WO2017094187A1 - ターボチャージャ、エンジンシステム、ターボチャージャの制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a turbocharger, an engine system, and a turbocharger control method.
- Some turbochargers have a configuration in which a rotating shaft is supported by a rolling bearing.
- a turbocharger includes a housing having a cylindrical housing portion for housing a rolling bearing.
- the rolling bearing is supported by the housing by fitting the outer ring of the rolling bearing into the housing portion of the housing.
- the rotating shaft of the turbocharger is fitted in a rotatable inner ring. As a result, the rotation shaft can rotate relative to the housing.
- lubricating oil is supplied to the rolling bearing in order to suppress the frictional resistance in the rolling bearing. If the supply amount of this lubricating oil is too small, the temperature of the rolling bearing rises during the operation of the turbocharger. However, if lubricating oil is supplied excessively, the stirring loss of lubricating oil in the rolling bearing increases.
- Patent Document 1 discloses a configuration including an oil supply hole for supplying lubricating oil to a rolling bearing of a turbocharger. This patent document 1 is provided with the distribution collar part which distributes lubricating oil to the rolling bearing side and the turbine wheel side. With such a configuration, excessive supply of lubricating oil to the rolling bearing is suppressed, and the stirring resistance of the lubricating oil in the rolling bearing is suppressed.
- turbocharger In the turbocharger described above, the required amount of lubricating oil varies depending on the operating state.
- a turbocharger rotates a rotating shaft by rotating a turbine wheel by exhaust gas sent from an engine. Therefore, when the engine operates at a high speed, the flow rate of exhaust gas fed from the engine increases. As a result, the turbocharger rotates at a high speed, and the amount of heat received from the exhaust gas increases, so that the temperature of the turbocharger rises.
- the temperature of the turbocharger rises when the temperature of the turbocharger rises, the viscosity of the lubricating oil decreases and the lubricating conditions become severe, and more lubricating oil is required.
- turbocharger in a state where the turbocharger is normally operated, it is desired that the lubricating oil supplied to the rolling bearing is suppressed as much as possible to reduce a loss caused by supplying the lubricating oil. It is an object of the present invention to provide a turbocharger, an engine system, and a turbocharger control method capable of supplying a suitable lubricating oil in accordance with an operating state and suppressing a flow rate of the lubricating oil to reduce a loss. To do.
- the turbocharger includes a rotating shaft extending along the axis, a turbine wheel provided on the first end portion side of the rotating shaft, and a second end portion side of the rotating shaft.
- a compressor wheel The turbocharger has an inner ring fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft, an outer ring disposed so as to surround the inner ring from the outside in the radial direction, and a rolling element disposed between the inner ring and the outer ring. And a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft around the axis.
- the turbocharger includes a housing arranged to cover the rolling bearing from the outer peripheral side through a gap between the rolling bearing and an outer peripheral surface of the rolling bearing, a lubricating oil supply line for supplying lubricating oil into the housing, Is further provided.
- the turbocharger further includes an operation state detection unit that detects an operation state, and a lubricant adjustment unit that adjusts the flow rate of the lubricant flowing through the lubricant supply line according to the operation state.
- the flow rate of the lubricating oil to be supplied can be changed according to the operating state of the turbocharger, for example, the temperature, the rotational speed of the engine equipped with the turbocharger, and the like. As a result, it is possible to supply an appropriate lubricating oil according to the operating state, thereby suppressing the flow rate of the lubricating oil and reducing the loss.
- the turbocharger includes a control unit that controls the lubricating oil adjusting unit based on the operation state detected by the operation state detection unit in the turbocharger of the first aspect. You may make it prepare.
- the control unit can control the lubricating oil adjusting unit more finely based on the operating state detected by the operating state detecting unit.
- the operating state detection unit may detect the temperature of the housing as the operating state. According to such a configuration, the flow rate of the lubricating oil to be supplied can be changed according to the temperature of the housing. As a result, it is possible to supply an appropriate lubricating oil according to the operating state, thereby suppressing the flow rate of the lubricating oil and reducing the loss.
- the control unit may increase the flow rate of the lubricating oil as the temperature of the housing increases.
- the temperature of the housing also increases. Therefore, as the temperature of the turbocharger housing increases, more lubricating oil is required in each part of the turbocharger. By supplying more lubricating oil in accordance with the temperature rise of the housing, each part of the turbocharger can be properly lubricated.
- the lubricating oil adjusting unit includes a pump that supplies the lubricating oil to the lubricating oil supply line, A control valve provided in a lubricating oil supply line, and when the flow rate of the lubricating oil is reduced, the control unit may reduce the flow rate by both the control valve and the pump. .
- the flow rate of the lubricating oil can be quickly reduced by reducing the flow rate by both the control valve and the pump, and the loss due to the lubricating oil. Can be effectively suppressed.
- an engine system includes the turbocharger according to any one of the second to fifth aspects, and the engine supercharged by the turbocharger, and the operating state detection unit. Detects the operating state of the engine, and the control unit adjusts the flow rate of the lubricating oil according to the operating state of the engine. According to such a configuration, since the operating state of the turbocharger changes in conjunction with the operating state of the engine, the operating state can be changed by changing the flow rate of the lubricating oil supplied to the turbocharger according to the operating state of the engine. Depending on the situation, an appropriate lubricating oil can be supplied.
- the operating state detection unit may detect the rotational speed of the engine. According to such a configuration, when the rotation speed of the turbocharger increases, the temperature of the housing also increases. As the temperature of the turbocharger housing increases, more lubricating oil is required in each part of the turbocharger. Therefore, each part of the turbocharger can be properly lubricated by detecting the engine speed and adjusting the flow rate of the lubricating oil.
- a turbocharger control method includes a step of detecting an operating state, a step of adjusting a flow rate of lubricating oil supplied into a housing that houses a rolling bearing according to the operating state, and ,including.
- the flow rate of the lubricating oil to be supplied can be adjusted according to the operating state of the turbocharger, for example, the temperature, the rotational speed of the engine equipped with the turbocharger, and the like.
- the operating state of the turbocharger for example, the temperature, the rotational speed of the engine equipped with the turbocharger, and the like.
- the turbocharger control method includes a pump for supplying the lubricating oil to the lubricating oil supply line, and a control valve provided in the lubricating oil supply line. Both may include a step of reducing the flow rate of the lubricating oil supplied into the housing by the lubricating oil supply line. According to such a configuration, when reducing the flow rate of the lubricating oil, the flow rate of the lubricating oil can be quickly reduced by reducing the flow rate by both the control valve and the pump, and the loss due to the lubricating oil. Can be effectively suppressed.
- turbocharger engine system, and turbocharger control method, it is possible to supply the appropriate lubricating oil according to the operating state, thereby suppressing the flow rate of the lubricating oil and reducing the loss.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine system in a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the turbocharger in the first embodiment of the present invention.
- the engine system 100A includes a turbocharger 1A and an engine 90 that is supercharged by the turbocharger 1A.
- the turbocharger 1 ⁇ / b> A includes a turbine wheel 2, a compressor wheel 3, a rotating shaft 4, a rolling bearing 5, and a housing 6.
- the turbocharger 1A is mounted as an auxiliary machine of the engine 90 on an automobile or the like in such a posture that the rotating shaft 4 extends in the horizontal direction, for example. 2 indicates the central axis (axis line) C of the rotating shaft 4. Further, in the following description, in a state where the turbocharger 1A is mounted on an automobile or the like, a side facing upward is referred to as “upward”, and a side facing downward is referred to as “downward”.
- the turbine wheel 2 rotates around the central axis C by the exhaust gas flow supplied from the engine 90 (see FIG. 1).
- the rotating shaft 4 and the compressor wheel 3 rotate around the central axis C as the turbine wheel 2 rotates.
- the compressor wheel 3 compresses air by rotating. This compressed air is supplied to the engine 90 (see FIG. 1).
- the housing 6 is supported on the vehicle body or the like via a bracket (not shown), a compressor, a turbine, and the like.
- the housing 6 has an accommodating portion 61 for accommodating the rolling bearing 5 therein.
- the housing 6 has an opening 60a on one end side and an opening 60b on the other end side.
- the rotating shaft 4 is rotatably supported around the central axis C by the rolling bearing 5 accommodated in the accommodating portion 61.
- the first end portion 4a and the second end portion 4b of the rotary shaft 4 protrude outside the housing 6 through the openings 60 and 60b.
- the turbine wheel 2 is provided on one end side of the housing 6, and the compressor wheel 3 is provided on the other end side of the housing 6.
- the turbine wheel 2 is provided integrally with the first end portion 4 a of the rotating shaft 4.
- the compressor wheel 3 is coupled by screwing a nut 31 into a screw portion 4n formed at the second end 4b of the rotary shaft 4.
- the rotating shaft 4, the turbine wheel 2, and the compressor wheel 3 rotate around the central axis C together with the rotating shaft 4.
- the rolling bearing 5 includes an inner ring 50, an outer ring 51, and rolling elements 52.
- the inner ring 50 is formed in a cylindrical shape.
- the inner ring 50 is rotated integrally with the rotating shaft 4 with the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 being fixed inside by fitting or the like.
- the outer ring 51 is formed in a cylindrical shape having a larger diameter than the inner ring 50.
- the outer ring 51 is disposed on the outer peripheral side of the inner ring 50 and is disposed so as to surround the inner ring 50 from the radially outer side. Further, the outer ring 51 is disposed at a distance from the inner ring 50 in the radial direction.
- the rolling element 52 is formed in a spherical shape.
- a plurality of rolling elements 52 are provided between the inner ring 50 and the outer ring 51.
- the plurality of rolling elements 52 are provided at intervals in the circumferential direction by a cage (not shown).
- raceway grooves 53 that are continuous in the circumferential direction are formed at both ends in the axial direction in which the central axis C extends.
- track grooves 54 that are continuous in the circumferential direction are formed at both ends in the direction of the central axis C so as to face each other on the outer periphery side of each track groove 53.
- the plurality of rolling elements 52 are sandwiched between raceway grooves 53 and 54 at both ends in the axial direction in which the central axis C of the rolling bearing 5 extends. Thereby, when the inner ring 50 rotates together with the rotating shaft 4 with respect to the outer ring 51, the plurality of rolling elements 52 roll between the inner ring 50 and the outer ring 51.
- the accommodating part 61 formed inside the housing 6 is formed in a circular cross section when viewed from the axial direction in which the central axis C extends.
- the accommodating portion 61 is formed so as to be continuous in the axial direction in which the central axis C extends.
- the rolling bearing 5 is accommodated in the accommodating portion 61. More specifically, the outer ring 51 of the rolling bearing 5 is disposed inside the housing portion 61.
- the inner diameter of the accommodating portion 61 is slightly larger than the outer diameter of the outer ring 51 of the rolling bearing 5. Thus, a gap S is formed between the outer ring 51 of the rolling bearing 5 and the accommodating portion 61.
- the thrust receiving portion 62 is formed at the end portion 61 a on the side close to the turbine wheel 2 in the accommodating portion 61.
- the thrust receiving portion 62 receives the thrust load of the rolling bearing 5 toward the turbine wheel 2.
- the thrust receiving portion 62 protrudes inward from the end portion 61a of the accommodating portion 61 in the radial direction.
- the outer ring 51 of the rolling bearing 5 accommodated in the accommodating portion 61 abuts against the thrust receiving portion 62.
- the thrust receiving member 63 is attached to the housing 61 at an end 61b on the side close to the compressor wheel 3.
- the thrust receiving member 63 receives the thrust load of the rolling bearing 5 toward the compressor wheel 3.
- the thrust receiving member 63 is formed in a disk shape having an opening 64 at the center.
- the thrust receiving member 63 is provided in a state of abutting against the end portion 61 b of the accommodating portion 61.
- the outer ring 51 is in contact with the peripheral edge of the opening 64 of the thrust receiving member 63.
- the thrust receiving portion 62 and the thrust receiving member 63 may be provided as necessary and may be omitted.
- the rotary shaft 4 is provided with a large-diameter portion 4d closer to the turbine wheel 2 than the inner ring 50 of the rolling bearing 5.
- the large diameter portion 4 d has an outer diameter larger than the inner diameter of the inner ring 50.
- the inner ring 50 is provided in a state where the end portion on the side close to the turbine wheel 2 is abutted against the large diameter portion 4 d of the rotating shaft 4.
- the rotary shaft 4 is formed with flange portions 4f and 4g that protrude from the large-diameter portion 4d to the outer peripheral side inside the opening 60a of the housing 6.
- the flange portions 4 f and 4 g are formed with an interval in the axial direction of the rotating shaft 4.
- annular oil ring 41 which continues in the circumferential direction is provided. The oil ring 41 maintains the sealing performance between the opening 60 a and the rotating shaft 4.
- the rotating shaft 4 is provided with a cylindrical bush 45 on the side close to the compressor wheel 3 with respect to the inner ring 50 of the rolling bearing 5.
- the bush 45 is provided between the inner ring 50 and the compressor wheel 3.
- the inner ring 50 of the rolling bearing 5 is provided so as to be sandwiched between the large-diameter portion 4d of the rotating shaft 4 and the bush 45.
- a plate 65 that closes the opening 60 b is provided in the opening 6 b of the housing 6.
- the plate 65 is formed in a disc shape having an opening 65a at the center.
- a peripheral wall portion 65b extending toward the thrust receiving member 63 in the axial direction in which the central axis C extends is integrally formed on the outer peripheral portion of the plate 65.
- the plate 65 is provided in a state where the bush 45 is inserted into the opening 65 a and the peripheral wall 65 b is abutted against the thrust receiving member 63.
- an annular oil ring 46 is provided inside the opening 65a. The oil ring 46 maintains the sealing performance between the opening 65a and the rotating shaft 4.
- the housing 6 has an oil supply pipe connection port 71 extending from the outer peripheral surface 6 f toward the inside in the radial direction of the housing 6.
- a lubricating oil supply pipe (lubricating oil supply line) 70 for supplying lubricating oil from the outside of the housing 6 is connected to the oil supply pipe connection port 71.
- the lubricating oil supply pipe 70 has a pump (lubricating oil adjusting unit) P for supplying the lubricating oil toward the housing 6.
- the rotation speed of the pump P is variable by a controller (control unit) 78, and the discharge amount of lubricating oil discharged from the pump P is thereby variable.
- a plurality of supply flow paths 72 are formed between the tip of the oil supply pipe connection port 71 and the accommodating part 61.
- the supply flow path 72 opens in the axial direction in which the central axis C extends, immediately inside the rolling elements 52 provided at both ends of the rolling bearing 5.
- the outer ring 51 of the rolling bearing 5 accommodated in the accommodating portion 61 has a lubricating oil introduction hole 74.
- These lubricating oil introduction holes 74 are formed at positions facing the supply flow path 72 opened on the inner surface of the accommodating portion 61 and are formed so as to penetrate the outer ring 51 in the radial direction.
- the lubricating oil is sent from the lubricating oil supply pipe 70 connected to the oil supply pipe connection port 71, the lubricating oil is sent from the front end portion of the oil supply pipe connection port 71 through the two supply flow paths 72 into the accommodating portion 61. It is. The lubricating oil further passes through the lubricating oil introduction hole 74 and is fed into the outer ring 51. Thereby, lubricating oil is supplied between the inner ring
- a part of the lubricating oil sent through the supply flow path 72 is sent into the gap S between the housing portion 61 and the outer ring 51.
- an oil film damper D that suppresses noise and vibration during rotation of the rotating shaft 4 is formed in the gap S between the housing portion 61 and the outer ring 51.
- the oil film damper D exhibits a vibration damping effect due to the oil film squeeze film damper phenomenon when vibration occurs on the rotating shaft 4.
- discharge flow paths 66 and 67 penetrating downward are formed at the respective lowermost ends.
- An oil drain chamber 68 is formed in the housing 6 below the accommodating portion 61.
- the discharge passages 66 and 67 are open above the oil discharge chamber 68.
- the housing 6 includes an oil discharge port 69 that passes through the lower end portion of the oil discharge chamber 68 and the outer peripheral surface 6 f at the lowermost portion of the housing 6.
- Lubricating oil fed between the outer ring 51 and the inner ring 50 of the rolling bearing 5 includes both ends of the outer ring 51 and the inner ring 50 in the axial direction in which the central axis C extends, a discharge passage 66 formed in the outer ring 51, and Then, the oil passes through a discharge passage 67 formed in the housing portion 61 and is discharged to the oil discharge chamber 68.
- the lubricating oil fed into the gap S between the housing 61 and the outer ring 51 flows out from the peripheral edge of the discharge channel 66 to the discharge channel 67 and is discharged into the oil discharge chamber 68.
- the lubricating oil supplied to the oil ring 41 flows downward as it is and is discharged to the oil discharge chamber 68.
- the lubricating oil in the oil discharge chamber 68 is discharged to the outside of the housing 6 through the oil discharge port 69.
- the controller 78 adjusts the amount of lubricating oil discharged by the pump P according to the temperature of the housing 6 measured by the operating state detection unit 76, for example.
- the operating state detection unit 76 detects the operating state of the turbocharger 1A by measuring the temperature of the housing 6.
- the operation state detection unit 76 includes a sensor 76 s for measuring the temperature of the housing 6.
- the sensor 76s is installed, for example, in the vicinity of the turbine wheel 2 that is particularly hot in the housing 6. The position of the sensor 76s may not be in the vicinity of the turbine wheel 2 as long as the temperature of the housing 6 can be detected. However, providing the sensor 76s in the vicinity of the turbine wheel 2 is advantageous in that the temperature at a position where the temperature condition is severe can be directly monitored.
- the controller 78 may control the pump P according to the operating state of the turbocharger 1A based on parameters other than the temperature of the housing 6 as parameters of the operating state of the turbocharger 1A. For example, the controller 78 may control the rotational speed of the pump P in accordance with the elapsed time since the turbocharger 1 ⁇ / b> A started and the rotational speed of the engine 90. You may make it obtain
- the operating state detection unit 76 operates the operating state of the turbocharger 1A.
- a sensor 76t such as a control computer of the engine 90, a rotation speed sensor of the engine 90, and an accelerator opening sensor can be used.
- the number of revolutions of the pump P can be obtained by using a table, a map, an equation, and the like of the operation state stored in advance and the number of revolutions of the pump P.
- the controller 78 is sufficient for the oil film damper D when, for example, the housing 6 is at a low temperature immediately after the engine 90 is started and the elapsed time from the start of the turbocharger 1A is within a predetermined time.
- the discharge amount by the pump P is increased so that the lubricating oil is supplied. Thereby, the lubricating oil can be sufficiently supplied to the oil film damper D immediately after the engine 90 is started.
- controller 78 supplies sufficient lubricating oil for cooling to the rolling elements 52 of the rolling bearing 5 and the oil ring 41 when the engine speed is high and the housing 6 is hot. As described above, the discharge amount by the pump P may be increased.
- FIG. 3 is a diagram showing a flow of a turbocharger control method according to the first embodiment of the present invention.
- Step S11 for detecting the operating state As shown in FIG. 3, in order to control the turbocharger 1A, first, the operating state of the turbocharger 1A is detected (step S11). For this, the operating state detection unit 76 measures the temperature of the housing 6 with the sensor 76s. The operation state detection unit 76 outputs the temperature of the housing 6 detected by the sensor 76 s to the controller 78. The driving state detection unit 76 can also detect the rotational speed of the engine 90 with the sensor 76t. In this case, the driving state detection unit 76 outputs the rotational speed of the engine 90 detected by the sensor 76t to the controller 78.
- Steps S12 and S13 for adjusting the flow rate of the lubricating oil The controller 78 adjusts the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 by changing the rotational speed of the pump P based on the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90 output from the operating state detection unit 76.
- FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the correlation between the temperature of the housing and the amount of oil to be supplied by the pump.
- a table, a map, a mathematical formula, and the like are set in which the amount of oil supplied (or oil supply pressure) supplied by the pump P, that is, the number of rotations of the pump P is associated with the number of rotations of the engine 90. Also good.
- the controller 78 determines the rotation speed of the pump P associated in advance with respect to the temperature of the housing 6 and the rotation speed of the engine 90 output from the operation state detection unit 76.
- the controller 78 outputs an instruction signal to the pump P so that the pump P rotates at the determined rotation speed of the pump P (step S13).
- the flow rate of the lubricating oil supplied through the supply flow path 72 is automatically adjusted according to the temperature of the housing 6. Therefore, during the operation of the turbocharger 1A, appropriate lubricating oil can be supplied to the rolling elements 52, the oil film damper D, and the oil ring 41 of the rolling bearing 5 in accordance with the temperature measurement result of the housing 6. Therefore, it is possible to supply an appropriate lubricating oil according to the operating state of the turbocharger 1A, thereby suppressing the flow rate of the lubricating oil and reducing the loss.
- the flow rate of the lubricating oil is increased as the temperature of the housing 6 increases.
- the rotational speed of the engine 90 is detected, and the flow rate of the lubricating oil supplied to the turbocharger 1A is changed according to the operating state of the engine 90. Therefore, it is possible to supply an appropriate lubricating oil.
- the flow rate of the lubricating oil may be adjusted by comprehensively judging the elapsed time from the start of the turbocharger 1A, the throttle opening, and the like.
- the elapsed time since the start of the turbocharger 1A can be detected by a signal acquired from the control computer of the engine 90.
- a thermometer such as a thermocouple may be provided in the housing 6 of the turbocharger 1A. Good.
- the turbocharger 1A is started when the temperature in the housing 6 detected by the thermometer exceeds a reference temperature (for example, 100 ° C.) that is a threshold value equal to or higher than a predetermined room temperature. Count time.
- a reference temperature for example, 100 ° C.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the turbocharger in the second embodiment of the present invention.
- the lubricating oil supply pipe 70 that supplies the lubricating oil fed from the outside by the pump P to the oil supply pipe connection port 71 is an automatic adjustment valve (lubricating oil adjusting section). 75.
- the automatic adjustment valve 75 automatically changes to a preset opening according to the temperature of the housing 6 measured by the operating state detection unit 76.
- the operating state detector 76 detects the operating state of the turbocharger 1B by measuring the temperature of the housing 6.
- a sensor 76s for measuring the temperature of the housing 6 is installed, for example, in the vicinity of the turbine wheel 2 at a high temperature in the housing 6.
- the flow rate of the lubricating oil supplied through the supply flow path 72 can be automatically adjusted by the automatic adjustment valve 75 according to the temperature of the housing. Accordingly, appropriate lubricating oil can be supplied to the rolling elements 52, the oil film damper D, and the oil ring 41 of the rolling bearing 5 in accordance with the operating state of the turbocharger 1B. As a result, it is possible to supply appropriate lubricating oil according to the operating state of the turbocharger 1B.
- FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the engine system in the first embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the turbocharger according to the third embodiment of the present invention.
- the engine system 100C includes a turbocharger 1C and an engine 90 that is supercharged by the turbocharger 1C.
- the turbocharger 1 ⁇ / b> C in the third embodiment includes a control valve 77 whose opening degree can be adjusted by a controller 78 in the lubricating oil supply pipe 70.
- the turbocharger 1C may perform the flow rate adjustment by the control valve 77 and the adjustment of the discharge amount of the pump P by the controller 78 at the same time.
- the controller 78 adjusts the flow rate adjustment by the control valve 77 according to, for example, the temperature of the housing 6, the rotational speed of the engine 90, and the like measured by the sensors 76 s and 76 t of the operation state detection unit 76.
- FIG. 8 is a diagram showing a flow of a turbocharger control method according to the second embodiment of the present invention.
- Step S21 for detecting the operation state As shown in FIG. 8, in order to control the turbocharger 1C, first, the operating state of the turbocharger 1C is detected (step S21). For this, the operating state detection unit 76 measures the temperature of the housing 6 with the sensor 76s. The operation state detection unit 76 outputs the temperature of the housing 6 detected by the sensor 76 s to the controller 78. The driving state detection unit 76 can also detect the rotational speed of the engine 90 with the sensor 76t. In this case, the driving state detection unit 76 outputs the rotational speed of the engine 90 detected by the sensor 76t to the controller 78.
- Steps S22 and S23 for adjusting the flow rate of the lubricating oil The controller 78 adjusts the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 by changing the opening degree of the control valve 77 based on the temperature of the housing 6 output from the operating state detection unit 76 and the rotational speed of the engine 90. .
- the controller 78 can also adjust the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 by changing the rotational speed of the pump P.
- the controller 78 correlates the opening degree of the control valve 77 and the rotational speed of the pump P as the amount of oil supplied (or hydraulic pressure) supplied by the pump P to the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90, respectively. It is set by a table, a map, a mathematical formula or the like.
- the controller 78 determines the opening degree of the control valve 77 and the rotation speed of the pump P, which are associated in advance, with respect to the temperature of the housing 6 and the rotation speed of the engine 90 output from the operation state detection unit 76.
- the controller 78 outputs an instruction signal to the control valve 77 and the pump P so that the determined opening degree of the control valve 77 and the rotation speed of the pump P are obtained (step S22).
- the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 is automatically adjusted based on the operating state such as the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90.
- the response can be improved as compared with the flow rate adjustment of the lubricating oil by the pump P.
- the opening degree of the control valve 77 and the rotation speed of the pump P are determined so as to reduce the flow rate of the lubricating oil in steps S22 and S23, the flow rate is simultaneously reduced by the control valve 77 and the pump P. Reduce.
- the discharge amount of the pump P can be suppressed and the loss reduction effect can be acquired.
- the control valve 77 fails, the flow rate of the lubricating oil can be adjusted only by the pump P.
- the turbocharger according to the fourth embodiment is different from the turbochargers according to the first to third embodiments only in that the rolling bearing 5, the oil film damper Dc, and the oil ring 41 are provided with respective lubricating oil supply systems. It is. Therefore, in description of 4th embodiment, the same code
- FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an engine system according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the turbocharger according to the fourth embodiment of the present invention.
- the engine system 100D includes a turbocharger 1D and an engine 90 that is supercharged by the turbocharger 1D.
- the housing 6 of the turbocharger 1D is provided with oil supply pipe connection ports 71A, 71B, 71C.
- These oil supply pipe connection ports 71 ⁇ / b> A, 71 ⁇ / b> B, 71 ⁇ / b> C extend from the outer peripheral surface 6 f of the housing 6 inward in the radial direction of the housing 6.
- the oil supply pipe connection ports 71B and 71C are formed at different positions in the circumferential direction and the axial direction of the housing 6 with respect to the oil supply pipe connection port 71A.
- a plurality of supply flow paths 72A are formed between the distal end portion of the oil supply pipe connection port 71A and the accommodating portion 61.
- the supply flow path 72 ⁇ / b> A opens inward of the rolling elements 52 provided at both ends of the rolling bearing 5 in the axial direction in which the central axis C extends.
- a plurality of supply flow paths 72B are formed between the distal end portion of the oil supply pipe connection port 71B and the accommodating portion 61.
- the supply flow path 72 ⁇ / b> B opens toward the gap S between the housing portion 61 and the outer ring 51.
- a supply flow path 72 ⁇ / b> C is formed between the distal end portion of the oil supply pipe connection port 71 ⁇ / b> C and the large diameter portion 4 d of the rotating shaft 4.
- a lubricating oil supply pipe 70A is connected to the oil supply pipe connection port 71A.
- a lubricating oil supply pipe 70B is connected to the oil supply pipe connection port 71B.
- a lubricating oil supply pipe 70C is connected to the oil supply pipe connection port 71C.
- the lubricating oil supply pipes 70A, 70B, and 70C individually supply the lubricating oil sent from the outside by the pump P to the oil supply pipe connection ports 71A, 71B, and 71C, respectively.
- Lubricating oil supply pipes 70A, 70B, and 70C include control valves (lubricating oil adjusting units) 77A, 77B, and 77C, respectively.
- the control valves 77 ⁇ / b> A, 77 ⁇ / b> B, and 77 ⁇ / b> C can be adjusted in opening degree by the control of the controller 78.
- the controller 78 adjusts the flow rates of the control valves 77A, 77B, and 77C, which are measured by the sensors 76s and 76t of the operating state detection unit 76, for example, according to the temperature of the housing 6, the rotational speed of the engine 90, and the like.
- FIG. 11 is a diagram showing a flow of a turbocharger control method according to the fourth embodiment of the present invention.
- Step S31 for detecting the operation state As shown in FIG. 11, to control the turbocharger 1D, first, the operating state of the turbocharger 1D is detected (step S31). For this, the operating state detection unit 76 detects the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90 with the sensors 76s and 76t. The operating state detection unit 76 outputs the temperature of the housing 6 and the rotation speed of the engine 90 detected by the sensors 76 s and 76 t to the controller 78.
- Steps S32 and S33 for adjusting the flow rate of the lubricating oil The controller 78 varies the opening of the control valves 77A, 77B, and 77C based on the temperature of the housing 6 output from the operating state detection unit 76 and the rotational speed of the engine 90, and the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6. To adjust.
- the controller 78 can also adjust the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 by changing the rotational speed of the pump P.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a correlation between the temperature of the housing and the amount of oil to be supplied to each of the rolling bearing 5, the oil film damper Dc, and the oil ring 41.
- each of the rolling bearing 5, the oil film damper Dc, and the oil ring 41 has a different amount of oil to be supplied with respect to the temperature of the housing 6.
- the rolling bearing 5 requires more lubricating oil as the temperature of the housing 6 increases.
- a broken line L2 in FIG. 12 when the temperature of the housing 6 is low (when the rotational speed of the turbocharger 1D is low), the required amount of lubricating oil is low for the oil ring 41.
- the opening degree of the control valves 77A, 77B, and 77C is set in association with the temperature of the housing 6 by a table, a map, a mathematical expression, or the like.
- the amount of oil supply (or oil supply pressure), that is, the opening degree of the control valves 77A, 77B, 77C is associated with the rotational speed of the engine 90, and is set by a table, a map, a mathematical expression, or the like. Also good.
- the controller 78 determines the opening degree of the control valves 77A, 77B, 77C and the rotational speed of the pump P, which are associated in advance with respect to the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90 output from the operating state detection unit 76 (Ste S32).
- the controller 78 outputs an instruction signal to the control valves 77A, 77B, 77C, and the pump P so that the determined opening degree of the control valves 77A, 77B, 77C and the rotation speed of the pump P are obtained (step S33).
- the flow rate of the lubricating oil supplied to the housing 6 is automatically adjusted based on the operating state such as the temperature of the housing 6 and the rotational speed of the engine 90.
- the lubricating oil can be individually supplied to each of the rolling elements 52, the oil film damper D, and the oil ring 41 of the rolling bearing 5.
- the controller 78 for example, immediately after the engine is started, when the housing 6 is at a low temperature and the elapsed time from the start of the engine is within a predetermined time, sufficient lubricating oil is supplied to the oil film damper D.
- the opening degree of the control valve 77B can be increased.
- the control valves 77A and 77C are opened so that sufficient lubricating oil is supplied to the rolling elements 52 of the rolling bearing 5 and the oil ring 41. The degree can be increased.
- the lubricating oil is individually supplied to the rolling elements 52, the oil film damper D, and the oil ring 41 of the rolling bearing 5 through the supply flow paths 72A, 72B, and 72C.
- the flow rate of the lubricating oil supplied through the supply passages 72A, 72B, 72C is adjusted according to the operating state of the turbocharger 1D by the control valves 77A, 77B, 77C whose opening degree is automatically controlled. Therefore, a suitable amount of lubricating oil can be supplied to each of the rolling elements 52, the oil film damper D, and the oil ring 41 of the rolling bearing 5 in accordance with the operating state of the turbocharger 1D.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the turbocharger in the first modification of the fourth embodiment of the present invention.
- the housing 6 includes oil supply pipe connection ports 71F, 71G, 71H, 71J, and 71K.
- Lubricating oil supply pipes 70F, 70G, 70H, 70J, and 70K that supply lubricating oil from the outside of the housing 6 are connected to the oil supply pipe connection ports 71F, 71G, 71H, 71J, and 71K, respectively.
- the lubricating oil supply pipe 70F is provided with a control valve (lubricating oil adjusting section) 77F
- the lubricating oil supply pipe 70G is provided with a control valve (lubricating oil adjusting section) 77G
- the lubricating oil supply pipe 70H is a control valve (lubricating oil adjusting section).
- the lubricating oil supply pipe 70J is provided with a control valve (lubricating oil adjusting part) 77J
- the lubricating oil supply pipe 70K is provided with a control valve (lubricating oil adjusting part) 77K.
- the housing 6 further includes a supply flow path 72Bc, a supply flow path 72Ac, a supply flow path 72At, a supply flow path 72Bt, and a supply flow path 72C.
- the supply flow path 72Bc, the supply flow path 72Ac, the supply flow path 72At, the supply flow path 72Bt, and the supply flow path 72C have different inner diameters.
- the supply flow path 72Bc communicates with the oil supply pipe connection port 71F and supplies lubricating oil to the oil film damper Dc on the side close to the compressor wheel 3.
- the supply flow path 72Ac communicates with the oil supply pipe connection port 71G and supplies lubricating oil to the rolling elements 52c of the rolling bearing 5 on the side close to the compressor wheel 3.
- the supply flow path 72At communicates with the oil supply pipe connection port 71H and supplies lubricating oil to the rolling elements 52t of the rolling bearing 5 on the side close to the turbine wheel 2.
- the supply flow path 72Bt communicates with the oil supply pipe connection port 71J and supplies lubricating oil to the oil film damper Dt on the side close to the turbine wheel 2.
- the supply flow path 72 ⁇ / b> C communicates with the oil supply pipe connection port 71 ⁇ / b> K and supplies lubricating oil to the oil ring 41 on the side close to the turbine wheel 2.
- the control valves 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K are controlled by the controller 78 in accordance with the temperature of the housing 6 measured by the sensors 76s and 76t of the operating state detector 76, the operating state such as the rotational speed of the engine 90, and the like.
- the opening degree can be individually adjusted.
- the controller 78 can control the entire flow rate of the lubricating oil by controlling the rotational speed of the pump P based on the temperature of the housing 6 measured by the operation state detection unit 76.
- the controller 78 controls the opening degree of the control valves 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K and the rotational speed of the pump P in the same flow as the turbocharger control method in the fourth embodiment shown in FIG. .
- FIG. 14 is a diagram showing an example of changes in the engine speed, the temperature of each part, and the supply amount to each part with respect to the elapsed time when the turbocharger in the first modification example of the fourth embodiment is operated.
- the engine 90 is operated as indicated by an engine speed change curve L11 shown in FIG. That is, after starting the engine 90 at time T1, the engine speed was gradually increased from time T2 and maintained at high speed from time T3. Thereafter, the engine speed was gradually decreased from time T4 to time T5, and the engine 90 was stopped at time T6.
- the temperature of the rolling bearing 5 changes in conjunction with the rotational speed of the engine 90 as shown in the temperature change curves L12 and L13.
- the rolling element 52t of the rolling bearing 5 closer to the turbine wheel 2 indicated by the temperature change curve L12 is more than the rolling element 52c of the rolling bearing 5 closer to the compressor wheel 3 indicated by the temperature change curve L13. It becomes high temperature.
- the temperature of the oil ring 41 shown in the temperature change curve L14 is higher than that of the rolling bearing 5 and the housing 6, and the temperature changes in conjunction with the rotational speed of the engine 90.
- the controller 78 increases the opening degree of the control valves 77F and 77J when the housing 6 is at a low temperature immediately after the engine 90 is started and the elapsed time from the start of the engine 90 is short. Thereby, for example, as shown in the oil supply amount change curve L21, sufficient lubricating oil is supplied to the oil film damper D. Further, for example, when the engine speed is high and the housing 6 is at a high temperature, the controller 78 can make the opening degree of the control valve 77H larger than that of the control valve 77G.
- the controller 78 increases the degree of opening of the control valve 77K so that sufficient lubricating oil is supplied to the oil ring 41 as indicated by the oil supply amount change curve L24. can do.
- the rolling elements 52 of the rolling bearing 5 when the turbocharger 1D is operated, the rolling elements 52 of the rolling bearing 5, the oil film damper D, The amount of lubricating oil suitable for each of the oil rings 41 can be supplied with finer adjustment.
- FIG. 15 is a diagram showing a flow of a turbocharger control method according to a second modification of the fourth embodiment of the present invention.
- the plurality of control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K are set differently for each.
- the rotational speed of the engine 90 the rotational speed of the engine 90 and the control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, and 77J are set so that the fueling amount to each part becomes a preset fueling amount.
- 77K and can be set in the controller 78 by a table, a map, a mathematical expression, or the like.
- the controller 78 first detects the operation state of the turbochargers 1D and 1E from the rotational speed of the engine 90 detected by the sensor 76t (see FIG. 9) of the operation state detection unit 76 (step S41). ).
- the controller 78 determines the opening degree of the control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K from the information associated with the detected rotational speed of the engine 90 (step S42).
- controller 78 determines the rotational speed of the pump P from the detected rotational speed of the engine 90 (step S43).
- the controller 78 outputs the determined opening degree of the control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K and the rotation speed of the pump P as instruction signals (step S44).
- the control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K, and the pump P supply lubricating oil at the opening degree and the rotational speed output from the controller 78.
- step S45 the temperature of the housing 6 detected by the sensor 76s of the operation state detection unit 76 is acquired.
- the controller 78 determines whether or not the detected temperature of the housing 6 is within a preset temperature level (within a predetermined temperature range) (step S46).
- the preset temperature level is set to be below the allowable temperature range that can be used for each of the components constituting each part in the housing 6, for example, the bearing 5, the oil ring 41, etc. Is done.
- the controller 78 ends the process if the detected temperature of the housing 6 is within a preset temperature level.
- step S43 the controller 78 returns to step S43 and changes the number of rotations of the pump P to determine again. Thereafter, the controller 78 outputs the re-determined number of rotations of the pump P as an instruction signal (step S44), and operates by changing the number of rotations of the pump P. Thereafter, the controller 78 again detects the temperature of the housing 6 with the sensor 76s (step S45), and determines whether or not the detected temperature of the housing 6 is within a predetermined temperature level.
- the controller 78 adjusts the rotation speed of the pump P after setting the opening balance of the plurality of control valves 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K in step S42.
- the temperature of each part of the turbochargers 1D and 1E can be operated within an appropriate range.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
- the operating states of the turbochargers 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E serving as a reference for adjusting the opening degree of the automatic adjustment valve 75 and the control valves 77, 77A, 77B, 77C, 77F, 77G, 77H, 77J, and 77K are not limited to those exemplified above, and other information may be used.
- the configuration of the rolling bearing 5 is not limited to that shown in the above embodiment, and other configurations can be appropriately employed.
- it becomes the structure provided with only one rolling bearing 5, for example, it is not restricted to this,
- it is a structure provided with a plurality of rolling bearings arranged in series in the center axis direction of the rotating shaft 4.
- the configuration of the turbochargers 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E is not limited to the configuration shown in the above-described embodiment, and can be appropriately changed to other configurations.
- the configurations shown in the above embodiments and modifications can be appropriately combined.
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Abstract
このターボチャージャ(1)は、回転軸(4)と、タービンホイール(2)と、コンプレッサホイール(3)と、回転軸(4)の外周面に固定された内輪(50)、内輪(50)を径方向外側から囲う外輪(51)、及び、内輪(50)と外輪(51)との間に配置された転動体(52)を有し、回転軸(4)を軸線(C)回りに回転可能に支持する転がり軸受(5)と、転がり軸受(5)を、転がり軸受(5)の外周面との間に隙間(S)を介して外周側から覆うハウジング(6)と、ハウジング(6)内に潤滑油を供給する潤滑油供給ライン(72)と、を備えるターボチャージャ(1)であって、ターボチャージャ(1)の運転状態を検出する運転状態検出部(76)と、運転状態に応じ、前記潤滑油供給ライン(72)を流通する潤滑油の流量を変化させる潤滑油調整部(75)と、を備える。
Description
この発明は、ターボチャージャ、エンジンシステム、ターボチャージャの制御方法に関する。
ターボチャージャには、転がり軸受によって回転軸を支持する構成のものがある。このようなターボチャージャは、転がり軸受を収容するための筒状の収容部を有するハウジングを備えている。ハウジングの収容部の中に転がり軸受の外輪を嵌め込むことで、転がり軸受がハウジングに支持される。ターボチャージャの回転軸は、回転自在の内輪の中に嵌入されている。これによって、回転軸がハウジングに対して相対的に回転可能となる。
このようなターボチャージャにおいては、転がり軸受における摩擦抵抗を抑えるため、転がり軸受に潤滑油を供給している。この潤滑油の供給量が過小であると、ターボチャージャの作動時に転がり軸受の温度が上昇してしまう。しかしながら、潤滑油を過剰に供給すると、転がり軸受における潤滑油の攪拌損失が増大してしまう。
特許文献1には、ターボチャージャの転がり軸受に潤滑油を供給するための給油孔を備える構成が開示されている。この特許文献1は、潤滑油を、転がり軸受側と、タービンホイール側とに分配する分配鍔部を備えている。このような構成により、潤滑油が転がり軸受に過剰に供給されることを抑え、転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗を抑えている。
上述したターボチャージャにおいては、運転状態に応じて潤滑油の必要量が変動する。ターボチャージャは、エンジンから送り込まれる排ガスによってタービンホイールが回転することで回転軸を回転させる。そのため、エンジンが高回転で作動すると、エンジンから送り込まれる排ガスの流量が増える。すると、ターボチャージャが高回転で回転するとともに、排ガスから受け取る熱量も増えて、ターボチャージャの温度が上昇してしまう。このように、ターボチャージャの温度が上昇すると、潤滑油の粘度が低下して潤滑条件が厳しくなり、より多くの潤滑油が必要となってしまう。
一方、ターボチャージャが通常運転している状態では、転がり軸受に供給する潤滑油は、その供給量をなるべく抑えて、潤滑油を供給することによる損失を低減することが望まれる。
この発明は、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することのできるターボチャージャ、エンジンシステム、ターボチャージャの制御方法を提供することを目的とする。
この発明は、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することのできるターボチャージャ、エンジンシステム、ターボチャージャの制御方法を提供することを目的とする。
この発明に係る第一態様によれば、ターボチャージャは、軸線に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の第一端部側に設けられたタービンホイールと、前記回転軸の第二端部側に設けられたコンプレッサホイールと、を備えている。ターボチャージャは、前記回転軸の外周面に固定された内輪、前記内輪をその径方向外側から囲うように配置された外輪、及び、前記内輪と前記外輪との間に配置された転動体を有し、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する転がり軸受を更に備えている。ターボチャージャは、前記転がり軸受を、前記転がり軸受の外周面との間に隙間を介して外周側から覆うように配置されたハウジングと、前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給ラインと、を更に備えている。ターボチャージャは、運転状態を検出する運転状態検出部と、前記運転状態に応じ、前記潤滑油供給ラインを流れる前記潤滑油の流量を調整する潤滑油調整部と、を更に備えている。
このような構成によれば、ターボチャージャの運転状態、例えば温度、ターボチャージャを備えるエンジンの回転数等に応じ、供給する潤滑油の流量を変化させることができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
このような構成によれば、ターボチャージャの運転状態、例えば温度、ターボチャージャを備えるエンジンの回転数等に応じ、供給する潤滑油の流量を変化させることができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
この発明に係る第二態様によれば、ターボチャージャは、第一態様のターボチャージャにおいて、前記運転状態検出部で検出される前記運転状態に基づいて、前記潤滑油調整部を制御する制御部を備えるようにしてもよい。
このように、制御部で、運転状態検出部で検出される運転状態に基づいて、潤滑油調整部を制御することで、潤滑油調整部をより細かく調整することができる。
このように、制御部で、運転状態検出部で検出される運転状態に基づいて、潤滑油調整部を制御することで、潤滑油調整部をより細かく調整することができる。
この発明に係る第三態様によれば、ターボチャージャは、第二態様において、前記運転状態検出部は、運転状態として前記ハウジングの温度を検出するようにしてもよい。
このような構成によれば、ハウジングの温度に応じて、供給する潤滑油の流量を変化させることができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
このような構成によれば、ハウジングの温度に応じて、供給する潤滑油の流量を変化させることができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
この発明に係る第四態様によれば、ターボチャージャは、第三態様において、前記制御部は、前記ハウジングの温度が上昇するにつれて、前記潤滑油の流量を増加させるようにしてもよい。
このような構成によれば、ターボチャージャの回転数が上昇するとハウジングの温度も上昇する。したがって、ターボチャージャのハウジングの温度が上昇すると、ターボチャージャの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。ハウジングの温度上昇に応じて、より多くの潤滑油を供給することで、ターボチャージャの各部を適切に潤滑することができる。
このような構成によれば、ターボチャージャの回転数が上昇するとハウジングの温度も上昇する。したがって、ターボチャージャのハウジングの温度が上昇すると、ターボチャージャの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。ハウジングの温度上昇に応じて、より多くの潤滑油を供給することで、ターボチャージャの各部を適切に潤滑することができる。
この発明に係る第五態様によれば、ターボチャージャは、第二から第四の何れか一つの態様において、前記潤滑油調整部は、前記潤滑油供給ラインに潤滑油を供給するポンプと、前記潤滑油供給ラインに設けられた制御弁と、を備え、前記制御部は、前記潤滑油の流量を低下させる際に、前記制御弁と前記ポンプとの両方によって流量を低下させるようにしてもよい。
このような構成によれば、潤滑油の流量を低下させる際には、制御弁とポンプの両方で流量を低下させることで、潤滑油の流量を迅速に低下させることができ、潤滑油による損失を有効に抑えることができる。
このような構成によれば、潤滑油の流量を低下させる際には、制御弁とポンプの両方で流量を低下させることで、潤滑油の流量を迅速に低下させることができ、潤滑油による損失を有効に抑えることができる。
この発明に係る第六態様によれば、エンジンシステムは、第二から第五の何れか一つの態様のターボチャージャと、前記ターボチャージャによって過給されるエンジンと、を備え、前記運転状態検出部は、前記エンジンの運転状態を検出し、前記制御部は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記潤滑油の流量を調整する。
このような構成によれば、エンジンの運転状態に連動してターボチャージャの運転状態も変化するので、エンジンの運転状態に応じてターボチャージャに供給する潤滑油の流量を変化させることで、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行うことができる。
このような構成によれば、エンジンの運転状態に連動してターボチャージャの運転状態も変化するので、エンジンの運転状態に応じてターボチャージャに供給する潤滑油の流量を変化させることで、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行うことができる。
この発明に係る第七態様によれば、エンジンシステムは、第六態様において、前記運転状態検出部は、前記エンジンの回転数を検出するようにしてもよい。
このような構成によれば、ターボチャージャの回転数が上昇するとハウジングの温度も上昇する。ターボチャージャのハウジングの温度が上昇すると、ターボチャージャの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。したがって、エンジンの回転数を検出して潤滑油の流量を調整することで、ターボチャージャの各部を適切に潤滑することができる。
このような構成によれば、ターボチャージャの回転数が上昇するとハウジングの温度も上昇する。ターボチャージャのハウジングの温度が上昇すると、ターボチャージャの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。したがって、エンジンの回転数を検出して潤滑油の流量を調整することで、ターボチャージャの各部を適切に潤滑することができる。
この発明に係る第八態様によれば、ターボチャージャの制御方法は、運転状態を検出する工程と、運転状態に応じて転がり軸受を収容するハウジング内に供給する潤滑油の流量を調整する工程と、を含む。
このような構成によれば、ターボチャージャの運転状態、例えば温度、ターボチャージャを備えるエンジンの回転数等に応じ、供給する潤滑油の流量を調整することができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
このような構成によれば、ターボチャージャの運転状態、例えば温度、ターボチャージャを備えるエンジンの回転数等に応じ、供給する潤滑油の流量を調整することができる。その結果、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することができる。
この発明に係る第九態様によれば、ターボチャージャの制御方法は、第八態様において、前記潤滑油を潤滑油供給ラインに供給するポンプと、前記潤滑油供給ラインに設けられた制御弁との両方によって、前記潤滑油供給ラインによって前記ハウジング内に供給される潤滑油の流量を低下させる工程を含むようにしてもよい。
このような構成によれば、潤滑油の流量を低下させる際には、制御弁とポンプの両方で流量を低下させることで、潤滑油の流量を迅速に低下させることができ、潤滑油による損失を有効に抑えることができる。
このような構成によれば、潤滑油の流量を低下させる際には、制御弁とポンプの両方で流量を低下させることで、潤滑油の流量を迅速に低下させることができ、潤滑油による損失を有効に抑えることができる。
上述したターボチャージャ、エンジンシステム、ターボチャージャの制御方法によれば、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い潤滑油の流量を抑制して損失を低減することが可能となる。
(第一実施形態)
図1は、この発明の第一実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図2は、この発明の第一実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図1に示すように、エンジンシステム100Aは、ターボチャージャ1Aと、ターボチャージャ1Aによって過給されるエンジン90と、を備えている。
図1は、この発明の第一実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図2は、この発明の第一実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図1に示すように、エンジンシステム100Aは、ターボチャージャ1Aと、ターボチャージャ1Aによって過給されるエンジン90と、を備えている。
図2に示すように、ターボチャージャ1Aは、タービンホイール2、コンプレッサホイール3、回転軸4、転がり軸受5、及びハウジング6を備えている。このターボチャージャ1Aは、例えば、回転軸4が水平方向に延在するような姿勢で自動車等にエンジン90の補機として搭載される。
図2に示す一点鎖線は、回転軸4の中心軸(軸線)Cを示している。
また、以下の説明において、ターボチャージャ1Aを自動車等に搭載した状態において上方を向く側を「上方」、下方を向く側を「下方」と称する。
図2に示す一点鎖線は、回転軸4の中心軸(軸線)Cを示している。
また、以下の説明において、ターボチャージャ1Aを自動車等に搭載した状態において上方を向く側を「上方」、下方を向く側を「下方」と称する。
ターボチャージャ1Aは、エンジン90(図1参照)から供給される排気ガス流によってタービンホイール2が中心軸Cを中心に回転する。この回転軸4及びコンプレッサホイール3は、タービンホイール2の回転に伴って中心軸Cを中心に回転する。コンプレッサホイール3は、回転することによって空気を圧縮する。この圧縮された空気は、エンジン90(図1参照)に供給される。
ハウジング6は、ブラケット(図示せず)、コンプレッサ、タービン等を介して車体等に支持されている。ハウジング6は、その内部に転がり軸受5を収容する収容部61を有している。このハウジング6は、その一端側に開口部60aを有し、その他端側に開口部60bを有している。回転軸4は、収容部61に収容された転がり軸受5によって、中心軸C回りに回転自在に支持されている。この回転軸4の第一端部4a、第二端部4bは、開口部60,60bを通してハウジング6の外部に突出している。
タービンホイール2は、ハウジング6の一端側に設けられており、コンプレッサホイール3は、ハウジング6の他端側に設けられている。タービンホイール2は、回転軸4の第一端部4aに一体に設けられている。コンプレッサホイール3は、回転軸4の第二端部4bに形成されたネジ部4nにナット31をねじ込むことで結合されている。回転軸4、タービンホイール2及びコンプレッサホイール3は、回転軸4と一体に中心軸C回りに回転する。
転がり軸受5は、内輪50と、外輪51と、転動体52と、を備える。
内輪50は、円筒状に形成されている。この内輪50は、その内側に回転軸4の外周面が嵌め込み等により固定されて、回転軸4と一体に回転する。
内輪50は、円筒状に形成されている。この内輪50は、その内側に回転軸4の外周面が嵌め込み等により固定されて、回転軸4と一体に回転する。
外輪51は、内輪50よりも径が大きな円筒状に形成されている。外輪51は、内輪50の外周側に配置されるとともに、内輪50を径方向外方から囲うように配置されている。さらに、外輪51は、内輪50と径方向に間隔を空けて配置されている。
転動体52は、球状に形成されている。転動体52は、内輪50と外輪51の間に、複数が設けられている。これら複数の転動体52は、保持器(図示せず)によってそれぞれ周方向に間隔を空けて設けられている。内輪50の外周面には、中心軸Cの延びる軸線方向の両端部に、それぞれ、周方向に連続する軌道溝53が形成されている。同様に、外輪51の内周面には、中心軸C方向の両端部に、各軌道溝53の外周側で対向するように、周方向に連続する軌道溝54が形成されている。複数の転動体52は、転がり軸受5の中心軸Cの延びる軸線方向の両端部のそれぞれにおいて、軌道溝53,54の間に挟み込まれている。これにより、外輪51に対して回転軸4とともに内輪50が回転すると、これら複数の転動体52が内輪50と外輪51との間で転動する。
ハウジング6の内部に形成される収容部61は、中心軸Cの延びる軸線方向から見て断面円形に形成されている。この収容部61は、中心軸Cの延びる軸線方向に連続するように形成されている。転がり軸受5は、この収容部61に収容されている。
より具体的には、収容部61の内側に、転がり軸受5の外輪51が配置されている。収容部61の内径は、転がり軸受5の外輪51の外径よりも僅かに大きく形成されている。これによって、転がり軸受5の外輪51と、収容部61との間には、隙間Sが形成されている。
より具体的には、収容部61の内側に、転がり軸受5の外輪51が配置されている。収容部61の内径は、転がり軸受5の外輪51の外径よりも僅かに大きく形成されている。これによって、転がり軸受5の外輪51と、収容部61との間には、隙間Sが形成されている。
収容部61には、タービンホイール2に近い側の端部61aに、スラスト受け部62が形成されている。スラスト受け部62は、タービンホイール2に向かう転がり軸受5のスラスト荷重を受ける。スラスト受け部62は、半径方向において、収容部61の端部61aから内側に向かって突出している。このスラスト受け部62には、収容部61に収容された転がり軸受5の外輪51が突き当たる。
収容部61には、そのコンプレッサホイール3に近い側の端部61bに、スラスト受け部材63が取り付けられている。このスラスト受け部材63は、コンプレッサホイール3に向かう転がり軸受5のスラスト荷重を受ける。スラスト受け部材63は、中央部に開口部64を有した円盤状に形成されている。スラスト受け部材63は、収容部61の端部61bに突き当てた状態で設けられている。このスラスト受け部材63の開口部64の周縁部に外輪51が突き当たっている。ここで、スラスト受け部62および、スラスト受け部材63は、必要に応じて設ければ良く、省略しても良い。
回転軸4には、転がり軸受5の内輪50よりもタービンホイール2に近い側に、大径部4dが設けられている。大径部4dは、内輪50の内径よりも大きな外径を有している。内輪50は、タービンホイール2に近い側の端部を回転軸4の大径部4dに突き当てた状態で設けられている。
回転軸4には、ハウジング6の開口部60aの内側に、大径部4dから外周側に張り出すフランジ部4f,4gが形成されている。フランジ部4f,4gは、回転軸4の軸方向に間隔を空けて形成されている。
回転軸4のフランジ部4f,4gの間には、周方向に連続する環状のオイルリング41が設けられている。このオイルリング41によって、開口部60aと回転軸4との間のシール性が維持されている。
回転軸4のフランジ部4f,4gの間には、周方向に連続する環状のオイルリング41が設けられている。このオイルリング41によって、開口部60aと回転軸4との間のシール性が維持されている。
回転軸4には、転がり軸受5の内輪50に対してコンプレッサホイール3に近い側に、円筒状のブッシュ45が設けられている。ブッシュ45は、内輪50とコンプレッサホイール3との間に挟み込まれて設けられている。
このようにして、転がり軸受5の内輪50は、回転軸4の大径部4dと、ブッシュ45との間に挟み込まれて設けられている。
このようにして、転がり軸受5の内輪50は、回転軸4の大径部4dと、ブッシュ45との間に挟み込まれて設けられている。
ハウジング6の開口部6bには、開口部60bを閉塞するプレート65が設けられている。プレート65は、中央部に開口部65aを有した円板状に形成されている。プレート65の外周部には、中心軸Cの延びる軸線方向のスラスト受け部材63側に延びる周壁部65bが一体に形成されている。プレート65は、開口部65aにブッシュ45が挿入されるとともに、周壁部65bをスラスト受け部材63に突き当てた状態で設けられている。
ブッシュ45の外周面には、開口部65aの内側に、環状のオイルリング46が設けられている。このオイルリング46によって、開口部65aと回転軸4との間のシール性が維持されている。
ブッシュ45の外周面には、開口部65aの内側に、環状のオイルリング46が設けられている。このオイルリング46によって、開口部65aと回転軸4との間のシール性が維持されている。
さらに、ハウジング6は、外周面6fからハウジング6の径方向内方に向かって延びる給油管接続口71を有している。この給油管接続口71には、ハウジング6の外部から潤滑油を供給するための潤滑油供給管(潤滑油供給ライン)70が接続されている。この潤滑油供給管70は、潤滑油をハウジング6に向けて供給するためのポンプ(潤滑油調整部)Pを有している。このポンプPは、コントローラ(制御部)78により回転数が可変とされており、これによりポンプPから吐出される潤滑油の吐出量が可変とされている。
給油管接続口71の先端部と、収容部61との間には、複数の供給流路72が形成されている。供給流路72は、中心軸Cの延びる軸線方向において、転がり軸受5の両端部にそれぞれ設けられた転動体52の直ぐ内側に開口している。
収容部61に収容された転がり軸受5の外輪51は、潤滑油導入孔74を有している。これら潤滑油導入孔74は、収容部61の内面に開口した供給流路72に対向する位置に形成されるとともに、外輪51を径方向に貫通するように形成されている。
給油管接続口71に接続された潤滑油供給管70から潤滑油が送り込まれると、潤滑油は、給油管接続口71の先端部から2つの供給流路72を通り、収容部61内に送り込まれる。潤滑油は、さらに、潤滑油導入孔74を通り、外輪51の内側に送り込まれる。これにより、転がり軸受5の内輪50と外輪51との間に潤滑油が供給され、転動体52が潤滑される。
供給流路72を通して送り込まれた潤滑油の一部は、収容部61と外輪51との隙間Sに送り込まれる。これにより収容部61と外輪51との隙間Sに、回転軸4の回転時における騒音や振動を抑える油膜ダンパDが形成される。この油膜ダンパDは、回転軸4で振動が発生したときに、油膜のスクイズフィルムダンパ現象による振動減衰効果を発揮する。
転がり軸受5の外輪51、及び、収容部61には、それぞれの最下端部に、下方に向かって貫通する排出流路66,67が形成されている。
ハウジング6には、収容部61の下方に、排油室68が形成されている。上記の排出流路66,67は、排油室68の上部に開口している。
ハウジング6は、排油室68の下端部と、ハウジング6の最下部における外周面6fとを貫通する排油口69を備えている。
ハウジング6には、収容部61の下方に、排油室68が形成されている。上記の排出流路66,67は、排油室68の上部に開口している。
ハウジング6は、排油室68の下端部と、ハウジング6の最下部における外周面6fとを貫通する排油口69を備えている。
転がり軸受5の外輪51と内輪50との間に送り込まれた潤滑油は、中心軸Cの延びる軸線方向における外輪51と内輪50との両端部、外輪51に形成された排出流路66、及び、収容部61に形成された排出流路67を通り、排油室68に排出される。
収容部61と外輪51との隙間Sに送り込まれた潤滑油は、排出流路66の周縁部から排出流路67に流れ出して、排油室68に排出される。
オイルリング41に供給された潤滑油は、そのまま下方に流れ、排油室68に排出される。
排油室68の潤滑油は、排油口69を通してハウジング6の外部に排出される。
収容部61と外輪51との隙間Sに送り込まれた潤滑油は、排出流路66の周縁部から排出流路67に流れ出して、排油室68に排出される。
オイルリング41に供給された潤滑油は、そのまま下方に流れ、排油室68に排出される。
排油室68の潤滑油は、排油口69を通してハウジング6の外部に排出される。
コントローラ78は、運転状態検出部76によって計測される、例えば、ハウジング6の温度に応じて、ポンプPによる潤滑油の吐出量を調整する。
運転状態検出部76は、ハウジング6の温度を計測することで、ターボチャージャ1Aの運転状態を検出する。この運転状態検出部76は、ハウジング6の温度を計測するためのセンサ76sを備えている。このセンサ76sは、例えば、ハウジング6の中でも特に高温となるタービンホイール2の近傍に設置されている。センサ76sの位置は、ハウジング6の温度を検出できる位置であればタービンホイール2の近傍でなくても良い。しかし、タービンホイール2の近傍にセンサ76sを設けることで、温度条件が厳しい位置の温度を直接監視できる点で有利となる。
コントローラ78は、ターボチャージャ1Aの運転状態のパラメータとしてハウジング6の温度以外のパラメータに基づき、ターボチャージャ1Aの運転状態に応じて、ポンプPを制御するようにしてもよい。例えば、コントローラ78は、ターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間や、エンジン90の回転数に応じて、ポンプPの回転数を制御してもよい。ターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間は、自動車等のエンジン90の起動後の経過時間から求めるようにしても良い。
このようにエンジン90の起動後の経過時間やエンジン90の回転数に基づいてポンプPの回転数を制御する場合、図1に示すように、運転状態検出部76は、ターボチャージャ1Aの運転状態を検出するため、エンジン90の制御コンピュータ、エンジン90の回転数センサ、アクセルの開度センサ等のセンサ76tを用いることができる。ポンプPの回転数は、予め記憶された運転状態と、ポンプPの回転数とのテーブル、マップ、及び、数式等を用いて求めることができる。
例えば、エンジン90を長時間停止すると、油膜ダンパDを形成する潤滑油が、収容部61と外輪51との隙間Sから流れ落ちてしまうことがある。そこで、コントローラ78は、例えば、エンジン90の起動直後で、ハウジング6が低温であり、ターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間が予め定めた一定時間内であるときには、油膜ダンパDに十分な潤滑油が供給されるよう、ポンプPによる吐出量を大きくする。
これにより、エンジン90の起動直後に、油膜ダンパDに潤滑油を十分に供給することができる。
これにより、エンジン90の起動直後に、油膜ダンパDに潤滑油を十分に供給することができる。
コントローラ78は、更に、エンジン回転数が高回転で、ハウジング6が高温であるときに、転がり軸受5の転動体52と、オイルリング41とに対して、冷却のために十分な潤滑油が供給されるようにポンプPによる吐出量を大きくするようにしてもよい。
次に、上記したようなエンジンシステム100Aにおけるターボチャージャ1Aの制御方法について説明する。
図3は、この発明の第一実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S11)
この図3に示すように、ターボチャージャ1Aを制御するには、まず、ターボチャージャ1Aの運転状態を検出する(工程S11)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76sでハウジング6の温度を計測する。運転状態検出部76は、センサ76sで検出したハウジング6の温度を、コントローラ78に出力する。
運転状態検出部76は、センサ76tでエンジン90の回転数を検出することもできる。この場合、運転状態検出部76は、センサ76tで検出したエンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
図3は、この発明の第一実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S11)
この図3に示すように、ターボチャージャ1Aを制御するには、まず、ターボチャージャ1Aの運転状態を検出する(工程S11)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76sでハウジング6の温度を計測する。運転状態検出部76は、センサ76sで検出したハウジング6の温度を、コントローラ78に出力する。
運転状態検出部76は、センサ76tでエンジン90の回転数を検出することもできる。この場合、運転状態検出部76は、センサ76tで検出したエンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
(潤滑油の流量を調整する工程S12、S13)
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整する。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整する。
ここで、図4は、ハウジングの温度と、ポンプで供給すべき給油量との相関の一例を示す図である。
この図4に示すように、ハウジング6の温度が高くなればなるほど、ターボチャージャ1Aの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。したがって、コントローラ78においては、例えば図4に示すような相関に基づいて、ハウジング6の温度に対し、ポンプPで供給する給油量(あるいは給油圧)、すなわちポンプPの回転数を関連づけたテーブル、マップ、及び、数式等により設定されている。
同様に、エンジン90の回転数が上昇すれば、ターボチャージャ1Aの回転数も連動して上昇し、ハウジング6の温度が上昇する。そこで、コントローラ78においては、エンジン90の回転数に対し、ポンプPで供給する給油量(あるいは給油圧)、すなわちポンプPの回転数を関連づけたテーブル、マップ、及び、数式等が設定されていてもよい。
この図4に示すように、ハウジング6の温度が高くなればなるほど、ターボチャージャ1Aの各部においては、より多くの潤滑油が必要となる。したがって、コントローラ78においては、例えば図4に示すような相関に基づいて、ハウジング6の温度に対し、ポンプPで供給する給油量(あるいは給油圧)、すなわちポンプPの回転数を関連づけたテーブル、マップ、及び、数式等により設定されている。
同様に、エンジン90の回転数が上昇すれば、ターボチャージャ1Aの回転数も連動して上昇し、ハウジング6の温度が上昇する。そこで、コントローラ78においては、エンジン90の回転数に対し、ポンプPで供給する給油量(あるいは給油圧)、すなわちポンプPの回転数を関連づけたテーブル、マップ、及び、数式等が設定されていてもよい。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に対し、予め関連づけられたポンプPの回転数を決定する。
コントローラ78は、決定したポンプPの回転数でポンプPが回転するよう、ポンプPに指示信号を出力する(工程S13)。
コントローラ78は、決定したポンプPの回転数でポンプPが回転するよう、ポンプPに指示信号を出力する(工程S13)。
このようにして、ハウジング6の温度やエンジン90の回転数等の運転状態に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を自動的に調整する。
上記したような一連の工程S11からS13は、ターボチャージャ1A(エンジン90)の運転中、適宜設定した一定時間毎に繰り返し実行する。
上記したような一連の工程S11からS13は、ターボチャージャ1A(エンジン90)の運転中、適宜設定した一定時間毎に繰り返し実行する。
上述した第一実施形態によれば、供給流路72を通して供給される潤滑油の流量が、ハウジング6の温度に応じて自動的に調整される。そのため、ターボチャージャ1Aの作動時に、ハウジング6の温度計測結果に応じて、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41に適切な潤滑油供給を行うことができる。したがって、ターボチャージャ1Aの運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行い、潤滑油の流量を抑制して損失を低減することが可能となる。
さらに、上述した第一実施形態によれば、ハウジング6の温度上昇に応じて、潤滑油の流量を増加させるようにした。これにより、ターボチャージャ1Aの回転数が上昇してハウジング6の温度が上昇したときに、ターボチャージャ1Aの各部を適切に潤滑することができる。
さらに、上述した第一実施形態によれば、例えばエンジン90の回転数を検出し、エンジン90の運転状態に応じてターボチャージャ1Aに供給する潤滑油の流量を変化させることで、運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行うことができる。
ここで、潤滑油の流量がハウジング6の温度やエンジン90の回転数に応じて自動的に調整される場合を例示した。しかし、潤滑油の流量は、ハウジング6の温度に加えて、上述したターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間や、スロットル開度等を総合的に判断して調整するようにしても良い。
ターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間は、エンジン90の制御コンピュータから取得する信号によって検出することもできるが、例えば、ターボチャージャ1Aのハウジング6内に、熱電対等の温度計を設けてもよい。この場合、温度計で検出するハウジング6内の温度が、所定の室温以上の閾値となる基準温度(例えば100℃)を越えたときに、ターボチャージャ1Aが始動したものとし、その時点以降の経過時間をカウントする。
ターボチャージャ1Aが始動してからの経過時間は、エンジン90の制御コンピュータから取得する信号によって検出することもできるが、例えば、ターボチャージャ1Aのハウジング6内に、熱電対等の温度計を設けてもよい。この場合、温度計で検出するハウジング6内の温度が、所定の室温以上の閾値となる基準温度(例えば100℃)を越えたときに、ターボチャージャ1Aが始動したものとし、その時点以降の経過時間をカウントする。
(第二実施形態)
次に、この発明の第二実施形態について説明する。この第二実施形態は、第一実施形態に対して、潤滑油の流量を調整する自動調整弁を用いて潤滑油の流量を調整する点が異なるのみである。したがって、第二実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
次に、この発明の第二実施形態について説明する。この第二実施形態は、第一実施形態に対して、潤滑油の流量を調整する自動調整弁を用いて潤滑油の流量を調整する点が異なるのみである。したがって、第二実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
図5は、この発明の第二実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図5に示すように、この実施形態のターボチャージャ1Bにおいて、ポンプPによって外部から送り込んだ潤滑油を給油管接続口71に供給する潤滑油供給管70は、自動調整弁(潤滑油調整部)75を備えている。自動調整弁75は、運転状態検出部76によって計測されるハウジング6の温度に応じ、予め設定された開度に自動的に変わる。
図5に示すように、この実施形態のターボチャージャ1Bにおいて、ポンプPによって外部から送り込んだ潤滑油を給油管接続口71に供給する潤滑油供給管70は、自動調整弁(潤滑油調整部)75を備えている。自動調整弁75は、運転状態検出部76によって計測されるハウジング6の温度に応じ、予め設定された開度に自動的に変わる。
運転状態検出部76は、ハウジング6の温度を計測することで、ターボチャージャ1Bの運転状態を検出する。運転状態検出部76は、ハウジング6の温度を計測するためのセンサ76sが、例えば、ハウジング6において高温となるタービンホイール2の近傍に設置されている。
上述した第二実施形態によれば、供給流路72を通して供給される潤滑油の流量を、ハウジングの温度に応じて自動調整弁75により自動的に調整することができる。したがって、ターボチャージャ1Bの運転状態に応じて、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41に適切な潤滑油供給を行うことができる。その結果、ターボチャージャ1Bの運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行うことが可能となる。
(第三実施形態)
次に、この発明の第三実施形態について説明する。この第三実施形態は、第一、第二実施形態に対して、潤滑油の流量を調整する制御弁を用いて潤滑油の流量を調整する点が異なるのみである。したがって、第一、第二実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一、第二実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一、第二実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
図6は、この発明の第一実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図7は、この発明の第三実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図6に示すように、エンジンシステム100Cは、ターボチャージャ1Cと、ターボチャージャ1Cによって過給されるエンジン90と、を備えている。
次に、この発明の第三実施形態について説明する。この第三実施形態は、第一、第二実施形態に対して、潤滑油の流量を調整する制御弁を用いて潤滑油の流量を調整する点が異なるのみである。したがって、第一、第二実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一、第二実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一、第二実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
図6は、この発明の第一実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図7は、この発明の第三実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図6に示すように、エンジンシステム100Cは、ターボチャージャ1Cと、ターボチャージャ1Cによって過給されるエンジン90と、を備えている。
図7に示すように、この第三実施形態におけるターボチャージャ1Cは、コントローラ78によって開度を調整可能な制御弁77を潤滑油供給管70に備えている。
ターボチャージャ1Cは、コントローラ78によって制御弁77による流量調整と、ポンプPの吐出量の調整とを同時に行うようにしてもよい。
ターボチャージャ1Cは、コントローラ78によって制御弁77による流量調整と、ポンプPの吐出量の調整とを同時に行うようにしてもよい。
コントローラ78は、運転状態検出部76のセンサ76s,76tによって計測される、例えば、ハウジング6の温度、エンジン90の回転数等に応じて、制御弁77による流量調整を調整する。
次に、上記したようなエンジンシステム100Cにおけるターボチャージャ1Cの制御方法について説明する。
図8は、この発明の第二実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S21)
この図8に示すように、ターボチャージャ1Cを制御するには、まず、ターボチャージャ1Cの運転状態を検出する(工程S21)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76sでハウジング6の温度を計測する。運転状態検出部76は、センサ76sで検出したハウジング6の温度を、コントローラ78に出力する。
運転状態検出部76は、センサ76tでエンジン90の回転数を検出することもできる。この場合、運転状態検出部76は、センサ76tで検出したエンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
図8は、この発明の第二実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S21)
この図8に示すように、ターボチャージャ1Cを制御するには、まず、ターボチャージャ1Cの運転状態を検出する(工程S21)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76sでハウジング6の温度を計測する。運転状態検出部76は、センサ76sで検出したハウジング6の温度を、コントローラ78に出力する。
運転状態検出部76は、センサ76tでエンジン90の回転数を検出することもできる。この場合、運転状態検出部76は、センサ76tで検出したエンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
(潤滑油の流量を調整する工程S22、S23)
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、制御弁77の開度を変動させることで調整する。コントローラ78は、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整することもできる。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、制御弁77の開度を変動させることで調整する。コントローラ78は、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整することもできる。
ここで、コントローラ78は、ハウジング6の温度やエンジン90の回転数に対し、ポンプPで供給する給油量(あるいは給油圧)として、制御弁77の開度、ポンプPの回転数がそれぞれ関連づけてテーブル、マップ、及び、数式等により設定されている。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に対し、予め関連づけられた制御弁77の開度、ポンプPの回転数を決定する。
コントローラ78は、決定した制御弁77の開度、ポンプPの回転数となるよう、制御弁77、ポンプPに指示信号を出力する(工程S22)。
コントローラ78は、決定した制御弁77の開度、ポンプPの回転数となるよう、制御弁77、ポンプPに指示信号を出力する(工程S22)。
このようにして、ハウジング6の温度やエンジン90の回転数等の運転状態に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を自動的に調整する。
このように、制御弁77の開度を調整して給油量を調整することで、ポンプPによる潤滑油の流量調整よりもレスポンスを向上できる。
この場合、例えば、工程S22,S23で、潤滑油の流量を絞るよう、制御弁77の開度、ポンプPの回転数が決定された際には、制御弁77とポンプPとによって同時に流量を低減させる。このようにすることで、制御弁77によるレスポンスの向上効果を得られると共に、ポンプPの吐出量を抑制して損失低減効果を得ることができる。さらに、制御弁77が故障した場合などには、ポンプPだけで、潤滑油の流量調整を行うことが可能となる。
この場合、例えば、工程S22,S23で、潤滑油の流量を絞るよう、制御弁77の開度、ポンプPの回転数が決定された際には、制御弁77とポンプPとによって同時に流量を低減させる。このようにすることで、制御弁77によるレスポンスの向上効果を得られると共に、ポンプPの吐出量を抑制して損失低減効果を得ることができる。さらに、制御弁77が故障した場合などには、ポンプPだけで、潤滑油の流量調整を行うことが可能となる。
(第四実施形態)
次に、この発明の第四実施形態について説明する。この第四実施形態のターボチャージャは、第一から第三実施形態のターボチャージャに対して、転がり軸受5、油膜ダンパDc、オイルリング41が、それぞれ個別の潤滑油供給系統を備える点で異なるのみである。したがって、第四実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一から第三実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一から第三実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
図9は、この発明の第四実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図10は、この発明の第四実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図9に示すように、エンジンシステム100Dは、ターボチャージャ1Dと、ターボチャージャ1Dによって過給されるエンジン90と、を備えている。
次に、この発明の第四実施形態について説明する。この第四実施形態のターボチャージャは、第一から第三実施形態のターボチャージャに対して、転がり軸受5、油膜ダンパDc、オイルリング41が、それぞれ個別の潤滑油供給系統を備える点で異なるのみである。したがって、第四実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第一から第三実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第一から第三実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。
図9は、この発明の第四実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図10は、この発明の第四実施形態におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
図9に示すように、エンジンシステム100Dは、ターボチャージャ1Dと、ターボチャージャ1Dによって過給されるエンジン90と、を備えている。
図10に示すように、ターボチャージャ1Dのハウジング6は、給油管接続口71A,71B,71Cを備えている。これら給油管接続口71A,71B,71Cは、ハウジング6の外周面6fからハウジング6の径方向における内方に向かって延びている。給油管接続口71B,71Cは、給油管接続口71Aに対し、ハウジング6の周方向及び軸方向に異なる位置に形成されている。
給油管接続口71Aの先端部と、収容部61との間には、複数の供給流路72Aが形成されている。供給流路72Aは、中心軸Cの延びる軸線方向において、転がり軸受5の両端部にそれぞれ設けられた転動体52の直ぐ内側に開口している。
給油管接続口71Bの先端部と、収容部61との間には、複数の供給流路72Bが形成されている。供給流路72Bは、収容部61と外輪51との隙間Sに向かって開口している。
給油管接続口71Cの先端部と、回転軸4の大径部4dとの間には、供給流路72Cが形成されている。
給油管接続口71Bの先端部と、収容部61との間には、複数の供給流路72Bが形成されている。供給流路72Bは、収容部61と外輪51との隙間Sに向かって開口している。
給油管接続口71Cの先端部と、回転軸4の大径部4dとの間には、供給流路72Cが形成されている。
給油管接続口71Aには、潤滑油供給管70Aが接続されている。給油管接続口71Bには、潤滑油供給管70Bが接続されている。給油管接続口71Cには、潤滑油供給管70Cが接続されている。これら潤滑油供給管70A,70B,70Cは、ポンプPによって外部から送り込まれた潤滑油を、それぞれ給油管接続口71A,71B,71Cに対してそれぞれ個別に供給する。
潤滑油供給管70A,70B,70Cは、それぞれ制御弁(潤滑油調整部)77A,77B,77Cを備えている。制御弁77A,77B,77Cは、コントローラ78の制御によって開度が調整可能とされている。
潤滑油供給管70A,70B,70Cは、それぞれ制御弁(潤滑油調整部)77A,77B,77Cを備えている。制御弁77A,77B,77Cは、コントローラ78の制御によって開度が調整可能とされている。
コントローラ78は、運転状態検出部76のセンサ76s,76tによって計測される、例えば、ハウジング6の温度、エンジン90の回転数等に応じて、制御弁77A,77B,77Cによる流量を調整する。
次に、上記したようなエンジンシステム100Dにおけるターボチャージャ1Dの制御方法について説明する。
図11は、この発明の第四実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S31)
この図11に示すように、ターボチャージャ1Dを制御するには、まず、ターボチャージャ1Dの運転状態を検出する(工程S31)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76s、センサ76tで、ハウジング6の温度、エンジン90の回転数を検出する。運転状態検出部76は、センサ76s,76tで検出したハウジング6の温度、エンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
図11は、この発明の第四実施形態におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
(運転状態を検出する工程S31)
この図11に示すように、ターボチャージャ1Dを制御するには、まず、ターボチャージャ1Dの運転状態を検出する(工程S31)。
これには、運転状態検出部76は、センサ76s、センサ76tで、ハウジング6の温度、エンジン90の回転数を検出する。運転状態検出部76は、センサ76s,76tで検出したハウジング6の温度、エンジン90の回転数を、コントローラ78に出力する。
(潤滑油の流量を調整する工程S32,S33)
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、制御弁77A,77B,77Cの開度を変動させることで調整する。コントローラ78は、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整することもできる。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、制御弁77A,77B,77Cの開度を変動させることで調整する。コントローラ78は、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を、ポンプPの回転数を変動させることで調整することもできる。
ここで、図12は、ハウジングの温度と、転がり軸受5、油膜ダンパDc、オイルリング41のそれぞれに対して供給すべき給油量との相関の一例を示す図である。
この図12に示すように、転がり軸受5、油膜ダンパDc、オイルリング41のそれぞれでは、ハウジング6の温度に対し、供給すべき給油量が異なる。
例えば、図12に実線L1で示すように、転がり軸受5に対しては、ハウジング6の温度が高くなればなるほど、より多くの潤滑油が必要となる。
図12に、破線L2で示すように、オイルリング41に対しては、ハウジング6の温度が低いとき(ターボチャージャ1Dの回転数が低いとき)には、潤滑油の必要量が低いのに対し、ハウジングの温度が高くなると、転がり軸受5よりも多い潤滑油が必要となる。
図12に二点鎖線L3で示すように、油膜ダンパDcに対しては、ハウジング6の温度が低いとき(ターボチャージャ1Dの回転数が低いとき)と、温度が高いときには、ダンパ効果を高めるために、より多くの潤滑油が必要であるのに対し、通常回転時には、潤滑油が少なくて済む。
コントローラ78においては、例えば図12示すような相関に基づき、ハウジング6の温度に対し、制御弁77A,77B,77Cの開度が関連づけてテーブル、マップ、及び、数式等により設定されている。
同様に、エンジン90の回転数が上昇すれば、ターボチャージャ1Dの回転数も連動して上昇し、ハウジング6の温度が上昇する。そこで、コントローラ78においては、エンジン90の回転数に対し、給油量(あるいは給油圧)、すなわち制御弁77A,77B,77Cの開度が関連づけてテーブル、マップ、及び、数式等により設定されていてもよい。
この図12に示すように、転がり軸受5、油膜ダンパDc、オイルリング41のそれぞれでは、ハウジング6の温度に対し、供給すべき給油量が異なる。
例えば、図12に実線L1で示すように、転がり軸受5に対しては、ハウジング6の温度が高くなればなるほど、より多くの潤滑油が必要となる。
図12に、破線L2で示すように、オイルリング41に対しては、ハウジング6の温度が低いとき(ターボチャージャ1Dの回転数が低いとき)には、潤滑油の必要量が低いのに対し、ハウジングの温度が高くなると、転がり軸受5よりも多い潤滑油が必要となる。
図12に二点鎖線L3で示すように、油膜ダンパDcに対しては、ハウジング6の温度が低いとき(ターボチャージャ1Dの回転数が低いとき)と、温度が高いときには、ダンパ効果を高めるために、より多くの潤滑油が必要であるのに対し、通常回転時には、潤滑油が少なくて済む。
コントローラ78においては、例えば図12示すような相関に基づき、ハウジング6の温度に対し、制御弁77A,77B,77Cの開度が関連づけてテーブル、マップ、及び、数式等により設定されている。
同様に、エンジン90の回転数が上昇すれば、ターボチャージャ1Dの回転数も連動して上昇し、ハウジング6の温度が上昇する。そこで、コントローラ78においては、エンジン90の回転数に対し、給油量(あるいは給油圧)、すなわち制御弁77A,77B,77Cの開度が関連づけてテーブル、マップ、及び、数式等により設定されていてもよい。
コントローラ78は、運転状態検出部76から出力されたハウジング6の温度やエンジン90の回転数に対し、予め関連づけられた制御弁77A,77B,77Cの開度、ポンプPの回転数を決定する(工程S32)。
コントローラ78は、決定した制御弁77A,77B,77Cの開度、ポンプPの回転数となるよう、制御弁77A,77B,77C、ポンプPに指示信号を出力する(工程S33)。
コントローラ78は、決定した制御弁77A,77B,77Cの開度、ポンプPの回転数となるよう、制御弁77A,77B,77C、ポンプPに指示信号を出力する(工程S33)。
このようにして、ハウジング6の温度やエンジン90の回転数等の運転状態に基づき、ハウジング6に供給する潤滑油の流量を自動的に調整する。
このように制御弁77A,77B,77Cの開度を調整することで転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41のそれぞれに、潤滑油を個別に供給することができる。コントローラ78では、例えば、エンジンの起動直後で、ハウジング6が低温であり、エンジン起動からの経過時間が予め定めた一定時間内であるときには、油膜ダンパDに十分な潤滑油が供給されるよう、制御弁77Bの開度を大きくすることができる。さらに、コントローラ78では、エンジン回転数が高く、ハウジング6が高温であるときには、転がり軸受5の転動体52と、オイルリング41に十分な潤滑油が供給されるよう、制御弁77A,77Cの開度を大きくすることができる。
このようにして、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41のそれぞれに適した量の潤滑油を供給することができる。
さらに、制御弁77A,77B,77Cの開度を調整して給油量を調整することで、ポンプPによる潤滑油の流量調整よりもレスポンスを向上できる。
さらに、制御弁77A,77B,77Cの開度を調整して給油量を調整することで、ポンプPによる潤滑油の流量調整よりもレスポンスを向上できる。
第四実施形態によれば、潤滑油が、供給流路72A,72B,72Cを通して、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41のそれぞれに、個別に供給される。供給流路72A,72B,72Cを通して供給される潤滑油の流量は、開度が自動的に制御される制御弁77A,77B,77Cにより、ターボチャージャ1Dの運転状態に応じて調整される。したがって、ターボチャージャ1Dの運転状態に応じて、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41のそれぞれに適した量の潤滑油を供給することができる。そのため、転がり軸受5を、攪拌抵抗が過度に大きくならない程度に十分に潤滑しつつ、油膜ダンパDにおけるダンパ効果、オイルリング41の冷却効果を発揮させることができる。その結果、ターボチャージャ1Dの各部に適切な潤滑油供給を行うことが可能となる。
(第四実施形態の第1変形例)
第四実施形態のように、ターボチャージャ1Dの運転状態に応じてコントローラ78で制御弁77A,77B,77Cの開度を調整することによって、各部に供給する潤滑油の流量を調整する構成は、第四実施形態で示したターボチャージャ1D以外のターボチャージャ1Eにも適用可能である。
図13は、この発明の第四実施形態の第1変形例におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
エンジンシステム100E(図9参照)のターボチャージャ1Eにおいて、図13に示すように、ハウジング6は、給油管接続口71F,71G,71H,71J,71Kを備えている。給油管接続口71F,71G,71H,71J,71Kは、それぞれハウジング6の外部から潤滑油を供給する潤滑油供給管70F,70G,70H,70J,70Kが接続されている。潤滑油供給管70Fは制御弁(潤滑油調整部)77Fを備え、潤滑油供給管70Gは制御弁(潤滑油調整部)77Gを備え、潤滑油供給管70Hは制御弁(潤滑油調整部)77Hを備え、潤滑油供給管70Jは制御弁(潤滑油調整部)77Jを備え、潤滑油供給管70Kは制御弁(潤滑油調整部)77Kを備えている。
第四実施形態のように、ターボチャージャ1Dの運転状態に応じてコントローラ78で制御弁77A,77B,77Cの開度を調整することによって、各部に供給する潤滑油の流量を調整する構成は、第四実施形態で示したターボチャージャ1D以外のターボチャージャ1Eにも適用可能である。
図13は、この発明の第四実施形態の第1変形例におけるターボチャージャの構成を示す断面図である。
エンジンシステム100E(図9参照)のターボチャージャ1Eにおいて、図13に示すように、ハウジング6は、給油管接続口71F,71G,71H,71J,71Kを備えている。給油管接続口71F,71G,71H,71J,71Kは、それぞれハウジング6の外部から潤滑油を供給する潤滑油供給管70F,70G,70H,70J,70Kが接続されている。潤滑油供給管70Fは制御弁(潤滑油調整部)77Fを備え、潤滑油供給管70Gは制御弁(潤滑油調整部)77Gを備え、潤滑油供給管70Hは制御弁(潤滑油調整部)77Hを備え、潤滑油供給管70Jは制御弁(潤滑油調整部)77Jを備え、潤滑油供給管70Kは制御弁(潤滑油調整部)77Kを備えている。
ハウジング6は、供給流路72Bc、供給流路72Ac、供給流路72At、供給流路72Bt、及び、供給流路72Cを更に備えている。これら供給流路72Bc、供給流路72Ac、供給流路72At、供給流路72Bt、及び、供給流路72Cは、それぞれの内径が異なっている。
供給流路72Bcは、給油管接続口71Fに連通し、コンプレッサホイール3に近い側の油膜ダンパDcに潤滑油を供給する。
供給流路72Acは、給油管接続口71Gに連通し、コンプレッサホイール3に近い側の転がり軸受5の転動体52cに潤滑油を供給する。
供給流路72Atは、給油管接続口71Hに連通し、タービンホイール2に近い側の転がり軸受5の転動体52tに潤滑油を供給する。
供給流路72Btは、給油管接続口71Jに連通し、タービンホイール2に近い側の油膜ダンパDtに潤滑油を供給する。
供給流路72Cは、給油管接続口71Kに連通し、タービンホイール2に近い側のオイルリング41に潤滑油を供給する。
供給流路72Bcは、給油管接続口71Fに連通し、コンプレッサホイール3に近い側の油膜ダンパDcに潤滑油を供給する。
供給流路72Acは、給油管接続口71Gに連通し、コンプレッサホイール3に近い側の転がり軸受5の転動体52cに潤滑油を供給する。
供給流路72Atは、給油管接続口71Hに連通し、タービンホイール2に近い側の転がり軸受5の転動体52tに潤滑油を供給する。
供給流路72Btは、給油管接続口71Jに連通し、タービンホイール2に近い側の油膜ダンパDtに潤滑油を供給する。
供給流路72Cは、給油管接続口71Kに連通し、タービンホイール2に近い側のオイルリング41に潤滑油を供給する。
制御弁77F,77G,77H,77J,77Kは、運転状態検出部76のセンサ76s,76tによって計測されるハウジング6の温度や、エンジン90の回転数等の運転状態等に応じ、コントローラ78の制御によって、開度が個別に調整可能とされている。
コントローラ78は、運転状態検出部76で計測したハウジング6の温度に基づき、ポンプPの回転数を制御することで、潤滑油の流量全体を制御することが可能となっている。
コントローラ78は、図11に示した上記第四実施形態におけるターボチャージャの制御方法と同様の流れで、制御弁77F,77G,77H,77J,77Kの開度、及びポンプPの回転数を制御する。
図14は、第四実施形態の第1変形例におけるターボチャージャを運転したときの、経過時間に対する、エンジン回転数、各部の温度、各部への供給量の変化の一例を示す図である。
図14に示すエンジン回転数変化曲線L11のように、エンジン90を作動させたとする。すなわち、時刻T1でエンジン90の始動を始動した後、時刻T2からエンジン回転数を徐々に高めていき、時刻T3から高回転を維持した。その後、時刻T4から時刻T5にかけてエンジン回転数を徐々に下げ、時刻T6でエンジン90を停止した。
図14に示すエンジン回転数変化曲線L11のように、エンジン90を作動させたとする。すなわち、時刻T1でエンジン90の始動を始動した後、時刻T2からエンジン回転数を徐々に高めていき、時刻T3から高回転を維持した。その後、時刻T4から時刻T5にかけてエンジン回転数を徐々に下げ、時刻T6でエンジン90を停止した。
このようにエンジン90を運転した場合、転がり軸受5は、温度変化曲線L12,L13のように、エンジン90の回転数に連動して、温度が推移する。ここで、温度変化曲線L12で示すタービンホイール2に近い側の転がり軸受5の転動体52tの方が、温度変化曲線L13で示すコンプレッサホイール3に近い側の転がり軸受5の転動体52cよりも、高温となる。
温度変化曲線L14に示すオイルリング41の温度は、転がり軸受5およびハウジング6よりも高い温度で、エンジン90の回転数に連動して、温度が推移する。
温度変化曲線L14に示すオイルリング41の温度は、転がり軸受5およびハウジング6よりも高い温度で、エンジン90の回転数に連動して、温度が推移する。
これに対し、コントローラ78は、エンジン90の起動直後で、ハウジング6が低温であり、エンジン90の始動からの経過時間が短いときには、制御弁77F,77Jの開度を大きくする。これにより、例えば、給油量変化曲線L21に示すように、油膜ダンパDに十分な潤滑油が供給される。
さらに、コントローラ78は、例えば、エンジン回転数が高く、ハウジング6が高温であるときには、制御弁77Hの開度を、制御弁77Gよりも大きくすることができる。これにより、給油量変化曲線L22に示すように、タービンホイール2に近い側の転がり軸受5の転動体52tに、給油量変化曲線L23に示す転動体52cよりも、より多くの潤滑油が供給される。
コントローラ78は、エンジン回転数が高く、ハウジング6が高温であるときには、給油量変化曲線L24に示すように、オイルリング41に十分な潤滑油が供給されるよう、制御弁77Kの開度を大きくすることができる。
さらに、コントローラ78は、例えば、エンジン回転数が高く、ハウジング6が高温であるときには、制御弁77Hの開度を、制御弁77Gよりも大きくすることができる。これにより、給油量変化曲線L22に示すように、タービンホイール2に近い側の転がり軸受5の転動体52tに、給油量変化曲線L23に示す転動体52cよりも、より多くの潤滑油が供給される。
コントローラ78は、エンジン回転数が高く、ハウジング6が高温であるときには、給油量変化曲線L24に示すように、オイルリング41に十分な潤滑油が供給されるよう、制御弁77Kの開度を大きくすることができる。
この第四実施形態の第1変形例においても、第四実施形態と同様に、ターボチャージャ1Dの作動時に、ハウジング6の温度計測結果に応じて、転がり軸受5の転動体52、油膜ダンパD、オイルリング41のそれぞれに適した量の潤滑油を、よりきめ細かく調整して供給することができる。
(第四実施形態の第2変形例)
図15は、この発明の第四実施形態の第2変形例におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
上記第四実施形態およびその第1変形例で示したように、ターボチャージャ1D,1Eの運転状態に応じて、複数の制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kは、その開度がそれぞれに異なって設定されている。
そこで、例えば、エンジン90の回転数に応じ、各部への給油量が、予め設定した給油量となるよう、エンジン90の回転数と、制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度とを関連づけ、テーブル、マップ、及び、数式等によりコントローラ78に設定しておくこともできる。
図15は、この発明の第四実施形態の第2変形例におけるターボチャージャの制御方法の流れを示す図である。
上記第四実施形態およびその第1変形例で示したように、ターボチャージャ1D,1Eの運転状態に応じて、複数の制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kは、その開度がそれぞれに異なって設定されている。
そこで、例えば、エンジン90の回転数に応じ、各部への給油量が、予め設定した給油量となるよう、エンジン90の回転数と、制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度とを関連づけ、テーブル、マップ、及び、数式等によりコントローラ78に設定しておくこともできる。
図15に示すように、コントローラ78は、まず、運転状態検出部76のセンサ76t(図9参照)で検出するエンジン90の回転数から、ターボチャージャ1D,1Eの運転状態を検出する(工程S41)。
次いで、コントローラ78は、検出したエンジン90の回転数に関連づけられた情報から、制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度を決定する(工程S42)。
さらに、コントローラ78は、検出したエンジン90の回転数から、ポンプPの回転数を決定する(工程S43)。
続いて、コントローラ78は、決定した制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度、及びポンプPの回転数を、指示信号として出力する(工程S44)。
制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77K、及びポンプPは、コントローラ78から出力された開度及び回転数で潤滑油を供給する。
制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77K、及びポンプPは、コントローラ78から出力された開度及び回転数で潤滑油を供給する。
その後、運転状態検出部76のセンサ76sで検出したハウジング6の温度を取得する(工程S45)。
コントローラ78は、検出されたハウジング6の温度が、予め設定した温度レベル(所定の温度範囲内)に収まっているか否かを判定する(工程S46)。ここで、予め設定した温度レベルは、ハウジング6内の各部を構成する部品、例えば、軸受5、オイルリング41等、高温となる部品のそれぞれにおいて、使用可能な許容温度範囲以下となるように設定される。
工程S46における判定の結果、コントローラ78は、検出されたハウジング6の温度が、予め設定した温度レベルに収まっていれば、処理を終了する。
工程S46における判定の結果、コントローラ78は、検出されたハウジング6の温度が、予め設定した温度レベルに収まっていれば、処理を終了する。
コントローラ78は、検出されたハウジング6の温度が、予め設定した温度レベルに収まっていなかった場合、工程S43に戻り、ポンプPの回転数を変更して再決定する。その後、コントローラ78は、再決定したポンプPの回転数を指示信号として出力し(工程S44)、ポンプPの回転数を変更して運転を行う。しかる後、コントローラ78は、再度ハウジング6の温度をセンサ76sで検出し(工程S45)、検出されたハウジング6の温度が所定の温度レベルに収まっているか否かを判定する。
このように、コントローラ78は、工程S42で、複数の制御弁77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度のバランスを設定した後は、ポンプPの回転数を調整するのみで、ターボチャージャ1D,1Eの各部の温度が適正な範囲内で運転されるようにすることができる。
(その他の実施形態)
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、自動調整弁75や制御弁77、77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度を調整する基準となるターボチャージャ1A,1B,1C,1D,1Eの運転状態としては、上記に例示したものに限らず、他の情報を用いてもよい。
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、自動調整弁75や制御弁77、77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77Kの開度を調整する基準となるターボチャージャ1A,1B,1C,1D,1Eの運転状態としては、上記に例示したものに限らず、他の情報を用いてもよい。
転がり軸受5の構成は、上記実施形態で示したものに限らず、適宜他の構成とすることができる。
上記実施形態では、転がり軸受5を例えば1つだけ備えた構成となっているが、これに限るものではなく、例えば複数の転がり軸受を回転軸4の中心軸方向に直列に並んで備える構成であってもよい。
さらに、ターボチャージャ1A,1B,1C,1D,1Eの構成も、上記実施形態で示した構成に限らず、適宜他の構成とすることができる。
加えて、上記各実施形態および各変形例で示した構成は、適宜組み合わせることが可能である。
上記実施形態では、転がり軸受5を例えば1つだけ備えた構成となっているが、これに限るものではなく、例えば複数の転がり軸受を回転軸4の中心軸方向に直列に並んで備える構成であってもよい。
さらに、ターボチャージャ1A,1B,1C,1D,1Eの構成も、上記実施形態で示した構成に限らず、適宜他の構成とすることができる。
加えて、上記各実施形態および各変形例で示した構成は、適宜組み合わせることが可能である。
運転状態に応じ、ハウジング内に供給する潤滑油の流量を変化させることで、ターボチャージャの運転状態に応じて適切な潤滑油供給を行うことが可能となる。
1A,1B,1C,1D,1E ターボチャージャ
2 タービンホイール
3 コンプレッサホイール
4 回転軸
4a 第一端部
4b 第二端部
4d 大径部
4f,4g フランジ部
4n ネジ部
5 転がり軸受
6 ハウジング
6b 開口部
6f 外周面
31 ナット
41 オイルリング
45 ブッシュ
46 オイルリング
50 内輪
51 外輪
52,52c,52t 転動体
53,54 軌道溝
60a,60b 開口部
61 収容部
61a 端部
61b 端部
62 スラスト受け部
63 スラスト受け部材
64 開口部
65 プレート
65a 開口部
65b 周壁部
66,67 排出流路
68 排油室
69 排油口
70,70A,70B,70C,70F,70G,70H,70J,70K 潤滑油供給管(潤滑油供給ライン)
71 給油管接続口
71A,71B,71C,71F,71G,71H,71J,71K 給油管接続口
72 供給流路
72A,72Ac,72At,72B,72Bc,72Bt,72C 供給流路
74 潤滑油導入孔
75 自動調整弁(潤滑油調整部)
76 運転状態検出部
76s センサ
76t センサ
77,77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77K 制御弁(潤滑油調整部)
78 コントローラ(制御部)
90 エンジン
100A,100C,100D,100E エンジンシステム
C 中心軸(軸線)
D,Dc 油膜ダンパ
L1 実線
L11 エンジン回転数変化曲線
L12,L13,L14 温度変化曲線
L2 破線
L21,L22,L23,L24 給油量変化曲線
L3 二点鎖線
P ポンプ(潤滑油調整部)
S 隙間
2 タービンホイール
3 コンプレッサホイール
4 回転軸
4a 第一端部
4b 第二端部
4d 大径部
4f,4g フランジ部
4n ネジ部
5 転がり軸受
6 ハウジング
6b 開口部
6f 外周面
31 ナット
41 オイルリング
45 ブッシュ
46 オイルリング
50 内輪
51 外輪
52,52c,52t 転動体
53,54 軌道溝
60a,60b 開口部
61 収容部
61a 端部
61b 端部
62 スラスト受け部
63 スラスト受け部材
64 開口部
65 プレート
65a 開口部
65b 周壁部
66,67 排出流路
68 排油室
69 排油口
70,70A,70B,70C,70F,70G,70H,70J,70K 潤滑油供給管(潤滑油供給ライン)
71 給油管接続口
71A,71B,71C,71F,71G,71H,71J,71K 給油管接続口
72 供給流路
72A,72Ac,72At,72B,72Bc,72Bt,72C 供給流路
74 潤滑油導入孔
75 自動調整弁(潤滑油調整部)
76 運転状態検出部
76s センサ
76t センサ
77,77A,77B,77C,77F,77G,77H,77J,77K 制御弁(潤滑油調整部)
78 コントローラ(制御部)
90 エンジン
100A,100C,100D,100E エンジンシステム
C 中心軸(軸線)
D,Dc 油膜ダンパ
L1 実線
L11 エンジン回転数変化曲線
L12,L13,L14 温度変化曲線
L2 破線
L21,L22,L23,L24 給油量変化曲線
L3 二点鎖線
P ポンプ(潤滑油調整部)
S 隙間
Claims (9)
- 軸線に沿って延びる回転軸と、
前記回転軸の第一端部側に設けられたタービンホイールと、
前記回転軸の第二端部側に設けられたコンプレッサホイールと、
前記回転軸の外周面に固定された内輪、前記内輪をその径方向外側から囲うように配置された外輪、及び、前記内輪と前記外輪との間に配置された転動体を有し、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する転がり軸受と、
前記転がり軸受を、前記転がり軸受の外周面との間に隙間を介して外周側から覆うように配置されたハウジングと、
前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給ラインと、
運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記運転状態に応じ、前記潤滑油供給ラインを流れる前記潤滑油の流量を調整する潤滑油調整部と、
を備えるターボチャージャ。 - 前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に基づいて、前記潤滑油調整部を制御する制御部を備える、請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記運転状態検出部は、
運転状態として前記ハウジングの温度を検出する請求項2に記載のターボチャージャ。 - 前記制御部は、
前記ハウジングの温度が上昇するにつれて、前記潤滑油の流量を増加させる請求項3に記載のターボチャージャ。 - 前記潤滑油調整部は、
前記潤滑油供給ラインに潤滑油を供給するポンプと、
前記潤滑油供給ラインに設けられた制御弁と、を備え、
前記制御部は、
前記潤滑油の流量を低下させる際に、前記制御弁と前記ポンプとの両方によって流量を低下させる請求項2から4の何れか一項に記載のターボチャージャ。 - 前記請求項2から5の何れか一項に記載のターボチャージャと、
前記ターボチャージャによって過給されるエンジンと、を備え、
前記運転状態検出部は、前記エンジンの運転状態を検出し、
前記制御部は、
前記エンジンの運転状態に応じて、前記潤滑油の流量を調整するエンジンシステム。 - 前記運転状態検出部は、
前記エンジンの回転数を検出する請求項6に記載のエンジンシステム。 - 運転状態を検出する工程と、
運転状態に応じて転がり軸受を収容するハウジング内に供給する潤滑油の流量を調整する工程と、
を含むターボチャージャの制御方法。 - 前記潤滑油を潤滑油供給ラインに供給するポンプと、前記潤滑油供給ラインに設けられた制御弁との両方によって、前記潤滑油供給ラインによって前記ハウジング内に供給される潤滑油の流量を低下させる工程を含む請求項8に記載のターボチャージャの制御方法。
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