JP6351962B2

JP6351962B2 - ターボチャージャの制御装置

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Publication number: JP6351962B2
Application number: JP2013251253A
Authority: JP
Inventors: 松尾　淳; 淳松尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: US20160237936A1; EP3037641A1; EP3037641A4; CN105593490B; WO2015083614A1; US9903296B2; CN105593490A; EP3037641B1; JP2015108333A

Description

本発明は、例えば船舶、車両或いは産業機器の動力源として用いられるエンジンに圧縮した吸気を供給するためのターボチャージャの制御装置の技術分野に関する。

エンジンの出力を向上させる技術として、ターボチャージャによって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法（過給）が知られている。ターボチャージャは、典型的に、エンジンの排気通路を流れる排ガスによって回転駆動される排気タービンと、吸気通路内の吸気を燃焼室に送り込むコンプレッサタービンとが互いに連結された構成を有している。排気タービンは排ガスが有するエネルギによって回転駆動され、該排気タービンに伴ってコンプレッサタービンが回転駆動されることによって、吸気通路内の吸気が過給されて燃焼室に送り込まれ、エンジンの出力が向上する。

ターボチャージャでは、排気タービンやターボベアリングが高温環境下で潤滑オイルや排ガスに含まれる油成分に曝されるため、油成分の固着やコーキングによって劣化が生じやすい。このような劣化の進行はターボチャージャの部品磨耗につながり、エンジンの燃費性能の低下を招くばかりか、故障に至る要因ともなるため、早期に検出することが求められている。

この種のターボチャージャにおける劣化検出に関する技術として特許文献１がある。特許文献１では、ウエストゲートバルブを備えるターボチャージャにおいて、ウエストゲートバルブの開閉に伴う回転数変化が想定範囲内であるか否かに基づいて異常判定を行うことによって、ターボチャージャの劣化を検出する技術が開示されている。

特開２０１３−１９３１９号公報

しかしながら特許文献１では、ウエストゲートバルブの開閉に伴う回転数変化に基づいて判定を行うため、ウエストゲートバルブの非作動時には判定を行うことができない。また、一般的に、ターボチャージャの劣化は回転数に限らず、ターボチャージャの様々な動作状態に影響を及ぼす。そのため、ターボチャージャの劣化が必ずしもウエストゲートバルブの開閉に伴う回転数変化に反映されない場合も十分に想定しうる。このようにターボチャージャの特定部位に基づいた判定では、ターボチャージャの劣化状態を十分に判定できないという問題点がある。
またウエストゲートバルブを備えないターボチャージャ（例えば可変ベーン制御を行うターボチャージャなど）では、特許文献１を適用することができないという問題点もある。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、ターボチャージャの劣化を的確に検出可能なターボチャージャの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るターボチャージャの制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関に圧縮した吸気を供給するためのターボチャージャの制御装置であって、前記ターボチャージャの特性パラメータと効率との関係を予め規定するマップが記憶された記憶部と、前記ターボチャージャの特性値を検出する検出部と、前記検出した特性値に基づいて前記ターボチャージャの前記特性パラメータ及び前記効率を求める演算部と、前記演算部で求められた前記特性パラメータ及び前記効率を前記マップと比較することによって、前記ターボチャージャにおける劣化の有無を判定する判定部と、前記判定部において劣化があると判定された場合に、ユーザにメンテナンス要求を報知する報知部とを備え、前記検出部は所定期間毎に前記特性値の検出を行い、前記演算部は、前記演算部で演算された前記特性パラメータのうち頻度が所定値より大きい特性パラメータについて算出した効率の平均値を当該特性パラメータと関連付けて実測値データとして前記記憶部に蓄積し、前記判定部は、前記蓄積した実測値データから得られる近似曲線と前記マップから得られる基準曲線とを比較することにより、前記ターボチャージャにおける劣化の有無を判定することを特徴とする。

本発明によれば、予めターボチャージャにおける特性パラメータと効率との関係をマップとして規定しておき、検出部で検出される特性パラメータの実測値から求めた効率と比較することで、ターボチャージャの劣化の有無を判定できる。このようにターボチャージャの劣化を、内燃機関の燃費性能への影響を直接的に示すターボチャージャの効率に基づいて判定することで、ターボチャージャの劣化状態を的確に判定することができる。そして劣化が有ると判定された場合には報知部からメンテナンス要求を報知することで、ユーザは早期にターボチャージャの劣化を認識し、然るべき対策を行うことができる。

本発明の一態様では、前記検出部は所定期間毎に前記特性パラメータの検出を行い、前記演算部は前記検出された特性パラメータのうち頻度が所定値より大きい特性パラメータについて算出した効率の平均値を対応する特性パラメータと関連付けて実測値データとして前記記憶部に蓄積し、前記判定部は、前記蓄積した実測値データから得られる近似曲線と前記マップから得られる基準曲線とを比較することにより、前記ターボチャージャにおける劣化の有無を判定する。
この態様によれば、頻度の大きい特性パラメータから求めた効率の平均値に基づいて劣化判定を行うことで、誤差の影響を軽減して劣化判定の信頼性を効果的に高めることができる。

この場合、前記判定部は、前記特性パラメータと前記効率を変数とする空間において、前記近似曲線が前記基準曲線より大きい第１領域が、前記近似曲線が前記基準曲線より小さい第２面積に比べて少ない場合に、前記ターボチャージャに劣化があると判定してもよい。
この態様によれば、実測値データから求められる近似曲線とマップから求められる基準曲線との関係を統計的に比較することで、瞬間的な検出結果が基準値を超えたか否かに基づいて劣化判定を行う場合に比べて、信頼性の高い劣化判定を行うことができる。

また、前記判定部は、前記蓄積された実測値データに基づいて、前記ターボチャージャの効率の変化率が所定値を越えた場合に、前記ターボチャージャに故障があると判定し、
前記報知部は前記判定部において故障があると判定された場合に警報を報知してもよい。
一般的に、ターボチャージャの劣化はゆるやかな効率低下を伴うが、ターボチャージャに何らかの故障が生じた場合には、急激な効率低下を伴う。この態様では、ターボチャージャの効率の変化率が閾値を超えるような急激な場合には、ターボチャージャに故障が生じたと判定し、劣化と区別して報知することで、ターボチャージャの安全な運用を実現できる。

本発明の他の態様では、前記特性パラメータは前記ターボチャージャの速度比及び圧力比であり、前記マップは前記速度比及び圧力比に対応する効率を規定する３次元マップである。
本願発明者らの検証によれば、ターボチャージャの性能は、各圧力比に対して作動空気の流入状態、すなわち理論段落熱落差相当速度と回転速度の比(＝速度比)で整理されることに鑑み、ターボチャージャの特性パラメータとして速度比及び圧力比という複数のパラメータを用いることで、上述したようなターボチャージャの効率に基づく劣化判定を的確に行うことができることを見出した。

また、前記蓄積した実測値データを外部に出力可能な出力インターフェイスを備えてもよい。
この態様によれば、劣化判定に用いられる実測値データを出力インターフェイスを介して外部に出力可能に構成することで、実際にユーザによって使用されているターボチャージャの実際の使用状態を詳細に把握することが可能となる。このような情報は、例えば設計開発に非常に有用である。

第１実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。ＴＣＵの内部構成を機能的に示すブロック図である。記憶部に記憶されたマップの一例を示したものである。ＴＣＵにより実施される劣化判定制御を示すフローチャートである。図４のステップＳ１０４で作成されるデータ分布の一例を示してものである。図４のステップＳ１０７で作成されるプロットの一例を示したものである。正常時と故障時における効率の平均値η_ａｖｅ、及び、その変化率ｄη_ａｖｅ／ｄｔの時間的推移を示すグラフである。第２実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。第３実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。エンジン１は自動車、船舶或いは産業用機器等に動力源として搭載されるガソリンエンジンである。吸気口２から導入された吸気は、吸気通路３を通ってコンプレッサ４によって圧縮される。コンプレッサ４で圧縮された吸気はインタークーラ５で冷却された後、シリンダヘッド６に設けられた吸気ポート７から吸気弁８を介して、シリンダ９と該シリンダ９内を往復運動するピストン１０とによって構成される燃焼室１１に導入される。

吸気は燃焼室１１に導入される際に、吸気ポート７の入口近傍に設けられた燃料噴射装置４０から噴射される燃料と混合気を形成し、燃焼室１１内で点火装置１２によって燃焼される。燃焼室１１で発生した排気ガスは、排気ポート１３から排気弁１４を介して排気通路１５に排出される。排気通路１５には、エンジン１の排気ガスによって駆動される排気タービン１６が設けられている。排気タービン１６は排気ガスによって回転駆動されることで、該排気タービン１６に連結されたコンプレッサ４を回転駆動することにより、吸気通路３における吸気の圧縮を行うターボチャージャ１７を構成している。

排気通路１５には途中から排気タービン１６を迂回するように分岐通路１８が形成されている。該分岐通路１８にはウエストゲートバルブ１９が設けられている。排気タービン１６には、該排気タービン１６の回転数を検出するための回転数センサ２０が設けられている。また、排気タービン１６の入口温度Ｔ_ｉｎ及び入口圧力Ｐ_ｉｎをそれぞれ検出するための入口温度センサ２１及び入口圧力センサ２２、並びに、排気タービン１６の出口温度Ｔ_ｏｕｔ及び出口圧力Ｐ_ｏｕｔをそれぞれ検出するための出口温度センサ２３及び出口圧力センサ２４が設けられている。

エンジン１の運転状態はＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２５によって制御される。図１では、ＥＣＵ２５の代表的な制御信号として、燃料噴射装置４０及び点火装置１２への制御信号が示されており、それぞれ燃料噴射タイミング及び噴射量、並びに、インジェクタの点火タイミングを制御している。

ターボチャージャ１７の運転状態はＴＣＵ（ＴｕｒｂｏｃｈａｇｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２６によって制御される。図１では、ＴＣＵ２６の代表的な制御信号として、ウエストゲートバルブ１９の開度調整を行う制御信号の他に、回転数センサ２０、入口温度センサ２１、入口圧力センサ２２、出口温度センサ２３及び出口圧力センサ２４の検出信号を取得することにより、これらの検出値に基づいて、後述するように、排気ターボチャージャ１７の性能劣化を判定することができるように構成されている。

尚、図１ではＥＣＵ２５及びＴＣＵ２６が別ユニットとして構成された場合を例示しているが、これらが一体のユニットとして構成されていてもよい。

図２はＴＣＵ２６の内部構成を機能的に示すブロック図である。ＴＣＵ２６は記憶部２７、検出部２８、演算部２９、判定部３０、報知部３１及び出力インターフェイス３２を備えている。

記憶部２７には、ターボチャージャ１７の特性パラメータと効率との関係を規定するマップ３３が記憶されている。このマップ３３は劣化判定制御の実施に先立って予め記憶部２７に記憶されており、以下説明する各ステップにおいて適宜読み出し可能に構成されている。マップ３３に記憶される特性パラメータと効率との関係は、劣化判定の際に基準となる劣化の無いサンプル（すなわち、理想的なターボチャージャ１７）に関して規定されたものであり、実験的、理論的或いはシミュレーション的に基づいて規定しておくとよい。

ここで図３は記憶部２７に記憶されたマップ３３の一例を示したものであり、速度比と効率との関係が異なる圧力比において示されている。図３に示されているように、マップ３３に記憶されているターボチャージャ１７の効率は、圧力比及び速度比を変数とする関数で近似することができ、図３ではその近似曲線（以下、適宜「基準曲線」と称する）を併せて表示している。

再び図２に戻って、検出部２８は、ターボチャージャ１７に設置された各種センサ（回転数センサ２０、入口温度センサ２１、入口圧力センサ２２、出口温度センサ２３及び出口圧力センサ２４）から検出値を取得する。演算部２９は、検出部２８で取得した検出値を受け取り、それに基づいて劣化判定に必要な速度比、圧力比及び効率を演算する。判定部３０は、演算部２９の演算結果を取得し、記憶部２７に記憶されたマップ３３と比較することにより、ターボチャージャ１７について劣化の有無を判定する。

報知部３１は、判定部３０において劣化があると判定された場合に、ユーザにメンテナンス要求を報知する。メンテナンス要求とは、広義には排気１７ターボチャージャに劣化がある旨をユーザに認識せしめる情報を広く含み、これを受けたユーザは早期に対策を図ることによって、ターボチャージャ１７の劣化に伴う性能低下の影響を回避することが可能となる。

続いて図４を参照して、ＴＣＵ２６により実施される劣化判定制御について詳しく説明する。図４はＴＣＵ２６により実施される劣化判定制御を示すフローチャートである。
まず検出部２８は、一定期間Ｔ１（例えば１秒）の間隔で各種センサから検出値を取得する（ステップＳ１０１）。ここで検出部２８によって取得された検出値は記憶部２７に蓄積され、出力インターフェイス３２を介して外部に適宜取り出し可能に構成するとよい。このような蓄積データはターボチャージャ１７の実際の使用状態を詳細に把握することができるので、例えば設計開発に非常に有用である。

続いて、演算部２９は検出部２８で取得した検出値を受け取り、速度比、圧力比及び効率を演算する（ステップＳ１０２）。速度比は、ターボチャージャの周速度u（＝ｒω）、断熱熱落差相当速度Ｃ_０を用いて、ｕ/Ｃ_０より得られる。また圧力比は入口圧力センサの検出圧力値をＰ_ｉｎと出口圧力センサの検出圧力値をＰ_ｏｕｔとを用いて、Ｐ_ｏｕｔ/Ｐ_ｉｎにより得られる。また効率は比熱比κを用いて、次式

から算出される。
尚、演算部２９による演算結果もまた記憶部２７に逐次蓄積され、出力インターフェイス３２を介して外部に取り出し可能に構成するとよい。

続いてステップＳ１０３では時刻Ｔが所定値Ｔ２（＞Ｔ１、例えば１８００秒）を越えたか否かを判定し、Ｔ２を超えていない場合には、処理をステップＳ１０１に戻して、上記処理を繰り返す（ステップＳ１０３：ＮＯ）。すなわち、ステップＳ１０１及びＳ１０２は、Ｔ２を超えるまでの間繰り返される。

Ｔ２が経過すると（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、演算部２９は記憶部２７に蓄積したデータについて、速度比及び圧力比に対するデータ分布を作成する（ステップＳ１０４）。ここで、図５はステップＳ１０４で作成されるデータ分布の一例を示してものである。図５では、速度比及び圧力比の組み合わせに対するデータ数を縦軸に示している。

演算部２９は、このようなデータ分布について、該データ数が予め設定された基準値Ｎ１（図５ではＮ１＝１０００に設定している）を超えたものを用いて、ステップＳ１０２で演算した効率の平均値η_ａｖｅを算出する（ステップＳ１０５）。
尚、図５では基準値Ｎ１を超えたものを矢印で示している。

演算部２９は、このように繰り返し頻度の高い特性パラメータについて効率の平均値η_ａｖｅを求めた後、当該演算を行った特性パラメータについてのみデータ数のリセットを行う（すなわち、図５で基準値Ｎ１に達していない他の特性パラメータについては、演算部２９による効率の演算が行われていないため、データ数はそのまま維持される）。

ターボチャージャ１７の運転状態はエンジン１の燃焼状態に応じて少なからず誤差が含まれるが、このように検出頻度の大きい特性パラメータについて算出した効率の平均値η_ａｖｅに基づいて性能劣化を判定することによって、誤差の影響を軽減して信頼性を高めることができる。

このように演算部２９では時刻Ｔ２毎に、頻度の高い特定の速度比及び圧力比の組み合わせに対する平均効率η_ａｖｅを求める。ステップＳ１０６では、時刻Ｔが所定値Ｔ３（＞Ｔ２、例えば一週間）を越えたか否かを判定し、Ｔ３を超えていない場合には、処理をステップＳ１０１に戻して、上記処理を繰り返す（ステップＳ１０６：ＮＯ）。すなわち、上記演算は、時刻がＴ３を超えるまでの間繰り返される。

Ｔ３が経過すると（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、判定部３０はこれまで算出した速度比及び圧力比の組み合わせに対する平均効率η_ａｖｅをプロットし（ステップＳ１０７）、マップ３３から得られる基準曲線と比較して、ターボチャージャ１７における劣化の有無を判定する（ステップＳ１０８）。
ここで、図６はステップＳ１０７で作成されるプロットの一例を示したものである。尚、図６では圧力比が２．０の場合を代表的に示しているが、他の圧力比についても同様のグラフをプロットすることによって劣化が判定される。

本実施例では特に、判定部３０はステップＳ１０５で求めた効率の平均値η_ａｖｅについて近似曲線を求め、マップ３３から得られる基準曲線と比較することにより、ターボチャージャ１７における劣化の有無を判定する。ここで近似曲線の求め方は公知の手法を用いればよく、例えば平均二乗法などを用いて算出するとよい。

図６では近似曲線と基準曲線とによって挟まれる領域をハッチングで示しており、特に、近似曲線が基準曲線より大きい第１領域３４と、近似曲線が基準曲線より小さい第２面積３５とを区別して示している。判定部３０は第１領域３４と第２領域３５の面積を合算し、あらかじめ設定した性能低下量のクライテリアを下回った場合に、ターボチャージャ１７に劣化があると判定し（ステップＳ１０９）、報知部３１からメンテナンス要求を報知して処理を終了する（ステップＳ１１０）。すなわち、統計的に近似曲線が基準曲線を下回ったか否かに基づいて、排気ターボチャージャ１７の劣化の有無を判断する。

ターボチャージャでは、排気タービンやターボベアリングが高温環境下で潤滑オイルや排ガスに含まれる油成分に曝されるため、油成分の固着やコーキングによって劣化が生じやすい。このような劣化は、排気タービンの回転翼に付着した汚れの洗浄によって改善可能であることから船舶のようにターボチャージャ１７の洗浄が可能である場合には、メンテナンス要求として排気タービンの回転翼に付着した汚れを洗浄するようにメッセージや音声を出力するとよい。一方、一般車両のようにターボチャージャ１７の洗浄が困難である場合或いは実用性に欠ける場合には、劣化したターボチャージャ１７を交換するようにメッセージや音声を出力してもよい。
一方、第１領域３４が第２領域３５に比べて広い場合、排気ターボチャージャ１７に劣化がないと判定し、処理を終了する（ステップＳ１１１）。

このように、実測値データから求められる近似曲線とマップ３３から求められる基準曲線との関係に基づいて統計的に劣化判定を行うことで、単純に瞬間的な検出結果が基準値を超えたか否かに基づいて劣化判定を行う場合に比べて、信頼性の高い劣化判定を行うことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、予めターボチャージャ１７における特性パラメータと効率との関係をマップ３３として規定しておき、検出部２８で検出される特性パラメータの実測値から求めた効率と比較することで、ターボチャージャ１７の劣化の有無を判定できる。このようにターボチャージャ１７の劣化を、エンジン１の燃費性能への影響を直接的に示すターボチャージャ１７の効率に基づいて判定することで、ターボチャージャ１７の劣化状態を的確に判定することができる。そして劣化が有ると判定された場合には報知部３１からメンテナンス要求を報知することで、ユーザは早期にターボチャージャ１７の劣化を認識し、然るべき対策を行うことができる。

（変形例）
上述した実施例では、判定部３０においてターボチャージャ１７の劣化の有無のみを判定していたが、演算部２９で求めた効率の時間変化をモニタすることにより、ターボチャージャ１７の劣化だけでなく、故障を区別して判定することができる。

一般的にターボチャージャ１７に性能劣化が生じる場合には、時間の経過に伴って緩やかに効率が低下する。一方、ターボチャージャ１７に何らかの故障が生じる場合には、効率が急激に変化することが想定される。本変形例では、ステップＳ１０５で求めた効率の平均値の変化率を求め、その時間変化を監視する。

図７は正常時と故障時における効率の平均値η_ａｖｅ、及び、その変化率ｄη_ａｖｅ／ｄｔの時間的推移を示すグラフである。図７（a）は正常時を示しており、経年劣化による性能劣化の影響によって、効率η_ａｖｅは次第になだらかに低下しており、変化率ｄη_ａｖｅ／ｄｔは略一定になっている。一方、図７（ｂ）は時刻ｔ１において故障が発生した場合を示しており、故障が発生した時刻ｔ１において効率η_ａｖｅが急激に低下しており、効率の変化率ｄη_ａｖｅ／ｄｔが一時的に急増している。

判定部３０は故障検出のために効率の変化率ｄη_ａｖｅ／ｄｔに対して予め閾値ｄη_ａｖｅ／ｄｔ１を用意しており、該閾値ｄη_ａｖｅ／ｄｔ１を超えた場合に、故障が発生したと判定する。この場合、報知部３１では劣化がある場合に報知されるメンテナンス要求とは異なる警報を報知することによって、ユーザに対して故障発生を認識させることができる。このように、故障発生時に劣化の有無と区別して報知することで、ターボチャージャ１７の信頼性の高い運用が可能となる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態は、分岐通路１８およびウエストゲートバルブ１９を備えていない点を除いて、基本的には図１に示した実施形態と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、図８に示したように、ターボチャージャ１７が、エンジン１から排出される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動する排気タービン１６と、該排気タービン１６と同軸駆動するコンプレッサ４と、排気タービン１６に流れ込む排気ガスの流れを制御する可変制御機構３０と、を有する可変型ターボチャージャからなる。そして、上述したＴＣＵ２６によって、可変制御機構３０を調整して排気タービン１６に流れ込む排気ガスの流れを制御することでターボチャージャ１７の過給圧が制御されるように構成される。このようなターボチャージャ１７の一例としては、排気タービン１６の外周側に回動自在に配置された複数のノズルベーンからなる可変制御機構３０を有する、所謂可変容量型ターボチャージャが挙げられる。

ＴＣＵ２６は、ターボチャージャ１７に設置された各種センサ（回転数センサ２０、入口温度センサ２１、入口圧力センサ２２、出口温度センサ２３及び出口圧力センサ２４）から検出値を取得することによって、第１実施形態と同様に、ターボチャージャに対して劣化判定制御を実施する。本発明の劣化判定制御は、特性パラメータや効率ηといったターボチャージャ１７の構成方式によらない基本的特性に基づいて行われるため、ウエストゲートバルブが用いられていない可変容量型ターボチャージャにおいても、同様の劣化判定制御を実施することができる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態にかかるターボチャージャを備える過給システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態は、高圧段ターボチャージャ１７Ａと低圧段ターボチャージャ１７Ｂの２つのターボチャージャを備える所謂二段過給システムとなっている点を除いて、基本的には図１に示した実施形態と同様の構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、図９に示したように、エンジン１に供給する吸気を圧縮するターボチャージャが、エンジン１からの排気エネルギによって回転駆動する、エンジン１の排気通路１５に配置された高圧段タービン１６Ａ、および該高圧段タービン１６Ａと同軸駆動するエンジン１の吸気通路３に配置された高圧段コンプレッサ４Ａ、を有する高圧段ターボチャージャ１７Ａと、排気通路１５における高圧段タービン１６Ａよりも下流側に配置された低圧段タービン１６Ｂ、および該低圧段タービン１６Ｂと同軸駆動する、吸気通路３における高圧段コンプレッサ４Ａよりも上流側に配置された低圧段コンプレッサ４Ｂ、を有する低圧段ターボチャージャ１７Ｂ、からなる。そして、エンジン１の排気通路１５には、高圧段タービン１６Ａを迂回する高圧段分岐通路１８Ａ、および低圧段タービン１６Ｂを迂回する低圧段分岐通路１８Ｂ、が夫々接続されている。そして、高圧段分岐通路１８Ａには高圧段ウエストゲートバルブ１９Ａが設けられ、低圧段分岐通路１８Ｂには低圧段ウエストゲートバルブ１８Ｂが設けられている。そして、上述したＴＣＵ２６によって、高圧段ウエストゲートバルブ１９Ａおよび低圧段ウエストゲートバルブ１９Ｂのバルブ開度を夫々調整することで、高圧段ターボチャージャ１７Ａおよび低圧段ターボチャージャ１７Ｂの過給圧が夫々制御されるように構成されている。

高圧段タービン１６Ａ及び低圧段タービン１６Ｂには、それぞれの回転数を検出するための回転数センサ２０Ａ及び２０Ｂが設けられている。また、高圧段排気タービン１６Ａの入口温度Ｔ_ｉｎＡ及び入口圧力Ｐ_ｉｎＡをそれぞれ検出するための入口温度センサ２１Ａ及び入口圧力センサ２２Ａ、並びに、高圧段タービン１６Ａの出口温度Ｔ_ｏｕｔＡ及び出口圧力Ｐ_ｏｕｔＡをそれぞれ検出するための出口温度センサ２３Ａ及び出口圧力センサ２４Ａが設けられている。低圧段排気タービン１６Ｂの入口温度Ｔ_ｉｎＢ及び入口圧力Ｐ_ｉｎＢをそれぞれ検出するための入口温度センサ２１Ｂ及び入口圧力センサ２２Ｂ、並びに、低圧段タービン１６Ｂの出口温度Ｔ_ｏｕｔＢ及び出口圧力Ｐ_ｏｕｔＢをそれぞれ検出するための出口温度センサ２３Ｂ及び出口圧力センサ２４Ｂが設けられている。

ＴＣＵ２６はこれら各センサから検出値を取得することによって、高圧段ターボチャージャ１７Ａ及び低圧段ターボチャージャ１７Ｂに対して、第１実施形態において詳述した劣化判定制御を独立に実施する。本発明の劣化判定制御は、特性パラメータや効率ηといった個々のターボチャージャ１７の特性に基づいて行われるため、複数のターボチャージャが組み合わされた複雑なシステムにおいても、容易に導入することができる。

本発明は、例えば船舶、車両或いは産業機器の動力源として用いられる内燃機関の排気系に設けられたターボチャージャの制御装置に利用可能である。

１エンジン
２吸気口
３吸気通路
４コンプレッサ
５インタークーラ
６シリンダヘッド
７吸気ポート
８吸気バルブ
９シリンダ
１０ピストン
１１燃焼室
１２点火装置
１３排気ポート
１４排気バルブ
１５排気通路
１６排気タービン
１７ターボチャージャ
１８分岐通路
１９ウエストゲートバルブ
２０回転数センサ
２１入口温度センサ
２２入口圧力センサ
２３出口温度センサ
２４出口圧力センサ
２５ＥＣＵ
２６ＴＣＵ
２７記憶部
２８検出部
２９演算部
３０判定部
３１報知部
３２出力インターフェイス
３３マップ

Claims

内燃機関に圧縮した吸気を供給するためのターボチャージャの制御装置であって、
前記ターボチャージャの特性パラメータと効率との関係を予め規定するマップが記憶された記憶部と、
前記ターボチャージャの特性値を検出する検出部と、
前記検出した特性値に基づいて前記ターボチャージャの前記特性パラメータ及び前記効率を求める演算部と、
前記演算部で求められた前記特性パラメータ及び前記効率を前記マップと比較することによって、前記ターボチャージャにおける劣化の有無を判定する判定部と、
前記判定部において劣化があると判定された場合に、ユーザにメンテナンス要求を報知する報知部と
を備え、
前記検出部は所定期間毎に前記特性値の検出を行い、
前記演算部は、前記演算部で演算された前記特性パラメータのうち頻度が所定値より大きい特性パラメータについて算出した効率の平均値を当該特性パラメータと関連付けて実測値データとして前記記憶部に蓄積し、
前記判定部は、前記蓄積した実測値データから得られる近似曲線と前記マップから得られる基準曲線とを比較することにより、前記ターボチャージャにおける劣化の有無を判定することを特徴とするターボチャージャの制御装置。
前記判定部は、前記特性パラメータと前記効率を変数とする空間において、前記近似曲線が前記基準曲線より大きい区間における前記近似曲線と前記基準曲線とによって挟まれる第１領域の面積が、前記近似曲線が前記基準曲線より小さい区間における、前記近似曲線と前記基準曲線とによって挟まれる第２領域の面積に比べて少ない場合に、前記ターボチャージャに劣化があると判定することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャの制御装置。
前記判定部は、前記蓄積された実測値データに基づいて、前記ターボチャージャの効率の変化率が所定値を越えた場合に、前記ターボチャージャに故障があると判定し、
前記報知部は前記判定部において故障があると判定された場合に警報を報知することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャの制御装置。
前記特性パラメータは前記ターボチャージャの速度比及び圧力比であり、前記マップは前記速度比及び圧力比に対応する効率を規定する３次元マップであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のターボチャージャの制御装置。
前記蓄積した実測値データを外部に出力可能な出力インターフェイスを備えることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャの制御装置。