(57)【要約】【課題】補機の駆動に起因してクランク軸に作用する曲げ力を抑制する。【解決手段】クランク軸７を挟んだ両側にオルタネータ１４とエアコン１５とが配置されており、これらは、別々のベルト２３，２４を介してクランクプーリ２で駆動される。動弁機構はタイミングチェーン９を介してクランク軸７で駆動されている。オルタネータ１４とエアコン１５とは、クランク軸７よりも低い高さで左右振り分けて配置されている。エアコンベルト２４にはばね式のオートテンショナ２５が当接しており、オルタベルト２３には、電気式や油圧式の遠隔操作可能なアクティブテンショナ２７が当接している。オートテンショナ２５は、エアコンベルト２４の反力を検知する張力検知センサ（圧力センサ）３４を備えており、張力検知センサ３４の値に基づいてアクティブテンショナ２７を制御することにより、Ｆ２とＦ３とをできるだけ均等化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部を機関本体から外向きに突出させたクランク軸と、前記クランク軸で駆動される複数の補機とを備えており、前記複数の補機は、それぞれ前記クランク軸の一端部に設けたクランクプーリと補機に設けた補機プーリとこれらに巻き掛けられたベルトとで個別に駆動される構成であって、
前記複数の補機を駆動する複数のベルトは、前記クランク軸に作用する負荷が打ち消され得るように周方向に大きくずらして配置されており、前記複数のベルトのうち少なくとも１つのベルトには張力検知センサ付きのオートテンショナが当接している一方、他の少なくとも１つのベルトには、ベルトの張力を遠隔的に調節できるアクティブテンショナが当接しており、前記張力検知センサの検知結果に基づいて前記アクティブテンショナが制御される、
内燃機関。
【請求項２】
更に、前記クランク軸の一端部かその近傍部で駆動される動弁機構駆動用の伝動体を、当該伝動体の負荷が前記クランク軸に対して前記複数のベルトの負荷作用方向とは周方向に異なる方向から作用するようにして配置しており、前記クランク軸に対する伝動体による負荷と各補機による負荷とを予め組み込んで前記アクティブテンショナを制御することにより、前記クランク軸に作用する曲げ力が抑制される、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ベルトで駆動される複数の補機を備えた内燃機関に関するもので、特にエアコンを備えた車両に搭載される内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、オルタネータやウォータポンプ、エアコンのようにクランク軸で駆動される補機を備えている。また、カム軸を開閉する動弁機構も、タイミングチェーンやタイミングベルト、或いはタイミングギアのような伝動体を介してクランク軸で駆動されている。
【０００３】
複数の補機を１本のベルトで駆動することも多いが、この場合は、ベルトによる負荷がクランク軸を一定方向に曲げるように常に作用しているため、例えば、クランクプーリを固定しているボルトが緩みやすくなる等の問題や、クランク軸とジャーナルとの間にこじれが発生してメカロスが発生しやすくなる等の問題が懸念される。オルタネータやエアコンの場合は駆動が断続してクランク軸に作用する負荷も変動するため、クランク軸やクランクプーリに掛かる担は一層大きくなると云える。
【０００４】
この点について特許文献１では、クランク軸を挟んで補機と反対側にダミープーリを設けて、クランクプーリとダミープーリとにダミーベルトを巻き掛けして、クランク軸を補機とは反対側に引くことで、クランクプーリとクランク軸との合わせ面の摩擦力低下を回避することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１はダミーベルトでクランク軸に作用する曲げ力を緩和しようとするもので、考え方は首肯できるが、内燃機関としての仕事をしないダミープーリとダミーベルトとが必要になるため、それだけコストや重量が嵩むのみならず、ダミープーリとダミーベルトとの配置スペースを確保するために他の部材の配置を変更する等せねばならず、設計の自由性が阻害されるという問題がある。
【０００７】
また、ダミープーリは使用していくうちに少しずつ伸びていくため、効果が経時的に低下していく問題もある。この点については、オートテンショナでダミープーリの張力を一定にしておけばよいと考えられるが、オルタネータやエアコンのように駆動が断続する場合は補機駆動ベルトの張力が変化するため、補機の駆動の継断に伴って、ダミープーリでクランク軸を強く引き過ぎたり逆に引きが弱くなったりすることになり、従って、クランク軸の変形を的確に防止してこじれ等の問題を無くすことは難しい。
【０００８】
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】
【０００９】
本願発明の内燃機関は、一端部を機関本体から外向きに突出させたクランク軸と、前記クランク軸で駆動される複数の補機とを備えており、前記複数の補機は、それぞれ前記クランク軸の一端部に設けたクランクプーリと補機に設けた補機プーリとこれらに巻き掛けられたベルトとで個別に駆動される、という基本構成である。
【００１０】
そして、請求項１の発明では、前記複数の補機を駆動する複数のベルトは、前記クランク軸に作用する負荷が打ち消され得るように周方向に大きくずらして配置されており、前記複数のベルトのうち少なくとも１つのベルトには張力検知センサ付きのオートテンショナが当接している一方、他の少なくとも１つのベルトには、ベルトの張力を遠隔的に調節できるアクティブテンショナが当接しており、前記張力検知センサの検知結果に基づいて前記アクティブテンショナが制御される。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、更に、前記クランク軸の一端部かその近傍部で駆動される動弁機構駆動用の伝動体を、当該伝動体の負荷が前記クランク軸に対して前記複数のベルトの負荷作用方向とは周方向に異なる方向から作用するようにして配置しており、前記クランク軸に対する伝動体による負荷と各補機による負荷とを予め組み込んで前記アクティブテンショナを制御することにより、前記クランク軸に作用する曲げ力が抑制されるようになっている。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明では、クランク軸は、オートテンショナで張られたベルト（一方のベルト）とアクティブテンショナで張られたベルト（他方のベルト）とでクランク軸が異なる方向から引かれているため、クランク軸に対する一方のベルトによる曲げ作用と他方のベルトによる曲げ作用とが打ち消し合って、クランク軸に作用する曲げ力（応力）を抑制できる。
【００１３】
そして、一方のベルトのテンション（抵抗）を張力検知センサで検知できるため、例えば一方の補機がＯＦＦ状態で一方のベルトに対して小さいテンショナしかかっていない場合は、他方のベルトのテンションも弱くするというようにアクティブテンショナを制御すことで、一方のベルトによりクランク軸に作用する力と他方のベルトによりクランク軸に作用する力とを均等化することができ、その結果、クランク軸に作用する曲げ力を著しく抑制して、メカロスの低減による燃費向上やベアリングの耐久性向上、クランクプーリを締結しているボルトの緩み防止といった効果を発揮できる。
【００１４】
ベルトは使用していくうちに伸びていくが、一方のベルトはオートテンショナで所定の張力に張られており、しかも、所定の張力に張られたベルトに対応して他方のベルトの張力を制御できるため、一方のベルトに、経時的理由に伴う伸びや環境（温度・湿度など）の変化による伸びや収縮、或いは、ベルトの踊り現象のような突発的な理由による張力の変化があっても、その変化に応じて他方のベルトの張力を的確に調節（補正）できる。
【００１５】
クランク軸はピストンの往復動で駆動されるためトルクが変動するが、クランク軸が補機駆動ベルトで片側にだけ引かれていると、いわばクランク軸がクランクジャーナルに片当たりした状態でトルク変動が生じることから、金属を叩く打音のような異音が発生することがあるが、本願発明ではクランク軸に曲げ応力が発生することを大幅に抑制できるため、打音のような異音も防止できる。
【００１６】
更に、本願発明は内燃機関に必要な補機を利用してクランク軸に作用する応力を抑制するものであるため、コストアップを防止又は抑制できると共に、スペースの増大を招来することはなくて設計の自由性も阻害しない。この点、本願発明の大きな特徴である。
【００１７】
既述のとおり、動弁機構はタイミングチェーンのような伝動体を介してクランク軸で駆動されるが、請求項２の構成を採用すると、伝動体によって常にクランク軸に作用している負荷を考慮してアクティブテンショナを駆動することで、クランク軸に作用する曲げ応力を著しく軽減できる。従って、補機を伝動体の側に寄せて配置した場合への対応性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の一部は概略側面図である。
【図２】（Ａ）はテンショナを省略した状態での図１のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）はテンショナとベルトとの関係を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(1).構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は基本的には従来と同様の構造であり、主要部材として、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、シリンダヘッド２の上面に固定されたシリンダヘッドカバー３、シリンダブロック１の下面に固定されたオイルパン４を備えている。
【００２０】
シリンダブロック１にはピストン５が摺動自在に嵌まったシリンダボア６が形成されており、ピストン５の往復動がクランク軸７の回転に変換される。クランク軸７の一端部７ａはシリンダブロック１の一側面１ａの外側に突出しており、シリンダブロック１の一側面１ａには、クランク軸７が貫通したチェーンケース８を固定している。本実施形態では、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とチェーンケース８とで機関本体が構成されている。
【００２１】
チェーンケース８はクランク軸７に向けて開口した浅いトレー状の形態であり、チェーンケース８とクランク軸７との間の空間に、動弁機構を駆動するための伝動体の一例としてのタイミングチェーン９が配置されている。クランク軸７のうちチェーンケース８の内部に位置した部位には主動スプロケット１０が固定されている一方、シリンダヘッド２の上面に２本の軸支したカム軸１１の一端に従動スプロケット１２が固定されており、主動スプロケット１０と従動スプロケット１２とにタイミングチェーン９が巻き掛けられている。
【００２２】
内燃機関は、補機の例としてのオルタネータ１４とエアコン（正確にはエアコンのコンプレッサ）１５とを備えており、両者は、主軸１６，１７をクランク軸７と平行にした姿勢でシリンダブロック１の左右両側に配置されている。オルタネータ１４とエアコン１５は、それぞれブラケット１８，１９を介してシリンダブロック１に固定されているが、両者ともクランク軸７より下方でオイルパン４の下面よりは高い高さ位置に配置されている。
【００２３】
そして、オルタネータ１４とエアコン１５との主軸１６，１７にそれぞれ従動プーリ２０，２１を固定している一方、クランク軸７の一端部１ａには、両従動プーリ２０，２１に対応した部分を有するクランクプーリ２２が固定されており、クランクプーリ２２と２つの従動プーリ２０，２１とにそれぞれ別々のベルト２３，２４が巻き掛けられている。なお、各プーリ２０，２１，２２の外周及びベルト２３，２４の内周には山形の凹凸条が形成されているが、図面では凹凸条は表示せずに単純化して表示している。
【００２４】
以下では、便宜的に、オルタネータ１４の従動プーリ２０をオルタプーリと呼び、エアコン１５の従動プーリ２１をエアコンプーリと呼び、オルタネータ１４を駆動する従動ベルト２３をオルタベルトと呼び、エアコン１５を駆動するベルト２４エアコンベルトと呼ぶ。
【００２５】
クランクプーリ２２は、クランク軸７の一端部７ａに図示しないキーによって相対回転不能に保持されていると共に、ボルト２５で抜け不能に固定されている。また、クランクプーリ２２は全体が一体品になっているが、オルタベルト２０が巻かれた部分とエアコンベルト２１が巻かれた部分とを別々に構成することも可能である。
【００２６】
クランク軸７は図１において黒抜き矢印のとおり時計回り方向に回転しているが、エアコンプーリ２４のうち弛み側に、オートテンショナ２５のプーリ２６が外側から回転自在に当接している一方、オルタプーリ２３のうち弛み側には、外部から突出量を遠隔操作できるアクティブテンショナ２７のプーリ２８が回転自在に当接している。
【００２７】
オートテンショナ２５は、プーリ２６が回転自在に保持されたスライダー３０と、スライダー３０がスライド自在で回転不能に装着されたケース３１と、ケース３１の内部にあってスライダー３０を前進方向に付勢するばね３２とを備えており、ばね３２は、ケース３１の内部に回転不能に配置されたばね受け板３３で支持されている。スライダー３０の先端部は二股部３０ａになっており、二股部３０ａにプーリ２６が回転自在に取り付けられている。ケース３１は、シリンダブロック１に固定されたブラケット２６ａに取り付けられている。
【００２８】
スライダー３０にはばね３２が当接するフランジ３０ａを設けており、他方、ばね受け板３３は、張力検知センサ３４を介してケース３１の底面で支持されている。張力検知センサ３４としては、例えばロードセルのような圧力センサを使用するのが好ましいが、検知手段としてばね受け板３３を支持するばねを使用して、ばね受け板３３の変位量を張力に変換することも可能である。
【００２９】
なお、スライダー３０を回転不能に保持する手段としては、例えば、ケース３１とスライダー３０のフランジ３０ａとを角形（四角形）のような非円形に形成したり、ケース３１を円筒形に形成しつつ軸方向に長い長溝を形成して、フランジ３０ａに設けた突起を長溝に嵌め込んだりしてもよい。ケース３１はブラケット２６ａに固定されている。
【００３０】
アクティブテンショナ２７は、油圧シリンダや電動シリンダ、或いは電磁ソレノイド等のアクチェータで軸方向に駆動されるロッド３５を有しており、ロッド３５の先端部に設けた平板部３５ａにオルタプーリ２０を回転自在に取り付けている。実施形態では、図１においてロッド３５が斜め下向きになる姿勢でアクティブテンショナ２７を配置しており、そこで、アクティブテンショナ２７は、オルタベルト２３との干渉を回避するためスペーサ３６を介してチェーンケース８に固定されている。
【００３１】
アクティブテンショナ２７をこのように配置したのは、プーリ２８を下から押すように配置すると、アクティブテンショナ２７がオイルパン４の下方にはみ出るからである。もとより、アクティブテンショナ２７の配置姿勢は自由であり、オイルパン４の下方にはみ出ても差し支えない場合は、ロッド３５が斜め上向きの姿勢になるようにて配置してもよい。
【００３２】
内燃機関は、全体の制御装置としてのエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）３７を備えている。ＥＣＵ）３７はＣＰＵやメモリー類を備えており、これに、オートテンショナ２５、エアコン１５、オートテンショナ２５の圧力センサ３４、アクティブテンショナ２７はＥＣＵ３７に電気的に接続されている。
【００３３】
(2).制御態様
アクティブテンショナ２７は、予め組み込まれているマップに基づいて、オルタネータ１４のＯＮ・ＯＦＦとエアコン１５のＯＮ・ＯＦＦ、及び張力検知センサ３４の値とを制御要素として、ロッド３５の前後進退量が演算される。
【００３４】
制御パターンとしては、
i）Ａオルタネータ１４とエアコン１５とがいずれもＯＦＦの場合（パターン１）、
ii）オルタネータ１４はＯＮでエアコン１５はＯＦＦの場合（パターン２）、
iii）オルタネータ１４はＯＦＦでエアコン１５はＯＮの場合（パターン３）、
iv）オルタネータ１４とエアコン１５との両方がＯＮの場合（パターン４）、
の４つのパターンがある。
【００３５】
タイミングチェーン９を通じてクランク軸７に作用する力Ｆ１はほぼ上向きであり、オルタベルト２３を通じてクランク軸７に作用する力Ｆ２は左下向きであり、エアコンベルト２４を通じてクランク軸７に作用する外力Ｆ３は右下向きである。従って、これら３つの外力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が均衡していると、クランク軸７には曲げ力は作用せず（曲げ応力は発生せず）、ジャーナルとの間にこじれが発生する等の問題は発生しない。
【００３６】
従って、制御の目標はＦ１，Ｆ２，Ｆ３をできるだけ均衡させることであるが、Ｆ１は一定であるのに対してＦ２とＦ３は大きく変動する。そこで、Ｆ２とＦ３との合力としてのクランク軸７に対してＦ１と反対側に向けて曲げようとする仮想の外力Ｆ４を想定し、Ｆ４がなるべくＦ１に近づくように制御する。
【００３７】
［パターン１］
そこで、上記のパターンに基づいて具体的に説明する。まず、オルタネータ１４とエアコン１５とがいずれもＯＦＦであるパターン１の状態では、ベルト２３，２４による負荷はできるだけ少ないのが好ましいので、張力検知センサ３４の数値に基づき、オルタベルト２３の張力がエアコンベルト２４の張力と同じ程度になるようにロッド３５の前後位置を制御する。
【００３８】
ロッド３５の前後位置の制御の前提として、ロッド３５がどれだけ前進しているとオルタベルト２３にはどの程度のテンションが掛かるかの関係が組み込まれている。そこで、張力検知センサ３４の数値からロッド３５の最適位置（目標値）を演算し、次いで、最適位置と実際の位置との差を求め、その差がゼロになるようにロッド３５を前進又は後退させる。
【００３９】
予めロッド３５の前進位置とオルタベルト２３の張力との関係式を設定しておくことに代えて、ロッド３５にロードセル等の圧力センサを介してプーリ２９を相対動可能に取り付けておき、圧力センサの数値と張力検知センサ３４の数値とがほぼ均衡するようにロッド３５を移動させることも可能である。この場合は、オルタベルト２３に伸びが発生しても、好適な張力に維持できる利点がある。
【００４０】
［パターン２］
オルタネータ１４はＯＮでエアコン１５はＯＦＦであるパターン２では、オルタベルト２３は張力が高くなるのに対して、張力検知センサ３４による検知数値は小さいままであるため、アクティブテンショナ２７は、オルタベルト２３がスリップを起こさない範囲でプーリ２８を緩め方向（図１で右下向き方向）に移動させる。これにより、Ｆ２をＦ３にできるだけ近付けつつ、Ｆ１とＦ４（Ｆ２とＦ３との合力）とのバランスを取ることができる。
【００４１】
［パターン３］
オルタネータ１４はＯＦＦでエアコン１５はＯＮであるパターン３では、エアコン１５ベルト２３は張力が高くなっていてオートテンショナ２５のプーリ２６を押し戻そうと作用しているため、張力検知センサ３４の検知圧力はエアコン１５がＯＦＦの場合よりも高くなっている。すなわち、Ｆ３はエアコン１５がＯＦＦの場合よりも高くなっている。
【００４２】
従って、オルタベルト２３の張力も高くして、Ｆ２をＦ３にバランスさせる必要がある。そこで、アクティブテンショナ２７は、オルタベルト２３の張力が高くなるようにロッド３５を後退させる。ロッド３５の後退量は、張力検知センサ３４の検出値を変数として所定の関数に基づいて無段階に設定してもよいし、張力検知センサ３４の数値レベルとロッド３５の後退レベルとをそれぞれ幾つかのゾーンに区分しておいて、例えば、張力検知センサ３４の検出値がゾーン３である場合はロッド３５の後退量もゾーン３に設定するというように、ロッド３５の位置を段階的に制御することも可能である（この点は、いずれのパターンも共通している。）。
【００４３】
［パターン４］
オルタネータ１４とエアコン１５とがいずれもＯＮであるパターン４では、両ベルト２３，２４は駆動に伴って張力が高くなっているため、アクティブテンショナ２７でプーリ２８を大きく後退させる必要はない。従って、例えばパターン３からパターン４に移行した場合は、ロッド３５を緩め方向に前進させるのが好ましい。
【００４４】
いずれにしても、各パターン毎に、張力検知センサ３４の実数に応じたロッド３５の好適な前進量を予め設定しておいて、各パターンごとに、張力検知センサ３４の数値に基づいたロッド３５の目標前進量と実際の前進量との差を演算して、その差がゼロになるようにロッド３５の前後動を制御したらよいのである。無段階制御と段階的制御とを選択できることは既述のとおりである。
【００４５】
ベルト２３，２４は、周速度が速くなると真っ直ぐになろうとする性質が高くなるため、クランク軸７の回転数が高くなると張力検知センサ３４の検出値も高くなる傾向を呈すると云える。そこで、各パターンの関係式を回転数に応じて補正することも可能である。
【００４６】
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、補機の配置は必要に応じて配置できる。例えばオルタネータとエアコン（用コンプレッサ）とをタイミングチェーンとは反対側に配置する場合は、オルタネータとエアコンとはクランク軸を挟んだ略対称位置に配置するのが好ましい。３本以上のベルトで補機を別々に駆動することも可能であるし、１本のベルトで複数の補機を駆動することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１  機関本体を構成するシリンダブロック
２  機関本体を構成するシリンダヘッド
７  クランク軸
８  機関本体を構成するチェーンケース
９  伝動体の一例であるタイミングチェーン
１０  主動チェーンスプロケット
１１  カム軸
１２  従動チェーンスプロケット
１４  補機の一例としてのオルタネータ
１５  補機の一例としてのエアコン
２０  オルタプーリ
２１  エアコンプーリ
２２  クランクプーリ
２３  オルタベルト
２４  エアコンベルト
２６  オートテンショナ
２７  オートテンショナのプーリ
２８  アクティブテンショナ
２９  アクティブテンショナのプーリ
３４  張力検知センサ
３７  制御装置としてのＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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