JP6579085B2 - 電動過給機 - Google Patents

Description

本発明は、電動過給機に関するものである。

従来の過給機として、たとえば、特開２００８−３８８６９号公報（特許文献１）に多段過給式排気ターボ過給機が開示されている。

特開２００８−３８８６９号公報

特許文献１の多段過給式排気ターボ過給機では、高圧段過給機の高圧コンプレッサカバーを、吸気のコンプレッサ入口通路及びコンプレッサバイパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路が内蔵された一体形コンプレッサカバーとしている。

また、他の従来の過給機を備えた内燃機関では、内燃機関から排出されるガスの一部であるＥＧＲガスを、ＥＧＲ装置を介して、過給機の上流の吸入空気が流れる吸入通路に合流させ、吸入空気とＥＧＲガスの混合ガスを過給機で過給して内燃機関に供給するものも知られている。このような構成では、ＥＧＲ装置の合流部分を過給機とは別に設けているので、吸入通路が大型化して車両への搭載性が悪化するという問題があった。

そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、車両への搭載性を向上させることが可能な電動過給機を提供することを目的とする。

この発明に従った電動過給機は、モータで回転するコンプレッサホイールと、コンプレッサホイールを収納するコンプレッサハウジングと、を備え、コンプレッサハウジングは、空気を導入する第一通路と、内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ装置が接続される導入口と、コンプレッサホイールで圧縮された、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかを内燃機関に送る第二通路と、コンプレッサホイールで圧縮される前の、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかをコンプレッサホイールを経由せずに内燃機関に送るバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス弁と、を備え、第一通路から導入された空気および導入口から導入されたＥＧＲガスは、バイパス弁が開いているときにはバイパス通路を経由して内燃機関に送られ、バイパス弁が閉じているときにはコンプレッサホイールで圧縮されて第二通路を介して内燃機関に送られる。

このように構成された電動過給機では、コンプレッサハウジングに、第一通路、第二通路および導入口が設けられている。そのため、コンプレッサハウジング外にこれらの通路を設けた場合と比較して、車両への搭載性を向上させることができる。

好ましくは、導入口の下端はコンプレッサホイール入口側開口部の下端よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。ＥＧＲから供給される排気ガスには水分が含まれていることがある。ＥＧＲガスが導入口を経由してコンプレッサホイール側へ流れるとしても、比重が大きい水分は下側にオフセットされた導入口から上側へオフセットされたコンプレッサホイール側へ流れにくい。その結果、水分が吸気に混入することを抑制できる。

好ましくは、バイパス通路の入口の下端はコンプレッサホイールの入口側開口部の下端よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。この場合、バイパス通路内の水分がコンプレッサホイール側へ流れることを防止できる。

好ましくは、第一通路は、第一通路の延在方向にバイパス通路の入口が対向配置されるようにコンプレッサハウジングに設けられる。この場合には空気は第一通路からバイパス通路へ流れやすくなるため、吸気抵抗が低減する。

この発明に従えば、車両への搭載性が良好な電動過給機を提供することができる。

実施の形態１に従った電動過給機を有する動力装置のシステム図である。 実施の形態１に従った電動過給機の平面図である。 図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た電動過給機の正面図である。 図２中の矢印ＩＶで示す方向から見た電動過給機の右側面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図２中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態２に従った電動過給機を有する動力装置のシステム図である。

以下、本発明の各実施形態に係る電動過給機について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に従った電動過給機を有する動力装置のシステム図である。図１で示すように、動力装置１は、エンジン５１０と、エンジンからの排気を用いて吸気を過給するターボチャージャー５２０と、ターボチャージャー５２０から送られた吸気をさらに加圧する電動過給機５３０とを備える。

ターボチャージャー５２０は、シャフトとシャフトの両端に設けられたコンプレッサホイール５２０ｃとタービンホイール５２０ｔとを有する。コンプレッサホイール５２０ｃとタービンホイール５２０ｔとは同じ回転をする。排気ガスによりタービンホイール５２０ｔが回転すると、その回転がシャフトを介してコンプレッサホイール５２０ｃに伝達されてコンプレッサホイール５２０ｃが回転する。図１の矢印５２１で示す方向から導入された空気がコンプレッサホイール５２０ｃで圧縮される。

インタークーラー５４０がコンプレッサホイール５２０ｃの下流側に設けられている。インタークーラー５４０は、コンプレッサホイール５２０ｃで断熱圧縮されて温度が上昇した空気を冷却して空気の密度を高める。

インタークーラー５４０の下流には電子スロットル５０１が設けられている。エンジン５１０がガソリンエンジンの場合には、電子スロットル５０１が吸気量を調整することでエンジン５１０の出力を調整する。エンジン５１０がディーゼルエンジンの場合には、通常運転時には電子スロットル５０１内のバルブは開いており、軽負荷時に大量のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を動作させるときや、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）再生時に吸気を絞って排気温度を上昇させたいとき、などに電子スロットル５０１内のバルブが絞られる。

電子スロットル５０１の下流に電動過給機５３０が設けられている。電動過給機５３０は、モータ１５と、モータ１５に接続されたシャフト１２と、シャフト１２に接続されたコンプレッサホイール３１と、複数の通路が形成されたコンプレッサハウジング３０とを有する。

電動過給機５３０の下流にエンジン５１０が設けられている。インテークマニホールド５１２からエンジン５１０の各ボア５１１に空気が供給される。空気が供給された各ボア５１１内で燃料が燃焼することで燃焼ガスが発生する。各ボア５１１で発生した燃焼ガスはピストンを動作させた後、エキゾーストマニホールド５１３へと排出され、エキゾーストマニホールド５１３から排気管へと排出される。エキゾーストマニホールド５１３にはＥＧＲ装置５５２が接続されており、ＥＧＲバルブ５０２が開いているときには、各ボア５１１からエキゾーストマニホールド５１３に排出されたガスの一部分はＥＧＲガスとしてＥＧＲ装置５５２のＥＧＲクーラー５５０へ導かれて冷却され、その後コンプレッサハウジング３０へ導かれる。ＥＧＲガスはエンジン５１０からの排出ガスと同じ成分であり、コンプレッサハウジング３０を経由してエンジン５１０に導入される。ＥＧＲガス中には酸素が存在しないか、存在しても微量であるため、ＥＧＲガスが燃焼室に導入されると燃料は低酸素条件で燃焼室内で燃焼することになり、燃焼のピーク温度が低下する。その結果、窒素酸化物の発生を抑制できる。各ボアからエキゾーストマニホールド５１３に排出されたガスの他の部分は、排気管を通じてターボチャージャー５２０に導入されてタービンホイール５２０ｔを回転させた後、浄化装置を通過して矢印５２２で示すように大気中に放出される。

コンプレッサハウジング３０は、空気通路３０ｈ、ＥＧＲ通路３０ａ、コンプレッサ入口通路３０ｇ、コンプレッサ出口通路３０ｄ、バイパス通路３０ｅ、バイパス弁１３１を有する。

空気通路３０ｈから空気が導入される。ＥＧＲ通路３０ａからＥＧＲガスが導入される。バイパス弁１３１が閉じているときにはバイパス通路３０ｅに空気およびＥＧＲガスが流れない。バイパス弁１３１が開いているときにはバイパス通路３０ｅに空気およびＥＧＲガスが流れる。

コンプレッサ入口通路３０ｇからコンプレッサホイール３１へ空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかが導入される。コンプレッサホイール３１が回転しているときには空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかがコンプレッサホイール３１で圧縮されてコンプレッサ出口通路３０ｄから排出される。

図２は、実施の形態１に従った電動過給機の平面図である。図２で示すように、コンプレッサハウジング３０は、複数の通路が接続された形状を有する。コンプレッサハウジング３０のフランジ部３０ｃは、空気を取り入れるためのパイプに接続される。フランジ部３０ｃの下流に空気通路３０ｈが設けられている。

空気通路３０ｈに接続されるようにＥＧＲ通路３０ａが設けられている。ＥＧＲ通路３０ａは、ＥＧＲガスを取り入れるためのパイプに接続される。ＥＲＧ通路３０ａは、空気通路３０ｈに対して合流するように設けられる。

コンプレッサ入口通路３０ｇは空気通路３０ｈおよびＥＧＲ通路３０ａの下流に設けられている。空気通路３０ｈから供給される空気およびＥＧＲ通路３０ａから供給されるＥＧＲガスが混合されてコンプレッサ入口通路３０ｇへ送られる。

スクロール通路３０ｂは、コンプレッサホイール３１で圧縮されたガスの通路である。スクロール通路３０ｂは、コンプレッサホイール３１の回転軸周りに渦巻形状に形成されている。

バイパス通路３０ｅが空気通路３０ｈおよびＥＧＲ通路３０ａに接続されるように設けられている。バイパス通路にはバイパス弁１３１が設けられている。バイパス弁１３１が開くことでバイパス通路３０ｅ内を空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかが流れる。バイパス弁１３１が閉じることで空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかはコンプレッサホイール３１へ送られる。

コンプレッサハウジング３０にはアクチュエータ１３０が設けられている。アクチュエータ１３０はバイパス弁１３１を電動で開閉することができる。アクチュエータ１３０はバイパス弁１３１の開度を調整できる。

コンプレッサハウジング３０にはボルト５１によりモータハウジング１１が固定されている。コンプレッサハウジング３０にはボルト４１により出口通路３０ｆが固定されている。

図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た電動過給機の正面図である。図３で示すように、スクロール通路３０ｂは渦巻形状である。スクロール通路３０ｂは、その通路径が出口通路３０ｆに接続される側にかけて拡大するように形成されている。

ＥＧＲ通路３０ａから供給されるＥＧＲガスが、空気通路３０ｈを経由してバイパス通路３０ｅへとスムーズに流れるように、ＥＧＲ通路３０ａの延在方向にバイパス通路３０ｅの入口側開口が対向配置される。これにより、バイパス弁１３１が開いている状態においてＥＧＲ通路３０ａからバイパス通路３０ｅへＥＧＲガスが流れやすくなる。

出口通路３０ｆはバイパス通路３０ｅとコンプレッサ出口通路３０ｄの両方に接続されている。出口通路３０ｆは、２つの通路が合流する形状を有している。出口通路３０ｆは二股形状である。

スクロール通路３０ｂの最も下流側の部分に直線形状のコンプレッサ出口通路３０ｄが接続されている。

図４は、図２中の矢印ＩＶで示す方向から見た電動過給機の側面図である。円筒状のＥＧＲ通路３０ａが空気通路３０ｈおよびコンプレッサ入口通路３０ｇに接続されて設けられている。

図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５で示すように、モータ１５は、シャフト１２に固定されたロータ１３と、ロータ１３に対向して配置されるステータ１４とを有する。モータ１５に電力が供給される。モータ１５は電力を回転力に変換してシャフト１２に回転力を付与する。そのため、モータ１５がシャフト１２を回転させる。

シャフト１２は一端から他端へ延びている。シャフト１２は一端側のベアリング２０と他端側のベアリング１２０によりモータハウジング１１に対して回転可能に保持されている。シャフト１２は段形状であり、場所において外径が異なる。シャフト１２は外径が異なる複数の円柱を接続した形状とされている。シャフト１２の外径が一定であってもよい。

シャフト１２の最も太い部分にロータ１３が固定されている。モータ１５が三相交流モータである場合には、ロータ１３は、コアと、そのコア内に埋設される永久磁石とを有する。

ロータ１３の両側においてシャフト１２にベアリング２０，１２０が設けられている。ベアリング２０，１２０はボールベアリングである。ベアリング２０，１２０は、シャフト１２に当接するインナーレース２１，１２１と、インナーレース２１，１２１と対向するアウターレース２３，１２３と、インナーレース２１，１２１とアウターレース２３，１２３との間に介在する複数の転動体から構成されるボール２２，１２２と、ボール２２，１２２を保持する保持器とを有する。

シャフト１２の他端にはコンプレッサホイール３１が取付けられている。コンプレッサホイール３１は吸気を圧縮するためのホイールである。コンプレッサホイール３１が回転すると、空気通路３０ｈ側から吸気（空気及びＥＧＲガス）が吸い込まれる。吸い込まれた吸気は、コンプレッサホイール３１を流通する過程において遠心力により増速されて、コンプレッサハウジング３０のディフューザ部およびスクロール通路３０ｂで昇圧される。

コンプレッサホイール３１とモータハウジング１１との間にはプレート３４が設けられている。プレート３４はコンプレッサホイール３１の背面側に位置して、コンプレッサハウジング３０にボルト５１などで固定されている。プレート３４の孔を貫通するようにシャフト１２が設けられている。また、プレート３４とコンプレッサハウジング３０とでディフューザ部及びスクロール通路３０ｂが形成される。

コンプレッサハウジング３０はコンプレッサホイール３１を覆うように設けられている。コンプレッサハウジング３０はコンプレッサ入口通路３０ｇを有する。コンプレッサ入口通路３０ｇから空気及びＥＧＲガスの少なくともいずれかが導入され、コンプレッサホイール３１で圧縮されてコンプレッサ出口通路３０ｄへ送られる。

図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。なお、図６では、シャフト１２の周囲のステータ、モータハウジング等の記載を省略している。バイパス通路３０ｅの入口３０１ｅの下端３０３ｅは、コンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。オフセット量はＡである。

矢印６００で示す方向が上方向である。バイパス通路３０ｅを下側へオフセットさせることで、バイパス通路３０ｅ内の水分がコンプレッサ入口通路３０ｇ側へ入りにくくなる。その結果、電動過給機の寿命を長くすることができる。

図７は、図２中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図７で示すように、ＥＧＲ通路３０ａの下端３０３ａはコンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。オフセット量はＢである。

ＥＧＲ通路３０ａを下側へオフセットさせることで、ＥＧＲ通路３０ａ内の水分がコンプレッサ入口通路３０ｇ側へ入りにくくなる。その結果、電動過給機の寿命を長くすることができる。

矢印６００で示す方向が上方向である。この実施の形態では、ＥＧＲ通路３０ａが所定の長さを有するものとして示されている。しかしながら、ＥＧＲ通路３０ａの長さが短く（ほぼゼロ）、導入口３０１ａのみが存在する構成を採用してもよい。この場合、導入口３０１ａに、パイプが挿入されてパイプから導入口３０１ａにＥＧＲガスが供給される。

電動過給機５３０は、モータ１５で回転するコンプレッサホイール３１と、コンプレッサホイール３１を収納するコンプレッサハウジング３０とを備え、コンプレッサハウジング３０は、空気を導入する空気通路３０ｈと、エンジン５１０の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ装置５５２が接続されるＥＧＲ通路３０ａと、コンプレッサホイール３１で圧縮された、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかをエンジン５１０に送るコンプレッサ出口通路３０ｄと、コンプレッサホイール３１で圧縮される前の、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかをコンプレッサホイール３１を経由せずにエンジン５１０に送るバイパス通路３０ｅと、バイパス通路３０ｅを開閉するバイパス弁１３１と、を備え、空気通路３０ｈから導入された空気およびＥＧＲ通路３０ａから導入されたＥＧＲガスは、バイパス弁１３１が開いているときにはバイパス通路３０ｅを経由してエンジン５１０に送られ、バイパス弁１３１が閉じているときにはコンプレッサホイール３１で圧縮されてコンプレッサ出口通路３０ｄを介してエンジン５１０に送られる。空気通路３０ｈ、ＥＧＲ通路３０ａ、およびバイパス通路３０ｅが１つのコンプレッサハウジング３０に設けられるため、これらをコンプレッサハウジング３０に設けない場合と比較してコンプレッサハウジング３０以外の部分の構造を簡素化できる。その結果、車両への搭載性が高まる。

ＥＧＲ通路３０ａの下端３０３ａはコンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。そのため、ＥＧＲ通路３０ａの水がコンプレッサホイール３１側へ流れることを防止できる。

バイパス通路３０ｅの入口３０１ｅの下端３０３ｅはコンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。そのため、ＥＧＲ通路３０ａの水がコンプレッサホイール３１側へ流れることを防止できる。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に従った電動過給機を有する動力装置のシステム図である。図８で示すように、実施の形態２に従った電動過給機５３０では、空気通路３０ｈは、空気通路３０ｈの延在方向にバイパス通路３０ｅの入口３０１ｅが対向配置されるようにコンプレッサハウジング３０に設けられる点で、実施の形態１に従った電動過給機５３０と異なる。実施の形態２においても、ＥＧＲ通路３０ａの下端３０３ａはコンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。さらにバイパス通路３０ｅの入口３０１ｅの下端３０３ｅはコンプレッサホイール３１の入口側開口部の下端３５０よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる。

実施の形態２に従った電動過給機５３０では空気通路３０ｈからバイパス通路３０ｅへ、空気が矢印５５１で示すようにほぼ直線状に流れるため、空気通路３０ｈからバイパス通路３０ｅへの空気流れの抵抗を低減できる。その結果、吸気抵抗を低減することができる。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば車両に搭載される電動過給機の分野において用いることができる。

１ 動力装置、１１ モータハウジング、１２ シャフト、１３ ロータ、１４ ステータ、１５ モータ、２０，１２０ ベアリング、２１，１２１ インナーレース、２２，１２２ ボール、２３，１２３ アウターレース、３０ コンプレッサハウジング、３０ａ ＥＧＲ通路、３０ｂ スクロール通路、３０ｃ フランジ部、３０ｄ コンプレッサ出口通路、３０ｅ バイパス通路、３０ｆ 出口通路、３０ｇ コンプレッサ入口通路、３０ｈ 空気通路、３１，５２０ｃ コンプレッサホイール、３４ プレート、４１，５１ ボルト、１３０ アクチュエータ、１３１ バイパス弁、３０１ａ 導入口、３０１ｅ 入口、３０３ａ，３０３ｅ，３５０ 下端、５０１ 電子スロットル、５０２ ＥＧＲバルブ、５１０ エンジン、５１１ ボア、５１２ インテークマニホールド、５１３ エキゾーストマニホールド、５２０ ターボチャージャー、５２０ｔ タービンホイール、５３０ 電動過給機、５４０ インタークーラー、５５０ ＥＧＲクーラー、５５２ ＥＧＲ装置。

Claims (4)

1. モータで回転するコンプレッサホイールと、
   前記コンプレッサホイールを収納するコンプレッサハウジングと、を備え、
   前記コンプレッサハウジングは、
   空気を導入する第一通路と、
   内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ装置が接続される導入口と、
   前記コンプレッサホイールで圧縮された、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかを内燃機関に送る第二通路と、
   前記コンプレッサホイールで圧縮される前の、空気およびＥＧＲガスの少なくともいずれかを前記コンプレッサホイールを経由せずに内燃機関に送るバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、を備え、
   前記第一通路から導入された空気および前記導入口から導入されたＥＧＲガスは、
   前記バイパス弁が開いているときには前記バイパス通路を経由して内燃機関に送られ、
   前記バイパス弁が閉じているときには前記コンプレッサホイールで圧縮されて前記第二通路を介して内燃機関に送られる、電動過給機。
2. 前記導入口の下端は前記コンプレッサホイールの入口側開口部の下端よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる、請求項１に記載の電動過給機。
3. 前記バイパス通路の入口の下端は前記コンプレッサホイールの入口側開口部の下端よりも鉛直方向の下側にオフセットして設けられる、請求項１または２に記載の電動過給機。
4. 前記第一通路は、前記第一通路の延在方向に前記バイパス通路の入口が対向配置されるように前記コンプレッサハウジングに設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動過給機。

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