JP2007224899A - Motor-driven supercharger - Google Patents

Motor-driven supercharger Download PDF

Info

Publication number
JP2007224899A
JP2007224899A JP2007000044A JP2007000044A JP2007224899A JP 2007224899 A JP2007224899 A JP 2007224899A JP 2007000044 A JP2007000044 A JP 2007000044A JP 2007000044 A JP2007000044 A JP 2007000044A JP 2007224899 A JP2007224899 A JP 2007224899A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
coolant
electric motor
temperature
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007000044A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4780328B2 (en
Inventor
Masahiro Shimizu
政宏 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2007000044A priority Critical patent/JP4780328B2/en
Publication of JP2007224899A publication Critical patent/JP2007224899A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4780328B2 publication Critical patent/JP4780328B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor-driven supercharger without deteriorating efficiency in a compressor even if also serving as the cooling of an electric motor and a diffuser part by lengthening a continuous operation time by effectively restraining a temperature rise in the electric motor, by properly exhibiting a temperature rise restraining effect of the electric motor by a coolant. <P>SOLUTION: This motor-driven supercharger has a coolant flow rate adjusting means (a flow rate adjusting part 37 and a control part 40) capable of adjusting a flow rate of the coolant. By the flow rate adjusting part 37 and the control part 40, the flow rate of the coolant 41 is set to a first flow rate (a large flow rate) of cooling the electric motor 20 in a state of being the predetermined temperature higher but not lower than zero in a temperature difference of subtracting the temperature of the coolant 41 from the temperature of the electric motor 20, and the flow rate of the coolant 41 is set to a flow rate lower than the first flow rate, that is, a second flow rate (a small flow rate) of restraining heating action to the electric motor 20 in a state of being lower than the predetermined temperature not lower than zero in the temperature difference. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスにより駆動し吸気を圧縮して過給する過給機において、コンプレッサの回転駆動を補助する電動機を備えた電動機付過給機に関する。   The present invention relates to a supercharger equipped with an electric motor provided with an electric motor that assists rotational driving of a compressor in a supercharger that is driven by exhaust gas of an internal combustion engine to compress and supercharge intake air.

内燃機関の性能向上のために、内燃機関の排気ガスで駆動し吸気を圧縮して過給する過給機(「ターボチャージャ」とも称される。)が広く用いられている。また、過給機のシャフトと同軸上に電動機を組み込み、コンプレッサの回転駆動を加速補助することにより、加速応答性等を改善した過給機も用いられている。このような電動機による電動アシスト機能をもつ過給機を電動機付過給機という。   In order to improve the performance of an internal combustion engine, a supercharger (also referred to as “turbocharger”) that is driven by exhaust gas of the internal combustion engine and compresses intake air to supercharge is widely used. In addition, a turbocharger in which acceleration response is improved by incorporating an electric motor coaxially with the shaft of the supercharger and assisting acceleration of the rotational drive of the compressor is also used. Such a supercharger having an electric assist function by an electric motor is called a supercharger with an electric motor.

図4は、従来の電動機付過給機50の概略構成を示す図である。過給機50の排気通路側には、タービンインペラ52とこれを囲むタービンハウジング51Aが配設されている。タービンハウジング51Aは、タービンインペラ52の周囲に形成されたスクロール室63を有し、このスクロール室63は環状ガス流路64を介してタービンインペラ52と連通している。
また、タービンハウジング51Aには、中央部にタービンインペラ52と同心の排気口65が形成されている。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional supercharger 50 with an electric motor. On the exhaust passage side of the supercharger 50, a turbine impeller 52 and a turbine housing 51A surrounding the turbine impeller 52 are disposed. The turbine housing 51 </ b> A has a scroll chamber 63 formed around the turbine impeller 52, and the scroll chamber 63 communicates with the turbine impeller 52 via an annular gas passage 64.
Further, an exhaust port 65 concentric with the turbine impeller 52 is formed at the center of the turbine housing 51A.

電動機付過給機50の吸気通路側には、コンプレッサインペラ53とこれを囲むコンプレッサハウジング51Bが配設されている。
コンプレッサハウジング51Bは、コンプレッサインペラ53の周囲に形成されたスクロール室66を有し、このスクロール室66は環状に形成されたディフューザ部67を介してコンプレッサインペラ53と連通している。
また、コンプレッサハウジング51Bには、中央部にコンプレッサインペラ53と同心の吸気口68が形成されている。
A compressor impeller 53 and a compressor housing 51B surrounding the compressor impeller 53 are disposed on the intake passage side of the supercharger with motor 50.
The compressor housing 51B has a scroll chamber 66 formed around the compressor impeller 53, and the scroll chamber 66 communicates with the compressor impeller 53 via a diffuser portion 67 formed in an annular shape.
Further, the compressor housing 51B is formed with an air inlet 68 concentric with the compressor impeller 53 at the center.

タービンインペラ52とコンプレッサインペラ53はシャフト54により連結されている。シャフト54はセンターハウジング51Cに内蔵されたベアリング55によって回転自在に支持されている。
また、センターハウジング51Cには、シャフト54と同軸上に連結された回転子56と、回転子56の周囲に配設された固定子57とを有する電動機58が内蔵されている。
The turbine impeller 52 and the compressor impeller 53 are connected by a shaft 54. The shaft 54 is rotatably supported by a bearing 55 built in the center housing 51C.
Further, the center housing 51 </ b> C incorporates an electric motor 58 having a rotor 56 coaxially connected to the shaft 54 and a stator 57 disposed around the rotor 56.

このように構成された電動機付過給機50では、内燃機関(エンジン)からの排気ガスがスクロール室63に導入されると、環状ガス流路64を介して排気ガスが排気口65へ流れてタービンインペラ52を通過する過程でタービンインペラ52を回転させる。すると、シャフト54を介してタービンインペラ52に連結されたコンプレッサインペラ53が回転駆動されると同時に電動機58によりその回転駆動が補助され、コンプレッサインペラ53により吸気口から吸入された空気を加速する。加速した空気は、ディフューザ部67を通過する過程で減速加圧されてスクロール室66へと導入され、図示しない吐出部から吐き出されて内燃機関に供給される。   In the supercharger 50 with the motor configured as described above, when exhaust gas from the internal combustion engine (engine) is introduced into the scroll chamber 63, the exhaust gas flows to the exhaust port 65 via the annular gas flow path 64. In the process of passing through the turbine impeller 52, the turbine impeller 52 is rotated. Then, the compressor impeller 53 connected to the turbine impeller 52 via the shaft 54 is rotationally driven, and at the same time, the rotational drive is assisted by the electric motor 58, and the air taken in from the intake port by the compressor impeller 53 is accelerated. The accelerated air is depressurized and pressurized in the process of passing through the diffuser portion 67, is introduced into the scroll chamber 66, is discharged from a discharge portion (not shown), and is supplied to the internal combustion engine.

このような電動機付過給機50では、過給機の稼働中、電動機58が高速回転し風損や渦電流損により自己発熱する。また、タービンには高温の排気ガスが流れるため、タービンインペラ52からシャフト54、シャフト54から電動機58の回転子56への熱伝導により電動機58が高温となる。
電動機58が高温になると内部の永久磁石が減磁したり、電動機58の効率が低下したりする。また、電動機58が高温になり運転上限温度に達した場合、電動機58を駆動することができないため、電動アシスト機能を利用することができなくなる。
In such a supercharger 50 with an electric motor, the electric motor 58 rotates at high speed during operation of the supercharger and self-heats due to windage loss and eddy current loss. Further, since high-temperature exhaust gas flows through the turbine, the electric motor 58 becomes hot due to heat conduction from the turbine impeller 52 to the shaft 54 and from the shaft 54 to the rotor 56 of the electric motor 58.
When the electric motor 58 becomes high temperature, an internal permanent magnet is demagnetized or the efficiency of the electric motor 58 is reduced. In addition, when the electric motor 58 becomes high temperature and reaches the upper limit temperature, the electric motor 58 cannot be driven, and thus the electric assist function cannot be used.

そこで、過給機50では、図4に示すように、センターハウジングのタービン側の部位に、タービン側冷却液流路60を形成し、このタービン側冷却液流路60に冷却液を流してその周辺部位を冷却し、電動機側への伝熱を抑制している。
さらに、過給機50では、電動機58を取り囲むように電動機側冷却液流路61を形成し、この電動機側冷却液流路61に冷却液62を流してその冷却作用により電動機58の温度上昇を抑制するように構成している。
タービン側冷却液流路60と、電動機側冷却液流路61とは、センターハウジング内に形成された連通路(図示せず)により連通しており、両流路には共通の冷却液62が流れるようになっている。
Therefore, in the supercharger 50, as shown in FIG. 4, a turbine side coolant flow path 60 is formed in a turbine side portion of the center housing, and the coolant is caused to flow through the turbine side coolant flow path 60. The peripheral part is cooled to suppress heat transfer to the motor side.
Further, in the supercharger 50, a motor side coolant flow path 61 is formed so as to surround the motor 58, and the coolant 62 is caused to flow through the motor side coolant flow path 61 to increase the temperature of the motor 58 by the cooling action. It is configured to suppress.
The turbine-side coolant flow path 60 and the motor-side coolant flow path 61 communicate with each other through a communication path (not shown) formed in the center housing. It comes to flow.

ところで、タービン側と電動機側とで冷却液流路の系統を独立に設け、それぞれ、独立に冷却液を流す方式もあるが、設計、製造等の容易さの観点から、過給機50のようにタービン側と電動機側とで共通の冷却液を使用する方式が広く採用されている。
また、上述した電動機付過給機において、冷却液流路60、61を流れる冷却液62は、ラジエタ水が使用されるのが一般的であり、この場合、冷却液62の温度は80℃〜120℃程度である。一般的に、電動機付過給機では、電動機を常時駆動する必要性は高くなく、ある一定時間、電動アシスト効果を発揮できればよいという考えに基づき設計されている。このため、冷却液62の冷却能力と電動機58の温度上昇とがバランスしない設計となっており、電動機側冷却液流路61に冷却液を流しても電動機58の温度を低下させるまでに至らず、電動機58の温度は上昇する。
すなわち、過給機50では、電動機側冷却液流路61に冷却液62を流して電動機58の温度上昇を抑制し、電動機58の運転時において、電動機58が上限温度(例えば180℃)に到達するまでの時間(連続運転時間)を長くするようになっている。
By the way, there is a system in which a coolant channel system is independently provided on the turbine side and the motor side, and the coolant flows independently. However, from the viewpoint of ease of design, manufacture, etc. In addition, a method of using a common coolant on the turbine side and the motor side is widely adopted.
In the supercharger with an electric motor described above, radiator water is generally used as the cooling liquid 62 flowing through the cooling liquid channels 60 and 61. In this case, the temperature of the cooling liquid 62 is 80 ° C. to 80 ° C. It is about 120 ° C. In general, a supercharger with an electric motor is designed based on the idea that it is not necessary to always drive the electric motor, and the electric assist effect may be exhibited for a certain period of time. For this reason, the cooling capacity of the cooling liquid 62 and the temperature increase of the electric motor 58 are not balanced, and even if the cooling liquid flows through the electric motor side cooling liquid flow path 61, the temperature of the electric motor 58 does not decrease. The temperature of the electric motor 58 rises.
That is, in the supercharger 50, the coolant 62 is caused to flow through the motor-side coolant flow path 61 to suppress the temperature rise of the motor 58, and the motor 58 reaches the upper limit temperature (for example, 180 ° C.) during operation of the motor 58. The time to start (continuous operation time) is lengthened.

なお、このような電動機付過給機としては、例えば下記特許文献1、2、等種々の提案がなされている。   As such a supercharger with an electric motor, various proposals such as the following Patent Documents 1 and 2 have been made.

特開2004−3420号公報JP 2004-3420 A 特開2000−130176号公報JP 2000-130176 A

上述したように、電動機付過給機において、冷却液流路60、61を流れる冷却液は、ラジエタ水が使用されるのが一般的であり、この場合、冷却液の温度は80℃〜120℃程度である。
このため、定格運転時のように電動機58の温度が冷却液の温度より高い場合には、電動機58の温度上昇を抑制する効果がある。
しかしながら、運転開始直後や、定格運転より回転速度の低い部分負荷の状態において、電動機58の温度が冷却液62の温度より低い場合には、逆に、冷却液62により電動機58が加熱され、電動機58の上限温度までの温度差が減少する。すなわち、この場合、冷却液62は、電動機58の連続運転時間を短くする方向に作用し、本来の目的とは全く逆の機能を発揮していることになる。
As described above, in the supercharger with an electric motor, the coolant flowing through the coolant flow paths 60 and 61 is generally radiator water. In this case, the temperature of the coolant is 80 ° C. to 120 ° C. It is about ℃.
For this reason, when the temperature of the electric motor 58 is higher than the temperature of the coolant as in the rated operation, there is an effect of suppressing the temperature increase of the electric motor 58.
However, when the temperature of the electric motor 58 is lower than the temperature of the coolant 62 immediately after the start of operation or in a partial load state where the rotational speed is lower than that of the rated operation, the motor 58 is heated by the coolant 62 conversely. The temperature difference up to the upper limit temperature of 58 is reduced. That is, in this case, the coolant 62 acts in the direction of shortening the continuous operation time of the electric motor 58 and exhibits a function completely opposite to the original purpose.

また、本出願人は、特願2005−233772において、電動機を囲み且つディフューザ部に隣接する位置に冷却液流路を設け、電動機とディフューザ部の双方の冷却機能を兼ね備えた冷却構造をもつ電動機付過給機について出願した。
このように電動機とディフューザ部の冷却を兼ねた電動機付過給機では、コンプレッサ吐出温度が冷却液温度より低くなる部分負荷においては、温度の高い冷却液が温度の低いディフューザ部を加熱する。
この結果、コンプレッサの吐出空気も加熱され、コンプレッサの効率が低下することがある。
In addition, in the Japanese Patent Application No. 2005-233772, the applicant of the present invention is provided with a motor having a cooling structure in which a coolant flow path is provided at a position that surrounds the motor and is adjacent to the diffuser unit, and has both the cooling function of the motor and the diffuser unit. I applied for a turbocharger.
Thus, in the supercharger with an electric motor that serves both for cooling the electric motor and the diffuser part, in a partial load where the compressor discharge temperature is lower than the coolant temperature, the coolant having a high temperature heats the diffuser part having a low temperature.
As a result, the discharge air of the compressor is also heated, and the efficiency of the compressor may be reduced.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷却液による電動機の温度上昇抑制効果を適正に発揮させることにより、電動機の温度上昇を効果的に抑制して連続運転時間を長くすることができるとともに、電動機とディフューザ部の冷却を兼ねた場合であっても、コンプレッサの効率低下を招くことがない電動機付過給機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and by appropriately exerting the effect of suppressing the temperature rise of the motor by the coolant, the temperature rise of the motor is effectively suppressed and the continuous operation time is lengthened. An object of the present invention is to provide a supercharger with an electric motor that can reduce the efficiency of the compressor even when the electric motor and the diffuser section are also cooled.

上記課題を解決するために、本発明の電動機付過給機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる電動機付過給機は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に配設されたセンターハウジング内にコンプレッサインペラの回転を加速補助する電動機を備えるとともに、前記センターハウジング内に、冷却液を流通させて前記電動機を冷却する電動機側冷却液流路と、該電動機側冷却液流路の冷却液と共通の冷却液を流通させて前記センターハウジングの前記タービンインペラ側の部位を冷却するタービン側冷却液流路と、を有する電動機付過給機において、前記冷却液の流量を調整可能な冷却液流量調節手段を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the supercharger with an electric motor of the present invention employs the following means.
That is, the supercharger with an electric motor according to the present invention includes an electric motor for accelerating the rotation of the compressor impeller in a center housing disposed between the turbine housing and the compressor housing, and the cooling in the center housing. An electric motor-side coolant flow path for circulating the liquid to cool the electric motor, and a coolant common to the electric motor-side coolant flow path are circulated to cool the turbine impeller side portion of the center housing A supercharger with an electric motor having a turbine-side coolant flow path is provided with a coolant flow rate adjusting means capable of adjusting the flow rate of the coolant.

また、前記冷却液流量調節手段は、前記電動機の温度から前記冷却液の温度を引いた温度差が零以上の所定の温度以上の状態においては前記冷却液の流量を前記電動機を冷却する第1の流量に設定し、前記温度差が零以上の所定の温度より低い状態においては前記冷却液の流量を前記第1の流量より小さい流量であって前記電動機に対する加熱作用を抑制する第2の流量に設定する、ことを特徴とする。   The cooling liquid flow rate adjusting means cools the electric motor at a flow rate of the cooling liquid in a state where a temperature difference obtained by subtracting the temperature of the cooling liquid from the temperature of the electric motor is equal to or higher than a predetermined temperature of zero or more. A second flow rate that suppresses the heating action on the electric motor when the temperature difference is lower than a predetermined temperature of zero or more and the flow rate of the coolant is smaller than the first flow rate. It is characterized by setting to.

このように、冷却液流量調節手段は、電動機の温度から冷却液の温度を引いた温度差が零以上の所定の温度より低い状態においては冷却液の流量を電動機に対する加熱作用を抑制する第2の流量に設定するので、冷却液による電動機の加熱は最小限に抑えられる。
また、電動機の温度が低く、かつコンプレッサの吐出空気温度が電動機の温度より低い部分負荷の状態では、コンプレッサ側から電動機側に流入する吐出空気により、電動機が冷却される。
センターハウジングのタービン側は、排気ガスが流入するタービンインペラに隣接しており、電動機の運転状態に関わらず高温となるため、当該タービン側の冷却に必要な最低限の冷却液を流さなければならない。この点、冷却液流量調節手段では、電動機の温度が低い場合でも第2の流量の冷却液を流すため、タービン側冷却液流路に一定流量の冷却液を流してセンターハウジングのタービン側の冷却を維持することができる。
一方、電動機の温度から冷却液の温度を引いた温度差が零以上の所定の温度以上の状態においては冷却液の流量を電動機を冷却する第1の流量に設定するので、冷却液の冷却作用により電動機の温度上昇が抑制される。
このように、冷却液による電動機の温度上昇抑制効果を適正に発揮させることができるので、電動機の温度上昇を効果的に抑制することができる。このため、運転上限温度に到達するまでの時間を長くすることができる。すなわち、電動機の連続運転時間を長くすることができる。
したがって、電動機による電動アシストの効果を最大限生かすことができる。
In this manner, the coolant flow rate adjusting means suppresses the heating action on the motor by reducing the coolant flow rate when the temperature difference obtained by subtracting the coolant temperature from the motor temperature is lower than a predetermined temperature of zero or more. Therefore, the heating of the electric motor by the coolant is minimized.
Further, in a partial load state where the temperature of the motor is low and the discharge air temperature of the compressor is lower than the temperature of the motor, the motor is cooled by the discharge air flowing from the compressor side to the motor side.
The turbine side of the center housing is adjacent to the turbine impeller into which the exhaust gas flows, and becomes hot regardless of the operating state of the electric motor. Therefore, the minimum coolant necessary for cooling the turbine side must flow. . In this respect, in the coolant flow rate adjusting means, the coolant at the second flow rate is allowed to flow even when the temperature of the electric motor is low. Can be maintained.
On the other hand, in a state where the temperature difference obtained by subtracting the coolant temperature from the motor temperature is equal to or higher than a predetermined temperature of zero or more, the coolant flow rate is set to the first flow rate for cooling the motor. This suppresses the temperature rise of the electric motor.
Thus, since the temperature rise suppression effect of the electric motor by the coolant can be appropriately exhibited, the temperature rise of the electric motor can be effectively suppressed. For this reason, it is possible to lengthen the time until the operation upper limit temperature is reached. That is, the continuous operation time of the electric motor can be extended.
Therefore, the effect of the electric assist by the electric motor can be maximized.

また、電動機とディフューザ部の双方の冷却機能を兼ね備えた冷却構造をもつ電動機付過給機であっても、上記のように冷却液の流量が制御されることにより、電動機の部分負荷時においては冷却水が第2の流量であり、コンプレッサ吐出空気を加熱することがないので、コンプレッサの効率が低下することがない。   In addition, even in a supercharger with a motor having a cooling structure that combines both the cooling function of the electric motor and the diffuser part, the flow rate of the coolant is controlled as described above, so that at the time of partial load of the electric motor Since the cooling water has the second flow rate and does not heat the compressor discharge air, the efficiency of the compressor does not decrease.

また、本発明にかかる電動機付過給機では、前記冷却液流量調節手段は、前記温度差が零より大きい第1の温度差以上に増大したときに前記冷却液の流量を前記第2の流量から前記第1の流量に切り替え、前記温度差が零以上であって前記第1の温度差より小さい第2の温度差以下に減少したときに前記冷却液の流量を前記第1の流量から前記第2の流量に切り替える、ことを特徴とする。   Moreover, in the supercharger with an electric motor according to the present invention, the coolant flow rate adjusting means sets the coolant flow rate to the second flow rate when the temperature difference increases to a first temperature difference greater than zero. From the first flow rate to the first flow rate, and when the temperature difference is less than or equal to zero and less than a second temperature difference less than the first temperature difference, the coolant flow rate is changed from the first flow rate to the first flow rate. Switching to the second flow rate is a feature.

このように、冷却液の流量を第2の流量から第1の流量に切り替えるときは第1の温度差で切り替え、第2の流量から第1の流量に切り替えるときは第1の温度差より小さい第2の温度差で切り替えるようにし、ヒステリシスをもたせたので、頻繁な切り替え動作(チャタリング現象)を抑制できる。
また、第1の流量から第2の流量に切り替える逆動作の基準となる第2の温度差が零以上に設定されているので、電動機の温度が冷却液の温度より低いときは常に第2の流量の冷却液が流れる。このため、冷却液による電動機の加熱が確実に抑えられる。
Thus, when the flow rate of the coolant is switched from the second flow rate to the first flow rate, it is switched at the first temperature difference, and when the coolant flow rate is switched from the second flow rate to the first flow rate, it is smaller than the first temperature difference. Since switching is performed at the second temperature difference and hysteresis is provided, frequent switching operation (chattering phenomenon) can be suppressed.
In addition, since the second temperature difference serving as a reference for the reverse operation for switching from the first flow rate to the second flow rate is set to zero or more, the second temperature difference is always set when the motor temperature is lower than the coolant temperature. Flowing coolant flows. For this reason, the heating of the electric motor by a cooling fluid is suppressed reliably.

また、本発明にかかる電動機付過給機では、前記冷却液流量調節手段は、前記センターハウジングに前記冷却液を供給する冷却液供給ライン上に並列に設けられた開閉弁及び固定オリフィスと、前記電動機の温度と前記冷却液の温度に基づいて前記開閉弁を制御する制御部と、を有し、前記開閉弁が開状態で前記冷却液の流量が前記第1の流量となり、前記開閉弁が閉状態で前記冷却液の流量が前記第2の流量となる、ことを特徴とする。   Further, in the supercharger with an electric motor according to the present invention, the coolant flow rate adjusting means includes an on-off valve and a fixed orifice provided in parallel on a coolant supply line for supplying the coolant to the center housing, A controller that controls the on-off valve based on the temperature of the electric motor and the temperature of the coolant, and the flow rate of the coolant is the first flow rate when the on-off valve is open, and the on-off valve is The flow rate of the coolant is the second flow rate in the closed state.

このように、開閉弁と固定オリフィスにより、第1の流量と第2の流量を制御するので、冷却液の流量制御が容易である。
本発明のその他の目的及び有利な特徴は、添付図面を参照した以下の説明から明らかになろう。
Thus, since the first flow rate and the second flow rate are controlled by the on-off valve and the fixed orifice, it is easy to control the flow rate of the coolant.
Other objects and advantageous features of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

本発明によれば、冷却液による電動機の温度上昇抑制効果を適正に発揮させることにより、電動機の温度上昇を効果的に抑制して連続運転時間を長くすることができるとともに、電動機とディフューザ部の冷却を兼ねた場合であっても、コンプレッサの効率低下を招くことがない、という優れた効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to effectively suppress the temperature rise of the electric motor by extending the effect of suppressing the temperature rise of the electric motor by the coolant, and to increase the continuous operation time. Even when cooling is performed, an excellent effect that the efficiency of the compressor is not reduced can be obtained.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は本発明の第1実施形態にかかる電動機付過給機の概略構成を示す図である。図1に示すように、この電動機付過給機10は、タービンインペラ2、タービンハウジング4、シャフト12、コンプレッサインペラ6、コンプレッサハウジング8、電動機20、センターハウジング14等の要素から構成される。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a supercharger with an electric motor according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the supercharger 10 with an electric motor includes elements such as a turbine impeller 2, a turbine housing 4, a shaft 12, a compressor impeller 6, a compressor housing 8, an electric motor 20, and a center housing 14.

排気通路側には、内燃機関の排気ガスGにより回転駆動されるタービンインペラ2と、このタービンインペラ2を囲むタービンハウジング4が配設されている。
タービンハウジング4は、タービンインペラ2の周囲に形成されたスクロール室9を有し、このスクロール室9は環状ガス流路11を介してタービンインペラ2と連通している。
また、タービンハウジング4には、中央部にタービンインペラ2と同心の排気口17が形成されている。
A turbine impeller 2 that is rotationally driven by the exhaust gas G of the internal combustion engine and a turbine housing 4 that surrounds the turbine impeller 2 are disposed on the exhaust passage side.
The turbine housing 4 has a scroll chamber 9 formed around the turbine impeller 2, and the scroll chamber 9 communicates with the turbine impeller 2 through an annular gas passage 11.
The turbine housing 4 is formed with an exhaust port 17 concentric with the turbine impeller 2 at the center.

吸気側通路には、吸気を圧縮するコンプレッサインペラ6と、このコンプレッサインペラ6を囲むコンプレッサハウジング8が配設されている。
コンプレッサハウジング8は、コンプレッサインペラ6の周囲に環状に形成され圧縮空気Aを吐き出すスクロール室21を有する。
コンプレッサインペラ6出口とスクロール室21との間には、その間を連通するようにコンプレッサインペラ6出口から半径方向外方に延びる環状のディフューザ部25が形成されており、これによりコンプレッサインペラ6によって加速された空気Aを減速加圧してスクロール室21へ導くようになっている。
また、コンプレッサハウジング8には、中央部にコンプレッサインペラ6と同心の吸気口27が形成されている。
A compressor impeller 6 that compresses intake air and a compressor housing 8 that surrounds the compressor impeller 6 are disposed in the intake side passage.
The compressor housing 8 includes a scroll chamber 21 that is formed in an annular shape around the compressor impeller 6 and discharges the compressed air A.
An annular diffuser portion 25 extending radially outward from the compressor impeller 6 outlet is formed between the compressor impeller 6 outlet and the scroll chamber 21 so as to communicate therewith. Thus, the compressor impeller 6 is accelerated. The air A is decelerated and pressurized and guided to the scroll chamber 21.
The compressor housing 8 is formed with an air inlet 27 concentric with the compressor impeller 6 at the center.

タービンインペラ2とコンプレッサインペラ6はシャフト12により連結されており、シャフト12はセンターハウジング14に内蔵された軸受19によって回転自在に支持されている。
タービンハウジング4とセンターハウジング14とは、カップリング3により連結され、コンプレッサハウジング8とセンターハウジングとは、ボルト5により連結されている。
The turbine impeller 2 and the compressor impeller 6 are connected by a shaft 12, and the shaft 12 is rotatably supported by a bearing 19 built in the center housing 14.
The turbine housing 4 and the center housing 14 are connected by a coupling 3, and the compressor housing 8 and the center housing are connected by a bolt 5.

電動機20は、センターハウジング14に内蔵され、かつコンプレッサインペラ6に隣接する位置に配置されており、シャフト12と同軸上に連結されシャフト12と共に回転する永久磁石からなる回転子20A(ロータ)と、回転子20Aの周囲に配設されたコイルからなる固定子20B(ステータ)とから構成される。   The electric motor 20 is incorporated in the center housing 14 and is disposed at a position adjacent to the compressor impeller 6, and is connected to the shaft 12 coaxially and is a rotor 20 </ b> A (rotor) made of a permanent magnet that rotates together with the shaft 12. It is comprised from the stator 20B (stator) which consists of a coil arrange | positioned around the rotor 20A.

センターハウジング14には、軸受19に潤滑油42を供給するための油供給路22と、軸受19内部を通過して軸受19を潤滑・冷却した潤滑油42を排出するための油排出路24とが形成されている。
油供給路22には、外部に設置された潤滑油ポンプ(図示せず)により例えば80℃前後の潤滑油42が供給されるようになっている。
The center housing 14 includes an oil supply path 22 for supplying the lubricating oil 42 to the bearing 19, and an oil discharge path 24 for discharging the lubricating oil 42 that has passed through the bearing 19 and lubricated and cooled the bearing 19. Is formed.
The oil supply path 22 is supplied with, for example, a lubricating oil 42 at around 80 ° C. by a lubricating oil pump (not shown) installed outside.

センターハウジング14とコンプレッサハウジング8との間には、中央部に開口を有する円盤状のシールプレート29が介装されている。シールプレート29の開口の内径はコンプレッサインペラ6の外径よりも小さく、シールプレート29の内周側の部位とコンプレッサインペラ6の背面とが僅かな隙間を空けて対向している。このため、コンプレッサインペラ6の出口側と回転子20Aが設けられている空間は連通しており、コンプレッサインペラ6からの吐出空気の一部が電動機20側へ流入するようになっている。
なお、本実施形態では、流路形成部材16とシールプレート29は別体に構成されているが、これらを一体に構成した部材であってもよい。
A disc-shaped seal plate 29 having an opening at the center is interposed between the center housing 14 and the compressor housing 8. The inner diameter of the opening of the seal plate 29 is smaller than the outer diameter of the compressor impeller 6, and the portion on the inner peripheral side of the seal plate 29 and the rear surface of the compressor impeller 6 are opposed to each other with a slight gap. For this reason, the outlet side of the compressor impeller 6 and the space in which the rotor 20A is provided communicate with each other, and a part of the discharge air from the compressor impeller 6 flows into the electric motor 20 side.
In addition, in this embodiment, although the flow-path formation member 16 and the seal plate 29 are comprised separately, the member which comprised these integrally may be sufficient.

センターハウジング14は、ハウジング本体15と、流路形成部材16とを備え、このハウジング本体15と流路形成部材16との間に電動機側冷却液流路34を有している。
流路形成部材16は、冷却液を流通させるための環状凹部16aを有し、全体としてリング状に形成され、ハウジング本体15に嵌入されて挿着されている。そして、ハウジング本体15と流路形成部材16の環状凹部16aとにより冷却液41を流通させる電動機側冷却液流路34が規定されている。
また、環状凹部16aの電動機側の部位はフィン形状に形成されており、これにより熱伝導の効率を高めるようになっている。
ハウジング本体15と流路形成部材16との間には、Oリング31が介装されており、その間が水密に保持される。
The center housing 14 includes a housing main body 15 and a flow path forming member 16, and has an electric motor side coolant flow path 34 between the housing main body 15 and the flow path forming member 16.
The flow path forming member 16 has an annular recess 16a for circulating the coolant, is formed in a ring shape as a whole, and is fitted into and inserted into the housing main body 15. An electric motor side coolant flow path 34 through which the coolant 41 flows is defined by the housing main body 15 and the annular recess 16 a of the flow path forming member 16.
The portion of the annular recess 16a on the electric motor side is formed in a fin shape, thereby improving the efficiency of heat conduction.
An O-ring 31 is interposed between the housing body 15 and the flow path forming member 16, and the space between the O-ring 31 is kept watertight.

電動機側冷却液流路34は、センターハウジング14内を周方向に延びて環状に形成され、内部に電動機20を冷却するための冷却液41を流通させるようになっている。
電動機側冷却液流路34は、電動機20の外周を完全に一周するように形成されても良いし、シャフト12の軸方向から見てC字状に形成されても良い。
The motor-side coolant flow path 34 extends in the circumferential direction in the center housing 14 and is formed in an annular shape, and a coolant 41 for cooling the motor 20 is circulated therein.
The motor-side coolant flow path 34 may be formed so as to make a complete round of the outer periphery of the motor 20, or may be formed in a C shape when viewed from the axial direction of the shaft 12.

センターハウジング14には、電動機側冷却液流路34に冷却液41を供給する冷却液供給ライン32が接続されている。
冷却液供給ライン32の上流側には冷却液ポンプ(図示せず)が接続され、冷却液41が送給されるようになっている。本実施形態において、冷却液41はラジエタ水であり、その温度は80℃〜120℃程度である。
Connected to the center housing 14 is a coolant supply line 32 that supplies a coolant 41 to the motor-side coolant flow path 34.
A coolant pump (not shown) is connected to the upstream side of the coolant supply line 32 so that the coolant 41 is fed. In the present embodiment, the coolant 41 is radiator water, and its temperature is about 80 ° C to 120 ° C.

センターハウジング14のタービンインペラ2側には、シャフト12を囲むように環状のタービン側冷却液流路35が形成されている。
タービン側冷却液流路35は、シャフト12の周りを完全に一周するように形成されても良いし、シャフト12の軸方向から見てC字状に形成されても良い。
また、タービン側冷却液流路35は、センターハウジング14内に形成された連通路(図示せず)により電動機側冷却液流路34と連通しており、電動機側冷却液流路34を通過した冷却液41が連通路を介してタービン側冷却液流路35に流入するようになっている。すなわち、この電動機付過給機10は、電動機側冷却液流路34とタービン側冷却液流路35に共通の冷却液41が流通するように構成されている。
センターハウジング14には、タービン側冷却液流路35から冷却液41を排出する冷却液排出ライン33が接続されている。
An annular turbine-side coolant flow path 35 is formed on the turbine housing 2 side of the center housing 14 so as to surround the shaft 12.
The turbine-side coolant flow path 35 may be formed so as to make a complete round around the shaft 12, or may be formed in a C shape when viewed from the axial direction of the shaft 12.
Further, the turbine side coolant flow path 35 communicates with the motor side coolant flow path 34 through a communication path (not shown) formed in the center housing 14, and has passed through the motor side coolant flow path 34. The cooling liquid 41 flows into the turbine side cooling liquid flow path 35 through the communication path. That is, the supercharger with electric motor 10 is configured such that a common coolant 41 flows through the motor-side coolant channel 34 and the turbine-side coolant channel 35.
A coolant discharge line 33 for discharging the coolant 41 from the turbine side coolant flow path 35 is connected to the center housing 14.

また、本実施形態にかかる電動機付過給機10は、流量調節部37及び制御部40を備えている。
本実施形態において流量調節部37は、冷却液供給ライン32上に並列に配設された開閉弁38と固定オリフィス39とからなり、開閉弁38が開状態で冷却液41の流量が第1の流量(以下、大流量という。)となり、開閉弁38が閉状態で冷却液41の流量が第2の流量(以下、小流量という)となるように構成されている。すなわち、開閉弁38の開閉により、電動機側冷却液流路34に供給される冷却液41の流量が大流量と小流量とに切り替わるようになっている。
制御部40は、冷却液温度と電動機温度とに基づいて、開閉弁38の開閉を制御する機能を有する。制御部40には、ラジエタ水の温度計(図示せず)により計測された冷却液温度と、電動機温度計(図示せず)により計測された電動機温度の温度信号が入力されるようになっている。
本実施形態では、流量調節部37及び制御部40により、電動機20の温度から冷却液41の温度を引いた温度差が零以上の所定の温度以上の状態においては冷却液41の流量を大流量に設定し、上記の温度差が零以上の所定の温度より低い状態においては冷却液41の流量を小流量に設定する。すなわち、本実施形態において、流量調節部37及び制御部40は、冷却液の流量を調整可能な冷却液流量調節手段として機能する。本明細書において、以下、電動機20と冷却液41との温度差とは、電動機20の温度から冷却液41の温度を引いた温度差を意味するものとする。
The supercharger with electric motor 10 according to the present embodiment includes a flow rate adjusting unit 37 and a control unit 40.
In the present embodiment, the flow rate adjusting unit 37 includes an on-off valve 38 and a fixed orifice 39 arranged in parallel on the coolant supply line 32, and the flow rate of the coolant 41 is the first when the on-off valve 38 is open. The flow rate is set to a flow rate (hereinafter referred to as a large flow rate), and the flow rate of the coolant 41 is set to a second flow rate (hereinafter referred to as a small flow rate) when the on-off valve 38 is closed. That is, the flow rate of the coolant 41 supplied to the motor-side coolant flow path 34 is switched between a large flow rate and a small flow rate by opening and closing the on-off valve 38.
The control unit 40 has a function of controlling the opening / closing of the on-off valve 38 based on the coolant temperature and the motor temperature. The controller 40 is supplied with a coolant temperature measured by a radiator water thermometer (not shown) and a temperature signal of an electric motor temperature measured by an electric motor thermometer (not shown). Yes.
In this embodiment, the flow rate of the coolant 41 is increased by the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40 when the temperature difference obtained by subtracting the temperature of the coolant 41 from the temperature of the electric motor 20 is equal to or higher than a predetermined temperature of zero or more. In the state where the temperature difference is lower than a predetermined temperature of zero or more, the flow rate of the coolant 41 is set to a small flow rate. That is, in the present embodiment, the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40 function as a coolant flow rate adjusting unit that can adjust the flow rate of the coolant. In the present specification, hereinafter, the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling liquid 41 means a temperature difference obtained by subtracting the temperature of the cooling liquid 41 from the temperature of the electric motor 20.

図2は、流量調節部37及び制御部40による冷却液41の流量制御について説明する図である。この図において、横軸は電動機温度と冷却液温度との差、縦軸は電動機側冷却液流路34に供給する冷却液41の流量である。
この図に示すように、流量調節部37及び制御部40により、電動機20と冷却液41との温度差が零より大きい第1の温度差(T1)以上に増大したときに冷却液41の流量を小流量から大流量に切り替える。また、電動機20と冷却液41との温度差が零以上であって第1の温度差(T1)より小さい第2の温度差(T2)以下に減少したときに冷却液41の流量を大流量から小流量に切り替える。
第1の温度差(T1)は例えば4℃であり、第2の温度差(T2)は例えば2℃である。なお、第2の温度差(T2)は零であってもよい。
FIG. 2 is a diagram for explaining the flow rate control of the coolant 41 by the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40. In this figure, the horizontal axis represents the difference between the motor temperature and the coolant temperature, and the vertical axis represents the flow rate of the coolant 41 supplied to the motor side coolant channel 34.
As shown in this figure, the flow rate of the cooling liquid 41 when the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling liquid 41 is increased to be greater than or equal to the first temperature difference (T1) greater than zero by the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40. Switch from small flow to large flow. Further, when the temperature difference between the electric motor 20 and the coolant 41 is greater than or equal to zero and less than the second temperature difference (T2) smaller than the first temperature difference (T1), the flow rate of the coolant 41 is increased. Switch from low to low flow.
The first temperature difference (T1) is 4 ° C., for example, and the second temperature difference (T2) is 2 ° C., for example. Note that the second temperature difference (T2) may be zero.

上記の大流量は、冷却液41の冷却作用により電動機20の温度上昇を抑制するのに十分な流量又はそれ以上の流量とする。
電動機20の温度が冷却液41の温度より低い状態では、冷却液41の電動機20に対する加熱作用を抑制する必要がある。一方、センターハウジング14のタービン側は、排気ガスGが流入するタービンインペラ2に隣接しており、電動機20の運転状態に関わらず高温となるため、当該タービン側の冷却に必要な最低限の冷却液41を流さなければならない。したがって、上記の小流量は、大流量より小さい流量であって、電動機20に対する加熱作用を抑制し、且つセンターハウジング14のタービン側の冷却を最低限維持できる程度の最低流量とする。
The large flow rate is set to a flow rate sufficient to suppress the temperature rise of the electric motor 20 due to the cooling action of the coolant 41 or a flow rate higher than that.
In a state where the temperature of the electric motor 20 is lower than the temperature of the cooling liquid 41, it is necessary to suppress the heating action of the cooling liquid 41 on the electric motor 20. On the other hand, the turbine side of the center housing 14 is adjacent to the turbine impeller 2 into which the exhaust gas G flows, and becomes a high temperature regardless of the operating state of the electric motor 20, so that the minimum cooling required for cooling the turbine side is concerned. The liquid 41 must be poured. Therefore, the small flow rate is a flow rate smaller than the large flow rate, and is a minimum flow rate that suppresses the heating action on the electric motor 20 and can maintain the cooling of the center housing 14 on the turbine side to the minimum.

次に、以上のように構成された電動機付過給機10の動作について説明する。
電動機付過給機10では、内燃機関(エンジン)からの排気ガスGがスクロール室9に導入されると、環状ガス流路11を介して排気ガスGが排気口17へ流れてタービンインペラ2を通過する過程でタービンインペラ2を回転させる。
すると、シャフト12を介してタービンインペラ2に連結されたコンプレッサインペラ6が回転駆動されると同時に電動機20によりその回転駆動が補助され、コンプレッサインペラ6により吸気口27から吸入された空気Aを加速する。
加速した空気Aは、ディフューザ部25を通過する過程で減速加圧されてスクロール室21へと導入され、図示しない吐出部から吐き出されて内燃機関に供給される。
Next, operation | movement of the supercharger 10 with an electric motor comprised as mentioned above is demonstrated.
In the supercharger with electric motor 10, when the exhaust gas G from the internal combustion engine (engine) is introduced into the scroll chamber 9, the exhaust gas G flows to the exhaust port 17 through the annular gas flow path 11, thereby causing the turbine impeller 2 to flow. The turbine impeller 2 is rotated in the process of passing.
Then, the compressor impeller 6 connected to the turbine impeller 2 via the shaft 12 is rotationally driven, and at the same time, the rotational drive is assisted by the electric motor 20 to accelerate the air A taken in from the intake port 27 by the compressor impeller 6. .
The accelerated air A is depressurized and pressurized in the process of passing through the diffuser section 25, is introduced into the scroll chamber 21, is discharged from a discharge section (not shown), and is supplied to the internal combustion engine.

また、電動機側冷却液流路34とタービン側冷却液流路35には、冷却液供給ライン32から冷却液41が供給される。
電動機20の運転開始直後や部分負荷時において、電動機20と冷却水41の温度差が第1の温度差(T1)より低い状態においては、制御部40による制御の下、流量調節部37により冷却液41の流量が小流量に設定される。このため、冷却液41による電動機20に対する加熱作用は最小限に抑制される。
また、電動機20の温度が低く、かつコンプレッサの吐出空気温度が電動機20の温度より低い部分負荷の状態では、コンプレッサ側から電動機20側に流入する吐出空気により電動機20が冷却される。このため、電動機20の温度が低温に保持される。
The coolant 41 is supplied from the coolant supply line 32 to the motor-side coolant channel 34 and the turbine-side coolant channel 35.
Immediately after the start of operation of the electric motor 20 or at the time of partial load, when the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling water 41 is lower than the first temperature difference (T1), cooling is performed by the flow rate adjusting unit 37 under the control of the control unit 40. The flow rate of the liquid 41 is set to a small flow rate. For this reason, the heating effect | action with respect to the electric motor 20 by the cooling fluid 41 is suppressed to the minimum.
Further, in a partial load state where the temperature of the electric motor 20 is low and the discharge air temperature of the compressor is lower than the temperature of the electric motor 20, the electric motor 20 is cooled by the discharge air flowing from the compressor side to the electric motor 20 side. For this reason, the temperature of the electric motor 20 is kept at a low temperature.

電動機20が定常運転状態となり、電動機温度が上昇していき、電動機20と冷却液41との温度差が第1の温度差(T1)以上に増大すると、制御部40による制御の下、流量調節部37により冷却液41の流量が小流量から大流量に切り替えられる。このため、冷却液41の冷却作用により電動機20の温度上昇が抑制される。   When the electric motor 20 enters a steady operation state, the electric motor temperature rises, and the temperature difference between the electric motor 20 and the coolant 41 increases to the first temperature difference (T1) or more, the flow rate is adjusted under the control of the control unit 40. The flow rate of the coolant 41 is switched from a small flow rate to a large flow rate by the unit 37. For this reason, the temperature rise of the electric motor 20 is suppressed by the cooling action of the coolant 41.

また、電動機温度が降下していき、電動機20と冷却液41との温度差が第2の温度差(T2)以下に減少すると、制御部40による制御の下、流量調節部37により冷却液41の流量が大流量から小流量に切り替えられる。すると、冷却液41による電動機20に対する加熱作用は最小限に抑制され、且つコンプレッサ側から電動機20側に流入する吐出空気により電動機20が冷却されるため、電動機20の温度が低温に保持される。   Further, when the temperature of the motor decreases and the temperature difference between the motor 20 and the coolant 41 decreases below the second temperature difference (T2), the coolant 41 is controlled by the flow rate controller 37 under the control of the controller 40. Is switched from a large flow rate to a small flow rate. Then, the heating action on the electric motor 20 by the coolant 41 is suppressed to a minimum, and the electric motor 20 is cooled by the discharge air flowing from the compressor side to the electric motor 20 side, so that the temperature of the electric motor 20 is kept low.

次に、本実施形態にかかる電動機付過給機10の作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる電動機付過給機10によれば、流量調節部37及び制御部40(冷却液流量調節手段)により、電動機20と冷却液41の温度差が零以上の所定の温度より低い状態においては冷却液41の流量を小流量に設定するので、冷却液41による電動機20に対する加熱作用は最小限に抑えられる。
また、電動機20の温度が低く、かつコンプレッサの吐出空気温度が電動機20の温度より低い部分負荷の状態では、コンプレッサ側から電動機20側に流入する吐出空気により、電動機20が冷却されるため、電動機20の温度を低温に保持できる。
また、電動機20の温度が低い場合でも小流量の冷却液41を流すため、タービン側冷却液流路35に一定流量の冷却液41を流してセンターハウジング14のタービン側の冷却を維持することができる。
一方、電動機20と冷却液41との温度差が零以上の所定の温度以上の状態においては冷却液41の流量を大流量に設定するので、冷却液41の冷却作用により電動機20の温度上昇が抑制される。
このように、冷却液41による電動機20の温度上昇抑制効果を適正に発揮させることができるので、電動機20の温度上昇を効果的に抑制することができる。このため、運転上限温度に到達するまでの時間を長くすることができる。すなわち、電動機20の連続運転時間を長くすることができる。
したがって、電動機20による電動アシストの効果を最大限生かすことができる。
Next, the operation and effect of the supercharger with electric motor 10 according to the present embodiment will be described.
According to the supercharger 10 with the electric motor according to the present embodiment, the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling liquid 41 is lower than a predetermined temperature of zero or more by the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40 (cooling liquid flow rate adjusting means). In the state, since the flow rate of the cooling liquid 41 is set to a small flow rate, the heating action on the electric motor 20 by the cooling liquid 41 is minimized.
In the state of partial load where the temperature of the electric motor 20 is low and the discharge air temperature of the compressor is lower than the temperature of the electric motor 20, the electric motor 20 is cooled by the discharge air flowing into the electric motor 20 from the compressor side. The temperature of 20 can be kept low.
Further, even when the temperature of the electric motor 20 is low, a small flow rate of the coolant 41 is allowed to flow, so that a constant flow rate of the coolant 41 is caused to flow through the turbine side coolant channel 35 to maintain cooling of the center housing 14 on the turbine side. it can.
On the other hand, in the state where the temperature difference between the electric motor 20 and the coolant 41 is equal to or higher than a predetermined temperature of zero or more, the flow rate of the coolant 41 is set to a large flow rate. It is suppressed.
Thus, since the temperature rise suppression effect of the electric motor 20 by the coolant 41 can be exhibited appropriately, the temperature rise of the electric motor 20 can be effectively suppressed. For this reason, it is possible to lengthen the time until the operation upper limit temperature is reached. That is, the continuous operation time of the electric motor 20 can be lengthened.
Therefore, the effect of the electric assist by the electric motor 20 can be maximized.

また、本実施形態にかかる電動機付過給機10によれば、冷却液41の流量を小流量から大流量に切り替えるときは第1の温度差(T1)で切り替え、大流量から小流量に切り替えるときは第1の温度差より小さい第2の温度差(T2)で切り替えるようにし、ヒステリシスをもたせたので、頻繁な切り替え動作(チャタリング現象)を抑制できる。
また、大流量から小流量に切り替える逆動作の基準となる第2の温度差(T2)が零以上に設定されているので、電動機20の温度が冷却液41の温度より低いときは常に小流量の冷却液41が流れる。このため、冷却液41による電動機20に対する加熱作用を確実に抑えられる。
Further, according to the supercharger 10 with the electric motor according to the present embodiment, when the flow rate of the coolant 41 is switched from the small flow rate to the large flow rate, the switching is performed at the first temperature difference (T1), and the large flow rate is switched to the small flow rate. In some cases, the switching is performed at the second temperature difference (T2) smaller than the first temperature difference and the hysteresis is provided, so that frequent switching operation (chattering phenomenon) can be suppressed.
Further, since the second temperature difference (T2) serving as a reference for the reverse operation for switching from the large flow rate to the small flow rate is set to zero or more, the small flow rate is always set when the temperature of the electric motor 20 is lower than the temperature of the coolant 41. The coolant 41 flows. For this reason, the heating effect | action with respect to the electric motor 20 by the cooling fluid 41 can be suppressed reliably.

また、開閉弁38と固定オリフィス39により、小流量と大流量を制御するので、冷却液41の流量制御が容易である。   Further, since the small flow rate and the large flow rate are controlled by the on-off valve 38 and the fixed orifice 39, the flow rate control of the coolant 41 is easy.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
図3は本発明の第2実施形態にかかる電動機付過給機10の概略構成を示す図である。
本実施形態において、流路形成部材16のディフューザ部25側の部位は、電動機側冷却液流路34を流れる冷却液41とディフューザ部25を流れる空気Aとの間で熱交換ができる構造になっている。また、流路形成部材16のディフューザ部25側の部位はフィン形状に形成され、伝熱面積を広くして熱伝導の効率を高めるようになっている。
伝熱部位を構成する部材の厚さは、冷却液とディフューザ部25との熱交換を十分に行うことができるように設定される。
このような構造により、冷却液流路34を流れる冷却液41と電動機20との間、及びこの冷却液41とディフューザ部25との間で熱交換を行い、電動機20及びディフューザ部25の双方を冷却するようになっている。
すなわち、本実施形態にかかる電動機付過給機10は、電動機20とディフューザ部25の双方の冷却機能を兼ね備えた冷却構造をもつ電動機付過給機である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a supercharger 10 with an electric motor according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the portion of the flow path forming member 16 on the diffuser portion 25 side has a structure that allows heat exchange between the coolant 41 flowing through the motor-side coolant flow channel 34 and the air A flowing through the diffuser portion 25. ing. Moreover, the site | part by the side of the diffuser part 25 of the flow-path formation member 16 is formed in fin shape, and the heat transfer area is expanded and the efficiency of heat conduction is improved.
The thickness of the member constituting the heat transfer portion is set so that the heat exchange between the coolant and the diffuser portion 25 can be sufficiently performed.
With such a structure, heat exchange is performed between the cooling liquid 41 flowing through the cooling liquid flow path 34 and the electric motor 20 and between the cooling liquid 41 and the diffuser section 25, and both the electric motor 20 and the diffuser section 25 are connected. It is designed to cool.
That is, the supercharger 10 with the electric motor according to the present embodiment is a supercharger with an electric motor having a cooling structure having both the cooling functions of the electric motor 20 and the diffuser unit 25.

本実施形態にかかる電動機付過給機10の他の部分の構成は、上述した第1実施形態と同様である。   The structure of the other part of the supercharger with motor 10 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above.

次に、本実施形態にかかる電動機付過給機10の動作・作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる電動機付過給機10においても、第1実施形態と同様に、内燃機関からの排気ガスGによりタービンインペラ2が回転させられ、これに連結されたコンプレッサインペラ6が回転駆動され、空気Aが圧縮されて内燃機関に供給される。このとき電動機20による電動アシストによりコンプレッサインペラ6の回転が補助される。
Next, the operation / action / effect of the supercharger with electric motor 10 according to the present embodiment will be described.
Also in the supercharger 10 with the electric motor according to the present embodiment, the turbine impeller 2 is rotated by the exhaust gas G from the internal combustion engine, and the compressor impeller 6 connected thereto is rotationally driven as in the first embodiment. The air A is compressed and supplied to the internal combustion engine. At this time, the rotation of the compressor impeller 6 is assisted by the electric assist by the electric motor 20.

また、電動機側冷却液流路34とタービン側冷却液流路35には、冷却液供給ライン32から冷却液41が供給される。このときの流量調節部37及び制御部40による冷却液の流量制御も、第1実施形態と同様である。
すなわち、電動機20の運転開始直後や部分負荷時において、電動機20と冷却水41の温度差が第1の温度差(T1)より低い状態においては、制御部40による制御の下、流量調節部37により冷却液41の流量が小流量に設定される。また、電動機20と冷却液41との温度差が零より大きい第1の温度差(T1)以上に増大すると、冷却液41の流量が小流量から大流量に切り替えられる。また、電動機20と冷却液41との温度差が零以上であって第1の温度差(T1)より小さい第2の温度差(T2)以下に減少したときは、冷却液41の流量が大流量から小流量に切り替えられる。
The coolant 41 is supplied from the coolant supply line 32 to the motor-side coolant channel 34 and the turbine-side coolant channel 35. The flow rate control of the coolant by the flow rate adjusting unit 37 and the control unit 40 at this time is the same as that in the first embodiment.
That is, immediately after the start of operation of the electric motor 20 or at the time of partial load, when the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling water 41 is lower than the first temperature difference (T1), the flow rate adjustment unit 37 is controlled under the control of the control unit 40. Thus, the flow rate of the coolant 41 is set to a small flow rate. Further, when the temperature difference between the electric motor 20 and the cooling liquid 41 increases to a first temperature difference (T1) greater than zero, the flow rate of the cooling liquid 41 is switched from a small flow rate to a large flow rate. Further, when the temperature difference between the electric motor 20 and the coolant 41 is not less than zero and decreases to the second temperature difference (T2) smaller than the first temperature difference (T1), the flow rate of the coolant 41 is large. The flow rate is switched to a small flow rate.

上記のように冷却液41の流量が制御されることにより、コンプレッサ吐出温度が冷却水温度より低くなる部分負荷時においても、電動機側冷却流路34を流れる冷却液41は小流量であるので、冷却液41によりディフューザ部を流れる空気を加熱することがない。   By controlling the flow rate of the coolant 41 as described above, the coolant 41 flowing through the motor side cooling flow path 34 is a small flow rate even at the partial load where the compressor discharge temperature is lower than the coolant temperature. The cooling liquid 41 does not heat the air flowing through the diffuser part.

このように、本実施形態のように電動機20とディフューザ部25の双方の冷却機能を兼ね備えた冷却構造をもつ電動機付過給機であっても、電動機20の部分負荷時において冷却液41がコンプレッサ吐出空気を加熱することがないので、コンプレッサの効率が低下しない。   As described above, even in the supercharger with a motor having a cooling structure having both the cooling functions of the electric motor 20 and the diffuser unit 25 as in the present embodiment, the coolant 41 is compressed at the partial load of the electric motor 20. Since the discharge air is not heated, the efficiency of the compressor does not decrease.

上記各実施形態の説明から明らかなように、本発明によれば、冷却液による電動機の温度上昇抑制効果を適正に発揮させることにより、電動機の温度上昇を効果的に抑制して連続運転時間を長くすることができるとともに、電動機とディフューザ部の冷却を兼ねた場合であっても、コンプレッサの効率低下を招くことがない、という優れた効果が得られる。   As is apparent from the description of each of the above embodiments, according to the present invention, the temperature rise suppression effect of the motor by the coolant is appropriately exerted, thereby effectively suppressing the temperature rise of the motor and reducing the continuous operation time. While being able to lengthen, even if it serves as cooling of an electric motor and a diffuser part, the outstanding effect that the efficiency fall of a compressor is not caused is acquired.

[その他の実施形態]
上記実施形態では、タービン側にシャフト12の軸受19が配設され、コンプレッサ側に電動機20が配設された電動機付過給機を対象としたが、本発明の適用範囲はこれに限られず、例えば特開2003−293785号公報に開示されている、中央部に電動機が配設されその両側に軸受を配設した形式の電動機付過給機にも当然に適用することができる。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the bearing 19 of the shaft 12 is disposed on the turbine side and the motor-equipped supercharger in which the electric motor 20 is disposed on the compressor side is targeted, but the scope of application of the present invention is not limited to this, For example, the present invention can also be applied to a supercharger with a motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-293785, in which a motor is disposed at the center and bearings are disposed on both sides thereof.

上記実施形態では、流量調節部37は、開閉弁38と固定オリフィス39により構成したが、流量調節弁により大流量と小流量とを調節できるようにしてもよい。   In the above embodiment, the flow rate adjusting unit 37 is configured by the on-off valve 38 and the fixed orifice 39. However, the flow rate adjusting valve may be configured to adjust the large flow rate and the small flow rate.

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明の第1実施形態にかかる電動機付過給機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the supercharger with an electric motor concerning 1st Embodiment of this invention. 流量調節部及び制御部による冷却液の流量制御について説明する図である。It is a figure explaining flow control of the cooling fluid by a flow control part and a control part. 本発明の第2実施形態にかかる電動機付過給機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the supercharger with an electric motor concerning 2nd Embodiment of this invention. 従来の電動機付過給機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional supercharger with an electric motor.

符号の説明Explanation of symbols

2 タービンインペラ
4 タービンハウジング
6 コンプレッサインペラ
8 コンプレッサハウジング
9 スクロール室
10 電動機付過給機
11 環状ガス流路
12 シャフト
14 センターハウジング
15 ハウジング本体
16 流路形成部材
16a 環状凹部
17 排気口
19 軸受
20 電動機
21 スクロール室
20A 回転子
20B 固定子
22 油供給路
24 油排出路
25 ディフューザ部
27 吸気口
29 シールプレート
31 Oリング
32 冷却液供給ライン
33 冷却液排出ライン
34 電動機側冷却液流路
35 タービン側冷却液流路
37 流量調節部
38 開閉弁
39 オリフィス
40 制御部
41 冷却液
42 潤滑油
A 空気
G 排気ガス
2 Turbine impeller 4 Turbine housing 6 Compressor impeller 8 Compressor housing 9 Scroll chamber 10 Supercharger with motor 11 Annular gas flow path 12 Shaft 14 Center housing 15 Housing body 16 Flow path forming member 16a Annular recess 17 Exhaust port 19 Bearing 20 Electric motor 21 Scroll chamber 20A Rotor 20B Stator 22 Oil supply path 24 Oil discharge path 25 Diffuser section 27 Air inlet 29 Seal plate 31 O-ring 32 Coolant supply line 33 Coolant discharge line 34 Motor side coolant path 35 Turbine side coolant Flow path 37 Flow rate control unit 38 On-off valve 39 Orifice 40 Control unit 41 Coolant 42 Lubricating oil A Air G Exhaust gas

Claims (4)

タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に配設されたセンターハウジング内にコンプレッサインペラの回転を加速補助する電動機を備えるとともに、前記センターハウジング内に、冷却液を流通させて前記電動機を冷却する電動機側冷却液流路と、該電動機側冷却液流路の冷却液と共通の冷却液を流通させて前記センターハウジングの前記タービンインペラ側の部位を冷却するタービン側冷却液流路と、を有する電動機付過給機において、
前記冷却液の流量を調整可能な冷却液流量調節手段を備えることを特徴とする電動機付過給機。
An electric motor that cools the electric motor by circulating a coolant in the center housing, and includes an electric motor that accelerates and assists rotation of the compressor impeller in a center housing disposed between the turbine housing and the compressor housing. A motor-side excess passage having a liquid flow path and a turbine-side cooling liquid flow path that cools a portion of the center housing on the turbine impeller side by circulating a common cooling liquid with the cooling liquid in the electric motor-side cooling liquid flow path In the machine,
A supercharger with an electric motor comprising a coolant flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of the coolant.
前記冷却液流量調節手段は、前記電動機の温度から前記冷却液の温度を引いた温度差が零以上の所定の温度以上の状態においては前記冷却液の流量を前記電動機を冷却する第1の流量に設定し、前記温度差が零以上の所定の温度より低い状態においては前記冷却液の流量を前記第1の流量より小さい流量であって前記電動機に対する加熱作用を抑制する第2の流量に設定する、ことを特徴とする請求項1に記載の電動機付過給機。   The cooling liquid flow rate adjusting means is a first flow rate for cooling the electric motor with a flow rate of the cooling liquid in a state where a temperature difference obtained by subtracting the temperature of the cooling liquid from the temperature of the electric motor is equal to or higher than a predetermined temperature of zero or more In a state where the temperature difference is lower than a predetermined temperature of zero or more, the flow rate of the coolant is set to a second flow rate that is smaller than the first flow rate and suppresses the heating action on the motor. The supercharger with an electric motor according to claim 1. 前記冷却液流量調節手段は、前記温度差が零より大きい第1の温度差以上に増大したときに前記冷却液の流量を前記第2の流量から前記第1の流量に切り替え、前記温度差が零以上であって前記第1の温度差より小さい第2の温度差以下に減少したときに前記冷却液の流量を前記第1の流量から前記第2の流量に切り替える、ことを特徴とする請求項2に記載の電動機付過給機。   The coolant flow rate adjusting means switches the flow rate of the coolant from the second flow rate to the first flow rate when the temperature difference increases to a first temperature difference greater than zero, and the temperature difference is The flow rate of the coolant is switched from the first flow rate to the second flow rate when the flow rate decreases to zero or more and less than a second temperature difference that is smaller than the first temperature difference. Item 3. A supercharger with an electric motor according to Item 2. 前記冷却液流量調節手段は、前記センターハウジングに前記冷却液を供給する冷却液供給ライン上に並列に設けられた開閉弁及び固定オリフィスと、前記電動機の温度と前記冷却液の温度に基づいて前記開閉弁を制御する制御部と、を有し、
前記開閉弁が開状態で前記冷却液の流量が前記第1の流量となり、前記開閉弁が閉状態で前記冷却液の流量が前記第2の流量となる、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の電動機付過給機。
The coolant flow rate adjusting means is based on an on-off valve and a fixed orifice provided in parallel on a coolant supply line for supplying the coolant to the center housing, based on the temperature of the motor and the temperature of the coolant. A control unit for controlling the on-off valve,
The flow rate of the coolant is the first flow rate when the on-off valve is open, and the flow rate of the coolant is the second flow rate when the on-off valve is closed. 3. A supercharger with an electric motor according to 3.
JP2007000044A 2006-01-24 2007-01-04 Supercharger with electric motor Expired - Fee Related JP4780328B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007000044A JP4780328B2 (en) 2006-01-24 2007-01-04 Supercharger with electric motor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006015261 2006-01-24
JP2006015261 2006-01-24
JP2007000044A JP4780328B2 (en) 2006-01-24 2007-01-04 Supercharger with electric motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007224899A true JP2007224899A (en) 2007-09-06
JP4780328B2 JP4780328B2 (en) 2011-09-28

Family

ID=38546919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007000044A Expired - Fee Related JP4780328B2 (en) 2006-01-24 2007-01-04 Supercharger with electric motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4780328B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010196478A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Ihi Corp Cooling structure of electric-motor assisted supercharger
JP2012092710A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Cooling device for electrically-assisted turbocharger
JP2012097610A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097613A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2017218997A (en) * 2016-06-09 2017-12-14 トヨタ自動車株式会社 Control device of internal combustion engine
WO2022044764A1 (en) * 2020-08-24 2022-03-03 株式会社Ihi Electric supercharger

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130176A (en) * 1998-10-30 2000-05-09 Isuzu Motors Ltd Turbo charger with generator and motor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130176A (en) * 1998-10-30 2000-05-09 Isuzu Motors Ltd Turbo charger with generator and motor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010196478A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Ihi Corp Cooling structure of electric-motor assisted supercharger
JP2012092710A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Cooling device for electrically-assisted turbocharger
JP2012097610A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097613A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2017218997A (en) * 2016-06-09 2017-12-14 トヨタ自動車株式会社 Control device of internal combustion engine
WO2022044764A1 (en) * 2020-08-24 2022-03-03 株式会社Ihi Electric supercharger
JP7416271B2 (en) 2020-08-24 2024-01-17 株式会社Ihi electric supercharger

Also Published As

Publication number Publication date
JP4780328B2 (en) 2011-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100941288B1 (en) Motor-driven supercharger
EP3244033B1 (en) Turbocharger
JP4780328B2 (en) Supercharger with electric motor
JP4431501B2 (en) Thermal control of the flow in the engine cooling system
JP5925456B2 (en) Cooling water control valve device
KR101274928B1 (en) Gas turbine facility
EP2889455B1 (en) Water cooled turbocharger with heat insulation
US20080199326A1 (en) Two-stage vapor cycle compressor
US5525032A (en) Process for the operation of a fluid flow engine
JP2008019711A (en) Supercharger system of internal combustion engine
JP2000179339A (en) Cooling water circulating device
JP2008095650A (en) Cooling structure of supercharger with electric motor
JP2007120383A (en) Turbocharger
EP2447497B1 (en) Variable flow rate pump
JP2013204545A (en) Compressor and gas turbine
JP2012122390A (en) Turbo rotary machine and method for operating the same
JP2016044641A (en) Engine cooling device
JP5760387B2 (en) Electric assist turbocharger cooling device
US20230318404A1 (en) Rotary electric machine
JP5799495B2 (en) Electric assist turbocharger cooling device
JPH0417715A (en) Cooling device of internal combustion engine
US10526959B2 (en) Turbocharged engine coolant system
JP2006233942A (en) Gas turbine engine
KR20070019557A (en) Supercharger with electric motor
JPH10159783A (en) Water pump

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110608

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110621

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140715

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140715

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees