JP5220441B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、ベルトを用いて補機を駆動する機構を有する内燃機関に関する。

従来の内燃機関には、クランクシャフトから出力される動力の一部を補機に伝達するために、ベルトと、クランクシャフトに固定されたクランクプーリと、が設けられている。クランクシャフトから出力される動力の一部がクランクプーリを介してベルトに伝達される。ベルトは、例えば、オルタネータおよびエアコン用コンプレッサなどの補機に、クランクシャフトから出力される動力を伝達する。

ベルトは、例えば、長手方向に沿って延びる複数のリブを有するＶリブドベルト（V ribbed belt）である。クランクプーリの外周部には、回転方向に沿って延びる複数のリブが形成されている。ベルトのリブはクランクプーリのリブと噛み合っている。これにより、ベルトとクランクプーリとの間の接触面積を大きくすることができ、必要な許容伝達動力を確保することができる。

しかし、摩擦力を利用して動力を伝達しているため、クランクプーリがベルトを駆動する際に異音が発生する場合がある。

そこで、ベルトカバーの一部を利用して共鳴空間を減少させることで騒音を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−２７６５５号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、異音発生が根本的に解決されているわけではない。異音の発生メカニズムを解明し、異音の発生自体を抑制できる内燃機関が求められている。

本発明の課題は、クランクプーリがベルトを駆動する際に異音が発生するのを抑制できる内燃機関を提供することにある。

本発明に係る内燃機関は、シリンダを有する本体部と、ピストンと、クランクシャフトと、連結部材と、クランクプーリと、補機と、ベルトと、を備えている。ピストンはシリンダの内周側に移動可能に配置されている。クランクシャフトは本体部に回転可能に支持されている。連結部材はピストンとクランクシャフトとを連結している。クランクプーリはクランクシャフトに固定されている。補機は本体部に装着されている。ベルトは、クランクシャフトから出力される動力を、クランクプーリを介して補機に伝達する。クランクプーリは、クランクシャフトに固定されたプーリ本体と、プーリ本体の外周側に配置された少なくとも１つの第１伝達部と、第１伝達部とプーリ本体の回転方向に並んでプーリ本体の外周側に配置された少なくとも１つの第２伝達部と、を有している。第２伝達部およびベルトの間の単位長さ当たりの許容伝達動力は、第１伝達部およびベルトの間の単位長さ当たりの許容伝達動力よりも小さい。シリンダでの膨張行程の一部であって、少なくともクランクプーリの角速度が極大となったときにおいて、前記ベルトが前記クランクプーリに対して滑るよう、第２伝達部は、ベルトのクランクプーリと接触している部分のうちベルトが前記クランクプーリから離れていく側の端部と接触している。

この内燃機関では、例えば、膨張行程で発生した燃焼空気の膨張力がピストンおよび連結部材を介してクランクシャフトに伝達されるため、クランクシャフトの角加速度が瞬間的に大きくなる。このとき、クランクプーリとベルトとの間で滑りが発生しやすい。

クランクプーリとベルトとの間に滑りが発生すると、入口側（張り側）および出口側（緩み側）のベルトの張力のバランスを保つために、出口側の張力が大きくなる。この結果、主に出口側周辺でクランクプーリの一部分にベルトが過度に噛み込み、滑りが発生する前の状態に戻る。

ベルトが噛み込む際にクランクシャフトの角加速度が大きい場合には、ベルトの滑りおよび噛み込みが短い周期で繰り返される。この滑りおよび噛み込みの繰り返しにより、クランクプーリとベルトとの間で異音が発生する。

ここでは、ベルトがクランクプーリに再び噛み込む際に、その噛み込む部分に許容伝達動力が小さい第２伝達部が配置されるように、第２伝達部の位置を設定することで、クランクシャフトの角加速度が大きい間は、ベルトがクランクプーリに噛み込むのを抑制できる。この結果、ベルトがクランクプーリに対して滑っている状態が、第２伝達部の範囲で維持される。ベルトが滑り続けている状態では、大きな異音が発生しにくい。このため、クランクプーリがベルトを駆動する際に異音が発生するのを抑制できる。

本発明に係る内燃機関では、第２伝達部を設けることで、クランクプーリがベルトを駆動する際に異音が発生するのを抑制できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜内燃機関の全体構成＞
図１を用いて本発明の第１実施形態に係る内燃機関１について説明する。図１は内燃機関１の概略側面図である。図２は内燃機関１の概略構成図である。なお、以下の説明では、クランクシャフト２１の回転軸Ｏに沿った方向を「軸方向」と定義する。したがって、図１の紙面に垂直な方向が軸方向と一致する。また、クランクシャフト１７およびクランクプーリ５の回転方向を「回転方向」と定義する。

図１に示すように、内燃機関１は主に、シリンダヘッド２６と、ヘッドカバー（図示せず）と、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の下部に固定されたクランクケース３と、クランクケース３の下部に固定されたオイルパン４と、を備えている。例えば、内燃機関１は直列４気筒型の４ストロークエンジンである。図１ではシリンダヘッドおよびヘッドカバーが省略されている。シリンダブロック２およびクランクケース３は本体部の一例である。

シリンダブロック２およびクランクケース３により、クランクシャフト２１が回転可能に支持されている。シリンダブロック２にはクランクシャフト２１の軸方向に並んで配置された４つのシリンダ２２が形成されている。シリンダ２２の内周側にはピストン２３が移動可能に配置されている。ピストン２３は上死点Ｄ１から下死点Ｄ２まで移動可能である。シリンダヘッド２６、シリンダブロック２およびピストン２３により、燃焼室２４が形成されている。燃焼室２４の上部には、燃焼室２４内の燃料に点火するための点火プラグ２７が配置されている。

ピストン２３はコンロッド２５を介してクランクシャフト２１に連結されている。クランクシャフト２１の端部にはクランクプーリ５が固定されている。クランクプーリ５には補機類を駆動するためのベルト１０が掛けられている。ベルト１０は、例えば、略Ｖ字形状の複数のリブを有するＶリブドベルト（V ribbed belt）である。

内燃機関１には、例えば、ウォータポンプ９、オルタネータ８およびエアコンプレッサ６などの補機が搭載されている。ウォータポンプ９はウォータポンププーリ９１を有している。オルタネータ８はオルタネータプーリ８１を有している。エアコンプレッサ６はコンプレッサプーリ６１を有している。エアコンプレッサ６およびウォータポンプ９の間には、アイドラプーリ７が設けられている。ベルト１０は、クランクプーリ５、ウォータポンププーリ９１、オルタネータプーリ８１、コンプレッサプーリ６１に掛けられている。アイドラプーリ７により、オルタネータプーリ８１とコンプレッサプーリ６１との間のベルト１０の角度が調整されている。

＜クランクプーリおよびＶベルトの詳細構成＞
図３〜図５を用いて、クランクプーリ５およびベルト１０について詳細に説明する。図３はクランクプーリ５およびベルト１０の拡大図である。図４は図３のIV−IV断面図である。図５は図３のV−V断面図である。

（１）
図４および図５に示すように、ベルト１０は、ベルト本体１５と、ベルト本体１５から内側へ延びる７つのリブ１６と、を有している。リブ１６は１対のテーパ面１６ａを有している。テーパ面１６ａは、クランクプーリ５に形成された第１側壁テーパ面５４ａ、第１テーパ面５５ａおよび中央テーパ面５８ａと接触している。これらのテーパ面を介してクランクプーリ５からベルト１０へ摩擦力を利用して動力が伝達される。

（２）クランクプーリ
図３に示すように、クランクプーリ５は、クランクシャフト２１の端部に固定されており、クランクシャフト２１とともに回転軸Ｏを中心として回転する。クランクシャフト２１およびクランクプーリ５の回転方向は図３に示すＲ１方向である。クランクプーリ５およびベルト１０の幅方向は、クランクシャフト２１の軸方向と概ね一致している。

クランクプーリ５は、クランクシャフト２１に固定されるプーリ本体５３と、プーリ本体５３の外周部に設けられた２つの第１伝達部５１と、プーリ本体５３の外周部に設けられた２つの第２伝達部５２と、を有している。プーリ本体５３、第１伝達部５１および第２伝達部５２は、例えば金属製であり、一体成形されている。

第１伝達部５１および第２伝達部５２は、摩擦力を利用してベルト１０に動力を伝達する部分であり、回転方向に交互に配置されている。プーリ本体５３の外周部は第１伝達部５１および第２伝達部５２により覆われている。２つの第１伝達部５１は回転方向に等ピッチで配置されている。２つの第２伝達部５２は回転方向に等ピッチで配置されている。第１伝達部５１は、回転軸Ｏを中心として中心角Ｂ１の範囲で設けられている。第２伝達部５２は、回転軸Ｏを中心として中心角Ｂ２の範囲で設けられている。本実施形態では、中心角Ｂ２は約５０度である。

第２伝達部５２およびベルト１０の間の許容伝達動力は、第１伝達部５１およびベルト１０の間の許容伝達動力よりも小さい。具体的には図４および図５に示すように、第２伝達部５２は、第１伝達部５１よりも、回転方向の単位長さ当たりのベルト１０との接触面積が小さく設定されている。

（３）第１伝達部
例えば、第１伝達部５１は、プーリ本体５３から半径方向外側へ延びる１対の第１側壁部５４と、プーリ本体５３から半径方向外側へ延びる４つの第１リブ５５と、プーリ本体５３から半径方向外側へ延びる２つの中央リブ５８と、を有している。第１側壁部５４、第１リブ５５および中央リブ５８は、第１伝達部５１の全長にわたって回転方向に延びている。第１伝達部５１は、従来のクランクプーリの外周部と同じような断面形状を有している。

より詳細には、図４に示すように、４つの第１リブ５５は１対の第１側壁部５４の幅方向間に並んで配置されている。４つの第１リブ５５のうち２つは、一方の第１側壁部５４付近に並んで配置されている。残り２つの第１リブ５５は、他方の第１側壁部５４付近に並んで配置されている。

２つの中央リブ５８は、１対の第１側壁部５４の幅方向の中央付近（より詳細には、２つの第１リブ５５の幅方向間）に配置されている。第１リブ５５および中央リブ５８は、概ね同じ断面形状を有しており、幅方向に等ピッチで配置されている。第１側壁部５４は、回転軸Ｏに直交する面に対して傾斜する第１側壁テーパ面５４ａを有している。第１リブ５５は１対の第１テーパ面５５ａを有している。中央リブ５８は１対の中央テーパ面５８ａを有している。

（４）第２伝達部
一方、図５に示すように、第２伝達部５２は、プーリ本体５３から半径方向外側へ延びる１対の第２側壁部５６と、プーリ本体５３から半径方向外側へ延びる４つの第２リブ５７と、を有している。第２側壁部５６および第２リブ５７は、第２伝達部５２の全長にわたって回転方向に延びている。第１伝達部５１と比較した場合、第２伝達部５２は、幅方向の中央付近に配置されたリブを有していない。このリブが存在しない領域を中央領域Ｃ１と定義する。

より詳細には、図５に示すように、４つの第２リブ５７は１対の第２側壁部５６の幅方向間に並んで配置されている。４つの第２リブ５７のうち２つは、一方の第２側壁部５６付近に並んで配置されている。残り２つの第２リブ５７は、他方の第２側壁部５６付近に並んで配置されている。第２リブ５７は、第１リブ５５と概ね同じ断面形状を有しており、第１リブ５５と一体で形成されている。第２リブ５７が配置されている領域を１対の側方領域Ｃ２と定義する。中央領域Ｃ１の幅方向寸法は、１つの側方領域の幅方向寸法と概ね同じである。

第２側壁部５６は、回転軸Ｏに直交する面に対して傾斜する第２側壁テーパ面５６ａを有している。第２側壁部５６は第１側壁部５４と一体成形されている。第２リブ５７は１対の第２テーパ面５７ａを有している。プーリ本体５３の外周面５３ａとリブ１６との間には、隙間が確保されている。つまり、中央領域Ｃ１の接触面積はゼロである。

テーパ面１６ａは、第２側壁テーパ面５６ａおよび第２テーパ面５７ａと接触している。これらのテーパ面を介してクランクプーリ５からベルト１０へ摩擦力を利用して動力が伝達される。単位長さ当たりの側方領域Ｃ２とベルト１０との接触面積は、単位長さ当たりの側方領域Ｃ２とベルト１０との接触面積よりも小さい。

第１側壁部５４および第２側壁部５６は、回転方向に連続した部分であり、環状の側壁を形成している。第１側壁部５４および第２側壁部５６によりベルト１０が脱落するのを防止している。

このように、第２伝達部５２では、リブの数を減らすことで摩擦面の数が減り、この結果、第２伝達部５２とベルト１０との接触面積を小さくしている。これにより、第２伝達部５２およびベルト１０の間における回転方向の単位長さ当たりの許容伝達動力は、第１伝達部５１およびベルト１０の間における回転方向の単位長さ当たりの許容伝達動力よりも小さくなっている。

＜スティック・スリップ現象＞
ここで、図６〜図９を用いて、ベルトとクランクプーリとの間で生じるスティック・スリップ現象（Stick-slip Phenomenon）について説明する。スティック・スリップ現象とは、ベルトとクランクプーリとの間で滑りおよび噛み込みが繰り返されることにより異音が発生する現象をいう。この現象は、エンジン始動直後に発生しやすく、またベルトとクランクプーリとが摺動する摩擦面が水で濡れている場合にも発生しやすい。

（１）従来のスティック・スリップ現象
図６は、ベルトおよびクランクプーリの回転速度、クランクプーリの角加速度および点火タイミングの関係を示すグラフである。図６のグラフは、エンジン始動時から３回の膨張行程が行われている範囲に相当する。ここでは、従来のクランクプーリ１０５を例に説明する。例えば、クランクプーリ１０５の外周部は全周にわたって、前述の第１伝達部５１で覆われている。

図６に示すように、点火プラグ２７により燃焼室２４内の燃料に点火すると、点火時から（より詳細には、例えば、点火プラグに電圧が付与されてから）、あるいはピストン２３が上死点Ｄ１に到達した時点から、クランクプーリ１０５の角加速度が急激に増大し、それに伴ってクランクプーリ１０５の回転速度も上昇する。このとき、点火時のクランクプーリ１０５の状態を基準としてクランクプーリ１０５が約３０度だけ回転すると、ベルト１０とクランクプーリ１０５との間で滑りが発生する。このため、クランクプーリ１０５の回転速度に比べて、ベルト１０の回転速度が低くなる。この滑りが発生した後、ベルト１０がクランクプーリ１０５に再び噛み込む。１回の膨張行程において、このベルト１０の滑りおよび噛み込みが数回繰り返され、この結果、ベルト１０の回転速度が乱れる（図６のラインＸ１を参照）。

クランクプーリ１０５の回転角度が約８０度に達すると、クランクプーリ１０５の角加速度が低下しているため、ベルト１０がクランクプーリ１０５に通常駆動時と同じような状態で噛み込み、クランクプーリ１０５およびベルト１０の状態は通常駆動時に戻る。

この内燃機関の形式は４気筒型４ストロークであるため、クランクプーリ１０５が１回転する間に２回の膨張行程が行われる。このため、点火タイミングから次の点火タイミングまでの間に、クランクプーリ１０５は１８０度回転し、点火してから約３０度〜８０度の範囲内でスティック・スリップ現象が発生する。

（２）ベルトの各部の定義
ここで、ベルト１０の各部を以下のように定義する。以下に説明する各部は、回転軸Ｏを基準としているため、ベルト１０がクランクプーリ５により駆動されている状態では、各部の位置はベルト１０の中で変化する。

図７はベルト１０とクランクプーリ５との位置関係を示す図である。図８（ａ），（ｂ），図９（ａ）および（ｂ）は、クランクプーリ５がベルト１０を駆動する状態を示す図である。図７〜図９に示すベルト１０およびクランクプーリ５は簡略化されている。

まず、クランクプーリ５とコンプレッサプーリ６１との間に配置される部分を第１中間部１１と定義する。第１中間部１１は、クランクプーリ５により引っ張られる部分であり、クランクプーリ５の回転方向後方側（張り側）に配置されている。第１中間部１１には第１張力Ｆ１が作用している。第１張力Ｆ１の大きさは、主に、各補機のプーリを回転させるのに必要な駆動力により決まる。

クランクプーリ５とウォータポンププーリ９１との間に配置される部分を第２中間部１２と定義する。第２中間部１２は、クランクプーリ５から送り出される部分であり、クランクプーリ５の回転方向前方側（緩み側）に配置されている。第２中間部１２には第２張力Ｆ２が作用している。第２張力Ｆ２の大きさは、内燃機関１が作動していない停止状態においてベルト１０に作用している張力の大きさとほぼ等しい。

クランクプーリ５がベルト１０を駆動している状態では、クランクプーリ５とベルト１０との間にＲ１方向の摩擦力Ｆ３が発生するため、第１張力Ｆ１は第２張力Ｆ２よりも大きくなる。第１張力Ｆ１と第２張力Ｆ２との差は、クランクプーリ５とベルト１０との間に作用する摩擦力Ｆ３とほぼ等しくなる。

また、ベルト１０のうちクランクプーリ５と接触している部分を第１接触部１３および第２接触部１４と定義する。第１接触部１３は、摩擦力Ｆ３が作用している部分であり、第１中間部１１に対して回転方向前方側に配置されている。第２接触部１４は、第２張力Ｆ２が作用する部分であり、第１接触部１３と第２中間部１２との間に配置されている。

さらに、第１中間部１１と第１接触部１３との間の境界線を第１境界線Ｐ１と定義する。第２中間部１２と第２接触部１４との間の境界線を第２境界線Ｐ２と定義する。第１境界線Ｐ１はベルト１０がクランクプーリ５により引っ張られる側の境界線である。第２境界線Ｐ２はベルト１０がクランクプーリ５から離れていく側の境界線である。第１接触部１３と第２接触部１４との間の境界線を第３境界線Ｐ３と定義する。第１〜第３境界線Ｐ１〜Ｐ３は軸方向に延びる線分である。第１境界線Ｐ１および第２境界線Ｐ２は、ベルト１０とクランクプーリ５とが接触している部分（第１接触部１３および第２接触部１４）の両端に配置されている。回転軸Ｏを中心とした第１境界線Ｐ１と第３境界線Ｐ３との間の中心角を第１角度Ａ１と定義する。回転軸Ｏを中心とした第３境界線Ｐ３と第２境界線Ｐ２との間の中心角を第２角度Ａ２とする。第１角度Ａ１および第２角度Ａ２は第３境界線Ｐ３の位置に応じて変化する。

（３）スティック・スリップ現象のメカニズム
次に、クランクプーリ１０５によるベルト１０との間でスティック・スリップ現象が発生するメカニズムについて説明する。

図８（ａ）はクランクプーリ１０５がベルト１０を駆動している通常駆動状態を示している。図６に示す点火タイミングＴ１の直前の状態が、図８（ａ）の状態に相当する。この状態では、クランクプーリ１０５に伝達される動力がほぼ一定であり、クランクプーリ１０５の角加速度がほぼゼロある。通常駆動状態では、主に第１接触部１３がクランクプーリ１０５の動力を受けるため、第１接触部１３とクランクプーリ１０５との間に摩擦力Ｆ３が発生する。

第１接触部１３は、第２接触部１４に比べて、第１張力Ｆ１と第２張力との差（すなわち、摩擦力Ｆ３）の分だけ伸びている。第１接触部１３の伸び量は、第１境界線Ｐ１から第２境界線Ｐ２にかけて徐々に小さくなる。第１接触部１３が伸びているため、第１接触部１３とクランクプーリ１０５の外周部との間で滑りが発生する。この現象を弾性滑りという。弾性滑りは、ベルト１０がクランクプーリ５により駆動される際に必ず発生する。

一方、摩擦力Ｆ３が第１接触部１３に作用しているため、補機を駆動する際に必要なベルト張力は、第２接触部１４には作用しない。このため、第２中間部１２と同様に、第２接触部１４には第２張力Ｆ２しか作用していない。つまり、第２接触部１４は、クランクプーリ５からベルト１０への動力伝達に関与していない部分であると言える。言い換えると、第２接触部１４の分だけ、クランクプーリ１０５からベルト１０へ伝達される動力に余裕が生まれている。

図８（ｂ）に示すように、クランクプーリ１０５に伝達される動力が瞬間的に増大すると、クランクプーリ１０５の角加速度が増大し、クランクプーリ１０５およびベルト１０の間の許容伝達動力の範囲内で摩擦力Ｆ３が大きくなる。摩擦力Ｆ３が大きくなると、増加した摩擦力を補うために、第１境界線Ｐ１から第２境界線Ｐ２までの間で第１接触部１３が占める範囲が広がり、余裕分である第２接触部１４の範囲が狭くなる。また、張力のバランスを保つために、摩擦力Ｆ３が大きくなると、第１張力Ｆ１が大きくなり、それに伴い第２張力Ｆ２が小さくなる。図６に示す点火タイミングＴ１直後の状態が、図８（ｂ）の状態に相当する。このとき、クランクプーリ１０５とベルト１０との間に滑りは発生していない。

クランクプーリ１０５に伝達される動力がさらに大きくなると、図９（ａ）に示すように、摩擦力Ｆ３がさらに大きくなり、それに伴い第１接触部１３の範囲がさらに広がる。この結果、第２接触部１４が消滅し、やがてクランクプーリ１０５に伝達された動力がクランクプーリ１０５およびベルト１０の間の許容伝達動力を超える。こうして、図９（ｂ）に示すように、第１接触部１３とクランクプーリ１０５との間で滑りが発生する。図６における点火タイミングＴ１からクランクプーリ５の回転角度が約３０度に達した状態が、図９（ａ）の状態に相当する。

クランクプーリ１０５とベルト１０との間に滑りが発生すると、クランクプーリ１０５の回転速度よりもベルト１０の回転速度が低くなる。これは、クランクプーリ１０５からベルト１０へ伝達される動力が低下することを意味している。伝達動力が低下すると、摩擦力Ｆ３が小さくなる。ベルト１０の張力のバランスが保たれるため、摩擦力Ｆ３の減少に伴い第２張力Ｆ２が大きくなる。この結果、例えば、ベルト１０の第２境界線Ｐ２周辺部がクランクプーリ１０５の外周部に過度に噛み込み、ベルト１０およびクランクプーリ１０５は図８（ａ）に示す状態に戻る。図６に示すように、噛み込んだときにベルト１０の回転速度が乱れる。また、これらの動作は、非常に短い時間で行われている。

図８（ａ）の状態に戻ったときに、クランクプーリ１０５に伝達される動力がまだ大きい場合は、ベルト１０の滑りおよび噛み込み（図８（ｂ）、図９（ａ）および図９（ｂ））が短い周期で繰り返される。この結果、非常に短い周期で連続した異音が発生する。

このように、ベルト１０の滑りおよび噛み込みが短い周期で繰り返される現象がスティック・スリップ現象と呼ばれている。

＜内燃機関の動作＞
以上に説明したスティック・スリップ現象に起因する異音の発生を抑制するために、この内燃機関１では、ある特定の範囲だけ許容伝達動力が小さくなるように、クランクプーリ５には第２伝達部５２が設けられている。

図２に示すように、点火プラグ２７に電圧が与えられると、燃焼室２４に供給された混合気が点火され、燃焼室２４内で燃焼空気が膨張する。このとき、ピストン２３は上死点Ｄ１あるいは上死点Ｄ１をわずかに超えた位置に到達しているため、この燃焼空気の膨張力によりピストン２３が押し下げられ、コンロッド２５を介してクランクシャフト２１が回転駆動される。こうして、クランクシャフト２１から動力が出力される。この内燃機関１の形式は４気筒型４ストロークであるため、クランクシャフト２１が１回転する間に２回の膨張行程が行われる。

図１０（ａ）に示す状態を、点火してからクランクプーリ５の回転角度が約３０度だけ回転した状態とする。第２伝達部５２の回転方向前方側の端部が第２境界線Ｐ２付近に到達したとする。この場合、図７（ｂ）、図８（ａ）および図８（ｂ）の場合と同様に、クランクプーリ５の角加速度が上昇し、第１接触部１３の範囲が広がり、やがて第２接触部１４が消滅する（図１０（ｂ）、図１１（ａ））。

しかし、前述の場合とは異なり、ベルト１０とクランクプーリ５との間に滑りが生じた後にベルト１０がクランクプーリ５に再び噛み込む際に、第２境界線Ｐ２付近に第２伝達部５２が位置している。第１伝達部５１に比べて、第２伝達部５２は回転方向の単位長さ当たりの許容伝達動力が小さい。このため、第２中間部１２の第２張力Ｆ２が大きくなって第１接触部１３が第２境界線Ｐ２付近で第２伝達部５２に噛み込もうとしても、第１接触部１３が第２伝達部５２上を滑り続ける。このため、滑り発生後に、過度の噛み込みが発生しない。

さらに、第２伝達部５２の中心角Ｂ２は例えば約５０度は確保されている。図９に示すように、中心角Ｂ２はスティック・スリップ現象が発生する回転角度と概ね一致している。このため、第２伝達部５２では再度の噛み込みが発生せず、スティック・スリップ現象の発生を抑制できる。

クランクプーリ５がさらに回転を続けると、第２伝達部５２の回転方向後方側の端部が第２境界線Ｐ２付近に達し、第１伝達部５１の回転方向前方側の端部が第２境界線Ｐ２に達する。このとき、第２張力Ｆ２が通常駆動状態よりも大きく、かつ、第１伝達部５１およびベルト１０の間の許容伝達動力が大きいため、ベルト１０が第１伝達部５１に噛み込み、図１０（ａ）に示す通常駆動状態に戻る。この状態では、クランクプーリ５の角加速度が徐々に小さくなっているため、クランクプーリ５によるベルト１０の駆動は、図１０（ａ）に示す状態で続行される。

前述の膨張行程と同様に、図６に示す点火タイミングＴ２以降の次の膨張行程では、図１０（ｂ）、図１１（ａ）の状態を経て、図１１（ｂ）の状態で滑りが発生し、スティック・スリップ現象の原因となり得る再度の噛み込みが防止される。この場合のベルト１０の回転速度は、図６に示すラインＸ２のように変化すると予想できる。

＜内燃機関の特徴＞
（１）
このように、この内燃機関１では、クランクプーリ５の外周部のうち特定の範囲を滑りやすくすることで、スティック・スリップ現象の原因となり得る再度の噛み込みを防止できる。具体的には、第１伝達部５１よりも許容伝達動力が小さい第２伝達部５２をクランクプーリ５が有している。このため、クランクプーリ５の角加速度の増加に伴いクランクプーリ５とベルト１０との間に滑りが発生しても、その直後のベルト１０の再度の噛み込みを防止できる。これにより、スティック・スリップ現象が発生する可能性のある範囲で、ベルト１０とクランクプーリ５とを滑らせることができ、クランクプーリ５がベルト１０を駆動する際に異音が発生するのを抑制できる。

（２）
特に、クランクプーリ５では、滑り直後にベルト１０の噛み込みが発生する部分を含むように、第２伝達部５２が設けられているため、ベルト１０の再度の噛み込みを確実に防止できる。

より具体的には、膨張行程の一部（例えば、前述のように点火タイミング時に位置を基準に約３０〜８０度だけクランクプーリ５が回転する間）において、第２伝達部５２はベルト１０の第２境界線Ｐ２の周辺部（より好ましくは、第２境界線Ｐ２に対応する部分）と接触している。この第２境界線Ｐ２の周辺部は、例えば、ベルト１０がクランクプーリ５と接触している部分のうちベルト１０がクランクプーリ５から離れていく側の端部である。

この第２伝達部５２の配置により、クランクプーリ５の角加速度の増加するタイミングに合わせて、クランクプーリ５の第２伝達部５２がベルト１０の第２境界線Ｐ２の周辺部と接触させることが可能となる。これにより、ベルト１０の再度の噛み込みを確実に防止でき、クランクプーリ５がベルト１０を駆動する際に異音が発生するのを確実に抑制できる。

（３）
この内燃機関１では、単位長さ当たりの第２伝達部５２とベルト１０との接触面積が単位長さ当たりの第１伝達部５１とベルト１０との接触面積よりも小さいため、簡素な構造によりベルト１０および第２伝達部５２の間の許容伝達動力を小さく設定することができる。

（４）
この内燃機関１では、例えば、ベルト１０の中で張力が最も大きい中央領域Ｃ１において、接触面積が小さくなっている。具体的には、第２伝達部５２の幅方向の中央領域Ｃ１には、リブが設けられていないため、中央領域Ｃ１での接触面積はゼロである。

一方、側方領域Ｃ２には第２リブ５７が設けられているため、単位長さ当たりの中央領域Ｃ１とベルト１０との接触面積は、単位長さ当たりの側方領域Ｃ２とベルト１０との接触面積よりも小さい。このように、ベルト１０の中で張力が最も大きい領域において接触面積を減らすことで、ベルト１０および第２伝達部５２の間の許容伝達動力を確実に小さく設定できる。

（５）
この内燃機関１では、第１伝達部５１および第２伝達部５２が回転方向に等ピッチで配置されているため、例えば、４気筒型の４ストロークエンジンの場合、あるいは、６気筒型４ストロークエンジンの場合に、異音の発生を効果的に抑制できる。４気筒型４ストロークエンジンの場合は、前述の実施形態のように、２つの第１伝達部５１および２つの第２伝達部５２が回転方向に等ピッチ（１８０度ピッチ）かつ交互に配置されていればよい。６気筒型４ストロークエンジンの場合には、３つの第１伝達部５１と３つの第２伝達部５２とが回転方向に等ピッチ（１２０度ピッチ）かつ交互に配置されていればよい。

（６）
この内燃機関１では、第２伝達部５２の中心角Ｂ２は例えば約５０度だけ確保されており、図９に示すように、中心角Ｂ２は従来の内燃機関でスティック・スリップ現象が発生する回転角度と概ね一致している。このため、第２伝達部５２では再度の噛み込みが発生せず、スティック・スリップ現象の発生を抑制できる。

〔他の実施形態〕
本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。

（Ａ）
内燃機関１の主な構成は前述の実施形態に限定されない。

（Ｂ）
前述の数値は一例であるため、各構成はそれらに限定されない。

例えば、中心角Ｂ２は４０度〜９０度の範囲内であれば、前述と同様の効果が得られる。

（Ｃ）
前述の実施形態では、第２伝達部５２とベルト１０との接触面積を小さくするために、図５に示す構成を採用しているが、第２伝達部５２の構成は前述の構成に限定されない。

例えば図１２（ａ）に示す第２伝達部２５２のように、幅方向の中央部付近に４つの第２突出部２５７を設けて、第２側壁部５６付近の第２突出部を省略してもよい。

図１２（ｂ）に示す第２伝達部３５２のように、中央部周辺の２つの第３突出部３５８を他の第２リブ５７よりも小さく形成してもよい。この場合、第３突出部３５８のテーパ面３５８ａとリブ１６のテーパ面１６ａとの間には隙間が確保されるため、第２伝達部３５２とベルト１０との接触面積を小さくできる。

図１２（ｃ）に示す第２伝達部４５２のように、中央部周辺の２つの第３突出部４５８のテーパ面４５８ａを、他の第２リブ５７の第２テーパ面５７ａよりも幅方向に対する傾斜角を緩やかにしてもよい。この場合も、第３突出部４５８のテーパ面４５８ａとリブ１６のテーパ面１６ａとの間には隙間が確保されるため、接触面積を小さくできる。

図１３（ａ）に示す第２伝達部５５２のように、前述の第１リブ５５よりもリブ５５９の幅方向寸法を小さくしてもよい。より詳細には、リブ５５９の幅方向外側のテーパ面５５９ａとリブ１６の幅方向内側のテーパ面１６ａとの間に隙間が形成されるように、第１リブ５５に比べてリブ５５９の幅方向外側が削られている。この場合、通常の動力伝達状態では、リブ５５９の幅方向外側のテーパ面５５９ａは、ベルト１０のリブ１６と接触しないため、第１伝達部５１に比べて許容伝達動力を低くすることができる。

加えて、ベルト１０の張力が大きくなりベルト１０がさらに伸びると、幅方向中央部にリブ１６が移動するため、テーパ面１６ａとテーパ面５５９ａとが接触する場合がある。しかし、常にベルト側のリブとクランクプーリ側のリブとが接触している場合に比べて、図１３（ａ）に示す第２伝達部５５２では、リブ１６および５５９の間に予め隙間が確保されている分だけ、テーパ面１６ａとテーパ面５５９ａとの間の面圧を低くすることができる。これにより、ベルト１０の張力が大きくなった場合に、リブの摩擦面の面圧が高くなって摩擦力が高くなるのを防止でき、安定した摩擦力低減効果を得ることができる。

なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示す実施形態では、摩擦力を低減させる部分がプーリの幅方向中央部や中央部の外側に設けられているが、摩擦力を低減させる部分の配置はこれらに限定されない。例えば、摩擦力を低減させる部分が幅方向全体にわたって設けられていてもよい。

また、図１３（ａ）に示す実施形態では、摩擦力を低減させる部分が全てのリブに対して設けられているが、摩擦力を低減させる部分の配置はこれらに限定されない。例えば、摩擦力を低減させる部分が一部のリブに設けられていてもよい。

（Ｄ）
前述の実施形態では、第２伝達部５２とベルト１０との接触面積を小さくするために、図５に示す構成を採用しているが、第２伝達部５２の表面に摩擦係数を低減させる処理を施すことが考えられる。

具体的には図１３（ｂ）に示す第２伝達部６５２のように、第１伝達部５１と同じ断面形状であるが、第２突出部６５７の表面に摩擦係数を低減させる処理が施されている場合も考えられる。この処理としては、例えば、メッキ処理や摩擦係数を低減させる塗料の塗布処理などが挙げられる。この場合であっても、簡素な構成により第２伝達部６５２の許容伝達動力を低減できる。

本発明に係る内燃機関であれば、クランクプーリがベルトを駆動する際に異音が発生するのを抑制できるため、本発明は内燃機関の分野において有用である。

内燃機関の概略側面図 内燃機関の概略構成図 クランクプーリおよびベルトの拡大図 図３のIV−IV断面図 図３のV−V断面図 ベルトおよびクランクプーリの回転速度、クランクプーリの角加速度および点火タイミングの関係を示すグラフ ベルトとクランクプーリとの位置関係を示す図 クランクプーリがベルトを駆動する状態を示す図（関連技術） クランクプーリがベルトを駆動する状態を示す図（関連技術） クランクプーリがベルトを駆動する状態を示す図 クランクプーリがベルトを駆動する状態を示す図 第２伝達部の変形例（他の実施形態） 第２伝達部の変形例（他の実施形態）

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ クランクケース
４ オイルパン
５ クランクプーリ
５１ 第１伝達部
５２ 第２伝達部
５３ プーリ本体
５４ 第１側壁部
５４ａ 第１側壁テーパ面（第１摩擦面）
５５ 第１リブ（第１突出部）
５５ａ 第１テーパ面（第１摩擦面）
５６ 第２側壁部
５６ａ 第２側壁テーパ面（第２摩擦面）
５７ 第２リブ（第２突出部）
５７ａ 第２テーパ面（第２摩擦面）
５８ 中央リブ（第１突出部）
５８ａ 中央テーパ面（第１摩擦面）
１０ ベルト
１１ 第１中間部
１２ 第２中間部
１３ 第１接触部
１４ 第２接触部
１５ ベルト本体
１６ リブ
２１ クランクシャフト
２２ シリンダ
２３ ピストン
２４ 燃焼室
２５ コンロッド（連結部材）
６ エアコンプレッサ（補機）
７ アイドラプーリ
８ オルタネータ（補機）
９ ウォータポンプ（補機）
Ｂ２ 中心角

Claims (11)

1. シリンダを有する本体部と、
   前記シリンダの内周側に移動可能に配置されたピストンと、
   前記本体部に回転可能に支持されたクランクシャフトと、
   前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結する連結部材と、
   前記クランクシャフトに固定されたクランクプーリと、
   前記本体部に装着された補機と、
   前記クランクシャフトから出力される動力を、前記クランクプーリを介して前記補機に伝達するベルトと、を備え、
   前記クランクプーリは、前記クランクシャフトに固定されたプーリ本体と、前記プーリ本体の外周側に配置された少なくとも１つの第１伝達部と、前記第１伝達部と前記プーリ本体の回転方向に並んで前記プーリ本体の外周側に配置された少なくとも１つの第２伝達部と、を有しており、
   前記第２伝達部およびベルトの間における前記回転方向の単位長さ当たりの許容伝達動力は、前記第１伝達部およびベルトの間における前記回転方向の単位長さ当たりの許容伝達動力よりも小さく、
   前記シリンダでの膨張行程の一部であって、少なくとも前記クランクプーリの角速度が極大となったときにおいて、前記ベルトが前記クランクプーリに対して滑るよう、前記第２伝達部は、前記ベルトの前記クランクプーリと接触している部分のうち前記ベルトが前記クランクプーリから離れていく側の端部と接触している、
   内燃機関。
2. 前記第２伝達部は、前記ベルトと前記クランクプーリとの間で滑りおよび噛み込みが繰り返されるスティック・スリップ現象において前記噛み込みが発生する部分を含んでいる、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記回転方向の単位長さ当たりの前記第２伝達部と前記ベルトとの接触面積は、前記回転方向の単位長さ当たりの前記第１伝達部と前記ベルトとの接触面積よりも小さい、
   請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記第２伝達部は、幅方向の中央付近に配置された中央領域と、前記中央領域に対して前記幅方向に隣接して配置された１対の側方領域と、を有しており、
   単位長さ当たりの前記中央領域と前記ベルトとの接触面積は、単位長さ当たりの前記側方領域と前記ベルトとの接触面積よりも小さい、
   請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記第１伝達部は、幅方向に並ぶように配置され前記ベルトと接触可能な複数の第１摩擦面を有しており、
   前記第２伝達部は、幅方向に並ぶように配置され前記ベルトと接触可能な少なくとも１つの第２摩擦面を有しており、
   前記第２摩擦面の数は、前記第１摩擦面の数よりも少ない、
   請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 前記ベルトは、Ｖリブドベルトである、
   請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 前記第１伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延び前記ベルトと接触可能な複数の第１リブを有しており、
   前記第２伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延び前記ベルトと接触可能な少なくとも１つの第２リブと、前記プーリ本体から半径方向外側に延び前記ベルトとの間に隙間が確保されるように前記第２リブよりも小さく形成された少なくとも１つの突出部と、を有している、
   請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
8. 前記第１伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトと接触可能な１対の第１テーパ面を有する複数の第１リブを有しており、
   前記第２伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトと接触可能な１対の第２テーパ面を有する少なくとも１つの第２リブと、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトとの接触面積が前記第２リブよりも小さくなるように前記第２テーパ面よりも幅方向に対する傾斜角が緩やかな１対の第３テーパ面を有する少なくとも１つの突出部と、を有している、
   請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
9. 前記第１伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトと接触可能な１対の第１テーパ面を有する複数の第１リブを有しており、
   前記第２伝達部は、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトと接触可能な１対の第２テーパ面を有する少なくとも１つの第２リブと、前記プーリ本体から半径方向外側に延びる部分であって前記ベルトと接触可能な第３テーパ面と前記ベルトとの間に隙間が確保された第４テーパ面とを有する少なくとも１つの突出部と、を有している、
   請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
10. 前記クランクプーリは、前記回転方向に等ピッチで配置された複数の前記第１伝達部と、隣り合う前記第１伝達部の前記回転方向間に配置され前記回転方向に等ピッチで配置された複数の前記第２伝達部と、を有している、
    請求項１から９のいずれかに記載の内燃機関。
11. 前記第２伝達部は、表面に摩擦低減処理が施されている、
    請求項１から１０のいずれかに記載の内燃機関。

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