JP2016160834A - ターボチャージャー診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン構成部品の交換の要否を好適に診断することのできるターボチャージャー診断装置を提供する。【解決手段】当該診断装置は、タービン膨張比ＰＩＴを取得し（Ｓ１００）、その取得したタービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超える毎に（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、カウンターＣＯＵＮＴの値を「１」ずつ加算する（Ｓ１０２）。そして、当該診断装置は、カウンターＣＯＵＮＴの値が交換時期判定値β以上となったときに（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、タービンホイールの交換が必要と判定して、警告灯を点灯させる（Ｓ１０５）。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャーの部品交換の要否を診断するターボチャージャー診断装置に関する。

ターボチャージャーにおいて、タービンホイールなどのタービン構成部品には、搭載車両の走行距離などに応じて耐用期間が定められており、その耐用期間が経過すると交換を行うようにしている。ところが、タービン回転数が特定の回転数（共振回転数）となると、タービンに共振が発生してその構成部品に想定を超える負荷が加わることがある。そして、そうした共振が繰り返し発生すると、疲労による強度低下が想定よりも速く進行してしまう。

そこで従来、特許文献１に記載のターボチャージャー診断装置では、タービン回転数が共振回転数となった回数と、そのときのタービンホイールに加わる共振応力とに基づき部品交換の時期を推定するようにしている。

特開２０１４−０８４７７２号公報

ところで、タービン出口側（大気側）の排気圧が低い場合、排気流量や可変ノズルの開度などのタービンへの排気流入条件が同じでも、タービンを通過する際の排気の流勢が強くなって、タービン構成部品に加わる負荷が大きくなる。そのため、高地などの低大気圧下でターボチャージャーが使用される場合には、共振が発生しなくても、タービンの構成部品に想定よりも大きい負荷が加わって、疲労による強度低下の進行が速まることがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、タービン構成部品の交換の要否を好適に診断することのできるターボチャージャー診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するターボチャージャー診断装置は、排気の流勢によりタービンを駆動して吸気を過給するターボチャージャーの診断を行う装置であって、タービンから流出する排気の圧力に対する同タービンに流入する排気の圧力の比であるタービン膨張比を算出して、その算出したタービン膨張比が閾値を超えたときに、増加側、減少側のうちの予め定められたいずれかの側に劣化評価値の値を操作するとともに、その劣化評価値の初期値からの値の総操作量が規定値以上となったときにタービン構成部品の交換が必要と判定する判定部を備えている。

共振が発生していないときには、タービン通過前の排気の単位質量当たりの体積とタービン通過後の排気の単位質量当たりの体積の比であるタービン膨張比が大きくなるほど、タービン構成部品に加わる負荷が大きくなる。よって、タービン膨張比が閾値を超えるか否かで、タービン構成部品に過大な負荷が加わっているか否かを判断することが可能となる。

上記のように構成されたターボチャージャー診断装置では、タービン膨張比が閾値を超える都度、増加側、減少側のいずれか一方に対して劣化評価値の値が操作されていく。こうした劣化評価値の初期値からの値操作の総量（総操作量）は、疲労によるタービン構成部品の強度低下の進行に応じて大きくなる。そのため、総操作量が規定値以上となったときにタービン構成部品の交換が必要と判定することで、タービン構成部品の交換の要否を好適に診断することが可能となる。

上記ターボチャージャー診断装置において上記判定部による劣化評価値の値操作は、例えば、タービン膨張比が閾値を超える毎に、劣化評価値の値を定値ずつ操作したり、タービン膨張比が閾値を超えているときに、その閾値に対するタービン膨張比の差が大きいほど、劣化評価値の値を大きく操作したり、することで行うことができる。前者の場合の劣化評価値には、タービン膨張比が閾値を超えた回数に比例した量の値の操作が行われるようになる。後者の場合、タービン膨張比が閾値をより大きく超え、タービン構成部品により大きい負荷が加わるときほど、劣化評価値の値が大きく操作されるようになる。

ところで、ターボチャージャーが低大気圧下で使用されている場合には、タービン膨張比が大きくなりやすく、タービン構成部品に過大な負荷が加わる可能性が高い。そのため、ターボチャージャーを低大気圧下で使用する場合には、疲労による強度低下の程度がより小さい段階でのタービン構成部品を交換することが望ましい。その点、低気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、上記規定値が小さい値となるようにすれば、低大気圧下では、疲労による強度低下の程度がより小さい段階で、部品交換が必要と判定されるようになる。よって、タービン構成部品の交換の要否をより適切に判定することが可能となる。

第１実施形態のターボチャージャー診断装置が適用されるターボチャージャー付きエンジンの吸／排気系の構成を模式的に示す略図。 同実施形態のターボチャージャー診断装置において実行される交換時期推定ルーチンのフローチャート。 同交換時期推定ルーチンにおいて算出される交換時期判定値と大気圧との関係を示すグラフ。 （ａ）は疲労による強度低下の進行がより遅くなる場合の、（ｂ）は同進行がより早くなる場合の、それぞれにおけるタービン膨張比の推移パターンの例を各示すタイムチャート。 第２実施形態のターボチャージャー診断装置において実行される交換時期推定ルーチンのフローチャート。

（第１実施形態）
以下、ターボチャージャー診断装置の第１実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の診断装置は、車載ディーゼルエンジンに搭載のターボチャージャーに適用されている。

図１に示すように、本実施形態の診断装置が適用されたターボチャージャーを搭載するディーゼルエンジンの吸気通路１０には、その上流側から順に、エアクリーナー１１、コンプレッサー１２、インタークーラー１３、および吸気絞り弁１４が配置されている。エアクリーナー１１は、吸気通路１０に取り込まれた吸気を濾過し、コンプレッサー１２は、内蔵するコンプレッサーホイール１２ａの回転に応じて吸気を加圧する。インタークーラー１３は、コンプレッサー１２において加圧された吸気を冷却し、吸気絞り弁１４は、弁開度の変更と通じて吸気通路１０を流れる吸気の流量（吸入空気量）を調整する。

吸気通路１０における吸気絞り弁１４よりも下流側の部分は、ディーゼルエンジンの気筒別に分岐されている。そして、分岐された吸気通路１０はそれぞれ、各気筒の燃焼室１５に接続されている。各気筒の燃焼室１５には、燃料噴射弁１６がそれぞれ設置されている。そして、各気筒の燃焼室１５では、吸気通路１０を通じて吸入された吸気と、燃料噴射弁１６から噴射された燃料との混合気の燃焼が行われる。

燃焼室１５内での混合気の燃焼により生じた排気は、排気通路１７を通じて外気に放出される。排気通路１７には、その上流側から順に、燃料添加弁１８、タービン１９、およびＰＭフィルター２０が設置されている。燃料添加弁１８は、排気通路１７を流れる排気に対して未燃燃料を添加する。タービン１９は、コンプレッサーホイール１２ａと一体回転可能に連結されたタービンホイール１９ａを内蔵し、コンプレッサー１２と共にターボチャージャーを構成する。そして、ＰＭフィルター２０は、排気中の粒子状物質（ＰＭ：particulate matter）を捕集し、燃料添加弁１８による排気への未燃燃料の添加に応じてその捕集したＰＭを燃焼して浄化する。

上記コンプレッサー１２およびタービン１９により構成されたターボチャージャーでは、吹き付けられた排気の流勢によりタービンホイール１９ａが回転することで、コンプレッサーホイール１２ａが連動して回転し、それにより燃焼室１５に導入される吸気の過給が行われる。すなわち、ターボチャージャーは、排気の流勢によりタービン１９を駆動することで、ディーゼルエンジンの吸気を過給するようにしている。なお、タービン１９におけるタービンホイール１９ａへの排気吹付口には、ノズル開度の変更に応じて同排気吹出口の開口面積を変化させる可変ノズル２１が設置されている。そして、そうした可変ノズル２１のノズル開度を制御することで、タービンホイール１９ａに吹き付けられる排気の流勢が、ひいては過給後の吸気の圧力、すなわち過給圧が調整されている。

一方、このディーゼルエンジンには、排気通路１７におけるタービン１９よりも上流側の部分と、吸気通路１０における吸気絞り弁１４よりも下流側の部分とを連通する排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）通路（以下、ＥＧＲ通路２２と記載する）が設けられている。ＥＧＲ通路２２には、同ＥＧＲ通路２２を通って吸気中に再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラー２３と、弁開度の変更により排気の流路面積を変化させることで、吸気への排気の再循環量を調整するＥＧＲ弁２４と、が設けられている。

以上のように構成された吸／排気系を備えるディーゼルエンジンは、電子制御ユニット２５により制御されている。電子制御ユニット２５は、エンジン制御に係る各種の演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリー、中央演算処理装置の演算結果や各センサーの検出結果を一時的に記憶する読書可能メモリー、外部からの信号を受信するための入力ポート、および外部に信号を送信するための出力ポートを備える。

電子制御ユニット２５の入力ポートには、ディーゼルエンジンの各部に設けられた各種のセンサーの検出信号が入力されている。そうしたセンサーには、大気圧センサー２６、吸気温センサー２７、吸気圧センサー２８、タービン入ガス温度センサー２９、タービン入ガス圧力センサー３０、タービン出ガス圧力センサー３１、およびＮＥセンサー３２が含まれる。大気圧センサー２６は、吸気通路１０におけるコンプレッサー１２よりも上流側の部分の吸気の圧力を、すなわち大気圧ＥＰＡを検出する。吸気温センサー２７は、燃焼室１５に流入する吸気の温度を検出する。吸気圧センサー２８は、吸気通路１０における吸気絞り弁１４よりも下流側の部分の吸気の圧力を検出する。タービン入ガス温度センサー２９は、排気通路１７におけるタービン１９よりも上流側の部分の排気の温度（入ガス温度ＴＩＮ）を検出する。タービン入ガス圧力センサー３０は、排気通路１７における可変ノズル２１とタービン１９との間の部分の排気の圧力、すなわちタービン１９に流入する排気の圧力（入ガス圧ＰＩＮ）を検出する。タービン出ガス圧力センサー３１は、排気通路１７におけるタービン１９よりも下流側の部分の排気の圧力、すなわちタービン１９から流出した排気の圧力（出ガス圧ＰＯＵＴ）を検出する。そして、ＮＥセンサー３２は、ディーゼルエンジンの回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する。なお、電子制御ユニット２５の出力ポートには、タービンホイール１９ａの交換が必要となったことをユーザーに通知するための警告灯（ＭＩＬ：Malfunction Indication Lamp）３３が接続されている。

ところで、車載用のターボチャージャーでは、搭載車両の走行距離などに応じてタービンホイール１９ａの耐用期間が定められており、その耐用期間が経過すると交換を行うようにしている。こうした耐用期間は、標準大気圧（例えば海抜ゼロメートルでの標準的な大気圧）でのターボチャージャーの使用を前提に設定されている。ところが、高地などの低大気圧環境下では、タービン１９の排気吐出側の排気圧が低くなるため、タービン１９の膨張比（タービン膨張比）がその分大きくなる。そのため、低大気圧下では、想定よりも大きい負荷が加わり、疲労によるタービンホイール１９ａの強度低下が想定よりも速く進むことがある。

ちなみに、本実施形態の診断装置が適用されるターボチャージャーでは、タービンホイール１９ａの共振回転数がタービン回転数の使用範囲外となるように設計されており、タービンホイール１９ａの共振は発生しないようになっている。

本実施形態のターボチャージャー診断装置では、電子制御ユニット２５は、エンジン制御の傍ら、タービン１９の構成部品（タービン構成部品）であるタービンホイール１９ａの交換の要否を判定して、同タービンホイール１９ａの交換時期を推定する交換時期推定処理を行っている。そして、この処理により、疲労によるタービンホイール１９ａの強度低下の実状により即したかたちで、タービンホイール１９ａの交換の要否を判定するようにしている。以下、そうした交換時期推定処理の詳細を説明する。なお、本実施形態では、上記判定を行う電子制御ユニット２５が、判定部に相当する構成となっている。

図２は、交換時期推定処理のため、電子制御ユニット２５が実行する交換時期推定ルーチンのフローチャートを示している。同ルーチンの処理は、ディーゼルエンジンの運転中、規定の制御周期ごとに電子制御ユニット２５により実行されている。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、タービン１９の通過前後の排気の膨張比（タービン膨張比ＰＩＴ）の現在値の取得が行われる。本実施形態では、電子制御ユニット２５は、タービン出ガス圧力センサー３１による出ガス圧ＰＯＵＴの検出値に対する、タービン入ガス圧力センサー３０による入ガス圧ＰＩＮの検出値の比をタービン膨張比ＰＩＴの現在の値として算出することで、タービン膨張比ＰＩＴの現在値を取得している。

続くステップＳ１０１では、前回の制御周期における本ルーチンの実行時から今回の制御周期における本ルーチンの実行時までの期間に、タービン膨張比ＰＩＴが規定の過負荷閾値αを超えたか否かが判定される。すなわち、前回の制御周期における本ルーチンの実行時におけるタービン膨張比ＰＩＴの値が過負荷閾値α以下であり、かつ今回の制御周期における本ルーチンの実行時におけるタービン膨張比ＰＩＴの値が過負荷閾値αを超えているか否かが判定される。

なお、共振が発生していないときのタービンホイール１９ａに加わる負荷は、タービン膨張比ＰＩＴが大きくなるほど大きくなる。よって、タービンホイール１９ａに加わる負荷の大きさは、タービン膨張比ＰＩＴの現在値から推定することができる。一方、上記過負荷閾値αの値には、疲労による強度低下が確実に想定範囲内に収まり得るタービン膨張比ＰＩＴの上限値が設定されている。よって、タービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えるときには、疲労による強度低下の進行が速まるような過大な負荷がタービンホイール１９ａに加わっている可能性が高いことになる。

ここで、タービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えたのでなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、タービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えたのであれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が進められる。

ステップＳ１０２に処理が進められると、そのステップＳ１０２において、劣化評価値としてのカウンターＣＯＵＮＴの値に「１」が加算される。工場出荷時のカウンターＣＯＵＮＴの値には、初期値として「０」が設定されており、また、タービンホイール１９ａの交換時には、その値が初期値「０」にリセットされるようになっている。

続いて、ステップＳ１０３において、大気圧センサー２６による大気圧ＥＰＡの検出値から交換時期判定値βが算出される。ここでの交換時期判定値βの算出は、電子制御ユニット２５の読出込専用メモリーに記憶された演算マップを用いて行われ、その演算マップには、大気圧ＥＰＡの値別の交換時期判定値βの値が格納されている。

図３に、そうした演算マップの一例における、大気圧ＥＰＡおよび交換時期判定値βの対応関係を示す。同図に示すように、交換時期判定値βの値には、大気圧ＥＰＡが低いほど、小さい値が設定される。

続いて、ステップＳ１０４において、カウンターＣＯＵＮＴの値が、ステップＳ１０３で算出された交換時期判定値βの値以上であるか否かが判定される。ここで、カウンターＣＯＵＮＴの値が交換時期判定値βの値未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、カウンターＣＯＵＮＴの値が交換時期判定値βの値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０５において、警告灯３３が点灯された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、このときの警告灯３３が既に点灯されていた場合には、ステップＳ１０５ではその点灯が継続される。

続いて、本実施形態のターボチャージャー診断装置における、上記交換時期推定ルーチンの実行による、ターボチャージャーの診断態様を説明する。
本実施形態のターボチャージャー診断装置では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超える毎に、カウンターＣＯＵＮＴの値に「１」が加算される。すなわち、カウンターＣＯＵＮＴの値は、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超える毎に、増加側に定数「１」ずつ操作される。こうして操作されるカウンターＣＯＵＮＴの値は、タービンホイール１９ａの使用開始後にタービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数を表す。ちなみに、本実施形態では、カウンターＣＯＵＮＴの初期値が「０」に設定されているため、同カウンターＣＯＵＮＴの現在値は、現在までの初期値からの値の総操作量と一致する。

本実施形態の診断装置では、カウンターＣＯＵＮＴの値が交換時期判定値β以上となると、タービンホイール１９ａの交換が必要であることをユーザーに通知すべく警告灯３３が点灯される。すなわち、本実施形態では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数が交換時期判定値βの値以上となったときに、タービンホイール１９ａの交換が必要と判定される。

タービンホイール１９ａは、過大な負荷が加わる毎に疲労が蓄積されてその強度低下する。よって、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数からは、疲労によるタービンホイール１９ａの強度低下の進行度合いをある程度に推測することができる。よって、その回数が一定の回数に達したことをもって、タービンホイール１９ａの強度が交換を要するまで低下している可能性が高いと判断することが可能である。

なお、ターボチャージャーが低大気圧下で使用されている場合には、タービン膨張比ＰＩＴが大きくなりやすく、タービンホイール１９ａに過大な負荷が加わる可能性が高くなる。そのため、低大気圧下で使用されるターボチャージャーでは、タービンホイール１９ａの交換を、疲労による強度低下の程度がより小さい段階で行うことが望ましい。

これに対して、本実施形態のターボチャージャー診断装置では、低気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、交換時期判定値βに小さい値が設定される。交換時期判定値βにより小さい値が設定されれば、タービンホイール１９ａの交換要との判定までに要する、過負荷閾値αに対するタービン膨張比ＰＩＴの超過回数はより少なくなる。そのため、ターボチャージャーが低大気圧下で使用されている場合には、疲労による強度低下の程度がより小さい段階で、タービンホイール１９ａの交換が必要と判定されるようになる。

以上説明した本実施形態のターボチャージャー診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、タービン膨張比ＰＩＴを算出して、その算出したタービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときに、カウンターＣＯＵＮＴの値を増加側に操作している。そして、電子制御ユニット２５は、初期値からのカウンターＣＯＵＮＴの値の総操作量が規定値（交換時期判定値β）以上となったときにタービンホイール１９ａの交換が必要と判定している。そのため、タービンホイール１９ａの交換の要否を好適に診断することができる。

（２）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超える毎に、カウンターＣＯＵＮＴの値を定値「１」ずつ増加側に操作している。こうした値の操作が行われるカウンターＣＯＵＮＴの値は、使用開始後にタービンホイール１９ａに過負荷が加わった回数を表すことになる。そのため、過負荷による強度低下の程度に応じてタービンホイール１９ａの交換の要否を判定することができる。

（３）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、低大気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、交換時期判定値βに小さい値を設定するようにしている。そして、これにより、低大気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、初期値からのカウンターＣＯＵＮＴの値の総操作量がより小さい段階でタービンホイール１９ａの交換が必要と判定している。したがって、使用環境による要求強度の違いに応じて、タービンホイール１９ａの交換の要否をより適切に判定することができる。

（第２実施形態）
次に、ターボチャージャー診断装置の第２実施形態を、図４および図５を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態にあって、上記実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数からタービンホイール１９ａの交換の要否を判定していた。ただし、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数が同じでも、過負荷閾値αに対するタービン膨張比ＰＩＴの超過の程度によって、タービンホイール１９ａに蓄積される疲労の程度は異なる。例えば、図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合とを比較すると、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数は同じであるが、図４（ｂ）の場合の方が、各回における過負荷閾値αに対するタービン膨張比ＰＩＴの超過の幅が大きく、疲労によるタービンホイール１９ａの強度低下が速く進行する。

そのため、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数だけで判定を行う場合、交換が必要との判定を、タービンホイール１９ａの強度が許容レベル以下に低下するよりも前に確実に行えるようにするには、過負荷による強度低下が最悪のペースで進んだときを想定して交換時期判定値βの値を設定する必要がある。そのため、そうした場合には、実際に交換が必要となるまで強度低下が進んだ時期よりも早い時期に、タービンホイール１９ａの交換が必要と判定されやすくなる。

そこで、本実施形態では、タービンホイール１９ａの交換の要否判定に使用する劣化評価値を、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときに、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差が大きいほど大きく操作するようにしている。そして、これにより、タービンホイール１９ａの強度低下の実状により即したかたちでの、交換の要否判定を可能としている。

図５は、本実施形態のターボチャージャー診断装置において、電子制御ユニット２５が実行する交換時期推定ルーチンのフローチャートを示している。同ルーチンの処理は、ディーゼルエンジンの運転中、一定の時間ごとに電子制御ユニット２５により実行されている。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、タービン膨張比ＰＩＴの現在値の取得が行われる。本実施形態でも、電子制御ユニット２５は、タービン出ガス圧力センサー３１による出ガス圧ＰＯＵＴの検出値に対する、タービン入ガス圧力センサー３０による入ガス圧ＰＩＮの検出値の比をタービン膨張比ＰＩＴとして算出することで、その取得を行っている。

続くステップＳ２０１では、取得したタービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えているか否かが判定される。ここで、タービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えていなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、タービン膨張比ＰＩＴの現在値が過負荷閾値αを超えていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０２に処理が進められる。

ステップＳ２０２に処理が進められると、そのステップＳ２０２において、劣化評価値としての超過膨張比積算値ＩＮＴの値に、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差（＝ＰＩＴ−α）が加算される。なお、工場出荷時の超過膨張比積算値ＩＮＴの値には、初期値として「０」が設定されており、また、タービンホイール１９ａの交換時には、その値が初期値「０」にリセットされるようになっている。こうした超過膨張比積算値ＩＮＴの値は、図４（ａ）、（ｂ）においてハッチングで示された部分の面積に対応している。

続いて、ステップＳ２０３において、大気圧センサー２６による大気圧ＥＰＡの検出値から交換時期判定値γが算出される。ここでの交換時期判定値γの算出は、電子制御ユニット２５の読出込専用メモリーに記憶された演算マップを用いて行われる。このときの交換時期判定値γの算出は、大気圧ＥＰＡが低いほど、小さい値となるように行われる。

続いて、ステップＳ２０４において、超過膨張比積算値ＩＮＴの値が、ステップＳ２０３で算出された交換時期判定値γの値以上であるか否かが判定される。ここで、超過膨張比積算値ＩＮＴの値が交換時期判定値γ未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、超過膨張比積算値ＩＮＴの値が交換時期判定値γ以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０５に処理が進められる。そして、そのステップＳ２０５において、警告灯３３が点灯された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、このときの警告灯３３が既に点灯されていた場合には、ステップＳ２０５ではその点灯が継続される。

続いて、本実施形態のターボチャージャー診断装置における、上記交換時期推定ルーチンの実行による、ターボチャージャーの診断態様を説明する。
本実施形態のターボチャージャー診断装置では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときには、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差（ＰＩＴ−α）が超過膨張比積算値ＩＮＴの値に加算される。そのため、超過膨張比積算値ＩＮＴの値は、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときに、そのときの過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差が大きいほど、大きく操作される。こうして操作される超過膨張比積算値ＩＮＴの現在値は、現在までのタービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えていた期間における、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差の積算値を表す。ちなみに、本実施形態では、超過膨張比積算値ＩＮＴの初期値が「０」に設定されているため、同超過膨張比積算値ＩＮＴの現在値は、現在までの初期値からの値の総操作量と一致する。

こうした超過膨張比積算値ＩＮＴの値が交換時期判定値γ以上となると、タービンホイール１９ａの交換が必要であることをユーザーに通知すべく警告灯３３が点灯される。すなわち、本実施形態では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えていた期間における、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差の積算値が交換時期判定値γ以上となったときに、タービンホイール１９ａの交換が必要と判定されるようになる。上述のように、過負荷閾値αに対するタービン膨張比ＰＩＴの超過の幅が大きいほど、過負荷によるタービンホイール１９ａの強度低下も大きくなる。そのため、本実施形態では、タービンホイール１９ａの強度低下の実状により即したかたちで、その交換の要否が判定されるようになる。

また、低気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、交換時期判定値γに小さい値が設定される。そのため、ターボチャージャーが低大気圧下で使用されている場合には、疲労による強度低下の程度がより小さい段階で、タービンホイール１９ａの交換が必要と判定されるようになる。

本実施形態のターボチャージャー診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、タービン膨張比ＰＩＴを取得して、その取得したタービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときに、超過膨張比積算値ＩＮＴの値を増加側に操作している。そして、電子制御ユニット２５は、初期値からの超過膨張比積算値ＩＮＴの値の総操作量が規定値（交換時期判定値γ）以上となったときにタービンホイール１９ａの交換が必要と判定している。そのため、タービンホイール１９ａの交換の要否を好適に診断することができる。

（２）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときに、過負荷閾値αとタービン膨張比ＰＩＴとの差が大きいほど、超過膨張比積算値ＩＮＴの値を大きく操作している。そのため、タービンホイール１９ａの交換の要否を、過負荷による強度低下の実状により即したかたちで的確に判定することができる。

（３）本実施形態では、電子制御ユニット２５は、低大気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、交換時期判定値γに小さい値を設定するようにしている。そして、これにより、低大気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、初期値からの超過膨張比積算値ＩＮＴの値の総操作量がより小さい段階でタービンホイール１９ａの交換が必要と判定している。したがって、使用環境による要求強度の違いに応じて、タービンホイール１９ａの交換の要否をより適切に判定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・タービン膨張比ＰＩＴの取得に用いる出ガス圧ＰＯＵＴを直接検出するセンサー（タービン出ガス圧力センサー３１）が設けられていない場合には、その値を推定により求めることができる。例えば、排気通路１７におけるタービン１９よりも下流側の部分における排気の圧力損失は、予め実験等で求めておくことができるため、その圧力損失分を大気圧ＥＰＡに加算することで、出ガス圧ＰＯＵＴを求めることも可能である。

・タービン膨張比ＰＩＴの取得に用いる入ガス圧ＰＩＮを直接検出するセンサー（タービン入ガス圧力センサー３０）が設けられていない場合には、その値を推定により求めることができる。入ガス圧ＰＩＮは、例えば、タービン１９に流入する排気の流量を検出または推定するとともに、その排気流量と可変ノズル２１のノズル開度との関係から演算して求めることが可能である。また、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量、および入ガス温度ＴＩＮからも、入ガス圧ＰＩＮの推定は可能である。さらに、排気通路１７における可変ノズル２１よりも上流側の部分の排気の圧力を検出するセンサーが設置されている場合には、そのセンサーの検出値と、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量から入ガス圧ＰＩＮを推定することが可能である。

・上記実施形態では、大気圧ＥＰＡに応じて交換時期判定値β，γの値を変えるようにしていたが、それらを大気圧ＥＰＡに依らず、固定した値としてもよい。
・タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超える毎に、カウンターＣＯＵＮＴの値を定値ずつ減算（減少側に操作）するようにしてもよい。例えば、第１実施形態での交換時期判定値βに相当する値をカウンターＣＯＵＮＴの初期値に設定し、カウンターＣＯＵＮＴの値が判定値「０」となったときに交換が必要と判定しても、実質同様に判定を行うことができる。

・タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときのカウンターＣＯＵＮＴの値の操作量を「１」以外の定値としてもよい。そうした場合にも、カウンターＣＯＵＮＴの値の総操作量は、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数に比例することになるため、各回の操作量を「１」とした場合と実質同様に交換要否の判定を行うことが可能である。

・タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたとき以外の条件でも、タービンホイール１９ａの強度低下が生じる条件があれば、そうした条件が成立したときにも、カウンターＣＯＵＮＴの値を操作するようにしてもよい。例えばタービンホイール１９ａの共振が発生することがある場合、タービン回転数がタービンホイール１９ａの共振回転数となったときにも、カウンターＣＯＵＮＴの値を操作するようにしてもよい。さらに、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときと、タービン回転数が共振回転数となったときとで、タービンホイール１９ａの強度低下の程度が異なる場合には、各々の状況となったときのカウンターＣＯＵＮＴの操作量を異ならせることで、交換の要否をより的確に判定できるようになる。

・タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときに、超過膨張比積算値ＩＮＴの値を減少側に操作するようにしてもよい。例えば、第２実施形態での交換時期判定値γに相当する値を超過膨張比積算値ＩＮＴの初期値に設定し、超過膨張比積算値ＩＮＴが「０」以下となったときに交換が必要と判定しても、実質同様に判定を行うことができる。

・第２実施形態では、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えているときの超過膨張比積算値ＩＮＴの値の操作量を、タービン膨張比ＰＩＴと過負荷閾値αとの差そのものではなく、その差が大きくなるほど大きくなる量とするようにしてもよい。例えば、上記差に比例した値ずつ超過膨張比積算値ＩＮＴの値を操作することでも、実質同様に判定を行うことが可能である。

・タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた回数（カウンターＣＯＵＮＴ）や、過負荷閾値αに対するタービン膨張比ＰＩＴの超過量の積算値（超過膨張比積算値ＩＮＴ）以外の値に基づいて、タービンホイール１９ａの交換の要否を判定するようにしてもよい。例えば、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えた時間の総計、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときのタービン膨張比ＰＩＴのピーク値の積算値などを、タービンホイール１９ａの劣化評価値として用いて交換の要否判定を行うことも可能である。いずれにせよ、その劣化評価値が、タービン膨張比ＰＩＴが過負荷閾値αを超えたときに、増加側、減少側のうちの予め定められた側に値が操作されるものであって、その劣化評価値の初期値からの値の総操作量が規定値以上となったときに、交換が必要と判定すれば、タービンホイール１９ａの交換の要否を好適に判定することが可能である。

・上記実施形態のターボチャージャー診断装置では、タービンホイール１９ａの交換の要否を判定していたが、タービン１９を構成するタービンホイール１９ａ以外の部材の交換の要否の判定も同様に行うことが可能である。

・上記実施形態のターボチャージャー診断装置は、車載ディーゼルエンジンに搭載のターボチャージャーに適用されていたが、それ以外のエンジンに搭載のターボチャージャーにも同様に適用することができる。また、可変ノズル２１を備えていないターボチャージャーへの適用も可能である。

１０…吸気通路、１１…エアクリーナー、１２…コンプレッサー、１２ａ…コンプレッサーホイール、１３…インタークーラー、１４…吸気絞り弁、１５…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１７…排気通路、１８…燃料添加弁、１９…タービン、１９ａ…タービンホイール、２０…ＰＭフィルター、２１…可変ノズル、２２…ＥＧＲ通路、２３…ＥＧＲクーラー、２４…ＥＧＲ弁、２５…電子制御ユニット、２６…大気圧センサー、２７…吸気温センサー、２８…吸気圧センサー、２９…タービン入ガス温度センサー、３０…タービン入ガス圧力センサー、３１…タービン出ガス圧力センサー、３２…ＮＥセンサー、３３…警告灯。

Claims (4)

1. 排気の流勢によりタービンを駆動して吸気を過給するターボチャージャーの診断を行う装置であって、
   前記タービンから流出した排気の圧力に対する同タービンに流入する排気の圧力の比であるタービン膨張比を算出し、その算出したタービン膨張比が閾値を超えたときに、増加側、減少側のうちの予め定められたいずれかの側に劣化評価値の値を操作するとともに、その劣化評価値の初期値からの値の総操作量が規定値以上となったときにタービン構成部品の交換が必要と判定する判定部を備える、
   ことを特徴とするターボチャージャー診断装置。
2. 前記判定部は、タービン膨張比が閾値を超える毎に、前記劣化評価値の値を定値ずつ操作する、請求項１に記載のターボチャージャー診断装置。
3. 前記判定部は、タービン膨張比が閾値を超えているときに、その閾値とタービン膨張比との差が大きいほど、前記劣化評価値の値を大きく操作する、請求項１に記載のターボチャージャー診断装置。
4. 低気圧下にあるときには、高大気圧下にあるときよりも、前記規定値が小さい値となる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボチャージャー診断装置。