JP6536598B2 - 過給機付きエンジンの吸気温算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付きエンジンの吸気温算出装置に関する。

特許文献１には、過給機を備えるエンジンにおいて、吸気通路における過給機のコンプレッサよりも下流を流れる吸入空気の温度である下流吸気温を算出する装置の一例が記載されている。この装置では、コンプレッサでの吸入空気の加圧に起因する吸入空気の温度上昇は可逆断熱変化であるものとし、等エントロピーの式を用いて下流吸気温を算出するようにしている。

特開２０１６−８５６４号公報

上記のように等エントロピーの式を用いて下流吸気温を算出する場合、エンジンの運転状態によっては下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が大きくなってしまうことがある。

本発明の目的は、下流吸気温の算出精度を高くすることができる過給機付きエンジンの吸気温算出装置を提供することである。

上記課題を解決するための過給機付きエンジンの吸気温算出装置は、吸気通路における過給機のコンプレッサよりも下流を流れる吸入空気の温度である下流吸気温を算出するものである。この吸気温算出装置は、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流を流れる吸入空気の温度である上流吸気温を算出する上流吸気温算出部と、過給機の過給圧を算出する過給圧算出部と、吸気通路におけるコンプレッサよりも下流に配置されているスロットルバルブを通過する単位時間あたりの吸入空気の質量であるスロットル流量を算出するスロットル流量算出部と、吸気通路のうち、コンプレッサにおける吸入空気の流入口から、コンプレッサにおける吸入空気の流出口とスロットルバルブとの間に位置する規定部分までの区間のことを規定吸気通路とした場合、規定吸気通路を通過するまでに吸入空気が受容する熱量である吸気熱量を、過給圧算出部によって算出された過給圧が高いほど多くなるとともに、スロットル流量算出部によって算出されたスロットル流量が多いほど多くなるように算出する受熱量算出部と、各算出部によって算出された上流吸気温、スロットル流量及び吸気熱量を基に下流吸気温を算出する下流吸気温算出部と、を備えている。そして、下流吸気温算出部は、上流吸気温が高いほど高くなり、且つ、スロットル流量が少ないほど高くなり、且つ、吸気熱量が多いほど高くなるように、下流吸気温を算出する。

発明者は、コンプレッサによって吸入空気を加圧する場合には吸気通路外からの熱が同コンプレッサ内を通過する吸入空気に加わること、及び、スロットル流量が少ないほどコンプレッサ内の通過前後での吸入空気の温度変化量が大きくなることを見出した。そのため、等エントロピーの式を用いて下流吸気温を算出する場合、すなわち吸気通路外からの熱の影響を考慮しないで下流吸気温を算出する場合、スロットル流量が少ない場合ほど、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が大きくなりやすい。

また、発明者は、コンプレッサ内を通過する際に吸入空気が受容する熱量は、過給機の過給圧が高いほど多くなり、スロットル流量が多いほど多くなることも見出した。
そこで、上記構成では、規定吸気通路を通過するまでに吸入空気が受容する熱量である吸気熱量が、過給機の過給圧とスロットル流量とに基づいて算出される。そして、このように算出した吸気熱量を加味して下流吸気温が算出される。すなわち、コンプレッサを含む規定吸気通路を通過する際に吸気通路外から吸入空気が受容する熱量とスロットル流量とを考慮して下流吸気温が算出されるため、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が大きくなりにくい。したがって、下流吸気温の算出精度を高くすることができるようになる。

ところで、下流吸気温算出部による下流吸気温の算出は、所定の制御サイクル毎に実施される。そして、前回の制御サイクルで算出された下流吸気温を下流吸気温の前回値というものとする。

吸気熱量、上流吸気温及びスロットル流量の各々が一定値で保持されている場合、下流吸気温は、当該吸気熱量、上流吸気温及びスロットル流量に応じた温度に収束するようになる。その一方で、吸気熱量、上流吸気温及びスロットル流量のうちの少なくとも１つのパラメータの変化によって下流吸気温が変化している過渡期では、当該パラメータの変化に対して一次遅れで下流吸気温が変化する。

そこで、下流吸気温算出部は、各算出部によって算出された上流吸気温、スロットル流量及び吸気熱量が維持された場合における下流吸気温の収束値を、上流吸気温が高いほど高くなり、且つ、スロットル流量が少ないほど高くなり、且つ、吸気熱量が多いほど高くなるように算出することが好ましい。この構成によれば、下流吸気温の収束値を、吸気熱量、上流吸気温及びスロットル流量に応じた値とすることができる。

そして、下流吸気温算出部は、算出した下流吸気温の収束値から下流吸気温の前回値を減じた差を時定数で除した値を下流吸気温の前回値に加算した和を下流吸気温として導出することが好ましい。この構成によれば、上記過渡期では、吸気熱量、上流吸気温及びスロットル流量のうちの少なくとも１つのパラメータの変化に対して下流吸気温を一次遅れで変化させることができる。そのため、上記過渡期でも下流吸気温を精度良く算出することができる。

なお、過給圧の変化速度が高い場合ほど、下流吸気温の実際の変化速度が高くなりやすい。そのため、上記のように時定数を用いて下流吸気温を算出する上記吸気温算出装置は、過給圧算出部によって算出される過給圧の変化速度が高いほど時定数を小さくする時定数導出部を備えることが好ましい。このように過給圧の変化速度に応じて時定数を可変させることにより、過給圧の変化速度に起因する下流吸気温の算出精度のばらつきを抑えることができる。

また、エンジン回転速度が高いほど下流吸気温が変化しやすい。そこで、上記吸気温算出装置は、エンジン回転速度が高いほど時定数が小さくなるように、時定数導出部によって導出された時定数を補正する時定数補正部を備えることが好ましい。このようにエンジン回転速度で補正した時定数を用いて下流吸気温を算出することにより、エンジン回転速度に起因する下流吸気温の算出精度のばらつきを抑えることができる。

エンジンはエンジンコンパートメント内に配置されているため、エンジンの温度は上昇しやすい一方で、降下しにくい。そのため、吸気通路を流れる吸入空気の温度は、上昇しやすい一方で、降下しにくい。そこで、下流吸気温算出部は、上記下流吸気温の収束値が下流吸気温の前回値よりも高いときには、第１の時定数を時定数として用いて下流吸気温を算出する一方、下流吸気温の収束値が下流吸気温の前回値以下であるときには、第１の時定数よりも大きい第２の時定数を時定数として用いて下流吸気温を算出することが好ましい。

上記構成によれば、下流吸気温の収束値が下流吸気温の前回値よりも高いときには、下流吸気温の上昇が見込まれるため、第１の時定数を用いて下流吸気温が算出される。そのため、第２の時定数を用いて下流吸気温を算出する場合と比較し、下流吸気温の上昇速度を高くすることができる。すなわち、下流吸気温が上昇するときには、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が生じにくい。一方、下流吸気温の収束値が下流吸気温の前回値以下であるときには、下流吸気温の降下が見込まれるため、第２の時定数を用いて下流吸気温が算出される。そのため、第１の時定数を用いて下流吸気温を算出する場合と比較し、下流吸気温の降下速度を低くすることができる。すなわち、下流吸気温が降下するときには、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が生じにくい。

このように下流吸気温の上昇が見込まれる場合と降下が見込まれる場合とで時定数を使い分けるようにすることで、上記過渡期における下流吸気温の算出精度をより高めることができる。

過給機付きエンジンの吸気温算出装置の一実施形態である制御装置を備えるエンジンの概略を示す構成図。 同エンジンにおける吸気通路の一部を模式的に示す図。 スロットル流量及び過給圧を基に吸気熱量を導出するためのマップ。 過給圧の変化速度を基に時定数を導出するためのマップ。 エンジン回転速度を基に補正係数を導出するためのマップ。 下流吸気温を算出するために実行される処理ルーチンを示すフローチャート。

以下、過給機付きエンジンの吸気温算出装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１には、本実施形態の吸気温算出装置である制御装置５０を備えるエンジン１１が図示されている。このエンジン１１は、車両に搭載されるものであって、エンジンコンパートメント内に配置されている。図１に示すように、エンジン１１は、吸入空気と燃料とを含む混合気が燃焼される燃焼室１２と、燃焼室１２に吸入空気を導入する吸気通路１３と、燃焼室１２から排出された排気が流通する排気通路１４と、排気駆動式の過給機１５とを備えている。

過給機１５は、排気通路１４に配置されているタービン１６と、吸気通路１３に配置されているコンプレッサ１７とを有している。タービン１６には、排気通路１４を流れる排気の流勢によって回転するタービンホイール１６１が設けられている。コンプレッサ１７には、回転軸１８を介してタービンホイール１６１に連結されているコンプレッサホイール１７１が設けられている。そして、過給機１５は、タービンホイール１６１の回転に同期してコンプレッサホイール１７１を回転させることにより、吸入空気を加圧して送り出すことができる。

吸気通路１３におけるコンプレッサ１７よりも下流には、スロットルバルブ１９が設けられている。そして、吸気通路１３におけるスロットルバルブ１９よりも下流には、インタークーラ２０が設けられている。

図１に示すように、制御装置５０には、温度センサ１０１、上流圧力センサ１０２、下流圧力センサ１０３及びクランク角センサ１０４が電気的に接続されている。温度センサ１０１は、吸気通路１３におけるコンプレッサ１７よりも上流を流れる吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。上流圧力センサ１０２は、コンプレッサ１７内に流入する吸入空気の圧力に応じた検出信号を出力し、下流圧力センサ１０３はコンプレッサ１７内から流出された吸入空気の圧力に応じた検出信号を出力する。また、クランク角センサ１０４は、エンジン１１のクランク軸の回転速度に応じた検出信号を出力する。

また、制御装置５０は、スロットルバルブ１９を通過する吸入空気の温度である下流吸気温Ｔｃｍｐを算出するための機能部として、上流吸気温算出部５１、過給圧算出部５２、スロットル流量算出部５３、受熱量算出部５４、時定数導出部５５、時定数補正部５６及び下流吸気温算出部５７を有している。

上流吸気温算出部５１は、温度センサ１０１から出力されている検出信号を基に、吸気通路１３におけるコンプレッサ１７よりも上流を流れる吸入空気の温度である上流吸気温Ｔａを算出する。

過給圧算出部５２は、下流圧力センサ１０３から出力されている検出信号を基に、コンプレッサ１７内から流出された吸入空気の圧力、すなわちコンプレッサ１７によって加圧された吸入空気の圧力である下流吸気圧Ｐｄを、過給機１５の過給圧Ｐｃｍｐとして算出する。

スロットル流量算出部５３は、スロットルバルブ１９を通過する単位時間あたりの吸入空気の質量であるスロットル流量Ｍｔを算出する。例えば、スロットル流量算出部５３は、スロットルバルブ１９の開度、過給圧Ｐｃｍｐ及びエンジン回転速度ＮＥの関係を基に、スロットル流量Ｍｔを算出することができる。この場合、スロットル流量Ｍｔは、スロットルバルブ１９の開度が大きいほど大きくなり、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど大きくなり、エンジン回転速度ＮＥが高いほど大きくなる。なお、エンジン回転速度ＮＥは、クランク角センサ１０４から出力されている検出信号を基に算出されたクランク軸の回転速度のことである。

受熱量算出部５４は、吸気通路１３のうちの一部の区間である規定吸気通路１３Ａを通過するまでに吸入空気が受容する熱量である吸気熱量Ｑを、過給圧算出部５２によって算出されている過給圧Ｐｃｍｐと、スロットル流量算出部５３によって算出されているスロットル流量Ｍｔとを基に算出する。

ここで、図２を参照し、規定吸気通路１３Ａについて説明する。図２に示すように、規定吸気通路１３Ａは、吸気通路１３のうち、コンプレッサ１７への吸入空気の流入口１７ＩＮからスロットルバルブ１９までの区間のことである。すなわち、本実施形態では、吸気通路１３におけるスロットルバルブ１９の位置が、コンプレッサ１７における吸入空気の流出口１７ＯＵＴとスロットルバルブ１９の位置との間に位置する「規定部分」に相当する。

また、図３を参照し、吸気熱量Ｑの算出方法について説明する。図３には、スロットル流量Ｍｔと吸気熱量Ｑとの関係を示す特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が過給圧Ｐｃｍｐ毎に図示されている。各特性線Ｌ１〜Ｌ３のうち、第１の特性線Ｌ１は、過給圧Ｐｃｍｐが低い場合におけるスロットル流量Ｍｔと吸気熱量Ｑとの関係を示しており、第２の特性線Ｌ２は、過給圧Ｐｃｍｐが中程度である場合におけるスロットル流量Ｍｔと吸気熱量Ｑとの関係を示している。また、第３の特性線Ｌ３は、過給圧Ｐｃｍｐが高い場合におけるスロットル流量Ｍｔと吸気熱量Ｑとの関係を示している。

本件の発明者は、各種の実験やシミュレーションの結果、以下に示すような知見を得た。
（知見１）コンプレッサ１７内の通過に伴う吸入空気の温度上昇は、吸入空気の加圧に伴う温度上昇だけではなく、吸気通路１３外からの受熱による温度上昇も含んでいること。
（知見２）吸気通路１３外から吸入空気に伝わる熱量、すなわち吸気熱量Ｑは、過給圧Ｐｃｍｐとスロットル流量Ｍｔとに相関しているということ。

過給機１５のコンプレッサ１７の構成部品（例えば、コンプレッサホイール１７１）の温度が高いほど、コンプレッサ１７内を通過する際に吸入空気が受容する熱量が多くなりやすい。そして、コンプレッサ１７の温度は、コンプレッサホイール１７１の回転速度が高いほど高くなりやすい。コンプレッサホイール１７１が回転していると、回転軸１８で発生した摩擦熱がコンプレッサホイール１７１に伝わる。また、この過給機１５は排気駆動式の過給機であるため、タービン１６内に流入した排気の熱がコンプレッサ１７にも伝わる。こうしてコンプレッサ１７が受容する熱は、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど多くなる。すなわち、コンプレッサ１７の温度は、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど高くなる。そのため、吸気熱量Ｑは、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど多くなる。

また、スロットル流量Ｍｔが多いほど、エンジン１１の燃焼室１２に充填される吸入空気量が多くなり、ひいては、燃焼室１２に供される燃料の量も多くなる。そのため、エンジン１１では、スロットル流量Ｍｔが多いほど、混合気の燃焼によって発生する熱量が多くなる。こうした熱は、吸気通路を構成する吸気管などを通じてコンプレッサ１７に伝わる。すなわち、混合気の燃焼によって発生する熱量が多いほど、コンプレッサ１７内を通過する吸入空気に伝わる熱量が多くなる。したがって、吸気熱量Ｑは、スロットル流量Ｍｔが多いほど多くなる。

そのため、図３に示すように、スロットル流量Ｍｔが一定で保持されている場合、吸気熱量Ｑは、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど多くなる。また、過給圧Ｐｃｍｐが一定で保持されている場合、吸気熱量Ｑは、スロットル流量Ｍｔが多いほど多くなる。したがって、図３に示すマップを用いて吸気熱量Ｑを導出することにより、受熱量算出部５４は、吸気熱量Ｑを、過給圧Ｐｃｍｐが高いほど多くなるとともに、スロットル流量Ｍｔが多いほど多くなるように算出する。

図１に戻り、時定数導出部５５は、下流吸気温Ｔｃｍｐの算出時に用いる時定数Ｎを、過給圧算出部５２によって算出されている過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐを基に導出する。詳しくは後述するが、下流吸気温Ｔｃｍｐの算出処理では、下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合と、下流吸気温Ｔｃｍｐの降下が見込まれる場合とで時定数Ｎを使い分けている。そのため、時定数導出部５５は、下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合に時定数Ｎとして採用する第１の時定数Ｎａと、下流吸気温Ｔｃｍｐの降下が見込まれる場合に時定数Ｎとして採用する第２の時定数Ｎｂとを導出する。

エンジン１１が設置されているエンジンコンパートメント内には、エンジン１１以外の複数の車載装置が配置されている。そのため、エンジンコンパートメント内では熱が溜まりやすい。その結果、下流吸気温Ｔｃｍｐは、上昇しやすい一方で、降下しにくい。したがって、図４に示すように、時定数導出部５５は、第１の時定数Ｎａが第２の時定数Ｎｂよりも小さくなるように、各時定数Ｎａ，Ｎｂを導出する。このとき、時定数導出部５５は、各時定数Ｎａ，Ｎｂを、過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐが高いほど小さくなるように導出する。ただし、時定数導出部５５によって導出される各時定数Ｎａ，Ｎｂは、「１」未満の値にはならない。

図１に戻り、時定数補正部５６は、時定数導出部５５によって導出された各時定数Ｎａ，Ｎｂを、エンジン回転速度ＮＥを基に補正する補正処理を実施する。すなわち、時定数補正部５６は、補正処理では、時定数導出部５５によって導出された第１の時定数Ｎａに、エンジン回転速度ＮＥに応じた補正係数Ｋを乗算し、その積を補正後の第１の時定数Ｎａとする。また、時定数補正部５６は、補正処理では、時定数導出部５５によって導出された第２の時定数Ｎｂに、エンジン回転速度ＮＥに応じた補正係数Ｋを乗算し、その積を補正後の第２の時定数Ｎｂとする。

なお、下流吸気温Ｔｃｍｐは、エンジン回転速度ＮＥが高い場合ほど変化しやすい。そのため、図５に示すマップを用いることにより、時定数補正部５６は、補正係数Ｋをエンジン回転速度ＮＥが高いほど小さくすることができる。ただし、補正係数Ｋは、「１」よりも小さくならないように導出される。

図１に戻り、下流吸気温算出部５７は、上流吸気温算出部５１によって算出されている上流吸気温Ｔａ、スロットル流量算出部５３によって算出されているスロットル流量Ｍｔ、受熱量算出部５４によって算出されている吸気熱量Ｑ、及び、時定数補正部５６によって補正された時定数Ｎａ，Ｎｂを基に、下流吸気温Ｔｃｍｐを算出する。

次に、図６を参照し、下流吸気温Ｔｃｍｐを算出する際に制御装置５０で実行される処理ルーチンについて説明する。なお、この処理ルーチンは、所定の制御サイクル毎に実行される。

図６に示すように、本処理ルーチンにおいて、はじめのステップＳ１１では、上流吸気温Ｔａが上流吸気温算出部５１によって算出される。そして、次のステップＳ１２において、過給圧Ｐｃｍｐが過給圧算出部５２によって算出される。続いて、次のステップＳ１３では、スロットル流量Ｍｔがスロットル流量算出部５３によって算出される。そして、次のステップＳ１４において、吸気熱量Ｑが受熱量算出部５４によって算出される。

続いて、次のステップＳ１５では、過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐが時定数導出部５５によって算出される。そして、次のステップＳ１６において、第１の時定数Ｎａ及び第２の時定数Ｎｂが時定数導出部５５によって算出される。続いて、次のステップＳ１７では、ステップＳ１６で導出した各時定数Ｎａ，Ｎｂを補正する補正処理が時定数補正部５６によって実施される。

そして、次のステップＳ１８において、下流吸気温Ｔｃｍｐの収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温算出部５７によって算出される。この収束値ＴｃｍｐＡは、現時点の上流吸気温Ｔａ、スロットル流量Ｍｔ及び吸気熱量Ｑが維持される場合に下流吸気温Ｔｃｍｐが収束したときの温度である。この収束値ＴｃｍｐＡは、例えば、以下に示す関係式（式１）に、各ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４で算出した上流吸気温Ｔａ、スロットル流量Ｍｔ及び吸気熱量Ｑを代入することで算出することができる。この関係式（式１）を用いることで収束値ＴｃｍｐＡを算出できる理由については後述する。なお、関係式（式１）における「Ｃｐ」は、定圧モル比熱のことである。

本処理ルーチンを前回実行した際に算出した下流吸気温Ｔｃｍｐを下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）とした場合、次のステップＳ１９では、ステップＳ１８で算出した収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高いか否かの判定が下流吸気温算出部５７によって行われる。収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高い場合、下流吸気温Ｔｃｍｐが上昇すると判定できる。一方、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）以下である場合、下流吸気温Ｔｃｍｐが上昇すると判定できない、すなわち下流吸気温Ｔｃｍｐが降下する可能性有りと判定できる。

そのため、ステップＳ１９において、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高い場合（ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ２０に移行される。そして、ステップＳ２０において、第１の時定数Ｎａを用いた下流吸気温Ｔｃｍｐの算出が下流吸気温算出部５７によって行われる。収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）と相違している場合、実際の下流吸気温が変化している最中の過渡期であると推測される。このような場合、下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）及び収束値ＴｃｍｐＡを以下に示す関係式（式２）に代入することで、下流吸気温Ｔｃｍｐを算出することができる。なお、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高い場合、関係式（式２）における時定数Ｎには、ステップＳ１７で補正した第１の時定数Ｎａが代入される。

すなわち、本実施形態では、収束値ＴｃｍｐＡから下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）を減じた差を時定数Ｎ（＝Ｎａ）で除し、その値を下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）に加算した和を下流吸気温Ｔｃｍｐとして導出することができる。収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高い場合、上記差（＝ＴｃｍｐＡ−Ｔｃｍｐ（Ｚ−１））は正の値となるため、関係式（式２）を用いて算出した下流吸気温Ｔｃｍｐは下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも高くなる。そして、このように下流吸気温Ｔｃｍｐが算出されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

その一方で、ステップＳ１９において、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）以下である場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ２１に移行される。そして、ステップＳ２１において、第２の時定数Ｎｂを用いた下流吸気温Ｔｃｍｐの算出が下流吸気温算出部５７によって行われる。この場合であっても、下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）及び収束値ＴｃｍｐＡを上記関係式（式２）に代入することで、下流吸気温Ｔｃｍｐを算出することができる。ただし、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）以下である場合、関係式（式２）における時定数Ｎには、ステップＳ１７で補正した第２の時定数Ｎｂが代入される。すなわち、本実施形態では、収束値ＴｃｍｐＡから下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）を減じた差を時定数Ｎ（＝Ｎｂ）で除し、その値を下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）に加算した和を下流吸気温Ｔｃｍｐとして導出することができる。収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも低い場合、上記差（＝ＴｃｍｐＡ−Ｔ（Ｚ−１））は負の値となるため、関係式（式２）を用いて算出した下流吸気温Ｔｃｍｐは下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）よりも低くなる。また、収束値ＴｃｍｐＡが下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）と等しい場合、上記差（＝ＴｃｍｐＡ−Ｔ（Ｚ−１））は「０」となるため、関係式（式２）を用いて算出した下流吸気温Ｔｃｍｐは下流吸気温の前回値Ｔｃｍｐ（Ｚ−１）と等しくなる。そして、このように下流吸気温Ｔｃｍｐが算出されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

次に、上記関係式（式１）を用いることで、下流吸気温Ｔｃｍｐの収束値ＴｃｍｐＡを算出できる理由について説明する。
コンプレッサ１７内に流入する単位時間あたりの吸入空気の質量のことをコンプレッサ流量Ｍｃｐとした場合、質量保存の法則を用いると、規定吸気通路１３Ａ内の吸入空気の質量Ｍと、コンプレッサ流量Ｍｃｐと、スロットル流量Ｍｔとの関係を、関係式（式３）のように表すことができる。

また、エネルギー保存の法則を用いると、規定吸気通路１３Ａ内の吸入空気の質量Ｍと、コンプレッサ流量Ｍｃｐと、スロットル流量Ｍｔとの関係を、関係式（式４）のように表すことができる。なお、関係式（式４）において、「Ｑ」は吸気熱量であり、「Ｃｐ」は定圧モル比熱であり、「Ｃｖ」は定量モル比熱である。

また、規定吸気通路１３Ａの容積を「Ｖ」とした場合、関係式（式５）のような状態方程式を作成することができる。なお、関係式（式５）における「Ｒ」は気体定数である。

なお、関係式（式５）を以下の関係式（式６）のように変形することができる。そして、この関係式（式６）を用いることで、関係式（式４）を以下の関係式（式７）のように変形することができる。さらに、関係式（式７）を変形することにより、下流吸気温Ｔｃｍｐを関係式（式８）で表すことができる。

そして、定常状態である場合、関係式（式８）における過給圧Ｐｃｍｐの変化速度（＝（ｄ／ｄｔ）・Ｐｃｍｐ）は「０」になり、且つ、コンプレッサ流量Ｍｃｐはスロットル流量Ｍｔと同等と見なすことができる。そのため、上記関係式（式１）を導出することができる。したがって、定常状態であるときには、上記関係式（式１）を用いることで、下流吸気温Ｔｃｍｐ、すなわち下流吸気温Ｔｃｍｐの収束値ＴｃｍｐＡを算出することができる。

以上、本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）コンプレッサ１７内を通過したことに起因する吸入空気の温度上昇量は、コンプレッサ１７内を流通する吸入空気の各分子の受熱量とある程度相関する。すなわち、エンジン１１の負荷が低い場合ほど、コンプレッサ１７内を流通する吸入空気の分子数は少ない。このようにコンプレッサ１７内を流通する吸入空気の分子数が少ない場合、同吸入空気の分子数が多い場合と比較し、コンプレッサ１７内を通過する際に吸入空気の分子の各々が受容する受熱量が多くなりやすいため、吸入空気の温度上昇量が高くなりやすい。そのため、等エントロピーの式を用いて下流吸気温を算出する場合、スロットル流量Ｍｔが少ない場合などのようにエンジン１１の負荷が低い場合ほど、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が大きくなりやすい。

この点、本実施形態では、規定吸気通路１３Ａを通過するまでに吸入空気が受容する熱量である吸気熱量Ｑが、過給圧Ｐｃｍｐとスロットル流量Ｍｔとに基づいて算出される。そして、このように算出した吸気熱量Ｑを加味して下流吸気温Ｔｃｍｐが算出される。すなわち、コンプレッサ１７を含む規定吸気通路１３Ａを通過する際に吸気通路１３外から吸入空気が受容する熱量とスロットル流量Ｍｔとを考慮し、下流吸気温Ｔｃｍｐが算出されるため、下流吸気温の算出値と実際の値との乖離が大きくなりにくい。したがって、下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度を高くすることができる。

（２）吸気熱量Ｑ、上流吸気温Ｔａ及びスロットル流量Ｍｔのうちの少なくとも１つのパラメータが変化している場合、当該パラメータの変化に対し、下流吸気温Ｔｃｍｐの変化に一次遅れが生じる。この点、本実施形態では、上記関係式（式２）を用いることで、このような一次遅れを加味し、下流吸気温Ｔｃｍｐを算出することができる。そのため、上記過渡期でも下流吸気温Ｔｃｍｐを精度良く算出することができる。

（３）過給圧Ｐｃｍｐの変化速度が高い場合ほど、下流吸気温の実際の変化速度が高くなりやすい。そこで、本実施形態では、過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐが高いほど時定数Ｎａ，Ｎｂを小さくするようにしている。このように変化速度ＤＰｃｍｐに応じて時定数Ｎａ，Ｎｂを可変させることにより、過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐに起因する下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度のばらつきを抑えることができる。

（４）また、下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合には、第１の時定数Ｎａを時点数Ｎとして用いて下流吸気温Ｔｃｍｐが算出される。一方、下流吸気温Ｔｃｍｐの降下が見込まれる場合には、第２の時定数Ｎｂを時点数Ｎとして用いて下流吸気温Ｔｃｍｐが算出される。このように下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合と降下が見込まれる場合とで時定数Ｎを使い分けるようにすることで、上記過渡期での下流吸気温Ｔｃｍｐの変化態様を、実際の下流吸気温の変化態様により近づけることができる。

（５）なお、エンジン回転速度ＮＥが高いほど下流吸気温Ｔｃｍｐが変化しやすい。そこで、本実施形態では、エンジン回転速度ＮＥによって補正した時定数Ｎａ，Ｎｂを用いて下流吸気温Ｔｃｍｐを算出するようにしている。そのため、上記過渡期における下流吸気温Ｔｃｍｐの変化態様と実際の下流吸気温の変化態様とのずれが生じにくい。したがって、エンジン回転速度ＮＥに起因する下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度のばらつきを抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・エンジン回転速度ＮＥの相違に起因する上記過渡期での下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度の低下を許容できるのであれば、時定数Ｎａ，Ｎｂをエンジン回転速度ＮＥに応じて補正しなくてもよい。

・下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合と降下が見込まれる場合とでの下流吸気温Ｔｃｍｐの変化速度の相違に起因する上記過渡期での下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度の低下を許容できるのであれば、下流吸気温Ｔｃｍｐの上昇が見込まれる場合と下流吸気温Ｔｃｍｐの降下が見込まれる場合とで同じ値の時定数を用いて下流吸気温Ｔｃｍｐを算出するようにしてもよい。

・過給圧Ｐｃｍｐの変化速度ＤＰｃｍｐの相違に起因する上記過渡期での下流吸気温Ｔｃｍｐの算出精度の低下を許容できるのであれば、変化速度ＤＰｃｍｐに応じて時定数Ｎａ，Ｎｂを変更しなくてもよい。

・上記規定部分は、吸気通路１３におけるスロットルバルブ１９よりも上流の位置であってもよい。例えば、スロットルバルブ１９がインタークーラ２０よりも下流に配置されている場合、インタークーラ２０への吸入空気の流入口を、規定部分としてもよい。この場合、吸気通路１３のうち、コンプレッサ１７の流入口１７ＩＮからインタークーラ２０の流入口までの区間が規定吸気通路１３Ａに相当することとなり、下流吸気温Ｔｃｍｐは、インタークーラ２０内に流入する直前での吸入空気の温度の算出値ということとなる。

・エンジンは、２つの過給機が直列に配置されているものであってもよい。この場合、２つのコンプレッサのうち、上流に位置するコンプレッサへの吸入空気の流入口から、下流に位置するコンプレッサからの吸入空気の流出口よりも下流側の規定部分までの吸気通路の区間を規定吸気通路とし、規定部分での吸入空気の温度を下流吸気温Ｔｃｍｐとして算出するようにしてもよい。

１１…エンジン、１３…吸気通路、１３Ａ…規定吸気通路、１５…過給機、１７…コンプレッサ、１７ＩＮ…流入口、１７ＯＵＴ…流出口、１９…スロットルバルブ、５０…制御装置、５１…上流吸気温算出部、５２…過給圧算出部、５３…スロットル流量算出部、５４…受熱量算出部、５５…時定数導出部、５６…時定数補正部、５７…下流吸気温算出部。

Claims (5)

1. 吸気通路における過給機のコンプレッサよりも下流を流れる吸入空気の温度である下流吸気温を算出する過給機付きエンジンの吸気温算出装置であって、
   前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流を流れる吸入空気の温度である上流吸気温を算出する上流吸気温算出部と、
   前記過給機の過給圧を算出する過給圧算出部と、
   前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流に配置されているスロットルバルブを通過する単位時間あたりの吸入空気の質量であるスロットル流量を算出するスロットル流量算出部と、
   前記吸気通路のうち、前記コンプレッサにおける吸入空気の流入口から、前記コンプレッサにおける吸入空気の流出口と前記スロットルバルブとの間に位置する規定部分までの区間のことを規定吸気通路とした場合、前記規定吸気通路を通過するまでに吸入空気が受容する熱量である吸気熱量を、前記過給圧算出部によって算出された過給圧が高いほど多くなるとともに、前記スロットル流量算出部によって算出された前記スロットル流量が多いほど多くなるように算出する受熱量算出部と、
   前記各算出部によって算出された前記上流吸気温、前記スロットル流量及び前記吸気熱量を基に前記下流吸気温を算出する下流吸気温算出部と、を備え、
   前記下流吸気温算出部は、前記上流吸気温が高いほど高くなり、且つ、前記スロットル流量が少ないほど高くなり、且つ、前記吸気熱量が多いほど高くなるように、前記下流吸気温を算出する
   過給機付きエンジンの吸気温算出装置。
2. 前記下流吸気温算出部は、所定の制御サイクル毎に前記下流吸気温を算出するようになっており、
   前記下流吸気温算出部によって前回の制御サイクルで算出された前記下流吸気温を下流吸気温の前回値とした場合、
   前記下流吸気温算出部は、
   前記各算出部によって算出された前記上流吸気温、前記スロットル流量及び前記吸気熱量が維持された場合における前記下流吸気温の収束値を、前記上流吸気温が高いほど高くなり、且つ、前記スロットル流量が少ないほど高くなり、且つ、前記吸気熱量が多いほど高くなるように算出し、
   前記下流吸気温の収束値から前記下流吸気温の前回値を減じた差を時定数で除した値を前記下流吸気温の前回値に加算した和を前記下流吸気温として導出する
   請求項１に記載の過給機付きエンジンの吸気温算出装置。
3. 前記過給圧算出部によって算出される過給圧の変化速度が高いほど前記時定数を小さくする時定数導出部を備える
   請求項２に記載の過給機付きエンジンの吸気温算出装置。
4. エンジン回転速度が高いほど前記時定数が小さくなるように、前記時定数導出部によって導出された前記時定数を補正する時定数補正部を備える
   請求項３に記載の過給機付きエンジンの吸気温算出装置。
5. 前記下流吸気温算出部は、
   前記下流吸気温の収束値が前記下流吸気温の前回値よりも高いときには、第１の時定数を前記時定数として用いて前記下流吸気温を算出する一方、
   前記下流吸気温の収束値が前記下流吸気温の前回値以下であるときには、前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数を前記時定数として用いて前記下流吸気温を算出する
   請求項２〜請求項４のうち何れか一項に記載の過給機付きエンジンの吸気温算出装置。