JP4556932B2 - 過給圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの過給圧を制御するために用いられる過給圧制御装置に関し、特に、排気流を動力とするターボチャージャと、例えば電動モータ等により排気流以外を動力として過給圧を可変とする過給圧可変手段とを備えるエンジン制御システムに用いられる過給圧制御装置に関するものである。

周知のように、ターボチャージャは、回転軸（シャフト）の両端にタービンとコンプレッサとを有して構成され、エンジン排気系に設けられたタービンを排気流で回転させることにより、その動力で、エンジン吸気系に設けられたコンプレッサを駆動し、大気圧よりも高い圧力の空気をエンジンに供給する（過給する）ことができるようになっている。また近年、こうしたターボチャージャの回転軸に電動式のアシストモータ（過給圧可変手段）を取り付け、このモータの動力でターボチャージャの駆動を助勢（アシスト）するようにした電動機付きターボチャージャの開発も進められている。こうした電動機付きターボチャージャでは、例えば低回転域から高回転域へ移行する際（加速時）に、上記アシストモータによりターボチャージャの回転軸に対してアシスト動力を付与することで、エンジンの立ち上がり特性を改善することができる。

ところで、このような電動機付きターボチャージャ等において過給圧を制御する場合には、コンプレッサの駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を算出することが重要になる。過給圧を目標値（目標過給圧）に制御する際には通常、目標過給圧に対応するコンプレッサの目標駆動量（要求駆動量）を求め、このコンプレッサの目標駆動量と上記駆動量排気分との差分（目標駆動量−駆動量排気分）として上記アシストモータの目標駆動量（要求駆動量）を算出するような手法が採用されるからである。そして、過給圧の制御にこうした手法を採用する装置としては従来、例えば特許文献１に記載の装置がある。この装置では、エンジン制御システムの構成要素を選択的にモデル化してソフトウェア上に模擬的（仮想的）なエンジン制御システムを構築することで、各種の演算により、上記駆動量排気分をはじめとする過給圧制御に用いる各種のパラメータを求めるようにしている。以下、図９を参照して、この装置の概要について説明する。なお、図９は、同装置の制御プログラムの基礎となるシステム構成要素に係るモデルについて、そのレイアウト例を示すブロック図である。

同図９に示されるように、この装置は、エンジン制御システムの構成要素が選択的にモデル化された各プログラムによって構成されている。具体的には、排気管及び吸気管に係る各モデル（排気管モデルＭ６１、吸気管モデルＭ６５）、並びに、ターボチャージャのタービン、回転軸、及びコンプレッサに係る各モデル（タービンモデルＭ６２、シャフトモデルＭ６３、コンプレッサモデルＭ６４）に基づいて、過給圧の制御に係る制御プログラムが作成され、これが仮想的なエンジン制御システムとして、例えばエンジン制御用のＥＣＵ（電子制御ユニット）に搭載されている。

この装置では、排気流量及びエンジン回転速度等のエンジン運転状態に係るパラメータを入力とし、各モデル（厳密には各モデルに対応するプログラム）を通じて、コンプレッサの駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を出力する。すなわち、まず排気管モデルＭ６１及びタービンモデルＭ６２を通じて、エンジン運転状態に応じて生成された動力、すなわち排気流による動力のうち、タービンの駆動に使用される分（タービン動力）を算出する。次いで、シャフトモデルＭ６３及びコンプレッサモデルＭ６４を通じて、そのタービン動力のうち、過給に使用される分（コンプレッサ動力）を算出する。この際、コンプレッサ上流側における吸気に係るパラメータ（吸入空気量、吸気温度、及び吸気圧力）等を加味してコンプレッサの効率（駆動効率）を求め、この効率に基づいてコンプレッサ動力を算出する。コンプレッサ上流側における吸気に係るパラメータは、エンジン吸気系に吸入される空気（吸気）に遅れ等を反映する吸気管モデルＭ６５を通じて算出する。この装置では、こうして算出されるコンプレッサ動力が、上記駆動量排気分に相当する。この駆動量排気分は、過給圧の制御等に用いられ、例えば上記アシストモータ等の駆動を、この駆動量排気分に基づいて制御するようにしている。
特開２００６−２２７６３号公報

このように、上記特許文献１に記載の装置であっても、コンプレッサの駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を算出することはできる。ところが近年、ディーゼルエンジン等においては、例えば厳しい排気規制をクリアするため、排気浄化等の目的で複雑な排気システムが採用されるようになってきている。これに対し、上記特許文献１に記載の装置では、図９に示したように、エンジン排気系のモデル化された部分（プログラム）を主にして、上記駆動量排気分を算出するようにしている。このため、こうした装置を近年の複雑な排気システムに適用した場合には、モデル規模の巨大化やモデル構成の複雑化が避けられなくなる。そしてこれにより、モデル化（各種モデルの具現化）が困難になり、その具現化されたモデルによる計算量が膨大になることで、演算負荷の増大や演算精度の悪化等が懸念されるようになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、複雑な排気システムに搭載した場合であれ、過給圧制御に際しての演算負荷や演算誤差を軽減することのできる過給圧制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

請求項１に記載の発明では、エンジン排気系に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサによりエンジン吸気系にて過給を行うターボチャージャと、前記排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とする過給圧可変手段とを備えるエンジン制御システムに用いられ、前記コンプレッサの駆動量のうちの前記排気流による駆動量に相当する駆動量排気分を算出してこの駆動量排気分に基づいて前記エンジンの過給圧を制御する過給圧制御装置であって、前記エンジン吸気系の所定位置における吸気圧力として実過給圧を測定する過給圧測定手段と、前記過給圧測定手段により測定された実過給圧に基づいて前記コンプレッサの駆動に基づく実過給量を算出する実過給量算出手段と、前記過給圧可変手段の駆動に基づく過給圧変更量を取得する過給圧変更量取得手段と、前記実過給量算出手段により算出されたコンプレッサによる実過給量と前記過給圧変更量取得手段により取得された過給圧変更量とに基づいて、前記コンプレッサの駆動量排気分を算出する排気駆動量算出手段と、を備えることを特徴とする。

発明者は、近年のエンジン制御システムにおいてはエンジン排気系よりもエンジン吸気系の構成の方がシンプルである点、そして同エンジン吸気系にて測定した実過給圧が基本的にはターボチャージャのコンプレッサの駆動量と相関する点に着目し、エンジン排気系のパラメータを用いずに上記コンプレッサの駆動量排気分を算出することのできる構成、すなわち上記請求項１に記載の構成を発明した。この構成では、エンジン吸気系にて測定した実過給圧、ひいてはこの実過給圧により得られるコンプレッサの駆動（排気流の動力にアシスト等の動力も加えた全ての動力による駆動）に基づく実過給量と、過給圧可変手段（例えば前述のアシストモータ等）の駆動に基づく過給圧変更量とに基づいて、コンプレッサの駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を算出するようにしている。したがって、このような構成であれば、複雑な排気システムに搭載した場合であれ、過給圧制御に際しての演算負荷や演算誤差を軽減することができるようになる。

なお、上記過給圧変更量取得手段としては、上記過給圧可変手段に対する動力の指令値に基づいて、上記過給圧変更量を算出、取得するものが特に有効である。

またこの場合、特に請求項２に記載の発明のように、前記実過給量算出手段を、前記実過給圧を入力して前記過給圧測定手段の実過給圧測定位置から前記ターボチャージャに至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した実過給圧に反映させたものを出力する実過給圧出力部を含んで構成されるものとすることが有効である。

通常、エンジンに対する過給は、ターボチャージャ（コンプレッサ）にて行われる。したがって、過給を制御する場合には、ターボチャージャ（コンプレッサ）での過給圧、いわばコンプレッサの駆動量を得ることが重要になる。しかしながら、前記過給圧測定手段により測定された実過給圧は、測定位置からターボチャージャに至るまでに、エンジン吸気系の特性による圧損（圧力損失）等の影響で変動する可能性が高い。この点、上記構成によれば、実過給圧出力部により、そのエンジン吸気系の特性（例えば圧力特性や温度特性等）の反映されたものが出力されるようになる。すなわちこれにより、ターボチャージャでの過給圧、ひいてはコンプレッサの駆動量を高い精度で得ることができるようになる。しかも、こうした実過給圧出力部は、実過給圧測定位置からターボチャージャに至るまでのエンジン吸気系をモデル化（例えばプログラム化又は回路化等）することで、ソフトウェア上又はハードウェア上に容易に実現することができる。この意味で、上記構成は実用性も高い。

請求項３に記載の発明では、上記請求項２に記載の装置において、前記実過給圧出力部は、前記エンジン吸気系の構成要素（例えばスロットル弁、インタクーラ、コンプレッサ等）の単位でモジュール化され、それら各モジュールは、入力に各構成要素の特性を反映させたものを出力するものであり、それらモジュール間の入出力は、同吸気系の構成要素のレイアウトに対応して結びつけられてなることを特徴とする。このように、エンジン吸気系の構成要素の単位でモジュール化することで、前記実過給圧出力部の実現（例えばプログラム化又は回路化等）は容易となり、またこれらを管理する上でも利便性が高まる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置において、前記実過給量算出手段が、前記エンジン吸気系のモデル化された吸気系モデル部を含んで構成されるものであることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記吸気系モデル部が、前記エンジン吸気系の構成要素（例えばスロットル弁、インタクーラ、コンプレッサ等）ごとにモデル化されてなることを特徴とする。

上記特許文献１に記載の装置も含め、こうした構成要素のモデル化は自動車制御の分野で一般に行われている。したがって、自動車制御の分野に適用する場合には、これら請求項４や５に記載の構成の実用性が高い。

また、これら請求項４又は５に記載の装置について、前記吸気系モデル部は、請求項６に記載の発明のように、所定の特性について複数のパラメータ間の関係を示す特性モデルと、例えばレベル比や、周波数振幅比・位相差、比例要素、微分要素、積分要素、遅れ要素などについて入力と出力との対応関係を示す伝達関数（＝出力信号／入力信号）と、所定の自然現象が数学的に記述された数理モデルとの少なくとも１つによってモデル化することが有効である。こうした構成は、実現容易性にも性能面（演算精度等）にも優れるため、上記構成を実現する上で特に有益である。

請求項７に記載の発明では、上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、前記過給圧可変手段が、電動モータによって駆動されるものであり、前記過給圧変更量取得手段が、前記電動モータのモデル化されたモータモデル部を含んで構成され、このモータモデル部を通じて、前記電動モータに対する供給電力の指令値に同モータの特性を反映させてその反映後の値を、前記過給圧変更量として取得するものであることを特徴とする。

上記のように、電動モータを前記過給圧可変手段のアクチュエータとして用いる場合には、これをモデル化（モータモデル部を形成）することで、容易に高い演算精度でその駆動量（過給圧変更量に相当）を得ることができるようになる。そして特にこの場合、前記電動モータに対する供給電力の指令値としては、以前の測定値（例えば前回値）を利用することが有効である。こうすることで、構成の簡素化や演算負荷の軽減等が図られるようになる。

また電動モータの特性では、応答特性が特に重要になる。このため、上記請求項７に記載の装置については、請求項８に記載の発明のように、前記モータモデル部が、前記電動モータの応答特性に係る部分のモデル化されたものである構成が有効である。

なお、これら請求項７又は８に記載の装置におけるモータモデル部も、請求項９に記載の発明のように、上記吸気系モデル部と同様、所定の特性について複数のパラメータ間の関係を示す特性モデルと、入力と出力との対応関係を示す伝達関数と、所定の自然現象が数学的に記述された数理モデルとの少なくとも１つによってモデル化することが有効である。

また、上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置は、請求項１０に記載の発明のように、過給圧制御に係る制御目標値としての目標過給圧に基づいて、前記コンプレッサの目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、前記目標駆動量算出手段により算出された前記コンプレッサの目標駆動量と前記排気駆動量算出手段により算出された前記コンプレッサの駆動量排気分とに基づいて、過給圧を前記目標過給圧に制御するために必要となる前記過給圧可変手段の動力を算出する動力算出手段と、を備える構成とすることが有効である。

こうした構成であれば、前記排気駆動量算出手段により算出された駆動量排気分に基づいて、過給圧を制御目標値（目標過給圧）に制御するために必要となる前記過給圧可変手段の駆動量、ひいてはその駆動量を達成するために必要となる動力（前記過給圧可変手段に付与する動力）を算出することができる。したがって、上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置で過給圧を制御する場合には、このような構成が、性能面でも、また実現容易性の面でも有効である。このような構成であれば、一般的なマイクロコンピュータ等を用いて実現することが可能である。

そしてこの場合も、請求項１１に記載の発明のように、前記目標駆動量算出手段を、前記過給圧測定手段の実過給圧測定位置における目標圧力値として前記目標過給圧を入力して同実過給圧測定位置から前記ターボチャージャに至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した目標過給圧に反映させたものを出力する目標過給圧出力部を含んで構成されるものとすることが有効である。

このような構成によれば、前記過給圧測定手段の実過給圧測定位置における目標圧力値を用いて、この実過給圧測定位置に合わせてターボチャージャでの目標過給圧、ひいてはコンプレッサの目標駆動量を求めることが可能になる。そしてこれにより、上記実過給圧と目標過給圧とに基づいて、過給圧を容易且つ的確に制御することができるようになる。

特にこの請求項１１に記載の発明と共に、上記請求項２に記載の発明を併用する場合には、実過給圧出力部と目標過給圧出力部とを同一の構成で実現することが有効である。これら出力部は、基本的には同様の構成（機能）で実現することができる。このため、構成の簡素化を図る上では、あるいは演算精度を高める上では、これら出力部を同一の構成で実現することが有効である。

また、請求項１２に記載の発明のように、請求項１０又は１１に記載の装置において、前記目標駆動量算出手段を、前記エンジン吸気系のモデル化された吸気系モデル部を含んで構成されるものとすることも有効である。この場合も、自動車制御の分野に適用する上で、こうした構成の実用性が高い。

なお、前記過給圧可変手段が、電動モータによって駆動されるものである場合には、前記動力算出手段を、その電動モータのモデル化されたモータモデル部を含んで構成されるものとすることも有効である。こうすることで、容易に高い演算精度で動力値（電力値）を得ることができるようになる。

現在実用に供されているエンジン制御システムの一般的な構成への適用を考えた場合、上記請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置における前記過給圧可変手段としては、請求項１３に記載の発明のように、前記ターボチャージャに取り付けられて同ターボチャージャの駆動をアシストする電動式のアシストモータ、及び、前記コンプレッサの上流側又は下流側に設けられて前記ターボチャージャによる過給を補助する補助コンプレッサの少なくとも１つによって構成されるものを採用することが有効である。これらアシストモータ及び補助コンプレッサは、排気流によるターボチャージャの駆動（駆動過給圧）に対してさらに過給圧を付与する（過給圧を増大させる）手段として有益であることが知られている。したがって、こうした構成に上記発明を適用すれば、実情に即したかたちで高度なエンジン制御を好適に行うことが可能になる。もっとも、前記過給圧可変手段は、これらアシストモータや補助コンプレッサに限られず、排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とするものであれば任意のものを採用することができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置において、前記エンジン排気系に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置、可変ジオメトリ機構付きターボチャージャ、ＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）除去用フィルタ、及びＮＯｘ触媒の少なくとも１つが設けられてなることを特徴とする。

エンジン排気系のパラメータを用いてコンプレッサの駆動量排気分を算出する場合には、こうしたシステムにおいて特に演算負荷の増大や演算誤差等が生じ易くなる。例えば排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を搭載したシステムでは、燃焼温度の変動（低下）や着火タイミングの変動（遅れ）により、タービン上流側温度に推定誤差が生じ易くなる。また、幾何学的な機構で過給圧（厳密にいえばタービンの回転による過給量）を可変とする可変ノズル機構等をターボチャージャに装着した可変ジオメトリ機構付きターボチャージャを搭載したシステムでは、可変ジオメトリ機構の状態（例えばノズルの絞り状態）等によって圧力特性が変化する。そして、こうした圧力特性の変化による圧力変動を補正するためには、同機構の状態（例えばノズルの開度）ごとに圧力特性の適合値を定めたマップ等が必要になる。また、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等のＰＭ除去用フィルタやＮＯｘ触媒を搭載したシステムでは、フィルタや触媒の詰まり等に起因してタービン下流側圧力が変動する。こうした圧力変動を補正するためには、差圧センサによるフィードバック制御等が必要になる。このように、上記請求項１４に記載の装置では、先に列記した装置の各目的に応じた高いエンジン性能を享受する代わりに、エンジン排気系のパラメータが複雑な傾向をもつようになる。したがって、エンジン排気系のパラメータを用いずにコンプレッサの駆動量排気分を算出することのできる上記請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発明は、こうした構成に適用して特に有益である。

以下、本発明に係る過給圧制御装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係る過給圧制御装置が適用された自動車（乗用車）用エンジン制御システムの概略構成を示す構成図である。はじめに、この図１を参照して、同システムの概要について説明する。

同図１に示されるように、このエンジン制御システムは、４気筒のレシプロ式ディーゼルエンジン（内燃機関）１０を制御対象とする。このエンジン１０は、４つのシリンダ（気筒）１１内にそれぞれピストン（図示略）が収容されて構成されており、シリンダ１１内の燃焼室での燃料燃焼により、それらピストンを順に往復動させる。そして、これら各ピストンの往復動に伴い、これらピストンに対して共通に設けられた図示しない出力軸としてのクランク軸が回転するようになっている。また、シリンダ１１内の各燃焼室に対しては、各燃焼室にそれぞれ開口するように吸気管１２（吸気通路）及び排気管１３（排気通路）が設けられており、図示しないカムによって駆動される吸気弁と排気弁とによりその開口部が開閉されるようになっている。

エンジン１０の吸気系を構成する吸気管１２には、その最上流部に同吸気管１２に吸入される空気を浄化するエアクリーナ２１が設けられている。そして、そのエアクリーナ２１から吸気下流側に向けて順に、ターボチャージャ５０の一部として過給を行うコンプレッサ２２、吸入空気を冷却するインタクーラ２３、及び、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁（吸気絞り弁）２４が配設されている。そして、吸気管１２は、スロットル弁２４の吸気下流側に設けられた吸気マニホールドにおいて分岐されており、この分岐部分を通じて各シリンダ１１の燃焼室に接続されている。なお、インタクーラ２３は、車両速度に応じて取り込まれる外気（圧縮空気）が同クーラ本体にあたることにより冷却機能を発揮する、いわゆる空冷式のインタクーラである。

一方、エンジン１０の排気系を構成する排気管１３には、排気マニホールドを介してその排気下流側に、ターボチャージャ５０の一部として排気流で回転するタービン３１が設けられている。このタービン３１は、所定のアクチュエータ（例えばエンジン吸排系の負圧部分を利用した負圧式アクチュエータや電動モータ等）によりタービンノズル面積、ひいてはタービン３１の回転による過給量を可変とする、いわゆる可変ノズル機構を備える可変ノズル付きタービンである。

このタービン３１の排気下流側には、各種の排気後処理装置が設けられている。すなわち上流側から順に、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３２、ＮＯｘ触媒３３、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）３４、さらには消音装置としてのマフラ３５が配設されている。ここで、ＤＰＦ３２は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）の通過を阻止してこれを捕集する多孔質材からなるＰＭ除去用フィルタである。ＮＯｘ触媒３３（触媒コンバータ）は、適宜の触媒や吸蔵材等を担持し、排気の酸素濃度が高い場合には排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、排気の酸素濃度が低い場合にはその吸蔵したＮＯｘを放出する吸蔵還元型の触媒である。また、ＤＯＣ３４（触媒コンバータ）は、例えば白金等の触媒を担持し、同触媒により排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化することで排気の浄化を行う酸化触媒である。

さらにこのシステムにおいて、吸気管１２と排気管１３との間には、排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置４０が配設されている。このＥＧＲ装置４０は、基本的には、吸気管１２と排気管１３とを連通するように設けられたＥＧＲ配管４１と、このＥＧＲ配管４１の通路面積をバルブ開度により調節する電磁弁等からなるＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）４２とによって構成されている。ＥＧＲ配管４１の最上流部は、排気系に設けられたタービン３１の排気上流側に、また同ＥＧＲ配管４１の最下流部は、吸気系に設けられたスロットル弁２４の下流側にそれぞれ接続されている。このシステムでは、ＥＧＲ装置４０のこうした構成に基づき、必要に応じてＥＧＲ配管４１を通じて排気の一部を吸気系へ再循環することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低減するようにしている。

また、上記コンプレッサ２２やタービン３１等によって構成されるターボチャージャ５０も、吸気管１２と排気管１３との間に配設されている。このターボチャージャ５０は、吸気管１２に設けられた吸気コンプレッサ２２と、排気管１３の中途に設けられた排気タービン３１とを有し、これらコンプレッサ２２及びタービン３１がシャフト５１にて連結されている。また、このシャフト５１には、同ターボチャージャ５０の駆動をアシスト（助勢）する電動式のアシストモータ５２が設けられており、図示しないバッテリから電力が供給されている。シャフト５１は、これらターボチャージャ５０とアシストモータ５２との共通の出力軸に相当する。こうした構成に基づき、このターボチャージャ５０では、排気管１３を流れる排気とアシストモータ５２の駆動（アシスト）とによって排気タービン３１を回転させる。そして、その回転力がシャフト５１を介して吸気コンプレッサ２２に伝達され、この吸気コンプレッサ２２により、吸気管１２内を流れる空気が圧縮されて過給が行われることになる。なお、過給圧は、アシストモータ５２の駆動だけでなく、可変ノズル機構（タービン３１）の駆動によっても可変とされる。またこの時、過給された空気が上記インタクーラ２３によって冷却されることにより、吸入空気の充填効率が高められることになる。

また、説明の便宜上、図示を割愛しているが、このエンジン制御システムでは、各種のセンサが使用されている。例えばエアクリーナ２１上流の吸気取込口付近には、大気圧及び大気温を検出するための圧力センサ及び温度センサが設けられている。また、吸気マニホールド分岐前（スロットル弁２４の下流）のサージタンクには、圧力センサが設けられており、これにより過給圧を含めた吸気圧力が検出可能とされている。また、エアクリーナ２１下流には、同エアクリーナ２１を通じて吸入される新気量を検出するためのエアフロメータが設けられている。また、図示しない車両のアクセルペダルには、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するためのアクセルセンサが設けられている。

以上、本実施形態に係る過給圧制御装置が適用されたエンジン制御システムの構成について説明した。続けて、本実施形態に係る過給圧制御装置の構成及び動作について説明する。

本実施形態に係る過給圧制御装置は、上記システムの中で主体的にエンジン制御を行う部分、いわゆるエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット、図示略）に搭載されている。このＥＣＵは、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、エンジン１０の運転状態やユーザの要求を検出する上記各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で燃料噴射弁（図示略）やアシストモータ５２等の各種アクチュエータを操作することで、エンジン１０に係る各種の制御を行っている。また、このＥＣＵに搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、過給圧制御を含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データや実験データをはじめとする各種の制御データが、それぞれ予め格納されている。

上記システムでは、いわゆるトルクベース制御によりトルクの制御を行っている。具体的には、エンジン１０の運転状況に応じてその都度必要になるトルク（要求トルク）を基礎（ベース）にして、これを同エンジン１０で生成すべく、トルクに係る各種パラメータの目標値、すなわち目標燃料噴射量や、目標新気量、目標過給圧等を求め、それぞれの制御値を目標値に制御している。なお、要求トルクは、運転者のアクセル操作量等に基づいて演算される。そして、上記アシストモータ５２や可変ノズル機構（タービン３１）の駆動は、この要求トルクに基づいて制御されている。詳しくは、同要求トルクに基づいて、これら過給圧可変装置（過給圧可変手段）の目標駆動量、ひいては最適な駆動タイミングを算出するとともに、その算出されたタイミングで、各装置に対して適切な動力（電力）を供給するようにしている。

具体的には、例えば低回転域から高回転域へ移行する際（加速時）に、上記アシストモータ５２によりターボチャージャ５０の回転軸（シャフト５１）に対してアシスト動力を付与することで、上記エンジン１０の立ち上がり特性を改善するようにしている。そしてこの場合も、前述した上記特許文献１に記載の装置（図９）と同様、コンプレッサ２２の駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を算出することにより、この駆動量排気分と、目標過給圧に対応するコンプレッサ２２の目標駆動量（要求駆動量）との差分（目標駆動量−駆動量排気分）として、上記アシストモータ５２の目標駆動量（要求駆動量）を算出している。以下、このアシストモータ５２によりエンジン１０の立ち上がり特性を改善する場合を例にとって、本実施形態に係る過給圧制御装置の構成及び動作についてさらに説明を続ける。なお、本実施形態における過給圧制御は、基本的には、上記ＣＰＵによるプログラム（上記ＲＯＭに記憶）の実行を通じて行われる。したがってここからは、本実施形態に係る過給圧制御装置の、特にプログラムの構成及び動作について詳述する。

図２は、図１に示したエンジン制御システムのうちの過給圧に係る部分をモデル化した場合について、そのシステム全体のレイアウト（モデルレイアウト）を示すブロック図（概念図）である。

同図２に示されるように、この場合、上記システムは、大きくは、排気系及び吸気系の構成要素に係る各モデル（排気モデルＭ１、吸気モデルＭ４）、並びに、ターボチャージャのタービンに係るタービンモデルＭ２、そして上記アシストモータ５２に係るモータモデルＭ３によって構成されることになる。

すなわちこのようなシステムにおいて、例えば上記特許文献１に記載の装置（図９）に準ずる手法で過給圧を制御する場合には、排気モデルＭ１にて、タービン３１前後（排気入口側及び出口側）の各圧力、及びタービン３１前（排気入口側）の温度を算出するとともに、同排気モデルＭ１の出力、すなわち上記排気系パラメータを入力とするタービンモデルＭ２にて、それら算出された排気系パラメータに基づいて、上記コンプレッサ２２の駆動量排気分（排気によるコンプレッサ駆動量）を算出することになる。そして、吸気モデルＭ４の逆モデル（順モデルについて入力と出力とが逆になるモデル）を用いることで、目標過給圧からコンプレッサ２２の目標駆動量を算出し（破線Ｌ１）、これら目標駆動量と駆動量排気分との差分（目標駆動量−駆動量排気分）として、アシストモータ５２によるコンプレッサ２２の駆動量（アシスト駆動量）を算出することになる。

一方、本実施形態に係る過給圧制御装置では、吸気モデルＭ４の逆モデル及びモータモデルＭ３の順・逆両モデルによって、上記コンプレッサ２２の目標駆動量及び駆動量排気分を算出する。すなわちこの装置によれば、上記排気モデルＭ１及びタービンモデルＭ２を用いずに上記コンプレッサ２２の駆動量排気分を算出することができるようになる。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る過給圧制御装置のプログラム構成について詳述する。なお、図３は、その制御プログラムの基礎となるシステム構成要素に係るモデルについてそのレイアウト例を示すブロック図である。

同図３に示されるように、この装置は、エンジン制御システムの構成要素が選択的にモデル化された各プログラム（モジュール）が組み合わさって構成されている。具体的には、上記吸気系に係る吸気モデルＭ４の逆モデル（吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂ）、並びに、上記アシストモータ５２に係るモータモデルＭ３の順モデル（モータモデルＭ３）及び逆モデル（モータ逆モデルＲＭ３）、そして保持ブロックＢ１に基づいて、過給圧の制御に係る制御プログラムが作成され、これが模擬的（仮想的）なエンジン制御システムとして、上記エンジンＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

この装置では、目標過給圧及び実過給圧を入力とし、各モデル（厳密には各モデルに対応するプログラム）を通じて、コンプレッサの駆動量のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分）を算出し、この駆動量排気分に基づき、過給圧を目標過給圧に制御するために必要となるアシストモータ５２の動力（供給電力）の指令値（指令コンプレッサ動力）を算出し、出力する。なお、実過給圧は、スロットル弁２４下流（例えばサージタンク）の圧力センサにて検出される。そして本実施形態では、この検出を行う部分が過給圧測定手段に相当する。

すなわちこの装置では、上記吸気逆モデルＲＭ４ａが、目標過給圧を入力してコンプレッサ２２の目標駆動量ＱＣを出力する（図２中の破線Ｌ１）。そして、上記吸気逆モデルＲＭ４ｂが、実過給圧を入力してコンプレッサ２２の実駆動量ＮＣ（排気流の動力にアシストモータ５２によるアシスト動力も加えた全ての動力によるコンプレッサ２２の駆動量）を出力する（図２中の破線Ｌ２）。これら吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂはいずれも、実過給圧測定位置（ここではサージタンク）からターボチャージャ５０（コンプレッサ２２）に至るまでのエンジン吸気系の特性をそれらの入力（目標過給圧、実過給圧）に反映させたものを出力するように構成されている。なお、本実施形態では、ここで算出、出力される実駆動量ＮＣが、コンプレッサ２２の駆動に基づく実過給量に相当する。

また一方、モータモデルＭ３は、電動モータとしての上記アシストモータ５２に対する動力（供給電力）の指令値（指令コンプレッサ動力）に同モータ５２の特性（ここでは応答特性）を反映させたもの、すなわち同アシストモータ５２によるコンプレッサ２２の駆動量（アシスト駆動量ＮＡ）を反映後の値として取得し、出力する。しかも同図３に示すように、本実施形態では、初期を除いて、基本的には、指令コンプレッサ動力の前回値を利用するように構成している。そのため、指令コンプレッサ動力の演算から、これをモータモデルＭ３へ入力するまでの間に保持ブロックＢ１、すなわち所定の保持時間（例えば「３２（ｍｓｅｃ）」）を設け、これにより演算過程でのループを防止するようにしている。なお、本実施形態では、ここで算出されるアシスト駆動量ＮＡが、アシストモータ５２の駆動に基づく過給圧変更量（過給量）に相当する。

そうして演算部Ｃ１は、上記実駆動量ＮＣとアシスト駆動量ＮＡとの差分（ＮＣ−ＮＡ）として、コンプレッサ２２の駆動量（実駆動量ＮＣ）のうちの排気流による駆動量（駆動量排気分ＮＣex）を算出する。さらに演算部Ｃ２は、上記目標駆動量ＱＣとこの駆動量排気分ＮＣexとの差分（ＱＣ−ＮＣex）として、アシストモータ５２に対する動力（アシスト動力ＱＮ）を出力する。そして、そのアシスト動力ＱＮを入力とするモータ逆モデルＲＭ３は、同アシスト動力ＱＮにモータ５２の特性（ここでは応答特性）を反映させてその反映後の値を、同モータ５２に対する動力指令値（指令コンプレッサ動力）として取得し、出力する。この装置では、こうして目標過給圧と実過給圧とに応じた指令コンプレッサ動力を得て、この指令値によりアシストモータ５２を駆動することで、過給圧を目標過給圧に制御するようにしている。

次に、図４〜図６を併せ参照して、上記装置で用いられる各モデル（吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂ、モータモデルＭ３、及びモータ逆モデルＲＭ３）の詳細について説明する。

まず図４は、吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂの詳細を示すブロック図である。

同図４に示されるように、吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂは、エンジン吸気系の構成要素（スロットル弁２４、インタクーラ２３、コンプレッサ２２）の単位でモジュール化された同一の構成を有する。そして、それら各モジュール（スロットル逆モデルＲＭ４１、インタクーラ逆モデルＲＭ４２、コンプレッサ逆モデルＲＭ４３）は、それぞれ入力に各構成要素の特性を反映させたものを出力するようになっている。また、これらモジュール間の入出力は、同吸気系の構成要素のレイアウト（図１参照）に対応して、モデルＲＭ４１，ＲＭ４２，ＲＭ４３の順に結びつけられている。なお、本実施形態では、空気（吸気や排気）やエネルギーの流れに沿うもの（入出力が同一方向のもの）を順モデル、逆らうもの（入出力が逆方向のもの）を逆モデルと定め、モデルやプログラムの作成や管理を容易としている。

図５（ａ）〜（ｃ）に、これらモデルＲＭ４１，ＲＭ４２，ＲＭ４３の詳細を示す。以下、同図５を参照して、これらモデルの概要について説明する。まず図５（ａ）を参照して、スロットル逆モデルＲＭ４１について説明する。

このスロットル逆モデルＲＭ４１は、同図５（ａ−１）に示すスロットル弁２４（図１も併せ参照）に係る各パラメータ（流入空気量（新気量）Ｑ、上流側圧力Pthr、下流側圧力Pim、これらの圧力差ΔＰ（Pthr−Pim）、オリフィス２４ａ絞り部の内径ｄc等）について成立する式、すなわち同図５（ａ−２）に示すようなオリフィスの式（式１）を基にして導かれ、作成される。なお、この（式１）は、周知のベルヌーイの定理に基づくものであり、この（式１）においては、上記スロットル弁２４に係る各パラメータの他に、流量係数α、膨張補正係数ε、及び空気密度ρが用いられる。

Ｑ＝α・ε（π・ｄc＾2／４）√（２ΔＰ／ρ） …（式１）
すなわちこのスロットル逆モデルＲＭ４１は、同図５（ａ−３）に示すように、上記オリフィスの式（式１）を基にした数理モデル（所定の自然現象が数学的に記述されたもの）として、下記（式２）のようにモデル化される。

ΔＰ＝Ｑ＾2・ρ（４／π・ｄc＾2）＾2・（１／α・ε）＾2・０．５
Pthr＝Pim＋ΔＰ …（式２）
このように、スロットル逆モデルＲＭ４１は、スロットル弁２４下流における過給圧（目標過給圧又は実過給圧）、すなわちスロットル下流圧力Pimを入力して、スロットル上流圧力Pthrを出力する。

また一方、インタクーラ逆モデルＲＭ４２は、同図５（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示されるようなインタクーラ２３の特性、ひいては同特性を示すマップに基づいてモデル化される。

詳しくは、同図５（ｂ−１）に示すマップは、インタクーラ２３における放熱量（冷却量）が、空気流量（吸気通過量）とインタクーラにあたる風量（冷却空気量）とによってどのような影響を受けるか、すなわちこれら空気流量及び風量に係るインタクーラ２３の放熱量特性を示すものである。同図５（ｂ−１）に示されるように、空気流量が多くなるほど、またインタクーラにあたる風量が多くなるほど、放熱量は大きくなる。なお、インタクーラにあたる風量は、基本的には、車両速度が大きくなるほど多くなる。また、放熱量は外気温度等の影響も受けるため、これら他のパラメータによって、上記放熱量を補正するようにしてもよい。

一方、同図５（ｂ−２）に示すマップは、インタクーラ２３における圧力損失（損失量）が、空気流量（吸気通過量）によってどのように変化するか、すなわち空気流量に係るインタクーラ２３の圧力特性（より詳しくは圧力損失特性）を示すものである。同図５（ｂ−２）に示されるように、空気流量が多くなるほど圧力損失は大きくなる。

ここで、インタクーラ２３の上流側空気温度（≒コンプレッサ２２の下流側空気温度）は、インタクーラ２３の下流側空気温度（≒スロットル弁２４の上流側空気温度≒吸気温度）から温度損失ΔＴを減算したものと等しくなる（インタクーラ上流空気温度＝インタクーラ下流空気温度−ΔＴ）。なお、温度損失ΔＴは、「放熱量[Ｗ]／空気比熱[J/kg・K]×空気流量[kg/s]」のように表されるものである。また、インタクーラ２３の上流側圧力（≒コンプレッサ２２の下流側圧力Ｐb）は、インタクーラ２３の下流側圧力（≒スロットル上流圧力Pthr）から圧力損失を減算したものと等しくなる（インタクーラ上流圧力＝インタクーラ下流圧力−圧力損失）。したがって、上記マップ（図５（ｂ−１）及び（ｂ−２））を用いることで、コンプレッサ２２の下流側圧力Ｐbを算出することができる。

このように、インタクーラ逆モデルＲＭ４２は、所定の特性（放熱量特性や圧力特性）について複数のパラメータ間の関係（例えば空気流量と圧力損失との関係）を示す特性モデルとしてモデル化され、上記スロットル上流圧力Pthrを入力して、上記マップに基づき、コンプレッサ２２の下流側圧力Ｐbを出力する。

さらに同図５（ｃ）に示されるように、コンプレッサ逆モデルＲＭ４３も、上記スロットル逆モデルＲＭ４１と同様、数理モデル（式３）としてモデル化される。なお、下記式中、Ｌtcはコンプレッサ２２の動力（コンプレッサ２２の目標駆動量ＱＣ又は実駆動量ＮＣ）、Ｐaは大気圧（センサにて検出）、Ｔaは大気温（センサにて検出）、Ｐbはコンプレッサ下流圧力（インタクーラ逆モデルＲＭ４２からの出力）、Ｇaは新気量（センサにて検出）、ηcはコンプレッサ２２の効率（例えばマップに基づき取得）、Ｃaは空気比熱（定数）、Κaは空気比熱比（定数）に相当する。

Ｌtc＝Ｃa・Ｔa[（Ｐb／Ｐa）^（（Κa−１）／Κa）−１]Ｇa／ηc …（式３）
このように、吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂは、上記モデルＲＭ４１，ＲＭ４２，ＲＭ４３により、スロットル弁２４下流における過給圧（目標過給圧又は実過給圧）を入力してこの入力に、実過給圧測定位置（スロットル弁２４下流）からターボチャージャ５０（コンプレッサ２２）に至るまでのエンジン吸気系の特性を反映させたものを出力する。すなわち、同モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂからは、コンプレッサ２２の駆動量（目標駆動量ＱＣ又は実駆動量ＮＣ）に相当する上記コンプレッサ動力Ｌtcが出力されることになる（図４参照）。

次に、図６を参照して、上記モータモデルＭ３及びモータ逆モデルＲＭ３（図３）の詳細について説明する。

同図６に示されるように、上記アシストモータ５２の駆動量（アシスト駆動量ＮＡ）は、同モータ５２の応答特性に基づき、動力指令値（指令コンプレッサ動力）に対して、幾らかの時間遅れ（遅延）を含んだものとなる。このため、本実施形態の過給圧制御装置では、上記モータモデルＭ３及びモータ逆モデルＲＭ３により、こうした遅延の影響を加味した補正を行うようにしている。

具体的には、こうした遅延（遅延分）は、遅れ要素を加味した伝達関数を用いることで好適に補正することができる。例えば同図６中に示すように、「Ｇ2（ｚ）＝（ａｚ＋ｂ）／（ｚ^2−ｃｚ＋ｄ）」といった２次遅れ系の伝達関数として上記モータモデルＭ３を、またその逆モデルとしてモータ逆モデルＲＭ３を、それぞれモデル化する。こうすることで、上記アシストモータ５２の応答特性（遅延の影響）も加味された、より現実に近いモデルがソフトウェア上に構築され、それらプログラムを通じて上述の過給圧制御がより高い精度で行われることになる。なお、本実施形態の装置では、モータモデルＭ３の入力に対して、保持ブロックＢ１（図３）が設けられている。このため、上記モータモデルＭ３及びモータ逆モデルＲＭ３では、離散的（例えば「３２（ｍｓｅｃ）」ごと）に演算が行われることになる。また、上記伝達関数に関して、遅れの次数は任意に設定することができる。ただし、この遅れの次数が大きくなるほど、演算精度は高くなり、また演算負荷も高くなるため、通常は２次遅れ程度が好ましい。

次に、図７を併せ参照して、本実施形態の過給圧制御装置による上記過給圧制御の処理手順について説明する。なお、同図７の一連の処理は、基本的には、上記ＥＣＵ（特にＣＰＵ）によりＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることによって、所定クランク角度ごとに又は所定時間周期（例えば「３２（ｍｓｅｃ）」周期）で逐次行われる。すなわち、この一連の処理は、ソフトウェア（ＲＯＭ）上に構築された仮想的なエンジン制御システムにおいて実行されることになる。そして、この一連の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えば上記ＥＣＵに搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図７に示すように、この一連の処理に際しては、まずステップＳ１１にて、上述の要求トルクに基づいて目標過給圧を算出する。そして、続くステップＳ１２で、吸気逆モデルＲＭ４ａにより、この目標過給圧に基づいてコンプレッサ２２の目標駆動量ＱＣを算出する。なお、目標過給圧の算出は、図３には図示しない部分で行われる。この部分（目標過給圧算出部）については図３の構成との関係が明らかであるため、ここでは図示を割愛する。

次に、ステップＳ１３で、実測値としての実過給圧を取得する。詳しくは、スロットル弁２４下流に設けられた圧力センサのセンサ出力に基づいて、この実過給圧を算出する。そして、続くステップＳ１４で、吸気逆モデルＲＭ４ｂにより、この実過給圧に基づいてコンプレッサ２２の実駆動量ＮＣを算出する。なお、実過給圧の算出は、図３には図示しない部分で行われる。この部分（過給圧測定手段）については図３の構成との関係が明らかであるため、ここでは図示を割愛する。

次に、ステップＳ１５で、モータモデルＭ３により、アシスト駆動量ＮＡを算出する。なお前述したように、このアシスト駆動量ＮＡは、指令コンプレッサ動力（前回値）についてアシストモータ５２の応答特性を反映させたものとして取得する。

次に、ステップＳ１６で、演算部Ｃ１により、上記実駆動量ＮＣとアシスト駆動量ＮＡとの差分として、駆動量排気分ＮＣexを算出する（ＮＣex＝ＮＣ−ＮＡ）。さらに続くステップＳ１７で、演算部Ｃ２により、上記目標駆動量ＱＣと駆動量排気分ＮＣexとの差分として、アシスト動力ＱＮを算出する（ＱＮ＝ＱＣ−ＮＣex）とともに、モータ逆モデルＲＭ３により、このアシスト動力ＱＮにアシストモータ５２の応答特性を反映させて指令コンプレッサ動力を算出する。そして、続くステップＳ１８にて、この指令コンプレッサ動力によりアシストモータ５２の駆動を制御することで、過給圧を目標過給圧に制御するようにしている。

ステップＳ１８の処理をもって、この一連の処理は終了する。しかし、この処理が繰り返し行われることで、少なくとも実行が必要とされる期間は、過給圧の制御が継続的に実行されることになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）エンジン排気系に設けられたタービン３１が排気流によって駆動されることに基づき同タービン３１と連動するコンプレッサ２２によりエンジン吸気系にて過給を行うターボチャージャ５０と、排気流以外の動力（バッテリから供給される電力）により駆動されて過給圧を可変とするアシストモータ５２（過給圧可変手段）とを備える。こうしたエンジン制御システムに用いられ、コンプレッサ２２の駆動量のうちの排気流による駆動量に相当する駆動量排気分ＮＣexを算出してこの駆動量排気分ＮＣexに基づいてエンジン１０の過給圧を制御する過給圧制御装置として、次のような構成とした。すなわち、エンジン吸気系の所定位置（スロットル弁２４下流）における吸気圧力として実過給圧を測定するプログラム（過給圧測定手段、ステップＳ１３）と、このプログラムにより測定された実過給圧に基づいてコンプレッサ２２の駆動に基づく実過給量（実駆動量ＮＣ）を算出するプログラム（実過給量算出手段、吸気逆モデルＲＭ４ｂ）と、指令コンプレッサ動力に基づいて、アシストモータ５２の駆動に基づく過給圧変更量（アシスト駆動量ＮＡ）を算出（取得）するプログラム（過給圧変更量取得手段、モータモデルＭ３）と、それら実駆動量ＮＣとアシスト駆動量ＮＡとに基づいて駆動量排気分ＮＣexを算出するプログラム（排気駆動量算出手段、演算部Ｃ１）と、を備える構成とした。こうすることで、複雑な排気システムにあっても、過給圧制御に際しての演算負荷や演算誤差が軽減されることになる。

（２）吸気逆モデルＲＭ４ｂを、実過給圧を入力して実過給圧測定位置（スロットル弁２４下流）からターボチャージャ５０に至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した実過給圧に反映させたものを出力するプログラム（実過給圧出力部、スロットル逆モデルＲＭ４１及びインタクーラ逆モデルＲＭ４２）を含んで構成されるものとした。これにより、ターボチャージャ５０での過給圧（コンプレッサ下流圧力Ｐb）、ひいてはコンプレッサ２２の駆動量（実駆動量ＮＣ）を高い精度で得ることができるようになる。

（３）そして同吸気逆モデルＲＭ４ｂを、エンジン吸気系がモデル化されたもの、いわば吸気系モデル部を含むものとして構成したことで、こうした構成の実現も容易となる。

（４）吸気逆モデルＲＭ４ｂを、エンジン吸気系の構成要素（スロットル弁２４、インタクーラ２３、コンプレッサ２２）の単位でモジュール化され、それら各モジュール（スロットル逆モデルＲＭ４１、インタクーラ逆モデルＲＭ４２、コンプレッサ逆モデルＲＭ４３）が、入力に各構成要素の特性を反映させたものを出力してさらに、それらモジュール間の入出力が、同吸気系の構成要素のレイアウトに対応して結びつけられたものとして構成とした。こうすることで、プログラム化（プログラムの作成）が容易となり、またこれらを管理する上でも利便性が高まる。

（５）そして同吸気逆モデルＲＭ４ｂを、エンジン吸気系の構成要素ごとにモデル化されたものとして構成したことで、こうした構成の実現も容易となる。

（６）吸気逆モデルＲＭ４ｂを、所定の特性について複数のパラメータ間の関係を示す特性モデル（インタクーラ逆モデルＲＭ４２、図５（ｂ））と、所定の自然現象が数学的に記述された数理モデル（スロットル逆モデルＲＭ４１及びコンプレッサ逆モデルＲＭ４３、図５（ａ）及び（ｃ））とによってモデル化するようにした。こうすることで、実現容易性にも性能面（演算精度等）にも優れた構成とすることができる。

（７）モータモデルＭ３を、アシストモータ５２（電動モータ）がモデル化されたもの（モータモデル部）とし、且つこれを、同モータ５２に対する供給電力の指令値（指令コンプレッサ動力）に同モータ５２の特性を反映させてその反映後の値を上記アシスト駆動量ＮＡとして取得するものとした。こうすることで、構成の簡素化や演算負荷の軽減等が図られるようになる。

（８）アシスト駆動量ＮＡを算出する際に用いる指令コンプレッサ動力として、前回値（前回算出した値）を利用するようにした。これにより、制御性を高めることができるようになる。

（９）モータモデルＭ３を、アシストモータ５２（電動モータ）の応答特性に係る部分がモデル化されたものとした。こうすることで、上記過給圧制御をより高い精度で行うことができるようになる。

（１０）同モータモデルＭ３を、入力と出力との対応関係を示す伝達関数によってモデル化するようにした。こうすることで、実現容易性にも性能面（演算精度等）にも優れた構成とすることができる。

（１１）過給圧制御に係る制御目標値としての目標過給圧に基づいて、コンプレッサ２２の目標駆動量ＱＣを算出するプログラム（目標駆動量算出手段、吸気逆モデルＲＭ４ａ）と、目標駆動量ＱＣと駆動量排気分ＮＣexとに基づいて、過給圧を目標過給圧に制御するために必要となるアシストモータ５２の動力（アシスト動力ＱＮ）、ひいては指令コンプレッサ動力を算出するプログラム（動力算出手段、演算部Ｃ２及びモータ逆モデルＲＭ３）と、を備える構成とした。こうすることで、過給圧制御の際の制御性を高めることができるようになる。

（１２）吸気逆モデルＲＭ４ａを、実過給圧測定位置（スロットル弁２４下流）における目標圧力値として目標過給圧を入力して同実過給圧測定位置からターボチャージャ５０に至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した目標過給圧に反映させたものを出力するプログラム（目標過給圧出力部、スロットル逆モデルＲＭ４１及びインタクーラ逆モデルＲＭ４２）を含んで構成されるものとした。こうすることで、実過給圧測定位置に合わせてターボチャージャ５０での目標過給圧、ひいてはコンプレッサの目標駆動量ＱＣを求めることが可能になる。これにより、上記実過給圧と目標過給圧とに基づいて、過給圧をより容易且つ的確に制御することができるようになる。

（１３）そして同吸気逆モデルＲＭ４ａを、エンジン吸気系がモデル化されたもの、いわば吸気系モデル部を含むものとして構成したことで、こうした構成の実現も容易となる。

（１４）しかも本実施形態では、吸気逆モデルＲＭ４ｂ（実過給圧出力部）と吸気逆モデルＲＭ４ａ（目標過給圧出力部）とを同一の構成とした。これにより、構成の簡素化が図られるとともに、演算精度も高められる。

（１５）モータ逆モデルＲＭ３を、アシストモータ５２（電動モータ）がモデル化されたもの、いわばモータモデル部を含むものとして構成した。こうすることで、容易に高い演算精度で動力値（電力値）を得ることができるようになる。

（１６）モータ逆モデルＲＭ３を、アシストモータ５２（電動モータ）の応答特性に係る部分がモデル化されたものとした。こうすることで、上記過給圧制御をより高い精度で行うことができるようになる。

（１７）同モータ逆モデルＲＭ３を、入力と出力との対応関係を示す伝達関数によってモデル化するようにした。こうすることで、実現容易性にも性能面（演算精度等）にも優れた構成とすることができる。

（１８）排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とするもの（過給圧可変手段）として、ターボチャージャ５０に取り付けられて同ターボチャージャ５０の駆動をアシストする電動式のアシストモータ５２を採用するようにした。これにより、実情に即したかたちで高度なエンジン制御を好適に行うことが可能になる。

（１９）エンジン排気系に、ＥＧＲ装置４０、可変ノズル機構（可変ジオメトリ機構）付きターボチャージャ５０、ＤＰＦ３２（ＰＭ除去用フィルタ）、及びＮＯｘ触媒３３が設けられたシステムを制御対象とした。こうすることで、これら装置の各目的に応じた高いエンジン性能を享受しつつ、過給圧制御に際しての演算負荷や演算誤差を軽減することができるようになる。例えば可変ノズル機構の状態（例えばノズルの開度）ごとに圧力特性の適合値を定めたマップ等を必要とせず、同可変ノズル機構によって過給圧を可変制御することなどが可能になる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

・上記実施形態では、一例として、エンジン排気系に、ＥＧＲ装置４０、可変ノズル機構付きターボチャージャ５０、ＤＰＦ３２、及びＮＯｘ触媒３３等が設けられたシステムを制御対象としたが、任意のシステムを制御対象とすることができる。

・排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とするもの（過給圧可変手段）としては、上記アシストモータ５２に代え、コンプレッサ２２の上流側又は下流側に設けられてターボチャージャ５０による過給を補助する補助コンプレッサなども用いることができる。図８に、上記アシストモータ５２の代わりに、こうした補助コンプレッサを用いた構成の一例を示す。この図８に示す構成では、補助コンプレッサとしての電動コンプレッサ２２１がコンプレッサ２２の上流側に設けられ、さらにこの電動コンプレッサ２２１に対しては、駆動のためのコンプレッサ駆動用モータ２２２が設けられている。なお、電動コンプレッサ２２１は、コンプレッサ２２の下流側（又は上流と下流の両方）に設けるようにしてもよい。またここでは、アシストモータ５２に代えて、補助コンプレッサを用いた場合について例示しているが、これらアシストモータ５２及び補助コンプレッサを両方とも備える構成としてもよい。こうした構成であっても、前記（１８）の効果と同様又は準ずる効果を得ることはできる。もっとも、過給圧可変手段は、これらアシストモータや補助コンプレッサに限られず、排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とするものであれば任意のものを採用することができる。

・上記実施形態では、圧力センサの出力値に基づいて、実過給圧を測定するようにしたが、これに限られず、例えば新気量や吸気温度等に基づいて、実過給圧を測定するようにしてもよい。

・また、実過給圧の測定位置も、上記スロットル弁２４下流に限られないエンジン吸気系の任意の位置に設定することができる。

・上記実施形態では、モータ逆モデルＲＭ３及びモータモデルＭ３を伝達関数によってモデル化するようにしたが、特性モデルや数理モデル等によってモデル化するようにしてもよい。

・吸気逆モデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂについてもこれは、用途等に応じて任意の態様でモデル化することができる。要は、これらモデルＲＭ４ａ，ＲＭ４ｂを、エンジン吸気系のモデル化されたものとして構成さえすれば、前記（２）、（３）、（１２）、（１３）等の効果と同様又は準ずる効果を得ることはできる。またこれらを、伝達関数、特性モデル、及び数理モデルの少なくとも１つによってモデル化することで、前記（６）の効果と同様又は準ずる効果も得ることができるようになる。

・図３に例示したプログラム構成に限られず、例えばエンジン吸気系の構成要素をより細かく（細分化して）モデル化するようにしてもよい。例えば上記特許文献１に記載の装置に準じて、吸気管１２やシャフト５１等も併せモデル化するようにしてもよい。また必要に応じて、ＥＧＲ装置４０等についてもこれをモデル化するようにしてもよい。また逆に、用途等に応じて、不必要なモデルを割愛するようにしてもよい。例えば高い演算精度を必要としない場合には、上記モータ逆モデルＲＭ３等を割愛するようにしてもよい。

・要は、エンジン吸気系の所定位置における吸気圧力として実過給圧を測定する手段と、この実過給圧に基づいてコンプレッサの駆動に基づく実過給量を算出する手段と、過給圧可変手段の駆動に基づく過給圧変更量を取得する手段と、それら実過給量と過給圧変更量とに基づいてコンプレッサの駆動量排気分を算出する手段と、を備える構成であれば、前記（１）の効果と同様又は準ずる効果を得られ、少なくとも所期の目的は達成されることになる。

・上記実施形態では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いるようにしたが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

・上記実施形態では、一例としてディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。

本発明に係る過給圧制御装置の一実施形態について、該装置の適用されたエンジン制御システムの概略を示す構成図。 図１に示したシステムのうちの過給圧に係る部分をモデル化した場合について、そのシステム全体のレイアウト（モデルレイアウト）を示すブロック図。 上記過給圧制御装置の制御プログラムの基礎となるシステム構成要素に係るモデルについて、そのレイアウト例を示すブロック図。 同プログラムに係る吸気逆モデルの詳細を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、上記吸気逆モデルに係る各モデルの詳細を示す図。 同プログラムに係るモータモデル及びモータ逆モデルの詳細を示す図。 上記過給圧制御装置による過給圧制御の処理手順を示すフローチャート。 アシストモータの代わりに補助コンプレッサを用いた構成の一例（変形例）を示す構成図。 従来の過給圧制御装置の一例について、その制御プログラムの基礎となるシステム構成要素に係るモデルのレイアウト例を示すブロック図。

符号の説明

１０…エンジン、２２…コンプレッサ、２３…インタクーラ、２４…スロットル弁（吸気絞り弁）、３１…タービン、３２…ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、３３…ＮＯｘ触媒、３４…ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）、３５…マフラ、４０…ＥＧＲ装置、５０…ターボチャージャ、５１…シャフト、５２…アシストモータ、２２１…電動コンプレッサ、２２２…コンプレッサ駆動用モータ、Ｂ１…保持ブロック、Ｃ１、Ｃ２…演算部、Ｍ１…排気モデル、Ｍ２…タービンモデル、Ｍ３…モータモデル、Ｍ４…吸気モデル、ＲＭ３…モータ逆モデル、ＲＭ４１…スロットル逆モデル、ＲＭ４２…インタクーラ逆モデル、ＲＭ４３…コンプレッサ逆モデル、ＲＭ４ａ、ＲＭ４ｂ…吸気逆モデル。

Claims (14)

1. エンジン排気系に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサによりエンジン吸気系にて過給を行うターボチャージャと、前記排気流以外の動力により駆動されて過給圧を可変とする過給圧可変手段とを備えるエンジン制御システムに用いられ、前記コンプレッサの駆動量のうちの前記排気流による駆動量に相当する駆動量排気分を算出してこの駆動量排気分に基づいて前記エンジンの過給圧を制御する過給圧制御装置であって、
   前記エンジン吸気系の所定位置における吸気圧力として実過給圧を測定する過給圧測定手段と、
   前記過給圧測定手段により測定された実過給圧に基づいて前記コンプレッサの駆動に基づく実過給量を算出する実過給量算出手段と、
   前記過給圧可変手段の駆動に基づく過給圧変更量を取得する過給圧変更量取得手段と、
   前記実過給量算出手段により算出されたコンプレッサによる実過給量と前記過給圧変更量取得手段により取得された過給圧変更量とに基づいて、前記コンプレッサの駆動量排気分を算出する排気駆動量算出手段と、
   を備えることを特徴とする過給圧制御装置。
2. 前記実過給量算出手段は、前記実過給圧を入力して前記過給圧測定手段の実過給圧測定位置から前記ターボチャージャに至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した実過給圧に反映させたものを出力する実過給圧出力部を含んで構成される請求項１に記載の過給圧制御装置。
3. 前記実過給圧出力部は、前記エンジン吸気系の構成要素の単位でモジュール化され、それら各モジュールは、入力に各構成要素の特性を反映させたものを出力するものであり、それらモジュール間の入出力は、同吸気系の構成要素のレイアウトに対応して結びつけられてなる請求項２に記載の過給圧制御装置。
4. 前記実過給量算出手段は、前記エンジン吸気系のモデル化された吸気系モデル部を含んで構成されるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給圧制御装置。
5. 前記吸気系モデル部は、前記エンジン吸気系の構成要素ごとにモデル化されてなる請求項４に記載の過給圧制御装置。
6. 前記吸気系モデル部は、所定の特性について複数のパラメータ間の関係を示す特性モデルと、入力と出力との対応関係を示す伝達関数と、所定の自然現象が数学的に記述された数理モデルとの少なくとも１つによってモデル化されてなる請求項４又は５に記載の過給圧制御装置。
7. 前記過給圧可変手段は、電動モータによって駆動されるものであり、
   前記過給圧変更量取得手段は、前記電動モータのモデル化されたモータモデル部を含んで構成され、このモータモデル部を通じて、前記電動モータに対する供給電力の指令値に同モータの特性を反映させてその反映後の値を、前記過給圧変更量として取得するものである請求項１〜６のいずれか一項に記載の過給圧制御装置。
8. 前記モータモデル部は、前記電動モータの応答特性に係る部分がモデル化されたものである請求項７に記載の過給圧制御装置。
9. 前記モータモデル部は、所定の特性について複数のパラメータ間の関係を示す特性モデルと、入力と出力との対応関係を示す伝達関数と、所定の自然現象が数学的に記述された数理モデルとの少なくとも１つによってモデル化されてなる請求項７又は８に記載の過給圧制御装置。
10. 過給圧制御に係る制御目標値としての目標過給圧に基づいて、前記コンプレッサの目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、
    前記目標駆動量算出手段により算出された前記コンプレッサの目標駆動量と前記排気駆動量算出手段により算出された前記コンプレッサの駆動量排気分とに基づいて、過給圧を前記目標過給圧に制御するために必要となる前記過給圧可変手段の動力を算出する動力算出手段と、
    を備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の過給圧制御装置。
11. 前記目標駆動量算出手段は、前記過給圧測定手段の実過給圧測定位置における目標圧力値として前記目標過給圧を入力して同実過給圧測定位置から前記ターボチャージャに至るまでのエンジン吸気系の特性をその入力した目標過給圧に反映させたものを出力する目標過給圧出力部を含んで構成される請求項１０に記載の過給圧制御装置。
12. 前記目標駆動量算出手段は、前記エンジン吸気系のモデル化された吸気系モデル部を含んで構成されるものである請求項１０又は１１に記載の過給圧制御装置。
13. 前記過給圧可変手段は、前記ターボチャージャに取り付けられて同ターボチャージャの駆動をアシストする電動式のアシストモータ、及び、前記コンプレッサの上流側又は下流側に設けられて前記ターボチャージャによる過給を補助する補助コンプレッサの少なくとも１つによって構成される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の過給圧制御装置。
14. 前記エンジン排気系には、ＥＧＲ装置、可変ジオメトリ機構付きターボチャージャ、ＰＭ除去用フィルタ、及びＮＯｘ触媒の少なくとも１つが設けられてなる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の過給圧制御装置。

Images