(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンを有するターボチャージャーと、前記タービンの下流側の排気ガスの少なくとも一部をＬＰＬ−ＥＧＲガスとして吸気側に還流可能に構成されたＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの前記排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定装置であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出する状態量検出部と、
前記状態量検出部が検出した前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出するターボガス流量算出部と、
前記ターボガス流量算出部が算出した前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部と、
を備え、
前記状態量は、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度と、を含んでおり、
前記特性値は、タービンマップを含んでおり、
前記タービンマップは、前記タービンの入口ガス圧力と前記タービンの出口ガス圧力との比である圧力比と前記タービンを流通する前記ガスの流量との関係を表しており、
前記ターボガス流量算出部は、前記状態量に基づいて前記圧力比を算出し、前記圧力比及び前記タービンマップに基づいて前記タービンを流通する前記ガスの流量を前記ターボガス流量として算出する、ＥＧＲガス流量の推定装置。
【請求項２】
前記ターボチャージャーは、コンプレッサを有しており、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度とを含んでおり、
前記特性値は、コンプレッサマップを含む、請求項１に記載のＥＧＲガス流量の推定装置。
【請求項３】
ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定装置であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出する状態量検出部と、
前記状態量検出部が検出した前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出するターボガス流量算出部と、
前記内燃機関において噴射される燃料量を算出する燃料噴射量算出部と、
前記ターボガス流量算出部が算出した前記ターボガス流量と前記燃料噴射量算出部が算出した前記燃料量とに基づいて前記内燃機関の異常を検出する異常検出部と、
前記ターボガス流量算出部が算出した前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部と、
を備え、
前記ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度と、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度とを含んでおり、
前記特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、
前記ターボガス流量算出部は、前記状態量及び前記特性値に基づいて、前記コンプレッサを流通する前記ガスの流量である第１ターボガス流量と、前記タービンを流通する前記ガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、
前記異常検出部は、前記第１ターボガス流量及び前記燃料量の和と前記第２ターボガス流量との比較結果に基づいて、前記内燃機関の異常を検出する、ＥＧＲガス流量の推定装置。
【請求項４】
ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定装置であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出する状態量検出部と、
前記状態量検出部が検出した前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出するターボガス流量算出部と、
前記ターボガス流量算出部が算出した前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部と、
前記内燃機関の異常を検出する異常検出部と、を備え、
前記ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度と、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度とを含み、
前記特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、
前記ターボガス流量算出部は、前記コンプレッサを流通する前記ガスの流量である第１ターボガス流量と、前記タービンを流通する前記ガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、
前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部は、前記ターボガス流量算出部が算出した前記第１ターボガス流量に基づいて第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すると共に、前記ターボガス流量算出部が算出した前記第２ターボガス流量に基づいて第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、
前記異常検出部は、前記第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量と、前記第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量とに少なくとも基づいて前記内燃機関の異常を検出する、ＥＧＲガス流量の推定装置。
【請求項５】
タービンを有するターボチャージャーと、前記タービンの下流側の排気ガスの少なくとも一部をＬＰＬ−ＥＧＲガスとして吸気側に還流可能に構成されたＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの前記排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定方法であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出し、
前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出し、
前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、
前記状態量は、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度と、を含んでおり、
前記特性値は、タービンマップを含んでおり、
前記タービンマップは、前記タービンの入口ガス圧力と前記タービンの出口ガス圧力との比である圧力比と前記タービンを流通する前記ガスの流量との関係を表しており、
前記状態量に基づいて前記圧力比を算出し、
前記圧力比及び前記タービンマップに基づいて前記タービンを流通する前記ガスの流量を前記ターボガス流量として算出する、ＥＧＲガス流量の推定方法。
【請求項６】
前記ターボチャージャーは、コンプレッサを有しており、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度とを含んでおり、
前記特性値は、コンプレッサマップを含む、請求項５に記載のＥＧＲガス流量の推定方法。
【請求項７】
ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定方法であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出し、
前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出し、
前記内燃機関において噴射される燃料量を算出し、
前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、
前記ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度と、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度とを含んでおり、
前記特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、
前記コンプレッサを流通する前記ガスの流量である第１ターボガス流量と、前記タービンを流通する前記ガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、
前記第１ターボガス流量及び前記燃料量の和と前記第２ターボガス流量との比較結果に基づいて、前記内燃機関の異常を検出する、ＥＧＲガス流量の推定方法。
【請求項８】
ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関において前記ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定方法であって、
前記ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出し、
前記状態量と、前記ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、前記ターボチャージャーを流通する前記ガスの流量であるターボガス流量を算出し、
前記ターボガス流量に基づいて前記ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、
前記ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、
前記状態量は、前記コンプレッサの入口ガス圧力と、前記コンプレッサの出口ガス圧力と、前記コンプレッサの入口ガス温度と、前記タービンの入口ガス圧力と、前記タービンの出口ガス圧力と、前記タービンの入口ガス温度とを含み、
前記特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、
前記コンプレッサを流通する前記ガスの流量である第１ターボガス流量と、前記タービンを流通する前記ガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、
前記第１ターボガス流量に基づいて第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すると共に、前記第２ターボガス流量に基づいて第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、
前記第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量と、前記第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量とに少なくとも基づいて前記内燃機関の異常を検出する、ＥＧＲガス流量の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、ＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＧＲガス流量の推定装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたＥＧＲガス流量の推定装置では、排気浄化触媒前後の排気ガスの圧力と排気浄化触媒を流通する排気ガスの流量との関係（圧力−流量特性）に基づいて、排気浄化触媒を流通する排気ガスの流量を推定し、この排気ガスの流量に基づいて低圧ＥＧＲガス流量を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７４４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、コンプレッサ及びタービンを有するターボチャージャーを備えた内燃機関においては、エンジンの低排出ガス化及び燃費の向上等のため、タービンの下流側の排気ガスをコンプレッサの上流側に還流させるＬＰＬ−ＥＧＲシステム（低圧ＥＧＲシステム）と、タービンの上流側の排気ガスをコンプレッサの下流側に還流させるＨＰＬ−ＥＧＲシステム（高圧ＥＧＲシステム）と、が設けられる場合がある。このような内燃機関では、例えばＥＧＲシステムを適切に制御するために、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を精度よく推定することが望まれる。この点、上述の従来技術では、例えばＤＰＦの詰まり等によって上記圧力−流量特性が変化する結果、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を精度よく推定することが困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明の一側面は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を精度よく推定できるＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定装置は、ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関においてＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定装置であって、ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出する状態量検出部と、状態量検出部が検出した状態量と、ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、ターボチャージャーを流通するガスの流量であるターボガス流量を算出するターボガス流量算出部と、ターボガス流量算出部が算出したターボガス流量に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部と、を備える。
【０００７】
また、本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定方法では、ターボチャージャーと、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関においてＬＰＬ−ＥＧＲシステムの排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定するＥＧＲガス流量の推定方法であって、ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量を検出し、状態量と、ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて、ターボチャージャーを流通するガスの流量であるターボガス流量を算出し、ターボガス流量に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する。
【０００８】
このＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法では、ターボチャージャーを流通するガスに関する状態量が検出されれば、この状態量及びターボチャージャーに関する特性値に基づいて、ターボガス流量が算出されてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量が推定される。このとき、変化が生じにくい当該特性値に基づくことから、ターボガス流量が精度よく算出されることとなり、よって、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を精度よく推定することが可能となる。
【０００９】
本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法では、ターボチャージャーは、コンプレッサを有しており、状態量は、コンプレッサの入口ガス圧力と、コンプレッサの出口ガス圧力と、コンプレッサの入口ガス温度とを含んでおり、特性値は、コンプレッサマップを含んでもよい。この場合、変化が生じにくい当該特性値としてコンプレッサマップに基づくことができ、ターボガス流量を精度よく算出することができる。また、既存のセンサ等により検出された検出値を状態量として利用でき、コストの増加を抑えることができる。
【００１０】
本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法では、ターボチャージャーは、タービンを有しており、状態量は、タービンの入口ガス圧力と、タービンの出口ガス圧力と、タービンの入口ガス温度とを含んでおり、特性値は、タービンマップを含んでもよい。タービンマップでは、ある状態量に対して複数のターボガス流量を取り得る場合が存在せず、状態量とターボガス流量とが一対一の関係にあることから、様々な状態量においてターボガス流量を精度よく算出できるため、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を一層精度よく推定することが可能となる。
【００１１】
本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定装置は、内燃機関の異常を検出する異常検出部を更に備え、ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、状態量は、コンプレッサの入口ガス圧力と、コンプレッサの出口ガス圧力と、コンプレッサの入口ガス温度と、タービンの入口ガス圧力と、タービンの出口ガス圧力と、タービンの入口ガス温度とを含み、特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、ターボガス流量算出部は、コンプレッサを流通するガスの流量である第１ターボガス流量と、タービンを流通するガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部は、ターボガス流量算出部が算出した第１ターボガス流量に基づいて第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すると共に、ターボガス流量算出部が算出した第２ターボガス流量に基づいて第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、異常検出部は、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量と、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量とに少なくとも基づいて内燃機関の異常を検出してもよい。
【００１２】
本発明の一側面に係るＥＧＲガス流量の推定方法では、ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービンを有し、状態量は、コンプレッサの入口ガス圧力と、コンプレッサの出口ガス圧力と、コンプレッサの入口ガス温度と、タービンの入口ガス圧力と、タービンの出口ガス圧力と、タービンの入口ガス温度とを含み、特性値は、コンプレッサマップ及びタービンマップを含んでおり、コンプレッサを流通するガスの流量である第１ターボガス流量と、タービンを流通するガスの流量である第２ターボガス流量とを算出し、第１ターボガス流量に基づいて第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すると共に、第２ターボガス流量に基づいて第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定し、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量と、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量とに少なくとも基づいて内燃機関の異常を検出してもよい。
【００１３】
このＥＧＲガス流量の推定装置及び推定方法では、推定したＥＧＲガス流量を利用して、内燃機関の異常を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を精度よく推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るＥＧＲガス流量の推定装置を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する処理を説明するフローチャートである。（ｂ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する他の処理を説明するフローチャートである。（ｃ）は、内燃機関の異常を検出する処理を説明するフローチャートである。
【図３】（ａ）は、コンプレッサマップの一例を示す図である。（ｂ）は、タービンマップの一例を示す図である。（ｃ）は、可変ノズルターボチャージャーにおけるタービンマップの一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、コンプレッサマップを用いて推定した第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。（ｂ）は、タービンマップを用いて推定した第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。（ｃ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブを絞りと仮定する従来手法で推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一側面に係る好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るＥＧＲガス流量の推定装置を示す概略構成図である。図１に示すように、ＥＧＲガス流量の推定装置１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲ（Low Pressure Loop−Exhaust Gas Recirculation）システム２０及びＨＰＬ−ＥＧＲ（High Pressure Loop−Exhaust Gas Recirculation）システム２５を備えるエンジン（内燃機関）１において、ＬＰＬ−ＥＧＲシステム２０の排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する。
【００１８】
エンジン１は、例えばバスやトラック等の車両の駆動用として用いられる。図示する例では、エンジン１は、直列に６つのシリンダ（気筒）１０ａ〜１０ｆを有する直列６気筒のディーゼルエンジンとされている。エンジン１では、各シリンダ１０ａ〜１０ｆにインジェクタ９がそれぞれ設けられ、これらのインジェクタによって各シリンダ１０ａ〜１０ｆ内に燃料が噴射される。インジェクタ９は、ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。
【００１９】
エンジン１は、各シリンダ１０ａ〜１０ｆに空気を分配して供給するインテークマニホールド８と、各シリンダ１０ａ〜１０ｆから排気された排気ガスを合流させるエキゾーストマニホールド１１と、を有している。エキゾーストマニホールド１１には、後述の高圧段タービン１３及びＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７が接続されている。
【００２０】
エンジン１は、２段過給システムを備えており、具体的には、低圧段コンプレッサ４及び低圧段タービン５を有する低圧段ターボチャージャー５０と、高圧段コンプレッサ１２及び高圧段タービン１３を有する高圧段ターボチャージャー５１と、を備えている。低圧段コンプレッサ４及び低圧段タービン５は、同軸で回転可能とされている。低圧段タービン５は、高圧段タービン１３から排出された排気ガスの圧力で回転される。低圧段コンプレッサ４は、低圧段タービン５と同軸で回転されることで、高圧段コンプレッサ１２へ向けて空気を圧縮して過給する。
【００２１】
この低圧段ターボチャージャー５０には、タービン回転センサ４４が取り付けられている。タービン回転センサ４４は、低圧段コンプレッサ４及び低圧段タービン５の回転数（以下、「タービン回転数Ｎ」という）を検出し、その検出値をＥＣＵ３０に出力する。
【００２２】
高圧段コンプレッサ１２及び高圧段タービン１３は、同軸で回転可能とされている。高圧段タービン１３は、排気側における低圧段タービン５の上流に配置され、エキゾーストマニホールド１１から導かれた排気ガスの圧力で回転される。高圧段コンプレッサ１２は、吸気側における低圧段コンプレッサ４の下流に配置され、高圧段タービン１３と同軸で回転されることで、後述のアフタークーラ７へ向けて空気を圧縮して過給する。
【００２３】
ＨＰＬ−ＥＧＲシステム２５は、排気ガスの少なくとも一部を吸気側にＨＰＬ−ＥＧＲガスとして還流させるものであり、ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７を備えている。ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７は、例えばエキゾーストマニホールド１１とインテークパイプ２ｃとを連絡させる。このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７は、高圧段タービン１３の上流側と高圧段コンプレッサ１２の下流側とを連絡させることから、ＬＰＬ−ＥＧＲガスと比べて高圧なガスが流通するループ状の還流経路（ＨＰＬ）が形成される。ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７には、ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ２８が設けられ、これにより、還流させる排気ガスが冷却される。ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ２７には、還流させる排気ガスの下流側の位置に、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２６が設けられている。ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２６は、ＥＣＵ３０に電気的に接続されており、その開閉量がＥＣＵ３０で制御され、これにより、ＨＰＬ−ＥＧＲガス流量が制御される。
【００２４】
ＬＰＬ−ＥＧＲシステム２０は、排気ガスの少なくとも一部を吸気側にＬＰＬ−ＥＧＲガスとして還流させるものであり、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１を備えている。ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１は、排気管２ｆとインテークパイプ２ａとを連絡させる。このＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１は、ＤＰＦ触媒１４の下流側と低圧段コンプレッサ４の上流側とを連絡させることから、ＨＰＬ−ＥＧＲガスと比べて低圧なガスが流通するループ状の還流経路（ＬＰＬ）が形成される。
【００２５】
ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１には、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ２２が設けられ、これにより、還流させる排気ガスが冷却される。ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１には、還流させる排気ガスの下流側の位置に、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３が設けられている。ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３は、ＥＣＵ３０に電気的に接続されており、その開閉量がＥＣＵ３０で制御され、これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量が制御される。なお、排気管２ｆには、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１が接続される箇所よりも排気ガスの下流側に排気絞りバルブ１５が設けられており、その開閉量がＥＣＵ３０で制御され、これにより、排気管２ｆにおける排気ガスの圧力が制御されてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量が制御される。
【００２６】
以上のように構成されたエンジン１では、その吸気側において、まず空気がエアクリーナ３により清浄化され、インテークパイプ２ａを介して低圧段コンプレッサ４に流入され、当該低圧段コンプレッサ４で圧縮される。低圧段コンプレッサ４で圧縮された空気は、インタークーラ６で冷却された後、高圧段コンプレッサ１２で更に圧縮される。高圧段コンプレッサ１２で圧縮された空気は、アフタークーラ７で冷却され、インテークマニホールド８を介して各シリンダ１０ａ〜１０ｆに適宜吸気される。
【００２７】
一方、エンジン１の排気側においては、まず、排気ガスがエキゾーストマニホールド１１から高圧段タービン１３に導入された後、エキゾーストコネクタ２ｄを介して低圧段タービン５に導入される。低圧段タービン５から導出された排気ガスは、排気管２ｅを通ってＤＰＦ触媒１４に導かれ、例えば排気ガス中の粒子状物質が除去され、浄化される。そして、ＤＰＦ触媒１４から導出された排気ガスは、ＳＣＲ触媒１６に導かれて、例えば排気ガス中の窒素酸化物が還元され、浄化された後、マフラ（図示せず）から車外に排気される。
【００２８】
また、エンジン１の排気側では、ＨＰＬ−ＥＧＲシステム２５のＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２６が必要に応じて適宜制御され、エキゾーストマニホールド１１内の排気ガスの少なくとも一部がインテークパイプ２ｃへ還流される。また、ＬＰＬ−ＥＧＲシステム２０の排気絞りバルブ１５及びＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３が必要に応じて適宜制御され、ＤＰＦ触媒１４から導出された排気ガスの少なくとも一部がインテークパイプ２ａへ還流される。
【００２９】
ここで、図示するように、本実施形態のＥＧＲガス流量の推定装置１００は、上記エンジン１のＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すべく、空気量センサ４０、入口温度センサ４１、入口圧力センサ４２、出口圧力センサ４３及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。
【００３０】
空気量センサ４０と入口温度センサ４１と入口圧力センサ４２とは、エアクリーナ３と低圧段コンプレッサ４との間のインテークパイプ２ａに設けられている。出口圧力センサ４３は、低圧段コンプレッサ４とインタークーラ６との間のインテークパイプ２ｂに設けられている。これら各センサ４０〜４３は、ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。
【００３１】
空気量センサ４０は、エアクリーナ３を介して吸い込まれる空気の量（以下、「空気量Ｇａ」という）を検出する。入口温度センサ４１は、低圧段コンプレッサ４の入口における空気の温度（以下、「コンプレッサ入口温度Ｔ１」という）を検出する。入口圧力センサ４２は、低圧段コンプレッサ４の入口における空気の圧力（以下、「コンプレッサ入口圧力Ｐ１」という）を検出する。出口圧力センサ４３は、低圧段コンプレッサ４の出口における空気の圧力（以下、「コンプレッサ出口圧力Ｐ２」という）を検出する。
【００３２】
入口温度センサ４１、入口圧力センサ４２及び出口圧力センサ４３は、低圧段ターボチャージャー５０（低圧段コンプレッサ４）を流通するガスに関する状態量（コンプレッサの入口ガス圧力、コンプレッサの出口ガス圧力及びコンプレッサの入口ガス温度）を検出する状態量検出部として機能する。上記空気量Ｇａと、状態量としての入口温度Ｔ１、入口圧力Ｐ１及び出口圧力Ｐ２とは、その検出値がＥＣＵ３０に出力される。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０は、その機能的構成として、特性値記憶部３１と、排気ガス状態量算出部３２と、ターボガス流量算出部３３と、燃料噴射量算出部３４と、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５と、異常検出部３６とを含んでいる。
【００３４】
特性値記憶部３１は、低圧段ターボチャージャー５０に関する特性値が記憶されたＲＯＭの一部領域であり、例えば、低圧段ターボチャージャー５０の圧力−流量特性に関する特性値が記憶されている。ここでの特性値には、低圧段ターボチャージャー５０のコンプレッサマップと、低圧段ターボチャージャー５０のタービンマップとが含まれている。
【００３５】
排気ガス状態量算出部３２は、例えば排気ガスに関するモデル等に基づく周知の算出方法により、低圧段タービン５の入口の排気ガスの温度（以下、「タービン入口温度Ｔ３」という）と、低圧段タービン５の入口の排気ガスの圧力（以下、「タービン入口圧力Ｐ３」という）と、低圧段タービン５の出口の排気ガスの圧力（以下、「タービン出口圧力Ｐ４」という）と、を状態量として算出する。排気ガス状態量算出部３２は、低圧段ターボチャージャー５０（低圧段タービン５）を流通するガスに関する状態量（タービンの入口ガス圧力、タービンの出口ガス圧力及びタービンの入口ガス温度）を検出する状態量検出部として機能する。算出された状態量は、ターボガス流量算出部３３に出力される。
【００３６】
ターボガス流量算出部３３は、状態量検出部（入口温度センサ４１、入口圧力センサ４２、出口圧力センサ４３及び排気ガス状態量算出部３２）が検出した状態量（入口圧力Ｐ１、出口圧力Ｐ２、入口圧力Ｐ３、出口圧力Ｐ４、入口温度Ｔ１及び入口温度Ｔ３）と、特性値記憶部３１に記憶されている低圧段ターボチャージャー５０に関する特性値とに少なくとも基づいて、低圧段ターボチャージャー５０を流通するガスの流量であるターボガス流量を算出する。ターボガス流量には、低圧段コンプレッサ４を流通するガスの流量である第１ターボガス流量（以下、「第１ターボガス流量Ｇｃ」という）と、低圧段タービン５を流通するガスの流量である第２ターボガス流量（以下、「第２ターボガス流量Ｇｔ」という）とが含まれる。算出されたターボガス流量は、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５に出力される。
【００３７】
燃料噴射量算出部３４は、例えばエンジン１の運転状況等に基づいて、インジェクタ９で噴射される燃料量（以下、「燃料量Ｇｆ」という）を算出する。燃料噴射量算出部３４では、指令値としての燃料量Ｇｆが実際にインジェクタ９で噴射される燃料量と略等しくなるように、例えばインジェクタ９における燃料の輸送遅れ等を考慮して燃料量Ｇｆを算出する。算出された燃料量Ｇｆは、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５に出力される。
【００３８】
ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５は、ターボガス流量算出部３３により算出されたターボガス流量に基づいて、ＬＰＬ−ＥＧＲシステム２０の排気ガスの還流量であるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する。ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量は、第１ターボガス流量Ｇｃに基づいて推定される第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（以下、「第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１」という）と、第２ターボガス流量Ｇｔに基づいて推定される第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（以下、「第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２」という）と、を含んでいる。推定された第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２は、異常検出部３６に出力される。
【００３９】
異常検出部３６は、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１と、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２とに少なくとも基づいて、エンジン１の異常を検出する。エンジン１の異常としては、例えば、低圧段コンプレッサ４からシリンダ１０までの間における空気の漏れや吸い込み、及びシリンダ１０から低圧段タービン５までの間における排気ガスの漏れ等が挙げられる。
【００４０】
なお、ＥＣＵ３０は、上述したように、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２６の弁開度を制御することでＨＰＬ−ＥＧＲガス流量を制御すると共に、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３及び排気絞りバルブ１５の各弁開度を適宜制御することでＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を制御する。
【００４１】
次に、上記ＥＧＲガス流量の推定装置１００により実施されるＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の推定、及び、推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量に基づく異常検出について（ＥＧＲガス流量の推定方法について）、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００４２】
図２（ａ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する処理を説明するフローチャートである。図２（ｂ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定する他の処理を説明するフローチャートである。図２（ｃ）は、内燃機関の異常を検出する処理を説明するフローチャートである。図３（ａ）は、コンプレッサマップの一例を示す図である。図３（ｂ）は、タービンマップの一例を示す図である。図３（ｃ）は、可変ノズルターボチャージャーにおけるタービンマップの一例を示す図である。
【００４３】
本実施形態では、以下に説明するように、第１推定手法に係る処理を実施し、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を推定すると共に、第２推定手法に係る処理を実施し、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を推定した後、これらに基づきエンジン１の異常を検出する。
【００４４】
［第１推定手法］
図１に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１は、エアクリーナ３と低圧段コンプレッサ４との間のインテークパイプ２ａに接続されている。よって、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１を介して還流されたＬＰＬ−ＥＧＲガスは、エアクリーナ３を介して吸い込まれた空気と共に、低圧段コンプレッサ４を流通する。すなわち、低圧段コンプレッサ４を流通するガス流量は、下式（１）により算出される。この下式（１）を変形した下式（２）により、ターボガス流量算出部３３が算出した第１ターボガス流量Ｇｃに基づいて、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を推定することができる。
Ｇｃ＝Ｇａ＋Ｇｅｇｒｌ１  …（１）
Ｇｅｇｒｌ１＝Ｇｃ−Ｇａ  …（２）
【００４５】
具体的には、図２（ａ）に示すように、まず、空気量センサ４０によりエアクリーナ３を介して流入された空気の空気量（質量流量）Ｇａを検出する（Ｓ１）。続いて、入口温度センサ４１によりコンプレッサ入口温度Ｔ１を検出し（Ｓ２）、入口圧力センサ４２によりコンプレッサ入口圧力Ｐ１を検出し（Ｓ３）、出口圧力センサ４３によりコンプレッサ出口圧力Ｐ２を検出する（Ｓ４）。上記Ｓ２〜Ｓ４により、低圧段コンプレッサ４を流通するガスに関する状態量が検出されることとなる。続いて、タービン回転センサ４４によりタービン回転数Ｎを検出する（Ｓ５）。
【００４６】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ３及び上記Ｓ４で検出したコンプレッサ入口圧力Ｐ１及びコンプレッサ出口圧力Ｐ２に基づいて、圧力比πｃを下式（３）に従って算出する（Ｓ６）。
πｃ＝Ｐ２／Ｐ１  …（３）
【００４７】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ５で検出されたタービン回転数Ｎに基づいて、タービン回転数Ｎをコンプレッサ入口温度Ｔ１で修正した修正タービン回転数Ｎｃｏｒｒを、下式（４）に従って算出する（Ｓ７）。なお、式（４）において、「＾」は、べき乗を表す演算子であり、Ｔｒｅｆは、基準となる大気状態における基準温度（例えば、２０℃）である（以下同じ）。
Ｎｃｏｒｒ＝Ｎ×（Ｔｒｅｆ／Ｔ１）＾０．５  …（４）
【００４８】
続いて、上記Ｓ６で算出された圧力比πｃと、特性値記憶部３１に記憶されている特性値としてのコンプレッサマップとに基づいて、ターボガス流量算出部３３により修正流量Ｑｃｏｒｒｃを算出する（Ｓ８）。ここで、コンプレッサマップは、図３（ａ）に示すように、縦軸を圧力比πｃとし、横軸をコンプレッサを流通するガスの修正流量Ｑｃｏｒｒｃとして、各修正タービン回転数Ｎｃｏｒｒにおける当該コンプレッサ固有の特性値（コンプレッサを流通するガスの圧力−流量特性）を示すマップである。この圧力−流量特性は、例えば経年変化やＥＧＲ中の汚濁物等に起因する特性の変化が生じにくい。図３（ａ）における修正タービン回転数Ｎｃｏｒｒの一例（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３及びＮ４）では、その大小関係がＮ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４となっている。
【００４９】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ８で算出された修正流量Ｑｃｏｒｒｃに基づいて体積流量Ｑｃを下式（５）に従って算出する（Ｓ９）。
Ｑｃ＝Ｑｃｏｒｒｃ×（Ｔ１／Ｔｒｅｆ）＾０．５  …（５）
【００５０】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ９で算出された体積流量Ｑｃに基づいて、第１ターボガス流量（質量流量）Ｇｃを下式（６）に従って算出する（Ｓ１０）。下式（６）において、Ｒは、ガス定数である（以下同じ）。
Ｇｃ＝Ｑｃ×Ｐ１／Ｔ１／Ｒ  …（６）
【００５１】
そして、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５において、上記Ｓ１で検出された空気量Ｇａと、上記Ｓ１０で算出された第１ターボガス流量Ｇｃとに基づいて、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を上式（２）に従って算出する（Ｓ１１）。
【００５２】
以上のように、低圧段コンプレッサ４を流通するガスに関する状態量（入口圧力Ｐ１、出口圧力Ｐ２及び入口温度Ｔ１）が検出されれば、これら状態量及び低圧段コンプレッサ４に関する特性値（コンプレッサマップ）に基づいて、第１ターボガス流量Ｇｃが算出され第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１が推定される。この場合、変化が生じにくい当該特性値としてコンプレッサマップに基づくことから、第１ターボガス流量Ｇｃが精度よく算出することとなり、よって、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を精度よく推定することが可能となる。
【００５３】
また、入口温度センサ４１としては、例えば従来のエンジンのインタークーラ出口及びアフタークーラ出口における温度センサとして用いられるような既存のセンサを採用することができる。入口圧力センサ４２及び出口圧力センサ４３としては、例えば従来のエンジンのインタークーラ出口及びアフタークーラ出口における圧力センサとして用いられるような既存のセンサを採用することができる。このような既存のセンサ等により検出された検出値を状態量として利用でき、コストの増加を抑えることができる。
【００５４】
なお、一般的に、ＥＧＲガスの配管内にオリフィスを配置して当該オリフィスの差圧によりＥＧＲ流量を推定する手法や、ＥＧＲバルブをＥＧＲ流路における絞り部とみなし、当該絞り部前後のＥＧＲガスの差圧等によりＥＧＲ流量を推定する手法が知られている。しかし、オリフィスによる圧損で燃費向上が阻害される場合や、ＥＧＲガス中の汚濁物による流量係数が変化する場合がある。また特に、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムではＥＧＲバルブとして大口径のバルブが用いられることから、ＥＧＲバルブ（絞り部）前後の差圧が小さい傾向となると共に、ＥＧＲバルブ自体の製造誤差に起因する流量特性のばらつきが生じやすい結果、前記差圧等の変化に対して実用上十分な推定精度が得られない場合がある。この点、本実施形態によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の推定精度及びロバスト性の向上を見込むことができる。
【００５５】
［第２推定手法］
上述のように、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１は、エアクリーナ３と低圧段コンプレッサ４との間のインテークパイプ２ａに接続されている。よって、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ２１を介して還流されたＬＰＬ−ＥＧＲガスは、エアクリーナ３を介して吸い込まれた空気と共に、各シリンダ１０ａ〜１０ｆに吸入されてインジェクタ９によって燃料が噴射され燃焼した後、低圧段タービン５を流通する。すなわち、低圧段タービン５を流通するガス流量は、下式（７）により算出される。この下式（７）を変形した下式（８）により、ターボガス流量算出部３３が算出した第２ターボガス流量Ｇｔに基づいて、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を推定することができる。
Ｇｔ＝Ｇａ＋Ｇｆ＋Ｇｅｇｒｌ２  …（７）
Ｇｅｇｒｌ２＝Ｇｔ−Ｇａ−Ｇｆ  …（８）
【００５６】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、まず、空気量センサ４０によりエアクリーナ３を介して流入された空気の空気量（質量流量）Ｇａを検出する（Ｓ１２）。続いて、排気ガス状態量算出部３２によりタービン入口温度Ｔ３を検出し（Ｓ１３）、排気ガス状態量算出部３２によりタービン入口圧力Ｐ３を検出し（Ｓ１４）、排気ガス状態量算出部３２によりタービン出口圧力Ｐ４を検出する（Ｓ１５）。上記Ｓ１３〜Ｓ１５により、低圧段タービン５を流通するガスに関する状態量が検出されることとなる。
【００５７】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ３及び上記Ｓ４で検出したタービン入口圧力Ｐ３及びタービン出口圧力Ｐ４に基づいて、圧力比πｔを下式（９）に従って算出する（Ｓ１６）。
πｔ＝Ｐ３／Ｐ４  …（９）
【００５８】
続いて、上記Ｓ１６で算出された圧力比πｔと、特性値記憶部３１に記憶されている特性値としてのタービンマップとに基づいて、ターボガス流量算出部３３により修正流量Ｇｃｏｒｒｔを算出する（Ｓ１７）。ここで、タービンマップは、図３（ｂ）に示すように、縦軸を圧力比πｔとし、横軸をタービンを流通するガスの修正流量Ｇｃｏｒｒｔとして、当該タービン固有の特性値（タービンを流通するガスの圧力−流量特性）を示すマップである。この圧力−流量特性は、例えば経年変化や上記ガス中の汚濁物等に起因する特性の変化が生じにくい。
【００５９】
また、図３（ａ）に示すように、コンプレッサマップでは、ある圧力比πｃに対して複数の修正流量Ｑｃｏｒｒｃを取り得る場合（同一タービン回転数Ｎにおいて修正流量Ｑｃｏｒｒｃに対して圧力比πｃが変化しない場合）が存在するのに対し、図３（ｂ）に示すように、タービンマップでは、一の圧力比πｔに対して複数の修正流量Ｇｃｏｒｒｔを取り得る場合が存在せず、圧力比πｔ（状態量）と修正流量Ｇｃｏｒｒｔ（ターボガス流量）とが一対一の関係にある。
【００６０】
続いて、ターボガス流量算出部３３により、上記Ｓ１７で算出された修正流量Ｇｃｏｒｒｔに基づいて第２ターボガス流量（質量流量）Ｇｔを下式（１０）に従って算出する（Ｓ１８）。
Ｇｔ＝Ｇｃｏｒｒｔ×Ｐ３／（Ｔ３）＾０．５  …（１０）
【００６１】
続いて、燃料噴射量算出部３４により、上記Ｓ１２で検出された空気量Ｇａと、例えばエンジン１の運転状況とに基づいて、インジェクタ９が噴射する燃料量Ｇｆを算出する（Ｓ１９）。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５により、上記Ｓ１２で検出された空気量Ｇａと、上記Ｓ１８で算出された第２ターボガス流量Ｇｔと、上記Ｓ１９で検出された燃料量Ｇｆとに基づいて、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を上式（８）に従って算出する（Ｓ２０）。
【００６２】
以上のように、低圧段タービン５を流通するガスに関する状態量（タービン入口圧力Ｐ３、タービン出口圧力Ｐ４及びタービン入口温度Ｔ３）が検出されれば、これら状態量及び低圧段タービン５に関する特性値（タービンマップ）に基づいて、第２ターボガス流量Ｇｔが算出され第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２が推定される。タービンマップでは、圧力比πｔ（状態量）とターボガス流量とが一対一の関係にあることから、様々な圧力比πｔにおいて第２ターボガス流量Ｇｔが精度よく算出できるため、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を精度よく推定することが可能となる。
【００６３】
［エンジン１の異常検出］
次に、推定した第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２に基づいて、異常検出部３６によりエンジン１の異常検出を実施する。具体的には、まず、異常検出部３６により、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１と、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２と、燃料量Ｇｆとに基づいて、下式（１１）が成立するか否かを判定する（Ｓ２１）。
Ｇｔ−Ｇｃ＝Ｇｆ  …（１１）
【００６４】
上記Ｓ２１にて、第２ターボガス流量Ｇｔから第１ターボガス流量Ｇｃを減算した値と、燃料量Ｇｆとが等しいと判定された場合、異常検出部３６により、エンジン１の異常がないものと判定される（Ｓ２２）。上記Ｓ２２の後、処理が終了される。一方、上記Ｓ２１にて、第２ターボガス流量Ｇｔから第１ターボガス流量Ｇｃを減算した値と、燃料量Ｇｆとが等しくないと判定された場合、異常検出部３６により、エンジン１の異常があるものと判定される（Ｓ２３）。上記Ｓ２３の後、処理が終了される。
【００６５】
ここで、上式（１１）は、例えば次のようにして導出できる。すなわち、基本的に、エンジン１に異常がない場合には、下式（１２）のように、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１と、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２とが互いに等しくなると考えられる。上式（１２）の左辺及び右辺に上式（２）及び上式（８）をそれぞれ代入することで、下式（１３）が導出される。そして、下式（１３）を変形して空気量Ｇａを消去することにより、上式（１１）が導出される。
Ｇｅｇｒｌ１＝Ｇｅｇｒｌ２  …（１２）
Ｇｃ−Ｇａ＝Ｇｔ−Ｇａ−Ｇｆ  …（１３）
【００６６】
他方、例えば、エンジン１に何らかの異常が発生したことによって、低圧段コンプレッサ４と低圧段タービン５との間で空気又は排気ガスの漏れ又は吸い込みがある場合、上式（１２）が成立しなくなり、上式（１２）から導出される上式（１１）もまた、成立しなくなると考えられる。よって、上記Ｓ２３において、エンジン１の異常が検出されることになる。なお、エンジン１の異常が検出された場合、例えば車両の運転者に対する警報や注意喚起が実施されてもよい。
【００６７】
以上、本実施形態では、低圧段ターボチャージャー５０を流通するガスに関する状態量が検出されれば、この状態量及び低圧段ターボチャージャー５０に関する特性値に基づいて、ターボガス流量（第１ターボガス流量Ｇｃ、第２ターボガス流量Ｇｔ）が算出されてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２）が推定される。このとき、変化が生じにくい当該特性値に基づくことから、ターボガス流量（第１ターボガス流量Ｇｃ、第２ターボガス流量Ｇｔ）が精度よく算出されることとなり、よって、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を精度よく推定することが可能となる。
【００６８】
本実施形態では、低圧段ターボチャージャー５０は低圧段コンプレッサ４を有している。そして、状態量は、コンプレッサ入口圧力Ｐ１と、コンプレッサ出口圧力Ｐ２と、コンプレッサ入口温度Ｔ１とを含んでおり、特性値は、コンプレッサマップを含んでいる。この場合、上述した第１推定手法に例示したように、変化が生じにくい当該特性値としてコンプレッサマップに基づくことができ、第１ターボガス流量Ｇｃを精度よく算出することができる。また、例えば従来のエンジンのインタークーラ出口及びアフタークーラ出口における圧力センサや温度センサとして用いられるような既存のセンサにより検出された検出値を状態量として利用でき、コストの増加を抑えることができる。
【００６９】
本実施形態では、低圧段ターボチャージャー５０は低圧段タービン５を有している。そして、状態量は、タービン入口圧力Ｐ３と、タービン出口圧力Ｐ４と、タービン入口温度Ｔ３とを含んでおり、特性値は、タービンマップを含んでいる。タービンマップでは、ある圧力比πｔに対して複数の修正流量Ｇｃｏｒｒｔを取り得る場合が存在せず、圧力比πｔと修正流量Ｇｃｏｒｒｔとが一対一の関係にあることから、上述した第２推定手法に例示したように、様々な圧力比πｔにおいて第２ターボガス流量Ｇｔを精度よく算出できるため、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を一層精度よく推定することが可能となる。
【００７０】
本実施形態では、異常検出部３６により、上式（１１）が成立するか否かを判定することで、エンジン１の異常検出が実施されている。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部３５により推定されたＥＧＲガス流量（第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２）を利用して、エンジン１の異常を検出することが可能となる。
【００７１】
図４（ａ）は、コンプレッサマップを用いて推定した第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。図４（ｂ）は、タービンマップを用いて推定した第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。図４（ｃ）は、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３を絞りと仮定する従来手法で推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度を示す図である。
【００７２】
図４において、縦軸は推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を示し、横軸は実ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を示している。実ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量は、例えば流量計等を用いて実験的に計測された流量である。図４において、原点を通る直線は、推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量と実ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量とが等しい場合を表している。
【００７３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態で推定した第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２は、上記原点を通る直線に沿うように分布している。一方、図４（ｃ）に示すように、従来手法で推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量は、上記原点を通る直線から離れた分布を有している。これにより、本実施形態によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量が精度よく推定されるのを確認することができる。
【００７４】
ところで、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３として大口径のバルブが用いられる場合、当該バルブ前後の差圧が小さい傾向となると共に、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ２３自体の製造誤差に起因する流量特性のばらつきが生じやすい傾向がある。よってこの場合、例えば図４（ｃ）に係る上記従来手法では、推定するＬＰＬ−ＥＧＲガス流量の精度について、排気絞りバルブ１５が閉の場合（排気管２ｆの排気ガスの圧力（排圧）が高い場合）の方が、排気絞りバルブ１５が開の場合よりも悪化するおそれがある。これに対し、本実施形態では、排気絞りバルブ１５の開閉によらずに、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２）を推定することができる。
【００７５】
以上、本発明の一側面に係る実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００７６】
例えば、上記実施形態では、低圧段コンプレッサ４の下流の空気を低圧段コンプレッサ４の上流に流通させる吸気バイパス装置が更に設けられていてもよい。この場合、上記第１推定手法においては、例えば、低圧段コンプレッサ４を流通するガス流量が当該バイパス流量Ｇｂｙｐｃだけ増加することに対応し、上式（１）の右辺にバイパス流量Ｇｂｙｐｃを加えることで、第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１を推定できる。
【００７７】
また、上記実施形態では、低圧段タービン５の上流の排気ガスを低圧段タービン５の下流に流通させる排気バイパス装置が更に設けられていてもよい。この場合、上記第２推定手法においては、例えば、低圧段タービン５を流通するガス流量が当該バイパス流量Ｇｂｙｐｔだけ減少することに対応し、上式（７）の右辺からバイパス流量Ｇｂｙｐｔを減算することで、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を推定できる。
【００７８】
上記実施形態では、推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量に基づいて、ＨＰＬ−ＥＧＲガス流量を更に算出してもよい。具体的には、例えば、インテークマニホールド８におけるガス圧力と、インテークマニホールド８におけるガス温度と、エンジン１のシリンダ１０の容積効率等とに基づいて算出されるトータルＥＧＲガス流量から、推定したＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（第１ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２のうちの何れか一方）を減算することで、ＨＰＬ−ＥＧＲガス流量を更に算出してもよい。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量／ＨＰＬ−ＥＧＲガス流量の比率を算出でき、当該比率をＥＧＲシステムの適切な制御に用いることができる。
【００７９】
上記実施形態の低圧段ターボチャージャー５０は、低圧段タービン５に可変容量機構を有していないもの（いわゆるコンベンショナルタービン）であるが、例えばノズルベーンの開度を可変する可変容量機構を備えた可変ノズルターボチャージャーであってもよい。この場合、図３（ｃ）に示すように、可変容量機構の状態（例えばノズルベーン開度Ｖ１，Ｖ２及びＶ３）に応じた圧力−流量特性を有するタービンマップを用いた上記第２推定手法によって、第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ２を推定することができる。
【００８０】
上記実施形態では、入口温度センサ４１、入口圧力センサ４２及び出口圧力センサ４３により低圧段コンプレッサ４を流通するガスに関する状態量を検出したが、例えば物理モデル等により推定して検出してもよい。また、排気ガス状態量算出部３２により低圧段タービン５を流通するガスに関する状態量を推定して検出したが、例えば温度センサや圧力センサを用いて状態量を直接検出してもよい。
【００８１】
上記実施形態では、低圧段ターボチャージャー５０におけるターボガス流量（第１ターボガス流量Ｇｃ，第２ターボガス流量Ｇｔ）に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２）を推定したが、例えば高圧段ターボチャージャー５１におけるターボガス流量に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量（第１及び第２ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒｌ１，Ｇｅｇｒｌ２）を推定してもよい。要は、ターボチャージャーに関する特性値とに少なくとも基づいて算出されたターボガス流量に基づき、ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定すればよい。また、２段過給システム以外の過給システムにおいてＬＰＬ−ＥＧＲガス流量を推定してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…エンジン（内燃機関）、４…低圧段コンプレッサ（コンプレッサ）、５…低圧段タービン（タービン）、１２…高圧段コンプレッサ（コンプレッサ）、１３…高圧段タービン（タービン）、２０…ＬＰＬ−ＥＧＲシステム、２５…ＨＰＬ−ＥＧＲシステム、３０…ＥＣＵ、３１…特性値記憶部、３２…排気ガス状態量算出部（状態量検出部）、３３…ターボガス流量算出部、３４…燃料噴射量算出部、３５…ＬＰＬ−ＥＧＲガス流量推定部、３６…異常検出部、４１…入口温度センサ（状態量検出部）、４２…入口圧力センサ（状態量検出部）、４３…出口圧力センサ（状態量検出部）、５０…低圧段ターボチャージャー（ターボチャージャー）、５１…高圧段ターボチャージャー（ターボチャージャー）、１００…ＥＧＲガス流量の推定装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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