(57)【要約】【課題】ターボチャージャを潤滑するオイルを速やかに温めて、このオイルによる高い潤滑性を確保したターボチャージャ潤滑装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ１０と、ターボチャージャ１０を潤滑するオイルが溜められるオイルパン１１と、オイルパン１１に溜められたオイルをターボチャージャ１０に送出する第一オイルポンプ１２と、第一オイルポンプ１２からターボチャージャ１０へのオイルの流れを遮断可能な遮断バルブ１３と、エンジン内の発熱部材を経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中に設けられ、この発熱部材を経由したオイルの流れを堰き止め可能な堰き止め部材１４と、堰き止め部材１４によって堰き止められたオイルをターボチャージャ１０に送る還流通路１５と、を備えたターボチャージャ潤滑装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャと、
前記ターボチャージャを潤滑するオイルが溜められるオイルパンと、
前記オイルパンに溜められたオイルを前記ターボチャージャに送出する第一オイルポンプと、
前記第一オイルポンプから前記ターボチャージャへのオイルの流れを遮断可能な遮断バルブと、
エンジン内の発熱部材を経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中に設けられ、この発熱部材を経由したオイルの流れを堰き止め可能な堰き止め部材と、
前記堰き止め部材によって堰き止められたオイルを前記ターボチャージャに送る還流通路と、
を備えたターボチャージャ潤滑装置。
【請求項２】
前記還流通路の通路内に、オイルを送出する第二オイルポンプをさらに備えた請求項１に記載のターボチャージャ潤滑装置。
【請求項３】
前記発熱部材が、エンジンのシリンダヘッド又は前記ターボチャージャである請求項１又は２に記載のターボチャージャ潤滑装置。
【請求項４】
前記発熱部材が、エンジンのシリンダヘッド及びターボチャージャであって、前記シリンダヘッドを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中、及び、前記ターボチャージャを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中に、それぞれ前記堰き止め部材が設けられた請求項１又は２に記載のターボチャージャ潤滑装置。
【請求項５】
前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであって、
前記シリンダヘッドを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路は、前記気筒の配列方向に並んで複数備えられ、
前記堰き止め部材が、前記気筒の配列方向において中心側の気筒の近傍に形成された前記通路に設けられる請求項３又は４に記載のターボチャージャ潤滑装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷態始動時におけるターボチャージャの潤滑特性を高めたターボチャージャ潤滑装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、エンジンの排気ガスによって２０万回転／分程度の高速で回転可能なタービンを有している。このタービンの高速回転時における摩耗や焼き付き等のトラブルを防止するために、タービンやシャフト等の摺動部はオイルによって潤滑される。一般的なターボチャージャ潤滑装置は、図５に示すように、ターボチャージャ１１０、オイルパン１１１、及び、オイルポンプ１１２を主要な構成要素としている。オイルポンプ１１２は、オイルパン１１１に溜められたオイルを吸込管１１３から吸い上げ、このオイルをメインギャラリ１１４、及び、メインギャラリ１１４から分岐して接続された送出管１１５を通ってターボチャージャ１１０に送出する機能を有している。ターボチャージャ１１０に送られたオイルは、このターボチャージャ１１０に接続された戻り通路１１６を通ってオイルパン１１１に戻される。
【０００３】
エンジンの冷態始動時においては、オイルパン１１１に溜められたオイルは比較的低温であり、高温のときと比較して粘性が高くなっている。粘性が高い状態のオイルは、ターボチャージャのタービンやシャフトの回転抵抗となり、アクセル操作に対するレスポンスの遅れや、燃費の低下を引き起こしやすい問題がある。また、オイルの粘性が高いと摺動部への十分な油量供給が困難となり油膜切れを起こしやすく、ターボチャージャの焼き付きや摩耗が問題となることもある。オイルの粘性は、オイルの温度の上昇とともに低下するが、オイルパン１１１には通常５〜６Ｌ程度の量のオイルが溜められており、このオイル全体が温まるにはかなりの時間を要する。このため、冷態始動時からしばらくの間は、オイルの粘性の低下に伴う上記の問題が懸念される。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載の構成においては、オイル溜り部の上方にエンジンの機関各部から落下する潤滑油を受けるオイル受け部を設けている。このオイル受け部には、機関各部からの熱を吸収した潤滑油が一旦溜められる。そして、オイル受け部に溜められた潤滑油とオイル溜り部から機関各部に供給される潤滑油との間の熱交換によって、オイル溜り部から機関各部に供給される潤滑油を速やかに温めて、粘度の低下に伴う問題を回避しようとしている（本文献の第１頁右欄第１６〜２１行目、第１図等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６０−１７９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示す構成においては、低温の潤滑油を、機関各部によって温められた潤滑油で間接的に温めるため、特に、冷態始動直後で、オイル受け部の油温が比較的低いときは、オイル溜り部に溜まっているオイルを速やかに加熱できない問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、ターボチャージャを潤滑するオイルを速やかに温めて、このオイルによる高い潤滑性を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明においては、ターボチャージャと、前記ターボチャージャを潤滑するオイルが溜められるオイルパンと、前記オイルパンに溜められたオイルを前記ターボチャージャに送出する第一オイルポンプと、前記第一オイルポンプから前記ターボチャージャへのオイルの流れを遮断可能な遮断バルブと、エンジン内の発熱部材を経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中に設けられ、この発熱部材を経由したオイルの流れを堰き止め可能な堰き止め部材と、前記堰き止め部材によって堰き止められたオイルを前記ターボチャージャに送る還流通路と、を備えたターボチャージャ潤滑装置を構成した。
【０００９】
前記構成においては、前記還流通路の通路内に、オイルを送出する第二オイルポンプをさらに備えた構成とするのが好ましい。
【００１０】
前記各構成においては、前記発熱部材が、エンジンのシリンダヘッド又は前記ターボチャージャである構成とすることができる。
【００１１】
また、前記各構成においては、前記発熱部材が、エンジンのシリンダヘッド及びターボチャージャであって、前記シリンダヘッドを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中、及び、前記ターボチャージャを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路中に、それぞれ前記堰き止め部材が設けられた構成とすることもできる。
【００１２】
また、発熱部材がエンジンのシリンダヘッドである構成においては、前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであって、前記シリンダヘッドを経由したオイルを前記オイルパンへ戻す通路は、前記気筒の配列方向に並んで複数備えられ、前記堰き止め部材が、前記気筒の配列方向において中心側の気筒の近傍に形成された前記通路に設けられる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るターボチャージャ潤滑装置によると、エンジン内の発熱部材を経由して温められた比較的少量のオイルが、オイルパンに戻ることなく直接ターボチャージャに供給される。このように、オイルをオイルパンに戻すことなくターボチャージャに供給することにより、潤滑に必要な量のオイルを速やかに温めることができる。このため、冷態始動時においても、オイルがターボチャージャのタービン等の回転抵抗となりにくく、アクセル操作に対する高いレスポンスを確保するとともに、燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第一実施形態を示す概略図
【図２】図１に示すターボチャージャ潤滑装置の制御フローの一例を示すフローチャート
【図３】この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第二実施形態を示す概略図
【図４】この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第三実施形態を示す概略図
【図５】従来技術に係るターボチャージャ潤滑装置を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第一実施形態を図１に示す。このターボチャージャ潤滑装置は、ターボチャージャ１０、オイルパン１１、第一オイルポンプ１２、遮断バルブ１３、堰き止め部材１４（１４ａ）、及び、還流通路１５（１５ａ）を主要な構成要素としている。
【００１６】
ターボチャージャ１０には、このターボチャージャ１０に形成されたオイル導入口からオイルが供給される一方で、ターボチャージャ１０を構成するタービン、回転軸等（いずれも図示せず）を潤滑・冷却したオイルはオイル排出口から排出される。オイル導入口には、還流通路１５及び後述する送出管２０が、オイル排出口には、ターボチャージャ１０を通ったオイルをオイルパン１１に戻す後述する戻り通路２４がそれぞれ接続されている。
【００１７】
オイルパン１１は、シリンダブロック１６と一体に、このシリンダブロック１６の下部側に設けられている。このオイルパン１１内には、ターボチャージャ１０やエンジンの構成部材を潤滑・冷却するオイルが溜められている。オイルパン１１の容量は、車種によって異なるが、例えば、乗用車用のディーゼルエンジンの場合、５〜６Ｌであることが多い。
【００１８】
第一オイルポンプ１２は、シリンダブロック１６に併設されており、吸込口に接続された吸込管１７からオイルパン１１に溜められたオイルを吸い上げて、ターボチャージャ１０に送出する機能を有している。この吸込管１７の先端には、オイル中に混入した異物を除去するストレーナ１８が設けられている。この第一オイルポンプ１２の送出口には、エンジンの各部にオイルを送る配管であるメインギャラリ１９が接続されている。このメインギャラリ１９には、ターボチャージャ１０にオイルを送る送出管２０が分岐して接続されている。
【００１９】
遮断バルブ１３は、送出管２０に設けられている。この遮断バルブ１３を開いた状態とすると、オイルパン１１に溜められたオイルがメインギャラリ１９及び送出管２０を通ってターボチャージャ１０に供給される。その一方で、遮断バルブ１３を閉じた状態とすると、オイルパン１１からターボチャージャ１０へのオイルの供給が遮断される。
【００２０】
エンジンのシリンダブロック１６内には、エンジン内の発熱部材の一つであるシリンダヘッド２１を経由したオイルをオイルパン１１に戻すオイル落とし通路２２（シリンダヘッド２１側からオイルパン１１側に延びる貫通孔）が複数本形成されている。このオイル落とし通路２２には、オイル落とし通路２２を流れるオイルを堰き止め可能な堰き止め部材１４として機能する貯留バルブ１４ａが設けられている。
【００２１】
貯留バルブ１４ａを開いた状態とすると、シリンダヘッド２１側からオイルパン１１側に、オイル落とし通路２２を通って自由にオイルが流れる。その一方で、貯留バルブ１４ａを閉じた状態とすると、このオイルの流れが阻止され、オイル落とし通路２２の貯留バルブ１４ａよりも上流側（シリンダヘッド２１側）に、シリンダヘッド２１を経由して温められたオイルが溜まるようになっている。なお、この貯留バルブ１４ａは堰き止め部材１４の一例に過ぎず、オイルを堰き止める機能を発揮し得る限りにおいて、貯留バルブ１４ａに代えて、他の部材（例えば、オイルがオイルパン１１に戻る前に一時的に溜めておくことができるオイルトレイ）を適宜採用することができる。
【００２２】
還流通路１５ａ（１５）の一端側は、オイル落とし通路２２の貯留バルブ１４ａよりも上流側に接続される一方で、他端側はターボチャージャ１０のオイル導入口に接続されている。また、この還流通路１５ａの途中には第二オイルポンプ２３ａ（２３）が設けられている。貯留バルブ１４ａを閉じた状態とし、オイル落とし通路２２の貯留バルブ１４ａよりも上流側にオイルが溜まった状態で第二オイルポンプ２３ａを駆動すると、このオイルが還流通路１５ａを通ってターボチャージャ１０に送出される。なお、この第二オイルポンプ２３ａは必須ではなく、貯留バルブ１４ａでオイル落とし通路２２を堰き止めることによって生じたオイル落とし通路２２の内圧によって、オイルをターボチャージャ１０まで還流できるのであれば、省略することもできる。
【００２３】
本実施形態においては、複数のオイル落とし通路２２（本図には２本のみ記載されているが、実際には通常５〜６本形成されている。）のうち、シリンダブロック１６の端側（本図では左端）に形成されたオイル落とし通路２２に貯留バルブ１４ａを設けたが、貯留バルブ１４ａの設置はこの位置に限定されない。特に、冷態始動時においては、複数の気筒のうちシリンダブロック１６の中心に近い気筒が温まりやすいことが多く、この場合は、温まりやすい気筒の近傍に形成されたオイル落とし通路２２に貯留バルブ１４ａを設けるのが好ましい。
【００２４】
図１に示したターボチャージャ潤滑装置の制御フローの一例を図２に示す。
【００２５】
この制御フローにおいては、まず、イグニッションをＯＮ状態とする（本図ステップＳ１）。これに伴って、第一オイルポンプ１２（図１参照）が駆動を開始する。なお、この制御フローの開始時点では、遮断バルブ１３及び貯留バルブ１４ａ（図１参照）はいずれも開いた状態となっている。
【００２６】
このイグニッションをＯＮ状態としたタイミングで、エンジンの冷却水の温度、吸気管を通ってエンジンに吸入される吸気の温度等のエンジンの駆動に伴って温度上昇する部位のうち少なくとも一箇所の温度が温度センサ（図１には図示せず）によって測定される。温度センサで測定された温度が、予め定めた設定温度以上のときは（本図ステップＳ２のＮｏ側）、リターン処理によってこの制御フローを直ちに終了する（本図ステップＳ３）。このときは、オイルパン１１（図１参照）に溜められたオイルも十分に温まっており、ターボチャージャ１０の抵抗とならない程度にオイルの粘性が下がっていると推定でき、オイルパン１１から第一オイルポンプ１２でオイルを吸い上げて、そのオイルを直接ターボチャージャ１０に供給しても何ら問題ないためである。
【００２７】
その一方で、温度センサで測定された温度が、予め定めた設定温度よりも低いときは（本図ステップＳ２のＹｅｓ側）、オイルパン１１に溜められたオイルの温度も低く、その粘性が高い状態と推定できる。そこで、まず、オイル落とし通路２２に設けられた貯留バルブ１４ａを閉じて（本図ステップＳ４）、オイル落とし通路２２の貯留バルブ１４ａよりも上流側に、シリンダヘッド２１を経由して温められたオイルを溜める。そして、第二オイルポンプ２３ａを駆動して、オイル落とし通路２２内に溜められたオイルを、還流通路１５ａを通ってターボチャージャ１０に送出する（本図ステップＳ５）。
【００２８】
この第二オイルポンプ２３ａの駆動に引き続いて、遮断バルブ１３を閉じて、オイルパン１１からターボチャージャ１０へのオイルの供給を停止する（本図ステップＳ６）。これにより、ターボチャージャ１０には、オイル落とし通路２２を経由することで温められ、粘性が低下したオイルのみが供給される。
【００２９】
なお、第二オイルポンプ２３ａを駆動する工程（本図ステップＳ５）と遮断バルブ１３を閉じる工程（本図ステップＳ６）は必ずしもこの順序でなくてもよく、ターボチャージャ１０へのオイルの供給が中断されない限りにおいて、両工程を同時に行ったり、両工程の順序を入れ替えたりすることもできる。また、遮断バルブ１３を完全に閉じた状態とする代わりに、その開度を調節可能として、オイル落とし通路２２を経由したオイルに、オイルパン１１から供給されたオイルを混ぜて、オイルの量及び温度を調節した上で、ターボチャージャ１０に供給することもできる。
【００３０】
第二オイルポンプ２３ａが駆動している間は、エンジンの冷却水の温度、吸気の温度等のうち少なくとも一つが、温度センサによって継続的に測定される。そして、その温度が上記の設定温度よりも高くなったときは（本図ステップＳ７のＹｅｓ側）、遮断バルブ１３を開いて（本図ステップＳ８）オイルパン１１に溜められたオイルをターボチャージャ１０に直接送る。さらに、第二オイルポンプ２３ａを停止して、オイル落とし通路２２を経由したオイルのターボチャージャ１０への供給を停止し（本図ステップＳ９）、オイル落とし通路２２に設けられた貯留バルブ１４ａを開いて（本図ステップＳ１０）、オイル落とし通路２２を流れるオイルをオイルパン１１に直接戻す。その一方で、温度センサによって測定された温度が上記の設定温度以下のときは（本図ステップＳ７のＮｏ側）、その温度が設定温度よりも高くなるまで、温度センサによる測定をそのまま継続する。
【００３１】
第二オイルポンプ２３ａを停止したら貯留バルブ１４ａを開いて、オイル落とし通路２２を通って、シリンダヘッド２１側からオイルパン１１側にオイルが直接流れるようにし（本図ステップＳ１０）、リターン処理によってこの制御フローを終了する（本図ステップＳ３）。
【００３２】
この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第二実施形態を図３に示す。このターボチャージャ潤滑装置は、第一実施形態に係るターボチャージャ潤滑装置と主要な構成要素は大きく変わらないが、貯留バルブ１４ｂ（１４）、還流通路１５ｂ（１５）、及び、第二オイルポンプ２３ｂ（２３）がオイル落とし通路２２側ではなく、ターボチャージャ１０を経由したオイルをオイルパン１１に戻す戻り通路２４側に設けられている点で異なっている。
【００３３】
このターボチャージャ１０は高速で回転するタービンや回転軸を備え、このターボチャージャ１０に供給されたオイルを急速に温めることができる。このため、ターボチャージャ１０を経由したオイルが流れる戻り通路２４を貯留バルブ１４ｂで閉塞し、この戻り通路２４の貯留バルブ１４ｂよりも上流側に溜まったオイルを第二オイルポンプ２３ｂでターボチャージャ１０に送出することにより、オイルを速やかに温めることができる。
【００３４】
なお、戻り通路２４を流れるオイルだけではターボチャージャ１０を潤滑するのに十分な量を確保できないときや、ターボチャージャ１０を経由したオイルの温度を調節する必要があるとき等は、遮断バルブ１３を少し開いて、戻り通路２４を流れるオイルと、第一オイルポンプ１２によってオイルパン１１から直接供給されるオイルを混ぜてもよい。
【００３５】
この発明に係るターボチャージャ潤滑装置の第三実施形態を図４に示す。このターボチャージャ潤滑装置も、第一及び第二実施形態に係るターボチャージャ潤滑装置と主要な構成要素は大きく変わらないが、オイル落とし通路２２側及び戻り通路２４側の両方に貯留バルブ１４ａ、１４ｂ、還流通路１５ａ、１５ｂ、及び、第二オイルポンプ２３ａ、２３ｂが設けられている点で異なっている。オイル落とし通路２２及び戻り通路２４には、それぞれ温度センサ（図示せず）が設けられており、各通路２２、２４を流れるオイルの温度が測定される。
【００３６】
このように、オイル落とし通路２２及び戻り通路２４の両方に貯留バルブ１４ａ、１４ｂ等を設けることにより、各通路２２、２４を流れるオイルの温度に基づいて、その流れを必要に応じて自在に切り替えることができる。
【００３７】
すなわち、冷態始動時からエンジンがある程度温まるまでの間、オイル落とし通路２２を流れるオイルの温度と、戻り通路２４を流れるオイルの温度を比較して、オイル落とし通路２２を流れるオイルの温度の方が高ければ、戻り通路２４の貯留バルブ１４ｂを閉じて（あるいは開弁度を絞って）、（主に）オイル落とし通路２２を流れるオイルをターボチャージャ１０に供給する。その一方で、戻り通路２４を流れるオイルの温度の方が高ければ、オイル落とし通路２２の貯留バルブ１４ａを閉じて（あるいは開弁度を絞って）、（主に）戻り通路２４を流れるオイルをターボチャージャ１０に供給する。
【００３８】
また、オイル落とし通路２２及び戻り通路２４にそれぞれ設けられた貯留バルブ１４ａ、１４ｂの少なくとも一方が開いている状態で、さらに遮断バルブ１３を開くことによって、ターボチャージャ１０に供給されるオイルの流量及び温度を適切に調節することができる。
【００３９】
上記の各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、ターボチャージャ１０を潤滑するオイルを速やかに温めて、このオイルによる高い潤滑性を確保する、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成要素の構成や配置、制御フロー等に適宜変更を加えることができる。例えば、上記の各実施形態においては、シリンダヘッド２１又はターボチャージャ１０の熱によって温められたオイルを堰き止め部材１４で堰き止めてターボチャージャ１０に送る構成としたが、エンジン内の他の発熱部材によってオイルを温める構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ターボチャージャ
１１  オイルパン
１２  第一オイルポンプ
１３  遮断バルブ
１４（１４ａ、１４ｂ）  堰き止め部材（貯留バルブ）
１５（１５ａ、１５ｂ）  還流通路
１６  シリンダブロック
１７  吸込管
１８  ストレーナ
１９  メインギャラリ
２０  送出管
２１  シリンダヘッド
２２  オイル落とし通路
２３（２３ａ、２３ｂ）  第二オイルポンプ
２４  戻り通路
【図１】
2017194023.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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