(57)【要約】【課題】スタータモータとモータジェネレータとを備えている内燃機関において、始動時に、モータジェネレータプーリに巻き掛けたベルトとテンションプーリとが叩き合うことによる異音の発生を防止する。【解決手段】スタータモータによる始動時、最初の爆発が起こってから自律運転回転数Ｒ０に至るまでの範囲Ｓ０内において、モータジェネレータをモータとして駆動してクランク軸の回転をアシストする。クランク軸の回転変動とモータジェネレータプーリの回転変動とのずれが無くなることで、ベルト及びテンションプーリの踊り現象を防止できる。その結果、テンションプーリとベルトとの叩き合いによる異音の発生を防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸を駆動する始動用のスタータモータと、前記クランク軸で駆動されて発電状態と前記クランク軸の回転をアシストするモータ状態とに切り換え自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータとクランク軸との間で動力伝達するベルトとを備えており、前記ベルトのうちモータジェネレータに近くの部位は一対のテンションプーリで両側から挟まれて間隔が狭められている構成であって、
前記スタータモータのスイッチＯＮから自律運転回転数に至るまでの範囲での所定時間、前記モータジェネレータによってクランク軸の回転をアシストするか、又は、モータジェネレータを発電状態にしてクランク軸に負荷をかけ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、スタータモータとモータジェネレータとを備えている内燃機関に関るものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において始動用スタータモータと発電機とは必須であるが、スタータモータと発電機との関係を見ると、スタータモータと発電機（オルタネータ）とを別々に搭載したタイプと、スタータモータと発電機とが１台に組み込まれたモータジェネレータ（或いはＩＳＧ）のみを使用するタイプと、発電機能とモータ機能とを有するモータジェネレータをスタータモータとは別に設けているタイプとの３種類に分けられる。
【０００３】
いずれにしても、モータジェネレータとクランク軸との間の動力伝達はベルトによって行われている。そして、スタータモータと発電機とが１台に組み込まれたモータジェネレータのみを使用するタイプの例として、特許文献１には、始動時にモータジェネレータからクランク軸への動力伝達を確実化することを目的として、始動時にベルトの張力を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、モータジェネレータとクランク軸との間の動力伝達はベルトで行われるが、クランクプーリとモータジェネレータプーリとに巻き掛けられたベルトの特徴は、モータジェネレータが発電機として機能するときとモータとして機能するときとで、張り側と弛み側とが入れ替わることである。
【０００６】
そこで、いずれの使用態様でもベルトとモータジェネレータプーリとの間に必要なフリクションが得られるようにするため、一対のテンションプーリを有する自動テンショナをモータジェネレータプーリの近くに配置して、ベルトをモータジェネレータプーリの近くにおいてテンションプーリで両側から挟んでいる。従って、ベルトは、モータジェネレータプーリの近くで２つのテンションプーリで挟まれて間隔が狭まり、くびれた形態になっている。
【０００７】
しかるに、本願発明者が観察したところ、スタータモータとは別にモータジェネレータを備えている場合、スタータモータによる始動時に、テンションプーリとベルトとが叩き合って異音が発生する現象が見られた。
【０００８】
つまり、図３に示すように、モータジェネレータプーリ３１はクランクプーリ３２によって空回りするが、ピストンの動きによってクランク軸３３は角速度が変化しており、このため、ベルト３４の張り側と弛み側とも交互に変化しているが、始動時に、クランク軸３３の回転変動にベルト３４の張り・弛みが正確に追従せずに、図３（Ｃ）（Ｄ）に示すように、テンションプーリ３５がベルト３４から離れて、次いで、ばねによって戻ってベルト３４と衝突する現象（叩き合い）があり、これによって異音が発生しているのであった。
【０００９】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の内燃機関は、クランク軸を駆動する始動用のスタータモータと、前記クランク軸で駆動されて発電状態と前記クランク軸の回転をアシストするモータ状態とに切り換え自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータとクランク軸との間で動力伝達するベルトとを備えており、前記ベルトのうちモータジェネレータに近くの部位は一対のテンションプーリで両側から挟まれて間隔が狭められている、という基本構成である。
【００１１】
そして、前記スタータモータのスイッチＯＮから自律運転回転数に至るまでの範囲での所定時間、前記モータジェネレータによってクランク軸の回転をアシストするか、又は、モータジェネレータを発電状態にしてクランク軸に負荷をかけるように制御される。
【００１２】
始動時にモータジェネレータでクランク軸に負荷をかける制御は、スタータモータに余力がある場合に実行可能であるが、負荷の程度は、始動の確実性を損なわないように僅かにすべきである。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明者が観察したところ、テンションプーリとベルトとの間の叩き現象は、モータジェネレータプーリが空回りしていることに起因して、クランク軸の回転変動とモータジェネレータプーリの回転変動とが乖離し、その結果、ベルトに踊り現象が生じてテンションプーリの不規則な動きを招いていることが判った。
【００１４】
更に述べると、モータジェネレータプーリは空回りしているため、慣性力によって加速する傾向を呈していることから、モータジェネレータプーリの変動がクランク軸の回転変動に先行しており、その先行の度合いが時間と共に増幅していくため、ベルトの張り・弛みの変化が不規則になって、ベルトとテンションプーリとが踊り現象を生じ、その結果、テンションプーリきベルトとが叩き合って異音を発生させているのであった。
【００１５】
そして、本願発明のうち、モータジェネレータでクランク軸をアシストする制御を採用すると、モータジェネレータの駆動によってモータジェネレータプーリの空回りがなくなるため、モータジェネレータプーリの回転変動をクランク軸の回転変動に正確に追従させることができる。その結果、ベルトとテンションプーリとの踊り現象を防止して、テンションプーリとベルトとの叩き合いによる異音の発生を防止できる。
【００１６】
また、モータジェネレータプーリベルトとベルトとの間の滑りも抑制できるため、ベルトの磨耗を低減して耐久性の向上にも貢献できる。また、モータジェネレータと他の補機とを同じベルトで駆動している場合は、始動時に他の補機の回転軸に衝撃が作用することを抑制できるため、他の補機の回転軸に対する負荷を軽減できる利点もある。
【００１７】
更に、モータジェネレータで始動がアシストされるため、始動時間の短縮化・確実化に貢献できるのみならず、スタータモータの負担を軽減できることにより、スタータモータの小型化も可能となって、コスト抑制や機関のコンパクト化にも貢献可能となる。
【００１８】
他方、始動時にモータジェネレータを発電機として機能させる場合も、ベルトの張り・弛みをクランク軸の回転変動に正確に同期させることができるため、ベルト及びテンションプーリの踊り現象を抑制して異音の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る内燃機関の全体的な概略正面図である。
【図２】制御範囲を示すグラフである。
【図３】従来技術を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
(1).機関の概要
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、図１に基づいて内燃機関の概要を説明する。  内燃機関の基本的な構成は従来と同様であり、機関本体の主要要素として、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、並びにこれらの一端面に多数のボルトで固定されたフロントカバー（チェーンカバー、チェーンケース）３を備えている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー４が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５が固定されている。
【００２１】
クランク軸６の一端部はフロントカバー３の外側に突出している一方、正面視で機関本体を挟んだ左側にはモータジェネレータ７を配置し、右側にはエアコン用コンプレッサ８を配置している。また、フロントカバー３のうち、概ね上下中間部でかつ左寄りの部位にはウォータポンプ９を配置している。
【００２２】
モータジェネレータ７、エアコン用コンプレッサ８、ウォータポンプ９は、それぞれ回転軸に固定されたプーリ１０，１１，１２を備えており、モータジェネレータプーリ１０と第１クランクプーリ１３とに第１ベルト１４が巻き掛けられて、エアコン用コンプレッサ９のプーリ１１と第２クランクプーリ１５とに第２ベルト１６が巻き掛けられて、ウォータポンプ９のプーリ１２と第３クランクプーリ１７とに第３ベルト１８が巻き掛けられている。
【００２３】
第１ベルト１４のうちモータジェネレータプーリ１０の近くの部位は、振り子式の自動テンショナ１９における２個のテンションプーリ２０で挟まれて間隔が狭まっている。図示してないが、内燃機関は、モータジェネレータ７とは別にスタータモータを備えている。
【００２４】
(2).制御態様
図２では、クランク軸６の回転変動を太線で示して、モータジェネレータプーリ１０が空回りしている時の回転変動を細線で示している。このグラフから理解できるように、モータジェネレータプーリ１０が空回りしていると、慣性力により、モータジェネレータプーリ１０の回転変動がクランク軸６の回転変動に介して先行する傾向を呈しており、先行の度合いが時間と共に増幅されて、Ｘ点では、回転変動が逆になるに至っている。
【００２５】
このように回転変動のずれにより、第１ベルト１４の張り・弛みが不規則になって、第１ベルト１４とテンションプーリ２０との踊り現象が発生し、図３で示したような叩き合いによる異音の発生を招いていた。特に、回転変動が逆になるＸ点では、異音の発生が顕著に現れる。
【００２６】
そこで、本願発明では、スタータモータを始動して最初の爆発が起きた時点を制御対象範囲Ｓ０の始期Ｔ１とする一方、燃料の爆発のみで自律的に回転を維持できる自律運転回転数（例えばアイドリング回転数）Ｒ０に至った時点を制御対象範囲Ｓ０の終期Ｔ２として、Ｔ１からＴ２までの制御対象範囲Ｓ０の間での所定時間、モータジェネレータ７をモータとして駆動してクランク軸６の回転をアシストする。
【００２７】
すると、モータジェネレータプーリ１０は制動されつつ回転することで、モータジェネレータプーリ１０の回転変動がクランク軸６の回転変動に先行することがなくなるため、すなわち、モータジェネレータプーリ１０の回転変動がクランク軸６の回転変動に同期し
て追従するため、第１ベルト１４の張り・弛みもクランク軸６の回転変動に正確に追従し、その結果、第１ベルト１４及びテンションプーリ２０の踊り現象を無くして、第１ベルト１４とテンションプーリ２０との叩き合いによる異音の発生を防止又は著しく抑制できる。
【００２８】
モータジェネレータ７をモータとして駆動する範囲Ｓ１は、制御対象範囲Ｓ０の全体でもよいし、制御対象範囲Ｓ０内において任意に設定できる。例えば、クランク軸６の回転変動とモータジェネレータプーリ１０の回転変動とがずれ始めた時点Ｔ１′を始期として、回転変動があってもその影響がなくなっている時点Ｔ２′を終期とすることができる。
【００２９】
また、スタータモータの始動と同時にモータジェネレータ７の駆動を開始することも可能であるが、内燃機関が燃料の爆発によって回転し始めるまでは異音発生の問題はないので、異音防止という点で見たらあまり実益はない。同様に、モータジェネレータ７を自律観点回転数Ｒ０に至った後も駆動し続けることは可能であるが、異音防止の点からは実益がない。結局、本願発明では、少なくとも制御対象範囲Ｓ０内において、モータジェネレータ７がモータとして駆動されるように制御されていたら足りるのであるが、制御対象範囲Ｓ０外での駆動を排除するものではない。
【００３０】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、モータジェネレータと他の補機とを同じベルトで駆動することも可能である。また、始期と終期とを時間で制御することに代えて、始期と終期をクランク軸の回転数によって制御することも可能である。請求項に記載した「所定時間」には、このように回転数をパラメータとした制御も包含している。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本願発明は、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】
【００３２】
６  クランク軸
７  モータジェネレータ
１０  モータジェネレータプーリ
１３  第１クランクプーリ
１４  第１ベルト
１９  自動テンショナ
２０  テンションプーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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