(57)【要約】      （修正有）【課題】クランクケースガス中の液体あるいは油を分離する分離器が圧縮機に一体化され、液体が分離された後のガスが圧縮機を介して給入空気に加えられる。これにより、圧縮機と遠心分離器をコンパクトに一体化することができ、圧縮機が高回転されるので、遠心分離器は高い分離性能を有し、非常に有効に働く。【解決手段】内燃機関の給気通路に設けられた圧縮機であって、圧縮室１２とは別に区画形成された中間室１６に配置されて回転軸１５に連結された遠心分離器本体よりなる遠心分離器１７が前記圧縮機に一体化されており、前記中間室１６は分離すべき液滴を含むガスを導入するための流入口１８を有するとともに少なくとも一つの連通穴２０を介して前記圧縮室１２に連通されて、圧縮機には前記圧縮室とは別に形成された中間室に配置されて前記回転軸に連結された遠心分離器が一体化されている。【選択図】図１
2009008082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（５、１０３）に連結されて圧縮室（１２）内に配置された圧縮機羽根車（１４）を備え、前記軸（１５、１０３）は駆動機（１３）により駆動される、内燃機関の給気通路に設けられた圧縮機であって、
前記圧縮室（１２）とは別に区画形成された中間室（１６、１０２）に配置されて前記軸（１５、１０３）に連結された遠心分離器本体（１１１）よりなる遠心分離器（１７、１０１）が前記圧縮機に一体化さてており、前記中間室（１６、１０２）は分離すべき液滴を含むガスを導入するための流入口（１８、１０５）を有するとともに少なくとも一つの連通穴（２０、２１、１０６）を介して前記圧縮室（１２）に連通されていることを特徴とする、内燃機関の給気通路に設けられる圧縮機。
【請求項２】
前記遠心分離器（１７、１０１）が配置された前記中間室（１６、１０２）は前記連通穴（２０、２１、１０６）を介して前記圧縮機羽根車（１４）の吸入側に連通されていることを特徴とする、請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】
前記連通穴（２０、２１、１０６）および流入口（１８、１０５）は前記中間室（１６，１０２）の遠心分離器本体（１１１）に対して軸方向反対側の壁に設けられていることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記中間室（１６、１０２）への前記流入口（１８、１０５）は前記遠心分離器（１７、１０１）からは前記圧縮機羽根車（１４）とは反対側に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記流入口（１８）前記中間室（１６）に半径方向に開口することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記遠心分離器（１０１）は該遠心分離器（１０１）の本体を構成する軸方向および半径方向に延びる羽根体（１１１）からなる遠心分離器本体の前記圧縮機羽根車（１４）側に半径方向に延びる背壁（１０８）を具えていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記遠心分離器（１０１）の背壁（１０８）には前記圧縮機羽根車（１４）側の面に羽根（１１２）がさらに設けられていることを特徴とする請求項６記載の圧縮機。
【請求項８】
前記回転軸（１５、１０３）は前記中間室（１６、１０２）の壁を貫通していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧縮機と排気ガスタービンとを具え、そのタービン羽根車（１３）は排気経路において内燃機関の排気ガスにより駆動され、前記タービン羽根車（１３）の回転を前記回転軸（１５）を介して前記圧縮機に伝達可能である、内燃機関のターボチャージャ。
【請求項１０】
前記遠心分離器（１６）が配置された前記中間室（１６）は前記圧縮室（１２）と前記タービン羽根車（１３）を収容するタービン室（１１）との間に設けられていることを特徴とする、請求項９記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の給気通路に設けられる圧縮機及び該圧縮機が組み込まれたターボチャージャに係り、特に回転軸に連結され、圧縮室に配置された圧縮機羽根車を備え、前記回転軸は駆動機により駆動される、内燃機関の給気通路に設けられた圧縮機及び該圧縮機が組み込まれたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気経路上にある排気タービンと給気通路にある圧縮機を含み、該排気タービンのタービン羽根車は圧力下にある排気ガスにより駆動されて回転軸を介して前記圧縮機の羽根車を駆動し、これにより燃焼用空気を高い圧力に圧縮して内燃機関のシリンダに供給する内燃機関用の排気ターボチャージャが知られている。タービン羽根車と圧縮機羽根車とは排気ターボチャージャのハウジングに回転自在に支持された回転軸により連結されている。
【０００３】
さらに、給気通路に内燃機関により直接に機械的に駆動される圧縮機を有する過給内燃機関が知られている。この場合も、シリンダに供給される燃焼用空気の供給圧がこの圧縮機により高められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記した現状技術に基づき、内燃機関の給気通路に設けられる圧縮機を新たな目的に利用できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明の請求項１に記載の回転軸（５、１０３）に連結されて圧縮室（１２）内に配置された圧縮機羽根車（１４）を備え、前記軸（１５、１０３）は駆動機（１３）により駆動される、内燃機関の給気通路に設けられた圧縮機であって、
前記圧縮室（１２）とは別に区画形成された中間室（１６、１０２）に配置されて前記軸（１５、１０３）に連結された遠心分離器本体（１１１）よりなる遠心分離器（１７、１０１）が前記圧縮機に一体化さてており、前記中間室（１６、１０２）は分離すべき液滴を含むガスを導入するための流入口（１８、１０５）を有するとともに少なくとも一つの連通穴（２０、２１、１０６）を介して前記圧縮室（１２）に連通されていることを特徴とする、内燃機関の給気通路に設けられる圧縮機により解決される。
又請求項１の引用請求項は下記の作用を達成するための必要な構成に限定してある。  
即ち、請求項２は前記遠心分離器（１７、１０１）が配置された前記中間室（１６、１０２）は前記連通穴（２０、２１、１０６）を介して前記圧縮機羽根車（１４）の吸入側に連通されていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機にある。
請求項３は、前記連通穴（２０、２１、１０６）および流入口（１８、１０５）は前記中間室（１６，１０２）の遠心分離器本体（１１１）に対して軸方向反対側の壁に設けられていることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の圧縮機にある。
請求項４は、前記中間室（１６、１０２）への前記流入口（１８、１０５）は前記遠心分離器（１７、１０１）からは前記圧縮機羽根車（１４）とは反対側に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮機にある。
請求項５は前記流入口（１８）前記中間室（１６）に半径方向に開口することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮機にある。
請求項６は前記遠心分離器（１０１）は該遠心分離器（１０１）の本体を構成する軸方向および半径方向に延びる羽根体（１１１）からなる遠心分離器本体の前記圧縮機羽根車（１４）側に半径方向に延びる背壁（１０８）を具えていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧縮機にある。
請求項７は、前記遠心分離器（１０１）の背壁（１０８）には前記圧縮機羽根車（１４）側の面に羽根（１１２）がさらに設けられていることを特徴とする請求項６記載の圧縮機にある。
請求項８は、前記回転軸（１５、１０３）は前記中間室（１６、１０２）の壁を貫通していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧縮機にある。
請求項９は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧縮機と排気ガスタービンとを具え、そのタービン羽根車（１３）は排気経路において内燃機関の排気ガスにより駆動され、前記タービン羽根車（１３）の回転を前記回転軸（１５）を介して前記圧縮機に伝達可能である、内燃機関のターボチャージャにある。
請求項１０は、前記遠心分離器（１６）が配置された前記中間室（１６）は前記圧縮室（１２と前記タービン羽根車（１３）を収容するタービン室（１１）との間に設けられていることを特徴とする、請求項９記載のターボチャージャにある。
【０００６】
かかる発明によれば、圧縮機は内燃機関の給気通路に配置され、回転軸に連結された圧縮機羽根車を圧縮室に有し、前記回転軸は駆動機により駆動される。本発明においては、前記圧縮室とは別に形成された中間室に遠心分離器本体が配置され前記回転軸に連結された遠心分離器が前記圧縮機に一体化されている。前記中間室は分離すべき液滴を含むガスを導入するための流入口を有するとともに少なくとも一つの連通開口を介して前記圧縮室に連通されている。
【０００７】
本発明の基本的の利点は、例えばクランクケースガス中の液体あるいは油を分離する分離器が前記圧縮機に一体化され、液体が分離された後のガスが圧縮機を介して給入空気に加えられることである。本発明によれば、圧縮機と遠心分離器をコンパクトに一体化することができる。前記圧縮機が高回転されるので、前記遠心分離器は高い分離性能を有し、したがって非常に有効に働く。さらなる利点は、２つの異なる機能を果たすのに全体として比較的小さな構成部品しか要しないことであり、そのため特に経済的な構成とすることができることである。前記分離器は、場合によっては現存の圧縮機に一体化することができる。
【０００８】
前記遠心分離器本体は、分離すべき液滴を含むガスが導入されるところの別に形成された中間室に配置されるので、分離すべき液滴を含むガスが清浄化されずに直接に燃焼用空気の流れに入ってシリンダに供給されるような危険が生じることはない。前記中間室に流入した分離すべき液滴を含むガスは回転する遠心分離器本体により回転され、ガス中の液滴は遠心力により外方に飛ばされて中間室の内壁あるいは中間室に設けられたその種の部品に当って分離される。分離された液体は集められて液体流出口から流出される。液滴の分離は、好ましくは遠心分離器本体が配置された中間室で行われる。そうすると、清浄化されたガス流のみが連通穴を通って圧縮機羽根車が配置された圧縮室に達することが確実に保証される。
【０００９】
前記中間室を連通穴を介して圧縮機羽根車の吸入側に連通するのがよい。そうすると、圧縮機羽根車の吸込みにより生じる負圧を、清浄化されたガスを前記中間室圧縮室へ送り込むのに利用できる。基本的には、回転する遠心分離器で生じるガス圧により清浄化されたガスを連通穴を通して送り出すような圧縮室に対する圧力差が生じる限り、清浄化されたガスを他の場所に送り込むことも可能である。例えば、好ましくは前記中間室の壁に設けられる連通穴を、圧縮機により圧縮された燃焼用空気を内燃機関に導くための、圧縮機側あるいは圧縮機羽根車への供給通路あるいはディフューザに開口する連通路につなげることもできる。
【００１０】
さらに有利な実施形態では、前記連通穴は前記中間室と圧縮室との間にあり、分離すべき液滴を含むガスが前記中間室に導入される流入口は前記遠心分離器の前記連通穴とは軸方向反対側の中間室の壁に設けられる。このようにすることにより、遠心分離器本体の互に反対側に位置する中間室空間が、一方の側は分離すべき液滴を含むガスの導入に、他方の側は清浄化されたガスの導出に利用される。そして、中間室への流入口は遠心分離器の前記圧縮機羽根車とは反対側に設けるのがよい。そうすると、流入口は遠心分離器の吸込み側にあり、圧縮機室への連通穴は遠心分離器の圧力側にあることになる。
【００１１】
さらに、前記流入口は中間室に半径方向に開口し、前記連通穴は軸方向に延びるようにするのもよい。半径方向の流入口とすることにより、圧縮機の構成部品あるいは圧縮機が一体化されている構成装置に対して干渉することなく間隔を保って流入口を設けることができ、また、中間室と圧縮室間の連通穴の向きを軸方向とすることにより、遠心分離器の圧力側からの清浄化ガスの流出が助けられ、同時に半径方向あるいは接線方向への作用力（遠心力）により、液滴が軸方向の連通穴を通って圧縮機室に達するようなことが確実になくなる。
【００１２】
前記中間室から清浄化されたガスが流出するのを助ける（ガス中の油滴がガス流出孔１０６に入るのを防止する）ために、羽根体からなる前記遠心分離器本体の背壁側に遠心力を作用される羽根体背壁と対面するガス流出孔（１０６）側に追加の羽根を設けることができる。
これらの羽根体及び追加の羽根により追加の羽根が設けられた側の圧力を高めて圧縮室への清浄化されたガスの流出を助ける。前記遠心分離器本体は、前記圧縮機羽根車とは反対側にも導入されたガスに遠心力作用を付勢する方向に延在するフィンを有する羽根体で構成するのが好ましい。
【００１３】
好ましい実施形態では、圧縮機は該圧縮機とともにガスタービンを備えた内燃機関用排気ターボチャージャの部品であり、そのタービン羽根車は内燃機関の排気経路において圧力下にある排気ガスによって駆動される。この排気ガスタービンは、したがって圧縮機の駆動機である。タービン羽根車と圧縮機羽根車間の軸は同時に遠心分離器本体の支持軸となる。中間室は、したがってタービン室と圧縮室との中間に設けられ、中間室の隔壁が前記両室（部屋）を分離する。タービン羽根車、圧縮機羽根車、および遠心分離器は、好ましくは前記軸に固定されて、全て同じ回転数で回転する。
【００１４】
別の実施形態では、圧縮機は機械的及び/或いは電気的に駆動されるように構成され、その場合、機械的駆動の場合には内燃機関のクランク軸あるいはクランク軸により駆動される部品に連結して駆動され、電気的駆動の場合には圧縮機の回転軸を駆動する電動モータが具えられる。クランク軸あるいは電動モータに連結することは、この場合圧縮機羽根車および遠心分離器がタービン羽根車とは別の駆動機で駆動されることを意味する。中間室は圧縮室に直接に隣接し、これら両室（部屋）は共通の構成体あるいは共通のハウジングを成す。
さらなる利点と目的にかなう実施形態は引用請求項、図面の説明、および図面から読み取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示した排気ターボチャージャは、基本的に２つの空間室（部屋）１１、１２を含むハウジング１０を有し、部屋１１はタービン羽根車１３を収納するタービン室として、空間室（部屋）１２は圧縮機羽根車１４を収納する圧縮室として形成されている。タービン羽根車１３と圧縮機羽根車１４は前記ハウジング１０に回転自在に軸受け支持された共通軸１５で連結されている。このように回転連結されているので、前記軸１５が回転するとタービン羽根車１３と圧縮機羽根車１４は同じ回転数で回転する。
【００１６】
タービン羽根車１３は内燃機関の給気通路に設けられていて内燃機関の排気ガス圧力により回転駆動される。タービン羽根車１３の回転は前記軸１５を介して内燃機関の給気通路に配置された前記圧縮機羽根車１４に伝えられ、燃焼用空気が該圧縮機で高い供給圧に圧縮され、こうして燃焼用空気が内燃機関のシリンダに送り込まれる。
【００１７】
前記タービン室１１と圧縮室１２の間には中間室１６があり、該中間室には前記軸１５に固定され該軸と一体に回転して、遠心力を作用させる羽根体状の遠心分離器本体１７が配置されている。したがって、該遠心分離器本体１７はタービン羽根車１３および圧縮機羽根車１４と同じ回転数で回転する。前記中間室１６は前記タービン室１１と圧縮室１２とともに排気ターボチャージャのハウジング１０を構成しており、中間室はハウジングと一体の部分として構成することも、あるいは別体の部品から成るように構成することも考えられる。
【００１８】
前記遠心分離器本体１７は、前記中間室１６に導入されるブローバイガスあるいはクランクケースガス中の油滴あるいは液滴を分離するものである。該遠心分離器本体１７の回転によって中間室１６に導入された分離すべき液滴を含むガスは回転され、ガス中の液滴が遠心力により半径方向および接線方向に外側に運ばれて中間室の壁の内周側に堆積する。ここに集まった液滴は、例えば中間室１６の壁に該壁に半径方向に開口するように設けられた開口１８を通して排出することができる。該開口１８は、先ずは分離すべき液滴を含むガスの流入口となるが、場合によっては集積された油滴を排出する排出口としても利用することができる。基本的には、集積した油滴を別の開口から排出するようにすることもできる。
【００１９】
開口１８から矢線２２のように半径方向に中間室１６に導入された液滴を分離すべきガスは清浄化後に中間室１６と圧縮室１２の間の隔壁１９に設けられた連通穴２０、２１を通って軸方向に導出される。清浄化されたガスは、遠心分離器の中間室１６を形成する隔壁１９に対面する側と圧縮室１２との間の圧力差により該圧縮室１２に導入され、そこで圧縮機羽根車に導入される燃焼用空気と混合して圧縮機羽根車により圧縮されて内燃機関のシリンダの方に導かれる。
【００２０】
中間室１６のタービン室側隔壁には回転軸１５を回転自在に軸受け支持する軸受け部が設けられている。中間室１６と圧縮室１２の間の隔壁１９にも軸受け部が設けられ、同様に回転軸１５が貫通して軸受け支持されている。中間室とそれに隣り合う部屋の間の回転軸１５を軸受け支持する軸受け部は、該軸受け部をガスが通過しないように気密に構成するのが好ましい。
【００２１】
図２に詳細を示す遠心分離器は、図１の排気ターボチャージャに好都合に組み込むことができる。図２に示す遠心分離器１０１は、回転しないように固定されたハウジング１０２を有し、この場合該ハウジング１０２は特にタービン室と圧縮室との間の中間室をなす。該ハウジング１０２は、場合によっては内燃機関のシリンダヘッドに形成して夫々タービン室ユニット部と圧縮室ユニット部を組み付けることができる。該ハウジング１０２は、前記遠心分離器１０１が固定された回転軸１０３の長手中心軸線１０４に対して少なくとも大体において回転対称な形状に形成される。回転軸１０３は、図示しない軸方向両端側にボルト若しくはスプライン等の連結部を有し、該連結部を介して特に圧縮機羽根車に固定され、さらに他端側の連結部を介してタービン羽根車にも連結される。
【００２２】
圧縮機羽根車や遠心分離器１０１の回転軸１０３はタービン羽根車を駆動機として必ずしも駆動される必要はなく、他の駆動機、例えば電動モータで駆動される場合、あるいは内燃機関のクランク軸により直接あるいは間接に駆動される場合も考えられる。そのような場合は、圧縮機羽根車および遠心分離器１０１は前述したように他の駆動機と連結部を介して圧縮機羽根車や遠心分離器１０１を駆動される駆動軸に固定される。
【００２３】
遠心分離器１０１のハウジング１０２は回転軸１０３の長手中心軸線１０４の方向に湾曲した前側壁１１８を有する。ハウジング１０２の前側壁１１８には、好ましくは円形状の開口１１７が回転軸１０３の長手中心軸線１０４と同心に設けられ、回転軸１０３が該開口１１７を通って突き出る。回転軸１０３の外周とハウジング１０２の開口１１７との間にガスが流入する環状のガス流入口１０５が形成されるように、開口１１７の直径は回転軸１０３の直径よりも大きく形成してある。該ガス流入口１０５は、分離すべき液滴を含む清浄化前のガスを遠心分離器が配置された中間室あるいはハウジング１０２内に導入するための流入口である。
【００２４】
ハウジング１０２の内部には狭義の遠心分離器である羽根車１１４が回転軸１０３に固定して配置されている。軸端１１９側領域には、羽根車１１４に回転軸１０３の長手中心軸線１０４に対して半径方向外側に円盤状に直角に延びるやや薄厚の円盤状背壁１０８が形成されている。羽根車１１４は、背壁１０８の前記軸方向ガス流入口１０５に面する側１０９に、特に前記長手中心線１０４に略平行で半径方向外側に延びて回転軸１０３が回転するとガスに遠心力を生じさせる羽根体１１１を有している。羽根体１１１のハウジング１０２の前側壁１１８側は好ましくは該前側壁１１８に沿うように形成される。背壁１０８と羽根体１１１の寸法については、前側壁１１８が略羽根１１１の外周１１３まで延びるようにしてある。
【００２５】
ハウジング１０２の半径方向外側壁の内側面１１６には、回転軸１０３の長手中心軸線１０４に平行にスリット状に延びる油流出口１０７が形成されている。ハウジング１０２の前記半径方向外側壁の内側面と羽根１１１の外周１１３の間には環状空間１２４が形成される。
【００２６】
遠心分離器１０１の背壁１０８に直接に対面するハウジング１０２の背壁１１５には、ハウジング１０２のハウジング内部とそれに隣り合う部屋つまり圧縮機羽根車が配置された圧縮室とを連通するガス流出孔１０６が設けられている。該ガス流出孔１０６を通って清浄化されたガスがハウジング１０２内から導出される。
【００２７】
遠心分離器の羽根車１１４の背壁１０８の前記ガス流出孔１０６に面する側１１０には背壁１０８の周縁に対称に複数（好ましくは複数対）取り付けられた羽根１１２が設けられている。該羽根１１２は前記羽根体１１１に対する追加として設けられたもので、羽根体１１１は背壁１０８に回転軸１０３の方向に向いて設けられ、又羽根１１２は背壁１０８の背面側に設けてある。羽根１１２は羽根１１１の外周１１３から半径方向内側に向かって軸方向の狭い範囲に延びている。
【００２８】
前記ガス流出孔１０６は、長手方向中心軸線１０４に関する半径方向位置については前記羽根１１２の内側（内周端側）に設けられ、特に羽根１１２に半径方向において直接にガス流出孔１０６と隣接するように設けられている。ガス流出孔１０６は回転軸１０３の長手中心軸線１０４に対しては半径方向に偏心した位置に設けられている。
【００２９】
回転軸１０３の軸端１１９（背壁１０８）とガス流出孔１０６が設けられているハウジング背壁１１５との間には軸方向間隔aが設けられている。羽根車１１４が固定された回転軸１０３は特にハウジング１０２に軸受け支持されることなくハウジング１０２内で該ハウジングに接触しないで回転できるように保持されている。回転軸１０３の長手中心軸線１０４に平行に測ったハウジングの幅bは、ガス流入口１０５と羽根車１１１の外周１１３との間で半径方向外側に向かって減少している。羽根車１１４の背壁１０８とハウジング１０２の背壁１１５との間の間隔ｄは一定であり、他方、羽根車の背壁１０８とハウジング１０２の前側壁１１８との間の間隔ｃは背壁１０８の範囲に亘って半径方向外側に向かって減少している。ガス流入口１０５に面する側の間隔ｃは全範囲に亘ってガス流出孔１０６に面する１１０側の間隔ｄよりは大きい。
【００３０】
遠心分離器１０１の駆動に際しては回転軸１０３は矢線１２０の方向に長手中心軸線１０４の回りに回転される。清浄化すべきガスは矢線１２１で示すようにハウジング１０２内の羽根車１１４領域に軸方向に流入し、羽根車１１４の回転により半径方向あるいは接線方向に外側に向かって加速される。羽根１１１の外周１１３とハウジング１０２の半径方向外側壁の内側面１１６との間の環状空間１２４ではガスの圧力が増大している。したがって、油がガスから分離されて油流出口１０７を通って矢線１２２で示す方向にハウジング１０２から流出する。清浄化されたガスは背壁１０８のガス流出孔１０６に面する側１１０に流れ、そこから軸方向に延びるガス流出孔１０６を通って矢線１２３の方向にハウジング１０２から流出する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】遠心分離器に構成された油分離器が組み込まれた本発明の実施例に係るターボチャージャである。
【図２】図１に示すようなターボチャージャに組み込まれる油分離器としての遠心分離器として構成された本発明の実施例の詳細図である。
【符号の説明】
【００３２】
５、１０３  回転軸
１２  圧縮室
１４  圧縮機羽根車
１３  駆動機
１６、１０２  中間室
１７、１０１  遠心分離器
１８、１０５  流入口
２０、２１、１０６  連通穴
１３  タービン羽根車
【図１】
2009008082.tif 000003
【図２】
2009008082.tif 000004