JP6234199B2 - Turbocharger rotation state detection device - Google Patents

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Description

本発明はターボチャージャの回転状態検出装置に係り、特にコンプレッサホイールの回転によりコンプレッサ翼を通過させ、ハウジング内の圧力変動を捉えることで、ターボチャージャの回転状態検出装置の回転数を容易に計測できるようにした、ターボチャージャの回転状態検出装置に関する。   The present invention relates to a turbocharger rotation state detection device, and in particular, the rotation speed of a turbocharger rotation state detection device can be easily measured by allowing a compressor blade to pass through rotation of a compressor wheel and capturing pressure fluctuations in a housing. The present invention relates to a turbocharger rotation state detection apparatus.

従来、ターボチャージャの回転数検出方法として、例えば、複数のコンプレッサ翼を有するコンプレッサホイールの外周側に設けられたコンプレッサハウジングに距離センサを設置し、コンプレッサ翼の通過周波数を検出する方法が知られている。この場合、コンプレッサ翼の翼厚が薄すぎるとセンサがコンプレッサ翼を検知できないことや、翼枚数の多い場合、高回転の場合、センサの周波数応答能力以上となり、主として小径のターボチャージャには適用できない場合が多い。   Conventionally, as a method for detecting the rotation speed of a turbocharger, for example, a method of detecting a passing frequency of a compressor blade by installing a distance sensor in a compressor housing provided on the outer peripheral side of a compressor wheel having a plurality of compressor blades is known. Yes. In this case, if the blade thickness of the compressor blade is too thin, the sensor cannot detect the compressor blade, or if the number of blades is large and the rotation speed is high, it exceeds the frequency response capability of the sensor and is not applicable mainly to small-diameter turbochargers. There are many cases.

また、別の回転数検出方法としては、コンプレッサハウジング外側にコイルを配し、そこに電流を流して磁場を発生させておき、コンプレッサ翼の回転軸のナットを磁化させる方法がある。 この方法によれば、コイルの電流により発生した磁場をナットの磁場が横切ることで、コイルに誘導パルスが発生する。このパルスは回転周波数に同期しているので、回転周波数を検出することができる。しかしながらこの方法では磁界が弱いため、大径の羽根車には適用できない場合が多い。   As another rotation speed detection method, there is a method in which a coil is arranged outside the compressor housing, a current is passed therethrough to generate a magnetic field, and a nut on the rotation shaft of the compressor blade is magnetized. According to this method, an induction pulse is generated in the coil as the nut magnetic field crosses the magnetic field generated by the coil current. Since this pulse is synchronized with the rotation frequency, the rotation frequency can be detected. However, since this method has a weak magnetic field, it is often not applicable to a large-diameter impeller.

さらに別の回転数検出方法としては、回転軸に段差を設け、その外周側に設置された距離を検知するギャップセンサを用いて段差の通過周波数を検出する方法がある。この方法では回転軸そのものに加工が必要となる。また回転バランスを精密に確保する回転バランスの再調整の追加工程も必要となる。特に小径のターボチャージャは、高回転数で使用する場合が多いため、回転バランスを精密に調整する必要があり、加工コストが問題となっている。また、小径軸のターボチャージャでは、強度的観点よりこういった段差加工が難しいという難点もある。   As another rotation speed detection method, there is a method of detecting a passing frequency of a step using a gap sensor that detects a distance provided on the outer peripheral side of the rotation shaft by providing a step. In this method, the rotating shaft itself needs to be processed. In addition, an additional step of readjustment of the rotation balance is required to ensure the rotation balance accurately. In particular, since a small-diameter turbocharger is often used at a high rotational speed, it is necessary to precisely adjust the rotational balance, and the processing cost is a problem. In addition, with a small-diameter turbocharger, there is a difficulty that such step machining is difficult from the viewpoint of strength.

また、特許文献1では、コンプレッサ翼が過給気を圧送する給気導出通路(ディフューザ)に流速センサを設け、流速センサは、各翼に対応した過給気の周期的な流速変化から、単位時間当たりに過給気を送りだした翼の数を求め、この翼の数と、コンプレッサ翼の翼数の総数とから、ターボロータの回転数を求めるようにしている。   In Patent Document 1, a flow velocity sensor is provided in a supply air outlet passage (diffuser) through which the compressor blades pump supercharged air, and the flow velocity sensor detects the unit of change from the periodic flow velocity change of the supercharged air corresponding to each blade. The number of blades that have supplied supercharged air per hour is obtained, and the rotational speed of the turbo rotor is obtained from the number of blades and the total number of compressor blades.

さらに、特許文献2では、ターボ装置の回転子のタービン羽根の通過による圧力変動に応答して信号を出力する圧力検知手段をケーシングに設け、圧力検知手段からの信号を周波数解析して信号の周波数成分から基本周波数を測定する測定手段により、ターボ装置の回転数を検出するようにしている。   Further, in Patent Document 2, pressure detection means for outputting a signal in response to pressure fluctuations caused by passage of turbine blades of a rotor of a turbo device is provided in the casing, and the frequency of the signal is analyzed by frequency analysis of the signal from the pressure detection means. The number of revolutions of the turbo device is detected by measuring means for measuring the fundamental frequency from the components.

特開2003−97281号公報JP 2003-97281 A 特開2003−240788号公報JP 2003-240788 A

しかしながら、特許文献1では、流速センサは、各翼に対応した過給気の周期的な流速変化から、単位時間当たりに過給気を送りだした翼の数を求め、この翼の数とコンプレッサ翼の翼総数とから回転数を求めるという、種々の演算を経て回転数を求めているため煩雑さは否めない。
一方、特許文献2では、タービン羽根の通過による圧力変動に応答して信号を出力する圧力検知手段を用いるとしても、FFT(高速フーリエ変換)により周波数解析を行っており、製品コストの抑制は困難である。
本発明は、上記課題を改善するために提案されたものであって、新たに計測原理を見直して、ターボチャージャの音信号または圧力変動信号に着目し、それぞれの信号からダイレクトに計測できるように、最善のS/Nが得られるべく音信号または圧力変動信号の取得位置を定めて、音信号または圧力変動信号を捉えることで、ターボチャージャの回転数または回転状態を容易に検出できるようにした、ターボチャージャの回転状態検出装置を提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1, the flow rate sensor obtains the number of blades that have supplied supercharged air per unit time from the periodic flow rate change of the supercharged air corresponding to each blade, and the number of blades and the compressor blades. Since the number of rotations is obtained through various calculations of obtaining the number of rotations from the total number of blades, the complexity is undeniable.
On the other hand, in Patent Document 2, even if pressure detection means that outputs a signal in response to pressure fluctuations caused by passage of turbine blades is used, frequency analysis is performed by FFT (Fast Fourier Transform), and it is difficult to suppress product cost. It is.
The present invention has been proposed in order to improve the above-mentioned problems. The measurement principle is newly reviewed, and attention is paid to the sound signal or pressure fluctuation signal of the turbocharger so that measurement can be performed directly from each signal. In order to obtain the best S / N, the acquisition position of the sound signal or pressure fluctuation signal is determined and the sound signal or pressure fluctuation signal is captured so that the rotation speed or rotation state of the turbocharger can be easily detected. An object of the present invention is to provide a turbocharger rotation state detection device.

上記課題を解決するために請求項1記載の本発明では、ロータシャフトを回転軸として連結されたタービンホイールとコンプレッサホイールと、タービンホイールを収容するタービンハウジングと、コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングとを具備するターボチャージャの回転状態検出装置において、コンプレッサホイールのコンプレッサ翼下流側に位置するコンプレッサハウジングのシュラウド部に、コンプレッサハウジング外側からコンプレッサハウジング内側に向けて貫通して形成された取出し孔と、取出し孔において取出される、コンプレッサハウジング内の圧力変動を検出する圧力変動検出部と、圧力変動検出部の検出信号に基づいてコンプレッサホイールの回転数または回転変動を検出する回転状態検出部と、を備え、前記取出し孔の開口は、前記コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の回転軸方向の傾きに合わせて形成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the present invention according to claim 1, a turbine wheel and a compressor wheel connected with a rotor shaft as a rotation shaft, a turbine housing for accommodating the turbine wheel, and a compressor housing for accommodating the compressor wheel are provided. In the turbocharger rotation state detecting device, a takeout hole formed through the shroud portion of the compressor housing located downstream of the compressor blade of the compressor wheel from the outside of the compressor housing toward the inside of the compressor housing, and the takeout A pressure fluctuation detection unit that detects pressure fluctuation in the compressor housing, which is taken out in the hole, and a rotation state detection part that detects the rotation speed or rotation fluctuation of the compressor wheel based on the detection signal of the pressure fluctuation detection unit; Wherein the opening of the extraction hole, characterized in that the formed in accordance with the inclination of the rotation axis direction of the blade height the upper edge of the compressor blades.

これにより、コンプレッサハウジング内で、コンプレッサホイールの回転によって圧力が高まり、コンプレッサホイールのコンプレッサ翼下流側に位置するコンプレッサハウジングのシュラウド部に、コンプレッサハウジング外側からコンプレッサハウジング内に向けて穿設された取出し孔から、過給気の一部を高い圧力の変動を伴う脈動として取り出すことができる。かかる圧力の変動を圧力変動検出部によって検出して、圧力変動検出部の検出信号に基づいて回転状態検出部によりコンプレッサホイールの回転数または回転状態を検出することができる。   As a result, the pressure is increased by the rotation of the compressor wheel in the compressor housing, and the take-out hole formed in the shroud portion of the compressor housing located downstream of the compressor blade of the compressor wheel from the outside of the compressor housing toward the inside of the compressor housing. Therefore, a part of the supercharged air can be taken out as a pulsation accompanied by a high pressure fluctuation. The pressure fluctuation can be detected by the pressure fluctuation detector, and the rotational state or rotational state of the compressor wheel can be detected by the rotational state detector based on the detection signal of the pressure fluctuation detector.

また、請求項2にかかる本発明では、圧力変動検出部は、コンプレッサハウジング内に形成され、取出し孔に連通する拡張室に配置されている、ことを特徴とする。   The present invention according to claim 2 is characterized in that the pressure fluctuation detecting portion is disposed in an expansion chamber formed in the compressor housing and communicating with the take-out hole.

これにより、コンプレッサ翼が通過することで、過給気が取出し孔を通じて抜け、圧力変動検出部を通過する。従って圧力変動検出部は、大きく圧力変動を取り出すことができる。   As a result, when the compressor blades pass, the supercharged air passes through the take-out hole and passes through the pressure fluctuation detection unit. Therefore, the pressure fluctuation detection unit can largely extract the pressure fluctuation.

また、請求項3にかかる本発明では、圧力変動検出部は、半導体圧力センサからなる、ことを特徴とする。   The present invention according to claim 3 is characterized in that the pressure fluctuation detecting section comprises a semiconductor pressure sensor.

これにより、取出し孔から取出される過給気の脈動を、半導体圧力センサにより確実に捉えることができる。   Thereby, the pulsation of the supercharged air taken out from the take-out hole can be reliably captured by the semiconductor pressure sensor.

また、請求項4にかかる本発明では、圧力変動検出部は、音圧センサからなる、ことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the pressure fluctuation detection unit is composed of a sound pressure sensor.

これにより、取出し孔から取出される過給気の一部を高い圧力の変動を伴う脈動として取り出すことができる。この場合、高い圧力の変動を伴う脈動を音圧変動として取り出すことができる。   Thereby, a part of the supercharged air taken out from the take-out hole can be taken out as a pulsation accompanied by a high pressure fluctuation. In this case, a pulsation accompanied by a high pressure fluctuation can be extracted as a sound pressure fluctuation.

また、本発明では、取出し孔の開口は、コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の回転軸方向の傾きに合わせて形成されたことを特徴とする。
Further , the present invention is characterized in that the opening of the extraction hole is formed in accordance with the inclination in the rotation axis direction of the blade height upper end edge of the compressor blade.

コンプレッサ翼は、コンプレッサホイールの回転によって、コンプレッサハウジング内をコンプレッサハウジングの周方向に回転移動する。
コンプレッサ翼は、回転軸方向に導入側から排出側に向かって展開する曲線形状に形成されており、コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の回転軸方向の傾きに、取出し孔を合わせるように設けることができる。このため、コンプレッサホイールの回転によってコンプレッサ翼の翼高さ上端縁は、確実に取出し孔を通過し、瞬時に取出し孔を遮蔽、開放することができる。したがって、取出し孔を介してコンプレッサハウジング内の高圧化した過給気を、圧力変動として取り出すことができる。
The compressor blades are rotated in the circumferential direction of the compressor housing in the compressor housing by the rotation of the compressor wheel.
The compressor blade is formed in a curved shape that expands from the introduction side to the discharge side in the rotation axis direction, and is provided so that the take-out hole is aligned with the inclination in the rotation axis direction of the upper edge of the blade height of the compressor blade. Can do. For this reason, the upper edge of the blade height of the compressor blade can surely pass through the take-out hole by the rotation of the compressor wheel, and the take-out hole can be shielded and opened instantly. Therefore, the high-pressure supercharged air in the compressor housing can be taken out as pressure fluctuation through the take-out hole.

また、請求項にかかる本発明では、取出し孔の周方向の幅はコンプレッサ翼の翼厚と略同一とし、圧力変動検出部は、取出し孔を通過するコンプレッサ翼の回転方向前面側の空間と、回転方向後面側の空間における圧力差を検出する、ことを特徴とする。
Further, in the present invention according to claim 5 , the circumferential width of the take-out hole is substantially the same as the blade thickness of the compressor blade, and the pressure fluctuation detecting unit has a space on the front side in the rotational direction of the compressor blade that passes through the take-out hole. The pressure difference in the space on the rear side in the rotational direction is detected.

これにより、コンプレッサ翼の回転方向前面側の空間と、回転方向後面側の空間とには圧力差があり、このコンプレッサ翼の前面、後面の圧力差を、ターボ一回転でコンプレッサ翼枚数、計測することになり、回転数を計測することができる。   As a result, there is a pressure difference between the space on the front side in the rotational direction of the compressor blade and the space on the rear side in the rotational direction, and the pressure difference between the front and rear surfaces of the compressor blade is measured by the number of compressor blades in one revolution of the turbo. As a result, the number of rotations can be measured.

さらに、請求項にかかる本発明では、回転状態検出部は、コンプレッサ翼毎の圧力変動から所定周期毎に変動するうねりを検出するうねり検出部を備えたことを特徴とする。 Further, the present invention according to claim 6 is characterized in that the rotational state detection unit includes a swell detection unit that detects a swell that changes every predetermined period from a pressure change of each compressor blade.

これにより、コンプレッサ翼の前面、後面の圧力変動からコンプレッサ翼内の失速が検出でき、プレサージやサージングの検出につながる。   As a result, stall in the compressor blade can be detected from pressure fluctuations on the front and rear surfaces of the compressor blade, leading to detection of presurge and surging.

本発明によれば、コンプレッサホイールのコンプレッサ翼下流側に位置するコンプレッサハウジングのシュラウド部に、コンプレッサハウジング外側からコンプレッサハウジング内に向けて穿設された取出し孔により、回転するコンプレッサ翼が通過することでコンプレッサハウジング内の圧力変動を圧力変動として取り出すことができ、圧力変動に基づいて、回転数または回転変動及び、プレサージやサージングを検出することができる。   According to the present invention, a rotating compressor blade passes through a shroud portion of the compressor housing located on the downstream side of the compressor blade of the compressor wheel by the take-out hole drilled from the outside of the compressor housing into the compressor housing. Pressure fluctuations in the compressor housing can be taken out as pressure fluctuations, and based on the pressure fluctuations, the number of rotations or rotation fluctuations, presurge and surging can be detected.

本発明に係る回転状態検出装置を備えたターボチャージャの一例を示す、概略構成図を示す。The schematic block diagram which shows an example of the turbocharger provided with the rotation state detection apparatus which concerns on this invention is shown. 図1に示すターボチャージャにおけるコンプレッサハウジングおよびコンプレッサ翼の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of main parts of a compressor housing and compressor blades in the turbocharger shown in FIG. 1. 本発明に係る回転状態検出装置における圧力変動検出部をコンプレッサハウジングに配置した第1実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 1st Embodiment which has arrange | positioned the pressure fluctuation detection part in the rotation state detection apparatus which concerns on this invention in the compressor housing. 図3に示す圧力変動検出部によって検出されるコンプレッサハウジング内の圧力変動を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure fluctuation in the compressor housing detected by the pressure fluctuation detection part shown in FIG. 本発明に係る回転状態検出装置における圧力変動検出部をコンプレッサハウジングに配置した第2実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 2nd Embodiment which has arrange | positioned the pressure fluctuation detection part in the compressor housing in the rotation state detection apparatus which concerns on this invention. 図5に示す圧力変動検出部によって検出されるコンプレッサハウジング内の圧力変動を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure fluctuation in the compressor housing detected by the pressure fluctuation detection part shown in FIG. コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の形成方向に合わせて形成された取り付け孔の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the attachment hole formed according to the formation direction of the blade height upper end edge of a compressor blade. コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の形成方向に合わせて形成された取り付け孔の別例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the attachment hole formed according to the formation direction of the blade height upper end edge of a compressor blade. 圧力変動検出部により取出される圧力変動の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the pressure fluctuation taken out by a pressure fluctuation detection part.

以下、本発明にかかる実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative positions, and the like of the components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely descriptions. It is just an example.

図1に本発明に係る回転状態検出装置を備えたターボチャージャ1の一例を示す。
ターボチャージャ1はロータシャフト2を回転軸として連結されたタービンホイール3とコンプレッサホイール4と、タービンホイール3を収容するタービンハウジング5と、コンプレッサホイール4を収容するコンプレッサハウジング6とを具備する。また、コンプレッサハウジング6は、空気送出通路7(以下、ディフューザ7)を介して連通するスクロール8を有する。
FIG. 1 shows an example of a turbocharger 1 provided with a rotational state detection device according to the present invention.
The turbocharger 1 includes a turbine wheel 3, a compressor wheel 4, a turbine housing 5 that houses the turbine wheel 3, and a compressor housing 6 that houses the compressor wheel 4. The compressor housing 6 has a scroll 8 that communicates with the air delivery passage 7 (hereinafter referred to as a diffuser 7).

ターボチャージャ1は排気エネルギーにより過給気を作り出す回転機械であり、コンプレッサハウジング6に収容されるコンプレッサホイール4はコンプレッサ翼4aを備えている。コンプレッサ翼4aは、図中、左方からコンプレッサハウジング6内に流入する空気に対し、コンプレッサホイール4の回転で運動エネルギーを与え、ディフューザ7で、空気に与えられた運動エネルギーを圧力に変換(減速)し、スクロール8において、空気流を周方向に誘導して集めるようにしている。   The turbocharger 1 is a rotating machine that generates supercharged air by exhaust energy, and the compressor wheel 4 accommodated in the compressor housing 6 includes compressor blades 4a. The compressor blade 4a gives kinetic energy to the air flowing into the compressor housing 6 from the left in the figure by the rotation of the compressor wheel 4, and the diffuser 7 converts the kinetic energy given to the air into pressure (deceleration). In the scroll 8, the air flow is guided in the circumferential direction and collected.

そして、以上のようなターボチャージャ1には回転状態検出装置10が搭載される。
回転状態検出装置10は、コンプレッサホイール4のコンプレッサ翼4a下流側に位置するコンプレッサハウジング6のシュラウド部6sに、コンプレッサハウジング6外側からコンプレッサハウジング6内側に向けて貫通して形成された取出し孔11を介し、コンプレッサハウジング6内の圧力変動を検出する圧力変動検出部12と、圧力変動検出部12の検出信号に基づいてコンプレッサホイール4の回転数または回転変動及びコンプレッサ翼内失速を検出する回転状態検出部13と、を備えている(図2参照)。
The turbocharger 1 as described above is equipped with the rotation state detection device 10.
The rotation state detection device 10 has an extraction hole 11 formed through the shroud portion 6 s of the compressor housing 6 located on the downstream side of the compressor blade 4 a of the compressor wheel 4 from the outside of the compressor housing 6 toward the inside of the compressor housing 6. Via the pressure fluctuation detection unit 12 for detecting the pressure fluctuation in the compressor housing 6 and the rotation state detection for detecting the rotational speed or rotation fluctuation of the compressor wheel 4 and the stall in the compressor blades based on the detection signal of the pressure fluctuation detection unit 12. Part 13 (see FIG. 2).

取出し孔11は、上述のように、コンプレッサハウジング6内に導入された空気をコンプレッサホイール4の回転により圧縮して過給気とし、この過給気の一部を、ディフューザ7に至る近傍に、すなわち、コンプレッサホイール4の回転により高圧化した位置で、取出すことが出来るように形成される。
さらに、この取出し孔11は、本実施形態では、検出信号が充分強い場合には詳細は後述するが、コンプレッサホイール4におけるコンプレッサ翼4aが回転により通過する位置に、コンプレッサ翼4aにより遮蔽される大きさの寸法に形成し、精度、分解能を高めることもできる。
As described above, the take-out hole 11 compresses the air introduced into the compressor housing 6 by the rotation of the compressor wheel 4 to form supercharged air, and a part of the supercharged air reaches the diffuser 7 in the vicinity. That is, it is formed so that it can be taken out at a position where the pressure is increased by the rotation of the compressor wheel 4.
Further, in this embodiment, when the detection signal is sufficiently strong, the take-out hole 11 is shielded by the compressor blade 4a at a position where the compressor blade 4a in the compressor wheel 4 passes by rotation. It is also possible to increase the accuracy and resolution by forming the same size.

次に、回転状態検出装置10について、第1実施形態としてより具体的に説明する。
(第1実施形態)
圧力変動検出部12は、取出し孔11に直接装着され、取出し孔11を通じて取出される過給気の一部の圧力変動を検出するための圧力センサ12(半導体圧力センサ)からなる。
また、回転状態検出部13は、検出信号増幅器14と、波形整形回路16と、カウンタ17とを備える。また、カウンタ17以外に、F/Vコンバータも可能である。
Next, the rotation state detection device 10 will be described more specifically as the first embodiment.
(First embodiment)
The pressure fluctuation detection unit 12 includes a pressure sensor 12 (semiconductor pressure sensor) that is directly attached to the take-out hole 11 and detects pressure fluctuation of a part of the supercharged air taken out through the take-out hole 11.
The rotation state detection unit 13 includes a detection signal amplifier 14, a waveform shaping circuit 16, and a counter 17. In addition to the counter 17, an F / V converter is also possible.

圧力センサ12は、例えば図3に示すように、コンプレッサハウジング6内側に向けて形成された取出し孔11に、閉塞するように装着される。この場合、例えば圧力センサ12は、例えばダイヤフラム型の半導体圧力センサが可能である。
この場合、コンプレッサホイール4が回転することで、コンプレッサ翼4aが取出し孔11の開口を通過する。このときの圧力の変動を圧力センサ12により、捉えるようになっている(図4参照)。図4は圧力センサ12で捉えられる圧力変動を模式的に示している。ここでは、コンプレッサ翼4aが取出し孔11の開口を通過前には、圧力センサ12で捉えられる圧力は、Hレベルであり、取出し孔11の開口を通過後には、図示するように圧力はLレベルとなる。
For example, as shown in FIG. 3, the pressure sensor 12 is mounted so as to be closed in an extraction hole 11 formed toward the inside of the compressor housing 6. In this case, for example, the pressure sensor 12 can be, for example, a diaphragm type semiconductor pressure sensor.
In this case, when the compressor wheel 4 rotates, the compressor blade 4 a passes through the opening of the take-out hole 11. The pressure fluctuation at this time is captured by the pressure sensor 12 (see FIG. 4). FIG. 4 schematically shows pressure fluctuations captured by the pressure sensor 12. Here, before the compressor blade 4a passes through the opening of the extraction hole 11, the pressure captured by the pressure sensor 12 is at the H level, and after passing through the opening of the extraction hole 11, the pressure is at the L level as shown in the figure. It becomes.

波形整形回路16では、検出信号増幅器14からの信号をパルス信号に整形し、整形されたパルス信号をカウンタ17によってカウントすることで、コンプレッサホイール4におけるコンプレッサ翼4aが回転により通過する、回転数として、ターボチャージャ1の回転数として計測するようにしている。   In the waveform shaping circuit 16, the signal from the detection signal amplifier 14 is shaped into a pulse signal, and the shaped pulse signal is counted by the counter 17, so that the compressor blade 4 a in the compressor wheel 4 passes through the rotation. The rotation speed of the turbocharger 1 is measured.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る回転状態検出装置10について説明する。
すなわち、第2実施形態では、サイレンの原理に基づいて、圧力変動検出部12は、コンプレッサハウジング6内の圧力変動をコンプレッサ翼4aによる音圧変動として捉えるために、音圧センサ(マイクロフォン)を用いることができる(図5参照)。
マイクロフォン12は、コンプレッサハウジング6内に形成され、取出し孔11に連通する拡張室18に配置されている。なお、拡張室18は完全に閉じた空間としてもよい。
この場合、マイクロフォン12は、取出し孔11に連通する拡張室18において、コンプレッサハウジング6に形成された取出し孔11に非接触状態で配置されている。
また、この場合、取出し孔11の開口と取出し孔11の開口を通過するコンプレッサ翼4aの翼厚が略同寸法で、取出し孔11の開口をコンプレッサ翼4aによって、瞬時に遮蔽し、開放するようになっている。
(Second Embodiment)
Next, the rotation state detection apparatus 10 according to the second embodiment will be described.
That is, in the second embodiment, based on the siren principle, the pressure fluctuation detection unit 12 uses a sound pressure sensor (microphone) to capture the pressure fluctuation in the compressor housing 6 as the sound pressure fluctuation caused by the compressor blades 4a. (See FIG. 5).
The microphone 12 is formed in the compressor housing 6 and disposed in an expansion chamber 18 that communicates with the take-out hole 11. The expansion chamber 18 may be a completely closed space.
In this case, the microphone 12 is arranged in a non-contact state in the extraction hole 11 formed in the compressor housing 6 in the expansion chamber 18 communicating with the extraction hole 11.
In this case, the opening of the extraction hole 11 and the blade thickness of the compressor blade 4a passing through the opening of the extraction hole 11 are substantially the same size, and the opening of the extraction hole 11 is instantaneously shielded and opened by the compressor blade 4a. It has become.

以上のことから、第2実施形態によれば、取出し孔11の開口とコンプレッサ翼4aの翼厚が略同寸法であることから、コンプレッサ翼4aが取出し孔11の開口を通過時、取出し孔11の開口をコンプレッサ翼4aによって、瞬時に遮蔽することから、マイクロフォン12で捉えられる音圧レベルは0であり、その後音圧レベルはLレベルから取出し孔11の開口を通過後には、図示するように音圧レベルはHレベルとなる(図6参照)。   From the above, according to the second embodiment, since the opening of the extraction hole 11 and the blade thickness of the compressor blade 4a are substantially the same size, when the compressor blade 4a passes through the opening of the extraction hole 11, the extraction hole 11 Since the sound pressure level captured by the microphone 12 is 0, and the sound pressure level thereafter passes from the L level through the opening of the extraction hole 11, as shown in FIG. The sound pressure level is H level (see FIG. 6).

ここで、回転状態検出部13は、マイクロフォン12を用いた測定構成とするために、増幅器19、自動利得制御回路15(A.G.C)、カウンタ21、表示部22で構成することができる。
ここで、自動利得制御回路は、ある基準出力信号強度に対して、入力信号強度が小さいときは増幅器の利得を上げ、入力信号強度が大きいときには増幅利得を下げて信号の大きさの適正化を図っている。
ここでは、マイクロフォン12で捉えた音圧信号を増幅器19で増幅し、自動利得制御回路15で信号の大きさの適正化を図り、次にカウンタ21で音圧パルスをカウントし、表示部22で表示するというものである。表示部22によりターボチャージャ1の回転数として表示するようにしている。
Here, the rotation state detection unit 13 can be configured by an amplifier 19, an automatic gain control circuit 15 (AGC), a counter 21, and a display unit 22 in order to obtain a measurement configuration using the microphone 12. .
Here, the automatic gain control circuit increases the gain of the amplifier when the input signal strength is small with respect to a certain reference output signal strength, and decreases the amplification gain when the input signal strength is large to optimize the signal size. I am trying.
Here, the sound pressure signal captured by the microphone 12 is amplified by the amplifier 19, the signal magnitude is optimized by the automatic gain control circuit 15, and then the sound pressure pulse is counted by the counter 21. It is to display. The display unit 22 displays the rotation speed of the turbocharger 1.

このように第2実施形態によっても、ターボチャージャ1の回転数を計測することができる。なお、第2実施形態の回転状態検出装置10における回転状態検出部13は、表示部22によりターボチャージャ1の回転数として表示することができるので、例えば表示部22を運転席のインストルメントパネルに標準装備し、ターボチャージャ1の作動状態を運転者に知らしめることができる。   As described above, the rotational speed of the turbocharger 1 can be measured also in the second embodiment. In addition, since the rotation state detection part 13 in the rotation state detection apparatus 10 of 2nd Embodiment can be displayed as the rotation speed of the turbocharger 1 by the display part 22, for example, the display part 22 is displayed on the instrument panel of a driver's seat. It is equipped as standard and can let the driver know the operating state of the turbocharger 1.

以上、第1、第2実施形態では、取出し孔11の開口は、コンプレッサ翼4aの翼高さ上端縁の回転軸方向の傾きに合わせて形成され、これによって、コンプレッサホイール4の回転によってコンプレッサ翼4aの翼高さ上端縁は、確実に取出し孔11を通過し、瞬時に取出し孔11を遮蔽、開放することができる。したがって、取出し孔11を介してコンプレッサハウジング6内の高圧化した過給気を、圧力変動として取り出すことができる。   As described above, in the first and second embodiments, the opening of the take-out hole 11 is formed in accordance with the inclination in the rotation axis direction of the blade height upper end edge of the compressor blade 4a. The upper edge of the blade height of 4a can reliably pass through the take-out hole 11, and can instantly shield and open the take-out hole 11. Accordingly, the high-pressure supercharged air in the compressor housing 6 can be taken out as pressure fluctuations through the take-out hole 11.

さらに、圧力変動をより確実にとらえるには、図7に示すように、取出し孔11を複数、コンプレッサ翼4aの翼高さ上端縁に沿うように設けることもできる。これにより、受圧面積が拡大し、圧力変動に係る信号の増大を図ることができる。また、図8に示すように、矩形状の取出し孔11の開口をコンプレッサ翼4aの翼高さ上端縁に沿うようにより長尺にすることによっても、受圧面積が拡大し、圧力変動に係る信号の増大を図ることができる。   Furthermore, in order to catch the pressure fluctuation more reliably, as shown in FIG. 7, a plurality of extraction holes 11 can be provided along the upper edge of the blade height of the compressor blade 4a. As a result, the pressure receiving area can be expanded, and an increase in the signal related to pressure fluctuation can be achieved. Further, as shown in FIG. 8, the pressure receiving area is expanded and the signal related to the pressure fluctuation can be obtained by making the opening of the rectangular take-out hole 11 longer along the upper edge of the blade height of the compressor blade 4a. Can be increased.

以上、本発明を、取出し孔11を介してコンプレッサハウジング6内の高圧化した過給気を、圧力変動として取り出す第1、第2実施形態を挙げて、説明した。
すなわち、コンプレッサ翼4aの回転方向前面側の空間と、回転方向後面側の空間とには圧力差があり、このコンプレッサ翼4aの前面、後面の圧力差を、ターボ一回転でコンプレッサ翼4a枚数、計測することになり、回転数を計測することができる。
As described above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments in which the high-pressure supercharged air in the compressor housing 6 is extracted as the pressure fluctuation through the extraction hole 11.
That is, there is a pressure difference between the space on the front side in the rotational direction of the compressor blade 4a and the space on the rear side in the rotational direction, and the pressure difference between the front and rear surfaces of the compressor blade 4a The number of rotations can be measured.

そのために、ここでの回転状態検出部13は、コンプレッサ翼4a毎の圧力変動(細い実線)だけでなく、長周期の所定周期毎に変動する、太実線で示すうねり(図9参照)を検出するうねり検出部を備えることができる。図9は、ターボ回転数を一定に維持しながらコンプレッサ流量を絞った場合の圧力波形を示している。
うねり検出部は、詳細な説明は省略するが、所定周期毎に変動するうねりをFFT、あるいはローパスフィルタにより検出することができる。
コンプレッサ翼4a毎の圧力変動で、翼毎の変動より長周期のうねりを検出した場合には、プレサージ(旋回失速)あるいはその延長線上に発生するサージングという、コンプレッサ翼の破壊につながる不具合を検出することができるという大きな特質がある。
Therefore, the rotation state detection unit 13 here detects not only the pressure fluctuation (thin solid line) for each compressor blade 4a, but also the waviness (see FIG. 9) indicated by a thick solid line that fluctuates for each predetermined long cycle. An undulation detecting unit can be provided. FIG. 9 shows a pressure waveform when the compressor flow rate is reduced while maintaining the turbo rotation speed constant.
Although the detailed description is omitted, the swell detector can detect the swell that fluctuates every predetermined period by using FFT or a low-pass filter.
When the pressure fluctuation of each compressor blade 4a detects a longer period of swell than the fluctuation of each blade, it detects a failure leading to the destruction of the compressor blade, such as pre-surge (swing stall) or surging generated on the extension line. There is a big characteristic that you can.

本発明のターボチャージャの回転状態検出装置は、あらゆるエンジン機器のターボチャージャに汎用性がある。   The turbocharger rotation state detection apparatus of the present invention has versatility in turbochargers of any engine equipment.

1 ターボチャージャ
2 ロータシャフト
3 タービンホイール
4 コンプレッサホイール
4a コンプレッサ翼
5 タービンハウジング
6 コンプレッサハウジング
6s シュラウド部
7 ディフューザ
8 スクロール
10 回転状態検出装置
11 取出し孔
12 圧力変動検出部
13 回転状態検出部
14 検出信号増幅器
15 自動利得制御回路
16 波形整形回路
17 カウンタ
18 拡張室
19 増幅器
22 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbocharger 2 Rotor shaft 3 Turbine wheel 4 Compressor wheel 4a Compressor blade 5 Turbine housing 6 Compressor housing 6s Shroud part 7 Diffuser 8 Scroll 10 Rotation state detection apparatus 11 Extraction hole 12 Pressure fluctuation detection part 13 Rotation state detection part 14 Detection signal amplifier 15 Automatic Gain Control Circuit 16 Waveform Shaping Circuit 17 Counter 18 Expansion Room 19 Amplifier 22 Display Unit

Claims (6)

ロータシャフトを回転軸として連結されたタービンホイールとコンプレッサホイールと、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングと、前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングとを具備するターボチャージャの回転状態検出装置において、
前記コンプレッサホイールのコンプレッサ翼下流側に位置する前記コンプレッサハウジングのシュラウド部に、前記コンプレッサハウジング外側から前記コンプレッサハウジング内側に向けて貫通して形成された取出し孔と、
該取出し孔において取出される、前記コンプレッサハウジング内の圧力変動を検出する圧力変動検出部と、
該圧力変動検出部の検出信号に基づいてコンプレッサホイールの回転数または回転変動を検出する回転状態検出部と、を備え
前記取出し孔の開口は、前記コンプレッサ翼の翼高さ上端縁の回転軸方向の傾きに合わせて形成されたことを特徴とするターボチャージャの回転状態検出装置。
In a turbocharger rotation state detection device comprising a turbine wheel and a compressor wheel connected with a rotor shaft as a rotation axis, a turbine housing that houses the turbine wheel, and a compressor housing that houses the compressor wheel,
An extraction hole formed in the shroud portion of the compressor housing located on the downstream side of the compressor blades of the compressor wheel so as to penetrate from the outside of the compressor housing toward the inside of the compressor housing;
A pressure fluctuation detecting unit for detecting pressure fluctuation in the compressor housing, which is taken out in the take-out hole;
A rotation state detection unit that detects the rotation speed or rotation variation of the compressor wheel based on the detection signal of the pressure fluctuation detection unit , and
The turbocharger rotation state detection device is characterized in that the opening of the take-out hole is formed in accordance with the inclination in the rotation axis direction of the blade height upper end edge of the compressor blade .
前記圧力変動検出部は、前記コンプレッサハウジング内に形成され、前記取出し孔に連通する拡張室に配置されている、ことを特徴とする請求項1記載のターボチャージャの回転状態検出装置。   2. The turbocharger rotation state detection device according to claim 1, wherein the pressure fluctuation detection unit is disposed in an expansion chamber formed in the compressor housing and communicating with the extraction hole. 3. 前記圧力変動検出部は、半導体圧力センサからなる、ことを特徴とする請求項1記載のターボチャージャの回転状態検出装置。 The pressure fluctuation detecting unit is composed of a semiconductor pressure sensor, turbocharger rotational state detecting apparatus according to claim 1, wherein. 前記圧力変動検出部は、音圧センサからなる、ことを特徴とする請求項1または2記載のターボチャージャの回転状態検出装置。   The turbocharger rotation state detection device according to claim 1, wherein the pressure fluctuation detection unit includes a sound pressure sensor. 前記取出し孔の周方向の幅は前記コンプレッサ翼の翼厚と略同一とし、前記圧力変動検出部は、前記取出し孔を通過する前記コンプレッサ翼の回転方向前面側の空間と、回転方向後面側の空間における圧力差を検出することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載のターボチャージャの回転状態検出装置。 The circumferential width of the take-out hole is substantially the same as the blade thickness of the compressor blade, and the pressure fluctuation detection unit has a space on the front side in the rotation direction of the compressor blade that passes through the take-out hole, and on the rear side in the rotation direction. The turbocharger rotation state detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein a pressure difference in the space is detected. 前記回転状態検出部は、前記コンプレッサ翼毎の圧力変動から所定周期毎に変動するうねりを検出するうねり検出部を備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載のターボチャージャの回転状態検出装置。
The turbo according to any one of claims 1 to 5 , wherein the rotation state detection unit includes a swell detector that detects a swell that changes every predetermined period from a pressure change of each compressor blade. Charger rotation state detection device.
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