JP2009133236A - ターボ過給機付内燃機関の潤滑装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ターボ過給機内におけるオイルコーキングの発生を抑制することが可能なターボ過給機付内燃機関の潤滑装置を提供する。
【解決手段】互いに並列に設けられるプライマリターボ過給機6及びセカンダリターボ過給機8を備え、内燃機関1の運転状態が所定の運転領域S1、S3にある場合にセカンダリターボ過給機8のタービン8bへの排気の流入を制限する内燃機関に適用され、セカンダリターボ過給機8のタービン8bへの排気の流入が制限されている場合、セカンダリターボ過給機8に供給される潤滑油の量が減少するように潤滑油制御弁22を制御する潤滑装置20において、セカンダリターボ過給機8の温度が所定の上限温度以上となる所定の禁止条件が成立した場合、セカンダリターボ過給機8に供給する潤滑油の量を減少させる制御を禁止する。
【選択図】図3
【解決手段】互いに並列に設けられるプライマリターボ過給機6及びセカンダリターボ過給機8を備え、内燃機関1の運転状態が所定の運転領域S1、S3にある場合にセカンダリターボ過給機8のタービン8bへの排気の流入を制限する内燃機関に適用され、セカンダリターボ過給機8のタービン8bへの排気の流入が制限されている場合、セカンダリターボ過給機8に供給される潤滑油の量が減少するように潤滑油制御弁22を制御する潤滑装置20において、セカンダリターボ過給機8の温度が所定の上限温度以上となる所定の禁止条件が成立した場合、セカンダリターボ過給機8に供給する潤滑油の量を減少させる制御を禁止する。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関に供給する吸気を過給する2つのターボ過給機を備え、所定の運転領域において一方のターボ過給機のタービンへの排気の流入を制限する内燃機関に適用され、その一方のターボ過給機に供給する潤滑油を調整可能な潤滑装置に関する。
吸気通路に互いのコンプレッサが並列に設けられるとともに排気通路に互いのタービンが並列に設けられるプライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とを備え、所定の高回転領域では両方のターボ過給機を作動させ、所定の低回転領域ではプライマリターボ過給機のみを作動させる、いわゆるシーケンシャルターボシステムを備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関においては、内燃機関の運転状態に応じてセカンダリターボ過給機を作動させたり休止させたりすることになるが、休止中も作動中と同量の潤滑油をセカンダリターボ過給機に供給すると、オイル洩れが生じるおそれがある。そこで、セカンダリターボ過給機が休止中は、セカンダリターボ過給機に供給する潤滑油の量を低減させる潤滑方法が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
セカンダリターボ過給機は内燃機関の運転状態が所定の低回転領域にある場合に休止させるが、運転状態がこの低回転領域に移行する直前まで内燃機関が高負荷で連続して運転されていた場合はセカンダリターボ過給機の温度が高いままこのセカンダリターボ過給機を休止させることになる。このような状態のセカンダリターボ過給機に対して特許文献1のように供給する潤滑油の量を低減させると、セカンダリターボ過給機内で潤滑油が加熱されてタール化し、オイルコーキングが発生するおそれがある。
そこで、本発明は、ターボ過給機内におけるオイルコーキングの発生を抑制することが可能なターボ過給機付内燃機関の潤滑装置を提供することを目的とする。
本発明の潤滑装置は、内燃機関に供給する吸気を過給するためのプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を備え、前記内燃機関の運転状態が所定の運転領域にある場合に前記セカンダリターボ過給機のタービンへの排気の流入を制限する内燃機関に適用され、前記セカンダリターボ過給機に潤滑油を導くオイル通路と、前記オイル通路を流れる潤滑油の流量を調整する流量調整手段と、前記セカンダリターボ過給機のタービンへの排気の流入が制限されている場合に、前記セカンダリターボ過給機に供給される潤滑油の流量が減少するように前記流量調整手段を制御する供給制限手段と、を備えたターボ過給機付内燃機関の潤滑装置において、前記セカンダリターボ過給機の温度が所定の上限温度以上となる所定の禁止条件が成立した場合に、前記供給制限手段により前記流量調整手段を制御することを禁止する制御禁止手段を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
本発明の潤滑装置によれば、セカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上となる所定の禁止条件が成立した場合はセカンダリターボ過給機に供給される潤滑油の量の減少が禁止されるので、セカンダリターボ過給機の冷却を促進させたり、セカンダリターボ過給機内における潤滑油の滞留時間を短縮できる。そのため、セカンダリターボ過給機内におけるオイルコーキングの発生を抑制できる。
本発明の潤滑装置の一形態において、前記制御禁止手段は、前記所定の禁止条件が成立した場合、前記供給制限手段による前記流量調整手段の制御を禁止するとともに前記セカンダリターボ過給機に潤滑油が導かれるように前記流量調整手段を制御してもよい(請求項2)。この場合、セカンダリターボ過給機に確実に潤滑油を導くことができるので、セカンダリターボ過給機を確実に冷却できる。また、セカンダリターボ過給機内での潤滑油の滞留時間を確実に短縮できる。そのため、オイルコーキングの発生を適切に抑制することができる。
本発明の潤滑装置の一形態においては、前記上限温度として、前記セカンダリターボ過給機に供給する潤滑油の量を減少させると前記セカンダリターボ過給機内においてオイルコーキングが発生する温度が設定されてもよい(請求項3)。上限温度をこのように設定することにより、セカンダリターボ過給機でのオイルコーキングの発生を適切に抑制できる。
本発明の潤滑装置の一形態において、前記制御禁止手段は、前記内燃機関が所定時間継続して高負荷で運転されたと判断した場合に前記所定の禁止条件が成立したと判定してもよい(請求項4)。周知のように内燃機関の負荷が高いほど排気温度は高くなる。そのため、内燃機関が高負荷で継続して運転されると排気熱によってセカンダリターボ過給機が加熱され、セカンダリターボ過給機の温度が高くなる。従って所定時間を適切に設定することにより、内燃機関が高負荷で連続して運転された時間に基づいてセカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上か否か判断できる。
この形態において、前記所定時間は、前記セカンダリターボ過給機の熱容量に基づいて設定されてもよい(請求項5)。熱容量が小さいセカンダリターボ過給機は熱容量が大きいものと比較して短時間で温度が上昇する。そのため、このようにセカンダリターボ過給機の熱容量に基づいて所定時間を設定することにより、セカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上になったか否か適切に判断できる。
以上に説明したように、本発明の潤滑装置によれば、セカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上の場合にはセカンダリターボ過給機に供給される潤滑油の量の減少が禁止されるので、セカンダリターボ過給機内においてオイルコーキングが発生することを抑制できる。
図1は、本発明の一形態に係る潤滑装置が組み込まれた内燃機関の概略を示している。図1の内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)1は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒(不図示)を有する機関本体2と、各気筒に吸気マニホールド3aを介して接続される吸気通路3と、各気筒に排気マニホールド4aを介して接続される排気通路4とを備えている。吸気通路3には、吸気濾過用のエアクリーナ5と、プライマリターボ過給機6のコンプレッサ6aと、吸気量を調整するためのスロットル弁7とが設けられている。また、吸気通路3にはプライマリターボ過給機6のコンプレッサ6aをバイパスするバイパス通路3bが設けられ、バイパス通路3bにはセカンダリターボ過給機8のコンプレッサ8aと、バイパス通路3bを流れる吸気の流量を調整するための吸気制御弁9とが設けられている。排気通路4には、プライマリターボ過給機6のタービン6bと、消音用の排気マフラ10とが設けられている。また、排気通路4にはプライマリターボ過給機6のタービン6bをバイパスするバイパス通路4bが設けられ、バイパス通路4bにはセカンダリターボ過給機8のタービン8bと、バイパス通路4bを流れる排気の流量を調整するための排気制御弁11とが設けられている。すなわち、プライマリターボ過給機6とセカンダリターボ過給機8とは、互いのコンプレッサ6a、8aが吸気通路3に並列に設けられるとともに互いのタービン6b、8bが排気通路4に並列に設けられる。なお、図示は省略したがプライマリターボ過給機6のタービン6bには、このタービン6bの入口の断面積を変更するための可変ノズルが設けられている。
また、エンジン1は潤滑装置20を備えている。潤滑装置20は、機関本体3に設けられているオイルパンからオイルポンプ(不図示)で汲み出した潤滑油をセカンダリターボ過給機8に導くオイル通路21と、オイル通路21を流れる潤滑油の流量を調整する流量調整手段としての潤滑油制御弁22と、セカンダリターボ過給機8の各部を潤滑したオイルを機関本体3のオイルパンに戻すためのリターン通路23とを備えている。なお、図示は省略したが潤滑装置20は、セカンダリターボ過給機8以外にもエンジン1のクランク軸や動弁装置、及びプライマリターボ過給機6にも潤滑油を供給する。
吸気制御弁9、排気制御弁11、及び潤滑油制御弁22の動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)30にてそれぞれ制御される。ECU30は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン1に設けられた各種センサから出力された信号に基づいてエンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU30には、例えば吸気マニホールド3aにおける吸気の圧力に対応する信号を出力する吸気圧センサ31、エンジン1の回転数に対応する信号を出力する回転数センサ32、スロットル弁7の開度に対応する信号を出力するスロットル開度センサ33などが接続される。
ECU30による吸気制御弁9及び排気制御弁11の制御について説明する。これら吸気制御弁9及び排気制御弁11は、セカンダリターボ過給機8を制御するために設けられている。例えば、排気制御弁11を全閉にすることによりセカンダリターボ過給機8のタービン8bへの排気の流入を制限してセカンダリターボ過給機8を休止状態にすることができる。一方、排気制御弁11を全開にした場合は、セカンダリターボ過給機8のタービン8bに十分な排気が流入するので、セカンダリターボ過給機8を作動状態にすることができる。なお、排気制御弁11が全開でも吸気制御弁9を全閉にすることにより、セカンダリターボ過給機8を休止状態にすることができる。吸気制御弁9を全閉にするとセカンダリターボ過給機8のコンプレッサ8aへの吸気の流入が制限されるので、セカンダリターボ過給機8による過給が禁止される。そのため、セカンダリターボ過給機8が休止状態となる。このセカンダリターボ過給機8の制御は、エンジン1の運転状態と対応付けて行われる。
図2は、エンジン1の運転状態とセカンダリターボ過給機8の運転状態との関係の一例を示す図である。なお、図2に示した関係は、実験などにより予め求めてECU30のROMにマップとして記憶させておく。図2の領域S1はセカンダリターボ過給機8を休止状態にする運転状態を示し、領域S2はセカンダリターボ過給機8を作動状態にする運転状態を示している。領域S1と領域S2との間に設けられる領域S3は、セカンダリターボ過給機8の状態を休止状態と作動状態の中間の切替準備状態にする領域である。切替準備状態としては、例えば作動状態よりも低い回転数でセカンダリターボ過給機8を作動させる状態が設定される。そのため、図2の領域S1及びS3が本発明の所定の運転領域に相当する。なお、セカンダリターボ過給機の休止状態は、セカンダリターボ過給機の回転数が0になる状態に限定されない。例えば、排気制御弁を全閉にした場合でもその弁の隙間からセカンダリターボ過給機のタービンに流入した排気によってセカンダリターボ過給機が極低回転で回転している状態も休止状態に含まれる。
吸気制御弁9及び排気制御弁11の制御においてECU30は、まず回転数センサ32の出力信号を参照してエンジン1の回転数を取得するとともに吸気圧センサ31及びスロットル開度センサ33の各出力信号に基づいてエンジン1のトルクを推定する。トルクの推定は、気筒内に吸入された吸気量に基づいて推定する周知の推定方法で行えばよい。次に取得したエンジン1の回転数及びトルクに基づいて現在のエンジン1の運転状態が図2のマップのいずれの領域S1〜S3に対応するか判定する。その後、セカンダリターボ過給機8の状態が判定した領域の状態になるように吸気制御弁9及び排気制御弁11の開度を調整する。例えば、現在のエンジン1の運転状態が図2の領域S1であった場合、ECU30は吸気制御弁9及び排気制御弁11を全閉にする。これによりセカンダリターボ過給機8が休止状態になる。一方、現在のエンジン1の運転状態が図2の領域S2であった場合、ECU30は吸気制御弁9及び排気制御弁11を全開にする。これによりセカンダリターボ過給機8が作動状態になる。現在のエンジン1の運転状態が図2の領域S3であった場合、ECU30は吸気制御弁9及び排気制御弁11をそれぞれ全閉と全開の中間の開度程度まで開弁する。これによりセカンダリターボ過給機8が切替準備状態になる。なお、プライマリターボ過給機6のタービン6bには、いずれの領域S1〜S3においても排気が導入される。そのため、領域S1においてはプライマリターボ過給機6のみが作動し、領域S2及びS3においてはプライマリターボ過給機6及びセカンダリターボ過給機8の両方が作動する。このように各ターボ過給機6、8を制御することにより、これらのターボ過給機6、8は、シーケンシャルターボシステムとして機能する。
図3は、ECU30が潤滑油制御弁22の動作を制御するために実行する潤滑油制御弁動作制御ルーチンを示すフローチャートである。図3の制御ルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
図3の制御ルーチンにおいてECU30は、まずステップS11でエンジン1の運転状態を取得する。エンジン1の運転状態としては、例えばエンジン1の回転数、スロットル開度、吸気圧、吸気制御弁9の開度、及び排気制御弁11の開度Aが取得される。続くステップS12においてECU30は、エンジン1の運転状態が図4に示した高負荷領域Cにあるか否か判断する。エンジン1がこのような高負荷で運転される場合としては、例えば車両の走行状態が高速走行や登坂走行の場合などがある。エンジンのトルクは、上述したように吸気圧及びスロットル開度に基づいて推定すればよい。エンジン1の運転状態が高負荷領域C以外の領域にあると判断した場合はステップS12及びS13をスキップしてステップS15に進む。一方、エンジン1の運転状態が高負荷領域Cにあると判断した場合はステップS12に進み、ECU30はエンジン1の運転状態が高負荷領域Cに連続して維持された時間(以下、高負荷運転時間と称することがある。)Tを算出する。高負荷運転時間Tの算出は、例えばエンジン1の運転状態が高負荷領域Cに移行した時点からタイマのカウントを開始させ、このタイマでカウントされた時間を使用すればよい。なお、このタイマは、エンジン1の運転状態が高負荷領域C以外の領域に移行した場合にリセットされる。
次のステップS14においてECU30は、高負荷運転時間Tが所定時間T0未満か否か判断する。所定時間T0は、セカンダリターボ過給機8の温度が所定の上限温度以上に上昇しているか否か判断するための基準として設定されるものである。なお、所定の上限温度としては、潤滑油制御弁22の開度を最小開度θ0に調整したときにセカンダリターボ過給機8に供給される潤滑油の量ではセカンダリターボ過給機8内において潤滑油がタール化してオイルコーキングが発生する温度が設定される。セカンダリターボ過給機8がこのような上限温度まで上昇するまでに要する時間はセカンダリターボ過給機8の熱容量に応じて変化するため、所定時間T0はセカンダリターボ過給機8の熱容量に基づいて設定される。なお、潤滑油制御弁22の最小開度θ0としては、エンジン1の運転状態が図2の領域S1又はS3にある場合においてセカンダリターボ過給機8に供給される潤滑油の流量がコンプレッサ8aから吸気系へのオイル洩れを抑制できる最低油量となる開度が設定される。
高負荷運転時間Tが所定時間T0未満と判断した場合はステップS15に進み、ECU30は排気制御弁11の開度Aが所定の判定開度A0未満か否か判断する。判定開度A0としては、セカンダリターボ過給機8のタービン8bに流入する排気が少なく、セカンダリターボ過給機8が図2の領域S2の制御内容で制御される場合よりも低回転で運転される開度が設定される。そのため、このステップS15はセカンダリターボ過給機8が図2の領域S1又はS3における制御内容で制御されている場合に肯定判断される。排気制御弁11の開度Aが判定開度A0未満と判断した場合はステップS16に進み、ECU30は潤滑油制御弁22の開度を最小開度θ0に制御する閉弁制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
一方、高負荷運転時間Tが所定時間T0より大きいと判断した場合、又は排気制御弁11の開度Aが判定開度A0より大きいと判断した場合はステップS17に進み、ECU30は潤滑油制御弁22を全開にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
図3の制御ルーチンのステップS15及びS16の処理を実行することにより、セカンダリターボ過給機8が低回転で作動している場合は潤滑油制御弁22の開度が最小開度θ0に制御されるので、セカンダリターボ過給機8のコンプレッサ8aから吸気系へのオイル洩れを抑制できる。このように潤滑油制御弁22の開度を制御することにより、ECU30が本発明の供給制限手段として機能する。
また、図3の制御ルーチンでは、ステップS14においてエンジン1の運転状態が所定時間T0以上継続して高負荷領域Cにあると判断した場合、言い換えるとセカンダリターボ過給機8の温度が上限温度よりも高いと判断した場合は潤滑油制御弁22が全開に制御される。このステップS14は、ステップS15及びステップS16よりも上流に設けられているため、エンジン1の運転状態が所定時間T0以上継続して高負荷領域Cにあると判断した場合はステップS16の潤滑油制御弁22の閉弁制御が禁止されて潤滑油制御弁22が全開に制御される。そのため、セカンダリターボ過給機8が休止中か作動中かに拘わらず、セカンダリターボ過給機8を速やかに冷却するとともにセカンダリターボ過給機8内における潤滑油の滞留時間を短縮できる。従って、セカンダリターボ過給機8内においてオイルコーキングが発生することを抑制できる。
このようにエンジン1の運転状態が所定時間T0以上継続して高負荷領域Cにあると判断した場合はステップS16の潤滑油制御弁22の閉弁制御を禁止することにより、ECU30が本発明の制御禁止手段として機能する。また、エンジン1の運転状態が所定時間T0以上継続して高負荷領域Cにあると判断した場合が本発明の所定の禁止条件が成立した場合に対応する。
なお、図3のステップS17の処理では、潤滑油制御弁22を全開まで開弁しなくてもよい。この処理では、セカンダリターボ過給機8内においてオイルコーキングが発生することを回避可能な程度の流量の潤滑油がセカンダリターボ過給機8に供給されるように潤滑油制御弁22を開弁すればよい。エンジン1の運転状態に応じてセカンダリターボ過給機8の温度は変化するため、オイルコーキングの発生を回避可能な流量もエンジン1の運転状態に応じて変化する。そこで、例えば、エンジン1の運転状態に応じてセカンダリターボ過給機8に供給すべき潤滑油の流量を算出し、その算出した流量の潤滑油がセカンダリターボ過給機8に導かれるように潤滑油制御弁22の開度を調整してもよい。この場合、潤滑油制御弁22の開度を適切に調整することにより吸気系へのオイル洩れとセカンダリターボ過給機8におけるオイルコーキングの発生とをそれぞれ適切に抑制できるので、吸気系へのオイル洩れを抑制しつつセカンダリターボ過給機8におけるオイルコーキングの発生を抑制することができる。
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、セカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上か否か判断する方法は、内燃機関が高負荷で運転されていた時間に基づく判定方法に限定されない。セカンダリターボ過給機にこの過給機の温度に対応する信号を出力する温度センサを設け、この温度センサの出力信号を参照して判断してもよい。この場合、温度センサによる検出値が所定の上限温度以上の場合に本発明の所定の禁止条件が成立したと判断される。セカンダリターボ過給機に供給される潤滑油の流量を調整する流量調整手段は潤滑油制御弁に限定されない。潤滑油制御弁の代わりに流量調整手段としてポンプを設け、このポンプの動作を制御してセカンダリターボ過給機に導かれる潤滑油の流量を調整してもよい。
本発明が適用される内燃機関は、上述した形態に示したようにプライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とが並列に設けられる内燃機関に限定されない。例えば吸気通路にプライマリターボ過給機のコンプレッサとセカンダリターボ過給機のコンプレッサとが直列に設けられるとともに排気通路にプライマリターボ過給機のタービンとセカンダリターボ過給機のタービンとが直列に設けられる内燃機関、すなわちプライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とが直列(シリーズ式とも呼ばれる。)に設けられる内燃機関であって、セカンダリターボ過給機のコンプレッサを迂回する吸気バイパス通路及びセカンダリターボ過給機のタービンを迂回する排気バイパス通路の少なくともいずれか一方を設け、所定の運転領域において吸気バイパス通路に吸気を導いたり排気バイパス通路に排気を導くことでセカンダリターボ過給機を休止させる内燃機関に本発明を適用してもよい。このような内燃機関では、上述した形態と同様にセカンダリターボ過給機の温度が上限温度以上のときにこのセカンダリターボ過給機への潤滑油の供給を停止すると、オイルコーキングが発生するおそれがある。そのため、このような内燃機関に本発明を適用することにより、セカンダリターボ過給機におけるオイルコーキングの発生を抑制することができる。
1 内燃機関
3 吸気通路
4 排気通路
6 プライマリターボ過給機
6a コンプレッサ
6b タービン
8 セカンダリターボ過給機
8a コンプレッサ
8b タービン
20 潤滑装置
21 オイル通路
22 潤滑油制御弁(流量調整手段)
30 エンジンコントロールユニット(供給制限手段、制御禁止手段)
3 吸気通路
4 排気通路
6 プライマリターボ過給機
6a コンプレッサ
6b タービン
8 セカンダリターボ過給機
8a コンプレッサ
8b タービン
20 潤滑装置
21 オイル通路
22 潤滑油制御弁(流量調整手段)
30 エンジンコントロールユニット(供給制限手段、制御禁止手段)
Claims (5)
- 内燃機関に供給する吸気を過給するためのプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を備え、前記内燃機関の運転状態が所定の運転領域にある場合に前記セカンダリターボ過給機のタービンへの排気の流入を制限する内燃機関に適用され、
前記セカンダリターボ過給機に潤滑油を導くオイル通路と、前記オイル通路を流れる潤滑油の流量を調整する流量調整手段と、前記セカンダリターボ過給機のタービンへの排気の流入が制限されている場合に、前記セカンダリターボ過給機に供給される潤滑油の流量が減少するように前記流量調整手段を制御する供給制限手段と、を備えたターボ過給機付内燃機関の潤滑装置において、
前記セカンダリターボ過給機の温度が所定の上限温度以上となる所定の禁止条件が成立した場合に、前記供給制限手段により前記流量調整手段を制御することを禁止する制御禁止手段を備えることを特徴とするターボ過給機付内燃機関の潤滑装置。 - 前記制御禁止手段は、前記所定の禁止条件が成立した場合、前記供給制限手段による前記流量調整手段の制御を禁止するとともに前記セカンダリターボ過給機に潤滑油が導かれるように前記流量調整手段を制御する請求項1に記載のターボ過給機付内燃機関の潤滑装置。
- 前記上限温度として、前記セカンダリターボ過給機に供給する潤滑油の量を減少させると前記セカンダリターボ過給機内においてオイルコーキングが発生する温度が設定される請求項1又は2に記載のターボ過給機付内燃機関の潤滑装置。
- 前記制御禁止手段は、前記内燃機関が所定時間継続して高負荷で運転されたと判断した場合に前記所定の禁止条件が成立したと判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボ過給機付内燃機関の潤滑装置。
- 前記所定時間は、前記セカンダリターボ過給機の熱容量に基づいて設定される請求項4に記載のターボ過給機付内燃機関の潤滑装置。
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2007
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