JPWO2017104030A1

JPWO2017104030A1 - 内燃機関

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Publication number: JPWO2017104030A1
Application number: JP2017555932A
Authority: JP
Inventors: 吉田　宏之; 宏之吉田; 和一生司; 宏則岩元
Original assignee: TOMONARI, KENGO; Applied Electronics Corp
Current assignee: TOMONARI, KENGO; Applied Electronics Corp
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: WO2017104030A1; EP3392492A4; EP3392492A1; JP6490240B2

Abstract

内燃機関（１００）は、機関本体（１）の各気筒（１０）から排出される排気のエネルギによって駆動されると共に、少なくとも１つのブレード（６２２）を有して各気筒（１０）に吸入される空気を圧縮するコンプレッサホイール（６２）と、コンプレッサホイール（６２）を収容するハウジング（６１）内の所定位置をブレード（６２２）が通過したことを検出する通過検出センサ（３０１）と、通過検出センサ（３０１）の検出結果に基づいてコンプレッサホイール（６２）の角速度を算出すると共に、コンプレッサホイール（６２）の角速度に基づいて機関本体（１）の燃焼エネルギ又は各気筒（１０）の燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された燃焼状態推定装置（３００）と、燃焼状態推定装置（３００）によって算出された各気筒（１０）の燃焼エネルギ又は各気筒（１０）の燃焼間隔の少なくとも一方に基づいて各気筒（１０）の燃焼に関するパラメータを制御するように構成された制御装置（２００）と、を備える。

Description

本発明は内燃機関に関する。

ＪＰ２０１５−３４７８０Ａには、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサホイールのような複数のブレードを有する回転体の角速度を、各ブレードの通過を検出する渦電流センサの出力値に基づいて算出するものが開示されている。

しかしながら、算出されたコンプレッサホイールの角速度に基づいて内燃機関の制御装置によって種々の演算を実施しようとすると、内燃機関の制御装置の演算負荷が大きくなるという問題点がある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、内燃機関の制御装置の演算負荷を抑制しつつ、コンプレッサホイールの角速度に基づいて種々の演算を実施できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、複数の気筒を有する機関本体と、機関本体の各気筒から排出される排気のエネルギによって駆動されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の各気筒に吸入される空気を圧縮するコンプレッサホイールと、コンプレッサホイールを収容するハウジング内の所定位置を、当該コンプレッサホイールのブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、通過検出センサの検出結果に基づいてコンプレッサホイールの角速度を算出すると共に、当該コンプレッサホイールの角速度に基づいて機関本体の各気筒の燃焼エネルギ又は各気筒の燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された燃焼状態推定装置と、燃焼状態推定装置によって算出された各気筒の燃焼エネルギ又は各気筒の燃焼間隔の少なくとも一方に基づいて、機関本体の各気筒の燃焼に関するパラメータを制御するように構成された制御装置と、を備える。

本発明のこの態様による内燃機関によれば、制御装置の演算負荷を抑制しつつ、コンプレッサホイールの角速度に基づいて、機関本体の各気筒の燃焼エネルギ又は各気筒の燃焼間隔の少なくとも一方を算出することができる。

図１は、本発明の一実施形態による内燃機関の概略構成図である。図２Ａは、コンプレッサの概略断面図である。図２Ｂは、コンプレッサホイールの概略平面図である。図３は、通過検出センサとしての渦電流センサの検出原理を説明する図である。図４Ａは、通過検出センサとして渦電流センサを用いた場合における出力値の推移を示す図である。図４Ｂは、通過検出センサとして渦電流センサを用いた場合における出力値の推移を示す図である。図５は、コンプレッサホイールを一定の角速度で回転させた場合のコンプレッサホイールの角速度の算出結果の一例を示す図である。図６は、ブレードに形状誤差が生じたコンプレッサホイールの概略平面図である。図７は、内燃機関の１サイクルにおける排気ターボチャージャの回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。図８は、各気筒の燃焼エネルギ及び各気筒の燃焼間隔の算出方法について説明する図である。図９は、本発明の一実施形態によるコンプレッサホイールの角速度算出制御について説明するフローチャートである。図１０は、本発明の一実施形態による機関本体の各気筒の燃焼エネルギの推定制御について説明するフローチャートである。図１１は、本発明の一実施形態による機関本体の各気筒の燃焼間隔の推定制御について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００の概略構成図である。

内燃機関１００は、機関本体１と、燃料噴射装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００と、を備える。内燃機関１００は、機関本体１が複数の気筒を有するいわゆる多気筒内燃機関である。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室内で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。本実施形態では、機関本体１は４つの気筒１０を有しているが、気筒数が複数個あれば気筒数は４つに限られるものではない。また本実施形態では、機関本体１は燃焼室内で燃料を圧縮自己着火燃焼させているが、燃料の燃焼方式も特に限られるものではなく、燃焼室内で燃料を火花点火燃焼させても良い。

燃料噴射装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、コモンレール２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３とを備える。

燃料噴射弁２０は、各気筒１０の燃焼室に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射時間）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室内に燃料が噴射される。各燃料噴射弁２０は、インジェクションパイプ２４を介してコモンレール２１に接続される。

コモンレール２１は、圧送パイプ２５を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２５の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してコモンレール２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。コモンレール２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、コモンレール２１に貯蔵された高圧燃料がインジェクションパイプ２４を介して燃料噴射弁２０から燃焼室内に噴射される。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、コモンレール２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

吸気装置３は、筒内に吸気を導くための装置であって、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。

吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１１、ターボチャージャ５のコンプレッサ６、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。

エアフローメータ２１１は、エアクリーナ３４を介して吸気通路３０に吸入された吸気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。

コンプレッサ６は、コンプレッサハウジング６１と、コンプレッサハウジング６１内に配置されたコンプレッサホイール６２と、を備える。コンプレッサホイール６２は、シャフト８を介して同軸上に取り付けられたターボチャージャ５のタービンホイール７２によって回転駆動され、コンプレッサハウジング６１内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。

また本実施形態では、コンプレッサハウジング６１に通過検出センサ３０１が取り付けられている。通過検出センサ３０１の出力信号は、アンプユニット３００に入力される。アンプユニット３００は、通過検出センサ３０１の出力結果に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出すると共に、コンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒１０の燃焼エネルギや各気筒１０の燃焼間隔といった各気筒１０の燃焼状態の推定することができるように構成されている。通過検出センサ３０１及びアンプユニット３００の詳細については、図２以降を参照して後述する。

インタークーラ３５は、コンプレッサ６によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入される吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ（図示せず）によって開閉駆動され、スロットルセンサ（図示せず）によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド３１は、機関本体１１に接続され、吸気通路３０から流入してきた吸気を各気筒１０に均等に分配する。

ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａとを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御して吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量を調節することで、ＥＧＲ率（吸気中に占めるＥＧＲガスの割合）が制御される。

排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。

排気マニホールド４１は、機関本体１に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めた上で排気通路４２に導入する。

排気通路４２には、上流から順にターボチャージャ５のタービン７と、排気後処理装置４３と、が設けられる。

タービン７は、タービンハウジング７１と、タービンハウジング７１内に配置されたタービンホイール７２と、を備える。タービンホイール７２は、タービンハウジング７１内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール６２を駆動する。

排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バスによって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポート及び出力ポートを備える。

電子制御ユニット２００には、前述したエアフローメータ２１１の出力信号や、機関回転数を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１２などの出力信号が、入力ポートを介して入力されている。このように電子制御ユニット２００には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が、入力ポートを介して入力されている。

また電子制御ユニット２００には、燃料噴射弁２０や燃料ポンプ２２、スロットル弁３６のステップモータ、ＥＧＲ制御弁３８などの各制御部品が、出力ポートを介してそれぞれ電気的に接続されている。

また電子制御ユニット２００は、アンプユニット３００とＣＡＮ（Controller Area Network）通信線によって接続されており、ＣＡＮ通信によって互いにデータを送受信できるようになっている。本実施形態では、アンプユニット３００で推定された機関本体１の各気筒１０の燃焼状態が電子制御ユニット２００に送信されるようになっている。そして本実施形態による電子制御ユニット２００は、アンプユニットから送信されてきた機関本体１の各気筒１０の燃焼状態に応じて、各気筒１０の燃焼に関するパラメータ、すなわち燃焼噴射量や吸入空気量、ＥＧＲガス量などを制御できるように構成されている。

＜コンプレッサの構成＞
図２Ａは、コンプレッサ６の概略断面図である。図２Ｂは、コンプレッサホイール（インペラ）６２の概略平面図である。

図２Ａに示すように、コンプレッサホイール６２は、ターボチャージャ５のタービンホイール７２（図１参照）にシャフト８を介して連結される中央本体６２１と、中央本体６２１の表面上からコンプレッサホイール６２の径方向及び軸線方向に延びる複数のブレード６２２と、を備える。中央本体６２１は、その軸線Ｌがシャフト８の軸線と同軸になるように、シャフト８に固定される。

コンプレッサホイール６２は、軸線Ｌ周りに回転できるように、コンプレッサハウジング６１の内部に配置される。また、コンプレッサホイール６２は、回転したときに、ブレード６２２の径方向端部がコンプレッサハウジング６１の内周面と僅かな隙間を開けた状態でこの内周面に沿って周方向に移動するように、コンプレッサハウジング６１の内部に配置される。

また図２Ｂに示すように、本実施形態によるコンプレッサホイール６２は、等間隔に配置された同一形状の１２枚のブレード６２２を有する。図２Ｂには、説明を分かりやすくするために、ブレード６２２にそれぞれＢ１からＢ１２までの番号を付してある。なお、ブレード６２２の枚数は１２枚に限定されるものではなく、１２枚より多くても１２枚より少なくてもよい。本実施形態では、各ブレード６２２は、コンプレッサホイール６２の径方向及び軸線方向に延びるように構成されている。しかしながら、複数のブレード６２２は、コンプレッサ６に流入した流体を圧縮することができれば、湾曲した形状等、如何なる形状であっても良い。また各ブレード６２２は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよく、ブレード６２２の一部又は全てが他のブレードと異なる形状であっても良い。

図２Ａに戻り、コンプレッサハウジング６１は、コンプレッサハウジング６１の中央を通って延びる中央通路６１１と、中央通路６１１の周囲に延びる環状通路６１２とを有する。中央通路６１１の一方の端部は開いており、流体が流入する入口６１３を構成する。また、中央通路６１１の他方の端部の周りに環状通路６１２が配置され、この環状通路６１２の内側において中央通路６１１内にコンプレッサホイール６２が配置される。したがって、入口６１３から流入した流体は中央通路６１１を通ってコンプレッサホイール６２を介して環状通路６１２に流出する。

＜通過検出センサ＞
またコンプレッサハウジング６１には、コンプレッサハウジング６１内の所定の角度位置（所定位置）をブレード６２２が通過したことを検出するために、通過検出センサ３０１が取り付けられる。通過検出センサ３０１は、通過検出センサ３０１の検知部の前をブレード６２２が通過したことを検出する。本実施形態では、通過検出センサ３０１は、コンプレッサホイール６２のブレード６２２の径方向端面６２２ａに対面するように且つブレード６２２の径方向端面６２２ａの法線方向と略平行となるように、コンプレッサハウジング６１に取り付けられている。

また、通過検出センサ３０１は、コンプレッサホイール６２の入口側に位置するように、コンプレッサハウジング６１に取り付けられる。本実施形態では、通過検出センサ３０１は、コンプレッサホイール６２のブレード６２２の入口側端面６２２ｂに隣接するように、コンプレッサハウジング６１に取り付けられている。ここで、コンプレッサホイール６２のブレード６２２は、入口側から出口側に向かって徐々に温度が高くなる。これは、コンプレッサホイール６２を介して流れる流体が入口側から出口側に向かって加圧されるためである。本実施形態では、通過検出センサ３０１はコンプレッサホイール６２の入口側に位置するようにハウジング３に取り付けられているため、比較的低温の領域に配置される。このため、通過検出センサ３０１への熱の影響を低減することができる。

アンプユニット３００には、通過検出センサ３０１の出力値が入力される。アンプユニット３００は、通過検出センサ３０１の出力値を増幅させるアンプや、アンプによって増幅させた出力値を利用してコンプレッサホイール６２の角速度などを算出するＣＰＵ（マイクロプロセッサ）などを一体化したものである。本実施形態では通過検出センサ３０１とアンプユニット３００とを別体としているが、通過検出センサ３０１にアンプユニット３００を内蔵し、通過検出センサ３０１とアンプユニット３００とを一体化しても良い。

また、本実施形態では、通過検出センサ３０１として渦電流センサが用いられる。渦電流センサは、センサ検知部と計測対象の金属物質との間の距離に応じた電圧値を出力するセンサである。以下、図３を参照して、渦電流センサの検出原理について簡単に説明する。

渦電流センサは、その検知部に、交流励磁電流により磁界を発生させるコイル３０１ａを有する。コイル３０１ａが発生させる磁界Ｘをブレード６２２が通過すると、コイル３０１ａの発生させる磁界を打ち消すようにブレード６２２に渦電流Ｙが発生する。ブレード６２２に発生する渦電流により磁界Ｘの強さが変化し、この結果、コイル３０１ａに流れる電流値が変化する。したがって、渦電流センサによってコイル３０１ａに流れる電流値の変化に起因する電圧値の変化を検出することで、ブレード６２２が通過したか否かを検出することができる。具体的には、渦電流センサの出力値がピークになったときを、ブレード６２２が渦電流センサ５の検知部の前を（すなわち、コンプレッサハウジング６１内の所定の角度位置を）通過したときであると判定できる。

なお、ブレード６２２の通過を検出する通過検出センサ３０１としては、ブレード６２２の通過を検出することができれば、如何なるセンサを用いてもよい。このようなセンサとしては、例えば、電磁ピックアップ（ＭＰＵ）センサが挙げられる。ＭＰＵセンサは、その検知部内にマグネットと検出コイルとを有するセンサである。斯かるＭＰＵセンサでは、磁性体であるブレードがＭＰＵセンサに近づいたり離れたりすると、検出コイルを貫通する磁束が変化し、これに伴って検出コイルの誘導起電力が変化する。これにより、ＭＰＵセンサの検知部の前におけるブレード６２２の通過を検出することができる。以下の説明では、通過検出センサ３０１として渦電流センサを用いた場合について説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、通過検出センサ３０１として渦電流センサを用いた場合の通過検出センサ３０１の出力値（電圧値）の推移を示す図である。図４Ａは、コンプレッサホイール６２の角速度が比較的遅い場合（例えばコンプレッサホイール６２の回転数が２０万［ｒｐｍ］）における出力値の推移を、図４Ｂは、コンプレッサホイール６２の角速度が比較的速い場合（例えばコンプレッサホイール６２の回転数が４０万［ｒｐｍ］）における出力値の推移をそれぞれ示している。

通過検出センサ３０１として渦電流センサを用いた場合は、通過検出センサ３０１の検知部とその前を通過する物体（本実施形態ではブレード６２２）との間の距離が短くなるほど出力値が大きくなる。したがって、通過検出センサ３０１の検知部の前をブレード６２２が通過すると、通過検出センサ３０１の出力値が急激に増大する。よって、図４Ａ及び図４Ｂにおける凸状に変化した出力はブレード６２２が通過したことを意味している。なお、図４Ａ及び図４Ｂの番号Ｂ１〜Ｂ１２は、通過検出センサ３０１の検知部の前を通過した各ブレード６２２の番号である。

図４Ａに示したように、コンプレッサホイール６２の角速度が比較的遅い場合には、ブレード６２２の通過に伴って通過検出センサ３０１の出力値が急激に上昇及び下降すると共に、２つの隣り合うブレード６２２が通過する間の期間は低い値で一定に維持される。

一方、図４Ｂに示したように、コンプレッサホイール６２の角速度が比較的速い場合には、１つのブレード６２２の通過に伴って上昇した通過検出センサ３０１の出力値が下がりきる前に、次のブレード６２２の通過に伴って通過検出センサ３０１の出力値が上昇し始める。したがって、図４Ｂに示したように、２つの隣り合うブレード６２２が通過する間の期間においても通過検出センサ３０１の出力値は一定に維持されない。しかしながら、この場合であっても、通過検出センサ３０１の出力値が最大になった時期がブレード６２２の通過を示していることから、通過検出センサ３０１の検知部の前をブレード６２２が通過したことを正確に検出することができる。

＜通過検出センサを用いたコンプレッサホイールの角速度算出方法の一例＞
このように通過検出センサ３０１は、通過検出センサ３０１の検知部の前をブレード６２２が通過したことを正確に検出することができる。そのため、通過検出センサ３０１を用いたコンプレッサホイール６２の角速度の算出方法の一例として、通過検出センサ３０１の前を各ブレード６２２のうちの任意の１つのブレード（以下「基準ブレード」という。）が通過してから、当該基準ブレードの次に通過検出センサ３０１の前を通過するブレードが通過するまでの時間間隔に基づいて、通過検出センサ３０１の前を各ブレード６２２が通過するごとにコンプレッサホイール６２の角速度を算出する方法が挙げられる。

以下では、図４Ａを参照して、この通過検出センサ３０１を用いたコンプレッサホイール６２の角速度の算出方法の一例について説明する。

図４Ａに示した例では、第１ブレードＢ１が通過検出センサ３０１の前を通過することによって通過検出センサ３０１の出力値がピークを示すときを時刻ｔ１とする。同様に、第２ブレードＢ２、第３ブレードＢ３、第４ブレードＢ４が通過検出センサ３０１の前を通過することによって通過検出センサ３０１の出力値がピークを示すときをそれぞれ時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４とする。

この場合、通過検出センサ３０１の前を第１ブレードＢ１が通過してから第２ブレードＢ２が通過するまでの時間間隔Δｔ１は、ｔ２−ｔ１となる。一方、本実施形態では、１２枚のブレードが等間隔に設けられているため、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の角度間隔は基本的に（２π／１２）［ｒａｄ］となる。したがって、通過検出センサ３０１の前を第１ブレードＢ１が通過してから第２ブレードＢ２が通過するまでのコンプレッサホイール６２の瞬間的な角速度（以下「第１ブレード通過後の瞬間的な角速度」という。）ω１［ｒａｄ／ｓ］は、２π／（１２×Δｔ１）となる。

同様に、通過検出センサ３０１の前を第２ブレードＢ２が通過してから第３ブレードＢ３が通過するまでの時間間隔Δｔ２はｔ３−ｔ２となり、第３ブレードＢ３が通過してから第４ブレードＢ４が通過するまでの時間間隔Δｔ３はｔ４−ｔ３となる。したがって、通過検出センサ３０１の前を第２ブレードＢ２が通過してから第３ブレードＢ３が通過するまでのコンプレッサホイール６２の瞬間的な角速度ω２、すなわち第２ブレード通過後の瞬間的な角速度ω２は、２π／（１２×Δｔ２）となる。同様に、通過検出センサ３０１の前を第３ブレードＢ３が通過してから第４ブレードＢ４が通過するまでのコンプレッサホイール６２の瞬間的な角速度ω３、すなわち第３ブレード通過後の瞬間的な角速度ω３は、２π／（１２×Δｔ３）となる。

したがって、ブレード６２２の番号をｉで表すと、通過検出センサ３０１の出力に基づいて隣り合う対のブレード６２２（すなわち、第ｉブレードＢｉと第（ｉ＋１）ブレードＢ（ｉ＋１））が通過検出センサ３０１の前を通過する間の時間間隔Δｔｉを算出すれば、時間間隔Δｔｉと、隣り合う対のブレード６２２間の角度間隔とに基づいて、第ｉブレードＢｉ通過後の瞬間的な角速度ωｉを算出することができる。

具体的には、下記式（１）のように，隣り合う対のブレード６２２間の角度間隔αｉを、これらブレード６２２間を通過する時間間隔Δｔｉで除算することによって第ｉブレード通過後の瞬間的な角速度ωｉを算出することができる。

ωｉ＝αｉ／Δｔｉ …（１）

また本実施形態のように、各ブレード６２２が周方向に等間隔に設けられたコンプレッサホイール６２の場合であれば、ブレード６２２の総枚数をｐとすると、角度間隔αｉは（２π／ｐ）となる。したがって、第ｉブレード通過後の瞬間的な角速度ωｉは、下記式（２）により算出することができる。

ωｉ＝２π／（ｐ×Δｔｉ） …（２）

ところが、このような算出方法でコンプレッサホイール６２の角速度を算出した場合、すなわち通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから、当該基準ブレードの次に通過検出センサ３０１の前を通過するブレードが通過するまでの時間間隔Δｔｉに基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出した場合、実際の角速度と、算出した角速度と、の間に誤差（算出誤差）が生じることがわかった。

＜ブレードの形状誤差＞
図５は、コンプレッサホイール６２を一定の角速度で回転させた場合に、上述の算出方法でコンプレッサホイール６２の角速度を算出したときの算出結果の一例を示す図である。図５において、横軸がブレード６２２の番号であり、縦軸は対応するブレード番号のブレード通過後の瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度を示す。

図５に示した例では、コンプレッサホイール６２は一定の角速度で回転させられている。したがって、このとき算出される瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度も一定の値になるはずである。しかしながら、実際には図５に示したように、算出される瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度は必ずしも各ブレード６２２の通過後において一定にならない。例えば、図５に示した例では、１番ブレード通過後の瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度に対して２番ブレード通過後の瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度は遅くなっている。

このように、算出された瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度が一定の値にならない原因の１つとして、コンプレッサホイール６２のブレード６２２の形状誤差（形状公差範囲内での誤差）が挙げられる。すなわち、コンプレッサホイール６２の各ブレード６２２には、製造誤差や経年変化によって形状誤差が生じる場合があり、この形状誤差によって、瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度を算出した場合に誤差が生じる。以下、図６を参照して、算出された瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度とブレード６２２の形状誤差との関係について説明する。

図６は、ブレード６２２に形状誤差が生じたコンプレッサホイール６２の概略平面図である。図６の破線は、コンプレッサホイール６２のブレード６２２が設計通りに形成されていた場合のブレード６２２の形状を示している。図６に示した例では、第２ブレードＢ２と第１０ブレードＢ１０は、設計上のブレード形状に対して形状誤差を有していることがわかる。具体的には、第２ブレードＢ２が、その設計上の形状に対して周方向において第１ブレード側にシフトした形状になっている。また、第１０ブレードＢ１０が、その設計上の形状に対して径方向外側にシフトした形状になっている。

このようにブレード形状に誤差が生じると、ブレード間の角度間隔αが変化する。図６に示した例では、第２ブレードＢ２の形状が設計上の形状に対して周方向にシフトした形状となっている。この結果、通過検出センサ３０１と対面する領域において、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔が設計値β１よりも小さいα１となっている。逆に、第２ブレードＢ２と第３ブレードＢ３との間の実際の角度間隔が設計値β２よりも大きいα２となっている。したがって、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔α１は、第２ブレードＢ２と第３ブレードＢ３との間の実際の角度間隔α２よりも小さくなっている。

一方、角速度を算出するにあたっては、ブレード間の実際の角度間隔ではなく、設計値が用いられる。このため、コンプレッサホイール６２が一定の角速度で回転していても、第１ブレードＢ１から第２ブレードＢ２までの時間間隔Δｔ１に基づく瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度ω１は、第２ブレードＢ２から第３ブレードＢ３までの時間間隔Δｔ２に基づく瞬間的なコンプレッサホイール６２の角速度ω２よりも速いものとして算出される。この結果、図５に示したように、第１ブレードＢ１通過後の瞬間的な角速度が第２ブレードＢ２通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。

また、図６に示した例では、第１０ブレードＢ１０が設計上の形状に対して周方向外側にシフトした形状となっている。この結果、第９ブレードＢ９と第１０ブレードＢ１０との間の実際の角度間隔が設計値β９よりも小さいα９となっている。また、第１０ブレードＢ１０と第１１ブレードＢ１１との間の実際の角度間隔が設計値β１０よりも大きいα１０となっている。この結果、コンプレッサホイール６２が一定の角速度で回転していても、第９ブレードＢ９通過後の瞬間的な角速度が第１０ブレードＢ１０通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。

なお、図６には、ブレード６２２の形状が周方向又は径方向に全体的にシフトした形状誤差の例を示した。しかしながら、ブレード６２２に生じる形状誤差には、コンプレッサホイール６２の軸線方向における誤差や、ブレードの湾曲形状における誤差等、上記の形状誤差以外にも様々な誤差が含まれる。そして、このような形状誤差がブレード６２２に生じると、コンプレッサホイール６２の角速度を正確に算出することができなくなる。

＜形状誤差によって生じる算出誤差への対応＞
そこで本実施形態では、上述した算出方法のように、通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから当該基準ブレードの次に通過検出センサ３０１の前を通過するブレードが通過するまでの時間間隔、すなわち隣り合うブレード間を通過するのに要する時間に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出するのではなく、通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから当該基準ブレードが次に通過検出センサ３０１の前を通過するまでの時間間隔、すなわちコンプレッサホイール６２が１回転するのに要する時間に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出する。

このようにコンプレッサホイール６２が１回転するのに要する時間に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出することで、たとえブレード６２２に形状誤差が生じたとしても、その形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール６２の角速度を算出することができる。例えば基準ブレードを第１ブレードＢ１とした場合、図６に示した例のように、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔α１や第９ブレードＢ９と第１０ブレードＢ１０との間の実際の角度間隔α９がそれぞれの設計値β１、β９と異なっていても、第１ブレードＢ１から第１ブレードＢ１まで角度間隔は常に２π［ｒａｄ］で一定となる。また、第１ブレードＢ１自体が形状変化したとしても、第１ブレードＢ１から第１ブレードＢ１まで角度間隔は常に２π［ｒａｄ］で一定となる。

そのため、コンプレッサホイール６２が１回転するのに要する時間に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出することで、ブレード６２２の形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール６２の角速度を正確に算出することができる。

＜瞬間的な角速度の利用＞
そして発明者らの鋭意研究の結果、コンプレッサホイール６２の角速度を正確に算出することができるようになると、算出したコンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒１０の燃焼状態を正確に推定できるようになることがわかった。以下、このコンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒１０の燃焼状態を推定する方法について説明する。

＜ターボ回転体の運動エネルギの算出＞
ターボチャージャ５の内部では、コンプレッサホイール６２、タービンホイール７２及びシャフト８が一体となって回転する。これら３つを一体のものとしてターボ回転体と称すると、このターボ回転体の運動エネルギＫＥは、下記式（３）によって算出することができる。

ＫＥ＝Ｉ×ω²／２ …（３）

式（３）において、Ｉはターボ回転体の慣性モーメントであり、ωはターボ回転体の角速度である。ターボ回転体の慣性モーメントＩは、ターボ回転体の形状及び材質から予め計算等によって求めておくことができる。そしてターボ回転体の角速度は、コンプレッサホイール６２の角速度に等しいことから、コンプレッサホイール６２の角速度を求めることにより、当該角速度を求めた時点におけるターボ回転体の運動エネルギを算出することができる。

そこで本実施形態では、内燃機関１００の運転中に、アンプユニット３００によって算出されたコンプレッサホイール６２の角速度ωに基づいて、式（３）によりターボ回転体の運動エネルギを算出する。アンプユニット３００によって、コンプレッサホイール６２の形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール６２の角速度ωを正確に推定することができるので、ターボ回転体の運動エネルギを正確に算出することができる。

＜燃焼状態の推定＞
このように、ターボ回転体の運動エネルギを正確に算出することができると、算出した運動エネルギに基づいて、各気筒１０の燃焼室で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギや各気筒間の燃焼間隔など、各気筒１０の燃焼状態を推定することができる。以下では、ターボ回転体の運動エネルギと各気筒１０の燃焼状態との関係について説明する。

図７は、内燃機関１００の１サイクルにおけるターボ回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。図中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図７中の実線はターボ回転体の運動エネルギを、破線は当該回転体の角速度をそれぞれ示している。

図７に示すように、ターボ回転体の角速度は機関本体１のクランク角に合わせて変化する。図７に示した例ではまず１番気筒の排気弁が開いて燃焼室４２から排気が流出すると、ターボチャージャ５のタービン８に流入する排気が増大する。このため、タービンホイール７２の角速度が増大し、これに伴ってコンプレッサホイール６２の角速度も増大する。また、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギも増大する。

その後、１番気筒の排気行程の終盤では、燃焼室４２から流出する排気の流量が減少する。この結果、タービンホイール７２の角速度が減少し、これに伴ってコンプレッサホイール６２の角速度も減少する。また、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギが減少する。

したがって、図７からわかるように、１番気筒の排気行程の間、コンプレッサホイール６２の角速度は上昇してから下降し、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギも増大してから減少する。また、このような角速度や運動エネルギは、他の気筒１０の排気行程においても同様に推移する。したがって、４気筒の内燃機関１００では、ターボ回転体の角速度及び運動エネルギは、内燃機関１００の１サイクルあたり、大きく４回上下に変動する。すなわち、ターボ回転体の角速度及び運動エネルギは、内燃機関１００の１サイクルの間に、内燃機関１００の気筒数に応じて複数回上下に変動する。

ここで、４番気筒を例にとって考えると、４番気筒の排気行程中におけるターボ回転体の運動エネルギの上昇量（図７中のΔＫＥ）は、４番気筒の燃焼室４２から排出される排気のもつ排気エネルギに比例する。同様に、１番気筒、３番気筒及び２番気筒の排気行程中におけるターボチャージャ５の運動エネルギの上昇量は、それぞれ１番気筒、３番気筒及び２番気筒の燃焼室４２から排出される排気のもつ排気エネルギに比例する。ここで、各気筒１０から排出される排気の排気エネルギは、基本的に各気筒１０の燃焼室４２で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギ、すなわち各気筒１０の燃焼室４２内における燃焼によって生じるトルク（燃焼トルク）に比例する。

したがって、各気筒１０の排気行程中におけるターボ回転体の運動エネルギの上昇量を気筒間で比較することによって、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差を検出することができる。具体的には、各気筒１０の排気行程開始時における回転体の運動エネルギの最小値と、その気筒１０の排気行程中における回転体の運動エネルギの最大値との間の差（ΔＫＥ）に基づいて気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差を検出することができる。これら最小値と最大値との差が大きい気筒１０は燃焼エネルギ（燃焼トルク）の大きい気筒１０であると判定され、これら最小値と最大との差が小さい気筒１０は燃焼エネルギ（燃焼トルク）の小さい気筒１０であると判定される。

また、４番気筒を例にとって考えると、４番気筒の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔（図７中のΔｔｃｏｍ）、すなわちターボ回転体が４番気筒の燃焼室から排出された排気によって回転させられている期間は、２番気筒の燃焼行程開始時から燃焼行程終了時までの燃焼間隔に相当する。同様に、１番気筒、３番気筒及び２番気筒の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔は、それぞれ３番気筒、４番気筒及び１番気筒の燃焼行程開始時から燃焼行程終了時までの燃焼間隔に相当する。

したがって、各気筒１０の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔を気筒間で比較することによって、気筒間における燃焼間隔の差を検出することができる。

このように、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差や燃焼間隔の差を検出することができると、例えば燃料噴射量や吸入空気量、ＥＧＲガス量などの各気筒１０の燃焼に関するパラメータを、電子制御ユニット２００によってフィードバック制御やフィードフォワード制御することができる。これにより、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差や燃焼間隔の差を最小限に抑制することができるようになる。

＜ΔＫＥ及びΔｔｃｏｍの算出方法＞
図８は、各気筒１０の燃焼エネルギΔＫＥ及び各気筒１０の燃焼間隔Δｔｃｏｍの算出方法について説明する図である。図中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図８中の実線はターボ回転体の運動エネルギを、破線は当該回転体の角速度をそれぞれ示している。

各気筒１０の排気行程中におけるターボ回転体の運動エネルギの上昇量、すなわち各気筒１０の燃焼室４２で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギΔＫＥを算出するには、各気筒１０の排気行程開始時におけるターボ回転体の運動エネルギの最小値と、その気筒１０の排気行程中におけるターボ回転体の運動エネルギの最大値と、をそれぞれ算出する必要がある。

ここで４番気筒を例にして、ターボ回転体の角速度ωの微分値（以下「角加速度」という。）ω’（＝ｄω／ｄｔ；図８の破線の傾き）を考えると、図８に示すように、ターボ回転体の運動エネルギが最小値（極小値）となる各気筒１０の排気行程開始時において、角加速度ω’は０となる。また、ターボ回転体の運動エネルギが最大値（極大値）となる各気筒１０の排気行程中のある時点においても、角加速度ω’は０となる。

そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、コンプレッサホイール６２の角速度ωを算出するたびに、その角速度ωをターボ回転体の角速度今回値ω_ｚとして設定し、角速度今回値ω_ｚの微分値を角加速度今回値ω_ｚ’として算出する。そしてアンプユニット３００は、角加速度今回値ω_ｚ’の絶対値が、予め設定された０近傍の値である極値判定閾値以下になったときの角速度今回値ω_ｚを、各気筒１０の排気行程開始時における角速度（以下「極小角速度」という。）ωＬ、又はターボ回転体の運動エネルギが最大値（極大値）となる各気筒１０の排気行程中のある時点における角速度（以下「極大角速度」という。）ωＨとして設定する。

なお、角加速度今回値ω_ｚ’の絶対値が極値判定閾値以下になったときの角速度今回値ω_ｚに関して、その角速度今回値ω_ｚが極小角速度ωＬであるか、極大角速度ωＨであるかの判定は、直前に算出された角加速度前回値ω_ｚ−１’が正の値か否かを判定することによって行うことができる。

具体的には、角加速度前回値ω_ｚ−１’が負の値の場合、すなわち図８の破線の傾きが負の場合は、角速度が下降から上昇に転じるときと判定できる。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、この場合には、角加速度今回値ω_ｚ’の絶対値が極値判定閾値以下になったときの角速度今回値ω_ｚを極小角速度ωＬに設定する。一方、角加速度前回値ω_ｚ−１’が正の値の場合、すなわち図８の破線の傾きが正の場合は、角速度ωが上昇から下降に転じるときと判定できる。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、この場合には、角加速度今回値ω_ｚ’の絶対値が極値判定閾値以下になったときの角速度今回値ω_ｚを、極大角速度ωＨに設定する。

このようにして設定された極小角速度ωＬ及び極大角速度ωＨをそれぞれ式（３）に代入すれば、各気筒１０の排気行程開始時における回転体の運動エネルギの最小値と、その気筒１０の排気行程中における回転体の運動エネルギの最大値と、をそれぞれ算出することができる。そして、このようにして算出した運動エネルギの最大値から最小値を減算すれば、各気筒１０の燃焼室４２で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギΔＫＥを算出することができる。

また気筒間の燃焼間隔Δｔｃｏｍは、前述したように各気筒１０の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔に相当する。したがって、各気筒１０の燃焼間隔Δｔｃｏｍは、極小角速度ωＬが設定されてから、次に極小角速度ωＬが設定されるまでの時間と一致する。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、極小角速度ωＬが設定されてから、次に極小角速度ωＬが設定されるまでの時間を計測することで気筒間の燃焼間隔を算出する。

なお、これ以外にも例えばターボ回転体の運動エネルギの最小値を算出してから、次に回転体の運動エネルギの最小値を算出するまでの時間を計測することで各気筒１０の燃焼間隔Δｔｃｏｍを算出することもできる。

＜燃焼状態推定制御のフローチャート＞
以下、この本実施形態による通過検出センサ３０１の出力値を利用した機関本体１の各気筒１０の燃焼エネルギ及び各気筒１０の燃焼間隔の推定制御について説明する。

まず、図９を参照して、アンプユニット３００が実施するコンプレッサホイール６２の角速度算出制御について説明する。アンプユニット３００は、このルーチンを所定の演算周期（＝サンプリング周期ｔ_ｓｍｐ）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、アンプユニット３００は、通過検出センサ３０１の出力値を読み込む。

ステップＳ２において、アンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１が０に設定されているか否かを判定する。経過時間計測開始フラグＦ１は、初期値が０に設定されているフラグであり、経過時間計測開始フラグＦ１が０に設定されているときに、通過検出センサ３０１によってブレード６２２の通過が検出されると１に設定される。そして、コンプレッサホイール６２の角速度及び回転数が推定されると再び０に戻される。アンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１が０に設定されていれば、ステップＳ２の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１が１に設定されていれば、ステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ３において、アンプユニット３００は、ブレード６２２の通過が検出されたか否かを判定する。このステップＳ３において通過が検出されたブレード６２２が、複数のブレードのうちの任意の１つのブレード、すなわち基準ブレードとなる。アンプユニット３００は、ブレード６２２の通過が検出されればステップＳ４の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、ブレード６２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ４において、アンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１を１に設定し、基準ブレードが通過検出センサ３０１の検知部の前を通過してからの経過時間ｔ_ｅ１の計測を開始する。

ステップＳ５において、アンプユニット３００は、経過時間ｔ_ｅ１の前回値にサンプリング周期ｔ_ｓｍｐを積算したものを経過時間ｔ_ｅ１として算出する。なお、経過時間ｔ_ｅの初期値は０である。

ステップＳ６において、アンプユニット３００は、通過検出センサ３０１によってブレード６２２の通過が検出されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、通過検出センサ３０１によってブレード６２２の通過が検出されればステップＳ７の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、過検出センサ５によってブレード６２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ７において、アンプユニット３００は、基準ブレードが通過検出センサ３０１の検知部の前を通過してからのブレード通過回数ｉを算出する。具体的には、アンプユニット３００はブレード通過回数ｉの前回値に１を積算したものをブレード通過回数ｉとして算出する。なお、ブレード通過回数ｉの初期値は０である。

ステップＳ８において、アンプユニット３００は、ステップＳ６で通過を検出したブレード６２２が基準ブレードであるか否かを判定する。具体的にはアンプユニット３００は、ブレード通過回数ｉが、ブレードの総枚数（本実施形態では１２枚）に正の整数ｎを乗じた値となっているか否かを判定する。

正の整数ｎを例えば１に設定すれば、ステップＳ８においてコンプレッサホイール６２が１回転したか否かを判定することができ、例えば２に設定すれば、ステップＳ８においてコンプレッサホイール６２が２回転したか否かを判定することができる。すなわち、正の整数ｎに応じて、コンプレッサホイール６２の角速度及び回転数を推定するタイミングを調整することができ、単位時間当たりのコンプレッサホイール６２の角速度及び回転数の推定データ数を調整することができる。本実施形態では、正の整数ｎを１に設定しているが、アンプユニット３００のＣＰＵの演算能力等に応じて正の整数ｎを１より大きい値に設定して良い。

アンプユニット３００は、ステップＳ６で通過を検出したブレード６２２が基準ブレードであればステップＳ９の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、ステップＳ６で通過を検出したブレード６２２が基準ブレードでなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ９において、アンプユニット３００は、ステップＳ５で算出した経過時間ｔ_ｅ１を基準ブレード通過時間ｔ_ｍとして設定する。すなわちアンプユニット３００は、本実施形態では正の整数ｎを１に設定しているので、基準ブレードが最初に通過検出センサ３０１の検知部の前を通過したことを検出してから、次に基準ブレードが通過検出センサ３０１の検知部の前を通過するまでの時間（コンプレッサホイール６２が１回転するのに要した時間）を、基準ブレード通過時間ｔ_ｍとして設定する。

ステップＳ１０において、アンプユニット３００は、基準ブレード通過時間ｔ_ｍに基づいて、コンプレッサホイール６２の角速度を算出する。具体的にはアンプユニット３００は、下記式（４）に基準ブレード通過時間ｔ_ｍを代入して、コンプレッサホイール６２の角速度ωを算出する。なおステップＳ１０において、下記式（５）に基準ブレード通過時間ｔ_ｍを代入して、コンプレッサホイール６２の回転数Ｎを併せて算出するようにしても良い。

ω＝２π／ｔ_ｍ …（４）
Ｎ＝６０／ｔ_ｍ …（５）

ステップＳ１１において、アンプユニット３００は、経過時間ｔ_ｅ１、ブレードの通過回数ｉ及び経過時間計測開始フラグＦ１をそれぞれ初期値の０に戻す。

次に、図１０を参照して、アンプユニット３００が実施する機関本体１の各気筒１０の燃焼エネルギの推定制御について説明する。アンプユニット３００は、このルーチンを所定の演算周期（＝サンプリング周期ｔ_ｓｍｐ）で繰り返し実行する。

ステップＳ２１において、アンプユニット３００は、前述したコンプレッサホイール６２の角速度算出制御によって、新たにコンプレッサホイール６２の角速度ωが算出されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、コンプレッサホイール６２の角速度ωが新たに算出されていればステップＳ２２の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、コンプレッサホイール６２の角速度ωが新たに算出されていなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２２において、アンプユニット３００は、新たに算出されたコンプレッサホイール６２の角速度ωと、その算出に使用された基準ブレード通過時間ｔ_ｍと、を読み込む。

ステップＳ２３において、アンプユニット３００は、これまでに読み込んだコンプレッサホイール６２の角速度ωのデータが２点以上あるか否かを判定する。アンプユニット３００は、これまでに読み込んだコンプレッサホイール６２の角速度ωのデータが２点以上あればステップＳ２３の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、これまでに読み込んだコンプレッサホイール６２の角速度ωのデータが２点以上なければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２４において、アンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度今回値ω_ｚ’を算出する。具体的にはアンプユニット３００は、今回新たに読み込んだコンプレッサホイール６２の角速度ωを、ターボ回転体の角速度今回値ω_ｚとし、今回の１つ前に読み込まれたコンプレッサホイール６２の角速度ωを、ターボ回転体の角速度前回値ω_ｚ−１とする。そしてアンプユニット３００は、下記式（６）に、角速度今回値ω_ｚ、角速度前回値ω_ｚ−１及びステップＳ２２で読み込んだ基準ブレード通過時間ｔ_ｍを代入して、ターボ回転体の角加速度今回値ω_ｚ’を算出する。

ω_ｚ’＝（ω_ｚ−ω_ｚ−１）／ｔ_ｍ …（６）

ステップＳ２５において、アンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度今回値ω_ｚ’の絶対値が極値判定閾値以下であるか否かを判定する。アンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度今回値ω_ｚ’が極値判定閾値以下であればステップＳ２６の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度今回値ω_ｚ’が極値判定閾値よりも大きければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２６において、アンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度前回値ω_ｚ−１’が負の値か否かを判定する。アンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度前回値ω_ｚ−１’が負の値であれば、ステップＳ２７の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、ターボ回転体の角加速度前回値ω_ｚ−１’が正の値であれば、ステップＳ２９の処理に進む。

ステップＳ２７において、アンプユニット３００は、ステップＳ２４で設定されたターボ回転体の角速度今回値ω_ｚを極小角速度ωＬとして設定する。

ステップＳ２８において、アンプユニット３００は、フラグＦ２を１に設定する。フラグＦ２は、初期値が０に設定されているフラグである。

ステップＳ２９において、アンプユニット３００は、フラグＦ２が１に設定されているか否かを判定する。アンプユニット３００は、フラグＦ２が１に設定されていればステップＳ３０の処理に進む。一方でフラグＦ２が０に設定されていれば今回の処理を終了する。

ステップＳ３０において、アンプユニット３００は、ステップＳ２４で設定されたターボ回転体の角速度今回値ω_ｚを極大角速度ωＨとして設定する。

ステップＳ３１において、アンプユニット３００は、下記式（７）にステップＳ２７及びステップＳ３０で設定された極小角速度ωＬ及び極大角速度ωＨを代入して、ターボ回転体の運動エネルギの上昇量ΔＫＥ、すなわち現在排気行程中の気筒１０の燃焼室４２で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギを算出する。

ΔＫＥ＝Ｉ×｛（ωＨ²−ωＬ²）／２｝ …（７）

ステップＳ３２において、アンプユニット３００は、フラグＦ２を初期値の０に戻す。

次に、図１１を参照して、内燃機関１００の運転中にアンプユニット３００が実施する機関本体１の各気筒１０の燃焼間隔の推定制御について説明する。アンプユニット３００は、このルーチンを所定の演算周期（＝サンプリング周期ｔ_ｓｍｐ）で繰り返し実行する。

ステップＳ４１において、アンプユニット３００は、フラグＦ３が０に設定されているか否かを判定する。フラグＦ３は、初期値（内燃機関１００の運転開始時の値）が０に設定されているフラグであり、内燃機関１００の運転を開始してから初めて極小角速度ωＬが設定されたときに１に設定される。フラグＦ３は、内燃機関の運転停止時又は運転開始時に０に戻される。アンプユニット３００は、フラグＦ３が０に設定されていればステップＳ４２の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、フラグＦ３が１に設定されていればステップＳ４４の処理に進む。

ステップＳ４２において、アンプユニット３００は、内燃機関１００の運転を開始してから初めて極小角速度ωＬが設定されたか否か判定する。具体的にはアンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に初めて進んで極小角速度ωＬが設定されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に初めて進んで極小角速度ωＬが設定されていればステップＳ４３の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に進んでおらず、極小角速度ωＬが未だに設定されていなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ４３において、アンプユニット３００は、フラグＦ３を１に設定し、ターボ回転体の角速度が極小角速度になってからの経過時間ｔ_ｅ２の計測を開始する。

ステップＳ４４において、アンプユニット３００は、経過時間ｔ_ｅ２の前回値にサンプリング周期ｔ_ｓｍｐを積算したものを経過時間ｔ_ｅ２として算出する。なお、経過時間ｔ_ｅ２の初期値は０である。

ステップＳ４５において、アンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されていれば、ステップＳ４６の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されていなければ、今回の処理を終了する。

ステップＳ４６において、アンプユニット３００は、ステップＳ４４で算出した経過時間ｔ_ｅ２を燃焼間隔Δｔｃｏｍとして算出する。

ステップ４７において、アンプユニット３００は、経過時間ｔ_ｅ２を初期値の０に戻し、再びターボ回転体の角速度が極小角速度になってからの経過時間ｔ_ｅ２の計測を開始する。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、複数の気筒１０を有する機関本体１と、機関本体１の各気筒１０から排出される排気のエネルギによって駆動されると共に少なくとも１つのブレード６２２を有して当該機関本体１の各気筒１０に吸入される空気を圧縮するコンプレッサホイール６２と、コンプレッサホイール６２を収容するハウジング６１内の所定位置を当該コンプレッサホイール６２のブレード６２２が通過したことを検出する通過検出センサ３０１と、通過検出センサ３０１の検出結果に基づいてコンプレッサホイール６２の角速度を算出すると共に、当該コンプレッサホイール６２の角速度に基づいて機関本体１の各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成されたアンプユニット３００（燃焼状態推定装置）と、アンプユニット３００によって算出された各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔の少なくとも一方に基づいて、機関本体１の各気筒１０の燃焼に関するパラメータ（燃料量、空気量又はＥＧＲガス量の少なくとも１つ）を制御するように構成された電子制御ユニット２００（制御装置）と、を備える。

したがって本実施形態によれば、電子制御ユニット２００によって各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔を算出する必要がなく、電子制御ユニット２００は、アンプユニット３００によって算出された各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔を利用して機関本体１の各気筒１０の燃焼に関するパラメータを制御することができる。そのため、電子制御ユニット２００によって各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔の少なくとも一方を算出する場合と比較して、電子制御ユニット２００の演算負荷を抑制しつつ、各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔の少なくとも一方に基づいて機関本体１の各気筒１０の燃焼に関するパラメータを制御することができる。

また本実施形態によるアンプユニット３００は、ブレードのうちの任意の１つのブレードが所定位置を一度通過してからの経過時間を任意の１つのブレードが所定位置を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間として算出し、基準ブレード通過時間と基準ブレード通過時間の間に任意の１つのブレードが所定位置を通過した回数とに基づいて、コンプレッサホイール６２の角速度を算出するように構成される。

そのため、ブレードの形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール６２の角速度を精度良く算出することができる。したがって、コンプレッサホイール６２の角速度に基づいて算出される機関本体１の各気筒１０の燃焼エネルギ又は各気筒１０の燃焼間隔も精度良く算出することができる。

また本実施形態によるアンプユニット３００は、コンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、当該角速度の微分値である角加速度を算出し、角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときのコンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、排気行程中の気筒１０の燃焼エネルギを算出するように構成される。より具体的には、本実施形態によるアンプユニット３００は、角加速度の前回値が負の値であれば、角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときのコンプレッサホイール６２の角速度を極小角速度として設定し、角加速度の前回値が正の値であれば、角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときのコンプレッサホイール６２の角速度を極大角速度として設定し、極小角速度と極大角速度とに基づいて排気行程中の気筒１０の燃焼エネルギを算出するように構成される。

これにより本実施形態によれば、アンプユニット３００によって算出したコンプレッサホイール６２の角速度から、各気筒１０の燃焼エネルギを精度良く算出することができる。

また本実施形態によるアンプユニット３００は、極小角速度が設定されてから当該極小角速度が更新されるまでの期間に基づいて、各気筒１０の燃焼間隔を算出するように構成される。

これにより本実施形態によれば、アンプユニット３００によって算出したコンプレッサホイール６２の角速度から、各気筒１０の燃焼間隔を精度良く算出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

なお上記の実施形態では、回転体の一例としてターボチャージャ５のコンプレッサ６のコンプレッサホイール６２を挙げたが、ブレード６２２を有する回転体であれば、如何なる回転体であっても角速度の算出は可能である。したがって、例えば、軸流式圧縮機等の角速度を算出することも可能である。

また上記の実施形態では、機関本体１において圧縮自己着火燃焼させるようにして、機関本体１の各気筒１０の燃焼に関するパラメータとして燃料量、空気量又はＥＧＲガス量の少なくとも１つを制御するようにしていたが、機関本体１において火花点火燃焼させる場合には、機関本体１の各気筒１０の燃焼に関するパラメータとしてさらに点火時期を制御するようにしても良い。

１００内燃機関
１機関本体
６１コンプレッサハウジング（ハウジング）
６２コンプレッサホイール
６２２ブレード
２００電子制御ユニット（制御装置）
３００アンプユニット（燃焼状態推定装置）
３０１通過検出センサ

Claims

複数の気筒を有する機関本体と、
前記機関本体の各気筒から排出される排気のエネルギによって駆動されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の各気筒に吸入される空気を圧縮するコンプレッサホイールと、
前記コンプレッサホイールを収容するハウジング内の所定位置を、当該コンプレッサホイールのブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、
前記通過検出センサの検出結果に基づいて、前記コンプレッサホイールの角速度を算出すると共に、当該コンプレッサホイールの角速度に基づいて、前記機関本体の各気筒の燃焼エネルギ又は各気筒の燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された燃焼状態推定装置と、
前記燃焼状態推定装置によって算出された各気筒の燃焼エネルギ又は各気筒の燃焼間隔の少なくとも一方に基づいて、前記機関本体の各気筒の燃焼に関するパラメータを制御するように構成された制御装置と、
を備える内燃機関。
前記燃焼状態推定装置は、
前記コンプレッサホイールの角速度に基づいて、当該角速度の微分値である角加速度を算出し、
前記角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときの前記コンプレッサホイールの角速度に基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、
請求項１に記載の内燃機関。
前記燃焼状態推定装置は、
前記角加速度の前回値が負の値であれば、前記角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときの前記コンプレッサホイールの角速度を極小角速度として設定し、
前記角加速度の前回値が正の値であれば、前記角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときの前記コンプレッサホイールの角速度を極大角速度として設定し、
前記極小角速度と前記極大角速度とに基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、
請求項２に記載の内燃機関。
前記燃焼状態推定装置は、
前記極小角速度が設定されてから当該極小角速度が更新されるまでの期間に基づいて、気筒間の燃焼間隔を算出するように構成される、
請求項３に記載の内燃機関。
前記燃焼状態推定装置は、
前記ブレードのうちの任意の１つのブレードが前記所定位置を一度通過してからの経過時間を、当該任意の１つのブレードが当該所定位置を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間として算出し、
当該基準ブレード通過時間と、当該基準ブレード通過時間の間に前記任意の１つのブレードが前記所定位置を通過した回数と、に基づいて、前記コンプレッサホイールの角速度を算出するように構成された、
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の内燃機関。
前記機関本体は、各気筒で燃料を圧縮自己着火燃焼させるように構成されており、
前記制御装置は、前記機関本体の各気筒の燃焼に関するパラメータとして、各気筒に供給する燃料量、空気量又はＥＧＲガス量の少なくとも１つを制御するように構成される、
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。
前記機関本体は、各気筒で燃料を火花点火燃焼させるように構成されており、
前記制御装置は、前記機関本体の各気筒の燃焼に関するパラメータとして、各気筒に供給する燃料量、空気量、ＥＧＲガス量又は各気筒で燃料を点火させる点火時期の少なくとも１つを制御するように構成される、
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。