、タービン下流排気ガス流量を求める。そして、タービン下流排気ガス圧力推定部５４は、このタービン下流排気ガス流量と、大気圧センサ６０が検出した大気圧と、温度センサ６８が検出したタービン下流排気ガス温度（ＥＣＵ５０の排気ガス温度取得部５６によって取得される）と、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶されたタービン下流排気系圧力損失とに基づいて、ベルヌーイの定理を用いて、タービン下流排気ガス圧力を求める。

次いで、ステップＳ７において、ＥＣＵ５０のタービン上流排気ガス圧力推定部５５が、タービン上下流圧力比を推定する。具体的には、タービン上流排気ガス圧力推定部５５は、図５に示したようなタービン回転数マップを参照して、ステップＳ２でタービン回転数推定部５２が求めた標準状態タービン回転数と、ステップＳ５でタービン通過流量推定部５３が求めた標準状態タービン通過流量とに対応する、タービン上下流圧力比を決定する。

次いで、ステップＳ８において、タービン上流排気ガス圧力推定部５５は、タービン上流排気ガス圧力を推定する。具体的には、タービン上流排気ガス圧力推定部５５は、ステップＳ６でタービン下流排気ガス圧力推定部５４が求めたタービン下流排気ガス圧力に対して、ステップＳ７で求めたタービン上下流圧力比を乗算することで、タービン上流排気ガス圧力を求める。

なお、ステップＳ１〜Ｓ２の処理と、ステップＳ３〜Ｓ５の処理と、ステップＳ６の処理とを、順番に実行することに限定はされず、並行して実行してもよい。つまり、ステップＳ１〜Ｓ２の処理と、ステップＳ３〜Ｓ５の処理と、ステップＳ６の処理とを同時に実行し、その後に、ステップＳ７、Ｓ８の処理を行ってもよい。

次に、本発明の実施形態によるターボ過給機付エンジンの制御装置による作用効果について説明する。

本実施形態によれば、タービン４ｂの下流側の排気系の状態を考慮してタービン下流排気ガス圧力を推定するので、具体的には、タービン４ｂの下流側の排気系の状態に相当する、大気圧と、タービン下流排気ガス温度と、タービン下流排気系圧力損失と、タービン下流排気ガス流量とに基づいて、タービン下流排気ガス圧力を推定するので（図６参照）、タービン下流排気ガス圧力を精度良く推定することができる。したがって、本実施形態によれば、このタービン下流排気ガス圧力に基づいて推定するタービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、ＥＧＲ流量及びタービンバイパス通路通過流量に基づいてタービン通過流量を求めるので、つまりエンジン２０から排出された排気ガスのうちでタービン４ｂに供給されなかった排気ガスの流量を適切に差し引いてタービン通過流量を求めるので、タービン通過流量を精度良く求めることができる。したがって、このタービン通過流量に基づいて推定するタービン上流排気ガス圧力の推定精度を向上させることができる。

４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
１０ 吸気通路
２０ エンジン
３０ 排気通路
３２ ＥＧＲ通路
３４ ＥＧＲバルブ
３５ タービンバイパス通路
３６ ウエストゲートバルブ
３７、３８ 排気浄化触媒
５０ ＥＣＵ
５１ コンプレッサ回転数推定部
５２ タービン回転数推定部
５３ タービン通過流量推定部
５４ タービン下流排気ガス圧力推定部
５５ タービン上流排気ガス圧力推定部
６１ エアフロメータ
６２、６８ 温度センサ
６３、６４ 圧力センサ
６５ ＥＧＲ開度センサ
６６ Ｗ／Ｇ開度センサ
６７ Ｏ₂センサ
１００ エンジンシステム

Claims (7)

1. 排気通路上に設けられ、排気ガスにより回転されるタービンと、吸気通路上に設けられ、このタービンの回転により駆動されて吸気を昇圧させるコンプレッサとを有するターボ過給機を含むエンジンシステムに適用されるターボ過給機付エンジンの制御装置であって、
   上記コンプレッサの上流側の吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、このコンプレッサの下流側の吸気の圧力であるコンプレッサ下流圧力と、このコンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量とに基づいて、コンプレッサ回転数を推定するコンプレッサ回転数推定手段と、
   上記コンプレッサ回転数推定手段が推定したコンプレッサ回転数に基づいて、タービン回転数を推定するタービン回転数推定手段と、
   上記エンジンシステムの運転状態に基づいて、上記タービンを通過する排気ガスの流量であるタービン通過流量を推定するタービン通過流量推定手段と、
   上記タービンの下流側の排気系の状態を示すタービン下流側状態値に基づいて、このタービンの下流側の排気ガスの圧力であるタービン下流排気ガス圧力を推定するタービン下流排気ガス圧力推定手段と、
   上記タービン回転数推定手段が推定したタービン回転数と、上記タービン通過流量推定手段が推定したタービン通過流量と、上記タービン下流排気ガス圧力推定手段が推定したタービン下流排気ガス圧力とに基づいて、上記タービンの上流側の排気ガスの圧力であるタービン上流排気ガス圧力を推定するタービン上流排気ガス圧力推定手段と、
   を有することを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
2. 上記タービン下流排気ガス圧力推定手段は、上記タービン下流側状態値として大気圧を用い、この大気圧が高いほど、高い値を有する上記タービン下流排気ガス圧力を推定する、請求項１に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
3. 更に、上記タービンと、このタービンの下流側の排気通路上に設けられた排気浄化触媒との間を通過する排気ガスの温度を取得する排気ガス温度取得手段を有し、
   上記タービン下流排気ガス圧力推定手段は、上記排気ガス温度取得手段が取得した排気ガス温度を上記タービン下流側状態値として用い、この排気ガス温度が高いほど、高い値を有する上記タービン下流排気ガス圧力を推定する、請求項１又は２に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
4. 上記タービン下流排気ガス圧力推定手段は、上記タービンの下流側の排気通路における圧力損失を上記タービン下流側状態値として用い、この圧力損失に基づいて上記タービン下流排気ガス圧力を推定する、請求項１乃至３の何れか１項に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
5. 上記タービン下流排気ガス圧力推定手段は、上記タービンの下流側の排気通路を通過する排気ガスの流量であるタービン下流排気ガス流量を上記タービン下流側状態値として用い、このタービン下流排気ガス流量に基づいて上記タービン下流排気ガス圧力を推定する、請求項１乃至４の何れか１項に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
6. 更に、上記タービンを迂回して排気ガスを流すように構成されたタービンバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブの開度に基づいて、このタービンバイパス通路を通過する排気ガスの流量であるタービンバイパス通路通過流量を推定するタービンバイパス通路通過流量推定手段を有し、
   上記タービン通過流量推定手段は、上記タービンバイパス通路通過流量推定手段が推定したタービンバイパス通路通過流量に基づいて上記タービン通過流量を推定する、請求項１乃至５の何れか１項に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
7. 更に、上記タービンの上流側の排気ガスを吸気通路に還流させるように構成されたＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量であるＥＧＲ流量を推定するＥＧＲ流量推定手段を有し、
   上記タービン通過流量推定手段は、上記ＥＧＲ流量推定手段が推定したＥＧＲ流量に基づいて上記タービン通過流量を推定する、請求項１乃至６の何れか１項に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。

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