JPS61237830A

JPS61237830A - 内燃機関のタ−ボチヤ−ジヤ

Info

Publication number: JPS61237830A
Application number: JP7734285A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hattori; 肇服部
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1986-10-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内燃機関のターボチャージャに関する。

（従来技術）内燃機関の出力は、燃料と空気を混合させ燃焼させて得
られるのであるから、出力を上げるにはｉずでき得る限
り多くの空気をシリンダ内に吸収する必要がある。

このため、今日では排気ガスのエネルギーを利用してタ
ービンを駆動し、このタービンに連動するかまたは一体
のエアコンプレッサを駆動して、正規量以上の空気をシ
リンダ内に過給し、効率的に燃料を燃焼させるターボチ
ャージャが内燃機関に付設されるようになった。

つまり、かかる内燃機関では、空気の充填効率が高めら
れて、高出力化、高トルク化が図れ、しかも燃費の向上
が図れるという利点がある。

（従来技術の問題点）しかしながら、かかるターボチャージャ付きの内燃機関
にあっては、低速回転域では過給圧が低いために充填効
率が低下し、出力、トルクの向上が不十分となってしま
い、第５図に示すように、トルク特性について見ると、
通常の内燃機関のトルクＴａとターボチャージャ付き内
燃機関のトルクＴｂでは、トルク上昇率が大きく変わる
。

そのため、低速回転域でも、第５図において曲線Ｔｂ’
のようにトルクを改善するため、小形のターボチャージ
ャが使われている。

ところが、この小形のターボチャージャでは、機関の高
負荷、高速回転域ではタービンの許容ガス流量がオーバ
ーチ、−り状態となり性能が下るという問題があった。

また、低速域のトルクが低いために、トランスミッショ
ンのギヤ比の自由度が小さくなってしまう。

このような欠点を改善するため、タービンとエアコンプ
レッサのインペラを結合する回転軸に電動機を設け、タ
ービンの回転数が低い領域において該電動機を回転駆動
させて低速回転域における上記のような欠点を改善しよ
うとする試みがなされ、このような例が、たとえば特開
昭５９−１０１５４０号公報に記載されている。しかし
ながらこの例では、タービンとエアコンプレッサのイン
ペラを結合する回転軸を延長し、該回転軸上に電動機を
形成しているため、回転軸の長さが大きくなり、回転軸
の曲げ振動が大きくなるため、危険回転数を通常のもの
より低下させなければならず、したがって与えられたイ
ンペラ形では通常のものより性能の低下を招くという欠
点がある。このような不都合を最低限に抑えようとして
回転軸長を切り詰めると、電動機がタービン側に近ずき
すぎてこれより伝わる熱のため、電動機が過熱するし、
潤滑油も電動機に多く付着して、その寿命を低下させる
、という欠点もある。

（発明の目的）本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたもので、
低速から高速の広い領域にわたって適量かつ充分な吸気
過給を可能にするとともに、与えられた形状・寸法の範
囲内で最大の性能を発揮させるような内燃機関のターボ
チャージャを提供することにある。

（発明の概要）本発明は、係る目的を達成するために、内燃機関の排気
ガスエネルギーによって駆動されるタービンと、該ター
ビンの駆動によってシリンダ内に吸気過給するエアコン
プレッサとを備えた内燃機関のターボチャージャにおい
て、エアコンプレッサのインペラに回転電機のロータを
設けるとともに、これと対向する位置に回転電機のステ
ータを設けた内燃機関のターボチャージャが提供される
。

（実施例）次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明を、ガソリン機関に適用した場合の概
略図である。同図において、ｌはエンジン、２はタービ
ン５とエアコンプレッサ６とを有するターボチャージャ
、３はウェストゲート、４はスロットル弁、７はエアク
リーナ、８はインジェクタ、９はエキゾーストマニホル
ド、１０はインレットマニホルド、１１はインレットパ
イプ、１２はバイパス通路、１３はエキゾーストバイブ
、１４は分岐路で、インレットマニホルド１０内の空気
圧力を分岐してウェストゲート３に印加するものである
。

第２図はタービン５とエアコンプレッサ６とを有するタ
ーボチャージャ２の構成を示す縦断面図であり、図にお
いて、２０は内部にタービンインペラ２１、コンプレッ
サインペラ２２、ステータ２３を格納するハウジングで
あり、タービンインペラ２１とコンプレッサインペラ２
２とはシャフト２４にて連結されている。そして、ハウ
ジング２０の内部にてこれらタービンインペラ２１とコ
ンプレッサインペラ２２とが回転自在となる如く、ハウ
ジング２０に設けた軸受２５にてシャフト２４が支承さ
れている。

タービンインペラ２１は該タービンインペラ２工の周辺
部に近接して設けられたスクロール２６に送られてくる
排気ガスエネルギーを受けて回転し、シャフト２４を介
してコンプレッサインペラ２２を回転せしめ、エアクリ
ーナ７より導入した空気を、ハウジング２０に設けたデ
ィフューザ２７にて圧力変換し、インレフトパイプ１１
を介してエンジンｌに送り込む。

一方、ステータ２３は第３図に詳細を示す如く、浅い皿
状の強磁性体のフェライトにて形成され、その上縁部は
ステータコイル２３１を巻き込む複数個の溝２３２が刻
設されている。そして、例えば、波巻、重ね巻、鎖形巻
などの巻線がそれぞれの溝２３２に行われ１例えば三相
結線されて外部に引出されている。また、第３図に示す
２２１はコンプレッサインペラ２２においてステータ２
３と対向する位置に埋設した磁石ロータであり、残留磁
気の極めて強い希土類元素を含むフェライト磁石よりな
り、図示の如く着磁され磁極を保持している。そして、
ハウジング２０の内部にて、ステータ２３と近接して磁
石ロータ２２１を有するコンプレッサインペラ２２が配
設されているので、タービンインペラ２１の駆動力によ
りシャフト２４を通じてコンプレッサインペラ２２が回
転すると、磁石ロータ２２１の有する磁束がステータコ
イル２３１を切るので、該ステータコイル２３１は起電
力を生じて三相発電機を構成する。

また、上述とは別に、ステータコイル２３１に外部より
三相電源を供給すると、ステータ２３と磁石ロータ２２
１は電動機を構成して、コンプレッサインペラ２２を回
転せしめ、ディフューザ２７の作用により圧気をエンジ
ン１に送気する。

このように、ステータ２３と磁石ロータ２２１は電動−
発電機ＭＧを構成する。

つぎに、第４図は上述のターボチャージャ２を備えたエ
ンジン１と制御装置との関係を示す説明図であり、前記
と同一部分には同一の符号をつけ、その説明は省略する
９図において１６はインジェクタ８の燃料噴射量、すな
わ負荷の大きさを検出する負荷センサであり、また、エ
ンジン１のクランクケース１ａにはエンジン回転数を検
出する回転センサ１７が設けられている。

１８は上記２つのセンナ１６．１７よりの信号と、車速
センサ（図示なし）よりの車速信号ＷＳとを入力とし、
前記電動−発電＠ＭＧを電動機または発電機として作動
制御する制御装置である。

そして、エンジン１の回転数が小のときや、負荷が大き
いときは排気ガスの圧力にて回転するタービンインペラ
２１の回転力に付勢する如く、電動機作動にて磁石ロー
タ２２１を回転せしめてコンプレッサインペラ２２を駆
動し、吸気の過給能率を向上せしめる。また、エンジン
回転数が大のときや、回転数が小でも負荷が小さいとき
には、制御装置１８は電動−発電機ＭＧを発電機として
作動するよう制御し、コンプレッサインペラ２２にての
過給動作のほかに、ステータコイル２３１より外部に電
力を取出すことが可能である。

次に、上記ターボチャージャの作用について述べる。

先ず、エンジンｌを始動させると、エキゾーストマニホ
ルド９を通ってスクロール２６に吐出される高温、高圧
の排気ガスエネルギーによって、タービンインペラ２１
が駆動回転し、同時にコンプレッサインペラ２２が回転
して圧縮空気をディフューザ２７を通じてシリンダ内に
送給する。このため、燃焼効率が改善され、既述のよう
なトルクや出力の向上が図られる。　　　′ 一方、エンジン１の始動時および始動直後の低速回転領
域では、タービンインペラ２１に対する排気ガスエネル
ギーが不十分であるため、コンプレッサインペラ２２に
よる吸気過給量も小レベルであり、この結果トルクおよ
び出力が上昇せず、第５図のトルクＴｂのようになるが
、負荷センサ１６および回転センサ１７はかかるエンジ
ン運転状態を検出し、制御装置１８はこの検出出力に基
づいて、上記電動−発電機ＭＧに電力を供給し、これを
電動機として作動せしめる。

このため、磁石ロータ２２１に一体のシャフト２４は、
その電動機が発生するトルクおよび上記排気ガスエネル
ギーによりタービンインペラ２１に作用するトルクによ
って大きな合成トルクを得て、コンプレッサインペラを
高速、高トルク回転させ　第５図のトルクＴｂ’が得ら
れる。

つまり　機関の低速回転域でも電動トルクの助勢によっ
て大きなトルク、出力を得ることができ　十分な発進加
速、登板性能を確保できるのである。

また１エンジン１の回転数が漸次上昇して、排気ガスエ
ネルギーが大きくなると、タービンインペラ２１および
シャフト２４が上記電動作動する電動−発電＠ＭＧの回
転速度を越えて駆動せしめられ、従ってこの電動−発電
機ＭＧは発電機として作動し、ステータコイル２３１に
電圧を誘起しこれを電源側に戻すことになる。つまり、
この回生電圧は負荷例えばバッテリ充電用として利用で
きる。この結果、従来から用いていた車両用発電機の省
略または小容量化、コンパクト化が図れるとともに、コ
ストダウンが図れる。

また、磁石ロータとして希土類磁石を用いたので、小形
でも十分な発電機が得られ、ターボチャージャの回転慣
性力を大きく増加することもない。

このように、この夕・−ポチャ・−ジャにあっては、内
燃機関の低速領域での過給圧を上昇させて低速“トルク
を上昇させ、かつ高トルクの内燃機関特性とするため、
電動−発電機の電動作用によってコンプレッサ作動を助
勢するようになし、一方、高回転領域または低速低負荷
領域では電動−発電機の発電作用によって、各種負荷用
電源として利用することができる。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、排気ター
ビンによって駆動される電動−発電機を設けたことによ
り、内燃機関の低回転領域での運転時には、電動−発電
機を発電機として駆動することによって上記タービンを
回転助勢し、以って十分な吸気過給を可能とし、機関出
力、トルクを飛躍的に向上できる。

また、内燃機関の中速領域以上の高速回転領域や低速負
荷領域では、電動−発電機の発電作用を利用して、照明
および表示のための灯火、計器ホーン、ウィンドワイパ
、カーヒーターさらには点火等の各種用途の作動用電源
として広く利用できるものである。

さらに、本発明は吸気を圧送するコンプレッサインペラ
に磁石ロータを埋設し、対向するステータと電動−発電
機を構成したので、タービンとコンプレッサを結合する
回転軸を延長することがなく、したがって、延長に起因
する諸種の弊害が防止できる。また、コンプレッサイン
ペラの空気力学的形状も何等変更しないので、効率のよ
い吸気過給が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をガソリン機関に適用した場合の一実施
例の概略図、第２図はターボチャージャの構成を示す縦
断面図、第３図はその磁石ロータとステータの詳細説明
図、第４図はターボチャージャを備えたエンジンと制御
装置との関係を示す説明図、第５図はターボチャージャ
を備えた内燃機関の回転数−トルク特性図である。１・・・エンジン、２・・・ターボチャージャ、５・・
・タービン、６・・・エアコンプレッサ、２２・・・コ
ンプレッサインペラ、２３・・・ステータ、２２１・・
・磁石ロータ。特許出願人　　いすダ自動車株式会社代　理　人　　弁理士　辻　　　　實第１図第４図曽Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内燃機関の排気ガスエネルギーによって駆動され
るタービンと、該タービンの駆動によってシリンダ内に
吸気過給するエアコンプレッサとを備えた内燃機関のタ
ーボチャージャにおいて、エアコンプレッサのインペラ
に回転電機のロータを設けるとともに、これと対向する
位置に回転電機のステータを設けたことを特徴とする内
燃機関のターボチャージャ。
（２）上記回転電機は電動機として作用することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項に記載の内燃機関のタ
ーボチャージャ。
（３）上記回転電機は発電機として作用することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項に記載の内燃機関のタ
ーボチャージャ。
（４）上記回転電機は電動−発電機として作用すること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の内燃機
関のターボチャージャ。