(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路のバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出部と、
前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御部と、
前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算部と、
前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、
前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算部と、
前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算部と、
前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算部と、
前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算部と、
前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算部と、
前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算部と、
前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算部と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記運転状態検出部は、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気路を構成するインテークマニホールド内の圧力である実マニホールド圧と、実吸入空気温度とを検出し、
前記目標過給圧演算部は、前記実回転速度と、前記実マニホールド圧とに基づいて、前記インテークマニホールド基準の体積効率を算出し、前記体積効率と前記目標充填効率と前記実吸入空気温度とに基づいて、マニホールド圧の目標値である目標マニホールド圧を算出し、前記目標マニホールド圧に圧力加算値を加えて前記目標過給圧を算出する請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標タービン流量演算部は、前記圧縮機の駆動力となるタービン出力とタービン流量との関係が予め設定されたマップを用い、前記目標圧縮機駆動力に対応する前記タービン流量を前記目標タービン流量として算出し、
前記目標タービン前後圧力比演算部は、前記圧縮機の駆動力又は前記過給圧と大気圧との圧力比である圧縮機前後圧力比と、前記タービンの前後の圧力比であるタービン前後圧力比との関係が予め設定されたマップを用い、前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比に対応する前記タービン前後圧力比を前記目標タービン前後圧力比として算出し、
前記目標タービン上流圧力演算部は、前記排気ガス流量と、前記タービンの下流圧力と前記大気圧との圧力比である大気圧圧力比との関係が予め設定されたマップを用い、前記排気ガス流量に対応する前記大気圧圧力比を算出し、当該大気圧圧力比と前記実大気圧とに基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比に基づいて前記目標タービン上流圧力を算出する請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記実吸入空気流量と、前記運転状態検出部により検出された実過給圧と、前記実大気圧との圧力比である実圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の検出値である実圧縮機駆動力を算出する実圧縮機駆動力演算部を備え、
前記ゲートバルブ制御値演算部は、前記実圧縮機駆動力が前記目標圧縮機駆動力に近づくように、前記ゲートバルブ制御値を補正するフィードバック補正値を変化させる駆動力フィードバック制御を実行し、
前記フィードバック補正値により前記ゲートバルブ制御値を補正した値を最終的な前記ゲートバルブ制御値とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ゲートバルブ制御値演算部は、前記フィードバック補正値のゼロからのずれ量に応じて、前記ゲートバルブ制御値を補正するフィードバック学習値を変化させる駆動力フィードバック学習制御を実行し、
前記フィードバック補正値及び前記フィードバック学習値により前記ゲートバルブ制御値を補正した値を最終的な前記ゲートバルブ制御値とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路のバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出ステップと、
前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御ステップと、
前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算ステップと、
前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算ステップと、
前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算ステップと、
前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算ステップと、
前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算ステップと、
前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算ステップと、
前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算ステップと、
前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算ステップと、
前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算ステップと、
を備えた過給機付き内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウェイストゲートバルブを駆動するアクチュエータを有する過給機を備えた内燃機関の制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の出力を向上させること等を目的として、排気ガスでタービンを回転させて駆動する圧縮機を、内燃機関の吸気路に搭載する過給機が知られている。この過給機においては、高回転高負荷では必要以上に過給圧が増加して内燃機関を破損させる恐れがあるため、通常、タービンを迂回する排気バイパス通路を有し、この排気バイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブを開いて、排気ガスの一部を排気バイパス通路へと分流させてタービンへの流入量を調節することにより過給圧を適正レベルに制御している(例えば、下記特許文献１参照)。
【０００３】
このように、ウェイストゲートバルブの開度により過給機の排気圧及び過給圧が制御される。ウェイストゲートバルブの制御量は、内燃機関の回転速度及び負荷に基づいて設定された吸気系の目標量(例えば、目標過給圧もしくは目標吸気量)に対するクローズドループ制御又は単純なオープンループ制御によって決定される。
【０００４】
ところで、近年、運転者や車両側からの駆動力の要求値である内燃機関の出力軸トルクを内燃機関の出力目標値として、内燃機関の制御量である空気量、燃料量及び点火時期を決定することにより良好な走行性能を得る内燃機関の制御装置が提案されている。さらに、内燃機関の制御量のうち、内燃機関の出力軸トルクに最も影響の大きい制御量が空気量であることは一般に知られており、空気量を高精度に制御する内燃機関の制御装置も提案されている(例えば、下記特許文献２参照)。
【０００５】
また、上記特許文献１に示す従来のウェイストゲートバルブの制御装置を、上記特許文献２のような、内燃機関の出力目標値を決定する内燃機関の制御装置に対応させる方法も提案されている。例えば、下記特許文献３の技術では、内燃機関の出力目標値に基づいて目標吸入空気流量(≒目標充填効率)を算出し、目標充填効率及び回転速度に基づき目標過給圧を算出し、目標吸入空気流量及び目標過給圧に基づき過給機を駆動するために必要な目標圧縮機駆動力を算出し、排気ガス流量と圧縮機駆動力（タービン出力）との間の関係がウェイストゲートバルブのアクチュエータの制御値に応じて変化するという特性（特許文献３の図９）を用い、排気ガス流量及び目標圧縮機駆動力に基づいてウェイストゲートバルブのアクチュエータの目標制御値を算出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２２８８４８号公報
【特許文献２】特開２００９−０１３９２２号公報
【特許文献３】特許第５４２００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３の技術では、排気ガス流量と圧縮機駆動力との間の関係がウェイストゲートバルブのアクチュエータの制御値に応じて変化するという特性を用いているので、本特性を得るために、内燃機関と過給機とを組み合わせた状態で実験を行い、実験データに基づいて、特性を表すマップや近似式を作成する必要があり、データ計測及び適合の工数を必要とする。また、同じ仕様の内燃機関において過給機を別の仕様の物に変更した場合や、同じ仕様の過給機を別の仕様の内燃機関に流用するような場合において、改めて、仕様変更後の内燃機関と過給機とを組み合わせた状態でデータ計測及び適合を行う必要がある。すなわち、内燃機関及び過給機の一方の仕様が変更された場合でも、再度、内燃機関及び過給機の全体の実験を行う必要があり、データ計測及び適合の工数の削減を図れないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ウェイストゲートバルブによる過給圧の制御において、内燃機関と過給機を組み合わせた状態で行う必要のあるデータ計測及び適合の工数を削減できる過給機付きの内燃機関の制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置は、排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路のバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出部と、前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御部と、前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算部と、前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算部と、前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算部と、前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算部と、前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算部と、前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算部と、前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算部と、前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算部と、を備えたものである。
【００１０】
また、本発明に係る過給機付き内燃機関の制御方法は、排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路のバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出ステップと、前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御ステップと、前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算ステップと、前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算ステップと、前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算ステップと、前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算ステップと、前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算ステップと、前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算ステップと、前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算ステップと、前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算ステップと、前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算ステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置及びその制御方法によれば、各制御値の演算は、過給機の単体特性、又は過給機の仕様に依存しない内燃機関の特性を用いて実行できるように構成されている。よって、同じ仕様の内燃機関において過給機を別の仕様のものに変更した場合や、同じ仕様の過給機を別の仕様の内燃機関に流用するような場合においても、再度、内燃機関と過給機を組み合わせた状態でデータ計測及び適合を行う必要がなく、過給機の単体特性、又は内燃機関の特性を用いることができるため、データ計測及び適合の工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る過給機付き内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る過給機付き内燃機関の制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る過給機付き内燃機関の制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る吸入空気制御部の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係るウェイストゲートバルブ制御部の処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１に係るウェイストゲートバルブ制御部で用いるマップを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
実施の形態１に係る過給機３６付き内燃機関１の制御装置１００（以下、単に制御装置１００と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る過給機３６付き内燃機関１（以下、エンジン１と称す）の概略構成図であり、図２は、本実施の形態に係る制御装置１００のブロック図である。
【００１４】
１．エンジン１の構成
まず、エンジン１の構成について説明する。図１に示すように、エンジン１は、空気と燃料の混合気を燃焼するシリンダ８を有している。なお、エンジン１及び制御装置１００は、車両に搭載され、エンジン１は、車両（車輪）の駆動力源となる。エンジン１は、シリンダ８に空気を供給する吸気路２と、シリンダ８の排気ガスを排出する排気路７とを備えている。吸気路２は、吸気管等により構成され、排気路７は、排気管等により構成されている。吸気路２は、各シリンダ８に空気を供給するインテークマニホールド５を有している。インテークマニホールド５の上流側の吸気路２にはスロットルバルブ４が備えられている。よって、スロットルバルブ４の下流側の吸気路２は、インテークマニホールド５により構成されている。エンジン１は、過給機３６を備えている。過給機３６は、排気路７に設けられたタービン３２と、吸気路２におけるスロットルバルブ４の上流側に設けられ、タービン３２と一体的に回転する圧縮機３１と、タービン３２を迂回する排気路７のバイパス通路３７（以下、排気バイパス通路３７と称す）と、排気バイパス通路３７に設けられたウェイストゲートバルブ３４と、ウェイストゲートバルブ３４を駆動するゲートバルブアクチュエータ３４ａと、を有している。排気バイパス通路３７は、タービン３２の上流側の排気路７の部分と下流側の排気路７の部分とをつなぐ、タービン３２の迂回流路である。ウェイストゲートバルブ３４は、排気バイパス通路３７の流路断面積（開度）を変更するバルブである。
【００１５】
排気ガスによってタービン３２が回転駆動されると、圧縮機３１もタービン３２と一体的に回転し、吸気路２内の空気を圧縮してシリンダ８側に送り込む。タービン３２と圧縮機３１とはタービンシャフト３９により同軸上を一体回転するように連結されている。ゲートバルブアクチュエータ３４ａによりウェイストゲートバルブ３４の開度を増加させると、エンジン１（シリンダ８）から排出される排気ガス流量の内、タービン３２を迂回して、排気バイパス通路３７に流れる排気ガス流量分であるウェイストゲート流量Ｑｗｇが増加し、タービン３２に流れる排気ガス流量分であるタービン流量Ｑｔが減少する。そのため、タービン３２及び圧縮機３１の回転駆動力が弱まる。ゲートバルブアクチュエータ３４ａは、電動モータの回転駆動力によりウェイストゲートバルブ３４の開度を変化させる電動式とされている。なお、ゲートバルブアクチュエータ３４ａは、ソレノイドバルブにより調節した減圧量だけ過給圧Ｐ２から減圧された圧力をダイアフラムに供給し、ダイアフラムの駆動力によりウェイストゲートバルブ３４の開度を変化させる圧力式とされてもよい。
【００１６】
本実施の形態では、過給機３６は、圧縮機３１を迂回する吸気路２のバイパス通路３８（以下、エアバイパス通路３８と称す）と、エアバイパス通路３８に設けられたエアバイパスバルブ３３と、エアバイパスバルブ３３を駆動するバイパスバルブアクチュエータ３３ａと、を有している。バイパスバルブアクチュエータ３３ａは、過給圧Ｐ２とマニホールド圧Ｐｂとの圧力差により作動するダイアフラムを有する圧力式とされる。過給圧Ｐ２がマニホールド圧Ｐｂよりも所定の圧力差以上に増加すると、ダイアフラムの作動によりエアバイパスバルブ３３が開き、圧縮機３１の上流と下流とをバイパスさせる。これにより、主にアクセルオフ時に過給圧Ｐ２が異常に上昇する事による吸気管等の機械的損傷を防止する事が可能になる。後述するウェイストゲートバルブ制御部１１２によりウェイストゲートバルブ３４の開度が制御されている状態では、エアバイパスバルブ３３は、基本的に閉じられている。
【００１７】
吸気路２の最上流側には、取り込んだ外気を浄化するエアクリーナ３が取り付けられている。吸気路２におけるエアクリーナ３の下流側(シリンダ８に近い側)であって圧縮機３１の上流側には、吸入空気流量Ｑａに応じた電気信号を生成するエアフローセンサ１２と、吸気路２内の吸入空気温度Ｔ１に応じた電気信号を生成する吸入空気温度センサ１３と、が一体部品又は別体部品（本例では一体部品）で設けられている。また、吸気路２におけるエアクリーナ３の下流側であって圧縮機３１の上流側には、大気圧Ｐ１に応じた電気信号を生成する大気圧センサ９が設けられている。圧縮機３１の上流圧力は、大気圧Ｐ１と等しいとみなすことができる。なお、大気圧センサ９は制御装置１００に内蔵されてもよい。
【００１８】
排気路７におけるタービン３２の下流側には、排気ガス浄化触媒２２が設けられている。排気路７におけるタービン３２の下流側であって排気ガス浄化触媒２２の上流側(シリンダ８に近い側)には、燃焼ガス内の空気と燃料との比率である空燃比ＡＦに応じた電気信号を生成する空燃比センサ１６が設けられている。
【００１９】
吸気路２における圧縮機３１の下流側には、圧縮空気を冷却するためのインタークーラ３０が設けられている。インタークーラ３０の下流側には、エンジン１に吸入される空気量を調整するためのスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４は、スロットルモータ４０（スロットルバルブ駆動用モータ）により開閉される。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度であるスロットル開度に応じた電気信号を生成するスロットルポジションセンサ１４が接続されている。また、圧縮機３１の下流側であってスロットルバルブ４の上流側の吸気路２の部分である過給吸気路には、当該過給吸気路内の空気の圧力である過給圧Ｐ２に応じた電気信号を生成する過給圧センサ３５が設けられている。
【００２０】
吸気路２におけるスロットルバルブ４の下流側の部分は、吸気脈動を抑制するサージタンクとしても機能するインテークマニホールド５により構成されている。インテークマニホールド５には、インテークマニホールド５内の空気の圧力であるマニホールド圧Ｐｂに応じた電気信号を生成するマニホールド圧センサ１５が設けられている。なお、エアフローセンサ１２及びマニホールド圧センサ１５は、本実施の形態のように、両方とも設けられておらず、マニホールド圧センサ１５のみが設けられ、エアフローセンサ１２が設けられていなくてもよい。なお、マニホールド圧センサ１５のみが設けられる場合は、吸入空気温度センサ１３はインテークマニホールド５に設けられ、インテークマニホールド５内の吸入空気温度を検出するように構成されてもよい。
【００２１】
インテークマニホールド５の下流側部分（シリンダ８側部分）には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。なお、インジェクタ１７は、シリンダ８内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００２２】
シリンダ８の頂部には、シリンダ８に吸入された空気とインジェクタ１７から噴射された燃料とが混合して生成される可燃混合気に点火する点火プラグ１８と、点火プラグ１８に火花を飛ばすためのエネルギーを発生させる点火コイル１９とが設けられている。また、吸気路２からシリンダ８内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ２０と、シリンダ８内から排気路７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ２１が設けられている。エンジン１のクランク軸には、その回転角に応じた電気信号を生成するクランク角センサ１１が設けられている。
【００２３】
２．制御装置１００の構成
次に、制御装置１００の構成について説明する。
制御装置１００は、過給機３６を備えたエンジン１を制御対象とする制御装置である。
制御装置１００が備える各制御部１１０〜１１２等は、制御装置１００が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１００は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器や入力ポート等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路や出力ポート等を備えている。そして、制御装置１００が備える各制御部１１０〜１１２等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部１１０〜１１２等が用いるマップ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【００２４】
本実施の形態では、入力回路９２には、大気圧センサ９、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸入空気温度センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、マニホールド圧センサ１５、空燃比センサ１６、過給圧センサ３５、及びアクセルの操作量に応じた電気信号を生成するアクセルポジションセンサ４１等の各種センサが接続されている。出力回路９３には、スロットルモータ４０、インジェクタ１７、点火コイル１９、バイパスバルブアクチュエータ３３ａ、及びゲートバルブアクチュエータ３４ａ等の各種アクチュエータが接続されている。入力回路９２には、図示はしていないが、エンジン１の燃焼制御用のセンサや車両の挙動制御用のセンサ(例えば、車速センサ、水温センサ等)が接続されている。
【００２５】
制御装置１００は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、燃料噴射装置及び点火装置等を駆動制御する（不図示）。制御装置１００は、詳細は以下で説明するが、アクセルポジションセンサ４１の出力信号等に基づいて、エンジン１に要求されている要求出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４、及びウェイストゲートバルブ３４等を制御する。
【００２６】
２−１．運転状態検出部１１０
制御装置１００は、エンジン１及び車両の運転状態を検出する運転状態検出部１１０を備えている。運転状態検出部１１０は、エンジン１の実回転速度Ｎｅｒ、実吸入空気流量Ｑａｒ、及び実大気圧Ｐ１ｒを検出する。具体的には、運転状態検出部１１０は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいてエンジン１の実回転速度Ｎｅｒを検出し、エアフローセンサ１２又はマニホールド圧センサ１５の出力信号に基づいてエンジン１の実吸入空気流量Ｑａｒを検出し、大気圧センサ９の出力信号に基づいて実大気圧Ｐ１ｒを検出する。
【００２７】
運転状態検出部１１０は、その他に、実吸入空気温度Ｔ１ｒ、実スロットル開度ＴＨｒ、実マニホールド圧Ｐｂｒ、排気ガスの空燃比ＡＦ、実過給圧Ｐ２ｒ、及びアクセル開度Ｄ等の各種の運転状態を検出する。具体的には、運転状態検出部１１０は、吸入空気温度センサ１３の出力信号に基づいて実吸入空気温度Ｔ１ｒを検出し、スロットルポジションセンサ１４の出力信号に基づいて実スロットル開度ＴＨｒを検出し、マニホールド圧センサ１５の出力信号に基づいて実マニホールド圧Ｐｂｒを検出し、空燃比センサ１６の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比ＡＦを検出し、過給圧センサ３５の出力信号に基づいて実過給圧Ｐ２ｒを検出し、アクセルポジションセンサ４１の出力信号に基づいてアクセル開度Ｄを検出するように構成されている。
【００２８】
＜実吸入空気流量演算部１４１＞
運転状態検出部１１０は、実吸入空気流量演算部１４１を備えている。実吸入空気流量演算部１４１は、エンジン１（吸気路２）に吸入される空気流量である実吸入空気流量Ｑａｒを算出する。本実施の形態では、実吸入空気流量演算部１４１は、エアフローセンサ１２又はマニホールド圧センサ１５（本例では、エアフローセンサ１２）の出力信号に基づいて検出した実計測空気流量Ｑｒに基づいて、下記(１)式のように、行程周期ΔＴ間(本例では、ＢＴＤＣ５ｄｅｇＣＡ間)の実計測空気流量Ｑｒの平均値を実吸入空気流量Ｑａｒ[ｇ／ｓ]として算出する。
Ｑａｒ＝ΣＱｒ／Ｎ                                            (１)
ここで、Ｎは、行程周期ΔＴ間の実計測空気流量Ｑｒのサンプリング回数である。
なお、運転状態検出部１１０は、マニホールド圧センサ１５により検出した実マニホールド圧Ｐｂｒに基づいて実計測空気流量Ｑｒを検出する場合は、（１４）式のオリフィスの流量算出式等を用いて実計測空気流量Ｑｒを算出する。
【００２９】
＜実シリンダ内新気量演算部１４２＞
運転状態検出部１１０は、実シリンダ内新気量演算部１４２を備えている。実シリンダ内新気量演算部１４２は、エアフローセンサ１２又はマニホールド圧センサ１５（本例では、エアフローセンサ１２）の出力信号に基づいて実充填効率Ｅｃｒ及び実シリンダ内新気量Ｑｃｒを算出する。
本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部１４２は、下記(２)式のように、実吸入空気流量Ｑａｒに行程周期ΔＴ（本例では、ＢＴＤＣ５ｄｅｇＣＡ間の期間）を乗算した値に対して、インテークマニホールド５（サージタンク）の遅れを模擬した１次遅れフィルタ処理を行って、一行程あたりの実シリンダ内新気量Ｑｃｒ[ｇ／ｓｔｒｏｋｅ]を算出する。
Ｑｃｒ(ｎ)＝ＫＣＣＡ×Ｑｃｒ(ｎ−１)＋（１−ＫＣＣＡ）×Ｑａｒ(ｎ)×ΔＴ(ｎ)
(２)
ここで、ＫＣＣＡは、フィルタ係数である。
【００３０】
或いは、実シリンダ内新気量演算部１４２は、下記(３)式のように、インテークマニホールド５基準の体積効率Ｋｖに、シリンダ容積Ｖｃを乗算して、シリンダ８に吸入されたインテークマニホールド５内の空気体積を算出し、算出した空気体積に、実マニホールド圧Ｐｂｒ及び実吸入空気温度Ｔ１ｒに基づいて算出したインテークマニホールド５内の空気密度ρｂを乗算して実シリンダ内新気量Ｑｃｒ[ｇ／ｓｔｒｏｋｅ]を算出するように構成されてもよい。ここで、体積効率Ｋｖは、シリンダ容積Ｖｃに対する、シリンダ８に吸入されるインテークマニホールド５内の空気体積の比率である（Ｋｖ＝シリンダ８に吸入されるインテークマニホールド５内の空気体積／Ｖｃ）。実シリンダ内新気量演算部１４２は、回転速度Ｎｅ及びマニホールド圧Ｐｂと体積効率Ｋｖとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ及び実マニホールド圧Ｐｂｒに対応する体積効率Ｋｖを算出する。
Ｑｃｒ＝(Ｋｖ×Ｖｃ)×ρｂ，  ρｂ＝Ｐｂｒ／（Ｒ×Ｔ１ｒ）        (３)
ここで、Ｒはガス定数である。
【００３１】
また、実シリンダ内新気量演算部１４２は、実シリンダ内新気量Ｑｃｒを、標準大気状態の空気密度ρ０とシリンダ容積Ｖｃとを乗算した値で除算して、実充填効率Ｅｃｒを算出する。実充填効率Ｅｃｒは、シリンダ容積Ｖｃを満たす標準大気状態の空気質量(ρ０×Ｖｃ)に対する実シリンダ内新気量Ｑｃｒの比率である。なお、標準大気状態は、１ａｔｍ、２５℃である。
Ｅｃｒ＝Ｑｃｒ／(ρ０×Ｖｃ)                                  (４)
【００３２】
＜推定トルク演算部１４３＞
推定トルク演算部１４３は、実充填効率Ｅｃｒと、空燃比ＡＦと、熱効率ηとに基づい
て、エンジン１から発生した実トルクを推定するための演算、即ちエンジン１の推定出力トルクＴＲＱｒ又は推定図示平均有効圧Ｐｉｒを算出する。ここで、空燃比ＡＦは、空燃比センサ１６により検出された排気ガスの空燃比であってもよいし、インジェクタ１７の駆動時間を算出するために用いられる空燃比ＡＦの目標値であってもよい。
【００３３】
本実施の形態では、推定トルク演算部１４３は、一行程あたりの実シリンダ内新気量Ｑｃｒと空燃比ＡＦとに基づいて、下記(５)式のように、一行程あたりの燃料量Ｑｆ[ｇ]を算出する。
Ｑｆ＝Ｑｃｒ／ＡＦ              (５)
【００３４】
また、推定トルク演算部１４３は、エンジン１に使用される燃料の単位質量あたりの発熱量(例えば、ガソリンの場合には、約４４[ＭＪ／ｋｇ])に基づいて、下記(６)式のように、一行程あたりの燃料量Ｑｆから発熱量Ｈｔ[Ｊ]を算出する。
Ｈｔ＝Ｑｆ×４４０００          (６)
【００３５】
推定トルク演算部１４３は、エンジン１の熱効率η[％]を算出する。推定トルク演算部１４３は、予めエンジン１で計測した実験データに基づいて、回転速度Ｎｅ及び充填効率Ｅｃと、熱効率ηとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ及び実充填効率Ｅｃｒに対応する熱効率ηを算出する。推定トルク演算部１４３は、発熱量Ｈｔと熱効率ηとに基づいて、下記(７)式のように、燃焼ガスがシリンダ８内でピストンに対してする仕事である実図示仕事Ｗｉ[Ｊ]を算出する。
Ｗｉ＝Ｈｔ×η                                          (７)
【００３６】
推定トルク演算部１４３は、下記(８)式のように、実図示仕事Ｗｉ[Ｊ]をシリンダ容積Ｖｃで除算して、推定図示平均有効圧Ｐｉｒ[ｋＰａ]を算出する。
Ｐｉｒ＝Ｗｉ／Ｖｃ                                      (８)
【００３７】
上記(５)、(６)、(７)、(８)式についてまとめると、下記(９)式のように表される。
Ｐｉｒ＝Ｗｉ／Ｖｃ
＝(Ｈｔ×η)／Ｖｃ
＝(Ｑｆ×４４０００×η)／Ｖｃ
＝{(Ｑｃｒ／ＡＦ)×４４０００×η}／Ｖｃ          (９)
【００３８】
ここで、上記(９)式において、実シリンダ内新気量Ｑｃｒを目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに、推定図示平均有効圧Ｐｉｒを目標図示平均有効圧Ｐｉｔに置き換えれば、下記(１０)式のように表され、この式を目標シリンダ内新気量Ｑｃｔについて整理すると、後述する(１２)式が導出される。
Ｐｉｔ＝{(Ｑｃｔ／ＡＦ)×４４０００×η}／Ｖｃ          (１０)
【００３９】
続いて、推定トルク演算部１４３は、推定図示平均有効圧Ｐｉｒ[ｋＰａ]に基づいて、下記(１１)式のように、推定出力トルクＴＲＱｒ[Ｎｍ]を算出する。ここで、ｚは気筒数であり、ｉは１サイクルあたりの回転数(例えば、４サイクルエンジンの場合には、ｉ＝２)である。
ＴＲＱｒ＝Ｐｉｒ×Ｖｃ×ｚ／(２π×ｉ)                  (１１)
【００４０】
このように、実シリンダ内新気量Ｑｃｒを用いることにより、推定出力トルクＴＲＱｒを高精度に算出することができる。
【００４１】
２−２．吸入空気制御部１１１
制御装置１００は、エンジン１の吸入空気を制御する吸入空気制御部１１１を備えている。吸入空気制御部１１１は、吸入空気流量Ｑａの目標値である目標吸入空気流量Ｑａｔと、充填効率Ｅｃの目標値である目標充填効率Ｅｃｔを算出する。
本実施の形態では、吸入空気制御部１１１は、エンジン１に要求されている出力トルクである要求出力トルクＴＲＱｄを算出する要求トルク演算部１２０、要求出力トルクＴＲＱｄに基づいて目標出力トルクＴＲＱｔ又は目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する目標トルク演算部１２１、目標出力トルクＴＲＱｔ又は目標図示平均有効圧Ｐｉｔに基づいて目標充填効率Ｅｃｔ及び目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを算出する目標シリンダ内新気量演算部１２２、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに基づいて目標吸入空気流量Ｑａｔを算出する目標吸入空気流量演算部１２３、及び目標吸入空気流量Ｑａｔに基づいてスロットル開度を制御するスロットル開度制御部１２４を備えている。
【００４２】
以下、吸入空気制御部１１１の各制御部１２０〜１２４について詳細に説明する。
＜要求トルク演算部１２０＞
要求トルク演算部１２０は、アクセル開度Ｄ及び外部の制御装置からの要求に基づいて要求出力トルクＴＲＱｄを算出する。要求トルク演算部１２０は、実回転速度Ｎｅｒ（又は車両の走行速度ＶＳ）及びアクセル開度Ｄに基づいて、車両の運転者から要求されているエンジン１の出力トルクである運転者要求出力トルクを算出する。具体的には、要求トルク演算部１２０は、実回転速度Ｎｅｒ(又は走行速度ＶＳ)とアクセル開度Ｄと運転者要求出力トルクとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ(又は走行速度ＶＳ)及びアクセル開度Ｄに対応する運転者要求出力トルクを算出する。
【００４３】
制御装置１００には、外部の制御装置（例えば、トランスミッションの制御装置、ブレーキの制御装置、トラクション制御の制御装置等）から外部要求出力トルクＴＲＲが入力される。要求トルク演算部１２０は、運転状態に応じて、運転者要求出力トルクと外部要求出力トルクＴＲＲとのいずれか一方の値を選択し、要求出力トルクＴＲＱｄとして算出する。ここで、要求出力トルクＴＲＱｄは、エンジン１のクランク軸から出力されるトルクの要求値を示している。なお、要求トルク演算部１２０は、車両の加速応答特性を変化させるために、要求出力トルクＴＲＱｄに一次進み補償や一次遅れ補償を行ってもよい。
【００４４】
＜目標トルク演算部１２１＞
目標トルク演算部１２１は、要求出力トルクＴＲＱｄに基づいて目標出力トルクＴＲＱｔ又は目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する。目標トルク演算部１２１は、各種のエンジン補機（例えば、オルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ、トランスミッション用ポンプ、トルクコンバータ等）の負荷を計測した実験データに基づいて、回転速度Ｎｅ等の運転状態とエンジン補機の負荷との関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ等の実運転状態に対応するエンジン補機の負荷を算出する。目標トルク演算部１２１は、要求出力トルクＴＲＱｄにエンジン補機負荷（絶対値）を加算して、エンジン補機負荷を考慮したエンジン要求出力トルクを算出する。
【００４５】
次に、目標トルク演算部１２１は、エンジン１自身の持つ機械ロス及びポンピングロス(総称して、「エンジンロス」と称する)を計測した実データに基づいて、回転速度Ｎｅ等の運転状態とエンジンロスとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ等の実運転状態に対応するエンジンロスを算出する。続いて、目標トルク演算部１２１は、エンジン要求出力トルクにエンジンロス（絶対値）を加算して、シリンダ８内で発生すべき目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する。なお、目標トルク演算部１２１は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔの代わりに、目標出力トルクＴＲＱｔを算出してもよい。
【００４６】
＜目標シリンダ内新気量演算部１２２＞
目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔ又は目標出力トルクＴＲＱｔに基づいて目標シリンダ内新気量Ｑｃｔ及び目標充填効率Ｅｃｔを算出する。目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標図示平均有効圧Ｐｉｔ又は目標出力トルクＴＲＱｔと、空燃比ＡＦの目標値と、熱効率ηとに基づいて目標シリンダ内新気量Ｑｃｔ[ｇ／ｓｔｒｏｋｅ]及び目標充填効率Ｅｃｔを算出する。熱効率ηは、上述した推定トルク演算部１４３において算出されるものを用いる。なお、シリンダ容積Ｖｃは、一気筒あたりのシリンダ８の行程容積[Ｌ]を示している。
【００４７】
目標シリンダ内新気量演算部１２２は、下記(１２)式のように、目標図示平均有効圧Ｐｉｔと、空燃比ＡＦの目標値と、熱効率ηとに基づいて目標シリンダ内新気量Ｑｃｔ及び目標充填効率Ｅｃｔを算出する。(１２)式の導出は、(１０)式を用いて上述したとおりである。
Ｑｃｔ＝ＡＦ×Ｐｉｔ×Ｖｃ／(η×４４０００)
Ｅｃｔ＝ＡＦ×Ｐｉｔ／(η×４４０００×ρ０)            (１２)
【００４８】
目標シリンダ内新気量演算部１２２は、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを、シリンダ容積Ｖｃを満たす標準大気状態の予め設定された空気質量（ρ０×Ｖｃ）で除算して、目標充填効率Ｅｃｔを算出するように構成されてもよい。目標充填効率Ｅｃｔ及び目標シリンダ内新気量Ｑｃｔは、相互に相関する値であり、一方の算出値に基づいて他方の値が算出される。
【００４９】
＜目標吸入空気流量演算部１２３＞
目標吸入空気流量演算部１２３は、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに基づいて、エンジン１が吸気路２に吸入すべき目標吸入空気流量Ｑａｔ[ｇ／ｓ]を算出する。本実施の形態では、目標吸入空気流量演算部１２３は、下記(１３)式のように、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに対して、上述した(２)式の一次遅れフィルタ処理の逆特性となる一次進みフィルタ処理を行った値を、行程周期ΔＴで除算して、目標吸入空気流量Ｑａｔを算出するように構成されている。目標吸入空気流量Ｑａｔは、インテークマニホールド５（サージタンク）の上流の吸気路２（例えば、スロットルバルブ４）を通過する空気流量の目標値に相当する。本例では、行程周期ΔＴは、ＢＴＤＣ５ｄｅｇＣＡ間の周期に設定されており、４気筒エンジンであれば１８０ｄｅｇＣＡ間の周期、３気筒エンジンであれば２４０ｄｅｇＣＡ間の周期となる。
Ｑａｔ(ｎ)＝｛１／（１−ＫＣＣＡ）×Ｑｃｔ(ｎ)
−ＫＣＣＡ／（１−ＫＣＣＡ）×Ｑｃｔ(ｎ−１)｝／ΔＴ(ｎ)
(１３)
＜スロットル開度制御部１２４＞
スロットル開度制御部１２４は、目標吸入空気流量Ｑａｔに基づいてスロットル開度を制御する。スロットル開度制御部１２４は、目標吸入空気流量Ｑａｔに基づいて目標スロットル開度ＴＨｔを設定し、実スロットル開度ＴＨｒが目標スロットル開度ＴＨｔに近づくように、スロットルモータ４０を駆動制御する。
【００５０】
本実施の形態では、スロットル開度制御部１２４は、スロットルバルブ４近傍の流れを絞り弁前後の流れと考えた、圧縮性流体におけるオリフィスの流量算出式である流体力学の理論式を用いて、目標吸入空気流量Ｑａｔを実現する目標スロットル開度ＴＨｔを算出するように構成されている。
【００５１】
絞り弁としたスロットルバルブ４を流れる吸入空気流量Ｑａ[ｇ／ｓ]の理論式は、エネルギー保存則、等エントロピ流れの関係式、音速の関係式及び状態方程式より、下記(１４)式のように導出される。
【数１】
0005963927.tif 000002
ここで、κは比熱比であり、Ｒはガス定数であり、ρは密度であり、Ｔは温度であり、ａは音速であり、Ｕは流速であり、Ｓｔｈはスロットルバルブ４の有効開口面積であり、Ｃｏｎｓｔ．は一定値であることを示す。σ２は、スロットルバルブ４の上下流（前後）の圧力比Ｐｂ／Ｐ２に応じて変化する流量補正係数である。なお、各記号の後の２は、スロットルバルブ４の上流部のものであることを示し、各記号の後のｂは、スロットルバルブ４の下流部(インテークマニホールド５)のものであることを示し、各記号の後のｅは、スロットルバルブ４部のものであることを示す。
【００５２】
スロットル開度制御部１２４は、上記(１４)式における流量補正係数σ２の算出式に基づいて、過給圧Ｐ２とマニホールド圧Ｐｂとの比率であるスロットル前後圧力比Ｐｂ／Ｐ２と、流量補正係数σ２との関係が予め設定されたマップを用い、実マニホールド圧Ｐｂｒと実過給圧Ｐ２ｒとの圧力比である実スロットル前後圧力比Ｐｂｒ／Ｐ２ｒに対応する流量補正係数σ２を算出する。また、スロットル開度制御部１２４は、上記(１４)式における音速ａの算出式に基づいて、温度Ｔと音速ａとの関係が予め設定されたマップを用い、実吸入空気温度Ｔ１ｒに対応する音速ａ２を算出する。スロットル開度制御部１２４は、上記(１４)式における密度ρの算出式を用い、実過給圧Ｐ２ｒ及び実吸入空気温度Ｔ１ｒに基づいて密度ρ２を算出する。そして、スロットル開度制御部１２４は、下記(１５)のように、目標吸入空気流量Ｑａｔを、流量補正係数σ２、音速ａ２、及び密度ρ２で除算して、目標スロットル有効開口面積Ｓｔｈｔを算出する。
Ｓｔｈｔ＝Ｑａｔ／(σ２×ａ２×ρ２）            (１５)
【００５３】
スロットル開度制御部１２４は、スロットル有効開口面積Ｓｔｈとスロットル開度との関係が予め設定されたマップを用い、目標スロットル有効開口面積Ｓｔｈｔに対応するスロットル開度を目標スロットル開度ＴＨｔとして算出する。そして、スロットル開度制御部１２４は、実スロットル開度ＴＨｒが目標スロットル開度ＴＨｔに近づくように、スロットルモータ４０の制御値を変化させる。
【００５４】
スロットル開度制御部１２４は、実吸入空気流量Ｑａｒが目標吸入空気流量Ｑａｔに近づくように、目標スロットル有効開口面積Ｓｔｈｔを補正する学習値を算出するように構成されている。よって、目標吸入空気流量Ｑａｔを高精度に達成することができる。
【００５５】
このようにして吸入空気流量Ｑａを制御することにより、運転者や他のコントローラからのトルク要求値を高精度に達成することができる。
【００５６】
２−３．ウェイストゲートバルブ制御部１１２
制御装置１００は、ウェイストゲートバルブ制御部１１２を備えている。ウェイストゲートバルブ制御部１１２は、ウェイストゲートバルブ３４を駆動制御して、過給圧Ｐ２を制御する。ウェイストゲートバルブ制御部１１２は、図２に示すように、目標過給圧演算部１３１、目標圧縮機駆動力演算部１３２、目標タービン流量演算部１３３、排気ガス流量演算部１３４、目標ゲート流量演算部１３５、目標タービン前後圧力比演算部１３６、目標タービン上流圧力演算部１３７、目標ゲート有効開口面積演算部１３８、及びゲートバルブ制御値演算部１３９を備えている。
【００５７】
目標過給圧演算部１３１は、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転速度Ｎｅｒに基づいて、圧縮機３１の下流側であってスロットルバルブ４の上流側の吸気路２内の圧力である過給圧Ｐ２の目標値である目標過給圧Ｐ２ｔを算出する。目標圧縮機駆動力演算部１３２は、吸入空気制御部１１１により算出された目標吸入空気流量Ｑａｔと、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方に基づいて、圧縮機３１の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。目標タービン流量演算部１３３は、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する、タービン３２に流れる排気ガス流量分である目標タービン流量Ｑｔｔを算出する。排気ガス流量演算部１３４は、実吸入空気流量Ｑａｒとエンジン１の空燃比ＡＦとに基づいて、エンジン１（シリンダ８）から排出される排気ガス流量Ｑｅｘを算出する。目標ゲート流量演算部１３５は、排気ガス流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔとに基づいて、ウェイストゲートバルブ３４を通って排気バイパス通路３７に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出する。
【００５８】
目標タービン前後圧力比演算部１３６は、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ又は目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒを実現する、タービン３２の前後（上下流）の圧力比である目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔを算出する。目標タービン上流圧力演算部１３７は、排気ガス流量Ｑｅｘに基づいてタービン３２の下流圧力Ｐ４（以下、タービン下流圧力Ｐ４と称す）を算出し、当該タービン下流圧力Ｐ４と目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとに基づいてタービン３２の上流圧力Ｐ３（以下、タービン上流圧力Ｐ３と称す）の目標値である目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する。目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔ、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ、及び目標タービン上流圧力Ｐ３ｔに基づいてウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積Ｓｗｇの目標値である目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出する。そして、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに基づいてゲートバルブアクチュエータ３４ａの制御値ＷＧであるゲートバルブ制御値ＷＧを算出して、ゲートバルブアクチュエータ３４ａを駆動制御する。
【００５９】
上記のウェイストゲートバルブ制御部１１２の各制御部１３１〜１３９の演算において用いる特性について説明する。目標過給圧演算部１３１における、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転速度Ｎｅｒに基づく目標過給圧Ｐ２ｔの算出には、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性、及び机上設定データを用いることができる。目標圧縮機駆動力演算部１３２における、目標吸入空気流量Ｑａｔと目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方に基づく目標圧縮機駆動力Ｐｃｔの算出には、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（圧縮機３１）の単体基礎特性を用いることができる。目標タービン流量演算部１３３における、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン流量Ｑｔｔの算出には、過給機３６（タービン３２）の単体基礎特性を用いることができる。排気ガス流量演算部１３４における、実吸入空気流量Ｑａｒと空燃比ＡＦとに基づく排気ガス流量Ｑｅｘの算出には、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性を用いることができる。目標ゲート流量演算部１３５における、排気ガス流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔとに基づく目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔの算出には、質量保存則に基づく単純な四則演算を用いることができる。
【００６０】
目標タービン前後圧力比演算部１３６における、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ又は目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒを実現する目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔの算出には、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６の単体基礎特性を用いることができる。目標タービン上流圧力演算部１３７における、排気ガス流量Ｑｅｘに基づくタービン下流圧力Ｐ４の算出には、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性を用いることができる。また、目標タービン上流圧力演算部１３７における、タービン下流圧力Ｐ４と目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとに基づく目標タービン上流圧力Ｐ３ｔの算出には、単純な四則演算を用いることができる。目標ゲート有効開口面積演算部１３８における、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔ、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ、及び目標タービン上流圧力Ｐ３ｔに基づく目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔの算出には、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（ウェイストゲートバルブ３４及び排気バイパス通路３７）の単体基礎特性を用いることができる。ゲートバルブ制御値演算部１３９における、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに基づくゲートバルブ制御値ＷＧの算出には、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（ウェイストゲートバルブ３４及びゲートバルブアクチュエータ３４ａ）の単体基礎特性を用いることができる。
【００６１】
以上のように、ウェイストゲートバルブ制御部１１２の各制御部１３１〜１３９の演算には、エンジン１と過給機３６を組み合わせた状態の特性を用いる必要はなく、過給機３６の単体基礎特性、又は過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性を用いることができる。従って、同じ仕様のエンジン１において過給機３６を別の仕様のものに変更する場合や、同じ仕様の過給機３６を別の仕様のエンジン１に用いる場合に、再度、エンジン１と過給機３６を組み合わせた状態で特性を計測する必要がなく、過給機３６の単体基礎特性、又はエンジン１の基礎特性を用いることができるため、適合のための作業量を低減することができる。
【００６２】
以下で、ウェイストゲートバルブ制御部１１２の各制御部の構成について詳細に説明する。
＜目標過給圧演算部１３１＞
目標過給圧演算部１３１は、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転速度Ｎｅｒに基づいて、目標過給圧Ｐ２ｔを算出する。本実施の形態では、目標過給圧演算部１３１は、実回転速度Ｎｅｒと実マニホールド圧Ｐｂｒとに基づいて、インテークマニホールド５基準の体積効率Ｋｖを算出し、体積効率Ｋｖと目標充填効率Ｅｃｔと実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて、インテークマニホールド５内の圧力の目標値である目標マニホールド圧Ｐｂｔを算出し、目標マニホールド圧Ｐｂｔに圧力加算値ＫＰ２を加えて目標過給圧Ｐ２ｔを算出するように構成されている。体積効率Ｋｖは、インテークマニホールド５内の空気体積を基準にした体積効率Ｋｖであり、シリンダ容積Ｖｃに対する、シリンダ８に吸入されるインテークマニホールド５内の空気体積の比率である（Ｋｖ＝シリンダ８に吸入されるインテークマニホールド５内の空気体積／Ｖｃ）。目標過給圧演算部１３１は、実シリンダ内新気量演算部１４２と同様に、回転速度Ｎｅ及びマニホールド圧Ｐｂと体積効率Ｋｖとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ｎｅｒ及び実マニホールド圧Ｐｂｒに対応する体積効率Ｋｖを算出する。本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部１４２が算出した体積効率Ｋｖが用いられる。
【００６３】
目標過給圧演算部１３１は、下記(１６)式のように、大気基準の目標充填効率Ｅｃｔと、インテークマニホールド５基準の体積効率Ｋｖと、環境補正としての実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて、目標マニホールド圧Ｐｂｔを算出する。ここで、Ｐ１０は、標準大気状態の大気圧Ｐ１であり（本例では、Ｐ１０＝１ａｔｍ）、Ｔ１０は、標準大気状態の吸入空気温度Ｔ１である（本例では、Ｔ１０＝２５℃）。
【数２】
0005963927.tif 000003
【００６４】
目標過給圧演算部１３１は、下記(１７)式のように、目標充填効率Ｅｃｔ及び回転速度Ｎｅと、圧力加算値ＫＰ２との関係が予め設定された圧力加算値マップＭＡＰ１を用い、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転速度Ｎｅｒに対応する圧力加算値ＫＰ２を算出する。そして、目標過給圧演算部１３１は、目標マニホールド圧Ｐｂｔに圧力加算値ＫＰ２を加算して、目標過給圧Ｐ２ｔを算出する。なお、圧力加算値ＫＰ２はスロットルバルブ４前後の差圧を確保して、スロットルバルブ４により吸入空気流量Ｑａを制御するためのものである。なお、圧力加算値ＫＰ２には、５[ｋＰａ]程度の一定値が設定されてもよい。
Ｐ２ｔ＝Ｐｂｔ＋ＫＰ２
ＫＰ２＝ＭＡＰ１（Ｅｃｔ，Ｎｅｒ）                (１７)
【００６５】
このようにして、目標充填効率Ｅｃｔを達成するのに必要な目標過給圧Ｐ２ｔを高精度に算出することができる。
【００６６】
＜目標圧縮機駆動力演算部１３２＞
目標圧縮機駆動力演算部１３２は、目標吸入空気流量Ｑａｔと、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方（本例では双方）に基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。
【００６７】
まずは、圧縮機３１及びタービン３２の基礎特性について説明する。空気状態に関する物理法則である、質量保存則や、ポリトロープ変化や、断熱効率を考慮すると、タービン出力Ｐｔ[Ｗ]及び圧縮機駆動力Ｐｃ[Ｗ]は、下記(１８）式の理論式により算出される。
【数３】
0005963927.tif 000004
ここで、Ｃｐは定圧比熱[ｋＪ／(ｋｇ・Ｋ)]であり、Ｗｔは単位流量あたりのタービン出力[Ｊ]であり、Ｗｃは単位流量あたりの圧縮機仕事[Ｊ]であり、κは比熱比であり、Ｑｔはタービン３２を通過する質量流量[ｇ／ｓ]であり、Ｑｃｍｐは圧縮機３１を通過する質量流量[ｇ／ｓ]であり、Ｒは気体定数[ｋＪ／(ｋｇ・Ｋ)]であり、ηｔはタービン３２の断熱効率であり、ηｃは圧縮機３１の断熱効率であり、Ｔ３は、排気ガス温度であり、Ｐ３はタービン３２の上流圧力であり、Ｐ４はタービン３２の下流圧力である。
【００６８】
上記(１８）式において、通常状態では基本的にエアバイパスバルブ３３が閉じられており、全ての吸入空気流量Ｑａは圧縮機３１を通過するため、吸入空気流量Ｑａと圧縮機通過流量Ｑｃｍｐとが等しいと仮定できる。よって、圧縮機駆動力Ｐｃは、吸入空気流量Ｑａと、過給圧Ｐ２と大気圧Ｐ１の比である圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と吸入空気温度Ｔ１を用いて下記(１９）式で算出できる。
【数４】
0005963927.tif 000005
【００６９】
目標圧縮機駆動力演算部１３２は、下記(２０）式のように、目標吸入空気流量Ｑａｔと、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒと、圧縮機３１の目標断熱効率ηｃｔと、実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。ここで、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、下記(２０）式の理論式に基づいて、過給圧Ｐ２と大気圧Ｐ１との圧力比である圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と圧力比補正係数Ｆ１との関係が予め設定された圧力比補正係数マップＭＡＰ２を用い、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒに対応する圧力比補正係数Ｆ１を算出する。
【数５】
0005963927.tif 000006
【００７０】
また、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、下記(２１）式のように、吸入空気流量Ｑａ及び圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と、圧縮機３１の断熱効率ηｃとの関係が予め設定された断熱効率算出マップＭＡＰ３を用い、目標吸入空気流量Ｑａｔ及び目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒに対応する目標断熱効率ηｃｔを算出する。断熱効率算出マップＭＡＰ３は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（圧縮機３１）の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。なお、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、目標断熱効率ηｃｔを一定値にするなど、断熱効率ηｃの変化を考慮せずに、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ＊を算出するように構成されてもよい。
ηｃｔ＝ＭＡＰ３（Ｑａｔ，Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒ）        (２１）
【００７１】
過給機３６の特性によっては、吸入空気流量Ｑａと圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１との少なくとも一方に基づいて圧縮機駆動力Ｐｃを算出できる場合があり、そのような場合は、目標吸入空気流量Ｑａｔと目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方に基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔが算出されてもよい。
【００７２】
本実施の形態では、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、現在の環境下で算出した目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを、標準大気状態における圧縮機駆動力に変換するように構成されている。具体的には、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、下記(２２）式のように、目標圧縮
機駆動力Ｐｃｔに対して、実大気圧Ｐ１ｒと実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて算出した環境補正係数を乗算して、標準大気状態に換算した目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ０を算出する。本例では、標準大気状態の大気圧Ｐ１０は１ａｔｍに設定され（Ｐ１０＝１ａｔｍ）、標準大気状態の吸入空気温度Ｔ１０は２５℃に設定される（Ｔ１０＝２５℃）。なお、本環境補正は、圧縮性の影響を考慮した相似則に基づいて、標準大気状態における圧縮機駆動力に換算するものであり、環境補正後の圧縮機駆動力を修正圧縮機駆動力とも呼ぶ。
【数６】
0005963927.tif 000007
【００７３】
＜実圧縮機駆動力演算部１４０＞
本実施の形態では、ウェイストゲートバルブ制御部１１２は、実圧縮機駆動力演算部１４０を備えている。実圧縮機駆動力演算部１４０は、実吸入空気流量Ｑａｒと、実過給圧Ｐ２ｒと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である実圧縮機前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方（本例では双方）に基づいて、実際の圧縮機３１の駆動力である実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する。
【００７４】
実圧縮機駆動力演算部１４０は、上記(２０）式と同様の下記(２３）式により、実吸入空気流量Ｑａｒと、実過給圧Ｐ２ｒと実大気圧Ｐ１ｒとの実圧縮機前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒと、圧縮機３１の実断熱効率ηｃｒと、実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する。ここで、実圧縮機駆動力演算部１４０は、目標圧縮機駆動力演算部１３２と同様に、圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と圧力比補正係数Ｆ１との関係が予め設定された圧力比補正係数マップＭＡＰ２を用い、実過給圧Ｐ２ｒと実大気圧Ｐ１ｒとの実圧縮機前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒに対応する圧力比補正係数Ｆ１を算出する。
【数７】
0005963927.tif 000008
【００７５】
また、実圧縮機駆動力演算部１４０は、下記(２４）式のように、吸入空気流量Ｑａ及び圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と、圧縮機３１の断熱効率ηｃとの関係が予め設定された断熱効率算出マップＭＡＰ３を用い、実吸入空気流量Ｑａｒ及び実圧縮機前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒに対応する実断熱効率ηｃｒを算出する。断熱効率算出マップＭＡＰ３には、目標圧縮機駆動力演算部１３２が用いるマップと同じマップが用いられる。実圧縮機駆動力演算部１４０は、目標圧縮機駆動力演算部１３２と同様に、実断熱効率ηｃｒを一定値にするなど、断熱効率ηｃの変化を考慮せずに、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出するように構成されてもよい。
ηｃｒ＝ＭＡＰ３（Ｑａｒ，Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒ）        (２４）
【００７６】
実圧縮機駆動力演算部１４０は、上記(２２）式と同様に、現在の環境下の実圧縮機駆動力Ｐｃｒに対して、実大気圧Ｐ１ｒと実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて算出した環境補正係数を乗算して、標準大気状態に換算した実圧縮機駆動力Ｐｃｒ０を算出する。このように、環境補正を考慮した標準大気状態における目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ０と、実圧縮機駆動力Ｐｃｒ０とを高精度に算出することができる。
【００７７】
＜目標タービン流量演算部１３３＞
目標タービン流量演算部１３３は、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン流量Ｑｔｔを算出する。本実施の形態では、目標タービン流量演算部１３３は、下記(２５）式のように、圧縮機３１の駆動力となるタービン出力Ｐｔとタービン流量Ｑｔとの関係が予め設定されたタービン流量マップＭＡＰ４を用い、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ（本例では、標準大気状態に変換された目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ０）に対応するタービン流量Ｑｔを目標タービン流量Ｑｔｔとして算出するように構成されている。タービン流量マップＭＡＰ４は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（タービン３２）の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
Ｑｔｔ＝ＭＡＰ４（Ｐｃｔ）                  (２５）
【００７８】
この構成によれば、タービン流量Ｑｔとタービン出力Ｐｔとの間に強い相関があるため、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン流量Ｑｔｔを精度よく算出できる。より詳細には、(１８）式のタービン出力Ｐｔの算出理論式では、タービン流量Ｑｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４とを用いているが、タービン流量Ｑｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４との間には強い相関があるため、タービン流量Ｑｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４とのいずれか一方を省略できる。
【００７９】
具体的には、タービン流量Ｑｔが増加するに従って、タービン上流圧力Ｐ３が増加するため、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４が増加する。また、タービン３２の断熱効率ηｔは、(２１）式を用いて説明した圧縮機３１の断熱効率ηｃと同様に、タービン流量Ｑｔ及びタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４と強い相関があるため、タービン３２の断熱効率ηｔを、タービン流量Ｑｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４とのいずれか一方により算出できる。また、タービン流量Ｑｔと同等になる排気ガス流量Ｑｅｘと、排気ガス温度Ｔ３との間には強い相関がある。よって、(１８）式のタービン出力Ｐｔの演算において必要な、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４、タービン３２の断熱効率ηｔ、及び排気ガス温度Ｔ３は、タービン流量Ｑｔに基づいて算出可能である。従って、タービン流量Ｑｔに基づいてタービン出力Ｐｔ（圧縮機３１の駆動力）を算出可能であり、その逆に、タービン出力Ｐｔ（圧縮機３１の駆動力）に基づいてタービン流量Ｑｔを算出可能である。なお、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４に基づいてもタービン出力Ｐｔを算出可能であり、その逆に、タービン出力Ｐｔに基づいてタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４を算出可能である。
【００８０】
本実施の形態では、目標タービン流量Ｑｔｔの算出に用いる目標圧縮機駆動力Ｐｃｔには、標準環境状態に変換した目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ０が用いられるように構成されており、タービン流量マップＭＡＰ４には、標準大気状態に変換したタービン流量Ｑｔ０とタービン出力Ｐｔ０との関係が予め設定されるように構成されている。よって、(２５）式により算出される目標タービン流量Ｑｔｔは、標準大気状態に変換された目標タービン流量Ｑｔｔ（以下、目標タービン流量Ｑｔｔ０と称す）となる。よって、標準大気状態に変換された目標タービン流量Ｑｔｔ０を、現在の環境下における目標タービン流量Ｑｔｔ換算する必要ある。そこで、目標タービン流量演算部１３３は、下記(２６）式のように、目標タービン流量Ｑｔｔ０に対して、実大気圧Ｐ１ｒと実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて算出した環境補正係数を乗算して、現在の環境下に換算した目標タービン流量Ｑｔｔを算出するように構成されている。
【数８】
0005963927.tif 000009
【００８１】
＜排気ガス流量演算部１３４＞
排気ガス流量演算部１３４は、実吸入空気流量Ｑａｒと空燃比ＡＦとに基づいて排気ガス流量Ｑｅｘを算出する。本実施の形態では、排気ガス流量演算部１３４は、下記(２７）式のように、実吸入空気流量Ｑａｒに基づいて算出した実シリンダ内新気量Ｑｃｒと、空燃比センサ１６により検出した排気ガスの空燃比ＡＦとに基づいて、排気ガス流量Ｑｅｘを算出するように構成されている。なお、Ｑｃｒ／ΔＴの代わりに、実吸入空気流量Ｑａｒが用いられてもよく、空燃比ＡＦには、燃料演算に用いられる空燃比ＡＦの目標値が用いられてもよい。
【数９】
0005963927.tif 000010
【００８２】
＜目標ゲート流量演算部１３５＞
目標ゲート流量演算部１３５は、排気ガス流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔとに基づいて、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出する。本実施の形態では、目標ゲート流量演算部１３５は、下記(２８）式のように、排気ガス流量Ｑｅｘから目標タービン流量Ｑｔｔを減算して、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出するように構成されている。
Ｑｗｇｔ＝Ｑｅｘ−Ｑｔｔ                    (２８）
【００８３】
＜目標タービン前後圧力比演算部１３６＞
目標タービン前後圧力比演算部１３６は、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ又は目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒ（本例では、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ）を実現する、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔを算出する。本実施の形態では、目標タービン前後圧力比演算部１３６は、下記(２９）式のように、圧縮機３１の駆動力となるタービン出力Ｐｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４との関係が予め設定されたタービン圧力比マップＭＡＰ５を用い、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔに対応するタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４を目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとして算出するように構成されている。
Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ＝ＭＡＰ５（Ｐｃｔ）                (２９）
上述したように、タービン出力Ｐｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４との間には強い相関性があるため、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔを精度よく算出できる。
【００８４】
なお、過給機３６の特性によっては、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４と圧縮機駆動力Ｐｃとの相関よりも、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４と圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１との相関の方が強い場合ある。その場合は、目標タービン前後圧力比演算部１３６は、下記(３０）式のように、圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１とタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４との関係が予め設定されたタービン圧力比マップＭＡＰ５＊を用い、目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒに対応するタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４を目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとして算出するように構成されてもよい。
Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ＝ＭＡＰ５＊（Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒ）          (３０）
タービン圧力比マップＭＡＰ５＊は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
【００８５】
＜目標タービン上流圧力演算部１３７＞
目標タービン上流圧力演算部１３７は、排気ガス流量Ｑｅｘに基づいてタービン下流圧力Ｐ４を算出し、当該タービン下流圧力Ｐ４と目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとに基づいてタービン上流圧力Ｐ３の目標値である目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する。
【００８６】
本実施の形態では、目標タービン上流圧力演算部１３７は、下記(３１）式のように、排気ガス流量Ｑｅｘと、タービン下流圧力Ｐ４と大気圧Ｐ１との圧力比である大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１との関係が予め設定されたタービン下流圧力比マップＭＡＰ６を用い、排気ガス流量Ｑｅｘに対応する大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１を算出する。
Ｐ４／Ｐ１＝ＭＡＰ６（Ｑｅｘ）              (３１）
【００８７】
タービン下流圧力比マップＭＡＰ６は、過給機３６がエンジン１に組み付けられた状態のエンジン１で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。ただし、タービン下流圧力比マップＭＡＰ６の特性は、過給機３６の下流に設けられた触媒やマフラーなどの排気抵抗によって定まるため、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性となり、過給機３６の仕様が変更されても流用することができる。
【００８８】
目標タービン上流圧力演算部１３７は、大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１と実大気圧Ｐ１ｒとに基づいてタービン下流圧力Ｐ４を算出し、当該タービン下流圧力Ｐ４と目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔに基づいて目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する。具体的には、目標タービン上流圧力演算部１３７は、下記(３２）式のように、大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１に実大気圧Ｐ１ｒを乗算してタービン下流圧力Ｐ４を算出する。そして、目標タービン上流圧力演算部１３７は、下記(３３）式のように、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔにタービン下流圧力Ｐ４を乗算して目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する。
Ｐ４＝(Ｐ４／Ｐ１)×Ｐ１ｒ                                (３２）
Ｐ３ｔ＝(Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ)×Ｐ４                            (３３）
【００８９】
＜目標ゲート有効開口面積演算部１３８＞
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔ、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ、及び目標タービン上流圧力Ｐ３ｔに基づいて目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出する。
【００９０】
本実施の形態では、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上述したスロットルバルブ４と同様に、ウェイストゲートバルブ３４近傍の流れを絞り弁前後の流れと考えた、圧縮性流体におけるオリフィスの流量算出式である流体力学の理論式を用いて、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを実現する目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出するように構成されている。
【００９１】
絞り弁としたウェイストゲートバルブ３４を流れるウェイストゲート流量Ｑｗｇ[ｇ／ｓ]の理論式は、上記(１４)式と同様に、エネルギー保存則、等エントロピ流れの関係式、音速の関係式及び状態方程式より、下記(３４）式のように導出される。
【数１０】
0005963927.tif 000011
ここで、ρ３はウェイストゲートバルブ３４上流の排気ガスの密度であり、Ｔ３はウェイストゲートバルブ３４上流の排気ガス温度であり、ａ３はウェイストゲートバルブ３４上流の排気ガスの音速であり、Ｓｗｇはウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積である。σ３は、ウェイストゲートバルブ３４の上下流（前後）の圧力比Ｐ４／Ｐ３に応じて変化する流量補正係数である。
【００９２】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３４）式における流量補正係数σ３の理論式に基づいて、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４と流量補正係数σ３との関係が予め設定された流量補正係数マップＭＡＰ７を用い、下記(３５）式のように、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔに対応する流量補正係数σ３を算出する。
σ３＝ＭＡＰ７（Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ）                （３５）
【００９３】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、実吸入空気流量Ｑａｒと実回転速度Ｎｅｒとに基づいて排気ガス温度Ｔ３を算出する。本実施の形態では、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、下記（３６）式のように、充填効率Ｅｃ及び回転速度Ｎｅと排気ガス温度Ｔ３との関係が予め定められた排気温度マップＭＡＰ８を用い、実吸入空気流量Ｑａｒに基づいて算出した実充填効率Ｅｃｒ及び実回転速度Ｎｅｒに対応する排気ガス温度Ｔ３を算出する。なお、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、排気温度マップＭＡＰ８を用いて算出した排気ガス温度Ｔ３に対して遅れフィルタ処理を行った値を、最終的な排気ガス温度Ｔ３として算出するように構成されてもよい。排気温度マップＭＡＰ８は、エンジン１で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。なお、排気温度マップの特性は、下流に配置された過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の基礎特性となり、過給機３６の仕様が変更されても流用することができる。
Ｔ３＝ＭＡＰ８（Ｅｃｒ，Ｎｅｒ）            （３６）
【００９４】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３４）式における音速ａ３の理論式に基づいて、温度Ｔ３と音速ａ３との関係が予め設定された音速マップＭＡＰ９を用い、下記（３７）式のように、排気ガス温度Ｔ３に対応する音速ａ３を算出する。
ａ３＝ＭＡＰ９（Ｔ３）                （３７）
【００９５】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３４）式における密度ρ３の理論式を用い、下記（３８）式のように、目標タービン上流圧力Ｐ３ｔ及び排気ガス温度Ｔ３に基づいて密度ρ３を算出する。
ρ３＝Ｐ３ｔ／（Ｒ×Ｔ３）            （３８）
【００９６】
そして、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、下記（３９）のように、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを、流量補正係数σ３、音速ａ３、及び密度ρ３で除算して、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出する。
Ｓｗｇｔ＝Ｑｗｇｔ／(σ３×ａ３×ρ３）          （３９）
【００９７】
＜ゲートバルブ制御値演算部１３９＞
ゲートバルブ制御値演算部１３９は、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに基づいてゲートバルブ制御値ＷＧを算出する。制御装置１００は、ゲートバルブ制御値ＷＧに基づいて、ゲートバルブアクチュエータ３４ａに対して制御信号を出力し、ウェイストゲートバルブ３４を駆動制御する。
【００９８】
本実施の形態では、電動式のゲートバルブアクチュエータ３４ａが用いられており、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、下記（４０）のように、ウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積Ｓｗｇとゲートバルブ制御値ＷＧとの関係が予め設定された有効開口面積マップＭＡＰ１０を用い、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに対応するゲートバルブ制御値ＷＧを算出する。有効開口面積マップＭＡＰ１０は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（ウェイストゲートバルブ３４、ゲートバルブアクチュエータ３４ａ）の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
ＷＧ＝ＭＡＰ１０（Ｓｗｇｔ）            （４０）
【００９９】
なお、圧力式のゲートバルブアクチュエータ３４ａが用いられる場合は、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、ウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積Ｓｗｇ及び圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と、ゲートバルブ制御値ＷＧとの関係が予め設定された有効開口面積マップを用い、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔ及び実圧縮機前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒに対応するゲートバルブ制御値ＷＧを算出するように構成されてもよい。この場合も、有効開口面積マップは、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（ウェイストゲートバルブ３４、ゲートバルブアクチュエータ３４ａ）の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
【０１００】
ゲートバルブ制御値演算部１３９は、上記の実圧縮機駆動力演算部１４０により算出された実圧縮機駆動力Ｐｃｒが目標圧縮機駆動力Ｐｃｔに近づくように、ゲートバルブ制御値ＷＧを補正するフィードバック補正値ＷＧｆｂを変化させる駆動力フィードバック制御を実行するように構成されている。そして、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、フィードバック補正値ＷＧｆｂによりゲートバルブ制御値ＷＧを補正した値を最終的なゲートバルブ制御値ＷＧとする。
【０１０１】
更に、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、フィードバック補正値ＷＧｆｂのゼロからのずれ量に応じて、ゲートバルブ制御値ＷＧを補正するフィードバック学習値ＷＧｌｒｎを変化させる駆動力フィードバック学習制御を実行するように構成されている。そして、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、下記（４１）のように、フィードバック補正値ＷＧｆｂ及びフィードバック学習値ＷＧｌｒｎによりゲートバルブ制御値ＷＧを補正した値を最終的なゲートバルブ制御値ＷＧとする。ここで、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに基づいて算出されたゲートバルブ制御値ＷＧを基本ゲートバルブ制御値ＷＧｂとする。
ＷＧ＝ＷＧｂ＋ＷＧｆｂ＋ＷＧｌｒｎ            （４１）
【０１０２】
ゲートバルブ制御値演算部１３９は、駆動力フィードバック制御として、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔと実圧縮機駆動力Ｐｃｒとの偏差に基づく比例演算、積分演算、及び微分演算により、フィードバック補正値ＷＧｆｂを算出するＰＩＤ制御を行うように構成されている。ゲートバルブ制御値演算部１３９は、下記（４２）のように、比例演算値ＷＧｆｂｐ、積分演算値ＷＧｆｂｉ、及び微分演算値ＷＧｆｂｄを積算してフィードバック補正値ＷＧｆｂを算出する。
ＷＧｆｂ＝ＷＧｆｂｐ＋ＷＧｆｂｉ＋ＷＧｆｂｄ            （４２）
【０１０３】
ゲートバルブ制御値演算部１３９は、駆動力フィードバック学習制御として、積分演算値ＷＧｆｂｉのゼロからのずれ量が予め設定された閾値を超えた量を、フィードバック学習値ＷＧｌｒｎとして算出するように構成されている。なお、駆動力フィードバック学習
制御は、過給機３６の個体差、経年変化などのばらつき要素による定常的なフィードバック偏差を吸収し、ばらつき要素の影響を少なくするために行われる。
【０１０４】
このように、駆動力フィードバック制御及び駆動力フィードバック学習制御により、バイパスバルブアクチュエータ３３ａによる目標圧縮機駆動力Ｐｃｔの制御精度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、駆動力フィードバック制御として、実タービン流量Ｑｔｒが目標タービン流量Ｑｔｔに近づくようにフィードバック補正値ＷＧｆｂを変化させるように構成されてもよいし、実ウェイストゲート流量Ｑｗｇｒが目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔに近づくようにフィードバック補正値ＷＧｆｂを変化させるように構成されてもよい。これらの場合も、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔの制御精度を向上させることができる。
【０１０６】
２−４．フローチャート
本実施の形態に係る制御装置１００の処理の手順（過給機３６付きエンジン１の制御方法）について、図４〜図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図４〜図６のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１０７】
まず、図４のフローチャートについて説明する。
ステップＳ０１で、運転状態検出部１１０は、上記のように、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出処理（運転状態検出ステップ）を実行する。運転状態検出部１１０は、エンジン１の実回転速度Ｎｅｒ、実吸入空気流量Ｑａｒ、及び実大気圧Ｐ１ｒを検出する。また、運転状態検出部１１０は、その他に、実吸入空気温度Ｔ１ｒ、実スロットル開度ＴＨｒ、実マニホールド圧Ｐｂｒ、排気ガスの空燃比ＡＦ、実過給圧Ｐ２ｒ、及びアクセル開度Ｄ等の各種の運転状態を検出する。ここで、運転状態検出部１１０（実吸入空気流量演算部１４１）は、上記のように、実吸入空気流量Ｑａｒを算出する実吸入空気流量演算処理（実吸入空気流量演算ステップ）を実行する。運転状態検出部１１０（実シリンダ内新気量演算部１４２）は、上記のように、エアフローセンサ１２又はマニホールド圧センサ１５の出力信号に基づいて実充填効率Ｅｃｒ及び実シリンダ内新気量Ｑｃｒを算出する実シリンダ内新気量演算処理（実シリンダ内新気量演算ステップ）を実行する。また、運転状態検出部１１０（推定トルク演算部１４３）は、上記のように、エンジン１の推定出力トルクＴＲＱｒ又は推定図示平均有効圧Ｐｉｒを算出する推定トルク演算処理（推定トルク演算ステップ）を実行する。
【０１０８】
次に、ステップＳ０２で、吸入空気制御部１１１は、上記のように、エンジン１の吸入空気を制御する吸入空気制御処理（吸入空気制御ステップ）を実行する。吸入空気制御部１１１は、目標吸入空気流量Ｑａｔ及び目標充填効率Ｅｃｔを算出する。ステップＳ０２のより詳細な処理を、図５のフローチャートに示す。ステップＳ１０で、要求トルク演算部１２０は、上記のように、アクセル開度Ｄ及び外部の制御装置からの要求等に基づいて、要求出力トルクＴＲＱｄを算出する要求トルク演算処理（要求トルク演算ステップ）を実行する。次に、ステップＳ１１で、目標トルク演算部１２１は、上記のように、要求出力トルクＴＲＱｄに基づいて目標出力トルクＴＲＱｔ又は目標図示平均有効圧Ｐｉｔを算出する目標トルク演算処理（目標トルク演算ステップ）を実行する。そして、ステップＳ１２で、目標シリンダ内新気量演算部１２２は、上記のように、目標出力トルクＴＲＱｔ又は目標図示平均有効圧Ｐｉｔに基づいて目標充填効率Ｅｃｔ及び目標シリンダ内新気量Ｑｃｔを算出する目標シリンダ内新気量演算処理（目標シリンダ内新気量演算ステップ）を実行する。ステップＳ１３で、目標吸入空気流量演算部１２３は、上記のように、目標シリンダ内新気量Ｑｃｔに基づいて、目標吸入空気流量Ｑａｔを算出する目標吸入空気流量演算処理（目標吸入空気流量演算ステップ）を実行する。ステップＳ１４で、スロットル開度制御部１２４は、上記のように、目標吸入空気流量Ｑａｔに基づいてスロットル開度を制御するスロットル開度制御処理（スロットル開度制御ステップ）を実行する。
【０１０９】
次に、図４のステップＳ０３で、ウェイストゲートバルブ制御部１１２は、上記のように、過給圧Ｐ２を制御するために、ウェイストゲートバルブ３４を駆動制御するウェイストゲートバルブ制御処理（ウェイストゲートバルブ制御ステップ）を実行する。ステップＳ０３のより詳細な処理を、図６のフローチャートに示す。ステップＳ２１で、目標過給圧演算部１３１は、上記のように、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転速度Ｎｅｒに基づいて、目標過給圧Ｐ２ｔを算出する目標過給圧演算処理（目標過給圧演算ステップ）を実行する。ステップＳ２２で、目標圧縮機駆動力演算部１３２は、上記のように、吸入空気制御ステップにより算出された目標吸入空気流量Ｑａｔと、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとの少なくとも一方に基づいて、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する目標圧縮機駆動力演算処理（目標圧縮機駆動力演算ステップ）を実行する。
【０１１０】
ステップＳ２３で、目標タービン流量演算部１３３は、上記のように、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン流量Ｑｔｔを算出する目標タービン流量演算処理（目標タービン流量演算ステップ）を実行する。ステップＳ２４で、排気ガス流量演算部１３４は、上記のように、実吸入空気流量Ｑａｒとエンジン１の空燃比ＡＦとに基づいて、排気ガス流量Ｑｅｘを算出する排気ガス流量演算処理（排気ガス流量演算ステップ）を実行する。ステップＳ２５で、目標ゲート流量演算部１３５は、上記のように、排気ガス流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔとに基づいて、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出する目標ゲート流量演算処理（目標ゲート流量演算ステップ）を実行する。ステップＳ２６で、目標タービン前後圧力比演算部１３６は、上記のように、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔ又は目標圧縮機前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒを実現する、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔを算出する目標タービン前後圧力比演算処理（目標タービン前後圧力比演算ステップ）を実行する。
【０１１１】
ステップＳ２７で、目標タービン上流圧力演算部１３７は、上記のように、排気ガス流量Ｑｅｘに基づいてタービン下流圧力Ｐ４を算出し、当該タービン下流圧力Ｐ４と目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとに基づいて目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する目標タービン上流圧力演算処理（目標タービン上流圧力演算ステップ）を実行する。ステップＳ２８で、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記のように、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔ、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ、及び目標タービン上流圧力Ｐ３ｔに基づいてウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積Ｓｗｇの目標値である目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出する目標ゲート有効開口面積演算処理（目標ゲート有効開口面積演算ステップ）を実行する。
【０１１２】
本実施の形態では、ステップＳ２９で、実圧縮機駆動力演算部１４０は、上記のように、実過給圧Ｐ２ｒと実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、実圧縮機駆動力Ｐｃｒを算出する実圧縮機駆動力演算処理（実圧縮機駆動力演算ステップ）実行する。
【０１１３】
ステップＳ３０で、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、上記のように、目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔに基づいてゲートバルブアクチュエータ３４ａの制御値ＷＧであるゲートバルブ制御値ＷＧを算出するゲートバルブ制御値演算処理（ゲートバルブ制御値演算ステップ）を実行する。本実施の形態では、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、上記のように、実圧縮機駆動力Ｐｃｒが目標圧縮機駆動力Ｐｃｔに近づくようにフィードバック補正値ＷＧｆｂを変化させて、ゲートバルブ制御値ＷＧを補正する駆動力フィードバック制御処理（駆動力フィードバック制御ステップ）を実行する。また、ゲートバルブ制御値演算部１３９は、上記のように、フィードバック補正値ＷＧｆｂのゼロからのずれ量に応じてフィードバック学習値ＷＧｌｒｎを変化させて、ゲートバルブ制御値ＷＧを補正する駆動力フィードバック学習制御処理（駆動力フィードバック学習制御ステップ）を実行する。
【０１１４】
３．まとめ
本実施の形態の制御装置１００によれば、ウェイストゲートバルブ３４を有する過給機３６付きのエンジン１において、加速応答特性の操作、燃費最適ポイントでの運転、及びばらつき要素の学習が可能という優れた特長を有し、更に、従来技術に比べて、エンジン１及び過給機３６を組み合わせた上で行う必要のあるデータ計測及び適合のための作業を削減することが可能となる。
【０１１５】
また、本実施の形態の制御装置１００によれば、吸入空気制御部１１１において、運転者のアクセル操作や外部の制御装置等からのトルク要求値に基づいて要求出力トルクＴＲＱｄを算出し、要求出力トルクＴＲＱｄを達成できる目標吸入空気流量Ｑａｔを算出し、目標吸入空気流量Ｑａｔを達成するように目標スロットル開度を算出してスロットル開度を制御する。これにより、ウェイストゲートバルブ３４の制御系統とは独立して、運転者や他のコントローラ等からのトルク要求を実現することができ、加速応答特性の操作等も容易に実現できる。
【０１１６】
一方、トルク要求値が大きく、目標吸入空気流量Ｑａｔを実現するには過給が必要な場合には、大気圧Ｐ１以上の値の目標過給圧Ｐ２ｔを算出し、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔは正の値(０以上の値)になり、これに応じた目標タービン流量Ｑｔｔを算出する。更に、排気ガス流量Ｑｅｘが目標タービン流量Ｑｔｔより多い場合には、ウェイストゲートバルブ３４を通ってタービン３２をバイパスさせる目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出し、圧縮性流体におけるオリフィスの流量算出式に基づいて目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを達成できるウェイストゲートバルブ開度を算出してウェイストゲートバルブ３４を駆動制御する。
【０１１７】
このようにして、目標吸入空気流量Ｑａｔを達成するのに必要な過給圧Ｐ２を、ウェイストゲートバルブ３４を操作して高精度に制御するので、無駄な過給を排除して燃費最適ポイントでの運転が可能となり、更にスロットルバルブ４を操作することで、最終的に目標吸入空気流量Ｑａｔを達成することができる。また、ウェイストゲートバルブ開度をフィードバック学習することでばらつき要素の学習が可能となる。
【０１１８】
ウェイストゲートバルブ制御部１１２内で用いるマップＭＡＰ１〜ＭＡＰ１０を、図７にまとめて示している。
圧力加算値マップＭＡＰ１は、目標充填効率Ｅｃｔ及び回転速度Ｎｅと、圧力加算値ＫＰ２との関係が予め設定された圧力加算値マップであり、目標過給圧演算部１３１で用いられる。圧力加算値マップＭＡＰ１は、机上設計で設定可能である。
圧力比補正係数マップＭＡＰ２は、圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と圧力比補正係数Ｆ１との関係が予め設定されたマップであり、目標圧縮機駆動力演算部１３２で用いられる。圧力比補正係数マップＭＡＰ２は、（２０）式に示す理論式に基づいて設定される。
【０１１９】
断熱効率算出マップＭＡＰ３は、吸入空気流量Ｑａ及び圧縮機前後圧力比Ｐ２／Ｐ１と、圧縮機３１の断熱効率ηｃとの関係が予め設定されたマップであり、目標圧縮機駆動力演算部１３２で用いられる。断熱効率算出マップＭＡＰ３は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（圧縮機３１）単体で計測した実験データに基づいて設定される。
タービン流量マップＭＡＰ４は、タービン出力Ｐｔとタービン流量Ｑｔとの関係が予め設定されたマップであり、目標タービン流量演算部１３３で用いられる。タービン流量マップＭＡＰ４は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（タービン３２）単体で計測した実験データに基づいて設定される。
【０１２０】
タービン圧力比マップＭＡＰ５は、タービン出力Ｐｔとタービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４との関係が予め設定されたマップであり、目標タービン前後圧力比演算部１３６で用いられる。タービン圧力比マップＭＡＰ５は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（タービン３２）単体で計測した実験データに基づいて設定される。
タービン下流圧力比マップＭＡＰ６は、排気ガス流量Ｑｅｘと、タービン下流圧力Ｐ４と大気圧Ｐ１との圧力比である大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１との関係が予め設定されたマップであり、目標タービン上流圧力演算部１３７で用いられる。タービン下流圧力比マップＭＡＰ６は、過給機３６の下流に設けられた触媒やマフラーなどの排気抵抗によって定まり、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の実験データに基づいて設定される。
【０１２１】
流量補正係数マップＭＡＰ７は、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４と流量補正係数σ３との関係が予め設定されたマップであり、目標ゲート有効開口面積演算部１３８で用いられる。流量補正係数マップＭＡＰ７は、（３４）式に示す理論式に基づいて設定される。
排気温度マップＭＡＰ８は、充填効率Ｅｃ及び回転速度Ｎｅと排気ガス温度Ｔ３との関係が予め定められたマップであり、目標ゲート有効開口面積演算部１３８で用いられる。排気温度マップＭＡＰ８は、下流に配置された過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の実験データに基づいて設定される。
【０１２２】
音速マップＭＡＰ９は、温度Ｔ３と音速ａ３との関係が予め設定されたマップであり、目標ゲート有効開口面積演算部１３８で用いられる。音速マップＭＡＰ９は、（３４）式に示す理論式に基づいて設定される。
有効開口面積マップＭＡＰ１０は、ウェイストゲートバルブ３４の有効開口面積Ｓｗｇとゲートバルブ制御値ＷＧとの関係が予め設定されたマップであり、ゲートバルブ制御値演算部１３９で用いられる。有効開口面積マップＭＡＰ１０は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６（ウェイストゲートバルブ３４、ゲートバルブアクチュエータ３４ａ）単体で計測した実験データに基づいて設定される。
【０１２３】
以上のように、圧力加算値マップＭＡＰ１、圧力比補正係数マップＭＡＰ２、流量補正係数マップＭＡＰ７、及び音速マップＭＡＰ９は、理論式などに基づいて机上で設定でき、エンジン１及び過給機３６の仕様が変化しても、流用できるマップである。
【０１２４】
断熱効率算出マップＭＡＰ３、タービン流量マップＭＡＰ４、タービン圧力比マップＭＡＰ５、及び有効開口面積マップＭＡＰ１０は、エンジン１に組み付けられていない状態の過給機３６単体で計測した実験データに基づいて設定でき、エンジン１の仕様が変化しても、同じ過給機３６の仕様を用いる限り流量できるマップである。
【０１２５】
タービン下流圧力比マップＭＡＰ６、及び排気温度マップＭＡＰ８は、過給機３６の仕様に依存しないエンジン１の実験データに基づいて設定でき、過給機３６の仕様が変化しても、同じエンジン１の仕様を用いる限り流量できるマップである。
【０１２６】
このように、ウェイストゲートバルブ制御部１１２内で用いるマップＭＡＰ１〜ＭＡＰ１０は、理論値、過給機３６の単体特性、又はエンジン１の特性に分けられている。逆にいうと、理論値、過給機３６の単体特性、又はエンジン１の特性に分かれたマップを用いることができるように、ウェイストゲートバルブ制御部１１２の各制御部が設計されている。よって、同じ仕様のエンジン１において過給機３６を別の仕様のものに変更した場合や、同じ仕様の過給機３６を別の仕様のエンジン１に流用するような場合においても、マップを流用することができ、その結果、データ計測及び適合の工数を削減することが可能となる。
【０１２７】
なお、本発明において「マップ」とは、複数の変数間の関係を表す関数を意味しており、データマップの他に、多項式、数式、データテーブル等を用いることができる。
【０１２８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
この発明は、ウェイストゲートバルブを駆動するアクチュエータを有する過給機を備えた内燃機関の制御装置及びその内燃機関の制御方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  過給機付き内燃機関（エンジン）、２  吸気路、４  スロットルバルブ、５  インテークマニホールド、７  排気路、８  シリンダ、９  大気圧センサ、１１  クランク角センサ、１２  エアフローセンサ、１３  吸入空気温度センサ、１４  スロットルポジションセンサ、１５  マニホールド圧センサ、１６  空燃比センサ、１７  インジェクタ、２２  排気ガス浄化触媒、３０  インタークーラ、３１  圧縮機、３２  タービン、３４  ウェイストゲートバルブ、３４ａ  ゲートバルブアクチュエータ、３５  過給圧センサ、３６  過給機、３７  排気バイパス通路、４０  スロットルモータ、４１  アクセルポジションセンサ、９０  演算処理装置、９１  記憶装置、９２  入力回路、９３  出力回路、１００  過給機付き内燃機関の制御装置（制御装置）、１１０  運転状態検出部、１１１  吸入空気制御部、１１２  ウェイストゲートバルブ制御部、１２０  要求トルク演算部、１２１  目標トルク演算部、１２２  目標シリンダ内新気量演算部、１２３  目標吸入空気流量演算部、１２４  スロットル開度制御部、１３１  目標過給圧演算部、１３２  目標圧縮機駆動力演算部、１３３  目標タービン流量演算部、１３４  排気ガス流量演算部、１３５  目標ゲート流量演算部、１３６  目標タービン前後圧力比演算部、１３７  目標タービン上流圧力演算部、１３８  目標ゲート有効開口面積演算部、１３９  ゲートバルブ制御値演算部、１４０  実圧縮機駆動力演算部、１４１  実吸入空気流量演算部、１４２  実シリンダ内新気量演算部、１４３  推定トルク演算部、ＡＦ  空燃比、Ｄ  アクセル開度、Ｅｃｒ  実充填効率、Ｅｃｔ  目標充填効率、Ｆ１  圧力比補正係数、Ｋｖ  体積効率、ＫＰ２  圧力加算値、Ｎｅ  回転速度、Ｎｅｒ  実回転速度、Ｐ１  大気圧、Ｐ１ｒ  実大気圧、Ｐ２  過給圧、Ｐ２ｒ  実過給圧、Ｐ２ｔ  目標過給圧、Ｐ３  タービン上流圧力、Ｐ３ｔ  目標タービン上流圧力、Ｐ４  タービン下流圧力、Ｐｂ  マニホールド圧、Ｐｂｒ  実マニホールド圧、Ｐｂｔ  目標マニホールド圧、Ｐ２ｒ／Ｐ１ｒ  実圧縮機前後圧力比、Ｐ２ｔ／Ｐ１ｔ  目標圧縮機前後圧力比、Ｐ３／Ｐ４  タービン前後圧力比、Ｐ４／Ｐ１  大気圧圧力比、Ｔ１ｒ  実吸入空気温度、Ｔ３  排気ガス温度、Ｖｃ  シリンダ容積、ＷＧ  ゲートバルブ制御値、Ｐｃｒ  実圧縮機駆動力、Ｐｃｔ
目標圧縮機駆動力、Ｑａｒ  実吸入空気流量、Ｑａｔ  目標吸入空気流量、Ｑｃｒ  実シリンダ内新気量、Ｑｃｔ  目標シリンダ内新気量、Ｑｅｘ  排気ガス流量、Ｑｔｔ  目標タービン流量、Ｑｗｇｔ  目標ウェイストゲート流量、Ｓｗｇｔ  目標ゲート有効開口面積、ＴＲＱｄ  要求出力トルク、ＴＲＱｔ  目標出力トルク、ＴＲＲ外部要求出力トルク
【要約】      （修正有）【課題】内燃機関と過給機を組み合わせた状態で行う必要のあるデータ計測及び適合の工数を削減できる過給機付きの内燃機関の制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】過給機付き内燃機関の制御装置１００及びその制御方法において、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン流量Ｑｔｔを算出し、排気ガス流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔとに基づいて目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔを算出し、目標圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔとタービン下流圧力とに基づいて目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出し、目標ウェイストゲート流量Ｑｗｇｔ、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ、及び目標タービン上流圧力Ｐ３ｔに基づいて目標ゲート有効開口面積Ｓｗｇｔを算出し、ゲートバルブ制御値ＷＧを算出する。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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