(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサホイールおよび該コンプレッサホイールの外周側に設けられる渦室を含むコンプレッサと、
前記コンプレッサホイールに連結されるタービンホイールを含むタービンと、
軸受台と前記タービンホイールとの間の空間と、前記コンプレッサの前記渦室と、を連通する空気通路に設けられ、開度が調整可能な制御弁と、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記回転数が低回転数領域に含まれるとき、前記制御弁の前記開度を全開状態とし、
前記低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき前記制御弁の前記開度を前記全開状態よりも小さくする
ように構成されたことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記コントローラは、前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力が上限値以下になるように前記制御弁の前記開度を制御するように構成された請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記回転数を検出するための回転数センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記回転数に対応する前記制御弁の開度指令値を規定する相関関係に前記回転数センサの検出結果を当てはめて、前記制御弁の第１開度指令値を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機。
【請求項４】
前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力を検出するための圧力センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記圧力センサの検出結果と前記空間の目標圧力との偏差に基づいて、前記制御弁の第２開度指令値を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の過給機。
【請求項５】
前記制御弁は、少なくとも前記過給機の運転停止時において、全閉になるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の過給機。
【請求項６】
前記コンプレッサホイールおよび前記タービンホイールの間に設けられ、前記コンプレッサホイール及び前記タービンホイールの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受を収容するための軸受台と、
前記タービンにおける作動流体流路、および、前記空間の間に設けられる第１シールと、
前記軸受台の内部空間と前記空間との間に設けられる第２シールと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の過給機。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の過給機における前記制御弁を制御するためのコントローラであって、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたことを特徴とする過給機用制御弁のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、過給機及び過給機用制御弁のコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、コンプレッサ渦室の高い圧力の空気を、ハウジングに設けたシールエア供給穴とタービンディスク側面の空間部とを連通するシールエア通路を通してタービンディスク側面に供給するようにした排気ガスタービン過給機が開示されている。かかる過給機は、シールエア供給穴とシールエア通路との連通部に、該シールエア通路内を摺動し、コンプレッサ渦室内が負圧のときには自重により降下して連通部を遮断するが、コンプレッサ渦室内が正圧のときには該正圧により上昇して連通部を解放するピストンが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第２５５２２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された過給機では、渦室内が正圧のときには該正圧によりピストンが上昇して連通部を全開にするので、過給機の高速運転時（コンプレッサホイール及びタービンホイールが高回転数にて回転している状態）において渦室内が高圧になると軸受台とタービンホイールとの間の空間の圧力も高圧となる。その結果、該空間内の空気は外部に漏れて損失となり、過給機の効率的な運転を阻害する。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、過給機の高速運転時において、軸受台とタービンホイールとの間の空間からの空気の漏れ流れを抑制することができる過給機及び過給機用制御弁のコントローラ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】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
コンプレッサホイールおよび該コンプレッサホイールの外周側に設けられる渦室を含むコンプレッサと、
前記コンプレッサホイールに連結されるタービンホイールを含むタービンと、
軸受台と前記タービンホイールとの間の空間と、前記コンプレッサの前記渦室と、を連通する空気通路に設けられ、開度が調整可能な制御弁と、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたコントローラと、
を備える。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて、制御弁の開度を制御する。これにより、過給機の運転状態（回転数）に応じて制御弁の開度が適切に調節され、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。よって、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機の運転効率を向上させることができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記コントローラは、前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力が上限値以下になるように前記制御弁の前記開度を制御するように構成される。
上記（２）の構成によれば、コントローラは、軸受台とタービンホイールとの間の圧力が上限値以下となるように制御弁の開度を制御する。よって、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇を抑制することができる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。
【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記コントローラは、
前記回転数が低回転数領域に含まれるとき、前記制御弁の前記開度を全開状態とし、
前記低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき、前記制御弁の前記開度を前記全開状態よりも小さくする
ように構成される。
上記（３）の構成によれば、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数が低回転数領域に含まれるとき、制御弁の開度を全開状態とする。よって、回転数が低回転数領域に含まれるときには、制御弁の開度が全開となり、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力が上昇する。これにより、タービンホイールのスラストバランスが適正に保たれる。一方、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数が高回転数領域に含まれるとき、制御弁の開度を全開状態よりも小さくする。よって、回転数が高回転数領域に含まれるときには回転数が上昇しても、コントローラによる制御弁の開度制御の結果、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇が抑制される。これにより、回転数が高回転数領域に含まれるときでも、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇を抑制し、前記空間からの空気の漏れ損失を低減できる。
【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れか一つの構成において、
前記回転数を検出するための回転数センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記回転数に対応する前記制御弁の開度指令値を規定する相関関係に前記回転数センサの検出結果を当てはめて、前記制御弁の第１開度指令値を算出するように構成される。
尚、相関関係は、回転数と制御弁の開度指令値の関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。
上記（４）の構成によれば、コントローラは、回転数に対応する制御弁の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサの検出結果を当てはめて、制御弁の第１開度指令値を算出する。よって、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力を適正な範囲内に維持するための前記相関関係を予め求めておけば、上記（４）の構成により過給機の高速運転時において制御弁を適切に制御し、前記空間における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間からの空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。
【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）の何れか一つの構成において、
前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力を検出するための圧力センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記圧力センサの検出結果と前記空間の目標圧力との偏差に基づいて、前記制御弁の第２開度指令値を算出するように構成される。
上記（５）の構成によれば、コントローラは、圧力センサの検出結果と空間の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁の第２開度指令値を算出する。例えば、圧力センサの検出結果が空間の目標圧力よりも低いときに第２開度指令値を増大させ、圧力センサの検出結果が空間の目標圧力よりも高いときに第２開度指令値を減少させる。これにより、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力を高精度に制御し、前記空間における過剰な圧力上昇を抑制できる。この結果、過給機の高速運転時における前記空間からの空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。
【００１２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）の何れか一つの構成において、
前記制御弁は、少なくとも前記過給機の運転停止時において、全閉になるように構成される。
上記（６）の構成によれば、制御弁は、少なくとも過給機の運転停止時において、全閉になる。よって、少なくとも過給機の停止時においてタービンホイールの背面側の空間から渦室に空気が流入（逆流）することはない。これにより、少なくとも過給機の停止時において、コンプレッサホイール及びタービンホイールの軸受を潤滑する潤滑油が前記空間（軸受台とタービンホイールとの間の空間）から渦室に流入するのを防止できる。
【００１３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）の何れか一つの構成において、
前記コンプレッサホイールおよび前記タービンホイールの間に設けられ、前記コンプレッサホイール及び前記タービンホイールの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受を収容するための軸受台と、
前記タービンにおける作動流体流路、および、前記空間の間に設けられる第１シールと、
前記軸受台の内部空間と前記空間との間に設けられる第２シールと、
をさらに備える。
上記（７）の構成によれば、タービンにおける作動流体流路と前記空間（軸受台とタービンホイールとの間の空間）の間は第１シールでシールされ、軸受台の内部空間と前記空間の間は第２シールでシールされる。渦室の圧力が十分に高い場合、制御弁が開いて渦室からの高圧空気が前記空間に流れ込む。このとき、高温の作動流体が流れるタービンの作動流体流路、または、軸受の潤滑油が存在する軸受台の内部空間に比べて、これらとシール（第１シール及び第２シール）によって隔てられた前記空間の圧力は高くなる。よって、前記空間から高圧空気がシール（第１シール及び第２シール）を介して僅かに漏れ出ることによって、高温の作動流体や潤滑油が前記空間に侵入することを防止できる。
一方、上記（１）において上述したように、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて制御弁の開度を制御するコントローラを設けたので、前記空間の圧力の過剰上昇を抑制し、前記空間からの高圧空気の漏れ損失を抑制することができる。
【００１４】
（８）幾つかの実施形態では、本発明の少なくとも一実施形態にかかる過給機用制御弁のコントローラは、
上記（１）から（７）の何れか一つの過給機における前記制御弁を制御するためのコントローラであって、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成される。
上記（８）の構成によれば、過給機用制御弁のコントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて、制御弁の開度を制御する。よって、過給機の運転状態（回転数）に応じて制御弁の開度が適切に調節されるので、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機の運転効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、過給機の高速運転時において、軸受台とタービンホイールとの間の空間からの空気の漏れ流れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る過給機の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る過給機の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】一実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間の圧力及び制御弁の開度との関係を概略的に示す図である。
【図４】他の実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間の圧力及び制御弁の開度との関係を概略的に示す図である。
【図５】一実施形態に係る過給機のコントローラの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る過給機１（１Ａ）の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、本発明の他の実施形態に係る過給機１（１Ｂ）の構成を概略的に示す断面図である。また、図３は、一実施形態に係るコンプレッサホイール２１の回転数と該回転数に対応する空間４１の圧力及び制御弁５の開度との関係を概略的に示す図である。図４は、他の実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間４１の圧力及び制御弁５の開度との関係を概略的に示す図である。図５は、図２に示す過給機１Ｂのコントローラの構成を示すブロック図である。ここでは、舶用のディーゼルエンジンに用いられる過給機１（１Ａ，１Ｂ）を例に説明するが、過給機１の用途及び内燃機関の種別はこれに限られるものではない。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る過給機１は、内燃機関（例えば、舶用のディーゼルエンジン）が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高めるためのものである。本実施形態に係る過給機１は、内燃機関から排出された排気ガスの内部エネルギーを利用して圧縮された空気を内燃機関に送り込むように構成されている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る過給機１（１Ａ，１Ｂ）は、コンプレッサ２、タービン３、回転軸７１、軸受台７３及びコントローラ６を備えている。
コンプレッサ２は、ホイール２１（コンプレッサホイール２１）および該コンプレッサホイール２１の外周側に設けられる渦室２２を含んで構成され、タービン３は、コンプレッサホイール２１に連結されるホイール３１（タービンホイール３１）を含んで構成されている。尚、コンプレッサホイール２１又はタービンホイール３１の回転数は、過給機１（１Ａ，１Ｂ）に設けられた回転数センサ８１によって検出されるようになっている。図１及び２に示す例示的な実施形態では、回転数センサ８１は、コンプレッサホイール２１に近接して設けられ、コンプレッサホイール２１の回転数を検出するように構成されている。
回転軸７１は、一端部がコンプレッサホイール２１に接続されるとともに、他端部がタービンホイール３１に接続されている。
軸受台７３は、コンプレッサ２とタービン３との間に配置され、軸受台７３とコンプレッサ２（コンプレッサケーシング２３）、軸受台７３とタービン３（タービンケーシング３３）は、それぞれ締結部材（例えば、ボルト）で締結され、一体的に構成されている。
【００２１】
図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、上述したコンプレッサホイール２１は、ハブ２１１と、該ハブ２１１の外周に設けられた複数のブレード２１２（翼）とを有しており、コンプレッサホイール２１の軸線と同一軸線上に設けられた回転軸７１の一端部に設けられている。
こうした構成を有するコンプレッサホイール２１は、ケーシング２３（コンプレッサケーシング２３）内に収容されている。ケーシング２３（コンプレッサケーシング２３）には、上述した渦室２２がコンプレッサホイール２１の周囲に形成されている。図１及び図２に例示する実施形態では、渦室２２は、コンプレッサホイール２１の軸線を中心として断面積が徐々に減少するボリュート状に設けられている。
また、コンプレッサケーシング２３には、吸入流路２４及びディフューザ２５が設けられている。吸入流路２４は、コンプレッサホイール２１に空気を吸入するための流路であり、コンプレッサホイール２１の軸線を中心とする円筒状に形成され、その基端側にコンプレッサホイール２１が収容され、その反対側となる先端側に吸入口２４１が設けられている。ディフューザ２５は、コンプレッサホイール２１を通過した圧縮空気を減速することで静圧を回復する静翼であり、吸入流路２４と渦室２２との間に設けられている。
【００２２】
また、図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、上述したタービンホイール３１は、ハブ部３１１と、該ハブ部３１１の外周に設けられる複数のブレード３１２（翼）とを有しており、上述した回転軸７１のコンプレッサホイール２１と反対側となる他端部に設けられている。また、図１及び図２に例示する実施形態では、タービン３は、タービンホイール３１を回転可能に収容するケーシング３３（タービンケーシング３３）を含んで構成される。タービンケーシング３３には、作動流体流路３４（排気ガス流路）を規定する環状壁面３５が設けられる。そして、該環状壁面３５には、タービンケーシング３３に収容されたタービンホイール３１のブレード３１２のシュラウド面が対向している。
【００２３】
また、図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、軸受台７３とタービンホイール３１との間には空間４１が形成されている。図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１において、空間４１は、軸受台７３とタービンホイール３１のハブ部３１１、及び、軸受台７３と回転軸７１により規定される。
尚、図２に示す例示的な実施形態では、過給機１Ｂは、空間４１の圧力を検出するための圧力センサ８２を備えている。幾つかの実施形態において、圧力センサ８２の検出結果は、図５を用いて後述するようにコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いられる。
【００２４】
軸受台７３とタービンホイール３１のハブ部３１１との間は第１シール７４でシールされ、軸受台７３と回転軸７１との間は第２シール７５でシールされる。図１及び２に示す例示的な実施形態では、第１シール７４及び第２シールは、凹凸を複数組み合わせたラビリンスシールで構成される。
第１シール７４は、タービン３における作動流体流路３４と空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）との間に設けられ、第２シール７５は、軸受台７３の内部空間７６と空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）との間に設けられる。
【００２５】
上記構成によれば、コンプレッサケーシング２３に形成された渦室２２から空気通路４を通り空間４１に供給された空気は第１シール７４に供給され僅かに漏れ出る。よって、タービン３における作動流体流路３４と、軸受台７３とタービンホイール３１との間に規定される空間４１との間はシールされる。
同様に、上記構成によれば、コンプレッサケーシング２３に形成された渦室２２から空気通路４を通り空間４１に供給された空気は第２シール７５に供給され僅かに漏れ出る。よって、軸受台７３の内部空間７６と、軸受台７３とタービンホイール３１との間に規定される空間４１との間はシールされる。
【００２６】
軸受台７３は、軸受７２を備えるとともに、内部に空気通路４が形成される。
軸受７２は、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の回転軸７１を支持するものであり、図１及び２に示す例示的な実施形態では、コンプレッサホイール２１とタービンホイール３１との間に一対の軸受７２が設けられている。一対の軸受７２は、軸受台７３のコンプレッサケーシング２３に締結される端部（コンプレッサ側端部）と、タービンケーシング３３に連結される端部（タービン側端部）とにそれぞれ収容されている。これにより、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の回転軸７１が軸受台７３に回転可能に支持される。
空気通路４は、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１と、コンプレッサ２の渦室２２とを連通する通路であり、経路中には開度が調整可能な制御弁５が備えられている。
【００２７】
コントローラ６は、コンプレッサホイール２１の回転数に基づいて、制御弁５の開度を制御する。これにより、過給機１の運転状態（回転数）に応じて制御弁５の開度が適切に調節され、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。よって、過給機１の高速運転時における空間４１の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
尚、図１及び図２に示す例示的な実施形態では、コントローラ６は、上述の回転数センサ８１で検出したコンプレッサホイール２１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するように構成されているが、これに限られるものではなく、コントローラ６は、コンプレッサホイール２１に連結されたタービンホイール３１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するように構成してもよい。
【００２８】
上記構成によれば、渦室２２の圧力が十分に高い場合、制御弁５が開いて渦室２２からの高圧空気が前記空間４１に流れ込む。このとき、高温の作動流体が流れるタービン３の作動流体流路３４、または、軸受７２の潤滑油が存在する軸受台７３の内部空間７６に比べて、これらとシール（第１シール７４及び第２シール７５）によって隔てられた前記空間４１の圧力は高くなる。よって、前記空間４１から高圧空気がシール（第１シール７４及び第２シール７５）を介して僅かに漏れ出ることによって、高温の作動流体や潤滑油が前記空間４１に侵入することを抑制できる。
一方、コンプレッサホイール２１又はタービンホイール３１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するコントローラ６を設けたので、前記空間４１の圧力の過剰上昇を抑制し、前記空間４１からの高圧空気の漏れ損失を抑制することができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において、全閉になるように構成される。
上記構成によれば、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において、全閉になる。よって、少なくとも過給機１の停止時において軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１から渦室２２に空気が流入（逆流）することはない。これにより、少なくとも過給機１の停止時において、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の軸受を潤滑する潤滑油が前記空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）から渦室２２に流入するのを防止できる。
また、一実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において全閉となるように、コントローラ６によって開度制御される。他の実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において全閉となるように自律的に動作可能に構成される。この場合、制御弁５は、渦室２２側から空間４１側に向けての流れのみを許容する逆止弁としての機能を有し、過給機１の運転停止時において渦室２２内の圧力が低く、制御弁５の前後の差圧が小さいときには全閉となるように構成されていてもよい。
尚、制御弁５は、過給機１の運転停止時だけでなく、渦室２２内の圧力が比較的低いために空間４１から渦室２２への空気の逆流の可能性がある場合（例えば、過給機１の起動時）において全閉になるように構成されていてもよい。
【００３０】
図３及び図４に示すように、幾つかの実施形態では、コントローラ６は、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力が上限値以下になるように制御弁５の開度を制御するように構成される。
これにより、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制することができる。よって、過給機１の高速運転時における前記空間４１の過剰な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
【００３１】
図３に例示する実施形態では、制御弁５の開度を全開にしても空間４１の圧力が上限値未満であるような過給機１の回転数域（低回転数領域）においては制御弁５の開度を全開とし、制御弁５の開度が全開だと空間４１の圧力が上限値以上になってしまう過給機１の回転数域（高回転数領域）においては空間４１の圧力が上限値で一定となるように制御弁５の開度を制御する。このように制御弁５の開度を制御することにより、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に含まれるときに回転数の上昇に伴って空間４１の圧力が徐々に上昇し、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に対して高回転である高回転数領域に含まれるときに空間４１の圧力が上限値で一定となる。よって、過給機１の高速運転時における前記空間４１の過剰な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を効果的に低減することができる。
ここで、圧力の上限値は、過給機１の性能、空気通路４の通路径等により任意に設定可能であるが、第１シール７４及び第２シール７５から漏れる漏れ空気の量を勘案して設定することができる。
【００３２】
尚、コントローラ６は、例えば、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力を指標とし、該空間４１の圧力が上限値以下となるように制御弁５の開度を制御してもよいし、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力と相関を有するコンプレッサホイール２１（タービンホイール３１）の回転数を指標とし、該空間４１の圧力が上限値以下となるように制御弁５の開度を制御してもよい。
【００３３】
また、幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、コントローラ６は、回転数が低回転数領域に含まれるとき、制御弁５の開度を全開状態とし、低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき、制御弁５の開度を全開状態よりも小さくするように構成される。
これにより、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が低回転数領域に含まれるときには、制御弁５の開度が全開となり、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における圧力が回転数上昇に伴って増加する。これにより、タービンホイール３１のスラストバランスが適正に保たれる。一方、コントローラ６は、コンプレッサホイール２１の回転数が高回転数領域に含まれるとき、制御弁５の開度は全開状態よりも小さくなる。よって、過給機１の回転数が高回転数領域に含まれるときには回転数が上昇しても、コントローラ６による制御弁５の開度制御の結果、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における圧力上昇が抑制される。これにより、過給機１の回転数が高回転数領域に含まれるときでも、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１における圧力上昇を抑制し、前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減できる。
【００３４】
一実施形態では、図３及び図４に示すように、コントローラ６による制御弁５の開度制御は、回転数閾値Ｗ＊を境として、低回転数領域における制御弁５を全開とする制御と、後回転数領域における制御弁５の開度を全開状態よりも小さくする制御との間で切り替わるようになっている。
過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）の閾値Ｗ＊は、例えば、過給機１が搭載されるエンジンの機関負荷８０％〜９０％に相当する回転数で与えられる。尚、この閾値Ｗ＊はエンジンの仕様によって変化するものであり、本実施形態で適用される範囲に限定するものではない。
【００３５】
過給機１の回転数閾値Ｗ＊を上記範囲内に設定することで、適正なスラストバランスを実現するとともに、空間４１の過度な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減することができる。
【００３６】
図３及び図４に例示する実施形態では、コントローラ６は、回転数閾値Ｗ＊以下の低回転数領域（但し、制御弁５の前後差圧が十分でなく制御弁５が全閉状態となる極低回転数領域は除く）において制御弁５を全開状態に維持し、回転数閾値Ｗ＊よりも高い高回転数領域において回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。このように制御弁５の開度を制御することにより、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に含まれるときは空間４１の圧力が回転数上昇に伴って徐々に上昇してスラストバランスを適正に維持するとともに、コンプレッサホイール２１の回転数が高回転数領域に含まれるときは空間４１の過度な圧力上昇が抑制されて空気漏れ損失を低減できる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、回転数上昇に対する空間４１の圧力上昇レート（ｄＰ／ｄＷ）が低回転数領域よりも小さくなるように制御弁５の開度制御を行う。
図３に示す例示的な実施形態では、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、空間４１の圧力が上限値で一定に維持されるように（すなわち圧力上昇レートがゼロになるように）、回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。
これに対し、図４に示す例示的な実施形態では、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、少なくとも一部の回転数範囲（図４に示す例ではＷ＊＜Ｗ≦Ｗ１＜Ｗrated）において圧力上昇レートがゼロよりも大きく且つ低回転数領域における圧力上昇レートよりも低くなるように、回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。
【００３８】
尚、図３及び図４に示した空間４１の圧力Ｐと制御弁５の開度との関係は単なる例にすぎず、実際の過給機の仕様、空気通路４の断面積や形状等によって、図３及び図４に示したような関係にはならない場合があり得る。
例えば、図３において、制御弁５の開度が全開である低回転数領域において、空間４１の圧力Ｐが過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）Ｗに比例しているが、低回転数領域における空間４１の圧力Ｐは過給機１の回転数Ｗの一次関数によって表されない場合があってもよい。同様に、図３において、制御弁５の開度が全開状態よりも小さくなる高回転数領域において、空間４１の圧力Ｐを上限値で一定に維持するための制御弁５の開度が過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）Ｗの一次関数になっているが、高回転数領域における制御弁５の開度は過給機１の回転数Ｗの一次関数によって表されない場合があってもよい。
【００３９】
また、幾つかの実施形態では、図５に示すように、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出するように構成される。
【００４０】
例えば、図５に例示するように、コントローラ６は、第１指令値算出部６１を含んで構成される。第１指令値算出部６１は、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて第１開度指令値を算出するように構成されている。
尚、相関関係は、回転数と制御弁の開度指令値の関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。
【００４１】
上記構成によれば、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出する。よって、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１における圧力を適正な範囲内に維持するための前記相関関係を予め求めておけば、上記構成により過給機１の高速運転時において制御弁５を適切に制御し、前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
尚、上述した幾つかの実施形態では、コンプレッサホイール２１の回転数を検出するための回転数センサ８１をさらに備えるものとしたが、コンプレッサホイール２１に連結されたタービンホイール３１の回転数を検出するための回転数センサ（図示せず）を備えるものとしてもよい。
【００４２】
幾つかの実施形態では、過給機１Ｂの圧力センサ８２（図２参照）の検出結果をコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いる。
具体的には、図５に示すように、コントローラ６は、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成される。
【００４３】
図５に例示する実施形態では、コントローラ６は、第２指令値算出部６２を含んで構成される。第２指令値算出部６２は、第１指令値算出部６１と同様、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、圧力センサ８２の検出結果Ｐと空間４１の目標圧力Ｐ＊との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。
例えば、第２指令値算出部６２は、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御等のフィードバック制御により、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。
【００４４】
上記構成によれば、コントローラ６は、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出する。例えば、圧力センサ８２の検出結果が空間４１の目標圧力よりも低いときに第２開度指令値を増大させ、圧力センサ８２の検出結果が空間４１の目標圧力よりも高いときに第２開度指令値を減少させる。これにより、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１の圧力を高精度に制御し、前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
【００４５】
また、幾つかの実施形態では、過給機１Ｂの回転数センサ８１及び圧力センサ８２の検出結果の両方をコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いる。
具体的には、図５に示すように、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出するとともに、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成される。
【００４６】
図５に例示する実施形態では、コントローラ６は、第１指令値算出部６１と、第２指令値算出部６２とを含んで構成される。第１指令値算出部６１は、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて第１開度指令値を算出するように構成されている。第２指令値算出部６２は、第１指令値算出部６１と同様、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、圧力センサ８２の検出結果Ｐと空間４１の目標圧力Ｐ＊との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。そして、第１指令値算出部６１で算出された第１開度指令値と第２指令値算出部６２で算出された第２開度指令値とは加算するように構成されている。
これにより、回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて算出された第１開度指令値を圧力センサ８２の検出結果で算出された第２開度指令値で補正することになり、コンプレッサホイール２１の回転数及び空間４１の圧力に適合した開度で制御弁５が制御される。
【００４７】
上記構成によれば、回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて算出された第１開度指令値を圧力センサ８２の検出結果で算出された第２開度指令値で補正することになり、コンプレッサホイール２１の回転数及び空間４１の圧力に適合した開度で制御弁５が制御される。この結果、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００４９】
１    過給機
２    コンプレッサ
２１    コンプレッサホイール
２１１    ハブ
２１２    ブレード
２２    渦室
２３    コンプレッサケーシング
２４    吸入流路
２４１    吸入口
２５    ディフューザ
３    タービン
３１    タービンホイール
３１１    ハブ部
３１２    ブレード
３３    タービンケーシング
３４    作動流体流路
３５    環状壁面
４    空気通路
４１    空間
５    制御弁
６    コントローラ
６１    第１指令値算出部
６２    第２指令値算出部
７１    回転軸
７２    軸受
７３    軸受台
７４    第１シール
７５    第２シール
７６    内部空間
８１    回転数センサ
８２    圧力センサ
【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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