JPH06299864A - 容積型過給機を備えた往復動ピストン式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自由慣性力又は自由慣性モーメントがなお存
続するように内燃機関のシリンダ数とシリンダ配列とが
構成されており、かつ、機械的に駆動される過給機の軸
が内燃機関のクランク軸に対して平行に配置されている
形式の、容積型過給機を備えた往復動ピストン式内燃機
関において、過給機の運動特性を変化させて、該過給機
によって内燃機関の自由慣性力を補償するようにする。 【構成】 機械的な過給機２０が、往復動ピストン式内
燃機関のクランク軸３２と角度同期的に駆動されてお
り、前記過給機とクランク軸３２との間の伝達比が整数
倍であり、かつ、内燃機関の低振動運転又は無振動運転
を得るために運転中に往復動ピストン式内燃機関の自由
慣性力に対抗して作用するカウンターウェイトが前記過
給機２０の所属軸の少なくとも１本に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自由慣性力又は自由慣
性モーメントがなお存続するように内燃機関のシリンダ
数とシリンダ配列とが構成されており、かつ、機械的に
駆動される過給機の軸が内燃機関のクランク軸に対して
平行に配置されている形式の、容積型過給機を備えた往
復動ピストン式内燃機関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】駆動軸によって駆動される過給機による
内燃機関の過給が重要な意味をもつのは、自動車で内燃
機関を使用する場合の燃料消費率を良好にするという理
由に基づいて、大気圧下でのみ内燃機関を運転すること
によっては到底得ることのできないような所定目標の出
力を定常的にも非定常的にも得ようとする場合である。
内燃機関の大きさは、吸気機関としてのみ運転するだけ
では充分でない。しかし、このように設計された内燃機
関の利点は、要求される全負荷値を得るために過給を必
要としないような、より大型の内燃機関を使用する場合
よりも、良好な燃料消費率で、自動車の運転中に極めて
頻繁に使用される部分負荷運転を行なえることである。

【０００３】大抵は、自走目的のための内燃機関は複数
気筒のシリンダを有する往復動ピストン式内燃機関とし
て構成されている。騒音のない静かな運転を得るという
理由から、シリンダ数及びシリンダ配列型式は自由慣性
力を補償できるように選ばれる。自由慣性力は、クラン
ク伝動装置の幾何学的な形状によって規定されたピスト
ン運動の運動特性によって発生する。４ストローク・サ
イクル運転のために列型配置された６気筒のシリンダ数
が、可成りの付加経費をかけることなく慣性力を完全に
補償することができることは公知である。シリンダを列
型に配列した６気筒機関の場合に内燃機関の振動のない
運転を得るためには、自由慣性力を補償するために遠心
力作用重錘を有するバランス軸が必要になる。

【０００４】すでに述べたように燃料消費率を良好にす
るという理由から、自動車で適用する場合小さな行程容
積をもった内燃機関を使用し、かつ、所期目標の出力を
得るために該内燃機関に、内燃機関の駆動軸によって駆
動される過給機を装備するのが有利である。小さな行程
容積を有する内燃機関は概して、大きな行程容積を有す
る内燃機関よりも少ないシリンダ数を有している。しか
し自由慣性力の補償は、４気筒以下のシリンダ数を有す
る小型内燃機関の場合に重要になる。

【０００５】駆動軸によって駆動される容積型過給機に
よる内燃機関の過給方式は公知の技術である。該容積型
過給機はスクロール式の過給機であることもできる。こ
のような機械は例えばドイツ連邦共和国特許第２６０３
４６２号明細書に基づいて公知になっている。このスク
ロール原理に基づいて構成された圧縮機は、空気或い
は、空気と燃料とから成るガス状の作動媒体をほぼ脈動
なく圧送する点で優れかつ内燃機関の過給のために特に
適している。

【０００６】過給機は内燃機関の駆動軸によって駆動さ
れる。過給機自体は、スパイラル状に内設された圧送室
と、該圧送室に配設された押し退け体とを有するケーシ
ングから成り、前記押し退け体は、ケーシングに対して
偏心駆動可能なロータ上に保持されており、しかも運転
中に押し退け体の各点が、押し退け室の周壁によって制
限された円運動を行なうようになっており、このために
駆動軸上には偏心輪が配置されており、かつ該偏心輪の
運動によって惹起される偏心輪の遠心力と、該偏心輪に
よってガイドされるロータの遠心力とを補償するために
カウンターウェイトが該偏心輪に配設されている。

【０００７】冒頭で述べた形式のスクロール式過給機の
場合並びに、ロータを並進的にガイドするための装置を
ロータの駆動軸に対して同期的に回転する案内軸の形で
設けた公知の全ての圧縮機の場合、偏心輪とロータとに
よって惹起される遠心力の補償は、駆動軸に装着された
カウンターウェイトによって行なわれる。

【０００８】ロータの駆動は大抵は、内燃機関の駆動軸
に対して所定の伝達比を有するベルト伝動装置を介して
行なわれる。スクロール式過給機の場合、該過給機の回
転数は、内燃機械の回転数よりも係数約１．５〜２．５
倍分だけ高い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、冒頭で述べた形式の過給機の運動特性を変化させ
て、該過給機によって内燃機関の自由慣性力を補償する
ようにすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、機械的な過給機が、往復動ピス
トン式内燃機関のクランク軸と角度同期的に駆動されて
おり、前記過給機とクランク軸との間の伝達比が整数倍
であり、かつ、内燃機関の低振動運転又は無振動運転を
得るために運転中に往復動ピストン式内燃機関の自由慣
性力に対抗して作用するカウンターウェイトが前記過給
機の所属軸の少なくとも１本に設けられている点にあ
る。

【００１１】機械的な過給機がスクロール式過給機であ
り、該スクロール式過給機の主軸の、偏心輪とロータ
が、往復動ピストン式内燃機関の自由慣性力又は自由慣
性モーメントに対抗して作用するためのカウンターバラ
ンスとして構成されているのが特に有利である。

【００１２】

【作用】冒頭で述べたスクロール原理に基づいて稼働す
るようなスクロール式過給機は特に有利である。それと
いうのは、該スクロール式過給機は、カウンターウェイ
トを備えた駆動軸を有しているからである。自由慣性力
（自由慣性モーメント）を補償するためには過給機の駆
動軸は内燃機関の駆動軸と同期的に駆動されねばなら
ず、また伝達比は内燃機関の駆動軸に対して整数倍の関
係になければならない。スクロール原理に基づいて稼働
する過給機の慣用のカウンターバランスは過給機の振動
のない運転を生ぜしめる。このカウンターバランスを本
発明のように省くことによって過給機自体は自由慣性力
を発生させ、該自由慣性力は、過給機駆動軸の回転角度
位置と内燃機関駆動軸の回転角度位置との同期化によっ
て、内燃機関の自由慣性力に対抗して作用して該自由慣
性力を相殺することになる。

【００１３】前記のスクロール式過給機は、駆動軸の外
に案内軸をも有しており、該案内軸自体は、例えば歯付
きベルト伝動装置によって駆動軸と角度同期的に案内さ
れている。本発明の付加的な課題は、過給機の駆動軸を
内燃機関の駆動軸と同期化する場合、例えば過給機によ
って必要とされる駆動出力を伝達する歯付きベルト伝動
装置によって前記案内軸もこの同期化ベルト伝動装置に
一緒に組入れることである。この結果、過給機の駆動装
置と該過給機の案内軸との間に別個の同期化伝動装置を
設ける必要がなくなる。従って、過給機の駆動装置の機
能及び、内燃機関の駆動軸と過給機の案内軸との同期化
機能は共に、ただ１つの機械エレメントのみによって果
たされるのであり、この場合前記機械エレメントは例え
ば歯付きベルトであってもよい。

【００１４】

【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

【００１５】なお説明に先立って断っておくが、発明の
対象を構成していない圧縮機の機能態様の詳細な説明
は、前掲のドイツ連邦共和国特許第２６０３４６２号明
細書の記載を参照されたい。ここでは本発明を理解する
上で必要不可欠な過給機構造及び動作プロセスだけを以
下に簡単に説明しておく。

【００１６】図１には、圧送室１１と該圧送室内に組込
まれている押し退け体を有するケーシング半部７ｂが図
示されている。過給機のロータは符号１で総体的に示さ
れている。ロータディスク２の両側には、鏡面対象に螺
旋状に構成された押し退け体が夫々１つ配置されてい
る。該押し退け体は、ロータディスク２の両面に垂直に
保持されたストラップ３ａ，３ｂである（図１及び図
２）。図示の実施例では螺旋体自体は、互いに接続する
複数の円弧片から形成されている。ロータディスク２は
ハブ４によって、偏心輪２３の周面に軸受２２を介して
支承されている。偏心輪自体は駆動軸２４の構成部分で
ある。ストラップ３ａ，３ｂの半径方向外側に配置され
た環状部５は案内軸受２５を受容するためのものであ
り、該案内軸受は偏心ピン２６に被せ嵌められている。
該偏心ピン自体は案内軸２７の構成部分である（図１及
び図２）。螺旋体端部で前記ロータディスク２には複数
の貫通窓６が設けられており、これによって作動媒体
は、例えば片側にだけ配置された中央の出口１３に排出
されるために、一方のロータディスク側から他方のロー
タディスク側へ達することができる。

【００１７】図１においては、ケーシング半部７ｂ、す
なわち２つのケーシング半部７ａ，７ｂから構成されて
いて固定環部８内に通される固定ねじを介して互いにね
じ締結される過給機ケーシングの（図２では右側に示し
た）ケーシング半部７ｂが図示されている。螺旋状スロ
ットの形式に従って両方のケーシング半部７ａ，７ｂ内
に形成された圧送室は符号１１で示されている。前記螺
旋状スロットは、過給機ケーシングの螺旋外周側に配置
された１つの入口１２から、ケーシング内部に設けられ
た１つの出口１３へ延びている。該螺旋状スロットは、
外側と内側で一定の相互間隔をおいて配置された実質的
に並行して延びるシリンダ壁１４，１５とを有し、この
場合シリンダ壁の螺旋は本例では、ロータディスク２の
押し退け体と同様に約３６０°にわたっている。外側の
シリンダ壁１４と内側のシリンダ壁１５との間には、ス
トラップ３ａ，３ｂとから成る押し退け体が係合してお
り、該押し退け体の曲率は、ストラップが過給機ケーシ
ングの内側のケーシング壁１５及び外側のケーシング壁
１４に例えば２個所でほぼ接触するように設計されてい
る。ストラップ３ａ，３ｂ及びウェブ４５，４６の自由
端面側ではシールストリップ４９が適当な溝内に挿嵌さ
れている。該シールストリップによって作動室は過給機
ケーシング並びにロータディスク２の両側壁に対してシ
ールされる。

【００１８】ロータ１は駆動用偏心輪ユニット２３，２
４によって駆動されかつ案内用偏心輪ユニット２６，２
７によってガイドされる。駆動用偏心輪ユニット２３，
２４の駆動軸２４は駆動側では軸受１７内に、また出力
側（エアスクリュ端部側）では軸受１８内に軸支されて
いる。ケーシング半部７ａから突出した端部で該駆動軸
２４は、同期ベルトプリーを同時に構成する駆動ベルト
プリー１９と結合されている。案内用偏心輪ユニット２
６，２７の案内軸２７自体もやはりケーシング半部７ａ
から突出しており、かつ、駆動ベルトプリー１９に等し
く成形された案内ベルトプリー２９を有している。両死
点位置においてロータ１を確動案内するために両偏心輪
ユニット２３，２４；２６，２７は歯付きベルト伝動装
置１６を介して角度正しく同期化され、この場合本発明
では該歯付きベルト伝動装置１６内には、内燃機関の駆
動ベルトプリー３０も組込まれている（図３）。過給機
内に装備されたダブル偏心駆動装置は、ロータディスク
２の全ての点並びに両ストラップ３ａ，３ｂの全ての点
が円形のスクロール運動を行なうように駆動する。圧送
室１１の内側のシリンダ壁１５と外側のシリンダ壁１４
とにストラップ３ａ，３ｂを交互に多重近接させること
に基づいて、該ストラップの両側には、作動媒体を封じ
込める三日月状の作動室３５が生じ、該作動室は、ロー
タディスク２の駆動中に圧送室を通って出口１３へ向か
ってシフトされる。このシフト時に前記作動室の容積は
減少されかつ作動媒体の圧力はそれ相応に高められる。

【００１９】過給機として使用されるスクロール運動機
械の歯付きベルト伝動装置１６の駆動ベルトプリー１９
及び案内ベルトプリー２９を介して駆動軸２４及び案内
軸２７を、駆動ベルトプリー３０を介して内燃機関の駆
動軸３２と同期的に接続することによって、内燃機関の
自由慣性力に対してスクロール運動機械の補償遠心力に
より影響を及ぼすことが可能になる。それというのは、
駆動軸２４が本発明では、偏心輪２３とロータ１の偏心
運動によって惹起される遠心力を補償するためのカウン
ターウェイトを有していないからである（図２及び図
３）。本発明では有利なことには、この同期化は、内燃
機関の自由慣性力とスクロール運動機械の自由慣性力と
が相殺されるようにしてか、或いは、内燃機関の低振動
運転を達成するために自由慣性合力又は合成慣性モーメ
ントを減少させるようにして行なわれるのである。なお
符号９は駆動軸用の受容孔、符号１０は案内軸用の受容
孔である。

【００２０】図３に示した概略構成図は、平行に摺動す
る往復動ピストンを有する２気筒型往復動ピストン式内
燃機関の場合を例示するものである。内燃機関のカウン
ターウェイト３８の設計はバランス軸を使用しない場合
の妥協手段である。往復動ピストン３７の両死点位置で
は、カウンターウェイト３８によって発生する補償遠心
力３６は著しく低く、また図３に示した往復動ピストン
位置では著しく高い。

【００２１】スクロール式過給機では内燃機関のクラン
ク軸３２と過給機の駆動軸２４及び所属の案内軸２７と
の間の伝達比が正確に１：１であり、かつ図３に示した
往復動ピストン３７の図示位置において、クランク軸３
２と駆動軸２４の角度位置が、クランク軸３２の補償遠
心力３６に対して本発明の構成の駆動軸３１の補償遠心
力３１を対抗作用させるような関係にある場合には、有
利な実施態様が得られる。また内燃機関に対して過給機
の回転方向を逆向きにすることによって、往復動ピスト
ンの両死点位置における補償遠心力３１，３６の合理的
な相加現象が得られる。（なお図３ではロータ１の図示
は省かれている。）歯付きベルト伝動装置１６は図示の
例では、両面に等しい成形部を有するベルトから成って
いる。図３において符号３９で示した張りローラは、図
示は省いたが別の付属装置も駆動することができる。ま
た符号４０は過給機ケーシング７ａ，７ｂと内燃機関の
クランクケース４１との間の結合部材である。

【００２２】例えば内燃機関における２次自由慣性力又
は２次自由慣性モーメントの補償に関わる場合には、内
燃機関のクランク軸３２とスクロール式過給機の駆動軸
２４との間の伝達比は正確に２である。

【図面の簡単な説明】

【図１】過給機の横断面図である。

【図２】本発明の構成による駆動軸を備えた過給機の縦
断面図である。

【図３】本発明の構成により配置された過給機と歯付き
ベルト伝動装置とを備えた内燃機関の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ロータ、 ２ ロータディスク、 ３ａ，３ｂ
ストラップ、 ４ハブ、 ５ 環状部、 ６
貫通窓、 ７ａ，７ｂ ケーシング半部、 ８ 固
定環部、 ９ 駆動軸用の受容孔、 １０ 案内軸
用の受容孔、 １１ 圧送室、 １２ 入口、 １
３ 出口、 １４ 外側のシリンダ壁、 １５
内側のシリンダ壁、 １６ 歯付きベルト伝動装置、
１７，１８ 軸受、 １９ 駆動ベルトプリー、
２０，２２ 過給機、２３ 偏心輪、 ２４
過給機の駆動軸、 ２５ 案内軸受、 ２６偏心ピ
ン、 ２７ 案内軸、 ２９ 案内ベルトプリー、
３０ 内燃機関の駆動ベルトプリー、 ３１ 過
給機の過給機の補償遠心力、 ３２ 内燃機関のクラ
ンク軸、 ３５ 三日月状の作動室、 ３６ 内燃
機関の補償遠心力、 ３７ 内燃機関の往復動ピスト
ン、 ３８ 内燃機関のカウンターウェイト、 ３９
張りローラ、 ４０ 結合部材、 ４１ 内燃
機関のクランクケース、 ４５，４６ ウェブ、 ４
９ シールストリップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由慣性力又は自由慣性モーメントがな
   お存続するように内燃機関のシリンダ数とシリンダ配列
   とが構成されており、かつ、機械的に駆動される過給機
   の軸が内燃機関のクランク軸に対して平行に配置されて
   いる形式の、容積型過給機を備えた往復動ピストン式内
   燃機関において、機械的な過給機（２０）が、往復動ピ
   ストン式内燃機関のクランク軸（３２）と角度同期的に
   駆動されており、前記過給機とクランク軸（３２）との
   間の伝達比が整数倍であり、かつ、内燃機関の低振動運
   転又は無振動運転を得るために運転中に往復動ピストン
   式内燃機関の自由慣性力に対抗して作用するカウンター
   ウェイトが前記過給機（２０）の所属軸の少なくとも１
   本に設けられていることを特徴とする、容積型過給機を
   備えた往復動ピストン式内燃機関。
2. 【請求項２】 機械的な過給機がスクロール式過給機で
   あり、該スクロール式過給機の主軸（２４）の偏心輪
   （２３）とロータ（１）とが、往復動ピストン式内燃機
   関の自由慣性力又は自由慣性モーメントに対抗して作用
   するためのカウンターバランスである、請求項１記載の
   往復動ピストン式内燃機関。
3. 【請求項３】 スクロール式過給機が駆動軸（２４）と
   案内軸（２７）とを有し、前記駆動軸と案内軸とが往復
   動ピストン式内燃機関のクランク軸（３２）と共に１つ
   の同期化ベルト伝動装置（１６）内に組込まれている、
   請求項２記載の往復動ピストン式内燃機関。