JP6436341B2

JP6436341B2 - 回転速度検出装置

Info

Publication number: JP6436341B2
Application number: JP2014224776A
Authority: JP
Inventors: 誠由利; 岳志高橋; 健五友成
Original assignee: Yanmar Co Ltd; Applied Electronics Corp
Current assignee: Yanmar Co Ltd; Applied Electronics Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016090374A

Description

本発明は、回転速度検出装置に関する。特に、ターボチャージャの回転速度検出装置に関する。

従来、磁界の変化を利用してターボチャージャのコンプレッサまたはタービンの回転速度を検出する回転速度検出装置が知られている。回転速度検出装置は、磁界を発生させるコイルを具備する検出部（電磁ピックアップ）がコンプレッサまたはタービンのケーシングに設けられている。電磁ピックアップは、被検出体であるブレードが磁界を通過するように設けられている。回転速度検出装置の電磁ピックアップには、磁束を微分したものに比例する起電力が発生する。つまり、回転速度検出装置は、磁束の変化によって電磁ピックアップに発生する誘導起電力を検出するものである。例えば特許文献１のごとくである。

このような電磁ピックアップを用いた回転速度検出装置において、コンプレッサまたはタービンの回転速度は、電磁ピックアップの特性を考慮して電磁ピックアップにブレードの端部が最も近接する時点を基準に算出される。この際、電磁ピックアップとブレードの端部との距離が略一定に保たれるので、電磁ピックアップの磁束はほとんど変化せず誘導起電力も微弱になる。これにより、回転速度検出装置は、誘導起電力が０Ｖである時に電磁ピックアップの近傍をブレードの端部が通過しているとして、その間隔からコンプレッサまたはタービンの回転速度を検出する。しかし、回転速度検出装置は、電磁ピックアップとブレードの端部との距離が略一定の場合だけでなく、磁束の変化の態様によってプラスの電圧からマイナスの電圧に極性が変わる際にも電圧が０Ｖの状態になる。従って、回転速度検出装置において、誘導起電力が０Ｖの時を基準として回転速度を検出する場合、誘導起電力に対応するブレードの位置にばらつきが生じて、正確な回転速度が検出できない可能性があった。

特開２０１３−２３１２号公報

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、誘導起電力を利用してコンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度を安定して検出することができる回転速度検出装置の提供を目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明においては、コンプレッサのケーシングに誘導起電力の変化によってメインブレードとスプリッタブレードとを検出する検出部が設けられるターボチャージャの回転速度検出装置であって、一のメインブレードまたは一のスプリッタブレードが検出部の近傍を通過する際に発生する誘導起電力のピークの時点と他のメインブレードまたは他のスプリッタブレードが検出部の近傍を通過する際に発生する誘導起電力のピークの時点との間隔からターボチャージャの回転速度を算出し、隣り合うメインブレードによってそれぞれ発生する誘導起電力のピークの時点の間隔から前記ターボチャージャのメインブレード瞬時回転速度を算出するとともに、隣り合うスプリッタブレードによってそれぞれ発生する誘導起電力のピークの時点の間隔から前記ターボチャージャのスプリッタブレード瞬時回転速度を算出し、メインブレード瞬時回転速度とスプリッタブレード瞬時回転速度との差が所定値以上の場合、ターボチャージャに異常が発生していると自己故障診断を行うものである。

即ち、本発明においては、エンジンの燃料噴射弁、吸気弁および排気弁の開閉を制御するために前記メインブレード瞬時回転速度と前記スプリッタブレード瞬時回転速度とについての信号をエンジンの制御装置に送信するものである。

即ち、本発明においては、前記メインブレード瞬時回転速度または前記スプリッタブレード瞬時回転速度に基づいて平均回転速度を算出し、任意の目標噴射量に基づいて燃料を噴射した際の実燃料噴射量を算出するために平均回転速度の変化量についての信号を前記エンジンの制御装置に送信するものである。

即ち、本発明においては、前記メインブレード瞬時回転速度と前記スプリッタブレード瞬時回転速度とのうちピーク時の誘導起電力の絶対値が大きい方の誘導起電力に基づいて算出された速度を前記ターボチャージャの瞬時回転速度であるとみなすものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、誘導起電力のピーク時点に対応するブレードの位置が一定の範囲に含まれているので、算出結果にばらつきが生じにくい。これにより、誘導起電力を利用してコンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度を安定して検出することができる。

本発明によれば、誘導起電力のピーク時点に対応するブレードの位置が一定の範囲に含まれているので、算出した二系統の瞬時回転速度にばらつきが生じにくく正確な自己診断が行われる。これにより、誘導起電力を利用してコンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度を安定して検出することができる。

本発明によれば、誘導起電力のピーク時点を基準とした瞬時回転速度に基づいてエンジンの制御が行われる。これにより、誘導起電力を利用して安定的に検出した瞬時回転速度をフィードバックして燃料噴射量やＥＧＲ弁の開度等の制御を行うことによりエンジン負荷の変化に精度よく対応して排気のばらつきを低減し、負荷に応じた適切な状態にエンジンを制御することができる。

本発明によれば、回転により付加される外力が大きい方のブレードに基づいて瞬時回転速度が算出されているので、外力の付加によるブレードの異常が早期に検出される。これにより、誘導起電力を利用してコンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度を安定して検出することができる。

本発明の第一実施形態に係るターボチャージャと回転速度検出装置との構成を示す断面図。（ａ）本発明の第一実施形態に係る回転速度検出装置の検出部とブレードとの位置関係を示す一部断面図。（ａ）本発明に係る回転速度検出装置のブレードが検出装置の磁界を通過していない状態を表す概略図と波形図を示す図（ｂ）同じくブレードが検出装置の磁界に進入した瞬間の状態を表す概略図と波形図を示す図（ｃ）同じくブレードが検出装置の磁界を通過している状態を表す概略図と波形図を示す図（ｄ）同じくブレードが検出装置の磁界を抜けた瞬間の状態を表す概略図と波形図を示す図。（ａ）本発明に係る回転速度検出装置におけるメインブレードとスプリッタブレードとのピッチ通過時間を算出するための概念を表す概略図と波形図を示す図（ｂ）同じくスプリッタブレードとメインブレードとのピッチ通過時間を算出するための概念を表す概略図と波形図を示す図。（ａ）本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置におけるメインブレード間のピッチ通過時間を算出するための波形図を示す図（ｂ）本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置におけるスプリッタブレード間のピッチ通過時間を算出するための波形図を示す図。本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置におけるターボチャージャの異常を判定する制御を表すフローチャートを示す図。本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置とエンジンとの関係を表すブロック図を示す図。燃料噴射弁の開弁時間と噴射量の関係を表すグラフを示す図。（ａ）本発明の第二実施形態に係るターボチャージャと回転速度検出装置との構成を示す断面図（ｂ）本発明の第二実施形態に係るターボチャージャの連結軸と検出装置との位置関係を示す断面概略図。

以下に、図１を用いて本発明の第一実施形態に係るターボチャージャ１について説明する。

図１に示すように、ターボチャージャ１は、エンジン２０（図７参照）から排出されている排気の排気圧力を駆動源として加圧圧縮した吸気をエンジン２０に供給するものである。ターボチャージャ１は、連結部２、タービン６、コンプレッサ９等から構成されている。

連結部２は、タービン６とコンプレッサ９とを連結している。連結部２は、センターハウジング３、連結軸４、軸受け５等から構成されている。センターハウジング３は、一側にタービン６が連結され、他側にコンプレッサ９が連結されている。連結軸４は、後述のタービンホイール８と後述のコンプレッサホイール１１とを連結する。連結軸４は、軸受け５を介してセンターハウジング３に回転自在に支持されている。

タービン６は、エンジン２０の排気圧を回転駆動力に変換するものである。タービン６は、タービンケーシング７、タービンホイール８等から構成されている。

タービンケーシング７は、有底円筒状に形成されている部材である。タービンケーシング７は、一側（底部側）がセンターハウジング３に接続されている。タービンケーシング７の一側には、外周部に排気が供給されている排気供給路７ａが形成されている。タービンケーシング７の他側（反底部側）には、排気の排出口７ｂが形成されている。タービンケーシング７の底部には、連結軸４が連通されている。タービンケーシング７の排気供給路７ａは、タービンケーシング７の内部に連通するように形成されている。

タービンホイール８は、タービンホイール８の基部であるタービンハブ８ａと、タービンハブ８ａの外周面８ｃに周方向に等間隔で配置されている複数のタービンブレード８ｂとから構成されている。タービンホイール８８は、タービンハブ８ａが連結軸４に固定されて回転自在に支持されている。タービンハブ８ａは、連結軸４の軸心に対して平行な反連結軸４側の外周面８ｃが連結軸４側に向かって湾曲しながら拡径し、連結軸４側の端部に連結軸４の軸心に対して垂直な方向に向かうフランジ８ｄが形成されている。

タービンホイール８は、タービンハブ８ａのフランジ８ｄ（拡径側）の外周がタービンケーシング７の排気供給路７ａに対向し、タービンハブ８ａの縮径側の端部がタービンケーシング７の排出口７ｂに対向するようにタービンケーシング７の内部に配置されている。つまり、タービンホイール８は、排気の供給側から排出側に向かってタービンハブ８ａが縮径するように配置されている。このように構成することで、タービンホイール８は、供給された排気の排気圧によって回転されながら、排気をタービンハブ８ａの外周面８ｃによって回転軸に平行な方向に案内して排出口７ｂから排出させる。

コンプレッサ９は、エンジン２０の給気を加圧圧縮する。コンプレッサ９は、コンプレッサケーシング１０、コンプレッサホイール１１等から構成されている。

コンプレッサケーシング１０は、円筒状に形成されている部材である。コンプレッサケーシング１０は、一側がセンターハウジング３に接続されて底部が構成されている。センターハウジング３によって構成されている底部には、連結軸４が連通されている。コンプレッサケーシング１０の一側（底部側）には、外周部に吸気が排出されている吸気排出路１０ａが形成されている。コンプレッサケーシング１０の他側（反底部側）には、吸気の供給口１０ｂが形成されている。コンプレッサケーシング１０の内壁１０ｃは、一側に向かって拡径するように形成されて吸気排出路１０ａに連通されている。

コンプレッサホイール１１は、コンプレッサホイール１１の基部を構成するコンプレッサハブ１１ａと、コンプレッサハブ１１ａの外周面１１ｄに周方向に等間隔で交互に配置されている複数のフルブレード１１ｂ（全翼）とスプリッタブレード１１ｃ（短翼）とから構成されている。

コンプレッサホイール１１は、コンプレッサハブ１１ａが連結軸４に固定されて回転自在に支持されている。つまり、コンプレッサホイール１１は、連結軸４を介してタービンホイール８からの回転動力が伝達可能に構成されている。コンプレッサハブ１１ａは、連結軸４の軸心に対して平行な反連結軸４側の外周面１１ｄが連結軸４側に向かって湾曲しながら拡径し、連結軸４側端部に連結軸４の軸心に対して垂直な方向に向かうフランジ１１ｅが形成されている。フルブレード１１ｂ（全翼）とスプリッタブレード１１ｃ（短翼）の外縁形状は、微小な隙間を構成するようにコンプレッサケーシング１０の内壁１０ｃに沿って形成されている。また、スプリッタブレード１１ｃの縮径側の端部は、フルブレード１１ｂの縮径側の端部よりも拡径側に配置されている。なお、コンプレッサホイール１１は、スプリッタブレード１１ｃを有しないものでもよい。

コンプレッサホイール１１は、コンプレッサハブ１１ａのフランジ１１ｅ（拡径側）の外周がコンプレッサケーシング１０の吸気排出路１０ａに対向し、コンプレッサハブ１１ａの縮径側の端部がコンプレッサケーシング１０の吸気の供給口１０ｂに対向するようにコンプレッサケーシング１０の内部に配置されている。つまり、コンプレッサホイール１１は、吸気の供給側から排出側に向かってコンプレッサハブ１１ａが拡径するように配置されている。この際、コンプレッサケーシング１０の内壁１０ｃとコンプレッサハブ１１ａとの間隔は、吸気排出路１０ａに近接するにつれて狭くなるように構成されている。すなわち、コンプレッサケーシング１０内には、コンプレッサケーシング１０の内壁１０ｃ、フルブレード１１ｂ、スプリッタブレード１１ｃ、及び外周面１１ｄに囲まれる空間によって吸気圧縮通路１１ｆ（図２、図３参照）が構成されている。コンプレッサホイール１１は、フルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃから第１ブレードＢＬ１・第２ブレードＢＬ２・が構成されている。

上述の通り、ターボチャージャ１は、タービン６に排気が供給されていると排気圧力によってタービンホイール８が回転されている。タービンホイール８と接続されているコンプレッサホイール１１は、タービンホイール８の回転駆動力によって回転されている。コンプレッサホイール１１は、吸気の供給口１０ｂから吸気を取り込む。取り込まれた吸気は、コンプレッサホイール１１によって吸気圧縮通路１１ｆを介して吸気排出路１０ａに排出されている。この際、吸気は、吸気圧縮通路１１ｆにおいて加圧圧縮され、圧縮熱が発生する。

次に、図１と図２とを用いて、本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置１２について説明する。なお、本実施形態において、回転速度検出装置１２はコンプレッサ９の回転速度を検出するものとしたがこれに限定するものではなくタービンの回転速度を検出するように構成してもよい。

図１に示すように、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ９の回転速度を検出する。回転速度検出装置１２は、検出部１３、アンプ１４、コントローラ１５等から構成されている。回転速度検出装置１２は、検出部１３でコンプレッサホイール１１のフルブレード１１ｂとスプリッタブレード１１ｃを検出することでコンプレッサ９の回転速度を検出する。

検出部１３は、フルブレード１１ｂとスプリッタブレード１１ｃとを検出する。検出部１３は、コンプレッサケーシング１０の吸気の供給口１０ｂ側に形成されている挿入孔１０ｄに挿入して取り付けられている。この際、検出部１３は、その先端がコンプレッサケーシング１０の内壁１０ｃから突出しないように配置されている。検出部１３は、略円筒状の筐体の内部に図示しない磁界Ｂを発生する磁石と図示しない検出用コイルとを有する。検出部１３は、磁石から発生している磁界Ｂが検出用コイルを貫通するように構成される。つまり、検出部１３は、検出コイルを貫通する磁界Ｂの磁束が変化することにより検出用コイルに誘導起電力が発生するように構成されている。検出部１３は、発生した誘導起電力を検出信号として出力する。これにより、回転速度検出装置１２は、フルブレード１１ｂ若しくはスプリッタブレード１１ｃが検出部１３の近傍を通過したと判断する。

検出部１３は、形状が異なるフルブレード１１ｂとスプリッタブレード１１ｃとを検出するために、フルブレード１１ｂとスプリッタブレード１１ｃとが共に磁界Ｂを通過するように配置しなければならない。従って、図２に示すように、検出部１３は、フルブレード１１ｂとスプリッタブレード１１ｃとが共にコンプレッサケーシング１０に近接している範囲である領域Ａが磁界Ｂの範囲に含まれるように配置する必要がある。

アンプ１４は、検出部１３からの信号を増幅するものである。アンプ１４は、検出部１３と接続され、検出部１３からの信号を取得する。アンプ１４は、検出部１３からの信号を増幅してコントローラ１５に送信する。

コントローラ１５は、コンプレッサ９の回転速度を算出するものである。コントローラ１５は、アンプ１４からの増幅信号の処理を行うための種々のプログラムやデータが格納されている。具体的には、回転速度検出装置１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続されている構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

コントローラ１５は、エンジン２０の回転速度Ｎと出力トルクＴｑとに基づいてコンプレッサ９の目標回転速度Ｖｔを算出するコンプレッサ回転速度マップＭ１が格納されている。コントローラ１５は、アンプ１４と接続され、アンプ１４からの増幅信号を取得することが可能である。コントローラ１５は、アンプ１４からの増幅信号を用いてコンプレッサ９の回転数を算出する。コントローラ１５は、エンジン２０の制御装置であるＥＣＵ２５に接続され、所定の処理を施したアンプ１４からの増幅信号をＥＣＵ２５に送信することが可能である（図７参照）。

次に、図３を用いて、回転速度検出装置１２の検出部１３において、フルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃからなる第１ブレードＢＬ１・第２ブレードＢＬ２・・の検出の態様を説明する。図３において、二点鎖線で示す範囲は、検出部１３の磁石が発生させている磁界Ｂ（検出範囲）を示す。回転速度検出装置１２は、フルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃが磁界Ｂを通過した際に磁束を変化させることで検出コイルに発生する誘導起電力を検出する。

図３（ａ）に示すように、検出部１３において、フルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃからなる第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂに進入していない場合、磁界Ｂの磁束は変化しない。従って、検出部１３の検出用コイルには、誘導起電力が発生しない。

図３（ｂ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂの反回転方向側から進入した場合、第１ブレードＢＬ１が検出部１３に近接することで磁界Ｂの磁束は急激に変化する。従って、検出部１３の検出用コイルには、ファラデーの電磁誘導の法則から磁束の変化に応じてプラス極性の誘導起電力が発生する。検出部１３の検出用コイルには、第１ブレードＢＬ１の進入により磁界Ｂの磁束の単位時間当たりの変化量が最も大きい時にプラス極性で最大の誘導起電力が発生する。具体的には、誘導起電力は、第１ブレードＢＬ１の端部が磁界Ｂに進入した直後であって検出部１３に急激に近接する時点にプラス極性で最大の誘導起電力が発生する。

図３（ｃ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂ内を通過している場合、検出部１３と第１ブレードＢＬ１との距離は略一定に保たれるので磁界Ｂの磁束は比較的緩やかに変化する。従って、検出部１３の検出用コイルには、磁束の変化に応じて第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂに進入した瞬間に比べて小さな誘導起電力が発生する。検出部１３の検出用コイルには、第１ブレードＢＬ１の通過時の磁界Ｂの磁束の単位時間当たりの変化量がゼロになった時に誘導起電力が発生しない。

図３（ｄ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１のうち一部が磁界Ｂの回転方向側から抜けた場合、第１ブレードＢＬ１が検出部１３から離間することで磁界Ｂの磁束は急激に変化する。従って、検出部１３の検出用コイルには、ファラデーの電磁誘導の法則から磁束の変化に応じてマイナス極性の誘導起電力が発生する。検出部１３の検出用コイルには、第１ブレードＢＬ１の離間により磁界Ｂの磁束の単位時間当たりの変化量が最も大きい時にマイナス極性で最大の誘導起電力が発生する。第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂの回転方向側から抜けた場合、第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂに影響を与えないので磁界Ｂの磁束は変化しない。従って、検出部１３の検出用コイルには、誘導起電力が発生しない。

このようにして、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂの反回転方向側から進入することで時間Ｔ１１においてプラス極性での最大の誘導起電力を検出し、第１ブレードＢＬ１が磁界Ｂの回転方向側から抜けることで時間Ｔ１２においてマイナス極性での最大の誘導起電力を検出する。さらに、回転速度検出装置１２は、第２ブレードＢＬ２が磁界Ｂの反回転方向側から進入することで時間Ｔ２１においてプラス極性での最大誘導起電力を検出し、第２ブレードＢＬ２が磁界Ｂの回転方向側から抜けることで時間Ｔ２２においてマイナス極性での最大の誘導起電力を検出する（図４（ａ）参照）。同様にして、回転速度検出装置１２は、フルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃから構成されているコンプレッサホイール１１の第３ブレードＢＬ３・第４ブレードＢＬ４・・についてそれぞれ誘導起電力を検出する。

次に、図４を用いて、コンプレッサ９の運転段階での回転速度検出装置１２による回転速度の算出について説明する。なお、コンプレッサホイール１１は、運転段階において各ブレードのブレード厚およびブレードピッチが所定範囲内の寸法で形成され、その寸法が回転速度検出装置１２に設定されているものとする。また、コンプレッサホイール１１の速度算出は、コンプレッサホイール１１に形成されている第１ブレードＢＬ１から第ｎブレードＢＬ（ｎ）までの全てについて行われるが、同様の態様であるためメインブレードからなる第１ブレードＢＬ１および第３ブレードＢＬ３、スプリッタブレードからなる第２ブレードＢＬ２および第４ブレードＢＬ４の回転速度算出について説明する。

図４（ａ）に示すように、回転速度検出装置１２は、メインブレードである第１ブレードＢＬ１が検出部１３に近接することで誘導起電力がプラス極性において最大となる時間Ｔ１１とスプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２が検出部１３に近接することで誘導起電力がプラス極性において最大となる時間Ｔ２１との間隔であるピッチ通過時間ΔＴｐ１２を算出する。そして、回転速度検出装置１２は、予め設定されている第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２とのピッチＰ１２とから第１瞬時回転速度Ｖｐ１２を算出する。

同様にして、図４（ｂ）に示すように、回転速度検出装置１２は、時間Ｔ２１とメインブレードである第３ブレードＢＬ３が検出部１３に近接することで誘導起電力がプラス極性において最大となる時間Ｔ３１との間隔であるピッチ通過時間ΔＴｐ２３を算出する。そして、回転速度検出装置１２は、予め設定されている第２ブレードＢＬ２と第３ブレードＢＬ３とのピッチＰ２３とから第２瞬時回転速度Ｖｐ２３を算出する。このようにして、回転速度検出装置１２は、第１瞬時回転速度Ｖｐ１２から順に第２瞬時回転速度Ｖｐ２３・・第ｎ瞬時回転速度Ｖｐ（ｎ）１を算出する。

回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１・第２ブレードＢＬ２・・が検出部１３に近接することで磁界Ｂの磁束は急激に変化する時点を基準としてピッチ通過時間ΔＴｐ１２・ΔＴｐ２３・・を算出する。つまり、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１・第２ブレードＢＬ２・・の誘導起電力のピーク時点に対応する位置が一定の範囲に含まれている状態の誘導起電力に基づいてピッチ通過時間ΔＴｐ１２・ΔＴｐ２３・・を算出する。これにより、回転速度検出装置１２は、誘導起電力を利用してコンプレッサ９またはタービン６のブレードの回転速度を安定して検出することができる。なお、本実施形態において、誘導起電力がプラスの極性において最大となる時点を基準としてピッチ通過時間ΔＴｐ１２・ΔＴｐ２３・・を算出したがこれに限定されるものではなく、マイナスの極性において最大となる時点を基準としてもよい。

次に、図５を用いて、コンプレッサ９の運転段階での回転速度検出装置１２の検出信号を用いたコンプレッサホイール１１の自己故障診断による異常判定について説明する。なお、コンプレッサホイール１１の異常判定は、コンプレッサホイール１１に形成されている第１ブレードＢＬ１から第ｎブレードＢＬ（ｎ）までの全てについて行われる。

図５（ａ）に示すように、回転速度検出装置１２は、メインブレードである第１ブレードＢＬ１と隣り合うメインブレードである第３ブレードＢＬ３とが検出部１３に近接することで誘導起電力がプラス極性において最大となる時間Ｔ１１と時間Ｔ３１との間隔であるピッチ通過時間ΔＴｐ１３を算出する。そして、回転速度検出装置１２は、予め設定されている第１ブレードＢＬ１と第３ブレードＢＬ３とのピッチＰ１３とから第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３を算出する。同様にして、回転速度検出装置１２は、隣り合うメインブレードにおいて誘導起電力がプラス極性において最大となる時間にもとづいて第２メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ３５・・・を算出する。

次に、図５（ｂ）に示すように、回転速度検出装置１２は、スプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２と隣り合うスプリッタブレードである第４ブレードＢＬ４とが検出部１３に近接することで誘導起電力がプラス極性において最大となる時間Ｔ２１と時間Ｔ４１との間隔であるピッチ通過時間ΔＴｐ２４を算出する。そして、回転速度検出装置１２は、予め設定されている第２ブレードＢＬ２と第４ブレードＢＬ４とのピッチＰ２４とから第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４を算出する。同様にして、回転速度検出装置１２は、隣り合うスプリッタブレードにおいて誘導起電力がプラス極性において最大となる時間にもとづいて第２スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ４６・・・を算出する。

ここで、図５（ａ）に示すように、回転速度検出装置１２は、誘導起電力のピーク時の値がａＶであった第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と誘導起電力のピーク時の値がｂＶであった第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４とのうち、誘導起電力のピーク時の値が大きいａＶである誘導起電力に基づいて算出された第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３をターボチャージャ１の瞬時回転速度であるとみなす。第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３が算出されたメインブレードである第１ブレードＢＬ１と第３ブレードＢＬ３とは、スプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２と第４ブレードＢＬ４とよりも検出部１３に近接している。すなわち、第１ブレードＢＬ１と第３ブレードＢＬ３との端部は、スプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２と第４ブレードＢＬ４との端部よりも外側にあるため周速が大きい。従って、回転速度検出装置１２は、回転によって付加される外力がより大きい第１ブレードＢＬ１と第３ブレードＢＬ３とに基づいて算出された第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３をターボチャージャ１の瞬時回転速度であるとみなすことでターボチャージャ１の異常を早期に発見することができる。

回転速度検出装置１２は、第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３、第２メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ３５・・・からコンプレッサ９（ターボチャージャ１）の平均回転速度であるメインブレード平均回転速度Ｖｍ、または第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４、第２スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ４６・・・からコンプレッサ９（ターボチャージャ１）の平均回転速度であるスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓを求める。また、回転速度検出装置１２は、算出した第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４との差（または割合）からコンプレッサ９の異常を判定する。

次に、図６から図７を用いて、本発明に係る回転速度検出装置１２における運転段階での検出信号を用いたコンプレッサホイール１１の異常判定について具体的に説明する。なお、本実施形態において、回転速度検出装置１２は、メインブレードである第１ブレードＢＬ１、第３ブレードＢＬ３、第５ブレードＢＬ５とスプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２、第４ブレードＢＬ４、第６ブレードＢＬ６について説明する。回転速度検出装置１２は、メインブレードである第１ブレードＢＬ１、第３ブレードＢＬ３および第５ブレードＢＬ５がプラス極性での最大の誘導起電力を検出した時間Ｔ１１、時間Ｔ３１、時間Ｔ５１、およびスプリッタブレードである第２ブレードＢＬ２、第４ブレードＢＬ４、第６ブレードＢＬ６がプラス極性での最大の誘導起電力を検出した時間Ｔ２１、時間Ｔ４１、時間Ｔ６１を検出しているものとする。

図６に示すように、ステップＳ１１０において、回転速度検出装置１２は、検出した時間Ｔ１１と時間Ｔ３１とからピッチ通過時間ΔＴｐ１３、検出した時間Ｔ３１と時間Ｔ５１とからピッチ通過時間ΔＴｐ３５を算出し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

図６に示すように、ステップＳ１２０において、回転速度検出装置１２は、検出した時間Ｔ２１と時間Ｔ４１とからピッチ通過時間ΔＴｐ２４、検出した時間Ｔ４１と時間Ｔ６１とからピッチ通過時間ΔＴｐ４６を算出し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

ステップＳ１３０において、回転速度検出装置１２は、算出したピッチ通過時間ΔＴｐ１３および設定されている第１ブレードＢＬ１と第３ブレードＢＬ３とのピッチＰ１３から第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３を算出し、算出したピッチ通過時間ΔＴｐ３５および設定されている第３ブレードＢＬ３と第５ブレードＢＬ５とのピッチＰ３５とから第２メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ３５を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、回転速度検出装置１２は、算出したピッチ通過時間ΔＴｐ２４および設定されている第２ブレードＢＬ２と第４ブレードＢＬ４とのピッチＰ２４とから第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４を算出し、算出したピッチ通過時間ΔＴｐ４６および設定されている第４ブレードＢＬ４と第６ブレードＢＬ６とのピッチＰ４６とから第２スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ４６を算出し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

ステップＳ１５０において、回転速度検出装置１２は、算出した第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第２メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ３５とからメインブレードを基準としたコンプレッサ９（ターボチャージャ１）の平均回転速度であるメインブレード平均回転速度Ｖｍを算出し、または、算出した第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４と第２スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ４６とからスプリッタブレードを基準としたコンプレッサ９（ターボチャージャ１）の平均回転速度であるスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓを算出し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

ステップＳ１６０において、回転速度検出装置１２は第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３をターボチャージャ１の瞬時回転速度としてＥＣＵ２５等に伝達し、メインブレード平均回転速度Ｖｓまたはスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓをターボチャージャ１の平均回転速度としてＥＣＵ２５等に伝達し、ステップをステップ１６０に移行させる。

ステップＳ１７０において、回転速度検出装置１２は、算出した第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４との差の絶対値が第１基準値δ１未満か否か判断する。ここで、第１基準値δ１とは、コンプレッサホイール１１の経年劣化と判断される寸法をいう。その結果、算出した第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４との差の絶対値が第１基準値δ１未満であると判定した場合、回転速度検出装置１２はステップをステップＳ１１０に移行させる。一方、算出した第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４との差の絶対値が第１基準値δ１未満でないと判定した場合、回転速度検出装置１２はステップをステップＳ２８０に移行させる。

ステップＳ２８０において、回転速度検出装置１２は、ターボチャージャ１（コンプレッサ９）に異常が発生していると判断してＥＣＵ２５等に伝達し、ステップをステップ１１０に移行させる。

このように、回転速度検出装置１２は、第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３、第２メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ３５、第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４および第２スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ４６を検出部１３において最大の誘導起電力が発生した時点に基づいて算出している。つまり、回転速度検出装置１２は、誘導起電力のピーク時点に対応する各ブレードの位置が一定の範囲に含まれているので算出結果にばらつきが生じにくい。さらに、回転速度検出装置１２は、誘導起電力のピーク時点に対応するブレードの位置が一定の範囲に含まれているので算出した二系統の瞬時回転速度にばらつきが生じにくく正確な自己診断が行われる。これにより、回転速度検出装置１２は、誘導起電力を利用してコンプレッサ９またはタービン６の回転速度を安定して検出することができる。加えて、回転速度検出装置１２は、第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４との対比からコンプレッサ９（タービン６）の状態を判定することができる。

また、本発明に係る回転速度検出装置１２における運転段階での検出信号である第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４とを算出することでコンプレッサ９の速度変動がより精度よく把握される。これにより、図７に示す構成のエンジン２０の制御において、第１メインブレード瞬時回転速度Ｖｐ１３と第１スプリッタブレード瞬時回転速度Ｖｐ２４とをフィードバックしてエンジン２０の燃料噴射弁２１、吸気弁２２、排気弁２３およびＥＧＲ弁２４の開度等の制御を行うことによりエンジン２０の負荷の変化に精度よく対応して排気のばらつきを低減し、負荷に応じた適切な状態にエンジン２０を制御することができる。

さらに、エンジン２０の質量に比べて十分に小さい質量のコンプレッサ９は、燃料噴射量が変動した際にコンプレッサ９の平均回転速度であるメインブレード平均回転速度Ｖｓまたはスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓがエンジン２０の回転速度Ｎよりも感度よく変動する。従って、メインブレード平均回転速度Ｖｓまたはスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓに基づいて、燃料の微小噴射により変動したエンジン２０の回転速度Ｎから燃料噴射量を補正する噴射量補正を実施することができる。

具体的には、図７と図８とに示すように、ＥＣＵ２５は、エンジン回転速度検出センサ１６が検出するエンジン２０の回転速度Ｎに加えて回転速度検出装置１２から取得したメインブレード平均回転速度Ｖｓまたはスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓから目標開弁時間ＴＱｔでの実燃料噴射量Ｑ１を算出する。そして、ＥＣＵ２５は、実燃料噴射量Ｑ１（図８における二点鎖線）が目標噴射量Ｑｔ（図８における実線）になるように燃料噴射弁２１の開弁時間ＴＱを開弁時間ＴＱｒに補正する。これにより、質量が大きい大型のエンジン２０においても、コンプレッサ９のメインブレード平均回転速度Ｖｓまたはスプリッタブレード平均回転速度Ｖｓを利用することで微小噴射による噴射量補正をより正確に行うことができる。

以下では、図９を用いて、本発明に係る回転速度検出装置１２の第二実施形態における回転速度検出装置１２について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

図９（ａ）に示すように、第二実施形態におけるターボチャージャ２６は、エンジン２０（図７参照）から排出されている排気の排気圧力を駆動源として加圧圧縮した吸気をエンジン２０に供給するものである。ターボチャージャ２６は、連結部２、タービン６、コンプレッサ９等から構成されている。

連結部２は、タービン６とコンプレッサ９とを連結している。連結部２は、センターハウジング３、連結軸２７、軸受け５等から構成されている。センターハウジング３は、一側にタービン６が連結され、他側にコンプレッサ９が連結されている。連結軸２７は、後述のタービンホイール８と後述のコンプレッサホイール１１とを連結する。連結軸２７は、軸受け５を介してセンターハウジング３に回転自在に支持されている。

タービンホイール８は、タービンハブ８ａが連結軸２７に固定されている。タービンハブ８ａは、連結軸２７の軸心に対して平行な反連結軸２７側の外周面８ｃが連結軸２７側に向かって湾曲しながら拡径し、連結軸２７側端部に連結軸２７の軸心に対して垂直な方向に向かうフランジ８ｄが形成されている。コンプレッサホイール１１は、コンプレッサハブ１１ａが連結軸２７に固定されている。つまり、コンプレッサホイール１１は、連結軸２７を介してタービンホイール８からの回転動力が伝達可能に構成されている。

連結軸２７は、タービンホイール８とコンプレッサホイール１１とを連結するものである。連結軸２７の一側は、タービンホイール８の回転中心に連結される。連結軸２７の他側は、コンプレッサホイール１１の回転中心に連結される。連結軸２７は、軸受け５を介してセンターハウジング３に回転自在に支持されている。図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、連結軸２７の途中部は、軸方向断面視で正多角形の面取り部２８が形成されている。面取り部２８は、その面部分２８ａまたは辺部分２８ｂがタービンホイール８またはコンプレッサホイール１１のメインブレードまたは／およびスプリッタブレードの枚数と一致するように構成されている。本実施形態において、コンプレッサホイール１１のメインブレード１１ｂが１０枚の場合、面取り部２８は、連結軸２７の軸方向断面視で正１０角形に形成されている。

回転速度検出装置１２の検出部１３は、面取り部２８の面部分２８ａと辺部分２８ｂとを検出する。検出部１３は、センターハウジング３の連結軸２７の近傍に形成されている挿入孔３ａに挿入されて取り付けられている。検出部１３は、その先端が面取り部２８に接触しないようにして面取り部２８に対向する状態で配置されている。検出部１３と面取り部２８との距離は、連結軸２７の回転中心Ｃから面部分２８ａまでの距離Ｄ１と回転中心Ｃから辺部分２８ｂまでの距離Ｄ２との差だけ変動する。従って、検出部１３の磁界Ｂの磁束は、連結軸２７が回転して面部分２８ａと辺部分２８ｂと交互に通過することで急激に変化する。これにより、検出部１３の検出用コイルには、ファラデーの電磁誘導の法則から磁束の変化に応じてプラス極性の誘導起電力が発生する。

回転速度検出装置１２は、誘導起電力のピーク時点に対応する面取り部２８の面部分２８ａまたは辺部分２８ｂの位置が一定の範囲に含まれているので算出結果にばらつきが生じにくい。これにより、誘導起電力を利用してコンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度を安定して検出することができる。

１ターボチャージャ
６タービン
９コンプレッサ
１０コンプレッサケーシング
１２回転速度検出装置
１３検出部
ＢＬ１第１ブレード
ＢＬ２第２ブレード
Ｖｐ１２第１瞬時回転速度
Ｖｐ２３第２瞬時回転速度

Claims

コンプレッサのケーシングに誘導起電力の変化によってメインブレードとスプリッタブレードとを検出する検出部が設けられるターボチャージャの回転速度検出装置であって、
一のメインブレードまたは一のスプリッタブレードが検出部の近傍を通過する際に発生する誘導起電力のピークの時点と他のメインブレードまたは他のスプリッタブレードが検出部の近傍を通過する際に発生する誘導起電力のピークの時点との間隔からターボチャージャの回転速度を算出し、
隣り合うメインブレードによってそれぞれ発生する誘導起電力のピークの時点の間隔から前記ターボチャージャのメインブレード瞬時回転速度を算出するとともに、
隣り合うスプリッタブレードによってそれぞれ発生する誘導起電力のピークの時点の間隔から前記ターボチャージャのスプリッタブレード瞬時回転速度を算出し、
メインブレード瞬時回転速度とスプリッタブレード瞬時回転速度との差が所定値以上の場合、ターボチャージャに異常が発生していると自己故障診断を行う
回転速度検出装置。
エンジンの燃料噴射弁、吸気弁および排気弁の開閉を制御するために前記メインブレード瞬時回転速度と前記スプリッタブレード瞬時回転速度とについての信号をエンジンの制御装置に送信する
請求項１に記載の回転速度検出装置。
前記メインブレード瞬時回転速度または前記スプリッタブレード瞬時回転速度に基づいて平均回転速度を算出し、
任意の目標噴射量に基づいて燃料を噴射した際の実燃料噴射量を算出するために平均回転速度の変化量についての信号を前記エンジンの制御装置に送信する
請求項２に記載の回転速度検出装置。
前記メインブレード瞬時回転速度と前記スプリッタブレード瞬時回転速度とのうちピーク時の誘導起電力の絶対値が大きい方の誘導起電力に基づいて算出された速度を前記ターボチャージャの瞬時回転速度であるとみなす
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転速度検出装置。