JP2011241733A - ターボチャージャーの回転数検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ターボ回転ピックアップをエンジンに追加することなく、エンジンに設けられている既存のセンサーを用いてターボチャージャーの回転数を精度良く検出する。
【解決手段】ブースト圧センサー８で検出されたブースト圧と大気圧センサー１１で検出された大気圧とに基づいて、ターボチャージャー２のコンプレッサー６前後の圧力比を求める圧力比演算部１３と、大気圧センサー１１で検出された大気圧と吸入空気流量センサー５で検出された吸入空気流量と吸入空気温度センサー５で検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態吸入空気流量を求める標準状態吸入空気流量演算部１４と、圧力比演算部１３で求めた圧力比と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、ターボチャージャー２の回転数を求めるターボ回転数演算部１５とを備える。
【選択図】図２
【解決手段】ブースト圧センサー８で検出されたブースト圧と大気圧センサー１１で検出された大気圧とに基づいて、ターボチャージャー２のコンプレッサー６前後の圧力比を求める圧力比演算部１３と、大気圧センサー１１で検出された大気圧と吸入空気流量センサー５で検出された吸入空気流量と吸入空気温度センサー５で検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態吸入空気流量を求める標準状態吸入空気流量演算部１４と、圧力比演算部１３で求めた圧力比と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、ターボチャージャー２の回転数を求めるターボ回転数演算部１５とを備える。
【選択図】図２
Description
本発明は、ブースト圧センサーと大気圧センサーと吸入空気流量センサーと吸入空気温度センサーとを有するエンジンに装着されたターボチャージャーの回転数を検出する装置に関する。
ターボチャージャーを備えるエンジンにおいては、一般的に、ターボチャージャー本体（コンプレッサーハウジングやセンターハウジング）に電磁式等のターボ回転ピックアップ（ターボ回転センサー）を取り付けて、そのターボ回転ピックアップによりコンプレッサーインペラ又はタービン軸の回転数を検知する。
なお、特許文献１には、回転子を収容するケースに設けられ、該回転子の羽根の通過による圧力変動に応答して信号を出力する圧力検知手段と、該圧力検知手段からの信号を周波数解析して該信号の周波数成分から基本周波数を測定する測定手段とを備えてなる回転子を有するターボ装置の回転数検出装置が記載されている。
ターボ回転ピックアップをエンジンに追加する場合、ターボチャージャー本体にターボ回転ピックアップを取り付けるボスの追加や、ターボ回転ピックアップからＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）に回転数データを電気信号で送るハーネスの追加が必要であるため、コスト増加に繋がるという課題がある。
また、ターボ回転ピックアップをエンジンに追加する場合、ＥＣＭへの回転数データの取り込みによりＥＣＭでの計算負荷が増加し、ＥＣＭの計算能力を増強する必要があるため、コスト増加に繋がるという課題がある。
そこで、本発明の目的は、ターボ回転ピックアップをエンジンに追加することなく、エンジンに設けられている既存のセンサーを用いてターボチャージャーの回転数を精度良く検出することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、ブースト圧センサーと大気圧センサーと吸入空気流量センサーと吸入空気温度センサーとを有するエンジンに装着されたターボチャージャーの回転数を検出する装置において、前記ブースト圧センサーで検出されたブースト圧と前記大気圧センサーで検出された大気圧とに基づいて、前記ターボチャージャーのコンプレッサー前後の圧力比を求める圧力比演算部と、前記大気圧センサーで検出された大気圧と前記吸入空気流量センサーで検出された吸入空気流量と前記吸入空気温度センサーで検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態吸入空気流量を求める標準状態吸入空気流量演算部と、前記圧力比演算部で求めた圧力比と前記標準状態吸入空気流量演算部で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、前記ターボチャージャーの回転数を求めるターボ回転数演算部とを備えるものである。
前記ターボ回転数演算部は、前記コンプレッサー前後の圧力比と標準状態吸入空気流量と前記ターボチャージャーの回転数との相関が予め記憶されたターボ回転数マップを用いて、前記ターボチャージャーの回転数を求めるものであっても良い。
本発明によれば、ターボ回転ピックアップをエンジンに追加することなく、エンジンに設けられている既存のセンサーを用いてターボチャージャーの回転数を精度良く検出することができるという優れた効果を奏する。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
先ず、本実施形態に係る回転数検出装置が適用されるエンジンを図１により説明する。
図１中、１はエンジン、２はエンジン１に装着されたターボチャージャー、３はエンジン１の吸気ポートに連通する吸気通路（吸気管）、４は吸気通路３に配設されたエアクリーナー、５はエアクリーナー４よりも吸気下流側の吸気通路３に配設された吸入空気流量センサー及び吸入空気温度センサー、６は吸入空気流量センサー５及び吸入空気温度センサー５よりも吸気下流側の吸気通路３に配設されたターボチャージャー２のコンプレッサー、７はコンプレッサー６よりも吸気下流側の吸気通路３に配設されたインタークーラー、８はコンプレッサー６及びインタークーラー７よりも吸気下流側の吸気通路３に配設されたブースト圧センサー、９はエンジン１の排気ポートに連通する排気通路（排気管）、１０は排気通路９に配設されたターボチャージャー２のタービン、１１は大気圧センサー、１２はＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）である。
吸入空気流量センサー５、吸入空気温度センサー５、ブースト圧センサー８及び大気圧センサー１１は、ＥＣＭ１２に電気的に接続されており、吸入空気流量センサー５、吸入空気温度センサー５、ブースト圧センサー８及び大気圧センサー１１からの電気信号がＥＣＭ１２に送られる。
次に、本実施形態に係る回転数検出装置を図２により説明する。
図２に示すように、本実施形態に係る回転数検出装置は、ブースト圧センサー８で検出されたブースト圧と大気圧センサー１１で検出された大気圧とに基づいて、コンプレッサー６前後の圧力比を求める圧力比演算部１３と、大気圧センサー１１で検出された大気圧と吸入空気流量センサー５で検出された吸入空気流量と吸入空気温度センサー５で検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態（２０℃、１気圧）における吸入空気流量（以下、標準状態吸入空気流量ともいう）を求める標準状態吸入空気流量演算部１４と、圧力比演算部１３で求めた圧力比と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、ターボチャージャー２の回転数（以下、ターボ回転数ともいう）を求めるターボ回転数演算部１５とを備える。
本実施形態のＥＣＭ１２が、上記の圧力比演算部１３、標準状態吸入空気流量演算部１４及びターボ回転数演算部１５を構成する。
本実施形態の圧力比演算部１３は、以下の式（１）を用いて、コンプレッサー６前後の圧力比を演算する。
[trb_baro_ratio]＝[trb_press]÷[baro_press] … （１）
但し、式（１）において、[trb_baro_ratio]はコンプレッサー６前後の圧力比、[trb_press]はブースト圧、[baro_press]は大気圧を示す。
但し、式（１）において、[trb_baro_ratio]はコンプレッサー６前後の圧力比、[trb_press]はブースト圧、[baro_press]は大気圧を示す。
なお、圧力比演算部１３が、ブースト圧と大気圧とコンプレッサー６前後の圧力比との相関が予め記憶されたマップ（図示せず）を用いて、コンプレッサー６前後の圧力比を求めるものであっても良い。
ここで、標準状態（２０℃、１気圧）における吸入空気流量を演算するのに必要な計算式は以下の式（２）〜式（４）で表される。
[trb_q20]＝[trb_air_volume]×√（20÷[intake_air_temp]） … （２）
[trb_air_volume]＝[maf]÷[AirDensity] … （３）
[AirDensity]＝1.293÷[intake_air_temp]×[baro_press] … （４）
但し、式（２）〜（４）において、[trb_q20]は標準状態（２０℃、１気圧）における吸入空気流量（体積流量）、[trb_air_volume]は吸入空気流量（体積流量）、[intake_air_temp]は吸入空気温度、[maf]は吸入空気流量（質量流量）、[AirDensity]は空気密度、[baro_press]は大気圧を示す。
[trb_air_volume]＝[maf]÷[AirDensity] … （３）
[AirDensity]＝1.293÷[intake_air_temp]×[baro_press] … （４）
但し、式（２）〜（４）において、[trb_q20]は標準状態（２０℃、１気圧）における吸入空気流量（体積流量）、[trb_air_volume]は吸入空気流量（体積流量）、[intake_air_temp]は吸入空気温度、[maf]は吸入空気流量（質量流量）、[AirDensity]は空気密度、[baro_press]は大気圧を示す。
式（３）及び式（４）を式（２）に代入すると、以下の式（５）が得られる。
[trb_q20]＝[maf]÷[baro_press]×[intake_air_temp]÷1.293×√（20÷[intake_air_temp]） … （５）
本実施形態の標準状態吸入空気流量演算部１４は、上記の式（５）を用いて、標準状態吸入空気流量を演算する。
本実施形態の標準状態吸入空気流量演算部１４は、上記の式（５）を用いて、標準状態吸入空気流量を演算する。
なお、標準状態吸入空気流量演算部１４が、大気圧と吸入空気流量と吸入空気温度と標準状態吸入空気流量との相関が予め記憶されたマップ（図示せず）を用いて、標準状態吸入空気流量を求めるものであっても良い。
本実施形態のターボ回転数演算部１５は、コンプレッサー６前後の圧力比と標準状態吸入空気流量とターボ回転数との相関が予め記憶されたターボ回転数マップ１６を用いて、ターボ回転数を求める。ターボ回転数マップ１６は、例えば、実機試験による実験結果から計算してＥＣＭ１２に記憶される。
即ち、ターボ回転数演算部１５は、圧力比演算部１３で求めた圧力比[trb_baro_ratio]と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量[trb_q20]とに対応するターボ回転数[trb_spd_est]をターボ回転数マップ１６から読み取ることにより、ターボ回転数を求める。
そして、ＥＣＭ１２は、ターボ回転数演算部１５で求めたターボ回転数（[trb_spd_est]）を、ターボチャージャー２の回転数として出力する。
以上要するに本実施形態によれば、ブースト圧センサー８で検出されたブースト圧と大気圧センサー１１で検出された大気圧とに基づいて、ターボチャージャー２のコンプレッサー６前後の圧力比を求める圧力比演算部１３と、大気圧センサー１１で検出された大気圧と吸入空気流量センサー５で検出された吸入空気流量と吸入空気温度センサー５で検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態吸入空気流量を求める標準状態吸入空気流量演算部１４と、圧力比演算部１３で求めた圧力比と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、ターボチャージャー２の回転数を求めるターボ回転数演算部１５とを備えて回転数検出装置を構成したので、ターボ回転ピックアップをエンジン１に追加することなく、エンジン１に設けられている既存のセンサー（ブースト圧センサー８、大気圧センサー１１、吸入空気流量センサー５、吸入空気温度センサー５）を用いてターボチャージャー２の回転数を精度良く検出することができる。
また、本実施形態によれば、ターボ回転ピックアップをエンジン１に追加する場合と比較してＥＣＭ１２での計算負荷を軽減することができる。即ち、電磁式等のターボ回転ピックアップを用いると、ＥＣＭ１２に取り込まれる回転数データは桁数が多くＥＣＭ１２での計算負荷が大きくなるところ、本実施形態に係る回転数検出装置においては、ターボ回転数マップ１６に予め記憶しておくターボ回転数の桁数を減らしておく（例えば、ターボ回転数の十の位を四捨五入して、百単位の表示とする）ことにより、ＥＣＭ１２での計算負荷を軽減することが可能である。
また、本実施形態によれば、ターボ回転数演算部１５は、コンプレッサー６前後の圧力比と標準状態吸入空気流量とターボチャージャー２の回転数との相関が予め記憶されたターボ回転数マップ１６を用いて、ターボチャージャー２の回転数を求めるので、計算式等を用いて圧力比演算部１３で求めた圧力比と標準状態吸入空気流量演算部１４で求めた標準状態吸入空気流量とによりターボチャージャー２の回転数を演算する場合と比較して、ＥＣＭ１２での計算負荷を軽減することができる。
１ エンジン
２ ターボチャージャー
５ 吸入空気流量センサー及び吸入空気温度センサー
６ コンプレッサー
８ ブースト圧センサー
１１ 大気圧センサー
１２ ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）
１３ 圧力比演算部
１４ 標準状態吸入空気流量演算部
１５ ターボ回転数演算部
１６ ターボ回転数マップ
２ ターボチャージャー
５ 吸入空気流量センサー及び吸入空気温度センサー
６ コンプレッサー
８ ブースト圧センサー
１１ 大気圧センサー
１２ ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）
１３ 圧力比演算部
１４ 標準状態吸入空気流量演算部
１５ ターボ回転数演算部
１６ ターボ回転数マップ
Claims (2)
- ブースト圧センサーと大気圧センサーと吸入空気流量センサーと吸入空気温度センサーとを有するエンジンに装着されたターボチャージャーの回転数を検出する装置において、 前記ブースト圧センサーで検出されたブースト圧と前記大気圧センサーで検出された大気圧とに基づいて、前記ターボチャージャーのコンプレッサー前後の圧力比を求める圧力比演算部と、前記大気圧センサーで検出された大気圧と前記吸入空気流量センサーで検出された吸入空気流量と前記吸入空気温度センサーで検出された吸入空気温度とに基づいて、標準状態吸入空気流量を求める標準状態吸入空気流量演算部と、前記圧力比演算部で求めた圧力比と前記標準状態吸入空気流量演算部で求めた標準状態吸入空気流量とに基づいて、前記ターボチャージャーの回転数を求めるターボ回転数演算部とを備えることを特徴とするターボチャージャーの回転数検出装置。
- 前記ターボ回転数演算部は、前記コンプレッサー前後の圧力比と標準状態吸入空気流量と前記ターボチャージャーの回転数との相関が予め記憶されたターボ回転数マップを用いて、前記ターボチャージャーの回転数を求める請求項１に記載のターボチャージャーの回転数検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010113743A JP2011241733A (ja) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | ターボチャージャーの回転数検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010113743A JP2011241733A (ja) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | ターボチャージャーの回転数検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2010113743A Pending JP2011241733A (ja) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | ターボチャージャーの回転数検出装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2010
- 2010-05-17 JP JP2010113743A patent/JP2011241733A/ja active Pending
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