JP2017049107A - ターボ用回転センサ - Google Patents

Abstract

【課題】精度よくターボチャージャの回転速度を検出可能であり、かつ低コストなターボ用回転センサを提供する。
【解決手段】車両に搭載されたターボチャージャ１０の回転速度を検出するターボ用回転センサ１であって、ターボチャージャ１０に備えられたコンプレッサ１１のコンプレッサ羽根１６の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部２と、コンプレッサ１１のコンプレッサ側ハウジング１５にコンプレッサ羽根１６に臨むように設けられた電磁ピックアップ式のセンサ部３と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ用回転センサに関する。

従来、車両に搭載されたターボチャージャの回転速度を検出するターボ用回転センサとして、渦電流センサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のターボ用回転センサでは、渦電流センサからなるセンサ部をアルミニウム等からなるコンプレッサ羽根に近接して配置し、コンプレッサ羽根の回転に基づく渦電流センサの電圧の変化によってターボチャージャの回転速度を検出している。

国際公開第２０１３／１１４５６４号

ところで、ターボチャージャのコンプレッサ内での気流の乱れを抑制するためには、ターボチャージャのハウジングに、センサ部を設けるための貫通孔を設けることは望ましくないといえる。ハウジングに貫通孔を設けた場合、センサ部の周囲にシール機構を設ける必要が生じ、コストが高くなってしまうという問題も生じる。

しかしながら、特許文献１のように渦電流センサを用いた場合、ハウジングはアルミニウム等の導電体から構成されるために、ハウジングに貫通孔を形成せずにハウジングを介してセンサ部とコンプレッサ羽根とを対向させると、ハウジングで発生する渦電流の影響を受け、精度よくターボチャージャの回転速度を検出できない場合があるという問題がある。

また、渦電流センサでは、共振回路等が必要となり、コストが高いという問題もある。

そこで、本発明は、精度よくターボチャージャの回転速度を検出可能であり、かつ低コストなターボ用回転センサを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、車両に搭載されたターボチャージャの回転速度を検出するターボ用回転センサであって、前記ターボチャージャに備えられたコンプレッサのコンプレッサ羽根の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部と、前記コンプレッサのハウジングに前記コンプレッサ羽根に臨むように設けられた電磁ピックアップ式のセンサ部と、を備えた、ターボ用回転センサを提供する。

本発明によれば、精度よくターボチャージャの回転速度を検出可能であり、かつ低コストなターボ用回転センサを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るターボ用回転センサを搭載したターボチャージャの概略構成図である。 コンプレッサホイールの斜視図である。 被検出部を説明する図であり、（ａ）はコンプレッサ羽根を正面から見た図、（ｂ）はコンプレッサ羽根を上から見た図である。 センサ部の一例を示す概略構成図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（ターボチャージャの説明）
図１は、本実施の形態に係るターボ用回転センサを搭載したターボチャージャの概略構成図である。

図１に示すように、ターボチャージャ１０は、車両の内燃機関（不図示）の吸気通路１３に設けられるコンプレッサ１１と、内燃機関の排気通路１４に設けられるタービン１２と、を備えている。

コンプレッサ１１は、コンプレッサ側ハウジング１５内に、複数のコンプレッサ羽根１６を有するコンプレッサホイール１７を収容して構成されている。また、タービン１２は、タービン側ハウジング１８内に、複数のタービン羽根１９を有するタービンホイール２０を収容して構成されている。タービン１２は、内燃機関からの排気をタービン羽根１９で受け、タービンホイール２０を回転駆動させるように構成されている。

コンプレッサホイール１７とタービンホイール２０とは、ターボシャフト２１により連結されており、コンプレッサホイール１７が、タービンホイール２０の回転により回転駆動されるように構成されている。これにより、ターボチャージャ１０では、内燃機関からの排気により回転駆動させたタービンホイール２０の回転に伴ってコンプレッサホイール１７が回転駆動され、これにより吸気を圧縮して内燃機関へと送り込むように構成されている。

ターボシャフト２１は、コンプレッサ側ハウジング１５とタービン側ハウジング１８とを連結する軸受ハウジング２２に回転可能に支持されている。軸受ハウジング２２には、ターボシャフト２１の潤滑用および冷却用の潤滑油が供給される油路２３が形成されており、油路２３に供給される潤滑油による冷却効果により、タービン１２側の熱がコンプレッサ１１側に伝わることを抑制している。

本実施の形態では、コンプレッサ側ハウジング１５と、コンプレッサ羽根１６を含むコンプレッサホイール１７とが、アルミニウム（またはアルミニウム合金）により構成されている。

図２に示すように、コンプレッサホイール１７は、先端側（吸気の流入側、図示上側）から基端側（吸気の排出側、図示下側）にかけて徐々に径が大きくなるように湾曲した側面を有する基体１７ａの側面に、軸方向に対して傾斜するように複数のコンプレッサ羽根１６を一体に形成して構成されている。基体１７ａの中心部には、ターボシャフト２１が挿入され連結される貫通孔１７ｂが形成されている。

（ターボ用回転センサの説明）
ターボチャージャ１０には、ターボチャージャ１０の回転速度（コンプレッサホイール１７の回転速度）を検出するターボ用回転センサ１が搭載されている。

ターボ用回転センサ１は、コンプレッサ羽根１６の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部２と、コンプレッサ側ハウジング１５にコンプレッサ羽根１６に臨むように設けられた電磁ピックアップ式（磁気ピックアップ式）のセンサ部３と、を備えている。

本実施の形態では、被検出部２は、鉄粉等の強磁性体の粉末を樹脂に混ぜ込んだものからなり、アルミニウムからなるコンプレッサ羽根１６に、インサート成形により固定されている。被検出部２に用いる樹脂としては、コンプレッサ１１の使用時の温度（例えば１００〜２００度）に耐えうる耐熱性を有するものを用いるとよく、例えば、ナイロンやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、あるいは、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴム材料を用いることができる。

被検出部２における強磁性体（強磁性体の粉末）の割合は、センサ部３とコンプレッサ羽根１６（被検出部２）との距離や、強磁性体に用いる材料の透磁率等に応じて適宜調整すればよく、センサ部３で十分な誘導起電力の変化（詳細は後述する）が得られる程度の割合とすればよい。

被検出部２は、コンプレッサ側ハウジング１５に設けられるセンサ部３と近接して配置されることが望ましいため、コンプレッサ側ハウジング１５に近いコンプレッサ羽根１６の外縁部に設けられることが望ましい。ここでは、コンプレッサ羽根１６の基端側の外縁部に被検出部２を設けた場合を説明する。なお、被検出部２の軸方向における位置は特に限定するものではなく、センサ部３の位置（コンプレッサ側ハウジング１５の形状）等に応じて適宜調整可能である。また、コンプレッサ羽根１６の外縁全体に被検出部２を形成してもよい。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、インサート成形により被検出部２を設ける場合、コンプレッサ羽根１６の外縁部に、開口に向かって徐々に幅が狭くなる（開口の幅が開口から離れた位置の幅よりも小さい）切欠き１６ａを設け、この切欠き１６ａ全体と切欠き１６ａの周縁のコンプレッサ羽根１６とを覆うように、インサート成形により被検出部２を形成するとよい。この場合、被検出部２は、コンプレッサ羽根１６の厚さ方向に若干突出するように形成されることになる。このように構成することで、コンプレッサホイール１７が高速回転した際に被検出部２がコンプレッサ羽根１６から脱落してしまうことを抑制できる。なお、コンプレッサ羽根１６の厚さは、例えば０．３ｍｍである。

被検出部２の数は、コンプレッサホイール１７の回転数を考慮し、電磁ピックアップ式のセンサ部３にて計測可能な数とすればよい。具体的な構成は後述するが、電磁ピックアップ式のセンサ部３では、渦電流損の影響により、約２万Ｈｚ以上の測定周波数（被検出部２のセンサ部３への近接・離間が１秒に２万回以上となる状態）での測定は困難となるのが一般的である。ここで、ターボチャージャ１０におけるコンプレッサホイール１７の最大回転数は一般に２０万〜４０万ｒｐｍ程度であり、被検出部２を３つとした場合の測定周波数は最大２万Ｈｚ程度（４０万／６０×３）となる。よって、コンプレッサホイール１７に設けられる被検出部２の数は、１つ以上３つ以下とすることが望ましいといえる。

例えば、コンプレッサ羽根１６の全てに被検出部２を設けることも考えられるが、この場合、例えばコンプレッサ羽根１６の数が１２枚であるとすると、センサ部３での測定周波数は最大８万Ｈｚ程度（４０万／６０×１２）となり、電磁ピックアップ式のセンサ部３による検出は困難になる。

また、被検出部２を設けることによるコンプレッサホイール１７の偏心を抑制するために、１つ以上３つ以下の被検出部２を、コンプレッサホイール１７の回転軸を中心とした周方向に等間隔に（コンプレッサホイール１７の回転軸を中心とした回転対称の位置に）それぞれ設けることがより望ましい。

本実施の形態では、２つの被検出部２を、コンプレッサホイール１７の回転軸を中心とした周方向に等間隔に（１８０度間隔で）設けている。ただし、これに限らず、３つの被検出部２を、コンプレッサホイール１７の回転軸を中心とした周方向に等間隔に（１２０度間隔で）設けてもよい。また、被検出部２の数を１つまたは２つとする場合、鉄粉等の強磁性体の粉末を樹脂に混ぜ込んでいないダミー被検出部を被検出部２と回転対称の位置に設け、被検出部２を設けることによるコンプレッサホイール１７の偏心を抑制するように構成してもよい。この場合、ダミー被検出部が、被検出部２を設けることによるコンプレッサホイール１７の偏心を補正するための偏心補正部としての役割を果たすことになるが、偏心補正部は、例えばコンプレッサ羽根１６の一部を厚くまたは薄く形成すること、あるいはコンプレッサ羽根１６に貫通孔や切り欠きを形成することより、コンプレッサホイール１７の偏心を補正するように構成されていてもよい。

なお、ここでは一例としてインサート成形により被検出部２を形成する場合を説明したが、これに限らず、例えば、強磁性体の粉末を混ぜ込んだゴム材料を、コンプレッサ羽根１６の表面に焼き付けることで、被検出部２を形成してもよい。この場合、コンプレッサ羽根１６の一方の面のみに被検出部２を形成してもよいし、コンプレッサ羽根１６の両方の面に被検出部２を形成してもよい。また、強磁性体の粉末を混ぜ込んだゴム材料を焼き付ける位置は、コンプレッサ羽根１６の外縁部を含むことが望ましい。焼き付けにより被検出部２を形成する場合、コンプレッサ羽根１６の表面に強磁性体の粉末を混ぜ込んだゴム材料を配置した後に加熱しゴム材料を溶融させ、その後、冷却することでゴム材料を固まらせてコンプレッサ羽根１６の表面に密着させ、被検出部２を形成するとよい。

図４に示すように、センサ部３は、永久磁石３１と、永久磁石３１からの磁束を通す鉄芯等の棒状の磁路形成部材３２と、磁路形成部材３２の周囲に形成されたコイル３３と、コイル３３に発生した誘導起電力を測定する電圧検出部３４と、を備えている。なお、図４に示すセンサ部３の構成はあくまで一例であり、センサ部３の具体的な構成はこれに限定されるものではない。

磁路形成部材３２における永久磁石３１と反対側の端部に強磁性体（ここでは被検出部２）が近づいたり離れたりすると、コイル３３内の磁界が変化し、コイル３３の両端に誘導起電力が発生する。よって、この誘導起電力の変化を電圧検出部３４により検出することで、コンプレッサ羽根１６に設けられた被検出部２のセンサ部３への近接・離間を検出し、ターボチャージャ１０の回転速度（コンプレッサホイール１７の回転速度）を検出することが可能になる。

電磁ピックアップ式のセンサ部３は、電源が不要であり、共振回路等も不要であるため、従来用いられている渦電流センサと比較して構成が簡単であり、非常に低コストである。

図１に戻り、センサ部３は、コンプレッサ側ハウジング１５に取り付けられている。本実施の形態では、センサ部３は、コンプレッサ側ハウジング１５の外面にコンプレッサ側ハウジング１５を貫通しないように形成されたセンサ穴１５ａに収容されている。センサ部３は、磁路形成部材３２の永久磁石３１と反対側の端部をコンプレッサ羽根１６（被検出部２）に臨ませるようにして、センサ穴１５ａ内に配置される。

コンプレッサ側ハウジング１５およびコンプレッサ羽根１６はアルミニウムからなり、空気と略同じ透磁率であるため、コンプレッサ側ハウジング１５を介してセンサ部３とコンプレッサ羽根１６（被検出部２）とを対向させても、コンプレッサ側ハウジング１５による影響を受けずに精度よくターボチャージャ１０の回転速度を検出することが可能である。

本実施の形態では、センサ部３を配置するためにコンプレッサ側ハウジング１５に貫通孔を形成する必要がないため、貫通孔を形成することによる吸気の気流の乱れを抑制することが可能であり、また、センサ部３の周囲にシール機構を設ける必要もなくなるので低コストである。

また、本実施の形態では、コンプレッサ羽根１６に臨むようにセンサ部３を設けているため、センサ部３が、排気により高温となるタービン１２から離れた位置（コンプレッサホイール１７の基端部よりもタービン１２から離れた位置）に配置されることになり、センサ部３がタービン１２の熱の影響を受けにくくなる。

センサ部３とコンプレッサ羽根１６（被検出部２）間の距離は、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすればよい。また、センサ部３とコンプレッサ羽根１６（被検出部２）間に介在するコンプレッサ側ハウジング１５の厚さは、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすればよい。これは、コンプレッサ側ハウジング１５の厚さが１ｍｍ未満であると十分な機械的強度が得られないおそれがあり、２ｍｍを超えるとセンサ部３とコンプレッサ羽根１６（被検出部２）間の距離が大きくなり過ぎ、感度が低下するおそれがあるためである。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るターボ用回転センサ１では、ターボチャージャ１０に備えられたコンプレッサ１１のコンプレッサ羽根１６の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部２と、コンプレッサ側ハウジング１５にコンプレッサ羽根１６に臨むように設けられた電磁ピックアップ式のセンサ部３と、を備えている。

このように構成することで、コンプレッサ側ハウジング１５に貫通孔を形成せずとも、精度よくターボチャージャ１０の回転速度を検出することが可能となる。また、電磁ピックアップ式のセンサ部３は、従来用いられていた渦電流センサと比較して安価であり、センサ部３の周囲にシール機構を設ける必要もなくなるため、低コスト化が可能になる。つまり、本実施の形態によれば、精度よくターボチャージャ１０の回転速度を検出可能であり、かつ低コストなターボ用回転センサ１を実現できる。

なお、コンプレッサ羽根１６全体（あるいはコンプレッサホイール１７全体）を鉄等の強磁性体で構成することも考えられるが、この場合、コンプレッサホイール１７の重量が増加し、ターボチャージャ１０の性能劣化につながってしまう。本実施の形態のように、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部２をコンプレッサ羽根１６に設ける構成とすることで、コンプレッサホイール１７の重量を増加させることなく、安価な電磁ピックアップ式のセンサ部３を用いたターボチャージャ１０の回転速度の検出が可能になる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］車両に搭載されたターボチャージャ（１０）の回転速度を検出するターボ用回転センサ（１）であって、前記ターボチャージャ（１０）に備えられたコンプレッサ（１１）のコンプレッサ羽根（１６）の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部（２）と、前記コンプレッサ（１１）のハウジング（１５）に前記コンプレッサ羽根（１６）に臨むように設けられた電磁ピックアップ式のセンサ部（３）と、を備えた、ターボ用回転センサ（１）。

［２］前記ハウジング（１５）がアルミニウムからなり、前記センサ部（３）は、前記ハウジング（１５）の外面に前記ハウジング（１５）を貫通しないように形成されたセンサ穴（１５ａ）に収容されている、［１］に記載のターボ用回転センサ（１）。

［３］前記被検出部（２）は、前記コンプレッサ羽根（１６）の外縁部に設けられている、［１］または［２］に記載のターボ用回転センサ（１）。

［４］前記被検出部（２）は、強磁性体を含む樹脂をインサート成形により前記コンプレッサ羽根（１６）に設けて形成されている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のターボ用回転センサ（１）。

［５］前記被検出部（２）は、強磁性体を含むゴムを前記コンプレッサ羽根（１６）の表面に焼き付けて形成されている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のターボ用回転センサ（１）。

［６］前記被検出部（２）は、強磁性体の粉末を樹脂に混ぜ込んだものからなる、［１］乃至［５］の何れか１項に記載のターボ用回転センサ（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、インサート成形や焼き付けにより被検出部２を形成する場合を説明したが、これに限らず、例えば、予め強磁性体を含む樹脂からなる被検出部２を成型により形成しておき、この被検出部２をコンプレッサ羽根１６に取り付けるように構成してもよい。

１…ターボ用回転センサ
２…被検出部
３…センサ部
１０…ターボチャージャ
１１…コンプレッサ
１２…タービン
１３…吸気通路
１４…排気通路
１５…コンプレッサ側ハウジング（ハウジング）
１５ａ…センサ穴
１６…コンプレッサ羽根
１７…コンプレッサホイール
１８…タービン側ハウジング
１９…タービン羽根
２０…タービンホイール
２１…ターボシャフト
２２…軸受ハウジング

Claims (6)

1. 車両に搭載されたターボチャージャの回転速度を検出するターボ用回転センサであって、
   前記ターボチャージャに備えられたコンプレッサのコンプレッサ羽根の少なくとも一部に設けられ、強磁性体を含む樹脂からなる被検出部と、
   前記コンプレッサのハウジングに前記コンプレッサ羽根に臨むように設けられた電磁ピックアップ式のセンサ部と、を備えた、
   ターボ用回転センサ。
2. 前記ハウジングがアルミニウムからなり、
   前記センサ部は、前記ハウジングの外面に前記ハウジングを貫通しないように形成されたセンサ穴に収容されている、
   請求項１に記載のターボ用回転センサ。
3. 前記被検出部は、前記コンプレッサ羽根の外縁部に設けられている、
   請求項１または２に記載のターボ用回転センサ。
4. 前記被検出部は、強磁性体を含む樹脂をインサート成形により前記コンプレッサ羽根に設けて構成されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のターボ用回転センサ。
5. 前記被検出部は、強磁性体を含むゴムを前記コンプレッサ羽根の表面に焼き付けて形成されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のターボ用回転センサ。
6. 前記被検出部は、強磁性体の粉末を樹脂に混ぜ込んだものからなる、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のターボ用回転センサ。

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