(57)【要約】【課題】  より少ない数のセンサを用いてターボチャージャ状態量を推定すること。【解決手段】  ターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を使用する。具体的には、この状態量推定装置は、上記複数の式において用いられる複数の変数のうちの所定の変数を実測するとともに、同実測された所定の変数を同複数の式に適用することにより、前記コンプレッサ流入ガス状態変数、前記コンプレッサ流出ガス状態変数、前記タービン流入ガス状態変数、前記タービン流出ガス状態変数、前記コンプレッサ通過ガス流量、前記タービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び前記内燃機関に供給される燃料量のうちの実測されていない変数を前記ターボチャージャの状態量として推定する。【選択図】  図２
2007205339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に過給するターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数、同コンプレッサを通過するガスの流量であるコンプレッサ通過ガス流量、同ターボチャージャの回転軸の回転速度であるターボチャージャ回転速度及び同コンプレッサが同コンプレッサを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーの間の関係を記述したコンプレッサモデル式、
前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数、同タービンから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数、同タービンを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び同タービンが同タービンを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーの間の関係を記述したタービンモデル式、
前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの慣性エネルギーを求める慣性エネルギー式、
前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの損失エネルギーを求める損失エネルギー式、
コンプレッサ付与エネルギーとターボチャージャの慣性エネルギーとターボチャージャの損失エネルギーとの和がタービン取得エネルギーと等しいとするエネルギーバランス式、並びに、
コンプレッサ通過ガス流量と内燃機関に供給される燃料量との和がタービン通過ガス流量に等しいとする質量保存式、
からなる複数の式において用いられる複数の変数のうちの所定の変数を実測するとともに、同実測された所定の変数を同複数の式に適用することにより、前記コンプレッサ流入ガス状態変数、前記コンプレッサ流出ガス状態変数、前記タービン流入ガス状態変数、前記タービン流出ガス状態変数、前記コンプレッサ通過ガス流量、前記タービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び前記内燃機関に供給される燃料量のうちの実測されていない変数を前記ターボチャージャの状態量として推定するターボチャージャの状態量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの一つの変数を実測するセンサと、
前記センサにより実測された変数と前記推定された一つの変数の値とが所定値以上乖離しているとき同センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段と、
を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
【請求項５】
請求項１に記載のターボチャージャの状態量推定装置であって、
前記実測されていない変数が推定されたときに前記エネルギーバランス式に用いられている損失エネルギーが同エネルギーバランス式に用いてられているコンプレッサ付与エネルギーを基準として定められる閾値より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えたターボチャージャの状態量推定装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のターボチャージャの状態量推定装置において、
前記コンプレッサ流入ガス状態変数は、前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの温度及び圧力であり、
前記コンプレッサ流出ガス状態変数は、前記ターボチャージャのコンプレッサから流出するガスの温度及び圧力であり、
前記タービン流入ガス状態変数は、前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの温度及び圧力であり、
前記タービン流出ガス状態変数は、前記ターボチャージャのタービンから流出するガスの温度及び圧力である、
ターボチャージャの状態量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に過給するターボチャージャの状態量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機械式過給機を吸入側と吐出側との２つの容器からなるものとしてモデル化し、それぞれの容器の圧力を仮定して機械式過給機の状態量を演算し、この演算を各圧力の仮定値を更新しつつ繰り返し行うことにより所定の条件が成立する状態を探索し、所定の条件が成立した場合の状態を機械式過給機の状態量として推定する技術が知られている（特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平７−２６９３６２号公報
【０００３】
しかしながら、機械式過給機とは異なるターボチャージャの状態量をモデルにより推定する装置は知られていない。従って、従来の装置は、ターボチャージャの状態量を取得するために極めて多くのセンサを備えていた。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的の一つは、より少ない数のセンサを用いて、ターボチャージャの状態量を推定することができる装置を提供することにある。この目的を達成するための、本発明によるターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を使用する。
【０００５】
コンプレッサモデル式は、前記ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数、同コンプレッサを通過するガスの流量であるコンプレッサ通過ガス流量、同ターボチャージャの回転軸の回転速度であるターボチャージャ回転速度及び同コンプレッサが同コンプレッサを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーの間の関係を記述した式である。
【０００６】
タービンモデル式は、前記ターボチャージャのタービンに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数、同タービンから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数、同タービンを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び同タービンが同タービンを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーの間の関係を記述した式である。
【０００７】
慣性エネルギー式は、前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの慣性エネルギーを求めるための式である。
損失エネルギー式は、前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの損失エネルギーを求めるための式である。
【０００８】
そして、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置は、上記複数の式において用いられる複数の変数のうちの所定の変数を実測するとともに、同実測された所定の変数を同複数の式に適用することにより、前記コンプレッサ流入ガス状態変数、前記コンプレッサ流出ガス状態変数、前記タービン流入ガス状態変数、前記タービン流出ガス状態変数、前記コンプレッサ通過ガス流量、前記タービン通過ガス流量、前記ターボチャージャ回転速度及び前記内燃機関に供給される燃料量のうちの実測されていない変数を前記ターボチャージャの状態量として推定する。
【０００９】
換言すると、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置は、連立した複数の式を解くことにより総ての変数を特定する（最終的に定める）のに必要な数及び種類の同複数の式に用いられる変数をセンサ等により実測し、実測されなかった残りの変数を計算により推定する。この結果、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャの状態推定量を取得することができる。なお、前記内燃機関に供給される燃料量は、燃料供給手段（例えば、燃料噴射弁）への燃料供給指示データ（例えば、開弁時間等）に基づいて事実上実測してもよく、センサによって実測してもよい。
【００１０】
上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの一つの変数を実測するセンサと、
前記センサにより実測された変数と前記推定された一つの変数の値とが所定値以上乖離しているとき（例えば、これら２つの値の差の絶対値が所定値より大きいとき、或いは、推定された一つの変数に対するセンサにより実測された変数の比が所定範囲内にないとき等）、同センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段と、
を備えることができる。
【００１１】
これによれば、センサの異常有無（特性ずれを含む）を容易に判定することができる。
【００１２】
また、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
【００１３】
或いは、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記推定される変数のうちの少なくとも一つは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
【００１４】
これらによれば、ターボチャージャを含む過給システムが異常であるか否かを容易に判定することができる。
【００１５】
更に、上記ターボチャージャの状態量推定装置は、
前記実測されていない変数が推定されたときに前記エネルギーバランス式に用いられている損失エネルギーが同エネルギーバランス式に用いてられているコンプレッサ付与エネルギーを基準として定められる閾値より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えることが好適である。
【００１６】
過給システムが異常であると、損失エネルギーはコンプレッサ付与エネルギーに比較して大きくなる。そこで、上記のように、損失エネルギーをコンプレッサ付与エネルギーを基準として評価した場合に同損失エネルギーが想定される範囲より大きくなっているとき、仮に前記エネルギーバランス式と前記質量保存式を含む総ての式が満足されても、ターボチャージャを含む過給システムは異常であると判定するように装置を構成しておく。これによれば、一層確実に過給システムの異常を検出することができる。
【００１７】
なお、このようなターボチャージャ状態量推定装置の好ましい態様の一つは、推定すべき変数のうちの一つ又は二つを仮定値として与え、前記エネルギーバランス式及び前記質量保存式が成立するまで同仮定値を順次変更し、同エネルギーバランス式及び同質量保存式が成立した時点にて得られている変数の値を最終的なターボチャージャ状態量として出力するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による内燃機関のターボチャージャの状態量推定装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態のターボチャージャ状態量推定装置は、図１に示した４気筒ディーゼルエンジン１０（以下、「内燃機関１０」と称呼する。）に適用されている。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（構成）
この内燃機関１０は、エンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０及び電気制御装置５０を含んでいる。
【００２０】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプから昇圧された燃料が供給されるようになっている。燃料噴射弁２１は、電気制御装置５０と電気的に接続されていて、電気制御装置５０からの駆動信号により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記昇圧された燃料を噴射するようになっている。
【００２１】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１に接続されたサージタンク３２、サージタンク３２に接続された吸気管３３、吸気管３３内に回動可能に保持されたスロットル弁３４、電気制御装置５０からの駆動信号に応答してスロットル弁３４を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３４ａ、スロットル弁３４の上流において吸気管３３に介装されたインタクーラ３５、並びに、インタクーラ３５の上流において吸気管３３に配設されたターボチャージャ３６のコンプレッサ３６ａを含んでいる。
【００２２】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２及び排気管４２に配設されたターボチャージャ３６のタービン３６ｂを含んでいる。
【００２３】
ターボチャージャ３６は、タービンシャフト（回転軸）３６ｃを備えている。タービンシャフト３６ｃは、コンプレッサ３６ａ内に収容されたコンプレッサブレード３６ａ１とタービン３６ｂ内に収容されたタービンブレード３６ｂ１とを連結している。ターボチャージャ３６は、周知のバリアブルノズル式ターボチャージャ（例えば、特開平１０−４７０７１号及び特開２００１−１７３４４９号公報を参照。）であって、複数のノズルベーン３６ｄと、ノズルベーン３６ｄ間に形成されるタービンノズルの開度（ノズル面積）を可変とするためにノズルベーン３６ｄを駆動するノズルベーンアクチュエータ３６ｅと、を備えている。
【００２４】
ターボチャージャ３６においては、タービンブレード３６ｂ１が排気により回転せしめられる。これにより、タービンシャフト３６ｃに連結されたコンプレッサブレード３６ａ１がタービンシャフト３６ｃとともに回転し、吸入空気を圧縮する過給を行うようになっている。また、ノズルベーン３６ｄによりタービンノズル開度が変更されると、タービン３６ｂへ流入する排ガス（排気）の速度が変更される。この結果、過給圧が可変となる。
【００２５】
電気制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータである。電気制御装置５０は、エアフローメータ５１、コンプレッサ流入ガス圧力センサ５２、コンプレッサ流入ガス温度センサ５３、タービン流入ガス温度センサ５４、タービン流出ガス圧力センサ５５、バリアブルノズル開度センサ５６、アクセルペダル操作量センサ５７及びエンジン回転速度センサ５８と接続され、これらのセンサからの信号を入力するようになっている。更に、電気制御装置５０は、燃料噴射弁２１、スロットル弁アクチュエータ３４ａ及びノズルベーンアクチュエータ３６ｅ等と接続されていて、ＣＰＵの指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００２６】
エアフローメータ５１は、コンプレッサ３６ａの上流にて吸気通路に配設されている。エアフローメータ５１は、コンプレッサ３６ａを通過する空気の質量流量（単位時間当りの空気量）であるコンプレッサ通過ガス流量を計測し、同コンプレッサ通過ガス流量を表す信号Ｇａを発生するようになっている。
【００２７】
コンプレッサ流入ガス圧力センサ５２は、コンプレッサ３６ａ入口部近傍の吸気通路に配設されている。コンプレッサ流入ガス圧力センサ５２は、コンプレッサ３６ａに流入するガスの圧力（コンプレッサ流入ガス圧力、コンプレッサ入口部ガス圧力）を検出し、同コンプレッサ流入ガス圧力を表す信号Ｐ０を発生するようになっている。
コンプレッサ流入ガス温度センサ５３は、コンプレッサ３６ａ入口部近傍の吸気通路に配設されている。コンプレッサ流入ガス温度センサ５３は、コンプレッサ３６ａに流入するガスの温度（コンプレッサ流入ガス温度、コンプレッサ入口部ガス温度）を検出し、同コンプレッサ流入ガス温度を表す信号Ｔ０を発生するようになっている。
【００２８】
タービン流入ガス温度センサ５４は、タービン３６ｂ入口部近傍の排気通路に配設されている。タービン流入ガス温度センサ５４は、タービン３６ｂに流入するガスの温度（タービン流入ガス温度、タービン入口部ガス温度）を検出し、同タービン流入ガス温度を表す信号Ｔ４を発生するようになっている。
タービン流出ガス圧力センサ５５は、タービン３６ｂ出口部近傍の排気通路に配設されている。タービン流出ガス圧力センサ５５は、タービン３６ｂから流出するガスの圧力（タービン流出ガス圧力、タービン出口部ガス圧力）を検出し、同タービン流出ガス圧力を表す信号Ｐ６を発生するようになっている。
【００２９】
バリアブルノズル開度センサ５６は、ノズルベーン３６ｄの開度（以下、「バリアブルノズル開度」と称呼する。）を検出し、同バリアブルノズル開度を表す信号ＶＮを発生するようになっている。
アクセルペダル操作量センサ５７は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Accpを発生するようになっている。
エンジン回転速度センサ５８は、内燃機関１０の回転速度を検出し、同エンジン回転速度ＮＥを表す信号を発生するようになっている。
【００３０】
（ターボチャージャ状態量推定装置の推定原理）
次に、上記のように構成されたターボチャージャの状態量推定装置によるターボチャージャ状態量の推定原理について説明する。このターボチャージャの状態量推定装置は、図２に示したように、エネルギーバランス計算部Ｍ１、質量保存計算部Ｍ２、コンプレッサ状態量計算部（コンプレッサプログラム１；コンプレッサモデル）Ｍ３、タービン状態量計算部（タービンプログラム１；タービンモデル）Ｍ４、ターボチャージャ慣性エネルギー計算部Ｍ５及び損失エネルギー計算部Ｍ６を備え、これらによりターボチャージャの状態量を推定する。なお、ターボチャージャの状態量は、表１に示したとおりである。図３は、ターボチャージャの状態量を説明するための図である。
【表１】
2007205339.tif 000003
【００３１】
（エネルギーバランス計算部Ｍ１）
エネルギーバランス計算部Ｍ１は、（１）式により表されるターボチャージャ３６に関するエネルギー保存則を使用する。（１）式は、タービン３６ｂが排気から受け取るエネルギー（タービン取得エネルギー）Ｌｔは、コンプレッサ３６ａが吸気（コンプレッサ３６ａを通過するガス）に与えるエネルギー（コンプレッサ付与エネルギー）Ｌｃと、タービンシャフト３６ｃとその軸受との間の摩擦損失等のターボチャージャ３６の損失エネルギーＬｍと、ターボチャージャ慣性エネルギーＬｉと、の和に等しいというエネルギーバランスを表す式（エネルギーバランス式）である。
【数１】
2007205339.tif 000004
【００３２】
（質量保存計算部Ｍ２）
質量保存計算部Ｍ２は、（２）式により表されるターボチャージャ３６を通過するガスについての質量保存則に基づく式である。即ち、（２）式は、タービン３６ｂを通過するガスの流量（タービン通過ガス流量）Ｇ４は、コンプレッサ通過ガス流量Ｇａと内燃機関１０に単位時間あたりに与えられた燃料噴射量（燃料供給量）Ｑinjとの和に等しいという質量保存則に基づく式（質量保存式）である。第１実施形態において、（２）式右辺のコンプレッサ通過ガス流量Ｇａにはエアフローメータ５１によって実測された値を代入し、燃料噴射量Ｑinjには電気制御装置５０から各燃料噴射弁２１に対して噴射するように指示された燃料噴射量に基づいて求められる値（実測値）を代入する。
【数２】
2007205339.tif 000005
【００３３】
エネルギーバランス計算部Ｍ１及び質量保存計算部Ｍ２において使用される各変数を求めるため、ターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサ状態量計算部Ｍ３、タービン状態量計算部Ｍ４、ターボチャージャ慣性エネルギー計算部Ｍ５、損失エネルギー計算部Ｍ６を使用する。以下、各部について個別に説明する。
【００３４】
（コンプレッサ状態量計算部Ｍ３）
コンプレッサ状態量計算部Ｍ３は、下記の入力値と（３）〜（１０）式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。（３）式は圧力比計算式、（８）式はコンプレッサ効率計算式、（９）式はコンプレッサ効率定義式、（１０）式はコンプレッサエネルギー式（実験式）である。
【００３５】
（３）〜（１０）式は、ターボチャージャのコンプレッサに流入するガスの状態を表すコンプレッサ流入ガス状態変数（コンプレッサ流入ガス温度Ｔ０及びコンプレッサ流入ガス圧力Ｐ０）、同コンプレッサから流出するガスの状態を表すコンプレッサ流出ガス状態変数（コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３及びコンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３）、コンプレッサ通過ガス流量Ｇａ、ターボチャージャ回転速度Ｎｔ及びコンプレッサ３６ａがコンプレッサ３６ａを通過するガスに与えるエネルギーであるコンプレッサ付与エネルギーＬｃの間の関係を記述したコンプレッサモデル式である。
【００３６】
（入力値）
コンプレッサ流入ガス圧力Ｐ０（センサ検出値）
コンプレッサ流入ガス温度Ｔ０（センサ検出値）
コンプレッサ通過ガス流量Ｇａ（センサ検出値）
ターボチャージャ回転速度Ｎｔ（仮定値：結果的に推定値となる。）
（出力値：推定値）
コンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３
コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３
コンプレッサが吸気に与えるエネルギーＬｃ
【００３７】
【数３】
2007205339.tif 000006
（３）式の関数ｆ１は、変数Ｇｎ及び変数Ｎ０と、比Ｐ３／Ｐ０と、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。
【数４】
2007205339.tif 000007
【数５】
2007205339.tif 000008
【数６】
2007205339.tif 000009
【数７】
2007205339.tif 000010
【数８】
2007205339.tif 000011
【００３８】
（８）式の関数ｆ２は、変数Ｇｎ及び変数Ｎ０と、コンプレッサ効率ηｃと、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。
【数９】
2007205339.tif 000012
【数１０】
2007205339.tif 000013
【００３９】
理解のため、上記の（３）式に（４）〜（７）式を代入すると、下記の（１１）式が得られる。（１１）式の右辺に対し、Ｇａとしてエアフローメータ５１の検出値を代入し、Ｐ０としてコンプレッサ流入ガス圧力センサ５２の検出値を代入し、Ｔ０としてコンプレッサ流入ガス温度センサ５３の検出値を代入するとともに、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを適当な仮定値として与えてやれば、コンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３が求められる。
【数１１】
2007205339.tif 000014
【００４０】
これにより、（９）式の右辺のＰ３／Ｐ０が得られるとともに、（９）式のコンプレッサ効率ηｃは（４）式、（５）式及び（８）式から得られ、且つ、コンプレッサ流入ガス温度Ｔ０はコンプレッサ流入ガス温度センサ５３により検出されているから、（９）式からコンプレッサ流出ガス温度Ｔ３が推定される。
【００４１】
更に、推定されたコンプレッサ流出ガス温度Ｔ３、検出されているコンプレッサ流入ガス温度Ｔ０及び検出されているコンプレッサ通過ガス流量Ｇａを、（１０）式に代入することにより、コンプレッサが吸気（コンプレッサを通過するガス）に与えるエネルギー（コンプレッサ付与エネルギー）Ｌｃが推定される。
【００４２】
（タービン状態量計算部Ｍ４）
タービン状態量計算部Ｍ４は、下記の入力値と（１２）〜（１７）式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。（１２）式は流量計算式、（１５）式はタービン効率計算式、（１６）式はタービン効率定義式、（１７）式はタービンエネルギー式（実験式）である。
【００４３】
（１２）〜（１７）式は、ターボチャージャ３６のタービン３６ｂに流入するガスの状態を表すタービン流入ガス状態変数（タービン流入ガス温度Ｔ４及びタービン流入ガス圧力Ｐ４）、同タービン３６ｂから流出するガスの状態を表すタービン流出ガス状態変数（タービン流出ガス温度Ｔ６及びタービン流出ガス圧力Ｐ６）、同タービン３６ｂを通過するガスの流量であるタービン通過ガス流量Ｇ４、前記ターボチャージャ回転速度Ｎｔ、バリアブルノズル開度ＶＮ及び同タービン３６ｂが同タービン３６ｂを通過するガスから受け取るエネルギーであるタービン取得エネルギーＬｔの間の関係を記述したタービンモデル式である。
【００４４】
（入力値）
タービン流入ガス温度Ｔ４（センサ検出値）
タービン流出ガス圧力Ｐ６（センサ検出値）
バリアブルノズル開度ＶＮ（センサ検出値）
タービン流入ガス圧力Ｐ４（仮定値：結果的に推定値となる。）
ターボチャージャ回転速度Ｎｔ（仮定値：結果的に推定値となる。）
（出力値：推定値）
タービン通過ガス流量Ｇ４
タービン流出ガス温度Ｔ６
タービンが排気から受け取るエネルギー（タービン取得エネルギー）Ｌｔ
【００４５】
【数１２】
2007205339.tif 000015
（１２）式の関数ｆ３は、変数Ｐ４／Ｐ６，変数Ｎ１及び変数ＶＮと、修正流量Ｑ４と、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。
【数１３】
2007205339.tif 000016
【数１４】
2007205339.tif 000017
【００４６】
【数１５】
2007205339.tif 000018
（１５）式の関数ｆ４は、変数Ｐ４／Ｐ６，変数Ｎ１及び変数ＶＮと、タービン効率ηｔと、の関係を定める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。
【数１６】
2007205339.tif 000019
【数１７】
2007205339.tif 000020
【００４７】
理解のため、上記の（１４）式に（１２）式及び（１３）式を代入すると、下記の（１８）式が得られる。
【数１８】
2007205339.tif 000021
（１８）式の右辺に対し、Ｐ６としてタービン流出ガス圧力センサ５５の検出値を代入し、Ｔ４としてタービン流入ガス温度センサ５４の検出値を代入し、ＶＮとしてバリアブルノズル開度センサ５６の検出値を代入するとともに、ターボチャージャ回転速度Ｎｔ及びタービン流入ガス圧力Ｐ４を適当な仮定値として与えてやれば、タービン通過ガス流量Ｇ４が推定される。
【００４８】
一方、Ｐ６はタービン流出ガス圧力センサ５５の検出値であり、Ｐ４は仮定値が与えられるからＰ４／Ｐ６は求められる。また、Ｎｔは仮定値であり、Ｔ４はタービン流入ガス温度センサ５４の検出値であるから、（１３）式及び（１５）式からタービン効率ηｔが求められる。従って、（１６）式の右辺のＰ６／Ｐ４及びηｔが定まるので、（１６）によりＴ６／Ｔ４が求められる。更に、Ｔ４はタービン流出ガス温度センサ５４により検出されているから、（１６）式に基づいてタービン流出ガス温度Ｔ６が推定される。以上により、Ｇ４、Ｔ４及びＴ６が定まるので、（１７）式によりタービン取得エネルギーＬｔが求められる。
【００４９】
（ターボチャージャ慣性エネルギー計算部Ｍ５）
ターボチャージャ慣性エネルギー計算部Ｍ５は、慣性エネルギー式である（１９）式に基づいてターボチャージャ慣性エネルギーＬｉを推定する。（１９）式の関数  funcLi  は、ターボチャージャ回転速度Ｎｔとターボチャージャ回転速度Ｎｔの時間微分値（ｄＮｔ／ｄｔ）とを変数としてターボチャージャ慣性エネルギーＬｉを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。本明細書においては、（１９）式のように変換テーブルを用いてある値を取得する場合も、「ある値を式を用いて求める」と表現している。
【数１９】
2007205339.tif 000022
【００５０】
（損失エネルギー計算部Ｍ６）
損失エネルギー計算部Ｍ６は、損失エネルギー式である（２０）式に基づいてその他の損失エネルギーＬｍを推定する。（２０）式の関数  funcLm  は、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを変数としてその他の損失エネルギーＬｍを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル（マップ）として電気制御装置５０のＲＯＭ内に格納されている。なお、関数  funcLm  は、例えば、funcLm＝km・Ｎｔｎ（km, nは定数）のように数式により表された関数であってもよい。
【数２０】
2007205339.tif 000023
【００５１】
本実施形態のターボチャージャ状態量推定装置は、（１）式及び（２）式が満足されるまで、ターボチャージャ回転速度Ｎｔ及びタービン流入ガス圧力Ｐ４の値を順次変更し、（１）式及び（２）式が満足されたときの各値（Ｐ３，Ｔ３，Ｐ４，Ｔ６，Ｇ４，Ｎｔ）をターボチャージャ状態量として推定する。
【００５２】
（一般論）
ところで、第１実施形態においては、（Ｎｔ，Ｐ４）の値を仮定し、その仮定した値（Ｎｔ，Ｐ４）と（Ｐ０，Ｔ０，Ｔ４，Ｐ６，Ｇａ，Ｑinj，ＶＮ）の各検出値（実測値）とを入力値として上記各計算部に入力することにより、（Ｎｔ，Ｐ４）の最終値を定め、その最終値が求められたときの（Ｐ３，Ｔ３，Ｐ４，Ｔ６，Ｇ４，Ｎｔ）の値をターボチャージャ状態量として推定している。このことから、（Ｎｔ，Ｐ４）のうちの少なくとも一方をセンサにより検出した値としても、残りの変数を推定することができるが容易に理解される。
【００５３】
更に、上記の各式から明らかなように、他の値を入力値とし、残りの値を出力値とすることができる。出力値が計算可能であるためには、（Ｐ０，Ｔ０，Ｐ３，Ｔ３，Ｐ４，Ｔ４，Ｐ６，Ｔ６，ＶＮ，Ｇａ，Ｇ４，Ｑinj，Ｎｔ）の１３個の変数の中から、次の条件を満たす７個の変数の組合せを入力とすればよい。
【００５４】
条件１：Ｐ０，Ｔ０，Ｐ３，Ｔ３の中から任意の２個以上が選択される。
条件２：Ｐ４，Ｔ４，Ｐ６，Ｔ６，ＶＮの中から任意の３個以上が選択される。
条件３：条件１及び条件２にてそれぞれ選択した４個の変数が、総て圧力、又は、総て温度、であってはならない。
条件４：Ｇａ，Ｇ４，Ｑinj，Ｎｔの中から任意の２個以上が選択される。
【００５５】
従って、計算可能な組合せは、（２１）式のとおりの３４８通りとなる。このような組合せのうちの代表的な例を表２に示す。なお、ケース１は上記第１実施形態に対応した場合である。また、表２において、仮定値は結果的に推定される値であるから、出力値として記載されている。
【数２１】
2007205339.tif 000024
【表２】
2007205339.tif 000025
【００５６】
（実際の作動）
次に、第１実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の実際の作動について、図４乃至図６を参照しながら説明する。
【００５７】
電気制御装置５０のＣＰＵは、ターボチャージャ状態量を推定するにあたり、図４にフローチャートにより示したプログラムのステップ４００から処理を開始し、ステップ４０５に進んで仮定値であるターボチャージャ回転速度Ｎｔに初期値Ｎｔintを設定する。なお、初期値Ｎｔintは、最終的に推定されるターボチャージャ回転速度Ｎｔが取り得るであろう最小値より僅かに小さい値に選択されている。次いで、ＣＰＵはステップ４１０に進み、図５のフローチャートにより示したコンプレッサプログラム１のステップ５００に進んだ後、以下に述べる各ステップを実行する。
【００５８】
ステップ５０５：コンプレッサ流入ガス圧力Ｐ０、コンプレッサ流入ガス温度Ｔ０及びコンプレッサ通過ガス流量Ｇａを、コンプレッサ流入ガス圧力センサ５２、コンプレッサ流入ガス温度センサ５３及びエアフローメータ５１からそれぞれ取得する。
ステップ５１０：（６）式及び（７）式に従って値θ０及び値δ０を算出する。
ステップ５１５：（５）式に従って値Ｎ０を求める。
ステップ５２０：（４）式に従って値Ｇｎを求める。
ステップ５２５：（３）式に従ってコンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３を求める。
ステップ５３０：（８）式に従ってコンプレッサ効率ηｃを求める。
ステップ５３５：（９）式に従ってコンプレッサ流出ガス温度Ｔ３を求める。
ステップ５４０：（１０）式に従ってコンプレッサ付与エネルギーＬｃを求める。
ステップ５４５：以上により算出されたコンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３、コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３及びコンプレッサ付与エネルギーＬｃをＲＡＭの所定領域に格納する。なお、ＣＰＵは、上記ステップで使用又は算出した他の値もＲＡＭの所定領域に格納しておく。
【００５９】
次いで、ＣＰＵはステップ５９５を介して図４のステップ４１５に戻り、仮定値であるタービン流入ガス圧力Ｐ４に初期値Ｐ４intを設定する。なお、初期値Ｐ４intは、最終的に推定されるタービン流入ガス圧力Ｐ４の予測値が取り得るであろう最小値より僅かに小さい値に選択されている。その後、ＣＰＵはステップ４２０に進み、図６のフローチャートにより示したタービンプログラム１のステップ６００に進んだ後、以下に述べる各ステップを実行する。
【００６０】
ステップ６０５：タービン流入ガス温度Ｔ４、タービン流出ガス圧力Ｐ６及びバリアブルノズル開度ＶＮを、タービン流入ガス温度センサ５４、タービン流出ガス圧力センサ５５及びバリアブルノズル開度センサ５６からそれぞれ取得する。
ステップ６１０：（１３）式に従って値Ｎ１を求める。
ステップ６１５：（１２）式に従って値Ｑ４を求める。
ステップ６２０：（１４）式に従ってタービン通過ガス流量Ｇ４を求める。
ステップ６２５：（１５）式に従ってタービン効率ηｔを求める。
ステップ６３０：（１６）式に従ってタービン流出ガス温度Ｔ６を求める。
ステップ６３５：（１７）式に従ってタービンが排気から受け取るエネルギー（タービン取得エネルギー）Ｌｔを求める。
ステップ６４０：以上により算出されたタービン通過ガス流量Ｇ４、タービン流出ガス温度Ｔ６及びタービン取得エネルギーＬｔをＲＡＭの所定領域に格納する。なお、ＣＰＵは、上記ステップで使用又は算出した他の値もＲＡＭの所定領域に格納しておく。
【００６１】
次いで、ＣＰＵはステップ６９５を介して図４のステップ４２５に戻り、図示しない周知の燃料噴射量計算プログラムによりアクセル操作量を表す信号Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定められている単位時間あたりの燃料噴射量Ｑinjを入力する。
【００６２】
次いで、ＣＰＵはステップ４３０に進み、先のタービンプログラム１（ステップ４２０）によって求められたタービン通過ガス流量Ｇ４、エアフローメータ５１によって実測されているコンプレッサ通過ガス流量Ｇａ及びステップ４２５にて入力した燃料噴射量Ｑinjが、（２）式の質量保存則に基づく式を満足している否か（即ち、（２）式が成立しているか否か）を判定する。
【００６３】
この時点で、（２）式の質量保存則に基づく式が成立していなければ、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、タービン流入ガス圧力Ｐ４を所定の微小値αだけ増大する。その後、ＣＰＵは、ステップ４２０に戻ってタービンプログラム１を実行することにより、タービン通過ガス流量Ｇ４を再び算出する。次いで、ＣＰＵはステップ４２５及びステップ４３０の処理を実行する。このような処理（ステップ４２０乃至ステップ４３５）は、ステップ４３０にて質量保存則に基づく式が成立したと判定されるまで繰り返し行われる。
【００６４】
従って、タービン流入ガス圧力Ｐ４が、その時点で仮定されているターボチャージャ回転速度Ｎｔに対して適正値になると、質量保存則に基づく式が成立するから、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４４０に進み、ターボチャージャ慣性エネルギーＬｉを（１９）式に基づいて求めるとともに、その他の損失エネルギーＬｍを（２０）式に基づいて求める。
【００６５】
次いで、ＣＰＵはステップ４４５に進み、先のコンプレッサプログラム１（ステップ４１０）により求められたコンプレッサ付与エネルギーＬｃ、タービンプログラム１（ステップ４２０）により求められたタービン取得エネルギーＬｔ、ステップ４４０にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーＬｉ及びその他の損失エネルギーＬｍが、（１）式のエネルギーバランス式（エネルギー保存則に基づく式）を満足しているか否か（即ち、（１）式が成立しているか否か）を判定する。
【００６６】
この時点で、（１）式が成立していなければ、ＣＰＵはステップ４４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４５０に進み、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを所定の微小値βだけ増大する。その後、ＣＰＵはステップ４１０に戻ってステップ４１０乃至ステップ４４０までの処理を再び実行する。これにより、上記エネルギーＬｔ、Ｌｃ、Ｌｉ及びＬｍを含む各値が更新される。このような処理（ステップ４１０〜ステップ４５０）は、ステップ４４５にて（１）式（エネルギーバランス式）が成立するまで繰り返し行われる。
【００６７】
従って、タービン流入ガス圧力Ｐ４及びターボチャージャ回転速度Ｎｔが適正値になると、上記エネルギーＬｔ、Ｌｃ、Ｌｉ及びＬｍを含む各値が適正値となるので、エネルギー保存則に基づく（１）式が成立する。これにより、ＣＰＵはステップ４４５に進んだとき、同ステップ４４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４５５に進み、その時点で算出されているコンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３、コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３、タービン流入ガス圧力Ｐ４、タービン流出ガス温度Ｔ６、ターボチャージャ回転速度Ｎｔ及びタービン通過ガス流量Ｇ４をターボチャージャ状態量の推定値として出力する。その後、ＣＰＵはステップ４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上が、第１実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の作動である。
【００６８】
このように、第１実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を連立して、それらの式に変数として含まれるターボチャージャ状態量の幾つか（Ｐ０、Ｔ０、Ｔ４、Ｐ６，Ｇａ、Ｑinj、ＶＮ）を実測し、その実測値をこれらの式に適用することにより他のターボチャージャ状態量（Ｐ３、Ｔ３，Ｐ４、Ｔ６、Ｇ４、Ｎｔ）を推定する。従って、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。
【００６９】
また、ターボチャージャ状態量推定装置は、推定する変数のうちの一つ又は二つ（本例では、ＮｔとＰ４の二つ）の変数を仮定値として順次変更し、これらの値がエネルギーバランス式及び質量保存式を満足するまで繰り返し計算を行う。そして、これらの値がエネルギーバランス式及び質量保存式を満足した時点での上記各式により求められている変数をターボチャージャ状態量として推定（出力）する。従って、更に少ない数（仮定される変数の数だけ少ない数）のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。
【００７０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この装置は、電気制御装置５０のＣＰＵが図４乃至図６に代わる図７乃至図１０のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第１実施形態のターボチャージャ状態量推定装置と主として相違している。従って、以下、この相違点を中心に説明する。
【００７１】
第１実施形態に係る推定装置は、所定の変数（Ｐ０、Ｔ０、Ｔ４、Ｐ６，Ｇａ、Ｑinj、ＶＮ）を各センサから検出（実測）し、これらを入力値とするとともに、タービン流入ガス圧力Ｐ４及びターボチャージャ回転速度Ｎｔを順次変更することによって（Ｐ３、Ｔ３，Ｐ４、Ｔ６、Ｇ４、Ｎｔ）を推定していた。これに対し、第２実施形態に係る推定装置は、タービン流入ガス圧力Ｐ４を検出するタービン流入ガス圧力センサをタービン３６ｂの入口部近傍に備え、タービン流入ガス圧力Ｐ４をタービン流入ガス圧力センサによって検出し、その値をコンプレッサ通過ガス流量Ｇａに代わる入力値とし、コンプレッサ通過ガス流量Ｇａを推定する。
【００７２】
即ち、第２実施形態に係る推定装置は、所定の変数（Ｐ０，Ｔ０，Ｐ４，Ｔ４，Ｐ６，Ｑinj、ＶＮ）を各センサから検出し、これらを入力値とするとともに、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを順次変更することによって（Ｐ３，Ｔ３，Ｔ６，Ｇａ、Ｇ４、Ｎｔ）を推定する（表２におけるケース１１を参照。）。
【００７３】
（実際の作動）
この第２実施形態に係る電気制御装置のＣＰＵは、ターボチャージャ状態量を推定するにあたり、図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んでターボチャージャ回転速度Ｎｔに上記初期値Ｎｔintを設定する。次いで、ＣＰＵはステップ７１０に進み、図８のフローチャートにより示したタービンプログラム２のステップ８００に進む。そして、ＣＰＵはステップ８０５に進んでタービン流入ガス圧力Ｐ４、タービン流入ガス温度Ｔ４、タービン流出ガス圧力Ｐ６及びバリアブルノズル開度ＶＮを、タービン流入ガス圧力センサ、タービン流入ガス温度センサ５４、タービン流出ガス圧力センサ５５及びバリアブルノズル開度センサ５６からそれぞれ取得する。
【００７４】
次に、ＣＰＵはステップ８１０乃至ステップ８４０の処理を行う。ステップ８１０乃至ステップ８４０は、先に説明したステップ６１０乃至ステップ６４０とそれぞれ同一のステップであるので、説明を省略する。但し、タービン流入ガス圧力Ｐ４は、第１実施形態のように仮定値ではなく、実測値である。以上により、タービン通過ガス流量Ｇ４、タービン流出ガス温度Ｔ６及びタービン取得エネルギーＬｔが求められ、それらがＲＡＭの所定領域に格納される。
【００７５】
次いで、ＣＰＵはステップ８９５を介して図７のステップ７１５に戻り、図示しない周知の燃料噴射量計算プログラムによりアクセル操作量を表す信号Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定められている燃料噴射量Ｑinjを入力する。その後、ＣＰＵはステップ７２０に進み、ステップ７１０にて求めたタービン通過ガス流量Ｇ４とステップ７１５にて取得した燃料噴射量Ｑinjと（２）式とに基づいてコンプレッサ通過ガス流量Ｇａを求める。これにより、（２）式の質量保存則に基づく式が計算結果に反映されることになる。
【００７６】
次いで、ＣＰＵはステップ７２５に進み、図９のフローチャートにより示したコンプレッサプログラム２のステップ９００に進む。そして、ＣＰＵはステップ９０５に進んでコンプレッサ流入ガス圧力Ｐ０及びコンプレッサ流入ガス温度Ｔ０を、コンプレッサ流入ガス圧力センサ５２及びコンプレッサ流入ガス温度センサ５３からそれぞれ取得する。
【００７７】
次に、ＣＰＵはステップ９１０乃至ステップ９４５の処理を行う。ステップ９１０乃至ステップ９４５は、先に説明したステップ５１０乃至ステップ５４５とそれぞれ同一のステップであるので、説明を省略する。以上により、コンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３、コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３及びコンプレッサ付与エネルギーＬｃがＲＡＭの所定領域に格納される。
【００７８】
次いで、ＣＰＵはステップ９９５を介して図７のステップ７３０に戻り、同ステップ７３０にてターボチャージャ慣性エネルギーＬｉを（１９）式に基づいて求めるとともに、その他の損失エネルギーＬｍを（２０）式に基づいて求める。その後、ＣＰＵはステップ７３５に進み、先のタービンプログラム２（ステップ７１０）により求められたタービン取得エネルギーＬｔ、コンプレッサプログラム２（ステップ７２５）により求められたコンプレッサ付与エネルギーＬｃ、ステップ７３０にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーＬｉ及びその他の損失エネルギーＬｍが、（１）式のエネルギーバランス式を満足しているか否かを判定する。
【００７９】
この時点で、（１）式のエネルギーバランス式が成立していなければ、ＣＰＵはステップ７３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを所定の微小値βだけ増大する。その後、ＣＰＵは、ステップ７１０に戻って、再び、ステップ７１０乃至ステップ７３０までの処理を実行する。これにより、上記エネルギーＬｔ、Ｌｃ、Ｌｉ及びＬｍを含む各値が更新される。このような処理（ステップ７１０〜ステップ７４０）は、ステップ７３５にて（１）式のエネルギーバランス式が成立したと判定されるまで繰り返し行われる。
【００８０】
従って、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが適正値になると、上記エネルギーＬｔ、Ｌｃ、Ｌｉ及びＬｍを含む各値が適正値となるので、（１）式のエネルギーバランス式が成立する。これにより、ＣＰＵはステップ７３５に進んだとき、同ステップ７３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、その時点で算出されているコンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３、コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３、タービン流出ガス温度Ｔ６、ターボチャージャ回転速度Ｎｔ、タービン通過ガス流量Ｇ４及びコンプレッサ通過ガス流量Ｇａをターボチャージャ状態量の推定値として出力する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上が、第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置の作動である。
【００８１】
このように、第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、コンプレッサモデル式、タービンモデル式、慣性エネルギー式、損失エネルギー式、エネルギーバランス式、及び、質量保存式からなる複数の式を連立して、それらの式に変数として含まれるターボチャージャ状態量の幾つか（Ｐ０、Ｔ０、Ｐ４、Ｔ４、Ｐ６，Ｑinj、ＶＮ）を実測し、その実測値をこれらの式に適用することにより他のターボチャージャ状態量（Ｐ３、Ｔ３，Ｔ６、Ｇａ、Ｇ４、Ｎｔ）を推定する。従って、より少ない数のセンサを用いてターボチャージャ状態量を表す値を取得することができる。
【００８２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この推定装置は、上述した第１実施形態の推定装置と同様に、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを推定値Ｎｔcalとして推定する。一方、この推定装置は、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを検出（実測）するターボチャージャ回転速度検出センサをタービンシャフト３６ｃの近傍に備え、検出されたターボチャージャ回転速度を実測値Ｎｔactとして入力する。そして、推定装置は、推定値Ｎｔcalと実測値Ｎｔactとを比較し、その比較結果に基づいてターボチャージャ回転速度検出センサが異常であるか否かを判定するようになっている。
【００８３】
（実際の作動）
より具体的に作動について述べると、この推定装置は、電気制御装置５０のＣＰＵが図４乃至図６に加えて更に図１０のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第１実施形態の推定装置と相違している。従って、以下、この相違点を主として説明する。
【００８４】
このＣＰＵは、図４のステップ４５５の処理を終了すると、図１０のステップ１０１０に進み、ターボチャージャ回転速度センサが検出しているターボチャージャ回転速度を実測値Ｎｔactとして入力する。次いで、ＣＰＵはステップ１０２０に進み、図４乃至図６に示したプログラムによって推定された（最終的に求められた）ターボチャージャ回転速度Ｎｔを推定値Ｎｔcalとして入力し、ステップ１０３０にて推定値Ｎｔcalと実測値Ｎｔactとの差の絶対値が閾値（異常判定値）ｅｒｒより小さいか否かを判定する。
【００８５】
そして、ＣＰＵは、推定値Ｎｔcalと実測値Ｎｔactとの差の絶対値が閾値ｅｒｒより小さければ、ステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、ターボチャージャ回転速度センサは正常である旨を示すように異常フラグＸＤＮｔの値を「０」に設定する。これに対し、推定値Ｎｔcalと実測値Ｎｔactとの差の絶対値が閾値ｅｒｒ以上であれば、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０５０に進み、ターボチャージャ回転速度センサは異常である旨を示すように異常フラグＸＤＮｔの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵは図４のステップ４９５へと進む。
【００８６】
（第３実施形態の変形例）
上述した第３実施形態の推定装置は、ターボチャージャ回転速度センサが異常であるか否かを判定するようになっていたが、本発明によれば、他のセンサが異常であるか否かを判定することもできる。図１１のフローチャートにより示したプログラムは、そのような処理を行う例である。
【００８７】
このプログラムによれば、ＣＰＵはステップ１１１０にて「異常有無の判定を行おうとするセンサ（便宜上、「Ｙセンサ」と称呼する。）」から、そのＹセンサが検出している値を実測値Ｙactとして入力する。この場合、「Ｙセンサ」が検出している実測値は、ターボチャージャ状態量推定のための入力値として使用されているセンサの実測値であってはならず、且つ、ターボチャージャ状態量推定装置によって推定される値に対応した値であることが必要である。
【００８８】
次いで、ＣＰＵはステップ１１２０に進み、例えば図４乃至図６に示したプログラムによって推定された推定値であって、実測値Ｙactに対応する値Ｙを推定値Ｙcalとして入力する。次に、ＣＰＵは、ステップ１０３０にて推定値Ｙcalと実測値Ｙactとの差の絶対値が閾値（異常判定値）ｅｒｒＹより小さいか否かを判定する。
【００８９】
そして、ＣＰＵは、推定値Ｙcalと実測値Ｙactとの差の絶対値が閾値ｅｒｒＹより小さければ、ステップ１１３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４０に進み、Ｙセンサは正常である旨を示すように異常フラグＸＹの値を「０」に設定する。これに対し、推定値Ｙcalと実測値Ｙactとの差の絶対値が閾値ｅｒｒＹ以上であれば、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１５０に進み、Ｙセンサは異常である旨を示すように異常フラグＸＹの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１１９５に進んで本プログラムを一旦終了する。
【００９０】
このように、第３実施形態及びその変形例に係るターボチャージャ推定装置は、推定された変数（推定状態量）と、その推定された変数と同じ種類の変数であってセンサにより実測された変数（実測状態量）と、が所定値以上乖離しているとき、そのセンサが異常であると判定する。従って、推定された状態量と同じ種類の状態量を実測するセンサの異常の有無を容易に検出することができる。
【００９１】
なお、上記例においては、実測状態量と推定状態量との差の絶対値が所定値より大きいとき、その実測状態量を測定したンサが異常であると判定していた。これに対し、例えば、推定状態量に対する実測状態量の比が所定範囲内にないときに、その実測状態量を測定したセンサが異常であると判定してもよい。
【００９２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置について説明する。この推定装置は、第１実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置を利用してターボチャージャ３６が異常となっているか否かを判定する機能を備えた装置である。具体的には、第４実施形態の推定装置は、ターボチャージャ状態量の推定途中又は完了時において、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲を超える場合、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲を超える場合、及び、「コンプレッサ付与エネルギーＬｃ」を基準とした場合の「その他の損失エネルギーＬｍ」（例えば、それらの比Ｒ＝Ｌｍ／Ｌｃ）が閾値（異常判定値）を超えた場合、の何れかの場合が発生すると、ターボチャージャ３６が異常であると判定する。
【００９３】
（実際の作動）
より具体的に作動について述べると、この推定装置は、電気制御装置５０のＣＰＵが図４に代わる図１２のフローチャートにより示したプログラムを実行する点において第１実施形態の推定装置と相違している。従って、以下、この相違点を主として説明する。なお、図１２において図４と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
ＣＰＵは、ターボチャージャ状態量の推定及びターボチャージャ３６の異常有無判定を行うために、図１２のステップ１２００から処理を開始し、ステップ４０５に進んで仮定値であるターボチャージャ回転速度Ｎｔに初期値Ｎｔintを設定する。次いで、ＣＰＵはステップ４１０に進み、図５に示したコンプレッサプログラム１を実行する。この結果、コンプレッサ流出ガス圧力Ｐ３、コンプレッサ流出ガス温度Ｔ３及びコンプレッサ付与エネルギーＬｃが求められる。
【００９５】
次に、ＣＰＵはステップ４１５にて仮定値であるタービン流入ガス圧力Ｐ４に初期値Ｐ４intを設定し、ステップ４２０に進んで図６に示したタービンプログラム１を実行する。この結果、タービン通過ガス流量Ｇ４、タービン流出ガス温度Ｔ６及びタービン取得エネルギーＬｔが求められる。
【００９６】
その後、ＣＰＵはステップ４２５にて単位時間あたりの燃料噴射量Ｑinjを入力し、続くステップ４３０にて先のタービンプログラム１（ステップ４２０）によって求められたタービン通過ガス流量Ｇ４、エアフローメータ５１によって実測されているコンプレッサ通過ガス流量Ｇａ及びステップ４２５にて入力した燃料噴射量Ｑinjが、（２）式の質量保存則に基づく式を満足している否かを判定する。この時点で、（２）式の質量保存則に基づく式が成立していなければ、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、タービン流入ガス圧力Ｐ４を所定の微小値αだけ増大する。
【００９７】
次いで、ＣＰＵはステップ１２０５に進み、ステップ４３５にて更新されたタービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）内にあるか否かを判定する。そして、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）内にあれば、ＣＰＵはステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２０に戻る。
【００９８】
一方、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）内になければ、ＣＰＵはステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２１０に進んでターボチャージャ３６が異常であることを示すフラグ（ターボチャージャ異常フラグ）ＸＴＣの値を「１」に設定し、ステップ１２９５に進んで本プログラムを一旦終了する。
【００９９】
以上の手順により、タービン流入ガス圧力Ｐ４が順次増大（変更）されながら、ステップ４３０にて質量保存則に基づく式が成立するか否かが判定されるとともに、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）を超えると、ターボチャージャ３６（ターボチャージャ３６を含む過給システム）が異常であると判定される。即ち、本装置は、推定される変数（ターボチャージャ状態量）のうちの少なくとも一つであるタービン流入ガス圧力Ｐ４は仮定値であって前記質量保存式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同質量保存式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。
【０１００】
いま、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）を超える前に、ステップ４３０にて質量保存則に基づく式が成立したと仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４４０に進み、ターボチャージャ慣性エネルギーＬｉ及びその他の損失エネルギーＬｍを求める。その後、ＣＰＵはステップ４４５にて、先のコンプレッサプログラム１（ステップ４１０）により求められたコンプレッサ付与エネルギーＬｃ、タービンプログラム１（ステップ４２０）により求められたタービン取得エネルギーＬｔ、ステップ４４０にて求められたターボチャージャ慣性エネルギーＬｉ及びその他の損失エネルギーＬｍが、（１）式のエネルギーバランス式を満足しているか否かを判定する。
【０１０１】
この時点で、（１）式のエネルギーバランス式が成立していなければ、ＣＰＵはステップ４４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４５０に進み、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを所定の微小値βだけ増大する。
【０１０２】
次いで、ＣＰＵはステップ１２１５に進み、ステップ４５０にて更新されたターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲（Ｎｔmin〜Ｎｔmax）内にあるか否かを判定する。そして、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲（Ｎｔmin〜Ｎｔmax）内にあれば、ＣＰＵはステップ１２１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に戻る。
【０１０３】
一方、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲（Ｎｔmin〜Ｎｔmax）内になければ、ＣＰＵはステップ１２１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２２０に進んでターボチャージャ異常フラグＸＴＣの値を「１」に設定し、ステップ１２９５に進んで本プログラムを一旦終了する。
【０１０４】
以上の手順により、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが順次増大（変更）されながら、ステップ４４５にてエネルギー保存則に基づく式が成立するか否かが判定され、そのエネルギー保存則に基づく式が成立する前の時点でターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲（Ｎｔmin〜Ｎｔmax）を超えると、ターボチャージャ３６（ターボチャージャを含む過給システム）が異常となっていると判定される。
【０１０５】
即ち、この装置は、推定される変数（ターボチャージャ状態量）のうちの少なくとも一つであるターボチャージャ回転速度Ｎｔは仮定値であって前記エネルギーバランス式が成立するまで順次変更されるとともに、同変更される仮定値が予め定められた所定範囲を超えても同エネルギーバランス式が成立しない場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。
【０１０６】
いま、タービン流入ガス圧力Ｐ４が所定の範囲（Ｐmin〜Ｐmax）を超えることなく、且つ、ターボチャージャ回転速度Ｎｔが所定の範囲（Ｎｔmin〜Ｎｔmax）を超えることなく、ステップ４４５にて（１）式のエネルギーバランス式が成立したと仮定すると、ＣＰＵはステップ４４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２２５に進み、先のコンプレッサプログラム１（ステップ４１０）により求められた「コンプレッサ付与エネルギーＬｃ」に対するステップ４４０にて求められた「その他の損失エネルギーＬｍ」の比Ｒ（Ｒ＝Ｌｍ／Ｌｃ）が閾値（異常判定値）Ｒｔｈより大きいか否かを判定する。
【０１０７】
ターボチャージャ３６（ターボチャージャを含む過給システム）に異常が生じていない場合、比Ｒは閾値Ｒｔｈより大きくなることはない。そこで、ＣＰＵは比Ｒが閾値Ｒｔｈより大きい場合、ターボチャージャ３６が異常となっていると判定し、ステップ１２２５からステップ１２２０へと進んでターボチャージャ異常フラグＸＴＣの値を「１」に設定し、ステップ１２９５に進んで本プログラムを一旦終了する。
【０１０８】
他方、ステップ１２２５にて比Ｒ（Ｌｍ／Ｌｃ）が閾値Ｒｔｈ以下であれば、ＣＰＵはステップ４５５にてターボチャージャ状態量（Ｐ３、Ｔ３、Ｐ４、Ｔ６、Ｎｔ、Ｇ４）を推定された値として出力し、続くステップ１２３０にてターボチャージャ異常フラグＸＴＣの値を「０」に設定し、ステップ１２９５に進んで本プログラムを一旦終了する。以上が、第４実施形態の作動である。
【０１０９】
このように、第４実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置は、前記エネルギーバランス式と前記質量保存式との両式が成立したとき、同エネルギーバランス式に用いている損失エネルギーＬｍが同エネルギーバランス式に用いているコンプレッサ付与エネルギーＬｃを基準として定められる閾値（Ｒｔｈ・Ｌｃ）より大きい場合、前記ターボチャージャを含む過給システムが異常であると判定するターボチャージャ異常判定手段を備えている。
【０１１０】
これによれば、前記エネルギーバランス式と前記質量保存式との両式が満足された場合であっても、ターボチャージャを含む過給システムが異常であることを一層確実に検出することができる。
【０１１１】
なお、第４実施形態において、図１２のステップ４３５の処理後はステップ４２０に直接進むようにプログラムを構成するとともに、ステップ１２０５及びステップ１２１０をステップ４４５とステップ１２２５の間に配置することも好適である。
同様に、図１２のステップ４５０の処理後はステップ４１０に直接進むようにプログラムを構成するとともに、ステップ１２１５及びステップ１２２０をステップ４４５とステップ１２２５の間に配置することも好適である。
【０１１２】
以上、本発明に係るターボチャージャ状態量推定装置の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、各実施形態においては、ターボチャージャ回転速度Ｎｔは、エネルギー保存則に基づく式が成立するまで、初期値Ｎｔintから次第に増大されていたが、最初は初期値Ｎｔintにて計算を行い、次に初期値Ｎｔint＋γにて計算を行い、次いで初期値Ｎｔint−γにて計算を行い、その次に初期値Ｎｔint＋２・γ、初期値Ｎｔint−２・γ、初期値Ｎｔint＋３・γ、更に、初期値Ｎｔint−３・γのように、増減させて行ってもよい。また、仮定値としてのターボチャージャ回転速度Ｎｔに想定される中で最大の値を初期値として与えておき、推定途中において初期値Ｎｔintから次第に減少してもよい。以上に述べたことは、タービン流入ガス圧力Ｐ４の他、ターボチャージャ状態量推定のために変更される仮定値（変数）について同様に適用される。
【０１１３】
更に、上記各実施形態において状態量が推定されるターボチャージャは、バリアブルノズル式ターボチャージャであったので、バリアブルノズル開度ＶＮをターボチャージャ状態量の一つとしていた。これに対し、バリアブルノズル可変機構を備えない（バリアブルノズル式でない）ターボチャージャにも本発明は当然に適用できる。この場合、例えば、（１２）式及び（１５）式などにおいて、バリアブルノズル開度ＶＮを一定値にすれば、上記複数の式をそのまま用いてターボチャージャの状態量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置及び同推定装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１に示したターボチャージャ状態量推定装置の機能ブロック図である。
【図３】図１に示したターボチャージャ状態量推定装置がターボチャージャ状態量として扱う変数を示す図である。
【図４】図１に示したターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図５】図１に示したターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラム（コンプレッサプログラム１）を示したフローチャートである。
【図６】図１に示したターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラム（タービンプログラム１）を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラム（タービンプログラム２）を示したフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラム（コンプレッサプログラム２）を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵがターボチャージャ回転速度検出センサの異常検出のために追加的に実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが、ターボチャージャ回転速度検出センサ以外の他のセンサが異常であるか否かを判定するために追加的に実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るターボチャージャ状態量推定装置のＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…多気筒ディーゼルエンジン（内燃機関）、２０…エンジン本体、２１…燃料噴射弁、３０…吸気系統、３１…吸気マニホールド、３２…サージタンク、３３…吸気管、３４…スロットル弁、３４ａ…スロットル弁アクチュエータ、３５…インタクーラ、３６…ターボチャージャ、３６ａ…コンプレッサ、３６ａ１…コンプレッサブレード、３６ｂ…タービン、３６ｂ１…タービンブレード、３６ｃ…タービンシャフト、３６ｄ…ノズルベーン、３６ｅ…ノズルベーンアクチュエータ、４０…排気系統、４１…排気マニホールド、４２…排気管、５０…電気制御装置、５１…エアフローメータ、５２…コンプレッサ流入ガス圧力センサ、５３…コンプレッサ流入ガス温度センサ、５４…タービン流入ガス温度センサ、５５…タービン流出ガス圧力センサ、５６…バリアブルノズル開度センサ、５７…アクセルペダル操作量センサ、５８…エンジン回転速度センサ。
【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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