ターボチャージャの潤滑装置
【課題】簡便な構成により、２ステージターボシステムに対して潤滑油供給を適切に行う。
【解決手段】ターボチャージャの潤滑装置は、２ステージターボシステムに対して適用される。潤滑油路は、第１のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第１の分岐通路、及び第２のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第２の分岐通路を有する。潤滑油量調整弁は、潤滑油路の分岐箇所に設けられ、第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整する。具体的には、潤滑油量調整弁は、第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。これにより、簡便な構成で、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。
【解決手段】ターボチャージャの潤滑装置は、２ステージターボシステムに対して適用される。潤滑油路は、第１のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第１の分岐通路、及び第２のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第２の分岐通路を有する。潤滑油量調整弁は、潤滑油路の分岐箇所に設けられ、第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整する。具体的には、潤滑油量調整弁は、第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。これにより、簡便な構成で、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャに対して潤滑油による潤滑を行う技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術が、例えば特許文献１乃至３に提案されている。特許文献１には、エンジン回転数に応じて、ターボチャージャに供給する潤滑油の油圧（油量）を制御する技術が提案されている。特許文献２には、エンジンオイルをターボチャージャに潤滑油として供給すること、及びエンジン回転数に応じて供給油量を制御することが提案されている。特許文献３には、２つのターボチャージャを有するターボエンジンにおいて、セカンダリターボチャージャの不作動時に潤滑油の供給を遮断する技術が提案されている。その他にも、本発明に関連する技術が特許文献４に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３２８６４号公報
【特許文献２】特開平２−１７３３２３号公報
【特許文献３】特開平６−１０６８８号公報
【特許文献４】実開平４−３０２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つのターボチャージャを用いて過給を行うシステム（以下では、「２ステージターボシステム」）においては、それぞれのターボチャージャによる過給圧が同じ運転状態であっても異なる傾向にあるため、ターボチャージャの駆動状態に応じた潤滑油供給制御を適切に行うことが困難であった。具体的には、それぞれのターボチャージャにおける過給圧（言い換えると回転数）に応じて必要な潤滑油量が変わるが、このような必要な潤滑油量を適切に供給することが困難であった。なお、上記した特許文献１乃至４に記載された技術では、２ステージターボシステムについて、潤滑油供給を簡便且つ適切に行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡便な構成により、２ステージターボシステムに対して潤滑油供給を適切に行うことが可能なターボチャージャの潤滑装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとに対して潤滑油を供給することで潤滑を行うターボチャージャの潤滑装置は、内燃機関からの潤滑油が通過する通路であって、前記第１のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第１の分岐通路と、前記第２のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第２の分岐通路とに分岐する潤滑油路と、前記潤滑油路上における前記第１の分岐通路と前記第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、前記第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と、前記第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整可能な潤滑油量調整弁と、を備え、前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。
【０００７】
上記のターボチャージャの潤滑装置は、第１のターボチャージャ及び第２のターボチャージャを有するシステム（２ステージターボシステム）に対して潤滑を行うために好適に利用される。具体的には、潤滑油路は、第１のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第１の分岐通路、及び第２のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第２の分岐通路を有する。潤滑油量調整弁は、第１の分岐通路と第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整する。具体的には、潤滑油量調整弁は、第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。これにより、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。また、上記のターボチャージャの潤滑装置では、吸気圧を利用して潤滑油量調整弁を動作させているので、電気的な駆動力を必要としないため、簡便な構成にすることができる。
【０００８】
上記のターボチャージャの潤滑装置の一態様では、前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作し、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作する。これにより、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することが可能となる。
【０００９】
上記のターボチャージャの潤滑装置において好適には、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧に応じて動作する動作弁を更に備え、前記潤滑油量調整弁は、前記動作弁の動作に従って動作する。
【００１０】
また、上記のターボチャージャの潤滑装置において好適には、前記動作弁及び前記潤滑油量調整弁のサイズは、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧と、前記潤滑油路における前記潤滑油の油圧との関係に基づいて設定される。これにより、吸気圧の差圧と油圧とが同程度であるような場合や、吸気圧の差圧が油圧よりも小さい場合などにおいても、適切に、動作弁を動作させて潤滑油量調整弁を動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るターボチャージャの潤滑装置が適用された２ステージターボシステム５０の概略構成図を示す。図１では、太実線はガス（吸気、排気）が通過する通路を示しており、破線は潤滑油が通過する通路を示している。また、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。
【００１３】
２ステージターボシステム５０は、主に、吸気通路２と、高圧ターボチャージャ３と、低圧ターボチャージャ４と、バイパス通路５と、バイパス弁６と、排気通路９と、潤滑油量調整部１０と、潤滑油路１１と、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂと、を備える。
【００１４】
吸気通路２には、上流側から順に、吸気量を調整するスロットルバルブ（不図示）、吸気を過給する低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａ、吸気を過給する高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａが設けられており、吸気通路２はエンジンのインテークマニホールド（不図示）に接続されている。また、吸気通路２には、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａをバイパスさせて吸気を流すことが可能に構成されたバイパス通路５が設けられている。具体的には、バイパス通路５は、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの上流側と、コンプレッサ３ａの下流側とを連結している。また、バイパス通路５には、バイパス通路５を流れる吸気の流量を調整可能なバイパス弁６が設けられている。
【００１５】
高圧ターボチャージャ３は、低中速域で過給能力の大きい、小容量の低速型のターボチャージャとして構成されている。具体的には、高圧ターボチャージャ３は、吸気通路２にコンプレッサ３ａが配置され、排気通路９にタービン３ｂが配置されている。この場合、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂには、エンジンのエキゾーストマニホールド（不図示）からの排気ガスが供給される。低圧ターボチャージャ４は、中高速域で過給能力の大きい、大容量の高速型のターボチャージャとして構成されている。低圧ターボチャージャ４は、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの上流側の吸気通路２にコンプレッサ４ａが配置され、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂの下流側の排気通路９にコンプレッサ４ｂが配置されている。なお、高圧ターボチャージャ３は本発明における第１のターボチャージャに相当し、低圧ターボチャージャ４は本発明における第２のターボチャージャに相当する。
【００１６】
このように、２ステージターボシステム５０は、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とを直列に配置することで、多段過給方式（２段過給方式）にて過給を行っている。基本的には、２ステージターボシステム５０においては、エンジン回転数が低〜中回転の領域にある場合（低中速域）には高圧ターボチャージャ３が仕事を行い、エンジン回転数が中〜高回転の領域にある場合（中高速域）には低圧ターボチャージャ４が仕事を行う。例えば、エンジン回転数が１８００ｒｐｍ程度で、高圧ターボチャージャ３から低圧ターボチャージャ４へ切り替わる。
【００１７】
排気通路９には、上流側から順に、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂ、低圧ターボチャージャ４のタービン４ｂ、排気ガスを浄化可能に構成された排気浄化触媒（不図示）が設けられている。
【００１８】
潤滑油量調整部１０は、高圧ターボチャージャ３に対して供給する潤滑油量と、低圧ターボチャージャ４に対して供給する潤滑油量とを調整可能に構成されている。具体的には、潤滑油量調整部１０は、潤滑油路１１上に設けられており、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂが接続されている。潤滑油路１１は、エンジンからの潤滑油が通過する通路であり、オイルポンプから吐出された潤滑油が供給される。また、潤滑油路１１は、分岐通路１１ａ及び分岐通路１１ｂを備えて構成されている。具体的には、潤滑油路１１は、潤滑油量調整部１０が設けられた箇所で分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに分岐している（言い換えると、分岐箇所に潤滑油量調整部１０が設けられている）。分岐通路１１ａは高圧ターボチャージャ３に潤滑油を供給する通路であり、分岐通路１１ｂは低圧ターボチャージャ４に潤滑油を供給する通路である。なお、分岐通路１１ａは本発明における第１の分岐通路に相当し、分岐通路１１ｂは本発明における第２の分岐通路に相当する。
【００１９】
過給圧供給通路１２ａ、１２ｂは、耐圧ホースなどで構成されており、過給圧を潤滑油量調整部１０に対して供給する通路である。具体的には、過給圧供給通路１２ａは、高圧ターボチャージャ３の下流側の吸気通路２に接続されており、高圧ターボチャージャ３によって過給された後の吸気の一部が通過する。また、過給圧供給通路１２ｂは、低圧ターボチャージャ４の下流側の吸気通路２に接続されており、低圧ターボチャージャ４によって過給された後の吸気の一部が通過する。つまり、潤滑油量調整部１０には、過給圧供給通路１２ａを介して、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの下流側における吸気圧（以下、「高圧ターボ過給圧」と呼ぶ。）が供給されると共に、過給圧供給通路１２ｂを介して、低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ３ｂの下流側における吸気圧（以下、「低圧ターボ過給圧」と呼ぶ。）が供給される。
【００２０】
潤滑油量調整部１０は、このようにして供給される高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とに基づいて動作して、分岐通路１１ａに対して供給する潤滑油量と分岐通路１１ｂに対して供給する潤滑油量とを調整する。言い換えると、潤滑油量調整部１０は、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とを利用して、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。なお、潤滑油量調整部１０の構成については、詳細は後述する。
【００２１】
［潤滑油量調整部の構成］
次に、潤滑油量調整部１０の構成について具体的に説明する。
【００２２】
図２は、図１に示した潤滑油量調整部１０、潤滑油路１１、及び過給圧供給通路１２ａ、１２ｂの斜視図を概略的に表している。なお、図２では、一部の構成要素を透視して表しており、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。
【００２３】
潤滑油量調整部１０は、主に、動作弁１０ａと、潤滑油量調整弁１０ｂと、ケース１０ｄと、を有する。図示のように、潤滑油路１１は、分岐箇所１１ｃにおいて分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに分岐しており、潤滑油量調整部１０は、当該分岐箇所１１ｃに設けられている。より具体的には、分岐箇所１１ｃには、潤滑油量調整部１０の潤滑油量調整弁１０ｂが配置されている。
【００２４】
動作弁１０ａはケース１０ｄ内に設けられており、ケース１０ｄには過給圧供給通路１２ａ、１２ｂが接続されている。したがって、ケース１０ｄには、過給圧供給通路１２ａを介して高圧ターボ過給圧が供給されると共に、過給圧供給通路１２ｂを介して低圧ターボ過給圧が供給される。これにより、動作弁１０ａは、矢印Ａ１で示すように、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧に応じて動作することとなる。
【００２５】
また、動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとは、同一のシャフト（弁軸）１０ｃが用いられている。言い換えると、動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとは、シャフト１０ｃでつながっている。この場合、潤滑油路１１とシャフト１０ｃとの接合部にはオイルシール１５が設けられている。このように動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとがシャフト１０ｃでつながっているため、上記した原理にて、動作弁１０ａが矢印Ａ１で示すように動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂも矢印Ａ２で示すように動作することとなる。これにより、分岐通路１１ａに供給される潤滑油量と分岐通路１１ｂに供給される潤滑油量とが調整される。つまり、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給される潤滑油量の分配が行われる。なお、動作弁１０ａは本発明における動作弁に相当し、潤滑油量調整弁１０ｂは本発明における潤滑油量調整弁に相当する。
【００２６】
なお、図２では、潤滑油量調整部１０において動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとが同一平面上に配置された例を示したが、同一のシャフト１０ｃにて連結されていれば、動作弁と潤滑油量調整弁とを同一平面上に配置せずに潤滑油量調整部を構成しても良い。
【００２７】
図３は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から観察した図を示している。図３（ａ）は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向からケース１０ｄ及び過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを観察した図を示しており、動作弁１０ａを透視して表している。図示のように、動作弁１０ａはケース１０ｄの概ね中央に設けられており、ケース１０ｄの内部は動作弁１０ａによって仕切られている。このようにして動作弁１０ａによって仕切られた２つの空間には、それぞれ、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂから過給圧が供給される。具体的には、一方の空間には過給圧供給通路１２ａからは高圧ターボ過給圧が供給され、他方の空間には過給圧供給通路１２ｂからは低圧ターボ過給圧が供給される。この場合、過給圧供給通路１２ａから供給された高圧ターボ過給圧は、動作弁１０ａに対して白抜き矢印９１で示す方向に力を加え、過給圧供給通路１２ｂから供給された低圧ターボ過給圧は、動作弁１０ａに対して白抜き矢印９２で示す方向に力を加える。これにより、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧に応じて、動作弁１０ａが動作することとなる。具体的には、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高い場合には、動作弁１０ａは矢印Ｂ１で示す方向に動作する。これに対して、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高い場合には、動作弁１０ａは矢印Ｂ２で示す方向に動作する。
【００２８】
図３（ｂ）は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から潤滑油路１１を観察した図を示しており、潤滑油量調整弁１０ｂを透視して表している。動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとはシャフト１０ｃでつながっているため、上記したように動作弁１０ａが動作した場合、動作弁１０ａの動作に応じて潤滑油量調整弁１０ｂも動作する。具体的には、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高く、動作弁１０ａが矢印Ｂ１で示す方向に動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂは矢印Ｃ１で示す方向に動作する。これに対して、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高く、動作弁１０ａが矢印Ｂ２で示す方向に動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂは矢印Ｃ２で示す方向に動作する。このように潤滑油量調整弁１０ｂが動作することで、分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに供給される潤滑油量の分配が行われる。
【００２９】
次に、図４を参照して、潤滑油量の分配について具体的に説明する。図４は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から潤滑油路１１を観察した図を示しており、潤滑油量調整弁１０ｂを透視して表している。
【００３０】
図４（ａ）は、エンジン回転数が低〜中回転の領域にある場合（低中速域）における潤滑油の流れの一例を示している。この場合には、高圧ターボチャージャ３の回転数が低圧ターボチャージャ４の回転数よりも大きくなる。つまり、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高くなる。これにより、このような過給圧の差圧に応じた方向（図３（ａ）中の矢印Ｂ１で示す方向）に動作弁１０ａが動作することで、矢印Ｄ１で示す方向に潤滑油量調整弁１０ｂが動作することとなる。この場合には、破線矢印Ｅ１で示すように分岐通路１１ａへ供給される潤滑油量が、破線矢印Ｅ２で示すように分岐通路１１ｂへ供給される潤滑油量よりも多くなる。つまり、高圧ターボチャージャ３へ供給される潤滑油量が低圧ターボチャージャ４へ供給される潤滑油量よりも多くなる。言い換えると、高圧ターボチャージャ３に付与される潤滑油の油圧が低圧ターボチャージャ４に付与される潤滑油の油圧よりも高くなる。
【００３１】
このように、本実施形態における潤滑油量調整部１０によれば、高圧ターボチャージャ３の回転数が高い場合に、高圧ターボチャージャ３に対して供給する潤滑油量を多くすることができる。つまり、高圧ターボチャージャ３の回転数が高い場合には潤滑油の油圧を必要としている状態であると言えるが、このような場合に、高圧ターボチャージャ３への油圧を適切に確保することができる。
【００３２】
図４（ｂ）は、エンジン回転数が中〜高回転の領域にある場合（中高速域）における潤滑油の流れの一例を示している。この場合には、低圧ターボチャージャ４の回転数が高圧ターボチャージャ３の回転数よりも大きくなる。つまり、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高くなる。これにより、このような過給圧の差圧に応じた方向（図３（ｂ）中の矢印Ｂ２で示す方向）に動作弁１０ａが動作することで、矢印Ｄ２で示す方向に潤滑油量調整弁１０ｂが動作することとなる。この場合には、破線矢印Ｅ３で示すように分岐通路１１ｂへ供給される潤滑油量が、破線矢印Ｅ４で示すように分岐通路１１ａへ供給される潤滑油量よりも多くなる。つまり、低圧ターボチャージャ４へ供給される潤滑油量が高圧ターボチャージャ３へ供給される潤滑油量よりも多くなる。言い換えると、低圧ターボチャージャ４に付与される潤滑油の油圧が高圧ターボチャージャ３に付与される潤滑油の油圧よりも高くなる。
【００３３】
このように、本実施形態における潤滑油量調整部１０によれば、低圧ターボチャージャ４の回転数が高い場合に、低圧ターボチャージャ４に対して供給する潤滑油量を多くすることができる。つまり、低圧ターボチャージャ４の回転数が高い場合には潤滑油の油圧を必要としている状態であると言えるが、このような場合に、低圧ターボチャージャ４への油圧を適切に確保することができる。
【００３４】
ここで、図５を参照して、上述したように潤滑油量の分配を行う理由について説明する。図５（ａ）は、エンジン回転数（横軸）と、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の回転数（縦軸）との関係の一例を示している。実線Ｆ１は高圧ターボチャージャ３のグラフを示しており、破線Ｆ２は低圧ターボチャージャ４のグラフを示している。図示のように、２ステージターボシステム５０においては、エンジン回転数が比較的低い領域から、高圧ターボチャージャ３の回転数が高くなる傾向が見て取れる。ここで、通常、ターボ回転数が高くなるほど、潤滑油の油圧クライテリアが高くなるといった傾向がある。そのため、２ステージターボシステム５０では、エンジン回転数が比較的低い領域から、潤滑油の油圧（言い換えると潤滑油量）が十分に必要になると言える。つまり、油圧クライテリアが高くなると言える。
【００３５】
図５（ｂ）は、エンジン回転数（横軸）と潤滑油の油圧（縦軸）との関係の一例を示している。図示のように、潤滑油の油圧（言い換えると潤滑油量）はエンジン回転数に概ね比例していることがわかる。つまり、潤滑油を供給するオイルポンプの吐出量は、エンジン回転数に概ね比例して増加すると言える。したがって、上記したようにエンジン回転数が比較的低い領域から潤滑油の油圧が十分に必要となるが、このようなエンジン回転数と油圧との関係より、エンジン回転数が比較的低い領域で潤滑油の油圧を確保することが困難になるものと考えられる。つまり、油圧クライテリアを十分に満たすことが困難になるものと考えられる。ここで、当該問題に対してオイルポンプの吐出量を増加させて対処することも考えられるが、こうすると燃費悪化が生じてしまうことが考えられる。つまり、２ステージターボシステム５０による燃費効果が減少するものと考えられる。
【００３６】
したがって、本実施形態では、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の仕事に応じて、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４のそれぞれに対して供給する潤滑油量の調整を行う。つまり、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の回転数若しくは過給圧に応じて必要な油圧（潤滑油量）が変わるため、このような回転数若しくは過給圧に応じて潤滑油の分配を行う。具体的には、本実施形態では、前述したように潤滑油量調整部１０を構成して（図２など参照）、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることにより、潤滑油の分配を行う。これにより、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。つまり、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することが可能となる。また、本実施形態によれば、過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させているので、電気的な駆動力を必要としないため、簡便な構成にすることができる。
【００３７】
［動作弁及び潤滑油量調整弁のサイズ］
次に、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズについて説明する。前述したように、本実施形態では、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧を利用して動作弁１０ａを動作させることで、潤滑油量調整弁１０ｂを動作させる。ここで、適切に、動作弁１０ａを動作させて潤滑油量調整弁１０ｂを動作させるためには、過給圧より動作弁１０ａが受ける力が、油圧より潤滑油量調整弁１０ｂが受ける力よりも大きくなければならないものと考えられる。つまり、過給圧により動作弁１０ａに作用する力が、油圧により潤滑油量調整弁１０ｂに作用する力に対して打ち勝つ必要があると考えられる。
【００３８】
したがって、本実施形態では、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧と、潤滑油の油圧との関係を考慮に入れて、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定する。具体的には、過給圧の差圧で油圧に打ち勝って動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂが確実に動作するように、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分のサイズと、潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分のサイズとを設定する。例えば、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分のサイズを、潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分のサイズよりも大きく設定する。つまり、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分の面積を十分に確保する。
【００３９】
以上のように動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定することにより、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを適切に動作させることが可能となる。具体的には、過給圧の差圧と油圧とが同程度であるような場合や、過給圧の差圧が油圧よりも小さい場合などにおいても、適切に、動作弁１０ａを動作させて潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることができる。
【００４０】
図６は、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズの一例を示す図である。図６は、図２中の矢印Ａ４で示す方向から動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを観察した図を示している。ここでは、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧が「２０〜１００（ｋＰａ）」であり、油圧が「１００〜３００（ｋＰａ）」である場合を一例に挙げる。この場合には、過給圧の差圧で油圧に打ち勝って動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを適切に動作させるためには、図６に示すように、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分の面積と潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分の面積との比が、少なくとも「５：１」程度である必要があると言える。なお、過給圧の差圧及び油圧はエンジンの運転条件により変化するものなので、上記した例に限定されることはなく、過給圧の差圧及び油圧が取り得る範囲を考慮に入れて、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定することが望ましい。
【００４１】
［変形例］
次に、図７及び図８を参照して、本発明の変形例について説明する。上記した実施形態では、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることで、潤滑油量の分配を行っていた。これに対して、変形例では、モータを用いて構成された弁を利用して、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。つまり、変形例では、過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させる代わりに、電気的に弁を駆動することによって、潤滑油量の分配を行う。
【００４２】
図７は、変形例に係る２ステージターボシステム５１の概略構成図を示す。図７では、太実線はガス（吸気、排気）が通過する通路を示しており、破線は潤滑油が通過する通路を示している。また、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。なお、図１に示した構成要素と同一のものに対して同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
２ステージターボシステム５１は、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを具備せず、潤滑油量調整部１０の代わりに潤滑油量調整部１０ｘを有する点で、２ステージターボシステム５０と構成が異なる。潤滑油量調整部１０ｘは、弁と、当該弁を駆動するモータ（ＤＣモータ）とを備える。潤滑油量調整部１０ｘ内の弁は、基本的には、潤滑油量調整弁１０ｂと同様に動作する（図４など参照）。また、潤滑油量調整部１０ｘ内のモータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０によって制御される。具体的には、当該モータは、ＥＣＵ２０から、一点鎖線で示す信号線１９を介して供給される制御信号によって制御される。
【００４４】
ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成され、潤滑油量調整部１０ｘ内のモータに対して制御信号を供給することで、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に対する制御を行う。こうすることで、ＥＣＵ２０は、潤滑油路１１の分岐通路１１ａ及び分岐通路１１ｂに対して供給する潤滑油量の調整を行う、つまり高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。基本的には、ＥＣＵ２０は、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の仕事に応じて、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に対する制御を行う。つまり、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへ適切に油圧が確保されるように制御を行う。
【００４５】
このような変形例に係る構成によれば、電気的に弁を駆動することによって潤滑油量の分配を行うため、精度良く潤滑油量の分配を行うことができる。
【００４６】
ここで、ＥＣＵ２０が行う制御方法の具体例を挙げる。１つの例では、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数及び燃料噴射量によって規定された、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に関するマップに基づいて制御を行う。図８は、弁の開度に関するマップの一例を示している。図８は、横軸にエンジン回転数を示しており、縦軸に燃料噴射量を示している。当該マップにおいては、エンジン回転数及び燃料噴射量によって、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度が規定されている。なお、当該マップは、予め実験などすることにより作成される。
【００４７】
他の例では、ＥＣＵ２０は、前述したような高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とを取得して、これらの過給圧に基づいて、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度を制御する。具体的には、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの下流側における吸気通路２上に圧力センサを設けると共に、低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａの下流側における吸気通路２上に圧力センサを設けて、ＥＣＵ２０は、これらの圧力センサが検出した圧力に基づいて弁の開度を制御する。詳しくは、圧力センサは、吸気通路２に対して過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを接続した位置付近に設けられる。このような制御方法を用いた場合には、圧力センサの検出値に基づいて、弁の開度をフィードバック制御することができ、より精度良く、潤滑油量の調整を行うことが可能となる。
【００４８】
なお、本発明の適用は、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とが直列に配置された２ステージターボシステム５０、５１に限定はされない。本発明は、２つのターボチャージャが吸気通路及び排気通路に並列に配置されたタイプの２ステージターボシステムにも適用することができる。このように並列に配置された２ステージターボシステムにおいても、ターボチャージャの駆動状態に応じた潤滑油供給を適切に行うことが困難になる傾向にあるため、本発明を適用することは有効であると言える。つまり、当該２ステージターボシステムに対して本発明を適用した場合にも、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態に係る２ステージターボシステムの概略構成図を示す。
【図２】潤滑油量調整部などの斜視図を示す。
【図３】図２中の白抜き矢印Ａ３方向から、動作弁及び潤滑油量調整弁を観察した図を示す。
【図４】潤滑油量の分配について具体的に説明するための図である。
【図５】潤滑油量の分配を行う理由を説明するための図である。
【図６】動作弁及び潤滑油量調整弁のサイズの一例を示す図である。
【図７】変形例に係る２ステージターボシステムの概略構成図を示す。
【図８】潤滑油量調整部内の弁の開度を制御するために用いるマップの一例を示す。
【符号の説明】
【００５０】
２ 吸気通路
３ 高圧ターボチャージャ
４ 低圧ターボチャージャ
９ 排気通路
１０、１０ｘ 潤滑油量調整部
１０ａ 動作弁
１０ｂ 潤滑油量調整弁
１０ｄ ケース
１１ 潤滑油路
１１ａ、１１ｂ 分岐通路
１２ａ、１２ｂ 過給圧供給通路
２０ ＥＣＵ
５０、５１ ２ステージターボシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャに対して潤滑油による潤滑を行う技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術が、例えば特許文献１乃至３に提案されている。特許文献１には、エンジン回転数に応じて、ターボチャージャに供給する潤滑油の油圧（油量）を制御する技術が提案されている。特許文献２には、エンジンオイルをターボチャージャに潤滑油として供給すること、及びエンジン回転数に応じて供給油量を制御することが提案されている。特許文献３には、２つのターボチャージャを有するターボエンジンにおいて、セカンダリターボチャージャの不作動時に潤滑油の供給を遮断する技術が提案されている。その他にも、本発明に関連する技術が特許文献４に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３２８６４号公報
【特許文献２】特開平２−１７３３２３号公報
【特許文献３】特開平６−１０６８８号公報
【特許文献４】実開平４−３０２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つのターボチャージャを用いて過給を行うシステム（以下では、「２ステージターボシステム」）においては、それぞれのターボチャージャによる過給圧が同じ運転状態であっても異なる傾向にあるため、ターボチャージャの駆動状態に応じた潤滑油供給制御を適切に行うことが困難であった。具体的には、それぞれのターボチャージャにおける過給圧（言い換えると回転数）に応じて必要な潤滑油量が変わるが、このような必要な潤滑油量を適切に供給することが困難であった。なお、上記した特許文献１乃至４に記載された技術では、２ステージターボシステムについて、潤滑油供給を簡便且つ適切に行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡便な構成により、２ステージターボシステムに対して潤滑油供給を適切に行うことが可能なターボチャージャの潤滑装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとに対して潤滑油を供給することで潤滑を行うターボチャージャの潤滑装置は、内燃機関からの潤滑油が通過する通路であって、前記第１のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第１の分岐通路と、前記第２のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第２の分岐通路とに分岐する潤滑油路と、前記潤滑油路上における前記第１の分岐通路と前記第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、前記第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と、前記第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整可能な潤滑油量調整弁と、を備え、前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。
【０００７】
上記のターボチャージャの潤滑装置は、第１のターボチャージャ及び第２のターボチャージャを有するシステム（２ステージターボシステム）に対して潤滑を行うために好適に利用される。具体的には、潤滑油路は、第１のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第１の分岐通路、及び第２のターボチャージャに対して潤滑油を供給する第２の分岐通路を有する。潤滑油量調整弁は、第１の分岐通路と第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整する。具体的には、潤滑油量調整弁は、第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作する。これにより、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。また、上記のターボチャージャの潤滑装置では、吸気圧を利用して潤滑油量調整弁を動作させているので、電気的な駆動力を必要としないため、簡便な構成にすることができる。
【０００８】
上記のターボチャージャの潤滑装置の一態様では、前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作し、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作する。これにより、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することが可能となる。
【０００９】
上記のターボチャージャの潤滑装置において好適には、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧に応じて動作する動作弁を更に備え、前記潤滑油量調整弁は、前記動作弁の動作に従って動作する。
【００１０】
また、上記のターボチャージャの潤滑装置において好適には、前記動作弁及び前記潤滑油量調整弁のサイズは、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧と、前記潤滑油路における前記潤滑油の油圧との関係に基づいて設定される。これにより、吸気圧の差圧と油圧とが同程度であるような場合や、吸気圧の差圧が油圧よりも小さい場合などにおいても、適切に、動作弁を動作させて潤滑油量調整弁を動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るターボチャージャの潤滑装置が適用された２ステージターボシステム５０の概略構成図を示す。図１では、太実線はガス（吸気、排気）が通過する通路を示しており、破線は潤滑油が通過する通路を示している。また、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。
【００１３】
２ステージターボシステム５０は、主に、吸気通路２と、高圧ターボチャージャ３と、低圧ターボチャージャ４と、バイパス通路５と、バイパス弁６と、排気通路９と、潤滑油量調整部１０と、潤滑油路１１と、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂと、を備える。
【００１４】
吸気通路２には、上流側から順に、吸気量を調整するスロットルバルブ（不図示）、吸気を過給する低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａ、吸気を過給する高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａが設けられており、吸気通路２はエンジンのインテークマニホールド（不図示）に接続されている。また、吸気通路２には、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａをバイパスさせて吸気を流すことが可能に構成されたバイパス通路５が設けられている。具体的には、バイパス通路５は、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの上流側と、コンプレッサ３ａの下流側とを連結している。また、バイパス通路５には、バイパス通路５を流れる吸気の流量を調整可能なバイパス弁６が設けられている。
【００１５】
高圧ターボチャージャ３は、低中速域で過給能力の大きい、小容量の低速型のターボチャージャとして構成されている。具体的には、高圧ターボチャージャ３は、吸気通路２にコンプレッサ３ａが配置され、排気通路９にタービン３ｂが配置されている。この場合、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂには、エンジンのエキゾーストマニホールド（不図示）からの排気ガスが供給される。低圧ターボチャージャ４は、中高速域で過給能力の大きい、大容量の高速型のターボチャージャとして構成されている。低圧ターボチャージャ４は、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの上流側の吸気通路２にコンプレッサ４ａが配置され、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂの下流側の排気通路９にコンプレッサ４ｂが配置されている。なお、高圧ターボチャージャ３は本発明における第１のターボチャージャに相当し、低圧ターボチャージャ４は本発明における第２のターボチャージャに相当する。
【００１６】
このように、２ステージターボシステム５０は、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とを直列に配置することで、多段過給方式（２段過給方式）にて過給を行っている。基本的には、２ステージターボシステム５０においては、エンジン回転数が低〜中回転の領域にある場合（低中速域）には高圧ターボチャージャ３が仕事を行い、エンジン回転数が中〜高回転の領域にある場合（中高速域）には低圧ターボチャージャ４が仕事を行う。例えば、エンジン回転数が１８００ｒｐｍ程度で、高圧ターボチャージャ３から低圧ターボチャージャ４へ切り替わる。
【００１７】
排気通路９には、上流側から順に、高圧ターボチャージャ３のタービン３ｂ、低圧ターボチャージャ４のタービン４ｂ、排気ガスを浄化可能に構成された排気浄化触媒（不図示）が設けられている。
【００１８】
潤滑油量調整部１０は、高圧ターボチャージャ３に対して供給する潤滑油量と、低圧ターボチャージャ４に対して供給する潤滑油量とを調整可能に構成されている。具体的には、潤滑油量調整部１０は、潤滑油路１１上に設けられており、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂが接続されている。潤滑油路１１は、エンジンからの潤滑油が通過する通路であり、オイルポンプから吐出された潤滑油が供給される。また、潤滑油路１１は、分岐通路１１ａ及び分岐通路１１ｂを備えて構成されている。具体的には、潤滑油路１１は、潤滑油量調整部１０が設けられた箇所で分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに分岐している（言い換えると、分岐箇所に潤滑油量調整部１０が設けられている）。分岐通路１１ａは高圧ターボチャージャ３に潤滑油を供給する通路であり、分岐通路１１ｂは低圧ターボチャージャ４に潤滑油を供給する通路である。なお、分岐通路１１ａは本発明における第１の分岐通路に相当し、分岐通路１１ｂは本発明における第２の分岐通路に相当する。
【００１９】
過給圧供給通路１２ａ、１２ｂは、耐圧ホースなどで構成されており、過給圧を潤滑油量調整部１０に対して供給する通路である。具体的には、過給圧供給通路１２ａは、高圧ターボチャージャ３の下流側の吸気通路２に接続されており、高圧ターボチャージャ３によって過給された後の吸気の一部が通過する。また、過給圧供給通路１２ｂは、低圧ターボチャージャ４の下流側の吸気通路２に接続されており、低圧ターボチャージャ４によって過給された後の吸気の一部が通過する。つまり、潤滑油量調整部１０には、過給圧供給通路１２ａを介して、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの下流側における吸気圧（以下、「高圧ターボ過給圧」と呼ぶ。）が供給されると共に、過給圧供給通路１２ｂを介して、低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ３ｂの下流側における吸気圧（以下、「低圧ターボ過給圧」と呼ぶ。）が供給される。
【００２０】
潤滑油量調整部１０は、このようにして供給される高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とに基づいて動作して、分岐通路１１ａに対して供給する潤滑油量と分岐通路１１ｂに対して供給する潤滑油量とを調整する。言い換えると、潤滑油量調整部１０は、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とを利用して、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。なお、潤滑油量調整部１０の構成については、詳細は後述する。
【００２１】
［潤滑油量調整部の構成］
次に、潤滑油量調整部１０の構成について具体的に説明する。
【００２２】
図２は、図１に示した潤滑油量調整部１０、潤滑油路１１、及び過給圧供給通路１２ａ、１２ｂの斜視図を概略的に表している。なお、図２では、一部の構成要素を透視して表しており、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。
【００２３】
潤滑油量調整部１０は、主に、動作弁１０ａと、潤滑油量調整弁１０ｂと、ケース１０ｄと、を有する。図示のように、潤滑油路１１は、分岐箇所１１ｃにおいて分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに分岐しており、潤滑油量調整部１０は、当該分岐箇所１１ｃに設けられている。より具体的には、分岐箇所１１ｃには、潤滑油量調整部１０の潤滑油量調整弁１０ｂが配置されている。
【００２４】
動作弁１０ａはケース１０ｄ内に設けられており、ケース１０ｄには過給圧供給通路１２ａ、１２ｂが接続されている。したがって、ケース１０ｄには、過給圧供給通路１２ａを介して高圧ターボ過給圧が供給されると共に、過給圧供給通路１２ｂを介して低圧ターボ過給圧が供給される。これにより、動作弁１０ａは、矢印Ａ１で示すように、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧に応じて動作することとなる。
【００２５】
また、動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとは、同一のシャフト（弁軸）１０ｃが用いられている。言い換えると、動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとは、シャフト１０ｃでつながっている。この場合、潤滑油路１１とシャフト１０ｃとの接合部にはオイルシール１５が設けられている。このように動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとがシャフト１０ｃでつながっているため、上記した原理にて、動作弁１０ａが矢印Ａ１で示すように動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂも矢印Ａ２で示すように動作することとなる。これにより、分岐通路１１ａに供給される潤滑油量と分岐通路１１ｂに供給される潤滑油量とが調整される。つまり、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給される潤滑油量の分配が行われる。なお、動作弁１０ａは本発明における動作弁に相当し、潤滑油量調整弁１０ｂは本発明における潤滑油量調整弁に相当する。
【００２６】
なお、図２では、潤滑油量調整部１０において動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとが同一平面上に配置された例を示したが、同一のシャフト１０ｃにて連結されていれば、動作弁と潤滑油量調整弁とを同一平面上に配置せずに潤滑油量調整部を構成しても良い。
【００２７】
図３は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から観察した図を示している。図３（ａ）は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向からケース１０ｄ及び過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを観察した図を示しており、動作弁１０ａを透視して表している。図示のように、動作弁１０ａはケース１０ｄの概ね中央に設けられており、ケース１０ｄの内部は動作弁１０ａによって仕切られている。このようにして動作弁１０ａによって仕切られた２つの空間には、それぞれ、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂから過給圧が供給される。具体的には、一方の空間には過給圧供給通路１２ａからは高圧ターボ過給圧が供給され、他方の空間には過給圧供給通路１２ｂからは低圧ターボ過給圧が供給される。この場合、過給圧供給通路１２ａから供給された高圧ターボ過給圧は、動作弁１０ａに対して白抜き矢印９１で示す方向に力を加え、過給圧供給通路１２ｂから供給された低圧ターボ過給圧は、動作弁１０ａに対して白抜き矢印９２で示す方向に力を加える。これにより、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧に応じて、動作弁１０ａが動作することとなる。具体的には、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高い場合には、動作弁１０ａは矢印Ｂ１で示す方向に動作する。これに対して、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高い場合には、動作弁１０ａは矢印Ｂ２で示す方向に動作する。
【００２８】
図３（ｂ）は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から潤滑油路１１を観察した図を示しており、潤滑油量調整弁１０ｂを透視して表している。動作弁１０ａと潤滑油量調整弁１０ｂとはシャフト１０ｃでつながっているため、上記したように動作弁１０ａが動作した場合、動作弁１０ａの動作に応じて潤滑油量調整弁１０ｂも動作する。具体的には、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高く、動作弁１０ａが矢印Ｂ１で示す方向に動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂは矢印Ｃ１で示す方向に動作する。これに対して、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高く、動作弁１０ａが矢印Ｂ２で示す方向に動作した場合、潤滑油量調整弁１０ｂは矢印Ｃ２で示す方向に動作する。このように潤滑油量調整弁１０ｂが動作することで、分岐通路１１ａと分岐通路１１ｂとに供給される潤滑油量の分配が行われる。
【００２９】
次に、図４を参照して、潤滑油量の分配について具体的に説明する。図４は、図２中の白抜き矢印Ａ３方向から潤滑油路１１を観察した図を示しており、潤滑油量調整弁１０ｂを透視して表している。
【００３０】
図４（ａ）は、エンジン回転数が低〜中回転の領域にある場合（低中速域）における潤滑油の流れの一例を示している。この場合には、高圧ターボチャージャ３の回転数が低圧ターボチャージャ４の回転数よりも大きくなる。つまり、高圧ターボ過給圧が低圧ターボ過給圧よりも高くなる。これにより、このような過給圧の差圧に応じた方向（図３（ａ）中の矢印Ｂ１で示す方向）に動作弁１０ａが動作することで、矢印Ｄ１で示す方向に潤滑油量調整弁１０ｂが動作することとなる。この場合には、破線矢印Ｅ１で示すように分岐通路１１ａへ供給される潤滑油量が、破線矢印Ｅ２で示すように分岐通路１１ｂへ供給される潤滑油量よりも多くなる。つまり、高圧ターボチャージャ３へ供給される潤滑油量が低圧ターボチャージャ４へ供給される潤滑油量よりも多くなる。言い換えると、高圧ターボチャージャ３に付与される潤滑油の油圧が低圧ターボチャージャ４に付与される潤滑油の油圧よりも高くなる。
【００３１】
このように、本実施形態における潤滑油量調整部１０によれば、高圧ターボチャージャ３の回転数が高い場合に、高圧ターボチャージャ３に対して供給する潤滑油量を多くすることができる。つまり、高圧ターボチャージャ３の回転数が高い場合には潤滑油の油圧を必要としている状態であると言えるが、このような場合に、高圧ターボチャージャ３への油圧を適切に確保することができる。
【００３２】
図４（ｂ）は、エンジン回転数が中〜高回転の領域にある場合（中高速域）における潤滑油の流れの一例を示している。この場合には、低圧ターボチャージャ４の回転数が高圧ターボチャージャ３の回転数よりも大きくなる。つまり、低圧ターボ過給圧が高圧ターボ過給圧よりも高くなる。これにより、このような過給圧の差圧に応じた方向（図３（ｂ）中の矢印Ｂ２で示す方向）に動作弁１０ａが動作することで、矢印Ｄ２で示す方向に潤滑油量調整弁１０ｂが動作することとなる。この場合には、破線矢印Ｅ３で示すように分岐通路１１ｂへ供給される潤滑油量が、破線矢印Ｅ４で示すように分岐通路１１ａへ供給される潤滑油量よりも多くなる。つまり、低圧ターボチャージャ４へ供給される潤滑油量が高圧ターボチャージャ３へ供給される潤滑油量よりも多くなる。言い換えると、低圧ターボチャージャ４に付与される潤滑油の油圧が高圧ターボチャージャ３に付与される潤滑油の油圧よりも高くなる。
【００３３】
このように、本実施形態における潤滑油量調整部１０によれば、低圧ターボチャージャ４の回転数が高い場合に、低圧ターボチャージャ４に対して供給する潤滑油量を多くすることができる。つまり、低圧ターボチャージャ４の回転数が高い場合には潤滑油の油圧を必要としている状態であると言えるが、このような場合に、低圧ターボチャージャ４への油圧を適切に確保することができる。
【００３４】
ここで、図５を参照して、上述したように潤滑油量の分配を行う理由について説明する。図５（ａ）は、エンジン回転数（横軸）と、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の回転数（縦軸）との関係の一例を示している。実線Ｆ１は高圧ターボチャージャ３のグラフを示しており、破線Ｆ２は低圧ターボチャージャ４のグラフを示している。図示のように、２ステージターボシステム５０においては、エンジン回転数が比較的低い領域から、高圧ターボチャージャ３の回転数が高くなる傾向が見て取れる。ここで、通常、ターボ回転数が高くなるほど、潤滑油の油圧クライテリアが高くなるといった傾向がある。そのため、２ステージターボシステム５０では、エンジン回転数が比較的低い領域から、潤滑油の油圧（言い換えると潤滑油量）が十分に必要になると言える。つまり、油圧クライテリアが高くなると言える。
【００３５】
図５（ｂ）は、エンジン回転数（横軸）と潤滑油の油圧（縦軸）との関係の一例を示している。図示のように、潤滑油の油圧（言い換えると潤滑油量）はエンジン回転数に概ね比例していることがわかる。つまり、潤滑油を供給するオイルポンプの吐出量は、エンジン回転数に概ね比例して増加すると言える。したがって、上記したようにエンジン回転数が比較的低い領域から潤滑油の油圧が十分に必要となるが、このようなエンジン回転数と油圧との関係より、エンジン回転数が比較的低い領域で潤滑油の油圧を確保することが困難になるものと考えられる。つまり、油圧クライテリアを十分に満たすことが困難になるものと考えられる。ここで、当該問題に対してオイルポンプの吐出量を増加させて対処することも考えられるが、こうすると燃費悪化が生じてしまうことが考えられる。つまり、２ステージターボシステム５０による燃費効果が減少するものと考えられる。
【００３６】
したがって、本実施形態では、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の仕事に応じて、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４のそれぞれに対して供給する潤滑油量の調整を行う。つまり、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の回転数若しくは過給圧に応じて必要な油圧（潤滑油量）が変わるため、このような回転数若しくは過給圧に応じて潤滑油の分配を行う。具体的には、本実施形態では、前述したように潤滑油量調整部１０を構成して（図２など参照）、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることにより、潤滑油の分配を行う。これにより、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへの油圧を適切に確保することができる。つまり、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することが可能となる。また、本実施形態によれば、過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させているので、電気的な駆動力を必要としないため、簡便な構成にすることができる。
【００３７】
［動作弁及び潤滑油量調整弁のサイズ］
次に、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズについて説明する。前述したように、本実施形態では、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧を利用して動作弁１０ａを動作させることで、潤滑油量調整弁１０ｂを動作させる。ここで、適切に、動作弁１０ａを動作させて潤滑油量調整弁１０ｂを動作させるためには、過給圧より動作弁１０ａが受ける力が、油圧より潤滑油量調整弁１０ｂが受ける力よりも大きくなければならないものと考えられる。つまり、過給圧により動作弁１０ａに作用する力が、油圧により潤滑油量調整弁１０ｂに作用する力に対して打ち勝つ必要があると考えられる。
【００３８】
したがって、本実施形態では、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧と、潤滑油の油圧との関係を考慮に入れて、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定する。具体的には、過給圧の差圧で油圧に打ち勝って動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂが確実に動作するように、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分のサイズと、潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分のサイズとを設定する。例えば、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分のサイズを、潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分のサイズよりも大きく設定する。つまり、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分の面積を十分に確保する。
【００３９】
以上のように動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定することにより、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを適切に動作させることが可能となる。具体的には、過給圧の差圧と油圧とが同程度であるような場合や、過給圧の差圧が油圧よりも小さい場合などにおいても、適切に、動作弁１０ａを動作させて潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることができる。
【００４０】
図６は、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズの一例を示す図である。図６は、図２中の矢印Ａ４で示す方向から動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを観察した図を示している。ここでは、高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧との差圧が「２０〜１００（ｋＰａ）」であり、油圧が「１００〜３００（ｋＰａ）」である場合を一例に挙げる。この場合には、過給圧の差圧で油圧に打ち勝って動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂを適切に動作させるためには、図６に示すように、動作弁１０ａにおいて過給圧が作用する部分の面積と潤滑油量調整弁１０ｂにおいて油圧が作用する部分の面積との比が、少なくとも「５：１」程度である必要があると言える。なお、過給圧の差圧及び油圧はエンジンの運転条件により変化するものなので、上記した例に限定されることはなく、過給圧の差圧及び油圧が取り得る範囲を考慮に入れて、動作弁１０ａ及び潤滑油量調整弁１０ｂのサイズを設定することが望ましい。
【００４１】
［変形例］
次に、図７及び図８を参照して、本発明の変形例について説明する。上記した実施形態では、高圧ターボ過給圧及び低圧ターボ過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させることで、潤滑油量の分配を行っていた。これに対して、変形例では、モータを用いて構成された弁を利用して、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。つまり、変形例では、過給圧を利用して潤滑油量調整弁１０ｂを動作させる代わりに、電気的に弁を駆動することによって、潤滑油量の分配を行う。
【００４２】
図７は、変形例に係る２ステージターボシステム５１の概略構成図を示す。図７では、太実線はガス（吸気、排気）が通過する通路を示しており、破線は潤滑油が通過する通路を示している。また、実線矢印はガスの流れを示しており、破線矢印は潤滑油の流れを示している。なお、図１に示した構成要素と同一のものに対して同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
２ステージターボシステム５１は、過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを具備せず、潤滑油量調整部１０の代わりに潤滑油量調整部１０ｘを有する点で、２ステージターボシステム５０と構成が異なる。潤滑油量調整部１０ｘは、弁と、当該弁を駆動するモータ（ＤＣモータ）とを備える。潤滑油量調整部１０ｘ内の弁は、基本的には、潤滑油量調整弁１０ｂと同様に動作する（図４など参照）。また、潤滑油量調整部１０ｘ内のモータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０によって制御される。具体的には、当該モータは、ＥＣＵ２０から、一点鎖線で示す信号線１９を介して供給される制御信号によって制御される。
【００４４】
ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成され、潤滑油量調整部１０ｘ内のモータに対して制御信号を供給することで、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に対する制御を行う。こうすることで、ＥＣＵ２０は、潤滑油路１１の分岐通路１１ａ及び分岐通路１１ｂに対して供給する潤滑油量の調整を行う、つまり高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とに供給する潤滑油量の分配を行う。基本的には、ＥＣＵ２０は、高圧ターボチャージャ３及び低圧ターボチャージャ４の仕事に応じて、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に対する制御を行う。つまり、潤滑油の油圧を必要としているターボチャージャへ適切に油圧が確保されるように制御を行う。
【００４５】
このような変形例に係る構成によれば、電気的に弁を駆動することによって潤滑油量の分配を行うため、精度良く潤滑油量の分配を行うことができる。
【００４６】
ここで、ＥＣＵ２０が行う制御方法の具体例を挙げる。１つの例では、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数及び燃料噴射量によって規定された、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度に関するマップに基づいて制御を行う。図８は、弁の開度に関するマップの一例を示している。図８は、横軸にエンジン回転数を示しており、縦軸に燃料噴射量を示している。当該マップにおいては、エンジン回転数及び燃料噴射量によって、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度が規定されている。なお、当該マップは、予め実験などすることにより作成される。
【００４７】
他の例では、ＥＣＵ２０は、前述したような高圧ターボ過給圧と低圧ターボ過給圧とを取得して、これらの過給圧に基づいて、潤滑油量調整部１０ｘ内の弁の開度を制御する。具体的には、高圧ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの下流側における吸気通路２上に圧力センサを設けると共に、低圧ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａの下流側における吸気通路２上に圧力センサを設けて、ＥＣＵ２０は、これらの圧力センサが検出した圧力に基づいて弁の開度を制御する。詳しくは、圧力センサは、吸気通路２に対して過給圧供給通路１２ａ、１２ｂを接続した位置付近に設けられる。このような制御方法を用いた場合には、圧力センサの検出値に基づいて、弁の開度をフィードバック制御することができ、より精度良く、潤滑油量の調整を行うことが可能となる。
【００４８】
なお、本発明の適用は、高圧ターボチャージャ３と低圧ターボチャージャ４とが直列に配置された２ステージターボシステム５０、５１に限定はされない。本発明は、２つのターボチャージャが吸気通路及び排気通路に並列に配置されたタイプの２ステージターボシステムにも適用することができる。このように並列に配置された２ステージターボシステムにおいても、ターボチャージャの駆動状態に応じた潤滑油供給を適切に行うことが困難になる傾向にあるため、本発明を適用することは有効であると言える。つまり、当該２ステージターボシステムに対して本発明を適用した場合にも、潤滑油量を必要としているターボチャージャに対して、必要な潤滑油量を適切に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態に係る２ステージターボシステムの概略構成図を示す。
【図２】潤滑油量調整部などの斜視図を示す。
【図３】図２中の白抜き矢印Ａ３方向から、動作弁及び潤滑油量調整弁を観察した図を示す。
【図４】潤滑油量の分配について具体的に説明するための図である。
【図５】潤滑油量の分配を行う理由を説明するための図である。
【図６】動作弁及び潤滑油量調整弁のサイズの一例を示す図である。
【図７】変形例に係る２ステージターボシステムの概略構成図を示す。
【図８】潤滑油量調整部内の弁の開度を制御するために用いるマップの一例を示す。
【符号の説明】
【００５０】
２ 吸気通路
３ 高圧ターボチャージャ
４ 低圧ターボチャージャ
９ 排気通路
１０、１０ｘ 潤滑油量調整部
１０ａ 動作弁
１０ｂ 潤滑油量調整弁
１０ｄ ケース
１１ 潤滑油路
１１ａ、１１ｂ 分岐通路
１２ａ、１２ｂ 過給圧供給通路
２０ ＥＣＵ
５０、５１ ２ステージターボシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとに対して潤滑油を供給することで潤滑を行うターボチャージャの潤滑装置であって、
内燃機関からの潤滑油が通過する通路であって、前記第１のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第１の分岐通路と、前記第２のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第２の分岐通路とに分岐する潤滑油路と、
前記潤滑油路上における前記第１の分岐通路と前記第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、前記第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と、前記第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整可能な潤滑油量調整弁と、を備え、
前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作することを特徴とするターボチャージャの潤滑装置。
【請求項２】
前記潤滑油量調整弁は、
前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作し、
前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作する請求項１に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【請求項３】
前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧に応じて動作する動作弁を更に備え、
前記潤滑油量調整弁は、前記動作弁の動作に従って動作する請求項１又は２に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【請求項４】
前記動作弁及び前記潤滑油量調整弁のサイズは、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧と、前記潤滑油路における前記潤滑油の油圧との関係に基づいて設定される請求項３に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【請求項１】
第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとに対して潤滑油を供給することで潤滑を行うターボチャージャの潤滑装置であって、
内燃機関からの潤滑油が通過する通路であって、前記第１のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第１の分岐通路と、前記第２のターボチャージャに対して前記潤滑油を供給する第２の分岐通路とに分岐する潤滑油路と、
前記潤滑油路上における前記第１の分岐通路と前記第２の分岐通路との分岐箇所に設けられ、前記第１の分岐通路へ供給する潤滑油量と、前記第２の分岐通路へ供給する潤滑油量とを調整可能な潤滑油量調整弁と、を備え、
前記潤滑油量調整弁は、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧とを利用して動作することを特徴とするターボチャージャの潤滑装置。
【請求項２】
前記潤滑油量調整弁は、
前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作し、
前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧が前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧よりも高い場合には、前記第２の分岐通路へ供給される潤滑油量が前記第１の分岐通路へ供給される潤滑油量よりも多くなるように動作する請求項１に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【請求項３】
前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と、前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧に応じて動作する動作弁を更に備え、
前記潤滑油量調整弁は、前記動作弁の動作に従って動作する請求項１又は２に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【請求項４】
前記動作弁及び前記潤滑油量調整弁のサイズは、前記第１のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧と前記第２のターボチャージャのコンプレッサの下流側の吸気圧との差圧と、前記潤滑油路における前記潤滑油の油圧との関係に基づいて設定される請求項３に記載のターボチャージャの潤滑装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−７１１０５（Ｐ２０１０−７１１０５Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６６１０（Ｐ２００８−２３６６１０）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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