JP2014115146A - ターボチャージャの回転速度検出装置 - Google Patents

ターボチャージャの回転速度検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ターボチャージャのハウジングにセンサを設けることに伴う同ターボチャージャの性能低下を抑制することができるようにする。
【解決手段】ターボチャージャ1のコンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面は、コンプレッサホイール14の回転時に羽根13で削ることの可能な素材15で形成されている。そして、上記面を羽根13で削った状態のもとではセンサ22によりコンプレッサホイール14の回転時における羽根13の通過を検出することが可能になる。このとき、上記面におけるセンサ22の先端部に対応する位置に、同センサ22を固定するための取付孔11等を開口させる必要はないため、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面に上記取付孔11の開口等に起因する凹みが形成されることもない。
【選択図】図2

Description

本発明は、ターボチャージャの回転速度検出装置に関する。
内燃機関のターボチャージャのハウジング内には、多数の羽根が形成されたホイール、すなわちタービンホイールやコンプレッサホイールが回転可能に設けられている。こうしたターボチャージャでは、同ターボチャージャの効率のよい駆動を実現するため、ハウジングと上記羽根との対向面間のクリアランスが可能な限り「0」に近い値とされる。また、上記ターボチャージャの回転速度検出装置として、例えば特許文献1に示されるようにホイールの回転時に羽根の通過に対応した信号を出力するセンサを備え、同センサからの信号に基づきターボチャージャの回転速度を検出するものが知られている。
特開2007−198821公報
上記回転速度検出装置のセンサは、例えばハウジングにおけるホイールの羽根に対応する部分に設けられる。このようにセンサを設ける場合、ハウジングにおける上記羽根に対応する部分に同ハウジングを厚さ方向に貫通する取付孔を形成し、その取付孔内にセンサの先端面を羽根側に向けた状態で同センサを固定することが考えられる。
ここで、上記センサを取付孔内に固定する際には、ホイールに形成された多数の羽根の間でのガスの流れを良好なものとする意図のもと、同センサの先端面がハウジングにおける羽根との対向面と同一面上に位置するように上記固定を行うことが好ましい。ただし、このようにセンサの固定を行おうとしても、センサの寸法誤差や固定位置のばらつきにより、センサの先端部がハウジングにおける羽根との対向面から同羽根側に突出して、その羽根と接触してしまうおそれがある。こうしたことを回避するためには、センサの先端面がハウジングにおける羽根との対向面に対し没入する位置となるよう、取付孔に対するセンサの固定を行わざるを得ない。
しかし、ハウジングの取付孔に固定されたセンサの先端面が、ハウジングにおける羽根との対向面に対し没入した状態になると、ハウジング内におけるホイールに形成された各羽根の間をガスが流れる際、上記センサの先端部に対応する位置にて上記ガスの流れが乱れることは避けられない。こうしたガスの流れの乱れによってターボチャージャの効率のよい駆動が妨げられ、ひいてはターボチャージャの性能が低下するようになる。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ターボチャージャのハウジングにセンサを設けることに伴う同ターボチャージャの性能低下を抑制することができるターボチャージャの回転速度検出装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するターボチャージャの回転速度検出装置は、回転するホイールを内部に収容したハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面を、上記ホイールの回転時に同ホイールに形成された多数の羽根で削ることの可能な素材で形成している。このため、ターボチャージャの製造時にハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面の位置を同羽根寄りに設定しておき、その面をターボチャージャの駆動によるホイールの回転時に上記羽根によって削ることが可能になる。このようにハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面を削ることにより、その面とセンサとの間の距離が短い値となって同センサでホイールの回転時における羽根の通過を検出することが可能になる。また、ハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面において、同センサの先端部に対応する位置に、同センサを固定するための取付孔等を開口させる必要がない。このため、ハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面に上記取付孔の開口等に起因する凹みが形成されることもない。従って、ハウジング内におけるホイールに形成された各羽根の間をガスが流れる際、そのガスの流れに上記凹みに起因する乱れが生じることはなく、そのガスの流れの乱れによりターボチャージャの効率のよい駆動が妨げられることを抑制でき、ひいてはターボチャージャの性能が低下することを抑制できるようになる。
上記ターボチャージャの回転速度検出装置において、ハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面を形成する素材は、同ハウジングにおけるセンサ周りの部分を形成するためのものであって、ホイールの回転時における羽根の通過を上記センサによって検出可能な低透磁率を有するものとすることが好ましい。この場合、ホイールの回転に伴い羽根がセンサの近傍を通過する際、それに伴うハウジングにおけるセンサ周りの部分での渦電流の発生が上記低透磁率の素材を通じて抑制されるため、その渦電流の発生がセンサによる上記羽根の通過の検出に悪影響を及ぼすことは抑制される。従って、ホイールの回転時に上記センサの近傍を羽根が通過したとき、その羽根の通過をセンサによって的確に検出して、同センサから上記羽根の通過に対応した信号を適切なタイミングで出力させることができる。
上記ターボチャージャの回転速度検出装置において、ハウジングにおけるセンサが設けられる部分の上記羽根との対向面とセンサとの間の距離は、ホイールの回転時にセンサが上記羽根の通過を検出可能な値とされていることが好ましい。この場合、ホイールの回転に伴い羽根がセンサの近傍を通過する際、それをセンサによって的確に検出して、同センサから上記羽根の通過に対応した信号を適切なタイミングで出力させることができる。
上記課題を解決するターボチャージャの回転速度検出装置は、回転するホイールを内部に収容したハウジングに設けられたセンサの先端部を上記ハウジングにおける羽根との対向面から同羽根側に突出させ、そのセンサの少なくとも先端部をホイールの回転時に上記羽根で削ることの可能な素材で形成している。このため、ターボチャージャの製造時にハウジングに設けられるセンサの先端部を同ハウジングにおける羽根との対向面から同羽根側により一層大きく突出させておき、ターボチャージャの駆動によるホイールの回転時に上記羽根によってセンサの先端部を削ることが可能になる。このようにセンサの先端部を削ることにより、センサの先端面をハウジングにおける羽根との対向面に対し一致した状態、もしくは僅かに羽根側に突出した状態とすることができる。このため、ハウジングにおけるセンサが設けられる部分の羽根側の面において、同センサを固定するための取付孔等が開口することはなく、その開口等に起因する凹みが形成されることもない。従って、ハウジング内におけるホイールに形成された各羽根の間をガスが流れる際、そのガスの流れに上記凹みに起因する乱れが生じることはなく、そのガスの流れの乱れによりターボチャージャの効率のよい駆動が妨げられることを抑制でき、ひいてはターボチャージャの性能が低下することを抑制できるようになる。また、センサの先端部をホイールの回転時に上述したように羽根で削ることにより、同センサを可能な限り羽根に近づけた状態とすることができる。従って、センサの近傍をホイールの回転時に羽根が通過する際、その通過を同センサによって精度よく検出することができる。
上記ターボチャージャの回転速度検出装置において、ハウジングにおける前記羽根との対向面は、その対向面と同羽根とのクリアランスが可能な限り「0」に近い値となるように形成することが好ましい。この場合、ホイールの回転時に羽根によってセンサの先端部を削ったとき、その削った後のセンサの先端面がハウジングにおける羽根との対向面に対し羽根側に突出した状態になるとしても、上記センサの先端面の上記対向面に対する突出量を可能な限り小さくすることができる。
ターボチャージャの回転速度検出装置を概略的に示す全体図。 ターボチャージャのコンプレッサハウジングにおけるセンサが設けられた部分を示す拡大断面図。 ターボチャージャのコンプレッサハウジングにおけるセンサが設けられた部分を示す拡大断面図。
[第1実施形態]
以下、ターボチャージャの回転速度検出装置の第1実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
図1に示すように、ターボチャージャ1は、内燃機関2の排気通路3に接続されるタービンハウジング5と、そのタービンハウジング5内に回転可能に設けられてタービンホイール7と、を備えている。タービンホイール7の外周面には、金属からなる多数の羽根6が同ホイール7の回転方向に沿って互いに等間隔をおいた状態で形成されている。このタービンホイール7は、ターボチャージャ1に回転可能に設けられた軸8に固定されており、その軸8と共に同軸8の中心線周りに回転可能となっている。ターボチャージャ1においては、内燃機関2の排気が排気通路3を通過してタービンハウジング5内に流入する。このようにタービンハウジング5内に流入した排気は、タービンホイール7の各羽根6間を流れた後にタービンハウジング5の出口から外部に流出する。そして、タービンハウジング5内における上記各羽根6間を排気が流れる際、その排気の運動エネルギによってタービンホイール7及び軸8が同軸8の中心線周りに回転する。
また、ターボチャージャ1は、内燃機関2の吸気通路10に接続されるコンプレッサハウジング12と、そのコンプレッサハウジング12内に回転可能に設けられたコンプレッサホイール14と、を備えている。コンプレッサホイール14の外周面には、金属からなる多数の羽根13が同ホイール14の回転方向に沿って互いに等間隔をおいた状態で形成されている。このコンプレッサホイール14は、上記軸8に固定されており、その軸8と共に同軸8の中心線周りに回転可能となっている。ターボチャージャ1においては、コンプレッサハウジング12の入口から吸入された空気が同ハウジング12内における各羽根13間を通過する。その際、上述したタービンホイール7及び軸8の回転を通じてコンプレッサホイール14が回転すると、同コンプレッサホイール14の運動エネルギにより上記各羽根13間の空気が昇圧されてコンプレッサハウジング12の出口から吸気通路10に送り出される。
ターボチャージャ1の回転速度検出装置は、コンプレッサハウジング12における羽根13に対応した部分に設けられてコンプレッサホイール14の回転時に羽根13の通過に対応した信号を出力するセンサ22と、内燃機関2における各種の運転制御を行う電子制御装置21と、を備えている。センサ22は周囲に磁界を発生させるものであり、同センサ22の近傍を羽根13が通過する際には上記磁界によって同羽根13に渦電流が生じる。センサ22は、その近傍を通過する羽根13の渦電流に基づき、羽根13の通過を検出して同通過に対応した信号を電子制御装置21に出力する。電子制御装置21は、センサ22からの信号に基づきターボチャージャ1の回転速度(直接的にはコンプレッサホイール14の回転速度)を求める。電子制御装置21は、ターボチャージャ1の回転速度の他、内燃機関2の回転速度や負荷などの同機関の運転状態を表すパラメータに基づき、同機関2における各種の運転制御を実施する。
次に、ターボチャージャ1におけるセンサ22周りの構造について詳しく説明する。
図2は、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの拡大断面図である。同図に示されるように、コンプレッサハウジング12におけるコンプレッサホイール14の羽根13に対応する部分には、コンプレッサハウジング12の厚さ方向に延びるように取付孔11が形成されている。取付孔11の羽根13側の端部は閉塞された状態となっており、その閉塞された端部に対応してセンサ22の先端部が位置するように上記取付孔11内に同センサ22が固定されている。言い換えれば、センサ22がその先端面22aを羽根13側に向けた状態で取付孔11内に固定されている。
コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分、すなわちセンサ22(取付孔11)の周りの部分は、コンプレッサホイール14の回転時に同ホイール14に形成された羽根13によって削ることの可能な素材15によって形成されている。従って、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aは上記素材15によって形成されている。そして、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分(素材15)のうち、羽根13との対向面(面12a)に沿った部分は、羽根13によって削られるアブレーダブルシール層となっている。なお、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12a(羽根13との対向面)は、可能な限り羽根13に近づけられている。その結果、両者のクリアランスが可能な限り「0」に近い値となる。
コンプレッサホイール14の回転時におけるセンサ22による羽根13の通過の検出は、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分の透磁率から影響を受ける。すなわち、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分が金属など透磁率の高いものである場合、羽根13がセンサ22の近傍を通過したときに同羽根13に渦電流が生じるだけでなく、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分でも渦電流が発生する。そして、こうしたコンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分での渦電流が増大するほど、その渦電流の発生が羽根13に生じる渦電流に基づくセンサ22による同羽根13の通過の検出に大きな悪影響を及ぼす。こうしたことを考慮して、上記素材15は、コンプレッサホイール14の回転時にセンサ22の近傍を羽根13が通過したとき、その通過を同センサ22によって精度よく検出可能な低透磁率のもの(例えば樹脂製の素材)とされる。
更に、コンプレッサホイール14の回転時におけるセンサ22による羽根13の通過の検出は、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分における上記羽根13との対向面(面12a)とセンサ22の先端面22aとの間の距離からも影響を受ける。すなわち、その距離が長くなるほど、羽根13がセンサ22の近傍を通過したときに同羽根13に発生する渦電流が小さい値になることから、その渦電流の発生に基づくセンサ22での上記羽根13の通過の検出精度が悪化する。こうしたことを考慮して、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分における上記羽根13との対向面(面12a)とセンサ22の先端面22aとの間の距離は、センサ22がコンプレッサホイール14の回転時に上記羽根13の通過を精度よく検出可能な値とされる。
次に、ターボチャージャ1の回転速度検出装置の作用について説明する。
ターボチャージャ1のコンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aは、コンプレッサホイール14の回転時に羽根13で削ることの可能な素材15で形成されている。このため、ターボチャージャ1の製造時にコンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aの位置を図2の二点鎖線で示すように同羽根13寄りに設定しておき、その面12aをターボチャージャ1の駆動によるコンプレッサホイール14の回転時に上記羽根13によって削ることが可能になる。このようにコンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12a(羽根13との対向面)を削ることにより、その面12aが可能な限り羽根13に近づけられて両者の間のクリアランスが可能な限り「0」に近い値とされる。その結果、センサ22によりコンプレッサホイール14の回転時における羽根13の通過を検出することが可能になる。
また、こうした状態のもとでは、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aにおいて、同センサ22の先端部に対応する位置に、同センサ22を固定するための取付孔11等を開口させる必要はない。このため、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aに上記取付孔11の開口等に起因する凹みが形成されることもないため、コンプレッサホイール14に形成された各羽根13の間をガスが流れる際、そのガスの流れに上記凹みに起因する乱れが生じることはない。従って、そのガスの流れの乱れによりターボチャージャ1の効率のよい駆動が妨げられることを抑制でき、ひいてはターボチャージャ1の性能が低下することを抑制できるようになる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aに、同センサ22を固定するための取付孔11の開口等に起因する凹みが形成されることはないため、コンプレッサホイール14に形成された各羽根13の間をガスが流れる際、そのガスの流れに上記凹みに起因する乱れが生じることはない。従って、そのガスの流れの乱れによりターボチャージャ1の効率のよい駆動が妨げられることを抑制でき、ひいてはターボチャージャ1の性能が低下することを抑制できるようになる。
(2)コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aを形成する素材15は、同ハウジング12におけるセンサ22周りの部分を形成するためのものであって、コンプレッサホイール14の回転時における羽根13の通過を上記センサ22によって精度良く検出することの可能な低透磁率を有するものとされる。この場合、コンプレッサホイール14の回転に伴い羽根13がセンサ22の近傍を通過する際、それに伴うコンプレッサハウジング12におけるセンサ22周りの部分での渦電流の発生が上記低透磁率の素材15を通じて抑制されるため、その渦電流の発生がセンサ22による上記羽根13の通過の検出に悪影響を及ぼすことは抑制される。従って、コンプレッサホイール14の回転時に上記センサ22の近傍を羽根13が通過したとき、その羽根13の通過をセンサ22によって的確に検出して、同センサ22から上記羽根13の通過に対応した信号を適切なタイミングで出力させることができる。
(3)コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の上記羽根13との対向面(面12a)とセンサ22の先端面22aとの間の距離は、コンプレッサホイール14の回転時にセンサ22が上記羽根13の通過を精度良く検出することの可能な値とされている。このため、コンプレッサホイール14の回転に伴い羽根13がセンサ22の近傍を通過する際、それをセンサ22によって的確に検出して、同センサ22から上記羽根13の通過に対応した信号を適切なタイミングで出力させることができる。
[第2実施形態]
次に、ターボチャージャの回転速度検出装置の第2実施形態について、図3を参照して説明する。
図3に示すように、この実施形態ではコンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分(センサ22の周りの部分)が、それ以外の部分と同一の材料(例えば金属)で形成されている。コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられた部分の羽根13側の面12a(羽根13との対向面)は、同対向面の形成誤差や羽根13の製造誤差を考慮しつつ上記対向面と上記羽根13とのクリアランスが可能な限り「0」に近い値となるように形成される。コンプレッサハウジング12におけるセンサ22を固定するための取付孔11は、上記対向面で開口している。上記センサ22の先端部は、上記対向面から羽根13側に突出しており、コンプレッサホイール14の回転時に羽根13で削ることの可能な素材15で形成されている。
次に、ターボチャージャ1の回転速度検出装置の作用について説明する。
センサ22の先端部が上記対向面(面12a)から同羽根13側に突出しており、そのセンサ22の先端部が上記素材15で形成されている。このため、ターボチャージャ1の製造時にセンサ22の先端部を図中に二点鎖線で示すようにコンプレッサハウジング12における羽根13との対向面からより一層大きく突出させておき、ターボチャージャ1の駆動によるコンプレッサホイール14の回転時に上記羽根13によってセンサ22の先端部(素材15)を削ることが可能になる。このようにセンサ22の先端部を削ることにより、センサ22の先端面22aを上記対向面に対し一致した状態、もしくは僅かに羽根13側に突出した状態とすることができる。言い換えれば、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12a(羽根13との対向面)において、同センサ22を固定するための取付孔11等が開口することはなく、その開口等に起因する凹みが形成されることもない。
本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(4)コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分の羽根13側の面12aにおいて、センサ22を固定するための取付孔11等の開口に起因する凹みが形成されることはないため、コンプレッサホイール14に形成された各羽根13の間をガスが流れる際、そのガスの流れに上記凹みに起因する乱れが生じることはない。従って、そのガスの流れの乱れによりターボチャージャ1の効率のよい駆動が妨げられることを抑制でき、ひいてはターボチャージャ1の性能が低下することを抑制できるようになる。
(5)センサ22の先端部(素材15)を上述したようにコンプレッサホイール14の回転時に羽根13で削ることにより、同センサ22を可能な限り羽根13に近づけた状態とすることができる。従って、センサ22の近傍をコンプレッサホイール14の回転時に羽根13が通過する際、その通過を同センサ22によって精度よく検出することができる。
(6)コンプレッサハウジング12の上記対向面(面12a)は、同対向面と上記羽根13とのクリアランスが可能な限り「0」に近い値となるように形成されている。この場合、コンプレッサホイール14の回転時に羽根13によってセンサ22の先端部を削ったとき、その削った後のセンサ22の先端面22aがコンプレッサハウジング12における羽根13との対向面に対し羽根13側に突出した状態になるとしても、上記センサ22の先端面22aの上記対向面に対する突出量を可能な限り小さくすることができる。
[その他の実施形態]
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第2実施形態において、センサ22の先端部を素材15で形成するだけでなく、センサ22における素材15で形成される部分を上記先端部から同センサ22の長手方向(取付孔11の延びる方向)に更に延ばしてもよい。
・第1実施形態において、コンプレッサハウジング12におけるセンサ22が設けられる部分(センサ22の周り)のみ素材15で形成するのではなく、コンプレッサハウジング12全体を素材15で形成してもよい。
・第1及び第2実施形態において、センサ22をコンプレッサハウジング12ではなくタービンハウジング5に設け、タービンホイール7の回転時に同ホイール7に形成された各羽根6の通過に対応する信号を出力するものとしてもよい。この場合、素材15を内燃機関2の排気の熱についての耐熱性を有するものとすることが好ましい。
1…ターボチャージャ、2…内燃機関、3…排気通路、5…タービンハウジング、6…羽根、7…タービンホイール、8…軸、10…吸気通路、11…取付孔、12…コンプレッサハウジング、12a…面、13…羽根、14…コンプレッサホイール、15…素材、21…電子制御装置、22…センサ、22a…先端面。

Claims (5)

  1. 多数の羽根が形成されたホイールをハウジング内に回転可能に設けたターボチャージャに適用され、前記ハウジングにおける前記ホイールの前記羽根に対応した部分にセンサを設け、そのセンサから前記ホイールの回転に伴う前記羽根の通過に対応する信号を出力させるターボチャージャの回転速度検出装置において、
    前記ハウジングにおける前記センサが設けられる部分の前記羽根側の面を、前記ホイールの回転時に前記羽根で削ることの可能な素材で形成した
    ことを特徴とするターボチャージャの回転速度検出装置。
  2. 前記素材は、前記ハウジングにおける前記センサ周りの部分を形成するためのものであって、前記ホイールの回転時における前記羽根の通過を前記センサによって検出可能な低透磁率を有するものとされている
    請求項1記載のターボチャージャの回転速度検出装置。
  3. 前記ハウジングにおける前記センサが設けられる部分における前記羽根との対向面と前記センサとの間の距離は、そのセンサが前記ホイールの回転時に前記羽根の通過を検出可能な値とされている
    請求項1又は2記載のターボチャージャの回転速度検出装置。
  4. 多数の羽根が形成されたホイールをハウジング内に回転可能に設けたターボチャージャに適用され、前記ハウジングにおける前記ホイールの前記羽根に対応した部分にセンサを設け、そのセンサから前記ホイールの回転に伴う前記羽根の通過に対応する信号を出力させるターボチャージャの回転速度検出装置において、
    前記センサの先端部を前記ハウジングにおける前記羽根との対向面から同羽根側に突出させ、前記センサの少なくとも前記先端部を前記ホイールの回転時に前記羽根で削ることの可能な素材で形成した
    ことを特徴とするターボチャージャの回転速度検出装置。
  5. 前記ハウジングにおける前記羽根との対向面は、その対向面と同羽根とのクリアランスが可能な限り「0」に近い値となるように形成されている
    請求項4記載のターボチャージャの回転速度検出装置。
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