(57)【要約】【課題】ターボ式過給システムの過給効率を向上させることができるターボ式過給システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】コンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａの間の距離ｄを取得する。取得したその距離ｄが所定の範囲Ｒから外れた場合に、すべり軸受５及び供給装置６に形成されて、互いに独立する二系統の油圧管路１２ａ、１２ｂのうちの一方の油圧管路１２ａの油圧Ｐａを他方の油圧管路１２ｂの油圧Ｐｂよりも強めて、シャフト４を軸方向に移動して、コンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａの間の距離ｄを所定の範囲Ｒに保持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンと、一端部に前記コンプレッサのコンプレッサインペラが固定され、他端部に前記タービンのタービンインペラが固定されたシャフトと、このシャフトを軸支するすべり軸受と、このすべり軸受に潤滑油を供給する供給装置とを備えるターボ式過給システムにおいて、
前記すべり軸受及び前記供給装置は、互いに独立する二系統の油圧管路を有し、一方の油圧管路の圧力が他方の油圧管路の圧力よりも強まると前記シャフトが軸方向に移動する構造を成し、
前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を取得する距離取得装置と、この距離取得装置及び前記供給装置に接続される制御装置とを備え、
前記距離取得装置が取得した距離に基づいて、前記制御装置により、前記二系統の油圧管路の油圧をそれぞれ調節して、前記コンプレッサインペラの羽根先及び前記コンプレッサハウジングの内壁の間の距離を所定の範囲に保持する制御を行う構成にしたことを特徴とするターボ式過給システム。
【請求項２】
前記所定の範囲は、前記コンプレッサインペラの回転速度が上限且つ熱膨張が上限の場合の前記コンプレッサインペラの羽根先及び前記コンプレッサハウジングの内壁の間の距離である基準値に基づいて設定され、
前記保持する制御は、前記距離取得装置が取得した距離と前記基準値との差分に基づいて、その差分を減らす制御である請求項１に記載のターボ式過給システム。
【請求項３】
前記距離取得装置は、前記コンプレッサインペラの回転速度が上限且つ熱膨張が上限の場合に前記コンプレッサインペラの羽根先及び前記コンプレッサハウジングの内壁のうちの最も近接する部位を監視する請求項１又は２に記載のターボ式過給システム。
【請求項４】
内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンと、一端部に前記コンプレッサのコンプレッサインペラが固定され、他端部に前記タービンのタービンインペラが固定されたシャフトと、このシャフトを軸支するすべり軸受と、このすべり軸受に潤滑油を供給する供給装置とを備えるターボ式過給システムの制御方法において、
前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を取得し、
取得したその距離が所定の範囲から外れた場合に、前記すべり軸受及び前記供給装置に形成されて、互いに独立する二系統の油圧管路のうちの一方の油圧管路の油圧を他方の油圧管路の油圧よりも強めて、前記シャフトを軸方向に移動して、前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を前記所定の範囲に保持することを特徴とするターボ式過給システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボ式過給システム及びターボ式過給システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のターボチャージャに適用される回転軸のスラスト方向の移動を規制するスラスト軸受装置に関して、回転軸のスラスト方向の移動の規制のために、給油通路を２つの給油口へと分岐させて、油圧を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０３８０８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボ式過給システムにおいては、コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離（以下、クリアランスという）を可能な限り小さくすることで、過給効率が高まることが知られている。
【０００５】
ターボ式過給システムにおいては、上記の特許文献１に記載の技術のように回転軸のスラスト方向（軸方向）の移動が規制されている。従って、クリアランスは、高速回転と熱膨張によるコンプレッサインペラの変形を考慮して設定されている。
【０００６】
それ故、クリアランスは、低回転時や低温時に最大限に広がることになり、低回転時や低温時の過給効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本開示の目的は、ターボ式過給システムの過給効率を向上させることができるターボ式過給システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムは、内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンと、一端部に前記コンプレッサのコンプレッサインペラが固定され、他端部に前記タービンのタービンインペラが固定されたシャフトと、このシャフトを軸支するすべり軸受と、このすべり軸受に潤滑油を供給する供給装置とを備えるターボ式過給システムにおいて、前記すべり軸受及び前記供給装置は、互いに独立する二系統の油圧管路を有し、一方の油圧管路の圧力が他方の油圧管路の圧力よりも強まると前記シャフトが軸方向に移動する構造を成し、前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を取得する距離取得装置と、この距離取得装置及び前記供給装置に接続される制御装置とを備え、前記距離取得装置が取得した距離に基づいて、前記制御装置により、前記二系統の油圧管路の油圧をそれぞれ調節して、前記コンプレッサインペラの羽根先及び前記コンプレッサハウジングの内壁の間の距離を所定の範囲に保持する制御を行う構成にしたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムの制御方法は、内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンと、一端部に前記コンプレッサのコンプレッサインペラが固定され、他端部に前記タービンのタービンインペラが固定されたシャフトと、このシャフトを軸支するすべり軸受と、このすべり軸受に潤滑油を供給する供給装置とを備えるターボ式過給システムの制御方法において、前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を取得し、取得したその距離が所定の範囲から外れた場合に、前記すべり軸受及び前記供給装置に形成されて、互いに独立する二系統の油圧管路のうちの一方の油圧管路の油圧を他方の油圧管路の油圧よりも強めて、前記シャフトを軸方向に移動して、前記コンプレッサインペラの羽根先及びコンプレッサハウジングの内壁の間の距離を前記所定の範囲に保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、ターボ式過給システムの過給効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ターボ式過給システムの実施形態を例示する側面図である。
【図２】すべり軸受及び供給装置を例示する図である。
【図３】図２のすべりプレートをＸ断面視で例示する図である。
【図４】ターボ式過給システムの制御方法を示す制御フローを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態のターボ式過給システム１及びターボ式過給システムの制御方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のターボ式過給システム１は、コンプレッサ２と、タービン３と、シャフト４と、すべり軸受５と、供給装置６とを備えて構成される。コンプレッサ２は、エンジン（内燃機関）の吸気通路７に配置されて、吸気通路７からコンプレッサ２に流入する吸気Ａを圧縮（過給）する装置である。タービン３は、エンジンの排気通路８に配置されて、排気通路８からタービン３に流入する排気ガスＧのエネルギーにより回転駆動する装置である。シャフト４は、その一端部にコンプレッサ２のコンプレッサインペラ９が固定されるとともに、他端部にタービン３のタービンインペラ１０が固定されて、タービン３の回転動力をコンプレッサ２に伝達する装置である。すべり軸受５は、シャフト４を軸支するとともに、シャフト４の軸方向の動きを規制する装置である。供給装置６は、すべり軸受５に潤滑油Ｏを供給する装置である。
【００１４】
コンプレッサインペラ９は、コンプレッサ２のコンプレッサハウジング１１の内部に配置され、シャフト４を回転軸とする複数の翼型形状の羽根で構成されて、シャフト４の外周に取り付けられる部材である。コンプレッサハウジング１１は、コンプレッサ２の外形を構成して、その内部にコンプレッサインペラ９等の各種部材を備える部材（筐体）である。タービンインペラ１０は、タービン３のタービンハウジングの内部に配置され、シャフト４を回転軸とする複数の翼型形状の羽根で構成されて、シャフト４の外周に取り付けられる部材である。タービンハウジングは、タービンの外形を構成して、その内部にタービンインペラ１０等の各種部材を備える部材（筐体）である。
【００１５】
本実施形態では、図２に示すように、すべり軸受５及び供給装置６は、互いに独立する二系統の油圧管路１２ａ、１２ｂを有する。油圧管路１２ａはタービン３側に近い油圧管路（一方の油圧管路）であり、油圧管路１２ｂはコンプレッサ２側に近い油圧管路である。また、すべり軸受５は、その内部にすべりプレート１３と、オイル排出部１４とを有する。また、供給装置６は、オイルコントロールバルブ１５と、ポンプ１６と、オイルタンク１７とを有する。
【００１６】
油圧管路１２ａは、オイルコントロールバルブ１５のタービン３側の出口からすべりプレート１３のタービン３側の側面を経由してオイル排出部１４に至るまでの管路である。油圧管路１２ａを通過する油Ｏの一部は、タービン３側の側面に滞留してすべりプレート１３にコンプレッサ２側の軸方向の力を与える。
【００１７】
油圧管路１２ｂは、オイルコントロールバルブ１５のコンプレッサ２側の出口からすべりプレート１３のコンプレッサ２側の側面を経由してオイル排出部１４に至るまでの管路である。油圧管路１２ｂを通過する油Ｏの一部は、コンプレッサ２側の側面に滞留してすべりプレート１３にタービン３側の軸方向の力を与える。
【００１８】
一方の油圧管路１２ａの圧力Ｐａが他方の油圧管路１２ｂの圧力Ｐｂよりも強まると、すべりプレート１３が軸方向のうちのコンプレッサ２の側に移動する。その結果、すべり軸受５とすべり軸受５に連結するシャフト４も軸方向のうちのコンプレッサ２の側に移動する。また、一方の油圧管路１２ａの圧力Ｐａが他方の油圧管路１２ｂの圧力Ｐｂよりも弱まると、すべりプレート１３が軸方向のうちのタービン３の側に移動する。その結果、すべり軸受５とすべり軸受５に連結するシャフト４も軸方向のうちのうちのタービン３の側に移動する。
【００１９】
すべりプレート１３は、シャフト４に連結して、その軸方向に略垂直な方向に延在する板状部材である。図３に示すように、すべりプレート１３には、その軸方向の両側面に溝１３ａが形成されており、オイルコントロールバルブ１５を通過した油Ｏがこの両側面の溝１３ａを通過して、オイル排出部１４まで流れる。両側面の溝１３ａを通過する油Ｏはすべりプレート１３に軸方向の力を与える。オイル排出部１４は、すべり軸受５の筐体に形成されて、油圧管路１２ａ、１２ｂを通過した油Ｏをすべり軸受５の筐体の外部へと排出する部位である。オイルコントロールバルブ１５は、すべり軸受５の外部に配置されて、ポンプ１６からオイルコントロールバルブ１５に流入した油Ｏを一方の油圧管路１２ａまたは他方の油圧管路１２ｂのいずれかに流出させる装置である。ポンプ１６は、すべり軸受５の外部に配置されて、オイルタンク１７に貯留した油Ｏの一部をオイルコントロールバルブ１５まで圧送する装置である。オイルタンク１７は、すべり軸受５の外部に配置されて、油Ｏを貯留する装置である。
【００２０】
本実施形態のターボ式過給システム１には、距離取得装置としてクリアランスセンサ１８が備わる。クリアランスセンサ１８は、コンプレッサハウジング１１の内壁１１ａに配置されて、コンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａとの距離ｄを取得する装置である。クリアランスセンサ１８は、コンプレッサインペラ１０が変形した場合のコンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａのうちの最も近接する部位を監視するように配置されることが好ましい。コンプレッサインペラ１０が変形した場合としては、コンプレッサインペラ１０の回転速度が上限且つその熱膨張が上限の場合が例示される。なお、上限とは、故障時等を除いて、意図的に設定されることを意味する。
【００２１】
本実施形態のターボ式過給システム１には、図１、図２に示すように、制御装置１９が備わる。制御装置１９は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置１９は、クリアランスセンサ１８等の各種センサや、供給装置６（オイルコントロールバルブ１５及びポンプ１６）等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。
【００２２】
本実施形態のターボ式過給システム１では、制御装置１９が、クリアランスセンサ１８が取得した距離ｄに基づいて、二系統の油圧管路１２の油圧をそれぞれ調節して、コンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａの間の距離ｄを所定の範囲Ｒに保持する制御を行う。
【００２３】
所定の範囲Ｒは、コンプレッサインペラ１０が高速回転や熱膨張により変形しても内壁１１ａに接触しない範囲であり、コンプレッサインペラ１０の回転速度が上限且つその熱膨張が上限の場合のコンプレッサインペラ１０の羽根先及び内壁１１ａの間の距離である基準値ｄｃに基づいて設定される。所定の範囲Ｒは、下限値をｄ１、上限値をｄ２として、ｄ１＜ｄｃ＜ｄ２で表される範囲である。下限値ｄ１及び上限値ｄ２のそれぞれは、基準値ｄｃに対して構造的な誤差やクリアランスセンサ１８の計測誤差などを考慮して設定される値である。なお、基準値ｄｃをコンプレッサインペラ１０の羽根先及び内壁１１ａとの間が最も近接する値として、その基準値ｄｃを所定の範囲Ｒの下限値ｄ１としてもよい（所定の範囲Ｒは、ｄ１＝ｄｃ＜ｄ２で表される範囲）。
【００２４】
本実施形態におけるターボ式過給システム１の動作について説明する。まず、二系統の油圧管路１２ａ、１２ｂの各々を通過する油Ｏの流量Ｗａ、Ｗｂに関して、すべり軸受５によるシャフト４の軸方向の動きの規制に伴い、すべりプレート１３の軸方向の両側面を適切に冷却することが可能なようにする制御（通常の冷却制御）を行う。この通常の冷却制御は、エンジン運転中は継続的に行われる制御である。このようにすることで、すべりプレート１３は油Ｏにより適切に冷却されつつ、シャフト４の軸方向の動きは規制される。
【００２５】
その上で、さらに、制御装置１９に、制御の目標値として基準値ｄｃを予め設定しておく。そして、制御装置１９が、クリアランスセンサ１８が取得した距離ｄと基準値ｄｃとの差分に基づいて、この差分Δｄ（＝｜ｄ−ｄｃ｜）を減らす制御を行う。この制御は好ましくは差分Δｄをゼロとすることがよい。
【００２６】
本実施形態のターボ式過給システム１を基にした制御フローについて、言い換えれば、ターボ式過給システムの制御方法の一例について、図４を参照しながら説明する。図４に示す制御フローは、エンジンの運転中に周期的に行われる制御フローである。なお、この制御フローは、上述の通常の冷却制御が行われるのを前提とした制御フローである。
【００２７】
図４に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、クリアランスセンサ１８が取得値ｄを取得する。次いで、ステップＳ２０にて、クリアランスセンサ１８の取得値ｄが基準値ｄｃと一致するか否かを確認する。なお、このステップＳ２０は、取得値ｄが基準値ｄｃを基準とした所定の範囲Ｒに収まる場合は一致するとし、それ以外の場合は一致しないと判定してもよい。一致すると判定する場合（ＹＥＳ）は、リターンに進んで、本制御フローを終了する。一致しないと判定する場合（ＮＯ）は、ステップＳ３０に進む。
【００２８】
ステップＳ３０にて、クリアランスセンサ１８の取得値ｄが基準値ｄｃ（あるいは、所定の範囲Ｒ）より大きいか否かを判定する。大きいと判定する場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ４０に進み、小さいと判定する場合（ＮＯ）は、ステップＳ５０に進む。ステップＳ４０では、すべり軸受５及び供給装置６が有する、互いに独立する二系統の油圧管路１２ａ、１２ｂに関して、一方の油圧管路１２ａの圧力Ｐａを他方の油圧管路１２ｂの圧力Ｐｂよりも強めて、シャフト４を軸方向のうちのコンプレッサ２の側に移動する制御を行う。ステップＳ４０を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。一方、ステップＳ５０では、一方の油圧管路１２ａの圧力Ｐａを他方の油圧管路１２ｂの圧力Ｐｂよりも弱めて、シャフト４を軸方向のうちのタービン３の側に移動する制御を行う。ステップＳ５０を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００２９】
以上より、ターボ式過給システム１によれば、コンプレッサインペラ１０の温度に依らず、クリアランスセンサ１８の取得値ｄが所定の範囲Ｒ内になるように、すべり軸受５の軸方向の両側面の各々を通過する油Ｏの流量を互いに独立して調整する。その結果、すべり軸受５及びシャフト４は、取得値ｄが所定の範囲Ｒ内となるように軸方向に移動するので、コンプレッサインペラ１０の羽根先及びコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａとの間の距離を過給効率の高い状態に保持することができる。これにより、コンプレッサ２の低回転時や低温時のコンプレッサ２における過給効率を向上させることができる。
【００３０】
また、クリアランスセンサ１８の取得値ｄと基準値ｄｃとの差分が無くなるようにフィードバック制御を行うことで、取得値ｄが所定の範囲Ｒを外れて差分が大きくなっても取得値ｄを所定の範囲Ｒ内に維持しやすくなるので好ましい。なお、クリアランスセンサ１８に代えて、距離取得装置として、ターボ式過給システム１が搭載されるエンジンの運転状態（エンジン回転速度、過給圧、燃料噴射量など）に基づいて、コンプレッサ２の運転状態を監視して、そのコンプレッサ２の運転状態に基づいて、取得値ｄを予測して算出する装置を用いてもよい。このように取得値ｄを予測可能な装置を用いることで、フィードフォワード制御によりシャフト４を移動させて、所定値ｄを所定の範囲Ｒに収めることが可能になる。
【００３１】
また、クリアランスセンサ１８は、コンプレッサインペラ１０が変形した場合にその羽根先が内壁１１ａに最接近する部位を監視すると、コンプレッサインペラ１０の羽根先とコンプレッサハウジング１１の内壁１１ａとの接触を確実に回避することができるので好ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ターボ式過給システム
２  コンプレッサ
３  タービン
４  シャフト
５  すべり軸受
６  供給装置
７  吸気通路
８  排気通路
９  コンプレッサインペラ
１０  タービンインペラ
１１  コンプレッサハウジング
１１ａ  コンプレッサハウジングの内壁
１２  油圧管路
１２ａ  一方の油圧管路
１２ｂ  他方の油圧管路
１３  すべりプレート
１４  オイル排出部
１５  オイルコントロールバルブ
１６  ポンプ
１７  オイルタンク
１８  クリアランスセンサ（距離取得装置）
１９  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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