(57)【要約】  ある態様は、ターボチャージャ・システムが内燃エンジンに連結されており、エンジンからの排気を受け入れかつ燃焼用の圧縮空気をエンジンに供給する、エンジン・システムを包含する。当該ターボチャージャ・システムは駆動されて、エンジンからの排気により圧縮空気を生成する。電気機械がターボチャージャの回転組立体に連結されており、圧縮空気の生成をアシストしかつ／または過剰な排気から電気を生成する。
2015514895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン上で動作するターボチャージャ・システムであって、
エンジン排気に応答して回転するように構成されているタービンと、
前記タービンに連結されており、前記タービンと共に回転する圧縮機と、
ステータおよびロータを含む電気機械であり、前記ロータは、前記ステータ内で回転するように支持されておりかつ前記圧縮機および前記タービンと共に回転するように前記圧縮機に連結されている、電気機械と、
前記電気機械を制御して、前記エンジンの動作との関連で前記圧縮機の回転速度を制御するように構成されている前記電気機械に連結されているコントローラと
を含む、ターボチャージャ・システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記圧縮機の動作効率が特定の動作効率より低い場合、前記電気機械を制御して前記圧縮機を駆動するように構成されている、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記圧縮機動作効率が特定の動作効率より低い場合、前記電気機械を制御して前記圧縮機を制動するように構成されている、請求項２に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記エンジンが特定の動作効率より低い場合、前記電気機械を制御して前記圧縮機を駆動するように構成されている、請求項３に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記電気機械を制御し発電して前記圧縮機を制動するように構成されている、請求項３に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記圧縮機動作効率が特定の動作効率より低い場合、前記電気機械を制御して前記圧縮機を制動するように構成されている、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項７】
前記コントローラは、エンジン動作効率を示すエンジン動作パラメータの入力を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記エンジンが特定の動作効率より低く動作している場合に、前記電気機械を制御して前記圧縮機を駆動するように構成されている、
請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項８】
前記コントローラは、エンジン動作状態を示すエンジン動作パラメータの入力を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記タービンが前記圧縮機を、エンジンを特定の動作状態で動作させるのに必要な圧縮空気より多くの圧縮空気を生成する速度で駆動している場合、前記電気機械を制御して前記圧縮機を制動するように構成されている、
請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項９】
前記コントローラは、エンジン負荷を示すエンジン動作パラメータの入力を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記電気機械を制御して、エンジン負荷に対する特定の関係で前記圧縮機の前記速度を調節するように構成されている、
請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１０】
前記タービン、前記圧縮機、および前記ロータはシャフトに直接取り付けられており、前記ロータは、前記圧縮機のホイールに近接した軸受により片持ち支持形態で支持されている、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１１】
前記ロータが前記タービンにより回転した場合に生成される電気の出力周波数を調節するように構成されているパワー・エレクトロニクスをさらに含む、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１２】
入口を含み、前記電気機械は前記入口と前記圧縮機との間にある、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１３】
前記圧縮機の上流にある吸気ハウジングと、
前記ステータと前記吸気ハウジングとの間の、複数の径方向に延在しているフィンと
をさらに含む、請求項１２に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１４】
前記ロータは永久磁石を含む、請求項１に記載のターボチャージャ・システム。
【請求項１５】
エンジンを動作させる方法であって、
エンジン動作パラメータの入力を受信するステップと、
前記エンジンの動作との関連で電気機械を用いてターボチャージャの圧縮機の回転速度を制御するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
電気機械を用いてターボチャージャの圧縮機の回転速度を制御するステップは、前記電気機械を用いて前記ターボチャージャの前記圧縮機の前記回転速度を制御して、特定の最低限の圧縮機動作効率を維持することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エンジンの動作との関連で電気機械を用いてターボチャージャの圧縮機の回転速度を制御するステップは、前記電気機械を用いて前記ターボチャージャの前記圧縮機の前記回転速度を制御して、特定のエンジン動作効率を維持することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
電気機械を用いて圧縮機の回転速度を制御するステップは、前記電気機械を用いて前記圧縮機を駆動し、前記圧縮機を制動することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
エンジンと、
共通のシャフト上にタービンおよび圧縮機を含むターボチャージャと、
ロータおよびステータを含むモータ／発電機であり、前記ロータは前記シャフトと共に回転するように連結されている、モータ／発電機と、
前記モータ／発電機に連結されておりかつ前記エンジンの動作との関連で前記圧縮機の回転速度を増減するように構成されているコントローラと
を含む、エンジン・システム。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記圧縮機の前記回転速度を増減して、特定のエンジン動作効率を維持するように構成されている、請求項１９に記載のエンジン・システム。
【請求項２１】
前記エンジンは舶用推進エンジンを含む、請求項１９に記載のエンジン・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、その内容全体が本明細書に参照により援用されている、２０１２年３月１６日に登録された「Ｔｕｒｂｏ  Ａｓｓｉｓｔ」という名称の米国特許第６１／６１１，８０９号、および２０１２年７月９日に出願された「Ｔｕｒｂｏ  Ａｓｓｉｓｔ」という名称の米国特許出願第１３／５４４，３７２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本開示は、電気機械およびターボチャージャに関し、より詳細には、内燃エンジン上のターボチャージャに関連して動作する電気機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
ターボチャージャまたは排気駆動型スーパーチャージャは、内燃エンジンの燃焼排気から少なくとも部分的に分かれて駆動されて、エンジン内に入る燃焼空気の圧力を高めかつその処理量を増大するデバイスである。ターボチャージャは、燃焼空気を圧縮する圧縮機、通常は遠心圧縮機を有する。圧縮機は、燃焼排気を受け入れかつ共通のシャフトを介して圧縮機を駆動するタービン、通常は径方向または軸方向のタービンと共通のシャフト上にある。圧縮機、タービン、およびシャフトは、ターボチャージャの回転組立体を画定している。図１は、排気・マニホルド１４を備えた往復内燃エンジン１２と、マニホルド１４からの排気を受け入れるように連結されているターボチャージャ１６とを有する典型的なターボチャージャ・エンジン構成を示す。排気は、ターボチャージャ１６のタービンを通過し、排気導管１８を出る。ターボチャージャ１６の上流にあるウェイストゲート弁２０を（例えば、エンジン制御ユニット（例えばＥＣＵ：ｅｎｇｉｎｅ  ｃｏｎｔｏｒｏｌ  ｕｎｉｔ）により）選択的に動作させて、ターボチャージャ１６を部分的に迂回させ、排気のいくらかを排気導管１８内に直接方向付け、それによりターボチャージャに行く排気量を制御することができる。ターボチャージャ１６のタービンを通過する排気は、圧縮機を駆動して、ターボチャージャ１６にて受け入れられた周囲空気を圧縮し、吸気導管２２を通してエンジン１２の吸気口内に圧縮空気を出力する。圧縮空気および燃料は、エンジン１２内で燃焼し、通常は出力シャフトの回転運動の形で運動エネルギーを生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】ターボチャージャを有する、先行技術の内燃エンジン・システムの概略流れ図である。
【図２Ａ】圧縮機およびタービンに接続されている例示的電気機械の側面横断面図の概略図である。
【図２Ｂ】圧縮機およびタービンに接続されている別の例示的電気機械の側面横断面図の概略図である。
【図３Ａ】モータ・アシスタンスのある圧縮機およびモータ・アシスタンスのない圧縮機の性能特性のグラフ比較の図である。
【図３Ｂ】モータ・アシスタンスのある圧縮機およびモータ・アシスタンスのない圧縮機の性能特性の別のグラフ比較の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
種々の図面における同様の符号が同様の要素を示す。
【０００６】
エンジン上のターボチャージャ・システムは、ターボチャージャの回転組立体に連結されている電気機械を含み得る。電気機械は、圧縮機の駆動をアシストして、エンジンからの排気の供給に依存する必要なく、エンジン動作のためのより高い過給圧を生じさせることができる。また、電気機械は、過剰な排気の形でエンジンにより出力されるエンジンからのエネルギーを回収するのに使用することができる。電気機械により回収されたエネルギーは蓄積され、電気機械に動力を供給するのに使用されることが可能であり、かつ／または送電網に電力を補給することを含めて、他のシステムを補うことができる。この力に関する前段で識別されているもの以外の用途を、エンジンの特定の用途に基づいて想定することができる。
【０００７】
図２Ａは、電気機械２０２を備えた、例示的ターボチャージャ・システム２００の側面横断面図の概略図である。電気機械２０２は、圧縮機２０６およびタービン（図示せず）を担持しておりハウジング組立体２１４の内部で回転させるシャフト２０４に連結されている。シャフト２０４は、圧縮機２０６とタービンとの中間にある１つまたは複数の軸受２０５により支持されている。ハウジング組立体２１４は、エンジンの吸気部２１８に連結する圧縮機入口２１６を有する。電気機械２０２は、（図２Ａに示されている）ハウジング組立体２１４の内部のまたはハウジング組立体２１４に取り付けられている別個のハウジング（図示せず）内の圧縮機入口２１６内にある。
【０００８】
電気機械２０２はロータ２０８とステータ２１０とを含む。ロータ２０８は、以下により詳細に記載されている通り、ステータ２１０の内部で回転するように構成されている。ある例では、電気機械２０２は、永久磁石同期多相交流電流（Ａ／Ｃ）のモータ／発電機であり、ロータ２０８の磁場は、１つまたは複数の永久磁石により全体的にまたは部分的に発生する。この目的のために、図２Ａでは、ロータ２０８は、非磁性スリーブ２２４を使用して円筒形ロータ・シャフト２２２に堅く取り付けられている複数の永久磁石２２０を備えて示されている。ロータ２０８は、ロータ２０８の回転が圧縮機２０６の回転を引き起こしかつ逆もまた同様であるように、シャフト２０４に連結されている。ある例では、ロータ２０８は、中間構成要素なしで（例えば、カップリング、ギアボックス、クラッチ、カップリング用および／もしくは他の構成要素なしで）または剛性の中間構成要素のみを有して、シャフト２０４に直接連結されている。図２Ａは、ロータ２０８を通って延在しており、シャフト２０４にねじ係合しており、ロータ２０８をシャフト２０４の端部に当接してクランプ締めするボルトを備えた、ボルド締め装置を示す。他の例では、ロータ２０８は、クラッチ、固定ギア比または複数ギア比を有するギアボックス、可撓性もしくは剛性のカップリングを使用して、かつ／または別の方法で、シャフト２０４に連結することができる。ある例では、ロータ２０８をシャフト２０４に連結する方法は、選択的に係合されるかまたは取り外されるように構成されており、例えば、必要とされないかまたは所望されない場合にロータ２０８が取り外されることを可能にする。図２Ａは、シャフト２０４の端部から離れて片持ち支持されているロータ２０８を示し、ロータ２０８を支持するのに（軸受２０５以外に）追加の軸受は不要である。他の例では、例えばシャフト２０４への連結部の反対側のロータ２０８の端部に、追加の軸受が設けられていてもよい。そのような追加の軸受は、機械軸受および／または磁気軸受とすることができる。
【０００９】
ステータ２１０は、電流を搬送することができ、かつ電磁場を生成してロータ２０８を駆動回転させるかまたはロータ２０８がシャフト２０４により回転した場合に誘導電流を受け取る（すなわち、電力を生成する）かのどちらかである、巻線２２６を含む。ステータ２１０は、（少なくとも部分的に、または図２Ａに示されている通り全体的に）電気機械ハウジング２２８内に含まれている。ある例では、ハウジング２２８は、冷却流体の流動を受け入れ、したがってハウジング２２８がモータ発電機２０２の残部に対して冷却ジャケットとして動作することを可能にする冷却通路を含む。
【００１０】
本明細書には永久磁石Ａ／Ｃ電気機械２０２として記載されているが、電気機械２０２は、他の形状、ＡＣもしくはＤＣ、永久磁石ありもしくはなし、および／または他の変形形態を取ることができる。
【００１１】
電気機械２０２は、パワー・エレクトロニクス・モジュール２３０に電気的に連結されている。ある例では、パワー・エレクトロニクス・モジュール２３０は、以下により詳細に検討される通り、双方向性であり、電気機械２０２に出入りする電力を特定のパラメータ（例えば、特定の電圧および／または周波数）に調節する。他の例では、パワー・エレクトロニクス・モジュール２３０は単一方向性である。電気機械２０２の駆動を可能にするために、パワー・エレクトロニクス・モジュール２３０は可変周波数ドライブを含み得る。パワー・エレクトロニクス・モジュール２３０は、電気機械２０２および／またはパワー・エレクトロニクス２３０の制御において動作するコントローラ２３２に連結されている。例えば、コントローラ２３２は、電気機械２０２がモータとして動作する場合にそれが回転する速度を制御するように、ならびに電気機械２０２を発動と発電の間で変更するようにパワー・エレクトロニクス・モジュール２３０を制御することができる。コントローラ２３２は、エンジンのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）から分離されたものとし、ＥＣＵと通信することができ、かつ／またはコントローラ２３２はエンジンのＥＣＵと一体化することができる。
【００１２】
電気機械２０２は、ターボチャージャ・システムのハウジング組立体２１４内に担持されている。ある例では、図２Ａに示されている通り、ハウジング組立体２１４は、電気機械ハウジング２２８の外周に接触し、それを取り巻いて封止することができる。そのような接触は、電気機械２０２を冷却するための、電気機械２０２とハウジング組立体２１４との間の伝導性熱伝達を促進する。加えて、封止されている場合、圧縮機２０６への途中の全ての空気流（「空気」と表示されている矢印で指定されている）が、電気機械２０２を通過しなければならず、したがって電気機械２０２を冷却する。ある例では、空気は、ロータ２０８とステータ２１０との間の空隙、ステータ２１０自体の通路、および／または電気機械２０２を通り抜ける他の通路を通って流動することができる。他の例では、圧縮機２０６への途中の空気が周囲で流動し、電気機械２０２の外側を冷却するように、電気機械２０２の外側の周囲に間隙および／または通路を設けることができる。圧縮機２０６の動作により生じる吸引が、電気機械２０２を通るかつ／または取り巻く空気の吸込みに役立つ可能性がある。ある例では、前述の伝導性のかつ／または対流的な冷却は、電気機械ハウジング２２８を通る、外部から供給される冷媒流を含む付加的冷却機構を省くのに十分である。
【００１３】
略円筒形であるように図２Ａに示されているが、電気機械２０２は、圧縮機２０６内に入る鐘形吸気ハウジング２３８の湾曲に適合することができる。例えば、電気機械２０２のロータ２０８およびステータ２１０は略円筒形のままであるが、電気機械外側ハウジング２３４の外径の全部または一部が、鐘形吸気部２３８の内径に完全にまたは実質的に対応し、合致することが可能である。さらに、ハウジング２３４は、延在して、鐘形吸気部２３８の内面およびステータ２１０に接触する、方位角によって離間されたフィン２３６を含み得る。図２Ａのハウジング２２８と同様に、フィン２３６は、電気機械２０２とターボチャージャ（ここでは、鐘形吸気部２３８）の外側部分との間で伝導的に熱伝導するばかりでなく、さらなる対流冷却のために、空気がフィン２３６間の空間内でステータ２１０の外部の上を圧縮機２０６に向かって通過することを可能にする。ある例では、巻線２２６の上流端部の曲りは、吸気部２３８の湾曲と同一のまたは類似した曲率半径を有して、鐘形吸気部２３８の湾曲を模倣するように成形することができる。そのような湾曲した形状の端部の曲りは、それほど湾曲していない端部の曲りに優って電気機械２０２を通って流動する空気に対する抵抗を減少させる。
【００１４】
ターボチャージャ・システム２００のタービンは、内燃エンジン内部での燃料と空気との燃焼による燃焼排気をエンジン排気マニホルド経由で受け入れるように連結されている。エンジンは、重質油、ディーゼル、ガソリン、天然ガス、および／または他の燃料により動力を供給される往復内燃エンジンとすることができる。他の例では、エンジンは別のタイプのエンジンとすることができる。例えば、エンジンは、Ｗａｎｋｅｌロータリ・エンジンおよび／または他のタイプのエンジンなどの、非ピストンタイプのエンジンとすることができる。エンジンからの排気出力はタービンを通過し、タービンを駆動回転させ、次いで圧縮機２０６を回転させる。圧縮機２０６が回転すると、当該圧縮機は吸気部２３８からの空気を吸い込み、当該空気を圧縮し、燃料の燃焼に使用するためにその圧縮空気をエンジンに出力する。タービンおよびしたがって圧縮機２０６を駆動するのに利用可能な排気量は、エンジン動作に左右される。例えば、エンジンは、高負荷および／または高動作速度下でより多くの排気を生成し、低負荷および／または低動作速度下でより少ない排気を生成する。より多くの排気量は、通常、圧縮機２０６を駆動してより迅速に回転させることを可能にする。圧縮機２０６により出力される空気流および空気圧は、圧縮機２０６が回転する速度および当該回転速度での圧縮機の効率性に左右される。したがって、圧縮機２０６がタービンにより駆動される限りにおいて、圧縮機２０６から出力される流動および圧力はエンジン動作条件に関係している。
【００１５】
いくつかの動作条件において、エンジンは、エンジンへの所望のもしくは特定の空気流および空気圧ならびに／または所望のもしくは特定の圧縮機効率を生じさせる速度で圧縮機２０６を回転させるのに十分な排気を生成しない。電気機械２０２はターボチャージャの動作を電気アシストするのに使用することができる。すなわち、電気機械２０２を駆動してシャフト２０４を回転させかつ／または電気機械２０２でシャフト２０４を制動して、所望のもしくは特定のエンジン動作効率および／または所望のもしくは特定の圧縮機効率を達成することにおいてタービンをアシストするのに使用することができる。例えば、所与のエンジン動作条件において、利用可能な排気だけでは、圧縮機２０６を、所望のまたは特定の（例えば、最大の）エンジン効率を達成するのに十分に速く回転させるために十分でない可能性がある。電気機械２０２は、所与のエンジン動作条件においてより速くかつ所望のまたは特定のエンジン効率を達成するのに十分に速く圧縮機２０６を回転させることにおいてタービンをアシストするように動力を供給されてもよい。別の例では、所与のエンジン動作条件において、利用可能な排気だけで、圧縮機２０６を失速状態で動作させる可能性がある。電気機械２０２に電力を供給することができるか、または発電して回転圧縮機２０６を安定した圧力発生を引き起こす回転速度まで制動するように電気機械２０２を動作させることができる。さらに別の例では、電気機械２０２に電力が供給されて、圧縮機２０６の回転をアシストまたは制動して、エンジンの異なる排気生成および／または異なる周囲条件に亘って、当該圧縮機を所望のまたは特定の（例えば、最大の）圧縮機効率に維持することができる。電気機械２０２を使用して圧縮機２０６の回転をアシストまたは制動することにより、エンジンおよび／または圧縮機２０６を、エンジン条件および周囲条件により生成される排気に関わらず、所望のまたは特定の動作効率に維持することができる。補助送風機が設けられて（通常ターボチャージャが供給するであろうものを越えて）さらなる圧縮空気をエンジンに供給する例では、電気機械２０２は、圧縮機２０６を動作させて、補助送風機の動作を補うように圧縮機２０６を動作させることができるか、または補助送風機を排除することを可能にし得る。
【００１６】
ターボチャージャを備えたエンジンには、特定の定常状態エンジン動作条件で長時間動作するように最適化されているものがある。エンジン動作が特定の最適な定常状態エンジン動作条件から逸脱した場合、エンジン動作の効率性は低下し、場合によっては大幅に低下する。特定の定常状態動作条件で長時間動作するように最適化されているエンジンのいくつかの例には、舶用推進に使用されるエンジン、鉄道用途での発電に使用されるエンジン、発電機、ポンプ、もしくは圧縮機を動作させるために使用されるものなどの固定エンジン、および／または他のエンジンが含まれる。電気機械２０２を使用して圧縮機２０６の回転をアシストまたは制動することにより、ターボチャージャ・システム２００により供給される空気量は、特定の最適定常状態エンジン動作条件とは異なる動作条件においてエンジン動作効率を向上させる（時には最大限にする）ために、タービンを動作させるのに利用可能な排気に基づくのではなく、エンジン要件に基づいて調節され、特定の最適定常状態エンジン作動条件とは異なる動作条件におけるエンジン動作効率を向上させる（かつ時には最大化する）ことができる。例えば、舶用推進エンジンの場合、前述のターボチャージャ・システム２００は、依然として高エンジン動作効率を維持しながら、特定の最適定常状態エンジン動作条件に関連する巡行速度の上下の様々な速度で船舶が巡行することを可能にする。エンジン動作効率の１つの尺度が燃料効率である。前述の通りターボチャージャ・システム２００を動作させることにより、特定の最適定常状態エンジン動作条件の上下の、エンジンの複数の動作条件に亘るエンジン動作の燃料効率が向上し得る。燃料効率を向上させる中で、また、放出が減少し得る。
【００１７】
過渡動作中、ターボチャージャ・システム２００への排気は、時間的に、エンジンに排気を生成させるエンジン負荷事象および速度事象より遅れる。この遅延は、回転組立体の慣性質量を加速させることに起因する遅延と共に、エンジンへの所望のまたは特定の空気流および空気圧を生じさせることにおいて、圧縮機２０６の動作を遅延させる。電気機械２０２に電力が供給されて、圧縮機２０６の加速をアシストしてかつ／または圧縮機２０６をより迅速に排気生成とは無関係に制動して、遅延を減少させることができる。
【００１８】
始動時、電気機械２０２に電力が供給されて、圧縮機２０６を回転させ、エンジンに圧縮空気を供給して、排気が殆どまたは全く生成されていなくても始動を促進する。エンジン始動を促進するために補足的始動昇圧圧縮機が使用される例では、圧縮機２０６を回転させている電気機械２０２は、補足的始動昇圧器を補い、いくつかの例ではそれに取って代わる。
【００１９】
ある例では、コントローラ２３２が、ターボチャージャ・システム２００を制御して、ターボチャージャ・システム２００を動作させるために利用可能な排気に関わらず、例えば所望のまたは特定のエンジン動作（例えば、最大効率）を達成することなど、エンジンの需要に基づいてエンジンに空気を供給するための制御アルゴリズムを含み得る。コントローラ２３２は、１つまたは複数のエンジン動作パラメータ（例えば、エンジン速度、スロットル位置、エンジン負荷、圧縮機速度、および／または他の動作パラメータ）を含む、複数の入力を含み得る。制御アルゴリズムは、始動、過渡動作、および／または定常状態動作を包含し得る。コントローラ２３２は、エンジン動作条件に対する圧縮機２０６の動作マップを用いてあらかじめプログラムされることが可能であり、かつ／またはコントローラ２０６は、エンジン動作条件に基づいて圧縮機２０６の動作を適応的に導き出すことができる。コントローラ２３２は、パワー・エレクトロニクス２３０に連結されて、電気機械２０２を動作させることにおいてパワー・エレクトロニクス２３０を動作させることができる。
【００２０】
ある例では、電気機械２０２は、過剰な排気により動力を供給されて発電することができる。例えば、いくつかのエンジン動作条件、通常は高負荷および高速、において、圧縮機２０６を駆動するために利用可能な排気量は、当該動作条件でエンジンを動作させるのに必要な排気量より多い。上記の通り、この過剰な排気は、通常はウェイストゲート弁（例えば、図１のウェイストゲート弁２０）により放出される。しかし、過剰な排気を放出するのではなく、過剰な排気は、タービンを通過しかつそれに動力を供給するように維持され、圧縮機２０６を回転させることができる。電気機械２０２は発電器として動作し、圧縮機２０６を制動し、発電する。ある例では、双方向パワー・エレクトロニクス２３０に電力を供給し、当該電力を蓄積および電気機械２０２に動力を供給する後の使用のために調節することができる。交互にまたはさらに、エンジンおよび／またはより大きなシステムの他の構成要素に動力を供給するために電力を使用することが可能であり、送電網に供給するかまたは蓄積することが可能である。電気機械２０２による出力を、他の発電機（例えば、船またはボート、鉄道車両、航空機、および／または公道走行可能車両などの乗り物の、搭載された発電機）を補うかまたはそれに取って代わるために使用することができる。電気機械２０２により生成される電力は、電気機械２０２の構成および動作速度に応じて、ある位相、周波数、電圧としてもよく、ＡＣまたはＤＣであってもよい。パワー・エレクトロニクス２３０は、電力の位相、周波数、および／または電圧の１つもしくは複数を、所望のもしくは特定の位相、周波数、および／または電圧に構成して、例えば、グリッドまたはバス上で搬送されている電力または他の特定の特性に合致させることができる。ある例では、パワー・エレクトロニクス２３０は、電気機械２０２の構成およびパワー・エレクトロニクス２３０からの所望の出力に応じてＡＣからＤＣへまたはＤＣからＡＣへ変換するインバータおよび／または整流器を含む。例えば、パワー・エレクトロニクス２３０は、約４００ＶＡＣから約４８０ＶＡＣまでの、好ましくは約４６０ＶＡＣの電圧で三相６０ＨｚＡＣ出力を出力するのに使用されてもよい。他の位相、周波数および電圧を含む他の設定、ＡＣまたはＤＣが、本明細書に記載されている概念の範囲内である。
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂは、電気機械アシスタンスのあるかつ電気機械アシスタンスのない圧縮機の例示的性能特性のグラフ比較の図である。グラフから分かる通り、エンジン動作効率は、動作範囲全体に亘って向上させることができる。当該例では、電気機械に動力を供給して圧縮機を駆動することにより、電気機械の電気アシストのない場合と比較して、０．６負荷（事例１）においてかつ０．４５負荷（事例２）において、効率性を向上させることができる。
【００２２】
前段で検討されている通り、ある態様では、ターボチャージャ・システムは、エンジンの最適エンジン動作条件の上下で、エンジンの複数の動作条件に亘って、燃料消費および排出物を減少させるように動作することができる。例えば、エンジンは、部分負荷で、さらには従来のターボチャージャを用いた場合より高い燃料効率およびより低い排出物で、動作することができる。
【００２３】
ある態様では、ターボチャージャ・システムは、エンジンの背圧を制御するように制御することができる。例えば、ターボチャージャ・システムは、エンジンの背圧を減少させるように動作することができる。背圧を減少させることは、２サイクル・エンジンのよりきれいな除去サイクルに役立つ。
【００２４】
ある態様では、ターボチャージャ・システムは、ターボチャージャ動作を補うのに使用される補助送風機および／またはエンジン始動を促進するのに使用される始動昇圧圧縮機を含む、エンジンに空気を供給する補助送風機または圧縮機の必要を補うかまたは解消することができる。
【００２５】
ある態様では、電気機械にいかなる軸受も設けられず、電気機械を既存のターボチャージャ設計に組み込むことを容易にし、かつ当該システムを、軸受が電気機械に設けられた場合より低いコストにすることができる。さらに、軸受摩擦損失がないので、電気機械効率はより高くなる可能性がある。
【００２６】
ある態様では、電気機械は、エンジンからターボチャージャ・システムを除去する必要なく電気機械が平衡を保っていることができるように、ターボチャージャ・システムの回転組立体を回転させることを可能にする。さらに、エンジンが使用されていない場合に回転組立体を回転させることにより、圧縮機および／またはタービン・ブレードを清浄化することができ、エンジンを加圧してエンジンの内側から堆積物を取り除くことができる。動作中でも、ターボチャージャ・システムの回転速度を、圧縮機および／またはタービン・ブレードの清浄化を促進するように制御することができる。また、回転組立体を発動させることにより、圧縮機およびタービンを疲労させる周期的動作速度を平準化することができ、したがって疲労応力を減少させることができる。
【００２７】
ある態様では、電気機械を、電気機械を通ってかつ／またはその周囲で流動する吸気のみによりかつターボチャージャ・システムのハウジングとの伝導性熱伝達のみにより、いかなる能動冷却も用いずに冷却することができる。ある態様では、付加的な液体冷却を電気機械のハウジング内に設けることができる。
【００２８】
複数の実装形態を記載した。それにも関わらず、当然のことながら、種々の修正が施されてもよいことが理解されよう。したがって、他の実装形態は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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