JP6813391B2

JP6813391B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP6813391B2
Application number: JP2017036592A
Authority: JP
Inventors: 章樹櫻木; 浩平枠谷
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018141420A

Description

本願発明は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ、モータ機能付き発電機）のような電気系補機を備えた内燃機関に関するもので、特に、車両用（自動車用）内燃機関を好適な対象にしている。

車両用の内燃機関には、オルタネータやＩＳＧ等の補機が付随しており、この補機はベルトによってクランクプーリと連動しているが、プーリとベルトとの滑りを防止するため、ベルトにテンションプーリを当接させることが行われている。特に、ＩＳＧやモータジェネレータはトルクが大きくてプーリとベルトとの間に滑りが発生しやすいため、テンションプーリによってベルトに高い張力を付与することは必須になっている。

オートテンショナの場合、テンションプーリを回動式のアーム（リンク）に回転自在に取付けて、アームをばね手段で付勢することにより、テンションプーリをベルトに対して当接させた状態を保持していることが多い。その例が、特許文献１〜３に開示されている。

特開２０１３−１０８３７７号公報特開２０１１−０１７３９３号公報（図２）特開２０１６−１９１３６５号公報

各特許文献では、いずれもアームが機関本体に連結されており、ベルトがテンションプーリで押されても、モータジェネレータやオルタネータのような電気系補機のプーリとベルトとの接触長さは殆ど変わっていないため、電気系補機のプーリとクランクプーリとの間での動力伝達の確実性向上に限度があるといえる。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、電気系補機とクランクプーリとの間での動力伝達の確実性を向上させることを主たる課題とするものである。

本願発明は、
「クランク軸線方向から見てシリンダボア軸心を挟んだ一方の側に、電気系補機が、機関本体の外側に位置するようにして前記機関本体に固定されており、前記電気系補機に設けたプーリとクランクプーリとに巻き掛けたベルトに、回動式のアームに回転自在に連結されたテンションプーリが当接している」、
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記アームは、前記電気系補機を構成するハウジングに回動自在に連結されているか、又は、前記電気系補機を機関本体に取り付けるためのブラケットに回動自在に連結されているか、若しくは、前記電気系補機が機関本体に取付けられている部位に共締め状態で回動自在に連結されていて、いずれにおいても、クランク軸線方向から見て前記アームの連結部は前記電気系補機と重なっており、
前記アームの回動によって前記テンションプーリが前記電気系補機のプーリに対して遠近移動するようになっている」
という構成が付加されている。電気系補機には、ＩＳＧやモータジェネレータ、オルタネータなど、ロータを有するものが含まれる。

電気系補機とアームとを共締めする場合、ブラケットに対してハウジングとアームとを共締めする場合と、ハウジングとアームとを機関本体に直接に共締めする場合とのいずれも含んでいる。

テンションプーリは、ばね手段によって常にベルトに押圧されていてもよいし、電磁ソレノイドのようなアクチュエータによってベルトに対して遠近移動する構成であってもよい。

本願発明では、アームの回動によってテンションプーリが電気系補機のプーリに遠近移動するため、ベルトが強く張るようにテンションプーリが移動すると、ベルトによる電気系補機プーリの抱き込み量が増大する。すなわち、ベルトと電気系補機プーリとの接触長さ（プーリの周方向の接触長さ）が長くなる。このため、電気系補機プーリとベルトとの摩擦力を従来技術に比べて大きくできる。これにより、電気系補機プーリとベルトとの間のスリップを防止して、動力伝達の確実性を向上できる。

そして、ＩＳＧ等の電気系補機のハウジングは、ロータを回転自在に保持する性質上頑丈な構造であるため、アームは、他の補強部材を要することなくハウジングに取付けることができる。従って、重量の増大や組み立て工数の増大のような問題は生じない。ブラケットに取り付けた場合や、電気系補機と共締めした場合も同様である。

内燃機関の正面図である。内燃機関の部分拡大正面図である。（Ａ）は図１のIIIA-IIIA 視断面図、（Ｂ）は図１のIIIB-IIIB 視断面図である。図２を IV-IV視方向から見た図である（ベルトはほぼ省略している。）。図１の V-V視断面図である。

(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、内燃機関の概要を、主として図１，２に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は車両に搭載されるものであり、機関本体として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、これらの前面に固定されたフロントカバー３を備えている。タイミングチェーンは、フロントカバー３で覆われている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー４が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５が固定されている。これらヘッドカバー４とオイルパン５も機関本体を構成している。

シリンダブロック１には、クランク軸６が回転自在に保持されている。クランク軸６の一端部はフロントカバー３を貫通して手前に露出しており、この露出した端部にクランクプーリ７が固定されている。本実施形態では、補機として、ＩＳＧ８とウォータポンプ９とエアコン用コンプレッサ１０とを設けており、これらは、それぞれプーリ１１，１２，１３を備えている。

図１はクランク軸線方向から見た正面図であるが、この正面視において、ＩＳＧ８は機関本体の左外側に配置されて、ウォータポンプ９は、機関本体のうちシリンダボア軸心１４を挟んで左に寄った部位に配置されている。他方、エアコン用コンプレッサ１０は、シリンダボア軸心Ｏを挟んだ右側において、機関本体の外側に配置されている。従って、ＩＳＧ８とウォータポンプ９とを左に寄せて配置し、エアコン用コンプレッサ１０は右に寄せて配置している。

ＩＳＧ８は電気系補機の一例であり、ロータを回転自在に保持したハウジング１５、ロータに固定されたＩＳＧプーリ１１を備えている。従って、ＩＳＧプーリ１１が、請求項に記載した電気系補機プーリに該当する。ハウジング１５は、ブラケット１６を介してフロントカバー３及びシリンダブロック１に固定されている。ＩＳＧプーリ１１とクランクプーリ７とに、第１ベルト１７が巻き掛けられており、第１ベルト１７に、オートテンショナ１８のテンションプーリ１９が上から回転自在に当接している。第１ベルト１７が，請求項に記載したベルトに該当する。

ウォータポンプ９の本体部（ポンプ室など）はフロントカバー３に内蔵されており、回転軸に固定したウォータポンププーリ１２がフロントカバー３の外側に露出しており、ウォータポンププーリ１２とクランクプーリ７とに第２ベルト２０が巻き掛けられている。エアコン用コンプレッサ１０は、ブラケット２１を介してシリンダブロック１に固定されており、エアコン用コンプレッサ１０のプーリ（エアコンプーリ）１３とクランクプーリ７とに第３ベルト２２が巻き掛けられている。

図５に示すように、３本のベルト１７，２０，２２は、第２ベルト２０がフロントカバー３に最も近くて、第３ベルト２２はフロントカバー３から最も遠くに位置し、第１ベルト１７は両者の間に位置している。このため、クランクプーリ７には、３つのプーリ部７ａ，７ｂ，７ｃが形成されている。なお、各ベルト１７，２０，２２の内面は鋸歯状の横断面を有しており、従って、プーリ７，１１，１２，１３の外周面も鋸歯状の横断面になっている。

(2).テンショナ等
オートテンショナ１８は、相対動自在に嵌まり合ったケースの内部にばねとオイルダンパとが内蔵された伸縮自在なアブソーバ（弾性装置）２３と、アブソーバ２３の先端部（下端部）に第１ピン２４で連結されたプレート状のアーム（ブラケット）２５とを有しており、アーム２５の下端に、テンションプーリ１９が第２ピン（軸）２６で回転自在に連結されている。アーム２５は、下部を円弧状とした銅鐸形になっており、上端部のうちシリンダボア軸心１４の側に寄った右端部がアブソーバ２３の先端部に第１ピン２４で連結されて、上端部のうちシリンダボア軸心Ｏから離れた左端部が、ＩＳＧ８のハウジング１５に第３ピン２７で回動自在に連結されている。
従って、第３ピン２７はアーム２５の連結部（回動中心）になっており、アーム２５は第３ピン２７を中心にして回動する。そして、アーム２５はＩＳＧ８のハウジング１５に連結されているため、連結部である第３ピンは２７は、クランク軸線方向から見てＩＳＧ８と重なる位置に配置されている。

アーム２５はＩＳＧ８のハウジング１５から手前に離れているため、図４に明示するように、ＩＳＧ８のハウジング１５に、手前に向けて（機関本体から離れる方向に向けて）突出したボス２８を一体に設けて、ボス２８にアーム２５が第３ピン２７で連結されている。一体式のボス２８を設けずに、カラーを介してアーム２５をハウジング１５に連結することも可能である。

ブラケット１６は、ハウジング１５に一体に形成されていてもよいし、ハウジング１５とは別体に構成されていてもよい。いずれの場合も、アーム２５をブラケット１６に連結することも可能である（この場合は、ブラケット１６にボスを形成するのが好ましい。）。ブラケット１６がハウジング１５に一体に形成されている場合、ブラケット１６を機関本体にピンやボルトで連結する必要があるが、この連結箇所において、アームを、共通したピンやボルトで共締め（一体的に連結）することも可能である。この場合、ピンで連結しただけであっても、アーム２５は回動してもブラケット１６は回動しないため、特段の問題はない。

ブラケット１６がハウジング１５とは別体に構成されている場合、ブラケット１６とハウジング１５との連結箇所でアーム２５を共締めすることも可能である。

オートテンショナ１８におけるアブソーバ２３の上端部は、第４ピン２９でフロントカバー３に連結されている。この場合、図３に示すように、フロントカバー３の上部には、下面を傾斜面３０とした前向き張り出し部３１が形成されており、前向き張り出し部３１の傾斜面３０に形成した受け座３２に、アブソーバ２３の上端部が、第４ピン２９で回動可能に連結されている。従って、平面視では、オートテンショナ１８の相当部分が前向き張り出し部３１で隠れている。

オートテンショナ１８のテンションプーリ１９は、アーム２５の後面に配置している。従って、テンションプーリ１９はアーム２５で手前から覆われているが、アーム２５は、テンションプーリ１９の全体を覆う大きさに設定されている。

図２に明示するように、テンションプーリ１９の軸心は、クランク軸線方向から見た正面視において、ＩＳＧプーリ１１の軸心とクランクプーリ７の軸心とウォータポンププーリ１２の軸心とを結ぶ線で囲われた三角形３３の内部に位置している。このため、連動機構をコンパクトに纏めて、スペースを有効利用できる。また、クランク軸線方向から見た正面視において、テンションプーリ１９の一部が第２ベルト２０の一部と重なっているが、この構成も、スペースを有効利用してコンパクト化に貢献している。

実施形態のように、アーム２５を板状で略銅鐸状に形成すると、アーム２５がテンションプーリ１９及び第２ベルト２０に対するカバーの役割を果たすため、テンションプーリ１９及び第２ベルト２０の保護機能を向上できる利点がある。

本実施形態では、アーム２５は、その上端部のうちＩＳＧプーリ１１に近い左端部（第３ピン２７）を中心にして回動し、テンションプーリ１９は第３ピン２７を中心にした円弧軌跡３４に沿って移動するため、アブソーバ２３が伸びると、テンションプーリ１９はＩＳＧプーリ１１に近づこうとする。このため、第１ベルト１７とＩＳＧプーリ１１の接触長さを長くして（第１ベルト１７でテンションプーリ１９を大きく抱き込んで）、高いスリップ防止効果を実現できる。

図２では、１本のベルトをクランクプーリ７とＩＳＧプーリ１１とウォータポンププーリ１２とに巻き掛けた状態を仮想ベルトとして一点鎖線３５で表示しているが、本実施形態では、アーム２５の大部分は仮想ベルト３５で囲われた範囲に納まっているため、第１ベルト１７及び第２ベルト２０を伝動手段とした連動機構を、より一層コンパクト化できる。アーム２５は、その全体が仮想ベルト３５の内側に配置されていてもよい。

更に、本実施形態では、アブソーバ２３の伸縮方向３６と、テンションプーリ１９による第１ベルト１７の押し方向３７とは、クランク軸線方向から見て、シリンダボア軸心１４に対して同じ方向に傾斜した斜め下向き方向になっている。このため、アブソーバ２３の弾性復元力（ばね力）を、テンションプーリ１９に対してストレートに伝えることができる。このため、アブソーバ２３のこじれを無くして、第１ベルト１７の張り状態を的確に保持できる。

つまり、ＩＳＧ８は、モータとして機能する状態、発電機として機能している状態、及び空回りしている状態の３つの状態があり、状態が変化するとき第１ベルト１７の張り状態も変化するが、実施形態では、張り状態の変化に対応してクランクプーリ７が移動することが、アブソーバ２３のこじれを無くした状態で応答性良く行われる。

ＩＳＧ８とエアコン用コンプレッサ１０とは左右逆の位置に配置されているので、第１ベルト１７によってクランク軸６に作用する曲げ力と、第３ベルト２２によってクランク軸６に作用する曲げ力とが相殺されて、クランク軸６の負担を軽減できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、テンショナ装置としては、電磁ソレノイド等のアクチュエータでテンションプーリが移動操作される遠隔制御方式のものも採用できる。

アームは板状である必要はないのであり、棒状などの形態や、ベルクランク状の形態なども採用できる。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１機関本体を構成するシリンダブロック
２機関本体を構成するシリンダヘッド
３機関本体を構成するフロントカバー（チェーンカバー）
６クランク軸
７クランクプーリ
８電気系補機の一例としてのＩＳＧ
９ウォータポンプ
１１電気系補機プーリの一例としてのＩＳＧプーリ
１７請求項のベルトである第１ベルト
１８テンショナ装置の一例としてのオートテンショナ
１９テンションプーリ
２３オートテンショナのアブソーバ
２５オートテンショナのアーム
２７連結部（回動中心）になる第３ピン（軸、ボルト）
２８ボス

Claims

クランク軸線方向から見てシリンダボア軸心を挟んだ一方の側に、電気系補機が、機関本体の外側に位置するようにして前記機関本体に固定されており、前記電気系補機に設けたプーリとクランクプーリとに巻き掛けたベルトに、回動式のアームに回転自在に連結されたテンションプーリが当接している構成であって、
前記アームは、前記電気系補機を構成するハウジングに回動自在に連結されているか、又は、前記電気系補機を機関本体に取り付けるためのブラケットに回動自在に連結されているか、若しくは、前記電気系補機が機関本体に取付けられている部位に共締め状態で回動自在に連結されていて、いずれにおいても、クランク軸線方向から見て前記アームの連結部は前記電気系補機と重なっており、
前記アームの回動によって前記テンションプーリが前記電気系補機のプーリに対して遠近移動するようになっている、
内燃機関。