JP2010185404A - 補機ベルトのレイアウト構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸およびクランク軸受の面圧を抑えることができる、補機ベルトのレイアウト構造を提供すること。
【解決手段】本レイアウト構造は、クランクプーリ１２、オートテンショナプーリ１４、複数の補機プーリ１６，１８，２０、および各プーリ１４，１６，１８，２０にクランクプーリ１２の回転力を伝達する無端状の補機ベルト２２を含み、クランク軸２４にクランクプーリ１２と共にチェーンテンショナ２６のクランクスプロケット２８が固定されている、補機駆動装置１０に適用されるものであって、クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル３４Ａの向きがチェーンテンショナ２６のチェーン荷重ベクトル３４Ｂの向きとほぼ逆向きになるように、補機ベルト２２がクランクプーリ１２および各プーリ１４，１６，１８，２０間に蛇行して巻き回されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクプーリおよび複数の補機プーリ間に巻き回される補機ベルトのレイアウト構造に関する。

一般に、複数の気筒を備えたエンジンにおいては、その気筒の列方向の一端部（前端部）に伝動ベルトを用いた補機駆動装置が配置されている。

この補機駆動装置は、クランク軸の前端に固定したクランクプーリと各種の補機の駆動用プーリ（補機プーリ）との間に伝動ベルトを巻き掛けてなり、この伝動ベルトを介してクランク軸により補機を駆動するものである。また、伝動ベルトの伸びや摩耗によらず一定の張力を維持するために、通常、伝動ベルトの緩み側スパンには、オートテンショナが配設される。

ところで、車体への搭載性や衝突安全性を高めるためには、エンジンをできるだけコンパクトに構成するのが望ましく、そのために補機の配置には様々な工夫がなされている。

たとえば、図４に示すＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車用のエンジンＥでは、オイルパンの前部に凹みを設けて空調用のコンプレッサＣを配置し、これを第１伝動ベルトＢ１により単独で駆動する一方、ウォータポンプＷやオルタネータＡなどの補機は、熱負荷の低い吸気側に配置して、第２伝動ベルトＢ２により駆動するようにしている。

また、複数の気筒を備えたエンジンにおいては、たとえば、特許文献１に開示されるように、アイドリング時などに自動で停止し、その後、運転者の所定の操作などに応じて始動モータを用いることなく自動で再始動するようにしたものがある。

すなわち、複数の気筒のうち、圧縮行程の途中で停止しているものを燃焼させて、クランク軸を少しだけ逆転させ、これにより膨張行程の途中にある気筒を圧縮してから燃焼させることで、その燃焼圧による力（爆発力）を十分にクランク軸に伝達し、エンジンを自力で始動させることができるのである。

しかしながら、上記のような自力再始動の際には、始動モータによるクランキングが行なわれないため、クランク軸の回転速度が極めて低い状態が、暫くの間、続くことになる上に、一旦、逆転したクランク軸が正転に切り替わるときには、軸受メタル上でオイルの流動方向が反転することになるから、油膜切れを生じやすい。

この点につき、図４に示すような補機駆動装置を備えたエンジンＥでは、伝動ベルトＢ１，Ｂ２の張力や燃焼気筒の爆発力によりクランク軸受の一部に偏って大きな荷重が作用することから、上記のように再始動時に油膜切れを生じやすいと、耐久性が低下するおそれがある。

すなわち、図４に示す補機駆動装置では、コンプレッサＣの駆動用プーリＰ１がクランクプーリＰ０の下方に位置することから、両者間に架け渡された第１伝動ベルトＢ１の張力によりクランクプーリＰ０を介してクランク軸の前端部には下向きの荷重Ｆ１が作用する。一方、ウォータポンプＷおよびオルタネータＡの各プーリＰ２，Ｐ３やテンションプーリＰ４は、いずれもクランクプーリＰ０の上方に位置するが、それらが吸気側にまとまっているため、第２伝動ベルトＢ２からの荷重Ｆ２は吸気側に向かう斜め上向きのものとなる。

そして、上記荷重Ｆ１，Ｆ２の合力としての荷重Ｆ_MIXは、図示の如く、クランク軸の前端部を下方に且つエンジンＥの吸気側に向かって斜め下向きに付勢するようになるが、この向きが、エンジンＥの自力始動の際に燃焼気筒からクランク軸にその正転の向きに作用する爆発力の向きと概ね一致することから、特にエンジンＥの前端付近の第１クランク軸受においてメタルの偏摩耗が発生し、その耐久性が低下するのである。

これに加えて、上記のようにクランク軸が逆転するときには、伝動ベルトＢ１，Ｂ２の緩み側と張り側とが正転時とは逆になるので、緩み側の張力に合わせてオートテンショナのばね力を設定していると、バタつきが発生してしまうが、これに対処するためにばね力を大きくすれば、ベルト張力の増大によって上記したクランク軸受の耐久性の問題がさらに生じやすくなるし、機械的な駆動損失が大きくなってエンジンの始動性にも悪影響を及ぼす。

そこで、特許文献２で開示の補機駆動装置では、伝動ベルトからの荷重の向きを燃焼気筒からの爆発力の向きとは大きく異ならせるとともに、２つのテンションプーリを協働させてベルトのバタつきを抑えるようにしている。

特開２００４−１２４７５３号公報 特開２００８−１１１５２７号公報

ところで、補機駆動装置では、図５に示すように、クランクプーリ１００と共にチェーンテンショナ１０２のクランクスプロケット１０４がクランク軸１０６に固定されている。

この図５の例では、クランクプーリ１００を起点として、オートテンショナプーリ１０８、オルタネータプーリ１１０、ウォータポンププーリ１１２およびエアコンデショナプーリ１１４が時計周りにこの順に配置されている。そして、クランクプーリ１００への押圧荷重ベクトルの向きが上向きになるように、クランクプーリ１００、およびオートテンショナプーリ１０８、オルタネータプーリ１１０、ウォータポンププーリ１１２、エアコンデショナプーリ１１４間に無端状の伝動ベルト（以下、「補機ベルト」という。）１１６が蛇行して巻き回されている。

上記構成においては、チェーンテンショナ１０２のチェーン１１８および補機ベルト１１６の両者の軸荷重が上方を向いているので、図６において２点鎖線で示すように、クランク軸１０６の前端がチェーンテンショナ１０２のチェーン１１８および補機用ベルト１１６の両者の荷重によって上方へ押し上げられ、チェーンカバー１２０とシリンダブロック１２２との間のクランク軸受１２４に対する面圧が大となる。

このようにクランク軸受１２４の面圧が大となると、フリクションロスが大きくなったり、応力集中による強度不足が生じたり、クランク軸受１２４の上部が偏磨耗を起こしてしまったりする。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、クランク軸およびクランク軸受の面圧を抑えることができる、補機ベルトのレイアウト構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、補機ベルトの軸荷重のベクトルが下方に向くように補機ベルトを巻き、チェーンの軸荷重と補機ベルトの軸荷重とが打ち消しあうことによって、トータルの軸荷重が低減されるようにすればよいのではないかと着想した。

かかる着想に基づく具体的な発明は、以下の通りである。

本発明にかかる補機ベルトのレイアウト構造は、クランクプーリ、複数の補機プーリ、および各補機プーリにクランクプーリの回転力を伝達する無端状の補機ベルトを含み、クランク軸にクランクプーリと共にチェーンテンショナのクランクスプロケットが固定されている、補機駆動装置に適用されるものであって、上記クランクプーリへの押圧荷重ベクトルの向きが上記チェーンテンショナのチェーン荷重ベクトルの向きとほぼ逆向きになるように、上記補機ベルトが上記クランクプーリおよび上記各補機プーリ間に巻き回されている。

上記構成において、クランクプーリへの押圧荷重ベクトルの向きがチェーンテンショナのチェーン荷重ベクトルの向きとほぼ逆向きになるように、補機ベルトをクランクプーリおよび各補機プーリ間に巻き回しているので、補機ベルトからの逆向きベクトルによる相殺合力が発生し、クランク軸およびクランク軸受への負荷（面圧）が軽減される。これにより、フリクションロスが低減されると共にクランク軸の強度アップが不要となる。その結果、コストダウンにつながると共にクランク軸受の偏磨耗を低減することができる。

ちなみに、前掲の特許文献１の段落００４７〜００６１および図３において「クランクプーリの押圧荷重ベクトルがほぼ逆向きになるようにクランクプーリに巻き回されてなる複数のベルト」を示唆しうる開示があるが、これらのベルトは、合力方向をエンジン始動時のクランク軸方向に合わすためのものであり、この構成によって上記の作用を奏することはない旨言及しておく。

また、上記補機ベルトのレイアウト構造においては、上記補機ベルトは、両面Ｖリブドベルトである。

このように、両面Ｖリブドベルトを使用することにより、アイドラプーリを追加することなく、上記のベルトレイアウトを達成できる。

本発明によると、クランク軸およびクランク軸受の面圧を抑えることができる、補機ベルトのレイアウト構造の提供が可能となる。

本発明の実施の形態にかかる補機ベルトのレイアウト構造が適用された補機駆動装置の構成を簡略化して示す図である。 補機ベルトの構成を示す斜視図である。 参考例にかかる補機ベルトのレイアウト構造を示す図である。 補機駆動装置を備えたエンジンの一例を示す図である。 従来の補機ベルトのレイアウト構造を示す図である。 従来の補機ベルトのレイアウト構造において問題点が発生するメカニズムを図解的に説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態にかかる補機ベルトのレイアウト構造が適用された補機駆動装置の構成を簡略化して示す図である。

図１を参照して、補機駆動装置１０は、クランクプーリ１２、オートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８、エアコンデショナプーリ２０、ならびにオートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８およびエアコンデショナプーリ２０にクランクプーリ１２の回転力を伝達する無端状の補機ベルト２２を含んでいる。

オートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８およびエアコンデショナプーリ２０は、クランクプーリ１２を起点として、時計周りにこの順で配置されている。オートテンショナプーリ１４は、補機ベルト２２の張力が一定値になるように自動的に調整するためのプーリであって、補機ベルト２２の緩み側に設けられている。一方、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８およびエアコンデショナプーリ２０は、補機ベルト２２の張り側に設けられている。

この補機駆動装置１０では、クランク軸２４にクランクプーリ１２と共にチェーンテンショナ２６のクランクスプロケット２８が固定されている。

チェーンテンショナ２６は、クランクスプロケット２８および左右に対をなすカムスプロケット３０Ａ，３０Ｂ間に無端状のチェーン３２を巻き回してなる。

補機ベルト２２は、クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル３４Ａの向きがチェーンテンショナ２６のチェーン３２の荷重ベクトル３４Ｂの向きと逆向きになるように、クランクプーリ１２、およびオートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８、エアコンデショナプーリ２０間に蛇行して巻き回されている。具体的には、クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル３４Ａの作用方向の面を補機ベルト２２の一方の面３６としチェーン３２の荷重ベクトル３４Ｂの作用方向の面を補機ベルト２２の他方の面３８として、補機ベルト２２は、クランクプーリ１２には一方の面３６が摺接し、オートテンショナプーリ１４には他方の面３８に摺接し、オルタネータプーリ１６には他方の面３８が摺接し、ウォータポンププーリ１８には一方の面３６が摺接し、エアコンデショナプーリ２０には他方の面３８が摺接するように、蛇行して巻き回されている。この補機ベルト２２としては、図２に示すように、両面Ｖリブドベルトが使用されている。

上記構成において、クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル３４Ａの向きがチェーンテンショナ２６のチェーン３２の荷重ベクトル３４Ｂの向きと逆向きになるように、補機ベルト２２をクランクプーリ１２、およびオートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８、エアコンデショナプーリ２０間に巻き回しているので、補機ベルト２２からの逆向きベクトルによる相殺合力が発生し、クランク軸２４およびクランク軸受（図示せず。）への負荷（面圧）が軽減される。これにより、フリクションロスが低減されると共にクランク軸２４の強度アップが不要となる。その結果、コストダウンにつながると共にクランク軸受の偏磨耗を低減することができる。

ところで、補機ベルト２２として、現在主流の片面Ｖリブドベルトを使用し、クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル３４Ａの向きがチェーン３２の荷重ベクトル３４Ｂの向きと逆向きになるように、補機ベルト２２をクランクプーリ１２、およびオートテンショナプーリ１４、オルタネータプーリ１６、ウォータポンププーリ１８、エアコンデショナプーリ２０間に巻き回し、それによって補機ベルト２２からの逆向きベクトルによる相殺合力を発生させるためには、（１）クランクプーリ１２、オルタネータプーリ１６およびエアコンデショナプーリ２０は、負荷が大きいため、ベルト背面（帆布面）接触だとスリップを起こすので、クランクプーリ１２、オルタネータプーリ１６およびエアコンデショナプーリ２０をＶリブド面で駆動させること、および（２）クランクプーリ１２、オルタネータプーリ１６およびエアコンデショナプーリ２０をスリップさせずに駆動させるためには、それなりの巻き付き角度（少なくとも１００度以上）が必要であることの２要件を満足するようにしなければならない。

上記の２要件を満足するためには、図３に示す参考例のように、クランクプーリ１２とエアコンデショナプーリ２０との間、オートテンショナプーリ１４とオルタネータプーリ１６との間、およびウォータポンププーリ１８とエアコンデショナプーリ２０との間に、それぞれ、第１、第２および第３アイドラプーリ５０，５２，５４を配置する必要がある。

このように図３の参考例では、３個のアイドラプーリ５０，５２，５４を使用する必要があるので、（１）アイドラプーリ５０，５２，５４を使用する分、より広いスペースが必要となること、（２）アイドラプーリ５０，５２，５４のフリクションロス分、燃費が悪化すること、および（３）各プーリ間のスパンが短くなってミスアライメントが厳しくなり、異音が発生しやすいなどの背反がある。

そこで、本実施の形態では、補機ベルト２２として両面Ｖリブドベルトを使用しているので、上記の参考例のように、アイドラプーリを追加することなく上記２要件を満たしつつ、上記のベルトレイアウト構造を１本の補機ベルト２２で達成できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加えうることは勿論である。

１０ 補機駆動装置
１２ クランクプーリ
１４ オートテンショナプーリ
１６ オルタネータプーリ
１８ ウォータポンププーリ
２０ エアコンデショナプーリ
２２ 補機ベルト
２４ クランク軸
２６ チェーンテンショナ
２８ クランクスプロケット
３２ チェーン
３４Ａ クランクプーリ１２への押圧荷重ベクトル
３４Ｂ チェーンテンショナ２６のチェーン荷重ベクトル

Claims (2)

1. クランクプーリ、複数の補機プーリ、および各補機プーリにクランクプーリの回転力を伝達する無端状の補機ベルトを含み、クランク軸にクランクプーリと共にチェーンテンショナのクランクスプロケットが固定されている、補機駆動装置に適用されるものであって、
   上記クランクプーリへの押圧荷重ベクトルの向きが上記チェーンテンショナのチェーン荷重ベクトルの向きとほぼ逆向きになるように、上記補機ベルトが上記クランクプーリおよび上記各補機プーリ間に巻き回されていることを特徴とする、補機ベルトのレイアウト構造。
2. 請求項１に記載の補機ベルトのレイアウト構造において、
   上記補機ベルトは、両面Ｖリブドベルトであることを特徴とする、補機ベルトのレイアウト構造。

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