JPH01159418A - 圧力波過給機 - 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、内燃機関を過給するための圧力波過給機であ
って、セル形ロータン備えており、該セル形ロータの一
方の端面がガスケーシングによって、かつ他方の端面が
空気ケーシングによって閉鎖されており、かつ空気ケー
シングがセル形ロータのロータ軸のための支承装置を備
えている形式のものに関する。

従来技術 一般に内燃機関を備えた乗物のための過給装置として用
いられる圧力波過給機で（工、支承と運転に適するよう
にセル形ロータを圧力波過給機の他の構成部材内へ組込
むことを配慮する点に問題がある。この場合に後述され
るように支承には特別な注意が払われなければならない
。

ヨーロツ・ξ特許第００８７８３４号明細書からセル形
ロータの支承が知られている。この支承手段は、機関の
潤滑油系から油を供給される滑り軸受にセル形ロータを
支承する形式の従来実施の方法の欠点乞、例えば導管破
損の結果潤滑油供給が中断した際にセル形ロータの高回
転数のためにこの支承手段がきわめて急速に破壊される
場合があるという運転安全性のリスクでもって相殺でき
た。上記刊行物のセル形ローメの支承手段はグリース溜
めからのグリース補給により軸受への調量された連続的
な持続潤滑を行なう手段を備えている。この例ではロー
タ軸は圧力波過給機の空気ケーシング内に配置されてお
り、かつセル形ロータはゼス乞用いてロータ軸の内側の
端部に固定されている。この場合この軸方向の固定では
既にセル形ロータの当接面は大ていはロータ軸の支承対
称面の外部にある。

所で例えばヨーロッパ特許出願第８７１０１６０８、．
５号明細書から知られているように、上記の支承手段が
圧力波過給機の比例的な駆動を内燃機関のがスカによっ
て駆動される自由回転形の圧力波過給機によって代える
と、この場合出現する支承装置は、運転回転数が自由回
転特性に関する限界的な回転数に近接しているために１
自由回転に最適′ではないと示された。

更に例えばヨーロツ・ξ特許第００５１３２７号明細書
に記載されているようなセラミック材料から製作された
セル形ロータの組込みは、相変わらず１セラミツクへの
適合性“を欠いた支承装置であるために推奨できないで
あろう。

上記の従来技術による支承装置から出発して、上記の組
立事情、すなわち自由回転形圧力波過給機とセラミック
製セル形ロータとによるこの支承装置の拡大は一連の不
十分さケ有している、すなわち −最初に挙げられた支承装置における曲げ振動に対する
限界的な回転数への近接は特に振動をもたらす、それと
いうのもセル形ロータ質量の重心と支承対称面との間の
距離が太きすぎるからである。

−ロータ軸支持の静力学的な不確かさが空気ケーシング
内へ組入れられた軸受の緊張をもたらし、これはロータ
軸と連結されたセル形ロータの回転特性に対する不都合
な作用を伴なう。

−空気ケーシング内に支承されたロータ軸がここを支配
するボスとの関係のために流れ横断面、すなわち空気ケ
ーシング側の流入および流出通路乞制限し過ぎる。

−グリース潤滑では平均軸受直径と回転数との積が制限
される；そのために所定の回転数では平均直径は小さく
保持されなければならない。

−平行ストツノソとしてやむをえず小さな肩によってロ
ータ軸上に自由回転するセル形ロータを固定することは
容易にロータ軸の軸線に対するセル形ロータの傾倒をも
たらす：その結果は回転運転中のロータのよろめきであ
る。従来技術に属する、ロータ軸へのセル形ロータのこ
の固定方法は、セラミック製のセル形ロータを組込む場
合にはこのセル形ロータと金属材料製のロータ軸との間
の運転に依存した異なる熱膨張のために着座の支障をも
たらし、このことはセル形ロータのボスを場合によりア
ルミニウム合金から製作すべき場合にも生じる。

−　セル形ロータから軸受およびロータ軸への熱供給は
高価な手段によってのみ対抗することができる。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、冒頭に記載の形式の圧力波過給機にお
いて内燃機関のがスカによって駆動されるセラミック裂
のセル形ロータのために１セラミツクに適した′、そし
て“自由回転に適した′支承装置を配慮することである
。

課題を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に記
載の形式の圧力波過給機において内燃機関のがスカによ
って駆動されるセラミック材料製のセル形ロータが空気
ケーシングから突出したロータ軸に支承されており、ロ
ータ軸自体が空気ケーシング内に固定された軸に支承さ
れており、かつセル形ロータが部材によって、空気ケー
シング側に設けられていて、しかもロータ軸のセンタリ
ング面を経て隆起した当接肩に押圧せしめられており、
かつロータ軸が軸方向に自由な膨張をしないように防熱
装置によって遮断されていることである。

発明の効果 本発明の主な利点【工、軸受部材がロータボス管内へ移
されており、そのためにロータ重心と軸受対称面とが互
いに近くに位置していることである。セラミック製セル
形ロータのセンタリングがロータ軸に対して半径方向の
遊びを有して行なわれ、ロータ軸自体は空気ケーシング
内に固定された軸に支承されている。ロータ軸は最大直
径部に肩を有しており、この肩はセラック製セル形ロー
タとの軸方向の伝力結合のための軸方向のストッパを構
成している。セラミック製セル形ロータとロータ軸との
間に半径方向の熱膨張差が存在する場合に危険な引張り
応力がセラミック内に生じず、かつ場合によって異なる
熱膨、張により得られる不つりあいを無視し得る程小さ
（保持し得るように半径方向の遊びを設定することが重
要である。このことから本発明による支承装置が特に有
利であると証明された、それというのも直径比が特に小
さく保持されるからである。更に軸方向におけるセンタ
リングは数羽に制限される。要するにセンタリングはセ
ル形ロータのロータ軸上での位置決めのみを保証すれば
よく、したがって力を伝達を引受ける必要はない。軸方
向のストッパはロータの最も低温の箇所を形成しており
、そのためにロータ軸の支承装置への熱の流れを最小に
することができる。更にこの当接肩の場合による軸方向
のランアウト誤差がセル形ロータのよろめき運動につい
て作用する程度も、センタリングがセル形ロータの本来
の受容を行なった場合よりも弱い。セル形ロータとロー
タ軸との間でセラミックに適した支承を行なうことがで
きるためには、更に力の伝達がセル形ロータ内で緊張の
問題または引張り応力を惹起しないことが必要である。

本発明によれば、ロータ軸の肩へのセル形ロータの軸方
向の当接が有利にはばね力によって行７ｆ　ウことが提
案される。このばね力はほぼ全半接面に対して作用する
。ばねカは、十分に大きな力の伝達が摩擦結合によって
生じるように選択される。セラミックに適した軸受装置
はまたロータ軸およびこの支承部材のための防熱手段を
備えている。この手段とセラミックに適した構造の要求
との関係は、使用に適したセル形ロータがセラミック材
料から裏作されており、ロータがここで生じる熱応力を
分解し得るためには太ぎな熱伝導率を持たなければなら
ないことに見られる。ロータ軸とその支承手段のための
防熱手段が設けられていない場合には、結合部は否応な
く太ぎな熱放射流に曝され、セル形ロータ自体の回転特
性に対して否定的な作用をもたらす。

更に上記の本発明による手段は、セル形ロータの重心を
軸受対称面とほぼ合致させることを可能にし、このこと
は３自由回転に適した′同心回転安定性を保証し、かつ
高い限界回転数ン可能にする。ロータ軸を支承する軸の
直径を比較的小さく保持することができるので、流れ横
断面においてより多くの有効面積が得られ、このことも
また１自由回転に適する“よ５に働く。

実施例 図示の実施例において本発明の理解に直接必要ではない
部材はすべて省略されている。異なる図に示された同一
の部材には同一を符号を付しである。

第１図には圧力波過給機の各構成部材の組立て状態が部
分的に示されている。第１図からはセル形ロータ１と空
気ケーシング２との間の組立てが判る。反対側のガスケ
ーシング３は示されていない。空気ケーシング２は切欠
き７と、セル形ロータ側にゼス５とを有しており、内部
には軸生が伝力結合によって固定されている。

この伝力結合はナツト６によって行なわれている。ナラ
）＋！切欠き７内に配置され、かつ軸牛をワッシャ８の
介在下にゼス５に対して緊張せしめている。ナット６自
体は付加的に複数の冷却フィン６ａＹ備えた熱交換部材
として構成されており、冷却媒体としてはいずれにして
もここに存在する空気を使用することができる。これに
よって軸牛とナツト６の結合が熱的に影響によって緊張
度を緩めないことが達成される。

切欠ぎ７の軸方向の開口（工ばねワッシャ９によって閉
鎖されており、ばねワッシャはねじ１０を介してナツト
６の冷却フィン側の端部に対して緊張せしめられている
。したがって付加的にナツト６の冷却フィン部分が軸方
向で伝力結合によって、振動しないように固定されるこ
とが達成され、これはまた軸生の固定を支持する作用を
行なう。軸４は軸方向にセル形ロータ１の中央を越えて
延びている。軸には一体のブシュの形のロータ軸１１が
支承されており、ロータ軸は、エアギャップ１３が象徴
化しているようにゼス５に対して自由に位置決めされて
いる。

ロータ軸１１のこの支承およびその軸Φ上での軸方向の
固定はころがり支承装置によって形成されており、ころ
がり支承装置は２つのボール列１２ａ、１２ｂを有して
いる。これら２つのボール列のための対応するゼール転
動みぞ１４ａ。

１４ｂは直接軸生とロータ軸１１内に形成されている。

軸方向のボール列間で軸Φの外面とロータ軸１１の内面
との間には中間室１５が形成されており、この中間室は
グリース溜めとして用いられる。ここに装入されたグリ
ースは時間の経過の中で油部分を放出し、これにより支
承装置の耐用年限にわたる潤滑が保証される。もちろん
グリースは軸Φ内の図示されない環状の凹所内にも充填
することができる。上記の構造でグリースを凹所内に保
持するためには凹所を孔を持ったスリーブ（同様に図示
せず）によって覆う。その剛性に不利な影響を与えるこ
となしに軸牛の直径を比較的小さく保つことができる。

これはセル形ロータ１の流れ有効面積が最大にされると
いつ利点を有している。軸仝が軸方向平面においてセル
形ロータ１内へ深く突入していることによってセル形ロ
ータの重心が軸受対称平面近くに位置する。したがって
きわめて高い限界速度で運転することができ、このこと
はまた重心との僅かな距離が支承の所要の剛性を実現し
ていることによっても可能である。

ロータ軸１１上でセル形ロータ１がセンタリングされて
いる。このセンタリング面１６は、熱膨張差が生じた際
にセラミック内の引張り応力を、かつ場合によって生じ
る不つりあいを回避するためにはセル形ロータ１の孔内
面に対して約０．０２　ｆｆｉの半径方向の遊びを持つ
よウニ設計されている。このセンタリングの長さも３〜
４ｍｍにすぎず、したがってこれは位置決めの役目、を
有すればよい。半径方向の遊びは単に許容される不つり
あいを越えない限度内に制限される。

ロータ軸１１は空気ケーシング側に肩１１ａを有してお
り、この肩はセル形ロータ１に対する軸方向の当接面を
形成する。既述の軸受寸法が最小にされたことによって
肩の高さは最大に、すなわちゼス直径の太きさまでで設
計することができ、これはセル形ロータ１を組付ける際
の最適な基準箇所を与える。唯−肩１１ａの面平行性の
形成については注意を払わなければならない。これに対
してセル形ロータ１の対応する端面は当接を保証するた
めに単に平面加工を必要とするにすぎない。肩１１ａの
面平行性が得られれば、セル形ロータ１の傾倒、そして
その結果のよろめき運動のおそれはない、それというの
も詳しくは後述するが、セル形ロータ１は専ら軸方向の
力の発生によって肩１１８に圧着せしめられ、かつここ
で肩と摩擦結合を形成しているからである。このストツ
ノぞ箇所（工またセにより熱の影響は予め最小鷺鵞へ減
少せしめられる。ロータ軸１１の支承はガスケーシング
３側で栓によって閉鎖されており、この栓は細手を密封
するために０−リング１７ａを備えている。栓１７の、
ロータ軸１１に対して相対的な軸方向の固定はスナップ
リング（シーガーリング）によって行なわれている。栓
１７は、セル形ロータ１とロータ軸１１との、すなわち
ロータ軸の肩１１ａとの軸方向の伝力結合を形成するた
めに用いられている。そのためにはセル形ロータ１の内
面に周方向に延びた半円形のみぞが形成されており、こ
のみぞ内に所々にスリットを入れられた線材リング１９
が配置されている。伝力結合の形成に必要な力は単数ま
たは複数の皿ばね２１によって発生せしめられる。皿ば
ねは線材リング１９の手前に配置されたリング板２０を
押圧する。リング板は、線材リング１９から皿ばね２１
への熱の流れを最小にするために有利には酸化ジルコニ
ウムから製作されている。セル形ロータ１と／ｉｉ＃Ｌ
Ｌａとの伝力結合の大きさは栓の上に配置されたブシュ
２２によって変更可能であり、このブシュは直接皿ばね
２１を適切に予負荷する。次いでカウンタナツト２３が
位置を固定する。リング板２ｏの前方にはもう１つの銅
製のリング板２０ａが挿入されており、このリング板は
線材リング１９との圧着箇所に傾斜部２０ｂを有してい
て、この傾斜部が純粋に皿ばね２１に由来する軸方向の
力成分から半径方向の、線材リング１９に作用する成分
を発生させ、この力成分が線材リング１９の位置および
センタリング作用の保証を担っている。この傾斜部は特
に第２図に判るように示されており、この第２図では傾
斜部は符号３２ａで示されている。

セル形ロータ１の伝達可能なトルクを工伝力結合部の摩
擦に相応し、伝力結合部自体はセラミックの許容される
面負荷によって制限される。

しかしここでは伝力結合部に大きな面積が関与するので
、圧力波過給機の運転に必要なトルクは問題なく発生せ
しめることができる。しかし既述したようにセル形ロー
タ１と肩１１ａとの空気ケーシング側の当接箇所はセル
形ロータの最も低温の地点を成している。したがって金
属とセラミックとの間で生じた小さな絶対的なｌｔ張差
においてはセンタリング面１６の所の半径方向の遊びが
僅かしか変化しないことを出発点とすることができる。

すなわち不つつあいの増大は起らない。場合により生じ
る軸方向の膨張差についてはこの膨張差昏工何らの作用
ももたらさないことがいえる、それというのも皿ばね２
１のリザーブポテンシャルがどの性質の異なる膨張をも
受止めることができるからである。

支承部の領域内の熱の作用については、特にガスケーシ
ング３へ近づくに従って異なる挙動が示される。ここで
はセル形ロータ１からの熱が支承部へ作用して、この支
承部を巻き込むことが予想される。これに対抗する手段
として帽子形の防熱装置２５がロータ軸１１をセンタリ
ング面１６まで覆っている。この防熱装置としての防熱
カバー２５は、有利には銅合金から製作されており、か
つ最も低温の箇所への強力な熱の排出を保証する役目を
果している。その例は後述の第２図の説明から明らかと
なろう。防熱カバー２５の係止は同様にねじ山付ぎブシ
ュ２２によって行なわれている。ねじ山付きブシュは皿
ばね２４を介して伝力結合を形成している。

皿ばねはねじ山付きブシュ２２によって押圧されて防熱
カバー２５の頭部側の終端部に作用する。もう１つの熱
を排出する手段は軸４が有している。すなわち芯内に銅
ビン２６が挿入されており、この銅ビンは空気ケーシン
グ２内にまで達している。セル形ロータ１のデス孔はガ
フケーシング３側では有利にはカオウール （にａＯＷＯｏ　＋　）製の栓２７によって閉鎖されて
おり、この栓が支承部を熱放射と対流から保護する。

第２図には主として拡大された防熱装置２５゜３０が示
されている。栓２８は第１図の栓２４にほぼ相応する。

この例ではロータ軸１１の防熱装置は２重の防熱カバー
から成っており、有利には銅製の薄層のに形プロフィー
ルから製作されている。第１の防熱カバー３０はロータ
軸１１の円筒形部分をセンタリング面１６まで包囲して
いる。第２の帽子形の防熱カバー２５は第１の防熱力、
？−に対して間隔を置いて同心的に延びており、同様に
センタリング面１６まで達している。帽子形の防熱カッ
ζ−２５はこの例でもねじ山付きブシュ３２によって固
定されており、ねじ山付きブシュは栓２８上に配置され
ている。この防熱カバー２５の軸方向の終端底部は締付
はリング３６を用いてねじ山付きブシュ３２と固定され
ている。２つの防熱カバー２５，３０＆！この系の最も
低温な箇所への熱排出長手導管を形成している。２つの
防熱カバー２５．３０の同心的な配置によって形成され
た円筒形の環状開口３１に冷却媒体を貫流させることが
でき、これは冷却作用な付塀的に高める。

有利にはジルコニウム製の、傾斜部３２ａを持ったねじ
山付きブシュ３２を線材リング１９に対して作用させる
ことによってこの実施例においても第１図の例と同様に
して、セル形ロータ１とロータ軸１１との間の伝力結合
を形成するための皿ばね２９の軸方向の力作用が生じる
。

セル形ロータ１のボスに第３図から特に良く判るように
、周方向で分割されたみぞ３５の列を有しており、これ
らのみぞはロータを平衡にするだめのセグメントリング
（図示せず）並びに相対回動防止手段としての、からね
じ山付きブシュ３２とロータ軸１１とを位置決めするた
めのボール３３．３４を受容する。

【図面の簡単な説明】

第１図は支承装置の縦断面図、第２図は支承装置のセル
形ロータの範囲の部分縦断面図、第３図をエセル形ロー
タの孔と支承装置の終端部の平面図である。 １・・・セル形ロータ、２・・・空気ケーシング、３・
・・ガスケーシング、牛・・・軸、５・・・ボス、６・
・・ナツト、６ａ・・・冷却フィン、７・・・切欠ぎ、
８・・・ワッシャ、９・・・ばねワッシャ、１０・・・
ねじ、１１・・・ロータ軸、１１ａ・・・当接肩、１２
ａ、１２ｉ）・・・ゼール列、１３・・・エアギャップ
、１４ａｔ　　１４ｂ・・・ボール転動みぞ、１５・・
・中間室、１６・・・センタリング面、１７・・・栓、
１７ａパ０−リング、１８・・・スナップリング、１９
・・・線材リング、２０．２０８・・・リング板、２０
１）・・・傾斜部、２１・・・皿ばね、２２・・・ブシ
ュ、２３・、・・カウンタナツト、２４・・・皿ばね、
２５・・・防熱カバー１２６・・・銅ビン、２７・・・
栓、２δ・・・栓、２９・・・皿ばね、３０・・・防熱
カバー１３１・・・環状開口、３２・・・ねじ山付きブ
シュ、３２ａ・・・傾斜部、３４・・・ボール、３５・
・・みぞ、３６・・・締付はリング 気　　　　　　入 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　昭和６３年特許願第２４７５６４号
２、発明の名称 圧力波過給機 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代　理　人 昭和６３年１２月２０日　　（発送口）６、補正の対象 （３）図面 ７、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関を過給するための圧力波過給機であつて、
   セル形ロータを備えており、該セル形ロータの一方の端
   面がガスケーシングによつて、かつ他方の端部が空気ケ
   ーシングによつて閉鎖されており、かつ空気ケーシング
   内にロータ軸のための支承装置が組入れられている形式
   のものにおいて、内燃機関のガス力によつて駆動される
   セラミック材料製のセル形ロータ（１）が空気ケーシン
   グ（２）から突出したロータ軸（１１）に支承されてお
   り、ロータ軸自体が空気ケーシング（２）内に固定され
   た軸（４）に支承されており、かつセル形ロータ（１）
   が部材（１７、１８、１９、２０、２０ａ、２１、２２
   ）によつて、空気ケーシング側に設けられていて、しか
   もロータ軸（１１）のセンタリング面（１６）を経て隆
   起した当接肩（１１ａ）に押圧せしめられており、かつ
   ロータ軸（１１）が軸方向に自由な膨張をしないように
   防熱装置（２５、３０）によつて遮断されていることを
   特徴とする、圧力波過給機。 ２、ロータ軸（１１）の孔がガスケーシング（３）側で
   栓（１７）によつて密封されており、該栓がロータ軸（
   １１）の端部に喰い込んだスナップリング（１８）によ
   つて軸方向で位置決めされており、かつ栓（１７）のガ
   スケーシング側の端部がねじ山付きブシユ （２２）と皿ばね（２１）とを支持しており、かつこの
   皿ばね（２１）とセル形ロータ（１）のボス内に固定さ
   れた線材リング（１９）との間に単数または複数のリン
   グ板（２０、２０ａ）が配置されている、請求項１記載
   の圧力波過給機。 ３、防熱装置が第１の防熱カバー（３０）を備えており
   、該防熱カバーがロータ軸（１１）の円筒形の部分をセ
   ンタリング面（１６）まで覆つており、かつ第２の防熱
   カバー（２５）が第１の防熱カバー（３０）に対して同
   心的に、間隔を置いて設けられており、かつこの第２の
   防熱カバーがロータ軸（１１）のセンタリング面（１６
   ）まで延びており、かつロータ軸をガスケーシング（３
   ）側で閉鎖している、請求項１記載の圧力波過給機。 ４、軸（４）が空気ケーシング（２）内でナット（６）
   によつて固定されており、該ナットが軸方向で冷却フィ
   ン（６ａ）を備えた構成を有している、請求項１記載の
   圧力波過給機。 ５、セル形ロータ（１）のボスのガスケーシング（３）
   側の端部が断熱材から製作された栓（２７）で閉鎖され
   ている、請求項１記載の圧力波過給機。 ６、軸（４）とロータ軸（１１）の内面との間に中間室
   （１５）が存在しており、この中間室がグリース溜めと
   して用いられている、請求項１記載の圧力波過給機。 ７、軸（４）の芯が銅ピン（２６）から製作されている
   、請求項１記載の圧力波過給機。 ８、伝力結合方向でみて線材リング（１９）の手前に位
   置した部材（２０ａ、３２）が線材リング（１９）との
   圧着箇所に傾斜部（２０ｂ、３２ａ）を有している、請
   求項２記載の圧力波過給機。