JP2005120947A

JP2005120947A - 気体圧縮装置

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Publication number: JP2005120947A
Application number: JP2003357997A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okada; 弘岡田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: US20050084397A1; DE102004050412A1; JP4321206B2

Abstract

【課題】内部圧縮圧力と吐出圧との差圧を小さくすることにより脈動を低減する。
【解決手段】ロータ１、２の軸方向において隣り合う圧縮室１０ａ、１０ｂを連通させる。これにより、高圧側の圧縮室１０ｂから低圧側の圧縮室１０ａ内に漏れて流入する空気の量が溝４１を設けない場合に比べて増大する。一方、低圧側の圧縮室１０ａからこの低圧側の圧縮室１０ａより更に低圧側の圧縮室１０ｃに漏れる空気量は、溝４１を設けない場合と同等であるので、低圧側の圧縮室１０ａの圧力は、溝４１を設けない場合に比べて高くなる。したがって、内部圧縮圧力を高めることができるので、吐出圧と内部圧縮圧力との差圧を従来に比べて小さくすることができるので、吐出脈動に起因する脈動騒音を低減することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を圧縮する気体圧縮装置に関するもので、スクリューポンプに適用して有効である。

気体等の流体が流れる際に発生する圧力損失は、流量、つまり流速に増大に応じて大きくなるので、一般的に、流量の増大に応じて気体圧縮装置から吐出される気体の圧力（吐出圧）が増大する。

また、圧縮室の体積を縮小変化させることにより気体を圧縮させる容積型圧縮機では、圧縮室から気体が吐出される際の気体の圧力は、圧縮比、つまり圧縮室の最小体積に対する圧縮室の最大体積の比、圧縮室の漏れおよび吸入圧等によって決定される。

このとき、スクリュー型およびスクロール型等の容積型圧縮機では、ロータを回転させることにより、圧縮室を吐出口（吐出ポート）側に移動させながら圧縮室の体積を徐々に縮小させていくが、ロータの回転数が増大して流量が増大すると、前述したように吐出圧が高くなるため、吐出圧が圧縮室から気体が吐出される際の気体の圧力（以下、この圧力を内部圧縮圧力と呼ぶ。）より大きくなってしまう。

そして、吐出圧が内部圧縮圧力より大きくなってしまうと、圧縮室と吐出口とが連通したときに、吐出口側から圧縮室側に気体が流れてしまうので、吐出圧が周期的に変動して脈動が発生し、脈動騒音が発生してしまう。

この問題に対して、従来は、圧縮途中の圧縮室、つまり吐出口と連通する前の圧縮室と吐出口と連通させるバイパス通路を設け、このバイパス通路を介して吐出口側で発生している脈動流と位相がずれた脈動流を吐出口に導くことにより、位相のずれた２つの脈動流を衝突させて脈動を低減している（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３３８３８６号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、位相のずれた２つの脈動流が衝突する部位、つまり吐出口のうちバイパス通路が開口している部位近傍においては、脈動が低減されるものの、その他の部位では、脈動を十分に低減することができないので、脈動に伴って発生する騒音を十分に低減することができない。

なお、脈動に伴う騒音を低減するには、気体圧縮装置のうち吐出口近傍の剛性を高めて、気体圧縮装置が脈動と共に振動してしまうことを防止する必要があるが、この手段では、気体圧縮装置の製造原価上昇を招いてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な気体圧縮装置を提供し、第２には、内部圧縮圧力と吐出圧との差圧を小さくすることにより脈動を低減することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ハウジング（７）内で可動部材（１、２）を稼動させて気体を圧縮する圧縮機構（１、２）を有する気体圧縮装置であって、ハウジング（７）と可動部材（１、２）とによって形成される複数個の圧縮室（１０ａ、１０ｂ）間を連通させる連通路（４１）が設けられていることを特徴とする。

これにより、本発明では、連通する少なくとも２つの圧縮室（１０ａ）のうち高圧側の圧縮室（１０ｂ）から低圧側の圧縮室（１０ａ）内に漏れて流入する気体の量が連通路（４１）を設けない場合に比べて増大する。

一方、低圧側の圧縮室（１０ａ）からこの低圧側の圧縮室（１０ａ）より更に低圧側の圧縮室（１０ｃ）に漏れる気体の量は、連通路（４１）を設けない場合と同等であるので、低圧側の圧縮室（１０ａ）の圧力は、連通路（４１）を設けない場合に比べて高くなる。

したがって、内部圧縮圧力を高めることができるので、吐出圧と内部圧縮圧力との差圧を従来に比べて小さくすることができるので、吐出脈動に起因する脈動騒音を低減することが可能となる。

延いては、脈動に伴う騒音を低減するために、気体圧縮装置のうち吐出口近傍の剛性を高めて、気体圧縮装置が脈動と共に振動してしまうことを防止する必要性が低いので、気体圧縮装置の製造原価上昇を抑制できる。

請求項２に記載の発明では、縮機機構は、可動部材として互いに噛み合う一対のねじ状のロータ（１、２）を有して構成されたスクリュー型圧縮機構であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明では、連通路は、ハウジング（７）のうち可動部材（１、２）と面する内周面に溝部（４１）を形成することにより構成されていることを特徴とする。

これにより、スクリュー型圧縮機構は、ハウジング（７）のうち可動部材（１、２）と面する内周面の加工を施しやすいので、連通路（４１）を容易に形成することができる。

請求項４に記載の発明では、溝部（４１）は、ハウジング（７）の内周面のうち円周曲面（７ａ）に設けられていることを特徴とする。

これにより、連通路をなす溝部（４１）の加工量を最小とすることが可能となるので、ハウジング（７）の剛性低下を最小限に押さえることが可能となる。

延いては、ハウジング（７）の剛性低下に起因する騒音発生要因、つまり振動の増加や内部からの放射音の増加を抑制できる。

請求項５に記載の発明では、連通路（４１）の断面形状は、略三角形であることを特徴とする。

これにより、フライス加工等の切削加工、または鋳造やダイカストにて容易に連通路（４１）を形成することができる。

請求項６に記載の発明では、連通路をなす溝部（４１）は、可動部材（１、２）の軸方向に略平行に延びていることを特徴とする。

これにより、断面積を一定とした溝部（４１）をフライス加工等の切削加工にて容易に形成することができるので、数値シミュレーション結果と同等の効果を発揮する溝（４１）を得ることができ、設計開発のための工数を低減することができる。

請求項７に記載の発明では、連通路をなす溝部（４１）は、ハウジング（７）の内壁のうちハウジング（７）に設けられた吸入口（３５）と対向する位置にある内壁に形成されていることを特徴とする。

これにより、吸入口（３５）から容易に溝部（４１）を形成するためのフライス加工等の切削加工を施すことができる。

請求項８に記載の発明では、連通路をなす溝部（４１）の軸方向長さは、可動部材をなすロータ（１、２）のねじピッチ寸法以下であることを特徴とする。

これにより、隣り合う圧縮室（１０ａ、１０ｂ）間を連通させることができるので、容易に内部圧縮圧力を高めることができ、吐出脈動に起因する脈動騒音を低減することが可能となる。

請求項９に記載の発明では、連通路（４１）は、隣り合う圧縮室（１０ａ、１０ｂ）間を連通させることを特徴とする。

これにより、容易に内部圧縮圧力を高めることができ、吐出脈動に起因する脈動騒音を低減することが可能となる。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態は、内燃機関に供給される燃焼用空気を加圧する過給器に本発明に係る気体圧縮装置を適用したものである。

なお、図１、図２および図３は本実施形態に係る気体圧縮装置に関する図面であり、図１は気体圧縮装置の断面図であり、図２は一対のロータの斜視図であり、図３は図１に記載されたハウジング７のＡ−Ａ断面図である。

そして、本実施形態に係る気体圧縮装置は、図１に示すように、互いに噛合するねじ状のオスロータ１およびメスロータ２（図２参照）、これら一対のロータ１、２を駆動する回転伝達機構３、一対のロータ１、２と回転伝達機構３とを離隔した状態で一対のロータ１、２および回転伝達機構３を収納するケーシング４等から構成されたスクリュー型のポンプである。

なお、オスロータ１およびメスロータ２は、図２に示すように、螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状のものであり、回転伝達機構３は、図１に示すように、電動式のモータ５０等の駆動源から回転力を得て一対のロータ１、２を回転駆動する。

また、ケーシング４は、モータ５０側から順に、潤滑ボックス６、ロータハウジング７、およびカバー８からなる３個の部品からなるもので、潤滑ボックス６、ロータハウジング７、およびカバー８は、ボルト（図示せず。）等の締結手段によって強固に結合されている。

そして、潤滑ボックス６内に形成された潤滑油空間９内には、回転伝達機構３および回転伝達機構３に供給される潤滑油（例えば、エンジンオイルと同程度の粘度を有するオイル）が収納されており、回転伝達機構３を構成する歯車等は、潤滑油空間９内の潤滑油をはねかけることにより潤滑される。

また、一対のロータ１、２は、ロータハウジング７内に形成されたロータ室１０内に収納されており、ロータ室１０内で一対のロータ１、２が回転することにより、ロータ室１０および一対のロータ１、２で形成された圧縮室１０ａが順次縮小されて吸入された燃焼用空気（吸気）が加圧圧縮される。

潤滑ボックス６は、モータ５０側に配置された第１ベアリング１１および潤滑油空間９側に配置された第２ベアリング１２を介してモータ５０から回転力を受ける入力軸５を支持するものであり、潤滑ボックス６に形成された入力軸５が挿入される挿通穴の内部には、第１、第２ベアリング１１、１２に供給される潤滑油がケーシング４外に流出するのを阻止するための第１オイルシール１３が装着されている。

オスロータ回転軸１４は、一端側が第３ベアリング１５を介してロータハウジング７に回転可能に支持され、他端側が第４ベアリング１６を介してカバー８に回転可能に支持されている。

また、ロータハウジング７のうち潤滑油空間９とロータ室１０とを区画する隔壁部には、第３ベアリング１５に供給される潤滑油が、オスロータ回転軸１４が挿通された挿入穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第２オイルシール１８が装着されている。

また、カバー８に形成されたオスロータ回転軸１４が挿入される挿通穴にも、第４ベアリング１６に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第３オイルシール１９が装着されている。

メスロータ回転軸２０は、上記のオスロータ回転軸１４と同様に、一端側が第５ベアリング２１を介してロータハウジング７に支持され、他端側が第６ベアリング２２を介してカバー８に支持されている。

そして、ロータハウジング７のうち潤滑油空間９とロータ室１０とを区画する隔壁部には、第５ベアリング２１に供給される潤滑油がメスロータ回転軸２０が挿入される挿通穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第４オイルシール２３が装着されている。

また、カバー８に形成されたメスロータ回転軸２０が挿入される挿通穴にも、第６ベアリング２２に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第５オイルシール２４が装着されている。

ところで、回転伝達機構３は、入力軸５の回転をオス、メスロータ回転軸１４、２０に伝達して一対のロータ１、２を同期回転させるものであり、モータ５０によって駆動される入力軸５の回転をオスロータ回転軸１４に伝える第１、第２ギヤ３１、３２、およびこの第２ギヤ３２からオスロータ回転軸１４に伝えられた回転をメスロータ回転軸２０に伝える第３、第４ギヤ３３、３４等から構成される。

なお、第３、第４ギヤ３３、３４は、一対のロータ１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。

また、ロータハウジング７の内周面のうち、一対のロータ１、２の螺旋状の突起部と面する円弧状の円周曲面７ａには、図３に示すように、一対のロータ１、２の軸方向に平行に延びる溝４１が設けられており、本実施形態では、この溝４１により圧縮室１０ａ間を連通させる連通路が構成されている。

また、本実施形態では、溝４１のうちロータ１、２の軸方向と平行な部位の寸法Ｌは、ロータ１、２のねじピッチ寸法ｐ（図２参照）以下の所定寸法となっているので、本実施形態に係る溝４１、すなわち連通路は、隣り合う圧縮室１０ａ、１０ｂ間を連通させることとなる。

なお、本実施形態では、溝４１をロータハウジング７の円周曲面のうち吸入口３５と対向する面に切削加工にて設けるとともに、その断面形状を略三角形としている。

次に、一対のロータ１、２等からなる本実施形態に係る圧縮機構の作動の概略を述べる。

一対のロータ１、２は、前述のごとく、螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状のもので、回転伝達機構３を介して同期回転されると、ロータハウジング７の軸方向端部のうちカバー８側に設けられた吸入口３５から燃焼用空気が圧縮室１０ａに吸い込まれる。

このとき、圧縮室１０ａは、一対のロータ１、２の回転とともに、カバー８側から潤滑油空間９側に移動しながらその体積が縮小していくため、圧縮室１０ａに吸い込まれた燃焼用空気は、次第に圧縮されながら潤滑油空間９側に移動していく。

そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、圧縮室１０ａが潤滑油空間９側に設けられた吐出口３６に到達し、それまで密閉されていた圧縮室１０ａが吐出口３６にて開放された状態となるので、圧縮された燃焼用空気が吐出口３６から吐出される。

なお、本実施形態では、一対のロータ１、２を挟んで吸入口３５の反対側に形成される圧縮室１０ａの密閉性を吸入口３５側に形成される圧縮室１０ａの密閉性より高めて、主に一対のロータ１、２を挟んで吸入口３５の反対側に形成される圧縮室１０ａにて燃焼用空気を圧縮しているので、ロータハウジング７のうち吸入口３５に対して対角の位置に吐出口３６を設けたが、本発明は当然ながらこれに限定されるものではない。

次に、本実施形態に係る気体圧縮機の作用効果を述べる。

前述したように、圧縮室１０ａは、その体積を縮小させながら吸入口３５側から吐出口３６側に移動するので、ロータ１、２の軸方向において隣り合う圧縮室１０ａ、１０ｂを連通させると、高圧側の圧縮室１０ｂと低圧側の圧縮室１０ａとが連通することとなる。

このため、本実施形態では、高圧側の圧縮室１０ａから低圧側の圧縮室１０ａ内に漏れて流入する燃焼用空気の量が溝４１を設けない場合に比べて増大する。一方、低圧側の圧縮室１０ａからこの低圧側の圧縮室１０ａより更に低圧側の圧縮室１０ｃに漏れる燃焼用空気量は、溝４１を設けない場合と同等であるので、低圧側の圧縮室１０ａの圧力は、溝４１を設けない場合に比べて高くなる。

延いては、脈動に伴う騒音を低減するために、気体圧縮装置のうち吐出口３６近傍の剛性を高めて、気体圧縮装置が脈動と共に振動してしまうことを防止する必要性が低いので、気体圧縮装置の製造原価上昇を抑制できる。

また、溝４１の断面形状を略三角状としているので、フライス加工等の切削加工にて容易に溝４１を形成することができる。

また、溝４１をロータハウジング７の円周曲面のうち吸入口３５と対向する面に設けているので、吸入口３５から容易にフライス加工等の切削加工を施すことができる。

なお、本実施形態では、フライス加工等の切削加工にて溝４１を形成しているが、ロータハウジング７を鋳造やダイカストにて製造する際に、同時に溝４１を形成してもよい。

この場合も、溝４１の断面形状を略三角形とすれば、容易に抜き勾配を確保することができるので、フライス加工等の切削加工と同様に、ロータハウジング７の製造工数を低減することができる。

（第２実施形態）
図４および図５は第２実施形態を示すものであり、図４は気体圧縮装置の断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図であり、以下、図４、図５に基づいて第１実施形態との相違点を中心に第２実施形態を説明する。

すなわち、本実施形態では、連通路をなす溝の形状を、円錐状の窪み部４１としたものである。なお、窪み部４１の最大直径は、ロータ１、２のねじピッチ寸法ｐ以下である。

これにより、連通路をなす窪み部４１の加工工数をより低減することができる。

なお、図４および図５において、第１実施形態と同一符号は同一機能物を示すものであるので、本実施形態においては説明を省略している。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、隣り合う圧縮室１０ａ、１０ｂ間を連通させたが、本実施形態はこれに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、ロータハウジング７の内周に形成された溝４１または窪み４１により連通路を構成したが、本実施形態は、これに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、燃焼用空気を圧縮する気体圧縮装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば水素等のその他の気体を圧縮する気体圧縮装置に適用してもよい。

また、連通路をなす溝４１または窪み４１の形成位置および大きさは、上述の実施形態に示されたものに限定されるものではなく、連通路をなす溝４１または窪み４１の形成位置および大きさは、隣り合う圧縮室１０ａ、１０ｂ間の漏れ量、つまりロータ１、２とロータハウジング７内壁との隙間、圧縮比、回転数（漏れ長さ）、吐出部の圧力損失、各部品の加工精度等によって適宜選択されるものである。

また、上述の実施形態では、スクリュー型の気体圧縮機に本発明を適用したが、本発明はこれに限定ものではなく、例えばルーツ型やスクロール型等の容積型圧縮機にも適用することができる。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に気体圧縮装置の軸方向に沿う断面図である。本発明の第１実施形態に気体圧縮装置の一対のロータの斜視図である。図１に記載のハウジング７のＡ−Ａ断面図である。本発明の第２実施形態に気体圧縮装置の軸方向に沿う断面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１…オスロータ、２…メスロータ、３…回転伝達機構、４…ケーシング、
６…潤滑ボックス、７…ロータハウジング、９…潤滑油空間、１０…ロータ室、
３５…吸入口、３６…吐出口、４１…連通路（溝）。

Claims

ハウジング（７）内で可動部材（１、２）を稼動させて気体を圧縮する圧縮機構（１、２）を有する気体圧縮装置であって、
前記ハウジング（７）と前記可動部材（１、２）とによって形成される複数個の圧縮室（１０ａ）間を連通させる連通路（４１）が設けられていることを特徴とする気体圧縮装置。
前記圧縮機機構は、前記可動部材として互いに噛み合う一対のねじ状のロータ（１、２）を有して構成されたスクリュー型圧縮機構であることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮装置。
前記連通路は、前記ハウジング（７）のうち前記可動部材（１、２）と面する内周面に溝部（４１）を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の気体圧縮装置。
前記溝部（４１）は、前記ハウジング（７）の内周面のうち円周曲面（７ａ）に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の気体圧縮装置。
前記連通路（４１）の断面形状は、略三角形であることを特徴とする請求項３または４に記載の気体圧縮装置。
前記連通路をなす前記溝部（４１）は、前記可動部材（１、２）の軸方向に略平行に延びていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。
前記連通路をなす前記溝部（４１）は、前記ハウジング（７）の内壁のうち前記ハウジング（７）に設けられた吸入口（３５）と対向する位置にある内壁に形成されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。
前記連通路をなす前記溝部（４１）の軸方向長さは、前記可動部材をなす前記ロータ（１、２）のねじピッチ寸法以下であることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。
前記連通路（４１）は、隣り合う前記圧縮室（１０ａ）間を連通させることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。