JP2022102406A - 産業用ハイブリッドエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる工夫により、重くて大きい電動モータをスリップ無くベルト駆動しながら強度十分にエンジン本体に支持できるようにし、より合理化された産業用ハイブリッドエンジンを提供する。【解決手段】クランク軸６の駆動プーリ６ａ及び動力用電動モータ８のモータプーリ８ａに巻回される無端回動帯９が設けられ、電動モータ８は、一つの支持ブラケット２２を用いて位置固定状態でエンジンケースｋに取付けられている産業用ハイブリッドエンジン。支持ブラケット２２は、電動モータ８を取付けるための第１及び第２支持部２３，２４と、これら第１及び第２支持部２３，２４の間に位置して前記エンジンケースｋに取付けるための取付部２５とを有している。【選択図】図１０

Description

本発明は、ハイブリッド式のトラクタ用エンジンや建機用エンジンなど、産業用ハイブリッドエンジンに関するものである。

この種の産業用ハイブリッドエンジンとしては、特許文献１にて開示されたものが知られており、駆動用でもある電動モータは位置固定でエンジン本体に支持されており、ベルト緊張用として専用のテンショナが装備されていた。

特許文献１のエンジンでは、クランク軸に関して電動モータは、エンジンに向かって右側に配置されていたが、今度の開発エンジンにおいては、元々向かって左側にオルタネータが配置されている構造（例：特許文献２）が基礎となる。従って、前述の従来技術（特許文献１など）を参考にすることは難しく、新たな配置レイアウトを考える必要がある。

しかしながら、重くて大きな駆動用の電動モータを、エンジンの右サイドに配置するにあたり、特許文献２に示された構造、即ち、モータ下部をボルト止めし、かつ、上部を板状ステー１つで支持する構造では強度などに無理があり、電動モータの支持強度や電動モータのモータプーリに対するベルト伝動力については改善の余地が残されている。

特開２０１５－１８２５１２号公報 特開２０２０－１０６０１３号公報

本発明の目的は、さらなる工夫により、重くて大きい電動モータをスリップ無くベルト駆動しながら強度十分にエンジン本体に支持できるようにし、より合理化された産業用ハイブリッドエンジンを提供する点にある。

本発明は、産業用ハイブリッドエンジンにおいて、
クランク軸の駆動プーリ及び動力用電動モータのモータプーリに巻回される無端回動帯が設けられ、前記電動モータは、一つの支持ブラケットを用いて位置固定状態でエンジンケースに取付けられていることを特徴とする。

支持ブラケットは、電動モータを取付けるための第１及び第２支持部と、これら第１及び第２支持部の間に位置してエンジンケースに取付けるための取付部とを有していると好都合である。また、第１支持部は、電動モータの上部をボルト止めすべく取付部から斜め上方に突設され、第２支持部は、電動モータの下部をボルト止めすべく取付部から斜め下方に突設されているとより好都合である。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項４～１０を参照のこと。

本発明によれば、電動モータは１つの支持ブラケットを用いてエンジンケースに位置固定されて取付けられているので、電動モータをエンジンケース側方に比較的離れた位置でも強度十分に固定支持させることができる。支持ブラケットは専用の部品であるから、重くて大きな電動モータであっても、強度十分で強固にエンジンケースに支持させることが可能である。

この場合、支持ブラケットを、電動モータを取付けるための第１及び第２支持部と、これら第１及び第２支持部の間に位置してエンジンケースに取付けるための取付部とを有する構成とすれば、径のある電動モータを２箇所の支持部でしっかりと支持しながら、それら２箇所の支持部の間に位置する取付部により、電動モータ付きの支持ブラケットをバランスよくエンジンケースに取付けることができる。

その結果、重くて大きい電動モータをスリップ無くベルト駆動しながら強度十分にエンジン本体に支持できるようになり、より合理化された産業用ハイブリッドエンジンを提供することができる。

支持ブラケットを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図 図１の支持ブラケットを示し、（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は背面図 （Ａ）は図１の支持ブラケットの左側面図、（Ｂ）は緊張ブラケットの正面図 図３（Ｂ）の緊張ブラケットを示し、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は右側面図 アイドラブラケットを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図 図５に示すアイドラブラケットの左側面図 産業用ハイブリッドディーゼルエンジンの正面図 図７に示すエンジンの右側面図 図７に示すエンジンの平面図 電動モータの支持構造及びベルト緊張機構を示す要部の拡大斜視図 電動モータ取付構造を示し、（Ａ）は要部の平面図、（Ｂ）は要部の正面図 ベルト緊張機構が組付けられた電動モータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図 仕様の異なるエンジンの要部を示す正面図

以下に、本発明による産業用ハイブリッドエンジンの実施の形態を、フォークリフトやトラクタなどに適用されるディーゼルエンジンに適用した場合について、図面を参照しながら説明する。この産業用ハイブリッドエンジンＥは、伝動ベルト９のある方を前、フライホイールハウジング１６のある方を後、排気マニホルド１０のある方を左、吸気マニホルド１３のある方を右として定義する。

図７～図９に示されるように、直列４気筒の産業用ハイブリッドディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ）Ｅは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組み付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組み付けられている。シリンダブロック１の下部はクランクケース１ａに、そして上部はシリンダ１ｂにそれぞれ形成されている。シリンダヘッド２の上にヘッドカバー（シリンダヘッドカバー）３が組み付けられ、シリンダブロック１の前にはカバーケース５が組み付けられている。

図７～図９に示されるように、エンジンＥの前部に、クランク軸６の駆動プーリ６ａ、冷却ファン（エンジン補機の一例、図示省略）駆動用のファンプーリ７、及びモータジェネレータである電動モータ８のモータプーリ８ａに跨る伝動ベルト（無端回動帯の一例）９が装備されている。エンジンＥの左側には、排気マニホルド１０、過給器（ターボ）１１などが装備されている。エンジンＥの右側にはエンジンオイル濾過器（オイルフィルタ）１２、吸気マニホルド１３、電動モータ８、ブローバイガスのオイル分離器１４などが装備され、上方には４つのインジェクタ１５が装備されている。エンジンＥの後部には、フライホイールハウジング１６や排気処理装置（排気後処理装置）１７が装備されている。

図７及び図１０に示されるように、電動モータ８の直前位置に、ベルト緊張機構（ベルトテンショナ）Ａが装備されている。ベルト緊張機構Ａは、伝動ベルト９の押し引きの両方に作用する第１及び第２緊張プーリ１８，１９を備えている。従って、伝動ベルトは、駆動プーリ６ａ、ファンプーリ７、第１緊張プーリ１８、モータプーリ８ａ、第２緊張プーリ１９、第１アイドルプーリ２０、第２アイドルプーリ２１に亘って巻回されている。第１及び第２アイドルプーリ２０，２１などによりアイドル機構Ｂが構成されている。

図７～図１１に示されるように、電動モータ８は、シリンダブロック１の上部で右側に配置されており、一つの支持ブラケット２２を用いて位置固定状態でエンジンケースｋに取付けられている。なお、エンジンケースｋは、シリンダブロック１、シリンダヘッド２、ヘッドカバー３、カバーケース（伝動ケースでもよい）５といったエンジンを構成する要素のうちの強度メンバーを指す。

図１～図３（Ａ）に示されるように、支持ブラケット２２は、電動モータ８を取付けるための第１及び第２支持部２３，２４と、これら第１及び第２支持部２３，２４の間に位置してエンジンケースｋに取付けるための取付部２５とを有している。取付部２５は、エンジンケースｋの第１ケース側壁１Ａにボルト止めされる第１取付部２５Ａと、エンジンケースｋにおける第１ケース側壁１Ａと向きが異なる第２ケース側壁１Ｒにボルト止めされる第２取付部２５Ｂとを有している。

図１０、図１１に示されるように、第１ケース側壁１Ａは、駆動プーリが配置される側となる前側壁、即ち、シリンダブロック１の前側壁１Ａであり、第２ケース側壁１Ｒは、吸気マニホルド１３が配置される側となるシリンダブロック１の右側壁（横側壁）１Ｒである。つまり、第１取付部２５Ａは、左右上下に拡がる面を持つ第１取付面２６ａを有して前後向きのボルトにより、前側壁１Ａに取付けられる。第２取付部２５Ｂは、前後上下に拡がる面を持つ第２取付面２７ａを有して左右向きのボルトにより、右側壁１Ｒに取付けられる。

第１取付部２５Ａは、取付本体２５Ｃの前端部から左に直角に折り曲げ形成されて、前側壁１Ａに当接される第１取付面２６ａを持つボス部２６が形成されている。ボス部２６には、ボルト挿通用の１つの取付孔２６ｃ及びボルトのフランジや座金に当接される前座面２６ｂが形成されている。第２取付部２５Ｂは、取付本体２５Ｃから後方でやや下方に向けて延設されるアーム状の部分であり、右側壁１Ｒに当接される第２取付面２７ａを持つ取付座２７が形成されている。取付座２７には、ボルト挿通用の２つの取付孔２７ｃ，２７ｃ及びボルトのフランジや座金に当接されるように段付で凹平面に形成された上下一対の横座面２７ｂ，２７ｂが形成されている。

第１支持部２３は、電動モータ８のモータハウジング８Ｈの上部に形成される前後一対の上突片８Ａをボルト止めすべく取付部２５から斜め上方に突設されている。第１支持部２３は、一対の上突片８Ａ，８Ａ（二股状の上突片８Ａ）間に挟まれるボス部２３Ａを有し、ボス部２３Ａにはボルト挿通用で前後向きの取付孔２３ａが形成されている。
第２支持部２４は、モータハウジング８Ｈの下部に形成される前後一対の下突片８Ｂ，８Ｂ（二股状の下突片８Ｂ）をボルト止めすべく取付部２５から斜め下方に突設されている。第２支持部２４は、一対の下突片８Ｂ，８Ｂ間に挟まれるボス部２４Ａを有し、ボス部２４Ａにはボルト挿通用で前後向きの取付孔２４ａが形成されている。

図１、図２に示されるように、第１支持部２３の付け根と取付本体２５Ｃと第２支持部２４とに跨る前後方向視で三角形状を呈する前後一対の補強リブ２４ｒ、２４ｒが形成され、第１支持部２３と第１取付部２５Ａとに亘る補強リブ２３ｒが形成されている。また、取付本体２５Ｃから第２取付部２５Ｂに亘る補強リブ２５ｒも形成されている。支持ブラケット２２は、鍛鉄、鋳鉄、アルミ合金など、種々の材料製のものが可能である。

図７、図１０に示されるように、伝動ベルト９におけるモータプーリ８ａに対する押し引きの双方の伝動ベルト部分（無体回動帯部分）９ａ、９ｂの背面に摺接して緊張作用するベルト緊張機構（両方向形のテンショナ）Ａが装備されている。このベルト緊張機構Ａの構造自体は公知であり、一対の緊張プーリ１８，１９が互いに接近する方向にヨークバネ３９により弾発付勢されており、モータプーリ８ａに対する伝動ベルト９を、その何れの回動方向においても好適に緊張することができる。

図１０、図１２に示されるように、ベルト緊張機構Ａにおいては、緊張プーリ１８，１９を枢支する回動フレーム１８Ａ，１９Ａが、環状の緊張本体４０に仮想軸心Ｑ回りで回動可能に支持されている。各回動フレーム１８Ａ，１９Ａには、緊張本体４０の外周側を囲繞する状態で配置されるヨークバネ３９の各先端部が係合されており、Ｃ形状を呈するヨークバネ３９の弾性力により、各緊張プーリ１８，１９が互いに接近する方向に弾性付勢されている。また、緊張本体４０には、ボルト止め用の舌片部４１が３箇所に突出形成されている。

ベルト緊張機構Ａは、図３（Ｂ）及び図４に示されるように、「く」字形の緊張ブラケット３１を用いてモータハウジング８Ｈに取付けられている。緊張ブラケット３１は、両端部及び長手方向中央部のそれぞれに形成される計３箇所の取付座３２と、上側２箇所、下側１箇所で計３箇所の支持ボス３３とを有している。各取付座３２には、ボルト挿通用の通孔３２ａが形成され、また、各支持ボス３３には、ボルト螺着用の雌ネジ３３ａが形成されている。

つまり、図１０や図１２に示されるように、３箇所の支持ボス３３によりベルト緊張機構Ａが緊張ブラケット３１にボルト止めで取付けられ、緊張ブラケット３１は、３箇所の取付座３２によりモータハウジング８Ｈの前面側に形成されている３か所の螺着座８ｂにボルト止めにより取付けられている。なお、ベルト緊張機構Ａの仮想軸心Ｑとモータ軸心８Ｐとは合致している〔図１２（Ｂ）参照〕が、互いに位置ずれしていても良い。

図５、図６に示されるように、アイドル機構Ｂは、アイドラブラケット２８に、第１アイドルプーリ２０と第２アイドルプーリ２１とが枢支されることで構成されている。第１アイドルプーリ２０は、伝動ベルト９の歯付状の腹面（内周面）に巻回されるプーリであり、伝動ベルト９の複数の凸条（符記省略）に咬合する複数の周溝２０ａ（図１０参照）が、その回転軸心方向（符記省略）に並べてプーリ体２０Ｂの外周に形成されている。第２アイドルプーリ２１は、伝動ベルトの背面（外周面）が巻回されるプーリであり、その回転軸心（符記省略）の方向に凹凸の無い平坦な外周面２１ａをプーリ体２１Ｂに備えている。

アイドラブラケット２８は、板状の支持本体２８Ａ、プーリ支持用で２箇所の支持ボス部２８Ｂ，２８Ｃ、ボルト止め用で３箇所の締付座２８Ｄが形成されている。各支持ボス部２８Ｂ，２８Ｃは互いに同じ構造であり、支持本体２８Ａから立ち上がるボス基部２９と、ボス基部２９から突設される支軸部３０とを有している。各支軸部３０には、ナット部３０ａが穿設されている。各締付座２８Ｄには、ボルト挿通用の取付孔２８ｄが形成されている。

図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、第１及び第２アイドルプーリ２０，２１は、共にボールベアリングなどの軸受２０Ａ，２１Ａがプーリ体２０Ｂ，２１Ｂに嵌合装着（圧入など）されており、それら軸受２０Ａ，２１Ａを各支軸部３０に外嵌装着することにより、回転可能にアイドラブラケット２８に取付けられている。左側の第１支持ボス部２８Ｂの支軸部３０に、ナット部３０ａを用いて第１アイドルプーリ２０がボルト止めされ、かつ、右側の第２支持ボス部２８Ｃの支軸部３０に、ナット部３０ａを用いて第２アイドルプーリ２１がボルト止めされている。

第１アイドルプーリ２０には下方から、そして第２アイドルプーリ２１には上方からそれぞれ伝動ベルト９が巻回されている。従って、アイドル機構Ｂにより、ベルト緊張機構Ａの適切なベルト巻き掛け角度と、駆動プーリ６ａの十分な巻き掛け角度とが得られるように、一対のアイドルプーリ２０，２１が配置構成されている。

アイドラブラケット２８は、異なる仕様のエンジンＦにおける補機３４を取付るための螺着部３５ａ（図１３を参照）を用いて取付けられている。即ち、アイドラブラケット２８がボルト止めされる支着ケース部３５は、図１３に示されるように、本来は、異仕様エンジンＦにおけるオイルフィルタ（補機の一例）３４を、その前側にボルト止めするフィルタ前部配置構造とするための構造部である。本仕様（ハイブリッド）のエンジンでは、フィルタ前部配置構造は採られず、前述の支着ケース部３５の前側は空いている。そこで、支着ケース部３５が、その３箇所の螺着部３５ａによりアイドラブラケット２８をボルト止めする取付箇所として有効利用されている。

つまり、複数の仕様のエンジンＥ，Ｆを作るにあたり、ある仕様のエンジンＦのための設けられている支着ケース部３５及びその螺着部３５ａを、ある仕様とは異なる仕様のエンジンＥにおいては、アイドラブラケット２８の取付手段として機能できるように工夫して設計されている。従って、その設計工夫により、アイドラブラケット２８を取付けるための専用の手段を新たに設ける必要がないから、その分の加工工数低減並びにコストダウンが図れて合理化が推進される効果がある。

図３（Ａ）や図７に示されるように、支持ブラケット２２の第１取付部２５Ａを固定するボルト３６〔前側壁１Ａの雌ネジ部（図示省略）に装着〕は、異仕様エンジンＦにおいては、図１３に示されるように、ダイナモ（オルタネータ）３７の上部を位置操作可変に支持する長孔付きのダイナモステー３８を螺着するボルト３６に共用されている。従って、第１取付部２５Ａとダイナモステー３８とが、互いに同じボルト３６（正確には、前側壁１Ａの雌ネジ部）で取付けられるように、カバーケース５などの構造が工夫して設計されている。

図７、図１１に示されるように、電動モータ８の軸心８Ｐの位置は、シリンダブロック１の上端１ｃよりも低い高さで、かつ、オイル分離器１４の下となる高さに設定されている。電動モータ８はシリンダブロック１に対して比較的大きく右方向に張出して配置されており、そのエンジンＥに対する左右方向の位置は、電動モータ８の後に配置されるオイル分離器１４と互いにほぼ同じ又は同じ左右位置である。外郭

以上のとおり、本エンジンＥにおいては、シリンダブロック１の右側壁１Ｒ及び前側壁１Ａにそれぞれボルト止め固定され、かつ、モータハウジング８Ｈの上部及び下部を支持する支持ブラケット２２により、重い電動モータ８をエンジンＥの右側方に比較的離れた位置でも強度十分に固定支持させることができる。
第１取付部２５Ａを取付けるボルト３６の螺着手段（前側壁１Ａの雌ネジ部）は、現行エンジン（異仕様エンジンＦ）のダイナモステー３８もボルト止め可能な構造としてある（図１３を参照）ので、現行エンジンをベースにしてコンパチブルに産業用ハイブリッドエンジンＥが実現できている。

電動モータ８の前面側にベルト緊張機構Ａが配備されているので、電動モータ８とシリンダブロック１との間にベルト緊張機構Ａを設けるスペースを設ける必要がなく、横方向で電動モータ８をできる限りシリンダブロック１に近づけることができ、コンパクトなエンジンレイアウトが実現できている。モータハウジング８Ｈとベルト緊張機構Ａとを緊張ブラケット３１を用いて連結してあるので、緊張ブラケット３１の変更により、ベルト緊張機構Ａの位相や位置変更が任意に行い易く、また、プーリ比の異なる仕様にも対応できる便利で融通の利く利点がある。

〔別実施形態〕
支持ブラケット２２は、シリンダブロック１の右側壁１Ｒと、カバーケース５の前側壁（符記省略）との２箇所でもってボルト止めされるとか、取付部２５が、第１支持部２３の上側及び第２支持部２４の下側の２箇所に存在してそれぞれがエンジンケースｋにボルト止めされる構成など、種々の構造変更が可能である。

１ シリンダブロック
１Ａ 第１ケース側壁（前側壁）
１Ｒ 第２ケース側壁（横側壁）
１ｃ 上端（シリンダヘッド）
６ クランク軸
６ａ 駆動プーリ
８ 電動モータ
８Ｐ 軸心
８ａ モータプーリ
９ 無端回動帯
９ａ，９ｂ 無端回動帯部分
１３ 吸気マニホルド
２０，２１ アイドルプーリ
２２ 支持ブラケット
２３ 第１支持部
２４ 第２支持部
２５ 取付部
２５Ａ 第１取付部
２５Ｂ 第２取付部
２８ アイドラブラケット
３１ 緊張ブラケット
３４ 補機（オイルフィルタ）
３５ａ 螺着部
Ａ テンショナ（ベルト緊張機構）
Ｆ 異なる仕様のエンジン
ｋ エンジンケース

Claims (10)

1. クランク軸の駆動プーリ及び動力用電動モータのモータプーリに巻回される無端回動帯が設けられ、前記電動モータは、一つの支持ブラケットを用いて位置固定状態でエンジンケースに取付けられている産業用ハイブリッドエンジン。
2. 前記支持ブラケットは、前記電動モータを取付けるための第１及び第２支持部と、これら第１及び第２支持部の間に位置して前記エンジンケースに取付けるための取付部とを有している請求項１に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
3. 前記第１支持部は、前記電動モータの上部をボルト止めすべく前記取付部から斜め上方に突設され、前記第２支持部は、前記電動モータの下部をボルト止めすべく前記取付部から斜め下方に突設されている請求項２に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
4. 前記取付部は、前記エンジンケースの第１ケース側壁にボルト止めされる第１取付部と、前記エンジンケースにおける前記第１ケース側壁と向きが異なる第２ケース側壁にボルト止めされる第２取付部とを有している請求項２又は３に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
5. 前記第１ケース側壁は、前記駆動プーリが配置される側となる前側壁であり、前記第２ケース側壁は、吸気マニホルドが配置される側となる横側壁である請求項３に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
6. 前記エンジンケースはシリンダブロックであり、前記前側壁は前記シリンダブロックの前側壁であり、かつ、前記横側壁は前記シリンダブロックの横側壁である請求項５に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
7. 前記電動モータの軸心の位置は、前記シリンダブロックの上端よりも低い高さに設定されている請求項６に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
8. 前記無端回動帯における前記モータプーリに対する押し引きの各無端回動帯部分に緊張作用する両方向形のテンショナが設けられ、
   前記テンショナは、前記電動モータに支持される緊張ブラケットに取付けられている請求項１～７の何れか一項に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
9. 前記無端回動帯における前記クランクプーリと前記モータプーリとの間の部分に巻回されるアイドルプーリが設けられ、
   前記アイドルプーリを軸支するアイドラブラケットは、異なる仕様のエンジンにおける補機を取付けるための螺着部を用いて取付けられている請求項８に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
10. 前記補機はオイルフィルタである請求項９に記載の産業用ハイブリッドエンジン。

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