電動アシストターボチャージャの冷却装置

【課題】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。
【解決手段】ターボチャージャ２０のターボ軸２３を軸承するベアリングハウジング２８にモータケース１２を併設した電動アシストターボチャージャ１０の冷却装置において、モータケース１２内にモータ用冷却室１５を形成すると共にベアリングハウジング２８内に軸受部用冷却室３２を形成し、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と軸受部用冷却室３２とへ順次供給する冷却潤滑回路３５を形成したものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６９６２９号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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モータ用冷却室を形成すると共に前記ベアリングハウジング内に軸受部用冷却室を形成し、前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とを連通し、前記モータケースに潤滑油入口を形成すると共に前記ベアリングハウジングに潤滑油排出口を形成し、エンジンからの潤滑油を前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とへ順次供給す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。
【００１４】
前記潤滑油入口は前記モータケースの下部に形成され、前記潤滑油排出口は前記ベアリングハウジングの下部に形成されると良い。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の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。
【図２】従来のターボチャージャを示す断面図である。
【図３】従来のターボチャージャをエンジンの吸排気系に組み込んだ図である。
【図４】モータの各温度におけるトルクに対する速度特性と電流特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
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

【特許請求の範囲】
【請求項１】
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モータ用冷却室を形成すると共に前記ベアリングハウジング内に軸受部用冷却室を形成し、前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とを連通し、前記モータケースに潤滑油入口を形成すると共に前記ベアリングハウジングに潤滑油排出口を形成し、エンジンからの潤滑油を前記モータ用冷却室と前記軸受部用冷却室とへ順次供給す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。
【請求項２】
前記潤滑油入口は前記モータケースの下部に形成され、前記潤滑油排出口は前記ベアリングハウジングの下部に形成される請求項１に記載の電動アシストターボチャージャの冷却装置。
【請求項３】
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請求項１又は２に記載の電動アシストターボチャージャの冷却装置。

【図１】