(57)【要約】【課題】例えば、タービンホイール或いはコンプレッサホイールの夫々に設けられたブレードの剥離或いは金属疲労を低減する。【解決手段】タービンホイール（３１１）は、その本体部３１７及びその表面に設けられた複数のブレード（３１６）、並びに、本体部（３１７）及びブレード（３１６）の表面に感圧塗料が塗布してなる感圧塗膜（３２５）を有している。タービンホイール（３１１）は、複数のべーン（１１５）が開くことによって供給される排気ガスによって回転軸（３１１ａ）を回転中心として回転可能である。照射装置（１０１）は、タービンホイール（３１１）に紫外線等の照射光を照射する。感圧塗膜（３２５）は、照射光に応じて蛍光を出射する。センサ装置（１０２）は、当該蛍光を検出する。センサ装置（１０２）は、当該蛍光を検出する。【選択図】図６
2009250048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）スピンドル、並びに（ｉｉ）該スピンドルの両端の夫々に設けられたタービンホイール及びコンプレッサホイールを有し、且つ内燃機関に第１圧縮空気を供給可能な第１過給機を制御するための過給制御装置であって、
（ｉ）前記内燃機関から前記タービンホイールに供給される排気ガス、及び、（ｉｉ）前記コンプレッサホイールに供給される空気のうち少なくとも一方の供給量を調節可能な調節手段と、
前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射光を照射する照射手段と、
前記照射光に応じて前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出する検出手段と、
該検出された蛍光に基づいて、前記表面に加わる局所的な圧力を特定する特定手段と、
該特定された圧力に基づいて、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように前記調節手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする過給制御装置。
【請求項２】
前記調節手段は、（ｉ）ノズルプレート、及び、（ｉｉ）該ノズルプレートに設けられた複数のべーンを有する可変ノズルであり、
前記制御手段は、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、前記可変ノズルを制御すること
を特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の排気側で前記第１過給機と並列に接続されており、前記内燃機関に第２圧縮空気を供給可能な第２過給機及び前記第１過給機の一方から他方に前記排気ガスの供給先を変更する供給先変更手段とを備え、
前記第１過給機が前記内燃機関に前記第１圧縮空気を供給する過給能力は、前記第２過給機が前記内燃機関に前記第２圧縮空気を供給する過給能力より高く、
前記制御手段は、前記内燃機関に要求される要求出力が前記内燃機関から出力されるように、前記供給先変更手段を制御すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の過給制御装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記供給先が前記第２過給機から前記第１過給機に切り換えられた際に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出すること
を特徴とする請求項３に記載の過給制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記内燃機関が有する気筒に対して吸気及び排気の夫々を行なう吸気弁及び排気弁の夫々の開閉動作を制御する可変動弁機構を備えており、
前記検出手段は、前記開閉動作を実行するタイミングが変更された際に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出すること
を特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の過給制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、車両に駆動力を供給する駆動源として前記車両に搭載されており、
前記検出手段は、前記車両が走行した所定の走行距離毎に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出すること
を特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の過給制御装置。
【請求項７】
前記照射手段は、前記第１過給機内に残留する未燃燃料を燃焼させるように、前記照射光の強度を設定すること
を特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の過給制御装置。
【請求項８】
前記特定手段は、記第１過給機内に存在する化学種から出射された蛍光成分が検出される検出時間の範囲を除く時間範囲内で検出された蛍光強度の積算値を算出すること
を特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の過給制御装置。
【請求項９】
前記特定手段は、前記第１過給機の排気側に設けられたＥＧＲ装置を通過する排気ガス、及び、前記内燃機関に供給される燃料の少なくとも一方に含まれる酸素の酸素濃度に基づいて、前記積算値を補正すること
を特徴とする請求項８に記載の過給制御装置。
【請求項１０】
（ｉ）スピンドル、並びに（ｉｉ）該スピンドルの両端の夫々に設けられたタービンホイール及びコンプレッサホイールを有し、且つ内燃機関に第１圧縮空気を供給可能な第１過給機が、前記内燃機関に前記第１圧縮空気を供給する過給動作を制御するための過給制御方法であって、
前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射光を照射する照射ステップと、
前記照射光に応じて前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出する検出する検出ステップと、
該検出された蛍光に基づいて、前記表面に加わる局所的な圧力を特定する特定ステップと、
前記特定された圧力に基づいて、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、（ｉ）前記内燃機関から前記タービンホイールに供給される排気ガス、及び、（ｉｉ）前記コンプレッサホイールに供給される空気のうち少なくとも一方の供給量を調節可能な調節手段を制御する制御ステップと
を備えたことを特徴とする過給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、エンジンに圧縮空気を供給可能な２ウェイツインターボ等の過給機による当該エンジンへの過給を制御するための過給制御装置、及び過給制御方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
２ウェイツインターボ等の過給機によれば、エンジン等の内燃機関に自然吸気以上の圧力で圧縮空気を供給することが可能である。このような過給機によれば、エンジン等の内燃機関はその排気量以上のパワーを出力可能である。
【０００３】
この種の過給機では、その制御性を高めるために、過給機内における排気ガス或いは空気等のガスの流速を流速センサによる測定したり、当該流速の変化に起因して生じるタービンホイール或いはコンプレッサホイールの歪みを測定したりし、その測定結果に基づいて過給機を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【０００４】
また、各種部材の歪み等に起因して生じる当該部材表面における圧力を測定するために、感圧紙を用いて動翼部における圧力を測定したり、歪みゲージを用いてスラスト荷重を検出したりする技術が開示されている（例えば、特許文献４及び５参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９７２８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４５９６号公報
【特許文献３】特開２００６−５７５４８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３８０１０号公報
【特許文献５】特開２００４−１４４５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の過給機では、圧縮空気を供給する際、即ち、エンジン等の内燃機関に要求される出力が増大したため過給機による圧縮空気の供給が必要になった際に、過給機を構成するタービンホイール及びコンプレッサホイールに供給される排気ガス或いは空気等のガスの流速の変化は、平常時の流速に比べて急激に大きくなる。この際、タービンホイール或いはコンプレッサホイールに局所的に急激な圧力の上昇が発生し、タービンホイール或いはコンプレッサホイールのブレードに破損が生じる場合がある。また、破損に至らない状態でも、金属材料等で構成されたブレードに金属疲労が生じる。ブレードの破損或いは金属疲労によれば、タービンホイール或いはコンプレッサホイールの夫々の本体部からブレードが剥離することによって複数のブレード間におけるガスが逆流し、サージング等の異音を発生させてしまう。
【０００７】
加えて、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々において局所的に圧力が高い部分や、低い部分が存在すると、過給機からエンジン等の内燃機関に圧縮空気を供給する過給動作の効率が低下し、内燃機関の燃費も低下させてしまう。
【０００８】
また、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々に対応して設けられ、これらホイールの夫々に供給される排気ガス或いは空気の供給量を調節する可変ノズルの絞りの最適値は、過給機内の圧力分布に応じて異なる。したがって、過給機内の圧力分布に応じて、可変ノズルの絞りを設定しないと内燃機関の動作効率を低下させてしまう。
【０００９】
また、２つの過給機から構成される２ウェイツインターボ等の過給機によれば、エンジン等の内燃機関から排気される排気ガスの供給先を圧縮空気の供給能力の低い過給機から供給能力の高い過給機に切り換えた際に、当該供給能力の高い過給機内の圧力が急激に変化し、タービホイールが有するブレード或いは可変ノズルが破損したり、金属疲労が発生したりする。
【００１０】
しかしながら、過給機におけるタービンホイールの回転数が予測できたとしても、過給機内の圧力を予測することは困難である。言い換えれば、過給機の回転数のみに基づいて、ブレード或いは可変ノズルの破損や金属疲労が発生しないように、過給機を制御することは技術的に困難である。加えて、過給機が最適な動作状態に動作するように、過給機の回転数のみに基づいて、可変ノズル、或いは排気ガスの供給先を切り換え可能なバルブを制御することは技術的に困難である。
【００１１】
ここで、タービンホイールが有するブレードの歪みを歪みゲージで測定し、その測定結果からブレードに加わる圧力を特定する方法も考えられるが、歪みゲージのサイズは数ｍｍ以上であるため、過給機内に取り付け可能な個数に制限がある。加えて、タービンホイール或いはコンプレッサホイールに歪みゲージを取り付けるだけでなく、当該歪みゲージで測定された測定結果を過給機に外部に取り出すための配線を引き回す必要が生じるため、これら歪みゲージ及び配線を取り付けること自体が技術的に困難である。
【００１２】
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、タービンホイール或いはコンプレッサホイールの夫々に設けられたブレードの剥離或いは金属疲労を低減すると共に、過給機が最適な動作状態に動作するように、可変ノズル、或いは排気ガスの供給先を切り換え可能なバルブを制御可能な過給制御装置及び過給制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る過給制御装置は上記課題を解決するために、（ｉ）スピンドル、並びに（ｉｉ）該スピンドルの両端の夫々に設けられたタービンホイール及びコンプレッサホイールを有し、且つ内燃機関に第１圧縮空気を供給可能な第１過給機を制御するための過給制御装置であって、（ｉ）前記内燃機関から前記タービンホイールに供給される排気ガス、及び、（ｉｉ）前記コンプレッサホイールに供給される空気のうち少なくとも一方の供給量を調節可能な調節手段と、前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射光を照射する照射手段と、前記照射光に応じて前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出する検出手段と、該検出された蛍光に基づいて、前記表面に加わる局所的な圧力を特定する特定手段と、該特定された圧力に基づいて、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように前記調節手段を制御する制御手段とを備える。
【００１４】
本発明に係る過給制御装置によれば、過給機は、スピンドル、並びに該スピンドルの両端の夫々に設けられたタービンホイール及びコンプレッサホイールを有している。タービンホイールのブレードが、内燃機関からタービンホイールに供給された排気ガスを受けることによってタービンホイールが回転し、その回転に応じてコンプレッサホイールが回転する。コンプレッサホイールは、その回転に応じて空気を圧縮し、第１圧縮空気を生成する。第１圧縮空気が内燃機関に供給されることによって、過給しない場合に比べて、当該内燃機関の出力が高められる。
【００１５】
調節手段は、前記内燃機関から前記タービンホイールに供給される排気ガス、及び、前記コンプレッサホイールに供給される空気のうち少なくとも一方の供給量を調節可能である。調節手段が排気ガスの供給量を調節可能な場合には、調節手段は、タービンホイールへの排気ガスの供給量を調節することによって、第１過給機内の圧力を調節可能である。
また、調節手段が空気の供給量を調節可能な場合には、調節手段は、コンプレッサホイールへの空気の供給量を調節することによって、第１過給機内の圧力を調節可能である。
【００１６】
照射手段は、例えば、タービンホイール及びコンプレッサホイールを収容するハウジング内に配置された光源であり、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に、紫外線等の照射光を照射する。ここで、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々は、例えば、スピンドルに機械的に接続された本体部を各々有しており、これら本体部の夫々には、排気ガス或いは空気を受ける複数のブレードが設けられている。
【００１７】
検出手段は、例えば、照射手段と一体的に、或いは別に第１過給機のハウジング内に設けられており、前記照射光に応じて前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出する。
【００１８】
特定手段は、該検出された蛍光に基づいて、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に加わる局所的な圧力を特定する。感圧塗膜から出射された蛍光の強度は、当該蛍光の出射元である感圧塗膜の各部分に加わる圧力に応じて相互に異なる。したがって、感圧塗膜の各部分から出射される蛍光の強度、即ち、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に加わる局所的な圧力を測定することによって、これら各部に加わる圧力を特定可能である。
【００１９】
制御手段は、例えば、内燃機関の動作を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）の一部として設けられた回路部であり、該特定された圧力に基づいて、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように前記調節手段を制御する。
【００２０】
したがって、本発明に係る過給制御装置によれば、第１圧縮空気を内燃機関に供給する際、即ち、エンジン等の内燃機関に要求される出力が増大したため第１過給機による第１圧縮空気の供給が必要になった際に、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々が有するブレードの剥離、或いは金属疲労を低減できる。より具体的には、予めブレードの剥離、或いは金属疲労が発生しないと考えられる第１過給機内の圧力を所定の圧力として設定しておき、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面における局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、タービンホイールに供給される排気ガスの供給量を調節したり、コンプレッサホイールに供給される空気の供給量を調節したりすることによって、第１過給機内の圧力が調整できるため、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々の表面における局所的な圧力が急激に増大することを抑制できる。したがって、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方におけるブレードの剥離或いは金属疲労を低減でき、サージング等の異音の発生を低減可能である。
【００２１】
本発明に係る過給制御装置によれば、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々において局所的に圧力が高い部分や、低い部分が生じることを低減できるため、第１過給機からエンジン等の内燃機関に第１圧縮空気を供給する過給動作の効率を高めることが可能である。これにより、内燃機関の燃費も向上させることができる。
【００２２】
加えて、本発明に係る過給制御装置によれば、第１過給機のハウジング内に検出手段及び照射手段を設けることによって、歪みゲージを用いてタービンホイールが有するブレードの歪みを測定することなく、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面における局所的な圧力を特定可能である。
【００２３】
よって、本発明に係る過給制御装置によれば、例えば、タービンホイール或いはコンプレッサホイールの夫々に設けられたブレードの剥離或いは金属疲労を低減することが可能である。加えて、第１過給機からエンジン等の内燃機関に第１圧縮空気を供給する過給動作の効率を高めることが可能である。
【００２４】
本発明に係る過給制御装置の一の態様では、前記調節手段は、（ｉ）ノズルプレート、及び、（ｉｉ）該ノズルプレートに設けられた複数のべーンを有する可変ノズルであり、前記制御手段は、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、前記可変ノズルを制御してもよい。
【００２５】
この態様によれば、制御手段は、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、例えば、可変ノズルの動作速度を下げる。より具体的には、可変ノズルの絞りを規定する複数のべーンの開閉速度を下げる。したがって、可変ノズルが、内燃機関からタービンホイールに排気ガスを供給する供給路の途中に設けられている場合には、複数のべーンの開閉速度を下げることによって、内燃機関からタービンホイールに供給される排気ガスの供給量が急激に増大することを低減でき、第１過給機内の圧力が急激に増大することを低減できる。また、可変ノズルが、第１過給機の外部からコンプレッサタービンに空気を供給する供給路の途中に設けられている場合には、タービンホイールに対するのと同様に、コンプレッサホイールに供給される空気の供給量が急激に増大することを低減でき、第１過給機内の圧力が急激に増大することを低減できる。加えて、複数のべーンの夫々の先端及び終端に加わる圧力の急激な増大を抑制でき、べーンの破損或いは剥離を低減できる。
【００２６】
また、特定手段によってタービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の局所的な圧力が特定されるため、タービンホイール及びコンプレッサホイールの夫々に供給される排気ガス或いは空気の供給量を調節する可変ノズルの絞りを、第１過給機内の圧力分布に応じて最適値に、即ち、内燃機関の動作効率を低下させないように、設定可能である。したがって、内燃機関の動作効率を高めることができ、燃費をより一層向上させることも可能である。
【００２７】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記内燃機関の排気側で前記第１過給機と並列に接続されており、前記内燃機関に第２圧縮空気を供給可能な第２過給機及び前記第１過給機の一方から他方に前記排気ガスの供給先を変更する供給先変更手段とを備え、前記第１過給機が前記内燃機関に前記第１圧縮空気を供給する過給能力は、前記第２過給機が前記内燃機関に前記第２圧縮空気を供給する過給能力より高く、前記制御手段は、前記内燃機関に要求される要求出力が前記内燃機関から出力されるように、前記供給先変更手段を制御してもよい。
【００２８】
この態様によれば、第１過給機及び第２過給機から構成される２ウェイツインターボ等の過給機によれば、例えば、エンジン等の内燃機関から排気される排気ガスの供給先を第２圧縮空気の供給能力の低い第２過給機から第１圧縮空気の供給能力が高い第１過給機に切り換えた際に、圧縮空気の供給能力が高い第１過給機内の圧力が急激に変化し、タービホイールが有するブレード、或いはタービンホイールに供給される排気ガスの供給量を調節可能な可変ノズルが破損したり、金属疲労が発生したりする。
【００２９】
そこで、この態様によれば、制御手段は、前記内燃機関に要求される要求出力が前記内燃機関から出力されるように、例えば、前記第１過給機及び前記第２過給機の一方から他方に前記排気ガスの供給先を変更するバルブ等の供給先変更手段を制御する。より具体的には、内燃機関から排出される排気ガスの供給先を、例えばバルブの開閉動作によって変更する。この際、制御手段は、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面の局所的な圧力に基づいてバルブ等の供給先変更手段を制御しているため、第１過給機におけるタービンホイールの回転数を予測するだけでは困難であった過給機内の圧力の予測が可能になる。言い換えれば、第１過給機の回転数のみに基づいて、ブレード或いは可変ノズルの破損や金属疲労の発生を低減することは困難であったが、第１過給機が動作している状態で特定された実際の局所的な圧力に基づいて、第１過給機が最適な動作状態に動作するように、排気ガスの供給先を切り換え可能なバルブを制御することが可能である。したがって、この態様によれば、第１過給機の回転数に基づいて供給先変更手段を制御する場合に比べて、第１過給機内の圧力に応じて第１過給機をより最適な動作状態に動作させることが可能である。
【００３０】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記検出手段は、前記供給先が前記第２過給機から前記第１過給機に切り換えられた際に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出してもよい。
【００３１】
この態様によれば、第１過給機内の圧力の変化が急激に増大するタイミングで可変ノズル等の調節手段を制御することが可能である。
【００３２】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記内燃機関が有する気筒に対して吸気及び排気の夫々を行なう吸気弁及び排気弁の夫々の開閉動作を制御する可変動弁機構を備えており、前記検出手段は、前記開閉動作を実行するタイミングが変更された際に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出してもよい。
【００３３】
この態様によれば、可変動弁機構による吸気弁及び排気弁の夫々の開閉動作を行われる際に、第１過給機に係る負担が増大する。ここで、内燃機関に要求される要求出力、タービンホイールに供給される排気ガスの供給量、コンプレッサホイールに供給される空気の供給量の兼ね合いにより、実際に第１過給機に加わる負担がどの程度であるのかを特定することが困難であるが、局所的な圧力を特定することによって、第１過給機内の圧力を特定できる。これにより、第１過給機内の圧力が大き過ぎる場合、言い換えれば、局所的な圧力が所定の圧力を超えている場合には、第１過給機から内燃機関に第１圧縮空気を供給する際に第１過給機に加わる負担を低減でき、第１過給機に過剰な負担を加えることなく、内燃機関から要求出力を出力できる。
【００３４】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、車両に駆動力を供給する駆動源として前記車両に搭載されており、前記検出手段は、前記車両が走行した所定の走行距離毎に、前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出してもよい。
【００３５】
この態様によれば、例えば、エンジン等の内燃機関に空気を供給するインテークマニホールド、シリンダヘッド、或いは、エンジン等の内燃機関から排気ガスを排出するエキゾーストマニホールドは、アルミニウム或いは鉄等の金属材料を鋳造することで形成されているため、内燃機関及び第１過給機の動作時に、数十μｍ乃至数ｍｍ程度のサイズを有する金属片が、エキゾーストマニホールド等から脱離し、タービンホイールに衝突する恐れがある。このような衝突によれば、タービンホイールが有するブレードを変形させ、当該ブレードが変形することによって第１過給機の過給性能及び内燃機関の燃費を低下させてしまう。
【００３６】
したがって、この態様によれば、前記車両が走行した所定の走行距離毎に、前記感圧塗膜から出射された蛍光が検出されることによって局所的な圧力が特定され、所定の圧力を超えないように可変ノズル等の調節手段が調節される。尚、局所的な圧力が所定の圧力を超えている場合には、例えばエンジンチェックランプを点灯させることによって、車両のドライバに第１過給機の動作異常を報知してもよい。
【００３７】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記照射手段は、前記第１過給機内に残留する未燃燃料を燃焼させるように、前記照射光の強度を設定してもよい。
【００３８】
この態様によれば、例えば、内燃機関の温度、言い換えれば冷却水の温度が低い状態で内燃機関を動作させた場合に、排気ガスにおける未燃焼の燃料の割合が大きくなり、第１過給機内に未燃焼の燃料が付着する付着量が増大する。付着量が増大すると、検出手段によって検出される蛍光の強度が低下し、局所的な圧力の特定が困難になる。
【００３９】
そこで、この態様によれば、例えば、数ワット（Ｗ）以上の強度に照射光の強度を設定し、感圧塗膜に照射光を照射すると共に、当該照射光により未燃焼の燃料を燃焼させる。これにより、蛍光の強度を低下させる未燃焼の燃料を除去でき、蛍光の検出感度を高めることが可能である。
【００４０】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記特定手段は、前記第１過給機内に存在する化学種から出射された蛍光成分が検出される検出時間の範囲を除く時間範囲内で検出された蛍光強度の積算値を算出してもよい。
【００４１】
この態様によれば、例えば、各種の感圧塗料のうち他の感圧材料より相対的に発光時間が長い感圧材料を用いて感圧塗膜を形成しておく。したがって、第１過給機内に存在する化学種から出射された蛍光成分が検出される検出時間の範囲を除く時間範囲内では、感圧塗膜から出射された蛍光のみが検出される。特定手段は、例えば、積算回路を含んで構成されており、感圧塗膜からのみ出射される蛍光を検出可能な時間範囲内で検出された蛍光強度の積算値を算出する。
【００４２】
よって、この態様によれば、例えば、第１過給機内に供給される排気ガスに含まれる化学種から出射される蛍光の影響を低減でき、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面における局所的な圧力を正確に特定することが可能になる。
【００４３】
本発明に係る過給制御装置の他の態様では、前記特定手段は、前記第１過給機の排気側に設けられたＥＧＲ装置を通過する排気ガス、及び、前記内燃機関に供給される燃料の少なくとも一方に含まれる酸素の酸素濃度に基づいて、前記積算値を補正してもよい。
【００４４】
この態様によれば、感圧塗膜から出射される蛍光は、第１過給機内の酸素濃度によって変化する。この態様によれば、検出手段が検出する蛍光のうち第１過給機内の酸素濃度によって変化する積算値を補正することが可能であり、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面における局所的な圧力を正確に特定することが可能になる。尚、内燃機関の燃料としてバイオエタノール等のバイオ燃料を採用した場合には、バイオ燃料中に含まれる酸素の割合を検出しておいてもよい。
【００４５】
本発明に係る過給制御方法は上記課題を解決するために、（ｉ）スピンドル、並びに（ｉｉ）該スピンドルの両端の夫々に設けられたタービンホイール及びコンプレッサホイールを有し、且つ内燃機関に第１圧縮空気を供給可能な第１過給機が、前記内燃機関に前記第１圧縮空気を供給する過給動作を制御するための過給制御方法であって、前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールの少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射光を照射する照射ステップと、前記照射光に応じて前記感圧塗膜から出射された蛍光を検出する検出する検出ステップと、該検出された蛍光に基づいて、前記表面に加わる局所的な圧力を特定する特定ステップと、前記特定された圧力に基づいて、前記局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、（ｉ）前記内燃機関から前記タービンホイールに供給される排気ガス、及び、（ｉｉ）前記コンプレッサホイールに供給される空気のうち少なくとも一方の供給量を調節可能な調節手段を制御する制御ステップとを備える。
【００４６】
本発明に係る過給制御方法によれば、上述の過給制御装置と同様に、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方におけるブレードの剥離或いは金属疲労を低減でき、サージング等の異音の発生を低減可能である。また、内燃機関の燃費も向上させることができる。加えて、歪みゲージを用いてタービンホイールが有するブレードの歪みを測定することなく、タービンホイール及びコンプレッサホイールの少なくとも一方の表面における局所的な圧力を特定可能である。
【００４７】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る過給制御装置及び過給制御方法の各実施形態を説明する。
【００４９】
＜１：過給制御装置＞
先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る過給制御装置を備えたエンジンシステムの構成を説明する。図１は、エンジンシステム１０の構成を模式的に示した模式図である。
【００５０】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載されており、ＥＣＵ１００、エンジン２００及びツインターボチャージャ３００を備えている。
【００５１】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「特定手段」及び「制御手段」の夫々の一例である。尚、本実施形態では、ＥＣＵ１００が、「特定手段」及び「制御手段」を兼ねている。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する過給制御を実行することが可能に構成されている。
【００５２】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例であるＶ型６気筒エンジンである。尚、エンジン２００は、本発明に係る内燃機関の一例に過ぎず、例えば、直列４気筒エンジン、直列５気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型８気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、水平対向４気筒エンジン或いは水平対向６気筒エンジン等であってもよい。
【００５３】
エンジン２００は、ＥＣＵ１００の制御下で駆動される可変動弁機構２５０を備えている。可変変動弁機構２５０は、ＥＣＵ１００の制御下で、後述する各気筒に対して吸気及び排気の夫々を行なう吸気弁及び排気弁の夫々の開閉動作を制御する。
【００５４】
エンジン２００は、二つのバンク２００ａ及び２００ｂを備えており、バンク２００ａには、第１気筒２０１Ａ、第３気筒２０１Ｃ及び第５気筒２０１Ｅが、またバンク２００ｂには、第２気筒２０１Ｂ、第４気筒２０１Ｄ及び第６気筒２０１Ｆが収容されている。以下に、エンジン２００の要部構成について、その動作の一部を交えて説明する。
【００５５】
図１において、インタークーラ（以下、適宜「Ｉ／Ｃ」と略称する）２０３により冷却され吸気効率が高められた吸入空気は、吸気管２０２を介して導かれ、一時的にサージタンク２０４に貯留される。サージタンク２０４には、バンク２００ａと連通する吸気マニホールド２０５及びバンク２００ｂと連通する吸気マニホールド２０７が、夫々サージタンク２０４との連通を保って接続されている。サージタンク２０４に貯留される吸入空気は、吸気マニホールド２０５及び２０７を介して、夫々第１、第３及び第５気筒、並びに第２、第４及び第６気筒へ供給される構成となっている。
【００５６】
各気筒には、吸排気夫々に対応するバルブ、インジェクタ、点火装置、ピストン、コネクティングロッド等が設けられている（いずれも不図示）。吸気マニホールド２０５を介して導かれた吸入空気は、インジェクタから噴射される燃料と、吸気ポートにおいて混合され、混合気として吸気バルブの開弁時に各気筒に吸入される。この吸入された混合気は、点火装置による点火動作によって着火燃焼し、排気バルブの開弁時に気筒外へ排出される構成となっている。この際、混合気の燃焼に伴う爆発力によりピストンは押し下げられ、コネクティングロッドを介してクランクシャフト（不図示）を回転駆動する。このクランクシャフトは、エンジン２００に共通であり、各気筒における爆発力は、このクランクシャフトに集約され、不図示の駆動系を駆動する動力として供される。
【００５７】
バンク２００ａに収容される各気筒から排出される排気は、排気マニホールド２０６に導かれ、排気マニホールド２０６に連通するフロントパイプ２０９に３気筒分が集約され排出される構成となっている。また、バンク２００ｂに収容される各気筒から排出される排気は、排気マニホールド２０８に導かれ、排気マニホールド２０８に連通するフロントパイプ２１０に３気筒分が集約され排出される構成となっている。フロントパイプ２０９及び２１０の下流側には、リアパイプ２１１が設置されている。リアパイプ２１１は、フロントパイプ２０９及び２１０を夫々独立して流れる排気を集約してツインターボチャージャ３００に導く排気管である。ツインターボチャージャ３００は、リアパイプ２１１及びＩ／Ｃ２０３よりも上流側の吸気管２０２に接続された過給装置である。
【００５８】
次に、図２を参照しながら、ツインターボチャージャ３００の詳細な構成と共に、本実施実施形態に係る過給制御装置の構成を説明する。図２は、本実施形態に係る過給制御装置と共にツインターボチャージャ３００の構成を概念的に示した概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００５９】
図２において、ツインターボチャージャ３００は、第１過給機３１０及び第２過給機３２０を備えている。
【００６０】
本実施形態に係る過給制御装置１は、ＥＣＵ１００、本発明に係る「照射手段」の一例である照射装置１０１、本発明に係る「検出手段」の一例であるセンサ装置１０２、各々が本発明に係る「調節手段」の一例である可変ノズル１３１及び１３２、並びに、本発明に係る「供給先変更手段」の一例であるバルブ機構１２０を備えて構成されている。
【００６１】
図２において、図１には示されないエンジン２００の一部が示されている。即ち、エンジン２００は、主排気通路２１２、副排気通路２１３、三元触媒２１４、エアクリーナ２１５、エアフローメータ２１６、及び、スロットルバルブ２１７を備えている。
【００６２】
主排気通路２１２及び副排気通路２１３の夫々は、リアパイプ２１１から分岐する排気管である。エンジン２００の駆動時にエンジン２００から排出される排気ガスが第１過給機３１０及び第２過給機３２０の夫々に供給される際の供給経路の一部を夫々構成している。
【００６３】
触媒装置２１４は、三元触媒を含んで構成されており、エンジン２００の排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ２（二酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化できる。エアクリーナ２１５は、車両の外部から吸入された外気を浄化するためのフィルタ等を含む浄化装置である。エアフローメータ２１６は、吸入空気の質量流量を直接検出することが可能に構成された吸入空気量の検出装置である。エアフローメータ２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量は、ＥＣＵ１００により絶えず、或いは一定又は不定のタイミングで把握される構成となっている。
【００６４】
エアフローメータ２１６の下流側には、スロットルバルブ２１７が配設されている。スロットルバルブ２１７は、第１過給機３１０及び第２過給機３２０を介して前述したサージタンク２０７へ供給される吸入空気の量を調節するバルブ装置であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続された不図示のスロットルバルブモータの駆動力により駆動される。即ち、エンジン２００において、スロットルバルブ２１７は一種の電子制御式スロットルの一例を構成している。
【００６５】
第１過給機３１０は、スピンドル３１２、並びにスピンドル３１２の両端に機械的に接続されたタービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３を備えており、エンジン２００から排出される排気ガスの排気側において、第２過給機３２０と並列に配置されている。
【００６６】
タービンホイール３１１は、主排気通路２１２に設置されている。タービンホイール３１１は、その本体部に設けられた複数のブレードを有しており、主排気通路に導かれた排気ガスにより回転可能に構成されている。第１過給機３１０の動作時において、タービンホイール３１１の回転に係る回転力は、タービンホイール３１１に対向配置され、且つタービンホイール３１１と回転軸が同軸上にあるコンプレッサ３１３に機械的に伝達される。
【００６７】
コンプレッサホイール３１３は、吸気管２０２における、スロットルバルブ２１７の下流側に設置されており、タービンホイール３１１と同軸の回転軸を有する圧縮器である。コンプレッサホイール３１３は、主排気通路２１２を流れる排気ガスによってタービンホイール３１１が回転すると、その回転に同期して回転する。コンプレッサホイール３１３は、その回転状態において吸入空気と、ＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）装置から供給された排気ガスとを圧縮し、大気圧以上の吸気圧（即ち、過給圧）を有する圧縮空気をインタークーラ２０３に供給することが可能に構成されている。ここで、コンプレッサホイール３１３からインタークーラ２０３に供給される圧縮空気が、本発明に係る「第１圧縮空気」の一例である。
【００６８】
可変ノズル（Variable Nozzle）１３１は、タービンホイール３１１を格納するタービンハウジングに設置されたノズルプレート（図３及び図４参照。）と、当該ノズルプレートに設けられた複数のべーン（図３及び図４参照。）とを備えて構成されており、ＥＣＵ１００の制御下で駆動される不図示の駆動装置によって駆動される。可変ノズル１３１は、タービンホイール３１１と主排気通路２１２との連通面積を可変とすることによりタービンホイール３１１に流入する排気ガスの供給量を調節することが可能に構成されている。
【００６９】
可変ノズル１３２は、可変ノズル１３１と同様の構成を有しており、スロットルバルブ外部から吸入された空気と、ＥＧＲ装置４１３から環流される排気ガスとがコンプレッサホイール３１３に供給される供給量を調節可能に構成されている。
【００７０】
照射装置１０１は、ＥＣＵ１００の制御下で、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射光を照射可能な構成を有している。
【００７１】
センサ装置１０２は、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の少なくとも一方の表面に設けられた感圧塗膜に照射された照射光に応じて当該感圧塗膜から出射された蛍光を検出可能に構成されている。照射装置１０１及びセンサ装置１０２は、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３を収容するハウジングに設置されている。
【００７２】
バルブ機構１２０は、主排気通路２１２の途中に設けられており、排気ガスの供給先を変更可能な構成を有している。より具体的には、バルブ機構１２０は、ＥＣＵ１００の制御下において、エンジン１００から排出された排気ガスの供給先を、第１過給機３１０及び第２過給機３２０の一方から他方に変更可能に構成されている。例えば、バルブ機構１２０は、ＥＣＵ１００の制御下で、エンジン２００が低回転状態である場合には、主排気通路２１２を閉じる。これにより、エンジン２００から排出された排気ガスは、第２過給機３２０のタービンホイール３２１に供給される。他方、エンジン２００が高回転状態である場合には、バルブ機構１２０は閉状態から開状態に切り換えられ、主排気経路２１２及び副排気経路２１３の夫々に排気ガスが供給される。
【００７３】
第１過給機３１０は、第２過給機より過給能力が高いため、エンジン２００の回転数が低い領域では、第２過給機３２０のみによるエンジン２００への過給が実行され、エンジン２００の回転数が高い領域では、第１過給機３１０及び第２過給機３２０の両方、或いは第１過給機３１０のみによるエンジン２００への過給が実行される。
【００７４】
第２過給機３２０は、第１過給機３１０と同様に、スピンドル３２２の両端に機械的に接続されたタービンホイール３２１及びコンプレッサホイール３２３を備えている。
【００７５】
タービンホイール３２１は、副排気通路２１３に設置され、副排気通路に導かれた排気により回転可能に構成されている。タービンホイール３２１の回転に係る回転力は、タービンホイール３２１に対向配置され、且つタービンホイール３２１と回転軸が同軸に構成されたコンプレッサホイール３２２に機械的に伝達される。
【００７６】
コンプレッサホイール３２３は、吸気管２０２における、スロットルバルブ２１７下流側に設置された、タービンホイール３２１と同軸の回転軸を有する圧縮器である。コンプレッサホイール３２３は、タービンホイール３２１が副排気通路２１３を流れる排気ガスにより回転する。コンプレッサホイール３２３は、回転状態において吸入空気及びＥＧＲ装置４１３から環流する排気ガスを圧縮し、大気圧以上の吸気圧（即ち、過給圧）で、本発明の「第２圧縮空気」の一例である圧縮空気をインタークーラ２１３に供給することが可能に構成されている。尚、タービンホイール３２１に供給される排気ガス、並びに、コンプレッサホイール３２３に供給される空気及び排気ガスの夫々は、第１過給機３１０と同様に、ＥＣＵ１００の制御下で、可変ノズル１３３及び１３４の夫々によってその供給量、即ち流量を調整可能である。
【００７７】
本実施形態では、過給制御装置１は、ＥＧＲ装置４１３を通過する排気ガス中の酸素濃度を測定するための濃度センサ２１９を備えている。ＥＣＵ１００は、濃度センサ２１９から取得した酸素濃度のデータを取得することが可能である。
【００７８】
次に、図３及び図４を参照しながら、可変ノズル１３１の構成を説明する。図３は、可変ノズル１３１（閉状態）の平面図であり、図４は、可変ノズル１３１（開状態）の平面図である。
【００７９】
図３において、可変ノズル１３１は、ノズルプレート１１６と、ノズルプレート１１６に設けられた複数のベーン１５を有している。ノズルプレート１１６は、タービンホイール３１１が挿入される円形孔１１３を有している。可変ノズル１３１は、複数のベーン１５を回動して開度を調整することでタービンホイール３１１に流入する排気ガスの流速を変更可能である。複数のベーン１５は、ノズルプレート１６の円形孔１６ａに沿って、即ち、タービンホイール３１１の外周面に沿って各々周方向に均等に間隔をあけて環状に設けられる。タービンホイール３１１を回転させない状態では、複数のべーン１１５は閉じており、主排気経路２１２を介して供給される排気ガスがタービンホイール３１１に供給されない。
【００８０】
図４において、複数のべーン１１５が図３に示した閉状態から開状態にその開度が変更されると、排気ガスがタービンホイール３１１に供給される。タービンホイール３１１のブレードが排気ガスを受けることによって、タービンホイール３１１が回転し、その回転力に応じて、第１過給機３１０からインタークーラ２０３に圧縮空気を供給できる。尚、複数のべーン１５の開度は、ＥＣＵ１００の制御下で、０％から１００％まで任意の開度に設定可能である。
【００８１】
＜２：過給制御方法＞
次に、図５乃至図７を参照しながら、過給制御装置１によって実行される、本実施形態に係る過給制御方法を説明する。図５は、本実施形態に係る過給制御方法の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。図６は、タービンホイールの表面から出射された蛍光を検出する状態を概念的に示した概念図である。図７は、蛍光の計測時間及び蛍光の強度の関係を図式的に示したグラフである。
【００８２】
図５に示すように、ＥＣＵ１００は、ツインターボチャージャ３００が過渡モードにあるか否かを判定する（ステップＳ１００。）。より具体的には、ＥＣＵ１００は、車両を運転する運転者によるアクセルの踏み込み等に応じて、バルブ機構１２０を切り換えるべきタイミングであるか、言い換えれば、第１過給機３２０のみによるエンジン２００への過給から第１過給機３１０及び第２過給機３２０によるエンジン２００への過給に移るべきタイミングであるか否かを判定する。ＥＣＵ１００が、第２過給機３２０のみによるエンジン２００への過給から第１過給機３１０及び第２過給機３２０、或いは第１過給機３１０のみによるエンジン２００への過給に移るべきタイミングではないと判定した場合には、第２過給機３２０のみによるエンジン２００への過給が引き続き実行される（通常運転）。
【００８３】
ここで、ＥＣＵ１００が、第２過給機３２０のみによるエンジン２００への過給から第１過給機３１０及び第２過給機３２０、或いは第１過給機３１０のみによるエンジン２００への過給に移るべきタイミングであると判定した場合、要求出力がエンジン２００から出力可能となるように、ＥＣＵ１００はバルブ機構１２０を開き、第１過給機３１０のタービンホイール３１１に排気ガスが供給される。この際、エンジン２００から排気される排気ガスの供給先を圧縮空気の供給能力の低い第２過給機３２０から圧縮空気の供給能力が高い第１過給機３１０に切り換えた際に、或いは、第２過給機だけでなく、第１過給機３１０も作動させた際に、第１過給機３１０のハウジング内の圧力が急激に変化する。したがって、仮に、ＥＣＵ１００による可変ノズル１３１の開度或いはバルブ機構１２０の制御が実行されない状態で第１過給機３１０を動作させると、タービンホイール３１１が有するブレードが破損したり、金属疲労が発生したりする。
【００８４】
そこで、図５に示すように、ステップＳ１００でエンジンシステム１０が過渡モードであると判定された場合に、タービンホイール３１１の表面における圧力分布を計測する（ステップＳ２００）。圧力分布計測ステップ（ステップＳ２００）は、タービンホイール３１１に照射装置から照射光を照射する照射ステップ（ステップＳ２１０）、タービンホイール３１１の表面に設けられた感圧塗膜から出射された蛍光を検出する検出ステップ（ステップＳ２２０）、タービンホイール３１１の表面における局所的な圧力を特定する特定ステップ（Ｓ２３０）から構成されている。
【００８５】
ここで、図６を参照しながら、照射ステップ（ステップＳ２１０）及び検出ステップ（ステップＳ２２０）を詳細に説明する。尚、説明の便宜上、図６では、タービンホイール３１１の一部を破断した状態の斜視図を示している。
【００８６】
図６に示すように、タービンホイール３１１は、その本体部３１７及びその表面に設けられた複数のブレード３１６、並びに、本体部３１７及びブレード３１６の表面に感圧塗料（Pressure Sensing Paint：PSP）が塗布してなる感圧塗膜３２５を有している。タービンホイール３１１は、可変ノズル１３１の複数のべーン１１５が開くことによって供給される排気ガスによって回転軸３１１ａを回転中心として回転可能である。
【００８７】
ＥＣＵ１００の制御下で、照射装置１０１は、タービンホイール３１１に紫外線等の照射光を照射する。感圧塗膜３２５は、照射光に応じて蛍光を出射する。センサ装置１０２は、当該蛍光を検出する。尚、本実施形態では、タービンホイール３１１だけでなく、可変ノズル１３１のべーン１１５の表面にも感圧塗膜１２５を設けられており、照射装置１０１は、タービンホイール３１１だけでなく、ベーン１１５の感圧塗膜１２５にも照射光を照射する。尚、コンプレッサホイール３１３もタービンホイール３１１と同様に感圧塗膜を備えていてもよい。このようなコンプレッサホイール３１３によれば、タービンホイール３１１と同様に感圧塗膜から出射される蛍光が検出可能である。
【００８８】
再び、図５において、ＥＣＵ１００は、検出された蛍光に基づいて、タービンホイール３１１の表面における蛍光の強度を特定することによって、当該部分における局所的な圧力を特定する（ステップＳ２３０）。
【００８９】
ここで、図７を参照しながら、局所的な圧力を特定する際の手法を詳細に説明する。
【００９０】
図７に示すように、センサ装置１０２が検出した蛍光の強度は、第１過給機３１０内の化学種及び感圧塗膜３２５の夫々から出射された蛍光の強度から構成される。したがって、センサ装置１０２で検出された蛍光の強度をそのまま用いてタービンホイール３１１の表面における局所的な圧力を特定すると、実際のタービンホイール３１１の表面に加わっている圧力と、特定された圧力との間に誤差が生じてしまう。しかしながら、化学種が蛍光を出射する出射時間、言い換えれば、化学種の発光時間は、感圧塗膜３２５の発光時間より短いため、センサ装置１０２が検出した蛍光の強度を補正することによって、実際に感圧塗膜３２５から出射された蛍光の強度のみを検出することが可能である。
【００９１】
そこで、本実施形態に係る吸気制御方法によれば、ＥＣＵ１００は、第１過給機３１０内に存在する化学種から出射された蛍光成分が検出される検出時間の範囲を除く時間範囲内、即ち図中時間Ｔ１以降に検出された蛍光の強度に基づいて蛍光強度の積算値を算出する。より具体的には、図中斜線で示した面積に相当する蛍光の積算値を算出する。
【００９２】
したがって、本実施形態に係る吸気制御方法によれば、第１過給機３１０内に供給される排気ガスに含まれる化学種から出射される蛍光の影響を低減でき、タービンホイール３１０の表面における局所的な圧力を正確に特定することが可能になる。加えて、蛍光は、タービンホイール３１１の表面全体から出射されるため、当該表面の各部分における蛍光の強度に基づいて、タービンホイール３１１の表面の圧力分布が特定される。
【００９３】
尚、第１過給機３１０内に蛍光の強度に誤差を生じさせる化学種が実質的に局所的な圧力の特定に影響しない程度に存在している場合には、ＥＣＵ１００は、センサ装置１０２が検出した蛍光の強度を照射光の照射開始時から積算することによって蛍光の強度の積算値を算出し、算出された積算値に基づいて可変ノズル１３１或いはバルブ機構１２０を制御することも可能である。
【００９４】
再び、図５において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３０で特定された局所的な圧力が本発明の「所定の圧力」の一例であるしきい値を超えているか否かを判定する（ステップＳ３００）。ここで、しきい値は、タービンホイール３１１が有するブレード３１６が、本体部３１７から剥離しない限界を示す圧力値、或いは、ブレード３１６が損傷を受けない限界を示す圧力値である。局所的な圧力がしきい値を超えていると判定された場合、ＥＣＵ１００は、局所的な圧力がしきい値を超えないように、バルブ機構１２０又は可変ノズル１３１を制御する。
【００９５】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、例えば、可変ノズル１３１の開度が低くなるように可変ノズル１３１の動作を制御したり、エンジン２００から第１過給機３１０に供給される排気ガスの供給量を低減するように、バルブ機構２１０の開度を低く設定したりする。このように、可変ノズル１３１或いはバルブ機構１２０が制御されることにより、タービンホイール３１０におけるブレード３１５の剥離及び破損の発生を抑制できる。
【００９６】
したがって、本実施形態に係る過給制御方法によれば、第１過給機３１０が圧縮空気をエンジン２００に供給する際、即ち、エンジン２００に要求される出力が増大したため第１過給機３１０による圧縮空気の供給が必要になった際に、タービンホイール３１０が第１過給機３１０内の圧力の急激な変化に起因するブレードの剥離、或いは金属疲労を低減できる。より具体的には、タービンホイール３１０の表面における局所的な圧力がしきい値を超えないように、タービンホイール３１０に供給される排気ガスの供給量を調節し、第１過給機３１０内の圧力が調整し、タービンホイールの表面における局所的な圧力が急激に増大することを抑制する。よって、本実施形態に係る過給制御方法によれば、タービンホイール３１０におけるブレードの剥離或いは金属疲労を低減でき、サージング等の異音の発生を低減可能である。尚、局所的な圧力がしきい値以下であると判定された場合は、通常運転（ステップＳ５００）が実行される。
【００９７】
また、本実施形態に係る過給制御方法によれば、タービンホイール３１０において局所的に圧力が高い部分や低い部分が生じることを低減できるため、第１過給機３１０からエンジン２００に圧縮空気を供給する過給動作の効率を高めることが可能である。これにより、エンジン２００の燃費も向上させることができる。加えて、本実施形態に係る過給制御方法によれば、第１過給機３１０のハウジング内に照射装置１０１及びセンサ装置１０２を設けることによって、第１過給機３１０のハウジング内に歪みゲージを配置し、当該歪みゲージを用いてブレードの歪みを測定することなく、タービンホイール３１０の表面における局所的な圧力を特定可能である。
【００９８】
尚、本実施形態では、第１過給機３１０についてタービンホイール３１０に供給される排気ガスの供給量を可変ノズル１３１或いはバルブ機構１２０で調節する例を挙げたが、本実施形態に係る過給制御装置１、及び過給制御装置１によって実行可能な過給制御方法によれば、コンプレッサホイール３２０の表面における局所的な圧力をタービンホイール３１０と同様の手順で特定し、コンプレッサホイール３２０の表面における局所的な圧力がしきい値を超えないように、可変ノズル１３２を制御することも可能である。即ち、過給制御装置１、及び過給制御装置１によって実行可能な過給制御方法によれば、タービンホイール３１０及びコンプレッサホイール３２０の少なくとも一方の表面における局所的な圧力を特定し、特定された圧力に基づいて、各ホイールに設けられたブレードに剥離が生じないように、或いは金属疲労が生じないように、可変ノズル１３１及び１３２、並びにバルブ機構１２０を制御可能である。
【００９９】
特に、本実施形態に係る過給制御方法によれば、ＥＣＵ１００は、タービンホイール３１０及びコンプレッサホイール３２０の少なくとも一方の表面の局所的な圧力に基づいてバルブ機構１２０を制御可能であるため、第１過給機３１０におけるタービンホイール３１１の回転数を予測するだけでは困難であった第１過給機３１０内の圧力の予測が可能になる。言い換えれば、第１過給機３１０の回転数のみに基づいて、タービンホイール３１１のブレード３１６或いは可変ノズル１３１の破損や金属疲労の発生を低減することは困難であったが、第１過給機３１０が動作している状態で特定された実際の局所的な圧力に基づいて、第１過給機３１０が最適な動作状態に動作するように、排気ガスの供給先を切り換え可能である。
【０１００】
また、バルブ機構１２０の動作を切り換えることによって第１過給機３１０に供給される排気ガスの供給量が急激に増大した場合、可変ノズル１３１のべーン１１５の先端部及び終端部における圧力が増大する。このような場合、タービンホイール３１１におけるブレードと同様に、可変ノズル１３１のべーン１１５が破損したり、金属疲労が発生したりする。
【０１０１】
そこで、ＥＣＵ１００は、タービンホイール３１０における局所的な圧力がしきい値を超えないように、可変ノズル１３１を制御してもよい。より具体的には、ＥＣＵ１００は、タービンホイール３１１における局所的な圧力が所定の圧力を超えないように、可変ノズル１３１の動作速度を下げる。即ち、可変ノズル１３１を通過する排気ガスの流量を規定する複数のべーン１１５の開閉速度を下げる。
【０１０２】
このように複数のべーン１１５の開閉速度を下げることによって、エンジン２００からタービンホイール３１１に供給される排気ガスの供給量が急激に増大することを低減でき、第１過給機３１０内の圧力が急激に増大することを低減できる。尚、本実施形態に係る過給制御方法によれば、タービンホイール３１１或いはコンプレッサホイール３１３と同様に可変ノズル１３１及び１３２の夫々が備える複数のべーンに感圧塗膜を設けておき、これら感圧塗膜から出射される蛍光を検出することも可能である。検出された蛍光の強度に基づいて、これらべーンに生じた局所的な圧力を特定し、排気ガス及び空気等の供給量を調節することによって、可変ノズル１３１及び１３２におけるべーンの剥離或いは破損を低減することも可能である。
【０１０３】
また、本実施形態に係る過給制御方法によれば、第１過給機３１０の外部からコンプレッサタービン３１３に空気を供給する供給路の途中に設けられている可変ノズル１３２に対してもタービンホイール３１１に対するのと同様に複数のべーンの開閉速度を下げることによって、コンプレッサホイール３１３に供給される空気の供給量の急激に増大することを低減でき、第１過給機３１０内の圧力が急激に増大することを低減できる。これに伴い、加えて、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイールの夫々が有する複数のべーンの先端及び終端に加わる圧力の急激な増大を抑制でき、べーンの破損或いは剥離を低減できる。
【０１０４】
加えて、本実施形態に係る過給制御方法によれば、ＥＣＵ１００によってタービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の少なくとも一方における局所的な圧力が特定されるため、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の夫々に供給される排気ガス或いは空気の供給量を調節する可変ノズル１３１及び１３２の夫々の絞りを、第１過給機３１０内の圧力分布に応じて最適値に、即ち、エンジン２００の動作効率を低下させないように、設定可能である。したがって、本実施形態に係る過給制御方法によれば、エンジン２００の動作効率を高めることができ、燃費をより一層向上させることも可能である。
【０１０５】
また、センサ装置１０２がタービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の夫々に設けられた感圧塗膜から出射された蛍光を検出するタイミングは、排気ガスの供給先が第２過給機３２０から第１過給機３１０に切り換えられるタイミングであるほうが好まし。このようなタイミングで可変ノズル１３１及び１３２の動作が制御されることによって、第１過給機３１０内の圧力の変化が急激に増大するタイミングで発生する急激な圧力の増大をより効果的に低減できる。
【０１０６】
一方、エンジンシステム１０は可変動弁機構２５０を備えているため、エンジン２００が有する気筒に対して吸気及び排気の夫々を行なう吸気弁及び排気弁の夫々の開閉動作を実行するタイミングが変更された際に、第１過給機３１０に加わる負担が増大する。ここで、エンジン２００に要求される要求出力、タービンホイール３１１に供給される排気ガスの供給量、コンプレッサホイール３１３に供給される空気の供給量の兼ね合いにより、実際に第１過給機３１０に加わる負担がどの程度であるのかを特定することは通常困難である。しかしながら、本実施形態に係る過給制御方法によれば、タービンホイール３１１或いはコンプレッサホイール３１３における局所的な圧力を特定することによって、第１過給機３１０内の圧力を特定できる。これにより、第１過給機３１０内の圧力が大き過ぎる場合、言い換えれば、局所的な圧力がしきい値を超えている場合には、第１過給機３１０からエンジン２００に圧縮空気を供給する際に第１過給機３１０に加わる負担を低減可能なように第１過給機３１０に対する排気ガス或いは空気の供給量を調節し、第１過給機３１０に過剰な負担を加えることなく、エンジン２００から要求出力を出力可能になる。
【０１０７】
次に、図８乃至図１０を参照しながら、本実施形態に係る過給制御方法の変形例を説明する。図８は、本実施形態に係る過給制御方法の一変形例の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。図９は、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その１）の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その２）の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。尚、図８乃至及び図１０では、上述の過給制御方法と共通する処理ルーチンに共通の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０８】
図８を参照しながら、本実施形態に係る過給制御方法の一変形例を説明する。
【０１０９】
図８に示すように、本例に係る過給制御方法は、圧力分布を測定するに先立ち、即ち、蛍光を検出するに先立ち、照射装置１０１が、ＥＣＵ１００の制御下で、第１過給機３１０内に残留する未燃燃料を燃焼させるように照射光の強度を設定する点で上述のか九成魚方法と異なっている。
【０１１０】
一般的に、エンジンの温度、言い換えれば冷却水の温度が低い状態でエンジンを動作させた場合、排気ガスにおける未燃焼の燃料の割合が大きくなり、過給機内に未燃焼の燃料が付着する付着量が増大する。つまり、ツインターボチャージ３００でも同様に、第１過給機３１０に付着する未燃焼の燃料の付着量が増大すると、センサ装置１０２よって検出される蛍光の強度が低下し、タービンホイール３１１或いは、コンプレッサホイール３１３における局所的な圧力の特定が困難になる虞がある。
【０１１１】
そこで、本実施形態に係る過給制御方法によれば、照射装置１０１は、ＥＣＵ１００の制御下で、第１過給機３１０内に残留する未燃燃料を燃焼させるように照射光の強度を設定する。照射装置１０１は、例えば、数ワット（Ｗ）以上の強度に照射光の強度を設定し、タービンホイール３１１に設けられた感圧塗膜３２５、或いはコンプレッサホイール３１３に設けられた感圧塗膜に照射光を照射すると共に、当該照射光により未燃焼の燃料を燃焼させる。これにより、蛍光の強度を低下させる未燃焼の燃料を第１過給機３１０内から除去でき、センサ装置１０２による蛍光の検出感度を高めることが可能である。したがって、タービンホイール３１１、或いはコンプレッサホイール３１３における局所的な圧力の特定を正確に実行することが可能になる。
【０１１２】
次に、図９を参照しながら、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その１）を説明する。
【０１１３】
図９に示すように、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例は、感圧塗膜３２５から出射された蛍光の積算値を補正するステップ（ステップＳ２１０）を含んでいる点で上述の過給制御方法と異なる。
【０１１４】
より具体的には、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の夫々に設けられた感圧塗膜から出射される蛍光は、第１過給機３１０内の酸素濃度によって変化するため、ＥＣＵ１００は、第１過給機３１０の排気側に設けられたＥＧＲ装置４１３を通過する排気ガス、及び、エンジン２００に供給される燃料の少なくとも一方に含まれる酸素の酸素濃度に基づいて、蛍光の強度の積算値を補正する。このように蛍光の強度の積算値を補正することにより、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の少なくとも一方の表面における局所的な圧力を正確に特定することが可能になる。尚、エンジン２００の燃料としてバイオエタノール等のバイオ燃料を採用した場合には、ＥＣＵ１００は、バイオ燃料中に含まれる酸素の割合を予め検出しておいてもよい。また、濃度センサ２１９を用いてＥＧＲ装置４１３を通過する排気ガス中の酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて蛍光の強度の積算値を補正し、局所的な圧力を特定する精度を高めることも可能である。
【０１１５】
次に、図１０を参照しながら、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その２）を説明する。
【０１１６】
通常の過給制御方法によれば、エンジンに空気を供給するインテークマニホールド、シリンダヘッド、或いは、エンジンから排気ガスを排出するエキゾーストマニホールドは、アルミニウム或いは鉄等の金属材料を鋳造することで形成されているため、エンジン及び１過給機の動作時に、数十μｍ乃至数ｍｍ程度のサイズを有する金属片が、エキゾーストマニホールド等から脱離し、タービンホイールに衝突する恐れがある。このような衝突によれば、タービンホイールが有するブレードを変形させ、当該ブレードが変形することによって過給機の過給性能及び内燃機関の燃費を低下させてしまう。
【０１１７】
そこで、図１０に示すように、本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例は、過渡モードであるか否かを判定する代わりに、エンジンシステム１０を搭載した車両の走行距離が所定の走行距離を超える毎に、タービンホイール３１１及びコンプレッサホイール３１３の少なくとも一方における感圧塗膜から出射された蛍光を検出し、局所的な圧力を特定する（ステップＳ１０１）。
【０１１８】
本例に係る過給制御方法によれば、タービンホイール或いはコンプレッサホイールにおける局所的な圧力が、ブレードの剥離等を生じさせる圧力のしきい値を超えないように可変ノズル１３１等が調節される。これにより、ブレードの変形或いは剥離を防止できると共に、エンジン２００の燃費を向上させることが可能になる。
【０１１９】
尚、局所的な圧力がしきい値を超えている場合には、例えばエンジンチェックランプを点灯させることによって、車両のドライバに第１過給機３１０の動作異常を報知してもよい。また、所定の走行距離は、エンジンシステム１０の具体的な構成に応じて便宜変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本実施形態に係る過給制御装置を具備してなるエンジンシステムの構成を模式的に示した模式図である。
【図２】本実施形態に係る過給制御装置の構成をツインターボチャージャの構成と共に概念的に示した概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る過給制御装置が備える可変ノズル（閉状態）の平面図である。
【図４】本実施形態に係る過給制御装置が備える可変ノズル（開状態）の平面図である。
【図５】本実施形態に係る過給制御方法の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。
【図６】タービンホイールの表面から出射された蛍光を検出する状態を概念的に示した概念図である。
【図７】蛍光の計測時間及び蛍光の強度の関係を図式的に示したグラフである。
【図８】本実施形態に係る過給制御方法の一変形例の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。
【図９】本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その１）の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。
【図１０】本実施形態に係る過給制御方法の他の変形例（その２）の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２１】
１・・・過給制御装置、１０・・・エンジンシステム、１００・・・ＥＣＵ、１０１・・・照射装置、１０２・・・センサ装置、１２０・・・バルブ機構、１３１，１３２，１３３，１３４・・・可変ノズル、３１０・・・第１過給機、３１１，３２１・・・タービンホイール、３１３，３２３・・・コンプレッサホイール、３１２，３２２・・・スピンドル、３２０・・・第２過給機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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