JPH0756275B2

JPH0756275B2 - 流体ポンプ

Info

Publication number: JPH0756275B2
Application number: JP63150014A
Authority: JP
Inventors: 吉郎加藤; 道男川越
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: US4927333A; JPH01290992A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は一般に流体を圧送する流体ポンプに関し、例え
ば内燃機関の機械式過給機（スーパチャージャ）等を構
成する流体ポンプに関する。

〔従来技術と課題〕

回転駆動部と、その駆動部により係合回転する一対のロ
ータとを備えた流体ポンプは、例えば実開昭62−61940
号公報に記載されている。この流体ポンプは、例えば第
４図に示すように回転駆動部となる駆動軸41が歯車41,4
2を介してロータ43を支持するメインロータシャフト44
を回転駆動しており、一方ロータ45を支持するサブロー
タシャフト46はメインロータシャフト44により歯車47,4
8を介して駆動されるようになっている。しかしながら
このように２本のロータシャフト44,46間において常に
駆動の主従関係が一定である場合、このシャフト44,46
に固定される歯車47,48は第５図に示すように歯の一側
面（斜線部）のみが接触することとなり、又このシャフ
トを支持する軸受49,50（第４図）においても、歯の片
側接触により常に矢印Ｆの方向の荷重が課せられるた
め、歯車、軸受がその偏った方向の荷重により偏摩耗
し、流体ポンプとしての耐久性能を著しく損うことがあ
る。本発明は斯る現状に鑑みなされるものであって、液
体ポンプの耐久性能を向上させ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〕

第１図を参照して、上記課題を解決するための手段を説
明するに、本発明によれば、回転駆動部１と、該回転駆
動部１により係合回転する一対のロータ2a,2bとを備え
た流体ポンプにおいて、上記一対のロータ2a,2bを支持する２つのロータシャフ
ト3a,3b夫々に固定され互いに噛合することにより双方
のロータシャフト3a,3bを同期回転させる連結ギヤ４（4
a,4b）と、上記２つのロータシャフト3a,3bの内、一方
のシャフト3aを上記回転駆動部１に連結する第１のクラ
ッチ5aと、他方のシャフト3bを上記回転駆動部１に連結
する第２のクラッチ5bと、上記第１のクラッチ5a、或い
は第２のクラッチ5bのいずれか一方を択一的に作動する
切換手段６とを有することを特徴とする流体ポンプ10が
提供される。

〔作用〕

本発明によれば、前記切換手段により第２クラッチ5bを
遮断状態にして、第１のクラッチ5aのみを作動させると
（第１図の状態）、ロータシャフト3aと回転駆動部１が
連結状態になり、ロータシャフト3aが駆動軸（主）、ロ
ータシャフト3bか被駆動軸（従）の関係が成立する。一
方、第２クラッチ5bのみを作動させるとロータシャフト
3bと回転駆動部１が連結状態になり、ロータシャフト3b
が駆動軸（主）、ロータシャフト3aが被駆動軸（従）の
関係が成立する。従って上述したこれらの主従関係を、
液体ポンプ10の用途、或いはベアリング、ギヤ４の摩耗
状況等に応じて適宜に切り換えることによりこれらの各
部品の偏摩耗を低減することができ流体ポンプ10として
の耐久性性能を向上することができる。

〔実施例〕

本発明による流体ポンプの実施例を、内燃機関の機械式
過給機（スーパチャージャ）に例をとり以下、説明す
る。

第２図及び第３図において20は機械式過給機を示し、こ
の過給機20は一対のロータ2a,2bを有する流体ポンプ
（第１図における10）によって構成されている。

機械式過給機20のロータ2a,2bは、第３図に示すように
双葉状の断面を有し、これらが相互に同期して逆方向に
回転することによりポンプ作用を行うことは公知の通り
である。

各ロータ2a,2bはそれぞれロータシャフト3a,3bによって
支持されており、ロータシャフト3a,3bの一端には、双
方のロータ2a,2bを同期回転させるため、連結ギヤ4a,4b
が固定され、互いに噛合している。又、ロータシャフト
3a,3bは玉軸受22a,22bや、軸受23a,23b等によりハウジ
ング26に対し回転可能に支持されており、ロータシャフ
ト3bはハウジング26を貫通し、その左端部にはサブギヤ
28が固定されている。尚、24a,24bはオイルシールを示
す。

ロータシャフト3aの左方にはシャフトア3aと同軸を成
し、第１図の回転駆動部１を構成するプーリ30が設けら
れており、このプーリ30は図示しないエンジンのクラン
クシャフトによりベルト等を介して回転される。又、プ
ーリ30の内方にはプーリ30に連結されて一体的に回転す
る駆動ロータ32（回転駆動部）が設けられており、駆動
ロータ32の半径方向内方には、駆動ロータ32の回転をロ
ータシャフト3aに伝達するための第１のクラッチ5aが設
けられる。この第１のクラッチ5aは、駆動ロータ32のあ
る一方の回転に対してのみトルクをロータシャフト3aに
伝達し、逆回転方向に対しては空転する機能をもつ所
謂、ワンウェイクラッチであって、後述するロータシャ
フト3aが駆動軸（主）、ロータシャフト3bが被駆動軸
（従）の場合、駆動力を伝達するクラッチとして作用す
るものである。

駆動ロータ32の外方には下方にはロータ32の回転をロー
タシャフト3bに伝達するための第２クラッチ5bが設けら
れる。本実施例によればこの第２クラッチ5bは例えば磁
力により作動する環状の多板クラッチであり、従ってこ
の近傍にはクラッチ5b作動のための磁力を発生する、切
換手段６（第１図）としての電磁コイル34が配置され
る。

ロータシャフト3bを回転させるため、上記多板クラッチ
5bは、ロータシャフト3aを内方に置くフリーギヤ36と協
働する。

このフリーギヤ36は、ロータシャフト3aを支持するハウ
ジング26の円筒状軸受23aに玉軸受38を介して回転可能
に嵌合され、先に述べたロータシャフト3bのサブギヤ28
と噛合する。以上のようにして構成される機械式過給機
20の作動について説明する。

電磁コイル34が被通電の場合、クランクシャフトにより
プーリ30に伝達された回転力は駆動ロータ32に伝達さ
れ、第１クラッチとしてのワンウェイクラッチ5aを介し
てロータシャフト3aに伝達される。そしてこの回転駆動
力は連結ギヤ4a,4bを介してロータシャフト3bに伝達さ
れることになる（第２図実線矢印参照）。従ってこの場
合、ロータシャフト3aが駆動軸（主）、ロータシャフト
3bが被駆動軸（従）の関係となり、ワンウェイクラッチ
（第１クラッチ）5aはクラッチとしての機能を果たして
いることになる。

一方、電磁コイル34が通電している状態では多板クラッ
チ（第２クラッチ）5bは作動し、駆動ロータ32とフリー
ギヤ36は磁力により多板接触し、連結した状態になる。
従ってプーリ30からの回転力は駆動ロータ32、フリーギ
ヤ36を介してサブギヤ28に伝達され、ロータシャフト3b
が回転することになる（第２図点線矢印参照）。そして
このロータシャフト3bの回転は連結ギヤ4b,4aを介して
ロータシャフト3aに伝達されることになる。従ってこの
場合、ロータシャフト3bが駆動軸（主）、ロータシャフ
ト3aが被駆動軸（従）の関係となり、ワンウェイクラッ
チ5aにおいては、フリーギヤ36とサブギヤ28のギヤ比に
よって駆動ロータ32の回転より増速されたロータシャフ
ト3aの連動部材（図示せず）が駆動ロータ32の連動部材
（図示せず）を追いこす、所謂オーバーラン状態とな
り、動力伝達としてのクラッチの機能を果たさないこと
になる。

即ち、第２図に示す実施例によれば、切換手段６である
電磁コイル34への通電、非通電によって、ロータシャフ
ト3a,3b間の主従関係を一定にせず、例えばロータシャ
フト3aがある時は駆動軸、又ある時は被駆動軸となるこ
とで、シャフト3a,3b間の主従関係を適宜逆にすること
が可能となり、従って連結ギヤ4a,4bの噛合し合う各歯
の両側面使い分けにより偏摩耗を少なくしてギヤ自体の
寿命を伸ばすことができる。又、同時に玉軸受22a,22
b、オイルシール24a,24b、及びハウジング26の軸受23a,
23b等のシャフト支持要素についても荷重受位置を分散
することができ、その寿命を向上させることが可能とな
る。尚、上記実施例において、ロータシャフト間の主従
関係の切り換えは、機械式過給機20を高速、或いは低速
で運転する機関運転状況に応じて行なわれるものであ
る。又、この実施例では切換手段６として電磁コイル34
を使用したが、第２クラッチ（多板クラッチ）5bを作動
させるものとして、他に油圧式クラッチ方式を以て切換
手段としても良い。又、機械式過給機のコンパクト化の
ために、上述した連結ギヤ４を夫々フリーギヤ36、サブ
ギヤ28に近設させ、これらのギヤを全てロータシャフト
3a,3bの片側に集中して配置しても良い。

ところで一般に、上述したような増速度機構を備えた過
給機は、過給機によってエンジンの掃気と過給の双方を
高める場合に有効である。何故なら従来の増速機構を持
たない過給機で掃気及び過給を行なわせようとした場
合、過給に重点を置き、過給機からの空気吐出量を多く
なるように設定すると、掃気には余剰の空気が多く吐出
され、エンジン出力を低下させる原因にもなり、又この
対策として過給機の吸入側に余剰空気をバイパスして戻
そうとした場合にも過給機の回転仕事の増加により燃費
悪化を招くことになるからである。第６図及び第７図に
示す過給機概略図は斯る目的をふまえ、前述した増速機
付構き過給機の増速比（又は減速比）をさらに他段階化
して、エンジンの各運転条件に対して、より適合化を計
るものである。以下、図面を参照して上記過給機の構
成、並びに作用を説明する。尚、これらの図においては
構成を明確にするため先に説明した実施例と同様の構成
要素は同一番号を付し、この構造を略図化する。第６図
に示す実施例において、プーリ30に固定されたシャフト
32aは２つの多板クラッチ5b,5cを有し、一方の多板クラ
ッチ5cはロータシャフト3bに固定されたサブギヤ28と係
合するフリーギヤ36と協働関係にあり、他方の多板クラ
ッチ5bはクラッチ作動時プーリシャフト32aとロータシ
ャフト3aとを直結する関係にある。又、プーリシャフト
32aはワンウェイクラッチ（第１クラッチ）5aを介して
ロータシャフト3bを駆動する大ギヤ51と係合する小ギヤ
52を一体で備えており、従来同様ロータシャフト3a,3b
は連結ギヤ4a,4bを介して同期回転するようになってい
る。尚、ワンフェイクラッチ5aは大ギヤ51のある方向の
回転に対してそのトルクをロータシャフト3bに伝達し、
逆回転方向に対しては空転する機能を持っている。

以上のように構成された機械式過給機の作動に関して
は、プーリ30に伝達された回転を減速する場合には、双
方の多板クラッチ5b,5cは作動されず、従ってプーリシ
ャフト32aに固定された小ギヤ52より大ギヤ51に回転駆
動力が伝達され、ワンウェイクラッチ5aを介してロータ
シャフト3bが回転し、その回転は連結ギヤ4b,4aを介し
てロータシャフト3aに伝達されるようになる。この場合
はロータシャフト3bが駆動軸（主）、ロータシャフト3a
が被駆動軸（従）の関係になり、又ワンウェイクラッチ
5aは駆動力を伝達する連結手段として作動状態にある。
又プーリ30の回転速度は大ギヤ51と小ギヤ52のギヤ比に
相当する減速比を以ってロータシャフト3a,3bに減速伝
達されることになる。

次にプーリ30の回転速度を変えずにロータシャフト3a,3
bに伝達する場合には切換手段により多板クラッチ（第
２クラッチ）5bのみが作動される。この場合、プーリシ
ャフト32aの駆動力はクラッチ5bを介してロータシャフ
ト3aに伝達されその回転は連結ギヤ4a,4bを介してロー
タシャフト3bに伝達される。従ってこの場合にはロータ
シャフト3aが駆動軸（主）、ロータシャフト3bが被駆動
軸（従）の関係となり、ワンウェイクラッチ5aにおいて
は小ギヤ52と係合して減速回転する大ギヤ51の連動部材
（図示せず）をロータシャフト3bの連動部材（図示せ
ず）が追いこすオーバーラン状態となり、クラッチとし
てこの機能を果さないことになる（不作動の状態）。

次にプーリ30の回転を増速する場合には、切換手段によ
り多板クラッチ5cのみが作動される。この場合、プーリ
シャフト32aの回転はクラッチ5cを介してフリーギヤ36
に伝達され、増速用ギヤとしてフリーギ36の歯数より少
ない歯数のサブギヤ28を介してロータシャフト3bが増速
回転され、その回転は連結ギヤ4a,4bを介してロータシ
ャフト3aに伝達される。従ってこの場合にはロータシャ
フト3bが駆動軸（主）、ロータシャフト3aが被駆動軸
（従）の関係となり、ワンウェイクラッチ5aにおいては
先の直結の場合と同様にオーバーラン状態となる。

即ち、以上説明したような過給機はプーリ30の回転を減
速、直結、及び増速の３段階に亘ってその増速比を可変
とする機構を備えたものであり、その切換え制御例とし
ては、例えば機関がアイドル状態なら減速、アイドル状
態から所定の中負荷状態の範囲内であるなら直結、又中
負荷状態から過給を必要とする高負荷状態では増速とい
うように機関の負荷に応じて適宜、選定されることが好
ましい。尚、以下説明した各変速段に応答するクラッチ
5a,5b,5cの作動関係を下表に示す。

第７図は増速比を４段階に亘って可変ならしめる過給機
構成図である。本実施例によれば過給機の回転駆動部は
径の異なる２つのプーリ、即ち図示する小プーリ30a及
び大プーリ30bを備えており、夫々はクランクシャフト5
3に固定された異径のプーリ、即ち大プーリ54a、小プー
リ54bを介してクランクシャフト53の回転駆動力が伝達
されるようになっている（点線は伝達手段としてのベル
トを示す）。

過給機の大プーリ30bはワンウェイクラッチ5dを介して
本実施例の回転駆動部を構成するシャフト32aと協働関
係にあり、ワンウェイクラッチ5dは大プーリ30bのある
方向の回転に対して、そのトルクをシャフト32aに伝達
し、逆回転方向に対しては空転する。シャフト32aはそ
の両端に多板クラッチ5b及び5eを備えており、一方の多
板クラッチ5eは作動時、小プーリ30aからの回転をシャ
フト32aに伝達し、他方の多板クラッチ5bは作動時、シ
ャフト32aの回転をフリーギヤ36に伝達して、ギヤ36と
係合すべくロータシャフト3b端部に固定されたサブギヤ
28を回転させるようになっている。又、シャフト32aと
ロータシャフト3aとはワンウェイクラッチ5aを介して協
働関係にあり、ワンウェイクラッチ5aはシャフト32aの
ある方向の回転に対してそのトルクをロータシャフト3a
に伝達し、逆回転方向に対しては空転するようになって
いる。ロータシャフト3a及び3bは先の実施例同様、連結
ギヤ4a,4bを介して同期回転する。以下、４段階に亘る
増速における各要素の作動を説明する。

例えば機関がアイドル状態にある時にはクランクシャフ
ト53の回転を最大に減速させるため第１変速段として多
板クラッチ5b,5eは作動されない。従ってクランクシャ
フト53の大プーリ54aからベルトを介して小プーリ30aに
伝達された回転駆動力はシャフト32aに伝達されず、ク
ランクシャフト53の回転はその小プーリ54b、大プーリ3
0b、及びワンウェイクラッチ5dを介してシャフト32aに
伝達され、プーリ54b,30bのプーリ径の比に応じて減速
回転される。そしてシャフト32aの回転はさらにワンウ
ェイクラッチ5aを介してロータシャフト3aに伝達され、
連結ギヤ4a,4bを介してロータシャフト3bを回転させよ
うになる。即ちこの場合はワンウェイクラッチ5aは作動
状態にあり、本変速段としてはロータシャフト3aが駆動
軸（主）、ロータシャフト3bが被駆動軸（従）の関係と
なる。

次に機関が例えば低負荷状態にある時には先のロータシ
ャフト3a,3bの回転速度を増加する必要があり、このた
め過給機は第２変速段としての回転をさせる。即ち、こ
の場合には切換手段によって多板クラッチ（第２クラッ
チ）5bが作動され、小プーリ54b、大プーリ30b、ワンウ
ェイクラッチ5dを経由してシャフト32aへ伝達されたク
ランクシャフト53の回転駆動力は多板クラッチ5bを介し
てフリーギヤ36、サブギヤ28へと伝達されロータシャフ
ト3a,3bは連結ギヤ4a,4bにより回期回転する。従ってそ
の回転速度は先の第１変速段の時よりも係合し合うフリ
ーギヤ36及びサブギヤ28のギヤ比によって増速された状
態となり、ワンウェイクラッチ（第１クラッチ）5aにお
いてロータシャフト3aの連動部材がシャフト32aの連動
部材を追いこすオーバラン（クラッチ不作動）状態とな
る（ロータシャフト3b…駆動軸、同3a…被駆動軸）。

次に機関が例えば中負荷状態にある時は第３変速段とし
て先の第２変速段よりさらにロータシャフト3a,3bの回
転速度を増加する。この場合には切換手段により多板ク
ラッチ5eのみを作動する。その結果、クランクシャフト
53の回転は大プーリ54a、小プーリ30a、及び作動状態に
ある多板クラッチ5eを介してシャフト32aに伝達される
ことになり、シャフト32aはプーリ54a,30a間のプーリ径
の比に応じてクランクシャフト53の回転速度より増速さ
れることになる。又、ワンウェイクラッチ5ddにおいて
は小プーリ54b、大プーリ30bのプーリ比によって増速さ
れたシャフト32aの連動部材がクランクシャフト53より
低速で回転する大プーリ30bの連動部材を追いこし、動
力伝達しない所謂、不作動の状態になる。

このようにして増速されたシャフト32aの回転はワンウ
ェイクラッチ5aを介してロータシャフト3aに伝達され、
連結ギヤ4a,4bを介してロータシャフト3bを同期回転さ
せることになる（ロータシャフト3a…駆動軸、同3b…被
駆動軸）。

最後に機関が高負荷状態にある時に第４変速段として第
３変速段によりもさらにロータシャフト3a,3bの回転速
度を増加して充分な過給効果を生じる必要がある。従っ
てこの場合、作動状態にある多板クラッチ5eに加え、多
板クラッチ3bも作動され、大プーリ54a、小プーリ30a、
多板クラッチ5eを介して増速されたシャフト32aの回転
は多板クラッチ3b、フリーギヤ36、サブギヤ28を介して
さらに増速されてロータシャフト3bに伝達され、ロータ
シャフト3aを同期回転させることになる。尚この時、ワ
ンウェイクラッチ5a、及び5dは双方共オーバーラン状態
となり不作動となる（ロータシャフト3b…駆動軸、同3a
…被駆動軸）。下表に以上述べた第７図過給機における
各変速段に対応するクラッチ5a,5b,5d,5eの作動関係を
まとめたものである。

このように第6,7図に示す実施例によれば、運転条件に
応じて増速比（又は減速比）が変えられ、それに伴って
ロータシャフト3a,3bの主従関係が変化するため、連結
ギヤ4a,4b及びロータシャフト3a,3b支持要素（図示せ
ず）の偏摩耗が抑制され、さらに過給機の回転数を従来
以上に下げて使用できるため過給機駆動に伴う騒音を低
減でき、又クランクシャフト53との連結を果たすベルト
の寿命を向上することができる。また仮りに掃気中の吐
出空気低減のため過給機の吸入側に余剰空気をバイパス
する場合においても、第２図に示す過給機の低速側増速
比を使用する場合よりもさらにバイパス量が低減できバ
イパス通路並びにバイパス弁を小さくすることができ
る。

〔効果〕以上説明したように本発明によれば、流体ポンプの２本
のロータシャフト間の主従関係を切り換えることにより
連結ギヤ、軸受の偏摩耗が抑制されるため、総じて流体
ポンプの耐久性能が向上する。換言すれば、従来、この
耐久性確保のため特定の材料から成る高価なギヤ、軸受
を使用しなければならなかったのに対し、安価かつ軽量
のギヤ、軸受を使用することができ、流体ポンプのコス
トや重量低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム概念図；第２図は本発明の流
体ポンプを機械式過給機に適用した実施例を示す過給機
断面図；第３図は第２図III−III線に沿った側断面図；
第４図は従来の流体ポンプの断面図；第５図は第４図Ｖ
−Ｖ線に沿う部分的ギヤ側断面図；第６図は第２図実施
例とは別の、ロータシャフトの回転を３段階に亘って可
変とする過給機概略構成図、第７図は４段階に亘って変
速可能な過給機概略構成図。１……回転駆動部、2a,2b……ロータ、 3a,3b……ロータシャフト、 4a,4b……連結ギヤ、 5a……第１のクラッチ（ワンウェイクラッチ）、 5b……第２のクラッチ（多板クラッチ）、６……切換手段、10……流体ポンプ、 20……機械式過給機、30……プーリ、 32……騒動ロータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動部と、該回転駆動部により係合回
転する一対のロータとを備えた流体ポンプにおいて、上記一対のロータを支持する２つのロータシャフト、夫
々に固定され互いに噛合することにより双方のロータシ
ャフトを同期回転させる連結ギヤと、上記２つのロータ
シャフトの内、一方のシャフトを上記回転駆動部に連結
する第１のクラッチと、地方のシャフトを上記回転駆動
部に連結する第２のクラッチと、上記第１のクラッチ或
いは第２のクラッチのいずれか一方を択一的に作動する
切換手段とを有することを特徴とする流体ポンプ。