JP2660866B2 - ねじり振動止め機構を備えた回転送風機 - Google Patents
ねじり振動止め機構を備えた回転送風機Info
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Description
とくに、本発明は、内燃機関によって駆動される逆流型
スーパーチャージャーにおけるタイミングギヤの可聴雑
音を軽減するためのねじり振動止め機構を備える回転送
風機に関するものである。
が大きいという特徴がある。ルーツ型送風機の騒音は、
2種類に大別される、すなわち変動負荷を受けるタイミ
ングギヤおよびロータ軸用軸受の回転によって発生する
固体伝送音と、流速の急激な変化などの流体流の特徴に
よって発生する流体伝送音とに分けられる。本出願の発
明は、タイミングギヤのがたつきによって発生する固体
伝送音に関するものである。
うなルーツ型送風機のタイミングギヤは、ギヤの噛み合
った歯がほぼ無負荷状態のときに不快なギヤ鳴りを発生
することが知られている。そのような無負荷状態は、無
過給の低速エンジン作動時に発生する。
ミングギヤによって発生する不快ながたつき音を無くす
ことである。
れるルーツ型送風機におけるタイミングギヤのがたつき
を軽減するとともに、エンジンの停止時または不安定な
低速作動時の不快な2次雑音を防止するねじり振動止め
機構を備える回転送風機を提供することである。
載されているような逆流型の回転送風機は、ハウジング
と;ハウジング内に回転可能に配置され、比較的低圧の
入口空気を比較的低圧から高圧まで制御できる出口空気
として送り出す、ローブを噛み合わせた第1および第2
ロータと;噛み合ったローブの接触を防止するためにそ
れぞれ第1および第2ロータに固定された、第1および
第2の噛み合いタイミングギヤと;アイドル速度と最高
速度との間で選択的に制御可能な周期燃焼トルク伝達エ
ンジンの速度に比例した速度で軸線回りに一方の駆動方
向に正のトルクによって回転駆動される入力駆動部とを
有している。改良として、第1タイミィングギヤにエン
ジントルクを伝達するねじり振動止め機構が設けられて
いる。このねじり振動止め機構には、駆動手段と、第1
および第2ばね手段とが設けられている。駆動手段は、
入力駆動部によって駆動され、第1タイミングギヤに対
して一定の範囲内で前後回転移動できるように取り付け
られている。第1ばね手段は、両端部が駆動手段と第1
タイミングギヤとの間で反作用して、正方向のトルクを
弾性的に伝達する。
ギヤとの間で反作用して、負の駆動方向のトルクを弾性
的に吸収する。また、第2ばね手段は、第1ばね手段よ
りもばね率が高くなっている。
クル型などの周期燃焼型の内燃機関10の一部を概略的に
示している。エンジンには複数のシリンダ12が設けら
れ、各シリンダ内に往復動ピストン14が配設されて、膨
張燃焼室16を形成しており、またそれぞれ吸気弁22およ
び排気弁24を介して燃焼空気を燃焼室へ送る吸気マニホ
ールドアセンブリ18および燃焼室から送り出す排気マニ
ホールドアセンブリ20がエンジンに設けられている。
を噛み合わせた一対のロータ28,29を備えている逆流型
またはルーツ型の容積形送風機26が設けられている。ロ
ータは、図示しない駆動ベルトを介して公知の方法で伝
達されたエンジンクランクシャフトのトルクによって機
械的に駆動することができる。機械式駆動部は、送風機
のロータをクランクシャフトの速度に対して一定の割合
で、また送風機の排気量がエンジンの排気量よりも大き
くなるように、送風機ロータを回転させ、これによって
エンジン燃焼室へ進む空気が増加または過給されて、エ
ンジン出力が増加する。
から空気または混合気充てんを受け入れる入口ポート30
と、充てん量を排出ダクトまたは通路36を介して吸気弁
22へ送る排出または出口ポート34とが設けられている。
吸気および排出ダクト間には、バイパスダクトまたは通
路38が、それぞれ吸気および排出ダクト32,36の開口32
a,36aで連結されている。エンジン10がオットーサイク
ル型の場合、好ましくは公知のようにして外気または大
気空気などの供給源から吸気ダクト32内へ流入する空気
または混合気をスロットル弁40によって制御する。
ライン46を介して入口ダクト32内の圧力に対応するアク
チュエータアセンブリ44によって開閉移動され、従っ
て、エンジンの出力要求量の関数としてダクト36内の過
給圧力を制御するように作動する。バイパス弁42が全開
位置にある時、排出ダクト36内の空気圧は、吸気ダクト
32内の空気圧に比べて比較的低いか、最低圧になってい
る。弁が完全に閉鎖している時、排出ダクト内の空気は
比較的高圧である。
を詳細に説明する。図示の部分には、ハウジングアセン
ブリ48と、ロータアセンブリ50と、入力駆動アセンブリ
52と、ねじり振動止め機構54とが設けられている。この
振動止め機構54は、第2、第3および第5図では立体的
に図示されているが、第4図では断面図になっている。
第4図は、第3図の4−4線に沿った断面図である。ハ
ウジングアセンブリは、本体ハウジング部56と入力駆動
部58とを複数のボルト60で互いに固定して成り、その間
には、通常潤滑油を収容しているギヤ室62が形成されて
いる。本体ハウジング部56にはロータ室64が形成されて
おり、これをギヤ室から隔離する端壁部56aには、転が
り軸受66および可動シール68を支持する段付きの貫通穴
56b,56cが設けられている。本体ハウジング56には、さ
らに入口ポートおよび出口ポート30,34が形成されてお
り、また、ロータ室64の左端部を閉鎖するとともに軸受
66と同様な軸受を支持する図示しない第2端壁部が設け
られている。
固定されて両端部が軸受66などの軸受で支持されている
シャフト70,71と、シャフトの右端部に嵌め付けられて
噛み合いロータローブ28a,29aの接触を防止する噛み合
いタイミングギヤ72,74とが設けられている。ハウジン
グアセンブリ48と同様にロータ28,29を軽量材、例えば
アルミニウム合金で形成するのが好ましい。ロータに設
けるローブの数は幾つでもよいが、ここでは各ロータに
3つのローブ28a,29aが設けられている。ローブは、第
1図に示すように直線状でも、あるいは第2図に示すよ
うにらせん状でもよい。本体ハウジング部分およびロー
タアセンブリについての詳細は、米国特許第4,638,570
号に記載されており、参考としてそれを本説明に含め
る。
持されてシャフト70の軸線と軸方向に整合しているシャ
フト76と、可動シール80と、キー84およびナット86でシ
ャフト76に取り付けられたプーリー82と、シャフトの左
端部に嵌め付けられた環状端部材88と、端部材88の肩部
88aに当接させて右側に設けられた軸受78を左方向へ押
し付けて軸受の揺動を防止するばね90とが設けられてい
る。プーリー82は、エンジントルクを伝達する前述の図
示しないベルトによって駆動される。
には、タイミングギヤの噛み合った歯がほぼ無負荷状態
であり、その間のバックラッシュによって互いに前後方
向にバウンスやクラッシュを発生することが知られてい
る。このバウンスやクラッシュは、ギヤ鳴りとして知ら
れている不快な音を発生するが、エンジン10などの周期
燃焼エンジンによって与えられる過給機駆動トルクのね
じれが原因であると考えられている。ねじり振動止めア
センブリ54によって与えられる弾性駆動力によって、可
聴範囲以下のがたつき音が軽減される。
3本ずつから成る駆動および従動手段としての2組の軸
方向のピン94,96と、2つのねじりばね98,100とが設け
られている。環状部材92は、シャフト70,76の共通軸線
を中心にして回転するように配置されており、共通軸線
と同軸的な表面92aを備えた中央開口と、円周方向に離
して設けられた3つの貫通穴92bと、これらの貫通穴の
中間に位置するようにして円周方向に離して設けられた
円弧形の貫通スロット92cとが形成されている。貫通穴9
2bおよびスロット92cは、共通軸線から半径方向に離れ
た位置にそれに平行に設けられている。ピン(従動手
段)94は、一端部がギヤ74の穴74aに圧入され、他端部
が環状部材の貫通穴92aに圧入されている。ピン(駆動
手段)96は、一端部が端部材88の穴88bに圧入され、他
端部が円弧形スロット92cに摺動可能に収容されてい
る。ピン96およびスロット92c間には、シャフト70,76お
よび/またはその間の部材の不整合の影響を軽減するた
めの一定量の半径方向の遊びを設けてもよい。スロット
92cの端部は、入力駆動部52およびタイミングギヤ74間
の相対回転を制限する確動カムのストップ(停止縁部)
92d,92eを構成している。第1ばね手段としてのばね98
は、ピン94,96間に低率の弾性駆動力を与え、これによ
ってトルク変動およびトルクスパイクが減衰または隔離
されて、無過給の低速エンジン作動時におけるタイミン
グギヤ72,74の歯の可聴がたつき音を防止することがで
きる。第2ばね手段としてのねじりばね100が比較的高
率の弾性ショックアブソーバとなって、エンジンの停止
時に起き易く、またエンジンの不安定作動時にも発生す
る負のトルク変動およびスパイクによってピン96がスト
ップ92eに当たる可聴衝突音を防止する。
径方向に延出し、またその中間に複数回らせん巻き(こ
こでは約3,5巻き)したコイル部が環状部材の中央開口9
2a内に入っている。端部98aは、環状部材92およびタイ
ミングギヤ74に対して移動しないように、盲穴92f内に
固定されている。端部98bは、環状部材92の端面に軸方
向に開放して形成された円弧形へこみ92g内に円周方向
に移動可能に配置されており、ピン96の1つに当接し
て、第5図の矢印A方向のトルクを手段またはピン96か
ら環状部材92および従動手段またはピン94を介してギヤ
74に弾性的に伝達する。ここで矢印A方向のトルクを
正、反対方向のトルクを負のトルクとする。
半径方向に延出し、その中間に設けられた半巻き状のコ
イルまたはC形部分100cが、環状部材の中央開口92a内
に入っている。端部110aは、環状部材92およびタイミン
グギヤ74に対して移動しないように、半径方向のスロッ
ト92h内に固定されている。端部100bは、環状部材92の
端面に軸方向に開放して形成された円弧形へこみ92g内
に円周方向に移動可能に配置されており、ピン96の1つ
に当接して、負のトルクまたはトルクスパイクに弾性的
に対向するか、それを吸収することによって、ストップ
92eとピン96との高速での可聴衝突を防止する。そのよ
うな衝突は、主にエンジン停止時に発生するが、比較的
低速の不安定なエンジン作動時にも発生する。ストップ
92d,92eによって最大相対回転が36゜に制限され、また
振動止め機構が無過給伝達状態にある時、すなわち機構
が回転していない時、ばね98,100によって駆動手段また
はピン96が両方のストップから離されている。
エンジン作動状態の時のギヤ歯の可聴がたつきを防止す
ることである。そのような作動状態の時、ばね98は、ピ
ン96をストップ92dに接触させることなくギヤを駆動で
きる十分なトルク伝達を理想的に実施することができ、
また好ましくはスロット92c内でのピンの移動を最小限
にしてそれを実施し、それによってスロットに対するピ
ンの高速振動による相対運動エネルギーを抑えることが
できる。上記の振動止め機構において、比較的高率のば
ね100に対向する予荷重を低率ばね98に加えると、スロ
ット92c内におけるピン96の移動およびばね98のたわみ
が減少する。例えば、ばね率の差を一桁またはそれ以上
にする。ここでは、ばね98の端部98aに対する端部98bの
移動率が約1/3インチポンド/度であり、ばね100の端部
100aに対する端部100bと移動率が約5インチポンド/度
である。第5図に示したような無トルク伝達状態では、
ばね98に14゜の予荷重が加えられている。
のたわみまたは所定量を越える負のトルクに対応して環
状部材92の表面92aに接するようにC部分を配置するこ
とにより、ばね100のばね率を最初のばね率以上にする
ことができる。
対向するように予荷重を加えるばね手段を備え、ばね手
段が駆動および従動手段としてのピンをストップに接触
させることなく、ギヤを駆動するので、無過給低速エン
ジン作動時におけるタイミングギヤのがたつき音を防止
することができる。
るので、高率のばね弾性により、振動の減衰を早め、エ
ンジンの停止時や不安定作動時に発生する負のトルク変
動およびスパイクを極力下げることができる。
ニホールドアセンブリの概略図、 第2図はスーパーチャージャーとしての回転送風機の部
分断面図、 第3図〜第5図は第2図に示した装置に係るねじり振動
止め機構の各詳細図である。 10……エンジン、26……回転送風機 28,29……ロータ、30……入口ポート 34……出口ポート 48……ハウジングアセンブリ、52……入力駆動 54……ねじり振動止め機構 72,74……タイミングギヤ、94,96……ピン 98……ねじりばね 98a,98b……ねじりばねの端部 100……ねじりばね 100a,100b……ねじりばねの対向端部
Claims (12)
- 【請求項1】ハウジング(48)と;ハウジング内に回転
可能に配置され、比較的低圧の入口ポート(30)空気を
比較的低圧から高圧まで制御できる出口ポート(34)空
気として送り出す、ローブを噛み合わせた第1および第
2ロータ(28,29)と;噛み合ったローブの接触を防止
するためにそれぞれ第1および第2ロータ(28,29)に
固定された第1および第2の噛み合いタイミングギア
(74,72)と;アイドル速度と最高速度との間で選択的
に制御可能な周期燃焼トルク伝達エンジン(10)の速度
に比例した速度で軸線まわりに一方の駆動方向に正のト
ルクによって回転駆動される入力駆動部(52)とを有し
ている逆流型の回転送風機であって、 エンジントルクを第1タイミングギア(74)に伝達する
ねじり振動止め機構(54)を設け、該機構が駆動手段
(96)および従動手段(94)と、第1および第2ばね手
段(98,100)とを備え、前記駆動手段および従動手段を
それぞれ入力駆動部(52)および第1タイミングギア
(74)と共に回転するように、また互いの相対回転が限
定されるようにして取り付け、前記第1ばね手段(98)
の両端部(98a,98b)が駆動および従動手段(96,94)間
で前記一方の駆動方向に反作用し、前記第2ばね手段
(100)の両端部(100a,100b)が駆動および従動手段
(94,96)間で前記一方の駆動方向の反対方向に反作用
するようにし、また前記第2ばね手段(100)のばね率
を第2ばね手段(98)よりも高くしたことを特徴とする
送風機。 - 【請求項2】前記第1および第2ばね手段(98,100)
は、前記振動止め機構が無トルク伝達状態の時、前記駆
動手段(96)に対して対向する両方向に予荷重されてい
る請求項1に記載の送風機。 - 【請求項3】前記振動止め機構はエンジン速度がアイド
ル速度よりも所定量増加するのに応じて前記一方の駆動
方向への相対回転を拘束するストップ手段(92d)を備
えている請求項1または2に記載の送風機。 - 【請求項4】所定量以上の負のトルクに応じて前記第2
ばね手段(100)のばね率を増加する手段(92a,100a)
を含んでいる請求項1ないし3に記載の送風機。 - 【請求項5】前記振動止め機構は前記軸線と同心状の中
央開口(92a)を形成する内表面を備えた部材(92)を
含み、 前記第2ばね手段(100)の両端部(100a,100b)には、
前記中央開口(92a)に配置されたC形部分(100c)が
接続しており、前記C形部分(100c)は、前記振動止め
機構が無トルク伝達状態の時、前記内表面から半径方向
内側に離れており、また所定量を越える負のトルクに対
応して前記内表面の一部に接触して第2ばね手段のばね
率を増加させるようにした請求項1ないし4に記載の送
風機。 - 【請求項6】前記第1ばね手段(98)が、複数のらせん
巻きしたコイル部(98a)を前記中央開口(92a)内に配
置して設けたねじりばねである請求項5に記載の送風
機。 - 【請求項7】前記振動止め機構が、前記駆動および従動
手段(96,98)のいずれか一方と共に回転するように固
定された部材を含み、該部材は前記軸線と同心状の中央
開口(92a)を形成する内表面および少なくとも前記一
方の駆動方向への相対回転を制限する確動カムのストッ
プ手段(92d)を備えている部材(92)を有し、また前
記第1ばね手段(98)が、両端部(98a,98b)の中間に
複数のらせん巻きしたコイル部(98a)を前記中央開口
(92a)内に配置されるとともに前記第1ばねの両端部
(98a,98b)に接続しているねじりばねである請求項1
に記載の送風機。 - 【請求項8】前記第2ばね手段(100)は、前記中央開
口(92a)内に配置され、かつばね手段の両端部(100a,
100b)に接続されるC形部分(100c)を含んでいる請求
項7に記載の送風機。 - 【請求項9】前記C形部分(100c)は前記振動止め機構
が無トルク伝達状態の時、前記中央開口(92a)の内表
面から半径方向内側に離れており、前記C形部分(100
c)の一部が負のトルクに応じて前記内表面の一部に接
触して移動する請求項8に記載の送風機。 - 【請求項10】前記ストップ手段(92d)は、エンジン
速度がアイドル速度よりも所定量増加している場合に前
記一方の駆動方向への相対回転を拘束する請求項9に記
載の送風機。 - 【請求項11】前記振動止め機構(54)は、ストップを
形成する両端部(92d,92e)を備え少なくとも2つの周
方向に拡がったスロット(92)を有する環状部材(92)
を含み、前記駆動および従動手段のいずれか一方に少な
くとも2本のピンを設けて、それぞれの自由端部を前記
スロット(92c)の一方に遊嵌させた請求項1ないし3
に記載の送風機。 - 【請求項12】前記環状部材(92)が前記軸線と同心状
の中央開口(92a)を形成する内表面をを備えており、
前記第1ばね手段(98)が、複数のらせん巻きのコイル
部(98a)を前記中央開口内に配置したねじりばねであ
る請求項11に記載の送風機。
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