DE102017121018A1

DE102017121018A1 - Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader

Info

Publication number: DE102017121018A1
Application number: DE102017121018.0A
Authority: DE
Inventors: Takashi Onimoto
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-03-22
Also published as: JP2018048883A; JP6840970B2

Abstract

Ein mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader umfasst: eine Rotoranordnung, die ein Turbinenrad umfasst, das rotationsmäßig durch Abgas angetrieben wird, ein Verdichterrad, das rotationsmäßig durch eine Drehung des Turbinenrads angetrieben wird, und eine Welle, die an dem Turbinenrad und dem Verdichterrad fixiert ist, um sich zusammen zu drehen; ein Metallgehäuse, das einen Gehäuseraum umfasst, der ausgebildet ist, um die Rotoranordnung unterzubringen; und einen Drehgeschwindigkeitsdetektor, der eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung erfasst. Der Drehgeschwindigkeitsdetektor umfasst einen ferromagnetischen Körper der an der Welle fixiert ist, und ein Magnetfeld-Erfassungselement, das ein Magnetfeld des ferromagnetischen Körpers erfasst. Das Magnetfeld-Erfassungselement ist in einem Gehäuseloch untergebracht, das an dem Gehäuse ausgebildet ist. Das Gehäuseloch ist an einem Ende auf einer Seite des Gehäuseraums geschlossen ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Turbolader, der mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit eines Verdichterrads ausgestattet ist.
2. BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK
Ein herkömmlicher Drehgeschwindigkeitsdetektor, der einen Dreherfassungsmechanismus verwendet, der mit einem Permanentmagneten und einer Erfassungsspule versehen ist, ist bekannt, um eine Drehgeschwindigkeit eines Turboladers zu erfassen, der an einem Kraftfahrzeug angebracht ist (siehe z.B. JP H10/206447 ). Ein Drehgeschwindigkeitsdetektor, der einen elektromagnetischen Messgeber bzw. Kontaktgeber verwendet, ist auch bekannt (siehe z.B. JP S62/194466 ).
Bei dem in JP H10/206447 beschriebenen Drehgeschwindigkeitsdetektor ist eine hexagonale Mutter, die zum Fixieren eines Verdichterrads an einer Drehwelle verwendet ist, permanent magnetisiert, und eine Erfassungsspule, die durch Wickeln eines emaillierten Drahtes ausgebildet ist, ist in einer Richtung orthogonal zur Drehwelle angeordnet. Die hexagonale Mutter ist in einer Umfangsrichtung einer Drehung des Verdichterrads polarisiert. Wenn sich die magnetisierte hexagonale Mutter mit einer Drehung des Verdichterrads dreht, verläuft ein von der hexagonalen Mutter erzeugtes Magnetfeld über die Erfassungsspule und ein elektrischer Strom aufgrund elektromagnetischer Induktion wird in der Erfassungsspule erzeugt. Der Strom ist eine Sinuswelle und die Drehgeschwindigkeit des Verdichterrads kann durch Zählen der Frequenz davon erfasst werden.
Zwischenzeitlich wird bei der in JP S62/194466 beschriebenen Drehgeschwindigkeitsdetektor eine Mutter zum Fixieren einer Drehgruppe von Verdichter-Flügelrädern magnetisiert, so dass ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu einer Drehebene der sich drehenden Flügelräder erzeugt wird und ein Magnetfluss der Mutter durch einen elektromagnetischen Messgeber erfasst wird. Es ist möglich, eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers durch Erfassen des Magnetflusses der Mutter während einer Drehung des Turboladers zu erfassen. Ein Durchgangsloch ist an einem Gehäuse ausgebildet und der elektromagnetische Messgeber ist in dem Durchgangsloch angebracht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei dem in JP H10/206447 beschriebenen Drehgeschwindigkeitsdetektor ist die Erfassungsspule außerhalb des Gehäuses vorgesehen. Wenn die Erfassungsspule an einer solchen Position vorgesehen ist, wird jedoch ein Abstand zwischen der Erfassungsspule und dem Permanentmagneten um die Dicke des Gehäuses erhöht, und eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit kann nicht erhalten werden, und zwar insbesondere dann, wenn das Verdichterrad sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht.
Zwischenzeitlich ist bei dem in JP S62/194466 beschriebenen Drehgeschwindigkeitsdetektor der elektromagnetische Messgeber gegenüber der Luft freigelegt, die in einen Luftansaugpfad hereingenommen wird, da der elektromagnetische Messgeber im Durchgangsloch angeordnet ist. Daher kann der elektromagnetische Messgeber unter dem Einfluss der Ansaugluft vibrieren, was zu einem nachteiligen Effekt auf die Magnetflusserfassung führt. Zusätzlich kann, wenn der elektromagnetische Messgeber angeordnet ist, um das Gehäuse zu durchdringen, d.h. um innerhalb des Gehäuses vorzustehen, der Luftstrom innerhalb des Gehäuses aufgrund einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit des Verdichterrads verdreht werden, und dies kann eine Drehung des Verdichterrads nachteilig beeinflussen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turbolader zur Verfügung zu stellen, der mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor versehen ist, der bezüglich einer Erfassungsempfindlichkeit ausgezeichnet ist und durch eine Vibration weniger beeinflusst ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader:
eine Rotoranordnung, die ein Turbinenrad umfasst, das durch Abgas rotationsmäßig angetrieben wird, ein Verdichterrad, das durch eine Drehung des Turbinenrads rotationsmäßig angetrieben wird, und eine Welle, die an dem Turbinenrad und dem Verdichterrad fixiert ist, um sich zusammen zu drehen;
ein Metallgehäuse, das einen Gehäuseraum umfasst, der ausgebildet ist, um die Rotoranordnung unterzubringen; und
einen Drehgeschwindigkeitsdetektor, der eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung erfasst,
wobei der Drehgeschwindigkeitsdetektor einen ferromagnetischen Körper umfasst, der an der Welle fixiert ist, und ein Magnetfeld-Erfassungselement, das ein Magnetfeld des ferromagnetischen Körpers erfasst,
wobei das Magnetfeld-Erfassungselement in einem Gehäuseloch untergebracht ist, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, und
wobei das Gehäuseloch an einem Ende auf einer Seite des Gehäuseraums geschlossen ist.
Effekte der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader zur Verfügung gestellt werden, der mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor versehen ist, der bezüglich einer Erfassungsempfindlichkeit ausgezeichnet ist und durch Vibration weniger beeinflusst wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Als Nächstes wird die Erfindung detaillierter in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen erklärt werden, wobei:
1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm ist, das einen mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turbolader bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Hauptteil des in 1 gezeigten mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turboladers zeigt;
3A und 3B schematische Konfigurationsdiagramme sind, die einen Drehgeschwindigkeitsdetektor darstellen, wobei 3A ein schematisches Diagramm ist, das den Zustand des Drehgeschwindigkeitsdetektors darstellt, wenn ein elektrischer Widerstand eines magnetoresistiven Elements groß ist, und 3B ein schematisches Diagramm ist, das den Zustand des Drehgeschwindigkeitsdetektors darstellt, wenn ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements klein ist;
4 ein schematisches Konfigurationsdiagramm ist, das ein magnetoresistives Tunnelelement darstellt, das als Magnetfeld-Erfassungselement des Drehgeschwindigkeitsdetektors des mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turboladers bei einer Modifikation der Erfindung verwendet wird; und
5 ein schematisches Konfigurationsdiagramm ist, das einen mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turbolader bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das einen mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turbolader bei der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs A in 1 und zeigt einen Hauptteil des in 1 gezeigten mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turboladers. Die 3A und 3B sind schematische Konfigurationsdiagramme, die einen Drehgeschwindigkeitsdetektor darstellen, der aus dem in 1 gezeigten mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteten Turbolader extrahiert ist, wobei 3A den Zustand des Drehgeschwindigkeitsdetektors zeigt, wenn ein elektrischer Widerstand eines magnetoresistiven Elements, das als Magnetfeld-Erfassungselement verwendet wird, groß ist, und 3B den Zustand des Drehgeschwindigkeitsdetektors zeigt, wenn ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements, das als Magnetfeld-Erfassungselement verwendet wird, klein ist.
Beschreibung des Turboladers
Wie es in 1 gezeigt ist, hat ein mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader 1 (der hierin einfach "Turbolader 1" genannt wird), einen Verdichter 2, der an einem Luftansaugpfad 22 eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) vorgesehen ist, und eine Turbine 3, die an einem Abgaspfad 32 des Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
Der Verdichter 2 ist mit einem Verdichterrad 21 versehen, das mehrere Verdichterschaufeln 211 hat. Das Verdichterrad 21, das die Verdichterschaufeln 211 enthält, ist aus Aluminium (oder einer Aluminiumlegierung) ausgebildet, das ein elektrischer Leiter ist.
Die Turbine 3 ist mit einem Turbinenrad 30 versehen, das mehrere Turbinenschaufeln 311 hat. Die Turbinenschaufeln 311 nehmen Abgas vom Verbrennungsmotor auf und das Turbinenrad 31 dreht sich dadurch.
Das Verdichterrad 21 und das Turbinenrad 31 sind durch eine Welle 41 (später beschrieben) verbunden, und das Verdichterrad 21 wird rotationsmäßig durch eine Drehung des Turbinenrads 31 angetrieben. Bei dem Turbolader 1 mit einer solchen Konfiguration wird das Verdichterrad 21 rotationsmäßig durch eine Drehung des Turbinenrads 31 angetrieben, das rotationsmäßig durch das Abgas von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, und die Ansaugluft wird dadurch komprimiert und zum Verbrennungsmotor gesendet. Das Turbinenrad 31, das Verdichterrad 21 und die Welle 41 drehen sich zusammen als eine integrierte Struktur. Hierin nachfolgend wird auf die integrierte Struktur aus dem Turbinenrad 31, dem Verdichterrad 21 und der Welle 41 als eine Rotoranordnung 4 Bezug genommen.
Detailliert sind das Turbinenrad 31 und das Verdichterrad 21 mit der Welle 41 an beiden Enden durch Fixierelemente gekoppelt, um sich zusammen zu drehen. Detaillierter enthalten die Fixierelemente Muttern 51A und 51C mit einer hexagonalen Form in der Draufsicht und kreisringförmige Beilagscheiben bzw. Anlaufscheiben 51B und 51D. Die Mutter 51A ist auf einen Schraubenteilbereich mit Außengewinde 411A geschraubt, der an der Welle 41 an dem spitzen Ende der Seite des Verdichterrads 21 ausgebildet ist. Die Mutter 51C ist auf einen Schraubenteilbereich mit Außengewinde 411B geschraubt, der an der Welle 41 am anderen spitzen Ende auf der Seite des Turbinenrads 31 ausgebildet ist. Die Beilagscheiben 51D und 51B sind jeweils zwischen dem Turbinenrad 31 und der Mutter 51C und zwischen dem Verdichterrad 21 und der Mutter 51A angeordnet.
Wenn die Mutter 51C festgezogen ist, wird eine untere Oberfläche 31A (eine Endfläche auf der unteren Seite in der Zeichnung) des Turbinenrads 31 gegen einen Teilbereich mit großem Durchmesser 412 der Welle 41 gebrückt, und die Welle 41 wird dadurch fixiert, um sich zusammen mit dem Turbinenrad 31 zu drehen. Gleichermaßen wird, wenn die Mutter 51A festgezogen ist, eine untere Oberfläche 21A (eine Endfläche auf der oberen Seite in der Zeichnung) des Verdichterrads 21 gegen einen Höhenunterschieds-Teilbereich 413 gedrückt, der zwischen einem Teilbereich mit mittlerem Durchmesser und einem Teilbereich mit geringem Durchmesser der Welle 41 vorgesehen ist, und die Welle 41 wird dadurch fixiert, um sich zusammen mit dem Verdichterrad 21 zu drehen.
Somit sind die Drehgeschwindigkeiten, d.h. die Anzahl von Umdrehungen pro Einheitszeit, der Muttern 51A und 51C jeweils gleich den Drehgeschwindigkeiten, d.h. den Anzahlen von Umdrehungen pro Einheitszeit, des Verdichterrads 21 und des Turbinenrads 31. Daher ist es möglich, die Drehgeschwindigkeiten des Verdichterrads 21 und des Turbinenrads 31 durch jeweiliges Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Muttern 51A und 51C zu erfassen. Das bedeutet, dass es möglich ist, die Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung 4 durch Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Mutter 51A oder 51C zu erfassen.
Der Turbolader 1 ist weiterhin mit einem Gehäuse 6 versehen, in welchem ein Gehäuseraum 61 zum Unterbringen der Rotoranordnung 4 ausgebildet ist. Das Gehäuse 6 ist aus einem Verdichterseiten-Gehäuse 62 zum Unterbringen des Verdichterrads 21, einem Turbinenseiten-Gehäuse 63 zum Unterbringen des Turbinenrads 31 und einem Lagergehäuse 64, das das Verdichterseiten-Gehäuse 62 mit dem Turbinenseiten-Gehäuse 63 koppelt, aufgebaut.
Der Verdichter 2 ist durch Unterbringen des Verdichterrads 21 innerhalb des Verdichterseiten-Gehäuses 62 ausgebildet. Die Turbine 3 ist durch Unterbringen des Turbinenrads 31 innerhalb des Turbinenseiten-Gehäuses 63 ausgebildet. Die Welle 41 wird drehbar durch das Lagergehäuse 64 gestützt. Ein Öldurchgang 641, durch welchen ein Schmiermittel für die Welle 41 und ein kühlendes schmierendes Öl zugeführt werden, ist im Lagergehäuse 64 ausgebildet, und der Kühleffekt des schmierenden Öls, das durch den Öldurchgang 641 zugeführt ist, verhindert, dass Wärme auf der Seite der Turbine 3 zu der Seite des Verdichters 2 transferiert.
Das Gehäuse 6 ist ein Metallelement, das aus Metall ausgebildet ist, wie beispielsweise Aluminium. Detaillierter ist das Gehäuse 6 aus Aluminium (oder einer Aluminiumlegierung) ausgebildet, was ein elektrischer Leiter ist.
Ein Gehäuseloch 620 zum Unterbringen eines Magnetfeld-Erfassungselements 52 (später beschrieben) ist auch am Gehäuse 6 ausgebildet. Das Gehäuseloch 620 ist kein Durchgangsloch, das am Gehäuse 6 von der äußeren Oberfläche aus in Richtung zur inneren Oberfläche ausgebildet ist. Bei der ersten Ausführungsform ist das Gehäuseloch 620 ein Loch, das am Verdichterseiten-Gehäuse 62 von der äußeren Oberfläche aus in Richtung zur inneren Oberfläche ausgebildet ist, ohne das Verdichterseiten-Gehäuse 62 zu durchdringen. Zusätzlich ist das Gehäuseloch 620 so ausgebildet, dass das auf der Bodenseite des Gehäuselochs 620 untergebrachte Magnetfeld-Erfassungselements 52 an einer Position in der axialen Richtung der Welle 41 entsprechend der Mutter 51A auf der Seite des Verdichterrads 21 angeordnet ist. Die Mutter 51A und das Magnetfeld-Erfassungselement 52 sind in einer Linie in einer Richtung orthogonal zur axialen Richtung der Welle 41 ausgerichtet.
Beschreibung des Drehgeschwindigkeitsdetektors
Der Turbolader 1 ist weiterhin mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor 5 zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung 4 versehen. Der Drehgeschwindigkeitsdetektor 5 ist mit der Mutter 51A als ferromagnetischer Körper versehen, der an der Welle 41 fixiert ist, dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 zum Erfassen eines durch die Mutter 51A erzeugten Magnetfelds und einer Erfassungsschaltung (nicht gezeigt), die die Drehgeschwindigkeit des Verdichterrads 21 basierend auf einer Ausgabe von dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 erfasst.
Die Mutter 51A ist aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel, ausgebildet und wird in ferromagnetisches (hierin nachfolgend als "magnetisiert" beschrieben) umgewandelt, nachdem es angebracht ist, um die Welle 41 an dem Kompressorrad 21 zu fixieren, so dass unter den Seitenoberflächen der Mutter 51A eine vorbestimmte Seitenoberfläche und eine Seitenoberfläche gegenüberliegend dazu jeweils einen N-Pol und einen S-Pol haben (siehe die 3A und 3B) Detailliert wird die aus einem Eisen-Chrom-Kobalt-Magneten (FeCrCo) ausgebildete Mutter 51A bei der ersten Ausführungsform magnetisiert. Der Eisen-Chrom-Kobalt-Magnet ist bezüglich einer hohen Festigkeit, einem hohen Curie-Punkt und einer geringen thermischen Endmagnetisierung vorteilhaft.
Es ist auch möglich, die Anzahl von Komponenten zu reduzieren, da die Mutter 51A, die in einen ferromagnetischen Körper magnetisiert wird, als sowohl ein Fixierelement zum Fixieren der Welle 41 an dem Verdichterrad 21 als auch als ein ferromagnetischer Körper zum Erzeugen eines durch das Magnetfeld-Erfassungselement 52 zu erfassenden Magnetfelds dienen kann.
Das Magnetfeld-Erfassungselement 52 ist mit einem geformten Harz 53 bedeckt, das aus einem isolierenden Harz ausgebildet ist, wie beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid). Das gesamte Magnetfeld-Erfassungselement 52 ist im Gehäuseloch 620 untergebracht, und die innere Oberfläche des Gehäuselochs 620 umgibt somit das Magnetfeld-Erfassungselement 52. Wie es oben beschrieben ist, ist das Gehäuseloch 620 kein Durchgangsloch und durchdringt das Verdichterseiten-Gehäuse 62 nicht zum Gehäuseraum 61, der das Verdichterrad 21 unterbringt. Daher ist das Magnetfeld-Erfassungselement 52 mit der Mutter 51A in einer radialen Richtung der Welle 41 mit einem Teilbereich des Verdichterseiten-Gehäuses 62 dazwischen angeordnet ausgerichtet. Anders ausgedrückt ist, wie es in 2 gezeigt ist, ein Gehäuseabdeckteilbereich 621 als ein Teilbereich des Gehäuses 6 zwischen dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 und der Mutter 51A vorgesehen und durchbricht eine Kontinuität zwischen dem Gehäuseloch 620 und dem inneren Raum des Verdichterseiten-Gehäuses 62. Das bedeutet, dass ein Ende des Gehäuselochs 620 auf der Seite des Gehäuselochs 62 mit dem Gehäuseabdeckteilbereich 621 geschlossen ist, der ein Teilbereich des Gehäuses 6 ist. Zwischenzeitlich erstreckt sich eine Signalleitung, die mit dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 elektrisch verbunden ist, aus dem geformten Harz 53 heraus und ist mit der Erfassungsschaltung verbunden, die außerhalb des Magnetfeld-Erfassungselements 52 vorgesehen ist. Die Erfassungsschaltung kann alternativ im geformten Harz 53 vorgesehen sein.
Die Konfiguration der Erfassungsschaltung ist nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise ist die Erfassungsschaltung aus einer Messeinheit zum Messen eines elektrischen Widerstands des Magnetfeld-Erfassungselements 52 und einer Berechnungseinheit, die eine Frequenz bzw. Häufigkeit einer Drehung der Mutter 51A durch Zählen einer Frequenz einer Variation in Bezug auf einen elektrischen Widerstand, der durch die Messeinheit gemessen ist, zählt und dann die Drehgeschwindigkeit des Verdichterrads 21 berechnet, zusammengesetzt.
Beschreibung eines riesigen magnetoresistiven Elements
Bei der ersten Ausführungsform wird ein riesiges magnetoresistives Element (GMR: Giant Magneto Resistance) als das Magnetfeld-Erfassungselement 52 verwendet. Das riesige magnetoresistive Element ist ein Element, das eine Variation in Bezug auf ein externes Magnetfeld unter Verwendung eines Phänomens erfasst, bei welchem sich ein elektrischer Widerstand aufgrund des externen Magnetfelds ändert, z.B. eines Magnetoresistenz-Effekts.
Wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, ist ein riesiges magnetoresistives Element 52 als das Magnetfeld-Erfassungselement 52 mit einer verankerten Schicht 521 und einer freien Schicht 522 versehen, die ferromagnetische Eigenschaften haben, und einer nicht magnetischen isolierenden Grenzschicht 523, die zwischen der verankerten Schicht 521 und der freien Schicht 522 angeordnet ist und die verankerte Schicht 521 mit der freien Schicht 522 anti-ferromagnetisch koppelt. Materialien von diesen Schichten sind nicht auf spezifische Materialien beschränkt, solange die oben beschriebenen Eigenschaften erfüllt sind. Beispielsweise kann die verankerte Schicht 521 aus Kobalt, etc. ausgebildet sein, was ein hartes magnetisches Material ist, kann die freie Schicht 522 aus einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe) etc. ausgebildet sein, was ein weiches magnetisches Material ist und kann die isolierende Grenzschicht 523 aus Kupfer etc. ausgebildet sein, was ein nichtmagnetisches Material ist.
Jede der verankerten Schicht 521 und der freien Schicht 522 ist so ausgebildet, dass die gesamte Schicht in einer vorbestimmten Richtung magnetisiert wird, die von der Spin- bzw. Drehrichtung von Elektronen abhängt, die in der Schicht vorhanden sind. In den 3A und 3B sind makroskopische Richtungen einer Magnetisierung, die in der verankerten Schicht 521 und der freien Schicht 522 auftrat (hierin nachfolgend einfach "Magnetisierungsrichtung" genannt) jeweils durch Pfeile der Annehmlichkeit in Bezug auf eine Erklärung halber angezeigt.
Die verankerte Schicht 521 ist so konfiguriert, dass die Magnetisierungsrichtung sich unter dem Einfluss des externen Magnetfelds nicht ändert. Detailliert wird, wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, die verankerte Schicht 521 ungeachtet der Richtung des Magnetfelds (eines externen Magnetfelds), das durch die Mutter 51A erzeugt ist (siehe die Pfeile 521a) in einer vorbestimmten Richtung magnetisiert. In den 3A und 3B ist das durch die Mutter 51A erzeugte Magnetfeld schematisch durch gestrichelte Linien angezeigt.
Andererseits ist die freie Schicht 522 so konfiguriert, dass sich die Magnetisierungsrichtung aufgrund des externen Magnetfelds ändert. Detailliert ändert sich, wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522 in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfelds (eines externen Magnetfelds), das durch die Mutter 51A erzeugt ist. Beispielsweise wird, während die freie Schicht 522 nach oben magnetisiert wird (siehe den Teil 522a) in einem Zustand, dass das durch die Mutter 51A erzeugte Magnetfeld sich so erstreckt, dass ein Teilbereich, der durch die freie Schicht 522 läuft, in einer vorbestimmten Richtung ist (in der Zeichnung nach oben), wie es in 3A gezeigt ist, die freie Schicht 522 nach unten (siehe den Pfeil 522b) in einem Zustand magnetisiert, dass die Mutter 51A in Uhrzeigerrichtung oder Gegenuhrzeigerrichtung um 180° gedreht ist und dass durch die Mutter 51A erzeugte Magnetfeld sich so erstreckt, dass ein Teilbereich, der durch die freie Schicht 522 läuft, eine Richtung ist, die entgegengesetzt zu der vorbestimmten Richtung ist (d.h. in der Zeichnung nach unten), wie es in 3B gezeigt ist. Anders ausgedrückt ändert sich dann, wenn die Mutter 51A gedreht wird, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522.
Wenn die Magnetisierungsrichtung der verankerten Schicht 521 dieselbe wie die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522 ist, wie es in 3A gezeigt ist, werden Elektronen weniger wahrscheinlich an einer Schnittstelle zwischen den zwei Schichten gestreut und können sich einfach bewegen. Somit ist ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements klein. Wenn andererseits die Magnetisierungsrichtung der verankerten Schicht 521 entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522 ist, wie es in 3B gezeigt ist, werden Elektronen an der Schnittfläche zwischen den zwei Schichten wahrscheinlich gestreut und können sich nicht einfach bewegen. Somit ist ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements groß.
Wenn sich das Verdichterrad 21 dreht und sich die Mutter 51A mit einer Drehung des Verdichterrads 21 durch die Drehung der Welle 41 dreht, ändert sich eine Richtung des Magnetfelds, das durch die freie Schicht 522 läuft, kontinuierlich mit der Drehung der Mutter 51A. Die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522 ändert sich aufgrund solcher Variationen in Bezug auf das Magnetfeld. Somit wird der elektrische Widerstand des magnetoresistiven Elements geändert. Anders ausgedrückt ändert sich der elektrische Widerstand des magnetoresistiven Elements mit der Drehung des Verdichterrads 21. Eine Drehgeschwindigkeit des Verdichterrads 21 wird durch Messen eines solchen elektrischen Widerstands des magnetoresistiven Elements erfasst. Detaillierter wird eine Drehgeschwindigkeit des Verdichterrads 21 durch Zählen einer Frequenz einer Variation in Bezug auf einen elektrischen Widerstand erfasst. Der Drehgeschwindigkeitsdetektor 5 erfasst eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung 4 auf diese Weise.
Modifikation
Ein magnetoresistives Tunnelelement (TMR: Tunnel Magneto Resistance) kann auch als das Magnetfeld-Erfassungselement 52 anstelle von dem riesigen magnetoresistiven Element verwendet werden.
Beschreibung des magnetoresistiven Tunnelelements
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein magnetoresistives Tunnelelement 52A darstellt, das als das Magnetfeld-Erfassungselement 52 verwendet wird. Wie es in 4 gezeigt ist, ist das magnetoresistive Tunnelelement 52A mit einer verankerten Schicht 521A und einer freien Schicht 522A versehen, die ferromagnetische Eigenschaften haben, auf dieselbe Weise wie das riesige magnetoresistive Element. Eine sehr dünne plattenförmige Tunnel-Grenzschicht 524 mit einer Dicke von einigen Nanometern ist auch zwischen der verankerten Schicht 521A und der freien Schicht 522A vorgesehen. Die Tunnel-Grenzschicht 524 kann aus einem Isoliermaterial, z.B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid oder Aluminiumnitrid, etc., ausgebildet sein. Es ist zu beachten, dass die in 4 dargestellte Tunnel-Grenzschicht 524 relativ zu der verankerten Schicht 521A und der freien Schicht 522A dick ist, und zwar der Annehmlichkeit bei einer Erklärung halber, aber die tatsächliche Tunnel-Grenzschicht 524 dünn ist.
Das magnetoresistive Tunnelelement 52A erfasst einen Tunnelstrom, der zwischen der verankerten Schicht 521A und der freien Schicht 522A durch die Tunnel-Grenzschicht 524 fließt, und erfasst dadurch eine Variation in Bezug auf das externe Magnetfeld. Ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements ist klein, wenn die Magnetisierungsrichtung der verankerten Schicht 521A dieselbe wie die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522A ist, und ein elektrischer Widerstand des magnetoresistiven Elements ist groß, wenn die Magnetisierungsrichtung der verankerten Schicht 521A entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 522A ist, auf dieselbe Weise wie bei dem riesigen magnetoresistiven Element.
Da die Änderungsrate bezüglich eines Widerstands beim magnetoresistiven Tunnelelement 52A einige Male größer als beim riesigen magnetoresistiven Element ist, kann das magnetoresistive Tunnelelement 52A ein schwächeres Signal als ein Signal aufnehmen, das durch das riesige magnetoresistive Element aufgenommen werden kann.
Andere Elemente
Das Magnetfeld-Erfassungselement 52 ist nicht notwendigerweise auf das magnetoresistive Element beschränkt, und kann z.B. ein Aufnehmer sein, der aus einem Magneten und einer Spule besteht, oder ein Hallelement, das ein Magnetfeld unter Verwendung des Halleffekts erfasst.
Andere Modifikationen
Obwohl die angebrachte Mutter 51A bei der ersten Ausführungsform magnetisiert wird, kann die vormagnetisierte Mutter 51A angebracht werden. Jedoch dann, wenn beispielsweise die Mutter 51A oder die Verdichterschaufeln 211 geerdet werden, um ein Drehgleichgewicht des Verdichterrads 21 einzustellen, kann die vormagnetisierte Mutter 51A aufgrund ihrer Magnetkraft metallische Späne anziehen. Daher wird die Mutter 51A wünschenswerterweise magnetisiert, nachdem sie fixiert ist.
Zusätzlich kann, obwohl die Mutter 51A in einen ferromagnetischen Körper bei der ersten Ausführungsform magnetisiert wird, die Beilegscheibe 51B in einen ferromagnetischen Körper anstelle der Mutter 51A magnetisiert werden.
Funktionen und Effekte der ersten Ausführungsform
Die folgenden Funktionen und Effekte werden bei der ersten Ausführungsform und der Modifikation davon erhalten. Das bedeutet, dass das Magnetfeld-Erfassungselement 52 konfiguriert ist, um im Gehäuseloch 620 untergebracht zu sein, das im Gehäuse 6 ausgebildet ist, und somit näher zum Verdichterrad 21 als eine Spule positioniert sein kann, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist. Zusätzlich ist, da das Magnetfeld-Erfassungselement 52 bei einer Position entsprechend der Mutter 51A in der axialen Richtung der Welle 41 angeordnet ist und die Mutter 51A in einen ferromagnetischen Körper magnetisiert ist, ein Abstand zwischen dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 und der Mutter 51A als Quelle eines Magnetfelds klein.
Beispielsweise kann, da der Luftansaugpfad 22 eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 30 mm hat, wenn er im lateralen Querschnitt angeschaut wird, und wenn die Mutter 51A mit einem Abstand zwischen gegenüberliegenden Ecken bzw. Scheitelpunkten von etwa 4 mm bis 10 mm verwendet wird, ein Abstand zwischen der spitzen Endfläche auf der inneren Oberflächenseite des Verdichterseiten-Gehäuses 62 und einer Seitenoberfläche der Mutter 51A etwa 8 bis 10 mm sein. Darüber hinaus kann, wenn die Dicke des Gehäuseabdeckteilbereichs 621, d.h. die Dicke des Verdichterseiten-Gehäuses 62 an einem Teilbereich mit dem Gehäuseloch 620 etwa 1 mm ist, der Abstand zwischen dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 und der Mutter 51A auf etwa 9 bis 11 mm reduziert werden.
Als solches kann der Abstand zwischen dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 und der Mutter 51A kleiner sein, d.h. das Magnetfeld-Erfassungselement 52 kann näher zu dem ferromagnetischen Körper (der Quelle des Magnetfelds) als eine herkömmliche Sensorkonfiguration angeordnet sein, bei welcher eine Spule außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, und das Magnetfeld-Erfassungselement 52 kann somit eine gute Erfassungsempfindlichkeit haben. Als Ergebnis ist es möglich, eine Erfassungsgenauigkeit des Drehgeschwindigkeitsdetektors 5 zu erhöhen.
Weiterhin ist das Gehäuseloch 620 kein Durchgangsloch, welches das Verdichterseiten-Gehäuse 62 nicht zum Gehäuseraum 61 durchdringt und geschlossen ist, und zwar an einem Ende auf der Seite des Gehäuseraums 61 durch den Gehäuseabdeckteilbereich 621 als ein Teilbereich des Gehäuses 6. Da dies verhindert, dass das Magnetfeld-Erfassungselement 52 gegenüber Luft freigelegt wird, die in den Luftansaugpfad 22 hereingenommen bzw. angesaugt wird, ist es möglich, eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung 4 zu erfassen, ohne dass sie durch die Einlassluft beeinflusst wird. Als Ergebnis ist es möglich, eine Vibration des Magnetfeld-Erfassungselements 52 zu unterdrücken. Zusätzlich ist es deshalb, weil das Magnetfeld-Erfassungselement 52 nicht vom Gehäuseloch 620 in den Gehäuseraum 61 vorsteht, möglich, einen turbulenten Luftstrom aufgrund einer Drehung hoher Geschwindigkeit des Verdichters 2 zu verhindern. Weiterhin ist es deshalb, weil Rauschen von der Außenseite des Gehäuses 6 (AC-Magnetfeld) durch Umgeben des Magnetfeld-Erfassungselements 52 mit der inneren Oberfläche des Gehäuselochs 620 abgeschirmt werden kann, möglich, eine höhere Erfassungsgenauigkeit zu erhalten.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird die zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden. Dieselben Bestandteilselemente wie diejenigen des Turboladers 1 bei der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die detaillierte Erklärung davon wird weggelassen werden. Die zweite Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform diesbezüglich unterschiedlich, dass ein Raum mit dem Magnetfeld-Erfassungselement 52 mit einem Stopperelement 65 anstelle des Gehäuseabdeckteilbereiches 621 als ein Teilbereich des Gehäuses 6 geschlossen ist.
Wie es in 5 gezeigt ist, durchdringt das Gehäuseloch 620 das Gehäuse 6 zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche. Eine Öffnung, die an der inneren Oberfläche des Verdichterseiten-Gehäuses 62 angeordnet ist und in Richtung zum Verdichterrad 21 ausgerichtet ist, ist an einer Position ausgebildet, die mit der Mutter 51A in der radialen Richtung der Welle 41 ausgerichtet ist. Ein Ende des Gehäuselochs 620 auf der Seite des Gehäuseraums 61 ist mit dem Stopperelement 65 geschlossen. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Stopperelement 65 aus Harz ausgebildet. Das Harz enthält hier nicht nur synthetische Harze, wie beispielsweise Plastik, sondern auch Gummimaterialien und Klebemittel.
Da das Ende des Gehäuselochs 620 auf der Seite des Gehäuseraums 61 mit dem Harz-Stopperelement 65 geschlossen ist, wird das Magnetfeld-Erfassungselement 52 nicht gegenüber der Luft freigelegt, die in den Luftansaugpfad 22 hereingenommen bzw. angesaugt wird, und es ist möglich, eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung 4 zu erfassen, ohne dass sie durch die Einlassluft beeinflusst wird, auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Zusätzlich ist es deshalb, weil das Magnetfeld-Erfassungselement 52 nicht vom Gehäuseloch 620 im Gehäuseraum 61 vorsteht, möglich, einen turbulenten Luftstrom zu verhindern. Weiterhin wird, da das Stopperelement 65 aus einem Harzelement ausgebildet ist, ein Wirbelstrom nicht in einem Teilbereich mit dem Stopperelement 65 induziert, und ein durch eine Drehung hoher Geschwindigkeit des Verdichterers 21 induzierter Wirbelstrom in einem Fall eines Vorsehens von keinem Durchgangsloch tritt nicht auf.
Modifikationen
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann die Welle in einen ferromagnetischen Körper magnetisiert sein. In diesem Fall ist das Magnetfeld-Erfassungselement 52 in einem Gehäuseloch angeordnet, das an dem Lagergehäuse 64 ausgebildet ist, um entlang einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Welle 41 zu sein, und eine Drehung der Welle 41 wird erfasst. Alternativ kann ein ferromagnetischer Körper bei der ersten Ausführungsform die Mutter 51C sein, die verwendet wird, um die Welle 41 an dem Turbinenrad 31 zu fixieren. In diesem Fall ist das Magnetfeld-Erfassungselement 52 in einem Gehäuseloch untergebracht, das an dem Turbinenseiten-Gehäuse 63 ausgebildet ist.
Ebenso ist bei der Konfiguration der Modifikation das Magnetfeld-Erfassungselement 52 nahe zu der Mutter 51C angeordnet, die eine Quelle eines Magnetfelds ist, und das Magnetfeld-Erfassungselement 52 kann somit eine gute Erfassungsempfindlichkeit auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform haben. Zusätzlich ist es deshalb, weil das Ende des Gehäuselochs 620 auf der Seite des Gehäuseraums 61 geschlossen ist, möglich, eine Vibration des Magnetfeld-Erfassungselements 52 und einen turbulenten Luftstrom innerhalb des Turbinenseiten-Gehäuses 63 zu verhindern. Weiterhin ist es möglich, das Magnetfeld außerhalb des Gehäuses 6 abzuschirmen.
Zusammenfassung der Ausführungsformen
Technische Ideen, die aus den Ausführungsformen verstanden werden, werden nachfolgend unter Angabe der Bezugszeichen, etc., die für die Ausführungsformen verwendet sind, beschrieben werden. Jedoch ist jedes nachstehend beschriebene Bezugszeichen nicht dafür beabsichtigt, die Bestandteilselemente in den Ansprüchen auf die Elemente, etc., zu beschränken, die spezifisch in den Ausführungsformen beschrieben sind.

[1] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), umfassend: eine Rotoranordnung (4), die ein Turbinenrad (31) umfasst, das rotationsmäßig durch Abgas angetrieben wird, ein Verdichterrad (21), das rotationsmäßig durch eine Drehung des Turbinenrads (31) angetrieben wird, und eine Welle (41), die an dem Turbinenrad (31) und dem Verdichterrad (21) fixiert ist, um sich zusammen zu drehen; ein Metallgehäuse (6), das einen Gehäuseraum (61) umfasst, der ausgebildet ist, um die Rotoranordnung (4) unterzubringen; und einen Drehgeschwindigkeitsdetektor (5), der eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung (4) erfasst, wobei der Drehgeschwindigkeitsdetektor (5) einen ferromagnetischen Körper umfasst, der an der Welle (41) fixiert ist, und ein Magnetfeld-Erfassungselement (52), das ein Magnetfeld des ferromagnetischen Körpers erfasst, wobei das Magnetfeld-Erfassungselement (52) in einem Gehäuseloch (620) untergebracht ist, das an dem Gehäuse (6) ausgebildet ist, und wobei das Gehäuseloch (620) an einem Ende auf einer Seite des Gehäuseraums (61) geschlossen ist.
[2] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), definiert durch [1], wobei der ferromagnetische Körper an einer Spitze an einem Ende der Welle (41) fixiert ist.
[3] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), definiert durch [2], wobei der ferromagnetische Körper ein Fixierelement umfasst, das die Welle (41) an dem Turbinenrad (31) oder dem Verdichterrad (21) fixiert.
[4] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), definiert durch eines von [1] bis [3], wobei das Magnetfeld-Erfassungselement (52) ein riesiges magnetoresistives Element (52) oder ein magnetoresistives Tunnelelement (52A) umfasst.
[5] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), definiert durch eines von [1] bis [4], wobei das Gehäuseloch (620) kein Durchgangsloch ist, das an dem Gehäuse (6) von einer äußeren Oberfläche in Richtung zu einer inneren Oberfläche ausgebildet ist, und wobei ein Ende des Gehäuselochs (620) auf der Seite des Gehäuseraums (61) mit einem Gehäuseabdeckteilbereich (621) als ein Teilbereich des Gehäuses (6) geschlossen ist.
[6] Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader (1), definiert durch eines von [1] bis [4], wobei ein Ende des Gehäuselochs (620) auf der Seite des Gehäuseraums mit einem Harz-Stopperelement (65) geschlossen ist.

Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht auf die Ausführungsformen zu beschränken. Weiterhin soll bitte beachtet werden, dass nicht alle Kombinationen der bei den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale nötig sind, um das Problem der Erfindung zu lösen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 10/206447 H [0002, 0003, 0005]
JP 62/194466 S [0002, 0004, 0006]

Claims

Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader, umfassend: eine Rotoranordnung, die ein Turbinenrad umfasst, das rotationsmäßig durch Abgas angetrieben wird, ein Verdichterrad, das rotationsmäßig durch eine Drehung des Turbinenrads angetrieben wird, und eine Welle, die an dem Turbinenrad und dem Verdichterrad fixiert ist, um sich zusammen zu drehen; ein Metallgehäuse, das einen Gehäuseraum umfasst, der ausgebildet ist, um die Rotoranordnung unterzubringen; und einen Drehgeschwindigkeitsdetektor, der eine Drehgeschwindigkeit der Rotoranordnung erfasst, wobei der Drehgeschwindigkeitsdetektor einen ferromagnetischen Körper umfasst, der an der Welle fixiert ist, und ein Magnetfeld-Erfassungselement, das ein Magnetfeld des ferromagnetischen Körpers erfasst, wobei das Magnetfeld-Erfassungselement in einem Gehäuseloch untergebracht ist, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, und wobei das Gehäuseloch an einem Ende auf einer Seite des Gehäuseraums geschlossen ist.
Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader nach Anspruch 1, wobei der ferromagnetische Körper an einer Spitze an einem Ende der Welle fixiert ist.
Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader nach Anspruch 2, wobei der ferromagnetische Körper ein Fixierelement umfasst, das die Welle an dem Turbinenrad oder dem Verdichterrad fixiert.
Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Magnetfeld-Erfassungselement ein riesiges magnetoresistives Element oder ein magnetoresistives Tunnelelement umfasst.
Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuseloch kein Durchgangsloch ist, das an dem Gehäuse von einer äußeren Oberfläche in Richtung zu einer inneren Oberfläche ausgebildet ist, und wobei ein Ende des Gehäuselochs auf der Seite des Gehäuseraums mit einem Gehäuseabdeckteilbereich als ein Teilbereich des Gehäuses geschlossen ist.
Mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektor ausgestatteter Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Ende des Gehäuselochs auf der Seite des Gehäuseraums mit einem Harz-Stopperelement geschlossen ist.