JP2008031859A

JP2008031859A - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP2008031859A
Application number: JP2006203141A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nakao; 茂樹中尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】軸受け部からのオイル漏れを抑制する。
【解決手段】電動過給機２００は、排気ガスによってタービンホイール２０８が駆動されるタービン２０４と、エンジン１００に吸入される空気を圧縮するコンプレッサ２０２と、シャフト２１０と、内部に中空部２５２が設けられる中空形状のハウジング２５０と、シャフト２１０を回転自在に支持するベアリング２２２，２２４と、ベアリング２２２，２２４の作動部分にオイルを供給するための電動ポンプ１７０とを含む。電動過給機２００は、シャフト２１０の回転時において、ベアリング２２２，２２４の一方側に位置する中空部２５２内の圧力が、ベアリング２２２，２２４とベアリング２２２，２２４の他方側に位置するコンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８のうちのいずれか一方との間の圧力と多くとも略等しくなるように中空部２５２内の圧力を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関し、特に、ターボチャージャの作動時に発生する、軸受け部からのオイル漏れを防止する技術に関する。

自動車用内燃機関には自然吸気式エンジンと過給式エンジンとがある。過給機としては、一般にターボチャージャと呼ばれる排気タービン駆動式のものと、一般にスーパチャージャと呼ばれる機械駆動式のものとが実用化されている。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、それと直結したコンプレッサで吸入空気を圧縮してエンジンに供給するものである。

また、内燃機関の低回転域においては、排気エネルギが小さいことから、電動機によりコンプレッサを回転させることにより、低回転域の過給圧を強制的に上昇させるターボチャージャが公知である。

たとえば、特開２００５−１２７３０７号公報（特許文献１）は、電動機付ターボチャージャにおける電動機の冷却を簡便に行なえ、電動機の効率低下を防止することのできるターボチャージャを開示する。このターボチャージャは、内燃機関の吸気通路上に設けられたターボチャージャのコンプレッサホイールを回転駆動させ得る電動機と、電動機を内蔵するハウジングと、ハウジング内に冷却用気体流を導入する導入路とを備える。導入路の一端がハウジングに接続されるとともに、他端が吸気通路上に配設されたエアクリーナの下流側近傍に接続されている。

上述した公報に開示されたターボチャージャによると、吸気通路上のエアクリーナ下流近傍の吸入空気を電動機のハウジング内に導入して電動機を冷却するため、異物による電動機への悪影響（異物堆積による効率低下など）を防止することができる。また、エアクリーナの下流側近傍の温度の低い吸入空気を用いて電動機を冷却するため、冷却効果が高い。
特開２００５−１２７３０７号公報

しかしながら、上述したような過給機においては、タービンホイールまたはコンプレッサホイールの回転に起因して、軸受け部に供給されるオイルが外部に漏れるという問題がある。

これは、ターボチャージャの作動時において、タービンホイールまたはコンプレッサホイールの翼背面部分（タービンホイールまたはコンプレッサホイールと軸受け部との間）の圧力が低下することにより、軸受け部に供給されるオイルが吸い出されるためである。

上述した公報に開示されたターボチャージャにおいては、このようなオイル漏れについてなんら考慮されておらず、上述した問題を解決することはできない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸受け部からのオイル漏れを抑制するターボチャージャを提供することである。

第１の発明に係るターボチャージャは、内燃機関から排出される排気ガスによって第１の羽根車が駆動されるタービンと、第１の羽根車の駆動力により、第２の羽根車が駆動することによって、内燃機関に吸入される空気を圧縮するコンプレッサと、第１の羽根車と第２の羽根車とが両端に設けられるシャフトと、シャフトが貫通し、内部に中空部が設けられる中空形状のハウジングと、ハウジングに固定され、シャフトを回転自在に支持するベアリングと、ハウジングに設けられるオイル通路を介して、ベアリングの作動部分にオイルを供給するためのオイル供給手段と、シャフトの回転時において、ベアリングの一方側に位置する中空部内の圧力が、ベアリングとベアリングの他方側に位置する第１の羽根車および第２の羽根車のうちのいずれか一方との間の圧力と多くとも略等しくなるように中空部内の圧力を低下させるための圧力低下手段とを含む。

第１の発明によると、圧力低下手段は、シャフトの回転時において、ベアリングの一方側に位置する中空部内の圧力が、ベアリングとベアリングの他方側に位置する第１の羽根車および第２の羽根車のうちのいずれか一方との間の圧力と多くとも略等しくなるように中空部内の圧力を低下させる。ターボチャージャの作動時において、排気エネルギあるいは回転電機によりシャフトが回転させられる場合においては、第１の羽根車および第２の羽根車とベアリングとの間（たとえば、翼背面部分）の圧力は低下する。中空部内の圧力がベアリングと第１の羽根車および第２の羽根車のうちのいずれかとの間の圧力と多くとも略等しくなるようにすることにより、ベアリングの両端の圧力が略等しくなるか、あるいは中空部内の圧力の方が低くなる。そのため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくとも第１の羽根車側または第２の羽根車側に吸い出されることが抑制される。したがって、作動時に軸受け部からのオイル漏れを抑制するターボチャージャを提供することができる。

第２の発明に係るターボチャージャは、第１の発明の構成に加えて、コンプレッサよりも上流の吸気通路と中空部とを接続する接続通路をさらに含む。圧力低下手段は、第１の羽根車の回転により、中空部内の気体を接続通路を介して吸気通路に吸い出して、圧力を低下させるための手段を含む。

第２の発明によると、圧力低下手段は、第１の羽根車の回転により、中空部内の気体を接続通路を介して吸気通路に吸い出す。これにより、中空部内の圧力を低下させることができる。そのため、ベアリングを挟んで両側の圧力が略等しくなるか、あるいは中空部内の圧力の方が低くなる。そのため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくとも第１の羽根車側または第２の羽根車側に吸い出されることが抑制される。

第３の発明に係るターボチャージャにおいては、第１の発明の構成に加えて、圧力低下手段は、中空部内の空気を吸い出すポンプである。

第３の発明によると、ポンプにより中空部内の空気が吸い出される。これにより、中空部内の圧力を低下させることができる。そのため、ベアリングを挟んで両側の圧力が略等しくなるか、あるいは中空部内の圧力の方が低くなる。そのため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくとも第１の羽根車側または第２の羽根車側に吸い出されることが抑制される。

第４の発明に係るターボチャージャにおいては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、圧力低下手段は、中空部内から流入するオイルを分離するオイル分離手段を備える。

第４の発明によると、中空部内に流入するオイルを分離するオイル分離手段を備えることにより、圧力低下手段へのオイルミストの流入を防止することができる。

第５の発明に係るターボチャージャは、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、中空部内の圧力を検知するための検知手段と、検知された圧力に応じて、圧力低下手段による中空部内の圧力の低下量を制御するための制御手段とをさらに含む。

第５の発明によると、制御手段は、検知された圧力に応じて、圧力低下手段による中空部内の圧力の低下量を制御する。これにより、中空部内の圧力を一定の圧力に調整することができる。特に、制御弁が閉じられた後においては、シャフトの回転数に関わらず、中空部内の圧力を維持することができる。そのため、安定して、中空部内の圧力を、ベアリングを挟んで第１の羽根車側または第２の羽根車側における圧力よりも低く維持することができるため、オイルの漏出が抑制される。

第６の発明に係るターボチャージャは、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、ハウジングの外部から中空部内に導入される空気が流通する導入通路と、導入通路と中空部とを連通状態および遮断状態のうちのいずれか一方の状態にする切換手段と、中空部内の温度を検知するための温度検知手段と、シャフトの回転状態および検知された温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、切換手段を制御するための切換制御手段とをさらに含む。

第６の発明によると、切換弁が遮断状態になると、中空部内の圧力を低下させることができるが、中空部内に空気が導入されないため、冷却性能は低下することとなる。また、切換弁が開放状態になると、空気が中空部内に導入されるため、冷却性能の低下は抑制されるが、中空部内の圧力を低下させることが困難になる。そこで、シャフトの回転状態および回転電機の温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、切換手段を制御することにより、中空部内の温度および圧力を状況に応じた温度および圧力に調整して、冷却性能とオイル漏れ防止とを両立させることができる。

第７の発明に係るターボチャージャは、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、中空部内に収納され、電力の供給を受けて、シャフトを回転させる回転電機をさらに含む。

第７の発明によると、中空部に回転電機が収納されるターボチャージャに本発明を適用することにより、電動過給機において軸受け部からのオイル漏れを抑制することができる。

第８の発明に係るターボチャージャにおいては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、圧力低下手段は、中空部内の圧力が、第１の羽根車および第２の羽根車の翼背面部分の圧力のうちいずれか低い方の圧力と多くとも略等しくなるように中空部内の圧力を低下させるための手段を含む。

第８の発明によると、第１の羽根車および第２の羽根車の翼背面部分のうちのいずれか低い方の圧力と略同じになるように中空部内の圧力を低下させることにより、ベアリングを挟んで、中空部内の圧力が、翼背面部分の圧力と略等しいかあるいは翼背面部分の圧力よりも低くすることができるため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくとも第１の羽根車側または第２の羽根車側に吸い出されることが抑制される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係るターボチャージャが搭載されたエンジンシステムについて説明する。エンジンシステムは、エンジン１００と、電動過給機２００と、インタークーラ１６２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３４０とを含む。本実施の形態に係るエンジンシステムは、車両に搭載される。なお、ＥＣＵ３４０は、エンジン１００を制御するエンジンＥＣＵと、エンジンＥＣＵと双方向で通信可能に接続された、電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵとから構成されるようにしてもよい。また、本実施の形態に係るターボチャージャとして電動過給機を一例として説明するが、ハウジング内部に中空部が形成されるターボチャージャであれば、特に電動過給機に限定されるものではない。

吸気口１５０から吸入される空気は、エアクリーナ１５２によりろ過される。エアクリーナ１５２によりろ過された空気は、吸気通路１５６を介して電動過給機２００に流通する。電動過給機２００に流通した空気はコンプレッサ２０２において圧縮された後、吸気通路１６０を流通して、インタークーラ１６２において冷却される。インタークーラ１６２において冷却された空気は、吸気通路１０２を流通して、エンジン１００に吸入される。

インタークーラ１６２は、コンプレッサ２０２において圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。具体的には、インタークーラ１６２は、外部の空気と熱交換することにより内部を流通する空気の温度を低下させる。冷却された空気の体積は、冷却前に比べて小さくなるため、より多くの空気がエンジン１００に送り込まれる。

また、吸気通路１５６とハウジング２５０の内部とをバイパスするバイパス通路１５８が設けられる。吸気通路１０２の途中には、吸気通路１０２に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ１６６が設けられる。スロットルバルブ１６６は、スロットルモータ１６８により駆動される。スロットルモータ１６８は、ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて駆動する。

エンジン１００は、シリンダヘッド（図示せず）とシリンダブロック（図示せず）とを含む。シリンダブロックには、図１の紙面上下方向に複数の気筒が設けられる。そして、各気筒内には、紙面上下方向に摺動可能にピストン１１４が設けられる。ピストン１１４は、コンロッド１１６を介してクランクシャフト１２０に連結される。ピストン１１４、コンロッド１１６およびクランクシャフト１２０によりクランク機構が形成される。

ピストン１１４の上部においては、燃焼室１０８が形成される。燃焼室１０８には、燃焼室１０８に向けて点火プラグ１１０と燃料噴射インジェクタ（図示せず）とが設けられる。点火プラグ１１０は、ＥＣＵ３４０の制御信号の受信に応じて点火する。

本実施の形態において、エンジン１００は直噴エンジンであるとして説明するが、特に、直噴エンジンに限定されるものではない。たとえば、エンジン１００は、内燃機関であればよく、ポート噴射型のエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

シリンダヘッドには、吸気通路１０２と排気通路１３０とがそれぞれ燃焼室１０８に接続するように設けられる。吸気通路１０２と燃焼室１０８との間には、吸気バルブ１０４が設けられる。排気通路１３０と燃焼室１０８との間には、排気バルブ１２８が設けられる。吸気バルブ１０４および排気バルブ１２８は、クランクシャフト１２０と連動して回転するカムシャフト（図示せず）により駆動される。

吸気通路１０２を流通する空気は、ピストン１１４が下降するときに、吸気バルブ１０４が開かれて燃焼室１０８に吸引される。燃焼室１０８に流通した空気は、燃料噴射インジェクタから噴射された燃料と混合される。吸気バルブ１０４が閉じて、ピストン１１４が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ１１０において燃料と混合された空気が点火されて燃焼する。燃焼による圧力によりピストン１１４が押し下げられる。このとき、ピストン１１４の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト１２０の回転運動に変換される。そして、ピストン１１４が下死点付近まで下降したときに、排気バルブ１２８が開く。ピストン１１４が再び上昇するときに、燃焼室１０８内で燃焼させられた空気、すなわち、排気ガスは、排気通路１３０を流通する。排気通路１３０を流通した空気は、電動過給機２００のタービン２０４を駆動させた後に、排気管１８０を流通して触媒１８２に導かれる。排気ガスは、触媒１８２により浄化された後、車外に排出される。

ＥＣＵ３４０は、車両に搭載された各種センサからの情報およびメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００および電動過給機２００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。

電動過給機２００は、コンプレッサ２０２と、回転電機２１６と、シャフト２１０と、タービン２０４と、ハウジング２５０とを含む。

コンプレッサ２０２のコンプレッサハウジング内には、羽根車形状のコンプレッサホイール（コンプレッサロータ、コンプレッサブレードなどとも呼ばれる。）２０６が収納される。コンプレッサホイール２０６は、回転によりエアクリーナ１５２によりろ過された空気を圧縮（過給）する。

タービン２０４のタービンハウジング内には、羽根車形状のタービンホイール（タービンロータ、タービンブレードなどとも呼ばれる。）２０８が収納される。タービンホイール２０８は、排気ガスにより回転させられる。

シャフト２１０は、ハウジング２５０を貫通するように設けられる。シャフト２１０は、ハウジング２５０に固定されたベアリング２２２，２２４により回転自在に支持される。シャフト２１０の両端には、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８とがそれぞれ設けられる。すなわち、排気ガスによりタービンホイール２０８が回転させられると、コンプレッサホイール２０６も回転することとなる。

また、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８との間には、シャフト２１０を回転軸とする回転電機２１６が設けられる。回転電機２１６は、ロータ２１２とステータ２１４とを含む。ハウジング２５０は、中空部２５２を有する円筒形状であって、中空部２５２内にロータ２１２とステータ２１４とを収納する。ロータ２１２は、シャフト２１０に固定される。ステータ２１４は、ハウジング２５０に固定される。回転電機２１６は、ＥＣＵ３４０の制御信号に応じてバッテリ（図示せず）から電力が供給されることにより磁界が発生してシャフト２１０に回転力が付与される。

コンプレッサホイール２０６とベアリング２２４との間には、シール２５４が設けられる。シール２５４は、ハウジング２５０に固定され、中空部２５２内に存在するオイルあるいはオイル供給通路２１８からベアリング２２２に供給されたオイルがコンプレッサホイール２０６に漏出することを防止する。

また、タービンホイール２０８とベアリング２２２との間には、シール２５６が設けられる。シール２５６は、ハウジング２５０に固定され、、中空部２５２内に存在するオイルあるいはオイル供給通路２２０からベアリング２２２に供給されたオイルがタービンホイール２０８に漏出することを防止する。

オイル供給通路２１８，２２０を介してベアリング２２２，２２４の作動部分には、オイルが供給される。オイルは、潤滑油および回転電機２１６の温度を低下させる冷却媒体として機能する。ベアリング２２２，２２４に供給されたオイルは、回転電機２１６の内部から循環通路（図示せず）を介して電動ポンプ１７０まで流通して、再びオイル供給通路２１８，２２０を介してベアリング２２２，２２４に供給される。電動ポンプ１７０は、ＥＣＵ３４０の制御信号を受信して作動する。

以上のような構成を有する本実施の形態に係るターボチャージャが過給する際の動作について説明する。

エンジン１００で、燃料と混合された空気が燃焼された後、排気ガスは、排気通路１３０からタービン２０４内に導かれる。排気ガスはそこでタービンホイール２０８を回転させ、その回転力がシャフト２１０に伝達される。その後、排気ガスは、排気管１８０を流通して、触媒１８２に導かれる。触媒１８２に導かれた排気ガスは、浄化された状態で車外へ排出される。

一方、エンジン１００に供給するため車外より吸入された空気は、エアクリーナ１５２によってろ過された後、吸気通路１５６を流通して、コンプレッサ２０２内に導かれる。空気はシャフト２１０と一体となって回転するコンプレッサホイール２０６によって圧縮（過給）される。圧縮された空気は、インタークーラ１６２に導かれ、冷却された状態でエンジン１００の吸気通路１０２を介して燃焼室１０８に吸入される。

また、ＥＣＵ３４０は、エンジン１００の低回転域において、コンプレッサ２０２において圧縮される空気が所望の過給圧に到達しない場合（たとえば、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数以下である場合）には、回転電機２１６を駆動することにより、コンプレッサ２０２の過給圧が強制的に上昇するように制御する。

このとき、電動ポンプ１７０はＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて作動して、ベアリング２２２，２２４に対して常時オイルを供給する。

このような構成を有するターボチャージャにおいて、コンプレッサホイール２０６またはタービンホイール２０８の回転に起因して、軸受けであるベアリング２２２，２２４に供給されるオイルがコンプレッサホイール２０６側あるいはタービンホイール２０８側に漏れる場合がある。これは、ターボチャージャの作動時において、コンプレッサホイール２０６またはタービンホイール２０８の翼背面２６０，２６２における圧力が低下することにより、ベアリング２２２，２２４に供給されるオイルが吸い出されるためである。

上述したように、ベアリング２２４とコンプレッサホイール２０６との間には、シール２５４が設けられ、ベアリング２２２とタービンホイール２０８との間には、シール２５６が設けられるが、ベアリング２２２，２２４のそれぞれにおいて軸方向両端の圧力差がシール２５４，２５６による漏れ防止の圧力差の限界を越えて拡大すると、ベアリング２２２，２２４に供給されるオイルは、コンプレッサホイール２０６側またはタービンホイール２０８側に吸い出される。

そこで、本発明は、シャフト２１０の回転時において、ベアリング２２２，２２４の一方側に位置する中空部２５２内の圧力がベアリング２２２，２２４とベアリング２２２，２２４の他方側に位置するコンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８のうちのいずれか一方との間の圧力と多くとも略等しくなるように、中空部２５２内の圧力を低下させる点に特徴を有する。

より具体的には、シャフト２１０の回転時において、ベアリング２２２の一方側に位置する中空部２５２内の圧力が、ベアリング２２２とベアリング２２２の他方側に位置するタービンホイール２０８との間の圧力、および、ベアリング２２４の一方側に位置する中空部２５２内の圧力が、ベアリング２２４とベアリング２２４の他方側に位置するコンプレッサホイール２０６との間の圧力のうちのいずれか一方と多くとも略等しくなるように中空部２５２内の圧力が低下される。

本実施の形態において、コンプレッサ２０２よりも上流側の吸気通路１５６とハウジング２５０に形成された開口部２２６とがバイパス通路１５８により接続される。これにより、吸気通路１５６と中空部２５２とは常時連通状態となる。なお、開口部２２６またはバイパス通路１５８には、中空部２５２内からミスト化したオイルが流入する場合に備えて、オイル分離手段を設けても良い。オイル分離手段としては内燃機関のブローバイガス中のオイルミストの分離手段として公知であるバッフル構造や遠心分離構造等を用いることができる。

以上のような構成を有する本実施の形態に係るターボチャージャの作用について説明する。

ターボチャージャの作動時において、すなわち、排気ガスのエネルギあるいは回転電機２１６により付与された回転力によりシャフト２１０の回転数が上昇すると、コンプレッサ２０２における過給圧が上昇する。このとき、コンプレッサホイール２０６の翼背面２６０とシール２５４との間およびタービンホイール２０８の翼背面２６２とシール２５６との間の圧力は、コンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８の回転により気体に遠心力が作用して低下する。シャフト２１０の回転数がさらに上昇すると、翼背面部分２６０，２６２における圧力は大気圧よりも低い圧力（以下の説明においては、単に負圧という）になる。

一方、コンプレッサホイール２０６の回転数が上昇することにより、コンプレッサ２０２がエアクリーナ１５２から取り込まれた空気を圧縮して送出するため、吸気通路１５６における空気の圧力は低下する。

吸気通路１５６内の圧力が中空部２５２内の圧力よりも低くなると、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に吸い出される。そのため、中空部２５２内の圧力が低下する。シャフト２１０の回転数がさらに上昇すると、中空部２５２内の圧力は負圧になる。

オイル供給通路２１８からベアリング２２４に供給されたオイルは、ベアリング２２４の軸方向両端の差圧に応じてコンプレッサホイール２０６側に吸い出される流れが形成されたり、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されたりするが、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６０における圧力と略等しい圧力になると、オイルはいずれの流れも形成しない。そのため、オイルがコンプレッサホイール２０６側に吸い出されることはない。

なお、ベアリング２２４とコンプレッサホイール２０６との間には、シール２５４が介在する。そのため、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６０における圧力よりもシール２５４の漏れ防止についての性能に基づく圧力分まで高い限りにおいては、シール２５４によりオイルの漏れが抑制されることとなる。

中空部２５２内の圧力が翼背面２６０における圧力よりも低いと、オイルは、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されることとなる。

オイル供給通路２２０からベアリング２２２に供給されたオイルには、ベアリング２２２の軸方向両端の差圧に応じてタービンホイール２０８側に吸い出される流れが形成されたり、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されたりするが、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６２における圧力と略等しい圧力になると、オイルはいずれの流れも形成しない。そのため、オイルがタービンホイール２０８側に吸い出されることはない。

なお、ベアリング２２２とタービンホイール２０８との間には、シール２５６が介在する。そのため、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６２における圧力よりもシール２５６の漏れ防止についての性能に基づく圧力分まで高い限りにおいては、シール２５６によりオイルの漏れが抑制されることとなる。

シール２５４，２５６の漏れ防止の性能に基づく圧力分は、シール２５４，２５６の厚み、形状、材質等によりシャフト２１０の回転に影響が生じない範囲で定められる。

中空部２５２内の圧力が翼背面２６２における圧力よりも低いと、オイルは、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されることとなる。

したがって、少なくともコンプレッサホイール２０６側またはタービンホイール２０８側にオイルが吸い出されることはない。これにより、オイルの漏出が抑制される。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、排気エネルギあるいは回転電機によりシャフトが回転させられる場合においては、コンプレッサホイールの翼背面およびタービンホイールの翼背面における圧力は低下する。中空部内の圧力がベアリングとコンプレッサホイールおよびタービンホイールのうちのいずれかとの間の圧力と多くとも略等しくなるようにすることにより、ベアリングの両端の圧力が略等しくなるか、あるいは中空部内の圧力の方が低くなる。そのため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくともコンプレッサホイール側またはタービンホイール側に吸い出されることが抑制される。したがって、作動時に軸受け部からのオイル漏れを抑制するターボチャージャを提供することができる。

なお、中空部内の圧力の低下の特性については、バイパス通路１５８の吸気通路上の開口位置の変更や、バイパス通路１５８の開口位置付近の吸気通路の開口面積の変更（ベンチユリ形状の設定）等により調整することができる。翼背面部分２６０，２６２における圧力の変化の態様と中空部内の圧力の変化の態様とを略同じにすることにより、オイル漏れが確実に抑制される。

また、好ましくは、中空部２５２内の圧力は、コンプレッサホイール２０６の翼背面２６０における圧力およびタービンホイール２０８の翼背面２６２における圧力のうちの低い方の圧力と多くとも略等しくなるようにすることが望ましい。このようにすると、少なくともコンプレッサホイール２０６側またはタービンホイール２０８側へのオイルの漏出が抑制される。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、バイパス通路１５８に代えてバキュームポンプ２３０とポンプ通路２２８とを含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図２に示すように、本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００は、エンジン１００を動力源とするバキュームポンプ２３０と、バキュームポンプ２３０とハウジング２５０の中空部２５２とを接続するポンプ通路２２８とを含む。なお、ポンプ通路２２８には、中空部２５２内からミスト化したオイルが流入する場合に備えて、第１の実施の形態と同様のオイル分離手段を設けても良い。

本実施の形態において、バキュームポンプ２３０としては、エンジン１００の作動により駆動して、車両に搭載されるブレーキブースタ（図示せず）内の圧力を低下させるバキュームポンプが用いられる。ブレーキブースタ内の圧力を低下させることにより、運転者のブレーキペダルに対する踏力が倍力されて、ブレーキブースタに接続されるブレーキマスタシリンダ（図示せず）に伝達される。

ターボチャージャの作動時において、すなわち、排気ガスのエネルギあるいは回転電機２１６により付与された回転力によりシャフト２１０の回転数が上昇すると、コンプレッサ２０２における過給圧が上昇する。このとき、コンプレッサホイール２０６の翼背面２６０とシール２５４との間およびタービンホイール２０８の翼背面２６２とシール２５６との間の圧力は、コンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８の回転により気体に遠心力が作用して低下する。シャフト２１０の回転数がさらに上昇すると、翼背面２６０，２６２における圧力は負圧になる。

一方、エンジン１００の作動により、バキュームポンプ２３０が駆動する。このとき、バキュームポンプ２３０は、ポンプ通路２２８を介して、中空部２５２内の気体を吸い出す。そのため、中空部２５２内の圧力が低下する。バキュームポンプ２３０の駆動が継続されると、中空部２５２内の圧力は負圧になる。

このとき、オイル供給通路２１８からベアリング２２４に供給されたオイルには、ベアリング２２４の軸方向両端の差圧に応じてコンプレッサホイール２０６側に吸い出される流れが形成されたり、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されたりするが、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６０における圧力と略等しい圧力になると、オイルはいずれの流れも形成しない。そのため、オイルがコンプレッサホイール２０６側に吸い出されることはない。

以上のようにして本実施の形態に係るターボチャージャによると、バキュームポンプを用いて中空部内の気体を吸い出すことにより、中空部内の圧力を低下させることができる。中空部内の圧力がベアリングとコンプレッサホイールおよびタービンホイールのうちのいずれかとの間の圧力と多くとも略等しくなるようにすることにより、ベアリングの両端の圧力が略等しくなるか、あるいは中空部内の圧力の方が低くなる。そのため、ベアリングに供給されるオイルが、少なくともコンプレッサホイール側またはタービンホイール側に吸い出されることが抑制される。したがって、作動時に軸受け部からのオイル漏れを抑制するターボチャージャを提供することができる。

また、中空部内の圧力を低下させるポンプとして、エンジンを動力源とするバキュームポンプを利用することにより、新たな装置を設ける必要がない。そのため、部品点数の増加を抑制することができるため、コストの上昇を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、中空部内の圧力を低下させるポンプとして、ブレーキブースタ内の圧力を低下させるバキュームポンプを用いるとして説明したが、特に、これに限定されるものではなく、別途中空部内の圧力を低下させるポンプを用いるようにしてもよい。

＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、ハウジング２５０の中空部２５２に圧力検知センサ１７４が設けられる点、バイパス通路１５８の途中に制御弁１７２がさらに設けられる点、および、制御弁１７２の開閉状態をＥＣＵ３４０が制御する点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図３に示すように、本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００は、バイパス通路１５８の途中に設けられる制御弁１７２をさらに含む。制御弁１７２が開弁すると、吸気通路１５６と中空部２５２とが連通状態になり、制御弁１７２が閉弁すると、吸気通路１５６と中空部２５２とが遮断状態になる。本実施の形態において、制御弁１７２は、ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、開弁状態と閉弁状態とがステップ的に切り換えられる電磁弁であるが特に電磁弁を用いることに限定されるものではない。たとえば、油圧により開弁状態と閉弁状態とが切り換えられる制御弁であってもよい。

ハウジング２５０には、中空部２５２内の圧力を検知する圧力検知センサ１７４が設けられる。圧力検知センサ１７４は、中空部２５２内の圧力を表す信号をＥＣＵ３４０に対して送信する。本実施の形態において、ＥＣＵ３４０は、受信した中空部２５２内の圧力に基づいて制御弁１７２を制御するプログラムを実行する。

以下、図４を参照して、本実施の形態において、ＥＣＵ３４０で実行される、検知された圧力に応じて制御弁１７２を制御するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ１７４により検知された、中空部２５２内の圧力（以下、単に内圧ともいう）Ｐを受信する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ３４０は、内圧Ｐ−大気圧の値が予め定められた圧力Ｐｘ（ｋＰａ）よりも大きいか否かを判断する。予め定められた圧力Ｐｘ（ｋＰａ）は、特に限定された値ではなく、たとえば、回転電機２１６の体格、仕様およびシール２５４，２５６のオイル漏れ防止性能に対応した値であって、実験等により適合されるしきい値である。内圧Ｐ−大気圧の値がＰｘよりも大きいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ３４０は、開弁するように制御弁１７２に対して制御信号を送信する。Ｓ１０６にて、ＥＣＵ３４０は、閉弁するように制御弁１７２に対して制御信号を送信する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るターボチャージャの作用について説明する。

一方、コンプレッサホイール２０６の回転数が上昇することにより、コンプレッサ２０２がエアクリーナ１５２から取り込まれた空気を圧縮するため、吸気通路１５６における空気の圧力は低下する。

制御弁１７２が開弁状態であって、吸気通路１５６内の圧力が中空部２５２内の圧力よりも低くなると、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に吸い出される。そのため、中空部２５２内の圧力が低下する。シャフト２１０の回転数がさらに上昇すると、中空部２５２内の圧力は負圧になる。

中空部２５２の内圧Ｐが検知され（Ｓ１００）、内圧Ｐ−大気圧の値が予め定められた圧力Ｐｘよりも大きいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御弁１７２は開弁するように制御される（Ｓ１０４）。

このとき、吸気通路１５６と中空部２５２とは連通状態になる。そのため、吸気通路１５６内の圧力が中空部２５２内の圧力よりも低くなると、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に吸い出される。これにより、中空部２５２内の圧力は、シャフト２１０の回転数の上昇とともに低下していく。

そして、内圧Ｐ−大気圧の値が予め定められた圧力Ｐｘ以下になると（Ｓ１０２にてＮＯ）、制御弁１７２は閉弁するように制御される（Ｓ１０６）。

このとき、吸気通路１５６と中空部２５２とは遮断状態になる。そのため、中空部２５２は、略密閉状態になるため、中空部２５２内の圧力は維持される。

オイル供給通路２１８からベアリング２２４に供給されたオイルは、ベアリング２２４の軸方向両端の差圧に応じてコンプレッサホイール２０６側に吸い出される流れが形成されたり、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されたりするが、制御弁１７２が開弁状態であるときに、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６０における圧力と略等しい圧力になると、オイルはいずれの流れも形成しない。そのため、オイルがコンプレッサホイール２０６側に吸い出されることはない。

オイル供給通路２２０からベアリング２２２に供給されたオイルには、ベアリング２２２の軸方向両端の差圧に応じてタービンホイール２０８側に吸い出される流れが形成されたり、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されたりするが、制御弁１７２が開弁状態であるときに、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６２における圧力と略等しい圧力になると、オイルはいずれの流れも形成しない。そのため、オイルがタービンホイール２０８側に吸い出されることはない。

制御弁１７２が閉弁状態になると、中空部２５２内は、圧力が負圧に低下した状態が維持される。この状態において、中空部２５２内の圧力が、翼背面２６０，２６２における圧力と多くとも略等しい圧力であると、コンプレッサホイール２０６側またはタービンホイール２０８側へのオイルの漏出が抑制される。

さらに、中空部２５２内の圧力が上昇して、内圧Ｐ−大気圧の値が予め定められた圧力Ｐｘよりも大きくなると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御弁１７２が再び開弁するように制御される（Ｓ１０４）。そのため、シャフト２１０の回転上昇とともに、中空部２５２内の圧力は再び低下していく。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャにより発現される効果に加えて、中空部の内圧に応じて制御弁を制御することにより、中空部内の圧力を一定の圧力に調整することができる。特に、制御弁が閉じられた後においては、シャフトの回転数に関わらず、中空部内の圧力を維持することができる。そのため、安定して中空部内の圧力を翼背面における圧力よりも低く維持することができるため、オイルの漏出が抑制される。

なお、本実施の形態においては、制御弁１７２は、開弁状態と閉弁状態とをステップ的に変化するものとして説明したが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、制御弁１７２は、開弁状態から閉弁状態まで中空部内の圧力に基づいて連続的に開度を変化するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、バイパス通路１５８の途中に制御弁１７２を設ける構成としたが、上述の第２の実施の形態において図２を用いて説明した電動過給機２００の構成のように、ハウジング２５０に形成される開口部２２６とバキュームポンプ２３０とを接続するポンプ通路２２８の途中に制御弁１７２を設けて、圧力検知センサ１７４により検知された圧力に応じて開弁状態と閉弁状態とを切り換えるようにしてもよい。

＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、温度検知センサ２７０と、インタークーラ１６２の下流側に接続される吸気通路１０２および中空部２５２を接続するバイパス通路１８４とを含む点、バイパス通路１８４の途中に制御弁１７８が設けられる点、および、制御弁１７８の開閉状態をＥＣＵ３４０が制御する点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図５に示すように、本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００は、中空部２５２に形成された開口部１７６とインタークーラ１６２の下流側に接続される吸気通路１０２におけるスロットルバルブ１６６よりも上流側の部分とを接続するバイパス通路１８４と、バイパス通路１８４の途中に設けられる制御弁１７８とをさらに含む。制御弁１７８が開弁すると、吸気通路１０２と中空部２５２とが連通状態になり、制御弁１７８が閉弁すると、吸気通路１０２と中空部２５２とが遮断状態になる。

本実施の形態において、制御弁１７８は、ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、開弁状態と閉弁状態とがステップ的に切り換えられる電磁弁であるが特に電磁弁を用いることに限定されるものではない。たとえば、油圧により開弁状態と閉弁状態とが切り換えられる制御弁であってもよい。

ハウジング２５０には、回転電機２１６の温度を検知する温度検知センサ２７０が設けられる。温度検知センサ２７０は、回転電機２１６の温度を表す信号をＥＣＵ３４０に対して送信する。本実施の形態において、ＥＣＵ３４０は、受信した回転電機２１６の温度に基づいて制御弁１７８を制御するプログラムを実行する。

なお、温度検知センサ２７０は、ハウジング２５０の温度、中空部２５２内の温度およびステータ２１４の温度うちのいずれかを回転電機２１６の温度として検知するようにしてもよい。

以下、図６を参照して、本実施の形態において、ＥＣＵ３４０で実行される、検知された温度に応じて制御弁１７８を制御するプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ３４０は、温度検知センサ２７０により検知された、回転電機２１６の温度Ｔｍを受信する。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ３４０は、検知された温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きいか否かを判断する。予め定められた温度Ｔａは、特に限定された値ではなく、たとえば、回転電機２１６の体格、仕様に対応した値であって、実験等により適合されるしきい値である。検知された温度ＴｍがＴａよりも大きいと（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２０６に移される。

Ｓ２０４にて、ＥＣＵ３４０は、開弁するように制御弁１７８に対して制御信号を送信する。Ｓ２０６にて、ＥＣＵ３４０は、閉弁するように制御弁１７８に対して制御信号を送信する。

回転電機２１６の温度Ｔｍが検知され（Ｓ２００）、検知された温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも低いと（Ｓ２００にてＮＯ）、制御弁１７８は閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。

吸気通路１５６と中空部２５２とは連通状態であるため、吸気通路１５６の圧力が中空部２５２内の圧力よりも低くなると、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に吸い出される。これにより、中空部２５２内の圧力は、シャフト２１０の回転数の上昇とともに低下していく。

さらに、回転電機２１６の作動によりあるいは排気熱により、回転電機２１６の温度が上昇して、検知された温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きくなると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、制御弁１７８が開弁するように制御される（Ｓ２０４）。

このとき、インタークーラ１６２において圧縮された空気は、バイパス通路１８４を介して中空部２５２内に流れ込む。中空部２５２内にインタークーラ１６２において冷却された空気が流れ込むため、回転電機２１６の温度は、流れ込んだ空気との熱交換により低下する。低下した温度が再び予め定められた温度Ｔａ以下になると（Ｓ２０２にてＮＯ）、制御弁１７８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。これにより、再びオイルの漏出が抑制される。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャにより発現される効果に加えて、インタークーラの下流側の空気を中空部内に送り込むことにより、予め定められた温度以上となった高温の回転電機の温度を適切な温度まで低下させることができる。また、回転電機の状態が適切な温度である限りは、中空部内の圧力を低下させることができるため、オイル漏れを抑制することができる。

＜第５の実施の形態＞
以下、本発明の第５の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第４の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、翼背面圧センサ２７２をさらに含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第４の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図７に示すように、本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００において、ハウジング２５０には、コンプレッサホイール２０６の翼背面圧力を検知する翼背面圧センサ２７２が設けられる。翼背面圧センサ２７２は、コンプレッサホイール２０６の翼背面２６０とシール２５４との間の圧力（以下、翼背面圧力という）を検知するセンサであって、コンプレッサホイール２０６における翼背面圧力を表す信号をＥＣＵ３４０に対して送信する。本実施の形態において、ＥＣＵ３４０は、受信したコンプレッサホイール２０６の翼背面圧力に基づいて制御弁１７８を制御するプログラムを実行する。

なお、本実施の形態においては、翼背面圧センサ２７２は、コンプレッサホイール２０６における翼背面圧力を検知するが、タービンホイール２０８における翼背面圧力を検知するようにしてもよいし、コンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８のそれぞれにおける翼背面圧力を検知するようにしてもよい。あるいは、コンプレッサホイール２０６側の翼背面圧力からタービンホイール２０８側の翼背面圧力を推定するようにしてもよい。

以下、図８を参照して、本実施の形態において、ＥＣＵ３４０で実行される、検知された翼背面圧力に応じて制御弁１７８を制御するプログラムの制御構造について説明する。

なお、図８に示したフローチャートの中で、前述の図６に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらのついて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ３４０は、翼背面圧センサ２７２により検知された、コンプレッサホイール２０６における翼背面圧力Ｐｂを受信する。

Ｓ３０２にて、ＥＣＵ３４０は、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙよりも大きいか否かを判断する。予め定められた圧力Ｐｙは、特に限定された値ではなく、たとえば、回転電機２１６の体格、仕様およびシール２５４，２５６のオイル漏れ防止性能に対応した値であって、実験等により適合されるしきい値である。検知された圧力ＰｂがＰｙよりも大きいと（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。もしそうでないと（Ｓ３０２にてＮＯ）、処理はＳ２０６に移される。

ここで、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙ以下であると（Ｓ３０２にてＮＯ）、制御弁１７８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。

このとき、吸気通路１５６と中空部２５２とは連通状態であるため、吸気通路１５６の圧力が中空部２５２内の圧力よりも低くなると、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に吸い出される。これにより、中空部２５２内の圧力は、シャフト２１０の回転数の上昇とともに低下していく。

回転電機２１６の作動によりあるいは排気熱により、中空部２５２内の圧力が翼背面２６２における圧力よりも低いと、オイルは、中空部２５２内に吸い込まれる流れが形成されることとなる。

さらに、シャフト２１０の回転数が減少するなどして、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙよりも大きくなると（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、制御弁１７８が開弁するように制御される（Ｓ２０４）。このとき、インタークーラ１６２において圧縮された空気は、バイパス通路１８４を介して中空部２５２に流れ込む。中空部２５２内にインタークーラ１６２において冷却された空気が流れこむため、回転電機２１６の温度は、流れ込んだ空気との熱交換により低下する。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャにより発現される効果に加えて、検知された翼背面圧力が大きいとき、すなわち、コンプレッサホイールの翼背面における負圧が小さいときには、オイルが吸い出されることによる漏れが発生しないため、インタークーラにおいて冷却された空気をハウジング内に導入することにより、回転電機を冷却することができる。また、検知された翼背面圧力が小さいとき、すなわち、コンプレッサホイールの翼背面における負圧が大きいときには、中空部内の圧力を低下させることができるため、オイル漏れを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、翼背面圧を条件として制御弁１７８の開閉を制御したが、並行して、回転電機２１６の温度条件に基づいて制御弁１７８の開閉を制御するようにしてもよい。

具体的には、図６に示すフローチャートを用いて説明したプログラムと図８に示すフローチャートを用いて説明したプログラムとを並行して実行するようにしてもよい。なお、好ましくは、回転電機２１６の温度条件と翼背面圧力の条件とは、優先順位を設定することが望ましい。

たとえば、回転電機２１６の温度条件を翼背面圧力の条件よりも優先するようにすると、温度検知センサ２７０により検知された回転電機２１６の温度が予め定められた温度より大きいと、翼背面圧力の条件が成立しているか否かに関わらず、制御弁１７８が開弁するように制御される。このようにすると、制御ハンチング等の不具合が防止される。また、回転電機２１６の温度を確実に予め定められた温度以下に調整することができる。

また、本実施の形態においては、翼背面圧力を、センサにより直接検知するとして説明したが、特に直接検知することに限定されるものではない。たとえば、シャフトの回転数に応じてマップ等を用いて翼背面圧力を推定するようにしてもよい。

＜第６の実施の形態＞
以下、本発明の第６の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第５の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、ＥＣＵ３４０で実行されるプログラムが異なる。それ以外の構成は、上述の第５の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

以下、図９を参照して、本実施の形態において、ＥＣＵ３４０で実行される、検知された回転電機２１６の温度および翼背面圧力に応じて制御弁１７８を制御するプログラムの制御構造について説明する。

なお、図９に示したフローチャートの中で、前述の図６に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ３４０は、温度検知センサ２７０により検知された、回転電機２１６の温度および翼背面圧センサ２７２により検知されたコンプレッサホイール２０６の翼背面圧力を受信する。

Ｓ４０２にて、ＥＣＵ３４０は、検知された回転電機２１６の温度Ｔｍが予め定められた値Ｔｂよりも大きいか否かを判断する。検知された温度ＴｍがＴａよりも大きいと（Ｓ４０２にてＹＥＳ）、処理はＳ４０４に移される。もしそうでないと（Ｓ４０２にてＮＯ）、処理はＳ２０６に移される。

Ｓ４０４にて、ＥＣＵ３４０は、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙよりも大きいか否かを判断する。検知された圧力ＰｂがＰｙよりも大きいと（Ｓ４０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。もしそうでないと（Ｓ４０４にてＮＯ）、処理はＳ２０６に移される。

ここで、検知された回転電機２１６の温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａ以下であると（Ｓ４０２にてＮＯ）、あるいは、検知された回転電機２１６の温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きく（Ｓ４０２にてＹＥＳ）、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙ以下であると（Ｓ４０４にてＮＯ）、制御弁１７８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。

さらに、回転電機２１６の作動によりあるいは排気熱により、中空部２５２内の温度が上昇して、検知された温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きく（Ｓ４０２にてＹＥＳ）、かつ、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙよりも大きいと（Ｓ４０４にてＹＥＳ）、制御弁１７８が開弁するように制御される（Ｓ２０４）。

このとき、インタークーラ１６２において圧縮された空気は、バイパス通路１８４を介して中空部２５２内に流れこむ。中空部２５２内にインタークーラ１６２において冷却された空気が流れ込むため、回転電機２１６の温度は、流れ込んだ空気との熱交換により低下する。低下した温度が再び予め定められた温度Ｔａ以下になったり（Ｓ４０２にてＮＯ）、翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙ以下になると（Ｓ４０４にてＮＯ）、制御弁１７８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。これにより、再びオイルの漏出が抑制される。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、上述の第１の実施の形態に係るターボチャージャにより発現される効果に加えて、検知された翼背面圧力が大きいとき、すなわち、コンプレッサホイールの翼背面における負圧が小さいときであって、回転電機の温度が高温であるときには、インタークーラの下流側の空気を中空部内に送り込むことにより、回転電機の温度を適切な温度まで低下させることができる。また、検知された翼背面圧力が小さいとき、すなわち、コンプレッサホイールの翼背面における負圧が大きいとき、あるいは、回転電機の温度が低温であるときには、中空部内の圧力を低下させて、オイル漏れを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、制御弁１７８は、開弁状態と閉弁状態とをステップ的に変化するものとして説明したが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、制御弁１７８は、開弁状態から閉弁状態まで回転電機の温度および翼背面圧力に基づいて連続的に開度を変化するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、予め定められた温度Ｔａよりも大きいという回転電機の温度条件および予め定められた圧力Ｐｙよりも大きいという翼背面の圧力条件の両方を満足すると、制御弁１７８が開弁するように制御されるとしたが、回転電機の温度および翼背面圧力に基づく制御弁１７８の制御方法としては、上述の制御に特に限定されるものではない。

たとえば、ＥＣＵ３４０のメモリに図１０に示すマップを予め記憶させておくようにしてもよい。具体的には、シャフト２１０の回転数が増大する場合、コイル温度は、回転数が増大するほど上昇する傾向にある。コイル温度は、ある値に収束するように増大する。

また、ベアリング２２２，２２４の両端の圧力差は、シャフト２１０の回転数が増大するほど比例的に拡大する（翼背面圧力の方が小さくなる）傾向にある。

そこで、ＥＣＵ３４０は、回転電機２１６の温度が予め定められた冷却開始温度Ｔｂ以上であれば、制御弁１７８が開弁するように制御してもよい。このとき、インタークーラ１６２において冷却された空気が中空部２５２内に流れ込むため、回転電機２１６の温度を低下させることができる。

また、ＥＣＵ３４０は、ベアリング２２２，２２４の両端の圧力差が、予め定められた圧力Ｐｚよりも小さくなると（翼背面圧の方が小さくなると）、制御弁１７８を閉弁するように制御してもよい。このとき、中空部２５２内の気体は、バイパス通路１５８を介して吸気通路１５６内に流れ込むため、中空部２５２内の圧力を低下させることができる。これにより、圧力差をオイル漏れが発生する圧力Ｐｚよりも大きくする（すなわち、中空部２５２内の圧力と翼背面圧力との差が小さくなる）ようにすることができる。

これにより、回転電機２１６の温度を適切な温度に調整し、かつ、ベアリング２２２，２２４の圧力差をオイル漏れが発生しない圧力差に調整することができる。

なお、ターボチャージャの回転数に応じて、制御弁１７８を制御するようにしてもよい。たとえば、図１０に示すように、シャフト２１０の回転数がＮ（０）〜Ｎ（１）の間であるときには、制御弁１７８を開弁状態にし、回転数がＮ（１）よりも大きくなると制御弁１７８を閉弁状態にするようにしてもよい。このようにしても、同様の効果が発現する。またベアリング２２２，２２４の圧力差は、中空部２５２の圧力とコンプレッサホイール２０６およびタービンホイール２０８の翼背面圧力とを直接検知して算出するようにしてもよい、ターボチャージャのシャフト２１０の回転数から推定するようにしてもよい。

また、予め定められた温度Ｔｂおよび予め定められた圧力Ｐｚは、回転電機２１６の体格、仕様およびシール２５４，２５６のオイル漏れ防止性能に対応した値であって、実験等により適合されるしきい値であるため、特に限定されるものではない。

＜第７の実施の形態＞
以下、本発明の第７の実施の形態に係るターボチャージャについて説明する。本実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両は、上述の第６の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と比較して、バイパス通路１８４に代えて、エアクリーナの上流側の吸気通路２８０と中空部２５２とを接続するバイパス通路１８６を含む点、バイパス通路１８６の途中に制御弁１８８が設けられる点および制御弁１８８の開閉状態をＥＣＵ３４０が制御する点が異なる。それ以外の構成は、上述の第６の実施の形態に係るターボチャージャを搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１１に示すように、本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００は、エアクリーナ１５２の上流側の吸気通路２８０と中空部２５２に形成される開口部１７６とを接続するバイパス通路１８６と、バイパス通路１８６の途中に設けられる制御弁１８８とをさらに含む。制御弁１８８が開弁すると、吸気通路２８０と中空部２５２とが連通状態になり、制御弁１８８が閉弁すると、吸気通路２８０と中空部２５２とが遮断状態になる。

本実施の形態において、制御弁１８８は、ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、開弁状態と閉弁状態とがステップ的に切り換えられる電磁弁であるが、特に電磁弁を用いることに限定されるものではない。たとえば、油圧により開弁状態と閉弁状態とが切り換えられる制御弁であってもよい。

本実施の形態に係るターボチャージャである電動過給機２００のＥＣＵ３４０は、回転電機２１６の温度および翼背面圧力に基づいて制御弁１８８を制御する。ＥＣＵ３４０で実行されるプログラムの制御構造については、前述の図９のフローチャートに示したプログラムの処理と同様である。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

ここで、検知された回転電機２１６の温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａ以下であると（Ｓ４０２にてＮＯ）、あるいは、検知された回転電機２１６の温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きく（Ｓ４０２にてＹＥＳ）、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙ以下であると（Ｓ４０４にてＮＯ）、制御弁１８８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。

さらに、回転電機２１６の作動によりあるいは排気熱により、中空部２５２内の温度が上昇して、検知された温度Ｔｍが予め定められた温度Ｔａよりも大きく（Ｓ４０２にてＹＥＳ）、かつ、検知された翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙよりも大きいと（Ｓ４０４にてＹＥＳ）、制御弁１８８が開弁するように制御される（Ｓ２０４）。

このとき、エアクリーナ１５２よりも上流側の吸気通路２８０における圧力は大気圧と略等しいため、中空部２５２内が負圧になると、吸気通路２８０からバイパス通路１８６を介して中空部２５２内に空気が流れ込む。そのため、回転電機２１６と中空部２５２内に流れ込んだ空気とが熱交換されることにより、回転電機２１６が冷却される。

低下した温度が再び予め定められた温度Ｔａ以下になったり（Ｓ４０２にてＮＯ）、翼背面圧力Ｐｂが予め定められた圧力Ｐｙ以下になると（Ｓ４０４にてＮＯ）、制御弁１８８が閉弁するように制御される（Ｓ２０６）。これにより、再びオイルの漏出が抑制される。

以上のようにして、本実施の形態に係るターボチャージャによると、上述の第６の実施の形態に係るターボチャージャが発現する効果と同様の効果を発現する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。第２の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。第３の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。第３の実施の形態における、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第４の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。第４の実施の形態における、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第５の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。第５の実施の形態における、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第６の実施の形態における、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。回転電機の温度と過給機の回転数とベアリング両端の圧力差との関係に基づく制御弁の制御領域を示す図である。第７の実施の形態に係るターボチャージャの構成を示す図である。

符号の説明

１００エンジン、１０２，１５６，１６０，２８０吸気通路、１０４吸気バルブ、１１０点火プラグ、１１４ピストン、１１６コンロッド、１２０クランクシャフト、１２８排気バルブ、１３０排気通路、１５０吸気口、１５２エアクリーナ、１５８，１８４，１８６バイパス通路、１６２インタークーラ、１６６スロットルバルブ、１６８スロットルモータ、１７０電動ポンプ、１７２，１７８，１８８制御弁、１７４圧力検知センサ、１８０排気管、１８２触媒、２００電動過給機、２０２コンプレッサ、２０４タービン、２０６コンプレッサホイール、２０８タービンホイール、２１０シャフト、２１２ロータ、２１４ステータ、２１６回転電機、２１８，２２０オイル供給通路、２２２，２２４ベアリング、１７６，２２６開口部、２２８ポンプ通路、２５０ハウジング、２５２中空部、２５４，２５６シール、２６０，２６２翼背面、２７０温度検知センサ、２７２翼背面圧センサ、３４０ＥＣＵ。

Claims

内燃機関から排出される排気ガスによって第１の羽根車が駆動されるタービンと、
前記第１の羽根車の駆動力により、第２の羽根車が駆動することによって、前記内燃機関に吸入される空気を圧縮するコンプレッサと、
前記第１の羽根車と前記第２の羽根車とが両端に設けられるシャフトと、
前記シャフトが貫通し、内部に中空部が設けられる中空形状のハウジングと、
前記ハウジングに固定され、前記シャフトを回転自在に支持するベアリングと、
前記ハウジングに設けられるオイル通路を介して、前記ベアリングの作動部分にオイルを供給するためのオイル供給手段と、
前記シャフトの回転時において、前記ベアリングの一方側に位置する前記中空部内の圧力が、前記ベアリングと前記ベアリングの他方側に位置する前記第１の羽根車および前記第２の羽根車のうちのいずれか一方との間の圧力と多くとも略等しくなるように前記中空部内の圧力を低下させるための圧力低下手段とを含む、ターボチャージャ。
前記ターボチャージャは、前記コンプレッサよりも上流の吸気通路と前記中空部とを接続する接続通路をさらに含み、
前記圧力低下手段は、前記第１の羽根車の回転により、前記中空部内の気体を前記接続通路を介して前記吸気通路に吸い出して、圧力を低下させるための手段を含む、請求項１に記載のターボチャージャ。
前記圧力低下手段は、前記中空部内の空気を吸い出すポンプである、請求項１に記載のターボチャージャ。
前記圧力低下手段は、前記中空部内から流入するオイルを分離するオイル分離手段を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のターボチャージャ。
前記ターボチャージャは、
前記中空部内の圧力を検知するための検知手段と、
前記検知された圧力に応じて、前記圧力低下手段による前記中空部内の圧力の低下量を制御するための制御手段とをさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載のターボチャージャ。
前記ターボチャージャは、
前記ハウジングの外部から前記中空部内に導入される空気が流通する導入通路と、
前記導入通路と前記中空部とを連通状態および遮断状態のうちのいずれか一方の状態にする切換手段と、
前記中空部内の温度を検知するための温度検知手段と、
前記シャフトの回転状態および前記検知された温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、前記切換手段を制御するための切換制御手段とをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載のターボチャージャ。
前記ターボチャージャは、前記中空部内に収納され、電力の供給を受けて、前記シャフトを回転させる回転電機をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載のターボチャージャ。
前記圧力低下手段は、前記中空部内の圧力が、前記第１の羽根車および前記第２の羽根車の翼背面部分の圧力のうちいずれか低い方の圧力と多くとも略等しくなるように前記中空部内の圧力を低下させるための手段を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のターボチャージャ。