JP2016090373A - 回転速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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と厚さとに基づいてコンプレッサ９またはタービン６の状態を判定することができる回転速度検出装置１２の提供を目的とする。
【解決手段】コンプレッサ９またはタービン６のコンプレッサケーシング１０またはタービンケーシング７に磁界のインダクタンスの変化によってブレードを検出する検出部１３が設けられるターボチャージャ１の回転速度検出装置１２であって、検出部１３とブレードとの距離が所定値以下である場合にブレードを検出するように構成され、検出部と第１ブレードＢ１１との距離が所定値である半径Ｄ／２以下になった時を第１ブレードＢ１１の回転方向側の側面を検出したとみなし、検出部と第１ブレードＢ１１との距離が所定値である半径Ｄ／２以下でなくなった時に第１ブレードＢ１１の反回転方向側の側面を検出したとみなす。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転速度検出装置に関する。特に、コンプレッサまたはタービン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（センサ）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。回転速度検出装置は、被検出体であるブレードが磁界を通過することによりブレードに発生する渦電流を間接的に検出する。これをブレードの通過間隔としてコンプレッサまたはタービンの回転速度を算出するものである。例えば特許文献１のごとくである。

特許文献１に記載の回転速度検出装置は、間接的に検出した渦電流についての出力信号から微分信号電圧を生成し、閾電圧よりも大きい時間だけブレードの検出信号としてパルス波形を出力する。つまり、特許文献１に記載の回転速度検出装置は、ブレードが検出部に近接して検出部とブレードとの距離が所定値以下になった状態から離間する状態に変わる瞬間までの間、パルス波形を出力する。このため、回転速度検出装置は、検出部から所定の範囲内におけるブレードの有無を検出し、パルス波形の間隔から回転速度を算出するのみであった。

特開２００８−１４６５６号公報

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、コンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度と厚さとに基づいてコンプレッサまたはタービンの状態を判定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、コンプレッサまたはタービンのケーシングに磁界のインダクタンスの変化によってブレード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、検出部がブレードを検出していない状態からブレードを検出した状態に切り替わった時にブレードの回転方向側の側面を検出したとみなし、検出部がブレードを検出している状態からブレードを検出していない状態に切り替わった時にブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなすものである。

即ち、本発明においては、一のブレードの回転方向側の側面を検出してから反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間に基づいて前記ブレードのブレード厚を算出し、算出したブレード厚が所定範囲内か否か判定するものである。

即ち、本発明においては、第１のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間と、第１のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間と、の差または比率が所定値以上である場合、検出部に異常が発生していると判定するものである。

即ち、本発明においては、前記第１のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなしてから前記第２のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間にから第１瞬時回転速度を算出し、第１のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間から第２瞬時回転速度を算出し、第１瞬時回転速度と第２瞬時回転速度とから前記ターボチャージャの自己故障診断を行い、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第１瞬時回転速度と第２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、前記第１瞬時回転速度または前記第２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エンジンの制御装置に送信するものである。

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、ブレードの回転方向側の側面が検出部を通過してから反回転方向側の側面が検出部を通過するまでの時間が検出される。これにより、コンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度と厚さとに基づいてコンプレッサまたはタービンの状態を判定することができる。

本発明によれば、ブレードの回転方向側の側面とした瞬時回転速度と反回転方向側の側面を基準とした瞬時回転速度がそれぞれ算出される。これにより、コンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度と厚さとに基づいてコンプレッサまたはタービンの状態を判定することができる。

本発明によれば、コンプレッサまたはタービンの形状についての異常が検出される。これにより、コンプレッサまたはタービンのブレードの回転速度と厚さとに基づいてコンプレッサまたはタービンの状態を判定することができる。

本発明によれば、ブレードの回転方向側の側面とした瞬時回転速度と反回転方向側の側面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、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。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャ及び回転速度検出装置の構成を示す断面図。 （ａ）本発明の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）本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置のブレードが検出装置の検出領域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検出領域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検出領域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検出領域を抜けた瞬間の状態を表す概略図と波形図を示す図。 本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置の製造段階の検査工程における検出部とブレードとの構成を示す一部断面図。 （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ブレード厚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）同じくブレードピッチを算出するための概念を表す概略図と波形図を示す図。 本発明の一実施形態に係る回転速度検出装置におけるコンプレッサまたタービンの状態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におけるブレード厚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におけるブレードピッチ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。

以下に、図１を用いて本発明の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１０参照）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８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磁界を発生する図示しないコイルを有する。コイルから発生した磁界中をフルブレード１１ｂ若しくはスプリッタブレード１１ｃが通過することでフルブレード１１ｂ若しくはスプリッタブレード１１ｃを磁束が貫通して渦電流が発生する。検出部１３は、渦電流によって変化するコイルのインピーダンスを検出して検出信号を出力する。これにより、検出部１３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、検出可能な渦流電流が発生する程度にコイルからの磁束密度が高い範囲を検出部１３の検出領域Ｂとして、その直径Ｄについてのデータが格納されている。また、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９参照）。

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の検出の態様を具体的に説明する。図３において、二点鎖線で示す範囲は、検出部１３の検出領域Ｂ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が検査部１３の検出領域Ｂの中心からの距離が所定値である半径Ｄ／２以下のときにフルブレード１１ｂまたはスプリッタブレード１１ｃに発生する渦流電流を検出する。

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が検出領域Ｂに進入していない場合、第１ブレードＢＬ１には、磁束が貫通していないので渦電流が発生しない。従って、検出部１３は、渦電流の影響によって生じるコイルのインピーダンスの変化を検出できない。これにより、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１が検出部１３の近傍を通過していないとして検出信号を出力しない。つまり、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１を検出していない状態である。

図３（ｂ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１が検出領域Ｂの反回転方向側から進入した場合、その瞬間に第１ブレードＢＬ１には、磁束が貫通して渦電流が発生する。従って、検出部１３は、渦電流の影響によって生じるコイルのインピーダンスの変化を検出する。これにより、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面が検出部１３の近傍に到達したとして時間Ｔ１１に検出信号を出力する。つまり、つまり、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１を検出していない状態から第１ブレードＢＬ１を検出している状態に切り替わり、その瞬間にブレードの回転方向側の側面を検出したとみなす。

図３（ｃ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１が検出領域Ｂ内を通過している場合、第１ブレードＢＬ１には、磁束が貫通して渦電流が発生する。従って、検出部１３は、渦電流の影響によって生じるコイルのインピーダンスの変化を検出する。これにより、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１が検出部１３の近傍を通過中であるとして検出信号を継続して出力する。検出部１３は、第１ブレードＢＬ１を検出している状態である。

図３（ｄ）に示すように、検出部１３において、第１ブレードＢＬ１のうち検出領域Ｂに最後に進入した部分が検出領域Ｂの回転方向側から抜けた場合、第１ブレードＢＬ１には、磁束が貫通していないので渦電流が発生しない。従って、検出部１３は、渦電流の影響によって生じるコイルのインピーダンスの変化を検出しない。これにより、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１の反回転方向側の側面が検出部１３の近傍を通過したとして時間Ｔ１２に検出信号の出力を停止する。つまり、検出部１３は、第１ブレードＢＬ１を検出している状態から第１ブレードＢＬ１を検出していない状態に切り替わり、その瞬間にブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなす。

このようにして、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面が検出領域Ｂの反回転方向側に進入した時間Ｔ１１から、第１ブレードＢＬ１の反回転方向側の側面が検出領域Ｂの回転方向側から抜けた時間Ｔ１２までの間、検出信号を出力する。
さらに、回転速度検出装置１２は、第２ブレードＢＬ２の回転方向側の側面が検出領域Ｂの反回転方向側に進入した時間Ｔ２１から、第２ブレードＢＬ２の反回転方向側の側面が検出領域Ｂの回転方向側から抜けた時間Ｔ２２までの間、検出信号を出力する（図５（ｂ）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・・についてそれぞれ回転方向側の側面と反回転方向側の側面との検出を行う。

次に、図４と図５とを用いて、コンプレッサ９の製造段階での検査工程において回転速度検出装置１２の検出信号を用いたコンプレッサホイール１１の良品判定について説明する。なお、コンプレッサホイール１１の良品判定は、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ブレードまでの全てについて行われるが、同様の態様であるため第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２とについての良品判定について説明する。

図４に示すように、検査対象であるコンプレッサホイール１１は、検査工程において外部からモータＭ等によって所定の検査回転速度Ｖｃで回転されている。回転速度検出装置１２は、コンプレッサホイール１１が回転している状態でコンプレッサホイール１１を構成する第１ブレードＢＬ１・第２ブレードＢＬ２・・第ｎブレードＢＬ（ｎ）についてそれぞれの回転方向側の側面と反回転方向側の側面とを検出するように構成されている。

初めに、コンプレッサホイール１１の第１ブレードＢＬ１の厚さである第１ブレード厚Ｔｈ１、第２ブレードＢＬ２の厚さである第２ブレード厚Ｔｈ２、・・第ｎブレードＢＬ（ｎ）の厚さである第ｎブレード厚Ｔｈ（ｎ）のうち第１ブレード厚Ｔｈ１と第２ブレード厚Ｔｈ２の良品判定について説明する。

図５（ａ）に示すように、コンプレッサホイール１１の第１ブレード厚Ｔｈ１と第２ブレード厚Ｔｈ２良品判定において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサホイール１１の第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面を検出した時間Ｔ１１と反回転方向側の側面を検出した時間Ｔ１２との差であるブレード通過時間ΔＴｔ１を算出する。ブレード通過時間ΔＴｔ１は、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面が検出領域Ｂに進入してから反回転方向側の側面が検出領域Ｂを抜けるまでの時間である。すなわち、ブレード通過時間ΔＴｔ１には、検査回転速度Ｖｃで第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面が検出部１３の検出領域Ｂの範囲を示す所定値である検出領域Ｂの直径Ｄを通過する時間と、回転速度Ｖで第１ブレードＢＬ１が第１ブレード厚Ｔｈ１だけ移動して反回転方向側の側面が検出領域Ｂから抜ける時間と、が含まれる。同様にして、回転速度検出装置１２は、第２ブレードＢＬ２のブレード通過時間ΔＴｔ２を算出する。

回転速度検出装置１２は、コンプレッサホイール１１の検査回転速度Ｖｃを取得し、検査回転速度Ｖｃとブレード通過時間ΔＴｔ１とから第１ブレードＢＬ１がブレード通過時間ΔＴｔ１で移動する通過距離Ｌｔ１を算出し、検出領域Ｂの直径Ｄを減算することで第１ブレード厚Ｔｈ１を算出する。同様にして、回転速度検出装置１２は、第２ブレードＢＬ２がブレード通過時間ΔＴｔ２で移動する通過距離Ｌｔ２を算出し、検出領域Ｂの直径Ｄを減算することで第２ブレード厚Ｔｈ２を算出する。

回転速度検出装置１２は、第１ブレード厚Ｔｈ１、第２ブレード厚Ｔｈ２が所定範囲内か否か判定する。判定したブレード厚のうち一つ以上が所定範囲内でない場合、コンプレッサホイール１１には、ブレード厚が設計上の寸法公差内でないブレードがあるとしてコンプレッサ９の製造に使用されない。

次に、コンプレッサホイール１１の第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２との間隔である回転方向側ピッチＰ１１と反回転方向側ピッチＰ１２、第２ブレードＢＬ２と第３ブレードとの間隔である回転方向側ピッチＰ２１と反回転方向側ピッチＰ２２、・・第（ｎ−１）ブレードと第（ｎ）ブレードとの間隔である回転方向側ピッチＰ（ｎ−１）１と反回転方向側ピッチＰ（ｎ−１）２のうち回転方向側ピッチＰ１１と反回転方向側ピッチＰ１２についての良品判定について説明する。

図５（ｂ）に示すように、コンプレッサホイール１１の回転方向側ピッチＰ１１と反回転方向側ピッチＰ１２の良品判定において、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面を検出した時間Ｔ１１と第２ブレードＢＬ２の回転方向側の側面を検出した時間Ｔ２１との差であるピッチ通過時間ΔＴｐ１１を算出する。加えて、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１の反回転方向側の側面を検出した時間Ｔ１２と第２ブレードＢＬ２の反回転方向側の側面を検出した時間Ｔ２２との差であるピッチ通過時間ΔＴｐ１２を算出する。

回転速度検出装置１２は、コンプレッサホイール１１の検査回転速度Ｖｃを取得し、検査回転速度Ｖｃとピッチ通過時間ΔＴｐ１１とから第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面と第２ブレードＢＬ２の回転方向側の側面との回転方向側ピッチＰ１１を算出し、検査回転速度Ｖｃとピッチ通過時間ΔＴｐ１２とから第１ブレードＢＬ１の反回転方向側の側面と第２ブレードＢＬ２の反回転方向側の側面との反回転方向側ピッチＰ１２を算出する。

回転速度検出装置１２は、回転方向側ピッチＰ１１、反回転方向側ピッチＰ１２が所定範囲内か否か判定する。判定したブレードの回転方向側ピッチまたは反回転方向側ピッチのうち一つ以上が所定範囲内でない場合、コンプレッサホイール１１は、ブレード厚またはブレードピッチの少なくとも一つが設計上の寸法公差内でないとしてコンプレッサ９の製造に使用されない。また、判定したブレードの回転方向側ピッチおよび反回転方向側ピッチの全てが所定範囲内であるが回転変動が生じている場合、コンプレッサホイール１１は、回転バランスが取れていないとしてバランス補正がされている。

このようにして、コンプレッサ９の製造段階の検査工程において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサホイール１１の各ブレードの回転方向側の側面が検出部１３を通過してから反回転方向側の側面が検出部１３を通過するまでの時間を検出することでコンプレッサホイール１１の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ているか否かの判定に用いられている。これにより、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と厚さとに基づいてコンプレッサ９またはタービン６の状態を判定することができる。

次に、図６から図８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が、同様の態様であるため第１ブレードＢＬ１の第１ブレード厚Ｔｈ１および第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２との回転方向側ピッチＰ１１、反回転方向側ピッチＰ１２についての異常判定について説明する。

回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２とのピッチ通過時間ΔＴｐ１１と回転方向側ピッチＰ１１とから回転方向側ピッチＰ１１の第１瞬時回転速度Ｖｐ１１（以下、単に前側第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と記す）を算出し、ピッチ通過時間ΔＴｐ１２と反回転方向側ピッチＰ１２とから反回転方向側ピッチＰ１２の第２瞬時回転速度Ｖｐ１２（以下、単に後側第２瞬時回転速度Ｖｐ１２と記す）とを算出する。そして、回転速度検出装置１２は、第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２との差（または割合）からコンプレッサ９の異常、コンプレッサ９の交換時期を判定する。また、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１のブレード通過時間ΔＴｔ１、第１瞬時回転速度Ｖｐ１１および検出領域Ｂの直径Ｄから第１ブレード厚Ｔｈ１を算出し、第２ブレードＢＬ２のブレード通過時間ΔＴｔ２、第２瞬時回転速度Ｖｐ１２および検出領域Ｂの直径Ｄから第２ブレード厚Ｔｈ２を算出する。そして、回転速度検出装置１２は、第１ブレード厚Ｔｈ１および第２ブレード厚Ｔｈ２からコンプレッサ９の異常やコンプレッサ９の交換時期を判定する。

次に、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、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面が検出領域Ｂの反回転方向側に進入した時間Ｔ１１、第１ブレードＢＬ１の反回転方向側の側面が検出領域Ｂの回転方向側から抜けた時間Ｔ１２、第２ブレードＢＬ２の回転方向側の側面が検出領域Ｂの反回転方向側に進入した時間Ｔ２１、第２ブレードＢＬ２の反回転方向側の側面が検出領域Ｂの回転方向側から抜けた時間Ｔ２２を取得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Ｔ２１とからピッチ通過時間ΔＴｐ１１を算出し、検出した時間Ｔ１２と時間Ｔ２２とからピッチ通過時間ΔＴｐ１２を算出し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

ステップＳ１２０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ΔＴｐ１１と設定されている第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２との回転方向側ピッチＰ１１とから第１瞬時回転速度Ｖｐ１１を算出し、算出したピッチ通過時間ΔＴｐ１２と設定されている第１ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２との反回転方向側ピッチＰ１２とから第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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Ｓ２００に移行させる。
一方、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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Ｓ４００に移行させる。

ステップＳ２００において、回転速度検出装置１２は、ブレード厚判定制御Ａを開始し、ステップをステップ２１０に移行させる（図７参照）。

ステップＳ４００において、回転速度検出装置１２は、ブレードピッチ判定制御Ｂを開始し、ステップをステップ４１０に移行させる（図８参照）。

図７に示すように、ステップＳ２１０において、回転速度検出装置１２は、検出した時間Ｔ１１と時間Ｔ１２とからブレード通過時間ΔＴｔ１を算出し、ステップをステップＳ２２０に移行させる。

ステップＳ２２０において、回転速度検出装置１２は、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と、同様にして算出した第２ブレードＢＬ２と第３ブレードとの回転方向側ピッチＰ２１とから算出されている第１瞬時回転速度Ｖｐ２１と、・・・第（ｎ−１）ブレードと第ｎブレードとの回転方向側ピッチＰ（ｎ−１）１とから算出されている第１瞬時回転速度Ｖｐ（ｎ−１）１とから平均回転速度Ｖ１を算出し、ステップをステップＳ２３０に移行する。

ステップＳ２３０において、回転速度検出装置１２は、算出した平均回転速度Ｖ１とブレード通過時間ΔＴｔ１とから第１ブレード厚Ｔｈ１を算出し、ステップをステップＳ２４０に移行させる。

ステップＳ２４０において、回転速度検出装置１２は、算出した第１ブレード厚Ｔｈ１が基準厚σ未満か否か判断する。ここで、基準厚σとは、コンプレッサホイール１１の設計上の寸法公差をいう。
その結果、算出した第１ブレード厚Ｔｈ１が基準厚σ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Ｓ２５０に移行させる。
一方、算出した第１ブレード厚Ｔｈ１が基準厚σ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Ｓ３５０に移行させる。

ステップＳ２５０において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ回転速度マップＭ１から取得したエンジン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を算出し、コンプレッサ９の目標回転速度Ｖｔと平均回転速度Ｖ１との差の絶対値が許容速度差λ未満か否か判断する。ここで、許容速度差λとは、コンプレッサ９の経年劣化と判断される速度誤差をいう。
その結果、算出したコンプレッサ９の目標回転速度Ｖｔと平均回転速度Ｖ１との差の絶対値が許容速度差λ未満であると判定した場合、回転速度検出装置１２はブレード厚判定制御Ａを終了し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。
一方、コンプレッサ９の目標回転速度Ｖｔと平均回転速度Ｖ１との差の絶対値が許容速度差λ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Ｓ３６０に移行させる。

ステップＳ３５０において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ９（ターボ６）の異常であると判断してその旨の信号を出力してブレード厚判定制御Ａを終了し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

ステップＳ３６０において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ９（ターボ６）の交換時期であると判断してその旨の信号を出力してブレード厚判定制御Ａを終了し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

図８に示すとおり、ステップＳ４１０において、回転速度検出装置１２は、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２との差の絶対値が第１基準値δ１以上第２基準値δ２未満か否か判断する。ここで、第２基準値δ２とは、コンプレッサホイール１１の設計上の寸法公差をいう。
その結果、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２との差の絶対値が第１基準値δ１以上第２基準値δ２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Ｓ４２０に移行させる。
一方、算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２との差の絶対値が第１基準値δ１以上第２基準値δ２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Ｓ５２０に移行させる。

ステップＳ４２０において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ９（ターボ６）の交換時期であると判断してその旨の信号を出力してブレードピッチ判定制御Ｂを終了し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

ステップＳ５２０において、回転速度検出装置１２は、コンプレッサ９（ターボ６）の異常であると判断してその旨の信号を出力してブレードピッチ判定制御Ｂを終了し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

以上の如く構成することで、回転速度検出装置１２は、第１ブレードＢＬ１の回転方向側の側面を基準として算出した第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と反回転方向側の側面を基準として算出した第２瞬時回転速度Ｖｐ１２との対比を行う。これにより、コンプレッサ９（タービン６）の第１瞬時回転速度Ｖｐ１１、第２瞬時回転速度Ｖｐ１２および第１ブレード厚Ｔｈ１に基づいてコンプレッサ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ブレードＢＬ１と第２ブレードＢＬ２との第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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、エンジン２０の制御において、第１瞬時回転速度Ｖｐ１１と第２瞬時回転速度Ｖｐ１２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Ｖ１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、平均回転速度Ｖ１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１０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から取得した平均回転速度Ｖ１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１０における二点鎖線）が目標噴射量Ｑｔ（図１０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の平均回転速度Ｖ１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。

１ ターボチャージャ
６ タービン
７ タービンケーシング
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

Claims (5)

1. コンプレッサまたはタービンのケーシングに磁界のインダクタンスの変化によってブレード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、
   検出部がブレードを検出していない状態からブレードを検出した状態に切り替わった時にブレードの回転方向側の側面を検出したとみなし、検出部がブレードを検出している状態からブレードを検出していない状態に切り替わった時にブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなす回転速度検出装置。
2. 一のブレードの回転方向側の側面を検出してから反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間に基づいて前記ブレードのブレード厚を算出し、算出したブレード厚が所定範囲内か否か判定する請求項１に記載の回転速度検出装置。
3. 第１のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間と、第１のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間と、の差または比率が所定値以上である場合、検出部に異常が発生していると判定する請求項１または請求項２に記載の回転速度検出装置。
4. 前記第１のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなしてから前記第２のブレードの回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間から第１瞬時回転速度を算出し、
   第１のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなしてから第２のブレードの反回転方向側の側面を検出したとみなすまでの時間から第２瞬時回転速度を算出し、
   第１瞬時回転速度と第２瞬時回転速度とから前記ターボチャージャの自己故障診断を行い、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第１瞬時回転速度と第２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３に記載の回転速度検出装置。
5. 前記第１瞬時回転速度または前記第２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４に記載の回転速度検出装置。

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