JP5774835B2

JP5774835B2 - 内燃機関

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Publication number: JP5774835B2
Application number: JP2010241786A
Authority: JP
Inventors: キストナーブルーノ; フライアームートベルンハルト; ミュラークリストフ
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: DE102009051848A1; CN102052145A; CN102052145B; US20110094225A1; US8474259B2; JP2011094624A

Description

本発明は、内燃機関であって、シリンダを収容するクランクケースと、少なくとも１つの排ガスターボチャージャと、少なくとも１つのオイルポンプを有する油圧回路とを有しており、少なくとも１つのオイルポンプによってエンジンオイルを吸込み可能であり、かつ、潤滑のためにシリンダに供給可能であり、単数又は各排ガスターボチャージャは、吸い込まれたエンジンオイルが夫々の排ガスターボチャージャに通じている供給管路を介して、夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所に供給可能であり、次いで夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所から、夫々の排ガスターボチャージャから延びている排出管路を介してオイルパンへと導出可能であるように油圧回路に連結されている、内燃機関に関する。

図１には先行技術において公知の内燃機関１０の概略的なブロック回路図が示されている。本従来例において公知の内燃機関１０はクランクケース１１を有している。クランクケース１１は内燃機関１０のシリンダ（図示せず）を収容する。内燃機関１０のシリンダは２つのシリンダ群１２，１３を形成する。各シリンダ群１２，１３のためにシリンダヘッドケーシング１４若しくは１５が設けられている。内燃機関１０の各シリンダ群１２，１３と排ガスターボチャージャ１６若しくは１７とは協働する。２つの排ガスターボチャージャ１６，１７については、内燃機関の排ガス流の緩和のためのタービン１８若しくは１９と、内燃機関のシリンダに供給したい燃焼空気流の圧縮のためのコンプレッサ２０若しくは２１とが記載されている。排ガスターボチャージャ１６，１７のコンプレッサ２０，２１によって圧縮された燃焼空気は、内燃機関１０のシリンダ若しくはシリンダ群１２若しくは１３に、スロットルバルブ２２及びいわゆる圧力装置２３を介して供給可能である。

図１から判るように、排ガスターボチャージャ１６若しくは１７のコンプレッサ２０若しくは２１において圧縮したい燃焼空気は、夫々のコンプレッサ２０若しくは２１への供給前にエアフィルタ２４若しくは２５を介して案内される。エアフィルタ２４若しくは２５と、排ガスターボチャージャ１６若しくは１７のコンプレッサ２０若しくは２１との間にそれぞれ１つの測定装置２６若しくは２７が、夫々のコンプレッサ２０若しくは２１に供給される空気量の測定技術による検出のために接続されている。

さらに先行技術において公知な、図１においてブロック回路図を介して概略的に記載された内燃機関１０は、オイルポンプ２８を備えた開放型の油圧回路を有している。オイルポンプ２８については単にオイルポンプ２８の吸込み段だけが示されている。オイルポンプ２８の上記吸込み段によってエンジンオイルは吸込み可能であり、２つのシリンダ群１２，１３のシリンダの潤滑のために、シリンダ群１２，１３に向かって、ひいてはシリンダヘッドケーシング１４若しくは１５へと圧送することができる。

図１によれば、排ガスターボチャージャ１５，１７は内燃機関１０の開放型の油圧回路に連結されていて、各排ガスターボチャージャ１６若しくは１７の軸受個所を潤滑するために、夫々のシリンダヘッドケーシング１４若しくは１５から出発してエンジンオイルを、夫々の排ガスターボチャージャ１６若しくは１７に供給管路２９若しくは３０を介して供給することがでる。次いでエンジンオイルは夫々の排ガスターボチャージャ１６若しくは１７の軸受個所から出発して、排出管路３１若しくは３２を介してオイルパン３５へ吸い込まれる。つまり、オイルポンプ２８の吸込み段によって吸い込まれる。

使用されるオイルポンプ２８若しくはオイルポンプ２８の吸込み段は、非制御式のコンスタントフィードポンプである。コンスタントフィードポンプは回転毎に一定の排出量を有している。オイルポンプ２８は内燃機関の回転数に基づき駆動されるので、内燃機関の回転数が増大するにつれて、オイルポンプ２８の吸込み段によって吸い込まれるオイル量は増大する。これにより排ガスターボチャージャ１６，１７の軸受個所の領域に、回転数が増大するにつれて増大する負圧が形成される。排ガスターボチャージャ１６，１７の軸受個所の領域における負圧が過度に大きくなると、排ガスターボチャージャ１６若しくは１７は破損することがある。さらに極めて大きな負圧が、排ガスターボチャージャの機能障害に繋がることがある。

上記問題を排除するために、図１の先行技術において公知の内燃機関１０においてはバイパス管路３３，３４が設けられている。これらのバイパス管路３３，３４はクランクケース１１若しくはシリンダヘッドケーシング１４，１５における圧力レベルと、排ガスターボチャージャ１６，１７の軸受個所における圧力レベルとの圧力補償を実施する。しかし、バイパス管路３３，３４は内燃機関の比較的複雑な構成の原因となる。

したがって、本発明の目的は、簡単な構成を有する新たな内燃機関を提供することである。

上記目的は、内燃機関であって、シリンダを収容するクランクケースと、複数の排ガスターボチャージャ（４６，４７）と、少なくとも１つのオイルポンプを有する油圧回路とを有しており、少なくとも１つの前記オイルポンプによってエンジンオイルを吸込み可能であり、かつ、潤滑のために前記シリンダに供給可能であり、前記複数の排ガスターボチャージャは、吸い込まれたエンジンオイルが夫々の前記排ガスターボチャージャに通じている供給管路（５９，６０）を介して、夫々の前記排ガスターボチャージャの軸受個所に供給可能であり、次いで夫々の前記排ガスターボチャージャの前記軸受個所から、夫々の前記排ガスターボチャージャから前記オイルポンプを介し延びている排出管路を介してオイルパンへと導出可能であるように、前記油圧回路に連結されている、内燃機関において、
夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の夫々の排出管路（６１，６２）に対して個別に設けた圧力制限装置（６３，６４；６８）は前記オイルポンプの上流に又は前記オイルポンプの吸込み段に組込まれた状態の絞りとして構成されたものであり、当該絞りにより前記エンジンオイルの流れを直接的に絞って前記オイルポンプによって生じる負圧を制限して、該圧力制限装置（６３，６４；６８）によって夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の前記軸受個所に作用する負圧が制限され得ることにより達成される。

好ましくは、圧力制限装置及びオイルポンプ若しくはオイルポンプの吸込み段が別体の構成群として構成されており、夫々の排出管路に対して、圧力制限装置及びオイルポンプ若しくはオイルポンプの吸込み段は夫々、独立した構成群として配設されている。

好ましくは、圧力制限装置はオイルポンプ若しくはオイルポンプの吸込み段に組み込まれており、夫々のオイルポンプ若しくは吸込み段と共に、夫々の排出管路に対して配設されている。

好ましくは、単数又は各圧力制限装置は絞りとして構成されていることを特徴とする。

好ましくは、単数又は各圧力制限装置は弁として、特に逆止弁として構成されている。

好ましくは、唯一の排ガスターボチャージャを有しており、該排ガスターボチャージャに１つの供給管路を介してエンジンオイルが排ガスターボチャージャの軸受個所の潤滑のために供給可能であり、排ガスターボチャージャの軸受個所から、エンジンオイルは１つの排出管路を介してオイルパンへ導出可能であり、排出管路に対して圧力制限装置及びオイルポンプ若しくは該オイルポンプの吸込み段は、別体の構成群又は互いに統合された構成群として配設されている。

好ましくは、複数の排ガスターボチャージャを有しており、エンジンオイルは供給管路を夫々介して、夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所の潤滑のために、夫々の排ガスターボチャージャに供給可能であり、次いで夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所から、エンジンオイルは排出管路を夫々介してオイルパンへ導出可能である。

好ましくは、２つの排出管路は連結されており、エンジンオイルの流れ方向に見て排出管路の連結個所の下流側において、統一された排出管路に対して１つの共通のオイルポンプ若しくは吸込み段が配設されている。

好ましくは、２つの排出管路に対して、エンジンオイルの流れ方向において見て連結個所の上流側に、夫々圧力制限装置が配設されており、圧力制限装置は共通のオイルポンプ若しくは吸込み段に対して別体の構成群として構成されている。

好ましくは、統一された排出管路に対して１つの共通の圧力制限装置が配設されており、共通の圧力制限装置は共通のオイルポンプ若しくは吸込み段に組み込まれている。

好ましくは、統一された排出管路に対して１つの共通の圧力制限装置が配設されており、共通の圧力制限装置は共通のオイルポンプ若しくは吸込み段に対して別体の構成群として構成されている。

好ましくは、２つの排出管路が分離されており、各排出管路に対して１つの圧力制限装置と、１つのオイルポンプ若しくは吸込み段とが、別体の構成群又は互いに統合された構成群として配設されている。

本発明によれば、夫々の排ガスターボチャージャの夫々の排出管路に対して圧力制限装置が配設されている。圧力制限装置によって夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所に作用している負圧は制限可能である。特に、夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所に作用している負圧を、本発明に係る圧力制限装置により、内燃機関の各運転点に基づき調節することができるか若しくは内燃機関の各運転点に合わせることができる。

本発明に係る内燃機関において、先行技術において必要であるバイパス管路を省くことができる。夫々の排ガスターボチャージャの夫々の排ガス管路に対して配設された圧力制限装置によって、夫々の排ガスターボチャージャの軸受個所を占めている負圧を制限することができる。その結果、排ガスターボチャージャが極めて高い負圧に基づき破損する、という危険はない。バイパス管路を省くことができるので、内燃機関の構造は簡単になる。

本発明の第１の有利な構成によれば、圧力制限装置およびオイルポンプは別体の構成群として構成されており、夫々分離した構成群として夫々の排出管路に対して配設されている。圧力制限装置およびオイルポンプが別体の構成群として構成されていて、かつ別体の構成群として夫々の排ガスターボチャージャの夫々の排出管路に対して配設されていると、これらの構成群のうちの１つの構成群に故障が生じたような場合には、構成群を個別に新しく交換することができる。

本発明の第２の択一的な有利な構成によれば、圧力制限装置はオイルポンプに組み込まれており、オイルポンプと共に夫々の排出管路に対して配設されている。圧力制限装置をオイルポンプ内に組み込むことにより、必要な構成スペースを減じることができる。

本発明のさらに別の有利な構成は従属請求項および以下の記載から明らかになる。

先行技術において公知の内燃機関のブロック回路図である。本発明の第１の実施の形態に係る、本発明に係る内燃機関のブロック回路図である。本発明の第２の実施の形態に係る、本発明に係る内燃機関のブロック回路図である。本発明の第３の実施の形態に係る、本発明に係る内燃機関のブロック回路図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図２には、本発明に係る内燃機関４０の有利な実施の形態の極めて概略的なブロック回路図が示されている。また内燃機関４０はクランクケース４１を介してシリンダ（詳細に図示せず）を収容するために働く。図２にはまた、単に２つのシリンダ群４２，４３が示されており、これらのシリンダ群４２，４３には対応するシリンダヘッドケーシング４４，４５が設けられている。

また、各シリンダ群４２，４３と排ガスターボチャージャ４６若しくは４７が協働する。また、排ガスターボチャージャ４６，４７については、タービン４８，４９及びコンプレッサ５０，５１が示されている。タービン４８，４９は内燃機関の排ガス流、つまり夫々のシリンダ群４２，４３の排ガス流の緩和のために働く。排ガスターボチャージャ４６，４７のタービン４８，４９は、内燃機関に供給しようとする燃焼空気流を圧縮するために夫々の排ガスターボチャージャ４６，４７の夫々のコンプレッサ５０，５１を駆動する。また、圧縮された燃焼空気流はスロットルバルブ５２及び圧力装置５３を介して、夫々のシリンダ群４２，４３の領域に到達する。

図２の内燃機関４０の場合にも、排ガスターボチャージャ４６，４７のコンプレッサ５０，５１において圧縮したい燃焼空気は、コンプレッサ５０，５１への供給前にエアフィルタ５４若しくは５５を介して案内される。また、エアフィルタ５４若しくは５５と、排ガスターボチャージャ４６，４７のコンプレッサ５０若しくは５１との間に、コンプレッサ５０，５１に供給される空気量を測定技術により、例えば圧力モトロニックにより検出するために、測定装置５６，５７が位置決めされている。

また、図２の本発明に係る内燃機関４０はオイルポンプ５８を備えた開放型の油圧回路を有している。また、オイルポンプ５８ついては、単に１つの吸込み段が図示されているだけである。オイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段は、エンジン回転数に基づき駆動される、非制御式のコンスタントフィードポンプとして構成されている。つまり、オイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段は、ポンプ回転毎に一定の排出量を有する。

オイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段を介して、エンジンオイルをオイルパン６９の方向に吸い込むことができ、内燃機関４０のシリンダの潤滑のために、シリンダ群４２，４３に向かって圧送することができる。

また、排ガスターボチャージャ４６，４７は内燃機関の開放型の油圧回路に連結されていて、排ガスターボチャージャ４６若しくは４７にエンジンオイルを供給管路５９若しくは６０を介して、排ガスターボチャージャ４６若しくは４７の軸受個所の潤滑のために供給することができる。排ガスターボチャージャ４６若しくは４７の軸受個所から出発して、エンジンオイルが、排出管路６１若しくは６２を介して、オイルポンプ５８の吸込み段によってオイルパン６９に向かって導出可能若しくは排出可能である。

内燃機関４０の回転数が増加するに伴い、ひいてはオイルポンプ５８の吸込み段の回転数が増大するに伴い、ターボチャージャ４６，４７の軸受個所の領域において負圧がますます増大することに対抗するために、図２に記載の実施の形態においては、夫々のターボチャージャ４６，４７の各排出管路６２，６１に対してそれぞれ１つの圧力制限装置６３，６４が配設されている。圧力制限装置６３，６４により、夫々の排ガスターボチャージャ４６若しくは４７の軸受個所を占めている負圧を制限することができる。図２によれば、圧力制限装置６３，６４は絞りとして構成されている。

図３には、図２の実施の形態とほぼ一致する本発明に係る内燃機関６５の別の実施の形態が示されている。したがって、不必要な繰り返しを避けるために同じ構成群に対しては同じ符号を使用している。図３の内燃機関６５は、図２の内燃機関４０とは単に排出管路６２，６１に対して配設されている圧力制限装置６３，６４の構成に関してのみ異なっている。図３の実施の形態においては、圧力制限装置６３，６４は逆止弁として構成されている。

図２，３の実施の形態において、排出管路６２，６１は互いに連結されているか、若しくは互いになめらかに接続し合っている。エンジンオイルの流れ方向において見て、連結個所６６若しくは２つの排出管路６２，６１の結合個所の下流側に、オイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段が位置決めされている。圧力制限装置６３，６４は、エンジンオイルの流れ方向において見てそれぞれ排出管路６２，６１の連結個所６６の上流側で、夫々の排ガスターボチャージャ４６，４７若しくは排ガスターボチャージャ４６，４７の軸受個所と、共通のオイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段との間に位置決めされている。

上記実施の形態とは異なり、２つの排出管路６１，６２は互いに連結されておらず、むしろ独立して若しくは互いに分離されて構成されていることも可能である。本実施の形態において有利には、各排出管路に対して別体の独立したオイルポンプ５８若しくは吸込み段が配設される。

図２，３記載の実施の形態において、圧力制限装置６３，６４及び共通のオイルポンプ５８若しくはオイルポンプ５８の吸込み段はそれぞれ、別体若しくは分離された構成群として構成されている。

これに対して図４には、本発明に係る内燃機関６７のさらに別の実施の形態が示されている。内燃機関６７においては、１つの共通の圧力制限装置６８が２つの排ガスターボチャージャ４６，４７のための共通のオイルポンプ５８若しくは吸込み段に組み込まれている。したがって本実施の形態においては２つの排ガスターボチャージャ４６，４７のために、１つの共通の圧力制限装置６８が設けられている。共通の圧力制限装置６８は共通のオイルポンプ５８若しくは共通のオイルポンプ５８の吸込み段に組み込まれている。これにより、必要とされる構成スペースは絶対的な最小値にまで減じることができる。

他の細部に関して図４の実施の形態は、図２，３の実施の形態と一致するので、不必要な繰り返しを回避するために同じ構成群に対してはやはり同じ符号を使用する。

図２〜４に基づいて本発明は２つのターボチャージャを備えた内燃機関を例にして説明した。内燃機関が専ら唯一のターボチャージャを有している場合であっても、当然に本発明は使用可能である。

１０内燃機関、１１クランクケース、１２シリンダ群、１３シリンダ群、１４シリンダヘッドケーシング、１５シリンダヘッドケーシング、１６排ガスターボチャージャ、１７排ガスターボチャージャ、１８タービン、１９タービン、２０コンプレッサ、２１コンプレッサ、２２スロットルバルブ、２３圧力装置、２４エアフィルタ、２５エアフィルタ、２６測定装置、２７測定装置、２８オイルポンプ、２９供給管路、３０供給管路、３１排出管路、３２排出管路、３３バイパス管路、３４バイパス管路、３５オイルパン、４０内燃機関、４１クランクケース、４２シリンダ群、４３シリンダ群、４４シリンダヘッドケーシング、４５シリンダヘッドケーシング、４６排ガスターボチャージャ、４７排ガスターボチャージャ、４８タービン、４９タービン、５０コンプレッサ、５１コンプレッサ、５２スロットルバルブ、５３圧力装置、５４エアフィルタ、５５エアフィルタ、５６測定装置、５７測定装置、５８オイルポンプ、５９供給管路、６０供給管路、６１排出管路、６２排出管路、６３圧力制限装置、６４圧力制限装置、６５内燃機関、６６連結個所、６７内燃機関、６８圧力制限装置、６９オイルパン

Claims

内燃機関であって、シリンダを収容するクランクケースと、複数の排ガスターボチャージャ（４６，４７）と、少なくとも１つのオイルポンプを有する油圧回路とを有しており、少なくとも１つの前記オイルポンプによってエンジンオイルを吸込み可能であり、かつ、潤滑のために前記シリンダに供給可能であり、前記複数の排ガスターボチャージャは、吸い込まれたエンジンオイルが夫々の前記排ガスターボチャージャに通じている供給管路（５９，６０）を介して、夫々の前記排ガスターボチャージャの軸受個所に供給可能であり、次いで夫々の前記排ガスターボチャージャの前記軸受個所から、夫々の前記排ガスターボチャージャから前記オイルポンプを介し延びている排出管路を介してオイルパンへと導出可能であるように、前記油圧回路に連結されている、内燃機関において、
夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の夫々の排出管路（６１，６２）に対して個別に設けた圧力制限装置（６３，６４；６８）は前記オイルポンプの上流に又は前記オイルポンプの吸込み段に組込まれた状態の絞りとして構成されたものであり、当該絞りにより前記エンジンオイルの流れを直接的に絞って前記オイルポンプによって生じる負圧を制限して、該圧力制限装置（６３，６４；６８）によって夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の前記軸受個所に作用する負圧が制限され得ることを特徴とする、内燃機関。
圧力制限装置（６３，６４）及びオイルポンプ（５８）若しくは該オイルポンプ（５８）の吸込み段が別体の構成群として構成されており、圧力制限装置（６３，６４）及びオイルポンプ（５８）若しくは該オイルポンプ（５８）の吸込み段は夫々、夫々の排出管路（６１，６２）に対して独立した構成群として配設されていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
圧力制限装置（６８）はオイルポンプ（５８）若しくはオイルポンプ（５８）の吸込み段に組み込まれており、夫々の前記オイルポンプ若しくは吸込み段と共に、各排出管路（６１，６２）に対して配設されていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
各圧力制限装置（６３，６４；６８）は弁として、特に逆止弁として構成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の内燃機関。
複数の排ガスターボチャージャ（４６，４７）を有しており、エンジンオイルは供給管路（５９，６０）を夫々介して、夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の軸受個所の潤滑のために、各排ガスターボチャージャ（４６，４７）に供給可能であり、次いで夫々の排ガスターボチャージャ（４６，４７）の前記軸受個所から、エンジンオイルは排出管路（６１，６２）を夫々介してオイルパン（６９）へ導出可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の内燃機関。
２つの排出管路（６１，６２）が連結されており、エンジンオイルの流れ方向に見て排出管路（６１，６２）の連結個所（６６）の下流側において、統一された排出管路（６１，６２）に対して１つの共通のオイルポンプ（５８）若しくは吸込み段が配設されていることを特徴とする、請求項５記載の内燃機関。
２つの排出管路（６１，６２）に対して、エンジンオイルの流れ方向において見て連結個所（６６）の上流側に、夫々圧力制限装置（６３，６４）が配設されており、該圧力制限装置（６３，６４）は共通のオイルポンプ（５８）若しくは吸込み段に対して別体の構成群として構成されていることを特徴とする、請求項６記載の内燃機関。
前記２つの排出管路が分離されており、各前記排出管路に対して１つの圧力制限装置と、１つのオイルポンプ若しくは吸込み段とが、別体の構成群又は互いに統合された構成群として配設されていることを特徴とする、請求項５記載の内燃機関。