JP6803807B2 - 産業用ハイブリッドエンジン - Google Patents

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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。
近年の排ガス規制や公害対策、さらには燃費向上の課題が、自動車用エンジンのみならず、農機用エンジンなどの産業用エンジンにも適用されつつある。そのため、特許文献１において開示されるように、電動モータによりエンジン出力をアシスト可能とされたハイブリッド建機用エンジンも開発されてきている。
例えば、トラクタ用ディーゼルエンジンの出力をアシストできるようにハイブリッド化する場合には、電動モータは、従来のエンジンに用いられるオルタネータに比べて、明確に大型で、かつ、重いものが必要になる。
従って、オルタネータの片方を１本のボルトで揺動移動可能に枢支し、他方を円弧移動可能にボルト止めする、という従来のベルトテンション機能を兼ねた支持構造では強度不足になることが分かってきた。
特開２０１５−１８２５１２号公報
つまり、産業用エンジンにおいては、フルハイブリッド、マイルドハイブリッド、マイクロハイブッリドなど、いずれのハイブリッド構造を採るにせよ、従来のオルタネータ支持構造を踏襲することはできず、さらなる構造工夫が必要である。
本発明の目的は、鋭意研究により、主に電動モータの支持構造に工夫を凝らすことにより、重く大きな電動モータを合理的に支持できるようにして、より改善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、前記電動モータ８を支持ブラケット１９を用いてエンジン本体ｈに取付けるとともに、前記支持ブラケット１９に、前記無端回動帯９を張る方向に付勢する緊張機構１８が支持され、
前記支持ブラケット１９とは別に前記電動モータ８を支持する第２支持ブラケット２０が設けられ、
前記第２支持ブラケット２０は、前取付部２０Ａと後取付部２０Ｂと前記後取付部２０Ｂから後方突出される作用片２０Ｄとを備え、
前記前取付部２０Ａがシリンダヘッド２の前面にボルト止めされ、かつ、前記後取付部２０Ｂが前記シリンダヘッド２の左側面にボルト止めされていることを特徴とする。
第２の本発明は、本発明による産業用ハイブリッドエンジンにおいて、
前記電動モータ８の下側が前記支持ブラケット１９を用いて位置固定で支持されるとともに、前記電動モータ８の上側が前記第２支持ブラケット２０を用いて支持され、
前記緊張機構１８は、テンションプーリ１８ａと、前記テンションプーリ１８ａを先端に軸支する揺動アーム１８Ａと、前記支持ブラケット１９に支持されて前記揺動アーム１８Ａを軸心Ｐを中心として付勢させる緊張本体１８Ｂと、を備えて構成されていることを特徴とする。
第３の本発明は、本発明又は第２の本発明による産業用ハイブリッドエンジンにおいて、
前記支持ブラケット１９の前記エンジン本体ｈからの突設方向に対する一方に前記電動モータ８が、かつ、他方に前記緊張機構１８がそれぞれ配置されていることを特徴とする。
第４の本発明は、本発明〜第３の本発明の何れか一つによる産業用ハイブリッドエンジンにおいて、
前記支持ブラケット１９は、前記エンジン本体ｈにおける排気マニホルド配置側に取付けられていることを特徴とする。
第５の本発明は、本発明〜第４の本発明の何れか一つによる産業用ハイブリッドエンジンにおいて、
前記支持ブラケット１９は、シリンダブロック１の一端に装備される伝動ケース５に取付けられていることを特徴とする。
本発明によれば、電動モータを支持ブラケットを用いて位置固定でエンジン本体に取付け、無端回動帯を張るための緊張機構を別途に設けたので、無端回動帯を常に良好に緊張させながら、大きくて重い電動モータを強度十分に支持させることができる。
一つの支持ブラケットで、電動モータの支持と緊張機構の支持とが行えるので、構成の兼用化によるコンパクト化やコストダウンが可能となる利点もある。
その結果、鋭意研究により、主に電動モータの支持構造に工夫を凝らすことにより、重く大きな電動モータを合理的に支持できるようにして、より改善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。
産業用ハイブリッドディーゼルエンジンの正面図 図１のエンジンの平面図 図１のエンジンの左側面図 図１のエンジンの電動モータ付近の拡大正面図 図１のエンジンの電動モータ付近の拡大平面図 第１支持ブラケットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図 第１支持ブラケットを示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図 第２支持ブラケットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図 第２支持ブラケットを示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図
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、農機用の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。この産業用エンジンＥにおいては、伝動ベルト９のある方を前、フライホイールハウジング１７のある方を後、排気マニホルド１０のある方を左、オイルフィルタ１３のある方を右として定義する。また、エンジン本体ｈ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、伝動ケース５を有する概念である。
図１〜図３に示されるように、直列３気筒の産業用ハイブリッドディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）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１ｂに形成され、上部はシリンダ１ａ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が組み付けられている。シリンダブロック１の前には伝動ケース５が組み付けられている。
図１〜図３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（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（無端回動体の一例）９が配備されている。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、電動モータ８などが装備されている。エンジンＥの右側にはオイルフィルタ１３、吸気マニホルド１４、オイルレベルゲージ１２などが装備され、上方には３つのインジェクタ１５が配置されている。エンジンＥの後部には、フライホイール１６やフライホイールハウジング１７が装備されている。
図１〜図４に示されるように、駆動プーリ６ａとモータプーリ８ａの間において、可撓性を有する伝動ベルト９をファンプーリ７側に押圧付勢するベルト緊張機構（緊張機構の一例）１８が、伝動ケース５の左に位置する状態で装備されている。ベルト緊張機構１８は、伝動ベルト９の背面（外周面）に圧接されるテンションプーリ１８ａと、テンションプーリ１８ａを先端に軸支する揺動アーム１８Ａと、揺動アーム１８Ａを軸心Ｐを中心として矢印Ｚ方向（左方向）に回動付勢させる緊張本体１８Ｂとを備えて構成されている。
図１〜図５に示されるように、電動モータ８は、前後方向視で円形を呈する比較的大型（大出力）の動力用電動モータであり、重量も一般的なものより重い。そのため、下側の第１支持ブラケット（支持ブラケット）１９と上部右側の第２支持ブラケット２０とを用い、しっかりとエンジン本体ｈに取付けられている。そして、ベルト緊張機構１８は、緊張本体１８Ｂの上側を第１支持ブラケット１９に、かつ、下側をエンジン本体ｈにそれぞれボルト止めにより取付けられている。
図６、図７に示されるように、第１支持ブラケット１９は、ブラケット基部１９Ａと、先端ボス部１９Ｂと、突出部１９Ｃとを有して正面視で三角形状を為す金属部品である。ブラケット基部１９Ａは、伝動ケース５にボルト止めするための前後向きで２か所の取付孔１９ａ，１９ａを基端側（右側）に備えている。ブラケット基部１９Ａには、他部品取付用の補助孔１９ｄが貫通形成され、裏側には他部品取付用の取付ネジ１９ｅが形成されている。
先端ボス部１９Ｂは、電動モータ８をボルト止めするための装着孔１９ｂを備えており、ブラケット基部１９Ａより後方に寄った段付形状の部分に形成されている。突出部１９Ｃは、緊張本体１８Ｂをボルト止めするためのナット部であるネジ孔１９ｃを備えて、ブラケット基部１９Ａの先端側（左側）から下方に突設されている。
図８、図９に示されるように、第２支持ブラケット２０は、前取付部２０Ａ、後取付部２０Ｂ、これら前後の取付部２０Ａ，２０Ｂの上部どうしを繋ぐ状態でそれら２０Ａ，２０Ｂの前後間に位置するブラケット本部２０Ｃとを有する金属部品である。前取付部２０Ａは、その下部に、シリンダヘッド２の前面にボルト止めするための前後向き孔２０ａを備えている。後取付部２０Ｂは、その下部に、シリンダヘッド２の左側面にボルト止めするための左右向き孔２０ｂを備え、その上部には上下向きの雌ネジ２２が前後一対形成されている。
ブラケット本部２０Ｃは、前後向きの支持孔２１ａを備えて左方突出する支持ボス部２１を備えている。電動モータ８には、右向き突出する二股ブラケット２３が設けられており、二股ブラケット２３の前後一対のアーム部２３ａ，２３ａが支持ボス部２１を挟んだ状態で通されるボルト２４により、二股ブラケット２３とブラケット本部２０Ｃとが連結されている（図５参照）。なお、２０Ｄは、後取付部２０Ｂから後方突出される作用片である。
図４、図５に示されるように、第１支持ブラケット１９は、ブラケット基部１９Ａが２個のボルト（図示省略）により伝動ケース５の上部左側部位に螺着されることにより、左斜め上方に突出する状態で取付けられている。電動モータ８下側の二股ブラケット２５のアーム部２５ａと先端ボス部１９Ｂとがボルト連結され、緊張本体１８Ｂの上ステー１８ｂと突出部１９Ｃとがボルト連結されている。緊張本体１８Ｂの下右ステー１８ｃは、伝動ケース５の取付部５ａにボルト止めされている。
つまり、第１支持ブラケット１９は、電動モータ８の下側を伝動ケース５（エンジン本体ｈ）に支持するために介装される強度部材であるとともに、ベルト緊張機構１８を支持する強度部材でもある。第１支持ブラケット１９の上側に電動モータ８が配置され、下側にベルト緊張機構１８が配置されている。ベルト緊張機構１８は、その１箇所（上ステー１８ｂ）が第１支持ブラケット１９を介して、かつ、もう１箇所（下右ステー１８ｃ）が直接にそれぞれ伝動ケース５にボルト止めされる構造によりエンジン本体ｈに支持されている。
図４、図５に示されるように、第２支持ブラケット２０は、前取付部２０Ａがシリンダヘッド２の前面側に、かつ、後取付部２０Ｂがシリンダヘッド２の左側面にそれぞれボルト止めされることでエンジン本体ｈに取付けられている。そして、支持ボス部２１の前後に電動モータ８の二股ブラケット２３がボルト止めされている。つまり、第２支持ブラケット２０を介して電動モータ８の上部がシリンダヘッド２に支持されている。
以上述べたように、第１支持ブラケット１９の左斜め上方向（エンジン本体ｈからの突設方向）に対する一方（上側）に電動モータ８が、かつ、他方（下側）にベルト緊張機構１８がそれぞれ配置されている。第１支持ブラケット１９は、エンジン本体ｈにおける排気マニホルド１０配置側（左側）に取付けられている。第１支持ブラケット１９は、シリンダブロック１の一端（前端）に装備される伝動ケース５に取付けられ、第１支持ブラケット１９とは別に電動モータ８を支持する第２支持ブラケット２０は、シリンダヘッド２に取付けられている。
本発明による産業用ハイブリッドエンジンＥによれば、次の（１）〜（５）の作用効果が期待できる。
（１）電動モータを位置固定でエンジン本体に取付け、無端回動帯を張るための緊張機構を別途に設けたので、無端回動帯を常に適度に緊張させて良好な状態としながら大きくて重い電動モータを強度十分に支持させることができる。
（２）第１及び第２支持ブラケット１９，２０による電動モータ８の支持構造により、大きくて重い電動モータ８を強度十分にエンジン本体ｈに支持できており、エンジンレイアウトのコンパクト化も可能なマイクロハイブリッド仕様のエンジンＥが実現できている。
（３）第１及び第２支持ブラケット１９，２０のエンジン本体ｈへの取付構造は、従来から存在しているボルト孔を用いた共締め構成であるから、両支持ブラケット１９，２０の有る無しによりハイブリッド仕様と通常エンジン仕様とを、構造簡単で廉価な手段で選択的に仕様設定できる利点がある。
（４）第１支持ブラケット１９は緊張機構１８も支持しているので、伝動ケース５（シリンダブロック１）やシリンダヘッド２に新たな取付用ボスなどを付設する必要が無い。従って、従来エンジンにおけるオルタネータに置き換える形で電動モータ８を配置することができ、簡単でコンパクトなエンジンレイアウトで済む利点がある。
（５）１つの支持ブラケット（第１支持ブラケット）１９で、電動モータ８と緊張機構１８との２種類の構造物の支持が行える合理性がある。
１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
５ 伝動ケース
６ クランク軸
６ａ 駆動プーリ
８ 電動モータ
８ａ モータプーリ
９ 無端回動帯（伝動ベルト）
１８ 緊張機構
１８Ａ 揺動アーム
１８Ｂ 緊張本体
１８ａ テンションプーリ
１９ 支持ブラケット（第１支持ブラケット）
２０ 第２支持ブラケット
ｈ エンジン本体

Claims (5)

  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、前記電動モータを支持ブラケットを用いてエンジン本体に取付けるとともに、前記支持ブラケットに、前記無端回動帯を張る方向に付勢する緊張機構が支持され、
    前記支持ブラケットとは別に前記電動モータを支持する第２支持ブラケットが設けられ、
    前記第２支持ブラケットは、前取付部と後取付部と前記後取付部から後方突出される作用片とを備え、
    前記前取付部がシリンダヘッドの前面にボルト止めされ、かつ、前記後取付部が前記シリンダヘッドの左側面にボルト止めされている産業用ハイブリッドエンジン。
  2. 前記電動モータの下側が前記支持ブラケットを用いて位置固定で支持されるとともに、前記電動モータの上側が前記第２支持ブラケットを用いて支持され、
    前記緊張機構は、テンションプーリと、前記テンションプーリを先端に軸支する揺動アームと、前記支持ブラケットに支持されて前記揺動アームを軸心を中心として付勢させる緊張本体と、を備えて構成されている請求項１に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
  3. 前記支持ブラケットの前記エンジン本体からの突設方向に対する一方に前記電動モータが、かつ、他方に前記緊張機構がそれぞれ配置されている請求項１又は２に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
  4. 前記支持ブラケットは、前記エンジン本体における排気マニホルド配置側に取付けられている請求項１〜３の何れか一項に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
  5. 前記支持ブラケットは、シリンダブロックの一端に装備される伝動ケースに取付けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の産業用ハイブリッドエンジン。
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