JP5707853B2 - 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、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 an electric assist turbocharger motor.
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、タービンホィール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、コンプレッサホィール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、タービンホィール24とコンプレッサホィール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内に設けた軸受部29で軸承される。ベアリングハウジング28の上部には、潤滑油を軸受部29に供給する潤滑油入口30が設けられ、下部には潤滑油排出口31が形成され、エンジンからの潤滑油をベアリングハウジング28内の軸受部用冷却室32に供給するようになっている。
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、吸気スロットル45を介してインタークーラ46で冷却されて、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内の軸受部29の潤滑のためと、排ガスからの受熱による軸受部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内の軸受部用冷却室32に導入し、軸受部29を潤滑すると共に冷却するようになっており、軸受部用冷却室32に供給された潤滑油は、潤滑油排出口31からオイル戻し管48にてオイルパンへ戻され、再度、軸受部用冷却室32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いる(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 (
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℃、+20℃、+70℃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., + 20 ° C., and + 70 ° 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, exhaust gas performance and driving response are deteriorated, and the heat resistance of the motor is also problematic.
そこで、本発明の目的は、前記課題を解決し、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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling device for an electric assist turbocharger that can solve the above-described problems and can cool the motor of the electric assist turbocharger.
この目的を達成するために創案された本発明は、ターボチャージャのターボ軸を軸承するベアリングハウジングにモータケースを併設した電動アシストターボチャージャの冷却装置において、前記モータケース内に形成されたモータ用冷却室と、前記ベアリングハウジング内に形成された軸受部用冷却室と、前記モータ用冷却室の上部に形成されると共に前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とを連通する連絡油路と、前記モータケースの下部に形成された潤滑油入口と、前記ベアリングハウジングの下部に形成された潤滑油排出口と、からなり、エンジンからの加圧された潤滑油が前記潤滑油入口を通じて前記モータ用冷却室に導入されると共に前記モータ用冷却室に満たされた前記潤滑油が前記連絡油路を通じて前記軸受部用冷却室に導入された後、前記軸受部用冷却室に導入された前記潤滑油が重力により落下して前記潤滑油排出口を通じて排出されて循環される冷却潤滑回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。 The present invention was invented in order to achieve this object, in the cooling system of an electric assisted turbocharger that features a motor case in a bearing housing journalled turbo shaft of the turbocharger, cooling motor which is formed in the motor case a chamber, said bearing bearing unit for cooling chamber formed in the housing, a communication oil passage communicating with said bearing portion cooling chamber and the motor cooling chamber is formed in a top of the motor cooling chamber a lower portion formed lubricating oil inlet of the motor casing, and the lower the formed lubricating oil discharge port of the bearing housing consists of, said motor pressurized lubricating oil from the engine through the lubricating oil inlet the bearing portion for the cooling chamber the lubricating oil filled in the cooling chamber for the motor through the communication oil passage while being introduced into use cooling chamber After being introduced, electrically assisted turbo, characterized in that the lubricating oil introduced into the cooling chamber for the bearing portion to form a cooling lubricant circuit, which is circulated is discharged through to fall the lubricant oil discharge port by gravity This is a charger cooling device.
前記モータケースは、前記ベアリングハウジングと前記ターボチャージャのコンプレッサハウジングとを接続するように設けられると良い。 The motor case may be provided so as to connect the bearing housing and a compressor housing of the turbocharger.
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、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好適な実施の形態に係る電動アシストターボチャージャを示す断面模式図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing an electrically assisted turbocharger according to a preferred embodiment of the present invention.
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11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12で接続され、そのモータケース12内にモータ11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。つまり、モータ11が、高温となるタービン側ではなく、低温のコンプレッサ側に配置されるように構成される。このように構成するのは、一般にモータ11は低温であるほどその性能が発揮されるためである。
The
モータ11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を適宜支持して囲繞するようにモータケース12が設けられると共にモータケース12内にモータ用冷却室15が形成される。
The
ここで、モータ11と軸受部29の冷却と潤滑のために、モータ用冷却室15及び軸受部用冷却室32にエンジンからの潤滑油を供給することを考えると、モータ用冷却室15及び軸受部用冷却室32のそれぞれに別経路にて潤滑油を供給することが想定される。
Here, considering that the lubricating oil from the engine is supplied to the
しかしながら、この方法では冷却及び潤滑のための冷却潤滑回路が複数回路となり、回路数の増加により構成が複雑になってしまうという問題が生じる。 However, this method has a problem that the cooling and lubrication circuit for cooling and lubrication becomes a plurality of circuits, and the configuration becomes complicated due to an increase in the number of circuits.
そこで、本発明においては、モータ用冷却室15と軸受部用冷却室32とを連通し、モータケース12に潤滑油入口33を形成すると共にベアリングハウジング28に潤滑油排出口34を形成し、エンジンからの潤滑油をモータ用冷却室15、軸受部用冷却室32へ順次供給する1つの冷却潤滑回路35を形成し、電動アシストターボチャージャの冷却装置を構成した。
Therefore, in the present invention, the
そのために、モータ用冷却室15の上部には、ベアリングハウジング28内の軸受部用冷却室32に連通すると共に2つの軸受部29の上部に潤滑油を供給する連絡油路36が形成される。これにより、モータ用冷却室15と軸受部用冷却室32とがその上部で連通された空間を形成する。
For this purpose, a
潤滑油入口33と潤滑油排出口34間には、図3に示した潤滑油による冷却系統が接続される。具体的には、潤滑油入口33にはオイル供給管47が接続され、潤滑油排出口34にはオイル戻し管48が接続される。
A cooling system using the lubricating oil shown in FIG. 3 is connected between the lubricating
これにより、エンジンからの潤滑油は、図3で説明したように、図示しない加圧手段によってオイル供給管47、潤滑油入口33を通してモータケース12内のモータ用冷却室15に導入され、モータケース12内のモータ11を冷却し、次いで、連絡油路36を通じてベアリングハウジング28内の軸受部用冷却室32に導入され、ベアリングハウジング28内の軸受部29を潤滑すると共に冷却し、重力によって潤滑油排出口34からオイル戻し管48にてオイルパンへ戻されて循環されるようになっている。
As a result, the lubricating oil from the engine is introduced into the
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present 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11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 boost pressure is increased, the
このモータ11の駆動時には、ステータ14が200℃に発熱するため、エンジンからの潤滑油をモータケース12内のモータ用冷却室15に流すことで、モータ11の温度を80℃以下に冷却することができる。
Since the
次いで、モータ用冷却室15に供給された潤滑油は、連絡油路36を通じてベアリングハウジング28内の軸受部用冷却室32に流れ、軸受部29を冷却した後、潤滑油排出口34からオイル戻し管48に戻される。
Next, the lubricating oil supplied to the
このように、潤滑油がモータ用冷却室15から軸受部用冷却室32へ順次供給されることで、最も冷却効果の要求されるモータ11を優先的に冷却することができ、モータ11の冷却効率を上げられるので、モータ効率が向上する。また、冷却潤滑回路35を1つの回路で構成することができるため、構成を簡略化することができる。
In this way, the lubricating oil is sequentially supplied from the
10 電動アシストターボチャージャ
11 モータ
12 モータケース
13 ロータ
14 ステータ
15 モータ用冷却室
20 ターボチャージャ
21 タービン
22 コンプレッサ
23 ターボ軸
24 タービンホィール
25 タービンハウジング
26 コンプレッサホィール
27 コンプレッサハウジング
28 ベアリングハウジング
29 軸受部
30 潤滑油入口
31 潤滑油排出口
32 軸受部用冷却室
33 潤滑油入口
34 潤滑油排出口
35 冷却潤滑回路
36 連絡油路
40 エンジン
41 エギゾーストパイプ
42 インテークパイプ
43 燃焼室
44 エアクリーナ
45 吸気スロットル
46 インタークーラ
47 オイル供給管
48 オイル戻し管
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記モータケース内に形成されたモータ用冷却室と、
前記ベアリングハウジング内に形成された軸受部用冷却室と、
前記モータ用冷却室の上部に形成されると共に前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とを連通する連絡油路と、
前記モータケースの下部に形成された潤滑油入口と、
前記ベアリングハウジングの下部に形成された潤滑油排出口と、
からなり、
エンジンからの加圧された潤滑油が前記潤滑油入口を通じて前記モータ用冷却室に導入されると共に前記モータ用冷却室に満たされた前記潤滑油が前記連絡油路を通じて前記軸受部用冷却室に導入された後、前記軸受部用冷却室に導入された前記潤滑油が重力により落下して前記潤滑油排出口を通じて排出されて循環される冷却潤滑回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。 In a cooling device for an electrically assisted turbocharger in which a motor case is attached to a bearing housing that supports the turbocharger's turbo shaft,
A cooling chamber for the motor formed in the motor case ;
A bearing portion cooling chamber formed in the bearing housing ;
A communication oil passage formed at an upper portion of the cooling chamber for the motor and communicating the cooling chamber for the motor and the cooling chamber for the bearing portion ;
A lubricating oil inlet formed in a lower portion of the motor case ;
A lubricating oil outlet formed in a lower portion of the bearing housing ;
Consists of
The bearing portion for the cooling chamber the lubricating oil filled in the cooling chamber for the motor through the communication oil passage with pressurized lubricating oil from the engine is introduced into the motor for cooling chamber through the lubricant inlet An electrically assisted turbo, wherein a cooling lubrication circuit is formed in which the lubricating oil introduced into the cooling chamber for the bearing portion falls by gravity and is discharged and circulated through the lubricating oil discharge port after being introduced. Charger cooling device.
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