JP6179464B2 - 内燃機関の過給圧推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機を備えた内燃機関に適用され、過給機のコンプレッサ下流の吸気通路内の圧力である過給圧を推定する過給圧推定装置に関する。

過給機を備えた内燃機関に適用される制御装置が特許文献１に記載されている。同文献に記載の内燃機関は、過給機のコンプレッサ上流の吸気通路内の圧力に応じて出力値を出力する圧力センサを備える（同文献の段落００２３及び図２参照）。同文献に記載の制御装置は、圧力センサからの出力値に基づいて取得される圧力を用いて内燃機関の運転を制御する（同文献の段落００２８参照）。

特開２０１１−６９２６１号公報 特開２００６−１５２８９９号公報 特開２０１２−２４１６２５号公報

ところで、過給機のコンプレッサ下流の吸気通路内の圧力である過給圧に応じた出力値を出力する過給圧センサを備えた内燃機関に適用され、同センサからの出力値と同出力値の時間変化率とに基づいて同出力値の所定時間後における値を予測し、この予測した値に基づいて定まる過給圧を現時点における実際の過給圧（以下「実過給圧」とも称呼する。）として推定する推定部を備えた過給圧推定装置が知られている。同装置において、実過給圧が「吸気脈動又は過給サージ現象」により所定期間内に上下に大きく変動している場合に、前記所定時間を一定の時間に固定したまま、過給圧の推定が実施されると、推定された過給圧が実過給圧に一致しない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、上述したように過給圧を推定する過給圧推定装置であって、実過給圧が所定期間内に上下に大きく変動している場合に推定される過給圧の実過給圧からの偏差が小さい過給圧推定装置を提供することにある。

本発明は、過給機を備えた内燃機関に適用される過給圧推定装置に関する。当該装置は、前記過給機のコンプレッサ下流の吸気通路内の圧力である過給圧に応じた出力値を出力する過給圧センサと、前記出力値と前記出力値の時間変化率とに基づいて予測される前記出力値の所定時間後における値に基づいて定まる過給圧を現時点における実際の過給圧として推定する推定部と、を備える。

前記推定部は、前記過給圧の所定期間内における変動幅が第１の値よりも大きい第２の値であると推定される場合の前記所定時間を、前記変動幅が前記第１の値であると推定される場合の前記所定時間よりも短い時間に設定するように構成されている。

本発明にあるように、過給圧センサの出力値（以下「センサ出力値」とも称呼する。）と同出力値の時間変化率とに基づいて予測される同出力値の所定時間後における値に基づいて過給圧を推定せずに、センサ出力値に基づいて過給圧を推定した場合、推定される過給圧（以下「推定過給圧」とも称呼する。）には、実過給圧に対して応答遅れが生じる。更に、センサ出力値からノイズ成分を除去するために、同出力値に「なまし処理」が施されることが一般的に行われる。この場合、推定過給圧には、実過給圧に対して、より大きな応答遅れが生じる。

本発明によれば、所定時間後におけるセンサ出力値が予測され、同予測されたセンサ出力値（以下「予測センサ出力値」とも称呼する。）に基づいて過給圧が推定される。従って、実過給圧に対する推定過給圧の応答遅れが小さくなる。このため、実過給圧に精度良く一致する過給圧が推定される。

ところが、所定時間が一定時間に固定されている場合、所定期間内における過給圧の変動幅が大きいと、所定期間内の過給圧の変動幅が小さい場合に比べて、予測センサ出力値が実過給圧に対応する出力値から大きく乖離してしまう可能性がある。この場合、予測センサ出力値に基づいて過給圧が推定されると、推定過給圧が実過給圧から大きく乖離した過給圧になってしまう。

しかしながら、本発明においては、所定期間内における過給圧の変動幅が第１の値よりも大きい第２の値であると推定される場合の前記所定時間は、前記変動幅が前記第１の値であると推定される場合の前記所定時間よりも短い時間に設定される。つまり、過給圧の変動幅が比較的大きいときには、所定時間が短くされる。これによれば、実過給圧に対応する出力値からの予測センサ出力値の乖離が小さくなる。このため、過給圧の変動幅が比較的大きいときであっても、実過給圧に精度良く一致する過給圧が推定される。

更に、前記内燃機関が前記コンプレッサ下流の前記吸気通路にスロットル弁を備える場合、前記過給圧は、前記コンプレッサ下流であって前記スロットル弁上流の前記吸気通路内の圧力である。この場合、前記推定部は、前記スロットル弁の開度が第１の開度であるときに前記変動幅が前記第１の値であると推定し、前記スロットル弁の開度が前記第１の開度よりも大きい第２の開度であるときに前記変動幅が前記第２の値であると推定する。

内燃機関がコンプレッサ下流の吸気通路にスロットル弁を備える場合、スロットル弁下流の吸気通路内の空気の脈動がスロットル弁上流の吸気通路内の空気に伝播する。このため、スロットル弁上流の吸気通路内の空気も脈動する。これにより、過給圧も脈動する。この脈動に起因する過給圧の変動幅は、スロットル弁の開度が大きいほど大きい。従って、スロットル弁の開度が比較的小さい第１の開度であるときには、変動幅が比較的小さい値（即ち、前記第１の値）であると推定することができ、スロットル弁の開度が比較的大きい（即ち、第１の開度よりも大きい）第２の開度であるときには、変動幅が比較的大きい値（即ち、前記第２の値）であると推定することができる。

或いは、前記推定部は、前記過給圧に対する前記スロットル弁下流の圧力である吸気圧の圧力比が第１の圧力比であるときに前記変動幅が前記第１の値であると推定し、前記圧力比が前記第１の圧力比よりも大きい第２の圧力比であるときに前記変動幅が前記第２の値であると推定してもよい。

スロットル弁の開度が大きくなると、吸気圧が過給圧に近づく。つまり、過給圧に対する吸気圧の圧力比が大きくなる。従って、圧力比が比較的小さい第１の圧力比であるときには、変動幅が比較的小さい値（即ち、前記第１の値）であると推定することができ、圧力比が比較的大きい（即ち、第１の圧力比よりも大きい）第２の圧力比であるときには、変動幅が比較的大きい値（即ち、前記第２の値）であると推定することができる。

更に、前記推定部は、前記コンプレッサ下流の前記吸気通路内において過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断したときには、前記所定時間をゼロに設定するようにしてもよい。

過給サージ現象が生じると、過給圧が大きく変動する。この場合において、前記予測センサ出力値に基づいて過給圧が推定されると、推定過給圧が実過給圧から大きく乖離した過給圧になる可能性が高い。従って、過給サージ現象が生じる条件が成立したときには、前記所定時間をゼロに設定することにより、実過給圧からの推定過給圧の乖離を小さくすることができる。

更に、前記推定部は、例えば、大気圧に基づいて定まり且つ同大気圧よりも高い判定圧力値よりも高いときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断する。

或いは、前記内燃機関が前記コンプレッサ下流の前記吸気通路内のガスを同吸気通路から同コンプレッサ上流の吸気通路に戻すためのガスバイパス通路と、同通路を流れるガスの流量を制御するガス流量制御弁と、を備える場合、前記推定部は、前記ガス流量制御弁が開弁されているときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断してもよい。

或いは、前記推定部は、前記過給圧の上昇中に同過給圧の時間変化率が所定の値よりも大きいときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断してもよい。

図１は、本発明の過給圧推定装置の実施形態を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図２は、スロットル開度を制御すると共にインタークーラモデル及び吸気管モデルにより筒内空気量を推定するためのロジック及び各種モデルの機能ブロック図である。 図３（Ａ）は、応答補償処理後のセンサ出力値とセンサ推定過給圧との関係を示した図であり、図３（Ｂ）は、なまし処理後のセンサ出力値とセンサ推定過給圧との関係を示した図である。 図４（Ａ）は、実過給圧の変化及びセンサ推定過給圧の変化を示した図であり、図４（Ｂ）は、センサ出力値の変化及びなまし出力値の変化を示した図である。 図５は、圧力比と時定数との関係を示した図である。 図６は、実過給圧の変化、応答補償処理が実施された場合のセンサ推定過給圧の変化及び応答補償処理が実施されない場合のセンサ推定過給圧の変化を示した図である。 図７は、センサ推定過給圧を算出するための本実施形態のフローチャートを示した図である。

以下、本発明の内燃機関の過給圧推定装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態の過給圧推定装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。尚、図１は、１つの気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

図１に示した内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に燃料と空気とからなる混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を備えている。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を備えている。ピストン２２は、シリンダ２１内を往復動する。ピストン２２の往復動は、コンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより、同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１、ピストン２２及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室（気筒）２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むと共に同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、同マニホールド４１に連通したサージタンク４２及び同タンク４２に一端が接続された吸気ダクト４３を備えている。吸気ダクト４３は、吸気ポート３１とインテークマニホールド４１とサージタンク４２と共に吸気通路を形成する。

更に、吸気系統４０は、吸気ダクト４３の他端から下流（サージタンク４２）に向けて順に、吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、過給機９１のコンプレッサ９１ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４６ａを備えている。加えて、吸気系統４０は、「コンプレッサ９１ａ下流であってインタークーラ４５上流の吸気ダクト４３」から「コンプレッサ９１ａ上流の吸気ダクト４３」に空気を戻すためのエアバイパス装置４７を備えている。

エアバイパス装置４７は、エアバイパス管（ガスバイパス通路）４７ａ及びエアバイパスバルブ（ガス流量制御弁）４７ｂを備えている。エアバイパス管４７ａは、「コンプレッサ９１ａ下流であってインタークーラ４５上流の吸気ダクト４３」と「コンプレッサ９１ａ上流の吸気ダクト４３」とを互いに接続している。エアバイパスバルブ４７ｂは、エアバイパス管４７ａに配設されている。

エアバイパスバルブ４７ｂが開弁されると、空気が「コンプレッサ９１ａ下流の吸気ダクト４３」からエアバイパス管４７ａを介して「コンプレッサ９１ａ上流の吸気ダクト４３」に流れる。エアバイパスバルブ４７ｂの開度を調整することにより、エアバイパス管４７ａ内を流れる空気の流量が制御される。

インタークーラ４５は、水冷式であって、吸気通路を流れる空気を冷却水（冷媒）により冷却するようになっている。

スロットル弁４６は、吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４６ａにより駆動されることにより開度が調整されるようになっている。これにより、スロットル弁４６は、吸気ダクト４３の通路断面積を可変とするようになっている。スロットル弁４６の開度（以下「スロットル開度」）は、通路断面積を最小とする状態におけるスロットル弁４６の位置から回転した角度により定義される。

スロットル弁アクチュエータ４６ａは、ＤＣモータからなり、後述する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」）７０が後述する電子制御スロットル弁ロジックの機能を達成することにより送出される駆動信号に応じて、実際のスロットル開度θtaが目標スロットル開度θttとなるように、スロットル弁を駆動するようになっている。

スロットル弁４６上流であってコンプレッサ９１ａ下流の吸気通路は、インタークーラ部を構成し、スロットル弁４６下流の吸気通路は、吸気管部を構成する。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通するエキゾーストマニホルードを含む排気管５１、同排気管５１内に配設された過給機９１のタービン９１ｂ、同タービン９１ｂ下流の排気管５１に配設された三元触媒装置５２及び排ガスにタービン９１ｂをバイパスさせるための排気バイパス装置５３を備えている。排気管５１は、排気ポート３４と共に排気通路を形成する。

タービン９１ｂは、排ガスのエネルギにより回転する。更に、タービン９１ｂは、シャフトを介してコンプレッサ９１ａに連結されている。これにより、タービン９１ｂが回転すると、コンプレッサ９１ａは、タービン９１ｂと一体となって回転して吸気通路内の空気を圧縮する。即ち、過給機９１は、排ガスのエネルギを利用して機関１０に空気を過給するようになっている。

排気バイパス装置５３は、排気バイパス管５３ａ及び排気バイパス制御弁（ウエストゲートバルブ）５３ｂを備えている。排気バイパス管５３ａは、「タービン９１ｂ上流の排気管５１」と「タービン９１ｂ下流であって三元触媒装置５２上流の排気管５１」とを互いに接続している。排気バイパス制御弁５３ｂは、排気バイパス管５３ａに配設されている。

排気バイパス制御弁５３ｂが開弁されると、「排ガスがタービン９１ｂ上流の排気管５１」から排気バイパス管５３ａを介して「タービン９１ｂ下流の排気管５１」に流れる。排気バイパス制御弁５３ｂの開度を調整することにより、排気バイパス管５３ａ内を流れる排ガスの流量（即ち、タービン９１ｂをバイパスする排ガスの流量）が制御される。

一方、図１に示したシステムは、圧力センサ６１、温度センサ６２、コンプレッサ回転速度センサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、アクセル開度センサ６６、過給圧センサ６８及びＥＣＵ７０を備えている。

圧力センサ６１は、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａとの間の吸気ダクト４３に配設されている。同センサ６１は、吸気ダクト４３内の空気の圧力を検出し、コンプレッサ９１ａ上流の吸気通路内の空気の圧力（大気圧）Ｐaを表す出力値を出力するようになっている。温度センサ６２も、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａとの間の吸気ダクト４３に配設されている。同センサ６２は、吸気ダクト４３内の空気の温度を検出し、コンプレッサ９１ａ上流の吸気通路内の空気の温度（大気温度）Ｔａを表す出力値を出力するようになっている。

コンプレッサ回転速度センサ６３は、コンプレッサ９１ａの回転軸が３６０°回転する毎に信号を出力するようになっている。この信号は、コンプレッサ回転速度Ｎcmpを表す。カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎）に１つのパルスを有する信号を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有すると共にクランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、機関回転速度ＮＥを表す。

アクセル開度センサ６６は、運転者により操作されるアクセルペダル６７の操作量を検出し、同ペダル６７の操作量（以下「アクセルペダル操作量」）Ａccpを表す出力値を出力するようになっている。

過給圧センサ６８は、コンプレッサ９１ａとスロットル弁４６との間の吸気ダクト４３に配設されている。同センサ６８は、吸気ダクト４３内の空気の圧力を検出し、コンプレッサ９１ａ下流であってスロットル弁４６上流の吸気通路（インタークーラ部）内の空気の圧力（以下「過給圧」）Ｐcmpaを表す出力値を出力するようになっている。

ＥＣＵ７０は、双方向バスにより互いに接続されたＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４及びインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。ＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ等）、定数等を予め記憶している。ＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に記憶する。バックアップＲＡＭ７４は、電源が投入された状態においてデータを記憶すると共に、同記憶したデータを電源が遮断されている間も保持する。

インターフェース７５は、ＡＤコンバータを含んでいる。更に、インターフェース７５は、前記センサ６１〜６６及び６８に接続され、これらセンサ６１〜６６及び６８からの出力値及び信号をＣＰＵ７１に供給すると共に、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４６ａ、エアバイパスバルブ４７ｂ及び排気バイパス制御弁５３ｂに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

次に、図１に示したシステムにおける筒内空気量推定装置について説明する。この筒内空気量推定装置は、図２に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、インタークーラモデルＭ５、吸気管モデルＭ６、エアバイパスバルブモデルＭ７、吸気弁モデルＭ８及び電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて、筒内空気量を推定する。

次に、各種モデルＭ１〜Ｍ８及びロジックＡ１について説明する。尚、これらモデル及びロジックの詳細については、例えば、特許文献２及び特許文献３を参照されたい。

電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、アクセルペダル操作量Ａccpに基づいて目標スロットル開度θttを設定し、スロットル開度が目標スロットル開度θttとなるようにスロットル弁アクチュエータ４６ａに駆動信号を送出する。

電子制御スロットル弁モデルＭ１は、「電子制御スロットル弁ロジックＡ１により設定された目標スロットル開度θtt」及び「アクセルペダル操作量Ａccp」に基づいてスロットル開度θtを推定するモデルである。

スロットルモデルＭ２は、「電子制御スロットル弁モデルＭ１において推定されるスロットル開度θt」、「インタークーラモデルＭ５において推定される過給圧（以下「モデル推定過給圧」）Ｐcmpe並びにインタークーラ部内の空気の温度（以下「インタークーラ部内温度」）Ｔic」及び「吸気管モデルＭ６において推定される吸気管部内の空気の圧力（以下「吸気圧」）Ｐm」等に基づいて、スロットル弁４６の周囲を通過する空気の流量（以下「スロットル弁通過空気流量」）ｍtを推定するモデルである。

吸気弁モデルＭ３は、「温度センサ６２により検出される大気温度Ｔa」及び「吸気管モデルＭ６において推定される吸気圧Ｐm並びに吸気管部内の空気の温度（以下「吸気温度」）Ｔm」等に基づいて、吸気弁３２の周囲を通過して気筒内（燃焼室２５内）に流入する空気の流量（以下「筒内流入空気流量」）ｍcを推定するモデルである。

コンプレッサモデルＭ４は、「温度センサ６２により検出される大気温度Ｔa」、「圧力センサ６１により検出される大気圧Ｐa」、「コンプレッサ回転速度センサ６３により検出されるコンプレッサ回転速度Ｎcmp」及び「インタークーラモデルＭ５において推定されるモデル推定過給圧Ｐcmpe」等に基づいて、コンプレッサ９１ａから流出する空気の流量（以下「コンプレッサ流出空気流量」）ｍcmp及び空気がコンプレッサ９１ａを通過するときに単位時間当たりにコンプレッサ９１ａにより同空気に与えられるエネルギ（以下「コンプレッサ付与エネルギ」）Ｅcmpを推定するモデルである。

インタークーラモデルＭ５は、「当該モデルＭ５における前回のモデル演算により推定されたモデル推定過給圧Ｐcmpe’並びにインタークーラ部内温度Ｔic’」、「温度センサ６２により検出される大気温度Ｔa」、「過給圧センサ６８の出力値に基づいて後述するように推定される過給圧（以下「センサ推定過給圧」）Ｐcmpd」、「スロットルモデルＭ２において推定されるスロットル弁通過空気流量ｍt」、「コンプレッサモデルＭ４において推定されるコンプレッサ流出空気流量ｍcmp並びにコンプレッサ付与エネルギＥcmp」及び「エアバイパスバルブモデルＭ７において推定されるエアバイパスバルブ４７ｂの周囲を通過する空気の流量（以下「ＡＢＶ通過空気流量」）ｍabv」等に基づいて、モデル推定過給圧Ｐcmpe及びインタークーラ部内温度Ｔicを推定するモデルである。

インタークーラモデルＭ５において、センサ推定過給圧Ｐcmpdは、同モデルＭ５により推定されるモデル推定過給圧Ｐcmpeに含まれる演算誤差を補償するために用いられる。即ち、各モデル演算時点にてモデルＭ５において推定されるモデル推定過給圧Ｐcmpeは、各モデル演算時点から所定時間後の過給圧である。従って、各モデル演算時点から前記所定時間前にモデルＭ５において推定されたモデル推定過給圧Ｐcmpeは、現時点の過給圧の推定値である。一方、センサ推定過給圧Ｐcmpdは、現時点の過給圧の推定値である。従って、「前記所定時間前にモデルＭ５において推定されたモデル推定過給圧Ｐcmpe」と「現時点におけるセンサ推定過給圧Ｐcmpd」との差は、モデルＭ５における演算誤差に相当する。

そこで、本例においては、モデルＭ５において、下の式１に示したように、「現時点におけるセンサ推定過給圧Ｐcmpd」に対する「前記所定時間前にモデルＭ５において推定されたモデル推定過給圧Ｐcmpe」の偏差ΔＰが算出される。
ΔＰ＝Ｐcmpd−Ｐcmpe …（１）

そして、各モデル演算において、下の式２に示したように、「現時点においてモデルＭ５において推定されるモデル推定過給圧Ｐcmpe」に「前記偏差ΔＰ」を加算することにより得られる値が「現時点におけるモデル推定過給圧Ｐcmpe」としてモデルＭ５から出力される。これにより、モデルＭ５における演算誤差が補償される。
Ｐcmpe＝Ｐcmpe＋ΔＰ …（２）

吸気管モデルＭ６は、「当該モデルＭ６における前回のモデル演算により推定された吸気圧Ｐm’並びに吸気温度Ｔm’」、「スロットルモデルＭ２において推定されるスロットル弁通過空気流量ｍt」、「吸気弁モデルＭ３において推定される筒内流入空気流量ｍc」及び「インタークーラモデルＭ５において推定されるインタークーラ部内温度Ｔic」等に基づいて、吸気圧Ｐm及び吸気温度Ｔmを推定するモデルである。

エアバイパスバルブモデルＭ７は、「圧力センサ６１により検出される大気圧Ｐa」、「エアバイパスバルブ４７ｂの開度θabv」及び「インタークーラモデルＭ５において推定されるモデル推定過給圧Ｐcmpe」等に基づいて、ＡＢＶ通過空気流量ｍabvを推定するモデルである。

吸気弁モデルＭ８は、吸気弁モデルＭ３と同様に、「温度センサ６２により検出される大気温度Ｔa」及び「吸気管モデルＭ６において推定される吸気圧Ｐm並びに吸気温度Ｔm」等に基づいて、筒内流入空気流量ｍcを推定し、この推定した筒内流入空気流量ｍcに「機関回転速度ＮＥ」及び「吸気弁３２の開閉弁タイミングＶＴから算出される吸気弁３２の開弁期間」を乗じることにより、筒内空気量ＫＬを求めるモデルである。

次に、本実施形態の過給圧推定装置について説明する。同装置は、過給圧センサの出力値（以下「センサ出力値」）を用いて、以下のようにして、現時点における過給圧を推定（検出）する。尚、本実施形態において、過給圧推定装置は、ＥＣＵ７０により構成される。

ＥＣＵ７０のＣＰＵ７１は、下の式３に従って、今回の演算時点において過給圧センサから出力される出力値（センサ出力値）Ｖcmpa(i)に「なまし処理（フィルタ処理）」を施すことにより、なまし出力値Ｖcmps(i)を算出する。
Ｖcmps(i)＝Ｋ１×Ｖcmpa(i)＋（１−Ｋ１）×Ｖcmps(i-1) …（３）

式３において、Ｖcmps(i-1)は「前回の演算により算出されたなまし出力値」であり、Ｋ１は、「０以上であって１以下の係数（０≦Ｋ１≦１）」である。

次いで、ＣＰＵ７１は、下の式４に従って、今回の演算により算出されたなまし出力値Ｖcmps(i)に「応答補償処理」を施すことにより、応答補償出力値Ｖcmpp(i)を算出する。
Ｖcmpp(i)＝Ｋ２×（Ｖcmps(i)−Ｖcmps(i-1)）＋Ｖcmps(i-1) …（４）

式４において、Ｖcmps(i-1)は「前回の演算により算出されたなまし出力値」である。更に、式４において、Ｋ２は、「１よりも大きい係数（Ｋ２＞１）」であって、「下の式５に従って算出される係数」である。

式５において、ｄＴは「ＣＰＵ７１がセンサ出力値をサンプリングする周期（即ち、センサ推定過給圧を演算する周期）」であり、τは「時定数」である。

次いで、ＣＰＵ７１は、「応答補償出力値Ｖcmpp」及び「図３（Ａ）に示した応答補償出力値Ｖcmppとセンサ推定過給圧Ｐcmpdとの関係」に基づいて、センサ推定過給圧Ｐcmpdを算出する。

次に、上述したようにセンサ出力値に「なまし処理」及び「応答補償処理」を施して得られる値に基づいて、過給圧を推定する理由について、図４を用いて説明する。尚、図４（Ａ）は、実過給圧ＰcmpaがラインＬpaに沿って変化する場合における「なまし出力値に対応した過給圧Ｐcmpsの変化（ラインＬps）を示しており、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したように実過給圧が変化する場合における「実過給圧に対応するセンサ出力値Ｖcmpaの変化（ラインＬva）」及び「なまし出力値Ｖcmppの変化（ラインＬvp）」を示している。

なまし処理は、センサ出力値に含まれるノイズ成分を除去するために実施される処理である。式３によるなまし処理においては、係数Ｋ１が小さいほど（フィルタリング時定数が大きいほど）、ノイズ成分をより多く除去することができる。従って、ノイズ成分をより多く除去するためには、係数Ｋ１をより小さい値に設定することが好ましい。

一方、図４（Ａ）に示したように、時刻ｔ２における実過給圧が「Ｐcmpa(t2)」である場合、図４（Ｂ）に示したように、時刻ｔ２において、「式３によるなまし処理」を施して得られるなまし出力値は「Ｖcmps(i)」である。この場合、このなまし出力値Ｖcmps(i)に基づいて過給圧を推定すると、センサ推定過給圧は、図４（Ａ）に示したように、「Ｐcmps(i)」となる。このセンサ推定過給圧Ｐcmps(i)は、時刻ｔ２における実過給圧Ｐcmpa(t2)よりも低く、時刻ｔ２よりも一定時間Δｔだけ前の実過給圧Ｐcmpa(t2−Δt）に等しい。つまり、このセンサ推定過給圧Ｐcmps(i)には、一定時間Δｔの応答遅れが生じている。式３によるなまし処理においては、係数Ｋ１が大きいほど、応答遅れ時間Δｔが短くなる。従って、応答遅れ時間Δｔを短くするためには、係数Ｋ１をより大きい値に設定することが好ましい。

一般に、過給圧の推定（検出）においては、センサ出力値に含まれるノイズ成分をより多く除去すると共に、応答遅れ時間をより短くすることが望まれる。しかしながら、上述したように、係数Ｋ１が小さいほどノイズ成分をより多く除去することができるが、係数Ｋ１が小さいほど応答遅れ時間が長くなってしまう。このため、ノイズ成分の除去と応答遅れ時間の短縮とを係数Ｋ１の設定により同時に達成することはできない。

そこで、本実施形態においては、センサ出力値に含まれるノイズ成分をより多く除去するために、式３の係数Ｋ１を比較的小さい値に設定する（即ち、フィルタリング時定数を比較的大きい値に設定する）。そして、式３によるなまし処理を施して得られたなまし出力値に「式４による応答補償処理」を施すことにより、応答遅れ時間を短縮するようにしている。

即ち、本実施形態の「式４による応答補償処理」においては、図４（Ｂ）に示したように、「時刻ｔ２において算出されたなまし出力値Ｖcmps(i)」と「時刻ｔ１において算出されたなまし出力値Ｖcmps(i-1)」との偏差ΔＶ（＝Ｖcmps(i)−Ｖcmps(i-1)）が算出される。次に、この算出された偏差ΔＶに「係数Ｋ２（＞１）」を乗算した値Ｋ２×ΔＶが算出される。次に、この算出された値Ｋ２×ΔＶを「時刻ｔ１において算出されたなまし出力値Ｖcmps(i-1)」に加算することにより得られる値Ｖcmpp(i)（＝Ｋ２×ΔＶ＋Ｖcmpp(i-1)）が時刻ｔ２におけるセンサ出力値（即ち、応答補償出力値）として算出される。

このセンサ出力値Ｖcmpp(i)は、図４（Ｂ）から分かるように、「時刻ｔ２におけるなまし出力値Ｖcmps(i)」と「時刻ｔ２におけるなまし出力値の時間変化率（＝Ｖcmps(i)−Ｖcmps(i-1)）」とに基づいて予測される「センサ出力値の時間Δｔ後の値」である。

従って、このセンサ出力値Ｖcmpp(i)に対応する過給圧を時刻ｔ２におけるセンサ推定過給圧として算出すれば、算出されたセンサ推定過給圧Ｐcmpd(i)は、図４（Ａ）に示したように、時刻ｔ２における実過給圧Ｐcmpa(t2)に一致する。つまり、算出されたセンサ推定過給圧Ｐcmpd(i)には、応答遅れがない。

このため、上述したように「式３によるなまし処理」及び「式４による応答補償処理」を施すことにより、ノイズ成分の除去と応答遅れ時間の短縮とを同時に達成することができる。

ところで、機関１０の運転中、吸気ポート３１から燃焼室２５に空気が吸入される。この空気の吸入に起因して、スロットル弁４６下流の吸気通路内の空気が脈動する。この空気の脈動は、スロットル弁４６上流の吸気通路内の空気にも伝播する。従って、スロットル弁４６上流の吸気通路内の空気も脈動する。

上述したように、本実施形態によるセンサ推定過給圧の演算においては、各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率に基づいて、所定時間後のなまし出力値を予測している。しかしながら、スロットル弁４６上流の吸気通路内の空気が脈動すると、過給圧も脈動する。このため、各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率が大きくなる可能性がある。しかしながら、各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率が大きいとしても、数回の演算に亘る期間におけるなまし出力値の平均時間変化率は、各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率よりも小さいこともある。この場合において、各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率に基づいて過給圧を推定すると、推定された過給圧は、実過給圧から乖離した過給圧となる。

一方、、前記所定時間Δｔは、式４における係数Ｋ２が小さいほど短くなる。更に、、係数Ｋ２は、式５における時定数τが小さいほど小さくなる。つまり、式５における時定数τが小さいほど、前記所定時間Δｔが短くなる。前記所定時間Δｔが短ければ、脈動の影響により各演算時点におけるなまし出力値の時間変化率が大きくなっていても、式４による応答補償処理により算出される応答補償出力値は、各演算時点におけるなまし出力値から過剰に乖離しない。従って、同応答補償出力値に対応する過給圧をセンサ推定過給圧としても、同センサ推定過給圧は、実過給圧から大きくは乖離しない。

上述した実過給圧からのセンサ推定過給圧の乖離は、過給圧の変動幅が大きいほど大きくなる。過給圧の変動幅は、スロットル弁４６下流の吸気通路内の空気の脈動がスロットル弁４６上流の吸気通路内の空気に与える影響が大きいほど大きくなる。更に、同影響は、スロットル開度が大きいほど大きくなる。

ここで、スロットル開度が大きいほど、吸気圧が過給圧に近い値になる。つまり、過給圧に対する吸気圧の比（＝吸気圧／過給圧）が「１」に近くなる。つまり、同比（以下「圧力比」）が「１」に近いほど、過給圧の変動幅が大きくなる。そして、上述したように、過給圧の変動幅が大きいほど、実過給圧からのセンサ推定過給圧の乖離が大きくなる。

そこで、本実施形態においては、圧力比Ｒppに応じた適切な時定数τを予め求め、図５に示したように、これら圧力比Ｒppと時定数τとの関係を示したルックアップテーブルをＲＯＭ７２に記憶しておく。図５に示したルックアップテーブルにおいては、時定数τは、圧力比Ｒppが大きいほど小さくなる。

そして、ＣＰＵ７１は、機関１０の運転中、図５に示したルックアップテーブルから圧力比Ｒppに対応する時定数τを取得する。次いで、ＣＰＵ７１は、この取得した時定数τを式５に適用して、係数Ｋ２を算出する。次いで、ＣＰＵ７１は、この算出した係数Ｋ２に適用して、センサ推定過給圧Ｐcmpdを算出する。

これによれば、過給圧の変動幅が大きいと推定される場合、前記所定時間が短くされる。このため、実過給圧からのセンサ推定過給圧の乖離が小さい。従って、図６に参照符号Ｌpaにより示したように、実過給圧が変化したときに、参照符号Ｌpdにより示したように、センサ推定過給圧が算出される。一方、なまし出力値に対応する過給圧がセンサ推定過給圧として算出される場合、センサ推定過給圧は、参照符号Ｌpsにより示したように算出される。このように、本実施形態の過給圧推定装置によるセンサ推定過給圧の算出によれば、実過給圧を精度良く推定することができる。

ところで、コンプレッサ９１ａ下流の吸気通路内において、過給サージ現象が生じると、過給圧が大きく変動する。この場合の過給圧の変動幅は、脈動に起因する過給圧の変動幅よりも大きい。このため、上述したように、圧力比Ｒppに応じて式５の時定数τを設定したとしても、センサ推定過給圧が実過給圧から大きく乖離してしまう可能性がある。

ここで、過給圧が過剰に高いとき、或いは、過給圧の変化率（＞０）が過剰に大きいとき、或いは、エアバイパスバルブ４７ｂが開弁しているときには、過給サージ現象が生じており、或いは、過給サージ現象が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態においては、過給圧が大気圧の所定倍（本例においては、１．５倍）の値よりも大きいとき、或いは、過給圧の変化率が所定値（＞０）よりも大きいとき、或いは、エアバイパスバルブ４７ｂが開弁しているときには、ＣＰＵ７１は、「式４による応答補償処理」を実施せず、「式３によるなまし処理」のみを実施して、センサ推定過給圧を算出する。つまり、ＣＰＵ７１は、「なまし出力値Ｖcmps」及び「図３（Ｂ）に示したなまし出力値Ｖcmpsとセンサ推定過給圧Ｐcmpdとの関係」に基づいて、センサ推定過給圧Ｐcmpdを算出する。

以上説明した本実施形態の過給圧推定装置によるセンサ推定過給圧の算出について、図７に示したフローを用いて具体的に説明する。まず、ＣＰＵ７１は、ステップ１０において、過給圧センサの出力値（センサ出力値）Ｖcmpa(i)、大気圧Ｐa、吸気圧Ｐm、本フローの前回の実行時に算出されたなまし出力値（以下「前回なまし出力値」）Ｖcmps(i-1)、本フローの前回の実行時に算出されたセンサ推定過給圧（以下「前回センサ推定過給圧」）Ｐcmpd(i-1)及び本フローの前々回の実行時に算出されたセンサ推定過給圧（以下「前々回センサ推定過給圧」）Ｐcmpd(i-2)を取得する。

尚、大気圧Ｐaは、圧力センサ６１により検出される圧力であり、吸気圧Ｐmは、吸気管モデルＭ６において算出される吸気圧Ｐmである。

次いで、ステップ１１において、ＣＰＵ７１は、ステップ１０において取得した前回センサ推定過給圧Ｐcmpd(i-1)」及び「前々回センサ推定過給圧Ｐcmpd(i-2)」に基づいて、過給圧変化率Ｒp（＝Ｐcmpd(i-1)−Ｐcmpd(i-2)）を算出する。

次いで、ステップ１２において、ＣＰＵ７１は、前回センサ推定過給圧Ｐcmpd(i-1)が大気圧Ｐaに係数（１よりも大きい値であって、本例においては、１．５）を乗算した値よりも高い（Ｐcmpd(i-1)＞Ｐa×１．５）か否か、ステップ１１において算出した過給圧変化率Ｒpが所定値Ｒpthよりも大きい（Ｒp＞Ｒpth）か否か、及び、エアバイパスバルブ４７ｂが開弁されているときにセットされるＡＢＶフラグＦabvがセットされている（Ｆabv＝１）か否か、を判定する。

ここで、Ｐcmpd(i-1)＞Ｐa×１．５である場合、又は、Ｒp＞Ｒpthである場合、又は、Ｆabv＝１である場合には、フローは、ステップ１８に進む。一方、Ｐcmpd(i-1)＞Ｐa×１．５ではなく、且つ、Ｒp＞Ｒpthではなく、且つ、Ｆabv＝１ではない場合には、フローは、ステップ１３に進む。

ステップ１３においては、ＣＰＵ７１は、ステップ１０において取得した前回センサ推定過給圧Ｐcmpd(i-1)」及び「吸気圧Ｐm」に基づいて、圧力比Ｒpp（＝Ｐm／Ｐcmpd(i-1)）を算出する。次いで、ステップ１４において、ＣＰＵ７１は、ステップ１３において算出した圧力比Ｒppと図５に示した関係とから、時定数τを取得する。

次いで、ステップ１５において、ＣＰＵ７１は、ステップ１０において取得した「センサ出力値Ｖcmpa(i)」及び「前回なまし出力値Ｖcmps(i-1)」とを用いて、上式３に従って、なまし出力値Ｖcmps(i)を算出する。

次いで、ステップ１６において、ＣＰＵ７１は、「ステップ１５において算出したなまし出力値Ｖcmps(i)」、「ステップ１０において取得した前回なまし出力値Ｖcmps(i-1)」及び「ステップ１４において取得した時定数τ」とを用いて、上式４及び上式５に従って、応答補償出力値Ｖcmpp(i)を算出する。

次いで、ステップ１７において、ＣＰＵ７１は、「ステップ１６において算出した応答補償出力値Ｖcmpp(i)」に対応する過給圧を図３（Ａ）の関係からセンサ推定過給圧Ｐcmpd(i)として算出する。

一方、ステップ１８においては、ＣＰＵ７１は、ステップ１０において取得した「センサ出力値Ｖcmpa(i)」及び「前回なまし出力値Ｖcmps(i-1)」を用いて、上式３に従って、なまし出力値Ｖcmps(i)を算出する。

次いで、ステップ１９において、ＣＰＵ７１は、「ステップ１８において算出したなまし出力値Ｖcmps(i)」に対応する過給圧を図３（Ｂ）の関係からセンサ推定過給圧Ｐcmpd(i)として算出する。

１０…内燃機関、４０…吸気系統、４６…スロットル弁、４７…エアバイパス装置、４７ａ…エアバイパス管、４７ｂ…エアバイパスバルブ、６８…過給圧センサ、７０…ＥＣＵ（電子制御装置）、７１…ＣＰＵ、９１…過給機、９１ａ…コンプレッサ、９１ｂ…タービン

Claims (7)

1. 過給機を備えた内燃機関に適用され、
   前記過給機のコンプレッサ下流の吸気通路内の圧力である過給圧に応じた出力値を出力する過給圧センサと、
   前記出力値と前記出力値の時間変化率とに基づいて予測される前記出力値の所定時間後における値に基づいて定まる過給圧を現時点における実際の過給圧として推定する推定部と、
   を備えた過給圧推定装置であって、
   前記推定部は、
   前記過給圧の所定期間内における変動幅が第１の値よりも大きい第２の値であると推定される場合の前記所定時間を、前記変動幅が前記第１の値であると推定される場合の前記所定時間よりも短い時間に設定するように構成された、過給圧推定装置。
2. 請求項１に記載の過給圧推定装置において、
   前記内燃機関は、前記コンプレッサ下流の前記吸気通路にスロットル弁を備え、
   前記過給圧は、前記コンプレッサ下流であって前記スロットル弁上流の前記吸気通路内の圧力であり、
   前記推定部は、前記スロットル弁の開度が第１の開度であるときに前記変動幅が前記第１の値であると推定し、前記スロットル弁の開度が前記第１の開度よりも大きい第２の開度であるときに前記変動幅が前記第２の値であると推定する、過給圧推定装置。
3. 請求項１に記載の過給圧推定装置において、
   前記内燃機関は、前記コンプレッサ下流の前記吸気通路にスロットル弁を備え、
   前記過給圧は、前記コンプレッサ下流であって前記スロットル弁上流の前記吸気通路内の圧力であり、
   前記推定部は、前記過給圧に対する前記スロットル弁下流の圧力である吸気圧の圧力比が第１の圧力比であるときに前記変動幅が前記第１の値であると推定し、前記圧力比が前記第１の圧力比よりも大きい第２の圧力比であるときに前記変動幅が前記第２の値であると推定する、過給圧推定装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の過給圧推定装置において、
   前記推定部は、前記コンプレッサ下流の前記吸気通路内において過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断したときには、前記所定時間をゼロに設定する、過給圧推定装置。
5. 請求項４に記載の過給圧推定装置において、
   前記推定部は、大気圧に基づいて定まり且つ同大気圧よりも高い判定圧力値よりも高いときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断する、過給圧推定装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の過給圧推定装置において、
   前記内燃機関は、前記コンプレッサ下流の前記吸気通路内のガスを同吸気通路から同コンプレッサ上流の吸気通路に戻すためのガスバイパス通路と、同通路を流れるガスの流量を制御するガス流量制御弁と、を備え、
   前記推定部は、前記ガス流量制御弁が開弁されているときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断する、過給圧推定装置。
7. 請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の過給圧推定装置において、
   前記推定部は、前記過給圧の上昇中に同過給圧の時間変化率が所定の値よりも大きいときに前記過給サージ現象が生じる条件が成立したと判断する、過給圧推定装置。

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