(57)【要約】【課題】ＩＳＧを備えた内燃機関において、始動時の抵抗をできるだけ少なくして始動の確実化を図る。【解決手段】スタータモータでクランク軸を回転させるにおいて、ＩＳＧを駆動する補機駆動ベルトの張力を低下させて、ＩＳＧの駆動プーリと補機駆動ベルトとが滑っている状態になる。クランク軸が所定の回転数（アイドリング回転数）に至ると、補機駆動ベルトをテンショナで張って、補機駆動ベルトの動力をＩＳＧに伝達する。スタータモータによるクランキング的に、ＩＳＧが抵抗にならならないため、始動性を確実化できる。補機駆動ベルトを張る前又は張った状態でＩＳＧをモータとして駆動すると、ＩＳＧの抵抗を一層低減して、動力伝達をスムース化できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動用のスタータモータと、クランクプーリに巻き掛けた補機駆動ベルトで駆動される補機と、前記補機駆動ベルトの張力を調節するテンショナとを備えており、
前記テンショナが、前記スタータモータによる始動時には、前記補機駆動ベルトが前記クランクプーリの回転抵抗にならないように補機駆動ベルトの張力を低下させて、クランク軸が所定回転数に至ったら、前記補機が駆動され得る状態に補機駆動ベルトの張力を高めるように制御される、
内燃機関。
【請求項２】
補機駆動ベルトによってクランクプーリと連動するモータ機能付き発電機を備えており、前記補機駆動ベルトの張力をテンショナによって調節可能な構成であって、
前記クランクプーリが回転している状態で前記テンショナによって前記補機駆動ベルトを弛み状態から張り状態に切り替えるに際して、前記モータ機能付き発電機をモータとして機能させて前記クランクプーリと同方向に回転させるように制御される、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ、モータ機能付き発電機）のような補機を備えている内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、オルタネータやＩＳＧのように、クランク軸と連動した補機が使用されている。クランク軸にはクランクプーリが固定されており、補機に設けたプーリとクランクプーリとに補機駆動ベルトが巻掛けられている。また、ＩＳＧについては、電磁ソレノイド式等のオートテンショナによって補機駆動ベルトの張力を制御することも行われている。
【０００３】
補機駆動ベルトの張力制御に関する技術として、特許文献１には、ＭＧ（モータ・ジェネレータ）によって駆動される内燃機関において、始動時にテンショナでベルトの張力を高くすることにより、ベルトのスリップを防止して始動の確実性を高めることが開示されている。特許文献１はＭＧをスタータモータに使用しているが、例えば特許文献２に記載されているように、ＩＳＧとスタータモータとを併用することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１５６２号公報
【特許文献２】特開２０００−１６１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
始動用のスタータモータを備えずにＭＧをスタータモータに兼用している場合は、特許文献１のように、ベルトの張力を高くしてＭＧのトルクをクランク軸にしっかりと伝達することは意義があると云える。
【０００６】
しかし、スタータモータで始動される内燃機関では、補機駆動ベルトに高い張力が掛けられた状態で始動されると、補機の回転がクランク軸に対して回転抵抗として作用するため、始動性が悪化するおそれがある。すなわち、始動に時間がかかったり、始動できなかったりする可能性がある。特に、ＩＳＧやオルタネータはロータの重量が大きくて回転初期に高いトルクを要するため、スタータモータでこれらを一緒に回転させると、始動時にクランク軸の回転力不足を招来し、始動時間が長くなる等の問題が発生するおそれがある。
【０００７】
本願発明はこのような現状を契機として成されたものであり、始動性等に優れた内燃機関を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は２つの発明を含んでおり、これらは請求項で特定されている。このうち請求項１の発明に係る内燃機関は、
始動用のスタータモータと、クランクプーリに巻き掛けた補機駆動ベルトで駆動される補機と、前記補機駆動ベルトの張力を調節するテンショナとを備えており、
前記テンショナが、前記スタータモータによる始動時には、前記補機駆動ベルトが前記クランクプーリの回転抵抗にならないように補機駆動ベルトの張力を低下させて、クランク軸が所定回転数に至ったら、前記補機が駆動され得る状態に補機駆動ベルトの張力を高めるように制御される。
【０００９】
請求項２の発明に係る内燃機関は、
補機駆動ベルトによってクランクプーリと連動するモータ機能付き発電機を備えており、前記補機駆動ベルトの張力をテンショナによって調節可能な構成であって、
前記クランクプーリが回転している状態で前記テンショナによって前記補機駆動ベルトを弛み状態から張り状態に切り替えるに際して、前記モータ機能付き発電機をモータとして機能させて前記クランクプーリと同方向に回転させるように制御されるものである。
【００１０】
請求項２では、補機駆動ベルトを張った状態でモータ機能付き発電機が駆動されている状態と、モータ機能付き発電機が駆動されてロータが惰性で回転している状態で補機駆動ベルトが張られる状態との２つの態様を含んでいる。  なお、請求項１の発明と請求項２の発明とは、互いに排斥し合うものではく、互いに組み合わせることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
内燃機関の始動時には、停止している部材を駆動するため大きなトルクが必要であるが、コストやスペースなどの要因から、スタータモータはできるだけ小型化したいという要請が高い。このため、始動時に補機の回転抵抗がスタータモータの回転に対する抵抗として働くと、スタータモータの能力を越えてしまうおそれがないとも云えない。
【００１２】
この点、本願請求項１の構成を採用すると、始動時に補機駆動ベルトを緩めておいて補機の回転抵抗がスタータモータに働くことを防止できるため、能力の高いスタータモータを使用せずとも、内燃機関の始動を確実化することができる。そして、クランク軸が所定の回転数に至ってから補機駆動ベルトを張るものであるため、始動性を確保しつつ、補機を安定的に駆動することが可能になる。
【００１３】
また、補機駆動ベルトを緩めておくとプーリとの間に滑りが生じるが、補機駆動ベルトとプーリとの間の摩擦抵抗はないため、プーリと補機駆動ベルトとの間に擦れ音が発生するようなことはなくて、始動時の静粛性を向上できる。
【００１４】
本願請求項２では、補機駆動ベルトが張った状態、又は張る前に、ＩＳＧがクランクプーリと同じ方向に回転するため、補機駆動ベルトを張って補機をクランクプーリに同期して回転させるに際して、プーリと補機駆動ベルトとの間のスリップの発生を防止できる。これにより、ベルト滑りに起因した異音の発生を防止できると共に、補機駆動ベルトの耐久性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内燃機関の正面図である。
【図２】テンションプーリの全体を露出させた状態での正面図である。
【図３】図１のIII-III 視断面図である。
【図４】（Ａ）は第１制御例を示すグラフ、（Ｂ）は第２制御例を示すグラフである。
【図５】第３制御例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、内燃機関の構造を図１〜３に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は車両用関であり、この内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有しており、両者の前面には、タイミングチェーン（図示せず）を覆うフロントカバー３が固定されている。
【００１７】
クランク軸４の一端部は、フロントカバー３を貫通して手前に露出しており、この露出した端部にクランクプーリ５が固定されている。本実施形態では、補機として、ＩＳＧ６とエアコン用コンプレッサ７とウォータポンプ８とを設けており、これらは別々のベルトで駆動されている。
【００１８】
便宜的に、ＩＳＧ６を駆動するベルトを第１補機駆動ベルト９と呼び、エアコン用コンプレッサ７を駆動するベルトを第２補機駆動ベルト１０と呼び、ウォータポンプ８を駆動するベルトを第３補機駆動ベルト１１と呼ぶこととする。図３に示すように、第２補機駆動ベルト１０がシリンダブロック１から最も遠くて、第３補機駆動ベルト１１がシリンダブロック１に最も近く、第１補機駆動ベルト９は両者の間に位置している。
【００１９】
図では、ＩＳＧ６は外観と駆動プーリ１２とを表示しているが、エアコン用コンプレッサ７とウォータポンプ８とは本体の表示は省略しており、回転軸に固定されたプーリ１３，１４のみを表示している。  各補機駆動ベルト９，１０，１１の内面は鋸歯状の横断面を有しており、従って、プーリ５，９，１０，１１の外周面も鋸歯状の横断面になっている。
【００２０】
ＩＳＧ６及びエアコン用コンプレッサ７は、それぞれ図示しないブラケットを介してシリンダブロック１に固定されており、ウォータポンプ８はフロントカバー３に固定されている（正確には、ウォータポンプ８の一部がフロントカバー３で構成されている。）。ＩＳＧ６とエアコン用コンプレッサ７とは、正面視においてクランク軸４を挟んで左右に分かれて配置されており、ウォータポンプ８は、フロントカバー３のうちＩＳＧ６に寄った部位に配置されている。
【００２１】
第１補機駆動ベルト９は、遠隔操作できるテンショナ（オートテンショナ）１５によって張力を制御できる。テンショナ１５は、第１補機駆動ベルト９の背面（外周面）に当接するテンションプーリ１６と、このテンションプーリ１６が回転自在に連結された可動ブラケット１７と、可動ブラケット１７を駆動する電磁ソレノイド式のアクチュェータ１８とを備えている。可動ブラケット１７は、ＩＳＧ６のハウジングに第１ピン（第１軸）１９によって回動可能に連結されている。
【００２２】
他方、アクチュェータ１８は、全体的に伸縮するように固定部２０と可動部２１とを有しており、固定部２０の基端（上端）が、フロントカバー３に第２ピン（第２軸）２２によって回動可能に連結されて、可動部２１の先端（下端）が、可動ブラケット１７に第３ピン（第３軸）２３によって相対回動可能に連結されている。ピン１９，２２，２３の軸線は、クランク軸線と平行になっている。
【００２３】
可動ブラケット１７は、大まかには銅鐸形の形態を成しており、正面視において、ＩＳＧ６とウォータポンプ８とに部分的に重なっている。敢えて述べるまでもないが、テンションプーリ１６は、第１ピン１９を中心にした円弧上の軌跡に沿って回動する。アクチュェータ１８の軸心の延長線は、第１ピン１９とテンションプーリ１６の中心との間を通っている。従って、アクチュェータ１８は、下端がＩＳＧ６に近くなるように、鉛直線に対して傾斜している。
【００２４】
本実施形態では、第１補機駆動ベルト９が請求項に記載した補機駆動ベルトになっている。また、テンションプーリ１６は、第１補機駆動ベルト９の弛み側の外周面に当たるようになっている。
【００２５】
内燃機関は、制御装置としてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）を有しており、ＥＣＵに、スタータモータ２４、バッテリー２５、イグニッションスイッチ２６が電気的に接続されている。また、ＩＳＧ６とテンショナ１５のアクチュェータ１８も、ＥＣＵからの信号によって制御される。
【００２６】
(2).制御例
図４（Ａ）では、始動時の制御である第１制御例を示している。イグニッションスイッチ２６がＯＮになると、スタータモータ２４に通電されて（ＯＮになって）機関が始動されるが、図４（Ａ）の第１制御例では、イグニッションスイッチ２６のＯＮと同時に、第１補機駆動ベルト９とテンションプーリ１６との間の摩擦がゼロとなるように、テンショナ１５のアクチュェータ１８により、テンショナ１５の張力が低い状態になる。
【００２７】
従って、スタータモータ２４によるクランキング時にはＩＳＧ６は回転していない。このため、機関の始動を円滑に行える。そして、スタータモータ２４によるクランキングによって、内燃機関が自律的に運転される所定の回転数（アイドリング回転数）に至ると、第１補機駆動ベルト９の張力が高くなるように、テンショナ１５のアクチュェータ１８が制御される。この状態では、クランク軸４の駆動トルクに余裕があるため、ＩＳＧ６のロータを回転させても、運転に支障をきたすことはない。
【００２８】
従って、第１制御例では、ＩＳＧ６を備えた内燃機関でありながら、スタータモータ２４の能力を高くすることなく、始動を確実に行うことができる。なお、機関停止状態で第１補機駆動ベルト９を弛ませておくことも可能であり、この場合は、クランク軸４の回転数が所定の回転数に至ってから、第１補機駆動ベルト９の張力が高くなるようにアクチュェータ１８を伸ばし制御したらよい。
【００２９】
図４（Ｂ）に示す第２制御例も、始動時の制御である。この制御例では、スタータモータ２４に通電されるとのと同時に、ＩＳＧ６に通電してモータとして機能させて、ロータを回転させる。この場合、第１補機駆動ベルト９は、第１制御例と同様に、弛ませた状態から張り状態に移行させている。従って、第１制御例との併用である。
【００３０】
この制御例では、ＩＳＧ６のロータがモータ機能によって回転しているため、第１補機駆動ベルト９が張った状態であっても、クランク軸４の回転に対してＩＳＧ６が抵抗になることはない。従って、スタータモータ２４に過大な負担をかけない状態で、機関の始動を確実に行える。
【００３１】
この制御態様において、第１補機駆動ベルト９を張った状態でもＩＳＧ６をモータとして駆動することは可能であるが、この場合は、ＩＳＧ６の駆動プーリ１２の周速度とクランクプーリ５のうち第１補機駆動ベルト９が巻掛けられている部分の周速度とが一致するように、ＩＳＧ６の回転数を制御するのが好ましい。蓋し、ＩＳＧ６の駆動プーリ１２の周速度とクランクプーリ５の周速度とが異なっていると、いずれかのプーリ５，１２と第１補機駆動ベルト９との間に滑りが発生するおそれがあるからである。
【００３２】
始動時に第１補機駆動ベルト９を弛み状態から張り状態に変更するにおいて、ＩＳＧ６をモータとして機能させてロータを回転させた後に、第１補機駆動ベルト９の張力を高くすると、ＩＳＧ６のロータが惰性で回転している状態で第１補機駆動ベルト９が張るため、プーリ５，１２と第１補機駆動ベルト９との間に滑りが発生することはなく、また、クランクプーリ５の回転に対してＩＳＧ６が抵抗として作用することもない。
【００３３】
第１補機駆動ベルト９が張った状態のときに、ＩＳＧ６の駆動プーリ１２の周速度がクランクプーリ５の周速度と一致するように予め設定しておくと、第１補機駆動ベルト９に衝撃を作用させることなく、第１補機駆動ベルト９を滑らかに張り状態に移行できる。
【００３４】
図５に示す第３制御例では、機関の運転中にＩＳＧ６を発電機として機能させる場合の制御例である。すなわち、運転中に、第１補機駆動ベルト９の張力を高くしてＩＳＧ６を発電機として機能させるにおいて、いったんＩＳＧ６をモータとして機能させることによってロータを回転させてから、テンショナ１５を前進制御させて第１補機駆動ベルト９を張っている。従って、発電機として機能させるにおいて、第１補機駆動ベルト９に大きな抵抗がかかることを防止して、発電状態に滑らかに移行できる。
【００３５】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、請求項１では、補機の種類には限定はないのであり、例えば、オルタネータやエアコン用コンプレッサの駆動用ベルトの張力制御にも適用できる。テンショナは、様々な構想を採用できる。アクチュェータは電動モータなども使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
３  フロントカバー
４  クランク軸
５  クランクプーリ
６  補機の一例としてのＩＳＧ（モータ機能付き発電機）
７  ウォータポンプ
８  エアコン用コンプレッサ
９  第１補機駆動ベルト（請求項の補機駆動ベルト）
１０  第２補機駆動ベルト
１１  第３補機駆動ベルト
１２  ＩＳＧの駆動プーリ
１３  エアコン用コンプレッサの駆動プーリ
１４  ウォータポンプの駆動プーリ
１５  テンショナ
１６  テンションプーリ
１７  可動ブラケット
１８  アクチュェータ
２０  固定部
２１  可動部
２４  スタータモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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