JP2018025122A - ターボチャージャ内の圧力調整機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスの漏出を生じることなく、エンジン停止時にターボチャージャのオイルキャッチタンク内の圧力を的確に調整して潤滑油の排気管や吸気ダクトへの漏出を的確に防止することが可能なターボチャージャ内の圧力調整機構を提供する。【解決手段】ターボチャージャ内の圧力調整機構は、コンプレッサホイール１２とタービンホイール１１とを連結するシャフト１３や軸受１４を収容するベアリングハウジング４０と、潤滑油Ｏを回収して貯蔵するオイルキャッチタンク１６とを備えるターボチャージャ１０と、オイルキャッチタンク１６の内部空間Ａとコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１とを連通する圧力調整路４１とを備え、圧力調整路４１は、オイルキャッチタンク１６の内部空間Ａとスクロール室３１内に向けてそれぞれ開口し、コンプレッサハウジング３０内およびベアリングハウジング４０内に形成された通気路として形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャ内の圧力調整機構に関する。

車両に搭載されるターボチャージャ１０（図５や図６参照）は、両端にタービンホイール１１とコンプレッサホイール１２とが連結されたシャフト１３が高速で回転するため、シャフト１３の軸受１４等に潤滑油Ｏを供給して潤滑することが必要になる（例えば特許文献１、２等参照）。そのため、例えば図示しないオイルポンプでエンジン１のオイルパン２から吸い上げられた潤滑油Ｏを、供給路３を通ってターボチャージャ１０の上方からその内部に供給してシャフト１３と軸受１４等を潤滑するように構成される。

そして、シャフト１３と軸受１４等に供給された潤滑油Ｏは、ターボチャージャ１０の内部の流路１５を通って下方に流れていく。その際、ターボチャージャ１０がエンジン１のオイルパン２よりも上方にあれば、ターボチャージャ１０内を流下した潤滑油Ｏは、そのまま自然落下させることでオイルパン２に戻すことができる。

しかし、ターボチャージャ１０がエンジン１のオイルパン２よりも下方にある場合のように、潤滑油Ｏを自然落下でオイルパン２に戻すことができない場合には、ターボチャージャ１０内を流下した潤滑油Ｏを自然落下でオイルパン２に戻すことができない。

そのため、例えば、ターボチャージャ１０の下方にオイルキャッチタンク１６を設け、流下してきた潤滑油Ｏをオイルキャッチタンク１６に回収して貯蔵する。そして、オイルキャッチタンク１６内の潤滑油Ｏを排出用ポンプ（スカベンジポンプ）１７で吸い上げてオイルキャッチタンク１６から強制的に排出し、排出路１８を通してエンジン１内に戻すように構成される場合がある。この場合、潤滑油Ｏは、エンジン１内を通ってオイルパン２に戻る。

ところで、エンジン１が作動し、車両が走行してオイルキャッチタンク１６が振動するとオイルキャッチタンク１６内の潤滑油Ｏが波立ったり、また、車両の加速度でオイルキャッチタンク１６内の潤滑油Ｏが前後左右に動いたりするため、オイルキャッチタンク１６内の潤滑油Ｏが気泡を含む状態になる場合がある。

そして、このように気泡を含んだり波立ったり前後左右に偏ったりする潤滑油Ｏをオイルキャッチタンク１６内から的確に排出するために、排出能力が高い排出用ポンプ１７を使用することが必要になる。そのため、オイルポンプがエンジン１のオイルパン２から潤滑油Ｏを吸い上げて供給路３を介してターボチャージャ１０内に供給する能力よりも排出用ポンプ１７の排出能力の方が高くなるため、ターボチャージャ１０の稼働中すなわちエンジン１が作動している間は、オイルキャッチタンク１６内が負圧になる。

そして、この状態でエンジン１が停止されると、オイルポンプも排出用ポンプ１７も停止するが、オイルキャッチタンク１６内が負圧になっているため、供給路３内に残存する潤滑油Ｏがオイルキャッチタンク１６側に引き込まれる。そのため、潤滑油Ｏの量がオイルキャッチタンク１６の貯蔵容量を越えてしまい（すなわちオーバーフローしてしまい）、潤滑油Ｏがターボチャージャ１０内の流路１５内に溜まり、シャフト１３や軸受１４等が油没するとともに、潤滑油Ｏが軸受シール部から排気管４や吸気ダクト５に漏れ出してしまう。

そこで、従来は、例えば図５に示すように、エンジン１のシリンダヘッドやクランクケース等とオイルキャッチタンク１６とを圧力調整路１９で連通し、エンジン１が停止した際に、圧力調整路１９を介してエンジン１内のブローバイガスをオイルキャッチタンク１６に供給してオイルキャッチタンク１６内の圧力を大気圧にするように構成される場合があった。

そして、このようにしてエンジン停止時にオイルキャッチタンク１６側と潤滑油Ｏの供給路３側との圧力のバランスをとるように構成すれば、上記のようにオイルキャッチタンク１６内の負圧で供給路３内の潤滑油Ｏがオイルキャッチタンク１６側に引き込まれる問題が生じることを防止することができる。

特開２００７−３０９２５７号公報 特開２０１０−１９６５０２号公報

しかし、エンジン１のシリンダヘッドやクランクケース内では、潤滑油Ｏがミスト状になっていたりオイル溜まりがあったりするため、圧力調整路１９をエンジン１の高い位置に取り付ける必要があるが、上記のようにターボチャージャ１０がエンジン１のオイルパン２よりも下方にあると、それらを連通する圧力調整路１９が上下に長くなる。

そして、圧力調整路１９が長くなるほど損傷を受ける可能性が高くなり、圧力調整路１９の損傷によりブローバイガスが漏れ出る等の問題が生じ得る。また、ブローバイガスを大気中に排出したり漏れ出したりすることは日本でも欧米でも厳しく規制されており、上記の従来の構成を採用する場合には、圧力調整路１９からのブローバイガスの漏出を検知するための装置等を新たに設けることが必要になる。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ブローバイガスの漏出を生じることなく、エンジン停止時にターボチャージャのオイルキャッチタンク内の圧力を的確に調整して潤滑油の排気管や吸気ダクトへの漏出を的確に防止することが可能なターボチャージャ内の圧力調整機構を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ターボチャージャ内の圧力調整機構において、
コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、
タービンホイールを収容するタービンハウジングと、
前記コンプレッサホイールと前記タービンホイールとを連結するシャフトおよび軸受を収容するベアリングハウジングと、
少なくとも前記軸受に供給された潤滑油を回収して貯蔵するオイルキャッチタンクと、
を備えるターボチャージャと、
前記オイルキャッチタンクの内部空間と前記コンプレッサハウジングのスクロール室とを連通する圧力調整路と、
を備え、
前記圧力調整路は、前記内部空間と前記スクロール室内に向けてそれぞれ開口し、前記コンプレッサハウジング内および前記ベアリングハウジング内に形成された通気路として形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボチャージャ内の圧力調整機構において、前記圧力調整路に、エンジン作動時に、当該圧力調整路を流れる空気の流量を調整するための弁、または、当該圧力調整路を閉鎖するための弁が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のターボチャージャ内の圧力調整機構において、前記圧力調整路は、前記ターボチャージャの稼働時に圧力が高くなる前記スクロール室内の位置に開口部が設けられていることを特徴とする。

本発明のターボチャージャ内の圧力調整機構によれば、ブローバイガスの漏出を生じることなく、エンジン停止時にターボチャージャのオイルキャッチタンク内の圧力を的確に調整して潤滑油の排気管や吸気ダクトへの漏出を的確に防止することが可能となる。

本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構が組み込まれたターボチャージャやエンジン等の部分の構成を表す概略図である。 本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構の構成を表す概略断面図である。 本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構の変形例および圧力調整路に設けられた弁を表す概略断面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿う概略断面図である。 従来のターボチャージャ内の圧力調整機構が組み込まれたターボチャージャやエンジン等の部分の構成を表す概略図である。 従来のターボチャージャ内の圧力調整機構が組み込まれたターボチャージャの概略断面図である。

以下、本発明に係るターボチャージャ内の圧力調整機構の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、エンジン１が後述する図１に示すように水平対向型である場合について説明するが、本発明は、直列型やＶ型等のエンジンについても適用することが可能である。

［構成］
図１は、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構が組み込まれたターボチャージャやエンジン等の部分の構成を表す概略図であり、図２は、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構の構成を表す概略断面図である。

図１に示すように、吸気管６に吸気された空気が、ターボチャージャ１０で過給され、インタークーラ７で冷却された後、エンジン１に供給される。なお、図１では図示が省略されているが、エンジン１がガソリンエンジンであれば、燃料（ガソリン）が吸気ポートに噴射されたりシリンダ内に直接噴射される。また、エンジン１がディーゼルエンジンであれば、燃料（軽油）がシリンダ内に噴射される。そして、エンジン１から排気された排気ガスが、ターボチャージャ１０や排気管４を通り、図示しない触媒で浄化された後、排気される。

そして、図１や図２に示すように、本実施形態においても、図示しないオイルポンプでエンジン１のオイルパン２から吸い上げられた潤滑油Ｏが、供給路３を通ってターボチャージャ１０の上方から供給されるようになっている。そして、供給された潤滑油Ｏは、ターボチャージャ１０内（すなわち後述するベアリングハウジング４０内）の流路１５を通り、シャフト１３と軸受１４等を潤滑するようになっている。

また、後述するように、本実施形態でも、ターボチャージャ１０はオイルキャッチタンク１６を備えており、上記のようにシャフト１３や軸受１４等を潤滑する等した潤滑油Ｏは、流路１５を流下してオイルキャッチタンク１６に回収されて貯蔵される。そして、エンジン１とターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６とを連通する排出路１８が設けられており、ターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６に貯蔵された潤滑油Ｏは、排出用ポンプ１７で吸い上げてオイルキャッチタンク１６から強制的に排出し、排出路１８を通してエンジン１内に戻し、オイルパン２に戻すようになっている。

なお、オイルポンプがエンジン１のオイルパン２から潤滑油Ｏを吸い上げて供給路３を介してターボチャージャ１０内に供給する能力よりも排出用ポンプ１７の排出能力の方が高くなるため、ターボチャージャ１０の稼働中すなわちエンジン１の作動中に、オイルキャッチタンク１６内が負圧になる点は、本実施形態においても前述した従来の場合を同様である。

しかし、本実施形態では、従来の場合とは異なり、エンジン１のシリンダヘッドやクランクケース等とターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６とを連通する圧力調整路１９（図５参照）は設けられていない。

一方、本実施形態では、図２に示すように、ターボチャージャ１０は、タービンホイール１１を収容するタービンハウジング２０と、コンプレッサホイール１２を収容するコンプレッサハウジング３０と、タービンホイール１１とコンプレッサホイール１２とを連結するシャフト１３およびその軸受１４を収容するベアリングハウジング４０とを備えている。タービンハウジング２０とベアリングハウジング４０とコンプレッサハウジング３０とは互いに連結されている。

そして、前述したように、ベアリングハウジング４０内には、供給路３を介して供給された潤滑油Ｏをシャフト１４や軸受１４等に供給する流路１５が設けられており、流路１５はベアリングハウジング４０の下方に開口している。そして、ベアリングハウジング４０の下方には、オイルキャッチタンク１５が配設されており、ベアリングハウジング４０の流路１５を流れ出た潤滑油Ｏは、オイルキャッチタンク１６に流下して回収、貯蔵されるようになっている。

また、コンプレッサハウジング３０には、コンプレッサホイール１２の周囲に渦巻き状のスクロール室３１が配設されている。そして、コンプレッサホイール１２は、エンジン１から排気された排気ガスによりタービンホイール１１が駆動されるとそれと一体的に回転し、吸気ダクト５内の空気を吸入して圧縮し、スクロール室３１に吐出してインタークーラ７（図１参照）に送るようになっている。

そして、本実施形態では、ターボチャージャ１０には、オイルキャッチタンク１６の内部空間Ａとコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１とを連通する圧力調整路４１が設けられている。

すなわち、圧力調整路４１は、オイルキャッチタンク１６の内部空間Ａに向けて開口する開口部４１Ａと、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内に向けて開口する開口部４１Ｂとを有している。そして、圧力調整路４１は、コンプレッサハウジング３０の壁面内に穿設された通路と、ベアリングハウジング４０の壁面内に穿設された通路とが、コンプレッサハウジング３０とベアリングハウジング４０との接続部分で接続され、開口部４１Ａ、４１Ｂとを結ぶ１本の管状の通気路として形成されている。

なお、図２では、圧力調整路４１が、コンプレッサハウジング３０やベアリングハウジング４０の壁面内に穿設されて形成されている場合が示されているが、例えば図３に示すように、圧力調整路４１の一部をベアリングハウジング４０の流路１５内に形成するように構成することも可能である。

［作用］
次に、本実施形態に係るターボチャージャ１０内の圧力調整機構の作用について説明する。

本実施形態では、オイルポンプがエンジン１のオイルパン２から潤滑油Ｏを吸い上げて供給路３を介してターボチャージャ１０内に供給する能力よりも排出用ポンプ１７（図１参照）の排出能力の方が高いため、エンジン１の作動中すなわちターボチャージャ１０の稼働中は、オイルキャッチタンク１６内が負圧になる。

そして、この状態でエンジン１が停止されると、図２に示したように、オイルキャッチタンク１６内の負圧により、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気が圧力調整路４１を介してオイルキャッチタンク１６内に流入する。そのため、オイルキャッチタンク１６内の圧力は速やかに大気圧になる。

一方、エンジン１が停止すると、エンジン１（図１参照）のクランクケースやシリンダヘッド内等が負圧であれば、エンジン１のクランクケースと吸気管６とを結ぶ図示しない流路を介してエンジン１のクランクケースやシリンダヘッド内に空気が流入するため、エンジン１のクランクケースやシリンダヘッド内も速やかに大気圧になる。

そのため、供給路３内に残存する潤滑油Ｏに対して、エンジン１のクランクケース等からかかる圧力（大気圧）と、ターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６からかかる圧力（大気圧）とが同じになる。そのため、供給路３内に残存している潤滑油Ｏがターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６側に引き込まれることがない。また、供給路３内に残存する潤滑油Ｏがオイルキャッチタンク１６に引き込まれるとしても、その量をごく僅かに抑えることが可能となる。

そのため、本実施形態では、エンジン停止後に、供給路３内に残存する潤滑油Ｏがオイルキャッチタンク１６に流れ込んでオイルキャッチタンク１６がオーバーフローしてしまい、潤滑油Ｏでターボチャージャ１０のシャフト１３や軸受１４等が油没したり、潤滑油Ｏがシール部から排気管４や吸気ダクト５に漏れ出してしまうような事態が生じることを的確に防止することが可能となる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構によれば、エンジン停止時にターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６内の圧力を上げるために、従来のようにブローバイガスを用いることはなく、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気を用いる。そのため、従来のようなブローバイガスの大気中への漏出等の問題が生じることを的確に防止することが可能となる。

また、本実施形態では、上記のようにコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気をオイルキャッチタンク１６に送る圧力調整路４１が、コンプレッサハウジング３０内やベアリングハウジング４０内に形成されており、それらの外側、すなわちターボチャージャ１０の外側に露出していない。そのため、圧力調整路４１からのブローバイガスの漏出を検知するための装置等を新たに設ける必要がない。

そして、本実施形態においても、エンジン１の作動中はターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６内が負圧になるが、その状態でエンジン１が停止されると、オイルキャッチタンク１６内の負圧により、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気が圧力調整路４１を介してオイルキャッチタンク１６内に流入する。そのため、オイルキャッチタンク１６内の圧力は速やかに大気圧になる。

このように、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構によれば、エンジン停止時にターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６内の圧力が的確に調整されて速やかに大気圧になるため、供給路３内に残存している潤滑油Ｏがターボチャージャ１０のオイルキャッチタンク１６側に引き込まれることがなく、或いは、供給路３内に残存する潤滑油Ｏがオイルキャッチタンク１６に引き込まれるとしても、その量をごく僅かに抑えることが可能となる。そのため、オイルキャッチタンク１６がオーバーフローして潤滑油Ｏが排気管４や吸気ダクト５に漏出することを的確に防止することが可能となる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構では、このように構造がコンパクトになり、上記のように圧力調整路４１からのブローバイガスの漏出を検知するための装置等を新たに設ける必要もないため、部品点数を減らすことが可能となる。そのため、エンジン１の軽量化を図ることが可能となるとともにコストアップを抑制することが可能となるといったメリットもある。

なお、本発明は、ターボチャージャ１０がオイルキャッチタンク１６を備えており、オイルキャッチタンク１６に回収された潤滑油Ｏを排出用ポンプ１７（図１参照）で強制的に排出させるように構成されているターボチャージャ１０であれば適用可能であり、必ずしもターボチャージャ１０がエンジン１のオイルパン２よりも下方に設けられている場合に限定されない。

また、本実施形態では、上記のように圧力調整路４１を設けたことで、オイルキャッチタンク１６とコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１とが連通される。そのため、ターボチャージャ１０の稼働中すなわちエンジン１の作動中に、コンプレッサホイール１２により圧縮された空気がインタークーラ７側だけでなく、その一部がオイルキャッチタンク１６にも流入する状態になるため、圧力調整路４１を設けない場合に比べてオイルキャッチタンク１６内の圧力が高くなる。

エンジン１の作動中は、排気ガスのガス圧でターボチャージャ１０のタービンハウジング２０内の圧力がオイルキャッチタンク１６内の圧力よりも高くなるため、タービンハウジング２０内の排気ガスがシール部を通ってオイルキャッチタンク１６に流入する場合がある。しかし、本実施形態では、上記のように、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１から圧力調整路４１を通って空気がオイルキャッチタンク１６内に流入してオイルキャッチタンク１６内の圧力が高くなるため、タービンハウジング２０内からオイルキャッチタンク１６に排気ガスが流入しにくくなるといったメリットがある。

［変形例］
しかし、上記のように、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気の一部が圧力調整路４１を通ってオイルキャッチタンク１６に流入すると、その分、ターボチャージャ１０からインタークーラ７に送られる圧縮された空気の量が減る。そのため、図３に示すように、圧力調整路４１に、エンジン作動時に、圧力調整路４１を流れる空気の流量を調整するための弁４２、或いは圧力調整路４１を閉鎖するための弁４２を設けるように構成することが可能である。

このように構成すれば、例えばエンジン作動時に弁４２で圧力調整路４１を流れる空気の流量を調整して、ターボチャージャ１０からインタークーラ７に圧縮された空気をできるだけ多く送るとともに、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内の空気の一部をオイルキャッチタンク１６に流入させてオイルキャッチタンク１６内の圧力を上げて、タービンハウジング２０から排気ガスが流入しにくい状態を作り出すことが可能となる。

また、例えばエンジン１の作動中に、タービンハウジング２０からオイルキャッチタンク１６内への排気ガスの流入がない、或いは問題がない程度にしか流入しないような場合には、エンジン作動時に弁４２を閉じて圧力調整路４１を閉鎖することで、ターボチャージャ１０からインタークーラ７に圧縮された空気を漏れなく送ることが可能となる。

なお、この場合、弁４２は圧力調整路４１のいずれかの箇所に設けられ、例えば図３に示したようにスクロール室３１への開口部４１Ｂに設けることが可能であり、或いはコンプレッサハウジング３０とベアリングハウジング４０との接続部分や、オイルキャッチタンク１６への開口部４１Ａ等に設けることも可能である。そして、例えば、弁４２を電磁弁で構成し、図示しないＥＣＵ（Electric Control Unit）で弁４２の開閉を制御するように構成することも可能である。

一方、本実施形態に係るターボチャージャ内の圧力調整機構は、上記のようにコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内からオイルキャッチタンク１６内に空気を送ってオイルキャッチタンク１６内の圧力を調整するものである。そして、スクロール室３１内のできるだけ圧力が高い所から空気をオイルキャッチタンク１６に送るように構成すれば、エンジン停止時にスクロール室３１内からオイルキャッチタンク１６内に的確に空気を送ることが可能となる。

そのため、図４に示すように、コンプレッサハウジング３０のスクロール室３１のうち、ターボチャージャ１０の稼働時に最も圧力が高くなるスクロール室３１内の位置Ｂを予め割り出し、その位置に圧力調整路４１の開口部４１Ｂを設けるように構成することが可能である。

このように構成すれば、少なくともエンジン停止時にコンプレッサハウジング３０のスクロール室３１内からオイルキャッチタンク１６内に確実に空気を送ることが可能となり、オイルキャッチタンク１６内の圧力を的確に調整することが可能となる。

なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。

１０ ターボチャージャ
１１ タービンホイール
１２ コンプレッサホイール
１３ シャフト
１４ 軸受
１６ オイルキャッチタンク
２０ タービンハウジング
３０ コンプレッサハウジング
３１ スクロール室
４０ ベアリングハウジング
４１ 圧力調整路
４１Ｂ 開口部
４２ 弁
Ａ 内部空間
Ｂ 最も圧力が高くなるスクロール室内の位置
Ｏ 潤滑油

Claims (3)

1. コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、
   タービンホイールを収容するタービンハウジングと、
   前記コンプレッサホイールと前記タービンホイールとを連結するシャフトおよび軸受を収容するベアリングハウジングと、
   少なくとも前記軸受に供給された潤滑油を回収して貯蔵するオイルキャッチタンクと、
   を備えるターボチャージャと、
   前記オイルキャッチタンクの内部空間と前記コンプレッサハウジングのスクロール室とを連通する圧力調整路と、
   を備え、
   前記圧力調整路は、前記内部空間と前記スクロール室内に向けてそれぞれ開口し、前記コンプレッサハウジング内および前記ベアリングハウジング内に形成された通気路として形成されていることを特徴とするターボチャージャ内の圧力調整機構。
2. 前記圧力調整路に、エンジン作動時に、当該圧力調整路を流れる空気の流量を調整するための弁、または、当該圧力調整路を閉鎖するための弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ内の圧力調整機構。
3. 前記圧力調整路は、前記ターボチャージャの稼働時に最も圧力が高くなる前記スクロール室内の位置に開口部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボチャージャ内の圧力調整機構。

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