(57)【要約】  内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出方法であって、前記過給機の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形に基づいて、前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する少なくとも一つの第１周波数領域における第１特性量を算出する第１特性量算出ステップと、前記時間変動波形に基づいて、前記少なくとも一つの第１周波数領域を包摂する第２周波数領域における第２特性量を算出する第２特性量算出ステップと、前記第１特性量と前記第２特性量との間の関係に基づいて、前記過給機におけるサージングを検出する検出ステップと、を備え、前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂することを特徴とする。
2017154105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出方法であって、
前記過給機の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形に基づいて、前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する少なくとも一つの第１周波数領域における第１特性量を算出する第１特性量算出ステップと、
前記時間変動波形に基づいて、前記少なくとも一つの第１周波数領域を包摂する第２周波数領域における第２特性量を算出する第２特性量算出ステップと、
前記第１特性量と前記第２特性量との間の関係に基づいて、前記過給機におけるサージングを検出する検出ステップと、を備え、
前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂する、
ことを特徴とする、過給機サージング検出方法。
【請求項２】
前記第１特性量算出ステップでは、前記第１特性量として、前記時間変動波形のうち、前記第１周波数領域に含まれる周波数成分の第１振幅の二乗値を各時刻について求め、前記第１振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第１波形を算出し、
前記第２特性量算出ステップでは、前記第２特性量として、前記時間変動波形のうち、前記第２周波数領域に含まれる周波数成分の第２振幅の二乗値を各時刻について求め、前記第２振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第２波形を算出し、
前記検出ステップでは、各時刻における前記第１波形の瞬時振幅と前記第２波形の瞬時振幅との間の比率を各時刻における瞬時振幅比率として算出し、前記瞬時振幅比率が所定の閾値以上となる時間区間においてサージングが発生していると判定する、
ことを特徴とする、請求項１記載の過給機サージング検出方法。
【請求項３】
前記第１特性量算出ステップでは、前記第１特性量として、前記時間変動波形を離散フーリエ変換して得られる離散周波数成分に基づいて、前記第１周波数領域に対応する第１ＰＯＡ値を算出し、
前記第２特性量算出ステップでは、前記第２特性量として、前記時間変動波形を離散フーリエ変換して得られる離散周波数成分に基づいて、前記第２周波数領域に対応する第２ＰＯＡ値を算出し、
前記検出ステップでは、前記第１ＰＯＡ値と前記第２ＰＯＡ値との間の比率を所定の閾値と比較した結果に基づいて、前記過給機におけるサージング発生の有無を判定する、
ことを特徴とする、請求項１記載の過給機サージング検出方法。
【請求項４】
前記検出ステップでは、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記所定の閾値を決定する、
ことを特徴とする、請求項２又は３に記載の過給機サージング検出方法。
【請求項５】
前記検出ステップでは、前記内燃機関の回転数および負荷と前記所定の閾値との対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記所定の閾値を決定する、
ことを特徴とする、請求項４記載の過給機サージング検出方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの第１周波数領域は、前記内燃機関の回転数に応じて変化する前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応して設定される
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の過給機サージング検出方法。
【請求項７】
前記時間変動波形は、前記過給機に設けられた回転数計測センサにより前記回転数を各時刻について時系列的に計測して得られる回転数データから算出され、
第１特性量算出ステップでは、前記時間変動波形を前記第１周波数領域のみを通過させる第１バンドパス・フィルターに入力し、前記第１バンドパス・フィルターの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより、前記第１特性量を算出し、
第２特性量算出ステップでは、前記時間変動波形を前記第２周波数領域のみを通過させる第２バンドパス・フィルターに入力し、前記第２バンドパス・フィルターの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより、前記第２特性量を算出する、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の過給機サージング検出方法。
【請求項８】
内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出装置であって、
前記過給機の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形に基づいて、前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する少なくとも一つの第１周波数領域における第１特性量を算出する第１特性量算出部と、
前記時間変動波形に基づいて、前記少なくとも一つの第１周波数領域の全てを包摂する第２周波数領域における第２特性量を算出する第２特性量算出部と、
前記第１特性量と前記第２特性量との間の関係に基づいて、前記過給機におけるサージングを検出する検出部と、を備え、
前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂する、
ことを特徴とする、過給機サージング検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に設けられた過給機のサージングを回避または防止することを目的として、過給機のサージングまたはその予兆を検出するための技術と関係する。
【背景技術】
【０００２】
過給機において、サージングとは、吸気系統側のコンプレッサの吸気流量が小さい状態で運転するとき、コンプレッサ内の吸気圧縮機構の動作状態が振動を起こし、吸気流量、吸気圧および回転速度が変動し、甚だしい時には運転不能になる現象である。過給機の動作特性は、コンプレッサの圧力比と吸気流量との間の関係を表す圧力曲線によって評価することが可能であるが、その場合、過給機のサージングが発生するサージング領域は、圧力比に対して吸気流量が相対的に小さい領域に存在する。【０００３】
過給機の運転状態がサージング領域に入ると、給気圧の変動や圧力波振動による異常音が発生するほか、甚だしい場合には、コンプレッサの動作状態の振動により過給機が損傷に至ることもある。そのため、過給機の損傷などを回避または防止するために、サージングの発生またはその予兆を可能な限り早期に検出し、サージング回避のための操作を行うことが必要となる。上記のように、過給機のサージングは、コンプレッサの圧力比と吸気流量との間の関係に基づいて検出可能である。そのため、過給機に追加的に設けた圧力センサおよび吸気流量センサにより過給機の圧力比と吸気流量の測定値を監視することにより、サージングの検出が可能である。しかし、過給機に圧力センサや吸気流量センサを追加的に設けることは、過給機の製造コストや製造工数の上昇につながり、好ましくない。【０００４】
以下の特許文献１は、過給機に圧力センサや吸気流量センサを追加的に設けることなく、一般的な過給機が過給機タービン軸の回転数を測定するために通常備えている回転数センサのみを用いてサージングの検出を行うサージング検出機構を開示している。特許文献１記載のサージング検出機構は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて、過給機の回転数として適正な回転数を算出し、過給機の現在の回転数の実測値が上記適正な回転数以上であれば、サージングが発生したと判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５０２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、過給機を備えたエンジンでは、当該エンジンの加速時や減速時にも過給機の回転数が適正値を超えた異常値を示すことがある。そのため、特許文献１記載のサージング検出機構においては、過給機にサージングが発生していなくても、当該エンジンの加速や減速の際に、過給機の回転数の実測値が過給機の適正回転数を上回ることがある。従って、実際にはサージングが発生していないにもかかわらず、特許文献１記載のサージング検出機構は、当該エンジンの加速や減速の際にサージングの発生を誤検出することがある。その際、当該誤検出に応じて過給機の圧力比を低下させるなどしてサージングを回避しようとする操作を行うと以下の不都合な問題が生じる。つまり、エンジン加速中に過給機の過給圧が低下することにより、エンジンを加速させる際に、過給機の本来の加速性能と比べて実際の加速性能が低下してしまう。【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明の幾つかの実施形態は、当該エンジンの加速や減速の際に過給機におけるサージングの発生を誤検出することなく、可能な限り、実際にサージングが発生したときだけ過給機のサージングの発生を正しく検出することができる検出方法および検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の幾つかの実施形態に従って、内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出方法であって、
前記過給機の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形に基づいて、前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する少なくとも一つの第１周波数領域における第１特性量を算出する第１特性量算出ステップと、
前記時間変動波形に基づいて、前記少なくとも一つの第１周波数領域の全てを包摂する第２周波数領域における第２特性量を算出する第２特性量算出ステップと、
前記第１特性量と前記第２特性量との間の関係に基づいて、前記過給機におけるサージングを検出する検出ステップと、を備え、
前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂する、
ことを特徴とする。【０００９】
一般に、過給機の回転数の時系列変動波形における周波数成分に着目して過給機のサージングを検出しようとすると、以下の不都合な問題点がある。すなわち、過給機の回転数の時系列変動波形における周波数成分を観測すると、サージング発生時に固有のピーク周波数成分は、サージング発生時だけでなく、内燃機関の加減速時にも現れることが多い。従って、サージング発生時に固有のピーク周波数成分だけに着目しても、そのピーク周波数成分がサージング発生に起因して現れたのか内燃機関の加減速に起因して現れたのかを見分けることが困難である。【００１０】
その一方で、内燃機関の加減速時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲は、サージング発生時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲よりもずっと広い。これを別の観点から説明すると、サージングが実際に発生している時には、第１周波数領域と第２周波数領域の両者においてサージング発生時に固有のピーク周波数が現れる。これに対し、内燃機関の加減速時には、当該加減速時に固有のピーク周波数のうち、サージング発生時に固有のピーク周波数を除く周波数成分は、第２周波数領域内にのみ現れる。その結果、サージング発生時には、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が無いのに対して、内燃機関の加減速時には、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が現れる。【００１１】
そこで、上記（１）の方法では、第１周波数領域と第２周波数領域においてそれぞれ算出した第１特性量と第２特性量との間の関係性から、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に差異が有るか無いかを判別することができるようにした。それにより、上記（１）の方法によれば、当該エンジンの加速や減速の際に過給機におけるサージングの発生を誤検出することなく、可能な限り、実際にサージングが発生したときだけ過給機のサージングの発生を検出することができる。【００１２】
（２）例示的な一実施形態では、上記（１）の方法において、前記第１特性量として、前記時間変動波形のうち、前記第１周波数領域に含まれる周波数成分の第１振幅の二乗値を各時刻について求め、前記第１振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第１波形を算出し、
前記第２特性量として、前記時間変動波形のうち、前記第２周波数領域に含まれる周波数成分の第２振幅の二乗値を各時刻について求め、前記第２振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第２波形を算出し、
前記検出ステップでは、各時刻における前記第１波形の瞬時振幅と前記第２波形の瞬時振幅との間の比率を各時刻における瞬時振幅比率として算出し、前記瞬時振幅比率が所定の閾値以上となる時間区間においてサージングが発生していると判定する、
ことを特徴とする。【００１３】
上記（２）の方法によれば、第１周波数領域および第２周波数領域にそれぞれ含まれる周波数成分波形の振幅が正の場合でも負の場合でも、当該振幅の絶対値の二乗を求めることにより、当該振幅の大きさを電力として評価することができる。また、第１波形および第２波形は、上記のように各時刻における振幅を二乗した値の時系列を移動平均演算によって平滑化して得られている。そのため、第１波形および第２波形のそれぞれは、第１周波数領域および第２周波数領域における上記時間変動波形の電力スペクトルの時間変化に対応する。その結果、上記（２）の方法では、サージング検出の基準となる第１周波数領域と第２周波数領域との間におけるピーク周波数成分の構成の差異を、第１周波数領域と第２周波数領域との間における周波数成分波形の電力スペクトルの差異として具体的に数値化することができる。【００１４】
また、上記（２）の方法において、移動平均演算による平滑化を行わない場合、第１波形および第２波形は、不規則に変動するノイズに対応する高周波成分とゆっくり変化する全体的な変動傾向に対応する低周波成分とを含むこととなる。さらに、第１波形および第２波形の振幅に占める当該不規則な高周波成分の割合は高いのが一般的である。従って、上述した移動平均演算による平滑化を行って、第１波形および第２波形から当該高周波成分を除去しない場合、第１波形の瞬時振幅と第２波形の瞬時振幅との間の比率は、不規則に変動するノイズによって大きな誤差を含むこととなる。そこで、上記（２）の方法では、移動平均演算による平滑化を行うことによって、第１波形および第２波形に含まれる不規則に変動するノイズを除去し、第１波形の瞬時振幅と第２波形の瞬時振幅との間の比率を正しく算出することができるようにしている。【００１５】
その上で、上記（２）の方法では、第１周波数領域における電力スペクトルの時間変化として得られた波形と第２周波数領域における電力スペクトルの時間変化として得られた波形との間において瞬時振幅の比率を算出している。そして、上記（２）の方法では、この瞬時振幅の比率が所定の閾値以上となる場合に、サージングが発生していると判定することができる。何故なら、サージング発生時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第１周波数領域にのみ集中するので、上記比率は非常に大きくなるが、内燃機関の加減速時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第２周波数領域全体にわたって広く分散するので、上記比率は非常に小さくなるからである。言い換えると、サージング発生時には、全てのピーク周波数成分のエネルギーのうち、第１周波数領域に含まれるエネルギーの割合が高くなる。これに対して、内燃機関の加減速時には、全てのピーク周波数成分のエネルギーは、第２周波数領域全体にわたって広く分散するので、第１周波数領域に含まれるエネルギーの割合は相対的に少なくなる。従って、所定の閾値として適切な数値を設定すれば、上記（２）の方法に従ってサージングの発生を正しく検出することができるようになる。【００１６】
（３）例示的な一実施形態では、上記（１）の方法において、前記第１特性量として、前記時間変動波形を離散フーリエ変換して得られる離散周波数成分に基づいて、前記第１周波数領域に対応する第１ＰＯＡ値を算出し、
前記第２特性量として、前記時間変動波形を離散フーリエ変換して得られる離散周波数成分に基づいて、前記第２周波数領域に対応する第２ＰＯＡ値を算出し、
前記検出ステップでは、前記第１ＰＯＡ値と前記第２ＰＯＡ値と間の比率を所定の閾値と比較した結果に基づいて、前記過給機におけるサージング発生の有無を判定する、
ことを特徴とする。【００１７】
上記（３）の方法では、サージング検出の基準となる第１周波数領域と第２周波数領域との間におけるピーク周波数成分の構成の差異を、第１周波数領域および第２周波数領域についてそれぞれ算出された２つのＰＯＡ値の差異として具体的に数値化することができる。また、上記（３）の方法では、過給機の回転数の時間変動波形を離散フーリエ変換した後に、第１周波数領域と第２周波数領域のそれぞれについて第１ＰＯＡ値と第２ＰＯＡ値を算出している。そのため、当該時間変動波形から第１周波数領域と第２周波数領域のそれぞれに含まれる周波数成分を取り出す演算がフィルター回路を使用せずに簡単に実行可能となる。具体的には、離散フーリエ変換して得られる複数の離散周波数成分の中から、第１周波数領域と第２周波数領域のそれぞれに含まれる離散周波数成分を単に選択するだけで所望の周波数成分波形を取り出すことができ、離散フーリエ変換は、市販の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路を使用して簡単に実装することができる。【００１８】
（４）例示的な一実施形態では、上記（１）〜（３）の方法において、第１特性量算出ステップでは、前記内燃機関の回転数に応じて変化する前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応して、前記少なくとも一つの第１周波数領域が変化させられ、
第２特性量算出ステップでは、前記内燃機関の回転数に応じて前記少なくとも一つの第１周波数領域が変化するのに対応して、前記第２周波数領域が変化させられる、
ことを特徴とする。【００１９】
上記（４）の方法によれば、内燃機関の回転数に応じてサージング発生時に固有のピーク周波数が変動しても、当該ピーク周波数の変動に対応して第１周波数領域を変化させることができる。従って、上記（４）の方法によれば、内燃機関の回転数に応じてサージング発生時に固有のピーク周波数が変動しても、サージングの発生を正しく検出することができる。【００２０】
（５）例示的な一実施形態では、上記（２）〜（４）の方法において、前記検出ステップでは、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記所定の閾値を決定する、
ことを特徴とする。
上記（５）の方法によれば、内燃機関の回転数および負荷に応じて瞬時振幅比率と比較すべき閾値の適切な数値範囲が変動しても、当該回転数および負荷の変動に対応して閾値を変化させることができる。従って、上記（５）の方法によれば、内燃機関の回転数および負荷が変動しても、上記瞬時振幅比率を当該回転数および負荷に応じた適切な閾値と比較することにより、サージングの発生を正しく検出することができる。【００２１】
（６）例示的な一実施形態では、上記（５）の方法において、前記検出ステップでは、前記内燃機関の回転数および負荷と前記所定の閾値との対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記所定の閾値を決定する、
ことを特徴とする。【００２２】
上記（６）の方法によれば、内燃機関の回転数および負荷の変動に応じて閾値の適切な数値範囲が変動しても、当該回転数および負荷の変動に応じて閾値の適切な設定値を決定する仕組みを簡単な検索テーブルによって実装することができる。また、上記（６）の方法によれば、当該回転数および負荷の現在値から閾値の適切な設定値を簡単な演算で高速に決定することができる。【００２３】
（７）例示的な一実施形態では、上記（１）〜（６）の方法において、前記時間変動波形は、前記過給機に設けられた回転数計測センサにより前記回転数を各時刻について時系列的に計測して得られる回転数データから算出され、
前記第１特性量は、前記時間変動波形を前記第１周波数領域のみを通過させる第１バンドパス・フィルターに入力し、前記第１バンドパス・フィルターの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより算出され、
前記第２特性量は、前記時間変動波形を前記第２周波数領域のみを通過させる第２バンドパス・フィルターに入力し、前記第２バンドパス・フィルターの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより算出される、
ことを特徴とする。【００２４】
上記（７）の方法では、過給機の回転数の時間変動波形から、第１周波数領域および第２周波数領域にそれぞれ含まれる周波数成分波形を取り出す仕組みを第１バンドパス・フィルターと第２バンドパス・フィルターによってそれぞれ実現している。また、上記（７）の方法では、第１バンドパス・フィルターと第２バンドパス・フィルターによってそれぞれ取り出された２つの周波数成分波形を別の演算手段によりさらに演算処理することによって第１特性量と第２特性量を算出するようにしている。従って、上記（７）の方法によれば、上記（１）〜（６）の方法を実施する仕組みを簡単な構成の具体的ハードウェアによって実現することができる。【００２５】
（８）本発明の幾つかの実施形態に従って、内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出装置は、
前記過給機の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形に基づいて、前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する少なくとも一つの第１周波数領域における第１特性量を算出する第１特性量算出部と、
前記時間変動波形に基づいて、前記少なくとも一つの第１周波数領域の全てを包摂する第２周波数領域における第２特性量を算出する第２特性量算出部と、
前記第１特性量と前記第２特性量との間の関係に基づいて、前記過給機におけるサージングを検出する検出部と、を備え、
前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂する、ことを特徴とする。【００２６】
一般に、過給機の回転数の時系列変動波形における周波数成分に着目して過給機のサージングを検出しようとすると、以下の不都合な問題点がある。すなわち、過給機の回転数の時系列変動波形における周波数成分を観測すると、サージング発生時に固有のピーク周波数成分は、サージング発生時だけでなく、内燃機関の加減速時にも現れることが多い。その一方で、内燃機関の加減速時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲は、サージング発生時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲よりもずっと広い。これを別の観点から説明すると、サージングが実際に発生している時には、第１周波数領域と第２周波数領域の両者においてサージング発生時に固有のピーク周波数が現れる。これに対して、内燃機関の加減速時には、当該加減速時に固有のピーク周波数のうち、サージング発生時に固有のピーク周波数成分を除く周波数成分は、第２周波数領域内にのみ現れる。その結果、サージング発生時には、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が無いのに対して、内燃機関の加減速時には、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が現れる。【００２７】
そこで、上記（８）の構成では、第１周波数領域と第２周波数領域においてそれぞれ算出した第１特性量と第２特性量との間の関係性から、第１周波数領域と第２周波数領域との間でピーク周波数成分の構成に差異が有るか無いかを判別することができるようにした。それにより、上記（８）の構成によれば、当該エンジンの加速や減速の際に過給機におけるサージングの発生を誤検出することなく、可能な限り、実際にサージングが発生したときだけ過給機のサージングの発生を検出することができる。【００２８】
（９）本発明の幾つかの実施形態に従って、内燃機関に設けられる過給機のサージングを検出する過給機サージング検出装置は、
回転数計測センサにより前記回転数を各時刻について時系列的に計測して得られる回転数データから前記回転数の時間変動波形を算出する時間変動波形算出部と、
前記時間変動波形のうち、前記第１周波数領域に含まれる周波数成分のみを通過させ、さらに所定の演算を適用することにより、第１特性量を出力する第１バンドパス・フィルターと、
前記時間変動波形のうち、前記第２周波数領域に含まれる周波数成分のみを通過させ、さらに所定の演算を適用することにより、第２特性量を出力する第２バンドパス・フィルターと、
前記過給機のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分が前記内燃機関の回転数に従って変動するのに応じて、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分に対応する前記第１周波数領域を前記第１バンドパス・フィルターに設定する第１フィルター設定部と、
前記第１フィルター設定部によって設定された前記第１周波数領域を包摂する第２周波数領域を前記第２バンドパス・フィルターに設定する第２フィルター設定部と、
前記第１特性量と前記第２特性量との間の比率を所定の閾値と比較することにより、前記過給機におけるサージングを検出するサージング発生検出部と、を備え、
前記第２周波数領域は、前記少なくとも一つの第１ピーク周波数成分とは異なる周波数成分のうち、前記内燃機関の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数をさらに包摂する、ことを特徴とする。【００２９】
上記（９）の構成では、過給機の回転数の時間変動波形から、第１周波数領域および第２周波数領域にそれぞれ含まれる周波数成分波形を取り出す仕組みを第１バンドパス・フィルターと第２バンドパス・フィルターによってそれぞれ実現している。また、上記（９）の構成では、第１バンドパス・フィルターと第２バンドパス・フィルターによってそれぞれ取り出された２つの周波数成分波形を別の演算手段によりさらに演算処理することによって第１特性量と第２特性量を算出するようにしている。従って、上記（９）の構成によれば、上記（１）〜（６）の方法を実施する仕組みを簡単な構成の具体的ハードウェアによって実現することができる。【００３０】
また、上記（９）の構成によれば、内燃機関の回転数に応じてサージング発生時に固有のピーク周波数が変動しても、当該ピーク周波数の変動に対応して第１周波数領域を変更し、変更後の第１周波数領域を第１バンドパス・フィルターに再設定することができる。また、上記のように内燃機関の回転数に応じて第１周波数領域が変更されたことに伴って第２周波数領域も変更された場合、変更後の第２周波数領域を第２バンドパス・フィルターに再設定することができる。従って、上記（９）の構成によれば、内燃機関の回転数に応じてサージング発生時に固有のピーク周波数が変動しても、サージングの発生を正しく検出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上より、本発明の幾つかの実施形態によれば、当該エンジンの加速や減速の際に過給機におけるサージングの発生を誤検出することなく、可能な限り、実際にサージングが発生したときだけ過給機のサージングの発生を正しく検出することができる検出方法および検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】過給機、サージング検出機構およびサージング回避機構を含むエンジンを示す図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法の実行手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法の動作原理をグラフで説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るサージング検出装置の構成図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係るサージング検出装置の構成図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法を模擬的に実行したシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法を模擬的に実行したシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３４】
以下、まず本発明に係る幾つかの実施形態を説明するのに先立って、本発明の幾つかの実施形態に係るサージング研修付方法の適用対象として、過給機、サージング検出機構およびサージング回避機構を含む内燃機関の構成について図１を参照しながら具体的に説明する。また、図１を参照しながら、サージング検出機構が過給機のサージングを検出した際にサージング回避のためにサージング回避機構が行う操作についても説明する。続いて、本発明の幾つかの実施形態に従って過給機におけるサージングを検出するための方法及び装置について図２〜図８を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】
まず、図１を参照しながら本発明の幾つかの実施形態に係るサージング研修付方法の適用対象として、過給機、サージング検出機構およびサージング回避機構を含む内燃機関の構成について説明する。図１に示すように、吸気マニホールド１０ａは、エンジン本体１の一側に配置されている。また、吸気マニホールド１０ａは、吸気通路１０の下流側に接続されている。吸気通路１０は、ターボ式の過給機４０に備えられたコンプレッサ４１及び還流制御弁１２を介して吸気マニホールド１０ａまで構成されている。このようにして、外気は、吸気通路１０に導入され吸気マニホールド１０ａによりエンジン本体１の各気筒に供給される。
【００３６】
さらに、エンジン本体１の排気系統について説明する。排気マニホールド２０ａが、エンジン本体１の吸気マニホールド１０ａの対向側に配置されている。また、排気マニホールド２０ａは、排気通路２０の上流側に接続されている。排気通路２０は、ターボ式の過給機４０に備えられたタービン４２を介して排気マニホールド２０ａまで構成されている。なお、タービン４２は、タービン軸４３を介してコンプレッサ４１と接続されており、排気通路２０内の排ガスの流れによって生じたタービン４２の回転力がコンプレッサ４１に伝わるようになっている。排気浄化フィルター２２には触媒２３が担持されている。このようにして、排気ガスは、エンジン本体１内の各気筒より排気マニホールド２０ａを介して排気通路２０に導入され、外部へ流出される。
【００３７】
エンジン本体１に設けられたＥＧＲ装置５０は、吸気通路１０及び排気通路２０に接続されている。また、ＥＧＲ通路５１は、排気マニホールド２０ａと排気浄化フィルター２２より下流の吸気通路１０とを接続している。ＥＧＲ通路５１は、排気マニホールド２０ａを出たＥＧＲガス（排気ガス）を冷却するＥＧＲ用クーラー５２及びＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲ弁５３より構成されている。
【００３８】
次に、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００について説明する。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどを備え、予めプログラム及びデータ等が記憶されている。ＥＣＵ１００は、センサ類の信号に基づいて各種の演算処理を行ない、各アクチュエータに制御信号を指令する制御装置である。また、ＥＣＵ１００は、予め記憶されたプログラムを実行することにより、本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法を実施するようにしても良い。また、ＥＣＵ１００は、予め記憶されたプログラムを実行することにより、当該サージング検出方法に従って過給機４０のサージングが検出された際に、サージングを回避する操作を行うために各アクチュエータに制御信号を出力するように構成されても良い。
【００３９】
図１に示す例示的な一実施形態では、ＥＣＵ１００に計測信号を供給するセンサ類として、例えば、過給機４０のコンプレッサ４１の回転数及び回転角速度を検出する過給機回転数計測センサ６２、エンジン負荷等を検出するアクセル開度センサ６３、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ６４がＥＣＵ１００に接続されていてもよい。また、ＥＣＵ１００によって制御されるアクチュエータとして、例えば、還流制御弁１２の開度を制御する還流制御弁開度制御部１２ａおよびＥＧＲ弁５３がＥＣＵ６０に接続されていてもよい。また、還流制御弁１２からコンプレッサ４１の上流側に位置する吸気通路１０に向けて吸気ガスを還流させる還流配管１２ｂが伸びている。
【００４０】
以下、ＥＣＵ１００が、センサ類の信号に基づいて各種の演算処理を行ない、各アクチュエータに制御信号を指令する制御動作の概要について図１を参照しながら説明する。ＥＣＵ１００は、時刻ｔにおけるコンプレッサ４１の回転速度に対応した過給機回転数ｒ（ｔ）および回転角速度ω（ｔ）を一定のサンプリング周期で過給機回転数計測センサ６２から時系列的に受信している。また、ＥＣＵ１００は、時刻ｔにおけるコンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および時刻ｔにおける過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）を一定のサンプリング周期で過給機回転数計測センサ６２から時系列的に受信している。なお、過給機回転数ｒ（ｔ）の単位はｒｐｍであり、回転角速度ω（ｔ）の単位はラジアン／秒である。同時に、ＥＣＵ１００は、時刻ｔにおけるエンジン負荷Ｌ（ｔ）およびエンジン回転数Ｒ（ｔ）を一定のサンプリング周期でアクセル開度センサ６３およびエンジン回転数センサ６４から時系列的に受信している。
【００４１】
ＥＣＵ１００は、時系列的に受信した過給機回転数ｒ（ｔ）、回転角速度ω（ｔ）エンジン負荷Ｌ（ｔ）およびエンジン回転数Ｒ（ｔ）に基づいて過給機４０におけるサージング発生を検出するための演算を図２〜図８を用いて後述するサージング検出方法に従って実行する、その結果、当該サージング検出方法に従って過給機４０のサージングが検出された時点で、ＥＣＵ１００は、サージングを回避する操作を行うために還流制御弁開度制御部１２ａおよびＥＧＲ弁５３に制御信号を出力する。具体的には、過給機４０のサージングが検出された時点で、ＥＣＵ１００は、還流制御弁１２の開度を大きくするよう指示する制御信号を還流制御弁開度制御部１２ａに送信する。当該制御信号を受信した還流制御弁開度制御部１２ａは、還流制御弁１２の開度を増加させることによって、還流配管１２ｂを介してコンプレッサ４１の下流側からコンプレッサ４１の上流側に還流させる吸気ガスの還流量を増加させる。さらに、過給機４０のサージングが検出された時点で、ＥＣＵ１００は、弁の開度を大きくするよう指示する制御信号をＥＧＲ弁５３に送信することにより、ＥＧＲ弁５３の開度を大きくする。ＥＣＵ１００がこのような操作を行うことにより、コンプレッサ４１の上流側吸気圧と下流側吸気圧との間の比である圧力比が低下し、過給機４０の過給圧が調整されることにより、過給機４０の動作点がサージング領域の外に出るように制御することが可能となる。
【００４２】
次に、図２〜図８を参照しながら、本発明の幾つかの実施形態に従って過給機４０におけるサージングを検出するための方法及び装置について説明する。図２〜図８を参照しながら後述するサージング検出方法は、過給機４０の回転数の時系列変動波形ｒ（ｔ）における周波数成分に着目して過給機４０のサージングを検出しようとする際に生じる以下の不都合な問題点を克服することを目的としている。すなわち、過給機４０の回転数の時系列変動波形ｒ（ｔ）における周波数成分を観測すると、サージング発生時に固有のピーク周波数成分は、サージング発生時だけでなく、エンジン本体１（内燃機関）の加減速時にも現れることが多い。従って、サージング発生時に固有のピーク周波数成分だけに着目しても、そのピーク周波数成分がサージング発生に起因して現れたのか、それともエンジン本体１（内燃機関）の加減速に起因して現れたのかを見分けることが困難である。
【００４３】
図２は、本発明の幾つかの実施形態に係るサージング検出方法の実行手順を示すフローチャートである。図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１０から開始し、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）を取得する。具体的には、図１に示すように、ＥＣＵ１００が、時刻ｔにおけるコンプレッサ４１の過給機回転数ｒ（ｔ）の計測信号を一定のサンプリング周期で過給機回転数計測センサ６２から時系列的に受信する。
【００４４】
続いて、図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１１ＡおよびステップＳ１１Ｂに進む。ステップＳ１１Ａでは、過給機４０のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１に対応する少なくとも一つの第１周波数領域ＦＷ１が設定される。例えば、一例においては、ステップＳ１１Ａでは、第１周波数領域ＦＷ１として、過給機４０のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦを含み、第１ピーク周波数成分ＰＦの近傍の周波数成分を含む周波数範囲を設定しても良い。ステップＳ１１Ｂでは、第２周波数領域ＦＷ２が設定される。ここで、第２周波数領域ＦＷ２は、第１周波数領域ＦＷ１を包摂するだけでなく、第１ピーク周波数成分ＰＦ１とは異なる周波数成分のうち、エンジン本体１の加減速時に固有の少なくとも一つの第２ピーク周波数ＰＦ２をさらに包摂するように設定される。
【００４５】
続いて、図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１２ＡおよびステップＳ１２Ｂに進む。ステップＳ１２Ａでは、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分波形ＣＷ１が抽出される。ステップＳ１２Ｂでは、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）から第２周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分波形ＣＷ２が抽出される。続いて、図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１３ＡおよびステップＳ１３Ｂに進む。ステップＳ１３Ａでは、時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分を抽出することにより得られた波形ＣＷ１に基づいて、第１特性量Ｐが算出される。ステップＳ１３Ｂでは、時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分を抽出することにより得られた波形ＣＷ２に基づいて、第２特性量Ｑが算出される。
【００４６】
以上のようにしてステップＳ１１Ａ〜ステップＳ１３Ａの処理を実行することにより、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）に基づいて、過給機４０のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＲＦ１に対応する少なくとも一つの第１周波数領域ＦＷ１における第１特性量Ｐを算出することができる。また、上記のようにステップＳ１１Ｂ〜ステップＳ１３Ｂの処理を実行することにより、時間変動波形ｒ（ｔ）に基づいて、少なくとも一つの第１周波数領域ＦＷ１を包摂する第２周波数領域ＦＷ２における第２特性量を算出することができる。
【００４７】
続いて、図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１４に進み、ステップＳ１３Ａにおいて算出された第１特性量ＰとステップＳ１３Ｂにおいて算出された第２特性量Ｑとの間における関係性を評価する。続いて、図２のフローチャートの実行は、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１４における評価結果に基づいて過給機４０におけるサージング発生の有無を判定する。例示的な一実施形態では、例えば、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における瞬時振幅の比が所定の閾値よりも大きければ、過給機４０においてサージングが発生していると判定することが可能である。
【００４８】
上述した一連の処理ステップを実行することにより、図２に示すサージング検出方法は、サージング発生時に固有のピーク周波数成分がサージングの発生またはエンジン本体１の加減速のどちらに起因して現れたのかを見分け難いという問題を以下のようにして克服している。上述したように、エンジン本体１（内燃機関）の加減速時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲は、サージング発生時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲よりもずっと広い。従って、サージングが実際に発生している時には、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２の両者においてサージング発生時に固有のピーク周波数ＰＦ１が現れる。一方、エンジン本体１（内燃機関）の加減速時には、当該加減速時に固有のピーク周波数ＰＦ２のうち、サージング発生時に固有のピーク周波数ＰＦ１を除く周波数成分は、第２周波数領域ＦＷ２内にのみ現れる。その結果、サージング発生時には、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が無いのに対して、エンジン本体１（内燃機関）の加減速時には、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２との間でピーク周波数成分の構成に顕著な差異が現れる。
【００４９】
そこで、図２に示すサージング検出方法では、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２においてそれぞれ算出した第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間の関係性から、第１周波数領域Ｐと第２周波数領域Ｑとの間でピーク周波数成分の構成に差異が有るか無いかを判別することができるようにした。それにより、当該サージング検出方法によれば、エンジン本体１の加速や減速の際に過給機４０におけるサージングの発生を誤検出することなく、可能な限り、実際にサージングが発生したときだけ過給機４０のサージング発生を検出することができる。その結果、エンジン加速中におけるサージングの誤検出に応じてサージング回避のために過給機４０の圧力比を低下させた際に、過給機４０の過給圧が低下することにより、過給機４０の本来の加速性能と比べて実際の加速性能が低下してしまうという問題も解消する。
【００５０】
次に、図３にグラフとして示す事例を用いて、図２に示すサージング検出方法の基本原理について説明する。図３（Ａ）を参照すると、実線で描かれたグラフ曲線は、エンジン本体１の出力変化を表し、Ｔａで表される時間区間においてエンジン本体１が加速動作を行っている様子が示されている。図３（Ａ）のグラフにおいて、点線で表されるグラフ曲線は、過給機４０の回転数の時系列的な時間変動波形ｒ（ｔ）を表し、時間区間Ｔａにおいては、ｒ（ｔ）の振幅が激しく増減している様子が示されている。また、時間区間Ｔｂにおいては、サージングが発生しようとしている予兆であるプレサージにより、ｒ（ｔ）の振幅が激しく増減している様子が示されている。また、時間区間Ｔｃにおいては、サージングの発生により、ｒ（ｔ）の振幅が時間区間Ｔｂよりも激しく増減している様子が示されている。
【００５１】
図３（Ｂ）は、時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分を抽出して得られる波形ＣＷ１に対して、振幅を二乗し、二乗した振幅の時間変化を移動平均演算により平滑化する処理を適用した波形を表す。つまり、図３（Ｂ）に示す波形は、第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分を抽出して得られる波形ＣＷ１をエネルギーの変動曲線に変換したものであり、図２のステップＳ１３Ａにおいて算出された第１特性量Ｐの値の時間変化曲線に相当する。図３（Ｃ）は、時間変動波形ｒ（ｔ）から第２周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分を抽出して得られる波形ＣＷ２に対して、振幅を二乗し、二乗した振幅の時間変化を移動平均演算により平滑化する処理を適用した波形を表す。つまり、図３（Ｃ）に示す波形は、第２周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分を抽出して得られる波形ＣＷ２をエネルギーの変動曲線に変換したものであり、図２のステップＳ１３Ｂにおいて算出された第２特性量Ｑの値の時間変化曲線に相当する。
【００５２】
時間区間Ｔａにおいてはエンジン本体１の加速動作が行われているので、時間区間Ｔａで現れるピーク周波数波形は、エンジン本体１の加減速時に現れるピーク周波数成分ＰＦ２に対応する。従って、時間区間Ｔａで現れるピーク周波数波形は、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）の両者において現れる。一方、時間区間ＴｂおよびＴｃにおいては過給機４０のプレサージおよびサージングが発生しているので、時間区間ＴｂおよびＴｃで現れるピーク周波数波形は、過給機４０におけるプレサージおよびサージングの発生時に現れるピーク周波数成分ＰＦ１に対応する。従って、時間区間ＴｂおよびＴｃで現れるピーク周波数波形は、図３（Ｂ）には現れるが図３（Ｃ）には現れない。
【００５３】
以上のように、エンジン本体１の加減速時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲は、サージング発生時に固有のピーク周波数成分が現れる周波数範囲よりもずっと広い。言い換えると、サージング発生時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第１周波数領域ＦＷ１にのみ集中する。これに対し、エンジン本体１の加減速時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第２周波数領域ＦＷ２全体にわたって広く分散する。つまり、サージング発生時には、全てのピーク周波数成分のエネルギーのうち、第１周波数領域ＦＷ１に含まれるエネルギーの割合が高くなる。これに対して、エンジン本体１の加減速時には、全てのピーク周波数成分のエネルギーは第２周波数領域ＦＷ２全体にわたって広く分散するので、第１周波数領域ＦＷ１に含まれるエネルギーの割合は相対的に少なくなる。従って、図３（Ｄ）に示すように、図３（Ｂ）に示す波形（第１特性量Ｐの変動曲線）と図３（Ｃ）に示す波形（第２特性量Ｑの変動曲線）との間で瞬時振幅の比を取ると過給機４０におけるプレサージおよびサージングが発生している時間帯であるＴｂおよびＴｃにおいてのみ上記比が大きくなっていることが分かる。従って、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における瞬時振幅の比が所定の閾値よりも大きければ、過給機４０においてプレサージまたはサージングが発生していると判定することが可能である。言い換えると、図２のステップＳ１４〜Ｓ１５のように、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における所定の関係性を評価すれば、当該評価結果に基づいて過給機４０におけるプレサージまたはサージングの発生を検出することができる。
【００５４】
ところで、過給機４０におけるサージング発生時に固有のピーク周波数は、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）、過給機４０の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）に応じて変化することがある。そこで、一実施形態では、図２のステップＳ１３Ａにおいて第１特性量を算出する際に、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）に応じて変化する少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１に対応して、少なくとも一つの第１周波数領域ＦＷ１が変化させられるようにしてもよい。また、図２のステップＳ１３Ｂにおいて第２特性量を算出する際には、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）に応じて少なくとも一つの第１周波数領域ＦＷ１が変化するのに対応して、第２周波数領域ＦＷ２が変化させられるようにしてもよい。
【００５５】
また、代替的な実施形態では、第１ピーク周波数成分ＰＦ１がエンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）に依存して変化するのみならず、過給機４０の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）にも依存して変化するのに対応して、第１周波数領域ＦＷ１が変化させられるようにしてもよい。また、図２のステップＳ１３Ｂにおいて第２特性量を算出する際には、第１周波数領域ＦＷ１がエンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）に依存して変化するのみならず、過給機４０の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）にも依存して変化するのに対応して、第２周波数領域ＦＷ２が変化させられるようにしてもよい。
【００５６】
次に、図２に示すサージング検出方法を実行するために例示的な一実施形態に従って構成されるサージング検出装置４００の構成について図４を参照しながら説明する。一実施形態では、図４に示すサージング検出装置４００は、図１のＥＣＵ１００内の回路として実現するようにしてもよい。また、別の実施形態では、図４に示すサージング検出装置４００は、図１のＥＣＵ１００が専用のプログラムを読み込んで実行することにより実現されても良い。
【００５７】
図４に示すサージング検出装置４００は、互いに並列動作することが可能となるように構成された第１回路１４０ａと第２回路１４０ｂに加え、第１回路１４０ａと第２回路１４０ｂの出力側に接続された除算回路１５２を備え、さらに、除算回路１５２からの出力値と閾値マップ１５３から出力される閾値とを比較する比較回路１５４を備える。一実施形態では、第２回路１４０ｂと除算回路１５２の間には、下限値設定回路１５１が介装されるようにしても良い。また、第１回路１４０ａは、第１バンドパス・フィルター１１０ａ（ＢＰＦ  １１０ａ）、二乗演算回路１２０ａおよび移動平均演算回路１３０ａを直列接続して成る直列回路を含んでいる。また、第１回路１４０ｂは、第２バンドパス・フィルター１１０ｂ（ＢＰＦ  １１０ｂ）、二乗演算回路１２０ｂおよび移動平均演算回路１３０ｂを直列接続して成る直列回路を含んでいる。
【００５８】
以下、図２のフローチャートに示すサージング検出方法が図４に示すサージング検出装置４００によってどのように実行されるかを説明する。まず、図２のステップＳ１０に従って、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）が得られると、時間変動波形ｒ（ｔ）は、第１バンドパス・フィルター１１０ａおよび第２バンドパス・フィルター１１０ｂに入力される。一実施形態によれば、時間変動波形ｒ（ｔ）は、過給機４０に設けられた過給機回転数計測センサ６２により過給機４０の回転数を各時刻について時系列的に計測して得られる回転数データから算出されてもよい。
【００５９】
続いて、図２のステップＳ１１ＡおよびステップＳ１２Ａに従って、第１バンドパス・フィルター１１０ａは、時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分のみを抽出して得られる波形ＣＷ１を二乗演算回路１２０ａに出力する。続いて、図２のステップＳ１３Ａに相当する処理が、二乗演算回路１２０ａおよび移動平均演算回路１３０ａによって実行される。具体的には、二乗演算回路１２０ａは、第１バンドパス・フィルター１１０ａから受け取った波形ＣＷ１の各時刻における振幅値を二乗した値（以下、振幅二乗値と呼ぶ）を算出し、当該振幅二乗値を移動平均演算回路１３０ａに対して時系列的に出力する。移動平均演算回路１３０ａは、二乗演算回路１２０ａから各時刻における波形ＣＷ１の振幅二乗値を受け取る毎に、所定の時間ウィンドウＴＷにわたって波形ＣＷ１の振幅二乗値の時系列に対して移動平均演算を行い、その結果を第１特性量Ｐの時系列として除算回路１５２に出力する。以上より、第１特性量Ｐは、時間変動波形ｒ（ｔ）を第１周波数領域ＦＷ１のみを通過させる第１バンドパス・フィルター１１０ａに入力し、第１バンドパス・フィルター１１０ａの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより算出される。
【００６０】
第１バンドパス・フィルター１１０ａ、二乗演算回路１２０ａおよび移動平均演算回路１３０ａを含む第１回路１４０ａによって実行される上記一連の動作は、以下の処理を行うことに相当する。すなわち、第１回路１４０ａは、第１特性量Ｐとして、時間変動波形ｒ（ｔ）のうち、第１周波数領域ＦＷ１に含まれる周波数成分ＣＷ１の第１振幅の二乗値を各時刻ｔについて求め、第１振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第１波形ＰＷを算出する処理を行っている。
【００６１】
また、図２のステップＳ１１ＢおよびステップＳ１２Ｂに従って、第２バンドパス・フィルター１１０ｂは、時間変動波形ｒ（ｔ）から第２周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分のみを抽出して得られる波形ＣＷ２を二乗演算回路１２０ｂに出力する。続いて、図２のステップＳ１３Ｂに相当する処理が、二乗演算回路１２０ｂおよび移動平均演算回路１３０ｂによって実行される。具体的には、二乗演算回路１２０ｂは、第２バンドパス・フィルター１１０ｂから受け取った波形ＣＷ２の各時刻における振幅値を二乗した値（以下、振幅二乗値と呼ぶ）を算出し、当該振幅二乗値を移動平均演算回路１３０ｂに対して時系列的に出力する。移動平均演算回路１３０ｂは、二乗演算回路１２０ｂから各時刻における波形ＣＷ２の振幅二乗値を受け取る毎に、所定の時間ウィンドウＴＷにわたって波形ＣＷ２の振幅二乗値の時系列に対して移動平均演算を行い、その結果を第２特性量Ｑの時系列として除算回路１５２に出力する。以上より、第２特性量Ｑは、時間変動波形ｒ（ｔ）を第２周波数領域ＦＷ２のみを通過させる第２バンドパス・フィルター１１０ｂに入力し、第２バンドパス・フィルター１１０ｂの出力信号に対して所定の演算処理を適用することにより算出される。
【００６２】
第２バンドパス・フィルター１１０ｂ、二乗演算回路１２０ｂおよび移動平均演算回路１３０ｂを含む第１回路１４０ｂによって実行される上記一連の演算動作は、以下の処理を行うことに相当する。すなわち、第１回路１４０ｂは、第２特性量Ｑとして、時間変動波形ｒ（ｔ）のうち、第２周波数領域ＦＷ２に含まれる周波数成分ＣＷ２の第１振幅の二乗値を各時刻ｔについて求め、第１振幅の二乗値の時間変化を移動平均演算によって平滑化して得られる第２波形を算出する処理を行っている。
【００６３】
第１回路１４０ａが時系列的に出力する第１特性量Ｐは、除算回路１５２に出力される。また、第２回路１４０ｂが時系列的に出力する第２特性量Ｑは、下限値設定回路１５１を経由して除算回路１５２に出力される。その際、下限値設定回路１５１は、第２回路１４０ｂから時系列的に順次出力される第２特性量Ｑの値が所定の下限値ＦＬよりも大きいか否かを監視し、第２特性量Ｑの値が下限値ＦＬ以下である場合には、第２特性量Ｑの値を下限値ＦＬに再設定する。ここで、下限値ＦＬは、図４に示す下限値マップ回路１５１ａによって設定される。下限値マップ回路１５１ａは、過給機４０の回転数の時間変動波形ｒ（ｔ）を入力として受け取り、時間変動波形ｒ（ｔ）が示す振動幅の大きさに応じて下限値ＦＬの値を下限値設定回路１５１に設定する。その際、下限値マップ回路１５１ａは、過給機４０の回転数ｒ（ｔ）と下限値ＦＬとの間の対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、過給機４０の回転数ｒ（ｔ）に応じて下限値ＦＬを決定するようにしてもよい。
【００６４】
続いて、図２のステップＳ１４およびＳ１５に相当する処理が除算回路１５２および比較回路１５４によって実行される。具体的には、第１回路１４０ａが出力する第１特性量Ｐと、第２回路１４０ｂが出力する第２特性量Ｑが、除算回路１５２に出力され、除算回路１５２は、第１回路１４０ａと第２回路１４０ｂから同時に出力された第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間の比率を算出し、比較回路１５４に出力する。つまり、第１特性量Ｐを第２特性量Ｑで除算して得られる比率を比較回路１５４に出力する。比較回路１５４は、除算回路１５２から受け取った上記比率を閾値マップ１５３から受け取った閾値と比較し、上記比率が閾値以上となるならば、過給機４０においてプレサージまたはサージングが発生していることを示すフラグ信号を出力する。
【００６５】
第２回路１４０ｂと除算回路１５２の間に下限値設定回路１５１を介装することには以下のような技術的意義がある。第１の意義は、第１回路１４０ａが出力する第１特性量Ｐを第２回路１４０ｂが出力する第２特性量Ｑで除算した結果として比（Ｐ／Ｑ）が得られた際に、比（Ｐ／Ｑ）がとり得る数値範囲に上限を設定することである。つまり、上述した除算において第２特性量Ｑの値がとり得る範囲に下限を設けることにより、第２特性量Ｑを分母とする比（Ｐ／Ｑ）がとり得る数値範囲に上限が設定されることとなる。その際、過給機４０のサージング発生時において、過給機４０の回転数の時間変動波形ｒ（ｔ）が示す振動幅の大きさに応じて下限値ＦＬを調整することにより、比（Ｐ／Ｑ）がとり得る値が所望の数値範囲内に収まるようにスケーリング調整することが可能となる。言い換えると、時間変動波形ｒ（ｔ）が示す振動幅に応じて調整された下限値ＦＬを使用して比（Ｐ／Ｑ）がとり得る数値範囲に上限が設定され、それにより、比（Ｐ／Ｑ）がとり得る数値範囲が所望のスケーリング係数に応じて正規化されることとなる。
【００６６】
例えば、一実施形態では、過給機４０がサージングを起こしている際に観測される時間変動波形ｒ（ｔ）が示す振動幅に応じて下限値ＦＬの値を調整するようにすることが可能である。具体的には、過給機４０の回転数が相対的に大きい高回転域でサージングが発生した場合、時間変動波形ｒ（ｔ）の振動幅も比較的大きくなるが、そのような場合には、下限値ＦＬの値を大きく設定する。逆に、過給機４０の回転数が相対的に小さい低回転域でサージングが発生した場合、時間変動波形ｒ（ｔ）の振動幅も比較的小さくなるが、そのような場合には、下限値ＦＬの値を小さく設定する。このようにすれば、サージング発生時に比（Ｐ／Ｑ）の値が１に等しい最大値をとるようにし、比（Ｐ／Ｑ）がとり得る値が０≦Ｐ／Ｑ≦１の数値範囲に収まるようにすることが可能となる。
【００６７】
第２回路１４０ｂと除算回路１５２の間に下限値設定回路１５１を介装することの第２の意義は以下のとおりである。第２回路１４０ｂが出力する第２特性量Ｑがゼロであったとしても、第２特性量Ｑの値は、第２回路１４０ｂと除算回路１５２の間に介装された下限値設定回路１５１によってゼロより大きな値に書き換えられている。従って、上記のような下限値設定回路１５１の働きにより、除算回路１５２が第１特性量Ｐを第２特性量Ｑで除算する際に、ゼロを分母とした除算を行うことのないように担保措置を講じることができる。
【００６８】
除算回路１５２および比較回路１５４によって実行される上記一連の演算動作は、以下の処理を行うことに相当する。すなわち、上記一連の演算動作によって、各時刻ｔにおける第１波形ＰＷの瞬時振幅と第２波形ＱＷの瞬時振幅との間の比率を各時刻ｔにおける瞬時振幅比率として算出し、当該瞬時振幅比率が所定の閾値以上となる時間区間においてサージングが発生していると判定している。
【００６９】
なお、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における比率を所定の閾値と比較することにより過給機４０のサージングを検出する場合には、当該閾値に設定すべき適切な値をエンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）と負荷Ｌ（ｔ）に応じて変えることが必要となる場合がある。そこで、図４の閾値マップ１５３において、エンジン本体１（内燃機関）の回転数Ｒ（ｔ）および負荷Ｌ（ｔ）に応じて当該閾値を決定するようにしてもよい。その際、閾値マップ１５３は、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）および負荷Ｌ（ｔ）と当該閾値との対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）および負荷Ｌ（ｔ）に応じて当該閾値を決定するようにしてもよい。
【００７０】
また、過給機４０のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１がエンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）に従って変動する場合がある。そこで、図４に示す第１回路１４０ａにおいては、回転数Ｒ（ｔ）の変動に応じて、少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１に対応する第１周波数領域ＦＷ１を第１バンドパス・フィルター１１０ａに設定する第１フィルター設定部（図示なし）をさらに設けるようにしても良い。また、図４に示す第２回路１４０ｂにおいては、第１フィルター設定部によって設定された第１周波数領域ＦＷ１を包摂する第２周波数領域ＦＷ２を第２バンドパス・フィルター１１０ｂに設定する第２フィルター設定部（図示なし）をさらに設けるようにしても良い。
【００７１】
なお、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における比率を所定の閾値と比較することにより過給機４０のサージングを検出する場合には、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）と負荷Ｌ（ｔ）に加え、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）をさらに考慮して当該閾値に設定すべき適切な値を変えることが必要となる場合がある。そこで、図４の閾値マップ１５３において、エンジン本体１（内燃機関）の回転数Ｒ（ｔ）および負荷Ｌ（ｔ）に加え、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）をさらに考慮して当該閾値を決定するようにしてもよい。その際、閾値マップ１５３は、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）、負荷Ｌ（ｔ）、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）と当該閾値との対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）、負荷Ｌ（ｔ）、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）に応じて当該閾値を決定するようにしてもよい。
【００７２】
また、過給機４０のサージング発生時に固有の少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１がエンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）のみならず、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）に依存して変動する場合がある。そこで、図４に示す第１回路１４０ａにおいては、回転数Ｒ（ｔ）、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）の変動に応じて、少なくとも一つの第１ピーク周波数成分ＰＦ１に対応する第１周波数領域ＦＷ１を第１バンドパス・フィルター１１０ａに設定する第１フィルター設定部（図示なし）をさらに設けるようにしても良い。また、図４に示す第２回路１４０ｂにおいては、第１フィルター設定部によって設定された第１周波数領域ＦＷ１を包摂する第２周波数領域ＦＷ２を第２バンドパス・フィルター１１０ｂに設定する第２フィルター設定部（図示なし）をさらに設けるようにしても良い。
【００７３】
図４に示すサージング検出装置４００によれば、第１周波数領域ＦＷ１および第２周波数領域ＦＷ２にそれぞれ含まれる周波数成分波形の振幅が正の場合でも負の場合でも、当該振幅の絶対値の二乗を求めることにより、当該振幅の大きさを電力として評価することができる。また、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷは、上記のように各時刻における振幅を二乗した値の時系列を移動平均演算によって平滑化して得られている。そのため、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷのそれぞれは、第１周波数領域ＦＷ１および第２周波数領域ＦＷ２における時間変動波形ｒ（ｔ）の電力スペクトルの時間変化に対応する。その結果、図４に示すサージング検出装置４００によれば、サージング検出の基準となる第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２との間におけるピーク周波数成分の構成の差異を、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２との間における周波数成分波形の電力スペクトルの差異として具体的に数値化することができる。
【００７４】
また、図４に示すサージング検出装置４００において、移動平均演算による平滑化を行わない場合、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷは、不規則に変動するノイズに対応する高周波成分とゆっくり変化する全体的な変動傾向に対応する低周波成分とを含むこととなる。さらに、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷの振幅に占める当該不規則な高周波成分の割合は高いのが一般的である。従って、上述した移動平均演算による平滑化を行って、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷから当該高周波成分を除去しない場合、第１波形ＰＷの瞬時振幅と第２波形ＱＷの瞬時振幅との間の比率は、不規則に変動するノイズによって大きな誤差を含むこととなる。そこで、図４に示すサージング検出装置４００によれば、移動平均演算による平滑化を行うことによって、第１波形ＰＷおよび第２波形ＱＷに含まれる不規則に変動するノイズを除去し、第１波形ＰＷの瞬時振幅と第２波形ＱＷの瞬時振幅との間の比率を正しく算出することができるようにしている。
【００７５】
その上で、図４に示すサージング検出装置４００では、第１周波数領域ＦＷ１における電力スペクトルの時間変化として得られた波形と第２周波数領域ＦＷ２における電力スペクトルの時間変化として得られた波形との間において瞬時振幅の比率を算出している。そして、図４に示すサージング検出装置４００では、この瞬時振幅の比率が所定の閾値以上となる場合に、サージングが発生していると判定することができる。何故なら、サージング発生時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第１周波数領域ＦＷ１にのみ集中するので、上記比率は非常に大きくなるが、エンジン本体１の加減速時には、ピーク周波数成分のエネルギーは、第２周波数領域ＦＷ２全体にわたって広く分散するので、上記比率は非常に小さくなるからである。言い換えると、サージング発生時には、全てのピーク周波数成分ＦＷ１のエネルギーのうち、第１周波数領域ＦＷ１に含まれるエネルギーの割合が高くなる。これに対して、エンジン本体１の加減速時には、全てのピーク周波数成分のエネルギーは第２周波数領域ＦＷ２全体にわたって広く分散するので、第１周波数領域ＦＷ１に含まれるエネルギーの割合は相対的に少なくなる。従って、所定の閾値として適切な数値を設定すれば、図４に示すサージング検出装置４００によりサージングの発生を正しく検出することができるようになる。
【００７６】
次に、図２に示すサージング検出方法を実行するために別の一実施形態に従って構成されるサージング検出装置５００の構成について図５を参照しながら説明する。一実施形態では、図５に示すサージング検出装置５００は、図１のＥＣＵ１００内の回路として実現するようにしてもよい。また、別の実施形態では、図５に示すサージング検出装置５００は、図１のＥＣＵ１００が専用のプログラムを読み込んで実行することにより実現されても良い。
【００７７】
図５に示すサージング検出装置５００は、ＦＦＴ演算部１５６に加え、ＦＦＴ演算部１５６に対して互いに並列に接続された第１ＰＯＡ算出部１４１ａと第２ＰＯＡ算出部１４１ｂを備える。また、図５に示すサージング検出装置５００は、第１ＰＯＡ算出部１４１ａと第２ＰＯＡ算出部１４１ｂの出力側に接続された除算回路１５２を備え、さらに、除算回路１５２からの出力値と閾値マップ１５３から出力される閾値とを比較する比較回路１５４を備える。
【００７８】
以下、図２のフローチャートに示すサージング検出方法が図５に示すサージング検出装置５００によってどのように実行されるかを説明する。まず、過給機４０の回転数の時系列的な変化を表す時間変動波形ｒ（ｔ）が得られると、時間変動波形ｒ（ｔ）は、ＦＦＴ演算部１５６に入力される。ＦＦＴ演算部１５６は、入力された時間変動波形ｒ（ｔ）の時系列サンプルに対して離散フーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ））を実行する。その結果、ＦＦＴ演算部１５６は、時間変動波形ｒ（ｔ）の時系列サンプルの離散的な周波数スペクトル表現をスペクトル・データとして算出し、第１ＰＯＡ算出部１４１ａと第２ＰＯＡ算出部１４１ｂに出力する。
【００７９】
続いて、時間変動波形ｒ（ｔ）の離散的な周波数スペクトル表現として算出されたスペクトル・データをＦＦＴ演算部１５６から受け取った第１ＰＯＡ算出部１４１ａは、当該スペクトル・データから第１周波数領域ＦＷ１に含まれる複数の離散周波数成分にそれぞれ対応する振幅データを抽出する。続いて、第１ＰＯＡ算出部１４１ａは、当該抽出した振幅データに基づいて第１のＰＯＡ値ＰＶ１を第１特性量Ｐとして算出する。同様に、時間変動波形ｒ（ｔ）の離散的な周波数スペクトル表現として算出されたスペクトル・データをＦＦＴ演算部１５６から受け取った第２ＰＯＡ算出部１４１ｂは、当該スペクトル・データから第２周波数領域ＦＷ２に含まれる複数の離散周波数成分にそれぞれ対応する振幅データを抽出する。続いて、第２ＰＯＡ算出部１４１ｂは、当該抽出した振幅データに基づいて第２のＰＯＡ値ＰＶ２を第２特性量Ｑとして算出する。
【００８０】
続いて、第１回路１４０ａが出力する第１特性量Ｐと、第２回路１４０ｂが出力する第２特性量Ｑは、除算回路１５２に出力される。続いて、除算回路１５２は、第１回路１４０ａと第２回路１４０ｂから同時に出力された第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間の比率を算出し、比較回路１５４に出力する。つまり、第１特性量Ｐを第２特性量Ｑで除算して得られる比率を比較回路１５４に出力する。比較回路１５４は、除算回路１５２から受け取った上記比率を閾値マップ１５３から受け取った閾値と比較し、上記比率が閾値以上となるならば、過給機４０においてプレサージまたはサージングが発生していることを示すフラグ信号を出力する。
【００８１】
除算回路１５２および比較回路１５４によって実行される上記一連の演算動作は、以下の処理を行うことに相当する。すなわち、上記一連の演算動作によって、第１のＰＯＡ値ＰＶ１と第２のＰＯＡ値ＰＶ２との間の比率を算出し、当該比率が所定の閾値以上となるタイミングにおいてサージングが発生していると判定している。
【００８２】
なお、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間における比率を所定の閾値と比較することにより過給機４０のサージングを検出する場合には、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）と負荷Ｌ（ｔ）に加え、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）をさらに考慮して当該閾値に設定すべき適切な値を変えることが必要となる場合がある。そこで、図５の閾値マップ１５３において、エンジン本体１（内燃機関）の回転数Ｒ（ｔ）および負荷Ｌ（ｔ）に加え、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）をさらに考慮して当該閾値を決定するようにしてもよい。その際、閾値マップ１５３は、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）、負荷Ｌ（ｔ）、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）と当該閾値との対応関係を記述する検索テーブルを検索することによって、エンジン本体１の回転数Ｒ（ｔ）、負荷Ｌ（ｔ）、過給機の回転数ｒ（ｔ）、コンプレッサ４１の圧力比ＰＲ（ｔ）および過給機４０の吸気流量ＦＲ（ｔ）に応じて当該閾値を決定するようにしてもよい。
【００８３】
図５に示すサージング検出装置５００では、サージング検出の基準となる第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２との間におけるピーク周波数成分の構成の差異を、第１周波数領域ＦＷ１および第２周波数領域ＦＷ２についてそれぞれ算出された２つのＰＯＡ値の差異として具体的に数値化することができる。また、図５に示すサージング検出装置５００では、過給機４０の回転数の時間変動波形ｒ（ｔ）を離散フーリエ変換した後に、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２のそれぞれについて第１ＰＯＡ値ＰＶ１と第２ＰＯＡ値ＰＶ２を第１特性量Ｐおよび第２特性量Ｑとして算出している。そのため、時間変動波形ｒ（ｔ）から第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２のそれぞれに含まれる周波数成分を取り出す演算がフィルター回路を使用せずに簡単に実行可能となる。具体的には、離散フーリエ変換して得られる複数の離散周波数成分の中から、第１周波数領域ＦＷ１と第２周波数領域ＦＷ２のそれぞれに含まれる離散周波数成分を単に選択するだけで所望の周波数成分波形を取り出すことができ、離散フーリエ変換は、市販の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路を使用して簡単に実装することができる。
【００８４】
次に、図２〜図５を用いて上述したサージング検出方法を模擬実行した場合のシミュレーション結果について図６を参照しながら説明する。図６（Ａ）は、時間区間ＴＡにおいてエンジン本体１が３通りの加速パターンで加速した場合のエンジン出力変化を示している。図６（Ａ）において、破線で示した加速パターンが最も小さい加速度で加速した場合に対応し、実線で示した加速パターンが最も大きな加速度で加速を行った場合に対応し、点線で示した加速パターンは、上述した２通りの加速度の中間の加速度で加速を行った場合に対応する。
【００８５】
また、図６（Ｂ）に示す時間区間ＴＢは、過給機４０のサージングが発生した時間帯に対応し、図６（Ｂ）の時間区間ＴＢでは、サージング発生時に固有のピーク周波数に対応する振動波形が現れている。また、図６（Ｃ）は、第１周波数領域ＦＷ１内に含まれる周波数成分のエネルギー変動（第１特性量Ｐの時系列的な変化）として現れるピーク波形を示し、図６（Ｄ）は、第２周波数領域ＦＷ２内に含まれる周波数成分のエネルギー変動（第２特性量Ｑの時系列的な変化）として現れるピーク波形を示す。加減速時にエンジン本体１が図６（Ａ）に示す３通りに加速パターンに従って加速を行うと、図６（Ｃ）および図６（Ｄ）の時間区間ＴＣにおいて、エンジンの加速時に固有のピーク周波数成分ＰＦ２に対応するピーク波形が現れる。また、時間区間ＴＢは、サージングが発生している時間帯に相当するので、図６（Ｃ）に示す時間区間ＴＢにおいては、サージング発生時に固有のピーク周波数成分ＰＦ１に対応するピーク波形が現れる。それに対し、図６（Ｄ）に示す時間区間ＴＢにおいては、サージング発生時に固有のピーク周波数成分ＰＦ１に対応するピーク波形がほとんど観測されない。
【００８６】
従って、図６（Ｃ）に示す波形の振幅と図６（Ｄ）に示す波形の振幅の比（Ｐ／Ｑ）を示す図６（Ｅ）を参照すると、時間区間ＴＢにおいて振幅の比（Ｐ／Ｑ）が大きな値となるピークが現れている。また、図７は、図２〜図５を用いて上述したサージング検出方法を、図６の場合とは異なる別の条件設定の下で模擬実行した場合のシミュレーション結果を示す。図７のシミュレーション結果においては、図６のシミュレーション結果と比べて加速が大幅に緩やかになるようにエンジンの加速パターンが設定されている。また、図７のシミュレーションにおいては、時間区間ＴＡで表されるエンジンの加速期間と時間区間ＴＢで表されるサージング発生期間とが重複するように設定されており、その他の点については、図６に示すシミュレーション結果と同様である。
【００８７】
第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間の振幅の比（Ｐ／Ｑ）の変化を示す図７（Ｅ）を参照すると、破線で表される曲線は、加速が最も緩やかな加速パターンに対応し、加速時に特有の周波数成分の影響が相対的に少ないため、サージング発生期間ＴＢにおいては顕著なピークを示している。また、点線または実線で示される曲線は、破線で示される曲線よりも急峻な加速パターンに対応し、加速時に特有の周波数成分の影響がやや大きくなるので、サージング発生期間ＴＢにおけるピーク波形は、破線で示すピーク波形よりも低くなるが、依然としてハッキリと認識可能なピークとして現れている。従って、破線で示される曲線よりも急峻な加速パターンに対応するケースでも、第１特性量Ｐと第２特性量Ｑとの間の振幅の比（Ｐ／Ｑ）と対比する閾値を少し低く設定してやればサージングを正しく検出することが可能である。
【００８８】
以上より、図７に示すシミュレーション結果から、エンジンの加速期間とサージング発生期間とが重複していたとしても、以下のような場合には、サージング発生を正しく検出可能であることがわかる。すなわち、サージング発生に起因した周波数スペクトルのエネルギーのうち、第１周波数領域ＦＷ１に集中する量が充分に大きく、エンジン加速に起因した周波数スペクトルのエネルギーが第１周波数領域ＦＷ１に集中する量が相対的に少ない場合には、上述した閾値を適切に調整することにより、サージング発生を正しく検出することが可能である。従って、図２〜図５を用いて上述したサージング検出方法によれば、エンジンの加速期間とサージング発生期間とが重複するような場合でも、加速の急峻さに合わせて振幅の比（Ｐ／Ｑ）と対比する閾値を適宜調整することにより、サージングを正しく検出することが可能である。また、エンジンの加速が充分に緩やかな場合においては、第１周波数領域ＦＷ１および上述した閾値を適切に設定することにより、サージングの発生のみならず、その予兆であるプレサージを正しく検出することも可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  エンジン本体
１０  吸気通路
１０ａ  吸気マニホールド
１２  還流制御弁
１２ａ  還流制御弁開度制御部
１２ｂ  還流配管
２０  排気通路
２０ａ  排気マニホールド
２２  排気浄化フィルター
２３  触媒
４０  過給機
４１  コンプレッサ
４２  タービン
４３  タービン軸
５０  ＥＧＲ装置
５１  ＥＧＲ用通路
５２  ＥＧＲ用クーラー
６２  過給機回転数計測センサ
６３  アクセル開度センサ
６４  エンジン回転数センサ
１１０ａ，１１０ｂ  バンドパス・フィルター
１２０ａ，１２０ｂ  二乗演算回路
１３０ａ，１３０ｂ  移動平均演算回路
１４０ａ  第１回路
１４０ｂ  第２回路
１５１  下限値設定回路
１５２  除算回路
１５３  閾値マップ
１５４  比較回路
１５６  ＦＦＴ演算部
４００，５００  サージング検出装置
ｒ（ｔ）  過給機の回転数
Ｒ（ｔ）  エンジン本体の回転数
Ｌ（ｔ）  エンジン本体の負荷
ＰＲ（ｔ）  コンプレッサの圧力比
ＦＲ（ｔ）  過給機の吸気流量
【図１】
2017154105.tif 000003
【図２】
2017154105.tif 000004
【図３】
2017154105.tif 000005
【図４】
2017154105.tif 000006
【図５】
2017154105.tif 000007
【図６】
2017154105.tif 000008
【図７】
2017154105.tif 000009
【国際調査報告】
2017154105.tif 000010
2017154105.tif 000011
2017154105.tif 000012
2017154105.tif 000013