BR102016003639A2 - Diagnostic device and diagnostic method for turbocompressor - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO E MÉTODO DE DIAGNÓSTICO PARA TURBOCOMPRESSOR".

ANTECEDENTES

1. CAMPO DA TÉCNICA

[001] A revelação refere-se a um dispositivo de diagnóstico e a um método de diagnóstico para um turbocompressor.

2. DESCRIÇÃO DE TÉCNICA RELACIONADA

[002] Um componente de turbina de um turbocompressor, como uma roda de turbina, tem uma vida útil determinada de acordo com, por exemplo, uma distância de percurso de um veículo no qual o turbocompressor é montado. O componente de turbina é substituído quando a vida útil acaba. Quando uma velocidade de rotação de uma turbina alcança uma velocidade de rotação específica (velocidade de rotação de ressonância), ressonância é gerada na turbina e uma carga maior que a esperada pode ser aplicada ao componente. Além disso, a redução de resistência baseada em fadiga pode prosseguir a um ritmo mais rápido que o esperado quando a geração da ressonância é repetida.

[003] A Publicação do Pedido de Patente Japonesa de n2 2014-084772 revela um dispositivo de diagnóstico de turbocompressor que estima um momento de substituição de componente com base no número de vezes que a velocidade de rotação de turbina alcança a velocidade de rotação de ressonância e uma tensão de ressonância é aplicada à roda de turbina naquele caso.

SUMÁRIO

[004] No caso de uma pressão de gás de escape baixa em um lado de saída de turbina (lado atmosférico), uma força de fluxo de gás de escape durante a passagem através da turbina aumenta mesmo sob a mesma condição de influxo de gás de escape para o interior da turbina, como uma vazão do gás de escape e um grau de abertura de um bocal variável. Nesse caso, a carga que é aplicada ao componente de turbina aumenta. Consequentemente, quando o turbocompressor é usado a uma pressão atmosférica baixa em uma área de grande altitude ou similares, a carga maior que a esperada é aplicada ao componente de turbina mesmo quando nenhuma ressonância é gerada, e o progresso da redução de resistência baseada em fadiga pode ser acelerado.

[005] A revelação fornece um dispositivo de diagnóstico e um método de diagnóstico para um turbocompressor que permite um diagnóstico adequado da necessidade de substituição de componente de turbina.

[006] Um aspecto exemplar da revelação fornece um dispositivo de diagnóstico para um turbocompressor, sendo que o turbocompressor está montado em um motor, o turbocompressor inclui uma turbina e o turbocompressor é configurado para sobrecarregar ar de ingresso acionando-se a turbina com uma força de fluxo de gás de escape do motor, e o dispositivo de diagnóstico inclui uma unidade de controle eletrônica. A unidade de controle eletrônica é configurada para calcular uma taxa de expansão de turbina como uma taxa entre uma pressão do gás de escape que flui para o interior da turbina e a pressão do gás de escape que flui para fora da turbina; operar um valor de avaliação de deterioração em direção a um valor predeterminado dentre um lado de aumento e um lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina excede um limiar; e determinar um momento de substituição de um componente de turbina quando uma quantidade de operação total da avaliação de deterioração é igual a ou maior que um valor especificado, sendo que a quantidade de operação total é uma quantidade de operação a partir de um valor inicial do valor de avaliação de deterioração.

[007] Quando nenhuma ressonância é gerada, a carga que é aplicada ao componente de turbina aumenta conforme a taxa de expansão de turbina aumenta. A taxa de expansão de turbina é uma taxa entre um volume por unidade mássica do gás de escape antes da passagem através da turbina e um volume por unidade mássica do gás de escape subsequente à passagem através da turbina. Consequentemente, pode ser determinado se uma carga excessiva é ou não aplicada ao componente de turbina com base em se a taxa de expansão de turbina excede ou não o limiar.

[008] De acordo com o dispositivo de diagnóstico de turbocom-pressor descrito acima, o valor do valor de avaliação de deterioração é operado (aumentado ou diminuído) em relação tanto ao lado de aumento como ao lado de diminuição cada vez que a taxa de expansão de turbina excede o limiar. A quantidade total da operação de valor do valor de avaliação de deterioração a partir do valor inicial (quantidade de operação total) aumenta conforme uma redução baseada em fadiga em uma resistência do componente de turbina prossegue. Consequentemente, a necessidade da substituição do componente de turbina pode ser adequadamente diagnosticada pela substituição do componente de turbina que é determinada para ser exigida quando a quantidade de operação total se torna igual a ou maior que o valor especificado.

[009] No dispositivo de diagnóstico, a unidade de controle eletrônica pode ser configurada para operar o valor do valor de avaliação de deterioração por um valor predeterminado toda vez que a taxa de expansão de turbina excede o limiar. De acordo com essa configuração, uma operação do valor da quantidade proporcional ao número de vezes que a taxa de expansão de turbina excede o limiar é realizada em relação ao valor de avaliação de deterioração. No dispositivo de diagnóstico, a unidade de controle eletrônica pode ser configurada para operar o valor do valor de avaliação de deterioração a ser aumentado conforme uma diferença entre o limiar e a taxa de expansão de turbina aumenta quando a taxa de expansão de turbina excede o limiar. De acordo com essa configuração, o valor do valor de avaliação de deterioração é operado para ser aumentado conforme a taxa de expansão de turbina excede o limiar em uma extensão maior e uma carga maior é aplicada ao componente de turbina.

[0010] Em um caso no qual o turbocompressor é usado a uma pressão atmosférica baixa, a taxa de expansão de turbina tende a aumentar e uma carga excessiva é provável de ser aplicada ao componente de turbina. Consequentemente, quando o turbocompressor é usado à pressão atmosférica baixa, é desejável que o componente de turbina seja substituído em um estágio no qual a extensão da redução de resistência baseada em fadiga é menor. No dispositivo de diagnóstico, o valor especificado pode ser mais baixo a uma pressão atmosférica baixa que a uma pressão atmosférica alta. De acordo com essa configuração, à pressão atmosférica baixa, é determinado que o componente precisa ser substituído no estágio no qual a extensão da redução de resistência baseada em fadiga é menor. Consequentemente, a necessidade da substituição do componente de turbina pode ser ainda adequadamente determinada.

[0011] Outro aspecto exemplar da revelação fornece um método de diagnóstico para um turbocompressor, sendo que o turbocompressor está montado em um motor, o turbocompressor inclui uma turbina e o turbocompressor é configurado para sobrecarregar ar de ingresso acionando-se a turbina com uma força de fluxo de gás de escape do motor, e o método de diagnóstico inclui: calcular uma taxa de expansão de turbina como uma taxa entre uma pressão do gás de escape que flui para o interior da turbina e a pressão do gás de escape que flui para fora da turbina; operar um valor de avaliação de deterioração em direção a um valor predeterminado dentre um lado de aumento e um lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina excede um limiar; e determinar um momento de substituição de um componente de turbina quando uma quantidade de operação total da avaliação de deterioração é igual a ou maior que um valor especificado, sendo que a quantidade de operação total é uma quantidade de operação a partir de um valor inicial do valor de avaliação de deterioração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] Os recursos, vantagens e importância técnica e industrial de modalidades exemplificadoras serão descritas abaixo com referência aos desenhos anexos, nos quais números similares denotam elementos similares, e em que: [0013] a Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra configurações de um sistema de ingresso e um sistema de escape de um motor preso a turbocompressor ao qual um dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com uma primeira modalidade é aplicado;

[0014] a Figura 2 é um fluxograma de uma rotina de estimação de momento de substituição que é executada no dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade;

[0015] a Figura 3 é um gráfico que ilustra uma relação entre um valor de determinação de momento de substituição que é calculado na rotina de estimação de momento de substituição e uma pressão atmosférica;

[0016] a Figura 4A é um gráfico de tempo que ilustra um exemplo de um padrão de transição de uma taxa de expansão de turbina relacionado a um caso no qual um progresso de redução de resistência baseada em fadiga se torna mais lento;

[0017] a Figura 4B é um gráfico de tempo que ilustra um exemplo do padrão de transição da taxa de expansão de turbina relacionado a um caso no qual o progresso da redução de resistência baseada em fadiga se torna mais rápido; e [0018] a Figura 5 é um fluxograma de uma rotina de estimação de momento de substituição que é executada por um dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com uma segunda modalidade. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0019] Doravante no presente documento, uma primeira modalidade de um dispositivo de diagnóstico de turbocompressor será descrita em detalhes com referência às Figuras 1 a 3. O dispositivo de diagnóstico de acordo com essa modalidade é aplicado a um turbocompressor que é montado em um motor a diesel automotivo.

[0020] Em uma passagem de ingresso 10 de um motor a diesel 1 em que o turbocompressor, ao qual o dispositivo de diagnóstico de acordo com essa modalidade é aplicado, é montado, um limpador de ar 11, um compressor 12, um trocador de calor 13 e uma válvula borboleta de ingresso 14 são posicionados nessa ordem a partir do lado a montante da passagem de ingresso 10, conforme ilustrado na Figura 1. O limpador de ar 11 filtra o ar de ingresso que é tomado para o interior da passagem de ingresso 10. O compressor 12 pressuriza o ar de ingresso conforme uma roda de compressor 12a embutida gira. O trocador de calor 13 resfria o ar de ingresso pressurizado no compressor 12. A válvula borboleta de ingresso 14 ajusta uma vazão do ar de ingresso que flui através da passagem de ingresso 10 (a quantidade de ar sugado) através de uma alteração no grau de abertura de válvula.

[0021] Uma parte da passagem de ingresso 10 no lado a jusante da válvula borboleta de ingresso 14 se ramifica nos respectivos cilindros do motor a diesel 1. As partes de ramificação da passagem de ingresso 10 são conectadas a câmaras de combustão 15 dos respectivos cilindros. As válvulas de injeção de combustível 16 são instaladas nas câmaras de combustão 15 dos respectivos cilindros. Nas câmaras de combustão 15 dos respectivos cilindros, a combustão de uma mistura ar-combustível do ar de ingresso que é sugado através da passa- gem de ingresso 10 e de um combustível que é injetado pelas válvulas de injeção de combustível 16 é realizada.

[0022] O gás de escape que resulta da combustão da mistura ar-combustível nas câmaras de combustão 15 é liberado para o ar externo através de uma passagem de escape 17. Na passagem de escape 17, uma válvula de adição de combustível 18, uma turbina 19 e um filtro de PM 20 são instalados nessa ordem a partir do lado a montante da passagem de escape 17. A válvula de adição de combustível 18 adiciona um combustível não queimado ao gás de escape que flui através da passagem de escape 17. Uma roda de turbina 19a, que é conectada à roda de compressor 12a para ter capacidade para girar integralmente com a roda de compressor 12a, é construída no interior da turbina 19 e a turbina 19 constitui o turbocompressor com o compressor 12. O filtro de PM 20 coleta material particulado (PM) no gás de escape e remove o PM coletado por combustão em resposta à adição do combustível não queimado ao gás de escape pela válvula de adição de combustível 18.

[0023] No turbocompressor, uma força de fluxo do gás de escape soprado faz com que a roda de turbina 19a gire. Então, a roda de compressor 12a gira em conjunto com a rotação da roda de turbina 19a. Então, o ar de ingresso introduzido nas câmaras de combustão 15 é sobrecarregado. Em outras palavras, o turbocompressor sobrecarrega o ar de ingresso no motor a diesel 1 pela turbina 19 que é acionada pela força de fluxo do gás de escape. Em uma porta de ruptura de gás de escape em direção à roda de turbina 19a da turbina 19, um bocal variável 21 é instalado de modo que uma área de abertura da porta de ruptura de gás de escape altere de acordo com uma alteração no grau de abertura de bocal. Quando o grau de abertura de bocal do bocal variável 21 é controlado, a força de fluxo do gás de escape soprado para a roda de turbina 19a é ajustado. Em outras palavras, uma pressão de sobrecarga, que é uma pressão do ar de ingresso após a sobrecarga, é ajustada pelo grau de abertura de bocal do bocal variável 21 que é controlado.

[0024] Uma passagem de recirculação de gás de escape (EGR) 22 (doravante no presente documento, chamada de passagem de EGR 22) é disposta no motor a diesel 1. A passagem de EGR 22 permite que uma parte da passagem de escape 17 no lado a montante da turbina 19 e uma parte da passagem de ingresso 10 no lado a jusante da válvula borboleta de ingresso 14 se comuniquem uma com a outra. Um resfriador de EGR 23 e uma válvula de EGR 24 estão dispostos na passagem de EGR 22. O resfriador de EGR 23 resfria o gás de escape recirculado para o ar de ingresso através da passagem de EGR 22. A válvula de EGR 24 ajusta a quantidade da recirculação do gás de escape para o ar de ingresso alterando-se uma área de trajetória de fluxo do gás de escape com base em uma alteração no grau de abertura de válvula.

[0025] O motor a diesel 1, que é dotado de um sistema de ingresso e de um sistema de escape que têm as configurações acima descritas, é controlado por uma unidade de controle eletrônica (ECU) 25. A unidade de controle eletrônica 25 é dotada de uma unidade de processo central que realiza diversos tipos de processo de cálculo em relação ao controle de motor, uma memória somente de leitura na qual um programa e dados para controle são armazenados, uma memória legível e gravável na qual um resultado de cálculo da unidade de processo central e um resultado de detecção de cada sensor são armazenados temporariamente, uma porta de admissão para receber um sinal do lado de fora e uma porta de emissão para transmitir um sinal para o lado de fora.

[0026] Sinais de detecção a partir de diversos sensores dispostos do lado de fora do motor a diesel 1 são inseridos na porta de admissão da unidade de controle eletrônica 25. Esses sensores incluem um sensor de pressão atmosférica 26, um sensor de temperatura de ar de ingresso 27, um sensor de pressão de ar de ingresso 28, um sensor de temperatura de gás de entrada de turbina 29, um sensor de pressão de gás de entrada de turbina 30, um sensor de pressão de gás de saída de turbina 31 e um sensor de NE 32. O sensor de pressão atmosférica 26 detecta a pressão do ar de ingresso em uma parte da passagem de ingresso 10 no lado a montante do compressor 12, isto é, uma pressão atmosférica EPA. O sensor de temperatura de ar de ingresso 27 detecta a temperatura do ar de ingresso que flui para o interior das câmaras de combustão 15. O sensor de pressão de ar de ingresso 28 detecta a pressão do ar de ingresso em uma parte da passagem de ingresso 10 no lado a jusante da válvula borboleta de ingresso 14. O sensor de temperatura de gás de entrada de turbina 29 detecta a temperatura do gás de escape em uma parte da passagem de escape 17 no lado a montante da turbina 19 (temperatura de gás de entrada TIN). 0 sensor de pressão de gás de entrada de turbina 30 detecta uma pressão do gás de escape em uma parte da passagem de escape 17 entre o bocal variável 21 e a turbina 19, isto é, a pressão do gás de escape que flui para o interior da turbina 19 (pressão de gás de entrada PIN). O sensor de pressão de gás de saída de turbina 31 detecta a pressão do gás de escape em uma parte da passagem de escape 17 no lado a jusante da turbina 19, isto é, a pressão do gás de escape que flui para fora da turbina 19 (pressão de gás de saída POUT). O sensor de NE 32 detecta uma velocidade de rotação do motor a diesel 1 (velocidade de rotação de motor NE). Uma lâmpada de indicação de avaria (MIL) 33 é conectada à porta de emissão da unidade de controle eletrônica 25 para notificar um usuário que a roda de turbina 19a precisa ser substituída.

[0027] No turbocompressor automotivo, uma vida útil da roda de turbina 19a é determinada de acordo com uma distância de percurso ou similares de um veículo no qual o turbocompressor é montado. A substituição da roda de turbina 19a é realizada quando a vida útil da roda de turbina 19a acaba. Essa vida útil é definida por uma suposição do uso do turbocompressor a uma pressão atmosférica padrão (como a pressão atmosférica padrão a nível do mar). Em um ambiente de pressão atmosférica baixa, como uma área de grande altitude, entretanto, a pressão de gás de escape em um lado de descarga de gás de escape da turbina 19 diminui e, assim, uma taxa de expansão da turbina 19 (taxa de expansão de turbina) aumenta na mesma quantidade. Consequentemente, a uma pressão atmosférica baixa, uma carga maior que a esperada é aplicada e uma redução em uma resistência da roda de turbina 19a atribuível à fadiga prossegue mais rápido que o esperado em alguns casos.

[0028] De acordo com a modalidade, o turbocompressor é projetado de modo que uma velocidade de rotação de ressonância da roda de turbina 19a esteja fora de uma faixa de uso de uma velocidade de rotação de turbina e a roda de turbina 19a gere nenhuma ressonância.

[0029] No dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 realiza não somente o controle de motor, mas também um processo de estimação de momento de substituição para determinar a necessidade da substituição da roda de turbina 19a que é um componente da turbina 19 (componente de turbina) e estimar um momento de substituição da roda de turbina 19a. O processo de estimação de momento de substituição permite que a necessidade da substituição da roda de turbina 19a seja determinada por uma situação real da redução baseada em fadiga na resistência da roda de turbina 19a mais bem refletida. Doravante no presente documento, detalhes do processo de estimação de momento de substituição serão descritos. Nessa modalidade, a unida- de de controle eletrônica 25 que realiza a determinação acima descrita é uma configuração equivalente a uma unidade de determinação.

[0030] A Figura 2 é um fluxograma que ilustra uma rotina de estimação de momento de substituição que a unidade de controle eletrônica 25 executa para o processo de estimação de momento de substituição. A unidade de controle eletrônica 25 é configurada para executar a rotina de estimação de momento de substituição que é ilustrada na Figura 2 para cada ciclo de controle especificado enquanto o motor a diesel 1 está em operação.

[0031] Na Etapa S100, o primeiro estágio subsequente a uma iniciação do processo dessa rotina, um valor atual da taxa de expansão do gás de escape no caso de passagem através da turbina 19 (taxa de expansão de turbina PIT) é adquirido. Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 adquire o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT calculando-se uma taxa entre o valor da pressão de gás de entrada PIN detectada pelo sensor de pressão de gás de entrada de turbina 30 e o valor da pressão de gás de saída POUT detectada pelo sensor de pressão de gás de saída de turbina 31 como o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT.

[0032] Então, na Etapa S101, é determinado se a taxa de expansão de turbina PIT excede ou não excede um limiar de sobrecarga especificado α em um período a partir da execução dessa rotina em um ciclo de controle anterior até a execução dessa rotina em um ciclo de controle atual. Em outras palavras, é determinado se o valor da taxa de expansão de turbina PIT durante a execução dessa rotina no ciclo de controle anterior é ou não é igual a ou menor que o limiar de sobrecarga a e se o valor da taxa de expansão de turbina PIT durante a execução dessa rotina no ciclo de controle atual excede o limiar de sobrecarga a.

[0033] Uma carga que é aplicada à roda de turbina 19a quando nenhuma ressonância é gerada aumenta conforme a taxa de expansão de turbina PIT aumenta. Consequentemente, a magnitude da carga que é aplicada à roda de turbina 19a pode ser estimada a partir do valor atual da taxa de expansão de turbina PIT. Um valor de limite superior da taxa de expansão de turbina PIT no qual a redução de resistência baseada em fadiga pode confiavelmente se encontrar dentro de uma faixa esperada é definido para o valor do limiar de sobrecarga a. Consequentemente, quando o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a, é provável que uma carga excessiva que acelera o progresso da redução de resistência baseada em fadiga seja aplicada à roda de turbina 19a.

[0034] Quando o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT não excede o limiar de sobrecarga a (NÃO), o processo atual dessa rotina é interrompido como está. Quando o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α (SIM), o processo prossegue para a Etapa S102.

[0035] Após o processo prosseguir para a Etapa S102, "1" é adicionado a um valor de um contador COUNT como um valor de avaliação de deterioração na Etapa S102. Um valor inicial de "0" é definido para o valor padrão do contador COUNT. O valor é redefinido para o valor inicial "0" durante a substituição da roda de turbina 19a.

[0036] Então, na Etapa S103, um valor de determinação de momento de substituição β é calculado a partir do valor da pressão atmosférica EPA detectada pelo sensor de pressão atmosférica 26. O cálculo do valor de determinação de momento de substituição β é realizado pelo uso de um mapa de cálculo armazenado em uma memória somente de leitura e gravação da unidade de controle eletrônica 25. O valor do valor de determinação de momento de substituição β pelo valor da pressão atmosférica EPA é armazenado no mapa de cálculo.

[0037] Uma relação de correspondência entre a pressão atmosfé- rica EPA e o valor de determinação de momento de substituição β, como um exemplo do mapa de cálculo, é ilustrado na Figura 3. Conforme ilustrado na figura 3, um valor que diminui conforme a pressão atmosférica EPA diminui é definido para o valor do valor de determinação de momento de substituição β.

[0038] Então, na Etapa S104, é determinado se o valor do contador COUNT é ou não é igual a ou maior que o valor do valor de determinação de momento de substituição β que é calculado na Etapa S103. Quando o valor do contador COUNT é menor que o valor do valor de determinação de momento de substituição β (NÃO), o processo atual dessa rotina é interrompido como está. Quando o valor do contador COUNT é igual a ou maior que o valor do valor de determinação de momento de substituição β (SIM), o processo prossegue para a Etapa S105. Então, na Etapa S105, o processo atual dessa rotina é interrompido após a lâmpada de indicação de avaria 33 ser ligada. A lâmpada de indicação de avaria 33 permanece ligada na Etapa S105 em um caso no qual a lâmpada de indicação de avaria 33 já esteja ligada nesse caso.

[0039] Doravante no presente documento, um aspecto de diagnóstico de turbocompressor que resulta da execução da rotina de estimação de momento de substituição no dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade será descrito. No dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade, "1" é adicionado ao valor do contador COUNT sempre que a taxa de expansão de turbina PIT exceder o limiar de sobrecarga a. Em outras palavras, o valor do contador COUNT é operado por uma constante de "1" em direção a um lado de aumento toda vez que a taxa de expansão de turbina PIT exceder o limiar de sobrecarga a. O valor do contador COUNT que é operado dessa maneira representa quantas vezes a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecar- ga α após a roda de turbina 19a começar a ser usada. Nessa modalidade, o valor inicial do contador COUNT é definido para "0" e, assim, o valor atual do contador COUNT corresponde a uma quantidade de operação total do valor a partir do valor inicial até a data atual.

[0040] No dispositivo de diagnóstico de acordo com essa modalidade, a lâmpada de indicação de avaria 33 é ligada, de modo que o usuário é notificado da necessidade da substituição da roda de turbina 19a quando o valor do contador COUNT é igual a ou maior que o valor de determinação de momento de substituição β. Em outras palavras, nessa modalidade, é determinado que a roda de turbina 19a precisa ser substituída quando o número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga cc é igual a ou maior que o valor do valor de determinação de momento de substituição β.

[0041] A resistência da roda de turbina 19a é reduzida, com a fadiga acumulada, toda vez que a carga excessiva é aplicada. Consequentemente, o grau no qual a redução baseada em fadiga na resistência da roda de turbina 19a prossegue pode ser estimado, até certo ponto, a partir do número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Consequentemente, uma vez que o número de vezes alcança um determinado número de vezes, pode ser determinado que a resistência da roda de turbina 19a provavelmente será baixada a um nível no qual a roda de turbina 19a precisa ser substituída.

[0042] Em um caso no qual o turbocompressor é usado a uma pressão atmosférica baixa, a taxa de expansão de turbina PIT tende a aumentar e a carga excessiva é mais e mais provável de ser aplicada à roda de turbina 19a. Consequentemente, quando se trata do turbocompressor que é usado à pressão atmosférica baixa, é desejável que a substituição da roda de turbina 19a seja realizada em um estágio no qual a extensão da redução de resistência baseada em fadiga é menor.

[0043] De acordo com o dispositivo de diagnóstico de turbocom-pressor dessa modalidade, é definido um valor mais baixo para o valor de determinação de momento de substituição β à pressão atmosférica baixa que a uma pressão atmosférica alta. Quando o valor mais baixo é definido para o valor de determinação de momento de substituição β, o número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a, que é exigido para a determinação de que a roda de turbina 19a precisa ser substituída, se torna mais baixo. Consequentemente, em um caso no qual o turbocompressor é usado a uma pressão atmosférica baixa, a substituição da roda de turbina 19a é determinada para ser exigida no estágio no qual a extensão da redução de resistência baseada em fadiga é menor.

[0044] Os seguintes efeitos podem ser alcançados pelo dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade descrita acima. Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 calcula a taxa de expansão de turbina PIT e opera o valor do contador COUNT em direção ao lado de aumento quando a taxa de expansão de turbina PIT calculada excede o limiar de sobrecarga a. Além disso, a unidade de controle eletrônica 25 determina que a roda de turbina 19a precisa ser substituída quando a quantidade de operação total do valor do contador COUNT a partir do valor inicial se torna igual a ou maior que um valor especificado (valor de determinação de momento de substituição β). Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser adequadamente diagnosticada.

[0045] Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 opera o valor do contador COUNT pela constante "1" em direção ao lado de aumento toda vez que a taxa de expansão de turbina PIT exceder o limiar de sobrecarga α. O valor do contador COUNT que é submetido a essa operação de valor representa o número de vezes de aplicação de sobrecarga à roda de turbina 19a subsequente ao início do uso. Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser determinada de acordo com o grau de redução de resistência baseada em sobrecarga.

[0046] Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 define o valor mais baixo para o valor de determinação de momento de substituição β à pressão atmosférica baixa que à pressão atmosférica alta. Consequentemente, a substituição da roda de turbina 19a é determinada para ser exigida no estágio no qual a quantidade de operação total do valor do contador COUNT a partir do valor inicial é menor à pressão atmosférica baixa que à pressão atmosférica alta. Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser ainda adequadamente determinada de acordo com a diferença na resistência exigida, dependendo do ambiente de uso.

[0047] Doravante no presente documento, uma segunda modalidade do dispositivo de diagnóstico de turbocompressor será descrito em detalhes com referência às Figuras 4 e 5. Na descrição a seguir, os mesmos números de referência serão usados para se referir às configurações comuns a ambas modalidades e descrição detalhada das mesmas será omitida.

[0048] Na primeira modalidade, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a é determinada com base no número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Entretanto, mesmo para o mesmo número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α, o grau da fadiga acumulada na roda de turbina 19a varia dependendo da extensão na qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Por exemplo, uma comparação entre o caso da Figura 4A e o caso da Figura 4B mostra que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α por uma margem maior a cada vez no caso da Figura 4B embora a taxa de expansão de turbina PIT exceda o limiar de sobrecarga α o mesmo número de vezes, e que a redução baseada em fadiga na resistência da roda de turbina 19a prossegue a uma taxa mais rápida no caso da Figura 4B.

[0049] Consequentemente, no caso da determinação com base somente em quantas vezes a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α, o valor do valor de determinação de momento de substituição β precisa ser definido na suposição do progresso da redução de resistência baseada em sobrecarga no pior ritmo para a determinação de que a substituição é exigida para ser feita confiavel-mente antes de a resistência da roda de turbina 19a cair em ou abaixo de um nível permissível. Consequentemente, nesse caso, deveria ser determinado que a roda de turbina 19a precisa ser substituída em um momento que precede um momento no qual a resistência é reduzida a um nível no qual a substituição é realmente exigida.

[0050] Nessa modalidade, o valor de avaliação de deterioração é usado na determinação da necessidade da substituição da roda de turbina 19a. O valor de avaliação de deterioração é operado para ser aumentado conforme a diferença entre o limiar de sobrecarga α e a taxa de expansão de turbina PIT aumenta quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Então, a necessidade da substituição pode ser determinada com a situação real da redução na resistência da roda de turbina 19a mais bem refletida.

[0051] A Figura 5 é um fluxograma que ilustra uma rotina de estimação de momento de substituição que a unidade de controle eletrônica 25 executa no dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade. A unidade de controle eletrônica 25 executa o processo da rotina que é ilustrada na Figura 5 a intervalos de tempo regulares enquanto o motor a diesel 1 está em operação.

[0052] Na Etapa S200, o primeiro estágio subsequente a uma ini- ciação do processo dessa rotina, o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT é adquirido. Mesmo nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 adquire o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT calculando-se a taxa entre o valor da pressão de gás de entrada PIN detectada pelo sensor de pressão de gás de entrada de turbina 30 e o valor da pressão de gás de saída POUT detectada pelo sensor de pressão de gás de saída de turbina 31 como a taxa de expansão de turbina PIT.

[0053] Então, na Etapa S201, é determinado se valor atual adquirido da taxa de expansão de turbina PIT excede ou não excede o limiar de sobrecarga a. Quando o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT não excede o limiar de sobrecarga a (NÃO), o processo atual dessa rotina é interrompido. Quando o valor atual da taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga cc (SIM), o processo prossegue para a Etapa S202.

[0054] Após o processo prosseguir para a Etapa S202, a diferença entre o limiar de sobrecarga α e a taxa de expansão de turbina PIT (=PIT-a) é adicionada na Etapa S202 ao valor de um valor integrado de taxa de expansão em excesso INT como o valor de avaliação de deterioração. Um valor inicial de "0" é definido para o valor padrão do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT. O valor é redefinido para o valor inicial "0" durante a substituição da roda de turbina 19a. O valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT corresponde à área hachurada nas Figuras 4A e 4B.

[0055] Então, na Etapa S203, um valor de determinação de momento de substituição γ é calculado a partir do valor da pressão atmosférica EPA detectada pelo sensor de pressão atmosférica 26. O cálculo do valor de determinação de momento de substituição γ é realizado pelo uso do mapa de cálculo armazenado na memória somente de leitura e gravação da unidade de controle eletrônica 25. Esse cálculo do valor de determinação de momento de substituição γ, nesse caso, é realizado de modo que o valor do valor de determinação de momento de substituição γ diminua conforme a pressão atmosférica EPA diminui.

[0056] Então, na Etapa S204, é determinado se o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é ou não é igual a ou maior que o valor do valor de determinação de momento de substituição γ que é calculado na Etapa S203. Quando o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é menor que o valor do valor de determinação de momento de substituição γ (NÃO), o processo atual dessa rotina é interrompido. Quando o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é igual a ou maior que o valor do valor de determinação de momento de substituição γ (SIM), o processo prossegue para a Etapa S205. Então, na Etapa S205, o processo atual dessa rotina é interrompido após a lâmpada de indicação de avaria 33 ser ligada. A lâmpada de indicação de avaria 33 permanece ligada na Etapa S205 em um caso no qual a lâmpada de indicação de avaria 33 já esteja ligada nesse caso.

[0057] Doravante no presente documento, um aspecto de diagnóstico de turbocompressor que resulta da execução da rotina de estimação de momento de substituição no dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade será descrito. No dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade, a diferença entre o limiar de sobrecarga α e a taxa de expansão de turbina PIT (=PIT-oc) é adicionada ao valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Consequentemente, quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α, o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é operado para ser aumentado conforme a diferença entre o limiar de sobrecarga aea taxa de expansão de turbina PIT aumenta. O valor atual do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT que é operado dessa maneira representa um valor integrado da diferença entre o limiar de sobrecarga aea taxa de expansão de turbina PIT em um período quando a taxa de expansão de turbina PIT até a data atual excede o limiar de sobrecarga a. Nessa modalidade, o valor inicial do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é definido para "0" e, assim, o valor atual do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT corresponde à quantidade de operação total do valor a partir do valor inicial até a data atual.

[0058] Quando o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT se torna igual a ou maior que o valor de determinação de momento de substituição γ, a lâmpada de indicação de avaria 33 é ligada de modo que o usuário seja notificado da necessidade da substituição da roda de turbina 19a. Em outras palavras, nessa modalidade, é determinado que a roda de turbina 19a precisa ser substituída quando o valor integrado da diferença entre o limiar de sobrecarga aea taxa de expansão de turbina PIT se torna igual a ou maior que o valor de determinação de momento de substituição γ no período quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Conforme descrito acima, a redução com base em sobrecarga na resistência da roda de turbina 19a aumenta conforme a extensão na qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α aumenta. Consequentemente, nessa modalidade, a necessidade da substituição pode ser determinada com a situação real da redução na resistência da roda de turbina 19a mais bem refletida.

[0059] Um valor mais baixo é definido para o valor de determinação de momento de substituição γ a uma pressão atmosférica baixa que a uma pressão atmosférica alta. Consequentemente, em um caso no qual o turbocompressor é usado a uma pressão atmosférica baixa, a substituição da roda de turbina 19a é determinada para ser exigida no estágio no qual a extensão da redução de resistência baseada em fadiga é menor.

[0060] Os seguintes efeitos podem ser alcançados pelo dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com essa modalidade. Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 adquire a taxa de expansão de turbina PIT e opera o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT em direção ao lado de aumento quando a taxa de expansão de turbina PIT adquirida excede o limiar de sobrecarga a. Além disso, a unidade de controle eletrônica 25 determina que a roda de turbina 19a precisa ser substituída quando a quantidade de operação total do valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT a partir do valor inicial se torna igual a ou maior que um valor especificado (valor de determinação de momento de substituição γ). Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser adequadamente diagnosticada.

[0061] Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 opera o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT a ser aumentado conforme a diferença entre o limiar de sobrecarga α e a taxa de expansão de turbina PIT aumenta quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser determinada com precisão de acordo com a situação real da redução de resistência baseada em sobrecarga.

[0062] Nessa modalidade, a unidade de controle eletrônica 25 define o valor mais baixo para o valor de determinação de momento de substituição γ à pressão atmosférica baixa que à pressão atmosférica alta. Consequentemente, a substituição da roda de turbina 19a é determinada para ser exigida no estágio no qual a quantidade de operação total do valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT a partir do valor inicial é menor à pressão atmosférica baixa que à pressão atmosférica alta. Consequentemente, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser ainda adequadamente determinada de acordo com a diferença na resistência exigida, dependendo do ambiente de uso.

[0063] As modalidades descritas acima podem ser modificadas da seguinte forma. Quando o sensor (sensor de pressão de gás de saída de turbina 31) que detecta diretamente a pressão de gás de saída POUT usado na aquisição da taxa de expansão de turbina PIT não está disposto, o valor pode ser obtido por estimação. Por exemplo, uma perda de pressão do gás de escape em uma parte da passagem de escape 17 no lado a jusante da turbina 19 pode ser obtida antecipadamente em um experimento ou similares e, assim, a pressão de gás de saída POUT pode ser obtida pela perda de pressão que é adicionada à pressão atmosférica EPA.

[0064] Em um caso no qual o sensor (sensor de pressão de gás de entrada de turbina 30) que detecta diretamente a pressão de gás de entrada PIN usada na aquisição da taxa de expansão de turbina PIT não está disposto, o valor pode ser obtido por estimação. Por exemplo, a pressão de gás de entrada PIN pode ser obtida por detecção ou estimação da vazão do gás de escape que flui para o interior da turbina 19 e cálculo a partir de uma relação entre a vazão do gás de escape e o grau de abertura de bocal do bocal variável 21. A pressão de gás de entrada PIN pode ser estimada a partir da velocidade de rotação de motor NE, da quantidade de injeção de combustível e também da temperatura de gás de entrada TIN. Quando um sensor é instalado para detectar a pressão do gás de escape em uma parte da passagem de escape 17 no lado a montante do bocal variável 21, a pressão de gás de entrada PIN pode ser estimada a partir de um valor detectado pelo sensor, da velocidade de rotação de motor NE e da quantidade de injeção de combustível.

[0065] Nas modalidades descritas acima, os valores de determinação de momento de substituição β, γ alteram de acordo com a pressão atmosférica EPA. Entretanto, esses podem ser valores fixados que não dependem da pressão atmosférica EPA. O valor do contador COUNT pode ser subtraído (operado em direção a um lado de diminuição) por um valor constante sempre que a taxa de expansão de turbina PIT exceder o limiar de sobrecarga a. Por exemplo, uma determinação substancialmente similar pode ser feita mesmo quando um valor equivalente ao valor de determinação de momento de substituição β de acordo com a primeira modalidade é definido para o valor inicial do contador COUNT e a substituição é determinada para ser exigida quando o valor do contador COUNT se tornar um valor de determinação de "0".

[0066] A quantidade de operação do valor do contador COUNT em um caso no qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α pode ser um valor constante além de "1". Mesmo nesse caso, a quantidade de operação total do valor do contador COUNT é proporcional ao número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a, e, assim, a determinação da necessidade da substituição pode ser feita de uma maneira substancialmente similar a um caso no qual a quantidade de operação para cada vez é "1".

[0067] Na medida em que a condição na qual a redução na resistência da roda de turbina 19a ocorre é satisfeita mesmo em uma condição além da taxa de expansão de turbina PIT que excede o limiar de sobrecarga α, o valor do contador COUNT pode ser operado mesmo quando a condição for satisfeita. Em um caso no qual a roda de turbina 19a é submetida à ocorrência da ressonância, por exemplo, o valor do contador COUNT pode ser operado mesmo quando a velocidade de rotação de turbina alcançar a velocidade de rotação de ressonância da roda de turbina 19a. Em um caso no qual o grau da redução na resistência da roda de turbina 19a difere entre um caso no qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α e um caso no qual a velocidade de rotação de turbina alcança a velocidade de rotação de ressonância, a necessidade da substituição pode ser adicionalmente determinada com precisão pelas quantidades de operação do contador COUNT relacionadas às respectivas situações que são permitidas de diferir entre si.

[0068] O valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT pode ser operado em direção ao lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a. Por exemplo, uma determinação substancialmente similar pode ser feita mesmo quando um valor equivalente ao valor de determinação de momento de substituição γ de acordo com a segunda modalidade é definido para o valor inicial do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT e a substituição é determinada para ser exigida quando o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT se torna igual a ou menor que "0".

[0069] Na segunda modalidade, a quantidade de operação do valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT em um caso no qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α pode ser uma quantidade que aumenta conforme a diferença entre a taxa de expansão de turbina PIT e o limiar de sobrecarga α aumenta, em vez da própria diferença entre a taxa de expansão de turbina PIT e o limiar de sobrecarga a. Por exemplo, uma determinação substancialmente similar pode ser feita mesmo quando o valor do valor integrado de taxa de expansão em excesso INT é operado por um valor proporcional à diferença.

[0070] A necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser determinada com base em um valor além do número de vezes que a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α (contador COUNT) e o valor integrado da quantidade pela qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α (valor integrado de taxa de expansão em excesso INT). Por exemplo, a necessidade da substituição pode ser determinada por uma quantidade total de tempo durante o qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a, um valor integrado de um valor de pico da taxa de expansão de turbina PIT relacionado a um caso no qual a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga a, ou similares que são usados como o valor de avaliação de deterioração da roda de turbina 19a. Em qualquer caso, a necessidade da substituição da roda de turbina 19a pode ser adequadamente determinada na medida em que o valor de avaliação de deterioração é operado em direção a um valor predeterminado dentre o lado de aumento e o lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina PIT excede o limiar de sobrecarga α e a substituição é determinada para ser exigida quando a quantidade de operação total do valor a partir do valor inicial do valor de avaliação de deterioração se torna igual a ou maior que um valor especificado.

[0071] De acordo com as modalidades descritas acima, o dispositivo de diagnóstico de turbocompressor determina a necessidade da substituição da roda de turbina 19a. Entretanto, determinações da necessidade da substituição de membros da turbina 19 além da roda de turbina 19a também podem ser feitas de uma maneira similar.

[0072] O dispositivo de diagnóstico de turbocompressor de acordo com as modalidades descritas acima é aplicado ao turbocompressor que é montado no motor a diesel automotivo 1. Entretanto, o dispositivo de diagnóstico de turbocompressor também pode ser aplicado de uma maneira similar a turbocompressores montados em outros moto- res. Além disso, o dispositivo de diagnóstico de turbocompressor pode ser aplicado a um turbocompressor que é desprovido do bocal variável 21.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. Dispositivo de diagnóstico para um turbocompressor, sendo que o turbocompressor é montado em um motor (1), o turbocompressor inclui uma turbina (19) e o turbocompressor é configurado para sobrecarregar um ar de ingresso acionando-se a turbina (19) com uma força de fluxo de gás de escape do motor (1), sendo que o dispositivo de diagnóstico é caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de controle eletrônica (25) configurada para: calcular uma taxa de expansão de turbina (PIT) como uma taxa entre uma pressão do gás de escape que flui para o interior da turbina (19) e a pressão do gás de escape que flui para fora da turbina (19); operar um valor de avaliação de deterioração em direção a um valor predeterminado dentre um lado de aumento e um lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina (PIT) excede um limiar (a); e determinar um momento de substituição de um componente de turbina (19a) quando uma quantidade de operação total da avaliação de deterioração é igual a ou maior que um valor especificado, sendo que a quantidade de operação total é uma quantidade de operação a partir de um valor inicial do valor de avaliação de deterioração.

2. Dispositivo de diagnóstico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônica (25) é configurada para operar o valor do valor de avaliação de deterioração por um valor predeterminado toda vez que a taxa de expansão de turbina (PIT) excede o limiar (a).

3. Dispositivo de diagnóstico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônica (25) é configurada para operar o valor do valor de avaliação de deterioração a ser aumentado conforme uma diferença entre o limiar (a) e a taxa de expansão de turbina (PIT) aumenta quando a taxa de expansão de turbina (PIT) excede o limiar (a).

4. Dispositivo de diagnóstico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o valor especificado é mais baixo a uma pressão atmosférica baixa que a uma pressão atmosférica alta.

5. Método de diagnóstico para um turbocompressor, sendo que o turbocompressor é montado em um motor (1), o turbocompressor inclui uma turbina (19) e o turbocompressor é configurado para sobrecarregar um ar de ingresso acionando-se a turbina (19) com uma força de fluxo de gás de escape do motor (1), sendo que o método de diagnóstico é caracterizado pelo fato de que compreende: calcular uma taxa de expansão de turbina (PIT) como uma taxa entre uma pressão do gás de escape que flui para o interior da turbina (19) e a pressão do gás de escape que flui para fora da turbina (19); operar um valor de avaliação de deterioração em direção a um valor predeterminado dentre um lado de aumento e um lado de diminuição quando a taxa de expansão de turbina (PIT) excede um limiar (a); e determinar um momento de substituição de um componente de turbina (19a) quando uma quantidade de operação total da avaliação de deterioração é igual a ou maior que um valor especificado, sendo que a quantidade de operação total é uma quantidade de operação a partir de um valor inicial do valor de avaliação de deterioração.