(57)【要約】【課題】エンジン制御装置に関し、排気圧力の推定精度を高める。【解決手段】取得部２において、エンジン１０の排気の流量Qと、過給制御弁１７の開度Sと、タービン１４の下流圧P2とを取得する。推定部３において、流量Qと開度Sと下流圧P2とに基づき、エンジン１０の排気圧力に相当するタービン１４の上流圧P1を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機のタービンが排気通路に介装され、前記タービンの迂回通路に過給制御弁が介装されたエンジンの制御装置において、
前記エンジンの排気の流量と、前記過給制御弁の開度と、前記タービンの下流圧とを取得する取得部と、
前記流量と前記開度と前記下流圧とに基づき、前記タービンの上流圧を推定する推定部と
を備えることを特徴とする、エンジン制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記流量と前記開度と前記タービンの圧力比との関係が規定されたマップを用いて、前記タービンの上流圧を推定する
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記マップにおいて、前記開度が小さいほど前記流量に対する前記圧力比の増加勾配が大きく設定される
ことを特徴とする、請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記マップにおいて、前記圧力比を基数とし、前記排気の比熱比の逆数を１から減じた値を指数とした第一冪の二乗から前記第一冪を減じた差の平方根が前記流量を前記タービンの流路断面積で除した値に比例する関係が規定される
ことを特徴とする、請求項２又は３記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記取得部が、大気圧に基づいて前記下流圧を取得する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記タービンの下流圧を計測する下流圧センサを備える
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
【請求項７】
前記タービンよりも下流側で前記排気通路に介装された排気処理器を備え、
前記推定部が、前記流量と前記排気処理器の圧力比との関係が規定された第二マップを用いて、前記流量と大気圧とに基づき前記排気処理器の上流圧である前記タービンの下流圧を推定する
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機のタービン上流圧を推定するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機付きエンジンの制御装置において、タービン上流圧であるエンジンの排気圧力（エンジン背圧，排気ポート圧）に応じて、過給機の作動状態を制御する技術が知られている。例えば、エンジンのエキゾーストマニホールドに排気ポート圧センサを取付け、このセンサで検出された排気圧力に基づいて過給機のタービン容量を増加させる制御を実施する技術が知られている（特許文献１参照）。排気圧力を参照しながら過給機の作動状態を制御することで、過給応答性や制御性が改善されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2015-135079号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エキゾーストマニホールドを通過する排気の温度は非常に高いことから、耐熱性能の高い排気ポート圧センサを使用しなければならず、あるいは冷却が必要となり、コストが上昇しやすいという課題がある。また、エキゾーストマニホールドにはエンジンの振動や排気振動が作用しうるため、センサの取付け箇所に変形や破損が発生するような事態も想定される。したがって、仮に排気ポート圧センサを使用するとしても、万が一のセンサ故障の発生に備えて、エンジンの排気圧力を精度よく推定できる別の手法を用意しておくことが望ましい。
【０００５】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、排気圧力の推定精度を高めたエンジン制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本明細書では、過給機のタービンが排気通路に介装され、前記タービンの迂回通路に過給制御弁が介装されたエンジンの制御装置を開示する。このエンジン制御装置には、取得部と推定部とが設けられる。前記取得部は、前記エンジンの排気の流量と、前記過給制御弁の開度と、前記タービンの下流圧とを取得する。前記推定部は、前記流量と前記開度と前記下流圧とに基づき前記タービンの上流圧を推定する。
【０００７】
前記過給制御弁は、電磁制御弁（例えば、電気制御式ウェイストゲートバルブ）であることが好ましい。この場合、前記取得部は前記過給制御弁に伝達される駆動信号に基づいて前記開度を取得することが好ましい。また、前記排気の流量は、体積流量であることが好ましい。前記体積流量は、前記排気の質量流量をその密度で除算して算出可能である。前記質量流量は、吸気の質量流量と燃料の質量流量との和として算出可能である。前記吸気の質量流量は、熱式エアフローセンサで検出可能である。なお、フラップ式エアフローセンサや音波式エアフローセンサで検出される前記吸気の体積流量に吸気の密度を乗算することでも、前記吸気の質量流量を算出可能である。
【０００８】
（２）前記推定部は、前記流量と前記開度と前記タービンの圧力比との関係が規定されたマップを用いて、前記タービンの上流圧を推定することが好ましい。
（３）前記マップにおいて、前記開度が小さいほど前記流量に対する前記圧力比の増加勾配が大きく設定されることが好ましい。
（４）前記マップにおいて、前記圧力比を基数とし、前記排気の比熱比の逆数を１から減じた値を指数とした第一冪の二乗から前記第一冪を減じた差の平方根が前記流量を前記タービンの流路断面積で除した値に比例する関係が規定されることが好ましい。
（５）前記取得部が、大気圧に基づいて前記下流圧を取得することが好ましい。
【０００９】
（６）前記タービンの下流圧を計測する下流圧センサを備えることが好ましい。
（７）前記タービンよりも下流側で前記排気通路に介装された排気処理器を備えることが好ましい。この場合、前記推定部が、前記流量と前記排気処理器の圧力比との関係が規定された第二マップを用いて、前記流量と大気圧とに基づき前記排気処理器の上流圧である前記タービンの下流圧を推定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
タービンの上流圧（エンジンの排気圧力）を高精度に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジン制御装置及びエンジンの構成を示す模式図である。
【図２】エンジン制御装置による制御内容を説明するための模式図である。
【図３】（Ａ）はタービンの圧力比と流量と開度との関係を規定する第一マップ例であり、（Ｂ）は排気処理器の圧力比と流量との関係を規定する第二マップ例である。
【図４】エンジン制御装置による制御手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、実施形態としてのエンジン制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１３】
［１．装置構成］
本実施形態のエンジン制御装置３０は、図１に示す過給機１３（ターボチャージャ）が付設された車両のエンジン１０に適用される。過給機１３のタービン１４は排気通路１２上に介装され、コンプレッサ１５は吸気通路１１上のスロットル弁よりも上流側に介装される。コンプレッサ１５よりも上流側には、吸気の質量流量Cを検出するエアフローセンサ２１（例えば、熱式エアフローセンサ）が設けられる。
【００１４】
排気通路１２にはタービン１４の上流側と下流側との間を連絡する迂回通路１６が設けられ、迂回通路１６を通過する排気の流量を制御するための過給制御弁１７がこれに介装される。過給制御弁１７は、エンジン制御装置３０によってその開度Sが電気的に制御される流量制御弁（例えば、電磁制御型のウェイストゲートバルブ）である。タービン１４よりも下流側の排気通路１２には、排気浄化装置や触媒装置，消音緩衝装置などの排気処理器１８が介装される。
【００１５】
エンジン制御装置３０は、内部バス３４を介して互いに接続されたプロセッサ３１，メモリ３２，インタフェイス装置３３を内蔵する電子デバイス（電子制御装置）であり、エンジン１０が搭載された車両の車載ネットワーク網に接続される。プロセッサ３１は、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、メモリ３２は、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置であり、ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを含む。エンジン制御装置３０で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリ３２に記録，保存され、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサ３１によって実行される。
【００１６】
本実施形態のエンジン制御装置３０は、過給制御弁１７，エアフローセンサ２１，大気圧センサ２２に接続される。エンジン制御装置３０は、過給制御弁１７に伝達される駆動信号に基づいてその開度Sを検出又は算出して取得する機能を持つ。また、エアフローセンサ２１で検出された吸気の質量流量Cの情報や、大気圧センサ２２で検出された大気圧BPの情報は、エンジン制御装置３０に随時入力される。エンジン制御装置３０は、これらの情報に基づいてエンジン１０の排気圧力に相当するタービン１４の上流圧P1を推定する制御を実施する。
【００１７】
上流圧P1を推定するための推定プログラム１は、例えばメモリ３２に記録，保存される。あるいは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録，保存され、インタフェイス装置３３に接続された読み取り装置を介して、エンジン制御装置３０に読み込まれて実行される。推定プログラム１には、取得部２，推定部３，制御部４が設けられる。これらの要素は、エンジン制御装置３０で実行されるプログラムの一部の機能を示すものであり、ソフトウェアで実現されるものとする。ただし、各機能の一部又は全部をハードウェア（電子回路）で実現してもよく、あるいは、ソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。
【００１８】
［２．制御構成］
取得部２は、エンジン１０の排気の流量Qと、過給制御弁１７の開度Sと、タービン１４の下流圧P2との各情報を取得するものである。流量Qは排気の体積流量であり、排気の質量流量Gをその密度（例えば、標準大気圧に対する下流圧P2の比に標準条件空気密度を乗じたもの）で除算することで算出可能である。排気の質量流量Gは、エアフローセンサ２１で検出された吸気の質量流量Cと燃料の質量流量との和として算出可能である。また、下流圧P2の取得手法としては、例えば三種類の手法が挙げられる。
【００１９】
第一の手法は、排気通路１２のタービン１４よりも下流側（例えば、タービン１４と排気処理器１８との間）に圧力センサ（下流圧センサ）を設け、この圧力センサでの検出値を下流圧P2とするものである。第二の手法は、排気処理器１８の圧力損失が比較的小さい場合に好適な手法であり、大気圧センサ２２で検出された大気圧BPを下流圧P2とみなすものである。第三の手法は、排気処理器１８の圧力特性を考慮して、大気圧BPに基づいて推定される下流圧P2を用いる手法である。第三の手法については後述する。
【００２０】
推定部３は、図２に示すように、流量Q，開度S，下流圧P2に基づいてタービン１４の上流圧P1を推定するものである。上流圧P1は、タービン１４の圧力特性を用いて精度よく推定される。また、本実施形態の推定部３は、流量Q，大気圧BPに基づいてタービン１４の下流圧P2を推定する機能も併せ持つ。ただし、この機能は必須ではなく、タービン１４と排気処理器１８との間に圧力センサが設けられる場合には省略することができる。また、大気圧BPを下流圧P2とみなす場合（すなわち、実際の下流圧P2を参照しない場合）にも省略可能である。
【００２１】
上流圧P1の推定機能に関して、上流圧P1の値は、流量Qと開度Sとタービン１４の圧力比R1との関係が規定された第一マップを用いて推定される。圧力比R1とは、タービン１４の下流圧P2に対する上流圧P1の比である。第一マップは、図３（Ａ）に示すように、流量Q，開度S，圧力比R1の三者関係を規定するマップである。第一マップには、流量Qが増加するに連れて、圧力比R1が１以上の範囲で増大する圧力比特性が設定される。また、開度Sが小さいほど流量Qに対する圧力比R1の増加勾配が大きくなる関係が設定される。ここでいう三者関係を数式（関数）で定義する場合には、以下の式１を用いることが考えられる。ここで、圧力比R1（=P1/P2）を基数とし、排気の比熱比κの逆数を１から減じた値を指数とした累乗を第一冪とおく。本実施形態では、第一冪の二乗から第一冪を減じた差の平方根が流量Qをタービン１４の流路断面積Aで除した値に比例する関係が、第一マップに設定される。
【００２２】
【数１】
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(P1/P2)：タービン１４の圧力比，κ：比熱比，Q：流量（体積流量）
A：タービン１４の流路断面積，a0：よどみ点音速，T0：標準温度，T1：上流温度
【００２３】
下流圧P2の推定機能に関して、下流圧P2の値は、流量Qと排気処理器１８の圧力比R2との関係が規定された第二マップを用いて推定される。圧力比R2とは、排気処理器１８の下流圧（例えば、大気圧BP）に対する排気処理器１８の上流圧（例えば、下流圧P2）の比である。第二マップは、図３（Ｂ）に示すように、流量Q，圧力比R2の二者関係を規定するマップである。第二マップには、流量Qが増加するに連れて、圧力比R2が１以上の範囲で増大する圧力比特性が設定される。第二マップを数式で表現する場合には、以下の式２を用いることが考えられる。ここで、圧力比R2（=P2/BP）を基数とし、排気の比熱比κの逆数を１から減じた値を指数とした累乗を第二冪とおく。本実施形態では、第二冪の二乗から第二冪を減じた差の平方根が流量Qを排気処理器１８の流路断面積Bで除した値に比例する関係が、第二マップに設定される。
【００２４】
【数２】
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(P2/BP)：排気処理器１８の圧力比，B：排気処理器１８の流路断面積
【００２５】
制御部４は、推定部３で推定された上流圧P1に基づいてエンジン１０を制御するものである。上流圧P1の情報は、例えばエンジン１０のフリクション（ポンピングロス）を算出する際に使用され、エンジン１０の目標吸気量や燃料噴射量，点火時期の制御内容に反映される。また、上流圧P1の情報は、過給制御弁１７の目標開度を算出する際に使用可能であり、過給機１３の制御内容に反映されうる。
【００２６】
［３．フローチャート］
推定プログラム１の流れを図４に例示する。タービン１４の上流圧P1の推定に際し、各種センサ情報がエンジン制御装置３０に読み込まれ(A1)、前回の演算周期で演算された排気の流量Qの情報が取得されるとともに、過給制御弁１７の開度Sの情報と大気圧BPの情報とが取得部２で取得される(A2)。続いて流量Qを引数として、第二マップを用いて排気処理器１８の圧力比R2が推定部３で推定され(A3)、圧力比R2と大気圧BPとの積に相当するタービン１４の下流圧P2が推定される(A4)。
【００２７】
また、エアフローセンサで検出された質量流量Cと燃料の質量流量との和に相当する排気の質量流量Gが算出され、質量流量Gと下流圧P2とに基づいて排気の流量Q（今回の演算周期における体積流量）が推定される(A5)。その後、最新の流量Qと開度Sとを引数として、第一マップを用いてタービン１４の圧力比R1が推定部３で推定され(A6)、圧力比R1と下流圧P2との積に相当するタービン１４の上流圧P1が推定される(A7)。上流圧P1の情報は制御部４に伝達され、エンジン１０の吸気制御，燃料量制御，点火制御，過給機１３の制御などに利用される。
【００２８】
［４．効果］
（１）上述の通り、排気の流量Qと過給制御弁１７の開度Sと下流圧P2とを参照することで、タービン１４の圧力特性に由来する圧力状態を精度よく推定することが可能となり、タービン１４の上流圧P1を高精度に推定することができる。
（２）また、タービン１４の圧力比R1を基準とした第一マップを用意することで、過給制御弁１７の開度S，排気の流量Qに対するタービン１４の圧力特性をシンプルな形式で特定することができる。例えば圧力比R1を使用せず、タービン１４の上流圧P1，下流圧P2，開度S，流量Qの四者の関係から上流圧P1を求めようとすると、四次元のマップ（四変数の相互関係を表すマップ）を用意しなければならず、マップのデータ量が膨大になる。これに対し、圧力比R1を使用すればマップ次元が三次元となり、マップのデータ量を削減することができる。また、第一マップを用いて上流圧P1を推定することで、演算負荷を軽減することができる。さらに、第一マップに規定される圧力特性は大気圧BPによって変化しないため、車両が走行している場所の標高に左右されることなく、上流圧P1を高精度に推定することができる。
【００２９】
また、上記のエンジン制御装置３０によれば、排気通路１２のタービン１４よりも上流側に排気圧センサがない場合であっても、エンジン１０の排気圧力に相当する上流圧P1を精度よく把握することが可能となる。したがって、エンジン１０の作動状態や過給機１３の過給状態の制御性を向上させることができる。また、そのような排気圧センサを併設した場合には、推定部３で推定された上流圧P1の情報を排気圧センサの校正データ（あるいは代替データ）として利用することが可能となり、センサ情報の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
（３）第一マップでは、開度Sが小さいほど流量Qに対する圧力比R1の増加勾配が大きくなるタービン１４の圧力特性が設定されているため、その圧力特性に見合った上流圧P1を求めることができ、上流圧P1の推定精度を向上させることができる。
（４）式１に示すように、第一冪の二乗から第一冪を減じた差の平方根（左辺）が流量Qを流路断面積Aで除した値に比例する関係を第一マップに設定しておくことで、理論上の圧力比特性に合致した圧力比R1を求めることができ、上流圧P1を極めて精度よく推定することができる。
【００３１】
（５）タービン１４の上流圧P1は、圧力比R1（=P1/P2）に下流圧P2を乗ずることで算出される。この圧力比R1に乗算される下流圧P2として大気圧BPを用いるならば、タービン１４よりも下流側に圧力センサを設ける必要がなくなり、装置構成や演算構成を簡素化することができる。大気圧BPを下流圧P2とみなす手法は、排気処理器１８の圧力損失が比較的小さい場合に適用することが好ましい。
【００３２】
（６）一方、タービン１４よりも下流側に圧力センサを設け、この圧力センサでの検出値を下流圧P2とするならば、大気圧BPを用いた場合よりも上流圧P1の推定精度を向上させることができる。このような圧力センサを用いる手法は、排気処理器１８の圧力損失が比較的高い場合に適用することが好ましい。なお、圧力センサの検出値と大気圧BPとを併用して下流圧P2を算出すれば、上流圧P1の推定精度のさらなる向上が期待できる。
【００３３】
（７）上記の推定部３では、第二マップを用いて下流圧P2が推定される。これにより、排気処理器１８での圧力損失を考慮した下流圧P2を精度よく把握することができ、ひいては上流圧P1の推定精度を向上させることができる。また、排気処理器１８の圧力比R2を基準として第二マップを作成することで、排気処理器１８の圧力特性をシンプルな形式で特定することができる。これにより、演算負荷を軽減することができるとともに、第二マップのデータ量を削減することができる。さらに、第二マップに規定される圧力特性は大気圧BPによって変化しないため、車両が走行している場所の標高に左右されることなく、タービン１４の上流圧P1，下流圧P2を精度よく推定することができる。
【００３４】
［５．変形例］
上述の実施形態では、第一マップ及び第二マップの両方が用いられているが、大気圧BPを下流圧P2とみなす場合や下流圧P2を検出するための圧力センサを用いる場合には、第二マップは不要である。また、流量Q，開度S，上流圧P1，下流圧P2の相互関係を数式や関数で規定すれば、第一マップも不要である。少なくとも、流量Q，開度S，下流圧P2に基づいて上流圧P1を推定するような演算構成とすることで、上述の実施形態と同様の作用・効果を奏する演算を実施することができる。
【００３５】
また、第一マップ，第二マップにその特性が設定されている流量Qは体積流量であることから、上述の実施形態では排気の質量流量Gを体積流量Qに変換した上で第一マップ，第二マップの引数として利用している。しかし、排気の体積流量Qを検出可能な流量センサが排気通路上に設けられている場合には、その値を引数としてもよい。少なくとも、流量Q，開度S，圧力比R1の三者関係を第一マップに規定しておくことで、上流圧P1を精度よく推定することができる。第二マップについても同様であり、少なくとも流量Q，圧力比R2の二者関係を第二マップに規定しておくことで、下流圧P2を精度よく推定することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  推定プログラム
２  取得部
３  推定部
１４  タービン
１７  過給制御弁（電制ウェイストゲートバルブ）
１８  排気処理器
２１  エアフローセンサ
２２  大気圧センサ
３０  エンジン制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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