WO2015072459A1 - 回転ユニット - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a rotating unit for pumping a fluid, which is mounted on a supercharger that pressurizes intake air of an engine.
- Some engines mounted on vehicles such as motorcycles are provided with a supercharger that pressurizes outside air to supply the engine to the engine (for example, Patent Document 1).
- the impeller of the supercharger is configured to be driven in conjunction with the rotation of the engine rotation shaft, and pressurizes the fluid sucked from one end side of the rotation shaft.
- the rotating shaft and the impeller are formed separately, and the impeller is fixed to one end of the rotating shaft using a nut.
- the rotating unit that is a rotating portion of the supercharger rotates at a high speed, thereby pumping the fluid sucked from one end side to the discharge port.
- it is desired to improve the pumping amount of fluid and increase the output of the engine.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a rotating unit capable of improving the fluid pumping efficiency.
- a rotating unit includes a rotating shaft, an impeller attached to the rotating shaft and pressurizing fluid sucked from one end side of the rotating shaft, A fastening member attached to one end of the rotary shaft and pressing the impeller in an axial direction of the rotary shaft to fix the impeller to the rotary shaft; and the fastening member is provided inside the male screw portion of the rotary shaft.
- the outer surface of at least the tip of the fastening member extends in an axial direction from the one end surface of the rotating shaft, and tapers in the radial direction as moving away from the impeller in the axial direction. It is formed in a reduced diameter shape.
- the outer surface of the front end portion of the fastening member is formed in a reduced-diameter shape that tapers away from the impeller, so that the fluid smoothly flows along the outer surface of the front end portion of the fastening member. Inhaled into the car. As a result, the resistance of the fluid at the time of suction is reduced, and the pumping efficiency of the rotating unit is improved. Further, the outer diameter of the protruding tip portion of the fastening member can be made smaller than the inner diameter of the female screw portion. This further reduces the resistance of the fluid during inhalation.
- the fastening member has the tapered tip located on a central axis. Therefore, since the whole end surface of the rotating shaft is covered, the resistance of the fluid is further reduced.
- the fastening member has a non-cylindrical part for fitting a tool for rotation operation, and a cylindrical part formed closer to the base end part than the non-cylindrical part, It is preferable that the cylindrical portion is used for adjusting the rotational balance of the rotating unit. According to this configuration, since the rotation balance of the rotating shaft can be adjusted using the fastening member, the number of options is increased and the balance adjustment is facilitated as compared with the case where the balance adjustment is performed by cutting only the impeller. On the other hand, the fastening member can be easily tightened by fitting the tool into the non-circular portion.
- the cylindrical part is set to have an outer diameter equal to the outer diameter of the tip part in contact with the fastening member in the impeller. According to this configuration, since there is no step between the fastening member and the impeller, the resistance of the fluid during suction can be further reduced. In addition, since the cylindrical portion is enlarged, the adjustment amount of the rotation balance is increased, and the balance adjustment is facilitated.
- the fastening member has a non-cylindrical part and a cylindrical part
- the non-cylindrical part is formed in a regular polygonal shape having the cylindrical part as a circumscribed circle when viewed from the front end side. According to this configuration, the level difference between the non-cylindrical portion and the cylindrical portion is reduced, so that the resistance of the fluid during inhalation can be further reduced. Further, since the center of gravity of the non-cylindrical portion approaches the axis, it becomes easy to adjust the balance.
- a rotating unit is attached to a rotating shaft, an impeller that is attached to the rotating shaft and pressurizes fluid sucked from one end of the rotating shaft, and is attached to one end of the rotating shaft.
- a fastening member that presses the impeller in the axial direction of the rotating shaft and fixes the impeller to the rotating shaft, and a tip end portion of the rotating shaft that protrudes in the axial direction from the fastening member moves away from the impeller. It is formed in a curved shape so as to be tapered.
- the tip of the rotating shaft is formed in a reduced diameter shape that tapers away from the impeller, so that fluid is smoothly drawn into the impeller along the outer surface of the tip of the rotating shaft. Is done. As a result, the resistance of the fluid during inhalation is reduced, and the efficiency of the rotating unit is improved.
- FIG. 1 is a side view showing a motorcycle equipped with a supercharger including a rotating unit according to a first embodiment of the present invention. It is the perspective view which looked at the engine of the same motorcycle from back diagonally upward. It is a horizontal sectional view showing the turbocharger. It is a horizontal sectional view which expands and shows the rotation unit.
- left side and right side refer to the left and right sides as viewed from the driver who gets on the vehicle.
- FIG. 1 is a left side view of a motorcycle including a supercharger having a rotating unit according to the first embodiment of the present invention.
- a body frame FR of the motorcycle has a main frame 1 that forms a front half and a seat rail 2 that forms a rear half.
- the seat rail 2 is attached to the rear portion of the main frame 1.
- a head pipe 4 is integrally formed at the front end of the main frame 1, and a front fork 8 is pivotally supported on the head pipe 4 via a steering shaft (not shown).
- a front wheel 10 is attached to the lower end portion of the front fork 8, and a steering handle 6 is fixed to the upper end portion of the front fork 8.
- a swing arm bracket 9 is provided at the rear end of the main frame 1 which is the lower center of the vehicle body frame FR.
- a swing arm 12 is pivotally supported around a pivot shaft 16 attached to the swing arm bracket 9 so as to be swingable up and down.
- a rear wheel 14 is rotatably supported at the rear end of the swing arm 12.
- An engine E as a drive source is attached to the front lower side of the swing arm bracket 9 at the lower center of the vehicle body frame FR.
- the engine E drives the rear wheel 14 via a power transmission mechanism 11 such as a chain.
- the engine E is, for example, a 4-cylinder 4-cycle parallel multi-cylinder water-cooled engine. However, the format of the engine E is not limited to this.
- a fuel tank 15 is disposed on the upper part of the main frame 1, and a driver's seat 18 and a passenger seat 20 are supported on the seat rail 2.
- a resin cowling 22 is mounted on the front of the vehicle body. The cowling 22 covers a portion from the front of the head pipe 4 to the side of the front portion of the vehicle body.
- An air intake 24 is formed in the cowling 22. The air intake 24 is located at the front end of the cowling 22 and takes in intake air from the outside to the engine E.
- the intake duct 30 is disposed on the left side of the body frame FR.
- the intake duct 30 is supported by the head pipe 4 in such a manner that the front end opening 30 a faces the air intake port 24 of the cowling 22.
- the air introduced from the front end opening 30a of the intake duct 30 is pressurized by the ram effect.
- the supercharger 32 is arranged behind the engine E.
- the supercharger 32 pressurizes the outside air and supplies it to the engine E.
- the intake duct 30 extends from the front of the engine E to the left outer side in the front-rear direction, and then curves inward of the vehicle body and extends toward the center in the vehicle width direction (left-right direction) as shown in FIG. .
- a downstream end 30 b of the intake duct 30 extending in the left-right direction is connected to a suction port 36 of the supercharger 32, and guides the traveling wind A as intake air I to the supercharger 32.
- An intake chamber 40 is disposed between the discharge port 38 of the supercharger 32 shown in FIG. 1 and the intake port 42 of the engine E, and the discharge port 38 of the supercharger 32 and the intake chamber 40 are directly connected. .
- the intake chamber 40 stores high-pressure intake air I supplied from the discharge port 38 of the supercharger 32.
- the discharge port 38 of the supercharger 32 and the intake chamber 40 may be connected via a pipe.
- a throttle body 45 is disposed between the intake chamber 40 and the intake port 42.
- the intake chamber 40 is disposed above the supercharger 32 and the throttle body 45.
- the fuel tank 15 is arranged above the intake chamber 40 and the throttle body 45.
- the supercharger 32 is a centrifugal type, an impeller 50 fixed to one end portion (left end portion 44 a) of the supercharger rotating shaft 44, and an impeller housing 52 covering the impeller 50.
- a turbocharger case 56 that rotatably supports the turbocharger rotating shaft 44, a transmission mechanism 54 that transmits the power of the engine E to the impeller 50, and a transmission mechanism casing 58 that covers the transmission mechanism 54.
- the impeller 50 of the present embodiment is made of an aluminum alloy, but the material is not limited to this, and may be made of a resin, for example.
- the impeller 50 sucks and pressurizes intake air from the suction port 36 formed by the impeller housing 52.
- the impeller housing 52 and the supercharger case 56 are connected using a bolt 55, and the supercharger case 56 and a transmission mechanism casing 58 are connected using a bolt 57.
- a planetary gear transmission is used as the transmission mechanism 54.
- the transmission mechanism 54 is not limited to the planetary gear transmission.
- the supercharger 32 is driven by the power of the engine E. Specifically, the rotational force of the crankshaft 26 (FIG. 1), which is the rotating shaft of the engine E, is input to the transmission mechanism 54 connected to the supercharger rotating shaft 44 via the chain 60 shown in FIG. It is transmitted to the shaft 65. More specifically, a sprocket 62 is provided at the right end portion of the input shaft 65, and a chain 60 is stretched around a gear 62 a of the sprocket 62.
- the input shaft 65 is a hollow shaft and is rotatably supported by the speed change mechanism casing 58 via a bearing 64.
- Spline teeth 67 are formed on the outer peripheral surface of the right end portion 65b, which is the tip of the input shaft 65, and the sprocket 62 is connected to the input shaft 65 via a one-way clutch 66 that is spline-fitted to the outer peripheral surface.
- An internal thread portion is formed on the inner peripheral surface of the right end portion 65b of the input shaft 65, and the one-way clutch 66 is connected to the right end portion via a washer 70 by a head of a bolt 68 screwed to the internal thread portion. It is attached to 65b.
- a right side portion 44 b that is a base end portion of the supercharger rotating shaft 44 of the supercharger 32 is connected to a left end portion 65 a that is a base end portion of the input shaft 65 via a planetary gear device (transmission mechanism) 54. ing.
- the left end portion 65a of the input shaft 65 includes a flange-shaped flange portion 65a.
- the supercharger rotating shaft 44 is formed as a solid shaft.
- the supercharger rotating shaft 44 is rotatably supported by the supercharger case 56 via a bearing 69.
- each bearing 69 includes an inner ring 69a that is a rotating member and an outer ring 69b that is a stationary member.
- a spacer 71 serving as a spacer member is disposed between the inner rings 69a and 69a.
- the inner ring 69 a is a rotating part RM that rotates integrally with the supercharger rotating shaft 44
- the outer ring 69 b and the bearing housing 76 are non-rotating parts NM that do not rotate integrally with the supercharger rotating shaft 44.
- the bearing housing 76 constitutes the outer peripheral portion of the bearing assembly BA.
- the spacer 71 also constitutes a part of the bearing assembly BA.
- the bearing assembly BA can rotatably support the supercharger rotating shaft 44 in a state where the outer peripheral portion is held and fixed.
- the bearing assembly BA is configured to be detachable from an assembly storage space formed in the supercharger case 56. Specifically, a radial gap is formed between the bearing assembly BA and the supercharger case 56 in a state where the bearing assembly BA is accommodated in the supercharger case 56. By forming an oil layer 96 described later in this gap, the bearing assembly BA is supported in a floating manner with respect to the supercharger case 56.
- the bearing 69 of the bearing assembly BA is, for example, an angular ball bearing.
- the bearing housing 76 of the bearing assembly BA has a stepped portion with which the end faces in the axial direction of the outer rings 69b and 69b abut.
- the step portion has the same axial length as the spacer 71.
- External teeth 78 are formed on the right end (base end) 44 b of the supercharger rotating shaft 44.
- the external teeth 78 are formed to have a larger diameter than other portions of the supercharger rotating shaft 44.
- the right end surface of the inner ring 69 a of the right bearing 69 is in contact with the left end surface of the external tooth 78.
- An oil seal assembly SA is disposed between the bearing assembly BA and the impeller 50 in the supercharger rotating shaft 44.
- the oil seal assembly SA is fitted to the supercharger rotating shaft 44 and is sandwiched between the impeller 50 and the inner ring 69a of the left bearing 69, and an oil layer 96 (described later). 3) a seal holder 79 for holding an oil seal 77 for preventing oil leakage from 3).
- the seal holder 79 is supported by the supercharger case 56 with bolts 81. That is, the seal holder 79 functions as a stopper member that prevents the bearing assembly BA from moving in the axial direction.
- the collar 75 of the oil seal assembly SA is a rotating component RM that rotates integrally with the supercharger rotating shaft 44, and the oil seal 77 and the seal holder 79 are non-rotating components that do not rotate integrally with the supercharger rotating shaft 44. NM.
- the collar 75 is sandwiched between the impeller 50 and the inner ring 69a of the bearing assembly BA and fixed to the supercharger rotating shaft 44.
- the seal holder 79 holds an oil seal 77, and the oil seal 77 blocks the radial gap between the collar 75 and the seal holder 79 to prevent oil from flowing to the impeller 50 side.
- the bolt hole for attaching the seal holder 79 formed in the supercharger case 56 is formed radially outside the assembly housing space.
- the left end face of the bearing housing 76 faces the seal holder 79 in the axial direction, and movement of the bearing assembly BA to the left is restricted.
- a male screw portion 104 is formed on the outer peripheral surface of the left end portion (tip portion) of the supercharger rotary shaft 44 which is the rotary shaft of the present invention, and a fastening member 85 is attached to the male screw portion 104 by screwing. .
- the fastening member 85 is attached to the supercharger rotating shaft 44 by pressing the impeller 50 against the rear side in the axial direction of the supercharger rotating shaft 44 (the right side of the motorcycle).
- the fastening member 85 is made of a material having a specific gravity greater than that of the impeller 50, specifically, iron or steel.
- the fastening member 85 is located on the suction port 36 side of the impeller 50, and has a female screw portion 106 that is screwed into the male screw portion 104 of the supercharger rotating shaft 44.
- the outer surface 85b of the front end portion 85a of the fastening member 85 has a reduced diameter shape that protrudes and extends in the axial direction from one end surface of the supercharger rotating shaft 44 and continuously tapers smoothly away from the impeller 50. Is formed.
- the female thread portion 106 is closed from the axial direction at the distal end portion 85a.
- the fastening member 85 of this embodiment is a kind of cap nut.
- the fastening member 85 has a tapered tip 85c located on the central axis C.
- the distal end 85c of the fastening member 85 is located on the outer side (left side) of the open end (left side end) 52a of the impeller housing 52 shown in FIG.
- the fastening member 85 is formed on a non-cylindrical portion 108 for fitting a rotary operation tool such as a torque wrench, and closer to the base end (rightward) than the non-cylindrical portion 108.
- a cylindrical portion 110 is formed in a polygonal shape having the cylindrical portion 110 as a circumscribed circle when viewed from the front end side.
- the cylindrical portion 110 is set to have an outer diameter equal to the outer diameter of the tip portion 50a in contact with the fastening member 85 in the impeller 50 shown in FIG. Therefore, the cylindrical portion 110 and the tip portion 50a of the impeller 50 are formed flush with each other, and there is no step.
- the cylindrical portion 110 By providing the cylindrical portion 110, it is easy to form the tip portion 85a into a tapered shape with a processing machine.
- the cylindrical portion 110 can be provided by an axial dimension that can be chucked by a processing machine such as a lathe.
- the axial dimension of such a cylindrical portion 110 is preferably 5 mm or more.
- the fastening member 85 is formed in the hollow shape which has the hollow part opened to the base end side. Specifically, the hollow portion is formed across the entire cylindrical portion 110 and the non-circular portion 108 and a part of the distal end portion 85a.
- the female screw portion 106 is formed from the circular portion 110 to the middle of the non-circular portion 108.
- non-circular portion 108 inside the non-circular portion 108 is a hollow portion where no female screw is formed.
- the male screw portion 104 is formed to the left end of the supercharger rotating shaft 44
- the female screw portion 106 is extended to a position on the left side of the left end of the supercharger rotating shaft 44.
- the supercharger rotating shaft 44, the impeller 50, the oil seal assembly SA, the bearing assembly BA, and the fastening member 85 are detachably accommodated in the supercharger case 56 including members that rotate integrally with the impeller 50, and are carried.
- a rotating unit RU that can be unitized is configured.
- the rotating unit RU preferably includes all members that rotate together with the impeller 50.
- the rotation unit RU rotates at high speed. In this embodiment, it rotates at 50,000 rpm or more per minute.
- Both end surfaces of the impeller 50 in the axial direction are formed by planes orthogonal to the axial direction.
- the left end surface constitutes a seat surface on which the fastening member 85 abuts
- the right end surface constitutes a contact surface abutting on the collar 75.
- the right end surface of the impeller 50 is in contact with the left end surface of the external teeth 78 indirectly via the collar 75, the inner ring 69 a and the spacer 71.
- the impeller 50 is pressed against the supercharger rotating shaft by pressing the left end surface of the impeller 50 with the fastening member 85. 44 is fixed.
- the male screw formed at the left end 44a of the supercharger rotating shaft 44 is set in a direction in which the fastening member 85 is tightened when the supercharger rotating shaft 44 rotates.
- the external teeth 78 are formed in a helical tooth shape, and when the supercharger rotating shaft 44 rotates, the external teeth 78 extend in the axial direction opposite to the direction of the suction reaction force generated due to the rotation of the impeller 50. It is formed to apply force. By configuring the external teeth 78 with helical teeth, the axial load applied to the bearing 69 can be reduced.
- the fastening member 85 is formed with an adjustment portion for adjusting the rotation balance of the rotation unit RU.
- the cylindrical portion 110 of the fastening member 85 constitutes an adjustment unit for adjusting the rotation balance.
- the balance adjustment is performed by cutting the outer peripheral surface of the cylindrical portion 110 or by overlaying.
- an adjustment unit may be provided on the back surface of the impeller 50.
- the adjustment unit is preferably provided in a portion where the specific gravity is heavier than that of the impeller 50.
- the fastening member 85 is a portion having a higher specific gravity than the impeller 50.
- the planetary gear unit 54 is disposed between the input shaft 65 and the supercharger rotating shaft 44 and is supported by the speed change mechanism casing 58.
- a plurality of planetary gears 80 are gear-connected to the outer teeth 78 of the right end portion (base end portion) 44b of the supercharger rotating shaft 44 side by side in the circumferential direction. That is, the external teeth 78 of the supercharger rotating shaft 44 function as the sun gear of the planetary gear unit 54.
- the planetary gear 80 is gear-connected to a large-diameter internal gear (ring gear) 82 on the radially outer side.
- the planetary gear 80 is rotatably supported on the carrier shaft 86 by a bearing 84 attached to the supercharger case 56.
- the carrier shaft 86 is fixed to a fixing member 88, and this fixing member 88 is fixed to the supercharger case 56 with a bolt 90. That is, the carrier shaft 86 is fixed.
- An input gear 92 provided at the left end of the input shaft 65 is gear-coupled to the internal gear 82.
- the internal gear 82 is gear-connected so as to rotate in the same rotational direction as the input shaft 65, the carrier shaft 86 is fixed, and the planetary gear 80 rotates in the same rotational direction as the internal gear 82.
- the sun gear (external gear 78) is formed on the supercharger rotating shaft 44 serving as an output shaft, and rotates in the direction opposite to the planetary gear 80.
- a lubricating oil passage 94 is formed which communicates with a supercharger lubricating passage (not shown) from the outside and guides the lubricating oil to the bearing housing 76.
- an oil layer 96 is formed between the supercharger case 56 and the bearing housing 76, and a lubricating oil passage 94 is connected to the oil layer 96.
- the oil layer 96 has a function of relaxing the swing of the supercharger rotating shaft 44.
- a donut plate-like shim that adjusts the tip clearance which is a gap between the tip of the impeller 50 and the inner peripheral surface of the impeller housing 52, between the seal holder 79 (non-rotating part NM) and the supercharger case 56. 102 is inserted.
- a shim accommodation space is formed in the supercharger case 56, and the shim 102 is interposed between the seal holder 79 and the supercharger case 56.
- the shim 102 can be attached to and detached from the supercharger case 56.
- the shim accommodation space is formed radially outside the assembly accommodation space.
- the seal holder 79 is fixed to the supercharger case 56 at a position farther leftward with respect to the supercharger case 56.
- a plurality of shims 102 having different thicknesses are prepared, and one or a plurality of shims 102 are disposed between the seal holder 79 and the supercharger case 56.
- the shim 102 is selected so that the tip clearance between the impeller 50 and the impeller housing 52 is within a predetermined range in a state where the bearing housing 76 is in contact with the seal holder 79.
- the performance of the turbocharger 32 can be maintained by keeping the tip clearance within a predetermined range.
- the balance adjustment method includes a rotation unit assembly step S1 for assembling the rotation unit RU and a rotation balance adjustment step S2 for adjusting the balance of the assembled rotation unit U.
- the rotating unit U after balance adjustment is assembled to the supercharger case in the assembling step S3.
- the bearing assembly BA and the oil seal assembly SA are attached to the turbocharger rotating shaft 44 of FIG. 4, and the impeller 50 is attached to the left end 44a (tip portion) of the turbocharger rotating shaft 44.
- the fastening member 85 is screwed into the male screw portion 104 at the tip of the supercharger rotating shaft 44.
- the impeller 50, the inner ring 69 a of the bearing assembly BA, the spacer 71, and the collar 75 of the oil seal assembly SA are pressed in the axial direction (right side), and between the external teeth 78 and the fastening member 85. It is pinched by.
- the impeller 50, the inner ring 69a of the bearing assembly BA, the spacer 71, and the collar 75 are fixed to the supercharger rotating shaft 44 so as not to be relatively displaced, and the rotating unit RU is assembled.
- the impeller 50 is rotated in a state where the outer peripheral surface of the bearing housing 76 and the seal holder 79 of the bearing assembly BA are supported by a jig, and the cylindrical portion 110 of the fastening member 85 is shaved.
- the rotation balance of the rotation unit RU is adjusted. If necessary, the back of the impeller 50 that has little influence on the performance of the supercharger 32 is shaved to adjust the rotational balance.
- the balance is adjusted so that the center of gravity of the rotating unit RU approaches the axis. Thereby, when the rotating unit RU rotates at high speed, the bearing 69 can be prevented from being damaged, the vibration of the rotating unit RU can be suppressed, and the rotating unit RU can be prevented from being an excitation source.
- the fastening member 85 may not be formed by machining, and the non-circular portion 108 is formed. For this reason, the rotational balance with respect to the supercharger rotating shaft 44 tends to be disturbed. Therefore, even if the rotational balance is adjusted by the impeller 50 alone, the rotational balance may not be achieved when the fastening member 85 is mounted. As in the present embodiment, by adjusting the rotation balance in the assembled state as the rotation unit RU, the balance can be adjusted in consideration of the rotation balance of the rotating parts RM other than the impeller 50. Accuracy is improved.
- the rotating unit RU after the rotation balance adjustment is assembled to the supercharger case 56 without being detached from the jig and disassembled.
- the chip clearance between the impeller 50 and the supercharger case 56 is adjusted by inserting the shim 102 between the seal holder 79 of the oil seal assembly SA and the supercharger case 56.
- the rotating unit RU is integrated with the supercharger case 56. Can be attached from.
- the balance of the rotary unit RU can be adjusted in a state where the impeller 50, the bearing assembly BA, and the oil seal assembly SA are integrated with the supercharger rotating shaft 44. Therefore, the balance adjustment after being incorporated in the supercharger 32 is possible. This eliminates the need to reduce assembly man-hours.
- the fastening member 85 is provided with the column portion 110 for adjusting the rotational balance, the number of options is increased and the balance can be easily adjusted as compared with the case where only the impeller 50 is cut.
- the rotation unit RU is easily attached to the supercharger case 56 by fixing the seal holder 79 of the oil seal assembly SA to the supercharger case 56 using the bolts 81. Therefore, since it is not necessary to press-fit the rotating unit RU into the supercharger case 56, assembly is also easy.
- the power is transmitted to the rotary unit RU using the planetary gear unit 54, it is necessary to center the three axes of the input shaft 65, the carrier shaft 86, and the supercharger rotary shaft 44. It is difficult to match the axis.
- the bearing housing 76 is supported by the supercharger case 56 via the oil layer 96 so as to be movable in the radial direction, the supercharger rotating shaft 44 is caused to swing due to the use of the planetary gear unit 54. Can absorb.
- the bearing housing 76 cannot be fixed to the supercharger case 56, the rotary unit RU is rotatably accommodated in the case by fixing the seal holder 79 to the supercharger case 56.
- the seal holder 79 also serves as a stopper portion that prevents the bearing housing 76 from moving in the axial direction, the number of parts can be reduced.
- the tip clearance between the impeller 50 and the supercharger case 56 is adjusted.
- the clearance of the car 50 can be easily adjusted.
- the rotational balance of the rotary unit RU is adjusted while the outer peripheral surface of the bearing housing 76 is supported, the impeller 50, the bearing assembly BA, and the oil seal assembly SA are integrated with the supercharger rotary shaft 44.
- the balance of the rotary unit RU can be adjusted, and the adjustment work becomes easy.
- Rotating unit RU includes a bearing housing 76 that does not rotate integrally with impeller 50 as rotating unit RU. Thereby, rotation balance adjustment can be performed in the state which supported the outer peripheral part of bearing housing 76 with the jig. As a result, the rotation balance can be adjusted easily and accurately.
- the rotation unit RU includes a portion that rotatably supports the rotating component RM that rotates integrally with the impeller 50.
- the outer surface 85b of the distal end portion 85a of the fastening member 85 shown in FIG. 4 is formed in a reduced diameter shape that continuously tapers away from the impeller 50.
- high-speed intake air is smoothly drawn into the impeller 50 along the outer surface 85 b of the distal end portion 85 a of the fastening member 85.
- the suction resistance at the time of suction is reduced, and the pumping efficiency of the rotating unit RU, that is, the efficiency of the supercharger 32 is improved.
- the outer diameter of the protruding tip 85 a of the fastening member 85 can be made smaller than the inner diameter of the female screw portion 106. This further reduces the intake resistance during inhalation.
- the intake duct 30 constituting the intake passage is curved in front of the suction port 36 of the supercharger 32. Therefore, the flow of the intake air I is biased to the outside in the bending direction (rear of the vehicle body), and high-speed intake air is likely to flow near the central axis C. Therefore, the intake resistance reduction effect by the front end portion 85a of the fastening member 85 shown in FIG. 3 is increased.
- the output of the engine E at the time of high output is improved by several percent.
- the tapered member 85 shown in FIG. 4 has a tapered tip 85c positioned on the central axis C. Thereby, since the whole one end surface of the supercharger rotating shaft 44 is covered, the intake resistance is further reduced.
- the cylindrical part 110 of the fastening member 85 is set to an outer diameter equal to the outer diameter of the tip part 50a of the impeller 50. Thereby, since there is no step between the fastening member 85 and the impeller 50, the resistance of the intake air at the time of inhalation can be further reduced. Further, by increasing the cylindrical portion 110, the adjustment amount for the rotation balance is increased, and the balance adjustment is facilitated.
- the non-cylindrical portion 108 of the fastening member 85 is formed in a regular hexagonal shape having a cylindrical portion 110 as a circumscribed circle when viewed from the front end side.
- FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
- tip part 120a is hemispherical shape.
- Other structures are the same as those in the first embodiment. Also in the second embodiment, the same effects as in the first embodiment described above can be obtained.
- FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
- the fastening member 122 of the rotary unit RUB according to the third embodiment is formed with a through-hole 124 penetrating in the axial direction at a tapered tip end portion 122a.
- a flat front end surface 123 is formed along the radial direction on the outer periphery of the through hole 124.
- the diameter d1 of the through hole 124 and the outer diameter of the distal end surface 123, that is, the diameter d2 of the tapered distal end portion 122a are set smaller than the diameter d3 of the rotating shaft 44.
- Other structures are the same as those in the first embodiment. In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained.
- FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
- the distal end portion 126 of the rotating shaft 44 of the rotating unit RUC according to the fourth embodiment protrudes from the hexagon nut 125 that is a fastening member toward the axial distal end side, and continues as the outer surface 126a of the distal end portion 126 moves away from the impeller 50. It is curved so as to taper smoothly.
- Other structures are the same as those in the first embodiment.
- high-speed intake air is smoothly drawn into the impeller 50 along the outer surface 126 a of the tip end portion 126 of the tapered rotating shaft 44. As a result, the intake resistance at the time of inhalation is reduced, and the pumping efficiency of the rotary unit RUC is improved.
- the non-circular portion 108 has a hexagonal column shape, but is not limited thereto, and may be a polygonal shape other than a hexagon. Further, the non-circular portion 108 may have a substantially cylindrical shape in which a groove (knurl) of a tool for rotation operation is formed in addition to the polygonal shape.
- the adjustment unit is provided in the fastening member 85.
- the adjustment unit may be provided in other rotating unit components other than the impeller 50.
- a collar may be disposed between the impeller 50 and the fastening member 85, and an adjustment unit may be provided in this collar. At that time, it is possible to adjust the balance by giving eccentricity to the collar and changing the direction of the collar.
- tip part 85a of the fastening member 85 was formed in the reduced diameter shape which tapers continuously, you may form so that it may taper in steps,
- the outer surface 85b may have a curved shape whose cross-sectional shape is recessed toward the central axis C.
- the fastening member 85 may be formed in a spiral shape having a turning direction opposite to the rotation direction of the rotation unit RU when viewed from the axial front end portion 85a side.
- the rotation unit is preferably applied to a centrifugal supercharger in which an impeller rotates at a relatively high speed, and particularly preferably applied to a supercharger that is accelerated by a planetary gear device.
- the present invention is suitably applied to a supercharger that is driven by power from a device having a relatively high speed such as an engine.
- the present invention can be applied to a supercharger having another structure, and can also be applied to a supercharger mounted on an engine of a vehicle other than a motorcycle. Further, it can be applied to a supercharger driven by exhaust energy, an electric motor or the like in addition to the engine rotational force.
- the present invention can be applied to rotating machines other than a supercharger such as a pump and a blower.
- the rotation unit RU only needs to include the collar 75 of the seal assembly SA, and the oil seal 77 and the seal holder 79 may be omitted from the rotation unit RU. Further, the seal assembly SA may not be provided, and the present invention can be applied to a supercharger having a structure that does not use the shim 102.
- the oil layer 96 may not be provided.
- the bearing housing 76 may be press-fitted into the supercharger case 56, or the bearing housing itself may be formed in the supercharger case 56.
- the rotary unit RU is integrated by sandwiching the rotary unit component between the large-diameter external teeth 78 provided at the base end portion and the fastening member 85 screwed to the tip.
- the structure of the rotation unit RU is not limited to this.
- a small-diameter gear may be provided at the proximal end
- a large-diameter stopper may be provided at the distal end
- the rotating unit component may be sandwiched between a nut and a stopper screwed into the proximal end. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.
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Abstract
回転ユニット(RU)は、過給機回転軸(44)と、過給機回転軸(44)に取り付けられて、過給機回転軸(44)の一端部(44a)側から吸入した流体を加圧する羽根車(50)と、羽根車(50)を過給機回転軸(44)の軸方向に押圧して過給機回転軸(44)に固定する締結部材(85)とを備えている。締結部材(85)は、内部に過給機回転軸(44)の雄ねじ部(104)に螺合する雌ねじ部(106)を有しており、締結部材(85)の先端部(85a)の外表面(86b)が、羽根車(50)から遠ざかるにつれて連続的に滑らかに先細りとなる縮径形状に形成されている。
Description
この出願は、2013年11月12日出願のPCT/JP2013/080516および2014年9月18日出願の特願2014-189922の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
本発明は、エンジンの吸気を加圧する過給機に搭載されるような、流体を圧送するための回転ユニットに関するものである。
自動二輪車のような車両に搭載されるエンジンにおいて、外気を加圧してエンジンに供給する過給機を設けたものがある(例えば、特許文献1)。この過給機の羽根車は、エンジン回転軸の回転に連動して駆動するように構成され、回転軸の一端側から吸入した流体を加圧している。
特許文献1に開示の過給機では、回転軸と羽根車とが別体に形成され、ナットを用いて回転軸の一端部に羽根車を固定している。過給機の回転部分となる回転ユニットは、高速回転することで、一端側から吸入される流体を吐出口へ圧送する。過給機として、流体の圧送量を向上させ、エンジンの出力を高めることが望まれる。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、流体の圧送効率を向上させることができる回転ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第1構成に係る回転ユニットは、回転軸と、前記回転軸に取り付けられて、前記回転軸の一端部側から吸入した流体を加圧する羽根車と、前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記羽根車を前記回転軸の軸方向に押圧して前記回転軸に固定する締結部材とを備え、前記締結部材は、内部に前記回転軸の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、前記締結部材における少なくとも先端部の外表面が、前記回転軸の一端面よりも軸方向に突出して延び、かつ前記羽根車から軸方向に遠ざかるにつれて径方向に先細りとなる縮径形状に形成されている。
この構成によれば、締結部材の先端部の外表面が、羽根車から遠ざかるにつれて先細りとなる縮径形状に形成されているので、流体が締結部材の先端部の外表面に沿って滑らかに羽根車に吸入される。その結果、吸入時の流体の抵抗が小さくなって、回転ユニットの圧送効率が向上する。また、締結部材の突出した先端部の外径を、雌ねじ部の内径よりも小さくできる。これにより、吸入時の流体の抵抗がさらに小さくなる。
本発明の第1構成において、好ましくは、前記締結部材は、中心軸線上に前記先細りの先端が位置する。これにより、回転軸の一端面の全体が覆われるので、流体の抵抗が一層小さくなる。
本発明の第1構成において、前記締結部材は、回転操作用の工具が嵌合するための非円柱部分と、前記非円柱部分よりも基端部寄りに形成される円柱部分とを有し、前記円柱部分が、前記回転ユニットの回転バランスの調整に用いられることが好ましい。この構成によれば、締結部材を用いて回転軸の回転バランスを調整できるので、羽根車のみを削ってバランス調整を行う場合に比べて、選択肢が増えてバランス調整がしやすくなる。他方、非円形部分に工具を嵌合させて締結部材を容易に締め付けることができる。
前記締結部材が非円柱部分と円柱部分とを有する場合、前記円柱部分は、前記羽根車における前記締結部材に接する先端部分の外径と等しい外径に設定されていることが好ましい。この構成によれば、締結部材と羽根車との間に段差がなくなるので、吸入時の流体の抵抗を一層小さくできる。また、円柱部分が大きくなるので、回転バランスの調整代も大きくなり、バランス調整がしやすくなる。
前記締結部材が非円柱部分と円柱部分とを有する場合、前記非円柱部分は、先端側から見て前記円柱部分を外接円とする正多角形形状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、非円柱部分と円柱部分との間の段差が小さくなるので、吸入時の流体の抵抗を一層小さくできる。また、非円柱部分の重心が軸心に近づくので、バランス調整がしやすくなる。
本発明の第2構成に係る回転ユニットは、回転軸と、前記回転軸に取り付けられて、前記回転軸の一端部側から吸入した流体を加圧する羽根車と、前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記羽根車を前記回転軸の軸方向に押圧して前記回転軸に固定する締結部材とを備え、前記締結部材から軸方向に突出する前記回転軸の先端部が、前記羽根車から遠ざかるにつれて先細りとなるように湾曲した形状に形成されている。
この構成によれば、回転軸の先端部が、羽根車から遠ざかるにつれて先細りとなる縮径形状に形成されているので、流体が回転軸の先端部の外表面に沿って滑らかに羽根車に吸入される。その結果、吸入時の流体の抵抗が小さくなって、回転ユニットの効率が向上する。
請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
本発明の第1実施形態に係る回転ユニットを備えた過給機を搭載した自動二輪車を示す側面図である。
同自動二輪車のエンジンを後方斜め上方から見た斜視図である。
同過給機を示す水平断面図である。
同回転ユニットを拡大して示す水平断面図である。
同回転ユニットの締結部材を拡大して示す斜視図である。
同回転ユニットのバランス調整方法を示すフロー図である。
本発明の第2実施形態に係る回転ユニットの回転軸の先端部を示す断面図である。
本発明の第3実施形態に係る回転ユニットの回転軸の先端部を示す断面図である。
本発明の第4実施形態に係る回転ユニットの回転軸の先端部を示す断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本明細書において、「左側」および「右側」は、車両に乗車した操縦者から見た左右側をいう。
図1は本発明の第1実施形態に係る回転ユニットを有する過給機を備えた自動二輪車の左側面図である。この自動二輪車の車体フレームFRは、前半部を形成するメインフレーム1と、後半部を形成するシートレール2とを有している。シートレール2は、メインフレーム1の後部に取り付けられている。メインフレーム1の前端にヘッドパイプ4が一体形成され、このヘッドパイプ4にステアリングシャフト(図示せず)を介してフロントフォーク8が回動自在に軸支されている。フロントフォーク8の下端部に前輪10が取り付けられ、フロントフォーク8の上端部に操向用のハンドル6が固定されている。
一方、車体フレームFRの中央下部であるメインフレーム1の後端部に、スイングアームブラケット9が設けられている。このスイングアームブラケット9に取り付けたピボット軸16の回りに、スイングアーム12が上下揺動自在に軸支されている。このスイングアーム12の後端部に、後輪14が回転自在に支持されている。車体フレームFRの中央下部でスイングアームブラケット9の前側に、駆動源であるエンジンEが取り付けられている。エンジンEがチェーンのような動力伝達機構11を介して後輪14を駆動する。エンジンEは、例えば、4気筒4サイクルの並列多気筒水冷エンジンである。ただし、エンジンEの形式はこれに限定されない。
メインフレーム1の上部に燃料タンク15が配置され、シートレール2に操縦者用シート18および同乗車用シート20が支持されている。また、車体前部に、樹脂製のカウリング22が装着されている。カウリング22は、前記ヘッドパイプ4の前方から車体前部の側方にかけての部分を覆っている。カウリング22には、空気取入口24が形成されている。空気取入口24は、カウリング22の前端に位置し、外部からエンジンEへの吸気を取り入れる。
車体フレームFRの左側に、吸気ダクト30が配置されている。吸気ダクト30は、前端開口30aをカウリング22の空気取入口24に臨ませた配置でヘッドパイプ4に支持されている。吸気ダクト30の前端開口30aから導入された空気は、ラム効果により昇圧される。
エンジンEの後方に、過給機32が配置されている。過給機32は、外気を加圧してエンジンEに供給する。前記吸気ダクト30は、エンジンEの前方から左外側方を前後方向に延びて通過したのち、図2に示すように車体内側に湾曲して車幅方向(左右方向)の中央部に向かって延びる。左右方向に延びる吸気ダクト30の下流端30bは、過給機32の吸込口36に接続され、過給機32に走行風Aを吸気Iとして導いている。
図1に示す過給機32の吐出口38とエンジンEの吸気ポート42との間に、吸気チャンバ40が配置され、過給機32の吐出口38と吸気チャンバ40とが直接接続されている。吸気チャンバ40は、過給機32の吐出口38から供給された高圧の吸気Iを貯留する。過給機32の吐出口38と吸気チャンバ40とをパイプを介して接続してもよい。吸気チャンバ40と吸気ポート42との間には、スロットルボディ45が配置されている。
吸気チャンバ40は、過給機32およびスロットルボディ45の上方に配置されている。吸気チャンバ40およびスロットルボディ45の上方に、前記燃料タンク15が配置されている。
図3に示すように、過給機32は遠心式であり、過給機回転軸44の一端部(左側端部44a)に固定された羽根車50と、羽根車50を覆う羽根車ハウジング52と、過給機回転軸44を回転自在に支持する過給機ケース56と、エンジンEの動力を羽根車50に伝達する変速機構54と、変速機構54を覆う変速機構ケーシング58とを有している。本実施形態の羽根車50はアルミニウム合金製であるが、材質はこれに限定されず、例えば樹脂製であってもよい。羽根車50は、羽根車ハウジング52により形成された吸込口36から吸気を吸入して加圧する。
羽根車ハウジング52と過給機ケース56とがボルト55を用いて連結され、過給機ケース56と変速機構ケーシング58とがボルト57を用いて連結されている。この実施形態では、変速機構54として遊星歯車変速装置を用いている。ただし、変速機構54は遊星歯車変速装置に限定されない。
過給機32はエンジンEの動力によって駆動される。具体的には、エンジンEの回転軸であるクランク軸26(図1)の回転力が、図3に示すチェーン60を介して、過給機回転軸44に連結された、変速機構54の入力軸65に伝達されている。より詳細には、入力軸65の右側端部にスプロケット62が設けられ、このスプロケット62の歯車62aにチェーン60が掛け渡されている。
入力軸65は中空軸からなり、軸受64を介して変速機構ケーシング58に回転自在に支持されている。入力軸65における先端部である右側端部65bの外周面にスプライン歯67が形成されおり、この外周面にスプライン嵌合されたワンウェイクラッチ66を介して、前記スプロケット62が入力軸65に連結されている。入力軸65の右側端部65bの内周面に雌ねじ部が形成されており、ワンウェイクラッチ66が、この雌ねじ部に螺合されたボルト68の頭部により、ワッシャ70を介して、右側端部65bに装着されている。
過給機32の過給機回転軸44の基端部である右側部44bが、入力軸65の基端部である左側端部65aに、遊星歯車装置(変速機構)54を介して連結されている。入力軸65の左側端部65aは、鍔状のフランジ部65aからなる。過給機回転軸44は、中実のシャフトに形成されている。過給機回転軸44は、軸受69を介して過給機ケース56に回転自在に支持されている。
図4に示すように、軸受69は軸方向(自動二輪車の左右方向)に並んで2つ配置されており、各軸受69は、回転部材である内輪69aと、静止部材である外輪69bとを有している。両内輪69a,69aの間にスペーサ部材となる間座71が配置されている。これら2つの軸受69,69が、軸受ハウジング76に収納され、軸受アセンブリBAの一部を構成している。つまり、内輪69aは、過給機回転軸44と一体に回転する回転部品RMであり、外輪69bおよび軸受ハウジング76は、過給機回転軸44と一体に回転しない非回転部品NMである。軸受ハウジング76は、軸受アセンブリBAの外周部を構成する。間座71も、軸受アセンブリBAの一部を構成している。
軸受アセンブリBAは、外周部を把持固定した状態で、過給機回転軸44を回転自在に支持できる。軸受アセンブリBAは、過給機ケース56に形成されるアセンブリ収納空間に着脱可能に構成されている。具体的には、過給機ケース56に軸受アセンブリBAが収納された状態で、軸受アセンブリBAと過給機ケース56との間に径方向の隙間が形成される。この隙間に、後述のオイル層96を形成することで、軸受アセンブリBAは、過給機ケース56に対して浮動的に支持されている。
軸受アセンブリBAの軸受69は、例えばアンギュラ玉軸受である。軸受アセンブリBAの軸受ハウジング76は、各外輪69b,69bの軸方向端面が当接する段差部が形成されている。段差部は、間座71と軸方向の長さが同じである。これにより、軸受ハウジング76は、2つの軸受69に対して軸方向に固定される。また、軸受ハウジング76の右側端面は、過給機ケース56に軸方向に対向しており、軸受アセンブリBAの右側への移動が規制されている。
過給機回転軸44の右側端部(基端部)44bに、外歯78が形成されている。外歯78は、過給機回転軸44のほかの部分よりも大径に形成されている。外歯78の左側端面に、右側の軸受69の内輪69aの右側端面が当接している。
過給機回転軸44における軸受アセンブリBAと羽根車50との間に、オイルシールアセンブリSAが配置されている。オイルシールアセンブリSAは、過給機回転軸44に嵌合されて羽根車50と左側の軸受69の内輪69aとの間で挟圧される筒状のカラー75と、後述のオイル層96(図3)からのオイル漏れを防ぐためのオイルシール77を保持するシール保持体79とを有している。
図3に示すように、シール保持体79は、ボルト81により過給機ケース56に支持されている。つまり、シール保持体79は、軸受アセンブリBAが軸方向に移動するのを防ぐストッパ部材として機能する。オイルシールアセンブリSAのカラー75は、過給機回転軸44と一体に回転する回転部品RMであり、オイルシール77およびシール保持体79は、過給機回転軸44と一体に回転しない非回転部品NMである。
カラー75は、羽根車50と軸受アセンブリBAの内輪69aとに狭持されて過給機回転軸44に固定されている。シール保持体79は、オイルシール77を保持し、オイルシール77は、カラー75とシール保持体79との径方向隙間をふさいで、羽根車50側にオイルが流れるのを防いでいる。過給機ケース56に形成されるシール保持体79を取り付けるためのボルト孔は、アセンブリ収容空間よりも径方向外側に形成されている。軸受ハウジング76の左側端面は、シール保持体79に軸方向に対向しており、軸受アセンブリBAの左側への移動が規制されている。
本発明の回転軸である過給機回転軸44の左側端部(先端部)の外周面に雄ねじ部104が形成されており、この雄ねじ部104に締結部材85が螺合により取り付けられている。締結部材85は、羽根車50を過給機回転軸44の軸方向後側(自動二輪車の右側)に押圧して過給機回転軸44に取り付けられる。締結部材85は、羽根車50よりも比重の大きい材料、具体的には、鉄または鋼製である。
図4に示すように、締結部材85は、羽根車50の吸込口36側に位置し、内部に過給機回転軸44の雄ねじ部104に螺合する雌ねじ部106を有している。締結部材85の先端部85aの外表面85bは、過給機回転軸44の一端面よりも軸方向に突出して延び、かつ羽根車50から遠ざかるにつれて連続的に滑らかに先細りとなる縮径形状に形成されている。本実施形態の締結部材85は、先端部85aで雌ねじ部106が軸方向から塞がれている。詳細には、本実施形態の締結部材85は、一種の袋ナットである。締結部材85は、中心軸線C上に先細りの先端85cが位置する。締結部材85の先端85cは、図3に示す羽根車ハウジング52の開口端(左側端)52aよりも外側(左側)に位置している。
図5に示すように、締結部材85は、トルクレンチのような回転操作用の工具が嵌合するための非円柱部分108と、非円柱部分108よりも基端部寄り(右寄り)に形成される円柱部分110とを有している。非円柱部分108は、先端側から見て円柱部分110を外接円とする多角形形状に形成されており、本実施形態では、各辺の長さが等しい正六角柱形状である。円柱部分110は、図4に示す羽根車50における締結部材85に接する先端部分50aの外径と等しい外径に設定されている。したがって、円柱部分110と羽根車50の先端部分50aとの間が面一に形成されて段差は存在しない。
円柱部分110を設けることで、先端部85aを加工機で先細り形状に形成し易い。例えば、旋盤のような加工機にチャック可能な程度の軸方向寸法分だけ、円柱部分110を設けることができる。このような円柱部分110の軸方向寸法は、好ましくは、5mm以上である。締結部材85は、基端側に開口した中空部を有する中空形状に形成される。具体的には、中空部は、円柱部分110および非円形部分108の全体、ならびに先端部85aの一部にまたがって形成される。雌ねじ部106は、円形部分110から非円形部分108の途中まで形成される。換言すると、非円形部分108の内部には、中空部分であって雌ねじが形成されない部分が存在する。雄ねじ部104が過給機回転軸44の左側端まで形成される場合、雌ねじ部106は過給機回転軸44の左側端よりも左側の位置にまで延長される。
過給機回転軸44、羽根車50、オイルシールアセンブリSA、軸受アセンブリBAおよび締結部材85により、羽根車50一体に回転する部材を含んで過給機ケース56に着脱自在に収納されて、持ち運び可能にユニット化される回転ユニットRUを構成している。回転ユニットRUは、羽根車50とともに一体回転する部材をすべて含むことが好ましい。回転ユニットRUは、高速に回転する。本実施形態では、一分あたり5万回転以上で回転する。
羽根車50の軸方向(左右方向)両端面は、軸心方向に直交する平面で形成されている。左側端面は、締結部材85が当接する座面を構成し、右側端面は、カラー75に当接する当接面を構成している。本実施形態では、羽根車50の右側端面が、カラー75、内輪69a、間座71を介して間接的に、外歯78の左側端面に当接している。
つまり、羽根車50の右側端面を間接的に外歯78の左側端面に当接させた状態で、締結部材85によって羽根車50の左側端面を押し付けることで、羽根車50が過給機回転軸44に固定される。ここで、過給機回転軸44の左側端部44aに形成された雄ねじは、過給機回転軸44が回転すると、締結部材85が締まる向きに設定されている。また、外歯78は、はす歯形状に形成されており、過給機回転軸44が回転すると、羽根車50の回転に起因して発生する吸込反力の向きと反対側の軸方向の力がかかるように形成されている。外歯78をはす歯で構成することで、軸受69にかかる軸方向の負荷を減らすことができる。
締結部材85に、回転ユニットRUの回転バランス調整用の調整部が形成されている。詳細には、締結部材85の円柱部分110が、回転バランス調整用の調整部を構成する。バランス調整は、円柱部分110の外周面の削り込み、または肉盛りにより行われる。締結部材85に加えて、羽根車50の背面にも調整部を設けてもよい。調整部は、羽根車50よりも比重が重い部位に設けるのが好ましい。本実施形態では、羽根車50はアルミニウム合金製で、締結部材85は鋼製であるから、締結部材85は羽根車50よりも比重が重い部位である。
回転ユニットRUには、図3の遊星歯車装置54を介して動力が入力される。遊星歯車装置54は入力軸65と過給機回転軸44との間に配置され、変速機構ケーシング58に支持されている。過給機回転軸44の右側端部(基端部)44bの前記外歯78に複数の遊星歯車80が周方向に並んでギヤ連結されている。すなわち、過給機回転軸44の外歯78は遊星歯車装置54の太陽歯車として機能する。さらに、遊星歯車80は径方向外側で大径の内歯車(リングギヤ)82にギヤ連結している。遊星歯車80は、過給機ケース56に装着された軸受84によりキャリア軸86に回転自在に支持されている。
キャリア軸86は固定部材88に固定され、この固定部材88が過給機ケース56にボルト90により固定されている。つまり、キャリア軸86は固定されている。内歯車82には入力軸65の左側端部に設けられた入力ギヤ92がギヤ連結されている。このように、内歯車82が入力軸65と同じ回転方向に回転するようにギヤ接続され、キャリア軸86が固定されて遊星歯車80は内歯車82と同じ回転方向に回転する。太陽歯車(外歯車78)は出力軸となる過給機回転軸44に形成されており、遊星歯車80と反対の回転方向に回転する。
過給機ケース56に、外部からの過給機潤滑通路(図示せず)に連通して、軸受ハウジング76まで潤滑油を導く潤滑油通路94が形成されている。詳細には、過給機ケース56と軸受ハウジング76との間にオイル層96が形成され、このオイル層96に潤滑油通路94が接続されている。これにより、軸受ハウジング76は、オイル層96を介して過給機ケース56に径方向に移動可能に支持されている。オイル層96は、過給機回転軸44の揺動を緩和する機能を持つ。
シール保持体79(非回転部品NM)と過給機ケース56との間に、羽根車50の先端と羽根車ハウジング52の内周面との隙間であるチップクリアランスを調節するドーナツ板状のシム102が挿入されている。
具体的には、過給機ケース56にシム収容空間が形成され、シム102がシール保持体79と過給機ケース56との間に介在している。シム102は、過給機ケース56に対して着脱可能である。シム収容空間は、アセンブリ収容空間よりも径方向外側に形成されている。シム102の枚数が増えるほど、シール保持体79が過給機ケース56に対して左側に離れた位置で、過給機ケース56に固定される。例えば、厚さの異なるシム102が複数枚用意され、シール保持体79と過給機ケース56との間に、シム102が1枚あるいは複数枚配置される。具体的には、軸受ハウジング76がシール保持体79に当接した状態で、羽根車50と羽根車ハウジング52との間のチップクリアランスが所定範囲に収まるように、シム102が選択される。
前記チップクリアランスが所定範囲内に収まることで、過給機32の性能が維持できる。チップクリアランスが小さくなるほど、高速回転時における過給機32の性能が向上する。回転ユニットRU全体で軸方向位置を調整しているので、軸方向位置を調整した場合でも、回転バランスが乱れることはない。
つぎに、図4の回転ユニットRUのバランス調整方法および過給機への組付方法について説明する。図6に示すように、同バランス調整方法は、回転ユニットRUを組み立てる回転ユニット組立工程S1と、組み立てた回転ユニットUのバランス調整を行う回転バランス調整工程S2とを有している。バランス調整後の回転ユニットUは、組付工程S3において過給機ケースに組み付けられる。
回転ユニット組立工程S1では、図4の過給機回転軸44に、軸受アセンブリBAおよびオイルシールアセンブリSAを取り付け、過給機回転軸44の左側端部44a(先端部)に羽根車50を装着した後、過給機回転軸44の先端の雄ねじ部104に締結部材85を螺合する。締結部材85を締め付けることで、羽根車50、軸受アセンブリBAの内輪69a、間座71およびオイルシールアセンブリSAのカラー75が軸方向(右側)に押圧され、外歯78と締結部材85との間で挟持される。これにより、羽根車50、軸受アセンブリBAの内輪69a、間座71およびカラー75が過給機回転軸44に相対変位不能に固定され、回転ユニットRUが組み立てられる。
回転バランス調整工程S2では、軸受アセンブリBAの軸受ハウジング76の外周面およびシール保持体79を治具によって支持した状態で、羽根車50を回転させて、締結部材85の円柱部分110を削ることで、回転ユニットRUの回転バランスを調整する。必要に応じて、過給機32の性能に影響の少ない羽根車50の背面を削って、回転バランスを調整する。本実施形態では、回転ユニットRUの重心が軸心に近づくようにバランス調整される。これにより、回転ユニットRUが高速回転したときに、軸受69が損傷するのを防いだり、回転ユニットRUの振動を抑えたり、回転ユニットRUが加振源になるのを防いだりすることができる。
締結部材85は機械加工にて形成されない可能性があり、非円形部分108が形成されている。このため、過給機回転軸44に対して回転バランスが乱れやすい。したがって羽根車50単体で回転バランスを調整しても、締結部材85が装着された状態では回転バランスがとれていないことがある。本実施形態のように、回転ユニットRUとして組み立てた状態で回転バランスを調整することで、羽根車50以外の回転部品RMの回転バランスも考慮してバランスを調整することができるから、回転バランスの精度が向上する。
組付工程S3では、回転バランス調整後の回転ユニットRUを、冶具から取り外して分解することなく、過給機ケース56に組み付ける。その際、オイルシールアセンブリSAのシール保持体79と過給機ケース56との間にシム102を挿入することで、羽根車50と過給機ケース56とのチップクリアランスを調節する。
このバランス調整方法では、締結部材85を用いて羽根車50、軸受アセンブリBAおよびオイルシールアセンブリSAが過給機回転軸44に一体化されているので、回転ユニットRUを一体で過給機ケース56から取り付けることができる。その結果、過給機回転軸44に羽根車50、軸受アセンブリBAおよびオイルシールアセンブリSAを一体化した状態で、回転ユニットRUのバランスを調整できるので、過給機32に組み込んだのちのバランス調整が不要になるから、組立工数を削減できる。また、締結部材85に、回転バランス調整用の円柱部分110が設けられているので、羽根車50のみを削る場合に比べて、選択肢が増えてバランス調整がし易くなる。
さらに、ボルト81を用いてオイルシールアセンブリSAのシール保持体79を過給機ケース56に固定することで、回転ユニットRUが過給機ケース56に容易に取り付けられる。そのため、回転ユニットRUを過給機ケース56に圧入する必要がないので、組立も容易である。
本実施形態では、遊星歯車装置54を用いて回転ユニットRUに動力を伝達しているので、入力軸65、キャリア軸86および過給機回転軸44の3つの軸の芯出しを行う必要があり、軸心を一致させるのが困難である。しかしながら、軸受ハウジング76がオイル層96を介して過給機ケース56に径方向に移動可能に支持されているので、遊星歯車装置54を用いることに起因する過給機回転軸44の揺動を吸収できる。この場合、軸受ハウジング76を過給機ケース56に固定できないが、シール保持体79を過給機ケース56に固定することで、回転ユニットRUがケースに回転自在に収納される。さらに、シール保持体79が、軸受ハウジング76の軸方向への移動するのを防ぐストッパ部を兼ねているので、部品点数を減らすことができる。
さらに、オイルシールアセンブリSAのシール保持体79と過給機ケース56との間にシム102を挿入することで、羽根車50と過給機ケース56とのチップクリアランスを調節しているので、羽根車50のクリアランスの調節が容易になる。
また、軸受ハウジング76の外周面を支持した状態で、回転ユニットRUの回転バランスを調整するので、過給機回転軸44に羽根車50、軸受アセンブリBAおよびオイルシールアセンブリSAを一体化した状態で、回転ユニットRUのバランスを調整でき、調整作業が容易になる。
回転ユニットRUとして羽根車50と一体回転しない軸受ハウジング76が、回転ユニットRUに含まれている。これにより、軸受ハウジング76の外周部を冶具で支持した状態で、回転バランス調整を行うことができる。その結果、回転バランスの調整を容易にかつ精度よく行うことができる。このように、羽根車50と一体回転する回転部品RMを回転可能に支持する部分が、回転ユニットRUに含まれることが好ましい。
上記構成によれば、図4に示す締結部材85の先端部85aの外表面85bが、羽根車50から遠ざかるにつれて連続的に先細りとなる縮径形状に形成されている。これにより、高速の吸気が締結部材85の先端部85aの外表面85bに沿って滑らかに羽根車50に吸入される。その結果、吸入時の吸気抵抗が小さくなって、回転ユニットRUの圧送効率、すなわち過給機32の効率が向上する。また、締結部材85の突出した先端部85aの外径を、雌ねじ部106の内径よりも小さくできる。これにより、吸入時の吸気抵抗がさらに小さくなる。
図2に示すように、吸気通路を構成する吸気ダクト30は、過給機32の吸込口36の手前で湾曲している。そのため、吸気Iの流れが湾曲方向外側(車体後方)に偏っており、中心軸線C付近にも高速の吸気が流れやすくなっている。したがって、図3に示す締結部材85の先端部85aによる吸気抵抗低減効果が大きくなる。過給機32の効率が向上したことにより、特に、高出力時のエンジンEの出力が数%向上した。
図4に示す締結部材85は、中心軸線C上に先細りの先端85cが位置する。これにより、過給機回転軸44の一端面の全体が覆われるので、吸気抵抗が一層小さくなる。
締結部材85の円柱部分110は、羽根車50の先端部分50aの外径と等しい外径に設定されている。これにより、締結部材85と羽根車50との間に段差がなくなるので、吸入時の吸気の抵抗を一層小さくできる。また、円柱部分110を大きくすることで、回転バランスの調整代も大きくなり、バランス調整がしやすくなる。
締結部材85の非円柱部分108は、図5に示すように、先端側から見て円柱部分110を外接円とする正六角形形状に形成されている。これにより、非円柱部分108と円柱部分110との間の段差が小さくなるので、吸入時の吸気抵抗を一層小さくできる。また、非円柱部108の重心が中心軸線Cに近づくので、バランス調整がしやすくなる。
図7は、本発明の第2実施形態を示す。第2実施形態に係る回転ユニットRUAの締結部材120は、先細りの先端部120aが半球形状である。その他の構造は、第1実施形態と同じである。第2実施形態においても、上述の第1実施形態と同様の効果を奏する。
図8は、本発明の第3実施形態を示す。第3実施形態に係る回転ユニットRUBの締結部材122は、先細りの先端部122aに軸方向に貫通した貫通孔124が形成されている。貫通孔124の外周には、径方向に沿った平坦な先端面123が形成されている。貫通孔124の直径d1および先端面123の外径、つまり先細りの先端部122aの直径d2は、回転軸44の直径d3よりも小さく設定されている。その他の構造は、第1実施形態と同じである。第3実施形態においても、上述の第1実施形態と同様の効果を奏する。
図9は、本発明の第4実施形態を示す。第4実施形態に係る回転ユニットRUCの回転軸44の先端部126は、締結部材である六角ナット125から軸方向先端側に突出し、先端部126の外表面126aが、羽根車50から遠ざかるにつれて連続的に滑らかに先細りとなるように湾曲している。その他の構造は、第1実施形態と同じである。第4実施形態によれば、高速の吸気が、先細りの回転軸44の先端部126の外表面126aに沿って滑らかに羽根車50に吸入される。その結果、吸入時の吸気抵抗が小さくなって、回転ユニットRUCの圧送効率が向上する。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、非円形部分108は六角柱形状であったが、これに限定されず、六角形以外の多角形形状であってもよい。さらに、非円形部分108は多角形形状以外に、回転操作用の工具の溝(ローレット)が形成された、ほぼ円柱形状であってもよい。
また、上記実施形態では、締結部材85に調整部を設けていたが、羽根車50を除く他の回転ユニット構成部品に調整部を設けてもよい。例えば、羽根車50と締結部材85との間にカラーを配置し、このカラーに調整部を設けてもよい。その際、カラーに偏心をつけておき、カラーの向きを変えることでバランス調整することもできる。さらに、上記実施形態では、締結部材85の先端部85aの外表面85bが連続的に先細りとなる縮径形状に形成されていたが、段階的に先細りとなるように形成してもよく、また、外表面85bは、その断面形状が中心軸線Cに向かって凹入した湾曲形状であってもよい。また、締結部材85は、軸方向の先端部85a側から見て、回転ユニットRUの回転方向と反対の旋回方向を有する螺旋状に形成してもよい。
上記回転ユニットは、羽根車が比較的高速で回転する遠心式過給機に好適に適用され、特に、遊星歯車装置にて増速される過給機に好適に適用される。また、エンジンのような回転数が比較的高速な装置からの動力で駆動される過給機に好適に適用される。ただし、他の構造の過給機にも適用することができ、自動二輪車以外の乗物のエンジンに搭載された過給機にも適用することができる。また、エンジン回転力のほか、排気エネルギー、電気モータ等によって駆動される過給機にも適用できる。さらに、ポンプ、送風機のような過給機以外の回転機械にも適用できる。
回転ユニットRUには、シールアセンブリSAのうちカラー75が含まれていればよく、オイルシール77およびシール保持体79が回転ユニットRUから省略してもよい。また、シールアセンブリSAはなくてもよく、シム102を用いない構造の過給機にも本発明は適用できる。
また、オイル層96はなくてもよい。その場合、軸受ハウジング76を過給機ケース56に圧入嵌合してもよく、また、軸受ハウジング自体を過給機ケース56に形成してもよい。さらに、上記実施形態では、基端部に設けた大径の外歯78と先端に螺合した締結部材85との間で回転ユニット構成部品を挟持することで回転ユニットRUを一体化したが、回転ユニットRUの構造はこれに限定されない。例えば、基端部に小径の歯車を設け、先端部に大径のストッパを設け、基端部に螺合したナットとストッパとの間で回転ユニット構成部品を挟持してもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
44 過給機回転軸(回転軸)
50 羽根車
85,120,122 締結部材
104 雄ねじ部
106 雌ねじ部
108 非円柱部分
110 円柱部分
RU,RUA,RUB,RUC 回転ユニット
50 羽根車
85,120,122 締結部材
104 雄ねじ部
106 雌ねじ部
108 非円柱部分
110 円柱部分
RU,RUA,RUB,RUC 回転ユニット
Claims (6)
- 回転軸と、
前記回転軸に取り付けられて、前記回転軸の一端部側から吸入した流体を加圧する羽根車と、
前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記羽根車を前記回転軸の軸方向に押圧して前記回転軸に固定する締結部材と、を備え、
前記締結部材は、内部に前記回転軸の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、
前記締結部材における少なくとも先端部の外表面が、前記回転軸の一端面よりも軸方向に突出して延び、かつ前記羽根車から軸方向に遠ざかるにつれて径方向に先細りとなる縮径形状に形成されている回転ユニット。 - 請求項1に記載の回転ユニットにおいて、前記締結部材は、中心軸線上に前記先細りの先端が位置する回転ユニット。
- 請求項1または2に記載の回転ユニットにおいて、前記締結部材は、回転操作用の工具が嵌合するための非円柱部分と、前記非円柱部分よりも基端部寄りに形成される円柱部分とを有し、
前記円柱部分が、前記回転ユニットの回転バランスの調整に用いられる回転ユニット。 - 請求項3に記載の回転ユニットにおいて、前記円柱部分は、前記羽根車における前記締結部材に接する先端部分の外径と等しい外径に設定されている回転ユニット。
- 請求項3または4に記載の回転ユニットにおいて、前記非円柱部分は、先端側から見て前記円柱部分を外接円とする正多角形形状に形成されている回転ユニット。
- 回転軸と、
前記回転軸に取り付けられて、前記回転軸の一端部側から吸入した流体を加圧する羽根車と、
前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記羽根車を前記回転軸の軸方向に押圧して前記回転軸に固定する締結部材と、を備え、
前記締結部材から軸方向に突出する前記回転軸の先端部が、前記羽根車から遠ざかるにつれて先細りとなるように湾曲した回転ユニット。
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