JP2004530070A - 機械式スーパーチャージャ - Google Patents

Abstract

本発明は、吸入空気を圧縮するためのコンプレッサホイールを備えるコンプレッサユニット（３）と、エンジンクランクドライブを締結するためのクラッチ（２）と、エンジンクランクドライブをコンプレッサホイールへ伝達するための伝達比の高い伝動装置（４）とで構成された、内燃機関の燃焼室により高い圧力とより高い密度で吸入空気を送出するための内燃機関の機械式スーパーチャージャ（１）に関するものであり、前記伝動装置がサーキュラ・スライディングギヤ（４）として構成されている。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、請求項１の上位概念に基づく、吸入空気を送出するための内燃機関の機械式スーパーチャージャに関する。
【０００２】
（背景技術）
スーパーチャージャは、原理的には、吸入空気をより高い圧力とより高い密度で内燃機関の燃焼室に送出することによって内燃機関の充填率を向上させる、空気ポンプに比肩することができる。この場合、普通であれば失われてしまう排ガスの流動エネルギーを利用する、いわゆるエキゾーストターボチャージャと、エンジンのクランクシャフトによって駆動される、いわゆる機械式スーパーチャージャとが区別される。
【０００３】
機械式の駆動部を備えるスーパーチャージャでは、エンジンのエンジンクランクドライブが相応のクラッチを介してスーパーチャージャに直接伝達され、その結果、スーパーチャージャでは、構造に応じてコンプレッサホイールが吸気サイクルの間に大量の新気を圧縮して、シリンダに供給する。このようなスーパーチャージャは、ブースト圧が迅速に生成され、低い回転数領域でもトルクが高いことを特徴としている。
【０００４】
しかも、特にディーゼルエンジンにおけるエキゾーストターボチャージャでは、低い回転数領域のとき、エキゾーストターボチャージャの排ガスの質量慣性に基づいて、アクセルペダル位置の急激な変化に対して若干の遅延を伴わなければ反応することができず（ターボ抜け）、そのために出力が一時的に低下し、最善ではない燃焼によって煤の排出が増えるという欠点があるが、機械式スーパーチャージャはこのような欠点も解消する。
【０００５】
機械式スーパーチャージャは、エンジンの排ガスシステムに介入しないので、負荷の変動時に必ず発生する排ガスの質量慣性モーメントも考慮されない。
【０００６】
エンジンクランクドライブがクラッチを介してコンプレッサホイールへ相応に伝達されることを保証するために、従来技術では、特に１段に構成された平歯車伝動装置が用いられている。
【０００７】
しかしこのような１段の平歯車伝動装置には、高い回転数が求められるとともに長い耐用寿命が求められるため、伝動装置をきわめて精密に製作しなければならないという欠点が内在しており、このことは必然的に高い設計コストと製造コストに結びつき、それに伴って生じる高い費用と結びついている。そのうえ高い伝達比が求められるので、このような伝動装置は、相応のエンジン振動によって軸受部材が内在的に故障しやすいために故障率が高くなってしまう。
【０００８】
このような伝動装置のさらに別の欠点は、所要スペースが比較的広いことであり、このような所要スペースは、一方では、実際の所要スペースに応じた車両への搭載を著しく制約し、また他方では、既存の設計構造への追加装備を不可能にしてしまう。そのうえ段階のある構造によって、このようなスーパーチャージャの施工形態は扱いにくく、必要以上に重量がある。
【０００９】
従来技術から周知となっているこのような欠点を前提とする本発明の課題は、高い効率と高いトルクを維持しながら、少ない設計スペースしかとらずに低コストに製造することができ、耐用寿命が長いことを特徴とするスーパーチャージャを提供することである。
【００１０】
（発明の開示）
この課題を解決するために本発明は、請求項１の構成要件を備える機械式スーパーチャージャを提案する。
【００１１】
本発明のその他の実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明の要部をなす原理は、伝達比の高い伝動装置として、たとえばＤＥ１９５１５１４６Ｃ２から公知となっているような、いわゆるサーキュラ・スライディングギヤを用いることに依拠している。
【００１２】
サーキュラ・スライディングギヤの原理は、それぞれ同じ半径をもつ少なくとも２つのいわゆるダミークランクと１つの駆動クランクとによって、１つの平面が円形摺動の運動を行うことに依拠しており、すなわち、この平面の各点が、この平面を通る回転不能に配置された軸を中心として回転することなく円形の運動をすることによって、円形摺動が行われることに依拠している。２つのダミークランクと１つの駆動クランクは、場合により二等辺である鋭角三角形の頂点にあるのが好ましい。そしてサーキュラ・スライディングギヤでは、このように形作られる平面は、他の歯車と噛み合う歯車によって構成される。これは、たとえば内歯を備える内歯車であってよく、その内部で平歯車が回転して内歯車が円形摺動を行うか、もしくは内歯車を中心として平歯車自体が円形摺動を行う。
【００１３】
すなわち、このようなサーキュラ・スライディングギヤの機能原理は、複数組の歯の噛み合いがほぼ無接触式に互いに嵌り込み、トルク伝達の目的のために噛み合い部が側方へ連続的にスライドすることに依拠している。このことは、歯面が相互に転動することなしに行われる。円周力の伝達中に駆動輪の歯と従動輪の歯が互いに一平面上に位置しているので、係合の衝撃が発生しない。円形摺動により、それぞれの歯車で歯に非常に低い固有の軸受圧力が実現される。
【００１４】
内歯車であれ平歯車であれ円形摺動をする部品の各点は、駆動クランクおよび両方のダミークランクの選択した偏心度と、駆動回転数とに依存して決まる円周速度を有している。したがってこの速度は、従動をする平歯車ないし内歯車の歯面と当ったときの、駆動をする内歯車ないし平歯車のそれぞれの歯面の速度でもある。
【００１５】
平歯車であれ内歯車であれ、従動輪の歯面の一様な回転の表面速度は、選択した伝達比の結果として生じる従動回転数と、従動をする平歯車または内歯車の選択した直径とに依存して決まる。
【００１６】
側方に摺動したときの歯面の接触は全面的に行われ、たとえばインボリュート歯車の場合のように直線的に行われるのではないので、比較的小さな歯の噛み合いが、比較的大きなトルクを伝達することができる。
【００１７】
比較的小さい歯の噛み合いだけで十分なので、使用する歯車の直径も同じく小さく、その結果、大きなトルクを維持しながら比較的小さい設計サイズを実現することができる。しかも個々の歯面の間での力の伝達が小さくなるので、いっそう低価値な、したがっていっそう安価な材料を使うことができる。
【００１８】
さらに、それぞれの歯が全面的に当接することによって、摩擦、磨耗、騒音を低減するため、あるいは熱を逃がすために潤滑剤を用いなくてよい。
【００１９】
このことは、伝動装置システムがそれ自体として開いているので、すなわち潤滑剤に対して密閉されていなくてもよいので、このような伝動装置を組み付ける柔軟性がいっそう高まるという利点を伴う。
【００２０】
本発明の有利な実施形態では、機械式スーパーチャージャのサーキュラ・スライディングギヤは、内歯を備える内歯車と、この内歯車と係合する外歯を備える平歯車と、少なくとも２つのダミークランクと、駆動クランクとを有しており、これらの歯車の一方は駆動クランクによって回転をしない円形のスライド運動を行い、他方の歯車は定置の軸を中心として回転可能に支承される。
【００２１】
このとき、回転可能に支承される軸は、スーパーチャージャにおける駆動側または従動側の連結シャフトであってよい。
【００２２】
本発明による機械式スーパーチャージャの有利な実施形態では、内歯車が従動側でコンプレッサホイールと連結され、平歯車は駆動側でクラッチと連結されており、平歯車は駆動クランクによって回転をしない摺動運動をする。
【００２３】
このような伝動装置を潤滑する必要性は、サーキュラ・スライディングギヤとしての構成によって解消されるので、伝動装置で使用する軸受はセラミック軸受として構成されていてよい。さらに、伝動装置の個々の歯車の歯は、潤滑を必要としない材料、たとえばプラスチックや焼結金属でできていてよい。
【００２４】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、伝動装置とコンプレッサユニット、および場合によりクラッチが、ただ１つのインテグラルハウジングの中に配置され、このインテグラルハウジングは、その都度の設計上の構成に応じて、内部に統合された機能部材、たとえば軸受シェル、支持ディスク、シール部材等を有していることができる。
【００２５】
本発明によるスーパーチャージャの別の実施形態では、クラッチとコンプレッサユニットの間の伝動装置として、はるかにコンパクトな設計スペースしか占めないように同心的に構成された遊星歯車装置が配置される。
【００２６】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、クラッチが、スーパーチャージャをたとえばアイドリング時にはオフにして加速時やフルロード時にはオンにする、電気操作可能な電磁クラッチとして構成される。
【００２７】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、コンプレッサユニットとクラッチの間に配置される伝動装置が、フリーホイールを備えるクラッチ装置を追加的に有しており、このクラッチ装置は電磁クラッチの代わりとなり、エンジンの停止時には開いており、アクセルペダル位置を通じて、および車両トランスミッションの電子制御プログラムを通じて、必要性と負荷状態とに応じて開閉することができる。
【００２８】
サーキュラ・スライディングギヤを用いることにより、この機械式スーパーチャージャは低コストに製造することができ、歯の噛み合い部に油潤滑や冷却をする必要がなく、伝動装置自体によって少ない設計スペースしかとらず、それによってスーパーチャージャの機構全体の設計スペースが減り、従来のスーパーチャージャに比べてスーパーチャージャが少ない騒音で機能するという利点を備えることを特徴としており、高い効率と高いトルク、ならびに長い耐用寿命と少ない保守作業という必要な前提条件はそのまま維持される。
【００２９】
本発明のその他の利点や実施形態は、図面との関連で次に説明する、本発明をいかなる形でも限定するものではない実施例から明らかである。
【００３０】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、本発明による機械式スーパーチャージャ１の模式図を示している。スーパーチャージャ１の内部には、電磁クラッチ２と、詳しくは図示しないコンプレッサホイールを備えるコンプレッサユニット３との間に、ここでは模式的に「ブラックボックス」として図示しているサーキュラ・スライディングギヤ４が配置されている。
【００３１】
コンプレッサユニット３は、吸込空気野吸込側５と圧力側６とを有している。
図からわかるように、サーキュラ・スライディングギヤ４とコンプレッサユニット３は、単一のインテグラルハウジング７の中に統合されている。
【００３２】
図２は、サーキュラ・スライディングギヤ４の原理的な構造を示している。サーキュラ・スライディングギヤ４は、従動側でコンプレッサホイールへの連結シャフト９と結合された、内歯を備える内歯車８を有している。
【００３３】
内歯８の内部では、駆動側で電磁クラッチ２への連結シャフト１１と結合された平歯車１０が回転する。
【００３４】
平歯車は、少なくとも２つのダミークランク１２を介して駆動側のフランジ１３と結合されており、駆動側のフランジはさらに従動側のフランジ１４と堅固に結合されており、この従動側のフランジに連結シャフト９が従動側で支承されている。ダミークランク１２は、球軸受で支承された延長部として構成されており、平歯車１０を円形摺動させる図示しない駆動クランクも同様である。
【００３５】
サーキュラ・スライディングギヤ４のすべての球軸受１５はセラミック軸受として構成されている。
【００３６】
平歯車１０には、振動調節質量体としてのバランスウェイト１６が配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による機械式スーパーチャージャを示す模式図である。
【図２】図１の機械式スーパーチャージャのサーキュラ・スライディングギヤを示す原理的な断面図である。

Claims (17)

1. 吸入空気を圧縮するためのコンプレッサホイールを備えるコンプレッサユニットと、エンジンクランクドライブを締結するためのクラッチと、エンジンクランクドライブをコンプレッサホイールへ伝達するための伝達比の高い伝動装置とで構成された、内燃機関の燃焼室により高い圧力とより高い密度で吸入空気を送出するための内燃機関用スーパーチャージャにおいて、
   前記伝動装置がサーキュラ・スライディングギヤ（４）として構成されていることを特徴とするスーパーチャージャ。
2. サーキュラ・スライディングギヤ（４）が、内歯を備える内歯車（８）と、この内歯車（８）と係合する外歯を備える平歯車（１０）と、少なくとも２つのダミークランク（１２）と、駆動クランクとを有しており、これらの歯車（８，１０）の一方はダミークランク（１２）によって回転をしない円形の摺動運動を行い、他方の歯車（８，１０）は定置の軸を中心として回転可能に支承されている、請求項１に記載のスーパーチャージャ。
3. 内歯車（８）が従動側でコンプレッサホイールと連結され、平歯車（１０）は駆動側でクラッチ（２）と連結されている、請求項２に記載のスーパーチャージャ。
4. 平歯車（１０）がダミークランク（１２）および駆動クランクと連結されている、請求項３に記載のスーパーチャージャ。
5. 前記歯車（８，１０）が平歯またははす歯を備えている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のスーパーチャージャ。
6. サーキュラ・スライディングギヤ（４）が潤滑剤なしで作動する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のスーパーチャージャ。
7. サーキュラ・スライディングギヤ（４）の前記歯車（８，１０）の歯が、潤滑を必要としない材料で形成されている、請求項６に記載のスーパーチャージャ。
8. サーキュラ・スライディングギヤ（４）がセラミック軸受（１５）を有している、請求項６または７に記載のスーパーチャージャ。
9. 前記伝動装置がフリーホイールを備えるクラッチ装置を有している、前記請求項のうちいずれか１項に記載のスーパーチャージャ。
10. 前記クラッチ装置がアクセルペダル位置を通じて電子的に制御可能である、請求項９に記載のスーパーチャージャ。
11. 前記伝動装置が、同心的に構成された遊星歯車装置として構成されている、請求項１に記載のスーパーチャージャ。
12. 前記伝動装置とコンプレッサユニットの間に油密な分離壁が配置されている、請求項１１に記載のスーパーチャージャ。
13. 前記伝動装置とコンプレッサユニットが単一のインテグラルハウジング（７）の中に配置されている、前記請求項のうちいずれか１項に記載のスーパーチャージャ。
14. 前記クラッチ（２）が前記インテグラルハウジング（７）の中に配置されている、請求項１３に記載のスーパーチャージャ。
15. 前記インテグラルハウジング（７）がアルミニウムダイカストまたはプラスチックで製作されている、請求項１４に記載のスーパーチャージャ。
16. 前記インテグラルハウジング（７）が統合された機能部品を有している、請求項１５に記載のスーパーチャージャ。
17. 前記クラッチ（２）が電気的に操作可能な電磁クラッチである、前記請求項のうちいずれか１項に記載のスーパーチャージャ。