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JP2016061218A - Turbocharger rotation speed detection device - Google Patents

Turbocharger rotation speed detection device Download PDF

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JP2016061218A
JP2016061218A JP2014189647A JP2014189647A JP2016061218A JP 2016061218 A JP2016061218 A JP 2016061218A JP 2014189647 A JP2014189647 A JP 2014189647A JP 2014189647 A JP2014189647 A JP 2014189647A JP 2016061218 A JP2016061218 A JP 2016061218A
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JP
Japan
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turbocharger
rotation speed
peak
compressor
detection device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014189647A
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Japanese (ja)
Inventor
健吾 友成
Kengo Tomonari
健吾 友成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Electronics Corp
Original Assignee
Applied Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Applied Electronics Corp filed Critical Applied Electronics Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbocharger rotation detection device capable of always accurately and surely detecting an instantaneous rotation speed, regardless of difference even when the shapes and characteristics of vanes of the turbocharger are different.SOLUTION: A turbocharger rotation speed detection device for detecting a rotation speed of a turbocharger mounted on an engine includes: a peak detection circuit for detecting a peak of a detection signal from a turbo sensor disposed so as to approach a compressor vane of the turbocharger; and an instantaneous rotation speed calculation circuit for calculating an instantaneous rotation speed of the turbocharger on the basis of a peak signal detected by the peak detection circuit.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、エンジンに装着されるターボチャージャ(過給機)の回転速度を検出する小型で安価な構成のターボチャージャ回転速度検出装置に関し、特にターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号に基づき、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に、しかも機差に影響を受けることなく検出することができるターボチャージャ回転速度検出装置に関する。   The present invention relates to a turbocharger rotation speed detection device having a small and inexpensive configuration for detecting the rotation speed of a turbocharger (supercharger) mounted on an engine, and particularly, disposed near a compressor vane of the turbocharger. The present invention relates to a turbocharger rotation speed detection device capable of accurately and reliably detecting an instantaneous rotation speed of a turbocharger based on a detection signal from a turbo sensor without being affected by a machine difference.

自動車用等の内燃機関においては、その出力は、機関に燃焼のために提供され得る空気質量と相応の燃料量とに関連しており、内燃機関の出力を向上させたい場合には、より多くの燃焼空気と、より多くの燃料とが供給されなければならない。大型化することなく出力向上等を図るための過給機として、ターボチャージャを設けたものが知られている。ターボチャージャは、主として流体コンプレッサとタービンとから成っており、流体コンプレッサとタービンとは共通のシャフトで結合されており、同じ回転数で回転する。タービンは、排ガスの、通常使用されずに消失するエネルギーを回転エネルギーに変換し、コンプレッサを駆動する。コンプレッサは新しい空気を吸い込み、予圧縮された空気を機関の個々のシリンダに圧送する。シリンダ内のより大きな空気質量には、増加させられた燃料量が供給され得る。これによって、内燃機関がより多くの出力を放出するものである。   In an internal combustion engine such as an automobile, the output is related to the mass of air that can be provided to the engine for combustion and the corresponding amount of fuel, and more if you want to improve the output of the internal combustion engine. Combustion air and more fuel must be supplied. A turbocharger provided with a turbocharger is known as a supercharger for improving output without increasing the size. The turbocharger mainly includes a fluid compressor and a turbine, and the fluid compressor and the turbine are coupled by a common shaft and rotate at the same rotational speed. The turbine converts the energy of the exhaust gas that normally disappears without being used into rotational energy, and drives the compressor. The compressor draws in fresh air and pumps precompressed air into the individual cylinders of the engine. The larger air mass in the cylinder can be supplied with an increased amount of fuel. As a result, the internal combustion engine releases more output.

図1はタービン20とコンプレッサ30とを備えた一般的なターボチャージャ10の構造例を示しており、コンプレッサ30内には、コンプレッサホイール31が回転可能に支承されており、ターボシャフト11に結合されている。ターボシャフト11も回転可能に支承されており、その他方の端部でタービンホイール21に結合されている。タービン入口22を介して、高温の排ガスが内燃機関(図示せず)からタービン20内に流入させられることによりタービンホイール21が回転する。排ガス流は、タービン20からタービン出口23を通って流出する。タービンホイール21がターボシャフト11を介してコンプレッサホイール31に結合されているので、これによってタービン20がコンプレッサ30を駆動する。コンプレッサ30内には、空気が空気入口32(図3)を通して吸い込まれ、圧縮され、空気出口33を介して内燃機関に供給される。   FIG. 1 shows an example of the structure of a general turbocharger 10 including a turbine 20 and a compressor 30. A compressor wheel 31 is rotatably supported in the compressor 30 and is coupled to the turbo shaft 11. ing. The turbo shaft 11 is also rotatably supported and is connected to the turbine wheel 21 at the other end. High-temperature exhaust gas is caused to flow from the internal combustion engine (not shown) into the turbine 20 through the turbine inlet 22 to rotate the turbine wheel 21. The exhaust gas stream exits from the turbine 20 through the turbine outlet 23. Since the turbine wheel 21 is coupled to the compressor wheel 31 via the turbo shaft 11, the turbine 20 drives the compressor 30 thereby. Air is sucked into the compressor 30 through the air inlet 32 (FIG. 3), compressed, and supplied to the internal combustion engine through the air outlet 33.

図2は、タービンホイール21と、ターボシャフト11と、コンプレッサホイール31との結合関係を示しており、タービンホイール21は、一般的に耐熱性のオーステナイト系のニッケル化合物から成っている。タービンホイール21とターボシャフト11とから成る構成部分は、ロータ又は回転体と呼ばれる。コンプレッサホイール31は、例えばアルミニウム合金から精密鋳造法等で製作される。コンプレッサホイール31はターボシャフト11のコンプレッサ側の端部12に、固定エレメント34によって固定される。固定エレメント34は、例えば袋ナット35であってよい。袋ナット35はタービンホイール21をシールブシュと、支承つばと、スペーサブシュとでターボシャフトつばに対して固く緊締する。従って、回転体は固いユニットをコンプレッサホイール31と共に形成している。   FIG. 2 shows the coupling relationship between the turbine wheel 21, the turbo shaft 11, and the compressor wheel 31, and the turbine wheel 21 is generally made of a heat-resistant austenitic nickel compound. The component part which consists of the turbine wheel 21 and the turbo shaft 11 is called a rotor or a rotary body. The compressor wheel 31 is manufactured from, for example, an aluminum alloy by a precision casting method or the like. The compressor wheel 31 is fixed to the compressor-side end 12 of the turbo shaft 11 by a fixing element 34. The fixing element 34 may be a cap nut 35, for example. The cap nut 35 firmly tightens the turbine wheel 21 against the turbo shaft collar with the seal bush, the bearing collar, and the spacer bush. Therefore, the rotating body forms a rigid unit with the compressor wheel 31.

図3は、空気入口32と空気出口33とを備えたコンプレッサ30を示しており、空気入口32には円筒状のアダプタ36が配置されている。アダプタ36は螺旋状のコンプレッサハウジング37に、例えばネジ38によって結合されている。   FIG. 3 shows a compressor 30 having an air inlet 32 and an air outlet 33, and a cylindrical adapter 36 is arranged at the air inlet 32. The adapter 36 is coupled to a helical compressor housing 37 by, for example, screws 38.

ターボチャージャの回転数はエンジン制御等に必要であるが、ターボチャージャの回転数は20万〜50万rpmにも達し、温度も500〜1000℃となり、計測環境が苛酷であることから、コンプレッサホイール又はタービンホイールにおける回転数の直接的な計測は非常に困難である。   The rotation speed of the turbocharger is necessary for engine control, but the rotation speed of the turbocharger reaches 200,000 to 500,000 rpm, the temperature is 500 to 1000 ° C., and the measurement environment is severe. Or it is very difficult to directly measure the rotational speed of the turbine wheel.

このため、特開2008−506074号公報(特許文献1)では、ターボシャフトの回転数を検出するための装置として、ターボシャフトのコンプレッサ側の端部に磁界を変化させるためのエレメントを設け、磁界の変化が、ターボシャフトの回転に関連して生ぜしめられるようになっており、磁界を変化させるためのエレメントの近くにセンサ素子を配置しており、センサ素子が磁界の変化を検出するようになっている。   For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-506074 (Patent Document 1), as an apparatus for detecting the rotational speed of the turbo shaft, an element for changing the magnetic field is provided at the end of the turbo shaft on the compressor side. Change is caused in relation to the rotation of the turboshaft, the sensor element is arranged close to the element for changing the magnetic field, so that the sensor element detects the change of the magnetic field. It has become.

しかしながら、特許文献1によるターボシャフトの回転数検出では、ターボシャフトのコンプレッサ側端部に磁界を変化させるためのエレメントを装着しなければならず、ターボシャフトの軸径が小さいためにエレメントを大きくすることができず、その結果磁界変化を感度良く検出することができない。また、センサ素子が空気の流れを阻害するため、ターボチャージャの性能低下を起こす。そのため、ターボチャージャ製造上のコストアップと共に、検出精度の点で問題がある。   However, in the detection of the rotational speed of the turboshaft according to Patent Document 1, an element for changing the magnetic field must be mounted on the compressor side end of the turboshaft, and the element is enlarged because the shaft diameter of the turboshaft is small. As a result, the magnetic field change cannot be detected with high sensitivity. Further, since the sensor element obstructs the air flow, the performance of the turbocharger is degraded. For this reason, there is a problem in terms of detection accuracy as well as an increase in cost in manufacturing the turbocharger.

また、特開2007−89336号公報(特許文献2)では、センサレス永久磁石同期モータをターボシャフトに設け、駆動電流検出手段が検出したモータ駆動電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段とを切替えて使用する。特許文献2の装置では、装置として大型なセンサレス永久磁石同期モータを設けると共に、その制御に必要な手段を別途設置しなければならない問題がある。   In JP 2007-89336 A (Patent Document 2), a sensorless permanent magnet synchronous motor is provided on a turbo shaft, and the rotation of the sensorless permanent magnet synchronous motor during driving is based on the motor drive current detected by the drive current detecting means. The rotation state estimation means for estimating the state and the rotation state detection means for detecting the rotation state during non-driving are switched and used. In the apparatus of Patent Document 2, there is a problem that a large sensorless permanent magnet synchronous motor is provided as an apparatus, and means necessary for the control must be separately installed.

かかる問題を解決するターボチャージャの回転検出装置として、本出願人による特願2012−522305(特許文献3)が提案されている。特許文献3では、ターボチャージャの回転センサに突出型渦電流センサ100Bを用い、この渦電流センサ100Bをターボチャージャのコンプレッサ30に図4及び図5に示すように装着する。即ち、コンプレッサ30の空気入口32に、コンプレッサホイール31のブレード回転面と対向するように渦電流センサ100Bを装着している。渦電流センサ100Bの装着は、例えばコンプレッサ30空気入口32の近辺に所定穴を開け、渦電流センサ100Bの外套管を穴に嵌着することにより、或いは螺合させることにより、或いは溶接により固定する。   Japanese Patent Application No. 2012-522305 (Patent Document 3) by the present applicant has been proposed as a turbocharger rotation detection device for solving such a problem. In Patent Document 3, a protruding eddy current sensor 100B is used as a rotation sensor of a turbocharger, and this eddy current sensor 100B is mounted on a compressor 30 of the turbocharger as shown in FIGS. That is, the eddy current sensor 100 </ b> B is attached to the air inlet 32 of the compressor 30 so as to face the blade rotation surface of the compressor wheel 31. The eddy current sensor 100B is mounted by, for example, forming a predetermined hole in the vicinity of the air inlet 32 of the compressor 30 and fitting the outer tube of the eddy current sensor 100B into the hole, screwing, or fixing by welding. .

図5に示すように、ターボチャージャ10は、エンジンの排気ガス流によって回転駆動されるタービン20と、そのタービン20の回転により回転駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ30と、タービン20及びコンプレッサ30を連結するターボシャフト11とによって構成される。また、ハウジング13内には、ターボシャフト11をラジアル方向に回転可能に支持するベアリング14が収容されている。タービン20は、複数枚のタービンブレードを有するタービンホイール21と、ハウジング13のうちタービンホイール21を収容する部分であるタービンハウジング24とを備えている。また、コンプレッサ30は、複数枚(例えば5〜12枚)のコンプレッサブレード(ベーン)を有するコンプレッサホイール31と、ハウジング13のうちコンプレッサホイール31を収容する部分であるコンプレッサハウジング37とを有している。渦電流センサ100Bはコンプレッサハウジング37に貫通して、嵌着、螺合若しくは溶接で装着され、センサトップがブレード回転表面に近接して装着される。そして、タービンホイール21が排気ガスにより回転すると、コンプレッサホイール31がターボシャフト11と共に回転し、コンプレッサハウジング37内の吸気通路に吸入した空気を加圧圧縮し燃焼室に送り込む。   As shown in FIG. 5, the turbocharger 10 includes a turbine 20 that is rotationally driven by the exhaust gas flow of the engine, a compressor 30 that is rotationally driven by the rotation of the turbine 20 and pressurizes intake air, and the turbine 20 and the compressor 30. And a turbo shaft 11 connecting the two. The housing 13 accommodates a bearing 14 that supports the turbo shaft 11 so as to be rotatable in the radial direction. The turbine 20 includes a turbine wheel 21 having a plurality of turbine blades, and a turbine housing 24 that is a portion of the housing 13 that houses the turbine wheel 21. The compressor 30 includes a compressor wheel 31 having a plurality of (for example, 5 to 12) compressor blades (vanes) and a compressor housing 37 that is a part of the housing 13 that accommodates the compressor wheel 31. . The eddy current sensor 100B penetrates the compressor housing 37 and is attached by fitting, screwing or welding, and the sensor top is attached in the vicinity of the blade rotation surface. When the turbine wheel 21 is rotated by the exhaust gas, the compressor wheel 31 is rotated together with the turboshaft 11, and the air taken into the intake passage in the compressor housing 37 is compressed and sent to the combustion chamber.

図6は、渦電流センサ100Bに接続してターボ回転数を検出する検出回路の一例を示しており、上述のようにコンプレッサホイール31のベーン(ブレード)回転表面に近接して配設された渦電流センサ100Bは共振回路110で駆動されると共に、ベーンの回転による変位に対応して変化する信号成分を抽出する検波回路111に接続されている。検波回路111で抽出された信号成分は増幅器112で増幅され、閾値THを有する比較器等の2値化回路113で2値化され、2値化されたパルス信号P1が分周回路114で分周され、例えばタービン1回転で1パルスを出力するように変換する。これにより分周パルスP2を計数することによって、回転数検出回路(カウンタ)115はタービン回転数RNを検出し、時間換算によって平均的な回転速度を計測することができる。 FIG. 6 shows an example of a detection circuit connected to the eddy current sensor 100B to detect the turbo rotational speed. As described above, the eddy arranged in the vicinity of the vane (blade) rotation surface of the compressor wheel 31. The current sensor 100B is driven by a resonance circuit 110, and is connected to a detection circuit 111 that extracts a signal component that changes corresponding to the displacement caused by the rotation of the vane. Signal component extracted by the detection circuit 111 is amplified by an amplifier 112, it is binarized by the binarization circuit 113 of the comparator or the like having a threshold TH 0, binary pulse signal P1 is at the frequency divider 114 The frequency is divided and converted so that, for example, one pulse is output by one rotation of the turbine. Thus, by counting the frequency-divided pulse P2, the rotation speed detection circuit (counter) 115 can detect the turbine rotation speed RN and measure the average rotation speed by time conversion.

ここにおいて、センサ100Bの出力波形は例えば図7に示すようになっており、図6で示すように、全ての波形ピーク値よりも低い値の閾値THで2値化している。 Here, the output waveform of the sensor 100B is as shown in FIG. 7, for example, as shown in Figure 6, is binarized by the threshold value TH 0 lower than all waveform peak value.

特開2008−506074号公報JP 2008-506074 A 特開2007−89336号公報JP 2007-89336 A 特願2012−522305Japanese Patent Application No. 2012-522305

しかしながら、センサ100Bの出力波形は、コンプレッサベーンの厚さのバラツキ、ベーンの形状や材料の微差、ターボシャフトの偏心等に基づいて同一ではなく、図7の波形図や図8の模式図に詳細を示すように、閾値Thに対してベーンの厚さに相当するパルス幅Wb1、Wb2,・・と、ベーン間距離に相当する波長間隔ΔT1,ΔT2,・・・とが波形毎に一定ではなく、しかもターボチャージャ毎に相違した値となる。そのため、閾値Thに対して2値化したパルス波形は図9のように不均一となり、パルス間隔ΔT1,ΔT2,・・・が相違する。その結果、瞬時回転速度を計測する場合に、正確な計測ができないという問題がある。近年、ターボチャージャの瞬時回転速度はエンジン制御において重要な要因となっている。 However, the output waveform of the sensor 100B is not the same based on the variation in the thickness of the compressor vane, the difference in the shape and material of the vane, the eccentricity of the turbo shaft, and the like. As shown in detail, the pulse widths Wb1, Wb2,... Corresponding to the vane thickness with respect to the threshold Th 0 and the wavelength intervals ΔT1, ΔT2,. However, the value is different for each turbocharger. Therefore, the pulse waveform binarized with respect to the threshold Th 0 is not uniform as shown in FIG. 9, and the pulse intervals ΔT1, ΔT2,. As a result, when measuring the instantaneous rotation speed, there is a problem that accurate measurement cannot be performed. In recent years, the instantaneous rotation speed of a turbocharger has become an important factor in engine control.

図10は、ブレード番号毎(No.0〜No.42)に計測された瞬時回転速度{rpm}のバラツキ(公差)の様子を示しており、公差の少ない状態で計測した正確な瞬時回転速度の取得が、高度なエンジン制御に要請されている。   FIG. 10 shows the variation (tolerance) of the instantaneous rotational speed {rpm} measured for each blade number (No. 0 to No. 42), and the accurate instantaneous rotational speed measured with little tolerance. Is required for advanced engine control.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ターボチャージャのベーンの形状や特性等に相違があっても、その相違に関係なく、常に正確かつ確実に瞬時回転速度を検出できるターボチャージャ回転検出装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances described above. The object of the present invention is to always instantaneously and accurately rotate regardless of the difference in the shape and characteristics of the vanes of the turbocharger. An object of the present invention is to provide a turbocharger rotation detection device capable of detecting a speed.

本発明は、エンジンに装着されたターボチャージャの回転速度を検出するターボチャージャ回転速度検出装置に関し、本発明の上記目的は、前記ターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号のピークを検出するピーク検出回路と、前記ピーク検出回路で検出されたピーク信号に基づいて前記ターボチャージャの瞬時回転速度を演算する瞬時回転速度演算回路とを具備することにより達成される。 The present invention relates to a turbocharger rotation speed detection device for detecting the rotation speed of a turbocharger mounted on an engine, and the above object of the present invention is from a turbo sensor disposed in the vicinity of a compressor vane of the turbocharger. This is achieved by including a peak detection circuit that detects the peak of the detection signal, and an instantaneous rotation speed calculation circuit that calculates the instantaneous rotation speed of the turbocharger based on the peak signal detected by the peak detection circuit.

本発明の上記目的は、前記ターボセンサが渦電流センサであることにより、或いは前記瞬時回転速度の演算を、前記ピークの検出の都度行うようになっていることにより、或いは前記検出信号のピークの検出を、前記検出信号に対する時系列のサンプリング値の大小比較に基づいて行うようになっていることにより、或いは前記時系列のサンプリング値の大小比較を少なくとも3回行って、前記ピークを確定するようになっていることにより、より効果的に達成される。   The object of the present invention is that the turbo sensor is an eddy current sensor, or that the instantaneous rotational speed is calculated each time the peak is detected, or that the peak of the detection signal is detected. The detection is performed based on the comparison of the time series sampling values with respect to the detection signal, or the time series sampling values are compared at least three times to determine the peak. This is achieved more effectively.

本発明のターボチャージャ回転速度検出装置によれば、コンプレッサの各ベーンに対応する波形のピークを検出し、ピークに対応するパルス列のパルス間隔に基づいて瞬時回転速度を検出するようにしているので、公差の影響を受けることなく、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に検出することができる。   According to the turbocharger rotational speed detection device of the present invention, the peak of the waveform corresponding to each vane of the compressor is detected, and the instantaneous rotational speed is detected based on the pulse interval of the pulse train corresponding to the peak. The instantaneous rotation speed of the turbocharger can be accurately and reliably detected without being affected by the tolerance.

一般的なターボチャージャの構造例を示す一部断面構造図である。It is a partial cross section figure showing an example of structure of a general turbocharger. タービンホイールと、ターボシャフトと、コンプレッサホイールとの接続関係を示す構造図である。FIG. 3 is a structural diagram showing a connection relationship among a turbine wheel, a turbo shaft, and a compressor wheel. 空気入口と空気出口を備えたコンプレッサの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the compressor provided with the air inlet and the air outlet. ターボチャージャ回転センサの取り付け構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the attachment structure of a turbocharger rotation sensor. ターボチャージャ回転センサの取り付け構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the attachment structure of a turbocharger rotation sensor. ターボチャージャ回転センサの検出回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the detection circuit of a turbocharger rotation sensor. ターボチャージャ回転センサの出力波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the output waveform of a turbocharger rotation sensor. ターボチャージャ回転センサの出力波形と閾値との関係の一部を詳細に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of relationship between the output waveform of a turbocharger rotation sensor, and a threshold value in detail. 2値化された波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the binarized waveform. ターボチャージャ回転センサの出力波形の機差の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the machine difference of the output waveform of a turbocharger rotation sensor. 本発明の計測原理を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the measurement principle of this invention. 2値化された波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the binarized waveform. 本発明の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of this invention. 本発明の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of this invention. ピークの検出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the detection of a peak. 本発明の公差の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the tolerance of this invention.

本発明では、所定の閾値を用いてターボチャージャのコンプレッサベーンの検出波形を2値化し、そのパルス間隔から瞬時回転速度を計測するのではなく、図11に示すように各ベーンに対応する検出波形のピークPK1,PK2,PK3,・・・を検出し、ピークPK1,PK2,PK3,・・・に対応する図12に示すようなパルス列のパルス間隔ΔTnに基づいて瞬時回転速度を検出する。つまり、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の時間間隔の計測により、ベーン毎の瞬時回転速度を検出する各ベーンの検出波形がピークPK1,PK2,PK3,・・・に達するまでの途中波形は、ベーンの厚さや形状の違いによって影響を受けるが、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の位置は公差の影響を受けない。そのため、ピークPK1,PK2,PK3,・・・の時間間隔を計測することによって、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確に検出することができる。   In the present invention, the detection waveform of the compressor vane of the turbocharger is binarized using a predetermined threshold value, and the instantaneous rotation speed is not measured from the pulse interval, but the detection waveform corresponding to each vane as shown in FIG. .., And the instantaneous rotational speed is detected based on the pulse interval ΔTn of the pulse train as shown in FIG. 12 corresponding to the peaks PK1, PK2, PK3,. That is, by measuring the time interval between the peaks PK1, PK2, PK3,..., The waveform until the vane detection waveform for detecting the instantaneous rotational speed for each vane reaches the peaks PK1, PK2, PK3,. Are affected by differences in vane thickness and shape, but the positions of the peaks PK1, PK2, PK3,... Are not affected by tolerances. Therefore, the instantaneous rotation speed of the turbocharger can be accurately detected by measuring the time interval between the peaks PK1, PK2, PK3,.

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図13は本発明の構成例を図6に対応させて示しており、増幅器112からのベーン検出信号AMのピークを検出するピーク検出回路120と、ピーク検出回路120で検出されたピークのピーク列PSに基づいて瞬時回転速度SRをピーク毎に演算する瞬時回転速度演算回路130とを備えている。即ち、本発明では、ベーン検出信号AMのピーク毎に瞬時回転速度SRを得ることができ、この瞬時回転速度SRをエンジン制御やターボチャージャの制御に利用することができる。   FIG. 13 shows a configuration example of the present invention corresponding to FIG. 6. A peak detection circuit 120 for detecting the peak of the vane detection signal AM from the amplifier 112 and a peak train of peaks detected by the peak detection circuit 120 are shown. And an instantaneous rotation speed calculation circuit 130 for calculating the instantaneous rotation speed SR for each peak based on PS. That is, in the present invention, the instantaneous rotational speed SR can be obtained for each peak of the vane detection signal AM, and this instantaneous rotational speed SR can be used for engine control and turbocharger control.

このような構成において、図14のフローチャート及び図15の波形図を参照して、本発明の動作例を説明する。   In such a configuration, an operation example of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 and the waveform diagram of FIG.

先ずベーン検出信号AMが正側となるのを待ち(ステップS1)、メモリ(図示せず)に記憶されている前回のサンプリング値をクリアし(ステップS2)、所定時間、つまりサンプリング時間となるまで待機する(ステップS3)。   First, waiting for the vane detection signal AM to become positive (step S1), the previous sampling value stored in the memory (not shown) is cleared (step S2), and until a predetermined time, that is, the sampling time is reached. Wait (step S3).

所定時間が経過してサンプリング時間になると(図15の時点t1)、ベーン検出信号AMをサンプリングし(ステップS10)、そのサンプリング値P1をメモリに記憶する(ステップS11)。そして、当該サンプリング値P1が前回のサンプリング値以上であるか否かを判定するが(ステップS12)、今回は当該サンプリング値P1は前回のサンプリング値以上であるので、次のサンプリング時間(図15の時点t2)にサンプリングし(ステップS13)、当該サンプリング値P2をメモリに記憶する(ステップS14)。そして、上記ステップS12にリターンし、当該サンプリング値P2が前回のサンプリング値P1以上であるか否かを判定する(ステップS12)。このようなサンプリングと前回値との大小比較を繰り返す。   When the predetermined time has elapsed and the sampling time is reached (time t1 in FIG. 15), the vane detection signal AM is sampled (step S10), and the sampling value P1 is stored in the memory (step S11). Then, it is determined whether or not the sampling value P1 is equal to or greater than the previous sampling value (step S12), but since the sampling value P1 is equal to or greater than the previous sampling value this time, the next sampling time (in FIG. 15). Sampling is performed at time t2) (step S13), and the sampling value P2 is stored in the memory (step S14). Then, the process returns to step S12, and it is determined whether or not the sampling value P2 is equal to or more than the previous sampling value P1 (step S12). Such a sampling and the comparison of the previous value are repeated.

このようなサンプリングと比較において、時点t6のサンプリング値P6は時点t5のサンプリング値P5よりも大きく、時点t7のサンプリング値P7は時点t6のサンプリング値P6よりも小さくなっているので、サンプリング値P6がピーク値と確定し(ステップS20)、ピーク値P6(時間を含む)をメモリに記憶する(ステップS21)。   In comparison with such sampling, the sampling value P6 at the time point t6 is larger than the sampling value P5 at the time point t5, and the sampling value P7 at the time point t7 is smaller than the sampling value P6 at the time point t6. The peak value is confirmed (step S20), and the peak value P6 (including time) is stored in the memory (step S21).

なお、ピーク値の確定動作において、本例では今回サンプリング値が前回サンプリング値より小さくなったときに、前回サンプリング値をピーク値と判定しているが、検出波形が一旦小さくなって再度大きくなる場合も想定される。そのため。今回サンプリング値が前回サンプリング値より小さくなる回数が、例えばn(2以上の整数)回続いた場合にn回前のサンプリング値をピーク値として確定すれば、より正確なピークの検出が可能となる。少なくとも3回のサンプリングで、ピークを確定することが望ましい。   In this example, when the current sampling value is smaller than the previous sampling value, the previous sampling value is determined to be the peak value in this example, but the detected waveform is once reduced and then increased again. Is also envisaged. for that reason. If the number of times the current sampling value is smaller than the previous sampling value continues, for example, n (integer greater than or equal to 2) times, if the previous sampling value is determined as the peak value, more accurate peak detection is possible. . It is desirable to determine the peak with at least three samplings.

検出波形のピークが定まると、ピーク間の時間ΔTn[s]が求まり、既知のベーン枚数Mから、下記数1によって瞬時回転速度SRを演算する(ステップS30)。
(数1)
60/(ΔTn・M) [rpm]

かかる瞬時回転速度SRを新しいピークが確定する都度演算する。瞬時回転速度SRは、エンジンやターボチャージャの制御に利用される。
When the peak of the detected waveform is determined, the time ΔTn [s] between the peaks is obtained, and the instantaneous rotational speed SR is calculated from the known number of vanes M by the following formula 1 (step S30).
(Equation 1)
60 / (ΔTn · M) [rpm]

The instantaneous rotational speed SR is calculated every time a new peak is determined. The instantaneous rotational speed SR is used for controlling the engine and the turbocharger.

本発明によれば、コンプレッサの各ベーンに対応する波形のピークを検出し、ピークに対応するパルス列のパルス間隔に基づいて瞬時回転速度を検出するようにしているので、公差の影響を受けることなく、ターボチャージャの瞬時回転速度を正確にかつ確実に検出することができる。ピークを検出することにより、図16に示すように公差が各ベーンについてほぼ均一になる。   According to the present invention, the peak of the waveform corresponding to each vane of the compressor is detected, and the instantaneous rotation speed is detected based on the pulse interval of the pulse train corresponding to the peak, so that it is not affected by the tolerance. The instantaneous rotation speed of the turbocharger can be detected accurately and reliably. By detecting the peak, the tolerance becomes substantially uniform for each vane as shown in FIG.

なお、上述では検出波形の正側でパルスのピークを検出しているが、負側でも同様に適用できる。   In the above description, the peak of the pulse is detected on the positive side of the detected waveform, but the same applies to the negative side.

10 ターボチャージャ
11 ターボシャフト
13 ハウジング
14 ベアリング
20 タービン
21 タービンホイール
22 タービン入口
23 タービン出口
24 タービンハウジング
30 コンプレッサ
31 コンプレッサホイール
32 空気入口
33 空気出口
37 コンプレッサハウジング
100B 突出型渦電流センサ
110 共振回路
111 検波回路
112 増幅器
113 2値化回路(A/D変換回路)
114 分周回路
115 回転数検出回路(カウンタ)
120 ピーク検出回路
130 瞬時回転速度演算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbocharger 11 Turbo shaft 13 Housing 14 Bearing 20 Turbine 21 Turbine wheel 22 Turbine inlet 23 Turbine outlet 24 Turbine housing 30 Compressor 31 Compressor wheel 32 Air inlet 33 Air outlet 37 Compressor housing 100B Projection type eddy current sensor 110 Resonance circuit 111 Detection circuit 112 Amplifier 113 Binary circuit (A / D conversion circuit)
114 Dividing circuit 115 Rotation speed detecting circuit (counter)
120 peak detection circuit 130 instantaneous rotation speed calculation circuit

Claims (5)

エンジンに装着されたターボチャージャの回転速度を検出するターボチャージャ回転速度検出装置において、
前記ターボチャージャのコンプレッサベーンに近接して配設されたターボセンサからの検出信号のピークを検出するピーク検出回路と、
前記ピーク検出回路で検出されたピーク信号に基づいて前記ターボチャージャの瞬時回転速度を演算する瞬時回転速度演算回路と、
を具備したことを特徴とするターボチャージャ回転速度検出装置。
In a turbocharger rotation speed detection device that detects the rotation speed of a turbocharger attached to an engine,
A peak detection circuit for detecting a peak of a detection signal from a turbo sensor disposed close to the compressor vane of the turbocharger;
An instantaneous rotation speed calculation circuit for calculating an instantaneous rotation speed of the turbocharger based on a peak signal detected by the peak detection circuit;
A turbocharger rotation speed detection device comprising:
前記ターボセンサが渦電流センサである請求項1に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。 The turbocharger rotation speed detection device according to claim 1, wherein the turbo sensor is an eddy current sensor. 前記瞬時回転速度の演算を、前記ピークの検出の都度行うようになっている請求項1又は2に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。 The turbocharger rotation speed detection device according to claim 1 or 2, wherein the instantaneous rotation speed is calculated each time the peak is detected. 前記検出信号のピークの検出を、前記検出信号に対する時系列のサンプリング値の大小比較に基づいて行うようになっている請求項1乃至3のいずれかに記載のターボチャージャ回転速度検出装置。 The turbocharger rotation speed detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein detection of a peak of the detection signal is performed based on a magnitude comparison of time-series sampling values with respect to the detection signal. 前記時系列のサンプリング値の大小比較を少なくとも3回行って、前記ピークを確定するようになっている請求項4に記載のターボチャージャ回転速度検出装置。
The turbocharger rotation speed detection device according to claim 4, wherein the peak is determined by comparing the time-series sampling values at least three times.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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