JPS63306202A - 回転ピストン機構 - 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］ この発明は、相互に平行に配置された二つのシリンダを
備え、これらのシリンダの中では偏心して配置された二
つのピストンが、各シリンダ内で吸込室と圧縮室とを相
互に隔離する共通の隔離要素と協１＠する回転ピストン
機構に関する。かかる回転ピストン機構は特に自動車エ
ンジンの過給のために用いることができるが、しかし真
空ボプンとして又はあらゆる種類の流体の搬送のために
用いることもできる。

［従来の技術］ ドイツ連邦共和国特許第８９８４８９号、同第７１７６
１１号及び同第７３１１４４号明細Ｍから、相互に結合
されたシリンダの中で回転する二つのローラピストンを
備えた前記の種類の回転ピストン機構が知られている。

再作動シリンダの吸込側と吐出側とをそれぞれ同一のケ
ース側面上に配置するために、機械の二つの偏心軸は反
対の回転方向を有する。

ローラピストンと両シリンダ中心軸線の結合線との交点
を断面図で考察すると、ローラピストン交点相互の間隔
が偏心軸の回転中に一定ではないということが分かる。

この間隔は９０°の偏心軸回転角の際に最大であり、０
°又は１８０°の偏心軸回転角の際に最小である。その
差は例えば２ｍｍになることがある。このことは、ケー
スの中で回転中に隔離要素と両口′−ラピストンとの間
の漏れ損失を最小に保つために、対策を講じなければな
らないということを意味する。この問題の解決策として
前記特許明細書では、漏れを発生する遊び（隙間）を全
回転角にわたって小さく保とうとする次の構成が提案さ
れている。

ａ）一方のローラピストンに他方のローラピストンに対
する進み又は遅れを強制するために、駆動歯車の僅かに
中心を外した配置（前記ドイツ特許第［６４８９号参照
）、及び加えるに ｂ）作動ピストン間の特別の構造の隔離要素（前記ドイ
ツ特許第７１７８１１号参照）、又は加えるにＣ）特殊
な封止歯部を備えた隔離要素（前記ドイツ特許第７３１
１４４号参照）。

駆動歯車の中心を外した配置は、特に高回転数の場合に
回転部ｆｌ量から過大に脈動する加速力及び減速力を招
く。

しかしながらエンジン過給の分野で採用するときは、小
さい機械組み立て体積従って高い回転数を必要とする。

更にピストン直径を一層小さくすると偏心量を一定に保
った場合でもローラピストン間の間隔増大が強まり、歯
車偏心量を大きくすることにより補償しなければならな
い。ドイツ連邦共和国特許第７１７８１１号明細書に提
案された隔離要゛素は遊びの無い組み込みの際にやっと
隙間の発生を防止することができる。しかしそれにもか
かわらずピストンの同期の変動及び匝転荷重に基づく弾
性変形により、隙間の発生又は挟まって動かなくなるこ
とによる損傷を招くおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、両ローラピストンの変化する間隔から生じ
る封止の問題の新しい解決法を提供することを目的とす
る。新しい解決法は技術的に簡単でありそれにもかかわ
らず公知の構成より信頼性の島いものを日桁している。

［課題を解決するための手段コ この目的はこの発明に基づき前記の種類の回転ピストン
機構において、隔離要素が初期荷重をもって両ローラピ
ストンに接触する封止要素を備えることにより達成され
る。

［作用効果］ 初期荷重を有する封止要素は、可動部分としてローラピ
ストンと隔離要素とだけを有する公知の機械の複雑化を
もたらすように思われるけれど、しかし￥際は封止要素
は隔離要素よりも非常に小さくかつ軽く、それゆえにピ
ストン遅動に非常に良好に追従し、その結果４０年以北
前から公知の回転ピストン機構に比べて簡単化された部
分が補助的な封止要素のための出費を補って余りある。

しかも特に向上した封止性により効率が１０％以上高ま
る。

この発明に基づく封止要素は、ローラピストンにより発
生された圧力により初期荷重をもたらすためのピストン
面を有利に持つことができる。その際封止力は圧力と共
に増加し、一方圧力が小さい場合に摩擦が有利に小さい
、ピストン面は同時に、特に密にローラピストンに接触
するリップパツキンを形成する。ピストン面又は封止要
素全体を形成するプラスチックを用いて、それに適した
大きい弾性が有利に得られる。

封止要素を弾性のばね要素によって押し付けることもで
きる。ばね特性は例えば、最高回転数（例えば６０００
ｒｐｍ）の場合にも全ての回転角位置で、従属する封止
要素の慣性力よりばね力が大きいように選ぶことができ
る。高い加速度は封止要素の重力を３００倍以上増大す
ることがある。

ばね要素は非線形に上昇するばね特性を有利に持つこと
ができる。すなわちばね力は弾性変形に比例するよりも
強く上昇する。ばね要素の全圧縮長さにより隔離要素の
長さを両ピストン間の最小間隔に制限することは特に有
利である。この実施態様の場合には、全圧縮長さに圧縮
されそれにより実際上剛性となったばねによって、隔ａ
要素は限界位置へ強制的に動かされる。しかしばね要素
は封止力だけのために寸法を選ぶべきであり、封＋ｈ安
素に比較してはるかに重い隔離要素の加速のために寸法
を選ぶべきではない。

ばね要素は隔離要素自体の弾性的に構成された範囲によ
って形成することもできる。このために特に有利な実施
態様では、隔離要素は方形断面を有する中空体である。

中空体の比較的薄い壁は所望の弾性を与える。その際中
空体の内部に固定の案内はぞを配置することができる。

案内はぞは、中空体の変形を成る範囲では所望の値に制
限し、一方他の範囲では変形することなく所望の運動を
行う、というために役立つ。案内はぞは中空体の行程を
シリンダ内壁の範囲に有利に制限することができる。そ
れにより中空体がローラピストンによりシリンダ内壁の
範囲を越えて外に向かって押されることが防Ｌｌニされ
る。

更に方形の断面の幅がローラピストンの偏心量のほぼ２
倍の大きさであるのが有利である。それにより後に実施
例で詳細に説明するように、隔離要素の十分な強制案内
が達成される。前記のローラピストン間の間隔変化はこ
れにより幾何学的に最小となる。

隔離要素は、ピストン及び／又はシリングの端面に接触
し軸方向に作用する封止要素を有することもできる。半
径方向に作用する封止要素と軸方向に作用する封止要素
との組み合わせにより、特に良好な封止性を得るこがで
きる。

隔離要素は、ピストンの偏心量にほぼわたって接触面の
中央部からその連動方向に直角に延びる剛”性の案内面
を備えたスライダとするのが有利である。それにより隔
＃要素が最大の可壷な行程にわたりローラピストンによ
って少ない遊びでかつ直接に駆動されるということが達
成されるので、封止要素は隔離要素の移動のために必要
ではなく、隔離要素と両ピストンのそれぞれとの間の付
加的な連動の補償のためにだけ必要である。案内面は一
般に、他の部分では狭く軽いスライダの幅拡大部であり
、この幅拡大部はスライダの両長辺の両端でスライタ全
長のそれぞれ例えば８％の制限された長さにわたり延び
るのが有利である。

封止要素に対するローラピストンの相対位置をローラピ
ストンに結合されたプーリの歯部により決定することが
できる。その際歯部を二つのプーリにかみ合う歯付きベ
ルトにより形成することができる。歯付きベルトは両面
に歯を備えるのが右利であり、その際一方の歯部は一方
のローラピストンのプーリとかみ合い、また他方の山部
は他方のローラピストンのプーリとかみ合う。総合する
にかかる歯部により、ローラピストン間の間隔のＭ１Ｆ
要素により補整される変化をできる限り小さく保つとい
うことが実現される。極端な場合には、ピストンが一様
でない相対連動により相互に一定の間隔に保たれるよう
に、歯部が回転非対称であるようにこの発明を改良する
ことができる。

組み立てを容易にするためにまた修理のために、歯付き
ベルトを囲む歯部より著しく大きい遊びを有する歯部に
より、プーリが補助的に相互に係合するのが有利である
。大きい歯部により、プーリ従ってローラピストンが完
全に相対回転してしまうおそれがなく所望の位置にほぼ
保持される、ということが達成される。他方では歯付き
ベルトにより、両プーリの直接かみ合う歯部により得ら
れるよりも静かな運転が保証され、加えるに例えば油槽
の中での潤滑が不必要となる。

回転ピストン機構の冷却を達成するためにプーリがファ
ン羽根を支持するのが有利であり、冷却により封止要素
のためのプラスチック及び転がり軸受の寿命が延長され
る。冷却空気は回転ピストン機構の内部を通って及び／
又はその外面を越えて吸い込まれ又は吐き出されるよう
にすることができる。

封止要素を含む隔離要素のシリンダの端面に向かう側の
面は、隔離要素長さのほぼ半分の半径により丸めること
ができる。このことは、引き出しでしばしば経験するよ
うな傾斜姿勢の際の隔離要素の固渋が防止されるので有
利である。

［実施例］ 次にこの発明に基づく回転ピストン機構の複数の実施例
を示す図面により、この発明の詳細な説明する。

第１図に断面で示された回転ピストン機構１は、例えば
アルミニウム鋳物から成るケース２により相互に平行に
配置された二つのシリンダ３．４を形成する。シリンダ
３．４は共通なケース部分６により相互に隔離され、共
通なケース部分の中にはスライダが隔離要素７としてシ
リンダ軸線を通る直線上に移動可濠に配こされている。

隔離要素７の端面は二つのローラピストン９．１０に接
触し、これらのローラピストンはシリンダ３．４の中で
偏心して回転する。ローラピストン９．１０の偏心量は
シリンダ直径（例えば１０５ｍｍ）とローラピストン直
径（例えば８５ｍｍ）との差の半分より大きく例えば、
１０．３ｍｍである。それゆえにローラピストン９．１
０は、薄いピストン壁（１ｍｍの厚さの鋼）の弾性変形
により生じる初期荷重をもって。

線形にシリンダ３．４の内面に接触する。

ローラピストン９．１０は二つの駆動軸により相互に反
対方向に駆動され、これらの駆動軸については第１図に
中心点だけが符号１１．１２で示されている。その際ロ
ーラピストン９．１０の所望の同期回転が、ケース２の
外部で図示されていない駆動軸上にはめられた歯付きプ
ーリにより保証される。

ケース２は、シリンダ３と４の間の吸込管１５を接続さ
れた上側のくさび状空間１４により、ガス供給路を形成
する。シリンダ３．４の壁１７の中の孔１６は、搬送す
べきガスのための入口孔としてガス供給路からシリンダ
の中へ通じている。

“シリンダ３と４の間の下側のくさび状空間２０は吐出
室として形成され、吐出室には吐出管路２１が接続され
ている。くさび状空間２０の中にはリード弁を備えた二
つの枠縁２３．２４が収容され、リード弁はシリンダ３
．４の壁の中の出口孔２５を覆う。

シリンダ３．４の間の隔＃壁として働く共通のケース部
分６のスリット２６の中の隔離要素７は、シリンダ３．
４内の吸込室と圧縮室とを隔離する。隔離要素７は封止
要素２７を備え、この封止要素は桟として隔離要素７の
凹所２８の中に配置されている。桟２７は圧縮ばね２９
の作用を受ける。お止のために所望の初期荷重が局部的
な高い摩擦力を生じることなく維持されるように、ばね
力は桟の全長にわたりできる限り一様に分散されている
。

第２図には、シリンダ３．４の中のローラピストン９と
１０の間の間隔Ａが偏心ＭＥのために回転の際に一定に
留まることなく、ピストン当たり最大で量δ＝ｒ（’１
−ｃｏｓα）だけ増加するということが示されている。

角度αを偏心、ＩＴＩ　Ｅで表すと、間隔全体の増加量
２δは簡略化して２δ＝Ｅ２／ｒにより書き表すことが
できる。このことは前記の封止の問題を招く。封止の問
題はこの発明に基づき、隔離要素７が封止要素２７を備
えることにより解決される。

第３図には、隔離壁６の中にここでもスライダとして構
成された隔離要素７がはめられ、しかしその両端にスラ
イダの長手方向に直角に延びる突出部３２．３３を備え
ることが示されている。これらの突出部はピストン面を
形成し、このピストン面によりシリンダ３．４の中でロ
ーラピストン９．１０により発生された圧力が力を隔離
要素７に加え、この力が封止性を高めるための初期荷重
として利用される。その際突出部３２．３３はリップパ
ツキンとして１動くほどたわみやすい。このことは、孔
３５により軽量に構成された隔離要素７のための材料と
してプラスチックを用いることにより合目的に達成され
る。しかし補助的に隔離要素７の中に更に桟２７．２７
’　の形の封止要素を配置することもできる。隔離壁６
の中には突出部３２．３３を収容するために凹所３６．
３７が設けられている。

第４図で示す実施例では、隔離壁６の中に移動町十に配
置された隔離要素７が、案内面として働くリブ４０．４
１を有し、これらのリブが両側に向かって対称に中央部
４２から突出して延びている。案内面はローラピストン
９．１０の偏心Ｑ（７）はぼ２倍に等しい大きさの幅Ｂ
を有する。案内面として（動くリブ４０．４１により、
隔離要素７が少ない遊びで導かれ、はとんど常にローラ
ピストン９．１０に接触しているということが達成され
る。なぜならば前記の間隔の変化が「橋絡される」から
である、それゆえに隔離要素７は第１のローラピストン
により加速された後に第２のローラピストンに衝突する
ことはない。むしろ第２０ローラピストンが隔離要素を
一体となってゆっくり受は止め、それを再び反対方向に
加速する。しかし補助的にここでも封止要素２７．２７
’　が設けられ、これらの封止要素は半径方向に初期荷
重をもってローラピストン９、１０に接触する。しかし
更に隔離要素７は軸方向に１！ａ＜封止要素をも備える
ことができる。第５図には、リブ４１の範囲に軸方向の
封止要素４５が設けられ、この封止要素が隔Ｓ要素７を
隔離壁６に対して補助的に封ｚＬすることが示されてい
る。別の軸方、向の封止要素４６はシリンダ３．４の第
５図に示されていない端面壁での封止を改善する。

第６図に示す実施例では隔離要素７は、方形断面を有し
りｉ性的に変形可能な中空形材４８として構成されたス
ライダである。中空形材４８は金属の案内はぞ４９を囲
む、プラスチック例えばポリテトラフルオルエチレンか
ら成る中空形材４８の−壁４７の厚さＤは、封止力のた
めの初期荷重を発生するように壁４７が弾性変形するこ
とができるような寸法に選ばれており、初期荷重により
端面５０．５１が封止要素としてローラビスロン９、１
０に接触する０分離壁６の中にシリンダ３と４に対し対
称に配置された案内はぞ４９の断面の長さしは、中空形
材４８が最大の偏位で案内はぞ４９に接触するとき、端
面５０又は５１がシリンダ壁の内面に接するような大き
さに選ばれている。中空形材４８の幅Ｂはここでも、駆
動軸１１．１２に対するローラピストン９．１０の偏心
駿Ｅのほぼ２倍の大きさである。

第７図には、図示されていないローラピストンに対する
、封止要素を備え同様に図示されていない隔離要素の相
対的な位置が、ケース２の外部で駆動軸１１．１２上に
はめられ歯部を有し歯付きベルト５６に結合されたプー
リ５４．５５により決定できることが示されている。歯
付きベルト５６はプーリ５４と５５とに反対向きに巻き
付く。なぜならば尚付きベルト５６は符号５８で示すよ
うに両面に山部を備えているからである。案内プーリ５
９を経て歯付きベルト５６は内燃機関に付属する図示さ
れていないクランク軸に結合され、内燃機関は回転ピヌ
トン機構ｌにより過給される。

第８図しこ示すように、プーリ５４．５５が、歯付きベ
ルト５６にかみ合う歯部に加えて、望ましくはＰｉ造布
部分して構成された大きな歯部６０を有し、この歯部に
よりこれらのブーりは周上で２ｍｍの大きい遊びをもっ
て相互にかみ合っている。遊びは、歯付きベルト５６を
巻き付けた場合に、歯部６０の南が相互に接触しないほ
ど太きい。歯部６０は、歯付きベルトを外したときに、
ローラピストン９、１０が不確定に相互に及び隔離要素
７の封止要素２７．２７’　に対してずれないように、
作用することを目的としているにすぎない０周囲の空気
の運動を生じさせるために、歯部６０の南は軸方向に片
側だけ一層幅広く作ることができる。ケース２の中の温
度を封止要素２７．２７１　用のプラスチックが長寿命
の疲労強度で用いられることができるようなレベルに置
くために、補助的に歯部にファン羽根６２を組み合わせ
ることもできる。

第９図には、スライダの形の隔ｌ！ｌｌＩ要素７がケー
ス２の端面壁に向かって軸方向の封止要素６４．６４’
　　により封止されていることが示されている。封止要
素６４は波形ばね６５の作用を受ける。封止要素６４’
　はずらした二つのつる巻きばね６６により押し付けら
れている。ケース２の端面壁の間で隔離要素７が挟まっ
て動かなくなることを防止するために、封止要素６４の
範囲には約０．３ｍｍの大きさの遊びＳが設けられてい
る。封Ｉｌ：要素６４’　の範囲には変形例として、隔
離波：＠７の端面６８が隔離要素７の長さの半分に等し
い半径Ｈにより丸められていることが示されている。

この発明により達成される大きい封止性のゆえに、この
発明に基づく回転ピストン機構は自動車用内燃機関特に
ディーゼル機関の過給に特に適している。１６００ｃｃ
の４シリンダ４サイクルデイ一ゼル機関の過給のために
、この発明に基づく回転ピストン機構を例えば次のケー
ス寸法、すなわち幅１１５ｍｍ、高さ１４５ｍｍ、長さ
２４５ｍｍにより構成することができる。シリンダ孔は
１０５ｍｍの直径を有し、変形されていないローラピス
トン直径は８５ｍｍである。かかる回転ピストン機構に
対して１回転当たり１．３５ｄｍ３　の行程容積が生じ
る。

５０００ｒｐｍのエンジンに等しい過給機の回転数の際
に、過給機入力を差し引いた後に正味で約４０％のエン
ジン出力の向上が得られる。アルミニウム鋳物による実
施例では回転ピストン機構は１０ｋｇ未満の重量である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく回転ピストン機構の一実施例
の横断面図、第２図は百ローラピストンの間隔の変化を
示す説明図、第３図、第４図及び第６図はそれぞれこの
発明に基づく隔ａ要素の異なる実施例の横断面図、第５
図は第４図に示す隔ａ要素の要部正面図、第７図はこの
発明に基づく歯付きベルトによるローラピストン駆動部
の一実施例の略示図、第８図はこの発明に基づく大きい
遊びを有する歯部を備えたプーリの一実施例の正面図、
第９図は隔１１１要素の一実施例の側面図である。 ３．４・・・シリンダ ７・・・隔離要素 白、１０・・・ローラピストン １１．１２・・・軸 ２７．２７’　・・・封止要素 ２９・・・ばね要素 ３２．３３・・・ピストン面 ４０．４１・・・案内面 ４２・・・中央部 ４５．４６・・・軸方向の封止要素 ４７・・・弾性的に構成された範囲 ４８・・・中空体 ４９・・・案内はぞ ５４．５５・・・プーリ ５６・・・歯付きベルト ５８．６０・・・歯部 ６２・・・ファン羽根 Ａ・・・最小間隔 Ｂ・・・幅 Ｅ・・・偏心量

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相互に平行に配置された二つのシリンダを備え、こ
   れらのシリンダの中では偏心して配置された二つのピス
   トンが、各シリンダ内で吸込室と圧縮室とを相互に隔離
   する共通の隔離要素と協働する回転ピストン機構におい て、隔離要素（７）が初期荷重をもって両 ローラピストン（９、１０）に接触する封止要素（２７
   ）を備えることを特徴とする回転ピストン機構。 ２）封止要素が、ローラピストン（９、１０）により発
   生された圧力により初期荷重をもたらすためのピストン
   面（３２、３３）を有することを特徴とする請求項１記
   載の機構。 ３）ピストン面（３２、３３）がリップパッキンを形成
   することを特徴とする請求項２記載の機構。 ４）封止要素（２７）が弾性のばね要素 （２９）により押し付けられることを特徴とする請求項
   １記載の機構。 ５）ばね要素（２９）が非線形に上昇するばね特性を有
   することを特徴とする請求項４記載の機構。 ６）ばね要素（２９）の全圧縮長さが隔離要素（７）の
   長さを両ローラピストン（９、 １０）の間の最小間隔（Ａ）に制限することを特徴とす
   る請求項５記載の機構。 ７）ばね要素が隔離要素（７）の弾性的に構成された範
   囲（４７）により形成されることを特徴とする請求項４
   ないし６の一つに記載の機構。 ８）隔離要素が方形断面を有する中空体 （４８）であることを特徴とする請求項７記載の機構。 ９）中空体（４８）の内部に固定の案内ほぞ（４９）が
   配置されていることを特徴とする請求項８記載の機構。 １０）案内ほぞ（４９）が中空体（４８）の行程をシリ
   ンダ内壁の範囲に制限することを特徴とする請求項９記
   載の機構。 １１）方形断面の幅（Ｂ）がローラピストン（９、１０
   ）の偏心量（Ｅ）のほぼ２倍の大きさであることを特徴
   とする請求項８ないし１０の一つに記載の機構。 １２）隔離要素（７）が軸方向に作用する封止要素（４
   ５、４６）を有し、これらの封止要素がローラピストン
   及び／又はシリンダの端面に接触することを特徴とする
   請求項１ないし１１の一つに記載の機構。 １３）隔離要素（７）が剛性の案内面（４０、４１）を
   備えたスライダであり、案内面が接触面の中央部（４２
   ）から接線方向にローラピストン（９、１０）の偏心量
   （Ｅ）にほぼわたって延びていることを特徴とする請求
   項１ないし１２の一つに記載の機構。 １４）ローラピストン（９、１０）の封止要素（２７、
   ２７′）に対する相対位置が、ローラピストン（９、１
   ０）に結合されたプーリ（５４、５５）の歯部（６０）
   により決定されることを特徴とする請求項１ないし１３
   の一つに記載の機構。 １５）歯部が、二つのプーリ（５４、５５）にかみ合う
   歯付きベルト（５６）により形成されることを特徴とす
   る請求項１４記載の機構。 １６）歯付きベルト（５６）が両面に歯を備え、一方の
   歯部（５８）が一方のローラピスト ン（９）のプーリ（５４）にかみ合い、他 方の歯部（５８）が他方のローラピストン （１０）のプーリ（５５）にかみ合うことを特徴とする
   請求項１５記載の機構。 １７）歯部が回転非対称であり、その結果ローラピスト
   ンが一様でない相対運動により相互に一定の間隔に保た
   れることを特徴とする請求項１４ないし１６の一つに記
   載の機構。 １８）歯付きベルト（５６）を囲む歯部より著しく大き
   い遊びを有する歯部（６０）により、プーリ（５４、５
   ５）が補助的に相互に係合することを特徴とする請求項
   １５又は１６記載の機構。 １９）プーリ（５４、５５）がファン羽根 （６２）を支持することを特徴とする請求項１４ないし
   １８の一つに記載の機構。 ２０）隔離要素（７）のシリンダ（３、４）の端面に向
   かう側の面が、隔離要素長さのほぼ半分の半径により丸
   められていることを特徴とする請求項１ないし１９の一
   つに記載の機 構。 ２１）軸（１１、１２）の偏心量が、シリンダ（３、４
   ）と封止要素（２７）に協働し弾性的に長円形に変形可
   能な薄壁のローラピストン（９、１０）との間の直径差
   の半分より少なくとも０．１ｍｍだけ大きいことを特徴
   とする請求項１ないし２０の一つに記載の機 構。 ２２）４シリンダ４サイクル内燃機関のための過給機と
   して用いられ、ローラピストン（９、１０）の回転数が
   内燃機関の回転数に等し く、１回転当たり各２回の過給圧力パルスが内燃機関の
   シリンダの最適の充填をもたらすように、封止要素（２
   ７）に対する両ローラピストン（９、１０）の位置が正
   しい位相で同期化されていることを特徴とする請求項１
   ないし２１の一つに記載の機構。