JP3876391B2 - ロータリ−ブロワ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーツ型のロータリーブロワに関し、特に逆流形のようなブロワに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知のように、ルーツブロワには、ハウジングによって横方向に重なり合うように形成された円筒室内に、互いに噛み合わせて配置されたローブ付きロータが設けられている。各ロータの噛み合っていない隣接するローブの間の空間は、各空間内において空気を機械的に圧縮することなく、空気を入口ポート開口から出口ポート開口に移送する。
【０００３】
一般的に、上述した形式のルーツブロワは、車両エンジン用のスーパーチャージャーとして用いられ、エンジンの機械的トルクの入力によってローブ付きロータが駆動される。出口ポートへ移送された空気は、車両エンジンの吸気マニホルド内にブースト圧を与えるのに利用されるが、その方法は当業者には公知の方法であり、本説明には直接的には関連していない。
【０００４】
ルーツブロワ型のスーパーチャージャーを評価するために用いられる基準として、一定の作動状態において特定量の空気を移送するために必要な馬力と、移送中の空気がスーパーチャージャーを流れるときに上昇する温度とがある。このような移送中の空気温度の上昇は、以下の詳細に説明するように、有効効率（断熱効率とも呼ばれる）の低下をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スーパーチャージャーを駆動するために必要な馬力は、エンジンの馬力出力の観点から見て、馬力の「損失」に相当することがはっきりわかっており、従って、必要な駆動馬力を最小限に抑えることが望ましい。空気がスーパーチャージャーを通過するときに空気温度が上昇する場合、このような温度上昇も馬力の損失に相当する。一般的に、スーパーチャージャーのような付属品を装備した車両には、スーパーチャージャーによってエンジンに移送される空気を冷却する機能を有するインタークーラが設けられている。インタークーラを通過する空気が高温であるほど、最適のエンジン効率を得るために望ましい温度まで空気の温度を降下させるインタークーラによって、消費される馬力が多くなる。
【０００６】
本発明の譲受人によってルーツブロワ型のスーパーチャージャーの体積効率を向上させるための多くの開発がなされてきた。特に、その開発は、米国特許第4,768,934 号および第5,078,583 号にそれぞれ図示および記載されているように、出口ポートおよび入口ポートの構造の改良に焦点が合わせられてきた。しかしながら、スーパーチャージャーの効率のさらなる向上が模索されており、特にスーパーチャージャーの有効効率を増加させるために多くの努力が払われている。スーパーチャージャーの断熱効果を大幅に増加させることによって、インタークーラをなくすことが可能となり、車両に用いた場合においては、車両のＯＥＭのコストを大きく節約することとなるであろう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ロータリーブロワの駆動に必要な馬力を大幅に減少させ、また同時に、有効効率を大幅に増加させた逆流形の改良されたロータリーブロワを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的を達成するため、本発明の改良された逆流形ロータリーブロワは、軸受プレート部分と、ハウジング部分と、入口端部壁部分とを含んだ、ハウジングアセンブリからなる。ハウジング部分は、長手方向を定める軸線を備えた２つの平行で横方向に重なり合った円筒室が画成されている。軸受プレート部分は、内側端部表面を画成し、円筒室は、出口端部が内側端部表面に接している。ハウジングアセンブリは一般に、入口端部壁部分側に配置された入口ポートを画成し、さらに、出口端部側に配置された出口ポートを画成している。噛み合った１対のロータは、円筒室内に回転可能に配置されており、各ロータは、前端部が入口端部壁部分に隣接して配置されると共に、後端部が軸受プレート部分に隣接して配置されたローブを含んでいる。ローブが噛み合ったロータは、圧縮可能な入口ポートの流体を各ロータの噛み合っていないローブの間の空間によって出口ポートに移送する。出口ポートは、長手方向に対してほぼ直交する向きにポート端部表面を画成している。
【０００９】
改良されたロータリーブロワは、出口ポートのポート端部表面が軸受プレート部分の内側端部表面によって画成された平面にほぼ配置されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明のさらに限定された特徴によれば、改良されたロータリーブロワは、ロータの回転時に、両ロータの後端部が協働して流体出口領域を画成することを特徴としている。軸受プレート部分の内側端部表面は、流体出口の軸方向に配置された逃がし表面を有する逃がし室を画成している。出口ポートのポート端部表面は、逃がし表面によって画成される平面上にほぼ配置されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１および２は、ルーツ型のロータリーブロワ11を示している。従来の技術で述べたように、ブロワは、主に空気等の圧縮性の流体を、出口ポートに達する前に移送体積を圧縮しないように、入口ポートから出口ポートに移送するために用いられている。ロータは、いくぶん歯車形ポンプのロータ歯のように、すなわち、ローブの噛み合いが外れると、各ロータの隣接するローブによって画成された容積すなわち空間内に空気が流入するように、作動する。そして、これらの空間内に流入した空気は、各移送空間の後方ローブの上部ランドが対応する室の円筒形壁表面に密接する位置へ移動すると、ほぼ入口の圧力のままでその内部に閉じ込められる。
【００１２】
各空間の前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切って円筒形壁表面との密接関係が終了する位置へ移動すると、その空間の空気は、出口ポートに移送される、すなわ直接放出される。らせん形のローブを用いた場合にも、その空間の空気は、各らせん形ローブの前端部が円筒室表面の交差部分によって形成されたカスプを通るために、前方ローブが出口ポートの境界をすでに通った他のロータの移送空間によって出口ポートに間接的に放出される。
【００１３】
このルーツ型ブロワの間接的な連通は、移送する流体の容積を機械的に圧縮することを防止し、ルーツ型ブロワと従来のスクリュー型ブロワとを区別している。移送される各空間内の流体の容積が入口ポートから出口ポートまで移動する間に一定のままであれば、その内部の空気はほぼ入口の圧力のままとなる、すなわち、ローブを再噛合することによって空間が絞られる前に前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切れば、移送空間の空気圧力は一定のままとなる。このため、排出ポートの空気の圧力が入口ポートの圧力より高い場合には、前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切ったときに、出口ポートの空気が移送空間内になだれ込む、すなわち逆流する。ここで、幾分詳細に示された図１を主に参照しながら、ロータリーブロワ11について説明する。なお、ロータリーブロワの本発明にとって本質的でない部分の詳細な説明については、その記載を省略したので、すべて本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,768,934 号、第4,828,467 号および第5,078,583 号を参照されたい。
【００１４】
ロータリーブロワ11は、主ハウジング部材13と、軸受プレート部材15と、駆動部ハウジング部材17とからなるハウジングアセンブリを含んでいる。これらの３つの部材13、15および17は、複数の小ねじ19（図３および４を参照）によって互いに固定されており、これらの３部材の適当な位置合わせは１対の合わせピン21によって確保されている。
【００１５】
主ハウジング部材13は、円筒形壁表面23、25と横端部壁27とが画成された一体形の部材である。軸受プレート部材15は、軸受プレート端部壁29を画成している。壁表面23および25と端部壁27および29とは互いに、横方向に重なり合った第１および第２円筒室31、33を画成している。円筒室31および33は、当業者には公知のように上部カスプ34ａおよび下部カスプ34ｂにおいて交差している。
【００１６】
主に図１および４に示されているように、円筒室31および33内には、それぞれ第１および第２のらせん形ローブ付きロータ35および37が配置されている。ロータ35が３つのローブ36を有すると共に、ロータ37が３つのローブ38を有しており、好ましくはロータ35および37と、ローブ36および38は、ローブ36のらせん形ねじれがローブ38と反対向きである点を除いて、ほとんど同じとなっている。ローブ36および38は、図１だけに示されているように、それぞれ前端部36Ｌおよび38Ｌを有しており、さらにはそれぞれ後端部36Ｔおよび38Ｔを有している。
【００１７】
ロータ35は、ロータ軸39に共転可能に取り付けられており、同様に、ロータ37は、ロータ軸41に共転可能に取り付けられている。ロータ軸39の前端部は、軸受組43によって軸受プレート15に回転可能に支持されており、同様に、ロータ軸41は、軸受組45によって軸受プレート15に回転可能に支持されている。説明を容易にするため、ロータ軸39は、入力軸部分47を含むものとして図１に示されており、このことによってロータリーブロワ11が入力駆動トルクを受け取ることができるようになっている。他の様々な入力駆動形態を用いることができ、ロータ35および37をそれぞれロータ軸39および41に取り付けるための好適な構造があることは、当業者であれば理解されるであろうが、それらの様々な詳細は、上記米国特許第4,828,467 号に詳細に記載されている。
【００１８】
図２を参照しながら説明すると、図２の右端部に示すように、主ハウジング部材13は、好ましくは主ハウジング部分50（すなわち円筒形壁表面23および25を画成する部分）と一体成形された後板部分49を含んでいるが、別体の板部材で構成することもできる。後板部分49は、入口ポート51を画成しているが、これについては上記米国特許第5,078,583 号に記載されているので、詳細に説明しない。引例特許に教示されているように、入口ポート51は、一般的に「高効率」入口と呼ばれており、好ましくは本発明の構造と組み合わせて用いられる。しかしながら、高効率入口ポートを用いることは本発明にとって本質的ではなく、もっと一般的な比較的低効率の入口ポートと組み合わせて用いた場合でも、本発明が有益であることは明らかであろう。
【００１９】
図１、２および４に示されているように、ハウジング部分50は、出口ポート53を画成し、これと隣接して１対の細長い逆流スロット55および57が配置されている。出口ポート53とスロット55および57については、上記米国特許第4,768,934号に記載されているので、ここでは詳細に説明しない。出口ポート53とスロット55および57の形状の詳細は、以下に記載する部分を除いて、本発明の本質的な特徴ではないことは、当業者には明らかであろう。
【００２０】
出口ポート53は、本実施例において、ほぼ三角形状をしており、ポート端部表面59（図２および４を参照）と１対の対向配置されたポート側部表面61および63（図１にも示されている）を含んでいる。しかしながら、本発明は、特許請求の範囲において特に記載したことを除いて、出口ポートのいかなる特定形状にも制限されることはないことを理解されたい。
【００２１】
本発明では、重要な出口ポート53の特徴は、軸受プレート15に対する、またロータ35および37等に対する、その空間的関係である。上記米国特許第4,828,467号において、また本発明の譲受人によって販売されているルーツブロワスーパーチャージャーにおいては、ハウジング部分の前表面が軸受プレートの後表面に当接した状態にある。出口ポートは、ハウジング部分の端部から（一般的に、およそ０．５インチ(12.7mm)）離れている。その結果、出口ポートの端部表面とロータ室の端部壁との間の軸方向に「バー」が配置される。
【００２２】
本発明の重要な特徴によれば、従来のルーツブロワの出口ポートの端部におけるこの「バー」は、容積効果および断熱効果の両方を低下させ、またブロワの前後での温度差を増大させることが確認されている。従来形ブロワにおいては、このバー（一般的におおよそ0.5 インチ(12.7mm)の軸方向の長さを有する）に、ロータによって出口ポートの方へ移送される空気が衝突する。このバーに対する空気の衝突には２つのマイナス面があることが確認されている、すなわち第１に、バーが空気流に対する抵抗となり、ロータを駆動するために必要な機械的馬力が増加し、第２に、バーに対する空気の衝突が出口ポート53を流れる空気の温度を上昇させ、ブロワの断熱効果を低下させる。
【００２３】
主に図１、２および５を参照しながら説明すると、ハウジング部分50は、内側の「座ぐり部分」67を画成する前方すなわち出口端部65を含んでおり、以下に説明するように、軸受プレート15を受ける部分として機能する。軸受プレート15は、座ぐり部分67に嵌まる段差付き外周部分69（図３も参照）を画成している。図１、２および４を合わせて参照すればわかるように、「座ぐり部分」67は下側カスプ34ｂ付近を「切り欠いた」だけであって、ハウジング部分50の外周のその他の部分では、「座ぐり部分」67はただ単に円筒形壁表面23および25自体によって画成されている。
【００２４】
本発明の別の重要な特徴によれば、図２および３に示されているように、軸受プレート15は、逃がし室を画成し、出口端部65が逃がし表面29Ｒに接している。そのような逃がし室の機能を以下に説明する。ロータローブにらせん形のねじれ（図４を参照）が付けられているブロワにおいては、ロータローブの後端部36Ｔおよび38Ｔは、噛み合って流体出口領域、すなわち（半径方向に流出する空気とは対照的に）移送された一定量の空気をロータの端部から軸方向に流出する円筒室31および33の領域を画成する。図３からわかるように、この流体出口領域は、逃がし室29Ｒとほぼ同じ空間にわたっている（「29Ｒ」は逃がし室にも逃がし表面にも適宜用いられる）。
【００２５】
図２および３に示されている逃がし室29Ｒを設けることは、本発明の１つの特徴であり、駆動馬力を減少させると共に、断熱効果を増加させる目的を達成するのに好都合であることがわかっている。しかしながら、逃がし室29Ｒが本発明の本質的な特徴ではないことを理解されたい。
【００２６】
軸受プレート15は、段差付き外周部分69から半径方向外側に配置された横表面71を画成している。ハウジング部分50の出口端部65は、横表面71と向かい合うように配置された横表面73を画成している。同様に、ハウジング部分50の出口端部65は、座ぐり部分67から半径方向内側に配置された横表面75を画成している。横表面75は、軸受プレート15の端部壁29と向かい合うように配置されているが、図１に示されているように、横表面75がハウジング部分50の全周にわたって設けられているのではなく、本実施例では下側カスプ34ｂ（図２および４を参照）の領域にのみ存在している。
【００２７】
「座ぐり部分」67の軸方向の長さは、好ましくは横表面73からポート端部表面59までの軸方向の空間とほぼ同じになるように選択される。その結果、ポートの端部表面59は、逃がし室29Ｒがなければ、軸受プレート15の端部壁29と軸方向に整合する。しかしながら、本実施例では逃がし室29Ｒが設けられているので、ポート端部表面59は、好ましくは逃がし室の逃がし表面29Ｒと軸方向に整合されている。いずれの場合も、ポート端部表面59は、円筒室31および33を定めている最前方表面と同じ程度に「前方」（出口端部65側）に位置しているので、両ロータローブの間から移送されて出口ポート53を通過するときに空気が衝突従来技術のような「バー」がなくなる。従って、特許請求の範囲において用いられた「内側端部表面」とは、逃がし室がない場合には端部表面29のことを、逃がし室がある場合には逃がし表面29Ｒのことをさしている。
【００２８】
【実施例】
図６は、上記特許に従って製造された図１〜５に示されている発明の性能を従来技術の性能と比較したグラフである。すなわち、図６のグラフを導き出した試験は、本発明の譲受人が「45モデル」として市販している１対のルーツブロワ型のスーパーチャージャーで行われた。図６は、断熱効果（パーセント）対スーパーチャージャーの速度（すなわち入力軸47の速度）のグラフである。図６のグラフで比較されている装置（「従来技術」および「本発明」）を５psi ブースト圧力および10psi ブースト圧力の両方で作動させた。本発明の譲受人が市販しているスーパーチャージャーでは、10psi のブースト圧力が「全ブースト」と見なされる。従って、図６のグラフは、全ブーストおよびほぼ半分のブーストでの装置の試験結果となっている。
【００２９】
発明の背景で説明したように、ブロワの断熱効果を増加させることが本発明の目的である。装置の断熱効果とは、理論的に理想的環境（すなわちシステムに熱損失がまったくない状態）下で達成される性能に対する装置の実際の性能（例えば仕事出力）の割合である。言い換えると、スーパーチャージャーの場合には、断熱効果は、熱として浪費される入力エネルギーの量を表している。
【００３０】
図６に示されているように、５psi ブーストレベルにおいては、本発明および従来技術は共に4000RPM でほぼ74％の効率であるが、スーパーチャージャーの速度が14000RPMに達すると、従来装置は45％の効率まで低下するのに対して、本発明の装置の効率はそれでもなお52％よりもわずかに上回っている。
【００３１】
10psi の全ブーストにおいては、4000RPM で従来装置が約65％の効率であるのに対して、本発明は約69％の効率であり、両者の差は増加していき、14000RPMでは、従来装置が51％の効率まで低下するのに対して、本発明の装置の効率は58％よりわずかに上回っている。
【００３２】
このことからわかるように、全ブーストにおいても一部分ブーストにおいても、本発明の装置は従来装置よりもはるかに効果的であり、作動の全範囲で効果的である。さらに、従来技術に勝る本発明の利点は、断熱効果が最も問題となる状況で、高いブロワ速度に増加することができることにある。
【００３３】
以上のように、この実施例においては、軸受プレート15とハウジング部材13を別体の部材を結合させて構成したものとして、本発明について説明してきたが、このことは発明の本質的な特徴ではないことを理解されたい。前述したように、後板部分49をハウジング部分50とは別体の部材にして、それにボルト付けすることもできる。その場合、本発明の範囲内において、ハウジング部分50を軸受プレート部分15と一体に成形して、ハウジング部分50と軸受プレート15の全体構造を図２に示されているものと同じになるようにすることもできる。さらに本発明の目的に重要なのは、端部表面29または逃がし表面29Ｒに対するポート端部表面59の関係が、主に実施例に結合して説明した通りになることである。
【００３４】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者であれば様々な変更を考えることができるであろう。そのような変更は、特許請求の範囲内であれば、本発明に含まれるものとする。
【００３５】
本発明によれば、出口ポートのポート端部表面が軸受プレート部分の内側端部表面によって画成された平面にほぼ配置されているため、出口ポートの端部表面とロータ室の端部壁との間の軸方向に「バー」が配置されることがなく、したがって、ロータによって出口ポートの方へ移送される空気が「バー」に衝突することがないので、ロータリーブロワの駆動に必要な馬力を大幅に減少させ、また同時に、有効効率を大幅に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用できる形式のロータリーブロワの軸方向水平断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った軸方向縦断面図である。
【図３】図１の右側から見た、それとほぼ同じ縮尺の本発明の軸受プレート部材の平面図である。
【図４】図１の４−４線に沿った、それとほぼ同じ縮尺の横断面図である。
【図５】図２と同様な拡大部分軸方向断面図であり、本発明の重要な特徴を示している。
【図６】従来技術と本発明とを比較した、５psi ブースト圧力および10psi ブースト圧力の両方での断熱効果対スーパーチャージャーの速度のグラフである。
【符号の説明】
11 ロータリーブロワ
13 主ハウジング部材
15 軸受プレート
17 駆動部ハウジング部材
29 軸受プレート端部表面
31,33 円筒室
35,37 ロータ
53 出口ポート
59 出口ポート端部表面
65 出口端部
67 座ぐり部分
69 段差付き外周部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーツ型のロータリーブロワに関し、特に逆流形のようなブロワに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知のように、ルーツブロワには、ハウジングによって横方向に重なり合うように形成された円筒室内に、互いに噛み合わせて配置されたローブ付きロータが設けられている。各ロータの噛み合っていない隣接するローブの間の空間は、各空間内において空気を機械的に圧縮することなく、空気を入口ポート開口から出口ポート開口に移送する。
【０００３】
一般的に、上述した形式のルーツブロワは、車両エンジン用のスーパーチャージャーとして用いられ、エンジンの機械的トルクの入力によってローブ付きロータが駆動される。出口ポートへ移送された空気は、車両エンジンの吸気マニホルド内にブースト圧を与えるのに利用されるが、その方法は当業者には公知の方法であり、本説明には直接的には関連していない。
【０００４】
ルーツブロワ型のスーパーチャージャーを評価するために用いられる基準として、一定の作動状態において特定量の空気を移送するために必要な馬力と、移送中の空気がスーパーチャージャーを流れるときに上昇する温度とがある。このような移送中の空気温度の上昇は、以下の詳細に説明するように、有効効率（断熱効率とも呼ばれる）の低下をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スーパーチャージャーを駆動するために必要な馬力は、エンジンの馬力出力の観点から見て、馬力の「損失」に相当することがはっきりわかっており、従って、必要な駆動馬力を最小限に抑えることが望ましい。空気がスーパーチャージャーを通過するときに空気温度が上昇する場合、このような温度上昇も馬力の損失に相当する。一般的に、スーパーチャージャーのような付属品を装備した車両には、スーパーチャージャーによってエンジンに移送される空気を冷却する機能を有するインタークーラが設けられている。インタークーラを通過する空気が高温であるほど、最適のエンジン効率を得るために望ましい温度まで空気の温度を降下させるインタークーラによって、消費される馬力が多くなる。
【０００６】
本発明の譲受人によってルーツブロワ型のスーパーチャージャーの体積効率を向上させるための多くの開発がなされてきた。特に、その開発は、米国特許第4,768,934 号および第5,078,583 号にそれぞれ図示および記載されているように、出口ポートおよび入口ポートの構造の改良に焦点が合わせられてきた。しかしながら、スーパーチャージャーの効率のさらなる向上が模索されており、特にスーパーチャージャーの有効効率を増加させるために多くの努力が払われている。スーパーチャージャーの断熱効果を大幅に増加させることによって、インタークーラをなくすことが可能となり、車両に用いた場合においては、車両のＯＥＭのコストを大きく節約することとなるであろう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ロータリーブロワの駆動に必要な馬力を大幅に減少させ、また同時に、有効効率を大幅に増加させた逆流形の改良されたロータリーブロワを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的を達成するため、本発明の改良された逆流形ロータリーブロワは、軸受プレート部分と、ハウジング部分と、入口端部壁部分とを含んだ、ハウジングアセンブリからなる。ハウジング部分は、長手方向を定める軸線を備えた２つの平行で横方向に重なり合った円筒室が画成されている。軸受プレート部分は、内側端部表面を画成し、円筒室は、出口端部が内側端部表面に接している。ハウジングアセンブリは一般に、入口端部壁部分側に配置された入口ポートを画成し、さらに、出口端部側に配置された出口ポートを画成している。噛み合った１対のロータは、円筒室内に回転可能に配置されており、各ロータは、前端部が入口端部壁部分に隣接して配置されると共に、後端部が軸受プレート部分に隣接して配置されたローブを含んでいる。ローブが噛み合ったロータは、圧縮可能な入口ポートの流体を各ロータの噛み合っていないローブの間の空間によって出口ポートに移送する。出口ポートは、長手方向に対してほぼ直交する向きにポート端部表面を画成している。
【０００９】
改良されたロータリーブロワは、出口ポートのポート端部表面が軸受プレート部分の内側端部表面によって画成された平面にほぼ配置されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明のさらに限定された特徴によれば、改良されたロータリーブロワは、ロータの回転時に、両ロータの後端部が協働して流体出口領域を画成することを特徴としている。軸受プレート部分の内側端部表面は、流体出口の軸方向に配置された逃がし表面を有する逃がし室を画成している。出口ポートのポート端部表面は、逃がし表面によって画成される平面上にほぼ配置されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１および２は、ルーツ型のロータリーブロワ11を示している。従来の技術で述べたように、ブロワは、主に空気等の圧縮性の流体を、出口ポートに達する前に移送体積を圧縮しないように、入口ポートから出口ポートに移送するために用いられている。ロータは、いくぶん歯車形ポンプのロータ歯のように、すなわち、ローブの噛み合いが外れると、各ロータの隣接するローブによって画成された容積すなわち空間内に空気が流入するように、作動する。そして、これらの空間内に流入した空気は、各移送空間の後方ローブの上部ランドが対応する室の円筒形壁表面に密接する位置へ移動すると、ほぼ入口の圧力のままでその内部に閉じ込められる。
【００１２】
各空間の前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切って円筒形壁表面との密接関係が終了する位置へ移動すると、その空間の空気は、出口ポートに移送される、すなわ直接放出される。らせん形のローブを用いた場合にも、その空間の空気は、各らせん形ローブの前端部が円筒室表面の交差部分によって形成されたカスプを通るために、前方ローブが出口ポートの境界をすでに通った他のロータの移送空間によって出口ポートに間接的に放出される。
【００１３】
このルーツ型ブロワの間接的な連通は、移送する流体の容積を機械的に圧縮することを防止し、ルーツ型ブロワと従来のスクリュー型ブロワとを区別している。移送される各空間内の流体の容積が入口ポートから出口ポートまで移動する間に一定のままであれば、その内部の空気はほぼ入口の圧力のままとなる、すなわち、ローブを再噛合することによって空間が絞られる前に前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切れば、移送空間の空気圧力は一定のままとなる。このため、排出ポートの空気の圧力が入口ポートの圧力より高い場合には、前方ローブの上部ランドが出口ポートの境界を横切ったときに、出口ポートの空気が移送空間内になだれ込む、すなわち逆流する。ここで、幾分詳細に示された図１を主に参照しながら、ロータリーブロワ11について説明する。なお、ロータリーブロワの本発明にとって本質的でない部分の詳細な説明については、その記載を省略したので、すべて本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,768,934 号、第4,828,467 号および第5,078,583 号を参照されたい。
【００１４】
ロータリーブロワ11は、主ハウジング部材13と、軸受プレート部材15と、駆動部ハウジング部材17とからなるハウジングアセンブリを含んでいる。これらの３つの部材13、15および17は、複数の小ねじ19（図３および４を参照）によって互いに固定されており、これらの３部材の適当な位置合わせは１対の合わせピン21によって確保されている。
【００１５】
主ハウジング部材13は、円筒形壁表面23、25と横端部壁27とが画成された一体形の部材である。軸受プレート部材15は、軸受プレート端部壁29を画成している。壁表面23および25と端部壁27および29とは互いに、横方向に重なり合った第１および第２円筒室31、33を画成している。円筒室31および33は、当業者には公知のように上部カスプ34ａおよび下部カスプ34ｂにおいて交差している。
【００１６】
主に図１および４に示されているように、円筒室31および33内には、それぞれ第１および第２のらせん形ローブ付きロータ35および37が配置されている。ロータ35が３つのローブ36を有すると共に、ロータ37が３つのローブ38を有しており、好ましくはロータ35および37と、ローブ36および38は、ローブ36のらせん形ねじれがローブ38と反対向きである点を除いて、ほとんど同じとなっている。ローブ36および38は、図１だけに示されているように、それぞれ前端部36Ｌおよび38Ｌを有しており、さらにはそれぞれ後端部36Ｔおよび38Ｔを有している。
【００１７】
ロータ35は、ロータ軸39に共転可能に取り付けられており、同様に、ロータ37は、ロータ軸41に共転可能に取り付けられている。ロータ軸39の前端部は、軸受組43によって軸受プレート15に回転可能に支持されており、同様に、ロータ軸41は、軸受組45によって軸受プレート15に回転可能に支持されている。説明を容易にするため、ロータ軸39は、入力軸部分47を含むものとして図１に示されており、このことによってロータリーブロワ11が入力駆動トルクを受け取ることができるようになっている。他の様々な入力駆動形態を用いることができ、ロータ35および37をそれぞれロータ軸39および41に取り付けるための好適な構造があることは、当業者であれば理解されるであろうが、それらの様々な詳細は、上記米国特許第4,828,467 号に詳細に記載されている。
【００１８】
図２を参照しながら説明すると、図２の右端部に示すように、主ハウジング部材13は、好ましくは主ハウジング部分50（すなわち円筒形壁表面23および25を画成する部分）と一体成形された後板部分49を含んでいるが、別体の板部材で構成することもできる。後板部分49は、入口ポート51を画成しているが、これについては上記米国特許第5,078,583 号に記載されているので、詳細に説明しない。引例特許に教示されているように、入口ポート51は、一般的に「高効率」入口と呼ばれており、好ましくは本発明の構造と組み合わせて用いられる。しかしながら、高効率入口ポートを用いることは本発明にとって本質的ではなく、もっと一般的な比較的低効率の入口ポートと組み合わせて用いた場合でも、本発明が有益であることは明らかであろう。
【００１９】
図１、２および４に示されているように、ハウジング部分50は、出口ポート53を画成し、これと隣接して１対の細長い逆流スロット55および57が配置されている。出口ポート53とスロット55および57については、上記米国特許第4,768,934号に記載されているので、ここでは詳細に説明しない。出口ポート53とスロット55および57の形状の詳細は、以下に記載する部分を除いて、本発明の本質的な特徴ではないことは、当業者には明らかであろう。
【００２０】
出口ポート53は、本実施例において、ほぼ三角形状をしており、ポート端部表面59（図２および４を参照）と１対の対向配置されたポート側部表面61および63（図１にも示されている）を含んでいる。しかしながら、本発明は、特許請求の範囲において特に記載したことを除いて、出口ポートのいかなる特定形状にも制限されることはないことを理解されたい。
【００２１】
本発明では、重要な出口ポート53の特徴は、軸受プレート15に対する、またロータ35および37等に対する、その空間的関係である。上記米国特許第4,828,467号において、また本発明の譲受人によって販売されているルーツブロワスーパーチャージャーにおいては、ハウジング部分の前表面が軸受プレートの後表面に当接した状態にある。出口ポートは、ハウジング部分の端部から（一般的に、およそ０．５インチ(12.7mm)）離れている。その結果、出口ポートの端部表面とロータ室の端部壁との間の軸方向に「バー」が配置される。
【００２２】
本発明の重要な特徴によれば、従来のルーツブロワの出口ポートの端部におけるこの「バー」は、容積効果および断熱効果の両方を低下させ、またブロワの前後での温度差を増大させることが確認されている。従来形ブロワにおいては、このバー（一般的におおよそ0.5 インチ(12.7mm)の軸方向の長さを有する）に、ロータによって出口ポートの方へ移送される空気が衝突する。このバーに対する空気の衝突には２つのマイナス面があることが確認されている、すなわち第１に、バーが空気流に対する抵抗となり、ロータを駆動するために必要な機械的馬力が増加し、第２に、バーに対する空気の衝突が出口ポート53を流れる空気の温度を上昇させ、ブロワの断熱効果を低下させる。
【００２３】
主に図１、２および５を参照しながら説明すると、ハウジング部分50は、内側の「座ぐり部分」67を画成する前方すなわち出口端部65を含んでおり、以下に説明するように、軸受プレート15を受ける部分として機能する。軸受プレート15は、座ぐり部分67に嵌まる段差付き外周部分69（図３も参照）を画成している。図１、２および４を合わせて参照すればわかるように、「座ぐり部分」67は下側カスプ34ｂ付近を「切り欠いた」だけであって、ハウジング部分50の外周のその他の部分では、「座ぐり部分」67はただ単に円筒形壁表面23および25自体によって画成されている。
【００２４】
本発明の別の重要な特徴によれば、図２および３に示されているように、軸受プレート15は、逃がし室を画成し、出口端部65が逃がし表面29Ｒに接している。そのような逃がし室の機能を以下に説明する。ロータローブにらせん形のねじれ（図４を参照）が付けられているブロワにおいては、ロータローブの後端部36Ｔおよび38Ｔは、噛み合って流体出口領域、すなわち（半径方向に流出する空気とは対照的に）移送された一定量の空気をロータの端部から軸方向に流出する円筒室31および33の領域を画成する。図３からわかるように、この流体出口領域は、逃がし室29Ｒとほぼ同じ空間にわたっている（「29Ｒ」は逃がし室にも逃がし表面にも適宜用いられる）。
【００２５】
図２および３に示されている逃がし室29Ｒを設けることは、本発明の１つの特徴であり、駆動馬力を減少させると共に、断熱効果を増加させる目的を達成するのに好都合であることがわかっている。しかしながら、逃がし室29Ｒが本発明の本質的な特徴ではないことを理解されたい。
【００２６】
軸受プレート15は、段差付き外周部分69から半径方向外側に配置された横表面71を画成している。ハウジング部分50の出口端部65は、横表面71と向かい合うように配置された横表面73を画成している。同様に、ハウジング部分50の出口端部65は、座ぐり部分67から半径方向内側に配置された横表面75を画成している。横表面75は、軸受プレート15の端部壁29と向かい合うように配置されているが、図１に示されているように、横表面75がハウジング部分50の全周にわたって設けられているのではなく、本実施例では下側カスプ34ｂ（図２および４を参照）の領域にのみ存在している。
【００２７】
「座ぐり部分」67の軸方向の長さは、好ましくは横表面73からポート端部表面59までの軸方向の空間とほぼ同じになるように選択される。その結果、ポートの端部表面59は、逃がし室29Ｒがなければ、軸受プレート15の端部壁29と軸方向に整合する。しかしながら、本実施例では逃がし室29Ｒが設けられているので、ポート端部表面59は、好ましくは逃がし室の逃がし表面29Ｒと軸方向に整合されている。いずれの場合も、ポート端部表面59は、円筒室31および33を定めている最前方表面と同じ程度に「前方」（出口端部65側）に位置しているので、両ロータローブの間から移送されて出口ポート53を通過するときに空気が衝突従来技術のような「バー」がなくなる。従って、特許請求の範囲において用いられた「内側端部表面」とは、逃がし室がない場合には端部表面29のことを、逃がし室がある場合には逃がし表面29Ｒのことをさしている。
【００２８】
【実施例】
図６は、上記特許に従って製造された図１〜５に示されている発明の性能を従来技術の性能と比較したグラフである。すなわち、図６のグラフを導き出した試験は、本発明の譲受人が「45モデル」として市販している１対のルーツブロワ型のスーパーチャージャーで行われた。図６は、断熱効果（パーセント）対スーパーチャージャーの速度（すなわち入力軸47の速度）のグラフである。図６のグラフで比較されている装置（「従来技術」および「本発明」）を５psi ブースト圧力および10psi ブースト圧力の両方で作動させた。本発明の譲受人が市販しているスーパーチャージャーでは、10psi のブースト圧力が「全ブースト」と見なされる。従って、図６のグラフは、全ブーストおよびほぼ半分のブーストでの装置の試験結果となっている。
【００２９】
発明の背景で説明したように、ブロワの断熱効果を増加させることが本発明の目的である。装置の断熱効果とは、理論的に理想的環境（すなわちシステムに熱損失がまったくない状態）下で達成される性能に対する装置の実際の性能（例えば仕事出力）の割合である。言い換えると、スーパーチャージャーの場合には、断熱効果は、熱として浪費される入力エネルギーの量を表している。
【００３０】
図６に示されているように、５psi ブーストレベルにおいては、本発明および従来技術は共に4000RPM でほぼ74％の効率であるが、スーパーチャージャーの速度が14000RPMに達すると、従来装置は45％の効率まで低下するのに対して、本発明の装置の効率はそれでもなお52％よりもわずかに上回っている。
【００３１】
10psi の全ブーストにおいては、4000RPM で従来装置が約65％の効率であるのに対して、本発明は約69％の効率であり、両者の差は増加していき、14000RPMでは、従来装置が51％の効率まで低下するのに対して、本発明の装置の効率は58％よりわずかに上回っている。
【００３２】
このことからわかるように、全ブーストにおいても一部分ブーストにおいても、本発明の装置は従来装置よりもはるかに効果的であり、作動の全範囲で効果的である。さらに、従来技術に勝る本発明の利点は、断熱効果が最も問題となる状況で、高いブロワ速度に増加することができることにある。
【００３３】
以上のように、この実施例においては、軸受プレート15とハウジング部材13を別体の部材を結合させて構成したものとして、本発明について説明してきたが、このことは発明の本質的な特徴ではないことを理解されたい。前述したように、後板部分49をハウジング部分50とは別体の部材にして、それにボルト付けすることもできる。その場合、本発明の範囲内において、ハウジング部分50を軸受プレート部分15と一体に成形して、ハウジング部分50と軸受プレート15の全体構造を図２に示されているものと同じになるようにすることもできる。さらに本発明の目的に重要なのは、端部表面29または逃がし表面29Ｒに対するポート端部表面59の関係が、主に実施例に結合して説明した通りになることである。
【００３４】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者であれば様々な変更を考えることができるであろう。そのような変更は、特許請求の範囲内であれば、本発明に含まれるものとする。
【００３５】
本発明によれば、出口ポートのポート端部表面が軸受プレート部分の内側端部表面によって画成された平面にほぼ配置されているため、出口ポートの端部表面とロータ室の端部壁との間の軸方向に「バー」が配置されることがなく、したがって、ロータによって出口ポートの方へ移送される空気が「バー」に衝突することがないので、ロータリーブロワの駆動に必要な馬力を大幅に減少させ、また同時に、有効効率を大幅に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用できる形式のロータリーブロワの軸方向水平断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った軸方向縦断面図である。
【図３】図１の右側から見た、それとほぼ同じ縮尺の本発明の軸受プレート部材の平面図である。
【図４】図１の４−４線に沿った、それとほぼ同じ縮尺の横断面図である。
【図５】図２と同様な拡大部分軸方向断面図であり、本発明の重要な特徴を示している。
【図６】従来技術と本発明とを比較した、５psi ブースト圧力および10psi ブースト圧力の両方での断熱効果対スーパーチャージャーの速度のグラフである。
【符号の説明】
11 ロータリーブロワ
13 主ハウジング部材
15 軸受プレート
17 駆動部ハウジング部材
29 軸受プレート端部表面
31,33 円筒室
35,37 ロータ
53 出口ポート
59 出口ポート端部表面
65 出口端部
67 座ぐり部分
69 段差付き外周部分
Claims (17)
- ハウジング部材(13)と該ハウジング部材の出口端部(65)に配置された軸受プレート(15)とを含むハウジングアセンブリ(13、15、17)からなり、
前記ハウジング部材(13)は、入口端部壁部分(49)と、長手方向を定める軸線を備えた横方向に重なり合った２つの平行な円筒室(31、33) を画成するハウジング部分(50)とを画成し、
前記軸受プレート(15)は、内側端部表面(29)を画成し、前記円筒室(31、33) は、前記出口端部(65)で前記内側端部表面(29)に接しており、
前記ハウジング部材(13)は、ほぼ前記入口端部壁部分(49)に配置された入口ポート(51)を画成し、さらに、前記ハウジング部材(13)は、ほぼ前記出口端部(65)に配置された出口ポート(53)を画成しており、
前記円筒室(31、33) 内に１対の噛み合ったロータ(35、37) が回転可能に配置されており、該ロータの各々は、前記入口端部壁部分(49)付近に配置された前端部(36L、38L) と前記軸受プレート(15)付近に配置された後端部(36T、38T) とを有するローブ(36、38) を含み、前記ロータの前記ローブが噛み合って、圧縮可能な入口ポートの流体を各ロータの噛み合っていない隣接するローブとの間の空間によって前記出口ポートに移送し、
前記ハウジング部材(13)が前記出口端部(65)において開口し、前記出口ポート(53)が前記長手方向に対してほぼ直交する向きにポート端部表面(59)を画成し、前記軸受プレート(15)が前記開放出口端部(65)に近接して前記ハウジング部材(13)に固定されている、逆流形のロータリーブロワ(11)であって、
（ａ）前記ハウジング部材(13)の前記出口端部(65)の開口が受け部分(67)を画成し、
（ｂ）前記軸受プレート(15)が前記受け部分(67)内に配置された段差付き外周部分(69)を画成したことによって、前記出口ポート(53)の前記ポート端部表面(59)が、前記軸受プレート(15)の前記内側端部表面(29)によって画成される平面上に位置していることを特徴とするロータリーブロワ(11)。 - 前記入口ポート(51)は、全体が前記ハウジング部材(13)の前記入口端部壁部分(49)によって画成されていることを特徴とする請求項１のロータリーブロワ(11)。
- 前記入口ポート(51)は、高効率入口ポートからなることを特徴とする請求項１のロータリーブロワ(11)。
- 前記ハウジング部材(13)の前記受け部分は、前記軸受プレート(15)の前記段差付き外周部分(69)を受けるための座ぐり部分(67)からなることを特徴とする請求項１のロータリーブロワ(11)。
- 前記ハウジング部材(13)の前記開放出口端部(65)は、前記軸受プレート(15)の前記外周部分(69)によって画成された第１横表面部分(71)と面係合するように配置された第１横表面部分(73)を画成し、前記面係合が、前記ハウジング部材(13)と前記軸受プレート(15)との相対的な軸方向の位置を定めることを特徴とする請求項４のロータリーブロワ(11)。
- 前記ハウジング部材(13)の前記開放出口端部(65)は、前記軸受プレート(15)の前記内側端部表面(29)に面係合するように配置された第２横表面部分(75)を画成することを特徴とする請求項５のロータリーブロワ(11)。
- 前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) の各々は、前記前端部(36L、38L) から前記後端部(36T、38T) にらせん形ねじりを画成し、前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) が噛み合うことによって、前記前端部から前記後端部に流体を軸方向に移送することを特徴とする請求項１のロータリーブロワ(11)。
- 前記軸受プレート(15)の前記内側端部表面(29)は、前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) の前記後端部(36T、38T) から軸方向に離れて、前記軸受プレート(15)と前記ロータ(35、37) との間に逃がし室(29R) を画成することを特徴とする請求項７のロータリーブロワ(11)。
- 前記出口ポート(53)は、前記円筒室(31、33) を画成する前記ハウジング部分(50)によって全体が画成されていることを特徴とする請求項１のロータリーブロワ(11)。
- 前記出口ポート(53)は、前記ポート端部表面(59)を底辺とするほぼ三角形状をなしており、前記ポート端部表面(59)が、前記軸受プレート(15)の前記内側端部表面(29)によって画成される前記平面上に位置していることを特徴とする請求項９のロータリーブロワ(11)。
- 前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) の各々は、前記前端部(36L、38L) から前記後端部(36T、38T) にらせん形ねじりを画成し、前記三角形の出口ポート(53)が対向方向に配置されたポート側部表面(61、63) を含み、前記ポート側部表面の向きが前記ローブ(36、38) の前記らせん形ねじりとほぼ一致していることを特徴とする請求項１０のロータリーブロワ(11)。
- 軸受プレート部分(15)と、ハウジング部分(50)と、入口端部壁部分(49)とを含むハウジングアセンブリからなり、
前記ハウジング部分(50)は、長手方向を定める軸線を備えた横方向に重なり合った２つの平行な円筒室(31、33)を画成し、
前記軸受プレート部分(15)は、内側端部表面(29)を画成し、前記円筒室(31、33) は、出口端部(65)で前記内側端部表面(29)に接しており、
前記ハウジングアセンブリは、ほぼ前記入口端部壁部分(49)に配置された入口ポート(51)を画成し、前記ハウジングアセンブリは、さらに、ほぼ前記出口端部(65)に配置された出口ポート(53)を画成し、
前記円筒室(31、33)内に１対の噛み合ったロータ(35、37)が回転可能に配置されており、該ロータの各々は、前記入口端部壁部分(49)付近に配置された前端部(36L、38L)と前記軸受プレート部分(15)付近に配置された後端部(36T、38T)とを有するローブ(36、38)を含み、
前記出口ポート（ 53 ）は、前記１対のロータ(35,37)の後端部(36T、38T)近傍において前記円筒室 (31 、 33) が重なり合った部分に対応して前記２つの円筒室の長手方向を定める軸線を含む平面に対して垂直方向に配置されており、
前記ロータの前記ローブが噛み合って、圧縮可能な入口ポートの流体を各ロータの噛み合っていない隣接するローブとの間の空間によって前記出口ポートに移送し、
前記出口ポート(53)が前記長手方向に対してほぼ直交する向きにポート端部表面(59)を画成した、逆流形のロータリーブロワ(11)であって、
（ａ）前記出口ポート(53)の前記ポート端部表面(59)が、前記軸受プレート部分(15)の前記内側端部表面(29)によって画成される平面上に位置していることを特徴とするロータリーブロワ(11)。 - 前記ロータ(35、37) の回転時に、前記ロータの前記後端部(36T、38T) が協働して流体出口領域を画成し、
前記軸受プレート部分(15)の前記内側端部表面(29)が軸方向において前記流体出口領域付近に配置された逃がし表面(29R) を有する逃がし室を画成し、
前記出口ポート(53)の前記ポート端部表面(59)が前記逃がし表面(29R) によって画成される平面上に位置していることを特徴とする請求項１２のロータリーブロワ(11)。 - 前記入口ポート(51)は、全体が前記ハウジングアセンブリ(13)の前記入口端部壁部分(49)によって画成されていることを特徴とする請求項１２のロータリーブロワ(11)。
- 前記入口ポート(51)は、高効率入口ポートからなることを特徴とする請求項１２のロータリーブロワ(11)。
- 前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) の各々は、前記前端部(36L、38L) から前記後端部(36T、38T) にらせん形ねじりを画成し、前記ロータ(35、37) の前記ローブ(36、38) が噛み合うことによって、前記前端部から前記後端部に流体を軸方向に移送することを特徴とする請求項１２のロータリーブロワ(11)。
- 前記軸受プレート部分(15)は、前記ハウジング部分(50)とは別体の部材からなり、
前記ハウジング部分(50)の前記出口端部(65)が受け部分(67)を画成し、
前記軸受プレート部分(15)を構成する前記部材が前記受け部分(67)内に配置された段差付き外周部分(69)を画成することを特徴とする請求項１２のロータリーブロワ(11)。
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