JP2008082296A - Test device of turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャの試験装置に係り、特にターボチャージャの回転数を一定にしてデータをとることができるターボチャージャの試験装置に関する。 The present invention relates to a turbocharger test apparatus, and more particularly to a turbocharger test apparatus capable of obtaining data with a constant rotation speed of the turbocharger.
ターボチャージャの性能、機能を調べるべく、ターボチャージャの試験装置が従来から用いられている。例えば、特許文献1には、高温燃焼ガスを供給して試験対象のターボチャージャを駆動するターボチャージャの試験装置が開示されている。この装置では、燃焼機で発生する高温の燃焼ガスを試験対象のターボチャージャのタービン室に供給する経路の途中と、タービン室から排出される燃焼ガスを外部へ送出する経路の途中とを連通し、この連通経路を流れる燃焼ガスの流量を調節可能にしている。 In order to investigate the performance and function of the turbocharger, a turbocharger test apparatus has been used conventionally. For example, Patent Literature 1 discloses a turbocharger testing apparatus that supplies a high-temperature combustion gas to drive a turbocharger to be tested. In this device, the middle of the path for supplying the high-temperature combustion gas generated in the combustor to the turbine chamber of the turbocharger to be tested and the middle of the path for sending the combustion gas discharged from the turbine chamber to the outside communicate with each other. The flow rate of the combustion gas flowing through this communication path can be adjusted.
ところで、ターボチャージャの試験では、ターボチャージャの回転数を所定値に一致させて、種々のデータをとる場合がある。それ故、ターボチャージャの回転数を所定値に容易に一致させる機構が望まれる。 By the way, in the turbocharger test, various data may be obtained by matching the rotation speed of the turbocharger with a predetermined value. Therefore, a mechanism that easily matches the rotation speed of the turbocharger to a predetermined value is desired.
しかしながら、特許文献1に記載の装置は、タービンに供給される燃焼ガスの流量を調節するための機構を有しているものの、ターボチャージャの回転数を所定値に一致させる機構を有していない。 However, although the device described in Patent Document 1 has a mechanism for adjusting the flow rate of the combustion gas supplied to the turbine, it does not have a mechanism for matching the rotational speed of the turbocharger to a predetermined value. .
そこで、本発明は、容易にターボチャージャの回転数を所定値に調整して、試験することを可能にするターボチャージャの試験装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a turbocharger testing apparatus that makes it possible to easily adjust the number of revolutions of a turbocharger to a predetermined value for testing.
上記目的を達成するために、本発明によるターボチャージャの試験装置は、タービンとコンプレッサとが同軸に連結されたターボチャージャの試験装置において、燃焼ガスを生成し、該生成された燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器と、前記燃焼器に送られる燃焼用の空気の流量を制御する燃焼空気流量制御弁と、前記コンプレッサから吐出される空気の流量を制御するコンプレッサ吐出流量制御弁と、前記ターボチャージャの回転数を検出する回転数検出手段と、前記コンプレッサ吐出流量制御弁の開度が所定開度に固定された状態で、前記回転数検出手段により検出される前記ターボチャージャの回転数が所定値に一致するように、前記燃焼空気流量制御弁の開度をフィードバック制御する流量制御弁制御手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a turbocharger test apparatus according to the present invention is a turbocharger test apparatus in which a turbine and a compressor are coaxially connected to each other to generate combustion gas, and the generated combustion gas is used as the turbine. , A combustion air flow rate control valve that controls the flow rate of combustion air sent to the combustor, a compressor discharge flow rate control valve that controls the flow rate of air discharged from the compressor, and the turbo The rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the charger, and the rotational speed of the turbocharger detected by the rotational speed detection means in a state where the opening degree of the compressor discharge flow rate control valve is fixed at a predetermined opening degree. Flow rate control valve control means for feedback controlling the opening degree of the combustion air flow rate control valve so as to match the value. And butterflies.
上記構成によれば、コンプレッサ吐出流量制御弁の開度が所定開度に固定された状態で、回転数検出手段により検出される前記ターボチャージャの回転数が所定値に一致するように、前記燃焼空気流量制御弁の開度がフィードバック制御されるので、燃焼空気流量制御弁を自動制御して、容易に、ターボチャージャの回転数を所定値に調整することが可能になる。 According to the above configuration, in a state where the opening of the compressor discharge flow rate control valve is fixed to a predetermined opening, the combustion is performed so that the rotation speed of the turbocharger detected by the rotation speed detection means matches a predetermined value. Since the opening degree of the air flow control valve is feedback-controlled, the combustion air flow control valve can be automatically controlled to easily adjust the rotation speed of the turbocharger to a predetermined value.
加えて、上記ターボチャージャの試験装置は、前記燃焼器に供給される燃料の量を調節する燃料制御弁と、前記タービンに供給される燃焼ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記コンプレッサ吐出流量制御弁の開度が所定開度に固定された状態で、前記温度検出手段により検出される前記燃焼ガスの温度が所定値に一致するように、前記燃料制御弁の開度をフィードバック制御する燃料制御弁制御手段と、を更に備えると良い。これにより、容易に燃焼ガスの温度が所定値に調整されることになる。 In addition, the turbocharger test apparatus includes a fuel control valve that adjusts an amount of fuel supplied to the combustor, temperature detection means that detects a temperature of combustion gas supplied to the turbine, and a compressor discharge In a state where the opening degree of the flow control valve is fixed at a predetermined opening degree, the opening degree of the fuel control valve is feedback-controlled so that the temperature of the combustion gas detected by the temperature detecting means matches a predetermined value. And a fuel control valve control means. Thereby, the temperature of the combustion gas is easily adjusted to a predetermined value.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の一実施形態に係るターボチャージャの試験装置(以下、試験装置)10を示している。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a turbocharger test apparatus (hereinafter referred to as a test apparatus) 10 according to an embodiment of the present invention.
試験装置10での試験に供される、供試体としてのターボチャージャ12は、タービン14と、コンプレッサ16とを備えている。タービン14のホイール18は、軸受で支持されたシャフト20を介して、コンプレッサ16のインペラ22と同軸に連結されている。なお、図示しないが、シャフト20にオイルを供給するオイル供給ユニットが設けられている。
A
試験装置10は、タービン14に燃焼ガスを供給するべく、燃焼器24を有している。燃焼器24は、燃焼ガス供給通路GSの上流端に設けられている。燃焼器24の上流側には、空気供給通路ASと、燃料供給通路FSとが接続されている。空気供給通路ASには、空気源26から大気中の空気が導入される(図1中の矢印a1)。本実施形態では、空気源26はコンプレッサであり、空気源26から空気は概ね所定圧で供給される。燃焼器24に空気源26から送られる燃焼用の空気の流量は第1制御弁30により調整される。この第1制御弁30は、本発明の燃焼空気流量制御弁に対応する。他方、燃料供給通路FSには、燃料タンクおよび燃料を所定圧で供給するポンプからなっている燃料供給ユニット28から燃料が導入される。燃料供給ユニット28から燃焼器24に供給される燃料(図中の矢印a2)の量は、第2制御弁32により調節される。第2制御弁32は本発明の燃料制御弁に対応する。なお、本実施形態において用いられる燃料は液体燃料であるが、他の種類の燃料であっても良い。
The
燃焼器24が備える着火手段は、空気供給通路ASを介して供給された空気と、燃料供給通路FSを介して供給された燃料とからなる混合気を着火する。燃焼器24で生成した燃焼ガスは、その全量が、燃焼ガス供給通路GSを介してタービン14に供給される(図中の矢印a3)。すなわち、燃焼器24は、燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスをタービン14に供給する。タービン14のホイール18に回転駆動力を与えた燃焼ガスは、燃焼ガス排気通路GEを介して、大気へ放出される(図中の矢印a4)。
The ignition means provided in the
他方、タービン14のホイール18が回転すると、同軸連結されたコンプレッサ16のインペラ22は回転する。コンプレッサ16は、ホイール18の回転駆動力に基づき、空気を外部から取り込み、導入された空気を吐出する。タービン14に連結されたコンプレッサ16には、空気導入通路AIを介して、空気が導入される(吸い込まれる)(図中の矢印a5)。そして、圧縮された空気は、コンプレッサ16の下流側に接続された空気送出通路ADを介して送出される(吐出される)(図中の矢印a6)。コンプレッサ16から吐出される空気の流量を調節制御するべく、空気送出通路ADには第3制御弁34が設けられている。なお、第3制御弁34は、本実施形態では手動式であり、本発明のコンプレッサ吐出流量制御弁に対応している。
On the other hand, when the
なお、第1制御弁30および第2制御弁32の各々は、独立に制御可能である。第1制御弁30および第2制御弁32の各々は、手動でも、自動でも制御され得る。第1制御弁30および第2制御弁32はジョグダイヤル機能を有し、手動操作と自動操作とのどちら側への切換もスムーズに移行可能である。本実施形態では、例えば、それらの弁30、32が自動操作されているときに、それらの弁30、32のいずれかが操作者により操作されると、自動制御が解除され、操作者の手動操作(手動制御)に円滑に切り替えられる。第1制御弁30および第2制御弁32の各々は、その開度を調節するためのアクチュエータ、およびその開度を検出するためのポジションセンサを一体に備えている。
Note that each of the
試験装置10は、上記第1、第2制御弁30、32などを制御するべく、制御装置40を備えている。制御装置40は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むコンピュータを含んで構成されている。入力インタフェースには、第1制御弁30の開度を検出するためのポジションセンサ、第2制御弁32の開度を検出するためのポジションセンサ、空気供給通路ASの第1制御弁30よりも下流側の部分に設けられていて空気流量ひいては燃焼ガスの流量を検出するための流量計42、燃焼ガス供給通路GSに設けられていて燃焼ガスの温度を検出するための温度センサ44、ターボチャージャ12に設けられていてターボチャージャ12の回転数を検出するための回転数センサ46、空気導入通路AIに設けられていてコンプレッサ16の空気流量を検出するための流量計48、およびコンプレッサ16から吐出される空気の圧力、すなわち出口圧力を検出するための圧力センサ50などが電気的に接続されている。これらの各種センサ類などからの出力信号(検出信号)に基づき、予め設定されたプログラムにしたがって第1制御弁30および第2制御弁32に、制御装置40は出力インタフェースから電気的に信号を出力して、ターボチャージャ12の回転数および燃焼ガスの温度を調節する。ただし、第1制御弁30および第2制御弁32の開度は、その各々に一体化され、制御装置40からの出力信号により作動制御される各アクチュエータにより調整される。なお、本実施形態では、流量計42、48はオリフィス流量計である。
The
なお、制御装置40は、外部からの指示により作動する。具体的には、電源がONにされた状態で、不図示のスイッチが操作者等によりONにされることで、制御装置40は第1制御弁30および第2制御弁32を制御する。
Note that the
図2に、ターボチャージャ12の回転数が一定のときの、コンプレッサ16の空気流量(コンプレッサ空気流量)とコンプレッサ16の負荷(コンプレッサ負荷)との関係の一例を示す。図2の線L上の作動点αでの状態のとき、コンプレッサ空気流量を単に増量すると、例えば作動点βでの状態に移行し、ターボチャージャ12の回転数を一定に保てない。ターボチャージャ12の回転数を一定に保ちつつ、コンプレッサ空気流量を増量するには、その増量分に対応して概して増えるコンプレッサ負荷分、コンプレッサ16のインペラ22の駆動力を増すことが必要になる。
FIG. 2 shows an example of the relationship between the air flow rate of the compressor 16 (compressor air flow rate) and the load of the compressor 16 (compressor load) when the rotation speed of the
コンプレッサ16の駆動力は、タービン14に供給される燃焼ガスの流量を増減することで、増減される。したがって、コンプレッサ空気流量を変化させるときには、その変化分に対応した分、燃焼ガスの流量を変化させれば、ターボチャージャ12の回転数は一定に保たれる。例えば、作動点αでの状態でのコンプレッサ空気流量から、作動点βでの状態でのコンプレッサ空気流量にまでコンプレッサ空気流量を増量し、そしてコンプレッサ16の駆動力を増加させると、ターボチャージャ12は線L上の作動点γでの状態に移行することになる。
The driving force of the
コンプレッサ空気流量は第3制御弁34の開度を調節することで調整される。他方、コンプレッサ16の駆動力は、上記の如くタービン14に供給される燃焼ガスの流量に基づくので第1制御弁30の開度を調節することで調整される。したがって、第3制御弁34の開度を変えることに対応して、第1制御弁30の開度を変えることで、ターボチャージャ12の回転数を一定にすることができる。
The compressor air flow rate is adjusted by adjusting the opening of the
これらの関係に基づき、本実施形態では、ターボチャージャ12の回転数を所望の回転数(所定値)にしたいとき、手動で第3制御弁34の開度をその所望の回転数に見合った開度に調節して固定し、その後、第1制御弁30を自動で制御するようにしている。また、試験装置10による試験で得られるデータを、より正確なものとするため、タービン14に供給される燃焼ガスの温度を所定値に保つようにしている。なお、燃焼ガスの温度は、本実施形態では、600℃一定に制御される。
Based on these relationships, in this embodiment, when it is desired to set the rotation speed of the
この制御について、以下に説明する。図3に第1から第3制御弁30、32、34の操作手順を概念的に示す。
This control will be described below. FIG. 3 conceptually shows an operation procedure of the first to
まず、操作者は、ターボチャージャ12の回転数の目標値を決める。その目標値にターボチャージャ12の回転数が近くなるように、操作者は、第1から第3制御弁30、32、34を手動操作(手動制御)する。概ねターボチャージャ12の回転数が目標値に近い値になったら、その状態で、操作者は制御装置40にその目標値を入力し、自動操作(自動制御)のスイッチをいれる(スイッチ:ON)。ただし、自動操作のスイッチが入れられてからは、原則として、操作者は第3制御弁34に触れることはない。すなわち、自動操作が開始された後は、データ取得が終了するまで、操作者は第1から第3制御弁30、32、34には触れず、特に第3制御弁34の開度はそのときの開度、すなわち所定開度に固定される(ステップS301)。なお、このとき第3制御弁34の開度が固定される所定開度は、ターボチャージャ12の回転数の目標値から、操作者が適宜決める開度である。
First, the operator determines a target value for the rotational speed of the
そのように第3制御弁34の開度がターボチャージャ12の回転数の目標値に概ね対応する開度に固定された状態で、制御装置40は第1制御弁30を制御する。自動操作が開始されると、制御装置40は、回転数センサ46からの出力信号に基づいて検出されるターボチャージャ12の回転数が所定値、すなわち上記目標値に一致するように、第1制御弁30の開度を制御する(ステップS303)。この制御は、フィードバック制御により行われる。制御装置40は、検出されるターボチャージャ12の回転数と、上記目標値との間の差、例えば乖離度に基づき、その回転数が目標値に一致するように、第1制御弁30の開度を増減させる。
As described above, the
ターボチャージャ12の回転数が目標値に一致されると、第2制御弁32が制御される。制御装置40は、温度センサ44からの出力信号に基づいて検出される燃焼ガスの温度が、本実施形態では600℃である所定値に一致するように、第2制御弁32の開度を制御する(ステップS305)。この制御は、上記第1制御弁30の制御と同じく、フィードバック制御により行われる。これにより、燃焼ガスの温度は600℃に一致することになる。
When the rotational speed of the
図3に示すように、ステップS301からステップS305が繰り返し行われ、制御装置40は第1制御弁30および第2制御弁32を制御する。このとき、上記の如く、第3制御弁34は制御されず、第3制御弁34の開度は固定されている。それ故、図3の手順に従うことで、第1制御弁30および第2制御弁32が繰り返し、フィードバック制御されることになる。
As shown in FIG. 3, Step S <b> 301 to Step S <b> 305 are repeatedly performed, and the
なお、第1制御弁30の制御と、第2制御弁32の制御を、それぞれ同時に行うことも可能であるが、本実施形態では、第1制御弁30の制御を行った後、第2制御弁32の制御を行い、その後、それらの制御を交互に繰り返すように、プログラムが組まれている。したがって、その時々では、第1制御弁30および第2制御弁32のいずれか一方のみが調節されるので、その調節がより容易に且つ迅速に行われることになる。なお、第1制御弁30の制御と、第2制御弁32の制御は、それぞれ一度ずつであっても良い。
Note that the control of the
なお、上記の如く、第1制御弁30および第2制御弁32が自動操作されているときに、それらの内の少なくともいずれかが手動操作されると、自動制御が解除され、操作者の手動制御に切り替えられるように、制御装置40のプログラムは設定されている(スイッチ:OFF)。他には、上記自動制御がされているときに、例えば、ターボチャージャ12の回転数が所定値に収束せず、ターボチャージャ12の回転数が所定値から遠ざかる方向に変化したときには、手動制御に切り替えられるように制御装置40のプログラムは設定されている。ターボチャージャ12の回転数が所定値から遠ざかる方向に変化するときは、例えば、操作者等により第3制御弁34が操作されたときである。
As described above, when the
以上、実施形態に基づいて説明したように、第3制御弁34の開度が固定された状態で、第1制御弁30および第2制御弁32の各開度がそれぞれ別途、自動制御により調整され、ターボチャージャ12の回転数および燃焼ガスの温度がそれぞれ所定値に設定される。したがって、ターボチャージャ12の回転数および燃焼ガスの温度の設定が容易になる。
As described above based on the embodiment, the opening degrees of the
上記の如く、ターボチャージャ12の回転数を所定値、すなわち目標値に容易に一致させることで、ターボチャージャ12の回転数を一定にして、各種のデータ(燃焼ガスの流量、コンプレッサ16の空気流量、コンプレッサ16の出口圧力など)を迅速に且つ容易に得ることが可能になる。例えば、このように得られたデータをもとに、図4に示すように、コンプレッサ16の流量特性を表すグラフを作成することが可能である。例えば、ターボチャージャの回転数を回転数n1に一定にして種々のコンプレッサ空気流量と、そのときのコンプレッサ16の出口圧力との値を検出し、それら検出した値から、コンプレッサ空気流量と、コンプレッサ16の圧力比との関係を示す曲線N1が得られる。同様に、ターボチャージャ12の回転数を回転数n2、n3に一定にしてデータをとることで、曲線N2、N3が得られる。この結果、サージ線Sを定めることが可能になり、サージング領域Aが定められることになる。なお、本実施形態ではコンプレッサ16の圧力比は、コンプレッサ16の出口圧力とコンプレッサ16の入口圧力として別途計測された大気圧とから求められる。ターボチャージャ12の回転数を一定にして上記各種センサからの出力信号に基づいてデータを得ることで、エンジン実装時をシミュレートしての種々の運転状態での過給特性を知ることが可能になる。なお、ターボチャージャ12の種々の性能、機能を調べるため、制御装置10には、上記した以外にも、各種センサが設けられ得る。
As described above, the rotational speed of the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、ターボチャージャ12の回転数ばかりでなく、燃焼ガスの温度も制御することにしたが、第2および第3制御弁32、34の開度を固定しておいて、ターボチャージャ12の回転数が所定値に一致するように、第1制御弁30のみを制御するようにしても良い。なお、この場合、第2制御弁32は単なる手動式バルブであっても良い。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, not only the rotation speed of the
また、上記実施形態では、第3制御弁34は単に手動式としたが、第1制御弁30および第2制御弁32の如く、手動でも、自動でも制御され得るように第3制御弁34は構成されても良い。そして、ターボチャージャ12の回転数に概ね対応した開度に、第3制御弁34の開度がなるように制御するのを、自動制御により行うようにしても良い。
In the above embodiment, the
なお、上記燃焼器24は、供給される燃料と空気とからなる混合気を燃焼させる機能を有していればどのように構成されても良い。燃焼器はバーナであり得る。空気源26は空気を燃焼器24に供給可能であれば如何なる構成であっても良い。同様に、燃料供給ユニット28は燃焼器24に燃料を供給可能であれば如何なる構成であっても良い。また、流量計42、48は、オリフィス流量計であることに限定されず、他の如何なる流量計であっても良い。
The
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。 In the above embodiment, the present invention has been described with a certain degree of concreteness, but various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents.
10 試験装置
12 ターボチャージャ
14 タービン
16 コンプレッサ
18 ホイール
20 シャフト
22 インペラ
24 燃焼器
26 空気源
28 燃料供給ユニット
30 第1制御弁
32 第2制御弁
34 第3制御弁
40 制御装置
42、48 オリフィス流量計
44 温度センサ
46 回転数センサ
50 圧力センサ
GS 燃焼ガス供給通路
AS 空気供給通路
FS 燃料供給通路
GE 燃焼ガス排気通路
AI 空気導入通路
AD 空気送出通路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
燃焼ガスを生成し、該生成された燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器と、
前記燃焼器に送られる燃焼用の空気の流量を制御する燃焼空気流量制御弁と、
前記コンプレッサから吐出される空気の流量を制御するコンプレッサ吐出流量制御弁と、
前記ターボチャージャの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記コンプレッサ吐出流量制御弁の開度が所定開度に固定された状態で、前記回転数検出手段により検出される前記ターボチャージャの回転数が所定値に一致するように、前記燃焼空気流量制御弁の開度をフィードバック制御する流量制御弁制御手段と、
を備えたことを特徴とするターボチャージャの試験装置。 In a turbocharger test apparatus in which a turbine and a compressor are connected coaxially,
A combustor that generates combustion gas and supplies the generated combustion gas to the turbine;
A combustion air flow rate control valve for controlling the flow rate of combustion air sent to the combustor;
A compressor discharge flow rate control valve for controlling the flow rate of air discharged from the compressor;
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the turbocharger;
The combustion air flow rate control valve is set so that the rotation speed of the turbocharger detected by the rotation speed detection means matches a predetermined value in a state where the opening degree of the compressor discharge flow rate control valve is fixed at a predetermined opening degree. Flow rate control valve control means for feedback control of the opening degree of,
A turbocharger testing apparatus comprising:
前記タービンに供給される燃焼ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記コンプレッサ吐出流量制御弁の開度が所定開度に固定された状態で、前記温度検出手段により検出される前記燃焼ガスの温度が所定値に一致するように、前記燃料制御弁の開度をフィードバック制御する燃料制御弁制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャの試験装置。 A fuel control valve for adjusting the amount of fuel supplied to the combustor;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the combustion gas supplied to the turbine;
With the opening of the compressor discharge flow rate control valve fixed at a predetermined opening, the opening of the fuel control valve is adjusted so that the temperature of the combustion gas detected by the temperature detecting means matches a predetermined value. Fuel control valve control means for feedback control;
The turbocharger testing device according to claim 1, further comprising:
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