JP5777796B2 - 電動機付き過給機および電動機付き過給機を備えるエンジン装置 - Google Patents

電動機付き過給機および電動機付き過給機を備えるエンジン装置 Download PDF

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Description

本開示は、電動機によって回転軸を回転させ、回転軸の一端部に固定されたコンプレッサホイールによってエンジンに供給する吸気ガスを過給する電動機付き過給機および電動機付き過給機を備えるエンジン装置に関する。
自動車等のエンジン装置において、エンジン出力の向上を図るため、エンジンから排出される排気ガスによって排気タービンを駆動させ、これにより吸気通路に配置されているコンプレッサを同軸駆動させて、エンジンに供給する吸気ガスを圧縮する「過給」が行われている。
このターボチャージャによる過給では、ターボラグと呼ばれるエンジン低速回転時における応答遅れが問題となる。このターボラグによる応答遅れを補完する技術として、排気ガスによって駆動するターボチャージャ及び電動機によって駆動する電動過給機を備える二段過給システムが公知である。また、ターボチャージャに電動機を取り付け、低速回転時には電動機を稼働させてコンプレッサを駆動させることでターボラグを解消するようにした電動アシストターボもまた公知である（特許文献１）。
なお、以下の本明細書では、電動機によってコンプレッサを駆動可能に構成した過給機を「電動機付き過給機」と呼ぶ。この電動機付き過給機には、排気タービンを備えておらず、電動機によってのみコンプレッサが駆動される「電動過給機」、及び電動機の他に排気タービンの駆動によってもコンプレッサが駆動される「電動アシストターボ」も含まれる。
再表２００８−０２０５１１号公報
ところで、上述した電動機付き過給機において、軸受構造の簡素化などを目的としてグリース潤滑方式の軸受（以下、「グリース封入軸受」と言う）の採用を検討する時に、軸受に封入されているグリースの高温劣化が問題となることを本発明者らは発見した。また、本発明者らは、このグリースの高温劣化が、電動機付き過給機を二段過給システムの高圧段過給機として用いた場合に、そのコンプレッサホイールの近傍に配置される軸受において特に問題となることを見出した。また本発明者らは、グリースの高温劣化が、ＥＧＲを備えたエンジン装置において電動機付き過給機より上流に排気ガスの一部を再循環させた場合に、そのコンプレッサホイールの近傍に配置される軸受において特に問題となることを見出した。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来技術の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軸受の潤滑方式としてグリース潤滑方式を採用する場合において、その軸受の冷却性能を向上させた電動機付き過給機および電動機付き過給機を備えるエンジン装置を提供することにある。
上述した目的を達成するために、本発明の電動機付き過給機の少なくとも一つの実施形態は、
回転軸と、
前記回転軸の一端部に固定された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容するコンプレッサハウジングと、
前記回転軸に固設されたモータ回転子及び該モータ回転子の周囲に配置されたモータ固定子を含み、前記回転軸に回転力を付与する電動機と、
前記電動機を収容するモータハウジングと、
前記回転軸を回転可能に支持する第１グリース封入軸受と、
前記第１グリース封入軸受を収容し、前記コンプレッサハウジング及び前記モータハウジングの間に配置される軸受ハウジングと、を備える電動機付き過給機であって、
前記軸受ハウジングの内部には、冷却媒体が流れる冷却通路が、前記第１グリース封入軸受の外周側において周方向に設けられていることを特徴とする。
このような電動機付き過給機によれば、軸受ハウジングの内部において、その第１グリース封入軸受の外周側の位置に、周方向に延在する冷却通路が設けられている。このため、この冷却通路に大気から直接得られる空気やエンジンの吸気経路中の吸気ガス、水などの冷却媒体を流すことで、第１グリース封入軸受を効果的に冷却することが出来る。
また、本発明の一実施形態では、
前記回転軸は、前記電動機の他に排気タービンの駆動によっても回転力が付与されるように構成されている。
このように、本発明の電動機付き過給機は、電動機の他に排気タービンの駆動によってもコンプレッサが駆動される「電動アシストターボ」であってもよいものである。
また、本発明の一実施形態では、
前記モータハウジングは、前記第１グリース封入軸受の前記モータ回転子を挟んだ反対側に配置された、前記回転軸を回転可能に支持する第２グリース封入軸受を収容する。
このような構成によれば、回転軸を２つの軸受で支持する両持ち構造となり、低い摩擦抵抗で安定的に回転軸を支持することが出来る。
また、本発明の一実施形態では、前記冷却媒体は気体からなる。
このような構成によれば、所謂空冷式により軸受を冷却するため、電動機付き過給機を簡素な構成によって冷却することが出来る。
また、本発明の一実施形態では、
前記冷却通路の内周面に、外周側に突出するフィン部が設けられている。
このような構成によれば、伝熱面積が増えるため、冷却効率が向上する。
また、本発明の一実施形態では、前記冷却媒体は液体からなる。
このような構成によれば、所謂水冷式により軸受を冷却するため、冷却性能に優れる。
また、本発明の一実施形態では、
前記モータハウジングの内部には、冷却媒体が流れるモータ側冷却通路が設けられており、該モータ側冷却通路と前記冷却通路とが通水可能に接続されている。
このような構成によれば、軸受ハウジングに収容されている第１グリース封入軸受、及びモータハウジングに収容されている電動機、コイル、第２グリース封入軸受等を、冷却通路とモータ側冷却通路とからなる一つの冷却媒体経路によって冷却することが出来る。
また、本発明のエンジン装置の少なくとも一つの実施形態は、
請求項１から６のいずれか１項に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスによって駆動するターボチャージャと、を備え、
前記ターボチャージャで圧縮された吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されていることを特徴とする。
このようなエンジン装置は、ターボチャージャで過給された吸気ガスが電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給される、いわゆる二段過給システムにおいて、電動機付き過給機械がその高圧段過給機として構成されている。このように、二段過給システムの高圧段過給機として電動機付き過給機を用いる場合、高圧段で圧縮された吸気ガスはさらに高温となるため、電動機付き過給機のコンプレッサホイールの近傍に配置される第１グリース封入軸受は、特に高温の吸気ガスの熱影響を受け易くなる。これに対して、本実施形態の電動機付き過給機は、冷却媒体が流れる冷却通路が軸受ハウジングの内部に設けられているため、コンプレッサホイールの近傍に配置される第１グリース封入軸受に対する冷却性能に優れている。
このように、本実施形態のエンジン装置は、その電動機付き過給機を二段過給システムの高圧段過給機として用いる場合において、特に好適に用いられるものである。
また、本発明のエンジン装置の少なくとも一つの実施形態は、
請求項３または４に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスによって駆動するターボチャージャと、を備え、
前記ターボチャージャで圧縮された吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されるとともに、
前記冷却通路を流れる冷却媒体が、前記エンジンに供給される吸気ガス、又は空気からなることを特徴とする。
このようなエンジン装置は、上述したように、その電動機付き過給機を二段過給システムの高圧段過給機として用いる場合において好適に用いられる。しかも、冷却通路を流れる冷却媒体が、エンジンに供給される吸気ガス、又は空気からなることから、冷却媒体を効率よく冷却通路に供給することが出来る。
また、本発明の一実施形態では、
前記冷却通路を流れる冷却媒体が、前記エンジン装置の外部から導入され、前記ターボチャージャで圧縮される前の吸気ガスからなる。
このような構成によれば、ターボチャージャで圧縮される前の低温の吸気ガスを冷却媒体として用いるため、冷却効果に優れている。
また、本発明のエンジン装置の少なくとも一つの実施形態は、
請求項５または６に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスによって駆動するターボチャージャと、を備え、
前記ターボチャージャで圧縮された吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されるとともに、
前記冷却通路を流れる冷却媒体が冷却水からなることを特徴とする。
このようなエンジン装置は、上述したように、その電動機付き過給機を二段過給システムの高圧段過給機として用いる場合において好適に用いられる。しかも、冷却通路を流れる冷却媒体が冷却水からなり、冷却効果に優れる。
また、本発明の一実施形態では、
前記エンジンに供給される吸気ガスを冷却水により冷却するインタークーラをさらに備え、前記冷却通路を流れる冷却媒体が、前記インタークーラで用いられる冷却水からなる。
このような構成によれば、冷却通路を流れる冷却媒体がインタークーラから導入された冷却水からなり、インタークーラで用いられる冷却水を有効利用することで、エンジン装置における冷却システムを簡素な構成にすることが出来る。
なお、インタークーラで用いられる冷却水量に余裕がない場合などには、冷却通路へ冷却水を供給するための冷却系統を別途追加してもよい。
また、本発明のエンジン装置の少なくとも一つの実施形態は、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスの一部を前記エンジンの吸気通路に再循環するＥＧＲ装置と、を備え、
前記ＥＧＲ装置で再循環された排気ガスを含む吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されていることを特徴とする。
このようなエンジン装置では、再循環された排気ガスを含む吸気ガスはさらに高温となるため、電動機付き過給機のコンプレッサホイールの近傍に配置される第１グリース封入軸受は、特に高温の吸気ガスの熱影響を受け易くなる。これに対して、本実施形態の電動機付き過給機は、上述したように、冷却媒体が流れる冷却通路が軸受ハウジングの内部に設けられているため、コンプレッサホイールの近傍に配置される第１グリース封入軸受に対する冷却性能に優れている。
このように、本実施形態のエンジン装置は、その電動機付き過給機をＥＧＲ装置付きエンジン装置の過給機として用いる場合において、特に好適に用いられるものである。
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、軸受の潤滑方式としてグリース潤滑方式を採用する場合において、その軸受の冷却性能を向上させた電動機付き過給機および電動機付き過給機を備えるエンジン装置を提供することが出来る。
本発明の電動機付き過給機の一実施形態にかかる電動過給機を示した部分破断側面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図１の電動過給機の部分側面図である。 図１の電動過給機の部分拡大断面図である。 本発明の電動機付き過給機の一実施形態にかかる電動過給機であって、図６のＣ−Ｃ線に対応する位置の部分破断側面図である。 図５Ａの実施形態における冷却媒体の流れを示した模式図である。 図５ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。 図５Ａの電動過給機の部分拡大断面図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ターボチャージャで圧縮する前の吸気ガスを冷却媒体として用いる場合を示した図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ターボチャージャで圧縮した後の吸気ガスを冷却媒体として用いる場合を示した図である。 図９Ａに示したシステム構成図の一変形例である。 図９Ａに示したシステム構成図の一変形例である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、電動過給機とエアクリーナとを同じカバーで覆うように配置した場合を示した図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、空気を冷却媒体として用いる場合を示した図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、インタークーラで用いられる冷却水を冷却媒体として用いる場合を示した図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ＥＧＲ装置を備えた単段過給システムの一例を示した図である。 本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ＥＧＲ装置を備えた二段過給システムの一例を示した図である。 本発明の一実施形態にかかる電動過給機を二段過給システムの低圧段過給機として用いた場合のエンジン装置のシステム構成図であって、低圧段過給機によって圧縮される前の吸気ガスを冷却媒体として用いる場合を示した図である。 本発明の一実施形態にかかる電動過給機を二段過給システムの低圧段過給機として用いた場合のエンジン装置のシステム構成図であって、冷却水を冷却媒体として用いる場合を示した図である。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の電動機付き過給機の一実施形態にかかる電動過給機を示した部分破断側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図１の電動過給機の部分側面図である。図４は、図１の電動過給機の部分拡大断面図である。先ず、図１〜図４を基にして、本発明の一実施形態にかかる電動過給機の構成について説明する。
本実施形態の電動過給機１ａは、回転軸１２の一端部に固定されたコンプレッサホイール１０によってエンジンに供給する吸気ガスを過給するように構成されている。電動過給機１ａは、図１に示したように、コンプレッサホイール１０を収容するコンプレッサハウジング２と、コンプレッサハウジング２とボルト１３ａによって締結された軸受ハウジング４ａと、軸受ハウジング４ａとボルト１３ｂによって締結されたモータハウジング６ａとからなる。そして、軸受ハウジング４ａは、モータハウジング６ａとコンプレッサハウジング２との間に配置されている。
軸受ハウジング４ａは、回転軸１２を回転可能に支持する第１転がり軸受２０Ａを収容する。本実施形態の転がり軸受２０Ａは、図４に拡大して示したように、同心に配置された内輪２０ｃ及び外輪２０ｄと、これら内輪２０ｃと外輪２０ｄとの間に配置された保持器２０ｂによって保持される複数の転動体２０ａからなり、少なくともこの転動体２０ａの周囲に潤滑材としてグリースが封入されたグリース潤滑方式の軸受２０Ａ（第１グリース封入転がり軸受２０Ａ）として構成されている。
また図４に示したように、第１グリース封入転がり軸受２０Ａの外周には、軸受スリーブ２８が配置されている。また、第１グリース封入転がり軸受２０Ａは、スリーブ部材２４ａ，２４ｂを介して、コンプレッサホイール１０に近接した位置に配置されている。このため、第１グリース封入転がり軸受２０Ａは、コンプレッサホイール１０で圧縮される高温の吸気ガスの熱影響を受け易い状態にある。
モータハウジング６ａは、少なくとも、モータ回転子１４とモータ固定子１６とからなる電動機１５と、上述した第１グリース封入転がり軸受２０Ａとともに回転軸１２を回転可能に支持している第２グリース封入転がり軸受２０Ｂとを収容している。また、モータハウジング６ａの後端部には、インバータを収容するインバータ収容部８が一体的に設けられている。
モータ回転子１４は、回転軸１２に固設されている。モータ固定子１６は、この回転軸１２に固設されたモータ回転子１４の周囲に配置されている。そして、コイルに電流が流れることで、モータ回転子１４とモータ固定子１６との相互作用により回転モーメントが発生し、回転軸１２に回転力が付与される。また、上述したインバータは、電源から供給される電流を交流に変換するとともに、電圧及び周波数を任意に変更することで、電動機１５の回転速度を制御するように構成されている。
第２グリース封入転がり軸受２０Ｂは、上述した第１グリース封入転がり軸受２０Ａと同様の構成を有している。そして、第１グリース封入転がり軸受２０Ａのモータ回転子１４を挟んだ反対側に位置している。これにより、本実施形態の電動過給機１ａは、回転軸１２を２つの軸受２０Ａ，２０Ｂで支持する両持ち構造として構成され、低い摩擦抵抗で安定的に回転軸１２が支持される。
また、図１に示したように、モータハウジング６ａの外周面には複数の放熱フィン３８が設けられている。そして、この複数の放熱フィン３８に風を当てることで、モータハウジング６ａ内に収容されているコイルや電動機１５、及びこれらに近接して配置されている第２グリース封入転がり軸受２０Ｂ等が冷却される。
また、上述した軸受ハウジング４ａの内部には、その第１グリース封入転がり軸受２０Ａの外周側の位置に、空気などの気体からなる冷却媒体が流れる冷却通路１８ａが形成されている。この冷却通路１８ａは、図２に示したように、回転軸１２に対して周方向に延在して設けられている。また、図３に示したように、軸受ハウジング４ａの外周面には、複数の通気口１７が周方向に並んで開口している。各通気口１７は冷却通路１８ａと連通している。そして、この通気口１７を介して、冷却通路１８ａに空気や低温の吸気ガス等の冷却媒体が供給され、または排出されるようになっている。
また、図２に示したように、軸受ハウジング４ａの内部には、軸受ハウジングの中央部分を支持するための強度部材であるリブ１１ａが径方向に延在している。このリブ１１ａは、軸方向に所定の長さで形成されており、これにより冷却通路１８ａが上下に２分割されている。このようなリブ１１ａが設けられることで、図２の矢印で示したように、上下に２分割された冷却通路１８ａのそれぞれにおける冷却媒体が互いに干渉することなく流れるため、冷却性能に優れる。
なお、冷却通路１８ａは、リブ１１ａによって必ずしも分割されていなくともよい。Ａ−Ａ断面の軸方向の前後位置においてリブ１１ａが設けられておらず、冷却通路１８ａが環状に形成されていてもよいものである。
また、図１及び図４に示したように、冷却通路１８ａの内周面には、外周側に向かって突出するフィン部２２が設けられている。このようなフィン部２２を設けることで、冷却通路１８ａの内周面の伝熱面積が増加し、冷却効率が向上する。フィン部２２の設置数は、冷却通路１８ａのスペース等に応じて適宜決定すればよい。また、フィン部２２の突出高さは、冷却通路１８ａを流れる冷却媒体の流れが阻害されない程度に適宜設定すればよい。本実施形態では、１条のフィン部２２が冷却通路１８ａの内周面の全周に沿って延在して設けられている。
このように構成される本実施形態の電動過給機１ａによれば、軸受ハウジング４ａの内部において、その第１グリース封入転がり軸受２０Ａの外周側の位置に、周方向に延在する冷却通路１８ａが設けられている。このため、この冷却通路１８ａに空気や低温の吸気ガス等の冷却媒体を流すことで、高温の吸気ガスの熱影響を受ける第１グリース封入転がり軸受２０Ａを効果的に冷却することが出来るようになっている。
次に、本発明の他の一実施形態にかかる電動過給機１ｂについて図５Ａ〜図７を基に説明する。図５Ａは、本発明の電動機付き過給機の一実施形態にかかる電動過給機であって、図６のＣ−Ｃ線に対応する位置の部分破断側面図である。図５Ｂは、図５Ａの実施形態における冷却媒体の流れを示した模式図である。図６は、図５ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。図７は、図５Ａの電動過給機の部分拡大断面図である。なお、本実施形態の電動過給機１ｂは、上述した実施形態の電動過給機１ａと基本的には同様の構成であり、同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上述した実施形態の電動過給機１ａでは、その冷却通路１８ａを流れる冷却媒体が空気や吸気ガス等の気体であるものとして構成されていた。これに対して、本実施形態の電動過給機１ｂでは、その冷却通路１８ｂを流れる冷却媒体が水などの液体であるものとして構成されている点が、上述した実施形態とは大きく異なっている。
図５Ａに示したように、本実施形態の電動過給機１ｂでは、軸受ハウジング４ｂの内部に、水などの液体からなる冷却媒体が流れる冷却通路１８ｂが形成されている。冷却通路１８ｂは、上述した実施形態の冷却通路１８ａと同様に、第１グリース封入転がり軸受２０Ａの外周側の位置に形成されている。また、図６に示したように、回転軸１２に対して周方向に延在して設けられている。しかしながら、この冷却通路１８ｂには、上述した冷却通路１８ａとは異なり、その内周面にフィン部２２は設けられていない。なお、図６に示したＢ−Ｂ断面図では、冷却通路１８ｂはリブ１１ｂによって左右に２分割されているが、Ｂ−Ｂ断面の前後断面にはリブ１１ｂは設けられておらず、冷却通路１８ｂは環状に形成されている。
また、図５Ａに示したように、本実施形態のモータハウジング６ｂでは、上述した実施形態のモータハウジング６ａとは異なり、その外周側に放熱フィン３８は設けられていない。その代わりに、モータハウジング６ｂの内部に、冷却媒体である水が流れるモータ側冷却通路３０が形成されている。このモータ側冷却通路３０は、モータ固定子１６の外周側の位置において、周方向に延在して設けられている。そして、接続通路３４を介して、上述した軸受ハウジング４ｂの冷却通路１８ｂに接続している。
また、図５Ａに示したように、モータハウジング６ｂの外周面には、外部とモータ側冷却通路３０とを連通する通水口３２が設けられている。また、図６に示したように、軸受ハウジング４ｂの外周面には、外部と冷却通路１８ｂとを連通する通水孔３６が設けられている。そして、通水孔３６から冷却通路１８ｂに水が供給されると、図５Ｂに模式的に示したように、供給された水が冷却通路１８ｂを循環することで、冷却通路１８ｂの内周側に配置されている第１グリース封入転がり軸受２０Ａが冷却される。そして、冷却通路１８ｂを循環した水は、接続通路３４を介して、モータ側冷却通路３０へと供給される。そして、供給された水がモータ側冷却通路３０を循環することで、モータハウジング６ｂ内に収容されているコイルや電動機１５等が冷却される。また、モータ側冷却通路３０を循環した水は、図５Ａに示したように、通水口３２から外部へと排出されるようになっている。
なお、上述した水の循環方向は特に限定されない。モータ側の発熱量が大きい場合には、上述した循環方向とは逆方向に、すなわち通水口３２から水を供給して通水孔３６から排出するように構成してもよいのは勿論である。
このように構成される本実施形態の電動過給機１ｂによれば、第１グリース封入転がり軸受２０Ａを収容する軸受ハウジング４ｂの内部に、第１グリース封入転がり軸受２０Ａの外周側において周方向に延在する冷却通路１８ｂが設けられている。このため、この冷却通路に水などの冷却媒体を流すことで、高温の吸気ガスの熱影響を受ける第１グリース封入転がり軸受２０Ａを効果的に冷却することが出来るようになっている。
また、本実施形態の電動過給機１ｂでは、軸受ハウジング４ｂに収容されている第１グリース封入転がり軸受２０Ａ、及びモータハウジング６ｂに収容されているコイル、電動機１５、第２グリース封入転がり軸受２０Ｂ等を、モータ側冷却通路３０、接続通路３４、及び冷却通路１８ｂからなる一つの冷却媒体経路によって冷却している。このため、冷却通路１８ｂ及びモータ側冷却通路３０に対する冷却水の供給および排水をそれぞれ一つのラインで行えるため、冷却通路１８ｂ及びモータ側冷却通路３０に対してそれぞれ冷却水を供給又は排水する場合と比べて、後述するエンジン装置の冷却システムを簡素に構成することが可能となる。
次に、上述した電動過給機１ａ，１ｂを備えるエンジン装置の構成について、図８〜図１２を基に説明する。図８〜図１２は、電動過給機１ａ，１ｂを二段過給システムの高圧段過給機として用いた場合におけるエンジン装置の実施形態を示しており、図８〜図１１は、空気または排気ガスを冷却媒体とした場合、図１２は、水を冷却媒体とした場合の実施形態を示している。
図８は、本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ターボチャージャで圧縮する前の吸気ガスを冷却媒体として用いる場合を示した図である。
この図８に示した実施形態のエンジン装置５０ａは、図示したように、エンジン５２、エンジン５２に供給される吸気ガスが流れる吸気通路５６、エンジン５２から排出される排気ガスが流れる排気通路５４、ターボチャージャ６０、及び上述した電動過給機１ａ等を備えている。
ターボチャージャ６０は、排気通路５４に配置された排気タービン６４、吸気通路５６に配置されたコンプレッサ６２、及びこれら排気タービン６４とコンプレッサ６２とを連結するタービン軸６３とからなる。そして、エンジン５２から排出された排気ガスによって排気タービン６４が駆動し、タービン軸６３を介してコンプレッサ６２が同軸駆動することで、吸気通路５６を流れる吸気ガスを過給するように構成されている。
また、排気通路５４には、排気タービン６４を迂回するバイパス排気通路５５が接続している。このバイパス排気通路５５には、ウエストゲートバルブ７４が配置されている。そして、ウエストゲートバルブ７４の弁開度を調節することにより、排気タービン６４に流れる排気ガスの流量が制御される。
電動過給機１ａは、そのコンプレッサ２Ａが、コンプレッサ６２の下流側に位置する吸気通路５６ｂに配置されている。そして、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２で圧縮された吸気ガスが、電動過給機１ａのコンプレッサ２Ａ（コンプレッサホイール１０）へと供給されるように構成されている。すなわち、本実施形態のエンジン装置５０ａは、ターボチャージャ６０を低圧段過給機、電動過給機１ａを高圧段過給機として配置した二段過給システムとして構成されている。
また、吸気通路５６ｂには、コンプレッサ２Ａを迂回するバイパス吸気通路５７が接続している。このバイパス吸気通路５７には、バイパスバルブ７２が配置されている。そして、バイパスバルブ７２の弁開度を調節することにより、コンプレッサ２Ａに流入する吸気ガスの流量が制御される。
また、電動過給機１ａの軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａ等は、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２の上流側に位置する吸気通路５６ａに配置されている。これら軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａは、カバー８２によって覆われている。そして、図中の矢印ｉで示したように、エンジン装置５０ａの外部から導入された吸気ガスが、カバー８２の中を通過し、吸気通路５６ａに流入するように構成されている。
また、吸気通路５６ａには、外部から導入した吸気ガスを洗浄するエアクリーナ６６が配置されている。また、吸気通路５６ｂのコンプレッサ２Ａの下流側には、エンジン５２に供給する吸気ガスを冷却するインタークーラ７０が配置されている。
このように構成されるエンジン装置５０ａは、上述したように、ターボチャージャ６０を低圧段過給機、電動過給機１ａを高圧段過給機として配置した二段過給システムとして構成されている。二段過給システムの高圧段過給機として電動過給機１ａを用いる場合、低圧段での圧縮後、高圧段でさらに圧縮される吸気ガスは、極めて高温になる。このため、電動過給機１ａのコンプレッサホイール１０の近傍に配置される第１グリース封入転がり軸受２０Ａは、高温の吸気ガスの熱影響を受け易い状態にある。これに対して、上述した実施形態の電動過給機１ａは、冷却媒体が流れる冷却通路１８ａが軸受ハウジング４ａの内部に設けられているため、コンプレッサホイール１０の近傍に配置される第１グリース封入転がり軸受２０Ａに対する冷却性能に優れている。
このように、本実施形態のエンジン装置５０ａは、その電動過給機１ａを二段過給システムの高圧段過給機として用いる場合において、特に好適に用いられるものである。
また上述したように、電動過給機１ａの軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａが吸気通路５６ａに配置されていることから、冷却媒体（吸気ガス）を冷却通路１８ａに効率よく供給することが出来る。
しかも、冷却通路１８ａを流れる冷却媒体が、エンジン装置５０ａの外部から導入され、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２で圧縮される前の低温の吸気ガスからなることから、冷却効果にも優れている。
図９Ａは、本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、ターボチャージャで圧縮した後の吸気ガスを冷却媒体として用いる場合の実施形態を示した図である。この図９Ａに示した実施形態のエンジン装置５０ｂは、基本的には上述した実施形態と同様の構成である。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図９Ａに示した実施形態のエンジン装置５０ｂは、図示したように、電動過給機１ａの軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａが、コンプレッサ６２の下流側に配置されている。そして、コンプレッサ６２の下流側に位置する吸気通路５６ｂと接続通路５８ａ，５８ｂを介して接続されて配置されている。軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａは、カバー８２によって覆われており、このカバー８２内に、接続通路５８ａ，５８ｂを介して、排気通路５６ｂからコンプレッサ６２で圧縮された吸気ガスが供給される。そして、コンプレッサ６２によって圧縮された吸気ガスが、冷却媒体として、軸受ハウジング４ａの冷却通路１８ａを流れるように構成されている。
このように、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２で圧縮された吸気ガスを冷却媒体として用いてもよい。この場合であっても、コンプレッサ６２で圧縮された吸気ガスの温度は、電動過給機１ａのコンプレッサ２Ａでさらに圧縮される吸気ガスの温度よりは低いため、一定の冷却効果は期待できる。
なお、図９Ａに示したエンジン装置５０ｂでは、接続通路５８側の損失が大きい場合に、十分な量の吸気ガスが電動過給機１の軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａへと流れない恐れがある。このような場合は、例えば図９Ｂに示したように、吸気通路５６の接続通路５８ａと接続通路５８ｂとの間の位置に絞り弁５９を配置し、この絞り弁５９の弁開度を調節することで、軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６ａへ所望の吸気ガス量を確実に流すことができる。また、図９Ｃに示したように、接続通路５８ａ，５８ｂを設けずに、吸気通路５６ｂを電動過給機１ａの軸受ハウジング４ａ及びモータハウジング６に直接接続することで、コンプレッサ６２で圧縮された吸気ガスの全量が冷却媒体として利用されるように構成することも出来る。
図１０は、本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、電動過給機とエアクリーナとを同じカバーで覆うように配置した場合の実施形態を示した図である。この図１０に示した実施形態のエンジン装置５０ｃは、基本的には上述した実施形態と同様の構成である。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１０に示した実施形態のエンジン装置５０ｃは、図示したように、電動過給機１ａとエアクリーナ６６とが、一つのカバー８４によって覆われている。そして、図中の矢印ｉで示したように、エンジン装置５０ｃの外部から導入される吸気ガスがこのカバー８４の中を通過した後に、吸気通路５６ａに流入するように構成されている。
このように、電動過給機１ａとエアクリーナ６６とを同じカバー８４で覆うように配置することで、上述した冷却効果に加えて、エンジン装置５０ｃをコンパクトに構成することが可能となる。
図１１は、本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、空気を冷却媒体として用いる場合の実施形態を示した図である。この図１１に示した実施形態のエンジン装置５０ｄは、基本的には上述した実施形態と同様の構成である。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１１に示した実施形態のエンジン装置５０ｄは、図示したように、電動過給機１ａの全体が、カバー８６によって覆われている。またカバー８６には、ファン８８が取り付けられている。そして、ファン８８が回転することで、図中の矢印ｅで示したように、カバー８６内の空気が外部に排出され、これに伴い、図中の矢印ａで示したように、外部からカバー８６内に空気が供給されるように構成されている。
このような構成によれば、ファン８８によって強制的に冷却媒体（空気）を冷却通路１８ａに供給するため、電動過給機１ａの配置に関する制約を少なくなり、エンジン装置５０ｄのレイアウトの自由度が向上する。しかも、冷却通路１８ａを流れる冷却媒体が、エンジン装置５０ａの外部から導入された低温の空気からなることから、冷却効果にも優れている。
図１２は、本発明のエンジン装置の一実施形態にかかるシステム構成図であって、インタークーラで用いられる冷却水を冷却媒体として用いる場合の実施形態を示した図である。この図１２に示した実施形態のエンジン装置５０ｅは、基本的には上述した実施形態と同様の構成である。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１２に示した実施形態のエンジン装置５０ｅは、図示したように、インタークーラ７０と電動過給機１ｂとが、送水管９０，９２を介して接続されている。そして、インタークーラ７０の冷却水が、送水管９０を介して、モータハウジング６ｂに形成されている通水口３２に送水される。また、上述したモータ側冷却通路３０及び冷却通路１８ｂを循環した冷却水は、送水管９２を介して、軸受ハウジング４ｂに形成されている通水孔３６からインタークーラ７０へと送水されるように構成されている。
このような構成によれば、電動過給機１ｂの冷却通路１８ｂを流れる冷却媒体がインタークーラ７０から導入された冷却水からなり、インタークーラ７０で用いられる冷却水を有効利用することが出来るため、エンジン装置５０ｅにおける冷却システムを簡素に構成することが出来る。
図１３及び図１４は、本発明の一実施形態にかかるエンジン装置のシステム構成図であって、ＥＧＲ装置を備えたエンジン装置の一例を示した図である。図１３はＥＧＲ装置を備えた単段過給システムのエンジン装置の一例を示し、図１４はＥＧＲ装置を備えた二段過給システムのエンジン装置の一例を示している。これら図１３及び図１４に示した実施形態のエンジン装置５０ｆ，５０ｇは、基本的には上述した実施形態と同様の構成である。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１３及び図１４に示した実施形態のエンジン装置５０ｆ，５０ｇは、図示したように、ＥＧＲバルブ７５とＥＧＲ管７６とからなるＥＧＲ装置７７を備えている。そして、ＥＧＲ装置７７によって、エンジン５２から排出される排気ガスの一部を吸気通路５６ｂに再循環することができるように構成されている点が、上述した実施形態と異なっている。
ＥＧＲ管７６は、排気通路５４と、電動機付き過給機１ｂのコンプレッサ２Ａの上流側の吸気通路５６ｂとを接続している。そして、ＥＧＲバルブ７５の弁開度を調節することで、弁開度に応じた流量の排気ガスが吸気通路５６ｂに還流する。そして、この再循環した排気ガスを含む吸気ガスが、電動機付き過給機１ｂのコンプレッサホイール１０へと供給されるようになっている。
この際、再循環された排気ガスを含む吸気ガスは、高温の排気ガスが混入されることでさらに高温となる。このため、電動機付き過給機１ｂのコンプレッサホイール１０の近傍に配置される第１グリース封入転がり軸受２０Ａは、特に高温の吸気ガスの熱影響を受け易くなる。
これに対して、本実施形態の電動機付き過給機１ｂは、上述したように、冷却媒体が流れる冷却通路１８ｂが軸受ハウジング４ｂの内部に設けられているため、コンプレッサホイール１０の近傍に配置される第１グリース封入転がり軸受２０Ａに対する冷却性能に優れている。
このように、上述した電動機付き過給機１ｂは、ＥＧＲ装置７７を備える本実施形態のエンジン装置５０ｇ，５０ｆにおいて、特に好適に用いられるものである。
なお、上記説明では、冷却水を冷却媒体として用いる水冷式の電動機付き過給機１ｂを備えたエンジン装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、空冷式の電動機付き過給機１ａを備えたエンジン装置に適用してもよい。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、本発明の電動機付き過給機の一実施形態として、電動機によってのみコンプレッサが駆動される電動過給機の場合を例に説明した。しかしながら、本発明の電動機付き過給機はこれに限定されず、電動機の他に排気タービンの駆動によってもコンプレッサが駆動する電動アシストターボとして構成されていてもよいものである。
また、上述した実施形態では、本発明の一実施形態にかかる電動過給機を二段過給システムの高圧段過給機として配置した場合を例に説明した。しかしながら本発明の電動機付き過給機はこれに限定されない。図１５及び図１６に示したように、電動過給機１ａ，１ｂを二段過給システムの低圧段過給機として配置することも可能である。
また、上述した実施形態では、本発明のグリース封入軸受の一実施形態として、グリース潤滑方式の転がり軸受（第１グリース封入転がり軸受２０Ａ）の場合を例に説明したが、本発明のグリース封入軸受はこれに限定されず、例えば、グリース潤滑方式のすべり軸受けにも適用可能である。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、例えば自動車等のエンジン装置に搭載される電動機付き過給機として、特に好適に用いられる。
１ａ，１ｂ 電動過給機
２ コンプレッサハウジング
２Ａ コンプレッサ
４ａ，４ｂ 軸受ハウジング
６ａ，６ｂ モータハウジング
８ インバータ収容部
１０ コンプレッサホイール
１１ａ，１１ｂ リブ
１２ 回転軸
１３ａ，１３ｂ ボルト
１４ モータ回転子
１５ 電動機
１６ モータ固定子
１８ａ，１８ｂ 冷却通路
２０Ａ 第１グリース封入転がり軸受
２０Ｂ 第２グリース封入転がり軸受
２０ａ 転動体
２０ｂ 保持器
２０ｃ 内輪
２０ｄ 外輪
２２ フィン部
２４ａ，２４ｂ スリーブ部材
２８ 軸受スリーブ
３０ モータ側冷却通路
３２ 通水口
３４ 接続通路
３６ 通水孔
３８ 放熱フィン
５０ａ〜５０ｅ エンジン装置
５２ エンジン
５４ 排気通路
５５ バイパス排気通路
５６ 吸気通路
５７ バイパス吸気通路
５８ 接続通路
５９ 絞り弁
６０ ターボチャージャ
６２ コンプレッサ
６３ タービン軸
６４ 排気タービン
６６ エアクリーナ
７０ インタークーラ
７２ バイパスバルブ
７４ ウエストゲートバルブ
７５ ＥＧＲバルブ
７６ ＥＧＲ管
７７ ＥＧＲ装置
８２，８４，８６ カバー
８８ ファン
９０，９２ 送水管

Claims (7)

  1. 回転軸と、
    前記回転軸の一端部に固定された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容するコンプレッサハウジングと、
    前記回転軸に固設されたモータ回転子及び該モータ回転子の周囲に配置されたモータ固定子を含み、前記回転軸に回転力を付与する電動機と、
    前記電動機を収容するモータハウジングと、
    前記回転軸を回転可能に支持する第１グリース封入軸受と、
    前記第１グリース封入軸受の前記モータ回転子を挟んだ反対側に配置された、前記回転軸を回転可能に支持する第２グリース封入軸受と、
    前記第１グリース封入軸受を収容し、前記コンプレッサハウジング及び前記モータハウジングの間に配置される軸受ハウジングと、を備える電動機付き過給機であって、
    前記軸受ハウジングの内部には、液体からなる冷却媒体が流れる冷却通路が、前記第１グリース封入軸受の外周側において周方向に設けられ、
    前記モータハウジングは、前記電動機とともに前記第２グリース封入軸受を収容する単一のハウジング部材として構成されるとともに、
    前記モータハウジングの内部には、液体からなる冷却媒体が流れるモータ側冷却通路が、前記モータ固定子および前記第２グリース封入軸受の外周側において周方向に設けられていることを特徴とする電動機付き過給機。
  2. 前記回転軸は、前記電動機の他に排気タービンの駆動によっても回転力が付与されるように構成され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。
  3. 前記モータ側冷却通路と前記冷却通路とが接続通路によって通水可能に接続されているとともに、
    前記冷却通路は、軸直交方向を視認した一断面において、該冷却通路がリブによって分割されたＣ字状に形成されており、該Ｃ字状の一端部には該冷却通路と外部とを連通する通水孔が接続され、該Ｃ字状の他端部には前記接続通路が接続され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。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
    エンジンと、
    前記エンジンから排出される排気ガスによって駆動するターボチャージャと、を備え、
    前記ターボチャージャで圧縮された吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されていることを特徴とするエンジン装置。
  5. 請求項１または３に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
    エンジンと、
    前記エンジンから排出される排気ガスによって駆動するターボチャージャと、を備え、
    前記ターボチャージャで圧縮された吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されるとともに、
    前記冷却通路を流れる冷却媒体が冷却水からなることを特徴とするエンジン装置。
  6. 前記エンジンに供給される吸気ガスを冷却水により冷却するインタークーラをさらに備え、
    前記冷却通路を流れる冷却媒体が、前記インタークーラで用いられる冷却水からなることを特徴とする請求項５に記載のエンジン装置。
  7. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機付き過給機を備えるエンジン装置であって、
    エンジンと、
    前記エンジンから排出される排気ガスの一部を前記エンジンの吸気通路に再循環するＥＧＲ装置と、を備え、
    前記ＥＧＲ装置で再循環された排気ガスを含む吸気ガスが、前記電動機付き過給機のコンプレッサホイールへと供給されるように構成されていることを特徴とするエンジン装置。
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