JP7428046B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、エンジンと、エンジンの排気管に配置されたタービンとエンジンの吸気管に配置されたコンプレッサとが連結シャフトを介して連結された過給機と、タービンの翼開度を調整することにより過給圧を制御する可変翼調整機構と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン装置では、過給機の熱力学モデルとタービン特性と過給機モデルとを用いてタービンの翼開度を求める。この過給機モデルで用いられる効率を、タービン入口の排気圧を計測することにより導かれる実際の効率で補正することにより、過給機モデルの精度を高めている。

特開２００９－１６８００７号公報

こうしたエンジン装置では、エンジンの排気管におけるタービンの下流側に配置された触媒の保護のためなどの理由により、タービンの下流側の排気温度（出口温度）をより適切に推定することが求められている。

本発明のエンジン装置は、過給機のタービンの下流側の排気温度をより適切に推定することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
エンジンと、
前記エンジンの排気管に配置されたタービンと前記エンジンの吸気管に配置されたコンプレッサとが連結シャフトを介して連結された過給機と、
制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記吸気管における前記コンプレッサの上流側の吸気圧と前記コンプレッサの下流側の過給圧とに基づく前記コンプレッサでのエネルギの消費仕事と、前記タービンでのエネルギの回収仕事と、の関係を考慮して前記タービンの下流側の排気温度を推定する、
ことを要旨とする。

本発明のエンジン装置では、吸気管におけるコンプレッサの上流側の吸気圧とコンプレッサの下流側の過給圧とに基づくコンプレッサでのエネルギの消費仕事と、タービンでのエネルギの回収仕事と、の関係を考慮してタービンの下流側の排気温度を推定する。これにより、タービンの下流側の排気温度をより適切に推定することができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記タービンの上流側の排気温度と、前記コンプレッサの上流側の吸気温度と、前記吸気圧と、前記過給圧と、に基づいて前記タービンの下流側の排気温度を推定するものとしてもよい。この場合、前記制御装置は、前記コンプレッサの上流側の吸気温度を「Ｔｃｉ」とし、前記吸気圧を「Ｐｃｉ」とし、前記過給圧を「Ｐｃｏ」とし、前記タービンの上流側の排気温度を「Ｔｔｉ」とし、前記タービンの下流側の排気温度を「Ｔｔｏ」とし、前記エンジンの吸気および排気の比熱比を「Ｋｉｅ」としたときに、式（１）により前記タービンの下流側の排気温度Ｔｔｏを演算するものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記タービンの上流側の排気温度と、前記タービンの下流側の排気温度と、に基づいて前記タービンの温度を推定するものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記タービンは、前記排気管のタービンハウジング内に配置され、前記コンプレッサは、前記吸気管のコンプレッサハウジング内に配置され、前記連結シャフトは、前記タービンハウジングおよび前記コンプレッサハウジングに接続されるシャフトハウジング内に配置されると共にベアリングを介して前記シャフトハウジングにより回転自在に支持され、前記タービンハウジングと前記シャフトハウジングとの境界部および前記コンプレッサハウジングと前記シャフトハウジングとの境界部にはシールリングが配置され、前記シャフトハウジング内には、冷却水の循環流路および潤滑油の油路が形成されるものとしてもよい。

この場合、前記制御装置は、前記タービンの上流側の排気温度と、前記タービンの下流側の排気温度と、に基づいて前記タービンの温度を推定すると共に、前記タービンの温度と前記シールリングの温度と前記ベアリングの温度とに基づいて前記連結シャフトの温度を推定するものとしてもよい。

また、この場合、前記制御装置は、前記シールリングの前回温度と前記油路の前回温度と前記連結シャフトの温度と前記冷却水の温度および通水量とに基づいて前記シールリングの温度を推定するものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記ベアリングの前回温度と前記連結シャフトの温度と前記冷却水の温度および通水量とに基づいて前記ベアリングの温度を推定するものとしてもよい。さらに、前記制御装置は、前記油路の前回温度と前記冷却水の温度および通水量とに基づいて前記油路の温度を推定するものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 過給機４０の構成の概略を示す構成図である。 冷却装置６５の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。 電子制御ユニット７０により実行される温度推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット７０により実行される第２温度推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット７０により実行されるエンジン停止時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、過給機４０の構成の概略を示す構成図であり、図３は、冷却装置６５の構成の概略を示す構成図であり、図４は、電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。実施例のエンジン装置１０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載され、図１～図４に示すように、エンジン１２と、過給機４０と、冷却装置６０，６５と、制御装置としての電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を用いて動力を出力する複数気筒の内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してインタークーラ２５、スロットルバルブ２６、サージタンク２７の順に通過させると共に吸気管２３のサージタンク２７よりも下流側で燃料噴射弁２８から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ２９を介して燃焼室３０内に吸入し、点火プラグ３１による電気火花によって爆発燃焼させる。そして、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。燃焼室３０から排気バルブ３４を介して排気管３５に排出される排気は、浄化装置３７やＰＭフィルタ３８を介して外気に排出される。浄化装置３７は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒（三元触媒）３７ａを有する。ＰＭフィルタ３８は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、排気中の煤などの粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。なお、ＰＭフィルタ３８に代えて、三元触媒を有する浄化装置が用いられるものとしてもよいし、三元触媒の浄化機能と粒子状物質に対する捕集機能とを組み合わせた四元触媒が用いられるものとしてもよい。

過給機４０は、図１や図２に示すように、ターボチャージャとして構成されており、タービン４１と、コンプレッサ４２と、ウェイストゲートバルブ４４と、ブローオフバルブ４５とを備える。タービン４１は、排気管３５における浄化装置３７の上流側に配置されている。コンプレッサ４２は、吸気管２３におけるインタークーラ２５の上流側に配置されていると共にタービン４１にタービンシャフト４３を介して連結されている。したがって、コンプレッサ４２は、タービン４１により駆動される。ウェイストゲートバルブ４４は、排気管３５におけるタービン４１の上流側と下流側とを連絡するバイパス管３６に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。ブローオフバルブ４５は、吸気管２３におけるコンプレッサ４２の上流側と下流側とを連絡するバイパス管２４に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。

タービン４１は、排気管３５のタービンハウジング５１内に配置され、コンプレッサ４２は、吸気管２３のコンプレッサハウジング５２内に収容され、タービンシャフト４３は、タービンハウジング５１およびコンプレッサハウジング５２に接続されるシャフトハウジング５３内に配置される。タービンシャフト４３は、ベアリング５３ｂを介してシャフトハウジング５３により回転自在に支持される。タービンハウジング５１とシャフトハウジング５３との境界部、および、コンプレッサハウジング５２とシャフトハウジング５３との境界部には、シールリング５３ｓが配置される。シャフトハウジング５３内には、冷却装置６０の冷却水の循環流路６２に含まれる流路５３ｗや、潤滑油が流れる油路５３ｏも形成されている。

この過給機４０では、ウェイストゲートバルブ４４の開度の調節により、バイパス管３６を流通する排気量とタービン４１を流通する排気量との分配比が調節され、タービン４１の回転駆動力が調節され、コンプレッサ４２による圧縮空気量が調節され、エンジン１２の過給圧（吸気圧）が調節される。ここで、分配比は、詳細には、ウェイストゲートバルブ４４の開度が小さいほど、バイパス管３６を流通する排気量が少なくなると共にタービン４１を流通する排気量が多くなるように調節される。なお、ウェイストゲートバルブ４４が全開のときには、エンジン１２は、過給機４０を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。

また、過給機４０では、吸気管２３におけるコンプレッサ４２よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度大きいときに、ブローオフバルブ４５を開弁させることにより、コンプレッサ４２よりも下流側の余剰圧力を解放することができる。なお、ブローオフバルブ４５は、電子制御ユニット７０により制御されるバルブに代えて、吸気管２３におけるコンプレッサ４２よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度高くなると開弁する逆止弁として構成されるものとしてもよい。

冷却装置６０は、図１に示すように、エンジン１２のエンジン本体１３を冷却する。冷却装置６０は、ラジエータ６１と、冷却水の循環流路６２と、電動ポンプ６３とを備える。ラジエータ６１は、冷却水を走行風や電動ファンなどにより冷却する。循環流路６２は、ラジエータ６１や、エンジン本体１３のシリンダブロックやシリンダヘッドなどを含んで形成される。電動ポンプ６３は、循環流路６２に設けられ、冷却水を圧送する。

冷却装置６５は、図３に示すように、エンジン１２のインタークーラ２５や過給機４０のシャフトハウジング５３を冷却する。冷却装置６５は、ラジエータ６６と、冷却水の循環流路６７と、電動ポンプ６８とを備える。ラジエータ６６は、冷却水を走行風や電動ファンなどにより冷却する。循環流路６７は、ラジエータ６１やインタークーラ２５、過給機４０のシャフトハウジング５３内の流路５３ｗ（図２および図３参照）などを含んで形成される。電動ポンプ６８は、循環流路６７に設けられ、冷却水を圧送する。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵに加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。図４に示すように、電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。

電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、スロットルバルブ２６の開度を検出するスロットルポジションセンサ２６ａからのスロットル開度ＴＨを挙げることができる。吸気バルブ２９を開閉するインテークカムシャフトや排気バルブ３４を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出する図示しないカムポジションセンサからのカムポジションθｃａも挙げることができる。吸気管２３におけるコンプレッサ４２の上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａや、吸気管２３におけるコンプレッサ４２の上流側に取り付けられた吸気温センサ２３ｔからの吸気温Ｔｉｎ、吸気管２３におけるコンプレッサ４２の上流側に取り付けられた吸気圧センサ２３ｂからの吸気圧Ｐｉｎ、吸気管２３のコンプレッサ４２とインタークーラ２５との間に取り付けられた過給圧センサ２３ｃからの過給圧Ｐｃも挙げることができる。サージタンク２７に取り付けられたサージ圧センサ２７ａからのサージ圧Ｐｓや、サージタンク２７に取り付けられた温度センサ２７ｂからのサージ温度Ｔｓも挙げることができる。排気管３５における浄化装置３７の上流側に取り付けられた空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦや、排気管３５における浄化装置３７とＰＭフィルタ３８との間に取り付けられた酸素センサ３５ｂからの酸素信号Ｏ２も挙げることができる。冷却装置６０の循環流路６２の冷却水の温度を検出する水温センサ６２ｔからの冷却水の水温Ｔｗも挙げることができる。大気圧センサ７１からの大気圧Ｐｏｕｔや、外気温センサ７２からの外気温Ｔｏｕｔも挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、エンジン１２のスロットルバルブ２６や燃料噴射弁２８、点火プラグ３１への制御信号を挙げることができる。過給機４０のウェイストゲートバルブ４４やブローオフバルブ４５への制御信号も挙げることができる。冷却装置６０の電動ポンプ６３，６８への制御信号も挙げることができる。

電子制御ユニット７０は、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、電子制御ユニット７０は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の割合）ＫＬを演算している。

こうして構成された実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、エンジン１２の要求負荷率ＫＬ＊に基づいて、スロットルバルブ２６の開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁２８からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグ３１の点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ４４の開度を制御する過給制御などを行なう。なお、上述したように、ウェイストゲートバルブ４４が全開のときには、エンジン１２は、過給機４０を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置１０の動作、特に、過給機４０のタービン４１の出ガス温度Ｔｔｏ（下流側の排気温度）を推定する際の動作について説明する。図５は、電子制御ユニット７０により実行される温度推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。

図５の温度推定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、コンプレッサ４２の入ガス温度Ｔｃｉや入ガス圧力Ｐｃｉ、出ガス圧力Ｐｃｏ、タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、コンプレッサ４２の入ガス温度Ｔｃｉは、吸気温センサ２３ｔにより検出された吸気温Ｔｉｎや、外気温センサ７２により検出された外気温Ｔｏｕｔが入力される。コンプレッサ４２の入ガス圧力Ｐｃｉは、吸気圧センサ２３ｂにより検出された吸気圧Ｐｉｎ（絶対圧）や、大気圧センサ７１により検出された大気圧Ｐｏｕｔが入力される。コンプレッサ４２の出ガス圧力Ｐｃｏは、過給圧センサ２３ｃにより検出された過給圧Ｐｃ（絶対圧）が入力される。タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉは、例えば、エンジン１２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬなどに基づいて推定された値が入力される。

こうしてデータを入力すると、コンプレッサ４２の入ガス温度Ｔｃｉや入ガス圧力Ｐｃｉ、出ガス圧力Ｐｃｏとタービン４１の入ガス温度Ｔｔｉとエンジン１２の吸気および排気の比熱比Ｋｉｅとを用いて、式（１）により、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏを推定して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。このようにして、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏを推定することができる。

ここで、式（１）の導出方法について説明する。過給機４０では、タービン４１でエネルギの回収仕事（膨張仕事）Ｗｔが行なわれ、これにより、コンプレッサ４２でエネルギの消費仕事（圧縮仕事）Ｗｃが行なわれる。過給機４０のエネルギ回収に伴うガス温度変化の関係式として、圧力Ｐと体積Ｖと比熱比Ｋとを用いた式（２）に示すようなポアソンの関係式、および、圧力Ｐと体積Ｖと物質量ｎと気体定数Ｒと温度Ｔとを用いた式（３）に示すような状態方程式がある。式（２）から、体積Ｖが値Ｖ１から値Ｖ２に変化する際の断熱変化の仕事量Ｗの関係式として式（４）が得られ、この式（４）から式（５）が得られる。

そして、式（３）および式（５）から、体積Ｖが値Ｖ１から値Ｖ２に変化する際の断熱変化の仕事量Ｗの関係式として式（６）が得られ、圧力Ｐが値Ｐ１から値Ｐ２に変化する際の断熱変化の仕事量Ｗとして式（７）が得られ、温度Ｔが値Ｔ１から値Ｔ２に変化する際の断熱変化の仕事量Ｗとして式（８）が得られる。

式（７）の「Ｔ１」をコンプレッサ４２の入ガス温度Ｔｃｉとし、「Ｐ１」をコンプレッサ４２の入ガス圧力Ｐｃｉとし、「Ｐ２」をコンプレッサ４２の出ガス圧力Ｐｃｏとし、「Ｋ」を吸気の比熱比Ｋｉとすると、コンプレッサ４２でのエネルギの消費仕事（圧縮仕事）Ｗｃが得られる。また、式（８）の「Ｔ１」をタービン４１の入ガス温度Ｔｔｉとし、「Ｔ２」をタービン４１の出ガス温度Ｔｔｏとし、「Ｋ」を排気の比熱比Ｋｅとすると、タービン４１でのエネルギの回収仕事（膨張仕事）Ｗｔが得られる。そして、コンプレッサ４２でのエネルギの消費仕事Ｗｃとタービン４１でのエネルギの回収仕事Ｗｔとが等しいとすると、式（９）が得られる。式（９）の左辺の「－」は、消費仕事と膨張仕事との相違に基づく。この式（９）において、簡単のために、完全断熱である（断熱効率が１００％である）とすると共に吸気の比熱比Ｋｉと排気の比熱比Ｋｅとが等しいとすると、式（１０）が得られる。そして、この式（１０）を整理すると、上述の式（１）が得られる。したがって、式（１）を用いることにより、コンプレッサ４２でのエネルギの消費仕事Ｗｃとタービン４１でのエネルギの回収仕事Ｗｔとの関係を考慮して、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏ（タービン４１の下流側の排気温度）をより適切に推定することができる。

こうしてタービン４１の出ガス温度Ｔｔｏを推定すると、推定したタービン４１の出ガス温度Ｔｔｏに基づいて、例えば、出ガス温度Ｔｔｏに加えて、排気と排気管３５のタービン４１および浄化装置３７の間の部分との熱伝達量や、排気管３５のこの部分と外気との熱交換量を考慮して、浄化装置３７の触媒３７ａの温度Ｔｃｔ１を推定する。また、触媒３７ａの温度Ｔｃｔ１に基づいて、例えば、温度Ｔｃｔ１に加えて、排気と排気管３５の浄化装置３７およびＰＭフィルタ３８の間の部分との熱伝達量や、排気管３５のこの部分と外気との熱交換量を考慮して、ＰＭフィルタ３８の温度Ｔｃｔ２を推定する。過給機４０が作動しているときには、タービン４１でエネルギの回収仕事（膨張仕事）が行なわれるから、タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉと出ガス温度Ｔｔｏとは異なる。したがって、タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉでなく出ガス温度Ｔｔｏを用いて浄化装置３７の触媒３７ａの温度Ｔｃｔ１やＰＭフィルタ３８の温度Ｔｃｔ２を推定することにより、温度Ｔｃｔ１，Ｔｃｔ２をより適切に推定することができる。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、過給機４０のコンプレッサ４２でのエネルギの消費仕事（圧縮仕事）と、過給機４０のタービン４１でのエネルギの回収仕事（膨張仕事）と、の関係を考慮してタービン４１の出ガス温度Ｔｔｏ（タービン４１の下流側の排気温度）を推定する。これにより、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏをより適切に推定することができる。

実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏを推定するものとした。しかし、これに加えて、過給機４０のシャフトハウジング５３内の各種温度、例えば、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒやベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒ、油路５３ｏの壁温Ｔｏなども推定するものとしてもよい。この場合、電子制御ユニット７０は、図５の温度推定ルーチンと並行して、図６の第２温度推定ルーチンを繰り返し実行するものとしてもよい。

図６の第２温度推定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉや出ガス温度Ｔｔｏ、流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈや通水量Ｑｗｓｈなどのデータを入力する（ステップＳ２００）。ここで、タービン４１の入ガス温度Ｔｔｉは、図５の温度推定ルーチンのステップＳ１００の処理と同様に入力される。タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏは、図５の温度推定ルーチンにより推定された値が入力される。流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈは、外気温センサ７２により検出された外気温Ｔｏｕｔが入力される。なお、循環流路６７の流路５３ｗの冷却水の温度を検出する水温センサを備える場合、この水温センサにより検出された値を流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈとして入力するものとしてもよい。流路５３ｗの冷却水の通水量Ｑｗｓｈは、電動ポンプ６８の回転数と、流路５３ｗの径とインタークーラ２５内の循環流路６２の径との関係と、を用いて推定された値が入力される。

こうしてデータを入力すると、タービン４１の前回温度（前回Ｔｔｂ）および入ガス温度Ｔｔｉおよび出ガス温度Ｔｔｏに基づいて、タービン４１の温度Ｔｔｂを推定する（ステップＳ２１０）。この処理は、例えば、以下のように行なわれる。最初に、タービン４１の出ガス温度Ｔｔｏから入ガス温度Ｔｔｉを減じた値に係数ｋｔを乗じて補正温度ΔＴｔｂを推定する。続いて、推定した補正温度ΔＴｔｂをタービン４１の前回温度（前回Ｔｔ）に加えて新たなタービン４１の温度Ｔｔｂを推定する。

続いて、タービンシャフト４３の前回温度（前回Ｔｔｓ）とシールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）とベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）とタービン４１の温度Ｔｔｂとに基づいて、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓを推定する（ステップＳ２２０）。この処理は、例えば、以下のように行なわれる。最初に、シールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）とベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）とタービン４１の温度Ｔｔｂとに基づいて補正温度ΔＴｔｓを推定する。続いて、推定した補正温度ΔＴｔｓをタービンシャフト４３の前回温度（前回Ｔｔｓ）に加えて新たなタービンシャフト４３の温度Ｔｔｓを推定する。

そして、シールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）と油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）と流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈとタービンシャフト４３の温度Ｔｔｓとに基づいて、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒを推定する（ステップＳ２３０）。この処理は、例えば、以下のように行なわれる。最初に、油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）からシールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）を減じた値に基づいて、油路５３ｏからシールリング５３ｓに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｏｓｒを推定する。続いて、流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈからシールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）を減じた値と、流路５３ｗの冷却水の通水量Ｑｗｓｈと、に基づいて流路５３ｗの冷却水からシールリング５３ｓに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｗｓｒを推定する。そして、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓからシールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）を減じた値に基づいて、タービンシャフト４３からシールリング５３ｓに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｔｓｓｒを推定する。さらに、推定した熱伝達量Ｑｏｓｒ，Ｑｗｓｒ，Ｑｔｓｓｒに基づいて補正温度ΔＴｓｒを推定し、推定した補正温度ΔＴｓｒをシールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）に加えて新たなシールリング５３ｓの温度Ｔｓｒとして推定する。なお、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓに代えて、タービンシャフト４３の前回温度（前回Ｔｔｓ）を用いるものとしてもよい。

また、ベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）と流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈとタービンシャフト４３の温度Ｔｔｓとに基づいて、ベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒを推定する（ステップＳ２４０）。この処理は、例えば、以下のように行なわれる。最初に、流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈからベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）を減じた値と、流路５３ｗの冷却水の通水量Ｑｗと、に基づいて流路５３ｗの冷却水からベアリング５３ｂに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｗｂｒを推定する。続いて、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓからベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）を減じた値に基づいて、タービンシャフト４３からベアリング５３ｂに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｔｓｂｒを推定する。そして、推定した熱伝達量Ｑｗｂｒ，Ｑｔｓｂｒに基づいて補正温度ΔＴｂｒを推定し、推定した補正温度ΔＴｂｒをベアリング５３ｂの前回温度（前回Ｔｂｒ）に加えて新たなベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒとして推定する。なお、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓに代えて、タービンシャフト４３の前回温度（前回Ｔｔｓ）を用いるものとしてもよい。

さらに、油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）と流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈおよび通水量Ｑｗｓｈとに基づいて、油路５３ｏの壁温Ｔｏを推定して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。この処理は、例えば、以下のように行なわれる。最初に、流路５３ｗの冷却水の水温Ｔｗｓｈから油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）を減じた値と、流路５３ｗの冷却水の通水量Ｑｗと、に基づいて流路５３ｗの冷却水から油路５３ｏに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｗｏを推定する。続いて、シールリング５３ｓの前回温度（前回Ｔｓｒ）から油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）を減じた値に基づいて、シールリング５３ｓから油路５３ｏに伝達される（この向きを正とする）熱伝達量Ｑｓｒｏを推定する。そして、推定した熱伝達量Ｑｗｏ，Ｑｓｒｏに基づいて補正温度ΔＴｏを推定し、推定した補正温度ΔＴｏを油路５３ｏの前回壁温（前回Ｔｏ）に加えて新たな油路５３ｏの壁温Ｔｏとして推定する。

上述したように、過給機４０が作動しているときには、タービン４１でエネルギの回収仕事（膨張仕事）が行なわれる。そして、回収されたエネルギの一部は、熱としてシャフトハウジング５３内に伝達される。シャフトハウジング５３内では、タービンシャフト４３、シールリング５３ｓ、ベアリング５３ｂ、流路５３ｗの冷却水、油路５３ｏの間で相互に熱伝達が行なわれる。この変形例では、ステップＳ２２０～２５０の処理を実行することにより、タービンシャフト４３の温度Ｔｔｓや、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒ、ベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒ、油路５３ｏの壁温Ｔｏをより適切に推定することができる。

次に、エンジン装置１０を搭載する自動車において、イグニッションスイッチがオフされたりアイドルストップ条件が成立したりしてエンジン１２を停止するときの動作について説明する。図７は、電子制御ユニット７０により実行されるエンジン停止時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン１２が停止するときに実行される。

図７のエンジン停止時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒやベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒ、油路５３ｏの壁温Ｔｏを入力する（ステップＳ３００）。これらは、図６の第２温度推定ルーチンにより推定された値が入力される。

こうしてデータを入力すると、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒを閾値Ｔｓｒｒｅｆと比較し（ステップＳ３１０）、ベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒを閾値Ｔｂｒｒｅｆと比較し（ステップＳ３２０）、油路５３ｏの壁温Ｔｏを閾値Ｔｏｒｅｆと比較する（ステップＳ３３０）。ここで、閾値Ｔｓｒｒｅｆ，Ｔｂｒｒｅｆ，Ｔｏｒｅｆは、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などで油膜切れなどに基づくコーキング（炭化現象）や異音、摩擦摩耗などが生じる可能性があるか否かを判定するのに用いられる閾値である。シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒが閾値Ｔｓｒｒｅｆ未満で、且つ、ベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒが閾値Ｔｂｒｒｅｆ未満で、且つ、油路５３ｏの壁温Ｔｏが閾値Ｔｏｒｅｆ未満のときには、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などでコーキングなどが生じる可能性が十分に低いと判断し、電動ポンプ６８を停止して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ３１０でシールリング５３ｓの温度Ｔｓｒが閾値Ｔｓｒｒｅｆ以上のときや、ステップＳ３２０でベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒが閾値Ｔｂｒｒｅｆ以上のとき、ステップＳ３３０で油路５３ｏの壁温Ｔｏが値Ｔｏｒｅｆ以上のときには、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などでコーキングなどが生じる可能性があると判断し、電動ポンプ６８を所定時間に亘って駆動して（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。

エンジン装置１０を搭載する自動車において、過給機４０を過給させてエンジン１２を高負荷運転して走行した後に、イグニッションスイッチがオフされたりアイドルストップ条件が成立したりしてエンジン１２を停止したときに、過給機４０のシャフトハウジング５３内が高温の場合、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などでコーキングなどが生じる懸念があった。そして、発明者らは、実験や解析により、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などでコーキングなどが生じるシチュエーションと、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒやベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒ、油路５３ｏの壁温Ｔｏと、が相関関係を有することを見出した。この変形例では、シールリング５３ｓの温度Ｔｓｒやベアリング５３ｂの温度Ｔｂｒ、油路５３ｏの壁温Ｔｏが比較的高いときに、電動ポンプ６８を所定時間に亘って駆動して流路５３ｗを含む循環流路６７内で冷却水を循環させることにより、タービンシャフト４３とベアリング５３ｂとの間などでコーキングなどが生じるのを抑制することができる。

実施例のエンジン装置１０では、エンジン本体１３のシリンダブロックやシリンダヘッドなどを含んで形成される循環流路６２を有する冷却装置６０と、インタークーラ２５、過給機４０のシャフトハウジング５３内の流路５３ｗなどを含んで形成される循環流路６７を有する冷却装置６５とを備えるものとした。しかし、冷却装置６０，６５に代えて、循環流路６２および循環流路６７をまとめて含んで形成される循環流路を有する冷却装置を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン装置１０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載されるものとした。しかし、自動車以外の車両に搭載されるものとしてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載されるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、過給機４０が「過給機」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１３ エンジン本体、１４ クランクシャフト、１４ａ クランクポジションセンサ、２２ エアクリーナ、２３ 吸気管、２３ａ エアフローメータ、２３ｂ 吸気圧センサ、２３ｃ 過給圧センサ、２３ｔ 吸気温センサ、２４ バイパス管、２５ インタークーラ、２６ スロットルバルブ、２６ａ スロットルポジションセンサ、２７ サージタンク、２７ａ サージ圧センサ、２７ｂ 温度センサ、２８ 燃料噴射弁、２９ 吸気バルブ、３０ 燃焼室、３１ 点火プラグ、３２ ピストン、３４ 排気バルブ、３５ 排気管、３５ａ 空燃比センサ、３５ｂ 酸素センサ、３６ バイパス管、３７ 浄化装置、３７ａ 触媒、３８ ＰＭフィルタ、４０ 過給機、４１ タービン、４２ コンプレッサ、４３ タービンシャフト、４４ ウェイストゲートバルブ、４５ ブローオフバルブ、５１ タービンハウジング、５２ コンプレッサハウジング、５３ シャフトハウジング、５３ｂ ベアリング、５３ｏ 油路、５３ｓ シールリング、５３ｗ 流路、６２ｔ 水温センサ、６０，６５ 冷却装置、６１，６６ ラジエータ、６２，６７ 循環流路、６３，６８ 電動ポンプ、７０ 電子制御ユニット、７１ 大気圧センサ、７２ 外気温センサ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンの排気管に配置されたタービンと前記エンジンの吸気管に配置されたコンプレッサとが連結シャフトを介して連結された過給機と、
   制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記吸気管における前記コンプレッサの上流側の吸気圧と前記コンプレッサの下流側の過給圧とに基づく前記コンプレッサでのエネルギの消費仕事と、前記タービンでのエネルギの回収仕事と、が等しいとみなして前記タービンの下流側の排気温度を推定するものであり、前記コンプレッサの上流側の吸気温度を「Ｔｃｉ」とし、前記吸気圧を「Ｐｃｉ」とし、前記過給圧を「Ｐｃｏ」とし、前記タービンの上流側の排気温度を「Ｔｔｉ」とし、前記タービンの下流側の排気温度を「Ｔｔｏ」とし、前記エンジンの吸気および排気の比熱比を「Ｋｉｅ」としたときに、式（１）により前記タービンの下流側の排気温度Ｔｔｏを演算する、
   エンジン装置。
   

   

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