JP4400472B2 - 内燃機関の動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト伝動により動力伝達を行う内燃機関の動力伝達装置に関する。

従来技術として、特許文献１に記載されたクラッチ内蔵型プーリ装置がある。
このクラッチ内蔵型プーリ装置は、一方向クラッチを介してエンジンのクランク軸に連結された駆動プーリを備え、エンジンの回転速度が一定もしくは上昇傾向にある時は、一方向クラッチを介してクランク軸の回転が駆動プーリに伝達され、エンジンの回転速度が低下傾向にある時は、駆動プーリとクランク軸との間が一方向クラッチによって切り離される。
特開２００４−１０８５０５号公報

ところが、上記のクラッチ内蔵型プーリ装置は、エンジンを始動する際に発生する衝撃トルクに耐え得る様に設計する必要があり、クランク軸の強度やクランク軸への固定方法等を考慮すると、全体的に大型化するという問題があった。
また、エンジンの運転中に発生する振動が一方向クラッチや軸受（例えばボールベアリング）に直接的に伝わるので、耐久性が低下して破損に至る恐れがある。また、軸受に早期はくり（微小な金属片がフレーク状に剥がれる現象）が発生することもあり、それに伴って異音が発生する問題もある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、耐久性の向上と小型化を実現できる内燃機関の動力伝達装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、内燃機関を始動するための回転力が伝達されて回転する始動用プーリと、この始動用プーリと内燃機関のクランク軸との間に設けられる一方向クラッチととを有し、始動用プーリに伝達された回転力が一方向クラッチを介してクランク軸に伝達される内燃機関の動力伝達装置であって、始動用プーリと一方向クラッチとの間または一方向クラッチとクランク軸との間に配設される弾性体と、始動用プーリと一方向クラッチとが一体に構成されたプーリユニットと、このプーリユニットをクランク軸に取り付けるための取付け部材とを備え、この取付け部材がクランク軸に固定されると共に、取付け部材に弾性体を介してプーリユニットが連結され、且つ、取付け部材は、クランク軸に固定された第１の取付けステーと、プーリユニットに弾性体を介して連結された第２の取付けステーとを有し、この第２の取付けステーが締結手段によって第１の取付けステーに着脱可能に固定されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、始動用プーリから一方向クラッチを介してクランク軸に回転力が伝達される際に発生する衝撃トルクを弾性体によって軽減できるので、クランク軸およびクランク軸への取付け部位に加わる負荷が低減される。その結果、弾性体を持たない構成と比較して、必要な強度を低くできるため、動力伝達装置の小型、軽量化が可能となる。 また、一方向クラッチとクランク軸との間に弾性体を配設した場合は、内燃機関の始動中にクランク軸から伝達される振動を弾性体で吸収できるので、一方向クラッチに伝達される振動を抑制でき、一方向クラッチの破損を防止できる。
また、始動用プーリと一方向クラッチとでプーリユニットを構成し、そのプーリユニットが弾性体を介して取付け部材に連結されるので、内燃機関の機種が異なる場合（例えば、クランク軸への取付け構造等が異なる場合）でも、取付け部材を変更するだけで、プーリユニットを共通化できるため、低コストな動力伝達装置を提供できる。
さらに、螺子等の締結手段により、第２の取付けステーを第１の取付けステーに固定するだけでプーリユニットを組み付けることができるので、動力伝達装置の組み付け性が向上する。

（請求項２の発明）
本発明は、内燃機関を始動するための回転力が伝達されて回転する始動用プーリと、この始動用プーリと内燃機関のクランク軸との間に設けられる一方向クラッチとを有し、始動用プーリに伝達された回転力が一方向クラッチを介してクランク軸に伝達される内燃機関の動力伝達装置であって、始動用プーリと一方向クラッチとの間または一方向クラッチとクランク軸との間に配設される弾性体と、始動用プーリと一方向クラッチとが一体に構成されたプーリユニットと、このプーリユニットをクランク軸に取り付けるための取付け部材とを備え、この取付け部材がクランク軸に固定されると共に、取付け部材に弾性体を介してプーリユニットが連結され、且つ、プーリユニットは、始動用プーリの径方向内側に弾性体が配設され、その弾性体の径方向内側に一方向クラッチが配設されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、始動用プーリから一方向クラッチを介してクランク軸に回転力が伝達される際に発生する衝撃トルクを弾性体によって軽減できるので、クランク軸およびクランク軸への取付け部位に加わる負荷が低減される。その結果、弾性体を持たない構成と比較して、必要な強度を低くできるため、動力伝達装置の小型、軽量化が可能となる。 また、一方向クラッチとクランク軸との間に弾性体を配設した場合は、内燃機関の始動中にクランク軸から伝達される振動を弾性体で吸収できるので、一方向クラッチに伝達される振動を抑制でき、一方向クラッチの破損を防止できる。
また、始動用プーリと一方向クラッチとでプーリユニットを構成し、そのプーリユニットが弾性体を介して取付け部材に連結されるので、内燃機関の機種が異なる場合（例えば、クランク軸への取付け構造等が異なる場合）でも、取付け部材を変更するだけで、プーリユニットを共通化できるため、低コストな動力伝達装置を提供できる。
さらに、一方向クラッチと弾性体および始動用プーリを同軸上に配置しているので、動力伝達装置を軸方向にコンパクトに構成できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の動力伝達装置において、内燃機関によって補機をベルト駆動するための補機駆動用プーリを備え、この補機駆動用プーリがクランク軸に固定されると共に、その補機駆動用プーリまたはクランク軸に取付け部材が固定され、その取付け部材に弾性体を介してプーリユニットが連結されていることを特徴とする。

この構成によれば、始動用プーリと一方向クラッチとでプーリユニットを構成し、そのプーリユニットが弾性体を介して取付け部材に連結される。つまり、プーリユニットを補機駆動用プーリに固定する必要がないため、内燃機関の機種が異なる場合（例えば、クランク軸への取付け構造等が異なる場合）でも、取付け部材を変更するだけで、プーリユニットを共通化でき、低コストな動力伝達装置を提供できる。

（請求項４の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の動力伝達装置において、一方向クラッチは、弾性体を介してクランク軸側に連結される外輪と、始動用プーリに連結される内輪と、外輪と内輪との間でトルク伝達を断続する転動体とを備え、始動用プーリを介して内輪に一方向のトルクが伝達された時に、転動体が内輪と外輪とに係合して両者を結合状態とし、クランク軸より弾性体を介して外輪に一方向のトルクが伝達された時に、転動体が内輪と外輪との間で空転して両者の結合状態を解除することを特徴とする。

上記の構成によれば、内燃機関が始動してクランク軸の回転速度が始動用プーリの回転速度を上回ると、一方向クラッチの転動体が空転して外輪と内輪との結合状態が解除されるため、始動用プーリとクランク軸との間で相対回転が発生する。
その後、始動用プーリに結合された内輪の回転が停止しても、クランク軸に結合された外輪は、内燃機関の運転中、クランク軸と一体に常時回転している。その結果、外輪の回転によって発生する遠心力が転動体に作用するため、転動体は、内輪のトルク伝達面（内輪の外周面）から分離して空転する。つまり、転動体は、内輪の外周面に摺動しながら空転することはなく、内輪の外周面から浮き上がった状態で空転するので、内輪と転動体との摺動面の摩耗が抑制される。また、内輪と転動体との摺動によるトルクロスを低減できるので、内燃機関の燃費向上にも寄与できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は内燃機関の動力伝達装置の全体断面図、図２は車両に搭載されたベルト駆動システムの模式図である。
実施例１に示す内燃機関１の動力伝達装置２は、図２に示す様に、ベルト駆動によって内燃機関１を始動する始動装置３と、内燃機関１によってベルト駆動される補機４との間で動力伝達を行うもので、以下に説明する補機駆動用プーリ５、始動用プーリ６、および一方向クラッチ７等を備える。

補機駆動用プーリ５は、図１に示す様に、内燃機関１のクランク軸８の端部にボルト９で固定され、クランク軸８と一体に回転する。この補機駆動用プーリ５には、無端ベルト１０が掛け渡され、そのベルト１０を介して補機４の回転軸４ａに取り付けられた補機プーリ１１に連結されている（図２参照）。なお、図２では、１つの補機４（例えば、オルタネータ）が示されているが、同一のベルト１０によって複数の補機４を連結するサーペンタイン方式を採用することもできる。

始動用プーリ６は、一方向クラッチ７と共にプーリユニットＰｕとして構成され、このプーリユニットＰｕが、後述する弾性体１２を介して、補機駆動用プーリ５に連結されている。この始動用プーリ６には、例えば、タイミングベルト１３が掛け渡され、そのタイミングベルト１３を介して、始動装置３の出力軸３ａに取り付けられたスタータプーリ１４に連結されている（図２参照）。
始動装置３は、ベルト駆動式スタータとして周知であり、内蔵するモータ（図示せず）の回転力を出力軸３ａに取り出してスタータプーリ１４を回転させることにより、その回転力がタイミングベルト１３を介して始動用プーリ６に伝達される。

一方向クラッチ７は、図１に示す様に、補機駆動用プーリ５に前記弾性体１２を介して連結される外輪７ａと、始動用プーリ６にアームプレート６ａを介して結合された内輪７ｂと、外輪７ａと内輪７ｂとの間でトルク伝達を断続する転動体７ｃ等で構成される。
外輪７ａは、始動用プーリ６の内径側に配置され、弾性体１２を介して補機駆動用プーリ５およびクランク軸８と一体に回転する。
内輪７ｂは、外輪７ａの径方向内側に配置されると共に、一組のサポート軸受１５（例えば、ボールベアリング）を介して外輪７ａと相対回転可能に設けられ、始動用プーリ６と一体に回転する。アームプレート６ａは、始動用プーリ６と一体（別体でも良い）に設けられ、内輪７ｂの軸方向端部に溶接等により固定されている。

転動体７ｃは、例えば、円柱形状のローラであり、外輪７ａの内周に凹設された楔状のカム室（図示せず）に配設され、図示しないスプリングによってカム室の狭小方向に付勢されている。この転動体７ｃは、始動用プーリ６を介して内輪７ｂに一方向のトルクが伝達された時、つまり、始動装置３の回転力が始動用プーリ６に伝達されて、始動用プーリ６と一体に内輪７ｂが回転すると、内輪７ｂと外輪７ａとの間に挟持され、両者を結合状態にして内輪７ｂから外輪７ａへトルク伝達する。一方、補機駆動用プーリ５を介してクランク軸８から外輪７ａに一方向のトルクが伝達された時、つまり、内燃機関１の始動によってクランク軸８の回転速度が始動用プーリ６の回転速度を上回ると、内輪７ｂと外輪７ａとの間で空転して両者の結合状態を解除することにより、外輪７ａから内輪７ｂへのトルク伝達を遮断する。

前記弾性体１２は、例えば、板状のゴム材をリング状に形成したもので、一方向クラッチ７の外輪７ａと一体に設けられた外側リング部７ｄと、補機駆動用プーリ５と一体に設けられた内側リング部５ａとの間に圧入状態で配設されている。
外側リング部７ｄは、外輪７ａの外周面から径方向外側に立ち上がる立上げ壁７ｅを介して、外輪７ａの外周面と平行に設けられている。
内側リング部５ａは、補機駆動用プーリ５の内径側から軸方向に延設されて、外側リング部７ｄの内径側に配置される。

次に、上記の動力伝達装置２の動作を説明する。
始動装置３のモータに通電され、そのモータの回転力が出力軸３ａに伝達されると、出力軸３ａに生じる回転力がスタータプーリ１４からタイミングベルト１３を介して始動用プーリ６に伝達されて、始動用プーリ６が回転する。
始動用プーリ６の回転は、一方向クラッチ７を介して補機駆動用プーリ５に伝達され、さらに補機駆動用プーリ５が固定されたクランク軸８に伝達される。
クランク軸８が回転して内燃機関１が始動すると、クランク軸８の回転速度が始動用プーリ６の回転速度を上回ることにより、一方向クラッチ７が切り離される（転動体７ｃが空転する）。

内燃機関１の始動により、始動装置３のモータへの通電が停止されると、始動用プーリ６の回転が停止することで、一方向クラッチ７の内輪７ｂの回転も停止する。これに対し、一方向クラッチ７の外輪７ａは、内燃機関１の運転中、クランク軸８および補機駆動用プーリ５と一体に常時回転している。
内燃機関１の始動によってクランク軸８に発生する回転力は、補機駆動用プーリ５からベルト１０を介して補機プーリ１１に伝達されて、補機４を駆動する。

（実施例１の効果）
実施例１に示す動力伝達装置２では、プーリユニットＰｕと補機駆動用プーリ５との間に弾性体１２を配置しているので、内燃機関１の始動時に発生する衝撃トルクを弾性体１２によって軽減できる。これにより、クランク軸８およびクランク軸８への取付け部位に加わる負荷が低減されるため、弾性体１２を持たない構成、つまり、一方向クラッチ７の外輪７ａと補機駆動用プーリ５とが直接連結されている構成と比較すると、衝撃トルクを軽減できる分、必要な強度を低く設計できるため、動力伝達装置２の小型、軽量化が可能となる。

また、内燃機関１の始動中にクランク軸８から伝達される振動を弾性体１２で吸収できるので、一方向クラッチ７に伝達される振動を抑制できる。その結果、一方向クラッチ７の共振が抑えられるため、一方向クラッチ７の破損およびサポート軸受１５の早期はくりを防止できる。
さらに、実施例１の動力伝達装置２は、始動用プーリ６の内径側に一方向クラッチ７を配置して、その一方向クラッチ７と始動用プーリ６との間に弾性体１２を配設しているので、動力伝達装置２を軸方向にコンパクトに構成できる。

また、実施例１の動力伝達装置２に使用される一方向クラッチ７は、内輪７ｂが始動用プーリ６に連結され、外輪７ａがクランク軸８側に連結されているので、内燃機関１の始動後、一方向クラッチ７が切り離されると、始動用プーリ６に結合されている内輪７ｂの回転が停止して、クランク軸８に結合されている外輪７ａのみ回転を維持できる。その結果、外輪７ａの回転によって発生する遠心力が転動体７ｃに作用するため、転動体７ｃは、内輪７ｂのトルク伝達面（内輪７ｂの外周面）から分離して空転することができる。つまり、転動体７ｃは、内輪７ｂの外周面に摺動しながら空転するのではなく、内輪７ｂの外周面から浮き上がった状態で空転するので、内輪７ｂと転動体７ｃとの摺動面の摩耗が抑制される。また、内輪７ｂと転動体７ｃとの摺動によるトルクロスを低減できるので、内燃機関１の燃費向上にも寄与できる。

図３は実施例２に係る動力伝達装置２の全体断面図である。
本実施例の動力伝達装置２は、始動用プーリ６と一方向クラッチ７とで構成されるプーリユニットＰｕが、取付け部材１６を介してクランク軸８に連結されている一例である。 取付け部材１６は、例えば、剛性を有する金属板を階段状にプレス成形したもので、図３に示す様に、一端側が補機駆動用プーリ５に固定（例えば溶接）され、他端側が、一方向クラッチ７の外輪７ａと一体に設けられた外側リング部７ｄの径方向内側に挿入され、弾性体１２を介して一方向クラッチ７の外輪７ａに連結されている。つまり、取付け部材１６の他端側は、実施例１に記載した内側リング部５ａ（図１参照）として機能する。

上記の構成でも、実施例１と同様に、弾性体１２による衝撃トルクを軽減できる効果を得ることができ、それによって一方向クラッチ７の破損およびサポート軸受１５の早期はくりを防止できる。
また、この実施例２に示す構成では、プーリユニットＰｕが弾性体１２を介して取付け部材１６に連結されるので、内燃機関１の機種が異なる場合（例えば、クランク軸８への取付け構造等が異なる場合）でも、取付け部材１６を変更するだけで、プーリユニットＰｕを共通化できるため、低コストな動力伝達装置２を提供できる。
なお、図３では、取付け部材１６の一端側を補機駆動用プーリ５に固定しているが、クランク軸８に直接固定することもできる。

図４および図５は実施例３に係る動力伝達装置２の全体断面図である。
この実施例３に係る動力伝達装置２は、実施例１および実施例２に記載した補機駆動用プーリ５を持たない構成であり、その例を図４および図５に示す。
具体的には、始動用プーリ６と一方向クラッチ７とで構成されるプーリユニットＰｕが弾性体１２を介して取付け部材１６に連結され、その取付け部材１６がクランク軸８に直接または間接的に固定されている。

この実施例３に示す構成でも、実施例１と同様に、弾性体１２による衝撃トルクを軽減できる効果を得ることができ、それによって一方向クラッチ７の破損およびサポート軸受１５の早期はくりを防止できる。
また、この実施例３に示す構成では、プーリユニットＰｕが弾性体１２を介して取付け部材１６に連結されるので、内燃機関１の機種が異なる場合（例えば、クランク軸８への取付け構造等が異なる場合）でも、取付け部材１６を変更するだけで、プーリユニットＰｕを共通化できるため、低コストな動力伝達装置２を提供できる。

図６は実施例４に係る動力伝達装置２の全体断面図である。
この実施例４に係る動力伝達装置２は、実施例２および実施例３に記載した取付け部材１６を第１の取付けステー１６ａと第２の取付けステー１６ｂとで構成した一例である。 具体的には、図６に示す様に、クランク軸８または補機駆動用プーリ５に固定される第１の取付けステー１６ａと、弾性体１２を介してプーリユニットＰｕに連結される第２の取付けステー１６ｂとを有し、この第２の取付けステー１６ｂが、例えば螺子等の締結手段１７によって第１の取付けステー１６ａに着脱可能に固定されている。

上記の構成によれば、螺子等の締結手段１７により、第１の取付けステー１６ａを第２の取付けステー１６ｂに固定するだけでプーリユニットＰｕを組み付けることができるので、動力伝達装置２の組み付け性が向上する。
なお、図６には、補機駆動用プーリ５が示されているが、実施例４に記載する構成、つまり第２の取付けステー１６ｂが、螺子等の締結手段１７によって第１の取付けステー１６ａに着脱可能に固定される構成は、補機駆動用プーリ５を持たない動力伝達装置２にも適用できる。

内燃機関の動力伝達装置の全体断面図である（実施例１）。 車両に搭載されたベルト駆動システムの模式図である。 内燃機関の動力伝達装置の全体断面図である（実施例２）。 内燃機関の動力伝達装置の全体断面図である（実施例３）。 内燃機関の動力伝達装置の全体断面図である（実施例３）。 内燃機関の動力伝達装置の全体断面図である（実施例４）。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 動力伝達装置
４ 補機
５ 補機駆動用プーリ
６ 始動用プーリ
７ 一方向クラッチ
７ａ 外輪
７ｂ 内輪
７ｃ 転動体
８ クランク軸
１２ 弾性体
１６ 取付け部材
１６ａ 第１の取付けステー
１６ｂ 第２の取付けステー
Ｐｕ プーリユニット

Claims (4)

1. 内燃機関を始動するための回転力が伝達されて回転する始動用プーリと、
   この始動用プーリと前記内燃機関のクランク軸との間に設けられる一方向クラッチとを有し、前記始動用プーリに伝達された回転力が前記一方向クラッチを介して前記クランク軸に伝達される内燃機関の動力伝達装置であって、
   前記始動用プーリと前記一方向クラッチとの間または前記一方向クラッチと前記クランク軸との間に配設される弾性体と、
   前記始動用プーリと前記一方向クラッチとが一体に構成されたプーリユニットと、
   このプーリユニットを前記クランク軸に取り付けるための取付け部材とを備え、
   この取付け部材が前記クランク軸に固定されると共に、前記取付け部材に前記弾性体を介して前記プーリユニットが連結され、且つ、前記取付け部材は、前記クランク軸に固定された第１の取付けステーと、前記プーリユニットに前記弾性体を介して連結された第２の取付けステーとを有し、この第２の取付けステーが締結手段によって前記第１の取付けステーに着脱可能に固定されていることを特徴とする内燃機関の動力伝達装置。
2. 内燃機関を始動するための回転力が伝達されて回転する始動用プーリと、
   この始動用プーリと前記内燃機関のクランク軸との間に設けられる一方向クラッチとを有し、前記始動用プーリに伝達された回転力が前記一方向クラッチを介して前記クランク軸に伝達される内燃機関の動力伝達装置であって、
   前記始動用プーリと前記一方向クラッチとの間または前記一方向クラッチと前記クランク軸との間に配設される弾性体と、
   前記始動用プーリと前記一方向クラッチとが一体に構成されたプーリユニットと、
   このプーリユニットを前記クランク軸に取り付けるための取付け部材とを備え、
   この取付け部材が前記クランク軸に固定されると共に、前記取付け部材に前記弾性体を介して前記プーリユニットが連結され、且つ、前記プーリユニットは、前記始動用プーリの径方向内側に前記弾性体が配設され、その弾性体の径方向内側に前記一方向クラッチが配設されていることを特徴とする内燃機関の動力伝達装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の動力伝達装置において、
   前記内燃機関によって補機をベルト駆動するための補機駆動用プーリを備え、
   この補機駆動用プーリが前記クランク軸に固定されると共に、前記補機駆動用プーリまたは前記クランク軸に前記取付け部材が固定され、その取付け部材に前記弾性体を介して前記プーリユニットが連結されていることを特徴とする内燃機関の動力伝達装置。
4. 請求項１または２に記載した内燃機関の動力伝達装置において、
   前記一方向クラッチは、前記弾性体を介して前記クランク軸側に連結される外輪と、前記始動用プーリに連結される内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられ、両者間のトルク伝達を断続する転動体とを備え、前記始動用プーリを介して前記内輪に一方向のトルクが伝達された時に、前記転動体が前記内輪と前記外輪とに係合して両者を結合状態とし、前記クランク軸より前記弾性体を介して前記外輪に一方向のトルクが伝達された時に、前記転動体が前記内輪と前記外輪との間で空転して両者の結合状態を解除することを特徴とする内燃機関の動力伝達装置。

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