JP2022183699A - 過給機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングの温度をより精度よく推定する。
【解決手段】本開示の過給機の制御装置は、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられるタービンハウジングと、タービンハウジング内に配置されたタービンホイールと、タービンシャフトを介してタービンホイールに連結されると共に内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサハウジング内に配置されるコンプレッサホイールと、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間でベアリングを介してタービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングとを含む過給機を制御するものであって、タービンハウジング内の排ガスの温度を考慮してシールリングの温度を推定する。
【選択図】図５

Description

本開示は、タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングを含む過給機の制御装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路に設けられたタービンハウジングと、当該排気通路に設けられたコンプレッサハウジングと、タービンハウジング内に配置されるタービンホイールと、タービンシャフトを介してタービンホイールに連結されると共にコンプレッサハウジング内に配置されるコンプレッサホイールと、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間でベアリングを介してタービンシャフトを支持するベアリングハウジングとを含む過給機（ターボチャージャ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この過給機では、タービンホイールに近接するようにベアリングハウジング内に配置されたシールリングと、コンプレッサホイールに近接するようにベアリングハウジング内に配置されたシールリングとにより、タービンシャフトの周囲の隙間（回転摺動隙間）がシールされる。これにより、ベアリングハウジング内に供給される潤滑油の漏洩や、タービンハウジングからベアリングハウジング内への高温の排ガスの流入が当該シールリングにより抑制される。

特開２０１５－０８６７０５号公報

上述のような過給機では、内燃機関の運転状態等に応じてベアリングハウジング内の潤滑油の温度が上昇して当該潤滑油が炭化してしまうおそれがあることから、潤滑冷却対象の温度上昇に応じてベアリングハウジング内を適切に冷却する必要がある。そして、ベアリングハウジング内を適切に冷却するためには、高温になりがちなタービンハウジング側のシールリングの温度を精度よく推定することが求められる。

そこで、本開示は、タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングの温度をより精度よく推定することを主目的とする。

本開示の過給機の制御装置は、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられたタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に配置されるタービンホイールと、タービンシャフトを介して前記タービンホイールに連結されると共に前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサハウジング内に配置されるコンプレッサホイールと、前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジングとの間でベアリングを介して前記タービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、前記タービンハウジング側で前記タービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングとを含む過給機の制御装置において、前記タービンハウジング内の排ガスの温度を考慮して前記シールリングの温度を推定するものである。

本開示の過給機の制御装置は、タービンハウジング内の排ガスの温度を考慮して、タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングの温度を推定する。これにより、特に、過給機により吸入空気が圧縮された状態で内燃機関が高負荷で運転された直後に当該内燃機関の運転が停止されたような場合に、熱容量が高いタービンハウジングからシールリングに伝搬される熱量を当該シールリングの温度推定値に反映させることができる。この結果、タービンハウジング側でタービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングの温度をより精度よく推定することが可能となる。

また、前記制御装置は、前記タービンハウジングに流入する排ガスの温度と、前記タービンハウジングから流出する排ガスの温度との加重平均をとることにより前記タービンハウジング内の排ガスの温度を推定するものであってもよい。これにより、タービンハウジング内の排ガスの温度をより適正に推定することが可能となる。

更に、前記ベアリングハウジング内には、前記タービンシャフトおよび前記ベアリングを潤滑する潤滑油と、前記タービンシャフトおよび前記ベアリングを潤滑する冷却水とが供給されてもよく、前記制御装置は、前記シールリングの前回温度と、前記潤滑油の油路の壁部の前回温度と、前記タービンシャフトの温度と、前記冷却水の温度および通水量と、前記タービンハウジング内の排ガスの温度とに基づいて前記シールリングの温度を推定するものであってもよい。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の運転が停止されると共に前記シールリングの温度が予め定められた閾値以上であるときに、前記ベアリングハウジング内に前記冷却水を供給するポンプを作動させるものであってもよい。これにより、ベアリングハウジング内で潤滑油が炭化するのを良好に抑制することが可能となる。

更に、前記内燃機関は、前記車両の状態に応じて間欠運転されるものであってもよい。すなわち、本開示の過給機の制御装置は、いわゆるアイドルストップ制御が実行される車両や、内燃機関が比較的頻繁に始動・停止されるハイブリッド車両に搭載される過給機の保護に極めて有用である。

本開示の過給機の制御装置が適用される内燃機関を例示する概略構成図である。 図１の内燃機関の過給機を示す概略構成図である。 図２の過給機に関連した冷却系統を示す系統図である。 本開示の過給機の制御装置を示すブロック図である。 本開示の過給機の制御装置による過給機の冷却手順を示すフローチャートである。 本開示の過給機の制御装置によるシールリングの温度の推定手順を示すフローチャートである。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の過給機の制御装置としてのエンジン電子制御装置（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１００により制御される内燃機関であるエンジン１０を例示する概略構成図である。同図に示すエンジン１０は、エンジンブロック１１に形成された複数の燃焼室１２における炭化水素系燃料と空気との混合気の燃焼に伴うピストン１３の往復運動をクランクシャフト（出力軸）１４の回転運動へと変換するガソリンエンジンであり、いわゆるアイドルストップ制御が実行される車両や、エンジンが比較的頻繁に始動・停止されるハイブリッド車両に搭載される。図１に示すように、エンジン１０は、エンジンブロック１１、複数の燃焼室１２、ピストン１３およびクランクシャフト１４に加えて、エアクリーナ１５と、吸気管１６と、電子制御式のスロットルバルブ１７と、サージタンク１８と、それぞれ対応する吸気ポートを開閉する複数の吸気バルブ１９ｉと、それぞれ対応する排気ポートを開閉する排気バルブ１９ｅと、複数の燃料噴射弁２０と、複数の点火プラグ２１と、排気通路を形成する排気管２２とを含む。燃料噴射弁２０は、図示するように吸気ポートに燃料を噴射するものであってもよく、燃焼室１２内に燃料を直接噴射するものであってもよい。更に、エンジン１０にポート噴射弁と筒内噴射弁との双方が設けられてもよい。

また、エンジン１０は、排ガス浄化装置として、それぞれ排気管２２に組み込まれた上流側浄化装置２３および下流側浄化装置２４を含む。上流側浄化装置２３は、エンジン１０の各燃焼室１２からの排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ、ＮＯｘといった有害成分を浄化するＮＯｘ吸蔵型の排ガス浄化触媒（三元触媒）２３０を含むものである。また、下流側浄化装置２４は、排ガス中の粒子状物質（微粒子）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）２４０を含み、上流側浄化装置２３の下流側に配置される。本実施形態において、パティキュレートフィルタ２４０は、ＮＯｘ吸蔵型の排ガス浄化触媒（三元触媒）を担時した多孔質フィルタである。すなわち、下流側浄化装置２４は、三元触媒の浄化機能と粒子状物質の捕集機能とを有する四元触媒として構成されている。

更に、エンジン１０は、エンジンブロック１１等を冷却するための冷媒循環通路２５と、電動ポンプ２６と、ラジエータ２７とを含む。電動ポンプ２６は、冷媒循環通路２５で冷却水（ＬＬＣ）を循環させる。ラジエータ２７は、走行風や図示しない電動ファンからの空気との熱交換によりエンジンブロック１１等から熱を奪った冷却水を冷却する。また、冷媒循環通路２５には、水温センサ２５ｔが設置されている。水温センサ２５ｔは、エンジンブロック１１から熱を奪った（流出した）冷却水の温度を検出する。

加えて、エンジン１０は、排ガスのエネルギを利用して吸入空気を圧縮する過給機３０を含む。過給機３０は、図１に示すように、タービンホイール３１と、コンプレッサホイール３２と、タービンホイール３１およびコンプレッサホイール３２を一体に連結するタービンシャフト３３と、ウェイストゲートバルブ３４と、ブローオフバルブ３５とを含むターボチャージャである。タービンホイール３１は、図２に示すように、上流側浄化装置２３の上流側に位置するように排気管２２に形成されたタービンハウジング２２０内に回転自在に配置される。また、コンプレッサホイール３２は、図２に示すように、エアクリーナ１５とスロットルバルブ１７との間に位置するように吸気管１６に形成されたコンプレッサハウジング１６０内に回転自在に配置される。

タービンシャフト３３は、図２に示すように、タービンハウジング２２０およびコンプレッサハウジング１６０の間で両者に固定されるベアリングハウジング３００内に回転自在に配置される。ベアリングハウジング３００は、ベアリング３６を保持しており、当該ベアリング３６を介してタービンシャフト３３を回転自在に支持する。また、ベアリングハウジング３００内には、タービンシャフト３３やベアリング３６等を潤滑・冷却する潤滑油を流通させるための油路３７と、ベアリングハウジング３００内を冷却するための冷媒通路３８とが形成されている。油路３７には、エンジン１０により駆動される図示しない機械式オイルポンプからの作動油を調圧する油圧制御装置（図示省略）から潤滑油としての作動油が供給される。

また、ベアリングハウジング３００内の冷媒通路３８は、冷却水を循環させる冷却系統４０に組み込まれている。冷却系統４０は、図３に示すように、インタークーラ４１と、冷媒循環通路４２と、当該冷媒循環通路４２で冷媒としての冷却水を循環させる電動ポンプ４４と、ラジエータ４５とを含む。ベアリングハウジング３００の冷媒通路３８は、冷媒循環通路４２に対してインタークーラ４１と並列に組み込まれており、電動ポンプ４４の作動に応じて冷却水が冷媒通路３８内に供給される。インタークーラ４１は、コンプレッサハウジング１６０とスロットルバルブ１７との間に位置するようにエンジン１０の吸気管１６に設置されている。インタークーラ４１は、コンプレッサホイール３２により圧縮された空気と冷媒循環通路４２を流通する冷却水とを熱交換させ、圧縮されて昇温した空気を冷却する。ラジエータ４５は、走行風や図示しない電動ファンからのエアとの熱交換によりインタークーラ４１やベアリングハウジング３００内の冷媒通路３８を流通した冷却水を冷却する。

更に、ベアリングハウジング３００とタービンシャフト３３との間には、シールリング３９ｔおよび３９ｃが配置されている。シールリング３９ｔは、ベアリングハウジング３００とタービンシャフト３３のタービンホイール３１に近接した部分との間に配置され、タービンハウジング２２０側でベアリングハウジング３００とタービンシャフト３３との隙間（タービンシャフト３３の周囲の隙間）をシールする。シールリング３９ｃは、ベアリングハウジング３００とタービンシャフト３３のコンプレッサハウジング１６０に近接した部分との間に配置され、コンプレッサハウジング１６０側でベアリングハウジング３００とタービンシャフト３３との隙間（タービンシャフト３３の周囲の隙間）をシールする。これにより、シールリング３９ｔおよび３９ｃにより、ベアリングハウジング３００内に供給される潤滑油および冷却水の漏洩や、タービンハウジング２２０からベアリングハウジング３００内への高温の排ガスの流入等が抑制される。

過給機３０のウェイストゲートバルブ３４は、流量制御弁であり、図１に示すように、タービンハウジング２２０（タービンホイール３１）を迂回するように排気管２２に接続されたバイパス管２２５に設置されている。かかるウェイストゲートバルブ３４の開度を調節することで、バイパス管１６５を流通する排ガスの量とタービンホイール３１およびコンプレッサホイール３２を回転させる排ガスの量との比を変化させることができる。すなわち、過給機３０では、ウェイストゲートバルブ３４の開度の調節によりエンジン１０における過給圧Ｐｃを調節することが可能である。また、ウェイストゲートバルブ３４を全開にすることで、過給機３０（コンプレッサホイール３２）による吸入空気の圧縮を実質的に停止させることができる。

過給機３０のブローオフバルブ３５は、図１に示すように、コンプレッサハウジング１６０（コンプレッサホイール３２）を迂回するように吸気管１６に接続されたバイパス管１６５に設置されている。かかるブローオフバルブ３５を開弁させることで、吸気管１６のコンプレッサホイール３２とスロットルバルブ１７との間における圧力（余剰圧力）を解放することができる。これにより、スロットルバルブ１７の応答性の悪化やサージングの発生を抑制することが可能となる。なお、ブローオフバルブ３５は、コンプレッサホイール３２の下流側における圧力が上流側における圧力よりも所定値以上高くなると開弁する逆止弁であってもよい。

エンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータや、各種駆動回路、各種ロジックＩＣ等を含む。また、エンジンＥＣＵ１００は、図４に示すように、クランク角センサ１４ａやエアフローメータ１６ａ、吸気圧センサ１６ｐ、過給圧センサ１６ｃ、吸気温センサ１６ｔ、スロットル開度センサ１７ｏ、サージ圧センサ１８ｐ、温度センサ１８ｔ、上流側空燃比センサ２２ｆ、下流側空燃比センサ２２ｒ、水温センサ２５ｔ、外気温センサ２８、大気圧センサ２９等の検出値を図示しない入力ポートを介して取得する。

クランク角センサ１４ａは、クランクシャフト１４の回転位置（クランクポジション）を検出する。エアフローメータ１６ａは、吸気管１６のコンプレッサホイール３２の上流側で吸入空気量Ｑａを検出する。吸気圧センサ１６ｐは、吸気管１６のコンプレッサホイール３２の上流側における吸気圧Ｐｉｎを検出する。吸気温センサ１６ｔは、吸気管１６のコンプレッサホイール３２の上流側で吸気温度Ｔｉｎを検出する。過給圧センサ１６ｃは、吸気管１６のコンプレッサハウジング１６０とインタークーラ４１との間でコンプレッサホイール３２により圧縮された空気の圧力である過給圧Ｐｃを検出する。スロットル開度センサ１７ｏは、スロットルバルブ１７の開度ＴＨを検出する。サージ圧センサ１８ｐは、サージタンク１８内の空気の圧力であるサージ圧Ｐｓを検出し、温度センサ１８ｔは、サージタンク１８内の空気の温度であるサージ温度Ｔｓを検出する。上流側空燃比センサ２２ｆは、上流側浄化装置２３の上流側で当該上流側浄化装置２３に流入する排ガスの空燃比である上流側空燃比ＡＦｆを検出し、下流側空燃比センサ２２ｒは、上流側浄化装置２３の下流側で下流側浄化装置２４に流入する排ガスの空燃比である下流側空燃比ＡＦｒを検出する。

エンジンＥＣＵ１００は、クランク角センサ１４ａからのクランクポジションに基づいてエンジン１０（クランクシャフト１４）の回転数Ｎｅを算出すると共に、エアフローメータ１６ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１０の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率ＫＬを算出する。負荷率ＫＬは、エンジン１０の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクル中に実際に吸入される空気の容積の割合である。そして、エンジンＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅや負荷率ＫＬ等に基づいて、スロットルバルブ１７や、複数の燃料噴射弁２０、複数の点火プラグ２１等を制御する。更に、エンジンＥＣＵ１００は、過給機３０のウェイストゲートバルブ３４およびブローオフバルブ３５、電動ポンプ２６、冷却系統４０の電動ポンプ４４を制御する。

さて、アイドルストップ制御が実行される車両やハイブリッド車両では、エンジン１０が比較的頻繁に始動・停止され、過給機３０により吸入空気が圧縮された状態でエンジン１０が高負荷で運転された直後に当該エンジン１０の運転が停止されることがある。このような場合、ベアリングハウジング３００内の潤滑油（作動油）の温度が上昇して当該潤滑油が炭化してしまうおそれがあり、温度上昇に応じてベアリングハウジング３００内を冷却することが必要となる。このため、エンジン１０を搭載した車両では、エンジン停止条件の成立に応じてエンジン１０の運転が停止される間や、イグニッションスイッチがオフされた直後にエンジンＥＣＵ１００により図５のルーチンが実行される。

図５のルーチンの開始に際し、エンジンＥＣＵ１００は、別途推定（算出）したタービンハウジング２２０側のシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒ、ベアリング３６の温度Ｔｂｒ、および油路３７の油出口付近の壁温Ｔｏを取得する（ステップＳ１００）。次いで、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ１００にて取得したシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒが予め定められた閾値Ｔｓｒｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。また、シールリング３９ｔの温度Ｔｓｒが閾値Ｔｓｒｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ１００にて取得したベアリング３６の温度Ｔｂｒが予め定められた閾値Ｔｂｒｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。更に、ベアリング３６の温度Ｔｂｒが閾値Ｔｂｒｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ１００にて取得した壁温Ｔｏが予め定められた閾値Ｔｏｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。

閾値Ｔｓｒｒｅｆ，Ｔｂｒｒｅｆ，Ｔｏｒｅｆは、何れも実験・解析等を経て、タービンシャフト３３とベアリング３６との隙間等において油膜切れ等に起因した潤滑油の炭化（コーキング）が発生するおそれがないとみなせるシールリング３９ｔ、ベアリング３６または上記壁部の温度の上限値として予め定められたものである。そして、エンジンＥＣＵ１００は、油路３７の壁温Ｔｏが閾値Ｔｏｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、潤滑油の炭化の発生を抑制するためにベアリングハウジング３００内を冷却する必要がないとみなして、冷却系統４０の電動ポンプ４４の運転を停止させるか、あるいは電動ポンプ４４を運転停止状態に維持し（ステップＳ１４０）、図５のルーチンを終了させる。

一方、ステップＳ１００にて取得したシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒが閾値Ｔｓｒｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００は、潤滑油の炭化の発生を抑制するためにベアリングハウジング３００内を冷却する必要があるとみなして、冷却系統４０の電動ポンプ４４を所定時間だけ作動させ（ステップＳ１５０）、図５のルーチンを終了させる。また、ステップＳ１００にて取得したベアリング３６の温度Ｔｂｒが閾値Ｔｂｒｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００は、冷却系統４０の電動ポンプ４４を所定時間だけ作動させ（ステップＳ１５０）、図５のルーチンを終了させる。更に、ステップＳ１００にて取得した壁温Ｔｏが閾値Ｔｏｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１００は、冷却系統４０の電動ポンプ４４を所定時間だけ作動させ（ステップＳ１５０）、図５のルーチンを終了させる。これにより、ベアリングハウジング３００内を冷却して潤滑油が炭化するのを良好に抑制することが可能となる。

引き続き、図６を参照しながら、上述のシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒや、ベアリング３６の温度Ｔｂｒ、油路３７の壁温Ｔｏの推定手順について説明する。図６は、シールリング３９ｔ等の温度を推定するための温度推定ルーチンを示すフローチャートである。同図に示す温度推定ルーチンは、エンジン１０を搭載した車両がシステム起動されている間、エンジンＥＣＵ１００により所定時間（微小時間）おきに繰り返し実行される。

図６のルーチンの開始に際し、エンジンＥＣＵ１００は、吸気温センサ１６ｔにより検出された吸気温度Ｔｉｎや、吸気圧センサ１６ｐにより検出された吸気圧Ｐｉｎ（絶対圧）、過給圧センサ１６ｃにより検出された過給圧Ｐｃ（絶対圧）、タービンハウジング２２０（タービンホイール３１）に流入する排ガスの温度である入ガス温度Ｔｔｉ、過給機３０（ベアリングハウジング３００）の冷媒通路３８における冷却水の温度（水温）Ｔｗｓｈ、冷媒通路３８への冷却水の通水量Ｑｗｓｈといった温度推定に必要なデータを取得する（ステップＳ２００）。入ガス温度Ｔｔｉは、上述のタービンハウジング２２０（タービンホイール３１）に流入する排ガスの温度（推定値）であり、エンジン１０の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬ、上流側空燃比ＡＦｆ等に基づいて別途推定されたものである。また、ステップＳ２００では、冷却水の温度Ｔｗｓｈとして、外気温センサ２８により検出された外気温度Ｔｏｕｔが取得される。ただし、冷媒通路３８における冷却水の温度が実測される場合、冷却水の温度Ｔｗｓｈとして実測値が用いられてもよい。更に、冷却水の通水量Ｑｗｓｈは、電動ポンプ４４の回転数や、冷媒通路３８の通路断面積、インタークーラ４１の伝熱管の断面積等に基づいて別途推定されたものである。

ステップＳ２００の処理の後、エンジンＥＣＵ１００は、次式（１）を用いて、タービンハウジング２２０（タービンホイール３１）から下流側に流出する排ガスの温度である出ガス温度Ｔｔｏを推定（算出）する（ステップＳ２１０）。式（１）において、“Ｔｔｉ”は、ステップＳ２００にて取得された入ガス温度Ｔｔｉである。また、式（１）において、“Ｔｃｉ”は、コンプレッサハウジング１６０（コンプレッサホイール３２）に流入する空気の温度であり、本実施形態では、温度Ｔｃｉとして、ステップＳ２００にて取得された吸気温度Ｔｉｎが用いられる。ただし、温度Ｔｃｉとして、外気温センサ２８により検出された外気温度Ｔｏｕｔが用いられてもよい。更に、式（１）において、“Ｐｃｉ”は、コンプレッサハウジング１６０に流入する空気の圧力であり、本実施形態では、圧力Ｐｃｉとして、ステップＳ２００にて取得された吸気圧Ｐｉｎ（絶対圧）が用いられる。ただし、圧力Ｐｃｉとして、大気圧センサ２９により検出された大気圧Ｐｏｕｔが用いられてもよい。また、式（１）において、“Ｐｃｏ”は、コンプレッサホイール３２から送り出される空気（圧縮空気）の圧力であり、本実施形態では、圧力Ｐｃｏとして、ステップＳ２００にて取得された過給圧Ｐｃ（絶対圧）が用いられる。更に、式（１）において、“Ｋｉｅ”は、エンジン１０の吸入空気と排ガスとの比熱比である。

上記式（１）は、次のような手順に経て導出される。すなわち、状態（Ｐ１，Ｖ１，Ｔ１）から状態（Ｐ２，Ｖ２，Ｔ２）へと断熱的に変化したときの理想気体の仕事量Ｗは、ポアソンの法則および気体の状態方程式より、次式（２），（３）および（４）のように表すことができる。また、式（３）において、Ｔ１＝Ｔｃｉ，Ｐ１＝Ｐｃｉ，Ｐ２＝Ｐｃｏ，Ｋ＝Ｋｉ（ただし、“Ｋｉ”は、吸入空気の比熱比である。）とすれば、コンプレッサホイール３２によるエネルギの消費仕事（圧縮仕事）Ｗｃが得られる。更に、式（４）において、Ｔ１＝Ｔｔｉ，Ｔ２＝Ｔｔｏ，Ｋ＝Ｋｅ（ただし、“Ｋｅ”は、排ガスの比熱比である。）とすれば、タービンホイール３１によるエネルギの回収仕事（膨張仕事）Ｗｔが得られる。

また、タービンホイール３１とコンプレッサホイール３２との間の伝達効率が１００％であると仮定すれば、コンプレッサホイール３２による消費仕事Ｗｃとタービンホイール３１による回収仕事Ｗｔとが等しくなり、式（３）＝式（４）として、次式（５）を得ることができる。更に、簡単のために、断熱効率が１００％であり、かつＫｉ＝Ｋｅであると仮定すれば、次式（６）が得られ、式（６）を整理することで、上記式（１）が得られる。このようにして導出される式（１）を用いることにより、タービンホイール３１の出ガス温度Ｔｔｏをより適正に推定することが可能となる。

次いで、エンジンＥＣＵ１００は、図６のルーチンの前回実行時に導出されたタービンホイール３１の温度Ｔｔｂ（以下、「タービンホイール３１の前回温度」という。）と、ステップＳ２００にて取得した入ガス温度Ｔｔｉと、ステップＳ２１０にて推定した出ガス温度Ｔｔｏとに基づいて、最新のタービンホイール３１の温度Ｔｔｂを推定する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０において、エンジンＥＣＵ１００は、タービンホイール３１の出ガス温度Ｔｔｏから入ガス温度Ｔｔｉを減じた値に予め定められた係数ｋｔを乗じて補正温度ΔＴｔｂを算出し、当該補正温度ΔＴｔｂをタービンホイール３１の前回温度に加算した値を最新のタービンホイール３１の温度Ｔｔｂとして導出する。

更に、エンジンＥＣＵ１００は、図６のルーチンの前回実行時に導出されたタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓ（以下、「タービンシャフト３３の前回温度」という。）、シールリング３９ｔの温度Ｔｓｒ（以下、「シールリング３９ｔの前回温度」という。）およびベアリング３６の温度Ｔｂｒ（「ベアリング３６の前回温度」という。）と、ステップＳ２２０にて推定したタービンホイール３１の温度Ｔｔｂとに基づいて、最新のタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓを推定する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０において、エンジンＥＣＵ１００は、実験・解析を経て予め定められた関係式にシールリング３９ｔの前回温度、ベアリング３６の前回温度およびタービンホイール３１の温度Ｔｔｂを代入して補正温度ΔＴｔｓを導出し、当該補正温度ΔＴｔｓをタービンシャフト３３の前回温度に加算した値を最新のタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓとして導出する。

ステップＳ２３０の処理の後、エンジンＥＣＵ１００は、図６のルーチンの前回実行時に導出されたシールリング３９ｔの前回温度および油路３７の壁温Ｔｏ（以下、「油路３７の前回壁温」という。）と、ステップＳ２００にて取得したタービンハウジング２２０側の入ガス温度Ｔｔｉと、ステップＳ２１０にて推定した出ガス温度Ｔｔｏと、冷却水の温度Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈと、ステップＳ２３０にて推定したタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓとに基づいて、最新のシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒを推定する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０にて、エンジンＥＣＵ１００は、ベアリングハウジング３００内の油路３７の前回壁温からシールリング３９ｔの前回温度を減じた値と、予め定められた油路３７側とシールリング３９ｔとの熱伝達率とに基づいて、油路３７側からシールリング３９ｔに伝達される熱伝達量Ｈｏｓｒ（ただし、油路３７側からシールリング３９ｔに向かう方向を正とする。）を導出する。

また、ステップＳ２４０にて、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ２００にて取得した冷媒通路３８の冷却水の温度Ｔｗｓｈからシールリング３９ｔの前回温度を減じた値と、ステップＳ２００にて取得した冷却水の通水量Ｑｗｓｈと、予め定められた冷却水とシールリング３９ｔとの熱伝達率とに基づいて、冷媒通路３８の冷却水からシールリング３９ｔに伝達される熱伝達量Ｈｗｓｒ（ただし、冷却水からシールリング３９ｔに向かう方向を正とする）を導出する。更に、ステップＳ２４０にて、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ２３０にて推定したタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓからシールリング３９ｔの前回温度を減じた値と、予め定められたタービンシャフト３３とシールリング３９ｔとの熱伝達率とに基づいて、タービンシャフト３３からシールリング３９ｔに伝達される熱伝達量Ｈｔｓｓｒ（ただし、タービンシャフト３３からシールリング３９ｔに向かう方向を正とする。）を導出する。

加えて、ステップＳ２４０において、エンジンＥＣＵ１００は、入ガス温度Ｔｔｉおよび出ガス温度Ｔｔｏの加重平均を取ることにより排気管２２のタービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈ（＝（α・Ｔｔｉ＋β・Ｔｔｏ）／（α＋β）、ただし、“α”および“β”は、予め定められた重みである。）を推定（算出）する。更に、エンジンＥＣＵ１００は、推定したタービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈからシールリング３９ｔの前回温度を減じた値と、予め定められたタービンハウジング２２０側とシールリング３９ｔとの熱伝達率とに基づいて、タービンハウジング２２０側からシールリング３９ｔに伝達される熱伝達量Ｈｔｈｒ（ただし、タービンハウジング２２０からシールリング３９ｔに向かう方向を正とする。）を導出する。そして、エンジンＥＣＵ１００は、導出した熱伝達量Ｈｏｓｒ，Ｈｗｓｒ，ＨｔｓｓｒおよびＨｔｈｓｒに基づいて補正温度ΔＴｓｒを算出し、当該補正温度ΔＴｓｒをシールリング３９ｔの前回温度に加算した値を最新のシールリング３９ｔの温度Ｔｓｒとして導出する。なお、ステップＳ２４０では、ステップＳ２３０にて推定されたタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓの代わりに、図６のルーチンの前回実行時に導出されたタービンシャフト３３の前回温度が用いられてもよい。

続いて、エンジンＥＣＵ１００は、ベアリング３６の前回温度と、ステップＳ２００にて取得した冷却水の温度Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈと、ステップＳ２３０にて推定したタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓとに基づいて、最新のベアリング３６の温度Ｔｓｒを推定する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２５０にて、エンジンＥＣＵ１００は、冷却水の温度Ｔｗｓｈからベアリング３６の前回温度を減じた値と、冷却水の通水量Ｑｗｓｈと、予め定められた冷却水とベアリング３６との熱伝達率とに基づいて冷媒通路３８の冷却水からベアリング３６に伝達される熱伝達量Ｈｗｂｒ（冷却水からベアリング３６に向かう方向を正とする。）を導出する。また、ステップＳ２５０において、エンジンＥＣＵ１００は、タービンシャフト３３の温度Ｔｔｓからベアリング３６の前回温度を減じた値と、タービンシャフト３３とベアリング３６との熱伝達率とに基づいて、タービンシャフト３３からベアリング３６に伝達される熱伝達量Ｈｔｓｂｒ（タービンシャフト３３からベアリング３６に向かう方向を正とする。）を導出する。更に、エンジンＥＣＵ１００は、導出した熱伝達量ＨｗｂｒおよびＨｔｓｂｒに基づいて補正温度ΔＴｂｒを算出し、当該補正温度ΔＴｂｒをベアリング３６の前回温度に加算した値を最新のベアリング３６の温度Ｔｂｒとして導出する。なお、ステップＳ２５０においても、ステップＳ２３０にて推定されたタービンシャフト３３の温度Ｔｔｓの代わりに、図６のルーチンの前回実行時に導出されたタービンシャフト３３の前回温度が用いられてもよい。

ステップＳ２５０の処理の後、エンジンＥＣＵ１００は、油路３７の前回壁温と、ステップＳ２００にて取得した冷却水の温度Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈとに基づいて、油路３７の壁温Ｔｏを推定し（ステップＳ２６０）、図６のルーチンを一旦終了させる。ステップＳ２６０にて、エンジンＥＣＵ１００は、冷却水の温度Ｔｗｓｈから油路３７の前回壁温を減じた値と、冷却水の通水量Ｑｗｓｈと、冷却水と油路３７側との熱伝達率とに基づいて、冷媒通路３８の冷却水から油路３７側に伝達される熱伝達量Ｈｗｏ（冷却水側から油路３７側に向かう方向を正とする。）を導出する。また、ステップＳ２６０にて、エンジンＥＣＵ１００は、シールリング３９ｔの前回温度から油路３７の前回壁温を減じた値と、シールリング３９ｔと油路３７側との熱伝達率とに基づいて、シールリング３９ｔから油路３７側に伝達される熱伝達量Ｈｓｒｏ（シールリング３９ｔから油路３７側に向かう方向を正とする。）を導出する。そして、エンジンＥＣＵ１００は、導出した熱伝達量ＨｗｏおよびＨｓｒｏに基づいて補正温度ΔＴｏを算出し、当該補正温度ΔＴｏを油路３７の前回壁温に加算した値を最新の油路３７の壁温Ｔｏとして導出する。

以上説明したように、エンジン１０の過給機３０を制御するエンジンＥＣＵ１００は、タービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈを考慮して、タービンハウジング２２０側でタービンシャフト３３の周囲の隙間をシールするシールリング３９ｔの温度を推定する（図６のステップＳ２４０）。これにより、特に、過給機３０のコンプレッサホイール３２により吸入空気が圧縮された状態でエンジン１０が高負荷で運転された直後に当該エンジン１０の運転が停止されたような場合に、熱容量が高いタービンハウジング２２０からタービンホイール３１側のシールリング３９ｔに伝搬される熱量を当該シールリング３９ｔの温度（推定値）Ｔｓｒに反映させることができる。この結果、タービンハウジング２２０側でタービンシャフト３３の周囲の隙間をシールするシールリング３９ｔの温度をより精度よく推定することが可能となる。

また、エンジンＥＣＵ１００は、ステップＳ２４０において、タービンハウジング２２０に流入する排ガスの温度である入ガス温度Ｔｔｉと、タービンハウジング２２０から流出する排ガスの温度である出ガス温度Ｔｔｏとの加重平均をとることによりタービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈを推定し、シールリング３９ｔの前回温度と、油路３７の前回壁温と、タービンシャフト３３の温度Ｔｔｓと、冷却水の温度Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈと、タービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈとに基づいてシールリング３９ｔの温度を推定する。これにより、タービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈをより適正に推定し、シールリング３９ｔの温度の推定精度をより一層向上させることが可能となる。また、エンジン１０を搭載する車両の車種ごとに上述の重みα，βを変更することで、各車種においてタービンハウジング２２０内の排ガスの温度Ｔｔｈを精度よく推定することができる。

更に、エンジンＥＣＵ１００は、エンジン１０の運転が停止されると共にシールリング３９ｔの温度（推定値）Ｔｓｒが予め定められた閾値Ｔｓｒｒｅｆ以上であるときに、ベアリングハウジング３００内に冷却水を供給する電動ポンプ４４を作動させる（図５のステップＳ１１０，Ｓ１５０）。これにより、ベアリングハウジング３００内で潤滑油が炭化するのを良好に抑制することができるので、いわゆるアイドルストップ制御が実行される車両や、エンジン１０が比較的頻繁に始動・停止されることになるハイブリッド車両に搭載される過給機３０を良好に保護することが可能となる。

なお、上記実施形態において、冷媒循環通路２５および冷媒循環通路４２とが統合されてもよく、電動ポンプ２６および５３の何れか一方が省略されてもよい。また、過給機３０およびエンジンＥＣＵ１００が適用されるエンジン１０は、ディーゼルエンジンであってもよく、ＬＰＧエンジンであってもよく、水素エンジンであってもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本発明は、過給機の製造産業等において利用可能である。

１０ エンジン、１１ エンジンブロック、１２ 燃焼室、１３ ピストン、１４ａ クランク角センサ、１５ エアクリーナ、１６ 吸気管、１６０ コンプレッサハウジング、１６５ バイパス管、１６ａ エアフローメータ、１６ｐ 吸気圧センサ、１６ｓ 過給圧センサ、１６ｔ 吸気温センサ、１７ スロットルバルブ、１７ｏ スロットル開度センサ、１８ サージタンク、１８ｐ サージ圧センサ、１８ｔ 温度センサ、１９ｅ 排気バルブ、１９ｉ 吸気バルブ、２０ 燃料噴射弁、２１ 点火プラグ、２２ 排気管、２２０ タービンハウジング、２２５ バイパス管、２２ｆ 上流側空燃比センサ、２２ｒ 下流側空燃比センサ、２３ 上流側浄化装置、２３０ 排ガス浄化触媒、２４ 下流側浄化装置、２４０ パティキュレートフィルタ、２５ 冷媒循環通路、２５ｔ 水温センサ、２６ 電動ポンプ、２８ 外気温センサ、２９ 大気圧センサ、３０ 過給機、３１ タービンホイール、３２ コンプレッサホイール、３３ タービンシャフト、３４ ウェイストゲートバルブ、３５ ブローオフバルブ、３６ ベアリング、３７ 油路、３８ 冷媒通路、３９ｃ，３９ｔ シールリング、３００ ベアリングハウジング、４０ 冷却系統、４１ インタークーラ、４２ 冷媒循環通路、４４ 電動ポンプ、４５ ラジエータ、１００ エンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）。

Claims (1)

1. 車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられたタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に配置されるタービンホイールと、タービンシャフトを介して前記タービンホイールに連結されると共に前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサハウジング内に配置されるコンプレッサホイールと、前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジングとの間でベアリングを介して前記タービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、前記タービンハウジング側で前記タービンシャフトの周囲の隙間をシールするシールリングとを含む過給機の制御装置において、
   前記タービンハウジング内の排ガスの温度を考慮して前記シールリングの温度を推定する過給機の制御装置。

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