JP2017072068A - 回転数検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブレード検出センサ12の信号を加工して出力するセンサ回路は、LPF21とHPF23を備える。HPF23は、デジタルフィルタであり、具体的にはIIRフィルタにより設けられる。このHPF23のカットオフ周波数は、ターボの回転数に応じて切り替えられる。LPF21によって高周波数成分がカットされるため、点火ノイズ等の高周波ノイズによる検出誤差を回避できる。また、HPF23によって低周波数成分がカットされるため、ロードノイズ等の低周波ノイズによる検出誤差を回避できる。さらに、HPF23によって軸ずれの影響による低周波数をカットするため、軸ずれの影響による検出誤差の発生を回避できる。
【選択図】 図2
Description
なお、以下では、ハイパスフィルタをHPFとし、ローパスフィルタをLPFとして説明する。
特許文献1の回転数検出装置には、ブレード検出センサを用いてブレードの回転状態を検出する技術が開示されている。ブレード検出センサは、吸気コンプレッサに取り付けられるものであり、コンプレッサホイールのブレードの接近と離間の繰り返しによって出力電圧が上下に変動する。なお、以下では、ブレード検出センサの出力信号のうち、ブレードの接近と離間による周波数をブレード周波数として説明する。
各ブレードがブレード検出センサに最も近づく最接近距離は、軸ずれの影響により一定でなく変動する可能性がある。
ここで軸ずれを説明する。ターボチャージャは、タービンホイールの回転をコンプレッサホイールに伝えるシャフトを備える。このシャフトは、オイルによってシャフトをハウジングから離間させた軸受等により高速回転自在に支持される。このため、ハウジングに対してシャフトがぶれて回転する可能性がある。シャフトがぶれて回転する状態が軸ずれである。
回転数検出装置は、低周波ノイズを受ける可能性がある。
具体的な一例として、寒冷地などでは、路面を温めるロードヒータが道路に設置されている。ロードヒータは、一般的に商用電源である50Hzか60Hzの低周波で作動する。このため、ロードヒータが設けられた道路上を車両が走行すると、ロードヒータから低周波の磁気影響を受ける。このように回転数検出装置は、低周波ノイズを受ける可能性があり、低周波ノイズによって回転数の検出誤差が生じる懸念がある。
本発明の目的は、検出誤差を生じさせることなくターボチャージャの回転数を検出できる回転数検出装置の提供にある。
本発明は、HPFによってブレード検出センサの出力信号のうちの低周波数成分をカットする。このため、ロードヒータ等を起因とする低周波ノイズによって検出誤差が生じる不具合を回避できる。
本発明は、ターボチャージャの回転数に応じてHPFのカットオフ周波数を変更する。これにより、ブレード検出センサの出力電圧から回転数の増減により変化する軸振動周波数をカットすることができる。これにより、軸ずれの影響によって検出誤差が生じる不具合を回避できる。
図1〜図13に基づいて実施形態1を説明する。
自動車に搭載される走行用のエンジン1は、燃料の燃焼を行って回転出力を発生する内燃機関である。
エンジン1の型式等は限定するものではないが、図1では理解補助の一例として火花点火により混合気の着火を行う火花点火機関を示す。即ち、この実施形態のエンジン1は、火花点火を行うためのスパークプラグ2と、このスパークプラグ2に高電圧を生じさせる点火コイル3とを搭載する。
図1中では、点火コイル3の2次コイルのみを開示する。なお、2次コイルのプラス端子は、スパークプラグ2の中心電極に接続される。また、2次コイルのアース端子は、車両ボディに接続される。
このECU4は、車載バッテリ5から電力供給を受ける。ECU4の内部には、バッテリ電圧をコンピュータの作動電圧等に変換する安定化電源が設けられる。
このターボチャージャの基本構造は周知なものであり、エンジン1の排気ガスによって駆動される排気タービンと、この排気タービンにより駆動されてエンジン1に吸い込まれる吸気を加圧する吸気コンプレッサ6とを備える。
吸気コンプレッサ6は、タービンホイールの回転力により駆動されて吸気を加圧するコンプレッサホイール7と、このコンプレッサホイール7を収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング8とを備える。
タービンホイールとコンプレッサホイール7は、シャフトを介して結合される。このシャフトは、タービンハウジングとコンプレッサハウジング8の間に配置されるセンターハウジングによって高速回転自在に支持される。
ハブ9は、略円錐形状を呈するものであり、シャフトの端部に結合され。
複数のブレード10は、ハブ9の外周面から外径方向へ向かって伸びる湾曲した薄板形状を呈する。理解補助の目的で一例を開示すると、複数のブレード10は、羽面積の異なる大小2種類よりなり、大きな羽面積の大ブレードと、小さな羽面積の小ブレードとが、回転方向へ交互に略等間隔で配置される。
吸気コンプレッサ6には、ターボチャージャの回転数を検出する回転数検出装置11が組み付けられる。
ECU4は、回転数検出装置11の出力信号から求めたターボチャージャの回転数に基づいてエンジン1の吸入空気量等を求める。
ブレード検出センサ12は、柱形状を呈するプローブ14の先端に設けられる。そして、回転数検出装置11をコンプレッサハウジング8に組付けることで、ブレード検出センサ12が、ブレード10の接近と離間を検出可能な位置に配置される。
ブレード検出センサ12は、ブレード10の接近と離間によって出力電圧が上下に変動する非接触センサである。
具体的には、コンプレッサホイール7が1回転する毎に、ブレード検出センサ12の出力電圧がブレード10の枚数に応じて上下に変動する。即ち、コンプレッサホイール7が回転すると、ブレード検出センサ12は、ターボチャージャの回転数に応じたブレード検出周波数を出力する。
センサ回路13は、図2に示すように、アナログフィルタによるLPF21と、アナログフィルタによる補助HPF22と、デジタルフィルタによるHPF23とを組み合わせて構成される。
なお、図2中の符合A1は電源ラインであり、上述した電源リードAとコネクタ24を介して電気的に接続される。
図2中の符合B1は信号ラインであり、上述した信号リードBとコネクタ24を介して電気的に接続される。
図2中の符合C1はアースラインであり、上述したアースリードCとコネクタ24を介して電気的に接続される。
LPF21は、図2に示すように、コンデンサと抵抗体を組み合わせた所謂CRフィルタであり、フィルタ特性の傾き設定を行う次数等は限定するものではない。なお、LPF21の後段に設けられる符合25は、信号増幅用のオペアンプである。
具体的には、LPF21のカットオフ周波数を、後述するHPF23のカットオフ周波数より低い周波数(例えば、5kHz等)に設定しても良い。即ち、LPF21のカット領域とHPF23のカット領域を意図的にオーバーラップさせて、フィルタを通過する周波数範囲を狭く設けても良い。即ち、回転数を検出するのに必要な周波数成分のみを残し、他の周波数成分を極力カットするように設けても良い。
また、この実施形態1では、LPF21のカットオフ周波数を固定する例を示すが、ターボチャージャの回転数の変化に応じてカットオフ周波数を変更しても良い。具体的には、ターボチャージャの回転数が上がるとLPF21のカットオフ周波数を上げ、逆にターボチャージャの回転数が下がるとLPF21のカットオフ周波数を下げるように設けても良い。このように、LPF21のカットオフ周波数を変更する場合は、ターボチャージャの回転数に応じてLPF21のカットオフ周波数を複数段に切り替えても良いし、ターボチャージャの回転数に応じてLPF21のカットオフ周波数を連続的に変化させても良い。
HPF23は、低周波数成分をカットする。
また、センサ回路13には、A/Dコンバータ26、2値化部27、制御部28が設けられる。
A/Dコンバータ26は、電圧の増減信号をデジタル化してHPF23に付与する変換手段である。
2値化部27は、HPF23の出力信号をハイ信号とロー信号に2値化して出力する変換手段である。
IIRフィルタは、周知の無限インパルス応答フィルタであり、フィードバックおよびフィードフォワードの各フィルタ定数の変更を行うことでカットオフ周波数の切り替えが成される。
制御部28は、記憶装置を含むデジタルシグナルプロセッサであり、ターボチャージャの回転数に応じてHPF23のカットオフ周波数の切り替えを行う。
なお、ターボチャージャの回転数は、ブレード検出センサ12の出力周波数に比例する。そこで、制御部28は、ターボチャージャの回転数をブレード検出センサ12の出力周波数から求める。
この実施形態の制御部28は、ターボチャージャの回転数に応じてHPF23のカットオフ周波数を3段階に切り替える。
また、制御部28は、コンプレッサホイール7の中速回転時にHPF23のカットオフ周波数を、所定の周波数(以下、中fcと称する)に設定する。
さらに、制御部28は、コンプレッサホイール7の高速回転時にHPF23のカットオフ周波数を、所定の周波数(以下、高fcと称する)に設定する。
具体的な一例を図3に基づいて説明する。
逆に、HPF23のカットオフ周波数が中fcに設定された状態からコンプレッサの回転数が下降して9万回転/分に低下すると、制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を中fcから低fcに切り替える。
逆に、HPF23のカットオフ周波数が高fcに設定された状態からコンプレッサの回転数が下降して15万回転/分に低下すると、制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を高fcから中fcに切り替える。
回転数検出装置11は、LPF21によって高周波数成分をカットする。このため、点火ノイズ等の高周波ノイズによって検出誤差が生じる不具合を回避できる。
この実施形態1の回転数検出装置11は、上述したように、ターボチャージャの回転数に応じてHPF23のカットオフ周波数を変更する。これにより、回転数に応じて変化するブレード検出周波数をカットすることなく、軸振動周波数をHPF23によってカットすることができる。これにより、軸ずれの影響による出力電圧の増減変動を抑えることができ、軸ずれの影響によって検出誤差が生じる不具合を回避できる。
制御部28は、ターボチャージャの回転数に応じてHPF23のカットオフ周波数を2段階以上で切り替えるものであり、この実施形態では上述したように、HPF23のカットOFF周波数を3段階に切り替えるものである。
上述したように、制御部28がHPF23のフィルタ定数を切り替えることでHPF23のカットオフ周波数の切り替えがなされる。このため、高次(この実施形態では4次)のデジタルフィルタを採用するものであるが、フィルタ定数の切り替えだけで瞬時にカットオフ周波数を切り替えを実施できる。
HPF23で切り替えられる複数のカットオフ周波数のうち、最も低い周波数である低fcは、エンジン1のアイドリング時におけるターボチャージャの回転数を検出できるように設定される。
具体的には、上述したように低fcが0.9kHzに設定される。
アイドリング時におけるターボチャージャの回転数の検出が最も難しい。
そこで、低fcを上記のように設けることで、アイドリング時にブレード検出センサ12の出力波形が増減するスプリッターの影響を軽減することができる。
HPF23で切り替えられる複数のカットオフ周波数の全てまたは一部は、次に述べる周波数の設定技術を用いて設定される。具体的にこの実施形態1では、上述した中fcと高fcが、以下の周波数の設定技術により設定される。
ターボチャージャの回転数に対する中fcの適用範囲のうち、ターボチャージャの回転数が高い側の上限を、中fc上限回転数M1とする。即ち、この実施形態では、中fc上限回転数M1の一例が16万回転/分である。
中fc下限回転数M2におけるブレード検出センサ12の出力周波数(図3中のラインL3参照)を、中fc下限周波数とする。具体的にこの実施形態では、中fc下限周波数の一例は約12kHzである。
そして、中fcは、中fc上限周波数と中fc下限周波数の間に設定される。具体的には、上述したように、中fcが6.93kHzに設定される。
ターボチャージャの回転数に対する高fcの適用範囲のうち、ターボチャージャの回転数が高い側の上限を、高fc上限回転数H1とする。即ち、この実施形態では、高fc上限回転数H1の一例が30万回転/分である。
高fc下限回転数H2におけるブレード検出センサ12の出力周波数を、高fc下限周波数とする。具体的にこの実施形態では、高fc下限周波数の一例は約18kHzである。
そして、高fcは、高fc上限周波数と高fc下限周波数の間に設定される。具体的には、上述したように、高fcが11.83kHzに設定される。
ターボチャージャの回転数に応じた周波数の2倍の周波数より高い周波数にカットオフ周波数を設定することで、4次のHPF23を用いる場合、軸ずれによって出力電圧が増減する影響を1/10に抑えることができる。
もちろん、カットオフ周波数は、ブレード検出センサ12の出力周波数より低い値に設定されるため、回転数を検出するのに必要な周波数成分の減衰を招かない。
制御部28には、制御装置28の外部からインプットされるブレード10の枚数が多くなるに従って、HPF23のカットオフ周波数を高める翼数対応機能が設けられる。
ここで、制御部28の記憶装置には、書き換え可能なROMである不揮発性メモリ29が搭載される。なお、不揮発性メモリ29の具体的な一例はEEPROMである。
そして、車両出荷前の初期設定時に、初期設定用のツール等を用いて制御部28へブレード10の枚数の指示を与える。すると、制御部28に設けた翼数対応機能によってブレード10の枚数に応じた低fc、中fc、高fcを決定する。
このように設けることで、ブレード10の枚数に対応した回転数検出装置11の開発費用を抑えることができる。具体的には、制御部28を含むICパッケージの開発費用を抑えることができる。
この実施形態の回転数検出装置11は、上述したように、HPF23としてIIRフィルタを用いる。
IIRフィルタとは異なるデジタルフィルタとしてFIRフィルタ(所謂、有限インパルス応答フィルタ)が知られているが、IIRフィルタの方が動作速度が速いメリットがある。また、IIRフィルタは、FIRフィルタに比較して使用メモリが少ないため、メモリスペースを少なくできるメリットがある。
センサ回路13のアースラインC1は、エンジン1および車両ボディに対して絶縁される。具体的に、アースラインC1は、エンジン1および車両ボディに対して電気的に浮かされる。
このように設けることで、アースラインC1の電位が、車両ボディの電気的な影響等によって揺れない。このため、電源ラインA1や信号ラインB1にノイズが乗るのを抑えることができる。
センサ回路13には、アナログフィルタによる補助HPF22が設けられる。この補助HPF22は、上述したHPF23により低い周波数成分をカットする。即ち、補助HPF22のカットオフ周波数は、HPF23のカットオフ周波数より低い周波数に設定される。
具体的に、補助HPF22は、コンデンサと抵抗体を組み合わせた所謂CRフィルタであり、フィルタ特性の傾き設定を行う次数等は限定するものではない。なお、補助HPF22の後段に設けられる符合30は信号増幅用のオペアンプである。また、図2の符合30aは、オペアンプ30の基準電圧E1(例えば、2.0V等)を出力する基準電源である。
この特徴技術8を採用しない場合、軸ずれの影響等により、図4の信号S1に示すように、A/Dコンバータ26に入力される前の信号は、HPF23のカットオフ周波数よりもさらに低い周波数によって上下に揺らぐ場合がある。
これに対し、この特徴技術8を採用して補助HPF22を用いる場合は、図4の信号S2に示すように、HPF23のカットオフ周波数より低い周波数による揺らぎを抑えることができる。
制御部28は、ターボチャージャの回転数が上がると補助HPF22のカットオフ周波数を上げ、ターボチャージャの回転数が下がると補助HPF22のカットオフ周波数を下げるように設けられている。
具体的に、補助HPF22には、補助HPF22における時定数の切り替えを行う切替スイッチ31が設けられている。この切替スイッチ31は、補助HPF22の抵抗値の切り替えを行うものであり、制御部28によりON−OFF制御される。
また、切替スイッチ31がOFFされて時定数が小さい時におけるサブHPF23のカットオフ周波数を、サブ高fcとする。
サブ低fc、サブ高fcの具体的な数値は限定するものではないが、理解補助の目的で具体的な一例を開示する。この実施形態では、サブ低fcを159Hzに設定し、サブ高fcを1.59kHzに設定している。
即ち、ターボチャージャの回転数に対応して、HPF23のカットオフ周波数を低fc、中fc、高fcの3段階に切り替えるものである。
即ち、HPF23のカットオフ周波数を中fcと高fcで切り替える際に、サブHPF23のカットオフ周波数を低fcと高fcで切り替える。
上述したように、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、サブHPF23のカットオフ周波数を切り替えることにより、切り替え前後におけるブレード検出周波数の波高変化を抑えることができる。
制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、HPF23を一時的にリセットする。具体的に制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際、HPF23において信号入力を行う初段の遅延器Z-1にHPF23へ入力される信号の平均電圧値(例えば、2V)を一時的に入れるとともに、HPF23の演算結果を一時的に0(ゼロ)Vにする。
図6に示すHPF23は、2次のIIRフィルタを2段重ねて4次のIIRフィルタを構成したものである。なお、図中の符合a0、a1、a2、−b1、−b2は、フィルタ定数が設定される乗算器である。
制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、HPF23における過去データをリセットする。この時、1段目(図示左側)のIIRフィルタのフィーフォフォワードの遅延器Z-1に平均電圧値を一時的に代入し、他の遅延器Z-1を0Vにする。
IIRフィルタを採用するHPF23は、過去データを繰り返し用いて演算を行う。このため、この特徴技術10を採用することなく、単にカットオフ周波数を切り替えると、図7(a)の信号S5に示すように、カットオフ周波数の切替直後に、ブレード検出周波数の電圧がブレード10の検出周期より長い周期で上下に揺らいでしまう。
なお、図7(a)と図7(b)は、時間軸の表示スケールが異なるものであり、ターボチャージャの回転数を一定(具体的には9万回転/分)に保った時の波形図である。
センサ回路13には、図8に示すように、HPF23に入力される信号の平均電圧値を求める平均電圧検出部32が設けられる。
この平均電圧検出部32は、A/Dコンバータ26に入力される信号の平均電圧値を読み取るものであり、コンデンサを用いた平滑フィルタ33と、平滑フィルタ33で平滑された電圧値を読み取る第2A/Dコンバータ34とを用いて構成される。
そして、制御部28は、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、平均電圧検出部32で求めた平均電圧値を、HPF23の初段の遅延器Z-1に入れるように設けられている。
この特徴技術11を採用せず、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、予め設定した平均電圧値をHPF23の初段の遅延器Z-1に入れることが考えられる。
この場合、代入した平均電圧値が、実際の平均電圧値と異なる場合が考えられる。すると、図9(a)の信号S7に示すように、カットオフ周波数の切替時にHPF23の出力信号の電圧がずれて乱れる懸念がある。
具体的に、図9(a)は、実際の平均電圧値が2.0Vである場合に、平均電圧値として少しずれた2.1Vを代入した時の波形図である。
また、図9(b)は、実際の平均電圧値が2.0Vである場合に、平均電圧値として正しい2.0Vを代入した時の波形図である。
この特徴技術12は、上述した特徴技術11の変形例である。
センサ回路13は、図10に示すように、ブレード検出センサ12の信号を増幅するオペアンプ30および基準電源30aを備える。そして、ブレード検出センサ12の信号とオペアンプ30の基準電圧E1がカップリングコンデンサ33aと抵抗体33bを用いて交流結合されるとともに、基準電圧E1がA/Dコンバータ26に読み込まれる。
オペアンプ30の出力信号は、基準電圧E1によってバイアスされるため、基準電圧E1を正確な平均電圧値として扱うことができる。そこで、基準電圧E1を第2A/Dコンバータ34に入力し、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、A/Dコンバータ26で読み込んだ基準電圧E1をHPF23の初段の遅延器Z-1に入れるように設けられる。
このように、HPF23のカットオフ周波数を切り替える際に、基準電圧E1をHPF23の初段の遅延器Z-1に入れてHPF23をリセットすることで、オペアンプ30の影響や、基準電圧E1のバラツキの影響を無くすことができる。このため、カットオフ周波数の切替時にHPF23の出力信号の電圧がずれる不具合を回避できる。
センサ回路13には、図11に示すように、ブレード検出センサ12の出力をショートさせるショート実行部35が設けられる。
具体的なショート実行部35は、オペアンプ30の入力をショートさせる短絡スイッチであり、制御部28によってON−OFF操作される。
そして、制御部28は、その計測結果に基づいてセンサ回路13の診断を行う。具体的な一例として、制御部28は、ショートスイッチを一時的にONしてせンサ回路の誤差を検出する。そして、制御部28は、センサ回路13の誤差を検出した場合に、誤差を補正するように設けられている。
センサ回路13にショート実行部35を設けたことにより、センサ回路13の診断や誤差補正を行うことができる。
ここで、コンプレッサホイール7が高速回転する状態で、センサ回路13への電力供給が瞬断されるという万が一の事態を想定する。
この対策として、制御部28は、センサ回路13への電力供給が開始された際(具体的には、イグニッションスイッチがONされた直後等)に、HPF23のカットオフ周波数を、最も高いカットオフ周波数に設定する。具体的にこの実施形態では、センサ回路13への電力供給が開始された際に、低fc、中fc、高fcのうちで、最も高いカットオフ周波数である高fcに設定される。その後、制御部28は、上述した特徴技術1の機能により、HPF23のカットオフ周波数を、ターボチャージャの回転数に応じたカットオフ周波数に切り替える。
この特徴技術13を採用することにより、コンプレッサホイール7の高速回転時に、センサ回路13への電力供給が瞬断された場合であっても、HPF23が誤ったカットオフ周波数に設定されない。これにより、回転数検出装置11の信頼性を高めることができる。
センサ回路13は、HPF23のカットオフ周波数を切り替えた前後でハイロー信号が乱れるのを防ぐ手段として、図12に示すように、上述した2値化部27の信号出力側に、記憶値出力部36と比較補正部37を設けている。
また、記憶値出力部36は、HPF23のカットオフ周波数が切り替えられた後に、切り替え前に記憶しておいた時間幅のハイロー信号を繰り返して継続出力する。
図13の信号S10は、HPF23のカットオフ周波数が切り替えられる前後における記憶値出力部36の出力波形を示す。
図13の信号S11は、HPF23のカットオフ周波数が切り替えられる前後における比較補正部37の出力波形を示す。
そして、比較補正部37は、2値化部27が出力するハイロー信号と、記憶値出力部36が出力するハイロー信号との時間的な重なりが所定割合(例えば、50%)に達するまでは、記憶値出力部36の出力信号を出力する。即ち、HPF23のカットオフ周波数が切り替えられた後で、且つ上記所定割合に達するまでの期間は、センサ回路13の出力信号として、記憶値出力部36の出力信号を出力する。
なお、上記所定割合に達する直前の波形例を、図13(b)の第1波形(即ち、図中の左の波形)に示す。
なお、上記所定割合に達する直後の波形例を、図13(b)の第2波形(即ち、図中の右の波形)に示す。
このように設けることにより、HPF23のカットオフ周波数が切り替えられた直後に、センサ回路13の出力信号に波形の歯抜けや、チャタリングが生じる不具合を回避できる。即ち、HPF23がカットオフ周波数の切替時に、ハイロー信号が乱れる不具合を回避できる。
記憶値出力部36は、2値化部27で2値化されたハイロー信号の時間幅の最新値を常に記憶するように設けられている。具体的には、ハイロー信号の時間幅の平均値(即ち、平均周期)を常に更新するように設けられている。平均値を求める際にサンプル波形が少ないと誤差が大きくなる。逆に、サンプル波形を多くすると、コンプレッサホイール7の回転変化に対応できなくなる。
そこで、記憶値出力部36が記憶するハイロー信号の時間幅は、コンプレッサホイール7の1回転分または数回転分の平均値を用いる。
コンプレッサホイール7の1回転分または数回転分の波形からハイロー信号の時間幅の平均値を求めるため、切替タイミングTにおけるハイロー信号の時間幅の精度を高めることができる。
図14に基づいて実施形態2を説明する。なお、以下において上記実施形態1と同一符合は同一機能物を示す。また、以下では、実施形態1に対する変更箇所のみを開示するものであり、以下の実施形態において説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。
この壁40は、コンプレッサハウジング8の一部により設けられる。
実施形態2の回転数検出装置11は、壁40によって高周波数成分がカットされる。このため、軸ずれの影響がより顕著に現れることになり、上述した実施形態1の効果がより発揮される。
また、壁40によってブレード検出センサ12の温度上昇を抑えることができる。このため、ブレード検出センサ12の長期信頼性を高めることができ、結果的に回転数検出装置11の信頼性を高めることができる。
なお、実施形態2の回転数検出装置11における他の作用効果は、上述した実施形態1の回転数検出装置11と同様であり、説明は割愛する。
7・・コンプレッサホイール 8・・コンプレッサハウジング
10・・ブレード 12・・ブレード検出センサ
13・・センサ回路 21・・LPF(ローパスフィルタ)
23・・HPF(ハイパスフィルタ) 28・・制御部
Claims (17)
- 車両走行用のエンジン(1)に吸気を加圧して供給するターボチャージャの吸気コンプレッサ(6)のハウジング(8)に設けられ、このハウジング内で回転するコンプレッサホイール(7)のブレード(10)の接近と離間によって出力電圧が上下に変動するブレード検出センサ(12)と、
前記ブレード検出センサの出力をハイ信号とロー信号に2値化して出力するセンサ回路(13)と、
を備える回転数検出装置において、
前記センサ回路は、
前記ブレード検出センサの出力信号のうち、アナログフィルタまたはデジタルフィルタによって高周波数成分をカットするローパスフィルタ(21)と、
前記ブレード検出センサの出力信号のうち、デジタルフィルタによって低周波数成分をカットするハイパスフィルタ(23)と、
前記ターボチャージャの回転数が上がると前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を上げ、前記ターボチャージャの回転数が下がると前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を下げる制御部(28)と、
を備えることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1に記載の回転数検出装置において、
前記制御部は、前記ターボチャージャの回転数に対する前記カットオフ周波数の切替タイミングにヒステリシスを設けることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の回転数検出装置において、
前記ブレード検出センサと前記コンプレッサホイールの間には、前記ハウジングによる壁(40)が設けられることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記ターボチャージャの回転数に対する所定のカットオフ周波数の適用範囲のうち、前記ターボチャージャの回転数が高い側の上限を上限回転数(M1、H1)とし、
前記ターボチャージャの回転数に対する所定のカットオフ周波数の適用範囲のうち、前記ターボチャージャの回転数が低い側の下限を下限回転数(M2、H2)とし、
前記上限回転数における前記ターボチャージャの回転数に応じた周波数の2倍の周波数を上限周波数とし、
前記下限回転数における前記ブレード検出センサの出力周波数を下限周波数とした場合、
前記所定のカットオフ周波数は、前記上限周波数と前記下限周波数の間に設定されることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記制御部には、外部からインプットされる前記ブレードの枚数が多くなるに従って、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を高める翼数対応機能が設けられることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項5に記載の回転数検出装置において、
前記制御部は、不揮発性メモリ(29)を備えるものであり、
前記ブレードの枚数とカットオフ周波数の関係は、前記不揮発性メモリに記憶させていることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記ハイパスフィルタは、無限インパルス応答フィルタであることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路のアースライン(C1)は、前記エンジンおよび当該エンジンを搭載する車両ボディに対して絶縁して設けられることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路は、前記ブレード検出センサの出力信号のうち、アナログフィルタによって低周波数成分をカットする補助ハイパスフィルタ(22)を備え、
この補助ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数より低い周波数に設定されるものであり、
前記制御部は、前記ターボチャージャの回転数が高まると前記補助ハイパスフィルタのカットオフ周波数を高め、前記ターボチャージャの回転数が下がると前記補助ハイパスフィルタのカットオフ周波数を下げることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項9に記載の回転数検出装置において、
前記制御部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、前記ターボチャージャの回転数に対応して低速域、中速域、高速域の3段階に切り替えるとともに、
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を前記中速域と前記高速域で切り替える際に、前記補助ハイパスフィルタのカットオフ周波数の切り替えを同時に行うことを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記制御部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を切り替える際、前記ハイパスフィルタの初段の遅延器(Z-1)に前記ハイパスフィルタへ入力される信号の平均電圧値を一時的に入れるとともに、前記ハイパスフィルタの演算結果を一時的にゼロにすることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項11に記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路は、前記ハイパスフィルタに入力される信号の平均電圧値を求める平均電圧検出部(32)を備え、
前記制御部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を切り替える際に、前記平均電圧検出部で求めた平均電圧値を前記ハイパスフィルタの初段の遅延器に入れることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項11に記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路は、前記ブレード検出センサの信号を増幅するオペアンプ(30)と、このオペアンプの基準電圧(E1)を出力する基準電源(30a)とを備え、
前記制御部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を切り替える際に、前記基準電源の出力する基準電圧を前記ハイパスフィルタの初段の遅延器に入れることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項13のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路は、前記ブレード検出センサの出力をショートさせるショート実行部(35)を備えることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項14のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路に電力供給が開始された際に、前記制御部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、最も高いカットオフ周波数に設定することを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項1〜請求項15のいずれか1つに記載の回転数検出装置において、
前記センサ回路は、
前記ハイパスフィルタの出力信号をハイ信号とロー信号に2値化する2値化部(27)と、
前記ハイパスフィルタがカットオフ周波数を切り替える前に前記2値化部が出力するハイロー信号の時間幅を記憶するとともに、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数が切り替えられた後に、切り替え前に記憶した時間幅のハイロー信号を繰り返し継続して出力する記憶値出力部(36)と、
前記ハイパスフィルタがカットオフ周波数を切り替えた後に、前記2値化部の出力信号と前記記憶値出力部の出力信号を比較し、前記2値化部が出力するハイロー信号と、前記記憶値出力部が出力するハイロー信号との重なりが所定割合に達すると、前記センサ回路の出力信号を前記記憶値出力部の出力から前記2値化部の出力に切り替える比較補正部(37)と、
を備えることを特徴とする回転数検出装置。 - 請求項16に記載の回転数検出装置において、
前記記憶値出力部が記憶するハイロー信号の時間幅は、前記コンプレッサホイールの1回転分または数回転分の平均値であることを特徴とする回転数検出装置。
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