JP3587350B2 - Turbocharger with generator / motor - Google Patents
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- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は,吸気を過給すると共に,排ガスエネルギーを電気エネルギー変換してエネルギーを回収する発電・電動機を備えたターボチャージャに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に,ターボチャージャは,エンジンの高速回転時や高負荷運転時における出力の向上を目的として,エンジンの排ガスエネルギーを利用して駆動されるタービンによってコンプレッサを駆動して吸気を過給するものである。ターボチャージャを備えたエンジンでは,排ガスエネルギーで駆動されるタービン,該タービンを取り付けたシャフト,及び該シャフトに取り付けたコンプレッサを有するターボチャージャを設けたものがある。また,エンジンに設けたターボチャージャには,排ガスエネルギーで駆動されるタービン,該タービンを取り付けたシャフト,該シャフトに取り付けたコンプレッサ及び前記シャフト上に設けた発電・電動機から成るエネルギー回収装置が提案されている。また,ターボチャージャを備えた断熱エンジンでは,排気系に発電・電動機を持つターボチャージャを配置すると共に,該ターボチャージャの後流に発電タービンを設けたエネルギー回収装置を配置したものが提案されている。
【0003】
車両のエンジンの排気ガスエネルギーによりタービンを駆動し,該タービンに接続した発電機によって電力を発電することで,排気ガスエネルギーを電気エネルギーとして回収するものとして発電・電動機を備えたターボチャージャがある。図4は,従来の発電・電動機を備えたターボチャージャを示す断面図である。図4に示すターボチャージャ60は,エンジンの排気ガスエネルギーによって駆動されるタービン2,該タービン2を取り付けたシャフト4,及び該シャフト4に取り付けたコンプレッサ3を有している。ターボチャージャ60のハウジングは,タービン2を収容するタービンハウジング12,コンプレッサ3を収容するコンプレッサハウジング13,及びタービンハウジング12とコンプレッサハウジング13との間にあって両ハウジング12,13を連結するセンタハウジング8から構成されている。ハウジングを貫通するシャフト4は,センタハウジング8の両端部に設けられている軸受10,11によって回転自在に支持されている。シャフト4には,タービン2側の端部においてタービンブレード7が取り付けられ,コンプレッサ3側の端部においてコンプレッサブレード9が取り付けられている。センタハウジング8は,タービンハウジング12と固定されるタービン側センタハウジング14と,コンプレッサハウジング13が固定されるコンプレッサ側センタハウジング15とから構成されている。タービンハウジング12とタービン側センタハウジング14との間には,遮熱板28が介装されている。
【0004】
エンジンの排気管を通じてタービンスクロール6に送られた排気ガスは,ターボチャージャ60のタービン2に供給してタービンブレード7を回転する。タービンブレード7の回転は,シャフト4を介してコンプレッサ3に伝達され,コンプレッサ3において,コンプレッサブレード9を回転して過給,即ち,空気を圧縮してエンジンに供給する。
【0005】
シャフト4は10〜20万rpmもの速度で高速回転をし,更にスラスト方向の軸力を生じることもあるので,シャフト4をラジアル方向のみならずスラスト方向にも安定して回転支持するために,シャフト4を軸支する軸受10,11には,アンギュラ型の玉軸受が採用されている。また,シャフト4の高速回転を可能にするため,軸受10,11には潤滑油が供給される。潤滑油は,タービン側センタハウジング14及びコンプレッサ側センタハウジング15に形成されているオイル給油路45を通じて供給され,軸受10,11を潤滑した後,排油路75を通じてターボチャージャ60の外部に排出される。
【0006】
発電・電動機を備えたターボチャージャ60の発電機5は,タービン2及びコンプレッサ3の間において,タービン側センタハウジング14内に収容されている。発電機5は,排気エネルギーにより駆動されるシャフト4に取り付けられてシャフト4と共に回転する永久磁石から成る回転子16と,回転子16の周囲においてセンタハウジング8に圧入によって取り付けられた固定子17とから成る。固定子17は,固定子鉄心に巻線を取り付けて構成されている。回転子16は,シャフト4を軸支する軸受10,11の間に配置されている。発電機5は,排気ガスにより駆動されるタービン2の出力の一部を電気エネルギーに変換し,この電力によりエンジンに取り付けたモータを駆動することで,排気ガスエネルギーの回収を実現し,且つ燃費の向上を図っている。高速回転時に回転子16がバーストするのを防止するため,回転子16の周囲には補強部材としてのカーボン繊維強化プラスチック製の補強スリーブ18が嵌着されている。タービン側センタハウジング14は,タービン2側に近いタービン近傍部25,筒状の固定子取付け部27,及びタービン近傍部25と固定子取付け部27とを連結する連結部26から成り,固定子17は,筒状の固定子取付け部27の筒状内面19に圧入によって取り付けられている。
【0007】
タービン側センタハウジング14は,エンジンからの高温の排気ガスが導入されるタービンハウジング12に結合されているため,ターボチャージャ稼働中には高温になるタービンハウジング12からの熱伝導によって高温になり易い。また,発電・電動機を備えたターボチャージャ60では,タービン2は排気ガスの流れによって駆動されるため,シャフト4が高温となる。シャフト4に装着した回転子16である永久磁石も,シャフト4から伝達される熱によって高温となり,減磁する場合がある。潤滑油は,タービン側から伝わる熱等によって軸受10が高温になるのを防止する冷却作用も有している。
【0008】
発電・電動機を備えたターボチャージャを組み立てる場合,先ず,タービン2,コンプレッサ3,永久磁石となるべき回転子16等のターボチャージャの回転部分を構成する部品毎について,それぞれバランスを取る。このようにしてバランスが取られた各部品のうち,ターボチャージャの回転部分,即ち,タービン2,回転子16,軸受10,11,スペーサ76,スリーブ77,コンプレッサ3,及び軸端ナット78をシャフト4に組み付ける。この状態で,シャフト4とシャフト4に組み付けた組立体の曲がりチェックやバランス修正を行っている。スリーブ77と軸端ナット78とは,コンプレッサブレード9をシャフト4に固定するための固定手段を構成している。
【0009】
シャフト4上で組み付けられたバランス修正が完了した組立体を一旦分解し,回転子16のみを着磁装置によって着磁する。センタハウジング8内にシャフト4を再度挿入し,その後,着磁して永久磁石となった回転子16を初めとして,スペーサ76,軸受10,11,及びスリーブ77を組み付けていく。このとき,永久磁石となった回転子16が磁性金属から製作されている固定子17やセンタハウジング8に引き寄せられ,回転子16の組付けが困難になったり,回転子16が固定子17やセンタハウジング8に吸着する際に永久磁石のかけらが発生し,軸受等の高いシール性が要求される部分に入り込む可能性もある。また,シャフト4とその回りに回転部分を組み付けて構成される組立体については,回転体としてのバランスを一旦取った後に分解し,再度組み付けるため,再組付け後のターボチャージャの回転部分にアンバランスが発生し易く,ターボチャージャを高速回転させることが困難になることもある。
【0010】
また,従来,センタハウジングに軸支されるシャフトのタービンハウジングとは反対側に突出する部分に発電機部を配置した型式の発電・電動機を備えたターボチャージャであり,円筒管と円筒磁極とから構成される回転子のガタつきを磁気センタ位置を固定子コアの磁気センタ位置とずらして,回転中の回転子に固定子コアからスラスト方向に磁気力を与えることにより,円筒管と円筒磁極との間に働く遠心力や熱膨張率の相違に起因して生じるガタつきを吸収して回転子のバランスを向上させたものがある(特開平2−298627号公報参照)。
【0011】
タービンで得られた駆動力で発電機を駆動するターボチャージャの一例として,回転軸の回転数に応じて排気ガスを同軸上に配設した大タービン又は小タービンに供給することにより,排気ガス量が変化してタービン効率を高い状態に維持することを図ったものがある(特開平2−11815号公報参照)。
【0012】
更に,発電・電動機を備えたターボチャージャの別の例として,シャフトの外周に同一中心軸上に且つシャフトとは独立して回転できる中空軸の外側シャフトを設け,この外側シャフトに発電機用タービンと発電機の回転子とを設けたものがある(特開平6−288242号公報)。このターボチャージャでは,コンプレッサを駆動するためのタービンと,発電機用タービンとは,排気ガス流れに沿って直列に配置されている。また,ケーシングに対する外側シャフト,及び外側シャフトに対するシャフトは,それぞれ軸受によって回転自在に支持されている。シャフトは,ナットによってシャフトに取り付けられているスラスト軸受を介してセンタハウジングに対してスラスト方向にも回転自在に支持されている。更に,外側シャフトは,センタハウジングにスラスト軸受を介してスラスト方向にも回転自在に支持されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記の組立作業に関して生じる問題点は,まだ着磁されていない磁性材料で構成された回転子を他の回転部品と共に一旦組み立てた回転組立体を分解し,回転子を着磁した後に,回転組立体を再組立することに起因している。そこで,着磁された回転子とシャフトとを含む主要な回転部分を一体化した状態でセンタハウジング内に組み込むことを可能にすることによって,組立体の分解・再組立を行う作業を不要にし,組立作業を効率化することが可能な発電・電動機を備えたターボチャージャを得る点で解決すべき課題がある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は,エンジンから排出される排気ガスが有するエネルギーを電気エネルギーに変換し,排気ガスのエネルギーを電気エネルギーの形態で回収する発電・電動機を備えたターボチャージャにおいて,着磁された回転子とシャフトとを含む主要な回転部分を組み立てたまま,ハウジングの一方から挿入してハウジングへの組付けを可能とすることで,着磁された回転子をハウジングに組み付ける際に回転子がハウジング等に衝突するのを防止し,且つ回転体組立体のバランスを良好にした状態でターボチャージャを組み立てることを可能にする発電・電動機を備えたターボチャージャを提供することである。
【0015】
この発明は,ハウジング内に配設され且つ排ガスエネルギーで駆動されるタービン,前記ハウジング内に配設されたコンプレッサ,前記タービンと前記コンプレッサとを連結するシャフト,前記ハウジングに形成された一対の軸受支持部にそれぞれ配設されて前記シャフトを回転可能に軸支する軸受,一対の前記軸受間において前記シャフト上に取り付けられた発電・電動用の回転子,該回転子の外側を取り囲んだ状態で前記ハウジング内に取り付けられた固定子,前記シャフトと前記ハウジングとの間をシールするため前記各軸受よりも前記シャフトの軸端側において前記ハウジングの少なくとも一方の端壁に形成された凹部に嵌着されるシール部材を具備し,前記凹部が形成された側の前記軸受支持部の内径は前記回転子の外径よりも大きい値に設定され,且つ前記ハウジングの前記凹部の内径は前記軸受支持部の内径よりも大きい値に設定されていることから成る発電・電動機を備えたターボチャージャに関する。
【0016】
この発電・電動機を備えたターボチャージャによれば,回転子の外径と,凹部が形成された側の軸受支持部の内径と,ハウジングに形成された凹部の内径とは,上記のように大小関係が設定されているので,着磁された回転子とシャフトとを含む主要な回転部分は,回転バランスが取られた組立状態のまま,シャフトと回転子をハウジングの一方の端壁から軸受支持部の内部を通してハウジングの内部へ挿入することが可能となる。シャフトを操作して回転部分を組み立てるので,着磁された回転子をハウジングに組み付ける際に回転子がハウジング等に衝突するのが防止される。また,回転体組立体は,回転バランスを良好にした状態でターボチャージャに組み立てられる。回転子とシール部材との間に位置する軸受をハウジングの一方の端壁に形成されている軸受支持部に取り付けた状態では,シール部材はハウジングの端壁に形成された凹部に嵌着される。
【0017】
前記シール部材は,前記シャフトと相対摺動可能に配設されたシールプレート,及び前記シャフトに形成された周溝内に配置され且つ前記シールプレートと相対摺動可能に配設されたシールリングである。
【0018】
前記ハウジングは前記タービンを内部に配設したタービンハウジング,前記コンプレッサを内部に配設したコンプレッサハウジング,及び両端に前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジングとがそれぞれ固定されたセンタハウジングから構成されており,前記センタハウジングはタービン側センタハウジングとコンプレッサ側センタハウジングとから構成されており,前記タービン側センタハウジングに形成された一方の前記軸受支持部に一方の前記軸受が配置され,前記コンプレッサ側センタハウジングに形成された他方の前記軸受支持部に他方の前記軸受が配置されている。
【0019】
前記タービンを構成するタービンブレード又は前記コンプレッサを構成するコンプレッサブレードは,前記軸受と当接可能に前記シャフト上に装着されたスリーブと前記シャフトの軸端に螺着された軸端ねじとの間で挟着された状態で前記シャフト上に取り付けられる。
【0020】
前記タービンブレード及び前記コンプレッサブレードのいずれか一方のみが前記シャフトに取り付けられ且つ前記シャフトに取り付けられた前記タービンブレード又は前記コンプレッサブレードに対応した一方の前記シール部材と前記回転子とが前記シャフトに取り付けられた状態で回転体組立体が組み立てられ,前記回転体組立体を一方の前記シール部材が嵌着される前記ハウジングの一方の前記端壁側から前記ハウジング内に挿着することにより組み立てられる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して,この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの実施例を説明する。図1はこの発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの一実施例を示す断面図である。図1に示す発電・電動機を備えたターボチャージャにおいて,図4に示す発電・電動機を備えたターボチャージャ60の各構成要素及び部位と同等のものには,同じ符号が付されているので,重複する詳細な説明を省略する。
【0022】
図1に示す発電・電動機を備えたターボチャージャ1(以下,実施例の説明において「ターボチャージャ1」と略す)において,中実軸であるシャフト4は,タービン側センタハウジング14とコンプレッサ側センタハウジング15とにそれぞれ設けられたアンギュラ型玉軸受である軸受10,11によって回転自在に支持されている。軸受10,11は,間に回転子16を配置させることができるように,シャフト4の軸方向に互いに充分隔置して配置されており,回転子16の軸方向位置は軸受10,11との間に配設されるスペーサ76によって規制されている。固定子17は,シャフト4の回転に伴って回転子16である永久磁石の磁束変化に応じて起電力を発生する。ターボチャージャ1において,タービンハウジング12内に排気タービンスクロール6を通じて排ガス流が導入され,シャフト4の一端に固定されたタービンブレード7を回転する。
【0023】
タービン側センタハウジング14のタービン2側の端壁14bには,内周面46と端面47からなる環状の凹部が形成されており,シールプレート49がこの凹部内にタービン2側から圧入して取り付けられている。シャフト4に形成された周溝にはシールリング53が配設されており,シールプレート49と摺接して,軸受10を潤滑・冷却した潤滑油がタービン2側への漏れを防止するシール機能を有している。タービン側センタハウジング14に形成されているオイル供給路45からの潤滑油は,軸受10に向かって噴出され,軸受10を潤滑すると共に冷却している。タービン側センタハウジング14の内周面には,軸受10とシールプレート49との間において,ダンパリング30が装着されている。ダンパリング30は,軸受10に潤滑及び冷却用に供給される潤滑油の一部をタービン側センタハウジング14及びシールプレート49との間の隙間に供給する。これらの隙間において潤滑油が形成するオイルフィルムの緩衝・制振作用によって,シャフト4の振動を緩和・吸収してシャフト4の高速回転を可能にしている。軸受11側においても,コンプレッサ側センタハウジング15との間に,同様の構造を有するダンパリング30が配設されている。
【0024】
タービン2は,排気ガスの流れによって駆動されるため,シャフト4は高温となり,シャフト4に装着した回転子16である永久磁石も高温となって減磁する場合がある。軸受10に向かって噴出される潤滑油は,シャフト4を冷却する働きもする。軸受10に向かって噴出される潤滑油は,シールプレート49のシールリング53にも熱を伝達して,シャフト4の熱をタービン側センタハウジング14に逃がしている。これらの冷却性能を向上させるため,タービン側センタハウジング14のタービン2の近い側に位置するタービン近傍部25には,冷却水が導入されるタービン側水ジャケット55が形成されている。
【0025】
ステータコイルである固定子17は,固定子17を横切る磁束変化と固定子17のコイルを流れる電流とによって発熱し,その結果,固定子17の発電性能が低下して充分な発電電力を取り出すことができないことがある。このような事態に対処するため,固定子17が取り付けられているタービン側センタハウジング14の固定子取付け部27の内部には,固定子17を取り囲むように水ジャケット57が形成されている。この実施例では,水ジャケット57は,タービン側センタハウジング14のタービン近傍部25と固定子取付け部27とを一体的に連結している連結部26の内部に形成されている連通路56を通じて,タービン近傍部25に形成されているタービン側水ジャケット55と通じている。
【0026】
タービン側水ジャケット55を流れる冷却水によってタービン近傍部25は強制冷却されている。したがって,軸受10やシャフト4が高温にならず,軸受10や潤滑油の耐久性が低下したり,回転子16の永久磁石が消磁することもない。また,タービン側水ジャケット55を流れる冷却水は,連通路56を通じて,固定子取付け部27の内部に形成されている水ジャケット57をも流れているので,水ジャケット57内の冷却水は固定子取付け部27を強制的に冷却し,固定子17から取り出される発電電力の効率が低下するのを防止している。
【0027】
ターボチャージャ1それ自体は,次のように作動する。ターボチャージャ1では,エンジン(図示せず)からの排気ガスがタービンスクロール6からタービンハウジング12へ導入されることによって,排気ガスはタービンブレード7に作用し,タービン2を駆動する。タービン2が駆動することによってシャフト4を通じてコンプレッサ3を駆動し,コンプレッサ3のコップレッサブレード9が回転することによって吸入空気がエンジンに過給される。シャフト4に取り付けた回転子16としての永久磁石が回転し,発電機5で発電する状態になる。発電機5は,エンジンの運転状態に応じて,消費或いは蓄電するに見合った量だけ発電するが,その電力を使用しない場合には,回転子16は空転するだけである。
【0028】
次に,図2及び図3を参照して,この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの組み立てる手順について説明する。図2は図1に示す発電・電動機を備えたターボチャージャのシャフト組立体の回転子の着磁工程を示す説明図であり,図3はこの発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの組立手順を示す組立フロー図である。
【0029】
先ず,未着磁状態の回転子16とシャフト4とを含むターボチャージャ1の少なくとも回転部分を構成する仮組立部品を組み立てて,シャフト仮組立体が組み立てられる(図3のステップ1)。ターボチャージャの回転部分の組立前に,シャフト4にはシールプレート49,シールリング53及びダンパリング30が組み付けられる。その後,ターボチャージャ1の少なくとも回転部分を構成する仮組立部品を,完成したターボチャージャと同じ配置関係になるように,シャフト4を中心として順次取り付けることにより組み立てる。即ち,軸受10,一方のスペーサ76,未着磁状態の回転子16,他方のスペーサ76,及び軸受11をシャフト4に順次取り付け,軸受11の外側には更にスリーブ77及びコンプレッサブレード9を順に取り付け,軸端ナット78を締めつけることによりコンプレッサブレード9をスリーブ77との間で挟み込んで,シャフト仮組立体が組み立てられる。シャフト仮組立体は,図2に示す回転体組立体90に,スリーブ77,コンプレッサブレード9及び軸端ナット78を取り付けたものに相当する。
【0030】
次に,シャフト仮組立体の回転部分に対してバランス修正を行い,高速回転を可能にするようにターボチャージャの回転部分の回転バランスを取る(ステップ2)。回転バランスをとることにより,シャフト4及び回転子16等の回転部分が軸に振動を生じることなく高速回転可能となる。
【0031】
次に,シャフト仮組立体からスリーブ77,コンプレッサブレード9,軸端ナット78を取り外して回転体組立体90とし(ステップ3),シャフト4に取り付けられた状態のままの回転子16を,図2に示す着磁装置91によって着磁する(ステップ4)。着磁装置91は,着磁電源92から電力が供給される着磁ヨーク93とから構成されている。着磁ヨーク93から生じる強力な磁力線によって回転子16が着磁される。ここで,軸受10,11のインナレース(内輪)は,シャフト4に圧入によって取り付けられているので,回転子16やスペーサ76がシャフト4に対して軸方向に動くことがない。
【0032】
回転子16の着磁が完了すると,回転子16がシャフト4に取り付けられた状態の回転体組立体90がタービン側センタハウジング14に組み付けられる。回転体組立体90は組付けが完了しているので,シャフト4上に組み付けられたシールプレート49をセンタハウジング8のタービン側センタハウジング14の内周面46に端面47に当接するまで圧入する(ステップ5)。その後,コンプレッサ側センタハウジング15をタービン側センタハウジング14に嵌合して取り付け(ステップ6),更に,取り外した状態となっているスリーブ77,コンプレッサブレード9,軸端ナット78をシャフト4に装着することでターボチャージャ1の組立が完了する(ステップ7)。
【0033】
図1に示すように,回転子16の外径,又は回転子16の外周にバースト防止用の補強スリーブ18を嵌着する場合には補強スリーブ18の外径d1 は,軸受け10,11及びダンパリング30を収容するためタービン側センタハウジング14に形成される軸受支持部14aの内径d2 よりも小さく設定されている。したがって,回転体組立体90は,図1で見て,タービン2側から軸受支持部14aを貫通してタービン側センタハウジング14に装填可能である。更に,シールプレート49の外径d3 は軸受支持部14aの内径d2 よりも大きく,シールプレート49をタービン側センタハウジング14の内周面46に圧入した段階で,回転体組立体90のタービン側センタハウジング14への装填が終了する。
【0034】
上記の実施例では,回転子16及び固定子17から成る交流機を発電機として説明したが,固定子17に電流を供給して交流機を電動機として用い,エンジンの排気ガスが充分利用できない場合等,コンプレッサの駆動による過給を電動機で行うようにしてもよい。また,上記の実施例では,回転体組立体90はタービン2側から装填されるものであるが,コンプレッサ3側から装填する場合も考えられる。この場合,シャフト4には,コンプレッサブレード9が取り付けられた状態の回転体組立体が組み立てられ,シールプレート49はコンプレッサ3側に設けられる。また,シールプレート49がコンプレッサ側センタハウジング15の軸受支持部15aに圧入される構造に変更されることになる。
【0035】
【発明の効果】
この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャは,上記のように構成されており,次のような効果を有する。即ち,この発電・電動機を備えたターボチャージャにおいては,着磁された回転子とシャフトとを含む主要な回転部分を組み立てたまま,ハウジングの一方から挿入してハウジングへの組付けができ,着磁された回転子をハウジングに組み付ける際に回転子がハウジング等に衝突するのを防止し,且つ回転体組立体のバランスを良好にした状態でターボチャージャを組み立てることができる。回転体組立体は回転バランスが良好になった状態でセンタハウジングに組み付けられるので,組付け後のターボチャージャの回転部分にアンバランスが発生することがなく,高速回転で運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの一実施例を示す断面図である。
【図2】この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの回転子の着磁工程を示す説明図である。
【図3】この発明による発電・電動機を備えたターボチャージャの組立手順を示すフロー図である。
【図4】従来の発電・電動機を備えたターボチャージャを示す断面図である。
【符号の説明】
1 発電・電動機を備えたターボチャージャ
2 タービン
3 コンプレッサ
4 シャフト
5 発電機
7 タービンブレード
8 センタハウジング
9 コンプレッサブレード
10,11 軸受
12 タービンハウジング
13 コンプレッサハウジング
14 タービン側センタハウジング
14a 軸受支持部
15 コンプレッサ側センタハウジング
15a 軸受支持部
16 回転子
17 固定子
18 補強スリーブ
30 ダンパリング
46 内周面
47 端面
49 シールプレート
53 シールリング
76 スペーサ
77 スリーブ
78 軸端ナット
90 回転体組立体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbocharger provided with a generator / motor for supercharging intake air and converting exhaust gas energy into electric energy to recover energy.
[0002]
[Prior art]
In general, a turbocharger uses a turbine driven by exhaust gas energy of an engine to drive a compressor to supercharge intake air for the purpose of improving output during high-speed rotation and high-load operation of the engine. . Some engines equipped with a turbocharger are provided with a turbocharger having a turbine driven by exhaust gas energy, a shaft equipped with the turbine, and a compressor attached to the shaft. In addition, an energy recovery device including a turbine driven by exhaust gas energy, a shaft mounted with the turbine, a compressor mounted on the shaft, and a generator / motor mounted on the shaft has been proposed for a turbocharger provided in the engine. ing. In addition, a heat-insulated engine equipped with a turbocharger has been proposed in which a turbocharger having a generator / motor is disposed in an exhaust system and an energy recovery device having a power generation turbine is disposed downstream of the turbocharger. .
[0003]
There is a turbocharger provided with a power generator and a motor as a means for recovering exhaust gas energy as electric energy by driving a turbine by exhaust gas energy of a vehicle engine and generating electric power by a generator connected to the turbine. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional turbocharger provided with a generator / motor. The turbocharger 60 shown in FIG. 4 includes a
[0004]
The exhaust gas sent to the turbine scroll 6 through the exhaust pipe of the engine is supplied to the
[0005]
Since the
[0006]
The
[0007]
Since the turbine-side center housing 14 is connected to the turbine housing 12 into which high-temperature exhaust gas from the engine is introduced, the temperature easily rises due to heat conduction from the turbine housing 12 that becomes high during operation of the turbocharger. Further, in the turbocharger 60 provided with the electric generator / motor, the
[0008]
When assembling a turbocharger equipped with a generator / motor, first, balance is made on each of the components constituting the rotating part of the turbocharger, such as the
[0009]
The assembly whose balance has been corrected and assembled on the
[0010]
Conventionally, a turbocharger is provided with a generator / motor of a type in which a generator section is disposed at a portion of a shaft supported by a center housing on a side protruding from a side opposite to a turbine housing. By shifting the magnetic center position of the constructed rotor from the magnetic center position of the stator core and applying a magnetic force to the rotating rotor from the stator core in the thrust direction, the cylindrical tube and the cylindrical magnetic poles are rotated. There is a rotor in which the balance of the rotor is improved by absorbing backlash caused by the difference in the centrifugal force and the coefficient of thermal expansion acting between the rotors (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-298627).
[0011]
As an example of a turbocharger that drives a generator with the driving force obtained by a turbine, the amount of exhaust gas can be reduced by supplying exhaust gas to a large or small turbine arranged coaxially according to the rotation speed of the rotating shaft. In order to maintain the turbine efficiency at a high level (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-181515).
[0012]
Further, as another example of a turbocharger provided with a generator / motor, a hollow shaft having a hollow shaft rotatable on the same central axis and independently of the shaft is provided on the outer periphery of the shaft, and a turbine for a generator is mounted on the outer shaft. And a rotor of a generator (JP-A-6-288242). In this turbocharger, a turbine for driving a compressor and a turbine for a generator are arranged in series along the flow of exhaust gas. The outer shaft for the casing and the shaft for the outer shaft are rotatably supported by bearings. The shaft is rotatably supported also in the thrust direction with respect to the center housing via a thrust bearing attached to the shaft by a nut. Further, the outer shaft is rotatably supported in the thrust direction by a center housing via a thrust bearing.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
A problem that arises with the above assembling work is that a rotor composed of a magnetic material that has not yet been magnetized is assembled together with other rotating parts, and then the rotor assembly is disassembled, and the rotor is magnetized. This is due to the reassembly of the solid. Therefore, by enabling the main rotating part including the magnetized rotor and the shaft to be integrated into the center housing in an integrated state, the work of disassembling and reassembling the assembly becomes unnecessary. There is a problem to be solved in obtaining a turbocharger equipped with a generator / motor capable of increasing the efficiency of assembly work.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a turbocharger having a generator / motor for converting energy of exhaust gas discharged from an engine into electric energy and recovering the energy of the exhaust gas in the form of electric energy. The main rotating part including the rotor and the shaft is assembled and inserted from one side of the housing so that the rotor can be assembled to the housing. It is an object of the present invention to provide a turbocharger including a power generator and a motor that can prevent the collision with the rotor and the like, and make it possible to assemble the turbocharger with a good balance of the rotating body assembly.
[0015]
The present invention relates to a turbine disposed in a housing and driven by exhaust gas energy, a compressor disposed in the housing, a shaft connecting the turbine and the compressor, and a pair of bearing supports formed in the housing. Bearings respectively disposed on the shaft, rotatably supporting the shaft, a generator / motor rotor mounted on the shaft between a pair of the bearings, and the rotor surrounding the rotor. A stator mounted in the housing, which is fitted into a recess formed in at least one end wall of the housing at a position closer to the shaft end than the bearings to seal between the shaft and the housing. The bearing support portion on the side where the concave portion is formed has a larger inner diameter than the outer diameter of the rotor. Is set to have value, and relates to the concave portion of the inner diameter turbochargers with motor-generator made of it is set to a value larger than the inside diameter of the bearing support portion of said housing.
[0016]
According to the turbocharger provided with this generator / motor, the outer diameter of the rotor, the inner diameter of the bearing support on the side where the recess is formed, and the inner diameter of the recess formed in the housing are large and small as described above. Because the relationship has been established, the main rotating part, including the magnetized rotor and shaft, is supported in one end wall of the housing by bearing the shaft and rotor from one end wall of the housing in a rotationally balanced assembled state. It can be inserted into the housing through the inside of the part. Since the rotating part is assembled by operating the shaft, the rotor is prevented from colliding with the housing or the like when the magnetized rotor is assembled into the housing. Further, the rotating body assembly is assembled to the turbocharger in a state where the rotation balance is improved. When the bearing located between the rotor and the seal member is mounted on a bearing support formed on one end wall of the housing, the seal member is fitted into a recess formed on the end wall of the housing. .
[0017]
The seal member includes a seal plate disposed to be slidable relative to the shaft, and a seal ring disposed in a circumferential groove formed in the shaft and disposed to be slidable relative to the seal plate. is there.
[0018]
The housing comprises a turbine housing having the turbine disposed therein, a compressor housing having the compressor disposed therein, and a center housing having the turbine housing and the compressor housing fixed to both ends, respectively. The center housing includes a turbine-side center housing and a compressor-side center housing. One of the bearings is disposed on one of the bearing support portions formed on the turbine-side center housing, and is formed on the compressor-side center housing. The other bearing is disposed on the other bearing support portion.
[0019]
A turbine blade forming the turbine or a compressor blade forming the compressor is provided between a sleeve mounted on the shaft so as to be able to abut the bearing and a shaft end screw screwed to a shaft end of the shaft. It is mounted on the shaft in a sandwiched state.
[0020]
Only one of the turbine blade and the compressor blade is attached to the shaft, and one of the seal members corresponding to the turbine blade or the compressor blade attached to the shaft and the rotor are attached to the shaft. In this state, the rotating body assembly is assembled, and the rotating body assembly is assembled by inserting the rotating body assembly into the housing from one of the end walls of the housing to which one of the seal members is fitted.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a turbocharger including a generator / motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a turbocharger provided with a generator / motor according to the present invention. In the turbocharger provided with the generator / motor shown in FIG. 1, the same components as those of the turbocharger 60 provided with the generator / motor shown in FIG. The detailed description to be performed is omitted.
[0022]
In the
[0023]
An annular recess formed by an inner peripheral surface 46 and an end surface 47 is formed in the end wall 14b of the turbine side center housing 14 on the
[0024]
Since the
[0025]
The
[0026]
The turbine vicinity 25 is forcibly cooled by the cooling water flowing through the turbine-
[0027]
The
[0028]
Next, a procedure for assembling a turbocharger including the generator / motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory view showing the magnetizing process of the rotor of the turbocharger shaft assembly provided with the generator / motor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an assembly procedure of the turbocharger provided with the generator / motor according to the present invention. FIG.
[0029]
First, a temporary assembly component that constitutes at least a rotating portion of the
[0030]
Next, the balance of the rotating portion of the shaft temporary assembly is corrected, and the rotating portion of the turbocharger is balanced to enable high-speed rotation (step 2). By keeping the rotation balance, the rotating parts such as the
[0031]
Next, the sleeve 77, the
[0032]
When the magnetization of the
[0033]
As shown in FIG. 1, when the reinforcing
[0034]
In the above embodiment, the AC machine including the
[0035]
【The invention's effect】
The turbocharger including the generator / motor according to the present invention is configured as described above and has the following effects. That is, in the turbocharger equipped with this generator / motor, the main rotating part including the magnetized rotor and the shaft can be inserted into one of the housings and assembled to the housing while the main rotating parts are assembled. When the magnetized rotor is assembled to the housing, the rotor can be prevented from colliding with the housing or the like, and the turbocharger can be assembled in a state in which the balance of the rotor assembly is improved. Since the rotating body assembly is mounted on the center housing in a state in which the rotational balance is improved, the rotating part of the turbocharger after the mounting does not have an imbalance, and can be operated at a high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a turbocharger provided with a generator / motor according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a magnetizing step of a rotor of a turbocharger provided with a generator / motor according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an assembling procedure of a turbocharger including a generator / motor according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional turbocharger provided with a generator / motor.
[Explanation of symbols]
1 Turbocharger with generator / motor
2 turbine
3 Compressor
4 shaft
5 Generator
7 Turbine blade
8 Center housing
9 Compressor blade
10,11 Bearing
12 Turbine housing
13 Compressor housing
14 Center housing on turbine side
14a Bearing support
15 Center housing on compressor side
15a Bearing support
16 rotor
17 Stator
18 Reinforcement sleeve
30 Dampering
46 Inner surface
47 End face
49 Seal plate
53 Seal ring
76 Spacer
77 sleeve
78 Shaft end nut
90 Rotating body assembly
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