JP4403818B2 - Surging prevention device, supercharger, and surging prevention method - Google Patents

Surging prevention device, supercharger, and surging prevention method Download PDF

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Description

本発明は、サージング防止装置、過給機およびサージング防止方法に係り、特に、圧縮機の振動の検出によって、サージングを防止するものに関する。   The present invention relates to a surging preventing device, a supercharger, and a surging preventing method, and more particularly to a device that prevents surging by detecting vibration of a compressor.

従来、電動機と、この電動機以外の過給圧変更手段を有するターボチャージャー(過給機)において、電動機と他の過給圧変更手段との各制御を干渉させることなく、すなわち、上記他の過給圧変更手段による過給圧制御を優先して実行することにより、出力特性等を改善することができるものが知られている(たとえば特許文献1参照)。
特開2003−239755号公報
Conventionally, in a turbocharger (supercharger) having an electric motor and a supercharging pressure changing means other than the electric motor, each control of the electric motor and the other supercharging pressure changing means is not interfered, that is, the above other supercharging pressure changing means. It is known that output characteristics and the like can be improved by preferentially executing supercharging pressure control by the supply pressure changing means (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-239755 A

ところで、上記従来の制御では、使用環境の変化や経年変化(たとえば、コンプレッサー羽根への異物の付着)によって、サージングの発生ポイントがずれた場合、圧縮機のサージングの発生を回避することができない場合があるという問題がある。   By the way, in the conventional control described above, when the surging point is shifted due to a change in usage environment or aging (for example, adhesion of foreign matter to the compressor blade), it is not possible to avoid the occurrence of the surging of the compressor There is a problem that there is.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、過給機等の圧縮機のサージングを防止するためのサージング防止装置において、使用環境の変化や経年変化によって、サージングの発生ポイントがずれた場合でも、サージングの発生を回避することができるサージング防止装置およびサージング防止方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a surging prevention device for preventing surging of a compressor such as a supercharger, the occurrence point of surging is shifted due to a change in usage environment or aging. It is an object of the present invention to provide a surging prevention device and a surging prevention method that can avoid occurrence of surging even in the case of occurrence of surging.

請求項1に記載の発明は、エンジンの排気ガスで回転するタービンで駆動される圧縮機のサージングを防止するためのサージング防止装置において、
上記圧縮機の回転数の変動を検出することにより、上記圧縮機の運転時における振動を検出する振動検出手段と
上記タービンと上記圧縮機とを互いに連動連結する回転軸部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、上記圧縮機の回転数を低減して、上記圧縮機の過給圧を低減する発電機と、
上記振動検出手段が上記圧縮機の回転数の変動であって上記エンジンにおける排気ガスの脈動の周期よりも短い周期の変動を検出した場合、上記発電機によって上記圧縮機の回転数を低減するように制御する制御手段と
を有することを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a surging prevention device for preventing surging of a compressor driven by a turbine rotating with engine exhaust gas .
Vibration detection means for detecting vibration during operation of the compressor by detecting fluctuations in the rotation speed of the compressor ;
A generator that reduces the supercharging pressure of the compressor by reducing the rotational speed of the compressor by converting the rotational energy of the rotating shaft member that interlocks the turbine and the compressor to electrical energy. When,
When the vibration detecting means detects a fluctuation in the rotation speed of the compressor and has a cycle shorter than the cycle of exhaust gas pulsation in the engine, the generator reduces the rotation speed of the compressor. Control means to control ,
It characterized in that it has a.

請求項に記載の発明は、請求項に記載のサージング防止装置において、上記発電機は、上記回転軸部材に設けられた永久磁石と、上記回転軸部材の周りに設けられかつ上記回転軸部材とは非接触なコイルとを備え、上記振動検出手段は、上記筐体に設けられたホールセンサーで上記回転軸部材に設けられた永久磁石の磁束の変化を検出することによって、上記圧縮機の回転数の変動を検出するように構成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, the surge protection device according to claim 1, the generator includes a permanent magnet provided on the rotary shaft member, provided around said rotary shaft member and the rotating shaft the member includes a non-contact coil, the vibration detection means, by detecting a change in magnetic flux of the permanent magnet provided on the rotary shaft member in a hall sensor provided in the housing, the compressor it you wherein being configured to detect variations in the rotational speed of the.

請求項に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のサージング防止装置において、上記発電機が発生する電気エネルギーによって、上記エンジンの電気システム電圧が上昇することを抑制するための電圧上昇抑制手段を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the surging prevention device according to the first or second aspect , a voltage for suppressing an increase in the electric system voltage of the engine due to the electric energy generated by the generator. it characterized in that it has a rise suppression portion.

請求項に記載の発明は、請求項に記載のサージング防止装置において、上記電圧上昇抑制手段は、電力を一時的に充電可能な充電回路を備えており、上記制御手段は、上記圧縮機の回転数を上昇させる場合には、上記発電機を電気モータとして使用すると共に、この電気モータに、上記充電回路に蓄えられている電気エネルギーを供給して、上記圧縮機の回転数を上昇させる手段であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the surging preventing device according to the third aspect , the voltage rise suppression means includes a charging circuit capable of temporarily charging electric power, and the control means includes the compressor. In order to increase the rotational speed of the compressor, the generator is used as an electric motor, and the electric energy stored in the charging circuit is supplied to the electric motor to increase the rotational speed of the compressor. it characterized in that it is a means.

請求項に記載の発明は、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のサージング防止装置を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 5, you comprising the surging prevention device according to any one of claims 1 to 4.

本発明によれば、過給機等の圧縮機のサージングを防止するためのサージング防止装置において、使用環境の変化や経年変化によって、サージングの発生ポイントがずれた場合でも、サージングの発生を回避することができるという効果を奏する。   According to the present invention, in a surging prevention device for preventing surging of a compressor such as a supercharger, occurrence of surging is avoided even when the surging occurrence point is shifted due to a change in usage environment or aging. There is an effect that can be.

図1は、本発明の実施形態に係る過給機1の概略構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a supercharger 1 according to an embodiment of the present invention.

過給機1は、筐体3と、この筐体3の内部でたとえば流体軸受け(図示せず)を介して上記筐体3に対して回転する回転軸部材5と、この回転軸部材5の一端部5A側に設けられた遠心式圧縮機7と、上記回転軸部材5の他端部5B側に設けられた遠心式タービン9とを備えている。   The supercharger 1 includes a housing 3, a rotating shaft member 5 that rotates with respect to the housing 3 via, for example, a fluid bearing (not shown) inside the housing 3, and the rotating shaft member 5. A centrifugal compressor 7 provided on the one end portion 5A side and a centrifugal turbine 9 provided on the other end portion 5B side of the rotary shaft member 5 are provided.

なお、上記圧縮機7は、上記回転軸部材5の端側部5Aで上記回転軸部材5に、基端側部が一体的に設けられているコンプレッサーディスク11と、このコンプレッサーディスク11の先端部側で上記コンプレッサーディスク11に一体的に設けられているコンプレッサー羽根13とを備えている。   The compressor 7 includes a compressor disk 11 in which a base end side portion is integrally provided on the rotary shaft member 5 at an end side portion 5A of the rotary shaft member 5, and a distal end portion of the compressor disk 11. And compressor blades 13 provided integrally with the compressor disk 11 on the side.

また、上記タービン9は、上記回転軸部材5の端側部5Bで上記回転軸部材5に、基端側部が一体的に設けられているタービンディスク15と、このタービンディスク15の先端部側で上記タービンディスク15に一体的に設けられているタービン羽根17とを備えている。   The turbine 9 includes a turbine disk 15 in which a base end side part is integrally provided on the rotary shaft member 5 at an end side part 5B of the rotary shaft member 5, and a distal end side of the turbine disk 15 The turbine blades 17 are provided integrally with the turbine disk 15.

過給機1は、レシプロエンジンまたはロータリエンジンに使用され、たとえば、4サイクルピストンエンジンE1から出てきた高温高圧の排気ガスG3で上記タービン9を回転駆動し、この回転によって上記圧縮機7を回転駆動し、この圧縮機7の回転によって得られた圧縮空気G1を、上記エンジンE1に供給するようになっている。   The supercharger 1 is used for a reciprocating engine or a rotary engine. For example, the turbine 9 is rotationally driven by high-temperature and high-pressure exhaust gas G3 emitted from a four-cycle piston engine E1, and the compressor 7 is rotated by this rotation. The compressed air G1 obtained by driving and rotating the compressor 7 is supplied to the engine E1.

なお、上記圧縮空気G1は、上記エンジンE1のシリンダ内での燃料の燃焼に供され、この燃焼によって上記高温高圧の排気ガス(上記タービン9を回転駆動する燃焼ガス)G3が排出されるものである。   The compressed air G1 is used for the combustion of fuel in the cylinder of the engine E1, and the combustion discharges the high-temperature and high-pressure exhaust gas (combustion gas for rotating the turbine 9) G3. is there.

上記過給機1には、たとえば、上記エンジンE1や上記エンジンE1が設けられている車両等を制御する制御装置19が設けられており、この制御装置19には、バッテリー21が常時接続され、また、後述するホールセンサー23からの信号線23Aが接続されている。なお、上記バッテリー21は、図示しない発電機(上記エンジンE1のクランク軸の回転駆動力によって発電する発電機)等にも接続されている。   The supercharger 1 is provided with, for example, a control device 19 that controls the engine E1 or a vehicle in which the engine E1 is provided, and a battery 21 is always connected to the control device 19, Further, a signal line 23A from a hall sensor 23 described later is connected. The battery 21 is also connected to a generator (not shown) (a generator that generates power by the rotational driving force of the crankshaft of the engine E1).

また、上記過給機1には、上記回転軸部材5の回転駆動力によって発電可能な発電機25が設けられている。なお、上記発電機25は、制御装置19の制御の下、上記バッテリー21等から電力の供給を受けて、電気モータとしても働くことができるようになっている。   Further, the supercharger 1 is provided with a generator 25 that can generate electric power by the rotational driving force of the rotary shaft member 5. The generator 25 can also operate as an electric motor under the control of the control device 19 by receiving power from the battery 21 or the like.

上記制御装置19は、発電機25と互いに電気的に接続するようになっていると共に、ブレーキ回路27とも互いに電気的に接続するようになっている。   The control device 19 is electrically connected to the generator 25 and is also electrically connected to the brake circuit 27.

なお、上記制御装置19と上記発電機25との間には、上記制御装置19と上記発電機25との間における電流の流れを、上記制御装置19の制御の下でオン・オフ可能な発電機用スイッチ(図示せず)が設けられている。   It should be noted that between the control device 19 and the generator 25, the current flow between the control device 19 and the generator 25 can be turned on / off under the control of the control device 19. A machine switch (not shown) is provided.

また、上記制御装置19と上記ブレーキ回路27との間には、上記制御装置19と上記ブレーキ回路27との間における電流の流れを、上記制御装置の制御の下でオン・オフ可能なブレーキ回路用スイッチ(図示せず)が設けられている。   In addition, between the control device 19 and the brake circuit 27, a brake circuit capable of turning on and off the current flow between the control device 19 and the brake circuit 27 under the control of the control device. A switch (not shown) is provided.

過給機1には、圧縮機7のサージングを防止するためのサージング防止装置29が設けられている。   The supercharger 1 is provided with a surging preventing device 29 for preventing surging of the compressor 7.

サージング防止装置29には、上記圧縮機7の運転時における振動を検出する振動検出手段31と、上記圧縮機7の過給圧を低減可能な過給圧低減手段33とが設けられている。   The surging prevention device 29 is provided with vibration detecting means 31 for detecting vibration during operation of the compressor 7 and supercharging pressure reducing means 33 capable of reducing the supercharging pressure of the compressor 7.

そして、制御装置19による制御の下、上記振動検出手段31が、上記圧縮機7のサージングの前兆となる短い周期の振動を検出した場合、上記過給圧低減手段33によって、上記圧縮機7の過給圧を低減するようになっている。   Then, under the control of the control device 19, when the vibration detection unit 31 detects a short-cycle vibration that is a sign of surging of the compressor 7, the supercharging pressure reduction unit 33 causes the compressor 7 to The supercharging pressure is reduced.

ここで、例を掲げてより詳しく説明すると、上記振動検出手段31は、上記圧縮機7の回転数(回転速度)の変動を検出することにより、上記圧縮機7の振動を検出するようになっている。また、上記過給圧低減手段33は、上記圧縮機7の回転エネルギーを発電機25で電気エネルギーに変換することにより、上記圧縮機7の回転数(回転速度)を低減するようになっている。   Here, to explain in more detail with an example, the vibration detecting means 31 detects the vibration of the compressor 7 by detecting the fluctuation of the rotational speed (rotational speed) of the compressor 7. ing. Further, the supercharging pressure reduction means 33 reduces the rotational speed (rotational speed) of the compressor 7 by converting the rotational energy of the compressor 7 into electrical energy by the generator 25. .

そして、上記制御装置19の制御の下、上記圧縮機7の回転数の変動であって、上記エンジンE1における排気ガスG3の脈動の周期よりも短い周期の変動(上記振動検出手段31が検出可能な範囲の振動数)を、上記振動検出手段31が検出した場合、上記過給圧低減手段33によって、上記圧縮機7の回転数を低減するようにするようになっている。   Then, under the control of the control device 19, the fluctuation of the rotation speed of the compressor 7, which is shorter than the pulsation period of the exhaust gas G 3 in the engine E 1 (the vibration detection means 31 can detect the fluctuation). When the vibration detection means 31 detects a vibration frequency within a wide range, the supercharging pressure reduction means 33 reduces the rotational speed of the compressor 7.

ここで、上記圧縮機7の回転数が変動する理由について説明する。上記エンジンE1が、ピストンエンジンであるかロータリエンジンであるかにかかわらず、上記エンジンE1が圧縮や爆発等のサイクルを繰り返しているので、上記エンジンE1から排出される排気ガスG3の圧力は脈動している。すなわち、上記エンジンE1が6気筒の4サイクルエンジンであり、毎分6000回転の回転数で回転しているとすると、上記排気ガスG3の圧力は、約3.3msecの周期で変動する。そして、上記排気ガスG3の変動によって、上記タービン9や圧縮機7の回転速度も変動するものである。   Here, the reason why the rotational speed of the compressor 7 varies will be described. Regardless of whether the engine E1 is a piston engine or a rotary engine, since the engine E1 repeats a cycle such as compression and explosion, the pressure of the exhaust gas G3 discharged from the engine E1 pulsates. ing. That is, if the engine E1 is a six-cylinder four-cycle engine and is rotating at a rotational speed of 6000 rpm, the pressure of the exhaust gas G3 fluctuates at a cycle of about 3.3 msec. And the rotational speed of the said turbine 9 or the compressor 7 also fluctuates by the fluctuation | variation of the said exhaust gas G3.

したがって、上記振動検出手段31が、たとえば、上記3.3msecの周期よりも短い周期の回転速度の変動を検出した場合、上記過給圧低減手段33が動作するようになっている。   Therefore, when the vibration detection means 31 detects, for example, fluctuations in the rotational speed with a period shorter than the 3.3 msec period, the supercharging pressure reduction means 33 operates.

また、上述したように、上記過給圧低減手段33は、発電機25を備えており、発電機25は、上記回転軸部材5に永久磁石35を一体的に備え、上記回転軸部材5の周りに上記回転軸部材5とは非接触なコイル37(筐体3に一体的に設けられたコイル37)を設けた構成である。   Further, as described above, the supercharging pressure reduction means 33 includes the generator 25, and the generator 25 integrally includes the permanent magnet 35 on the rotary shaft member 5, A coil 37 that is not in contact with the rotary shaft member 5 (a coil 37 that is provided integrally with the housing 3) is provided around.

そして、上記タービン9と、上記圧縮機7と、上記タービン9(タービンの回転部)と上記圧縮機7(圧縮機の回転部)とを互いに連動連結している回転軸部材5との回転エネルギーを回生制動し、電気エネルギーに変換可能なようになっている。   Rotational energy of the turbine 9, the compressor 7, and the rotary shaft member 5 that interlocks and connects the turbine 9 (rotary part of the turbine) and the compressor 7 (rotary part of the compressor) to each other. Can be regeneratively braked and converted into electrical energy.

上記振動検出手段31は、上記筐体に設けられたホールセンサー23で上記回転軸部材5に設けられた永久磁石35の磁束の変化を検出することによって、上記圧縮機7の回転数の変動を検出するように構成されている。   The vibration detecting means 31 detects the change in the magnetic flux of the permanent magnet 35 provided on the rotary shaft member 5 by the Hall sensor 23 provided on the housing, thereby changing the rotational speed of the compressor 7. Configured to detect.

なお、上記永久磁石35は、上記回転軸部材5の回転円周上で、一端部がN極になっており、このN極から、上記回転軸部材5の回転中心軸を中心として180°のところに位置した他端部がS極になっている。   One end of the permanent magnet 35 is an N pole on the rotation circumference of the rotary shaft member 5, and the N pole has a 180 ° centering on the rotation center axis of the rotary shaft member 5. The other end located there is an S pole.

一方、上記ホールセンサー23は、上記回転軸部材5の回転円周をたとえば3等分した位置に設けられている。   On the other hand, the hall sensor 23 is provided at a position obtained by dividing the rotation circumference of the rotary shaft member 5 into, for example, three equal parts.

ここで、発電機25によって、上記圧縮機7のコンプレッサー羽根13(回転軸部材5)の回転の上昇を抑える場合について、例を掲げてより詳しく説明する。   Here, the case where the generator 25 suppresses the increase in the rotation of the compressor blade 13 (rotary shaft member 5) of the compressor 7 will be described in more detail with an example.

上記振動検出手段31が、サージングの前兆となる振動を検出した場合、上記制御装置19が上記発電機用スイッチをオンすると共に、上記ブレーキ回路用スイッチをオンし、上記発電機25からの電流の総てまたは一部を、上記ブレーキ回路27に流すようになっている。   When the vibration detection means 31 detects a vibration that is a precursor of surging, the control device 19 turns on the generator switch, turns on the brake circuit switch, and turns on the current from the generator 25. All or part of the current flows through the brake circuit 27.

そして、上記発電機25による発電により、上記回転軸部材5の回転エネルギーが電気エネルギーに変換され、上記ブレーキ回路27で消費されもしくは上記ブレーキ回路27に一時的に蓄えられ、または、上記バッテリー21に蓄えられ、上記回転軸部材5の回転速度が減少し、上記圧縮機7の回転速度が下がり、圧縮機7のサージングを防止することができるようになっている。   The rotational energy of the rotating shaft member 5 is converted into electric energy by the power generation by the generator 25 and is consumed by the brake circuit 27 or temporarily stored in the brake circuit 27, or stored in the battery 21. The rotational speed of the rotating shaft member 5 is reduced, the rotational speed of the compressor 7 is lowered, and surging of the compressor 7 can be prevented.

また、過給機1には、上記過給圧低減手段33が発生する電気エネルギーによって、上記エンジンE1の電気システム電圧が上昇することを抑制するための電圧上昇抑制手段39が設けられている。   Further, the supercharger 1 is provided with a voltage increase suppressing means 39 for suppressing an increase in the electric system voltage of the engine E1 due to the electric energy generated by the supercharging pressure reducing means 33.

ここで、上記電圧上昇抑制手段39について説明する。   Here, the voltage rise suppression means 39 will be described.

上記発電機25で変換された電気エネルギーは、通常は、上記エンジンE1等の電気システムのバッテリー21に蓄えられるが、発電機25での発電量が多く上記バッテリー21に蓄えきれず、電気システムの電圧が上昇するおそれがある。   The electric energy converted by the generator 25 is normally stored in the battery 21 of the electric system such as the engine E1, but the amount of power generated by the generator 25 is large and cannot be stored in the battery 21. The voltage may increase.

そこで、上記電圧上昇抑制手段39によって、上記電気システムの電圧の過度な上昇を抑えるようにしている。   Therefore, the voltage rise suppression means 39 suppresses an excessive rise in the voltage of the electrical system.

上記電圧上昇抑制手段39について、さらに詳しく説明する。   The voltage rise suppression means 39 will be described in more detail.

上記電圧上昇抑制手段39は、上記ブレーキ回路27を備え、上記バッテリー21に蓄えることができない分の電力量を上記ブレーキ回路27に流すことによって、上記電気システムの電圧の過度な上昇を抑制するものである。   The voltage increase suppression means 39 includes the brake circuit 27 and suppresses an excessive increase in the voltage of the electric system by causing the amount of power that cannot be stored in the battery 21 to flow through the brake circuit 27. It is.

なお、ブレーキ回路27として、たとえば、電気エネルギーを一時的に充電可能なコンデンサ等の充電回路や電気エネルギーを熱に変換する電気抵抗を採用することができる。コンデンサや電気抵抗を採用することにより、ブレーキ回路の構成を簡素化することができる。   As the brake circuit 27, for example, a charging circuit such as a capacitor that can temporarily charge electric energy or an electric resistance that converts electric energy into heat can be employed. By adopting a capacitor or an electric resistance, the configuration of the brake circuit can be simplified.

すなわちたとえば、上記制御装置19の制御の下、上記発電機用スイッチがオンしている状態で、上記電気システムの電圧を電圧検出手段(図示せず)で検出し、上記電気システムの電圧が、上記電気システムの許容電圧よりも上昇した場合、すなわち、たとえば、上記バッテリー21の電圧に比べて所定の値以上(たとえば1V以上)電気システムの電圧が上昇した場合、上記ブレーキ用スイッチをオンし、上記ブレーキ回路27へ電流を流すことにより、上記電気システムの電圧の過度な上昇を抑えるようになっている。   That is, for example, under the control of the control device 19, the voltage of the electrical system is detected by a voltage detection means (not shown) in a state where the generator switch is turned on, and the voltage of the electrical system is When the voltage exceeds the allowable voltage of the electric system, that is, for example, when the voltage of the electric system increases by a predetermined value or more (for example, 1 V or more) compared to the voltage of the battery 21, the brake switch is turned on. By passing a current through the brake circuit 27, an excessive increase in the voltage of the electrical system is suppressed.

一方、上記発電機用スイッチがオンしている状態で、上記電気システムの電圧が、許容電圧よりも所定の値だけ低くなったことを、上記電圧検出手段が検出した場合、上記ブレーキ回路用スイッチをオフするようになっている。   On the other hand, when the voltage detecting means detects that the voltage of the electrical system is lower than the allowable voltage by a predetermined value with the generator switch turned on, the brake circuit switch Is supposed to turn off.

さらに、上記回転軸部材5の速度の上昇を抑える必要がなくなったときには、上記ブレーキ回路用スイッチをオフすると共に、上記発電機用スイッチをオフするようになっている。   Further, when it is no longer necessary to suppress an increase in the speed of the rotating shaft member 5, the brake circuit switch is turned off and the generator switch is turned off.

また、上記電圧上昇抑制手段39が、電力を一時的に充電可能な充電回路を備えるように構成し、換言すれば、上記ブレーキ回路27を、コンデンサ、小型充電式バッテリー等で構成し、上記圧縮機7の回転数(回転軸部材5の回転数)を上昇させる場合、すなわち、上記タービン9の回転駆動力よりも大きな力で、上記圧縮機7の回転数を上昇させる必要がある場合には、上記発電機25を電気モータとして使用すると共に、この電気モータに、上記充電回路27に蓄えられている電気エネルギーを供給して、上記圧縮機7の回転数を上昇させるようにしてもよい。   Further, the voltage rise suppression means 39 is configured to include a charging circuit capable of temporarily charging electric power, in other words, the brake circuit 27 is configured by a capacitor, a small rechargeable battery, etc., and the compression When the rotational speed of the compressor 7 (the rotational speed of the rotating shaft member 5) is increased, that is, when the rotational speed of the compressor 7 needs to be increased with a force larger than the rotational driving force of the turbine 9. The generator 25 may be used as an electric motor, and the electric energy stored in the charging circuit 27 may be supplied to the electric motor to increase the rotational speed of the compressor 7.

次に、サージング防止装置29の動作について簡単に説明する。   Next, the operation of the surging prevention device 29 will be briefly described.

図2は、サージング防止装置29の動作について説明するフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the surging prevention device 29.

なお、図2に示すスタートの状態では、エンジンE1と過給機1とが稼動しているものとする。   In the start state shown in FIG. 2, it is assumed that the engine E1 and the supercharger 1 are operating.

そして、ステップS1で、上記圧縮機7の運転時における振動を、振動検出手段31が検出し、ステップS3で、上記圧縮機7のサージングの前兆となる短い周期の振動が検出された場合、上記圧縮機7の過給圧を、過給圧低減手段33(発電機25等)で低減する。   In step S1, the vibration detection means 31 detects vibration during operation of the compressor 7, and in step S3, if short-period vibration that is a precursor of surging of the compressor 7 is detected, The supercharging pressure of the compressor 7 is reduced by the supercharging pressure reduction means 33 (generator 25 etc.).

また、ステップS5において、過給圧低減手段33(発電機25)によって生成された電気エネルギーにより、上記電気システムの電圧が、許容電圧よりも上昇した場合には、ステップS7で、ブレーキ回路27を用いて上記電気エネルギーを回収する。   In step S5, when the voltage of the electric system is higher than the allowable voltage due to the electric energy generated by the supercharging pressure reduction means 33 (generator 25), the brake circuit 27 is turned on in step S7. Used to recover the electrical energy.

サージング防止装置29によれば、圧縮機7のサージングの前兆となる振動として上記短い周期の変動を検出した場合、上記圧縮機7の過給圧を低減するように制御するので、使用環境の変化や経年変化によって、サージングの発生ポイントがずれた場合でも、サージングの発生を容易に回避することができる。 According to the surging prevention device 29, when the fluctuation of the short cycle is detected as a vibration that is a precursor to the surging of the compressor 7, the control is performed so as to reduce the supercharging pressure of the compressor 7. Even if the surging occurrence point is shifted due to aging , the occurrence of surging can be easily avoided.

また、サージング防止装置29によれば、圧縮機7の特性を示したマップや、このマップと条件式とにより、サージングの発生ポイントを見い出す必要がないので、簡素な構成と動作でサージングを防止することができる。   Further, according to the surging preventing device 29, it is not necessary to find out the surging occurrence point by using the map showing the characteristics of the compressor 7 and the map and the conditional expression. Therefore, surging can be prevented with a simple configuration and operation. be able to.

また、サージング防止装置29によれば、圧縮機7の回転数の変動を検出することにより、上記圧縮機7の振動を検出しているので、たとえば、圧縮機7を通過する(圧縮機で圧縮される)空気等の流体の流量変化を検出するよりも、簡単かつ確実に、サージングの前兆を検出することができる。   Further, according to the surging prevention device 29, since the vibration of the compressor 7 is detected by detecting the fluctuation of the rotation speed of the compressor 7, for example, it passes through the compressor 7 (compressed by the compressor). It is possible to detect a sign of surging more easily and reliably than detecting a change in the flow rate of a fluid such as air.

また、エンジンE1における排気ガスの脈動の周期よりも短い周期の圧縮機回転数の変動が検出された場合に、エンジンE1の脈動と区別して、サージングの前兆を検出することができる。 Further, when a change in the compressor rotational speed having a cycle shorter than the cycle of the exhaust gas pulsation in the engine E1 is detected, a sign of surging can be detected in distinction from the pulsation of the engine E1.

さらに、サージング防止装置29によれば、圧縮機7のサージングの発生を防止するために、上記圧縮機7の回転エネルギーを発電機25で電気エネルギーに変換して、上記圧縮機7の回転数を低減するようにしているので、圧縮機7の上流側と下流側とを互いにつなぐエアバイパス経路やこの経路途中にエアバイパスバルブ設け、サージングを防止する場合等のように、煩雑で高価なデバイスを使用する必要がなくなり、簡素な構成のサージング防止装置を得ることができる。   Furthermore, according to the surging prevention device 29, in order to prevent the occurrence of surging of the compressor 7, the rotational energy of the compressor 7 is converted into electrical energy by the generator 25, and the rotational speed of the compressor 7 is reduced. Therefore, a complicated and expensive device such as an air bypass path that connects the upstream side and the downstream side of the compressor 7 or an air bypass valve provided in the middle of the path to prevent surging is used. There is no need to use it, and a surging prevention device with a simple configuration can be obtained.

また、サージング防止装置29によれば、回転軸部材5に永久磁石35を設け上記回転軸部材5の周りに上記回転軸部材5とは非接触なコイル37が設けられたものを発電機25として使用しているので、誘導式の発電機に比べ装置を小型化することが容易である。   Further, according to the surging preventing device 29, the generator 25 is the one in which the rotating shaft member 5 is provided with the permanent magnet 35 and the coil 37 that is not in contact with the rotating shaft member 5 is provided around the rotating shaft member 5. Since it is used, it is easy to reduce the size of the device compared to the induction generator.

また、筐体3に設けられたホールセンサー23で、上記回転軸部材5に設けられた永久磁石35、すなわち、たとえば、上記発電機25用に設けられた永久磁石35を利用して、回転軸部材(圧縮機の回転部材)5の回転数の変化(圧縮機7の振動)を検出することができるので、簡素な構成で圧縮機7の振動を検出することができる。   Further, the hall sensor 23 provided in the housing 3 uses the permanent magnet 35 provided in the rotary shaft member 5, that is, the permanent magnet 35 provided for the generator 25, for example. Since a change in the number of rotations of the member (rotating member of the compressor) 5 (vibration of the compressor 7) can be detected, vibration of the compressor 7 can be detected with a simple configuration.

また、サージング防止装置29によれば、電圧上昇抑制手段39として、電力を一時的に充電可能な充電回路を採用し、上記発電機25を電気モータとして使用すると共に、この電気モータに、上記充電回路に蓄えられている電気エネルギーを供給して、上記圧縮機7の回転数を上昇させるので、エネルギー効率が良くし、上記圧縮機7の回転数を早く上昇させることができる。   Further, according to the surging prevention device 29, a charging circuit capable of temporarily charging electric power is adopted as the voltage rise suppression means 39, and the generator 25 is used as an electric motor. Since the electric energy stored in the circuit is supplied to increase the rotation speed of the compressor 7, energy efficiency can be improved and the rotation speed of the compressor 7 can be increased quickly.

なお、上記振動検出手段31において、たとえば、回転軸部材5の回転中心軸の延伸方向の振動を検出してもよいし、または、圧縮機7の入口圧力や出口圧力の変化の振動を検出してもよい。   Note that the vibration detecting means 31 may detect, for example, vibration in the extending direction of the rotation center axis of the rotating shaft member 5, or may detect vibration of changes in the inlet pressure or outlet pressure of the compressor 7. May be.

さらに、過給圧低減手段33として、吸気側エアーバイパスバルブ制御によって、圧縮機7の下流側の圧力を下げる手段、ウェイストゲートバルブ制御によってタービン9の回転数を下げる手段、タービン9の入口に可変ノズルを設けこの可変ノズルによってタービン9の回転数を下げる手段、タービン9の容量を変えるA/R可変制御によって圧縮機7の回転速度を下げる手段等を採用することができる。   Further, as the supercharging pressure reduction means 33, means for lowering the pressure downstream of the compressor 7 by intake side air bypass valve control, means for lowering the rotational speed of the turbine 9 by waste gate valve control, variable to the inlet of the turbine 9 A means for lowering the rotational speed of the turbine 9 by providing a nozzle and a means for lowering the rotational speed of the compressor 7 by A / R variable control for changing the capacity of the turbine 9 can be adopted.

また、エンジンE1の回転出力軸で回転駆動する圧縮機にも、上記実施形態を適用することができる。この場合、過給圧低減手段33として、たとえば、エンジンE1の回転軸と圧縮機の間にクラッチを設け、このクラッチをオン・オフして圧縮機の回転数を低減するものを採用することができる。   The above-described embodiment can also be applied to a compressor that is rotationally driven by the rotation output shaft of the engine E1. In this case, as the supercharging pressure reducing means 33, for example, a clutch provided between the rotating shaft of the engine E1 and the compressor and turning on / off the clutch to reduce the rotational speed of the compressor may be adopted. it can.

本発明の実施形態に係る過給機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the supercharger which concerns on embodiment of this invention. サージング防止装置の動作について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of a surging prevention apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 過給機
3 筐体
5 回転軸部材
7 圧縮機
9 タービン
19 制御装置
23 ホールセンサー
25 発電機
27 ブレーキ回路
29 サージング防止装置
31 振動検出手段
33 過給圧低減手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supercharger 3 Case 5 Rotating shaft member 7 Compressor 9 Turbine 19 Control device 23 Hall sensor 25 Generator 27 Brake circuit 29 Surging prevention device 31 Vibration detection means 33 Supercharging pressure reduction means

Claims (5)

エンジンの排気ガスで回転するタービンで駆動される圧縮機のサージングを防止するためのサージング防止装置において、
上記圧縮機の回転数の変動を検出することにより、上記圧縮機の運転時における振動を検出する振動検出手段と
上記タービンと上記圧縮機とを互いに連動連結する回転軸部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、上記圧縮機の回転数を低減して、上記圧縮機の過給圧を低減する発電機と、
上記振動検出手段が上記圧縮機の回転数の変動であって上記エンジンにおける排気ガスの脈動の周期よりも短い周期の変動を検出した場合、上記発電機によって上記圧縮機の回転数を低減するように制御する制御手段と
を有することを特徴とするサージング防止装置。
In a surging prevention device for preventing surging of a compressor driven by a turbine rotated by engine exhaust gas ,
Vibration detection means for detecting vibration during operation of the compressor by detecting fluctuations in the rotation speed of the compressor ;
A generator that reduces the supercharging pressure of the compressor by reducing the rotational speed of the compressor by converting the rotational energy of the rotating shaft member that interlocks the turbine and the compressor to electrical energy. When,
When the vibration detecting means detects a fluctuation in the rotation speed of the compressor and has a cycle shorter than the cycle of exhaust gas pulsation in the engine, the generator reduces the rotation speed of the compressor. Control means to control ,
A surging preventing device comprising:
請求項に記載のサージング防止装置において、
上記発電機は、上記回転軸部材に設けられた永久磁石と、上記回転軸部材の周りに設けられかつ上記回転軸部材とは非接触なコイルとを備え、
上記振動検出手段は、上記筐体に設けられたホールセンサーで上記回転軸部材に設けられた永久磁石の磁束の変化を検出することによって、上記圧縮機の回転数の変動を検出するように構成されていることを特徴とするサージング防止装置。
The surging prevention device according to claim 1 , wherein
The generator includes a permanent magnet provided on the rotating shaft member, and a coil provided around the rotating shaft member and not in contact with the rotating shaft member ,
The vibration detecting means is configured to detect a change in the rotational speed of the compressor by detecting a change in magnetic flux of a permanent magnet provided in the rotating shaft member by a hall sensor provided in the casing. An anti-surging device characterized by the above.
請求項1または請求項2に記載のサージング防止装置において、
上記発電機が発生する電気エネルギーによって、上記エンジンの電気システム電圧が上昇することを抑制するための電圧上昇抑制手段を有することを特徴とするサージング防止装置。
The surging preventing device according to claim 1 or 2 ,
A surging prevention device comprising voltage rise suppression means for suppressing an increase in electrical system voltage of the engine due to electrical energy generated by the generator .
請求項に記載のサージング防止装置において、
上記電圧上昇抑制手段は、電力を一時的に充電可能な充電回路を備えており、
上記制御手段は、上記圧縮機の回転数を上昇させる場合には、上記発電機を電気モータとして使用すると共に、この電気モータに、上記充電回路に蓄えられている電気エネルギーを供給して、上記圧縮機の回転数を上昇させる手段であることを特徴とするサージング防止装置。
The surging preventing device according to claim 3 , wherein
The voltage rise suppression means includes a charging circuit capable of temporarily charging power,
The control means uses the generator as an electric motor to increase the rotational speed of the compressor, and supplies the electric motor with the electric energy stored in the charging circuit. A surging preventing apparatus, characterized in that it is means for increasing the rotational speed of a compressor.
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のサージング防止装置を備えたことを特徴とするレシプロエンジン用またはロータリエンジン用の過給機。 A supercharger for a reciprocating engine or a rotary engine, comprising the surging prevention device according to any one of claims 1 to 4 .
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