(57)【要約】【課題】内燃機関の減速時にターボチャージャの動作音が異音として顕在化することを抑制できるターボチャージャを提供する。【解決手段】内燃機関１のターボチャージャ５は、内燃機関１が出力する動力によって加圧されたオイルを回転軸１５に対して噴射可能なオイル噴射ノズル３０と、回転軸１５に設けられ、オイル噴射ノズル３０にて噴射されたオイルを受け止めて回転軸１５の回転に抵抗を与える羽根部１９とを備え、内燃機関１が減速したときには羽根部１９にオイルが噴射されるようにオイル噴射ノズル３０を制御する一方、内燃機関１が加速したときには羽根部１９にオイルが噴射されないようにオイル噴射ノズル３０を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとが回転軸によって連結されている内燃機関のターボチャージャにおいて、
前記内燃機関が出力する動力によって加圧されたオイルを前記回転軸に対して噴射可能なオイル噴射手段と、
前記回転軸に設けられ、前記オイル噴射手段にて噴射されたオイルを受け止めて前記回転軸の回転に抵抗を与える衝突部と、
前記内燃機関が減速したときには前記衝突部にオイルが噴射されるように前記オイル噴射手段を制御する一方、前記内燃機関が加速したときには前記衝突部にオイルが噴射されないように前記オイル噴射手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとが回転軸によって連結されている内燃機関のターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは内燃機関が停止しても慣性により回転し続けるのでオイルの供給不足により異音が発生する場合がある。こうした内燃機関の停止時におけるターボチャージャの異音発生を防止するため、例えば、内燃機関の停止時に電動オイルポンプを作動させてオイル供給を継続させるようにしたターボチャージャのオイル供給システムが知られている（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又は３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２３６２６号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１０６２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の回転速度が低下しても、ターボチャージャの回転速度は慣性により直ちに低下せずに、内燃機関の回転速度の低下から遅れて徐々に低下する。内燃機関の回転速度が低下するのに伴って内燃機関が静かになるので、ターボチャージャの動作音が異音として顕在化し易い。特許文献１のシステムにおいては、内燃機関停止時のオイル供給不足を補うことができるだけであり、異音として認識されるターボチャージャの動作音を完全に消すことはできない。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の減速時にターボチャージャの動作音が異音として顕在化することを抑制できるターボチャージャ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】
本発明の内燃機関のターボチャージャは、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとが回転軸によって連結されている内燃機関のターボチャージャにおいて、前記内燃機関が出力する動力によって加圧されたオイルを前記回転軸に対して噴射可能なオイル噴射手段と、前記回転軸に設けられ、前記オイル噴射手段にて噴射されたオイルを受け止めて前記回転軸の回転に抵抗を与える衝突部と、前記内燃機関が減速したときには前記衝突部にオイルが噴射されるように前記オイル噴射手段を制御する一方、前記内燃機関が加速したときには前記衝突部にオイルが噴射されないように前記オイル噴射手段を制御する制御手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
この内燃機関のターボチャージャによれば、内燃機関が減速されたときに、オイル噴射手段から衝突部にオイルが噴射されるので、回転軸の回転に抵抗を与えることができる。これにより、内燃機関の回転速度の低下に対応させてターボチャージャの回転速度を早期に低下させることができる。このため、内燃機関の減速時にターボチャージャの動作音が異音として顕在化することを抑制できる。また、内燃機関が加速されたときには、衝突部にオイルが噴射されないので、加速に際して回転軸に不要な抵抗が発生することを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、説明したように、本発明によれば、回転軸の回転に抵抗を与える衝突部が設けられ、内燃機関が減速したときに衝突部にオイルが噴射されるので、内燃機関の回転速度の低下に対応させてターボチャージャの回転速度を早期に低下させることができる。これにより、内燃機関の減速時にターボチャージャの動作音が異音として顕在化することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係るターボチャージャ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拡大断面図。
【図３】ターボチャージャの要部の拡大断面図。
【図４】図３のIV−IV線に関する断面図。
【図５】本発明のＥＣＵが実行するオイル噴射制御のフローチャートの一例を示す図。
【図６】騒音のレベルと時間との関係を示す図。
【図７】スロットル開度と時間との関係を示す図。
【図８】内燃機関の回転速度と時間との関係及びターボチャージャの回転速度と時間との関係を示す図。
【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ターボチャージャ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。内燃機関１は、不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関１の機関本体２には吸気通路３と排気通路４とが接続されている。吸気通路３には上流から下流に向かってターボチャージャ５のコンプレッサ６と、開度により吸気量を調整可能なスロットル７とが設けられている。スロットル７の開度に応じて内燃機関１の回転速度が加速又は減速される。スロットル７の開度は内燃機関の運転状態を適正に制御するためのコンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８によって制御される。ＥＣＵ８はスロットル７に設けられた開度センサ９からスロットル７の開度情報を取得する。一方、内燃機関１の排気通路４にはターボチャージャ５のタービン１０が設けられている。
【００１１】
図２はターボチャージャ５の拡大断面図である。タービン１０にはタービンハウジング１１内にタービンホイール１２が設けられている。一方、コンプレッサ６にはコンプレッサハウジング１３内にコンプレッサホイール１４が設けられている。タービンホイール１２とコンプレッサホイール１４とは回転軸１５によって接続されている。タービンホイール１２は排気によって駆動され、このタービンホイール１２と同軸的に接続されたコンプレッサホイール１４はタービンホイール１２の回転によって駆動される。回転軸１５は軸受ハウジング１６に挿入され、回転軸１５の外周には２つのボールベアリング１７、１８が嵌め合わされている。回転軸１５はボールベアリング１７、１８によって回転軸１５の軸線Ａｘを中心として回転自在に支持されている。
【００１２】
図３は、ターボチャージャ５の要部の拡大断面図である。回転軸１５には、両ボールベアリング１７、１８の間に衝突部としての複数の羽根部１９が設けられている。羽根部１９は回転軸１５から半径方向に突起し、軸線Ａｘ方向に広がって矩形形状に形成されている。図４は、図３のIV−IV線に関する断面図を示している。図４に示すように、複数の羽根部１９は、回転軸１５の外周に沿って互いに等間隔に６つ設けられている。
【００１３】
また、図３に示すように、ボールベアリング１７、１８は、回転軸１５上に嵌め合わされる内輪１７ａ、１８ａと、それらの外側に配置される外輪１７ｂ、１８ｂと、内外輪間に配置される多数のボール２２と、を備えたアンギュラコンタクト型のボールベアリングである。各ボールベアリング１７、１８の内輪１７ａ、１８ａと羽根部１９との間にはそれぞれ内輪スペーサとしてのスリーブ２５ａ、２５ｂが設けられている。ボールベアリング１７、１８のそれぞれの外輪１７ｂ、１８ｂは、ホルダ２７に嵌め合わされている。ホルダ２７と回転軸１５との間には一定の隙間があけられており、この隙間よりも羽根部１９が突起する高さは短いため、ボールベアリング１７、１８がホルダ２７に嵌め合わされた状態でも羽根部１９によって回転軸１５の回転が邪魔されない。ホルダ２７は、軸受ハウジング１６に形成されたハウジング孔２８に嵌め合わされている。ホルダ２７と軸受ハウジング１６との間には微小量の隙間２９が設けられている。
【００１４】
軸受ハウジング１６の上部には、回転軸１５の軸線Ａｘと直交する方向から羽根部１９に対してオイルを噴射するオイル噴射手段としてのオイル噴射ノズル３０が設けられている。オイル噴射ノズル３０の先端には噴射孔３０ａが設けられている。噴射孔３０ａはホルダ２７と回転軸１５との間の隙間に開口しており、この噴射孔３０ａからオイルが噴射される。図２に示すように、オイル噴射ノズル３０にはオイル通路３１が接続されており、オイル通路３１の上流には不図示のオイルポンプと、バルブ３２とが設けられている。このオイルポンプは内燃機関１が出力する動力を利用して機械的に駆動され、オイルポンプによってオイル通路３１内のオイルが加圧される。図４の実線矢印３３はオイルが噴射される方向を、一点鎖線矢印３４は羽根部１９の回転方向、つまり回転軸１５の回転方向を、それぞれ示している。この図から明らかなように、加圧されたオイルはオイル噴射ノズル３０から噴射され、羽根部１９の回転方向の正面１９ａに衝突する。羽根部１９は正面１６ａで噴射されたオイルを受け止めることにより回転方向と逆方向の力を受ける。これにより回転軸１５の回転に抵抗を発生させることができる。オイル噴射ノズル３０は、バルブ３２の開閉動作によってオイルを噴射する状態とオイルの噴射を停止する状態とが切り替えられる。このバルブ３２の動作はＥＣＵ８によって制御される。
【００１５】
図３に示すように、ホルダ２７の外周には、一対の円周溝３６が形成されている。これらの円周溝３６は、ホルダ２７の外周を一周するように設けられている。ホルダ２７には、各円周溝３６からホルダ２７と回転軸１５との間の隙間まで達する導入孔３７が形成されている。導入孔３７は、ボールベアリング１７にオイルを導入するためのものである。導入孔３７の軸線は内輪１７ａとスリーブ２５ａとの合わせ面にオイルが吹き付けられるように斜めに傾けられている。隙間２９には不図示のオイル供給路が接続されており、このオイル供給路から隙間２９及び導入孔３７にオイルが供給される。これにより隙間２９にはオイルダンパが形成される。ホルダ２７の下部には、ホルダ２７と回転軸１５との間の隙間からオイルを排出するためのドレン孔３８が一対の円周溝３６の間に形成されている。軸受ハウジング１６には、ドレン孔３８と位置を合わせるようにして軸受ハウジングドレン孔３９が形成されている。
【００１６】
ＥＣＵ８は、各種センサから出力された信号を参照しつつ所定のプログラムに従ってスロットル７の開度及びオイル噴射ノズル３０のバルブ３２の開閉動作の制御を実行する。図５は、ＥＣＵ８が実行するオイル噴射制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ８に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００１７】
ＥＣＵ８は、図５のステップＳ１において、オイル噴射条件を満たすか否かを判定する。図６は、騒音のレベルと時間との関係を示す図である。図６の実線４５はターボチャージャ５の作動に伴う騒音レベルを、破線４６は内燃機関１の運転に伴う騒音レベルを、それぞれ示している。内燃機関１が減速されると時間の経過とともに騒音レベルは急速に下がっている。これに対してターボチャージャ５の回転速度は、内燃機関１の回転速度が低下しても、慣性により直ちに低下せずに、内燃機関１の回転速度の低下から遅れて徐々に低下するため、内燃機関１と比べて騒音レベルは緩やかに下降している。このため、実線４５と破線４６とが交わって騒音レベルが逆転している図６の斜線で示す領域４７ではターボチャージャ５の作動音が異音として認識される場合がある。つまり、内燃機関１の回転速度が急速に低下してターボチャージャ５の回転速度の低下と差が発生し、かつ、内燃機関１の回転速度が、内燃機関１の騒音レベルとターボチャージャ５の騒音レベルとが逆転する一定の回転数以下となった場合にターボチャージャ５の作動音が異音として認識され得る。このため、オイル噴射条件は減速条件及び内燃機関１の回転速度条件の２つの条件により判定され、これら２つの条件の両方を満たす場合にオイル噴射条件が満たされたと判定され、２つの条件のいずれか一方でも満たさない場合にはオイル噴射条件は満たされていないと判定される。
【００１８】
減速条件は、開度センサ９からスロットル７の開度の変化情報を検出し、ｄα／ｄｔ＞−βの条件を満たすか否かにより判定される。また、内燃機関１の回転速度条件は所定の限界値Ｖ以下であるか否かにより判定される。ここで、ｄαはスロットル７の開度の微小変化を、ｄｔは時間の微小変化を、β及びＶは異音ありと判定される又は、作動音が異音として顕在化する所定の限界値を、それぞれ示している。つまり、ステップＳ１では、内燃機関１の回転速度に所定値βよりも大きな減速が生じており、かつ、内燃機関１の回転速度が所定の限界値Ｖ以下であるか否かを判定する。このため、例えば、Ｖが１０００ｒｐｍの場合に、減速条件βで回転速度２０００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに減速された場合にはオイル噴射条件が満たされるが、同じ減速条件βであっても回転速度５０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍに減速された場合にはオイル噴射条件が満たされたとは判定されない。ステップＳ１の判定が否定的判定の場合には、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、オイル噴射ノズル３０からオイルの噴射が停止されるようにバルブ３２を制御して今回のルーチンを終了する。
【００１９】
一方、ステップＳ１の判定が肯定的判定の場合には、ステップＳ２に進む。図７はスロットル開度と時間との関係を示した図である。図７では、スロットル７の開度をαとし、スロットル７の開度αが閉じられた後、再び開かれていく状態を実線４８で示している。図７の点４９はｄα／ｄｔ＞−βの条件を満たす点を示している。
【００２０】
ステップＳ２では、オイル噴射ノズル３０からオイルの噴射がされているか否かを判定する。この判定が肯定的判定の場合には、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２の判定が否定的判定の場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、オイル噴射ノズル３０から羽根部１９にオイルの噴射が開始されるようにバルブ３２を制御してステップＳ３に進む。ステップＳ３では、スロットル７の開度の変化情報を検出し、ｄα／ｄｔ＞０の条件を満たすか否か、つまり、内燃機関１の回転速度に加速が生じているか否かを判定する。この判定が否定的判定の場合には今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ３の判定が肯定的判定の場合にはステップＳ４に進む。図７の点５０はｄα／ｄｔ＞０の条件を満たす点を示している。ステップＳ４では、オイル噴射ノズル３０からオイルの噴射が停止されるようにバルブ３２を制御して今回のルーチンを終了する。
【００２１】
図８は、回転速度と時間との関係についてターボチャージャ５と内燃機関１とを対比して示した図である。図８の上のグラフには実線５１でターボチャージャ５の回転速度と時間との関係を示し、図８の下のグラフには実線５２で内燃機関１の回転速度と時間との関係を示している。図８に示すように、内燃機関１には２秒経過時点で減速がかかり、一定の速度で回転速度が低下している。これに対して、ターボチャージャ５は内燃機関１に減速がかかった後も慣性で回転が続くため回転速度が内燃機関１よりも緩やかに減少する傾向を示し、一定の回転速度まで減速するのに約８秒かかっている。内燃機関１が一定の回転速度となるまで減速した後にターボチャージャ５が慣性で回転を続けている領域、即ち、図８の矢印５３で示す領域はターボチャージャ５の状態が不安定な領域となる。ターボチャージャ５の状態が不安定な領域では、隙間２９の存在により回転軸１５に偏心が生じやすくなる。回転軸１５に偏心が生じた場合には、ホルダ２７と軸受ハウジング１６との間で接触が生じて異音を発生させる場合がある。また、回転軸１５に偏心が生じていない場合にも内燃機関１の回転速度が既に一定の回転速度まで減速しており、騒音レベルが低下しているので、ターボチャージャ５の作動音が車室内に伝わりやすくなり、この作動音が異音として顕在化し易い。
【００２２】
この形態によれば、内燃機関１に一定の条件を満たす減速が生じ、内燃機関１の回転速度が所定の限界値以下となればオイル噴射ノズル３０から羽根部１９にオイルが噴射される。オイル噴射ノズル３０から噴射されたオイルは羽根部１９の回転方向の正面１６ａに衝突し、羽根部１９、つまり、回転軸１５に回転方向と逆方向の力を発生させるので、内燃機関１の回転速度の低下に対応させて回転軸１５の回転速度を早期に低下させることができる。図８の上のグラフの破線５４は羽根部１９にオイルが噴射された場合の回転速度と時間との関係を示している。実線５１と破線５４とを比較すると、羽根部１９にオイルが噴射されるまでは同様の傾向を示しているが、内燃機関１の回転速度が所定の限界値以下となりオイルが噴射されると急速に回転速度が低下し、約４秒経過時点で一定の回転速度まで減速している。つまり、羽根部１９にオイルが噴射されることによってターボチャージャ５の回転速度が一定速度まで減速する時間が大幅に短縮されている。これにより、ターボチャージャ５が不安定となる領域を大幅に解消することができるので、内燃機関１の減速時に異音が発生することを抑制できるとともに、ターボチャージャ５の作動音が異音として顕在化することを抑制できる。また、内燃機関１が停止される際には、既にターボチャージャ５の回転速度が低下しているので、内燃機関１が停止された後にターボチャージャ５が慣性で回転することにより生じる異音の発生が抑制される。
【００２３】
また、オイル噴射ノズル３０が噴射するオイルの加圧には内燃機関１の動力が利用されるので、オイルを噴射するために別途オイルポンプを用意する必要がない。さらに、内燃機関１が停止された後に生じる異音の発生が抑制されるので、内燃機関１の停止後にオイル供給不足により生じるターボチャージャ５の異音の発生を防止するために、別途電動オイルポンプ等を用意する必要もない。このため、部品点数の増加を抑えることができる。また、オイル噴射ノズル３０からのオイルの噴射は内燃機関１が加速条件を満たすと停止され、不要な場合に回転軸１５に回転方向と逆方向の力を生じさせないので、加速に際して回転軸に不要な抵抗が発生することを抑制することができる。バルブ３２と、ＥＣＵ８とが連携することによりバルブ３２とＥＣＵ８との組み合わせが本発明に係る制御手段として機能する。
【００２４】
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、衝突部として羽根部１９が回転軸１５に設けられているが、オイル噴射手段から噴射されたオイルを受け止めて回転軸の回転に抵抗を与えることができる限りにおいて、このような構成に限定されるものではない。例えば、衝突部は回転軸に設けられた凹部であってもよいし、回転軸の一部を断面が三角形となるように形成し、その部分を衝突部としてもよい。また、衝突部は回転軸と一体的に形成されたものでもよいし、別部材としてもよい。また、上述の形態では、内燃機関１が加速条件を満たした場合には、オイル噴射ノズル３０から羽根部１９に対するオイルの噴射を停止しているが、加速に際して回転軸に抵抗を発生しない限りにおいて、このような構成に限定されるものではない。例えば、オイル噴射手段からの噴射量を減少させて衝突部には当たらない程度にオイルの噴射を継続してもよいし、衝突部には当たらない方向にオイル噴射手段の噴射方向を変えてもよい。このような場合には、衝突部にはオイルが噴射されないが、回転軸へのオイルの噴射が継続されているので、回転軸の回転に抵抗を生じさせずに回転軸を潤滑等することができる。また、上述の形態では、減速条件及び内燃機関１の回転速度条件の２つの条件をともに満たした場合にオイル噴射条件が満たされたと判定している。これによりターボチャージャに異音が発生する場合又はターボチャージャの作動音が異音として認識される場合に効果的にオイル噴射を実行しているが、内燃機関の回転速度が所定の限界値以下となる条件を省略し、内燃機関が減速したときにオイル噴射条件が満たされたと判定してもよい。この場合にも内燃機関の減速時にターボチャージャの動作音が異音として顕在化することを抑制できる。
【００２５】
なお、参考例になるが、オイル噴射手段の換わりにジェット穴を設け、衝突部に向けて高圧の空気を導入する構成も考えられる。この構成は、圧縮された空気をタンクに溜めておき制御バルブの開閉を制御することで必要に応じて空気が噴射されるようにすることで実現される。この場合にもターボチャージャの回転速度を早期に低下させることができるので、内燃機関の減速にともなう異音の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  排気通路
５  ターボチャージャ
６  コンプレッサ
８  ＥＣＵ（制御手段）
１０  タービン
１５  回転軸
１９  羽根部（衝突部）
３０  オイル噴射ノズル（オイル噴射手段）
３２  バルブ（制御手段）
Ａｘ  軸線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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