KR20040031093A - 전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템 - Google Patents

전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20040031093A
KR20040031093A KR10-2004-7003842A KR20047003842A KR20040031093A KR 20040031093 A KR20040031093 A KR 20040031093A KR 20047003842 A KR20047003842 A KR 20047003842A KR 20040031093 A KR20040031093 A KR 20040031093A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric motor
electric
turbocharger
controlling
compressor
Prior art date
Application number
KR10-2004-7003842A
Other languages
English (en)
Inventor
알렌존
버치케빈
델프저하드
Original Assignee
허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 filed Critical 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Publication of KR20040031093A publication Critical patent/KR20040031093A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

내연기관(14)에 연결된 전기식 터보차저(10)에서 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템은 모터하우징(20)내에 배치된 전기모터를 구비한 터보차저(10)를 가지고 있다. 상기 모터하우징(20)은 모터하우징 입구(40)와 모터하우징 출구(46)를 구비하고 있다. 상기 터보차저(10)는 컴프레셔 입구와 컴프레셔 출구(26)를 구비한 컴프레셔(16)를 가지고 있다. 상기 터보차저는 또한 터빈(18)을 가지고 있다. 제 1냉각호스(34)는 상기 컴프레셔 출구(26)에 연결되고, 상기 모터하우징 입구(40)에 연결되어 있다. 제 2냉각호스(36)는 모터하우징 출구(46)에 연결되고 상기 컴프레셔 입구에 연결되어 있다.

Description

전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템{Air cooling system for electric assisted turbocharger}
가솔린 및 디젤 내연기관을 위한 터보차저들은 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 열과 체적유량을 사용하여 상기 기관의 연소챔버로 보내진 유입 기류를 가압하거나 증진시키는데 이용되는 당업계에서 알려진 장치이다. 특히, 상기 엔진으로부터 배출되는 상기 배기가스는 배기가스 구동 터어빈이 상기 하우징 내에서 회전하는 방법으로 터보차저의 터빈 하우징속으로 보내진다. 상기 배기가스 구동 터어빈은 샤프트의 반대편 끝단에 장착된 방사상의 에어 콤프레셔에 공통적으로 사용되는 샤프트의 일측 끝단에 장착된다. 따라서, 상기 터빈의 회전운동은 또한 상기 에어 컴프레셔가 상기 배기하우징으로부터 분리되어 있는 상기 터보차저의 컴프레셔 하우징내에서 회전하게 한다. 상기 에어 컴프레셔의 회전운동은 유입에어가 상기 엔진연소 챔버내에서 혼합되고 연소되기 전에 상기 컴프레셔 하우징내로 유입하도록 하고 필요한 양을 가압하거나 증진시키기도록 한다.
상기 터빈의 회전운동은 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 열과 체적유량에 의존하기 때문에, 터보차저들이 연결된 상기 엔진이 저속으로 작동될때 터보차저들은 종종 유효성이 감소된다. 상기 감소된 유효성은 종종 터보-래그(turbo-lag)라고 불린다. 터보-래그를 극복하기 위해서, 배기가스의 열과 체적유량이 적을때, 터보차저들은 샤프트 회전을 도모하고 상기 컴프레셔가 회전하도록 유도하기 위해 그 안에 배치된 전기모터를 사용하도록 구성된다.
전기식 터보차저에서의 작동조건들은 모터가 과열되기에 충분하도록 온도를 증가시킬 수 있다. 모터의 과열은 상기 전기모터의 스테이터(stator)를 손상시킬 수 있고, 상기 전기모터의 로터(rotor)를 영구적으로 탈자시킬 수 있다. 추가적으로, 그러한 상기 컴프레셔의 전기적인 제어는 상기 컴프레셔가 엔진 작동조건들에 상대적으로 의존하는 방식으로 작동하게 할 수 있기 때문에, 전기식 터보차저들은 특히 컴프레셔 서지(surge) 영역으로 들어갈 여지가 있다.
일반적으로 말하면, 컴프레셔 서지는 상기 컴프레셔에 의해 생성된 압축에어가 종종 상기 터보차저를 통해 뒤쪽으로 힘을 받게 하는 내부 시스템 저항을 만족시키는 터보차저 조건이다. 서지는 다른 터보차저 작동 조건들로부터 발생할 수 있고, 엔진 작동 조건들이 감속하는 동안 발생한다고 알려져 있다. 컴프레셔 서지는 터보차저와 엔진수명 및 성능에 불리할 수 있는 노이즈로부터 구성요소의 오류에 이르는 여러가지 문제점을 야기시킬 수 있는 일반적으로 바람직하지 않은 조건이다.
따라서, 전기식 터보차저는 높은 작동온도에 기인하는 전기모터의 잠재적인문제점들을 최소화하도록 구성되는 것이 바람직하다. 그러한 전기식 터보차저가 서지조건의 발생을 최소화하고 또는 제거하도록 형성되는 것도 또한 바람직하다. 어떠한 전기식 터보차저가 바람직한 터보차저 성능에 불리한 영향을 미치지 않게 하는 잇점을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 터보차저의 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기식 터보차저 내에 배치된 전기모터의 온도를 제어하기 위한 냉각시스템에 관한 것이다.
본 발명의 형상은 첨부된 도면 및 다음의 상세한 설명에 의하여 더 쉽게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 및 엔진 시스템의 횡-단면도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저의 횡-단면도이며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터하우징의 가변 오리피스 피팅을 제어하는 액추에이터를 갖는 터보차저의 횡-단면도; 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터하우징의 가변 오리피스 피팅을 제어하는 액추에이터를 갖는 터보차저의 제 2 횡-단면도; 및
도 5는 엔진 속도(x축) 및 터보차저 속도(y축)의 함수에서 서지 상태의 다-차원 맵을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 내연기관에 연결되는 전기식 터보차저에서 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템을 위한 것이다. 상기 시스템은 모터하우징내에 배치된 전기모터를 구비한 터보차저를 갖추고 있다. 상기 모터하우징은 모터하우징 에어유량 입구와 모터하우징 에어유량 출구를 가지고 있다. 상기 터보차저는 컴프레셔 에어유량 입구와 컴프레셔 에어유량 출구를 구비한 컴프레셔를 가지고 있다. 상기 터보차저는 터빈 하우징내에 배치된 터빈을 또한 가지고 있다. 상기 컴프레셔 출구로부터 하류에서 유입된 압축에어는 상기 전기모터에 냉각에어를 공급하기 위해 상기 모터하우징 에어유량 입구로 보내진다. 냉각에어는 상기 모터하우징의 에어유량 출구를 통해서 상기 전기모터로 부터 제거되고, 상기 컴프레셔 입구로 보내진다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 시스템은 상기 모터하우징 출구를 통과하는 에어량을 제어하기 위해서 인접한 상기 모터하우징 출구에 배치된 가변 오리피스 피팅(variable orifice fitting)을 가진다. 적당한 액추에이터는 상기 오리피스를 작동시키기 위해 상기 가변 오리피스 피팅에 연결되어 있다. 상기 시스템은 또한 상기 전기모터에 전기적으로 연결되고 상기 액추에이터(actuator)에 전기적으로 연결된 전기모터 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 전기모터 컨트롤러는 상기 전기모터의 속도와 냉각에어의 양을 조절하고 전기모터의 온도를 제어할 목적으로 상기 전기모터의 작동과 전기 액추에이터의 작동을 제어한다.
모터온도센서는 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 모터온도센서는 상기 전기모터의 온도를 감지하고, 전기모터 컨트롤러는 상기 모터온도센서로부터 수신된 신호에 기초하여 상기 가변 오리피스 피팅을 제어한다. 따라서, 상기 가변 오리피스 피팅은 엔진 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 상기 모터의 과열과 컴프레셔 출구로부터의 지나치게 많은 양의 에어 유입을 방지하도록 적당하게 냉각을 가능하게 한다.
가변 오리피스 피팅과 전기 액추에이터를 이용하는 추가적인 실시예에서, 엔진 속도센서는 내연기관의 회전속도를 감지하기 위해 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 있다. 추가적으로, 터보차저 속도 센서는 상기 터보차저 샤프트의 회전속도를 감지하기 위해 상기 전기모터 컨트롤러에 연결되어 있다. 메모리는 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 메모리는 상기 내연기관의 속도 및 상기 터보차저의 속도와 연계하는 서지조건들이 내장된 다-차원 맵(multi-dimension map)을 구비하고 있다. 상기 전기모터 컨트롤러는 상기 메모리에 저장된 서지 조건들의 상기 다-차원 맵을 고려하여 상기 엔진 속도센서와 상기 터보차저 속도센서로부터의 신호들에 기초하여 서지를 피하도록 상기 전기 액추에이터와 상기 가변 오리피스 피팅을 제어하도록 구성된다.
가변 오리피스 피팅과 전기 액추에이터를 이용하는 또 다른 추가적인 실시예에서, 유입 에어센서는 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 있다. 상기유입 에어센서는 상기 터보차저로 유입되는 에어의 체적을 감지한다. 압력비 센서는 또한 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결된다. 상기 압력센서는 컴프레셔의 압력비를 감지한다. 메모리는 상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 메모리는 상기 내연기관의 속도 및 상기 터보차저의 속도와 연계하는 서지조건들이 내장된 다-차원 맵을 구비하고 있다. 상기 전기모터 컨트롤러는 상기 메모리에 저장된 서지 조건들의 상기 다-차원 맵을 고려하여 상기 유입 에어센서와 상기 압력비 센서로부터의 신호들에 기초하여 서지를 피하도록 상기 전기 액추에이터와 상기 가변 오리피스 피팅을 제어하도록 구성된다.
이 발명의 전기식 터보차저는 전기모터를 냉각시키고, 그로써 잠재적 전기모터의 과열을 방지하기 위해 컴프레셔의 가압된 하류부분 에어를 수용하도록 형성된 모터하우징 내에 배치된 전기모터를 포함한다. 추가적으로, 이 발명의 전기식 터보차저들은 상기 전기모터를 향하는 냉각 에어의 양을 조절하는 제어수단을 갖도록 형성됨으로써, 전기모터 작동 온도 이상에서 조절할 수 있고, 컴프레셔의 반대방향압력의 양을 감소시킴으로써 컴프레셔 서지를 피할 수 있다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 전기식 터보차저 10는 내부 연소 엔진 14의 배출 매니폴드 12에 인접하여 장착된다. 상기 전기적으로 보조된 터보차저 10는 컴프레셔 16 및 터빈 18을 포함한다. 배출 매니폴드 12의 외부를 통과한 배출가스는 상기 터빈 18을 회전시킨다. 상기 컴프레셔 16 및 상기 터빈 18 사이에 모터하우징 20이 있다.
상기 컴프레셔 16는 제 1 에어호스 24를 지나 에어필터 22에 그것의 입구에서 연결된다. 상기 에어는 제 2 에어호스 26을 통과하여 증가된 압력하에 그것의 출구를 지나 상기 컴프레셔 16을 떠난다. 상기 컴프레셔에 의해서 발생된 가압 에어는 에어를 냉각시키는 내부냉각기 28를 통과한다. 상기 에어가 상기 내부냉각기 28를 통과하면서, 상기 에어는 제 3 에어호스 30를 지나, 내연기관 14으로 에어를 공급하는 유입 매니폴드 32으로 향한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 컴프레셔 16에 의해 발생된 가압 에어는, 제 1 냉각호스 34를 지나, 상기 전기식 터보차저 10의 상기 모터하우징 20을 향한다.상기 에어는 상기 모터하우징 20 및 제 2 냉각호스 36를 통과하고, 상기 에어는 제 1 에어호스 24를 지나 상기 컴프레셔 입구 반대로 향한다. 본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 제 1 냉각호스 34는 제 3 에어호스 30와 상기 모터하우징 20 사이에 연결되고, 그래서 상기 제 1 냉각호스 34로 유입되는 에어는 미리 상기 내부 냉각기를 통과할 것이다. 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 냉각호스 34는 상기 컴프레셔의 상류부분으로부터 에어를 보내고 상기 모터 공동 20안으로 에어를 보낸다. 추가적인 실시예에서, 에어는 컴프레셔 휠의 반대편과 같은, 상기 컴프레셔의 영역으로부터, 또는 상기 컴프레셔 내부 영역으로부터 상기 모터하우징 20안으로 흘러나온다.
상기 모터하우징을 통과한 에어의 경로에 관하여 보다 상세하게, 도 2에서 보여지는 바와 같이, 상기 에어는 상기 제 1 냉각호스 34로부터 모터하우징 에어흐름 입구 40(airflow inlet)을 통과하여 상기 모터하우징으로 유입된다. 상기 에어는 상기 스테이터 42 및 상기 전기모터의 로터 44를 건너 상기 모터하우징 에어흐름 입구 40로부터 원주의 끝단 반대편에 위치된 모터하우징 에어흐름 출구 46(airflow outlet)를 통과한다.
압력 증감은 상기 가압된 에어가 상기 컴프레셔로부터 상기 제 1 냉각호스 34를 통과하고, 상기 모터하우징 20을 통과하며, 그리고 더 낮은 압력의 영역인 제 1 에어호스 24에 반대로 지나도록 한다. 상기 압력 증감은 상기 에어를 상기 모터하우징 20을 통해 흐르도록 유지시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 모터하우징 입구 40 및 상기 모터하우징 출구 46는 상기 모터하우징 20에서 정압을 유지하도록 형성된다. 상기 입구 및 출구는 상기 유입 매니폴드 32로 향하고 컴프레셔에 의해 충전되는 에어의 증기에 불리하게 영향주지 않고 상기 모터를 충분히 냉각시키기에 적당한 크기로 형성된다.
추가적인 실시예에서, 도 3 및 4에서 보여지듯이, 에어가 너무 많이 충전되어서 상기 내부 연소 엔진으로부터 멀리 전환되지 않고, 상기 전기모터를 충분하게 냉각시킬수 있도록 하기 위해, 상기 압력 증감은 에어흐름 제어수단으로 제어된다. 예시적 실시예에서, 그러한 에어흐름 제어수단은 상기 모터하우징을 통하는 방향인 에어에 관한 에어흐름에 위치된 가변 오리피스 피팅 48이다. 예시적 실시예에서, 상기 가변 오리피스 피팅은 상기 전기모터 에어흐름 출구 46에 위치된다. 상기 가변 오리피스 피팅은 전기 액추에이터 50 에 의해서 제어된다. 온도 센서(미도시)는, 엔진 전자 제어 유닛(ECU) 또는 전기모터 컨트롤러(controller) 중에 하나와 전기적으로 연결되어 상기 전기모터의 스테이터 다음에 위치된다. 상기 ECU 또는 상기 전기모터 컨트롤러는 상기 액추에이터를 통해, 상기 전기모터 스테이터에 감지된 온도에 기초해서, 에어가 적절하게 냉각될 수 있도록, 가변 오리피스를 조정한다.
또 다른 실시예에서, 상기 가변 오리피스 피팅은 서지 상태(surge condition)을 방지하고 개선하는 데에 사용된다. 전기모터 컨트롤러는 다수개의 센서들(미도시)과 연결되어 있다. 이 센서들은 많은 다양한 엔진 및/또는 터보차저 (turbocharger) 작동 조건/파라미터들을 모니터하기 위하여 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 센서들은 예를 들어, (1) 분당 회전(RPM)의 엔진 속도; (2)엔진부하; (3) 유입 에어 유량; (4)가압 전후의 터보차저 작동압력; 및, (5) 분당 회전의 터보차저 속도등을 측정하도록 배열되어 있다.
전기모터 컨트롤러는 다수개의 측정 가능한 엔진과 컴프레셔에서의 특정 컴프레셔의 서지 상태에 대한 정보를 포함하는 다-차원 맵(maps)들을 저장하고 감지하는 성능을 갖고 배열된다. 상기 전기모터 컨트롤러는 서지 상태에 근접하거나 또는 진입하는 때에 컴프레셔와 같은 엑츄에이터 50를 사용하는 가변 오리피스 피팅 48을 선택하는 센서들에 의하여 감지된 상태에 대응하는 다-차원 맵을 사용한다. 일반적으로, 서지 상태가 감지되면, 상기 엑츄에이터가 상기 컴프레셔로부터 하방으로 부양되는 에어의 압력 레벨을 감소시키도록 상기 가변 개공 피팅의 크기를 개방시키는 상태로 작동되도록 하는 것이 바람직하다.
서지 상태를 방지하기 위하여 가변 오리피스 피팅을 사용하는 본 발명의 제 1 실시예는 엔진 속도를 모니터하도록 구성된 센서와 터보차저 속도를 모니터하도록 구성된 다른 센서를 포함한다. 다-차원 맵(map)은 엔진 속도와 터보차저 속도가 제어되고 있는 특정 전기 조력 터보 차저를 위한 서지 상태 예를 들어, 특정 컴프레셔와 엔진 설계를 위한 구현 가능한 서지 상태로 연계 작동되도록 구현된다.
도 5에 따르면, 이와 같은 맵은 3개의 다른 영역으로 구분되는데, 정상 작동 영역인 제 1 영역과 서지 리스크인 제 2 영역 및, 서지 상태인 제 3영역으로 구분될 수 있다. 도 5의 다-차원 맵은 가상의 터보차저와 엔진 시스템용의 3 영역을 도시하고 있는데, 위에서 언급한 목적으로 나누어져 있다. 이 3 영역은 특정 응용예와 터보 차저 설계 특성 예를 들어, 컴프레셔 설계에 의존하는 플롯트상의 다른 위치로 구분되는 되는 것이 이해될 것이다.
상기 맵은 전기모터 컨트롤러에 의하여 접근되는 메모리내에 저장된다. 시간별 엔진 속도와 터보 차저 속도가 상기 전기모터 컨트롤러에 전달되고, 이 전기모터 컨트롤러는 저장된 다-차원 맵상에 상기 엔진속도와 터보차저 속도를 플롯팅한다.
제공된 센서 정도로부터 취해진 플롯트가 터보차저가 정상 작동 영역에서 작동되는 것으로 나타내면, 이때 가변 오리피스 피팅은 서지 상태의 현상을 근거로 선택되지는 않는다. 일 예(시나리오)로서 서보 차저가 정상영역에서 작동하고 있다고 가정할 때, 이때 엔진은 대략 분당 4,000의 회전속도로 작동되고, 타보 차저는 대략 분당 20,000의 회전속도로 작동된다. 이와 같은 작동 상태는 도 5에의 맵상에서 포인트 A로 나타낸 위치에서 벗어나지 않게 플로팅되고, 이와 같은 영역은 맵상에서 정상 작동 영역에 속한다.
그러나, 센서 정보로부터 취해진 플롯트가 서지 리스크상태에 있음을 나타내면, 이때 상기 모터 컨트롤러는 순차로 상기 가변 오리피스 피팅이 서지 상태를 방지하도록 엑츄에이터를 작동시킨다. 일 예(시나리오)에서 엔진이 분당 2,000의 속도로 작동하고 상기 터보 차저가 분당 20,000의 속도로 작동하면, 서지 리스크에 있다고 가정한다. 이와 같은 작동 상태는 도 5의 맵상에서 서지 리스크 영역인 포인트 B를 벗어나지 않게 플로팅된다.
상기 센서들로부터 취해진 플롯트가 서지 상태에 진입하고 있음을 나타내면, 상기 모터 컨트롤러는 순차로 상기 가변 오리피스를 개방시키어 서지 상태에서 중단되도록 상기 엑츄에이터를 작동시킨다. 이와 같은 가변 오리피스를 개방시킴으로서, 보다 가압된 에어가 상기 모터하우징을 통하여 흘러서 컴프레셔 에어 입구측 흐름으로 뒤돌아 가게 하며, 이에 따라 엔진의 입구 매니폴드(manifold)를 우회 통과하게 된다, 일 예(시나리오)로서 엔진이 대략 분당 1,000의 회전속도로 작동되고, 상기 터보차저가 대략 분당 30,000의 회전속도로 작동되면 서지 상태에 도달되고 있다고 가정한다. 이와 같은 작동 상태들은 5에서 포인트 C로 나타낸 플롯트를 벗어나지 못하고, 맵상의 서지 부분에 있는 것이다.
도 5에서의 맵은 3개의 다른 컴프레셔를 작동시키는 2-차원 맵의 일예이다. 본 발명의 추가적인 실시예에서 상기 맵은 3 상태 이상으로 구분될 수 있는데, 각각의 상태는 작동상 다른 형태로 나타난다. 더하여, 상기 맵은 2개의 다른 엔진 및/또는 터보자처의 작동 파라미터 이상을 근거로 될 수 있다.
서지 상태를 방지하기 위한 가변 오리피스 피팅을 사용하는 제 2 실시예에서, 에어 유량 센서는 상기 컴프레셔까지의 에어 유량을 감지한다. 더하여 상기 컴프레셔에 가해지는 압력 비율이 모니터된다. 이와 같은 바람직한 실시예에서, 다-차원 맵은 컴프레셔에 대한 특정 정보를 포함한다.
서지 정보가 입구측 에어 유량과 컴프레셔의 압력 비율의 함수로 다-차원 맵에 저장된다. 시간별 에어 유량과 컴프레셔 압력 비율이 전기모터 컨트롤러에 전달되면, 상기 전기모터 컨트롤러는 저장된 다-차원 맵상의 에어 유량과 컴프레셔 압력 비율을 플롯팅한다. 위(엔진 속도와 터보차저 속도)에서 제공된 일 실시예에 따르면, 서지 상태가 아니거나 근접하지 않은 것으로 플롯팅되면, 이때 엑츄에이터와가변 오리피스 피팅은 서지 상태를 방지하도록 작동되지 않는다. 그러나, 서지상태에 근접하거나 서지 상태가 발생되는 상태로 플롯팅되면, 상기 전기모터 컨트롤러는 엑츄에이터를 작동시키어 가변 오리피스를 개방시키고, 더 많은 유입 에어가 유입구측 매니폴드에서부터 유입되게 하고 컴프레셔 유입구측의 에어는 낮은 압력이 되도록 전환시킨다.
특허법상의 필요에 의하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 기술에 속하는 당업자는 여기에서 설명된 특정 실시예의 모방이나 대체가 가능함을 이해할 것이다. 이와 같은 모방은 본 발명의 범위와 정신내에 한정된다.

Claims (4)

  1. 모터하우징 에어유량 입구와 모터하우징 에어유량 출구를 갖는 모터하우징내에 배치된 전기모터, 컴프레셔 입구와 컴프레셔 출구를 갖는 컴프레셔, 및 상기 컴프레셔를 구동시키도록 상호연결된 터빈을 구비한 터보차저;
    상기 컴프레셔 출구에 연결되고 상기 모터하우징 입구에 연결된 제 1냉각호스; 및
    상기 모터하우징 입구에 연결되고 상기 컴프레셔 입구에 연결된 제 2냉각호스를 포함함을 특징으로 하는 내연기관에 연결된 전기식 터보차저에 있는 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터하우징 출구를 통과하는 에어의 양을 제어하기 위한 가변 오리피스 피팅;
    상기 가변 오리피스 피팅을 제어하는 전기 액추에이터;
    상기 전기모터에 전기적으로 연결되고 상기 전기 액추에이터에 전기적으로 연결되고, 상기 전기모터의 작동을 제어하며 상기 전기 액추에이터의 작동을 제어하는 전기모터 컨트롤러; 및
    상기 모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되고 상기 전기모터의 온도를 감지하는 모터 온도센서를 추가로 포함하며,
    상기 전기모터 컨트롤러는 상기 모터온도센서로부터의 신호들에 기초하여 상기 전기 액추에이터를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 내연기관에 연결된 전기식 터보차저에 있는 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모터하우징 출구를 통과하는 에어의 양을 제어하기 위한 가변 오리피스 피팅;
    상기 가변 오리피스 피팅을 제어하는 전기 액추에이터;
    상기 전기모터에 전기적으로 연결되고 상기 전기 액추에이터에 전기적으로 연결되고, 상기 전기모터의 작동을 제어하며 상기 전기 액추에이터의 작동을 제어하는 전기모터 컨트롤러;
    상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되고 내연기관의 회전속도를 감지하는 엔진 속도센서;
    상기 전기모터에 연결되고, 상기 터보차저 샤프트의 회전속도를 감지하는 터보차저 속도센서; 및
    상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되고 상기 내연기관의 속도 및 상기 터보차저의 속도와 연계하는 서지조건들의 다-차원 맵이 저장된 메모리를 추가적으로 포함하며,
    상기 전기모터 컨트롤러가 상기 엔진 속도센서와 상기 터보차저 속도센서로부터의 신호들에 기초하여 상기 메모리에 저장된 서지조건들의 다-차원맵을 고려하여 상기 전기 액추에이터를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 내연기관에 연결된 전기식 터보차저에 있는 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 모터하우징 출구를 통과하는 에어의 양을 제어하기 위한 가변 오리피스 피팅;
    상기 가변 오리피스 피팅을 제어하는 전기 액추에이터;
    상기 전기모터에 전기적으로 연결되고 상기 전기 액추에이터에 전기적으로 연결되고, 상기 전기모터의 작동을 제어하며 상기 전기 액추에이터의 작동을 제어하는 전기모터 컨트롤러;
    상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되고, 상기 터보차저로 유입하는 에어의 체적을 감지하는 유입에어센서;
    상기 전기모터 컨트롤러에 연결되고 컴프레셔의 압력비를 감지하는 압력비 센서; 및
    상기 전기모터 컨트롤러에 전기적으로 연결되고 상기 내연기관의 속도 및 상기 터보차저의 속도와 연계하는 서지조건들의 다-차원 맵이 저장된 메모리를 추가적으로 포함하며,
    상기 전기모터 컨트롤러는 상기 메모리에 저장된 서지 조건들의 상기 다-차원 맵을 고려하여 상기 유입 에어센서와 상기 압력비 센서로부터의 신호들에 기초하여 상기 전기 액추에이터를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 내연기관에 연결된 전기식 터보차저에 있는 전기모터의 온도를 제어하기 위한 시스템.
KR10-2004-7003842A 2001-09-14 2002-09-13 전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템 KR20040031093A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/952,449 US6609375B2 (en) 2001-09-14 2001-09-14 Air cooling system for electric assisted turbocharger
US09/952,449 2001-09-14
PCT/US2002/029066 WO2003025364A1 (en) 2001-09-14 2002-09-13 Air cooling system for electric assisted turbocharger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040031093A true KR20040031093A (ko) 2004-04-09

Family

ID=25492926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7003842A KR20040031093A (ko) 2001-09-14 2002-09-13 전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6609375B2 (ko)
EP (1) EP1425501B1 (ko)
JP (1) JP2005527723A (ko)
KR (1) KR20040031093A (ko)
CN (1) CN1330864C (ko)
AT (1) ATE351973T1 (ko)
BR (1) BR0212544A (ko)
DE (1) DE60217689T2 (ko)
MX (1) MXPA04002439A (ko)
WO (1) WO2003025364A1 (ko)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2354553B (en) * 1999-09-23 2004-02-04 Turbo Genset Company Ltd The Electric turbocharging system
DE10124543A1 (de) * 2001-05-19 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Laders
JP3843932B2 (ja) * 2002-03-26 2006-11-08 トヨタ自動車株式会社 ターボチャージャ
US6945047B2 (en) * 2002-10-21 2005-09-20 General Electric Company Apparatus and method for automatic detection and avoidance of turbocharger surge on locomotive diesel engines
JP3925397B2 (ja) * 2002-11-20 2007-06-06 トヨタ自動車株式会社 電動機付ターボチャージャ制御装置
JP4023428B2 (ja) * 2003-04-16 2007-12-19 トヨタ自動車株式会社 電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置
US7398773B2 (en) * 2003-11-12 2008-07-15 Mack Trucks, Inc. EGR recovery system and method
US6871498B1 (en) * 2003-12-20 2005-03-29 Honeywell International, Inc. Compressor surge protector for electric assisted turbocharger
US7360361B2 (en) * 2005-04-09 2008-04-22 Advanced Propulsion Technologies, Inc. Turbocharger
DE102005027890B4 (de) * 2005-06-16 2007-05-03 Man Diesel Se Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
JP4539487B2 (ja) * 2005-08-05 2010-09-08 株式会社Ｉｈｉ 電動機付過給機
JP4605380B2 (ja) * 2005-08-08 2011-01-05 株式会社Ｉｈｉ 電動過給機
JP4692820B2 (ja) * 2005-08-11 2011-06-01 株式会社Ｉｈｉ 電動機付過給機
JP4591828B2 (ja) * 2005-08-22 2010-12-01 株式会社Ｉｈｉ 電動機付過給機
DE102005057308A1 (de) * 2005-12-01 2007-06-14 Bayerische Motoren Werke Ag Brennkraftmaschine mit Aufladung
DE602006020239D1 (de) * 2006-01-24 2011-04-07 Ihi Corp Motorbetriebene Aufladung
EP1813782B1 (en) 2006-01-26 2009-08-05 IHI Corporation Turbo-supercharger
US7448212B2 (en) * 2006-02-27 2008-11-11 International Engine Intellectual Property Company, Llc Engine bleed air passage and method
EP1998008B1 (en) * 2006-03-23 2019-03-13 IHI Corporation High-speed rotating shaft arrangement for supercharger
JP4671177B2 (ja) * 2006-06-02 2011-04-13 株式会社Ｉｈｉ 電動過給機
JP4753033B2 (ja) 2006-06-02 2011-08-17 株式会社Ｉｈｉ 電動過給機
EP2067960B1 (en) 2006-08-18 2015-09-23 IHI Corporation Electric supercharger
KR20090039770A (ko) * 2006-08-18 2009-04-22 가부시키가이샤 아이에이치아이 전동 과급기
JP4127304B2 (ja) 2006-09-06 2008-07-30 トヨタ自動車株式会社 電動過給機
JP2008196323A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Ihi Corp 電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置
DE102008034680A1 (de) * 2008-07-25 2010-06-10 Continental Mechanical Components Germany Gmbh Gekühltes Turboladergehäuse mit einer oder mehreren Elektronikeinrichtungen
EP2402583B1 (en) * 2009-02-25 2020-10-28 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Control device for pre-mixing engine
US20110022289A1 (en) * 2009-07-27 2011-01-27 Ecomotors International, Inc. Method of controlling an electrically assisted turbocharger
US8958971B2 (en) * 2009-07-27 2015-02-17 Ecomotors, Inc. System and method to control an electronically-controlled turbocharger
WO2011019891A1 (en) * 2009-08-13 2011-02-17 Thingap Automotive, Llc Cooling air supply system for a generator in a motor vehicle
JP5433643B2 (ja) * 2011-07-15 2014-03-05 三菱重工業株式会社 電動過給装置及び多段過給システム
US9835172B2 (en) * 2012-11-12 2017-12-05 Borgwarner Inc. Supplemental air cooling system and air pressure oil sealing system for electrical turbocompound machine
CN105143636B (zh) * 2013-02-21 2018-01-09 丰田自动车株式会社 具备窜缸混合气环流装置的内燃机的增压器的冷却装置
DE102014225943A1 (de) * 2014-12-15 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Kühldurchlauf für eine elektrische Maschine
CN106812597B (zh) * 2015-11-27 2019-04-30 长城汽车股份有限公司 蜗轮增压器结构和发动机总成
US9784126B2 (en) * 2015-12-14 2017-10-10 Hamilton Sundstrand Corporation Variable-sized cooling air flow path
DE102017201104B4 (de) 2016-01-28 2022-04-21 Ford Global Technologies, Llc Kraftfahrzeug mit einer Turboladeranordnung
FR3047515B1 (fr) * 2016-02-08 2018-02-02 Renault S.A.S Dispositif de suralimentation en air d'un moteur a combustion interne.
US10370992B2 (en) 2016-02-24 2019-08-06 United Technologies Corporation Seal with integral assembly clip and method of sealing
JP6669637B2 (ja) * 2016-11-25 2020-03-18 ヤンマー株式会社 内燃機関の診断装置および診断方法、並びに、内燃機関の制御装置および制御方法
US10508590B2 (en) 2017-02-07 2019-12-17 Kohler Co. Forced induction engine with electric motor for compressor
CN106948922B (zh) * 2017-04-19 2023-03-07 安徽安凯汽车股份有限公司 一种基于发动机水路的除气系统
DE102017218081A1 (de) 2017-10-11 2019-04-11 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Antriebsmaschine
US20190136746A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling turbocharger compressor air cooling systems
US11346249B2 (en) * 2019-03-05 2022-05-31 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine with feed pipe for bearing housing
US11891909B2 (en) * 2022-02-28 2024-02-06 Transportation Ip Holdings, Llc System and method for an electric turbocharger

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58138223A (ja) 1982-02-12 1983-08-17 Mitsubishi Motors Corp タ−ボ過給機の冷却装置
DE3504465C1 (de) * 1985-02-09 1986-01-02 M.A.N.-B & W Diesel GmbH, 8900 Augsburg Vorrichtung zum Aufladen eines Verbrennungsmotors
EP0210833B1 (en) * 1985-07-26 1991-06-26 Isuzu Motors Limited Control system for a supercharged internal combustion engine
JP2510855B2 (ja) 1986-02-10 1996-06-26 いすゞ自動車株式会社 車両におけるエネルギ−回収装置
JPS6445922A (en) 1987-08-17 1989-02-20 Isuzu Motors Ltd Turbocharger
JPH0771262A (ja) 1993-09-01 1995-03-14 Isuzu Motors Ltd タ−ボチャ−ジャ用回転電機の制御装置
DE19518317C2 (de) 1995-05-18 2000-01-20 Gerhard Huber Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers
US5605045A (en) 1995-09-18 1997-02-25 Turbodyne Systems, Inc. Turbocharging system with integral assisting electric motor and cooling system therefor
US5906098A (en) * 1996-07-16 1999-05-25 Turbodyne Systems, Inc. Motor-generator assisted turbocharging systems for use with internal combustion engines and control method therefor
US5904471A (en) 1996-12-20 1999-05-18 Turbodyne Systems, Inc. Cooling means for a motor-driven centrifugal air compressor
US6305169B1 (en) * 1999-02-22 2001-10-23 Ralph P. Mallof Motor assisted turbocharger

Also Published As

Publication number Publication date
CN1330864C (zh) 2007-08-08
ATE351973T1 (de) 2007-02-15
BR0212544A (pt) 2004-12-28
MXPA04002439A (es) 2004-06-29
WO2003025364A1 (en) 2003-03-27
DE60217689T2 (de) 2007-11-15
EP1425501B1 (en) 2007-01-17
US20030051475A1 (en) 2003-03-20
JP2005527723A (ja) 2005-09-15
CN1585852A (zh) 2005-02-23
EP1425501A1 (en) 2004-06-09
DE60217689D1 (de) 2007-03-08
US6609375B2 (en) 2003-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20040031093A (ko) 전기식 터보차저를 위한 에어냉각시스템
EP1700017B1 (en) Compressor surge protector for electric assisted turbocharger
JP3787706B2 (ja) 内燃機関用電子式ターボチャージャ制御装置
US7246490B2 (en) Internal combustion engine including a compressor and method for operating an internal combustion engine
JP3291477B2 (ja) ターボチャージャーの制御装置および制御方法
JP4596192B2 (ja) 排気ガスターボチャージャを有する内燃機関
JP4127304B2 (ja) 電動過給機
US20080053091A1 (en) Turbocharging Device and Control Method for Controlling the Turbocharging Device
JP4492406B2 (ja) ディーゼルエンジンの吸排気装置
US20030115870A1 (en) Exhaust-gas turbocharger in an internal combustion engine
JP2007120383A (ja) ターボチャージャ
EP1215378B1 (en) Single stage or multi-stage compressor for a turbocharger
KR20120015386A (ko) 터보차져의 웨이스트 게이트 작동 제어 시스템
JPH0543860B2 (ko)
JPH1182036A (ja) 排気ターボ過給機
JP2770480B2 (ja) 内燃機関の吸気装置
CN113217178A (zh) 用于包括带端口护罩的涡轮增压器压缩机的可调节修整系统
JP4781056B2 (ja) ターボ過給機付エンジン
JP2006138274A (ja) ターボ過給機付エンジン
JPH1077856A (ja) 可変容量ターボチャージャの制御装置
JP2007255265A (ja) エンジン過給システム
JP2001355502A (ja) 過給機付きエンジンのｅｇｒ装置
JP3835380B2 (ja) 回転電機付き可変ノズル型過給機を備えた内燃機関
KR20040046036A (ko) 터보챠저 디젤엔진의 흡기 유동 제어장치 및 그 제어방법
JPH0583334U (ja) ターボチャージャ

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid