(57)【要約】【課題】高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを備えた内燃機関の過給装置に供給されるオイルの無駄な循環を抑制することができる潤滑システムを提供する。【解決手段】潤滑システムは、高圧ターボチャージャ４及び低圧ターボチャージャ５の両方にオイルを導く共用オイル通路３３と、内燃機関１にて駆動され、共用オイル通路３３にオイルを供給するメインオイルポンプ３０と、両ターボチャージャ４、５のうち高圧ターボチャージャ４のみにオイルを導く専用オイル通路３４と、内燃機関１にて駆動され、専用オイル通路３４にオイルを供給するサブオイルポンプ３１と、内燃機関１と両オイルポンプ３０、３１との間の動力伝達経路に設けられ、内燃機関１の低速時に両オイルポンプ３０、３１が駆動される低速状態に切り替えるとともに、内燃機関１の高速時にメインオイルポンプ３０のみが駆動される高速状態に切り替える切替機構３６と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを利用して内燃機関に対して過給仕事を行うとともに、過給仕事の配分が、前記内燃機関の低速時に前記高圧ターボチャージャが多く、前記内燃機関の高速時に前記低圧ターボチャージャが多くなるように構成された内燃機関の過給装置に適用され、
前記高圧ターボチャージャ及び前記低圧ターボチャージャの両方にオイルを導く共用オイル通路と、前記内燃機関にて駆動され、前記共用オイル通路にオイルを供給するメインオイルポンプと、前記高圧ターボチャージャ及び前記低圧ターボチャージャのうち前記高圧ターボチャージャのみにオイルを導く専用オイル通路と、前記内燃機関にて駆動され、前記専用オイル通路にオイルを供給するサブオイルポンプと、前記内燃機関と前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプの少なくともいずれか一方との間の動力伝達経路に設けられ、前記内燃機関の低速時に前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプの両方が駆動される低速状態に切り替えるとともに、前記内燃機関の高速時に前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプのうち前記メインオイルポンプのみが駆動される高速状態に切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする潤滑システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを備えた内燃機関の過給装置に適用される潤滑システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の全ての運転領域で作動する主ターボチャージャと、特定の運転領域で主ターボチャージャとともに作動する副ターボチャージャとを備えた内燃機関のツインターボシステムがある。このような過給機付き内燃機関として、副ターボチャージャに最適な量の潤滑油を提供するため、主ターボチャージャ及び副ターボチャージャに潤滑油を供給する通路と、副ターボチャージャに供給する潤滑油の量を制御するバルブと、副ターボチャージャの作動状態を検出するギャップセンサと、を備え、ギャップセンサが検出した副ターボチャージャの作動状態に基づいてバルブを制御するものが知られている（特許文献１）。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及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２８１５９号公報
【特許文献２】実開昭６２−２０１３６号公報
【特許文献３】実開昭６２−１９３１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを利用して内燃機関に対して過給仕事を行い、その過給仕事の配分が、内燃機関の低速時に高圧ターボチャージャが多く、内燃機関の高速時に低圧ターボチャージャが多くなるように構成されている過給装置がある。各ターボチャージャによる過給仕事の配分は内燃機関の回転速度に応じてこのように変化するため、内燃機関にて駆動されるオイルポンプを利用して低速時から高速時までの全運転領域で各ターボチャージャに十分なオイルを供給するには、低速時であっても高圧ターボチャージャに十分なオイルを供給できる高性能なオイルポンプを用意しなければならない。しかし、内燃機関の高速時においてはこうしたオイルポンプの性能が過剰になり、リリーフされるオイルが増えるためオイルの無駄な循環を招いてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを備えた内燃機関の過給装置に供給されるオイルの無駄な循環を抑制することができる潤滑システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の潤滑システムは、高圧ターボチャージャと、低圧ターボチャージャとを利用して内燃機関に対して過給仕事を行うとともに、過給仕事の配分が、前記内燃機関の低速時に前記高圧ターボチャージャが多く、前記内燃機関の高速時に前記低圧ターボチャージャが多くなるように構成された内燃機関の過給装置に適用され、前記高圧ターボチャージャ及び前記低圧ターボチャージャの両方にオイルを導く共用オイル通路と、前記内燃機関にて駆動され、前記共用オイル通路にオイルを供給するメインオイルポンプと、前記高圧ターボチャージャ及び前記低圧ターボチャージャのうち前記高圧ターボチャージャのみにオイルを導く専用オイル通路と、前記内燃機関にて駆動され、前記専用オイル通路にオイルを供給するサブオイルポンプと、前記内燃機関と前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプの少なくともいずれか一方との間の動力伝達経路に設けられ、前記内燃機関の低速時に前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプの両方が駆動される低速状態に切り替えるとともに、前記内燃機関の高速時に前記メインオイルポンプ及び前記サブオイルポンプのうち前記メインオイルポンプのみが駆動される高速状態に切り替える切替手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
この潤滑システムによれば、内燃機関の低速時には、サブオイルポンプが駆動するので、高圧ターボチャージャの仕事の配分が多い低速において専用オイル通路から高圧ターボチャージャに対して十分なオイルが供給される。このため、低速時であっても高圧ターボチャージャに十分なオイルを供給できる高性能なオイルポンプをメインオイルポンプとして使用する必要がないので、リリーフされるオイルの量が抑制される。また、内燃機関の高速時には、メインオイルポンプによって高圧ターボチャージャ及び低圧ターボチャージャにオイルが供給される一方で、サブオイルポンプは駆動されない。このため、高圧ターボチャージャに対する過剰なオイルの供給が抑制される。これにより、低速時にはリリーフされるオイルを抑制しつつ仕事の配分が多い高圧ターボチャージャに適切なオイルの供給を行うことができる一方で、高速時には高圧ターボチャージャへの過剰なオイル供給を抑制しつつ仕事の配分が多い低圧ターボチャージャに適切なオイルの供給を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、説明したように、本発明によれば、各ターボチャージャに対して適切なオイルを供給できるため、オイルの無駄な循環を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係る潤滑システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示した図。
【図２】ターボチャージャの回転数と内燃機関の回転数との関係を示した図。
【図３】本発明の一形態に係る潤滑システムが適用された内燃機関の過給装置のオイルの流れを説明するための図。
【図４】本発明の一形態に係る切替機構の拡大模式図。
【図５】油圧と内燃機関の回転数との関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の一形態に係る潤滑システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示した図である。車両の走行用動力源として搭載される内燃機関１には過給装置３が設けられている。過給装置３は、高圧ターボチャージャ４と、高圧ターボチャージャ４より容量が大きい低圧ターボチャージャ５と、を備えている。機関本体６から延びる排気通路７には、上流に高圧ターボチャージャ４のタービン８が、下流に低圧ターボチャージャ５のタービン９が、それぞれ設けられている。また、機関本体６に接続している吸気通路１０には、上流に低圧ターボチャージャ５のコンプレッサ１１が、下流に高圧ターボチャージャ４のコンプレッサ１２が、それぞれ設けられている。図１の一点鎖線矢印１４は吸気の流れを、実線矢印１５は排気の流れをそれぞれ示している。各タービン８、９とコンプレッサ１１、１２とは、それぞれ同軸的に接続されており、排気で駆動されるタービン８、９によってコンプレッサ１１、１２は駆動される。
【００１１】
排気通路７には、高圧ターボチャージャ４のタービン８の上流と低圧ターボチャージャ５のタービン９の上流とを接続し、高圧ターボチャージャ４のタービン８を迂回する第１バイパス通路１８と、低圧ターボチャージャ５のタービン９を迂回する第２バイパス通路１９とが設けられている。また、第１バイパス通路１８にはバルブ２０が、第２バイパス通路１９にはバルブ２１が、それぞれ設けられている。これらのバルブ２０、２１の開閉により各タービン８、９を流れる排気の流量が調整されて各ターボチャージャ４、５の過給仕事の配分が調整される。バルブ２０、２１の動作は、不図示のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ＥＣＵは、例えば、内燃機関１が低速で運転されているときにはバルブ２０を閉じ側に、バルブ２１を開き側にそれぞれ制御し、内燃機関１が高速で運転されているときにはバルブ２０を開き側に、バルブ２１を閉じ側にそれぞれ制御する。これにより、過給装置３は、高圧ターボチャージャ４と低圧ターボチャージャ５との過給仕事の配分が、内燃機関１の低速時に高圧ターボチャージャ４が多く、内燃機関１の高速時に低圧ターボチャージャ５が多くなるように構成される。
【００１２】
図２は、ターボチャージャ４、５の回転数と内燃機関１の回転数との関係を示した図である。各ターボチャージャ４、５は、ＥＣＵにバルブ２０、２１の動作を制御されることによって、図２に表すような関係を示す。図２の一点鎖線２５は高圧ターボチャージャ４を、実線２６は低圧ターボチャージャ５を、それぞれ示している。いずれのターボチャージャ４、５も内燃機関１の回転数が増加するに従って一定の回転数まで増加し、その後は内燃機関１の回転数が増加してもターボチャージャ４、５の回転数が減少する放物状の傾向を示している。しかし、高圧ターボチャージャ４は内燃機関１が低速から中速になるに従って回転数を増加させているのに対して、低圧ターボチャージャ５は内燃機関１が中速から高速になるに従って回転数を増加させている点が相違している。このため、高圧ターボチャージャ４と低圧ターボチャージャ５との間の過給仕事の配分が、内燃機関１の低速時には１：０となり、一点鎖線２５と実線３６とが交差する点の前後、つまり、内燃機関１の中速時には１：０から０：１の間で変化し、内燃機関１の高速時には０：１となっている。
【００１３】
図３は過給装置３のオイルの流れを説明するための図である。図３に示すように、機関本体６には、メインオイルポンプ３０と、サブオイルポンプ３１とが設けられている。過給装置３には、これらのオイルポンプ３０、３１によりオイルが供給される。メインオイルポンプ３０には、高圧ターボチャージャ４と、低圧ターボチャージャ５とにオイルを導く共用オイル通路３３が接続されている。サブオイルポンプ３１には、各ターボチャージャ４、５のうち高圧ターボチャージャ４のみにオイルを導く専用オイル通路３４が接続されている。なお、各オイル通路３３、３４を利用して各ターボチャージャ４、５以外の内燃機関１の各部にオイルを供給してもよい。各オイルポンプ３０、３１は、機関本体６に設けられた不図示のオイルパンから汲み上げたオイルを各オイル通路３３、３４に供給する。また、各オイル通路３３、３４は、オイルパンまで延びており、オイルパンまで導かれたオイルは再循環に使用される。各オイルポンプ３０、３１は内燃機関１にて駆動される。内燃機関１と各オイルポンプ３０、３１との間の動力伝達経路には、切替手段としての切替機構３６が設けられている。
【００１４】
図４は切替機構３６を拡大して模式的に示した図である。切替機構３６は、内燃機関１の動力を各オイルポンプに伝達するベルト伝達機構３７と、この機構３７の動力伝達経路を切り替える切替シリンダ３８とを備えている。ベルト伝達機構３７は、クランクシャフト４２に設けられ、クランクシャフト４２により駆動されるクランクシャフトプーリ４３と、サブオイルポンプ３１に動力を伝達するサブオイルポンプ駆動プーリ４６と、可動プーリ４７と、補助プーリ４９と、これらのプーリ４３、４６、４７に巻き掛けられるベルト５０と、を備えている。可動プーリ４７は、サブオイルポンプ駆動プーリ４６の上方の伝達位置からクランクシャフトプーリ４３の上方の非伝達位置まで不図示のガイドに沿って移動可能に構成されている。補助プーリ４９は、可動プーリ４７がサブオイルポンプ駆動プーリ４６の上方に位置する状態においてベルト５０がサブオイルポンプ駆動プーリ４６に巻き掛けられ、クランクシャフトプーリ４３の動力がサブオイルポンプ駆動プーリ４６に伝達されるようにサブオイルポンプ駆動プーリ４６の下方に設けられている。これにより、切替機構３６は、可動プーリ４７が伝達位置にある状態では可動プーリ４７を介してクランクシャフトプーリ４３の動力をサブオイルポンプ駆動プーリ４６に伝達し、可動プーリ４７が非伝達位置にある状態ではクランクシャフトプーリ４３の動力をサブオイルポンプ駆動プーリ４６に伝達しないように構成されている。
【００１５】
切替シリンダ３８内には、切替シリンダ３８内を第１空間５２と、第２空間５３とに分けるピストン５４が設けられている。可動プーリ４７は接続部材５５によりピストン５４に接続されている。ピストン５４は、切替シリンダ３８内を移動可能であり、切替シリンダ５４の移動に伴って接続部材５５を介して可動プーリ４７を移動させるように構成されている。また、切替シリンダ３８内には、可動プーリ４７が伝達位置に位置するようにピストン５４を付勢するバネ５６が第１空間５２に設けられている。第２空間５３には共用オイル通路３３が接続されている。このため、第２空間５３にもメインオイルポンプ３０からオイルが供給される。これにより、切替シリンダ３８は、メインオイルポンプ３０から供給されるオイルの油圧が低い場合には、バネ５６の付勢により可動プーリ４７が伝達位置に位置するようにピストン５４を移動させ、メインオイルポンプ３０から供給されるオイルの油圧が高くなりバネ５６の弾性力を上回った場合には、第２空間５３内の油圧により可動プーリ４７が非伝達位置に位置するようにピストン５４を移動させるように構成されている。
【００１６】
メインオイルポンプ３０は内燃機関１にて駆動されているので、メインオイルポンプ３０が供給する油圧は、内燃機関１の回転数が上昇するに従って上昇する。このため、ピストン５４は、内燃機関１が低速の場合には可動プーリ４７を伝達位置に、内燃機関１が高速の場合には可動プーリ４７を非伝達位置に移動させる。つまり、切替機構３６は、内燃機関１の低速時にメインオイルポンプ３０及びサブオイルポンプ３１が駆動される低速状態となるように動力伝達経路を切り替えるとともに、内燃機関１の高速時にメインオイルポンプ３０及びサブオイルポンプ３１のうちメインオイルポンプ３０のみが駆動される高速状態となるように動力伝達経路を切り替える。図４の二点鎖線５８は、切替機構３６が高速状態にある場合を示している。この切替機構３６によれば、メインオイルポンプ３０及びサブオイルポンプ３１が内燃機関１にて駆動されるため、これらのポンプ３０、３１を駆動させるための駆動源を別途設ける必要がない。また、切替機構３６は、内燃機関１の回転数に応じて変化するメインオイルポンプ３０の油圧を利用して、油圧が高いときには高速状態になるように動力伝達経路を切り替えるとともに、油圧が低いときには低速状態になるように動力伝達経路を切り替えるように構成されている。これにより、内燃機関１の低速時には低速状態に動力伝達経路を切り替えるとともに、内燃機関１の高速時には高速状態に動力伝達経路を切り替えることができるので、高速状態と低速状態とを切り替えるために別途制御手段を設ける必要がない。
【００１７】
図５は、オイルポンプが供給するオイルの油圧と内燃機関の回転数との関係を示した図である。メインオイルポンプ３０が供給するオイルの油圧は、実線６０で示すように、内燃機関１の回転数が上昇するに従って上昇する。但し、メインオイルポンプ３０には適正な油圧を維持するために所定のリリーフ圧以上で開放される不図示のリリーフバルブが設けられている。図５の破線６１はリリーフ圧を示している。リリーフ圧を超えた場合には、リリーフバルブからオイルパンにオイルが戻されるので、右斜線６２で示す領域では無駄なオイルの循環が発生している。
【００１８】
過給装置３の各ターボチャージャ４、５は、図２に示すように、過給仕事の配分が互いに異なっている。高圧ターボチャージャ４は、内燃機関１の低速時に過給仕事の配分が高いため、内燃機関１が低回転数のときから高圧ターボチャージャ４にオイルを供給する必要がある。このために内燃機関の低速時から高圧ターボチャージャに十分なオイルを供給できる高性能なオイルポンプをメインオイルポンプとして使用した場合には、内燃機関の低速時から油圧が高くなるため、図５の一点鎖線６３で示すように、内燃機関の低速時からリリーフ圧を超えてしまい、内燃機関１の低速時からオイルパンに戻されるリリーフオイルが発生してしまう。このため、内燃機関１の低速時から高速時までのほとんどの領域でリリーフオイルの発生を招いてしまう。これにより、高性能なオイルポンプをメインオイルポンプとして使用した場合には、図５の左斜線６４で示した領域が、実線６０の場合と比べて無駄なオイルの循環として増えてしまう。
【００１９】
この形態によれば、内燃機関１の低速時には低速状態に切り替えられ、サブオイルポンプ３１から高圧ターボチャージャにオイルが供給されるので、内燃機関１の低速時に過給仕事の配分が多い高圧ターボチャージャ４に対して低速時から適切なオイルの供給を行うことができる。これにより、内燃機関１の低速時から高い油圧を確保できる高性能なオイルポンプをメインオイルポンプ３０として使用しなくてよいので、無駄なオイルの循環の増加を抑制することができる。また、内燃機関１の高速時には、メインオイルポンプ３０によって高圧ターボチャージャ４及び低圧ターボチャージャ５に適切なオイルの供給がされる一方で、サブオイルポンプ３１が駆動しない高速状態となるので、高圧ターボチャージャ４への過剰なオイルの供給が抑制される。このため、内燃機関１の低速時にはリリーフオイルを抑制しつつ高圧ターボチャージャ４に適切なオイルの供給をすることができるとともに、内燃機関１の高速時には高圧ターボチャージャ４への過剰なオイルの供給を抑制しつつ高圧ターボチャージャ４及び低圧ターボチャージャ５に適切なオイルを供給することができる。これにより、各ターボチャージャ４、５に対して適切なオイルを供給できるため、オイルの無駄な循環を抑制することができる。
【００２０】
但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述の形態では、切替手段として切替機構３６を採用しているが、内燃機関と各オイルポンプとの間の動力伝達経路に設けられ、低速状態と高速状態とを切り替えることができる限りにおいて、切替手段はこのような構成に限定されるものではない。例えば、動力伝達経路を低速状態と高速状態との間で切り替えるように動作するクラッチ機構を設け、内燃機関の回転速度に応じてこのクラッチ機構の動作を制御することにより本発明を実施してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  内燃機関
３  過給装置
４  高圧ターボチャージャ
５  低圧ターボチャージャ
３０  メインオイルポンプ
３１  サブオイルポンプ
３３  共用オイル通路
３４  専用オイル通路
３６  切替機構（切替手段）
【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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