JPWO2019130584A1 - 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ - Google Patents

Abstract

内燃機関１００は、機関本体１と、コンプレッサホイール６２と、ハウジング６１内の所定位置を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の出力値に基づいて、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、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置３００と、を備える。

Description

本発明は内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサに関する。

ＪＰ２００９−２６４１９８Ａには、従来の内燃機関として、当該内燃機関の運転状態が、過給器のコンプレッサにおいてサージングが発生する可能性のあるサージング領域に入ったか否かを判定するように構成されたものが開示されている。

しかしながら、前述した従来の内燃機関では、コンプレッサにおいて実際にサージングが発生しているかの検出を行うことができないという問題点があった。

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、コンプレッサにおいて実際にサージングが発生しているかを検出して、サージングが発生しているか否かを判定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、機関本体と、機関本体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、通過検出センサの出力値に基づいて、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、当該コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、を備える。

また本発明のある態様による過給機は、少なくとも１つのブレードを有して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、通過検出センサの出力値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、コンプレッサホイールの角速度に基づいてコンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、を備える。

また本発明のある態様によるサージング判定機能付きセンサは、少なくとも１つのブレードを有して空気を圧縮する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、通過検出センサの出力値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、当該コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、を備える。

本発明のこれらの態様によれば、コンプレッサにおいて実際にサージングが発生しているかを検出して、サージングが発生しているか否かを判定することができる。

図１は、本発明の第１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、内燃機関の１サイクルにおけるコンプレッサホイールの角速度の推移を示す図である。 図６Ａは、内燃機関の数サイクルにおけるコンプレッサホイールの角速度の推移を示す図である。 図６Ｂは、コンプレッサにおいてサージングが発生しているときの内燃機関の数サイクルにおけるコンプレッサホイールの角速度の推移を示す図である。 図７は、角速度変動幅Δωの算出方法について説明する図である。 図８は、本発明の第１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９は、本発明の第１実施形態による角速度変動幅Δωの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、本発明の第１実施形態によるコンプレッサのサージング判定制御について説明するフローチャートである。 図１１は、本発明の第１実施形態によるサージング抑制制御について説明するフローチャートである。 図１２は、本発明の第２実施形態による角速度変動幅Δωの算出制御について説明するフローチャートである。 図１３は、本発明の第２実施形態によるコンプレッサのサージング判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。

（第１実施形態）
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１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。

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、燃料の燃焼方式は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（回転数）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、コンプレッサ６においてサージングが発生しているか否かを判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１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。

また本実施形態によるタービン７は、タービンホイール７２の角速度（回転数）を調節してコンプレッサハウジング６１内から吐出される吸気の圧力（過給圧）を制御するための可変ノズル７３を備える。可変ノズル７３は絞り弁として機能し、可変ノズル７３のノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７３のノズル開度を変化させることでタービンホイール７２を駆動する排気の流速をタービンハウジング７１内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７３のノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２の角速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７３のノズル開度を小さくする（可変ノズル７３を絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２の角速度が増大し、過給圧が増大する。

なおタービンホイール７２の角速度の調節は、このように可変ノズル７３によるものに限られるものではなく、例えばタービン７をバイパスするバイパス通路を設け、そのバイパス通路に設けたバイパス弁の開度を変化させることで調節しても良い。

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、機関回転速度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やサプライポンプ２２、スロットル弁３６のステップモータ、ＥＧＲ制御弁３８、可変ノズル７３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によるサージング判定結果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３００から送信されてきたサージング判定結果に応じて、例えば可変ノズル７３などの各制御部品を制御して、サージングを抑制するためのサージング抑制を実施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コンプレッサハウジング６１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。

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の算出方法の例＞
このように通過検出センサ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と、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）を正確に算出することができるようになる。

すなわち通過検出センサ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と、例えば通過検出センサ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ことができる。

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として表せる。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］となっている。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。

よって、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の瞬間的な回転数（以下「第１ブレード通過後の瞬間的な回転数」という。）Ｎ１［ｒｐｍ］は、（ω１／２π）×６０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として表すことができ、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として表すことができる。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）として算出することができる。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）として算出することができる。

よって、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の瞬間的な回転数、すなわち第２ブレード通過後の瞬間的な回転数Ｎ２は、（ω２／２π）×６０として算出することができる。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の瞬間的な回転数、すなわち第３ブレード通過後の瞬間的な回転数Ｎ３は、（ω３／２π）×６０として算出することができる。

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（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、このように算出された時間Δｔｉと、隣り合う対のブレード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。そして、このように算出された角速度ωｉに基づいて、第ｉブレードＢｉ通過後の瞬間的な回転数Ｎｉ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（第ｉブレードＢｉと第（ｉ＋１）ブレードＢ（ｉ＋１））間の角度間隔αｉを、算出されたこれらブレード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。よって、第ｉブレード通過後の瞬間的な回転数Ｎｉは、下記式（２）により算出することができる。

ωｉ＝αｉ／Δｔｉ …（１）
Ｎｉ＝（ωｉ／２π）×６０
＝（αｉ×６０）／（２π×Δｔｉ） …（２）

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）として表すことができる。したがって、第ｉブレード通過後の瞬間的な回転数Ｎｉは、通過検出センサ３０１の前を第ｉブレードＢｉが通過してから第（ｉ＋１）ブレードＢ（ｉ＋１）が通過するまでの時間間隔Δｔｉに基づいて、下記式（３）により算出することができる。

Ｎｉ＝６０／（ｐ×Δｔｉ） …（３）

また、上記の方法以外にも、図８のフローチャートを参照して後述するように、例えば通過検出センサ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（回転数）を算出することもできる。

＜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、このようにコンプレッサホイール６２の瞬間的な角速度（回転数）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の瞬間的な角速度に基づいて、コンプレッサ６においてサージングが発生しているか否かを精度良く判定できることがわかった。以下、このサージング判定方法について説明する。

＜サージング判定方法＞
図５は、内燃機関１００の１サイクルにおけるコンプレッサホイール６２の角速度の推移を示す図である。図５において、横軸は機関本体１のクランク角を示している。また図５において、内燃機関１００の運転状態は、過給圧が或る一定の過給圧に制御されている定常運転状態である。

図５に示すように、コンプレッサホイール６２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５に示した例ではまず１番気筒の排気弁が開いて燃焼室から排気が流出すると、ターボチャージャ５のタービン７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。

その後、１番気筒の排気行程の終盤では、燃焼室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。

したがって、図５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、他気筒の排気行程においてもコンプレッサホイール６２の角速度は同様に推移する。すなわち、コンプレッサホイール６２の角速度は、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し、各気筒１０の排気行程開始時において最小値（極小値）を取り、各気筒１０の排気行程中の或る時点において最大値（極大値）を取ることになる。

以下の説明では、この各気筒１０の排気行程中におけるコンプレッサホイール６２の角速度の最小値のことを「極小角速度ωＬ」といい、最大値を「極大角速度ωＨ」という。また各気筒１０の排気行程中における極大角速度ωＨと極小角速度ωＬとの差分、すなわち各気筒１０の排気行程中におけるコンプレッサホイール６２の角速度の変動幅のことを「角速度変動幅Δω」という。

図６Ａは、内燃機関１００の数サイクルにおけるコンプレッサホイール６２の角速度の推移を示す図である。一方で図６Ｂは、コンプレッサ６においてサージングが発生しているときの内燃機関１００の数サイクルにおけるコンプレッサホイール６２の角速度の推移を示す図である。なお図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は時間を示している。また図６Ａ及び図６Ｂにおいて、内燃機関１００の運転状態は、過給圧が或る一定の過給圧に制御されている定常運転状態である。

図６Ａに示すように、内燃機関１００の運転状態が定常運転状態のときは、角速度変動幅Δωが或る一定の変動幅に維持された状態でコンプレッサホイール６２の角速度が推移する。なお図６Ａは、コンプレッサホイールの６２の回転数が約９万［ｒｐｍ］に制御されている状態を示しており、角速度変動幅Δωは約５００［ｒｐｍ］程度である。

これに対して図６Ｂに示すように、コンプレッサ６においてサージングが発生すると、角速度変動幅Δωが或る一定の変動幅に維持されずにバラつきが生じることがわかった。これはコンプレッサ６においてサージングが発生すると、コンプレッサホイール６２から吐出される吸気の流量が周期的に激しく変動することになる。その結果、コンプレッサホイール６２の角速度が変動して角速度変動幅Δωにバラつきが生じるものと考えられる。また、各気筒１０から排出される排気の流量も変動することになるため、タービンホイールの７２の角速度の上昇幅や下降幅が変動し、これによっても角速度変動幅Δωにバラつきが生じるものと考えられる。

そこで本実施形態では、この角速度変動幅Δωの分散（バラつき度合い）に基づいて、コンプレッサ６においてサージングが発生しているか否かを検出することとした。

＜角速度変動幅Δωの算出方法＞
図７は、角速度変動幅Δωの算出方法について説明する図である。図７において、横軸は機関本体１のクランク角を示している。

角速度変動幅Δωを算出するには、極小角速度ωＬと極大角速度ωＨ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、コンプレッサホイール６２の角速度ωの微分値（以下「角加速度」という。）ω’（＝ｄω／ｄｔ；図７の破線の傾き）を考えると、図７に示すように、コンプレッサホイール６２の角速度が最小値（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、コンプレッサホイール６２の角速度が最大値（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、極小角速度ωＬ又は極大角速度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７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７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。

このようしてそれぞれ設定された極大角速度ωＨから極小角速度ωＬを減算することで、角速度変動幅Δωを算出することができる。

＜フローチャート＞
以下、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内燃機関１００の制御について説明する。
＜角速度算出制御＞

まず、図８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、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。

＜角速度変動幅Δωの算出制御＞
次に、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の角速度変動幅Δωの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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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で設定されたコンプレッサホイール６２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で設定されたコンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δωを算出する。

Δω＝ωＨ−ωＬ …（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。

＜サージング判定制御＞
次に、図１０を参照して、アンプユニット３００が実施するコンプレッサ６のサージング判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、前述したコンプレッサホイール６２の角速度変動幅算出制御によって、新たにコンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δω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の角速度変動幅Δωが新たに算出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、コンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δω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Ｓ４２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の角速度変動幅Δωを読み込む。

ステップＳ４３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の角速度変動幅Δωのデータが所定数Ｎ（本実施形態では１５個）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のデータが所定数Ｎ以上あればステップＳ４４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の角速度変動幅Δωのデータが所定数Ｎ未満であれば今回の処理を終了する。

ステップＳ４４において、アンプユニット３００は、直近の所定数Ｎのコンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δωのデータ群に基づいて、下記の（８）式からこのデータ群の分散Ｖを算出する。なお下記の（８）式において、Δωａｖｅは、Ｎ個の角速度変動幅Δωの平均値である。

ステップＳ４５において、アンプユニット３００は、分散Ｖが所定値以上か否かを判定する。すなわちアンプユニット３００は、直近の所定数Ｎのコンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δωの各値に一定以上のばらつきがあるか否かを判定する。アンプユニット３００は、分散Ｖが所定値以上であれば、ステップＳ４６の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、分散Ｖが所定値未満であれば、ステップＳ４７の処理に進む。なお所定値の大きさに応じて、サージングが実際に発生しているのか、又はサージングの予兆があるのかを検出することができる。すなわち所定値が大きくすれば、サージングが実際に発生していることを検出できる。そして所定値を小さくすれば、サージングの予兆を検出することができる。

ステップＳ４６において、アンプユニット３００は、コンプレッサ６でサージングが発生していると判定する。

ステップＳ４７において、アンプユニット３００は、コンプレッサ６でサージングは発生していないと判定する。

＜内燃機関の制御＞
次に、図１１を参照して、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御、特にサージング抑制制御について説明する。電子制御ユニット２００は、このルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。

ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、アンプユニット３００でのサージング判定結果を参照し、コンプレッサ６においてサージングが発生している場合にはステップＳ５２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、コンプレッサ６においてサージングが発生していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、サージングを抑制するための制御を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、タービン７の可変ノズル７３のノズル開度をサージングが抑制される方向に変化させることで、サージングが抑制されるようにコンプレッサホイール６２の角速度又は回転数を制御している。なおサージングを抑制するための制御はこのような制御に限られるものではなく、公知の種々の手法を取り得る。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１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を有して機関本体１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、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の出力値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、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定するアンプユニット３００（判定装置）と、を備える。

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の角速度変動幅Δωを算出し、角速度変動幅Δωの分散Ｖに基づいて、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定するように構成されている。具体的にはアンプユニット３００は、角速度変動幅Δωの分散Ｖが所定値以上のときに、コンプレッサホイー６２ルにおいてサージングが発生していると判定するように構成されている。

これにより本実施形態によれば、コンプレッサホイール６２の角速度に基づいて、コンプレッサ６において実際にサージングが発生しているかを検出し、サージングが発生しているか否かを判定することができる。

また本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１、コンプレッサホイール６２、通過検出センサ３０１、及びアンプユニット３００（判定装置）に加えて、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているときに、そのサージングが抑制されるようにコンプレッサホイール６２の角速度を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）をさらに備える。

そのため、サージングが発生した場合には、そのサージングを抑制することができる。また本実施形態によれば、サージングの発生を実際に検出できるため、サージングが実際に検出されたとき、又はその予兆を検出したときにそのサージングを抑制するためのサージング抑制制御を実施することができる。そのため、従来はサージングの発生を防止するために十分なマージンを設けていたターボチャージャ５の運転領域を拡大することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、サージング判定制御の内容が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

前述した第１実施形態では、前述した（８）式によって算出した分散Ｖに基づいて、コンプレッサ６において実際にサージングが発生しているかを検出していた。しかしながら、（８）式によって算出される分散Ｖは、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）が低いときに比べて、高いときの方が大きくなる傾向がある。

これは、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）が高くなるほど、各気筒１０の燃焼室から排出される排気の流量が多くなる。そのため、角速度変動幅Δωが大きくなる傾向にあり、各気筒１０における極小角速度ωＬ及び極大角速度ωＨにバラつきが生じやすくなり、結果として角速度変動幅Δωにもバラつきが生じやすくなるためである。

そこで本実施形態では、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）による影響を少なくするために、分散Ｖを角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイールの平均角速度ωｃａに基づいて正規化し、正規化した分散Ｖｎｏｒに基づいて、コンプレッサ６において実際にサージングが発生しているかを検出することとした。

図１２は、本実施形態による角速度変動幅算出制御について説明するフローチャートである。図１２において、ステップＳ２１からステップＳ３２までの処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップ６１において、アンプユニット３００は、下記式（９）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を代入したものを、角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイール６２の角速度ωｃとして算出する。（９）式から明らかなように、角速度ωｃは、角速度変動幅の中央部分の角速度である。

ωｃ＝（ωＬ＋ωＨ）／２ …（９）

図１３は、本実施形態によるサージング判定制御について説明するフローチャートである。図１３において、ステップＳ４１、ステップＳ４３、ステップＳ４４、ステップＳ４６、ステップＳ４７の各処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ７１において、アンプユニット３００は、角速度変動幅算出制御によって新たに算出されたコンプレッサホイール６２の角速度変動幅Δωと、角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイール６２の角速度ωｃと、を読み込む。

ステップＳ７２において、アンプユニット３００は、直近の所定数Ｎの角速度ωｃのデータ群に基づいて、下記の（１０）式からこのＮ個の角速度ωｃの平均値、すなわち角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイール６２の平均角速度ωｃａを算出する。

ステップＳ７３において、アンプユニット３００は、下記の（１１）式から、分散Ｖを角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイールの平均角速度ωｃａに基づいて正規化し、正規化した分散Ｖｎｏｒを算出する。

Ｖｎｏｒ＝Ｖ／ωｃａ …（１１）

このように、分散Ｖを角速度変動幅算出時におけるコンプレッサホイールの平均角速度ωｃａで除算することにより分散Ｖを正規化することで、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）による角速度変動幅Δωのバラつきの影響を少なくすることができる。そのため、サージング判定を精度良く行うことができる。

ステップＳ７４において、アンプユニット３００は、正規化した分散Ｖｎｏｒが所定値以上か否かを判定する。アンプユニット３００は、正規化した分散Ｖｎｏｒが所定値以上であれば、ステップＳ４６の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、正規化した分散Ｖｎｏｒが所定値未満であれば、ステップＳ４７の処理に進む。

以上説明した本実施形態によるアンプユニット３００（判定装置）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、排気行程中の気筒の角速度変動幅Δω、及び角速度変動幅Δωの算出時におけるコンプレッサホイール６２の平均角速度ωｃａを算出し、角速度変動幅Δωの分散Ｖと、平均角速度ωｃａと、に基づいて、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定するように構成される。具体的にはアンプユニット３００ｈａ、角速度変動幅Δωの分散Ｖを平均角速度ωｃａで除算した正規化した分散Ｖｎｏｒが所定値以上のときに、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生していると判定するように構成される。

これにより、コンプレッサホイール６２の角速度（回転数）による角速度変動幅Δωのバラつきの影響を少なくすることができる。そのため、サージング判定を精度良く行うことができる。

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。

例えば上記の実施形態では、アンプユニット３００によってコンプレッサホイール６２の角速度を検出すると共にサージングの発生を判定していたが、これらの計算や判定を全て電子制御ユニット２００によって行うようにしても良い。すなわち、通過検出センサ３０１の出力値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、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定する判定部と、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているときに、そのサージングが抑制されるようにコンプレッサホイール６２の角速度を制御する制御部と、を備えるように電子制御ユニット２００を構成しても良い。このように構成しても、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また上記の実施形態では、過給機の一例として内燃機関１００に適用されるターボチャージャ５を挙げたが、ブレード６２２を有する過給機であれば、如何なる過給機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、軸流式圧縮機や蒸気タービン等の角速度を算出することも可能である。このように、過給機の角速度を算出することができれば、過給機においてサージングが発生したときには角速度の変動が生じる。したがって、この変動を検出することで、過給機において実際にサージングが発生しているか否かを検出し、サージングの発生を判定することができる。そのため、ブレード６２２を有する過給機であれば、如何なる過給機であってもサージングの判定をすることは可能である。

したがって、少なくとも１つのブレード６２２を有して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の出力値に基づいて、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、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定するアンプユニット３００（判定装置）と、を備えるように過給機を構成すれば、この過給機が適用される内燃機関以外の種々のシステムにおいて、当該過給機のサージングを判定することができる。

また、通過検出センサ３０１とアンプユニット３００と一体化することによって、それらをサージング判定機能付きセンサとして提供することも可能である。すなわち、少なくとも１つのブレード６２を有して空気を圧縮する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、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の出力値に基づいて、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、コンプレッサホイール６２においてサージングが発生しているか否かを判定するアンプユニット３００（判定装置）と、を備えるようにサージング判定機能付きセンサを構成すれば、このサージング判定機能付きセンサによって、内燃機関や内燃機関以外の種々のシステムにおいて採用される過給機のサージングを判定することができる。

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（判定装置）
３０１ 通過検出センサ

Claims (10)

1. 機関本体と、
   前記機関本体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出力値に基づいて、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、当該コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、
   を備える内燃機関。
2. 前記判定装置は、
   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角速度変動幅を算出し、
   前記角速度変動幅の分散に基づいて、前記コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定するように構成される、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記判定装置は、
   前記角速度変動幅の分散が所定値以上のときに、前記コンプレッサホイールにおいてサージングが発生していると判定するように構成される、
   請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記判定装置は、
   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、前記角速度変動幅を算出するように構成される、
   請求項２又は請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記判定装置は、
   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角速度変動幅、及び当該角速度変動幅の算出時における前記コンプレッサホイールの平均角速度を算出し、
   前記角速度変動幅の分散と、前記平均角速度と、に基づいて、前記コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定するように構成される、
   請求項１に記載の内燃機関。
6. 前記判定装置は、
   前記角速度変動幅の分散を前記平均角速度で除算した値が所定値以上のときに、前記コンプレッサホイールにおいてサージングが発生していると判定するように構成される、
   請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記判定装置は、
   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、前記角速度変動幅を算出し、
   前記角速度変動幅を算出したときの前記極小角速度と前記極大角速度とに基づいて、前記平均角速度を算出するように構成される、
   請求項５又は請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているときに、そのサージングが抑制されるように当該コンプレッサホイールの角速度を制御する制御装置をさらに備える、
   請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関。
9. 少なくとも１つのブレードを有して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出力値に基づいて、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、当該コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、
   を備える過給機。
10. 少なくとも１つのブレードを有して空気を圧縮する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出力値に基づいて、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、当該コンプレッサホイールにおいてサージングが発生しているか否かを判定する判定装置と、
    を備えるサージング判定機能付きセンサ。

Images