(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機のコンプレッサ室にオイルが吸い込まれる現象を、既存の装置類を使用して防止する。【解決手段】オイルがコンプレッサ室に吸い込まれるオイル漏れは、低負荷高回転域において発生する。そこで、スロットル開度又は吸気圧について危険領域を設定すると共に、機関回転数についても危険領域を設定しておき、両者がともに危険領域に至ると要対策じょうたいと判定して、ウエストゲートバルブを開く（或いは開度を高くする）等の圧力上昇対策を採る。新たに制御要素を付加する必要はないため、コストの上昇を防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機を備えた内燃機関であって、
吸気の圧力、スロットル開度、機関の回転数、ウエストゲートバルブの開度のうちの少なくとも１つを含む複数の値から、前記排気ターボ過給機におけるコンプレッサ室がオイル漏れ対策を必要な範囲に至っているか否かの比較数値を求めて、比較数値が予め設定した基準範囲に至ると、前記比較数値が基準範囲から外れる数値となるような制御がなされる、
排気ターボ過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものであり、車両用内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用されるターボ過給機は、排気ガスで回転するタービン翼と、吸気系の清浄空気を加圧するコンプレッサ翼とを備えており、タービン翼とコンプレッサ翼とが回転軸に固定されている。回転軸は略水平の姿勢に配置されている。そして、回転軸の軸受け手段として、耐久性や回転の滑らかさ、発熱防止等の点から、ハウジングに設けた軸受け部に油層を介して配置されたフローティングメタル（浮動軸受け）が使用されていることが多い。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されかつ図３に示すように、コンプレッサ翼１は環状のコンプレッサ室２に配置されており、コンプレッサ室２と軸受け部３との間に、下向きに開口した空洞部４が形成されている。従って、空洞部４とコンプレッサ室２との間に隔壁５が存在している。更に、回転軸６には、空洞部４の個所に露出するブッシュ７固定されており、ブッシュ７が、リング体８及びオイルシール９を介して隔壁５にて回転自在に保持されている。更に、ブッシュ７には、軸受け部３の一端面５ａと対向したフランジ１０が形成されている。
【０００４】
回転軸６はフローティングメタル１１を介して軸受け部３で保持されているが、軸受け部３とフローティングメタル１１との間に若干の隙間が空いているため、オイルは、軸受け部３の一端面３ａに向けて流出する。そこで、隔壁５と軸受け部３との間に空洞部５を形成して、流出したオイルを空洞部５から下方に流下させている。
【０００５】
ところが、回転軸６が高速回転すると、空洞部５を設けているにもかかわらず、オイルがブッシュ７とオイルシール９との間の僅かの隙間からコンプレッサ室２に漏れることがあり、このため、出力の低下や排気ガスの悪化をもたらすおそれがあった。
【０００６】
このオイル漏れ（オイル吸引）の現象は、コンプレッサ室が負圧になることによって発生している。そこで、オイル漏れを防止することが考えられており、その例として特許文献２には、コンプレッサ室の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路を設けて、このバイパス通路に開閉弁を設け、コンプレッサ室が負圧と判定されると開閉弁を開く構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５５６６８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６７６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２は、コンプレッサ室の負圧化抑制を図ったものであるが、圧力センサやバイパス通路、開閉弁を新たに付加せねばならないため、構造が複雑化してコストが嵩むという問題がある。また、スロットルバルブを絞り気味の場合、バイパス通路を開くとコンプレッサ室への空気量が低下して、却って、負圧が（真空側に）高くなることも懸念される。
【０００９】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、新たな要素を付加することなくオイル漏れ防止を可能にしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
コンプレッサ室へのオイル漏れはコンプレッサ室の負圧化に起因しているが、本願発明者が研究したところ、コンプレッサ室の負圧化は単純に機関の回転数に依存するものではなく、コンプレッサ出口圧とコンプレッサ翼回転数とに深い関係があることが判明した。例えば、コンプレッサ室に流入する空気量が少ない状態でコンプレッサ翼が高速回転すると、コンプレッサ翼がいわば真空ポンプのような働きをして、コンプレッサ室が負圧に至るのであり、これは、低負荷・高回転の領域で、コンプレッサ室の負圧化が顕著に発生することを意味している。
【００１１】
そして、コンプレッサ室への吸入空気量はスロットルバルブの開度と密接に関連しているが、スロットルバルブの開度は、いわゆる電子スロットル制御のために回転角度センサによって検出できるようになっており、かつ、吸気系の圧力（吸気負圧）も、従来から吸気圧センサで検出可能になっている。
【００１２】
本願発明は、このような知見を基礎にして成されたものであり、既存の制御要素を利用してコンプレッサ室へのオイル漏れを抑制できると着想し、本願発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関であり、この内燃機関は、吸気の圧力、スロットル開度、機関の回転数、ウエストゲートバルブの開度のうちの少なくとも１つを含む複数の値から、前記排気ターボ過給機におけるコンプレッサ室がオイル漏れ対策を必要な範囲に至っているか否かの比較数値を求めて、比較数値が予め設定した基準範囲に至ると、前記比較数値が基準範囲から外れる数値となるような制御がなされる。
【００１４】
「前記排気ターボ過給機におけるコンプレッサ室がオイル漏れ対策を必要な範囲に至っているか否かの比較数値を求めて」とは、必ずしも圧力の絶対値を推測することを意味してはおらず、オイル漏れ対策が必要な運転状況に至っているか否かを、何らかの数値としとして求める（演算する）ものである（但し、圧力の絶対値を推測したり、シール部の内外のや圧力差を推測することを排除するものではない。）。
【００１５】
上記したように、低負荷・高回転領域でコンプレッサ室の負圧化が顕著に表れるが、負荷（或いはトルク）は燃料噴射量やスロットル開度、吸気圧と密接に関連しており、吸気圧は過給圧と同一視できる。また、排気ターボ過給機には、排気ガスを下流側にバイパスさせるウエストゲートバルブを設けているが、ウエストゲートバルブの開度もコンプレッサ翼の回転数・トルクと密接に関連している。また、コンプレッサ翼の回転数は排気ガスの流量に比例するが、排気ガスの流量は機関の回転数と密接に関連している。
【００１６】
従って、これらの要素（変数）のうちの複数の要素の組み合わせにより、コンプレッサ室が負圧になる状況を予測することが可能である。そこで、複数の要素を変数として、コンプレッサ室が負圧になると推測される危険領域のマップを作成しておき、複数の要素が危険領域の組み合わせに至ると、コンプレッサ室の圧力を上げる制御を行う。
【００１７】
コンプレッサ室の圧力を上げる制御は、コンプレッサ翼の回転トルクを低下させる方法と、コンプレッサ室への空気の流入量を増大させる方法とがあり、いずれか一方又は両方を採用できる。コンプレッサ翼の回転トルクを低下させる方法として最も簡単かつ有効なのは、ウエストゲートバルブを開いて（或いは開度を大きくして）、タービン室に流れる排気ガスの量を低下させることである。
【００１８】
コンプレッサ翼の回転トルク（或いはタービン翼の回転トルク）は、排気ガスの運動エネルギに比例しているが、排気ガスは、温度が高いほど運動エネルギは大きい。従って、排気ガスの温度を低下させると、コンプレッサ翼の回転トルクの低下を通じて、コンプレッサ室の圧力を上昇させることができる。
【００１９】
また、点火タイミングを進角させると、燃焼ガスが気筒及びシリンダヘッドに晒される時間が長くなることにより、熱がシリンダブロック及びシリンダヘッドに吸収されて排気ガスの温度は低くなるため、コンプレッサ翼のトルク低下を通じてコンプレッサ室の圧力上昇に貢献できる。
【００２０】
近年の車両用内燃機関はバルブタイミング調節装置を備えているが、吸気行程において吸気バルブの閉じタイミングを遅くすると、アトキンソンサイクルに近くなって熱効率が高くなるため、排気ガスの温度は下がる傾向を呈する。従って、この場合も、コンプレッサ翼のトルク低下を通じて、コンプレッサ室の圧力上昇につなげることができる。燃料噴射量の抑制も、排気ガスの温度低下をもたらすため、コンプレッサ室の圧力を上昇させるように作用する。
【００２１】
スロットル開度を大きくすると、吸気圧（過給圧）は上昇してコンプレッサ室への空気の流量量は増加するため、コンプレッサ室の圧力を上昇させるように作用する。 
【発明の効果】
【００２２】
本願発明では、コンプレッサ室の圧力（正確には、コンプレッサ室と軸受け部側との圧力差）が所定以下に低下しないように制御できるため、コンプレッサ室へのオイルの吸い出し（漏洩）を抑制して、出力低下や排気ガスの成分悪化を防止できる。また、オイルの消費も抑制できる。
【００２３】
そして、コンプレッサ室の圧力の推測は既存の制御要素を利用して行えるため、新たな部材を付加する必要はなくて、コスト上昇を防止できる。また、コンプレッサ室の圧力を高くするための対応策も、通常の内燃機関の制御をそのまま利用できるため、対応策を採ることについてコストが嵩むこともない。
【００２４】
このように、本願発明は、既存の内燃機関にも簡単に適用できるため、汎用性に優れている。 
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明を適用した内燃機関の模式図である。
【図２】（Ａ）は回転軸のシール部の内外差圧とコンプレッサ翼回転数との関係を示すグラフ、（Ｂ）は機関のトルクと回転数との組み合わせにおいてオイル漏れが起きる領域を示したグラフ、（Ｃ）は制御方法の一例を示すための模式的なグラフである。
【図３】排気ターボ過給機の部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
(1).内燃機関の構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて内燃機関の構成を説明する。内燃機関は、シリンダブロックとシリンダヘッドを一体に表示した機関本体２１を備えている。機関本体２１はクランク軸２２を備えており、機関本体２１の一端面の個所に、クランク軸２２の回転数（回転速度）を検知する回転センサ２３を設けている。
【００２７】
機関本体２１を構成するシリンダヘッドの吸気側面２４には吸気マニホールド２５が固定されており、吸気マニホールド２５にはサージタンク２６が接続されている。サージタク２６には、スロットルバルブ２７を内蔵したスロットルボデーが固定されていて、スロットルボデーとエアクリーナ２８とが吸気通路２９で接続されている。機関本体２１を構成するシリンダヘッドには、各気筒３０に対応してインジェクタ３１を装着している。
【００２８】
また、シリンダヘッドには、吸気バルブと排気バルブとのうちいずれか一方又は両方の開閉タイミングを制御するバルブタイミング調節装置（ＶＶＴ）３２が設けられている。また、各気筒に対応して点火プラグ３３を設けている。
【００２９】
他方、シリンダヘッドの排気側面３５には排気マニホールド３６が固定されている。排気マニホールド３６の集合部には排気通路３７が接続されており、排気通路３７に、排気ターボ過給機３８のタービン室３９が介挿されている。タービン室３９の上流側と下流側とはバイパス通路４０で接続されていて、バイパス通路４０にウエストゲートバルブ４１を設けている。
【００３０】
吸気通路２８からは、過給取り出し通路４２と過給付与通路４３とが分岐しており、過給取り出し通路４２は排気ターボ過給機３８におけるコンプレッサ室４４の入り口に接続されて、過給付与通路４１は、コンプレッサ室４４の出口に接続されている。当然ながら、タービン室３９にはタービン翼４５が配置されて、コンプレッサ室４４にはコンプレッサ翼４７が配置されており、両者は回転軸４８で一体に繋がっている。
【００３１】
吸気通路２８のうち、例えば、過給付与通路４１の接続部よりも下流側の部位には、吸気圧センサ４９を設けている。吸気圧センサ４７や回転センサ２３は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）に電気的に接続されている。また、スロットルバルブ２７、各インジェクタ３０，ウエストゲートバルブ４１、バルブタイミング調節装置３２は、それぞれＥＣＵの指令によって駆動される。
【００３２】
(2).制御態様
図２のうち（Ａ）では、コンプレッサ室４４の出口の圧力を回転軸シール部の圧力で除した値と、回転軸４８との関係を示している。コンプレッサ室４４の出口の圧力を回転軸シール部の圧力で除した値とは、端的には、コンプレッサ室４４（２）の出口部の圧力を、図３におけるオイルシール９の個所の圧力で除した値である。１．０のときに両者の圧力は均衡して圧力差はなく、数値が１を越えた領域では、コンプレッサ室の４４（２）は、軸受け部の個所において負圧になっていることを意味している。
【００３３】
この図２（Ａ）から、コンプレッサ翼４６（１）の回転数が高くなるほど、コンプレッサ室４４（２）が負圧化することを示している。
【００３４】
図２（Ｂ）では、機関のトルクと回転数の関係で、どのような組み合わせの領域でコンプレッサ室４４（２）にオイル漏れが生じるかを表しており、このグラフから、低負荷・回転領域においてオイル漏れが発生し増大することが理解できる。また、これは（Ａ）のグラフとも符合している。なお、図２（Ｂ）において点線で示すのは、フルスロットル状態でのトルクと回転数との関係を示したグラフである。
【００３５】
図２（Ｃ）では、スロットル開度（或いは吸気圧）と機関回転数とを低（Ｌ）・中（Ｍ）・高（Ｈ）の３つのエリアに分けて、全体として９つの運転領域を示している。そして、上記したように、低負荷・高回転の領域でオイル漏れが見られるので、スロットル開度又は吸気圧、機関回転数とについて、それぞれ危険領域を設定しておいて、両者がいずれも危険領域に至った場合は、オイル漏れ対策必要状況に至ったと判定して、ウエストゲートバルブ４１を開く又は開度を高くする等の対応策を採るように設定している。
【００３６】
この制御はいわばゾーン管理であるが、これに代えて又はこれに加えて、回転軸のシール部の内外の差圧を、センサーで直接的に、又は、機関回転数や吸気負圧（過給圧）、ウエストゲートバルブ開度等から常時演算して検出しておき、コンプレッサ室が負圧に至ったら（或いは、差圧の変化の傾向から負圧化が予測される場合は）、既述の手段で負圧化を阻止するという制御も可能である。
【００３７】
対応策としては、ウエストゲートバルブ４１の制御が最も効果的であるが、ウエストゲートバルブ４１が全開状態で低負荷・高回転領域に至ることがあり得る。この場合は、点火時期の進角制御や吸気バルブ遅れ閉じなどの他の対応策を採ることになる。対応策の優先順位を予め設定しておくのは有益である。同時に複数の対応策を採るように設定しておくことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
２１  機関本体
２２  クランク軸
２３  回転センサ
２５  吸気マニホールド
２７  スロットルバルブ
２９  吸気通路
３２  バルブタミング調節装置（ＶＶＴ）
３３  点火プラグ
３６  排気マニホールド
３７  排気通路
３８  排気ターボ過給機
３９  タービン室
４１  ウエストゲートバルブ
４２，４３  過給通路
４４  コンプレッサ室
４６  コンプレッサ翼
【図１】
2017115670.tif 000003
【図２】
2017115670.tif 000004
【図３】
2017115670.tif 000005