JP2005090403A - 電動機付過給機の潤滑制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、電動機付過給機に対して、常に最適な量の潤滑油を供給することで、電動機過給機に良好な性能を発揮させることのできる電動機付過給機の潤滑制御装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の電動機付過給機の潤滑制御装置は、車両に搭載された内燃機関１の吸気通路３上に配設され、回転式電動機２ｂによって駆動される過給機２と、電動機２ｂの回転軸２ａ近傍に潤滑油を供給する潤滑油供給手段８〜１０と、潤滑油供給手段８〜１０による潤滑油の供給を制御する制御手段６，７とを備えており、制御手段６，７が、電動機２ｂの回転駆動時に、該電動機２ｂの回転数が高いほど回転軸２ａ近傍への潤滑油の供給量を多くすることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気通路上に配設された電動機付過給機への潤滑油供給を制御する潤滑制御装置に関する。

［特許文献１］に記載されているように、エンジンの吸気通路上に電動機で駆動する過給機を配設し、この過給機による過給によって高出力（あるいは、低燃費）を得ようとする試みは以前から知られている。［特許文献１］に記載されたターボユニットでは、エンジン潤滑油を電動機の周囲に循環させ、潤滑・冷却を行っている。
特表２００１−５２７６１３号公報

しかし、［特許文献１］に記載されたターボユニットでは、エンジン潤滑油を利用して電動機の潤滑・冷却を行っているので、エンジン側の潤滑油循環に応じた一定の循環量で潤滑油が循環されるだけである。このため、電動機の駆動状況によっては潤滑油量が適切でない場合も想定される。例えば、高負荷時に電動機を高回転駆動させてターボユニットによる過給効果を最大限に得ようとした場合に、潤滑油量が不足して十分な潤滑・冷却が行われないことなどが懸念される。従って、本発明の目的は、電動機付過給機に対して、常に最適な量の潤滑油を供給することで、電動機過給機に良好な性能を発揮させることのできる電動機付過給機の潤滑制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の電動機付過給機の潤滑制御装置は、車両に搭載された内燃機関の吸気通路上に配設され、回転式電動機によって駆動される過給機と、電動機の回転軸近傍に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、潤滑油供給手段による潤滑油の供給を制御する制御手段とを備えており、制御手段が、電動機の回転駆動時に、該電動機の回転数が高いほど回転軸近傍への潤滑油の供給量を多くすることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機付過給機の潤滑制御装置において、制御手段が、電動機の駆動回転数が同一である場合には潤滑油温度が高いほど回転軸近傍への潤滑油の供給量を多くすると共に、電動機の回転数が所定回転数以下の場合には電動機の駆動回転数及び潤滑油温度にかかわらず供給量を所定量以下とすることを特徴としている。

請求項１に記載の電動機付過給機の潤滑制御装置によれば、電動機の回転駆動時に、制御手段が電動機の回転数に応じて潤滑油供給量を調節（回転数が高いほど潤滑油供給量を多く）するので、電動機付過給機に対して常に最適な量の潤滑油を供給でき、電動機過給機に良好な性能を発揮させることができる。例えば、電動機の高回転時には、潤滑油供給量を増やして確実な潤滑と十分な冷却とが行われるようにし、低回転時には、潤滑油供給量は潤滑・冷却な量を維持しつつも少な目にして、潤滑油の粘性による電動機回転抵抗増加を抑制して電動機過給機に良好な性能を発揮させる。

請求項２に記載の電動機付過給機の潤滑制御装置によれば、電動機の駆動回転数が同一である場合には潤滑油温度が高いほど回転軸近傍への潤滑油の供給量を多くする。電動機の駆動回転数が同一（同等）でも、潤滑油温度が高いほど油膜切れが生じやすい。このため、潤滑油温度が高いほど供給量を増やして油膜切れを防止し、電動機過給機に良好な性能を発揮させる。また、潤滑油量が多いと潤滑油の粘性によって電動機の回転抵抗となり易い。このため、潤滑油温度が低く粘性が大きいときは潤滑油供給量を抑制する（換言すれば、潤滑油温度が高くなって粘性が小さくなるほど潤滑油供給量を増やす）ことで電動機過給機に良好な性能を発揮させる。即ち、ここでは、電動機の回転数に加えて、潤滑油温度も考慮して電動機への潤滑油の供給を制御している。

さらに、電動機の回転数が所定回転数以下となる場合には、潤滑油の粘性の影響を受け易くなる。潤滑油の粘性による電動機回転抵抗増加は、過給機のレスポンスを悪化させることになる（特に、電動機を用いた過給を行う過渡時のレスポンスが悪化する）。このため、電動機の回転数が所定回転数以下となる場合には、電動機の駆動回転数及び潤滑油温度にかかわらず供給量を所定量以下とすることで、潤滑油の粘性による電動機回転抵抗増加を抑制して電動機過給機に良好な性能を発揮させる。

本発明の制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有するエンジン１を図１に示す。本実施形態で説明するエンジン（内燃機関）１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。このエンジン１は、ターボユニット（過給機）２を有している。ターボユニット２は、吸気通路３上に配置されたコンプレッサホイールと排気通路４上に配置されたタービンホイールとが同一回転軸で連結されている（以下、この部分を単にタービン／コンプレッサ２ａと言う）。本実施形態のターボユニットには、この回転軸が出力軸となるようにモータ（電動機）２ｂが内蔵されている。即ち、本実施形態のターボユニット２は電動機付ターボチャージャ（電動機付コンプレッサ）である。

ターボユニット２は、排気流の持つエネルギー（排気エネルギー）によって過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、バッテリ５から供給される電気エネルギーによってタービン／コンプレッサ２ａを強制的に駆動することでさらなる過給を行うこともできる。また、排気エネルギーを利用して、タービン／コンプレッサ２ａを介してモータ２ｂに回生発電を行わせて電力を回収することもできる。即ち、本実施形態の電動機付ターボチャージャは、発電機付タービンとしても機能し得る。このため、モータ２ｂは、モータジェネレータ（ＭＧ）とも呼ばれることがある。

モータ２ｂは、タービン／コンプレッサ２ａの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。モータ２ｂの内部には、タービン／コンプレッサ２ａの回転軸部分の潤滑油温度を検出するための温度センサ２ｃが内蔵されている。本実施形態では、温度センサ２ｃは高温となる回転軸の排気側に設置したが、吸気側に設置してもよい。温度センサ２ｃは、モータ２ｂを有するターボユニット２を制御するコントローラ６に接続されており、コントローラ６によって回転軸部の潤滑油温度が監視されている。

また、モータ２ｂも、上述したコントローラ６に接続されている。このコントローラ６は、エンジン１全体の制御を司る電子制御ユニット（ＥＣＵ）７に接続されている。コントローラ６はバッテリ５にも接続されており、バッテリ５から電力を供給される。モータ２ｂは、ＥＣＵ７及びコントローラ６によって印可電力等が制御されており、これによって回転数制御、即ち、過給圧制御が行われている。なお、モータ２ｂによって、タービン／コンプレッサ２ａの回転数（即ち、モータ２ｂの回転数・ターボ回転数）を検出することができる。この回転数検出は、モータ２ｂが駆動されている状態であっても、駆動されていない状態であっても行える。コントローラ６は、モータ２ｂの駆動を制御するだけでなく、モータ２ｂが回生発電した電力の電圧変換を行うインバータとしての機能も有している。回生発電による電力は、コントローラ６によって電圧変換された後にバッテリ５に充電されたり、直接エンジン１やその他の電装系機器によって消費される。

ターボユニット２には、そのタービン／コンプレッサ２ａの回転軸近傍に潤滑油を循環させるオイル流路８も接続されている。本実施形態のターボユニット２は、循環される潤滑油によって、タービン／コンプレッサ２ａの回転軸の潤滑・冷却を行っている。なお、この潤滑油循環は、タービン／コンプレッサ２ａの回転軸だけでなくターボユニット２全体を冷却する効果もある。オイル流路８は、ターボユニット２の循環・冷却のための潤滑油を貯留するオイルパン９に接続されている。また、オイル流路８上には、潤滑油をオイルパン９からターボユニット２に向けて送出する電動のポンプ１０も配設されている。

ポンプ１０も、コントローラ６に接続されており、その駆動がコントローラ６によって制御されている。即ち、コントローラ６によってポンプ１０の駆動を制御することで、潤滑油の循環量（ターボユニット２への供給量）を制御している。これらの、オイル流路８やオイルパン９、ポンプ１０などが、潤滑油供給手段として機能している。また、コントローラ６やＥＣＵ７などが制御手段として機能している。コントローラ６及びＥＣＵ７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。

上述した構成の制御装置によってターボユニット（過給機）２への潤滑油量を制御する際のフローチャートを図２に示す。まず、潤滑油量を決定する際のパラメータとなるモータ２ｂの回転数と潤滑油温を検出する（ステップ２００）。上述したように、モータ２ｂの回転数（タービン／コンプレッサ２ａ［回転軸］の回転数：ターボ回転数）は、モータ２ｂ自身で検出できる。また、潤滑油温は、温度センサ２ｃによって、タービン／コンプレッサ２ａの排気側回転軸の油温が検出されている。次に、モータ２ｂによって、過給アシストを行っているか否か判定する（ステップ２１０）。

モータ２ｂによる過給アシストを行っている場合は、ステップ２００で検出したモータ２ｂの回転数及び潤滑油温とに基づいて、図３に示されるマップから潤滑油量を決定する（ステップ２２０）。図３のマップから分かるように、潤滑油量は、モータ２ｂの駆動回転数が高いほど多くされている。このようにすることで、モータ２ｂの高回転時には潤滑油量を増やしてオイル切れなどを抑止して確実な潤滑を実現すると共に、より多くの熱をターボユニット２から持ち去って十分な冷却が行われるようにしている。また、モータ２ｂの低回転時には潤滑油量を潤滑・冷却に必要な量を維持しつつも少なくして潤滑油の粘性による回転抵抗増加を抑制している。

また、図３のマップからは、モータ２ｂの駆動回転数が同一である場合には、潤滑油温が高いほど潤滑油量を多くしていることも分かる。モータ２ｂの駆動回転数が一定であったとしても、潤滑油温が高いほど油膜切れが生じやすい。このため、潤滑油温が高いほど潤滑油量を増やして油膜切れを防止している。また、潤滑油量が多いと潤滑油の粘性によってモータ２ｂの回転抵抗となり易い。このため、潤滑油温が低く粘性が大きいときは潤滑油供給量を抑制して、即ち、潤滑油温が高くなる（粘性が小さくなる）ほど潤滑油量を増やすようにすることで、粘性によるモータ２ｂの回転増加に起因するターボラグを抑制している。

さらに、図３のマップからは、モータ２ｂの回転数が所定回転数以下となる場合には、モータ２ｂの駆動回転数や潤滑油温にかかわらず潤滑油量は所定量以下（ここでは一定値）とされていることも分かる。モータ２ｂの回転数が低回転になると潤滑油の粘性の影響を受け易くなる。潤滑油の粘性による回転抵抗増加はターボラグの原因となる。特に、モータ２ｂによる過給アシストの過渡時のレスポンスが悪化する。このため、モータ２ｂの回転数がある程度低回転（ここでは所定回転数以下がこれに相当する）となった場合には、モータ２ｂの駆動回転数や潤滑油温にかかわらず潤滑油量を所定量以下とし、潤滑油の粘性による回転抵抗増加を抑制している。

ステップ２２０で潤滑油量が決定された後は、決定された潤滑油量がターボユニット２に対して供給されるように、コントローラ６やＥＣＵ７によってポンプ１０が制御される（ステップ２３０）。一方、モータ２ｂによる過給アシストが行われいない場合、即ち、ステップ２１０が否定される場合は、図３のマップとは異なるもう一つのマップに基づいて、潤滑油量が決定される（ステップ２４０）。本実施形態では、この場合もモータ２ｂの回転数と潤滑油温とに基づいて潤滑油量が決定されるが、その絶対量は、モータ２ｂによる過給アシストよりも少なくされている。モータ２ｂが排気エネルギーだけで回転している場合と、電気エネルギーでさらに過給アシストしているときとでは、同一回転数でも後者の場合の潤滑油量を多くしている。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、モータ２ｂ付きのターボユニット２の循環系統とエンジン１の循環系統とを独立させた。しかし、ターボユニット２への循環油量を制御できるのであれば、上述した２つの循環系統を統合しても良い（潤滑油は両系統を循環する）。このような場合、エンジン１側の潤滑油の循環はエンジン出力を用いたメカニカルポンプで行い、ターボユニット２側の潤滑油の循環は循環量の調節の容易なポンプで行うようにしてもよい。また、ターボユニット２側の潤滑油の循環に関しては、モータ２ｂの駆動中のみ循環量の調節の容易なポンプで行い、モータ２ｂの非駆動中にはエンジン出力を用いたメカニカルポンプで行うようにしてもよい。

あるいは、本実施形態のような電動のポンプ１０を用いずに、エンジン出力を用いたメカニカルポンプと流量調節機構を設けて本発明の制御装置を構築することも考えられる。このときの流量調節機構としては、例えば、流量調節用のＤＵＴＹ比制御可能なバルブを利用することなどが考えられる。また、この場合の潤滑油送出量の上限はエンジン出力変動に左右されてしまうので、これを改善するためにメカニカルポンプで送出された潤滑油を所定の高圧状態で貯留させておくタンクのようなものを設けても良い。さらに、上述した実施形態では、ターボ回転数はモータ２ｂによって検出した。しかし、ターボ回転数（即ち、モータ２ｂの回転数）を検出するために、センサを設置し、このセンサによって検出するようにしてもよい。

本発明の制御装置の一実施形態を有する内燃機関（エンジン）の構成を示す構成図である。 本発明の制御装置の一実施形態による潤滑油量制御を示すフローチャートである。 潤滑油量とモータ回転数及び潤滑油温との関係を示すマップである。

符号の説明

１…エンジン、２…ターボユニット（過給機）、２ａ…タービン／コンプレッサ（回転軸）、２ｂ…モータ（電動機）、２ｃ…温度センサ、３…吸気通路、４…排気通路、５…バッテリ、６…コントローラ（制御手段）、７…ＥＣＵ（制御手段）、８…オイル流路（潤滑油供給手段）、９…オイルパン（潤滑油供給手段）、９…ターボユニット（潤滑油供給手段）、１０…ポンプ（潤滑油供給手段）。

Claims (2)

1. 車両に搭載された内燃機関の吸気通路上に配設され、回転式電動機によって駆動される過給機と、
   前記電動機の回転軸近傍に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、
   前記潤滑油供給手段による潤滑油の供給を制御する制御手段とを備えており、
   前記制御手段が、前記電動機の回転駆動時に、該電動機の回転数が高いほど前記回転軸近傍への潤滑油の供給量を多くすることを特徴とする電動機付過給機の潤滑制御装置。
2. 前記制御手段が、前記電動機の駆動回転数が同一である場合には潤滑油温度が高いほど前記回転軸近傍への潤滑油の供給量を多くすると共に、前記電動機の回転数が所定回転数以下の場合には前記電動機の駆動回転数及び潤滑油温度にかかわらず供給量を所定量以下とすることを特徴とする請求項１に記載の電動機付過給機の潤滑制御装置。

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