JP2010180708A - Turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用エンジンに装備されるターボチャージャに関する。 The present invention relates to a turbocharger installed in a vehicle engine.
オットーサイクル内燃機関の出力を調節するスロットル弁は、ポンピング損失を増大させるという問題があった。ターボチャージャは、スロットル弁の出力制御機能の一部又は全部を代替してポンピング損失を減らせる可能性、及び小型軽量のエンジンにより必要トルクを発生できる可能性がある。しかし、ターボチャージャ(TC)による車両用エンジンの主力制御は、ターボチャージャのターボラグが実用上の問題となる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ターボラグの短縮が可能なTCを提供することをその目的としている。
また、排気ガスの浄化や熱効率向上などのために、排気ガスを冷却してエンジンの吸気管に戻すEGR装置をもつエンジンも公知である。EGR装置を用いることにより、ターボチャージャの低出力時におけるタービン流量低下を抑制することができる。しかし、EGRガスの冷却のためのEGRクーラーが、冷却系の複雑化と装置重量の増大とを招くという問題があった。
The throttle valve that adjusts the output of the Otto cycle internal combustion engine has a problem of increasing the pumping loss. The turbocharger may be able to reduce the pumping loss by substituting part or all of the output control function of the throttle valve, and may be able to generate the required torque with a small and light engine. However, in the main control of the vehicle engine by the turbocharger (TC), the turbo lag of the turbocharger becomes a practical problem.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a TC capable of shortening the turbo lag.
An engine having an EGR device that cools exhaust gas and returns it to the intake pipe of the engine for purifying exhaust gas and improving thermal efficiency is also known. By using the EGR device, it is possible to suppress a decrease in turbine flow rate when the turbocharger is at a low output. However, the EGR cooler for cooling the EGR gas has a problem that the cooling system is complicated and the apparatus weight is increased.
この問題を改善するため、下記の特許文献1は、エンジンの排気ガスの一部をボルテックスチューブ(VT)に入力し、VTから排出される高温排気ガスを排気系に戻し、VTから排出される低温排気ガスをEGRバルブを通じて吸気系に導入するEGR装置を提案している。つまり、このEGR装置のVTは、EGRクーラを構成する。しかしながら、このEGR装置では、エンジンの排気ガスの一部だけVTに導入されるに過ぎないため、エンジンから排出される排気ガス流量が少ない場合にはVTの排気ガス冷却効果が低下するという問題があった。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、EGRガスの冷却性の向上が可能なTCを提供することをその目的としている。 In order to improve this problem, Patent Document 1 below inputs part of engine exhaust gas to a vortex tube (VT), returns high-temperature exhaust gas discharged from VT to the exhaust system, and is discharged from VT. An EGR device that introduces low-temperature exhaust gas into an intake system through an EGR valve is proposed. That is, the VT of this EGR device constitutes an EGR cooler. However, in this EGR device, only a part of the exhaust gas of the engine is introduced into the VT, so that the exhaust gas cooling effect of the VT is reduced when the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine is small. there were. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a TC capable of improving the cooling performance of EGR gas.
特許文献2は、永久磁石がコンプレッサホィールの背面に固定された磁石界磁型同期モータ(PM)をもつモータアシストターボチャージャ(MATC)を提案している。しかしながら、コンプレッサホィールは、永久磁石の遠心力を支持するために永久磁石をもたないコンプレッサホィールに比べて格段に大きな耐遠心力性能をもたねばならないので、コンプレッサホィール自体の慣性回転質量が増大し、ターボラグが増大する。更に、このPM型MATCは、永久磁石の遠心力支持と永久磁石の冷却という困難な問題を有している。エンジンが高回転状態から急停止すると、高温のタービンやタービンケーシングから回転軸やコンプレッサのコンプレッサホィールを通じて永久磁石へ熱が伝達され、永久磁石の高温減磁問題が深刻となる。籠形誘導モータ(IM)によりMATCのアシストモータを構成することも考えられる。しかしながら、籠型IMのロータは、磁束を通過させるロータコアの他に二次電流が流れる籠形コイルとそれを支持するための丈夫なロータコアとを必要とするため、慣性回転質量が増大し、ターボラグが増大する。つまり、モータによるトルクアシストによるターボラグの短縮は良い案であるが、モータのロータ重量の低減が非常に重要となる。
本発明は、ターボラグ短縮性能に優れたモータアシストターボチャージャを低減することをその目的としている。
An object of the present invention is to reduce a motor-assisted turbocharger excellent in turbo lag shortening performance.
更に、従来のMATCは、アシストモータによるトルクアシストによりターボラグを短縮してその加速遅れを減らすものの、TCの回転数が必要値まで増大した後、TCのロータの慣性回転質量により上記必要値を超えてオーバーシュートしてしまい、その分だけエンジン出力、回転数が過大となってしまうという可能性があった。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、加速時又は減速時のターボラグを短縮しつつエンジン回転数のオーバーシュートも抑止可能なMATCを提供することをその目的としている。 Furthermore, although the conventional MATC reduces the acceleration delay by shortening the turbo lag by torque assist by the assist motor, after the TC rotation speed increases to the required value, it exceeds the above required value due to the inertial rotation mass of the TC rotor. There was a possibility that the engine output and the rotational speed would be excessive by that amount. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a MATC capable of suppressing the overshoot of the engine speed while shortening the turbo lag during acceleration or deceleration.
上記目的を実現するために、ターボチャージャに関して3つの独立発明が以下に説明される。
各発明のTCは、車両に搭載された内燃機関の排気管から流入する排気ガスとトルクを授受する排気側翼車と、外気吸入用の吸気経路から前記内燃機関に流入する吸気とトルクを授受する吸気側翼車とを備え、前記2つの翼車はハウジングに回転自在に支持される回転軸により連結されている。
In order to achieve the above object, three independent inventions with respect to the turbocharger are described below.
The TC of each invention transfers torque to and from the exhaust side impeller that transfers torque and exhaust gas flowing from the exhaust pipe of the internal combustion engine mounted on the vehicle, and intake air that flows into the internal combustion engine from the intake path for intake of outside air. An intake-side impeller, and the two impellers are connected by a rotating shaft that is rotatably supported by a housing.
第1発明のターボチャージャは、前記吸気側翼車に流入する吸気を絞るノズルを有し、前記吸気側翼車は、前記内燃機関の吸気負圧により駆動されて前記排気側翼車を駆動することにより前記内燃機関から出た前記排気ガスを加圧することをその特徴としている。なお、ノズルの流路断面積を変更する絞り量調節機構により、内燃機関への吸気流量の目標値が大きい場合にノズルの絞り量を減らし、内燃機関への吸気流量の目標値が小さい場合にノズルの絞り量を増やしてもよい。
好適態様において、前記吸気側翼車をバイパスして前記吸気を前記内燃機関に流入させるバイパス管に設けられて前記バイパス管の流量を制御するバイパス弁と、前記バイパス弁を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記内燃機関の加速時に前記バイパス弁を開く。
A turbocharger according to a first aspect of the present invention has a nozzle for restricting intake air flowing into the intake side impeller, and the intake side impeller is driven by the intake negative pressure of the internal combustion engine to drive the exhaust side impeller. The exhaust gas emitted from the internal combustion engine is pressurized. When the target value of the intake flow rate to the internal combustion engine is large, the throttle amount adjustment mechanism that changes the cross-sectional area of the nozzle passage reduces the nozzle throttle amount, and the target value of the intake flow rate to the internal combustion engine is small. You may increase the aperture amount of a nozzle.
In a preferred embodiment, the apparatus includes a bypass valve that is provided in a bypass pipe that bypasses the intake-side impeller and flows the intake air into the internal combustion engine, and that controls a flow rate of the bypass pipe; and a controller that controls the bypass valve. The controller opens the bypass valve during acceleration of the internal combustion engine.
好適態様において、前記コントローラは、前記内燃機関の吸気量目標値と、前記吸気側翼車を通過する前記吸気量との誤差を算出し、前記誤差を解消向きに前記バイパス弁の開度を調節する。
第2発明のターボチャージャは、前記排気ガスが前記内燃機関の排気管から流入する入口と、前記吸気管に低温排気ガスを送り出す低温排気出口と、旋回する高温ガスを排出する高温排気出口とを有するボルテックスチューブを有し、前記ボルテックスチューブの前記高温排気出口は、前記排気側翼車の上流側の排気経路に連通することをその特徴としている。
In a preferred aspect, the controller calculates an error between a target intake air amount of the internal combustion engine and the intake air amount passing through the intake side impeller, and adjusts the opening of the bypass valve in a direction to eliminate the error. .
A turbocharger according to a second aspect of the present invention includes an inlet through which the exhaust gas flows from an exhaust pipe of the internal combustion engine, a low temperature exhaust outlet for sending low temperature exhaust gas to the intake pipe, and a high temperature exhaust outlet for discharging swirling high temperature gas. The high-temperature exhaust outlet of the vortex tube communicates with an exhaust path upstream of the exhaust side impeller.
すなわち、エンジンの排気管から出た排気ガスの全量がVTに導入される。ボルテックスチューブの高温側出口から出た高速高温の排気ガスの速度エネルギーはターボチャージャの排気タービンにより回収される。VTの低温側出口から出た低温排気ガスはエンジンの吸気管に導入される。VTの低温排気ガスはエンジンの吸気管に直接導入されてもよく、TCのコンプレッサの上流側に導入されても良い。つまり、VTから排出される低温排気ガスはいわゆるEGRガスとなる。
結局、VTは、タービンの入り口ノズルの機能の一部又は全部を兼ねるので、VTのエネルギー損失を最小とすることができる。更に、排気ガスに含まれるたとえばディーゼルパテイキュレートのような微粒子を遠心力によりタービン側に誘導することができるので、VTからエンジンの吸気管側に環流させるガス通路に設けられるEGR弁やエンジンの吸気弁にカーボンが堆積するのを良好に抑止し、かつ、シリンダ内にカーボンが付着するのを良好に抑止することができる。
That is, the entire amount of exhaust gas that has exited from the exhaust pipe of the engine is introduced into the VT. The velocity energy of the high-speed and high-temperature exhaust gas coming out from the high-temperature side outlet of the vortex tube is recovered by the turbocharger exhaust turbine. The low temperature exhaust gas emitted from the low temperature side outlet of the VT is introduced into the intake pipe of the engine. The VT cold exhaust gas may be introduced directly into the intake pipe of the engine or may be introduced upstream of the TC compressor. That is, the low temperature exhaust gas discharged from the VT becomes so-called EGR gas.
Eventually, the VT also serves as a part or all of the function of the turbine inlet nozzle, so that the energy loss of the VT can be minimized. Further, since particulates such as diesel particulates contained in the exhaust gas can be guided to the turbine side by centrifugal force, an EGR valve provided in a gas passage that is circulated from the VT to the intake pipe side of the engine or the intake air of the engine It is possible to satisfactorily prevent carbon from being deposited on the valve and to satisfactorily inhibit carbon from adhering to the inside of the cylinder.
好適な態様において、前記VT内の前記排気ガスの回転方向は、前記タービンの回転方向と同じ向きとされる。これにより、VTとタービンとの間の排気ガス管路構造を簡素化することができる。
第3発明のターボチャージャは、前記排気側翼車の上流側の排気経路に配置されて前記排気ガスを前記吸気側翼車の出口圧よりも低いレベルまで断熱膨張させるとともに、前記吸気側翼車から出た加圧吸気を吸引して前記排気側翼車にに送るエゼクタを有することをその特徴としている。
すなわち、この発明では、エンジンの排気ガスはエゼクタにより断熱膨張した後、排気タービンに流入する。好適には、エゼクタは排気タービンの入り口近傍に配置され、エゼクタから出た高速の排気ガスは排気タービンの翼部に衝突して排気タービンを駆動する。これにより、排気ガスのエネルギーの損失を低減することができる。その他、エゼクタから出た高速排気ガス流をディフユーザにより圧縮して排気タービンに流入させても良い。吸気コンプレッサから出た加圧吸気は、エゼクタに導入され、エゼクタ内の高速排気ガス流により吸引されて排気タービンに送られる。これにより、エンジン回転数が低く、その流量が小さくても、吸気コンプレッサ(吸気側翼車)及び排気タービン(排気側翼車)の流量を高く維持して、TCの効率低下を防止することができる。
In a preferred aspect, the rotation direction of the exhaust gas in the VT is the same as the rotation direction of the turbine. Thereby, the exhaust gas pipeline structure between the VT and the turbine can be simplified.
A turbocharger according to a third aspect of the present invention is disposed in an exhaust path upstream of the exhaust side impeller and adiabatically expands the exhaust gas to a level lower than an outlet pressure of the intake side impeller and exits from the intake side impeller. It is characterized by having an ejector that sucks pressurized intake air and sends it to the exhaust-side impeller.
That is, in the present invention, the exhaust gas of the engine is adiabatically expanded by the ejector and then flows into the exhaust turbine. Preferably, the ejector is disposed in the vicinity of the inlet of the exhaust turbine, and high-speed exhaust gas emitted from the ejector collides with a blade portion of the exhaust turbine to drive the exhaust turbine. Thereby, the energy loss of exhaust gas can be reduced. In addition, the high-speed exhaust gas flow emitted from the ejector may be compressed by the diff user and flow into the exhaust turbine. Pressurized intake air discharged from the intake compressor is introduced into the ejector, sucked by the high-speed exhaust gas flow in the ejector, and sent to the exhaust turbine. As a result, even if the engine speed is low and the flow rate is small, the flow rates of the intake compressor (intake side impeller) and the exhaust turbine (exhaust side impeller) can be maintained high, and a decrease in TC efficiency can be prevented.
好適な態様において、前記吸気側翼車から前記エゼクタに前記加圧吸気を送るバイパス管に配置されて前記加圧吸気の流量を調節するバイパス弁を有する。この態様によれば、バイパスバルブの開閉によりエゼクタに送る加圧吸気の流量を調節することができる。たとえば、エンジンの回転数及び出力が大きく、その流量が大きい場合にはバイパスバルブは閉じられる。バイパスバルブを閉じても、コンプレッサから出た大流量の加圧吸気はエンジンにより吸収されることができ、エンジンから出た大流量の排気ガスはタービンにより吸収されることができる。エンジンの回転数及び出力が小さく、その流量が小さい場合にはバイパスバルブは開かれる。これにより、コンプレッサから出た大流量の加圧吸気の一部のみがエンジンに送られ、残りの加圧吸気はエゼクタにより吸収されてタービンに送られる。エゼクタに送られる加圧吸気に与えられたコンプレッサのエネルギーはタービンにより回収される。これにより、エンジン小出力運転時のTCの損失増加を良好に防止することができる。なお、このTCにアシストモータを連結しても良いことはもちろんである。 In a preferred aspect, the apparatus has a bypass valve that is disposed in a bypass pipe that sends the pressurized intake air from the intake side impeller to the ejector and adjusts the flow rate of the pressurized intake air. According to this aspect, the flow rate of the pressurized intake air sent to the ejector can be adjusted by opening and closing the bypass valve. For example, when the engine speed and output are large and the flow rate is large, the bypass valve is closed. Even when the bypass valve is closed, a large flow of pressurized intake air that has exited the compressor can be absorbed by the engine, and a large flow of exhaust gas that has exited the engine can be absorbed by the turbine. When the engine speed and output are small and the flow rate is small, the bypass valve is opened. As a result, only a part of the large flow rate of pressurized intake air from the compressor is sent to the engine, and the remaining pressurized intake air is absorbed by the ejector and sent to the turbine. The compressor energy given to the pressurized intake air sent to the ejector is recovered by the turbine. Thereby, it is possible to satisfactorily prevent an increase in TC loss during engine low-power operation. Of course, an assist motor may be connected to the TC.
好適な態様において、前記エゼクタは、前記排気側翼車の径方向外側に配置されて前記排気ガスが環状に流れる環状通路を有し、前記排気ガス及び前記加圧吸気の一方は、軸方向及び径方向の一方の方向へ流れて前記環状通路へ流入し、前記排気ガス及び前記加圧吸気の他方は、軸方向及び径方向の他方の方向へ流れて前記環状通路へ流入する。このようにすれば、タービンへ流入する高速環状排気ガス流を形成する前記環状通路が前記エゼクタを兼ねるため、流体損失を低減し、構造を簡素化することができる。
好適態様において、前記回転軸に連結されたロータを有して前記吸気側翼車及び排気側翼車とトルクを授受するアシストモータを有し、前記アシストモータは、スイッチドリラクタンスモータ(SRM)により構成されている。
In a preferred aspect, the ejector includes an annular passage that is disposed on a radially outer side of the exhaust side impeller so that the exhaust gas flows in an annular shape, and one of the exhaust gas and the pressurized intake air has an axial direction and a diameter. The other of the exhaust gas and the pressurized intake air flows in the other of the axial direction and the radial direction and flows into the annular passage. In this case, the annular passage that forms the high-speed annular exhaust gas flow flowing into the turbine also serves as the ejector, so that fluid loss can be reduced and the structure can be simplified.
In a preferred aspect, the rotor includes an assist motor that has a rotor coupled to the rotating shaft and transmits and receives torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller, and the assist motor is configured by a switched reluctance motor (SRM). ing.
本発明のモータアシストターボチャージャ(MATC)によれば、ロータの慣性回転質量を低減できるため、ターボラグ及びターボラグ後の回転数オーバーシュートを大幅に短縮することができる。その結果、必要な車両加速性能を確保しつつエンジンの小型軽量化を図ることができる。更に説明すると、SRMは、磁束φを流すためのロータコアのみにより構成できるため、永久磁石やそれを支持するための支持部材や籠形コイル導体を必要としない。その結果として、このSRM型アシストモータは、永久磁石同期モータ(PM)や籠型誘導モータ(IM)により構成された従来のアシストモータに比べて大幅にロータの慣性回転質量を低減することができる。MATCのアシストモータとしてRMを採用することによる上記利点は従来認識されていなかった。 According to the motor-assisted turbocharger (MATC) of the present invention, since the inertial rotation mass of the rotor can be reduced, the turbo lag and the rotation speed overshoot after the turbo lag can be significantly shortened. As a result, it is possible to reduce the size and weight of the engine while ensuring the necessary vehicle acceleration performance. More specifically, since the SRM can be constituted only by the rotor core for flowing the magnetic flux φ, it does not require a permanent magnet, a support member for supporting it, or a saddle coil conductor. As a result, this SRM type assist motor can significantly reduce the rotor's inertial rotating mass as compared with a conventional assist motor constituted by a permanent magnet synchronous motor (PM) or a saddle type induction motor (IM). . The above-mentioned advantages by adopting RM as an MATC assist motor have not been recognized in the past.
好適態様において、前記回転軸に連結されたロータを有して前記吸気側翼車及び排気側翼車とトルクを授受するアシストモータを有し、前記アシストモータは、ディスク状の前記ロータと、前記ロータの前端面に軸方向へ小ギャップを隔てて対面するフロント側ステータと、前記ロータの後端面に軸方向へ小ギャップを隔てて対面するバック側ステータとを有するアキシャルギャップ構造を有し、前記フロント側ステータ及び前記バック側ステータの互いに同一位相の磁極は、ほぼ同一の周方向位置に配置されてほぼ同一量の磁束を発生し、前記ロータは、軸方向磁路断面積の半分以下の周方向磁路断面積を有するロータコアを有する。なお、ここで言う「ほぼ同一の周方向位置」とは、互いに同一電流位相をもつフロント側のステータコイルとバック側のステータコイルとの間の周方向ずれ量が電気角π/12以下とされることを意味する。また、「ほぼ同一量の磁束」とは、磁束量の差が15%未満であることを意味する。 In a preferred embodiment, the rotor has a rotor connected to the rotating shaft, and has an assist motor that transmits and receives torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller, and the assist motor includes the disk-shaped rotor and the rotor An axial gap structure having a front side stator facing the front end surface with a small gap in the axial direction and a back side stator facing the rear end surface of the rotor with a small gap in the axial direction; Magnetic poles of the same phase in the stator and the back side stator are arranged at substantially the same circumferential position to generate substantially the same amount of magnetic flux, and the rotor has a circumferential magnetic field that is less than half of the axial magnetic path cross-sectional area. A rotor core having a road cross-sectional area; Here, “substantially the same circumferential position” means that the amount of deviation in the circumferential direction between the front side stator coil and the back side stator coil having the same current phase is an electrical angle of π / 12 or less. Means that. Further, “substantially the same amount of magnetic flux” means that the difference in the amount of magnetic flux is less than 15%.
すなわち、本発明は、磁束がロータコア内をほぼ軸方向に流れ、ロータコア内を周方向へほとんど流れない構造のアキシャルギャップ構造(後述する斜めギャップ構造を含む)のモータをMATCのアシストモータとして用いる点にその特徴がある。ロータコア内の磁束がほとんど軸方向へ流れるロータコア構造は、ロータコアの軸方向両側に設けられた一対のステータコイルに、互いに同一の空間位相ステータ電流を流すことにより実現される。このようにすれば、ロータコアは、周方向へ磁束を流すためのヨーク(磁路部材)をほとんど必要としないため大幅な軽量化が可能となる。その結果、アシストモータの追加によるMATCの慣性回転質量の増大を抑止することができるので、ターボラグを大幅に低減することができ、その分だけTCの過給圧の増大とエンジンの小型軽量化を促進することができる。 That is, according to the present invention, a motor having an axial gap structure (including an oblique gap structure described later) having a structure in which magnetic flux flows in the rotor core substantially in the axial direction and hardly flows in the circumferential direction in the rotor core is used as an assist motor for the MATC. Has its characteristics. The rotor core structure in which the magnetic flux in the rotor core flows almost in the axial direction is realized by flowing the same spatial phase stator current through a pair of stator coils provided on both sides of the rotor core in the axial direction. In this way, the rotor core requires substantially no yoke (magnetic path member) for flowing magnetic flux in the circumferential direction, and thus can be significantly reduced in weight. As a result, an increase in the inertial rotation mass of the MATC due to the addition of the assist motor can be suppressed, so that the turbo lag can be greatly reduced, and the boost pressure of the TC and the reduction in size and weight of the engine can be reduced accordingly. Can be promoted.
また、ロータの軸方向両側にステータをもつ形式のAXMは、同一サイズのラジアルギャップモータに比べてステータとロータとの間の電磁ギャップ面積を大幅に増大することができる。モータトルクやモータ出力はこの電磁ギャップ面積に正相関をもつため、ターボラグを短縮することができ、その分だけ、TCの過給圧の増大とエンジンの小型軽量化を促進することができる。更に説明すると、モータトルクは、磁束φとステータ電流Iとの積に比例する。ロータは、磁束φの大きさに応じた磁路断面積のロータコアをモータの形式とは無関係に必要とする。軸方向両側にステータをもつAXMのロータの磁路長は軸方向に形成されるため大幅に小さくでき、かつ、ロータの磁路断面積はロータの端面面積に比例するため大幅に増大することができる。結局、磁束量はロータの端面面積に比例し、ロータ質量はロータの端面面積とロータの軸方向厚さとの積に比例するため、軸方向両側にステータをもつAXMを採用することにより、アシストモータのモータトルク当たりのロータ質量を大幅に低減することができる。 Further, the AXM having a stator on both sides in the axial direction of the rotor can greatly increase the electromagnetic gap area between the stator and the rotor as compared with a radial gap motor of the same size. Since the motor torque and the motor output have a positive correlation with the electromagnetic gap area, the turbo lag can be shortened, and accordingly, the increase in the TC boost pressure and the reduction in size and weight of the engine can be promoted. More specifically, the motor torque is proportional to the product of the magnetic flux φ and the stator current I. The rotor requires a rotor core having a magnetic path cross-sectional area corresponding to the magnitude of the magnetic flux φ regardless of the type of the motor. The magnetic path length of an AXM rotor having stators on both sides in the axial direction can be significantly reduced because it is formed in the axial direction, and the magnetic path cross-sectional area of the rotor is proportional to the end face area of the rotor, and can be greatly increased. it can. In the end, the amount of magnetic flux is proportional to the end face area of the rotor, and the rotor mass is proportional to the product of the end face area of the rotor and the axial thickness of the rotor. The rotor mass per motor torque can be greatly reduced.
更に、MATCのコンプレッサとタービンとの間に配置されるアシストモータにおいて、大量の熱が高温のタービンから回転軸を通じてロータや軸受けに伝達される。本発明で用いるAXMは、ロータとステータとの間の電磁ギャップがロータの両端面に沿いつつ径方向へ延在しているので、ロータの回転によりこの電磁ギャップの空気が径方向外側へ付勢されて強力な冷却空気流となる。この冷却空気流は、ロータの両端面を良好に冷却するため、ロータ、回転軸及び軸受けの温度上昇を良好に抑止することができる。なお、AXMの磁気吸引力はステータとロータとの間のギャップに軸方向に作用するが、TCはスラスト軸受け機能を元々もつため、新たにスラスト軸受けを追加する必要が無く、軸受け構造の複雑化を防止することができる。 Furthermore, in an assist motor disposed between the MATC compressor and the turbine, a large amount of heat is transmitted from the high-temperature turbine to the rotor and the bearing through the rotating shaft. In the AXM used in the present invention, since the electromagnetic gap between the rotor and the stator extends in the radial direction along both end faces of the rotor, the air in the electromagnetic gap is urged radially outward by the rotation of the rotor. Resulting in a strong cooling air flow. Since this cooling air flow cools both end faces of the rotor satisfactorily, the temperature rise of the rotor, the rotating shaft and the bearing can be satisfactorily suppressed. The magnetic attractive force of AXM acts in the axial direction on the gap between the stator and the rotor, but TC originally has a thrust bearing function, so there is no need to add a new thrust bearing and the bearing structure is complicated. Can be prevented.
好適態様において、前記回転軸に連結されたロータを有して前記吸気側翼車及び排気側翼車とトルクを授受するアシストモータと、前記アシストモータを制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、車両加速時に前記アシストモータを電動動作させてターボラグを短縮し、その後、前記モータアシストターボチャージャ又は前記エンジンの回転数が所定しきい値を上回ったことを検出したら前記アシストモータを発電動作させて回転数の正オーバーシュートを抑制する。
すなわち、コントローラは、車両加速時に前記アシストモータを電動動作させてターボラグを短縮し、その後、MATC又はエンジンの回転数が所定しきい値を上回ったことを検出したらアシストモータを発電動作させて回転数の正オーバーシュートを抑制する。これにより、アクセルペダル踏量増加に応じてターボラグを短縮しつつエンジン回転数を必要値まで増大させることができるとともに、その後のオーバーシュートを良好に抑止することができる。
In a preferred aspect, the apparatus includes an assist motor that has a rotor coupled to the rotating shaft and transfers torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller, and a controller that controls the assist motor. When the acceleration is accelerated, the assist motor is electrically operated to reduce the turbo lag. After that, when it is detected that the rotation speed of the motor assist turbocharger or the engine exceeds a predetermined threshold value, the assist motor is operated to generate power and the rotation speed is increased. Suppresses positive overshoot.
That is, the controller electrically operates the assist motor during vehicle acceleration to shorten the turbo lag, and thereafter, when detecting that the MATC or the engine speed exceeds a predetermined threshold value, causes the assist motor to perform a power generation operation to rotate the speed. Suppresses positive overshoot. As a result, the engine speed can be increased to a required value while shortening the turbo lag in accordance with an increase in the accelerator pedal depression amount, and subsequent overshoot can be satisfactorily suppressed.
以下、本発明の各実施態様を図面を参照して説明する。ただし、下記の実施態様は本発明のすべての態様を説明するものではなく、代表的な態様を説明するものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following embodiments do not explain all aspects of the present invention, but only representative aspects.
(実施形態1)
実施形態1のターボチャージャ(TC)を図1を参照して説明する。図1は、この実施形態のTCをもつエンジン(内燃機関)のブロック図である。1はモータアシストターボチャージャ1(MATC)であって、回転軸により連結されたコンプレッサ(吸気側翼車)2、アシストモータ3及びタービン(排気側翼車)4を有している。5はたとえばバッテリからなる直流電源、6はインバータ、7はコントローラである。インバータ6は直流電源5と直流電力を双方向に授受し、アシストモータ3と交流電力を双方向に授受する。アシストモータ3は、スイッチドリラクタンスモータ(SRM)により構成されている。コントローラ7は、図略の種々のセンサの検出信号と外部からの指令に基づいてインバータ6を通じてアシストモータ3の動作を制御するマイクロコンピュータ装置からなる。
(Embodiment 1)
A turbocharger (TC) of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of an engine (internal combustion engine) having a TC of this embodiment. Reference numeral 1 denotes a motor assist turbocharger 1 (MATC), which includes a compressor (intake side impeller) 2, an
8は内燃機関(エンジン)、9はエンジン8の吸気管、10はエンジン8の排気管、11は吸気管9と排気管10とを接続するバイパス管である。12はインタークーラ、13は排気ガス環流クーラ(EGRクーラ)、14は排気ガス環流バルブ(EGRバルブ)、15はスロットルバルブである。インタークーラ12は、コンプレッサ2から出た加圧吸気を冷却した後、スロットルバルブ15を通じてエンジン8の吸気バルブに供給する。EGRクーラ13は、排気管10から流入する排気を冷却した後、EGRバルブ14を通じて吸気管9に供給する。スロットルバルブ15は、インタークーラ12から出た加圧吸気の流量を調整する。スロットルバルブ15の設置は必須ではない。17はロータがクランクシャフトに連結されたエンジン駆動モータである。エンジン駆動モータ17は、タイミングベルトを通じてクランクシャフトにより駆動される車両用交流発電機により構成されることもできる。エンジン駆動モータ17は、電源ライン16を通じて直流電源5と電力を授受するインバータ18により駆動される。MATC1のトルクアシスト制御を以下に説明する。
アクセルペダルの踏量の増大を検出した場合には、コントローラ7は、踏量に応じてスロットルバルブ15を開き、直噴エンジンでは燃料噴射量を増大させる。これにより、エンジン回転数が増大し、車両が加速される。また、コントローラ7は、この加速期間(エンジン出力が増大する期間)の初期にエンジン駆動モータ17を発電動作から電動動作に切り替えるとともに、アシストモータ3を電動動作させる。エンジン駆動モータ17が車両用交流発電機である場合には、その発電を減らす。その結果、この切り替え前後のエンジン駆動モータ17のトルク差によりエンジン8が加速される。また、MATC1の電動トルクによりMATC1が加速され、ターボラグが短縮される。その後、増加したエンジン回転数が、アクセルペダルの踏量に対応して所定のマップから求めたしきい値回転数を超えたと判定したら、アシストモータ3を発電動作させる。これにより、MATC1の回転数の正方向へのオーバーシュートが抑制され、エンジン回転数は、アクセルペダルの踏量に応じた値にレスポンス良く調整される。
When detecting an increase in the amount of depression of the accelerator pedal, the
ブレーキペダルが踏まれた場合、コントローラ7は、踏量に応じてスロットルバルブ15を閉じ、直噴エンジンでは燃料噴射量を減少させる。これにより、エンジン回転数が減少し、車両が減速される。更に、コントローラ7は、この減速期間(エンジン出力が減少する期間)の初期にインバータ6を制御してアシストモータ3及びエンジン駆動モータ17を発電動作させる。その結果、MATC1は、公知のターボラグ後に低速となり、エンジン8に流入する加圧吸気の流量及び圧力は減少する。その後、低下したエンジン回転数が、アクセルペダルの踏量に対応して所定のマップから求めたしきい値回転数を下回ったと判定したら、アシストモータ3を電動動作させる。これにより、MATC1の回転数の負方向へのオーバーシュートが抑制される。
When the brake pedal is depressed, the
図1に示すMATC1の具体的な構造例を図2を参照して説明する。図2は、このMATC1の模式部分軸方向断面図である。ただし、コンプレッサ2、アシストモータ3及びタービン4を包むケーシング(ハウジング)の図示は省略されている。
20は回転軸である。ラジアルコンプレッサからなるコンプレッサ2の翼車21は回転軸20の左端部に固定され、ラジアルタービンからなるタービン4の翼車41は回転軸20の右端部に固定されている。アシストモータ3は、ディスク状のロータ30とフロント側ステータ3Fとバック側ステータ3Bと、モータハウジング31とを有している。モータハウジング31は非磁性金属により構成されて円筒状ケーシング(図示せず)の内周面に固定されている。モータハウジング31は、それぞれリブ付きディスク形状のフロント側ケーシング31F及びバック側ケーシング31Bとからなる。リブ32Fはフロント側ケーシング31Fの外周縁から軸方向後方へ突出している。リブ32Bはバック側ケーシング31Bの外周縁から軸方向前方に突出している。リブ32Fの先端とリブ32Bの先端とは突き合わせられ、フロント側ケーシング31F及びバック側ケーシング31Bの内部にロータ及びステータを収容するモータ空間Sが区画形成されている。互いに突き合わせられるリブ32Fの先端部及びリブ32Bの先端部は周方向一定ピッチで形成された凹部と凸部ととをもつ。リブ32F及びリブ32Bの凸部同士が軸方向に突き合わせられている。リブ32F及びリブ32Bの凹部は、外部からモータ空間Sに冷却空気を導入する吸入孔32Cを構成している。フロント側ケーシング31F及びバック側ケーシング31Bの内周面と回転軸20との間にアンギュラ軸受33F、33Bが設けられている。ころがり軸受けの代わりに滑り軸受けの採用及び滑りスラスト軸受けを採用してもよい。34Fはフロント側ケーシング31Fに軸方向に設けられた空気流通孔、34Bはバック側ケーシング31Bに軸方向に設けられた空気流通孔である。
A specific structural example of the MATC 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic partial axial sectional view of the MATC 1. However, illustration of a casing (housing) surrounding the
ロータ30は、非磁性金属製の支持円筒30Aと、この支持円筒30Aの外周面に固定されたロータコア30Bとからなる。支持円筒30Aは回転軸20に嵌着、固定されている。35F、35Bは支持円筒30Aを挟持して回転軸20に嵌着、固定される支持リングである。支持リング35F、35Bと支持円筒30Aとを一体に形成してもよい。ロータコア30Bを、図3を参照して説明する。ロータコア30Bは、螺旋巻きされた電磁鋼板によりディスク状に形成されている。ロータコア30Bは、電磁鋼板のプレス打ち抜きにより周方向所定ピッチで径方向へ延在する孔部30Cをもつ。孔部30Cはロータコア30Bの軸方向磁気抵抗を増大させるので、
。孔部30Cの領域はSRMロータの高磁気抵抗部をなす。また、隣接する孔部30Cと孔部30Cとの間のロータコア30Bは軸方向磁気抵抗が小さい低磁気抵抗部30Dを構成する。この実施形態では、孔部30Cは、180度ピッチ(電気角πピッチ)で構成され、2極のSRMロータを構成している。これにより、このロータコア30Bは、SRMのロータを構成することができる。孔部30Cに繊維強化樹脂部材などの電気絶縁性かつ軽量の遠心力強化部材を設けても良い。
The
. The region of the
フロント側ステータコイル40F及びバック側ステータコイル40Bとロータコア30Bとの一部周方向展開図を図3に示す。PHは周方向、AXは軸方向を意味する。図3に示すフロント側ステータコイル40F及びバック側ステータコイル40Bは、互いに電気角π/2だけ離れて配置されており、相電流Ix、Iyが個別に流れる2相コイルによりそれぞれ構成されている。フロント側ステータ3F及びバック側ステータ3Bは、スロットを打ち抜かれた螺旋巻きされた電磁鋼板によりディスク状に形成されている。フロント側ステータ3Fは径方向へ延在してフロント側ステータコイル40Fをもち、バック側ステータ3Bは径方向へ延在してバック側ステータコイル40Bを収容する複数のスロットをもつ。フロント側ステータコイル40F及びバック側ステータコイル40Bは、通常のモータのステータコイルと同じく、周知の分布巻き又は集中巻きにより構成されることができ、複数の相コイルを周方向に位相をずらせて巻くことにより構成される。フロント側ステータコイル40F及びバック側ステータコイル40Bの同一相の相コイルは、周方向同じ位置に巻かれる。これにより、フロント側ステータ3Fのステータ磁極と同一相のバック側ステータ3Bのステータ磁極は周方向同一位置に形成されることになる。
FIG. 3 shows a partial circumferential development of the front
このようにすれば、フロント側ステータコイル40F及びバック側ステータコイル40Bがロータコア30B内に形成する磁束のほとんどは、ロータコア30B内を軸方向(AX方向)に流れる。このことは、ロータコア30Bは、磁束を周方向へ流すための磁性部材を必要としないことを意味する。つまり、この実施形態の前後ステータ配置アキシャルギャップ型スイッチドリラクタンスモータは、非常に軽量でかつ、ロータを貫通するトルク発生に有効な磁束量が多いモータとなる。このため、このモータをもつこの実施形態のMATC1のターボラグは大幅に低減される。更に、コンプレッサ2及びタービン4のスラストを支持するため、このMATC1は元々スラスト軸受け(この実施形態ではアンギュラ軸受けにより構成している)をもつ。したがって、アキシャルギャップモータの軸方向電磁力を支持するためのスラスト軸受け構造を新たに追加する必要はない。上記したロータコア30Bを周方向へ流れる磁束が少ないのは、この実施形態では、フロント側ステータコイル40Fの電流分布とバック側ステータコイル40Bの電流分布とが周方向において一致してためである。つまり、前後一対のステータコイルに、互いに同一の空間位相電流を流すことにより、ロータコア30Bの周方向磁路断面積を大幅に減らすことができる。
In this way, most of the magnetic flux formed in the
次に、アシストモータ3の冷却機構を図2を参照して説明する。4Aはバック側ステータ3Bの後端面に張り付けられたセラミック製の熱絶縁ディスクである。バック側ステータ3Bの後端面には径方向へ溝部42が形成されている。43は熱絶縁ディスク41の後端面とタービン4の翼車41の背面との間の隙間である。同じく、44はコンプレッサ2の翼車21の背面とフロント側ステータ3Fの前端面との間の隙間である。吸入孔32Cからモータ室S内に冷却空気が導入される。この冷却空気は、フロント側ステータ3F及びバック側ステータ3Bとロータコア30Bとの間の径方向隙間を通じて径内方向へ流れ、空気流通孔34F、隙間44を通じて排出され、同様に空気流通孔34B、隙間42を通じて排出される。隙間43から径方向内側に流入する排気ガスは、隙間42を通じて排出される。これにより、アシストモータ3はタービン4の熱から良好に冷却される。
Next, the cooling mechanism of the
アシストモータ3は、SRMにより構成されているので、ロータをロータコア30Bのみで構成することができ、その慣性回転質量を低減することができる。また、SRMは、形成のために高周波スイッチングが必要な正弦波磁界を必要とせず、MATCではインバータPWM制御もほとんど必要がないため、インバータ損失及びアシストモータ3の鉄損を低減することができる。
Since the
(実施形態2)
実施形態2のターボチャージャ(TC)を図4を参照して説明する。図4は、TC50の模式部分軸方向断面図である。コンプレッサ2の翼車21は回転軸20の左端部に固定され、タービン4の翼車41は回転軸20の右端部に固定されている。51Cはコンプレッサ用のケーシングであり、51Tはタービン用のケーシングである。33は回転軸20を回転自在に支持する軸受けである。軸受け33はケーシング51C、51Tと一体のハウジングに支持されている。
52はケーシング51Cの環状流路であり、リング状のディフユーザをなす。コンプレッサ2の翼から径方向外側及び周方向一方側へ排出された加圧吸気は、環状流路52、排出孔53を通じて外部の吸気管に送り出される。実際には、排出孔53は渦巻き状に1周する環状流路52の出口部に設けられている。54はバイパス弁、55はバイパス管である。環状流路52から排出孔53を通じて外部に排出された加圧吸気は図略のエンジンのインテークマニホルドに送られる。また、加圧吸気はバイパス管55を通じてタービン4にバイパスされる。バイパス弁54は加圧吸気のバイパス量を調節する弁である。
(Embodiment 2)
A turbocharger (TC) of
52 is an annular flow path of the
58はケーシング51Tの環状流路である。図略のエンジンから排出された排気ガスはケーシング51Tに設けた吸入孔56を通じて、ケーシング51Tの環状流路58に送り込まれる。実際には、吸入孔56は、図略の渦巻き状に1周する環状流路58の入り口部に設けられたノズルからなる。環状流路58は、タービン4の翼部の外周端に隣接する位置にて案内翼(ベーン)59を有している。案内翼59は、環状流路58内を高速で旋回する排気ガス流を周方向一方側へ偏向し又は増速してタービン4の翼部に吹き付ける。57はケーシング51Tの第2吸入孔である。第2吸入孔57は、加圧吸気を周方向一方側へ案内する案内翼をもち、環状流路58の側面に開口している。
図4において吸入孔56として略示されているノズルにより増速されて環状流路58内を高速旋回する排気ガス流は低圧となり、第2吸入孔57から加圧吸気を吸入する。つまり、エンジンから出た排気ガスはノズルをなす吸入孔56で断熱膨張して環状流路58内に高速で吹き込まれるため、バイパス管55から出た加圧吸気は第2吸入孔57を通じて環状流路58に吸引される。つまり、環状流路58はリング状のエゼクタを構成している。なお、吸入孔56を環状流路52の側面に設けても良く、第2吸入孔57を環状流路58の側面に設けても良く、吸入孔56を環状流路58の外周面側に設けても良い。
In FIG. 4, the exhaust gas flow which is accelerated by the nozzle schematically shown as the
このTC50の動作を説明する。バイパス弁54は、コンプレッサ2及びタービン4の流量が小さい場合に開かれる。これにより、コンプレッサ2から出た加圧吸気の一部は排気ガスが高速旋回する環状流路58を通じてタービン4に流入するため、ターボチャージャ50の回転数は増大し、コンプレッサ2の流量及びタービン4の流量が増大する。その結果、エンジン小出力運転時においても、TC50の流体損失を低減することができる。なお、コンプレッサ2の加圧吸気流量の増大は、コンプレッサ2が消費する仕事の増加を招くが、コンプレッサ2から出た加圧吸気はタービン4により膨張してタービン4を駆動するため、全体としての損失は減少する。
The operation of this TC50 will be described. The
次に、バイパス弁54は、アクセルペダルの踏量が増大してエンジンを加速する場合に閉じられる。その結果、コンプレッサ2からエンジンに吸入される加圧吸気の流量は直ちに増加し、エンジン出力は急速に増大する。したがって、この実施形態によれば、簡素な構成により加速時のターボラグ問題を解決することができる。なお、長期にわたって、エンジン出力が小さいと推定される場合には、エンジン出力が小さい場合でもバイパス弁54を部分的にあるいは全面的に閉じてもよい。好適には、バイパス弁54は、ブレーキペダルの踏量が増大してエンジンを減速する場合に開かれる。その結果、エンジンが吸入する加圧吸気の流量が減り、エンジン出力は急速に減少する。したがって、この実施形態によれば、簡素な構成により減速時のターボラグ問題を解決することができる。
Next, the
(実施形態3)
実施形態3のターボチャージャ(TC)を図5を参照して説明する。図5はエンジンのブロック図である。図5は、図1において、アシストモータ3を省略し、ボルテックスチューブ(VT)60を追加した点にその特徴がある。
VT60は、エンジン8の排気ガスが流入するノズル61をもつ。VT60は、円筒状部材である。VT60の一端は、タービン4に高温排気ガスを送り出す高温出口をもち、VT60の他端は、EGRクーラ13に低温排気ガスを送り出す低温出口をもつ。61は、VT60の他端側の周面に設けられたノズルであり、ノズル61は、VT60の接線方向に配置されており、エンジン8から出た高圧の排気ガスを断熱膨張してVT60に吹き込む。これにより、VT60の内部には排気ガスの高速旋回流が形成される。良く知られているように、VT60内の旋回空間のの径方向中心部を流れる旋回流は低温となり、VT60内の旋回空間の径方向外側部分を流れる旋回流は高温となる。これにより、高速旋回する高温の排気ガス流はタービン4に送られ、低温の排気ガス流はEGRクーラ13に送られる。
(Embodiment 3)
A turbocharger (TC) of
The
この実施形態によれば、EGRクーラ13に低温の排気ガスが流入するため、EGRクーラ13の冷却負担が減る。また、排気ガスに含まれる微粒子は遠心力によりタービン4に送られるため、EGRバルブ14やエンジン8の吸入弁へのカーボン堆積やシリンダ内面の摩耗を減らすことができる。また、高温の排気ガス流はタービン4の仕事量を増大する。ボルテックスチューブ60における断熱膨張によりタービン4での断熱膨張仕事量が減る問題は、VT60から出る高速旋回流の速度エネルギーをタービン4により回収することができるため改善される。つまり、VT60は、タービン4の入り口ノズル(ベーン)の断熱膨張機能の一部又は全部を兼ねる。
According to this embodiment, since the low-temperature exhaust gas flows into the
排気ガスの流路構造の一例を図6を参照して説明する。62はボルテックスチューブ60の高温出口とタービン4の入り口とを連通する排気ガス連通管である。排気ガス連通管62は、VT60の接線方向へ延在しており、VT60の高温出口から流入する高温の排気ガスをタービン4の外周に存在する環状流路にタービン4の接線方向へ吹き込む。このタービン4の環状流路は、タービン4を囲んで配置されている。VT60の高温出口もVT60の一端を囲んで配置された環状流路からなる。この環状流路から出た排気ガスはVT60の接線方向へ延在する排気ガス連通管62に流入する。63は低温の排気ガスをEGRクーラ13に吹き出すVT60の低温出口である。この実施形態では、低温出口63はノズル61側に配置されている。
An example of the flow path structure of the exhaust gas will be described with reference to FIG. An exhaust
(変形態様)
変形態様を図7に示す。この変形態様では、低温出口63は排気ガス連通管62の近くに配置されている。排気ガス連通管62は、VT60及びタービン4の略接線方向に配置されている。
(変形態様)
変形態様を図8に示す。64はVT60の環状の高温出口である。この変形態様では、排気ガス連通管62は、螺旋状に周回してタービン4の環状流路58に達している。VT60とTC1とは同軸上に配置され、TC1の低圧排気ガス排出筒44は直角に湾曲している。
(Modification)
A modification is shown in FIG. In this variation, the
(Modification)
A modification is shown in FIG.
(実施形態4)
実施形態4のターボチャージャ(TC)を図9を参照して説明する。図9はエンジンのブロック図である。
1はターボチャージャであって、回転軸により連結された吸気タービン(吸気側翼車)200及び排気コンプレッサ(排気側翼車)400を有している。300は軸受けである。7はコントローラ、8は内燃機関(エンジン)、100は電動のバイパス弁である。バイパス弁100は、コントローラ7により制御される電動のバタフライバルブにより構成されている。言い換えれば、バイパス弁100は通常のスロットルバルブである。バイパス弁100は、外気取り入れ管101と吸気管9とを連通するバイパス管10Dに設けられている。
(Embodiment 4)
A turbocharger (TC) of
A turbocharger 1 has an intake turbine (intake side impeller) 200 and an exhaust compressor (exhaust side impeller) 400 connected by a rotating shaft.
吸気タービン200は、外気取り入れ管101と吸気管9との間に配置されている。外気取り入れ管101から吸気タービン200に流入した空気流は、吸気タービン200を駆動して吸気管9に排出され、エンジン8の吸気孔に吸入される。エンジン8から出た排気ガスは排気管10を通じて排気コンプレッサ400に流入する。吸気タービン200により駆動される排気コンプレッサ400は、流入した排気ガスを圧縮して下流の排気経路へ排出する。
吸気タービン200の構造例を図10を参照して説明する。回転軸20の左端にはディスク状の翼車204が固定されている。吸気側翼車204には斜流タービンをなす翼部205が放射状に設けられている。吸気タービン200のケーシング201は、翼部205をもつ翼車204を包んでいる。ケーシング201の左端開口は吸気管9を通じてエンジン8の吸気孔に連通している。翼車204は、放射状に設けられた多数の翼部205をもつ。
The
A structural example of the
ケーシング201は、翼部205及び翼車204の径方向外側に位置して環状ダクト202を有している。環状ダクト202と翼部205の径方向外端との間に位置してノズル203が設けられている。環状ダクト202に流入した外部の空気流は、環状ダクト202内を旋回しつつノズル203を通じて翼部205の径方向外端に流入する。ノズル203は、翼車204を囲んで多数のガイドプレートをもち、各ガイドプレートは接線方向及び径方向に対して斜めに延在している。各ガイドプレートの径方向内端はその径方向外端に比べて翼車204の回転方向にずれている。これにより、環状ダクト202の旋回空気流は、ノズル203により高速とされて翼部205に吹き付けられ、翼部205を駆動する。
コントローラ7によるバイパス弁100の制御について以下に説明する。コントローラ7は、アクセルペダルの踏み量に応じてバイパス弁100の開度を調節する。更に詳しく説明すると、コントローラ7は、アクセルペダルの踏み量の増加量に応じて吸気量目標値の増加量を決定し、この吸気量目標値の増加量に応じてバイパス弁100の開度を調節する。吸気量目標値の増加量が多い場合にはバイパス弁100の開度を増大し、吸気量目標値の増加量が負の場合にはバイパス弁100の開度を減らす。また、吸気流量が所定値を超えた場合には、吸気管9に設けられた図略の流量センサからの検出した吸気流量の検出値と吸気流量の目標値との偏差に基づいてそれを減らす向きにバイパス弁100の開度を調節する。
The
Control of the
この実施形態によれば、エンジン8の低出力時にエンジン8の排気圧を低下できるため、エンジン出力を改善することができる。この実施形態の装置は、急加速時にはバイパス弁100を開いてエンジン8の出力を急増させることができ、エンジン8の低出力時にはバイパス弁100を閉じてエンジン8の吸気負圧を利用してエンジン8の排気を促進し、これによりエンジントルクを増大する点にある。ターボチャージャ1は、排気タービンと吸気コンプレッサとをもつ従来のターボチャージャに比べて大幅に小さくすることができる。
According to this embodiment, since the exhaust pressure of the
(変形態様)
図9に示すターボチャージャ1をモータ付きのターボチャージャ(モータアシストターボチャージャ)に変更してもよい。たとえば、バイパス弁を開く場合には、このモータを電動駆動してエンジンのトルクを増大し、バイパス弁を閉じる場合にはこのモータを発電駆動してエンジンのトルクを低下させることができる。
(Modification)
The turbocharger 1 shown in FIG. 9 may be changed to a turbocharger with a motor (motor-assisted turbocharger). For example, when the bypass valve is opened, the motor can be electrically driven to increase the engine torque, and when the bypass valve is closed, the motor can be driven to generate power to reduce the engine torque.
Claims (11)
前記吸気側翼車に流入する吸気を絞るノズルを有し、
前記吸気側翼車は、前記内燃機関の吸気負圧により駆動されて前記排気側翼車を駆動することにより前記内燃機関から出た前記排気ガスを加圧することを特徴とするターボチャージャ。 An exhaust side impeller for transferring torque and exhaust gas flowing from an exhaust pipe of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and an intake side impeller for transferring torque and torque flowing into the internal combustion engine from an intake path for intake of outside air In the turbocharger, the two impellers are connected by a rotating shaft that is rotatably supported by the housing.
A nozzle for restricting the intake air flowing into the intake side impeller,
The turbocharger, wherein the intake side impeller is driven by an intake negative pressure of the internal combustion engine and pressurizes the exhaust gas emitted from the internal combustion engine by driving the exhaust side impeller.
前記コントローラは、前記内燃機関の加速時に前記バイパス弁を開く請求項1記載のターボチャージャ。 A bypass valve that is provided in a bypass pipe that bypasses the intake side impeller and flows the intake air into the internal combustion engine and controls the flow rate of the bypass pipe; and a controller that controls the bypass valve;
The turbocharger according to claim 1, wherein the controller opens the bypass valve when the internal combustion engine is accelerated.
前記内燃機関の吸気量目標値と、前記吸気側翼車を通過する前記吸気量との誤差を算出し、
前記誤差を解消向きに前記バイパス弁の開度を調節する請求項2記載のターボチャージャ。 The controller is
Calculating an error between an intake air amount target value of the internal combustion engine and the intake air amount passing through the intake side impeller;
The turbocharger according to claim 2, wherein the degree of opening of the bypass valve is adjusted so as to eliminate the error.
前記排気ガスが前記内燃機関の排気管から流入する入口と、前記吸気管に低温排気ガスを送り出す低温排気出口と、旋回する高温ガスを排出する高温排気出口とを有するボルテックスチューブを有し、
前記ボルテックスチューブの前記高温排気出口は、前記排気側翼車の上流側の排気経路に連通することを特徴とするターボチャージャ。 An exhaust side impeller for transferring torque and exhaust gas flowing from an exhaust pipe of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and an intake side impeller for transferring torque and torque flowing into the internal combustion engine from an intake path for intake of outside air In the turbocharger, the two impellers are connected by a rotating shaft that is rotatably supported by the housing.
A vortex tube having an inlet through which the exhaust gas flows from the exhaust pipe of the internal combustion engine, a low temperature exhaust outlet for sending the low temperature exhaust gas to the intake pipe, and a high temperature exhaust outlet for discharging the swirling high temperature gas;
The turbocharger, wherein the high temperature exhaust outlet of the vortex tube communicates with an exhaust path upstream of the exhaust side impeller.
前記排気側翼車の上流側の排気経路に配置されて前記排気ガスを前記吸気側翼車の出口圧よりも低いレベルまで断熱膨張させるとともに、前記吸気側翼車から出た加圧吸気を吸引して前記排気側翼車にに送るエゼクタを有することを特徴とするターボチャージャ。 An exhaust side impeller for transferring torque and exhaust gas flowing from an exhaust pipe of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and an intake side impeller for transferring torque and torque flowing into the internal combustion engine from an intake path for intake of outside air In the turbocharger, the two impellers are connected by a rotating shaft that is rotatably supported by the housing.
The exhaust gas is disposed in the exhaust path on the upstream side of the exhaust side impeller to adiabatically expand the exhaust gas to a level lower than the outlet pressure of the intake side impeller, and sucks the pressurized intake air from the intake side impeller to A turbocharger having an ejector for sending to an exhaust side impeller.
前記排気ガス及び前記加圧吸気の一方は、軸方向及び径方向の一方の方向へ流れて前記環状通路へ流入し、
前記排気ガス及び前記加圧吸気の他方は、軸方向及び径方向の他方の方向へ流れて前記環状通路へ流入する請求項6記載のターボチャージャ。 The ejector has an annular passage that is arranged radially outside the exhaust-side impeller and through which the exhaust gas flows annularly.
One of the exhaust gas and the pressurized intake air flows in one of the axial direction and the radial direction and flows into the annular passage,
The turbocharger according to claim 6, wherein the other of the exhaust gas and the pressurized intake air flows in the other of the axial direction and the radial direction and flows into the annular passage.
前記アシストモータは、スイッチドリラクタンスモータにより構成されている請求項6記載のターボチャージャ。 An assist motor that has a rotor coupled to the rotating shaft and transmits and receives torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller;
The turbocharger according to claim 6, wherein the assist motor is a switched reluctance motor.
前記アシストモータは、ディスク状の前記ロータと、前記ロータの前端面に軸方向へ小ギャップを隔てて対面するフロント側ステータと、前記ロータの後端面に軸方向へ小ギャップを隔てて対面するバック側ステータとを有するアキシャルギャップ構造を有し、
前記フロント側ステータ及び前記バック側ステータの互いに同一位相の磁極は、ほぼ同一の周方向位置に配置されてほぼ同一量の磁束を発生し、
前記ロータは、軸方向磁路断面積の半分以下の周方向磁路断面積を有するロータコアを有する請求項6記載のターボチャージャ。 An assist motor that has a rotor coupled to the rotating shaft and transmits and receives torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller;
The assist motor includes a disk-shaped rotor, a front stator that faces the front end surface of the rotor with a small gap in the axial direction, and a back that faces the rear end surface of the rotor with a small gap in the axial direction. An axial gap structure having a side stator,
Magnetic poles of the same phase of the front side stator and the back side stator are arranged at substantially the same circumferential position to generate substantially the same amount of magnetic flux,
The turbocharger according to claim 6, wherein the rotor has a rotor core having a circumferential magnetic path cross-sectional area equal to or less than half of an axial magnetic path cross-sectional area.
前記コントローラは、車両加速時に前記アシストモータを電動動作させてターボラグを短縮し、その後、前記モータアシストターボチャージャ又は前記エンジンの回転数が所定しきい値を上回ったことを検出したら前記アシストモータを発電動作させて回転数の正オーバーシュートを抑制する請求項6記載のターボチャージャ。 An assist motor having a rotor connected to the rotating shaft and transferring torque to and from the intake-side impeller and the exhaust-side impeller, and a controller for controlling the assist motor;
The controller electrically operates the assist motor during vehicle acceleration to shorten the turbo lag, and then generates the assist motor when it detects that the motor assist turbocharger or the engine speed has exceeded a predetermined threshold value. The turbocharger according to claim 6, wherein the turbocharger is operated to suppress a positive overshoot of the rotational speed.
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JP2009022316A JP2010180708A (en) | 2009-02-03 | 2009-02-03 | Turbocharger |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015218591A (en) * | 2014-05-14 | 2015-12-07 | 株式会社豊田自動織機 | Electric supercharger |
CN105781716A (en) * | 2016-03-22 | 2016-07-20 | 吉林大学 | Electric-assistance variable nozzle turbocharging system and control method thereof |
WO2022023154A1 (en) * | 2020-07-27 | 2022-02-03 | Robert Bosch Gmbh | Rotor device, electric motor and method for producing the rotor device |
-
2009
- 2009-02-03 JP JP2009022316A patent/JP2010180708A/en active Pending
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