JPH0772585B2 - エンジン用補機のベルト伝動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジン用補機のベルト伝動装置に関し、詳
しくは角速度の微小変動を伴なうクランク軸の回転駆動
力を、大きな回転慣性を有する発電機を備えた従動軸に
伝動ベルトを介して伝達するベルト伝動装置に関する。

（従来の技術） エンジンを駆動源とし、その回転駆動力をエンジン用補
機に伝動ベルトにより伝達する場合、上記エンジンは爆
発行程時のみに駆動エネルギを生じ、他の行程では駆動
力を発生しないため、その駆動軸としてのクランク軸に
はその回転中、常に角速度の微小変動がある。このた
め、通常のエンジンのクランク軸にはフライホイールを
設けることにより慣性力を大きくし、スムースランニン
グに近づける手段が採用されているが、クランク軸のね
じり強度の関係上、クランク軸の慣性力を大きくするに
は限界があることから、クランク軸（駆動軸）の角速度
の微小変動がガソリンエンジンで最大1.5〜2.0度、ディ
ーゼルエンジンで最大６〜８度程度生じるのは回避し得
ない。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のエンジンを駆動源とするエンジン用補
機のベルト伝動において、特に補機として発電機に適用
した場合、上記クランク軸の角速度の微小変動と相俟っ
て、下記のような問題が生じる。

即ち、発電機は、従動軸に設けられるロータが大きな回
転慣性（慣性モーメント）を有してその慣性トルクが大
きい一方、負荷トルクとしての発電トルクは磁界を横切
るだけのトルクで済み、通常そのトルクは小さい。この
ため、従動軸側の発電機ロータを、角速度の微小変動を
伴うエンジンのクランク軸で駆動すると、瞬間的に動力
循環が駆動軸と従動軸とで伝動ベルトを介して発生する
（尚、この動力循環とは、クランク軸から発電機ロータ
に伝達した動力がクランク軸に戻ってくることであり、
伝動ベルトでみると、ベルトの張り側と緩み側との逆転
状態になることである）。このことを詳述すれば、クラ
ンク軸から発電機ロータに送られた動力を、クランク軸
の角速度微小変動減少時にクランク軸に返し、クランク
軸の角速度微小変動増加時には回転駆動力の無い発電機
ロータをまたクランク軸で加速することである。そし
て、この動力循環の場合、伝動ベルトは、発電機ロータ
の慣性トルクと発電トルクとを合わせた大きなトルクを
常に負担することになり、このベルト必要トルクが大で
あることから、ベルトの早期破損やベルトのすべりによ
る異音の発生を招き、このことから今まで発電機に対す
るベルト伝動の実施が困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、角速度
の微小変動を伴うエンジンのクランク軸の回転駆動力
を、大きな回転慣性を有する発電機を備えた従動軸に伝
達する場合において、クランク軸の角速度微小変動に起
因する動力循環をなくすことにより、伝動ベルトが常時
負担する必要トルクを大幅に軽減して、ベルトの早期破
損やベルトのすべりによる異音の発生を防止し、ベルト
の耐用寿命を著しく長期化させ、発電機に対するベルト
伝動を実現することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１
図に示すように、エンジンのクランク軸を駆動軸１と
し、従動軸２に、大きな回転慣性を有する発電機を備
え、上記駆動軸１及び従動軸２にそれぞれプーリ1a,2a
を設け、該両プーリ1a,2a間に伝動ベルト４を巻掛け
て、角速度の微小変動を伴う上記クランク軸１の回転駆
動力を伝動ベルト４を介して従動軸２に伝達して上記発
電機を回転させるようにしたエンジン用補機のベルト伝
動装置を前提とする。そして、上記駆動軸１及び従動軸
２のいずれか一方のプーリ1a,2aは、クランク軸１の角
速度微小変動増加時には上記クランク軸１から伝動ベル
ト４を介しての従動軸２への回転伝達経路を接続する一
方、クランク軸１の角速度微小変動減少時には上記発電
機の回転慣性トルクが伝動ベルト４を介してクランク軸
１に動力循環しないように上記クランク軸１からの伝動
ベルト４を介しての従動軸２への回転伝達経路を遮断す
る一方向クラッチ３を介して回転軸1,2上に取り付けら
れているものとする。

（作用） 次に、本発明の作用について説明する。

通常、エンジンの回転駆動力は、回転中、既述の如くガ
ソリンエンジンでは最大1.5〜2.0度、ディーゼルエンジ
ンでは最大６〜８度の角速度微小変動が生じており、従
って第２図に示すように定常運転時、低速回転時と言え
ども1/60秒など、極めて短いサイクル毎にみれば、クラ
ンク軸の角速度は周期的に微小変動している。

この場合、従来のベルト伝動装置では、上記のクランク
軸の角速度微小変動により、クランク軸から従動軸（発
電機ロータ）に一旦送られた動力は、クランク軸の角速
度微小変動減少時にクランク軸に返し、その後、クラン
ク軸の角速度微小変動増加時には再び回転駆動力の無い
発電機ロータ（従動軸）を加速することを繰返して、動
力循環を行うことにより、伝動ベルトは、第２図に示す
ように発電機ロータを駆動するに必要な回転慣性トルク
T₁と、発電トルクとを合わせたトルクを常に負担するこ
とになる。そして、発電機の場合、通常は、上記発電機
ロータ駆動必要トルクT₁が発電トルク（ロータが磁界を
横切るに必要なトルク）よりも極めて大きいため、この
T₁が上記ベルト必要トルクの大部分を占めることにな
り、ベルトの早期破損の原因になっていた。

これに対し、本発明では、一方向クラッチにより、クラ
ンク軸の角速度微小変動増加時にはクランク軸から伝動
ベルトを介しての従動軸への回転伝達経路を接続する一
方、クランク軸の角速度微小変動減少時には発電機の回
転慣性トルクが伝動ベルトを介してクランク軸に動力循
環しないように上記クランク軸から伝動ベルトを介して
の従動軸への回転伝達経路を遮断するようにしたので、
クランク軸の角速度微小変動減少時、発電機軸からクラ
ンク軸に動力循環をすることができず、クランク軸から
発電機軸に送られた動力は発電機に対する回転トルクと
して存在できるため、この回転トルクは発電機を駆動す
る動力（発電負荷）として消費されるにすぎず、その消
費量は少ない。そして、第３図に示すように、クランク
軸の角速度微小変動増加時は、上記発電機の消費動力に
起因する，発電機軸の回転低下分を加速するだけのトル
クT₂をベルトが負担するだけで済む。つまり、このトル
クT₂は発電機ロータ駆動必要トルクであり、上述の従来
の発電機ロータ駆動必要トルクT₁よりもはるかに小さい
ので、伝動ベルトはこの発電機ロータ駆動必要トルクT₂
に上記の発電トルクを加えたトルクを負担することにな
るが、上記T₂−T₁の差分だけベルト必要トルクが小さく
なり、その負担トルクは大幅に低減できる。換言すれ
ば、発電負荷が零状態であれば、発電機軸が自然に回転
低下する分の動力を入力するだけで済むので、ベルトが
負担するトルクは皆無に近くなる。一方、従来の一方向
クラッチ無しの場合は、発電負荷が零の状態でも、発電
機軸をクランク軸の角速度微小変動に同期して加減速す
るトルクは必要となり、ベルトが負担するトルクは大き
い。

尚、発電機以外の他のエンジン用補機、例えばオイルポ
ンプやウォータポンプ等の場合には、その負荷トルク
（ポンプ負荷）が大きく、回転慣性トルクが比較的小さ
い。そのため、一方向クラッチ無しの場合でも動力循環
がほとんど生じず、生じたとしてもその循環量は小さい
ので、本発明のような課題は生じない。また、たとえ、
動力循環をしないように本発明のように一方向クラッチ
を装着しても、クランク軸の角速度微小変動減少時、補
機（従動軸）側で消費される動力が大きく、その分、従
動軸の回転低下が大きいので、クランク軸の角速度微小
変動増加時にはこの大きな回転低下分を加速するトルク
が必要となることから、ベルトが負担するトルクは一方
向クラッチ無しの場合とさほど変わらず、一方向クラッ
チの介装は有効な手段ではない。

また、上記一方向クラッチとしては、ラチエット式クラ
ッチ、ローラ式クラッチ等従来公知のものが使用され、
その種類は特に限定されない。

（実施例） 次に、この発明の実施例について説明する。

実施例１ 第４図に示すように、ディーゼルエンジンＤの駆動軸１
（クランク軸）に設けた直径135mmのプーリ1aと、発電
機軸２上にローラ式一方向クラッチ３を介して取付けた
直径77mmのプーリ2a間にＶリブドベルト４を装架し、デ
ィーゼルエンジンを駆動させた。なお、図中５は、ウォ
ータポンプ駆動用軸上に設けた直径135mmの固定プーリ
である。

実施例２ 第４図に示したものと同様の配置で、駆動軸１側のプー
リ1aをローラ式一方向クラッチ３を介して駆動軸１上に
設け、他は固定プーリとして、ディーゼルエンジンを駆
動させた。

実施例３ 第４図に示したものと同様の配置で、駆動軸１、従動軸
２のいずれのプーリ1a,2aもローラ式一方向クラッチ３
を介して各回転軸１、２上に設け、ディーゼルエンジン
を駆動させた。

そして、上記各実施例及び比較例として一方向クラッチ
の無いものにつき、ベルトの耐用寿命、ベルトの発熱状
態、及びベルト異音を850rpm下で測定したところ、下表
のような結果が得られた。

上表より明らかなように、本発明による実施例は、いず
れも100時間以上の連続使用に耐え、かつ、発熱、異音
発生も無く、比較例に比し、著しく優れた効果を発揮す
ることが判明した。

なお、Ｖリブドベルトに代えＶベルトを用いた場合でも
ほぼ同様の結果となった。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、エンジンのクランク軸
により伝動ベルトを介して、大きな回転慣性を有する発
電機を回転駆動する場合、角速度が微小変動するクラン
ク軸の角速度微小変動減少時にはクランク軸から伝動ベ
ルトを介しての発電機軸への回転伝達経路を遮断して、
発電機軸からクランク軸へ動力循環が行われないように
したので、簡単な構造でもって、伝動ベルトが負担する
トルクを大幅に軽減でき、ベルトの早期破損やベルトの
すべりによる異音の発生を防止して、伝動ベルトの長寿
命化を図ることができ、エンジン用補機としての発電機
に対するベルト伝動を実現でき、かつその実施も容易に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベルト伝動装置を示す概略図、第２図
は従来の発電機に対するベルト伝動の状態を示す説明
図、第３図は本発明による発電機に対するベルト伝動状
態を示す説明図、第４図は本発明の実施例を示す概略図
である。 １…クランク軸（駆動軸）、1a…プーリ、２…発電機軸
（従動軸）、2a…プーリ、３…一方向クラッチ、４…伝
動ベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンのクランク軸を駆動軸とし、従動
   軸に、大きな回転慣性を有する発電機を備え、上記駆動
   軸及び従動軸にそれぞれプーリを設け、該両プーリ間に
   伝動ベルトを巻掛けて、角速度の微小変動を伴う上記ク
   ランク軸の回転駆動力を伝動ベルトを介して従動軸に伝
   達して上記発電機を回転させるようにしたエンジン用補
   機のベルト伝動装置であって、 上記駆動軸及び従動軸のいずれか一方のプーリは、クラ
   ンク軸の角速度微小変動増加時には上記クランク軸から
   伝動ベルトを介しての従動軸への回転伝達経路を接続す
   る一方、クランク軸の角速度微小変動減少時には上記発
   電機の回転慣性トルクが伝動ベルトを介してクランク軸
   に動力循環しないように上記クランク軸からの伝動ベル
   トを介しての従動軸への回転伝達経路を遮断する一方向
   クラッチを介して回転軸上に取り付けられていることを
   特徴とするエンジン用補機のベルト伝動装置。