JP2008063991A

JP2008063991A - 電動過給機

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Publication number: JP2008063991A
Application number: JP2006241548A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nishida; 秀之西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: WO2008029211A1; US8393152B2; DE112007001954T5; DE112007001954B4; US20090194044A1; JP4127304B2

Abstract

【課題】過給機を回転駆動するモータを備える電動過給機において、モータを効率的に冷却して車両の燃費を向上させる。
【解決手段】エンジン回転により駆動されるオイルポンプ３５４からの潤滑油は、機械式圧力弁２４０Ａを介して、モータ２１６のロータ２１４へ冷媒として供給される。機械式圧力弁２４０Ａは、潤滑油圧力が所定未満では閉弁し所定以上で開弁するように構成される。この結果、ロータ回転数が上昇するもののロータの温度上昇は小さいためにロータ冷却の必要性が低い、エンジン低回転・高負荷時に、ロータ２１４への潤滑油供給を停止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動過給機に関し、特に過給機を回転させるモータ（回転電機）を効率よく冷却可能な電動過給機に関する。

エンジンの出力を向上させるために、エンジンに供給される空気をコンプレッサホイールの回転により圧縮して、過給する過給機が知られている。また、コンプレッサホイールに回転力を付与する回転電機（以下、単に、アシストモータあるいはモータとも称する）を備えた電動過給機が公知である。たとえば、特開２００５−９０４０３号公報（特許文献１）は、電動過給機の潤滑制御装置を開示する。

特許文献１に開示された電動過給機の潤滑制御装置では、ターボユニットに循環される潤滑油によって、タービン／コンプレッサの回転軸の潤滑・冷却を行なう構成として、潤滑油量をモータの駆動回転数が高いほど多く設定する。これにより、モータの高回転時には潤滑油量を増やすことよりオイル切れなどを抑止して確実な潤滑を実現するとともに、より多くの熱をターボユニットから持ち去って十分な冷却が行なわれる。また、モータの低回転時には、潤滑・冷却の必要量が確保される範囲内で潤滑油量を減少することによって、潤滑油の粘性による回転抵抗増加を抑制する。

また、一般的なモータの冷却装置について、特開２００３−１０２１４７号公報（特許文献２）は、モータのステータを冷却するステータ側冷却通路と、ロータを冷却するロータ側冷却通路とが設けられた構成を開示する。この冷却装置は、さらに、任意の流量比に従ってステータ側冷却通路とロータ側冷却通路とに冷却液（冷媒）を配分する配分手段を備え、配分手段は、ロータ回転速度に応じてステータ側冷却通路とロータ側冷却通路との流量比を変更する。これにより、回転速度に応じてロータおよびステータの発熱特性が変化することを考慮して、冷却装置の冷却効率を向上できる。
特開２００５−９０４０３号公報特開２００３−１０２１４７号公報

しかしながら、電動過給機に設けられたモータのロータ温度上昇特性は、ロータ回転数のみによって決まるのではなく、モータと連結されたタービンホイールを回転させる排気ガスの温度に大きな影響を受ける。たとえば、エンジンの低回転数・高負荷運転時には、ロータ回転数は上昇するものの、エンジンからの排気温度が低いため、アシストモータのロータ温度はそれほど上昇しない。

したがって、特許文献１および２に開示されたように、モータの回転数（ロータ回転速度）のみに着目して冷媒（潤滑油）の供給量を制御する構成では、ロータ冷却の必要性が低い領域についても潤滑油を多量に供給することとなるため、効率的なモータ冷却を行なうことができない。この結果、オイルポンプに代表される潤滑油供給機構の消費エネルギが無用に増大して、車両の燃費が悪化する。また、潤滑油を過剰に供給すると、ロータの回転抵抗を無用に増大させてしまうため、この面からも車両の燃費を悪化させてしまう。

この発明は、このような問題点を解決するためになれたものであって、この発明の目的は、過給機を回転させるモータを備えた電動過給機において、効率的にモータ冷却を行なうことによって車両の燃費を向上させることである。

この発明による電動過給機は、内燃機関の排気を利用して回転することによって内燃機関の吸気を圧縮するように構成された過給機と、過給機の回転軸と連結されたロータを有する回転電機と、回転電機を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置とを備える。そして、冷媒供給装置は、内燃機関の回転数の増大に応じて、冷媒供給装置による回転電機への冷媒供給量を増大させる冷却制御手段を含む。

上記電動過給機によれば、回転電機（アシストモータ）のロータ回転数は高くなるがロータ温度はあまり上昇しない、エンジンの低回転・高負荷時に、無駄な冷媒供給を停止できるので、冷媒供給装置での無用なエネルギ消費を抑制し、かつ、モータの回転抵抗の無用な増大を防止した冷却構成とすることができる。この結果、効率的に電動過給機の冷却を行なって車両の燃費を向上させることができる。

好ましくは、冷媒供給装置は、内燃機関の回転数の増大に応じて供給する冷媒の圧力が増大するように構成された冷媒供給ポンプを含み、かつ、冷却制御手段は、冷媒供給ポンプから回転電機への冷媒供給通路上に設けられ、冷媒の圧力の増大に応じて開弁される圧力弁を有するように構成される。

このような構成とすることにより、内燃機関の回転数の増大に応じて吐出圧力が増大する特性の冷媒供給ポンプ（代表的には内燃機関により駆動されるオイルポンプ）と、冷媒供給ポンプから供給される冷媒の圧力の増大に応じて開弁される圧力弁（代表的には機械式圧力弁）との組合せによって、簡易な構成で上記冷却構成を実現することができる。

また好ましくは、冷却制御手段は、内燃機関の回転数の増大に加えて、内燃機関の負荷の増大に応じて、冷媒供給装置による回転電機への冷媒供給量を増大させる。

このような構成とすることにより、内燃機関の回転数および負荷に応じて排気温度の状態に合わせた適切な冷媒供給量の制御を行なうことができる。これにより、さらに効率的に電動過給機のアシストモータを冷却することが可能となる。

さらに好ましくは、冷媒供給装置は、内燃機関の回転数の増大に応じ供給する冷媒の圧力が増大するように構成された冷媒供給ポンプを含み、かつ、冷却制御手段は、冷媒供給ポンプから回転電機への冷媒供給通路上に設けられた開度調整弁と、内燃機関の回転数および負荷の増大に応じて、開度調整弁の開度を増大させるための制御部とを有するように構成される。

このような構成とすることにより、内燃機関の回転数上昇に応じて吐出圧力が増大する特性の冷媒供給ポンプ（代表的には内燃機関により駆動されるオイルポンプ）と開度制御可能な開度調整弁（代表的には電磁式弁開度制御弁）との組合せによって上記冷却構成を実現することができる。

さらに好ましくは、冷媒は内燃機関の潤滑油であり、電動過給機への冷媒供給通路は、過給機の回転軸の軸受部と冷媒との間で熱交換可能なように形成された第１の通路と、回転電機のロータと冷媒との間で熱交換可能なように形成された第２の通路とに分岐される。そして、圧力弁あるいは開度調整弁は、上記第２の通路に設けられる。

このような構成とすることにより、ロータ回転数が上昇するもののロータの温度上昇が小さい、エンジンの低回転・高負荷時において、ロータに対しては冷媒である潤滑油の供給を遮断する一方で、過給機出力軸の軸受部に対しては潤滑・冷却性能を確保するための潤滑油を供給することが可能となる。

好ましくは、冷媒は内燃機関の潤滑油であり、冷媒供給ポンプは、内燃機関の回転軸により駆動されて、オイルパンに蓄積された潤滑油を出力するオイルポンプである。

上記電動過給機によれば、電動過給機専用の冷媒供給ポンプを新たに設けることなく、既設のエンジン潤滑油供給用オイルポンプを用いて電動過給機への冷媒供給を実行することができる。

この発明による電動過給機によれば、過給機を回転させるモータを効率的に冷却して車両の燃費を向上させることができる。

以下において、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さないものとする。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電動過給機が搭載されるエンジンシステムの構成図である。

図１を参照して、エンジンシステムは、エンジン１００と、過給機２００と、インタークーラ１６２と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、過給機ＥＣＵ３４０とを含む。本実施の形態に係るエンジンシステムは、自動車などの車両に搭載される。なお、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０とは１つのＥＣＵに統合するようにしてもよい。図１に示す構成では、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０とは、双方向で通信可能に接続される。

吸入口１５０から吸入される空気は、エアクリーナ１５２によりろ過される。エアクリーナ１５２によりろ過された空気は、吸気通路１５６を介して過給機２００に流通する。過給機２００に流通した空気はコンプレッサ２０２により圧縮された後、吸気通路１６０を流通して、インタークーラ１６２で冷却される。インタークーラ１６２で冷却された空気は、吸気通路１０２を流通して、エンジン１００に吸入される。

吸気通路１５６の途中には、吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１５４が設けられる。エアフローメータ１５４は、検出した吸入空気量を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。

インタークーラ１６２は、コンプレッサ２０２により圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。冷却された空気の体積は、冷却前に比べて小さくなるため、より多くの空気がエンジン１００に送り込まれる。

また、吸気通路１５６と吸気通路１６０とをバイパスするバイパス通路１５８が設けられ、バイパス通路１５８の途中には、バイパス通路１５８を流通する空気の流量を調整するエアバイパスバルブ１６４が設けられる。エアバイパスバルブ１６４は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に応じて、バルブ駆動部１６５により作動される。

吸気通路１０２の途中には、吸気通路１０２に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ１６６が設けられる。スロットルバルブ１６６は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に従って、スロットルモータ１６８により駆動される。

また、吸気通路１０２の途中には、吸気管圧力センサ１７０と吸気温度センサ１７２が設けられる。吸気管圧力センサ１７０は、吸気通路１０２内の空気の圧力を検知する。吸気管圧力センサ１７０は、検知した空気の圧力を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。吸気温度センサ１７２は、吸気通路１０２内の空気の温度を検知する。吸気温度センサ１７２は、検知した空気の温度を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。

エンジン１００は、シリンダヘッド（図示せず）とシリンダブロック１１２とを含む。シリンダブロック１１２には、図１の紙面上下方向に複数の気筒が設けられる。そして、各気筒内には、紙面上下方向に摺動可能にピストン１１４が設けられる。ピストン１１４は、コンロッド１１６を介してクランクシャフト１２０に連結される。ピストン１１４、コンロッド１１６およびクランクシャフト１２０によりクランク機構が形成される。

ピストン１１４の上部においては、燃焼室１０８が形成される。燃焼室１０８には、燃焼室１０８に向けて点火プラグ１１０と燃料噴射インジェクタ１０６とが設けられる。本実施の形態において、エンジン１００は直噴エンジンであるとして説明するが、特に、直噴エンジンに限定されるものではない。たとえば、エンジン１００は、内燃機関であればよく、ポート噴射型のエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

シリンダヘッドには、吸気通路１０２と排気通路１３０とがそれぞれ燃焼室１０８に接続するように設けられる。吸気通路１０２と燃焼室１０８との間には、吸気バルブ１０４が設けられる。排気通路１３０と燃焼室１０８との間には、排気バルブ１２８が設けられる。吸気バルブ１０４および排気バルブ１２８は、クランクシャフト１２０と連動して回転するカムシャフト（図示せず）により駆動される。

吸気通路１０２を流通する空気は、ピストン１１４が下降するときに、吸気バルブ１０４が開かれて燃焼室１０８に吸引される。燃焼室１０８に流通した空気は、燃料噴射インジェクタ１０６から噴射された燃料と混合される。吸気バルブ１０４が閉じて、ピストン１１４が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ１１０において燃料と混合された空気が点火されて燃焼する。燃焼による圧力によりピストン１１４が押し下げられる。このとき、ピストン１１４の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト１２０の回転運動に変換される。そして、ピストン１１４が下死点付近まで下降したときに、排気バルブ１２８が開く。ピストン１１４が再び上昇するときに、燃焼室１０８内で燃焼させられた空気、すなわち、排気ガスは、排気通路１３０を流通する。排気通路１３０を流通した空気は、過給機２００のタービン２０４を駆動させた後に、排気管１８０を流通して触媒１８２に導かれる。排気ガスは、触媒１８２により浄化された後、車外に排出される。

クランクシャフト１２０の一方端には、プーリ（図示せず）が設けられる。プーリはベルト１２４を介してオルタネータ１２６の回転軸に設けられたプーリに連結される。クランクシャフト１２０の回転によりオルタネータ１２６が作動して、発電が行なわれる。

タイミングロータ１１８は、クランクシャフト１２０に設けられており、クランクシャフト１２０と共に回転する。タイミングロータ１１８の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ１２２はタイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ１１８が回転すると、タイミングロータ１１８の突起と、クランクポジションセンサ１２２とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ１２２のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ１２２は、起電力を表す信号を、エンジンＥＣＵ２５０に送信する。エンジンＥＣＵ２５０は、クランクポジションセンサ１２２から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。

また、車両には、車速センサ（図示せず）が車輪に設けられ、車輪の回転数（車輪速度）を検知する。車速センサは、検出結果を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。エンジンＥＣＵ２５０は、車輪の回転数から、車速を算出する。

エンジンＥＣＵ２５０は、吸気圧、吸気温度、吸入空気量、車輪速度、アクセルペダル２３５の踏み込み量など各センサから送信された信号、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。

過給機２００は、コンプレッサ２０２と、シャフト２１０と、タービン２０４とを含む。シャフト２１０はモータ（回転電機）２１６より回転させることができる。

コンプレッサ２０２のハウジング内には、コンプレッサホイール（コンプレッサロータ、コンプレッサブレードなどとも呼ばれる。）２０６が収納される。コンプレッサホイール２０６は、エアクリーナ１５２によりろ過された空気を圧縮（過給）する。

タービン２０４のハウジング内には、タービンホイール（タービンロータ、タービンブレードなどとも呼ばれる。）２０８が収納される。タービンホイール２０８は、排気ガスにより回転させられる。

コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８とは、シャフト２１０の両端にそれぞれ設けられる。すなわち、排気ガスによりタービンホイール２０８が回転させられると、コンプレッサホイール２０６も回転する。

また、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８との間には、シャフト２１０を回転軸とするモータ２１６が設けられる。シャフト２１０は、モータ２１６のハウジングにより回転自在に支持される。

モータ２１６は、過給機ＥＣＵ３４０の制御信号に応じて過給機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）３３０から供給される電力によりシャフト２１０に回転力を付与する。過給機ＥＤＵ３３０は、高圧バッテリー３２０から供給される電力を用いて、過給機ＥＣＵ３４０から入力される制御信号に応じた電力をモータ２１６に供給する。過給機ＥＤＵ３３０は、たとえば、インバータである。

モータ２１６には、回転子位置センサ２１１が設けられる。回転子位置センサ２１１は、回転子（ロータ）の回転位置（回転角）および回転数を検知する。回転子位置センサ２１１は、検知結果を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。回転子位置センサ２１１は、たとえば、ホールセンサである。

高圧バッテリー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、上述したオルタネータ１２６に電気的に接続される。したがって、オルタネータ１２６において発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０にて適切な電圧に昇圧された後に、高圧バッテリー３２０に供給される。これにより、高圧バッテリー３２０が充電される。また、オルタネータ１２６において発電された電力は、低圧バッテリー３００に供給される。これにより、低圧バッテリー３００が充電される。低圧バッテリー３００は、エンジンＥＣＵ２５０や過給機ＥＣＵ３４０などに電力を供給する。

過給機ＥＣＵ３４０は、エンジンＥＣＵ２５０から送信される情報、回転子位置センサから送信された信号、および、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、過給機２００が所望の作動状態となるように、機器類を制御する。

以上のような構成を有する過給機２００においては、エンジン１００で、燃料と混合された空気が燃焼された後、排気ガスは、排気通路１３０からタービン２０４内に導かれる。排気ガスはそこでタービンホイール２０８を回転させ、その回転力がシャフト２１０に伝達される。その後、排気ガスは、排気管１８０を流通して、触媒１８２に導かれる。触媒１８２に導かれた排気ガスは、浄化された状態で車外へ排出される。なお、ウエストゲートバルブ２０９は、過給圧の上昇を抑止する際に作動して、タービン２０４内に導かれた排気の一部をバイパスさせるために設けられる。

一方、エンジン１００に供給するため車外より吸入された空気は、エアクリーナ１５２によってろ過された後、吸気通路１５６を流通して、コンプレッサ２０２内に導かれる。空気はシャフト２１０と一体となって回転するコンプレッサホイール２０６によって圧縮（過給）される。圧縮された空気は、インタークーラ１６２に導かれ、冷却された状態でエンジン１００の吸気通路１０２を介して燃焼室１０８に吸入される。

また、過給機ＥＣＵ３４０は、エンジン１００の低回転域において、コンプレッサ２０２において圧縮される空気が所望の過給圧に到達しない場合（たとえば、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数以下である場合）には、モータ２１６を駆動することにより、コンプレッサ２０２の過給圧が強制的に上昇するように制御する。

このエンジンシステムは、オイルパン３５２と、オイルポンプ３５４とをさらに含む。オイルポンプ３５４は、代表的には、エンジン１００の回転軸により駆動される機械式ポンプであり、オイルパン３５２に蓄積された潤滑油を吐出する。この吐出圧力、すなわち、オイルポンプ３５４から供給される潤滑油の圧力は、エンジン回転数の増大に応じて上昇する。図１中に点線で図示されるように、オイルポンプ３５４から供給される潤滑油は、エンジン１００ならびに、モータ２１６を含む電動過給機へ供給される。オイルポンプ３５４は、本発明における「冷媒供給ポンプ」に対応する。

潤滑油はエンジン１００およびモータ２１６の動作を円滑にする役割を果たすだけでなく、エンジン１００およびモータ２１６の冷媒としての役割も果たす。モータ２１６のロータと潤滑油とが熱交換を行なうことでロータが冷却されるのでモータ２１６の出力低下（磁力の低下）を抑制することができる。すなわち、本実施の形態では、エンジン潤滑油を電動過給機を冷却する「冷媒」として用いている。

オイルポンプ３５４からモータ２１６のロータに潤滑油を供給する経路の途中には、流量制御弁２４０が設けられる。以下に詳細に説明するように、実施の形態１では、流量制御弁２４０として機械式圧力弁が配置される。

図２は、実施の形態１に係る電動過給機の構成を示す図である。
図２を参照して、実施の形態１に係る電動過給機は、ＥＣＵ２５１、過給機ＥＤＵ３３０、過給機２００、モータ２１６、オイルパン３５２、オイルポンプ３５４、潤滑油供給路２４２および排出路２４４を含んで構成される。

モータ２１６は、シャフト２１０の途中に設けられてシャフト２１０と連結されるロータ２１４と、シャフト２１０の回転軸に直交する方向からロータ２１４に対向して設けられるステータ２１２と、ステータ２１２を収納する筐体２３０とを含む。ステータ２１２は、ロータ２１４を回転軸周りに取り囲むように形成される。なお本実施の形態においては、モータ２１６は、３相（本実施の形態において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする。）のモータである。ロータ２１４には永久磁石が設けられる。またステータ２１２の近傍にはステータ２１２の温度を検出する温度センサ２４１（たとえばサーミスタや熱電対等）が設けられる。温度センサ２４１の検出結果はＥＣＵ２５１に入力される。図２に示すＥＣＵ２５１は、図１に示すエンジンＥＣＵ２５０および過給機ＥＣＵ３４０を１つのＥＣＵにまとめて示すものである。ＥＣＵ２５１は、エンジン１００、モータ２１６および過給機ＥＤＵ３３０（インバータ）を制御する。

また、シャフト２１０は、タービンホイール２０８側に設けられる軸受部２２２と、コンプレッサホイール２０６側に設けられる軸受部２２４と、スラストベアリング２２８とにより回転自在にモータ２１６の筐体２３０に支持される。また、コンプレッサホイール２０６とスラストベアリング２２８との間には、スペーサ（図示せず）が設けられる。

オイルポンプ３５４は、エンジン１００の回転によって駆動され、エンジン１００への潤滑油供給路２４６およびモータ２１６を含む電動過給機への潤滑油供給路２４２に、オイルパン３５２に蓄積された潤滑油を供給する。

潤滑油供給路２４２は、１本の通路からロータ２１４への潤滑油供給路２４３ａ、軸受部２２２への潤滑油供給路２４３ｂ、および軸受部２２４への潤滑油供給路２４３ｃの３つの通路に分岐する。これらの潤滑油供給路２４３ａ〜２４３ｃのうち、潤滑油供給路２４３ａの途中に機械式圧力弁２４０Ａが設けられる。

潤滑油供給路２４３ａは、筐体２３０内では、潤滑油とロータ２１４とが熱交換可能なように潤滑油が流れるように形成される。同様に、潤滑油供給路２４３ｂ，２４３ｃは、筐体２３０内では軸受部２２２，２２４に潤滑油を供給して、潤滑油とロータ軸受部２２２，２２４との間で熱交換可能なように形成される。筐体２３０内部の潤滑油は排出路２４４に流れ込む。排出路２４４に流れ込んだ潤滑油はオイルパン３５２に戻る。すなわち、潤滑油供給路２４３ｂ，２４３ｃは本発明における「第１の通路」に対応し、潤滑油供給路２４３ａは本発明における「第２の通路」に対応する。

機械式圧力弁２４０Ａは、付勢力を与えるばねあるいはトーションバーによる機械式機構によって、潤滑油供給路２４３ａの潤滑油圧力が所定圧力以上で開弁し、所定圧力未満で閉弁するように構成される。好ましくは、図３に示すように、閉弁状態からの開弁圧力と、開弁状態からの閉弁圧力とが異なるヒステリシス特性を有するように、機械式圧力弁２４０Ａは構成される。上記のように、モータ２１６を含む電動過給機へ潤滑油を供給する、オイルポンプ３５４、潤滑油供給路２４２，２４３ａ〜２４３ｃ、および流量制御弁２４０（機械式圧力弁２４０Ａ）によって、本発明の「冷媒供給装置」が構成される。

このように、ロータ２１４へ供給される潤滑油量を機械式圧力弁２４０Ａによって制御する冷媒供給制御により、潤滑油圧力の低下時、すなわちエンジンの低回転時にはロータ２１４への潤滑油供給を遮断することができる。エンジンの低回転・高負荷時には、ロータ回転数はある程度上昇するため、ロータ回転数に基づいてロータ冷却を制御する構成（代表的には、特許文献１および２）によれば、この状況ではロータに対して冷媒として潤滑油が供給される。

しかしながら、エンジンの低回転・高負荷時には、排気温度が低く、かつこのような状態でエンジンが運転されるのは限られた運転状況（加速初期や高いギヤで登坂を行なった場合等のみ）であるため、ロータ回転数が上昇するのに対してロータ温度は余り上昇せず、ロータ冷却の必要性は低い。

したがって、機械式圧力弁２４０Ａによって、潤滑油圧力、すなわちエンジン回転数に応じてロータへの潤滑油供給量を制御する構成とすることによって、上述のエンジン低回転・高負荷時において、機械式圧力弁２４０Ａを閉弁してロータ２１４への潤滑油供給を停止する冷媒供給制御を実現できる。これにより、オイルポンプ３５４の消費エネルギの増大を抑制でき、かつ、ロータ２１４の回転抵抗が無用に増大することを防止できる。この結果、電動過給機のモータ２１６を効率的に冷却して、燃費が悪化することを防止できる。

また、潤滑油供給路２４２をロータ２１４への潤滑油供給路２４３ａと軸受部２２２，２２４への潤滑油供給路２４３ｂ，２４３ｃとに分離させて、潤滑油供給路２４３ａにのみ機械式圧力弁２４０Ａを設けているので、上記のようにロータ２１４への潤滑油の供給が遮断されるエンジン低回転数・高負荷時においても、軸受部２２２，２２４へは、潤滑油供給路２４３ｂ，２４３ｃにより潤滑油を供給することができる。したがって、ロータ回転数が上昇するエンジン低回転・高回転負荷時にも、軸受部２２２，２２４の潤滑および冷却を確保することが可能となる。

なお、図２に示した構成において、機械式圧力弁２４０Ａに代えて、流量制御弁２４０として電磁式開閉弁を設置し、さらに、潤滑油圧力を検出する油圧センサ（図示せず）を設ける構成とすれば、当該油圧センサの出力あるいはエンジン回転数に基づいて、ＥＣＵ２５１により上記電磁式開閉制御弁の開閉指示を発生することによって、図２と同様の冷媒供給制御を行なう電動過給機を実現できる。しかしながら、図２に示したような、エンジン駆動のオイルポンプ３５４および機械式圧力弁２４０Ａの組合せによれば、部品点数が少なくコスト的に有利な構成とすることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る電動過給機の構成図である。

図４を図２と比較して理解されるように、実施の形態２に係る電動過給機においては、オイルポンプ３５４から供給される潤滑油の圧力を検出するための油圧センサ２６０が配置される。ＥＣＵ２５１は、油圧センサ２６０の出力信号に基づいて、潤滑油圧力Ｐｏｉｌを取得することができる。

さらに、潤滑油供給路２４３ａには流量制御弁２４０として、機械式圧力弁２４０Ａに代えて、電磁式弁開度制御弁（以下、「開度調整弁」と称する）２４０Ｂが設けられる。開度調整弁２４０Ｂの弁開度は、ＥＣＵ２５１からの制御信号によって制御される。すなわち、ＥＣＵ２５１は、本発明での「制御部」に対応する。

上述のように、アシストモータ２１６のロータ温度には、エンジン排気温度が大きな影響を及ぼす。そして、この排気温度は、エンジン回転数とエンジン負荷との組合せによって決まってくる。すなわち、エンジンが高回転、かつ高負荷となるほど排気温度が上昇しロータ２１４の冷却を強化する必要が生じる一方で、エンジン高回転・低負荷時については、エンジン高回転・高負荷時ほどの冷却能力は必要ない。実施の形態２では、このようなエンジン運転状態および排気温度の関係を反映して、図５に示すような開度調整弁２４０Ｂの弁開度制御を実行する。

図５を参照して、横軸に示した潤滑油圧力Ｐｏｉｌは、油圧センサ２６０によって検知され、エンジン回転数の増大に従って上昇する。また、縦軸に示したエンジン過給圧Ｐｉｍは、図１に示した吸気管圧力センサ１７０によって検知され、エンジン負荷の増大に従って上昇する。

このため、図５に示すような、潤滑油圧力Ｐｏｉｌおよびエンジン過給圧Ｐｉｍに基づいて弁開度を制御することにより、エンジンが高回転かつ高負荷となるほど弁開度を大きくして、ロータ２１４への潤滑油供給量を増大するような冷媒供給制御を実現できる。一方、実施の形態１と同様のエンジン低回転数時に加えて、エンジン高回転・低負荷時にも、ロータ２１４への潤滑油供給は停止される。なお、図５の横軸は、直接、エンジン回転数としてもよく、縦軸は、エンジンの負荷率あるいは吸入空気量Ｑとしてもよい。

このような冷媒供給制御は、ＥＣＵ２５１によって、図６に示したフローチャートに従うプログラムを所定周期で実行することにより実現される。

図６を参照して、ＥＣＵ２５１は、ステップＳ１００により、吸気管圧力センサ１７０の出力信号に基づいてエンジン過給圧Ｐｉｍを取得する。さらに、ＥＣＵ２５１は、ステップＳ１１０により、油圧センサ２６０の出力に基づき潤滑油圧力Ｐｏｉｌを取得する。

そして、ＥＣＵ２５１は、ステップＳ１００およびＳ１１０で取得したエンジン過給圧Ｐｉｍおよび潤滑油圧力Ｐｏｉｌに基づき、図５に示したマップの参照によって開度調整弁２４０Ｂの弁開度を算出する（ステップＳ１２０）。

さらに、ＥＣＵ２５１は、ステップＳ１２０で算出された弁開度を指示する電気信号を発生し（ステップＳ１３０）、開度調整弁２４０Ｂのドライバ（図示せず）へ送出する。これに応じて、開度調整弁２４０Ｂの弁開度は、ＥＣＵ２５１からの電気信号に基づいて、図５のマップ上で設定された弁開度へ制御される。

このような構成とすることにより、実施の形態２に係る電動過給機では、エンジン運転状態および排気温度の関係を考慮して、ロータ２１４の冷却必要性に応じた潤滑油量をロータ２１４へ供給する冷媒供給制御を行なうことができる。この結果、実施の形態１と比較して、エンジン高回転・低負荷時における不必要な潤滑油供給を抑制することが可能となるので、より効率的なモータ冷却を行なうことができる。この結果、オイルポンプ３５４の消費エネルギやロータ２１４の回転抵抗の無用な増大をさらに効果的に回避して、車両の燃費を向上することができる。

また、実施の形態１に示した機械式圧力弁２４０Ａと比較して弁開度の制御特性が向上するため、弁の個体差ばらつきを考慮したマージンを設ける必要がなくなる。これにより、モータ冷却の必要性が低い状況での不要な潤滑油供給を確実に抑制することが可能となるので、この面からもモータ冷却の効率を高めて車両の燃費向上を図ることができる。

なお、図２および図４に示したオイルポンプ３５４は、エンジンの回転により駆動される機械式ポンプに限定されるものではなく、たとえば、エンジン回転数に応じて制御される電動オイルポンプによっても実現可能である。ただし、エンジン回転数の増大に伴って供給する潤滑油圧力を上昇させる構成とする点を考慮すれば、部品点数の削減およびコストの面から、本実施の形態で例示したようなエンジン駆動の機械式ポンプを用いることが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に係る電動過給機が搭載されるエンジンシステムの構成図である。実施の形態１に係る電動過給機の構成図である。図２に示した圧力弁の特性を説明する図である。実施の形態２に係る電動過給機の構成図である。図４に示した電磁式開度調整弁の制御を説明する図である。実施の形態２に係る電動過給機における冷媒供給制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００エンジン、１０２吸気通路、１０４吸気バルブ、１０６燃料噴射インジェクタ、１０８燃焼室、１１０点火プラグ、１１２シリンダブロック、１１４ピストン、１１６コンロッド、１１８タイミングロータ、１２０クランクシャフト、１２２クランクポジションセンサ、１２４ベルト、１２６オルタネータ、１２８排気バルブ、１３０排気通路、１５０吸入口、１５２エアクリーナ、１５４エアフローメータ、１５６吸気通路、１５８バイパス通路、１６０吸気通路、１６２インタークーラ、１６４エアバイパスバルブ、１６５バルブ駆動部、１６６スロットルバルブ、１６８スロットルモータ、１７０吸気管圧力センサ、１７２吸気温度センサ、１８０排気管、１８２触媒、２００過給機、２０２コンプレッサ、２０４タービン、２０６コンプレッサホイール、２０８タービンホイール、２０９ウエストゲートバルブ、２１０シャフト、２１１回転子位置センサ、２１２ステータ、２１４ロータ、２１６モータ（アシストモータ）、２２２，２２４軸受部、２２８スラストベアリング、２３０筐体、２３５アクセルペダル、２４０流量制御弁、２４０Ａ機械式圧力弁、２４０Ｂ開度調整弁、２４１温度センサ、２４２潤滑油供給路（モータ）、２４３ａ潤滑油供給路（ロータ）、２４３ｂ，ｃ潤滑油供給路（軸受部）、２４３ｃ潤滑油供給路、２４４排出路、２４６潤滑油供給路（エンジン）、２５０，２５１ＥＣＵ、２６０油圧センサ、３００低圧バッテリー、３０４タイミングロータ、３１０コンバータ、３２０高圧バッテリー、３３０過給機ＥＤＵ、３４０過給機ＥＣＵ、３５２オイルパン、３５４オイルポンプ、Ｐｉｍエンジン過給圧、Ｐｏｉｌ潤滑油圧力。

Claims

内燃機関の排気を利用して回転することによって前記内燃機関の吸気を圧縮するように構成された過給機と、
前記過給機の回転軸と連結されたロータを有する回転電機と、
前記回転電機を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置とを備え、
前記冷媒供給装置は、前記内燃機関の回転数の増大に応じて、前記冷媒供給装置による前記回転電機への冷媒供給量を増大させる冷却制御手段を含む、電動過給機。
前記冷媒供給装置は、
前記内燃機関の回転数の増大に応じて供給する前記冷媒の圧力が増大するように構成された冷媒供給ポンプを含み、
前記冷却制御手段は、
前記冷媒供給ポンプから前記回転電機への冷媒供給通路上に設けられ、前記冷媒の圧力の増大に応じて開弁される圧力弁を有する、請求項１記載の電動過給機。
前記冷媒は前記内燃機関の潤滑油であり、
前記電動過給機への冷媒供給通路は、
前記過給機の回転軸の軸受部と前記冷媒との間で熱交換可能なように形成された第１の通路と、
前記回転電機のロータと前記冷媒との間で熱交換可能なように形成された第２の通路とに分岐され、
前記圧力弁は、前記第２の通路に設けられる、請求項２記載の電動過給機。
前記冷却制御手段は、前記内燃機関の回転数の増大に加えて、前記内燃機関の負荷の増大に応じて、前記冷媒供給装置による前記回転電機への冷媒供給量を増大させる、請求項１記載の電動過給機。
前記冷媒供給装置は、
前記内燃機関の回転数の増大に応じて供給する前記冷媒の圧力が増大するように構成された冷媒供給ポンプを含み、
前記冷却制御手段は、
前記冷媒供給ポンプから前記回転電機への冷媒供給通路上に設けられた開度調整弁と、
前記内燃機関の回転数および負荷の増大に応じて、前記開度調整弁の開度を増大させるための制御部とを有する、請求項４記載の電動過給機。
前記冷媒は前記内燃機関の潤滑油であり、
前記電動過給機への冷媒供給通路は、
前記過給機の回転軸の軸受部と前記冷媒との間で熱交換可能なように形成された第１の通路と、
前記回転電機のロータと前記冷媒との間で熱交換可能なように形成された第２の通路とに分岐され、
前記開度調整弁は、前記第２の通路に設けられる、請求項５記載の電動過給機。
前記冷媒は前記内燃機関の潤滑油であり、
前記冷媒供給ポンプは、
前記内燃機関の回転軸により駆動されて、オイルパンに蓄積された前記潤滑油を出力するオイルポンプである、請求項２または５に記載の電動過給機。