JP3928035B2 - 過給機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は過給機(スーパーチャージャー)に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、過給機として、入力軸の回転を増速機により増速して出力軸に伝え、該出力軸にインペラを設けてなるものがある。
【0003】
従来技術では、増速機に高い増速比を得るため、増速機として、遊星歯車機構を用いたもの(特開平4-203421)や、遊星摩擦ローラ機構を用いたもの(特表平11-502596)が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特開平4-203421に記載の遊星歯車機構を用いたものでは、高速回転による歯車の騒音や、振動による軸受の寿命低下の問題がある。この騒音、振動の問題を軽減するためには、歯車の加工精度や組立精度を向上させる必要があり、生産性が悪い。
【0005】
特表平11-502596に記載の遊星摩擦ローラ機構を用いたものでは、可撓性外側リングで遊星ホイール、太陽軸の如くの摩擦ローラを締め付ける構造上、下記a〜cの問題点がある。
【0006】
a.高回転(インペラ回転速度75,000rpm以上)になると、摩擦ローラの滑りが発生し、過給のための駆動力をインペラに伝達することができない。
【0007】
b.高回転時の滑りを防ぐためには、外側リングが摩擦ローラを締め付ける力を大きくする必要がある。このため、低回転時には不要な締め付け力が常に摩擦ローラにかかり、低回転時の駆動損失が大きい。
【0008】
c.高回転時の滑りを防ぎ、かつ低回転時に適度な締め付け力を確保するためには、外側リングと摩擦ローラに、高い加工精度、選択勘合、外側リングの適度な焼きばめを施す等の専用組立行程が必要となり、生産性が悪い。
【0009】
本発明の課題は、高回転時の滑り、低回転時の駆動損失を生ずることがなく、騒音、振動も小さく、軽量、コンパクトな過給機を高い生産性で生産することにある。
【0010】
本発明の他の課題は、出力軸の軸受部の潤滑、冷却性を向上するとともに、スラスト荷重を調整可能とし、耐久性を向上することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、入力軸の回転を増速機により増速して出力軸に伝え、該出力軸にインペラを設けてなる過給機において、前記増速機が、出力軸に結合される中心ローラと、中心ローラに対し偏心して配置される外輪と、中心ローラの外周面である被駆動側円筒面と、外輪の内周面である駆動側円筒面との間の、中心ローラの径方向に関する幅が該中心ローラの周方向に関して不同となる環状空間内に配置され、それぞれの外周面を動力伝達用円筒面とした複数の中間ローラとを有して構成され、少なくとも1個以上の中間ローラの枢軸が中心ローラの周方向及び半径方向に可動配置されてなるとともに、前記出力軸にバランスプレートを設け、バランスプレートの一方側に過給圧を印加し、バランスプレートの他方側に吸込圧又は大気圧を印加してなるようにしたものである。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1の発明において更に、前記増速機の内部のトラクションオイルを、該増速機の回転により潤滑必要部に循環するための循環経路を設けたものである。
【0013】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において更に、前記増速機の内部のトラクションオイルを循環させるオイルポンプを該増速機に内蔵したものである。
【0015】
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの発明において更に、前記入力軸に入力プーリを接続可能にし、入力プーリと入力軸の間に電磁クラッチを設けたものである。
【0016】
【作用】
請求項1の発明によれば下記(a)〜(e)の作用がある。
(a)入力軸の回転を増速してインペラが設けられている出力軸に伝える増速機として、くさび作用を利用した摩擦ローラ式増速機を用いたから、外輪、中間ローラ、中心ローラの互いの接触面間に伝達トルクに比例した押付力を得ることができ、高回転時の滑り、低回転時の駆動損失を生ずることがない。従って、低負荷、低回転時から高負荷、高回転時まで高い伝達効率を得ることができる。これにより、自動車用過給機で問題となるエンジンの過給機駆動損失を低く抑えることができる。
【0017】
(b)従来の摩擦ローラ機構品と比べ、高い加工精度、選択勘合、焼きばめ等の専用組立行程が不要となり生産性が向上する。
【0018】
(c)歯車を用いない摩擦ローラ機構であるため、騒音、振動を小さくできる。
(d)高い伝達効率で駆動力の伝達が可能であるため、中間ローラ、中心ローラの軸方向長さを短縮することができる。このため、既存の摩擦ローラ機構や、遊星歯車機構を用いたものに比して過給機の全長を短縮し、軽量、コンパクト化できる。
(e) 出力軸にバランスプレートを設け、バランスプレートの一方側に過給圧を印加し、バランスプレートの他方側に吸込圧又は大気圧を印加するようにしたから、過給機の出力軸に作用するスラスト荷重の調整を行ない、出力軸の軸受部にかかるスラスト荷重を低減し、耐久性を向上できる。
【0019】
請求項2の発明によれば下記(f)の作用がある。
(f)出力軸の軸受部や外輪、中間ローラ、中心ローラの互いの接触面の潤滑、冷却を行なうためのトラクションオイルの油路、オイル溜まり部等の循環経路を過給機の内部に設けたので、増速機の回転による油の跳ね上げや遠心力による圧力差及び重力を利用し、トラクションオイルの循環性を向上させ、軸受部や接触面の潤滑状態を良好に保つことができる。
【0020】
請求項3の発明によれば下記(g)の作用がある。
(g)出力軸の軸受部や外輪、中間ローラ、中心ローラの互いの接触面の潤滑、冷却を良好に行なうためのオイルポンプを過給機の内部に備えたので、従来のように過給機の外部にオイルポンプを配設する必要がなく、コンパクトにできる。
【0022】
請求項4の発明によれば下記(h)の作用がある。
(h)増速機の内部の回転体の慣性力や駆動損失が小さいため、電磁クラッチも容量の小さいもので対応できる。このため、電磁クラッチを取付けた場合でもエンジンへの搭載が他の機械式過給機に比べて容易となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は第1実施形態の過給機を示す断面図、図2は図1のII−II線に沿う端面図、図3は増速機の変形例を示す端面図、図4はオイル循環経路を示す断面図、図5は第2実施形態の過給機を示す断面図、図6は図5のVI−VI線に沿う断面図、図7は軸受部を示す断面図、図8は第3実施形態の過給機を示す断面図、図9は第4実施形態の過給機を示す要部拡大断面図である。
【0024】
(第1実施形態)(図1〜図4)
図1の自動車用過給機10は、入力軸11の回転を増速機30により増速して出力軸12に伝えるものであり、入力軸11にはエンジン出力により駆動されるプーリ13が固定され、出力軸12にはインペラ14が設けられる。
【0025】
過給機10は、センタプレート15にコンプレッサハウジング16を固定してある。センタプレート15は軸受17により出力軸12を支持する。18はオイルシールである。コンプレッサハウジング16はインペラ14を収容し、吸込口21、過給通路22、スクロール23を備える。
【0026】
増速機30は、くさび作用を利用した摩擦ローラ式増速機であり、増速ハウジング31をセンタプレート15に固定して備え、増速ハウジング31は軸受32により入力軸11を支持する。33はオイルシールである。
【0027】
増速機30は、増速ハウジング31の内部で、出力軸12の端部に一体かつ同芯に設けた中心ローラ34を備える。
【0028】
増速機30は、増速ハウジング31の内部で、入力軸11の端部に円盤部35を介して一体かつ同芯に設けた外輪36を備える。このとき、外輪36は中心ローラ34に対し偏心して配置される。
【0029】
増速機30は、増速ハウジング31の内部で、中心ローラ34の外周面である被駆動側円筒面34Aと、外輪36の内周面である駆動側円筒面36Aとの間の、中心ローラ34の径方向に関する幅が上述の中心ローラ34と外輪36の偏心によって該中心ローラ34の周方向に関して不同となる環状空間37内に、3個の中間ローラ38A〜38Cを配置してある。このとき、センタプレート15と、該センタプレート15に連結ボルト41Aで固定化され(図4)、増速ハウジング31の内部で円盤部35に沿う位置に納められた連結板41に、3本の枢軸39A〜39Cの両端部を支持し、各枢軸39A〜39Cのそれぞれに中間ローラ38A〜38Cのそれぞれを回転自在に支持してある。各枢軸39A〜39Cは中心ローラ34、外輪36の中心軸と平行に配置される。各中間ローラ38A〜38Cは、それらの外周面を中心ローラ34の被駆動側円筒面34A、外輪36の駆動側円筒面36Aと転接する動力伝達用円筒面40A〜40Cとしている。
【0030】
3本の枢軸39A〜39Cのうち、2本の枢軸39B、39Cはそれらの両端部をセンタプレート15、連結板41に設けた支持孔に圧入又はガタなく挿入することにより固定される。これにより、枢軸39B、39Cは増速ハウジング31の内部で中心ローラ34の周方向及び半径方向に変位しない。
【0031】
他方、1本の枢軸39Aはその両端部をセンタプレート15、連結板41に設けた案内溝42の中で中心ローラ34の周方向及び半径方向に変位自在とし、中間ローラ38Aを可動ローラとしている。枢軸39Aはセンタプレート15又は連結板41に設けたバネ受43にバックアップされている押圧手段としてのバネ44により押圧され、中間ローラとしての可動ローラ38Aを前記環状空間37の幅が狭くなる方において中心ローラ34と外輪36に押付ける。
【0032】
従って、増速機30にあっては、センタプレート15に設けた取付ボス24を使用して過給機10をエンジンに取付け、入力用プーリ13にエンジンからの駆動力を入力すると、この駆動力が入力軸11から外輪36ヘ伝達される。このとき、外輪36と中心ローラ34は前述の如くに偏心していて前述の環状空間37が中心ローラ34の周方向に関して不同になっているため、外輪36がイの方向へ回転すると、可動ローラ38Aが外輪36と中心ローラ34との間でくさび作用を受けるロの方向に移動し、中心ローラ34の被駆動側円筒面34Aと外輪36の駆動側円筒面36Aと中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40Cの間に押付力ハを発生する。この押付力ハにより中心ローラ34の被駆動側円筒面34Aと外輪36の駆動側円筒面36Aと中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40Cの間に摩擦力を発生し、外輪36に伝えられた駆動力が中心ローラ34へ伝達され、中心ローラ34がニの方向へ回転する。中心ローラ34の回転は一体となった出力軸12の回転となり、出力軸に固定されたインペラ14が回転すると、吸込口21から空気を吸込み、この空気を過給してスクロール23に連通されたチャンバパイプからエンジンに供給する。
【0033】
ここで、中心ローラ34の周囲に3個の中間ローラ38A〜38Cがほぼ3等配されているので、中間ローラの1つである可動ローラ38Aで発生した押付力とほぼ同じ押付力が他の中間ローラとしてのガイドローラ38B、38Cでも発生し、3個の中間ローラ38A〜38Cで動力を伝達する。
【0034】
尚、エンジンの減速により、入力軸11から外輪36に伝えられる駆動力が回転方向イとは逆方向に変化した場合、可動ローラ38Aはロと反対方向に変位し、外輪36の駆動側円筒面36Aと可動ローラ38Aの動力伝達用円筒面40Aの接続が断たれ、外輪36と可動ローラ38Aとの間の動力伝達が断たれる。
【0035】
入力軸11から外輪36に入力される駆動力の向きにかかわらず動力の伝達を行なうためには、図3に示す如く、中間ローラ38Cも中間ローラ38Aと同様の可動ローラとし、可動ローラ38A、38Cをそれらに付帯のバネ44、44により環状空間37の幅の狭い部分に対し互いに向い合せてそれらの案内溝42の中で変位自在となるように押圧する構造にする。このとき、可動ローラ38A、38Cの枢軸39A、39Cには、くさび作用を発生する可動ローラ38A(又は38C)と反対側の可動ローラ38C(又は38A)がくさびから抜ける向きに逃げるのを防止するための不図示のストッパを付帯させる。
【0036】
入力軸11から出力軸12への最大伝達トルクを制限したい場合には、可動ローラ38Aがロの方向に変位可能な距離を案内溝42の長さによって規制する。これにより、外輪36がイの方向へ回転したときに、可動ローラ38Aが中心ローラ34との間で受けるくさび作用によって発生する押付力ハを制限できる。外輪36に入力される駆動力の向きにかかわらず動力の伝達を行なう図3の場合も同様に制限できる。これを利用して過給機10が供給可能な過給圧及び空気量を制限できる。
【0037】
以下、増速機30の潤滑、冷却構造について説明する。
増速機30の環状空間37にはトラクションオイルが封入され、中心ローラ34の被駆動側円筒面34A、外輪36の駆動側円筒面36A、中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40C、出力軸12の軸受17等の潤滑必要部を潤滑、冷却する。尚、トラクションオイルは、増速機30の内部又は外部に設けたオイルポンプにより、潤滑必要部に強制循環するものでも良い。
【0038】
増速機30にあっては、図4に示す如く、増速機30内の空間の外周部を、軸受17とオイルシール18に挟まれる空間45に連通する油路46をセンタプレート15に穿設し、増速機30の回転により跳ね上げられた増速ハウジング31の内壁付近たる外輪36の駆動側円筒面36Aまわりのトラクションオイルを油受け部36Bで受け、この油受け部36Bを通じて油路46から軸受17へ導き、それを中心ローラ34の被駆動側円筒面34Aへ流出させ、更に中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40Cへ案内し、トラクションオイルを中心ローラ34の被駆動側円筒面34A、外輪36の駆動側円筒面36A、中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40C、出力軸12の軸受17等の潤滑必要部に循環させることができる。
【0039】
尚、増速機30内にトラクションオイルが潤沢に存在するときは、回転の遠心力による圧力差によりトラクションオイルが循環することも期待できる。
【0040】
本実施形態によれば以下の作用がある。
▲1▼入力軸11の回転を増速してインペラ14が設けられている出力軸12に伝える増速機30として、くさび作用を利用した摩擦ローラ式増速機30を用いたから、外輪36、中間ローラ38A〜38C、中心ローラ34の互いの接触面間に伝達トルクに比例した押付力を得ることができ、高回転時の滑り、低回転時の駆動損失を生ずることがない。従って、低負荷、低回転時から高負荷、高回転時まで高い伝達効率を得ることができる。これにより、自動車用過給機10で問題となるエンジンの過給機駆動損失を低く抑えることができる。
【0041】
▲2▼従来の摩擦ローラ機構品と比べ、高い加工精度、選択勘合、焼きばめ等の専用組立行程が不要となり生産性が向上する。
【0042】
▲3▼歯車を用いない摩擦ローラ機構であるため、騒音、振動を小さくできる。
▲4▼高い伝達効率で駆動力の伝達が可能であるため、中間ローラ38A〜38C、中心ローラ34の軸方向長さを短縮することができる。このため、既存の摩擦ローラ機構や、遊星歯車機構を用いたものに比して過給機10の全長を短縮し、軽量、コンパクト化できる。
【0043】
▲5▼出力軸12の軸受17や外輪36、中間ローラ38A〜38C、中心ローラ34の互いの接触面の潤滑、冷却を行なうためのトラクションオイルの油路46、オイル溜まり部等の循環経路を過給機10の内部に設けたので、増速機30の回転による油の跳ね上げや遠心力による圧力差及び重力を利用し、トラクションオイルの循環性を向上させ、軸受17や接触面の潤滑状態を良好に保つことができる。
【0044】
(第2実施形態)(図5〜図7)
第2実施形態の過給機10が第1実施形態の過給機10と異なる点は、増速機30の内部のトラクションオイルを循環させるトロコイド式等のオイルポンプ50を増速機30に内蔵したことにある。
【0045】
オイルポンプ50は、図5、図6に示す如く、増速ハウジング31にアウタロータ51を組込み、入力軸11にインナロータ52をスプライン結合したものである。オイルポンプ50は増速ハウジング31に封入されたトラクションオイルを外部へ循環させて冷却し、再び増速ハウジング31の内部に導入し、中心ローラ34の被駆動側円筒面34A、外輪36の駆動側円筒面36A、中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40Cを潤滑、冷却することができる。
【0046】
また、オイルポンプ50が循環するトラクションオイルを送油管(不図示)を介してセンタプレート15に設けた油路53から油孔54を経て出力軸12の軸受17に供給し、このオイルを中心ローラ34の被駆動側円筒面34A、中間ローラ38A〜38Cの動力伝達用円筒面40A〜40Cに流出させることもできる。
【0047】
本実施形態によれば、出力軸12の軸受17や外輪36、中間ローラ38A〜38C、中心ローラ34の互いの接触面の潤滑、冷却を良好に行なうためのオイルポンプ50を過給機10の内部に備えたので、従来のように過給機10の外部にオイルポンプ50を配設する必要がなく、コンパクトにできる。
【0048】
(第3実施形態)(図8)
第3実施形態の過給機10が第1実施形態や第2実施形態の過給機10と異なる点は、入力軸11とプーリ13の間に電磁クラッチ60を設け、過給機10による過給の必要の有無に応じて電磁クラッチ60をオン/オフ制御可能としたことにある。電磁クラッチ60は、板式クラッチ、パウダークラッチ等を採用できる。
【0049】
本実施形態によれば、増速機30の内部の回転体の慣性力や駆動損失が小さいため、電磁クラッチ60も容量の小さいもので対応できる。このため、電磁クラッチ60を取付けた場合でもエンジンへの搭載が他の機械式過給機に比べて容易となる。
【0050】
(第4実施形態)(図9)
第4実施形態の過給機10が第1実施形態〜第3実施形態の過給機10と異なる点は、出力軸12にバランスプレート70を設けたことにある。バランスプレート70の一方側の空間71には、スクロール23から通路72を介して過給圧を導入する。バランスプレート70の他方側の空間73には、吸込口71から通路74を介して吸込圧(又は大気空間からの大気圧)を導入する。バランスプレート70に印加される両空間71、73の圧力がインペラ14に作用するスラスト荷重をバランスさせ、出力軸12の軸受17に作用するスラスト荷重を低減する。
【0051】
本実施形態によれば、出力軸12にバランスプレート70を設け、バランスプレート70の一方側に過給圧を印加し、バランスプレート70の他方側に吸込圧又は大気圧を印加するようにしたから、過給機10の出力軸12に作用するスラスト荷重の調整を行ない、出力軸12の軸受17にかかるスラスト荷重を低減し、耐久性を向上できる。
【0052】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【0053】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高回転時の滑り、低回転時の駆動損失を生ずることがなく、騒音、振動も小さく、軽量、コンパクトな過給機を高い生産性で生産することができる。
【0054】
また、本発明によれば、出力軸の軸受部の潤滑、冷却性を向上するとともに、スラスト荷重を調整可能とし、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1実施形態の過給機を示す断面図である。
【図2】図2は図1のII−II線に沿う端面図である。
【図3】図3は増速機の変形例を示す端面図である。
【図4】図4はオイル循環経路を示す断面図である。
【図5】図5は第2実施形態の過給機を示す断面図である。
【図6】図6は図5のVI−VI線に沿う断面図である。
【図7】図7は軸受部を示す断面図である。
【図8】図8は第3実施形態の過給機を示す断面図である。
【図9】図9は第4実施形態の過給機を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
10 過給機
11 入力軸
12 出力軸
13 プーリ
14 インペラ
17 軸受
30 増速機
34 中心ローラ
34A 被駆動側円筒面
36 外輪
36A 駆動側円筒面
37 環状空間
38A 可動ローラ(中間ローラ)
38B、38C ガイドローラ(中間ローラ)
39A〜39C 枢軸
40A〜40C 動力伝達用円筒面
46 油路(循環経路)
50 オイルポンプ
60 電磁クラッチ
70 バランスプレート
Claims (4)
- 入力軸の回転を増速機により増速して出力軸に伝え、該出力軸にインペラを設けてなる過給機において、
前記増速機が、
出力軸に結合される中心ローラと、
中心ローラに対し偏心して配置される外輪と、
中心ローラの外周面である被駆動側円筒面と、外輪の内周面である駆動側円筒面との間の、中心ローラの径方向に関する幅が該中心ローラの周方向に関して不同となる環状空間内に配置され、それぞれの外周面を動力伝達用円筒面とした複数の中間ローラとを有して構成され、
少なくとも1個以上の中間ローラの枢軸が中心ローラの周方向及び半径方向に可動配置されてなるとともに、
前記出力軸にバランスプレートを設け、バランスプレートの一方側に過給圧を印加し、バランスプレートの他方側に吸込圧又は大気圧を印加してなることを特徴とする過給機。 - 前記増速機の内部のトラクションオイルを、該増速機の回転により潤滑必要部に循環するための循環経路を設けた請求項1に記載の過給機。
- 前記増速機の内部のトラクションオイルを循環させるオイルポンプを該増速機に内蔵した請求項1又は2に記載の過給機。
- 前記入力軸に入力プーリを接続可能にし、入力プーリと入力軸の間に電磁クラッチを設けた請求項1〜3のいずれかに記載の過給機。
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