JP2015190449A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータのような重量がある補機も安定的に吊支できる締結構造を提供する。
【解決手段】モータジェネレータ９は、上ブラケット５１を介してシリンダヘッド３とフロントカバー５とに固定されている。フロントカバー５には張り出し部５６を設け、張り出し部５６の内面に上ブラケット５１がクランク軸と平行なボルト５８で固定されている。２本のボルト５５，ボルト５８の姿勢が直交していることと、上ブラケット５１の剛性が極めて高いことと、シリンダヘッド３とフロントカバー５と上ブラケット５１とが互いに補強し合うことにより、上ブラケット５１は、引き離しやねじりに強い構造になっている。
【選択図】図８

Description

本願発明は、車両用等の内燃機関に関し、より詳しくは、補機の取り付け構造に特徴を有する内燃機関に関するものである。

車両用の内燃機関は、発電機やウォータポンプ、エアコン用コンプレッサ等の補機を備えており、これらの補機はクランクプーリに巻き掛けられたベルトで駆動されている。補機は、一般にブラケットを介してシリンダブロックやフロントカバー、或いはシリンダヘッドに取り付けられている。

その例として特許文献１には、パワステポンプの取り付け構造として、ブラケットをシリンダブロックの一側面とフロントカバーの外面にと重なる構成として、このブラケットを姿勢が異なるボルトでシリンダブロック及びフロントカバーに固定して、ブラケットにパワステポンプを固定することが開示されている。当然ながら、パワステポンプの回転軸はクランク軸と平行になっており、パワステポンプのプーリは、フロントカバーの外側に位置している。

特開２００１−１９３４７３号公報

特許文献１では、ブラケットは方向が異なるボルトでシリンダブロックとフロントカバーとに固定されているため、シリンダブロックのみ又はフロントカバーのみに固定している場合に比べて、ベルトを介してプーリに作用する引っ張り力に対して高い抵抗を発揮する。すなわち、シリンダブロックのみ又はフロントカバーのみに固定している場合に比べたら、取り付け強度は優れていると云える。

しかし、特許文献１のブラケットはフロントカバーに外側から回り込んでいるため、ブラケットが大型化するという問題がある。また、ブラケットの一部がフロントカバーの外側に位置していることから、プーリはブラケットの外側に配置せねばならず、すると、プーリとフロントカバーとの間の間隔が広がるという問題ある。すなわち、ブラケットを設けたこたとに起因して、クランクプーリとフロントカバーとの間にデッドスペースが発生し、機関の大型化を招くおそれもある。

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。

本願発明は、シリンブロック及びシリンダヘッドの一端面に固定されたフロントカバーからクランク軸の一端部を突出させ、前記クランク軸の一端部にクランクプーリが固定されている一方、前記シリンダブロックのうちクランク軸の軸線方向に長い一側面の外側に、前記クランクプーリで駆動される補機を、その回転軸が前記クランク軸と平行に延びるように配置しており、前記補機は、前記シリンダヘッドとフロントカバー、又はシリンダブロックとフロントカバーとに固定された上ブラケットにて吊支されている、という基本構成である。

そして、前記フロントカバーのうち少なくとも前記上ブラケットを設けている部分を前記シリンダヘッド又はシリンダブロックの一側面から突出したはみ出し部と成しており、前記上ブラケットを、前記クランク軸と直交した方向に向いたボルトで前記シリンダヘッド又はシリンダブロックに固定すると共に、前記クランク軸と平行なボルトで前記フロントカバーのはみ出し部に固定している。

本願発明では、上ブラケットは姿勢が異なるボルトでシリンダヘッド又はシリンダブロックとフロントカバーとに固定されているため、高い固定強度を発揮する。そして、上ブラケットはシリンダヘッド又はシリンダブロックとフロントカバーとで挟まれた部位に配置されており、シリンダヘッド又はシリンダブロックに重ねただけの構成と同様の外観であるため、嵩張ることがなくて、コンパクト化できる。

また、上ブラケットをコンパクト化できて弾性変形を阻止できることと、フロントカバーのはみ出し部とシリンダヘッド又はシリンダブロックとで囲われた空間に上ブラケットが嵌まった状態になっていることとにより、シリンダヘッド又はシリンダブロックと上ブラケット及びフロントカバーとの一体性が格段に高まるため、取り付け強度も格段に向上できる。従って、ねじりにも強い構造になっており、モータジェネレータのように大型でしかもプーリに強い荷重がかかる補機であっても、安定的に吊支できる。

更に、上ブラケットはフロントカバーの内側に入り込んでいるため、補機のプーリをフロントカバーの外面に寄せることができる。その結果、デットスペースの発生を防止して、機関のコンパクト化にも貢献できる。

実施形態の全体的な概略正面図である。 フロントカバーの斜視図である。 概略平面図である。 （Ａ）はクランクプーリの平断面図、（Ｂ）はウォータポンプのプーリの部分の平断面図、（Ｃ）はアイドルプーリの箇所の平断面図である。 振り子式オートテンショナを回転軸心方向から見た正面図である。 図５のVI-VI 視側面図である。 モータジェネレータの取り付け手段を示す分離平面図である。 （Ａ）は図３の VIII-VIII視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図である。 図８（Ａ）のIX-IX 視断面図である。 上ブラケットの変形例を示す正面図である。

(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、図１〜３に基づいて概要を説明する。以下の説明では方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線Ｏ１の方向であり、左右方向は、気筒軸線Ｏ２及びクランク軸線Ｏ１と直交した方向である。なお、実施形態の内燃機関は、気筒軸線Ｏ２は鉛直線Ｏ３に対して若干傾斜している（スラントしている）が、図では、便宜的に気筒軸線Ｏ２を鉛直姿勢にして表示している。

内燃機関の基本的な構成は従来と同様であり、機関本体１は、主要要素として、シリンダブロック２とその上面に固定されたシリンダヘッド３、並びにこれらの一端面に多数のボルト４で固定されたフロントカバー（チェーンカバー、チェーンケース）５を備えている。シリンダヘッド３の上面にはヘッドカバー６が固定されて、シリンダブロック２の下面にはオイルパン７が固定されている。

クランク軸８の一端部はフロントカバー５の外側に突出している一方、正面視で機関本体１を挟んだ左側にはモータジェネレータ（ＩＳＧ）１０を配置し、右側にはエアコン用コンプレッサ１０を配置している。また、フロントカバー５のうち、概ね上下中間部でかつ左寄りの部位にはウォータポンプ１１を配置している。

モータジェネレータ９は上下のブラケット（詳細は後述する）を介してシリンダヘッド３及びフロントカバー５に固定されており、エアコン用コンプレッサ１０は、図示しないブラケットを介してシリンダブロック２（又は／及びフロントカバー５）に固定されている。

ウォータポンプ１１はポンプハウジングをフロントカバー５で兼用しており、フロントカバー５にポンプカバー１２（図１参照）を固定することでウォータポンプ１１が構成されている。このため、フロントカバー５にはポンプ室１３（図２参照）が空いている。ポンプ室１３の奥側はシリンダブロック２で塞がれる。従って、正確には、シリンダブロック２もウォータポンプ１１の構成要素になっている。

モータジェネレータ９、エアコン用コンプレッサ１０、ウォータポンプ１１は、それぞれ回転軸に固定されたプーリ１５，１６，１７を備えており、モータジェネレータ９のプーリ１５と第１クランクプーリ１８とに第１ベルト１９が巻き掛けられて、エアコン用コンプレッサ１０のプーリ１６と第２クランクプーリ２０とに第２ベルト２１が巻き掛けられて、ウォータポンプ１１のプーリ１７と第３クランクプーリ２２とに第３ベルト２３が巻き掛けられている。第１クランクプーリ１８と第２クランクプーリ２０とは略同径であり、モータジェネレータ９のプーリ１５は第１クランクプーリ１８の略半分の外径になっている。

第１クランクプーリ１８のうちモータジェネレータ９のプーリ１５の近くの部位は、振り子式のオートテンショナ２８における２個のテンションプーリ２９で挟まれている。この場合、オートテンショナ２８が機能するには、第１クランクプーリ１８がモータジェネレータ９のプーリ１５から遠ざかるに従って広がることが必要であり、そこで、第１クランクプーリ１８の広がり角度を確保するため、フロントカバー５のうウォータポンプ１１の上側にアイドルプーリ３０を取り付けている。従って、ウォータポンプ１１は、第１ベルト１９で囲われたエリアに配置されている。エアコン用コンプレッサ１０のプーリ２０は、第２クランクプーリ２０よりもやや小径になっている。

なお、本実施形態では、オイルポンプはフロントカバー５の一部をハウジングに兼用しており、このため、フロントカバー５には、クランク軸８で駆動されるロータが嵌まり込むポンプ室３１を設けている。また、フロントカバー５の右端下端には、下方からオイルフィルター３２を着脱できるフィルター取り付け座３３が一体に形成されている。

(2).要部の詳細
次に、本願発明に関連した各部位の詳細を説明する。図３，４に示すように、第１クランクプーリ１８と第２クランクプーリ２０と第３クランクプーリ２２とはクランク軸心Ｏ１とは一体に形成されており、第１クランクプーリ１８が最もフロントカバー５に近くて第３クランクプーリ２２がフロントカバー５から最も遠く、第２クランクプーリ２０は両者の間に位置している。３つのクランクプーリ１８，２０，２２は一体に製造されていて、ボルト３５でクランク軸８の一端部に固定されている。

各ベルト１８，２１，２３は断面凹凸のものを使用しており、このため、各クランクプーリ１８，２０，２２及び補機のプーリ１５，１６，１７の外周面にもベルト１９，２１，２３が嵌まる溝３６が形成されている。本実施形態の特徴として、ベルト１９，２１，２３の溝幅は、第１ベルト１９は第２ベルト２１よりも幅狭で、第２ベルト２１は第３ベルト２３より幅狭になっている。従って、各クランクプーリ１８，２０，２２及び各補機のプーリ１５，１６，１７も、ベルト１９，２１，２３の幅に応じて幅寸法が相違している。

図４（Ｂ）に示すように、ウォータポンプ１１のプーリ１７には円板部１７ａが一体に形成されており、円板部１７ａに設けた円筒部１７ｂが回転軸３７に固定されている。他方、図４（Ｃ）に示すように、アイドルプーリ３０は、フロントカバー５に設けたボス３８にボールベアリング３９を介してボルト４０で取り付けられており、ボルト４０を中心軸に兼用していると共に、ボールベアリング３９のインナーレースがボルト４０でボス３８に押さえ固定されている。もとより、ボールベアリング３９が嵌まる中心筒を有するスペーサをフロントカバー５に重ね配置してよもい。

図５，６に示すように、オートテンショナ２８は、モータジェネレータ９のプーリ１５が遊嵌する円板状ベース４１と、テンションプーリ２９が回転自在に保持された２つのアーム４２とを有しており、２つのアーム４２を、テンションプーリ２９が遠近動し得るようにベース４１に回動自在に連結し、かつ、略Ｕ型のばね４３で２つのアーム４２を互いに接近する方向に付勢している。２つのアー４２は、ベース４１に対して、基部を中心に回動しつつ、ベース４１の軸心回りに旋回もするように取り付けられている。

従って、２つのテンションプーリ２９は、ばね４３と一緒にベース４１の軸心回りに一回動し得ると共に、ばね４３を変形させることで互いに独立して動くことが可能である。ベース４１のうちテンションプーリ２９と反対側の部位には、複数個（３個）の円筒状足部４４を設けており、足部４４がモータジェネレータ９の外面にボルト（図示せず）で固定されている。足部４４は、図３に一点鎖線で示すトップブラケット板４５に固定されている。なお、トップブラケット板４５は、リアブラケット板４６と補強ロッド４７で連結されている。

本実施形態では、オートテンショナ２８は、ベース４１の軸心４８が、正面視において、モータジェネレータ９におけるプーリ１５の軸心４９よりも若干の寸法Ｅだけフロントカバー５から離れるように設定している。

次に、モータジェネレータ９の取り付け構造を、主として図７〜１０に基づいて説明する。モータジェネレータ９は、上ブラケット５１を介してシリンダヘッド３及びフロントカバー５に固定（吊支）されていると共に、第１及び第２の下ブラケット５２，５３を介してシリンダブロック２に固定されている。

上ブラケット５１は鋳物品又はダイキャスト品であり、側面視では上窄まりの形状であり、上端部はシリンダヘッド３の一側面３ａに突設した突部５４に第１上ボルト５５で締結されている。図８では、上ブラケット５１は頂点から左右両側に等しく傾斜した山形になっているが、図１０に示すように、フロントカバー５の側に向いた面を鉛直面（気筒軸線と平行な面）と成してもよい。

フロントカバー５には、シリンダヘッド３の一側面３ａから外向きに突出した張り出し部５６を設けている一方、上ブラケット５１には、フロントカバー５における張り出し部５６の裏面に重なるボス部５７を設け、フロントカバー５の張り出し部５６とボス部５７とを第２上ボルト５８で締結している。従って、上ブラケット５１は、姿勢が直交している２本の上ボルト５５，５８により、シリンダヘッド３とフロントカバー５とに固定されている。図１０の形態の場合は、上ブラケット５１の側面全体をフロントカバー５の張り出し部５６に固定することも可能である。

上ブラケット５１の下端には、モータジェネレータ９のケーシングに設けた前後の上リブ５９の間に嵌まる筒部５１ａを設けており、筒部５１が第３上ボルト６０及びナット６１で上リブ５９に締結されている。この場合、ナット６１は奥側の上リブ５９に設けた六角穴６２に回転不能に嵌まっている。従って、取り付けに際しては、第３上ボルト６０をねじ込み操作するだけでよい。

第１下ブラケット５２は、上下の筒６３を前後の端板６４に固定したリンクの形態を成しており、上部はシリンダブロック２に設けた前後の支持突起６５の間に挟み込んで、支持突起６５に第１下ボルト６６及びナット６７で固定されている。また、第１下ブラケット５２の下端は、モータジェネレータ９のケーシングに設けた前後の下リブ６７の間に挟み込まれている。

他方、第２下ブラケット５３は板金製であって、シリンダブロック２の一側面２ａに重なる基部５３ａと、基部５３ｂから横向きに突出したアーム部５３ｂとを有しており、基部５３ａは第２下ボルト６８でシリンタブロック２に締結されている。

他方、アーム部５３ｂでモータジェネレータ９の前後の下リブ６７を外側から挟み、第２下ブラケット５３の前後アーム部５３ｂと、前後の第２下リブ６７と第１ブラケット５２とを第３下ボルト６９及びナット７０で共締めしている。なお、下第１ブラケット５２は、前後下リブ６７に対して回動が許容される状態であってもよい。

(3).まとめ
モータジェネレータ９には、発電機としての駆動及びモータとしての駆動により、シリンダブロック２に引き付けようとする力と、シリンダブロック２から引き離そうとする力が作用する。また、モータジェネレータ９のプーリ１５は、機関本体１に対するモータジェネレータ９の取り付け部（上下のブラケット５１〜５３の部位）からはみ出ているので、第１クランクプーリ１８の駆動により、モータジェネレータ９には平面視で捩じるような外力（モーメント）も作用する。

しかるに、本実施形態では、まず、上ブラケット５１について述べると、上ブラケット５１はシンリダヘッド３とフロントカバー５とに直交した２つの側面が重なっているため、前後左右のいずれの方向にもずれ難いと共に捩じりに対しても高い抵抗を発揮し、しかも、姿勢が直交した２本の上ボルト５５，５８で締結されているため、極めて高い締結強度を確保できる。

更に述べると、上ブラケット５１を機関本体１から離反させようとする外力に対しては、荷重は第２上ボルト５８に対してせんだん力（或いは曲げ力）として作用するため、第１上ボルト５５のみの締結である場合に比べて、極めて高い抵抗を発揮する（つまり、上第２ボルト５８には、ねじ山には外力は掛からずに、軸を曲げようとする外力がかかるため、強度は格段に優れている。）。

また、上ブラケット５１はフロントカバー５の外面よりも内側（シリンダヘッド３の側に位置しているので、モータジェネレータ９は、プーリ１５がフロントカバー５の外面にできるだけ近づくように配置できる。従って、モータジェネレータ９が出っ張ることを抑制して、機関のコンパクト化に貢献できる。しかも、第１クランクプーリ１８はできるだけフロントカバー５の外面に近付けて配置できるため、クランク軸８に作用するモーメントを抑制できるみならず、第１ベルト１９を介してモータジェネレータ９に作用するモーメントも抑制できる。

更に、フロントカバー５は、その外周部がシリンダヘッド３及びシリンダブロック２にボルト４で固定されていて、フロントカバー５の張り出し部５６は前後方向の荷重が掛かってもきわめて変形し難い構造になっているため、上ブラケット５１をしっかりと固定できるのである。

更に述べると、上ブラケット５１はブロック状の形態であって変形し難い構造であり、このブロック状の上ブラケット５１がフロントカバー５の張り出し部５６とシリンダヘッド２とに固定されているため、いわば、フロントカバー５の張り出し部５６が上ブラケット５１を介してシリンダヘッド３に固定されたのと同じ状態になっている。このため、上ブラケットの固定強度も格段に高く、従って、重くて大きな荷重がかかるモータジェネレータ９であっても安定的に吊支できる。

なお、上ブラケット５１はフロントカバー５の補強機能も発揮するが、張り出し部５６は、第２ベルト２１の長手方向に向いてウォータポンプ１１の外側に位置しているため、ウォータポンプ１１の変形を抑制する効果もある。

他方、下ブラケット５２，５３について述べると、２つの下ブラケット５２，５３も、姿勢が異なる（互いに直交した）ボルト６６，６８でシリンダブロック２に締結されているため、機関本体１に対して遠近させる外力に対しても捩じりに対しても、極めて高い抵抗を発揮して、高い締結強度を確保できる。

また、モータジェネレータ９の下部には、発電機としての駆動とモータとしての駆動とにより、シリンダブロック２に押し近付ける外力と引き離す外力とが作用するが、いずれの外力に対しても、第２及び第３の下ボルト６６，６９が曲げ応力によって抵抗として作用するため、高い強度を確保できる。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、上ブラケットを使用して固定する補機はモータジェネレータには限らないのであり、オルタネータ等の各種の補機を吊支できる。上ブラケットは、シリンダブロックとフロントカバーに固定したり、シリンダブロックとシリンダヘッドとフロントカバーとの三者に固定したりすることも可能である。

本願発明は、車両用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
５ 機関本体としてのフロントカバー
９ 補機の一例としてのモータジェネレータ
１０ エアコン用コンプレッサ
１５ モータジェネレータのプーリ
１８ 第１クランクプーリ（請求項のクランクプーリ）
１９ 第１ベルト
５１ 上ブラケット
５２，５３ 下ブラケット
５４ シリンダヘッドに設けた上ブラケット固定用の突部
５５，５８ 上ブラケットを固定しているボルト
５６ フロントカバーの張り出し部

Claims (1)

1. シリンブロック及びシリンダヘッドの一端面に固定されたフロントカバーからクランク軸の一端部を突出させ、前記クランク軸の一端部にクランクプーリが固定されている一方、前記シリンダブロックのうちクランク軸の軸線方向に長い一側面の外側に、前記クランクプーリで駆動される補機を、その回転軸が前記クランク軸と平行に延びるように配置しており、前記補機は、前記シリンダヘッドとフロントカバー、又はシリンダブロックとフロントカバーとに固定された上ブラケットにて吊支されている構成であって、
   前記フロントカバーのうち少なくとも前記上ブラケットを設けている部分を前記シリンダヘッド又はシリンダブロックの一側面から突出したはみ出し部と成しており、前記上ブラケットを、前記クランク軸と直交した方向に向いたボルトで前記シリンダヘッド又はシリンダブロックに固定すると共に、前記クランク軸と平行なボルトで前記フロントカバーのはみ出し部に固定している、
   内燃機関。

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