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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-02
(54)【発明の名称】過給内燃機関
(51)【国際特許分類】
F02B 33/36 20060101AFI20240925BHJP
F02B 33/44 20060101ALI20240925BHJP
F04C 18/16 20060101ALI20240925BHJP
【ＦＩ】
F02B33/36
F02B33/44 J
F04C18/16 L
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024515568
(86)(22)【出願日】2022-09-09
(85)【翻訳文提出日】2024-05-02
(86)【国際出願番号】 US2022043143
(87)【国際公開番号】W WO2023039215
(87)【国際公開日】2023-03-16
(31)【優先権主張番号】63/242,984
(32)【優先日】2021-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524090297
【氏名又は名称】ハンセン エンジン コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110003801
【氏名又は名称】ＫＥＹ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ハンセン クレイグ エヌ
(72)【発明者】
【氏名】クロス ポール シー
【テーマコード（参考）】
3G005
【Ｆターム（参考）】
3G005EA07
3G005EA19
3G005FA05
3G005FA37
3G005FA42
3G005GA06
3G005GB12
3G005GB15
(57)【要約】
過給内燃機関は、エンジンの多様な動力条件に応答してエンジンに空気を可変的で連続的に供給する過給機に連結される。可変的機能は、固定的過給機のブローダウン損失を除去し、吸気調節の必要性を大きく減少する。この装置は、またエンジン吸気マニホールドが大気圧よりも低い時にエンジンクランク軸に正の動力が返還されることによって、エンジンスロットル損失の一部を復旧することができるエアモニタリングモードを提供する。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気および燃料を収容する少なくとも一つの燃焼室を備える内燃機関、前記内燃機関の多様な動力条件に応答して前記内燃機関の前記燃焼室に空気を可変的に供給する過給機、および、前記内燃機関を前記過給機に駆動可能に連結する第１動力伝達装置を含む過給内燃機関であって、前記過給機は、ハウジング、雄ロータ、雌ロータ、第１端部部材、第２端部部材、第１シャッター、第２シャッター、第２動力伝達装置、駆動装置および電子プロセッサを含み、
前記ハウジングは、第１端部、前記第１端部の反対側に位置する第２端部、および、前記第１端部と前記第２端部との間に位置するチャンバを、有し、
前記雄ロータおよび前記雌ロータはいずれも前記ハウジングの前記チャンバの中に位置し、
前記雄ロータおよび前記雌ロータは、互いに協働する螺旋形羽根および螺旋形溝を有し、前記雄ロータおよび前記雌ロータが同時に回転すると、前記過給機を通じて空気が前記内燃機関の前記燃焼室に入り、
前記第１端部部材は前記ハウジングの前記第１端部に連結され、
前記第２端部部材は前記ハウジングの前記第２端部に連結され、
前記雄ロータおよび前記雌ロータの軸が前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に装着されて、前記雄ロータおよび前記雌ロータは前記ハウジングの前記チャンバの中に回転可能に保持され、
前記第１端部部材に複数の第１開口と複数の第２開口が形成され、前記第１開口によって前記雄ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が入り、前記第２開口によって前記雌ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が入ることができ、
前記第１シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第１開口を選択的に開閉して、前記ハウジングの前記チャンバの中に入る空気量を調節することができ、
前記第２シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第２開口を選択的に開閉して、前記ハウジングの前記チャンバの中に入る空気量を調節することができ、
前記第２動力伝達装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが互いに反対方向に同時に回転するように、前記第１シャッターを前記第２シャッターに連結して、一つ以上の前記第１開口および前記第２開口を同時に開閉して、前記雄ロータおよび前記雌ロータの回転で前記ハウジングの前記チャンバ内へと移動し、前記内燃機関の前記燃焼室の中に入る空気量を調節し、
前記駆動装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが互いに反対方向に同時に回転するように前記第２動力伝達装置を作動させ、
前記電子プロセッサは、前記駆動装置によって前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが互いに反対方向に同時に回転するように前記第２動力伝達装置を作動させて、前記内燃機関の動力条件に合わせて前記雄ロータおよび前記雌ロータによって圧縮され、前記ハウジングの前記チャンバに入る空気量を変化させるように前記内燃機関の動力条件に関する命令信号を提供するように前記駆動装置に連結されることを特徴とする、過給内燃機関。
【請求項2】
前記第１端部部材は、第１近位表面および第２近位表面を含み、前記第１シャッターは、前記第１近位表面に隣接して、一つ以上の前記第１開口を選択的に閉鎖するように動作する第１ブレードを有し、前記第２シャッターは、前記第２近位表面に隣接して、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように動作する第２ブレードを有することを特徴とする、請求項１に記載の過給内燃機関。
【請求項3】
前記第１端部部材は前記第１ブレードに隣接した第１管状ボスを含み、前記第１シャッターは、前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを含み、前記第２端部部材は前記第２ブレードに隣接した第２管状ボスを含み、前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを含むことを特徴とする、請求項２に記載の過給内燃機関。
【請求項4】
前記第１端部部材の複数の前記第１開口は前記第１シャッターに対して半円形に位置し、前記第１端部部材の複数の前記第２開口は前記第２シャッターに対して半円形に位置することを特徴とする、請求項１に記載の過給内燃機関。
【請求項5】
複数の前記第１開口それぞれは彎曲した長方形形状を有し、複数の前記第２開口それぞれは長方形形状を有することを特徴とする、請求項４に記載の過給内燃機関。
【請求項6】
前記雄ロータは、第１横断部、前記第１横断部の反対側の第２横断部、および、前記第１横断部と前記第２横断部との間で伸びる複数の螺旋形羽根を含み、前記第１端部部材と前記雄ロータの前記第１横断部との間から隣接する前記螺旋形羽根の間の空間に空気を送るための複数の通路が前記第１横断部にあることを特徴とする、請求項１に記載の過給内燃機関。
【請求項7】
前記第２横断部に前記内燃機関に空気を送るための複数の通路を有することを特徴とする、請求項６に記載の過給内燃機関。
【請求項8】
前記雄ロータに近位横断部および遠位横断部を有し、空気を前記雄ロータの前記近位横断部から排出するための複数の第１通路が前記雄ロータの前記近位横断部にあり、空気を前記雄ロータの前記遠位横断部から排出するための複数の第２通路が前記雄ロータの前記遠位横断部にあることを特徴とする、請求項１に記載の過給内燃機関。
【請求項9】
前記雄ロータの前記近位横断部にある複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項８に記載の過給内燃機関。
【請求項10】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の後尾側に開放された外部端部を有し、複数の前記第２通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項８に記載の過給内燃機関。
【請求項11】
前記過給機から前記内燃機関に空気を送るために、前記過給機の前記ハウジングに導管が結合され、回転する前記雄ロータおよび前記雌ロータから出る空気を受けて前記導管に送るためのチャンネルを前記第２端部部材は含むことを特徴とする、請求項１に記載の過給内燃機関。
【請求項12】
空気および燃料を収容する少なくとも一つの燃焼室を備える内燃機関、前記内燃機関の多様な動力条件に応答して前記内燃機関の前記燃焼室に空気を可変的に供給する過給機、および、前記内燃機関を前記過給機に駆動可能に連結する第１動力伝達装置を含む過給内燃機関であって、前記過給機は、ハウジング、雄ロータ、雌ロータ、第１端部部材、第２端部部材、前記第１端部部材に設置されたプレート、第１シャッター、第２シャッター、第２動力伝達装置、駆動装置および電子プロセッサを含み、
前記ハウジングは、第１端部、前記第１端部の反対側に位置する第２端部、および、前記第１端部と前記第２端部との間に位置するチャンバを、有し、
前記雄ロータおよび前記雌ロータはいずれも前記ハウジングの前記チャンバの中に位置し、
前記雄ロータおよび前記雌ロータは、互いに協働する螺旋形羽根および螺旋形溝を有し、前記雄ロータおよび前記雌ロータが同時に互いに反対方向に回転すると、前記過給機を通じて空気が前記内燃機関の前記燃焼室に入り、
前記第１端部部材は前記ハウジングの前記第１端部に連結され、
前記第２端部部材は前記ハウジングの前記第２端部に連結され、
前記雄ロータおよび前記雌ロータの軸が前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に装着されて、前記雄ロータおよび前記雌ロータは前記ハウジングの前記チャンバの中に回転可能に保持され、
前記第１端部部材に複数の第１開口と複数の第２開口が形成され、前記第１開口によって前記雄ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が入り、前記第２開口によって前記雌ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が入ることができ、
前記第１端部部材は前記ハウジングの前記チャンバから離れた第１表面を有し、
前記プレートは、前記第１表面と平行に離れた第２表面、および、前記第１開口および前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が入るように前記第１開口に整列された第３開口を有し、
前記第１シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第１開口を選択的に開閉して、前記ハウジングの前記チャンバの中に入る空気量を調節することができ、
前記第２シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第２開口を選択的に開閉して、前記ハウジングの前記チャンバの中に入る空気量を調節することができ、
前記第２動力伝達装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが互いに反対方向に同時に回転するように、前記第１シャッターを前記第２シャッターに連結して、一つ以上の前記第３開口および前記第２開口を同時に開閉して、前記雄ロータおよび前記雌ロータの回転で前記ハウジングの前記チャンバ内へと移動し、前記内燃機関の前記燃焼室の中に入る空気量を調節し、
前記駆動装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが互いに反対方向に同時に回転するように前記第２動力伝達装置を作動させ、
前記電子プロセッサは、前記駆動装置を通じて前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが同時に回転するように前記第２動力伝達装置を作動させて、前記内燃機関の動力条件に合わせて前記雄ロータおよび前記雌ロータによって圧縮され、前記ハウジングの前記チャンバに入る空気量を変化させるように前記内燃機関の動力条件に関する命令信号を提供するように前記駆動装置に連結されることを特徴とする、過給内燃機関。
【請求項13】
前記第１シャッターは、前記プレートの前記第２表面に隣接して位置し、一つ以上の前記第３開口を選択的に閉鎖するように作動する第１ブレードを含み、前記第２シャッターは、前記第１表面に隣接して位置し、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように作動する第２ブレードを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の過給内燃機関。
【請求項14】
前記第１シャッターは、前記プレートの前記第２表面に隣接して位置し、一つ以上の前記第３開口を選択的に閉鎖するように作動する第１ブレード、および、前記第１ブレードと独立的に回転するように前記第１ブレードから離れて作動する第２ブレードを含み、
前記第２シャッターは、前記第１表面に隣接して位置して、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように作動する第３ブレードを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の過給内燃機関。
【請求項15】
一つ以上の前記第３開口を選択的に閉鎖するために、前記第１シャッターの前記第１ブレードの動きに対して前記第１シャッターの前記第２ブレードの動きを制御するように、前記プレートの前記第２表面に隣接して位置したラッチメカニズムをさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の過給内燃機関。
【請求項16】
前記第１シャッターの前記第１ブレードに対する前記第１シャッターの前記第２ブレードの軸方向昇降移動を提供し、前記第３開口の上への前記第１シャッターおよび前記第２シャッターの移動範囲を選択的に増加させるように、前記第１シャッターの前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間に位置する昇降メカニズムをさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の過給内燃機関。
【請求項17】
前記第１端部部材は前記第１ブレードに隣接した第１管状ボスを含み、前記第１シャッターは、前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを含み、前記第２端部部材は前記第２ブレードに隣接した第２管状ボスを含み、前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の過給内燃機関。
【請求項18】
前記第３開口は前記第１シャッターに対して半円形に位置し、前記第１端部部材の前記第２開口は前記第２シャッターに対して半円形に位置することを特徴とする、請求項１２に記載の過給内燃機関。
【請求項19】
前記第３開口それぞれは彎曲した長方形形状を有し、前記第２開口それぞれは長方形形状を有することを特徴とする、請求項１８に記載の過給内燃機関。
【請求項20】
前記雄ロータは、第１横断部、前記第１横断部の反対側の第２横断部、および、前記第１横断部と前記第２横断部との間で伸びる複数の螺旋形羽根を、含み、前記第１端部部材と前記雄ロータの前記第１横断部との間から隣接する前記螺旋形羽根の間の空間に空気を送るための複数の第１通路が前記雄ロータの横断部にあることを特徴とする、請求項１２に記載の過給内燃機関。
【請求項21】
前記雄ロータの前記第２横断部は前記内燃機関に空気を排出するための複数の第２通路を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の過給内燃機関。
【請求項22】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項２０に記載の過給内燃機関。
【請求項23】
複数の第２通路が半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項２０に記載の過給内燃機関。
【請求項24】
前記過給機から前記内燃機関に空気を送るために、前記過給機の前記ハウジングに導管が結合され、回転する前記雄ロータおよび前記雌ロータから出る空気を受けて前記導管に送るためのチャンネルを前記第２端部部材は含むことを特徴とする、請求項１２に記載の過給内燃機関。
【請求項25】
空気および燃料を収容する少なくとも一つの燃焼室を備える内燃機関、前記内燃機関の多様な動力条件に応答して前記内燃機関の前記燃焼室に空気を可変的に供給する過給機、および、前記内燃機関の動力条件に合わせて前記過給機を作動させる動力装置を含む、過給内燃機関であって、前記過給機は、ハウジング、第１端部部材、第２端部部材、第１ロータ、第２ロータ、ケーシング、第１シャッター、第２シャッター、動力伝達装置、駆動装置および電子プロセッサを含み、
前記ハウジングは、第１端部、前記第１端部の反対側の第２端部、および、前記第１端部と前記第２端部との間に位置する第１チャンバを、有し、
前記第１端部部材は前記ハウジングの前記第１端部に連結され、
前記第２端部部材は前記ハウジングの前記第２端部に連結され、
前記第１ロータは、前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に取り付けられて、前記第１チャンバの中に位置し、
前記第２ロータは、前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に取り付けられ、前記第１ロータに隣接するように前記第１チャンバの中に位置し、
前記第１ロータは、螺旋形羽根を有し、前記第２ロータは、前記螺旋形羽根と協働する螺旋形溝を有し、前記第１ロータおよび前記第２ロータが互いに反対方向に同時に回転すると、空気が前記過給機を通じて前記内燃機関の前記燃焼室に移動し、
前記ケーシングは前記第１端部部材に固定され、第２チャンバと、大気の空気を前記第２チャンバの中に送るための空気入口通路とを有し、
前記第１端部部材は前記第２チャンバから前記第１チャンバに空気が流れるようにするための複数の第１開口および複数の第２開口を有し、
前記第１シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第１開口を選択的に開閉し、
前記第２シャッターは、前記第１端部部材に可動に設置されて、一つ以上の前記第２開口を選択的に開閉し、
前記動力装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを互いに反対方向に同時に動かして、前記第１開口および前記第２開口を同時に開閉することによって、前記第１チャンバから前記第２チャンバに流れる空気量を調節するように前記第２チャンバの中に位置し、
前記駆動装置は、前記動力伝達装置を作動させて前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが同時に動くように前記動力伝達装置に連結され、
前記電子プロセッサは、前記駆動装置に連結されて、前記内燃機関の動力条件に関する命令語信号を送って前記駆動装置および前記動力伝達装置を通じて前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを同時に動かして、前記内燃機関の動力条件に合わせて前記第２チャンバから前記第１チャンバに動く空気量を変化させ、前記第１チャンバ内の前記空気量は、前記第１ロータおよび前記第２ロータの回転によって動いて圧縮されて、前記内燃機関の前記燃焼室に送られることを特徴とする、過給内燃機関。
【請求項26】
前記第１端部部材は、第１近位表面および第２近位表面を含み、前記第１シャッターは、前記第１近位表面に隣接して、一つ以上の前記第１開口を選択的に閉鎖するように動作する第１ブレードを有し、
前記第２シャッターは、前記第２近位表面に隣接して、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように動作する第２ブレードを有することを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項27】
前記第１端部部材は前記第１ブレードに隣接した第１管状ボスを有し、前記第１シャッターは前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを有し、
前記第２端部部材は前記第２ブレードに隣接した第２管状ボスを有し、
前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを有することを特徴とする、請求項２６に記載の過給内燃機関。
【請求項28】
前記第１端部部材は第１管状ボスを有し、前記第１シャッターは前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを有し、
前記第２端部部材は第２管状ボスを有し、
前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを有することを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項29】
前記第１端部部材の複数の前記第１開口は前記第１シャッターに対して半円形に位置し、前記第１端部部材の複数の前記第２開口は前記第２シャッターに対して半円形に位置することを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項30】
複数の前記第１開口それぞれは彎曲した長方形形状を有し、複数の前記第２開口それぞれは長方形形状を有することを特徴とする、請求項２９に記載の過給内燃機関。
【請求項31】
前記第１ロータは、第１横断部、前記第１横断部の反対側の第２横断部、および、前記第１横断部と前記第２横断部との間で伸びる複数の螺旋形羽根を有し、前記第１ロータの前記第１横断部と前記第１端部部材との間から隣接する前記螺旋形羽根の間の空間に空気を送るための複数の第１通路が前記第１横断部にあることを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項32】
空気を前記内燃機関に送るための複数の第２通路が前記第２横断部にあることを特徴とする、請求項３１に記載の過給内燃機関。
【請求項33】
前記第１ロータは近位横断部と遠位横断部を有し、前記第１ロータの前記近位横断部から空気を排出する複数の第１通路が前記第１ロータの前記近位横断部にあり、
前記第１ロータの前記遠位横断部から空気を排出するための複数の第２通路が前記第１ロータの前記遠位横断部にあることを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項34】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記第１ロータの後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項３３に記載の過給内燃機関。
【請求項35】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記第１ロータの後尾側に開放された外部端部を有し、複数の前記第２通路は半径方向に伸び、前記第１ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項３３に記載の過給内燃機関。
【請求項36】
前記過給機から前記内燃機関に空気が流れるようにする導管が前記過給機の前記ハウジングに結合され、回転する前記第１ロータおよび前記第２ロータから空気を受けて前記導管に送るためのチャンネルを前記第２端部部材は含むことを特徴とする、請求項２５に記載の過給内燃機関。
【請求項37】
吸気チャンバ、ハウジングのチャンバの中で噛み合う雄ロータと雌ロータ、および、前記吸気チャンバと前記ハウジングの前記チャンバとに向かって開かれている少なくとも一つの第１開口と少なくとも一つの第２開口とを備える空気の入口端部部材を有する過給機で内燃機関の多様な動力条件に合わせて前記内燃機関に空気を供給する方法であって、大気空気を前記過給機の前記吸気チャンバの中に送る段階；
前記吸気チャンバから前記入口端部部材の前記第１開口を介して前記雄ロータを有する前記ハウジングの前記チャンバに第１空気量を移動させる段階；
前記吸気チャンバから前記入口端部部材の前記第２開口を介して前記雌ロータを有する前記ハウジングの前記チャンバに第２空気量を移動させる段階；
前記雄ロータに連結された前記第１開口を介して流れる前記第１空気量と前記雌ロータに連結された前記第２開口を介して流れる前記第２空気量を同時に調節する段階；および
前記内燃機関の多様な動力条件を満たす、調節された空気量を前記内燃機関に送るために、前記雄ロータおよび前記雌ロータを反対方向に同時に回転させる段階；
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項38】
第１シャッターを提供する段階；前記第１開口に隣接して前記第１シャッターを位置させる段階；
前記第１開口に対して開位置と閉位置との間で選択的に移動できるように前記入口端部部材に前記第１シャッターを装着する段階；
第２シャッターを提供する段階；
前記第２開口に隣接して前記第２シャッターを位置させる段階；
前記第２開口に対して開位置と閉位置との間で選択的に移動できるように前記入口端部部材に前記第２シャッターを装着する段階；および
前記第１開口および前記第２開口を選択的に開閉するように前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを反対方向に同時に動かしながら空気量を調節して前記内燃機関の動力条件を満たす段階；
を含む、請求項３７に記載のことを特徴とする方法。
【請求項39】
前記第１シャッターは前記第１開口に隣接した第１ブレードおよび第２ブレードを有し、前記第２ブレードは前記第１ブレードの独立的な回転のために、前記第１ブレードから離れており、前記第１開口対して開位置と閉位置との間で選択的に移動できるように操作可能であることを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
前記過給機の前記吸気チャンバに流入される大気空気量を調節する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項41】
エンジン制御プロセッサがこのエンジン制御プロセッサにプログラムされた吸気口タイミング位置に第１シャッターおよび第２シャッターの移動を制御する命令語信号をアクチュエータに送って計量された空気量を前記過給機の作業チャンバと吸気マニホールドに送って、前記内燃機関の動力条件を満たすことを特徴とする、請求項４０に記載の方法。
【請求項42】
前記雄ロータに、近位端部、遠位端部、前記近位端部の第１通路、および、前記遠位端部の第２通路を提供する段階；前記第１通路を通じて前記雄ロータの前記近位端部から前記第１空気量を排出する段階；および
前記第２通路を通じて前記雄ロータの前記遠位端部から前記第２空気量を排出する段階；
をさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項43】
吸気チャンバ、ハウジングのチャンバの中で噛み合う雄ロータと雌ロータ、および、前記吸気チャンバと前記ハウジングの前記チャンバとに向かって開かれている複数の第１開口と複数の第２開口とを備える空気の入口端部部材を有する過給機で内燃機関の多様な動力条件に合わせて前記内燃機関に空気を供給する方法であって、大気空気を前記過給機の前記吸気チャンバの中に送る段階；
前記吸気チャンバから前記入口端部部材の前記第１開口を介して前記雄ロータを有する前記ハウジングの前記チャンバに第１空気量を移動させる段階；
前記吸気チャンバから前記入口端部部材の前記第２開口を介して前記雌ロータを有する前記ハウジングの前記チャンバに第２空気量を移動させる段階；
前記雄ロータに連結された前記第１開口を介して流れる前記第１空気量と前記雌ロータに連結された前記第２開口を介して流れる前記第２空気量を同時に調節して、前記内燃機関の動力条件を満たす段階；および
前記内燃機関の多様な動力条件を満たす、調節された空気量を前記内燃機関に送るために前記雄ロータおよび前記雌ロータを反対方向に同時に回転させる段階；
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項44】
第１シャッターを提供する段階；前記第１開口に隣接して前記第１シャッターを位置させる段階；
前記第１開口に対して開位置と閉位置との間で選択的に移動できるように前記入口端部部材に前記第１シャッターを装着する段階；
第２シャッターを提供する段階；
前記第２開口に隣接して前記第２シャッターを位置させる段階；
前記第２開口に対して開位置と閉位置との間で選択的に移動できるように前記入口端部部材に前記第２シャッターを装着する段階；および
前記第１開口および前記第２開口を選択的に開閉するように前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを反対方向に同時に動かしながら空気量を調節して前記内燃機関の動力条件を満たす段階；
を含むことを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項45】
前記過給機の前記吸気チャンバの中に入る大気空気量を調節する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項46】
前記雄ロータに、近位端部、遠位端部、前記近位端部の第１通路、および、前記遠位端部の第２溝を提供する段階；前記第１通路を通じて前記雄ロータの前記近位端部から前記第１空気量を排出する段階；および
前記第２溝を介して前記雄ロータの前記遠位端部から前記第２空気量を排出する段階；
をさらに含むことを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項47】
空気および燃料を収容する少なくとも一つの燃焼室を備える内燃機関、前記内燃機関の多様な動力条件に応答して前記内燃機関に空気を可変的に供給する過給機、および、前記内燃機関の動力条件に応答して前記過給機を作動させるように、前記内燃機関に前記過給機を駆動可能に連結する動力伝達装置を含む、過給内燃機関であって、前記過給機は、ハウジング、雄ロータ、雌ロータ、および少なくとも一つの第１通路を含み、
前記ハウジングは内部チャンバを有し、
前記雄ロータおよび前記雌ロータはいずれも前記ハウジングの前記内部チャンバの中に回転可能に設けられ、
前記雄ロータは螺旋形羽根を有し、この螺旋形羽根は、近位横断部および遠位横断部を有し、
前記第１通路は前記雄ロータの前記近位横断部に形成され、前記雄ロータの前記遠位横断部から空気を排出し、
前記雌ロータは、前記雄ロータの羽根と協働関係に位置した螺旋形溝を有し、前記雄ロータおよび前記雌ロータが互いに反対方向に同時に回転しながら、前記過給機を通じて前記内燃機関に空気を送ることを特徴とする、過給内燃機関。
【請求項48】
前記雄ロータの前記遠位横断部から空気を排出するための少なくとも一つの第２通路が前記雄ロータの前記遠位横断部に形成されることを特徴とする、請求項４７に記載の過給内燃機関。
【請求項49】
少なくとも一つの前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項４７に記載の過給内燃機関。
【請求項50】
少なくとも一つの前記第２通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項４８に記載の過給内燃機関。
【請求項51】
前記雄ロータの前記近位横断部から空気を排出するための複数の第１通路が前記雄ロータの前記近位横断部にあることを特徴とする、請求項４７に記載の過給内燃機関。
【請求項52】
複数の前記第１通路それぞれは半径方向に伸び、前記雄ロータの後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項５１に記載の過給内燃機関。
【請求項53】
前記雄ロータの前記遠位横断部から空気を排出するための複数の第２通路が前記雄ロータの前記遠位横断部にあることを特徴とする、請求項４７に記載の過給内燃機関。
【請求項54】
複数の前記第２通路それぞれは半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項５３に記載の過給内燃機関。
【請求項55】
第１端部、前記第１端部の反対側の第２端部、前記第１端部と前記第２端部との間にチャンバを有するハウジング、前記ハウジングの前記チャンバ内に位置した雄ロータ、前記チャンバ内に位置した雌ロータ、前記ハウジングの前記第１端部に固定された第１端部部材、前記ハウジングの前記第２端部に固定された第２端部部材、第１シャッター、第２シャッター、および、動力伝達装置を有し、多様な量の空気を移動させるための装置であって、前記雄ロータは螺旋形羽根を有し、前記雌ロータは前記螺旋形羽根と協働する螺旋形溝を有し、前記雄ロータおよび前記雌ロータが同時に回転しながら空気を前記ハウジングの前記チャンバを通じて遠隔位置に動かし、
前記雄ロータおよび前記雌ロータの回転軸が前記第１端部部材および前記第２端部部材にそれぞれ回転可能に装着されて、前記ハウジングの前記チャンバの中で前記雄ロータおよび前記雌ロータが回転することができ、
前記第１端部部材は前記雄ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が流れるようにする複数の第１開口を有し、
前記第２端部部材は前記雌ロータに隣接した前記ハウジングの前記チャンバの中に空気が流れるようにする複数の第２開口を有し、
前記第１シャッターは、前記ハウジングの前記チャンバの中に流れる空気量を調節するために、一つ以上の前記第１開口を選択的に開閉するように前記第１端部部材に移動可能に装着され、
前記第２シャッターは、前記ハウジングの前記チャンバの中に流れる空気量を調節するために、一つ以上の前記第２開口を選択的に開閉するように前記第１端部部材に移動可能に装着され、
前記動力伝達装置は、一つ以上の前記第１開口および前記第２開口を同時に開閉するように前記第１シャッターおよび前記第２シャッターに連結されて、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターが前記ハウジングの前記チャンバの中に入る空気量を調節することを特徴とする、装置。
【請求項56】
前記第１端部部材は、第１近位表面および第２近位表面を含み、前記第１シャッターは、前記第１近位表面に隣接して、一つ以上の前記第１開口を選択的に閉鎖するように動作する第１ブレードを有し、前記第２シャッターは、前記第２近位表面に隣接して、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように動作する第２ブレードを有することを特徴とする、請求項５５に記載の装置。
【請求項57】
前記第１端部部材は前記第１ブレードに隣接した第１管状ボスを有し、前記第１シャッターは、前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを有し、前記第２端部部材は前記第２ブレードに隣接した第２管状ボスを有し、前記第２シャッターは、前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを有することを特徴とする、請求項５６に記載の装置。
【請求項58】
前記第１端部部材の複数の前記第１開口は前記第１シャッターに対して半円形に位置し、前記第１端部部材の複数の前記第２開口は前記第２シャッターに対して半円形に位置することを特徴とする、請求項５５に記載の装置。
【請求項59】
複数の前記第１開口それぞれは彎曲した長方形形状を有し、複数の前記第２開口それぞれは長方形形状を有することを特徴とする、請求項５８に記載の装置。
【請求項60】
前記雄ロータは、第１横断部、前記第１横断部の反対側の第２横断部、および、前記第１横断部と前記第２横断部との間で伸びる複数の螺旋形羽根を含み、前記第１端部部材と前記雄ロータの前記第１横断部との間から隣接する前記螺旋形羽根の間の空間に空気を排出するための複数の第１通路が前記第１横断部にあることを特徴とする、請求項５５に記載の装置。
【請求項61】
前記雄ロータの前記第２横断部から空気を排出するための複数の第２通路が前記第２横断部にあることを特徴とする、請求項６０に記載の装置。
【請求項62】
前記雄ロータは近位横断部および遠位横断部を有し、前記雄ロータの前記近位横断部から空気を排出するための複数の第１通路が前記雄ロータの前記近位横断部にあり、前記雄ロータの前記遠位横断部から空気を排出するための複数の第２通路が前記雄ロータの前記遠位横断部にあることを特徴とする、請求項５５に記載の装置。
【請求項63】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項６２に記載の装置。
【請求項64】
複数の前記第１通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの後尾側に開放された外部端部を有し、複数の前記第２通路は半径方向に伸び、前記雄ロータの羽根の先端側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項６２に記載の装置。
【請求項65】
第１端部と、前記第１端部の反対側の第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間に位置する第１チャンバとを有するハウジング、前記ハウジングの前記第１端部に連結された第１端部部材、前記ハウジングの前記第２端部に連結された第２端部部材、第１ロータ、第２ロータ、前記第１端部部材に固定されたケーシング、第１シャッター、第２シャッター、動力伝達装置、および、駆動装置を有し、多様な量の空気を移動させるための装置であって、前記第１ロータは、前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に取り付けられて、前記第１チャンバの中に位置し、
前記第２ロータは、前記第１端部部材および前記第２端部部材に回転可能に取り付けられて、前記第１ロータに隣接するように前記第１チャンバの中に位置し、
前記第１ロータは螺旋形羽根を有し、前記第２ロータは前記螺旋形羽根と協働する螺旋形溝を有し、前記第１ロータおよび前記第２ロータは同時に回転しながら空気を前記ハウジングの前記第１チャンバに送り、
前記ケーシングは、第２チャンバおよび空気流入通路を有し、大気空気を前記第２チャンバの中に送ることができ、
前記第１端部部材は前記第２チャンバから前記第１チャンバに流れるように開放された少なくとも一つの第１開口および少なくとも一つの第２開口を有し、
前記第１シャッターは、前記第１開口を選択的に開閉するように前記第１端部部材に移動可能に装着され、
前記第２シャッターは、前記第２開口を選択的に開閉するように前記第１端部部材に移動可能に装着され、
前記動力伝達装置は、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを同時に動かして、少なくとも一つの前記第１開口および少なくとも一つの前記第２開口を同時に開閉して、前記第１チャンバから前記第２チャンバに入る空気量を調節するように前記第２チャンバの中に位置し、
前記駆動装置は前記動力伝達装置を作動させて、前記第１シャッターおよび前記第２シャッターを同時に動かすことを特徴とする、装置。
【請求項66】
前記第１端部部材は、第１近位表面および第２近位表面を含み、前記第１シャッターは、前記第１近位表面に隣接して、一つ以上の前記第１開口を選択的に閉鎖するように動作する第１ブレードを有し、前記第２シャッターは、前記第２近位表面に隣接して、一つ以上の前記第２開口を選択的に閉鎖するように動作する第２ブレードを有することを特徴とする、請求項６５に記載の装置。
【請求項67】
前記第１端部部材が前記第１ブレードに隣接した第１管状ボスを有し、前記第１シャッターは前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを有し、前記第２端部部材は前記第２ブレードに隣接した第２管状ボスを有し、前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを有することを特徴とする、請求項６６に記載の装置。
【請求項68】
前記第１端部部材は第１管状ボスを有し、前記第１シャッターは前記第１管状ボスに回転可能に装着された第１円筒状スリーブを有し、前記第２端部部材は第２管状ボスを有し、前記第２シャッターは前記第２管状ボスに回転可能に装着された第２円筒状スリーブを有することを特徴とする、請求項６５に記載の装置。
【請求項69】
前記第１端部部材の複数の前記第１開口は前記第１シャッターに対して半円形に位置し、前記第１端部部材の複数の前記第２開口は前記第２シャッターに対して半円形に位置することを特徴とする、請求項６５に記載の装置。
【請求項70】
複数の前記第１開口それぞれは彎曲した長方形形状を有し、複数の前記第２開口それぞれは長方形形状を有することを特徴とする、請求項６９に記載の装置。
【請求項71】
雄ロータが第１横断部、前記第１横断部の反対側の第２横断部、および前記第１横断部と前記第２横断部との間で伸びる複数の螺旋形羽根を有し、前記第１端部部材と前記雄ロータの前記第１横断部との間から隣接する前記螺旋形羽根の間の空間に空気を排出するための複数の開口が前記第１横断部にあることを特徴とする、請求項６５に記載の装置。
【請求項72】
内燃機関に空気を排出するための複数の開口が前記第２横断部にあることを特徴とする、請求項７１に記載の装置。
【請求項73】
雄ロータが、近位横断部と遠位横断部、前記雄ロータの前記近位横断部から空気を排出するために前記雄ロータの前記近位横断部に設けられた複数の第１開口、および、前記雄ロータの前記遠位横断部から空気を排出するために前記雄ロータの前記遠位横断部に設けられた複数の第２開口を、有することを特徴とする、請求項６５に記載の装置。
【請求項74】
前記第１開口は半径方向に伸び、前記雄ロータの後尾側に開放された外部端部を有することを特徴とする、請求項７３に記載の装置。
【請求項75】
空気と燃料を収容する少なくとも一つの燃焼室を備えた内燃機関、前記内燃機関の多様な動力条件に合わせて前記内燃機関に空気を可変的に供給する過給機、および、前記内燃機関の可変速度に合わせて前記過給機が動作するように前記内燃機関に前記過給機を駆動可能に連結する動力伝達装置を含む、過給内燃機関であって、前記過給機は、
内部チャンバを備えるハウジング、
前記ハウジングの前記内部チャンバに回転可能に位置する雌ロータ、および、
前記ハウジングの前記内部チャンバに回転可能に位置する雄ロータを、含み、
前記雄ロータは螺旋形羽根を有し、前記螺旋形羽根は近位端部および遠位端部を有し、
前記雄ロータに隣接して空気を排出するように、前記雄ロータの羽根の前記近位端部には通路が設けられていることを特徴とする、過給内燃機関。
【請求項76】
前記雄ロータの羽根の前記近位端部にある前記通路は、空気を隣接する前記雄ロータから排出させる羽根内孔であることを特徴とする、請求項７５に記載の過給内燃機関。
【請求項77】
前記羽根内孔のそれぞれは、半径方向孔、および、前記半径方向孔に連結する軸方向孔を有することを特徴とする、請求項７６に記載の過給内燃機関。
【請求項78】
それぞれの羽根は先頭側壁および後尾側壁を有し、前記半径方向孔は前記羽根の前記後尾側壁に開放された端部を有することを特徴とする、請求項７７に記載の過給内燃機関。
【請求項79】
前記羽根の前記遠位端部は、前記羽根の前記近位端部に向かって傾斜され、外方へ伸びる円錐状にテーパされた端部を有することを特徴とする、請求項７５に記載の過給内燃機関。
【請求項80】
前記螺旋形羽根の前記遠位端部は、外側と内方へ円錐状でテーパされた表面を有し、前記雌ロータは遠位端部を有し、前記雌ロータの前記遠位端部は内側を向いた円錐状溝が形成されており、前記雌ロータの前記遠位端部の溝に、側壁が円錐状のディスクが位置し、前記ディスクの円錐状の前記側壁が円錐状にテーパされた前記表面と噛み合って、前記雄ロータおよび前記雌ロータから空気を排出することを特徴とする、請求項７５に記載の過給内燃機関。
【請求項81】
第１端部壁、および、前記第１端部壁の反対側の第２端部壁を有するロータ本体、前記ロータ本体に結合され、前記ロータ本体の前記第１端部壁から前記第２端部壁まで位置し、それぞれが空気入口端部および空気出口端部を有する複数の螺旋形羽根、および、
前記ロータ本体の隣接した前記第１端部壁から空気を排出するように、前記螺旋形羽根それぞれの前記空気入口端部にある通路、
を含むことを特徴とする、過給機ロータ。
【請求項82】
前記螺旋形羽根のそれぞれが対称形であることを特徴とする、請求項８１に記載の過給機ロータ。
【請求項83】
前記螺旋形羽根のそれぞれは先頭側壁および後尾側壁を有し、前記先頭側壁は前記後尾側壁と同じ輪郭を有することを特徴とする、請求項８１に記載の過給機ロータ。
【請求項84】
各羽根の前記空気入口端部にある前記通路は羽根の前記後尾側壁に開放していることを特徴とする、請求項８３に記載の過給機ロータ。
【請求項85】
前記螺旋形羽根の前記空気入口端部にある前記通路は、前記ロータ本体の隣接した前記第１端部壁から空気を排出させる羽根内孔であることを特徴とする、請求項８１に記載の過給機ロータ。
【請求項86】
前記螺旋形羽根は先頭側壁および後尾側壁を有し、羽根内孔が羽根の前記後尾側壁までつながることを特徴とする、請求項８１に記載の過給機ロータ。
【請求項87】
前記螺旋形羽根の前記空気出口端部は前記螺旋形羽根の前記空気入口端部に向かって傾斜され、外方へ伸びる円錐状にテーパされた端部を有することを特徴とする、請求項８１に記載の過給機ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、過給内燃機関に関する。過給機はエンジンの動力条件に合わせて内燃機関に空気を可変的かつ効率的に供給する。
【背景技術】
【0002】
一般に、内燃機関は、空気に対する燃料の比率が制御される時により効率的で、汚染が少ない。過給のない自然吸気内燃機関の空気量は大気圧でエンジンシリンダーに入る空気量によって制限される。エンジンを制御するために、自然吸気エンジンよりも多い出力を出すことができるようにエンジンに流入される空気量を高めるのに過給機と送風機が用いられる。過給機を駆動するための変速トランスミッション、過給機を駆動するための電気モータ、過給機に入る空気量を制限するためのスロットル吸気システム、および既に圧縮された過剰空気量を過給機の大気吸入口に戻すブローダウンバイパスバルブを含み、過給機から出る可変空気量を提供するための装置が開発された。このような従来の装置は、効率性、信頼性および経済性の最適な組合を備えていない。内燃機関に空気を供給するための従来の過給機は、以下の通りである。
【0003】
米国特許第３０１５７号明細書は、ハウジングのチャンバ内に２つのロータを有する回転送風機を開示する。ロータごとに時間伝達と動力伝達を担当するギアが固定される。ギアトランスミッションは、各ロータを同時に回転させて、空気を吸気口から排気口に移動させるように作動する。ロータに備えられている噛み合う羽根は、互いに反対方向に回転しながら空気を排出口に送り、吸気口に戻ることを防止する。ロータの回転速度が送風機によって排出される空気量を決める。この送風機は、内部圧縮が不足し、効率的な部分ブースト制御が不足して熱効率が低い。ブースト圧力が高いほどこの効果はさらに目立つ。かかる種類の送風機が１９３０年Ｂｅｎｔｌｅｙ自動車に設置された。
【0004】
米国特許第３０８８６５８号明細書は、ハウジング内に雄ロータと雌ロータが設けられている容積式空気圧縮機を開示する。ハウジングには低空気圧吸入口とスロット（開口）を備え、雄ロータと角度調節バルブとの間の壁にスロットを有する。このバルブは円筒状部材で、回転しながら開口を閉めて先に空気を膨脹させて圧縮した後、高圧ポートに出るようにする。バルブの回転によって圧縮機を通過する空気量が異なる。
【0005】
米国特許第３１０８７４０号明細書は、圧縮空気を最小容量と最大容量の間で生成するように、圧縮機の容量を可変させるバルブ構造を有する空気圧縮機を開示する。この圧縮機は、ハウジング内の雄ロータと雌ロータに空気を送る入口を備えた低圧端部壁を有する。端部壁近くの回転スライドバルブが一方ロータの軸を中心として同心で動きながら空気入口ポートを介してロータに入る空気量を調節して、圧縮機の容量を最大容量と部分容量の間で調節する。
【0006】
米国特許第４６６７６４６号明細書は、スロットルバルブなしにエンジン出力の変化を制御するために、吸気マニホールドに燃焼空気を供給する容積装置と結合された内燃機関を開示する。装置に流入される空気の量は運転手が希望する最終動力条件によって決められる。この装置には、所定の最小量と最大量との間で吸気量を変更するための単一スライドバルブが設けられており、装置の圧縮膨脹システムによって最大エンジン出力が行われる。このシステムは、従来のゲートとバイパスバルブを有する過給機に結合された吸気スロットルバルブによって行われていたすべての機能を代替する。螺旋形スクリューマシン形態のこの装置は、過給機の圧縮側と吸入側の両方に低い孔が必要となる。米国特許第４６７３３４４号明細書は、孔が最少であるロータを備えた螺旋形スクリューマシンの例を開示する。
【0007】
米国特許第４８０２４５７号明細書は、過給機に連結された内燃機関を開示する。過給機の吸気口にはエンジン出力を調節する空気量調節機が設けられている。空気量調節機は、スライドバルブで、ロータに向かう空気通路の大きさを変更するために、ペダルを作動してロータに対して軸方向に動く。吸気通路と螺旋形スクリューロータに対するスライドバルブの位置がエンジンに向かう空気量を制御してエンジン出力を制御する。
【0008】
国際公開第２０１３／１５２１１２号は、内燃機関の要求事項によって回転式送風機で生じた最大空気量を最適化するために、空気入口の幾何学的構造を変更する２つの空気入口アダプダを備える回転式送風機を開示する。この送風機において、２つの同じ羽根型ロータがハウジングの内部チャンバの中に備えられている。ハウジングに付着された入口プレートには、ロータを回転支持するベアリング、空気をロータに送る開口を有する。タイミングギアを含む動力伝達装置は、エンジンをロータに連結して、エンジン速度に反応してロータを回転させる。入口プレートの内部には空気量アダプダを収容するロータに向けた弓形溝が形成されている。入口プレート外部のギアセグメントは、入口プレートの弓形スロットを貫通するピンによって空気量アダプダに連結される。ギアセグメントの一つに連結されたアクチュエータは空気量アダプダを両方向に回転させる。空気量アダプダの動きは空気量開口の形状を変更して回転するロータによって送風機に流入される空気を最高量で満たすように滞留時間を最適化する。アクチュエータは、エンジン制御装置と連結された制御装置で作動されて、エンジンの空気量要求条件に合わせて送風機で発生する空気量を調節するために空気量アダプダを動かす。
【0009】
米国特許第９７９７２９９号明細書は、エンジンの動力条件に合わせてエンジンに空気を可変的に供給する過給機に結合された内燃機関を開示する。この過給機は、吸気口、空気バイパス開口およびバイパス空気量を過給機の吸気口に案内するための空気バイパス通路を有するハウジング内に位置された雄ロータと雌ロータを有する。過給機に移動可能に装着されたシャトル組立体は、圧縮されない遠回り空気を過給機の空気入口に向けるようにするために、空気バイパス通路での位置を変更するように作動する。空気バイパス開口に対するシャトルアセンブリーの位置制御は、ブースティング段階で既に圧縮された空気を放出するスロットルバルブやブローダウンバイパスバルブを使用せずにエンジンに入る空気量を変化させる。過給機は、まず空気量全体を吸入した後、ブーストする間にエンジンの所望の動力条件を満たすために、エンジンに必要な空気量の一部のみ閉じ込んで圧縮して移動させる。残り空気部分は圧縮されず、再び過給機の大気吸入口に送られる。その結果、ブースティング段階で過給機を駆動するのに必要な動力が大きく減少されて燃費が向上される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第３０１５７号明細書
【特許文献2】米国特許第３０８８６５８号明細書
【特許文献3】米国特許第３１０８７４０号明細書
【特許文献4】米国特許第４６６７６４６号明細書
【特許文献5】米国特許第４６７３３４４号明細書
【特許文献6】米国特許第４８０２４５７号明細書
【特許文献7】国際公開第２０１３／１５２１１２号
【特許文献8】米国特許第９７９７２９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
過給内燃機関は、多様なエンジン負荷で多様なエンジン動力条件に合わせて内燃機関に送られる空気量の効率的で即刻な制御をする容積式過給機を含む。過給機にはすべてのブーストエンジン負荷条件で過給機を駆動するのに必要な寄生動力を最小化してエンジン燃料消費を減少する空気量制御装置を有する。過給機のための空気量制御装置の第２実施形態において、ブーストおよびブーストされないすべてのエンジン負荷条件で過給機を駆動するのに必要な寄生動力が最小化されて、燃料消費をさらに減少させる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の過給機は、大気圧以下から大気圧以上までエンジン吸気マニホールド圧力が変わる間にスロットル損失がほとんどまたは全くなしに過給機の空気入口に流入される空気量を変化させることによって、エンジンに移動される空気量を変化する。所定時間にエンジンに必要な空気のみ過給機に吸入されて処理され、エンジンに移動されるという点で過給機を作動するのに必要な動力が減少される。作動チャンバの所望の内部体積で過給機に入る空気量を選択的で漸進的に遮断して閉じ込まれるように配置されたシャッターで過給機に流入される空気量が調節される。過給機は、空気入口端部プレートを通過する軸方向空気通路を有する吸気ポートを有する。空気通路は、雄ロータと雌ロータをシャッターから分離する。空気量制御装置の第１実施形態で、シャッターは雄空気ポートを通過する空気量を制御する第１シャッター、およびブースト作動条件期間中に雌空気ポートを通過する空気量を制御する第２シャッターを含む。第１シャッターおよび第２シャッターは、制御される各吸気ポートに対するシャッターの必要な移動範囲とロータ溝の割合によって反対方向に同時に回転する。第１シャッターは第２シャッターと回転タイミングが同期化されて、２シャッターが調和して開閉される。雄ロータは空気入口端部および空気出口端部を有する。雄ロータ空気入口端部に半径方向通路が備えられ、チャンバが隔離されながら吸入段階の開始中に雄ロータ、雌ロータおよび空気の入口端部部材の間に一時的に閉じ込められた小さな真空の生成を緩和するために、半径方向通路を介して空気が通過する。過給機用空気量制御装置の第２実施形態において、シャッターは空気量制御装置の第１実施形態よりも広い制御範囲を有し、それによって、過給機の内部作業チャンバの体積がより小さくても、より大きい空気量の変化と制御をすることができる。このように、体積が小さくて空気量も小さいエンジンは、エンジン吸気マニホールドの圧力が過給機入口の大気圧よりも低い軽量部分負荷動力条件にある間に一般的にスロットル寄生損失を引き起こす。このような作動モードで、過給機はエンジンと過給機との間の駆動ベルトや他の機械的駆動連結を介してエンジンのクランク軸に再びポジティブ軸仕事を提供することができるエアモータの役割を果たすことができる。空気量制御装置の第２実施形態は、雄空気ポートを通過する空気量の流れを制御するための２部材の第１シャッター、および雌空気ポートを通過する空気量の流れを制御するための第２シャッターで構成される。第１シャッターの第１部材および第２シャッターは、制御されるそれぞれの吸気口に対するシャッターの要求される移動範囲とロータ溝との割合によって互いに反対方向に同時に回転する。第１シャッターの第１部材は、回転タイミングが第２シャッターと同期化されて２シャッターが調和して開閉されるようにする。第１シャッターの第２部材は過給機変位の１０％～５０％だけ空気を供給する必要があるエンジン作動条件で第１シャッターの第１部材とともに動く。エンジン作動動力が５０％過給機変位で提供されるよりも多い空気量を要求する場合、第１シャッターの第２部材の移動なしに第１部材が回転して、過給機変位を５０～１００％選択しながら第１部材内空気流動ウィンドウを漸進的に露出させて空気量を高める。雄ロータには空気入口端部および空気出口端部を有する。雄ロータ空気入口端部は一般的に吸気段階を始める間に雄ロータ、雌ロータおよび空気入口端部プレートの間に一時的に閉じ込められた小さな真空の生成を緩和するために、空気を流れるようにする放射状通路を有する。空気量制御装置の２つの実施形態の過給内燃機関は、エンジンの多様な動力条件に合わせて空気を可変的にエンジンに供給する方法を利用する容積式過給機や送風機を用いる。大気空気は、回転するロータによって過給機の吸気チャンバに吸入される。吸気チャンバの第１空気量は空気の入口端部部材の一つ以上の第１開口を介して雄ロータに隣接したロータチャンバに移動される。吸気チャンバの第２空気量は雌ロータに隣接した空気の入口端部部材の一つ以上の第２開口を介して移動される。回転する雄ロータと雌ロータは同時に空気を第１開口および第２開口を介してロータチャンバに移動させる。シャッターは所望の内部作業室の体積で空気を遮断して閉じ込めて、一つ以上の第１開口を介して流れる第１空気量と一つ以上の第２開口を介してロータチャンバに流れる第２空気量を同時に調節する。雄ロータおよび雌ロータはエンジンの作動速度に応じて反対方向に同時に回転して、エンジンの多様な動力条件に合わせて空気を可変的にエンジンに移動させる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】エンジンの動力要求事項によってエンジンに空気量を供給するために過給機に作動可能に連結された過給内燃機関の図面である。
【図8】過給機のハウジングに取り付けられた吸気部材の近位側の拡大斜視図である。
【図10】ロータを含むハウジングのチャンバに流入される空気量の最大量を制御するように位置された空気の入口端部部材とシャッターの部分断面斜視図である。
【図11】ロータを含むハウジングのチャンバに流入される空気量の最小量を制御するように位置された空気入口部材とシャッターの部分断面斜視図である。
【図16】ポッティングされたディスクプレートの近位側の斜視図である。
【図19】雄ロータと雌ロータを回転させるための動力伝達を示した過給機の斜視図である。
【図20】過給機用雄ロータと雌ロータの第２実施形態の平面図である。
【図28】コーン部材が示されたハウジング内の過給機ハウジングと雄ロータおよび雌ロータの拡大平面図である。
【図29】過給機空気出口端部と雄ロータおよび雌ロータの空気出口端部の分解斜視図である。
【図30】雌ロータと空気出口端部部材との間の錐台の遠位側の立面図である。
【図32】錐台近位側の立面図である。
【図33】過給機用雄ロータおよび雌ロータの第３実施形態の平面図である。
【図39】内部チャンバ体積の１００％で空気入口ポートを閉めるようにシャッターが設定されたＰＶグラフである。
【図40】７５％内部チャンバ体積で空気入口ポートを閉めるように設定されたシャッターを用いた７５％変位のＰＶグラフである。
【図41】最小設定で吸気口を閉めるように設定されたシャッターを用いた最小変位でのＰＶグラフである。
【図42】過給機のハウジングとチャンバに流れる空気量の最大量を制御するためのシャッターを備えた空気量制御装置の第２実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図１に示した過給内燃機関１０は、内燃機関１０の多様な動力要求事項に応答して、内燃機関１０に多様な量の空気量を連続的に供給するように作動する過給機１１に連結されて駆動する。過給機１１は、ブースト条件下で過給機１１の吸気口に吸入される空気量を制御して内燃機関１０に移動される空気流量を変化させる。任意の所定の負荷条件で内燃機関１０に要求される空気量だけ吸引して圧縮するという点で過給機１１の作動に必要なエネルギーが減少する。内燃機関１０は、駆動軸１３を回転させるために、クランク軸（図示せず）にピストンが連結された４つのシリンダー１２ブロックを有する従来の内燃機関である。シリンダーの数の異なるエンジンも過給機１１に連結することができる。駆動軸１３は、変速機のような負荷１４に連結されて、自動車の駆動輪に動力を伝達する。負荷１４は、発電機、油圧ポンプまたは機械的電源供給が必要な他の機械がある。内燃機関１０は、大量の空気をそれぞれのシリンダー１２に案内するための吸気マニホールド１６を有する。内燃機関１０で発生した排気ガスは排気マニホールド１７と排気ガス処理器を通じて大気に放出される。ガソリン、天然ガス、水素などのような任意の液体燃料が燃料噴射器１８、気化器またはその他燃料誘導構造を有するシリンダー１２内に導入される。シリンダー１２に連結されたスパークイグナイター１９は、シリンダー１２内の空気／燃料混合物を点火させる。それぞれのスパークイグナイター１９は、プロセッサ２１に連結され、プロセッサにはスパークイグナイター１９が電気アークを発生させ、空気／燃料をシリンダー１２内で順次燃消させるための電子信号コントローラーを備える。フットペダル２３に結合された制御装置２２は、運転手がフットペダル２３を踏んで内燃機関の出力を増減させるための運転手要求信号をプロセッサ２１に提供する。運転手ハンド装置および自動速度制御装置を含む他の種類の制御装置を用いてプロセッサ２１に制御信号を提供してもよい。駆動軸１３および負荷１４に連結された装置２４は、駆動軸１３の速度および回転位置と負荷１４の出力条件に関する信号や電気情報をプロセッサ２１に提供する。プロセッサ２１は、エンジン速度、吸気マニホールド圧力、エンジントルク、周辺空気温度および空気圧を含むエンジン制御パラメータに関するデータを受信する電子制御装置である。空気量センサー２６は、一般的に吸気通路３４に挿入され、プロセッサ２１に有線で連結される。空気量センサー２６は、過給機１１の動作を制御するプログラムに空気流量信号を統合するプロセッサ２１に伝送される空気量データや信号を生成する。
【0015】
図６の過給機１１の本体であるハウジング２８の内部チャンバであるボア４９にロータ４７、４８を備える。ロータ４７、４８のそれぞれに空気入口端部および空気出口端部を有する。ハウジング２８の空気入口端部に空気入口部材であるプレート２９が当接している。入口マニホールドであるケーシング３１が締結具であるボルト３０で空気入口部材２９に固定される。図１に示したように、ケーシング３１に付着された管状スリーブ３３の通路３４を介して周辺空気がケーシング３１の内部チャンバ３２に入る。スリーブ３３にエアフィルタ３６が着脱可能に付着される。スリーブ３３にピボットト装着された通路３４内のバタフライバルブ３７は、アクチュエータ３８に連結される。アクチュエータ３８はプロセッサ２１によって動作する電気制御装置で、バルブ３７の開閉を調節してエンジン吸気マニホールドが大気圧よりも低い時に通路３４内の空気量の流れを調節する。使用時、バタフライバルブ３７が開かれて空気が通路３４を介してケーシング３１の内部チャンバ３２に入る。シャッター９６、９７が最小空気量位置にある時、運転手が内燃機関１０よりも低い動力を必要とする場合、プロセッサ２１がバタフライバルブ３７を制御する信号をアクチュエータ３８に送って過給機１１に入る空気量を制限して、内燃機関１０に向かう空気量を制限する。内燃機関１０に供給される空気量の制限に応じてエンジン出力が減少される。実質的に、閉鎖位置に設けられるバタフライバルブ３７は、内燃機関１０の空吹かし状態を調節する機能もする。
【0016】
内燃機関１０の前方駆動軸３９は、内燃機関１０の作動中に回転する。内燃機関１０を過給機１１に連結する変速機４１に前方駆動軸３９が連結される。変速機４１は、前方駆動軸３９に固定された駆動プーリ４２、このプーリ４２に巻かれたエンドレスベルト４３を有し、エンドレスベルトは、過給機駆動軸４６に連結された従動プーリ４４に動力を伝達する。変速機４１は、内燃機関１０の作動速度と直接関係され、過給機駆動軸４６を回転させ、一般的に、単純な固定比駆動装置である。ギアトレーンドライブ、磁気カップリングまたはクラッチを備えた他の変速機を利用してエンジンの前方駆動軸３９を過給機駆動軸４６に連結してもよい。電気モータや油圧式モータのような別途の動力装置を用いて変速機４１の代わりに過給機１１を作動させてもよい。
【0017】
図６～７に示したように、過給機１１の螺旋形雄ロータ４７および雌ロータ４８は、ハウジング２８の内部ボア５１で囲まれたチャンバ４９の中に回転可能に位置する。ボア５１に設けられている２つの交差円筒状壁は、ロータ４７、４８の外部リッジに隣接する。雄ロータ４７の空気入口端部は、空気入口部材２９のベアリング５３によって支持される。雄ロータ４７の空気出口端部は、第１軸５６と一致する第２軸５４を有する。ベアリング６４は、空気出口部材５７上の第２軸５４を支持する。雌ロータ４８の空気入口端部は、空気入口部材２９のベアリング５９によって支持される第１軸５８を有する。雌ロータ４８の他端部は、空気出口部材５７に設置されたベアリング６３で囲まれる第２軸６１を有する。第２軸６１が駆動軸４６に結合されて、雌ロータ４８が内燃機関１０によって回転される。動力伝達装置６６が駆動軸４６と雌ロータ軸６１を雄ロータ４７の軸５４に連結して、雄ロータ４７が雌ロータ４８と同時に回転しながらハウジング２８のチャンバ４９を介して空気を動かす。雄ロータ４７と雌ロータ４８は平行に互いに反対に回転する。動力伝達装置６６は、雄ロータ４７の軸５４に固定された第１平歯車６５、および雌ロータ４８の軸６１に固定された第２平歯車６８を含む。図１０、１１および１９に示したように、歯車６８の直径が歯車６５の直径よりも大きくて、雄ロータ４７が雌ロータ４８よりも早く回転する。空気出口部材５７に付着されたカバー６７と軸シールは、動力伝達装置６６をチャンバ７４に密閉して、外部環境から動力伝達装置６６を保護する。
【0018】
図６、７、１０および１１に示したように、過給機１１用空気量制御装置６９は、ケーシング３１の連結路７０内に設けられる。空気量制御装置６９は、変化するエンジン負荷で内燃機関１０の所望の出力大きさに応じて空気入口部材２９を介してロータ４７、４８に入る遮断空気量を決める。空気入口部材２９の前面７１Ａおよび後面７１Ｂは平坦である。図７～９に示したように、空気入口部材２９に固定された弓形プレート７５の前面７５Ａは、部材２９の前面７１Ａから離れている。これら前面７１Ａ、７５Ａには、段差があり、シャッター９６、９７が同時に全体移動回転する間にシャッター９６がプレート７５の下の空間であるポケット１００に回転して入ることができる。前面７１Ａから伸びる第１円筒状管状ボス７３に形成されている開口７４の中に雌ロータ軸５８のベアリング５９が備えられる。前面７１Ａから伸びる第２円筒状管状ボス７６の開口７７中には、雄ロータ軸５６のベアリング５３が備えられる。図８～９に示すように、空気入口部材２９に形成されている複数の第１開口７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４は、ボス７３および雌ロータ軸５８に対して半円形に位置する。開口７８～８４はいずれも内側へテーパされた略矩形であり、半径長さは雌ロータ４８の半径方向溝に対応する。開口７８～８４は、一般的に半径方向壁９４Ｂで円周方向に離れており、雌ロータ４８の溝の開放された空気入口端部と軸方向に整列される。開口７８～８４の数、大きさ、形状および円周配列は用途によって異なってもよい。開口７８～８４は、選択的に空気が連結路７０から雌ロータ４８の溝に流れるようにすることができる。空気入口部材２９および弓形プレート７５の複数の第２開口８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２は、開口７７および雄ロータ軸５６に対して半円形に位置する。１８０度半円は、開口８６～９３の弓形配列の一例である。開口８６～９３は、反時計回りに曲がった長方形形状を有する（図８参照）。隣接する開口は、半径方向壁９４Ｂで分離され、この壁は、開口８６～９３を通る空気の流れを閉じ込む。隣接する開口８６～９３は、大きさおよび形状が同一であり、円周方向に離れている。開口８６～９３は、雄ロータ４７の羽根の空気入口端部と軸方向に整列される。開口８６～９３の数、大きさ、形状および円周配列は多様であってもよい。底部開口９５は、開口８４、９３の間に位置する。
【0019】
図１０～１２に示したように、空気量制御装置６９は、第１シャッター９６および第２シャッター９７を有する。シャッター９６は、スリーブ９９に結合された弓形フラットブレード９８を有する。スリーブ９９は、空気入口部材２９の管状ボス７３に回転可能に保持されて、ブレード９８を時計回り方向や反時計回り方向に回転させて、開口７８～８４を選択的に覆ったり開くようにする。遮断されて空気が閉じ込められた時、シャッター位置がハウジング２８のチャンバ４９の内部体積を決める。第２シャッター９７は、スリーブ１０２に連結された弓形フラットブレード１０１を有する。スリーブ１０２は、ボス７６に回転可能に保持されて、ブレード１０１が時計回り方向や反時計回り方向に動いて、開口８６～９３を覆ったり開くようにする。シャッター９７は、開口８６～９３を介してハウジング２８のチャンバ４９にある雄ロータ４７に流れる吸入空気量を調節する。遮断されて空気が閉じ込められた時、シャッター位置がハウジング２８のチャンバ４９の内部体積を決める。シャッター９６、９７は、ギアトレーン１０３によって互いに反対に同時に回転する。図１０のように、ギアトレーン１０３の第１平歯車１０４がシャッター９６に隣接したボス７３に回転可能に設置される。歯車１０４は締結具によってシャッター９６に連結されるので、歯車１０４とシャッター９６が一緒に回転する。歯車１０４とシャッター９６が一体であってもよい。平歯車１０４に噛み合って動く第２平歯車１０６はボス７６に回転可能に装着される。平歯車１０６は締結具によってシャッター９７に連結されるので、歯車１０６とシャッター９７が一緒に回転しながら吸気口の開口８６～９３を選択的に開閉する。歯車１０６とシャッター９７が一体であってもよい。歯車１０４の直径より小さい直径を有する。軸１０８に固定された駆動平歯車１０７は歯車１０４と噛み合って歯車１０４にトルクを加えるので、矢印１０９、１１１のように、歯車１０４がボス７３で回転し、歯車１０６がボス７６で回転する。ケーシング３１に装着されたアクチュエータ１１２は、内燃機関１０の空気量の要求事項に関するプロセッサ２１からの作動データに応答して、軸１０８と歯車１０７を選択的に互いに反対に回転させる。アクチュエータ１１２は、プロセッサ２１に配線された電気モータの中に備えられる（図１参照）。プロセッサ２１によって制御される他のアクチュエータでギアトレーン１０３を作動してシャッター９６、９７を同時に回転させて、ロータ４７、４８を収容したハウジング２８のチャンバ４９の中に流れて閉じ込められる空気量を調節することができる。図６、９および１０に示すように、締結具１１４、１１６でボス７３、７６に取り付けられたバー１１３は、軸１０８を回転支持し、歯車１０４を歯車１０７と噛み合って動かす。図１０、１２および１３は、空気が遮断される前に最大空気量が過給機に入ることができるように、開口７８～８４および開口８６～９３に対してシャッター９６、９７が最大開口位置にあることを示す。図１１、１５は、開口７８～８４および開口８６～９３に対してシャッター９６、９７が閉じられていることを示す。図１４は、シャッター９６、９７が互いに反対に回転して開口７８～８４および開口８６～９３に対して一部閉じられながら過給機１１に入る空気量が変化することを示す。シャッター９６、９７の弓形動きが過給機１１に入り、遮断され、閉じ込められて、順次膨張、圧縮された後、最後に内燃機関１０に移動される空気量を変化させて、内燃機関の変化する動力条件を満たす。
【0020】
図１７～１８によれば、雄ロータ４７は複数の螺旋形羽根１１７を有する。羽根１１７のねじれ角度は、雄ロータ４７の空気入口端部１１８から空気出口端部１１９まで変わることができる。各羽根１１７のねじれ角度は空気入口端部１１８から出口端部１１９まで１８０度であってもよい。ロータ４７は、円周方向に離隔された５つの螺旋形羽根１１７を有する。軸５６は、ロータ４７の前端部１１８から軸方向に突出する。軸５４は軸５６と軸方向に整列され、ロータ４７の後端部１１９で突出する。軸５６、５４は、ロータ４７によって軸方向に延長され、ロータ４７に固定される単一軸であってもよい。雌ロータ４８は、円周方向に離隔された７つの螺旋形溝１２１を有する。雌ロータ４８の溝１２１の数は異なってもよい。例えば、雄ロータ４７と雌ロータ４８の羽根と溝の数は同一であってもよい。雄ロータ４７の羽根１１７のそれぞれの凸状外壁１２２、１２３は、螺旋形先端リッジ１２４まで外方へ弯曲している。雌ロータ４８の各溝は、雄ロータ４７の凸状外壁１２２、１２３と模様および大きさで相補的なＵ字状凹壁１２６を有する。羽根１１７と溝１２１は回転するロータ４７、４８の体積増減段階の間に空気が漏れないようにする対称プロファイルを有する。ロータ４７、４８のロータ対ロータ間隙は、過給機１１の吸気、膨脹および圧縮過程で、ロータ４７、４８の空気入口端部から空気出口端部まで動く空気の漏出を最小化する。
【0021】
図９Ａ～Ｃに示したように、雄ロータ４７の空気入口端部１１８は、空気入口部材２９の平坦な内壁面７１Ｂに隣接した平坦な端部面を有する。この端部面は、軸５６から羽根１１７の先端リッジの外縁部まで放射状に伸びる。複数の放射状通路であるポケット１２８Ａ、１２９Ａ、１３０Ａ、１３１Ａ、１３２Ａは、雄ロータ４７の前端部１１８の正面に開いている。それぞれの通路１２８～１３２は、羽根１１７の後壁側に開放された外側端部を有し、通路１３３からこれら通路１２８～１３２を介してロータ４７、４８および空気入口部材２９の内壁面７１Ｂの間の空間に空気が自在に流れるようにして、ロータ４７、４８の端部における初期噛み合い段階で一時的に真空が発生し、このような真空関連騷音および損傷を防止することができる。
【0022】
図１８－Ａ～Ｂに示したように、雄ロータ４７の遠位端部である空気出口端部面１３４は、軸５４から羽根１１７の先端リッジ１２４まで放射状に伸びる。端部面１３４に複数の放射状通路１３６～１４０がある。それぞれの羽根１１７の空気出口端部にある通路は、外方へ彎曲した外側端部１４１を有し、この端部は羽根１１７の前面に開いていて、ロータ４７、４８と端部部材５７との間の隙間からポケット１４５の中へ、通路１４９に空気が流れて、過給機１１の空気通路１４６で排出することができる。
【0023】
図１９によれば、ハウジング２８の上部壁に管状導管１４４が付着されている。この導管１４４の通路１４６は、ロータ４７、４８上のチャンバ４９の遠位端部につながって、空気が矢印１４７方向に熱交換器２７を通じて吸気マニホールド１６に流れる。図８に戻って、ハウジング２８の上部壁に形成されているＶ字状開口１４８がロータ４７、４８上のハウジング２８のチャンバ４９の遠位端部につながる。Ｖ字状開口１４８は、空気排出口の垂直チャンネル１４９まで後方に分岐される。ロータ４７、４８によって移動された空気は、Ｖ字状開口１４８およびチャンネル１４９を介して導管１４４の通路１４６に入る。
【0024】
過給機１１用ロータ組立体２００の第２実施形態が図２０～３２に示されている。ロータ組立体２００は、エンジンの速度変化に適する出力条件によって内燃機関１０への可変的空気移動を効率的で瞬間的に制御する機能を過給機１１に提供する。ロータ組立体２００は、可変空気量が過給機１１を通じて内燃機関１０に軸方向に動くように、互いに噛み合ったまま平行軸を中心として反対方向に回転する螺旋形雄ロータ２０１および螺旋形雌ロータ２０２を含む。雄ロータ２０１は、ロータ２０１本体の長さに沿って位置する５つの螺旋形羽根２０４～２０８を有する。図２４に示したように、羽根２０４は回転するロータ２０１、２０２の吸気段階、膨脹段階および圧縮段階で空気漏出を防止するように、雌ロータ２０２と協働する対称プロファイルを有する。羽根２０４は凸状の曲線形前頭側壁２５６、後尾側壁２３１および先端２３０Ａを有する。側壁２５６、２３１は羽根２０６の先端２３０Ａからルート２３０まで延長される実質的に同一の凸状曲率または外部対称プロファイルを有する。雄ロータ２０１は第１軸２１１に結合された平面状空気流入端部２０９と第２軸２１３に結合された空気出口端部２１２を有する。これらの軸２１１、２１３は過給機１１の空気の入口端部部材２９および空気出口端部部材２５７の雄ロータ２０１を回転支持する。雌ロータ２０２は長さに沿って７つの螺旋形溝２１４～２１９を有する。各溝は過給機の吸気段階、膨脹段階および圧縮段階で空気漏出を制限するために螺旋形羽根２０４の凸状プロファイルと一致するＵ状溝プロファイルを有する。図２６に示したように、雌ロータ２０２は両端部で軸方向に位置した第１軸２２１および第２軸２２２を有する。２つのロータ２０１、２０２が噛み合った時、軸２２１、２２２は雄ロータ２０１の軸２１１、２１３と平行になる。
【0025】
図２０～２３に示したように、雄ロータ２０１の空気入口端部２０９にある通路２２４～２２８によって、ロータ２０１、２０２と空気入口部材２９との間に閉じ込まれて、一時的に増加する体積の中で、空気入口通路１３３で空気が自在に満たされる。図２５に示したように、羽根２０５の通路２２５は羽根２０５のルート２３０下の水平第１開口２２５Ａおよびオフセット放射状第２開口２２５を有する。開口２２５は後端側壁に開放される。通路２２５は羽根２０５にオフセット放射状および軸方向孔を穿孔して形成される。通路２２４～２２７はそれぞれ通路２２５と同じ構造を有する。
【0026】
図２６～２７によれば、羽根２０４～２０８の末端である空気出口羽根端部２３２～２３６は、それぞれ羽根２０４～２０８の空気出口端部２１２から先端端部まで外側と内側へデーパされる。羽根端部２３２～２３６の円錐状表面は、一般的にロータ２０１の回転軸に６０度をなすが、他の角度を有してもよい。
【0027】
図２６～３２のように、ハウジング２８Ａ内に備えられるロータ２０１、２０２の遠位端部円錐状端部２３２～２３６は、空気出口端部部材２５７の溝２３７、２３８内に伸びる。溝２３７、２３８は垂直チャンネルに向かって開放されて、回転ロータ２０１、２０２によって移動された空気がハウジング２８ＡのＶ字状開口１４８に向かう。端部部材２５７の円錐状壁２３９は、雄ロータ２０１の円錐状羽根端部２３２～２３６を収容するために内側へテーパされる。羽根端部２３２～２３６のテーパは、壁２３９のテーパと一致する。錐台状ディスク２４１がロータ２０２の遠位端部と溝２３８との間に挿入される。ディスク２４１は、孔２４４を囲む円筒状側壁２４２と円錐状側壁２４３を有する。孔２４４にロータ軸２２２が挿入される。図２６のように、ディスク２４１は雌ロータ２０２の遠位端部に挿入され、雌ロータの円錐状側壁２４３は雄ロータ２０１の円錐状羽根端部２３２～２３６のテーパと噛み合う。円錐状壁２４３と円錐状羽根端部２３２、２３６とが噛み合って、空気が下に流れることが防止され、チャンネル２４９と内燃機関１０に排出されながらロータセットの反対側への逆流が最小化される。
【0028】
図３３～３６に示した第３実施形態のロータ組立体３００は、空気量を可変的に過給機１１を通じて内燃機関１０に軸方向へ移動させるために、互いに噛み合って平行軸を中心として反対方向に回転する螺旋形雄ロータ３０１と雌ロータ３０２を有する。雄ロータ３０１の５つの螺旋形羽根３０３～３０７は、ロータ３０１の本体の長さに沿って位置する。羽根３０３～３０７のそれぞれは、吸気、膨脹および圧縮段階で空気漏出を防止するために、雌ロータ３０２と協働する対称形である。図３６のように、羽根３０３は凸状の曲線の前端側壁３０８、後端側壁３０９、ルート３１０および先端３１１を有する。側壁３０８、３０９は、先端３１１からルート３１０まで伸びて、同じ凸状曲率や外部対称プロファイルを有する。羽根３０４～３０７は羽根３０３と同一の対称形である。雄ロータ３０１は、第１ロータに結合された平坦な空気流入端部３１２、および第２軸３１５に結合された平坦な空気出口端部３１４を有する。軸３１３、３１５は、過給機１１の空気入口部材２９および空気出口部材３５７に雄ロータ３０１を回転支持する。雌ロータ３０２の７つの螺旋形溝３１６～３２２はロータ３０２の長さに沿って位置する。それぞれの溝のＵ状凹んだ形状は、螺旋形羽根３０３～３０７の凸状形状と一致して、過給機の吸気、膨脹圧縮段階で空気漏出を制限する。図３３のように、雌ロータ３０２は両端部から軸方向に位置された第１軸３２５および第２軸３２６を有する。これら軸３２５、３２６は、雄ロータ３０１と雌ロータ３０２とが互いに噛み合ったとき、雄ロータの軸３１３、３１５と平行になる。
【0029】
図３５～３６のように、雄ロータ３０１の空気入口端部にある通路３２７～３３０、３３１によって、ロータ３０１、３０３と空気入口部材２９との間の増加する体積内に過給機１１の通路９５と連結路７０とから空気が自在に満たされることができる。例えば、雄ロータ３０１の羽根３０５がロータ３０２の溝３２１と噛み合わずに回転すると、この区域内の体積が増加する。通路１３３からこの空間に通路３２９を通じて自在に空気が供給されると、一時的真空発生およびこの真空による騷音と損失が防止される。羽根３０３の通路３２７は羽根３０３のルート３１０内側の第１開口、および羽根３０３の後尾側壁３０９に開放された第２開口を有する。通路３２７は、羽根３０３に垂直水平孔を穿孔して形成される。通路３２７は、ルートの内側に形成され、雄ロータ３０１の空気入口端部３１２に向かって開放される。通路３２８、３３１それぞれは、通路３２７と同じ構造で、チャンバ隔離を保持しながら吸気段階を始める間に空気が通るようにして、雄ロータ３０１と雌ロータ３０２と空気の入口端部部材３２９との間に一時的に小さな真空が発生することを防止する。
【0030】
図３７－Ａ、３７－Ｂ、３８によれば、雄ロータ３０１の空気出口端部３１４にある複数の通路３２５Ｄ、３２６Ｄ、３２７Ｄ、３２８Ｄ、３２９Ｄは、雄ロータ３０１と雌ロータ３０２と空気出口端部部材３５７との間に空気が通るようにする。これら通路３２５Ｄ、３２６Ｄ、３２７Ｄ、３２８Ｄ、３２９Ｄは、羽根３０３～３０８の排出端部にある孔で示した。通路３２５Ｄ、３２６Ｄ、３２７Ｄ、３２８Ｄ、３２９Ｄそれぞれの半径方向孔部分は、羽根３０３～３０７の先端壁に連結され、軸方向孔部分は雄ロータ３０１の空気出口端部３１４に連結される。軸方向孔部分は、羽根３０３～３０７のルート３３０の内側へ空気出口端部３１４に連結される。雄ロータ３０１の空気出口端部３１４に隣接して閉じ込まれた空気は、通路３２５Ｄ、３２６Ｄ、３２７Ｄ、３２８Ｄ、３２９Ｄを通じてポケット３４５に入り、その後、ロータ３０１、３０２によって圧縮された空気とともに過給機１１の通路１４６を出て内燃機関１０に入る。
【0031】
図３９～４１は、内燃機関１０に向かう空気量を高める多くのシャッター位置での過給機１１の動作を示した圧力体積グラフである。圧力対体積グラフで囲まれた領域をブーストの動作時、過給機１１を作動させるのに必要なサイクル当たり変速機４１の仕事で示す。図１２～１３に示すように、シャッター９６、９７が開放位置にある時ブーストが最大になる。図３９は、吸気段階、膨脹段階、圧縮段階および圧縮空気が内燃機関１０に行く移動段階を示す。図１４、４０に示すように、シャッター９６、９７が７５％開放位置にある場合、空気量の増加が少なくて、過給機チャンバ体積の７５％を利用する。図４１に示された最小ブーストは、図１５に示すように、シャッター９６、９７が閉位置にある時に行われる。空気量のブースト変化は空気入口開口７８～８４、８６～９３に対するシャッター９６、９７の閉鎖位置によって変わる。過給機１１は内燃機関１０の出力条件によって内燃機関１０に空気を可変的に供給する。
【0032】
図４２～６２の過給機１１用空気量制御装置４６９の第２実施形態で、ブーストされたりブーストされないすべてのエンジン負荷条件で過給機１１を駆動するのに必要な寄生動力が最小化されて、燃料消費がさらに向上される。過給機１１は、大気圧以下から大気圧以上まで内燃機関１０の吸気マニホールド圧力が変化する過程で、スロットル損失がほとんどまたは全くなしに過給機１１の空気入口に流入される空気量を変化させて、内燃機関１０に移動される空気量を変化させる。所定時間に内燃機関１０に必要な空気量のみ過給機１１に吸入されて内燃機関１０に移動されるので、過給機１１を作動するのに必要な動力が減少する。過給機１１に吸入される空気量がシャッター４９６、４９７によって制御される。これらシャッターは、所望の作業室の内部体積で過給機１１に入る空気を選択的で漸進的に遮断して閉じ込まれるように位置する。過給機１１用空気量制御装置４６９で、シャッター４９６、４９７は空気量制御装置６９よりも制御範囲が大きく、それによって過給機１１の内部作業室の体積が小さくても、空気量をより大きく変化させて制御することができる。
【0033】
小さな体積に関する少ない空気量は、内燃機関１０の作動条件に対応する。この作動条件は、吸気マニホールド１６の圧力が過給機の大気圧より低くて軽い部分負荷出力条件で、一般的にスロットル寄生損失をもたらす。このような作動モードで、過給機は、変速機４１または内燃機関１０と過給機１１の間の他の機械式駆動連結によってエンジンのクランク軸３９にポジティブ軸仕事を再供給する空気モータの役割を果たす。有効排気量を広い範囲に変えることができる装置である過給機１１は、エンジン制御システムおよび高精密空気／燃料の比率を制御するための空気計量器の役割も果たす。内燃機関１０の空気／燃料比をこのように正確に制御すると、運転手のためのスロットル応答性が向上され、排気ガスの排出が減少されるという長所がある。空気量制御装置４６９は、過給機１１のケーシング３１の連結路７０内に位置する。空気量制御装置４６９は、過給機１１の多様な要求に合わせて空気入口部材４２９によってロータ４７、４８に入る空気量の遮断体積を決める。空気入口部材４２９は、平坦な前面４７１Ａと平坦な後面４７１Ｂを有する。図４２、４４、４７に示すように、弓形プレート４７５が空気入口部材４２９に固定される。プレート４７５の前面４７５Ａは、空気入口部材４２９の前面４７１Ａから離れている。２表面４７１Ａ、４７５Ａが階段式に離れて、シャッター４９６、４９７が同時に回転する間にシャッター４９６が弓形プレート４７５下の空間であるポケット４００の中に回転することができる。表面４７１Ａの反対方向に延長された第１円筒状ボス４７３は、雌ロータ軸５８のベアリング５９を挿入するための開口４７４を有する。表面４７１Ａの反対方向に延長された第２円筒状ボス４７６は、雄ロータ軸５６のベアリング５３を挿入するための開口４７７を有する。図４５～４７で、空気入口部材４２９に形成されている複数の開口４７８～４９４は、ボス４７３および雌ロータ軸５８に対して半円形に位置する。開口４７８～４９４それぞれは、内側へテーパされた矩形で、雌ロータ４８の半径方向溝に対応する半径長さを有する。開口４７８～４９４は、一般的に半径方向壁４９５と円周方向に離隔されており、雌ロータ４８の溝の開放空気入口端部と軸方向に整列され、開口４７８～４９４それぞれは、雌ロータ４８の羽根端部の幅よりも狭い。開口４７８～４９４の数、大きさ、形状および円周配列は多様であってもよい。開口４７８～４９４は、空気が連結路７０から雌ロータ４８の溝に選択的に流れるようにする。空気入口部材４２９および弓形プレート４７５は、開口４７７、およびロータ軸５６に対して半円形に位置された第２の複数の整列された開口５８６～５９６を有する。２６０度の半円は、開口５８６～５９６の弓形配列の一例である。各開口５８６～５９６は、図４６に示すように反時計回りに曲げられた長方形である。隣接する開口は半径方向壁５９７によって分離され、これらの壁は開口５８６～５９６に空気が流れるようにする。隣接する開口５８６～５９６は、形状と大きさが同一で、円周方向に離間している。開口５８６～５９６は、雄ロータ４７の羽根の空気入口端部と軸方向に整列される。開口５８６～５９６の数、サイズ、形状、および円周配列は多様であってもよい。開口５９６に隣接する空気入口部材４２９を貫通する長方形開口５９９は、弓形プレート４７５を介してプレート４７５と空気入口部材４２９の表面４７１Ａとの間の隙間を通る。空気入口部材４２９を通過する通路５９８は、弓形プレート４７５と空気入口部材４２９との間の隙間に連結されて、エンジンのアイドリングおよび低出力動作中に内燃機関１０に空気を供給する。チャンバ隔離を保持しながら吸気段階を始める間に、雄ロータ４７と雌ロータ４８と空気の入口端部部材５２９との間に一時的に閉じ込められた小さな真空状態の生成を緩和するために、通路５９８は空気を供給する役割も果たす。図４６に示す突出面６０１は、各回転の終わりでシャッター４９６の移動範囲を機械的に制限する役割を果たす。
【0034】
図４２～４４、５１に示したように、空気量制御装置４６９は、第１シャッター４９６および第２シャッター４９７を有する。シャッター４９６はスリーブ４９９に結合された弓形フラットブレード４９８を有する。スリーブ４９９は、空気入口部材４２９の管状ボス４７３で回転して、ブレード４９８が時計回り方向や反時計回り方向に回転して、開口４７８～４９４を選択的に開閉するようにする。シャッター位置は遮断されて空気が閉じ込められた時、ハウジング２８のチャンバ４９の内部体積を決める。第２シャッター４９７は回転するが、軸方向に上がらないシャッターベース部材４９７Ａ、および回転する間にシャッターベース部材４９７Ａと動くシャッター昇降部材４９７Ｂの２つで構成される。シャッターベース部材４９７Ａはスリーブ５０２に結合された弓形フラットブレード５０１を有する。ブレード５０１の末端側の密封面５０５は、弓形プレート４７５の表面４７５Ａに隣接する。ブレード５０１を通じて伸びるシャッターウィンドウ５０６は、シャッター昇降部材によって塞がれる。シャッターベース部材４９７Ａがシャッター昇降部材４９７Ｂなしで回転すると、シャッターウィンドウ５０６が漸進的に開かれながら開口５８６～５９６を介して空気が雄ロータ４７に入る。スリーブ５０２がボス４７６で回転すると、ブレード５０１が時計回り方向や反時計回り方向に動いて開口５８６～５９６を開閉する。図４４、４８、４９、５０、５３に示すように、ラッチ部材５２０はピン５２１で回転することができる。ラッチ部材５２０のピンスロット５２３は、シャッター昇降部材４９７Ｂのピン５１７と噛み合ってシャッター昇降部材４９７Ｂの回転を停止させる。ピン５１７がピンスロット５２３に結合されるうちに、ラッチ部材５２０の耳５１４とシャッター４９６の表面５００が接触してラッチ部材５２０の回転位置が保持され、ラッチベース５３０の表面５３２がラッチ部材５２０の耳５２６と接触して、ラッチ部材５２０の反対方向への移動を制限する。ピン５１７がピンスロット５２３に噛み合わない間に、ラッチ部材５２０の耳５２５とシャッターベース部材４９７Ａの表面５１５の接触でラッチ部材５２０の回転位置が保持され、ラッチベース５３０の表面５３１がラッチ部材の耳５２６と接触して、ラッチ部材５２０が反対方向への移動を制限する。シャッターベース部材４９７Ａの複数の昇降傾斜面５１０は、シャッター昇降部材４９７Ｂの複数の昇降傾斜面５１３と噛み合う。シャッターベース部材４９７Ａの複数の支持面５１１とシャッター昇降部材４９７Ｂの複数の支持面５３３が摺動して接触すると、シャッター昇降部材４９７Ｂが固定状態になりながら、シャッターベース部材４９７Ａがさらに回転する間に上昇した軸高さが保持される。逆回転すると、シャッター昇降部材４９７Ｂが下降ランプ位置に戻り、その間にシャッターベース部材４９７Ａの複数の下降傾斜面５１２とシャッター昇降部材４９７Ｂの複数の下降傾斜面５１４が当接して、シャッター昇降部材４９７Ｂを軸方向に下降させる。シャッター昇降部材４９７Ｂの複数の孔５１８に設けられたばね部材（図示せず）は、歯車１０６の末端側面を支えて下降傾斜面５１２と下降傾斜面５１４の初期噛み合いを偏向させる。シャッター昇降部材４９７Ｂのブレード５１６が回転してウィンドウ５０６内に下降しながら、シャッターベース部材４９７Ａのブレード５０１のウィンドウ５０６も徐々に閉じる。２ピースシャッターセンブリ４９７は、開口５８６～５９６を介してハウジング２８のチャンバ４９内の雄ロータ４７に入る吸入空気量を制御する。遮断されて空気が閉じ込められると、シャッター位置がハウジング２８のチャンバ４９の内部容積を決める。シャッター４９６、４９７はギアトレーン１０３と反対方向に同時に回転する。図４２において、シャッター４９６、４９７は、開口４７８～４９４および開口５８６～５９６に対して最大に開かれて、最大空気量を過給機１１内に流入させる。図４３では、シャッター４９６、４９７が開口４７８～４９４および開口５８６～５９６に対して閉じられている。図４４では、シャッター４９６、４９７が開口４７８～４９４と開口５８６～５９６に対して部分閉位置に逆方向に回転して過給機１１に入る空気量を変える。シャッター４９６、４９７の円弧運動は過給機１１の作動室の内部容積を変化させ、そこに閉じ込められた空気量を膨張して圧縮させ、エンジンの出力条件に合わせてエンジンに送る。図５７～６２は、内燃機関１０に向かう空気量を増加させるための複数のシャッター位置での過給機１１と空気量制御装置４６９の動作を示す圧力－体積グラフである。圧力対体積グラフ内の領域は、ブースト作動の場合、過給機１１を作動させるのに必要な過給機サイクル当たり変速機４１の仕事、または内燃機関１０が吸気マニホールド１６の真空で作動するとき、過給機のエアモータモードで生成された過給機サイクル当たり仕事を示す。図４２、５７に示すように、シャッター４９６、４９７が開位置にあるとき、ブーストが最大になる。図５７は、吸気段階、膨張段階、圧縮段階および圧縮空気量が内燃機関１０に移動される移動段階を示す。図５８に示すように、シャッター４９６、４９７が７５％開位置にあるとき、空気量ブーストが減少して、過給機チャンバ体積の７５％を利用する。図４３、６２に示す最小空気量移動は、シャッター４９６、４９７が閉位置にあるときに達成される。この負荷条件では、内燃機関１０の吸気マニホールド１６は大気圧よりも低い絶対圧力にある。大気は、吸気マニホールド１６への最終移動圧力よりも高い絶対圧力で回転ロータ４７、４８によって過給機１１の空気入口連結路７０に吸入され、エアモータとして作用して正の仕事を生成し、この仕事は、変速機４３または内燃機関１０と過給機１１との間の他の機械的連結を介して内燃機関１０のクランク軸に戻る。空気量の変化は、吸気開口４７８～４９４または開口５８６～５９６に対するシャッター４９６、４９７の様々な閉位置によって異なる。過給機１１は、内燃機関１０の動力条件に合わせて内燃機関１０に空気量を可変的に供給する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】
【図62】
【国際調査報告】