(57)【要約】【課題】吸気流路が複雑でなく流路抵抗も小さく、電動機制御装置の冷却効率が高い電動過給機の提供。【解決手段】電動過給機は、内燃機関の吸気ダクト内に設けられたコンプレッサインペラと、コンプレッサインペラを回転駆動する電動機と、コンプレッサインペラを回転駆動するタービンホイールと、電動機の駆動制御を行う制御装置と、制御装置に熱伝導関係に接続され、吸気ダクトの少なくとも一部を構成し、制御装置の放熱を行う放熱装置とを備えている。【効果】制御装置を効率よく冷却でき、内燃機関の吸気ダクト抵抗が小さくできる。【選択図】図１
2011007107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気ダクト内に設けられたコンプレッサインペラと、
上記コンプレッサインペラを回転駆動する電動機と、
上記電動機の駆動制御を行う制御装置と、
上記制御装置に熱伝導関係に接続され、上記吸気ダクトの少なくとも一部を構成し、上記制御装置の放熱を行う放熱装置とを備えていることを特徴とする電動過給機。
【請求項２】
上記コンプレッサインペラを回転駆動するタービンホイールを備え、
上記制御装置が、上記コンプレッサインペラの回転駆動を、上記内燃機関の運転情報に基づいて上記電動機および上記タービンホイールの少なくともいずれか一方により行うものであることを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
【請求項３】
上記放熱装置が、上記吸気ダクトの一部を構成する管状部材であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電動過給機。
【請求項４】
上記放熱装置が、上記吸気ダクト内に設けられた冷却フィンを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動過給機。
【請求項５】
上記制御装置が、上記吸気ダクトの一部である上記放熱装置上に配置され、上記放熱装置が上記電動機の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は吸気通路上に電動機で駆動される過給機に係り、特に電動機のインバータに対する冷却装置を備えた電動過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の低燃費を目的とし、内燃機関の出力を増加させるために吸気通路上に電動機で駆動する過給機を設ける技術が知られている。電動機はタービンとコンプレッサ軸上に配設され、過給必要時に排気ガスが不足し所望の過給圧が得られない場合や低回転時に回転し、排気ガスによりタービンが回され所望の過給圧が得られる場合は排気ガスにより回転する特徴をもつ。
【０００３】
電動過給機の駆動制御を行う制御装置（インバータ）は、１０万ｒｐｍを超える超高速で制御する必要があるという点や、一般に自動車の電圧は１４Ｖと低電圧のため大電流が必要となるため、このような高回転／大電流状態での連続運転時においては、バッテリからの直流電力をスイッチングする半導体素子の損失や配線抵抗による損失が大きくなることでインバータの温度が上昇し、これらの部品が破損したり劣化が早まる可能性がある。
【０００４】
このようなインバータの温度上昇対策として、例えば特許文献１には内燃機関の給気を過給する電動過給機において、給気流路を電動機及びインバータの発熱部を通過した後コンプレッサに至る直列流路と、電動機及びインバータをバイパスしてコンプレッサに至る第一のバイパス流路と、電動機、インバータ及びコンプレッサをバイパスして内燃機関に至る第二のバイパス流路とで構成し、直列流路と第一のバイパス流路と第二のバイパス流路のいずれかを通るように切換え可能にしたものが示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、排気ターボ式過給機と、加圧により温度が上昇した吸入空気を冷却するインタークーラと、電動過給機とを備えている。電動過給機は、吸入空気出口部付近においてインタークーラのインタークーラコア内に配設され、インタークーラコア内で冷却された吸入空気によって冷却されるようにしたものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００８−２１５０７５号公報
【特許文献２】特開平２００９−３０５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている電動過給機においては、インバータの冷却は可能になるものの吸気流路が複雑になるという課題やインバータおよび電動機が吸気流路内に配設されるため、内燃機関の吸気抵抗となるという課題がある。
【０００８】
特許文献２に関しては、いわゆる電動コンプレッサ（全ての過給仕事を電動で行う）であれば成立するが、排気ガスエネルギーと電動エネルギーを協調して過給仕事を行う電動アシストターボチャージャ（排気タービンとコンプレッサ軸上に電動機を配設）では、インバータと電動機との間の配線を短くする必要があるために、技術の適用が困難であるという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の課題に鑑み、内燃機関の吸気ダクトの吸気抵抗が小さく、電動機の回転駆動を制御する制御装置の冷却効率が高い電動過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の電動過給機は、内燃機関の吸気ダクト内に設けられたコンプレッサインペラと、上記コンプレッサインペラを回転駆動する電動機と、上記電動機の駆動制御を行う制御装置と、上記制御装置に熱伝導関係に接続され、吸気ダクトの少なくとも一部を構成し、上記制御装置の放熱を行う放熱装置とを備えていることを特徴とする電動過給機である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の電動過給機によれば、吸気ダクトの一部が放熱装置で構成されているので、より確実に冷却空気を送り込むとともにインバータを効率よく冷却することを可能にするとともに、内燃機関の吸気抵抗にならないよう吸気流路を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動過給機を内燃機関に適用した状態を示す概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置と放熱装置の概略斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２による電動過給機の制御装置と放熱装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の電動過給機の実施の形態について説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１および２はこの発明の電動過給機の一実施形態を内燃機関１に適用した例を示す概略構成図であり、図に示す電動過給機は、電動機と共に排気ガスタービンによっても駆動されるものである。図１に示す内燃機関１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として示されている。内燃機関１は、シリンダ２と、シリンダ２内に設けられてクランクシャフト３にコネクティングロッド４で連結されて上下動をするピストン５と、シリンダ２に取り付けられてピストン５の上方の燃焼室６に燃料を噴射する燃料噴射弁７と、燃焼室６内に吸気を導入するための吸気ポート８を開閉する吸気バルブ９と、燃焼室６内で混合気に点火する点火プラグ１０と、燃焼後のガスを排気する排気ポート１１を開閉する排気バルブ１２とを備えている。内燃機関１はまた、吸気ポート８に接続された吸気ダクト１３を備えていて、吸気ダクト１３には吸入空気量を制御するスロットルバルブ１４と、吸気を冷却するためのインタークーラ１５と、エアフィルタ１６とが設けられている。排気ポート１１には排気浄化触媒１７が設けられた排気ダクト１８が接続されている。
【００１５】
このような内燃機関１において、吸気ダクト１３と排気ダクト１８との間にはこの発明の電動過給機２０が設けられている。図１に示すこの発明の電動過給機２０を適用した内燃機関は燃料噴射弁７によってシリンダ２内に燃料を噴射するタイプのエンジンであるが、この発明はシリンダ内に燃料を噴射する直墳エンジンだけでなく、スロットルバルブ後の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射エンジンに適用することも可能である。
【００１６】
この発明の電動過給機２０は、内燃機関１の吸気ダクト１３内に設けられたコンプレッサインペラ２１と、このコンプレッサインペラ２１を回転駆動する電動機２２と、この電動機２２の駆動制御を行う制御装置２３と、この制御装置２３に熱伝導関係に接続され、吸気ダクト１３の少なくとも一部を構成し、制御装置２３の放熱を行う放熱装置２４とを備えている。制御装置２３が吸気ダクト１３上に配置されるので、制御装置２３と電動機２２との間の距離を短くすることができてその間の配線を短くすることができる。
【００１７】
コンプレッサインペラ２１は、吸気ダクト１３内でコンプレッサを構成して、エアフィルタ１６を通して吸入された吸気を圧縮するものであり、回転軸２５により電動機２２に連結されている。制御装置２３は、コンプレッサインペラ２１の電動機２２による回転駆動を、内燃機関１の様々な運転状況を表す運転情報に基づいて制御し、コンプレッサインペラ２１の回転数を適切に制御するものである。このために制御装置２３は、コントロールユニット２６からのエンジン回転数・スロットルポジション・吸入圧・吸入空気量などの情報を受けることができるように、コントロールユニット２６に接続されている。コントロールユニット２６は図示してない様々なセンサから様々な情報を収集する。
【００１８】
図示の例では、電動過給機２０は、コンプレッサインペラ２１の回転軸２５に連結されてコンプレッサインペラ２１を回転駆動するタービンホイール２７を備えていて、制御装置２３が、コンプレッサインペラ２１の回転駆動を、内燃機関１あるいは内燃機関１が搭載されている機械あるいは装置の運転情報に基づいて電動機２２およびタービンホイール２７の少なくともいずれか一方により行って、内燃機関１あるいは内燃機関１が搭載されている機械あるいは装置の運転を適切に行うことができるようにするものである。タービンホイール２７も排気ダクト１８内でタービンを構成して排気ガスのエネルギーをコンプレッサインペラ２１の回転に変換するものである。
【００１９】
電動過給機２０の制御装置２３は、コントロールユニット２６からエンジン回転数・スロットルポジション・吸入圧・吸入空気量などの指令値を受け電動機２２の回転駆動を行う。ここでスロットルポジションとはドライバのアクセル操作を反映させるものであり、例えば電子スロットルのない車両などではアクセル開度で代用してもよい。吸入圧に関しては例えばスロットルバルブ後の吸気通路内に圧力センサなどを設け吸入圧を得ることが可能である。吸入空気量に関しては例えばエアクリーナ１６の後方などにエアーフローセンサなどを設けることにより検出が可能である。
【００２０】
電動過給機２０の制御装置２３は、バッテリからの供給電力を電動機の駆動電力に変換し電動機を駆動する。このとき電動アシストターボチャージャに必要とされる電力は大きい（例えば１４Ｖバッテリの場合２００Ａ以上）ため、制御装置２３（インバータ）において相当の発熱があり、この制御装置２３の発熱部が発生する熱を放散させる放熱装置２４が必要である。
【００２１】
図２には、この発明の電動過給機２０の放熱装置２４を制御装置２３と共に示してある。電動過給機２０の放熱装置２４は、制御装置２３の発熱部に熱伝導関係に接続され、内燃機関１の吸気ダクト１３の少なくとも一部を構成して制御装置２３の放熱を行うものである。図示の例では、放熱装置２４は、制御装置２３の放熱部に密着して設けられたアルミニウムなどの熱伝導性の良い材料で作られた管状の部材であり、プラスチックなどで作られることの多い吸気ダクト１３の一部が取り除かれて代わりに挿入され、吸気ダクト１３の一部を構成するように、吸気ダクト１３と同じ寸法で同じ断面形とされている。制御装置２３は重量があるため、吸気ダクト１３は必要に応じてエンジンルーム内のフレームに固定する。このとき弾性体を介して固定することでエンジン振動などが制御装置２３に伝わり振動によるインバータの耐久性低下を予防することも可能である。
【００２２】
このような電動過給機によれば、吸気ダクト１３の一部が放熱装置２４で構成されているために制御装置２３（インバータ）を効率よく冷却することができるとともに、内燃機関１の吸気ダクト１３内の流路抵抗にならない。また、制御装置２３が吸気ダクト１３上に配置されるので、制御装置２３と電動機２２との間の距離が近くなり、その間の配線を短くすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３に示す放熱装置２４は、吸気ダクト１３の一部を構成する管状部材の内部に、冷却フィン２８が設けられていて、放熱装置２４の放熱面積を大きくして放熱性能を高めたり、放熱装置２４を小型化することができるようにしてある。この実施の形態によっても、吸気通路の一部を放熱板で構成することにより確実に冷却空気を送り込むとともにインバータを効率よく冷却することを可能にするとともに、内燃機関の吸気抵抗にならないよう吸気流路を確保し電動機との配線を短く実現することが可能となる。
【００２４】
以上に図示して説明した装置は単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。例えば、図示の例ではコンプレッサインペラの回転駆動に電動機２２とタービンホイール２７との両者が用いられているが、この発明は電動機２２だけを用いた電動過給機にも同様に適用できる。また、放熱装置２４として、吸気ダクト１３の全周を囲む管状ではなく、平板状あるいは溝形の部材を吸気ダクト１３の壁面の一部として適用することもできる。また、既存の吸気ダクト１３が熱伝導効率のよい材料でできている場合には、制御装置２３の放熱を行う放熱装置２４として、吸気ダクト１３に外側から密着した板状の放熱板を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
この発明は電動過給機に利用できるものである。
【符号の説明】
【００２６】
１  内燃機関、２  シリンダ、３  クランクシャフト、４  コネクティングロッド、５  ピストン、６  燃焼室、７  燃料噴射弁、８  吸気ポート、９  吸気バルブ、１０  点火プラグ、１１  排気ポート、１２  排気バルブ、１３  吸気ダクト、１４  スロットルバルブ、１５  インタークーラ、１６  エアフィルタ、１７  排気浄化触媒、１８  排気ダクト、２０  電動過給機、２１  コンプレッサインペラ、２２  電動機、２３  制御装置、２４  放熱装置、２５  回転軸、２６  コントロールユニット、２７  タービンホイール、２８  冷却フィン。
【図１】
2011007107.tif 000003
【図２】
2011007107.tif 000004
【図３】
2011007107.tif 000005