WO2019130584A1 - 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

内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ Download PDF

Info

Publication number
WO2019130584A1
WO2019130584A1 PCT/JP2017/047380 JP2017047380W WO2019130584A1 WO 2019130584 A1 WO2019130584 A1 WO 2019130584A1 JP 2017047380 W JP2017047380 W JP 2017047380W WO 2019130584 A1 WO2019130584 A1 WO 2019130584A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
angular velocity
compressor wheel
value
blade
detection sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/047380
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 JP2019562706A priority Critical patent/JPWO2019130584A1/ja
Priority to PCT/JP2017/047380 priority patent/WO2019130584A1/ja
Publication of WO2019130584A1 publication Critical patent/WO2019130584A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine, a turbocharger, and a sensor with a surging determination function.
  • JP2009-264198A as a conventional internal combustion engine, is configured to determine whether the operating state of the internal combustion engine has entered a surging region in which surging may occur in the compressor of the supercharger. Is disclosed.
  • the present invention has been made focusing on such problems, and an object of the present invention is to detect whether surging has actually occurred in the compressor and to determine whether or not surging has occurred.
  • an internal combustion engine is driven by an engine body and energy of exhaust gas discharged from the engine body, and has at least one blade for suction into the engine body.
  • the compressor wheel that compresses the air
  • the passage detection sensor that detects that the blade of the compressor wheel has passed at a predetermined position in the housing that houses the compressor wheel, and the compressor based on the output value of the passage detection sensor
  • a determination device that calculates the angular velocity of the wheel and determines whether surging occurs in the compressor wheel based on the angular velocity of the compressor wheel.
  • the supercharger also includes a compressor wheel having at least one blade for compressing air, and a blade of the compressor wheel having passed through a predetermined position in a housing containing the compressor wheel.
  • a passing detection sensor to be detected a determination device that calculates the angular velocity of the compressor wheel based on the output value of the passing detection sensor, and determines whether surging occurs in the compressor wheel based on the angular velocity of the compressor wheel; Equipped with
  • a sensor with a surging determination function detects that a blade of the compressor wheel has passed a predetermined position in a housing containing a compressor wheel having at least one blade and compressing air.
  • a passage detection sensor, and a determination device that calculates the angular velocity of the compressor wheel based on the output value of the passage detection sensor and determines whether surging occurs in the compressor wheel based on the angular velocity of the compressor wheel And.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine according to a first 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 of the compressor wheel in one cycle of the internal combustion engine.
  • FIG. 6A is a diagram showing the transition of the angular velocity of the compressor wheel in several cycles of the internal combustion engine.
  • FIG. 6B is a diagram showing the transition of the angular velocity of the compressor wheel in several cycles of the internal combustion engine when surging occurs in the compressor.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of calculating the angular velocity fluctuation range ⁇ .
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating angular velocity calculation control of the compressor wheel according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart for describing calculation control of the angular velocity fluctuation range ⁇ according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating surging determination control of the compressor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating surging suppression control according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart for explaining calculation control of the angular velocity fluctuation range ⁇ according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating surging determination control of the compressor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine 100 according to a first 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 calculates the angular velocity (rotational speed) of the compressor wheel 62 based on the output result of the passage detection sensor 301, and determines whether surging occurs in the compressor 6 based on the angular velocity of the compressor wheel 62. It is configured to be able to determine. 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 communicates the exhaust manifold 41 with the intake collector 31 a of the intake manifold 31 and is a passage for returning a part of the exhaust discharged from each cylinder 10 to the intake collector 31 a by a pressure difference.
  • the exhaust flowing into the EGR passage 32 is referred to as "EGR gas”.
  • the EGR cooler 37 is a heat exchanger for cooling the 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 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 is a device for discharging the exhaust gas from the inside of the cylinder, and 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 turbine 7 also includes a variable nozzle 73 for adjusting the angular velocity (rotational speed) of the turbine wheel 72 to control the pressure (supercharging pressure) of the intake air discharged from the compressor housing 61.
  • the variable nozzle 73 functions as a throttle valve, and the nozzle opening degree (valve opening degree) of the variable nozzle 73 is controlled by the electronic control unit 200.
  • the opening degree of the variable nozzle 73 By changing the opening degree of the variable nozzle 73, the flow velocity of the exhaust that drives the turbine wheel 72 can be changed in the turbine housing 71. That is, by changing the opening degree of the variable nozzle 73, the angular velocity of the turbine wheel 72 can be changed to change the supercharging pressure.
  • the nozzle opening degree of the variable nozzle 73 is reduced (the variable nozzle 73 is narrowed)
  • the flow velocity of the exhaust gas is increased
  • the angular velocity of the turbine wheel 72 is increased
  • the supercharging pressure is increased.
  • the adjustment of the angular velocity of the turbine wheel 72 is not limited to that by the variable nozzle 73 as described above.
  • a bypass passage bypassing the turbine 7 is provided, and the opening degree of a bypass valve provided in the bypass passage is changed. You may adjust by that.
  • 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
  • a crank angle sensor that generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 ° as the output signal of the air flow meter 211 described above or a signal for calculating the engine rotation speed to the electronic control unit 200
  • An output signal such as 212 is input through the input port.
  • output signals of various sensors necessary to control the internal combustion engine 100 are input to the electronic control unit 200 through the input port.
  • Each control component such as the fuel injection valve 20, the supply pump 22, the step motor of the throttle valve 36, the EGR control valve 38, and the variable nozzle 73 is electrically connected to the electronic control unit 200 through the output port. ing.
  • 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.
  • the surging determination result by the amplifier unit 300 is transmitted to the electronic control unit 200.
  • the electronic control unit 200 according to the present embodiment controls the respective control components such as the variable nozzle 73 according to the surging determination result transmitted from the amplifier unit 300, and implements the surging suppression for suppressing the surging. It is configured to be able to.
  • 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.
  • 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 calculated each time.
  • blade B1 passes in front of the passage detection sensor 301 and the output of the passage detection sensor 301 shows a peak
  • the output of the passage detection sensor 301 indicates a peak by passing the second blade B2, the third blade B3 and the fourth blade B4 in front of the passage detection sensor 301, time t2, t3 and t4, respectively.
  • a time interval ⁇ t1 from the passage of the first blade B1 to the passage of the second blade B2 in front of the passage detection sensor 301 can be expressed as t2-t1.
  • the angular distance between the first blade B1 and the second blade B2 is basically (2 ⁇ / 12) [rad]. ing. Therefore, the instantaneous angular velocity of the compressor wheel 62 from when the first blade B1 passes in front of the passage detection sensor 301 to when the second blade B2 passes (hereinafter referred to as "instant angular velocity after passing the first blade" ) ⁇ 1 [rad / s] is 2 ⁇ / (12 ⁇ ⁇ t1).
  • the instantaneous number of rotations of the compressor wheel 62 from when the first blade B1 passes in front of the passage detection sensor 301 to when the second blade B2 passes (hereinafter referred to as “instant number of rotations after passing the first blade” N1 [rpm] is ( ⁇ 1 / 2 ⁇ ) ⁇ 60.
  • a time interval ⁇ t2 from the second blade B2 passing in front of the passage detection sensor 301 to the third blade B3 passing can be expressed as t3-t2, and the third blade B3 passes
  • the time interval ⁇ t3 until the fourth blade B4 passes can be represented as t4-t3. Therefore, the instantaneous angular velocity ⁇ 2 of the compressor wheel 62 from the second blade B2 passing in front of the passage detection sensor 301 to the third blade B3 passing, that is, the instantaneous angular velocity ⁇ 2 after passing the second blade is , 2 ⁇ / (12 ⁇ ⁇ t 2).
  • the instantaneous angular velocity ⁇ 3 of the compressor wheel 62 from the third blade B3 passing in front of the passage detection sensor 301 to the fourth blade B4 passing, ie, the instantaneous angular velocity ⁇ 3 after passing the third blade can be calculated as 2 ⁇ / (12 ⁇ ⁇ t3).
  • the instantaneous number of rotations of the compressor wheel 62 from the second blade B2 passing in front of the passage detection sensor 301 to the third blade B3 passing that is, the instantaneous number of rotations N2 after passing the second blade
  • the instantaneous number of revolutions of the compressor wheel 62 from when the third blade B3 passes in front of the passage detection sensor 301 until the fourth blade B4 passes ie, the instantaneous number of revolutions after passing the third blade N3 can be calculated as ( ⁇ 3 / 2 ⁇ ) ⁇ 60.
  • the number of the blade 622 is represented by i
  • adjacent pairs of blades (ie, the i-th blade Bi and the (i + 1) -th blade B (i + 1)) of the passage detection sensor 301 are based on the output of the passage detection sensor 301.
  • the time interval ⁇ ti between passing through the front is calculated
  • the instantaneous angular velocity ⁇ i after passing the i-th blade Bi is calculated based on the time ⁇ ti calculated in this way and the angle interval between adjacent pairs of blades. Can be calculated.
  • the angular velocity ⁇ i calculated in this manner it is possible to calculate the instantaneous rotation speed Ni after passing through the i-th blade Bi.
  • the angle interval ⁇ i between adjacent pairs of blades passes between the calculated blades
  • the instantaneous angular velocity ⁇ i after passing the i-th blade can be calculated by dividing by the time interval ⁇ ti. Therefore, the instantaneous rotational speed Ni after passing through the i-th blade can be calculated by the following equation (2).
  • the instantaneous rotational speed Ni after passing through the i-th blade is set to a time interval ⁇ ti from when the i-th blade Bi passes in front of the pass detection sensor 301 to when the (i + 1) th blade B (i + 1) passes. Based on this, it can be calculated by the following equation (3).
  • the reference blade passes in front of the passage detection sensor 301 and then the reference blade next in front of the passage detection sensor 301
  • the angular velocity (rotational speed) of the compressor wheel 62 can also be calculated based on the time interval until passing, that is, the time required for the compressor wheel 62 to make one revolution.
  • FIG. 5 is a view showing the transition of the angular velocity of the compressor wheel 62 in one cycle of the internal combustion engine 100. As shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the crank angle of the engine body 1. Further, in FIG. 5, the operating state of the internal combustion engine 100 is a steady operating state in which the supercharging pressure is controlled to a certain supercharging pressure.
  • the angular velocity of the compressor wheel 62 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 angular velocity of the compressor wheel 62 rises and then falls, and the angular velocity of the compressor wheel 62 shifts similarly in the exhaust strokes of the other cylinders. That is, the angular velocity of compressor wheel 62 fluctuates up and down a plurality of times according to the number of cylinders of internal combustion engine 100 during one cycle of internal combustion engine 100, and the minimum value (minimum value) at the start of the exhaust stroke of each cylinder 10 To take a maximum value (maximum value) at a certain point in the exhaust stroke of each cylinder 10.
  • the minimum value of the angular velocity of the compressor wheel 62 during the exhaust stroke of each cylinder 10 is referred to as “minimum angular velocity ⁇ L”, and the maximum value is referred to as “maximum angular velocity ⁇ H”.
  • the difference between the maximum angular velocity ⁇ H and the minimum angular velocity ⁇ L during the exhaust stroke of each cylinder 10, that is, the fluctuation range of the angular velocity of the compressor wheel 62 during the exhaust stroke of each cylinder 10 is referred to as “angular velocity fluctuation width ⁇ ”.
  • FIG. 6A is a view showing the transition of the angular velocity of the compressor wheel 62 in several cycles of the internal combustion engine 100.
  • FIG. 6B is a diagram showing the transition of the angular velocity of the compressor wheel 62 in several cycles of the internal combustion engine 100 when surging occurs in the compressor 6.
  • 6A and 6B the horizontal axis indicates time.
  • the operating state of internal combustion engine 100 is a steady operating state in which the boost pressure is controlled to a certain boost pressure.
  • FIG. 6A shows a state in which the number of revolutions of the compressor wheel 62 is controlled to about 90,000 [rpm], and the angular velocity fluctuation range ⁇ is about 500 [rpm].
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of calculating the angular velocity fluctuation range ⁇ .
  • the horizontal axis indicates the crank angle of the engine body 1.
  • angular acceleration ⁇ ′ the differential value of the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62
  • each time to calculate an angular velocity omega of the compressor wheel 62 its angular velocity omega was set as an angular velocity present value omega z, angular current value omega angular acceleration current value differential value of z omega z Calculate as'.
  • 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, minimum angular velocity ⁇ L or maxima It is set as the angular velocity ⁇ 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, that is, when the slope of the broken line in FIG. 7 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.
  • the angular velocity fluctuation range ⁇ can be calculated by subtracting the minimal angular velocity ⁇ L from the maximal angular velocity ⁇ H set in this manner.
  • 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 of the compressor wheel 62 is estimated, it is 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 compressor wheel 62.
  • Amplifier unit 300 specifically includes the angular velocity omega of the newly read compressor wheel 62 this angular velocity present value omega z, the angular velocity immediately preceding value of the angular velocity omega of the compressor wheel 62 that is loaded into the one before this omega z- It is assumed to be 1 .
  • 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), and the angular acceleration of the compressor wheel 62 this time Calculate the value ⁇ z '.
  • step S25 the amplifier unit 300 determines whether the absolute value of the angular acceleration current value ⁇ z 'of the compressor wheel 62 is less than or equal to 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 compressor wheel 62 is less than or equal to the extreme value determination threshold.
  • the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S26 the amplifier unit 300 determines whether the angular acceleration previous value ⁇ z-1 'of the compressor wheel 62 is a negative value. If the angular acceleration previous value ⁇ z-1 ′ of the compressor wheel 62 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 compressor wheel 62 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 of the compressor wheel 62 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 compressor wheel 62 set in step S24 as a maximum angular velocity .omega.H.
  • step S31 the amplifier unit 300 calculates the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 by substituting the minimum angular velocity ⁇ L and the maximum angular velocity ⁇ H set in step S27 and step S30 into the following equation (7).
  • step S32 the amplifier unit 300 returns the flag F2 to the initial value 0.
  • step S41 the amplifier unit 300 determines whether or not the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 is newly calculated by the control of the angular velocity fluctuation range of the compressor wheel 62 described above.
  • the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S42.
  • the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S42 the amplifier unit 300 reads the angular velocity fluctuation range ⁇ of the newly calculated compressor wheel 62.
  • step S43 the amplifier unit 300 determines whether the data of the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 read so far is equal to or more than a predetermined number N (15 in the present embodiment). If the data of the angular velocity ⁇ of the compressor wheel 62 read so far is equal to or more than a predetermined number N, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S44. On the other hand, if the data of the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 read so far is less than the predetermined number N, the amplifier unit 300 ends the current process.
  • step S44 the amplifier unit 300 calculates the variance V of this data group from the following equation (8), based on the data group of the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 of the predetermined number N that has just been entered.
  • ⁇ ave is an average value of N angular velocity fluctuation ranges ⁇ .
  • step S45 the amplifier unit 300 determines whether the variance V is equal to or greater than a predetermined value. That is, the amplifier unit 300 determines whether or not each value of the angular velocity fluctuation range ⁇ of the latest predetermined number N of compressor wheels 62 has a variation of a predetermined value or more. If the variance V is equal to or greater than the predetermined value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S46. On the other hand, if the variance V is less than the predetermined value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S47. Depending on the magnitude of the predetermined value, it can be detected whether surging is actually occurring or there is a sign of surging. That is, if the predetermined value is increased, it can be detected that surging is actually occurring. Then, if the predetermined value is decreased, it is possible to detect a sign of surging.
  • step S46 the amplifier unit 300 determines that surging occurs in the compressor 6.
  • step S47 the amplifier unit 300 determines that surging has not occurred in the compressor 6.
  • control of the internal combustion engine 100 implemented by the electronic control unit 200 particularly surging suppression control, will be described with reference to FIG.
  • the electronic control unit 200 repeatedly executes this routine in a predetermined operation cycle.
  • step S51 the electronic control unit 200 refers to the surging determination result in the amplifier unit 300, and when surging occurs in the compressor 6, the process proceeds to step S52. On the other hand, if the surging does not occur in the compressor 6, the electronic control unit 200 ends the current process.
  • step S52 the electronic control unit 200 performs control for suppressing surging.
  • the electronic control unit 200 controls the angular velocity or the rotational speed of the compressor wheel 62 so as to suppress surging by changing the nozzle opening degree of the variable nozzle 73 of the turbine 7 in the direction in which surging is suppressed. doing.
  • the control for suppressing surging is not limited to such control, and various known methods can be taken.
  • the internal combustion engine 100 is driven by the engine body 1 and the energy of the exhaust gas discharged from the engine body 1 and has at least one blade 622 and is sucked into the engine body 1 Based on the output value of the passage detection sensor 301, which detects that the blade 622 of the compressor wheel 62 has passed through a predetermined position in the housing 61 that houses the compressor wheel 62 and the compressor wheel 62. And an amplifier unit 300 (determination device) that determines whether surging occurs in the compressor wheel 62 based on the angular velocity of the compressor wheel 62.
  • the amplifier unit 300 calculates an angular acceleration that is a differential value of the angular velocity based on the angular velocity of the compressor wheel 62, and the angular velocity of the compressor wheel 62 when the absolute value of the angular acceleration becomes equal to or less than a predetermined extreme value determination threshold.
  • the angular velocity fluctuation range ⁇ of the cylinder 10 during the exhaust stroke is calculated based on the above, and it is determined based on the variance V of the angular velocity fluctuation range ⁇ whether or not surging occurs in the compressor wheel 62 There is.
  • the amplifier unit 300 is configured to determine that surging occurs in the compressor wheel 62 when the variance V of the angular velocity fluctuation range ⁇ is equal to or more than a predetermined value.
  • the internal combustion engine 100 performs surging when surging occurs in the compressor wheel 62.
  • the electronic control unit 200 controls the angular velocity of the compressor wheel 62 so as to be suppressed.
  • the surging can be suppressed. Further, since the occurrence of surging can be actually detected, it is possible to execute the surging suppression control for suppressing the surging when the surging is actually detected or when the sign thereof is detected. it can. Therefore, it is possible to expand the operating range of the turbocharger 5, which has conventionally provided a sufficient margin to prevent the occurrence of surging.
  • the flow rate of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of each cylinder 10 increases as the angular velocity (rotational speed) of the compressor wheel 62 increases. Therefore, the angular velocity fluctuation range ⁇ tends to be large, and the local minimum angular velocity ⁇ L and the local maximum angular velocity ⁇ H in each cylinder 10 are likely to have a dispersion, and as a result, the angular velocity fluctuation range ⁇ is likely to have a dispersion.
  • the variance V is normalized based on the average angular velocity ⁇ ca of the compressor wheel at the time of calculating the angular velocity fluctuation range and normalized to the normalized variance Vnor. On the basis of this, it is decided to detect whether surging has actually occurred in the compressor 6.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating angular velocity fluctuation range calculation control according to the present embodiment.
  • the processing contents from step S21 to step S32 are the same as in the first embodiment, the description will be omitted here.
  • step 61 the amplifier unit 300 substitutes the minimum angular velocity ⁇ L and the maximum angular velocity ⁇ H set in step S27 and step S30 in equation (9) below as the angular velocity ⁇ c of the compressor wheel 62 at the time of calculating the angular velocity fluctuation range. calculate.
  • the angular velocity ⁇ c is the angular velocity of the central portion of the angular velocity fluctuation range.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating surging determination control according to the present embodiment.
  • the processing contents of step S 41, step S 43, step S 44, step S 46, and step S 47 are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
  • step S71 the amplifier unit 300 reads the angular velocity fluctuation range ⁇ of the compressor wheel 62 newly calculated by the angular velocity fluctuation range calculation control, and the angular velocity ⁇ c of the compressor wheel 62 at the time of calculating the angular velocity fluctuation range.
  • step S72 the amplifier unit 300 calculates the average value of the N angular velocities ⁇ c from the following equation (10), that is, the compressor wheel at the time of calculating the angular velocity fluctuation range based on the latest data group of the predetermined number N of angular velocities ⁇ c.
  • the average angular velocity ⁇ ca of 62 is calculated.
  • step S73 the amplifier unit 300 normalizes the dispersion V based on the average angular velocity ⁇ ca of the compressor wheel at the time of calculating the angular velocity fluctuation range from the following equation (11), and calculates a normalized dispersion Vnor.
  • Vnor V / ⁇ ca (11)
  • the dispersion V is normalized by dividing the dispersion V by the average angular velocity ⁇ ca of the compressor wheel at the time of calculating the angular velocity fluctuation range, whereby variations in the angular velocity fluctuation range ⁇ due to the angular velocity (rotational speed) of the compressor wheel 62 are obtained.
  • the impact can be reduced. Therefore, the surging determination can be performed with high accuracy.
  • step S74 the amplifier unit 300 determines whether the normalized variance Vnor is equal to or greater than a predetermined value. If the normalized variance Vnor is equal to or greater than a predetermined value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S46. On the other hand, if the normalized variance Vnor is less than the predetermined value, the amplifier unit 300 proceeds to the process of step S47.
  • the amplifier unit 300 calculates an angular acceleration that is a differential value of the angular velocity based on the angular velocity of the compressor wheel 62, and the absolute value of the angular acceleration has a predetermined extreme value determination threshold Based on the angular velocity of the compressor wheel 62 at the following times, the angular velocity fluctuation range ⁇ of the cylinder during the exhaust stroke and the average angular velocity ⁇ ca of the compressor wheel 62 at the time of calculation of the angular velocity fluctuation range ⁇ are calculated. It is configured to determine whether surging occurs in the compressor wheel 62 based on the variance V of and the average angular velocity ⁇ ca.
  • the angular velocity of the compressor wheel 62 is detected by the amplifier unit 300 and the occurrence of surging is determined.
  • all the calculations and determinations may be performed by the electronic control unit 200. That is, a determination unit that calculates the angular velocity of the compressor wheel 62 based on the output value of the passage detection sensor 301 and determines whether surging occurs in the compressor wheel 62 based on the angular velocity of the compressor wheel 62;
  • the electronic control unit 200 may be configured to include a control unit that controls the angular velocity of the compressor wheel 62 so as to suppress the surging. Even with this configuration, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
  • the turbocharger 5 applied to the internal combustion engine 100 is exemplified as an example of the supercharger.
  • any supercharger having the blade 622 may be used to calculate the angular velocity. Is possible. Therefore, for example, it is also possible to calculate the angular velocity of an axial compressor or a steam turbine. As described above, if the angular velocity of the turbocharger can be calculated, the fluctuation of the angular velocity occurs when surging occurs in the turbocharger. Therefore, by detecting this variation, it is possible to detect whether surging has actually occurred in the turbocharger and to determine the occurrence of surging. Therefore, if it is a supercharger having the blade 622, it is possible to determine surging with any supercharger.
  • a compressor wheel 62 having at least one blade 622 for compressing air, and a passage detection sensor 301 for detecting that the blade 622 of the compressor wheel 62 has passed a predetermined position in the housing 61 accommodating the compressor wheel 62.
  • the amplifier unit 300 calculates the angular velocity of the compressor wheel 62 based on the output value of the passage detection sensor 301 and determines whether surging occurs in the compressor wheel 62 based on the angular velocity of the compressor wheel 62. If the supercharger is configured to include (determination device), surging of the supercharger can be determined in various systems other than the internal combustion engine to which the supercharger is applied.
  • passage detection sensor 301 for detecting that the blade 622 of the compressor wheel 62 has passed, at a predetermined position in the housing 61 containing the compressor wheel 62 having at least one blade 62 and compressing air
  • a passage detection An amplifier unit 300 determineation device that calculates the angular velocity of the compressor wheel 62 based on the output value of the sensor 301 and determines whether surging occurs in the compressor wheel 62 based on the angular velocity of the compressor wheel 62
  • the sensor with the surging determination function is configured to include the surging determination function, surging of the turbocharger adopted in various systems other than the internal combustion engine and the internal combustion engine can be determined by the sensor with the surging determination function.

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、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

内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ
　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、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、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。
＜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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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、コンプレッサホイール６２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で設定されたコンプレッサホイール６２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で設定されたコンプレッサホイール６２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、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ｔｓｍｐ）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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
PCT/JP2017/047380 2017-12-28 2017-12-28 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ WO2019130584A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019562706A JPWO2019130584A1 (ja) 2017-12-28 2017-12-28 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ
PCT/JP2017/047380 WO2019130584A1 (ja) 2017-12-28 2017-12-28 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/047380 WO2019130584A1 (ja) 2017-12-28 2017-12-28 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019130584A1 true WO2019130584A1 (ja) 2019-07-04

Family

ID=67066901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/047380 WO2019130584A1 (ja) 2017-12-28 2017-12-28 内燃機関、過給機、及びサージング判定機能付きセンサ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2019130584A1 (ja)
WO (1) WO2019130584A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007145021A1 (ja) * 2006-06-12 2007-12-21 Yanmar Co., Ltd. 過給器を備えるエンジン
JP2013234591A (ja) * 2012-05-08 2013-11-21 Yanmar Co Ltd エンジン
JP2016020672A (ja) * 2014-07-15 2016-02-04 ヤンマー株式会社 エンジン
WO2017042871A1 (ja) * 2015-09-07 2017-03-16 株式会社 電子応用 回転数推定装置、多気筒内燃機関及び多気筒内燃機関の制御装置
WO2017154105A1 (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 三菱重工業株式会社 過給機のサージング検出方法およびサージング検出装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007145021A1 (ja) * 2006-06-12 2007-12-21 Yanmar Co., Ltd. 過給器を備えるエンジン
JP2013234591A (ja) * 2012-05-08 2013-11-21 Yanmar Co Ltd エンジン
JP2016020672A (ja) * 2014-07-15 2016-02-04 ヤンマー株式会社 エンジン
WO2017042871A1 (ja) * 2015-09-07 2017-03-16 株式会社 電子応用 回転数推定装置、多気筒内燃機関及び多気筒内燃機関の制御装置
WO2017154105A1 (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 三菱重工業株式会社 過給機のサージング検出方法およびサージング検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019130584A1 (ja) 2020-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5853403B2 (ja) 内燃機関の制御装置
CN101535616A (zh) 带增压器的内燃机的控制装置
US10006414B2 (en) Condensate storage and removal in low pressure exhaust gas recirculation system
CN105980688B (zh) 带有涡轮增压器的发动机的异常检测装置
EP2930337B1 (en) Method to control a supercharged internal combustion engine provided with a turbocharger by means of an estimation of the average power delivered by the turbine of the turbocharger
US6584772B2 (en) Method of limiting charge pressure
US20150292443A1 (en) System and method for turbocharger compressor surge control
US10260405B2 (en) Fuel injection control of a turbocharged internal combustion engine
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
JP6490240B2 (ja) 内燃機関
CN104963781B (zh) 质量流率测定
EP3348956B1 (en) Rotation speed estimation device, multi-cylinder internal combustion engine, and device for controlling multi-cylinder internal combustion engine
JP4770759B2 (ja) 過給機付き内燃機関の制御装置
JP5964260B2 (ja) エンジンの排ガスエネルギー回収装置
WO2019043853A1 (ja) 内燃機関
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
JP6490239B2 (ja) 燃焼状態推定装置
JP6801428B2 (ja) エンジン過給装置
JP2001193573A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2010048133A (ja) エアフロメータの異常検出装置
JP2016089708A (ja) エンジン
WO2017087212A1 (en) Waste heat recovery system
RU2702207C2 (ru) Способ и устройство для коррекции импульсности выходного сигнала датчика массового расхода воздуха
WO2016157442A1 (ja) 角速度推定装置、エネルギ推定装置及び気筒間バラツキ推定装置
WO2018109911A1 (ja) センサ

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: 17936393

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: 2019562706

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17936393

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1