過給機付き内燃機関の制御装置
【課題】排気動力により過給を行う過給機と排気動力以外を動力源とする補助過給装置とを備えた内燃機関において、補助過給装置を過不足無く適正に制御し、ひいては高精度な過給圧制御を実現する。
【解決手段】トルクベース制御部７０では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出し、更にその目標トルクに基づいて燃料噴射量の算出、目標過給圧の算出を実施する。また、アシスト制御部８０では、トルクベース制御部７０で算出した目標過給圧と、目標トルクから算出した目標空気量とに基づいて目標コンプレッサ動力を算出すると共に、排気情報に基づいて実コンプレッサ動力を算出する。そして、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて、ターボチャージャ上流側に設けた補助コンプレッサのアシスト動力を算出する。
【解決手段】トルクベース制御部７０では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出し、更にその目標トルクに基づいて燃料噴射量の算出、目標過給圧の算出を実施する。また、アシスト制御部８０では、トルクベース制御部７０で算出した目標過給圧と、目標トルクから算出した目標空気量とに基づいて目標コンプレッサ動力を算出すると共に、排気情報に基づいて実コンプレッサ動力を算出する。そして、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて、ターボチャージャ上流側に設けた補助コンプレッサのアシスト動力を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ等の過給機を備えた内燃機関に適用され、過給機に対するアシスト動力を好適に制御するための制御装置に関する。特に本発明の制御装置では、燃料噴射量を調整することで内燃機関の出力トルクを制御するディーゼルエンジンを制御対象としている。
【背景技術】
【０００２】
排気動力を用いて吸入空気を過給する過給機としてターボチャージャが一般に知られている。また近年では、過給応答性の向上を図るべく、種々の技術的改良の試みがなされており、その一つとして、吸気通路においてターボチャージャの上流側又は下流側に、補助過給装置としての補助コンプレッサを設けた技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。かかる場合、補助コンプレッサは例えば電動モータにより作動されるようになっていた。
【０００３】
しかしながら、特許文献１やその他先行技術では、前記補助コンプレッサをどのように制御するかといった制御手法について何ら開示されていない。そのため、補助コンプレッサを過不足のない制御量で適正に作動させることが困難であった。この場合、例えば補助コンプレッサを電動モータで作動させる構成では、補助コンプレッサが不必要に作動されることでオルタネータ等による発電量が増え、結果として燃費の悪化が生じるおそれがあった。また、補助コンプレッサの作動量が不足していると、加速時等において運転者が意図する過給性能（加速性能）が得られず、ドライバビリティの悪化が生じるおそれがあった。
【特許文献１】特開２００２−２１５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、排気動力により過給を行う過給機と排気動力以外を動力源とする補助過給装置とを備えた内燃機関において、補助過給装置を過不足無く適正に制御し、ひいては高精度な過給圧制御を実現することができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の制御装置は、排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用されることを前提としており、その内燃機関において、燃料噴射手段による燃料噴射量が調整されることで当該内燃機関の出力トルクが制御される。そして特に、過給機の目標動力と実動力（実際の過給機動力）を算出する。また、それら目標動力と実動力とに基づいて補助過給装置によりアシストする量を算出し、該算出したアシスト量により補助過給装置を制御する。例えば、目標動力と実動力とを比較してその動力差に基づいてアシスト量を算出すると良い。
【０００６】
要するに、過給機の目標動力と実動力とを比較すれば、本来必要な過給機動力としてどれだけの動力が不足しているかが把握でき、その不足分に応じたアシスト量にて補助過給装置を駆動することができる。例えば、目標動力と実動力との差を求め、その動力差を基に算出したアシスト量により補助過給装置を駆動する。かかる場合、目標動力に対する不足分をアシスト量とするので、無駄なく効率的に過給機動力をアシストすることができる。また、動力の比較によりアシスト量を算出するため、過給圧等、他のパラメータを用いてアシスト量を算出する場合よりも直接的で且つ応答性に優れたアシスト制御が可能となる。例えば過給圧の挙動はアシスト制御の結果であり、それを基にアシスト制御した場合、制御に遅れが生じるが、こうした不都合が解消できる。以上により、補助過給装置を過不足無く適正に制御し、ひいては高精度な過給圧制御を実現することができる。
【０００７】
なお、補助過給装置は、排気以外の動力を動力源として吸入空気を圧縮する補助コンプレッサであると良い。
【０００８】
また、内燃機関のトルク制御手法として、運転者の要求に対応する目標トルクに基づいて目標燃料噴射量を算出すると共に、該算出した目標燃料噴射量に基づいて燃料噴射手段（燃料噴射弁等）による燃料噴射量制御を実施する手法がある。かかる場合において、目標燃料噴射量に基づいて過給機の目標動力を算出すると良い。これにより、燃料噴射手段と補助過給装置とが連携して制御されることとなり、トルク制御の精度が向上する。従って、ドライバビリティ等の更なる改善が可能となる。
【０００９】
過給機の動力は、その都度の空気量と過給圧とに応じて制御されるのが望ましい。従って、目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出すると共に、その目標過給圧と内燃機関の運転状態から算出した目標空気量とに基づいて過給機の目標動力を算出すると良い。これにより、過給圧の制御精度が向上する。
【００１０】
過給機の目標動力と実動力との動力差に基づいて過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出し、該算出した目標圧力に基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出すると良い。この場合特に、目標圧力が大きいほど、補助過給装置によるアシスト量を大きくすると良い。
【００１１】
本構成によれば、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における圧力（すなわち、補助過給装置が過給機の上流側にある場合は過給機上流圧、補助過給装置が過給機の下流側にある場合は過給機下流圧）を、過給機の目標動力と実動力との動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【００１２】
また、吸気通路内において過給機よりも上流側ではエアクリーナ等による圧力損失が生じ、過給機による過給圧は圧力損失の影響を受けると考えられる。そこで、圧力損失量を演算パラメータに加え、前記目標圧力と圧力損失量とに基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出すると良い。これにより、アシスト制御の精度が向上する。なお、圧力損失量は内燃機関の運転状態に応じて変化することも考えられる。それ故に、吸気通路内の圧力や機関回転速度等、内燃機関の運転状態に基づいて圧力損失量を算出するようにしても良い。
【００１３】
実際の過給機動力は、内燃機関から排出される排気の状態に応じて変化する。そこで、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気パラメータを推定又は計測により取得し、その排気パラメータに基づいて過給機の実動力を算出すると良い。これにより、過給機の実動力を適正に求めることができる。
【００１４】
過給機として、タービンホイール、シャフト及びコンプレッサインペラよりなるターボチャージャを用いる構成では、タービンホイールからコンプレッサインペラに至る動力の流れをターボチャージャの構成要素毎にモデル化しターボモデルとして表すことができる。この場合、ターボモデルのうち少なくともタービンホイールをモデル化したタービンモデルにより過給機の実動力を算出すると共に、同ターボモデルのうち少なくともコンプレッサインペラをモデル化したコンプレッサモデルにより過給機の目標動力を算出する。これにより、実動力や目標動力を精度良く算出することができる。
【００１５】
因みに、動力の流れを基本としてその動力を統一のパラメータとしてターボモデルを構築することにより、例えばモデルを再利用する際の利便性（再利用性）を高めることができる。これにより、一度構築したモデルを他のシステムに適用することも容易となる。
【００１６】
ここで特に、排気情報を入力パラメータとしてターボモデルの順方向の計算により過給機の実動力を算出すると共に、過給圧情報と吸気情報とを入力パラメータとしてターボモデルの逆方向の計算により過給機の目標動力を算出すると良い。
【００１７】
また、本発明は、次の各手段を要件とするものであっても良い。すなわち、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する手段と、該算出した目標圧力に基づいて補助過給装置によりアシストする量を算出する手段と、該算出したアシスト量により補助過給装置を制御する手段とを有する。
【００１８】
本構成によれば、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における圧力（すなわち、補助過給装置が過給機の上流側にある場合は過給機上流圧、補助過給装置が過給機の下流側にある場合は過給機下流圧）を、望み通りの圧力に制御できる。これにより、過不足のない適切なる動力アシストの実現が可能となる。
【００１９】
この場合特に、内燃機関の運転状態に基づいて前記目標圧力を算出し、目標圧力が大きいほど、補助過給装置によるアシスト量を大きくすると良い。
【００２０】
その他、吸気通路内において過給機よりも上流側で生じる圧力損失量を算出し、該算出した圧力損失量を演算パラメータに加えて前記目標圧力と前記圧力損失量とに基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出しても良い。
【００２１】
内燃機関から排出される排気に含まれるスモーク量を低減させるには、燃料噴射手段による燃料噴射量を、過給機により調整される実際の過給圧に基づいて制限すると良い。かかる構成において、上記の通り動力アシストが制御されて実過給圧の応答性が改善されているため、実過給圧に基づいて実施される燃料噴射量の制限（最大値ガード）を緩くし、加速要求等に見合った燃料増量を行うことが可能となる。それ故に、加速要求時において加速応答性を良好なものとすることができる。
【００２２】
また、内燃機関の運転特性を改善するには、運転者の要求に対応する目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて燃料噴射手段による燃料噴射量を補正すると良い。又は、運転者の要求に対応する目標トルクから算出される燃料供給元（例えば、高圧燃料を蓄えるコモンレール）の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて燃料噴射手段による燃料噴射量を補正すると良い。
【００２３】
また、実過給圧が所定の基準圧力に達したか否かを判定する。そして、実過給圧が前記基準圧力に達したと判定される前において補助過給装置による動力アシストを停止するようにしても良い。「基準圧力」は例えば大気圧である。つまり、過給圧の上昇時において、基準圧力（大気圧）に到達するまでは実過給圧は動力アシストの有無に関係なく目標値に追従していち早く上昇し、その後は動力アシストの有無に応じて過給圧の上昇率に大きく差異が生じる。それ故に、実過給圧が基準圧力（大気圧）に達するまでは、動力アシストは実質上不要であるとも言える。従って、上記のとおり実過給圧が基準圧力に達するまで動力アシストを停止状態とすることで、動力アシストによるエネルギ消費を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、当該制御システムのエンジンには過給機としてターボチャージャが設けられると共に、該ターボチャージャの上流側に補助過給装置としての補助コンプレッサが設けられている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００２５】
図１に示すエンジン１０において、シリンダブロック１１にはピストン１２が収容され、シリンダ内壁とピストン１２とシリンダヘッド１３とにより燃焼室１４が区画形成されている。シリンダヘッド１３には電気制御式の燃料噴射弁１５が配設されている。この燃料噴射弁１５にはコモンレール１６から高圧燃料が給送され、燃料噴射弁１５の開動作に伴い燃焼室１４内に燃料が噴射供給される。なお図示は省略するが、本システムでは、燃料タンク内の燃料をコモンレール１６に圧送するための燃料ポンプを備えており、センサ等で検出したコモンレール内圧力（燃料圧）に基づいて燃料ポンプの燃料吐出量が制御されるようになっている。
【００２６】
吸気ポートには吸気弁１７が配設され、排気ポートには排気弁１８が配設されている。また、吸気ポートには吸気管２１が接続されており、吸気管２１においてサージタンク２２よりも上流側にはインタークーラ３７が設けられている。サージタンク２２には、吸気管圧力（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ２３が設けられている。排気ポートには排気管２４が接続されている。
【００２７】
吸気管２１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管２１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらがシャフト３３にて連結されている。ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気によってタービンホイール３２が回転し、その回転力がシャフト３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３１により、吸気管２１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３７によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３７によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。
【００２８】
また、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側には電動式の補助コンプレッサ３８が設けられており、この補助コンプレッサ３８によりターボチャージャ３０よりも上流側において吸入空気が圧縮されるようになっている。補助コンプレッサ３８はモータ３８ａを駆動源とし、そのモータ３８ａがバッテリ（図示せず）からの給電により駆動されることで補助コンプレッサ３８が作動する。すなわち、補助コンプレッサ３８はターボチャージャ３０と異なり、排気以外の動力を動力源としている。
【００２９】
吸気管２１の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２５と、ステップモータにより駆動されるスロットル弁２６とが設けられている。その他、本制御システムでは、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２７、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２８、大気圧を検出する大気圧センサ２９等の各種センサが設けられている。
【００３０】
また、排気管２４においてターボチャージャ３０のタービン下流側にはＮＯｘ吸収剤を内蔵した触媒装置４１が設けられている。更に、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側と排気管２４において触媒装置の下流側との間にはＥＧＲ通路４２が設けられており、そのＥＧＲ通路４２の途中には、エンジン冷却水等によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲインタークーラ４３と、ステップモータにより駆動されるＥＧＲ制御弁４４とが配設されている。
【００３１】
エンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量、スロットル弁制御量、ＥＧＲ制御量、燃圧制御量等を演算し、それらに基づいて燃料噴射弁１５、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁４４、燃料ポンプ等の駆動を制御する。
【００３２】
また本実施の形態では、いわゆるトルクベース制御による燃料噴射量制御を実施することとしており、エンジン１０で生じるトルクを基準にして燃料噴射量を目標値に制御する。簡単に説明すると、エンジンＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ２８の検出信号に基づいて目標トルク（要求トルク）を演算すると共に該目標トルクを満足する目標燃料噴射量を演算し、その目標燃料噴射量に基づく制御指令信号により燃料噴射弁１５の駆動を制御する。
【００３３】
また、エンジンＥＣＵ５０は、トルクベース制御に連動して補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の制御量を決定する。これにより、車両加速時においてターボチャージャ３０にアシスト動力（補助動力）を付加し、所望の過給圧がいち早く得られるようにしている。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、目標トルクに応じて算出される目標空気量や目標過給圧を基に、目標とするアシスト動力や動力アシストタイミングなどを演算し、それら演算結果をモータＥＣＵ６０に出力する。モータＥＣＵ６０は、エンジンＥＣＵ５０からの信号を入力し、モータ効率等を考慮して所定の演算処理を行い、補助コンプレッサ３８のモータ３８ａへの供給電力を制御する。
【００３４】
次に、本実施の形態におけるエンジンＥＣＵ５０の制御の概要を図２に基づいて説明する。図２は、エンジンＥＣＵ５０の機能を説明するための制御ブロック図である。
【００３５】
図２に示す本システムでは、主要な機能として、運転者が要求する目標トルクを基に目標とする燃料噴射量を算出するトルクベース制御部７０と、モータＥＣＵ６０に指令する補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）のアシスト動力を算出するアシスト制御部８０とを備える。以下、各制御部７０，８０について詳細を説明する。
【００３６】
トルクベース制御部７０において、目標トルク算出部７１は、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出する。また、噴射量算出部７２は、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標燃料噴射量を算出すると共に、この目標燃料噴射量に対してスモークガードや燃圧補正等を適宜施して最終噴射量を算出する。この場合、実吸気圧などに基づいてスモークガード（スモーク発生量を許容範囲内とするための上限値）が設定され、そのスモークガードにより目標燃料噴射量が上限ガードされて最終の燃料噴射量が決定される。スモークガードは、実吸気圧が大きいほど大きい値に設定される。このスモークガードの設定により、スモークの発生を抑制しつつ目標トルクの実現が可能となっている。なお、実吸気圧は、吸気圧センサ２３により検出される吸気圧（ターボチャージャによる過給圧）である。目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて算出される目標燃料噴射量が、運転者が要求する目標トルクを実現するために要する燃料量に相当する。
【００３７】
また、目標過給圧算出部７３は、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標過給圧を算出する。
【００３８】
一方、アシスト制御部８０において、目標動力算出部８１は、マップ等により算出した目標空気量と前記トルクベース制御部７０で算出した目標過給圧とに基づいて目標コンプレッサ動力を算出する。なお、目標空気量は、エアフロメータ２５で実測した空気量を基に目標過給圧に応じて算出される。但し、マップ演算に代えてモデルによる推定により目標空気量を算出することも可能である。また、実動力算出部８２は、排気情報に基づいて実際のコンプレッサ動力（実コンプレッサ動力）を算出する。動力差算出部８３は、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差を算出する。
【００３９】
また、圧力損失算出部８４は、エンジン回転速度と実吸気圧とに基づいて、エアクリーナや補助コンプレッサ３８等の吸気管上流部で生じる圧力損失量を算出する。このとき、例えば図３の関係を用いて圧力損失量が算出され、同図３によれば、実吸気圧が大きいほど、又はエンジン回転速度が大きいほど圧力損失量が大きな値として算出される。
【００４０】
目標コンプレッサ上流圧算出部８５は、前記動力差算出部８３で算出した動力差と、前記圧力損失算出部８４で算出した圧力損失量とに基づいて目標コンプレッサ上流圧を算出する。この目標コンプレッサ上流圧は、ターボチャージャ３０のコンプレッサインペラ３１の入口部において目標とする圧力（目標コンプレッサ入口圧）であり、例えば図４の関係を用いて算出される。図４によれば、動力差が大きいほど目標コンプレッサ上流圧が大きい値として算出され、圧力損失量が大きいほど目標コンプレッサ上流圧が小さい値として算出される。
【００４１】
そして、アシスト動力算出部８６は、前記算出した目標コンプレッサ上流圧と排気動力とに基づいてアシスト動力を算出し、そのアシスト動力（モータ指令値）をモータＥＣＵ６０に出力する。このとき、例えば図５の関係を用いてアシスト動力が算出され、同図５によれば、目標コンプレッサ上流圧が大きいほど、又は排気動力が大きいほどアシスト動力が大きい値として算出される。なお、排気動力は、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気特性を基に算出される。
【００４２】
かかる場合、補助コンプレッサ３８のアシスト動力は、目標コンプレッサ動力に対する実コンプレッサ動力の不足分として算出される。つまり、コンプレッサ動力の不足分が補助コンプレッサ３８の動力アシストにより補われるようになっている。アシスト制御部８０では、動力を統一のパラメータとしてアシスト量も動力で算出することとしている。このとき、ターボシステムのモータＥＣＵ６０の指令値はモータ出力であるため、アシスト量を動力で算出するのが望ましいと考えられる。
【００４３】
なお、アシスト動力の算出時には、モータ３８ａの性能や作動状態、エンジン運転状態等に基づいてアシスト動力を補正したり、上限ガードを設定したりするのが望ましい。本実施の形態では、モータ温度をパラメータとしてアシスト動力の上限値を設定し、その上限値によりアシスト動力を上限ガードするようにしている。
【００４４】
ところで、本実施の形態では、アシスト制御部８０におけるコンプレッサ動力（目標コンプレッサ動力、実コンプレッサ動力）の算出をターボモデルを用いて行うこととしており、以下にその詳細を説明する。図６はターボモデルＭ１０を示す制御ブロック図であり、同図ではターボチャージャ３０に付随して設けられるインタークーラ３７も併せてターボモデルとしている。
【００４５】
図６では、タービンホイール３２、シャフト３３、コンプレッサインペラ３１及びインタークーラ３７をそれぞれモデル化してタービンモデルＭ１１、シャフトモデルＭ１２、コンプレッサモデルＭ１３、インタークーラモデルＭ１５としており、それらターボチャージャの各パーツモデルに加え、排気の遅れなどを考慮した排気管モデルＭ１６と、吸気の遅れなどを考慮した吸気管モデルＭ１７とを備える。
【００４６】
因みに、本ターボモデルＭ１０では、タービンモデルＭ１１、シャフトモデルＭ１２及びコンプレッサモデルＭ１３において、過給の原理に基づいてエネルギー（動力）の流れを統一のパラメータとしてモデルを構築しており、それによりモデルを再利用する際の利便性（再利用性）を高めるようにしている。すなわち、一度構築したモデルを他のシステムに容易に適用することが可能となる。また、本モデルをベースにすれば、冗長性も高く、電動化した過給機のモデル化なども容易に行え、汎用性の高いモデルが実現できるようになっている。
【００４７】
タービンモデルＭ１１では、排気管モデルＭ１６にて算出したエンジン１０の排気パラメータ（排気流量ｍg、タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン断熱効率ηg）から式（１）を用いてタービン動力Ｌtを算出する。
【００４８】
【数１】
式（１）で求めたタービン動力Ｌtが次のシャフトモデルＭ１２の入力とされる。ここで、ｃgは排気の比熱、κgは比熱比である。
【００４９】
エンジン１０の排気パラメータである温度や圧力、流量は、センサ等による実測値でもモデルやマップによる推定値でも良い。一例として本実施の形態では、排気流量ｍgをエアフロメータ２５の実測値と噴射信号（又は空燃比）とから算出すると共に、予め作成しておいたテーブルを用いて排気流量ｍgからタービン上下流圧Ｐtbとタービン上下流温Ｔtbを算出するものとする。
【００５０】
なお、実際のターボシステムでは多くの遅れ要素が存在し、例えば排気流量ｍgをエアフロメータ２５の実測値を基に算出する構成において吸入空気量の計測時から実際にタービンでの排気流量に反映されるまでに遅れが生じる。そのため、排気管モデルＭ１６では、排気管２４の体積（排気ポートからタービンまでの排気管体積）や圧力、エンジン回転速度に起因する遅れ要素等を考慮して排気流量ｍgを算出することとしている。
【００５１】
シャフトモデルＭ１２では、式（２）によってタービン動力Ｌtをコンプレッサ動力Ｌcに変換し出力する。ηtは動力変換効率である。
【００５２】
【数２】
式（２）で求めたコンプレッサ動力ＬcがコンプレッサモデルＭ１３の入力とされる。
【００５３】
コンプレッサモデルＭ１３では、コンプレッサ動力Ｌcとコンプレッサ効率ηcとから過給エネルギーを算出する（式（３））。また、式（３）を変形することによって式（４）が得られ、過給エネルギーの算出値と吸気パラメータ（吸入空気量Ｇa、コンプレッサ上流圧（入口圧）Ｐc＿in、吸気温Ｔc＿in）を用いてコンプレッサ下流圧（出口圧）Ｐc＿outを算出する（式（４））。ここで、ｃaは吸気の比熱、κaは比熱比である。吸入空気量Ｇaはエアフロメータ２５の検出信号から、コンプレッサ上流圧Ｐc＿inは大気圧センサ２９の検出信号から、吸気温Ｔc＿inは吸気温センサ（例えばエアフロメータに付設した温度センサ）の検出信号から、それぞれ算出される。
【００５４】
【数３】
【００５５】
【数４】
なお、エンジン１０の吸気パラメータである空気量や圧力は、吸気管モデルＭ１７において、吸気管１１の体積（コンプレッサからスロットルまでの吸気管体積）や圧力等に起因する輸送遅れ等を考慮した値として算出されるようになっている。
【００５６】
上記式（１）〜（３）で用いる効率はそれぞれ入力の動力（エネルギー）に対するテーブルもしくは、計算から求められる。効率ηgとηcは、温度、圧力から求められる断熱効率を用いて求めることができる。タービン動力Ｌt→コンプレッサ動力Ｌcの動力変換効率ηt（式（２）参照）は、各断熱効率を求めた後、モデルを同定する際に、実際に過給に必要なエネルギーとその時のタービン動力ＬtからＬc／Ｌtを求めて決定する。この逆モデル的な方法を用いることで、実際のターボチャージャの変換効率（機械効率など）が分からなくてもモデルを組むことができ、実機の定常値をモデルで再現することができる。
【００５７】
ここで、コンプレッサ効率ηcは式（５）のように表される。
【００５８】
【数５】
式（５）は、次の式（６）のように変形でき、コンプレッサ効率ηc、コンプレッサ上流圧力Ｐc＿in、コンプレッサ下流圧Ｐc＿out、吸気温Ｔc＿inが既知であれば、式（６）からコンプレッサ下流温Ｔc＿outが算出できる。
【００５９】
【数６】
以上の流れにより、コンプレッサ下流圧Ｐc＿out及びコンプレッサ下流温Ｔc＿outが算出され、これらＰc＿out及びＴc＿outが次のインタークーラモデルＭ１５の入力とされる。
【００６０】
インタークーラモデルＭ１５は、インタークーラ３７での圧力損失を算出する圧力損失モデル部分と、冷却効果（温度降下）を算出する冷却効果モデル部分とに分かれており、前者の構成を図７に、後者の構成を図８に示す。圧力損失と冷却効果はインタークーラ単体特性を基に構築され、その単体特性は次のとおり規定されている。
【００６１】
まず、基準となる外気温Ｔa＿base、大気圧Ｐa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base、コンプレッサ下流温Ｔb＿baseを定める。これらの値は、モデルを構築する上で、ターボチャージャ付エンジンにおける任意に決めた基準の運転条件値である。この基準の運転条件下で、インタークーラ流入量に対する圧力損失特性としての圧力損失ΔＰと冷却効果特性（温度降下特性）としての温度降下量ΔＴとを求める。圧力損失ΔＰはインタークーラ入口圧力と出口圧力の差であり、温度降下量ΔＴはインタークーラ入口温度と出口温度の差である。これが基準のモデルとなる。
【００６２】
ここで、インタークーラ３７における圧力損失と冷却効果は、インタークーラ入口の圧力（コンプレッサ下流圧Ｐc＿out）、温度（コンプレッサ下流温Ｔc＿out）、外気温Ｔa、及びインタークーラ３７を通過する風速（すなわち車速）をパラメータとして変化する。そこで、これら各パラメータを基に、基準条件下での算出値に補正を加えることとしている。この場合、コンプレッサ下流圧Ｐc＿outやコンプレッサ下流温Ｔc＿outの上昇又は風速の増加に伴い圧力損失が減少する。また、コンプレッサ下流温Ｔc＿outの上昇又は風速の増加に伴い冷却効果（温度降下）が増加する。
【００６３】
図７に示す圧力損失モデルでは、外気温Ｔa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base及びコンプレッサ下流温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準圧力損失ΔＰbaseを算出する。
【００６４】
また、式（７）を用い、コンプレッサ下流圧Ｐc＿outに基づいて圧力補正係数を算出すると共に、式（８）を用い、コンプレッサ下流温Ｔc＿outと外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。ρ（Ｔ）は、任意の温度での空気の密度である。
【００６５】
【数７】
【００６６】
【数８】
なお、式（８）による温度補正は外気温と過給温の差の影響を考慮して行われ、外気温Ｔaの変化に伴う温度補正は式（８）に含まれている（後述する式（１０）による温度補正も同様）。
【００６７】
そして、次の式（９）により過給圧Ｐth（インタークーラ下流圧）を算出する。
【００６８】
【数９】
また、図８に示す冷却効果モデルでは、前記図７の圧力損失モデルと同様、外気温Ｔa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base及びコンプレッサ下流温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準温度降下量ΔＴbaseを算出する。
【００６９】
また、式（１０）を用い、コンプレッサ下流温Ｔc＿outと外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。
【００７０】
【数１０】
なお、前述したとおりコンプレッサ下流圧Ｐc＿outが変化しても、インタークーラ３７に流入する質量流量は変化しないため、冷却効果（温度降下）に対する圧力補正は実施しない。
【００７１】
そして、次の式（１１）により過給温Ｔth（インタークーラ下流温）を算出する。
【００７２】
【数１１】
以上のようにして、インタークーラモデルＭ１５の出力である過給圧Ｐthと過給温Ｔthとが算出される。
【００７３】
前記図２のアシスト制御部８０における目標動力算出部８１と実動力算出部８２は、上記のターボモデルＭ１０を基に構築されており、その概要を図９に制御ブロック図として示す。ここで、目標動力算出部８１では、ターボモデルＭ１０の逆計算（逆モデル）により目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出し、実動力算出部８２では、同ターボモデルＭ１０の順計算（順モデル）により実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。
【００７４】
要するに、目標動力算出部８１では、前記図４におけるコンプレッサモデルＭ１３及びインタークーラモデルＭ１５の各々の逆モデルを用い、目標過給圧Ｐth＿tと目標空気量Ｇa＿tとを主たる演算パラメータとして目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出する。かかる場合詳しくは、インタークーラ逆モデルでは、実機データに基づいたマップ（図１０）を用い、目標過給圧Ｐth＿tに基づいて目標過給温Ｔth＿tを算出する。そして、図７（インタークーラの圧力損失モデル）、図８（冷却効果モデル）の逆モデルを用いて逆算式を組み立てることにより、目標過給圧Ｐth＿t、目標過給温Ｔth＿tやその他目標空気量Ｇa＿t、外気温Ｔa（コンプレッサ上流温）、大気圧Ｐa（コンプレッサ上流圧）に基づいて目標コンプレッサ下流圧Ｐc＿out＿tを算出する。
【００７５】
次に、コンプレッサの逆モデルでは、次の式（１２）を用い、目標コンプレッサ下流圧Ｐc＿out＿t、目標空気量Ｇa＿t、外気温Ｔa、大気圧Ｐaから目標過給エネルギーＷc＿tを算出する。ここで、ｃaは空気の比熱、κaは空気の比熱比である。
【００７６】
【数１２】
更に、目標過給エネルギーＷc＿tをパラメータとして図１１に示す効率マップからコンプレッサ効率ηc＿tを算出すると共に、次の式（１３）により目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出する。
【００７７】
【数１３】
また、実動力算出部８２では、上述したターボモデルの計算順と同様に、排気管モデル、タービンモデル（順モデル）、シャフトモデル（順モデル）を介して排気による実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。すなわち、排気管モデルにて算出したエンジン１０の排気パラメータ（排気流量ｍg、タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン断熱効率ηg）から上述の式（１）を用いて実タービン動力Ｌt＿rを算出する。更に、実タービン動力Ｌt＿rに動力変換効率ηtを乗算して実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。
【００７８】
動力差算出部８３では、上記の如く算出した目標コンプレッサ動力Ｌc＿tと実コンプレッサ動力Ｌc＿rとの動力差を算出する（動力差＝Ｌc＿t−Ｌc＿r）。そして、これより後段の目標コンプレッサ上流圧算出部８５、アシスト動力算出部８６（図２参照）において、前記動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧、更には要求アシスト動力が算出され、その後、アシスト動力信号（モータ指令値）がモータＥＣＵ６０に出力される。
【００７９】
次に、エンジンＥＣＵ５０による燃料噴射量及びアシスト動力の算出処理の流れを図１２〜図１７のフローチャートに基づいて説明する。図１２は、ベースルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンはエンジンＥＣＵ５０により例えば４ｍｓｅｃ毎に実行される。そして、図１２のベースルーチンにおいて、図１３〜図１７のサブルーチンが適宜実行される。なお以下に説明する処理の流れは、基本的に前記図２の制御ブロック図に準ずるものであり、重複する説明については一部簡略化する。
【００８０】
図１２に示すように、ベースルーチンは、燃料噴射量算出ルーチン（ステップＳ１００）、アシスト動力算出ルーチン（ステップＳ２００）を有してなり、図１３に燃料噴射量算出ルーチンの詳細を、図１４にアシスト動力算出ルーチンの詳細を示している。
【００８１】
図１３に示す燃料噴射量算出ルーチンでは、先ずアクセル開度の検出値を読み込み（ステップＳ１０１）、次にアクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出する（ステップＳ１０２）。また、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標燃料噴射量、目標過給圧を算出する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。またその後、実吸気圧（実過給圧）や燃圧、その他エンジン運転状態に基づいてスモークガードを設定し（ステップＳ１０５）、最後に、スモークガードを上限値として最終噴射量を算出する（ステップＳ１０６）。
【００８２】
また、図１４に示すアシスト動力算出ルーチンでは、先ず、後述する図１５のサブルーチンを用い、ターボモデルの逆モデルに基づいて目標コンプレッサ動力を算出し（ステップＳ２１０）、次に、後述する図１６のサブルーチンを用い、同ターボモデルの順モデルに基づいて実コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２２０）。また、目標コンプレッサ動力から実コンプレッサ動力を減算して動力差を算出する（ステップＳ２３０）。そして、後述する図１７のサブルーチンを用い、動力アシストの実施の可否を判定する（ステップＳ２４０）。
【００８３】
ここで、図１５に示す目標コンプレッサ動力の算出サブルーチンでは、目標過給圧と目標空気量とを読み込み（ステップＳ２１１）、続いて例えば図１０の関係を用い目標過給圧に基づいて目標過給温を算出する（ステップＳ２１２）。その後、インタークーラの逆モデルを用い、インタークーラでの圧力損失と冷却効果とを考慮しつつ目標コンプレッサ下流圧を算出する（ステップＳ２１３，Ｓ２１４）。また、コンプレッサの逆モデルを用いて目標過給エネルギーを算出すると共に、例えば図１１の関係を用いてコンプレッサ効率を算出する（ステップＳ２１５，Ｓ２１６）。そして、目標過給エネルギーとコンプレッサ効率とから目標コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２１７）。
【００８４】
次に、図１６に示す実コンプレッサ動力の算出サブルーチンは、排気管モデル部、タービンモデル部及びシャフトモデル部からなり、排気管モデル部では、エアフロメータ２５による空気量計測時からタービンでの排気流量として反映されるまでの遅れ等を考慮して排気流量を算出すると共に（ステップＳ２２１）、その排気流量に基づいて排気特性（タービン上流及び下流の圧力と温度）を算出する（ステップＳ２２２）。そして、タービンモデル部では、タービン断熱効率ηgを算出すると共に（ステップＳ２２３）、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気パラメータとタービン断熱効率ηgとに基づいて実タービン動力を算出する（ステップＳ２２４）。更に、シャフトモデル部では、実タービン動力と動力変換効率とに基づいて実コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２２５）。
【００８５】
次に、図１７に示すアシスト判定ルーチンでは、例えば図３の関係を用い、エアクリーナ等の吸気管上流部で生じる圧力損失量を算出し（ステップＳ２４１）、続いて、例えば図４の関係を用い、コンプレッサ動力の偏差（動力差）と圧力損失量とに基づいて目標コンプレッサ上流圧を算出する（ステップＳ２４２）。また、例えば図５の関係を用い、目標コンプレッサ上流圧と排気動力とに基づいてアシスト動力Ｗaを算出する（ステップＳ２４３）。更に、アシスト動力Ｗaに対してモータ特性やモータ温度に基づく上限ガードを実施する（ステップＳ２４４）。
【００８６】
そしてその後、アシスト動力Ｗaが所定値Ｗa＿thよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２４５）、Ｗa＞Ｗa＿thであればアシスト許可フラグＦaに１を、Ｗa≦Ｗa＿thであればアシスト許可フラグＦaに０をセットする（ステップＳ２４６，Ｓ２４７）。これにより、Ｗa＞Ｗa＿thの場合（アシスト許可フラグＦa＝１の場合）に補助コンプレッサ３８のモータ３８ａによる動力アシストが実行され、Ｗa≦Ｗa＿thの場合（アシスト許可フラグＦa＝０の場合）に同モータ３８ａによる動力アシストが停止される。
【００８７】
図１８は、本実施の形態におけるアシスト制御を用いた場合の各種挙動を示すタイムチャートである。
【００８８】
さて、（ａ）のようにアクセル開度が変化し加速が開始されると、加速要求に応じて目標トルクが増加し、それに伴い（ｂ）のように目標過給圧が増加する。また、（ｃ）のように目標コンプレッサ動力が増加し、実コンプレッサ動力は目標コンプレッサ動力に対して遅れて立ち上がる。かかる場合、（ｄ）のように目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差が算出されると共に、この動力差に基づいて（ｅ）のように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）のアシスト動力が算出される。このようにアシスト制御を実施することにより、（ｆ）のように実際の過給圧が目標値に追従するように増加し、加速性の向上が実現される。
【００８９】
また、上記の加速時には、（ｇ）のように目標トルクの増加に伴い目標燃料噴射量が増加し、実際の燃料噴射量はスモークガードにて制限されつつ増加する。このとき、（ｆ）のように実過給圧の上昇が早いため、スモークガード（噴射量上限値）がいち早く大きくなり、燃料噴射量の増加も素早く行われる。従って、運転者が要求する目標トルクが素早く且つ確実に得られるようになる。
【００９０】
そしてその後、実コンプレッサ動力が目標コンプレッサ動力に対して十分増加すると、アシスト動力は０とされる。なお（ｆ）のチャート部分には、動力アシストを付与しない場合の実過給圧の挙動を点線にて示しており、かかる場合には実過給圧の上昇が大幅に遅れることが分かる。このとき、実過給圧の上昇が遅れることによりスモークガードによる燃料噴射量の制限が大きくなり、燃料噴射量の増加が遅れ、ドライバビリティの悪化が生じる。
【００９１】
因みに（ｆ）に示すように、過給圧の上昇時において、基準圧力（大気圧）に到達するまでは実過給圧は動力アシストの有無に関係なく目標値に追従していち早く上昇し、その後は動力アシストの有無に応じて過給圧の上昇率に大きく差異が生じる。
【００９２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００９３】
ターボチャージャ３０において目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいてアシスト動力を算出し、該算出したアシスト動力により補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の動力アシストを制御するようにしたため、目標コンプレッサ動力に対する不足分をアシスト量として、無駄の無い効率的なアシスト制御を実施することができる。また、動力の比較によりアシスト動力を算出するため、過給圧等、他のパラメータを用いてアシスト動力を算出する場合よりも直接的で且つ応答性に優れたアシスト制御が可能となる。以上により、ターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側に設けた補助コンプレッサ３８による動力アシストを適正に制御することができ、ひいては燃費の向上やドライバビリティの改善等を図ることができる。
【００９４】
また、上記の通り動力アシストが制御されることで実過給圧の応答性が改善されるため、実過給圧に基づいて実施される燃料噴射量の制限（スモークガード）を緩くし、加速要求等に見合った燃料増量を行うことが可能となる。それ故に、加速要求時において加速応答性を良好なものとすることができる。
【００９５】
特に、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧（補助コンプレッサ３８とコンプレッサインペラ３１との間の目標圧力）を算出し、該算出した目標コンプレッサ上流圧に基づいてアシスト動力を算出するようにしたため、コンプレッサインペラ３１の上流圧（コンプレッサ入口圧）を前記動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【００９６】
また、目標トルクから算出した目標燃料噴射量に基づいてエンジンのトルク制御（燃料噴射量制御）を実施する構成において、目標燃料噴射量と同じく目標トルクにより算出した目標空気量に基づいて目標タービン動力を算出するようにしたため、燃料噴射弁１５（燃料噴射手段）と補助コンプレッサ３８（補助過給装置）とが連携して制御されることとなり、トルク制御の精度が向上する。従って、エンジン出力の過不足等が解消され、ドライバビリティ等の更なる改善が可能となる。
【００９７】
ターボチャージャ３０における動力の流れを表した物理モデルである電動ターボモデルＭ１０を用い、同ターボモデルの逆モデル（インタークーラ、コンプレッサ、シャフトの各逆モデル）により目標タービン動力を算出すると共に、同ターボモデルの順モデル（タービンの順モデル）により実タービン動力を算出するようにしたため、目標タービン動力や実タービン動力を精度良く算出することができ、動力アシスト制御の精度向上が可能となる。
【００９８】
また、補助過給装置として、ターボチャージャ３０から分離した補助コンプレッサ３８を用いることにより、既存のターボシステムに対して大幅な改造や適合のやり直しが強いられることはなく、好適なる動力アシスト過給システムが構築できる。
【００９９】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【０１００】
上記実施の形態では、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側に補助コンプレッサ３８（補助過給装置）を設けたが、この構成に代えて、ターボチャージャ３０のコンプレッサ下流側に補助コンプレッサ（補助過給装置）を設けても良い。この場合、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ下流圧（目標とするコンプレッサ出口側の圧力）を算出し、その目標コンプレッサ下流圧に基づいてアシスト動力を算出する。これにより、コンプレッサインペラ３１の下流圧（コンプレッサ出口圧）を前記動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【０１０１】
上記実施の形態では、ターボチャージャ３０の目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差を算出し、その動力差に基づいてモータアシスト量を算出したが、この構成を変更し、ターボチャージャ３０の目標タービン動力と実タービン動力との動力差を算出し、その動力差に基づいてモータアシスト量を算出するようにしても良い。
【０１０２】
上記実施の形態では、補助コンプレッサ３８によるアシスト量としてアシスト動力を算出し、そのアシスト動力を実現するように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）を駆動したが、これに代えて、同アシスト量としてコンプレッサ回転数を算出し、そのコンプレッサ回転数を実現するように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の駆動を制御する構成としても良い。
【０１０３】
上記実施の形態では、アシスト制御部８０におけるコンプレッサ動力（目標コンプレッサ動力、実コンプレッサ動力）の算出をターボモデルを用いて行ったが、他の手法に変更しても良い。例えば、マップ演算により目標コンプレッサ動力や実コンプレッサ動力を算出するようにしても良い。
【０１０４】
上記実施の形態では、トルクベース制御部７０（図２）において、目標トルクから目標過給圧を算出したが、これに代えて、目標トルクから算出した目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出するようにしても良い。
【０１０５】
また、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧（補助コンプレッサ３８とコンプレッサインペラ３１との間の目標圧力）を算出する構成に代えて、エンジン運転状態等に基づいて前記目標コンプレッサ上流圧を算出する構成としても良い。そして、目標コンプレッサ上流圧に基づいてアシスト動力を算出する。この場合、実際のコンプレッサ上流圧をセンサ等により計測し、その計測値が目標コンプレッサ上流圧になるようにフィードバック制御するようにしても良い。本構成によれば、コンプレッサ上流圧を望み通りの圧力に制御できる。これにより、過不足のない適切なる動力アシストの実現が可能となる。
【０１０６】
かかる構成において、アシスト動力を算出する際に、演算パラメータとして圧力損失量（吸気管上流部で生じる圧力損失量）や排気動力を加えても良い。なお、アシスト動力を算出する上で用いる各パラメータの関係は前記図３〜図６を用いればよい。
【０１０７】
また、エンジンの運転特性を一層改善する手段として、目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するようにしても良い。又は、目標トルクから算出される燃料供給元（例えば、高圧燃料を蓄えるコモンレール）の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵの機能を説明するための制御ブロック図である。
【図３】圧力損失量を算出するための図である。
【図４】目標コンプレッサ上流圧を算出するための図である。
【図５】アシスト動力を算出するための図である。
【図６】ターボモデルを示す制御ブロック図である。
【図７】インタークーラモデルの圧力損失モデルを示す図である。
【図８】インタークーラモデルの冷却効果モデルを示す図である。
【図９】アシスト制御部における目標動力算出部、実動力算出部の詳細を示す制御ブロック図である。
【図１０】過給圧と過給温との関係を示す図である。
【図１１】過給エネルギーとコンプレッサ効率との関係を示す図である。
【図１２】エンジンＥＣＵによるベースルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】アシスト動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】目標コンプレッサ動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】実コンプレッサ動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】アシスト判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】実施の形態におけるアシスト制御時の各種挙動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…エンジン、２１…吸気管、２４…排気管、３０…ターボチャージャ、３１…コンプレッサインペラ、３２…タービンホイール、３３…シャフト、３７…インタークーラ、３８…補助コンプレッサ、３８ａ…モータ、５０…エンジンＥＣＵ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ等の過給機を備えた内燃機関に適用され、過給機に対するアシスト動力を好適に制御するための制御装置に関する。特に本発明の制御装置では、燃料噴射量を調整することで内燃機関の出力トルクを制御するディーゼルエンジンを制御対象としている。
【背景技術】
【０００２】
排気動力を用いて吸入空気を過給する過給機としてターボチャージャが一般に知られている。また近年では、過給応答性の向上を図るべく、種々の技術的改良の試みがなされており、その一つとして、吸気通路においてターボチャージャの上流側又は下流側に、補助過給装置としての補助コンプレッサを設けた技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。かかる場合、補助コンプレッサは例えば電動モータにより作動されるようになっていた。
【０００３】
しかしながら、特許文献１やその他先行技術では、前記補助コンプレッサをどのように制御するかといった制御手法について何ら開示されていない。そのため、補助コンプレッサを過不足のない制御量で適正に作動させることが困難であった。この場合、例えば補助コンプレッサを電動モータで作動させる構成では、補助コンプレッサが不必要に作動されることでオルタネータ等による発電量が増え、結果として燃費の悪化が生じるおそれがあった。また、補助コンプレッサの作動量が不足していると、加速時等において運転者が意図する過給性能（加速性能）が得られず、ドライバビリティの悪化が生じるおそれがあった。
【特許文献１】特開２００２−２１５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、排気動力により過給を行う過給機と排気動力以外を動力源とする補助過給装置とを備えた内燃機関において、補助過給装置を過不足無く適正に制御し、ひいては高精度な過給圧制御を実現することができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の制御装置は、排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用されることを前提としており、その内燃機関において、燃料噴射手段による燃料噴射量が調整されることで当該内燃機関の出力トルクが制御される。そして特に、過給機の目標動力と実動力（実際の過給機動力）を算出する。また、それら目標動力と実動力とに基づいて補助過給装置によりアシストする量を算出し、該算出したアシスト量により補助過給装置を制御する。例えば、目標動力と実動力とを比較してその動力差に基づいてアシスト量を算出すると良い。
【０００６】
要するに、過給機の目標動力と実動力とを比較すれば、本来必要な過給機動力としてどれだけの動力が不足しているかが把握でき、その不足分に応じたアシスト量にて補助過給装置を駆動することができる。例えば、目標動力と実動力との差を求め、その動力差を基に算出したアシスト量により補助過給装置を駆動する。かかる場合、目標動力に対する不足分をアシスト量とするので、無駄なく効率的に過給機動力をアシストすることができる。また、動力の比較によりアシスト量を算出するため、過給圧等、他のパラメータを用いてアシスト量を算出する場合よりも直接的で且つ応答性に優れたアシスト制御が可能となる。例えば過給圧の挙動はアシスト制御の結果であり、それを基にアシスト制御した場合、制御に遅れが生じるが、こうした不都合が解消できる。以上により、補助過給装置を過不足無く適正に制御し、ひいては高精度な過給圧制御を実現することができる。
【０００７】
なお、補助過給装置は、排気以外の動力を動力源として吸入空気を圧縮する補助コンプレッサであると良い。
【０００８】
また、内燃機関のトルク制御手法として、運転者の要求に対応する目標トルクに基づいて目標燃料噴射量を算出すると共に、該算出した目標燃料噴射量に基づいて燃料噴射手段（燃料噴射弁等）による燃料噴射量制御を実施する手法がある。かかる場合において、目標燃料噴射量に基づいて過給機の目標動力を算出すると良い。これにより、燃料噴射手段と補助過給装置とが連携して制御されることとなり、トルク制御の精度が向上する。従って、ドライバビリティ等の更なる改善が可能となる。
【０００９】
過給機の動力は、その都度の空気量と過給圧とに応じて制御されるのが望ましい。従って、目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出すると共に、その目標過給圧と内燃機関の運転状態から算出した目標空気量とに基づいて過給機の目標動力を算出すると良い。これにより、過給圧の制御精度が向上する。
【００１０】
過給機の目標動力と実動力との動力差に基づいて過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出し、該算出した目標圧力に基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出すると良い。この場合特に、目標圧力が大きいほど、補助過給装置によるアシスト量を大きくすると良い。
【００１１】
本構成によれば、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における圧力（すなわち、補助過給装置が過給機の上流側にある場合は過給機上流圧、補助過給装置が過給機の下流側にある場合は過給機下流圧）を、過給機の目標動力と実動力との動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【００１２】
また、吸気通路内において過給機よりも上流側ではエアクリーナ等による圧力損失が生じ、過給機による過給圧は圧力損失の影響を受けると考えられる。そこで、圧力損失量を演算パラメータに加え、前記目標圧力と圧力損失量とに基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出すると良い。これにより、アシスト制御の精度が向上する。なお、圧力損失量は内燃機関の運転状態に応じて変化することも考えられる。それ故に、吸気通路内の圧力や機関回転速度等、内燃機関の運転状態に基づいて圧力損失量を算出するようにしても良い。
【００１３】
実際の過給機動力は、内燃機関から排出される排気の状態に応じて変化する。そこで、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気パラメータを推定又は計測により取得し、その排気パラメータに基づいて過給機の実動力を算出すると良い。これにより、過給機の実動力を適正に求めることができる。
【００１４】
過給機として、タービンホイール、シャフト及びコンプレッサインペラよりなるターボチャージャを用いる構成では、タービンホイールからコンプレッサインペラに至る動力の流れをターボチャージャの構成要素毎にモデル化しターボモデルとして表すことができる。この場合、ターボモデルのうち少なくともタービンホイールをモデル化したタービンモデルにより過給機の実動力を算出すると共に、同ターボモデルのうち少なくともコンプレッサインペラをモデル化したコンプレッサモデルにより過給機の目標動力を算出する。これにより、実動力や目標動力を精度良く算出することができる。
【００１５】
因みに、動力の流れを基本としてその動力を統一のパラメータとしてターボモデルを構築することにより、例えばモデルを再利用する際の利便性（再利用性）を高めることができる。これにより、一度構築したモデルを他のシステムに適用することも容易となる。
【００１６】
ここで特に、排気情報を入力パラメータとしてターボモデルの順方向の計算により過給機の実動力を算出すると共に、過給圧情報と吸気情報とを入力パラメータとしてターボモデルの逆方向の計算により過給機の目標動力を算出すると良い。
【００１７】
また、本発明は、次の各手段を要件とするものであっても良い。すなわち、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する手段と、該算出した目標圧力に基づいて補助過給装置によりアシストする量を算出する手段と、該算出したアシスト量により補助過給装置を制御する手段とを有する。
【００１８】
本構成によれば、過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における圧力（すなわち、補助過給装置が過給機の上流側にある場合は過給機上流圧、補助過給装置が過給機の下流側にある場合は過給機下流圧）を、望み通りの圧力に制御できる。これにより、過不足のない適切なる動力アシストの実現が可能となる。
【００１９】
この場合特に、内燃機関の運転状態に基づいて前記目標圧力を算出し、目標圧力が大きいほど、補助過給装置によるアシスト量を大きくすると良い。
【００２０】
その他、吸気通路内において過給機よりも上流側で生じる圧力損失量を算出し、該算出した圧力損失量を演算パラメータに加えて前記目標圧力と前記圧力損失量とに基づいて補助過給装置によるアシスト量を算出しても良い。
【００２１】
内燃機関から排出される排気に含まれるスモーク量を低減させるには、燃料噴射手段による燃料噴射量を、過給機により調整される実際の過給圧に基づいて制限すると良い。かかる構成において、上記の通り動力アシストが制御されて実過給圧の応答性が改善されているため、実過給圧に基づいて実施される燃料噴射量の制限（最大値ガード）を緩くし、加速要求等に見合った燃料増量を行うことが可能となる。それ故に、加速要求時において加速応答性を良好なものとすることができる。
【００２２】
また、内燃機関の運転特性を改善するには、運転者の要求に対応する目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて燃料噴射手段による燃料噴射量を補正すると良い。又は、運転者の要求に対応する目標トルクから算出される燃料供給元（例えば、高圧燃料を蓄えるコモンレール）の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて燃料噴射手段による燃料噴射量を補正すると良い。
【００２３】
また、実過給圧が所定の基準圧力に達したか否かを判定する。そして、実過給圧が前記基準圧力に達したと判定される前において補助過給装置による動力アシストを停止するようにしても良い。「基準圧力」は例えば大気圧である。つまり、過給圧の上昇時において、基準圧力（大気圧）に到達するまでは実過給圧は動力アシストの有無に関係なく目標値に追従していち早く上昇し、その後は動力アシストの有無に応じて過給圧の上昇率に大きく差異が生じる。それ故に、実過給圧が基準圧力（大気圧）に達するまでは、動力アシストは実質上不要であるとも言える。従って、上記のとおり実過給圧が基準圧力に達するまで動力アシストを停止状態とすることで、動力アシストによるエネルギ消費を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、当該制御システムのエンジンには過給機としてターボチャージャが設けられると共に、該ターボチャージャの上流側に補助過給装置としての補助コンプレッサが設けられている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００２５】
図１に示すエンジン１０において、シリンダブロック１１にはピストン１２が収容され、シリンダ内壁とピストン１２とシリンダヘッド１３とにより燃焼室１４が区画形成されている。シリンダヘッド１３には電気制御式の燃料噴射弁１５が配設されている。この燃料噴射弁１５にはコモンレール１６から高圧燃料が給送され、燃料噴射弁１５の開動作に伴い燃焼室１４内に燃料が噴射供給される。なお図示は省略するが、本システムでは、燃料タンク内の燃料をコモンレール１６に圧送するための燃料ポンプを備えており、センサ等で検出したコモンレール内圧力（燃料圧）に基づいて燃料ポンプの燃料吐出量が制御されるようになっている。
【００２６】
吸気ポートには吸気弁１７が配設され、排気ポートには排気弁１８が配設されている。また、吸気ポートには吸気管２１が接続されており、吸気管２１においてサージタンク２２よりも上流側にはインタークーラ３７が設けられている。サージタンク２２には、吸気管圧力（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ２３が設けられている。排気ポートには排気管２４が接続されている。
【００２７】
吸気管２１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管２１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらがシャフト３３にて連結されている。ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気によってタービンホイール３２が回転し、その回転力がシャフト３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３１により、吸気管２１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３７によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３７によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。
【００２８】
また、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側には電動式の補助コンプレッサ３８が設けられており、この補助コンプレッサ３８によりターボチャージャ３０よりも上流側において吸入空気が圧縮されるようになっている。補助コンプレッサ３８はモータ３８ａを駆動源とし、そのモータ３８ａがバッテリ（図示せず）からの給電により駆動されることで補助コンプレッサ３８が作動する。すなわち、補助コンプレッサ３８はターボチャージャ３０と異なり、排気以外の動力を動力源としている。
【００２９】
吸気管２１の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２５と、ステップモータにより駆動されるスロットル弁２６とが設けられている。その他、本制御システムでは、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２７、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２８、大気圧を検出する大気圧センサ２９等の各種センサが設けられている。
【００３０】
また、排気管２４においてターボチャージャ３０のタービン下流側にはＮＯｘ吸収剤を内蔵した触媒装置４１が設けられている。更に、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側と排気管２４において触媒装置の下流側との間にはＥＧＲ通路４２が設けられており、そのＥＧＲ通路４２の途中には、エンジン冷却水等によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲインタークーラ４３と、ステップモータにより駆動されるＥＧＲ制御弁４４とが配設されている。
【００３１】
エンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量、スロットル弁制御量、ＥＧＲ制御量、燃圧制御量等を演算し、それらに基づいて燃料噴射弁１５、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁４４、燃料ポンプ等の駆動を制御する。
【００３２】
また本実施の形態では、いわゆるトルクベース制御による燃料噴射量制御を実施することとしており、エンジン１０で生じるトルクを基準にして燃料噴射量を目標値に制御する。簡単に説明すると、エンジンＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ２８の検出信号に基づいて目標トルク（要求トルク）を演算すると共に該目標トルクを満足する目標燃料噴射量を演算し、その目標燃料噴射量に基づく制御指令信号により燃料噴射弁１５の駆動を制御する。
【００３３】
また、エンジンＥＣＵ５０は、トルクベース制御に連動して補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の制御量を決定する。これにより、車両加速時においてターボチャージャ３０にアシスト動力（補助動力）を付加し、所望の過給圧がいち早く得られるようにしている。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、目標トルクに応じて算出される目標空気量や目標過給圧を基に、目標とするアシスト動力や動力アシストタイミングなどを演算し、それら演算結果をモータＥＣＵ６０に出力する。モータＥＣＵ６０は、エンジンＥＣＵ５０からの信号を入力し、モータ効率等を考慮して所定の演算処理を行い、補助コンプレッサ３８のモータ３８ａへの供給電力を制御する。
【００３４】
次に、本実施の形態におけるエンジンＥＣＵ５０の制御の概要を図２に基づいて説明する。図２は、エンジンＥＣＵ５０の機能を説明するための制御ブロック図である。
【００３５】
図２に示す本システムでは、主要な機能として、運転者が要求する目標トルクを基に目標とする燃料噴射量を算出するトルクベース制御部７０と、モータＥＣＵ６０に指令する補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）のアシスト動力を算出するアシスト制御部８０とを備える。以下、各制御部７０，８０について詳細を説明する。
【００３６】
トルクベース制御部７０において、目標トルク算出部７１は、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出する。また、噴射量算出部７２は、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標燃料噴射量を算出すると共に、この目標燃料噴射量に対してスモークガードや燃圧補正等を適宜施して最終噴射量を算出する。この場合、実吸気圧などに基づいてスモークガード（スモーク発生量を許容範囲内とするための上限値）が設定され、そのスモークガードにより目標燃料噴射量が上限ガードされて最終の燃料噴射量が決定される。スモークガードは、実吸気圧が大きいほど大きい値に設定される。このスモークガードの設定により、スモークの発生を抑制しつつ目標トルクの実現が可能となっている。なお、実吸気圧は、吸気圧センサ２３により検出される吸気圧（ターボチャージャによる過給圧）である。目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて算出される目標燃料噴射量が、運転者が要求する目標トルクを実現するために要する燃料量に相当する。
【００３７】
また、目標過給圧算出部７３は、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標過給圧を算出する。
【００３８】
一方、アシスト制御部８０において、目標動力算出部８１は、マップ等により算出した目標空気量と前記トルクベース制御部７０で算出した目標過給圧とに基づいて目標コンプレッサ動力を算出する。なお、目標空気量は、エアフロメータ２５で実測した空気量を基に目標過給圧に応じて算出される。但し、マップ演算に代えてモデルによる推定により目標空気量を算出することも可能である。また、実動力算出部８２は、排気情報に基づいて実際のコンプレッサ動力（実コンプレッサ動力）を算出する。動力差算出部８３は、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差を算出する。
【００３９】
また、圧力損失算出部８４は、エンジン回転速度と実吸気圧とに基づいて、エアクリーナや補助コンプレッサ３８等の吸気管上流部で生じる圧力損失量を算出する。このとき、例えば図３の関係を用いて圧力損失量が算出され、同図３によれば、実吸気圧が大きいほど、又はエンジン回転速度が大きいほど圧力損失量が大きな値として算出される。
【００４０】
目標コンプレッサ上流圧算出部８５は、前記動力差算出部８３で算出した動力差と、前記圧力損失算出部８４で算出した圧力損失量とに基づいて目標コンプレッサ上流圧を算出する。この目標コンプレッサ上流圧は、ターボチャージャ３０のコンプレッサインペラ３１の入口部において目標とする圧力（目標コンプレッサ入口圧）であり、例えば図４の関係を用いて算出される。図４によれば、動力差が大きいほど目標コンプレッサ上流圧が大きい値として算出され、圧力損失量が大きいほど目標コンプレッサ上流圧が小さい値として算出される。
【００４１】
そして、アシスト動力算出部８６は、前記算出した目標コンプレッサ上流圧と排気動力とに基づいてアシスト動力を算出し、そのアシスト動力（モータ指令値）をモータＥＣＵ６０に出力する。このとき、例えば図５の関係を用いてアシスト動力が算出され、同図５によれば、目標コンプレッサ上流圧が大きいほど、又は排気動力が大きいほどアシスト動力が大きい値として算出される。なお、排気動力は、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気特性を基に算出される。
【００４２】
かかる場合、補助コンプレッサ３８のアシスト動力は、目標コンプレッサ動力に対する実コンプレッサ動力の不足分として算出される。つまり、コンプレッサ動力の不足分が補助コンプレッサ３８の動力アシストにより補われるようになっている。アシスト制御部８０では、動力を統一のパラメータとしてアシスト量も動力で算出することとしている。このとき、ターボシステムのモータＥＣＵ６０の指令値はモータ出力であるため、アシスト量を動力で算出するのが望ましいと考えられる。
【００４３】
なお、アシスト動力の算出時には、モータ３８ａの性能や作動状態、エンジン運転状態等に基づいてアシスト動力を補正したり、上限ガードを設定したりするのが望ましい。本実施の形態では、モータ温度をパラメータとしてアシスト動力の上限値を設定し、その上限値によりアシスト動力を上限ガードするようにしている。
【００４４】
ところで、本実施の形態では、アシスト制御部８０におけるコンプレッサ動力（目標コンプレッサ動力、実コンプレッサ動力）の算出をターボモデルを用いて行うこととしており、以下にその詳細を説明する。図６はターボモデルＭ１０を示す制御ブロック図であり、同図ではターボチャージャ３０に付随して設けられるインタークーラ３７も併せてターボモデルとしている。
【００４５】
図６では、タービンホイール３２、シャフト３３、コンプレッサインペラ３１及びインタークーラ３７をそれぞれモデル化してタービンモデルＭ１１、シャフトモデルＭ１２、コンプレッサモデルＭ１３、インタークーラモデルＭ１５としており、それらターボチャージャの各パーツモデルに加え、排気の遅れなどを考慮した排気管モデルＭ１６と、吸気の遅れなどを考慮した吸気管モデルＭ１７とを備える。
【００４６】
因みに、本ターボモデルＭ１０では、タービンモデルＭ１１、シャフトモデルＭ１２及びコンプレッサモデルＭ１３において、過給の原理に基づいてエネルギー（動力）の流れを統一のパラメータとしてモデルを構築しており、それによりモデルを再利用する際の利便性（再利用性）を高めるようにしている。すなわち、一度構築したモデルを他のシステムに容易に適用することが可能となる。また、本モデルをベースにすれば、冗長性も高く、電動化した過給機のモデル化なども容易に行え、汎用性の高いモデルが実現できるようになっている。
【００４７】
タービンモデルＭ１１では、排気管モデルＭ１６にて算出したエンジン１０の排気パラメータ（排気流量ｍg、タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン断熱効率ηg）から式（１）を用いてタービン動力Ｌtを算出する。
【００４８】
【数１】
式（１）で求めたタービン動力Ｌtが次のシャフトモデルＭ１２の入力とされる。ここで、ｃgは排気の比熱、κgは比熱比である。
【００４９】
エンジン１０の排気パラメータである温度や圧力、流量は、センサ等による実測値でもモデルやマップによる推定値でも良い。一例として本実施の形態では、排気流量ｍgをエアフロメータ２５の実測値と噴射信号（又は空燃比）とから算出すると共に、予め作成しておいたテーブルを用いて排気流量ｍgからタービン上下流圧Ｐtbとタービン上下流温Ｔtbを算出するものとする。
【００５０】
なお、実際のターボシステムでは多くの遅れ要素が存在し、例えば排気流量ｍgをエアフロメータ２５の実測値を基に算出する構成において吸入空気量の計測時から実際にタービンでの排気流量に反映されるまでに遅れが生じる。そのため、排気管モデルＭ１６では、排気管２４の体積（排気ポートからタービンまでの排気管体積）や圧力、エンジン回転速度に起因する遅れ要素等を考慮して排気流量ｍgを算出することとしている。
【００５１】
シャフトモデルＭ１２では、式（２）によってタービン動力Ｌtをコンプレッサ動力Ｌcに変換し出力する。ηtは動力変換効率である。
【００５２】
【数２】
式（２）で求めたコンプレッサ動力ＬcがコンプレッサモデルＭ１３の入力とされる。
【００５３】
コンプレッサモデルＭ１３では、コンプレッサ動力Ｌcとコンプレッサ効率ηcとから過給エネルギーを算出する（式（３））。また、式（３）を変形することによって式（４）が得られ、過給エネルギーの算出値と吸気パラメータ（吸入空気量Ｇa、コンプレッサ上流圧（入口圧）Ｐc＿in、吸気温Ｔc＿in）を用いてコンプレッサ下流圧（出口圧）Ｐc＿outを算出する（式（４））。ここで、ｃaは吸気の比熱、κaは比熱比である。吸入空気量Ｇaはエアフロメータ２５の検出信号から、コンプレッサ上流圧Ｐc＿inは大気圧センサ２９の検出信号から、吸気温Ｔc＿inは吸気温センサ（例えばエアフロメータに付設した温度センサ）の検出信号から、それぞれ算出される。
【００５４】
【数３】
【００５５】
【数４】
なお、エンジン１０の吸気パラメータである空気量や圧力は、吸気管モデルＭ１７において、吸気管１１の体積（コンプレッサからスロットルまでの吸気管体積）や圧力等に起因する輸送遅れ等を考慮した値として算出されるようになっている。
【００５６】
上記式（１）〜（３）で用いる効率はそれぞれ入力の動力（エネルギー）に対するテーブルもしくは、計算から求められる。効率ηgとηcは、温度、圧力から求められる断熱効率を用いて求めることができる。タービン動力Ｌt→コンプレッサ動力Ｌcの動力変換効率ηt（式（２）参照）は、各断熱効率を求めた後、モデルを同定する際に、実際に過給に必要なエネルギーとその時のタービン動力ＬtからＬc／Ｌtを求めて決定する。この逆モデル的な方法を用いることで、実際のターボチャージャの変換効率（機械効率など）が分からなくてもモデルを組むことができ、実機の定常値をモデルで再現することができる。
【００５７】
ここで、コンプレッサ効率ηcは式（５）のように表される。
【００５８】
【数５】
式（５）は、次の式（６）のように変形でき、コンプレッサ効率ηc、コンプレッサ上流圧力Ｐc＿in、コンプレッサ下流圧Ｐc＿out、吸気温Ｔc＿inが既知であれば、式（６）からコンプレッサ下流温Ｔc＿outが算出できる。
【００５９】
【数６】
以上の流れにより、コンプレッサ下流圧Ｐc＿out及びコンプレッサ下流温Ｔc＿outが算出され、これらＰc＿out及びＴc＿outが次のインタークーラモデルＭ１５の入力とされる。
【００６０】
インタークーラモデルＭ１５は、インタークーラ３７での圧力損失を算出する圧力損失モデル部分と、冷却効果（温度降下）を算出する冷却効果モデル部分とに分かれており、前者の構成を図７に、後者の構成を図８に示す。圧力損失と冷却効果はインタークーラ単体特性を基に構築され、その単体特性は次のとおり規定されている。
【００６１】
まず、基準となる外気温Ｔa＿base、大気圧Ｐa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base、コンプレッサ下流温Ｔb＿baseを定める。これらの値は、モデルを構築する上で、ターボチャージャ付エンジンにおける任意に決めた基準の運転条件値である。この基準の運転条件下で、インタークーラ流入量に対する圧力損失特性としての圧力損失ΔＰと冷却効果特性（温度降下特性）としての温度降下量ΔＴとを求める。圧力損失ΔＰはインタークーラ入口圧力と出口圧力の差であり、温度降下量ΔＴはインタークーラ入口温度と出口温度の差である。これが基準のモデルとなる。
【００６２】
ここで、インタークーラ３７における圧力損失と冷却効果は、インタークーラ入口の圧力（コンプレッサ下流圧Ｐc＿out）、温度（コンプレッサ下流温Ｔc＿out）、外気温Ｔa、及びインタークーラ３７を通過する風速（すなわち車速）をパラメータとして変化する。そこで、これら各パラメータを基に、基準条件下での算出値に補正を加えることとしている。この場合、コンプレッサ下流圧Ｐc＿outやコンプレッサ下流温Ｔc＿outの上昇又は風速の増加に伴い圧力損失が減少する。また、コンプレッサ下流温Ｔc＿outの上昇又は風速の増加に伴い冷却効果（温度降下）が増加する。
【００６３】
図７に示す圧力損失モデルでは、外気温Ｔa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base及びコンプレッサ下流温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準圧力損失ΔＰbaseを算出する。
【００６４】
また、式（７）を用い、コンプレッサ下流圧Ｐc＿outに基づいて圧力補正係数を算出すると共に、式（８）を用い、コンプレッサ下流温Ｔc＿outと外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。ρ（Ｔ）は、任意の温度での空気の密度である。
【００６５】
【数７】
【００６６】
【数８】
なお、式（８）による温度補正は外気温と過給温の差の影響を考慮して行われ、外気温Ｔaの変化に伴う温度補正は式（８）に含まれている（後述する式（１０）による温度補正も同様）。
【００６７】
そして、次の式（９）により過給圧Ｐth（インタークーラ下流圧）を算出する。
【００６８】
【数９】
また、図８に示す冷却効果モデルでは、前記図７の圧力損失モデルと同様、外気温Ｔa＿base、コンプレッサ下流圧Ｐb＿base及びコンプレッサ下流温Ｔb＿baseを基準値（例えば、Ｔa＿base＝２５℃、Ｐb＿base＝０ｋＰａ、Ｔb＿base＝７５℃）として作成した特性マップを用い、その都度の吸入空気量Ｇaと車速ＳＰＤとに基づいて基準温度降下量ΔＴbaseを算出する。
【００６９】
また、式（１０）を用い、コンプレッサ下流温Ｔc＿outと外気温Ｔaに基づいて温度補正係数を算出する。
【００７０】
【数１０】
なお、前述したとおりコンプレッサ下流圧Ｐc＿outが変化しても、インタークーラ３７に流入する質量流量は変化しないため、冷却効果（温度降下）に対する圧力補正は実施しない。
【００７１】
そして、次の式（１１）により過給温Ｔth（インタークーラ下流温）を算出する。
【００７２】
【数１１】
以上のようにして、インタークーラモデルＭ１５の出力である過給圧Ｐthと過給温Ｔthとが算出される。
【００７３】
前記図２のアシスト制御部８０における目標動力算出部８１と実動力算出部８２は、上記のターボモデルＭ１０を基に構築されており、その概要を図９に制御ブロック図として示す。ここで、目標動力算出部８１では、ターボモデルＭ１０の逆計算（逆モデル）により目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出し、実動力算出部８２では、同ターボモデルＭ１０の順計算（順モデル）により実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。
【００７４】
要するに、目標動力算出部８１では、前記図４におけるコンプレッサモデルＭ１３及びインタークーラモデルＭ１５の各々の逆モデルを用い、目標過給圧Ｐth＿tと目標空気量Ｇa＿tとを主たる演算パラメータとして目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出する。かかる場合詳しくは、インタークーラ逆モデルでは、実機データに基づいたマップ（図１０）を用い、目標過給圧Ｐth＿tに基づいて目標過給温Ｔth＿tを算出する。そして、図７（インタークーラの圧力損失モデル）、図８（冷却効果モデル）の逆モデルを用いて逆算式を組み立てることにより、目標過給圧Ｐth＿t、目標過給温Ｔth＿tやその他目標空気量Ｇa＿t、外気温Ｔa（コンプレッサ上流温）、大気圧Ｐa（コンプレッサ上流圧）に基づいて目標コンプレッサ下流圧Ｐc＿out＿tを算出する。
【００７５】
次に、コンプレッサの逆モデルでは、次の式（１２）を用い、目標コンプレッサ下流圧Ｐc＿out＿t、目標空気量Ｇa＿t、外気温Ｔa、大気圧Ｐaから目標過給エネルギーＷc＿tを算出する。ここで、ｃaは空気の比熱、κaは空気の比熱比である。
【００７６】
【数１２】
更に、目標過給エネルギーＷc＿tをパラメータとして図１１に示す効率マップからコンプレッサ効率ηc＿tを算出すると共に、次の式（１３）により目標コンプレッサ動力Ｌc＿tを算出する。
【００７７】
【数１３】
また、実動力算出部８２では、上述したターボモデルの計算順と同様に、排気管モデル、タービンモデル（順モデル）、シャフトモデル（順モデル）を介して排気による実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。すなわち、排気管モデルにて算出したエンジン１０の排気パラメータ（排気流量ｍg、タービン上流圧Ｐtb＿in、タービン下流圧Ｐtb＿out、タービン上流温Ｔtb＿in、タービン断熱効率ηg）から上述の式（１）を用いて実タービン動力Ｌt＿rを算出する。更に、実タービン動力Ｌt＿rに動力変換効率ηtを乗算して実コンプレッサ動力Ｌc＿rを算出する。
【００７８】
動力差算出部８３では、上記の如く算出した目標コンプレッサ動力Ｌc＿tと実コンプレッサ動力Ｌc＿rとの動力差を算出する（動力差＝Ｌc＿t−Ｌc＿r）。そして、これより後段の目標コンプレッサ上流圧算出部８５、アシスト動力算出部８６（図２参照）において、前記動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧、更には要求アシスト動力が算出され、その後、アシスト動力信号（モータ指令値）がモータＥＣＵ６０に出力される。
【００７９】
次に、エンジンＥＣＵ５０による燃料噴射量及びアシスト動力の算出処理の流れを図１２〜図１７のフローチャートに基づいて説明する。図１２は、ベースルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンはエンジンＥＣＵ５０により例えば４ｍｓｅｃ毎に実行される。そして、図１２のベースルーチンにおいて、図１３〜図１７のサブルーチンが適宜実行される。なお以下に説明する処理の流れは、基本的に前記図２の制御ブロック図に準ずるものであり、重複する説明については一部簡略化する。
【００８０】
図１２に示すように、ベースルーチンは、燃料噴射量算出ルーチン（ステップＳ１００）、アシスト動力算出ルーチン（ステップＳ２００）を有してなり、図１３に燃料噴射量算出ルーチンの詳細を、図１４にアシスト動力算出ルーチンの詳細を示している。
【００８１】
図１３に示す燃料噴射量算出ルーチンでは、先ずアクセル開度の検出値を読み込み（ステップＳ１０１）、次にアクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標トルクを算出する（ステップＳ１０２）。また、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて目標燃料噴射量、目標過給圧を算出する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。またその後、実吸気圧（実過給圧）や燃圧、その他エンジン運転状態に基づいてスモークガードを設定し（ステップＳ１０５）、最後に、スモークガードを上限値として最終噴射量を算出する（ステップＳ１０６）。
【００８２】
また、図１４に示すアシスト動力算出ルーチンでは、先ず、後述する図１５のサブルーチンを用い、ターボモデルの逆モデルに基づいて目標コンプレッサ動力を算出し（ステップＳ２１０）、次に、後述する図１６のサブルーチンを用い、同ターボモデルの順モデルに基づいて実コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２２０）。また、目標コンプレッサ動力から実コンプレッサ動力を減算して動力差を算出する（ステップＳ２３０）。そして、後述する図１７のサブルーチンを用い、動力アシストの実施の可否を判定する（ステップＳ２４０）。
【００８３】
ここで、図１５に示す目標コンプレッサ動力の算出サブルーチンでは、目標過給圧と目標空気量とを読み込み（ステップＳ２１１）、続いて例えば図１０の関係を用い目標過給圧に基づいて目標過給温を算出する（ステップＳ２１２）。その後、インタークーラの逆モデルを用い、インタークーラでの圧力損失と冷却効果とを考慮しつつ目標コンプレッサ下流圧を算出する（ステップＳ２１３，Ｓ２１４）。また、コンプレッサの逆モデルを用いて目標過給エネルギーを算出すると共に、例えば図１１の関係を用いてコンプレッサ効率を算出する（ステップＳ２１５，Ｓ２１６）。そして、目標過給エネルギーとコンプレッサ効率とから目標コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２１７）。
【００８４】
次に、図１６に示す実コンプレッサ動力の算出サブルーチンは、排気管モデル部、タービンモデル部及びシャフトモデル部からなり、排気管モデル部では、エアフロメータ２５による空気量計測時からタービンでの排気流量として反映されるまでの遅れ等を考慮して排気流量を算出すると共に（ステップＳ２２１）、その排気流量に基づいて排気特性（タービン上流及び下流の圧力と温度）を算出する（ステップＳ２２２）。そして、タービンモデル部では、タービン断熱効率ηgを算出すると共に（ステップＳ２２３）、排気流量、排気圧力、排気温度等の排気パラメータとタービン断熱効率ηgとに基づいて実タービン動力を算出する（ステップＳ２２４）。更に、シャフトモデル部では、実タービン動力と動力変換効率とに基づいて実コンプレッサ動力を算出する（ステップＳ２２５）。
【００８５】
次に、図１７に示すアシスト判定ルーチンでは、例えば図３の関係を用い、エアクリーナ等の吸気管上流部で生じる圧力損失量を算出し（ステップＳ２４１）、続いて、例えば図４の関係を用い、コンプレッサ動力の偏差（動力差）と圧力損失量とに基づいて目標コンプレッサ上流圧を算出する（ステップＳ２４２）。また、例えば図５の関係を用い、目標コンプレッサ上流圧と排気動力とに基づいてアシスト動力Ｗaを算出する（ステップＳ２４３）。更に、アシスト動力Ｗaに対してモータ特性やモータ温度に基づく上限ガードを実施する（ステップＳ２４４）。
【００８６】
そしてその後、アシスト動力Ｗaが所定値Ｗa＿thよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２４５）、Ｗa＞Ｗa＿thであればアシスト許可フラグＦaに１を、Ｗa≦Ｗa＿thであればアシスト許可フラグＦaに０をセットする（ステップＳ２４６，Ｓ２４７）。これにより、Ｗa＞Ｗa＿thの場合（アシスト許可フラグＦa＝１の場合）に補助コンプレッサ３８のモータ３８ａによる動力アシストが実行され、Ｗa≦Ｗa＿thの場合（アシスト許可フラグＦa＝０の場合）に同モータ３８ａによる動力アシストが停止される。
【００８７】
図１８は、本実施の形態におけるアシスト制御を用いた場合の各種挙動を示すタイムチャートである。
【００８８】
さて、（ａ）のようにアクセル開度が変化し加速が開始されると、加速要求に応じて目標トルクが増加し、それに伴い（ｂ）のように目標過給圧が増加する。また、（ｃ）のように目標コンプレッサ動力が増加し、実コンプレッサ動力は目標コンプレッサ動力に対して遅れて立ち上がる。かかる場合、（ｄ）のように目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差が算出されると共に、この動力差に基づいて（ｅ）のように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）のアシスト動力が算出される。このようにアシスト制御を実施することにより、（ｆ）のように実際の過給圧が目標値に追従するように増加し、加速性の向上が実現される。
【００８９】
また、上記の加速時には、（ｇ）のように目標トルクの増加に伴い目標燃料噴射量が増加し、実際の燃料噴射量はスモークガードにて制限されつつ増加する。このとき、（ｆ）のように実過給圧の上昇が早いため、スモークガード（噴射量上限値）がいち早く大きくなり、燃料噴射量の増加も素早く行われる。従って、運転者が要求する目標トルクが素早く且つ確実に得られるようになる。
【００９０】
そしてその後、実コンプレッサ動力が目標コンプレッサ動力に対して十分増加すると、アシスト動力は０とされる。なお（ｆ）のチャート部分には、動力アシストを付与しない場合の実過給圧の挙動を点線にて示しており、かかる場合には実過給圧の上昇が大幅に遅れることが分かる。このとき、実過給圧の上昇が遅れることによりスモークガードによる燃料噴射量の制限が大きくなり、燃料噴射量の増加が遅れ、ドライバビリティの悪化が生じる。
【００９１】
因みに（ｆ）に示すように、過給圧の上昇時において、基準圧力（大気圧）に到達するまでは実過給圧は動力アシストの有無に関係なく目標値に追従していち早く上昇し、その後は動力アシストの有無に応じて過給圧の上昇率に大きく差異が生じる。
【００９２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００９３】
ターボチャージャ３０において目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいてアシスト動力を算出し、該算出したアシスト動力により補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の動力アシストを制御するようにしたため、目標コンプレッサ動力に対する不足分をアシスト量として、無駄の無い効率的なアシスト制御を実施することができる。また、動力の比較によりアシスト動力を算出するため、過給圧等、他のパラメータを用いてアシスト動力を算出する場合よりも直接的で且つ応答性に優れたアシスト制御が可能となる。以上により、ターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側に設けた補助コンプレッサ３８による動力アシストを適正に制御することができ、ひいては燃費の向上やドライバビリティの改善等を図ることができる。
【００９４】
また、上記の通り動力アシストが制御されることで実過給圧の応答性が改善されるため、実過給圧に基づいて実施される燃料噴射量の制限（スモークガード）を緩くし、加速要求等に見合った燃料増量を行うことが可能となる。それ故に、加速要求時において加速応答性を良好なものとすることができる。
【００９５】
特に、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧（補助コンプレッサ３８とコンプレッサインペラ３１との間の目標圧力）を算出し、該算出した目標コンプレッサ上流圧に基づいてアシスト動力を算出するようにしたため、コンプレッサインペラ３１の上流圧（コンプレッサ入口圧）を前記動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【００９６】
また、目標トルクから算出した目標燃料噴射量に基づいてエンジンのトルク制御（燃料噴射量制御）を実施する構成において、目標燃料噴射量と同じく目標トルクにより算出した目標空気量に基づいて目標タービン動力を算出するようにしたため、燃料噴射弁１５（燃料噴射手段）と補助コンプレッサ３８（補助過給装置）とが連携して制御されることとなり、トルク制御の精度が向上する。従って、エンジン出力の過不足等が解消され、ドライバビリティ等の更なる改善が可能となる。
【００９７】
ターボチャージャ３０における動力の流れを表した物理モデルである電動ターボモデルＭ１０を用い、同ターボモデルの逆モデル（インタークーラ、コンプレッサ、シャフトの各逆モデル）により目標タービン動力を算出すると共に、同ターボモデルの順モデル（タービンの順モデル）により実タービン動力を算出するようにしたため、目標タービン動力や実タービン動力を精度良く算出することができ、動力アシスト制御の精度向上が可能となる。
【００９８】
また、補助過給装置として、ターボチャージャ３０から分離した補助コンプレッサ３８を用いることにより、既存のターボシステムに対して大幅な改造や適合のやり直しが強いられることはなく、好適なる動力アシスト過給システムが構築できる。
【００９９】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【０１００】
上記実施の形態では、吸気管２１においてターボチャージャ３０のコンプレッサ上流側に補助コンプレッサ３８（補助過給装置）を設けたが、この構成に代えて、ターボチャージャ３０のコンプレッサ下流側に補助コンプレッサ（補助過給装置）を設けても良い。この場合、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ下流圧（目標とするコンプレッサ出口側の圧力）を算出し、その目標コンプレッサ下流圧に基づいてアシスト動力を算出する。これにより、コンプレッサインペラ３１の下流圧（コンプレッサ出口圧）を前記動力差に見合った圧力に制御でき、これにより過不足のない適切なる動力アシストが実現できる。
【０１０１】
上記実施の形態では、ターボチャージャ３０の目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差を算出し、その動力差に基づいてモータアシスト量を算出したが、この構成を変更し、ターボチャージャ３０の目標タービン動力と実タービン動力との動力差を算出し、その動力差に基づいてモータアシスト量を算出するようにしても良い。
【０１０２】
上記実施の形態では、補助コンプレッサ３８によるアシスト量としてアシスト動力を算出し、そのアシスト動力を実現するように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）を駆動したが、これに代えて、同アシスト量としてコンプレッサ回転数を算出し、そのコンプレッサ回転数を実現するように補助コンプレッサ３８（モータ３８ａ）の駆動を制御する構成としても良い。
【０１０３】
上記実施の形態では、アシスト制御部８０におけるコンプレッサ動力（目標コンプレッサ動力、実コンプレッサ動力）の算出をターボモデルを用いて行ったが、他の手法に変更しても良い。例えば、マップ演算により目標コンプレッサ動力や実コンプレッサ動力を算出するようにしても良い。
【０１０４】
上記実施の形態では、トルクベース制御部７０（図２）において、目標トルクから目標過給圧を算出したが、これに代えて、目標トルクから算出した目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出するようにしても良い。
【０１０５】
また、目標コンプレッサ動力と実コンプレッサ動力との動力差に基づいて目標コンプレッサ上流圧（補助コンプレッサ３８とコンプレッサインペラ３１との間の目標圧力）を算出する構成に代えて、エンジン運転状態等に基づいて前記目標コンプレッサ上流圧を算出する構成としても良い。そして、目標コンプレッサ上流圧に基づいてアシスト動力を算出する。この場合、実際のコンプレッサ上流圧をセンサ等により計測し、その計測値が目標コンプレッサ上流圧になるようにフィードバック制御するようにしても良い。本構成によれば、コンプレッサ上流圧を望み通りの圧力に制御できる。これにより、過不足のない適切なる動力アシストの実現が可能となる。
【０１０６】
かかる構成において、アシスト動力を算出する際に、演算パラメータとして圧力損失量（吸気管上流部で生じる圧力損失量）や排気動力を加えても良い。なお、アシスト動力を算出する上で用いる各パラメータの関係は前記図３〜図６を用いればよい。
【０１０７】
また、エンジンの運転特性を一層改善する手段として、目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するようにしても良い。又は、目標トルクから算出される燃料供給元（例えば、高圧燃料を蓄えるコモンレール）の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵの機能を説明するための制御ブロック図である。
【図３】圧力損失量を算出するための図である。
【図４】目標コンプレッサ上流圧を算出するための図である。
【図５】アシスト動力を算出するための図である。
【図６】ターボモデルを示す制御ブロック図である。
【図７】インタークーラモデルの圧力損失モデルを示す図である。
【図８】インタークーラモデルの冷却効果モデルを示す図である。
【図９】アシスト制御部における目標動力算出部、実動力算出部の詳細を示す制御ブロック図である。
【図１０】過給圧と過給温との関係を示す図である。
【図１１】過給エネルギーとコンプレッサ効率との関係を示す図である。
【図１２】エンジンＥＣＵによるベースルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】アシスト動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】目標コンプレッサ動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】実コンプレッサ動力の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】アシスト判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】実施の形態におけるアシスト制御時の各種挙動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…エンジン、２１…吸気管、２４…排気管、３０…ターボチャージャ、３１…コンプレッサインペラ、３２…タービンホイール、３３…シャフト、３７…インタークーラ、３８…補助コンプレッサ、３８ａ…モータ、５０…エンジンＥＣＵ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用され、燃料噴射手段による燃料噴射量を調整することで当該内燃機関の出力トルクを制御する制御装置において、
前記過給機の目標動力を算出する目標動力算出手段と、
前記過給機の実動力を算出する実動力算出手段と、
前記過給機の目標動力と実動力とに基づいて前記補助過給装置によりアシストする量を算出するアシスト量算出手段と、
前記算出したアシスト量により前記補助過給装置を制御するアシスト制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
運転者の要求に対応する目標トルクに基づいて目標燃料噴射量を算出する手段と、該算出した目標燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量制御を実施する手段とを更に備え、
前記目標動力算出手段は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出する手段を備え、
前記目標動力算出手段は、前記目標過給圧と内燃機関の運転状態から算出した目標空気量とに基づいて前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記アシスト量算出手段は、前記過給機の目標動力と実動力との動力差に基づいて過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する手段と、該算出した目標圧力に基づいて前記補助過給装置によるアシスト量を算出する手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記アシスト量算出手段は、前記目標圧力が大きいほど、前記補助過給装置によるアシスト量を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記吸気通路内において前記過給機よりも上流側で生じる圧力損失量を算出する手段を備え、
前記アシスト量算出手段は、前記圧力損失量を演算パラメータに加え前記目標圧力と前記圧力損失量とに基づいて前記補助過給装置によるアシスト量を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関から排出される排気に関する排気パラメータを推定又は計測により取得する手段を備え、
前記実動力算出手段は、前記排気パラメータに基づいて前記過給機の実動力を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記過給機として、排気動力により回転するタービンホイールと、該タービンホイールにシャフトを介して連結されたコンプレッサインペラとを有するターボチャージャを用い、コンプレッサインペラの回転により吸入空気を圧縮して過給を行う内燃機関に適用される制御装置であって、
前記タービンホイールから前記コンプレッサインペラに至る動力の流れを前記ターボチャージャの構成要素毎にモデル化して表したターボモデルを用い、
前記実動力算出手段は、前記ターボモデルのうち少なくとも前記タービンホイールをモデル化したタービンモデルにより前記過給機の実動力を算出し、
前記目標動力算出手段は、前記ターボモデルのうち少なくとも前記コンプレッサインペラをモデル化したコンプレッサモデルにより前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記実動力算出手段は、排気情報を入力パラメータとして前記ターボモデルの順方向の計算により前記過給機の実動力を算出し、前記目標動力算出手段は、過給圧情報と吸気情報とを入力パラメータとして前記ターボモデルの逆方向の計算により前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項８に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用され、燃料噴射手段による燃料噴射量を調整することで当該内燃機関の出力トルクを制御する制御装置において、
前記過給機と前記補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する目標圧力算出手段と、
前記算出した目標圧力に基づいて前記補助過給装置によりアシストする量を算出するアシスト量算出手段と、
前記算出したアシスト量により前記補助過給装置を制御するアシスト制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記目標圧力算出手段は、内燃機関の運転状態に基づいて前記目標圧力を算出し、前記アシスト量算出手段は、前記目標圧力が大きいほど、前記補助過給装置によるアシスト量を大きくすることを特徴とする請求項１０に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記補助過給装置は、排気以外の動力を動力源として吸入空気を圧縮する補助コンプレッサである請求項１乃至１１の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記内燃機関から排出される排気に含まれるスモーク量を低減させるべく、前記燃料噴射手段による燃料噴射量を、前記過給機により調整される実際の過給圧に基づいて制限する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
運転者の要求に対応する目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
運転者の要求に対応する目標トルクから算出される燃料供給元の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
実過給圧が所定の基準圧力に達したか否かを判定する手段と、実過給圧が前記基準圧力に達したとの判定前において前記補助過給装置による動力アシストを停止することを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１】
排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用され、燃料噴射手段による燃料噴射量を調整することで当該内燃機関の出力トルクを制御する制御装置において、
前記過給機の目標動力を算出する目標動力算出手段と、
前記過給機の実動力を算出する実動力算出手段と、
前記過給機の目標動力と実動力とに基づいて前記補助過給装置によりアシストする量を算出するアシスト量算出手段と、
前記算出したアシスト量により前記補助過給装置を制御するアシスト制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
運転者の要求に対応する目標トルクに基づいて目標燃料噴射量を算出する手段と、該算出した目標燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量制御を実施する手段とを更に備え、
前記目標動力算出手段は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標燃料噴射量に基づいて目標過給圧を算出する手段を備え、
前記目標動力算出手段は、前記目標過給圧と内燃機関の運転状態から算出した目標空気量とに基づいて前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記アシスト量算出手段は、前記過給機の目標動力と実動力との動力差に基づいて過給機と補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する手段と、該算出した目標圧力に基づいて前記補助過給装置によるアシスト量を算出する手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記アシスト量算出手段は、前記目標圧力が大きいほど、前記補助過給装置によるアシスト量を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記吸気通路内において前記過給機よりも上流側で生じる圧力損失量を算出する手段を備え、
前記アシスト量算出手段は、前記圧力損失量を演算パラメータに加え前記目標圧力と前記圧力損失量とに基づいて前記補助過給装置によるアシスト量を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関から排出される排気に関する排気パラメータを推定又は計測により取得する手段を備え、
前記実動力算出手段は、前記排気パラメータに基づいて前記過給機の実動力を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記過給機として、排気動力により回転するタービンホイールと、該タービンホイールにシャフトを介して連結されたコンプレッサインペラとを有するターボチャージャを用い、コンプレッサインペラの回転により吸入空気を圧縮して過給を行う内燃機関に適用される制御装置であって、
前記タービンホイールから前記コンプレッサインペラに至る動力の流れを前記ターボチャージャの構成要素毎にモデル化して表したターボモデルを用い、
前記実動力算出手段は、前記ターボモデルのうち少なくとも前記タービンホイールをモデル化したタービンモデルにより前記過給機の実動力を算出し、
前記目標動力算出手段は、前記ターボモデルのうち少なくとも前記コンプレッサインペラをモデル化したコンプレッサモデルにより前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記実動力算出手段は、排気情報を入力パラメータとして前記ターボモデルの順方向の計算により前記過給機の実動力を算出し、前記目標動力算出手段は、過給圧情報と吸気情報とを入力パラメータとして前記ターボモデルの逆方向の計算により前記過給機の目標動力を算出することを特徴とする請求項８に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
排気動力により吸入空気を過給する過給機と、吸気通路において前記過給機の上流側又は下流側に設けられ排気以外の動力を動力源として作動される補助過給装置とを有する内燃機関に適用され、燃料噴射手段による燃料噴射量を調整することで当該内燃機関の出力トルクを制御する制御装置において、
前記過給機と前記補助過給装置との間の吸気通路内における目標圧力を算出する目標圧力算出手段と、
前記算出した目標圧力に基づいて前記補助過給装置によりアシストする量を算出するアシスト量算出手段と、
前記算出したアシスト量により前記補助過給装置を制御するアシスト制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記目標圧力算出手段は、内燃機関の運転状態に基づいて前記目標圧力を算出し、前記アシスト量算出手段は、前記目標圧力が大きいほど、前記補助過給装置によるアシスト量を大きくすることを特徴とする請求項１０に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記補助過給装置は、排気以外の動力を動力源として吸入空気を圧縮する補助コンプレッサである請求項１乃至１１の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記内燃機関から排出される排気に含まれるスモーク量を低減させるべく、前記燃料噴射手段による燃料噴射量を、前記過給機により調整される実際の過給圧に基づいて制限する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
運転者の要求に対応する目標トルクから算出される目標過給圧と、その都度実際の過給圧との偏差に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
運転者の要求に対応する目標トルクから算出される燃料供給元の目標燃料圧力と、その都度実際の燃料圧力との偏差に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
実過給圧が所定の基準圧力に達したか否かを判定する手段と、実過給圧が前記基準圧力に達したとの判定前において前記補助過給装置による動力アシストを停止することを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−２４２０６５（Ｐ２００６−２４２０６５Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５７５７１（Ｐ２００５−５７５７１）
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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