JP2004270533A

JP2004270533A - 機械式過給機

Info

Publication number: JP2004270533A
Application number: JP2003061955A
Authority: JP
Inventors: Teruo Saito; 照男斉藤
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性を低下させることなくフリクションロスを低減することのできる機械式過給機を提供する。
【解決手段】ギヤ室１１に隣接してウォータジャケット３５を設け、このウォータジャケット３５に、エンジン冷却水回路５０からの冷却水を流通させて暖機時等のギヤオイルの昇温をアシストすることにより、ギヤオイルの粘度を早期に所定の低粘度まで引き下げる。これにより、ルーツ式圧縮機１に用いるギヤオイルとして低温域で高い粘度を有するギヤオイルを採用した場合にも、ギヤオイルによるフリクションロスを早期に低減することができる。そして、低温域で高い粘度を有するギヤオイルを採用することにより、ギヤオイルが高温域で過剰な低粘度となることを防止することができ、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに歯合する複数のロータが複数のタイミングギヤを介して駆動される機械式過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両等のエンジンに採用される過給機としては、エンジンの出力軸等によって駆動される機械式過給機がある。機械式過給機は、一般に、ハウジング内に収容された複数のロータが互いに同期して回転されることで過給圧を発生する構成をなし、これらロータへの駆動力の伝達は複数のタイミングギヤによって行われる。
【０００３】
この種の機械式過給機においては、エンジンの燃費向上を目的として、稼働効率を向上するための様々な対策が行われている。例えば、特許文献１には、ロータを収容するハウジング（ハウジング本体）の内周面にコーティングによる樹脂皮膜を形成し、ロータとハウジング本体との間のクリアランスを小さく保つことによって吸入空気のリーク損失を低減する技術が開示されており、さらに、樹脂皮膜を冷却するための冷却水通路をハウジング本体に設けることで、樹脂皮膜の溶損や剥離を防止する技術が開示されている。また、例えば、特許文献２には、機械式過給機のハウジング（ハウジング本体）にウォータジャケットを設け、加圧される吸入空気を冷却することで、吸入空気の充填効率を向上させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２９２４８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−１４１２６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機械式過給機において、さらなる稼働効率の向上を実現するためには、ロータを駆動するタイミングギヤのフリクションロスを低減することが要求される。タイミングギヤのフリクションロスは、特に、これらを潤滑するギヤオイルの粘度が高い冷態時に大きくなる。従って、低温域近傍での粘度が低いギヤオイルを選択すれば、タイミングギヤによるフリクションロスの低減を図ることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、一般にギヤオイルの粘度は昇温に伴って低下するため、低温域での粘度が低いギヤオイルを選択すると、逆に、高温域での粘度が過剰に低下し、その結果、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性が低下する虞がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性を低下させることなくフリクションロスを低減することのできる機械式過給機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ギヤ室に収容されたタイミングギヤによってロータを駆動し、エンジンの吸入空気を過給する機械式過給機において、上記ギヤ室に隣接して設けたウォータジャケットと、上記エンジンを冷却するエンジン冷却水回路からの冷却水を上記ウォータジャケットに循環する冷却水循環通路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明による機械式過給機は、請求項１記載の発明において、上記冷却水循環通路の上流端または下流端は、上記エンジンとラジエータとを連通する上記エンジン冷却水回路上の通路上であって、且つ、冷却水温度の低温時に上記通路を遮断するバルブ手段よりも上記エンジン側に連通されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の発明による機械式過給機は、請求項１記載の発明において、上記エンジン冷却水回路上で上記エンジンとラジエータとを連通する通路に介装されるとともに、上記冷却水循環通路の上流端または下流端を上記通路を介して上記エンジンに連通するバルブ手段を有し、上記バルブ手段は、冷却水温度の低温時に、上記エンジンと上記ラジエータとの間の冷却水の流通を遮断するとともに、上記エンジンから上記冷却水循環通路への冷却水の流通を許容し、上記冷却水温度の高温時に、上記エンジンと上記ラジエータとの間の冷却水の流通を許容するとともに、上記エンジンから上記冷却水循環通路への冷却水の流通を遮断することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の発明による機械式過給機は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、上記ウォータジャケットは、上記ロータを収容するハウジング本体に最外位置で冠設されるギヤカバーに配設されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の発明による機械式過給機は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明において、上記ウォータジャケットは、少なくとも、上記ギヤ室内で上記タイミングギヤを潤滑するギヤオイルの貯留位置に対応して設けられていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１乃至図５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は機械式過給機を一部展開して示す要部断面図、図２はギヤカバーの平面図、図３はエンジン冷却系の概略構成図、図４は冷却水温度及びギヤオイル温度の推移を示す図表、図５はギヤオイルの温度と粘度との関係を示す図表である。
【００１５】
図１において、符号１は機械式過給機の一例としてのルーツ式圧縮機を示す。このルーツ式圧縮機１は、一端が開口された中空のハウジング本体５と、このハウジング本体５の開口端側に冠設される中間部材６と、この中間部材６に冠設されるケース部材としてのギヤカバー７とを有して構成されている。これら中間部材６及びギヤカバー７は、所定に位置決めされた状態でハウジング本体５に一体的に締結固定され、これにより、ハウジング本体５と中間部材６との間にロータ室１０が構成されるとともに、中間部材６とギヤカバー７との間にギヤ室１１が構成される。
【００１６】
ロータ室１０内には、互いに同形のまゆ形に形成された一対のロータ１４，１５が収容され、これら各ロータ１４，１５が、ロータ軸１６，１７にそれぞれ固設されている。各ロータ軸１６，１７は、ベアリング２１，２２、及び、ベアリング２３，２４を介して、ハウジング本体５と中間部材６との間にそれぞれ架設され、これにより、各ロータ１４，１５が、ロータ室１０内で回転自在に軸支されている。ここで、図中符号２０は各ロータ１４，１５の軸方向に沿って貫通する肉抜き孔を示し、これら肉抜き孔２０によって各ロータ１４，１５の慣性モーメントが軽減される。
【００１７】
ロータ軸１６の他端部（図１中左端部）は、ロータ室１０の外部に露呈され、このロータ軸１６の他端部に入力プーリ２５が締結固設されている。入力プーリ２５は、ベルト（図示せず）を介してクランクシャフト側プーリ（図示せず）に連結されるもので、例えば、クランクシャフト側プーリに組み込まれた電磁クラッチ（図示せず）が締結された際に、エンジン駆動力をロータ軸１６に伝達するようになっている。
【００１８】
一方、各ロータ軸１６，１７の一端部（図１中右端部）は、中間部材６を貫通してギヤ室１１内に露呈されている。ギヤ室１１内には一対のタイミングギヤ２６，２７が収容されており、これらタイミングギヤ２６，２７が各ロータ軸１６，１７の一端部にそれぞれ固設されている。各タイミングギヤ２６，２７は、互いに噛合されてギヤ列を構成し、ロータ軸１６からエンジン駆動力が入力された際に、所定の位相差をもって各ロータ１４，１５を互いに逆方向に同期回転させる。これにより、エンジンの吸気系において、図示しない吸入口からロータ室１０内に導入された吸入空気は、所定に圧縮された後、図示しない吐出口から吐出されるようになっている。
【００１９】
ここで、ギヤ室１１は、中間部材６とギヤカバー７との接合面に介装されたオイルシール３０と、中間部材６と各ロータ軸１６，１７との間に介装されたオイルシール３１，３２によって、液密に構成されている。そして、このように液密に構成されたギヤ室１１の内部には、各タイミングギヤ２６，２７を潤滑するためのギヤオイルが貯留されている。本実施の形態において、ルーツ式圧縮機１は、ロータ軸１７とロータ軸１６とが上下方向に対してやや傾斜して配列されるように車載されるもので、ギヤ室１１には、このような車載状態で、タイミングギヤ２６の約半分程度を浸漬する量のギヤオイルが貯留されている（図２参照）。なお、図１，２において、符号３３はオイルドレインプラグを示し、このオイルドレインプラグ３３は、ギヤオイルの液面３４よりも上方でギヤカバー７に配設されている。
【００２０】
また、図１，２に示すように、ギヤカバー７には、ギヤ室１１に隣接するウォータジャケット３５が一体的に設けられている。ウォータジャケット３５は、オイルドレインプラグ３３を回避する位置で、少なくともその一部が、ギヤオイルの貯留位置に対応するよう配設されるもので、本実施の形態において、ウォータジャケット３５は、タイミングギヤ２６に対向する略円形のウォータジャケットで構成されている。
【００２１】
また、ウォータジャケット３５には冷却水吸入ポート３６と冷却水吐出ポート３７とが開口され、冷却水吸入ポート３６に冷却水通路３８の下流端３８ｂが接続されているとともに、冷却水吐出ポート３７に冷却水通路３９の上流端３９ａが接続されている。そして、冷却水通路３８及び冷却水通路３９は、その上流端３８ａ及び下流端３９ｂが後述するエンジン冷却水回路５０にそれぞれ連通接続されることにより、エンジン冷却水回路５０からウォータジャケット３５に冷却水を循環する冷却水循環通路を構成する。
【００２２】
図３に示すように、エンジン冷却水回路５０は、エンジン５１内に形成されたウォータジャケット５２と、ウォータジャケット５２の吸入ポート５３をラジエータ５４に連通接続する冷却水通路５５と、吸入ポート５３と冷却水通路５５との間に介装されウォータジャケット５２側に冷却水を圧送するウォータポンプ５６と、ウォータジャケット５２の吐出ポート５７をラジエータ５４に連通する通路としてのリターン通路５８と、リターン通路５８の中途に介装され冷却水温度に応じて当該リターン通路５８の中途を開閉するバルブ手段としての周知のサーモスタット５９と、サーモスタット５９よりもエンジン５１側で冷却水通路５５とリターン通路５８とをバイパスする循環通路６０と、を有して構成されている。
【００２３】
このようなエンジン冷却水回路５０に対し、冷却水通路３８の上流端３８ａ（すなわち、冷却水循環通路の上流端）は、サーモスタット５９よりもエンジン５１側で、リターン通路５８に連通接続されている。一方、冷却水通路３９の下流端３９ｂ（すなわち、冷却水循環通路の下流端）は、ウォータポンプ５６の直上流近傍で、冷却水通路５５に連通接続されている。
【００２４】
次に、上述の構成による作用について説明する。
エンジン５１が冷態始動された際等の暖機時において、エンジン冷却水回路５０のリターン通路５８は、その中途がサーモスタット５９によって閉鎖されている。すなわち、エンジン冷却水回路５０において、エンジン５１の吐出ポート５７から吐出された冷却水のラジエータ５４への流通が遮断されている。従って、エンジン５１の吐出ポート５７から吐出された冷却水は、主として、循環通路６０を経由して吸入ポート５３に環流されるとともに、ウォータジャケット３５を経由して吸入ポート５３に環流される。
【００２５】
これにより、例えば図４に１点鎖線で示すように、冷却水温度が早期に昇温されるとともに（図４中１点鎖線参照）、ギヤ室１１内に貯留されているギヤオイルが冷却水温度に追従して昇温される（図４中実線参照）。すなわち、ラジエータ５４への冷却水の循環が遮断されていることにより、冷却水温度は早期に昇温される。また、ラジエータへ５４への循環が遮断された冷却水は、冷却水通路３８，３９を介してウォータジャケット３５に循環されるため、ギヤ室１１内に貯留されているギヤオイルは、タイミングギヤ２６，２７の潤滑等による昇温に加え、冷却水との間の熱交換による昇温によって早期に昇温される。
【００２６】
ここで、比較例として、同様の運転状況下において、ギヤオイルがタイミングギヤ２６，２７の潤滑等のみによって昇温される際の温度特性を図４中の２点鎖線で示す。この温度特性との比較からも明らかなように、冷却水との間で熱交換が行われたギヤオイルとそうでないギヤオイルとの暖機時における温度は、１０℃〜２０℃程度異なる。この場合、ギヤオイルの粘度は、昇温に伴って指数関数的に低下するものであるので（図５参照）、１０℃〜２０℃程度高く昇温されるだけでも格段に低下される。すなわち、ギヤオイルは、冷却水との間で熱交換がなされることによって、その粘度が早期に所定の低粘度まで引き下げられる。そして、この粘度低下によって、ギヤオイルによるフリクションロスは、格段に改善される。
【００２７】
その後、冷却水温度が所定温度（例えば９０℃）まで昇温されると、サーモスタット５９の作用によって、エンジン５１の吐出ポート５７からの冷却水がラジエータ５４側にも流通され、エンジン冷却水回路５０中の冷却水温度が所定温度（例えば９０℃）に維持される。
【００２８】
これに伴い、暖機後においては、ウォータジャケット３５を循環する冷却水の温度も安定し、ギヤオイルは、主としてタイミングギヤ２６，２７の潤滑等によって緩やかに昇温され、所定温度近傍で保持される。
【００２９】
なお、ルーツ式圧縮機１が高回転で駆動された場合等には、タイミングギヤ２６，２７の潤滑等によって多大な熱が発生することも考えられるが、このような場合には、逆に、ウォータジャケット３５内の冷却水によって、ギヤオイルの過剰な昇温が抑制される。
【００３０】
このような実施の形態によれば、ギヤ室１１に隣接してウォータジャケット３５を設け、このウォータジャケット３５に、エンジン冷却水回路５０からの冷却水を流通させて暖機時等のギヤオイルの昇温をアシストすることにより、ギヤオイルの粘度を早期に所定の低粘度まで引き下げることができる。従って、低温域で比較的高い粘度を有するギヤオイルをルーツ式圧縮機１のギヤオイルとして採用した場合にも、当該ギヤオイルによるフリクションロスを早期に低減することができる。そして、低温域で高い粘度を有するギヤオイルを採用することにより、ギヤオイルが高温域で過剰な低粘度となることを防止することができ、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性を向上することができる。換言すれば、暖機時等のギヤオイルの昇温を冷却水でアシストする構成をルーツ式圧縮機１に付加することで、高温域で要求される粘性特性を基準としてギヤオイルを選択することができ、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性の向上と、フリクションロスの低減とを両立することができる。
【００３１】
また、冷却水通路３８の上流端３８ａをサーモスタット５９よりもエンジン５１側でリターン通路５８に連通することにより、新たな構成を追加することなく、ウォータジャケット３５に循環する冷却水の適切な流量制御を行うことができる。すなわち、上記構成とすることで、サーモスタット５９が閉じられた暖機時等にウォータジャケット３５への冷却水の流量を増加させることができ、ギヤオイルを多量の冷却水で早期に昇温させて所定の低粘度まで引き下げることができる。
【００３２】
また、ギヤ室１１にウォータジャケット３５を隣接させるという観点からすれば中間部材６内にウォータジャケット３５を設けることも可能であるが、ハウジング本体５に最外位置で冠設されるギヤカバー７にウォータジャケット３５を設けることにより、ウォータジャケット３５を循環する冷却水の熱によってロータ１４，１５と中間部材６とのクリアランス等に悪影響を及ぼすことを防止できる。さらに、ギヤカバー７側にウォータジャケッ３５を設けることにより、ルーツ式圧縮機１の内部での構造を複雑化させることを防止でき、ルーツ式圧縮機１の大型化を抑制することができる。
【００３３】
また、ギヤ室１１内でのギヤオイルの貯留位置に対応してウォータジャケット３５を配設することにより、ギヤオイルと冷却水との間の熱効交換を効率よく行うことができる。
【００３４】
なお、上述の実施の形態によるルーツ式圧縮機１は、冷却水通路５５の中途にサーモスタット５９が介装されたエンジン冷却水回路５０に適用することも可能である。この場合、冷却水通路３９の下流端３９ｂを、サーモスタット５９よりもエンジン５１側で冷却水通路５５に連通することにより、上述と同様の作用効果を実現することができる。
【００３５】
次に、図６は本発明の第２の実施の形態に係わり、図６はエンジン冷却系の概略構成図である。なお、本実施の形態において、ルーツ式圧縮機（機械式過給機）１は、冷却水通路３８の上流端３８ａに連設されるバルブ手段としてのサーモスタット６５を有して構成されており、このサーモスタット６５が、上述のサーモスタット５９に代えてエンジン冷却水回路５０のリターン通路５８に介装されている点が、上述の第１の実施の形態と異なる。その他、同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図６において、サーモスタット６５は、いわゆる三方バルブとしての機能を有し、循環通路６０よりもラジエータ５４側で、リターン通路５８の中途に介装されている。
【００３７】
本実施の形態において、サーモスタット６５は、冷却水温度の低温時（例えば９０℃以下の場合）に、リターン通路５８の中途を遮断してエンジン５１とラジエータ５４との間の冷却水の流通を遮断するとともに、リターン通路５８のエンジン５１側と冷却水通路３８とを連通してエンジン５１からウォータジャケット３５への冷却水の流通を許容するようになっている。その一方で、サーモスタット６５は、冷却水温度の高温時（例えば９０度以上の場合）に、リターン通路５８の中途を開放してエンジン５１とラジエータ５４との間の冷却水の流通を許容するとともに、冷却水通路３８をリターン通路５８から遮断してエンジン５１からウォータジャケット３５への冷却水の流通を遮断するようになっている。
【００３８】
このような実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態と略同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態によるルーツ式圧縮機１は、冷却水通路３９の下流端３９ｂにサーモスタット６５を連設し、このサーモスタット６５を、循環通路６０よりもラジエータ５４側で、エンジン冷却水回路５０の冷却水通路５５の中途に介装してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、タイミングギヤの耐久性やオイルシールの耐久性を低下させることなくフリクションロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わり、機械式過給機を一部展開して示す要部断面図
【図２】同上、ギヤカバーの平面図
【図３】同上、エンジン冷却系の概略構成図
【図４】同上、冷却水温度及びギヤオイル温度の推移を示す図表
【図５】同上、ギヤオイルの温度と粘度との関係を示す図表
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わり、エンジン冷却系の概略構成図
【符号の説明】
１ … ルーツ式圧縮機（機械式過給機）
５ … ハウジング本体
７ … ギヤカバー
１１ … ギヤ室
１４，１５ … ロータ
２６，２７ … タイミングギヤ
３５ … ウォータジャケット
３８，３９ … 冷却水通路（冷却水循環通路）
３８ａ … 上流端（冷却水循環通路の上流端）
３９ｂ … 下流端（冷却水循環通路の下流端）
５０ … エンジン冷却水回路
５１ … エンジン
５４ … ラジエータ
５９ … サーモスタット（バルブ手段）
６５ … サーモスタット（バルブ手段）

Claims

ギヤ室に収容されたタイミングギヤによってロータを駆動し、エンジンの吸入空気を過給する機械式過給機において、
上記ギヤ室に隣接して設けたウォータジャケットと、
上記エンジンを冷却するエンジン冷却水回路からの冷却水を上記ウォータジャケットに循環する冷却水循環通路とを備えたことを特徴とする機械式過給機。
上記冷却水循環通路の上流端または下流端は、上記エンジンとラジエータとを連通する上記エンジン冷却水回路上の通路上であって、且つ、冷却水温度の低温時に上記通路を遮断するバルブ手段よりも上記エンジン側に連通されていることを特徴とする請求項１記載の機械式過給機。
上記エンジン冷却水回路上で上記エンジンとラジエータとを連通する通路に介装されるとともに、上記冷却水循環通路の上流端または下流端を上記通路を介して上記エンジンに連通するバルブ手段を有し、
上記バルブ手段は、冷却水温度の低温時に、上記エンジンと上記ラジエータとの間の冷却水の流通を遮断するとともに、上記エンジンから上記冷却水循環通路への冷却水の流通を許容し、
上記冷却水温度の高温時に、上記エンジンと上記ラジエータとの間の冷却水の流通を許容するとともに、上記エンジンから上記冷却水循環通路への冷却水の流通を遮断することを特徴とする請求項１記載の機械式過給機。
上記ウォータジャケットは、上記ロータを収容するハウジング本体に最外位置で冠設されるギヤカバーに配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の機械式過給機。
上記ウォータジャケットは、少なくとも、上記ギヤ室内で上記タイミングギヤを潤滑するギヤオイルの貯留位置に対応して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の機械式過給機。