(57)【要約】  燃焼状態推定装置（４０）は、気筒（４）を有する機関本体（１）の排気経路（３２）上に設けられたハウジング（４１）の内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレード（４２２）を有して機関本体（１）の各気筒（４）から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体（４２）と、ハウジング（４１）に設けられると共に、ハウジング（４１）内の所定位置を回転体（４２）のブレード（４２２）が通過したことを検出する通過検出センサ（３０１）と、通過検出センサ（３０１）の検出結果に基づいて、回転体（４２）の角速度を算出すると共に、回転体（４２）の角速度に基づいて、機関本体（１）の気筒（４）の燃焼エネルギ又は燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された演算装置（３００）と、を備える。
2017104029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有する機関本体の排気経路上に設けられたハウジングの内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の気筒から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体と、  前記ハウジングに設けられると共に、当該ハウジング内の所定位置を前記回転体のブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、  前記通過検出センサの検出結果に基づいて、前記回転体の角速度を算出すると共に、当該回転体の角速度に基づいて、前記機関本体の気筒の燃焼エネルギ又は燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された演算装置と、を備える燃焼状態推定装置。
【請求項２】
前記演算装置は、    前記回転体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回転体の角速度に基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、請求項１に記載の燃焼状態推定装置。
【請求項３】
前記演算装置は、    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回転体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回転体の角速度を極大角速度として設定し、    前記極小角速度と前記極大角速度とに基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、請求項２に記載の燃焼状態推定装置。
【請求項４】
前記演算装置は、    前記極小角速度が設定されてから当該極小角速度が更新されるまでの期間に基づいて、気筒の燃焼間隔を算出するように構成される、請求項３に記載の燃焼状態推定装置。
【請求項５】
前記演算装置は、    前記ブレードのうちの任意の１つのブレードが前記所定位置を一度通過してからの経過時間を、当該任意の１つのブレードが当該所定位置を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間として算出し、    当該基準ブレード通過時間と、当該基準ブレード通過時間の間に前記任意の１つのブレードが前記所定位置を通過した回数と、に基づいて、前記回転体の角速度を算出するように構成される、請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の燃焼状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は燃焼状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＪＰ２０１３−６８１３０Ａには、内燃機関の気筒ごとに設けられた筒内圧力センサによって、各気筒の筒内圧力を検出するものが開示されている。
【発明の概要】
【０００３】  ここで気筒の燃焼状態を推定する方法としては、筒内圧力センサの検出値に基づいて気筒の燃焼状態を推定する方法が考えられる。しかしながら、実際には筒内圧力センサの検出値に基づいて気筒の燃焼状態を推定することは難しく、筒内圧力センサを用いずに気筒の燃焼状態を推定する方法が求められている。
【０００４】  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、筒内圧力センサを用いずに、気筒の燃焼状態を推定することを目的とする。
【０００５】  上記課題を解決するために、本発明のある態様による燃焼状態推定装置は、気筒を有する機関本体の排気経路上に設けられたハウジングの内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の各気筒から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体と、ハウジングに設けられると共に、当該ハウジング内の所定位置を回転体のブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、通過検出センサの検出結果に基づいて、回転体の角速度を算出すると共に、当該回転体の角速度に基づいて、機関本体の気筒の燃焼エネルギ又は燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成された演算装置と、を備える。
【０００６】  本発明のこの態様による燃焼状態推定装置によれば、燃焼状態推定装置を排気経路上に設けることによって、機関本体の気筒の燃焼エネルギや燃焼間隔といった気筒の燃焼状態を推定することができる。そのため、筒内圧力センサを用いずに、気筒の燃焼状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関の概略構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、回転体及びハウジングの概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、回転体の概略平面図である。
【図３】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】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】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】図５は、回転体を一定の角速度で回転させた場合のコンプレッサホイールの角速度の算出結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、ブレードに形状誤差が生じた回転体の概略平面図である。
【図７】図７は、内燃機関の１サイクルにおける回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。
【図８】図８は、各気筒の燃焼エネルギ及び各気筒の燃焼間隔の算出方法について説明する図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による回転体の角速度算出制御について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による機関本体の各気筒の燃焼エネルギの推定制御について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による機関本体の各気筒の燃焼間隔の推定制御について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  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。
【０００９】＜全体構成＞  図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００の概略構成図である。
【００１０】  内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００と、を備える。内燃機関１００は、機関本体１が複数の気筒４を有するいわゆる多気筒内燃機関である。
【００１１】  機関本体１は、各気筒４に形成される燃焼室６内で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。本実施形態では、機関本体１は４つの気筒４を有しているが、気筒数は特に限られるものではなく、例えば１つ（単気筒）であってもよい。また本実施形態では、機関本体１は燃焼室６内で燃料を火花点火燃焼させているが、燃料の燃焼方式も特に限られるものではなく、燃焼室内で燃料を圧縮自己着火燃焼させても良い。以下、機関本体１の構成について説明する。
【００１２】  機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。
【００１３】  シリンダブロック２には、複数の気筒４が形成される。気筒４の内部には、燃焼圧力を受けて気筒４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、気筒４の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。
【００１４】  シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に各気筒４の燃焼室６に開口する吸気ポート７がと、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に各気筒４の燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。
【００１５】  またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。
【００１６】  さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。
【００１７】  吸気装置２０は、吸気ポート７を介して気筒４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、エアフローメータ２１１と、を備える。
【００１８】  エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００１９】  吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。
【００２０】  吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各気筒４内に均等に分配される。
【００２１】  スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）の調整することで、各気筒４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。
【００２２】  エアフローメータ２１１は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。
【００２３】  排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、排気後処理装置３３と、を備える。
【００２４】  排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管３１ａと、排気枝管３１ａを集合させて１本にまとめた集合管３１ｂと、を備える。
【００２５】  排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管３１ｂに連結され、他端が外気に開口している。各気筒４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。
【００２６】  排気後処理装置３３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。
【００２７】  また本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギや各気筒４の燃焼間隔といった各気筒４の燃焼状態の推定するための燃焼状態推定装置４０をさらに備える。燃焼状態推定装置４０は、排気管３２に接続されるハウジング４１と、ハウジング４１内に回転自在に配置される回転体４２と、ハウジング４１に取り付けられた通過検出センサ３０１と、通過検出センサ３０１の出力結果に基づいて回転体４２の角速度を算出すると共に、回転体４２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギや各気筒４の燃焼間隔といった各気筒４の燃焼状態の推定することができるように構成されたアンプユニット３００と、を備える。燃焼状態推定装置４０の詳細については図２以降を参照して後述する。
【００２８】  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。
【００２９】  電子制御ユニット２００には、前述したエアフローメータ２１１やスロットルセンサ２１２などの出力信号の他にも、機関回転数を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１３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。
【００３０】  また電子制御ユニット２００には、燃料噴射弁１３や点火プラグ１４、スロットルアクチュエータ２５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。
【００３１】  また電子制御ユニット２００は、アンプユニット３００とＣＡＮ（Controller Area Network）通信線によって接続されており、ＣＡＮ通信によって互いにデータを送受信できるようになっている。本実施形態では、アンプユニット３００で推定された機関本体１の各気筒４の燃焼状態が電子制御ユニット２００に送信されるようになっている。そして本実施形態による電子制御ユニット２００は、アンプユニット３００から送信されてきた機関本体１の各気筒４の燃焼状態に応じて、各気筒４の燃焼に関するパラメータ、すなわち燃焼噴射量や吸気量、点火時期などなどを制御できるように構成されている。
【００３２】＜燃焼状態推定装置の構成＞  図２Ａは、ハウジング４１及び回転体４２の概略断面図である。図２Ｂは、回転体４２の概略平面図である。
【００３３】  図２Ａに示すように、回転体４２は、転がり軸受４２４によって回転自在に支持されたシャフト４２３に固定された中央本体４２１と、中央本体４２１の表面上から回転体４２の径方向及び軸線方向に延びる複数のブレード４２２と、を備える。中央本体４２１は、その軸線Ｌがシャフト４２３の軸線と同軸になるように、シャフト４２３に固定される。
【００３４】  回転体４２は、軸線Ｌ周りに回転できるように、ハウジング４１の内部に配置される。また、回転体４２は、回転したときに、ブレード４２２の径方向端部がハウジング４１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、ハウジング４１の内部に配置される。
【００３５】  また図２Ｂに示すように、本実施形態による回転体４２は、等間隔に配置された同一形状の１２枚のブレード４２２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４２２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４２２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４２２は、回転体４２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４２２は、ハウジング４１内に流入した排気によって回転体４２を回転駆動させることができれば、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４２２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４２２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。
【００３６】  図２Ａに戻り、ハウジング４１は、ハウジング４１の中央を通って延びる中央通路４１１と、中央通路４１１の周囲に延びると共に排気管を流れてきた排気が流入する環状通路４１２とを有する。中央通路４１１の一方の端部（図中左側）の周りに環状通路４１２が配置され、この環状通路４１２の内側において中央通路４１１内に回転体４２が配置される。中央通路４１１の他方の端部（図中右側）は開いており、排気が流出する出口４１３を構成する。したがって、排気管３２を流れてきた排気は、環状通路４１２を通って回転体４２を介して中央通路４１１の出口４１３から流出する。
【００３７】  またハウジング４１には、ハウジング４１内の所定の角度位置（所定位置）をブレード４２２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４２２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、回転体４２のブレード４２２の径方向端面４２２ａに対面するように且つブレード４２２の径方向端面４２２ａの法線方向と略平行となるように、ハウジング４１に取り付けられている。
【００３８】  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回転体４２の角速度の算出などの種々の演算を行う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。
【００３９】  また、本実施形態では、通過検出センサ３０１として渦電流センサが用いられる。渦電流センサは、センサ検知部と計測対象の金属物質との間の距離に応じた電圧値を出力するセンサである。以下、図３を参照して、渦電流センサの検出原理について簡単に説明する。
【００４０】  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４２２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４２２に渦電流Ｙが発生する。ブレード４２２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４２２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４２２が渦電流センサ５の検知部の前を（すなわち、ハウジング４１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。
【００４１】  なお、ブレード４２２の通過を検出する通過検出センサ３０１としては、ブレード４２２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４２２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。
【００４２】  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、回転体４２の角速度が比較的遅い場合（例えば回転体４２の回転数が２０万［ｒｐｍ］）における出力値の推移を、図４Ｂは、回転体４２の角速度が比較的速い場合（例えば回転体４２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。
【００４３】  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４２２）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４２２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４２２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４２２の番号である。
【００４４】  図４Ａに示したように、回転体４２の角速度が比較的遅い場合には、ブレード４２２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４２２が通過する間の期間は低い値で一定に維持される。
【００４５】  一方、図４Ｂに示したように、回転体４２の角速度が比較的速い場合には、１つのブレード４２２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４２２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４２２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４２２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４２２が通過したことを正確に検出することができる。
【００４６】＜通過検出センサを用いた回転体の角速度算出方法の一例＞  このように通過検出センサ３０１は、通過検出センサ３０１の検知部の前をブレード４２２が通過したことを正確に検出することができる。そのため、通過検出センサ３０１を用いた回転体４２の角速度の算出方法の一例として、通過検出センサ３０１の前を各ブレード４２２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４２２が通過するごとに回転体４２の角速度を算出する方法が挙げられる。
【００４７】  以下では、図４Ａを参照して、この通過検出センサ３０１を用いた回転体４２の角速度の算出方法の一例について説明する。
【００４８】  図４Ａに示した例では、第１ブレードＢ１が通過検出センサ３０１の前を通過することによって通過検出センサ３０１の出力値がピークを示すときを時刻ｔ１とする。同様に、第２ブレードＢ２、第３ブレードＢ３、第４ブレードＢ４が通過検出センサ３０１の前を通過することによって通過検出センサ３０１の出力値がピークを示すときをそれぞれ時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４とする。
【００４９】  この場合、通過検出センサ３０１の前を第１ブレードＢ１が通過してから第２ブレードＢ２が通過するまでの時間間隔Δｔ１は、ｔ２−ｔ１となる。一方、本実施形態では、１２枚のブレードが等間隔に設けられているため、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の角度間隔は基本的に（２π／１２）［ｒａｄ］となる。したがって、通過検出センサ３０１の前を第１ブレードＢ１が通過してから第２ブレードＢ２が通過するまでの回転体４２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。
【００５０】  同様に、通過検出センサ３０１の前を第２ブレードＢ２が通過してから第３ブレードＢ３が通過するまでの時間間隔Δｔ２はｔ３−ｔ２となり、第３ブレードＢ３が通過してから第４ブレードＢ４が通過するまでの時間間隔Δｔ３はｔ４−ｔ３となる。したがって、通過検出センサ３０１の前を第２ブレードＢ２が通過してから第３ブレードＢ３が通過するまでの回転体４２の瞬間的な角速度ω２、すなわち第２ブレード通過後の瞬間的な角速度ω２は、２π／（１２×Δｔ２）となる。同様に、通過検出センサ３０１の前を第３ブレードＢ３が通過してから第４ブレードＢ４が通過するまでの回転体４２の瞬間的な角速度ω３、すなわち第３ブレード通過後の瞬間的な角速度ω３は、２π／（１２×Δｔ３）となる。
【００５１】  したがって、ブレード４２２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４２２（すなわち、第ｉブレードＢｉと第（ｉ＋１）ブレードＢ（ｉ＋１））が通過検出センサ３０１の前を通過する間の時間間隔Δｔｉを算出すれば、時間間隔Δｔｉと、隣り合う対のブレード４２２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。
【００５２】  具体的には、下記式（１）のように，隣り合う対のブレード４２２間の角度間隔αｉを、これらブレード４２２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。
【００５３】  ωｉ＝αｉ／Δｔｉ      …（１）
【００５４】  また本実施形態のように、各ブレード４２２が周方向に等間隔に設けられた回転体４２の場合であれば、ブレード４２２の総枚数をｐとすると、角度間隔αｉは（２π／ｐ）となる。したがって、第ｉブレード通過後の瞬間的な角速度ωｉは、下記式（２）により算出することができる。
【００５５】  ωｉ＝２π／（ｐ×Δｔｉ）      …（２）
【００５６】  ところが、このような算出方法で回転体４２の角速度を算出した場合、すなわち通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから、当該基準ブレードの次に通過検出センサ３０１の前を通過するブレードが通過するまでの時間間隔Δｔｉに基づいて回転体４２の角速度を算出した場合、実際の角速度と、算出した角速度と、の間に誤差（算出誤差）が生じることがわかった。
【００５７】＜ブレードの形状誤差＞  図５は、回転体４２を一定の角速度で回転させた場合に、上述の算出方法で回転体４２の角速度を算出したときの算出結果の一例を示す図である。図５において、横軸がブレード４２２の番号であり、縦軸は対応するブレード番号のブレード通過後の瞬間的な回転体４２の角速度を示す。
【００５８】  図５に示した例では、回転体４２は一定の角速度で回転させられている。したがって、このとき算出される瞬間的な回転体４２の角速度も一定の値になるはずである。しかしながら、実際には図５に示したように、算出される瞬間的な回転体４２の角速度は必ずしも各ブレード４２２の通過後において一定にならない。例えば、図５に示した例では、１番ブレード通過後の瞬間的な回転体４２の角速度に対して２番ブレード通過後の瞬間的な回転体４２の角速度は遅くなっている。
【００５９】  このように、算出された瞬間的な回転体４２の角速度が一定の値にならない原因の１つとして、回転体４２のブレード４２２の形状誤差（形状公差範囲内での誤差）が挙げられる。すなわち、回転体４２の各ブレード４２２には、製造誤差や経年変化によって形状誤差が生じる場合があり、この形状誤差によって、瞬間的な回転体４２の角速度を算出した場合に誤差が生じる。以下、図６を参照して、算出された瞬間的な回転体４２の角速度とブレード４２２の形状誤差との関係について説明する。
【００６０】  図６は、ブレード４２２に形状誤差が生じた回転体４２の概略平面図である。図６の破線は、回転体４２のブレード４２２が設計通りに形成されていた場合のブレード４２２の形状を示している。図６に示した例では、第２ブレードＢ２と第１０ブレードＢ１０は、設計上のブレード形状に対して形状誤差を有していることがわかる。具体的には、第２ブレードＢ２が、その設計上の形状に対して周方向において第１ブレード側にシフトした形状になっている。また、第１０ブレードＢ１０が、その設計上の形状に対して径方向外側にシフトした形状になっている。
【００６１】  このようにブレード形状に誤差が生じると、ブレード間の角度間隔αが変化する。図６に示した例では、第２ブレードＢ２の形状が設計上の形状に対して周方向にシフトした形状となっている。この結果、通過検出センサ３０１と対面する領域において、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔が設計値β１よりも小さいα１となっている。逆に、第２ブレードＢ２と第３ブレードＢ３との間の実際の角度間隔が設計値β２よりも大きいα２となっている。したがって、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔α１は、第２ブレードＢ２と第３ブレードＢ３との間の実際の角度間隔α２よりも小さくなっている。
【００６２】  一方、角速度を算出するにあたっては、ブレード間の実際の角度間隔ではなく、設計値が用いられる。このため、回転体４２が一定の角速度で回転していても、第１ブレードＢ１から第２ブレードＢ２までの時間間隔Δｔ１に基づく瞬間的な回転体４２の角速度ω１は、第２ブレードＢ２から第３ブレードＢ３までの時間間隔Δｔ２に基づく瞬間的な回転体４２の角速度ω２よりも速いものとして算出される。この結果、図５に示したように、第１ブレードＢ１通過後の瞬間的な角速度が第２ブレードＢ２通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。
【００６３】  また、図６に示した例では、第１０ブレードＢ１０が設計上の形状に対して周方向外側にシフトした形状となっている。この結果、第９ブレードＢ９と第１０ブレードＢ１０との間の実際の角度間隔が設計値β９よりも小さいα９となっている。また、第１０ブレードＢ１０と第１１ブレードＢ１１との間の実際の角度間隔が設計値β１０よりも大きいα１０となっている。この結果、回転体４２が一定の角速度で回転していても、第９ブレードＢ９通過後の瞬間的な角速度が第１０ブレードＢ１０通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。
【００６４】  なお、図６には、ブレード４２２の形状が周方向又は径方向に全体的にシフトした形状誤差の例を示した。しかしながら、ブレード４２２に生じる形状誤差には、回転体４２の軸線方向における誤差や、ブレードの湾曲形状における誤差等、上記の形状誤差以外にも様々な誤差が含まれる。そして、このような形状誤差がブレード４２２に生じると、回転体４２の角速度を正確に算出することができなくなる。
【００６５】＜形状誤差によって生じる算出誤差への対応＞  そこで本実施形態では、上述した算出方法のように、通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから当該基準ブレードの次に通過検出センサ３０１の前を通過するブレードが通過するまでの時間間隔、すなわち隣り合うブレード間を通過するのに要する時間に基づいて回転体４２の角速度を算出するのではなく、通過検出センサ３０１の前を基準ブレードが通過してから当該基準ブレードが次に通過検出センサ３０１の前を通過するまでの時間間隔、すなわち回転体４２が１回転するのに要する時間に基づいて回転体４２の角速度を算出する。
【００６６】  このように回転体４２が１回転するのに要する時間に基づいて回転体４２の角速度を算出することで、たとえブレード４２２に形状誤差が生じたとしても、その形状誤差の影響を受けることなく回転体４２の角速度を算出することができる。例えば基準ブレードを第１ブレードＢ１とした場合、図６に示した例のように、第１ブレードＢ１と第２ブレードＢ２との間の実際の角度間隔α１や第９ブレードＢ９と第１０ブレードＢ１０との間の実際の角度間隔α９がそれぞれの設計値β１、β９と異なっていても、第１ブレードＢ１から第１ブレードＢ１まで角度間隔は常に２π［ｒａｄ］で一定となる。また、第１ブレードＢ１自体が形状変化したとしても、第１ブレードＢ１から第１ブレードＢ１まで角度間隔は常に２π［ｒａｄ］で一定となる。
【００６７】  そのため、回転体４２が１回転するのに要する時間に基づいて回転体４２の角速度を算出することで、ブレード４２２の形状誤差の影響を受けることなく回転体４２の角速度を正確に算出することができる。
【００６８】＜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、回転体４２の角速度を正確に算出することができるようになると、算出した回転体４２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒４の燃焼状態を正確に推定できるようになることがわかった。以下、この回転体４２の角速度に基づいて、機関本体１の各気筒４の燃焼状態を推定する方法について説明する。
【００６９】＜回転体の運動エネルギの算出＞  ハウジング４１の内部では回転体４２が回転することになるが、この回転体４２の運動エネルギＫＥは、下記式（３）によって算出することができる。
【００７０】  ＫＥ＝Ｉ×ω2／２      …（３）
【００７１】  式（３）において、Ｉは回転体４２の慣性モーメントであり、ωは回転体４２の角速度である。回転体４２の慣性モーメントＩは、回転体４２の形状及び材質から予め計算等によって求めておくことができる。したがって、回転体４２の角速度を求めることにより、当該角速度を求めた時点における回転体４２の運動エネルギを算出することができる。
【００７２】  そこで本実施形態では、内燃機関１００の運転中に、アンプユニット３００によって回転体４２の角速度ωを算出し、さらにアンプユニット３００によって、式（３）により回転体４２の運動エネルギを算出する。本実施形態では、回転体４２の形状誤差の影響を受けることなく回転体４２の角速度ωを正確に推定することができるので、回転体４２の運動エネルギも正確に算出することができる。
【００７３】＜燃焼状態の推定＞  このように、回転体４２の運動エネルギを正確に算出することができると、算出した運動エネルギに基づいて、機関本体１が複数の気筒４を有している場合であれば、各気筒４の燃焼室６で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギや各気筒４の燃焼間隔など、各気筒４の燃焼状態を推定することができる。また、機関本体１が単気筒の場合であれば、単気筒の燃焼室で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギや燃焼間隔など、単気筒の燃焼状態を推定することができる。以下では、機関本体１が複数の気筒４を有している場合の、回転体４２の運動エネルギと各気筒４の燃焼状態との関係について説明する。
【００７４】  図７は、内燃機関１００の１サイクルにおける回転体４２の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。図中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図７中の実線は回転体４２の運動エネルギを、破線は回転体４２の角速度をそれぞれ示している。
【００７５】  図７に示すように、回転体４２の角速度は機関本体１のクランク角に合わせて変化する。図７に示した例では、まず１番気筒の排気弁が開いて燃焼室６から排気が流出すると、ハウジング４１内の環状通路４１２に流入する排気が増大する。このため、回転体４２の角速度が増大する。また、これに伴って回転体４２の運動エネルギも増大する。
【００７６】  その後、１番気筒の排気行程の終盤では、燃焼室６から流出する排気の流量が減少する。この結果、回転体４２の角速度が減少する。また、これに伴って回転体４２の運動エネルギが減少する。
【００７７】  したがって、図７からわかるように、１番気筒の排気行程の間、回転体４２の角速度は上昇してから下降し、これに伴って回転体４２の運動エネルギも増大してから減少する。また、このような角速度や運動エネルギは、他の気筒４の排気行程においても同様に推移する。したがって、４気筒の内燃機関１００では、回転体４２の角速度及び運動エネルギは、内燃機関１００の１サイクルあたり、大きく４回上下に変動する。すなわち、回転体４２の角速度及び運動エネルギは、内燃機関１００の１サイクルの間に、内燃機関１００の気筒数に応じて複数回上下に変動する。
【００７８】  ここで、４番気筒を例にとって考えると、４番気筒の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの上昇量（図７中のΔＫＥ）は、４番気筒の燃焼室６から排出される排気のもつ排気エネルギに比例する。同様に、１番気筒、３番気筒及び２番気筒の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの上昇量は、それぞれ１番気筒、３番気筒及び２番気筒の燃焼室６から排出される排気のもつ排気エネルギに比例する。ここで、各気筒４から排出される排気の排気エネルギは、基本的に各気筒４の燃焼室６で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギ、すなわち各気筒４の燃焼室６内における燃焼によって生じるトルク（燃焼トルク）に比例する。
【００７９】  したがって、各気筒４の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの上昇量を気筒間で比較することによって、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差を検出することができる。具体的には、各気筒４の排気行程開始時における回転体４２の運動エネルギの最小値と、その気筒４の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの最大値との間の差（ΔＫＥ）に基づいて気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差を検出することができる。これら最小値と最大値との差が大きい気筒４は燃焼エネルギ（燃焼トルク）の大きい気筒４であると判定することができ、これら最小値と最大との差が小さい気筒４は燃焼エネルギ（燃焼トルク）の小さい気筒４であると判定することができる。
【００８０】  また、４番気筒を例にとって考えると、４番気筒の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔（図７中のΔｔｃｏｍ）、すなわち回転体４２が４番気筒の燃焼室６から排出された排気によって回転させられている期間は、２番気筒の燃焼行程開始時から燃焼行程終了時までの燃焼間隔に相当する。同様に、１番気筒、３番気筒及び２番気筒の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔は、それぞれ３番気筒、４番気筒及び１番気筒の燃焼行程開始時から燃焼行程終了時までの燃焼間隔に相当する。
【００８１】  したがって、各気筒４の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔を気筒間で比較することによって、気筒間における燃焼間隔の差を検出することができる。
【００８２】  このように、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差や燃焼間隔の差を検出することができると、例えば燃料噴射量や吸気量、点火時期などの各気筒４の燃焼に関するパラメータを、電子制御ユニット２００によってフィードバック制御やフィードフォワード制御することができる。これにより、気筒間における燃焼エネルギ（燃焼トルク）の差や燃焼間隔の差を最小限に抑制することができるようになる。  また、機関本体１が単気筒の場合であれば、単気筒の燃焼エネルギ（燃焼トルク）や燃焼間隔といった単気筒の燃焼状態を随時算出することで、たとえば定常状態（負荷変動が無い状態）において燃焼状態に差が生じたときは、燃焼状態が一致するように燃料噴射量や吸気量、点火時期などの各気筒４の燃焼に関するパラメータを、電子制御ユニット２００によってフィードバック制御やフィードフォワード制御することができる。
【００８３】＜ΔＫＥ及びΔｔｃｏｍの算出方法＞  図８は、各気筒４の燃焼エネルギΔＫＥ及び各気筒４の燃焼間隔Δｔｃｏｍの算出方法について説明する図である。図中の横軸は機関本体１のクランク角を示している。図８中の実線は回転体４２の運動エネルギを、破線は回転体４２の角速度をそれぞれ示している。
【００８４】  各気筒４の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの上昇量、すなわち各気筒４の燃焼室６で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギΔＫＥを算出するには、各気筒４の排気行程開始時における回転体４２の運動エネルギの最小値と、その気筒４の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの最大値と、をそれぞれ算出する必要がある。
【００８５】  ここで４番気筒を例にして、回転体４２の角速度ωの微分値（以下「角加速度」という。）ω’（＝ｄω／ｄｔ；図８の破線の傾き）を考えると、図８に示すように、回転体４２の運動エネルギが最小値（極小値）となる各気筒４の排気行程開始時において、角加速度ω’は０となる。また、回転体４２の運動エネルギが最大値（極大値）となる各気筒４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。
【００８６】  そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、回転体４２の角速度ωを算出するたびに、その角速度ωを回転体４２の角速度今回値ωｚとして設定し、角速度今回値ωｚの微分値を角加速度今回値ωｚ’として算出する。そしてアンプユニット３００は、角加速度今回値ωｚ’の絶対値が、予め設定された０近傍の値である極値判定閾値以下になったときの角速度今回値ωｚを、各気筒４の排気行程開始時における角速度（以下「極小角速度」という。）ωＬ、又は回転体４２の運動エネルギが最大値（極大値）となる各気筒４の排気行程中のある時点における角速度（以下「極大角速度」という。）ωＨとして設定する。
【００８７】  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。
【００８８】  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８の破線の傾きが負の場合は、角速度が下降から上昇に転じるときと判定できる。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、この場合には、角加速度今回値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８の破線の傾きが正の場合は、角速度ωが上昇から下降に転じるときと判定できる。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、この場合には、角加速度今回値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。
【００８９】  このようにして設定された極小角速度ωＬ及び極大角速度ωＨをそれぞれ式（３）に代入すれば、各気筒４の排気行程開始時における回転体４２の運動エネルギの最小値と、その気筒４の排気行程中における回転体４２の運動エネルギの最大値と、をそれぞれ算出することができる。そして、このようにして算出した運動エネルギの最大値から最小値を減算すれば、各気筒４の燃焼室６で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギΔＫＥを算出することができる。
【００９０】  また各気筒４の燃焼間隔Δｔｃｏｍは、前述したように各気筒４の排気行程開始時から排気行程終了時までの時間間隔に相当する。したがって、各気筒４の燃焼間隔Δｔｃｏｍは、極小角速度ωＬが設定されてから、次に極小角速度ωＬが設定されるまでの時間と一致する。そこで本実施形態によるアンプユニット３００は、極小角速度ωＬが設定されてから、次に極小角速度ωＬが設定されるまでの時間を計測することで各気筒４の燃焼間隔を算出する。
【００９１】  なお、これ以外にも例えば回転体４２の運動エネルギの最小値を算出してから、次に回転体４２の運動エネルギの最小値を算出するまでの時間を計測することで各気筒４の燃焼間隔Δｔｃｏｍを算出することもできる。
【００９２】＜燃焼状態推定制御のフローチャート＞  以下、この本実施形態による通過検出センサ３０１の出力値を利用した機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギ及び各気筒４の燃焼間隔の推定制御について説明する。
【００９３】  まず、図９を参照して、アンプユニット３００が実施する回転体４２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。
【００９４】  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。
【００９５】  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４２２の通過が検出されると１に設定される。そして、回転体４２の角速度及び回転数が推定されると再び０に戻される。アンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１が０に設定されていれば、ステップＳ２の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、経過時間計測開始フラグＦ１が１に設定されていれば、ステップＳ５の処理に進む。
【００９６】  ステップＳ３において、アンプユニット３００は、ブレード４２２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４２２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４２２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４２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。
【００９７】  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。
【００９８】  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。
【００９９】  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４２２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４２２の通過が検出されればステップＳ７の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、過検出センサ５によってブレード４２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。
【０１００】  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。
【０１０１】  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４２２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。
【０１０２】  正の整数ｎを例えば１に設定すれば、ステップＳ８において回転体４２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において回転体４２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、回転体４２の角速度を推定するタイミングを調整することができ、単位時間当たりの回転体４２の角速度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。
【０１０３】  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４２２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４２２が基準ブレードでなければ今回の処理を終了する。
【０１０４】  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（回転体４２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。
【０１０５】  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、回転体４２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、回転体４２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、回転体４２の回転数Ｎを併せて算出するようにしても良い。
【０１０６】    ω＝２π／ｔｍ      …（４）    Ｎ＝６０／ｔｍ      …（５）
【０１０７】  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。
【０１０８】  次に、図１０を参照して、アンプユニット３００が実施する機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギの推定制御について説明する。アンプユニット３００は、このルーチンを所定の演算周期（＝サンプリング周期ｔｓｍｐ）で繰り返し実行する。
【０１０９】  ステップＳ２１において、アンプユニット３００は、前述した回転体４２の角速度算出制御によって、新たに回転体４２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、回転体４２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、回転体４２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。
【０１１０】  ステップＳ２２において、アンプユニット３００は、新たに算出された回転体４２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。
【０１１１】  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回転体４２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回転体４２の角速度ωのデータが２点以上あればステップＳ２４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回転体４２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。
【０１１２】  ステップＳ２４において、アンプユニット３００は、回転体４２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回転体４２の角速度ωを、回転体４２の角速度今回値ωｚとし、今回の１つ前に読み込まれた回転体４２の角速度ωを、回転体４２の角速度前回値ωｚ−１とする。そしてアンプユニット３００は、下記式（６）に、角速度今回値ωｚ、角速度前回値ωｚ−１及びステップＳ２２で読み込んだ基準ブレード通過時間ｔｍを代入して、回転体４２の角加速度今回値ωｚ’を算出する。
【０１１３】    ωｚ’＝（ωｚ−ωｚ−１）／ｔｍ      …（６）
【０１１４】  ステップＳ２５において、アンプユニット３００は、回転体４２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、回転体４２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、回転体４２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。
【０１１５】  ステップＳ２６において、アンプユニット３００は、回転体４２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、回転体４２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、回転体４２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。
【０１１６】  ステップＳ２７において、アンプユニット３００は、ステップＳ２４で設定された回転体４２の角速度今回値ωｚを極小角速度ωＬとして設定する。
【０１１７】  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。
【０１１８】  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。
【０１１９】  ステップＳ３０において、アンプユニット３００は、ステップＳ２４で設定された回転体４２の角速度今回値ωｚを極大角速度ωＨとして設定する。
【０１２０】  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、回転体４２の運動エネルギの上昇量ΔＫＥ、すなわち現在排気行程中の気筒４の燃焼室６で燃料を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギを算出する。
【０１２１】    ΔＫＥ＝Ｉ×｛（ωＨ2−ωＬ2）／２｝      …（７）
【０１２２】  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。
【０１２３】  次に、図１１を参照して、内燃機関１００の運転中にアンプユニット３００が実施する機関本体１の各気筒４の燃焼間隔の推定制御について説明する。アンプユニット３００は、このルーチンを所定の演算周期（＝サンプリング周期ｔｓｍｐ）で繰り返し実行する。
【０１２４】  ステップＳ４１において、アンプユニット３００は、フラグＦ３が０に設定されているか否かを判定する。フラグＦ３は、初期値（内燃機関１００の運転開始時の値）が０に設定されているフラグであり、内燃機関１００の運転を開始してから初めて極小角速度ωＬが設定されたときに１に設定される。フラグＦ３は、内燃機関の運転停止時又は運転開始時に０に戻される。アンプユニット３００は、フラグＦ３が０に設定されていればステップＳ４２の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、フラグＦ３が１に設定されていればステップＳ４４の処理に進む。
【０１２５】  ステップＳ４２において、アンプユニット３００は、内燃機関１００の運転を開始してから初めて極小角速度ωＬが設定されたか否か判定する。具体的にはアンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に初めて進んで極小角速度ωＬが設定されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に初めて進んで極小角速度ωＬが設定されていればステップＳ４３の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、内燃機関１００の運転開始後、前述した燃焼エネルギの推定制御のステップＳ２７に進んでおらず、極小角速度ωＬが未だに設定されていなければ今回の処理を終了する。
【０１２６】  ステップＳ４３において、アンプユニット３００は、フラグＦ３を１に設定し、回転体４２の角速度が極小角速度になってからの経過時間ｔｅ２の計測を開始する。
【０１２７】  ステップＳ４４において、アンプユニット３００は、経過時間ｔｅ２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ｔｅ２として算出する。なお、経過時間ｔｅ２の初期値は０である。
【０１２８】  ステップＳ４５において、アンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されたか否かを判定する。アンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されていれば、ステップＳ４６の処理に進む。一方でアンプユニット３００は、極小角速度ωＬが更新されていなければ、今回の処理を終了する。
【０１２９】  ステップＳ４６において、アンプユニット３００は、ステップＳ４４で算出した経過時間ｔｅ２を燃焼間隔Δｔｃｏｍとして算出する。
【０１３０】  ステップ４７において、アンプユニット３００は、経過時間ｔｅ２を初期値の０に戻し、再び回転体４２の角速度が極小角速度になってからの経過時間ｔｅ２の計測を開始する。
【０１３１】  以上説明した本実施形態による燃焼状態推定装置４０は、気筒４を有する機関本体１の排気管３２（排気経路）上に設けられたハウジング４１の内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレード４２２を有して機関本体１の各気筒４から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体４２と、ハウジング４１に設けられると共に、ハウジング４１内の所定位置を回転体４２のブレード４２２が通過したことを検出する通過検出センサ３０１と、通過検出センサ３０１の検出結果に基づいて、回転体４２の角速度を算出すると共に、回転体４２の角速度に基づいて、機関本体１の気筒４の燃焼エネルギ又は燃焼間隔の少なくとも一方を算出するように構成されたアンプユニット３００（演算装置）と、を備える。
【０１３２】  したがって本実施形態によれば、筒内圧力センサを設けなくても、ハウジング４１、回転体４２、通過検出センサ３０１及びアンプユニット３００からなる燃焼状態推定装置４０を排気管３２に設けるだけで、機関本体１の気筒４の燃焼エネルギ又は燃焼間隔の少なくとも一方を算出することができる。
【０１３３】  また、各気筒４の燃焼エネルギを推定する方法としては、例えば気筒４ごとに燃焼室６内の圧力を検出する筒内圧力センサを設け、筒内圧力センサの検出値に基づいて各気筒４の燃焼エネルギを算出する方法がある。しかしながら、この場合は気筒数と同じ数の筒内圧力センサが必要となる。そのため、各筒内圧力センサの個体バラつきによって、各気筒４の燃焼エネルギの推定精度が低下する。さらに、筒内圧力センサごとに経時劣化度合いが異なるおそれがあり、そうすると時間の経過と共にさらに各気筒４の燃焼エネルギの推定精度が低下することになる。
【０１３４】  これに対して本実施形態によれば、前述したように、１つの燃焼状態推定装置４０を排気管３２に設けるだけで機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギや各気筒４の燃焼間隔といった各気筒の燃焼状態を推定することができる。そのため、個体バラつきや経年変化による各気筒４の燃焼状態の推定精度の低下を抑制して、各気筒４の燃焼状態を精度良く推定することができる。
【０１３５】  また本実施形態によるアンプユニット３００は、ブレード４２２のうちの任意の１つのブレード４２２が所定位置を一度通過してからの経過時間を任意の１つのブレード４２２が所定位置を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間として算出し、基準ブレード通過時間と基準ブレード通過時間の間に任意の１つのブレード４２２が所定位置を通過した回数とに基づいて、回転体４２の角速度を算出するように構成される。
【０１３６】  そのため、ブレード４２２の形状誤差や経年変化の影響を受けることなく回転体４２の角速度を精度良く算出することができる。したがって、回転体４２の角速度に基づいて算出される機関本体１の各気筒４の燃焼エネルギ又は各気筒４の燃焼間隔を一層精度良く算出することができる。
【０１３７】  また本実施形態によるアンプユニット３００は、回転体４２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回転体４２の角速度に基づいて、排気行程中の気筒４の燃焼エネルギを算出するように構成される。より具体的には、本実施形態によるアンプユニット３００は、角加速度の前回値が負の値であれば、角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときの回転体４２の角速度を極小角速度として設定し、角加速度の前回値が正の値であれば、角加速度の絶対値が所定の極値判定閾値以下になったときの回転体４２の角速度を極大角速度として設定し、極小角速度と極大角速度とに基づいて排気行程中の気筒４の燃焼エネルギを算出するように構成される。
【０１３８】  これにより本実施形態によれば、アンプユニット３００によって算出した回転体４２の角速度から、各気筒４の燃焼エネルギを精度良く算出することができる。
【０１３９】  また本実施形態によるアンプユニット３００は、極小角速度が設定されてから当該極小角速度が更新されるまでの期間に基づいて、気筒４の燃焼間隔を算出するように構成される。
【０１４０】  これにより本実施形態によれば、アンプユニット３００によって算出した回転体４２の角速度から、気筒４の燃焼間隔を精度良く算出することができる。
【０１４１】  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。
【０１４２】  なお上記の実施形態では、燃焼状態推定装置４０のハウジング４１を排気後処理装置３３よりも排気流れ方向上流側に設けたが、下流側に設けても良い。
【０１４３】  また上記の実施形態では、内燃機関１００は過給機（スーパーチャージャ又はターボチャージャ）を備えていなかったが、過給機を備える内燃機関にも燃焼状態推定装置４０を設けて、当該内燃機関の各気筒の燃焼状態を推定するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１４４】  １００    内燃機関  １    機関本体  ４１    ハウジング  ４２    回転体  ４２２    ブレード  ３００    アンプユニット（演算装置）  ３０１    通過検出センサ
【図１】
2017104029.tif 000003
【図２Ａ】
2017104029.tif 000004
【図２Ｂ】
2017104029.tif 000005
【図３】
2017104029.tif 000006
【図４Ａ】
2017104029.tif 000007
【図４Ｂ】
2017104029.tif 000008
【図５】
2017104029.tif 000009
【図６】
2017104029.tif 000010
【図７】
2017104029.tif 000011
【図８】
2017104029.tif 000012
【図９】
2017104029.tif 000013
【図１０】
2017104029.tif 000014
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月21日(2017.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有する機関本体の排気経路上に設けられたハウジングの内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の気筒から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体と、
前記ハウジングに設けられると共に、当該ハウジング内の所定位置を前記回転体のブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、
前記通過検出センサの検出結果に基づいて、前記回転体の角速度を算出すると共に、当該回転体の角速度に基づいて、前記機関本体の気筒の燃焼行程開始時から燃焼行程終了時までの間隔である燃焼間隔を算出するように構成された演算装置と、
を備える燃焼状態推定装置。
【請求項２】
前記演算装置は、
前記回転体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回転体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回転体の角速度を極大角速度として設定し、
前記極小角速度が設定されてから当該極小角速度が更新されるまでの期間に基づいて、前記燃焼間隔を算出するように構成される、
請求項１に記載の燃焼状態推定装置。
【請求項３】
前記演算装置は更に、
前記極小角速度と前記極大角速度とに基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、
請求項２に記載の燃焼状態推定装置。
【請求項４】
気筒を有する機関本体の排気経路上に設けられたハウジングの内部に回転自在に収容されると共に、少なくとも１つのブレードを有して当該機関本体の気筒から排出される排気のエネルギによって回転駆動される回転体と、
前記ハウジングに設けられると共に、当該ハウジング内の所定位置を前記回転体のブレードが通過したことを検出する通過検出センサと、
前記通過検出センサの検出結果に基づいて、前記回転体の角速度を算出すると共に、当該回転体の角速度に基づいて、前記機関本体の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成された演算装置と、
を備える燃焼状態推定装置であって、
前記演算装置は、
前記回転体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回転体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回転体の角速度を極大角速度として設定し、
前記極小角速度と前記極大角速度とに基づいて、排気行程中の気筒の燃焼エネルギを算出するように構成される、
燃焼状態推定装置。
【請求項５】
前記演算装置は、
前記ブレードのうちの任意の１つのブレードが前記所定位置を一度通過してからの経過時間を、当該任意の１つのブレードが当該所定位置を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間として算出し、
当該基準ブレード通過時間と、当該基準ブレード通過時間の間に前記任意の１つのブレードが前記所定位置を通過した回数と、に基づいて、前記回転体の角速度を算出するように構成される、
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の燃焼状態推定装置。
【国際調査報告】
2017104029.tif 000016
2017104029.tif 000017
2017104029.tif 000018
2017104029.tif 000019