涡轮增压装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献I:(日本)特表2002-544443号公报。
【发明内容】
[0011]发明所要解决的技术问题
[0012]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。
[0013]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。
[0014]在所述专利文献I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。
[0015]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。
[0016]用于解决技术问题的技术方案
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031 ]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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