(57)【要約】  複数のブレードを有する回転体を収容するハウジング内の所定位置を回転体の各ブレードが通過したことを検出する検出器からの出力値に基づいて回転体の回転数を推定する回転数推定装置が、複数のブレードのうちの任意の１つのブレード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が閾値以上になったときに、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つのブレードが所定位置を通過した回数と、に基づいて回転体の回転数を推定するように構成されている。
2017042871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブレードを有する回転体を収容するハウジング内の所定位置を当該回転体の各ブレードが通過したことを検出する検出器の出力値に基づいて、当該回転体の回転数を推定する回転数推定装置であって、
前記複数の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、
前記基準ブレード通過時間が閾値以上になったときに、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回転数を推定するように構成された、
回転数推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転数推定装置であって、
当該回転数推定装置は、所定のサンプリング周期で前記検出器の出力値を取得するように構成されており、
前記閾値は、サンプリング誤差が所定の許容誤差以下となるように、前記サンプリング周期に基づいて予め設定された固定値である、
回転数推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転数推定装置によって、前記回転体としての排気ターボチャージャのコンプレッサホイールの回転数が推定される多気筒内燃機関であって、
前記回転数推定装置は、当該多気筒内燃機関の機関回転数が高いときほど、前記閾値を小さくするようにさらに構成される、
多気筒内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記回転数推定装置によって推定した前記コンプレッサホイールの回転数に基づいて、当該コンプレッサホイールを含む前記排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギを算出し、
前記運動エネルギに基づいて、気筒間の燃焼バラツキを推定するように構成された、
多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項５】
複数のブレードを有する回転体を収容するハウジング内の所定位置を当該回転体の各ブレードが通過したことを検出する検出器の出力値に基づいて、当該回転体の回転数を推定する回転数推定装置であって、
前記複数の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、各ブレードが当該所定位置を所定回数通過するごとに単位ブレード通過時間として算出し、
前記単位ブレード通過時間が閾値以上になったときに、当該単位ブレード通過時間と、当該単位ブレード通過時間の間に各ブレードが前記所定位置を通過した回数と、前記ブレードの総枚数と、に基づいて前記回転体の回転数を推定するように構成された、
回転数推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転数推定装置、多気筒内燃機関及び多気筒内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の回転数推定装置として、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサホイールのような複数のブレードを有する回転体の回転数を、各ブレードの通過を検出する渦電流センサの出力値に基づいて推定するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３４７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の回転数推定装置では、回転体のブレードの形状誤差やサンプリング誤差を考慮に入れていなかったため、回転数の推定精度が悪化するおそれがあった。【０００５】
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、複数のブレードを有する回転体の回転数を精度良く推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、複数のブレードを有する回転体を収容するハウジング内の所定位置を当該回転体の各ブレードが通過したことを検出する検出器の出力値に基づいて当該回転体の回転数を推定する回転数推定装置が、複数のブレードのうちの任意の１つのブレード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が閾値以上になったときに、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つのブレードが所定位置を通過した回数と、に基づいて回転体の回転数を推定するように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様による回転数推定装置によれば、複数のブレードを有する回転体の回転数を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサを概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したコンプレッサで用いられるコンプレッサホイールを概略的に示す平面図である。
【図３】図３は、渦電流センサによる検出原理を概略的に示す図である。
【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、コンプレッサホイールが１回転する間に推定された瞬間的な回転数の推移を示す図である。
【図６】図６は、コンプレッサホイールを概略的に示す、図２と同様な平面図である。
【図７】図７は、アンプユニットによって算出されたブレード間の時間間隔Δｔと、実際のブレード間の時間間隔Δｔｒと、の間にズレが生じる理由について説明する図である。
【図８】図８は、第１実施形態によるコンプレッサホイールの回転数の推定制御について説明するフローチャートである。
【図９】図９は、内燃機関の概略的な全体図である。
【図１０】図１０は、図９に示した内燃機関の１サイクルにおける排気ターボチャージャの回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。
【図１１】図１１は、図９に示した内燃機関の１サイクルにおける排気ターボチャージャの回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態によるコンプレッサホイールの回転数の推定制御について説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、図９に示した内燃機関の機関回転数に基づいて閾値ｔｔｈｅｒｓを設定するためのテーブルである。
【図１４】図１４は、第３実施形態によるコンプレッサホイールの回転数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】
【０００９】
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。
【００１０】
（第１実施形態）
＜コンプレッサの構成＞
図１及び図２を参照して、第１実施形態による回転数推定装置が用いられるコンプレッサ１について説明する。図１は、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサ１を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示したコンプレッサ１で用いられるコンプレッサホイール（インペラ）２を概略的に示す平面図である。
【００１１】
図１に示したように、コンプレッサ１は、気体の圧縮を行うコンプレッサホイール２と、コンプレッサホイール２を収容するハウジング３と、を備える。
【００１２】
コンプレッサホイール２は、排気ターボチャージャのタービンホイール（図示せず）にシャフト４を介して連結される中央本体２１と、中央本体２１の表面上からコンプレッサホイール２の径方向及び軸線方向に延びる複数のブレード２２と、を備える。中央本体２１は、その軸線Ｌがシャフト４の軸線と同軸になるように、シャフト４に固定される。
【００１３】
また、図２からわかるように、本実施形態のコンプレッサホイール２は等間隔に配置された同一形状の１２枚のブレード２２を有する。図２には、説明を分かりやすくするために、ブレード２２にそれぞれ番号を付してある（Ｂ１〜Ｂ１２）。なお、ブレード２２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。また、本実施形態のコンプレッサホイール２では、複数のブレード２２は、コンプレッサホイール２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２２は、コンプレッサ１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、如何なる形状を有していてもよい。また、ブレード２２は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよく、またブレード２２の一部又は全てが他のブレードと異なる形状を有するように構成されてもよい。
【００１４】
ハウジング３は、ハウジング３の中央を通って延びる中央通路３１と、中央通路３１の周囲に延びる環状通路３２とを有する。中央通路３１の一方の端部は開いており、流体が流入する入口３３を構成する。また、中央通路３１の他方の端部の周りに環状通路３２が配置され、この環状通路３２の内側において中央通路３１内にコンプレッサホイール２が配置される。したがって、入口３３から流入した流体は中央通路３１を通ってコンプレッサホイール２を介して環状通路３２に流出する。
【００１５】
コンプレッサホイール２は、ハウジング３内においてその軸線Ｌ周りで回転可能である。また、コンプレッサホイール２は、回転すると、ブレード２２の径方向端部がハウジング３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構成される。
【００１６】
＜通過検出センサ＞
また、本実施形態では、ハウジング３内の所定の角度位置（所定位置）をブレード２２が通過したことを検出する通過検出センサ５がハウジング３に設けられる。すなわち、通過検出センサ５は、通過検出センサ５の検知部の前をブレード２２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５は、コンプレッサホイール２のブレード２２の径方向端面２２ａに対面するように且つブレード２２の径方向端面２２ａの法線方向と略平行となるように配置される。また、通過検出センサ５は、コンプレッサホイール２の入口側に位置するように、ハウジング３に配置される。図１に示した例では、通過検出センサ５は、コンプレッサホイール２のブレード２２の入口側端面２２ｂに隣接してハウジング３に配置される。
【００１７】
また、通過検出センサ５は、コンプレッサホイール２の回転数を推定する回転数推定装置としても機能するアンプユニット６に接続され、通過検出センサ５の出力信号はアンプユニット６に入力される。アンプユニット６は、通過検出センサ５の出力信号を増幅させるアンプや、アンプによって増幅させた出力信号に基づいてコンプレッサホイール２の回転数を推定するＣＰＵ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５とアンプユニット６とを別体としているが、通過検出センサ５にアンプユニット６を内蔵し、通過検出センサ５とアンプユニット６とを一体化しても良い。
【００１８】
ここで、コンプレッサホイール２のブレード２２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２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５はコンプレッサホイール２の入口側に位置するようにハウジング３に配置されるため、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５への熱の影響を低減することができる。
【００１９】
また、本実施形態では、通過検出センサ５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。
【００２０】
渦電流センサ５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２５を有する。コイル２５が発生させる磁界Ｘをブレード２２が通過すると、コイル２５の発生させる磁界を打ち消すようにブレード２２に渦電流Ｙが発生する。ブレード２２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２５に流れる電流値が変化することになる。したがって渦電流センサ５は、コイル２５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によってブレード２２の通過を検出している。具体的には、渦電流センサ５の出力値がピークになったときを、ブレード２２が渦電流センサ５の検知部の前を（すなわち、ハウジング３内の所定の角度位置を）通過したときであると判定するようにしている。
【００２１】
なお、ブレード２２の通過を検出する通過検出センサ５としては、ブレード２２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２２の通過を検出することができる。なお、以下の説明では、通過検出センサ５として渦電流センサを用いた場合について説明する。
【００２２】
図４Ａ及び図４Ｂは、通過検出センサ５として渦電流センサを用いた場合の通過検出センサ５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２の回転数が比較的遅い場合（例えば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２の回転数が比較的速い場合（例えば４０万［ｒｐｍ］）における出力値の推移をそれぞれ示している。
【００２３】
上述したように、通過検出センサ５として渦電流センサを用いた場合は、通過検出センサ５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２２）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５の検知部の前をブレード２２が通過すると、通過検出センサ５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２２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５の検知部の前を通過した各ブレード２２の番号を示している。
【００２４】
図４Ａに示したように、コンプレッサホイール２の回転数が比較的遅い場合には、ブレード２２の通過に伴って通過検出センサ５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２２が通過する間の期間は低い値で一定に維持される。
【００２５】
一方、図４Ｂに示したように、コンプレッサホイール２の回転数が比較的速い場合には、１つのブレード２２の通過に伴って上昇した渦電流センサの出力値が下がりきる前に、次のブレード２２の通過に伴って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２２が通過する間の期間においても通過検出センサ５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５の出力値が最大になった時期がブレード２２の通過を示していることから、通過検出センサ５の検知部の前をブレード２２が通過したことを正確に検出することができる。
【００２６】
＜通過検出センサを用いたコンプレッサホイールの回転数推定の一例＞
【００２７】
このように通過検出センサ５は、通過検出センサ５の検知部の前をブレード２２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５を用いたコンプレッサホイール２の回転数の推定方法の一例として、通過検出センサ５の前を各ブレード２２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５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５の前を各ブレード２２が通過するごとにコンプレッサホイール２の回転数を推定する方法が挙げられる。
【００２８】
以下では、図４Ａを参照して、この通過検出センサ５を用いたコンプレッサホイール２の回転数の推定方法の一例について説明する。
【００２９】
図４Ａに示した例では、第１ブレードＢ１が通過検出センサ５の前を通過することによって通過検出センサ５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５の前を通過することによって通過検出センサ５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。
【００３０】
この場合、通過検出センサ５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５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２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。
【００３１】
よって、通過検出センサ５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２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。
【００３２】
同様に、通過検出センサ５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５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２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５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２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。
【００３３】
よって、通過検出センサ５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２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５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２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。
【００３４】
したがって、ブレード２２の番号をｉで表すと、通過検出センサ５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５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。
【００３５】
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。
【００３６】
ωｉ＝αｉ／Δｔｉ      …（１）
Ｎｉ＝（ωｉ／２π）×６０
＝（αｉ×６０）／（２π×Δｔｉ）      …（２）
【００３７】
また本実施形態のように、各ブレード２２が周方向に等間隔に設けられたコンプレッサホイール２の場合であれば、ブレード２２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５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。
【００３８】
Ｎｉ＝６０／（ｐ×Δｔｉ）      …（３）
【００３９】
ところが、このような推定方法でコンプレッサホイール２の回転数を推定した場合、すなわち通過検出センサ５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５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コンプレッサホイール２の回転数を推定した場合、実際の回転数と、推定した回転数と、の間に誤差（推定誤差）が生じることがわかった。
【００４０】
＜ブレードの形状誤差＞
図５は、コンプレッサホイール２を一定の回転数で回転させた場合に、上述の推定方法でコンプレッサホイール２の回転数を推定したときの推定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コンプレッサホイール２の回転数を表している。
【００４１】
図５に示した例では、コンプレッサホイール２は一定の回転数で回転させられている。したがって、このとき推定される瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数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、推定される瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数は必ずしも各ブレード２２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コンプレッサホイール２の回転数に対して２番ブレード通過後の瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数は遅くなっている。
【００４２】
これについて、本願の発明者らが鋭意研究を行ったところ、推定された瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数が一定の値にならない原因の１つとして、コンプレッサホイール２のブレード２２の形状誤差（形状公差範囲内での誤差）が考えられることを突き止めた。すなわち、コンプレッサホイール２の各ブレード２２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、推定された瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数に誤差が生じることを突き止めた。以下、図６を参照して、推定された瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数とブレード２２の形状誤差との関係について説明する。
【００４３】
図６は、コンプレッサホイール２を概略的に示す、図２と同様な平面図である。図６の破線は、コンプレッサホイール２のブレード２２が設計通りに形成されていた場合のブレード２２の形状を示している。図６に示した例では、複数のブレード２２は等間隔に互いに同一形状となるように設計されている。また、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。
【００４４】
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５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よりも小さい。
【００４５】
一方、回転数を推定するにあたっては、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、コンプレッサホイール２が一定の回転数で回転していても、第１ブレードＢ１から第２ブレードＢ２までの時間間隔Δｔ１に基づく瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数Ｎ１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に基づく瞬間的なコンプレッサホイール２の回転数Ｎ２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通過後の瞬間的な回転数が第２ブレードＢ２通過後の瞬間的な回転数よりも速いものとして算出される。
【００４６】
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、コンプレッサホイール２が一定の回転角度で回転していても、第９ブレードＢ９通過後の瞬間的な回転数が第１０ブレードＢ１０通過後の瞬間的な回転数よりも速いものとして算出される。
【００４７】
なお、図６には、ブレード２２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２２に生じる形状誤差には、コンプレッサホイール２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２２に生じると、ブレード間の回転数を適切に検出することができなくなる。
【００４８】
＜形状誤差によって生じる推定誤差への対応＞
ブレード２２の形状誤差によって生じる推定誤差への対応としては、上述の推定方法のように、通過検出センサ５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５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コンプレッサホイール２の回転数を推定するのではなく、通過検出センサ５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５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２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２の回転数を推定することが考えられる。
【００４９】
このようにコンプレッサホイール２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２の回転数を推定することで、たとえブレード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コンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。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。
【００５０】
そのため、コンプレッサホイール２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２の回転数を推定することで、ブレード２２の形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。
【００５１】
しかしながら、このようにコンプレッサホイール２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２の回転数を推定してもなお、実際の回転数と、推定した回転数と、の間に推定誤差が生じることがわかった。そしてその推定誤差は、実際のコンプレッサホイール２の回転数が高くなるほど大きくなる傾向にあることがわかった。
【００５２】
＜サンプリング誤差＞
コンプレッサホイール２の回転数を推定するには、予め角度間隔が分かっているブレード間の時間間隔Δｔをアンプユニット６によって算出する必要がある。例えばコンプレッサホイール２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２の回転数を推定する場合には、通過検出センサ５の前を第ｉブレードＢｉが通過してから次に第ｉブレードＢｉが通過するまでの時間がブレード間の時間間隔Δｔとなる。
【００５３】
しかしながらアンプユニット６は、予め定められた所定のサンプリング周期ｔｓｍｐで通過検出センサ５の出力値を読み込み、読み込んだ出力値に基づいて、各ブレード２２が通過検出センサ５の検知部の前を通過したことを検出している。そのため、アンプユニット６によって算出されたブレード間の時間間隔Δｔと、実際のブレード間の時間間隔Δｔｒと、の間にズレが生じる場合がある。
【００５４】
図７は、アンプユニット６によって算出されたブレード間の時間間隔Δｔと、実際のブレード間の時間間隔Δｔｒと、の間にズレが生じる理由について説明する図であり、通過検出センサ５の出力の推移を示した図である。図７に示した例では、第１ブレードＢ１が最初に通過検出センサ５の検知部の前を実際に通過して通過検出センサ５の出力がピークを示したときを時刻ｔ１とする。そして、第１ブレードＢ１が次に通過検出センサ５の検知部の前を実際に通過して通過検出センサ５の出力がピークを示したときを時刻ｔ２とする。
【００５５】
この場合、通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過してから次に第１ブレードＢ１が通過するまでの実際のブレード間の時間間隔Δｔｒは、ｔ２−ｔ１である。
【００５６】
しかしながら、アンプユニット６は、予め定められた所定のサンプリング周期ｔｓｍｐで通過検出センサ５の出力値を読み込んでいる。そのため、アンプユニット６が最初に通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過したと判断する時刻は、通過検出センサ５の出力が実際にピークを示した時刻ｔ１から最大で前後にサンプリング周期ｔｓｍｐだけズレた時刻となる。すなわち、アンプユニット６が最初に通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過したと判断する時刻は、時刻（ｔ１−ｔｓｍｐ）から時刻（ｔ１＋ｔｓｍｐ）までの範囲内における任意の時刻ｔ１’のときとなる。
【００５７】
また同様に、アンプユニット６が次に通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過したと判断する時刻は、通過検出センサ５の出力が実際にピークを示した時刻ｔ２から最大で前後にサンプリング周期ｔｓｍｐだけズレた時刻となる。すなわち、アンプユニット６が次に通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過したと判断する時刻は、時刻（ｔ２−ｔｓｍｐ）から時刻（ｔ２＋ｔｓｍｐ）までの範囲内における任意の時刻ｔ２’のときとなる。
【００５８】
したがってアンプユニット６は、通過検出センサ５の前を第１ブレードＢ１が通過してから次に第１ブレードＢ１が通過するまでのブレード間の時間間隔Δｔを、ｔ２’−ｔ１’として算出することになる。そのため、アンプユニット６によって算出されるブレード間の時間間隔Δｔ（＝ｔ２’−ｔ１’）と、実際のブレード間の時間間隔Δｔｒ（＝ｔ２−ｔ１）と、の間には、最大で（２×ｔｓｍｐ）の誤差（絶対誤差）が生じることになる。
【００５９】
したがってアンプユニット６によって算出されるブレード間の時間間隔Δｔは、実際のブレード間の時間間隔（真値）Δｔｒに対する誤差の割合として、下記式（４）で表されるサンプリング誤差（相対誤差）Ｅ［％］を含むことになる。
【００６０】
Ｅ＝｛（２×ｔｓｍｐ）／（Δｔｒ）｝×１００      …（４）
【００６１】
そして、このサンプリング誤差Ｅが大きくなるほど、アンプユニット６によって算出されるブレード間の時間間隔Δｔの精度が低くなる。したがって、サンプリング誤差Ｅが大きくなるほど、推定誤差が生じやすく、また推定誤差も大きくなりやすい。実際のブレード間の時間間隔Δｔｒは、コンプレッサホイール２の実際の回転数が高くなるほど短くなる。よって、コンプレッサホイール２の実際の回転数が高くなるほど、サンプリング誤差Ｅも大きくなるので、推定誤差も大きくなるのである。
【００６２】
したがって、コンプレッサホイール２の回転数を精度良く推定するには、コンプレッサホイール２のブレード２２の形状誤差だけでなく、サンプリング誤差Ｅも考慮に入れる必要がある。
【００６３】
＜サンプリング誤差によって生じる推定誤差への対応＞
サンプリング誤差Ｅを小さくしてサンプリング誤差Ｅを所定の許容誤差Ｅａｌｌｏｗ（例えば１％）以下にする方法の１つとしては、サンプリング周期ｔｓｍｐを短くすることが挙げられる。しかしながら、サンプリング周期ｔｓｍｐを短くするにはアンプユニット６のＣＰＵの演算処理能力を高くする必要があるので、コストが増加する。
【００６４】
そこで本実施形態では、コンプレッサホイール２の実際の回転数にかかわらずサンプリング誤差Ｅが許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下となるように、コンプレッサホイール２の回転数を推定するために必要なブレード間の時間間隔Δｔを、コンプレッサホイール２の実際の回転数が高くなるほど長くすることができるようにした。
【００６５】
具体的には、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、当該基準ブレードが通過検出センサ５の前を１回通過するごとに基準ブレード通過時間ｔｍとして算出し、基準ブレード通過時間が閾値ｔｔｈｒｅｓ以上になったときに、コンプレッサホイール２の回転数を算出するようにした。なお閾値ｔｔｈｒｅｓは、前述の（４）式を変形することによって得られる下記式（５）の条件を満たす値の中から任意の値を選択することができ、サンプリング周期ｔｓｍｐに基づいて設定することができる。
【００６６】
ｔｔｈｒｅｓ≧｛（２×ｔｓｍｐ）／Ｅａｌｌｏｗ｝×１００      …（５）
【００６７】
これにより、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからコンプレッサホイール２が１回転するのに要した時間が最初に基準ブレード通過時間ｔｍとして算出される。そして、この基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｒｅｓ以上であれば、サンプリング誤差Ｅが許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下になるので、コンプレッサホイール２の回転数の推定が実施される。
【００６８】
一方、この基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｒｅｓ未満であれば、サンプリング誤差Ｅが許容誤差Ｅａｌｌｏｗよりも大きくなるので、コンプレッサホイール２が１回転した時点ではコンプレッサホイール２の回転数の推定を実施せずに、コンプレッサホイール２がその時点からもう１回転したときまでの経過時間ｔｅが次に基準ブレード通過時間ｔｍとして算出される。すなわち、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからコンプレッサホイール２が２回転するのに要した時間が次に基準ブレード通過時間ｔｍとして算出される。
【００６９】
そして、この基準ブレード通過時間ｔｍが再び閾値ｔｔｈｒｅｓと比較され、当該基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｒｅｓ以上であれば、コンプレッサホイール２の回転数の推定が実施される。一方で当該基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｒｅｓ未満であれば、コンプレッサホイール２が２回転した時点からもう１回転したときまでの経過時間ｔｅが次に基準ブレード通過時間ｔｍとして算出される。すなわち、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからコンプレッサホイール２が３回転するのに要した時間が次に基準ブレード通過時間ｔｍとして算出される。そして、この基準ブレード通過時間ｔｍが再び閾値ｔｔｈｒｅｓと比較され、このようにして算出された基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｒｅｓ以上となるまで、同様の処理が繰り返されることになる。
【００７０】
これにより、コンプレッサホイール２の実際の回転数にかかわらず、常にサンプリング誤差Ｅを許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下にした状態でコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。また、ブレード２２の形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。したがって、コンプレッサホイール２の回転数を精度良く推定することができる。
【００７１】
＜第１実施形態によるコンプレッサホイールの回転数の推定制御＞
以下、この本実施形態によるコンプレッサホイール２の回転数の推定制御について説明する。
【００７２】
図８は、本実施形態によるコンプレッサホイール２の回転数の推定制御について説明するフローチャートである。アンプユニット６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。
【００７３】
ステップＳ１において、アンプユニット６は、通過検出センサ５の出力値を読み込む。
【００７４】
ステップＳ２において、アンプユニット６は、経過時間計測開始フラグＦ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Ｆ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Ｆが０に設定されているときに、通過検出センサ５によってレード２２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２の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６は、経過時間計測開始フラグＦ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６は、経過時間計測開始フラグが１に設定されていれば、ステップＳ５の処理に進む。
【００７５】
ステップＳ３において、アンプユニット６は、ブレード２２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２２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６は、ブレード２２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６は、ブレード２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。
【００７６】
ステップＳ４において、アンプユニット６は、経過時間計測開始フラグＦを１に設定し、基準ブレードが通過検出センサ５の検知部の前を通過してからの経過時間ｔｅの計測を開始する。
【００７７】
ステップＳ５において、アンプユニット６は、経過時間ｔｅ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ｔｅとして算出する。なお、経過時間ｔｅの初期値は０である。
【００７８】
ステップＳ６において、アンプユニット６は、通過検出センサ５によってブレード２２の通過が検出されたか否かを判定する。アンプユニット６は、通過検出センサ５によってブレード２２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６は、過検出センサ５によってブレード２２の通過が検出されなければ今回の処理を終了する。
【００７９】
ステップＳ７において、アンプユニット６は、基準ブレードが通過検出センサ５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６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。
【００８０】
ステップＳ８において、アンプユニット６は、ステップＳ６で通過を検出したブレード２２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６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。なお、正の整数ｎの初期値は１である。また、この正の整数ｎは、基準ブレードが最初に通過検出センサ５の検知部の前を通過してからからのコンプレッサホイール２の回転回数に相当する。アンプユニット６は、ステップＳ６で通過を検出したブレード２２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６は、ステップＳ６で通過を検出したブレード２２が基準ブレードでなければ今回の処理を終了する。
【００８１】
ステップＳ９において、アンプユニット６は、ステップＳ５で算出した経過時間ｔｅ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６は、基準ブレードが最初に通過検出センサ５の検知部の前を通過したことを検出してからの経過時間ｔｅを、当該基準ブレードが通過検出センサ５の検知部の前を所定回数通過するごとに基準ブレード通過時間ｔｍとして設定する。なお本実施形態では、この所定回数が１回となるようにしているが、１回に限られるものではなく、複数回となるようにしても良い。
【００８２】
ステップＳ１０において、アンプユニット６は、基準ブレード通過時間ｔｍが、閾値ｔｔｈｅｒｓ未満か否かを判定する。アンプユニット６は、基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｅｒｓ未満であれば、ステップＳ１１の処理に進む。一方でアンプユニット６は、基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｅｒｓ以上であれば、ステップＳ１２の処理に進む。
【００８３】
ステップＳ１１において、アンプユニット６は、正の整数ｎに１を積算して正の整数ｎの値を更新する。これにより、基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｅｒｓ未満のときは、コンプレッサホイール２をもう１回転させて、基準ブレード通過時間ｔｍが再設定されることになる。
【００８４】
ステップＳ１２において、アンプユニット６は、基準ブレード通過時間ｔｍと、基準ブレードが通過検出センサ５の検知部の前を通過した回数（基準ブレード通過時間ｔｍの間にコンプレッサホイール２が回転した回数）に相当する正の整数ｎと、に基づいて、コンプレッサホイールの回転数Ｎ［ｒｐｍ］を推定する。具体的には、下記式（６）に基準ブレード通過時間ｔｍと正の整数ｎとを代入することによって、コンプレッサホイールの回転数Ｎを推定する。
【００８５】
Ｎ＝（ｎ／ｔｍ）×６０      …（６）
【００８６】
ステップＳ１３において、アンプユニット６は、経過時間ｔｅ及びブレードの通過回数ｉをそれぞれ初期値の０に戻すと共に、正の整数ｎを初期値の１に戻す。
【００８７】
以上説明した本実施形態によれば、複数のブレード２２を有するコンプレッサホイール２（回転体）を収容するハウジング３内の所定位置をコンプレッサホイール２の各ブレード２２が通過したことを検出する通過検出センサ５（検出器）の出力値に基づいて、コンプレッサホイール２の回転数を推定するアンプユニット６（回転数推定装置）が、複数のブレード２２のうちの任意の１つのブレード（基準ブレード）が所定位置を一度通過してからの経過時間ｔｅを、当該任意の１つのブレード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ｔｍとして算出し、基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｅｒｓ以上になったときに、基準ブレード通過時間ｔｍと、基準ブレード通過時間ｔｍの間に前記任意の１つのブレードが所定位置を通過した回数ｎと、に基づいてコンプレッサホイール２の回転数を推定するように構成されている。
【００８８】
そのため、コンプレッサホイール２の実際の回転数にかかわらず、常にサンプリング誤差Ｅを一定の誤差以下にした状態でコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。また、ブレード２２の形状誤差の影響を受けることなくコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。したがって、コンプレッサホイール２の回転数を精度良く推定することができる。
【００８９】
特に本実施形態によるアンプユニット６は、所定のサンプリング周期で通過検出センサ５の出力値を取得するように構成されており、閾値ｔｔｈｅｒｓは、サンプリング誤差が所定の許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下となるようにサンプリング周期に基づいて予め設定された固定値とされている。
【００９０】
そのため、常にサンプリング誤差Ｅを許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下にした状態でコンプレッサホイール２の回転数を推定することができ、サンプリング誤差を所望の誤差以下にすることができる。
【００９１】
（第２実施形態）
次に図９を参照して、第２実施形態による回転数推定装置が用いられる内燃機関１００について説明する。第２実施形態による回転数推定装置は、コンプレッサホイール２の回転数をするときに、内燃機関の機関回転数に応じて閾値ｔｔｈｅｒｓを可変にする点で第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【００９２】
図９は、内燃機関１００の概略的な全体図である。
【００９３】
内燃機関１００は、複数の気筒を有するいわゆる多気筒内燃機関である。本実施形態では、内燃機関１００は４つの気筒を有しているが、気筒数が複数個あれば気筒数は４つに限られるものではない。内燃機関１００は、内部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機関本体４１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４１は、各気筒に形成される燃焼室４２と、各燃焼室４２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁４３と、各燃焼室４２内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド４４と、各燃焼室４２内から排気を排出するための排気マニホールド４５と、を含む。
【００９４】
各燃料噴射弁４３は、燃料供給管５５を介してコモンレール５６に連結される。コモンレール５６は、吐出量の変更が可能な電子制御式の燃料ポンプ５７を介して燃料タンク５８に連結される。燃料タンク５８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ５７によってコモンレール５６内に供給される。コモンレール５６内に供給された燃料は、各燃料供給管５５を介して燃料噴射弁４３に供給される。
【００９５】
吸気マニホールド４４は、吸気ダクト４６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ１の出口に連結される。コンプレッサ１の入口は、吸気管４８を介してエアクリーナ４９に連結される。吸気管４８には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２１１が設けられる。吸気ダクト４６内には、ステップモータにより駆動される電気制御式のスロットル弁５０が配置される。吸気ダクト４６の周りには、吸気ダクト４６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置５１が配置される。
【００９６】
排気マニホールド４５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン８の入口に連結される。排気タービン８の出口は、触媒コンバータ６０が設けられた排気管５９に連結される。排気マニホールド４５と吸気マニホールド４４とは、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という。）を行うためにＥＧＲ通路５２を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路５２内には、電子制御式のＥＧＲ制御弁５３が配置される。ＥＧＲ通路５２の周りには、ＥＧＲ通路５２内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が配置される。
【００９７】
触媒コンバータ６０は、担体に担持された排気浄化触媒によって、各燃焼室４２から排出される排気中の有害物質を取り除いた上で排気を外気に排出する。
【００９８】
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。
【００９９】
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、機関回転数を算出するための信号として、機関本体４１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。
【０１００】
また電子制御ユニット２００には、燃料噴射弁４３やスロットル弁５０のステップモータ、ＥＧＲ制御弁５３、燃料ポンプ５７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。
【０１０１】
また電子制御ユニット２００は、アンプユニット６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。
【０１０２】
＜排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギの算出＞
ところで、排気ターボチャージャ７内で回転する構成要素としては、上述したコンプレッサホイール２に加えて、排気タービン８のタービンホイール（図示せず）及びこれらコンプレッサホイール２とタービンホイールとを連結するシャフト４が挙げられる。したがって、コンプレッサホイール２、タービンホイール及びシャフト４は、排気ターボチャージャ７の回転体を構成する。
【０１０３】
排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギＫＥは、下記式（７）に基づいて算出される。
【０１０４】
ＫＥ＝Ｉ×ω2／２      …（７）
【０１０５】
式（７）において、Ｉは排気ターボチャージャ７の回転体の慣性モーメントであり、ωは排気ターボチャージャ７の回転体の角速度である。排気ターボチャージャ７の回転体の慣性モーメントＩは、当該回転体の形状及び材質から計算によって求められる。排気ターボチャージャ７の回転体の角速度は、コンプレッサホイール２の角速度に等しい。そしてコンプレッサホイール２の角速度は、アンプユニット６によって推定されたコンプレッサホイール２の回転数から算出することができる。したがって、コンプレッサホイール２の回転数Ｎを求めることにより、排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギを算出することができる。
【０１０６】
そこで、本実施形態では、排気ターボチャージャ７の使用中に、アンプユニット６によって推定されたコンプレッサホイール２の回転数Ｎに基づいてコンプレッサホイール２の角速度ωを算出すると共に、算出した角速度ωに基づいて上記式（７）により排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギを算出する。アンプユニット６によって、コンプレッサホイール２の形状誤差の影響を受けることなく、またサンプリング誤差を許容誤差以下に収めた状態でコンプレッサホイール２の回転数Ｎを正確に推定することができるので、排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギを正確に算出することができる。
【０１０７】
＜気筒間バラツキの算出＞
このように、排気ターボチャージャ７の回転体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内燃機関１００の気筒間のトルク差など、燃焼に関する気筒間バラツキを算出することができる。以下では、排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギと気筒間トルク差との関係について説明する。
【０１０８】
図１０は、図９に示した内燃機関１００の１サイクルにおける排気ターボチャージャ７の回転体の角速度と運動エネルギとの推移を示す図である。図中の横軸は内燃機関１００のクランク角を示している。図１０中の実線は排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギを、破線は当該回転体の角速度をそれぞれ示している。
【０１０９】
図１０に示したように、排気ターボチャージャ７の回転体の角速度は内燃機関１００のクランク角に合わせて変化する。図１０に示した例ではまず１番気筒の排気弁が開いて燃焼室４２からの排気の流出が開始されると、排気ターボチャージャ７の排気タービン８に流入する排気が増大する。このため、排気タービン８の角速度が増大し、これに伴ってコンプレッサホイール２の角速度も増大する。また、これに伴って排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギも増大する。
【０１１０】
その後、１番気筒の排気行程の終盤では、燃焼室４２から流出する排気の流量が減少する。この結果、排気タービン８の角速度が減少し、これに伴ってコンプレッサホイール２の角速度も減少する。また、これに伴って排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギが減少する。
【０１１１】
したがって、図１０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２の角速度は上昇してから下降し、これに伴って排気ターボチャージャ７の回転体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、他の気筒の排気行程においても同様に推移する。したがって、図１０からわかるように、４気筒の内燃機関１００では、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。したがって、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。
【０１１２】
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排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギの上昇量（図１０中のΔＫＥ）は、４番気筒の燃焼室４２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排気ターボチャージャ７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４２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、各気筒から排出される排気の排気エネルギは、基本的に各気筒の燃焼室４２における燃焼によって生じたエネルギ、すなわち各気筒の燃焼室４２内における燃焼によって生じるトルクに比例する。
【０１１３】
したがって、各気筒の排気行程中における排気ターボチャージャ７の回転体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トルクの差を検出することができる。具体的には、各気筒の排気行程開始時における回転体の運動エネルギの最小値と、その気筒の排気行程中における回転体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は燃焼トルクの大きい気筒であると判定され、これら最小値と最大との差が小さい気筒は燃焼トルクの小さい気筒であると判定される。
【０１１４】
このように燃焼トルクの気筒間差を検出することができると、各気筒の燃焼室４２に噴射する燃料量をフィードバック制御などによって調整することができるので、燃焼トルクの気筒間差を最小限に抑制することができるようになる。
【０１１５】
また、４番気筒を例にとって考えると、４番気筒の前に排気行程が行われる３番気筒の排気行程開始時における運動エネルギの最小値と、４番気筒の排気行程開始時における運動エネルギの最小値との差（図１１のΔＥ参照）は、これら気筒間における排気エネルギの差を示している。したがって、各気筒の排気行程開始時における運動エネルギの最小値に基づいて燃焼トルクの気筒間差を検出することができる。具体的には、或る気筒の排気行程開始時における運動エネルギの最小値が大きいときには、その気筒における排気エネルギは大きく、よって燃焼トルクが大きいものとして判定される。一方、或る気筒の排気行程開始時における運動エネルギの最小値が小さいときには、その気筒における排気エネルギは小さく、よって燃焼トルクが小さいものだったとして判定される。これにより、燃焼トルクの気筒間差を最小限に抑制することができるようになる。
【０１１６】
このように本実施形態では、各気筒の排気行程開始時における回転体の運動エネルギの最小値とその気筒の排気行程中における回転体の運動エネルギの最大値との間の差、又は連続する二つの排気行程の開始時における回転体の運動エネルギの最小値の差に基づいて燃焼トルクの気筒間差を検出している。しかしながら、燃焼トルクの気筒間差の算出は、各気筒の排気行程中に運動エネルギが１回上下に変動する間の上記パラメータとは異なる任意のパラメータ（例えば、最大値と最小値との間の中間値等）に基づいて行ってもよい。
【０１１７】
したがって、これらをまとめると、本実施形態による電子制御ユニット２００は、運動エネルギが１回上下に変動する間の運動エネルギの推移から把握される任意のパラメータの値同士を、内燃機関１００の同一サイクル内で比較することによって気筒間バラツキを推定するようにしているといえる。
【０１１８】
＜第２実施形態によるコンプレッサホイールの回転数の推定制御＞
ここで第１実施形態では、常にサンプリング誤差Ｅを許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下にした状態でコンプレッサホイール２の回転数を推定するために、基準ブレード通過時間ｔｍが閾値ｔｔｈｅｒｓ以上になったときに、コンプレッサホイール２の回転数を推定するようにしていた。
【０１１９】
そのため、コンプレッサホイール２の回転数が推定される推定周期は、閾値ｔｔｈｅｒｓとほぼ一致する。そして第１実施形態では閾値ｔｔｈｅｒｓを予め定めた固定値としていたので、ほぼ一定の推定周期でコンプレッサホイール２の回転数が推定されることなる。
【０１２０】
しかしながら、内燃機関１００が１サイクルするのに要する時間は、内燃機関１００の機関回転数が高くなるほど短くなる。そのため、内燃機関１００が１サイクルする間にアンプユニット６によって推定されるコンプレッサホイール２の回転数のデータ点数は、内燃機関１００の機関回転数が高くなるほど少なくなる。
【０１２１】
電子制御ユニット２００は、アンプユニット６によって推定されたコンプレッサホイール２の回転数のデータを、電子制御ユニット２００の演算周期（本実施形態ではアンプユニット６のサンプリング周期ｔｓｍｐよりも長い）ごとにアンプユニット６から取得し、その取得したコンプレッサホイール２の回転数のデータから排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギを算出している。したがって、内燃機関１００が１サイクルする間に電子制御ユニット２００によって算出される排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギのデータ点数も、内燃機関１００の機関回転数が高くなるほど少なくなる。
【０１２２】
内燃機関１００が１サイクルする間の運動エネルギのデータ点数が多い方が、内燃機関１００が１サイクルする間の運動エネルギの推移を精度良く推定できる。したがって、内燃機関１００の機関回転数が高くなると、燃焼トルクの気筒間差の検出精度が低下するおそれがある。
【０１２３】
そこで本実施形態では、内燃機関１００の機関回転数に応じて、閾値ｔｔｈｅｒｓを可変にする。具体的には、サンプリング誤差Ｅを許容誤差Ｅａｌｌｏｗ以下にできる範囲で、内燃機関１００の機関回転数が高くなるほど閾値ｔｔｈｅｒｓが小さくなるようにする。
【０１２４】
これにより、内燃機関１００の機関回転数にかかわらず、内燃機関１００が１サイクルする間にアンプユニット６によって推定されるコンプレッサホイール２の回転数のデータ点数をほぼ同じにすることができる。そのため、内燃機関１００の機関回転数にかかわらず、燃焼トルクの気筒間差の検出精度をほぼ一定に保つことができる。
【０１２５】
あるいはまた、内燃機関１００の機関回転数が高くなったときに、アンプユニット６によって推定されるコンプレッサホイール２の回転数のデータ点数が少なくなるのを抑制することができる。そのため、内燃機関１００の機関回転数が高くなったときに、燃焼トルクの気筒間差の検出精度が低下するのを抑制することができる。
【０１２６】
図１２は、本実施形態によるコンプレッサホイール２の回転数の推定制御について説明するフローチャートである。アンプユニット６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。
【０１２７】
ステップＳ１からステップＳ１３までの処理は、第１実施形態と同様である。
【０１２８】
ステップＳ２１において、アンプユニット６は、図１３のテーブルを参照し、電子制御ユニットから送信されてくる内燃機関１００の機関回転数に基づいて、閾値ｔｔｈｅｒｓを設定する。
【０１２９】
以上説明した本実施形態によれば、アンプユニット６（回転数推定装置）によって排気ターボチャージャのコンプレッサホイールの回転数が推定される内燃機関１００（多気筒内燃機関）において、アンプユニット６は、内燃機関１００の機関回転数が高いときほど、閾値を小さくするように構成されている。
【０１３０】
そのため、内燃機関１００の機関回転数にかかわらず、内燃機関１００が１サイクルする間にアンプユニット６によって推定されるコンプレッサホイール２の回転数のデータ点数をほぼ同じにすることができる。あるいはまた、内燃機関１００の機関回転数が高くなったときに、アンプユニット６によって推定されるコンプレッサホイール２の回転数のデータ点数が少なくなるのを抑制することができる。
【０１３１】
そして本実施形態による内燃機関１００の電子制御ユニット２００（制御装置）は、アンプユニット６によって推定したコンプレッサホイール２の回転数に基づいて、コンプレッサホイール２を含む排気ターボチャージャ７の回転体の運動エネルギを算出し、その運動エネルギに基づいて気筒間の燃焼バラツキを推定するように構成されている。
【０１３２】
これにより、内燃機関１００が１サイクルする間の排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギのデータ点数も、内燃機関１００の機関回転数にかかわらずほぼ一定にすることができる。そのため、内燃機関１００の機関回転数にかかわらず、燃焼トルクの気筒間差の検出精度をほぼ一定に保つことができる。あるいはまた、内燃機関１００が１サイクルする間の排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギのデータ点数が、内燃機関１００の機関回転数が高くなったときに少なくなるのを抑制することができる。そのため、内燃機関１００の機関回転数が高くなったときに、燃焼トルクの気筒間差の検出精度が低下するのを抑制することができる。
【０１３３】
（第３実施形態）
次に図１４を参照して、第３実施形態による回転数推定装置について説明する。第３実施形態による回転数推定装置は、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が通過検出センサ５の前を所定回数通過するごとに単位ブレード通過時間ｔｍ２として算出し、単位ブレード通過時間ｔｍ２が閾値ｔｔｈｒｅｓ以上になったときに、コンプレッサホイール２の回転数を算出する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【０１３４】
前述した第１実施形態では、ブレード２２の形状誤差を考慮して、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、当該基準ブレードが通過検出センサ５の前を１回通過するごとに基準ブレード通過時間ｔｍとして算出していた。しかしながら、ブレード２２の形状誤差が無視できるような場合であれば、サンプリング誤差のみを考慮して、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が通過検出センサ５の前を所定回数ｑだけ通過するごとに単位ブレード通過時間ｔｍ２として算出するようにしても良い。
【０１３５】
この場合、例えば所定回数ｑが１の場合であれば、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が通過検出センサ５の前を通過するたびに単位ブレード通過時間ｔｍ２として算出することになる。また例えば所定回数ｑが６の場合であれば、基準ブレードが通過検出センサ５の前を一度通過してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が通過検出センサ５の前を６回通過するごと（すなわちコンプレッサホイール２が半周回転するごと）に単位ブレード通過時間ｔｍ２として算出することになる。
【０１３６】
図１４は、この本実施形態によるコンプレッサホイール２の回転数の推定制御について説明するフローチャートである。アンプユニット６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。
【０１３７】
ステップＳ１からステップＳ１３までの処理は、第１実施形態と同様である。
【０１３８】
ステップＳ３１において、アンプユニット６は、基準ブレードが通過検出センサ５の検知部の前を通過してからのブレード通過回数ｉが、所定回数ｑの正の整数倍（すなわちｑ×ｎ）であるか否かを判定する。本実施形態においても、正の整数ｎの初期値は１である。アンプユニット６は、ブレード通過回数ｉが、所定回数ｑの正の整数倍であればステップＳ３２の処理に進み、そうでなければ今回の処理を終了する。
【０１３９】
ステップＳ３２において、アンプユニット６は、ステップＳ５で算出した経過時間ｔｅを単位ブレード通過時間ｔｍ２として設定する。すなわちアンプユニット６は、基準ブレードが最初に通過検出センサ５の検知部の前を通過したことを検出してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が通過検出センサ５の検知部の前を所定回数通過するごとに単位ブレード通過時間ｔｍ２として設定する。なお所定回数ｑの値は、任意の正の整数の中から適宜選択することができる。
【０１４０】
ステップＳ３３において、アンプユニット６は、単位ブレード通過時間ｔｍ２が、閾値ｔｔｈｅｒｓ未満か否かを判定する。アンプユニット６は、単位ブレード通過時間ｔｍ２が閾値ｔｔｈｅｒｓ未満であれば、ステップＳ１１の処理に進む。一方でアンプユニット６は、単位ブレード通過時間ｔｍ２が閾値ｔｔｈｅｒｓ以上であれば、ステップＳ１２の処理に進む。
【０１４１】
ステップＳ３４において、アンプユニット６は、単位ブレード通過時間ｔｍ２と、当該単位ブレード通過時間ｔｍ２の間に各ブレード２２が通過検出センサ５の検知部を通過した回数（＝ブレード通過回数）ｉと、ブレード２２の総枚数ｐと、に基づいて、コンプレッサホイールの回転数Ｎ［ｒｐｍ］を推定する。具体的には、下記式（７）に単位ブレード通過時間ｔｍ２と正の整数ｎとを代入することによって、コンプレッサホイールの回転数Ｎを推定する。
【０１４２】
Ｎ＝６０／｛（ｐ／ｉ）×ｔｍ２｝      …（７）
【０１４３】
以上説明した本実施形態によれば、複数のブレード２２を有するコンプレッサホイール２（回転体）を収容するハウジング３内の所定位置をコンプレッサホイール２の各ブレード２２が通過したことを検出する通過検出センサ５（検出器）の出力値に基づいて、コンプレッサホイール２の回転数を推定するアンプユニット６（回転数推定装置）が、複数のブレード２２のうちの任意の１つのブレード（基準ブレード）が所定位置を一度通過してからの経過時間ｔｅを、各ブレード２２が所定位置を所定回数通過するごとに単位ブレード通過時間ｔｍ２として算出し、単位ブレード通過時間ｔｍ２が閾値ｔｔｈｅｒｓ以上になったときに、単位ブレード通過時間ｔｍ２と、単位ブレード通過時間ｔｍ２の間に各ブレード２２が所定位置を通過した回数ｉと、ブレード２２の総枚数ｐと、に基づいてコンプレッサホイール２の回転数を推定するように構成されている。
【０１４４】
そのため、コンプレッサホイール２の実際の回転数にかかわらず、常にサンプリング誤差Ｅを一定の誤差以下にした状態でコンプレッサホイール２の回転数を推定することができる。したがって、コンプレッサホイール２の回転数を精度良く推定することができる。
【０１４５】
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。
【０１４６】
なお、上記の各実施形態では、回転体の一例として排気ターボチャージャのコンプレッサ１のコンプレッサホイール２を挙げたが、複数のブレードを有する回転体であれば、如何なる回転体であっても回転数の推定は可能である。したがって、例えば、軸流式圧縮機等の回転数を推定することも可能である。
【０１４７】
また上記の第２実施形態では、アンプユニット６によって回転数を推定していたが、アンプユニット６の機能を電子制御ユニット２００に持たせるようにしても良い。すなわち、アンプユニット６を設けずに、通過検出センサ５の出力信号を電子制御ユニット２００に直接入力し、電子制御ユニット２００によって回転数を推定するようにしても良い。この場合は電子制御ユニット２００が回転数推定装置として機能する。
【符号の説明】
【０１４８】
１    コンプレッサ
２    コンプレッサホイール（回転体）
２２    ブレード
３    ハウジング
５    通過検出センサ（検出器）
６    アンプユニット（回転数推定装置）
１００    内燃機関（多気筒内燃機関）
２００    電子制御ユニット（制御装置、回転数推定装置）
【図１】
2017042871.tif 000003
【図２】
2017042871.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2017042871.tif 000006
【図４Ｂ】
2017042871.tif 000007
【図５】
2017042871.tif 000008
【図６】
2017042871.tif 000009
【図７】
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【図８】
2017042871.tif 000011
【図９】
2017042871.tif 000012
【図１０】
2017042871.tif 000013
【図１１】
2017042871.tif 000014
【図１２】
2017042871.tif 000015
【図１３】
2017042871.tif 000016
【図１４】
2017042871.tif 000017
【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】
複数のブレードを有する回転体を収容するハウジング内の所定位置を当該回転体の各ブレードが通過したことを検出する検出器の出力値に基づいて、当該回転体の回転数を推定する回転数推定装置であって、
前記複数の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、
前記基準ブレード通過時間が閾値以上になったときに、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回転数を推定するように構成された、
回転数推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転数推定装置であって、
当該回転数推定装置は、所定のサンプリング周期で前記検出器の出力値を取得するように構成されており、
前記閾値は、サンプリング誤差が所定の許容誤差以下となるように、前記サンプリング周期に基づいて予め設定された固定値である、
回転数推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転数推定装置によって、前記回転体としての排気ターボチャージャのコンプレッサホイールの回転数が推定される多気筒内燃機関であって、
前記回転数推定装置は、当該多気筒内燃機関の機関回転数が高いときほど、前記閾値を小さくするようにさらに構成される、
多気筒内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記回転数推定装置によって推定した前記コンプレッサホイールの回転数に基づいて、当該コンプレッサホイールを含む前記排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギを算出し、
前記運動エネルギに基づいて、気筒間の燃焼バラツキを推定するように構成された、
多気筒内燃機関の制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月18日(2018.1.18)
【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】
複数のブレードを有する排気ターボチャージャの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前記コンプレッサホイールの各ブレードが通過したことを検出する検出器の出力値に基づいて、前記コンプレッサホイールの回転数を推定する回転数推定装置を備える多気筒内燃機関であって、
前記回転数推定装置は、
前記複数の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、
前記基準ブレード通過時間が閾値以上になったときに、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、に基づいて前記コンプレッサホイールの回転数を推定し、
前記多気筒内燃機関の機関回転数が高いときほど、前記閾値を小さくするように構成される、
多気筒内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関であって、
前記回転数推定装置は、所定のサンプリング周期で前記検出器の出力値を取得するように構成されており、
前記閾値は、サンプリング誤差が所定の許容誤差以下となるように、前記サンプリング周期に基づいて予め設定された固定値である、
多気筒内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記回転数推定装置によって推定した前記コンプレッサホイールの回転数に基づいて、当該コンプレッサホイールを含む前記排気ターボチャージャの回転体の運動エネルギを算出し、
前記運動エネルギに基づいて、気筒間の燃焼バラツキを推定するように構成された、
多気筒内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
2017042871.tif 000018
2017042871.tif 000019
2017042871.tif 000020
2017042871.tif 000021