JPH0141840B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排ガスのエネルギをインテーク・マニ
ホルド内の圧力を昇圧させるために用いるごとき
過給機に適用されるウエーブ（wave）圧縮機用
回転子に関する。

（従来の技術） 従来のかかるウエーブ圧縮機用回転子は、例え
ば、1977年９月に刊行されたグレンオルトらによ
る「複合過給デイーゼル機関の性能及び社会性」
と題する米国機械技術者協会（ASME）の刊行
物に記載されている。このウエーブ圧縮機用回転
子は、高圧力排ガス吸込通路及び低圧力排ガス引
出通路を有する排ガスマニホルドと、高圧力空気
引出通路及び低圧力空気吸込通路を有する空気取
入マニホルドとの間に回転可能に取付けられる回
転子を有しており、この回転子はハブと、このハ
ブに対して半径方向外側に配設されていて軸線方
向のガス及び空気の流路を画成する複数のガス及
び空気の隔室とを備えている。このハブは金属製
の軸を有していて、前記回転子はこの軸と共に回
転する。

高圧力排ガス吸込通路の高圧力排ガスが低圧力
空気吸込通路からの低圧力吸込空気を圧縮する圧
力ウエーブのフロント（すなわち、前面）を隔室
中に形成するようになつており、圧縮された吸込
空気は高圧力空気引出通路へ排出されるようにな
つている。

高圧力排ガス吸込通路、低圧力排ガス引出通
路、低圧力空気吸込通路及び高圧力空気引出通路
が調時された順序で開閉されて、高圧力排ガス吸
込通路が開かれた時に生ずる圧力ウエーブが回転
子の隔室のそれぞれに圧縮された空気を充填する
ようになつている。かように調時された通路の開
閉は隔室を低圧力空気吸込通路からの低圧力空気
で満たし、同時に低圧力排ガスを隔室から排気マ
ニホルドの低圧力排ガス引出通路へ排出する作用
をも果たしている。

上述した圧力ウエーブの作用は隔室内を高温に
するので、回転子はセラミツク材料で作ることが
望ましい。セラミツク材料はかような高温に耐え
ることができ且つ膨張率が低いので運転中に小さ
な公差を維持することができるからである。回転
子をセラミツク材料で作ることについては、従来
技術ではないが、1981年６月23日付で特許された
本発明者の米国特許4274811号明細書に開示され
ている。

（発明が解決しようとする課題） 前述した通り、従来技術とはいえないが、本発
明が提案した回転子をセラミツク材料で作るとい
うことは、上述したような利点、すなわち高温に
耐え且つ小さな公差を維持するという利点をもた
らすのであるが、回転子が回転された時に遠心応
力によつてセラミツク材料で成る回転子が破損さ
れてしまうという惧れがあつた。また、セラミツ
ク材料で成る回転子が振動によつて損傷されると
いう惧れがあつた。

本発明はかような、セラミツク材料で成る回転
子の既述の利点を確保しつつ、その破損及び損傷
が無いようにすることができるウエーブ圧縮機用
回転子を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、比較的高い圧力の高温度の排ガスか
ら空気と燃料との混合物の機関のための低圧力低
温度の吸込空気へエネルギを伝達するために使用
するウエーブ圧縮機用回転子であつて、高圧力排
ガス吸込通路及び低圧力排ガス引出通路を有する
排ガスマニホルドと高圧力空気引出通路及び低圧
力空気吸込通路を有する空気取入マニホルドとの
間に回転可能に取付けられるようにされた回転子
を備え、この回転子はハブと、該ハブに対して半
径方向外側に配設されていて軸線方向のガス及び
空気の流路を画成する複数のガス及び空気の隔室
とを有し、前記ハブは前記回転子の前記隔室の一
部分を形成していて且つ該隔室と一体となつた円
筒状内部部分を有し、前記回転子は比較的低い熱
膨張のセラミツク材料で作られており、更に、前
記ハブの前記円筒状内部部分を貫通する金属の軸
を有する、ウエーブ圧縮機用回転子において、前
記軸と前記ハブの前記円筒状内部部分との間には
空間が設けられ、この空間中にはシリコーンをベ
ースとするエラストマーが配設されており、この
エラストマーは前記軸及び前記セラミツクに接着
されていて、それにより前記軸及び前記セラミツ
クの間に駆動連結が達成されるようになつている
ことを特徴とする。

（発明の作用及び効果） 本発明によると、セラミツク材料でなる回転子
の既述の利点を確保することができる。

また、軸とハブとの間の空間にはシリコーンを
ベースとするエラストマーが配置されており、こ
のエラストマーが軸からセラミツクへの振動を減
衰させる役割を果たすため、セラミツクの振動に
よる損傷の恐れを実質的に無くすことができる。

シリコーンをベースとするエラストマーは、セ
ラミツクよりも大きな熱膨張率を有し、高温状態
で前記空間内に配置された後硬化温度において硬
化されたときに軸とハブとに接着され、かつその
硬化温度から常温に冷却されるときに半径方向に
収縮する。従つて、軸とハブとの間に加熱された
エラストマー材料を導入してこれを硬化させると
いう、この種のエラストマーを使用した製品の製
造に通常採用される方法で本発明の回転子を製造
した場合には、硬化温度において軸とハブとに接
着したエラストマーは、その硬化温度から常温に
冷却されるときに半径方向へ収縮し、その収縮時
に回転子を構成するセラミツク材料に、これを半
径方向へ収縮させる応力を加えることになる。即
ち本発明の回転子は、上記の如き通常の方法で製
造した場合に、常温状態まで冷却されていくとき
にセラミツク材料に、これを半径方向へ収縮させ
ようとする応力を残留させることができるような
構成になつている。セラミツク材料に上記の如き
応力を残留させることによつて、次のような利点
が得られる。

即ち、セラミツク材料で成る回転子が回転する
と、セラミツクには遠心力によつてそれを半径方
向へ膨張させようとする引張応力が生じる。然し
ながら、上記したようにセラミツクを半径方向へ
収縮させようとする残留応力が生じていれば、そ
の残留応力が、遠心力によつてセラミツクを半径
方向へ膨張させようとする引張応力に対抗する。
従つて、セラミツクには過大な引張応力が生じる
ことなく、セラミツクが破損される恐れが実質的
に無くなるのである。

また、本発明の実施例によれば、エラストマー
が回転子の周囲の高温の部分と、軸に近いハブの
部分とを熱絶縁する役目を果たすように構成する
こともできる。

（実施例） 次に図示した本発明の実施例を説明すると、第
１図において、符号１０は内燃機関用空気取入マ
ニホルドを示している。符号１２は機関の排ガス
マニホルドを全体として示す。マニホルド１０は
機関の気化器の喉部に連通している高圧力空気引
出通路１１を有する。絞り羽根１４が喉部に設け
られてマニホルドを通つて機関へ流れる空気の流
量を制御する。また、低圧力空気吸込通路１６が
マニホルド１０に形成されている。

排ガスマニホルド１２は高圧力排ガス引込通路
１８及び低圧力排ガス引出通路２０を備える。円
筒状囲い板２２が空気取入マニホルド１０と排ガ
スマニホルド１２との間に配置される。第２図に
示した比較的低い熱膨張のセラミツク材料で成る
回転子２４はこの円筒状囲い板２２中に回転可能
に配置される。回転子２４には軸線方向の複数の
流路を形成する隔室２６が画成され、更に、金属
の軸３０に取付けられるハブ２８が形成されてい
る。軸３０は空気取入マニホルド１０の軸受開口
３２に装架される。適当な軸受部材（図示せず）
がこの軸受開口３２内に備えられて軸３０を回転
自在に支持するのである。

隔室２６は固定子板３４，３６に形成された口
部３８，４０，４２，４４を介して前述した通路
１１，１６，１８，２０に連通されている。固定
子板３４は円筒状囲い板２２と空気取入マニホル
ド１０との間に、固定子板３６は円筒状囲い板２
２と排ガスマニホルド１２との間にそれぞれ配置
されている。これらの口部３８，４０，４２，４
４は回転子２４の隔室２６と調時された順序で連
通して高圧力排ガス吸込通路１８及び口部４２と
隔室２６とが連通した時に生ずる圧力ウエーブ
が、その隔室２６内に入れられた空気を圧縮し、
その隔室２６内の圧縮された空気は口部３８を介
して高圧力空気引出通路１１へ排出される。次
に、膨張された比較的冷たい排ガスは、低圧力空
気吸込通路１６及び口部４０に、その隔室２６が
連通して、空気がこの隔室２６内に充填されると
同時に、この隔室２６から口部４４を介して低圧
力排ガス引出通路２０へ排出され、その後に、前
述したと同様の空気圧縮サイクルが始まるのであ
る。

第２図及び第３図に示した実施例においては、
回転子２４のハブ２８に、軸３０が貫通する中央
の軸線方向開口４６が設けられている。軸３０は
半径方向に配設されたフランジ４８を備えてい
る。フランジ４８は、第２図でハブ２８の左側端
部の溝穴５０に整合して軸３０から駆動トルクを
回転子２４へ伝達するための駆動手段を構成して
いる。エラストマー５２がフランジ４８と溝穴５
０との間に配設されてフランジ４８及びハブ２８
に接着されており、それにより軸３０からセラミ
ツク材料で成る回転子２４のハブ２８への好まし
くない振動の伝達を防止し又は減少する。締付ナ
ツト５４が軸３０にねじ込まれてハブ２８を軸に
固定することができる。エラストマー５０は軸３
０及びハブ２８のセラミツクの円筒状壁の間の隙
間及びハブ２８の端面５６上に配設され、締付座
金５８がそれに対して配設される。

第４図に、セラミツクのハブ６０及び金属で作
られた中空軸６２を有する別の形式の構造が示さ
れている。中実の固体のエラストマー６４が軸６
２及びハブ６０の間に配設される。好ましくは、
ハブ６０は軸及びハブ６０の間のトルクの伝達を
容易にする半径方向に配設された突起６６を備え
る。エラストマーはジメチルシロキセンのような
シリコンをベースとするエラストマーであり、且
つそれはセラミツクの熱膨張率の約100倍の熱膨
張率を有する。金属の軸６２はセラミツクの熱膨
張率の約10倍の熱膨張率を有する。

エラストマーはセラミツクのハブ６０及び金属
の軸の間の空間に導入され且つ運転時の温度より
低い温度で硬化される。例えば、それは約150℃
（300〓）の温度で硬化され得るのに対して、回転
子の隔室の運転時の温度は370℃（700〓）程度の
高い温度に達し得る。硬化後組立体が室温まで冷
却されると、エラストマーは収縮し且つハブ６０
の周囲壁から離れるように引張られようとし、そ
れによりハブ６０を半径方向内方に圧縮する予応
力を生ぜしめている。回転子が比較的高い運転速
度で運転されると、ハブの圧縮応力は遠心応力に
よつて対抗されるので、合成応力即ち正味応力は
この予応力がエラストマーに存在しない場合に生
じるそれらの応力より低い値になる。

第５図及び第６図に示した実施例では、回転子
は隔室部分６８を有する。ハブは全体として符号
７０で示される。ハブは半径方向リム部分７６に
よつて連結された同心円筒状部分７２及び７４を
有する。ハブの部分７２，７４及び７６及び隔室
部分６８は一体的なセラミツク部品として形成さ
れる。駆動軸７８は円筒状部分７２及び７４の間
の位置でハブを貫通している。軸７８には符号８
０で示したような溝穴が形成されていて半径方向
リム部分７６が半径方向にこの溝穴８０を通つて
延びている。駆動軸８２が円筒状部分７４の中心
を貫通している。軸８２は円筒状部分７４にしめ
つけられ、故に、軸７８，８２は回転子に駆動自
在に連結されている。それは溝穴８０がエラスト
マー８４を介して半径方向リム部分７６とかみ合
うためである。

シリカをベースとするエラストマーが符号８４
で示したように円筒状部分７４及び軸７８の内側
表面の間に中実の固体の形で導入されている。ま
た、エラストマーは溝穴８０を貫通し、それによ
り軸７８はセラミツクの半径方向リム部分７６か
ら絶縁される。エラストマーのスポンジ材料８６
は円筒状部分７２及び７８の外側表面の間の空間
に配設される。エラストマーのスポンジ材料は室
温で硬化するシリコーン接着剤によつて円筒状部
分７２の壁及び半径方向リム部分７６及び軸７８
の外部壁に固定され得る。

第５図の構造のエラストマー材料は運転温度よ
り可成り低い温度で硬化される。回転子が運転さ
れ且つ温度が例えば回転子の外部最遠部分で最大
370℃（700〓）ある運転中にその安定した値に達
する時に、エラストマーはそれが金属の熱膨張率
より実質的に高い熱膨張率を有するので膨張す
る。これらの熱膨張率の比は１対10である。セラ
ミツク自体の熱膨張率はエラストマーの熱膨張率
の１／100である。これらの熱膨張率の差の故に、
回転子のハブは圧縮応力下におかれる。これらの
圧縮応力は回転子の高速度の運転中にセラミツク
に誘起される遠心応力に対抗する。遠心応力によ
る回転子の破損を排除し又はその頻度を減少す
る。

エラストマーのスポンジ材料８６は回転子の周
辺の高温部分をハブの部分から熱的に絶縁する。
それはスポンジ材料内の空隙のために熱障壁とし
て作用する。スポンジのエラストマーは中実のエ
ラストマー８４と同様に商業上入手し得る。

回転子が硬化温度以下の室温まで冷却される
と、その結果として生じるセラミツクに対するエ
ラストマーの相対的な収縮は回転子のハブを圧縮
下におき、それは運転中に回転子に生じる遠心応
力に対抗する。このようにして、回転子は軸の振
動から絶縁され、且つそれは過大な遠心応力から
保護され且つ半径方向外向きの隔室から熱伝達に
よる過熱から保護される。

第７図は外部円筒状リム８８及び内方へ離隔し
た同心部分９０を有する更に別の回転子の構造を
示している。回転子の隔室９２は部分９０及びリ
ム８８の間で軸線方向に配設されている。第７図
の回転子のハブ部分９４は内部円筒状部分９６
と、部分９６及び部分９０を橋絡する半径方向部
分９８とを有する。空間１００が半径方向部分９
８の間に設けられて第５図及び第６図の実施例で
示したように軸、中実のエラストマー及びスポン
ジのエラストマーを受入れる。第７図の実施例の
隔室は、エラストマーを受入れる小さい空所で終
る第５図及び第６図の実施例での隔室より半径方
向において長い。

【図面の簡単な説明】

第１図はターボ過給機の主要な要素を明瞭に示
すために互いに分離して示すターボ過給機の概略
的構造を示し、第２図は第１図に示したターボ過
給機の一部分である回転子を示し、第３図は第２
図の切断線３―３の面からみた第２図の回転子の
端面図であり、第４図は別の設計の回転子の断面
図であり、第５図は第６図の切断線５―５の面か
らみた弾性スポンジ熱障壁を有する回転子の断面
図であり、第６図は第５図の６―６の面からみた
第５図の回転子の断面図であり、第７図は第１図
に示した形式の組立体に使用する回転子の別の形
を示す断面図である。 １０…内燃機関用空気取入マニホルド、１２…
排ガスマニホルド、２２…囲い板、２４…回転
子、２６…隔室、２８…ハブ、３０…支持軸、３
８…高圧力空気引出口部、４０…低圧力空気吸込
口部、４２…高圧力排ガス吸込口部、４４…低圧
力排ガス引出口部、５２…エラストマー、６４，
８４，８６…エラストマー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 比較的高い圧力の高温度の排ガスから空気と
   燃料との混合物の機関のための低圧力低温度の吸
   込空気へエネルギを伝達するために使用するウエ
   ーブ圧縮機用回転子であつて、高圧力排ガス吸込
   通路及び低圧力排ガス引出通路を有する排ガスマ
   ニホルドと高圧力空気引出通路及び低圧力空気吸
   込通路を有する空気取入マニホルドとの間に回転
   可能に取付けられるようにされた回転子を備え、
   この回転子はハブと、該ハブに対して半径方向外
   側に配設されていて軸線方向のガス及び空気の流
   路を画成する複数のガス及び空気の隔室とを有
   し、前記ハブは前記回転子の前記隔室の一部分を
   形成していて且つ該隔室と一体となつた円筒状内
   部部分を有し、前記回転子は比較的低い熱膨張の
   セラミツク材料で作られており、更に、前記ハブ
   の前記円筒状内部部分を貫通する金属の軸を有す
   る、ウエーブ圧縮機用回転子において、前記軸と
   前記ハブの前記円筒状内部部分との間には空間が
   設けられ、この空間中にはシリコーンをベースと
   するエラストマーが配設されており、このエラス
   トマーは前記軸及び前記セラミツクに接着されて
   いて、それにより前記軸及び前記セラミツクの間
   に駆動連結が達成されるようになつていることを
   特徴とするウエーブ圧縮機用回転子。