(57)【要約】【課題】高温の排気ガスに曝される排気管の破損を精度よく予測する内燃機関およびその破損予測方法を提供する。【解決手段】制御装置３１が、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが、下限温度Ｔａから上限温度Ｔｂ以上まで上昇した後に、再びその下限温度Ｔａ以下まで下降したことを１回の温度サイクルとして、その温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントするカウント部３２と、その累積数Ｃｙに基づいて、エキゾーストマニホールド１７における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによる破損を予測する予測部３３と、を有した。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排気管が締結されて構成された排気通路と、その排気管を通過する排気ガスの温度を取得する温度取得手段と、制御装置とを備えた内燃機関において、
前記制御装置が、
前記温度取得手段で取得した排気ガスの温度が、予め設定した下限温度から予め設定した上限温度以上まで上昇した後に、再びその下限温度以下まで下降したことを１回の温度サイクルとして、その温度サイクルの累積数をカウントするカウント部と、
前記カウント部でカウントされた前記累積数に基づいて、前記排気管における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによる前記排気管の破損を予測する予測部と、を有して構成されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置が、前記予測部が前記排気管における破損を予測したときに、運転者に前記排気管の交換を促す警告を発する警告部を有して構成された請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記予測部を、前記カウント部でカウントされた前記累積数が、予め設定された破損予測閾値以上の場合に、前記排気管における破損を予測する構成にした請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記破損予測閾値を、前記排気管の締結の基準となる基準締結箇所とこの基準締結箇所よりも遊びを有した非基準締結箇所との間の長さ寸法が、予め設定された破損予測寸法になるときに設定した請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記排気管が、エキゾーストマニホールドである請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関から排出される排気ガスが通過する排気管の破損を予測する方法であって、
前記内燃機関から排出されて、前記排気管を通過する排気ガスの温度を取得するステップと、
取得した排気ガスの温度が、予め設定した下限温度から予め設定した上限温度以上まで上昇した後に、再びその下限温度以下まで下降したことを１回の温度サイクルとして、その温度サイクルの累積数をカウントするステップと、
カウントされた前記累積数に基づいて、前記排気管における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによる前記排気管の破損を予測するステップと、を含むことを特徴とする内燃機関の破損予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関およびその破損予測方法に関し、より詳細には、高温の排気ガスに曝される排気管の破損を精度よく予測する内燃機関およびその破損予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路を構成する排気管は、内燃機関から排出された高温の排気ガスに曝され、熱による破損を受ける可能性を含んでいる。これに関して、この排気管の熱による破損を防止する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この装置は、排気管の変態点を監視しており、排気温度がその変態点を超える場合に、警報を発したり、あるいは燃料噴射量を低減したりして、排気管の破損を防止している。なお、この装置は、建設機器などに用いられて、全出力で使用されることが多い内燃機関に好適であり、その全出力により排気温度が過度に上昇する場合に有効である。
【０００４】
一方、本発明の発明者は、排気管の破損が、排気温度が変態点を超えた場合以外にも生じていることに着目し、排気管の破損の原因が、排気管における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによることを見出した。
【０００５】
内燃機関の排気通路を構成する排気管は、フランジが締結具により締結されることで、連結されている。この排気管は、排気ガスからの熱により高温になり、その熱によって膨張する一方で、内燃機関の停止時には常温に戻り、縮小する。そのため、排気管の締結はこの熱による線膨張が考慮されており、その締結には多少の遊びが設けられている。
【０００６】
しかし、排気管が、その設けられた遊びの許容範囲を超えて膨張しようとすると、締結具による締結により膨張が拘束されて、排気管に圧縮塑性ひずみが生じる。この圧縮塑性ひずみは不可逆的な変化であり、元の状態に戻ることがない。結果、排気管は、元の長さに対して縮んだ状態となる。この圧縮塑性ひずみによる縮みが進行すると、排気管が収縮しようとしたときに、締結具による締結によりその収縮が拘束されて、引っ張りによる破損が生じるおそれがある。この引っ張りによる破損は、排気管のせん断による亀裂や締結具の屈曲などを例示できる。
【０００７】
このような破損により、排気管から排気ガスが漏れたり、その漏れにともなって異音が生じたりする問題がある。また、締結力の低下が生じる問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３１９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高温の排気ガスに曝される排気管の破損を精度よく予測することができる内燃機関およびその破損予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する本発明の内燃機関は、複数の排気管が締結されて構成された排気通路と、その排気管を通過する排気ガスの温度を取得する温度取得手段と、制御装置とを備えた内燃機関において、前記制御装置が、前記温度取得手段で取得した排気ガスの温度
が、予め設定した下限温度から予め設定した上限温度以上まで上昇した後に、再びその下限温度以下まで下降したことを１回の温度サイクルとして、その温度サイクルの累積数をカウントするカウント部と、前記カウント部でカウントされた前記累積数に基づいて、前記排気管における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによる前記排気管の破損を予測する予測部と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記の目的を達成する本発明の内燃機関の破損予測方法は、内燃機関から排出される排気ガスが通過する排気管の破損を予測する方法であって、前記内燃機関から排出されて、前記排気管を通過する排気ガスの温度を取得するステップと、取得した排気ガスの温度が、予め設定した下限温度から予め設定した上限温度以上まで上昇した後に、再びその下限温度以下まで下降したことを１回の温度サイクルとして、その温度サイクルの累積数をカウントするステップと、カウントされた前記累積数に基づいて、前記排気管における熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみによる前記排気管の破損を予測するステップと、を含むことを特徴とする方法である。
【００１２】
なお、排気管は、管径方向に張り出したフランジが締結具により締結されることで連結して、排気通路を構成している配管である。この排気管としては、気筒における燃焼直後の排気ガスに曝されるものを例示でき、具体的には、エキゾーストマニホールドや、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラーの上流側に配置される排気管を例示できる。
【００１３】
また、排気管を通過する排気ガスの温度を取得する手段としては、対象となる排気管に設けた温度センサで直接的にその排気管を通過する排気ガスの温度を取得する手段や、燃料噴射量、排気ガス流量、吸気流量、吸気圧力などのパラメータから間接的に算出する手段を例示できる。
【００１４】
排気管に生じる圧縮塑性ひずみは、排気管が上限温度以上の排気ガスに曝されて熱による線膨張をするときに、締結具に締結されてその線膨張が拘束されることで発生するひずみである。この圧縮塑性ひずみは不可逆的なひずみであって、元の状態に戻ることがないものである。
【００１５】
従って、排気管にこの圧縮塑性ひずみが生じることで、排気管における所定の長さ寸法は元の長さ寸法に比べて縮むことになる。この圧縮塑性ひずみによる縮みによって、排気ガスの温度が下限温度以下になり、排気管が収縮しようとするときに、締結具に締結されていることで発生する引っ張りに起因する排気管のせん断、締結具の屈曲などが生じる。
【００１６】
この排気管における圧縮塑性ひずみによる縮みは、温度サイクルの累積数に比例していることから、温度サイクルの累積数をカウントすることにより、その圧縮塑性ひずみによる排気管の破損を予測することが可能となる。この排気管の破損の予測は、実際に排気管が破損する前に警告できるようにするために行われるもので、実際に破損する前に排気管の交換を促せるように、事前に排気管が破損しそうな状態を予測することである。
【発明の効果】
【００１７】
この内燃機関およびその破損予測方法によれば、温度サイクルの累積数から、徐々に進行する排気管における圧縮塑性ひずみによる縮みを予測して、その縮み量が多くなった場合に、排気管の破損が発生するとの判断基準を基に予測するようにしたことで、排気管における破損が発生する前にその破損を精度よく予測できる。
【００１８】
これにより、実際に排気管に破損が生じるよりも前に排気管の交換を促すことが可能になり、排気管に亀裂が生じることで発生する異音や排気ガスの漏れ、締結具の屈曲による
締結力の低下などを事前に回避することができる。また、予期せぬ排気管の破損により、緊急的に整備を行うことによる車両の稼働率の低下も回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態のエンジンを例示する構成図である。
【図２】図１のエキゾーストマニホールドを例示する斜視図である。
【図３】図２の矢印方向ＩＩＩで示す矢視図であり、排気ガスの温度が高温の状態を示す。
【図４】図２の矢印方向ＩＩＩで示す矢視図であり、排気ガスの温度が低温の状態を示す。
【図５】図１の制御装置を例示する構成図である。
【図６】排気ガスの温度と時間との関係を例示するデータである。
【図７】エキゾーストマニホールドの所定の長さ寸法と温度サイクルの累積数と関係を例示する実際のデータである。
【図８】本発明の実施形態のエンジンの破損予測方法を例示するフローチャートである。
【図９】燃料噴射量およびエンジン回転数に基づいた排気ガスの温度の等高線を例示するマップデータである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、外部へ排出される排気ガスと環流されるＥＧＲガスとを区別するために、外部へ排出される排気ガスをＧ１とし、環流するＥＧＲガスをＧ２とする。
【００２１】
図１は本発明の実施形態からなるエンジン１０を例示している。このエンジン１０は、排気通路１８を構成する排気管としてのエキゾーストマニホールド１７の破損を予測するものであって、具体的には、エキゾーストマニホールド１７の圧縮塑性ひずみによる縮みによって生じるせん断を予測するものである。
【００２２】
エンジン１０において、吸気通路１１へ吸入された吸気Ａ１は、ターボチャージャー１２のコンプレッサ（過給機）１３により圧縮されて高温になり、インタークーラ１４で冷却される。その後、この吸気Ａ１は、インテークマニホールド１５を経てエンジン本体１６に供給される。エンジン本体１６に供給された吸気Ａ１は、気筒に噴射された燃料と混合されて燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、排気ガスＧ１となる。
【００２３】
そして、その排気ガスＧ１は、エキゾーストマニホールド１７や他の排気管が締結されて構成された排気通路１８へ排気されて、ターボチャージャー１２のタービン１９を駆動した後に図示しない排気ガス浄化装置で浄化されてから大気中へ放出される。また、排気ガスＧ１の一部は、ＥＧＲガスＧ２として排気ガス環流装置２０により、排気通路１８から分岐して吸気通路１１に合流するＥＧＲ通路２１へ導入される。このＥＧＲガスＧ２は、ＥＧＲクーラー２２で冷却された後に、ＥＧＲバルブ２３で流量が調整されて、吸気通路１１に環流される。
【００２４】
また、このエンジン１０は、エキゾーストマニホールド１７を通過する排気ガスＧ１の温度Ｔｇを取得する温度取得手段としてエキゾーストマニホールド１７に配置された温度センサ３０と、その温度センサ３０に接続された制御装置３１とを備える。
【００２５】
温度センサ３０は、エキゾーストマニホールド１７を通過する排気ガスＧ１の温度Ｔｇを取得できればよい。そのため、この温度センサ３０の配置位置としては、排気通路１８におけるタービン１９の上流側や、ＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲクーラー２２の上流側も例示できる。但し、エキゾーストマニホールド１７の内部に配設すると、このエキゾー
ストマニホールド１７を通過する排気ガスＧ１の温度Ｔｇを高精度に取得できる。
【００２６】
制御装置３１は、エンジン本体１６の制御を行う制御装置であり、各種処理を行うＣＰＵ、その各種処理を行うために用いられるプログラムが一時的に格納されるＲＯＭ、処理結果を読み書き可能なＲＡＭ、及び各種インターフェースなどから構成される。
【００２７】
図２は、エキゾーストマニホールド１７を例示している。エキゾーストマニホールド１７は、エンジン本体１６の複数の気筒から排出された排気ガスＧ１を一つにまとめる多岐管である。このエキゾーストマニホールド１７は、エンジン本体１６の図示しないヘッドガスケットに形成された複数の排気ポートに接続される複数のヘッダーパイプ４０と、複数のヘッダーパイプ４０を集合させるコレクタ４１とからなる。なお、この実施形態では、四本のヘッダーパイプ４０を一つにまとめるコレクタ４１を例に説明するが、二本のヘッダーパイプ４０を一つにまとめ、さらに、そのまとまった二本を一つにまとめるように、段階的に集合させるものでもよい。また、コレクタ４１が複数のヘッダーパイプ４０の配列方向に延在する配管で構成されてもよい。
【００２８】
複数のヘッダーパイプ４０は、それぞれの管径方向に張り出して一体化されたフランジ４２が締結具としてのボルトＢ１によってエンジン本体１６に締結されている。また、コレクタ４１は、管径方向に張り出したフランジ４３がボルトＢ１によって排気通路１８を構成する他の排気管に締結されている。
【００２９】
図３および図４はヘッダーパイプ４０とコレクタ４１とを配管４４として略した図２の矢印方向ＩＩＩで示す矢視図である。また、図３は、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが高温の状態を示し、図４は、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが低温の状態を示す。
【００３０】
図３に示すように、フランジ４２には、複数の排気ポートの配列方向に並んだ複数の締結箇所が形成されており、そのうちの一つを基準締結箇所４５とし、その他を非基準締結箇所４６とする。基準締結箇所４５は、ボルトＢ１のボルト径に合わせた基準ボルト穴４７が形成される。非基準締結箇所４６は、ボルトＢ１のボルト径に対して遊び４８を有した非基準ボルト穴４９が形成される。
【００３１】
このようなエキゾーストマニホールド１７の破損の原因は、排気ガスＧ１の温度Ｔｇの変化によって、配管４４およびフランジ４２に圧縮塑性ひずみ５０が生じ、その圧縮塑性ひずみ５０による配管４４およびフランジ４２の縮みによって発生する。以下、このせん断が生じるメカニズムについて図３および図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図３に示すように、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが高温になると、配管４４およびフランジ４２は、白抜き矢印の方向に線膨張して伸びる。このとき、非基準締結箇所４６は、遊び４８の分だけボルトＢ１に対して移動する。この線膨張による伸びる量は、配管４４およびフランジ４２の長さと排気ガスＧ１の温度Ｔｇの上昇分に比例する。このため、排気ガスＧ１の温度Ｔｇがより高温になると、遊び４８の許容範囲を超えて配管４４およびフランジ４２は、線膨張して伸びようとする。しかし、その伸びる方向に対して、非基準締結箇所４６の非基準ボルト穴４９とボルトＢ１とが引っ掛かるため、非基準締結箇所４６は移動できなくなる。つまり、配管４４およびフランジ４２の斜線部分には、線膨張による伸びによって力が加わり、圧縮塑性ひずみ５０が生じる。この圧縮塑性ひずみ５０は、不可逆的な変化であり、線膨張による伸びが無くなる、つまり、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが低温になっても残る残留ひずみである。
【００３３】
次いで、図４に示すように、圧縮塑性ひずみ５０が生じた後に、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが低温になると、配管４４およびフランジ４２は、白抜き矢印の方向に元の状態に戻ろ
うとして収縮する。このとき、非基準締結箇所４６は、遊び４８の分だけボルトＢ１に対して移動する。しかし、前述したように配管４４およびフランジ４２は圧縮塑性ひずみ５０が生じたことにより、長さが元の状態に対して縮んでいる。そのため、収縮する方向に対して、非基準締結箇所４６の非基準ボルト穴４９とボルトＢ１とが引っ掛かるため、非基準締結箇所４６は移動できなくなる。つまり、配管４４およびフランジ４２には、引っ張る力が加わり、配管４４およびフランジのせん断やボルトＢ１の屈曲が生じるおそれがある。
【００３４】
図３の基準締結箇所４５と非基準締結箇所４６との間の長さ寸法Ｌ１と、図４の長さ寸法Ｌ２とを比べると、長さ寸法Ｌ１よりも長さ寸法Ｌ２の方が短くなっている。これが圧縮塑性ひずみ５０によるエキゾーストマニホールド１７の縮みである。
【００３５】
なお、上記の現象は、配管４４およびフランジ４２の両方に発生するが、圧縮塑性ひずみの縮みによる破損は配管４４の方により顕著に発生する。
【００３６】
図５は、制御装置３１を示す構成図である。上記の破損を予測するために、制御装置３１は、カウント部３２と予測部３３とを有して構成される。そして、カウント部３２が、温度センサ３０で取得した排気ガスＧ１の温度Ｔｇに基づいて、温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントするように構成される。また、予測部３３が、カウント部３２でカウントされた累積数Ｃｙに基づいて、エキゾーストマニホールド１７の破損を予測するように構成される。
【００３７】
なお、カウント部３２および予測部３３は、記憶された実行プログラムがＣＰＵによりＲＯＭに読み出されることで、それぞれ予め指定された処理を行う手段を例示でき、この他、アナログフィルタなどで構成されてもよい。
【００３８】
カウント部３２は、温度センサ３０で取得した排気ガスＧ１の温度Ｔｇに基づいて、温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントするステップを処理する手段である。このカウント部３２は、排気ガスＧ１の温度変化がカウント条件を満たしたときに１回の温度サイクルとしてカウントする。このカウント条件は、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが、予め設定した下限温度Ｔａから予め設定した上限温度Ｔｂ以上まで上昇した後に、再びその下限温度Ｔａ以下まで下降することである。
【００３９】
図６は、１回の温度サイクルを示している。なお、温度センサ３０は、排気ガスＧ１が排出されていない、つまりエンジン１０が停止した状態では、大気温度Ｔｃを排気ガスＧ１の温度Ｔｇとして検出するものとする。
【００４０】
下限温度Ｔａは、エキゾーストマニホールド１７が収縮して元の状態に戻る温度に設定される。排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａになるエンジン１０の状態としては、エンジン１０が停止した状態や長時間のアイドル状態を例示でき、この下限温度Ｔａとしては、１００℃以下の温度を例示できる。
【００４１】
上限温度Ｔｂは、エキゾーストマニホールド１７が線膨張により伸び、圧縮塑性ひずみ５０が生じる温度に設定される。より具体的には、線膨張による非基準締結箇所４６の移動が、非基準ボルト穴４９がボルトＢ１に引っ掛かることで拘束されることで、線膨張による力が加えられて圧縮塑性ひずみ５０が生じる温度に設定される。この上限温度Ｔｂは、エキゾーストマニホールド１７を構成する金属材料の種類や、エキゾーストマニホールド１７の所定の長さなどによって変更するとよい。排気ガスＧ１の温度Ｔｇが上限温度Ｔｂになるエンジン１０の状態としては、高負荷状態や排気通路１８の下流側に設けた排気ガス浄化装置の再生時を例示でき、この上限温度Ｔｂとしては、７５０℃以上の温度を例示できる。
【００４２】
図６に示すように、まず、エンジン１０が停止した状態から始動する。このときの排気ガスＧ１の温度Ｔｇは、下限温度Ｔａ以下の大気温度Ｔｃになっている。次いで、エンジン１０が高負荷状態になると、排気ガスＧ１の温度Ｔｇは、上限温度Ｔｂ以上になる。次いで、エンジン１０が停止すると、排気ガスＧ１の温度Ｔｇは、下限温度Ｔａ以下になる。このように、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが、下限温度Ｔａから上限温度Ｔｂ以上に上昇した後に、再度、下限温度Ｔａ以下まで下降する一連の温度変化を１回の温度サイクルとする。
【００４３】
予測部３３は、カウント部３２でカウントした累積数Ｃｙに基づいて、エキゾーストマニホールド１７における線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみ５０によるエキゾーストマニホールド１７の破損を予測するステップを処理する手段である。
【００４４】
より具体的に、この予測部３３は、累積数Ｃｙが予め設定された破損予測閾値Ｃａ以上の場合に、エキゾーストマニホールド１７における破損を予測するように構成される。なお、ここでいう、エキゾーストマニホールド１７の破損を予測するとは、実際にエキゾーストマニホールド１７が破損したことを検出することではない。この破損の予測は、実際にエキゾーストマニホールド１７が破損する前に警告できるようにするために行われる。従って、この破損の予測は、実際に破損する前にエキゾーストマニホールド１７の交換を促せるように、事前にエキゾーストマニホールド１７が破損しそうな状態を予測することである。
【００４５】
図７は、予め実験や試験により求めたデータであり、長さ寸法Ｌｘと温度サイクルの累積数Ｃｙとの関係を例示する。ここで、長さ寸法Ｌ０は初期値である。
【００４６】
破損予測閾値Ｃａは、図７のデータに基づいて求められた閾値である。この破損予測閾値Ｃａは、エキゾーストマニホールド１７における所定の長さ寸法Ｌｘに基づいて設定される。
【００４７】
エキゾーストマニホールド１７における所定の長さ寸法Ｌｘは、エキゾーストマニホールド１７の締結の基準となる基準締結箇所４５と非基準締結箇所４６との間の長さに設定される。この非基準締結箇所４６は、基準締結箇所４５以外の締結箇所であれば限定されないが、線膨張の影響が最も大きい、基準締結箇所４５から最も離間した箇所を選択することが好ましい。
【００４８】
図７のデータにおいて、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａ以下になった場合のエキゾーストマニホールド１７における所定の長さ寸法Ｌｘが、破損寸法Ｌｂになったときに、実際にエキゾーストマニホールド１７に破損が生じる。この破損寸法Ｌｂになる手前に、つまり、破損寸法Ｌｂよりも長い寸法に破損予測寸法Ｌａは設定される。この破損予測寸法Ｌａは、破損寸法Ｌｂの近傍に設定されることが好ましく、例えば、２回分程度の温度サイクルが累積すると、破損寸法Ｌｂになる寸法に設定される。従って、上記の破損予測閾値Ｃａは、長さ寸法Ｌｘが破損予測寸法Ｌａになるときの実際のデータに基づいた温度サイクルの累積数に設定される。
【００４９】
以下、このエンジン１０における破損予測方法を、図８に示すフローチャートに基づいて制御装置３１の機能として説明する。なお、スタート時は、エキゾーストマニホールド１７が新品の状態であり、温度サイクルの累積数Ｃｙはゼロが設定されているものとする。
【００５０】
まず、ステップＳ１０では、制御装置３１が、温度センサ３０が検出した排気ガスＧ１の温度Ｔｇの変化を取得する。次いで、ステップＳ２０では、カウント部３２が、ステップＳ１０で取得した温度Ｔｇの変化が温度サイクルのカウント条件を満たすか否かを判定する。この温度サイクルのカウント条件は、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが、下限温度Ｔａから上限温度Ｔｂ以上まで上昇した後に、再びその下限温度Ｔａ以下まで下降することである。このステップＳ２０で、温度Ｔｇの変化がカウント条件を満たさない場合はステップＳ１０に戻る一方、温度Ｔｇの変化がカウント条件を満たす場合はステップＳ３０へ進む。
【００５１】
次いで、ステップＳ３０では、カウント部３２が、温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントする。次いで、ステップＳ４０では、予測部３３が、温度サイクルの累積数Ｃｙが破損予測閾値Ｃａ以上か否かを判定する。このステップＳ４０で、温度サイクルの累積数Ｃｙが破損予測閾値Ｃａ未満の場合はステップＳ１０へ戻り、再度ステップＳ１０〜ステップＳ３０を行って累積数Ｃｙをカウントする。一方、温度サイクルの累積数Ｃｙが破損予測閾値Ｃａ以上の場合はステップＳ５０へ進む。
【００５２】
次いで、ステップＳ５０では、予測部３３が、熱による線膨張が締結により拘束されることで生じる圧縮塑性ひずみ５０によって、エキゾーストマニホールド１７に破損が生じると予測して、この破損予測方法は完了する。
【００５３】
このように、温度サイクルの累積数Ｃｙから、徐々に進行するエキゾーストマニホールド１７における圧縮塑性ひずみ５０による縮みを予測して、その縮み量が多くなった場合に、エキゾーストマニホールド１７の破損が発生するとの判断基準を基に予測するようにした。これにより、エキゾーストマニホールド１７における破損が発生する前にその破損を精度よく予測できる。
【００５４】
上記のエンジン１０において、制御装置３１が、予測部３３がエキゾーストマニホールド１７における破損を予測したときに、運転者にエキゾーストマニホールド１７の交換を促す警告を発する警告部３４を有して構成されることが望ましい。
【００５５】
警告部３４は、カウント部３２および予測部３３と同様の実行プログラムを例示でき、予測部３３がカウント部３２でカウントされた累積数Ｃｙが破損予測閾値Ｃａ以上の場合に、警告装置３５により、運転者にエキゾーストマニホールド１７の交換を促す警告を発するステップを処理する手段である。
【００５６】
警告装置３５は、警告音や警告ランプにより運転者にエキゾーストマニホールド１７の交換を報知する装置である。
【００５７】
このように、エキゾーストマニホールド１７における破損が発生する前にその破損の発生を予測して、実際に破損が生じる前に運転者にエキゾーストマニホールド１７の交換を促すことで、破損が生じるおそれのあるエキゾーストマニホールド１７を事前に交換しておくことができる。これにより、エキゾーストマニホールド１７にせん断による亀裂が生じることで発生する異音や排気ガスＧ１の漏れ、ボルトＢ１の屈曲による締結力の低下などを事前に回避することができる。また、予期せぬエキゾーストマニホールド１７の破損により、緊急的に整備を行うことによる車両の稼働率の低下も回避することができる。
【００５８】
なお、上記の実施形態では、エキゾーストマニホールド１７の複数のヘッダーパイプ４０と、そのヘッダーパイプ４０をエンジン本体１６に接続するフランジ４２とにおける圧縮塑性ひずみによる破損を例に説明したが、破損の予測の対象となる部位はこれに限定されない。例えば、エキゾーストマニホールド１７のコレクタ４１、排気管の管軸方向や、管径方向などの圧縮塑性ひずみによる破損も予測の対象にできる。また、排気管としてエキゾーストマニホールド１７を例に説明したが、例えば、図１に示すＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲクーラー２２の上流側の上流側配管２１ａにも適用することができる。
【００５９】
また、上記の実施形態では、温度取得手段として温度センサ３０を用いたものを例に説明したが、温度取得手段としては、図９に示すように、燃料噴射量Ｑｅとエンジン回転数Ｎｅとから排気ガスＧ１の温度Ｔｇを算出するものも例示できる。図中の点線が排気ガスＧ１の温度Ｔｇを示す等高線であり、下方から上方に向って温度Ｔｇが高くなっている。このように、排気ガスＧ１の温度Ｔｇは間接的に算出することもできる。
【００６０】
また、燃料噴射量Ｑｅと排気ガス流量Ｑｇとの関係を用いても算出することもできる。例えば、燃料噴射量Ｑｅが多く、排気ガス流量Ｑｇが少ないときに排気ガスＧ１の温度Ｔｇは高くなる。この他に、空燃比、エンジン本体１６に吸入される吸気Ａ１の流量、吸気Ａ１の吸気圧などのパラメータを用いて排気ガスＧ１の温度Ｔｇを算出することもできる。
【００６１】
このように、間接的に排気ガスＧ１の温度Ｔｇを算出すると、温度センサ３０を追加できない場合でも、算出した排気ガスＧ１の温度Ｔｇを用いて、上記の制御を行うことが可能となる。
【００６２】
また、カウント部３２は、温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントする際に、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが上限温度Ｔｂ以上になり、予め設定された上限時間Δｔｂが経過した場合で、かつ、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａ以下になり、予め設定された下限時間Δｔａが経過した場合に、１回の温度サイクルとしてカウントするように構成されることが好ましい。
【００６３】
上限時間Δｔｂは、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが上限温度Ｔｂ以上になり、エキゾーストマニホールド１７に圧縮塑性ひずみ５０が生じる時間に設定される。下限時間Δｔａは、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａ以下になり、エキゾーストマニホールド１７が収縮して、元の状態よりも縮んだ状態になる時間に設定される。排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａ以下になっている時間が短ければ、エキゾーストマニホールド１７が元の状態よりも縮んだ状態になることがないため、その場合にはカウントさせる必要はない。
【００６４】
加えて、カウント部３２は、エキゾーストマニホールド１７を通過する排気ガスＧ１の流量に応じて、上限時間Δｔｂおよび下限時間Δｔａを補正するように構成されることが好ましい。例えば、排気ガスＧ１の流量が多い場合には上限時間Δｔｂを短くし、一方、排気ガスＧ１の流量が少ない場合には上限時間Δｔｂを長くする。下限時間Δｔａも同様である。このように、流量に応じて上限時間Δｔｂおよび下限時間Δｔａを補正することで、短時間でも圧縮塑性ひずみが生じる場合などを考慮した温度サイクルの累積数Ｃｙをカウントすることができる。
【００６５】
さらに、カウント部３２は、長さ寸法Ｌｘが短くなった分に応じて、下限温度Ｔａを高い温度に補正するように構成されることが好ましい。圧縮塑性ひずみ５０によって長さ寸法Ｌｘが短くなると、排気ガスＧ１の温度Ｔｇが下限温度Ｔａ以下になる前に、締結と収縮とによる引っ張りによる力が加わることになる。そこで、長さ寸法Ｌｘが短くなった分、下限温度Ｔａを高い温度に補正する、つまり、下限温度Ｔａを長さ寸法Ｌｘを変数とする関数で補正するようすることで、より精度よく破損を予測できる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  エンジン
１７  エキゾーストマニホールド
１８  排気通路
３０  温度センサ
３１  制御装置
３２  カウント部
３３  予測部
５０  圧縮塑性ひずみ
Ｃｙ  累積数
Ｔａ  下限温度
Ｔｂ  上限温度
【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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