JP6460488B2 - Ｖ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構 - Google Patents

Description

本開示は、Ｖ型エンジンに搭載されたスーパーチャージャー駆動機構に係る。

従来より、エンジンとして、例えば特許文献１に記載されているように、Ｖ字状に傾斜して設けられた左右一対のバンクを有し、この一対のバンクの夫々に複数の気筒が形成されたいわゆるＶ型エンジンは一般によく知られている。そして、このようなＶ型エンジンの場合、左右のバンク間の空間は、通常、エンジン動力により駆動されるスーパーチャージャーやオルタネータ等の補機及び冷却水やオイルの配管等の配置スペースとして利用されている。

この特許文献１に記載のエンジンでは、クランクシャフトに取り付けられた駆動プーリにベルトが巻き掛けられ、このベルトを介してエンジン動力が、左右のバンク間に配置されたスーパーチャージャー側の従動プーリ、上部シリンダブロクに設けられた水ポンプ（図示せず）側の従動プーリ及び上部シリンダブロックの側方に配置される空調用コンプレッサ側の従動プーリ等に伝達され、上記スーパーチャージャー、水ポンプ及びコンプレッサ等の補機が駆動されるようになっている。

特開平５−１５６３号公報

このように、スーパーチャージャー側の従動プーリに巻き掛けられたベルトは、スーパーチャージャーを含めた複数の補機を巻き掛けているので、ベルト長さが長い。このため、ベルトの緩み側の撓みが大きくなり易くなって、振動が発生し易くなる。また、クランクシャフト側の駆動プーリに巻き掛けられたベルトのうち、ベルト移動方向上流側に作用する張力の方向が、左側バンク内のピストンの移動方向に沿った方向であるので、ピストンの爆発工程時に、クランクシャフトを回転自在に支持する軸受内でクランクシャフトが動いて異音が発生する虞がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、ベルトの回転時の振動の発生を抑制し、またクランクシャフトを支持する軸受から異音が発生する虞のないＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構を提供することを目的とする。

本発明の幾つかの実施形態に係わるＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構は、Ｖ型エンジンのＶバンク間に配置されるスーパーチャージャーの一側面から延びる回転入力軸とクランク軸との間に掛け回されてクランク軸出力を前記回転入力軸に伝達する無端状の動力伝達部材を備え、前記動力伝達部材は、前記クランク軸に設けられたクランクプーリに掛け回され、前記クランクプーリの前後両側の部分は前記Ｖバンク間の中心線の上方向に向かうに従って互いに離間する方向へ延び、前記動力伝達部材の回転時に前記動力伝達部材を介して前記クランク軸に作用するラジアル方向の軸荷重の方向が前記Ｖバンク間の中心線に略沿って上方を向くように掛け回されており、クランク軸方向視において、前記回転入力軸との間に掛け渡される動力伝達部材によって前記回転入力軸に作用する荷重方向が、前記スーパーチャージャーを支持するとともに、前記Ｖバンクのうちの一方の吸気ポートに接続されたインテークマニホールドの中心軸の延びる方向に沿っているように構成される。

上記Ｖ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構によれば、動力伝達部材は、動力伝達部材の回転時に動力伝達部材を介してクランク軸に作用するラジアル方向の軸荷重の方向がＶバンク間の中心線に略沿って上方を向くように、回転入力軸とクランク軸との間に掛け回されている。このため、動力伝達部材は、スーパーチャージャーの入力軸である回転入力軸とクランク軸との間にのみ掛け回されているので、スーパーチャージャー以外の他の捕機に動力伝達部材が掛け回される場合と比較して、動力伝達部材の長さを短くすることができる。このため、動力伝達部材のたわみの発生を抑制することができ、たわみの発生に起因する振動を抑制することができる。

また、動力伝達部材は、動力伝達部材の回転時に前記動力伝達部材を介して前記クランク軸に作用するラジアル方向の軸荷重の方向が前記Ｖバンク間の中心線に略沿って上方を向くように、前記回転入力軸と前記クランク軸との間に掛け回されている。このため、ピストンの爆発工程時にクランク軸に下方向成分を有する衝撃荷重が作用して、クランク軸を支持する支持部材とクランク軸との間に形成される隙間内をクランク軸が移動した場合、動力伝達部材からの中心線に略沿って上方へ向く軸荷重によって、クランク軸を衝撃荷重に抗して支持部材の内面に摺接させながら上方へ移動させることができる。従って、クランク軸が回転入力軸方向に移動する際に、クランク軸が支持部材の内面に当接して異音が発生する虞を抑制することができる。
また、クランク軸方向視において、回転入力軸との間に掛け渡される動力伝達部材によって回転入力軸に作用する荷重方向が、スーパーチャージャーを支持するとともに、Ｖバンクのうちの一方の吸気ポートに接続されたインテークマニホールドの中心軸の延びる方向に沿っているので、動力伝達部材の回転時に、動力伝達部材によって回転入力軸に作用する荷重の方向をインテークマニホールドの中心軸の延びる方向に沿わせることができる。よって、インテークマニホールドに作用する負荷の方向を揃えることができ、インテークマニホールドの寿命の低下を抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記クランク軸の軸方向視において、前記Ｖバンクの夫々に設けられたカムシャフトの幅方向間に、テンショナー、第１アイドラー、第２アイドラーが配設され、前記動力伝達部材は、前記クランクプーリに掛け回された後に前記テンショナー及び前記第１アイドラーの順に掛け回され、さらに前記回転入力軸に設けられた従動プーリに掛け回された後に前記第２アイドラーに掛け回されて前記クランクプーリに戻るように掛け回される。

この場合、Ｖバンクの夫々に設けられたカムシャフトの幅方向間に配設されたテンショナー、第１アイドラー、第２アイドラーに、動力伝達部材が掛け回されるので、テンショナーとクランクプーリとの間に掛け回される動力伝達部材に作用する張力の向きと、第２アイドラークランクプーリとの間に掛け回される動力伝達部材に作用する張力の向きを、Ｖバンク間の中心線により沿った上方向にすることができる。したがって、張力と衝撃荷重とがクランク軸に作用すると、張力の作用方向と衝撃荷重の作用方向の間の方向にクランク軸が移動する。このため、クランク軸は支持部材の内面を摺接しながら上方へ移動して元の位置に戻ることになり、クランク軸が支持部材の内面に当接して異音の発生をより抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、テンショナーは、ダンパー機能を有して前記動力伝達部材の張力を一定にする附勢手段を介して回転自在に支持されているように構成される。

この場合、テンショナーは、ダンパー機能を有して動力伝達部材の張力を一定にする附勢手段を介して回転自在に支持されているので、テンショナーを介して附勢された動力伝達部材は、常に張力が一定になる。このため、クランク軸の回転数が変動しても、動力伝達部材の張力が一定に保たれて動力伝達部材が撓む虞を確実に防止することができる。よって、動力伝達部材が撓みに起因した振動の発生をより確実に防止することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記一方の吸気ポートの開口位置は、他方の吸気ポートの開口位置よりも高位置にオフセットされているように構成される。

この場合、一方の吸気ポートの開口位置は、他方の吸気ポートの開口位置よりも高位置にオフセットされているので、一方の吸気ポートに接続されたインテークマニホールドの中心軸の延びる方向の長さを、他方のインテークマニホールドの長さよりも短くすることができ、一方のインテークマニホールドの剛性をより向上させることができる。従って、Ｖバンク間に配置されるスーパーチャージャーの回転入力軸を一方のインテークマニホールド側へ寄せた配置とすることで、剛性強化によってスーパーチャージャーの振動を抑制できる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、ベルトの回転時の振動の発生を抑制し、またクランクシャフトを支持する軸受から異音が発生する虞のないＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構を提供することができる。

本発明の一実施形態であるスーパーチャージャー駆動機構を備えるＶ型エンジンの軸方向前側から見た正面図である。 スーパーチャージャー駆動機構及び捕機の駆動機構を説明するためのＶ型エンジンの軸方向前側から見た概略正面図である。 Ｖ型エンジンの側面図である。 Ｖ型エンジンの平面図である。

以下、添付図面に従って本発明のＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、この実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態であるスーパーチャージャー駆動機構を備えるＶ型エンジンの軸方向前側から見た正面図であり、図２は、Ｖ型エンジンの軸方向前側から見た概略正面図である。図１及び図２に示すように、Ｖ型エンジンは、左右のバンク部３Ｌ、３Ｒを有する上部シリンダブロック３と、上部シリンダブロック３の下端に接続された下部シリンダブロック５と、上部シリンダブロック３の各バンク部３Ｌ、３Ｒ上に設けられた左右一対のシリンダヘッド７Ｌ、７Ｒと、一対のシリンダヘッド７Ｌ、７Ｒ上の夫々に設けられたシリンダヘッドカバー９Ｌ、９Ｒとを有してなる。

上部シリンダブロック３の各バンク部３Ｌ、３Ｒには、それぞれ複数の気筒１１が形成されているとともに、シリンダヘッド７Ｌ、７Ｒの夫々には気筒１１に開口する吸気ポート（図示せず）及び排気ポート（図示せず）が形成されている。気筒１１内には、ピストン１２が気筒１１に沿って移動可能に設けられている。ピストン１２の下部にはピストンロッド１３を介してクランクシャフト１５が回動自在に接続されている。このため、ピストン１２の移動に伴ってピストンロッド１３を介してクランクシャフト１５を回転させることができる。

上部シリンダブロック３のバンク部３Ｌ、３Ｒ、シリンダヘッド７Ｌ、７Ｒ及びシリンダヘッドカバー９Ｌ、９Ｒにより左右二つのＶバンク１７Ｌ、１７Ｒが構成されている。また、上部シリンダブロック３の下部にはクランクシャフト１５がベアリング１９を介して回転自在に支持されている。上部シリンダブロック３の前面から延出するクランクシャフト１５の端部には、シリンダブロック寄りの位置から第１駆動プーリ２１及び第２駆動プーリ２２が一体的に回転可能に装着されている。

第２駆動プーリ２２には歯付ベルトからなるタイミングベルト４０が巻き掛けられている。このタイミングベルト４０を介してエンジン動力が、右側のＶバンク１７Ｒの外側に配置されたオルタネータ２７の前側に設けられた従動プーリ２８と、左右のＶバンク１７Ｌ、１７Ｒの根元側の前方に設けられファン２９の従動プーリ３０と、左側のＶバンク１７Ｒの外側に配置されたパワーステアリングポンプ３２の前側に設けられた従動プーリ３３と、パワーステアリングポンプ３２の下方に配置された空調用コンプレッサ３５の従動プーリ３６等に伝達されて、オルタネータ２７、ファン２９、パワーステアリングポンプ３２、空調用コンプレッサ３５等の補機３８が駆動されるようになっている。

なお、タイミングベルト２５は、前述した従動プーリ２８、３０、３３、３６の他に、シリンダヘッド７Ｒの前方側に設けられた第３アイドラー４５と、第３アイドラー４５の下方に設けられたテンショナー４７と、クランクシャフト１５よりも右側に配設された第４アイドラー４６に掛け回されている。

一方、第１駆動プーリ２１には歯付ベルトからなるタイミングベルト２５が巻き掛けられている。このタイミングベルト４０を介してエンジン動力が、一対のＶバンク１７Ｌ、１７Ｒの夫々に設けられたカムシャフト１８Ｌ、１８Ｒの幅方向間Ｗに配設された、テンショナー４２、第１アイドラー４３、第２アイドラー４４を介して、左右のＶバンク１７Ｌ、１７Ｒ間の上方に配置されたスーパーチャージャー５０の前側から延出する回転入力軸５０ａに設けられた従動プーリ５１に伝達されて、スーパーチャージャー５０が駆動されるようになっている。

第１駆動プーリ２１に巻き掛けられるタイミングベルト２５は、図３（側面図）に示すように、第２駆動プーリ２２に巻きかけられるタイミングベルト４０よりもシリンダブロック側に配設されている。このため、前面視において、タイミングベルト２５、４０同士が交差する部分でも、これらの両ベルトは接触すること無く回転可能である。

テンショナー４２には、図２に示すように、ダンパー機能を有してタイミングベルト２５の張力を一定にするオイルダンパー４８が接続されている。なお、オイルダンパー４８の代わりに圧縮ばね、ねじりコイルばね等の弾性手段でもよい。

第１駆動プーリ２１に巻きかけられるタイミングベルト２５のうち、テンショナー４２と第１駆動プーリ２１との間に掛け回されるタイミングベルト２５ａに作用する張力Ｔ１の向きと、第２アイドラー４４と第１駆動プーリ２１との間に掛け回されるタイミングベルト２５ｂに作用する張力Ｔ２の向きは、Ｖバンク間１７Ｌ、１７Ｒの中心線Ｌｓに沿って延びている。このため、タイミングベルト２５の回転時に、タイミングベルト２５を介してクランクシャフト１５に作用するラジアル方向の軸荷重Ｔの方向は、左右のＶバンク１７Ｌ、１７Ｒ間の中心線Ｌｓに略沿って上方を向く。

このため、張力Ｔ１、Ｔ２と衝撃荷重Ｆ１、Ｆ２とがクランクシャフト１５に作用すると、張力Ｔ１、Ｔ２の作用方向と衝撃荷重Ｆ１、Ｆ２の作用方向の間の方向にクランクシャフト１５が移動する。このため、ピストン１２の爆発工程時に、クランクシャフト１５に衝撃荷重Ｆ１、Ｆ２が作用して、クランクシャフト１５とこれを支持するベアリング１９との間に隙間（図示せず）が存在する場合、クランクシャフト１５はベアリング１９の内面を摺接（ずり動）しながら上方へ移動して元の位置に戻ることになり、クランクシャフト１５がベアリング１９の内面に当接して発生する異音を抑制することができる。

また、第１アイドラー４３と回転入力軸５０ａとの間に掛け渡されたタイミングベルト２５ｃと、第２アイドラー４４と回転入力軸５０ａとの間に掛け渡されるタイミングベルト２５ｄの夫々は、詳細は後述するが、スーパーチャージャー５０を支持するインテークマニホールド６０Ｒの中心軸Ｍｓの延びる方向に沿うように配設されている。

ここで、スーパーチャージャー５０を支持する吸気構造体５２について概説する。吸気構造体５２は、スーパーチャージャー５０の上部に開口する吐出口５０ｂ（図４参照）から流出する空気をエンジン幅方向両側（左右方向両側）に分流させて流す箱状の出口ケーシング５３と、出口ケーシング５３の幅方向両側の底部に配設されてスーパーチャージャー５０から流出する空気を冷却する水冷式のインタークーラ５４Ｌ、５４Ｒと、インタークーラ５４Ｌ、５４Ｒの下部から流出する空気を各気筒１１に供給するための複数のインテークマニホールド６０Ｌ、６０Ｒ（以下、単に「インマニ６０Ｌ、６０Ｒ」と記す。）と、を有してなる。インマニ６０Ｌ、６０Ｒは、対応するインタークーラ５４Ｌ、５４Ｒの下部から下方へ延びるに従ってエンジン内側方向へ傾斜するように延びて、下端がＶ型エンジン１の対応する吸気ポートに接続されている。このため、スーパーチャージャーは、吸気構造体５２の複数のインマニ６０Ｌ、６０Ｒを介してＶ型エンジン１のバンク１７Ｌ、１７Ｒ間の上部に支持されている。

このように構成された吸気構造体５２の複数のインマニ６０Ｌ、６０Ｒのうちエンジン幅方向右側のインマニ６０Ｒの中心軸Ｍｓの延びる方向は、前述したように、第１アイドラー４３と回転入力軸５０ａとの間に掛け渡されたタイミングベルト２５ｃ、及び第２アイドラー４４と回転入力軸５０ａとの間に掛け渡されたタイミングベルト２５ｄの延びる方向に沿って延びている。従って、これらのタイミングベルト２５ｃ、２５ｄの張力が回転入力軸５０ａに作用する荷重Ｓの作用方向を、インマニ６０Ｒの延びる方向に沿わせることができる。よって、インマニ６０Ｒに作用する負荷の方向を揃えることができ、インマニ６０Ｒの寿命の低下を抑制することができる。

ここで、本実施形態のＶ型エンジン１は、オフセットクランク構造を採用している。通常エンジン（各バングがオフセットしていないＶ型エンジン）は、各Ｖバンク１７Ｌ、１７Ｒにおける気筒１１の軸線Ｌ１が、クランクシャフト１５の軸中心Ｐを通る位置にある。一方、本実施形態のオフセットしたＶ型エンジン１は、クランクシャフト１５の軸中心Ｐからシリンダヘッド７Ｌ、７Ｒの上面までの高さを保ったまま、各Ｖバンク１７Ｌ、１７Ｒにおける気筒１１の軸線Ｌ１を、軸中心Ｐに対してクランクシャフト１５の回転方向（矢印Ｅ方向）と同じ方向へ、オフセット地点となる軸線Ｌ１位置まで平行移動させることによって、各Ｖバンク１７Ｌ、１７Ｒを、バンク角を保ったままクランクシャフト１５の回転方向と同方向へずらしてある（オフセット）。δはそのときのオフセット量を示している。これにより、右側のＶバンク１７Ｒの高さが左側のＶバンク１７Ｌより高い位置に配置され、その高さ差を生じ、左右のＶバンク１７Ｌ、１７Ｒの各上面に設けられた複数の吸気ポート２０Ｌ，２０Ｒのうち、右側の吸気ポート２０Ｒの開口位置は、左側の吸気ポート２０Ｌの開口位置よりも高位置にオフセットされている。

従って、スーパーチャージャー１を支持するインマニ６０Ｌ、６０Ｒの長さを、右側のＶバンク（高バンク）１７Ｒ側を左側のＶバンク１７Ｌ（低バンク）側よりも短くすることができる。よって、左側のＶバンク１７Ｌ側よりも右側のＶバンク１７Ｒ側の支持剛性を向上することができる。また、スーパーチャージャー５０を駆動する駆動力は、クランクシャフト１５からタイミオングベルト１５によって伝達されるが、その駆動力を伝達させる従動プーリ５１は、右側のＶバンク１７Ｒ寄りに位置されるため、支持剛性が高い側に位置されることによって、剛性強化によってスーパーチャージャー５０の振動を抑制できる。

また、図３（側面図）及び図４（平面図）に示すように、スーパーチャージャー５０の回転入力軸５０ａの先端は、補機３８の各入力軸の先端よりもＶ型エンジン１側に位置している。このため、スーパーチャージャー５０に駆動力を伝達するタイミングベルト２５は、補機３８に駆動力を伝達するタイミングベルト４０よりもエンジン側に配設されている。このため、将来、Ｖ型エンジン１がＰＨＶ（Plug-in
Hybrid Vehicle）等のハイブリッド車両に搭載される場合に、前述した補機３８の一部（例えば、オルタネータ）を省略しても、スーパーチャージャー５０の動力伝達系をそのままで使用することができる。よって、汎用性の高いＶ型エンジン１を提供することができる。

また、スーパーチャージャー５０の回転入力軸５０ａは、前述したように、その先端が補機３８の各入力軸の先端よりもＶ型エンジン１側に位置しているので、スーパーチャージャー５０の回転入力軸５０ａが補機３８の各入力軸の先端よりもＶ型エンジン１から離反する側に延びている場合と比較して、回転入力軸５０ａの長さを短くすることができる。このため、回転入力軸５０ａに設けられた従動プーリ５１に掛け回されたタイミングベルト２５を介してスーパーチャージャー５０に作用するモーメントの大きさを小さくすることができる。よって、Ｖ型エンジン１に作用するモーメントを低減してＶ型エンジン１の小型化を可能にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

１ Ｖ型エンジン
３ 上部シリンダブロック
３Ｌ、３Ｒ バンク部
５ 下部シリンダブロック
７Ｌ、７Ｒ シリンダヘッド
９Ｌ、９Ｒ シリンダヘッドカバー
１１ 気筒
１２ ピストン
１３ ピストンロッド
１５ クランクシャフト（クランク軸）
１７Ｌ、１７Ｒ Ｖバンク
１８Ｌ、１８Ｒ カムシャフト
１９ ベアリング（支持部材）
２０Ｌ、２０Ｒ 吸気ポート
２１ 第１駆動プーリ（クランクプーリ）
２２ 第２駆動プーリ
２５ タイミングベルト（動力伝達部材）
２７ オルタネータ
２８、３０、３６、５１ 従動プーリ
２９ ファン
３２ パワーステアリングポンプ
３５ 空調用コンプレッサ
３８ 補機
４０ タイミングベルト
４２、４７ テンショナー
４３ 第１アイドラー
４４ 第２アイドラー
４５ 第３アイドラー
４６ 第４アイドラー
４８ オイルダンパー（附勢手段）
５０ スーパーチャージャー
５２ 吸気構造体
５３ 出口ケーシング
５４Ｌ、５４Ｒ インタークーラ
６０Ｌ、６０Ｒ インテークマニホールド
Ｌ１ 軸線
Ｌｓ 中心線
Ｐ 軸中心

Claims (4)

1. Ｖ型エンジンのＶバンク間に配置されるスーパーチャージャーの一側面から延びる回転入力軸とクランク軸との間に掛け回されてクランク軸出力を前記回転入力軸に伝達する無端状の動力伝達部材を備え、
   前記動力伝達部材は、前記クランク軸に設けられたクランクプーリに掛け回され、前記クランクプーリの前後両側の部分は前記Ｖバンク間の中心線の上方向に向かうに従って互いに離間する方向へ延び、
   前記動力伝達部材の回転時に前記動力伝達部材を介して前記クランク軸に作用するラジアル方向の軸荷重の方向が前記Ｖバンク間の中心線に略沿って上方を向くように掛け回されており、
   クランク軸方向視において、前記回転入力軸との間に掛け渡される動力伝達部材によって前記回転入力軸に作用する荷重方向が、前記スーパーチャージャーを支持するとともに、前記Ｖバンクのうちの一方の吸気ポートに接続されたインテークマニホールドの中心軸の延びる方向に沿っている
   ことを特徴とするＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構。
2. 前記クランク軸の軸方向視において、前記Ｖバンクの夫々に設けられたカムシャフトの幅方向間に、テンショナー、第１アイドラー、第２アイドラーが配設され、
   前記動力伝達部材は、前記クランクプーリに掛け回された後に前記テンショナー及び前記第１アイドラーの順に掛け回され、さらに前記回転入力軸に設けられた従動プーリに掛け回された後に前記第２アイドラーに掛け回されて前記クランクプーリに戻るように掛け回されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構。
3. 前記テンショナーは、ダンパー機能を有して前記動力伝達部材の張力を一定にする附勢手段を介して回転自在に支持されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構。
4. 前記一方の吸気ポートの開口位置は、他方の吸気ポートの開口位置よりも高位置にオフセットされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジンのスーパーチャージャー駆動機構。

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