JP2012092800A - Electrically-assisted turbocharger - Google Patents

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Naoki Ishibashi
直樹 石橋
Tomohiro Sugano
知宏 菅野
Yoshiyuki Abe
義幸 阿部
Haruyo Kimura
治世 木村
Yukari Mizushima
由加利 水島
Akira Iijima
章 飯島
Isao Kitsukawa
功 橘川
Tomoyuki Ito
朝幸 伊藤
Shogo Sakashita
翔吾 坂下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrically-assisted turbocharger that reduces iron loss of an electric motor and prevents deterioration of shaft vibration of a turbo shaft.SOLUTION: The electrically-assisted turbocharger includes: an exhaust turbine 3 having a turbine wheel 2 rotated by exhaust gas; an intake compressor 5 having a compressor wheel 4 for compressing air by rotation; a turbo shaft 6 integrated with the turbine wheel 2 and the compressor wheel 4 so as to transmit rotation from the exhaust-turbine side to the intake-compressor side; a driven gear 7 attached to the node part of shaft vibration of the turbo shaft 6; a drive gear 8 meshed with the driven gear 7 and having a larger number of teeth than the driven gear 7; and an electric motor 9 for rotating the drive gear 8.

Description

本発明は、ターボチャージャに電気モータを組み合わせた電動アシストターボチャージャに係り、電気モータの鉄損を低減すると共にターボ軸の軸振動を悪化させない電動アシストターボチャージャに関する。   The present invention relates to an electric assist turbocharger in which an electric motor is combined with a turbocharger, and relates to an electric assist turbocharger that reduces iron loss of an electric motor and does not deteriorate shaft vibration of a turbo shaft.

エンジンにターボチャージャを付加したシステムでは、エンジン回転速度が低くトルクが低いときには排気ガスエネルギが小さいことから排気タービンの回転速度が低く、吸気コンプレッサにて過給される吸気量が少ない。このため、エンジン低回転時に高トルクが要求されると、吸気量が燃料噴射量からくる要求に対して不足してしまう。また、エンジン状態が変動する過渡運転時に、ターボ軸の回転慣性により、ターボチャージャの回転がエンジン状態の変動に対して応答遅れするため、例えば、車両が加速のために燃料噴射量を急速に増加させたい時に、ターボチャージャの回転が上がるのが遅く吸気量が迅速に増加しない。   In a system in which a turbocharger is added to the engine, when the engine speed is low and the torque is low, the exhaust gas energy is small, so that the exhaust turbine has a low speed and the amount of intake air supercharged by the intake compressor is small. For this reason, if a high torque is required at the time of low engine rotation, the intake amount is insufficient with respect to the request coming from the fuel injection amount. In addition, during transient operation where the engine condition fluctuates, the rotation of the turbocharger is delayed in response to fluctuations in the engine condition due to the rotational inertia of the turboshaft. For example, the vehicle rapidly increases the fuel injection amount for acceleration. When you want to make it happen, the turbocharger rotates slowly and the intake volume does not increase rapidly.

これに対し、ターボチャージャに電気モータを組み合わせた電動アシストターボチャージャが知られている。電動アシストターボチャージャは、エンジン低回転時や過渡運転時に電気モータの力でターボ軸の駆動を補助することで、迅速に吸気量を増加させることができる。   On the other hand, an electrically assisted turbocharger in which an electric motor is combined with a turbocharger is known. The electric assist turbocharger can quickly increase the intake air amount by assisting the drive of the turbo shaft by the power of the electric motor at the time of low engine speed or transient operation.

従来の電動アシストターボチャージャ301は、図4に示されるように、排気ガスにより回転されるタービンホイール302を有する排気タービン303と、回転により空気を圧縮するコンプレッサホイール304を有する吸気コンプレッサ305と、タービンホイール302とコンプレッサホイール304とに一体化され排気タービン側から吸気コンプレッサ側へ回転を伝達するターボ軸306と、ターボ軸306と同軸かつターボ軸306に一体化された電気モータ307の回転子(図示せず)と、回転子の外周に位置する電気モータ307の固定子(図示せず)とを備える。   As shown in FIG. 4, a conventional electrically assisted turbocharger 301 includes an exhaust turbine 303 having a turbine wheel 302 rotated by exhaust gas, an intake compressor 305 having a compressor wheel 304 that compresses air by rotation, and a turbine. A turbo shaft 306 that is integrated with the wheel 302 and the compressor wheel 304 and transmits rotation from the exhaust turbine side to the intake compressor side, and a rotor of the electric motor 307 that is coaxial with the turbo shaft 306 and integrated with the turbo shaft 306 (see FIG. And a stator (not shown) of the electric motor 307 located on the outer periphery of the rotor.

特開2004−169629号公報JP 2004-169629 A 特開2006−320143号公報JP 2006-320143 A

前述したように、従来の電動アシストターボチャージャ301では、電気モータ307の回転子がターボ軸306と同軸に配置され、かつ、ターボ軸306に一体化されるので、回転子はターボ軸306と同じ回転速度で回転する。   As described above, in the conventional electrically assisted turbocharger 301, the rotor of the electric motor 307 is arranged coaxially with the turbo shaft 306 and integrated with the turbo shaft 306, so the rotor is the same as the turbo shaft 306. It rotates at the rotation speed.

ところが、図5に示されるように、一般の電気モータには、回転速度が低い領域に銅損が大きい領域があり、回転速度が高い領域に鉄損が大きい領域がある。銅損は、巻線に流れる電流によるものである。鉄損は、鉄心に流れる渦電流により電気エネルギが消費されるために生じる。さらに詳しくは、鉄損には、渦電流損とヒステリシス損とがあるが、両者とも回転速度に応じて大きくなる。渦電流損は、式(1)により求めることができる。   However, as shown in FIG. 5, a general electric motor has a region where the copper loss is large in a region where the rotational speed is low, and a region where the iron loss is large in a region where the rotational speed is high. Copper loss is due to the current flowing in the winding. Iron loss occurs because electrical energy is consumed by eddy currents flowing through the iron core. More specifically, the iron loss includes eddy current loss and hysteresis loss, both of which increase according to the rotational speed. The eddy current loss can be obtained by equation (1).

式(1)中、運転周波数fが回転速度に比例している。式(1)のf2の項から、回転速度が高くなると渦電流損が増大することが分かる。 In equation (1), the operating frequency f is proportional to the rotational speed. It can be seen from the term f 2 in equation (1) that the eddy current loss increases as the rotational speed increases.

このように、一般の電気モータは、回転速度が高いと鉄損が大きいので、数千rpmから2万rpmの範囲が適切な使用回転速度とされている。   Thus, since the general electric motor has a large iron loss when the rotational speed is high, the range of several thousand rpm to 20,000 rpm is set as an appropriate rotational speed.

これに対し、ターボチャージャは排気ガスが多くなればなるほど高速で回転されるものであり、例えば、小型エンジンに搭載されるターボチャージャでは回転速度が10万〜20万rpmにもなることがある。この回転速度は、一般の電気モータにおいては渦電流損が大きい領域に相当する。   On the other hand, the turbocharger rotates at a higher speed as the exhaust gas increases. For example, a turbocharger mounted on a small engine may have a rotation speed of 100,000 to 200,000 rpm. This rotational speed corresponds to a region where eddy current loss is large in a general electric motor.

このように、従来の電動アシストターボチャージャ301では、電気モータ307の回転子がターボ軸306と同じ回転速度となることから、電気モータ307が推奨されない回転速度領域で使用されることになり、鉄損による電力の無駄な消費が避けられない。   Thus, in the conventional electrically assisted turbocharger 301, the rotor of the electric motor 307 has the same rotational speed as that of the turbo shaft 306. Therefore, the electric motor 307 is used in a rotational speed region that is not recommended. Wasteful power consumption due to loss is inevitable.

なお、10万rpmを超える超高速回転でも鉄損増加を抑制できる超高速モータがあるが、特殊な材料や構造を採用しているので高価であり、普及車への搭載には適さない。   Although there is an ultra-high-speed motor that can suppress an increase in iron loss even at ultra-high speed rotation exceeding 100,000 rpm, it is expensive because it uses a special material and structure, and is not suitable for mounting on a popular vehicle.

また、一般にターボチャージャは、高速で回転するとき、ターボ軸に軸振動が生じる。このとき、ターボ軸の排気タービン側を軸承している軸受けとターボ軸の吸気コンプレッサ側を軸承している軸受けにターボ軸の軸振動による強負荷がかからないよう、軸振動の節部分が排気タービン側にも吸気コンプレッサ側にも偏らない位置に設定されている。しかし、ターボ軸に対して力学的作用を及ぼす部材を付加した場合、節部分の位置がずれてしまい、いずれかの軸受けに強負荷がかかるようになる虞がある。したがって、鉄損低減対策のために部材を付加するにあたっては、軸振動を十分に考慮する必要がある。   In general, when a turbocharger rotates at a high speed, shaft vibration occurs on the turbo shaft. At this time, the shaft vibration nodal portion is located on the exhaust turbine side so that a heavy load due to the shaft vibration of the turbo shaft is not applied to the bearing bearing the exhaust shaft side of the turbo shaft and the bearing supporting the intake compressor side of the turbo shaft. In addition, the position is set so as not to be biased toward the intake compressor side. However, when a member that exerts a mechanical action on the turbo shaft is added, the position of the node portion is shifted, and there is a possibility that a heavy load is applied to any of the bearings. Therefore, when adding a member for reducing iron loss, it is necessary to sufficiently consider shaft vibration.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電気モータの鉄損を低減すると共にターボ軸の軸振動を悪化させない電動アシストターボチャージャを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric assist turbocharger that solves the above-described problems, reduces iron loss of an electric motor, and does not deteriorate shaft vibration of a turbo shaft.

上記目的を達成するために本発明は、排気ガスにより回転されるタービンホイールを有する排気タービンと、回転により空気を圧縮するコンプレッサホイールを有する吸気コンプレッサと、前記タービンホイールと前記コンプレッサホイールとに一体化され排気タービン側から吸気コンプレッサ側へ回転を伝達するターボ軸と、前記ターボ軸の軸振動の節部分に取り付けられたドリブンギアと、前記ドリブンギアに噛み合い前記ドリブンギアよりも歯数が多いドライブギアと、前記ドライブギアを回転させる電気モータとを備えたものである。   In order to achieve the above object, the present invention integrates an exhaust turbine having a turbine wheel rotated by exhaust gas, an intake compressor having a compressor wheel for compressing air by rotation, and the turbine wheel and the compressor wheel. A turbo shaft that transmits rotation from the exhaust turbine side to the intake compressor side, a driven gear attached to a shaft vibration portion of the turbo shaft, and a drive gear that meshes with the driven gear and has more teeth than the driven gear. And an electric motor for rotating the drive gear.

前記ドリブンギアの歯数は、前記ドリブンギアの歯数の5倍以上であってもよい。   The number of teeth of the driven gear may be five times or more the number of teeth of the driven gear.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)電気モータの鉄損を低減することができる。   (1) The iron loss of the electric motor can be reduced.

(2)ターボ軸の軸振動を悪化させない。   (2) The shaft vibration of the turbo shaft is not deteriorated.

本発明の一実施形態を示す電動アシストターボチャージャの構成図である。It is a block diagram of the electrically assisted turbocharger which shows one Embodiment of this invention. 本発明の電動アシストターボチャージャを搭載したエンジンシステムの構成図である。It is a block diagram of the engine system carrying the electrically assisted turbocharger of this invention. ターボ軸の軸振動を説明するためのイメージ図である。It is an image figure for demonstrating the shaft vibration of a turbo shaft. 従来の電動アシストターボチャージャの構成図である。It is a block diagram of the conventional electrically assisted turbocharger. 一般の電気モータにおける回転速度対トルク特性図である。It is a rotational speed versus torque characteristic view in a general electric motor.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係る電動アシストターボチャージャ1は、排気ガスにより回転されるタービンホイール2を有する排気タービン3と、回転により空気を圧縮するコンプレッサホイール4を有する吸気コンプレッサ5と、タービンホイール2とコンプレッサホイール4とに一体化され排気タービン側から吸気コンプレッサ側へ回転を伝達するターボ軸6と、ターボ軸6の軸振動の節部分に取り付けられたドリブンギア7と、ドリブンギア7に噛み合いドリブンギア7よりも歯数が多いドライブギア8と、ドライブギア8を回転させる電気モータ9とを備える。   As shown in FIG. 1, an electrically assisted turbocharger 1 according to the present invention includes an exhaust turbine 3 having a turbine wheel 2 that is rotated by exhaust gas, and an intake compressor 5 having a compressor wheel 4 that compresses air by rotation. A turbo shaft 6 integrated with the turbine wheel 2 and the compressor wheel 4 to transmit rotation from the exhaust turbine side to the intake compressor side, a driven gear 7 attached to a shaft vibration portion of the turbo shaft 6, and a driven gear 7 is provided with a drive gear 8 having a larger number of teeth than the driven gear 7 and an electric motor 9 for rotating the drive gear 8.

電気モータ9は、一般的な電気モータであり、図示しない回転子が回転軸10と一体的に回転するようになっている。この回転軸10にドライブギア8が取り付けられる。   The electric motor 9 is a general electric motor, and a rotor (not shown) rotates integrally with the rotary shaft 10. A drive gear 8 is attached to the rotating shaft 10.

ターボ軸6は、排気タービン側の軸受け11と吸気コンプレッサ側の軸受け12とにより、2箇所で軸承されている。ドリブンギア7は2箇所の軸受け11,12の間、より具体的には、ターボ軸6の軸振動の節部分に位置する。軸振動については、後に詳しく述べる。ドライブギア8は、ドリブンギア7よりも歯数が多く、したがって、電気モータ9の回転は増速されてターボ軸6に伝達される構成となっている。   The turbo shaft 6 is supported at two locations by a bearing 11 on the exhaust turbine side and a bearing 12 on the intake compressor side. The driven gear 7 is located between the two bearings 11, 12, more specifically, at the node portion of the shaft vibration of the turbo shaft 6. The shaft vibration will be described in detail later. The drive gear 8 has a larger number of teeth than the driven gear 7, and therefore, the rotation of the electric motor 9 is increased and transmitted to the turbo shaft 6.

図2に示されるように、本発明の電動アシストターボチャージャ1を搭載したエンジンシステム21は、エンジン22の排気マニホールド23に接続された高圧側排気管24と、高圧側排気管24が排気タービン3の入口に接続された電動アシストターボチャージャ1と、排気タービン3の出口に接続された低圧側排気管25と、電動アシストターボチャージャ1の吸気コンプレッサ5の入口に接続された低圧側吸気管26と、吸気コンプレッサ5の出口に接続され吸気マニホールド27に吸気を送り込む高圧側吸気管28とを備える。   As shown in FIG. 2, an engine system 21 equipped with the electrically assisted turbocharger 1 of the present invention includes a high pressure side exhaust pipe 24 connected to an exhaust manifold 23 of the engine 22, and a high pressure side exhaust pipe 24 that is connected to the exhaust turbine 3. The electric assist turbocharger 1 connected to the inlet of the exhaust gas turbine, the low pressure side exhaust pipe 25 connected to the outlet of the exhaust turbine 3, and the low pressure side intake pipe 26 connected to the inlet of the intake compressor 5 of the electric assist turbocharger 1. And a high-pressure side intake pipe 28 that is connected to the outlet of the intake compressor 5 and feeds intake air to the intake manifold 27.

高圧側排気管24から高圧側吸気管28にかけて、排気ガスを環流するEGR管29が設けられる。EGR管29には、ERGクーラ30、EGR弁31が設けられる。低圧側排気管25には、排気ガス浄化装置32、排気スロットル33、消音装置34が設けられる。高圧側吸気管28には、インタークーラ35、吸気スロットル36が設けられる。低圧側吸気管26にはエアフィルタ37が設けられる。   An EGR pipe 29 that circulates exhaust gas is provided from the high-pressure side exhaust pipe 24 to the high-pressure side intake pipe 28. The EGR pipe 29 is provided with an ERG cooler 30 and an EGR valve 31. The low pressure side exhaust pipe 25 is provided with an exhaust gas purification device 32, an exhaust throttle 33, and a silencer 34. The high pressure side intake pipe 28 is provided with an intercooler 35 and an intake throttle 36. An air filter 37 is provided in the low pressure side intake pipe 26.

電動アシストターボチャージャ1の電気モータ9には、電源ユニット41とターボドライバユニット42が電気的に接続されており、ターボドライバユニット42において電源ユニット41から電気モータ9に印加される電力を調整及び入/切することで、電動アシストする力を加えたり、なくしたり、増減させることができる。ターボドライバユニット42は、電子制御回路(Engine Control Module;以下、ECMと言う)43により、あらかじめ設定されたプログラムに従って制御される。   A power supply unit 41 and a turbo driver unit 42 are electrically connected to the electric motor 9 of the electric assist turbocharger 1, and the electric power applied from the power supply unit 41 to the electric motor 9 is adjusted and input in the turbo driver unit 42. By turning off / on, the power assisting power can be applied, eliminated, or increased or decreased. The turbo driver unit 42 is controlled by an electronic control circuit (Engine Control Module; hereinafter referred to as ECM) 43 according to a preset program.

次に、本発明の電動アシストターボチャージャ1の動作を説明する。   Next, the operation of the electric assist turbocharger 1 of the present invention will be described.

電動アシストターボチャージャ1において、ターボ軸6の回転速度が低く、吸気コンプレッサ5から過給される吸気量が少ない状態のとき、燃料噴射量を多くするには、吸気量を多くする必要がある。このような場合に、電気モータ9を回転させることにより、ドライブギア8からドリブンギア7を介してターボ軸6の回転を補助する。このとき、電気モータ9の回転が増速されてターボ軸6に伝達されるので、電気モータ9は所望するターボ軸6の回転速度よりも低回転速度で回転させればよいことになる。   In the electrically assisted turbocharger 1, when the rotational speed of the turbo shaft 6 is low and the intake air amount supercharged from the intake air compressor 5 is small, it is necessary to increase the intake air amount in order to increase the fuel injection amount. In such a case, the rotation of the turbo shaft 6 is assisted from the drive gear 8 through the driven gear 7 by rotating the electric motor 9. At this time, since the rotation of the electric motor 9 is accelerated and transmitted to the turbo shaft 6, the electric motor 9 may be rotated at a lower rotational speed than the desired rotational speed of the turbo shaft 6.

ターボ軸6の回転速度が高い状態にて、エンジン状態をさらに高負荷なエンジン状態にさせるような過渡運転時(例えば、追い越し運転時)、電気モータ9を回転させることにより、ターボ軸6の回転を補助する。このときは、ターボ軸6の回転速度は高いが、電気モータ9の回転速度は所望するターボ軸6の回転速度よりも低回転速度となるので、鉄損が小さい回転速度領域で電気モータ9が使用される。   During a transient operation (for example, during overtaking operation) in which the engine state is changed to a higher-load engine state with the rotation speed of the turbo shaft 6 being high, the rotation of the turbo shaft 6 is performed by rotating the electric motor 9. To assist. At this time, the rotational speed of the turbo shaft 6 is high, but the rotational speed of the electric motor 9 is lower than the desired rotational speed of the turbo shaft 6, so that the electric motor 9 operates in a rotational speed region where the iron loss is small. used.

ところで、図3に示されるように、ターボ軸6は、一端にタービンホイール2が一体的に取り付けられ、他端にコンプレッサホイール4が一体的に取り付けられ、タービンホイール2よりも軸央側の軸受け11とコンプレッサホイール4よりも軸央側の軸受け12とにより軸承されている。ただし、ここではターボ軸6にドリブンギア7を取り付けていないものとする。このような構造において、ターボ軸6が10万rpmを超える高速回転をすると、軸振動が発生する。軸振動は、図示のようにターボ軸6の端部が回転中心から径方向に変位する運動であり、ターボ軸6の軌跡が円錐を描くので、すりこぎ運動とも呼ばれる。円錐の先端に相当する部分は、節部分であり、変位がゼロであり、その近傍は変位が微小である。   Incidentally, as shown in FIG. 3, the turbo shaft 6 has a turbine wheel 2 integrally attached to one end and a compressor wheel 4 integrally attached to the other end. 11 and a bearing 12 on the axial center side of the compressor wheel 4. However, here, it is assumed that the driven gear 7 is not attached to the turbo shaft 6. In such a structure, when the turbo shaft 6 rotates at a high speed exceeding 100,000 rpm, shaft vibration occurs. The shaft vibration is a motion in which the end portion of the turbo shaft 6 is displaced in the radial direction from the center of rotation as shown in the figure, and the locus of the turbo shaft 6 draws a cone, so it is also called a rake motion. The portion corresponding to the tip of the cone is a node portion, the displacement is zero, and the displacement in the vicinity thereof is minute.

軸振動の変位が大きくなると、軸受け11,12に強負荷がかかり、ベアリングが損傷する不具合が生じるが、軸振動それ自体はタービンホイール2やコンプレッサホイール4における気体の振る舞いにわずかでもアンバランスがあると発生するため、軸振動それ自体を皆無とすることは難しい。そこで、軸受け11,12の位置で共に変位が小さくなるよう、軸振動の節部分が排気タービン側にも吸気コンプレッサ側にも偏らない最適の位置に設定され、軸受け11,12に強負荷が加わらない。   When the displacement of the shaft vibration increases, a heavy load is applied to the bearings 11 and 12 and the bearing is damaged. However, the shaft vibration itself has a slight imbalance in the gas behavior in the turbine wheel 2 and the compressor wheel 4. Therefore, it is difficult to eliminate the shaft vibration itself. Therefore, the nodal portion of the shaft vibration is set at an optimum position so that neither the exhaust turbine side nor the intake compressor side is biased so that the displacement becomes small at the positions of the bearings 11 and 12, and a heavy load is applied to the bearings 11 and 12. Absent.

ところが、ターボ軸6にドリブンギア7という新たな部材を付加すると、重量バランスが変わり、さらにドライブギア8からの力が加わるため、軸振動の振動モードが変わることが懸念される。軸振動の振動モードが変わると、節部分の位置が最適の位置からずれ、軸受け11,12のどちらかの変位が増大して強負荷が加わる。   However, when a new member called the driven gear 7 is added to the turbo shaft 6, the weight balance is changed, and further, the force from the drive gear 8 is applied. When the vibration mode of the shaft vibration is changed, the position of the node portion is deviated from the optimum position, and the displacement of either one of the bearings 11 and 12 is increased and a heavy load is applied.

これに対し、本発明の電動アシストターボチャージャ1は、ターボ軸6の軸振動の節部分にドリブンギア7が取り付けられ、ドリブンギア7を介してドライブギア8からの力が加わる。軸振動の節部分では、部材や外力が加わっても、振動モードに影響が及ばない。よって、節部分の位置が最適の位置からずれることがなく、軸振動による軸受け11,12の変位が増大しない。   On the other hand, in the electrically assisted turbocharger 1 of the present invention, the driven gear 7 is attached to the shaft vibration node of the turbo shaft 6, and the force from the drive gear 8 is applied via the driven gear 7. Even if a member or an external force is applied to the node portion of the shaft vibration, the vibration mode is not affected. Therefore, the position of the node portion does not deviate from the optimum position, and the displacement of the bearings 11 and 12 due to the shaft vibration does not increase.

以上説明したように、本発明の電動アシストターボチャージャ1は、ターボ軸6に取り付けられたドリブンギア7と、ドリブンギア7に噛み合いドリブンギア7よりも歯数が多いドライブギア8と、ドライブギア8を回転させる電気モータ9とを備えたので、電気モータ9は所望するターボ軸6の回転速度よりも低回転速度で回転させればよく、電気モータ9の鉄損を低減することができる。   As described above, the electrically assisted turbocharger 1 of the present invention includes the driven gear 7 attached to the turbo shaft 6, the drive gear 8 that meshes with the driven gear 7 and has more teeth than the driven gear 7, and the drive gear 8. Therefore, the electric motor 9 may be rotated at a lower rotational speed than the desired rotational speed of the turbo shaft 6, and the iron loss of the electric motor 9 can be reduced.

このように、本発明の電動アシストターボチャージャ1によれば、鉄損による電力の無駄な消費が節減され、結果的に燃料消費が抑制されるので、燃費を向上させることができる。   Thus, according to the electrically assisted turbocharger 1 of the present invention, wasteful consumption of electric power due to iron loss is reduced, and as a result, fuel consumption is suppressed, so that fuel efficiency can be improved.

また、本発明の電動アシストターボチャージャ1は、電気モータ9が低回転速度で運転されるので、超高速モータを採用する必要がなく、材料や構造が一般的な電気モータを採用でき、コストの上昇を抑えることができる。   In addition, since the electric motor 9 is operated at a low rotational speed, the electric assist turbocharger 1 according to the present invention does not need to employ an ultra-high speed motor, and can employ an electric motor having a general material and structure, and can reduce the cost. The rise can be suppressed.

さらに、本発明の電動アシストターボチャージャ1は、ターボ軸6の軸振動の節部分にドリブンギア7が取り付けられるので、ドリブンギア7の付加によってターボ軸6の軸振動が悪化することがなく、軸受け11,12が保護される。   Further, since the electrically driven turbocharger 1 of the present invention has the driven gear 7 attached to the node portion of the shaft vibration of the turbo shaft 6, the shaft vibration of the turbo shaft 6 is not deteriorated by the addition of the driven gear 7. 11 and 12 are protected.

ドライブギア8とドリブンギア7のギア比としては、5:1〜20:1が望ましく、例えば10:1にすれば、ターボ軸6の回転速度が20万rpmのとき、電気モータ9の回転速度は2万rpmでよいことになる。   The gear ratio between the drive gear 8 and the driven gear 7 is preferably 5: 1 to 20: 1. For example, when the gear ratio is 10: 1, the rotation speed of the electric motor 9 is obtained when the rotation speed of the turbo shaft 6 is 200,000 rpm. 20,000 rpm is sufficient.

電動アシストターボチャージャ1は、排気ガスエネルギに余力がある場合に、電気モータ9を発電機として使用し、回生電力を得ることができる。この場合も、電気モータ9が高回転速度では発電効率が低下するが、本発明ではターボ軸6の回転を減速して電気モータ9に伝達することにより、発電効率を向上させることができる。   The electric assist turbocharger 1 can obtain regenerative power by using the electric motor 9 as a generator when the exhaust gas energy has a surplus. Also in this case, the power generation efficiency decreases when the electric motor 9 is at a high rotation speed. However, in the present invention, the power generation efficiency can be improved by decelerating the rotation of the turbo shaft 6 and transmitting it to the electric motor 9.

1 電動アシストターボチャージャ
2 タービンホイール
3 排気タービン
4 コンプレッサホイール
5 吸気コンプレッサ
6 ターボ軸
7 ドリブンギア
8 ドライブギア
9 電気モータ
10 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric assist turbocharger 2 Turbine wheel 3 Exhaust turbine 4 Compressor wheel 5 Intake compressor 6 Turbo shaft 7 Driven gear 8 Drive gear 9 Electric motor 10 Rotating shaft

Claims (2)

排気ガスにより回転されるタービンホイールを有する排気タービンと、
回転により空気を圧縮するコンプレッサホイールを有する吸気コンプレッサと、
前記タービンホイールと前記コンプレッサホイールとに一体化され排気タービン側から吸気コンプレッサ側へ回転を伝達するターボ軸と、
前記ターボ軸の軸振動の節部分に取り付けられたドリブンギアと、
前記ドリブンギアに噛み合い前記ドリブンギアよりも歯数が多いドライブギアと、
前記ドライブギアを回転させる電気モータとを備えたことを特徴とする電動アシストターボチャージャ。
An exhaust turbine having a turbine wheel rotated by exhaust gas;
An intake compressor having a compressor wheel for compressing air by rotation;
A turboshaft integrated with the turbine wheel and the compressor wheel to transmit rotation from the exhaust turbine side to the intake compressor side;
A driven gear attached to a shaft portion of the shaft vibration of the turbo shaft;
A drive gear that meshes with the driven gear and has more teeth than the driven gear;
An electrically assisted turbocharger comprising an electric motor for rotating the drive gear.
前記ドリブンギアの歯数は、前記ドリブンギアの歯数の5倍以上であることを特徴とする請求項1記載の電動アシストターボチャージャ。   2. The electrically assisted turbocharger according to claim 1, wherein the number of teeth of the driven gear is five times or more of the number of teeth of the driven gear.
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