CN105556092B - 涡轮增压装置 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压装置，其特征在于，具备涡轮增压器(3)和涡轮控制器(35)，涡轮控制器(35)对排气旁通阀(31)或使向涡轮供给的排气量可变的可变容量机构进行控制，而对涡轮增压器的增压压力进行控制，涡轮控制器(35)具有与发动机控制器(33)不同且独立的控制运算部(44)和传感器信号输入部(45)，安装在涡轮增压器(23)的压缩机(23b)侧的外壳上。

Description

涡轮增压装置
技术领域
本发明涉及发动机的涡轮增压装置，尤其是涉及对涡轮增压器进行控制的控制装置的配置、以及该控制装置所进行的涡轮增压器的寿命预测。
背景技术
公知以下排气涡轮增压器：在用于机动车等的发动机中，为了使发动机的输出提高，利用发动机的排气的能量使涡轮旋转，借助经由旋转轴与涡轮直接连结的离心压缩机对吸入空气进行压缩来而供给到发动机。
该排气涡轮增压器的寿命在用于机动车的情况下，需要是与汽车寿命相等的几十万公里，在卡车和公共汽车的情况下需要100万公里以上。
但是，涡轮增压器不能充分把握其运转历史(例如，运转时间、旋转次数、累积损伤程度等)。并且，在涡轮增压器上需要高可靠性，所以需要具有充分的安全率的设计，从材料强度的观点出发考虑成为高规格(高强度、高耐久性)，导致成本变高。
另一方面，对于涡轮增压器的寿命预测，在专利文献1(特表2002-544443号公报)中公开了涉及涡轮增压器的疲劳寿命监视装置的发明。
在该文献中，公开了具有对涡轮增压器的旋转轴的旋转速度进行测定的传感器和处理来自该传感器的旋转速度信息而计算出实际的涡轮增压器的故障几率、将该实际的涡轮增压器故障的几率与设定的涡轮增压器的故障几率进行比较的机构，通过比较，在实际的几率超过设定的涡轮增压器的故障几率的情况下，显示该情况，并且催促进行修理。
并且，公开了将涡轮增压器涡轮的进气口温度作为信息输入，还公开了中央运算处理装置及存储装置与发动机控制模块无关，或作为其一部分封装化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特表2002-544443号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
如前所述，涡轮增压器需要高可靠性，所以需要具有充分的安全率的设计，从材料强度的观点来看成为高规格容易导致成本升高。因此，如果能够高精度地进行涡轮增压器的寿命预测，则与以往相比将寿命设定为更短，能够制造成本降低的涡轮增压器，能够抑制初期费用，因此需要高精度的寿命判定方法。
另外，在更换达到寿命的涡轮增压器时，如果能够同时回收记录涡轮增压器的运转历史信息的控制单元，则在运转历史信息的获得、以及指定发生故障等时的原因确定上也是有益的。因此，希望与对发动机进行控制的发动机ECU(发动机控制单元)独立地设置记录涡轮增压器的运转历史的记录机构而在更换涡轮增压器时能够同时回收。
在所述专利文献1中，对进行涡轮增压器的寿命预测进行了公开，但并未公开具体的预测机构，另外，也没有公开在更换涡轮增压器时，能够与涡轮增压器同时回收的控制单元的配置构造。
于是，鉴于该现有技术问题，本发明的目的在于，提供一种涡轮增压装置，能够高精度地预测涡轮增压器的寿命，在达到寿命的情况下，能够更换涡轮增压器和记录有该涡轮增压器的运转历史的数据的涡轮控制器(涡轮ECU)，从而容易获得涡轮增压器的运转历史信息，并且实现涡轮增压器初期成本的降低。
用于解决技术问题的技术方案
本发明是用于解决上述技术问题而作出的，其特征在于，涡轮增压装置具备：涡轮增压器，其具有利用来自发动机的排气旋转的涡轮以及被该涡轮旋转驱动而对向发动机供给的进气进行增压的压缩机；和，涡轮控制器，其对排气旁通阀或使向涡轮供给的排气量可变的可变容量机构进行控制，而对涡轮增压器的增压压力进行控制；该涡轮控制器具有与对发动机的运转进行控制的发动机控制器不同且独立的控制运算部和传感器信号输入部，该涡轮控制器配置安装在所述涡轮增压器的压缩机侧的压缩机外壳上。
根据该发明，涡轮控制器具有与发动机控制器不同且独立的控制运算部及传感器信号输入部，配置安装在涡轮增压器的压缩机侧的压缩机外壳上，因此控制运算部和传感器信号输入部难以受到排气的热的影响。
并且，在更换涡轮增压器时，容易同时进行涡轮控制器的回收。并且，能够不经由发动机控制器地输入控制所需的数据、由于进行了运算而能够提高控制的响应性和精度。
另外，能够容易地将达到寿命的涡轮增压器和涡轮控制器一同更换，与不以更换为前提的高规格的涡轮增压器相比，能够降低初期成本。
并且，在本发明中优选的是，所述涡轮控制器具有记录涡轮增压器的运转历史信息的运转历史记录部，具有基于运转历史信息来进行涡轮增压器的寿命预测的寿命预测机构，该运转历史信息至少包括从所述传感器信号输入部输入且记录于所述运转历史记录部的涡轮增压器的旋转轴的旋转速度、所述压缩机所产生的增压压力、以及流入至所述涡轮的排气温度中的任一个。
这样，通过寿命预测机构，使用从涡轮控制器的传感器信号输入部输入而作为运转历史数据记录在运转历史记录部中的涡轮增压器的旋转轴的旋转速度、压缩机的增压压力、输入至涡轮的排气温度、以及时间等运转信息能够进行寿命预测。
这些与涡轮增压器有关的运转历史信息不经由发动机控制器，从涡轮控制器的传感器信号输入部直接输入，虽然在从发动机控制器进行数据传送的情况下取决于传送周期存在不能累积高精度的数据的可能，但本实施方式不存在这样的问题，使用寿命判定所需的运转历史信息能够高精度地进行判定。
并且，涡轮控制器具有记录涡轮增压器的运转历史信息的运转历史记录部，因此通过涡轮控制器的回收，容易得到运转历史信息，通过对运转信息进行分析，容易查明故障等的原因，进而容易反映到之后的开发中。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有：累积时间计算部，其基于一定的时间间隔内的涡轮增压器的旋转轴的平均转速或最高转速，计算出各转速的累积时间；寿命判定部，其通过该累积时间与预先设定的基准累积时间的比较来判定寿命。
根据这样的寿命预测机构所进行的寿命判定，预先通过试验或模拟计算，针对各个转速计算出达到寿命的累积时间作为基准累积时间，将该基准累积时间与相对于累积时间计算部所计算出的转速的、实际的累积时间进行比较来判定是否达到寿命。通过与预先设定的基准累积时间的比较能够简单地进行判定。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有：喘振裕度计算部，其基于所述压缩机所产生的增压压力，计算出表示直到发生压缩机的喘振为止的增压压力的余量的喘振裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的基准喘振裕度的比较来判定寿命。
涡轮增压器随着使用过程产生性能劣化，运转范围接近根据压缩机的性能特性设定的产生喘振的喘振压力。因此，以相对于喘振压力的增压压力的余量即喘振裕度为指标，通过将喘振裕度与预先设定的基准喘振裕度进行比较，能够判定寿命。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有：转速裕度计算部，其基于涡轮增压器的旋转轴的旋转速度，计算出表示直到容许转速为止的余量的转速裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的基准转速裕度的比较来判定寿命。
与上述喘振裕度的情况相同，涡轮增压器随着使用年月的经过而产生性能劣化，尤其是排气旁通阀、可变容量型涡轮增压器中的可变喷嘴机构的工作性能下降，存在不能充分进行流入至涡轮的排气量的控制而产生过旋转的可能。因此，以相对于容许过旋转的实际转速的余量即转速裕度为指标，通过对转速裕度与预先设定的基准转速裕度比较，能够判定寿命。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有：排温裕度计算部，其基于流入至涡轮的排气温度，计算出表示直到过升温为止的余量的排温裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的寿命排温裕度的比较来判定寿命。
如在所述过旋转裕度中说明的那样，伴随着使用过程的劣化导致排气旁通阀、可变容量型涡轮增压器中的可变喷嘴机构的工作性能下降，容易产生过旋转，随之导致排气温度上升。因此，以容许排气温度的余量即排温裕度为指标，通过将排温裕度与预先设定的基准排温裕度进行比较，能够判定寿命。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有寿命判定部，该寿命判定部基于产生涡轮增压器的转速波动中的转速极值的转速和该转速极值的产生次数来判定寿命。
这样，基于产生旋转变动中的转速极值的转速和该转速极值的产生次数来预测寿命，因此是掌握旋转变动所产生的应力振幅的寿命判定，基于涡轮增压器的压缩机、涡轮的叶轮的叶片的疲劳强度进行判断，能够实现高精度的寿命判定。
并且，在本发明中优选的是，所述寿命预测机构具有：转速极值判定部，其判定所述转速极值；应力计算部，其根据转速极值的转速计算出应力振幅；重复次数计算部，其根据该应力振幅，基于压缩机或涡轮的叶轮的叶片的疲劳强度的SN线图计算出重复次数；损伤因子计算部，其根据转速极值的转速计算出损伤因子；损伤因子累积部，其将该损伤因子累积所述重复次数而计算出损伤因子累积值；所述寿命判定部，其通过该损伤因子累积部所计算出的损伤因子累积值与预先设定的损伤因子基准累积值的比较来判定寿命。
这样，在寿命预测判断机构中，在基于产生旋转变动的转速极值的转速和该转速极值的产生次数预测寿命时，具体地说，通过具有转速极值判定部、应力计算部、重复次数计算部、损伤因子计算部、损伤因子累积部和寿命判定部，能够基于涡轮增压器的压缩机、涡轮的叶轮的叶片的疲劳强度而高精度地判定寿命。
发明的效果
根据本发明，能够高精度地预测涡轮增压器的寿命，在达到寿命的情况下，能够更换涡轮增压器和记录有该涡轮增压器的运转历史的数据的涡轮控制器(涡轮ECU)，由此能够容易获得涡轮增压器的运转历史信息，并且实现涡轮增压器的初期成本的降低。
附图说明
图1是表示本发明的涡轮增压装置的第一实施方式的整体结构图。
图2是表示第一实施方式的发动机ECU与涡轮ECU的信号的交换的说明图。
图3是图2的涡轮ECU的结构框图。
图4是表示图2的信号的交换的另一例的说明图。
图5是表示涡轮ECU的运转历史数据的获得以及寿命预测的流程的概要的时序说明图。
图6是表示涡轮ECU的寿命预测的顺序的流程图。
图7是表示图6的流程图中的A部分的细节的流程图。
图8是表示图7的流程图的图像的说明图。
图9是表示第二实施方式，是寿命预测机构中的寿命预测顺序的流程图。
图10表示第三实施方式，是寿命预测机构的整体结构的说明图。
图11是表示第三实施方式的寿命预测顺序的流程图。
图12是表示图11的流程图的步骤S41、S42的说明图。
图13是表示图11的流程图的步骤S43、S44的说明图。
图14表示第四实施方式，是表示应用于具有可变喷嘴隔片的可变容量型涡轮增压器的整体结构图。
图15表示第五实施方式，是表示应用于二级涡轮增压器的整体结构图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，只要在以下实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，就并非用于限定该发明的范围，仅为简单的说明例。
(第一实施方式)
图1表示本发明的第一实施例的涡轮增压装置1的整体结构，发动机3是搭载于汽车、卡车、公共汽车、船舶、工业用发动机等的柴油发动机或汽油发动机。在该例中，表示的是汽油发动机，具备燃烧室5、活塞7、进气阀9、排气阀11、火花塞13，在进气通路15上设置有节气门17、中间冷却器19，在节气门17的进气下游侧的进气道上设置有燃料喷射喷嘴21。
并且，在发动机3上设有排气涡轮增压器(涡轮增压器)23，具有利用来自发动机3的排气旋转的涡轮23a、以及利用该涡轮23a的旋转驱动而对向发动机3供给的进气进行增压的压缩机23b，空气通过空气滤清器25流入压缩机23b。
并且，从发动机3连接至涡轮增压器23的涡轮23a的排气通路27在中途分支而形成分支通路29，在该分支通路29上设有排气旁通阀31，绕过涡轮23a而与下游的排气通路连通。
如图1、2所示，发动机3基于包括发动机转速、发动机负载(油门信号)的发动机控制信号，利用发动机控制器(发动机ECU)33进行燃料喷射喷嘴21的喷射正时和火花塞13的点火正时等的控制。
另一方面，涡轮增压器23利用来自涡轮控制器(涡轮ECU)35的信号，对进行排气旁通阀31的开闭的执行机构31a的动作进行控制，从而对涡轮增压器23的增压压力进行控制。
如图1、2所示，该涡轮ECU35输入有来自各种传感器的信号。例如，分别输入有来自对涡轮增压器23的旋转轴37的旋转速度进行检测的涡轮旋转速度传感器39的转速信号、排气旁通阀31的开度信号、来自检测压缩机23b的增压压力的压力传感器41的信号，以及来自对向涡轮23a导入的排气温度进行检测的温度传感器43的信号。
另外，如图3所示，涡轮ECU35具有与发动机ECU33不同且独立的控制运算部44及传感器信号输入部45，并且具有记录涡轮增压器23的运转历史信息的运转历史记录部47、以及判定是否到达涡轮增压器23的寿命的寿命预测机构49。而且，如图1所示，单元化的涡轮ECU35配置为安装在涡轮增压器23的压缩机23b侧的压缩机外壳上。
这样，涡轮ECU35具有与发动机ECU33不同且独立的控制运算部44及传感器信号输入部45，并且，具有记录涡轮增压器23的运转历史信息的运转历史记录部47，涡轮ECU35配置安装在涡轮增压器23的压缩机23b侧的压缩机外壳上，因此难以受到排气的热的影响，受到热的影响较小。
并且，在更换涡轮增压器23时，容易同时进行涡轮ECU35的回收。由此，容易得到运转历史信息，通过对运转信息进行分析，能够容易地查明故障等的原因，进而反应到之后的开发中。
在图2中表示发动机ECU33与涡轮ECU35的信号的交换的情况。在图2中，发动机ECU33输入有发动机转速、油门开度等的传感器信号，基于这些信号实施目标增压压力控制、空燃比控制、燃料喷射量控制、点火正时控制等发动机的工作控制。
而且，发动机转速和燃料喷射量等状态量的信息、以及目标增压控制信号被从发动机ECU33侧向涡轮ECU35侧通过通信回路以规定的通信周期发送。并且，判定是否到达后述寿命预测的结果、判定为达到寿命的结果的警报信号等从涡轮ECU35侧返回到发动机ECU33侧。
涡轮ECU35的控制运算部44，基于来自发动机ECU33的目标增压压力控制信号以及及涡轮增压器23侧的各种传感器信号，控制涡轮增压器23的执行机构，例如使排气旁通阀31开闭的执行机构31a，从而达到目标增压压力。
此外，图4表示图2、3的涡轮ECU35的变形例，图4的涡轮ECU51不具有相当于图2的涡轮ECU35的控制运算部44的结构，可以利用来自发动机ECU33的控制信号对涡轮增压器23的执行机构进行控制，例如直接开闭控制开闭排气旁通阀31的执行机构，从而达到目标增压压力。
接着，参照图5、图6对涡轮ECU35的寿命预测机构49进行说明。图5以图2、3所示的发动机ECU33与涡轮ECU35的信号的交换的关系为前提。
首先，在图6的步骤S1中，从涡轮ECU35，每隔一定间隔的时间t1、t2、t3、…向排气旁通阀31的执行机构发出控制指令值。
之后，在步骤S2中，在时刻t2将t1～t2间的转速、排气温度、增压压力等运转历史数据记录于运转历史记录部47。同样，在t3记录t2～t3的数据，在t4记录t3～t4的数据。
之后，在步骤S3中，基于在一定间隔的时间内记录的所述运转历史数据进行寿命运算，在步骤S4中与寿命基准值进行比较，在超过寿命基准值的情况下判定为达到寿命，在步骤S5中将警报输出到发动机ECU33侧。
图6中所示的流程图的步骤S3～S5的范围A的细节如图7、8所示。在图7的步骤S21中，对在一定间隔的时间内的平均转速、或相对于该时间内的最高转速的累积运转时间进行运算。一定间隔的时间以与向排气旁通阀31的执行机构31a的控制量的工作指令输出正时相同的间隔，利用来自涡轮旋转速度传感器39的信号检测这期间的旋转速度。
作为该取样的一定间隔的时间的累积值而计算出累积时间，具备进行该计算的累积时间计算部50。作为图像，如图8所示，横轴表示转速(N)，纵轴表示平均转速、或每个最高转速的累积时间。
然后，在步骤S22中，通过预先试验或模拟计算，预先计算出针对每一转速达到寿命的累积时间作为基准累积时间，通过该基准累积时间和借助所述累积时间计算部算出的相对于各转速的实际的累积时间的比较来判定是否达到寿命。例如，可以根据各转速算出应力振幅，将利用SN线图导出的损伤因子累积，在损伤因子超过1的情况下判定为达到寿命。在超过安全率乘以损伤因子的标准的情况下发出警报即可。
然后，在步骤S23中，在判定为到达寿命的情况下输出警报。这样，基于相对于转速的累积时间，根据与预先设定的基准累积时间的比较，能够简单地进行寿命的判定。
此外，通过对到达寿命进行通知，来催促涡轮增压器的更换，与不以更换为前提的高规格的涡轮增压器相比，能够降低成本。
(第二实施方式)
接着，参照图9，对涡轮ECU35中的寿命预测机构49的第二实施方式进行说明。
在第二实施方式的寿命预测机构53中，首先，在步骤S31中，基于一定间隔的时间内的平均增压压力或最高增压压力计算出喘振裕度。涡轮增压器随着使用的过程而产生性能劣化，相对于根据初始的压缩机的性能特性设定的产生喘振的喘振压力的、实际的供气压力的裕度(喘振裕度)比初始降低。
因此，计算出喘振裕度，以该值作为指标对寿命进行判定。该喘振裕度具体地作为相对于实际的增压压力的、实际的增压压力与喘振压力的偏差而算出。
接着，在步骤S32中，将计算出的喘振裕度与预先设定的基准喘振裕度进行比较，判定其差是否在容许值以下。在下降至容许值以下的情况下，判定已经开始劣化。然后，在步骤S33中，再次进行同样的判定，判定是否连续两次在一定期间内喘振裕度为基准喘振裕度以下。在连续得到同样的判定的情况下，进入步骤S40，输出警报。
并且，对于转速裕度也在步骤S34～S36中进行同样的判定。首先，在步骤S34中，基于一定间隔的时间内的平均转速或最高转速计算出转速裕度。
与上述喘振裕度的情况相同，涡轮增压器随着使用的过程产生性能劣化，尤其是排气旁通阀、可变容量型涡轮增压器中的可变喷嘴机构的工作性能下降，存在不能充分进行流入至涡轮的排气量的控制而产生过旋转的可能。因此，计算出相对于容许过旋转的、实际转速的余量即转速裕度，将该值作为指标来判定寿命。
该转速裕度具体地作为相对于实际的转速的、实际的转速与容许转速的偏差而算出。
接着，在步骤S35中，将计算出的转速裕度与预先设定的基准喘振裕度进行比较，判断其差是否在容许值以下。在下降至容许值以下的情况下，判定为已经开始劣化。然后，在步骤S36中，再次进行同样的判定，判定是否连续两次在一定期间内喘振裕度为基准喘振裕度以下。在连续得到同样的判断的情况下，进入步骤S40，输出警报。
另外，对于排温裕度也在步骤S37～S39中进行同样的判定。首先，在步骤S37中，基于一定间隔的时间内的平均排温或最高排温计算出排温裕度。
如上所述，与喘振裕度、转速裕度的情况相同，涡轮增压器随着使用的过程产生性能劣化，尤其是排气旁通阀、可变容量型涡轮增压器中的可变喷嘴机构的工作性能下降，存在不能充分进行流入至涡轮的排气量的控制而产生过旋转、排温异常上升的可能。因此，计算出相对于容许排温的实际排温的余量即排温裕度，将该值作为指标来判定寿命。
该排温裕度具体地作为相对于实际的排温的、实际的排温与容许排温的偏差而算出。
接着，在步骤S38中，将计算出的排温裕度与预先设定的基准排温裕度进行比较，判定其差是否在容许值以下。在下降至容许值以下的情况下，判定为已经开始劣化。然后，在步骤S39中，再次进行同样的判定，判定是否连续两次在一定期间内排温裕度为基准排温裕度以下。在连续得到同样的判断的情况下，进入步骤S40，输出警报。
如上所述，在喘振裕度、转速裕度、排温裕度中的至少某一余量连续下降至容许值以下的情况下，判定为涡轮增压器23达到寿命，因此能够判定劣化状态，进一步对能够准确地对寿命进行判定。也可以一起进行对这三个余量的判定，在该情况下，能够进一步提高寿命的判定精度。
此外，在寿命预测机构53中，如图3所示，具备喘振裕度计算部(95)和通过与预先设定的基准喘振裕度的比较来判定寿命的寿命判定部(96)，还具备转速裕度计算部(97)和通过与预先设定的基准转速裕度的比较来判定寿命的寿命判定部(98)，还具备计算出排温裕度的排温裕度计算部(99)和通过与预先设定的基准排温裕度的比较来判定寿命的寿命判定部(100)。
(第三实施方式)
接着，参照图10～13，对涡轮ECU35中的寿命预测机构49的第三实施方式进行说明。
在该第三实施方式的寿命预测机构54中，并不是像第一、第二实施方式那样根据一定间隔的时间内的增压压力、转速、排温等来进行判定，而是基于在整个运转期间内所记录的涡轮增压器23的转速波动的极值的出现次数和当时的转速的信息来进行判定。
如图10所示，寿命预测机构54构成为具有：转速极值判定部55，其判定转速极值；应力计算部56，其根据转速极值的转速计算出应力振幅；重复次数计算部57，其基于压缩机23b或涡轮23a的叶轮的叶片的疲劳强度的SN线图，根据该应力振幅计算出重复次数；损伤因子计算部58，其根据转速极值的转速计算出损伤因子；损伤因子累积部59，其将该损伤因子累积重复次数而计算出损伤因子累积值；寿命判定部60，其通过对该损伤因子累积部59所计算出的损伤因子累积值、与预先设定的损伤因子基准累积值的比较来对寿命进行判定。
在图11的流程图中，首先，在步骤S41中，在比涡轮增压器23的转速的极值出现短的取样周期内获得转速。在步骤S42中，利用转速极值判定部55计算并记录转速极值(Ni、Ni+1、Ni+2…)。删除其他转速。该步骤S41、S42的图像如图12所示。
接着，在步骤S43中，根据转速N计算出应力振幅。此时，使用应力振幅Δσ∝Ni 2－Ni+1 2的关系，计算出应力振幅Δσ。在更复杂的运转模式下，也可以使用雨流计数(Rainflow)法等计算出应力振幅Δσ。
在步骤S44中，使用疲劳强度的SN线图，根据SN线图计算出重复次数n。该步骤S43、S44的图像如图13所示。
并且，应力振幅的计算由应力计算部56进行，基于SN线图的重复次数的计算由重复次数计算部57进行。
接着，在步骤S45中，计算出损伤因子，在步骤S46中对其进行累积。该损伤因子由ΔDfi＝1/Ni来定义，损伤因子累积Df根据计算式Df＝ΔDfi+ΔDfi+1+ΔDfi+2+…ΔDfn算出。
接着，在步骤S47中，通过损伤因子累积值与预先设定的损伤因子基准累积值(1×安全率)的比较来对寿命进行判定。具体地说，根据Df＜1×安全率的比较式来进行判定。此外，利用该关系式对寿命进行判定。
在步骤S47中，在损伤因子累积值没有达到损伤因子基准累积值的情况下，返回至步骤S42，重复从极值的计算开始的步骤。在损伤因子基准累积值以上的情况下进入步骤S48而输出警报。
如上所述，在第三实施方式中，在寿命预测机构54基于产生转速波动中的转速极值的转速和该转速极值的发生次数来预测寿命时，具体地说，通过具有转速极值判定部55、应力计算部56、重复次数计算部57、损伤因子计算部58、损伤因子累积部59、寿命判定部60，能够基于涡轮增压器23的压缩机23b和涡轮23a的叶轮的叶片的疲劳强度而高精度地判定寿命。
此外，在步骤S44中，在使用疲劳强度的SN线图、根据SN线图计算出重复次数n的情况下，可以分别以相对于压缩机23b的叶片材料的SN线图和相对于涡轮23a的叶片材料的SN线图，对二者进行寿命预测。在该情况下，对二者进行了寿命预测，因此能够实现精度的进一步提高。并且，在预先知道设计中较弱的一方的情况下，也可以仅对其进行监视。在该情况下能够更有效率且精度更高地进行判定。
(第四实施方式)
接着，参照图14，对第四实施方式进行说明。相对于第一实施方式，第四实施方式在取代排气旁通阀31，涡轮增压器23是可变容量型涡轮增压器61这一点不同，其他结构与第一实施方式相同。因此对相同结构标注相同的附图标记而省略说明。
如图14所示，可变容量型涡轮增压器61是对利用来自发动机3的排气旋转的涡轮61a导入的排气的流量进行调整的可变喷嘴机构63在动叶片的外周侧在周向上并列设置的涡轮增压器。
因此，涡轮ECU35与第一实施方式相同，来自各种传感器的信号输入到传感器信号输入部，在涡轮ECU35的控制运算部44中，基于来自发动机ECU33的目标增压压力控制信号、以及可变容量型涡轮增压器61侧的各种传感器信号，来对使可变喷嘴机构63的导向叶片开闭的执行机构63a进行控制，从而达到目标增压压力。
该可变喷嘴机构63设置在可变容量型涡轮增压器61的壳体内，在如第一实施方式那样设置排气旁通阀31的结构中，需要配置旁通通路，但在本实施方式中不需要这样的配管，能够使涡轮增压装置简化。
此外，对于寿命判定的方法，应用第一实施方式～第三实施方式，与这些实施方式具有相同的作用效果。
并且，虽然对取代排气旁通阀31的执行机构31a的控制、控制使可变喷嘴机构63的导向叶片开闭的执行机构63a的情况进行了说明，但显然也可以同时设置排气旁通阀31和该可变容量型涡轮增压器61二者而分别控制的涡轮增压装置。
(第五实施方式)
接着，参照图15，对第五实施方式进行说明。相对于第一实施方式，第五实施方式在涡轮增压器由第一(低压级)涡轮增压器71和第二(高压级)涡轮增压器73的二级涡轮增压装置构成这一点是不同的，其他的结构与第一实施方式相同。因此对于相同的结构标注相同的附图标记而省略说明。
如图15所示，第一(低压级)涡轮增压器71和第二(高压级)涡轮增压器73从进气上游侧串联设置。
在进气侧，来自空气滤清器25的空气通过第一压缩机71b而被导入至其下游侧的第二压缩机73b，在其下游侧设置有中间冷却器19。在排气侧，第二(高压级)涡轮73a利用来自发动机3的排气能量驱动，排气进一步流向下游而驱动第一(低压级)涡轮71a。
并且，在绕过第一涡轮71a的第一旁通通路75设有第一排气旁通阀75a，并且，在绕过第二涡轮73a的第二旁通通路77设有第二排气旁通阀77a。
如本实施方式，与第一实施方式那样的一级涡轮增压器23相比设置成二级，串联地配置第一涡轮增压器71和第二涡轮增压器73，能够将增压压力迅速提高，因此能够提高应用性。
在涡轮ECU35，相对于第一涡轮增压器71和第二涡轮增压器73分别输入有压力传感器41、81、温度传感器43、79、涡轮旋转速度传感器39、83的信号，对第一涡轮增压器71和第二涡轮增压器73进行寿命判定。对于寿命判定的方法，应用第一实施方式～第三实施方式，与这些实施方式具有相同的作用效果。
工业实用性
根据本发明，能够高精度地预测涡轮增压器的寿命，更换到达寿命的涡轮增压和记录该涡轮增压的运转历史的数据的涡轮控制器(涡轮ECU)，从而能够容易地获得涡轮增压的运转历史信息，并且实现涡轮增压的初期成本的降低，因此适合应用于车辆、船舶、定置式发动机的涡轮增压装置。
附图标记说明
1 涡轮增压装置
3 发动机
23 排气涡轮增压器(涡轮增压器)
23a 涡轮
23b 压缩机
31 排气旁通阀
31a 执行机构
33 发动机ECU(发动机控制器)
35、51 涡轮ECU(涡轮控制器)
39、83 涡轮旋转速度传感器
41、81 压力传感器
43、79 温度传感器
44 控制运算部
45 传感器信号输入部
47 运转历史记录部
49、53、54 寿命预测机构
50 累积时间计算部
55 转速极值判定部
56 应力计算部
57 重复次数计算部
58 损伤因子计算部
59 损伤因子累积部
60、90 寿命判定部
63 可变喷嘴机构
63a 执行机构
71 第一涡轮增压器
73 第二涡轮增压器

Claims (7)

1.一种涡轮增压装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，其具有利用来自发动机的排气旋转的涡轮以及被该涡轮旋转驱动而对向发动机供给的进气进行增压的压缩机；和
涡轮控制器，其对排气旁通阀或使向涡轮供给的排气量可变的可变容量机构进行控制，而对涡轮增压器的增压压力进行控制；
该涡轮控制器具有与对发动机的运转进行控制的发动机控制器不同且独立的控制运算部和传感器信号输入部，该涡轮控制器配置安装在所述涡轮增压器的压缩机侧的压缩机外壳上，
所述涡轮控制器具有记录涡轮增压器的运转历史信息的运转历史记录部，具有基于运转历史信息来进行涡轮增压器的寿命预测的寿命预测机构，该运转历史信息至少包括从所述传感器信号输入部输入且记录于所述运转历史记录部的涡轮增压器的旋转轴的旋转速度、所述压缩机所产生的增压压力、以及流入至所述涡轮的排气温度中的任一个。
2.如权利要求1所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有：累积时间计算部，其基于一定的时间间隔内的涡轮增压器的旋转轴的平均转速或最高转速，计算出各转速的累积时间；寿命判定部，其通过该累积时间与预先设定的基准累积时间的比较来判定寿命。
3.如权利要求1所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有：喘振裕度计算部，其基于所述压缩机所产生的增压压力，计算出表示直到发生压缩机的喘振为止的增压压力的余量的喘振裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的基准喘振裕度的比较来判定寿命。
4.如权利要求1所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有：转速裕度计算部，其基于涡轮增压器的旋转轴的旋转速度，计算出表示直到成为过旋转的容许转速为止的余量的转速裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的基准转速裕度的比较来判定寿命。
5.如权利要求1所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有：排温裕度计算部，其基于流入至涡轮的排气温度，计算出表示直到成为过升温的容许排气温度为止的余量的排温裕度；寿命判定部，其通过与预先设定的基准排温裕度的比较来判定寿命。
6.如权利要求1所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有寿命判定部，该寿命判定部基于产生涡轮增压器的转速波动中的转速极值的转速和该转速极值的产生次数来判定寿命。
7.如权利要求6所述的涡轮增压装置，其特征在于，
所述寿命预测机构具有：转速极值判定部，其判定所述转速极值；应力计算部，其根据转速极值的转速计算出应力振幅；重复次数计算部，其根据该应力振幅，基于压缩机或涡轮的叶轮的叶片的疲劳强度的SN线图计算出重复次数；损伤因子计算部，其根据转速极值的转速计算出损伤因子；损伤因子累积部，其将该损伤因子累积所述重复次数而计算出损伤因子累积值；所述寿命判定部，其通过该损伤因子累积部所计算出的损伤因子累积值与预先设定的损伤因子基准累积值的比较来判定寿命。
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