JP2014070677A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸野回転変動に起因した補機駆動ベルトの張力変動を抑制する。
【解決手段】ベルト１３のうち例えば駆動プーリ７に近い張り側の部位に補助プーリ１５を当接させている。２気筒内燃機関の場合は補助プーリ１５は楕円形状であり、タイミングベルト２２とギア１８，１９を介して補助プーリ１５を同期して回転させることにより、ベルト１３が張ったときは補助プーリ１５の短円部を当接させて、ベルト１３が弛んだときには補助プーリ１５の長円部をベルト１３に当接させる。補助プーリ１５はクランク軸６に連動しているため、補助プーリ１５はタイミングのずれ無しでベルト１３への当たり具合を的確に変化させる。駆動プーリ７は真円であるため、ベルト１３のバタつきは発生しない。
【選択図】図１

Description

本願発明は、補機類がプーリ及びベルトを介してクランク軸で駆動される内燃機関に関するものである。

レシプロ式内燃機関ではピストンの往復動がクランク軸の回転運動に変換されるが、ピストンは上死点と下死点とで速度がゼロになるように摺動速度が変化しているため、微細に見ると、クランク軸は加速度が変化している。すなわち、クランク軸には回転変動が発生している。

そして、オルタネータやウォータポンプ等の補機類はプーリ及びベルトを介してクランク軸で駆動されるが、クランク軸の回転変動に起因してベルトに張りと弛みとが交互に顕れるため、プーリとベルトとの間にスリップが発生しており、何等の対策を講じないと、異音が発生すると共にベルトの耐久性も低下してしまう。このため、従動プーリにワンウエイクラッチやデカプラといった高価な回転変動抑制部材を設けている。

そこで、ベルトの張力の変化を抑制することが考えられており、その例として特許文献１には、クランク軸に設けた駆動プーリを楕円形又は多角形にすることが開示されている。

特開２００８−９５８５１号公報

さて、クランク軸に設けた駆動プーリは補機を駆動する従動プーリよりも大径であり、また、強度を確保するために金属製になっている。そして、金属製の大きなプーリが楕円や多角形になっていると、振動と騒音が発生しやすいという問題があった。また、ベルトは駆動プーリによって常に曲げ作用を受けているため、ベルトの寿命が低下しやすい点も問題であった。

更に、駆動プーリを楕円に形成したのみではベルトが大きくばた付いてしまって激しい振動・騒音が発生するため、ベルトを張った状態に保持するには高性能のオートテンションプーリを設けるか、実施形態に記載されているように偏芯式のテンションプーリを設けなければならないが、高性能のオートテンションプーリを採用するとコストが嵩む虞があり、さりとて、実施形態のような偏芯式テンションプーリでは、スリップ等によって追従性が不完全になり、ベルトのバタ付きを解消できない虞がある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の内燃機関は、クランク軸の一端部に設けた駆動プーリと補機を駆動するための従動プーリとにベルトを巻き掛けた構成において、前記クランク軸の回転変動による前記ベルトの張力の変化を打ち消すために前記ベルトの外周面に当接した補助プーリと、前記クランク軸の回転に連動して前記ベルトに対する前記補助プーリの押圧力を変化させる連動手段とを備えている。

本願発明では、駆動プーリや従動プーリは真円のままでよいため、それら駆動プーリや従動プーリに振動やノイズが発生することは無い。また、補助プーリは、従来のテンションプーリと同様の状態でベルトのうち長く延びている部分に当接させるものであり、ベルトを補助プーリによって軽く曲がるだけであるため、ベルトのバタ付きを的確に阻止できるのみならず、補助プーリの当接によってベルトが大きく変形することはないため、このためベルトの寿命低下も阻止できる。

そして、本願発明では、ベルトに対する補助プーリの当接強度が連動手段を介してクランク軸の回転に連動しているため、クランク軸の回転変動を打ち消すようにベルトを均一な張力に保持することができる。これにより、高価な回転変動抑制手段を使用することなくベルトとプーリとの間のスリップを防止することができ、その結果、スリップに起因した異音の発生を防止できると共に、補機に対する動力伝達効率を向上して燃費アップにも貢献できる。

第１実施形態の内燃機関の模式図である。 （Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）はクランク軸の回転変動を示すグラフである。 （Ａ）は第２実施形態を示す図、（Ｂ）は第３実施形態を示す図である。

(1).第１実施形態
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、図１〜２に示す第１実施形態から説明する。内燃機関の基本構成は従来と同様で、シンリダブロック１とシリンダヘット２から成る機関本体３を備えており、シリンダブロック１の下面にはオイルパン３を固定し、シリンダヘット２の上面にはヘッドカバー５が固定されている。

シリンダブロック１にはピストンで駆動されるクランク軸６が回転自在に保持されており、クランク軸６の一端部に駆動プーリ（主動プーリ）７を固定し、駆動プーリ７で補機の例としてのオルタネータ８とウォータポンプ９とが駆動される。オルタネータ８とウォータポンプ９とは、クランク軸６より高い位置に配置されていると共に、クランク軸６の軸心方向から見て左右に振り分けて配置されている。かつ、ウォータポンプ９がオルタネータ８よりも高い位置に配置されている。

ウォータポンプ９はシリンダブロック１に直接に又はブラケットを介して固定されているが、オルタネータ８は、シリンダブロック１に向けて遠近移動させ得るようにアーム式ブラケット１０を介して位置調節可能に固定されている。

オルタネータ８の回転軸には第１従動プーリ１１が固定されて、ウォータポンプ９のロータには第２従動プーリ１２が固定されており、これら両従動プーリ１１，１２と駆動プーリ７とにベルト１３が巻き掛けられている。なお、ベルト１３は単式又は多連式のＶベルトを使用している。

ベルト１３のうちクランクプーリ７とオルタネータ８とウォータポンプ９との間の部位には、テンションプーリ１４が外周外側から当接している。詳細は明示していないが、テンションプーリ１４はばねでベルト１３に向けて付勢されている。なお、常にベルト１３に当たっているテンションプーリ１４に代えて、ベルト１３が弛んだときだけ当たるタッチプーリを使用することも可能である。

ベルト１３のうち、クランク軸６とウォータポンプ９との間のうち大凡中間の位置の外周面には、補助プーリ１５が転動自在に当接している。補助プーリ１５は長円方向（長径方向）と短円方向（短径方向）とを有する楕円形状であり、シリンダブロック１に固定されたブラケット１６に回転自在に保持されている。

ブラケット１６のうち補助プーリ１５の下方には中間軸１７を回転自在に取り付けており、中間軸１７に設けた主動ギア１８を補助プーリ１５の回転軸に設けた従動ギア１９に噛合させている。主動ギア１８と従動ギア１９とのギア比率は１：１になっている。中間軸１７とクランク軸６にはそれぞれタイミングプーリ２０，２１を固定し、両タイミングプーリ２０，２１にタイミングベルト２２を巻き掛けている。

両タイミングプーリ２０，２１の歯数は同一に設定されている。従って、クランク軸６と中間軸１７と補助プーリ１５とは完全に同期して１：１の関係で回転し、かつ、補助プーリ１５はベルト１３の周回方向に回転する。本実施形態では、ギア１８，１９、タイミングプーリ２０，２１、タイミングベルト２２が請求項に記載した連動手段を構成している。本実施形態では補助プーリ１５は強制的に駆動されるので、補助プーリ１５の周速度がベルト１３の周速度と同じになるように外径を設定している。

本実施形態の内燃機関は２気筒４サイクルタイプであり、２つのピストンがクランク角で３６０度間隔で上死点に至る。従って、図２（Ｂ）に示すように、クランク軸６には３６０度間隔で加減速を繰り返す回転変動が生じる。他方、補助プーリ１５は長円と短円とを有する楕円形であることにより、回転中心からの距離はクラン角で３６０度間隔で長短変化している。

そこで、クランク軸６の回転速度が最も速くなるとき（ピストンが上死点から下降行程に移行する初期）に補助プーリ１５の短径部がベルト１３に当たって、クランク軸６の回転速度が最も遅くなるときに補助プーリ１５の長径部がベルト１３に当たるように設定しておくことにより、クランク軸６の回転変動に起因したベルト１３の張力変化を打ち消して、ベルト１３の張力を常に均一化することができる。

この場合、補助プーリ１５の回転は、タイミングベルト２２等の連動手段を介してクランク軸６の回転に正確に同期しているので、ベルト１３に対する補助プーリ１５の当接タイミングがずれるような問題は皆無であり、クランク軸６の回転変動に起因したベルト１３の張力変動を的確に打ち消すことができる。その結果、ベルト１３とプーリ７，１１，１２３との間のスリップを無くして、振動・ノイズを防止できると共に動力機伝達効率も向上できる。

補助プーリ１５を当ててもベルト１３の変形は僅かであるので、ベルト１３の変形による動力損失や耐久性低下の問題は生じない。また、補助プーリ１５はテンションプーリ１４の役割を果たすため、ベルト１３のバタ付き防止機能も発揮している。

駆動プーリ７とベルト１３との関係を見ると、ベルト１３の張力変動は張り側（図１，２で駆動プーリ７の右側）に強く表れる。このため、実施形態のように補助プーリ１５をベルト１３の張り側に当てると、ベルト１３の張力変動を的確に均すことができる利点がある。

図面では、明瞭化するため、補助プーリ１５は長円と短円との比率は違いを視認できる程度に大きく表示しているが、実際には、長円と短円との違いは目視では視認しにくいほどに小さくなると言える。補助プーリ１５を常にベルト１３に当てるのではなく、ベルト１３に弛みが生じたときだけ補助プーリ１５を当てることも可能である。

また、補助プーリ１５の形状はクランク軸６の回転変動の態様に応じて設定したら良いのであり、３気筒タイプのようにクランク軸６に１２０度周期で回転変動が表れる場合は、補助プーリ１５は周方向に３つのピークを持つ略三角形のような形態にしたらよい。クランク軸６の回転変動が９０度周期で表れる場合は、補助プーリ１５をクランク軸６の２倍の回転数で回転させたら、楕円形の補助プーリ１５をそのまま使用できる。

第１実施形態の場合、タイミングプーリ２２を使用せずに、クランク軸６の回転を中間軸１７にギアで動力伝達することも可能である。補助プーリ１５に遠心力による慣性力が発生する場合は、補助プーリ１５のうち短円部の箇所に重りを埋め込むなどして慣性力を無くしたらよい。

(2).他の実施形態・その他
次に、図３に示す他の実施形態を説明する。図２のうち（Ａ）に示す第２実施形態は、連動手段として周面カム２４と回動式リンク２５とを使用したものである。すなわち、クランク軸６に周面カム２４を固定して、この周面カム２４で回動するリンク２５の一端に補助プーリ１５を回転自在に取り付けたものである。

リンク２５の他端には周面カム２４に転動するローラ２６を設けている。また、リンク２５はピン２７でシリンダブロック１に保持されており、かつ、リンク２７はローラ２６を周面カム２４に当てる方向にばね２８で付勢されている。この実施形態でも、クランク軸６の回転に連動してベルト１３に対する補助プーリ１５の当たり具合が変化するため、クランク軸６の回転変動に起因したベルト１３の張力変化を平準化できる。

この実施形態では周面カム２４は単純な偏芯方式であり、従って、クランク軸６の回転変動は３６０度周期で表れる（従って、内燃機関は１気筒である。）。２気筒の内燃機関の場合は周面カム２４を楕円形に形成し、３気筒の内燃機関の場合は、周面カム２４を正三角形状に形成したらよい。

図３のうち（Ｂ）に示す第３実施形態は、テンションプーリ１４を補助プーリに兼用すると共に、連動手段として、クランク軸６に固定した周面カム２４と、この周面カム２４で往復動するスライドロッド３０との組み合わせを採用している。

テンションプーリ１４は、ベース体３１に第１ピン３２で回動自在に取り付けアーム３３の先端に取り付けており、アーム３３はテンションプーリ１４をベルト１３に押し付けるように第１ばね３４で付勢されており、これにより、ベルト１３に適度のテンションが付与されている。

ベース３１は、アーム３３と同じ方向に回動するように第２ピン３５でシリンダブロック１に連結されており、かつ、ベルト１３に向けて第２ばね３６で付勢されている。そして、スライドロッド３０の一端とベース３１とを第３ピン３７で連結する一方、スライドロッド３０の他端には、周面カム２４に当接するローラ３８を回転自在に設けている。スライドロッド３０は、軸心方向にスライドするように、ガイド部材３９を介してシリンダブロック１に取り付けられている。

この第３実施形態では、ベース体３１がベルト１３に対して遠近動することにより、ベルト１３に対するテンションプーリ１４の当接強度が変化し、これにより、クランク軸６の回転変動に起因したベルト１３の張力変動を平準化できる。テンションプーリ１４を使用せずに、ベース３１に補助プーリ１５を設けることも可能である。気筒数の違いに対応するには、第２実施形態と同様に周面カム２４の形状を変えたらよい。

以上、本願発明の実施形態を３例説明したが、本願発明は更に様々に具体化できる。例えは連動手段としては、クランク軸の回転変動を油圧の変化に変換して、油圧の変化で補助プーリを押し引きするといったことも可能である。駆動する補機はオルタネータやウォータポンプに限らず、エアコンのコンプレッサやパワステ用油圧ポンプなども駆動できる。

本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
３ 機関本体
６ クランク軸
７ 駆動プーリ
８ 補機の一例としてのオルタネータ
９ 補機の一例としてのウォータポンプ
１１ 第１従動プーリ（オルタネータプーリ）
１２ 第２従動プーリ（ウォータポンププーリ）
１３ ベルト
１４ テンションプーリ
１５ 補助プーリ
１７ 中間軸
１８，１９ ギア（連動手段）
２０，２１ タイミングプーリ（連動手段）
２２ タイミングベルト（連動手段）
２５ 連動手段を構成するリンク
３０ 連動手段を構成するスライドロッド

Claims (1)

1. クランク軸の一端部に固定した駆動プーリと補機を駆動するための従動プーリとにベルトを巻き掛けた構成であって、
   前記クランク軸の回転変動による前記ベルトの張力の変化を打ち消すために前記ベルトの外周面に当接した補助プーリと、前記クランク軸の回転に連動して前記ベルトに対する前記補助プーリの押圧力を変化させる連動手段とを備えている、
   内燃機関。

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