(57)【要約】【課題】冷却器の単体特性を反映して冷却器の出口圧力と出口温度を精度良く算出することができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】インタークーラモデルＭ２０は、ターボチャージャモデルＭ１０より出力される過給圧Ｐc＿out、過給温Ｔc＿out、吸入空気量、外気条件などを入力とする。そして、インタークーラ３７の単体モデルをベースに、インタークーラ内での圧力損失と冷却効果とを算出する。また、過給圧Ｐc＿outとインタークーラ内での圧力損失とに基づいてインタークーラ出口圧力を算出する。また、過給温Ｔc＿outとインタークーラ内での冷却効果とに基づいてインタークーラ出口温度を算出する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けた過給機と、該過給機よりも下流側に設けた冷却器とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記冷却器の単体モデルをベースに、冷却器内での圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、
同じく冷却器の単体モデルをベースに、冷却器内での冷却効果を算出する冷却効果算出手段と、
前記過給機による過給後の過給圧と前記圧力損失算出手段により算出した圧力損失とに基づいて冷却器の出口圧力を算出する出口圧力算出手段と、
前記過給機による過給後の過給温と前記冷却効果算出手段により算出した冷却効果とに基づいて冷却器の出口温度を算出する出口温度算出手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記圧力損失算出手段は、基準となる運転条件下での前記冷却器への流入空気量に対する圧力損失特性を用いて圧力損失を算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記圧力損失算出手段は、冷却器の入口圧力、冷却器の入口温度、外気温及び風速をパラメータとして、圧力損失に対する補正を実施することを特徴とする請求項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】
前記冷却効果算出手段は、基準となる運転条件下での前記冷却器への流入空気量に対する冷却効果特性を用いて冷却効果を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記冷却効果算出手段は、冷却器の入口温度、外気温及び風速をパラメータとして、冷却効果に対する補正を実施することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記過給機として、排気エネルギーにより回転するタービンホイールと該タービンホイールに回転軸を介して連結されたコンプレッサインペラとを有するターボチャージャを備えた内燃機関に適用され、
内燃機関の排気特性を基に、タービンホイールで生じるタービン動力を算出するタービン動力算出手段と、
前記タービン動力を基に、コンプレッサインペラを駆動するコンプレッサ駆動力を算出するコンプレッサ駆動力算出手段と、
内燃機関の吸気特性と前記コンプレッサ駆動力を基に、過給に使われる過給パワーを算出すると共に、該過給パワーから過給圧を算出する過給圧算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、例えば特許文献１には、ターボチャージャと排気還流装置とを備えたディーゼル機関において、機関回転数、燃料量、排気還流率、並びにターボチャージャのコンプレッサのパワー及びタービンのパワーの比較に基づいて、過給圧を推定し、吸入空気量を推定する制御システムが提案されている。この場合、コンプレッサのパワーとタービンのパワーとの比較に基づいてタービン回転数を算出し、そのタービン回転数に基づいて過給圧を推定するようにしていた。これにより、吸入空気量をできる限り正確に求めるようにしていた。
【０００３】
一方、内燃機関への吸入空気量を要求通りに制御するためにスロットルバルブの上流側と下流側の圧力の関係を利用する方法が提案されており（例えば特許文献２）、かかる方法ではスロットル上流圧を精度良く知る必要がある。ターボチャージャを持たない内燃機関ではスロットル上流圧は常に大気圧で計算されるが、ターボチャージャ付内燃機関ではスロットル上流圧が常に変化する。そこで、ターボチャージャ付き内燃機関において精度良くスロットル上流圧を推定する必要がある。
【０００４】
ところで、殆どの過給機付き内燃機関では、コンプレッサの下流にインタークーラ（冷却器）が備えられており、圧縮された空気を冷却することによって、燃焼室に供給される空気の充填量を増加させ、温度の上昇による充填効率低下を改善している。しかしながら、前述の特許文献１（特開平６−２６３８３号公報）ではインタークーラについては述べられていない。タービン回転数とスロットル上流圧の関係をインタークーラ有りのシステムで求めたとしても、インタークーラの特性は周囲の外気温や車速によって変化するため、それらの影響を無視して精度良く空気量を求めることは困難であった。
【０００５】
また、特許文献３の制御装置では、ターボチャージャ、インタークーラ、吸気管、排気管、ＥＧＲ及び燃焼室を各々モデル化してシステム全体のモデルを構築し、ガスエネルギーをモデル間のパラメータとして吸入空気量を推定する方法が提案されている。本制御装置では、インタークーラ特性として、インタークーラ通過ガス量、外気温、インタークーラ上流温によってインタークーラの冷却効果を算出している。また、インタークーラモデルの圧力損失に関しては、無視できるほど小さいとして考慮されていなかった。しかしながら、圧力損失特性はインタークーラ単体のサイズや構成によって異なる。そのため、必ずしも全てのインタークーラにおいて無視できるほど小さいとは限らず、インタークーラの圧力損失の影響から当該インタークーラの出口圧力、すなわちスロットル上流圧の算出精度が低下するおそれがあった。
【特許文献１】特開平６−２６３８３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３１２１号公報
【特許文献３】特開２００３−２９３８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、冷却器の単体特性を良好に反映して冷却器の出口圧力と出口温度を精度良く算出することができる過給機付き内燃機関の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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、冷却器（インタークーラ）の単体モデルをベースに、冷却器内での圧力損失を算出すると共に、同じく冷却器の単体モデルをベースに、冷却器内での冷却効果を算出する。そして、過給機による過給後の過給圧と前記圧力損失とに基づいて冷却器の出口圧力を算出する。また、過給機による過給後の過給温と前記冷却効果とに基づいて冷却器の出口温度を算出する。本構成によれば、冷却器の単体特性としての圧力損失と冷却効果とを良好に反映して冷却器の出口圧力と出口温度とを精度良く算出することができる。なお、冷却器の出口側にスロットルバルブが設けられる構成では冷却器の出口圧力がスロットル上流圧に、出口温度がスロットル上流温に相当し、上記構成によりスロットル上流圧、スロットル上流温が精度良く算出できることとなる。ここで、冷却器の圧力損失とは冷却器入口と出口の圧力差を言い、冷却効果とは冷却器入口と出口の温度差を言う。
【０００８】
圧力損失算出手段は、基準となる運転条件下での冷却器への流入空気量に対する圧力損失特性を用いて圧力損失を算出すると良い。この場合、基準の運転条件を規定することで、冷却器単体を容易にモデル化できる。
【０００９】
また、圧力損失算出手段は、冷却器の入口圧力、冷却器の入口温度、外気温及び風速をパラメータとして、圧力損失に対する補正を実施すると良い。つまり、冷却器の入口圧力、冷却器の入口温度、外気温又は風速が変化すると圧力損失が変化するが、かかる場合にも精度良く冷却器の出口圧力を算出することができる。なお、風速は車速に対応しているため、車速を風速パラメータとして代用できる。
【００１０】
冷却効果算出手段は、基準となる運転条件下での冷却器への流入空気量に対する冷却効果特性を用いて冷却効果を算出すると良い。この場合、基準の運転条件を規定することで、冷却器単体を容易にモデル化できる。
【００１１】
また、冷却効果算出手段は、冷却器の入口温度、外気温及び風速をパラメータとして、冷却効果に対する補正を実施すると良い。つまり、冷却器の入口温度、外気温又は風速が変化すると冷却効果が変化するが、かかる場合にも精度良く冷却器の出口温度を算出することができる。
【００１２】
過給機としてターボチャージャを用いた場合の過給圧算出手段として、次の算出手法が適用できる。すなわち、内燃機関の排気特性を基にタービン動力を算出すると共に、該タービン動力を基にコンプレッサ駆動力を算出する。また、内燃機関の吸気特性とコンプレッサ駆動力とを基に過給パワーを算出すると共に、該過給パワーから過給圧を算出する。本構成によれば、排気及び吸気の特性を考慮しつつターボチャージャにおける動力伝達の原理に沿って過給圧が算出されるため、過給圧が精度良く算出できる。仮に周囲環境（温度条件や圧力条件）が変化しても、周囲環境に応じたベースマップや補正処理等を要することなく現実の過給圧が精度良く算出でき、結果として安価なシステムが構築できる。
【００１３】
かかる場合、タービンホイールをモデル化したタービンモデルと、回転軸をモデル化したシャフトモデルと、コンプレッサインペラをモデル化したコンプレッサモデルとを設定し、各モデルにより、タービン動力算出手段、コンプレッサ駆動力算出手段、過給圧算出手段をそれぞれ構成すると良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、当該制御システムのエンジンには過給機としてターボチャージャが設けられている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００１５】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられており、そのスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）によって各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットル開度はスロットル開度センサ１５によって検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７（吸気管圧力検出手段）が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００１６】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００１７】
エンジン１０のシリンダブロックには、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２６が取り付けられている。
【００１８】
また、吸気管１１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらが回転軸３３にて連結されている。タービンホイール３２は、排気管２４内を流れる排気のエネルギーによって回転し、その回転エネルギーが回転軸３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。コンプレッサインペラ３１は、このエネルギーを利用して吸気管１１内を流れる吸入空気を圧縮して過給する。この過給の際、吸入空気の温度が上昇する。コンプレッサインペラ３１の下流側には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ３７が設けられている。
【００１９】
吸気管１１の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４１と、吸入空気量を検出するエアフロメータ４２とが設けられている。その他、本制御システムでは、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３や、大気圧を検出する大気圧センサ４４や、車両の速度を検出する車速センサ４５が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ（電子制御ユニット）５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、ＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算し、燃料噴射弁１９や点火プラグ２５の駆動を制御する。
【００２１】
また本実施の形態では、いわゆるトルクベース制御による電子スロットル制御を実施することとしており、エンジン１０で生じるトルクを基準にしてスロットル開度を目標値に制御する。簡単に説明すると、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ２７の検出信号に基づいて要求トルクを演算すると共に要求トルクを満足する要求空気量を演算し、要求空気量、その都度のスロットル上流側及び下流側の圧力、吸気温度に基づいて目標スロットル開度を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、スロットル開度を目標スロットル開度に制御する。
【００２２】
ここで、目標スロットル開度を算出するのに必要なスロットル上流圧とスロットル上流温の推定には、ターボチャージャ３０の原理に基づいて構築したターボチャージャモデルを用い、該ターボチャージャモデルによりコンプレッサの出口圧力と出口温度を算出する。そして次に、インタークーラ３７の単体モデルを用い、インタークーラ３７での圧力損失及び冷却効果を算出してその結果に基づいてスロットル上流の圧力と温度（インタークーラ出口圧力と、インタークーラ出口温度）を算出する。
【００２３】
図２を用いて、ターボチャージャモデルＭ１０及びインタークーラモデルＭ２０について詳細に説明する。先ずはターボチャージャモデルＭ１０を説明する。
【００２４】
ターボチャージャモデルＭ１０は、主要部分としてタービンホイール３２をモデル化したタービンモデルＭ１１と、回転軸３３をモデル化したシャフトモデルＭ１２と、コンプレッサインペラ３１をモデル化したコンプレッサモデルＭ１３とからなる。タービンモデルＭ１１は、排気特性からタービン動力Ｌtを算出するタービン動力算出手段を備える。シャフトモデルＭ１２は、タービンモデルＭ１１で算出したタービン動力Ｌtを予め求めておいた変換効率を用いてコンプレッサ駆動力Ｌcに変換するコンプレッサ駆動力算出手段を備える。コンプレッサモデルＭ１３は、シャフトモデルＭ１２で求めたコンプレッサ駆動力Ｌcから実際に過給に使う過給パワーを算出する過給パワー算出手段と、過給パワーから過給圧を算出する過給圧算出手段を備える。
【００２５】
また、本ターボチャージャモデルＭ１０は、ターボチャージャ３０の各パーツモデル以外に、排気の遅れなどを考慮した排気管モデルＭ１４と、吸気の遅れなどを考慮した吸気管モデルＭ１５とを備える。
【００２６】
このように、構成要素毎のモデルの組み合わせによって全体のシステムモデルを構築し、過給の原理に基づいてエネルギー（動力）の流れでモデルを統一したパラメータで組むことによって、モデルを再利用する際の利便性（再利用性）を高めることができる。すなわち、一度構築したモデルを他のシステムに容易に適用することが可能となる。また、本モデルをベースにすれば、冗長性も高く、電動化した過給機のモデル化なども容易に行え、汎用性の高いモデルが実現できる。
【００２７】
以下にターボチャージャモデルＭ１０の各構成要素の内容についてより詳細に説明する。本モデルはエネルギーの流れを追って構築してあるため、エネルギーの流れに着目して説明する。
【００２８】
ターボチャージャ３０を駆動するエネルギーとなるのは、エンジン１０の排気が持つエネルギーである。タービンモデルＭ１１では、エンジン１０の排気パラメータ（タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、排気流量ｍg、タービン断熱効率ηg）から式（１）を用いてタービン動力Ｌtを算出する。これらの排気パラメータである温度や圧力、流量は、センサ等による実測値でもモデルやマップによる推定値でも良い。一例として本実施の形態では、排気流量ｍgをエアフロメータ４２の実測値と噴射信号（又は空燃比）とから算出すると共に、予め作成しておいたテーブルを用いて排気流量ｍgからタービン上下流圧Ｐtbとタービン上下流温Ｔtbを算出するものとする。
【００２９】
図３は排気流量ｍgとタービン上下流圧Ｐtb、タービン上下流温Ｔtbとの関係を示す図であり、この関係に基づいて作成したテーブルにより、排気流量ｍgに応じてタービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン下流温Ｔtb＿outが算出される。
【００３０】
【数１】
2006022764.tif 000003
式（１）で求めたタービン動力Ｌtが次のシャフトモデルＭ１２の入力となる。ここで、ｃgは排気の比熱、κgは比熱比である。
【００３１】
シャフトモデルＭ１２では、式（２）によってタービン動力Ｌtをコンプレッサ駆動力Ｌcに変換し出力する。ηtは動力変換効率である。
【００３２】
【数２】
2006022764.tif 000004
式（２）で求めたコンプレッサ駆動力ＬcがコンプレッサモデルＭ１３の入力となる。
【００３３】
コンプレッサモデルＭ１３では、コンプレッサ駆動力Ｌcと効率ηcとから過給パワーを算出する（式（３））。また、式（３）を変形することによって式（４）が得られ、過給パワーの算出値と吸気パラメータ（吸入空気量Ｇa、コンプレッサ入口圧Ｐc＿in、吸気温Ｔc＿in）を用いて過給圧Ｐc＿out（コンプレッサ出口圧力）を算出する（式（４））。ここで、ｃaは吸気の比熱、κaは比熱比である。吸入空気量Ｇaはエアフロメータ４２の検出信号から、コンプレッサ入口圧Ｐc＿inは大気圧センサ４４の検出信号から、吸気温Ｔc＿inは吸気温センサ４１の検出信号から、それぞれ算出される。
【００３４】
【数３】
2006022764.tif 000005
【００３５】
【数４】
2006022764.tif 000006
式（１），（２），（３）のηはそれぞれ効率である。効率はそれぞれ入力の動力（エネルギー）に対するテーブルもしくは、計算から求められる。効率ηgとηcは、温度、圧力から求められる断熱効率を用いて求めることができる。タービン動力Ｌt→コンプレッサ駆動力Ｌcの動力変換効率ηt（式（２）参照）は、各断熱効率を求めた後、モデルを同定する際に、実際に過給に必要なエネルギーとその時のタービン動力ＬtからＬc／Ｌtを求めて決定する。この逆モデル的な方法を用いることで、実際のターボチャージャの変換効率（機械効率など）が分からなくてもモデルを組むことができ、実機の定常値をモデルで再現することができる。図４にタービン動力Ｌtに対する動力変換効率ηtを示す。
【００３６】
ここで、コンプレッサ効率ηcは式（５）のように表される。
【００３７】
【数５】
2006022764.tif 000007
式（５）は、次の式（６）のように変形でき、コンプレッサ効率ηc、コンプレッサ入口圧力Ｐc＿in、吸気温Ｔc＿in、過給圧Ｐc＿out（コンプレッサ出口圧力）が既知であれば、式（６）から過給温Ｔc＿out（コンプレッサ出口温）が算出できる。
【００３８】
【数６】
2006022764.tif 000008
以上の基本的な流れにより、ターボチャージャモデルＭ１０の出力である過給圧Ｐc＿out及び過給温Ｔc＿outが算出され、これらＰc＿out及びＴc＿outが次のインタークーラモデルＭ２０の入力とされる。
【００３９】
次に、前述したエネルギーの流れをつなぐための遅れ等のモデルについて説明する。実際には、ターボシステムにはタービンイナーシャや空気の遅れ等が発生するため、過渡時の過給圧を推定するためには、上記の各モデルをつなぐための遅れモデルが必要となる。吸気管１１と排気管２４の体積分の遅れは、状態方程式から式（７）のように表すことができ、吸気管１１又は排気管２４での圧力の変化に応じてそれぞれ算出される。式（７）において、Ｖは吸気管１１又は排気管２４の体積（実際には、コンプレッサからスロットルまでの吸気管体積又は排気ポートからタービンまでの排気管体積）、Ｒはガス定数、Ｔは吸気管１１又は排気管２４の温度、ｐは吸気管１１又は排気管２４の圧力、ｄｐ／ｄｔはその微分値、ｍinは吸気管１１又は排気管２４のガス流入量、ｍoutは吸気管１１又は排気管２４のガス排出量である。
【００４０】
【数７】
2006022764.tif 000009
エンジン回転数によってシリンダから排出される時間が変化するため、排気流量ｍgについてはエンジン回転数によって変化する遅れも考慮する必要がある。これはエンジン回転数で変化するムダ時間で模擬した。吸入空気量Ｇaにおいても、体積の遅れのみでなく、実際にはスロットル上流に空気が到達するまでにはコンプレッサインペラ３１やインタークーラ３７により圧損の影響を受ける。そのため、ＮＡエンジン（ターボ無しエンジン）に比べてスロットルバルブ１４に到達するまでの抵抗が多く、遅れが生じる。この遅れを一次遅れで模擬した。
【００４１】
また、各配管の遅れに加えて、ターボチャージャ３０の応答遅れがある。この遅れをムダ時間＋一次遅れモデルで模擬する。その際の伝達関数の係数は運転条件によって変化することを考慮するとより詳細な過渡モデルが構築できる。この場合、実測値より、ターボチャージャ応答時間がエンジンの運転状態（流量や回転数、負荷など）によって変化することが分かる（図５）。具体的には、吸気管圧力が小さい場合或いはエンジン回転数が小さい場合は応答時間が長く、吸気管圧力や回転数が増加するとそれに伴い応答時間は短くなる。
【００４２】
従って、加速時の過渡特性を考えると、加速初期は吸気管圧力が小さいためターボチャージャの応答時間が大きく過給圧の応答遅れは大きくなるが、吸気管圧力の増加に従い応答時間が小さくなり過給圧の応答遅れが小さくなるため、実機の過渡時の過給圧特性は二次的なものになっていると考えられる。故に、一次遅れで構築した遅れモデルではこの特性を模擬することは困難であるので、一次遅れの伝達係数を運転状態によって可変としたり、又は運転状態を見てこの特性を補正するロジックを加えたりすることで、より精度良く過給圧推定を行える。
【００４３】
次に、インタークーラモデルＭ２０について説明する。インタークーラモデルＭ２０は、インタークーラ３７での圧力損失を算出する圧力損失モデル部分と、冷却効果（温度降下）を算出する冷却効果モデル部分とに分かれており、前者の構成を図６に、後者の構成を図７に示す。圧力損失と冷却効果はインタークーラ単体特性を基に構築され、その単体特性は次のとおり規定されている。
【００４４】
まず、基準となる外気温Ｔa＿base、大気圧Ｐa＿base、過給圧Ｐb＿base、過給温Ｔb＿baseを定める。これらの値は、モデルを構築する上で、ターボチャージャ付エンジンにおける任意に決めた基準の運転条件値である。この基準の運転条件下で、インタークーラ流入量に対する圧力損失特性としての圧力損失ΔＰと冷却効果特性（温度降下特性）としての温度降下量ΔＴとを求める。圧力損失ΔＰはインタークーラ入口圧力と出口圧力の差であり、温度降下量ΔＴはインタークーラ入口温度と出口温度の差である。これが基準のモデルとなる。
【００４５】
ここで、インタークーラ３７における圧力損失と冷却効果は、インタークーラ入口の圧力（過給圧Ｐc＿out）、温度（過給温Ｔc＿out）、外気温Ｔa、及びインタークーラ３７を通過する風速をパラメータとして変化する。そこで、これら各パラメータを基に、基準条件下での算出値に補正を加えることとしている。図８〜図１０には、インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）、風速の変化に対する圧力損失特性及び冷却効果特性の変化を示している。
【００４６】
図８には、インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）の変化時における圧力損失特性と冷却効果特性とを示す。図８では温度条件、風速条件は一定である。この場合、インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）の変化に伴い空気の密度が変化するため、（ａ）に示すように、圧力上昇に伴いインタークーラ３７に流入する体積が変化して圧力損失が減少する。但し、インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）が変化しても、インタークーラ３７に流入する質量流量は変化せず過給気の放熱量は変わらないため、（ｂ）に示すように、冷却効果（温度降下）は不変である。
【００４７】
また、図９には、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）の変化時における圧力損失特性と冷却効果特性とを示す。図９では圧力条件、風速条件は一定である。この場合、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）の変化に伴い空気の密度が変化するため、（ａ）に示すように、温度上昇に伴い圧力損失が減少する。また、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）の変化に伴い外気との温度差が変化して放熱量が変化するため、（ｂ）に示すように、温度上昇に伴い冷却効果（温度降下）が増加する。
【００４８】
図１０には、風速（すなわち車速）の変化時における圧力損失特性と冷却効果特性とを示す。図１０では温度条件、圧力条件は一定である。この場合、（ａ）に示すように、風速の増加に伴い圧力損失が減少する。また、（ｂ）に示すように、風速の増加に伴い冷却効果が増加する。本実施の形態では、上記のインタークーラ単体特性を反映してインタークーラモデルＭ２０を構築している。
【００４９】
図６に示す圧力損失モデルでは、外気温Ｔa＿base、過給圧Ｐb＿base及び過給温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準圧力損失ΔＰbaseを算出する。図１１の（ａ）には、吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに対する圧力損失特性を示す。
【００５０】
また、式（８）を用い、インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）に基づいて圧力補正係数を算出すると共に、式（９）を用い、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）と外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。ρ（Ｔ）は、任意の温度での空気の密度である。
【００５１】
【数８】
2006022764.tif 000010
【００５２】
【数９】
2006022764.tif 000011
なお、式（９）による温度補正は外気温と過給温の差の影響を考慮して行われ、外気温Ｔaの変化に伴う温度補正は式（９）に含まれている（後述する式（１１）による温度補正も同様）。
【００５３】
そして、次の式（１０）によりスロットル上流圧Ｐic＿outを算出する。
【００５４】
【数１０】
2006022764.tif 000012
また、図７に示す冷却効果モデルでは、前記図６の圧力損失モデルと同様、外気温Ｔa＿base、過給圧Ｐb＿base及び過給温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準温度降下量ΔＴbaseを算出する。図１１の（ｂ）には、吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに対する冷却効果特性を示す。
【００５５】
また、式（１１）を用い、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）と外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。
【００５６】
【数１１】
2006022764.tif 000013
なお、前述したとおりインタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）が変化しても、インタークーラ３７に流入する質量流量は変化しないため、冷却効果（温度降下）に対する圧力補正は実施しない。
【００５７】
そして、次の式（１２）によりスロットル上流温Ｔic＿outを算出する。
【００５８】
【数１２】
2006022764.tif 000014
以上のようにして、インタークーラモデルＭ２０の出力であるスロットル上流圧Ｐic＿outとスロットル上流温Ｔic＿outとが算出できる。
【００５９】
次に、ＥＣＵ５０による過給圧算出の処理の流れを図１２〜図１９のフローチャートに基づいて説明する。図１２は、ベースルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンはＥＣＵ５０により例えば４ｍｓｅｃ毎に実行される。そして、図１２のベースルーチンにおいて、図１３〜図１９のサブルーチンが適宜実行される。
【００６０】
図１２に示すように、ベースルーチンは、排気管モデル計算ルーチン（ステップＳ１１０）、タービンモデル計算ルーチン（ステップＳ１２０）、シャフトモデル計算ルーチン（ステップＳ１３０）、コンプレッサモデル計算ルーチン（ステップＳ１４０）、インタークーラモデル計算ルーチン（ステップＳ１５０）を備えてなる。
【００６１】
かかる場合、図１３に示す排気管モデル計算ルーチンでは、ステップＳ１１１で排気流量の遅れを算出し、続くステップＳ１１２で排気特性の算出を実施する。具体的には、図３の関係を用い、その都度の排気流量ｍgに基づいて、タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン下流温Ｔtb＿outを算出する。
【００６２】
また、図１４に示すタービンモデル計算ルーチンでは、ステップＳ１２１で前述の式（１）を用い、排気管モデル計算ルーチンで算出した排気特性に基づいてタービン動力Ｌtの算出を実施する。
【００６３】
図１５に示すシャフトモデル計算ルーチンでは、ステップＳ１３１で前記図４の関係を用い、タービン動力Ｌtに基づいて動力変換効率ηtを算出する。続くステップＳ１３２では前述の式（２）を用い、タービン動力Ltと動力変換効率ηtとからコンプレッサ駆動力Ｌcを算出する。また、ステップＳ１３３ではタービンイナーシャによる遅れを算出する。
【００６４】
図１６に示すコンプレッサモデル計算ルーチンでは、ステップＳ１４１で吸入空気量と吸気温とを読み込み、ステップＳ１４２で吸気管遅れを算出する。また、ステップＳ１４３でコンプレッサ効率ηcを算出し、ステップＳ１４４で前述の式（４）を用いて過給圧Ｐc＿outを算出する。ステップＳ１４５では、前述の式（６）を用いて過給温Ｔc＿outを算出する。
【００６５】
次に、図１７に示すインタークーラモデル計算ルーチンは、冷却効果算出ルーチン（ステップＳ２１０）と圧力損失算出ルーチン（ステップＳ２２０）とよりなる。
【００６６】
図１８に示す冷却効果算出ルーチンでは、まずステップＳ２１１で車速ＳＰＤを読み込み、ステップＳ２１２で車速ＳＰＤを基に温度降下の基準となるΔＴbaseマップを選択する。ステップＳ２１３では、吸入空気量Ｇa、外気温Ｔa、インタークーラ入口温（過給温Ｔc＿out）を読み込み、ステップＳ２１４では、吸入空気量Ｇaを基にマップから基準温度降下量ΔＴbaseを算出する。ステップＳ２１５では、前述の式（１１）を用い、外気温Ｔa、インタークーラ入口温（過給温Ｔc＿out）に基づいて温度補正係数を算出する。ステップＳ２１６では、前述の式（１２）によりスロットル上流温Ｔic＿outを算出する。
【００６７】
また、図１９に示す圧力損失算出ルーチンでは、まずステップＳ２２１で車速ＳＰＤを読み込み、ステップＳ２２２で車速ＳＰＤを基に圧力損失の基準となるΔＰbaseマップを選択する。ステップＳ２２３では、吸入空気量Ｇa、外気温Ｔa、インタークーラ入口温（過給温Ｔc＿out）、インタークーラ入口圧（過給圧Ｐc＿out）を読み込み、ステップＳ２２４では、吸入空気量Ｇaを基にマップから基準圧力損失ΔＰbaseを算出する。ステップＳ２２５では、前述の式（９）を用い、外気温Ｔaとインタークーラ入口温（過給温Ｔc＿out）に基づいて温度補正係数を算出する。また、ステップＳ２２６では、前述の式（８）を用い、インタークーラ入口圧（過給圧Ｐc＿out）に基づいて圧力補正係数を算出する。ステップＳ２２７では、前述の式（１０）によりスロットル上流圧Ｐic＿outを算出する。
【００６８】
図２０は、本実施の形態を適用した場合の各種挙動を示すタイムチャートである。図２０は上から順に吸入空気量、圧力（インタークーラ入口圧力、出口圧力）及び温度（インタークーラ入口温度、出口温度）の変化を示す。吸入空気量の増加するとそれに伴いインタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）とインタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）が上昇する。このとき、吸入空気量の増加に対して、インタークーラ３７の圧力損失及び冷却効果が増大するため、インタークーラ入口と出口の圧力差と温度差が大きくなる。
【００６９】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００７０】
インタークーラ３７の単体モデルをベースに、当該インタークーラ３７内での圧力損失と冷却効果を算出し、その圧力損失と冷却効果に基づいてインタークーラ３７の出口圧力（スロットル上流圧Ｐic＿out）と出口温度（スロットル上流温Ｔic＿out）とを算出する構成としたため、インタークーラ３７の単体特性としての圧力損失と冷却効果とを反映してインタークーラ３７の出口圧力と出口温度とを精度良く算出することができる。
【００７１】
スロットル上流圧Ｐic＿outやスロットル上流温Ｔic＿outが精度良く算出できることから、それらをパラメータとする電子スロットル制御も好適に実施できる。これにより、空気量制御の精度も向上する。また、電子スロットル制御を実施する上で、スロットル上流圧やスロットル上流温を検出するためのセンサが不要となり、低コスト化が実現できる。
【００７２】
インタークーラ入口圧力（過給圧Ｐc＿out）、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）、外気温Ｔa及び車速ＳＰＤ（風速）をパラメータとして、圧力損失に対する補正を実施したため、これら各パラメータが変化してもインタークーラ３７の出口圧力（スロットル上流圧Ｐic＿out）を精度良く算出することができる。
【００７３】
また、インタークーラ入口温度（過給温Ｔc＿out）、外気温Ｔa及び車速ＳＰＤ（風速）をパラメータとして、冷却効果に対する補正を実施したため、これら各パラメータが変化してもインタークーラ３７の出口温度（スロットル上流温Ｔic＿out）を精度良く算出することができる。
【００７４】
ターボチャージャ３０を構成要素毎にモデル化してタービンモデル、シャフトモデル、コンプレッサモデルを設定し、各モデルにより、タービン動力Ｌt→コンプレッサ駆動力Ｌc→過給パワー→過給圧Ｐc＿out（コンプレッサ出口圧力）といった順序で各パラメータを算出した。また、タービン動力Ｌtの算出には排気特性を反映させ、過給パワー（過給圧Ｐc＿out）の算出には吸気特性を反映させるようにした。これにより、排気及び吸気の特性を考慮しつつターボチャージャ３０における動力伝達の原理に沿って過給圧Ｐc＿out（コンプレッサ出口圧力）を精度良く算出することができる。仮に周囲環境（温度条件や圧力条件）が変化しても現実の過給圧Ｐc＿outが精度良く算出できる。この場合、周囲環境に応じたベースマップやベースマップに対する補正処理等が不要となり、安価なシステムが構築できる。
【００７５】
上記実施の形態では、ターボチャージャモデルＭ１０により過給圧及び過給温を算出し、その算出値をインタークーラモデルＭ２０の入力として最終的なスロットル上流圧、上流温を算出したが、インタークーラの入力値である過給圧や過給温は推定値でも、実測値でもよい。但し、安価なシステムでスロットル上流圧や上流温を求めようとする場合は、センサを省略することができるモデル方式が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】ターボチャージャモデル及びインタークーラモデルの概略を示す図である。
【図３】排気特性を算出するための図である。
【図４】タービン動力と動力変換効率との関係を示す図である。
【図５】エンジン運転状態とターボチャージャ応答時間との関係を示す図である。
【図６】インタークーラモデルの圧力損失モデルを示す図である。
【図７】インタークーラモデルの冷却効果モデルを示す図である。
【図８】過給圧の変化に対する圧力損失特性と冷却効果特性を示す図である。
【図９】過給温の変化に対する圧力損失特性と冷却効果特性を示す図である。
【図１０】風速の変化に対する圧力損失特性と冷却効果特性を示す図である。
【図１１】インタークーラのベース特性を示す図である。
【図１２】ベースルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】排気管モデル計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】タービンモデル計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】シャフトモデル計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】コンプレッサモデル計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】インタークーラモデル計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】冷却効果算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】圧力損失算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】吸入空気量、圧力及び温度の挙動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１０…エンジン、１１…吸気管、２４…排気管、３０…ターボチャージャ、３１…コンプレッサインペラ、３２…タービンホイール、３３…回転軸、３７…インタークーラ、５０…ＥＣＵ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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