JPH0810694Y2 - 内燃機関用ルーツポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関用ルーツポンプに関する。

〔従来の技術〕

ルーツポンプにおいてロータとハウジング周壁間に閉
鎖空間が形成された時に、この閉鎖空間と吐出口外部と
を連通路を介して互いに連通せしめることにより吐出口
外部内の高圧空気を閉鎖空間内へ流入せしめ、閉鎖空間
内の空気を昇圧せしめた後に吐出口が閉鎖空間に開口す
る逆流防止装置を備えたルーツポンプが公知である（実
開昭62−101086公報参照）。このルーツポンプでは吐出
口がロータによって形成される閉鎖空間に完全に開口す
る前にあらかじめ、吐出口外部内の高圧空気を閉鎖空間
内に逆流入させることによって、吐出口が閉鎖空間に開
口した時に吐出口外部からの逆流が比較的緩やかとな
り、従って逆流が原因で発生する騒音や振動を低減する
ようにしていた。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながらこのルーツポンプではハウジング内の閉
鎖空間と吐出口外部とが連通路を介して互いに連通され
た際に、高圧をなす吐出口外部内の空気が閉鎖空間内に
向けてかなり急激に逆流入するため、ロータが衝撃を受
けて騒音が発生し、従って騒音低減効果が不十分である
という問題がある。更に、ルーツポンプから一旦吐出さ
れた高圧空気を再びルーツポンプ内に逆流させるとそれ
だけ効率が低下し、斯くして上述のルーツポンプでは高
い効率を得ることができない。

〔課題を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために本考案によれば、互いに
噛合しつつ回転する一対の複葉状ロータをハウジング内
に配置して、ハウジングの周壁面に形成された吸入口か
らハウジング内に吸入した空気をハウジングに形成され
た吐出口から吐出するようにした内燃機関用ルーツポン
プにおいて、吐出口をハウジングの軸方向端面上に形成
した主吐出口と、吸入口と反対側においてハウジング内
に開口する副吐出口とにより構成し、一方のロータの軸
方向端面上に主吐出口を開閉制御する遮蔽板を固定し、
吸入口と反対側に位置するハウジング周壁および一対の
ロータにより形成される第１の閉鎖空間と、遮蔽板を備
えたロータおよびハウジング周壁間に形成される第２の
閉鎖空間とを連通路を介して互いに連通せしめて連通路
により互いに連通された第１閉鎖空間と第２閉鎖空間の
容積が減少した後に遮蔽板が主吐出口を開口せしめるよ
うにし、更に機関低負荷時に開弁し且つ機関高負荷時に
閉弁する開閉弁装置を副吐出口に設けて機関高負荷時に
は主吐出口からのみ空気を吐出せしめると共に機関低負
荷時には主吐出口および副吐出口の双方から空気を吐出
せしめるようにしている。

〔作用〕

副吐出口に設けられた開閉弁装置が閉弁せしめられる
機関高負荷時には、吸入口からハウジング内に吸入され
た空気が連通路によって互いに連通せしめられた第１閉
鎖空間と第２閉鎖空間の内部に閉じ込められ、この第１
および第２閉鎖空間の容積がロータの回転につれて減少
することにより内部の空気の圧力が上昇した後に、遮蔽
板が主吐出口を開口せしめて空気が主吐出口外部へ吐出
される。

一方、副吐出口はハウジング内に開口しており、従っ
て副吐出口に設けられた開閉弁装置が開弁せしめられる
機関低負荷時には、吸入口からハウジング内に吸入され
た空気が一旦ハウジング内に閉じ込められた後に前述の
内部圧縮による昇圧を受けることなく副吐出口および主
吐出口の双方からハウジング外部に吐出される。

〔実施例〕

第１図を参照すると、１はハウジング、2,3は一対の
双葉状ロータ、４は吸入口、５は主吐出口、20は副吐出
口を夫々示す。一対のロータ2,3は互いに90度の位相差
をもち、微少クリアランスをもって噛合しつつ矢印で示
されるように互いに逆方向に回転するようにハウジング
１内に配置される。即ち、一方のロータ２の回転軸６の
端部にプーリ８が固定され、プーリ８はベルト（図示し
ない）を介して例えば内燃機関のクランク軸に連結さ
れ、ロータ２の回転軸６とロータ３の回転軸７には互い
に噛合する歯車9,10が夫々固定される。また吸入口４が
ハウジング１の周壁面に形成されると共に、主吐出口５
がハウジング１の軸方向端面上に形成され、更に常時ハ
ウジング１内に開口する副吐出口20が吸入口４と反対側
のハウジング１端面上に形成される。一方、ロータ２の
軸方向端面上には遮蔽板11が固定される。この遮蔽板11
は一部が切欠かれた円板形状をなし（第２図参照）、ロ
ータ２の回転に伴い主吐出口５を開閉制御する。ハウジ
ング１内には、吸入口４と反対側に位置するハウジング
１の周壁および一対のロータ2,3とにより第１の閉鎖空
間12が形成され、また遮蔽板11を備えたロータ２および
ハウジング１の周壁間に第２の閉鎖空間13が形成され
る。これら第１閉鎖空間12と第２閉鎖空間13は連通路14
を介して互いに連通せしめられる。一方、第３図に示す
ように、主吐出口５が主吐出通路21を介して吐出ダクト
24に連結され、副吐出口20に連結された副吐出通路22が
弁ポート23を介して主吐出通路21に連結される。開閉弁
装置30は、弁ポート23を開閉制御する弁体31と、この弁
体31に弁棒32を介して連結されたダイアフラム33と、こ
のダイアフラム33を弁体31の閉弁方向に向けて付勢する
スプリング34を備えた負圧室35とを具備する。この負圧
室35は大気に連通可能な電磁切換弁37を介して真空ポン
プ38に連結される。従ってこの電磁切換弁37を切換制御
することによって弁ポート23の開閉制御を行うことがで
きる。電磁切換弁37は電子制御ユニット40の出力信号に
基いて制御される。この電子制御ユニット40には機関吸
入空気量Ｑを表わす出力信号を発生するエアフローメー
タ41と、機関回転数Ｎを表わす出力信号を発生する回転
数センサ42とが接続される。

電子制御ユニット40内ではエアフローメータ41および
回転数センサ42の出力信号に基いて機関負荷Q/Nが算出
され、この機関負荷Q/Nに基いて電磁切換弁37が切換制
御される。即ち、機関負荷Q/Nが予め定められた負荷よ
りも低い機関低負荷運転時には電磁切換弁37の切換作用
によって負圧室35が真空ポンプ38に連結され、このとき
弁体31は弁ポート23を開口せしめる。一方、機関負荷Q/
Nが予め定められた負荷よりも高い機関高負荷運転時に
は電磁切換弁37の切換作用によって負圧室35が大気に開
放され、このとき弁体31が弁ポート23を閉鎖する。

次に第４図を参照して本考案によるルーツポンプの一
実施例の作動について説明する。

第４図は、一対のロータ2,3の回転に伴うルーツポン
プの作動状態の推移を示す。まず機関高負荷時つまり吐
出口外部の空気の圧力が高圧の場合について説明する。
この場合、開閉弁装置30は閉弁しており、従ってハウジ
ング１内の空気は主吐出口５からのみ吐出される。第４
図（ａ）において、吸入口４からハウジング１内に吸入
された空気が、連通路14を介して互いに連通している第
１閉鎖空間12および第２閉鎖空間13の内部に閉じ込めら
れている。一対のロータ2,3が矢印の方向へ回転するに
つれて第１閉鎖空間12の容積が減少し、斯くして第１閉
鎖空間12および第２閉鎖空間13内の空気が圧縮される。
次いでこの圧縮作用が進んだ後、第４図（ｂ）の状態に
おいて遮蔽板11が主吐出口５を開口させ始める。このと
き主吐出口５外部の圧力が高い場合には主吐出口５外部
の空気が第２閉鎖空間13内にわずかに逆流する。第４図
（ｂ）から第４図（ｃ）へ移行する間に第１閉鎖空間12
と第２閉鎖空間13とは併合せしめられ、この併合空間12
bの容積はロータ2,3が回転するにつれて、第１閉鎖空間
12と第２閉鎖空間13とが互いに連通せしめられていると
きに比べて更に減少し続ける。その結果、主吐出口５外
部からの逆流は停止し、併合空間12b内部において圧縮
された空気が主吐出口５の外部へ吐出される。次いで第
４図（ｄ）にて吐出作用を終了する。第４図（ｄ）の状
態において、併合空間12b内部には吐出圧とほぼ等しい
圧力の高圧空気が残留しており、また、ロータ３および
ハウジング１周壁間に形成された閉鎖空間15bと新たに
形成された第２閉鎖空間13との内部には、吸入口４から
吸入された吸入口圧力を有する気体が充填されている。
従って、第４図（ａ）の状態に移行する間に、併合空間
12bと閉鎖空間15bとが併合されて新たに第１閉鎖空間12
が形成されると共に、第２閉鎖空間13に連通路14を介し
て連通せしめられるがこのとき、併合空間12b内に残留
していた高圧空気が第１閉鎖空間12および第２閉鎖空間
13内に流入し、斯くしてこれら閉鎖空間12,13内の圧力
が上昇せしめられる。

これに対して吐出口外部の空気圧が低くなる機関低負
荷運転時には前述の内部圧縮作用により第４図（ｂ）の
段階において第１閉鎖空間12および第２閉鎖空間13内の
空気圧が吐出口外部内の空気圧よりもかなり高くなる。
このような場合にも開閉弁装置30を閉弁状態に保持して
おくとルーツポンプが過度な内部圧縮作用を行うことに
なり、斯くしてルーツポンプの駆動損失が増大する。そ
こで機関低負荷運転時には開閉弁装置30を開弁せしめ、
ハウジング１内の空気を副吐出口20および主吐出口５の
双方から吐出させるようにしてルーツポンプの駆動損失
を低減させるようにしている。

次に機関低負荷運転時における作動について説明す
る。第４図（ｃ）に示す状態では吸入口４からハウジン
グ１内に吸入された空気が閉鎖空間15b内に一旦閉じ込
められる。次いで第４図（ｄ）以降において、閉鎖空間
15b内の空気が副吐出口20から吐出される。一方、第４
図（ｄ）において第２閉鎖空間13内に一旦閉じ込められ
た空気が、第４図（ｂ）以降に主吐出口５から吐出され
る。この吐出開始時には吐出口外部からより高圧の空気
が閉鎖空間15bまたは第２閉鎖空間13内に逆流する。従
ってこれら閉鎖空間15b,13内の空気は一旦昇圧せしめら
れた後に吐出口外部に吐出される。なお、副吐出口20は
常時ハウジング１内に開口しており、従って閉鎖空間15
b,13,12内の空気は前述の内部圧縮作用を受けない。

次に第５図から第９図を参照して本考案によるルーツ
ポンプにおいて、開閉弁装置30を閉弁して主吐出口５か
らのみ空気を吐出させる場合と、開閉弁装置30を開弁し
て主吐出口５および副吐出口20の双方から空気を吐出さ
せる場合とに関してルーツポンプがなす圧縮仕事につい
て説明する。

第５図および第６図はそれぞれ、主吐出口５からのみ
空気を吐出させる場合と、主吐出口５および副吐出口20
の双方から空気を吐出させる場合における、ロータ回転
角とハウジング１内の閉鎖空間内圧力との関係を示して
いる。まず第５図について説明する。図中P₁は吸入口４
における空気圧を表わす。前述のように連通路14を介し
て互いに連通している第１閉鎖空間12および第２閉鎖空
間13内に閉じ込められた空気は、一対のロータ2,3が回
転するにつれて第１閉鎖空間12の容積が減少するので閉
鎖空間内部にて圧縮され、その結果第４図（ｂ）（ロー
タ回転角90°）の状態において空気圧P₂まで昇圧せし
められる。このロータ回転角90°の状態において遮蔽板
11が主吐出口５を開口させ始めるが、吐出ダクト24内の
空気圧が圧力P₂よりも高い時（機関負荷Q/Nが高い
時）には、第１および第２閉鎖空間12,13内の空気が主
吐出通路21からの空気の逆流入を受けると共に更に圧縮
されて圧力P₂″に達する。ここにおいて主吐出口５が開
口される前に第１および第２閉鎖空間12,13内の空気が
内部圧縮により圧力P₂まであらかじめ昇圧せしめられ
ているので、空気の逆流量は少なくて済み、その分だけ
ルーツポンプの効率を高めることができる。一方、吐出
ダクト24内の空気圧が圧力P₂よりも低い時（機関負荷
Q/Nが低い時）には第１および第２閉鎖空間12,13内の空
気が圧縮P₂′まで減圧せしめられながら主吐出通路21へ
吐出される。この減圧量が大きい場合にはルーツポンプ
が必要以上の内部圧縮作用による損失仕事を行ったこと
になり、従ってルーツポンプの効率が低下する。

次に第６図を参照しながら主吐出口５および副吐出口
20の双方から空気を吐出させる場合におけるロータ回転
角と閉鎖空間内圧力との関係について説明する。この場
合、副吐出口20は常時ハウジング１内に開口しており、
従ってハウジング１内の閉鎖空間15b,13内に一旦閉じ込
められた空気は内部圧縮作用を受けないことになる。次
いでこれら閉鎖空間15b,13が吐出口に連通せしめられる
と吐出口外部のより高圧の空気が閉鎖空間15b,13内に逆
流し、斯くして閉鎖空間15b,13内の圧力がP₂′又はP₂″
まで上昇せしめられる。この逆流による圧力上昇が大き
い場合（機関負荷Q/Nが高い場合）には逆流量が多いの
で、それだけルーツポンプの効率が低下する。

第７図および第８図はそれぞれ、機関負荷Q/Nが高い
場合と低い場合とにおけるハウジング１内の閉鎖空間の
比容積と圧力との関係を示している。まず第７図に示す
機関高負荷時について説明する。閉鎖空間内の空気の内
部圧縮が為された後に主吐出口５からのみ空気が吐出さ
れる場合には、ルーツポンプは第７図中の123３″４
の面積に相当する圧縮仕事を行う。一方、内部圧縮が為
されずに主吐出口５および副吐出口20の双方から空気が
吐出される場合には、ルーツポンプは第７図中の123′
４の面積に相当する圧縮仕事を行う。従って機関高負荷
時には主吐出口５のみから吐出させた方が、吐出ダクト
24からの空気の逆流が少なくなるか又は全くなくなるた
めに逆流による流れ損失が少なくて済み、斯くしてルー
ツポンプの効率が高くなる。次に第８図に示す機関低負
荷時について説明する。主吐出口５のみから空気が吐出
される場合にはルーツポンプは第８図中の124６の面
積に相当する圧縮仕事を行う。一方、主吐出口５および
副吐出口20の双方から空気が吐出される場合にはルーツ
ポンプは第８図中の124′５の面積に相当する圧縮仕事
を行う。従って閉鎖空間内の必要以上の内部圧縮作用に
よる損失仕事が吐出ダクト24からの逆流による流れ損失
よりも大きくなる時には、主吐出口５および副吐出口20
双方からの吐出の方が高効率となる。

第９図は機関負荷Q/Nとルーツポンプがなす圧縮仕事
との関係を示している。前述のように機関高負荷時には
主吐出口５のみから吐出させた方が圧縮仕事が少なくて
済み、一方機関低負荷時には主吐出口５および副吐出口
20双方から吐出させた方が圧縮仕事が少なくて済む。こ
の二つの吐出方式の関係は機関負荷Ｂ点において逆転す
る。従って機関負荷Q/NがＢ点よりも高い時には第３図
において開閉弁装置30を閉弁せしめて内部圧縮された空
気を主吐出口５からのみ吐出させ、一方機関負荷がＢ点
より低い時には開閉弁装置30を開弁せしめて内部圧縮作
用を受けない空気を主吐出口５および副吐出口20の双方
から吐出させることにより、ルーツポンプの効率を高め
ることができることになる。なお第９図に示す実施例で
は機関回転数Ｎにかかわらずに機関負荷のみに基いて開
閉弁装置30を開閉制御しているが開閉弁装置30の切換動
作を行う機関負荷Ｂを機関回転数Ｎに応じて変化させる
こともできる。また開閉弁装置30の切換動作に遅れをも
たせて緩やかな吐出作用を行わせることもできる。

なおこれまで述べた実施例では副吐出口20が吸入口４
と反対側におけるハウジング１の軸方向端面上に形成さ
れているが、第10図に示すように副吐出口20をハウジン
グ１の周壁面に形成することもできる。

また、ハウジング１の軸方向端面上に形成される主吐
出口５の位置、形状および大きさは協働する遮蔽板11の
形状に関連させて変更することができ、たとえば第11図
に示すような主吐出口５と遮蔽板11と副吐出口20を採用
することもできる。第11図においてロータ２による吸入
口４からの空気の吸入が完了した時のロータ回転角０°
として（第４図参照）、主吐出口５はロータ回転角がほ
ぼ90°の時にハウジング１内に開口し始めると共にロー
タ回転角がほぼ180°の時に開口を終了し、かつ回転軸
６の近傍からハウジング１の軸方向端面の外周円まで半
径方向に延びている。また副吐出口20は吸入口４と反対
側におけるハウジング１の周壁面に形成されている。

また第12図に示すように連通路14をハウジング１の周
壁面上に形成した凹溝により形成する代りに、ハウジン
グ１の周壁を外方に膨出させて第１閉鎖空間12と第２閉
鎖空間13とを連通せしめることもできる。また第１図に
おいてロータ2,3の双葉状部分は軸方向に直線状に延び
ているが、ロータ2,3の全体を軸方向においてねじられ
た形状に形成することもできる。またロータ2,3として
三葉状或いは四葉状のような多葉状のロータを使用する
こともできる。

〔考案の効果〕

機関高負荷時には主吐出口からのみ空気を吐出せし
め、連通路によって互いに連通された第１閉鎖空間と第
２閉鎖空間の容積が減少した後に遮蔽板が主吐出口を開
口せしめるので、主吐出口の開口前に閉鎖空間内の空気
が内部圧縮により昇圧せしめられ、従って主吐出口から
ルーツポンプ内への逆流がほとんどなく、もし逆流した
としてもその逆流量は少ない。一方機関低負荷時は主吐
出口および副吐出口の双方から空気を吐出せしめること
によって閉鎖空間内の空気が過度の内部圧縮作用を受け
ないようにしている。従って、機関負荷Q/Nにかかわら
ずにルーツポンプの効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はルーツポンプの側面断面図、第１図
（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってみた断面図、
第２図（ａ）は一方のロータに固定された遮蔽板を示す
正面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示された遮蔽板
の側面図、第３図は開閉弁装置の一実施例を示す部分縦
断面図、第４図は一対のロータの回転に伴うルーツポン
プの作動状態の推移を示す側面断面図、第５図は主吐出
口からのみ空気を吐出させる場合におけるロータ回転角
とハウジング内の閉鎖空間内圧力との関係を示す線図、
第６図は主吐出口および副吐出口の双方から空気を吐出
させる場合におけるロータ回転角とハウジング内の閉鎖
空間内圧力との関係を示す線図、第７図は機関高負荷時
における閉鎖空間の比容積と圧力との関係を示す線図、
第８図は機関低負荷時における閉鎖空間の比容積と圧力
との関係を示す線図、第９図は機関負荷Q/Nとルーツポ
ンプがなす圧縮仕事との関係を示す線図、第10図は副吐
出口の配置を変えたハウジングの別の実施例を示す側面
断面図、第11図は主吐出口および遮蔽板の配置と形状を
変えた本考案の更に別の実施例を示す側面断面図、第12
図は第１閉鎖空間と第２閉鎖空間とを連通せしめるよう
に形成されたハウジングの更に別の実施例を示す側面断
面図である。 １……ハウジング、２……ロータ、３……ロータ、４…
…吸入口、５……主吐出口、11……遮蔽板、12……第１
の閉鎖空間、13……第２の閉鎖空間、14……連通路、20
……副吐出口、30……開閉弁装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに噛合しつつ回転する一対の複葉状ロ
   ータをハウジング内に配置して、ハウジングの周壁面に
   形成された吸入口からハウジング内に吸入した空気をハ
   ウジングに形成された吐出口から吐出するようにした内
   燃機関用ルーツポンプにおいて、前記吐出口をハウジン
   グの軸方向端面上に形成した主吐出口と、前記吸入口と
   反対側においてハウジング内に開口する副吐出口とによ
   り構成し、一方のロータの軸方向端面上に前記主吐出口
   を開閉制御する遮蔽板を固定し、吸入口と反対側に位置
   するハウジング周壁および一対のロータにより形成され
   る第１の閉鎖空間と、遮蔽板を備えたロータおよびハウ
   ジング周壁間に形成される第２の閉鎖空間とを連通路を
   介して互いに連通せしめて前記連通路により互いに連通
   された第１閉鎖空間と第２閉鎖空間の容積が減少した後
   に遮蔽板が主吐出口を開口せしめるようにし、更に機関
   低負荷時に開弁し且つ機関高負荷時に閉弁する開閉弁装
   置を前記副吐出口に設けて機関高負荷時には主吐出口か
   らのみ空気を吐出せしめると共に機関低負荷時には主吐
   出口および副吐出口の双方から空気を吐出せしめるよう
   にした内燃機関用ルーツポンプ。