(57)【要約】【課題】インタークーラ入口温度を圧力センサを用いることなく推定できるようにする。【解決手段】ターボチャージャの入口温度Ｔin、エンジンの筒内ガス量及び排気量、コンプレッサ効率ηを用いて以下の式（７）によって、インタークーラの入口温度Ｔ＿ICinを推定する。  Ｔ＿ICin＝Ｔin＋Ｔin×[(Ａ×(筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηc ・・（７）  ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ：定数  このような式（７）を用いることにより、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICin（コンプレッサ出口温度）を、圧力センサを用いることなく推定することができる。また、推定したコンプレッサ入口温度からインタークーラ出口温度を推定することもできる。さらに、推定したインタークーラ出口温度に基づいて、インマニ温度センサの故障診断を行うことも可能になる。【選択図】図７
2013213473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記コンプレッサの吸気流れの下流側の前記吸気通路に配置されたインタークーラとを備えたエンジンに適用される温度推定装置であって、
前記ターボチャージャの入口温度Ｔin、前記エンジンの筒内ガス量及び排気量、コンプレッサ効率ηcを用いて以下の式（７）によって、前記インタークーラの入口温度Ｔ＿ICinを推定することを特徴とする温度推定装置。
Ｔ＿ICin＝Ｔin＋Ｔin×[(Ａ×(筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηc ・・（７）
ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ：定数
【請求項２】
排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記コンプレッサの吸気流れの下流側の前記吸気通路に配置されたインタークーラとを備えたエンジンに適用される温度推定装置であって、
請求項１記載の温度推定装置によって推定されたインタークーラ入口温度Ｔ＿ICin、外気温、及び、インタークーラ効率を用いて以下の式（８）によって、前記インタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを推定することを特徴とする温度推定装置。
Ｔ＿ICout＝Ｔ＿ICin−（Ｔ＿ICin−外気温）×インタークーラ効率  ・・（８）
【請求項３】
排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記コンプレッサの吸気流れの下流側の前記吸気通路に配置されたインタークーラと、前記インタークーラの吸気流れの下流側の空気の温度を検出する温度センサとを備えたエンジンに適用される温度センサ故障診断装置であって、
前記温度センサにて検出された温度実測値と、請求項２記載の温度推定装置によって推定されたインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutとの温度差の絶対値が所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定することを特徴とする温度センサ故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ付きエンジン（内燃機関）において、コンプレッサの吸気流れの下流側の吸気通路に配置されたインタークーラの入口温度などを推定する温度推定装置、及び、温度センサ故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるディーゼルエンジン等にあっては、吸気通路に流入する吸入空気量を検出するエアフローメータ、燃焼室に吸入される前の吸入空気の温度（インマニ温度）を検出する吸気温センサ（インマニ温度センサ）、エンジンの冷却水温度（水温）を検出する水温センサ、及び、エンジン回転数センサなどのエンジン運転状態を検出するセンサを配置し、それら検出値に基づいて燃料噴射量等を制御している。
【０００３】
また、車両に搭載されるエンジンとしては、排気エネルギを利用したターボチャージャ（過給機）を備えたものがある。ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフト（タービンシャフト）とを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。
【０００４】
また、ターボチャージャが搭載されたエンジンにあっては、ターボチャージャのコンプレッサから突出された圧縮空気を冷却するためのインタークーラがインテークマニホールドの上流側（吸気流れの上流側）に配置されている（例えば、特許文献１参照）。このインタークーラの入口温度（コンプレッサ出口温度）を推定すれば、その推定入口温度からインタークーラの出口温度（インマニ温度）を推定することが可能になる。
【０００５】
なお、コンプレッサ出口温度を推定する技術として下記の特許文献２に記載のものがある。この特許文献２に記載の技術では、コンプレッサ入口圧力（コンプレッサ前圧力）Ｐ０とコンプレッサ出口圧力（コンプレッサ後圧力）Ｐ３との比（コンプレッサ圧力比）Ｐ３／Ｐ０からコンプレッサ出口温度（インタークーラ入口温度）を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７０５０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した特許文献２に記載の方法でコンプレッサ出口温度（インタークーラ入口温度）を推定するにはコンプレッサ圧力比を求める必要がある。このため、インタークーラ入口温度の推定に、コンプレッサ入口圧力とコンプレッサ出口圧力とを検出する２つの圧力センサが必要となり、そのセンサの増加によりコストが高くなる。
【０００８】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、インタークーラ入口温度等を、圧力センサを用いることなく推定することが可能な温度推定装置、及び、温度センサ故障診断を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた発明の解決原理は、コンプレッサ圧力比と［筒内ガス量／排気量］との関係に着目し、コンプレッサ出口温度（インタークーラ入口温度）を、圧力センサを用いることなく、ガス量で推定できるようにする。また、そのようにして推定したコンプレッサ入口温度からインタークーラ出口温度を推定し、その推定したインタークーラ出口温度を用いてインマニ温度センサの故障診断を行うようにしている。
【００１０】
−解決手段−
本発明は、排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記コンプレッサの吸気流れの下流側の前記吸気通路に配置されたインタークーラとを備えたエンジンに適用される温度推定装置を前提としている。このような温度推定装置において、前記ターボチャージャの入口温度Ｔin、前記エンジンの筒内ガス量及び排気量、コンプレッサ効率ηc用いて以下の式（７）
Ｔ＿ICin＝Ｔin＋Ｔin×[(Ａ×(筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηc ・・（７）
によって、前記インタークーラの入口温度Ｔ＿ICinを推定することを特徴としている。
【００１１】
ここで、式（７）において、Ａ，Ｂは、実験またはシミュレーション計算によって求められた定数である（その詳細は後述する）。また、Ｃは、後述するように標準大気圧及び比熱比κ（κ＝１．３９５）から与えられる固定値（定数）である。また、ターボチャージャの入口温度Ｔinは、吸気通路に配置されている空気温度センサの検出値から得ることができる。さらに、排気量はエンジンの機種毎の固有値（既知）である。
【００１２】
本発明によれば、筒内ガス量（筒内ガス量は充填効率から算出可能）を用いて上記式（７）によりインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを推定することができる。つまり、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICin（コンプレッサ出口温度）を、圧力センサを用いることなく推定することができるので、圧力センサの個数の低減とコスト低減とを達成することができる。
【００１３】
本発明において、上記筒内ガス量を用いて推定したインタークーラ入口温度Ｔ＿ICin、外気温、及び、インタークーラ効率を用いて以下の式（８）によって、インタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを推定するようにしてもよい。
【００１４】
Ｔ＿ICout＝Ｔ＿ICin−（Ｔ＿ICin−外気温）×インタークーラ効率  ・・（８）
この場合、外気温はセンサ検出値を用いる。また、インタークーラ効率については、予め実験・シミュレーション計算等によって作成したマップ等から求めるようにする。
【００１５】
このように、本発明では、インタークーラ出口温度Ｔ＿ICout（インマニ温度）を推定することができるので、インタークーラの吸気流れの下流側の空気の温度を検出する温度センサ（以下、インマニ温度センサという）が設けられている場合、そのインマニ温度センサの故障診断を、インタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを用いて行うことができる。その具体的な構成として、上記インマニ温度センサにて検出された温度実測値（インマニ温度実測値）と、上記温度推定装置によって推定されたインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutとの温度差の絶対値が所定の判定値（正常判定基準値）よりも大きい場合には、当該温度センサに故障が発生していると判定するという構成を挙げることができる。
【００１６】
以上のように、本発明では、インタークーラ入口温度（インタークーラ出口温度）の推定が可能であるので、インマニ温度センサの故障診断装置も実現可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、コンプレッサの下流側のインタークーラの入口温度を、圧力センサを用いることなく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用するエンジン及びその制御系の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】コンプレッサの前後の状態を示すモデル図である。
【図５】過給圧((κ-1)/κ)と［筒内ガス量／排気量］との関係を示す図である。
【図６】コンプレッサ後温度と比熱比κとの関係を示す図である。
【図７】インタークーラ入口温度の推定値とインタークーラ入口温度の実測値との関係を示す図である。
【図８】インマニ温度センサの故障診断処理の一例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】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本実施形態は、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明を適用した場合について説明する。
【００２１】
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２３】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
【００２４】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３・・２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００２５】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続されるインテークマニホールド６３を備え、このインテークマニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気温度センサ３１、後述するターボチャージャ５のコンプレッサインペラ５３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２などが配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。
【００２６】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続されるエキゾーストマニホールド７２を備え、このエキゾーストマニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３が接続されている。また、この排気通路には、後述するターボチャージャ５のタービンホイール５２、及び、排気浄化ユニット７７などが配設されている。
【００２７】
排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ触媒(排気浄化触媒)７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。なお、排気浄化ユニット７７としてＤＰＮＲ触媒を適用してもよい。
【００２８】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００２９】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体からなり、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３０】
ここで、エンジン１の燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を参照して説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００３１】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００３２】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００３３】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３４】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａ及び上記排気ポート７１がそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００３５】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管（吸気通路）６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管（排気通路）７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させ、吸気圧を高めるといった、いわゆる過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３６】
ターボチャージャ５のタービンホイール５２はタービンハウジング５２ａ内に収容されており、また、コンプレッサインペラ５３はコンプレッサハウジング５３ａ内に収容されている。そして、タービンホイール５２、タービンハウジング５２ａ及び可変ノズルベーン機構などによってタービン５２０が構成されており、また、コンプレッサインペラ５３及びコンプレッサハウジング５３ａなどによってコンプレッサ５３０が構成されている。
【００３７】
吸気系６の吸気管６４（コンプレッサ５３０の吸気流れの下流側の吸気通路）には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００３８】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ生成量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。なお、ＥＧＲ装置としては、上記ＥＧＲクーラ８２を備えていない構成のものであってもよい。
【００３９】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４０】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。
【００４１】
吸入空気温度センサ３１は、ターボチャージャ５のコンプレッサ５３０の吸気流れの上流側に配置され、エアクリーナ６５を通過した空気の温度（コンプレッサ５３０の入口に流入する空気の温度（外気温に相当））に応じた検出信号を出力する。
【００４２】
吸気圧センサ４８は、インテークマニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。インマニ温度センサ（吸気温センサ）４９は、インテークマニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。ターボ回転センサ３２は、タービンシャフト５１の回転速度（回転数）に応じた検出信号を出力する。
【００４３】
Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。排気温センサ４５ａ，４５ｂは、同じくＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。
【００４４】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。
【００４５】
図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、インマニ温度センサ４９、吸入空気温度センサ３１、ターボ回転センサ３２が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００４６】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００４７】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００４８】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００４９】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
【００５０】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数（エンジン回転速度）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００５１】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００５２】
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。なお、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００５３】
なお、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、ＮＯｘ還元処理、Ｓ被毒回復制御、ＤＰＦ再生処理に利用される。
【００５４】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度（開度＝０（閉鎖）の場合も含む）を制御し、インテークマニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。
【００５５】
また、ＥＣＵ１００は、後述するインタークーラ入口温度の推定を行う。さらに、その推定したインタークーラ入口温度からインタークーラ出口温度を推定し、この推定したインタークーラ出口温度（インマニ温度）に基づいてインマニ温度センサ４９の故障診断を行う。
【００５６】
以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって、本発明の温度推定装置と温度センサ故障診断装置とが実現される。
【００５７】
−インタークーラ入口温度推定−
次に、本実施形態の特徴部分である、インタークーラ６１の入口温度（入口空気温度）を推定する手法について説明する。
【００５８】
まず、図４に示すモデル（コンプレッサ前後の状態を示すモデル）において、コンプレッサ入口温度をＴin、コンプレッサ出口温度Ｔoutとすると、その両者の温度差ΔＴは［ΔＴ＝Ｔout−Ｔin］となり、Ｔout＝Ｔin＋ΔＴとなる。また、コンプレッサ入口圧力（コンプレッサ前圧力）をＰin、コンプレッサ出口圧力（コンプレッサ後圧力）をＰoutとすると、ΔＴは、
【００５９】
【数１】
2013213473.tif 000003
と表すことができる。ただし、ηc：コンプレッサ効率  κ：空気の比熱比
この式（１）から、ΔＴを求めることにより、コンプレッサ出口温度Ｔoutを求めることができる（コンプレッサ入口温度はセンサ検出値）。しかしながら、このような手法では、コンプレッサ前後の圧力（Ｐin，Ｐout）をセンサで計測する必要があり、その圧力センサの増加によりコストが高くなる。
【００６０】
そこで、本発明の発明者らは、圧力センサを用いることなく、ガス量を用いてコンプレッサ出口温度（インタークーラ入口温度）を推定することが可能な手法を見出した。その手法について具体的に説明する。
【００６１】
まず、上記コンプレッサ前圧力Ｐin及びコンプレッサ後圧力Ｐoutを、それぞれ、コンプレッサ前圧力Ｐin≒大気圧、コンプレッサ後圧力Ｐout≒過給圧と定義すると、上記式（１）は以下の式（２）で表すことができる。
【００６２】
【数２】
2013213473.tif 000004
ここで、上記式（２）の右辺の過給圧((κ-1)/κ)について、［筒内ガス量／排気量］で整理したところ、ハード諸元によらず線形化することができ（図５）、汎用化が可能であることが判明した。その図５の関係を数式で表すと、
【００６３】
【数３】
2013213473.tif 000005
となる。ただし、Ａ，Ｂは定数である。そして、この式（３）を上記式（２）に代入すると、
【００６４】
【数４】
2013213473.tif 000006
となる。ここで、大気圧を標準大気圧とし、比熱比κについては、図６に示す実用領域での平均値（κ＝１．３９５（固定値））と見なすと、上記式（４）は、
ΔＴ＝Ｔin×[(Ａ×（筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηｃ  ・・（５）
となる。ただし、Ｃは定数である。そして、上述の如く、コンプレッサ出口温度Ｔoutは［Ｔout＝Ｔin＋ΔＴ］であるので、この式及び上記式（５）からコンプレッサ出口温度Ｔoutは、以下の式（６）によって求めることができる。
【００６５】
Ｔout＝Ｔin＋Ｔin×[（Ａ×(筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηｃ  ・・（６）
そして、インタークーラ６１は、コンプレッサ５３０の吸気流れの下流側の吸気管（吸気通路）６４に配置されているので、インタークーラ６１の入口温度（入口空気温度）は、上記したコンプレッサ出口温度Ｔoutと同じとすることができる。したがって、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinは以下の式（７）によって求めることができる。
【００６６】
Ｔ＿ICin＝Ｔin＋Ｔin×[(Ａ×(筒内ガス量／排気量)＋Ｂ)／Ｃ−１]／ηc ・・（７）
ここで、式（６）及び式（７）の定数Ａ，Ｂは、図５に示す直線を表す一次方程式（近似式）の傾き［Ａ］と切片［Ｂ］であって、実験・シミュレーション計算等によって適合した値を設定する。また、定数Ｃについては、上述の如く、標準大気圧及び比熱比κ（κ＝１．３９５）から与えられる固定値である。さらに、排気量はエンジン１の機種毎の固有値（既知）である。そして、筒内ガス量はガスの充填効率から算出できるので、その充填効率から算出した値（筒内ガス量）を式（７）に入力することにより、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICin（コンプレッサ出口温度Ｔout）を算出（推定）することができる。
【００６７】
なお、上記式（６）及び式（７）、その式（６）及び式（７）の各定数Ａ，Ｂ，Ｃ、及び、対象とするエンジン１の排気量は、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。
【００６８】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転時に、そのエンジン運転状態に基づいて充填効率を求めて筒内ガス量を算出するとともに、吸入空気温度センサ３１の出力信号からコンプレッサ入口温度Ｔinを算出し、それら筒内ガス量及びコンプレッサ入口温度Ｔin、並びに、コンプレッサ効率ηcを用いて、上記式（７）からインタークーラ入口温度Ｔ＿ICin（コンプレッサ出口温度Ｔout）を算出（推定）する。
【００６９】
ここで、上記インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinの推定に用いる充填効率については、クランクポジションセンサ４０の出力信号から算出されるエンジン回転数（回転速度）、及び、エアフローメータ４３の出力信号から算出される吸入空気量に基づいて、予め実験・シミュレーション計算等によって作成されたマップ（エンジン回転数及び吸入空気量と充填効率とを規定したマップ）を参照して求めることができる。また、充填効率と筒内ガス量とは比例関係にあるので、その関係を規定するマップ（実験・シミュレーション計算等によって作成）を用いて充填効率から筒内ガス量を求めることができる。
【００７０】
また、コンプレッサ効率ηcについては、エアフローメータ４３の出力信号から算出される吸入空気量（コンプレッサ通過空気流量）、及び、ターボ回転センサ３２の出力信号から算出されるコンプレッサ回転速度に基づいて、予め実験・シミュレーション計算等によって作成されたマップ（コンプレッサ通過空気流量及びコンプレッサ回転速度とコンプレッサ効率との関係を規定したマップ）を参照して求めることができる。
【００７１】
ここで、本発明の発明者らは、本発明の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン（排気量等が異なる多数のエンジン）について、上記した手法にてインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを推定した。また、その各機種のエンジンについて、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinをセンサにて実測した。これらインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinの推定値と実測値との関係を図７に示す。この図７から明らかなように、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinの推定値とインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinの実測値とがほぼ一致しており、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを高い精度で推定できることが確認できた。
【００７２】
−インタークーラ出口温度−
次に、インタークーラ６１の出口温度（出口空気温度）を推定する手法について説明する。この例では、上記筒内ガス量から推定したインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを用いてインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを推定する。具体的には、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICin、外気温、及び、インタークーラ効率を用いて、以下の式（８）によってインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを推定する。
【００７３】
Ｔ＿ICout＝Ｔ＿ICin−（Ｔ＿ICin−外気温）×インタークーラ効率  ・・（８）
この式（８）はＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転時に、上記した手法（式（７））によりインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを推定し、その推定したインタークーラ入口温度Ｔ＿ICin、吸入空気温度センサ３１の出力信号から算出される外気温、及び、インタークーラ効率を用いて上記式（８）によりインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを算出（推定）する。
【００７４】
ここで、インタークーラ効率は、インタークーラ６１の冷却効率であって、［インタークーラ効率＝（Ｔ＿ICin−Ｔ＿ICout）／Ｔ＿ICin］と表すことができる。インタークーラ効率は、例えば、インタークーラ通過ガス量（吸入空気量）及び外気温（入口温度）をパラメータとして、実験・シミュレーション計算等によって作成したマップ（インタークーラ通過ガス量及び外気温とインタークーラ効率との関係を規定したマップ）を用いて求めることができる。より詳細には、エアフローメータ４３の出力信号から算出される吸入空気量、及び、吸入空気温度センサ３１の出力信号から算出される温度（外気温に相当）を用いて上記マップを参照してインタークーラ効率を求める。なお、インタークーラ効率を求めるためのマップはＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておく。
【００７５】
−インマニ温度センサ故障診断（１）−
次に、ＥＣＵ１００が実行するインマニ温度センサの故障診断処理について説明する。
【００７６】
まず、上記筒内ガス量（充填効率）を用いて推定したインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutは、インマニ温度（インテークマニホールド６３内の吸気温度）と同じであるので（吸気系６に還流するＥＧＲ量が０の場合）、その推定インタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを用いて、インマニ温度センサ４９の故障診断を行うことが可能である。
【００７７】
その具体的な処理（インマニ温度センサの故障診断処理）の一例について、図８のフローチャートを参照して説明する。この図８の処理ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返して実行される。
【００７８】
まず、ステップＳＴ１０１において、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを推定する。具体的には、吸入空気温度センサ３１の出力信号から算出されるコンプレッサ入口温度Ｔｉｎ、上記充填効率から算出される筒内ガス量、及び、コンプレッサ効率ηc（上記マップ等から求めた値）を用いて、上記式（７）によってインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを算出（推定）する。
【００７９】
次に、ステップＳＴ１０２において、上記ステップＳＴ１０１で推定したインタークーラ入口温度Ｔ＿ICin、外気温（吸入空気温度センサ３１の出力信号から認識）、及び、インタークーラ効率（上記マップ等から求めた値）を用いて、上記式（８）によってインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを算出（推定）する。なお、外気温については、外気温センサを設けて、そのセンサ出力から得るようにしてもよい。
【００８０】
ステップＳＴ１０３では、インマニ温度センサ４９の出力信号からインマニ温度を検出する。
【００８１】
ステップＳＴ１０４では、上記ステップＳＴ１０３で検出したインマニ温度（実測値）と、上記ステップＳＴ１０２で推定したインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutとの温度差（絶対値）ΔＴ＿INを算出する（ΔＴ＿IN＝｜インマニ温度−Ｔ＿ICout｜）。
【００８２】
次に、ステップＳＴ１０５において、上記ステップＳＴ１０４で算出した温度差（絶対値）ΔＴ＿INが所定の正常判定基準値Ｔｈin以下であるか否かを判定する。このステップＳＴ１０５の判定処理は、ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ８１の開度が０（閉鎖）であり、吸気系６（インテークマニホールド６３）に還流するＥＧＲ量が０の場合に実行する。その理由は、ＥＧＲ量が０のときに、［インマニ温度＝インタークーラ出口温度］が成立するので、インマニ温度センサ４９で検出されたインマニ温度（実測値）と、上記式（７）にて推定したインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutのみでインマニ温度センサ４９の故障診断が可能になることによる。
【００８３】
また、ステップＳＴ１０５の判定処理に用いる正常判定基準値Ｔｈinについては、例えば、インマニ温度センサ４９が正常である場合の上記温度差ΔＴ＿IN（｜インマニ温度−Ｔ＿ICin｜）の許容範囲（正常範囲）を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション計算等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定する。
【００８４】
そして、上記ステップＳＴ１０５の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［ΔＴ＿IN≦Ｔｈin］である場合）は、インマニ温度センサ４９は正常であると判断してステップＳＴ１０６に進む。ステップＳＴ１０６では、ＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒを推定する。そのＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒの推定処理については後述する。
【００８５】
一方、ステップＳＴ１０５の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合、つまり、インマニ温度（実測値）と推定インタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutとの温度差ΔＴ＿INが正常判定基準値Ｔｈinよりも大きい（ΔＴ＿IN＞Ｔｈin）場合は、インマニ温度センサ４９に故障が生じていると判断（診断）する（ステップＳＴ１０７）。この場合、例えば、車室内のメータパネル上のＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｌａｍｐ；警告ランプ）を点灯させてユーザ（運転者）に警告を促すとともに、上記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報を書き込む。
【００８６】
−ＥＧＲ温推定−
上記したインマニ温度センサ４９の故障診断処理（図８の処理）により、インマニ温度センサ４９が正常であると判断された場合は、その正常なインマニ温度センサ４９にて検出されたインマニ温度（実測値）を用いてＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒ（吸気系６に還流するＥＧＲの温度（ＥＧＲバルブの出口温度））を推定することが可能になる。具体的には、インマニ温度センサ４９にて検出されたインマニ温度（実測値）、及び、上記式（８）にて算出されたインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを、以下の式（９）に代入することにより、ＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒを推定することができる。
【００８７】
Ｔb＝(Ｇn×Ｃpa×Ｔ＿ICout＋Ｇegr×Ｃpe×Ｔ＿ｅｇｒ)／(Gｎ×Ｃpa＋Ｇegr×Cpe）  ・・・（９）
ただし、Ｔｂ：実測インマニ温度、Ｃpa：新気ガスの定圧比熱、Ｃpe：ＥＧＲガスの定圧比熱、Ｇn：新気ガス量、Ｇegr：ＥＧＲガス量
なお、上記実測インマニ温度Ｔｂは、インマニ温度センサ４９の出力信号から得ることができる。また、新気ガス量Ｇｎは、エアフローメータ４３の出力信号から得ることができる。また、ＥＧＲガス量Ｇegrは、ＥＧＲバルブ８１の開度指令値及び排気ガス量等から得ることができる。
【００８８】
−インマニ温度センサ故障診断（２）−
上記したインマニ温度センサ故障診断（１）では、吸気系６（インテークマニホールド６３）に還流するＥＧＲ量が０の場合にインマニ温度センサ４９の故障診断を行っているが、この例では、吸気系６にＥＧＲを導入しているとき（ＥＧＲバルブ８１が開状態のとき）に、インマニ温度センサ４９の故障診断を行う点に特徴がある。その具体的な処理について以下に説明する。
【００８９】
（ｉ）エンジン１の運転状態（エンジン回転数、負荷率等）をパラメータとしてＥＧＲ温を予め実験によって取得しておき、その複数のＥＧＲ温実測値をＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておく。
【００９０】
（ｉｉ）インマニ温度センサ４９の出力信号から得られる実測インマニ温度Ｔｂ、エアフローメータ４３の出力信号から得られる新気ガス量Ｇｎ、及び、ＥＧＲガス量Ｇegr（ＥＧＲバルブ８１の開度指令値及び排気ガス量等から取得）を用いて、上記した式（９）によりＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒを計算する。
【００９１】
（ｉｉｉ）上記ＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒを計算したときのエンジン運転状態に基づいて上記ＲＯＭ内に記憶のＥＧＲ温実測値を読み出し、そのＥＧＲ温実測値と、上記（ｉｉ）で計算したＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒの計算値との温度差（絶対値）を求める。そして、その温度差が所定の正常判定基準値以下である場合は、インマニ温度センサ４９は正常であると判断する。一方、上記温度差が上記正常判定基準値よりも大きい場合は、インマニ温度センサ４９に故障が生じていると判断（診断）する。
【００９２】
なお、この例の故障診断に用いる正常判定基準値については、例えば、ＥＧＲガス温Ｔ＿ｅｇｒの計算値とＥＧＲ温実測値との温度差の許容範囲（正常範囲）を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション計算等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定する。また、上記処理（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）はＥＣＵ１００において実行される。
【００９３】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、筒内ガス量（筒内ガス量は充填効率から算出可能）を用いて上記式（７）によりインタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを推定することができる。つまり、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICin（コンプレッサ出口温度）を、圧力センサを用いることなく推定することができるので、センサ個数の低減とコスト低減とを達成することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、インタークーラ入口温度Ｔ＿ICinを用いてインタークーラ出口温度Ｔ＿ICoutを推定することも可能である。さらに、その推定インタークーラ出口温度Ｔ＿ICout（推定インマニ温度）を用いてインマニ温度センサ４９の故障診断を簡単に行うことができる。
【００９５】
−他の実施形態−
以上の例では、車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンの温度推定・温度センサ故障診断に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００９６】
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンの温度推定・温度センサ故障診断への適用も可能である。
【００９７】
また、本発明は、ディーゼルエンジンに限られることなく、ガソリンエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、エンジンの温度状態を推定する温度推定装置及び温度センサ故障診断装置に利用可能であり、さらに詳しくは、ターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気通路に配置されたインタークーラの入口温度などを推定する温度推定装置、及び、温度センサ故障診断装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１  エンジン
５  ターボチャージャ
５２  タービンホイール
５２０  タービン
５３  コンプレッサインペラ
５３０  コンプレッサ
６  吸気系
６１  インタークーラ
６３  インテークマニホールド
６４  吸気管（吸気通路）
４９  インマニ温度センサ
７  排気系
７２  エキゾーストマニホールド
７３  排気管（排気通路）
１００  ＥＧＲ
【図１】
2013213473.tif 000007
【図２】
2013213473.tif 000008
【図３】
2013213473.tif 000009
【図４】
2013213473.tif 000010
【図５】
2013213473.tif 000011
【図６】
2013213473.tif 000012
【図７】
2013213473.tif 000013
【図８】
2013213473.tif 000014