JP2009543059A - ターボチャージャの性能の認定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ターボチャージャの性能を認定する方法が、ターボチャージャを単一の試験条件で作動させるステップ（４０２）を有する。この試験条件で作動しているターボチャージャの１組の作動パラメータから１組のデータを収集する（４０４）のが良い。収集した１組のデータを許容可能であると見なされる１組の作動範囲と比較する（４０６）のが良く、そして１組のデータが許容しうる作動範囲内に収まっているかどうかを判定する（４０８）のが良い。次に、ターボチャージャの性能をこの判定結果に基づいて認定する（４１０）ことができる。

Description

本発明は、内燃エンジン、これには限定されないが、過給機エンジンコンポーネントの特性表示、特にターボチャージャの性能の特性表示を含む内燃エンジンに関する。

ターボチャージャの性能が認定を必要とする場合が多く存在する。例えば、新たに製造されたターボチャージャユニットは、性能上の欠陥があるかどうかの判定又はターボチャージャがこれらの機能上の仕様に適合しているかどうかの判定のために製造業者の施設又は別の施設で性能試験を必要とする場合がある。他の場合、再生又は再調整プロセスを受けたターボチャージャも又、これらの性能を認定するための試験を必要とする場合がある。さらに別の場合では、ターボチャージャの性能は、エンジン故障対策プロセスの一環として点検整備又は試験環境において認定を必要とする場合がある。これらの場合のいずれにおいても、サンプルとしてのターボチャージャユニットの種々の性能パラメータを試験によって収集して分析するのが良い。

ターボチャージャ性能認定のために従来利用されている技術は、タービン又はコンプレッサマップ、即ち、タービン又はコンプレッサ前後の圧力比に対するタービン又はコンプレッサを通る質量流量についてプロットしたタービン又はコンプレッサ性能を表わす曲線の２つの次元的プロットをコンパイルするためにターボチャージャの作動範囲内に位置する種々のデータ点を収集することを含む。典型的には、マップは、一定のシャフト速度及びサージの曲線を形成するために結ばれる２０〜７０個の個々の実行データ点の集まりである。補間法により、効率の島（島状の領域）を曲線上にプロットする。これらタービン又はコンプレッサマップを典型的には、典型的なマップと考えられるものの上に重ね合わせて（オーバレイして）目視及び重ね合わせの評価により装置の性能の妥当性の判定を得る。結果の解釈は、主観的であり、個々のターボチャージャの性能をチェックするのに適当なデータを提供しない。

このような技術は、製造環境における実施が実用的ではなく、たとえ抜き打ち検査を製造ラインのサンプル部分について行っても、ターボチャージャ又はそのコンポーネントのうちの１つの性能認定は、不完全であり、又、これが目視による判定に基づくので不正確な場合がある。さらに、これら公知の技術は、性能マップをコンパイルする際にデータを多く必要とし、又、時間がかかり、しかも実施するのにコスト高である。

したがって、正確であり、主観的な判断で左右されず、しかも多量のデータを集める必要がない、ターボチャージャの性能を認定する改良方法が要望されている。

正確であり、主観による判断で左右されず、しかも多量のデータを集める必要がないターボチャージャ性能の認定方法は、ターボチャージャを単一の試験条件で作動させるステップを有する。この試験条件で作動しているターボチャージャの１組の作動パラメータから１組のデータを収集するのが良い。収集した１組のデータを許容可能であると見なされる１組の作動範囲と比較するのが良く、そして１組のデータが許容しうる作動範囲内に収まっているかどうかを判定するのが良い。次に、ターボチャージャの性能をこの判定結果に基づいて認定することができる。

一実施形態では、ターボチャージャをエンジンシステムの一部として所定の試験条件にてエンジンに取り付けた状態で作動させるのが良い。エンジンシステムの燃料消費量を含むエンジンシステムへの１組の入力を試験中にモニタするのが良い。ターボチャージャのコンプレッサ出口圧力を含むエンジンシステムからの１組の出力も又モニタするのが良い。このような１組の出力を１組のそれぞれの許容しうる範囲と比較するのが良く、そして、１組の出力が１組のそれぞれの許容しうる範囲内にあるときにターボチャージャの許容しうる性能を見出すのが良い。

製造又は再生環境においてターボチャージャの性能を認定する試験ステーションは、ターボチャージャ取付け装置が取り付けられた試験装置と、試験装置と関連した電子コントローラと、試験ステーションの作動パラメータを測定するよう設けられると共に試験ステーションに作動的に接続された複数のセンサと、ターボチャージャが取付け装置を備えた試験装置に連結された時点でターボチャージャに流体結合されるよう配置されると共に構成された流体ポンプとを有し、流体ポンプ出口がタービン入口通路に連結されるようになっている。

ターボチャージャが関連しているエンジンのブロック図である。 多数のターボチャージャに関する重ね合わせデータを含むグラフ図である。 本発明の多数のターボチャージャの認定決定に関する情報をプロットしたグラフ図である。 本発明に従ってターボチャージャ性能を分析的に認定する方法の流れ図である。 本発明に従ってターボチャージャの性能を図表で認定する方法の流れ図である。 本発明に従ってターボチャージャの性能を試験して認定する試験ステーションのブロック図である。 本発明に従ってターボチャージャの性能を認定するために用いられる分布図である。

以下の説明は、ターボチャージャの性能を認定する装置及び方法に関する。本明細書において説明する例のうちの幾つかは、内燃エンジンに取り付けて用いられるターボチャージャ又はその個々のコンポーネントの性能を認定する方法に関するが、これら方法は、一般に、他の用途に用いられる任意形式のタービン及び（又は）コンプレッサ装置に利用できるのが有利である。

ターボチャージャ１０２が関連したエンジン１００の代表的な形態が、図１にブロック図の形態で示されている。ターボチャージャ１０２は、公知のようにタービン１０６に連結されたコンプレッサ１０４を有する場合がある。空気の流れ１０８が、ターボチャージャ１０２の作動中、コンプレッサ１０４に入り、ここで圧縮される。圧縮空気の流れは、燃料の流れ１１０と一緒になって、エンジン１００に流入し、ここで、２つの流れが混合されて燃焼し、それによりエンジン１００の動力出力１１２が生じる。排気ガスの流れが、エンジン１００から出て、タービン１０６に送られ、ここで、膨張してタービンに仕事を与えてコンプレッサ１０４を作動させ、その後、低圧排気ガス１１４の流れとして外気に放出される。エンジン１００及びターボチャージャ１０２の作動中、特定の作動条件に関して、空気の流れ１０８は、コンプレッサ出口圧力Ｐ１及びコンプレッサ入口圧力Ｐ２の状態で質量流量ｍ１を有する場合がある。同様に、排気ガスの流れ１１４は、タービン１０６の入口の圧力Ｐ３及びタービン１０６の出口の圧力Ｐ４の状態で質量流量ｍ２を有する場合がある。例えばコンプレッサ１０４の性能の認定が望まれる場合、質量流量ｍ１を圧力Ｐ１，Ｐ２と共に、エンジン１００の作動条件範囲について収集してコンプレッサマップ上にプロットするのが良い。代表的には、２つ以上のコンプレッサに関するデータを規準コンプレッサのコンプレッサマップ上に重ね合わせるのが良い。

一般にコンプレッサ又はタービンの性能を認定するために用いられるマップオーバレイに類似した代表的なコンプレッサマップオーバレイ（重ね合わせ）が、図２に示されている。図２に示すコンプレッサマップオーバレイは、丸に十字を入れた点（以下「丸十字点」と言う）２００によって表わされ、規準コンプレッサの性能を表わす長いダッシュの線（以下「長ダッシュ線」と言う）２０１により結ばれた１組のデータ点を有する。三角形２０２によって表わされ、規準コンプレッサではない第２のコンプレッサの性能を表わす実線２０３によって結ばれた第２の組をなす点及び正方形２０４によって表わされ、これ又規準コンプレッサではない第３のコンプレッサの性能を表わす短いダッシュの線（以下「短ダッシュ線」と言う）２０５によって結ばれた第３の組をなす点が、上述のデータ点上に重ね合わされている。このグラフでは、分かりやすくするために各コンプレッサについて全部で１５個の試験点しか表わされていない。ただし、典型的なマップオーバレイは、評価対象の各コンプレッサについて全部で２０〜７０個の試験点を有する場合がある。

ほぼ同じ作動条件下において、一連の点２００，２０２，２０４を収集する。試験した各コンプレッサの性能に関する目視による判定では、典型的には、点２００，２０２，２０４の各々の広がりに関する判定が行われる。幾つかの条件下において、点の集まり、例えば集まり２０６を互いに密に関連させることができる。集まり２０６内の点を、これらの点を生じさせたコンプレッサの各々の性能が規準コンプレッサと比較した場合に満足のゆくものであるという判定を正当であるとするに足るほど互いに密に関連させるのが良い。ただし、或る他の条件下においては、同一のオーバレイ上の点の集まり、例えば集まり２０８は、互いに密に関連していない場合がある。

集まり２０８内の点を、これらの点を生じさせたコンプレッサの各々の性能が規準コンプレッサと比較した場合に満足のゆくものではないという判定を正当であるとするに足るほど広く離隔している場合がある。集まり２０６，２０８に類似した集まりが同一のオーバレイ上に見える図示の場合に類似した場合では、試験された各コンプレッサの性能に関する主観による全体的な判定が行われる場合がある。上述したように、このような判定は、データを多く必要とし、時間がかかり、コスト高であり、しかも、試験対象であるコンプレッサの妥当性を最終的に判定することができない。というのは、このような判定は、データを見ている人の主観的判断に基づいているからである。さらに、ターボチャージャユニットの性能認定は、各ターボチャージャを構成するコンプレッサ及びタービンについて個々に行われる別々の判定で左右され、更にターボチャージャユニット全体の性能と規準ターボチャージャの性能との判定上の比較が除かれている。

これら問題及び他の問題は、本明細書において説明するターボチャージャの性能の認定方法によって取り組み可能である。単一のターボチャージャコンポーネントの性能に関する妥当性を客観的に判定するだけでなく、有利にはターボチャージャユニット全体の性能上の妥当性を判定する代替手段としての改良方法を示すグラフ図が、図３に示されている。水平軸線３０２は、システムへのエネルギー入力パラメータを表わしている。本明細書において説明する例では、エンジン全体をシステムとして考えることができ、ポンド／時で表わされる燃料消費量をシステムへのエネルギー入力として考えることができる。当然のことながら、他の組み合わせを考慮することができ、例えば、ターボチャージャユニットは、ベンチテスト用の試験であっても良く、或いは、エンタルピー入力を計算することができ、これをエネルギー入力と見なすことができる。他のハードウェアの組み合わせ又はエネルギーパラメータを用いることができる。この検討のために用いられるハードウェア及びパラメータの選択は、主として、認定の目的で決まる場合があり、例えば、燃料消費量をモニタしながらエンジンシステムを試験することに関心のあるエンジン製造業者は、図３に示すグラフをコンパイルするために用いられるパラメータと同一又は類似のパラメータ、即ち、水平軸線３０２上の燃料流量と、組み合わせ状態の値、この場合、コンプレッサ出口圧力と可変ノズルタービン（ＶＮＴ）パーセントデューティサイクルを表わすために用いることができる垂直軸線３０４との関係を利用するのが良い。

認定及びプロット目的で選択されたパラメータは、エンジンの制御可能な入力及び出力を表わしている。例えば、圧縮着火エンジンへの制御入力は、燃料消費量及び従ってエンジン速度を定めるスロットル位置である。火花点火エンジンは、同様な仕方で作動するが、燃料供給ではなく、実質的に一定の空燃比で作動するエンジン中への空気流量を制御してスロットル弁の使用によりエンジン速度を制御することができる。エンジンについてモニタでき、ターボチャージャの性能を示す１つの入力は、コンプレッサ出口圧力であり、このコンプレッサ出口圧力も又、図３のグラフにプロットされる。ただし、他のパラメータも使用できる。最後に、エンジンシステムへの制御可能な可変入力としてのＶＮＴデューティサイクルも又、図３のグラフにプロットすることができるが、これはオプションであり、各実験試験条件に関しては一定であると見なすことができる。一般に、エンジンシステムは、エンジンに流入する燃料及び空気の入力パラメータを有すると共にシステムから出る排気ガス及び動力の流れを出力として有するシステム全体として見なされる。

図３のグラフ図にプロットされたデータは、ターボチャージャユニットの性能を認定する一方法を表わしている。１つ又は２つ以上のターボチャージャユニットに関するデータを第１の試験条件３０６及び第２の試験条件３０８について収集することができる。試験条件３０６，３０８の各々は、エンジン作動の単一の定常点であり、性能及び（又は）エミッションの最適化のためのエンジン作動を表わす点として選択できる。説明のための図示の例では、試験条件３０６及び（又は）試験条件３０８は、有利には、一連の標準ヘビーデューティエミッション試験モード点から選択できる。試験条件３０６は、中負荷から高負荷の条件を表わすよう約１００ポンド／時（４５．５Ｋｇ／時）の燃料消費量で毎分２，１００回転（ＲＰＭ）のエンジン速度を達成するよう構成されるのが良く、他方、試験条件３０８は、低負荷から中負荷の条件を表わすよう約２８ポンド／時（１３Ｋｇ／時）の燃料消費量で約１，０００ＲＰＭのエンジン速度を達成するよう構成されているのが良い。エンジン作動の任意他の点を有利には選択できる。

図示の例では、同一又は有利には互いに異なるエンジンについて試験された第１、第２及び第３のターボチャージャに関するデータが、収集してプロットされている。第１のターボチャージャに関する情報は、コンプレッサの出口圧力については白丸の点３１０及び試験中における可変ノズルタービン（ＶＮＴ）設定値のためのデューティサイクルについては黒丸の点３１２を用いてプロットされている。プロットされている点３１０，３１２は、約７０％のＶＮＴデューティサイクルでＨｇで表わされた約１２４（４２０ｋＰａ）のブースト圧力を表わしている。同様に、第２のターボチャージャに関するデータは、コンプレッサの出口圧力については白三角の点３１４及び試験中におけるＶＮＴデューティサイクル設定値については黒三角の点３１６を用いてプロットされている。プロットされている点３１４，３１６は、約７０％のＶＮＴデューティサイクルでＨｇで表わされた約１２０（４０６ｋＰａ）のブースト圧力を表わしている。最後に、第３のターボチャージャに関するデータは、コンプレッサの出口圧力については白四角の点３１８及び試験中におけるＶＮＴデューティサイクル設定値については黒四角の点３２０を用いてプロットされている。プロットされている点３１８，３２０は、約７０％のＶＮＴデューティサイクルでＨｇで表わされた約１３０（４４０ｋＰａ）のブースト圧力を表わしている。

同様なやり方で且つ試験条件３０６についてプロットされたデータと同一のプロット形状を用いて試験条件３０８についてデータをプロットするのが良い。それ故、点３２２は、第１のターボチャージャのブースト圧力を表わすと共に点３２４は、第１のターボチャージャのＶＮＴデューティサイクルを表わすことができ、点３２６は、第２のターボチャージャのブースト圧力を表わすと共に点３２８は第２のターボチャージャのＶＮＴデューティサイクルを表わすことができ、最後に、点３３０は、第３のターボチャージャのブースト圧力を表わすと共に点３３２は、第３のターボチャージャのＶＮＴデューティサイクルを表わすことができる。

有利には、評価対象の第１、第２及び第３のターボチャージャの各々の完全な認定のためにデータ点３１０〜３３２を利用するのが良い。プロットされている関心のある値全てについて既知の規準範囲及びしきい値範囲を用いてこの認定を行うことができる。図３のグラフ図では、関心のあるものとして選択されたパラメータは、コンプレッサ出口圧力（ブースト）及びＶＮＴデューティサイクルである。これらパラメータの各々は、プロットされている試験条件の各々の規準範囲及び許容可能なオフセットを有する場合がある。試験条件３０６に関する規準ブースト範囲は、一点鎖線３３４で表わされている。この一点鎖線３３４は、試験中、エンジンの所望の燃料供給量に対する小規模な調整を考慮に入れた限定された作動条件範囲を表わすよう定められるのが良く、入力パラメータ、この場合、エンジン燃料供給量の変化の結果として、出力、この場合ブースト値の予想差に対応するよう僅かに傾斜しているのが良い。一点鎖線３３４は、上限の線３３６及び下限の線３３８により定められた帯を生じさせるよう利用可能である。上限線３３６及び下限線３３８は、規準線３３４を辿ることができる。領域３４０が、上限線３３６、下限線３３８及び規準線３３４の各端と一致した垂直線の間に定められて陰影を付けた状態で示されており、このような領域は、試験対象のターボチャージャにより生じるブーストの認定のために使用できる。

領域３４０内に収まっている点は、有利には、許容しうる性能特性を備えたターボチャージャを表わし、これに対して、領域３４０から外れて位置する点は、所望の性能特性範囲の上方又は下方に位置するターボチャージャ、即ち、認定判定に合格しないターボチャージャを表わすことができる。

領域３４０と同様に、他の領域は、他のパラメータ及び（又は）試験条件を特徴づける他の規準線の周りに位置すると考えられる。例えば、規準線３４２は、ＶＮＴデューティサイクルに関して許容しうる試験範囲を表わす規準線であると定めることができる。上限の線３４４及び下限の線３４６は、上述したように領域３４８を画定することができる。第１の試験条件３０６について示された例示のデータに基づいて、領域３４０，３４８内にそれぞれ収まる点３１０，３１２によって推定される第１のターボチャージャの性能により、第１のターボチャージャが第１の試験条件では許容しうる性能を有することが分かる。領域３４０，３４８にそれぞれ収まる点３１４，３１６により推定される第２のターボチャージャの性能により、第２のターボチャージャは、第１のターボチャージャよりも規準値が更に小さいが、第１の試験条件では依然として許容しうる性能を有することが分かる。しかしながら、部分的に領域３４８から外れて位置する点３２０及び領域３４０から完全に外れて位置する点３１８により表わされる第３のターボチャージャは、許容できず、捨てられ又は再加工されるべきである。

ターボチャージャの許容性に関する完全な判定は、試験条件で単一の組をなすデータに基づいて行われるのが良い。関心のある２つ以上の試験条件が存在する場合、有利には、各々が同様な仕方で構成される多数の試験点、例えば図３に示す第２の試験条件３０８を用いるのが良い。試験条件３０８に関する規準ブースト範囲は、一点鎖線３５０で表わされている。線３５０は、上限の線３５２及び下限の線３５４によって画定される帯を生じさせるために使用できる。上限線３５２及び下限線３５４は、規準線３５０を辿っても良い。領域３５６は、上限線３５２、下限線３５４及び規準線３５０の各端と一致した垂直線の間に定められて陰影を付けた状態で示されており、このような領域は、試験対象のターボチャージャにより生じるブーストの認定のために使用できる。

領域３５６内に収まっている点、例えば点３２２，３２６は、有利には、許容しうる性能特性を備えたターボチャージャを表わし、これに対して、領域３５６から外れて位置する点、例えば点３３０は、所望の性能特性範囲の上方又は下方に位置するターボチャージャ、即ち、認定判定に合格しないターボチャージャを表わすことができる。

規準線３４２は、試験条件３０８下においてＶＮＴデューティサイクルに関して許容しうる試験範囲を表わす規準線であると定めることができる。上限の線３６０及び下限の線３６２は、上述したように領域３６４を画定することができる。試験条件３０８について示された例示のデータに基づいて、領域３５６，３６４内にそれぞれ収まる点３２２，３２６によって推定される第１のターボチャージャの性能により、第１のターボチャージャが第１の試験条件では許容しうる性能を有することが分かる。領域３５６，３６４にそれぞれ収まる点３２６，３２８により推定される第２のターボチャージャの性能により、第２のターボチャージャは、許容しうる性能を有することが分かる。しかしながら、領域３５６，３６４から完全に外れて位置する点３３０，３３２を有する第３のターボチャージャは、許容できず、捨てられ又は再加工されるべきである。

ターボチャージャの性能を認定する方法の流れ図が、図４に示されている。ステップ４０２においてターボチャージャを試験条件で作動させる。このステップにおけるターボチャージャの作動は、有利には、適当な任意の方法を用いて実施でき、例えば、車両内のエンジン又はダイナモメータに連結されたエンジンに関する作業、ガススタンドに関する作業又は製造ラインステーションでの作業が実施される。ステップ４０４において、試験条件でのターボチャージャの作動中、１組のパラメータを収集する。これらパラメータ又はデータは、オプションとして、システムへの入力パラメータ、例えば、エンジンの空気及び（又は）燃料消費量、エンジン又はガススタンドによりターボチャージャに供給されているガスのエネルギー含有量又はエンタルピー等を含むのが良い。また、出力パラメータ、例えば、ターボチャージャの出口ガスのエネルギー含有量又はエンタルピー、ターボチャージャのコンプレッサの出力のところにおける圧力及び（又は）流量等を測定するのが良い。他の変数も又モニタするのが良く、例えば、ターボチャージャがＶＮＴを備えている場合、ＶＮＴの羽根位置を制御するデューティサイクルも又収集するのが良い。

ステップ４０６において、収集データをターボチャージャの入力及び出力条件に対して分析するのが良い。データ点をグラフ上にプロットすることにより分析を行うのが良い。グラフは、水平軸線上に入力パラメータを取ると共に１本又は複数本の垂直軸線上に１つ又は２つ以上の他の入力又は出力パラメータを取ったものであるのが良い。各試験条件は、入力又は出力条件を表わすグラフ上の１つ又は２つ以上の点を生じさせるのが良い。例えば、ターボチャージャが上述したようにエンジンに取り付けられた状態で試験されている場合、グラフの水平軸線は、エンジンの燃料消費量を表わし、垂直軸線は、コンプレッサ出口圧力とＶＮＴデューティサイクルの両方を表わすことができる。エンジン燃料消費量に対するＶＮＴデューティサイクルに関してプロットされた点は、ターボチャージャに関する入力条件を表わすことができ、燃料消費量に対するコンプレッサ出口圧力についてプロットされた点は、出力条件を表わすことができる。

ステップ４０６のところでのデータの分析の一部は、例えば少なくとも１つの入力パラメータを試験条件に固有であり、試験のための入力の許容しうる範囲を構成する値の範囲と比較することによるステップ４０８でのデータの許容性の判定を含むのが良い。ステップ４０４で収集されたデータがステップ４０８で許容しうると見なされた場合、ターボチャージャは認定され、合格又は不合格判定がステップ４１０で行われる。ステップ４１０でのターボチャージャの認定は、少なくとも１つの出力値を出力値の許容しうる範囲と比較することによって行われる。ターボチャージャ試験の出力値が許容しうる範囲内に収まっている場合、ターボチャージャは、ステップ４１２で試験を首尾良く合格したものと見なされ、もしそうでなければ、ターボチャージャは、試験に不合格になったものとしてステップ４１４において拒絶される場合がある。

ターボチャージャを認定する分析方法は、例えば、製品品質モニタ手段として製造環境で利用される場合がある。図形による方法は、例えば、開発環境において利用される場合がある。特に製造環境におけるターボチャージャ認定のために構成されたターボチャージャの認定方法の分析的用途のための流れ図が、図５に示されている。ステップ５０２において、ターボチャージャを組立てプロセスから受け入れる。ターボチャージャは、完全なユニットであっても良く、或いは、変形例として、機能するに足るコンポーネントを備えて作られているが、最終的な組立て及び微調整が行われていない部分的に組み立てられたユニットであっても良い。ステップ５０４においてターボチャージャを試験台に取り付けるのが良い。

試験台は、ターボチャージャを保持し、その流体通路のうちの何割か又は全てを密封することができる適当なハードウェアが関連した電子コントローラ又はマイクロコントローラを有するのが良い。試験台は又、流体又は空気の流れを生じさせ、これをターボチャージャタービンの入口に送るよう構成された空気、ガス又は別の流体ポンプに連結するのが良く、それによりステップ５０６でタービンホイールを回転させる。種々のパラメータ、例えばタービン及びコンプレッサの入口圧力、入口温度及び（又は）流量、シャフト回転速度等を測定するよう配置された種々のセンサが、試験台と関連しているのが良い。ステップ５０８において、これらパラメータをセンサで収集し、これらを電子コントローラに中継するのが良い。電子コントローラは、これらパラメータを分析し、ターボチャージャに固有のパラメータ、例えばタービン効率又はコンプレッサ効率を計算することができる。

ステップ５１０において、パラメータのうちの幾つか、例えばコンプレッサ出口圧力を許容しうる値範囲と比較するのが良く、ステップ５１２においてターボチャージャに関する許容性の判定を電子コントローラで行うのが良い。ステップ５１４において、通知を組立てプロセスと関連したディスプレイ又は別のコントローラに送ってちょうど試験したばかりのターボチャージャを合格にするか或いはこれを不合格にし、そしてこれをスクラップにするか或いはこれを判定に基づいて再加工するのが良い。

ターボチャージャの性能を認定するよう配置されると共に構成された試験台６００のブロック図が、図６に示されている。試験台６００は、試験装置６０２、適当なターボチャージャ取付け装置６０４、試験装置と関連した電子コントローラ６０６及びオプションとしてのヒータ６１０に連結可能な流体ポンプ６０８を有するのが良い。ターボチャージャ６１２が、説明の目的上、試験台６００に連結された状態で示されている。ターボチャージャ６１２は、入口通路６１６及び出口通路６１８を備えたタービン６１４と、入口通路６２２及び出口通路６２４を備えたコンプレッサ６２０とを有している。図６に示す形態は、ターボチャージャ６１２の試験の際における試験台６００の潜在的に考えられる１つの形態である。

ターボチャージャ６１２の試験のため、例えば、ターボチャージャ６１２はラインの終わりでの試験及び（又は）品質の管理のために組立てラインから離れたときに、ターボチャージャ６１２を取付け装置６０４により試験装置６０２に連結するのが良い。流体ポンプ６０８をタービン６１４の入口通路６１６に連結するのが良い。オプションとしてのヒータ６１０も又、入口通路６１６と流体連通状態にあり、タービン６１４と流体ポンプ６０８との間に連結されるのが良い。出口通路６１８は、環境に対して開いており又は周囲環境に通じているのが良い。コンプレッサ６２０の入口通路６２２は、濾過された空気の源に流体結合されるのが良く、そして流量測定装置６２６を備えているのが良い。コンプレッサ６２０の出口通路６２４は、周囲環境に開かれているのが良く、或いは、オプションとして、流体ポンプ６０８の流体又は空気入口６３２に連結されているのが良い（連結部は示されていない）。出口通路６２４も又、流れオリフィス６２８を備えるのが良い。

流体ポンプ６０６を起動して作動させるための仕事入力Ｗは、ターボチャージャ６１２を試験装置６０２に連結した後に試験を開始させることができる。ポンプ６０８は、圧力Ｐ５で流量ｍ３の空気の流れを入口通路６１６に供給してタービン６１４を作動させることができる。入口通路６１６内の空気の流れは、オプションとして、ヒータ６１０で加熱されるのが良く、このヒータは、熱入力Ｑによって作動する。ヒータ６１０は、電気ヒータであるのが良く、或いは、変形例として、熱交換器が収納されたガス燃焼式ヒータであっても良く、熱交換器は、ヒータを通って流れる空気を加熱するよう構成されている。タービン６１４は、入口通路６１６内の空気からエネルギーを抽出することにより試験中、コンプレッサ６２０を作動させ、圧力Ｐ６で空気を通路６１８から排出する仕事を発生させることができ、この圧力は、周囲圧力であっても良く、或いは、変形例として、オプションとして出口通路６１８が真空源又は流体ポンプ６０８の入口に連結されている場合には真空であっても良い。

コンプレッサ６２０は、タービン６１４によって作動されている間、流量ｍ４及び圧力Ｐ７で空気の流れをその入口通路６２２を介して引き込むことができる。流量ｍ４は、流量計６２６によって測定されると共に試験中、モニタされるのが良い。コンプレッサ６２０は、空気を圧力Ｐ７から試験中、出口通路６２４内に存在する出口圧力Ｐ８まで圧縮するのが良い。流れオリフィス６２８は、有利には、出口通路６２４中に絞りを作るよう出口通路内で用いられるのが良い。出口圧力Ｐ７は、周囲圧力であっても良く、或いは、変形例として、オプションとして出口通路６２４が真空源又は流体ポンプ６０８の入口に連結されている場合には真空であっても良い。

流量計６２６から得た読みは、圧力Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８を測定するよう配置された圧力センサの他の読みと一緒に、分析、計算及び（又は）処理のために電子コントローラ６０６に送られるのが良い。ターボチャージャ６１２の試験結果は、試験の合格判定又は任意他の通知と一緒に、電子コントローラからディスプレイ６３０に中継されるのが良く、このディスプレイは、ターボチャージャ又は試験に関する関連情報をオペレータ又は別の電子装置に知らせることができる。例えば、ターボチャージャ６１２が許容可能であり、試験に合格した通知を中継することができ、ターボチャージャ６１２が試験に不合格であったという通知を送ることができ、或いは、試験を繰り返す通知を送ることができる。

試験装置６０２は、ターボチャージャユニット全体又はその個々のコンポーネントを認定するために使用できる。例えば、ターボチャージャ６１２の性能の認定が望ましい場合、質量流量ｍ４を圧力Ｐ７，Ｐ８と一緒に収集するのが良く、そしてタービン６１４のエネルギー入力又はより有利には、ヒータ６１０が用いられ、試験中、働いている場合、仕事入力Ｗに熱入力Ｑを加えた量で決まる入口通路６１６内の空気のエンタルピーに対してコンプレッサマップ上にプロットするのが良い。代表的には、試験した各ターボチャージャに関するデータをタービン又はコンプレッサマップ上に重ね合わせて上述したように規準値と比較するのが良い。

本明細書において説明した実施形態は、エンジン又はガススタンドのいずれかに関して従来よりも少ない、代表的には１つ又は２つの作動条件下で同一のものを試験することによりターボチャージャユニット及びコンポーネントを認定するプロセスが提供されているという点において有利である。例えば、２つのデータ点を用いることにより、低速と高速の両方及び負荷条件におけるターボチャージャの性能の評価が表わされる。これら２つのデータ点からの結果は、有利には、適当なターボチャージャ性能が得られるよう合格又は不合格判定を決定することができる。２つのデータ点は、広い作動範囲について適当な情報を提供するように思われるが、狭い作動範囲の調査報告は、単一のデータ点によって適当に達成できる。

本明細書において説明した実施形態の利用により実現できる１つの利点は、ターボチャージャユニットの群、例えばプロダクションラン又はプロトタイプバッチ等に属するターボチャージャユニットの性能を統計学的に認定できるということにある。この統計学的分析は、ターボチャージャの群を診断し又は実際には、機能仕様書として用いられるためのこれらターボチャージャの性能に関するパラメータを生じさせるよう利用できる。

一群のターボチャージャの分布曲線が、図７に示されている。この一群のターボチャージャユニットは、単一の試験条件で作動されるのが良く、メートル法で表わされた出力値を記録するのが良い。一群のターボチャージャユニットについて記録された情報を図７のグラフに蓄積するのが良く、この図７は、水平軸線７０２に沿ってメートル法で表わされた出力値を表わしている。水平軸線７０２の目盛りの一増分内の性能を示すターボチャージャユニットの数又は百分率が、垂直軸線７０４上に表示されている。ターボチャージャ性能の分布状態を示すことができる曲線７０６が作られるのが良い。曲線７０６のピーク点７０８は、メートル法で表わされた出力値に関して水平軸線上に規準値７１０を表わすことができる。さらに、最大値７１２及び最小値７１４も又、メートル法で表わされた出力値について定められるのが良い。図７に示された分布状態は、正規分布の形状を有するが、他の分布状態が生じても良い。次に、最大限度７１２及び最小限度７１４を用いると、試験した一群のターボチャージャユニットに属さないターボチャージャについて合格規準を定めることができる。

本発明は、その思想又は本質的な特徴から逸脱しないで他の特定の形態で具体化できる。説明した実施形態は、あらゆる点において例示であり、本発明を制限するものではない。したがって、本発明の範囲は、本明細書の記載によってではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。特許請求の範囲に記載された本発明の文言上の範囲及び均等範囲に属する全ての変更は、本発明の範囲に含まれるものである。

Claims (18)

1. ターボチャージャの性能を認定する方法であって、
   ターボチャージャを所定の試験条件で作動させるステップと、
   前記所定の試験条件における前記ターボチャージャの１組の作動パラメータから１組のデータを収集するステップと、
   前記１組のデータを１組の許容しうる作動範囲と比較するステップと、
   前記１組のデータが前記１組の許容しうる作動範囲内に収まっているかどうかを判定するステップと
   前記ターボチャージャの性能を前記判定結果に基づいて認定するステップとを有する、
   ことを特徴とするターボチャージャの性能の認定方法。
2. ターボチャージャの性能を認定する方法であって、
   ターボチャージャを追加の試験条件で作動させるステップと、
   前記追加試験条件における前記ターボチャージャの１組の作動パラメータから追加の１組のデータを収集するステップと、
   前記追加の１組のデータを前記１組の許容しうる作動範囲と比較するステップと、
   前記追加の１組のデータが前記１組の許容しうる作動範囲内に収まっているかどうかを判定するステップと
   前記ターボチャージャの性能を前記１組のデータに関する前記判定結果及び前記追加の１組のデータに関する前記判定結果に基づいて認定するステップとを更に有し、
   前記所定の試験条件は、低エンジン速度作動範囲に相当し、前記追加の試験条件は、高エンジン速度作動範囲に相当している、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
3. 前記判定ステップは、
   前記１組のデータをグラフ上にプロットするステップと、
   前記許容しうる作動範囲を表わす長方形の領域を前記グラフ上に特定するステップと、
   前記グラフ上のデータ点が前記グラフ上の前記長方形の領域内に収まっているかどうかを判定するステップとを更に含む、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
4. 前記比較ステップ、前記判定ステップ、及び前記認定ステップは、電子コントローラで行われる、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
5. 前記１組のデータは、タービン入口ガス温度、タービン入口ガス圧力、タービン入口ガスエンタルピー、タービン入口ガス流量、コンプレッサ入口空気温度、コンプレッサ入口空気圧力、コンプレッサ入口空気エンタルピー、コンプレッサ入口空気流量、エンジン燃料供給量、エンジン速度、ＶＮＴデューティサイクル、タービンシャフト速度、流体ポンプ仕事入力、及びヒータエネルギー入力のうちの少なくとも１つを含む１組の作動パラメータから選択される、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
6. 合格通知、不合格通知、又は再試験数値のうちの少なくとも１つを送るステップを更に有する、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
7. 前記ターボチャージャを前記所定の試験条件で作動させる前記ステップは、前記ターボチャージャを内燃エンジンで作動させることにより実施される、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
8. 前記ターボチャージャを前記所定の試験条件で作動させる前記ステップは、前記ターボチャージャを試験装置で作動させることにより実施される、
   請求項１記載のターボチャージャ性能の認定方法。
9. ターボチャージャを試験する方法であって、
   ターボチャージャをエンジンシステムの一部として所定の試験条件で作動させるステップと、
   前記エンジンシステムの燃料消費量を含む前記エンジンシステムへの１組の入力をモニタするステップと、
   前記ターボチャージャのコンプレッサ出口圧力を含む前記エンジンシステムからの１組の出力をモニタするステップと、
   前記１組の出力を１組のそれぞれの許容しうる範囲と比較するステップと、
   前記１組の出力が前記１組のそれぞれの許容しうる範囲内にある時点で許容しうる前記ターボチャージャの性能を見出すステップとを有する、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記１組の入力及び前記１組の出力を表わす１組の点をグラフ上にプロットするステップを更に有し、前記グラフは、前記１組の入力のうちの１つを表わす水平軸線を含み、前記グラフは、前記１組の出力のうちの少なくとも１つを表わす少なくとも１つの垂直軸線を含み、前記試験条件は、前記グラフ上の少なくとも一点で表わされ、前記１組の許容しうる範囲のうちの少なくとも１つは、グラフ上の一領域で表わされ、許容しうるターボチャージャの性能を見出すのは、前記少なくとも一点が前記グラフ上の一領域内に位置する場合に起こる、
    請求項９記載の方法。
11. 前記１組の入力は、前記エンジンシステムの測定可能な作動パラメータ及び派生的作動パラメータを含み、前記測定可能なパラメータは、タービン入口ガス温度、タービン入口ガス圧力、タービン入口ガス流量、コンプレッサ入口空気温度、コンプレッサ入口空気圧力、コンプレッサ入口空気流量、エンジン燃料供給量、エンジン速度、ＶＮＴデューティサイクル、及びタービンシャフト速度から成る群から選択され、前記派生的パラメータは、タービン入口ガスエンタルピー及びコンプレッサ入口空気エンタルピーから成る群から選択される、
    請求項９記載の方法。
12. ターボチャージャの性能を認定する試験ステーションであって、
    ターボチャージャ取付け装置が取り付けられた試験装置と、
    前記試験装置と関連した電子コントローラと、
    前記試験ステーションの作動パラメータを測定するよう設けられると共に前記試験ステーションに作動的に接続された複数のセンサと、
    前記ターボチャージャが前記取付け装置を備えた前記試験装置に連結された時点でターボチャージャに流体結合されるよう配置されると共に構成された流体ポンプとを有し、流体ポンプ出口がタービン入口通路に連結されるようになっている、
    ことを特徴とする試験ステーション。
13. コンプレッサ入口通路に流体結合された流量測定装置を更に有し、前記コンプレッサ入口通路は、前記ターボチャージャのコンプレッサの入口に通じるよう配置されている、
    請求項１２記載の試験ステーション。
14. 前記タービン入口通路内の空気圧力を測定するよう配置された第１の圧力センサ、
    タービン出口通路内の空気圧力を測定するよう配置された第２の圧力センサ、
    前記コンプレッサ入口通路内の空気圧力を測定するよう配置された第３の圧力センサ、及び
    コンプレッサ出口通路内の空気圧力を測定するよう配置された第４の圧力センサのうちの少なくとも１つを更に有し、前記第１の圧力センサ、前記第２の圧力センサ、前記第３の圧力センサ、及び前記第４の圧力センサのうちの少なくとも１つは、前記電子コントローラに接続されている、
    請求項１２記載の試験ステーション。
15. 前記流体ポンプと前記ターボチャージャとの間で前記タービン入口通路内に配置されたヒータを更に有する、
    請求項１２記載の試験ステーション。
16. 前記コンプレッサ出口通路に設けられたオリフィスを更に有する、
    請求項１２記載の試験ステーション。
17. 前記電子コントローラと作動的に関連したディスプレイを更に有する、
    請求項１２記載の試験ステーション。
18. ターボチャージャを更に有し、前記ターボチャージャは、タービン入口及びタービン出口を備えたタービンと、コンプレッサ入口及びコンプレッサ出口を備えたコンプレッサとを有し、前記タービン入口は、前記タービン入口通路に流体結合され、前記コンプレッサ入口は、前記コンプレッサ入口通路に流体結合され、前記コンプレッサ出口は、前記コンプレッサ出口通路に流体結合されている、
    請求項１２記載の試験ステーション。

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