JPS6013922A - 車両用内燃機関を過給するためのガスダイナミックな圧力波過給器 - 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、車輌・内燃機関を過給するためのがスダイナ
ミツクな圧力波過給器であって、空気ケーシングとがス
ケーシングとの間に配置されたロータが空気ケーシング
内に支承されており、更にロータ端面がロータに面した
ケーシング端面かもそれぞれ軸方向遊びを以って離され
ている形式のものに関する。

従来の技術 車輌・内燃機関を過給するための圧力波過給器のばあい
ロータ端面とロータに面したケーシング端面との間の軸
方向遊びの問題が特に重要である。圧力波過給器の効率
および運転特性は前記軸方向遊びに極めて著しく関連し
ている。

極めてわずかな軸方向の運転遊びによるだけで圧力波過
給器な申し分なく機能させることができしかも申し分の
ない効率が得られる。何故ならばこのばあいロータの端
面における漏れ損失は最小に制限されているからである
。しかも同時にケーシング端面におけるロータの擦過も
防止されねばならない。端面ば熱膨張に基づいて単純に
平面平行移動するのではないので、このような危険を大
きな組立て遊びによるだけで防止することはできない。

更に加えてロータ振動によって生ゼしぬられる、ロータ
に向き合ったケーシング端面におけるロータの擦過の危
険も生ずる。

発明が解決しようとする問題点 場合によっては生ずる激しい擦過によるロータ破損を回
避するために、引きちぎり可能な例えばグラファイト・
ニッケル層をケーシング又はロータ端面に、又は、微粒
子状の削り落される酸化アルミニウム（フランダム・ベ
ース）層をケーシング端面に設けることができる。

擦過層は比較的ヘリの鋭いロータ室壁の半径方向範囲で
のみすり減される。太いボス管の範囲では擦過層は圧縮
され、このばあい激しく擦過したばあいにはロータは動
かなくなってしまう。

擦過層の老化に基づいて擦過層は砕は落るようになりか
つこれによって圧力波過給器の効率が悪くなる。

更ニフレームスプレイ形式で設けられる擦過層は圧力波
過給器を大量生産するには極めて高価である。

本発明の課題は、擦過層な使用せずに、熱膨張およびロ
ータ振動を考慮して圧力波過給器を申し分なく機能させ
ることができるような最良の形状をロータ端面およびケ
ーシング端面に与えることができるように、冒頭に述べ
た形式の圧力波過給器を改良することにある。

問題点を解決するための手段 本発明の構成では、空気ケーシング側でロータおよび空
気ケーシングの互いに向き合う両端面の少なくとも一方
が、冷えた状態で半径方向で内側から外側に向けて増大
する軸方向遊びを得るために凸面状に、および（または
）ガスケーシング側でロータおよびガスケーシングの互
いに向き合う両端面の少なくとも一方が、冷えｆ状態で
半径方向で内側から外側に向けて減少する軸方向遊びを
得るために凹面状に形成されている。

実施例 すべての図面では同じ構成部材には同一の符号が付され
ている。圧力波過給器・機関の本発明の主要構成部分、
例えば吸気導管、過給空気導管、機関排ガス導管および
排気導管は省略されている。作業媒体の流れ方向は矢印
によって示されている。

圧力波過給器の基本的な構造およびその正確な構成はス
イス国特許第１２６１４６号明細書から公知である。

第２図では公知の圧力波過給器が示されており、このば
あい圧力波過給器のガスケーシング１と空気ケーシング
２とはロータ３を収容するステータ中央部分３に共に結
合されている。ロータ３は軸５に固定されかつ空気ケー
シング２内に支承されている。軸５にはＶベルト車６が
配置されている。

内燃機関の加熱された排ガスは機関排ガス通路Ａを通っ
て圧力波過給器の、軸線に沿ってのびる両側で開かれた
ロータ室３ｅを備えたロータ３内に流入しかつこのロー
タ室３内で膨張しかつ排気通路Ｂおよび図示されてない
排気導管を介してロータ３から大気中に放出される。空
気側では大気空気が吸い込まれかつ吸気通路Ｃを介して
軸方向でロータ３内に流入させられてロータ内で圧縮さ
れかつ過給空気としてロータ′３かろ過給空気通路りを
介して図示されてない内燃機関に向けて放出される。

本発明が対象とするものではないが本発明を理解するた
めに必要な本来の極めて複雑なガスダイナミックな圧力
波プロセス（スイス国特許第１２：ｌＳ１４５号明細書
）を以下に手短かに説明する。

圧力波過程はロータ３の内部で行なわれかつほぼがスで
充填されたスペースと空気で充填されたスペースが形成
されるようになる。ガスで充填されたスペースでは排ガ
スが膨張させられかつ次いで排気通路Ｂ内に逃がされる
のに対して、空気で充填されたスペースでは吸込まれた
新鮮空気の一部が圧縮されかつ過給空気通路りを通して
放出される。残りの新鮮空気部分は排気通路Ｂ内に流入
しひいては排ガスを完全に流出せしめる。

圧力波過給器の申し分のない効率を得るためには、ロー
タ端面とこれに対応するケーシング端面との間の軸方向
遊びを全直径範囲でできるだけわずかに維持する必要が
ある。

軸方向の組込み遊びは外側でロータ囲い板を介して測定
することができる。組込み遊びは、運転中ロータがボス
部分において擦過しないようにするために、十分大きく
されねばならない。

ロータおよびステータ中央部分の熱膨張特性は個々の運
転状態において完全に異っている。

擦過危険に関しては冷えた内燃機関を始動する際のおよ
びこれに次いで全負荷および最大回転数に迅速に加速す
る際の一時的な遊び挙動が最も問題である。

更に圧力波過給器の運転中には周方向（高圧区域−低圧
区域）並びに半径方向でがス°ケーシング端面に対する
不均一な温度分布に基づいて特にガス側でケーシング端
面およびロータ端面の相対的な変形が生ずる。

ロータ３は比較的肉厚なボス管３ａと肉薄な中央管３ｂ
と外側に位置する肉薄な囲い板３Ｃとを有している。車
輌・内燃機関用の圧力波過給器においてはロータ３は大
抵負荷および回転数が変ったばあいに永続的な温度変動
にさらされる。

ボス管３ａの大きな熱容量に基づいてボス管は平均して
外側の囲い板３Ｃよりも高い温度を有している。これに
よって外側の囲い板３Ｃに比して著しいボス管３ａの熱
膨張が生ずる。外側の囲い板３Ｃは換気および熱放出に
基づいてボス管よりも多くの熱を外部に放出する。更に
ボス室３ｄ内では熱放出によって熱せき止めが生ぜしぬ
られる。ボス管３ａの著しい熱膨張によって運転中に特
にガス側のロータ端面の軸方向変形が生ぜしめられる。

種々の半径におけるロータ端面並びにロータに面したが
スケーシング端面ば凸面形状をとり、このばあい軸方向
遊びは半径が増大するにつれて増大する。空気側におけ
るロータ３とロータ３に面した空気ケーシング端面との
間の相対的な熱変形は無視できる。

第２図では符号Ｘで公知の圧力波過給器の冷えた状態で
の軸方向遊びを基準外に誇張して大きく図示している。

圧力波過給器の運転温度における半径に関連した軸方向
遊びＹは特にロータおよびガスケーシングにおける温度
分布の関数である。半径に関連したロータの変形Ｚ２並
びにガスケーシングの変形Ｚ工は使用される材料の熱膨
張係数および温度に関連している。

更に軸５上でのロータ３の非対称的な懸架に基づいてロ
ータ振動（揺動運動）が生じ、このロータ振動は空気側
並びガス側で軸方向遊び配分を寸法状めするばあい著し
く問題になる。

第６図では太い実線で圧力波過給器のロータい細い一点
鎖線Ｗ−Ｗは回転軸線を成している。

図面において左側のロータ側は空気ケーシング側である
。軸５におけるロータの固定点は比較的冷たい空気ケー
シングの近くに位置しているので、ロータは主にガスケ
ーシングの方向に膨張し、更にロータの内側部分は外側
部分よりも暖いので、同時にガス側のロータ端面ば凸面
状に変形する。この変形は太い一点鎖線で図示されてい
る。このばあい半径方向の熱膨張は考慮されていない。

ロータの上述の非対称的な支承に基づいて運転中にロー
タ振動が生じ、このロータ振動は第３図において鎖線で
示されている。

更にこのロータ振動は、できるだけわずかな軸方向の運
転遊びを得るために、ロータ端面もしくはケーシング端
面を成形加工する際に考慮する必要がある。

この限りにおいて圧力波過給器は周知である。

本発明によれば、空気ケーシング側でロータおよび空気
ケーシングの互いに向き合う両端面の少なくとも一方が
凸面状に、および（または）ガスケーシング側でロータ
およびガスケーシングの互いに向き合う両端面の少なく
とも一方が凹面状に形成されている。これによって空気
ケーシング側では冷えた状態で半径方向で内側から外側
に向けて増大する軸方向遊びがかつがスケーシング側で
は冷えた状態で半径方向で内側から外側に向けて減少す
る軸方向遊びが得られる。

凸面状又は凹面状の端面ば円錐台状の面又は球面状の面
として又は２つ以上の連続した円錐角の異なる円錐台状
の面から形成される。

有利にはガスケーシングに面したロータ端面の加工角ａ
又はロータに面したガスケーシング端面の加工角すは１
０分から６０分までである。

第１図で冷えた状態で図示された本発明による圧力波過
給器ではロータ端面並びにケーシング端面ば円錐台状の
面として、圧力波過給器の運転中にできるだけわずかな
軸方向遊びが得られるようにかつこれにもかかわらずロ
ータの擦過が行なわれないように、加工されている。こ
のばあい熱膨張並びに機械的なロータ振動も考慮されて
いる。このばあい加工角ａ、ｂ、’ｃ。

ｄは十分明瞭にするため基準外に大きく図示されている
。ガス側の端面の一方のみが、例えばロータに面したガ
スケーシング端面が円錐台状の面として加工されるばあ
いには、このばあい加工角すは有利には１０分からろ０
分までである。互いに向き合ったガス側の両端面を円錐
台状の面として加工するばあいには、両加工角ａ。

ｂは有利にはそれぞれ５分から１５分までである。

正確に測定された温度区分および振動幅によってロータ
端面もしくはケーシング端面の所望の成形形状を正確に
考慮できる。更にこ、の成形形状は実験によって規定さ
れる。このためにグラファイトピンをガスケーシング端
面並びに空気ケーシング端面内に差し込むことができる
。

グラファイト２ンは試験台上での圧力波過給器の加熱運
転中にロータによって削り落される。

残されたぎン長さを測定することによって端面の最良の
形状が規定される。ロータと空気ケーシングもしくはガ
スケーシングとの間の所望の軸方向遊びが確かめられた
ばあいには、所望の軸方向遊びの半径方向分布をロータ
および（または）ケーシング端面の加工によって得るべ
きかがどうかが、費用を考慮して決められろ。

ケーシング端面な周方向でも成形加工するかどうかは、
即ちケーシング端面を回転対称的な面として加工すべき
かどうかということは、効率な得るに多額の加工費用な
かけて購えるかに係わっている。

発明の作用効果 本発明によって得られた利点は、ロータ並びにケーシン
グ端面を目的通り成形することによって熱膨張およびロ
ータ振動が、極めてわずかな軸方向遊びを以ってひいて
は申し分のない効率で運転できるように補償されるとい
うことにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧力波過給器の縦断面図、第２図
はガスケーシング何のロータおよびケーシング端面の熱
変形を著しく拡大して示した公知の圧力波過給器の縦断
面図、第６図は圧力波発生器のロータの振動および熱膨
張を概略的に示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 土　車輌・内燃機関を過給するためのがスダイナミツク
   な圧力波過給器であって、空気ケーシング（２）とガス
   ケーシング（１）との間に配置されたロータ（３）が空
   気ケーシング（２）内に支承されており、更にロータ端
   面がロータに面したケーシング端面からそれぞれ軸方向
   遊びを以って離されている形式のものにおいて、空気ケ
   ーシング側でロータおよび空気ケーシングの互いに向き
   合う両端面の少なくとも一方が、冷えた状態で半径方向
   で内側から外側に向けて増大する軸方向遊びを得るため
   に凸面状に、および（または）ガスケーシング側でロー
   タおよびガスケーシングの互いに向き合う両端面の少な
   くとも一方が、６冷えた状態で半径方向で内側から外側
   に向けて減少する軸方向遊びを得るために凹面状に形成
   されていることを特徴とする車輌・内燃機関を過給する
   ためのガスダイナミックな圧力波過給器。 ２、凸面状又は凹面状の端面が円錐台状の面として形成
   されている特許請求の範囲第１項記載の圧力波過給器。 ３、　凸面状又は凹面状の端面が球面状に形成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の圧力波過給器。 ４、凸面状又は凹面状の端面が円錐角の異なる２つの円
   錐台状の面から形成されている特許請求の範囲第１項記
   載の圧力波過給器。 ５、　ガスケーシングに面したロータ端面における加工
   角（ａ）又はロータに面したケーシング端面における加
   工角（ｂ）が１０分から３０分までである特許請求の範
   囲第２項記載の圧力波過給器。