(57)【要約】【課題】複数の過給機を用いた内燃機関であっても、簡易な演算で、ターボ過給機による過給圧の不足分を、電動コンプレッサにより応答性よくアシストすることができる過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】実過給圧Ｐ２ｒから実中間過給圧Ｐ１２ｒを減算した圧力差を、目標過給圧Ｐ２ｔから減算した値を、目標中間過給圧として算出し、目標中間過給圧と実大気圧Ｐ１ｒの圧力比を算出し、圧力比と実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、電動コンプレッサの目標回転数Ｎｅｃｐｔを算出し、電動モータ４３を制御する電動コンプレッサ回転数制御部１５１を備えた過給機付き内燃機関の制御装置１００。【選択図】図２
2018062857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気路に設けられたタービン及び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ターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサ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と、を検出する運転状態検出部と、
前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算部と、
前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御部と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記電動コンプレッサ回転数制御部は、前記電動コンプレッサの上下流の圧力比である電動コンプレッサ前後圧力比と、前記電動コンプレッサの通過空気流量と、前記電動コンプレッサの回転数との関係が予め設定された回転数特性を用い、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比及び前記吸入空気流量の検出値に対応する前記電動コンプレッサの回転数を、前記電動コンプレッサの目標回転数として算出する請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸入空気流量の目標値を算出する目標吸入空気流量演算部と、
前記吸入空気流量の目標値、及び前記過給圧の目標値と前記大気圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力と前記電動コンプレッサの駆動力とを合計した総駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力を算出する目標総駆動力演算部と、
前記吸入空気流量の検出値、及び前記中間過給圧の検出値と前記過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力の実値を算出する実ターボコンプレッサ駆動力演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力から前記ターボコンプレッサの駆動力の実値を減算した値を、前記電動コンプレッサの駆動力の目標値として算出する目標電動コンプレッサ駆動力演算部と、
前記吸入空気流量の検出値、及び前記大気圧の検出値と前記中間過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記電動コンプレッサの駆動力の実値を算出する実電動コンプレッサ駆動力演算部と、
前記電動コンプレッサの駆動力の目標値と前記電動コンプレッサの駆動力の実値との駆動力差に基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を補正する目標回転数補正部と、を更に備える請求項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】
前記電動過給機は、前記電動コンプレッサを迂回する電動コンプレッサバイパス通路と、前記電動コンプレッサバイパス通路を開閉する電動コンプレッサバイパスバルブと、前記電動コンプレッサバイパスバルブを駆動する電動コンプレッサバルブアクチュエータと、を更に有し、
前記電動コンプレッサによる過給を行う時以外は、前記電動コンプレッサバイパスバルブを開くように、前記電動コンプレッサバルブアクチュエータを制御する電動コンプレッ
サバイパスバルブ制御部を更に備える請求項１から３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】
前記運転状態検出部により検出された前記電動コンプレッサバイパスバルブの開度の検出値、及び前記大気圧の検出値と前記中間過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記電動コンプレッサバイパスバルブの通過空気流量の実値を算出する実バイパスバルブ流量演算部と、
前記吸入空気流量の検出値から前記電動コンプレッサバイパスバルブの通過空気流量の実値を減算した値を、前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値として算出する実電動コンプレッサ流量演算部と、を更に備え、
前記電動コンプレッサ回転数制御部は、前記吸入空気流量の検出値として前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値を用い、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出する請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ターボ過給機は、前記タービンを迂回するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路を開閉する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、を更に有し、
前記吸入空気流量の目標値を算出する目標吸入空気流量演算部と、
前記吸入空気流量の目標値、及び前記過給圧の目標値と前記大気圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力と前記電動コンプレッサの駆動力とを合計した総駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力を算出する目標総圧縮機駆動力演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力を実現する、前記タービンへ流れる排気ガス流量であるタービン流量の目標値を算出する目標タービン流量演算部と、
前記吸入空気流量の検出値及び前記内燃機関の空燃比に基づいて、排気ガス流量の実値を算出する排気ガス流量演算部と、
前記排気ガス流量の実値から前記タービン流量の目標値を減算した値を、前記ウェイストゲートバルブを流れる排気ガス流量であるウェイストゲート流量の目標値として算出する目標ゲート流量演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力を実現する、前記タービンの上下流の圧力比であるタービン前後圧力比の目標値を算出する目標タービン前後圧力比演算部と、
前記排気ガス流量の実値に基づいて前記タービンの下流圧力の実値を算出し、当該タービンの下流圧力の実値及び前記タービン前後圧力比の目標値に基づいて前記タービンの上流圧力の目標値を算出する目標タービン上流圧力演算部と、
前記ウェイストゲート流量の目標値、前記タービン前後圧力比の目標値、及び前記タービンの上流圧力の目標値に基づいて、前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値を算出する目標ゲート有効開口面積演算部と、
前記有効開口面積の目標値に基づいて、前記ゲートバルブアクチュエータの制御値を算出するゲートバルブ制御値演算部と、を更に備えた請求項１から５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７】
排気路に設けられたタービン及び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ターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御方法であって、
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサ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
ある過給圧と、を検出する運転状態検出ステップと、
前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算ステップと、
前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御ステップと、を実行する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】
本発明は、タービン及びターボコンプレッサを有するターボ過給機と、電動モータにより駆動される電動コンプレッサを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に適用される過給システムの制御方法としてターボ過給機の通過空気流量やコンプレッサの前後圧力比等から算出される圧縮機駆動力を用いた方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
排気エネルギーを用いて過給を行うターボ過給機では低速域からの加速遅れが問題となるため、電動モータを駆動力とした電動コンプレッサを吸気路に設け、加速遅れを解決する方法も提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９３９２７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術は、ターボ過給機が備えられた内燃機関には対応できるものの、ターボ過給機に加えて電動コンプレッサが備えられた内燃機関には対応できないものであった。また、特許文献２の技術は、多くの制御モードの判定を要するため、制御が複雑化するという問題があった。
【０００６】
そこで、ターボ過給機及び電動コンプレッサの複数の過給機を用いた内燃機関であっても、簡易な演算で、ターボ過給機による過給圧の不足分を、電動コンプレッサにより応答性よくアシストすることができる過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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及び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ターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置であって、前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサ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と、を検出する運転状態検出部と、前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算部と、前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御部と、を備え
たものである。
【０００８】
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及び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ターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御方法であって、
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサ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と、を検出する運転状態検出ステップと、前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算ステップと、前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御ステップと、を実行するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、過給圧の検出値から中間過給圧の検出値を減算した圧力差により、ターボコンプレッサにより実際に過給されている実圧力差が算出される。そして、ターボコンプレッサの下流側の目標過給圧から、ターボコンプレッサの実圧力差を減算することにより、目標過給圧を実現するために、電動コンプレッサが過給する必要のある中間過給圧の目標値を算出し、中間過給圧の目標値から、電動コンプレッサで達成する必要のある電動コンプレッサ前後圧力比の目標値を算出することができる。そして、電動コンプレッサを通過している実吸入空気流量の条件下で、目標電動コンプレッサ前後圧力比を達成するための電動コンプレッサの目標回転数を算出し、応答性の速い電動モータにより電動コンプレッサを目標回転数に制御することができる。よって、圧力情報を用いた簡単な演算により、加速要求後のターボ過給機の応答遅れ等により生じるターボコンプレッサによる過給圧の不足分を、電動コンプレッサにより応答性よくアシストすることができ、加速応答性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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に係る回転数特性を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサによる過給が無い場合の吸入空気の流れを説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサによる過給が有る場合の吸入空気の流れを説明する図である。
【図７】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８】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９】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１０】本発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサ制御部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１に係る過給機付き内燃機関１（以下、単にエンジン１と称す）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。エンジン１は、ターボ過給機３６及び電動過給機５０の２つの過給機を備えている。図１は、本実施の形態に係るエンジン１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。
【００１２】
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。
【００１３】
エンジン１は、ターボ過給機３６を備えている。ターボ過給機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コンプレッサであるターボコンプレッサ３１を有している。また、ターボ過給機３６は、タービン３２を迂回するタービンバイパス通路３７と、タービンバイパス通路３７を開閉する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。タービンバイパス通路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。
【００１４】
排気ガスによってタービン３２が回転駆動されると、ターボコンプレッサ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とターボコンプレッサ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、タービンバイパス通路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が減少する。そのため、タービン３２及びターボコンプレッサ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。
【００１５】
ターボ過給機３６は、ターボコンプレッサ３１を迂回するターボコンプレッサバイパス通路３８と、ターボコンプレッサバイパス通路３８を開閉するターボコンプレッサバイパスバルブ３３と、ターボコンプレッサバイパスバルブ３３を駆動するターボコンプレッサバルブアクチュエータ３３ａと、を有している。ターボコンプレッサ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ターボコンプレッサバイパスバルブ３３が開き、ター
ボコンプレッサ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、ターボコンプレッサバイパスバルブ３３は、基本的に閉じられている。
【００１６】
エンジン１は、電動過給機５０を備えている。電動過給機５０は、吸気路２におけるターボコンプレッサ３１の上流側に設けられたコンプレッサである電動コンプレッサ４２、及び電動コンプレッサ４２を駆動する電動モータ４３（以下、コンプレッサ駆動用モータ４３と称する）を有している。本実施の形態では、コンプレッサ駆動用モータ４３は、永久磁石式同期電動機とされている。コンプレッサ駆動用モータ４３は、永久磁石が取り付けられたロータと、巻線が取り付けられたステータとを有している。ロータの回転軸は、電動コンプレッサ４２に連結されている。コンプレッサ駆動用モータ４３は、インバータ、モータ制御装置を備えている。モータ制御装置は、制御装置１００から伝達された電動コンプレッサ４２の目標回転数Ｎｅｃｐｔに、ロータの回転数が近づくように、インバータを制御することによりモータの出力を変化させる。モータ制御装置は、回転数センサ等によりロータの回転数を検出する。なお、コンプレッサ駆動用モータ４３には、ＤＣブラシレスモータ、誘導電動機等の他の種類の電動機が用いられてもよい。
【００１７】
また、電動過給機５０は、電動コンプレッサ４２を迂回する電動コンプレッサバイパス通路４４と、電動コンプレッサバイパス通路４４を開閉する電動コンプレッサバイパスバルブ４５と、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を駆動する電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７と、を有している。電動コンプレッサバイパス通路４４は、電動コンプレッサ４２の上流側の吸気路２の部分と下流側の吸気路２の部分とをつなぐ、電動コンプレッサ４２の迂回流路である。電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７は、電動モータの回転駆動力により電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度を変化させる電動式とされている。電動コンプレッサバイパスバルブ４５には、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度に応じた電気信号を生成する電動コンプレッサバルブポジションセンサ４６が接続されている。なお、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７は、ソレノイドバルブにより調節した減圧量だけ中間過給圧Ｐ１２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電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度を変化させる圧力式とされてもよい。
【００１８】
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の下流側であって電動コンプレッサ４２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の下流側であって電動コンプレッサ４２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。電動コンプレッサ４２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。
【００１９】
電動コンプレッサ４２の下流側であってターボコンプレッサ３１の上流側の吸気路２内には、中間過給圧Ｐ１２に応じた電気信号を生成する圧力センサである中間過給圧センサ４８と、中間過給温度Ｔ１２に応じた電気信号を生成する温度センサである中間過給温度センサ４９が設けられている。中間過給圧Ｐ１２は、電動コンプレッサ４２の下流側であってターボコンプレッサ３１の上流側の吸気路２内の吸入空気の圧力である。中間過給温度Ｔ１２は、電動コンプレッサ４２の下流側であってターボコンプレッサ３１の上流側の吸気路２内の吸入空気の温度である。中間過給圧センサ４８と中間過給温度センサ４９は、一体部品であってもよいし、別体部品であってもよい。また、中間過給圧Ｐ１２、中間過給温度Ｔ１２は、各種制御情報等を用いた推定値であってもよい。
【００２０】
ターボコンプレッサ３１の下流側の吸気路２内には、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により開閉される。スロットルバルブ４には、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。
【００２１】
ターボコンプレッサ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内には、過給圧Ｐ２に応じた電気信号を生成する圧力センサである過給圧センサ３５が設けられている。過給圧Ｐ２は、ターボコンプレッサ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内の吸入空気の圧力である。
【００２２】
スロットルバルブ４の下流側の吸気路２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内の吸入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内の吸入空気の温度を検出するように構成されてもよい。
【００２３】
インテークマニホールド５の下流側部分には、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。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。
【００２４】
タービン３２の下流側の排気路７内には、排気ガス浄化触媒２２が設けられている。タービン３２の下流側であって排気ガス浄化触媒２２の上流側の排気路７内には、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。
【００２５】
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、ターボ過給機３６及び電動過給機５０を備えたエンジン１を制御対象とする制御装置である。図２に示すように、制御装置１００は、運転状態検出部１１０、吸入空気制御部１１１、ウェイストゲートバルブ制御部１１２、及び電動コンプレッサ制御部１１３等の制御部を備えている。制御装置１００が備える各制御部１１０〜１１３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１１０〜１１３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１１０〜１１３等が用いるマップデータ等の設定データは、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。
【００２６】
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、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、電動コンプレッサバルブポジションセンサ４６、中間過給圧センサ４８、中間過給温度センサ４９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、ターボコンプレッサ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、コンプレッサ駆動用モータ４３、電動コンプレッサバルブ駆動用モータ４７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。
【００２７】
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、ウェイストゲートバルブ３４、電動コンプレッサ４２、電動コンプレッサバイパスバルブ４５等を制御する。
【００２８】
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の実回転数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の実回転数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。なお、図２に記載の内容では、エアフローセンサ１２の出力信号に基づいてエンジン１の実吸入空気流量Ｑａｒを検出する方式としている。
【００２９】
ここで、実吸入空気流量は、吸入空気流量の検出値を意味する等、実○○は、○○の検出値を意味する。また、目標吸入空気流量は、吸入空気流量の目標値を意味する等、目標○○は、○○の目標値を意味する。
【００３０】
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、アクセル開度Ｄ、電動コンプレッサバイパスバルブの実開度ＢＶｒ、実中間過給圧Ｐ１２ｒ、及び実中間過給温度Ｔ１２ｒ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を検出し、電動コンプレッサバルブポジションセンサ４６の出力信号に基づいて電動コンプレッサバイパスバルブの実開度ＢＶｒを検出し、中間過給圧センサ４８の出力信号に基づいて実中間過給圧Ｐ１２ｒを検出し、中間過給温度センサ４９の出力信号に基づいて実中間過給温度Ｔ１２ｒを検出するように構成されている。
【００３１】
＜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Ｖａｆｓ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。
【００３２】
＜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、ＢＴＤＣ５ｄｅｇＣ
Ａ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。ここで、ＫＣＣＡは、フィルタ係数である。
Ｑｃｒ(ｎ)＝ＫＣＣＡ×Ｑｃｒ(ｎ−１)
＋（１−ＫＣＣＡ）×Ｑａｒ(ｎ)×ΔＴ(ｎ)            (２)
【００３３】
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、回転数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データを用い、実回転数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。ここで、Ｒはガス定数である。
Ｑｃｒ＝(Ｋｖ×Ｖｃ)×ρｂ，  ρｂ＝Ｐｂｒ／（Ｒ×Ｔ１ｒ）        (３)
【００３４】
また、実シリンダ内新気量演算部１４２は、下記(４)式のように、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）
【００３５】
＜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。
【００３６】
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)
【００３７】
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)
【００３８】
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、回転数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データを用い、実回転数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)
【００３９】
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)
【００４０】
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)
【００４１】
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(１
０)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)
【００４２】
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)
【００４３】
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。
【００４４】
２−２．吸入空気制御部１１１
吸入空気制御部１１１は、エンジン１の吸入空気を制御する。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。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。
【００４５】
＜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、実回転数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、実回転数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データを用い、実回転数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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜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、回転数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データを用い、実回転数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。
【００４８】
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、回転数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データを用い、実回転数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。
【００４９】
＜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。
【００５０】
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)
【００５１】
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。
【００５２】
＜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)
【００５３】
＜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。
【００５４】
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。
【００５５】
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(１
４)式のように導出される。
【数１】
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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。
【００５６】
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データを用い、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データを用い、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)式のように、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)
【００５７】
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データを用い、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
２−３．ウェイストゲートバルブ制御部１１２
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、目標総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、ゲートバルブ制御値演算部１３９、及び実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０を備えている。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。
【００６１】
＜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及び実回転数Ｎｅｒに基づいて、ターボコンプレッサ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。本実施の形態では、目標過給圧演算部１３１は、実回転数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、回転数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データを用い、実回転数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。
【００６２】
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】
2018062857.tif 000004
【００６３】
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及び回転数Ｎｅと、圧力加算値ＫＰ２との関係が予め設定されたマップデータＭＡＰ１を用い、目標充填効率Ｅｃｔ及び実回転数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)
【００６４】
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。
【００６５】
＜目標総圧縮機駆動力演算部１３２＞
目標総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総コンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとに基づいて、ターボコンプレッサ３１の駆動力と電動コンプレッサ４２の駆動力とを合計した総圧縮機駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。
【００６６】
まずは、ターボコンプレッサ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]、及びターボコンプレッサ３１の駆動力Ｐｃ[Ｗ]は、下記(１
８）式の理論式により算出される。
【数３】
2018062857.tif 000005
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はターボコンプレッサ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はターボコンプレッサ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。
【００６７】
上記(１８）式において、通常状態では基本的にターボコンプレッサバイパスバルブ３
３が閉じられており、全ての吸入空気流量Ｑａはターボコンプレッサ３１を通過するため、ターボコンプレッサ通過流量Ｑｃｍｐは、吸入空気流量Ｑａに等しいと仮定する。目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔは、ターボコンプレッサ３１及び電動コンプレッサ４２を合計した吸気路２全体での総圧縮機駆動力である。そのため、目標総圧縮機駆動力演算部１３２は、下記（１９）式のように、目標過給圧Ｐ２ｔと実大気圧Ｐ１ｒとの圧力比である目標総コンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒ、目標吸入空気流量Ｑａｔ、目標断熱効率ηｃｔ、及び実吸入空気温度Ｔ１ｒに基づいて目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する。（１９）式の目標総コンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒの指数計算の代わりに、圧力比と圧力比の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
【数４】
2018062857.tif 000006
【００６８】
また、目標総圧縮機駆動力演算部１３２は、下記(２０）式のように、吸入空気流量Ｑ
ａ及びターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２／Ｐ１２と、ターボコンプレッサ３１の断熱効率ηｃとの関係が予め設定されたマップデータＭＡＰ２を用い、目標吸入空気流量Ｑａｔ及び目標総コンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒに対応する目標断熱効率ηｃｔを算出する。なお、目標総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、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出するように構成されてもよい。
ηｃｔ＝ＭＡＰ２（Ｑａｔ，Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒ）        (２０）
【００６９】
＜実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０＞
実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０は、実吸入空気流量Ｑａｒと、実過給圧Ｐ２ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である実ターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒとに基づいて、実際のターボコンプレッサ３１の駆動力である実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを算出する。
【００７０】
実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０は、(２１）式のように、実吸入空気流量Ｑ
ａｒと、実ターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒと、ターボコンプレッサ３１の実断熱効率ηｃｒと、実中間過給温度Ｔ１２ｒとに基づいて、実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを算出する。(２１）式の実ターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒ
の指数計算の代わりに、圧力比と圧力比の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
【数５】
2018062857.tif 000007
【００７１】
また、実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０は、下記(２２）式のように、（２０
）式と同じマップデータＭＡＰ２を用い、実吸入空気流量Ｑａｒ及び実ターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒに対応する実断熱効率ηｃｒを算出する。
ηｃｒ＝ＭＡＰ２（Ｑａｒ，Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒ）          (２２）
【００７２】
＜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、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現するタービン流量Ｑｔの目標値であ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(２３）式のように、ターボコンプレッサ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マップデータＭＡＰ３を用い、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔに対応するタービン流量Ｑｔを目標タービン流量Ｑｔ
ｔとして算出するように構成されている。
Ｑｔｔ＝ＭＡＰ３（Ｐｃｔ）                  (２３）
【００７３】
(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、タービン前後圧力比Ｐ３／Ｐ４を省略し、式（２３）の関係を導出できる。
【００７４】
＜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及び空燃比ＡＦに基づいて、排気ガス流量Ｑｅｘの実値である実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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(２４）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、実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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６】
2018062857.tif 000008
【００７５】
＜目標ゲート流量演算部１３５＞
目標ゲート流量演算部１３５は、実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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(２５）式のように、実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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＝Ｑｅｘｒ−Ｑｔｔ                    (２５）
【００７６】
＜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、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを実現する、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔを算出する。目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔは、タービン３２の上下流の圧力比であるタービン前後圧力比の目標値である。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(２６）式のように、ターボコ
ンプレッサ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マップデータＭＡＰ４を用い、目標総圧縮機駆動力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＝ＭＡＰ４（Ｐｃｔ）                (２６）
上記のように、(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を省略し、式（２６）の関係を導出できる。
【００７７】
＜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、実排気ガス流量Ｑｅｘｒに基づいて、タービン下流圧力Ｐ４の実値である実タービン下流圧力Ｐ４ｒを算出し、当該実タービン下流圧力Ｐ４ｒ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。
【００７８】
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(２７）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マップデータＭＡＰ５を用い、実排気ガス流量Ｑｅｘｒに対応する大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１を算出する。
Ｐ４／Ｐ１＝ＭＡＰ５（Ｑｅｘｒ）              (２７）
【００７９】
目標タービン上流圧力演算部１３７は、下記（２８）式のように、大気圧圧力比Ｐ４／Ｐ１に実大気圧Ｐ１ｒを乗算して実タービン下流圧力Ｐ４ｒ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(２９）式のように、目標タービン前後圧力比Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔに実タービン下流圧力Ｐ４ｒを乗算して目標タービン上流圧力Ｐ３ｔを算出する。
Ｐ４ｒ＝(Ｐ４／Ｐ１)×Ｐ１ｒ                                (２８）
Ｐ３ｔ＝(Ｐ３ｔ／Ｐ４ｔ)×Ｐ４                              (２９）
【００８０】
＜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、ウェイストゲートバルブ３４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Ｓｗｇｔを算出する。
【００８１】
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。
【００８２】
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(３０）式のように導出される。
【数７】
2018062857.tif 000009
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。
【００８３】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３０）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マップデータを用い、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。
【００８４】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、充填効率Ｅｃ及び回転数Ｎｅと排気ガス温度Ｔ３との関係が予め定められたマップデータを用い、実吸入空気流量Ｑａｒに基づいて算出した実充填効率Ｅｃｒ及び実回転数Ｎｅｒに対応する実排気ガス温度Ｔ３ｒを算出する。
【００８５】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３０）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マップデータを用い、実排気ガス温度Ｔ３ｒに対応する音速ａ３を算出する。
【００８６】
目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、上記(３０）式における密度ρ３の理論式を
用い、下記（３１）式のように、目標タービン上流圧力Ｐ３ｔ及び実排気ガス温度Ｔ３ｒに基づいて密度ρ３を算出する。
ρ３＝Ｐ３ｔ／（Ｒ×Ｔ３ｒ）            （３１）
【００８７】
そして、目標ゲート有効開口面積演算部１３８は、下記（３２）式のように、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）          （３２）
【００８８】
＜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、ゲートバルブアクチュエータ３４ａの制御値である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。
【００８９】
本実施の形態では、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データを用い、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。
【００９０】
ゲートバルブ制御値演算部１３９は、上記の実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０により算出された実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒが目標総圧縮機駆動力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。
【００９１】
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（３３）式のように、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としている。
ＷＧ＝ＷＧｂ＋ＷＧｆｂ＋ＷＧｌｒｎ            （３３）
【００９２】
２−４．電動コンプレッサ制御部１１３
電動コンプレッサ制御部１１３は、コンプレッサ駆動用モータ４３、及び電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を駆動制御して、中間過給圧Ｐ１２を制御する。電動コンプレッサ制御部１１３は、図２に示すように、電動コンプレッサ回転数制御部１５１、及びバイパスバルブ開度制御部１５８を備えている。以下で、電動コンプレッサ制御部１１３の各制御部の構成について詳細に説明する。
【００９３】
２−４−１．電動コンプレッサ回転数制御部１５１
ドライバ等により加速要求が生じた場合、目標過給圧Ｐ２ｔは急速に上昇するが、排気エネルギーを用いるターボ過給機３６では、過給圧の上昇までに応答遅れが生じる。その応答遅れ分を、応答の速い電動モータ４３により駆動される電動コンプレッサ４２を作動させる事により過給圧の上昇をアシストし、加速応答性の改善を図ることが望まれる。
【００９４】
＜基本目標回転数演算部１５２＞
電動コンプレッサ回転数制御部１５１は、基本目標回転数演算部１５２を備えている。基本目標回転数演算部１５２は、下記（３４）式のように、実過給圧Ｐ２ｒから実中間過給圧Ｐ１２ｒを減算した圧力差を、目標過給圧Ｐ２ｔから減算した値を、中間過給圧の目標値である目標中間過給圧Ｐ１２ｔとして算出し、目標中間過給圧Ｐ１２ｔと実大気圧Ｐ１ｒの比である目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒを算出する。基本目標回転数演算部１５２は、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒと実吸入空気流量Ｑａｒとに基づいて、電動コンプレッサ４２の目標回転数を算出する。
Ｐ１２ｔ＝Ｐ２ｔ−（Ｐ２ｒ−Ｐ１２ｒ）        （３４）
【００９５】
この構成によれば、実過給圧Ｐ２ｒから実中間過給圧Ｐ１２ｒを減算した圧力差により、ターボコンプレッサ３１により実際に過給されている実圧力差が算出される。そして、ターボコンプレッサ３１の下流側の目標過給圧Ｐ２ｔから、ターボコンプレッサ３１の実圧力差を減算することにより、目標過給圧Ｐ２ｔを実現するために、電動コンプレッサ４２が過給する必要のある中間過給圧の目標値を算出し、中間過給圧の目標値から電動コンプレッサ４２で達成する必要のある電動コンプレッサ前後圧力比の目標値を算出することができる。そして、電動コンプレッサ４２を通過している実吸入空気流量Ｑａｒの条件下で、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒを達成するための電動コンプレッサ４２の目標回転数を算出し、応答性の速い電動モータ４３により電動コンプレッサ４２を目標回転数に制御することができる。よって、加速要求後のターボ過給機３６の応答遅れ等により生じる、ターボコンプレッサ３１の過給圧の実際の不足分に応じて、電動コンプレッサ４２の回転数を適切に上昇させ、電動コンプレッサ４２により過給圧の不足分を応答性よくアシストすることができ、加速応答性の改善を図ることができる。
【００９６】
本実施の形態では、目標中間過給圧Ｐ１２ｔを実大気圧Ｐ１ｒで除算した値が、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒとされている。また、基本目標回転数演算部１５２により算出される電動コンプレッサ４２の目標回転数は、電動コンプレッサ４２の基本目標回転数Ｎｅｃｐｂとされている。
【００９７】
本実施の形態では、基本目標回転数演算部１５２は、図４に示すような、電動コンプレッサ４２の上下流の圧力比である電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２／Ｐ１と、電動コンプレッサ４２の通過空気流量Ｑｅｃｍｐと、電動コンプレッサ４２の回転数Ｎｅｃｐとの関係が予め設定された回転数特性を用い、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒ及び実吸入空気流量Ｑａｒに対応する電動コンプレッサの回転数Ｎｅｃｐを、電動コンプレッサの基本目標回転数Ｎｅｃｐｂとして算出する。図４には、電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２／Ｐ１と電動コンプレッサ４２の通過空気流量Ｑｅｃｍｐとを変化させたときに、電動コンプレッサ４２の回転数Ｎｅｃｐが同一となる点を繋いだ等回転数線を示している。この回転数特性は、マップデータとしてＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【００９８】
この構成によれば、電動コンプレッサ４２の回転数特性を用いて、精度よく電動コンプレッサの目標回転数を算出することができる。また、エンジン１に装着される電動コンプレッサの仕様や特性が変更された場合であっても、電動コンプレッサ単品でデータ計測することができる回転数特性を用いているので、内燃機関と電動コンプレッサ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、データ計測及び適合の工数を削減することができる。
【００９９】
電動コンプレッサ４２により過給を行う場合は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５は基本的に閉じられているため、実吸入空気流量Ｑａｒを電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとみなすことができる。しかし、本実施の形態では、後述するように、電動コンプレッサバイパスバルブ４５が開かれる場合がある。そのため、基本目標回転数演算部１５２は、実吸入空気流量Ｑａｒとして、後述する実電動コンプレッサ流量演算部１５７により算出される電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒを用い、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒと電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとに基づいて、電動コンプレッサ４２の目標回転数を算出するように構成されている。この構成によれば、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開閉状態にかかわらず、精度よく目標回転数を算出することができる。
【０１００】
＜コンプレッサ駆動力の制御＞
本実施の形態では、コンプレッサの駆動力の観点でも、ターボコンプレッサ３１を電動コンプレッサ４２でアシストすることにより、過給圧の制御精度の向上を図るように構成されている。そのために、電動コンプレッサ回転数制御部１５１は、目標電動コンプレッサ駆動力演算部１５３、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４、及び目標回転数補正部１５５を備えている。以下で、詳細に説明する。
【０１０１】
目標電動コンプレッサ駆動力演算部１５３は、下記（３５）式のように、目標総圧縮機駆動力演算部１３２により算出された目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔから、実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０により算出された実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを減算した値を、電動コンプレッサの駆動力の目標値である目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔとして算出する。
Ｐｅｃｐｔ＝Ｐｃｔ−Ｐｃｒ                （３５）
【０１０２】
この構成によれば、目標過給圧Ｐ２ｔを達成するために必要とされる、ターボコンプレッサ３１及び電動コンプレッサ４２を合計した吸気路２全体での総圧縮機駆動力の目標値から、実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを減算することにより、目標過給圧Ｐ２ｔを達成するために、電動コンプレッサ４２がアシストする必要のある駆動力の目標値を算出することができる。
【０１０３】
実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、実吸入空気流量Ｑａｒ、及び実大気圧Ｐ１ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒに基づいて、電動コンプレッサ４２の駆動力の実値である実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出する。
【０１０４】
本実施の形態では、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、下記（３６）式のように、実吸入空気流量Ｑａｒと、実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒと、電動コンプレッサ４２の実断熱効率ηｅｃｒと、電動コンプレッサ４２の上流の実吸入空気温度Ｔ１ｒとに基づいて、実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出する。（３６）式の実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒの指数計算の代わりに、圧力比と圧力比
の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
【数８】
2018062857.tif 000010
【０１０５】
また、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、下記(３７）式のように、吸入空気
流量Ｑａ及び電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２／Ｐ１と、電動コンプレッサ４２の断熱効率ηｅｃとの関係が予め設定されたマップデータＭＡＰ６を用い、実吸入空気流量Ｑａｒ及び実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒに対応する実断熱効率ηｅｃｒを算出する。なお、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、実断熱効率ηｅｃｒを一定値にするなど、断熱効率ηｅｃの変化を考慮せずに、実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出するように構成されてもよい。
ηｅｃｒ＝ＭＡＰ６（Ｑａｒ，Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒ）          (３７）
【０１０６】
電動コンプレッサ４２により過給を行う場合は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５は基本的に閉じられているため、（３６）式、（３７）式では、実吸入空気流量Ｑａｒを、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとみなしている。しかし、本実施の形態では、後述するように、電動コンプレッサバイパスバルブ４５が開かれる場合がある。そのため、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、（３６）式、（３７）式の実吸入空気流量Ｑａｒとして電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒを用い、実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒと電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとに基づいて、実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出するように構成されている。この構成によれば、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開閉状態にかかわらず、精度よく実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出することができる。
【０１０７】
目標回転数補正部１５５は、目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔと実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒとの駆動力差に基づいて、電動コンプレッサの目標回転数を補正する回転数補正量ΔＮｅｃｐｆｂを算出する。目標回転数補正部１５５は、（３８）式のように、基本目標回転数Ｎｅｃｐｂに回転数補正量ΔＮｅｃｐｆｂを加算して、最終的な電動コンプレッサ４２の目標回転数Ｎｅｃｐｔを算出する。
Ｎｅｃｐｔ＝Ｎｅｃｐｂ＋ΔＮｅｃｐｆｂ          (３８）
【０１０８】
実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒが目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔよりも低い場合は目標回転数Ｎｅｃｐｔを増加させる補正を行い、実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒが目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔよりも高い場合は目標回転数Ｎｅｃｐｔを減少させる補正を行う。駆動力差に対する回転数補正量ΔＮｅｃｐｆｂの値は、予め実機にて適合された値に設定されている。例えば、目標回転数補正部１５５は、駆動力差に対して、比例演算及び積分演算を行うＰＩ制御により、回転数補正量ΔＮｅｃｐｆｂを算出し、比例ゲイン及び積分ゲインが予め適合された値に設定されている。なお、ＰＩ制御以外に、Ｐ制御、ＰＩＤ制御などの他のフィードバック制御が用いられてもよい。
【０１０９】
この構成によれば、電動コンプレッサやエンジンの個体ばらつき等により、過給圧が目標値と乖離する場合であっても、コンプレッサの駆動力を制御することにより、過給圧を目標値に近づけることができる。
【０１１０】
電動コンプレッサ回転数制御部１５１は、電動コンプレッサ４２の回転数が電動コンプレッサ４２の目標回転数Ｎｅｃｐｔに近くづくように、コンプレッサ駆動用モータ４３を制御する。本実施の形態では、上記のように、電動コンプレッサ回転数制御部１５１は、コンプレッサ駆動用モータ４３のモータ制御装置に目標回転数Ｎｅｃｐｔを伝達し、モータ制御装置は、モータの回転数が目標回転数に近づくように、モータの出力を制御する。
【０１１１】
＜実バイパスバルブ流量演算部１５６、実電動コンプレッサ流量演算部１５７＞
本実施の形態では、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒを算出するために、電動コンプレッサ回転数制御部１５１は、実バイパスバルブ流量演算部１５６及び実電動コンプレッサ流量演算部１５７を備えている。以下で、詳細に説明する。
【０１１２】
実バイパスバルブ流量演算部１５６は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実開度ＢＶｒ、及び実大気圧Ｐ１ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒに基づいて、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の通過空気流量の実値である実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを算出する。
【０１１３】
本実施の形態では、実バイパスバルブ流量演算部１５６は、上述したスロットルバルブ４及びウェイストゲートバルブ３４と同様に、電動コンプレッサバイパスバルブ４５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、実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを算出するように構成されている。
【０１１４】
しかし、図５及び図６に示すように、電動コンプレッサ４２による過給の有無により、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の上流側（大気側）の圧力となる大気圧Ｐ１と、下流側（エンジン１側）の圧力となる中間過給圧Ｐ１２との大小関係が反転し、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を流れる空気の向きが反転する。
【０１１５】
電動コンプレッサ４２による過給が無い場合は、図５に示すように、圧力損失により実中間過給圧Ｐ１２ｒは実大気圧Ｐ１ｒよりも低くなり（Ｐ１ｒ＞Ｐ１２ｒ）、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を上流側から下流側に空気が流れる。一方、電動コンプレッサ４２による過給が有る場合は、図６に示すように、過給により実中間過給圧Ｐ１２ｒは実大気圧Ｐ１ｒりも高くなり（Ｐ１ｒ＜Ｐ１２ｒ）、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を下流側から上流側に空気が逆流する。
【０１１６】
絞り弁とした電動コンプレッサバイパスバルブ４５を流れるバイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖ[ｇ／ｓ]の理論式は、上記(１４)式、（３０）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(３９）式のよ
うに導出される。ここで、大気圧Ｐ１と中間過給圧Ｐ１２との大小関係により、音速ａ４、流量補正係数σ４、密度ρ４の算出式が切り替わる。Ｐ１＜Ｐ１２の場合は、空気が逆流するため、流量補正係数σ４の算出値が負になるように、−１が乗算されている。
【数９】
2018062857.tif 000011
ここで、ａ４は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の上流又は下流の空気の音速であり、ρ４は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の上流又は下流の空気の密度であり、σ４は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の上下流の圧力比に応じて変化する流量補正係数である。Ｓｅｃｂｖは、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の有効開口面積である。
【０１１７】
実バイパスバルブ流量演算部１５６は、上記(３９）式における流量補正係数σ４の理
論式に基づいて、圧力比と流量補正係数σ４との関係が予め設定されたマップデータを用い、Ｐ１ｒ＞Ｐ１２ｒの場合は、実バイパスバルブ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒ（実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒ）に対応する流量補正係数σ４を算出し、Ｐ１ｒ＜Ｐ１２ｒの場合は、実バイパスバルブ前後圧力比Ｐ１ｒ／Ｐ１２ｒ（実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１ｒ／Ｐ１２ｒ）に対応する流量補正係数σ４を算出する。
【０１１８】
実バイパスバルブ流量演算部１５６は、上記(３９）式における音速ａ４の理論式に基
づいて、温度と音速ａ４との関係が予め設定されたマップデータを用い、Ｐ１ｒ＞Ｐ１２ｒの場合は、実吸入空気温度Ｔ１ｒに対応する音速ａ３を算出し、Ｐ１ｒ＜Ｐ１２ｒの場合は、実中間過給温度Ｔ１２ｒに対応する音速ａ３を算出する。
する。
【０１１９】
実バイパスバルブ流量演算部１５６は、上記(３９）式における密度ρ４の理論式を用
い、Ｐ１ｒ＞Ｐ１２ｒの場合は、実大気圧Ｐ１ｒ及び実吸入空気温度Ｔ１ｒに基づいて密度ρ４を算出し、Ｐ１ｒ＜Ｐ１２ｒの場合は、実中間過給圧Ｐ１２ｒ及び実中間過給温度Ｔ１２ｒに基づいて密度ρ４を算出する。
【０１２０】
また、実バイパスバルブ流量演算部１５６は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度と電動コンプレッサバイパスバルブ４５の有効開口面積との関係が予め設定されたマップデータを用い、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実開度ＢＶｒに対応する有効開口面積を、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実有効開口面積Ｓｅｃｂｖｒとして算出する。
【０１２１】
そして、実バイパスバルブ流量演算部１５６は、（４０）式のように、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実有効開口面積Ｓｅｃｂｖｒに、流量補正係数σ４、音速ａ４、及び密度ρ４を乗算して、実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを算出する。
Ｑｅｃｂｖｒ＝Ｓｅｃｂｖｒ×σ４×ａ４×ρ４            (４０)
【０１２２】
実電動コンプレッサ流量演算部１５７は、（４１）式のように、実吸入空気流量Ｑａｒから実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを減算した値を、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとして算出する。
Ｑｅｃｍｐｒ＝Ｑａｒ−Ｑｅｃｂｖｒ          （４１）
【０１２３】
２−４−２．バイパスバルブ開度制御部１５８
バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を駆動制御して、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度を変化させる。
【０１２４】
バイパスバルブ開度制御部１５８は、基本的に電動コンプレッサ４２により過給を行う場合は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を閉じるように、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を制御する。
【０１２５】
しかし、電動コンプレッサ４２により過給を行わない場合は、電動コンプレッサ４２が吸入空気の流れの妨げとなり、吸気損失を生じ、燃費の悪化につながる。特に、高負荷運転中であれば、電動コンプレッサ４２の流路形状において流せる最大流量以上の吸入空気流量がエンジン１に要求される場合がある。そのため、電動コンプレッサ４２により過給を行わない場合は、図５に示したように、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を開いて、電動コンプレッサ４２を迂回して、吸入空気を電動コンプレッサバイパス通路４４に流すことが望ましい。
【０１２６】
そこで、バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサ４２による過給を行う時以外は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を開くように、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を制御する。ここで、電動コンプレッサ４２による過給を行う時以外には、加速要求後、ターボ過給機３６による過給圧が上昇の応答遅れが解消し、電動コンプレッサ４２によりターボ過給機３６をアシストする必要がなくなった場合も含む。すなわち、ターボコンプレッサ３１による過給は行われているが、電動コンプレッサ４２による過給が行われていない場合も含む。このような場合は、高負荷運転中であるため、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を開いて、吸気損失を低減し、吸入空気量を増加させることができる。また、ターボコンプレッサ３１による過給を行っていない低中負荷でも吸気損失を低減し、燃費を向上させることができる。
【０１２７】
上記のように、加速要求の後、電動コンプレッサ４２による過給を行う際に、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を閉じることにより電動コンプレッサ４２による過給の応答を速めることができる。しかし、中高負荷において電動コンプレッサ４２による過給要求が生じている場合において、目標吸入空気流量Ｑａｔが電動コンプレッサ４２を流せる流量よりも多くなる場合がある。この場合に、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を全閉状態にすると吸入空気流量不足となりエンジン１の出力低下が生じるおそれがある。よって、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度は、エンジン１の出力低下が生じない範囲で閉じる必要がある。この吸入空気流量の不足分は、目標吸入空気流量Ｑａｔと電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとの流量差となり、この流量差が電動コンプレッサバイパスバルブ４５を通過させる必要のある空気流量となり、その空気流量のために必要となる電動コンプレッサバイパスバルブ４５の目標有効開口面積Ｓｅｃｂｖｔは（４２）式により算出可能である。
Ｓｅｃｂｖｔ＝（Ｑａｔ−Ｑｅｃｍｐｒ）／（σ４×ａ４×ρ４）      （４２）
【０１２８】
そこで、本実施の形態では、バイパスバルブ開度制御部１５８は、（４２）式のように、目標吸入空気流量Ｑａｔから電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒを減算した流量差を、上述した処理により算出した流量補正係数σ４、音速ａ４、及び密度ρ４で除算して、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の目標有効開口面積Ｓｅｃｂｖｔを算出する。そして、バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度と電動コンプレッサバイパスバルブ４５の有効開口面積との関係が予め設定されたマップデータを用い、目標有効開口面積Ｓｅｃｂｖｔに対応する開度を、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の目標開度ＢＶｔとして算出する。バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実開度ＢＶｒが目標開度ＢＶｔに近づくように、電動コンプレッサバルブ駆動用モータ４７を制御する。
【０１２９】
２−５．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（過給機付きエンジン１の制御方法）について、図７〜図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。図７〜図１０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。
【０１３０】
まず、図７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の実回転数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、アクセル開度Ｄ、電動コンプレッサバイパスバルブの実開度ＢＶｒ、実中間過給圧Ｐ１２ｒ、及び実中間過給温度Ｔ１２ｒ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。
【０１３１】
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８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。
【０１３２】
次に、図７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９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及び実回転数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、目標総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総コンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｔ／Ｐ１ｒとに基づいて、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔを算出する目標総圧縮機駆動力演算処理（目標総圧縮機駆動力演算ステップ）を実行する。
【０１３３】
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、目標総圧縮機駆動力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、実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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、実排気ガス流量Ｑｅｘｒ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、目標総圧縮機駆動力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。
【０１３４】
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、実排気ガス流量Ｑｅｘｒに基づいて実タービン下流圧力Ｐ４ｒを算出し、当該実タービン下流圧力Ｐ４ｒ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。
【０１３５】
ステップＳ２９で、実ターボコンプレッサ駆動力演算部１４０は、上記のように、実吸入空気流量Ｑａｒと、実過給圧Ｐ２ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である実ターボコンプレッサ前後圧力比Ｐ２ｒ／Ｐ１２ｒとに基づいて、実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを算出する実ターボコンプレッサ駆動力演算処理（実ターボコンプレッサ駆動力演算ステップ）実行する。
【０１３６】
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。
【０１３７】
次に、図７のステップＳ０４で、電動コンプレッサ制御部１１３は、上記のように、中間過給圧Ｐ１２を制御するために、コンプレッサ駆動用モータ４３、及び電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を駆動制御する電動コンプレッサ制御処理（電動コンプレッサ制御ステップ）を実行する。
【０１３８】
ステップＳ０４のより詳細な処理を、図１０のフローチャートに示す。ステップＳ３１で、実バイパスバルブ流量演算部１５６は、上記のように、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の実開度ＢＶｒ、及び実大気圧Ｐ１ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である
実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒに基づいて、実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを算出する実バイパスバルブ流量演算処理（実バイパスバルブ流量演算ステップ）を実行する。ステップＳ３２で、実電動コンプレッサ流量演算部１５７は、上記のように、実吸入空気流量Ｑａｒから実バイパスバルブ通過空気流量Ｑｅｃｂｖｒを減算した値を、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒとして算出する実電動コンプレッサ流量演算処理（実電動コンプレッサ流量演算ステップ）を実行する。
【０１３９】
ステップＳ３３で、電動コンプレッサ回転数制御部１５１（基本目標回転数演算部１５２）は、上記のように、実過給圧Ｐ２ｒから実中間過給圧Ｐ１２ｒを減算した圧力差を、目標過給圧Ｐ２ｔから減算した値を、目標中間過給圧Ｐ１２ｔとして算出し、目標中間過給圧Ｐ１２ｔと実大気圧Ｐ１ｒの比である目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒを算出し、目標電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｔ／Ｐ１ｒと実吸入空気流量Ｑａｒ（本例では、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒ）とに基づいて、電動コンプレッサ４２の目標回転数を算出し、電動コンプレッサ４２の回転数が電動コンプレッサ４２の目標回転数に近くづくように、コンプレッサ駆動用モータ４３を制御する電動コンプレッサ回転数制御処理（電動コンプレッサ回転数制御ステップ）を実行する。
【０１４０】
ステップＳ３４で、目標電動コンプレッサ駆動力演算部１５３は、上記のように、目標総圧縮機駆動力Ｐｃｔから実ターボコンプレッサ駆動力Ｐｃｒを減算した値を、目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔとして算出する目標電動コンプレッサ駆動力演算処理（目標電動コンプレッサ駆動力演算ステップ）を実行する。ステップＳ３５で、実電動コンプレッサ駆動力演算部１５４は、上記のように、実吸入空気流量Ｑａｒ（本例では、電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒ）、及び実大気圧Ｐ１ｒと実中間過給圧Ｐ１２ｒとの圧力比である実電動コンプレッサ前後圧力比Ｐ１２ｒ／Ｐ１ｒに基づいて、実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒを算出する実電動コンプレッサ駆動力演算処理（実電動コンプレッサ駆動力演算ステップ）を実行する。ステップＳ３６で、目標回転数補正部１５５は、目標電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｔと実電動コンプレッサ駆動力Ｐｅｃｐｒとの駆動力差に基づいて、電動コンプレッサの目標回転数を補正する目標回転数補正処理（目標回転数補正ステップ）を実行する。
【０１４１】
ステップＳ３７で、バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を駆動制御して、電動コンプレッサバイパスバルブ４５の開度を変化させるバイパスバルブ開度制御処理（バイパスバルブ開度制御ステップ）を実行する。本実施の形態では、バイパスバルブ開度制御部１５８は、電動コンプレッサ４２による過給を行う時以外は、電動コンプレッサバイパスバルブ４５を開くように、電動コンプレッサバルブアクチュエータ４７を制御する。また、バイパスバルブ開度制御部１５８は、上記のように、目標吸入空気流量Ｑａｔに対する電動コンプレッサ４２の実通過空気流量Ｑｅｃｍｐｒの不足分に補うため、当該不足分に応じて電動コンプレッサバイパスバルブ４５の有効開口面積を開く制御を行う。
【０１４２】
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。
【符号の説明】
【０１４３】
１  エンジン（過給機付き内燃機関）、２  吸気路、４  スロットルバルブ、７  排気路、３１  ターボコンプレッサ、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  ターボ過給機、３７  タービンバイパス通路、４２  電動コンプレッサ、４３  コンプレッサ駆動用モータ（電動モータ）、４４  電動コンプレッサバイパス通路、４５  電動コンプレッサバイパスバルブ、４７  電動コンプレッサバルブアクチュエータ、４８  中間過給圧センサ、４９  中間過給温度センサ、５０  電動過給機、１００  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、１１３  電動コンプレッサ制御部、１３１  目標過給圧演算部、１３２  目標総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  実ターボコンプレッサ駆動力演算部、１５１  電動コンプレッサ回転数制御部、１５２  基本目標回転数演算部、１５３  目標電動コンプレッサ駆動力演算部、１５４  実電動コンプレッサ駆動力演算部、１５５  目標回転数補正部、１５６  実バイパスバルブ流量演算部、１５７  実電動コンプレッサ流量演算部、１５８  バイパスバルブ開度制御部、ＡＦ  エンジンの空燃比、ＢＶｔ  電動コンプレッサバイパスバルブの目標開度、Ｎｅｃｐｂ  電動コンプレッサの基本目標回転数、Ｎｅｃｐｔ  電動コンプレッサの目標回転数、Ｐ１  大気圧、Ｐ１ｒ  実大気圧、Ｐ１２  中間過給圧、Ｐ１２ｒ  実中間過給圧、Ｐ２  過給圧、Ｐ２ｒ  実過給圧、Ｐ２ｔ  目標過給圧、Ｐ３ｔ  目標タービン上流圧力、Ｐ４ｒ  実タービン下流圧力、Ｐｃｒ  実ターボコンプレッサ駆動力、Ｐｃｔ  目標総圧縮機駆動力、Ｐｅｃｐｒ  実電動コンプレッサ駆動力、Ｐｅｃｐｔ  目標電動コンプレッサ駆動力、Ｑａｒ  実吸入空気流量、Ｑａｔ  目標吸入空気流量、Ｑｅｃｂｖｒ  実バイパスバルブ通過空気流量、Ｑｅｃｍｐｒ  電動コンプレッサの実通過空気流量、Ｑｅｘｒ  実排気ガス流量、Ｑｔｔ  目標タービン流量、Ｑｗｇｔ  目標ウェイストゲート流量、Ｓｅｃｂｖｒ  電動コンプレッサバイパスバルブの実有効開口面積、Ｓｅｃｂｖｔ  電動コンプレッサバイパスバルブの目標有効開口面積、Ｓｗｇｔ  目標ゲート有効開口面積、ＷＧ  ゲートバルブ制御値
【図１】
2018062857.tif 000012
【図２】
2018062857.tif 000013
【図３】
2018062857.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018062857.tif 000017
【図７】
2018062857.tif 000018
【図８】
2018062857.tif 000019
【図９】
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【図１０】
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