JP4379901B2

JP4379901B2 - 機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構

Info

Publication number: JP4379901B2
Application number: JP2000143024A
Authority: JP
Inventors: 然奈堀; 薫金子; 光史前山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP2001323819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、ギヤ室の内部に潤滑オイルを封入した機械駆動式過給機に係り、特にオイル漏れの防止を図った機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関にはターボチャージャーが使用されている。内燃機関では、通常ピストンの加工行程に生じるシリンダー内の負圧によって混合気又は空気を吸入する。しかし、バルブを開いている短い時間内に十分な吸気を行うことは困難である。そこで、ポンプに混合気又は空気を積極的に押し込むことにより、シリンダーの容積効果があり、実効圧縮比、爆発圧力共に高め、出力を向上させたものがスーパーチャージャーである。
【０００３】
例えば、自動車エンジン過給用としては、容積式スーパーチャージャーのルーツブロワに対し、より高過給可能なスクリュー式過給機が提案されている。このスクリュー式過給機は、図３に示すように、ケーシング１に駆動軸２を挿入し、これらと一体的なギヤ３とギヤ４がギヤ室５内で噛合しているものである。ギヤ４は雄スクリューロータ６と回転軸７で連結し、ギヤ３は雌スクリューロータ８と回転軸９で連結してある。雌雄のスクリューロータ６，８は、空気室１０で互いに螺合回転するようになっている（特開平７−２７９６７８号参照）。
【０００４】
この捩じれた雌雄一対のスクリューロータ６，８を螺合駆動することにより、空気を吸い込み、ねじ螺合部の容積収縮にて圧縮させて吐出するものである。このスクリュー式の過給機は過給圧力の増加時のロスは少ないが、スクリューロータの端面（圧力上昇側）における圧力変動があるため、ギヤ室５に対する考慮対策が必要である。
【０００５】
更に、機械駆動式過給機における性能の確保及びオイルシールの長寿命化を狙い、クリアランスシール（又はラビリンスシール）を用いている。例えば、ギヤ室５において、回転軸７はスリーブを介してオイルシール１１と軸方向のラビリンスシール１２に接し、これらの間の空隙１３が通路１４及び逆止弁１５を介して大気へ連通するようになっている。
【０００６】
この従来の過給機は、吐出側がエンジン吸入系と接続連通しており、このためにエンジン吸入負圧時に、ギヤ室５における空隙１３が負圧になると、逆止弁１５から大気を吸入して圧力の変動をやわらげ、このギヤ室５からのオイル漏れを防止するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この機械駆動式過給機は、その回転によって、ギヤ室５の温度が上昇していき、ギヤ室５内の圧力も上昇して焼き付きを起こすことがあった。そこで、換気用の通路１４を介してギヤ室５内の空気を外部へ排出して圧力を下げていた。しかし、この換気用の通路１４に設けたフィルタ（図示していない）に直接潤滑オイルなどの液体がかかるのを防ぐために、防護壁を付けたりする場合もあった。この防護壁等をかいくぐり、潤滑オイル等がフィルタに直接かかってしまうと、その潤滑オイルがフィルタで目詰まりし、換気機能を喪失してしまうという問題があった。
【０００８】
また、ギヤ室５の温度が上昇した際には、潤滑オイルもミスト状態になっているため、従来のような、通路１４から気体を外部へ排出する方法では、空気だけでなくミスト状態の潤滑オイルも同時の排出することになり、結果としてオイル漏れを防止できないという問題があった。
【０００９】
更に、特開平５−３１２１６号に示すような圧力平衡室を機械駆動式過給機に設けて圧力差を低減させる手段も提案されているが、その装置が複雑になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、過給機に簡単な構成を付加することで、密閉されたギヤ室から潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がしギヤ室の内圧を緩和することができる機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、駆動装置からギヤ室（５）内のギヤ（３，４）を介して駆動し、前記ギヤ室（５）に隔壁（１６）を介して隣接する空気室（１０）において相互に螺合する雌雄一対のスクリューロータ（６，８）をケーシング（１）に回転自在に支持し、該スクリューロータ（６，８）の駆動回転により空気を吸入し圧縮して吐出する機械駆動式過給機であって、前記スクリューロータ（８）の回転軸（９）に、該回転軸（９）の軸方向の中心線に沿って前記ギヤ（３，４）部分からの貫通孔（１８）を設けると共に、該回転軸（８）の途中の外周面から前記貫通孔（１８）に向けて油逃げ孔（２０）開け、かつ該貫通孔（１８）に連続して外部へ通気する排気孔（１９）とからなる換気孔（１７）と、前記排気孔（１９）に取り付けたフィルタ（２２）と、を備え、高速で回転する前記回転軸（９）の遠心力により、前記貫通孔（１８）内において、液体の潤滑オイルを油逃げ孔（２０）から吹き飛ばし、気体のみを前記換気孔（１７）を通過させ、外部へ排出させるように構成したこと、を特徴とする機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構が提供される。
【００１２】
上記発明の構成では、ギヤ室（５）内が高速回転の温度上昇によって圧力が上昇しても、空気等の気体を換気孔（１７）から外部へ排気するので、ギヤ室（５）内の圧力を低下させることができる。なお、ギヤ室（５）の内部に封入した、ミスト状態になっている潤滑オイルは、ギヤ（３，４）部分の開口（１８ａ）から入り、高速で回転している回転軸（９）の遠心力により、貫通孔（１８）内において比重の大きい液体（潤滑オイル）と気体（空気）と分離し、液体の潤滑オイルを油逃げ孔（２０）から吹き飛ばし、気体のみを換気孔（１７）を通過させ、外部へ排出させることができる。
【００１３】
従って、密閉されたギヤ室（５）等の内圧を、潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がすことができる。換気孔（１７）に取り付けたフィルタ（２２）によって、潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がす効果を増大させることができる。
【００１４】
前記排気孔（１９）の内径は、前記貫通孔（１８）の内径より、細くなるように形成したものである。前記排気孔（１９）と前記貫通孔（１８）との連通部分には、テーパ（２１）を形成してある。
【００１５】
このように、換気孔（１７）を構成する貫通孔（１８）の内径は、ギヤ室（５）側が太くなるように形成し、回転軸（９）の遠心力により液体の潤滑オイルが、気体と分離しやすいようになっている。単に、外部へ空気を排出するだけの換気孔（１７）の出口側の排気孔（１９）は細くなっている。更に、ギヤ室（５）側の太い内径部分の一端に形成したテーパ（２１）において、潤滑オイルが遠心力で飛ばされやすいようになっている。
【００１６】
前記フィルタ（２２）は、前記排気孔（１９）の内径部分であって、かつ前記テーパ（２１）近くに設けてある。油逃げ孔（２０）を、前記貫通孔（１８）の内径部分であって、かつ前記テーパ（２１）近くに設けてある。フィルタ（２２）は、例えば焼結金属を用いることができる。
【００１７】
このように、テーパ（２１）部分において潤滑オイルを分離した空気を、更にこのテーパ（２１）部分近傍に設けたフィルタ（２２）で分離するので、潤滑オイルが外部へ漏れることを確実に防止している。一方、分離された潤滑オイルは、テーパ（２１）部分近傍に設けた油逃げ孔（２０）から吹き飛ばされ、ギヤ室（５）に戻される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、図において共通の部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は本発明の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構を示す側断面図である。本発明の機械駆動式過給機は、図３で示したものと同様に、モータ等の駆動装置からギヤ室５内のギヤ３，４を介して駆動し、ギヤ室５に隔壁１６を介して隣接する空気室１０において相互に螺合する雌雄一対のスクリューロータ６，８をケーシング１に回転自在に支持したものである。
【００１９】
この捩じれた雌雄一対のスクリューロータ６，８は、螺合駆動することにより、空気を吸い込み、ねじ螺合部の容積収縮にて圧縮させて吐出する。この機械駆動式過給機は過給圧力の増加時のロスは少ないが、スクリューロータ６，８の端面（圧力上昇側）における圧力変動がある。ギヤ室５には、密閉され潤滑オイル等の液体が充填してある。しかし、スクリューロータ６，８の回転により高温になったギヤ室５の内圧を緩和するために、潤滑オイル等の液体を漏らさずに、空気等の気体だけを外部へ逃がす必要がある。
【００２０】
図２は回転軸部分を示す拡大断面図である。
本発明の雌スクリューロータ８の回転軸９には、ギヤ室５内の空気を機械駆動式過給機の外部へ排出する換気孔１７を設けてある。この換気孔１７は、回転軸９の軸方向の中心線に沿って貫通孔１８をギヤ４部分から駆動装置部分まで設けたものである。更に、この回転軸９のギヤ室５側の外周面に、貫通孔１８に向けて油逃げ孔２０を開け、かつ連通させてある。なお、図示例では、雌スクリューロータ８の回転軸９に換気孔１７を設けた例を示してあるが、換気孔１７はこのように雌スクリューロータ８の回転軸９に限定されず、雄スクリューロータ６の回転軸７であってもよい。
【００２１】
この換気孔１７は、ギヤ室５内がスクリューロータ６，８の高速回転の温度上昇によって圧力が上昇した際に、空気等の気体を機械駆動式過給機の外部へ排気させ、ギヤ室５内の圧力を低下させるものである。しかし、この換気孔１７では、ギヤ室５の内部に封入した潤滑オイルが、高速で回転している回転軸９の遠心力により、ミスト状態になっている潤滑オイルは、ギヤ３，４部分の開口１８ａから入り、貫通孔１８内において比重の大きい液体（潤滑オイル）と気体（空気）と分離する。この分離した液体の潤滑オイルを油逃げ孔２０から吹き飛ばし、気体のみを換気孔１７の排気孔１９を通過させ、外部へ排出させることができるので、ギヤ室５内の圧力を低下させることができる。
【００２２】
図２の拡大断面図に示すように、本発明の換気孔１７は、出口側の排気孔１９の内径が、ギヤ室５側の貫通孔１８より、細くなるように形成してある。これは、油逃げ孔２０を開けた貫通孔１８の内径は太く形成して、回転する回転軸９の遠心力により液体の潤滑オイルが気体から分離されやすくするためである。逆に、外部へ空気を排出するが、潤滑オイルが排出しづらいように、換気孔１７の出口側の排気孔１９は細くなっている。
【００２３】
この貫通孔１８には、出口側の細い内径部分とギヤ室５側の太い内径部分との連結部分に略漏斗状にテーパ２１を形成してある。これは、ギヤ室５側の太い内径部分の一端に形成したテーパ２１において、潤滑オイルが遠心力で飛ばされやすくするためである。油逃げ孔２０は、貫通孔１８のギヤ室５側の太い内径部分であって、かつテーパ２１近くに設けてある。
【００２４】
焼結金属等から成るフィルタ２２は、換気孔１７の出口側の細い排気孔１９の内径部分であって、かつテーパ２１近くに設けてある。このフィルタ２２は、テーパ２１部分において潤滑オイルと分離した空気だけを外部へ排出させ、更に潤滑オイルが外部へ漏れることを確実に防止するものである。
【００２５】
一方、分離された潤滑オイルは、テーパ２１部分近傍に設けた油逃げ孔２０から吹き飛ばされ、ギヤ室５に戻される。このように、本発明の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構ではギヤ室から潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がすことにより、ギヤ室の内圧を緩和することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、ギヤ室５から潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がすために、雌スクリューロータ８の回転軸９に換気孔１７を軸方向に設けた実施の形態について説明してあるが、この回転軸にギヤ室５から外部に通じる換気孔１７を設けることによりギヤ室の内圧を緩和するものであれば、スクリュー式過給機に限定されず、他の方式の過給機に応用することができ、そのため本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構は、ギヤ室内が高速回転の温度上昇によって圧力が上昇しても、ミスト状態になっている潤滑オイルは、貫通孔のギヤ部分の開口から入り、高速で回転している回転軸の遠心力により、この貫通孔内において比重の大きい液体（潤滑オイル）と気体（空気）と分離し、液体の潤滑オイルを油逃げ孔から吹き飛ばし、気体のみを換気孔を通過させ、機械駆動式過給機の外部へ排出させることができる。そこで、ギヤ室内の圧力を低下させることができ、密閉されたギヤ室等の内圧を、潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がすことができる。特に、換気孔に取り付けたフィルタによって、潤滑オイル等の液体を漏らすことなく、気体だけを外部へ逃がす効果を増大させることができる。
【００２８】
また、本発明では、回転軸の軸方向中心部分の排気孔にフィルタを設置することで、遠心力で潤滑オイルなどの液体が外周方向に飛散することにより、フィルタに液滴が付着することを防止するので、フィルタを気体のみが通過することにより、潤滑オイルの減少が大幅に改善され、メンテナンスフリーを可能にすることができる、等の優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構を示す側断面図である。
【図２】回転軸の部分拡大断面図である。
【図３】従来の機械駆動式過給機におけるギヤ室を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
３ギヤ
４ギヤ
５ギヤ室
６雄スクリューロータ
７回転軸
８雌スクリューロータ
９回転軸
１０空気室
１６隔壁
１７換気孔
１８貫通孔
１９排気孔
２０油逃げ孔
２１テーパ
２２フィルタ

Claims

駆動装置からギヤ室（５）内のギヤ（３，４）を介して駆動し、前記ギヤ室（５）に隔壁（１６）を介して隣接する空気室（１０）において相互に螺合する雌雄一対のスクリューロータ（６，８）をケーシング（１）に回転自在に支持し、該スクリューロータ（６，８）の駆動回転により空気を吸入し圧縮して吐出する機械駆動式過給機であって、
前記スクリューロータ（８）の回転軸（９）に、該回転軸（９）の軸方向の中心線に沿って前記ギヤ（３，４）部分からの貫通孔（１８）を設けると共に、該回転軸（８）の途中の外周面から前記貫通孔（１８）に向けて油逃げ孔（２０）開け、かつ該貫通孔（１８）に連続して外部へ通気する排気孔（１９）とからなる換気孔（１７）と、
前記排気孔（１９）に取り付けたフィルタ（２２）と、を備え、
高速で回転する前記回転軸（９）の遠心力により、前記貫通孔（１８）内において、液体の潤滑オイルを油逃げ孔（２０）から吹き飛ばし、気体のみを前記換気孔（１７）を通過させ、外部へ排出させるように構成したこと、
を特徴とする機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。
前記排気孔（１９）の内径が、前記貫通孔（１８）の内径より、細くなるように形成したものであること、
を特徴とする請求項１の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。
前記排気孔（１９）と前記貫通孔（１８）との連通部分に、テーパ（２１）を形成したものであること、
を特徴とする請求項１又は２の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。
前記フィルタ（２２）を、前記排気孔（１９）の内径部分であって、かつ前記テーパ（２１）近くに設けたこと、
を特徴とする請求項１、２又は３の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。
前記油逃げ孔（２０）を、前記貫通孔（１８）の内径部分であって、かつ前記テーパ（２１）近くに設けたこと、
を特徴とする請求項１、２、３又は４の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。
前記フィルタ（２２）が、焼結金属であること、
を特徴とする請求項１、２、３、４又は５の機械駆動式過給機における回転軸の気液分離機構。