JP5699541B2 - Electric assist turbocharger cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャに電動機(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、特にその電動アシストターボチャージャのモータを冷却するための電動アシストターボチャージャの冷却装置に関するものである。 The present invention relates to an electric assist turbocharger in which an electric motor (motor) is combined with a turbocharger, and more particularly to an electric assist turbocharger cooling device for cooling a motor of the electric assist turbocharger.
図2に示すようにターボチャージャ20は、タービン21とコンプレッサ22をターボ軸23で連結して構成される。タービン21は、タービンホイール24とタービンホイール24を囲み、排ガスが導入されるタービンハウジング25からなり、コンプレッサ22は、コンプレッサホイール26を囲み、吸気が導入されるコンプレッサハウジング27からなり、タービンホイール24とコンプレッサホイール26を連結するターボ軸23がベアリングハウジング28内に収容されると共にベアリングハウジング28内に設けた軸受筒29で軸承される。ベアリングハウジング28の上部には、潤滑油を軸受筒29に供給する潤滑油入口流路33が設けられ、下部には潤滑油排出路34が形成される。
As shown in FIG. 2, the
図3は、ターボチャージャ20をエンジン40に付加した際の吸排気系と潤滑油による冷却系統を示したものである。
FIG. 3 shows an intake / exhaust system and a cooling system using lubricating oil when the
ターボチャージャ20は、エンジン40のエギゾーストパイプ41にタービン21が接続され、インテークパイプ42にコンプレッサ22が接続され、エンジン40の燃焼室43から排気された排ガスがエギゾーストパイプ41を通してタービン21に供給されて、タービン21を駆動し、吸気はエアクリーナ44からコンプレッサ22に導入されて圧縮され、インタークーラ46で冷却され、吸気スロットル45を介してエンジン40の燃焼室43に導入される。
In the
このターボチャージャ20は、ベアリングハウジング28内の軸受筒29の潤滑のためと、排ガスからの受熱による軸受筒29の冷却のために、エンジン40からの潤滑油を、オイル供給管47を通してベアリングハウジング28内に導入し、軸受筒29を潤滑すると共に冷却するようになっており、ベアリングハウジング28に供給された潤滑油は、潤滑油排出路34からオイル戻し管48にてオイルパンへ戻され、再度ベアリングハウジング28内に循環されるようになっている。
The
このエンジン40にターボチャージャ20を付加したシステムでは、エンジンの低回転域での過給圧の立ち上がりが悪く、低回転時に高トルクが要求されてもエンジンの出力特性が良好でない問題がある。
In the system in which the
そこで最近は、ターボチャージャのターボ軸にモータのロータを直結し、高トルクが要求されたときにモータでターボ軸を回転して過給圧を上げ、また逆にタービンの回転でモータを発電機として使用する電動アシストターボチャージャが開発されてる(特許文献1,2)。 Therefore, recently, the motor rotor is directly connected to the turbo shaft of the turbocharger, and when high torque is required, the turbo shaft is rotated by the motor to increase the supercharging pressure, and conversely, the motor is generated by rotating the turbine. An electrically assisted turbocharger used as the above has been developed (Patent Documents 1 and 2).
この電動アシストターボチャージャにおいては、ベアリングハウジングとコンプレッサーハウジングの間にモータを設置したものであるが、モータ駆動時にステータの自己発熱およびタービンからの受熱により、モータの温度が200℃以上に上昇するため、駆動力低下が生じる問題がある。 In this electrically assisted turbocharger, a motor is installed between the bearing housing and the compressor housing. However, when the motor is driven, the temperature of the motor rises to 200 ° C. or more due to self-heating of the stator and heat received from the turbine. There is a problem that the driving force is reduced.
図4は、モータの温度が−20℃、+25℃、+75℃のときの、トルクに対するモータ速度特性とモータ電流特性を示したもので、モータ温度が高いとモータの電流特性も速度特性も悪くなる。 FIG. 4 shows motor speed characteristics and motor current characteristics with respect to torque when the motor temperature is −20 ° C., + 25 ° C., and + 75 ° C. When the motor temperature is high, the motor current characteristics and speed characteristics are poor. Become.
従ってモータ温度が100℃以上に上昇した場合には、ブースト立ち上がり時間の遅れが生じ、排ガス性能の悪化、ドライビングレスポンス性の悪化が生じると共に、モータの耐熱性にも問題を生じる。 Therefore, when the motor temperature rises to 100 ° C. or more, the boost rise time is delayed, the exhaust gas performance and the driving response are deteriorated, and the heat resistance of the motor is also problematic.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電動アシストターボチャージャのモータを冷却できる電動アシストターボチャージャの冷却装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a cooling device for an electric assist turbocharger that can cool the motor of the electric assist turbocharger.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、ターボチャージャのターボ軸にモータのロータを連結した電動アシストターボチャージャにおいて、ターボ軸を軸承するベアリングハウジングとターボチャージャのコンプレッサハウジングとをモータケースで接続すると共にモータケース内にロータとステータからなるモータを収容し、そのモータケースに、ベアリングハウジング内の潤滑油をステータとロータ間のエアギャップに供給すると共にベアリングハウジングに戻す冷却用油路を形成したことを特徴とする電動アシストターボチャージャの冷却装置である。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an electric assist turbocharger in which a rotor of a motor is connected to a turboshaft of a turbocharger. A motor housing includes a bearing housing that supports the turboshaft and a compressor housing of the turbocharger. A motor composed of a rotor and a stator is accommodated in the motor case, and a cooling oil passage is formed in the motor case to supply the lubricating oil in the bearing housing to the air gap between the stator and the rotor and return it to the bearing housing. This is a cooling device for an electrically assisted turbocharger.
請求項2の発明は、前記冷却用油路は、ベアリングハウジングとモータケース間に設けられた潤滑油の導入路と排出路と、ロータとステータ間のエアギャップと、コンプレッサハウジングとモータケース間の内周部に形成された潤滑油循環路とから構成される請求項1記載の電動アシストターボチャージャの冷却装置である。 According to a second aspect of the present invention, the cooling oil passage includes a lubricant introduction passage and a discharge passage provided between the bearing housing and the motor case, an air gap between the rotor and the stator, and between the compressor housing and the motor case. The cooling device for an electrically assisted turbocharger according to claim 1, comprising a lubricating oil circulation path formed in an inner peripheral portion.
請求項3の発明は、ベアリングハウジングには、軸筒部が設けられ、その軸筒部にボールベアリングを介してターボ軸が軸承され、ベアリングハウジング内上部には、ボールベアリングと前記冷却用油路に潤滑油を流す潤滑油入口流路が形成され、ベアリングハウジング内下部には、ボールベアリングからの潤滑油と前記冷却用油路からの潤滑油の潤滑油出口流路が形成される請求項1又は2記載の電動アシストターボチャージャの冷却装置である。 According to a third aspect of the present invention, the bearing housing is provided with a shaft tube portion, and a turbo shaft is supported on the shaft tube portion via a ball bearing, and the ball bearing and the cooling oil passage are disposed in an upper portion of the bearing housing. 2. A lubricating oil inlet flow path for flowing lubricating oil is formed in the bearing housing, and a lubricating oil outlet flow path for lubricating oil from a ball bearing and lubricating oil from the cooling oil path is formed in a lower portion in the bearing housing. Or it is a cooling device of the electric assist turbocharger of 2.
請求項4の発明は、前記モータケースには、前記ステータの外周を冷却する水冷室が形成される請求項1〜3いずれかに記載の電動アシストターボチャージャの冷却装置である。 The invention of claim 4 is the cooling device for the electrically assisted turbocharger according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor case is formed with a water cooling chamber for cooling the outer periphery of the stator.
本発明は、モータのステータの冷却性能が向上し、モータ駆動力の低下を防止できると共にモータを発電機として使用する際には発電効率を向上させることができるという優れた効果を発揮する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an excellent effect that the cooling performance of the stator of the motor is improved, the reduction in motor driving force can be prevented, and the power generation efficiency can be improved when the motor is used as a generator.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1において、10は、電動アシストターボチャージャを示し、モータ12の構成を除いて、タービンとコンプレッサは、図2で説明したターボチャージャ20のタービン21とコンプレッサ22の構造と基本的に同じであり、同一符号を付すと共にその説明は省略する。
In FIG. 1,
さて、ベアリングハウジング28とコンプレッサハウジング27とはモータケース11で接続され、そのモータケース11内にモータ12が設けられて電動アシストターボチャージャ10が構成される。
The
ベアリングハウジング28内の軸受筒29に支持されるターボ軸23は、軸受筒29内の両端に設けたボールベアリング30、30で支持され、ボールベアリング30、30間にスラストカラー31が設けられ、またモータケース11側のボールベアリング30が端板32で支持される。
The
モータ12は、ターボ軸23に連結されたロータ13と、そのロータ13の外周にエアギャップを介して配置されるステータ14とからなり、そのステータ14を囲繞するようにモータケース11が設けられると共にモータケース11内に水冷室15が形成される。
The
水冷室15を形成するモータケース11は、外周壁11oと、ベアリングハウジング28と接する側壁11sと、コンプレッサハウジング27と接する側壁11rと、その両側壁11s、11rを連結する内周壁11iとで形成され、その内周壁11iが、ステータ14と接するステータ外周壁部16aと、ステータ14のコンプレッサハウジング27側端面中央に沿って延びるステータ端面壁部16bと、ステータ端面壁部16bの内周端とベアリングハウジング28側の側壁11sとを結ぶ内周壁部16cとで形成される。
The motor case 11 forming the
水冷室15は、コンプレッサハウジング27と接する側壁11rと内周壁11iのステータ外周壁部16aと外周壁11oとで形成される中空リング状の冷却水流路15aと、内周壁11iのステータ端面壁部16bと、内周壁部16cとベアリングハウジング28側の側壁11sとで形成される端面冷却流路15bとで構成される。
The
このモータケース11の側壁11sとベアリングハウジング28との間には、ベアリングハウジング28からステータ14の端面への入熱を阻止する断熱ガスケット18が設けられる。
A heat insulating gasket 18 is provided between the
ベアリングハウジング28の上部には、ボールベアリング30、30に潤滑油を供給する潤滑油入口流路33が形成され、下部には潤滑油排出路34が形成される。
A lubricating
モータケース11内には、潤滑油入口流路33からの潤滑油をステータ14とロータ13間のエアギャップgに供給すると共にベアリングハウジング28の潤滑油排出路34に戻す冷却用油路35が形成される。
A
この冷却用油路35は、端板32に設けられた潤滑油の導入路35iと、端板32の下部に形成された排出路35oと、ロータ13とステータ14間のエアギャップgと、コンプレッサハウジング27とモータケース11間の内周部に形成された潤滑油循環路35nとから構成される。
The
モータケース11の下部には、冷却水入口36が設けられ、上部には冷却水出口37が設けられ、その冷却水入口36と冷却水出口37間にラジエータ38を含むステータ冷却ライン39が接続される。
A cooling water inlet 36 is provided in the lower part of the motor case 11, a
ステータ冷却ライン39は、エンジン冷却ライン50から分岐して設けられるようになっている。
The
エンジン冷却ライン50は、冷却水ポンプ51を有し、冷却水ポンプ51からオイルクーラ52を通し、エンジン40のシリンダブロック40sとシリンダヘッド40hとを通り、ラジエータ38を通って冷却水ポンプ51に戻るように構成され、ステータ冷却ライン39は、エンジン冷却ライン50のシリンダブロック40sから分岐されて設けられる。シリンダブロック40sからの冷却水は、入口側ステータ冷却ライン39aを通して冷却水入口36に流れ、水冷室15を通り、冷却水出口37から出口側ステータ冷却ライン39bを通りシリンダヘッド40hの出口側のエンジン冷却ライン50に合流するようにされる。
The
また、ベアリングハウジング28の軸受筒29への潤滑油の供給は、図3で説明したようにシリンダブロック40s、シリンダヘッド40hを通った潤滑油がオイル供給管47を通してベアリングハウジング28内の潤滑油入口流路33に導入され、潤滑油入口流路33から、軸受筒29のボールベアリング30,30に供給されてボールベアリング30,30を潤滑すると共に冷却して潤滑油排出路34に流れる。また潤滑油入口流路33に供給された潤滑油は、モータケース11内に形成された、冷却用油路35に流れてモータ12を冷却した後、潤滑油排出路34に戻る。すなわち、潤滑油入口流路33からの潤滑油は、端板32に設けられた潤滑油の導入路35iを通って、エアギャップgに流れ、そこでロータ13とステータ14を冷却して、コンプレッサハウジング27とモータケース11間の内周部に形成された潤滑油循環路35nに流れ、再度ロータ13とステータ14間のエアギャップgを流れて、排出路35oから潤滑油排出路34に流れる。
Further, the lubricating oil is supplied to the
また、潤滑油排出路34内に流れた潤滑油は、オイル戻し管48にてオイルパンへ戻されて再度循環されるようになっている。
The lubricating oil that has flowed into the lubricating
次に本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
低負荷時に高トルクが要求され過給圧を上げる際には、モータ12のステータ14のコイルに通電してロータ13を回転し、ターボ軸23を介してコンプレッサ22を駆動し、またタービン21の駆動から発電する際には、ステータ14のコイルに生じた回生電流でバッテリを充電する。
When a high torque is required at a low load and the supercharging pressure is increased, the rotor 13 is rotated by energizing the coil of the
このモータ12の駆動時には、ステータ14が200℃に発熱するため、ベアリングハウジング28内の潤滑油を、その潤滑油入口流路33から冷却用油路35に流してモータ12を冷却し、同時にステータ冷却ライン39からの冷却水をモータケース11内の水冷室15内に流すことで、モータ12の温度を80℃以下に冷却することができる。また水冷室15には、ステータ14の外周部を冷却する冷却水流路15aの他に、ステータ14の端面を冷却する端面冷却流路15bが形成されており、この端面冷却流路15bにてベアリングハウジング28からの伝熱をカットすることができ、またベアリングハウジング28とモータケース11の間に設けた断熱ガスケット18により受熱をカットすることができる。
Since the
10 電動アシストターボチャージャ
11 モータケース
12 モータ
13 ロータ
14 ステータ
15 水冷室
21 タービン
22 コンプレッサ
23 ターボ軸
27 コンプレッサハウジング
28 ベアリングハウジング
33 潤滑油入口流路
35 冷却用油路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記冷却用油路は、ベアリングハウジングとモータケース間に設けられた端板の上部に形成された潤滑油の導入路と、前記端板の下部に形成された排出路と、ロータとステータ間のエアギャップと、コンプレッサハウジングとモータケース間の内周部に形成された潤滑油循環路とから構成されることを特徴とする電動アシストターボチャージャの冷却装置。 In an electrically assisted turbocharger in which a rotor of a motor is connected to a turboshaft of a turbocharger, a bearing housing that supports the turboshaft and a compressor housing of the turbocharger are connected by a motor case, and a motor including a rotor and a stator is installed in the motor case. accommodated in the motor case, Ri Na form a cooling oil passage for returning the bearing housing supplies lubricating oil in the bearing housing to the air gap between the stator and the rotor,
The cooling oil passage includes a lubricating oil introduction passage formed at an upper portion of an end plate provided between the bearing housing and the motor case, a discharge passage formed at a lower portion of the end plate, and between the rotor and the stator. A cooling device for an electrically assisted turbocharger comprising an air gap and a lubricating oil circulation path formed in an inner peripheral portion between a compressor housing and a motor case .
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