JP2021050811A - 内燃機関用オートテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転安定性等に優れた内歯歯車方式のオートテンショナを提供する。【解決手段】オートテンショナ１は、オルタネータ４の回転軸１３に固定された平歯車１４と、平歯車１４に噛合する内歯歯車１６を有する従動プーリ１７とを有しており、従動プーリ１７は、回転軸１３の軸心回りに回動する支持アーム１９（２０）に回転自在に保持されている。回転軸１３の軸心と従動プーリ１７の軸心とは互いに離れている。支持アーム１９は支持ブラケット２３によって回動自在に保持されており、ばねユニット２５によって原点姿勢に戻るように付勢されている。従動プーリ１７が過剰に振れ動くことはなくて、安定性が高い。【選択図】図１

Description

本願発明は、自動車用等の内燃機関において補機類を駆動するベルトに適度の張力を付与するためのオートテンショナに関するものである。

自動車用内燃機関において、例えばオルタネータはクランクプーリに巻き掛けられた補機駆動ベルトによって駆動されており、ベルトの張力を一定に保持するためのオートテンショナが使用されている。オートテンショナの種類は様々であり、特許文献１には、オートテンショナを内歯歯車方式のプーリに構成し、このプーリの内歯をクランク軸に固定された平歯車に噛合させる構成が開示されている。

また、特許文献１では、プーリがクランク軸の軸心方向に移動して平歯車から外れることを防止するため、当該プーリの両端面にリング板を固定し、リング板の平歯車の端面に摺接させている。

特許文献１において、プーリの軸心はクランク軸の軸心から離れており（偏心しており）、ベルトの張り側と弛み側の張力が変化すると、その変化に対応してプーリがクランク軸の軸心回りに回動する。これにより、プーリがベルトの張り側に移動したり弛み側に移動したりして、ベルトのテンションを一定に保持できる。

実開昭６３−１７８６５８号のマイクロフィルム

さて、ベルトでプーリを駆動する場合、ベルトの曲がりが大きい（曲率半径が小さい）と、ベルトの変形量が大きくなってメカロスが増大する問題がある。また、スリップ防止の点からは、プーリの外径はできるだけ大きくしてベルトとの接触長さをできるだけ長くするのが好ましい。しかし、例えばオルタネータのプーリはかなり小径に設定されているため、メカロスやスリップを的確に抑制することが難しかった。

これに対して特許文献１のオートテンショナは、プーリの外径を大きくできるため、オルタネータの駆動に対するプーリのテンション調節に使用すると、メカロスを軽減できて燃費の向上に貢献できると共に、スリップを防止して動力伝達性能を向上できる利点がある。また、特許文献１のオートテンショナはコンパクトである利点や、オートテンショナのプーリがカバーの役割を果たして平歯車を保護できる利点もある（自動車用内燃機関に適用すると、走行中に跳ね上げられた小石が平歯車に当たることを防止できる。）。

しかし、特許文献１のオートテンショナには、幾つかの問題もあると云える。例えば、特許文献１では、プーリはベルトの張り具合に応じて遊動するだけであり、プーリを原点位置に積極的に戻す機能がないため、テンション調節が不十分になるおそれがある。

また、特許文献１では、平歯車の端面に摺接する円板によってプーリの位置を保持しているため、円板と平歯車との摺接箇所の摩擦によって動力損失が発生する問題や、擦れ音による騒音の問題、或いは擦れによる発熱の問題も懸念される。

更に、特許文献１では、プーリは、ベルトの張り側と弛み側との張力変化に応じてクランク軸の軸心回りに振れ動くものであるため、ある程度の回転数になるとベルトの張力変化によってバタ付きが発生し、安定した回転を実現できなくなる事態も懸念される。

本願発明はこのような現状を契機に成されたものであり、オートテンショナの要素として内歯歯車方式のプーリを使用しつつ、完成度・実用性を向上させた構成を提供せんとするものである。

本願発明のオートテンショナは、
「補機の回転軸に設けた平歯車と、前記平歯車と噛合する内歯歯車を有する従動プーリと、前記回転軸の軸心回りに回動する支持アームと、前記支持アームを原点位置に保持するように付勢する弾性体とを備えており、前記従動プーリに、主動プーリから動力伝達されるベルトが巻き掛けられる」
という基本構成において、
「前記従動プーリは、前記支持アームのうち回動軸心から離れた部位に回動自在に連結されており、前記内歯歯車が平歯車に噛合した状態を保持しつつ前記支持アームが前記回転軸の軸心回りに回動することにより、前記ベルトの張力が変化させられる」
という構成になっている。

本願発明では、従動プーリは大径化できるため、特許文献１と同様に、ベルトの曲がりの程度を緩くして動力伝達損失を抑制できると共に、ベルトとの接触長さを長くしてスリップ防止効果を向上できる。

そして、従動プーリが取り付いた支持アームは弾性体によって原点位置に付勢されているため、ベルトを所定のテンションに保持する機能に優れている。また、弾性体の付勢力を調節することにより、従動プーリの回動の応答性を変化させることができるため、補機の種類等に応じて適切なテンション管理を行える。この場合、弾性体として電動式アクチェータを使用すると、ベルトに作用した負荷に応じて付勢力を調節できるため、ベルトのテンション管理を更に適切化できる利点がある。

また、支持アーム及び従動プーリが振れ動くことが弾性体によって阻止されるため、高速回転であってもバタ付きを招来することなく安定した回転を実現できる。従って、実用性に優れている。

更に、従動プーリが支持アームに回転自在に取り付けられていて、平歯車と摺接する部分は存在しないため、騒音の発生や発熱の問題は皆無であり、この面でも実用性に優れている。

実施形態を示す図で、（Ａ）は内燃機関をクランク軸線方向から見たおおまかな正面図、（Ｂ）はオートテンショナの正面図である。 （Ａ）は図１（Ｂ）のIIA-IIA 視分離図、（Ｂ）はオートテンショナのみの分離図である。 図１（Ｂ）のIII-III 視断面図である。 図１（Ｂ）のIV-IV視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、内燃機関に一般的に使用されている用法に基づいて、タイミングチェーンを配置している側を前、ミッションケースを配置している側を後ろとしている。左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。

本実施形態のオートテンショナ１は、主動プーリの一例としてのクランクプーリ２によって補機を駆動する補機駆動ベルト３のテンション調節に使用している。具体的には、クランクプーリ２によってオルタネータ４とウォータポンプ５とが駆動されているが、オルタネータ４に対する駆動トルクを一定化するために使用されている。

図１（Ａ）に示すように、内燃機関は、シリンダブロック６とその頂面に固定されたシリンダヘッド７、及び、シリンダブロック６の下面に固定されたオイルパン８とを有しており、シリンダヘッド７及びシリンダブロック６の前面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバー９が固定されている。従って、シリンダブロック６、シリンダヘッド７、オイルパン８、フロントカバー９によって機関本体が構成されている。

図１（Ａ）のとおり、ウォータポンプ５はシリンダブロック６の前面部に配置されている一方、オルタネータ４はシリンダブロック６の側方に配置されている。図２（Ｂ）に示すように、オルタネータ４のハウジング１１には、前後一対ずつの張り出し部１２ａ，１２ｂが形成されており、これら前後の張り出し部１２ａ，１２ｂが、ブラケット（図示せず）を介して又は直接にシリンダブロック６及びフロントカバー９に固定されている。正確には、前張り出し部１２ａはフロントカバー９に固定されて、後ろ張り出し部１２ｂはシリンダブロック６に固定されている。

クランク軸１０の前端部はフロントカバー９の前方に突出しており、この突出部にクランクプーリ２が固定されている。他方、オルタネータ４は、前部をフロントカバー９の手前に突出させた回転軸１３を備えており、回転軸１３の前部（前端面）に、クランクプーリ２と同じ前後位置に配置された平歯車１４がボルト１４ａで固定されている。

オートテンショナ１は、既述の平歯車１４と、平歯車１４に噛合する内歯歯車１６が形成された従動プーリ１７とを備えている。明示していないが、従動プーリ１７の外周面は、補機駆動ベルト３の内周面の凹凸が噛み合う鋸歯状の断面形状になっている。

従動プーリ１７は、オルタネータ４に向けて開口した浅いトレー状の形態を成しており、前面に、オルタネータ４における回転軸１３の軸心から離れた支軸１８を固定し、支軸１８が支持アーム１９の軸受部２０ａに回転自在に保持されている。そして、支軸１８の軸心Ｏ２は回転軸１３の軸心Ｏ１から離れている。すなわち、従動プーリ１７の軸心Ｏ２は回転軸１３の軸心Ｏ１から偏心している。

図３，４に示すように、支持アーム１９は、従動プーリ１７の手前に位置した第１部分２０と、従動プーリ１７の後ろに位置した第２部分２１と、両者に一体に繋がった連結部２２とを有しており、既述のとおり、第１部分２０に設けた軸受部２０ａに従動プーリ１７がベアリングを介して回転自在に保持されている。

他方、第２部分２１は、オルタネータ４のハウジング１１に向けて突出した筒部２１ａを有しており、筒部２１ａは、当該筒部２１ａが嵌まる穴を有する支持ブラケット２３にベアリングを介して回転自在に保持されている。また、図１（Ｂ）に示すように、支持ブラケット２３は基板２４にボルト等で固定されており、基板２４は、オルタネータ４のハウジング１１に設けた前張り出し部１２ａにボルトで固定されている。従って、支持アーム１９は、支持ブラケット２３及び基板２４を介して、回転軸１３と同心に回動するようにハウジング１１に支持されている。

支持アーム１９の連結部２２はフロントカバー９から離れるように延びており、その先端部に、弾性体の一例としてばねユニット２５の下端（一端）に、相対回動可能に連結されている。ばねユニット２５は、内蔵したばねの弾性に抗して伸縮自在であり、下向きロッド２５ａに、支持アーム１９の連結部２２が相対回動可能に連結されている。ばねユニット２５における上向きロッド２５ｂは、フロントカバー９又はシリンダブロック６若しくはシリンダヘッド３に、ブラケットを介して（又は直接に）相対回動可能に連結されている。

ばねユニット２５は、所定の基準長さを安定状態として、伸びる方向にも縮む方向にも弾性的な抵抗が発生する。従って、支持アーム１９は、ばねユニット２５が基準長さにあるときの姿勢を原点姿勢として、いずれの方向の回動にも弾性的な抵抗が付与される。すなわち、支持アーム１９は、原点姿勢に戻るように弾性的に付勢されている。

本実施形態のオートテンショナ１は以上の構成であり、補機駆動ベルト３において張り側と弛み側との張力が変化すると、張力の変化に対応して、支持アーム１９及び従動プーリ１７が回転軸１３の軸心回りに回動する。すると、従動プーリ１７の回動軸心とクランク軸１０との間隔が変化して、補機駆動ベルト３の張力が変化して、原点姿勢に戻そうとする付勢力が増加する。従って、補機駆動ベルト３のテンションを一定に保持できる。

そして、従動プーリ１７は平歯車１４よりも遥かに大径であるため、補機駆動ベルト３の曲がりを緩くして動力損失（メカロス）を抑制できると共に、補機駆動ベルト３との接触長さを長くしてスリップを防止できる。また、支持アーム１９は、支持ブラケット２３によって回転自在に保持されていると共にばねユニット２５によって原点姿勢に付勢されているため、従動プーリ１７の振れ動きを防止して高速回転でも安定して回転させ得る。

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、実施形態の支持アーム１９は複数の部材で構成されているが、単一構造であってもよい。支持ブラケット２３と基板２４とを一体の構造に形成することも可能である。また、ばねユニット２５に代えて、付勢力を調節できるアクチェータを使用することも可能である。

実施形態のばねユニット２５は上下長手の姿勢で配置されているが、左右長手の姿勢や斜めの姿勢に配置してもよい。更に、伸縮式のばねユニットに代えて、リング状に巻いたばね体を使用して、リング状のばね体で支持ブラケット２３と支持アーム１９とを連結（係止）することも可能である。或いは、筒状のゴム体も使用可能である。

また、本願発明のオートテンショナ１は、オルタネータのためのテンション調節には限らず、モータジェネレータのためのテンション調節や、エアコン用コンプレッサのためのテンション調節などにも使用できる。

本願発明は、内燃機関用のオートテンショナに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ オートテンショナ
２ クランクプーリ（主動プーリ）
３ 補機駆動ベルト
４ オルタネータ
５ ウォータポンプ
９ フロントカバー
１１ ハウジング
１３ 回転軸
１４ 平歯車
１６ 内歯歯車
１７ 従動プーリ
１９ 支持アーム
２０ 第１部分
２１ 第２部分
２２ 連結部
２３ 支持ブラケット
２４ 基板
２５ 弾性体の一例としてのばねユニット

Claims (1)

1. 補機の回転軸に設けた平歯車と、前記平歯車と噛合する内歯歯車を有する従動プーリと、前記回転軸の軸心回りに回動する支持アームと、前記支持アームを原点位置に保持するように付勢する弾性体とを備えており、前記従動プーリに、主動プーリから動力伝達されるベルトが巻き掛けられる構成であって、
   前記従動プーリは、前記支持アームのうち回動軸心から離れた部位に回動自在に連結されており、前記内歯歯車が平歯車に噛合した状態を保持しつつ前記支持アームが前記回転軸の軸心回りに回動することにより、前記ベルトの張力が変化させられる、
   内燃機関用オートテンショナ。

Images