JP2004132264A

JP2004132264A - 回転電機付きターボチャージャ

Info

Publication number: JP2004132264A
Application number: JP2002297697A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takagi; 高木　正支
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】吸気による空冷を有効利用して回転電機７の耐熱性または発熱による効率低下の問題を解消した回転電機付きターボチャージャを提供する。
【解決手段】ターボチャージャ３は、吸気管１に設置されたコンプレッサ４と、排気管２に設置された排気タービン５と、これらを連結するシャフト６とからなる。吸気管１の上流部１Ａ内には、回転電機７である発電モーターが同軸的に設置され、回転軸７２は継ぎ手６２を介してシャフト６の先端部６１に連結されている。回転電機７は吸気管１の中心に位置し、運転中に流速の大きい吸気流で空冷され、吸気翼車４２によって排気タービン５からの輻射熱を遮断でき、完全に吸気管１内に収容されているため、回転電機７の回転音は、吸気管１の管壁により遮断され騒音の低下が可能となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電モーターまたは電動モーター（回転電機）を付設した内燃機関のターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などに搭載される内燃機関のターボチャージャに発電モーターまたは電動モーターを取り付け、排気タービンで発電モーターを駆動して排気エネルギーを電気エネルギーとして回収したり、電動モーターでコンプレッサを駆動して吸気を加圧させ、内燃機関の吸入空気量を早急に増大させる考案がなされている。従来の回転電機付きターボチャージャでは、回転電機が排気タービンとコンプレッサの中間のシャフトの外周に設置されている（たとえば、特許文献１または２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２８８２４２号公報
【特許文献２】
特開平６−３２３１５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気タービンを使って電気エネルギーを回収する場合には排気熱により加熱される発電モーターの耐熱性が問題となり、吸気を十分に加圧する場合には大型の電動モーターでの発熱による効率の低下が問題となる。
この発明の目的は、吸気による空冷を有効利用して回転電機の耐熱性または発熱による効率低下の問題を解消した回転電機付きターボチャージャを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜３に記載の発明は、回転電機を吸気路に設置するとともに、コンプレッサから上流側に延長したシャフトに連結している。この構成では、回転電機が吸気により冷却されるとともに、回転電機を、高温度となる排気タービンに対しコンプレッサの吸気翼車で遮蔽された位置に設置している。このため、回転電機を低温度に維持でき、耐熱性の問題が解消されるとともに効率を向上できる。
【０００６】
請求項４に記載の発明は、回転電機を、コンプレッサの吸気翼車に付設した回転子と、コンプレッサのケーシングに取り付けた固定子とで構成している。これにより、回転子は吸気翼車と一体に回転して吸気により冷却される。また、固定子は偏平に形成でき、放熱性に優れる。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、回転電機を吸気路の中央に設置している。このため、回転電機の全体を吸気流で効率よく冷却できる。また、回転電機は排気タービンに対しコンプレッサの吸気翼車で遮蔽された場所に位置するため、熱が遮蔽され昇温が防止される。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、回転電機の端部を吸気路の壁面に取り付けている。このため、回転電機の冷却、組付およびメンテナンスの両立が容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図１に示す第１実施例とともに説明する。図１は吸気路を形成する吸気管１および排気路を形成する排気管２を備えるとともに、ターボチャージャ３が装着された内燃機関（エンジン）Ｅの概略構成を示す。ターボチャージャ３は、吸気管１に設置されたコンプレッサ４と、排気管２に設置された排気排気タービン５と、コンプレッサ４と排気タービン５とを連結するシャフト６とからなる。
【００１０】
吸気管１の上流部にはエアクリーナー１１が装着され、排気管２の下流部には排気ガス浄化用の触媒２１が設置されている。コンプレッサ４と内燃機関Ｅとの間には空冷インタークーラー１３が介装されている。空冷インタークーラー１３にはフロントグリルシャッター１５が付設され、エンジンルーム内への冷却空気の流入が調節できるようになっている。
【００１１】
コンプレッサ４は、スクロールケーシング４１と、該スクロールケーシング４１内に配されるとともにシャフト６に外嵌された吸気翼車４２とを備えている。スクロールケーシング４１の吸気口４３には、同軸的に配された吸気管１の上流部１Ａが接続されており、該上流部１Ａ内にシャフト６の先端部６１が延長されている。
【００１２】
吸気管１の上流部１Ａ内には、回転電機７である発電モーターが同軸的に設置されている。回転電機７は、ケーシング７１と、該ケーシング７１内に配した固定子および回転子（いずれも図示せず）を有し、回転軸７２は継ぎ手６２を介してコンプレッサ４の回転軸であるシャフト６の先端部６１に連結されている。ケーシング７１は、放射状に配された複数のステイ７３により、上流部１Ａの内壁に支持され、吸気管１の中心に配置されている。
【００１３】
この発明では、回転電機７は吸気管１の中心に位置し、運転中に流速の大きい吸気流で空冷される。また、吸気翼車４２によって排気タービン５からの輻射熱を遮断できるので、回転電機７の温度上昇が防止される。さらに、回転電機７は、完全に吸気管１内に収容されているため、回転電機７の回転音は、吸気管１の管壁により遮断され騒音の低下が可能となる。
【００１４】
回転電機７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）により制御され、図２に示す流れ図のように、内燃機関Ｅの始動が完了（完爆）した（ステップＳ３１）後に、排気ガス温度が高いときでも、作動しブレーキが踏まれたとき（ステップＳ３２）、または変速機のシフトダウンがなされたとき（ステップＳ３３）には、ブレーキ信号またはシフトダウン信号で発電回路をオン（ステップＳ３４）し、発電して排気エネルギーを回収する。
【００１５】
また、図３に示す流れ図のように、内燃機関Ｅの運転中にヒータースイッチを入れる（ステップＳ３５）と、外気温度が設定値ｔ０より大きく（ステップＳ３６）、かつエンジン冷却水温が設定値ｔｗより小さい（ステップＳ３７）場合には、発電回路がオン（ステップＳ３８）する。この発電負荷でシャフト６のトルク負荷が増大し、ターボチャージャ３を減速させることにより排気圧や排気ガス温度が上がり、燃料消費を増やす。この結果、冷却水温度が上がりヒーターの暖房能力が増大する。また、内燃機関Ｅの回転速度を低下させ、吸気ファンを減速するとともに、エンジン騒音が低下する。
【００１６】
図４は、第２実施例を示す。この実施例では回転電機７のケーシング７１に窓７４を設け、吸気管１内に回転電機７の内部を一部開放し、吸気がケーシング７１を通過するようにしている。これにより、回転電機７から発生する正イオンが吸気中に放出され、内燃機関Ｅの燃焼が促進されるとともに、回転電機７の内部が強制空冷されるため、発電効率を向上できる。
【００１７】
図５は、第３実施例を示す。この実施例では、外気温度が低い状態で内燃機関Ｅが始動するときに、電動モーターである回転電機７をオンしてコンプレッサ４を回転させる。これにより、吸気は断熱圧縮して温度が上がるとともに、回転電機７の発熱でも昇温し、寒冷地での内燃機関Ｅの始動に要する時間を短縮できる。
【００１８】
図６は第４実施例を示し、コンプレッサ４の吸気口４３の上流側吸気管１Ｂは吸気口４３に対し直交的に設けられている。上流側吸気管１Ｂには、シャフト６の軸線上に取付穴７５が開けられ、ケーシング７１の端部７６が差し込まれて、締結部材７７により締結されている。
【００１９】
この実施例では、吸気管１の外部から回転電機７を組み付け、取り外しできるので、回転電機７の組付作業およびメンテナンス作業が容易である。また、ケーシング７１の主要部を吸気管１内に露出させているので、吸気による回転電機７の冷却も行われ、かつ吸気翼車４２によって排気タービン５からの輻射熱を遮断できるので、回転電機７の温度上昇が防止される。
【００２０】
図７は第５実施例を示し、回転電機７の一部を吸気管１内に配置し、残部を吸気管１外に配置した構成を有する。回転電機７は、コンプレッサ４の吸気翼車４２のデスク４４に固定した回転子７８と、デスク４４に平行したスクロールケーシング４１の排気タービン５側の側壁４５に設置した固定子７９とからなる。回転子７８は円環板状を呈しデスク４４の下流側面に締結され、固定子７９は側壁４５の外側面に固着されている。
【００２１】
この実施例の構成では、排気ガスにより高温度となる排気タービン５からシャフト６を介して回転子７８や固定子７９に熱伝導が行われることを防止できる。また、回転子７８は高速回転する吸気翼車４２に固着されているため、吸気により効率よく冷却され、固定子７９は放射冷却が円滑になされる。この結果、回転電機７の耐熱性の向上と発電または電動効率の低下を防止できる。
【００２２】
〔変形例〕
この発明の回転電機付きターボチャージャは、冷却水の温度の立ち上がり性能をよくするため、つぎの使用も可能である。回転電機７（電動モーター）をオンして断熱空気を供給するために、内燃機関Ｅの始動が完了（完爆）して自動車が走行を始める場合、空冷インタークーラー１３の冷却機能を止める目的で、フロントグリルシャッター１５を閉じる。これにより、吸気管１内の圧縮された断熱空気の冷却を防ぎ、エンジンルーム内に流入する空気量を制限するとともに内燃機関Ｅ本体からの放熱を防ぎ、冷却水温を適正温度に上げ、初期エミッションを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回転電機付きターボチャージャの概略構成図である。
【図２】作動を示す流れ図である。
【図３】作動を示す流れ図である。
【図４】第２実施例の回転電機付きターボチャージャの概略構成図である。
【図５】第３実施例の回転電機付きターボチャージャの概略構成図である。
【図６】第４実施例の回転電機付きターボチャージャの概略構成図である。
【図７】第５実施例の回転電機付きターボチャージャの概略構成図である。
【符号の説明】
Ｅ　　内燃機関
１　　吸気管（吸気路）
１Ｂ　上流側吸気管（上流側吸気路）
２　　排気管（排気路）
３　　ターボチャージャ
４　　コンプレッサ
４２　　吸気翼車
４３　　吸気口
５　　排気タービン
６　　　　シャフト
７　　回転電機（電動モーター、発電モーター）
７１　　ケーシング
７３　　ステイ
７５　　取付穴
７６　　端部
７８　　回転子
７９　　固定子

Claims

排気路に設置された排気タービンと、吸気路に設置されるとともにシャフトで前記排気タービンに連結されたコンプレッサとを備えた内燃機関のターボチャージャにおいて、
回転電機を前記吸気路に設置するとともに、前記コンプレッサの回転軸に連結したことを特徴とする回転電機付きターボチャージャ。
排気路に設置された排気タービンと、該排気タービンにシャフトで連結されるとともに、吸気路に設置された発電モーターを備えた回転電機付きターボチャージャ。
吸気路に配されたコンプレッサと、該コンプレッサにシャフトで連結されるとともに、前記吸気路に設置された電動モーターを備えた回転電機付きターボチャージャ。
排気路に設置された排気タービンと、吸気路に設置されるとともにシャフトで前記排気タービンに連結されたコンプレッサとを備えた内燃機関のターボチャージャにおいて、
前記コンプレッサの吸気翼車に付設した回転子と、前記コンプレッサのケーシングに取り付けた固定子とからなる回転電機を付設したことを特徴とする回転電機付きターボチャージャ。
請求項１〜４のいずれか１に記載の回転電機付きターボチャージャにおいて、前記コンプレッサの吸気口の上流側吸気路は、該吸気口と同軸的に設けられており、前記回転電機は、該上流側吸気路の中心に同軸的に配されるとともに、前記吸気路にステイで支持されていることを特徴とする回転電機付きターボチャージャ。
請求項１〜４のいずれか１に記載の回転電機付きターボチャージャにおいて、前記コンプレッサの吸気口の上流側吸気路は、該吸気口と直行的に設けられており、前記回転電機は、端部が前記吸気口の延長線上の前記上流側吸気路の側壁に開けた取付穴に保持されて取り付けられていることを特徴とする回転電機付きターボチャージャ。