JP2016061218A - ターボチャージャ回転速度検出装置 - Google Patents
ターボチャージャ回転速度検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016061218A JP2016061218A JP2014189647A JP2014189647A JP2016061218A JP 2016061218 A JP2016061218 A JP 2016061218A JP 2014189647 A JP2014189647 A JP 2014189647A JP 2014189647 A JP2014189647 A JP 2014189647A JP 2016061218 A JP2016061218 A JP 2016061218A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbocharger
- rotation speed
- peak
- compressor
- detection device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
【課題】ターボチャージャのベーンの形状や特性等に相違があっても、その相違に関係なく、常に正確かつ確実に瞬時回転速度を検出できるターボチャージャ回転検出装置を提供する。【解決手段】エンジンに装着されたターボチャージャの回転速度を検出するターボチャージャ回転速度検出装置において、ターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号のピークを検出するピーク検出回路と、ピーク検出回路で検出されたピーク信号に基づいてターボチャージャの瞬時回転速度を演算する瞬時回転速度演算回路とを具備する。【選択図】図13
Description
本発明は、エンジンに装着されるターボチャージャ(過給機)の回転速度を検出する小型で安価な構成のターボチャージャ回転速度検出装置に関し、特にターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号に基づき、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に、しかも機差に影響を受けることなく検出することができるターボチャージャ回転速度検出装置に関する。
自動車用等の内燃機関においては、その出力は、機関に燃焼のために提供され得る空気質量と相応の燃料量とに関連しており、内燃機関の出力を向上させたい場合には、より多くの燃焼空気と、より多くの燃料とが供給されなければならない。大型化することなく出力向上等を図るための過給機として、ターボチャージャを設けたものが知られている。ターボチャージャは、主として流体コンプレッサとタービンとから成っており、流体コンプレッサとタービンとは共通のシャフトで結合されており、同じ回転数で回転する。タービンは、排ガスの、通常使用されずに消失するエネルギーを回転エネルギーに変換し、コンプレッサを駆動する。コンプレッサは新しい空気を吸い込み、予圧縮された空気を機関の個々のシリンダに圧送する。シリンダ内のより大きな空気質量には、増加させられた燃料量が供給され得る。これによって、内燃機関がより多くの出力を放出するものである。
図1はタービン20とコンプレッサ30とを備えた一般的なターボチャージャ10の構造例を示しており、コンプレッサ30内には、コンプレッサホイール31が回転可能に支承されており、ターボシャフト11に結合されている。ターボシャフト11も回転可能に支承されており、その他方の端部でタービンホイール21に結合されている。タービン入口22を介して、高温の排ガスが内燃機関(図示せず)からタービン20内に流入させられることによりタービンホイール21が回転する。排ガス流は、タービン20からタービン出口23を通って流出する。タービンホイール21がターボシャフト11を介してコンプレッサホイール31に結合されているので、これによってタービン20がコンプレッサ30を駆動する。コンプレッサ30内には、空気が空気入口32(図3)を通して吸い込まれ、圧縮され、空気出口33を介して内燃機関に供給される。
図2は、タービンホイール21と、ターボシャフト11と、コンプレッサホイール31との結合関係を示しており、タービンホイール21は、一般的に耐熱性のオーステナイト系のニッケル化合物から成っている。タービンホイール21とターボシャフト11とから成る構成部分は、ロータ又は回転体と呼ばれる。コンプレッサホイール31は、例えばアルミニウム合金から精密鋳造法等で製作される。コンプレッサホイール31はターボシャフト11のコンプレッサ側の端部12に、固定エレメント34によって固定される。固定エレメント34は、例えば袋ナット35であってよい。袋ナット35はタービンホイール21をシールブシュと、支承つばと、スペーサブシュとでターボシャフトつばに対して固く緊締する。従って、回転体は固いユニットをコンプレッサホイール31と共に形成している。
図3は、空気入口32と空気出口33とを備えたコンプレッサ30を示しており、空気入口32には円筒状のアダプタ36が配置されている。アダプタ36は螺旋状のコンプレッサハウジング37に、例えばネジ38によって結合されている。
ターボチャージャの回転数はエンジン制御等に必要であるが、ターボチャージャの回転数は20万〜50万rpmにも達し、温度も500〜1000℃となり、計測環境が苛酷であることから、コンプレッサホイール又はタービンホイールにおける回転数の直接的な計測は非常に困難である。
このため、特開2008−506074号公報(特許文献1)では、ターボシャフトの回転数を検出するための装置として、ターボシャフトのコンプレッサ側の端部に磁界を変化させるためのエレメントを設け、磁界の変化が、ターボシャフトの回転に関連して生ぜしめられるようになっており、磁界を変化させるためのエレメントの近くにセンサ素子を配置しており、センサ素子が磁界の変化を検出するようになっている。
しかしながら、特許文献1によるターボシャフトの回転数検出では、ターボシャフトのコンプレッサ側端部に磁界を変化させるためのエレメントを装着しなければならず、ターボシャフトの軸径が小さいためにエレメントを大きくすることができず、その結果磁界変化を感度良く検出することができない。また、センサ素子が空気の流れを阻害するため、ターボチャージャの性能低下を起こす。そのため、ターボチャージャ製造上のコストアップと共に、検出精度の点で問題がある。
また、特開2007−89336号公報(特許文献2)では、センサレス永久磁石同期モータをターボシャフトに設け、駆動電流検出手段が検出したモータ駆動電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段とを切替えて使用する。特許文献2の装置では、装置として大型なセンサレス永久磁石同期モータを設けると共に、その制御に必要な手段を別途設置しなければならない問題がある。
かかる問題を解決するターボチャージャの回転検出装置として、本出願人による特願2012−522305(特許文献3)が提案されている。特許文献3では、ターボチャージャの回転センサに突出型渦電流センサ100Bを用い、この渦電流センサ100Bをターボチャージャのコンプレッサ30に図4及び図5に示すように装着する。即ち、コンプレッサ30の空気入口32に、コンプレッサホイール31のブレード回転面と対向するように渦電流センサ100Bを装着している。渦電流センサ100Bの装着は、例えばコンプレッサ30空気入口32の近辺に所定穴を開け、渦電流センサ100Bの外套管を穴に嵌着することにより、或いは螺合させることにより、或いは溶接により固定する。
図5に示すように、ターボチャージャ10は、エンジンの排気ガス流によって回転駆動されるタービン20と、そのタービン20の回転により回転駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ30と、タービン20及びコンプレッサ30を連結するターボシャフト11とによって構成される。また、ハウジング13内には、ターボシャフト11をラジアル方向に回転可能に支持するベアリング14が収容されている。タービン20は、複数枚のタービンブレードを有するタービンホイール21と、ハウジング13のうちタービンホイール21を収容する部分であるタービンハウジング24とを備えている。また、コンプレッサ30は、複数枚(例えば5〜12枚)のコンプレッサブレード(ベーン)を有するコンプレッサホイール31と、ハウジング13のうちコンプレッサホイール31を収容する部分であるコンプレッサハウジング37とを有している。渦電流センサ100Bはコンプレッサハウジング37に貫通して、嵌着、螺合若しくは溶接で装着され、センサトップがブレード回転表面に近接して装着される。そして、タービンホイール21が排気ガスにより回転すると、コンプレッサホイール31がターボシャフト11と共に回転し、コンプレッサハウジング37内の吸気通路に吸入した空気を加圧圧縮し燃焼室に送り込む。
図6は、渦電流センサ100Bに接続してターボ回転数を検出する検出回路の一例を示しており、上述のようにコンプレッサホイール31のベーン(ブレード)回転表面に近接して配設された渦電流センサ100Bは共振回路110で駆動されると共に、ベーンの回転による変位に対応して変化する信号成分を抽出する検波回路111に接続されている。検波回路111で抽出された信号成分は増幅器112で増幅され、閾値TH0を有する比較器等の2値化回路113で2値化され、2値化されたパルス信号P1が分周回路114で分周され、例えばタービン1回転で1パルスを出力するように変換する。これにより分周パルスP2を計数することによって、回転数検出回路(カウンタ)115はタービン回転数RNを検出し、時間換算によって平均的な回転速度を計測することができる。
ここにおいて、センサ100Bの出力波形は例えば図7に示すようになっており、図6で示すように、全ての波形ピーク値よりも低い値の閾値TH0で2値化している。
しかしながら、センサ100Bの出力波形は、コンプレッサベーンの厚さのバラツキ、ベーンの形状や材料の微差、ターボシャフトの偏心等に基づいて同一ではなく、図7の波形図や図8の模式図に詳細を示すように、閾値Th0に対してベーンの厚さに相当するパルス幅Wb1、Wb2,・・と、ベーン間距離に相当する波長間隔ΔT1,ΔT2,・・・とが波形毎に一定ではなく、しかもターボチャージャ毎に相違した値となる。そのため、閾値Th0に対して2値化したパルス波形は図9のように不均一となり、パルス間隔ΔT1,ΔT2,・・・が相違する。その結果、瞬時回転速度を計測する場合に、正確な計測ができないという問題がある。近年、ターボチャージャの瞬時回転速度はエンジン制御において重要な要因となっている。
図10は、ブレード番号毎(No.0〜No.42)に計測された瞬時回転速度{rpm}のバラツキ(公差)の様子を示しており、公差の少ない状態で計測した正確な瞬時回転速度の取得が、高度なエンジン制御に要請されている。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ターボチャージャのベーンの形状や特性等に相違があっても、その相違に関係なく、常に正確かつ確実に瞬時回転速度を検出できるターボチャージャ回転検出装置を提供することにある。
本発明は、エンジンに装着されたターボチャージャの回転速度を検出するターボチャージャ回転速度検出装置に関し、本発明の上記目的は、前記ターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号のピークを検出するピーク検出回路と、前記ピーク検出回路で検出されたピーク信号に基づいて前記ターボチャージャの瞬時回転速度を演算する瞬時回転速度演算回路とを具備することにより達成される。
本発明の上記目的は、前記ターボセンサが渦電流センサであることにより、或いは前記瞬時回転速度の演算を、前記ピークの検出の都度行うようになっていることにより、或いは前記検出信号のピークの検出を、前記検出信号に対する時系列のサンプリング値の大小比較に基づいて行うようになっていることにより、或いは前記時系列のサンプリング値の大小比較を少なくとも3回行って、前記ピークを確定するようになっていることにより、より効果的に達成される。
本発明のターボチャージャ回転速度検出装置によれば、コンプレッサの各ベーンに対応する波形のピークを検出し、ピークに対応するパルス列のパルス間隔に基づいて瞬時回転速度を検出するようにしているので、公差の影響を受けることなく、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に検出することができる。
本発明では、所定の閾値を用いてターボチャージャのコンプレッサベーンの検出波形を2値化し、そのパルス間隔から瞬時回転速度を計測するのではなく、図11に示すように各ベーンに対応する検出波形のピークPK1,PK2,PK3,・・・を検出し、ピークPK1,PK2,PK3,・・・に対応する図12に示すようなパルス列のパルス間隔ΔTnに基づいて瞬時回転速度を検出する。つまり、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の時間間隔の計測により、ベーン毎の瞬時回転速度を検出する各ベーンの検出波形がピークPK1,PK2,PK3,・・・に達するまでの途中波形は、ベーンの厚さや形状の違いによって影響を受けるが、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の位置は公差の影響を受けない。そのため、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の時間間隔を計測することによって、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確に検出することができる。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図13は本発明の構成例を図6に対応させて示しており、増幅器112からのベーン検出信号AMのピークを検出するピーク検出回路120と、ピーク検出回路120で検出されたピークのピーク列PSに基づいて瞬時回転速度SRをピーク毎に演算する瞬時回転速度演算回路130とを備えている。即ち、本発明では、ベーン検出信号AMのピーク毎に瞬時回転速度SRを得ることができ、この瞬時回転速度SRをエンジン制御やターボチャージャの制御に利用することができる。
このような構成において、図14のフローチャート及び図15の波形図を参照して、本発明の動作例を説明する。
先ずベーン検出信号AMが正側となるのを待ち(ステップS1)、メモリ(図示せず)に記憶されている前回のサンプリング値をクリアし(ステップS2)、所定時間、つまりサンプリング時間となるまで待機する(ステップS3)。
所定時間が経過してサンプリング時間になると(図15の時点t1)、ベーン検出信号AMをサンプリングし(ステップS10)、そのサンプリング値P1をメモリに記憶する(ステップS11)。そして、当該サンプリング値P1が前回のサンプリング値以上であるか否かを判定するが(ステップS12)、今回は当該サンプリング値P1は前回のサンプリング値以上であるので、次のサンプリング時間(図15の時点t2)にサンプリングし(ステップS13)、当該サンプリング値P2をメモリに記憶する(ステップS14)。そして、上記ステップS12にリターンし、当該サンプリング値P2が前回のサンプリング値P1以上であるか否かを判定する(ステップS12)。このようなサンプリングと前回値との大小比較を繰り返す。
このようなサンプリングと比較において、時点t6のサンプリング値P6は時点t5のサンプリング値P5よりも大きく、時点t7のサンプリング値P7は時点t6のサンプリング値P6よりも小さくなっているので、サンプリング値P6がピーク値と確定し(ステップS20)、ピーク値P6(時間を含む)をメモリに記憶する(ステップS21)。
なお、ピーク値の確定動作において、本例では今回サンプリング値が前回サンプリング値より小さくなったときに、前回サンプリング値をピーク値と判定しているが、検出波形が一旦小さくなって再度大きくなる場合も想定される。そのため。今回サンプリング値が前回サンプリング値より小さくなる回数が、例えばn(2以上の整数)回続いた場合にn回前のサンプリング値をピーク値として確定すれば、より正確なピークの検出が可能となる。少なくとも3回のサンプリングで、ピークを確定することが望ましい。
検出波形のピークが定まると、ピーク間の時間ΔTn[s]が求まり、既知のベーン枚数Mから、下記数1によって瞬時回転速度SRを演算する(ステップS30)。
(数1)
60/(ΔTn・M) [rpm]
かかる瞬時回転速度SRを新しいピークが確定する都度演算する。瞬時回転速度SRは、エンジンやターボチャージャの制御に利用される。
(数1)
60/(ΔTn・M) [rpm]
かかる瞬時回転速度SRを新しいピークが確定する都度演算する。瞬時回転速度SRは、エンジンやターボチャージャの制御に利用される。
本発明によれば、コンプレッサの各ベーンに対応する波形のピークを検出し、ピークに対応するパルス列のパルス間隔に基づいて瞬時回転速度を検出するようにしているので、公差の影響を受けることなく、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に検出することができる。ピークを検出することにより、図16に示すように公差が各ベーンについてほぼ均一になる。
なお、上述では検出波形の正側でパルスのピークを検出しているが、負側でも同様に適用できる。
10 ターボチャージャ
11 ターボシャフト
13 ハウジング
14 ベアリング
20 タービン
21 タービンホイール
22 タービン入口
23 タービン出口
24 タービンハウジング
30 コンプレッサ
31 コンプレッサホイール
32 空気入口
33 空気出口
37 コンプレッサハウジング
100B 突出型渦電流センサ
110 共振回路
111 検波回路
112 増幅器
113 2値化回路(A/D変換回路)
114 分周回路
115 回転数検出回路(カウンタ)
120 ピーク検出回路
130 瞬時回転速度演算回路
11 ターボシャフト
13 ハウジング
14 ベアリング
20 タービン
21 タービンホイール
22 タービン入口
23 タービン出口
24 タービンハウジング
30 コンプレッサ
31 コンプレッサホイール
32 空気入口
33 空気出口
37 コンプレッサハウジング
100B 突出型渦電流センサ
110 共振回路
111 検波回路
112 増幅器
113 2値化回路(A/D変換回路)
114 分周回路
115 回転数検出回路(カウンタ)
120 ピーク検出回路
130 瞬時回転速度演算回路
Claims (5)
- エンジンに装着されたターボチャージャの回転速度を検出するターボチャージャ回転速度検出装置において、
前記ターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号のピークを検出するピーク検出回路と、
前記ピーク検出回路で検出されたピーク信号に基づいて前記ターボチャージャの瞬時回転速度を演算する瞬時回転速度演算回路と、
を具備したことを特徴とするターボチャージャ回転速度検出装置。 - 前記ターボセンサが渦電流センサである請求項1に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。
- 前記瞬時回転速度の演算を、前記ピークの検出の都度行うようになっている請求項1又は2に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。
- 前記検出信号のピークの検出を、前記検出信号に対する時系列のサンプリング値の大小比較に基づいて行うようになっている請求項1乃至3のいずれかに記載のターボチャージャ回転速度検出装置。
- 前記時系列のサンプリング値の大小比較を少なくとも3回行って、前記ピークを確定するようになっている請求項4に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014189647A JP2016061218A (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | ターボチャージャ回転速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014189647A JP2016061218A (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | ターボチャージャ回転速度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016061218A true JP2016061218A (ja) | 2016-04-25 |
Family
ID=55795797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014189647A Pending JP2016061218A (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | ターボチャージャ回転速度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016061218A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110286246A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-09-27 | 深圳市普颂电子有限公司 | 涡轮转速检测方法及装置 |
US11473446B1 (en) | 2021-09-20 | 2022-10-18 | Apexturbo Llc | Bearing cartridge assembly for a turbocharger |
-
2014
- 2014-09-18 JP JP2014189647A patent/JP2016061218A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110286246A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-09-27 | 深圳市普颂电子有限公司 | 涡轮转速检测方法及装置 |
CN110286246B (zh) * | 2019-07-25 | 2021-03-23 | 深圳市普颂电子有限公司 | 涡轮转速检测方法及装置 |
US11473446B1 (en) | 2021-09-20 | 2022-10-18 | Apexturbo Llc | Bearing cartridge assembly for a turbocharger |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2871835C (en) | System and method for electronic propeller blade angle position feedback | |
JP5190464B2 (ja) | 非接触ブレード振動測定方法 | |
US6659712B2 (en) | Apparatus and method for detecting a damaged rotary machine aerofoil | |
JP5645207B2 (ja) | 渦電流センサ及びそれを用いたターボチャージャ回転検出装置 | |
CN109974849A (zh) | 无参考信号下基于叶尖定时技术的叶片振动在线监测方法 | |
US20110213569A1 (en) | Method and device for detecting cracks in compressor blades | |
JP5916496B2 (ja) | 状態監視装置、及び回転機械 | |
JP6239491B2 (ja) | 回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法 | |
JP2014231830A (ja) | エンジン制御装置 | |
JP2016061218A (ja) | ターボチャージャ回転速度検出装置 | |
JP6145020B2 (ja) | 回転機械の異常判定装置及び異常判定方法 | |
JP5765855B2 (ja) | 回転速度検出装置 | |
CN111174903B (zh) | 一种透平机械故障的诊断方法 | |
CN114981633A (zh) | 用于监测飞行器的涡轮发动机上的旋转轴的扭转的方法 | |
EP2012086A1 (en) | Displacement measurement arrangement | |
CN113358210B (zh) | 一种基于压力脉动的增压器涡轮叶片振动监测方法 | |
RU2411466C1 (ru) | Способ обнаружения резонансных колебаний лопаток ротора турбомашины | |
CN109374282B (zh) | 一种可旋转试验测量机构 | |
JP2014218903A (ja) | インペラの修正方法、過給機の修正方法及び過給機の修正装置 | |
JP2016089708A (ja) | エンジン | |
WO2017042871A1 (ja) | 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 | |
RU2246711C1 (ru) | Способ определения параметров течения в компрессоре и устройство для его осуществления | |
JP6587406B2 (ja) | コンプレッサの検査装置 | |
WO2016157442A1 (ja) | 角速度推定装置、エネルギ推定装置及び気筒間バラツキ推定装置 | |
JP2014115146A (ja) | ターボチャージャの回転速度検出装置 |