(57)【要約】【課題】加速時の過渡レスポンスを向上させることができるエンジンの過給機システムを提供する。【解決手段】タービンハウジング51の内部にハウジング内冷却水通路58を設け、その上流側端581を導入配管59及びウォータジャケット35を介してウォータポンプ60の吐出側に接続する一方、下流側端582を導出配管61を介してウォータポンプ60の吸入側に接続する。導入配管59のバイパス通路62との接続部よりも下流側に、ハウジング内冷却水通路58に対する冷却水の流量を弁体の開度により制御する電動式流量制御弁65を設ける。そして、エンジン1の加速状態が検出、つまりスロットル開度が８０％以上でありかつ吸気管25内での吸入空気の過給圧がピーク値P1に達する際の最小エンジン回転数Ne1までエンジン回転数が達していないとき、エンジンＥＣＵ4によって電動式流量制御弁65の弁体の開度が全閉となるように制御している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジング内に収容されたタービンホイールが排気ガスの流体エネルギを受けて回転し、その回転力をコンプレッサホイールに伝達することにより吸入空気を過給するエンジンの過給機システムにおいて、
上記タービンハウジングの内部に形成された冷却媒体流通路と、
上記冷却媒体流通路に対し冷却媒体を流通する流通路に介設され、上記冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流量を制御する流量制御弁と、
上記流量制御弁の開度を検出する開度検出手段と、
上記エンジンの加速状態を検出するエンジン加速状態検出手段と、
上記エンジン加速状態検出手段によりエンジンの加速状態が検出されたとき、上記流量制御弁の開度を閉側に制御する制御手段と
を備えていることを特徴とするエンジンの過給機システム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの過給機システムにおいて、
上記エンジン加速状態検出手段は、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
上記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と
を備えており、
上記制御手段は、
上記吸入空気の過給圧がピーク値に達する際の最小エンジン回転数を記憶しており、
上記負荷状態検出手段により上記エンジンの負荷状態が高負荷状態であることが検出され、かつ上記エンジン回転数検出手段によりエンジン回転数が上記最小エンジン回転数に達したことが検出されたとき、上記流量制御弁の開度を開側に制御していることを特徴とするエンジンの過給機システム。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンの過給機システムにおいて、
上記タービンホイールと上記コンプレッサホイールとを連結するタービンシャフトのベアリングハウジングの温度を検出するベアリングハウジング温度検出手段を備え、
上記制御手段は、上記エンジンの加速状態を終えてから上記エンジン回転数検出手段によりエンジン回転数が上記負荷状態検出手段による低負荷状態に相当する回転数よりも小さくなったことが検出されたとき、上記流量制御弁の開度を閉側に制御しているものの、上記ベアリングハウジング温度検出手段により検出された上記ベアリングハウジング内の温度が上記タービンシャフトのオイルコーキング保証限界温度に達したことが検出されると、上記流量制御弁の開度を開側に制御していることを特徴とするエンジンの過給機システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの過給機システムにおいて、
上記冷却媒体流通路に対し上記流通路を介して流通する冷却媒体としては、エンジン冷却用の冷却水が適用され、
上記流通路には、上記冷却媒体流通路をバイパスして上記エンジンからの冷却水を短絡的に循環させるバイパス通路が設けられているとともに、上記バイパス通路には、そのバイパス通路を流通する冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段が設けられており、
上記制御手段は、上記エンジンの冷間始動時に上記冷却水温検出手段により検出された冷却水の温度が暖機完了温度に達するまでの間、上記流量制御弁の開度を閉側に制御していることを特徴とするエンジンの過給機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用などのエンジンに搭載される過給機システムに係る。特に、本発明は、ターボ効率の向上を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用エンジンにおいて、排気ガスの流体エネルギを利用して吸入空気を圧縮して空気密度を高め、これによってエンジン出力の増大を図る過給機（以下、ターボチャージャと呼ぶ）が知られている。このターボチャージャは、排気通路の途中に設けられタービンハウジング内に配設されたタービンホイールと、吸気通路の途中に設けられコンプレッサハウジング内に配設されたコンプレッサホイール（インペラとも呼ばれる）とがタービンシャフトによって連結されて成るターボロータを備えている。そして、排気ガスの圧力によってタービンホイールが回転すると、その回転力がタービンシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達され、このコンプレッサホイールの回転によって吸入空気が燃焼室に向けて過給される。
【０００３】
また、タービンハウジング内には排気ガスが流入するため、熱負荷が高く、そのタービンハウジングの耐久信頼性を確保する上で、タービンハウジングの内部に冷却媒体流通路を形成し、この冷却媒体流通路に対し冷却媒体を流通させることにより、タービンハウジングの熱負荷を抑制して、耐久信頼性を確保することが行われている。
【０００４】
ところで、自動車用などのエンジンの排気系には、排気ガスの浄化を行うための触媒コンバータが備えられている。この触媒コンバータは、一般的には排気ガスの熱を利用して触媒（例えば三元触媒等）を加熱し、この触媒を所定の活性温度まで上昇させることで排気ガス浄化機能を発揮するようになっている。その場合、タービンハウジングの内部に冷却媒体流通路が設けられていると、冷却媒体流通路に対し流通する冷却媒体によってタービンハウジングが過冷却となることがある。このような現象は、エンジンの軽負荷運転状態や冷間始動時など排気ガスの熱量が小さいときに顕著に表れ、これでは、触媒温度が上記活性温度に達するまで排気ガス浄化機能が発揮されない状況に陥ってしまい、この触媒温度を迅速に高める構成が求められていた。
【０００５】
かかる点から、例えば、下記特許文献１では、冷却媒体流通路に対し冷却媒体を流通する流通路に、冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流量を制御する流量制御弁を介設し、エンジンの軽負荷運転状態や冷間始動時など排気ガスの熱量が小さいときに流量制御弁の開度を閉側に制御するようにしている。これにより、エンジンの軽負荷運転状態や冷間始動時など排気ガスの熱量が小さいときにタービンハウジングの冷却媒体による過冷却を防止し、触媒温度の迅速な上昇に伴う触媒の早期活性化を実現している。
【特許文献１】特開昭６１−４９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、タービンホイールに入力される排気ガスエネルギーは、タービンホイールへの排気ガス流量や、タービンハウジングに流入する排気ガスの熱量などによって決定される。そのため、大きな排気ガスエネルギが要求されるエンジンの加速時に、タービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対し冷却媒体が流通していると、冷却媒体により冷却されたタービンハウジングに流入する排気ガスの熱量が小さいものとなる。これにより、エンジンの加速時に十分な排気ガスエネルギーが得られず、エンジンの加速時の過渡レスポンスが悪いものとなる。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加速時の過渡レスポンスを向上させることができるエンジンの過給機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
−課題の解決原理−
上記目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、大きな排気ガスエネルギが要求されるエンジンの加速時に、タービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対し流通する冷却媒体の流量を閉じることで、冷却媒体によるタービンハウジングの温度低下を抑制し、エンジンの加速時に十分な排気ガスエネルギーが得られるようにしている。
【０００９】
−解決手段−
具体的に、本発明は、タービンハウジング内に収容されたタービンホイールが排気ガスの流体エネルギを受けて回転し、その回転力をコンプレッサホイールに伝達することにより吸入空気を過給するエンジンの過給機システムを前提とする。そして、上記タービンハウジングの内部に形成された冷却媒体流通路と、上記冷却媒体流通路に対し冷却媒体を流通する流通路に介設され、上記冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流量を制御する流量制御弁と、上記流量制御弁の開度を検出する開度検出手段とを備える。更に、上記エンジンの加速状態を検出するエンジン加速状態検出手段と、上記エンジン加速状態検出手段によりエンジンの加速状態が検出されたとき、上記流量制御弁の開度を閉側に制御する制御手段とを備えている。
【００１０】
この特定事項により、エンジン加速状態検出手段によりエンジンの加速状態が検出されたとき、制御手段によって、タービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流量を制御する流量制御弁の開度が閉側に制御されるので、エンジンの加速時にタービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流通が禁止され、冷却媒体によるタービンハウジングの温度低下が抑制される。これにより、エンジンの加速時には十分な排気ガスエネルギーが得られ、過給圧の立ち上がりが早くなり、エンジンの加速時の過渡レスポンスを向上させることが可能となる。
【００１１】
特に、エンジンの加速時に上記流量制御弁の開度を閉側から開側に切り換える制御を行う場合の条件を明記するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記エンジン加速状態検出手段に、上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出手段とを設ける。更に、上記制御手段に、上記吸入空気の過給圧がピーク値に達する際の最小エンジン回転数を記憶しておく。そして、上記負荷状態検出手段により上記エンジンの負荷状態が高負荷状態であることが検出され、かつ上記エンジン回転数検出手段によりエンジン回転数が上記最小エンジン回転数に達したことが検出されたとき、上記制御手段により上記流量制御弁の開度を開側に制御している。
【００１２】
この特定事項により、エンジンの加速時にタービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流通を流量制御弁の閉側への制御により禁止していても、高負荷時にエンジンの回転数が最小エンジン回転数に達すれば、それ以上の過給圧の上昇が望めないため、流量制御弁の開度を開側に制御してタービンハウジング内部の冷却媒体流通路に冷却媒体を流通させてタービンハウジングを冷却すればよく、これによって、エンジンの加速時の過渡レスポンスを確保しつつ、タービンハウジングの耐久性を図ることが可能となる。
【００１３】
また、タービンホイールとコンプレッサホイールとを連結するタービンシャフトのオイルコーキングを防止する対策にも供されるものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記タービンホイールと上記コンプレッサホイールとを連結するタービンシャフトのベアリングハウジングの温度を検出するベアリングハウジング温度検出手段を設ける。そして、上記エンジンの加速状態を終えてから上記エンジン回転数検出手段によりエンジン回転数が上記負荷状態検出手段による低負荷状態に相当する回転数よりも小さくなったことが検出されたとき、上記制御手段によって、上記流量制御弁の開度を閉側に制御しているものの、上記ベアリングハウジング温度検出手段により検出された上記ベアリングハウジング内の温度が上記タービンシャフトのオイルコーキング保証限界温度に達したことが検出されると、上記流量制御弁の開度を開側に制御している。
【００１４】
この特定事項により、エンジンの加速状態を終えてからエンジン回転数が負荷状態検出手段による低負荷状態に相当する回転数よりも小さくなったときに閉側に制御される流量制御弁の開度が、ベアリングハウジング内の温度がタービンシャフトのオイルコーキング保証限界温度に達すれば開側に制御されるので、エンジンの加速状態を終えてから低負荷状態に相当するエンジン回転数よりも小さい回転数、つまり、アイドリング回転時または低負荷走行時などになると、エンジンの加速状態でのタービンハウジングやタービンホイールからの熱伝導により加熱されてタービンシャフトのオイルコーキング保証限界温度に達するベアリングハウジングが、タービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対して流通する冷却媒体によって冷却され、タービンシャフトのオイルコーキング保証限界温度から速やかに温度低下する。これにより、エンジンの加速状態を終えてからのアイドリング回転時または低負荷走行時などにおけるタービンシャフトのオイルコーキングを防止することが可能となる。
【００１５】
更に、エンジンの冷間始動時の断機性能を向上させる対策にも供されるものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記冷却媒体流通路に対し上記流通路を介して流通する冷却媒体としてエンジン冷却用の冷却水を適用し、上記流通路に、上記冷却媒体流通路をバイパスして上記エンジンからの冷却水を短絡的に循環させるバイパス通路を設けるとともに、上記バイパス通路に、そのバイパス通路を流通する冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段を設ける。そして、上記制御手段によって、上記エンジンの冷間始動時に上記冷却水温検出手段により検出された冷却水の温度が暖機完了温度に達するまでの間、上記流量制御弁の開度を閉側に制御している。
【００１６】
この特定事項により、エンジンの冷間始動時に、冷却媒体流通路に流通させる冷却水の温度が暖機完了温度に達するまでの間、制御手段によって流量制御弁の開度が閉側に制御されているので、低温始動直後にエンジンにより加温された低温（暖機完了温度に達する前の温度）の冷却水が、熱容量の大きなタービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対して流通することにより熱を奪われることが回避されて、バイパス通路を循環することになり、エンジンの冷間始動時の暖機性能を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上、要するに、エンジンの加速時にタービンハウジング内部の冷却媒体流通路に対する冷却媒体の流量を制御する流量制御弁の開度を閉側に制御することで、冷却媒体によるタービンハウジングの温度低下を抑制し、エンジンの加速時に十分な排気ガスエネルギーが得られて過給圧の立ち上がりが早くなり、エンジンの加速時の過渡レスポンスを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では自動車用エンジンに搭載されたシングルターボ式のターボチャージャに本発明を適用した場合について説明する。これに限らず、ツインターボ式のターボチャージャ、シーケンシャルターボ式のターボチャージャ、スーパーチャージャを併設したハイブリッド式過給システムにも本発明は適用可能である。
【００１９】
まず、本発明を適用するディーゼルエンジンについて説明する。
【００２０】
−エンジン−
本発明を適用するエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、例えば直列４気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１１内には上下方向に往復動するピストン１２が設けられている。ピストン１２はコネクティングロッド２１を介してクランクシャフト２２に連結されており、ピストン１２の往復運動がコネクティングロッド２１によってクランクシャフト２２の回転へと変換される。
【００２３】
クランクシャフト２２にはシグナルロータ２３が取り付けられている。シグナルロータ２３の外周面には複数の突起（歯）２３１，２３１，…が等角度ごとに設けられている。シグナルロータ２３の側方近傍には、エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサ（クランクポジションセンサ）２４が配置されている。エンジン回転数センサ２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト２２が回転する際にシグナルロータ２３の突起２３１に対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００２４】
エンジン１のシリンダブロック１１の上端にはシリンダヘッド１３が設けられており、このシリンダヘッド１３とピストン１２との間に燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４は、吸気枝管２５１を介してサージタンク２５２に接続されている。サージタンク２５２は、吸気管２５を介してエアフローメータ２５３に接続され、エアフローメータ２５３はエアクリーナ２５４に接続されている。吸気管２５内部には、ＤＣモータ等のモータ２６１によって駆動されるスロットルバルブ２６が設けられ、このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度）が負荷状態検出手段としてのスロットル開度センサ２７によって検出されている。この場合、エンジン回転数センサ２４およびスロットル開度センサ２７によって、エンジン１の加速状態を検出するエンジン加速状態検出手段２０（図２に表れる）が構成されている。
【００２５】
そして、吸気枝管２５１には、その吸気枝管２５１内（吸気ポート）に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁としてのインジェクタ２８が取り付けられている。このインジェクタ２８は、制御手段としてのエンジン制御回路（以下「エンジンＥＣＵ」と表記する）４の出力信号に基づいて制御されている。
【００２６】
また、エンジン１のシリンダヘッド１３には、燃焼室１４毎に点火プラグ３０が取り付けられ、各点火プラグ３０の火花放電によって燃焼室１４内の混合気に着火される。そして、エンジン１の吸気バルブ３１と排気バルブ３２には、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構３３，３４が設けられている。また、エンジン１のシリンダブロック１１には、冷却媒体としての冷却水が循環するウォータジャケット３５が設けられている。
【００２７】
一方、エンジン１の燃焼室１４は、排気マニホールド２９１を介して排気管２９に連結されている。この排気管２９には、排出ガスを浄化する触媒２９２が設けられている。この触媒２９２としては、排出ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が用いられている。
【００２８】
エンジンＥＣＵ４は、図２に示すように、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備している。エアフローメータ２５３は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ２５３の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。スロットル開度センサ２７はスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度）に比例した出力電圧を発生し、このスロットル開度センサ２７の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。また、エンジン回転数センサ２４は入力ポート４５に接続され、このエンジン回転数センサ２４からの出力信号（パルス信号）に基づいてクランク角やエンジン回転速度が算定される。一方、出力ポート４６は、それぞれ対応する駆動回路４８を介してモータ２６１、インジェクタ２８、点火プラグ３０、吸気側および排気側の可変バルブタイミング機構３３，３４に接続されている。この場合、エンジンＥＣＵ４は、ＲＯＭ４２に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン１の運転状態に応じてインジェクタ２８の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ３０の点火時期等を制御すると共に、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構３３，３４を制御して、吸気バルブ３１と排気バルブ３２の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。
【００２９】
−ターボチャージャの構成説明−
ターボチャージャ５は、エンジン１の排気マニホールド２９１に設けられたタービンハウジング５１内に収容され且つこのタービンハウジング５１内に送り込まれる排気ガスによって回転するタービンホイール５２と、エンジン１の吸気管２５に設けられたコンプレッサハウジング５３内に収容され且つ上記タービンホイール５２の回転力を受けて空気（吸入空気）を強制的に燃焼室１４へ送り込むコンプレッサホイール５４とを備えている。
【００３０】
これらタービンホイール５２とコンプレッサホイール５４とは、金属製（例えば鋳鉄）のタービンシャフト５５によって一体回転可能に連結されている。つまり、タービンホイール５２、コンプレッサホイール５４、タービンシャフト５５が同一軸心上に配置され、一体的に組み付けられてターボロータ５０が構成されており、タービンホイール５２の回転に伴ってタービンシャフト５５およびコンプレッサホイール５４がこの軸心回りに回転する構成となっている。
【００３１】
上記タービンホイール５２は、外周面に多数のタービンブレード５２１，５２１，…を備えている。また、このタービンホイール５２は高温（例えば６００〜８００℃）の排気ガスに晒されるため耐熱性を有する鋼（炭素鋼）製となっている。また、タービンハウジング５１には、タービンホイール５２を取り囲むように、渦巻き状をなすスクロール室５１１が形成されている。このスクロール室５１１は、ターボロータ５０の接線方向に開口する排気ガス取入れ口５１２と、ターボロータ５０の軸線方向に開口する排気ガス排出口５１３とを有している。排気ガス取入れ口５１２はエンジン１の排気マニホールド２９１に接続され、排気ガス排出口５１３は触媒２９２へと排気ガスを導く排気管２９に接続される。
【００３２】
一方、上記コンプレッサホイール５４は、外周面に多数のコンプレッサブレード５４１，５４１，…を備えている。また、このコンプレッサホイール５４はターボラグを抑えるために軽量なアルミニウム合金や合成樹脂により形成されている。コンプレッサハウジング５３には、コンプレッサホイール５４を取り囲むように、渦巻き状をなすディフューザ５３１が形成されている。このディフューザ５３１は、ターボロータ５０の軸線方向に開口する吸入空気取入れ口５３２と、ターボロータ５０の接線方向に開口する吸入空気吐出口５３３とを有している。吸入空気取入れ口５３２はエアクリーナ２５４に接続され、吸入空気吐出口５３３はエンジンの吸気管２５に接続される。また、吸気管２５の途中には、ターボチャージャ５により過給された吸入空気を冷却するためのインタクーラ２５５が設けられている。
【００３３】
尚、上記タービンホイール５２の形状は特に限定されるものではなく、衝撃型、反射型、斜流式等が採用可能である。同様に、コンプレッサホイール５４の形状も特に限定されるものではなく、ラジアル型、バックワード型、バックワードレイク型等が採用可能である。本実施形態のターボロータ５０は、タービンホイール５２、コンプレッサホイール５４、タービンシャフト５５をそれぞれ別体として形成して、これらを一体的に組み付けるものとしたが、これらを一体形成したものであってもよい。
【００３４】
また、上記タービンシャフト５５は、ベアリングハウジング５６内に形成された軸受部材５６１に挿通されている。この軸受部材５６１はその内部に円筒形状の空間が形成されており、その内周面の軸線方向両端側つまりタービンシャフト５５の長手方向の両端部（タービンホイール５２に近接する箇所とコンプレッサホイール５４に近接する箇所の２箇所）には、それぞれ軸受メタル５６２，５６３が遊嵌されている。また、この軸受メタル５６２，５６３の内周面は、タービンシャフト５５に遊嵌されている。すなわち、各軸受メタル５６２，５６３は、タービンシャフト５５と軸受部材５６１との間の摺動部に配設されている。更に、この各軸受メタル５６２，５６３には、ベアリングハウジング５６内に形成された潤滑油供給路５７から潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油の供給によって、軸受部材５６１の内周面と各軸受メタル５６２，５６３の外周面との間に油膜が形成される。一方、各軸受メタル５６２，５６３には、その外周面から内周面に亘って貫通する油供給孔５７１，５７１が形成されている。従って、各軸受メタル５６２，５６３の外周面に供給された潤滑油は、油供給孔５７１，５７１を介して軸受メタル５６２，５６３の内周面にも供給され、各軸受メタル５６２，５６３の内周面とタービンシャフト５５の外周面との間にも油膜が形成される。このように、本実施形態におけるタービンシャフト５５の軸受方式は、所謂フローティングベアリング方式とされており、軸受メタル５６２，５６３はタービンシャフト５５と軸受部材５６１との間で自由に回転することができるようになっている。尚、軸受メタル５６２，５６３は、スナップリング５６４，５６４によって、軸心方向への移動が規制されている。
【００３５】
尚、ベアリングハウジング５６はタービンシャフト５５と同一材料（例えば鋳鉄）で構成されている。これにより、熱によるベアリングハウジング５６の膨張量とタービンシャフト５５の膨張量とを略等しくし、良好な軸受け状態が継続的に維持されるようになっている。また、コンプレッサホイール５４とコンプレッサハウジング５３との構成材料も同一材料であることが好ましい。
【００３６】
また、タービンハウジング５１の内部には、そのスクロール室５１１を半径方向外方側から略全周囲に亘って覆うように形成された断面略Ｃ字状の冷却媒体流通路としてのハウジング内冷却水通路５８が設けられている。このハウジング内冷却水通路５８は、その上流側端５８１が流通路としての導入配管５９を介してウォータポンプ６０の吐出側に接続されている一方、下流側端５８２が流通路としての導出配管６１を介してウォータポンプ６０の吸入側に接続されている。また、導入配管５９の上流端および導出配管６１の下流端は、それぞれエンジン１のウォータジャケット３５に接続されている。このため、ウォータポンプ６０の駆動に伴い、エンジン１のウォータジャケット３５から導入配管５９を経てハウジング内冷却水通路５８に冷却水が導入され、この冷却水によってタービンハウジング５１が冷却され、その後、この冷却水は導出配管６１を経てウォータポンプ６０に戻されてからエンジン１のウォータジャケット３５に吐出されるようになっている。この冷却水は必要に応じてラジエータによって冷却される。
【００３７】
そして、導入配管５９と導出配管６１との間には、ハウジング内冷却水通路５８をバイパスしてエンジン１のウォータジャケット３５からの冷却水を短絡的に循環させるバイパス通路６２が設けられている。このバイパス通路６２には、ヒータコア６３が設けられているとともに、そのヒータコア６３の直上流位置においてバイパス通路６２を流通する冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段としての冷却水温センサ６４が設けられている。また、導入配管５９のバイパス通路６２との接続部よりも下流側には、ハウジング内冷却水通路５８に対する冷却水の流量を弁体の開度により制御する電動式流量制御弁（流量制御弁）６５が設けられている。この電動式流量制御弁６５の近傍には、その電動式流量制御弁６５の弁体の開度を検出する開度検出手段としての弁体開度センサ６６が設けられている。
【００３８】
また、タービンハウジング５１のタービンホイール５２近接位置には、タービンハウジング５１を介してタービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間に伝達されるベアリングハウジング５６の近似温度を検出するためのベアリングハウジング温度センサ（ベアリングハウジング温度検出手段）６７が設けられている。また、排気マニホールド２９１の下流端には、タービンハウジング５１のスクロール室５１１に流入する排気ガスの熱量つまり排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ６８が設けられている。更に、インタクーラ２５５よりも上流側の吸気管２５には、ターボチャージャ５により過給された吸入空気の過給圧を検出する過給圧センサ６９が設けられている。そして、冷却水温センサ６４は冷却水温に比例した出力電圧を発生し、この冷却水温センサ６４の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。また、弁体開度センサ６６は弁体の開度に比例した出力電圧を発生し、この弁体開度センサ６６の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。ベアリングハウジング温度センサ６７はベアリングハウジング５６の近似温度に比例した出力電圧を発生し、このベアリングハウジング温度センサ６７の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。排気ガス温度センサ６８はタービンハウジング５１のスクロール室５１１に流入する排気ガスの温度に比例した出力電圧を発生し、この排気ガス温度センサ６８の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。更に、過給圧センサ６９は過給圧に比例した出力電圧を発生し、この過給圧センサ６９の出力電圧はＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されている。この場合、エンジンＥＣＵ４のＲＯＭ４２には、吸気管２５内での吸入空気の過給圧がピーク値Ｐ１（図３に表れる）に達した際の最小エンジン回転数Ｎｅ１（図３に表れる）が記憶されている。
【００３９】
そして、本実施形態の特徴は、駆動回路４８を介して出力ポート４６に接続された電動式流量制御弁６５をエンジン１の運転状態に応じてエンジンＥＣＵ４のＲＯＭ４２に記憶された各種の制御ルーチンにより制御することにある。以下、具体的に説明する。
【００４０】
エンジンＥＣＵ４は、エンジン回転数センサ２４およびスロットル開度センサ２７からなるエンジン加速状態検出手段２０によってエンジン１の加速状態が検出、つまり、スロットル開度が所定開度以上（例えば８０％以上）であり、かつ、図３に示すように、吸気管２５内での吸入空気の過給圧がピーク値Ｐ１に達する際の最小エンジン回転数Ｎｅ１までエンジン回転数が達していないとき、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全閉となるように制御している。そして、エンジン回転数が上記最小エンジン回転数Ｎｅ１に達したとき、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全開側に向かって徐々に開放されるように制御している。このとき、図３に一点鎖線で示すように、電動式流量制御弁６５の弁体の開度がエンジン１の加速状態とは無関係に全開している場合には、ハウジング内冷却水通路５８にエンジン冷却水が導入されているため、この冷却水により冷却されたタービンハウジング５１のスクロール室５１１に流入する排気ガスの温度が、吸気管２５内での吸入空気の過給圧がピーク値Ｐ１に達した時点でも、図３に実線で示す電動式流量制御弁６５の弁体の開度を全閉にしている本願発明のものに比して、未だ低く、本願発明のものでは、タービンハウジング５１に流入する排気ガスの熱量が十分に大きいことが判る。これにより、本願発明のもの（図３に実線で示すもの）では、電動式流量制御弁６５の弁体の開度がエンジン１の加速状態とは無関係に全開しているもの（図３に一点鎖線で示すもの）に比して、ターボチャージャ５により過給された吸入空気の過給圧がピーク値Ｐ１に達する時間が早くなって、このピーク値Ｐ１に達する際の最小エンジン回転数Ｎｅ１までのエンジン回転数の立ち上がりも早くなり、エンジン１の加速時に十分な排気ガスエネルギーが得られていることが判る。
【００４１】
また、エンジンＥＣＵ４は、図４に示すように、エンジン１の加速状態を終えてからエンジン回転数がスロットル開度センサ２７による低負荷状態に相当する回転数Ｎｅ２（例えば１２００ｒｐｍ）よりも小さくなったことが検出された状況下、例えばアイドリング回転時または低負荷走行時などの状況下では、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が閉塞されるように制御しているものの、ベアリングハウジング温度センサ６７によるベアリングハウジング５６の近似温度が、タービンシャフト５５のオイルコーキング保証限界温度Ｔｃ（例えば２００°Ｃ）、具体的にはタービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキング保証限界温度Ｔｃに達したことが検出されると、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が開放されるように制御している。このとき、エンジン回転数が上記回転数Ｎｅ２（例えば１２００ｒｐｍ）よりも小さい状況下において、ベアリングハウジング温度センサ６７によりベアリングハウジング５６の温度がオイルコーキング保証限界温度Ｔｃを下回ったことが検出されると、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が閉側に制御される。この場合、タービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキング保証限界温度Ｔｃは、ベアリングハウジング５６の近似温度としてエンジンＥＣＵ４のＲＯＭ４２に予め記憶されている。
【００４２】
更に、エンジンＥＣＵ４は、図５に示すように、エンジン１の冷間始動時に冷却水温センサ６４により検出されたバイパス通路６２の冷却水の温度が暖機完了温度Ｔｄ（例えば７０°Ｃ）に達するまでの間、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全閉となるように制御している。そして、エンジン１の冷間始動時に冷却水温センサ６４により検出されたバイパス通路６２の冷却水の温度が暖機完了温度Ｔｄ（例えば７０°Ｃ）に達したときに、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全開側に向かって徐々に開放されるように制御している。
【００４３】
したがって、上記実施形態では、エンジン加速状態検出手段２０によりエンジン１の加速状態が検出、つまり、スロットル開度が所定開度以上（例えば８０％以上）であり、かつ、吸気管２５内での吸入空気の過給圧がピーク値Ｐ１に達する際の最小エンジン回転数Ｎｅ１までエンジン回転数が達していないとき、エンジンＥＣＵ４によって、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全閉となるように制御されている。これにより、エンジン１の加速時にタービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８に対する冷却水の流通が禁止され、この冷却水によるタービンハウジング５１の温度低下が抑制される。この結果、エンジン１の加速時には十分な排気ガスエネルギーが得られ、過給圧の立ち上がりが早くなり、エンジン１の加速時の過渡レスポンスを向上させることができる。
【００４４】
一方、エンジン回転数が上記最小エンジン回転数Ｎｅ１に達したとき、エンジンＥＣＵ４によって、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全開側に向かって徐々に開放するように制御されているので、エンジン１の加速時にタービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８に対する冷却水の流通を電動式流量制御弁６５の弁体の全閉への制御により禁止していても、スロットル開度が所定開度以上（例えば８０％以上）であるときにエンジン回転数が最小エンジン回転数Ｎｅ１に達すれば、それ以上の過給圧の上昇が望めないため、電動式流量制御弁６５の弁体の開度を開側に制御してタービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８に冷却水を流通させてタービンハウジング５１を冷却すればよく、これによって、エンジン１の加速時の過渡レスポンスを確保しつつ、タービンハウジング５１の耐久性を図ることができる。
【００４５】
また、エンジン１の加速状態を終えてからエンジン回転数がスロットル開度センサ２７による低負荷状態に相当する回転数Ｎｅ２（例えば１２００ｒｐｍ）よりも小さくなったことが検出された状況下、例えばアイドリング回転時または低負荷走行時などの状況下において、電動式流量制御弁６５の弁体の開度はエンジンＥＣＵ４によって閉側に制御されるものの、ベアリングハウジング温度センサ６７によるベアリングハウジング５６の近似温度が、タービンシャフト５５のオイルコーキング保証限界温度Ｔｃ（例えば２００°Ｃ）、具体的にはタービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキング保証限界温度Ｔｃに達したことが検出されると、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が開放されるように制御している。これにより、低負荷状態に相当する回転数Ｎｅ２以下のエンジン回転数であるとき、つまりアイドリング回転時または低負荷走行時などに、エンジン１の加速状態でのタービンハウジング５１やタービンホイール５２からの熱伝導により加熱されてタービンシャフト５５のオイルコーキング保証限界温度Ｔｃに達するベアリングハウジング５６が、タービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８に対して流通する冷却水によって冷却され、タービンシャフト５５のオイルコーキング保証限界温度Ｔｃから速やかに温度低下する。この結果、エンジン１の加速状態を終えてからのアイドリング回転時または低負荷走行時などにおけるタービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキングを防止することができる。
【００４６】
一方、エンジン回転数が上記回転数Ｎｅ２（例えば１２００ｒｐｍ）よりも小さいアイドリング回転時または低負荷走行時などの状況下において、ベアリングハウジング温度センサ６７によりベアリングハウジング５６の近似温度が、タービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキング保証限界温度Ｔｃを下回ったことが検出されたとき、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が閉側に制御されるので、ベアリングハウジング５６の近似温度がオイルコーキング保証限界温度Ｔｃを下回れば、タービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８への冷却水の流通が遮断されてタービンハウジング５１の冷却が禁止され、ベアリングハウジング５６の温度が加速に備えた最適な温度に保たれることになる。これにより、アイドリング回転時または低負荷走行時などの状況下からのエンジン１の加速時の過渡レスポンスを保証しつつ、タービンシャフト５５とタービンホイール５２側の軸受メタル５６２との間でのオイルコーキングを防止することができる。
【００４７】
更に、エンジン１の冷間始動時に冷却水温センサ６４により検出されたバイパス通路６２の冷却水の温度が暖機完了温度Ｔｄ（例えば７０°Ｃ）に達するまでの間、エンジンＥＣＵ４によって、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全閉となるように制御されているので、低温始動直後にエンジン１により加温された低温（暖機完了温度に達する前の温度）の冷却水が、熱容量の大きなタービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８に対して流通することにより熱を奪われることが回避されて、バイパス通路６２を循環することになり、エンジン１の冷間始動時の暖機性能を向上させることができる上、バイパス通路６２のヒータコア６３の昇温性能を図ることができる。
【００４８】
一方、エンジン１の冷間始動時に冷却水温センサ６４により検出されたバイパス通路６２の冷却水の温度が暖機完了温度Ｔｄ（例えば７０°Ｃ）に達したときに、エンジンＥＣＵ４によって、電動式流量制御弁６５の弁体の開度が全開側に向かって徐々に開放されるように制御されるので、暖機完了温度Ｔｄまで加温された冷却水がタービンハウジング５１内部のハウジング内冷却水通路５８へ流通し、エンジン１の加速に備えてタービンハウジング５１を冷却水によって加温しておくことができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、自動車用ディーゼルエンジンに搭載されたターボチャージャ５に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、ガソリンエンジン等にも適用可能である。また、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。
【００５０】
また、上記実施形態では、エンジン回転数センサ２４およびスロットル開度センサ２７によってエンジン加速状態検出手段２０を構成したが、負荷状態検出手段としてのスロットル開度センサに代えてアクセル開度検出手段を用い、このアクセル開度検出手段とエンジン回転数センサとによりエンジン加速状態検出手段が構成されていてもよい。また、スロットル開度センサ、アクセル開度検出手段およびエンジン回転数センサによりエンジン加速状態検出手段が構成されていてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、エンジン１の加速状態を終えてからのアイドリング回転時または低負荷走行時などの状況下でのベアリングハウジング５６の近似温度に応じて電動式流量制御弁６５の弁体の開度を開側または閉側に制御したが、エンジンの加速状態を終えてからのエンジン停止時といった状況下でのベアリングハウジングの近似温度に応じて電動式流量制御弁の弁体の開度が開側または閉側に制御されるようにしてもよい。
【００５２】
更に、上記実施形態では、タービンハウジング５１を冷却するための冷却媒体としてエンジン１の冷却水を用いたが、エンジン冷却水に限定されるものではなく、エンジンオイルや燃料等を冷却媒体として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの過給機システムを示す縦断面図である。
【図２】エンジンＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジン回転数、吸入空気の過給圧、排気ガスの温度、および電動式流量制御弁の弁体の開度の特性を示すタイムチャート図である。
【図４】エンジン回転数、ベアリングハウジングの近似温度、および電動式流量制御弁の弁体の開度の特性を示すタイムチャート図である。
【図５】冷却水の温度、および電動式流量制御弁の弁体の開度の特性を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
【００５４】
１        エンジン
２０      エンジン加速状態検出手段
２４      エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
２７      スロットル開度センサ（負荷状態検出手段）
４        エンジンＥＣＵ（制御手段）
５        ターボチャージャ（過給機）
５１      タービンハウジング
５２      タービンホイール
５４      コンプレッサホイール
５５      タービンシャフト
５８      ハウジング内冷却水通路（冷却媒体流通路）
５９      導入配管（流通路）
６１      導出配管（流通路）
６２      バイパス通路
６４      冷却水温センサ（冷却水温検出手段）
６５      電動式流量制御弁（流量制御弁）
６６      弁体開度センサ（開度検出手段）
６７      ベアリングハウジング温度センサ（ベアリングハウジング温度検出手段）
Ｎｅ１    過給圧がピーク値に達する際の最小エンジン回転数
Ｎｅ２    低負荷状態に相当するエンジン回転数
Ｐ１      過給圧のピーク値
Ｔｃ      オイルコーキング保証限界温度
Ｔｄ      暖機完了温度
【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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