JP2003293785A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、コンプレッサ及び／又はタ
ービンを回転駆動させる電動を備えたターボチャージャ
において、電動機を効率よく冷却することのできるター
ボチャージャを提供することにある。 【解決手段】 本発明のターボチャージャは、コンプレ
ッサ４（タービン３）を回転駆動させ得る電動機６と、
電動機６を内蔵したターボハウジング２と、ターボハウ
ジング２内に形成された冷却液循環用の冷却液流路８
と、内燃機関の燃料を冷却液として冷却液流路内に供給
する燃料供給手段１０とを備えたことを特徴としてい
る。燃料によって電動機６を常に効率よく冷却すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
のコンプレッサ及び／又はタービンを電動機で駆動する
ことができるようにした電動機付ターボチャージャに関
する。 【０００２】 【従来の技術】エンジン（内燃機関）の吸入空気量をタ
ーボチャージャで過給して、高出力（あるいは、低燃
費）を得ようとする試みは以前から常用されている。タ
ーボチャージャの改善が要望されている点の一つとし
て、低回転域の過給圧の立ち上がりが悪く、低回転域で
のエンジン出力特性が良好でないというものがある。こ
れは、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給すると
いうターボチャージャの原理上、排気エネルギーの少な
い低回転域で発生する現象であった。これを改善するた
めに、ツインターボ化などが一般に行われているが、タ
ービン／コンプレッサに電動機（モータ）を組み込んで
強制的にタービンを駆動して所望の過給圧を得ようとす
る試みもなされている。このような電動機付ターボチャ
ージャとしては、特表2001-527613号公報に記載のよう
なものがある。 【０００３】電動機付ターボチャージャでは、低中回転
域においても高速回転されることとなるので、その冷却
が重要となる。冷却が不十分であれば、タービン／コン
プレッサの回転軸（シャフト）の焼き付きが生じてしま
う。また、電動機自体が高温化すると、電動機内部の永
久磁石が減磁（あるいは消磁）したり、温度上昇に伴う
電動機の効率低下を招くという問題があった。また電動
機をインダクションモーター（誘導モーター）とした場
合などは、回転子として用いられる積層鋼板を固めてい
る耐熱性の低いラミネート材が溶けたりするという問題
も懸念されている。そこで、上述した公報に記載の電動
機付ターボチャージャにおいては、エンジンオイルを用
いてターボチャージャ（特にシャフト）の冷却を行って
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、エンジンオイ
ルはエンジン本体を冷却する役割も有しており、エンジ
ン自体が高温となる高速・高負荷運転時などはエンジン
の熱を吸収して温度が高くなる。このため、高速・高負
荷運転時などのエンジン自体の温度が高くなるような状
況では、ターボチャージャの電動機の冷却効率が低下す
るおそれがあった。 【０００５】従って、本発明の目的は、コンプレッサ及
び／又はタービンを回転駆動させる電動機を備えたター
ボチャージャにおいて、電動機を効率よく冷却すること
のできるターボチャージャを提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャは、コンプレッサ及び／又はタービンを回転駆動させ
得る電動機と、電動機を内蔵したターボハウジングと、
ターボハウジング内に形成された冷却液循環用の冷却液
流路と、内燃機関の燃料を冷却液として冷却液流路内に
供給する燃料供給手段とを備えたことを特徴としてい
る。ことを特徴としている。 【０００７】 【発明の実施の形態】本発明のターボチャージャの一実
施形態について以下に説明する。まず、本実施形態のタ
ーボチャージャの断面図を図１に示す。図１に示される
ように、ターボユニット１のハウジング２内部には、排
気通路側にタービンホイール３、吸気通路側にコンプレ
ッサホイール４が配設されており、両ホイールはシャフ
ト５で連結されている。シャフト５は、ハウジング２内
でベアリングによって保持されており、高速回転を円滑
に行うようにされている。このシャフト５の中央部に
は、電動機６の一構成要素である複数のロータ６ａが固
定されている。ロータ６ａは永久磁石である。 【０００８】このロータ６ａの周囲には、電動機６の一
構成要素であるステータ６ｂが配設されている。ステー
タ６ｂは、複数枚の積層鋼板に巻線を巻いたものであ
り、ハウジング２に対して固定されている。このロータ
６ａ及びステータ６ｂを主たる構成要素として、シャフ
ト５を出力軸とする電動機６がハウジング２の内部に構
築されている。電動機６は三相交流モータである。ステ
ータ６ｂの巻線に流す電力を制御することによって電動
機６が制御される。 【０００９】ハウジング２の内部には、シャフト５の潤
滑を行うために、エンジンオイルを供給するオイル流路
７が形成されている。このオイル流路７は、電動機を内
蔵しない通常のターボユニットにおいても存在するもの
である。オイル流路７には、ハウジング２の一方の側に
形成された一対の流入部からエンジンオイルが導入さ
れ、シャフト５を保持する一対のベアリングまで供給さ
れる。ベアリング及びシャフト５とハウジング２との摺
動面を潤滑した後のエンジンオイルは、一対の排出部を
介してハウジング２の外部に排出される。なお、一対の
排出部はハウジング２の内部で一つに合流している。 【００１０】さらに、本実施形態においては、電動機６
の外周を囲むように、冷却液流路８が形成されている。
冷却液流路８は、電動機６の外周を完全に一周するよう
に形成されていても良いし、シャフト５の軸方向から見
てＣ字状に形成されていても良い。しかし、電動機６を
冷却するためのものなので、電動機６のほぼ全周を囲む
ように形成されることが好ましい。冷却液流路８には、
ハウジング２の一方の側に形成された流入部から燃料
（本実施形態のエンジンはガソリンエンジンであり、こ
こではガソリン）が導入される。本実施形態では燃料が
冷却液として使用されている。流入部から導入された燃
料は、電動機６周辺の熱を吸収した後に、ハウジング２
の反対側に形成された排出部から排出される。 【００１１】ここでは、冷却液流路８は、燃料タンク９
からエンジンのインジェクタ（図示せず）までの間の燃
料流路上に位置している。即ち、エンジンで燃焼される
燃料は、ターボユニット１を経由した後のものである。
燃料配管や燃料タンク９、冷却液流路８内に燃料の流れ
を生成させる燃料ポンプ１０などが、燃料を冷却液とし
て冷却液流路８内に供給する燃料供給手段として機能し
ている。なお、燃料ポンプ１０は、エンジンの出力で駆
動されるもので、本来はエンジン（インジェクタ）に燃
料を供給させるためのものである。ここでは、この燃料
ポンプ１０を利用している。 【００１２】このように、燃料を冷却液として使用し、
この燃料で電動機６が内蔵されターボユニット１の冷却
を行うことで、高温下に伴う電動機６内の永久磁石の減
磁や電動機６の効率低下を抑止でき、電動機６を効率よ
く駆動させることができる。なお、冷却液流路８による
冷却は、電動機６の冷却のみではなく、ハウジング２全
体の冷却にも寄与する。そして、重要なこととして、燃
料の温度はエンジンの運転状態にかかわらず比較的低温
であり、ハウジングをより低温に冷却することが可能と
なる。 【００１３】例えば、エンジンオイルを用いてハウジン
グ２を冷却しようとした場合、高負荷時や高速走行時な
どは、エンジンオイルの温度が１００℃前後にまで達す
るため、この温度以下に電動機６（ハウジング２）を冷
却することはできない。しかし、高負荷時や高速走行時
などでも燃料の温度は低いので、燃料を冷却液として使
用することで、５０℃以下にまで電動機６（ハウジング
２）を冷却することが可能となる。 【００１４】さらに、このような構成は、ターボユニッ
ト１を経由するように既存の燃料配管を変更するだけで
対応が可能で、特別な部品を付加する必要がないという
利点もある。さらに、この機構を用いて燃料を暖めるこ
とも可能となり、エンジンの始動性を向上させる機構と
しても利用することが可能となる。エンジン始動に際し
て、燃料をターボユニット１を経由させることで（必要
であれば積極的に電動機６を駆動して発熱させて）燃料
温度を昇温させ、燃料の気化を促進する。この結果、燃
料と吸入空気とが混合された後の混合気の着火性が向上
し、始動性が向上する。 【００１５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、燃料供給手段の構成は上述
した実施形態のものと異なる構成とすることも可能であ
る。上述した実施形態においては、エンジン出力で駆動
される燃料ポンプ１０が冷却液流路８よりも下流側に位
置していたが、上流側に位置するような構成であっても
良い。また、上述した実施形態においては、冷却液流路
８を経由した燃料がそのままインジェクタに送られて燃
焼に供された。このような構成とするのが好ましいが、
必ずしもこのようになっていなくても良い。例えば、燃
料を用いたターボユニット１の冷却系とエンジンへの燃
料供給系を完全に独立させた構成としてもよい。 【００１６】 【発明の効果】本発明のターボチャージャによれば、コ
ンプレッサ及び／又はタービンを回転駆動させ得る電動
機と、この電動機を内蔵したターボハウジングと、ター
ボハウジング内に形成された冷却液循環用の冷却液流路
と、燃料を冷却液として冷却液流路内に供給する燃料供
給手段とを備えているので、燃料によって電動機を常に
効率よく冷却することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のターボチャージャの一実施形態の断面
図である。 【符号の説明】 １…ターボユニット、２…ハウジング、３…タービンホ
イール、４…コンプレッサホイール、５…シャフト、６
…電動機、７…オイル流路、８…冷却液流路、９…燃料
タンク、１０…燃料ポンプ（燃料供給手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 浩成 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 増田 桂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 神庭 千佳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA16 EA20 FA28 GB86 GB93 5H609 BB01 BB15 BB19 PP02 PP05 PP06 QQ05 QQ13 RR26 RR30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関に対して過給を行うターボチャ
   ージャにおいて、 コンプレッサ及び／又はタービンを回転駆動させ得る電
   動機と、 前記電動機を内蔵したターボハウジングと、 前記ターボハウジング内に形成された冷却液循環用の冷
   却液流路と、 前記内燃機関の燃料を冷却液として前記冷却液流路内に
   供給する燃料供給手段とを備えたことを特徴とするター
   ボチャージャ。