JP4595772B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータによって回転駆動される遠心式電動過給機が吸気通路に設けられているエンジンの過給装置に関するものである。

排気ガスの圧力を利用して過給を行う排気ターボ式過給機（ターボチャージャ）、あるいは、クランク軸により回転駆動されて過給を行う機械式過給機（スーパーチャージャ）を設けて吸気の充填効率を高めるようにしたエンジンは知られている。しかしながら、これらの過給機では、過給の度合いないしは強さがエンジン回転数に直接的に依存するので、低回転時には十分に過給を行うことができない。そこで、モータによって回転駆動される遠心式電動過給機を設け、低回転時でも十分に過給を行うことができるようにしたエンジンが提案されている。

ところで、一般に遠心式過給機では、空気流量が少なく、かつ圧力比が高いサージング領域（低回転・高負荷領域の一部）ではサージングが生じるが、かかるサージングは過給効率を低下させるとともに過給機（とくにインペラ）の材料を疲労させる。そこで、エンジンの運転状態がサージング領域に近づいたときに、加圧された吸気の一部を例えば排気系に逃がすなどしてサージングの発生を回避するようにしたエンジン（内燃機関）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２５１２４０号公報（段落［００２０］、図２）

例えば特許文献１に記載されている従来のエンジンでは、吸気流量と、過給機下流の吸気圧ひいては圧力比とに基づいて、サージングが起こるか否かを一律的に予測ないしは判定しているが、サージングが生じる条件は、吸気流量と圧力比とによって一義的に決まるわけではない。このため、従来のこの種のエンジンでは、サージングの発生を確実に予測ないしは検出してこれを回避することは困難であり、また不必要に吸気を逃がして燃費性能の低下を招くといった問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、遠心式過給機のサージングの発生を確実かつ迅速に予測ないしは検出することができ、好ましくはサージングを回避、解消ないしは抑制することができるエンジンの過給装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの過給装置（以下、略して「過給装置」という。）においては、モータによって回転駆動される遠心式電動過給機（以下、略して「電動過給機」という。）が吸気通路に設けられている。この過給装置は、モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、エンジンに吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサと、モータ回転数検出手段によって検出されたモータの回転数の振動に基づいて電動過給機のサージングの発生を判定（ないしは検出）するサージング判定手段とを備えていて、サージング判定手段が、モータの回転数の振動と、エアフローセンサによって検出された空気の流量の振動とに基づいてサージングの強度を判定することを特徴とする。

本発明に係る過給装置において、サージングが強いときには、エアフローセンサにもその影響が及び、空気の流量に振動が生じる。そこで、サージング判定手段が、モータの回転数の振動と、エアフローセンサによって検出された空気の流量の振動とに基づいてサージングの強度を判定するようになっている。

本発明に係る過給装置において、電動過給機をバイパスするバイパス吸気通路と、該バイパス吸気通路を開閉制御する吸気制御弁（バイパスバルブ）とが設けられ、所定の過給領域で吸気制御弁が閉じられるとともに電動過給機が回転駆動されて過給が行われるようになっている場合は、上記所定の過給領域においてサージング判定手段によってサージングが起こっていると判定されたときに吸気制御弁を開方向に制御する吸気制御弁制御手段を備えているのが好ましい。

本発明に係る過給装置において、電動過給機にサージングが生じたときには、インペラの周りの空気流の剥離により、ほとんど時間遅れなく、モータの駆動力に微小な増減変動が生じ、これに伴ってモータ回転数が振動するといった現象が起こる。そして、この過給装置では、この現象を利用して、モータの回転数の振動に基づいて電動過給機のサージングの発生を判定するので、該サージングを確実かつ迅速に検出することができる。この判定手法によれば、例えば吸気通路内の吸入空気の流量の振動に基づいてサージングの発生を判定する場合に比べて、良好な応答性でもってサージングを検出ないしは判定することができる。

本発明に係る過給装置において、バイパス吸気通路と吸気制御弁と吸気制御弁制御手段とが設けられている場合は、良好な応答性でもってサージングを解消ないしは抑制しつつ、サージング限界付近まで過給を行うことができ、燃費性能を高めることができる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態（本発明を実施するための最良の形態）を具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るエンジン１には、第１〜第４気筒＃１〜＃４に燃料燃焼用の空気（以下「吸入空気」という。）を供給する吸気装置２が設けられている。吸気装置２には、先端が大気に開口する共通吸気通路３が設けられ、この共通吸気通路３には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入空気中のダストを除去するエアクリーナ４と、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ６と、電動過給機５（遠心式電動過給機）と、共通吸気通路３の通路断面（ないしは吸入空気）を絞るスロットル弁７とが設けられている。なお、エアフローセンサ６は、順流方向及び逆流方向に吸入空気の流量を検出することができるようになっているのが好ましい。

そして、共通吸気通路３の下流端は、吸入空気の脈動を打ち消して吸入空気の流れを安定させるサージタンク８に接続されている。サージタンク８には、それぞれ互いに独立して、サージタンク８内の空気を第１〜第４気筒＃１〜＃４に供給する４つの独立吸気通路９が接続されている。

さらに、吸気装置２には、電動過給機６をバイパスして、共通吸気通路３の電動過給機６より上流側の部分と下流側の部分とを連通させるバイパス吸気通路１０と、該バイパス吸気通路１０を開閉するバイパスバルブ１１（吸気制御弁）とが設けられている。バイパスバルブ１１は、バイパスバルブアクチュエータ１２によって駆動ないし制御され、バイパス通路１０を閉止又は開放し、あるいはバイパス通路１０の流路断面ひいては吸入空気の流量を制御するようになっている。

電動過給機６は、共通吸気通路３内において上流側から吸入空気を吸入して加圧し下流側に吐出するコンプレッサ６ａと、該コンプレッサ６ａを回転駆動するモータ６ｂとを有している。そして、モータ６ｂによってコンプレッサ６ａが回転駆動されているときには、スロットル弁開度が同一であれば、自然吸気の場合に比べて第１〜第４気筒＃１〜＃４に供給される吸入空気の圧力が高くなり、吸気充填効率が高められてエンジン１の出力トルクが増加する。

また、エンジン１には、クランク軸（図示せず）によって回転駆動されるオルタネータ１３（発電機）が設けられ、このオルタネータ１３によって生成された電力はバッテリ１４に蓄えられるようになっている。そして、バッテリ１４に蓄えられている電力は、該エンジン１を搭載している車両の各種電気製品に供給されるほか、ブーストドライバ１５を介してモータ６ｂに供給される。なお、ブーストドライバ１５は、コントロールユニット２０からの制御信号に従って、モータ６ｂの回転数ひいては過給の度合いないしは強度を制御する。

スロットル弁７は、アクセルペダル１７の踏み込み量に応じて、スロットル弁アクチュエータ１６によって開閉制御され、共通吸気通路３の通路断面を絞って、第１〜第４気筒＃１〜＃４に供給される吸入空気の量ひいてはエンジン１の出力を制御するようになっている。なお、このエンジン１では、アクセルセンサ１８によってアクセルペダル１７の踏み込み量（以下「アクセル踏み込み量」という。）が検出され、このアクセル踏み込み量はコントロールユニット２０に入力される。そして、コントロールユニット２０は、アクセル踏み込み量に応じてスロットル弁開度を設定し、スロットル弁アクチュエータ１６を駆動してスロットル弁開度をこの設定値に一致させるようになっている。

第１〜第４気筒＃１〜＃４では、それぞれ、吸入空気と燃料（例えば、ガソリン）の混合物である混合気が、点火プラグ１９によって点火され、混合気の燃焼によって生じる熱エネルギが、図示していないピストン、コネクチングロッド、クランクピン、クランクアーム等により機械エネルギに変換され、クランク軸を回転させるようになっている。なお、点火プラグ１９の点火時期（進角量）は、コントロールユニット２０によって制御される。

コントロールユニット２０は、コンピュータ及びメモリ等を備えたエンジン１の総合的ないしは全体的な制御装置であって、前記の「サージング判定手段」及び「吸気制御弁制御手段」を兼ねている。このコントロールユニット２０には、エアフローセンサ５によって検出される吸入空気の流量、モータ回転数センサ２１（モータ回転数検出手段）によって検出されるモータ６ａの回転数、圧力センサ２２（圧力検出手段）によって検出されるサージタンク８内の吸入空気の圧力、吸気温センサ２３によって検出される電動過給機下流における吸入空気の温度、エンジン回転数センサ２４によって検出されるエンジン回転数、水温センサ２５によって検出されるエンジン水温等が、制御情報として入力される。

そしてコントロールユニット２０は、これらの制御情報に基づいて、一般的な各種エンジン制御（例えば、燃料噴射制御、点火時期制御、過給圧制御、ＥＧＲ制御、等）を行うほか、電動過給機６のサージングの検出ないしは判定を行うとともに、サージングが生じているときにはバイパスバルブアクチュエータ１２を介してバイパスバルブ１１を制御し、電動過給機６のサージングを解消ないしは抑制するといった制御（以下「サージング検出制御」という。）を行うようになっている。

次に、図２及び図３（ａ）、（ｂ）を参照しつつ電動過給機６の運転手法ないしは機能を説明する。コントロールユニット２０のメモリには、図２に示すような、エンジン負荷及びエンジン回転数をパラメータとしてエンジン１の運転領域を設定したマップが記憶されている。図２に示すように、このマップでは、運転領域は、基本的には、曲線Ｈ１より低回転・低負荷側に設定された自然吸気領域と、曲線Ｈ１と曲線Ｈ２との間に設定された過給領域とに分けられている。ここで、過給領域は、おおむね、エンジン回転数がＮ１以下でありエンジン負荷がα１以上である低回転・高負荷領域に設定されている。また、過給領域内の破線Ｈ３より低回転・高負荷側の部分は、電動過給機６にサージングが発生すると予測されるサージング領域である。なお、このエンジン１では、電動過給機６は、主として低回転・高負荷領域における燃費性能を高めるために設けられている。

かくして、自然吸気領域では、バイパスバルブ１１が完全に開弁される一方、電動過給機６の駆動は停止される。この場合、図１中の矢印Ａで示すように、吸入空気は電動過給機６のコンプレッサ６ａをバイパスして、全面的にバイパス吸気通路１０を流れる。他方、過給領域では、バイパスバルブ１１が完全に閉弁される一方、電動過給機６が駆動される。この場合、図１中の矢印Ｂで示すように、吸入空気は電動過給機６のコンプレッサ６ａによって加圧され、第１〜第４気筒＃１〜＃４に供給される。

しかしながら、過給運転中に、電動過給機６にサージングが起こっていると判定されたときには、コントロールユニット２０及びバイパスバルブアクチュエータ１２によってバイパスバルブ１１が開方向に制御される。このとき、バイパスバルブ１１は適度に開弁され、電動過給機６（コンプレッサ６ａ）から下流側に吐出された吸入空気の一部は、図１中の矢印Ｃで示すように、バイパス吸気通路１０を介して、電動過給機６より上流側の共通吸気通路３に還流させられる。この場合、各気筒＃１〜＃４に供給される吸入空気の流量は変わらないが、コンプレッサ６ａを通過する吸入空気の流量が増加するとともに圧力比が低下するので、電動過給機６のサージングが解消ないしは抑制される。

図３（ａ）は、電動過給機６の過給特性を示すマップである。このマップにおいて、横軸は吸入空気の体積流量（以下「吸入空気量」という。）を示し、縦軸は電動過給機６の圧力比、すなわち電動過給機６より下流側（ただし、スロットル弁７より上流側）の吸入空気の圧力と上流側の吸入空気の圧力の比を示している。なお、吸入空気量はエンジン回転数に対応する。図３（ａ）に示すマップ中の領域Ｘは、サージングを起こすことなく過給を行うことができる領域（通常過給領域）である。

この領域Ｘには、電動過給機６の消費電力に応じた領域ａ〜ｐが設定されている。これらの領域ａ〜ｐは、吸入空気の流量の増加に対して圧力比が減少するような複数の曲線で分割されてなる略短冊状の領域であり、ａ〜ｐの順に消費電力は増加する。さらに、領域Ｘには、電動過給機６の回転数の特性が示されている。この特性は、領域Ｘの左下側に回転数４００００ｒｐｍの曲線が設定され、右上方向に移るに従って回転数は増加し、領域Ｘの右上側に回転数８００００ｒｐｍの曲線が設定されている。

図３（ａ）に示すマップ中の領域Ｙはサージング領域である。エンジン１の運転状態がこの領域Ｙに入っているときには、サージングを解消ないしは抑制するため、バイパスバルブ１１が開方向に制御されて適度に開弁され、電動過給機６（コンプレッサ６ａ）から下流側に吐出された吸入空気の一部が電動過給機６より上流側の共通吸気通路３に還流させられる。この場合、バイパスバルブ１１の開度ひいては吸入空気の還流量は、エンジン１の運転状態が図３（ａ）中の領域Ｘと領域Ｙの境界線Ｈ４上に保持されるよう、エンジン回転数（吸入空気の体積流量）に応じて制御される。

図３（ｂ）は、アイドル状態から過給を開始する際の、吸入空気量と圧力比の関係を示すグラフ（曲線Ｌ）である。図３（ｂ）において、直線Ｐ１（破線）はアイドル状態おける吸入空気量を示し、直線Ｐ２（実線）はサージング領域と通常過給領域との境界を示している。双方向矢印Ａ１は、アイドル時にエンジン１に実際に吸入される空気量を示している。ここで、過給開始時におけるサージングを解消するには、少なくとも双方向矢印Ａ２で示す量の空気を、バイパス吸気通路１０を介して上流側の共通吸気通路３に還流させなければならない。つまり、双方向矢印Ａ２は、過給開始時においてサージングを解消するための最適な空気還流量を示している。したがって、サージングを解消するために、空気還流量が双方向矢印Ａ２で示す量となるようにバイパスバルブ１１を開く必要がある。なお、エンジン回転数の上昇に伴って、エンジン１に吸入される空気が増えるので、最適な空気還流量ないしはバイパスバルブ１１の開度は小さくなる。

以下、図４に示すフローチャートを参照しつつ、コントロールユニット２０によって実行される実施の形態１に係るサージング検出制御（すなわち、電動過給機６のサージングの検出及び解消ないしは抑制）の具体的な手法を説明する。

図４に示すように、このサージング検出制御においては、まずステップＴ１で、モータ回転数センサ２１によって、モータ６ｂの回転数（以下「モータ回転数」という。）が検出される。続いて、ステップＴ２で、バンドパスフィルタ処理により、モータ回転数の振動が検出される。次に、ステップＴ３で、モータ回転数が振動しているか否かが判定される。ここで、モータ回転数が振動していると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＴ４で、電動過給機６にサージングが起こっていると判定される（サージ検知）。なお、ステップＴ３でモータ回転数が振動していないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＴ１〜Ｔ３が繰り返し実行される。

サージングは、電動過給機６のコンプレッサ６ａのインペラ翼の周りに空気の流れの剥離（渦）が発生することにより起こる。そして、このとき空気流の剥離によりモータ６ｂの駆動力に微小な増減が発生し、モータ回転数が振動する。そこで、このサージング検出制御では、モータ回転数の振動を検出することにより、サージングの発生を検知するようにしている。

ところで、電動過給機６の下流の吸入空気の圧力の振動、あるいは吸入空気の流量の振動を検出することによっても、電動過給機６のサージングを検出することができる。しかし、この場合、コンプレッサ６ａのインペラ翼の周りの空気流の剥離現象を、吸入空気の圧力変化あるいは流量変化といった間接的な方法で検出するため、どうしても検出に時間遅れが生じる。また、吸入空気の圧力又は流量の振動は、サージング以外の原因、例えばアクセルペダルの操作等によっても生じる。したがって、吸入空気の流量又は圧力の振動に基づいてサージングを検出する場合は、該振動がサージングによるものか否かを識別ないしは区別することが必要である。

これに対して、モータ回転数の振動は、空気流の剥離に起因するモータ６ｂのトルクの増減によって直接的に生じるので、時間遅れはほとんど生じない。また、モータ回転数の振動は、電動過給機６のサージング以外の原因によって生じることはまずありえない。したがって、該振動がサージングによるものか否かを識別ないしは区別する必要はない。

実施の形態１に係るサージング検出制御において、コントロールユニット２０が、モータ回転数の振動と、エアフローセンサ５によって検出された吸入空気の流量の振動とに基づいてサージングの強度を判定するようになっていてもよい。電動過給機６にサージングが起こった場合、吸入空気の流量の振動は、モータ回転数の振動に比べてかなり弱い。したがって、この場合、モータ回転数の振動が検出される一方、吸入空気の流量の振動が検出されていないときは、サージングは比較的弱いものと判定することになる。他方、モータ回転数の振動及び吸入空気の流量の振動がともに検出されたときは、サージングは比較的強いものと判定することになる。

電動過給機６にサージングが起こっていると判定された場合、このサージングを迅速かつ確実に解消ないしは抑制する必要がある。そこで、この場合、コントロールユニット２０及びバイパスバルブアクチュエータ１２によってバイパスバルブ１１が開方向に制御されて適度に開弁され、電動過給機６から下流側に吐出された吸入空気の一部が、バイパス吸気通路１０を介して、電動過給機６より上流側の共通吸気通路３に還流させられる。これにより、コンプレッサ６ａを通過する吸入空気の流量が増加するとともに圧力比が低下し、サージングが解消ないしは抑制される。

以下、図５及び図６に示すフローチャートに従って、このようにサージングが検出されたときにバイパスバルブアクチュエータ１２を介してバイパスバルブ１１を制御し、電動過給機６のサージングを回避（解消）ないしは抑制するといった制御（以下「サージング検出回避制御」という。）の具体的な制御手法を説明する。

図５及び図６に示すように、このサージング検出回避制御においては、まずステップＳ１で、エンジン１の運転状態が過給領域（図２参照）に入っているか否かが判定される。運転状態が過給領域に入っていないと判定された場合（ＮＯ）、エンジン１が過給中であれば、ステップＳ５でモータ６ｂへの電力供給が停止され、電動過給機６（コンプレッサ６ａ）による過給が停止される。続いて、ステップＳ６でバイパスバルブ１１が全開された後、再びステップＳ１が実行される。なお、エンジン１が過給中でなければ、非過給状態が維持されるだけである。

他方、ステップＳ１で運転状態が過給領域に入っていると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ２でエンジン１が過給中であるか否かが判定される。エンジン１が過給中でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ３でモータ６ｂへの電力供給が開始され、電動過給機６による過給が開始される。続いて、ステップＳ４でバイパスバルブ１１が全閉された後、ステップＳ７が実行される。また、ステップＳ２でエンジン１が過給中であると判定された場合は（ＹＥＳ）、すでに電動過給機６による過給が開始され、かつバイパスバルブ１１が全閉されているので、ステップＳ３、Ｓ４をスキップしてステップＳ７が実行される。

ステップＳ７では、エアフローセンサ５によって吸入空気流量が検出される（ＡＦＳ検出）。続いて、ステップＳ８で、バンドパスフィルタ処理により吸入空気流量の振動の有無が検出される。ここで、吸入空気流量の振動が検出されれば、吸入空気流量の視点から電動過給機６にサージングが発生していると判定される（吸入空気流量によるサージング判定）。

さらに、ステップＳ９で、モータ回転数センサ２１によって、モータ６ｂの回転数（以下「モータ回転数」という。）が検出される。続いて、ステップＳ１０で、バンドパスフィルタ処理により、モータ回転数の振動の有無が検出される。ここで、モータ回転数の振動が検出されれば、モータ回転数の視点から電動過給機６にサージングが発生していると判定される（モータ回転数によるサージング判定）。サージングは、電動過給機６のコンプレッサ６ａのインペラ翼の周りに空気の流れの剥離（渦）が発生することにより起こる。そして、このとき空気流の剥離によりモータ６ｂの駆動力に微小な増減が発生し、モータ回転数が振動する。このため、モータ回転数の振動を検出することにより、サージングの発生を検出することができる。

次に、一連のステップＳ１１〜Ｓ１３で、吸入空気流量によるサージング判定結果とモータ回転数によるサージング判定とに基づいて、電動過給機６におけるサージングの有無及び強度が判定される。電動過給機６にサージングが発生した場合、吸入空気流量の振動は、モータ回転数の振動に比べてかなり弱い。そこで、このサージング検出制御では、モータ回転数の視点からサージングが検出される一方、吸入空気流量の視点からはサージングが検出されていないときは、サージングは弱いものと判定するようにしている。他方、モータ回転数及び吸入空気流量の両方の視点からサージングが検出されているときは、サージングは強いものと判定するようにしている。

具体的には、ステップＳ１１で、モータ回転数及び吸入空気流量の両方の視点からサージングが検出されているか（ＭＳ＝サージ、かつ、ＡＳ＝サージ）否かが判定される。この判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１４で電動過給機６に発生しているサージングは強いものと判定される（強サージ検知）。この場合、ステップＳ１５で、バイパスバルブ１１の開弁速度（開速度）が、サージングが弱い場合に比べて、比較的大きい値に設定される。なお、サージングの強弱にかかわらず、バイパスバルブ１１の開弁速度は、後で説明するバイパスバルブ１１の閉弁速度（閉じ速度）よりは大きい。

ステップＳ１１における判定がＮＯである場合は、ステップＳ１２で、モータ回転数の視点からはサージングは検出されず、かつ、吸入空気流量の視点からはサージングが検出されているか（ＭＳ＝否サージ、かつ、ＡＳ＝サージ）否かが判定される。この判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１７で、モータ回転数の視点からのサージング判定は異常であると判定される。なぜなら、感度が低い吸入空気流量によるサージング判定がＹＥＳで、感度が高いモータ回転数によるサージング判定がＮＯであるという事態は通常はありえず、このような場合はモータ回転数の視点からのサージング判定は異常であると考えられるからである。続いて、ステップＳ１８で、少なくとも吸入空気流量の視点からはサージングが検出されているので、電動過給機６に発生しているサージングは強いものと判定される（強サージ検知）。この場合も、ステップＳ１５で、バイパスバルブ１１の開弁速度（開速度）が比較的大きい値に設定される。

ステップＳ１２における判定がＮＯである場合は、ステップＳ１３で、モータ回転数の視点からはサージングが検出され、かつ、吸入空気流量の視点からはサージングが検出されていないか（ＭＳ＝サージ、かつ、ＡＳ＝否サージ）否かが判定される。この判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１９で電動過給機６に発生しているサージングは弱いものと判定される（弱サージ検知）。この場合、ステップＳ２０で、バイパスバルブ１１の開弁速度（開速度）が、サージングが強い場合に比べて、比較的小さい値（ただし、閉弁速度よりは大きい）に設定される。

ステップＳ１３における判定がＮＯである場合、すなわちモータ回転数及び吸入空気流量の両方の視点からサージングが検出されていない場合は（ＭＳ＝否サージ、かつ、ＡＳ＝否サージ）、ステップＳ２１で電動過給機６にサージングは発生していないものと判定される。この場合、ステップＳ２２で、エンジン回転数変化率（変化量）に応じてバイパスバルブ１１の閉弁速度（閉じ速度）が決定される。具体的には、エンジン回転数変化率が大きいときほど、閉弁速度を大きくするようにしている。これは、エンジン回転数の上昇により、吸入空気流量が増えるので、サージングが回避される傾向が強くなるからである。

かくして、電動過給機６のサージングが検出されたときには、ステップＳ１６でバイパスバルブ１１が、サージングの強度に応じて、ステップＳ１５又はステップＳ２０で設定された開弁速度で、所定の最大開度まで開弁される。この最大開度は、過給状態にかかわらずサージングを迅速かつ確実に解消させることができる開度（例えば、６％）に設定される。ここで、バイパスバルブ１１の開弁速度（バルブ回転角の変化速度）は、例えば、サージングが弱い場合は２２．５度／秒に設定され、サージングが強い場合は３０．０度／秒に設定される。

また、サージングの発生が検出された後、バイパスバルブ１１が開かれてサージングが検出されなくなったときには、ステップＳ２３で、バイパスバルブ１１が、ステップＳ２２で設定された閉弁速度で、開度０まで閉弁される。この場合、バイパスバルブ１１の閉弁速度は、例えば、エンジン回転数変化率が０のときには０．９度／秒に設定され、エンジン回転数変化率が大きくなるほど閉弁速度が大きくなる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を説明する。しかしながら、実施の形態２に係るエンジン１（ないしは過給装置）のハードウエア構成は、実施の形態１に係るエンジン１（ないしは過給装置）と共通であり、コントロールユニット２０によりサージング検出制御の手法が異なるだけである。そこで、説明の重複を避けるため、以下では、図７に示すフローチャートに従って、実施の形態２に係るエンジン１（ないしは過給装置）におけるサージング検出制御の手法のみを説明する。

図７に示すように、実施の形態２に係るサージング検出制御では、まずステップＴ１１で、圧力センサ２２によって、サージタンク８内の吸入空気の圧力（以下「サージタンク圧」という。）が検出（取得）される。なお、サージタンク圧ではなく、電動過給機下流の共通吸気通路３内の吸入空気圧力を用いてもよい。
図８（ａ）に、実際に検出されたサージタンク圧の具体例を示す。

続いて、ステップＴ１２で、バンドパスフィルタ処理により、周波数が１２〜２０Ｈｚ（サージング関連周波数）の吸入空気圧振動が検出される。周波数が１２〜２０Ｈｚの吸入空気圧振動は、電動過給機６（コンプレッサ６ａ）のサージングに特有の振動であり、その他の原因によって発生する吸入空気圧振動、例えばアクセルペダル１７の操作によって生じる吸入空気圧振動の周波数とは異なるものである。このように、周波数が１２〜２０Ｈｚ（サージング関連周波数）の吸入空気圧振動のみを検出するようにしているので、電動過給機６のサージング以外の原因による振動を、サージングに起因する振動と誤認することはない。
図８（ｂ）に、かかるバンドパスフィルタ処理が施された吸入空気圧振動の具体例を示す。

次に、ステップＴ１３で、ステップＴ１２で得られた吸入空気圧振動に対して移動平均処理（５回分ずつ）が施され、平均吸入空気圧振動値Ａｖｅが算出される。このサージング検出制御では、平均吸入空気圧振動値Ａｖｅが１（基準値）を超えていれば、電動過給機６にサージングが起こっていると判定するようにしている。
図８（ｃ）に、かかる平均吸入空気圧振動値Ａｖｅの具体例を示す。

この後、ステップＴ１４で、平均吸入空気圧振動値Ａｖｅが１を超えているか否かが判定される。ここで、平均吸入空気圧振動値Ａｖｅが１を超えていると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＴ１５で、電動過給機６にサージングが起こっていると判定される（サージ検知）。なお、ステップＴ１４で平均吸入空気圧振動値Ａｖｅが１以下であると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＴ１１〜Ｔ１４が繰り返し実行される。

サージングは電動過給機６のコンプレッサ６ａのインペラ翼の周りに空気の流れの剥離が発生することにより起こるが、このとき空気流の剥離によりサージタンク圧に微小な振動が発生する。そこで、実施の形態２に係るサージング検出制御では、サージタンク圧の振動を検出することにより、サージングの発生を検知するようにしている。しかしながら、前記の通り、サージタンク圧の振動は、電動過給機６のサージング以外の原因、例えばアクセルペダルの操作等によっても生じる。そこで、特定の周波数（１２〜２０Ｈｚのサージング関連周波数）の振動でもってサージングを検出することにより、サージング以外の原因による振動とサージングに起因振動とを識別ないしは区別するようにしている。

サージングは、電動過給機６のコンプレッサ６ａのインペラ翼の周囲の空気の自励振動であり、インペラ翼の回転数やエンジン回転数とは独立して、毎回同じ周波数（１２〜２０Ｈｚ）で発生する。このため、サージタンク圧の振動周波数に基づいて電動過給機６のサージングを正確に検出するができる。なお、サージタンク圧の振動の振幅により電動過給機６のサージングを検出する場合、アクセルペダル１７の操作を振動的に行なったときには、サージタンク圧の振動がサージングに起因するのか、アクセルペダル１７の操作に起因するのかを区別することは極めて困難である。

そして、電動過給機６にサージングが起こっていると判定された場合は、実施の形態１の場合と同様に、バイパスバルブ１１が開方向に制御されて適度に開弁され、サージングが解消ないしは抑制される。

以上、本発明の実施の形態１、２によれば、電動過給機６のサージングの発生を確実かつ迅速に検出することができ、かつサージングを確実かつ迅速に解消ないしは抑制することができる。

本発明に係る過給装置を備えたエンジンの構成を示す模式図である。 図１に示すエンジンの過給領域及び自然吸気領域を示すマップである。 （ａ）は、図１に示すエンジンの電動過給機の過給特性を示すマップであり、（ｂ）は、アイドル状態から過給を開始する際の吸入空気量と圧力比の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るサージング検出制御の手順を示すフローチャートである。 本発明に係るサージング検出抑制制御の手順を示すフローチャートである。 本発明に係るサージング検出抑制制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るサージング検出制御の手順を示すフローチャートである。 （ａ）はサージタンク圧の時間に対する変化特性を示すグラフであり、（ｂ）はサージング強度の時間に対する変化特性を示すグラフであり、（ｃ）はサージング判定値の時間に対する変化特性を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン、２ 吸気装置、３ 共通吸気通路、４ エアクリーナ、５ エアフローセンサ、６ 遠心式電動過給機、６ａ コンプレッサ、６ｂ モータ、７ スロットル弁、８ サージタンク、９ 独立吸気通路、１０ バイパス吸気通路、１１ バイパスバルブ、１２ バイパスバルブアクチュエータ、１３ オルタネータ、１４ バッテリ、１５ ブーストドライバ、１６ スロットル弁アクチュエータ、１７ アクセルペダル、１８ アクセルセンサ、１９ 点火プラグ、２０ コントロールユニット、２１ モータ回転数センサ、２２ 吸気圧センサ、２３ 吸気温センサ、２４ エンジン回転数センサ、２５ エンジン水温センサ、＃１〜＃４ 第１〜第４気筒。

Claims (2)

1. モータによって回転駆動される遠心式電動過給機が吸気通路に設けられているエンジンの過給装置において、
   上記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   エンジンに吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサと、
   モータ回転数検出手段によって検出された上記モータの回転数の振動に基づいて遠心式電動過給機のサージングの発生を判定するサージング判定手段とを備えていて、
   サージング判定手段が、上記モータの回転数の振動と、エアフローセンサによって検出された空気の流量の振動とに基づいてサージングの強度を判定することを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 遠心式電動過給機をバイパスするバイパス吸気通路と、該バイパス吸気通路を開閉制御する吸気制御弁とが設けられ、所定の過給領域では吸気制御弁が閉じられるとともに遠心式電動過給機が回転駆動されて過給が行われるようになっていて、
   上記所定の過給領域においてサージング判定手段によってサージングが起こっていると判定されたときに、吸気制御弁を開方向に制御する吸気制御弁制御手段を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給装置。

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