JPH10196380A - 回転電機付ターボチャージャ - Google Patents

回転電機付ターボチャージャ

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JPH10196380A
JPH10196380A JP9005811A JP581197A JPH10196380A JP H10196380 A JPH10196380 A JP H10196380A JP 9005811 A JP9005811 A JP 9005811A JP 581197 A JP581197 A JP 581197A JP H10196380 A JPH10196380 A JP H10196380A
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JP
Japan
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housing
compressor rotor
electric machine
rotor
blade
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JP9005811A
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English (en)
Inventor
Yutaka Bito
藤 豊 尾
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/622Adjusting the clearances between rotary and stationary parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/624Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密閉された空間内でのコンプレッサロータの
回転作動を解消し、タービンロータの回転負荷を十分に
軽減できるようにすること。 【解決手段】 コンプレッサロータ12のブレードとハ
ウジング14との間の隙間Cを可変制御して、タービン
ロータ11の回転負荷を軽減可能な負荷軽減手段9、1
4b、18〜23を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
スにより駆動されるタービンロータの回転軸に電動−発
電機となる回転電機を配置し、排気エネルギーを電気エ
ネルギーとして回収しようとする回転電機付ターボチャ
ージャに関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの排気エネルギーをタービンロ
ータに導いて高速回転させ、タービンロータの回転軸に
接続されたコンプレッサロータを回転駆動してエンジン
に過給気を圧送するターボチャージャが広く使用されて
いる中で、近年、このターボチャージャの回転軸に電動
−発電機となる回転電機を配置し、排気エネルギーを電
気エネルギーとして回収すると共に排気エネルギー不足
時に電気エネルギーによりコンプレッサロータを回転駆
動させる回転電機付ターボチャージャが種々提案されて
いる。
【0003】この種の回転電機付ターボチャージャは、
例えば、特開平4−12131号公報に開示されてい
る。この回転電機付ターボチャージャでは、発電作動時
に回転電機の発電出力を増大させるために、コンプレッ
サロータの入口側通路及び出口側通路に各通路の開閉を
行う開閉弁を夫々配置し、該各開閉弁を制御することに
よりコンプレッサロータによる過給作動を抑制してター
ビンロータの回転負荷を軽減させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の回転電
機付ターボチャージャにおいては、コンプレッサロータ
の出入口を各開閉弁によって閉じることによりタービン
ロータの回転負荷の軽減を図るものであるが、各開閉弁
の閉弁時に各開閉弁は入口側では負圧、出口側では正圧
を夫々維持するように働くことから、タービンロータの
回転負荷を十分に軽減することができないという問題が
あった。また、このように密閉された空間内でコンプレ
ッサロータが回転することから、同一空気を撹拌するこ
とになり、その結果、温度が急上昇し潤滑部等へ悪影響
を及ぼすという問題もあった。
【0005】それゆえ、本発明は当該回転電機付ターボ
チャージャにおいて、密閉された空間内でのコンプレッ
サロータの回転作動を解消し、タービンロータの回転負
荷を十分に軽減できるようにすることを、その課題とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために本発明において講じた技術的手段は、ハウ
ジングと、該ハウジング内にエンジンの排気エネルギー
により回転可能に配設されるタービンロータと、前記ハ
ウジングに回転可能に支承され、その一端に前記タービ
ンロータが固定される回転軸と、該回転軸の他端に固定
され、前記ハウジング内に回転可能に収容される複数の
ブレードを有するコンプレッサロータと、前記回転軸上
に配設される回転電機とを備え、エンジンの運転状態に
応じて前記回転電機を発電作動させて排気エネルギーを
回収する回転電機付ターボチャージャにおいて、前記コ
ンプレッサロータのブレードと前記ハウジングとの間の
隙間を可変制御して、前記タービンロータの回転負荷を
軽減可能な負荷軽減手段を設けたことである。
【0007】上記した手段において、前記負荷軽減手段
は、前記ハウジングに前記回転軸に平行に形成されて、
前記コンプレッサロータのブレードに対向する一端側が
開口し、他端側が閉塞した円筒空間を形成する円筒部
と、該円筒部内に摺動可能に配設され、前記円筒部の一
端開口より突出して前記コンプレッサロータのブレード
と所定の隙間を有して隣接可能な隙間調整部材と、該隙
間調整部材をエンジンの運転状態に応じて摺動させる制
御手段とから構成されてもよい。
【0008】また、前記制御手段は、前記円筒部の外筒
側と前記隙間調整部材とに気密的に固定され、前記円筒
部材の他端側に調整室を区画形成する弾性隔壁部材と、
前記調整室に配設され前記調整部材を前記コンプレッサ
ロータのブレードに向けて常時付勢する弾性部材と、エ
ンジンの吸気負圧を前記調整室へ導く負圧通路と、該負
圧通路中に配設された切替弁とから構成されてもよい。
【0009】上記した手段によれば、コンプレッサロー
タのブレードとハウジングとの間の隙間を大きくするこ
とにより、コンプレッサロータによる過給作動が抑制さ
れてタービンロータの回転負荷が軽減されると同時に、
コンプレッサロータによる空気の撹拌作用もなくなるた
め、温度上昇による潤滑部等へ悪影響が防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従った回転電機付
ターボチャージャの一実施形態を図面に基づき、説明す
る。
【0011】図1において、1はエンジンで車両の原動
機、或いは電気自動車においては主発電機(図示されな
い)の動力源である。エンジン1の吸気管2と排気管3
とには回転電機付ターボチャージャ10が接続されてい
る。回転電機付ターボチャージャ10は、ハウジング1
4と、ハウジング14のタービン収容部内に収容され、
排気管3の排気ガスが導入されることにより排気ガスエ
ネルギーによって回転駆動されるタービンロータ11
と、ハウジング14のコンプレッサ収容部内に収容さ
れ、タービンロータ11と回転軸13を介して接続され
てタービンロータ11と一体回転するコンプレッサロー
タ12とを備えている。回転軸13は、ハウジング14
に軸受を介して回転可能に支承されており、またタービ
ンロータ11とコンプレッサロータ12は、夫々放射状
に延びる複数のブレードを有し、これらブレードがハウ
ジング14との間に所定の隙間を保つように支持されて
いる。
【0012】コンプレッサロータ12が収容されるハウ
ジング14のコンプレッサ収容部は、図1及び図2に示
すように、図示しないエアクリーナからの空気をコンプ
レッサロータ12のブレードの内周側へ導くダクト部2
aと、コンプレッサロータ12のブレードの外周側を吸
気管2と接続するスクロール部14aとを備えている。
タービンロータ11が回転駆動されて、回転軸13を介
してコンプレッサロータ12が回転駆動されると、図示
しないエアクリーナからダクト部2aを介して導入され
た空気は圧縮され、吸気管2を通って過給気としてエン
ジン1に供給される。尚、図1中、7は吸気管2内に配
設されたスロットルバルブで、コントローラ4からの信
号に応じて図示しないスロットルアクチュエータにより
開閉制御される。また、8は圧力センサでエンジンの吸
気圧力を検出し、検出信号をコントローラ4へ送る。
【0013】ハウジング14内のコンプレッサロータ1
2と軸受間には、回転電機15が配設されている。回転
電機15は、回転軸13に固定される永久磁石から成る
回転子16、該回転子16を包囲するようにハウジング
14に固定される固定子17及び該固定子17に巻回さ
れた複数のコイル(本実施形態では3相)とからなり、
電動機または発電機として選択的に作動可能なものであ
る。固定子17に巻回されたコイルは、インバータとコ
ンバータとを備えた交直両方向変換器から成る電力変換
器5を介してバッテリ6に接続されており、これによ
り、タービンロータ11が回転駆動されて固定子17内
にて回転子16が回転されると、固定子17に巻回され
た各コイルに励磁作用により交流電流が生じ、電力変換
器5を介してバッテリ6に充電される。また、この逆
に、例えば、発進時や急加速時等に固定子17に巻回さ
れたコイルに電流が供給されると、回転子16が回転さ
れてコンプレッサロータ12による過給作動が付勢され
る。
【0014】図2及び図3に示すように、ハウジング1
4のコンプレッサ収容部には、ダクト部2aの径方向外
方であってダクト部2aとスクロール部14aとの間
に、コンプレッサロータ12のブレードに対向する一端
側が開口し、他端側が閉塞した円筒空間を形成する円筒
部14bが回転軸13に平行に形成されている。該円筒
部14b内には、円筒部14bの一端開口より突出して
コンプレッサのロータ12のブレードと所定の隙間を有
して隣接可能な隙間調整部材18が摺動可能に配設され
ている。円筒部14bと隙間調整部材18との間にはゴ
ム等の弾性部材からなるダイアフラム等の隔壁部材20
が気密的に張架されており、これにより円筒空間内の閉
塞端側に調整室21が区画形成されている。調整室21
内には、隙間調整部材18をコンプレッサロータ12の
ブレードに向けて常時付勢するスプリング19が配設さ
れている。また、調整室21はスロットルバルブ7とエ
ンジン1間の吸気管2に負圧通路23を介して連通され
ており、該負圧通路23中にはエンジン1の運転状態に
応じてコントローラ4により吸気管2と調整室21とを
連通する第1位置と、吸気管2と調整室21との連通を
遮断し且つ、調整室21を大気に開放する第2位置とに
選択的に切替制御される切替弁9が介装されている。
尚、円筒空間内の隔壁部材20により区画される開放端
側には円筒部14bに形成された通気孔24を介して常
時大気に開放された大気室22が形成されている。
【0015】以上の構成からなる本実施形態の作用を説
明する。
【0016】図示しないエンジンが始動されると、ター
ビンロータ11が排気エネルギーにより回転され、コン
プレッサロータ12による過給が開始される。このと
き、回転電機15はエンジン1の運転状態に応じて、コ
ントローラ4により上記したように電動機又は発電機と
して選択的に作動される。即ち、エンジン1の低、中負
荷運転時及び加速時には、回転電機15は電動機として
作動されて、コンプレッサロータ12による過給作動を
付勢し、吸気圧を増大させてエンジントルクの向上が図
られる。また、エンジン1の高負荷運転時には、回転電
機15は発電機として作動されて、上記したようにバッ
テリ6を充電する。
【0017】一般的にコンプレッサロータ12は、ブレ
ードとハウジング間の隙間Cを所定の最小値に保ちなが
ら回転することにより過給性能を発揮する。ところが、
過給のいらない運転状態において、上記したように回転
電機15を発電機として作動させる際には、コンプレッ
サロータ12がブレードとハウジング間の最小隙間を維
持しながら過給作動をすることは、発電時の負荷とな
り、発電能力が減少される。この発電能力の減少が、本
実施形態においては、以下のように防止される。
【0018】図2において、回転電機15が電動機とし
て作動されている時には、コントローラ4により切替弁
9は調整室21を大気に開放させる第2位置にあり、隙
間調整部材18はスプリング19により付勢されてコン
プレッサロータ12のブレードとの隙間Cを最小に保持
している。エンジン1の運転状態が過給を必要としない
状態になり、コントローラ4により回転電機15が発電
機として作動される時には、コントローラ4により切替
弁9は調整室21を吸気管2と連通する第1位置に切り
替えられる。これにより、図3に示すように、隙間摺動
部材18はスプリング19の付勢力に抗して調整室21
側へ摺動してコンプレッサロータ12のブレードとの隙
間Cが大きくなる。この結果、コンプレッサロータ12
による過給能力(圧縮仕事)が減少して、タービンロー
タ11の回転負荷が軽減され、発電能力が向上される。
また、この時(コンプレッサロータ12の空転時)にも
空気はダクト部2aからスクロール部14aへ流動する
ため、空気の撹拌による温度上昇は発生しない。
【0019】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、コンプレ
ッサロータのブレードとハウジングとの間の隙間を大き
くすることにより、コンプレッサロータによる過給作動
が抑制されてタービンロータの回転負荷が軽減されると
同時に、コンプレッサロータによる空気の撹拌作用もな
くなるため、温度上昇による潤滑部等へ悪影響を招くこ
となく、回転電機の発電能力を向上することができる。
【0020】また、コンプレッサロータのブレードとハ
ウジングとの間の隙間を可変とする駆動源をエンジンの
吸気圧としてやれば、構成の簡素化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従った回転電機付ターボチャージャの
一実施形態の構成ブロック図である。
【図2】図1の実施形態における回転電機の電動機作動
時の負荷軽減手段の作動説明図である。
【図3】図1の実施形態における回転電機の発電機作動
時の負荷軽減手段の作動説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン 4 コントローラ 5 電力変換器 6 バッテリ 9 切替弁(負荷軽減手段、制御手段) 10 ターボチャージャ 11 タービンロータ 12 コンプレッサロータ 13 回転軸 14 ハウジング 14b 円筒部(負荷軽減手段) 15 回転電機 18 隙間調整部材(負荷軽減手段) 19 スプリング(負荷軽減手段、制御手段) 20 隔壁部材(負荷軽減手段、制御手段) 21 調整室(負荷軽減手段、制御手段) 23 負圧通路(負荷軽減手段、制御手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // F02C 7/057 F02C 7/057

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングと、該ハウジング内にエンジ
    ンの排気エネルギーにより回転可能に配設されるタービ
    ンロータと、前記ハウジングに回転可能に支承され、そ
    の一端に前記タービンロータが固定される回転軸と、該
    回転軸の他端に固定され、前記ハウジング内に回転可能
    に収容される複数のブレードを有するコンプレッサロー
    タと、前記回転軸上に配設される回転電機とを備え、エ
    ンジンの運転状態に応じて前記回転電機を発電作動させ
    て排気エネルギーを回収する回転電機付ターボチャージ
    ャにおいて、前記コンプレッサロータのブレードと前記
    ハウジングとの間の隙間を可変制御して、前記タービン
    ロータの回転負荷を軽減可能な負荷軽減手段を設けたこ
    とを特徴とする回転電機付ターボチャージャ。
  2. 【請求項2】 前記負荷軽減手段は、前記ハウジングに
    前記回転軸に平行に形成されて、前記コンプレッサロー
    タのブレードに対向する一端側が開口し、他端側が閉塞
    した円筒空間を形成する円筒部と、該円筒部内に摺動可
    能に配設され、前記円筒部の一端開口より突出して前記
    コンプレッサロータのブレードと所定の隙間を有して隣
    接可能な隙間調整部材と、該隙間調整部材をエンジンの
    運転状態に応じて摺動させる制御手段とから成ることを
    特徴とする請求項1に記載の回転電機付ターボチャージ
    ャ。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は、前記円筒部の外筒側と
    前記隙間調整部材とに気密的に固定され、前記円筒部材
    の他端側に調整室を区画形成する弾性隔壁部材と、前記
    調整室に配設され前記調整部材を前記コンプレッサロー
    タのブレードに向けて常時付勢する弾性部材と、エンジ
    ンの吸気負圧を前記調整室へ導く負圧通路と、該負圧通
    路中に配設された切替弁とからなることを特徴とする請
    求項2に記載の回転電機付ターボチャージャ。
JP9005811A 1997-01-16 1997-01-16 回転電機付ターボチャージャ Pending JPH10196380A (ja)

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