(57)【要約】  排気ガスターボチャージャ（１０）は、タービンセクション（１４）、圧縮機セクション（１２）、前記タービンセクション（１４）及び前記圧縮機セクション（１２）の間に流体的に接続されるように構成されるベアリングハウジング（１６）、及び前記ベアリングハウジング（１６）に接続されてベアリングアセンブリ（４２）に流れるオイルを調節して測定するオイルフロー手段を含む。【選択図】図２
2018510999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスターボチャージャ（１０）であって、
排気ガス流入口（２０）、排気ガス流出口（２２）、タービンボリュート（２４）、及び前記排気ガス流入口（２０）及びタービンボリュート（２４）と流体連通して配置されるように構成されたタービンホイール（２６）を有するタービンハウジング（１８）を含むタービンセクション（１４）と、
圧縮機空気流入口（３２）、圧縮機空気流出口（３４）及び圧縮機ボリュート（３６）を限定するように構成された圧縮機カバー（３０）、及び前記圧縮機流入口（３２）及び圧縮機ボリュート（３６）と流体連通して配置されるように構成された圧縮機ホイール（３８）を含む圧縮機セクション（１２）と、
オイルチャンネル（５４）に流体的に接続されるように構成されたオイル流入口（５２）、及び前記タービンホイール（２６）及び圧縮機ホイール（３８）に接続されるように構成されたシャフトを回転可能に支持するベアリングアセンブリ（４２）を含んで、前記タービンセクション（１４）及び前記圧縮機セクション（１２）の間に流体的に接続されるように構成されるベアリングハウジング（１６）と、
前記ベアリングハウジング（１６）に接続されるように構成されて前記ベアリングアセンブリ（４２）に流れるオイルを調節して測定するオイルフロー手段とを含む、排気ガスターボチャージャ。
【請求項２】
前記オイルフロー制御手段は、前記ベアリングハウジング（１６）内に形成された開口部（５８）内に配置されるように構成されたバルブアセンブリ（１００）及び前記開口部（５８）と流体連通するように構成された空気チャンネル（５６）を含む、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項３】
前記オイルフロー制御手段は、前記ベアリングハウジング（１６）の前記オイル流入口（５２）に補強されるように構成されたオイルフロー制御装置（３００）を含んで、ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）でオイルフローを制御して測定し、前記オイルフロー制御装置（３００）は作動部材（３０２）及びスロットル（３０４）をさらに含む、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項４】
前記バルブアセンブリは、バルブ部材（１０２）に接続されるように構成された停止部材（１０４）、及び前記バルブ部材（１０２）内に配置されるように構成されたスプリング（１０６）を含む、請求項２に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項５】
前記バルブ部材（１０２）は、前記スプリング（１０６）が内部に配置されるように構成された切欠部（１０８）、及び前記ベアリングアセンブリ（４２）と流体連通するように構成された貫通ポート（１１０）をさらに含む、請求項４に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項６】
前記停止部材（１０４）は、ステム（１０４ｂ）が延長されるように構成されたヘッド（１０４ａ）をさらに含み、前記ヘッド（１０４ａ）は前記ベアリングハウジング（１６）に固定して接続されるように構成され、前記ステム（１０４ｂ）は前記バルブ部材（１０２）に係合するように構成されて、前記オイルが前記ベアリングアセンブリ（４２）に付加された単一ベアリング部品へ流れる、請求項４に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項７】
前記停止部材（１０４）は、ステム（１０４ｂ）が延長されるように構成されたヘッド（１０４ａ）をさらに含み、前記ヘッド（１０４ａ）は前記ベアリングハウジング（１６）に固定して接続されるように構成され、前記ステム（１０４ｂ）は前記バルブ部材（１０２）に係合するように構成されて、前記オイルが前記ベアリングアセンブリ（４２）に独立的な単一ベアリング部品へ流れる、請求項４に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項８】
前記オイルフロー手段は、バルブアセンブリ（１００）及び互いに独立して空圧アクチュエータに接続されるように構成されたオイルフロー制御装置（３００）を含む、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項９】
前記オイルフロー手段は、バルブアセンブリ（１００）及び互いに付加的に空圧アクチュエータに接続されるように構成されたオイルフロー制御装置（３００）を含む、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１０】
前記作動部材（３０２）は、第１ポジティブ圧力チェンバ（３０８ａ）及び第２ポジティブ圧力チェンバ（３０８ｂ）を有するハウジング（３０８）をさらに含み、前記第１ポジティブ圧力チェンバ（３０８ａ）は圧縮機排出圧力に接続されるように構成され、前記第２ポジティブ圧力チェンバ（３０８ｂ）はタービン流入圧力に接続されるように構成される、請求項３に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１１】
前記作動部材（３０２）は、第１端部に接続されるように構成されたピストン（３１０）と、対向する第２端部に設置されるように構成された球状バルブ（３１２）を有するロッド（３０６）をさらに含み；及び前記スロットル（３０４）はオイル流入通路（３１４）と突出部（３１６ａ）を含む成形されたオイル通路（３１６）をさらに含み、前記ロッド（３０６）は前記ハウジング（３０８）内に設置されるように構成され、前記球状バルブ（３１２）は前記成形されたオイル通路（３１６）内に設置されるように構成される、請求項１０に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１２】
前記球状バルブ（３１２）は、少量のオイルが前記ベアリングハウジング（１６）とベアリングアセンブリ（４２）を通じて流れるように前記成形されたオイル通路（３１６）の突出部（３１６ａ）を係合するように構成される、請求項１１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１３】
前記球状バルブ（３１２）は、大量のオイルが前記ベアリングハウジング（１６）とベアリングアセンブリ（４２）を通じて流れるように前記成形されたオイル通路（３１６）の突出部（３１６ａ）を超えて延長するように構成される、請求項１１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１４】
前記オイルフロー制御装置（３００）は、オイル流入通路（３１４）と成形されたオイル通路（３１６）に接続されるように構成された永久バイパス（３１８）をさらに含む、請求項１１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１５】
前記オイルフロー制御装置（３００）のスロットル（３０４）は、オイル流入通路（３１４）と成形されたオイル通路（３１６）に接続されるように構成されたサーモスタットをさらに含む、請求項１１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、オイルフローの配分及び制御システム並びに方法という名称として２０１５年４月１０日付で出願された米国仮出願番号第６２／１４５，６９１号の優先権及び全ての利益を主張する。
【０００２】
本発明は、内燃機関用ターボチャージングシステムに関するものであって、さらに詳しくは、ターボチャージャの全体性能を向上するようにオイルフローをジャーナル及びスラストベアリングに分配するシステム及び方法であり、ここでオイルフローはオイルフロー制御装置を利用して能動的に測定される。
【背景技術】
【０００３】
ターボチャージャは内燃機関と共に使用される強制誘導システムの一種であり、圧縮空気をエンジン吸入口に伝達するので、より多くの燃料を燃焼させることができるため、エンジンの重量を大きく増加させずにエンジンの馬力を高めることができる。したがって、ターボチャージャは大型の、通常吸気されたエンジンと同量の魔力を発電させる小型エンジンの使用を可能とし、小型エンジンを車両に使用することは車両の質量を減らして性能を向上させ、燃費を向上させる効果がある。さらに、ターボチャージャの使用は、エンジンに伝達される燃料をより完全に燃焼させることが可能であり、よりきれいな環境の非常に好ましい目標に寄与する。
【０００４】
ターボチャージャは、典型的にエンジンの排気マニホールドに連結されたタービンハウジング、エンジンの吸気マニホールドに連結された圧縮機ハウジング、及びタービンハウジングと圧縮機ハウジングとの間に配置され、それらを共に連結する中央ハウジングまたはベアリングハウジングを含む。タービンハウジングは、タービンホイールを取り囲んでエンジンの排気マニホールドから誘導される排気ガス供給流路から排気ガスを収容するスクロールまたはボリュート（ｖｏｌｕｔｅ）で構成された一般的に環状のチャンバを形成する。タービンハウジングは一般的にスクロールまたはボリュートで構成された一般的に環状のチャンバからタービンホイール内へ誘導されるノズルを含む。タービンハウジングのタービンホイールは排気マニホールドから供給された排気ガスの流入により回転可能に駆動される。中央ハウジングまたはベアリングハウジングに回転可能に支持されるシャフトは、タービンホイールの回転が圧縮機インペラの回転を起こすようにタービンホイールを圧縮機ハウジング内の圧縮機インペラに連結させる。タービンホイールと圧縮機インペラとを連結するシャフトは回転軸の線（ｌｉｎｅ）を意味する。
【０００５】
排気ガスは一般的に環状のタービンチャンバへ流入され、スクロールまたはボリュートで構成され、ノズルを通じてタービンホイールへ送られ、ここでタービンホイールは排気ガスにより駆動される。タービンホイールは非常に高い速度と温度で回転する。タービンホイールが回転することによって、タービンを排気ガスから動力を抽出して圧縮機を駆動させる。圧縮機は圧縮機ハウジングの入口を通じて周囲の空気を受取し、周辺の空気は圧縮機ホイールにより圧縮された後、圧縮機ハウジングからエンジン空気吸入口へ排出される。圧縮機インペラの回転はエンジン吸気マニホールドを通じてエンジンのシリンダに供給される空気質量の流量、気流密度及び空気圧力を増加させてエンジンの出力を向上させるので、高いエンジン性能を提供し、燃料消費を減らし、環境汚染物質である二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を減らす。
【０００６】
ターボチャージャセンタまたはベアリングハウジングにはシャフトを支持し、シャフトが自在に回転するのに使用されるベアリングシステムを含む。また、ベアリングシステムは、圧縮機及びタービンホイールにより生成される半径方向及びスラストの荷重に抵抗するのに役立つ。スラスト荷重は圧縮機とタービンハウジングとの間の圧力差により生成される。スラスト荷重はシャフトの軸に沿って加えられ、シャフトを前後に押すこととなり、ラジアル荷重はシャフトの軸に垂直に作用し、前後シャフトの動きの原因となる。ターボチャージャに共通して使用されるベアリングシステムは、一般的に半径方向の荷重を含む円筒形ベアリングであるジャーナルベアリングアセンブリと一般的にスラスト荷重を管理する平面円形板であるスラストベアリングアセンブリで構成される。オイルはターボチャージャの回転部分を擦らず、金属対金属の接触を防止し、摩擦を減らすのに使用される。ベアリング潤滑剤とガスとの間の接触を制限するために、シャフトの各先端がシャフトがベアリングハウジングを通過する位置で密封される。潤滑油が高温ガス経路へ漏れる場合、潤滑油が気化して燃焼して有害な煤煙を生成し、排出量が増加する虞がある。
【０００７】
ターボチャージャ及び回転部品を適切に潤滑するためには、信頼できる清潔なオイル供給装置が提供されなければならない。給油量が不十分であったり、低くなりすぎたり、破片が混入されると、ベアリングシステムの作動温度が急激に上昇し、ベアリングシステムの寿命が著しく減少して、ターボチャージャが損傷を受ける可能性が高く、究極的には失敗することとなる。しかし、オイルフローが過度になると、ターボチャージャシャフトとシールを通じてオイル漏れを増加させる虞がある。ターボチャージャのシールを横切る空気とオイルフローは非効率の重要な原因となることがあり、深刻な場合にはターボチャージャ及びエンジン空気システムの作動に破壊的であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一部の態様において、オイルフローを分配するためのシステムは、ターボチャージャベアリングハウジング、オイル流入口及び空気チャンネル、オイルチャンネル及びバルブアセンブリを含む。オイル流入口は空気チャンネルとオイルチャンネルに連結される。オイルチャンネルはオイルフローをスラスト及びジャーナルベアリングに伝達する。ベアリングハウジングの構成要素へのオイルフローはバルブアセンブリにより制限されることができる。バルブアセンブリは機械的な連結装置と作動機を使用して作動される。バルブ組立体は圧力、圧縮機の圧力比、タービンの速度、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）データ、エンジンの状態、及び／またはこのような特性における何れの変動をブーストするように特別に操作されることができる。
【０００９】
一部の態様において、バルブアセンブリはベアリングハウジングに一体化することができ、ジャーナルベアリング及び／またはスラストベアリングへのオイルフローを制限するように機能することができる。バルブアセンブリは、第１端部に位置した停止部材と第２端部に位置した貫通ポート及びスプリングを有するバルブ部材を有する可変位置バルブを含むことができる。可変位置バルブは、グローブ、ニードル、ゲートまたはロータリバルブのような何れの種類の可変位置バルブを含むことができる。
【００１０】
一部の態様において、可変位置バルブは圧縮機ホイールの後の圧力により制御される。圧縮機ホイールの後の圧力は空気チャンネルを通じて可変位置バルブに伝達される。空気チャンネルを通じた気圧はバルブ部材を移動させ、バルブ部材の移動はスプリングにより抵抗される。停止部材は貫通ポートを通過する最小流量を決定し、またバルブアセンブリをカプセル化し、外部的に密封する役割をする。スプリングは円錐形スプリング、空気スプリング、またはバルブ部材の所定量の変位を許容しながらバルブ部材の剛性を変更させる何れのスプリング装置であり得る。
【００１１】
バルブアセンブリは空圧作動機または油圧作動機に連結されることができる。空圧作動機または油圧作動機は、圧縮機出口または圧縮機ホイールの後のもののように圧縮機に連結される。低い圧縮機圧力では、スラストベアリングに対するオイルチャンネルはバルブアセンブリにより制限される。高圧では、オイルチャンネルを通じた流動はバルブアセンブリからの制限なく完全に開放されることができる。
【００１２】
一部の態様において、バルブアセンブリは電子的に制御することができる。スプリングを使用する代わりに、電子アクチュエータをピストンに直接連結することができる。電子式アクチュエータはターボチャージャの回転速度を考慮してベアリングアセンブリの最適性能と最小ブローバイ（ｂｌｏｗ‐ｂｙ）バランスを取ることができる。電子アクチュエータはまた、点火後のみにスラストベアリングオイルの供給をスロットルして始動に関連する問題を予防することを補助することができる。
【００１３】
電子式アクチュエータのメリットとしては、ワーム（ｗａｒｍ）エンジンとコールド始動（ｃｏｌｄ‐ｓｔａｒｔ）時のエンジンを区別可能な機能が含まれることができる。コールド始動時、オイルは暖かいオイルより粘性が大きく、上昇した粘度はベアリングの構成要素へのオイルフローを減少させたり遅延させて早期磨耗を起こす虞がある。したがって、コールド始動時のような、さらに冷たい環境ではベアリング構成要素に対するオイルの減少または遅延による早期磨耗がさらに悪化する。電子式アクチュエータはまたエンジンの温度を考慮してオイルが十分に温かくない条件でオイルチャンネルを完全に開放して必要な調整を行うことができる。
【００１４】
一部の態様において、ターボチャージャのオイルフローは、オイル温度、圧縮機排出圧力及び／またはタービン入口圧力のような作動パラメータに基づいてベアリングハウジングに能動的に計量される。同様に、オイルフローはまたタービン入口圧力と圧縮機排出圧力との間の圧力差であるターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）に基づいて空圧式アクチュエータを使用して計量することができる。タービン入口圧力及び圧縮機排出圧力は軸ベアリングにより支持される軸に軸方向荷重を生成する。エンジンのアイドル（ｉｄｌｅ）シナリオの間、タービン入口圧力と圧縮機排出圧力は低くなり、その結果、低い軸方向ベアリング荷重を発生させる。低い圧縮機排出及び低いベアリング荷重の条件ではオイルフローが殆ど必要でない。しかし、エンジンのアイドル状態におけるオイルフローが過度になると、オイルがシャフトシールから漏れ出し、排気問題を起こし、エンジンの耐久性と効果的な作動を低下させる。空気圧作動機は、中立ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）で最少量のオイルフローを許容するオイルフロー制御装置に連結される。オイル流速は低い空回転差動圧力（ｄＰ）でエンジン空回転または操作条件下で適切に抑制される。
【００１５】
オイルフロー制御装置は、既存のオイル流入口のフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）をオイルフロー制御装置で代替する改装設計を含む。このように、オイルフロー制御装置は既存のターボチャージャオイル流入口と一列に配置することができる。ターボチャージャオイル回路またはベアリングハウジングに内蔵された永久特徴のような他の設計も可能である。
【００１６】
オイルフロー制御装置は作動部材とスロットルを含む。作動部材は一端部にピストンを有するロッド及びその対向端部に配置された球状バルブを含む。スロットルはオイル流入通路及び成形されたオイル通路を含む。球状バルブはスロットルに形成された、成形されたオイル通路内に位置するように形成されたボール部分を含む。成形されたオイル通路は砂時計状であり得ると共に、ボール部分は成形されたオイル通路の突出した又は輪郭が形成された部分と結合可能な大きさとなって、オイル通路を通じてオイルフローを妨害する。ボール部分と砂時計状のオイル通路を含む球状バルブがオイルフロー制御装置及びオイル通路に対する適合した設計オプションであるが、他の設計も容易に想像することができる。球状バルブは一方向または両方向に作動することができる。何れの場合においても、球状バルブと砂時計状の通路は、軸方向荷重の絶対値が増加することによってオイルフローが増加することを保障する。
【００１７】
また、オイルフロー制御装置の作動部材は正圧チャンバを含む。ロッドのピストンは正圧チャンバを第１チェンバと第２チャンバに分割する。第１チャンバは圧縮機排出圧力に対する連結部を含み、第２チャンバはタービン入口圧力への連結部を含む。作動部材は上部チャンバと下部チャンバとの間の差動圧力（ｄＰ）によって上向き及び下向きに移動する。
【００１８】
オイルフロー制御装置はまた、成形されたオイル通路内で球状バルブを移動させることを助けるリターンスプリングを含むことができる。球状バルブのボール部分と成形されたオイル通路間の間隙、通路の直径及びスプリングリターン速度は多様なターボチャージャの適用を受け入れるように全て調整されることができる。
【００１９】
一部の態様において、特に、非アイドルシナリオにおいて、軸方向ベアリング及びこれと関連するオイルフローにより支持される荷重はターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）及びインペラ直径に比例する。これは一定のパラメータである。このような作動パラメータの下で、より多くのオイルフローが高負荷条件の間ターボチャージャに提供され、少ない荷重条件でさらに少ないオイルフローが提供される。オイルフローは作動部材の変位の絶対値により決定される。優れたオイルフロー制御は高い荷重において効果的なベアリングの作動をもたらし、低い軸方向荷重条件は過度なオイルフローによる寄生損失を減少させる。
【００２０】
一部の態様において、オイルフローはオイル流入口の温度に基づいて測定することができる。そのために、簡単なサーモスタットを流量制御バルブアセンブリに追加することができる。始動条件においてサーモスタットはオイルフローを最大化するために開放される。オイル流入口の温度が上がることによってサーモスタットが閉じられ、正常作動温度で過度なオイルフローが除去される。サーモスタットは追加機能ともなり得ると共に、空圧式アクチュエータを代替することもできる。
【００２１】
空圧式アクチュエータが説明され、効果的であることが立証されたが、電子式アクチュエータ、油圧アクチュエータまたはその他の類似装置も上手く作動することで知られている。作動を制御するためにエンジン制御モジュールまたは補助制御モジュールが使用されることができる。追加通路も含まれることができる。追加通路はサーモスタットまたは永久バイパスのような他の手段で制御することができ、アイドル状態または低い軸方向荷重条件で指定された量のオイルを供給する機能を行う。
【００２２】
一部の態様において、バルブアセンブリはベアリングアセンブリ全体に追加または独立して単一ベアリング構成要素へのオイルフローを制御するのに使用されることができる。また、一つ以上のバルブアセンブリを使用して単一ベアリング、多重ベアリングまたはシステム全体へのオイルフローを制御することができる。また、バルブアセンブリ及びオイルフロー制御装置は、それぞれ単独または互いに組み合わせて使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本開示は例示的なものであって、添付図面により制限されるのではなく、ここで同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
【図１】排気ガスターボチャージャの断面図である。
【図２】オイルフローを分配するシステムとバルブアセンブリの断面図である。
【図３】オイルフローを分解する電子式システムの模式図である。
【図４】オイルフロー制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、圧縮機セクション１２、タービンセクション１４、及び圧縮機セクション１２の間に配置されてタービンセクション１４に連結されるベアリングハウジング１６を含む排気ガスターボチャージャ１０を詳述する。タービンセクション１４は排気ガス流入口２０、排気ガス流出口２２及び排気ガス流入口２０と流体連通するように配置されたタービンボリュート２４を限定するタービンハウジング１８及び排気ガス流出口２２を含む。タービンボリュート２４と排気ガス流出口２２との間のタービンハウジング１８内にタービンホイール２６が配置される。タービンホイール２６はシャフト２８に固定される。シャフト２８はベアリングハウジング１６内で回転可能に支持され、圧縮機セクション１２内へ延長される。圧縮機セクション１２は圧縮機空気流入口３２、圧縮機空気流出口３４及び圧縮機ボリュート３６を限定する圧縮機カバー３０を含む。圧縮機カバー３０には圧縮機空気流入口３２と圧縮機ボリュート３６との間に圧縮機ホイール３８が配置される。圧縮機ホイール３８はシャフト２８の対向端部上に配置され、ナット４０により固定される。タービンホイール２６、シャフト２８及び圧縮機ホイール３８はターボチャージャ１０の回転組立体の主要構成要素である。
【００２５】
図２に詳しく示したように、シャフト２８はベアリングアセンブリ４２により支持される。ベアリングアセンブリ４２はジャーナルベアリングアセンブリ４３及びシャフト２８の周囲に位置されたスラストベアリングアセンブリ４４のようなベアリング構成要素を含む。ジャーナルベアリングアセンブリ４３はスペーサ４８により離隔された一対のジャーナルベアリング４６を含む。一対のジャーナルベアリング４６はスペーサ４８により分離されたフローティングベアリング４６であり得る。スラストベアリングアセンブリ４４はバルブアセンブリ１００と圧縮機ホイール３８との間に配置された円形板スラストベアリング５０を含む。
【００２６】
ベアリングハウジング１６はオイル流入口５２、オイルチャンネル５４及び空気チャンネル５６を含む。オイルチャンネル５４はオイル流入口５２に流体連結され、フローティングジャーナルベアリング４６及び円形板スラストベアリング５０に向かって延長される。空気チャンネル５６は圧縮機ホイール３８の後で延長され、圧縮機ホイール３８及びバルブアセンブリ１００に流体連結される。バルブアセンブリ１００はベアリングハウジング１６に形成された開口部５８内に位置される。開口部５８は空気チャンネル５６及びオイルチャンネル５４と流体連通する。それと異なって、空気チャンネル５６は圧縮機空気流出口３４及び開口部５８と流体連通することができる。
【００２７】
フローティングジャーナルベアリング４６及び／または円形板スラストベアリング５０に分配されたオイルはバルブアセンブリ１００により制御される。バルブアセンブリ１００はバルブ部材１０２、停止部材１０４及びスプリング１０６を含む。バルブ部材１０２は切欠部（ｃｕｔ‐ｏｕｔ）１０８を形成するように形象化され、スプリング１０６は切欠部１０８内に位置される。バルブ部材１０２はまた、オイルチャンネル５４から円形板スラストベアリング５０へのオイル流動の流体連通のための貫通ポート１１０を含む。貫通ポート１１０は円形内径、テーパ内径または収束面を含む内径を有することができる。停止部材１０４は固定停止部材であり、ヘッド１０４ａ及びステム１０４ｂを含む。ヘッド１０４ａはベアリングハウジング１６に固定的に連結され、ステム１０４ｂはバルブ部材１０２の上方移動を抑制するように機能する。
【００２８】
一部の態様において、バルブアセンブリ１００は空圧式（図示しない）、油圧式（図示しない）または電気式アクチュエータ（図３に示しており、以下で詳述する）のようなアクチュエータを使用して作動される。アクチュエータは圧縮機空気流出口３４（図１に示す）または圧縮機ホイール３８の後の圧縮機セクション１２の一部に作動可能に連結されることができる。ターボチャージャ１０の作動中に、圧縮機ホイール３８が回転することによって、空気は空気チャンネル５６を通じて抽出される。ほぼ同時に、オイルはオイル流入口５２を通じてオイルチャンネル５４へ濾過される。圧縮機ホイール３８の後の圧力が空気チャンネル５６を通じて伝達されることによって、空気はベアリングハウジング１６に形成された開口部５８内に加圧される。開口部５８からの空気はバルブ部材１０２に作用してバルブ部材１０２が下向きまたは上向き移動してスプリング１０６を圧縮または膨張させる。バルブアセンブリ１００はベアリングアセンブリ４２全体に追加または独立してジャーナルベアリングアセンブリ４３またはスラストベアリングアセンブリ４４のような単一ベアリング構成要素へのオイル流動を制御するのに使用されることができる。
【００２９】
高圧条件において、開口部５８からの空気はバルブ部材１０２に作用してバルブ部材１０２を下向き方向に移動させる。バルブ部材１０２の下向き運動はスプリング１０６を圧縮させてスプリング１０６がベアリングハウジング１６に形成されたキャビティー１１２と接触させる。スプリングがストップ部材１０４のステム１０４ｂから下方に移動することによってステム１０４ｂとバルブ部材１０２が接触しない。スプリング１０６は貫通ポート１１０がオイルチャンネル５４と流体連通し、オイルが円形板スラストベアリング５０を通じて流動するように圧縮される。キャビティ１１２との接触は、スプリング１０６が空気圧力からの力に抵抗してバルブ部材１０２の位置を調整するようにする。空気圧の変動は貫通ポート１１０を最大及び／または最低量のオイルが通過するオイルチャンネル５４と整列させることができる。スプリング１０６が完全に圧縮された高圧条件でオイルの最大量がオイルチャンネル５４を通じて流れる。低圧条件の下で最少量のオイルが貫通ポート１１０を通じて流れる。低い圧力条件では、空気チャンネル５６を通じた空気圧力はさらに少ない。したがって、バルブ部材１０２及びスプリング１０６に加えられる圧力が減少する。このように、スプリング１０６の抵抗が少なくてスプリング１０６が膨張する。スプリング１０６が膨張することによって、バルブ部材１０２は上方向に動かすことができる。バルブ部材１０２の上方移動はバルブ部材１０２がストップ部材１０４のステム１０４ｂと接触するようにする。バルブ部材１０２とステム１０４ｂとの接触はバルブ部材１０２のこれ以上の上向き移動を停止させて防止する。このように、貫通ポート１１０は、オイルチャンネル５４と誤整列されてオイルチャンネル５４から円形板スラストベアリング５０へのオイル流動を制限及び／または抑制する。
【００３０】
図３は、オイルフローを分配するための電子制御システム２００を示す模式図である。マイクロコントローラまたはコンピュータ２０２は、ブースト（ｂｏｏｓｔ）圧力センサ２０４；制御機領域ネットワークシステム（ＣＡＮ）またはその他のＥＣＵ通信装置２０６；及び／またはターボチャージャ速度センサ２０８を含む。マイクロコントローラまたはコンピュータ２０２は、ブースト圧力センサ２０４、制御機領域ネットワークシステム（ＣＡＮ）またはその他のＥＣＵ通信装置２０６及び／またはターボチャージャ速度センサ２０８から受信された入力をアルゴリズムまたは信号を生成するコンピュータ読み取り可能メモリ上のルックアップ（ｌｏｏｋ‐ｕｐ）テーブルを含む。信号はオイルフロー分配用システム２１２を作動させるバルブ制御機２１０へ送られる。オイルフローを分配するための電気的制御システム２００は、ターボチャージャ速度、圧縮機排出圧力（または過給圧力）、タービン入口圧力（または背圧）、周囲の温度、エンジン速度またはエンジントルクのようなフィードバックパラメータを使用して制御されることができる。
【００３１】
図４は、ベアリングハウジング１６及び円形板スラストベアリング５０にオイルフローを測定するためのオイルフロー制御装置３００を詳しく示す。オイルフロー制御装置３００は作動部材３０２及びスロットル３０４を含む。オイルフロー制御装置３００はベアリングハウジング１６に改造されて従来のオイル入口のフィッティングを代替する。作動部材３０２はハウジング３０８内に配置されたロッド３０６を含む。ロッド３０６は第１端部にピストン３１０を含み、第１端部に対向する第２端部に配置された球状バルブ３１２を含む。球状バルブ３１２はスロットル３０４内に位置されるように成形されたボール部分３１２ａを含む。スロットル３０４はオイル流入通路３１４及び成形されたオイル通路３１６を含む。成形されたオイル通路３１６は砂時計状であり得ると共に、ボール部分は成形されたオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａと結合可能な大きさとなっている。ハウジング３０８は第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａ及び第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂを含む。第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａ及び第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂはピストン３１０により区画される。第１チェンバ３０８ａは圧縮機排出圧力と連通し、第２チェンバ３０８ｂはタービン入口圧力と連通する。
【００３２】
一部の態様において、オイルフロー制御装置３００は空圧式（図示しない）、油圧式（図示しない）または電気式アクチュエータのような作動機を使用して作動される。アクチュエータは当業界において公示された任意の手段によりオイルフロー制御装置３００に作動可能に連結されることができる。オイルフロー制御装置３００の作動はターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）またはタービン入口圧力と圧縮機排出圧力との間の圧力差及び円形板スラストベアリング５０上のスラスト荷重に基づく。オイルフロー制御装置３００はエンジンを始動する時に十分なオイルフローが存在することを保障する。オイルフローはターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）と円形板スラストベアリング５０に加えられるまでピストン３１０の変位の絶対値により決定されることができる。
【００３３】
エンジンのアイドル状態においては、円形板スラストベアリング５０の荷重は低く、オイルフローは殆ど必要でない。このような条件の下で、好ましいシナリオは中立ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）を有することである。ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）が中立である時、圧縮機排出圧力及びそれぞれの第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａ及び第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂへのタービン入口圧力はほぼ同一である。このように、第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａ及び第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂ内のほぼ同一の圧力はピストン３１０に作用する時に互いに平衡をなす。ピストン３１０に作用する圧力のこのような平衡はピストン３１０をハウジング３０８のほぼ中間の中立位置に配置させる。ピストン３０８が中立位置に配置される時、球状バルブ３１２のボール部分３１２ａは成形されたオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａの間に配置される。この位置で最小または最少量のオイルがベアリングハウジング１６及び円形板スラストベアリング５０へ流れるようになる。
【００３４】
アイドル状態ではない間、円形板スラストベアリング５０の負荷が高くなり、オイルフローがさらに多く必要となる。オイルフロー制御装置３００は、高負荷条件においてより多くのオイルフローを提供し、低負荷条件においてさらに少ないオイルフローを提供する。圧縮機の吐出部から第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａに供給される圧力がタービン入口圧力から第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂに供給される圧力より大きい場合、第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａからの圧力によりピストン３１０が下方向に移動することとなる。ピストン３１０の下向き移動は、球状バルブ３１２のボール部分３１２ａを成形したオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａを超えて押し出し、さらに多量のオイルが中立ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）の下で許容されることと比べて流動する。圧縮機の吐出側から第１ポジティブ圧力チェンバ３０８ａに供給される圧力がタービン入口圧力から第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂに供給される圧力より小さい場合、第２ポジティブ圧力チェンバ３０８ｂの主な圧力は、ピストン３１０に作用してピストンを上向き移動させる。このシナリオにおいて、球状バルブ３１２のボール部分３１２aは成形されたオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａから遠くなるように移動して、中立ターボチャージャ差動圧力（ｄＰ）の下でのオイルフローに比べてより大量のオイルが流れるようにする。
【００３５】
ピストン３１０の運動は多様なターボチャージャ設計によって調整されることができる。一般的に、球状バルブ３１２のボール部分３１２aが成形されたオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａに近くなるほど、さらに少量のオイルがベアリングハウジング１６と円形板スラストベアリング５０へ流れることを許容する。逆に、球状バルブ３１２のボール部分３１２aが成形されたオイル通路３１６の突出部または輪郭部３１６ａから遠くなるほど、さらに大量のオイルがベアリングハウジング１６と円形板スラストベアリング５０へ流れることを許容する。
【００３６】
一部の態様において、簡単なサーモスタットがオイルフロー制御装置３００に追加され得るオイル流入口の温度に基づいてオイルフローが測定されることができる。サーモスタット（図示しない）はコールド始動の条件の下でオイル流動を最大化するように開放されることができる。オイル流入口の温度が増加することによって、サーモスタット（図示しない）は閉鎖され、正常作動の条件の下で過度なオイル流動を除去する。サーモスタット（図示しない）はオイルフロー制御装置３００を代替するか、追加的な特徴であり得る。
【００３７】
他の態様において、永久バイパス３１８はアイドルまたは低推力負荷条件の間に特定量のオイル流動を伝達するのに使用されることができる。最小オイルフローはバイパス３１８の直径によって制御されることができる。直径が小さいほどオイル流量が少ない。直径が大きいほどさらに多くのオイルが流れる。低いターボチャージャの速度でオイルフローは殆どバイパス直径により決定される。速度及び／またはスラスト荷重が増加することによって、オイルフロー制御装置３００は開放されてより多くのオイルをベアリングアセンブリ４２へ流れるようにする。
【００３８】
ピストン３１０／球状バルブ３１２及びボール部分３１２ａ、サーモスタット（図示しない）及び／またはバイパス３１８を含むオイルフロー制御装置３００の任意の組み合わせがオイルフローを制御するのに使用されることができる。成形されたオイル通路３１６のボール部分３１２ａと突出部または輪郭部３１６ａ間の間隙３２０、バイパス３１８の直径及び／または空圧アクチュエータ（図示しない）はオーダメイド型ターボチャージャ設計要件に合うように調節することができる。オイルフロー制御は高いスラスト荷重の下で効果的なベアリング作動をもたらし、低いスラスト荷重の間に過度なオイルフローによる寄生損失を減少させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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