JP2013234591A

JP2013234591A - エンジン

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Publication number: JP2013234591A
Application number: JP2012106798A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; 岳志高橋; Kazuki Maetani; 一樹前谷; Mitsuhiro Hibino; 光宏日比野; Kazuhiro Yamada; 和寛山田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-21

Abstract

【課題】過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンにおいて、低回転域においても前記過給機の回転数を精度良く検出することを可能とし、且つ、前記制御装置への負荷を低減させる。
【解決手段】エンジン１は、過給機４０と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサ５１と、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置６０とを備えている。前記過給機は、周方向に配置された複数の大羽根４５ａ及び複数の小羽根４５ｂを含む羽根車４５を有している。前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第１振幅の第１信号Ｓ１を出力し、前記小羽根の通過に応じて第２振幅の第２信号Ｓ２を出力するものとされる。前記制御装置は、前記第１又は第２信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識する。
【選択図】図３

Description

本発明は、過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンに関する。

タービンとコンプレッサとを連結する連結軸の回転数をターボセンサによって検出することで、過給機の回転数を得る構成が提案されている。

しかしながら、前記ターボセンサは前記連結軸の１回転当たり一つのパルス信号を出力することになり、従って、低回転域においては精度良く前記過給機の回転数を検出することができないという問題があった。

この点を考慮して、コンプレッサ又はタービンの羽根車の回転数をターボセンサによって検出する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の構成においては、ターボセンサは、当該ターボセンサ上を通過するコンプレッサの羽根車における複数の羽根を検出している。従って、前記ターボセンサは、タービン及び前記コンプレッサを連結する連結軸の１回転当たり複数のパルス信号を出力する。

斯かる構成は、低回転域においても過給機の回転数を精度良く検出できる点においては有用であるが、高回転域においては前記ターボセンサから出力される信号の周波数が非常に高くなる。従って、制御装置での処理の為に、前記ターボセンサの信号出力を分周器で変換する必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招くという問題があった。

特開２００９−１２７４５３号公報

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンにおいて、低回転域においても前記過給機の回転数を精度良く検出することができ、且つ、前記制御装置への負荷を低減できるエンジンの提供を目的とする。

本発明の一態様は、前記目的を達成するために、エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の大羽根及び複数の小羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第１振幅の第１信号を出力し、前記小羽根の通過に応じて第２振幅の第２信号を出力するものとされ、前記制御装置は、前記第１又は第２信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するエンジンを提供する。

好ましくは、前記エンジンは、エンジン負荷を検出する負荷センサと、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとをさらに備えている。前記制御装置は、前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサからの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上である場合に、前記ターボセンサから出力される前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方の周期を計測する周期計測手段と、前記周期計測手段により計測された最初の信号の周期に対する以後の信号の周期の差分を算出する周期差分算出手段と、前記周期差分算出手段により算出された周期の差分に基づき前記過給機の固有振動数を算出する固有振動数算出手段とを有している。

好ましくは、前記制御装置は、前記固有振動数算出手段により算出された過給機の固有振動数を用いて、前記過給機の回転数を補正する。

好ましくは、前記エンジンは、前記制御装置によって作動制御され、前記エンジン本体に設けられた複数の気筒にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置をさらに備えている。前記クランク角センサは、前記クランク軸の軸線回り１回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力する。前記制御装置は、前記クランク角センサからの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒のそれぞれの爆発行程を認識する爆発行程認識手段と、前記複数の気筒の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する気筒別ターボ回転速度検知手段と、前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて前記気筒別ターボ回転速度検知手段による検知結果を補正することによって前記各気筒に対応する補正ターボ回転速度を算出する補正ターボ回転速度算出手段と、前記補正ターボ回転速度算出手段により算出された補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する平均ターボ回転速度算出手段と、前記補正ターボ回転速度算出手段及び前記平均ターボ回転速度算出手段による算出結果に基づき気筒毎のターボ回転速度偏差を算出するターボ回転速度偏差算出手段と、前記負荷センサ及び前記クランク角センサからの検出信号に基づき前記複数の気筒の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出する基準燃料噴射量算出手段と、予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒のそれぞれに供給すべき補正燃料噴射量を算出する補正燃料噴射量算出手段とをさらに有し、前記複数の気筒毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置の作動制御を行う。

又、本発明の他態様は、前記目的を達成するために、エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、前記ターボセンサは、前記羽根の通過に応じて信号を出力するものとされ、前記制御装置は、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するエンジンを提供する。

本発明の一態様は、ターボセンサが、過給機の羽根車における大羽根の通過に応じて第１振幅の第１信号を出力し、小羽根の通過に応じて第２振幅の第２信号を出力するので、前記過給機の１回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、本発明の一態様は、制御装置が、前記第１又は第２信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。

本発明の他態様は、ターボセンサが過給機の羽根車における羽根の通過に応じて信号を出力するので、前記過給機の１回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、本発明の他態様は、制御装置が、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジンの概略構成図である。図２は、前記実施の形態１における過給機のコンプレッサの一部断面図である。図３は、前記実施の形態１においてターボセンサによって出力される信号の信号波形を示す図である。図４は、前記実施の形態１における制御装置の構成を示す概略図である。図５は、固有振動数算出モードにおいて算出される信号波形図であり、クランク軸の回転角度とターボセンサによって出力される信号の周期のズレとの関係を示している。図６は、前記制御装置による補正燃料噴射量の算出処理に関するフローチャートである。図７は、本発明の実施の形態２においてターボセンサによって出力される信号の信号波形を示す図である。図８（ａ）は、本発明の実施の形態３において固有振動数算出モードでターボセンサによって出力される信号の信号波形及び過給機の固有振動数を表す信号波形を示す図である。図８（ｂ）は、前記ターボセンサによって出力される信号から前記過給機の固有振動数に起因する成分を除いた信号波形を示す図である。

本発明に係るエンジンの好ましい実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。

［実施の形態１］
図１に、実施の形態１に係るエンジン１の概略構成を示す。
図１に示すように、前記エンジン１は、エンジン本体１０と、前記エンジン本体１０が吸入する空気を過給する過給機４０とを備えている。

前記エンジン本体１０は、シリンダブロック及びシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに連結された吸気マニホールド１５及び排気マニホールド１６とを有している。前記シリンダブロックには、クランク軸５が回転自在に支持されている。

前記エンジン本体１０には、吸入空気流れ方向下流側の端部が当該エンジン本体１０の燃焼室１８と連通するように吸気ライン２０が流体接続されていると共に、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記燃焼室１８と連通するように排気ライン３０が流体接続されている。

前記過給機４０は、前記エンジン本体１０からの排気エネルギーを利用して吸入空気を前記燃焼室１８へ強制的に送り込むためのものである。
詳しくは、前記過給機４０は、前記排気ライン３０に介挿されたタービン４１、及びこのタービン４１によって駆動される状態で前記吸気ライン２０に介挿されたコンプレッサ４２を有している。

前記タービン４１は、前記燃焼室１８から前記排気ライン３０を介して排出される排気ガスのエネルギーによって回転されるように構成されている。前記コンプレッサ４２は、前記タービン４１と共に回転するように当該タービン４１と連結軸４３を介して連結されている。

図２に、前記過給機４０のコンプレッサ４２の一部断面図を示す。
前記コンプレッサ４２は、図２に示すように、羽根車４５を備えている。なお、前記タービン４１も、前記コンプレッサ４２と同様に羽根車を備えている。

前記羽根車４５は、周方向に配置された複数の大羽根４５ａ及び複数の小羽根４５ｂを有している。
本実施の形態においては、前記複数の大羽根４５ａ及び前記複数の小羽根４５ｂは、前記連結軸４３に相対回転不能に支持されたボス部４５ｃに設けられており、前記連結軸４３の周方向に関し交互に略等間隔に配置されている。

なお、本実施の形態においては、前記羽根車は、前記大羽根４５ａ及び前記小羽根４５ｂが交互に配設されているが、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
即ち、所定数の前記大羽根４５ａ毎に１個の前記小羽根４５ｂを配設することも可能であるし、これとは逆に、所定数の前記小羽根４５ｂ毎に１個の前記大羽根４５ａを配設することも可能である。
又、前記羽根車に、前記大羽根４５ａ及び前記小羽根４５ｂに加えて、他の形状及び／又は大きさの羽根（例えば、中羽根）を備えることも可能である。

図１に示すように、前記エンジン１は、さらに、ターボセンサ５１と、前記ターボセンサ５１の検出信号を入力する制御装置６０とを備えている。

前記制御装置６０は、演算部（ＣＰＵ）と、制御プログラムや制御データ等を記憶するＲＯＭ、設定値等を電源を切っても失われない状態で保存し且つ前記設定値等が書き換え可能とされたＥＥＰＲＯＭ、及び前記演算部による演算中に生成されるデータを一時的に保持するＲＡＭ等を含む記憶部とを有している。

図２及び３に示すように、前記ターボセンサ５１は、前記過給機４０の回転数（回転速度）を検出し、その検出信号を前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。本実施の形態においては、前記ターボセンサ５１は、前記コンプレッサ４２に設けられており、前記大羽根４５ａ及び前記小羽根４５ｂを検出し得るものとされている。好ましくは、前記ターボセンサ５１は渦電流式のセンサとされる。

図３に、前記ターボセンサ５１によって出力される信号の信号波形を示す。
図３に示すように、前記ターボセンサ５１は、当該ターボセンサ５１上を通過する前記コンプレッサ４２の羽根車４５における前記複数の大羽根４５ａに応じた出力信号及び前記複数の小羽根４５ｂに応じた出力信号を出力するように構成されている。即ち、前記ターボセンサ５１は、前記連結軸４３の１回転当たり複数のパルス信号（複数の第１信号Ｓ１及び複数の第２信号Ｓ２）を出力する。
例えば、前記羽根車が９個の前記大羽根４５ａ及び９個の前記小羽根４５ｂを有すると仮定すると、前記ターボセンサ５１は、前記連結軸４３の１回転当たり、９個の第１信号Ｓ１及び９個の第２信号Ｓ２を出力する。

このように、本実施の形態においては、前記ターボセンサ５１は、前記過給機４０の１回転当たり（前記連結軸４３の１回転当たり）に複数のパルス信号を出力する。
従って、前記過給機４０が低回転状態であっても、前記過給機４０の回転数を高精度に検出することができる。

一方、前記エンジン１が高回転域で駆動されている場合には、前記過給機４０も高速回転することになる。
この場合において、前記複数の第１信号Ｓ１及び前記複数の第２信号Ｓ２をそのまま前記制御装置６０に入力すると、前記制御装置６０が計算不能状態となり得る。従って、分周器を別途備える必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招く。

この点に関し、本実施の形態に係るエンジン１においては、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５１によって出力される前記大羽根４５ａに応じた前記第１信号Ｓ１及び前記小羽根４５ｂに応じた前記第２信号Ｓ２のうちの何れか一方に基づいて、前記過給機４０の回転数を認識するように構成されている。
斯かる構成によれば、前記過給機４０の１回転当たりに複数の検出信号を得つつ、検出信号の周波数が不当に高くなることによる前記制御装置６０への負荷を軽減できる。

詳しくは、前記ターボセンサ５１は、被検出体との距離に応じた振幅の信号を出力する。
即ち前記大羽根４５ａは前記ターボセンサ５１に近接状態で通過し、前記小羽根４５ｂは前記大羽根４５ａよりも離間状態で前記ターボセンサ５１を通過する。
従って、図３に示すように、前記ターボセンサ５１は、前記大羽根４５ａに応じた大きな振幅の第１信号Ｓ１と、前記小羽根４５ｂに応じた小さな振幅の第２信号Ｓ２とを出力する。

前記制御装置６０は、しきい値となる所定振幅値を有しており、前記しきい値よりも大きい又は小さい振幅の信号の何れか一方のみに基づいて、前記過給機４０の回転数を認識する。斯かる構成によれば、前記制御装置６０の負荷を低減できる。
なお、本実施の形態においては、前述の通り前記複数の大羽根４５ａ及び前記複数の小羽根４５ｂが同数とされていることから、前記ターボセンサ５１からの信号の周波数を１／２にすることができる。

なお、前記ターボセンサ５１は、前記大羽根４５ａの通過に応じて第１振幅ａ１が所定値より大きい前記第１信号Ｓ１を出力し、且つ前記小羽根４５ｂの通過に応じて第２振幅ａ２が前記所定値より小さい前記第２信号Ｓ２を出力することができるセンサであればよく、特に限定されるものではないが、前述の通り渦電流式のセンサであることが好ましい。

ところで、前記制御装置６０が把握する前記過給機４０の回転数は、前記過給機４０の固有振動数に起因する成分を含んでいる。そこで、より正確な前記過給機４０の回転数を得るためには、前記ターボセンサ５１の検出信号に基づく前記過給機４０の回転数から前記過給機４０の固有振動数に起因する成分を除くことが好ましい。この点に関し、以下に説明する。

図１に示すように、前記エンジン１は、さらに、エンジン負荷を検出する負荷センサと、前記クランク軸５の回転角度を検出するクランク角センサ５３とを備えている。

詳しくは、前記負荷センサは、本実施の形態においては、アクセル開度センサ５２とされている。前記アクセル開度センサ５２は、人為操作可能なアクセル操作レバー等のアクセル操作部材５８に設けられており、前記アクセル操作部材５８の操作量を開度として検出し、その検出信号をエンジン負荷として前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。

なお、前記負荷センサは、本実施の形態においてはアクセル開度センサ５２とされているが、これに限定されるものではない。例えば、前記負荷センサは、エンジン負荷として吸入空気量を検出するセンサとされ得る。

前記クランク角センサ５３は、前記クランク軸５の軸線回り１回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力し、これらのパルス信号及び気筒状態信号を前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。

前記制御装置６０は、前記クランク角センサ５３によって出力されるパルス信号の周期を計測することによって、エンジン回転数を把握することができる。

前記制御装置６０は、前記過給機４０の固有振動数を求める固有振動数算出モードを有している。
本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサ５３からの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上であるとき、即ち燃料無噴射状態（例えば、エンジンブレーキ作動状態）となったとき、固有振動数算出モードを実行する。

なお、前記制御装置６０は、本実施形態においては燃料無噴射状態になると固有振動数算出モードを即座に実行するが、これに代えて、燃料無噴射状態において固有振動数算出モード切替操作部材の人為操作に基づき人為操作信号が入力されることによって固有振動数算出モードを実行することもできる。

ここで、固有振動数算出モードによる前記過給機４０の固有振動数の求め方について説明する。
図４に、前記制御装置６０の構成を概略的に示す。

前記エンジン１が燃料無噴射状態で回転されている状態においては、前記エンジン本体１０の気筒は爆発動作を行わない。従って、仮に、この状態において、前記ターボセンサ５１によって出力される信号の周期にズレが生じているとすると、このズレは、前記過給機４０の固有振動数に起因するものと考えられる。
本実施の形態に係るエンジン１は、斯かる点に着想したものである。
具体的には、図４に示すように、前記制御装置６０は、周期計測手段６１、周期差分算出手段６２及び固有振動数算出手段６３を有している。

詳しくは、前記周期計測手段６１は、固有振動数算出モードの実行時において、前記ターボセンサ５１から出力される信号の周期を計測するように構成されている。
本実施の形態においては、前記周期計測手段６１は、図３に示すように、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の周期Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３・Ｔ４・・・を計測するように構成されている。なお、これに代えて、何れか一方の信号周期を計測することも可能であるし、一対の第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の周期を計測することも可能である。

前記周期差分算出手段６２は、前記周期計測手段６１により計測された最初の信号Ｓ１の周期Ｔ１に対する以後の信号Ｓ２・Ｓ１・Ｓ２・・・の周期Ｔ２・Ｔ３・Ｔ４・・・の差分Δ２・Δ３・Δ４・・・を算出するように構成されている。

前記固有振動数算出手段６３は、前記周期差分算出手段６２により算出された周期の差分Δ２・Δ３・Δ４・・・に基づき前記過給機４０の固有振動数を算出するように構成されている。
図５に、固有振動数算出モードにおいて算出される信号波形Ｗ１を示す。

具体的には、例えば、前記固有振動数算出手段６３は、図５に示すように、まず前記周期差分算出手段６２により算出された周期の差分Δ２・Δ３・Δ４・・・と前記クランク角センサ５３からの信号に基づく前記クランク軸５の回転角度とを対応させることによって両者の関係を表す信号波形Ｗ１を求める。この信号波形Ｗ１が前記過給機４０の固有振動数に関する信号波形となることから、前記固有振動数算出手段６３は、次に信号波形Ｗ１の平均周期を算出する。そして、前記固有振動数算出手段６３は、この平均周期に基づいて前記過給機４０の固有振動数を算出する。

なお、前記制御装置６０は、前記過給機４０の固有振動数を算出すると、該過給機４０の固有振動数を前記記憶部に記憶してから固有振動数算出モードを終了する。その後、前記制御装置６０は、固有振動数算出モードを実行する度に前記過給機４０の固有振動数を算出して、前記記憶部に記憶されている前記過給機４０の固有振動数を更新し得る。

ここで、前記過給機４０の固有振動数に起因する成分の除き方について説明する。

図４に示すように、本実施の形態においては、前記制御装置６０は、さらに、過給機回転数補正手段６４を有している。
前記過給機回転数補正手段６４は、前記固有振動数算出手段６３により算出された前記過給機４０の固有振動数を用いて、前記過給機４０の回転数を補正するように構成されている。

詳しくは、前記過給機回転数補正手段６４は、燃料噴射状態でのエンジン運転時において前記ターボセンサ５１から出力される信号に基づき得られたターボ回転速度から前記過給機４０の固有振動数を引くことによって当該ターボ回転速度を補正し、この補正後のターボ回転速度に基づき補正後の前記過給機４０の回転数を把握する。

斯かる構成によれば、前記ターボセンサ５１からの信号に基づく前記過給機４０の回転数から前記過給機４０の固有振動数に起因する成分を除くことができるので、より正確な前記過給機４０の回転数を得ることができる。その結果、前記エンジン１の各種制御に前記過給機４０の回転数を制御パラメータとして用いる場合に、高精度な制御を行うことができる。

また、本実施の形態においては、前記エンジン１は、図１に示すように、複数（４つ）の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４を有するディーゼルエンジンであって、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を繰り返す４サイクルエンジンとされている。

図１に示すように、前記エンジン１は、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４を備えている。

前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４は、それぞれ前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に設けられている。本実施の形態においては、前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４は、前記エンジン１に備えられたコモンレール式燃料供給装置７０にその一部として含まれている。

詳しくは、前記コモンレール式燃料供給装置７０は、所定圧の燃料を蓄えるコモンレール７６と、前記コモンレール７６に蓄えられている燃料を前記燃焼室１８に供給する前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４と、燃料タンクに蓄えられた燃料を加圧して前記コモンレール７６に送る高圧ポンプ７７と、前記コモンレール７６から噴射される燃料の噴射圧を調整するための圧力調整弁７８とを有している。

前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４は、それぞれインジェクタ７１ａ・７２ａ・７３ａ・７４ａと、前記インジェクタ７１ａ・７２ａ・７３ａ・７４ａと前記コモンレール７６とを接続する燃料配管と、前記燃料配管に介挿された噴射量制御用電磁弁７１ｂ・７２ｂ・７３ｂ・７４ｂとを有している。

前記制御装置６０は、前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４の各噴射量制御用電磁弁７１ｂ・７２ｂ・７３ｂ・７４ｂの開閉制御を実行し得るように構成されている。前記各噴射量制御用電磁弁７１ｂ・７２ｂ・７３ｂ・７４ｂが開いている間（インジェクタ開弁期間）、前記コモンレール７６内の燃料が前記各インジェクタ７１ａ・７２ａ・７３ａ・７４ａから前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の各燃焼室１８内へ噴射される。

前記制御装置６０は、インジェクタ開弁期間と噴射圧を変更することによって、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の各燃焼室１８内への燃料噴射量を調整し得る。

さらに、前記制御装置６０は、図４に示すように、爆発行程認識手段８１、気筒別ターボ回転速度検知手段８２、補正ターボ回転速度算出手段８３、平均ターボ回転速度算出手段８４、ターボ回転速度偏差算出手段８５、基準燃料噴射量算出手段８６、及び補正燃料噴射量算出手段８７を有している。

前記爆発行程認識手段８１は、前記クランク角センサ５３からの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれの爆発行程を認識するように構成されている。
本実施の形態においては、前記クランク角センサ５３によって検出される気筒状態信号が一又は複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点の位置と対応している。

前記気筒別ターボ回転速度検知手段８２は、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程毎のターボ回転速度を検知するように構成されている。つまり、前記気筒別ターボ回転速度検知手段８２は、ターボ回転速度を用いて前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程における燃焼エネルギーを個別に検知するものとされている。

前記気筒別ターボ回転速度検知手段８２は、前記爆発行程認識手段８１が前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点タイミングに基づき爆発行程を認識したとき、爆発行程における所定タイミングの瞬時ターボ回転速度又は爆発行程における所定期間の平均ターボ回転速度を検知し、この瞬時ターボ回転速度又は平均ターボ回転速度を前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程毎のターボ回転速度として検知する。

ここで、前記爆発行程における所定タイミングとは、前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点位置に対応したクランク角から所定量だけクランク角が変化した時点を指す。また、前記爆発行程における所定期間とは、前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点位置に対応したクランク角から下死点位置に対応したクランク角までの範囲においてクランク角が所定量だけ変化する期間を指す。

前記補正ターボ回転速度算出手段８３は、前記固有振動数算出手段６３により算出された前記過給機４０の固有振動数を用いて、前記気筒別ターボ回転速度検知手段８２により検知された前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程毎のターボ回転速度を補正することによって、前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に対応する補正ターボ回転速度を算出するように構成されている。

前記平均ターボ回転速度算出手段８４は、前記補正ターボ回転速度算出手段８３により算出された補正ターボ回転速度の平均値を平均ターボ回転速度として算出する。

前記ターボ回転速度偏差算出手段８５は、前記補正ターボ回転速度算出手段８３及び前記平均ターボ回転速度算出手段８４による算出結果に基づき前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４毎のターボ回転速度偏差を算出するように構成されている。
ここで、前記ターボ回転速度偏差算出手段８５は、平均ターボ回転速度と前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に対応する補正ターボ回転速度との偏差を算出し、その偏差を前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のターボ回転速度偏差とする。

前記基準燃料噴射量算出手段８６は、前記負荷センサ及び前記クランク角センサ５３の検出信号に基づき前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出するように構成されている。
詳しくは、前記制御装置６０には、エンジン負荷及びエンジン回転数と基準燃料噴射量との関係を表す基準燃料噴射量データが予め記憶されており、前記基準燃料噴射量算出手段８６は、前記負荷センサの検出信号に基づくエンジン負荷及び前記クランク角センサ５３の検出信号に基づくエンジン回転数を前記基準燃料噴射量データに適用して基準燃料噴射量を算出する。

前記補正燃料噴射量算出手段８７は、予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれに次の燃焼サイクルで供給すべき補正燃料噴射量を算出するように構成されている。
本実施の形態においては、前記制御装置６０には、ターボ回転速度偏差と補正値との関係を表す補正値データが予め記憶されており、前記補正燃料噴射量算出手段８７は、前記ターボ回転速度偏差算出手段８５により算出されたターボ回転速度偏差を前記補正値データに適用して補正値を算出する。

そして、前記制御装置６０は、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４の作動制御を行うように構成されている。

斯かる構成によれば、前記エンジン１の次の燃焼サイクルにおいて、前記複数の燃料噴射装置７１・７２・７３・７４によって対応する気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の燃焼室１８内へ供給する燃料噴射量を、前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４毎に算出された補正燃料噴射量に変更することができる。従って、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４間の爆発力のばらつきを抑えることができる。

図６に、前記制御装置６０による補正燃料噴射量の算出処理に関するフローチャートを示す。
補正燃料噴射量の算出処理は、例えば、キー操作による前記エンジン本体１０の運転開始に伴って開始される。

まず、前記制御装置６０は、図６に示すように、ステップ１１において前記クランク角センサ５３からの気筒状態信号に基づき前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程を認識し、前記各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４・の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する。

次に、ステップ１２において、前記制御装置６０は、前記過給機４０の固有振動数を用いて、前記ステップ１１で検知した各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の爆発行程毎のターボ回転速度を補正することによって、各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に対応する補正ターボ回転速度を算出する。

次に、ステップ１３において、前記制御装置６０は、前記ステップ１２で算出した補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する。

次に、ステップ１４において、前記制御装置６０は、前記ステップ１３で算出した平均ターボ回転速度と前記ステップ１２で算出した各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に対応する補正ターボ回転速度との偏差、即ちターボ回転速度偏差を算出する。

次に、ステップ１５において、前記制御装置６０は、前記負荷センサ及び前記クランク角センサ５３の検出信号に基づき前記エンジン１の次の燃焼サイクルで各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に供給すべき基準燃料噴射量を算出する。

次に、ステップ１６において、前記制御装置６０は、前記ステップ１４で算出した各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のターボ回転速度偏差に応じて前記各燃料噴射装置７１・７２・７３・７４毎の補正値を算出する。

次に、ステップ１７において、前記制御装置６０は、前記ステップ１６で算出した補正値を用いて前記ステップ１５で算出した基準燃料噴射量を補正することによって前記エンジン１の次の燃焼サイクルで各気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４に供給すべき補正燃料噴射量を算出する。

その後、ステップ１８において、前記制御装置６０は、前記エンジン本体１０が停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には算出処理を終了し、ＮＯの場合には前記ステップ１１へ移行する。

［実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２に係るエンジンについて説明する。

本実施の形態に係るエンジンは、制御装置による過給機の回転数の把握方法に関して、実施の形態１に係る前記エンジン１と相違している。
即ち、実施の形態１においては、前述の通り前記制御装置６０が第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２の何れか一方に基づいて前記過給機４０の回転数を認識するが、これに代えて、本実施の形態においては、制御装置がターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて過給機の回転数を認識する。

図７に、前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形を示す。
具体的には、例えば、図７に示すように、前記制御装置は、前記ターボセンサから出力される信号のうち３つの信号Ｓ１・Ｓ２・Ｓ１（Ｓ２・Ｓ１・Ｓ２）をカウントする毎に一つの信号を生成し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識する。なお、前記ターボセンサは、ここでは渦電流式のセンサとしているが、これに代えて、電磁ピックアップ（ＭＰＵ）式のセンサとし得る。

斯かる構成によれば、前記ターボセンサが、前記過給機の羽根車における羽根の通過に応じて信号を出力するので、前記過給機の連結軸の１回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置６０への負荷を軽減できる。

なお、前記制御装置は、前述のように前記過給機４０の回転数を認識する代わりに、前記ターボセンサから出力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に当該所定数の信号のうち予め定められた順番に入力される一つの信号を選択し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識することも可能である。

なお、本実施の形態においては、実施の形態１とは異なり、振幅の大きさに拘わらず、前記過給機４０の羽根車における複数の羽根の通過に応じて前記ターボセンサから信号を出力さえできればよい。そのため、前記複数の羽根は、複数の大羽根及び複数の小羽根を含んでもよいし、全て同一形状であってもよい。

［実施の形態３］
以下、本発明の実施の形態３に係るエンジンについて説明する。

本実施の形態に係るエンジンは、実施の形態２に係るエンジンと比して、前記ターボセンサとして渦電流式のセンサの代わりに、電磁ピックアップ式のセンサを有している。

本実施の形態においては、制御装置は、過給機の固有振動数を求める固有振動数算出モードを有すると共に、第１信号波形生成手段及び第２信号波形生成手段の機能を含んで構成されている。

図８（ａ）に、固有振動数算出モードにおいて前記ターボセンサによって出力される信号の信号波形Ｗ２及び前記過給機の固有振動数を表す信号波形ＳＷ１を示す。図８（ｂ）に、前記ターボセンサによって出力される信号から前記過給機の固有振動数に起因する成分を除いた信号波形ＳＷ２を示す。

前記第１信号波形生成手段は、固有振動数算出モードの実行時において、前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形Ｗ２の振幅の中央値に基づいて、図８（ａ）に示されるような第１の信号波形ＳＷ１を生成するように構成されている。この第１の信号波形ＳＷ１は、前記過給機４０の固有振動数を表すものとなる。

前記第２信号波形生成手段は、エンジン運転時に前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形から前記第１の信号波形ＳＷ１を減算することによって、図８（ｂ）に示されるような第２の信号波形ＳＷ２を生成するように構成されている。この第２の信号波形ＳＷ２は、前記過給機４０の固有振動数に起因する成分を除いたものとなる。

そして、前記制御装置は、前記第２信号波形生成手段により生成された第２の信号波形ＳＷ２の信号を前記ターボセンサから入力された信号として用い、前記実施の形態２のように当該信号に基づき前記過給機の回転数を認識する。これにより、前記過給機の固有振動数に起因する成分を除いた、より正確な過給機の回転数を得ることができる。

１エンジン
５クランク軸
１０エンジン本体
４０過給機
４５羽根車
４５ａ大羽根
４５ｂ小羽根
５１ターボセンサ
５２クランク角センサ
５３アクセル開度センサ（負荷センサ）
６０制御装置
６１周期計測手段
６２周期差分算出手段
６３固有振動数算出手段
６４過給機回転数補正手段
７１燃料噴射装置
７２燃料噴射装置
７３燃料噴射装置
７４燃料噴射装置
８１爆発行程認識手段
８２気筒別ターボ回転速度検知手段
８３補正ターボ回転速度算出手段
８４平均ターボ回転速度算出手段
８５ターボ回転速度偏差算出手段
８６基準燃料噴射量算出手段
８７補正燃料噴射量算出手段

Claims

エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の大羽根及び複数の小羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、
前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第１振幅の第１信号を出力し、前記小羽根の通過に応じて第２振幅の第２信号を出力するものとされ、
前記制御装置は、前記第１又は第２信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識することを特徴とするエンジン。
エンジン負荷を検出する負荷センサと、
クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとをさらに備え、
前記制御装置は、
前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサからの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上である場合に、前記ターボセンサから出力される前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方の周期を計測する周期計測手段と、
前記周期計測手段により計測された最初の信号の周期に対する以後の信号の周期の差分を算出する周期差分算出手段と、
前記周期差分算出手段により算出された周期の差分に基づき前記過給機の固有振動数を算出する固有振動数算出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
前記制御装置は、前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて、前記過給機の回転数を補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
前記制御装置によって作動制御され、前記エンジン本体に設けられた複数の気筒にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置をさらに備え
前記クランク角センサは、前記クランク軸の軸線回り１回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力し、
前記制御装置は、
前記クランク角センサからの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒のそれぞれの爆発行程を認識する爆発行程認識手段と、
前記複数の気筒の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する気筒別ターボ回転速度検知手段と、
前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて前記気筒別ターボ回転速度検知手段による検知結果を補正することによって前記各気筒に対応する補正ターボ回転速度を算出する補正ターボ回転速度算出手段と、
前記補正ターボ回転速度算出手段により算出された補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する平均ターボ回転速度算出手段と、
前記補正ターボ回転速度算出手段及び前記平均ターボ回転速度算出手段による算出結果に基づき気筒毎のターボ回転速度偏差を算出するターボ回転速度偏差算出手段と、
前記負荷センサ及び前記クランク角センサからの検出信号に基づき前記複数の気筒の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出する基準燃料噴射量算出手段と、
予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒のそれぞれに供給すべき補正燃料噴射量を算出する補正燃料噴射量算出手段とをさらに有し、
前記複数の気筒毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置の作動制御を行うことを特徴とする請求項２記載のエンジン。
エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、
前記ターボセンサは、前記羽根の通過に応じて信号を出力するものとされ、
前記制御装置は、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識することを特徴とするエンジン。