JP4664900B2 - クランクシャフトトルクモジュレータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のクランクシャフト／ベルトドライブ組立体に関し、より詳しくは、ベルトドライブ組立体がクランクシャフトとは異なる速度で一時的に作動できるようにするデカップリング機構に関する。

自動車のエンジンにおいて、エンジン出力の一部を、曲りくねった無端ベルトを用いて複数のベルト駆動アクセサリに伝達することは広く知られている。
また、ベルト駆動アクセサリとプーリとの間にデカップラ組立体を設けて、プーリがエンジン速度で振動(変動）するときに、ベルト駆動アクセサリが、一時的に、より高速で作動すること（すなわちクランクシャフトを「オーバーラン」すること）を可能にすることも知られている。このようなデカップラの例が、Mevissenn等の２０００年７月４日付米国特許第６，０８３，１３０号明細書およびBytzek等の１９９２年８月１８日付米国特許第５，１３９，４６３号明細書に示されている。

しかしながら、エンジンの速度が通常作動中に振動（変動）するときに、クランクシャフトのプーリが、一時的に、より高速で作動すること、すなわちクランクシャフトを「オーバラン」することを可能にしかつ或る量の振動減衰を与えることを可能にすることが要望されている。

本発明の一態様によれば、エンジンにより駆動されるクランクシャフトと、曲りくねったベルトとの間に回転運動を伝達するデカップラが提供される。デカップラは、回転駆動部材と、該回転駆動部材に対して相対回転運動できるように、回転駆動部材と同軸状に取付けられた回転被駆動部材とを有している。駆動部材と被駆動部材との間には、デカップリング組立体が延びている。デカップリング組立体は、駆動部材が被駆動部材に対して第一カップリング方向に回転するときには、駆動部材と被駆動部材とを選択的に連結する。またデカップリング組立体は、駆動部材が被駆動部材に対して、前記第一方向とは逆の第二方向に回転するときには、駆動部材から被駆動部材を離脱させる。エンジンにより発生された振動の幾分かをキャンセルすべく、駆動部材および被駆動部材の一方と一緒に回転できるように、捩り振動ダンパが取付けられている。

添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参照することにより、本発明の長所が明らかになりかつより良く理解されよう。

図１を参照すると、自動車用エンジンの全体が、参照番号１０で示されている。各ベルト駆動アクセサリ１２はプーリ１４を有し、該プーリ１４は、この回転に応答してベルト駆動アクセサリ１２を作動させる。またエンジン１０はクランクシャフト１６を有し、該クランクシャフト１６は、一般に、エンジン１０の作動により生じる機械的出力を供給する。クランクシャフト１６にはクランクシャフトプーリ１８が連結されており、該クランクシャフトプーリ１８は、クランクシャフト１６により回転駆動され、クランクシャフト１６の軸線１９の回りで回転する。曲りくねった無端ベルト２０が、ベルト駆動アクセサリ１２の各プーリ１４およびクランクシャフトプーリ１８の回りに掛けられており、各プーリ１４は、クランクシャフト１６により駆動されるクランクシャフトプーリ１８の回転により回転駆動される。より詳細に後述するように、クランクシャフト１６とベルト２０との間にはデカップラ２２が作動可能に連結されており、クランクシャフト１６の回転速度がエンジン１０の速度とともに振動（変動）するときに、プーリ１８が、一時的に、より高速で作動できるように、すなわちクランクシャフト１６を「オーバラン」できるようにしている。デカップラ２２はまた、クランクシャフト１６とプーリ１８との間に生じる、エンジン１０の作動に関連する振動を減衰させる機能も有している。

図２に示すように、デカップラ２２は、クランクシャフトプーリ１８と、ハブ３６と、プーリ１８とハブ３６との間に延びているばねおよびワンウェイクラッチ組立体を備えたデカップリング組立体１９と、ハブ３６に取付けられる捩り振動ダンパ８０とを有している。デカップリング組立体１９は、この少なくとも一部が、プーリ１８の周方向範囲内に装着されるのが好ましい。捩り振動ダンパ８０は、デカップリング組立体１９の一部を包囲し、よりコンパクトなユニットを可能にする。

図３に示すように、プーリ１８は、ほぼ平行な外側壁２６および内側壁２８と、これらの両壁２６、２８との間で半径方向に延びている第一連結壁３０とにより形成されるＵ型断面を有する環状リング２４を有している。

プーリ１８は環状外側リム３２を有し、該リム３２にはベルト２０が掛けられる。フランジ３４が、外側壁２６と外側トラック３２との間で半径方向に延びている。

ハブ３６は、エンジン１０のクランクシャフト１６に固定されかつプーリ１８に対して回転可能に連結される。ハブ３６は、クランクシャフト１６の軸線１９に沿って延びているほぼ円筒状の本体３８を有している。本体３８は、プーリ１８の内側壁２８に対して回転可能に連結される。ハブ３６とプーリ１８との間の相対回転運動による本体３８と内側壁２８との間の摩擦を低減させるため、本体３８と内側壁２８との間には第一ブシュ３９が配置される。ハブ３６は、本体３８とプーリ１８の外側壁２６との間で半径方向に延びているフランジすなわちディスク部分４０を有している。ディスク部分４０は、プーリ１８の外側壁２６に対して回転可能に連結される。ハブ３６とプーリ１８との間の相対回転運動によるディスク部分４０と外側壁２６との間の摩擦を低減させるため、ディスク部分４０と外側壁２６との間には第二ブシュ４２が配置される。ディスク部分４０と本体３８との直径差により、ディスク部分４０には、環状溝すなわち環状面４４が形成される。環状面４４は、プーリ１８の第一連結壁３０に対向している。ハブ３６とプーリ１８との間の摩擦を低減させるため、別の構成として、第一ブシュ３９または第二ブシュ４２のいずれも、適当なローラベアリング組立体で置換できる。

ワンウェイクラッチ組立体は、クラッチばね７０に連結される捩りばね４６を有している。捩りばね４６は、ハブ３６の環状面４４と、プーリ１８の第一連結壁３０との間で軸線方向に延びている。捩りばね４６は、ハブ端４８とプーリ端５０との間で螺旋状に延びている。捩りばね４６は円形断面が好ましいが、任意の非円形断面にすることができる。捩りばね４６のプーリ端５０とプーリ１８の第一連結壁３０との間には、キャリヤディスク５２が配置されている。キャリヤ５２はプラスチックで作るのが好ましいが、セラミック、金属または複合材料等の任意の適当な材料で作ることができる。キャリヤ５２はほぼリング状の形状を有し、プーリ１８の外側壁２６と、内側壁２８と、第一連結壁３０との間で回転可能に連結されている。キャリヤ５２には、ハブ３６の環状面４４にほぼ対向する第一ランプ面すなわち螺旋面５４が形成されている。第一螺旋面５４は、捩りばね４６のプーリ端５０を支持する。第一螺旋面５４から外方に第一タブ５６が延びており、該第一タブ５６は、捩りばね４６のプーリ端５０に形成された対応する第一ノッチ５８内に突出する。第一タブ５６と第一ノッチ５８との係合により、キャリヤ５２に対する捩りばね４６の相対回転運動すなわちランピングが防止される。同様に、捩りばね４６のハブ端４８とハブ３６の環状面４４との間には、ばね支持体６０が配置されている。ばね支持体６０は、環状面４４に固定される。ばね支持体６０には、第一連結壁３０にほぼ対向するようにして、第二ランプ面すなわち螺旋面６２が形成されている。第二螺旋面６２は、捩りばね４６のハブ端４８を支持する。第二螺旋面６２から外方に第二タブ６４が延びており、該第二タブ６４は、捩りばね４６のハブ端４８に形成された対応する第二ノッチ６６内に突出している。第二タブ６４と第二ノッチ６６との係合により、ばね支持体６０に対する捩りばね４６の相対回転運動すなわちランピングが防止される。別の構成として、第二螺旋面６２は、支持体６０ではなくハブ３６の環状面４４に形成し、かつ第二タブ６４を、ハブ３６に形成された第二螺旋面６２から外方に延びるように構成できる。

別の構成として、図２に破線で示すように、スプリット６９をキャリヤ５２に形成して、デカップラ組立体２２の回転に付随する荷重に適応させることができる。

クラッチばね７０は、キャリヤ５２と、ハブ３６の環状面４４との間で軸線方向に延びている。クラッチばね７０は、近位端７２と遠位端７４との間で螺旋状に延びている複数のコイル７３を有している。クラッチばね７０の近位端７２はキャリヤ５２に形成された対応溝７６内に固定的に保持され、キャリヤ５２に対するクラッチばね７０の相対回転運動を防止する。クラッチばね７０は、摩擦接触を改善するため、非コーティングばね鋼材料で形成しかつ非円形断面にするのが好ましい。別の構成として、クラッチばね７０は、潤滑性を高めかつ過度の摩擦および発熱により誘起されるクラッチ面への損傷を低減させるべく、鋼材に塗布されるコーティング等で被覆されたばね鋼材料で形成することもできる。また、クラッチばね７０は、円形断面をもつ、コーティングまたは非コーティングばね鋼材料で形成することもできる。最も好ましくは、クラッチばね７０の断面は、長方形または正方形である。複数のコイル７３は、プーリ１８の外側壁２６との摩擦係合により圧嵌めされる。クラッチばね７０の複数のコイル７３と外側壁２６との摩耗を最小にするため、潤滑剤を塗布するのが好ましい。ハブ３６のディスク部分４０と、プーリ１８の外側壁２６との間の潤滑剤の漏洩を防止するため、これらの間には弾性リングシール７８が配置される。

エンジン１０の作動に関連してクランクシャフト１６に発生する振動を減衰させるため、プーリ１８の第一連結壁３０に隣接して、ハブ３６の本体３８には捩り振動ダンパ８０が固定される。ダンパ８０は、中央開口８３を備えたカップ状取付けハブ８１を有している。取付けハブ８１は、ハブ３６に圧嵌めされて、該ハブ３６と一緒に回転する。取付けハブ８１は、周方向の溝８７を備えている、外周方向に延びたリム８５を有している。弾性リング８９の周囲には慣性リング９３が配置され、弾性リング８９と摩擦係合している。別の構成として、弾性リング８９を取付けハブ８１および外側リム８５に接合される。更に、弾性リング８９を所定位置で成形し、次に加硫して、組立体を一体に接合することができる。

任意であるが、リング９３には、デカップラ２２の質量中心を回転軸線の方向に戻し移動させるべく作動するオフセットマスを形成するローブ９５を設けることができる。また、ローブ９５の質量を増大しまたは移動させて、エンジン振動をキャンセルすることもできる。必要ならば、ローブ９５の付加サイズおよび位置は、エンジン製造業者により標準的に特定される。

捩り振動ダンパ８０とプーリ１８の第一連結壁３０との間には、ハブ３６の方向にプーリ１８を軸線方向に押圧するためのスラストワッシャ９０が配置される。スラストワッシャ９０の軸線方向押圧力は、キャリヤ５２の第一タブ５６およびばね支持体６０の第二タブ６４を、それぞれ、捩りばね４６の第一ノッチ５８および第二ノッチ６６と係合した状態に維持することを補助する。

作動に際しエンジン１０が始動されると、クランクシャフト１６が、軸線方向９の回りで被駆動方向に回転される。ハブ３６はクランクシャフト１６と一緒に回転され、従って駆動回転部材である。ハブ３６の回転運動は、捩りばね４６を介して、ばね支持体６０とキャリヤ５２との間に伝達される。捩りばね４６はまた、エンジン１０およびベルト駆動アクセサリ１２の作動に関連する振動から、プーリ１８およびハブ３６を減衰させまたは隔絶する。クラッチばね７０はキャリヤ５２と一緒に回転し、ハブ３６とプーリ１８との間の確実係合を与える。プーリ１８は、被駆動回転部材である。

エンジン１０の加速中は、ハブ３６、ばね支持体６０、捩りばね４６、キャリヤ５２およびクラッチばね７０が押圧され、プーリ１８に対し、第一カップリング方向に回転する。プーリ１８に対するハブ３６の加速により、クラッチばね７０の複数のコイル７３とプーリ１８の外側壁２６との摩擦係合が増大される。クラッチばね７０は、プーリ１８の外側壁２６とクラッチばね７０の複数のコイル７３の少なくとも１つとの間の摩擦によって、複数のコイル７３が、外側壁２６に向かって半径方向外方に拡大される。最終的に、全ての複数のコイル７３が外側壁２６と制動態様で係合し、ハブ３６の回転運動が、完全にプーリ１８の回転運動に向けられる。また、遠心力が、複数のコイル７３を、プーリ１８の外側壁２６との制動係合状態に保持することを補助する。また遠心力は、外側壁２６と複数のコイル７３との間に潤滑剤を保持することを補助する。

エンジン１０が減速されると、ハブ３６、ばね支持体６０、捩りばね４６、キャリヤ５２およびクラッチばね７０が押圧されて、プーリ１８に対して、第一カップリング方向とは逆の非カップリング方向に回転する。プーリ１８は、該プーリ１８およびベルト駆動アクセサリ１２に関連する慣性質量により、回転態様でハブ３６をオーバランする。より詳しくは、ハブ３６に対するプーリ１８の回転速度が高くなると、クラッチばね７０の複数のコイル７３を、プーリ１８の外側壁２６に対して半径方向に収縮させる。複数のコイル７３と外側壁２６との制動係合が解放され、これにより、プーリ１８がハブ３６をオーバランすることが可能になる。エンジンが再び加速されると、複数のコイル７３が外側壁２６と制動的態様で再係合し、ハブ３６によりプーリ１８を加速させる。

捩り振動ダンパ８０は、一方の回転部材に直接連結されて、該回転部材と一緒に回転する。好ましい実施形態では、振動ダンパ８０はハブ３６に連結されている。従って、振動ダンパ８０は、エンジンの点火により発生されかつクランクシャフトを介して伝達される捩り振動を円滑にすべく作用する。弾性リング８９を介して作用する慣性リング９３は、速度変動を最小にするフライホイールとして作用する。

以上、本発明のデカップラ２２は、クランクシャフトの端部に取付けることに関連して説明した。しかしながら、当業者ならば、デカップラ２２は、アクセサリベルトドライブにより駆動されるオルタネータ等の任意のアクセサリの回転軸にも取付けることができることは明白であろう。オルタネータの場合には、プーリ１８が駆動部材となり、ハブ３６が被駆動部材となり、捩りばねおよびワンウェイクラッチの巻回方向は逆向きにする。

デカップラ２２は内燃機関１０の一部として上述したが、デカップラ２２は、ジェネレータまたはコンベアベルトシステム等の任意のロータリシステムまたはプーリ型ベルトドライブシステム、またはハブ荷重が必ずしも加えられないプーリまたはミスアライメントカップリングを備えた任意の剛性軸システムで実施できることも理解すべきである。

プーリ１８は、プラスチックまたはゴム平ベルト、多リブベルト、「Ｖ」ベルトまたは同期ベルト等の任意の種類のベルトに適合できる。また、プーリ１８は、例えば無段変速トランスミッションに使用される平スチールベルト、プラスチックベルトまたはゴムベルト、またはプラスチック、スチールまたはこれらの均等物で構成された多リンクチェーン、またはロープ、スチールまたは編組ワイヤからなるケーブル組立体にも適合できるものである。

以上、本発明を例示して説明したが、使用された用語は、説明用語の本質を表すものであって、制限的なものではない。本発明の多くの変更が可能である。従って、本発明は、特に例示したもの以外にも、特許請求の範囲内で実施できる。

本発明の一実施形態によるデカップラが組込まれたエンジンを示す正面図である。 デカップラ組立体を示す斜視図である。 クランクシャフトデカップラ組立体を示す断面図である。

Claims (12)

1. デカプラであって、
   回転駆動部材と、
   該回転駆動部材に対して相対回転運動できるように、回転駆動部材と同軸状に取付けられた回転被駆動部材と、
   前記駆動部材と前記被駆動部材との間に延びているデカップリング組立体であって、駆動部材が被駆動部材に対して第一カップリング方向に回転するときには、駆動部材と被駆動部材とを選択的に連結し、駆動部材が被駆動部材に対して前記第一方向とは逆の第二方向に回転するときには、駆動部材から被駆動部材を選択的に離脱させ、直列に配置されたばねと一方向クラッチ機構とを有するデカップリング組立体と、
   駆動部材および被駆動部材の一方と一緒に回転できるように取付けられた捩り振動ダンパと、を備えたデカプラにおいて、
   前記ばねは、捩りばねであり、該捩りばねは、被駆動部材および駆動部材の一方と係合する第一端部と、キャリヤと係合する第二端部とを備え、
   前記一方向クラッチ機構は、潤滑性を高め且つ過度の摩擦および発熱によるクラッチ面の損傷を低減させるようにコーティングが施されたばね鋼材で形成されたクラッチばねを備え、
   前記クラッチばねは、前記キャリヤと係合する第一端部と、螺旋状に延びかつ前記被駆動部材および駆動部材の他方と摩擦係合する複数のコイルとを備え、
   前記複数のコイルは、第一カップリング方向への相対回転時に拡大して摩擦係合を増大させ、かつ第二カップリング方向への相対回転時に収縮する、
   ことを特徴とするデカップラ。
2. 前記捩り振動ダンパは、デカップリング組立体を包囲する関係で取付けられている、
   請求項１に記載のデカップラ。
3. 前記捩り振動ダンパは、周方向に延びているリムを備えた取付けハブと、前記リム上に取付けられる弾性リングと、該弾性リング上に取付けられる慣性リングとを有している、
   請求項２に記載のデカップラ。
4. 前記慣性リングは、デカップラの質量中心をデカップラの回転軸線に沿って移動させるように配置されたローブを有している、
   請求項３記載のデカップラ。
5. 前記取付けハブは、前記駆動部材上に圧嵌めされる、
   請求項４に記載のデカップラ。
6. 前記捩りばねの両端部は、被駆動部材および駆動部材の前記一方および前記キャリヤと相互ロックする、
   請求項１に記載のデカップラ。
7. 前記被駆動部材および駆動部材の一方は、Ｕ型断面をもつ環状リングを形成する内周部を有し、前記デカップリング組立体は前記環状リング内に取付けられている、
   請求項１に記載のデカップラ。
8. 前記被駆動部材および駆動部材の他方は、円筒状本体およびこれから延びているフランジを備え、前記円筒状本体およびフランジは、前記環状リングの内側壁および外側壁を回転可能に支持する、
   請求項７に記載のデカップラ。
9. 前記捩り振動ダンパは、前記環状リングを包囲する関係をなして取付けられている、
   請求項８に記載のデカップラ。
10. 前記捩り振動ダンパは、駆動部材と被駆動部材との間に前記デカップリング組立体を保持している、
    請求項９に記載のデカップラ。
11. 前記複数のコイルは、前記環状リングの外側壁の内周部と係合する、
    請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のデカップラ組立体。
12. 前記駆動部材はハブであり、前記被駆動部材はプーリであり、前記捩り振動ダンパはハブに取付けられている、
    請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のデカップラ。

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