JP2009243361A - ターボチャージャシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】連結シャフト12で互いに連結されたコンプレッサインペラおよびタービンインペラと、連結シャフトに作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受18と、スラスト軸受を支持する軸受ハウジングとを有するターボチャージャ10と、スラスト軸受の温度、スラスト軸受に作用するスラスト力、スラスト軸受の位置変位の少なくとも1つを検出するセンサ30と、スラスト軸受に供給される潤滑油の油量、油圧、油温の少なくとも1つを制御する潤滑油制御装置40とを備える。
【選択図】図2
Description
かかるスラスト軸受の構造は、例えば、特許文献1〜3に開示されている。
そのため、この発明のターボチャージャにおいて、図6に示すように、スラスト軸受60内には給油口がシャフト61の外周面に面した主給油通路62と、主給油通路62とは独立した第1及び第2の副給油通路63,64を形成する。第1の副給油通路63の給油口をスラスト軸受60のタービンホイール側に偏倚した位置に開口させ、第2の副給油通路64の給油口をコンプレッサホイール側に偏倚した位置に開口させるようにする。更に第1及び第2の副給油通路63,64をシャフト61のスラスト方向への移動に伴って開放したり閉鎖したりするものである。
そのため、この発明の電動過給機は、図7に示すように、過給機回転軸の回転を支援する「回転電機」としての表面磁石型電動機を備える。表面磁石型電動機は、ロータ71とステータ72とを有し、ロータ71は磁石を含む。そして、ロータ71とステータ72とが軸方向にオフセットされた位置に設けられている。換言すると、ロータ71とステータ72との間における磁束密度の分布がロータ71の軸方向中心Z0に関して非対称になるようにロータ71とステータ72とが設けられているものである。
前記スラスト軸受の温度、スラスト軸受に作用するスラスト力、スラスト軸受の位置変位の少なくとも1つを検出するセンサと、
前記スラスト軸受に供給される潤滑油の油量、油圧、油温の少なくとも1つを制御する潤滑油制御装置と、を備えたことを特徴とするターボチャージャシステムが提供される。
前記軸受ハウジングは、タービン側スラスト軸受およびコンプレッサ側スラスト軸受に潤滑油を独立に供給する潤滑油流路をそれぞれ有する。
該制御演算部により、検出した温度が所定の閾値を超える場合、検出したスラスト力が所定の閾値を超える場合、及び/又は、検出した位置変位が所定の閾値を超える場合に、油量増加、油圧上昇、及び/又は、油温低下が生じるように制御する。
この図において、本発明のターボチャージャシステムは、ターボチャージャ10を備える。
コンプレッサインペラ14とタービンインペラ16は、軸受ユニット22で支持された連結シャフト12で互いに連結されており、エンジンの排ガスでタービンインペラ16を回転駆動し、この回転力を連結シャフト12を介してコンプレッサインペラ14に伝達し、コンプレッサインペラ14で空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
この図において、スラスト軸受18は、スラストカラー19a、タービン側スラスト軸受19b、およびコンプレッサ側スラスト軸受19cからなる。
タービン側スラスト軸受19bは、潤滑油流路20a(後述する)を介してスラストカラー19aのタービン側に潤滑油を通す潤滑油流路を有する。
コンプレッサ側スラスト軸受19c潤滑油流路20b(後述する)を介してスラストカラー19aのコンプレッサ側に潤滑油を通す潤滑油流路を有する。
熱電対32は、この例ではコンプレッサ側スラスト軸受19cの背面(図で右側)に取り付けられ、その温度を検出し、潤滑油制御装置40へ出力する。なお、熱電対32をタービン側スラスト軸受19bに取り付けてもよく、或いは両方に取り付けてもよい。
歪みゲージ34は、この例ではコンプレッサ側スラスト軸受19cの背面(図で右側)に取り付けられ、コンプレッサ側スラスト軸受19cに作用するスラスト力を検出し、潤滑油制御装置40へ出力する。なお、歪みゲージ34をタービン側スラスト軸受19bに取り付けてもよく、或いは両方に取り付けてもよい。
なお、スラストカラー19aの軸方向の位置変位から、コンプレッサ側、タービン側における油膜の厚さを幾何学的に算出することができる。
操作器44は、制御演算部からの出力値に応じた油条件の油を供給する。流量制御弁、圧力制御弁、温度制御器はこれにあたる。
制御演算部46は、設定値(目標値)と測定値の差に応じて供給すべき油の条件を計算し、操作器に操作量を出力して制御する。
なお、潤滑油制御装置40は、操作器44、および制御演算部46のすべてを備える必要はなく、ターボチャージャに供給される潤滑油の油量、油圧、油温の少なくとも1つをできればよい。
この図に示すように、制御演算部46は、ステップS1においてセンサ30から温度、スラスト力、変位の入力値を受ける。位置変位からはスラスト軸受19b,19cにおける膜厚を求めることができる。
次いで、入力された温度が所定の閾値を超える場合(S2)、入力されたスラスト力が所定の閾値を超える場合(S3)、及び/又は、入力された位置変位が所定の閾値を超える場合(S4)に、油量増加、油圧上昇、及び/又は、油温低下が生じるように、操作器44へ操作量を出力して制御する(S5)。
この制御は、フィードバック制御によるのが好ましいが、フィードフォワード制御でもよく、両者を組み合わせてもよい。図4に、フィードバック制御と併用したフィードフォワード制御の適用例を示す。
また、エンジン停止時(ヒートソークバック時)にラジアル軸受が高温となり、ラジアル軸受が焼き付くおそれがある場合に、異常時の故障回避システムとして警報等を発することもできる。
13 コンプレッサ、14 コンプレッサインペラ、
15 タービン、16 タービンインペラ、
18 スラスト軸受、19a スラストカラー、
19b タービン側スラスト軸受、19c コンプレッサ側スラスト軸受、
20 軸受ハウジング、20a,20b,20c 潤滑油流路、
22 軸受ユニット、30 センサ、32 熱電対、
34 歪みゲージ、36 変位センサ、
40 潤滑油制御装置、
44 操作器、46 制御演算部、
Claims (6)
- 連結シャフトで互いに連結されたコンプレッサインペラおよびタービンインペラと、前記連結シャフトに作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受と、該スラスト軸受を支持する軸受ハウジングとを有するターボチャージャと、
前記スラスト軸受の温度、スラスト軸受に作用するスラスト力、スラスト軸受の位置変位の少なくとも1つを検出するセンサと、
前記スラスト軸受に供給される潤滑油の油量、油圧、油温の少なくとも1つを制御する潤滑油制御装置と、を備えたことを特徴とするターボチャージャシステム。 - 前記スラスト軸受は、連結シャフトと共に回転する小径円板状のスラストカラーと、該スラストカラーの軸方向移動を阻止するタービン側スラスト軸受およびコンプレッサ側スラスト軸受とからなり、
前記軸受ハウジングは、タービン側スラスト軸受およびコンプレッサ側スラスト軸受に潤滑油を独立に供給する潤滑油流路をそれぞれ有する、ことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャシステム。 - 前記センサは、温度を検出する熱電対、スラスト力を検出する歪みゲージ、及び/又は、位置変位を検出する変位センサである、ことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャシステム。
- 前記潤滑油制御装置は、潤滑油の油量を制御する流量制御弁、潤滑油の油圧を制御する圧力制御弁、潤滑油の油温を制御する温度制御器の少なくとも1つを有する、ことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャシステム。
- 前記潤滑油制御装置は、流量制御弁、圧力制御弁、及び/又は、温度制御器を制御する制御演算部を有し、
該制御演算部により、検出した温度が所定の閾値を超える場合、検出したスラスト力が所定の閾値を超える場合、及び/又は、検出した位置変位が所定の閾値を超える場合に、油量増加、油圧上昇、及び/又は、油温低下が生じるように制御する、ことを特徴とする請求項4に記載のターボチャージャシステム。 - 前記制御は、フィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御による、ことを特徴とする請求項5に記載のターボチャージャシステム。
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