特許 7131482 内燃機関のチェーン張力調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-29

(45)【発行日】2022-09-06

(54)【発明の名称】内燃機関のチェーン張力調整装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 67/06 20060101AFI20220830BHJP

   F16H 7/08 20060101ALI20220830BHJP

   H02K 33/02 20060101ALI20220830BHJP

   H02K 35/02 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

F02B67/06 A

F16H7/08 B

H02K33/02 A

H02K35/02

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019099861

(22)【出願日】2019-05-29

(65)【公開番号】P2020193595

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-08-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 文哉

【審査官】池田 匡利

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０７１３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２０６７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４８５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７２８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９４０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３８１５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ６７／０６

Ｆ１６Ｈ ７／０８

Ｈ０２Ｋ ３３／０２

Ｈ０２Ｋ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無端チェーンと摺接可能な可動ガイド部材と、
前記無端チェーンに対して前記可動ガイド部材を変位可能に支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記可動ガイド部材に対して進退可能なプランジャと、
前記プランジャを前記可動ガイド部材へ向けて付勢するばね部材と、を有する内燃機関のチェーン張力調整装置において、
前記無端チェーンと摺接する前記可動ガイド部材が揺動するときに誘導起電力を発生する誘導起電力部と、
前記誘導起電力部の誘導起電力により生じる電流を一方向に通す半導体素子と、
前記半導体素子により一方向に流れる電流によって駆動され、前記ばね部材のばね力を増大するアクチュエータと、を有することを特徴とする内燃機関のチェーン張力調整装置。

【請求項2】

前記アクチュエータはリニアモータであり、
前記リニアモータは、
前記支持部材に設けられるステータと、
前記ばね部材を押圧可能であって前記ばね部材の付勢方向に往復移動するスライダと、を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のチェーン張力調整装置。

【請求項3】

前記誘導起電力部は、
前記支持部材に設けられ、前記半導体素子と通電可能なコイルと、
前記可動ガイド部材に設けられ、前記コイルに挿入される磁石と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のチェーン張力調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、内燃機関のチェーン張力調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関のチェーン張力調整装置の従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されたチェーンテンショナが知られている。特許文献１に開示されたチェーンテンショナでは、チェーンテンショナのハウジングに形成された収容孔には、同収容孔の底面とこれに対向するプランジャの底面との間に圧縮コイルばねが配設されている。また、圧縮コイルばねのコイルの内側において互いに対向するように、プランジャの底面に永久磁石が固定されているとともに、収容孔の底面に電磁石が固定されている。チェーンテンショナは、永久磁石と電磁石との間に作用する磁力と、圧縮コイルばねの付勢力との合力をプランジャを介してチェーンを案内する可動ガイドに伝達し、同可動ガイドに対する付勢力を調整することでチェーンの張力を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－７１３６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されたチェーンテンショナは、機関回転速度およびカムシャフトの回転位相に基づいて電磁石に供給する電流を増減する。このため、このチェーンテンショナでは、回転速度センサやカムポジションセンサのほか、電流を制御する電子制御装置等が必要となり、その結果、装置が複雑化すると共に製作コストも増加するという問題がある。つまり、特許文献１に開示されたチェーンテンショナでは、可動ガイドに生じるエネルギーが張力調整のために利用されることはない。

【0005】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、可動ガイド部材の揺動により生じるエネルギーを利用して低回転時におけるチェーンの張力を調整することが可能な内燃機関のチェーン張力調整装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明は、無端チェーンと摺接可能な可動ガイド部材と、前記無端チェーンに対して前記可動ガイド部材を変位可能に支持する支持部材と、前記支持部材に設けられ、前記可動ガイド部材に対して進退可能なプランジャと、前記プランジャを前記可動ガイド部材へ向けて付勢するばね部材と、を有する内燃機関のチェーン張力調整装置において、前記無端チェーンと摺接する前記可動ガイド部材が揺動するときに誘導起電力を発生する誘導起電力部と、前記誘導起電力部の誘導起電力により生じる電流を一方向に通す半導体素子と、前記半導体素子により一方向に流れる電流によって駆動され、前記ばね部材のばね力を増大するアクチュエータと、を有することを特徴とする。

【0007】

本発明では、内燃機関が低回転で運転されるとき、回転変動を受ける無端チェーンのばたつきにより可動ガイド部材が揺動すると、誘導起電力部では可動ガイド部材の揺動による誘導起電力が発生する。半導体素子が誘導起電力部の誘導起電力により生じる電流を一方向に通し、アクチュエータは半導体素子により一方向に流れる電流によって駆動される。アクチュエータの駆動によりばね部材のばね力が増大するので、ばね部材の付勢力が増大し、付勢力を受けるプランジャによって可動ガイド部材を無端チェーンに押し付ける力が増大する。その結果、可動ガイド部材の揺動を抑制することができ、無端チェーンのばたつきによる異音の発生を抑制することができる。

【0008】

また、上記の内燃機関におけるチェーン張力調整装置において、前記アクチュエータはリニアモータであり、前記リニアモータは、前記支持部材に設けられるステータと、前記ばね部材を押圧可能であって前記ばね部材の付勢方向に往復移動するスライダと、を有する構成としてもよい。
この場合、アクチュエータとしてのリニアモータが駆動されると、リニアモータのスライダが、ばね部材を押圧する方向へ移動することができ、ばね部材のばね力を増大することができる。

【0009】

また、上記の内燃機関におけるチェーン張力調整装置において、前記誘導起電力部は、前記支持部材に設けられ、前記半導体素子と通電可能なコイルと、前記可動ガイド部材に設けられ、前記コイルに挿入される磁石と、を有する構成としてもよい。
この場合、可動ガイド部材が無端チェーンのばたつきにより揺動すると、コイルに挿通された磁石がコイル内にて変位するので、誘導起電力によって磁石の変位に応じた電流がコイルに発生する。その結果、可動ガイド部材の揺動によりアクチュエータを駆動することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、可動ガイド部材の揺動により生じるエネルギーを利用して低回転時におけるチェーンの張力を調整することが可能なチェーン張力調整装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る内燃機関のチェーン張力調整装置の側面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る内燃機関のチェーン張力調整装置の概要を模式的に示す概略図である。

【図3】（ａ）～（ｃ）は内燃機関のチェーン張力調整装置による無端チェーンの張力調整を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態に係るチェーン張力調整装置について図面を参照して説明する。本実施形態のチェーン張力調整装置は、内燃機関であるディーゼルエンジンにおけるクランクシャフトに設けたクランクスプロケットとバランスシャフトに設けたバランススプロケットに懸装された無端チェーンの張力を調整するチェーン張力調整装置に適用した例である。

【0013】

車両などに搭載される内燃機関としてのディーゼルエンジンでは、図１に示すようにクランクシャフト１０とバランスシャフト１１が備えられている。クランクシャフト１０にはクランクスプロケット１２が備えられ、バランスシャフト１１にはバランススプロケット１３が備えられている。クランクスプロケット１２とバランススプロケット１３とには無端状のチェーンである無端チェーン１４が掛装されている。ディーゼルエンジンが運転されるとクランクシャフト１０が回転するため、無端チェーン１４を介して回転力がバランススプロケット１３に伝達され、バランスシャフト１１が回転する。

【0014】

無端チェーン１４の傍らにはチェーン張力調整装置２０が配置されている。チェーン張力調整装置２０は、無端チェーン１４の張力を調整するための装置である。チェーン張力調整装置２０は、無端チェーン１４と摺接する可動ガイド部材２１と、可動ガイド部材２１を支持する支持部材２２と、可動ガイド部材２１に当接可能なプランジャ２３と、プランジャ２３を無端チェーン１４へ向けて付勢するコイルスプリング２４と、を有している。

【0015】

支持部材２２から説明すると、支持部材２２はディーゼルエンジンの本体（図示せず）に取り付けられている。支持部材２２の上端部２５はクランクスプロケット１２に接近して位置し、支持部材２２の下端部２６はバランススプロケット１３に接近して位置する。上端部２５には、可動ガイド部材２１の支点軸２８を挿通可能とする軸孔２７が形成されている。可動ガイド部材２１の中間部には、プランジャ２３が収容される空間２９が形成されている。また、下端部２６には凹部３０が形成されている。凹部３０はチェーン側に開口を有する有底孔であり、凹部３０にはコイル３１が挿入されている。

【0016】

可動ガイド部材２１は無端チェーン１４に沿うように、無端チェーン１４と支持部材２２との間に配置されている。可動ガイド部材２１の支点軸２８側の端部３２は、クランクスプロケット１２に接近して位置し、支点軸２８を介して支持されている。可動ガイド部材２１の支点軸２８側の端部３２と反対側となる端部３３はバランススプロケット１３に接近して位置する。可動ガイド部材２１の無端チェーン１４側には、無端チェーン１４をガイドするガイド面３４が形成されている。ガイド面３４は、両端部３２、３３から中心部へ向かうにつれて無端チェーン１４側へ膨出するような円弧状の面である。可動ガイド部材２１のガイド面３４と反対側の背面３５は可動ガイド部材２１と対向する。端部３３には可動ガイド部材２１のコイル３１内に挿入可能な棒状の磁石３６が備えられている。

【0017】

可動ガイド部材２１は支点軸２８を中心に揺動可能である。可動ガイド部材２１の揺動により可動ガイド部材２１の端部３３が支持部材２２から離れる方向へ変位すると、可動ガイド部材２１は無端チェーン１４を押し付けることになり、無端チェーン１４の張力は増大する。逆に、可動ガイド部材２１の端部３３が支持部材２２に近づく方向へ変位すると、可動ガイド部材２１は無端チェーン１４から離れる方向へ変位することになり、無端チェーン１４の張力は低減する。

【0018】

プランジャ２３は、可動ガイド部材２１に対して進退可能であって可動ガイド部材２１と当接可能である。プランジャ２３における可動ガイド部材２１側の先端部３７は、空間２９から可動ガイド部材２１へ向けて突出しており、プランジャ２３の背面にはコイルスプリング２４が挿入可能な凹部３８が形成されている。プランジャ２３の凹部３８にはばね部材としてのコイルスプリング２４が挿入されている。コイルスプリング２４は、圧縮ばねであってプランジャ２３と後述するアクチュエータとしてのリニアモータ４０との間に介在されている。コイルスプリング２４は、プランジャ２３を可動ガイド部材２１へ押し付ける方向の付勢力をプランジャ２３に常に付与する。したがって、プランジャ２３の先端部３７はコイルスプリング２４の付勢力により可動ガイド部材２１に常に当接する。

【0019】

ところで、チェーン張力調整装置２０はリニアモータ４０を有している。リニアモータ４０は支持部材２２に取り付けられており、通電によって磁界を形成するステータ４１と、通電時にプランジャ２３の突出方向と同じ方向に変位可能なスライダ４２とを備えている。スライダ４２にはロッド４３が備えられ、ロッド４３にはコイルスプリング２４の端部を支持する受け部材４４が取り付けられている。

【0020】

リニアモータ４０では通電によってステータ４１に磁界が形成されると、スライダ４２がプランジャ２３へ近づく方向へ変位し、このとき、プランジャ２３と受け部材４４の間のコイルスプリング２４が圧縮される。コイルスプリング２４を圧縮することによりコイルスプリング２４が撓み、コイルスプリング２４のばね力が増大する。リニアモータ４０の通電が解除され、ステータ４１の磁界が消失する状態では、スライダ４２はコイルスプリング２４の付勢力を受けて原位置へ復帰し、コイルスプリング２４のばね力が低減する。したがって、リニアモータ４０はコイルスプリング２４のばね力を増大するアクチュエータに相当する。

【0021】

また、チェーン張力調整装置２０は、リニアモータ４０へ通電のための電力を誘導起電力により発生させるための誘導起電力部４５と、発生した電力をリニアモータ４０へ通電するための電気回路４６を有している。

【0022】

図１、図２に示すように、誘導起電力部４５は、支持部材２２に備えられたコイル３１とコイル３１に挿入可能であって可動ガイド部材２１に備えられた磁石３６を有している。コイル３１は、電磁誘導による起電力を発生させるためのコイルである。磁石３６は、コイル３１内へ挿通可能な棒状の磁石である。無端チェーン１４と摺接する可動ガイド部材２１が揺動すると、コイル３１に対して磁石３６が変位するので誘導起電力部４５には誘導起電力が発生する。具体的には、コイル３１への磁石３６の挿入方向への変位では、コイル３１には磁石３６の挿入方向の変位に応じた一方へ流れる電流が発生する。逆に、コイル３１から抜け出す方向への磁石３６の変位では、コイル３１には磁石３６の挿入方向の変位に応じた他方へ流れる電流が発生する。

【0023】

電気回路４６はコイル３１とリニアモータ４０を電気的に接続する回路であり、電気回路４６には一方向の電流を通す半導体素子としてのダイオード４７と、一方向に流れる電流を増幅する増幅器４８を備えている。ダイオード４７は電気回路４６においてコイル３１とリニアモータ４０との間に設けられており、コイル３１からリニアモータ４０へ向けて一方向に流れる電流のみを許容する。したがって、ダイオード４７は、コイル３１からリニアモータ４０へ向けて他方へ流れる電流を通さない。つまり、ダイオード４７は誘導起電力部４５の誘導起電力により生じる電流を一方向に通す半導体素子に相当する。増幅器４８はダイオード４７とリニアモータ４０との間に設けられており、コイル３１からリニアモータ４０へ向けて一方向に流れる電流をリニアモータ４０が作動できる程度まで増幅する機能を有している。

【0024】

このように、本実施形態のチェーン張力調整装置２０は、誘導起電力部４５、電気回路４６、ダイオード４７および増幅器４８を有するので、無端チェーン１４のばたつきによって可動ガイド部材２１が揺動するとリニアモータ４０を駆動する電力が得られる。そして、リニアモータ４０の駆動によりコイルスプリング２４のばね力を増大させることができる。

【0025】

次に、本実施形態に係るチェーン張力調整装置２０による無端チェーン１４の張力の調整について説明する。ディーゼルエンジンは高回転で運転されるときクランクシャフト１０の回転変動は生じているものの、低回転で運転されるとき比べて小さいため、無端チェーン１４のばたつきは小さく、無端チェーン１４のばたつきによる可動ガイド部材２１の振動も小さい。一方、低回転で運転されるときは、高回転で運転されるときよりもクランクシャフト１０の回転変動が大きいため、無端チェーン１４のばたつきも大きくなる。低回転での運転では無端チェーン１４のばたつきにより、可動ガイド部材２１が支点軸２８を中心に揺動する。図３（ａ）に示すように、可動ガイド部材２１の揺動が大きいと、可動ガイド部材２１の端部３３の変位は大きくなり、可動ガイド部材２１に設けた磁石３６はコイル３１に対して挿入方向への変位と抜け出し方向への変位を繰り返す。

【0026】

誘導起電力部４５では、磁石３６のコイル３１に対する挿入方向への変位と抜け出し方向への変位の反復により、コイル３１に電力が発生してコイル３１に電流が流れる。具体的には、コイル３１への磁石３６の挿入方向への変位では、コイル３１には磁石３６の挿入方向の変位に応じた一方へ流れる電流（点線矢印）が発生する。逆に、コイル３１から抜け出す方向への磁石３６の変位では、コイル３１には磁石３６の挿入方向の変位に応じた他方へ流れる電流が発生する。

【0027】

電気回路４６には、一方へ流れる電流のみを通すダイオード４７が設けられているので電気回路４６において他方へ向かう電流は流れない。一方へ流れる電流は増幅器４８によって増幅される。このため、リニアモータ４０は増幅された電流の通電により作動する。図３（ｂ）に示すように、リニアモータ４０の作動により、スライダ４２がプランジャ２３へ接近する方向へ変位する。スライダ４２の変位によりコイルスプリング２４が圧縮され、コイルスプリング２４のばね力が増大する。コイルスプリング２４のばね力が増大することにより、可動ガイド部材２１に対するプランジャ２３の押圧力が増大し、可動ガイド部材２１の揺動が抑制される。

【0028】

可動ガイド部材２１の揺動が抑制されると、磁石３６のコイル３１に対する変位が小さくなり、誘導起電力部４５では、電力が殆ど生じなくなる。このため、可動ガイド部材２１の揺動によって生じた電力がリニアモータ４０にて消費されると、スライダ４２はコイルスプリング２４の付勢力を受けて原位置へ向けて変位する。図３（ｃ）に示すように、スライダ４２が原位置に復帰すると、ばね力が低減され、可動ガイド部材２１は再び大きく揺動することが可能な状態となる。

【0029】

このように、本実施形態のチェーン張力調整装置２０は、可動ガイド部材２１の揺動によって生じた電力をリニアモータ４０の作動のために活用する。スライダ４２がプランジャ２３側へ変位するリニアモータ４０の作動中は、ばね力が増大することで、可動ガイド部材２１の揺動が抑制される。電力がリニアモータ４０にて消費され、スライダ４２が原位置に復帰しても、可動ガイド部材２１が大きく揺動することで再び電力が発生し、発生した電力によりリニアモータ４０が作動され、可動ガイド部材２１の揺動が抑制される。つまり、リニアモータ４０が作動している間は、ばね力が増大することで、可動ガイド部材２１の揺動が抑制される。そして、チェーン張力調整装置２０によるコイルスプリング２４のばね力の増大と低減が周期的に繰り返されることにより、可動ガイド部材２１の揺動は周期的に抑制される。

【0030】

なお、ディーゼルエンジンが高回転で運転されるときのクランクシャフト１０の回転変動は、低回転で運転されるときと比較して小さいため、可動ガイド部材２１の揺動は小さく、誘導起電力部４５にリニアモータ４０を作動させるだけの電力は生じない。したがって、高回転で運転されるとき、プランジャ２３は、ばね力を積極的に増大させない状態のコイルスプリング２４の付勢力を受けて可動ガイド部材２１を押圧し、無端チェーン１４の張力を調整する。

【0031】

本実施形態のチェーン張力調整装置２０は以下の作用効果を奏する。
（１）ディーゼルエンジンが低回転で運転され、クランクシャフト１０の回転変動を受ける無端チェーン１４のばたつきにより可動ガイド部材２１が揺動すると、誘導起電力部４５において可動ガイド部材２１の揺動によって誘導起電力が発生する。ダイオード４７が誘導起電力部４５の誘導起電力により生じる電流を一方向に通し、リニアモータ４０はダイオード４７により一方向に流れる電流によって駆動される。リニアモータ４０の駆動によりコイルスプリング２４のばね力が増大するので、コイルスプリング２４の付勢力が増大し、プランジャ２３によって可動ガイド部材２１を無端チェーン１４に押し付ける力が増大する。その結果、可動ガイド部材２１の揺動を抑制することができ、可動ガイド部材２１の揺動による異音の発生を抑制することができる。

【0032】

（２）アクチュエータはリニアモータ４０であり、リニアモータ４０は、支持部材２２に設けられるステータ４１と、コイルスプリング２４を押圧可能であってコイルスプリング２４の付勢方向に往復移動するスライダ４２と、を有する。このため、アクチュエータとしてのリニアモータ４０が駆動されると、リニアモータ４０のスライダ４２が、コイルスプリング２４を押圧する方向へ移動することができ、コイルスプリング２４のばね力を増大することができる。

【0033】

（３）誘導起電力部４５は、支持部材２２に設けられ、ダイオード４７と通電可能なコイル３１と、可動ガイド部材２１に設けられ、コイル３１に挿入される磁石３６と、を有する。このため、可動ガイド部材２１が無端チェーン１４により揺動すると、コイル３１に挿通された磁石３６がコイル内にて変位するので、誘導起電力によって磁石３６の変位に応じた電流がコイル３１に発生する。その結果、可動ガイド部材２１の揺動によりリニアモータ４０を駆動することができる。

【0034】

（４）リニアモータ４０のスライダ４２がプランジャ２３側に変位し始めてから電力を消費して原位置に復帰するまでのリニアモータ４０の作動中は、コイルスプリング２４の番定数が増大するので可動ガイド部材２１の揺動を抑制することができる。したがって、誘導起電力部４５、ダイオード４７およびリニアモータ４０を備えない従来の装置と比較すると、無端チェーン１４がばたつく時間を低減することができ、その結果、可動ガイド部材２１の揺動により異音が発生する時間を低減することができる。

【0035】

（５）可動ガイド部材２１の揺動によって生じた電力をリニアモータ４０の作動のために活用するため、別に電源や制御装置を設ける必要がない。したがって、チェーン張力調整装置２０の構造が簡単となり、また、チェーン張力調整装置２０の製作コストを抑制することができる。

【0036】

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

【0037】

○ 上記の実施形態では、アクチュエータとしてリニアモータを用いる例を説明したが、アクチュエータはリニアモータに限定されない。アクチュエータは、例えば、ステッピングモータを用いてもよく、少なくとも、通電によってばね部材のばね力を増大させることができる機能を備えればよい。
○ 上記の実施形態では、誘導起電力部は、可動ガイド部材に設けた磁石と、支持部材に設けたコイルと、を有しているとしたがこれに限らない。誘導起電力部は、可動ガイド部材にコイルを設け、支持部材に磁石を設けるようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、内燃機関としてのディーゼルエンジンに本発明を適用した例を説明したが、適用の対象はこれに限らない。本発明は、例えば、ガソリンエンジンに適用することも可能である。また、本発明のチェーン張力調整装置は、内燃機関においてクランクシャフトの回転をバランスシャフトに伝達する無端チェーン以外の無端チェーンに対して張力を調整するようにしてもよい。
〇 上記の実施形態では、半導体素子としてダイオードを用いたが、半導体素子はダイオードに限定されない。半導体素子は、誘導起電力部の誘導起電力により生じる電流を一方向にのみ通す半導体素子であれば、特に種類は問われない。

【符号の説明】

【0038】

１０ クランクシャフト
１１ バランスシャフト
１２ クランクスプロケット
１３ バランススプロケット
１４ 無端チェーン
２０ チェーン張力調整装置
２１ 可動ガイド部材
２２ 支持部材
２３ プランジャ
２４ コイルスプリング
２８ 支点軸
２９ 空間
３０ 凹部
３１ コイル
３４ ガイド面
３６ 磁石
４０ リニアモータ（アクチュエータ）
４１ ステータ
４２ スライダ
４５ 誘導起電力部
４６ 電気回路
４７ ダイオード
４８ 増幅器

【図1】

【図2】

【図3】