JP3710254B2 - 過給機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に給気するための機械駆動式の過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、この種の機械駆動式の過給機では、これを駆動するエンジン回転数に係わらず所定範囲内の一定速度で回転することが要求される。
このため、エンジンの駆動トルクを無段変速機を介して入力軸に伝達するものが提供されている。
【０００３】
例えば、特開平５−２８０３６７号公報のものでは、内燃機関の駆動力が、駆動側プーリに伝達され、ベルトを介して従動側プーリを経て入力軸に伝達される。そして、入力軸により増速歯車装置を介してランナ軸が駆動され、さらにランナ軸を介してランナが高速回転で駆動され内燃機関に過給するようにしている。ところが、このような無段変速機は互いの間にベルトを架設した駆動側プーリと従動側プーリ間とを用いているので、大型となり、実機への適用が困難であるという問題があった。
【０００４】
また、エンジンのクランクシャフトの角速度変動等による張力変動によって、無段変速機や増速歯車装置が悪影響を受け、無段変速機のベルト寿命やベアリング寿命が低下する等、耐久性が低下していた。また、増速歯車装置のベアリング寿命が低下したり、歯打ち音等のギア騒音を増大させたりするという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明の課題はトルク変動による耐久性低下や騒音発生を抑制することができる過給機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明の過給機は、内燃機関より遊星増速機構を介してランナ軸を駆動する過給機において、内燃機関よりの駆動トルクを遊星増速機構の入力軸に伝達する可変径プーリを備え、この可変径プーリは、上記入力軸の周囲を取り囲んで設けられた一対のプーリ主体と、これら一対のプーリ主体の互いの対向面にそれぞれ形成された一対のテーパ状の動力伝達面と、これら一対の動力伝達面によって一対のプーリ主体の軸心に対して偏心可能に挟持され、且つ外周面にベルトが巻き掛けられた動力伝達リングと、上記一対のプーリ主体を互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備え、上記付勢手段は、外縁部と内縁部でそれぞれ一対のプーリ主体に係合する皿ばねからなり、上記可変径プーリは、皿ばねの外縁部と内縁部が互いに逆向きで相等しい量変位するように皿ばねの径方向中央部を支持する支点手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【０００７】
従来では、駆動側と従動側の２つのプーリを用いていたために、過給機が大型化していたが、本発明では、一つの可変径プーリを用いたので、過給機を小型にすることができる。
また、ベルト張力によって動力伝達リングを偏心させようと力が働く一方、付勢手段によって動力伝達リングを同心側へ戻す力が働く。したがって、仮にベルトの張力変動があった場合に、これに応じて動力伝達リングが偏心側および同心側に微小変位し、さらに動力伝達リングとプーリ主体との接触点が円周方向に変動することにより張力変動を吸収することができる。内燃機関側からの駆動トルク変動が遊星増速機構や無段変速機としての可変径プーリに悪影響を与えることを抑制することができる。
【０００９】
さらに、外縁部と内縁部で各プーリ主体に係合する皿ばねが、支点を中心として、外縁部と内縁部を逆向きで相等しい量だけ変位させるので、動力伝達リングの軸方向位置を一定に維持することができる。その結果、ベルトの走行中心を一定に維持することができる。なお、支点手段としては、皿ばねに形成した支持孔に支軸を挿入したものであっても良いし、この支軸と貫通孔との間に球面軸受を設けたものであっても良い。
【００１０】
また、請求項２記載の発明の過給機は、請求項１において、上記皿ばねの外縁部と内縁部は一対のプーリ主体にそれぞれ一体回転可能に係合しており、上記可変径プーリは、上記支点手段を含み支点手段を介して皿ばねと入力軸とを一体回転可能に連結する連結手段をさらに備えたことを特徴とするものである。この構成では、プーリ主体および皿ばねが一体回転し、連結手段が支点手段を含んで構成されるので、構造を簡素化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に掛かる過給機の断面図である。図１を参照して、本過給機１は、図示しない内燃機関によって駆動される無段変速機としての可変径プーリ２と、この可変径プーリ２によって駆動される遊星増速機構３とを有しており、これら可変径プーリ２と遊星増速機構３を介して圧縮機ハウジング４内のランナ５を高速で回転駆動し、空気をスクロール６を介して圧送する。
【００１２】
遊星増速機構３は、可変径プーリ２に連結される入力軸７と、ランナ５の回転軸（ランナ軸８）を構成する出力軸９とを備えている。
遊星増速機構３は、入力軸７の一端に形成されたリングギア１０と、出力軸９の一端に形成されたサンギア１１と、キャリア１２によって転がり軸受５０を介して回動自在に支持され且つサンギア１１およびリングギア１０と噛み合う複数の遊星ギア１３とを備えている。
【００１３】
キャリア１２は、遊星増速機構３のギアハウジング１４と圧縮機ハウジング４との間の隔壁板５１に固定された円環状のものからなり、このキャリア１２の内周面に、複列のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受１５を介して出力軸９が回転可能に支持されている。キャリア１２をギアハウジング１４に固定して遊星ギア１３を公転不能にしてあるのは、下記の理由による。すなわち、仮に、遊星ギア１３を公転させるとすると、遠心力の作用で遊星ギア１３を片持ち支持した支軸１２ａが外方へ曲がることによって遊星ギア１３の軸心が傾き、その結果、ギア騒音が増大するおそれがある。このようなことを防止するため、キャリア１２を固定してある。
【００１４】
一方、入力軸７はギアハウジング１４の端面１６に突出形成されたボス部１７の内周面に、一対の転がり軸受１８を介して回転可能に支持されている。上記ボス部１７の周囲に、入力軸７に駆動トルクを伝達する上記可変径プーリ２が配置されている。
この可変径プーリ２は、ボス部１７の周囲を取り囲む有底円筒からなるハブ部１９とこのハブ部１９の一端に形成された円板部２０とを有する連結部材２１を備えている。この連結部材２１は、そのハブ部１９がボス部１７の周面に一対の転がり軸受２２を介して回転可能に支持される一方、その円板部２０がギアハウジング１４の端面１６に形成された環状の受け溝２３に転がり軸受２４を介して回転可能に支持されている。
【００１５】
また、連結部材２１のハブ部１９の端面４４は、入力軸７の軸端と一体回転可能に結合されている。すなわち、入力軸７の軸端に形成された例えば断面六角形形状の嵌合突起４５を、ハブ部１９の端面４４に形成された同形状の嵌合孔に嵌め合わせることにより、両者７，１９を一体回転可能に結合してある。４６は入力軸７の端面に突出形成したねじ部に結合されて、上記両者７，１９を締結するナットである。
【００１６】
また、可変径プーリ２は、ハブ部１９の周面に滑り軸受２５を介して回転可能に支持された第１プーリ主体２６と、この第１のプーリ主体２６に滑り軸受２７を介して回転可能に支持された第２プーリ主体２８とを備えている。これら一対のプーリ主体２６，２８の互いの対向面はテーパ状の動力伝達面２９，３０を形成している。そして、これら一対の動力伝達面２９，３０によって、断面略台形形状の動力伝達リング３１が、一対のプーリ主体２６，２８の軸心Ｋに対して偏心可能に挟持されている。この動力伝達リング３１の外周面にはベルト３３への伝動面３２が形成され、この伝動面３２にベルト３３が巻き掛けられている。伝動面３２にはベルト３３のリブと噛み合う周溝が形成されている。
【００１７】
４３はハブ部１９の外周面の嵌合溝に嵌め入れられたストッパである。このストッパ４３は、動力伝達リング３１が偏心して両プーリ主体２６，２８が互いに遠ざかるときに、プーリ主体２６がハブ部１９から抜脱することを防止する。
また、可変径プーリ２は、上記一対のプーリ主体２６，２８を互いに近づく方向に付勢する付勢手段としての皿ばね３４を備えている。図２を参照して、この皿ばね３４の内縁部３５および外縁部３６には、それぞれ円周等配にスリット３７，３８が形成されている一方、各プーリ主体２６，２８には、上記スリット３７，３８にそれぞれ嵌め入れられる板状の連結突起３９，４０が放射状に形成されている。
【００１８】
そして、各連結突起３９，４０が対応するスリット３７，３８に嵌め入れられた状態で、皿ばね３４および両プーリ主体２６，２８は一体に回転する。また、皿ばね３４の径方向中央部には、複数の支持孔４１が円周等配に形成されており、各支持孔４１には、上記連結部材２１の円板部２０に固定された支点手段としての支軸４２が貫通されている。したがって、連結部材２１は、この支軸４２を介して皿ばね３４と一体に回転し入力軸７側へトルクを伝達する。すなわち、ベルト３３を介して動力伝達リング３１に伝達されたトルクは、両プーリ主体２６，２８、皿ばね３４および連結部材２１を介して、遊星増速機構３の入力軸７に伝達されるようになっている。
【００１９】
皿ばね３４は、支点となる支軸４２によって径方向中央部を支持されるので、内縁部３５と外縁部３６を互いに逆向きで相等しい量だけ変位させる（軸方向に撓ませる）ことができる。したがって、図３に示すように動力伝達リング３６が偏心するときに両プーリ主体２６，２８間の軸方向中央位置を常に一定に維持することができる結果、ベルト３３の幅中心Ｌの位置を常に一定に維持することができる。
【００２０】
本実施形態では、従来のようにプーリを２つを用いることがないので、大幅な小型化を図ることができ、その結果、本過給機を車両に装備する場合のスペース上の問題点が解消される。また、内燃機関側からの駆動トルクの変動に伴って張力変動があった場合に、これに応じて動力伝達リング３１が偏心側および同心側に微小変位し、さらに動力伝達リング３１プーリ主体２６，２８の接触点が円周方向に変動することにより張力変動を吸収することができる。したがって、遊星増速機構３への悪影響を防止することができる。すなわち、無段変速機が遊星増速機構３へ及ぼす張力変動の悪影響を低減することができる。また、遊星増速機構３の転がり軸受１５，１８の寿命を長くし、各ギア１０，１１，１３の歯の摩耗を抑制して実質的な寿命を長くすることができる。また、歯打ち音等による振動や騒音を抑制することができる。
【００２１】
特に、皿ばね３４が支軸４２を支点として内縁部３５と外縁部３６を互いに逆向きで相等しい量だけ変位させるので、プーリ主体２６，２８を相等しいストローク量で遠近させることができる結果、ベルト３３の幅中心Ｌを一定に維持することができる。
さらに、プーリ主体２６，２８および皿ばね３４が一体回転し、連結部材２１が支点となる支軸４２を含んで構成されるので、可変径プーリ２の構造を簡素化することができ、ひいては過給機１の一層の小型化に寄与することができる。
【００２２】
次いで、図４は本発明の他の実施形態を示している。同図を参照して、本実施形態が図１の実施形態と異なるのは、二段ギアに構成した遊星ギア４７を用いた点である。この遊星ギア４７は、リングギア１０に噛み合う相対的に小径の第１ギア４８と、サンギア１１に噛み合う相対的に大径の第２ギア４９とを一体に構成したものからなる。また、転がり軸受１５は間座を挟んだ一対の単列アンギュラ玉軸受からなり、転がり軸受５０は間座を挟んで一対が設けてある。その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
本実施形態では、図１の実施形態と同様の作用効果を奏することに加えて、リングギア１０によって駆動される被動側のギアを、小径の第１ギア４８としたので、ギア比を稼いで、より増速することができる。
次いで、図５は本発明のさらに他の実施形態を示している。本実施形態が図１の実施形態と異なるのは下記である。すなわち、
▲１▼ 図１の実施形態では連結部材２１のハブ部１９によってプーリ主体２６を支持していたが、本実施形態では、プーリ主体２６を入力軸７によって滑り軸受２５を介して支持するようにした。連結部材２１は入力軸７に一体回転可能に直接連結されている。また、ストッパ４３は入力軸７の軸端周面に取り付けられている。
▲２▼ また、図１の実施形態では遊星ギア１３の支軸１３ａがキャリア１２によって片持ち支持されていたが、本実施形態では、支軸１３ａを両持ち支持するようにした。具体的には、キャリア１２が、ギアハウジング１４と圧縮機ハウジング４との間の隔壁板５１に固定された環状の第１部材５２と、リングギア１０の支持環板５４と出力軸９との間に介在する環状の第２部材５３とによって支軸１３ａを両持ち支持している。第２部材５３と支持環板５４との間には転がり軸受５５が介在し、第２部材５３と出力軸９との間には転がり軸受５６が介在している。他の構成については図１の実施形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
本実施形態では、図１の実施形態と同様の作用効果を奏することに加えて、上記した▲１▼の構成により、連結部材２１の構造の簡素化を通じて、可変径プーリ２の構造を簡素化することができる。また、上記した▲２▼の構成により、キャリア１２の両持ちとしてリングギア１０側の支持環板５４と、サンギア１１側の出力軸９とに支持したので、各ギアの噛み合い精度を良くしてギア振動やギア騒音をさらに抑制することができる。
【００２５】
次いで、図６は本発明のさらに他の実施形態を示している。本実施形態が図１の実施形態と異なるのは下記である。すなわち、
キャリア１２が遊星ギア１３の支軸１３ａを両持ち支持する環状の第１部材５７と第２部材５８からなる。第１部材５７は隔壁環板５１に固定されており、第１部材５７の内周面は、動圧スパイラルグルーブ軸受（ＳＧＢ）からなる流体潤滑軸受５９を介して出力軸９をラジアル方向に支持している。また、第２部材５８は、その内周面に配置した動圧スパイラルグルーブ軸受（ＳＧＢ）からなる流体潤滑軸受６０を介して出力軸９の軸端部によって支持されている。ＳＧＢは固定側（キャリア１２側）および静止側（出力軸９側）の何れか一方の面にらせん状の浅い溝が設けられており、この溝のポンプ作用で流体圧を発生し、出力軸９を非接触で支持することができる。
【００２６】
また、出力軸９の中間部に円板状のロータ６１が一体回転可能に形成されており、このロータ６１の一の面とこれに対向する隔壁環板５１との間、およびロータ６１の他の面と第１部材５７との間にも、それぞれ出力軸９をアキシャル方向に支持するＳＧＢからなる流体潤滑軸受６２，６３が形成されている。
なお、ギアハウジング１４内には潤滑油が充填されており、ギアによって上方へかきあげられた潤滑油が隔壁環板５１やキャリア１２の表面を伝わって各流体潤滑軸受５９，６０，６２，６３に供給され、発生する動圧によって軸受機能と油膜ダンパ機能を果たすことになる。
【００２７】
本実施形態では、図１の実施形態と同様の作用効果を奏することに加えて、上記のようにＳＧＢからなる流体潤滑軸受５９，６０を用いることにより下記の利点がある。すなわち、仮に転がり軸受を用いた場合において、例えば特開平５−２８０３６７号公報等のようにギア部分の振動を抑えるための油膜ダンパを用いる場合、転がり軸受へ潤滑油を強制的に供給するために複雑な油路構成を採用したり、あるいは別途にポンプ機構を設けたりしていた。あるいは無潤滑のセラミック軸受を採用したりしていたが、このようにした場合には、何れも出力軸９の軸寸法を長くする必要がある。軸寸法が長くなると、出力軸９自体の固有振動数を高くすることが困難となり、結果として常用域において共振が発生し振動、騒音の原因になると共に耐久性も低下してしまう。また、転がり軸受では、ランナ５の回転によって出力軸９が受けるアキシャル力によって予圧抜けが発生し、転がり軸受が損傷する原因ともなる。
【００２８】
これに対して、本実施形態のようにＳＧＢからなる流体潤滑軸受５９，６０，６２，６３を用いた場合には、軸受自身が自身への油供給に寄与して油膜ダンパの機能を果たし、これによりギア振動やギア騒音を抑制することができる。特に、ギア１０，１１，１３の噛み合い部を、両流体潤滑軸受５９，６０間に配置することにより、ギア振動を効果的に抑えることができる。
【００２９】
また、出力軸９の寸法を増大させることがないので、過給機１の小型化を図ることができると共に、固有振動数を高くして実質的に問題となる振動や騒音を抑制することができる。
また、従来の油膜ダンパ方式ではオイルを強制的に供給するための油路構成やポンプが必要あったが、本実施形態ではそのような構成は不要であるので、過給機の構造を一層簡素化でき、したがって、小型で製造コストが安くしかも振動や騒音の少ない過給機を実現することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、従来のようにプーリを２つを用いることがないので、小型化を図ることができる。また、内燃機関側からの駆動トルクの変動に伴う張力変動があった場合に、これに応じて動力伝達リングが偏心側および同心側に微小変位し、さらに動力伝達リングとプーリ主体との接触点が円周方向に変動することにより張力変動を吸収することができる。したがって、遊星増速機構や無段変速機としての可変径プーリの耐久性を向上させ、また、振動や騒音を抑制することができる。さらに、皿ばねが支点を中心として外縁部と内縁部を逆向きで相等しい量だけ変位させるので、プーリ主体を相等しいストローク量で遠近させることができる結果、ベルトの走行中心を一定に維持することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明では、プーリ主体および皿ばねが一体回転し、連結手段が支点手段を含んで構成されるので、可変径プーリの構造を簡素化することができ、ひいては過給機の小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての過給機の断面図である。
【図２】皿ばねの正面図である。
【図３】動力伝達リングが偏心した状態を示す可変径プーリの概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態の過給機の断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態の過給機の断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態の過給機の断面図である。
【符号の説明】
１ 過給機
２ 可変径プーリ
３ 遊星増速機構
７ 入力軸
８ ランナ軸
９ 出力軸
１０ リングギア
１１ サンギア
１２ キャリア
１３ 遊星ギア
２１ 連結部材
２６ 第１プーリ主体
２８ 第２プーリ主体
２９，３０ 動力伝達面
３１ 動力伝達リング
３３ ベルト
３４ 皿ばね
３５ 内縁部
３６ 外縁部
３７，３８ スリット
３９，４０ 連結突起
４１ 支持孔
４２ 支軸（支点手段）
４５ 嵌合突起
Ｌ ベルトの幅中心

Claims (2)

1. 内燃機関より遊星増速機構を介してランナ軸を駆動する過給機において、
   内燃機関よりの駆動トルクを遊星増速機構の入力軸に伝達する可変径プーリを備え、
   この可変径プーリは、
   上記入力軸の周囲を取り囲んで設けられた一対のプーリ主体と、
   これら一対のプーリ主体の互いの対向面にそれぞれ形成された一対のテーパ状の動力伝達面と、
   これら一対の動力伝達面によって一対のプーリ主体の軸心に対して偏心可能に挟持され、且つ外周面にベルトが巻き掛けられた動力伝達リングと、
   上記一対のプーリ主体を互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備え、
   上記付勢手段は、外縁部と内縁部でそれぞれ一対のプーリ主体に係合する皿ばねからなり、
   上記可変径プーリは、皿ばねの外縁部と内縁部が互いに逆向きで相等しい量変位するように皿ばねの径方向中央部を支持する支点手段をさらに備えることを特徴とする過給機。
2. 上記皿ばねの外縁部と内縁部は一対のプーリ主体にそれぞれ一体回転可能に係合しており、
   上記可変径プーリは、上記支点手段を含み支点手段を介して皿ばねと入力軸とを一体回転可能に連結する連結手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の過給機。

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