JP2008025351A - スクリュー形過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中におけるロータ間の隙間の変動を抑えて、圧縮効率の低下を防止することのできるスクリュー形過給機を提供する。
【解決手段】本発明のスクリュー形過給機１は、螺旋状に形成された雄ロータ２と雌ロータ３とを噛み合わせて回転駆動し、吸入口１１から吸込んだ空気を雄ロータ２と雌ロータ３との間で圧縮して吐出口から吐出する構造において、雄ロータ２の軸受を固定する部分と雌ロータ３の軸受を固定する部分とを一体構造とした軸受ケーシング部１２、１３を設け、この軸受ケーシング部１２、１３を雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低い線膨張係数の部材で形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等に空気を供給するスクリュー形過給機に係り、特に雄ロータと雌ロータとの間の隙間を減少させて圧縮効率の低下を防止することができるスクリュー形過給機に関する。

スクリュー形過給機は、螺旋状の雄ロータと、これに噛み合う雌ロータとをケーシング内で相互に逆回転させ、その一端から空気を吸込み、雄ロータ及び雌ロータとケーシングとの間で区画された空間内に導いて圧縮し、これを軸方向に圧送して他端に形成された吐出ポートから吐出する構造となっている。

このようなスクリュー形過給機では、空気を圧縮しているために運転時には吐出口側が高温となり、ロータやケーシングが熱膨張する。また、ロータやケーシングはおもにアルミニウム合金で形成されているため、温度上昇による伸びが大きく、ロータ周辺の隙間が増大して空気の圧縮効率を低下させてしまうという問題点があった。

そこで、スクリュー形過給機において熱膨張による隙間の増大を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、ロータ周辺の隙間としては、雄ロータと雌ロータとの間の隙間やロータとケーシングとの間の隙間がある。このうち、熱膨張による隙間の増大によって、圧縮効率の低下に最も影響を及ぼすのが、雄ロータと雌ロータとの間の隙間である。
特開平８−４６７５号公報 特開平１１−１０６３４３号公報

上記特開平１１−１０６３４３号に示された容積形ポンプでは、圧縮効率の低下に最も影響を及ぼすロータ間の隙間の増大を抑制することが難しく、圧縮効率の低下を効果的に改善することは技術的に考慮されていなかった。

また、ロータ間の隙間は、圧力比を上げて吐出時の温度が上がることによって生じたり、ロータの回転による遠心力によって減少したりするため、特開平８−４６７５号のスクリュ−圧縮機では、最高回転数の領域で最適となるようにロータ間の隙間を設定している。しかしながら、このように最高回転数の領域で最適となるようにロータ間の隙間を設定すると、圧力比が低い場合やロータの回転数が低い場合には、逆にロータ間の隙間が大きくなってしまい、圧縮効率が低下してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、雄ロータと雌ロータとの間の隙間の増大を抑制して圧縮効率の低下を防止するようにしたスクリュー形過給機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のスクリュー形過給機は、螺旋状に形成された雄ロータと雌ロータとを噛み合わせて回転駆動し、吸入口から吸込んだ空気を前記雄ロータと前記雌ロータとの間で圧縮して吐出口から吐出するスクリュー形過給機において、前記雄ロータの回転軸の軸受を固定する部分と前記雌ロータの回転軸の軸受を固定する部分とを一体構造としたケーシングを備え、当該ケーシングを前記雄ロータ及び前記雌ロータの線膨張係数よりも低い線膨張係数の部材で形成したことを特徴とする。

本発明のスクリュー形過給機によれば、高速回転時の温度上昇によるケーシングの伸びが抑えられるため、雄ロータと雌ロータとの間の隙間の増大を抑制することができ、これによって雄ロータと雌ロータとの間から漏れる空気の量を減らして圧縮効率の低下を防止することができる。また、低速回転時にはロータ間の隙間を従来より小さくすることができるので、圧縮効率の低下を防止することができる。

したがって、本発明では、高回転時だけでなく低回転時においてもロータ間の隙間を小さくすることができるので、運転中の温度変化によるロータ間の隙間の変動を抑えて、圧縮効率の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るスクリュー形過給機の構造を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態のスクリュー形過給機１は、互いに噛み合って吸込んだ空気を圧縮する雄ロータ２及び雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を収納したロータケーシング４と、雄ロータ２の回転軸となるＭ軸５と、Ｍ軸５の吸入口側を回転可能に支持する吸入側軸受６と、Ｍ軸５の吐出口側を回転可能に支持する吐出側軸受７と、雌ロータ３の回転軸となるＦ軸８と、Ｆ軸８の吸入口側を回転可能に支持する吸入側軸受９と、Ｆ軸８の吐出口側を回転可能に支持する吐出側軸受１０と、雄ロータ２及び雌ロータ３に空気を供給する吸入口１１と、吸入側軸受６、９が固定されている吸入側軸受ケーシング部１２と、吐出側軸受７、１０が固定されている吐出側軸受ケーシング部１３と、Ｍ軸５及びＦ軸８を回転駆動するタイミングギア１４、１５とを備えている。

雄ロータ２は、図２に示すように、羽根２１とＭ軸５によって構成されており、羽根２１はアルミニウム合金によって形成され、Ｍ軸５は主に鉄で形成されている。そして、雄ロータ２の鋳造時に鉄のシャフトを鋳込むことによって羽根２１とＭ軸５を一体化して製造することができる。同様に、雌ロータ３についてもアルミニウム合金で形成された羽根３１と、主に鉄で形成されたＦ軸８によって構成されている。さらに、雄ロータ２と雌ロータ３は図３に示すようにロータケーシング４内に設置され、互いに噛み合うように組み込まれている。ここで、雄ロータ２と雌ロータ３との軸間は、低温時にロータ間の隙間が最適となる距離に設定されている。すなわち、ロータ間の軸間距離は、雄ロータ２の羽根２１、雌ロータ３、吸入側軸受ケーシング部１２、及び、吐出側軸受ケーシング部１３の熱膨張を考慮して、雄ロータ２の羽根２１と雌ロータ３の羽根３１の形状から高温時にロータ間の隙間が最適となるように設定されている。

次に、吸入側軸受ケーシング部１２の構造を図４に基づいて説明する。図４は図１のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、吸入側軸受ケーシング部１２は、吸入側軸受６を固定する部分と吸入側軸受９を固定する部分とが一体構造となるように形成されており、雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する部材によって形成されている。例えば、雄ロータ２及び雌ロータ３はアルミニウム合金で形成した場合、吸入側軸受ケーシング部１２はアルミニウム合金よりも線膨張係数の低い鉄などで形成される。

また、吐出側軸受ケーシング部１３も吸入側軸受ケーシング部１２と同様に吐出側軸受７を固定する部分と吐出側軸受１０を固定する部分とが一体構造となるように形成され、雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する部材によって形成されている。

なお、吸入側軸受ケーシング部１２と吐出側軸受ケーシング部１３は、ロータケーシング４に埋め込んだり、圧入することによっても形成することができる。あるいは、ロータケーシング４の鋳造時に同時に鋳込むことによって製造することも可能である。

このように構成された本実施形態のスクリュー形過給機１は、互いに噛み合った雄ロータ２と雌ロータ３とをエンジンの出力等で互いに逆方向に回転駆動し、吸入口１１から導入した空気を２本のロータ間で圧縮して吐出口から加圧空気として吐出している。そして、スクリュー形過給機１から吐出された加圧空気は、内燃機関の給気側に過給されるようになっている。

このとき、圧力比を高くすると吐出時の温度が上昇し、また回転の遠心力による外側への伸びも生じる。このため、従来のようにロータの軸受周辺をアルミニウム合金で形成した場合は、高温時にロータ間の隙間が最適となるようにロータ間の軸間を設定する必要があり、低温時に雄ロータ２と雌ロータ３との間の軸間が拡大し、ロータ間の隙間が増大してしまうことになる。

しかしながら、本実施形態のスクリュー形過給機１では、雄ロータ２及び雌ロータ３の軸受周辺、すなわち吸入側軸受ケーシング部１２と吐出側軸受ケーシング部１３を一体構造とし、且つ雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低い線膨張係数の部材で形成したので、高温時におけるロータ間の軸間の広がりを防止してロータ間の隙間の増大を抑制することができる。

これによって、高温時にロータ間から漏れる空気の量を減らすことができ、圧縮効率の低下を防止することができる。

また、従来は最高回転数の領域でロータ間の隙間が最適となるなるようにロータ間の軸間が設定されていたので、圧力比が低いときや回転数が低いときなどの低温時にはロータ間の隙間が増大して圧縮効率が悪くなっていた。

しかしながら、本実施形態のスクリュー形過給機１では、吸入側軸受ケーシング部１２と吐出側軸受ケーシング部１３の線膨張係数を雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低くしているため、高温時における熱膨張の影響を考慮してロータ間の軸間を広げる必要がなく、ロータ間の軸間を低温時にロータ間の隙間が最適となるように設定することができる。したがって、低温時においてもロータ間の隙間が増大することがなく、圧縮効率の低下を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態のスクリュー形過給機１では、吸入側軸受ケーシング部１２と吐出側軸受ケーシング部１３とをそれぞれ一体構造とし、且つこれらケーシング部の線膨張係数を雄ロータ２及び雌ロータ３の線膨張係数よりも低くしたので、高温時における雄ロータ２と雌ロータ３との間の隙間の増大を抑制することができ、これによってロータ間から漏れる空気の量を減らして圧縮効率の低下を防止することができる。また、低温時ではロータ間の隙間が最適となるため、低温時においてロータ間の隙間が増大することがなく、圧縮効率の低下を防止することができる。

したがって、本発明によれば、低温時におけるロータ間の隙間と高温時におけるロータ間の隙間との差を小さくできるので、運転中におけるロータ間の隙間の変動を抑えることができ、これによって圧縮効率の低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の雄ロータ及び雌ロータの構造を示す図である。 本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の軸受部分の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ スクリュー形過給機
２ 雄ロータ
３ 雌ロータ
４ ロータケーシング
５ Ｍ軸
６ 吸入側軸受
７ 吐出側軸受
８ Ｆ軸
９ 吸入側軸受
１０ 吐出側軸受
１１ 吸入口
１２ 吸入側軸受ケーシング部
１３ 吐出側軸受ケーシング部
１４、１５ タイミングギア
２１、３１ 羽根

Claims (1)

1. 螺旋状に形成された雄ロータと雌ロータとを噛み合わせて回転駆動し、吸入口から吸込んだ空気を前記雄ロータと前記雌ロータとの間で圧縮して吐出口から吐出するスクリュー形過給機において、
   前記雄ロータの回転軸の軸受を固定する部分と前記雌ロータの回転軸の軸受を固定する部分とを一体構造としたケーシングを備え、当該ケーシングを前記雄ロータ及び前記雌ロータの線膨張係数よりも低い線膨張係数の部材で形成したことを特徴とするスクリュー形過給機。

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