JP4239755B2 - モータジェネレータの取り付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト駆動式のモータジェネレータシステムに用いて好適のモータジェネレータの取り付け構造に関するものである。

モータジェネレータシステムの一例として、従来より、エンジンのスタータと発電機（オルタネータ又はジェネレータともいう）との両方の機能を統合したシステム（いわゆるモータジェネレータシステム）が提案、開発されている。このような技術では、一般的なオルタネータよりも大きいスタータジェネレータ（又はモータジェネレータという）を設けるとともに、上記スタータジェネレータとエンジンのクランクシャフト（クランクプーリ）とを他の補機類とともにベルトにより接続することで、エンジンとスタータジェネレータとの間で駆動力の伝達が行なわれるように構成されている。

そして、エンジン運転時にはエンジンの駆動力によりスタータジェネレータを駆動して発電を行なうとともに、エンジンの始動時にはスタータジェネレータをスタータモータとして作動させることによりエンジンを始動させる。
ところで、このようなベルト式のスタータジェネレータシステムでは、エンジンの始動時においては、ベルトにはスタータジェネレータから駆動力が入力されることになるので、スタータジェネレータの上流側が最も張力が高くなり、またスタータジェネレータの下流側が最も張力が低くなる。したがって、スタータジェネレータの下流側にベルト張力を一定に保持するオートテンショナを配設するのが好ましい。

なお、エンジンの通常運転時には、ベルトにはエンジンから駆動力が入力されることになり、この場合には、クランクプーリの上流側が最も張力が高くなり、またクランクプーリの下流側が最も張力が低くなる。しかし、エンジン始動時にはスタータジェネレータからは非常に大きなトルクが出力され、このときのトルクの方がエンジンの通常運転時にクランクプーリから入力されるトルクよりも明らかに大きい。このため、上述のようにスタータジェネレータの下流側にオートテンショナを配設するのが好ましい。

ここで、特許文献１には、このような現象に着目した技術が開示されている。すなわち、スタータジェネレータによりエンジンを始動する際に、ベルトに生じる緩みが最大となるベルト最緩み側、すなわち、スタータジェネレータの下流側にベルト張力を調整するオートテンショナを配置し、且つ前記ベルトに生じる張りが最大となるベルト最張り側、すなわち、スタータジェネレータの上流側にエンジンのクランクプーリを配設し、クランクプーリとオートテンショナとの間のベルトの張り側に他の補機を配置した技術が開示されている。
特許第３１２９２６８号公報

ところで、一般にエンジンのオルタネータやその他の補機類は、主にエンジンのカムチェーン（タイミングベルト）を覆うカムチェーンケースに取り付けられるが、上述したスタータジェネレータシステムでは、エンジンを始動させるために大容量のスタータジェネレータが必要となるため、単にオルタネータの代わりにスタータジェネレータを置き換えることはできない。すなわち、エンジン始動時にはスタータジェネレータは大きなトルクを発揮するため、スタータジェネレータの取り付け部には高い強度が要求されることになるが、カムチェーンケースは板状の比較的強度の低い部材であり、単にオルタネータの代わりにスタータジェネレータを置き換えた場合には、このような大きいトルクに耐えることができないという課題がある。

また、上述したように、スタータジェネレータシステムでは、スタータジェネレータの下流側にオートテンショナを設けるのが好ましい。この場合、カムチェーンケースのスタータジェネレータ下流側には十分なスペースが存在しないため、オートテンショナを取り付けるには、新たにブラケット等を設けてこのブラケットにオートテンショナを保持させるとともに、上記ブラケットをカムチェーンケースに取り付けるようにすることが考えられる。

しかしながら、このように構成すると部品点数が増大するためコストが上昇するとともに重量も増加する。また、コンパクト化を阻害することにもなる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成でモータジェネレータの取り付け剛性の向上を図るとともに、エンジン全体のコンパクト化を図るようにしたモータジェネレータの取り付け構造を提供することを目的とする。

本願発明は、モータの機能と発電機の機能とを有しエンジンのクランクプーリにベルトを介して接続されるモータジェネレータの取り付け構造であって、該ベルトの張力を一定に保持するオートテンショナを取り付けるための第１の取り付け部が、該エンジンのカムチェーンケースのウォータポンプ取り付け位置に隣接した位置から該エンジンの幅方向に突出して、該カムチェーンケースと一体に形成され、該モータジェネレータを該カムチェーンケースに取り付けるための第２の取り付け部が、該第１の取り付け部からさらに突出して、該第１の取り付け部を介して該カムチェーンケースと一体に形成され、該モータジェネレータを該カムチェーンケースに取り付けるための第３の取り付け部が、該カムチェーンケースに形成されるとともに、該第３の取り付け部と該第２の取り付け部との間に該ウォータポンプが位置するように、該第３の取り付け部の位置が設定されていることを特徴としている。

本願発明のモータジェネレータの取り付け構造によれば、カムチェーンケースに、オートテンショナを取り付けるための第１の取り付け部とモータジェネレータを取り付けるための第２の取り付け部とを一体に形成するという簡素な構成で、モータジェネレータの取り付け剛性を及び取り付け精度が大幅に向上する。
また、モータジェネレータの取り付けスパンを大きく取ることができ、さらに高い剛性でモータジェネレータをカムチェーンケースに取り付けることができるという利点があるほか、他の補機を跨ぐような状態でモータジェネレータが取り付けられるので、スペース効率の高い取り付け構造を提供することができ、エンジンのコンパクト化を図ることができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的な正面図、図２及び図３はいずれもその全体構成を示す模式的な斜視図、図４は本発明が適用されるカムチェーンケースを示す模式図、図５及び図６はいずれも本発明が適用されるオートテンショナを示す模式図、図７は本発明が適用されるモータジェネレータを示す模式図である。

本発明が適用されるエンジン１には、いわゆるスタータジェネレータシステムが適用されている。すなわち、図１〜図３に示すようにエンジン１の側部には、スタータモータとしての機能と発電機としての機能とを兼ね備えたスタータジェネレータ（モータジェネレータ）５が設けられ、このスタータジェネレータ５とエンジン１のクランクプーリ３とがベルト２により接続されている。

また、クランクプーリ３には、スタータジェネレータ５以外にもウォータポンプ４及びエアコンコンプレッサ（Ａ／Ｃ）６がベルト２を介して接続されている。また、上記のウォータポンプ４，スタータジェネレータ５及びオートテンショナ７は、いずれもタイミングベルト（又はカムチェーン）覆うべくエンジン１の側部に設けられたカムチェーンケース９に取り付けられており、Ａ／Ｃ６はエンジン１の下部に設けられたオイルパン１０に取り付けられている。

そして、エンジン運転時にはエンジン１の駆動力によりウォータポンプ４やＡ／Ｃ６とともにスタータジェネレータ５が駆動されて発電が行なわれるとともに、エンジン１の停止時にはスタータジェネレータ５をスタータモータとして作動させることによりエンジン１を始動させるようになっている。なお、本実施形態においては、クランクプーリ３は図１中時計回りに回転し、これによりベルト２も図中時計回り方向に駆動されるようになっている。

ところで、すでに述べたように、ベルト式スタータジェネレータシステムでは、エンジン１の始動時において、スタータジェネレータ５の上流側（張り側）が最も張力が高くなり、また、スタータジェネレータ５の下流側（緩み側）が最も張力が低くなる。つまり、エンジン１の始動時には、スタータジェネレータ５の下流側が最もベルト２が緩むことになる。そこで、本実施形態においては、スタータジェネレータ５の緩み側であるスタータジェネレータ５のすぐ下流側（即ち、スタータジェネレータ５とＡ／Ｃ６との間）にオートテンショナ７が設けられており、このオートテンショナ７によりベルト２の張力が一定に保持されるようになっている。また、Ａ／Ｃ６とクランクプーリ３との間には、ベルト２の巻き付け角を確保するためのアイドラプーリ８も設けられている。

次に、オートテンショナ７の構成について簡単に説明すると、図５に示すように、オートテンショナ７は、直接ベルト２に接してベルト２に張力を付与するベルト当接部７１と、上記ベルト当接部７１に対して弾性力を付与する本体部７２とから構成されており、このうち、ベルト当接部７１は軸７１ａを中心に回転可能なローラとして構成されている。また、本体部７２は円筒状のケーシング７３とフランジ部７４とから構成されており、ケーシング７３内にはスプリング等の弾性部材（図示省略）が収納されている。

また、図５及び図６に示すように、ケーシング７３の中心軸７３ａと、ローラ７１の回転軸７１ａとは所定距離だけオフセットして設けられており、ローラ７１はケーシング７３の中心軸７３ａを中心に所定の角度内の範囲で揺動可能に構成されている。また、ケーシング７３内の弾性部材の付勢力によりローラ７１はベルト２を押圧する方向（図５では矢印Ａ方向）に付勢されており、この付勢力によりベルト２の張力が略一定に保持されるおうになっている。また、フランジ部７４にはケーシング７３を囲むように３箇所にボルト穴７４ａが形成されている。

一方、図４に示すように、カムチェーンケース９には、オートテンショナ７を取り付けるための取り付け部（第１の取り付け部）９１及びスタータジェネレータ５を取り付けるための取り付け部（第２の取り付け部）９２が、いずれもカムチェーンケース９と一体に形成されている。ここで、第１の取り付け部９１及び第２の取り付け部９２は、何れも図示するようにカムチェーンケース９から突出して形成されている。また、第１の取り付け部９１には、オートテンショナ７のケーシング７３が収納される穴部９４が形成されている。また、上記第１の取り付け部９１には、オートテンショナ７のフランジ部７４に形成されたボルト穴７４ａと対応する位置にそれぞれボルト穴９１ａが形成されている。

また、第２の取り付け部９２は、第１の取り付け部９１の先端側（すなわちカムチェーンケース９からさらに突出する側）に形成されている。また、上記第２の取り付け部９２には、ボルト穴９２ａが形成されている。ここで、図７に示すように、スタータジェネレータ５には、エンジン１（より具体的にはカムチェーンケース９）にスタータジェネレータ５を取り付けるための腕部５１，５２が設けられており、これらの腕部５１，５２にはそれぞれボルト穴が５１ａ，５２ａが形成されている。なお、一方の腕部５１のボルト穴５１ａは第２の取り付け部９２のボルト穴９２ａと一致する位置に形成されており、これにより腕部５１が第２の取り付け部９２に取り付けられるようになっている。

また、図４に示すように、カムチェーンケース９にはスタータジェネレータ５の他方の腕部５２を取り付けるための第３の取り付け部９３が設けられており、この第３の取り付け部９３にはボルト穴９３ａが形成されている。ここで、第２の取り付け部９２と第３の取り付け部９３との間にウォータポンプ４の回転中心４ａが位置するように、第３の取り付け部９３の場所が設定されている。また、スタータジェネレータ５の他方の腕部５２に形成されたボルト穴５２ａは、上記第３の取り付け部９３のボルト穴９３ａと一致する位置に形成されている。

そして、このように第２及び第３の取り付け部９２，９３を設定することにより、図１に示すように、スタータジェネレータ５は２つの腕部５１，５２によりウォータポンプ４を跨ぐようにして、カムチェーンケース９に取り付けられるようになっている。
本発明の一実施形態に係るスタータジェネレータの取り付け構造は、上述のように構成されているので、オートテンショナ７をカムチェーンケース９に取り付ける場合には、まずオートテンショナ７のケーシング７３をカムチェーンケース９の第１の取り付け部９１に形成された穴部９４に挿入するとともに、フランジ部７４のボルト穴７４ａとカムチェーンケースのボルト穴９１ａとを一致させて、ボルト１１（図１〜図３参照）によりオートテンショナ７を固定する。

そして、上述のようにしてオートテンショナ７を取り付けることにより、スペース効率の高い取り付け構造を提供でき、オートテンショナ７を含む各補機類をコンパクトに配設することができる利点がある。また、従来のようにブラケット等を介して取り付ける場合と比較して、ブラケット等が不要となる分だけ部品点数が低減して低コスト化及び軽量化を図ることができる。また、カムチェーンケース９と一体形成された取り付け部９１にオートテンショナ７のケーシング７３を保持させるので、ブラケット等を介して取り付ける場合と比較して取り付け剛性が大幅に向上するという利点がある。さらに、カムチェーンケース９とオートテンショナ７との間にブラケット等の部品が介在しない（換言すると、カムチェーンケース９に直接オートテンショナ７を取り付ける）ため、取り付け精度も向上するという利点がある。

一方、スタータジェネレータ５を取り付ける際には、スタータジェネレータ５の腕部５１，５２に形成されたボルト穴５１ａ，５２ａを、カムチェーンケース９の第２及び第３の取り付け部９２，９３に形成されたボルト穴９２ａ，９２ｂにそれぞれ一致させ、ボルト１２（図１〜図３参照）によりスタータジェネレータ５を固定する。これにより、スタータジェネレータ５はウォータポンプ４を跨ぐような状態でカムチェーンケース９に取り付けられる。

したがって、スタータジェネレータ５の取り付け精度及び取り付け剛性についても大幅に向上する。即ち、スタータジェネレータ５は一般的なオルタネータと比較すると大型であり、またスタータモータとして作動する場合には大きなトルクを発揮するので、高い取り付け剛性が要求される。このため、一般的なエンジンのオルタネータと同様にスタータジェネレータ５を取り付けると取り付け剛性が不足する。これに対して、本願発明では、スタータジェネレータ５の腕部５１，５２が取り付けられる取り付け部９２，９３のうち、一方の取り付け部（第２の取り付け部）９２をオートテンショナ７の取り付け部９１と一体に形成する（即ちカムチェーンケースと一体に形成する）ことにより第２の取り付け部９２における取り付け剛性を高めることができる。また、他方の取り付け部（第３の取り付け部）９３についてもカムチェーンケース９と一体に形成することにより、取り付け剛性を高めることができる。また、第２の取り付け部９２と第１の取り付け部９１とをカムチェーンケース９に一体に形成することにより、スタータジェネレータ５とオートテンショナ７とが同一の部品（ここではカムチェーンケース９）に取り付けられるので、部品の寸法公差の積算によるベルトミスアライメントの防止も図ることができる。

また、第２の取り付け部９２と第３の取り付け部９３との間にウォータポンプ４の回転中心４ａが位置するように第３の取り付け部９３の位置を設定することにより、スタータジェネレータ５の取り付けスパンを大きく取ることができ、さらに高い剛性でスタータジェネレータ５をカムチェーンケース９に取り付けることができるという利点があるほか、ウォータポンプ４を跨ぐような状態でスタータジェネレータ５が取り付けられるので、スペース効率の高い取り付け構造を提供することができる。

なお、本発明は上述したような実施形態に限定されず本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えばＡ／Ｃ６を備えていないエンジンではアイドラプーリ８を設けずに、スタータジェネレータ５とクランクプーリ３との間にオートテンショナ７が位置するようにしても良い。

エンジンにモータとしての機能と発電機としての機能とをそなえたモータジェネレータを設けるとともに、モータジェネレータとクランクプーリとを他の補機類とともにベルトにより接続したモータジェネレータシステムに広く適用することができる。例えば、上述したスタータジェネレータシステム以外にも、モータの駆動力をエンジンに伝達して走行するようなハイブリッドシステムにも適用することができる。

本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造の全体構成を示す模式的な正面図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造の全体構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造の全体構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造が適用されるカムチェーンケースを示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造が適用されるスタータジェネレータを示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造が適用されるオートテンショナを示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかるモータジェネレータの取り付け構造が適用されるオートテンショナを示す模式図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ベルト
３ クランクプーリ
４ ウォータポンプ（補機）
５ モータジェネレータとしてのスタータジェネレータ（補機）
６ エアコンコンプレッサ（補機）
７ オートテンショナ
９ カムチェーンケース
７１ ローラ（ベルト当接部）
７２ 本体部
７３ ケーシング
７４ フランジ部
９１ 第１の取り付け部
９２ 第２の取り付け部
９３ 第３の取り付け部
９４ 穴部

Claims (1)

1. モータの機能と発電機の機能とを有しエンジンのクランクプーリにベルトを介して接続されるモータジェネレータの取り付け構造であって、
   該ベルトの張力を一定に保持するオートテンショナを取り付けるための第１の取り付け部が、該エンジンのカムチェーンケースのウォータポンプ取り付け位置に隣接した位置から該エンジンの幅方向に突出して、該カムチェーンケースと一体に形成され、
   該モータジェネレータを該カムチェーンケースに取り付けるための第２の取り付け部が、該第１の取り付け部からさらに突出して、該第１の取り付け部を介して該カムチェーンケースと一体に形成され、
   該モータジェネレータを該カムチェーンケースに取り付けるための第３の取り付け部が、該カムチェーンケースに形成されるとともに、
   該第３の取り付け部と該第２の取り付け部との間に該ウォータポンプが位置するように、該第３の取り付け部の位置が設定されている
   ことを特徴とする、モータジェネレータの取り付け構造。

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