JPS63302129A - 特に自動車用の往復内燃機関のための過給機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特に自動車両用の内燃機関に対する過給機装
置に関するものである。

従来の技術 周知のように、自動車両（特に自動車）に装着されたエ
ンジンの最大出力は、自動車の通常の使用時に必要とさ
れる出力を上回り、残存出力は地面上での最高加速（す
なわち最高速度）、いわゆるトップ速度を得るため、あ
るいは最大傾斜面を登るためにしばしば使用される。

自動車を通常使用する際、使用出力は一般に最大出力の
５０％を越えず、誘導のチョークにより得られるこの減
速はエンジンの特定性能の低下に合致し、その結果消費
が大となり、燃焼が不完全となり、従って排気系に汚染
生成物の存在をもたらす。

全体的効率を向上させる目的で、オツド・サイクル型お
よびディーゼル・サイクル型の両者における吸熱式往復
機関の過給が古くから提案されており、シリンダ内へ誘
導する前の給気の全部または一部を大気圧以上の圧力ま
で圧縮する。周知のように過給は機械的効率の増大を伴
なう、何故なら１機械的損失の増加は出力増大よりもず
っと小さく、更に容積効率および実際の熱効率の増大よ
りも小さいからである。これに続いて、比消費における
相当な低下が生じ、これは４５％にも達し得る。

２種の型式の過給が現在使用されている。すなわち機械
型および排気駆動型のターボ過給である。

主として小型および中型のシリンダ容積エンジンに使用
されている第１の型式は、駆動シャフトから過給に必要
な動力を引き出す、「ルーツ」型の過給機が使用され、
これはマルチプライヤとジヨイントとを介装したエンジ
ンにより駆動されて、過給機を予備設定数のエンジンの
ｒｐｍにおいてのみ始動させる。より大きいシリンダ容
積をエンジンに残存させた第２の型式の過給においては
、過給動力をエンジンの排気ガスにより駆動されるター
ビンで供給して供給過給機を駆動させる。

両方式はエンジンの最高出力を増大させるが。

低ｒｐｍでは実質的に不活性である。

従って、その使用は中庸および高ｒｐｍにてエンジンの
性能を相当に向上させるが、自動車の実用条件に関し、
出力を最適化する意味で出力曲線を変化させない。

発明の目的 本発明の目的は、「オツド」サイクル型および「ディー
ゼル」サイクル型の両者における自動車用往復エンジン
の過給を制御すると共に、上記出力の最適化を可能にす
る結果、装着するシリンダ容積を相当に低減させること
ができ、かつ過給による所要出力のピークを達成し得る
ような方式を提供することにある。

発明の要点 事実１本発明によれば、容積型回転過給機をエンジンの
吸気マニホールドに挿入してなる。特に自動車用の内燃
往復機関のための過給機装置において、前記過給機をエ
ンジンシャフトにより常に駆動させると共に、前記過給
機の容積および従って送出圧力を、過給機におけるポン
プ手段の制御された形状変化により可変とし、前記ポン
プ手段がステータシリンダと、ロータと１羽根とを備え
ることを特徴とする過給機装置が提供される。

本発明の具体例によれば、形状変化は制御手段の作用に
よりロータの軸線とステータの軸線との間の偏心率を変
化させて得られる。

偏心率ゼロの配置において、過給機は単純なブロワ−と
して作用し何ら過給作用を示さない。

偏心率最大の配置において、過給機はその最大過給を発
揮し、その程度は過給機の誘導と送出との間の最大圧縮
比および考慮される回転数（ｒｐｍ）に依存する。

過給機は一定に駆動されるので、一方の状態から他方の
状態への移行は即座であり、更に過給による出力増加の
要求に対する応答もそれに応じて即座となる。何故なら
、始動慣性による遅延が存在しないからである。更に一
方の状態から他方の状態への移行はエンジンの任意のｒ
ｐｍ速度で行なうことができ、従って過給およびそれに
伴なう出力増加も低ｒｐｍにて行なうことができる。

本発明の他の具体例によれば、ポンプ手段の形状変化は
、外部制御手段の作用に際しロータの各座部に羽根を保
持させるのに適した部材によって得られる。吸気操作か
らエンジンの過給操作への移行は、従って前記制御部材
に対し羽根の保持または夫々解除を生ゼしぬるべく作用
させることにより行なおれる。

実施例 本発明の他の特徴、目的および利点は添付図面を参照す
る詳細な説明から明らかとなるが、本発明はこれら実施
例のみに限定されない。

第１図〜第４図を参照して、参照符号Ｍは、一般に吸気
マニホールド１０を設けて、その上にチョークキャブレ
ター１１を挿入した増熱型の内燃往復機関（例えば「オ
ツド」サイクルエンジン）を示している。

本発明を一層よく理解するため、次の特徴的エンジンデ
ータを考慮する： ・シリンダ容積１０００ｃｃ。

一５５００ｒＰＩＩにおける出力３７Ｋ１１、−３００
Ｏｒｐｍにおける最大トルク９ＯＮ、ｍ。

エンジンＭの吸気マニホールド１０には、キャブレター
１１とフィルタ１２との間に容積型回転過給機１３を挿
入し、これはステータ１４と複数の羽根１１５を支持し
た偏心ロータ１５とを備えてこれへの羽根がロータの各
座部１１６にて自由摺動する公知の型式である。本発明
の説明において、ステータとロータと羽根とにより構成
された集成体を単にポンプ手段と定義する。

本発明によれば、ポンプ手段の形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ
）は可変であり１例えば図示例においてこれはステータ
シリンダ１４とロータ１５との間の偏心率を制御部材１
６により、ステータ直径とロータ直径との差に依存して
ゼロから最大値まで変化させることにより得られる。こ
の目的で、ステータ１４はピボットピン１７から揺動自
在に懸垂され、このピボットビンを中心に回転して固定
のロータ１５に対し相対移動し、第１図に示した最大偏
心配置から第２図に示した偏心ゼ自の配置まで移行する
。

制御部材１６は種々異なる型式とすることができ１例え
ばバネ１９に抗して作用する液圧ピストン１８で構成し
たり、あるいは機械的および直接的もしくは動力補助の
何れで構成することもできる。

第１図に示した最大偏心率の配置において、過給機は最
大容積と最高圧力とを発生し、考慮されているｒｐｍ数
にてエンジンＭの最大過給を与える。

実際上、過給機の容積は次の関係式： ％式％ 〔式中、Ｄはシリンダー４の内径であり、ｄはロータ１
５の外径であり、Ｌは過給機の軸方向長さであり、ｎは
考慮するｒｐｍ数であり、ηＶは容積効率である〕 によりｒｐｍ数に関連する。

この過給は第３図の曲線図で示した出力Ｗの変化に対応
し、ここでロータ１５に対し過給機のシリンダー４を移
動させる過給挿入・は１例えば３５００ｒｐ−にて生ず
る。

この曲線図において、破線による曲線Ｗは大気圧で作動
するエンジンＭの出力に関する一方、曲線ＷＡは過給機
１３により過給された同じエンジンの出力に関し、更に
２本の曲線を結ぶ実線は過給機を挿入した結果としての
出力変化を示している。最大出力変化は過給機１３の容
積圧縮比に密接し関連し、１／１．５という数値のこの
圧縮比については他の条件が等しいとすれば、エンジン
Ｍにより吸気操作で発生する最大出力の２５％〜３５％
の範囲と推定することができる。

定性的に示した第３図の曲線図に明らかに示されている
ように、羽根型過給機１３の特徴により。

その圧縮比はｒｐｍ速度とは実質的に無関係であり。

過給の影響は特に低ｒｐｍにて顕著となり、出力の増大
はエンジンの２０００ｒｐ■にて既に３０％の程度とな
る。更に、容積型回転コンプレッサ１３の固有の特徴に
より、過給に基づく空気の温度上昇は極めて緩和であり
（ルーツ型過給機によって生ずる温度上昇よりも２０〜
３０％低い）、このことは過給によって生ずる相当な乱
流と一緒になって爆発現象を顕著に低下させる。

従って１本発明による過給系を備えたエンジンＭは、約
２０〜３０％高い出力を備えたエンジンを必要とする自
動車に対し有利に装着することができる。何故なら必要
に応じて、過給機１３を特定の方法で挿入することによ
り、出力要求が満たされるからである。

第２図に示した偏心率ゼロを有する空転配置において、
この過給機は簡単な換気作用を行なって相当な乱流増加
を伴ない、これにより略大気圧にて供給される空気流の
容積流速は次式：％式％ 〔式中、記号は上記の意味を有する〕 によって表わされる。

自動車の通常使用に際し主体となるこの偏心率ゼロの配
置において、過給機に対する負荷は最小となり、かつロ
ータの凹部に対する羽根の相対運動が生ぜず、これによ
り実用上充分な潤滑の必要性が排除される。この目的で
、過給機１３の吸気ダクトに対し、例えばダクト２０に
よってエンジンＭからの循環油蒸気を抽気すれば有利で
ありかつ充分である。

第４図は、過給機１′３の有利な構造実施例を示してい
る。

この実施例によれば、プレート３０はロータ１５のシャ
フト３２を支持するための座部３１を備える。プレート
３０はステータシリンダー４に面する完全に平面状の表
面３３を備え、このシリンダはプレート３０に固定され
たピボット１７に対し連結されたアーム３４により揺動
自在に支持される。固定ナツト３６と係合する一連の弾
性ワッシャ３５は、プレート３０の表面に対しステータ
シリンダ１４を封止接触係合に保ち、このシールはシリ
ンダの前面凹部に収容されたＯ型ガスケットにより確保
される。ロータ１５のシャフト３２は夫々第１ベアリン
グ３７および第２ベアリング３８により支持される。第
１ベアリング３７に対する軸方向応力を回避するため、
その２つの面を前面凹部３９とプレート３０に設けた軸
方向ダクト４０との存在により同じ圧力にかける。シー
ルは、シャフトに対し作用するガスケット４１によりベ
アリングに対し下流で確保される。プーリ４２をシャフ
トの突出端部に固定して、エンジンＭのシャフトから抽
出された出力をロータ１５へ伝達する。

第５図は本発明の他の特徴による過給機を示し、これは
ステータシリンダを円形であるが、シリンダ１４に対し
偏心している貫通座部４３を有するプレート３０に対し
直接にフランジを固定し、ここにブツシュ４４を自由回
転し得るよう収容し、かつこれにはシャフト３２を支持
するベアリング３７を偏心して設ける。

シリンダ１４に対するブツシュ４４の偏心率は、ブツシ
ュに対するシャフト３２の偏心率と同一であって、プレ
ート３０の座部におけるブツシュ４４を１８０１回転さ
せることにより、２つの偏心率は互いに補い合ってロー
タ１５自身はシリンダ１４に対し同軸に配位する。ピボ
ット４５をブツシュ４４に設けて緊張部材４６の接続を
可能にし、座部内でのブツシュの回転を生せしめるよう
にする。

第６図〜第１１図は１本発明の他の特徴による過給機を
示し、ここでポンプ手段の形状変化はロータの羽根１１
５を外部制御にの作用下でロータの各座部１１６に前記
羽根が保持されるようにした部材にかけて得られる。

第６図および第７図に示した実施例において。

ロータには負圧により保持する部材を設け、これら部材
は負圧源に接続し得る軸線方向流路２１４と、前記負圧
を羽根に加えてこれらの羽根をその座部１１６内に充分
挿入し続けるようにした軸線方向に離間する（第８図）
複数の派生流路とで構成される。第６図に示したように
、負圧源はエンジンＭの吸気マニホールド１０で構成す
ることができ、これを外部制御を構成する弁Ｋによりダ
クト２１４に対し接続または接続解除する。所要に応じ
、吸気マニホールドを蓄積容器Ｒおよび／または補助負
圧源と一体化することができ、前記負圧源は排気マニホ
ールドに連携したエゼクタにより、あるいは更に過給機
を一時的に減圧ポンプとして使用することにより構成さ
れる。

各派生流路２１５は、各羽根座部１１５の横壁部に面す
る幅広の吸引入口２１６で終端する。このようにして流
路２１４を負圧源に接続すると。

各羽根は負圧の作用として吸引され、かつその座部の壁
部に対し強制接触係合して引付けられ、ロータの回転作
用の結果としてステータとの接触により内部で押圧され
た後に摩擦により前記座部の内側に保持される。上記封
止作用を増大させるには、補助派生流路２１７を設けて
座部１１５の死底部に到らしめ、かつ直接的吸引により
関連羽根に作用させるのが便利である。何れの場合にも
。

羽根座部の底部に存在する空気を急速吸引する必要から
、高ｒｐｍでの過給機の正確な操作を確保するため流路
２１７が不可欠である。

第９図および第１０図に示した本発明の他の特徴によれ
ば、羽根１１５を機械的保持部材の作用にかけ、この保
持部材は座部１１６に連通し、かつその内部に保持ネジ
２２５により保持された対応の円筒座部２３１に回転自
在に内蔵された円筒カム２３０により保持される。活動
表面２３２が、例えば第１０図に示された輪郭を有する
各カム２３０の下端部には有歯部２３３を設け、この有
歯部は例えば円筒ラックまたは無端スクリュー。

またはロータ１５の軸方向座部２３６内で摺動自在かつ
／または回転自在な制御シャフト２３５の形状に対する
有歯部２３４と係合する。小型シャフト２３５を制御に
かけ、一群の歯２３３〜２３４の型と一致させ、これら
の歯は機械的または流体動的とすることができ、その作
動はカム２３０を角度運動させて、その活動表面２３２
を関連羽根１１５の横表面に対し着脱させる。

第１１図を参照して１円筒カムの代りにロータ１５に設
けられた楔状の半径方向座部２４１にて摺動自在な対応
する楔状の半径方向ブロック２４０が用いられる。これ
らブロック２４０は。

座部１１６，２４１を接続するスロット２４３を介して
対応の羽根１１５の横表面と接触させる目的の楔状表面
２４２を備える。各ブロック２４０を遠心力の作用にか
けて、楔状表面２４２を羽根１１５の横表面に対し押圧
させ、羽根を保持すると共にネジ穴部２４５を設けてこ
こに戻りシャフト２４７の対応ネジ部２４６を係合させ
る。

ネジ部２４６に対向するシャフト２４７の他端部は、前
記第９図を参照して説明した制御シャフト２３５の有歯
部２３４に係合するビニオン２４８を備える。シャフト
２３５の回転は楔状ブロック２４０の半径方向運動を生
ぜしめ、これはシャフトに加えられる回転の方向に応じ
、遠心力に押圧されて移動し羽根１１５に係合し、ある
いは前記遠心力の作用に抗して脱着する。この制御は極
めて緩徐であって９羽根の制御解除という利点を有する
。

第６図〜第１１図に示した過給機は、実質的に次の利点
を有する： （１）ステータに対する偏心率が固定され、かつ一定で
あるロータを両端部で支持することができ。

従って軸線方向の延長に制限を受けず、その結果等しい
出力供給により直径を減少させかつ過給の際の羽根の周
速をそれに応じて減少させることができる。

（２）使用の際主体となる空転操作に際し、羽根とステ
ータシリンダとの間の接触が生ぜず、空気の加熱および
羽根の摩耗が防止される。

（３）過給機のロータをエンジンの動的バランスシャフ
トとして、あるいは少なくとも前記シャフトの一体的部
材として使用することができる。

ロータを直接的にあるいは例えば歯車もしくはチェーン
または有歯ベルト２６０のような伝達手段により固定し
、かつ小型配置を有する他にロータとエンジンのシャフ
トとを角度調時させて、各羽根により生ずる圧力波を各
シリンダの充填相と同期させることができ、かくして付
加的な動的圧力の効果として特に低ｒｐ■にてシリンダ
の充填度を増大させることができる。

更に、一対の円筒ギヤで構成された伝達部材の採用によ
り、ロータ１５の駆動シャフトに対し反対回転し、従っ
て動的バランスシャフトの機能を果すような寸法とし、
かつ釣合わせることができる。特に、インラインの２−
シリンダ・４−ストロークエンジンの場合、エンジンと
等速ｒｐｍにて反対回転すれば、過給機のロータは一次
調和により慣性力をバランスすることができる。

勿論本発明の思想は不変であるが、本発明の範囲を逸脱
することなく、非限定的な実施例で説明した内容に基づ
き、多く改変をなし得ることが諒解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ポンプ手段の形状変化がロータとステータと
の間の偏心率を変化させて得られるエンジン過給状態で
図示した本発明の一実施例に係る装置の略図、第２図は
エンジンの非過給操作の状態で静止しているこの装置の
同様な略図、第３図は第１図のエンジンに関する特性曲
線図、第４図は第１図による過給機のＩＶ−ＩＶ線断面
図、第５図は本発明の他の実施例による過給機の前回と
同様な断面図、第６図はポンプ手段の形状変化が羽根の
保持により得られる本発明の他の実施例を示す第１図と
同様な略図、第７図は第６図による羽根保持の空気圧式
手段を備えた過給機の横断面図。 第８図は第７図のロータの■−■線による軸線断面図、
第９図は本発明の他の特徴による機械的な羽根保持手段
を備えた過給機を示す第７図と同様な断面図、第１０図
は第９図のｘ−ｘ、ｉａ断面図、第１１図は本発明の他
の特徴による機械的な保持手段を備えたロータの拡大部
分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【１】容積型回転過給機（１３）をエンジン（Ｍ）の吸
   気マニホールド（１０）に挿入してなる、特に自動車用
   の内燃往復機関のための過給機装置において、前記過給
   機をエンジンシャフトにより常に駆動させると共に、前
   記過給機の容積および従って送出圧力を、過給機におけ
   るポンプ手段の制御された形状変化により可変とし、前
   記ポンプ手段がステータシリンダ（１４）と、ロータ（
   １５）と、羽根（１１５）とを備えることを特徴とする
   過給機装置。 【２】ポンプ手段の形状変化が、外部制御部材（１６）
   の作用により、ステータシリンダ（１４）とロータ（１
   ５）との間の偏心率を後者に対する前者の、またはその
   逆の揺動で変化させて得ることを特徴とする請求項１記
   載の装置。 【３】ステータシリンダ（１４）が支持プレート（３０
   ）に直接フランジ固定されて、ステータシリンダ（１４
   ）に対し偏心した円形貫通座部（４３）を支持すると共
   に、前記貫通座部が自由回転ブッシュ（４４）を備えて
   ロータシャフト（３２）を偏心支持し、ステータシリン
   ダに対する貫通座部の偏心率を回転ブッシュに対するロ
   ータシャフトの偏心率に等しくして、前記ブッシュの回
   転によりこれら偏心率を互いに補償させ、または互いに
   加算することによりロータをステータシリンダに対し、
   夫々同軸もしくは偏心関係にて配置させたことを特徴と
   する請求項１または２記載の装置。 【４】過給機（１３）のロータ（１５）は半径方向の直
   線羽根を設けると共に、羽根（１１５）を摺動させるた
   めの潤滑を、過給機吸気ダクト中へのエンジンの循環蒸
   気の供給によって行なうことを特徴とする請求項１〜３
   の何れかに記載の装置。 【５】ポンプ手段の形状変化を、外部制御手段（Ｋ）の
   作動に際し、ロータの各座部（１１６）に羽根を保持す
   るのに適した部材（２１４、２１５）によって得ること
   を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の装置。 【６】過給機のロータには負圧式の羽根保持手段を設け
   たことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の装置
   。 【７】過給機のロータには機械的な羽根保持手段（２３
   ０、２３１、２３５）を設けたことを特徴とする請求項
   １〜６の何れかに記載の装置。 【８】空気圧式の羽根保持手段が、負圧源に対し外部制
   御手段（Ｋ）により接続し得るロータ内の軸線方向流路
   （２１４）と、この軸線方向流路および羽根の座部（１
   １６）に連通する複数の派生流路（２１５）とを備えて
   、前記羽根（１１５）に負圧を加えることにより、これ
   らの羽根を遠心力の作用に抗して関連座部に収容し続け
   ることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の装置
   。 【９】機械的な羽根保持手段を、各羽根座部（１１６）
   に隣接しかつこれらに連通するロータの対応円筒座部（
   ２３１）に回転自在に内蔵された一連の円筒カム（２３
   ０）で構成し、各カム（２３０）には羽根の隣接横表面
   に係合してこれを保持するのに適した作用輪郭（２３２
   ）と、ロータ（１０）の軸線方向座部（２３６）内で摺
   動自在かつ／または回転自在な制御シャフト（２３５）
   の有歯部（２３４）に係合する対応の有歯部（２３３）
   とを設けたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記
   載の装置。 【１０】機械的な羽根保持手段をロータ（１５）に設け
   られた楔状座部（２４１）にて摺動自在な対応する楔状
   の半径方向ブロック（２４０）で構成すると共に、各ブ
   ロックには遠心力の作用として対応羽根の横表面と係合
   させるようにした楔状表面（２４２）を設け、積極的制
   御手段（２３５、２４７、２４８）を設けて前記ブロッ
   クを羽根（１１５）の前記横表面から徐々に脱着させる
   ことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の装置。 【１１】積極的制御手段が、各ブロックにつきブロック
   （２４０）のネジ穴部（２４５）に係合する対応のネジ
   端部（２４６）を有するシャフト（２４７）を備え、戻
   りシャフト（２４７）の他端部にはロータに対し同軸の
   制御シャフト（２３５）の補完的な有歯部（２３４）と
   係合するピニオン（２４８）を設けて、その回転を羽根
   に対するブロックの各着脱運動に対応させることを特徴
   とする請求項１〜１０の何れかに記載の装置。 【１２】過給機のロータを一定の角度位相関係にてエン
   ジンのシャフトに対し動的（ｃｙｎｅｍａｔｉｃａｌｌ
   ｙ）に接続すると共に、前記ロータが前記エンジンの動
   的バランスシャフトの機能を更に発揮するような寸法を
   有することを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載
   の装置。 【１３】コンプレッサのロータをエンジンシャフトと角
   度調時させて、過給機のパルスを前記エンジンの誘導相
   に同期させることにより、その充填係数を向上させるこ
   とを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の装置。