(57)【要約】【課題】内部に配置した電動機を確実に冷却できる過給機の冷却構造を提案する。【解決手段】電動機６０を備えた過給機１の冷却構造であって、前記過給機１の軸受４０、４５へ潤滑油を供給する第１の潤滑油通路１５と、前記電動機６０へ冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路１６とを設けてある。電動機へ冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路が、過給機の軸受へ潤滑油を供給する第１の潤滑油通路とは、個別に設けてあるので電動機を確実に冷却できる。前記第２の潤滑油通路１６には開閉弁５１を配置されている構造がより好ましい。さらに、開閉弁５１の開度を調整して冷却用潤滑油の流量を制御する制御手段８を更に備えていることがより好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を備えた過給機の冷却構造であって、
前記過給機の軸受へ潤滑油を供給する第１の潤滑油通路と、前記電動機へ冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路とを設けてある、ことを特徴とする電動機付き過給機の冷却構造。
【請求項２】
前記電動機が両側に突出するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部を両側から冷却するように、前記第２の潤滑油通路の吐出口が設けられ、
前記電動機は、前記冷却後の潤滑油が固定子と回転子との間に侵入するのを防止する油侵入防止構造を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機付き過給機の冷却構造。
【請求項３】
前記第１の潤滑油通路及び前記第２の潤滑油通路は、１つの潤滑油供給源に接続されていると共に、前記第２の潤滑油通路には開閉弁が配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機付き過給機の冷却構造。
【請求項４】
前記開閉弁の開度を調整して冷却用潤滑油の流量を制御する制御手段を更に備えている、ことを特徴とする請求項３に記載の電動機付き過給機の冷却構造。
【請求項５】
前記電動機の温度を検出する第１の温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第１の温度検出手段の出力に基づいて前記開閉弁の開度を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の電動機付き過給機の冷却構造。    
【請求項６】
前記過給機のタービン側へ供給されている排気ガスの温度を検出する第２の温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第２の温度検出手段の出力に基づいて前記電動機の温度を推定して、前記開閉弁の開度を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の電動機付き過給機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を備えた過給機（以下、ターボチャージャと称する）の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ターボチャージャを備えた内燃機関の割合が増加しつつある。ターボチャージャは、エンジンの排気ガスでタービン側のインペラを回転させる。このインペラの回転軸と同軸にコンプレッサ側のインペラが固定されている。よって、排気ガスでタービン側を回転させることにより、コンプレッサ側でエンジンに圧縮空気を送り込んで出力を向上させることができる。ところが、エンジンの低回転時、即ち、排気ガスの圧力が低いときには、タービンのインペラに当たる排気ガス量が少ない、或いは排気ガスの圧力が低いために回転軸を高い回転数で回すことができないときがある。そのために、エンジン始動時などのように回転数が低いときには、コンプレッサ側に必要な圧縮空気を送り込むことができず所望の出力を得られない場合がある。
【０００３】
そこで、回転軸の回転を補助する電動機を取り付けたターボチャージャの提案がある。このように電動機を備えたターボチャージャであれば、エンジンの回転数が低いときに電動機を駆動することにより回転軸を回転させコンプレッサで空気を圧縮し、エンジンに送り込んで出力を高めることができる。例えば、特許文献１は、上記のように電動機（モータ）を備えたターボチャージャの軸受構造について提案している。この軸受構造は、ラジアル軸受（フローティング軸受）の電動機側への潤滑油の飛散を抑制するリテーナリングを設けた構造を提案している。このリテーナリングにより、軸受を潤滑する潤滑油が電動機方向へ流出することを防止できるので潤滑油の流入に起因する撹拌抵抗（回転抵抗）の増加を抑制して、ターボチャージャを円滑に回転させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３２９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ターボチャージャの回転軸は高速回転するため多量の熱が発生する。そのために、電動機を内部に配置したターボチャージャでは、特に電動機が過度に昇温しないように配慮することが必要がとなる。しかしながら、上記特許文献１で開示する軸受構造は電動機の冷却については考慮していないので、この点に関しての改善が必要である。
【０００６】
よって、本発明の目的は、内部に配置した電動機を確実に冷却できる過給機の冷却構造を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、電動機を備えた過給機の冷却構造であって、前記過給機の軸受へ潤滑油を供給する第１の潤滑油通路と、前記電動機へ冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路とを設けてあることを特徴とする電動機付き過給機の冷却構造により達成できる。
【０００８】
本発明によると、電動機へ冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路が、過給機の軸受へ潤滑油を供給する第１の潤滑油通路とは、個別に設けてあるので電動機を確実に冷却できる。
【０００９】
また、前記電動機が両側に突出するコイル巻線部を備えており、前記コイル巻線部を両側から冷却するように、前記第２の潤滑油通路の吐出口が設けられ、前記電動機は、前記冷却後の潤滑油が固定子と回転子との間に侵入するのを防止する油侵入防止構造を備えているものでもよい。この場合には、コイル巻線部を確実に冷却すると共に、固定子と回転子との間に侵入する潤滑油を抑制して撹拌抵抗の増加を予防できる。
【００１０】
また、前記第１の潤滑油通路及び前記第２の潤滑油通路は、１つの潤滑油供給源に接続されていると共に、前記第２の潤滑油通路には開閉弁が配置されている構造とするのがより好ましい。この場合には、必要なときに冷却用の潤滑油を供給できる。よって、冷却用の潤滑油を無用に流すことを抑制できるので、電動機の撹拌抵抗が増加するのを予防できる。
【００１１】
また、前記開閉弁の開度を調整して冷却用潤滑油の流量を制御する制御手段を更に備えていることがより好ましい。このようにすれば、電動機の昇温状態（加熱状態）に応じて適量の潤滑油を流すことができる。
【００１２】
そして、前記電動機の温度を検出する第１の温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記第１の温度検出手段の出力に基づいて前記開閉弁の開度を制御するようにしてもよい。また、前記過給機のタービン側へ供給されている排気ガスの温度を検出する第２の温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記第２の温度検出手段の出力に基づいて前記電動機の温度を推定して、前記開閉弁の開度を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、内部に配置した電動機を確実に冷却できる過給機の冷却構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る好ましい一実施形態としての実施例を説明する。
【００１５】
図１は、実施例に係る冷却構造が適用されているターボチャージャ１の構成を示した図である。また、図２は、図１の一部を拡大して示した図である。なお、以下の説明において、半径方向ＲＤとはターボチャージャの回転軸に垂直であると共に回転軸を中心とした放射方向であり、また、軸方向ＡＤは回転軸の軸芯に沿った方向とする。
【００１６】
ターボチャージャ１には軸方向ＡＤにおける一方側（図１で左側）にコンプレッサ部２０が形成されており、他方側にはタービン部３０が形成されている。より具体的には、回転軸３のタービン部３０側の端部にはタービンインペラ３１が一体に形成されており、後述する複数の部材を途中に介在させて、コンプレッサ部２０側の端部にコンプレッサインペラ２１が嵌め込まれナット２５により締め付け固定されている。コンプレッサインペラ２１の外周にはコンプレッサハウジング２２が配備され、タービンインペラ３１の外周にはタービンハウジング３２が配備されている。
【００１７】
前記コンプレッサ部２０側とタービン部３０側との間にはベアリングハウジング１０が配設されており、このベアリングハウジング１０には冷却水を流すための水通路１１などが形成してある。そして、ベアリングハウジング１０の内側に空間が形成されており、この空間内に電動機となるモータ６０が配設されている。このモータ６０の固定子６１は上記ベアリングハウジング１０の内壁に固定され、回転子６５は上記回転軸３に固定されている。固定子６１と回転子６５とは軸方向ＡＤにおいて略同一位置にあり、また半径方向ＲＤで所定間隙をもって対向配置されている。固定子６１にはコイル６２が巻かれており、その一部は固定子６１より外側に突出するように巻回されている。また、回転子６５は回転軸３に固定した円筒状の磁石６６及びこの磁石６６の外周を覆うように設けた磁石保持管６７を含んでいる。上記コイル６２に図示しない配線を介して所定の電流を供給して励磁すると、回転子６５を固定した回転軸３を回転させることができる。よって、必要時にコイル６２に電流を供給することにより、回転軸３を補助駆動することができる。
【００１８】
上記回転子６５の両側には半径方向ＲＤで回転軸３を支持するラジアル軸受４０、４５が配設されている。タービン側のラジアル軸受４０はラジアル軸受部４２を含み、このラジアル軸受部４２は両側に配置したスナップリング４３により軸方向ＡＤの位置決めがされている。このラジアル軸受部４２の背部側（図１で上側）にはベアリングハウジング１０に形成したオイル通路１５により潤滑油が供給されている。
【００１９】
また、コンプレッサ側のラジアル軸受４５側の周辺構造はタービン側とは少々異なっている。ラジアル軸受４５はラジアル軸受部４６を含み、このラジアル軸受部４６のタービン側にはスナップリング４３が配設されているが、反対側は軸方向ＡＤの負荷（スラスト力）を受けるスラスト軸受７０が設けられている。ラジアル軸受部４２の背部側（図１で上側）にもオイル通路１５により潤滑油が供給されている。
【００２０】
上記ラジアル軸受４０及びラジアル軸受４５へ潤滑油を供給するオイル通路１５は、オイルポンプ５０を介して図示しないオイルタンクに接続されている。このオイル通路１５は、ラジアル軸受４０及びラジアル軸受４５をスムーズに回転させるために潤滑油を供給する通路で第１の潤滑油通路となる。なお、ベアリングハウジング１０の下端の所定位置にはオイルドレーン部１７、１８が設けてある。よって、落下した潤滑油はベアリングハウジング１０の下側から機外に出され、図示しない内燃機関のオイルパンなどに回収されて循環される。ラジアル軸受４０及びラジアル軸受４５を潤滑した後の潤滑油は、その後に空間内を飛散してモータ６０に付着するのでモータ６０を冷却する機能も果すことができる。なお、ベアリングハウジング１０の下端の所定位置にはオイルドレーン部１７、１８が設けてある。よって、落下した潤滑油はベアリングハウジング１０の下側から機外に出され、図示しない内燃機関のオイルパンなどに回収されて循環される。しかし、ラジアル軸受４０及びラジアル軸受４５を通過した潤滑油は、昇温している場合が多いので期待した冷却を行えない場合がある。
【００２１】
そこで、本実施例のターボチャージャ１には、モータ６０を冷却する潤滑油を供給する冷却構造が設けてある。この冷却構造は、上記オイル通路１５とは別途に、ベアリングハウジング１０に設けた第２の潤滑油通路となるオイル通路１６として形成してある。このオイル通路１６に流す冷却用の油は、オイル通路１５へ供給する潤滑油と兼用とすることができる。冷却用の潤滑油を供給するオイル通路１６もオイル通路１５の場合と同様にオイルポンプ５０に接続されている。よって、簡単な構造で冷却用の油をモータ６０に向けて流すことができる。
【００２２】
図２は、オイル通路１６の吐出口の部分を確認し易いように図１の一部を拡大して示してある。なお、この図２ではベアリングハウジング１０を確認し易いようにハッチングを付してある。この図で示すように、モータ６０の固定子６１に巻回したコイル６２は左右に突出している。オイル通路１６はベアリングハウジング１０内で左右に分岐されており、左右の吐出口１６ＤＳ−Ｒ、１６ＤＳ−Ｌはコイル６２の両側と対向するように配置してある。よって、コイル６２（コイル巻線部）の両側から潤滑油を噴射させて冷却できる。
【００２３】
なお、右側の吐出口１６ＤＳ−Ｒの様子を円ＣＲ内に拡大して示してある。出口付近には噴霧を拡大させるニードル（針状部材）ＮＤが固定配置されている。これにより、噴射する潤滑油ＬＵを広げてコイル６２に噴霧できる。左側の吐出口１６ＤＳ−Ｌも同様の構造を有している。よって、冷却用のオイル通路１６で誘導した潤滑油をコイル６２に吹付けて冷却できる。
【００２４】
なお、図２で確認できるように、回転子６５の外周に配置した磁石保持管６７の両端部（タービン側端部及びコンプレッサ側端部）には半径方向ＲＤで外側へ突出する環状の突起部６８が形成してある。このような突起部６８を設けておくと、モータ６０の固定子６１と回転子６５との間に潤滑油ＬＵが侵入するのを抑制できる。固定子６１と回転子６５との間に潤滑油ＬＵが侵入してしまうと、潤滑油ＬＵによる撹拌抵抗が発生して機械損失が増加してしまう。これに対して、本実施例では回転子６５の外側に潤滑油ＬＵの侵入を防止する突起部６８を設けてあるので、固定子６１と回転子６５との間に侵入するのを防止する油侵入防止構造を具備していることになる。よって、回転軸３が回転するときの撹拌抵抗（回転抵抗）の発生を抑制できる。
【００２５】
オイル通路１６から噴射する冷却用の潤滑油量をターボチャージャ１の昇温状態に応じて調整できれば、モータ６０を効率良く冷却できるより好ましいものとなる。実施例に係る冷却構造はその構成を備えている。この構成について、図３を参照して更に説明する。図３は、ターボチャージャ１を適用したエンジン（Ｅ／Ｇ）２周辺の構成を含めて示したブロック図である。
【００２６】
吸入空気ＴＡは、エアクリーナ（Ａ／Ｃ）４、ターボチャージャ１のコンプレッサ部２０、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）５及びスロットルバルブ６を介してエンジン２の吸気マニホールド２ＴＭへと供給されている。一方、エンジン２で発生した排気ガスＥＡは排気マニホールド２ＥＭから排出され、ターボチャージャ１のタービン部３０及び排気浄化触媒７を介して装置外へ排出されるように形成してある。このような構成は一般的なものと同様である。
【００２７】
エンジン２は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit：電子制御装置）８によって駆動が制御されている。ＥＣＵ８にはエンジン２の状態を検出（監視）するために種々のセンサ、例えばクランク角センサ、アクセル開度センサ、排気ガス温度センサなどからの出力信号を受信している。ＥＣＵ８はこれらの出力信号に基づいてエンジン２の駆動を適正に制御する。このような構成は一般的なものと同様である。
【００２８】
本実施例の場合には、上記ＥＣＵ８がターボチャージャ１内のモータ６０を確実かつ効率良く冷却する制御手段としても機能するように構成してある。この点について説明する。なお、図３では、図１、図２と同じ構成部分に同一の符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００２９】
ターボチャージャ１内のモータ６０の温度を検出するセンサを配置し、このセンサの出力に基づけば冷却制御をより確実に行える。この実施例ではコイル６２の温度を直接に検出するコイル温度センサ５５（第１の温度検出手段）が配置してある。コイル温度センサ５５の出力もＥＣＵ８へ供給されている。また、前述したようにエンジン２の状態を監視するため、ターボチャージャ１のタービン部３０の入口側に排気ガス温度を検出する排気ガス温度センサ５６が配置されている。この排気ガス温度センサ５６が検出した排気ガス温度に基づいてモータ６０の温度を推定（予測）できる。よって、排気ガス温度センサ５６をコイル６２の温度を間接に検出する第２の温度検出手段として活用できる。
【００３０】
ＥＣＵ８は、上記のように直接に或いは間接的に取得したモータ６０の温度を参照して、開閉弁となるオイル制御弁５１の開度を調節してオイル通路１６内を流す潤滑油の流量を調整する。以上のように、本実施例の冷却構造ではモータ６０を冷却するための潤滑油を流すオイル通路１６が配置されているので、必要なときにモータ６０を確実に冷却できる。そして、オイル通路１６にオイル制御弁５１を配置して、モータ６０の昇温状態に応じて開閉することで必要なときにモータ６０を効率良く冷却できることになる。
【００３１】
図４は、上記ＥＣＵ８がモータ６０を冷却するときのルーチンの一例を示したフローチャートである。ただし、このフローチャートは、ＥＣＵ８がコイル温度センサ５５及び排気ガス温度センサ５６の両方の出力を参照して、オイル制御弁５１の開度を調整する場合を例示するものである。
【００３２】
ＥＣＵ８は、例えばエンジン２のイグニッションキーがオンされたときに、このルーチンを起動する。ＥＣＵ８はコイル温度センサ５５の出力からモータ温度を読込むと共に（Ｓ１０１）、更に排気ガス温度センサ５６の出力からタービン入口の排気ガス温度を読込む（Ｓ１０２）。そして、ＥＣＵ８は読込んだ温度が許容温度ＴＨ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。ここでの許容温度ＴＨは予め定められた値であって、ＥＣＵ８内のメモリ領域に格納して、いつでも読み出しできるようにしておけばよい。例えばコイル温度センサ５５で直接に検出するモータ温度と排気ガス温度センサ５６で間接的に検出する予想モータ温度それぞれについて所定の許容温度ＴＨ１、許容温度ＴＨ２を設定しておく。
【００３３】
そして、いずれか一方のセンサで検出した温度が、許容温度を超えたときにオイル制御弁５１を開くよう設定してもよい（Ｓ１０４）。また、例えばモータ温度と予想モータ温度との合計温度に対する許容温度ＴＨ３を設定しておき、この合計温度が許容温度を超えたときにオイル制御弁５１を開くよう設定してもよい。      
【００３４】
以上の説明から明らかなように、図４に示すルーチンをＥＣＵ８が実行すると、モータ６０温度を直接的或いは間接的に確認し、冷却が必要なタイミングを検出して確実に冷却できる。その一方で、ＥＣＵ８はモータ６０の冷却が必要でないときには冷却用の潤滑油を流さない制御を実行する（Ｓ１０５）。前述したように、モータ６０の固定子６１と回転子６５との間に潤滑油が侵入すると撹拌抵抗が増加して機械損失が発生するので好ましくない。本実施例の構造は、上記のように不要な潤滑油を供給することを控えることができるので、モータ６０の撹拌抵抗が増加することを確実に抑制できる。
【００３５】
図４で示したフローチャートは、検出したモータ温度が許容温度ＴＨ以上であるときにオイル制御弁５１を開くという単純な開閉制御の例を示している。しかし、オイル制御弁５１の駆動を制御するＥＣＵ８の冷却制御は、このような単純なものに限らない。検出したモータ６０の温度に応じてオイル制御弁５１の開度を調整して、冷却用潤滑油の流量を調整してもよい。この場合には変化するモータ６０の温度に応じて最適な量の潤滑油を流すことができるので、より効率良く冷却できる。図５は、タービン入口の排気ガス温度に対するオイル制御弁５１の開度を規定する開度マップの一例について示している。このような開度マップはＥＣＵ８内の記憶領域に予め格納しておけばよい。排気ガスの温度が高い場合（エンジン２の負荷が高い場合）には、ターボチャージャ１内に配置したモータの温度も高くなることが容易に予想できる。よって、タービン入口の排気ガス温度に基づいて冷却用の潤滑油の流量を調整して効率の良い冷却を実行できる。もちろん、コイル温度センサ５５が検出するモータ温度に対するオイル制御弁５１の開度を規定した開度マップを規定して、同様の開度制御を実行することもできる。
【００３６】
以上で説明したモータ６０を冷却するための冷却構造が適用されているターボチャージャ１では、冷却用の潤滑油を供給する第２の潤滑油通路（オイル通路１６）が、軸受に潤滑油を供給する第１の潤滑油通路（オイル通路１５）とは個別に設けてあるので、確実にモータ６０を冷却できる。よって、例えばエンジン２が停止しているときであっても、必要であればモータ６０を冷却できる。また、軸受へ潤滑油を供給するオイルポンプ（潤滑油供給源）５０に冷却用の潤滑油を流すオイル通路１６を設けるだけであるので簡単に実現できる。
【００３７】
そして、オイル通路１６の途中にオイル制御弁５１を配備することで、必要なときにだけオイル制御弁５１を開いて冷却用潤滑油をモータ６０へ供給できる。これにより、不要な潤滑油の供給を防止できるので、撹拌抵抗の増加によるモータ６０の機械損失の発生を抑制できる。さらに、オイル制御弁５１の開度を調整するＥＣＵ８を配備することで、モータ６０の昇温状態に応じて必要な量の潤滑油を供給して効率良く冷却を行える。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例に係る冷却構造が適用されているターボチャージャの構成を示した図である。
【図２】図１の一部を拡大して示した図である。
【図３】ターボチャージャ１を適用したエンジン周辺の構成を含めて示したブロック図である。
【図４】ＥＣＵがモータを冷却するときのルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図５】タービン入口の排気ガス温度に対するオイル制御弁の開度を規定する開度マップの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１                            ターボチャージャ（過給機）
２                            エンジン
８                            ＥＣＵ（制御手段）
１５                          オイル通路（第１の潤滑油通路）
１６                          オイル通路（第２の潤滑油通路）
１６ＤＳ−Ｒ、１６ＤＳ−Ｌ    吐出口
４０、４５                    軸受
６０                          モータ（電動機）
６１                          固定子
６２                          コイル
６５                          回転子
６８                          突起（油侵入防止構造）
５０                          オイルポンプ
５１                          オイル制御弁（開閉弁）
５５                          コイル温度センサ（第１の温度検出手段）
５６                          排気ガス温度センサ（第２の温度検出手段）
ＬＵ                          潤滑油
【図１】
2008095650.tif 000003
【図２】
2008095650.tif 000004
【図３】
2008095650.tif 000005
【図４】
2008095650.tif 000006
【図５】
2008095650.tif 000007