JP2020038136A

JP2020038136A - Loss measuring apparatus and method of turbocharger

Info

Publication number: JP2020038136A
Application number: JP2018165583A
Authority: JP
Inventors: 泰三嶋田; Taizo Shimada; 玄隆辻村; Kurotaka Tsujimura; 幹恵比寿; Miki Ebisu; 槙之林; Shinsuke Hayashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2020-03-12

Abstract

To provide a friction loss measuring apparatus capable of easily measuring the friction loss of a turbocharger.SOLUTION: A friction loss measuring apparatus includes: a rotor member 5 formed by integrating a turbine blade 10, a joint shaft 20, and a dummy impeller member 41 instead of a compressor impeller; a bearing 30 that rotatably supports the joint shaft 20 and rotatably supports the rotor member 5; and a compressor housing. The friction loss measuring apparatus includes: a first air supply device 60 that is configured to expose the turbine blade 10, and sprays air to the turbine blade to rotate the turbine blade; and a rotation sensor 70 for detecting the rotation speed of the turbine blade.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ターボチャージャの損失測定装置および方法に関する。 The present invention relates to a turbocharger loss measuring device and method.

エンジンが吸入する空気の密度を高め、多くの酸素を燃焼室に送り、より高い燃焼エネルギーを得るための装置としてターボチャージャ（過給機）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ターボチャージャは、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレードと、タービンブレードのトルクを利用して空気を取り込んで圧縮するコンプレッサインペラと、タービンブレードおよびコンプレッサインペラを同軸上で支持して連結する連結シャフトと、タービンブレード、連結シャフトおよびコンプレッサインペラを覆うハウジングとを有している。このようなターボチャージャは、排気ガスを用いて駆動させる際、連結シャフトを支持する軸受（ベアリング）およびここを潤滑するオイル等により発生する摩擦損失や、回転部（一体に繋がって回転するタービンブレード、連結シャフトおよびコンプレッサインペラからなる部分で、これをロータ部と称する）の回転に応じて発生する空転損失等の種々のエネルギー損失が生じる。 BACKGROUND ART A turbocharger (supercharger) is known as a device for increasing the density of air taken by an engine, sending more oxygen to a combustion chamber, and obtaining higher combustion energy (for example, see Patent Document 1). . The turbocharger includes a turbine blade that rotates by receiving exhaust gas from an engine, a compressor impeller that takes in air by using the torque of the turbine blade to compress the air, and a connection that coaxially supports and connects the turbine blade and the compressor impeller. It has a shaft and a housing that covers the turbine blades, the connection shaft and the compressor impeller. When such a turbocharger is driven by using exhaust gas, friction loss caused by a bearing (bearing) supporting the connecting shaft and oil lubricating the bearing, a rotating portion (turbine blade rotating integrally and rotating) , A connecting shaft and a compressor impeller, which are referred to as a rotor section), and various energy losses such as idle rotation losses occur in accordance with the rotation of the rotor section.

このような種々のエネルギー損失を低減させてターボチャージャの性能を向上させることができれば、エンジンの低燃費化にも繋がる。これら損失の低減を検討するに際しては、まず、損失を正確に測定することが重要となる。摩擦損失や空転損失を測定する方法の一つとして、測定対象となるターボチャージャのロータ部の回転中にそれらを駆動している駆動力を停止させてロータ部の回転を減速させ、その減速度に基づいて損失トルクを測定する、いわゆる「減速法」と喚ばれる方法が知られている。 If the performance of the turbocharger can be improved by reducing such various energy losses, the fuel consumption of the engine can be reduced. When studying the reduction of these losses, it is first important to accurately measure the losses. One of the methods to measure friction loss and idling loss is to stop the driving force that drives them during rotation of the rotor part of the turbocharger to be measured, decelerate the rotation of the rotor part, and decelerate the rotation. There is known a method called “deceleration method” that measures the loss torque based on the torque.

特開２０１３‐１１２５１号公報JP 2013-11251 A

ところで、摩擦損失計測方法としては、基本的には、測定対象であるターボチャージャのロータ部を超高速動力計に接続して超高速回転させ、超高速動力計によりその超高速回転に要する駆動力、すなわち摩擦損失を測定していた。但しこのとき、ロータ部のタービンブレードおよびコンプレッサインペラはそのままでは空転損失を生じてしまうので、これらを外すか、それぞれダミー円板に取り替えた上で測定を行っていた。しかしながら、超高速動力計は非常に高価な装置であるため、超高速動力計を備えた測定施設は限られるという課題があった。 By the way, as a friction loss measuring method, basically, a rotor portion of a turbocharger to be measured is connected to an ultra-high-speed dynamometer and rotated at an ultra-high speed, and a driving force required for the ultra-high-speed rotation by the ultra-high-speed dynamometer is used. That is, the friction loss was measured. However, at this time, the turbine blades and the compressor impeller of the rotor portion would cause idling loss as they were, so they were removed or replaced with dummy disks before measurement. However, since the ultra-high-speed dynamometer is an extremely expensive device, there is a problem that measurement facilities equipped with the ultra-high-speed dynamometer are limited.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、超高速動力計を備えた測定施設以外においても、ターボチャージャの特に摩擦損失を簡便に測定することができる摩擦損失測定装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and even in a facility other than a measurement facility equipped with an ultra-high-speed dynamometer, a friction loss measuring apparatus and method capable of easily measuring particularly friction loss of a turbocharger. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明に係る損失測定装置は、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレードと、連結シャフトを介して前記タービンブレードに連結されて前記タービンブレードとともに回転されて前記エンジンに送り込む空気を供給するコンプレッサインペラと、前記タービンブレードを覆うタービンハウジングと、前記コンプレッサインペラを覆うコンプレッサハウジングと、を有して構成されたターボチャージャにお
いて、回転駆動中に発生する回転摩擦損失などを測定するように構成される。この損失測定装置は、前記タービンブレード、前記タービンブレードに一体に繋がった前記連結シャフト、および前記コンプレッサに代えて前記連結シャフトに一体に繋がったダミーインペラ部材から構成されるロータ部材と、前記連結シャフトを回転自在に支持して前記ロータ部材を回転自在に支持する回転支持部と、前記コンプレッサハウジングとを有し、前記タービンブレードが露出するように構成され、前記タービンブレードにエアを吹き付けて前記タービンブレードを回転させるエア供給装置と、前記タービンブレードの回転速度を検出する回転センサと、を備えて構成される。 In order to solve the above-described problems, a loss measuring device according to the present invention includes a turbine blade that receives and rotates an exhaust gas of an engine, and is connected to the turbine blade via a connection shaft and rotated with the turbine blade to rotate the engine. In a turbocharger configured to include a compressor impeller that supplies air to be supplied to the turbine, a turbine housing that covers the turbine blade, and a compressor housing that covers the compressor impeller, a rotational friction loss or the like generated during rotational driving is reduced. Configured to measure. The loss measuring device includes a rotor member including the turbine blade, the connection shaft integrally connected to the turbine blade, and a dummy impeller member integrally connected to the connection shaft in place of the compressor; A rotation support portion rotatably supporting the rotor member and rotatably supporting the rotor member, and the compressor housing, wherein the turbine blade is configured to be exposed, and air is blown to the turbine blade to form the turbine. An air supply device for rotating the blade and a rotation sensor for detecting a rotation speed of the turbine blade are provided.

上記損失測定装置において、好ましくは、前記エア供給装置の先端部に、エアの吹き付け方向を変更可能なノズル部を有し、前記ノズル部は、前記タービンブレードにエアを吹き付けさせる駆動位置と前記タービンブレードから離れた方向にエアを吹き付けさせる回避位置とに移動可能である。 In the above-described loss measuring device, preferably, a tip portion of the air supply device has a nozzle portion capable of changing an air blowing direction, and the nozzle portion has a driving position for blowing air to the turbine blade and the turbine. It is movable to an avoidance position where air is blown in a direction away from the blade.

上記損失測定装置において、好ましくは、前記回転センサの回転速度から前記ターボチャージャの回転摩擦損失を演算計測する演算装置を有する。 In the above-mentioned loss measuring device, preferably, there is provided a calculating device for calculating and measuring the rotational friction loss of the turbocharger from the rotation speed of the rotation sensor.

第２の本発明に係る損失測定装置は、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレードと、連結シャフトを介して前記タービンブレードに連結されて前記タービンブレードとともに回転されて前記エンジンに送り込む空気を供給するコンプレッサインペラと、前記タービンブレードを覆うタービンハウジングと、前記コンプレッサインペラを覆うコンプレッサハウジングと、を有して構成されたターボチャージャにおいて、前記タービンブレードの回転により生じる空転損失を主として測定するように構成される。この損失測定装置は、前記タービンブレードおよびこれに繋がった前記連結シャフトからなるタービン側回転部材と、前記タービン側回転部材を、前記連結シャフトの軸が上下に向く状態で回転自在に支持する支持装置と、前記タービンブレードにエアを吹き付けて前記支持装置により支持された前記タービンブレードを回転させるエア供給装置と、前記タービンブレードの回転速度を検出する回転センサと、を備えて構成される。 A loss measuring device according to a second aspect of the present invention includes a turbine blade that receives and rotates an exhaust gas of an engine, and an air that is connected to the turbine blade via a connection shaft, is rotated together with the turbine blade, and is sent to the engine. In a turbocharger configured to include a compressor impeller to be supplied, a turbine housing covering the turbine blade, and a compressor housing covering the compressor impeller, an idling loss caused by rotation of the turbine blade is mainly measured. Be composed. The loss measuring device includes a turbine-side rotating member including the turbine blade and the connecting shaft connected to the turbine blade, and a supporting device that rotatably supports the turbine-side rotating member in a state where the axis of the connecting shaft is vertically oriented. An air supply device configured to blow air to the turbine blade to rotate the turbine blade supported by the support device, and a rotation sensor configured to detect a rotation speed of the turbine blade.

上記損失測定装置において、好ましくは、前記支持装置が前記連結シャフトの上端および下端を針状部材で支持する構造である。 In the above-described loss measuring device, preferably, the supporting device has a structure in which an upper end and a lower end of the connection shaft are supported by needle-like members.

上記損失測定装置において、好ましくは、前記エア供給装置は、前記タービンブレードにエアを吹き付けるようにガイドするノズル部を有し、前記ノズル部は、前記タービンブレードにエアを吹き付けさせる駆動位置と前記タービンブレードから離れた方向にエアを吹き付けさせる回避位置とに移動可能である。 In the above-described loss measuring device, preferably, the air supply device has a nozzle portion that guides the turbine blade to blow air, the nozzle portion includes a driving position that blows air to the turbine blade, and the turbine. It is movable to an avoidance position where air is blown in a direction away from the blade.

次に本発明に係る損失測定方法は、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレードと、連結シャフトを介して前記タービンブレードに連結されて前記タービンブレードとともに回転されて前記エンジンに送り込む空気を供給するコンプレッサインペラと、を有して構成されたターボチャージャにおいて、回転駆動中に発生する回転摩擦損失などを測定する損失測定方法である。この損失測定方法においては、前記タービンブレードと、前記タービンブレードに一体に繋がった前記連結シャフトと、前記コンプレッサに代えて前記連結シャフトに一体に繋がったダミーインペラ部材とから構成されるロータ部材を、前記タービンブレードを露出させた状態で回転自在に支持し、露出した前記タービンブレードにエアを吹き付けて前記ロータ部材を高速回転させた後に、前記エアの吹き付けを解除して前記ロータ部材を自由回転状態とし、自由回転状態となって減速する前記ロータ部材の回転速度（ω）を検出し、検出した前記ロータ部材の回転速度（ω）の変化率（dω/dt）を算出し、前記ロータ部材の回転慣性モーメント（Ｉ_１）および前記変化率（dω/dt）から回転駆動中に発生する回転摩擦損失トルクを求める。 Next, the loss measuring method according to the present invention includes the steps of: supplying a turbine blade that rotates upon receiving exhaust gas from an engine, and air that is connected to the turbine blade via a connection shaft, is rotated together with the turbine blade, and is sent to the engine. This is a loss measuring method for measuring a rotational friction loss or the like generated during rotational driving in a turbocharger configured to include a compressor impeller. In this loss measuring method, a rotor member including the turbine blade, the connection shaft integrally connected to the turbine blade, and a dummy impeller member integrally connected to the connection shaft in place of the compressor, After the turbine blade is rotatably supported in an exposed state, air is blown to the exposed turbine blade to rotate the rotor member at a high speed, and then the blowing of the air is released to rotate the rotor member in a free rotation state. The rotational speed (ω) of the rotor member that is decelerated in the free rotation state is detected, and the rate of change (dω / dt) of the detected rotational speed (ω) of the rotor member is calculated. From the rotational moment of inertia (I ₁ ) and the rate of change (dω / dt), a rotational friction loss torque generated during rotational driving is determined.

第２の本発明に係る損失測定方法は、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレードと、連結シャフトを介して前記タービンブレードに連結されて前記タービンブレードとともに回転されて前記エンジンに送り込む空気を供給するコンプレッサインペラと、を有して構成されたターボチャージャにおいて、前記タービンブレードの回転により生じる空転損失を主として測定する損失測定方法である。そしてこの損失測定方法においては、前記タービンブレードおよびこれに繋がった前記連結シャフトからなるタービン側回転部材を、前記連結シャフトの軸が上下に向く状態で回転自在に支持し、前記タービンブレードにエアを吹き付けて前記タービン側回転部材を高速回転させた後に、前記エアの吹き付けを解除して前記タービン側回転部材を自由回転状態とし、自由回転状態となって減速する前記タービン側回転部材の回転速度（ω）を検出し、検出した前記タービン側回転部材の回転速度（ω）の変化率（dω/dt）を算出し、前記タービン側回転部材の回転慣性モーメント（Ｉ_２）および前記変化率（dω/dt）から前記タービンブレードの回転により生じる空転損失トルクを主として測定する。 A loss measuring method according to a second aspect of the present invention includes a turbine blade that receives and rotates an exhaust gas of an engine, and an air that is connected to the turbine blade via a connection shaft, is rotated together with the turbine blade, and is sent to the engine. In a turbocharger configured to include a compressor impeller to be supplied, the loss measurement method mainly measures an idling loss caused by rotation of the turbine blade. In this loss measuring method, a turbine-side rotating member including the turbine blade and the connection shaft connected to the turbine blade is rotatably supported with the axis of the connection shaft facing up and down, and air is supplied to the turbine blade. After spraying and rotating the turbine-side rotating member at a high speed, the blowing of the air is released to bring the turbine-side rotating member into a free rotation state, and the rotation speed of the turbine-side rotating member is reduced to a free rotation state ( ω), and calculates the rate of change (dω / dt) of the detected rotational speed (ω) of the turbine-side rotating member, and calculates the rotational inertia moment (I ₂ ) of the turbine-side rotating member and the rate of change (dω). / dt) mainly measures the idling loss torque caused by the rotation of the turbine blade.

第３の本発明に係る損失測定装置は、第１の本発明に係る損失測定方法により測定された前記回転摩擦損失トルクから、第２の本発明に係る損失測定方法により測定された前記空転損失トルクを減算し、前記ターボチャージャにおいて前記連結シャフトを介して作用する回転摩擦トルクを演算するように構成される。 The loss measuring device according to a third aspect of the present invention is configured to convert the rotational friction loss torque measured by the loss measuring method according to the first aspect of the present invention to the idling loss measured by a loss measuring method according to a second aspect of the present invention. It is configured to subtract a torque and calculate a rotational friction torque acting on the turbocharger via the connection shaft.

本発明に係るターボチャージャの摩擦損失測定装置および方法によれば、ターボチャージャの回転摩擦損失を、簡便に再現性良く且つ正確に計測することができる。さらに、潤滑油量、油温、スラスト力などの影響を加味して、回転摩擦損失を測定し評価することができる。ダミーインペラ部材を用いてコンプレッサインペラの空転損失の影響を除去し、さらに、第２の本発明に係る装置を用いてタービンブレードの空転損失を測定してこれを除去することにより、真の回転摩擦損失を分離して定量化して正確に測定することができる。このようにして求まる回転摩擦損失は、摩擦出力ではなく摩擦トルクで表せば、ターボチャージャの回転速度に対して線形になるので、本発明により測定できる回転摩擦損失の回転域を超えた超高速回転域での回転摩擦損失も正確に推算することができる。すなわち、例えば安全性に配慮して超高速回転での測定を避けつつこの超高速回転領域での推算測定が可能となる。 According to the turbocharger friction loss measuring apparatus and method according to the present invention, the rotational friction loss of the turbocharger can be measured simply, with good reproducibility, and accurately. Further, the rotational friction loss can be measured and evaluated in consideration of the influence of the lubricating oil amount, the oil temperature, the thrust force, and the like. By using a dummy impeller member to eliminate the effect of the compressor impeller's idling loss, and by measuring and removing the turbine blade's idling loss using the device according to the second aspect of the present invention, the true rotational friction can be reduced. Losses can be separated and quantified and accurately measured. The rotational friction loss obtained in this manner is linear with respect to the rotational speed of the turbocharger if expressed in friction torque instead of frictional output. The rotational friction loss in the region can also be accurately estimated. That is, for example, it is possible to perform an estimated measurement in this ultra-high-speed rotation region while avoiding measurement at an ultra-high-speed rotation in consideration of safety.

本発明の測定対象となるターボチャージャの構成を示す概略側面断面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view showing a configuration of a turbocharger to be measured according to the present invention. 本発明に係る損失測定装置の構成を示す概略側面断面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view showing a configuration of a loss measuring device according to the present invention. この損失測定装置の一部の構成を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a configuration of a part of the loss measuring device. 上記損失測定装置においてロータ部を回転させて減速させるときの経過時間とロータ部の回転速度との関係を示すグラフである。5 is a graph showing a relationship between an elapsed time when the rotor is rotated and decelerated in the loss measuring device, and a rotation speed of the rotor. 図４の関係から求めたロータ部の回転速度と見かけの摩擦トルクとの関係を示すグラフである。5 is a graph showing a relationship between a rotational speed of a rotor unit and an apparent friction torque obtained from the relationship in FIG. 4. 潤滑オイルの供給量を変化させたときのロータ部の回転速度と見かけの摩擦トルクとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a rotational speed of a rotor unit and an apparent friction torque when a supply amount of lubricating oil is changed. 図６に示す関係において、潤滑オイル量を０．８９Ｌ／ｍｉｎ．としたケースＡの摩擦トルクを示す曲線を二次曲線近似して求めた空転損失抵抗と回転摩擦抵抗とに分けて示すグラフである。In the relationship shown in FIG. 6, the lubricating oil amount is set to 0.89 L / min. FIG. 9 is a graph showing the friction torque of Case A divided into a slip loss resistance and a rotational friction resistance obtained by quadratic curve approximation. 図６に示す関係において、潤滑オイル量を１．１０Ｌ／ｍｉｎ．としたケースＢの摩擦トルクを示す曲線を二次曲線近似して求めた空転損失抵抗と回転摩擦抵抗とに分けて示すグラフである。In the relationship shown in FIG. 6, the lubricating oil amount is 1.10 L / min. FIG. 10 is a graph showing the friction torque of Case B as a quadratic curve approximated to a slip loss resistance and a rotational friction resistance. 図６に示す関係において、潤滑オイル量を１．２６Ｌ／ｍｉｎ．としたケースＣの摩擦トルクを示す曲線を二次曲線近似して求めた空転損失抵抗と回転摩擦抵抗とに分けて示すグラフである。In the relationship shown in FIG. 6, the lubricating oil amount is 1.26 L / min. FIG. 10 is a graph showing the friction torque of Case C divided into an idling loss resistance and a rotational friction resistance obtained by quadratic curve approximation. タービンブレードによる空転損失を主として測定する損失測定装置の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing composition of a loss measuring device which mainly measures idling loss by a turbine blade. 図１０の損失測定装置により測定した摩擦損失トルクと、この特性を二次曲線近似して求めた空転損失および機械的な摩擦損失と回転速度との関係を示すグラフである。11 is a graph showing the relationship between the friction loss torque measured by the loss measuring device of FIG. 10, the idling loss and mechanical friction loss obtained by approximating this characteristic with a quadratic curve, and the rotation speed. 図６の見かけの摩擦トルクでの比較を真の摩擦トルクでの比較に補正したグラフである。7 is a graph in which the comparison with the apparent friction torque in FIG. 6 is corrected to the comparison with the true friction torque. 潤滑油温を変えて図２と図１０に示す損失測定装置により測定した真の（摩擦損失だけの）摩擦損失トルクと回転速度との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a relationship between a true friction loss torque (only friction loss) and a rotation speed measured by the loss measuring device shown in FIGS. 2 and 10 while changing the lubricating oil temperature. 図２と図１０に示す損失測定装置においてロータ部に図２における右から左方向に作用させるスラスト力を変えて測定した真の（摩擦損失だけの）摩擦損失トルクと回転速度との関係を示すグラフである。2 shows the relationship between the true (only friction loss) friction loss torque and the rotational speed measured by changing the thrust force acting on the rotor section from right to left in FIG. 2 in the loss measuring device shown in FIGS. It is a graph. 図２と図１０に示す損失測定装置においてロータ部に図２における左から右方向に作用させるスラスト力を変えて測定した真の（摩擦損失だけの）摩擦損失トルクと回転速度との関係を示すグラフである。2 shows the relationship between the true (loss only) friction loss torque and the rotational speed measured by changing the thrust force acting on the rotor portion from left to right in FIG. 2 in the loss measuring device shown in FIGS. It is a graph.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、図１を参照しながら、本発明により摩擦損失を測定する対象となるターボチャージャＴＣの概略構成について説明する。ターボチャージャＴＣは、エンジンの排気ガスを受けて回転するタービンブレード（羽根部）１０と、タービンブレード１０に繋がってタービンブレード１０の回転を伝達するための連結シャフト２０と、連結シャフト２０を介してタービンブレード１０と連結され、タービンブレード１０と一体回転してエンジンに送り込む空気を圧縮するコンプレッサインペラ４０と、タービンブレード１０を覆うタービンハウジング１５と、連結シャフト２０を回転自在に支持するベアリング３０と、コンプレッサインペラ４０を覆うコンプレッサハウジング４５と、ベアリング３０に潤滑オイルを供給するオイル供給装置５０と、を有している。なお、図示していないが、ベアリング３０を指示するベアリングハウジングが構成され、それにタービンハウジング１５およびコンプレッサハウジング４５が一体に連結されてターボチャージャＴＣが構成される。ターボチャージャＴＣにおいては、エンジンの排気ガスを受けてタービンブレード１０が回転駆動され、タービンブレード１０とともに連結シャフト２０およびコンプレッサインペラ４０（すなわち、ロータ部）が一体に高速回転（例えば200,000〜250,000［rpm］）され、コンプレッ
サインペラ４０により外気を取り込んで圧縮し、圧縮した空気をエンジンの燃焼室に供給するように構成されている。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a schematic configuration of a turbocharger TC for which a friction loss is measured according to the present invention will be described with reference to FIG. The turbocharger TC includes a turbine blade (blade portion) 10 that rotates by receiving exhaust gas from the engine, a connection shaft 20 that is connected to the turbine blade 10 and transmits the rotation of the turbine blade 10, and a connection shaft 20. A compressor impeller 40 that is connected to the turbine blade 10 and compresses air that is integrally rotated with the turbine blade 10 and sent to the engine; a turbine housing 15 that covers the turbine blade 10; a bearing 30 that rotatably supports the connection shaft 20; The compressor includes a compressor housing 45 that covers the compressor impeller 40 and an oil supply device 50 that supplies lubricating oil to the bearing 30. Although not shown, a bearing housing indicating the bearing 30 is formed, and the turbine housing 15 and the compressor housing 45 are integrally connected to each other to form a turbocharger TC. In the turbocharger TC, the turbine blade 10 is rotationally driven by receiving the exhaust gas of the engine, and the connection shaft 20 and the compressor impeller 40 (that is, the rotor unit) rotate at a high speed integrally with the turbine blade 10 (for example, 200,000 to 250,000 [rpm]). ]), The outside air is taken in and compressed by the compressor impeller 40, and the compressed air is supplied to the combustion chamber of the engine.

本発明は、このような構成のターボチャージャＴＣでのエネルギー損失（特に摩擦損失）を測定することを目的としており、その測定装置の概略構成を図２に示している。この損失測定装置は、図１に示したターボチャージャＴＣを以下のように改造して作られている。まず、ターボチャージャハウジングからタービンハウジング１５を取り外し、さらにコンプレッサインペラ４０も取り外している。そして、取り外したコンプレッサインペラ４０の慣性モーメントと同一の慣性モーメントを有した円盤状部材からなるダミーインペラ部材４１を、コンプレッサインペラ４０に代えて連結シャフト２０に取り付けている。ダミーインペラ部材４１は円盤状であり、この回転により発生する空転損失が略ゼロとなるようになっている。なお、ダミーインペラ部材４１は慣性モーメントが判明していれば良いので、取り外したコンプレッサインペラ４０の慣性モーメントと同一の慣性モーメントと同一の慣性モーメントを有するものでなくても良い。さらに、ベアリング３０に潤滑オイルを供給するオイル供給装置５０を、供給油量を制御可能として設けている。なお、
以下においては、タービンブレード１０、連結シャフト２０およびダミーインペラ部材４１から構成される一体回転する部分をロータ部５と称して説明する。 An object of the present invention is to measure the energy loss (particularly friction loss) in the turbocharger TC having such a configuration, and FIG. 2 shows a schematic configuration of the measuring device. This loss measuring device is made by modifying the turbocharger TC shown in FIG. 1 as follows. First, the turbine housing 15 is removed from the turbocharger housing, and the compressor impeller 40 is also removed. Then, a dummy impeller member 41 made of a disk-shaped member having the same moment of inertia as the removed compressor impeller 40 is attached to the connecting shaft 20 instead of the compressor impeller 40. The dummy impeller member 41 has a disk shape, and the idling loss generated by this rotation becomes substantially zero. Since the dummy impeller member 41 only needs to know the moment of inertia, the dummy impeller member 41 does not have to have the same moment of inertia as the moment of inertia of the removed compressor impeller 40. Further, an oil supply device 50 for supplying lubricating oil to the bearing 30 is provided so that the amount of supplied oil can be controlled. In addition,
In the following, the integrally rotating part including the turbine blade 10, the connecting shaft 20, and the dummy impeller member 41 will be referred to as a rotor part 5 and described.

図１に示した実際のターボチャージャＴＣではエンジンの排気ガスを受けてタービンブレード１０が回転するが、図２および図３に示すように、この損失測定装置では、タービンブレード１０にエアを吹き付けてタービンブレード１０（ロータ部５）を高速回転させるように構成している。このため、この損失測定装置は、エアを供給する第１エア供給装置６０と、図３に示すように、第１エア供給装置６０からのエアを導くタービン回転用エア供給路６１とを有している。さらに、タービン回転用エア供給路６１の先端側に、第１エア供給装置６０から供給されるエアを（タービンハウジング１５が取り外されて露出した状態の）タービンブレード１０に吹き付けるためのノズル部６２を設けている。この装置においては、第１エア供給装置６０から供給されるエアをノズル部６２からタービンブレード１０に吹き付けてタービンブレード１０を100,000［rpm］程度の回転速度まで回転させることが可能な構成としている。 In the actual turbocharger TC shown in FIG. 1, the turbine blade 10 rotates in response to the exhaust gas of the engine, but as shown in FIGS. 2 and 3, in this loss measuring device, air is blown to the turbine blade 10. The turbine blade 10 (rotor unit 5) is configured to rotate at high speed. For this reason, the loss measuring device has a first air supply device 60 for supplying air and, as shown in FIG. 3, a turbine rotation air supply passage 61 for guiding the air from the first air supply device 60. ing. Further, a nozzle portion 62 for blowing air supplied from the first air supply device 60 to the turbine blade 10 (in a state where the turbine housing 15 is removed and exposed) is provided at a tip end side of the turbine rotation air supply passage 61. Provided. In this device, the air supplied from the first air supply device 60 is blown from the nozzle portion 62 to the turbine blade 10 to rotate the turbine blade 10 to a rotation speed of about 100,000 [rpm].

このノズル部６２は、図３に示すように、タービン回転用エア供給路６１の先端部に回転自在に取り付けられており、タービンブレード１０にエアを吹き付ける駆動位置（図３において実線で示す位置）と、タービンブレード１０から離れた方向を向く回避位置（図３において破線で示す位置）とに回転移動可能となっている。さらに、ノズル部６２を駆動位置から回避位置に回転させる方向に付勢力を加えるコイルバネ６３と、ノズル部６２を駆動位置に係止保持する係止手段（図示せず）が設けられている。係止手段によるノズル部６２の係止保持は解除可能であり、この解除により、ノズル部６２を駆動位置から回避位置に瞬時に回転移動させることができるようになっている。 As shown in FIG. 3, the nozzle portion 62 is rotatably attached to the tip of the turbine rotation air supply path 61, and is a driving position for blowing air to the turbine blade 10 (a position indicated by a solid line in FIG. 3). And an avoidance position (a position shown by a broken line in FIG. 3) facing away from the turbine blade 10. Further, there are provided a coil spring 63 for applying a biasing force in a direction for rotating the nozzle portion 62 from the driving position to the avoidance position, and a locking means (not shown) for locking and holding the nozzle portion 62 at the driving position. The holding of the nozzle portion 62 by the locking means can be released, and by this release, the nozzle portion 62 can be instantaneously rotated and moved from the drive position to the avoidance position.

損失測定装置はさらに、タービンブレード１０（ロータ部５）の回転を検出する回転センサ７０と、コンプレッサハウジング４５内にスラスト力調整用エアを供給する第２エア供給装置８０を有している。第２エア供給装置８０は、コンプレッサハウジング４５におけるエア入口ポート４６に繋がる入口用エア供給路８１と、エア出口ポート４７に繋がる出口用エア供給路８２とを有し、入口用エア供給路８１および出口用エア供給路８２を介してコンプレッサハウジング４５内にスラスト力調整用エアを供給排出する制御を行う。これによりコンプレッサハウジング４５内の円盤状ダミーインペラ部材４１を左方向あるいは右方向に押して、連結シャフト２０に対して実際に作用するスラスト力と同じスラスト力を作用させるようにしている。この装置はさらに、オイル供給装置５０、第１および第２エア供給装置６０，８０の作動制御、並びに回転センサ７０からの検出値を受けてデータ解析処理を行うコントローラ９０を有している。 The loss measuring device further includes a rotation sensor 70 for detecting rotation of the turbine blade 10 (rotor unit 5), and a second air supply device 80 for supplying thrust force adjusting air into the compressor housing 45. The second air supply device 80 has an inlet air supply passage 81 connected to the air inlet port 46 of the compressor housing 45, and an outlet air supply passage 82 connected to the air outlet port 47. Control is performed to supply and discharge thrust force adjusting air into the compressor housing 45 through the outlet air supply path 82. As a result, the disc-shaped dummy impeller member 41 in the compressor housing 45 is pushed leftward or rightward so that the same thrust force as that actually acting on the connection shaft 20 is applied. The apparatus further includes a controller 90 that controls the operation of the oil supply device 50, the first and second air supply devices 60 and 80, and performs a data analysis process in response to a detection value from the rotation sensor 70.

回転センサ７０は、タービンブレード１０の回転速度を検出し、検出した回転速度に対応する検出信号をコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、演算処理を行うＣＰＵ９１と、ターボチャージャＴＣの仕様情報等を記憶するメモリ９２とを有している。ＣＰＵ９１は、回転センサ７０により検出されたタービンブレード１０の回転速度をロータ部５の角速度に換算する。ＣＰＵ９１は、さらに、後述するように、ロータ部５の角速度に基づいて角減速度を算出し、その角減速度に基づいて損失トルクを算出する。メモリ９２には、ロータ部５の慣性モーメント等が記憶されている。なお、このようにコントローラ９０による統合制御を行なわず、各制御およびデータ解析処理をそれぞれ別個に行う構成であっても良い。 The rotation sensor 70 detects the rotation speed of the turbine blade 10 and outputs a detection signal corresponding to the detected rotation speed to the controller 90. The controller 90 has a CPU 91 that performs arithmetic processing, and a memory 92 that stores specification information and the like of the turbocharger TC. The CPU 91 converts the rotation speed of the turbine blade 10 detected by the rotation sensor 70 into an angular speed of the rotor unit 5. The CPU 91 further calculates an angular deceleration based on the angular velocity of the rotor unit 5 and calculates a torque loss based on the angular deceleration, as described later. The memory 92 stores the moment of inertia of the rotor unit 5 and the like. Note that a configuration in which the integrated control by the controller 90 is not performed and each control and data analysis processing are performed separately may be employed.

以上のように構成された本発明に係る損失測定装置を用いた摩擦損失の測定について説明する。ここで、図１に示した実際のターボチャージャＴＣでは、コンプレッサインペラ４０がタービンブレード１０および連結シャフト２０とともに高速回転して空気を圧縮する仕事を行うので、その分のエネルギー損失（空転損失）が生じる。しかし、図２に示す
本発明に係る損失測定装置においては、コンプレッサインペラ４０に替えて、円盤状のダミーインペラ部材４１を用いている。このため、コンプレッサインペラ４０による空転損失を除去して摩擦損失測定を行うことができる。さらに、第２エア供給装置８０により、入口用エア供給路８１および出口用エア供給路８２を介してエアを供給し、コンプレッサハウジング４５内の円盤状ダミーインペラ部材４１を左方向あるいは右方向に押して、連結シャフト２０に実際に作用するスラスト力と同じスラスト力を作用させるようにしている。この結果、この損失測定装置においては、コンプレッサインペラ４０の回転による空転損失を除去しつつ、実際と同じスラスト力を加えながら減速度の検知により摩擦損失を正しく簡便に計測することができる。 Measurement of friction loss using the loss measuring device according to the present invention configured as described above will be described. Here, in the actual turbocharger TC shown in FIG. 1, the compressor impeller 40 performs high-speed rotation with the turbine blade 10 and the connection shaft 20 to perform the work of compressing the air, so that the energy loss (idling loss) corresponding thereto is reduced. Occurs. However, in the loss measuring device according to the present invention shown in FIG. 2, a disk-shaped dummy impeller member 41 is used instead of the compressor impeller 40. For this reason, the friction loss can be measured by removing the idling loss caused by the compressor impeller 40. Further, the second air supply device 80 supplies air through an inlet air supply passage 81 and an outlet air supply passage 82 to push the disc-shaped dummy impeller member 41 in the compressor housing 45 leftward or rightward. The same thrust force as that actually acting on the connecting shaft 20 is applied. As a result, in this loss measuring device, the friction loss can be accurately and simply measured by detecting the deceleration while applying the same thrust force as in the actual case while removing the idling loss due to the rotation of the compressor impeller 40.

この損失測定装置により損失トルクを測定するには、まず、ノズル部６２を駆動位置に係止保持した状態で、第１エア供給装置６０によりタービンブレード１０にエアを吹き付けて、タービンブレード１０（さらにこれに一体に繋がった連結シャフト２０およびダミーインペラ部材４１から構成されるロータ部５）を所定高速域（例えば70,000〜80,000[rpm]）で回転させる。その状態から、ノズル部６２の係止を解除してコイルバネ６３の付
勢力によりノズル部６２を回避位置に瞬時に回転移動させる。これによりノズル部６２からタービンブレード１０へのエアの吹き付けが瞬時になくなり、ロータ部５の回転駆動力がなくなる。このため、その後は、タービンブレード１０の空転抵抗と連結シャフト２０の回転に対する摩擦抵抗（ベアリング３０の回転抵抗）を受けてロータ部５の回転が、図４に示すように徐々に減速する。なお、図４は、このようにしてロータ部５の回転が減速されたときにおける経過時間ｔ［sec］とロータ部５の回転速度Ｎｔ［rpm］との関係を示すグラフである。図４から分かるように、ノズル部６２からのエア吹きつけを受けてタービンブレード１０（ロータ部５）の回転が約75,000［rpm］で回転されている状態から、
時間０．８(sec.)においてノズル部６２が回避位置に移動し、時間の経過とともに回転が低下している。 To measure the loss torque by this loss measuring device, first, while the nozzle portion 62 is locked and held at the driving position, air is blown to the turbine blade 10 by the first air supply device 60, and the turbine blade 10 (further, The rotor section 5) composed of the connection shaft 20 and the dummy impeller member 41 integrally connected thereto is rotated in a predetermined high speed range (for example, 70,000 to 80,000 [rpm]). In this state, the locking of the nozzle portion 62 is released, and the nozzle portion 62 is instantaneously rotated and moved to the avoidance position by the urging force of the coil spring 63. Thus, the blowing of air from the nozzle portion 62 to the turbine blade 10 is instantaneously stopped, and the rotational driving force of the rotor portion 5 is lost. Therefore, thereafter, the rotation of the rotor unit 5 is gradually reduced as shown in FIG. 4 by receiving the idling resistance of the turbine blade 10 and the frictional resistance against the rotation of the connecting shaft 20 (the rotational resistance of the bearing 30). FIG. 4 is a graph showing the relationship between the elapsed time t [sec] and the rotation speed Nt [rpm] of the rotor unit 5 when the rotation of the rotor unit 5 is decelerated in this way. As can be seen from FIG. 4, the state where the rotation of the turbine blade 10 (rotor part 5) is rotated at about 75,000 [rpm] by receiving the air blowing from the nozzle part 62,
At time 0.8 (sec.), The nozzle portion 62 moves to the avoidance position, and the rotation decreases with time.

このようにしてロータ部５の回転速度（角速度ω）が減速するときに、その減速の原因になっている抵抗トルク（フリクショントルク）Ｔｆは、ロータ部５の角減速度dω/dtに対して、ロータ部５の慣性モーメントをＩ_１とすると、下記式（１）で表わすことができる。なお、ロータ部５の慣性モーメントＩ_１は予め計測してコントローラ９０のメモリ９２に記憶されている。 When the rotation speed (angular speed ω) of the rotor unit 5 is reduced in this manner, the resistance torque (friction torque) Tf causing the deceleration is smaller than the angular deceleration dω / dt of the rotor unit 5. , the moment of inertia of the rotor 5 when the I _1, can be represented by the following formula (1). Incidentally, the moment of inertia I ₁ of the rotor 5 is stored in the memory 92 of the controller 90 in advance measured.

Ｔf ＝Ｉ_１ × dω/dt ・・・（１） Tf = I ₁ × dω / dt (1)

ロータ部５の角速度ω（すなわち、回転速度）は、タービンブレード１０の回転を検出する回転センサ７０により検出され、検出された角速度ωを微分してロータ部５の角減速度dω/dtを算出できる。図４のグラフにおいて、徐々に減速されるロータ部５の角速度ωの変化を示す曲線に対し、例えば、所定時間１．４(sec.)における接線を引くと、その接線の傾きがこの所定時間での回転速度（角速度）における角減速度dω/dtである。このようにして、角減速度dω/dtが求まると、上記式（１）より、この所定時間における抵抗トルクＴｆを算出することができる。この計算を、図４のグラフにおける回転速度のそれぞれに対して行えば、図５に示すように、各回転速度Ｎｔにおける抵抗トルクＴf（これを
見かけの摩擦トルクＴｆと称する）を求めることができる。以上説明したように、ターボチャージャにおける抵抗トルクすなわち見かけの摩擦トルクＴｆを、図２に示す簡易な測定装置により測定できることが分かる。 The angular speed ω (that is, the rotational speed) of the rotor unit 5 is detected by a rotation sensor 70 that detects the rotation of the turbine blade 10, and the detected angular speed ω is differentiated to calculate the angular deceleration dω / dt of the rotor unit 5. it can. In the graph of FIG. 4, for example, when a tangent line at a predetermined time of 1.4 (sec.) Is drawn with respect to a curve indicating a change in the angular velocity ω of the rotor unit 5 that is gradually decelerated, the inclination of the tangent line becomes Is the angular deceleration dω / dt at the rotational speed (angular speed) at. When the angular deceleration dω / dt is obtained in this manner, the resistance torque Tf in the predetermined time can be calculated from the above equation (1). If this calculation is performed for each of the rotation speeds in the graph of FIG. 4, as shown in FIG. 5, a resistance torque Tf (referred to as an apparent friction torque Tf) at each rotation speed Nt can be obtained. . As described above, it can be seen that the resistance torque in the turbocharger, that is, the apparent friction torque Tf can be measured by the simple measuring device shown in FIG.

見かけの摩擦トルクＴｆは、ベアリング３０への潤滑オイルの供給量Ｑが変化するとその影響が出ると考えられる。そこで、オイル供給装置５０によるベアリング３０への潤滑オイルの供給量Ｑを変化させて上記と同様な測定を行った。その結果を図６に示している。図６は、オイル供給装置５０によるベアリング３０への潤滑オイルの供給量Ｑを、 0.8
9 L/min.とした場合（ケースＡ）、 1.10 L/min.とした場合（ケースＢ）、1.26 L/min.
とした場合（ケースＣ）での回転速度Ｎtと見かけの摩擦トルクＴｆとの関係のグラフで
ある。この図から分かるように、潤滑オイル量が増えると見かけの摩擦トルクＴｆは若干大きくなる傾向がある。 It is considered that the apparent friction torque Tf has an effect when the supply amount Q of the lubricating oil to the bearing 30 changes. Therefore, the same measurement as described above was performed by changing the supply amount Q of the lubricating oil to the bearing 30 by the oil supply device 50. The result is shown in FIG. FIG. 6 shows that the supply amount Q of the lubricating oil to the bearing 30 by the oil supply device 50 is 0.8
At 9 L / min. (Case A), 1.10 L / min. (Case B), 1.26 L / min.
10 is a graph showing the relationship between the rotational speed Nt and the apparent friction torque Tf in the case (case C). As can be seen from this figure, the apparent friction torque Tf tends to increase slightly as the amount of lubricating oil increases.

以上説明したように、図２に示すような簡易な構成の摩擦抵抗測定装置を用いれば、比較的容易且つ簡単にターボチャージャの抵抗トルクを計測できる。なお、この測定装置では、安全面の配慮から、ターボチャージャの回転速度を約１０万rpm以下に抑えている。
後述するように、計測に危険性が生じるおそれのある実際の超高速回転速度での摩擦損失も、本計測方法であれば正確に推測可能であることも理由にある。 As described above, the resistance torque of the turbocharger can be measured relatively easily and easily by using the frictional resistance measuring device having a simple configuration as shown in FIG. In this measuring device, the rotation speed of the turbocharger is suppressed to about 100,000 rpm or less from the viewpoint of safety.
As will be described later, the friction loss at the actual ultra-high rotation speed at which there is a risk that the measurement may be dangerous can be accurately estimated by the present measurement method.

ところで、このように求められた見かけの摩擦トルクＴｆは、上述したようにダミーインペラ部材４１を用いることによりコンプレッサインペラ４０の空転損失は取り除かれている（含まれていない）が、タービンブレード１０は計測中でも回転しているので、タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを含んでいる。すなわち、見かけの摩擦トルクＴｆは、求めている連結シャフト２０の回転摩擦トルクＴｆｍだけではなく、タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａも加算されている。しかしながら、ターボチャージャのエネルギー損失の測定評価（特に、摩擦抵抗の測定）を行うためには、連結シャフト２０の回転摩擦抵抗Ｔｆｍだけを求めることが必要である。 By the way, the apparent friction torque Tf thus obtained is such that the idling loss of the compressor impeller 40 is eliminated (not included) by using the dummy impeller member 41 as described above, but the turbine blade 10 Since the turbine blade 10 rotates during the measurement, it includes the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10. That is, the apparent friction torque Tf includes not only the required rotational friction torque Tfm of the connection shaft 20 but also the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10. However, in order to measure and evaluate the energy loss of the turbocharger (in particular, to measure the frictional resistance), it is necessary to determine only the rotational frictional resistance Tfm of the connecting shaft 20.

ここで、タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａは回転速度Ｎｔの二乗に比例し、回転摩擦トルクＴｆｍは回転速度Ｎｔに比例するため、図５もしくは図６に示す回転速度Ｎｔに対する見かけの摩擦トルクＴｆは二次曲線として下記の式（２）で表すことができる。 Here, the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10 is proportional to the square of the rotational speed Nt, and the rotational friction torque Tfm is proportional to the rotational speed Nt. Therefore, the apparent friction torque Tf with respect to the rotational speed Nt shown in FIG. Can be expressed by the following equation (2) as a quadratic curve.

Ｔｆ＝ａ・Ｎｔ^２＋ｂ・Ｎｔ＋ｃ・・・（２）
但し、ａ、ｂ、ｃは定数 Tf = a · Nt ² + b · Nt + c (2)
Where a, b and c are constants

上記式（２）における二次項「ａ・Ｎｔ^２」がタービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａに対応し、一次項「ｂ・Ｎｔ＋ｃ」が連結シャフト２０の回転摩擦トルクＴｆｍに対応する。そこで、図６に示す三つの曲線（潤滑オイルの供給量Ｑを変えて得られる、ケースＡ、Ｂ、Ｃに対応する曲線）を二次曲線近似して上記式（２）を求めることができる。そして、その二次項「ａ・Ｎｔ^２」から回転速度Ｎｔに対応する空転損失トルクＴｆａが求まる。一次項「ｂ・Ｎｔ＋ｃ」から回転速度Ｎｔに対応する回転摩擦トルクＴｆｍが求まる。その結果を図７、図８、図９に示す。なお、これらの図において空転損失トルクＴｆａを Aerodynamic Tf として表し、回転摩擦トルクＴｆｍを Mechanical Tf として
表している。これらの図から分かるように、空転損失トルクＴｆａが、ケースＡ（図７）で最も大きく、ケースＢ（図８）からケースＣ（図９）と小さくなる。ケースＡ〜Ｃは潤滑油量を変化させときの値であり、空転損失トルクＴｆａは同一となるべきものである。このことから、式（２）を用いただけではタービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａと連結シャフト２０の回転摩擦トルクＴｆｍとを見かけの摩擦トルクＴｆから、正確に測定して判別することは不可能であることが分かる。 The secondary term “a · Nt ² ” in the above equation (2) corresponds to the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10, and the primary term “b · Nt + c” corresponds to the rotational friction torque Tfm of the connecting shaft 20. Therefore, the above equation (2) can be obtained by quadratic approximation of the three curves shown in FIG. 6 (curves corresponding to cases A, B, and C obtained by changing the supply amount Q of the lubricating oil). . Then, the idling loss torque Tfa corresponding to the rotation speed Nt is obtained from the quadratic term “a · Nt ² ”. The rotational friction torque Tfm corresponding to the rotational speed Nt is obtained from the primary term “b · Nt + c”. The results are shown in FIGS. 7, 8, and 9. In these figures, the idling loss torque Tfa is represented as Aerodynamic Tf, and the rotational friction torque Tfm is represented as Mechanical Tf. As can be seen from these figures, the idling loss torque Tfa is the largest in case A (FIG. 7) and decreases from case B (FIG. 8) to case C (FIG. 9). Cases A to C are values when the amount of lubricating oil is changed, and the idling loss torque Tfa should be the same. From this, it is impossible to accurately measure and determine the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10 and the rotational friction torque Tfm of the connecting shaft 20 from the apparent friction torque Tf using only the equation (2). You can see that there is.

そこで、本発明では、最も正確で安定した方法として、図１０に示す損失測定装置を作成し、タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを実測する。この損失測定装置は、図１０に示すように、タービンブレード１０を連結シャフト２０に取り付けただけの部材（コンプレッサインペラ４０もダミーインペラ部材４１も用いない部材であり、これをタービン側回転部材とも称する。ダミーインペラ４１は装着することが本来の形態であるが、その寄与は小さく計測結果に影響しないので、ここでは安全も考慮し、装着しない。）を、上下に軸が向く状態で回転自在に支持する支持装置１１０と、第１エア供給装置６０
と、回転センサ７０と、コントローラ９０とを有している。支持装置１１０は、上側針状支持部材１１１および下側針状支持部材１１２を有し、タービンブレード１０が下側に位置して連結シャフト２０が上下方向に延びた状態で、タービン側回転部材を上下の針状支持部材１１１，１１２の間に挟んで回転自在に支持するように構成されている。 Therefore, in the present invention, as the most accurate and stable method, a loss measuring device shown in FIG. 10 is created, and the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10 is actually measured. As shown in FIG. 10, the loss measuring device is a member in which the turbine blade 10 is simply attached to the connecting shaft 20 (a member that does not use the compressor impeller 40 or the dummy impeller member 41, and is also referred to as a turbine-side rotating member). Although the dummy impeller 41 should be mounted in its original form, its contribution is small and does not affect the measurement result. Therefore, the safety is also considered here, and the dummy impeller 41 is not mounted. A supporting device 110 for supporting the first air supply device 60
, A rotation sensor 70, and a controller 90. The support device 110 has an upper needle-like support member 111 and a lower needle-like support member 112. With the turbine blade 10 located on the lower side and the connecting shaft 20 extending in the vertical direction, the turbine-side rotating member is It is configured to be rotatably supported by being sandwiched between upper and lower needle-like support members 111 and 112.

この測定装置では、支持装置１１０における上下の針状支持部材１１１，１１２によってタービン側回転部材を支持することにより、機械的な回転摩擦損失が略ゼロとなるように工夫している。これにより実質的に、空転損失トルクｆａのみを測定可能である。また、タービン側回転部材を上下に軸が向く状態で回転支持しているが、これにより、支持部には軸方向の重力のみが作用し、軸直角方向の力が作用しないので、高速回転状態においても回転に伴い振動がなく、正確で安定且つ安全な計測が行える。第１エア供給装置６０には、図示していないが、エア供給路６１、ノズル部６２、コイルバネ６３、係止手段が設けられており、図３に示すようなノズル部６２を駆動位置と回避位置とに切換可能となっている。 In this measuring device, the turbine-side rotating member is supported by the upper and lower needle-like supporting members 111 and 112 of the supporting device 110, so that mechanical rotational friction loss is reduced to substantially zero. Thereby, only the idling loss torque fa can be substantially measured. In addition, although the turbine-side rotating member is rotatably supported in a state where the shaft is vertically oriented, only axial gravity acts on the support portion, and no force in the direction perpendicular to the axis acts, so that the high-speed rotating state is achieved. In this case, there is no vibration due to rotation, and accurate, stable and safe measurement can be performed. Although not shown, the first air supply device 60 is provided with an air supply path 61, a nozzle portion 62, a coil spring 63, and locking means, and the nozzle portion 62 as shown in FIG. It can be switched to the position.

図１０の損失測定装置では、ダミーインペラ部材４１を連結シャフト２０から取り外した状態で構成したタービン側回転部材を用いてタービンブレード１０の空転損失を測定するようにしているが、上述したようにダミーインペラ部材４１の空転損失が略ゼロとなるように設計されているため、ダミーインペラ部材４１を連結シャフト２０に取り付けた状態のタービンブレード１０の空転損失を測定するようにしてもよい。 In the loss measuring device of FIG. 10, the idling loss of the turbine blade 10 is measured using a turbine-side rotating member configured in a state where the dummy impeller member 41 is detached from the connecting shaft 20. Since the idling loss of the impeller member 41 is designed to be substantially zero, the idling loss of the turbine blade 10 with the dummy impeller member 41 attached to the connection shaft 20 may be measured.

タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを測定するには、まず、コントローラ９０により第１エア供給装置６０の作動制御を行って第１エア供給装置６０によりタービンブレード１０にエアを吹き付けて、タービン側回転部材（タービンブレード１０および連結シャフト２０）を略一定の高速域（例えば70,000〜80,000[rpm]）で回転させる。その
状態から、第１エア供給装置６０のエア供給ノズル６２をバネ６３により跳ね上げてタービンブレード１０へのエアの吹き付けを瞬時に停止させる。これにより、主としてタービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを受け、タービン側回転部材の回転速度が減速する。その減速状態におけるタービン側回転部材の回転速度すなわち角速度ω［rad/s］を
検出し、この検出値からタービン側回転部材の角減速度dω/dt［rad/s^２］を算出する。
タービン側回転部材の角減速度をdω/dtとすると、タービン側回転部材（タービンブレード１０および連結シャフト２０）の慣性モーメントＩ_２と、タービン側回転部材に作用する見かけの摩擦トルクＴfとの関係は下記式（３）のように表される。 In order to measure the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10, first, the controller 90 controls the operation of the first air supply device 60, blows air to the turbine blade 10 with the first air supply device 60, and rotates the turbine side. The members (the turbine blade 10 and the connection shaft 20) are rotated in a substantially constant high-speed range (for example, 70,000 to 80,000 [rpm]). From this state, the air supply nozzle 62 of the first air supply device 60 is jumped up by the spring 63 to instantaneously stop blowing air to the turbine blade 10. Accordingly, the rotational speed of the turbine-side rotating member is reduced mainly due to the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10. The rotational speed of the turbine-side rotating member in the decelerated state, that is, the angular speed ω [rad / s] is detected, and the angular deceleration dω / dt [rad / s ² ] of the turbine-side rotating member is calculated from the detected value.
When the angular deceleration of the turbine-side rotating member and d [omega / dt, the relationship between the inertia moment I ₂ of the turbine-side rotating member (turbine blades 10 and the coupling shaft 20), the friction torque Tf apparent that acts on the turbine side rotating member Is represented by the following equation (3).

Ｔf ＝Ｉ_２× dω/dt ・・・（３） Tf = I ₂ × dω / dt (3)

上記式（３）において、タービン側回転部材の慣性モーメントＩ_２は、実測されてコントローラ９０のメモリ９２に記憶されている。また、コントローラ９０のＣＰＵ９１により、回転センサ７０により検出されたタービン側回転部材の回転速度Ｎｔを回転角速度ωに換算し、その角速度ωに基づいてタービン側回転部材の角減速度dω/dtが算出される。このようにして、上記式（３）より、減速状態におけるタービン側回転部材の各回転速度における見かけの摩擦トルクＴfを求める。このようして求めた回転速度Ｎｔと見かけの
摩擦トルクＴfとの関係を図１１に示している。 In the above equation (3), the inertia moment I ₂ of the turbine-side rotating member is actually measured and stored in the memory 92 of the controller 90. Further, the CPU 91 of the controller 90 converts the rotation speed Nt of the turbine-side rotation member detected by the rotation sensor 70 into a rotation angular speed ω, and calculates an angular deceleration dω / dt of the turbine-side rotation member based on the angular speed ω. Is done. Thus, the apparent friction torque Tf at each rotation speed of the turbine-side rotating member in the deceleration state is obtained from the above equation (3). FIG. 11 shows the relationship between the rotation speed Nt thus obtained and the apparent friction torque Tf.

上記のようにタービン側回転部材（タービンブレード１０および連結シャフト２０）が支持装置１１０（上下の針状支持部材１１１，１１２）により機械的な摩擦損失を低減させた状態（略ゼロの状態）で支持されているため、図１１に示す見かけの摩擦トルクＴf
は、略タービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを表しており、回転摩擦トルクＴｆｍはかなり小さいと考えられる。但し、喩え小さな値でも、回転摩擦トルクＴｆｍの影響を除去して正確な空転損失トルクＴｆａを求めるのが望ましい。そこで、図１１に示す見
かけの摩擦トルクＴfを、タービン側回転部材の回転速度Ｎtを用いて、前出の式（２）のように二次式近似を行う。 As described above, the turbine-side rotating member (turbine blade 10 and connecting shaft 20) is reduced in mechanical friction loss by the support device 110 (upper and lower needle-like support members 111 and 112) (substantially zero state). Because of the support, the apparent friction torque Tf shown in FIG.
Represents approximately the idling loss torque Tfa of the turbine blade 10, and the rotational friction torque Tfm is considered to be quite small. However, it is desirable to remove the influence of the rotational friction torque Tfm and obtain an accurate idling loss torque Tfa even with a small value. Accordingly, the apparent friction torque Tf shown in FIG. 11 is approximated by a quadratic expression as in the above-mentioned expression (2) using the rotation speed Nt of the turbine-side rotating member.

上述した手順に従って求めた実測のタービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａは、図１１で例えば図中に示すＴｆａ＝５．５／Ｅ−１２ＮＴ^２であり、確定する。この確定したタービンブレード１０の空転損失トルクＴｆａを上記式（１）によって求められた見かけの摩擦トルクＴf（図５および図６のグラフ）から差し引くことにより、最終の真の
摩擦トルクＴｆを得る。摩擦トルクＴｆは、上記のようにタービンブレード１０の空転損失項ａＮt^２（２次項）を差し引いているため線形であり、従って、ターボチャージャＴ
Ｃの実際の駆動域である高速域（例えば200,000［rpm］以上）の回転摩擦損失トルクＴf
も、直線をそのまま高速域まで延長して正確に推算することができる。 Idling torque loss Tfa of the turbine blades 10 of the actual measurement obtained according to the procedure described above is Tfa = 5.5 / E-12NT ² shown in FIG example a 11, determined. The final true friction torque Tf is obtained by subtracting the determined idling loss torque Tfa of the turbine blade 10 from the apparent friction torque Tf (graphs of FIGS. 5 and 6) obtained by the above equation (1). The friction torque Tf is linear because the idling loss term aNt ² (second-order term) of the turbine blade 10 is subtracted as described above.
Rotational friction loss torque Tf in a high-speed range (for example, 200,000 [rpm] or more) which is an actual driving range of C
However, the straight line can be extended to the high-speed range as it is to accurately estimate.

以上説明した損失測定装置および方法を用いれば、タービンブレード１０およびコンプレッサインペラ４０の空転損失を除去し、ロータ部５（連結シャフト２０）の回転摩擦損失トルクＴｆを正確に求めることができる。 By using the above-described loss measuring device and method, the idling loss of the turbine blade 10 and the compressor impeller 40 can be removed, and the rotational friction loss torque Tf of the rotor section 5 (the connection shaft 20) can be accurately obtained.

図１２には、図６の見かけの摩擦損失トルクでの比較を真の摩擦損失トルクでの比較に補正したグラフを示す。各々の摩擦損失トルクが直線で示され、理論とおりの計測データになっていることが分かる。 FIG. 12 shows a graph in which the comparison with the apparent friction loss torque in FIG. 6 is corrected to the comparison with the true friction loss torque. Each friction loss torque is shown by a straight line, and it can be seen that the measured data is as theoretical data.

次に、潤滑油温の影響を把握した例を示す。図１３に、潤滑油温が２０°Ｃ、４０°Ｃ、６０°Ｃ、７５°Ｃ、８０°Ｃのそれぞれにおける回転摩擦損失トルクＴｆを計測した結果を示している。この結果を用いて、エンジンのコールドスタート時におけるターボチャージャの挙動が分かり、排ガス対策などに応用できる。 Next, an example in which the influence of the lubricating oil temperature is grasped will be described. FIG. 13 shows the results of measuring the rotational friction loss torque Tf at each lubricating oil temperature of 20 ° C., 40 ° C., 60 ° C., 75 ° C., and 80 ° C. Using this result, the behavior of the turbocharger at the time of cold start of the engine can be understood, and the result can be applied to measures against exhaust gas.

さらに、図２の装置において、第２エア供給装置８０から入口用エア供給路８１もしくは出口用エア供給路８２を介してコンプレッサハウジング４５内にエアを供給し、ロータ部５に図２において右方向に作用するスラスト力や、左方向に作用するスラスト力を加えた状態での回転摩擦損失トルクＴｆを計測することができる。図１４に、ロータ部５に左方向に作用するスラスト力を加えて回転摩擦損失トルクＴｆを測定した結果を示している。このとき加えたスラスト力は、４７．７Ｎ、３８．１Ｎ、１９．１Ｎ、０．０Ｎの４種類であり、油温８０．０°Ｃで測定している。一方、図１５にはロータ部５に右方向に作用するスラスト力を加えて回転摩擦損失トルクＴｆを測定した結果を示している。このとき加えたスラスト力は、５５．６Ｎ、４４．５Ｎ、２２．２Ｎ、０．０Ｎであり、油温８０．０°Ｃで測定している。 Further, in the apparatus shown in FIG. 2, air is supplied from the second air supply device 80 into the compressor housing 45 via the inlet air supply passage 81 or the outlet air supply passage 82, and the air is supplied to the rotor 5 in the rightward direction in FIG. , And the rotational friction loss torque Tf in a state where a thrust force acting leftward is applied. FIG. 14 shows the result of measuring the rotational friction loss torque Tf by applying a leftward thrust to the rotor unit 5. The thrust force applied at this time was 47.7N, 38.1N, 19.1N, and 0.0N, and was measured at an oil temperature of 80.0 ° C. On the other hand, FIG. 15 shows the result of measuring the rotational friction loss torque Tf by applying a thrust force acting rightward to the rotor section 5. The thrust force applied at this time was 55.6N, 44.5N, 22.2N, 0.0N, and was measured at an oil temperature of 80.0 ° C.

以上説明したように、本発明による損失測定装置および方法を用いれば、ターボチャージャの回転摩擦損失を、簡便に再現性良く且つ正確に計測することができる。さらに、潤滑油量、油温、スラスト力などの影響を加味して、回転摩擦損失を測定し評価することができる。ダミーインペラ部材を用いてコンプレッサインペラの空転損失の影響を除去し、さらに、図１０の装置を用いてタービンブレードの空転損失を測定してこれを除去することにより、真の回転摩擦損失を分離して定量化して正確に測定することができる。このようにして求まる回転摩擦損失は線形であり、本発明により、安全面などへの配慮から限定して測定された回転摩擦損失の回転域を超えた高速回転域での回転摩擦損失も正確に推算することができる。図２の装置構成から分かるように、本発明に係る測定装置は実際のターボチャージャを加工した簡易な装置構成であり、過給機の製造時における最終製品検査にも応用することができる。 As described above, by using the loss measuring device and method according to the present invention, the rotational friction loss of the turbocharger can be measured simply, with good reproducibility, and accurately. Further, the rotational friction loss can be measured and evaluated in consideration of the influence of the lubricating oil amount, the oil temperature, the thrust force, and the like. By using a dummy impeller member to eliminate the effect of the idling loss of the compressor impeller, and further measuring and removing the idling loss of the turbine blade using the apparatus of FIG. 10, the true rotational friction loss can be separated. Quantification and accurate measurement. The rotational friction loss determined in this way is linear, and the present invention accurately corrects the rotational friction loss in the high-speed rotational region beyond the rotational region of the rotational friction loss measured with consideration given to safety and the like. Can be estimated. As can be seen from the device configuration in FIG. 2, the measuring device according to the present invention has a simple device configuration obtained by processing an actual turbocharger, and can be applied to the final product inspection at the time of manufacturing a turbocharger.

５ロータ部
１０タービンブレード
２０連結シャフト
３０ベアリング
４０コンプレッサインペラ
４１ダミーインペラ部材
５０オイル供給装置
６０第１エア供給装置
７０回転センサ
８０第２エア供給装置
９０コントローラ
5 Rotor part 10 Turbine blade 20 Connecting shaft 30 Bearing 40 Compressor impeller 41 Dummy impeller member 50 Oil supply device 60 First air supply device 70 Rotation sensor 80 Second air supply device 90 Controller

Claims

A turbine blade that rotates upon receiving exhaust gas from an engine; a compressor impeller that is connected to the turbine blade via a connection shaft and that rotates with the turbine blade to supply air to be sent to the engine; and a turbine that covers the turbine blade. In a turbocharger configured having a housing and a compressor housing that covers the compressor impeller, a loss measuring device that measures rotational friction loss and the like generated during rotational driving,
The turbine blade, the connection shaft integrally connected to the turbine blade, and a rotor member including a dummy impeller member integrally connected to the connection shaft in place of the compressor, and rotatably supports the connection shaft. A rotating support portion rotatably supporting the rotor member, and the compressor housing, wherein the turbine blade is configured to be exposed,
An air supply device that rotates the turbine blade by blowing air to the turbine blade,
A rotation sensor configured to detect a rotation speed of the turbine blade.

At the tip of the air supply device, has a nozzle portion capable of changing the air blowing direction,
The loss measuring device according to claim 1, wherein the nozzle portion is movable to a driving position for blowing air to the turbine blade and a avoidance position for blowing air in a direction away from the turbine blade. .

The loss measuring device according to claim 1, further comprising a calculation device that calculates and measures rotational friction loss of the turbocharger from a rotation speed of the rotation sensor.

A turbine blade that rotates upon receiving exhaust gas from an engine; a compressor impeller that is connected to the turbine blade via a connection shaft and that rotates with the turbine blade to supply air to be sent to the engine; and a turbine that covers the turbine blade. In a turbocharger configured having a housing and a compressor housing that covers the compressor impeller, a loss measuring device that mainly measures an idling loss caused by rotation of the turbine blade,
A turbine-side rotating member including the turbine blade and the connection shaft connected to the turbine blade,
A support device that rotatably supports the turbine-side rotating member in a state where the axis of the connection shaft is oriented vertically,
An air supply device that rotates the turbine blade supported by the support device by blowing air to the turbine blade,
A rotation sensor configured to detect a rotation speed of the turbine blade.

The loss measuring device according to claim 4, wherein the support device has a structure in which an upper end and a lower end of the connection shaft are supported by needle-like members.

The air supply device has a nozzle unit that guides the turbine blade to blow air,
The loss according to claim 4 or 5, wherein the nozzle portion is movable to a driving position for blowing air to the turbine blade and a avoidance position for blowing air in a direction away from the turbine blade. measuring device.

A turbine blade that receives the exhaust gas of the engine and rotates, and a compressor impeller that is connected to the turbine blade via a connection shaft and that rotates with the turbine blade to supply air to be sent to the engine. In a turbocharger, a loss measuring method for measuring rotational friction loss and the like generated during rotational driving,
The turbine blade was exposed to a rotor member composed of the turbine blade, the connection shaft integrally connected to the turbine blade, and a dummy impeller member integrally connected to the connection shaft instead of the compressor. Rotatably supported in the state,
After blowing the air to the exposed turbine blades to rotate the rotor member at a high speed, the blowing of the air is released to put the rotor member in a free rotation state,
Detecting a rotation speed (ω) of the rotor member that is decelerated in a free rotation state,
The change rate (dω / dt) of the detected rotation speed (ω) of the rotor member is calculated, and the rotation rate is generated during the rotation driving from the rotational inertia moment (I ₁ ) of the rotor member and the change rate (dω / dt). A loss measuring method characterized by determining a rotational friction loss torque.

A turbine blade that receives the exhaust gas of the engine and rotates, and a compressor impeller that is connected to the turbine blade via a connection shaft and that rotates with the turbine blade to supply air to be sent to the engine. In a turbocharger, a loss measuring method for mainly measuring an idling loss caused by rotation of the turbine blade,
A turbine-side rotating member including the turbine blade and the connection shaft connected thereto is rotatably supported in a state where the axis of the connection shaft is vertically oriented,
After blowing the air to the turbine blade and rotating the turbine-side rotating member at a high speed, the blowing of the air is released to set the turbine-side rotating member in a free rotation state,
Detecting the rotation speed (ω) of the turbine-side rotating member that is decelerated in the free rotation state,
A change rate (dω / dt) of the detected rotation speed (ω) of the turbine-side rotating member is calculated, and the turbine is determined from the rotational inertia moment (I ₂ ) of the turbine-side rotating member and the change rate (dω / dt). A loss measuring method characterized by mainly measuring an idling loss torque generated by rotation of a blade.

The idling loss torque measured by the loss measurement method according to claim 8 is subtracted from the rotational friction loss torque measured by the loss measurement method according to claim 7, and the turbocharger is connected to the turbocharger via the connection shaft. A loss measuring method comprising calculating an operating rotational friction torque.