(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボチャージャーの軸受け部に供給するオイルは冷間始動時には粘度が高く、急加速時にオイル不足となる。オイルを温めるヒータの取り付けや、オイル供給量を増やす方法では、コストがかかり、オイルポンプの負担が大きくなる。これらの欠点を解消するターボチャージャー給油構造を提供する。【解決手段】オイルパン２０から潤滑油をくみ上げ送油するオイルポンプ２２と、オイルポンプ２２の出口にオイルフィルタ２３を介して連通された送油パイプ２５と、送油パイプ２５と連結されターボチャージャー１０に潤滑油を送る第１の油路２６と、送油パイプ２５から分岐し流量調整弁２７を介して第１の油路２６と連通する第２の油路２８と、ターボチャージャー１０からオイルパン２０に潤滑油を戻す返油路２９と、エンジンの温度を計測又は推定する温度センサ４２と、温度センサ４２に基づいて流量調整弁２７の開閉を制御する制御装置４０とを有する、エンジンのターボチャージャーへの給油構造。【選択図】図１
2013044306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのターボチャージャーへの給油構造であって、
オイルパンから潤滑油をくみ上げ送油するオイルポンプと、
前記オイルポンプの出口にオイルフィルタを介して連通された送油パイプと、
前記送油パイプと連結され、前記ターボチャージャーに前記潤滑油を送る第１の油路と、
前記送油パイプから分岐し、流量調整弁を介して前記第１の油路と連通する第２の油路と、
前記ターボチャージャーから前記オイルパンに前記潤滑油を戻す返油路と、
前記エンジンの温度を計測若しくは推定する温度取得手段センサと、
前記温度取得手段センサに基づいて前記流量調整弁の開閉を制御する制御装置と、
を有するターボチャージャー給油構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部のエンジンに搭載されるターボチャージャーに潤滑油を供給する給油構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャーは、吸気の空気をシリンダに強制的に詰め込む技術で、少ない燃料であっても、馬力を稼ぐことができる。そのため、低燃費で高出力のエンジンを開発できる可能性があり、注目されている。よく知られているように、ターボチャージャーは、同じ回転軸の両端に形成されたタービンとコンプレッサを有し、排気ガスでタービンを回転させることで、吸気のコンプレッサを駆動する。
【０００３】
ここで、タービン（およびコンプレッサ）の軸は、極めて高速に回転するため、軸受けは高速回転用の特別なベアリング若しくはフルフロートベアリングを用い、常にオイルで潤滑を行う必要がある。しかし、冷間始動時のオイル粘度が高い間には、タービン軸に十分な潤滑油を供給できないおそれがあった。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１では、オイルポンプからターボチャージャーまでの油路にタイムスイッチ付のヒータを設ける技術が開示されている。つまり冷間始動時には、ターボチャージャーに供給する潤滑油は温めて粘度を下げたものを供給する。
【０００５】
また、特許文献２では、タービン軸受けを通過したオイルは急速に高温になってオイルパンに帰還する点に着目し、冷間時にはターボチャージャーから帰還したオイルをオイルパンのストレーナーの入り口付近に戻すルートを確保する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５９−０８４２２４号公報
【特許文献２】実開昭５８−１５８１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、直接的な解決方法であるが、オイルヒータを搭載しなければならない。また、そもそも、オイルパンから吸い上げるオイル自体の温度が冷えており、オイルヒータに到達するまでのオイルがスムースに流動しない。つまり、冷間始動直後の急加速といった運転に対しては、オイル不足となってしまう。
【０００８】
特許文献２は、エンジン全体の暖機を早めるために、ターボチャージャーからの帰還油をエンジン全体に配送する内容であり、やはり冷間始動直後の急加速といった運転に対しては、ターボチャージャーへのオイルの供給は間に合わない。
【０００９】
冷間始動時のターボチャージャーのオイル不足に関しては、例えばオイルの供給量を多くするという手段は、考えられる。この方法は冷間始動直後であっても、十分なオイルをターボチャージャーに供給できる可能性がある。しかしながら、オイルの供給量を多くするのは、オイルポンプへの負担が大きくなり、結局エンジン負荷が高くなり、燃費の悪化につながる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑み想到された発明であり、冷間始動時には、ターボチャージャーへのオイルの供給量を多くし、暖機が完了したら供給するオイルの量を減らすようなターボチャージャー給油構造を提供する。
【００１１】
より具体的には、本発明のターボチャージャー給油構造は、
エンジンのターボチャージャーへの給油構造であって、
オイルパンから潤滑油をくみ上げ送油するオイルポンプと、
前記オイルポンプの出口にオイルフィルタを介して連通された送油パイプと、
前記送油パイプと連結され、前記ターボチャージャーに前記潤滑油を送る第１の油路と、
前記送油パイプから分岐し、流量調整弁を介して前記第１の油路と連通する第２の油路と、
前記ターボチャージャーから前記オイルパンに前記潤滑油を戻す返油路と、
前記エンジンの温度を計測若しくは推定する温度取得手段センサと、
前記温度取得手段センサに基づいて前記流量調整弁の開閉を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のターボチャージャー給油構造は、流量調整可能な第２の油路を設けたので、冷間始動時に多くのオイルをターボチャージャーに供給できる。したがって、暖機完了前であってもターボチャージャーは十分な潤滑油が供給される。そのため、冷間始動直後の急加速であっても、ターボチャージャーのオイル不足を回避することができる。
【００１３】
また、暖機時には多量のオイルがターボチャージャーを通過するので、エンジンオイルの油温を急速に上昇させることができる。そのため、エンジンのフリクションや、メカロスが低減し、燃費の向上につながる。
【００１４】
また、暖機完了後は、オイルの供給量が絞られるため、オイルポンプへの過度の負担がない。この点からも低燃費を期待できる。
【００１５】
また、流量調整弁の動作にヒステリシスや有限の可動速度を持たせることで、油路の切り替えをスムースに行い、オイルポンプへの負担を低減することができる。
【００１６】
また、流量調整弁を設けた油路をエキマニの近傍に配置することで、ヒータ等を設ける必要なく、供給するオイルの温度を上げることができ、コストの廉価化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のターボチャージャー給油構造の構成を示す図である。
【図２】流量調整弁の開度とオイル温度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明のターボチャージャーの給油構造について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。
【００１９】
図１は本発明のターボチャージャー給油構造１を模式的に示す構成図である。ターボチャージャー１０は、吸気をエンジンに送るコンプレッサーホイール１１と、排気ガスを受けて回転するタービンホイール１２と、それぞれのホイールをつなぐ回転軸１３で表した。なお、回転軸１３の軸受け部１４は二点鎖線の四角で表した。潤滑オイルはここに供給される。
【００２０】
一方、オイル系統は、オイルパン２０とストレーナー２１と、オイルポンプ２２とオイルフィルタ２３を含み構成されている。また、オイルフィルタ２３からターボチャージャー１０まで連結されるインレットパイプ２５と、ターボチャージャー１０の軸受け部１４にオイルを供給する第１の油路２６と、第１の油路２６と並設され流量調整弁２７を介してターボチャージャー１０の軸受け部１４にオイルを供給する第２の油路２８と、ターボチャージャー１０の軸受け部１４からオイルパン２０にオイルを戻す返油路２９を含む。
【００２１】
ターボチャージャー１０は、排気ポート（図示せず）に接続されたエキゾーストマニホールド（図示せず）と吸気ポート（図示せず）に接続されたインテークマニホールド（図示せず）に接続される必要があるので、一般的には、エンジンの外側に設けられる。一方、オイルポンプ２２はエンジン内に設けられるため、エンジンの外壁３０からターボチャージャー１０までオイルを送油するパイプが必要となる。なお、図１中符号１１ａはコンプレッサーホイール１１で圧縮され吸気ポートに送られる吸気を表し、符号１２ａは排気ポートから排出されタービンホイール１２を駆動する排気ガスを表す。
【００２２】
ユニオンボルトは、ボルト中に貫通孔が施されたボルトである。ユニオンボルトは、エンジン外壁３０に形成された貫通孔に取付けられ、その貫通孔から潤滑油をエンジン外に送油する。ユニオンボルトにはインレットパイプ２５が連結され、ターボチャージャー１０まで配設される。また、ターボチャージャー１０側では、同様にインレットパイプ２５からユニオンボルトを介して潤滑オイルを取り込む。本発明の給油構造では、２系統の油路を用意するため、ターボチャージャー１０側のユニオンボルトも２本設けられる。
【００２３】
なお、第１の油路２６を構成するユニオンボルトを第１のユニオンボルト３１、第２の油路２８を構成するユニオンボルトを第２のユニオンボルト３２とする。また、オイルフィルタ２３直後のユニオンボルトは、送り側ユニオンボルト３３とする。送り側ユニオンボルト３３は、エンジン外壁３０の貫通孔に取り付けられている。また、送り側ユニオンボルト３３と第１のユニオンボルト３１および第２のユニオンボルト３２を連結するインレットパイプ２５は、送油パイプとも呼ぶ。
【００２４】
インレットパイプ２５は、エキゾーストマニホールド（図示せず）に隣接させて配置させるのが望ましい。エキゾーストマニホールドは、冷間始動直後であっても急速に高温になるため、ターボチャージャー１０の給油系統がこの近傍に配置されていると、オイル温度のすばやい上昇が期待できるからである。なお、図１では、エキゾーストマニホールド自体は図示していないが、ターボチャージャー１０のタービンホイール１２を通過した排気の流れを符号１７で示した。
【００２５】
つまり、インレットパイプ２５の符号２５ａが、エキゾーストマニホールドの近傍に配置された部分を示す。また、ここで「近傍」とは、エキゾーストマニホールドから容易に熱を受けることができる範囲をいい、より具体的には一部が接触している場合を含み、数十ｍｍ程度の範囲内の空間に配置されていることをいう。
【００２６】
また、送り側ユニオンボルト３３は、オイルフィルタ２３直後のオイルが供給されるように構成される。ターボチャージャー１０は、高速回転する回転軸１３と、それを液密で受ける軸受け部１４とのクリアランスが、高い精度で組み立てられているので、潤滑オイル中に残留する僅かなゴミであっても、回転軸１３の回転を阻害するおそれがあるからである。
【００２７】
ターボチャージャー１０内では、ユニオンボルト３１、３２からの２系統の油路２６、２８が回転軸１３の軸受け部１４に供給される。ここで、第２の油路２８では、軸受け部１４までの間に流量調整弁２７が設けられる。流量調整弁２７は、例えば電磁的なアクチュエータによって開閉を制御できる電磁弁である。開閉だけの制御でよいが、開口度を段階的に制御できてもよい。流量調整弁２７は制御装置４０と電気的に接続されており、制御装置４０からの指示信号に基づいて弁の開度を変化させる。
【００２８】
ユニオンボルト３１ないし３３に設けられている貫通孔は直径が規定されている。本発明のターボチャージャー給油構造１は、所定の時期には第１および第２の油路２６、２８を用いて回転軸１３の軸受け部１４に多くの潤滑オイルを供給する。したがって、送り側ユニオンボルト３３の貫通孔の直径は、少なくとも第１のユニオンボルト３１の貫通孔の直径と、第２のユニオンボルト３２の貫通孔の直径の和より大きいことが望ましい。第１および第２の油路２６、２８に十分な量のオイルを流すためである。
【００２９】
第１および第２のユニオンボルト３１、３２の貫通孔の直径は、設計によって適宜決めることができる。通常は第２のユニオンボルト３２の貫通孔の直径を第１のユニオンボルト３１の直径と同じ、若しくは若干小さめに設定する。 
【００３０】
制御装置４０は、エンジン外に設けられ、通常はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ  Ｕｎｉｔ）とメモリによって構成される。制御装置４０は、流量調整弁２７と電気的に連結されており、連結線を通じて、流量調整弁２７に対して開閉の指示信号Ｃｃ、Ｃｏを送信することができる。また、開閉だけでなく、開閉の仕方まで指示をするようにしてもよい。ここで開閉の仕方とは、開から閉、若しくは閉から開の状態に移行する際にどの程度の時間で移行するか、またその移行時の弁体の動きの加速度などである。
【００３１】
また、制御装置４０は、エンジン内の温度を計測する温度センサ４２とも連結されている。温度センサ４２は、オイルパン２０中の潤滑油の温度を計測してもよいし、エンジン（例えばシリンダヘッド）の温度を計測してもよい。また、エキゾーストマニホールドの温度であってもよい。さらに、これらの温度やエンジンの回転数、冷却水温等の他の検出値に基づいてエンジン内の温度を算定もしくは、推定してもよい。具体的には、オイルパン２０内の潤滑油の温度を測定し、軸受け部１４に供給される潤滑油の温度を制御装置４０が推定する等である。
【００３２】
直接エンジンの何れかの部分の温度を判断の基準とする場合およびその温度に基づいて制御装置４０が推定したエンジン内の温度を判断の基準とする場合を含め、温度取得手段と呼ぶ。ここでは、オイルパン２０中の潤滑油の温度をモニタし、その値を判断の基準とするものとして説明を続ける。すなわち、以下の説明では温度センサ４２が温度取得手段である。
【００３３】
制御装置４０は、温度取得手段（温度センサ４２）からの温度に基づいて、流量調整弁２７の開閉を制御する。その制御に際して、制御装置４０は、少なくとも所定の温度となる第１の閾値Ｔ１と、第１の閾値より温度が低い第２の閾値Ｔ２の複数の閾値を有する。
【００３４】
次に本発明のターボチャージャー給油構造１の動作について説明する。冷間始動時には、オイルパン２０のオイルは冷えており、その粘度は比較的高い。制御装置４０は温度取得手段（温度センサ４２）によってオイルパン２０の温度が低いことを検出する。すると制御装置４０は、流量調整弁２７に開状態になる指示Ｃｏを送る。これによって、第２の油路２８は開き、オイルフィルタ２３を出たオイルはインレットパイプ２５を通過し、第１の油路２６および第２の油路２８を通って、軸受け部１４に供給される。この際、オイルの温度はまだ低いが、供給される量が多いので、オイル不足になることはない。軸受け部１４を通過して昇温された潤滑オイルは、返油路２９を通ってオイルパン２０に戻る。
【００３５】
オイルパン２０中の潤滑オイルの油温は暖機運転が進むにつれ上昇する。そして、油温が第１の閾値Ｔ１を超えたら、制御装置４０は、流量調整弁２７に閉じる信号Ｃｃを送信する。この時、流量調整弁２７は、ゆっくり閉じる。第２の油路２８が瞬間的に閉じると、軸受け部１４内を流れるオイルの流れに乱流が生じ、部分的なオイルの欠乏部分が発生し瞬間的なオイル不足状態となり、回転軸１３の回転を妨げるおそれがあるからである。したがって、ここでいう「ゆっくり閉じる」は、軸受け部１４内のオイルの流れに乱流や、気泡が生じない程度の時間をいい、およそ１秒から数秒程度の時間となる。
【００３６】
第２の油路２８が閉じると、軸受け部１４へのオイルの供給は第１の油路２６からだけとなり、オイルポンプ２２に余分な負担をかけることがない。しかもこの時には、オイル温度が高くなっているので、オイルの粘度は十分低く、供給量が少なくても回転軸１３と軸受け部１４の間の潤滑を行うことができる。
【００３７】
また、潤滑オイルの油温が、一度第１の閾値Ｔ１を超えたら、第１の閾値より低い第２の閾値Ｔ２を下回るまで、流量調整弁２７は閉じたまま（開かない）にする。第１の閾値Ｔ１はオイルパン２０中のオイルが十分高くなる温度に設定されるが、オイルの冷却や運転状態によって、オイルの温度はわずかに第１の閾値Ｔ１より上がったり、下がったりする場合がある。その際に、流量調整弁２７がその変化に伴って開閉を行う、いわゆるチャタリング動作をするのは好ましくないからである。
【００３８】
一方、外気温が下がるといった運転状態の変化若しくは一時停止等によって潤滑オイルの温度が第２の閾値Ｔ２より下がったら、制御装置４０は指示信号Ｃｏを再び流量調整弁２７に送り、第２の油路２８を開く。この際は、オイルの温度が第２の閾値Ｔ２を挟んで上下に変化したとしても、流量調整弁２７は開いたままである。上記同様、第２の閾値Ｔ２を挟んでオイル温度が上下しても、流量調整弁２７の動作にチャタリングが生じないようにするためである。
【００３９】
図２（ａ）には、上記の制御による温度と流量調整弁２７の開度の関係のグラフ化したものを示す。横軸は温度取得手段（温度センサ４２）の温度である。縦軸は流量調整弁２７の開度を示す。また、第１の閾値は符号Ｔ１で示し、第２の閾値は符号Ｔ２で示した。冷間始動時の状態は符号５０の状態である。この時は、流量調整弁２７は全開となっている。エンジンが始動し、オイル温度が上昇し、第２の閾値Ｔ２に達しても（符号５１）、流量調整弁２７は、全開のままである。
【００４０】
さらに温度が上昇し、第１の閾値Ｔ１に達すると（符号５２）、流量調整弁２７は全閉となる（符号５３）。そして流量調整弁２７が全閉となると、仮に温度が第１の閾値Ｔ１以下になったとしても（符号５４）、流量調整弁２７は全閉の状態を維持する。つまり、流量調整弁２７のチャタリングは生じない。
【００４１】
その後、オイル温度が下がり、第２の閾値Ｔ２になると（符号５５）再び、流量調整弁２７は全開となる（符号５６）。そして流量調整弁２７が全開となると、仮に温度が第２の閾値Ｔ２以上になったとしても（符号５７）、流量調整弁２７は全開の状態を維持する。すなわち、流量調整弁２７のチャタリングは生じない。
【００４２】
なお、これはエンジン内の温度によって開閉する流量調整弁２７は、２つの閾値を有し、その動作はヒステリシス特性を有することを意味する。このような流量調整弁２７の動作は、制御装置４０が制御してもよいし、シュミットトリガ素子や、フリップフロップを用いた論理回路によって実現してもよい。
【００４３】
また、流量調整弁２７が閉じるときは、完全に第２の油路２８を閉じず、わずかに油路を開き、わずかずつでも潤滑オイルが流れるように構成するのが望ましい。第２の油路２８の流量調整弁２７が完全に閉じてしまい、第２の油路２８に潤滑油が流れないと、流量調整弁２７より上流側のオイルは流れがとまり滞留する。すると、その部分のオイルの温度は低下する。すると、運転状態の関係で油温が下がり、再び第２の油路２８を開く際に、冷えた潤滑オイルが軸受け部１４に供給される。さらにそのオイルはオイルパン２０にも還流するためオイルパン２０の潤滑オイルの油温をも下げてしまうことになるからである。
【００４４】
一方、流量調整弁２７が閉じた場合でも、わずかに潤滑オイルが流れれば、潤滑オイルが滞留することがないので、常にオイルパン２０の温かい潤滑オイルを流量調整弁２７の上流側に用意しておくことができる。
【００４５】
図２（ｂ）にはこのような制御をした際の、流量調整弁２７の開度とオイル温度の関係を示す。流量調整弁２７を閉じるように制御した際も、わずかに隙間６０が設けられることとなる。
【００４６】
なお、ここでは、流量調整弁２７の閾値が２つある場合について示したが、流量調整弁２７の開度を複数段階制御できるようにし、冷間始動時および、暖機完了後であって比較的低温の場合とそれより高温の場合のように、暖機完了後の閾値を複数個用意してもよい。また、本実施の形態では、油路が２つの場合を示したが、３つ以上の油路があってもよい。
【００４７】
また、温度取得手段をセンサによって得られた温度に基づいて推定した温度を使用する場合は、図２の横軸が推定した温度となる。  
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のターボチャージャー給油構造は、ターボチャージャーを搭載したエンジンに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ターボチャージャー給油構造
１０  ターボチャージャー
１１  コンプレッサーホイール
１１ａ  吸気
１２  タービンホイール
１２ａ  排気ガス
１３  回転軸
１４  軸受け部
１７  排気の流れ
２０  オイルパン
２１  ストレーナー
２２  オイルポンプ
２３  オイルフィルタ
２５  インレットパイプ（送油パイプ）
２５ａ  エキゾーストマニホールドの近傍
２６  第１の油路
２７  流量調整弁
２８  第２の油路
２９  返油路
３０  エンジン外壁
３１  第１のユニオンボルト
３２  第２のユニオンボルト
３３  送り側ユニオンボルト
４０  制御装置
４２  温度センサ
【図１】
2013044306.tif 000003
【図２】
2013044306.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのターボチャージャーへの給油構造であって、
オイルパンから潤滑油をくみ上げ送油するオイルポンプと、
前記オイルポンプの出口にオイルフィルタを介して連通された送油パイプと、
前記送油パイプと連結され、前記ターボチャージャーに前記潤滑油を送る第１の油路と、
前記送油パイプから分岐し、流量調整弁を介して前記第１の油路と連通する第２の油路と、
前記ターボチャージャーから前記オイルパンに前記潤滑油を戻す返油路と、
前記エンジンの温度を計測若しくは推定する温度取得手段と、
前記温度取得手段に基づいて前記流量調整弁の開閉を制御する制御装置と、
を有するターボチャージャー給油構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
より具体的には、本発明のターボチャージャー給油構造は、
エンジンのターボチャージャーへの給油構造であって、
オイルパンから潤滑油をくみ上げ送油するオイルポンプと、
前記オイルポンプの出口にオイルフィルタを介して連通された送油パイプと、
前記送油パイプと連結され、前記ターボチャージャーに前記潤滑油を送る第１の油路と、
前記送油パイプから分岐し、流量調整弁を介して前記第１の油路と連通する第２の油路と、
前記ターボチャージャーから前記オイルパンに前記潤滑油を戻す返油路と、
前記エンジンの温度を計測若しくは推定する温度取得手段と、
前記温度取得手段に基づいて前記流量調整弁の開閉を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする。