JP2009228561A - ターボ過給機の潤滑油供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な構成でセカンダリターボ過給機の始動性能を向上し、トルク段差の発生を抑える。
【解決手段】プライマリターボ過給機１１の軸受け１１Ｂと内燃機関１４のオイルパンとの間で潤滑油を循環させる第１オイル供給通路２３、第１オイル排出通路２４を設ける。第１オイル供給通路２３、第１オイル排出通路２４に各々第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８を設ける。第１オイル排出通路２４とセカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂとを連通するオイルバイパス通路３１を設ける。セカンダリターボ過給機１２の始動時に、第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８を閉じて潤滑油をプライマリターボ過給機１１の軸受け１１Ｂの周りに滞留させ加熱する。加熱された潤滑油をオイルバイパス通路３１を通してセカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂに供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機を複数備える内燃機関の過給システムにおいて、ターボ過給機の軸受けに潤滑油を供給する潤滑油供給システムに関する。

内燃機関に用いられるターボ過給システムにおいては、過給機の軸受けの潤滑を促すために、軸受けに潤滑油が供給されるが、プライマリおよびセカンダリターボ過給機を備え、所定の運転領域においてセカンダリターボ過給機の駆動が停止されるツインターボシステムでは、一般的に、セカンダリターボ過給機の駆動停止状態において、セカンダリターボ過給機への潤滑油の供給は低減または停止される。これに対して、セカンダリターボ過給機の駆動停止状態において、セカンダリターボ過給機への潤滑油の供給を逆に増大させ、セカンダリターボ過給機の駆動停止状態におけるセカンダリターボ過給機の軸受けの摩耗を防止する構成も提案されている（特許文献１）。
特開平０７−０２６９７１号公報

一方、ツインターボシステムにおいては、シングルターボモードからツインターボモードへと運転モードを切り替える際に、過給圧に段差が生じて内燃機関の出力トルクに段差が発生するという問題がある。例えばパラレルツインターボシステムでは、シングルターボモードからツインターボモードへと運転モードを切り替えると、プライマリターボ過給機へ供給されていた排気がセカンダリターボ過給機へも分配されるため、セカンダリターボ過給機の立ち上がりが遅いと、排気分配によるプライマリターボ過給機の過給圧の低下により、過給圧段差が発生する。

本発明は、プライマリターボ過給機およびセカンダリターボ過給機を備える過給システムにおいて、簡略な構成でセカンダリターボ過給機の始動性能を向上し、それにより過給圧段差の発生を防止することを目的としている。

本発明のターボ過給機の潤滑油供給システムは、プライマリターボ過給機およびセカンダリターボ過給機を備える過給システムにおいて、セカンダリターボ過給機始動時に、プライマリターボ過給機の軸受けにおいて加熱された潤滑油をセカンダリターボ過給機の軸受けに供給することを特徴としている。

潤滑油供給システムは、プライマリターボ過給機の軸受け周りに潤滑油を滞留させる潤滑油滞留手段を備える。これにより潤滑油はプライマリターボ過給機の軸受け周りで十分に加熱され、セカンダリターボ過給機の軸受けには滞留により加熱された潤滑油が供給される。

潤滑油供給システムは、プライマリターボ過給機の軸受けからの潤滑油を排出するオイル排出通路と、オイル排出通路とセカンダリターボ過給機の軸受けとを連通するオイルバイパス通路とを備え、加熱された潤滑油は、オイルバイパス通路を介してセカンダリターボ過給機の軸受けに供給される。これにより、極めて簡略な構成で、プライマリターボ過給機からセカンダリターボ過給機へと潤滑油を供給することができる。

また、オイル排出通路はオイル排出弁を備え、潤滑油滞留手段はオイル排出弁を閉じることにより潤滑油をプライマリターボ過給機の軸受け周りに滞留させる。これにより極めて簡略な構成で、プライマリターボ過給機の軸受け周りに潤滑油を滞留させることができる。

また、セカンダリターボ過給機の作動が安定したときには、通常方法での潤滑油の供給を行なうため、オイルバイパス通路はオイルバイパス弁を備え、オイルバイパス弁はセカンダリターボ過給機の始動時にのみ開弁される。

不必要な潤滑油の滞留を防止するために、プライマリターボ過給機の軸受け周りの潤滑油温度が所定温度よりも低いときに、潤滑油滞留手段は潤滑油の滞留を開始する。また、潤滑油供給システムは、現在の運転状態におけるアクセル開度に基づいてセカンダリターボ過給機の始動を判定するセカンダリターボ始動判定手段を備え、潤滑油滞留手段は、セカンダリターボ始動判定手段においてセカンダリターボ過給機が始動されるときに潤滑油の滞留を開始する。

以上のように、本発明によれば、プライマリターボ過給機およびセカンダリターボ過給機を備える過給システムにおいて、簡略な構成でセカンダリターボ過給機の始動性能を向上し、それにより過給圧段差の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である潤滑油供給システムが適用されたターボ過給システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態において、ターボ過給システム１０は、プライマリターボ過給機１１とセカンダリターボ過給機１２とを並列に接続したパラレルツインターボシステムである。プライマリターボ過給機１１はシャフト１１Ｓで連結されたプライマリタービン１１Ｔとプライマリコンプレッサ１１Ｃを備え、セカンダリターボ過給機１２はシャフト１２Ｓで連結されたセカンダリタービン１２Ｔとセカンダリコンプレッサ１２Ｃを備える。

エアフィルタ（図示せず）を介して吸入されエアは、第１吸気通路１３を介して内燃機関１４の吸気マニホルド（図示せず）へと供給される。第１吸気通路１３の途中には、上流側からプライマリコンプレッサ１１Ｃおよびスロットル弁１５が配置され、第１吸気通路１３を流通するエアはプライマリコンプレッサ１１Ｃにより加圧されて内燃機関１４へと過給される。

また、第１吸気通路１３において、プライマリコンプレッサ１１Ｃの上流側と、プライマリコンプレッサ１１Ｃの下流側であってスロットル弁１５の上流側は、第２吸気通路１６によって連通される。第２吸気通路１６の途中には、上流側からセカンダリコンプレッサ１２Ｃおよび吸気切替弁１７が配置される。更に、第１吸気通路１３のプライマリコンプレッサ１１Ｃの上流側と、第２吸気通路１６のセカンダリコンプレッサ１２Ｃの下流側であって吸気切替弁１７の上流側は、吸気バイパス弁１８が設けられた吸気バイパス通路１９によって連通される。

一方、内燃機関１４の排気マニホルド（図示せず）は、排気触媒（図示せず）へと連結される第１排気通路２０に接続されるとともに、第１排気通路２０の途中にはプライマリタービン１１Ｔが配置される。また、第１排気通路２０のプライマリタービン１１Ｔの上流側と下流側は、第２排気通路２１によって連通され、第２排気通路２１の途中には、上流側から、排気切替弁２２およびセカンダリタービン１２Ｔが配置される。

プライマリターボ過給機１１のみを過給に使用するシングルターボモードでは、吸気切替弁１７および排気切替弁２２は閉弁状態とされ、吸気バイパス弁１８は開弁状態とされる。また、プライマリターボ過給機１１およびセカンダリターボ過給機１２を過給に使用するツインターボモードでは、吸気切替弁１７および排気切替弁２２は開弁状態とされ、吸気バイパス弁１８は閉弁状態とされる。

なお、シングルターボモードからツインターボモードへと切り替えられる際には、まず排気切替弁２２が開かれ、その後、セカンダリターボ過給機１２の助走に合わせて吸気バイパス弁１８が徐々に閉じられるとともに吸気切替弁１７が開かれる。

また、ターボ過給システム１０は潤滑油供給システムを備え、内燃機関１４のオイルパン（図示せず）とプライマリターボ過給機１１の軸受け１１Ｂとの間、およびオイルパンとセカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂとの間で潤滑油を循環させる。

すなわち、潤滑油供給システムは、オイルパンからプライマリターボ過給機１１へと潤滑油を供給する第１オイル供給通路２３、プライマリターボ過給機１１からオイルパンへと潤滑油を排出する第１オイル排出通路２４、オイルパンからセカンダリターボ過給機１２へと潤滑油を供給する第２オイル供給通路２５、セカンダリターボ過給機１２からオイルパンへと潤滑油を排出する第２オイル排出通路２６とを備える。また、第１オイル供給通路２３、第１オイル排出通路２４、第２オイル供給通路２５、第２オイル排出通路２６には、第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８、第２オイル供給弁２９、第２オイル排出弁３０がそれぞれ設けられる。

更に本実施形態の潤滑油供給システムでは、第１オイル排出通路２４の第１オイル排出弁２８の下流側とセカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂとを連通するオイルバイパス通路３１が設けられ、オイルバイパス通路３１には、オイルバイパス弁３２が設けられる。

シングルターボモードにおいては、第１オイル供給弁２７および第１オイル排出弁２８は開かれ、第２オイル供給弁２９、第２オイル排出弁３０、およびオイルバイパス弁３２は閉じられた状態とされる。一方、ツインターボモードにおいては、第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８、第２オイル供給弁２９、および第２オイル排出弁３０は開かれ、オイルバイパス弁３２は閉じられた状態とされる。

また、オイルバイパス弁３２は、シングルターボモードからツインターボモードへと切り替えられる際のセカンダリターボ過給機１２の助走期間に、後述する一定の条件の下で、第１オイル供給弁２７および第１オイル排出弁２８とともに開閉制御され、セカンダリターボ過給機の立ち上がり性能を向上させる。

なお、スロットル弁１５、オイル供給あるいは排出弁１７、１８、２１、２７〜３０、オイルバイパス弁３２の開閉はＥＣＵ３３によって制御されるとともに、プライマリターボ過給機１１の軸受け部には温度センサ３４が設けられ、ＥＣＵ３３はプライマリターボ過給機１１における潤滑油温度Ｔｏをモニタすることができる。また、ＥＣＵ３３には、アクセル開度を含む各種センサからの信号が入力され、機関運転に必要な各種処理が実行される。

次に、図２、図３を参照して、シングルターボモードからツインターボモードへと運転モードが切り替えられる際のオイルバイパス弁３２の開閉制御について説明する。

図２はＥＣＵ３３において実行される潤滑油供給システムの弁制御処理のフローチャートであり、本処理は、ＥＣＵ３３において所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、運転モードがシングルターボモードであるか否かが判定される。シングルターボモードでなく、ツインターボモードであれば、ステップＳ１１４において、第２オイル供給弁２９、第２オイル排出弁３０が開かれるとともに（あるいは開状態に維持される）、ステップＳ１１６において第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８は開かれた状態に維持され、この処理は終了する。

一方ステップＳ１００において、運転モードがシングルターボモードであると判定されると、ステップＳ１０２において、第２オイル供給弁２９および第２オイル排出弁３０が閉じられる（あるいは閉状態に維持）。ステップＳ１０４では、アクセル開度（スロットル開度）Ｔｈが所定のスレショルド値Ｔｈｃよりも大きいか否かが判定される。すなわち、スレショルド値Ｔｈｃは、各運転状態において、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えが必要とされるアクセル開度の下限値であり、各運転状態に対応して各々設定される。

例えば、図３に示されるように、現在の運転点がシングルターボ領域の運転点Ｐ１にあるときには、アクセル開度Ｔｈは運転点Ｐ１に対応したスレショルド値Ｔｈｃ（Ｐ１）と比較される。ＴｈがＴｈｃ（Ｐ１）以下のときには、運転点はシングルターボ領域内の運転点Ｐ２へと移行すると予想され、Ｔｈｃ（Ｐ１）よりも大きいときには、ツインターボ領域内の運転点Ｐ３へと移行すると予想される。

なお、図３はエンジン回転数を横軸、負荷トルクを縦軸としたときの内燃機関１４の運転状態を表わすグラフである。曲線Ｃは最大トルク曲線であり、内燃機関１４は最大トルク曲線Ｃの内側で運転される。曲線Ｓ１、Ｓ２は運転モードの切り替えが行なわれる境界線であり、境界線Ｓ１はシングルターボモードからツインターボモードへ移行する際の境界線であり、境界線Ｓ２はツインターボモードからシングルターボモードへ移行する際の境界線である。なお、境界線Ｓ１、Ｓ２よりもエンジン回転数が低い領域がシングルターボモードの運転領域であり、高い領域がツインターボモードの運転領域である。

ステップＳ１０４において、Ｔｈ＞Ｔｈｃでないと判定されたときには、シングルターボモードが維持されるので、ステップＳ１１６において、第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８は開かれた状態に維持され、この処理は終了する。

一方ステップＳ１０４において、Ｔｈ＞Ｔｈｃであると判定されたときには、運転モードはシングルターボモードからツインターボモードへと切り替えられる。このときには、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２において、本実施形態におけるオイルバイパス弁３２、および第１オイル供給弁２７、第１オイル排出弁２８の開閉制御が行なわれる。

ステップＳ１０６では、プライマリターボ過給機１１の軸受け部の潤滑油温度Ｔｏが所定温度Ｔｃよりも低いか否かが判定される。Ｔｏ＜Ｔｃであると判定されると、ステップＳ１０８において第１オイル供給弁２７および第１オイル排出弁２８が閉じられて、プライマリターボ過給機１１の軸受け部の潤滑油が軸受け１１Ｂの周りに滞留され、軸受け１１Ｂからの熱により加熱される。

ステップＳ１１０では、運転状態や潤滑油温度Ｔｏに対応して、または排気切替弁２２の開弁指示を受けて、第２オイル排出弁３０およびオイルバイパス弁３２が開かれるとともに、第１オイル供給弁２７および第１オイル排出弁２８が開かれる。すなわち、セカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂには、プライマリターボ過給機１１の軸受けで加熱された潤滑油が、オイルバイパス通路３１を介して供給される。なお、ステップＳ１１０の開弁制御は、排気切替弁２２の開弁に先だって行なわれる。

オイルバイパス弁３２は、所定時間経過後、ステップＳ１１２において閉じられ、このとき同時に第２オイル供給弁２９が開かれる。すなわち、プライマリターボ過給機１１の軸受け１１Ｂからセカンダリターボ過給機１２への潤滑油の供給は、セカンダリターボ過給機１２の始動時のみ行なわれ、その後は第２オイル供給通路２９を介してオイルパンから潤滑油が供給される。以上によりこの弁制御処理は終了する。

一方ステップＳ１０６において、Ｔｏ＜Ｔｃでないと判定された場合には、プライマリターボ過給機１１の軸受け部の潤滑油温度Ｔｏは、既に十分に高いので、直接ステップＳ１１０において、セカンダリターボ過給機１２の軸受け１２Ｂに供給された後、ステップＳ１１２においてオイルバイパス弁３２が閉じられるとともに第２オイル供給弁２９が開かれてこの処理は終了する。

以上のように、本実施形態によれば、セカンダリターボ過給機始動時、プライマリターボ過給機の軸受けにおいて加熱された潤滑油をセカンダリターボ過給機の軸受けに供給することにより、別途オイルヒータなどの加熱手段を設けることなく、粘性の低い潤滑油をセカンダリターボ過給機の軸受けに供給することができる。これにより、簡略な構成でセカンダリターボ過給機の始動性能を向上させることができ、過給圧段差の発生によるトルク段差の発生を抑えることができる。

なお、本実施形態では、オイルバイパス通路３１を第１オイル排出弁２８の下流側に接続したが、第１オイル排出弁２８の上流側に接続することも可能である。この場合、例えば第１オイル供給弁２８とオイルバイパス弁３２とが開かれた後、所定時間経過後、第１オイル排出弁２８が開かれて、潤滑油はプライマリターボ過給機１１からオイルパンへ直接戻される。

本発明の一実施形態であるパラレルツインターボシステムの構成を示すブロック図である。 ＥＣＵにおいて実行される潤滑油供給システムの弁制御処理のフローチャートである。 エンジン回転数を横軸、負荷トルクを縦軸としたときの内燃機関の運転状態を表わすグラフである。

符号の説明

１０ ターボ過給システム
１１ プライマリターボ過給機
１１Ｃ プライマリコンプレッサ
１１Ｔ プライマリタービン
１２ セカンダリターボ過給機
１２Ｃ セカンダリコンプレッサ
１２Ｔ セカンダリタービン
１４ 内燃機関
２３ 第１オイル供給通路
２４ 第１オイル排出通路
２５ 第２オイル供給通路
２６ 第２オイル排出通路
２７ 第１オイル供給弁
２８ 第１オイル排出弁
２９ 第２オイル供給弁
３０ 第２オイル排出弁
３１ オイルバイパス通路
３２ オイルバイパス弁
３３ ＥＣＵ
３４ 温度センサ

Claims (7)

1. プライマリターボ過給機およびセカンダリターボ過給機を備える過給システムにおいて、前記セカンダリターボ過給機始動時に、前記プライマリターボ過給機の軸受けにおいて加熱された潤滑油を前記セカンダリターボ過給機の軸受けに供給することを特徴とするターボ過給機の潤滑油供給システム。
2. 前記プライマリターボ過給機の軸受け周りに、前記潤滑油を滞留させる潤滑油滞留手段を備え、前記セカンダリターボ過給機の軸受けには滞留により加熱された潤滑油が供給されることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
3. 前記プライマリターボ過給機の軸受けからの潤滑油を排出するオイル排出通路と、前記オイル排出通路と前記セカンダリターボ過給機の軸受けとを連通するオイルバイパス通路とを備え、前記加熱された潤滑油が、前記オイルバイパス通路を介して前記セカンダリターボ過給機の軸受けに供給されることを特徴とする請求項２に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
4. 前記オイル排出通路がオイル排出弁を備え、前記潤滑油滞留手段が、前記オイル排出弁を閉じることにより前記潤滑油を前記プライマリターボ過給機の軸受け周りに滞留させることを特徴とする請求項３に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
5. 前記オイルバイパス通路がオイルバイパス弁を備え、前記オイルバイパス弁は前記セカンダリターボ過給機の始動時にのみ開弁されることを特徴とする請求項３に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
6. 前記プライマリターボ過給機の軸受け周りの潤滑油温度が所定温度よりも低いときに、前記潤滑油滞留手段が前記潤滑油の滞留を開始するこをと特徴とする請求項２に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
7. 現在の運転状態におけるアクセル開度に基づいて前記セカンダリターボ過給機の始動を判定するセカンダリターボ始動判定手段を備え、前記潤滑油滞留手段が、前記セカンダリターボ始動判定手段において前記セカンダリターボ過給機が始動されるときに前記潤滑油の滞留を開始することを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機の潤滑油供給システム。
   

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