WO2019043853A1 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
WO2019043853A1
WO2019043853A1 PCT/JP2017/031268 JP2017031268W WO2019043853A1 WO 2019043853 A1 WO2019043853 A1 WO 2019043853A1 JP 2017031268 W JP2017031268 W JP 2017031268W WO 2019043853 A1 WO2019043853 A1 WO 2019043853A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy
drive energy
turbo
angular velocity
compressor wheel
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/031268
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　宏之
和一 生司
宏則 岩元
Original Assignee
株式会社 電子応用
友成 健五
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 電子応用, 友成 健五 filed Critical 株式会社 電子応用
Priority to PCT/JP2017/031268 priority Critical patent/WO2019043853A1/ja
Publication of WO2019043853A1 publication Critical patent/WO2019043853A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine.
  • WO 2017/104030 A1 discloses an internal combustion engine capable of calculating kinetic energy of a turbo rotating body.
  • the present invention has been made focusing on such problems, and has an object to effectively utilize exhaust energy when driving a turbo rotating body.
  • an internal combustion engine includes an engine body having a plurality of cylinders, a turbine wheel driven by exhaust gas discharged from each cylinder of the engine body, and a turbine wheel And a compressor wheel including at least one blade for compressing air drawn into each cylinder of the engine body, and a predetermined position in the housing for housing the compressor wheel,
  • the angular velocity of the compressor wheel is calculated based on the detection result of the passage detection sensor that detects that the blade of the compressor wheel has passed and the passage detection sensor, and the turbo rotor is driven based on the angular velocity of the compressor wheel.
  • a drive energy estimation device configured to calculate energy;
  • the driving energy of the turbo rotating body is reduced so that the difference value between the actual driving energy of the turbo rotating body calculated by the Ruge estimation device and the reference driving energy of the turbo rotating body calculated based on the operating state of the engine main body
  • a controller configured to control parameters that affect the
  • exhaust energy can be effectively utilized in driving the turbo rotating body.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a compressor.
  • FIG. 2B is a schematic plan view of the compressor wheel.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the detection principle of an eddy current sensor as a passage detection sensor.
  • FIG. 4A is a view showing transition of an output value when an eddy current sensor is used as a passage detection sensor.
  • FIG. 4B is a diagram showing the transition of the output value when an eddy current sensor is used as the passage detection sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing the transition of the angular velocity and kinetic energy of the rotating body of the exhaust gas turbocharger in one cycle of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a compressor.
  • FIG. 2B is a schematic plan view of the compressor
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the method of calculating the combustion energy of each cylinder and the combustion interval of each cylinder.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating angular velocity calculation control of a compressor wheel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating drive energy estimation control of a turbo rotor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating control of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the internal combustion engine 100 includes an engine body 1, a fuel injection device 2, an intake device 3, an exhaust device 4, and an electronic control unit 200 for controlling the internal combustion engine 100.
  • the engine body 1 burns fuel in a combustion chamber formed in each of the cylinders 10 to generate power for driving, for example, a vehicle.
  • the engine body 1 performs compression self-ignition combustion of the fuel in the combustion chamber, but the method of combustion of the fuel is not particularly limited, and the fuel may be spark-ignited combustion in the combustion chamber.
  • the fuel injection device 2 includes an electronically controlled fuel injection valve 20, a common rail 21, a supply pump 22, and a fuel tank 23.
  • One fuel injection valve 20 is provided for each cylinder 10 so as to face the combustion chamber of each cylinder 10.
  • the valve opening time (injection time) and the valve opening timing (injection time) of the fuel injection valve 20 are changed by the control signal from the electronic control unit 200, and when the fuel injection valve 20 is opened, the fuel injection valve 20 Fuel is injected.
  • Each fuel injection valve 20 is connected to the common rail 21 via an injection pipe 24.
  • the common rail 21 is connected to the fuel tank 23 via a pressure feed pipe 25.
  • a supply pump 22 for pressurizing the fuel stored in the fuel tank 23 and supplying it to the common rail 21 is provided in the middle of the pressure feed pipe 25.
  • the common rail 21 temporarily stores the high pressure fuel pumped from the supply pump 22. When the fuel injection valve 20 is opened, the high pressure fuel stored in the common rail 21 is injected from the fuel injection valve 20 into the combustion chamber via the injection pipe 24.
  • the supply pump 22 is configured to be able to change the discharge amount, and the discharge amount of the supply pump 22 is changed by a control signal from the electronic control unit 200.
  • the discharge amount of the supply pump 22 By controlling the discharge amount of the supply pump 22, the fuel pressure in the common rail 21, that is, the injection pressure of the fuel injection valve 20 is controlled.
  • the intake device 3 is a device for guiding intake air into a cylinder, and includes an intake passage 30, an intake manifold 31, and an EGR passage 32.
  • One end of the intake passage 30 is connected to the air cleaner 34, and the other end is connected to the intake collector 31 a of the intake manifold 31.
  • an airflow meter 211, a compressor 6 of the turbocharger 5, an intercooler 35, and a throttle valve 36 are provided in this order from the upstream side.
  • the air flow meter 211 detects the flow rate (hereinafter referred to as “intake amount”) of the intake air drawn into the intake passage 30 via the air cleaner 34.
  • the compressor 6 includes a compressor housing 61 and a compressor wheel 62 disposed in the compressor housing 61.
  • the compressor wheel 62 is rotationally driven by the turbine wheel 72 of the turbocharger 5 coaxially mounted via the shaft 8 and compresses and discharges the intake air flowing into the compressor housing 61.
  • the passage detection sensor 301 is attached to the compressor housing 61.
  • An output signal of the passage detection sensor 301 is input to the amplifier unit 300.
  • the amplifier unit 300 is based on the output result of the passage detection sensor 301. It is configured to be able to carry out various calculations. Details of the passage detection sensor 301 and the amplifier unit 300 will be described later with reference to FIG.
  • the intercooler 35 is a heat exchanger for cooling the intake air compressed by the compressor 6 to a high temperature, for example, by the traveling wind or cooling water.
  • the throttle valve 36 adjusts the amount of intake air introduced into the intake manifold 31 by changing the passage sectional area of the intake passage 30.
  • the throttle valve 36 is driven to open and close by a throttle actuator (not shown), and the opening degree (throttle opening degree) is detected by a throttle sensor (not shown).
  • the intake manifold 31 is connected to the engine body 1 and equally distributes the intake air flowing from the intake passage 30 to the cylinders 10.
  • the EGR passage 32 is a passage for returning a part of the exhaust gas discharged from each cylinder 10 to the intake passage 30 or the intake manifold 31.
  • the EGR passage 32 includes the exhaust manifold 41 and the intake manifold 31. Although it is configured to communicate with the intake collector 31a and return a part of the exhaust gas discharged from each cylinder 10 to the intake collector 31a by a pressure difference, the invention is not limited to this, for example, the exhaust passage 42 and the intake passage 30. And may communicate with each other.
  • the exhaust flowing into the EGR passage 32 is referred to as "external EGR gas".
  • EGR external EGR in which the external EGR gas is recirculated to the intake collector 31a and hence to the cylinders 10, it is possible to reduce the combustion temperature and suppress the emission of nitrogen oxides (NOx).
  • An EGR cooler 37 and an EGR valve 38 are provided in the EGR passage 32 sequentially from the upstream side.
  • the EGR cooler 37 is a heat exchanger for cooling the external EGR gas with, for example, traveling air or cooling water.
  • the EGR valve 38 is a solenoid valve that can adjust the opening degree continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200. By controlling the opening degree of the EGR valve 38 and adjusting the flow rate of the external EGR gas to be recirculated to the intake collector 31a, the EGR rate (the ratio of the EGR gas occupied in the intake) is controlled.
  • the exhaust device 4 includes an exhaust manifold 41 and an exhaust passage 42.
  • the exhaust manifold 41 is connected to the engine body 1 and collects the exhaust gas discharged from the cylinders 10 and introduces the exhaust gas into the exhaust passage 42.
  • the exhaust passage 42 is provided with a turbine 7 of the turbocharger 5 and an exhaust post-treatment device 43 in this order from the upstream side.
  • the turbine 7 includes a turbine housing 71 and a turbine wheel 72 disposed in the turbine housing 71.
  • the turbine wheel 72 is rotationally driven by the energy of the exhaust flowing into the turbine housing 71, and drives the coaxially mounted compressor wheel 62.
  • the exhaust post-treatment device 43 is a device for purifying the exhaust gas and discharging it to the outside air, and includes various catalysts for purifying the harmful substances, a filter for collecting the harmful substances, and the like.
  • the electronic control unit 200 is composed of a digital computer, and includes a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a CPU (microprocessor), an input port and an output port connected to each other by a duality bus.
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • CPU microprocessor
  • the electronic control unit 200 In addition to the output signal of the air flow meter 211 described above, the electronic control unit 200 generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 °, as a signal for calculating the engine rotation speed.
  • engine cooling water temperature a temperature of cooling water for cooling the engine main body
  • control components such as the fuel injection valve 20, the supply pump 22, the step motor of the throttle valve 36, and the EGR control valve 38 are electrically connected to the electronic control unit 200 through the output port.
  • the electronic control unit 200 is connected to the amplifier unit 300 by a CAN (Controller Area Network) communication line, and can mutually transmit and receive data by CAN communication.
  • CAN Controller Area Network
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the compressor 6.
  • FIG. 2B is a schematic plan view of the compressor wheel (impeller) 62.
  • the compressor wheel 62 has a central body 621 connected to the turbine wheel 72 (see FIG. 1) of the turbocharger 5 via the shaft 8 and a diameter of the compressor wheel 62 from above the surface of the central body 621. And a plurality of directionally and axially extending blades 622.
  • the central body 621 is fixed to the shaft 8 such that its axis L is coaxial with the axis of the shaft 8.
  • the compressor wheel 62 is disposed inside the compressor housing 61 so as to be rotatable about the axis L. In addition, when the compressor wheel 62 rotates, the radial end of the blade 622 moves circumferentially along the inner peripheral surface of the compressor housing 61 with a slight gap from the inner peripheral surface. , And disposed inside the compressor housing 61.
  • the compressor wheel 62 has twelve blades 622 of the same shape arranged at equal intervals.
  • the blades 622 are respectively numbered B1 to B12 for the sake of clarity.
  • the number of blades 622 is not limited to twelve and may be more or less than twelve.
  • each blade 622 is configured to extend in the radial direction and the axial direction of the compressor wheel 62.
  • the plurality of blades 622 may have any shape such as a curved shape as long as the fluid flowing into the compressor 6 can be compressed.
  • the blades 622 may not necessarily be arranged at equal intervals, and some or all of the blades 622 may have shapes different from those of other blades.
  • the compressor housing 61 has a central passage 611 extending through the center of the compressor housing 61 and an annular passage 612 extending around the central passage 611.
  • One end of the central passage 611 is open and constitutes an inlet 613 into which fluid flows.
  • an annular passage 612 is disposed around the other end of the central passage 611, and the compressor wheel 62 is disposed in the central passage 611 inside the annular passage 612.
  • a passage detection sensor 301 is attached to the compressor housing 61 in order to detect that the blade 622 has passed through a predetermined angular position (predetermined position) in the compressor housing 61.
  • the passage detection sensor 301 detects that the blade 622 has passed in front of the detection unit of the passage detection sensor 301.
  • the passage detection sensor 301 faces the radial end surface 622 a of the blade 622 of the compressor wheel 62 and is substantially parallel to the normal direction of the radial end surface 622 a of the blade 622.
  • the passage detection sensor 301 is attached to the compressor housing 61 so as to be located on the inlet side of the compressor wheel 62.
  • the passage detection sensor 301 is attached to the compressor housing 61 so as to be adjacent to the inlet end surface 622 b of the blade 622 of the compressor wheel 62.
  • the blades 622 of the compressor wheel 62 gradually increase in temperature from the inlet side to the outlet side. This is because the fluid flowing through the compressor wheel 62 is pressurized from the inlet side to the outlet side.
  • the passage detection sensor 301 is attached to the compressor housing 61 so as to be located on the inlet side of the compressor wheel 62, and therefore, is disposed in a relatively low temperature area. Therefore, the influence of heat on the passage detection sensor 301 can be reduced.
  • the output value of the passage detection sensor 301 is input to the amplifier unit 300.
  • the amplifier unit 300 is integrated with an amplifier for amplifying the output value of the passage detection sensor 301 and a CPU (microprocessor) for calculating the angular velocity of the compressor wheel 62 and the like using the output value amplified by the amplifier. is there.
  • the passage detection sensor 301 and the amplifier unit 300 are separated, but the passage detection sensor 301 may be incorporated with the amplifier unit 300, and the passage detection sensor 301 and the amplifier unit 300 may be integrated.
  • the electronic control unit 200 may have the function of the amplifier unit 300.
  • an eddy current sensor is used as the passage detection sensor 301.
  • the eddy current sensor is a sensor that outputs a voltage value corresponding to the distance between the sensor detection unit and the metal substance to be measured.
  • the detection principle of the eddy current sensor will be briefly described below with reference to FIG.
  • the eddy current sensor has a coil 301a at its detection portion that generates a magnetic field by an AC excitation current.
  • an eddy current Y is generated in the blade 622 so as to cancel the magnetic field generated by the coil 301a.
  • the intensity of the magnetic field X changes due to the eddy current generated in the blade 622, and as a result, the value of the current flowing through the coil 301a changes. Therefore, it is possible to detect whether or not the blade 622 has passed by detecting a change in voltage value caused by a change in current value flowing to the coil 301 a by the eddy current sensor.
  • any sensor may be used as the passage detection sensor 301 for detecting the passage of the blade 622 as long as the passage of the blade 622 can be detected.
  • an electromagnetic pickup (MPU) sensor is mentioned, for example.
  • the MPU sensor is a sensor having a magnet and a detection coil in its detection unit.
  • the magnetic flux penetrating the detection coil changes, and the induced electromotive force of the detection coil changes accordingly.
  • the passage of the blade 622 in front of the detection unit of the MPU sensor can be detected.
  • an eddy current sensor is used as the passage detection sensor 301 will be described.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the transition of the output value (voltage value) of the passage detection sensor 301 when an eddy current sensor is used as the passage detection sensor 301.
  • FIG. 4A shows the transition of the output value when the angular velocity of the compressor wheel 62 is relatively slow (for example, the rotation number of the compressor wheel 62 is 200,000 [rpm]), and
  • FIG. 4B shows the case where the angular velocity of the compressor wheel 62 is relatively fast.
  • the transition of the output value in case the rotation speed of the compressor wheel 62 is 400,000 [rpm] is shown, respectively.
  • the output value increases as the distance between the detection unit of the passage detection sensor 301 and the object passing in front of it (the blade 622 in the present embodiment) decreases. Therefore, when the blade 622 passes in front of the detection portion of the passage detection sensor 301, the output value of the passage detection sensor 301 rapidly increases.
  • the convexly varying output in FIGS. 4A and 4B means that the blade 622 has passed.
  • the numbers B1 to B12 in FIGS. 4A and 4B are the numbers of the blades 622 that have passed in front of the detection unit of the passage detection sensor 301.
  • any one of the blades 622 (hereinafter referred to as “reference Each blade 622 passes in front of the passage detection sensor 301 based on the time interval between the passage of the blade) and the passage of the blade passing in front of the passage detection sensor 301 next to the reference blade.
  • the angular velocity of the compressor wheel 62 can be accurately calculated each time.
  • the angular velocity of the compressor wheel 62 can be accurately calculated.
  • kinetic energy KE of the turbo rotating body can be calculated by the following equation (1).
  • I is the moment of inertia of the turbo rotor
  • ⁇ is the angular velocity of the turbo rotor.
  • the moment of inertia I of the turbo rotor can be obtained in advance by calculation or the like from the shape and material of the turbo rotor. Since the angular velocity of the turbo rotor is equal to the angular velocity of the compressor wheel 62, when the angular velocity of the compressor wheel 62 can be accurately calculated, the motion of the turbo rotor at the time when the angular velocity of the compressor wheel 62 is determined The energy KE can be calculated accurately.
  • FIG. 5 is a diagram showing the transition of the angular velocity ⁇ of the turbo rotating body and the kinetic energy KE in one cycle of the internal combustion engine 100. As shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the crank angle of the engine body 1. The solid line in FIG. 5 indicates the kinetic energy KE of the turbo rotor, and the broken line indicates the angular velocity ⁇ of the turbo rotor.
  • the angular velocity ⁇ of the turbo rotating body changes in accordance with the crank angle of the engine body 1.
  • the exhaust valve of the first cylinder is opened and the exhaust gas flows out from the combustion chamber, the exhaust gas flowing into the turbine 7 of the turbocharger 5 increases.
  • the angular velocity of the turbine wheel 72 increases, and the angular velocity of the compressor wheel 62 also increases accordingly.
  • the kinetic energy KE of the turbo rotating body also increases.
  • the angular velocity of the compressor wheel 62 rises and then falls, and along with this, the kinetic energy KE of the turbo rotor also increases and then decreases.
  • such an angular velocity ⁇ and kinetic energy KE shift similarly in the exhaust strokes of the other cylinders 10 as well. Therefore, in the four-cylinder internal combustion engine 100, the angular velocity ⁇ of the turbo rotating body and the kinetic energy KE fluctuate up and down largely four times in one cycle of the internal combustion engine 100. That is, during one cycle of the internal combustion engine 100, the angular velocity ⁇ and the kinetic energy KE of the turbo rotating body fluctuate up and down a plurality of times according to the number of cylinders of the internal combustion engine 100.
  • the amount of increase in kinetic energy KE of the turbo rotor during the exhaust stroke of cylinder No. 4 (hereinafter referred to as “drive energy of turbo rotor”) ⁇ KE is Of the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, it is proportional to the energy of the exhaust gas used to drive the turbo rotating body.
  • the amount of increase in kinetic energy of the turbo rotor during the exhaust stroke of the first cylinder, the third cylinder and the second cylinder (drive energy ⁇ KE of the turbo rotor) is respectively the first cylinder, the third cylinder and the second cylinder.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the cylinder it is proportional to the energy of the exhaust gas used to drive the turbo rotating body.
  • the electronic control unit 200 controls the flow rate of the cooling water for cooling the engine body 1 so that the temperature (cooling water temperature) of the engine body 1 becomes a predetermined target temperature.
  • the operation of the engine body 1 is performed with the temperature of the engine body 1 lower than the target temperature.
  • the engine main body 1 may be operated with the temperature of the engine main body 1 being higher than the target temperature.
  • the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body changes according to the temperature of the engine body 1 even if the engine operating conditions (engine rotational speed and engine load) are the same. Specifically, it was found that the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body tends to be smaller as the temperature of the engine body 1 is lower even if the engine operating condition is the same.
  • the drive energy ⁇ KEact approaches the reference drive energy ⁇ KEstd.
  • the exhaust energy can be effectively utilized in driving the turbo rotating body if it is possible to control the parameters that affect the
  • the flow rate of the external EGR gas (the opening degree of the EGR valve 38) can be mentioned.
  • the flow rate of the exhaust flowing into the turbine 7 can be controlled to control the differential pressure across the turbine 7, thereby increasing or decreasing the drive energy ⁇ KE. It is.
  • the opening degree of the waste gate valve may be mentioned.
  • the opening degree of the waste gate valve it is possible to control the differential pressure across the turbine 7 in the same manner as when controlling the flow rate of the external EGR gas, and thereby the drive energy ⁇ KE can be increased or decreased. It is.
  • the opening degree of the nozzle vane may be mentioned. By controlling the opening degree of the nozzle vanes, it is possible to control the flow velocity of the exhaust blown to the turbine wheel 72 to control the differential pressure across the turbine 7 and to increase or decrease the drive energy ⁇ KE.
  • parameters that affect the drive energy ⁇ KE include a fuel injection amount and an intake air amount.
  • a fuel injection amount and an intake air amount By increasing or decreasing the fuel injection amount and the intake air amount, it is possible to increase or decrease the drive energy ⁇ KE by increasing or decreasing the combustion energy generated when the fuel is burned in the combustion chamber of each cylinder 10 and hence the exhaust energy itself. It is.
  • the flow rate of the external EGR gas is reduced to increase the flow rate of the exhaust flowing into the turbine 7 without increasing the combustion energy.
  • the differential pressure across the turbine 7. Thereby, the deterioration of the fuel efficiency can be suppressed, and the energy of the exhaust can be diverted to the driving energy to be effectively used.
  • the fuel injection amount is controlled to reduce the combustion energy itself generated when the fuel is burned in the combustion chamber of each cylinder 10 It is desirable to reduce the excess exhaust energy. According to this configuration, the fuel injection amount can be suppressed to improve the fuel efficiency while effectively utilizing the exhaust energy without waste when driving the turbo rotating body.
  • the electronic control unit 200 controls a parameter that affects the drive energy ⁇ KE so that the actual drive energy ⁇ KEact approaches the reference drive energy ⁇ KEstd.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the crank angle of the engine body 1.
  • the solid line in FIG. 6 indicates the kinetic energy of the turbo rotor, and the broken line indicates the angular velocity of the turbo rotor.
  • angular acceleration ⁇ ′ the differential value of the angular velocity ⁇ of the turbo rotor
  • amplifier unit 300 each time to calculate an angular velocity omega of the compressor wheel 62, sets the angular velocity omega angular velocity present value omega z of the turbo rotation body, the angular velocity angular acceleration differential value of current value omega z Calculated as the current value ⁇ z '.
  • the amplifier unit 300 the absolute value of the angular acceleration current value omega z 'is an angular velocity current value omega z when it becomes below the extreme value determination threshold is preset near zero value, the exhaust of each cylinder 10 Angular velocity at the beginning of the stroke (hereinafter referred to as “minimum angular velocity”) ⁇ L, or angular velocity at a certain point during the exhaust stroke of each cylinder 10 at which the kinetic energy KE of the turbo rotor reaches a maximum value (maximum value) (hereinafter referred to as “maximum angular velocity ') Set as ⁇ H.
  • angular velocity current value omega z when the absolute value of the angular acceleration current value omega z 'is equal to or less than extremum determination threshold, whether the angular velocity present value omega z is minimal angular .omega.L, or a maximum angular velocity ⁇ H
  • the determination can be made by determining whether or not the angular acceleration previous value ⁇ z-1 ′ calculated immediately before is a positive value.
  • amplifier unit 300 sets the angular velocity present value omega z when the absolute value of the angular acceleration current value omega z 'is equal to or less than extremum determining threshold minimum angular velocity .omega.L.
  • the angular acceleration previous value ⁇ z-1 ′ is a positive value, ie, when the slope of the broken line in FIG. 6 is positive, it can be determined that the angular velocity ⁇ changes from rising to falling.
  • the angular velocity current value omega z when the absolute value of the angular acceleration current value omega z 'is equal to or less than extremum determination threshold is set to the maximum angular velocity .omega.H.
  • angular velocity calculation control of the compressor wheel 62 performed by the amplifier unit 300 will be described.
  • step S1 the amplifier unit 300 reads the output value of the passage detection sensor 301.
  • step S2 the amplifier unit 300 determines whether the elapsed time measurement start flag F1 is set to 0.
  • the elapsed time measurement start flag F1 is a flag whose initial value is set to 0, and when the elapsed time measurement start flag F1 is set to 0, the passage detection sensor 301 detects the passage of the blade 622 And set to 1. Then, when the angular velocity and the number of revolutions of the compressor wheel 62 are estimated, they are returned to 0 again. If the elapsed time measurement start flag F1 is set to 0, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S2. On the other hand, if the elapsed time measurement start flag F1 is set to 1, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S5.
  • step S3 the amplifier unit 300 determines whether the passage of the blade 622 is detected.
  • the blade 622 whose passage is detected in this step S3 becomes any one blade of the plurality of blades, that is, the reference blade.
  • the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S4.
  • the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S4 the amplifier unit 300 sets the elapsed time measurement start flag F1 to 1, the reference blade starts measuring the elapsed time t e1 from through the front of the detection portion of the passage detection sensor 301.
  • step S5 the amplifier unit 300 calculates a material obtained by integrating the sampling cycle t Smp to the previous value of the elapsed time t e1 as elapsed time t e1.
  • the initial value of the elapsed time t e is zero.
  • step S6 the amplifier unit 300 determines whether or not the passage detection sensor 301 detects the passage of the blade 622.
  • the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S7.
  • the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S7 the amplifier unit 300 calculates the blade passage number i after the reference blade passes in front of the detection unit of the passage detection sensor 301. Specifically, the amplifier unit 300 calculates the blade passage number i by adding 1 to the previous value of the blade passage number i. The initial value of the blade passage number i is zero.
  • step S8 the amplifier unit 300 determines whether the blade 622 whose passage has been detected in step S6 is a reference blade. Specifically, the amplifier unit 300 determines whether or not the blade passage number i is a value obtained by multiplying the total number of blades (12 in the present embodiment) by a positive integer n.
  • a positive integer n is set, for example, to 1, it can be determined whether or not the compressor wheel 62 has made one revolution in step S8. If, for example, it has been set to 2, whether the compressor wheel 62 has made two revolutions in step S8 It can be determined whether or not. That is, according to the positive integer n, the timing for estimating the angular velocity and the number of rotations of the compressor wheel 62 can be adjusted, and the estimated number of data for the angular velocity and the number of rotations of the compressor wheel 62 per unit time can be adjusted it can.
  • the positive integer n is set to 1, but the positive integer n may be set to a value larger than 1 in accordance with the arithmetic capability of the CPU of the amplifier unit 300 and the like.
  • step S6 If the blade 622 whose passage has been detected in step S6 is the reference blade, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S9. On the other hand, if the blade 622 whose passage has been detected in step S6 is not the reference blade, the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S9 the amplifier unit 300 sets the elapsed time t e1 calculated in step S5 as a reference blade passing time t m. That is, since the amplifier unit 300 sets the positive integer n to 1 in the present embodiment, it is detected that the reference blade first passes in front of the detection unit of the passage detection sensor 301, and then the reference blade time to pass in front of the detecting portion of the passage detection sensor 301 (time the compressor wheel 62 is required for one rotation) is set as a reference blade passing time t m.
  • step S10 the amplifier unit 300, based on the reference blade passing time t m, to calculate the angular velocity of the compressor wheel 62. Specifically, the amplifier unit 300 calculates the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 by substituting the reference blade passing time t m into the following equation (4). Note In step S10, by substituting the reference blade passing time t m the following equation (5), may be calculated together rotational speed N of the compressor wheel 62.
  • step S11 the amplifier unit 300 returns the elapsed time t e1 , the blade passage number i, and the elapsed time measurement start flag F1 to the initial values of 0, respectively.
  • step S21 the amplifier unit 300 determines whether or not the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 is newly calculated by the control of the angular velocity calculation of the compressor wheel 62 described above. If the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 is newly calculated, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S22. On the other hand, if the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 is not newly calculated, the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S22 the amplifier unit 300 reads the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 that is newly calculated, and the reference blade passing time t m that is used in the calculation, the.
  • step S23 the amplifier unit 300 determines whether or not there are two or more data of the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 read so far. If the data of the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 read so far is two or more, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S23. On the other hand, when the data of the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 read so far is 2 points or more, the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S24 the amplifier unit 300 calculates an angular acceleration current value ⁇ z 'of the turbo rotating body.
  • Amplifier unit 300 Specifically, the angular velocity omega of the newly read compressor wheel 62 now and angular current value omega z of the turbo rotation body, the angular velocity omega of the compressor wheel 62 is loaded before one time, It is assumed that the angular velocity previous value ⁇ z-1 of the turbo rotating body. Then, the amplifier unit 300 substitutes the current angular velocity value ⁇ z , the previous angular velocity value ⁇ z-1 and the reference blade passage time t m read in step S22 into the following equation (6) to obtain the current angular acceleration of the turbo rotor Calculate the value ⁇ z '.
  • step S25 the amplifier unit 300 determines whether or not the absolute value of the current value of angular acceleration ⁇ z 'of the turbo rotating body is equal to or less than the extreme value determination threshold.
  • the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S26 if the angular acceleration current value ⁇ z 'of the turbo rotating body is equal to or less than the extreme value determination threshold value.
  • amplifier unit 300 ends the current process if angular acceleration current value ⁇ z 'of the turbo rotating body is larger than the extreme value determination threshold.
  • step S26 the amplifier unit 300 determines whether the angular acceleration previous value ⁇ z-1 'of the turbo rotating body is a negative value. If the angular acceleration previous value ⁇ z-1 'of the turbo rotating body is a negative value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S27. On the other hand, if the angular acceleration previous value ⁇ z-1 ′ of the turbo rotating body is a positive value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S29.
  • step S27 the amplifier unit 300 sets the angular velocity present value omega z turbo rotating body set in step S24 as a minimum angular velocity .omega.L.
  • step S28 the amplifier unit 300 sets the flag F2 to one.
  • the flag F2 is a flag whose initial value is set to 0.
  • step S29 the amplifier unit 300 determines whether the flag F2 is set to 1. If the flag F2 is set to 1, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S30. On the other hand, if the flag F2 is set to 0, the present process is ended.
  • step S30 the amplifier unit 300 sets the angular velocity present value omega z of the set turbo rotating body step S24 as the maximum angular velocity .omega.H.
  • step S31 amplifier unit 300 substitutes minimum angular velocity ⁇ L and maximum angular velocity ⁇ H set in step S27 and step S30 into equation (7) below to increase the amount of kinetic energy of the turbo rotator, ie, the turbo rotator Drive energy .DELTA.KE is calculated.
  • ⁇ KE I ⁇ ⁇ ( ⁇ H 2 ⁇ L 2 ) / 2 ⁇ (7)
  • step S32 the amplifier unit 300 returns the flag F2 to the initial value 0.
  • control of the internal combustion engine 100 (control of parameters affecting the drive energy ⁇ KE) performed by the electronic control unit 200 will be described with reference to FIG.
  • the electronic control unit 200 repeatedly executes this routine in a predetermined operation cycle.
  • step S41 the electronic control unit 200 refers to a map created in advance by experiment etc., and based on the engine operating state, the turbo in the engine operating state when the temperature of the engine body 1 is controlled to the target temperature.
  • the reference drive energy ⁇ KEstd of the rotating body is calculated.
  • step S42 the electronic control unit 200 reads the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body calculated by the amplifier unit 300 as the actual drive energy ⁇ KEact.
  • step S43 the electronic control unit 200 determines whether the absolute value of the difference value P obtained by subtracting the actual drive energy ⁇ KEact from the reference drive energy ⁇ KEstd is smaller than a predetermined value ⁇ corresponding to an error. If the absolute value of the difference value P is less than the predetermined value ⁇ , the electronic control unit 200 ends the current process. On the other hand, if the absolute value of difference value P is greater than or equal to predetermined value ⁇ , electronic control unit 200 proceeds to the process of step S44.
  • step S44 the electronic control unit 200 determines whether the difference value P is a positive value. If the difference value P is a positive value, that is, if the actual drive energy ⁇ KEact is smaller than the reference drive energy ⁇ KEstd, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S45. On the other hand, if the difference value P is a negative value, that is, if the actual drive energy ⁇ KEact is larger than the reference drive energy ⁇ KEstd, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S46.
  • step S45 the electronic control unit 200 controls a parameter that affects the actual drive energy ⁇ KEact such that the actual drive energy ⁇ KEact approaches the reference drive energy ⁇ KEstd, that is, the actual drive energy ⁇ KEact increases.
  • the electronic control unit 200 reduces the flow rate of the external EGR gas by reducing the opening degree of the EGR valve 38 and increases the flow rate of the exhaust flowing into the turbine 7.
  • step S46 the electronic control unit 200 controls a parameter that affects the actual drive energy ⁇ KEact such that the actual drive energy ⁇ KEact approaches the reference drive energy ⁇ KEstd, that is, the actual drive energy ⁇ KEact decreases.
  • the electronic control unit 200 controls the fuel injection amount and the intake air amount to reduce combustion energy. Since the exhaust energy which was excess can be reduced by this, a fuel consumption can be improved, utilizing exhaust energy effectively without waste when driving a turbo rotating body.
  • the internal combustion engine 100 is integrated with the engine body 1 having a plurality of cylinders 10, the turbine wheel 72 driven by the exhaust gas discharged from each cylinder 10 of the engine body 1, and the turbine wheel 72. And a compressor wheel 62 having at least one blade 622 and compressing air drawn into each cylinder 10 of the engine body 1, and a housing 61 for housing the compressor wheel 62 and the compressor wheel 62.
  • the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 is calculated based on the detection results of the passage detection sensor 301 which detects that the blade 622 of the compressor wheel 62 has passed at a predetermined position in the Based on the angular velocity ⁇ of 62, the driving energy of the turbo rotating body This is calculated based on the amplifier unit (drive energy estimation device) 300 configured to calculate gear ⁇ KE, the actual driving energy ⁇ KE act of the turbo rotating body calculated by the amplifier unit 300, and the operating state of the engine body 1
  • An electronic control unit 200 (control device) configured to control a parameter affecting the drive energy ⁇ KE of the turbo rotor so that the difference value P between the turbo rotor and the reference drive energy ⁇ KEstd becomes smaller Prepare.
  • the actual drive energy ⁇ KEact when the temperature of the engine body 1 is lower than the target temperature, or when there is a difference between the actual drive energy ⁇ KEact and the reference drive energy ⁇ KEstd that is greater than the difference considered to be an error, the actual drive Since the energy ⁇ KEact can be brought close to the reference driving energy ⁇ KEstd, exhaust energy can be effectively utilized when driving the turbo rotating body.
  • the electronic control unit 200 changes the combustion energy generated when the fuel is burned in the combustion chamber of each cylinder 10 of the engine body 1 Instead, the flow rate or the flow rate of the exhaust flowing into the turbine wheel 72 is controlled as a parameter that affects the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body.
  • the energy of the exhaust can be turned to the driving energy and effectively used without deteriorating the fuel consumption.
  • the fuel injection amount is controlled as a parameter affecting the drive energy ⁇ KE of the turbo rotating body.
  • the fuel injection amount can be reduced to reduce the combustion energy and hence the excess exhaust energy. Therefore, the fuel injection amount can be suppressed to improve the fuel consumption while effectively utilizing the exhaust energy without waste when driving the turbo rotating body.
  • the compressor wheel 62 of the compressor 6 of the turbocharger 5 is mentioned as an example of a rotating body, but any rotating body having a blade 622 can calculate the angular velocity is there. Therefore, for example, it is also possible to calculate the angular velocity of an axial flow compressor or the like.
  • the compression self-ignition combustion is performed in the engine main body 1
  • the spark ignition combustion may be performed in the engine main body 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

内燃機関１００は、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ωを算出すると共に、コンプレッサホイール６２の角速度ωに基づいて、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥを算出するように構成されたアンプユニット３００と、アンプユニット３００によって算出されたターボ回転体の実駆動エネルギΔＫＥａｃｔと、機関本体１の運転状態に基づいて算出されるターボ回転体の基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄとの差分値Ｐが小さくなるように、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータを制御するように構成された電子制御ユニット２００と、を備える。

Description

内燃機関
　本発明は内燃機関に関する。
　ＷＯ２０１７／１０４０３０Ａ１には、ターボ回転体の運動エネルギを算出することが可能な内燃機関が開示されている。
　しかしながら、前述した従来の内燃機関は、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用していなかった。
　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、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用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によって駆動されるタービンホイールと、当該タービンホイールと一体となって回転し、少なくとも１つのブレードを有して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、を含むターボ回転体と、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、ターボ回転体の駆動エネルギを算出するように構成された駆動エネルギ推定装置と、駆動エネルギ推定装置によって算出されたターボ回転体の実駆動エネルギと、機関本体の運転状態に基づいて算出されるターボ回転体の基準駆動エネルギとの差分値が小さくなるように、ターボ回転体の駆動エネルギに影響を与え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、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用することができる。
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、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６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７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８は、本発明の一実施形態によるターボ回転体の駆動エネルギ推定制御について説明するフローチャートである。 図９は、本発明の一実施形態による内燃機関の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。
　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。各種の計算を実施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、各気筒１０から排出された排気の一部を吸気通路３０、又は吸気マニホールド３１に戻すための通路である、本実施形態では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とを連通して、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に戻すように構成されているが、これに限らず、例えば排気通路４２と吸気通路３０とを連通するように構成しても良い。なお以下の説明では、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「外部ＥＧＲガス」という。外部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、いわゆる外部ＥＧＲを実施することで、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、外部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に還流させる外部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、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の出力信号の他にも、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の出力信号や、機関本体の温度を代表するパラメータとして、機関本体を冷却する冷却水の温度（以下「機関冷却水温」という。）を検出する水温センサ２１３の出力信号などが、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。
＜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。また、アンプユニット３００の機能を電子制御ユニット２００に持たせても良い。
　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の角速度を正確に算出することができる。
　また、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の角速度を正確に算出することもできる。
＜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（１）によって算出することができる。
　ＫＥ＝Ｉ×ω2／２　　　…（１）
　式（１）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の角速度を正確に算出することができるようになると、コンプレッサホイール６２の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ＫＥを正確に算出することができる。
＜ターボ回転体の運動エネルギの利用＞
　図５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ωと運動エネルギＫＥとの推移を示す図である。図５中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図５中の実線はターボ回転体の運動エネルギＫＥを、破線はターボ回転体の角速度ωをそれぞれ示している。
　図５に示すように、ターボ回転体の角速度ω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。また、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギＫＥ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。また、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギＫＥが減少する。
　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、これに伴ってターボ回転体の運動エネルギＫＥも増大してから減少する。また、このような角速度ωや運動エネルギＫＥ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ω及び運動エネルギＫＥ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ω及び運動エネルギＫＥ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ＫＥの上昇量（以下「ターボ回転体の駆動エネルギ」という。）ΔＫＥは、４番気筒の燃焼室から排出された排気のうち、ターボ回転体を駆動するために使用された排気の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回転体の運動エネルギの上昇量（ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥ）は、それぞれ１番気筒、３番気筒及び２番気筒の燃焼室から排出された排気のうち、ターボ回転体を駆動するために使用された排気のエネルギに比例する。
　ここで電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度（冷却水温）が所定の目標温度となるように、機関本体１を冷却する冷却水の流量を制御している。しかしながら、機関本体１の暖機時には、機関本体１の温度が目標温度よりも低い状態で機関本体１の運転が行われる。また高負荷運転が長時間続いた場合等には、逆に機関本体１の温度が目標温度よりも高い状態で機関本体１の運転が行われることがある。
　そして発明者らの鋭意研究の結果、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）が同じでも、機関本体１の温度に応じて、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥが変化することがわかった。具体的には、機関運転状態が同じでも、機関本体１の温度が低いときほど、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥが小さくなる傾向にあることがわかった。
　これは、機関本体１の温度が低いときほど、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のうち、冷却損失として失われるエネルギが増加するためと考えられる。すなわち、機関本体１の質量をｍ［ｇ］、比熱をｃ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］とすると、機関本体１の温度をΔＴ［Ｋ］だけ上昇させるために必要な熱量Ｑ［Ｊ］は、下記式（２）の通り表すことができるので、機関本体１の温度が低いときほど、燃焼時における単位時間当たりの機関本体１の温度上昇量が大きくなって冷却損失として失われるエネルギが増加し、その分、各気筒１０の燃焼室から排出される排気のもつ排気エネルギが減少するためと考えられる。
　Ｑ＝ｍｃΔＴ　　　…（２）
　したがって、機関本体１の温度が目標温度に制御されているときの各機関運転状態におけるターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥを基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄとすると、アンプユニット３００によって算出された実際のターボ回転体の駆動エネルギ（以下「実駆動エネルギ」という。）ΔＫＥａｃｔが駆動運動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも小さいときは、排気エネルギをうまく駆動エネルギに回すことができていないと言うことができる。一方で、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも大きいときは、排気エネルギを過剰に駆動エネルギに回していると言うことができる。
　すなわち、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔと、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄと、の間に誤差と考えられる差分以上の開きがあるときは、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用できていないと言うことができる。
　逆を言えば、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔと、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄと、の間に誤差と考えられる差分以上の開きがあるときに、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄに近づくように、駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータを制御することができれば、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用することができる。
　駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータとしては、例えば外部ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ弁３８の開度）が挙げられる。外部ＥＧＲガスの流量を増減させることで、タービン７に流入する排気の流量を制御して、タービン７の前後差圧を制御することができ、これにより、駆動エネルギΔＫＥを増減させることができるためである。
　またこれ以外にも、例えばウェストゲートバルブを備えるターボチャージャ５の場合には、ウェストゲートバルブの開度が挙げられる。ウェストゲートバルブの開度を制御することで、外部ＥＧＲガスの流量を制御したときと同様にタービン７の前後差圧を制御することができ、これにより、駆動エネルギΔＫＥを増減させることができるためである。またタービンホイール７２に吹き付けられる排気の流速を制御するノズルベーンを備えるターボチャージャ５の場合には、ノズルベーンの開度が挙げられる。ノズルベーンの開度を制御することで、タービンホイール７２に吹き付けられる排気の流速を制御してタービン７の前後差圧を制御することができ、駆動エネルギΔＫＥを増減させることができるためである。
　さらに駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータとしては、燃料噴射量や吸入空気量が挙げられる。燃料噴射量や吸入空気量を増減させることで、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、ひいては排気エネルギ自体を増減させて、駆動エネルギΔＫＥを増減させることができるためである。
　なお実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも小さくなっているときは、燃焼エネルギを増加させずに、例えば外部ＥＧＲガスの流量を減らしてタービン７に流入する排気の流量を多くする等の制御を実施してタービン７の前後差圧を制御することが望ましい。これにより、燃費の悪化を抑制することができ、排気のエネルギを駆動エネルギに回して有効に利用することができるためである。
　一方で実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも大きくなっているときは、燃料噴射量を制御して、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自体を小さくすることで、過剰だった排気エネルギを小さくすることが望ましい。このようにすれば、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを無駄なく有効に活用しつつ、燃料噴射量を抑えて燃費を向上させることができるためである。
　そこで本実施形態では、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄに近づくように、電子制御ユニット２００によって、駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータを制御することにした。
＜ΔＫＥの算出方法＞
　図６は、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥの算出方法について説明する図である。図６中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図６中の実線はターボ回転体の運動エネルギを、破線はターボ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、すなわちターボ回転体の駆動エネルギ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ＫＥ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ＫＥ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６の破線の傾き）を考えると、図６に示すように、ターボ回転体の運動エネルギＫＥ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ＫＥ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ωｚとして設定し、角速度今回値ωｚの微分値を角加速度今回値ωｚ’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ωｚ’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ωｚ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ＫＥ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ωｚ’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ωｚに関して、その角速度今回値ωｚ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ωｚ－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ωｚ－１’が負の値の場合、すなわち図６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ωｚ’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ωｚを極小角速度ωＬに設定する。一方、角加速度前回値ωｚ－１’が正の値の場合、すなわち図６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ωｚ’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ωｚ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ターボ回転体の運動エネルギＫＥ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ＫＥ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ＫＥの最大値から最小値を減算すれば、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥ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７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ｔｓｍｐ）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ｔｅ１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ｔｅ１の前回値にサンプリング周期ｔｓｍｐを積算したものを経過時間ｔｅ１として算出する。なお、経過時間ｔｅ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ｔｅ１を基準ブレード通過時間ｔｍ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ｔｍ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ｔｍ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ｔｍ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ｔｍ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／ｔｍ　　　…（４）
　　Ｎ＝６０／ｔｍ　　　…（５）
　ステップＳ１１において、アンプユニット３００は、経過時間ｔｅ１、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。
＜駆動エネルギΔＫＥの推定制御＞
　次に、図８を参照して、アンプユニット３００が実施するターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥ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ｔｓｍｐ）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ｔｍ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ωｚ’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ωｚ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ωｚ－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ωｚ、角速度前回値ωｚ－１及びステップＳ２２で読み込んだ基準ブレード通過時間ｔｍを代入して、ターボ回転体の角加速度今回値ωｚ’を算出する。
　　ωｚ’＝（ωｚ－ωｚ－１）／ｔｍ　　　…（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ωｚ’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ωｚ’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ωｚ’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ωｚ－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ωｚ－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ωｚ－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ωｚ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ωｚ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、すなわちターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥ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。
＜内燃機関の制御＞
　次に、図９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（駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータの制御）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Ｓ４１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、機関本体１の温度が目標温度に制御されているときの当該機関運転状態におけるターボ回転体の基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄを算出する。
　ステップＳ４２において、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ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥを実駆動エネルギΔＫＥａｃｔとして読み込む。
　ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄから実駆動エネルギΔＫＥａｃｔを減算した差分値Ｐの絶対値が、誤差に相当する所定値α未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、差分値Ｐの絶対値が所定値α未満であれば、今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、差分値Ｐの絶対値が所定値α以上であれば、ステップＳ４４の処理に進む。
　ステップＳ４４において、電子制御ユニット２００は、差分値Ｐが正の値か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、差分値Ｐが正の値であれば、すなわち実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも小さければ、ステップＳ４５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、差分値Ｐが負の値であれば、すなわち実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも大きければ、ステップＳ４６の処理に進む。
　ステップＳ４５において、電子制御ユニット２００は、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄに近づくように、すなわち実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが大きくなるように、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔに影響を与えるパラメータを制御する。なお、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも小さい場合においては、排気エネルギのうち、使用せずに捨てていたエネルギがあれば、それを優先的に駆動エネルギに回すようにすることが望ましい。本実施形態では電子制御ユニット２００は、ＥＧＲ弁３８の開度を小さくすることで外部ＥＧＲガスの流量を減らして、タービン７に流入する排気の流量を多くしている。
　ステップＳ４６において、電子制御ユニット２００は、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄに近づくように、すなわち実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが小さくなるように、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔに影響を与えるパラメータを制御する。
本実施形態では電子制御ユニット２００は、燃料噴射量及び吸入空気量を制御して燃焼エネルギを少なくする。これにより過剰だった排気エネルギを減少させることができるので、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを無駄なく有効に活用しつつ、燃費を改善させることができる。
　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によって駆動されるタービンホイール７２と、当該タービンホイール７２と一体となって回転し、少なくとも１つのブレード６２２を有して機関本体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、を含むターボ回転体と、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ωを算出すると共に、コンプレッサホイール６２の角速度ωに基づいて、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥを算出するように構成されたアンプユニット（駆動エネルギ推定装置）３００と、アンプユニット３００によって算出されたターボ回転体の実駆動エネルギΔＫＥａｃｔと、機関本体１の運転状態に基づいて算出されるターボ回転体の基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄとの差分値Ｐが小さくなるように、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータ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。
　これにより、機関本体１の温度が目標温度よりも低くなっているときなど、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔと、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄと、の間に誤差と考えられる差分以上の開きがあるときに、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔを基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄに近づけることができるので、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを有効に活用することができる。
　特に本実施形態による電子制御ユニット２００は、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも小さいときは、機関本体１の各気筒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を変化させずに、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータとして、タービンホイール７２に流入する排気の流量又は流速を制御するように構成されている。
　これにより、燃費を悪化させることなく排気のエネルギを駆動エネルギに回して有効に利用することができる。
　また本実施形態による電子制御ユニット２００は、実駆動エネルギΔＫＥａｃｔが、基準駆動エネルギΔＫＥｓｔｄよりも大きいときは、機関本体１の各気筒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が小さくなるように、ターボ回転体の駆動エネルギΔＫＥに影響を与えるパラメータとして燃料噴射量を制御するように構成される。
　これにより、燃料噴射量を少なくして燃焼エネルギ、ひいては過剰だった排気エネルギを小さくすることができる。そのため、ターボ回転体を駆動するにあたって排気エネルギを無駄なく有効に活用しつつ、燃料噴射量を抑えて燃費を向上させることができるためである。
　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いたが、機関本体１において火花点火燃焼させ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
　７２　　タービンホイール
　２００　　電子制御ユニット（制御装置）
　３００　　アンプユニット（駆動エネルギ推定装置）
　３０１　　通過検出センサ

Claims (3)

  1. 　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によって駆動されるタービンホイールと、当該タービンホイールと一体となって回転し、少なくとも１つのブレードを有して前記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、を含むターボ回転体と、
    　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、前記ターボ回転体の駆動エネルギを算出するように構成された駆動エネルギ推定装置と、
    　駆動エネルギ推定装置によって算出された前記ターボ回転体の実駆動エネルギと、前記機関本体の運転状態に基づいて算出される前記ターボ回転体の基準駆動エネルギとの差分値が小さくなるように、前記ターボ回転体の駆動エネルギに影響を与え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。
  2. 　前記制御装置は、
    　　前記実駆動エネルギが、前記基準駆動エネルギよりも小さいときは、前記機関本体の各気筒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を変化させずに、前記ターボ回転体の駆動エネルギに影響を与えるパラメータとして、前記タービンホイールに流入する排気の流量又は流速を制御するように構成される、
    請求項１に記載の内燃機関。
  3. 　前記制御装置は、
    　　前記実駆動エネルギが、前記基準駆動エネルギよりも大きいときは、前記機関本体の各気筒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が小さくなるように、前記ターボ回転体の駆動エネルギに影響を与えるパラメータとして燃料噴射量を制御するように構成される、
    請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
PCT/JP2017/031268 2017-08-30 2017-08-30 内燃機関 WO2019043853A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/031268 WO2019043853A1 (ja) 2017-08-30 2017-08-30 内燃機関

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/031268 WO2019043853A1 (ja) 2017-08-30 2017-08-30 内燃機関

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019043853A1 true WO2019043853A1 (ja) 2019-03-07

Family

ID=65525085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/031268 WO2019043853A1 (ja) 2017-08-30 2017-08-30 内燃機関

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019043853A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223527A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toyota Motor Corp ターボ過給機制御システム
JP2013104333A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Yanmar Co Ltd エンジン
JP2013194682A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Yanmar Co Ltd 多気筒エンジン
WO2017104030A1 (ja) 2015-12-16 2017-06-22 株式会社 電子応用 内燃機関
JP2017115758A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 マツダ株式会社 エンジンの排気制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223527A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toyota Motor Corp ターボ過給機制御システム
JP2013104333A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Yanmar Co Ltd エンジン
JP2013194682A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Yanmar Co Ltd 多気筒エンジン
WO2017104030A1 (ja) 2015-12-16 2017-06-22 株式会社 電子応用 内燃機関
JP2017115758A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 マツダ株式会社 エンジンの排気制御装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5389238B1 (ja) 内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置
US8880320B2 (en) Method for controlling the speed of an internal combustion engine supercharged by means of a turbocharger
RU149938U1 (ru) Многокаскадный турбонагнетатель (варианты)
KR20070047842A (ko) 배기가스 터보차저
JP2007146712A (ja) インタークーラの異常判定装置
US10260405B2 (en) Fuel injection control of a turbocharged internal combustion engine
CN112664282A (zh) 用于可变涡轮增压器的控制方法
JP6490240B2 (ja) 内燃機関
JP2009013792A (ja) 内燃機関の運転制御装置
WO2019043853A1 (ja) 内燃機関
JP3910692B2 (ja) エンジンの制御装置
CN104963781A (zh) 质量流率测定
US20160290219A1 (en) Pressure-charged combustion engine having a double-flow turbine and grouped cylinders
EP3348956B1 (en) Rotation speed estimation device, multi-cylinder internal combustion engine, and device for controlling multi-cylinder internal combustion engine
JP2014202085A (ja) 可変容量型ターボチャージャーの制御装置及び制御方法
JP2008208801A (ja) Ｅｇｒ装置付内燃機関の制御装置
WO2019130584A1 (ja) 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ
JP4168925B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2001193573A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2008115792A (ja) 過給制御装置
JP6490239B2 (ja) 燃焼状態推定装置
EP2666992A1 (en) Control device for compression ignition type internal combustion engine and method for determining smoke-generating state of compression ignition type internal combustion engine
JP5029538B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2018096351A (ja) エンジン過給装置
JP4779979B2 (ja) 車両制御装置および車両制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17923956

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019538837

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017923956

Country of ref document: EP

Effective date: 20200330

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17923956

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1