JP2004515721A - アクセサリとモータ/ジェネレータベルト駆動テンショナ - Google Patents
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Abstract
Description
(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、この明細書ではジェン・スター(Gen−Star)と呼ばれるモータ/ジェネレータのような、エンジン始動機能と発電機能の両方を実行する単一の装置を有する内燃期間のアクセサリベルト駆動システムに関する。特に、本発明は自動車のアプリケーションにおけるシステムに関する。具体的には、この発明は、モータ/ジェネレータとテンショナを有するベルト駆動システムのためのテンショナと構成に関する。
【0002】
(従来技術の記載)
内燃機関は通常、エンジンのクランクシャフトから動力を取り出して1以上の種々のエンジン補機やアクセサリへ伝える動力伝達ベルト駆動システムを使用する。自動車のアプリケーションにおいて、これらのアクセサリはパワーステアリングポンプ、ウォータポンプ、空調コンプレッサ、燃料ポンプ、およびオルタネータを含む。歴史的に、このようなエンジンは、車輪を駆動して自動車を動かすためにドライブトレインに取付けられているエンジンの後側から突出したクランクシャフトにおける主駆動力取出しポイントを有していた。アクセサリはクランクシャフトの前側に取付けられているプーリにより駆動される。各アクセサリはプーリを備える。全てのプーリは、その回りに架け回された1以上の動力伝達ベルトを介して機械的に連結されている。動力伝達ベルトに張力を付与するいくつかの方向が設けられる。動力伝達ベルト、プーリ、およびベルト張力を果たす装置は、アクセサリベルト駆動システムを構成する。
【0003】
早期のシステムは多重vベルトを有していた。一般に各ベルトは、ベルト毎に1つのアクセサリすなわちアイドラの位置を手動で調整し固定することによって張力を付与されていた。ベルトあるいは駆動装置の変化状態に適応させるためにプーリを自動的に変位させるための構成がないので、ロックドセンタベルト駆動(locked−center belt drives)と呼ばれる。ベルトが延びる、あるいは長くなるとすると、ベルトにおける張力は小さくなる。さらに、ベルト駆動システムの適切な作動のために、ベルトの張力は、最悪な場合の状況に適応させるために十分に高くなるようセットしなければならない。そのような最悪な場合の状況は、温度、エンジンの作動、またはアクセサリの作動における極端な状態により引き起こされる。
【0004】
自動車のエンジンルームの容積を小さくすることには利益がある。より小さいエンジンルームに適合するため、アクセサリベルト駆動システムを含むエンジンの種々の要素が小さくなってきた。これは、使用されるベルトの数を減らすことにより、少なくとも部分的に達成された。各ベルトが取り除かれて、エンジンの前面から出っ張るレイヤ(layer)の数が取り除かれるので、エンジンの前面から出っ張るベルト駆動システムの全長が減少する。結局、これは多くのアプリケーションのための単一のサーペタインベルトを使用することとなった。サーペタインベルトは、種々のプーリの周りに、前方と後方への一連の曲がりに沿って蛇行することにより名づけられている。vリブドベルトあるいはマイクロV(ゲイツ・ラバー・カンパニーの登録商標)ベルトはサーペタインアプリケーションに最も適している。
【0005】
ベルト張力に対するロックドセンタ(locked−center)の研究の限界はサーペタインアプリケーションにおいて悪化する。したがって、最新のサーペタインベルト駆動は自動テンショナを含み、これによりベルト駆動システムの変化状態がよりよく適合され得る。基本形態では、自動テンショナは、エンジンのシリンダブロックに直接的に、あるいは車両のエンジンに対して静止した車両のある点に間接的に取付けられた枠体あるいは取付け点と、ベルト駆動システムの回転面においてベルトを押圧するプーリとを有する。可動部材あるいは連結部は枠体とプーリの間に突出し、プーリを介してベルトに圧力を加える。その圧力は、ベルトが架け回された距離を長くして、ベルトに張力を付与する。種々の技術と形状が付勢力を供給するために用いられてきた。一般に、スチールバネのような弾性部材が可動部材に回転運動を生じさせるように作用し、これにより、プーリはベルトの表面に向かう方向に移動し、ベルトの張力を増加させる。
【0006】
これらの要素を有するテンショナは、システムが休止状態にあるとき(すなわちプーリは回転していない)、ベルトの表面にある程度一定の力を供給する。時間、温度、あるいは製造誤差によって生じる駆動システムの寸法の不安定は、少なくとも弾性部材の限界とテンショナの形状まで、弾性部材の作用によってかなり適合せしめられる。すなわち、システムが休止しているとき、ベルトが伸び、あるいはエンジンが高温あるいは低温であっても、ベルトに作用する張力は比較的一定に維持される。しかし、これらの要素だけを有するテンショナは、システムの全ての動作状態のためにベルトに適切な張力を維持しないであろう。
【0007】
作動しているベルト駆動システムは、クランクシャフトやアクセサリの捻り振動あるいは他の角加速度の影響と、不安定な状態の影響、または他の影響により特徴的に振動する。シリンダとピストンの組合せの燃焼サイクルを介してクランクシャフトに伝達される明確なパルスの結果として、クランクシャフトの捻り振動が発生する。その振動はベルトの振動を引き起こす。同様に、これはテンショナの可動部の振動を引き起こす。運動量は、それらの可動部に蓄積され、プーリがベルト表面に及ぼす力とベルトの張力とを変化させる。ベルトの張力を変化させることは、ベルト駆動システムの許容されない性能を発生させる。一例として、ベルト駆動システムのベルトが過剰にスリップしてシステムの効率あるいは動力伝達能力を制限し、あるいはスリップ等により過剰に騒音を発生するような、短期間の性能の問題が発生しうる。他の例として、短期間の許容できる性能のためにベルトに不可避的に付与される張力の大きさにより、ベルトあるいは1以上のアクセサリを含む、システムの1以上の要素の早期の故障のような長期間の問題が生じる。
【0008】
これらの問題に対処してテンショナの性能を改良するために、ダンピング装置がテンショナの中に設けられている。早期のテンショナは対称的なダンピングを有しており、テンショナの可動部の動きは、瞬間的な動きがベルトの張力を増加させるような方向であるか、ベルトの張力が減少するような方向であるかにおいて、ほぼ等しく減衰する。ダンピングは弾性部材によって供給される力と組み合わさり、プーリとベルトの境界において修正された付勢力となる。他のテンショナは非対称なダンピングを用いている。通常、このようなテンショナは、テンショナがベルトを張る方向に動くときに可動部におけるダンピングが最小になり、テンショナがベルトを緩める方向に動くときに可動部におけるダンピングが最大になるように減衰する。ひとつの方法では、シューがレースの表面に垂直ではない角度でレースに対して付勢される。この結果、一方向へのシューとレースの相対運動により、シューがレースから上昇しやすくなる。これは、それらの境界における圧力を減少させ、ダンピングを生じさせる摩擦を減少させ、そしてダンピングを減少させる。他の方向は、レースに対してシューを押し込んでダンピングを増加させやすい。ひとつの例がサーク(Serkh)等に付与された米国特許第5,964,674号に記載されている。これらは、張力を付与するためにベルトの表面に対して付勢された単一のプーリを有するテンショナの使用に関する。さらに、ベルトに対する付勢はエンジンブロックに相対的なものであった。
【0009】
ホワイトに付与された米国特許第4,416,647号は、動力伝達ベルトを押圧する2つのプーリを有するテンショナの使用を開示している。’647は、方法が空調コンプレッサのような周期的な負荷を伴うシステムに張力を付与するのに有益であることを述べている。プーリのひとつは周期的な負荷の直ぐ上流側の動力伝達ベルトのスパンを押圧する。また、他のプーリは周期的な負荷の直ぐ下流側の動力伝達ベルトを押圧する。ひとつの実施形態において、2つのプーリは、先端の周りに回動可能な角度付き部材に相対的に固定される。その組立て体は動力伝達ベルトに向かって押圧され、ロックドセンタ(locked−center)の方法で、静的な張力を供給する。ピボットは動的な張力に適合する。静的な張力は、動力伝達ベルトがシステムのプーリの周りに移動させられる距離を長くしやすい効果を伴って、動力伝達ベルトに対してテンショナによりベルトを張る方向に付与される力の結果である。システムの各プーリが自由に回転できると仮定すると、各スパンにおける張力は同じであり、静的な張力である。動的な張力は、各プーリのトルクの影響とシステムの種々の不釣り合いによって変化する静的な張力に結果である、動力伝達ベルトの長さに渡る張力である。付加的な結果として、各スパンは異なる張力になりやすい。
【0010】
他の実施形態において、2つのプーリのそれぞれは、ピボットの周りに移動できる別のアームにそれぞれ固定される。2つのアームはバネによって相互に接近する方向に付勢される。’647特許は、どの実施形態もプーリと別の動力伝達ベルトのスパンとの相互作用によって減衰することを示している。摩擦あるいは他のダンピングが、プーリの動きがエンジンに対するものであろうと、プーリ間の相対的なものであろうと、ピボットに生じることは示されていない。
【0011】
従来、燃焼が始まりエンジンが運転を始めるために、電気のスタータモータがエンジンのクランクシャフトを回転させるために設けられる。スタータモータはエンジンの後部の近くに配置され、ギアトレインを介してクランクシャフトの後部に間欠的に係合するように構成されている。
【0012】
最近、自動車の重量を下げることにより、またエンジンルーム内の構成要素の数を減らすことにより、排気ガスを減少させるとともに燃費を向上させる要請が高まっている。これらの目標に向かってとられる方法は、スタータモータの機能とオルタネータの機能を1つの装置、つまりモータ/ジェネレータすなわちジェン・スター(Gen−Star)に組み合わせることを含む。また、燃費を向上させることの目標に向かって、ジェン・スターは「アイドルストップ(stop−in−idle)」と呼ばれる特徴の使用を促進する。この特徴は、通常ならばアイドリングしているときにエンジンを停止させ、自動車が運転を再開しようとするときにエンジンを再始動するというものである。この特徴は、アクセサリベルト駆動装置に提起される要求を実質的に増加させる。アプリケーションでは、モータ/ジェネレータがアクセサリベルト駆動装置を介してクランクシャフトに機械的に連結するように設けられる。モータ/ジェネレータおよび関連したアクセサリベルト駆動システムは、エンジンの前側に配置される。しかし、これらのシステムを、エンジンの後側を含めて他の場所に配置することが予想される。
【0013】
ジェン・スター・システムの出現により、動力伝達ベルト駆動システムの設計者は、単なる振動負荷を越えた実質的に新しい難問に直面する。これらの中で重要な難問は、新しい装置を含むアクセサリベルト駆動装置によって、許容できる性能をもたらすテンショニングシステムを開発することであり、新しい装置は、実質的な負荷と慣性モーメントを示すだけでなく、アクセサリベルト駆動装置に大きい駆動トルクを付加する。
【0014】
モータ/ジェネレータを組み入れたアクセサリベルト駆動装置に張力を付与するための方法であると言われるテンショニングシステムは、特願平9−359071号の公開公報に開示されている。この公報には、ベルトのスパンに対して従来のシングルアーム・オートテンショナを配置することが示されており、このスパンは、テンショナが存在しなかったとしたら、モータ/ジェネレータが始動モードにあるときは最も弛んだスパンになる。このスパンは、ベルトが通常の作動方向に動いているとき、ベルトがモータ/ジェネレータのプーリを通過した直後にベルトを受けるスパンに対応する。
【0015】
開示されたテンショニングシステムは、最適なものではないと認識されている。短期間の許容される性能を達成するために、長期間の性能が犠牲ならなければならず、十分な短期間性能を達成するために用いられるべきベルトの幅は最適なものではない。
【0016】
バートス(Bartos)等に付与された米国特許第4,758,208号は、それぞれプーリを有する2つのアームを用いることを示している。アームは、ジェン・スターの軸に対応したピボット点を備えている。2つのアームはバネによって相互に接近する方向に付勢される。テンショナはまた、ジェン・スターのモードがスタータあるいはオルタネータとしての動作であるかに応じて、ハウジングが数度だけ回転できるような制限された回転の態様に設けられるジェン・スターを有する。この反作用の動きは、モードに依って、動きに対して2つのアームの一方あるいは他方を選択的にロックする、一対のラッチを作動させる。この方法では、ジェン・スター・モードの結果として、最大張力を有しジェン・スターのプーリにおいて終わる動力伝達ベルトのスパンと協働するアームがロックされる。自由アームは動力伝達ベルトシステムに張力を与える。このテンショナは、明らかに複雑であり、摩耗を受ける可動部分を有するジェン・スターの特別な取付けを要求し、アプリケーションにおいて柔軟性はない。さらに’208特許は、システムの性能を向上させるためにプーリの動きに減衰を付加する意図を開示していない。
【0017】
したがって、十分な短期間性能と十分な長期間性能を同時に与え、どんなアプリケーションにも用いられるベルトの幅を最適化し、コストと複雑さを抑え、適用されるジェン・スター・システムに応じて順応性のある、ジェン・スターとともに用いられる、テンショナとシステムに対する必要性を残している。
【0018】
(発明の概要)
本発明は、短期間性能と長期間性能を改良し、ベルト選択を最適化する構成を有する、アクセサリベルト駆動テンショナおよびシステムを提供することを目的としている。
本発明は、コストと複雑性を抑え、テンショナが適用され得るジェン・スター・システムに応じて順応性のある構成を有する、アクセサリベルト駆動テンショナおよびシステムを提供することを他の目的としている。
【0019】
本発明の目的に従って前述した目的を達成するため、ここに具体化され、かつ広く記載されているように、テンショナとモータ/ジェネレータを含むアクセサリ駆動システムが開示される。本発明は、ベルトテンショナとクランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ/ジェネレータ・プーリとを有するベルト駆動システムのための改良されたベルトテンショナである。ベルト駆動システムはさらに、クランクシャフト・プーリ、アクセサリ・プーリおよびモータ/ジェネレータ・プーリに架け回された動力伝達ベルトを有する。ベルトテンショナは、エンジンのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点と、第1のベルトテンショナ・プーリと、付勢部材と、第1のベルトテンショナ・プーリを介して付勢部材から動力伝達ベルトへ力を伝達するように構成された連結部とを含むタイプである。ベルト駆動システムは、第2のテンショナ・プーリと、付勢部材から第1のテンショナ・プーリと第2のテンショナ・プーリへ力を伝達するように構成され、第1のテンショナ・プーリと第2のテンショナ・プーリを動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する連結部とを含むベルトテンショナによって改良される。
【0020】
明細書に組み込まれて明細書の一部を構成し、同じ番号が同じ部材を示している添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。
【0021】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
アクセサリベルト駆動システム10の好ましい実施形態が図1、2に示されている。それはモータ/ジェネレータ12、モータ/ジェネレータ・プーリ14、パワーステアリングポンプ・プーリ18、空調コンプレッサ・プーリ20、ウォータポンプ・プーリ22、クランクシャフト、プーリ24、デュアルテンショナ28、第1テンショナ・プーリ16、第2テンショナプーリ26、および動力伝達ベルト30を含む。
【0022】
特定の幾何学的な配置の特定のアクセサリ・プーリが示されているが、本発明は、アプリケーションによって、サーペンタイン型とノンサーペンタイン型の両方を含む、アクセサリおよび幾何学的な配置の多くの数および組み合わせに応用されることが理解される。図示された構成はサーペント型である。したがって動力伝達ベルト30は通常Vルブド型である。しかし、本発明はすべてのベルトの型に応用できる。さらに、この図示例はまた、多重(multiple)ベルトを有するアクセサリベルト駆動システムのベルト/プーリのひとつの面として見ることができる。
【0023】
「ベルト移動」と示された矢印は発電モードと始動モードでの通常動作におけるベルト移動の方向を示す。動力伝達ベルト30が架け回された経路に沿った下流側への移動は、ベルト移動と同じ方向への移動である。上流側への移動は、ベルト移動の反対方向への移動である。
【0024】
クランクシャフト・プーリ24において始まって下流側へ移動すると、クランクシャフトからモータ/ジェネレータへのスパン32は、クランクシャフト・プーリ24と動力伝達ベルト30の最後の接点における端点で始まりモータ/ジェネレータ・プーリ14と動力伝達ベルト30の最初の接点における端点で終わる距離に及ぶ。第1のモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34は、モータ/ジェネレータ14と動力伝達ベルト30の間の最後の接点で始まりパワーステアリングポンプ・プーリ18と動力伝達ベルト30の最初の接点で終わる距離に及ぶ。図1、2において、さらに3つのモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34’、34”、34’’’がそれぞれある。クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン32とモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34の数と配置は特別なアプリケーションのためのアクセサリ・プーリの数と配置に依存する。
【0025】
モータ/ジェネレータ・プーリ14とクランクシャフト・プーリ24でのトルクの方向は、図1、2においてそれぞれ、各プーリ14と24に「トルク」と矢印で示されたように、アクセサリベルト駆動システム10の運転モードによって逆になる。発電モードでは、クランクシャフト・プーリ24はすべての駆動トルクを供給する。ウォータポンプ・プーリ22、空調コンプレッサ・プーリ20、パワーステアリングポンプ・プーリ18、およびモータ/ジェネレータ・プーリ14は、第1のテンショナ・プーリ16と第2のテンショナ・プーリ26による少ない消費とともに駆動トルクを消費する。始動モードでは、モータ/ジェネレータ・プーリ14はすべての駆動トルクを供給する。クランクシャフト・プーリ24、ウォータポンプ・プーリ22、空調コンプレッサ・プーリ20、およびパワーステアリングポンプ・プーリ18は第1のテンショナ・プーリ16と第2のテンショナ・プーリ26による少ない消費とともに駆動トルクを消費する。
【0026】
一般に、そして運転モードにかかわらず、もしそれぞれのプーリが自由に回転できると仮定すると、すべてのスパンの張力は同じでかつ静的な張力になる。好ましい実施形態の図1〜6を参照すると、静的張力は、弾性部材38を介してテンショナ28により動力伝達ベルト30に作用する力の結果であり、弾性部材38は、第1の連結アーム42と第2の連結アーム44の組み合わせに作用して第1のテンショナ・プーリ16と第2のテンショナ・プーリ26を相互に接近する方向に付勢して、クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン32とモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34の組み合わせを押圧し、これにより、動力伝達ベルト30がすべてのプーリの回りにおいて移動する距離を長くする。
【0027】
図1に示される通常すなわち発電モードにおいて、クランクシャフト・プーリ24は駆動トルクを供給する。最後のモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34’’’は最も大きい張力のスパンとなる。クランクシャフト・プーリ24の上流側の各プーリは駆動トルクの一部を吸収し、そして、テンショナの効果を無視すると、直ぐ上流側のスパンにおける張力を減少させる。モータ/ジェネレータ・プーリ14は最も大きい負荷を示す。結局、クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34は最も小さい張力のスパンとなる。
【0028】
図2に示される始動モードでは、モータ/ジェネレータ12は駆動トルクを供給する。クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン32は最も大きい張力のスパンになる。モータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン34は最も小さい張力のスパンとなる。発電モードと異なり、クランクシャフト・プーリ24は最も小さい負荷を示す。伝統的に、最適化は駆動装置のレイアウトにおけるテンショナの種々の負荷と配置と看做される。理解されるように、発電モードでの最適なレイアウトは始動モードでの最適なレイアウトと実質的に異なる。
【0029】
従来のアクセサリVリブドベルト駆動システムにおいて、基本設計の検討事項は、1)供給され消費されると予想されるトルクに関連したベルト幅(通常リブの数で表される)およびタイプの選択と、2)ベルトあるいはシステムの要素を許容される期間よりも寿命を短くする点まで押圧するのよりも低く、かつ許容されないスリップが始まる点よりも高い、静的張力の選択である。さらに、ベルトのタイプと幅の選択はベルトの寿命に影響する。また、これら2つの基本設計の検討事項には相互作用がある。
【0030】
アクセサリベルト駆動システムの設計者の不変の目的は、コストと複雑さの関係において、これらの検討事項を最適化することである。最適化は、当業者に知られている、多くの幾何学的また材料のパラメータの操作を介して達成される。これらの中には、各プーリが示す慣性あるいは他のトルクに基づいた駆動および被駆動プーリの配置がある。
【0031】
モータ/ジェネレータを有する駆動システムは、この特有の最適化を許さず、新しい困難な制限を示し、そして実際的な最適化は今まで知られていなかった。困難性の原因は、駆動トルクを供給して最も大きい慣性トルクを示すプーリが、動作モードによって異なることにある。さらに、従来の駆動システムにおいて通常発生するのよりも大きい慣性トルクの負荷が存在する。
【0032】
本発明の相互に付勢された2つのプーリテンショナ28は、特に、好ましい実施形態のレイアウトで使用されたとき、モードの組み合わせのためのいくつかのアプリケーションにおいてアクセサリベルト駆動システム10を顕著に最適化する。
【0033】
図3〜6を参照すると、テンショナ28は第1のテンショナ・プーリ16、第2のテンショナ・プーリ26、弾性部材38、ピボットボルト40、第1の連結アーム42、第2の連結アーム44、ダンパーシュー46、ダンパーレース48、取付板50、第1のプーリボルト52、第2のプーリボルト54、軸受56、ワッシャ57、ピボットポスト58、第1のアームハブ60、および第2のアームハブ62を備える。第1および第2のプーリ16、26はボール軸受アセンブリにより、第1および第2の連結アーム42、44に軸支される。ボール軸受アセンブリは軸受70とレース72を備える。
【0034】
第1および第2の連結アーム42と44の両方はそれぞれ、ブッシュ56とワッシャ57に支持されているピボットポスト58に回転可能に軸支されている。第1のアームハブ60と第2のアームハブ62はブッシュ56とワッシャ57に接し、ブッシュ56とワッシャ57はピボットポスト58とピボットボルト40に接している。それぞれは多量の摩擦を引き起こす係合関係にあってもよいと考えられる。このような摩擦は、エンジンのシリンダブロック(図示せず)に関して静止した点に固定された取付ベース50に関して、第1および第2の連結アーム42、44にダンピングを付与する。
【0035】
第1および第2の連結アーム42、44は取付ベースに対して回転可能であるが、相互に回転できない。むしろ、それらは弾性部材38により付与される力によって相互に接近する方向に付勢され、第2のアームハブ62の内面に形成されたダンピングレース48に載置されたダンピングシュー46を備えるダンピング機構により修正される。ダンピングシュー46とダンピングレース48の境界面によって与えられる摩擦は第1および第2の連結アーム42、44の動きを、相互間だけであるが、減衰させる。
【0036】
この好ましい実施形態においてスチール捻りスプリングである弾性部材38は、ダンピングシュースプリング取付点66においてダンパーシュー46とダンパーシュー接合部64を介して第1の連結アーム42に間接的に取付けられ、また第2のアームスプリング取付点68において第2の連結アーム44に直接取付けられている。弾性部材38は、図4に示されるように第2の連結アーム44に時計方向にトルクを付与するように、また図6に示されるようにダンピングシュー46に反時計方向にトルクを付与するように巻きつけられる。ダンピングシュー46により感知される反時計方向のトルクは、ダンパーシュー接合部64に、またダンパーシュー接合部64に取付けられている第1の連結アーム42に伝達される。
【0037】
この好ましい実施形態では、第1のアームハブ60、第2のアームハブ62、ブッシュ56、ワッシャ57、ピボットポスト58、およびピボットボルト40の嵌着によって取付板50に対して与えられるダンピングは対称的である。このタイプの嵌着はまた、第2の連結アーム44に対する第1の連結アーム42のダンピングに対称的な付勢成分を付加する。減衰力は一方向の動きに作用する全体的な付勢力に加わり、また他方向に対して減じられるので、対称的なダンピングであっても非対称の付勢となることが理解される。
【0038】
第1および第2の連結アーム42と44に供給されるダンピングは、第1および第2のプーリ16、26の組み合わされた動きが相互に近づく方向に動いているときよりも相互に離れる方向に動いているときの方がより減衰されるような、非対称な成分を有する。これは、第1あるいは第2のプーリ16、26がベルトを張る方向に動いているか緩める方向に動いているかに関係なく成立する。第1または第2のプーリ16、26のそれぞれについて見ると、ベルトを緩める方向は、第1あるいは第2のプーリ16、26において、ベルト30をより短い経路に沿って移動させる方向である。ベルトを張る方向は単に逆である。しかし、第1および第2のプーリ16、26の動きについて見ると、ベルトが弛む方向は、第1および第2のプーリ16、26がさらに離れるように動くときである。上述したように、ベルトを張る方向は単に逆である。
【0039】
図7を参照すると、シュースプリング片67はベンディング軸Aを有する。分割径Bは、ピボットポスト58の中心からダンパーシュー46とダンパーレース48の間で接触する部分の中間点まで延びる。コード線Cは分割径Bに対し垂直であり、ダンパーシュー46とダンパーレース48の間で接触する2つの端点に交わる。理解されるように、ベント軸Aはコード線Cと角度Xで交差し、したがってコード線Cと平行ではない。ピボット点Pと示されたシュースプリング片67とピボットポスト58の接点からダンパーシュー46とダンパーレース48の間で接触する部分の中間点までの距離は固定距離R1である。角度Xは、第1および第2の連結アーム42、44の間のように、ダンピングの非対称を生じる。静止時、シュースプリング片67とダンパーレース46はフィル距離R2に一致する固定距離R1にわたっており、したがって弾性部材38によって付与される十分な力でダンパーレース48に接する。
【0040】
第1および第2のプーリ16、26が相互に接近する方向すなわちベルトを張る方向に動くとき、ダンパーレース48は第1の連結アーム42に対して時計方向に動く。これは、ダンパーシュー46とシュースプリング片67をピボット点Pの周りに時計方向に動かすこととなる。これにより、フィル距離R2は対応して時計方向に動くこととなる。理解されるように、これはフィル距離R2を大きくすることとなる。しかし、固定距離R1は大きくなり得ない。したがって、ダンパーシュー46はダンパーレース48から上昇しやすくなり、弾性部材38により供給される力を吸収する。ダンパーシュー46とダンパーレース48の表面での摩擦は減少し、ベルトが張る方向におけるダンピングを減少させる。
【0041】
第1および第2プーリ16、26が相互に離間する方向すなわちベルトを緩める方向に動くとき、ダンパーレース48は第1の連結アーム42に対し反時計方向に動く。これは、ダンパーシュー46とシュースプリング片67をピボット点Pの周りに反時計方向に動かすこととなる。これにより、フィル距離R2は対応して反時計方向に動くこととなる。理解されるように、これはフィル距離R2を小さくすることとなる。しかし、固定距離R1は小さくなり得ない。したがって、ダンパーシュー46はダンパーレース48を押圧し、弾性部材38により供給された力を加える。ダンパーシュー46とダンパーレース48の表面の摩擦は増大し、ベルトが張る方向におけるダンピングを増加させる。
【0042】
上述したように、システムの動作が静的状態から発電モードに変化すると、クランクシャフトからモータ/ジェネレータへのスパン34,34’,34”、34’’’の全ては、モータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン32よりも大きい張力を有する。このように、クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34をまっすぐにしようとする力はモータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン32をまっすぐにしようとする力よりも大きい。これは、図1に示された好ましい実施形態において、第2の連結アーム44とこれに関連した第2のテンショナ・プーリ26を、クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34における動力伝達ベルト30が最も短い経路となるような位置まで押圧することとなる。これは、図示されるように、第2の連結アーム44がクランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34においてまっすぐにされた動力伝達ベルト30に対して実質的に垂直な位置にあることに等しい。この特別な幾何学的配置により、動力伝達ベルト30がまだ曲がっている間にベルトを緩める方向への移動の限界位置に第2のテンショナ・プーリ26が到達することとなり、これは最も好ましい。しかし、好ましくない実施形態では、メインピボット40の周りにおける第2の連結アーム44の回転がストッパの配置により制限され得ることが考えられる。しかし、第2の連結アーム44の長さに関連したメインピボット40の配置は、第2のテンショナ・プーリ26が移動範囲の端部へ到達することなく、クランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34がまっすぐになるようなものであることが考えられる。これらの現象において、動力伝達ベルト30はクランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34において最も短くなる経路に達するであろう。
【0043】
もしクランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパン34における移動が他の対応する現象なしに生じたとすると、ベルト駆動システム10の静的張力は減少するであろう。しかし、メインピボット40の周りにおける第2の連結アーム44の回転は弾性部材38にストレスを与え、これにより第1の連結アーム42における付勢力が増大する。これは、モータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン32の動力伝達ベルト30において第1のテンショナ・プーリ16により発生した張力を同量だけ増加させる。したがって、動力伝達ベルト30の静的張力は、静的すなわち非作動状態から発電への動作モードへの切り換えによって大きく変化しない。分析によると始動から発電へのモードの切り換えは同じである。
【0044】
発電から始動モードに切り換えたときは逆である。つまり、第1のテンショナ・プーリ16は緩める方向への移動の限界位置に達する。第2のテンショナ・プーリ26の張力は増加する。動力伝達ベルト30の静的張力は大きく変化しない。
【0045】
記載された実施形態に見いだされる本発明は、長期間および短期間の性能とベルト選択の重要な最適化を達成し、また同時に、適用することのできるジェン・スター(Gen−Star)システムに従って、実質的にコストと複雑さを最小にするとともに改良された柔軟性を許容する。
【0046】
本発明の上述の説明と例示された実施形態は、図面に示され、また様々な修正と代替的な実施形態において詳細に記載されている。しかし、発明の上述した説明は例示に過ぎず、発明の範囲は従来技術を考慮して解釈される請求の範囲にのみ限定されるべきであることを理解しなければならない。さらに、ここに例示的に開示された発明は、ここに特に開示されない要素なしに実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
発電モードにおける、モータ/ジェネレータを含むアクセサリベルト駆動システムの好ましい実施形態の模式的な図である。
【図2】
始動モードにおける、モータ/ジェネレータを含むアクセサリベルト駆動システムの好ましい実施形態の模式的な図である。
【図3】
モータ/ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナの斜視図である。
【図4】
モータ/ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナを部分的に破断した斜視図である。
【図5】
図3の5−5線に沿う断面図である。
【図6】
モータ/ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナの平面図である。
【図7】
図4の7−7線に沿う断面図である。
Claims (8)
- ベルトテンショナとクランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ/ジェネレータ・プーリと、前記クランクシャフト・プーリ、前記アクセサリ・プーリおよび前記モータ/ジェネレータ・プーリに架け回された動力伝達ベルトとを有するベルト駆動システムのための改良されたベルトテンショナであって、前記ベルトテンショナが、エンジンのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点と、第1のベルトテンショナ・プーリと、付勢部材と、前記第1のベルトテンショナ・プーリを介して前記付勢部材から前記動力伝達ベルトへ力を伝達するように構成された連結部とを含むタイプであり、改良が
第2のテンショナ・プーリを含む前記テンショナと、
前記付勢部材から前記第1のテンショナ・プーリと前記第2のテンショナ・プーリへ前記力を伝達するように構成され、前記第1のテンショナ・プーリと前記第2のテンショナ・プーリを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する前記連結部と
を備える。 - 前記非対称の付勢が、前記第1のベルトテンショナ・プーリと前記第2のベルトテンショナ・プーリに作用する外力が前記バネ率付勢のレベルに打ち勝つのに必要なものよりも小さく、したがって前記第1のベルトテンショナ・プーリと前記第2のベルトテンショナ・プーリの組み合わせをベルト張力を増加させる方向に移動させるとき、バネ率付勢によって供給されるレベルにすぎない程度の付勢であり、かつ、前記第1のベルトテンショナ・プーリと前記第2のベルトテンショナ・プーリに作用する前記外力が前記バネ率付勢のレベルに打ち勝つのに必要なものよりも大きく、したがって前記第1のベルトテンショナ・プーリと前記第2のベルトテンショナ・プーリの組み合わせをベルト張力を減少させる方向に移動させるとき、前記バネ率付勢と逆方向の抵抗とによって生じるレベルの付勢である請求項1の改良。
- 前記逆方向の抵抗が、前記第1のベルトテンショナ・プーリと前記第2のベルトテンショナ・プーリの前記組み合わせの、ベルト張力を減少させる方向への動きに応じた減衰率によって生じる請求項2の改良。
- 前記テンショナがピボットを有し、
前記連結部が前記ピボットの第1の連結点から前記第1のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第1のアームと、前記ピボットの第2の連結点から前記第2のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第2のアームとを有し、
前記付勢部材が前記第1のアームと前記第2のアームに機械的に連結し、前記第1のアームと前記第2のアームを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させるように動かすように付勢する請求項1の改良。 - 前記動力伝達ベルトにおける張力が増加するような前記動きが、前記第2のテンショナ・プーリに対する前記第1のテンショナ・プーリの減少した変位に向かう動きである請求項4の改良。
- 前記第1の連結点の周りの前記ピボットが、前記第2の連結点の周りの前記ピボットに対して減衰する請求項4の改良。
- クランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ/ジェネレータ・プーリとを含むパワープーリと、第1のベルトテンショナ・プーリを含むベルトテンショナと、前記パワープーリと前記第1のベルトテンショナ・プーリに架け回された動力伝達ベルトとを有するタイプのパワープラントであって、前記ベルトテンショナが、前記パワープラントのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点を有し、前記第1のベルトテンショナ・プーリを有し、付勢部材を有し、前記第1のベルトテンショナ・プーリを介して前記付勢部材から前記動力伝達ベルトに力を伝達するように構成された連結部を有し、前記動力伝達ベルトが、前記パワープーリのそれぞれに近接した端部によって定義され、前記クランクシャフト・プーリにおいて始まり前記モータ/ジェネレータ・プーリにおいて終わる少なくとも1つのクランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパンと、前記モータ/ジェネレータ・プーリにおいて始まり通常動作におけるベルト移動の方向に従って前記クランクシャフト・プーリにおいて終わる少なくとも1つのモータ/ジェネレータ・プーリからクランクシャフトまでのスパンとを含むスパンを有し、改良が
第2のテンショナ・プーリを含む前記ベルトテンショナと、
ピボットを有する前記テンショナと、
前記付勢部材から前記第1のテンショナ・プーリと前記第2のテンショナ・プーリへ前記力を伝達するように構成され、前記第1のテンショナ・プーリと前記第2のテンショナ・プーリを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する前記連結部と、
前記ピボットの第1の連結点から前記第1のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第1のアームと、前記ピボットの第2の連結点から前記第2のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第2のアームとを有する前記連結部と、
前記第1のアームと前記第2のアームに機械的に連結し、前記第1のアームと前記第2のアームを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させるように動かすように付勢する前記付勢部材と、
前記少なくとも1つのクランクシャフトからモータ/ジェネレータまでのスパンに近接する前記第1のテンショナ・プーリと、
前記モータ/ジェネレータからクランクシャフトまでのスパンに近接する前記第2のテンショナ・プーリと
を備える。 - 前記モータ/ジェネレータ・プーリがモータトルクを受けるときに中立回転点にある前記第1のアームと、前記モータ/ジェネレータ・プーリが発電機のトルクを吸収するときに中立回転点にある第2のアームとを備える請求項7の改良。
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