JPS60228729A - タ−ボ過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボ過給機付エンジンに関するものである。

（従来技術） ターボ過給機付エンジンにおける問題点の一つに、排気
ガスの影響で熱的に厳しい環境下にあるターボ過給機の
タービン側軸受部の過熱ということがある。すなわち、
従来、上記タービン側軸受部は潤滑油を循環供給して冷
却する方式が多く採用されているが、エンジン出方向上
の要求からターボ過給機が高速運転されると潤滑油自体
の温度が高くなり、十分な冷却ができず過熱の問題が生
する。そして、この過熱対策として、例えは、実開昭５
７−．２！ｔ″号公報に記載されている如く、上記ター
ビン側軸受部近傍に冷却材のジャケットを設け、エンジ
ン本体と熱交換器との間で冷却材を循環させるエンジン
冷却システム中に上記ジャケットを接続し、エンジン冷
却材でこのタービン側軸受部を冷却する技術は一般に知
られている。

ところが、冷却材、つまりは冷却水でターボ過給機を冷
却する方式においては、例えば、過熱自体は防止し得て
も、逆にターボ過給機が冷却されすぎて潤滑油温度の低
下による潤滑油粘度上昇に伴って軸受部の摺動抵抗が高
くなったり、さらには排気ガスまでが冷却されて、後処
理として施す２次エアや触媒による排気ガスの浄化反応
が不十分になることがある。また、逆の問題、つまり、
エンジンの高負荷運転時に、温度の高い排気ガスでター
ボ過給機が高速運転されて軸受部の過熱が生じつつある
にもかかわらず、冷却水流量が不足してこの過熱を有効
に防止し得なかったり、あるいは、冷却水温度自体が異
常に高くなっているにもかかわらず、定量の冷却水を流
してターボ過給機の過熱を促進してしまうこともあり得
る。

（発明の目的） 本発明は、水冷式のターボ過給機を備えたエンジンにお
ける上記従来の種々の問題を解消すること、つまり、タ
ーボ過給機の過冷却および過熱を未然に防止できるよう
にすることを目的とする。

（発明の構成） 本発明のターボ過給機付エンジンは、エンジン運転状態
を検出する検出手段と、この検出手段からの検出信号を
受けてターボ過給機のベアリングハウジングに形成した
ウォータジャケットを流れる冷却水流量を制御する制御
手段とを備えていて、この冷却水流量の制御によりター
ボ過給機の過熱および過冷却を防止することを特徴とす
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

一実施例／− 第１図にはターボ過給機付エンジン１の全体構成が示さ
れている。同エンジン１において、２はシリンダヘッド
２ａ、シリンダブロック２ｂおよびオイルパン２Ｃをも
つエンジン本体、３は熱交換器（ラジェータ）、４はエ
ンジンの排気エネルギを利用して吸気を予圧しエンジン
燃焼室に供給する水冷式のターボ過給機である。

エンジン本体２と熱交換器６とは、熱交換器３内の冷却
水をエンジン本体２へ矢符Ａで示す如く導く第１冷却水
通路５と、エンジン本体２内の冷却水を熱交換器３へ矢
符Ｂで示す如く導く第２冷却水通路６とで接続されてい
る。また、第１冷却水通路５にはウォータポンプ７が介
設されている。

そして、これらエンジン本体２、熱交換器６、冷却水通
路５，６およびウォータポンプ７で冷却水循環路が構成
されている。この場合、エンジン本体２において冷却水
はシリンダブロック２ｂからシリンダヘッド２ａへ流れ
る。

そうして、上記ターボ過給機４の後述するベアリングハ
ウジングにはウォータジャケットがあって、このウォー
タジャケットの冷却水入口には入水用パイプ８が、また
、冷却水出口には出水用パイプ９がそれぞれ接続されて
いる。そして、本例の場合、入水用パイプ８はターボ過
給機４より上方へ延びて上記冷却水循環路におけるシリ
ンダヘッド２ａのウォータジャケットに接続され、出水
用パイプ９はターボ過給機４より下方へ延びて熱交換器
６とウォータポンプ７との間の第１冷却水通路５に接続
されている。入水用パイプ８の冷却水循環路に対する接
続点はターボ過給機４のクォータジャケットよりも高い
位置にあり、出水用パイプ９の冷却水循環路に対する接
続点は同ジャケットよりも低い位置ζこある。

そして、上記出水用パイプ９には冷却水の流量を制御す
る流量制御弁１ｏが介装されており、この流量制御弁１
０は、エンジン運転状態をそれぞれ排気ガスの温度で検
出する排気ガス温度センサ１１ａおよびエンジン冷却水
の温度で検出する冷却水温度セッサ１１ｂからの各検出
信号を受けて制御信号を出力するコントロールユニット
１２にて制御される。つまり、排気ガス温度センサ１１
ａと冷却水温度センサ１１ｂはエンジン運転状態を検出
する検出手段１１を構成し、流量制御弁１゜とコントロ
ールユニット１２は、検出手段１１からの検出信号を受
けてターボ過給機４のウォータジャケットを流れる冷却
水流量を制御する制御手段１６を構成している。

ターボ過給機４の具体的構造は第２図および第３図に示
されている。

すなわち、両端にタービンホイール１５とコンプレッサ
ホイール１６とが設けられた回転軸１７がベアリングハ
ウジング１８の軸受部１９．２０に回転可能に支持され
、タービンホイール１５はベアリングハウジング１８の
一端に固定されたターヒンハウジング２１の排気通路２
２に、コンブレッサホイール１６はベアリングハウジン
グ１８の他端に固定されたコンプレッサハウジング２１
の吸気通路２４にそれぞれ配置されている。

ベアリングハウジング１８には、オイルを導入するオイ
ル導入路２５、このオイル導入路２５がら分岐して各軸
受部１９．２０のフロートベアリング（フルフロートメ
タル）２（Ｓ、２６にオイルを供給するオイル供給路２
７．２８および各軸受部１９．２０を経たオイルを回収
するオイル回収路２９からなるオイル通路と、第３図に
も示す如くベアリングハウジング１８の一側の冷却水人
口３０からタービン側軸受部１９を回って他側の冷却水
出口３１に通じるウォータジャケット６２とが形成され
ている。

また、ベアリングハウジング１８とタービンハウジング
２１の間にはヒートインシュレータ３３゜６３が介設さ
れて、タービンハウジング２１からベアリングハウジン
グ１８への熱伝導を遮断する断熱層が形成されている。

なお、第２図で３４はシールリング、３５はメカニカル
シールであり、それぞれ排気通路２２、吸気通路２４と
オイル通路との間をシールしている。

そして、上記冷却水人口６ｏに入水用パイプ８が接続さ
れ、冷却水出口３１に出水用パイプ９が接続されている
ことになる。

上記制御手段１３の具体的内容は第７図乃至第４図に示
されている。

すなわち、コントロールユニット１２は、第ｙ図に示す
如く基本流量設定手段６６と補正流量設定手段６７と最
終流量決定手段６８を備えている。

基本流量設定手段３６は、排気ガス温度センサ１１ａか
らの検出信号を受け、第５図に示す如く排気ガス温度に
比例して冷却水流量を増大せしめる信号を出力するもの
であり、例えば、排気ガス温度センサ１１ａからの出力
電流を増幅して出力する増幅器から構成される。補正流
量設定手段３７は、冷却水温度センサ１１ｂからの検出
信号を受け、第６図に示す如く冷却水温度が第１設定温
度Ｔ□になるまでは冷却水流量の減算補正量を漸次少な
くしていき、第１設定温度Ｔ１から第！設定温度Ｔ２ま
では減算補正量を零とし、第２設定温度Ｔ２よりも高く
なると減算補正量を増していく信号を出力するものであ
る。この補正流量設定手段３７は、例えば、Ｔ１　とＴ
２を基準とするウィンドコンパレータを利用した比較器
で構成される。最終流量決定手段６８は、基本流量設定
手段６６からの出力信号と補正流量設定手段３７からの
出力信号とを加算する加算器で構成され、最終流量を決
定して流量制御弁１０に制御信号を出力する。この場合
、上記Ｔ１はターボ過給機４の暖機完了温度であり、上
記Ｔ２はターボ過給機４が冷却水で過熱されてしまう限
界温度である。

上記ターボ過給機付エンジン１において、エンジン始動
に伴ってウォータポンプ７が作動すると、冷却水温が第
２冷却水通路６の上流端近傍に前途設けられたサーモス
タットの開弁温度になるまでは、冷却水は熱交換器６を
迂回するバイパス通路（図示省略）を通ってエンジン本
体２内で循環する。冷却水温が上記開弁温度を越えると
、冷却水はエンジン本体２と熱交換器６との間で第１お
よび第２の冷却水通路５，６を介して循環する。また、
冷却水はシリンダヘッド２ａのウォータジャケットから
分流して入水用パイプ８、ターボ過給機４のウォータジ
ャケット３２、出水用パイプ９を経てウォータポンプ７
の上流で第１冷却水通路５を流れる冷却水に合流し、タ
ーボ過給機４の特にタービン側軸受部１９を冷却する。

このときの冷却水の流れは矢符Ｃで示されている。

そうして、ターボ過給機４を流れる冷却水流量は、基本
的には排気ガス温度に応じて第５図に示すグラフに基い
て流量制御弁１０により制御され、排気ガス温度が高く
なるにつれ、つまりは、エンジン負荷の上昇に伴ってタ
ーボ過給機４の熱的運転条件が厳しくなるにつれて上記
冷却水流量が増大し、ターボ過給機４を過熱、過冷却の
弊なく効率よく冷却する。従って、高負荷運転時にも排
気ガス温度が極度に高くならず、排気系に悪い熱影響を
与えない。そして、エンジン始動直後の冷却水温度が低
いときは、第２図のグラフの如く温度Ｔ１となるまでは
冷却水流量は減算補正され、り−ボ過給機４の冷却水に
よる冷却を抑制して、排気ガス熱や軸受部での発熱によ
るターボ過給機の温度上昇を促し、その暖機性をよくす
る。一方、冷却水循環路のサーモスタットの故障などに
より、冷却水温度が異常上昇して設定温度Ｔ２を越える
と、ターボ過給機４を流れる冷却水量は減じられ、この
冷却水による過熱からターボ過給機４を保護する。

なお、本実施例の場合、エンジン停止後、ターボ過給機
４の残留熱で加温された冷却水が上昇するという対流現
象により、熱交換器３からの低温の冷却水が出水用パイ
プ９を通ってターボ過給機４へ導かれ、ターボ過給機４
の残留熱による過熱を防止する。この過熱対策としては
、エンジン停止後、ウォータポンプ７をターボ過給機４
の残留熱がなくなるまで作動せしめる方式をとってもよ
い。

一実施例！一 本実施例は第７図乃至第２図に示し、制御手段４０の構
成が実施例／と異なるものである。

流量制御弁４１は、第７図に示す如く冷却水の流れる通
路４２面積を大小の２段階に変化せしめる電磁弁で、オ
ン信号を受けて通路面積大とし、オフ信号で通路面積小
とするものである。

コア１−ロールユニット４６の具体的内容は第２図およ
び第２図に示されている。すなわち、コントロールユニ
ット４６は、第２図に示す如く排気ガスが設定温度１０
以上（例えば高負荷運転領域）で且つ冷却水が設定温度
ｔ□　（例えばターボ過給機の暖機完了温度）以上のと
きのみオン信号を流量制御弁４１に出力し、それ以外は
オフ信号を出すものである。このコントロールユニット
４３での信号処理は第２図に示され、ステップ■で排気
ガス温度Ｔを読取り、ステップ■でＴがＴｏよりも大か
否かの判断をし、ＮＯの場合はステップ■でオフ信号を
出力し、ＹＥＳの場合はステップ■に進んで冷却水温度
ｔを読取り、ステップ■でｔがｔｏよりも大か否かを判
別し、ＹＥＳの場合はステップ■でオン信号を出力し、
ＮＯの場合はステップ■でオフ信号を出力する。

従って、本実施例においても、ターボ過給機４の暖機が
完了するまでは冷却水流最小で暖機が促進され、暖機完
了後はターボ過給機４の熱的条件が厳しいときは冷却水
流量大で過熱が防止される一方、エンジンが低負荷運転
状態にあっても冷却水温度が高いときは冷却系の異常と
して冷却水流量が減少し、ターボ過給機の冷却水による
過熱が防止される。

一実施例３一 本例は第１Ｏ図に示し、エンジン本体２の冷却系とター
ボ過給機４の冷却系とを独立せしめたものである。なお
、実施例／と実質的に同一の構成要素には同一の符号を
付して本実施例を説明する。

すなわち、第７図に示すターボ過給機付エンジン５１に
おいて、５２はターボ過給機４から吸気管５３を通して
送られるエンジン関連流体としての吸気を冷却する吸気
冷却器である。−エンジン本体２は第１熱交換器（ラジ
ェータ）５４および第１ウオータポンプ５５とともに第
１冷却水循環路に組込まれ、ターボ過給機４と吸気冷却
器５２とは第２熱交換器（ラジェータ）５６および第２
ウオータポンプ５７とともに第２冷却水循環路に組込ま
れている。

第２冷却水循環路において、５８は第２熱交換器５６内
の冷却水を吸気冷却器５２へ送る冷却水通路であり、こ
の冷却水通路５８に第２ウオータ　□ポンプ５７が介装
されている。ターボ過給機４の入水用パイプ８は上方へ
延びて吸気冷却器５２に接続され、出水用パイプ９は第
２熱交換器５６に接続されている。

そして、上記冷却水通路５８には第２ウオータポンプ５
７の下流位置に流量制御弁５９が介装され、この流量制
御弁５９に制御手段６０を構成するコントロールユニッ
ト６１、検出手段１１が接続されている。

なお、第１冷却水循環路は、実施例／と同様に第１熱交
換器５４内の冷却水をエンジン本体２に導く第１Ａ冷却
水通路６２と、エンジン本体２内の冷却水を第１熱交換
器５４へ導く第１Ｂ冷却水通路６６をもつ。

本例の場合、コントロールユニット６１は、エンジン運
転状態が高負荷になるにつれて冷却水流量を増量してい
く基本設定に対し、ターボ過給機４の暖機完了まで冷却
水流量を減少する補正を行なうようにする。

本実施例において、第２冷却水循環路では、第１熱交換
器５４で冷却された冷却水が第１ウオータポンプ５５の
作動により矢符Ａで示す如（第１Ａ冷却水通路６２を通
ってエンジン本体２へ流れ、このエンジン本体２を冷却
した冷却水が矢符Ｂで示す如く第１Ｂ冷却水通路６６を
通って第１熱交換器５４へ戻る。一方、第２冷却水循環
路では、第２熱交換器５６で冷却された冷却水が第２ウ
オータポンプ５７の作動により矢符Ｃで示す如く冷却水
通路５８を通って吸気冷却器５２へ流れ、”この吸気冷
却器５２で吸気を冷却して若干加温された冷却水が入水
用パイプ８を通してターボ過給機４へ流れ、このターボ
過給機４を冷却した冷却水が出水用パイプ９を通って第
２熱交換器５６へ戻る。

そうして、ターボ過給機４の暖機が完了するまでは冷却
水流量は少なくて暖機を促す一方、その後は、エンジン
負荷が高くなるにつれて冷却水流量が増えていき、ター
ボ過給機４の過熱を防止する。

本実施例の場合、エンジン停止後にターボ過給機４で水
温上昇により気泡が発生することがあっても、この気泡
は吸気冷却器５２へ導かれ、この吸気冷却器５２が蓄圧
器としての機能を呈し、ターボ過給機４での水圧上昇は
防止される。

なお、以上の各実施例では流量制御弁をターボ過給機に
対して直列にして冷却水通路に接続したが、ターボ過給
機に対して並列に接続し、ターボ過給機をバイパスする
冷却水流量を制御してもよく、また、流量制御弁に代え
てウォータポンプの回転数で冷却水流量を制御してもよ
い。

また、エンジンの運転状態は吸気系のスロットル開度や
吸気量などで検出してもよい。

また、ターボ過給機に流れる冷却水を利用してエンジン
の吸気系に還流する排気ガスやエンジンオイルを冷却す
るようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジン運転状態に応じてターボ過給
機を流れる冷却水量を制御するようにしたから、ターボ
過給機を効率よく冷却することが可能となるとともに、
排気ガスが冷却されるのを防止してその２次エア等によ
る浄化反応の低下を抑制することができ、さらに、エン
ジンの高負荷運転時にはターボ過給機の温度上昇の抑制
によって、高温の排気ガスをこのターボ過給機通過時に
適度に冷却して排気系の耐久性を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第２図は実施例／に関し、第１図はターボ過
給機付エンジンの全体構成図、第２図はターボ過給機の
縦断面図、第３図は第２図の−−■線断面図、第７図は
制御系のプロ・ツク図、第５図は排気ガス温度と冷却水
流量の関係を示すグラフ図、第２図は冷却水温と補正量
の関係を示すグラフ図、第７図は実施例２の制御系の構
成図、第２図は同制御系のオン・オフの発信領域を示す
グラフ図、第り図は同制御系のフローチャート、第７０
図は実施例３のターボ過給機付エンジンの全体構成図で
ある。 １．５１・・・・・・ターボ過給機付エンジン、２・・
・・・・エンジン本体、３，５４．５６・・・・・・熱
交換器、４・・・・・・ターボ過給機、７．５５．５７
・・・・・・ウォータポンプ、１０，４１，５９・・・
・・・流量制御弁、１１・・・・・・検出手段、１２，
４３．６１・・・・・・コントロールユニット、１３，
４０．６０・・・・・・制御手段、１８・・・・・・ベ
アリングハウジング、６２・・・・・・ウオータジャケ
ソト 第４図 第５図　第６図 第８図　第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ベアリングハウジングに冷却用のウォータジャ
   ケットをもつターボ過給機と、該ターボ過給機のウォー
   タジャケット内を通過した冷却水を冷却する熱交換器と
   、ターボ過給機へ冷却水を供給するウォータポンプとを
   備えたエンジンにおいて、エンジン運転状態を検出する
   検出手段と、この検出手段からの検出信号を受けてター
   ボ過給機のウォータジャケットを流れる冷却水流量を制
   御する制御手段を設けたことを特徴とするターボ過給機
   付エンジン。