JP2010112426A - 油圧式オートテンショナおよびベルト伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リターンスプリングの荷重とリークダウンタイムを適切に設定することにより、シリンダとロッドの過度の収縮を防止する。
【解決手段】内部に作動油が充填されたシリンダ１７内にロッド２１を挿入し、そのロッド２１の下端部に設けられたプランジャ２２を、シリンダ内径面間にリーク隙間２４をもって摺動自在に嵌合して、そのプランジャ２２の下方に圧力室２５を形成し、かつ、上方にリザーバ室２６を設け、プランジャ２２に、圧力室２５とリザーバ室２６を連通する通路２８を形成し、その通路２８に圧力室２５の圧力がリザーバ室２６の圧力よりも高くなると通路２８を閉じるチェックバルブを設け、シリンダ１７とロッド２１を伸張する方向に付勢するリターンスプリング３１をシリンダ１７の外側に設け、リーク隙間２４におけるリークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、エアコンのコンプレッサやウォータポンプ等の自動車補機を駆動するベルトの張力調整用に用いられる油圧式オートテンショナ、およびその油圧式オートテンショナを用いたベルト伝動装置に関する。

モータ・ジェネレータが搭載され、通常走行時に、モータ・ジェネレータを発電動作に切換え、エンジンの駆動により駆動輪を回転し、かつ前記モータ・ジェネレータやエアコンのコンプレッサ等の自動車補機を駆動し、一方、車両の停止時には、エンジンを停止させ、かつモータ・ジェネレータを発動動作に切換えて補機を駆動するようにしたアイドルストップ対応車においては、アイドルストップ後のエンジンの再始動に際し、前記モータ・ジェネレータでエンジンを駆動するようにしている。

上記のような自動車補機を駆動するベルトを備えたベルト伝動装置においては、エンジンの駆動時におけるベルトの弛み側にテンションプーリを接触させ、そのテンションプーリを支持する揺動可能なプーリアームにオートテンショナの調整力を付与してベルトの張力を一定に保つようにしている。

上記オートテンショナとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この油圧式オートテンショナにおいては、作動油が充填されたシリンダの底面にスリーブ嵌合孔を形成し、そのスリーブ嵌合孔に下端部が圧入されたスリーブ内にロッドの下部を軸方向に摺動可能に挿入してスリーブ内に圧力室を形成し、ロッドの上部に設けられたばね座とシリンダの底面間にリターンスプリングを組込んでロッドとシリンダを伸張する方向に付勢している。

また、ばね座の外周とシリンダの上部外周に弾性を有するベローズの両端部を嵌合してシリンダとスリーブ間に密閉されたリザーバ室を形成し、前記スリーブとロッドの摺動面間に形成されるリーク隙間を介して前記圧力室とリザーバ室を連通し、前記スリーブの下端部とスリーブ嵌合孔の圧入面間にリザーバ室の下部と前記圧力室とを連通する通路を形成し、前記シリンダとロッドを収縮させる方向の押込み力が負荷されて前記圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなると前記通路を閉じるチェックバルブを設けている。

このように構成された油圧式オートテンショナは、自動車補機を駆動するベルトの張力が大きくなり、そのベルトからテンションプーリおよびプーリアームを介して前記押込み力が負荷されて、圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなると、前記チェックバルブが前記通路を閉じて、圧力室の作動油が前記リーク隙間を通ってリザーバ室へ流れ、前記シリンダとロッドが前記リターンスプリングの荷重と前記押込み力とが釣り合う位置まで収縮する。このとき、前記押込み力は、リーク隙間を通る作動油の粘性抵抗による油圧ダンパ作用によって緩衝される。

一方、ベルトの張力が弛んで、前記シリンダとロッドを伸張する方向の力が負荷されると、リザーバ室の作動油が通路を通って圧力室に流れて、前記シリンダとロッドが伸張方向に相対移動し、ベルトの弛みを吸収する。このようにして、この油圧式オートテンショナは、ベルトの張力を一定に保つようにしている。
特表２０００−５０４３９５号公報

ところで、上記油圧式オートテンショナをアイドルストップ対応車用のベルト伝動装置に採用した場合、エンジンをモータ・ジェネレータで再始動するとき、エンジン駆動時の弛み側のベルトが緊張して、油圧式オートテンショナに瞬間的に大きな押込み力が負荷されることになる。しかし、上記油圧式オートテンショナは、リターンスプリングをシリンダ内に配置しているので、リターンスプリングで大きな荷重を受けることができず、また、大きな荷重を受けることができるリターンスプリングを用いることができない。そのため、シリンダとロッドが過度に収縮して、テンションプーリの位置が大きく変化し、その結果、ベルト全体がゆるんでテンションプーリとの間でスリップが生じ、エンジンを安定よく始動することができなくなる可能性があった。

そこで、リターンスプリングで大きな荷重を受けることができなくても、シリンダとロッドを過度に収縮させない方法として、リークダウンタイムを大きくすることが考えられる。リークダウンタイムは、ロッドに押込み力を負荷したときに、ロッドが一定距離移動するのに要する時間であり、リーク隙間の大きさに基づいて変動する。リークダウンタイムを大きくしていくと、リーク隙間を通る作動油の粘性抵抗が大きくなっていくので、前記押込み力を緩衝する油圧ダンパ作用が大きくなり、シリンダとロッドの収縮方向の変位量が小さくなっていく。

しかし、リークダウンタイムを必要以上に大きくすると、シリンダとロッドの伸張方向の移動速度に比べて、収縮方向の移動速度が極めて遅くなるので、ベルトの振動に伴って、シリンダとロッドが伸張方向に相対移動して、ベルトの張力が必要以上に大きくなるポンプアップ現象が生じ、ベルトの耐久性を低下させるという問題が生じる。

この発明が解決しようとする課題は、リターンスプリングの荷重とリークダウンタイムを適切に設定することにより、シリンダとロッドの過度の収縮を防止することである。

上記の課題を解決するために、この発明の油圧式オートテンショナは、内部に作動油が充填されたシリンダ内にロッドを挿入し、そのロッドの下端部に設けられたプランジャを、前記シリンダ内径面間にリーク隙間をもって摺動自在に嵌合して、そのプランジャの下方に圧力室を形成し、かつ、上方にリザーバ室を設け、前記プランジャに、前記圧力室と前記リザーバ室を連通する通路を形成し、その通路に圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなると前記通路を閉じるチェックバルブを設け、前記シリンダとロッドを伸張する方向に付勢するリターンスプリングを前記シリンダの外側に設け、前記リーク隙間におけるリークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上としたのである。

このようにリターンスプリングをシリンダの外側に配置すると、シリンダとロッドを収縮させる方向の押込み力が負荷されたときに、リターンスプリングで大きな荷重を受けることができる。さらに、リークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上とすると、シリンダとロッドの収縮方向の変位量が十分に小さくなるので、シリンダとロッドの過度の収縮を防止することができる。

前記リークダウンタイムは、上限設定値を１０ｓ／ｍｍ以下とするのが好ましい。これ以上、リークダウンタイムを大きくすると、シリンダとロッドの伸張方向の移動速度に比べて、収縮方向の移動速度が極めて遅くなり、ポンプアップ現象が生じてしまうからである。

前記シリンダ内に筒状の鋼製のスリーブを挿入し、前記リーク隙間が、スリーブの内径面と前記プランジャとの間に形成されるようにしてもよい。このようにすると、プランジャの摺動によるシリンダの摩耗がスリーブによって防止される。そのため、シリンダをアルミ合金製にして、軽量化を図ることが可能となる。また、スリーブを鋼製にすると、スリーブ自体の摩耗が生じにくく、リーク隙間の大きさが変化しにくい。

前記油圧式オートテンショナは、車両の停止時に、エンジンを停止し、アイドルストップ後、モータ・ジェネレータでエンジンを再始動させるアイドルストップ対応車用のベルト伝動装置に適用することができる。

このようにすると、モータ・ジェネレータによるエンジンの再始動時に、瞬間的に過大なベルト張力が油圧式オートテンショナに作用しても、シリンダとロッドが過度に収縮しないので、テンションプーリの位置の変化が小さく、ベルトにスリップが生じない。そのため、エンジンを安定よく始動させることができる。

前記ベルト伝動装置において、前記油圧式オートテンショナのリターンスプリングの外径が前記プーリアームの揺動中心軸に設けられたボス部の軸方向幅内に収まるようにすれば、エンジンがコンパクトになる。

前記プーリアームのボス部を、そのエンジンから遠い方の側面がベルトのエンジンから遠い方の側縁と同一面上、または、その側縁よりもエンジン側に位置するように配置すれば、さらに、エンジンがコンパクトになる。

この発明の油圧式オートテンショナは、リターンスプリングで大きな荷重を受けることができ、リークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上としているので、シリンダとロッドの収縮方向の変位量が十分に小さく、シリンダとロッドの過度の収縮を防止することができる。そのため、ベルトが弛みにくく、ベルトとテンションプーリとの間でスリップが生じにくい。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１は、通常走行時に、エンジンの駆動により駆動輪を回転し、車両の停止時に、エンジンを停止し、アイドルストップ後、モータ・ジェネレータでエンジンを再始動させるアイドルストップ対応車用のベルト伝動装置１を示す。

このベルト伝動装置１においては、エンジンのクランクシャフト２に取り付けたプーリ３と、ウォータポンプの回転軸４に取り付けたプーリ５と、モータ・ジェネレータの回転軸６に取り付けたプーリ７と、固定軸８に取り付けたアイドラプーリ９と、エアコンのコンプレッサの回転軸１０に取り付けたプーリ１１とにベルト１２を掛け渡し、エンジンの駆動によってモータ・ジェネレータを発電動作に切り換え、車両の停止時に、発動動作に切換えられたモータ・ジェネレータでウォータポンプやエアコンなどの自動車補機を駆動するようにしている。

エンジンの駆動時に弛み側とされるベルト１２にはテンションプーリ１３が接触している。テンションプーリ１３は、図２に示すように、揺動中心軸１４を中心にして揺動自在に支持されたプーリアーム１５によって回転自在に支持されている。プーリアーム１５は、この発明の実施形態の油圧式オートテンショナ１６の調整力が負荷されてテンションプーリ１３をベルト１２に押し付けている。

油圧式オートテンショナ１６は、図３に示すように、上端が開口する有底筒状のシリンダ１７を有している。シリンダ１７はアルミ合金からなり、その内部に、有底筒状の鋼製のスリーブ１８が挿入されて固定されている。また、シリンダの内部には作動油が充填されている。シリンダ１７の内周上部には作動油の漏洩を防止するオイルシール１９が組み込まれており、そのオイルシール１９が菊形止め輪２０によって抜止めされている。

また、シリンダ１７には、菊形止め輪２０およびオイルシール１９をスライド自在に貫通するロッド２１が挿入されており、内部には、ロッド２１に負荷される押込み力を緩衝する油圧ダンパが組込まれている。

ロッド２１の下端部にはプランジャ２２が設けられており、そのプランジャ２２がスリーブ１８の内径面２３に沿って摺動自在に嵌合されている。プランジャ２２とスリーブ１８の内径面２３との間には微小なリーク隙間２４が形成されている。

プランジャ２２のスリーブ１８への組込みにより、シリンダ１７の内部は、圧力室２５とリザーバ室２６とに区画されている。プランジャ２２の下方に形成された圧力室２５には、プランジャ２２をロッド２１の下端部に押付けるプランジャスプリング２７が組み込まれている。

また、プランジャ２２には、圧力室２５とリザーバ室２６を連通する通路２８が形成されており、その通路２８の圧力室２５側の開口には、チェックバルブが設けられている。チェックバルブは、ロッド２１に押込み力が負荷されて圧力室２５の圧力がリザーバ室２６の圧力よりも高くなったときに通路２８を閉じるチェックボール２９と、チェックボール２９の軸方向の移動範囲を規制するリテーナ３０からなる。リテーナ３０は、プランジャスプリング２７の弾性力によって、プランジャ２２の底面に押し付けられている。

シリンダ１７の外側には、ロッド２１のシリンダ１７の外側に位置する上端部に取り付けられたばね座３２とシリンダ１７の外周下部に設けられたフランジ３３間にリターンスプリング３１が組込まれており、そのリターンスプリング３１によってシリンダ１７とロッド２１が伸張する方向に付勢されている。リターンスプリング３１は、シリンダ１７の外側に配置されることで、大きな荷重を受けることができるようになっている。

ばね座３２には、ボルト３５を介してプーリアーム１５に回動可能に連結される連結片３４が一体に形成されている。一方、シリンダ１７の下端には、ボルト３７を介してエンジンブロック３８に回動可能に連結される連結片３６が一体に形成されている。また、ばね座３２の下面には、シリンダ１７の上部開口を覆う円筒状のダストカバー３９が一体に形成されている。

プランジャ２２とスリーブ１８の内径面２３との間のリーク隙間２４の大きさは、リークダウンタイムに基づいて決められる。リークダウンタイムは、ロッド２１に押込み力を負荷したときに、ロッド２１がシリンダ１７内を一定距離移動するのに要する時間である。リークダウンタイムを大きくしていくと、リーク隙間２４を通る作動油の粘性抵抗が大きくなり、油圧ダンパの緩衝作用が大きくなるので、図４に示すように、ロッド２１の押込み方向の変位量が小さくなっていく。

ところで、リークダウンタイムを必要以上に小さくすると、ロッド２１の押込み方向の変位量が必要以上に大きくなるので、ロッド２１に押込み力が負荷されたときに、テンションプーリ１３の位置が大きく変化し、その結果、ベルト１２全体がゆるんでテンションプーリ１３との間でスリップが生じる可能性がある。そこで、リークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上として、ロッド２１の押込み方向の変位量を小さくした。

しかし、リークダウンタイムが必要以上に大きくなると、ロッド２１の突出方向の移動速度に比べて、押込み方向の移動速度が極めて遅くなるので、ベルト１２の振動に伴って、ロッド２１が突出方向に相対移動し、ベルト１２の張力が必要以上に大きくなってしまうポンプアップ現象が生じる可能性がある。そこで、リークダウンタイムの上限設定値を１０ｓ／ｍｍ以下として、ポンプアップ現象が生じないようにした。

図５に示すように、リターンスプリング３１の外径は、プーリアーム１５の揺動中心軸１４に設けられたボス部４０の軸方向幅Ｗ内に収まるようにしている。ボス部４０は、そのエンジンブロック３８から遠い方の側面４１がベルト１２のエンジンブロック３８から遠い方の側縁４２と同一面上に位置するように配置されている。これにより、エンジンをコンパクトに仕上げている。また、ボス部４０の側面４１は、ベルト１２の側縁４２よりもエンジンブロック３８側に位置するようにしてもよい。

このように構成されたベルト伝動装置１は、エンジン駆動時に、ベルト１２によって駆動される自動車補機の負荷変動やクランクシャフト２の角速度の変化によってベルト１２の張力が変化し、そのベルト１２に弛みが生じると、リターンスプリング３１の押圧によってロッド２１がシリンダ１７から突出する方向に移動してベルト１２の弛みを吸収する。

このとき、プランジャ２２もロッド２１と同方向に移動するため、圧力室２５の容積が大きくなって圧力が低下し、その圧力がリザーバ室２６の圧力より低くなると、チェックボール２９が下方向に移動して通路２８を開放する。そのため、リザーバ室２６の作動油は通路２８から圧力室２５に流れ、ロッド２１およびプランジャ２２は突出方向に向けて急速に移動してベルト１２の弛みを直ちに吸収する。

一方、ベルト１２の張力が大きくなると、そのベルト１２の張力がテンションプーリ１３およびプーリアーム１５を介して油圧式オートテンショナ１６に作用する。このとき、ベルト張力が押込み力としてロッド２１に負荷されて、圧力室２５の圧力がリザーバ室２６の圧力より高くなるので、チェックボール２９が上方向に移動して通路２８を閉じる。

押込み力がリターンスプリング３１の荷重より大きい場合、圧力室２５の作動油はスリーブ１８とプランジャ２２の摺動面間に形成されたリーク隙間２４からリザーバ室２６内に流れる。このとき、リーク隙間２４を通る作動油の粘性抵抗による油圧ダンパ作用によって押込み力が緩衝され、その押込み力とリターンスプリング３１の荷重とが釣り合う位置までロッド２１がゆっくりと移動し、ベルト１２の張力が一定に保持される。

一方、アイドルストップ後、エンジンを再始動させる際は、モータ・ジェネレータでエンジンを駆動するので、瞬間的に過大なベルト張力が油圧式オートテンショナ１６に作用する。そのため、テンションプーリ１３の位置が大きく変化し、その結果、ベルト１２全体がゆるんでテンションプーリ１３との間でベルト１２にスリップが生じ、エンジンを安定よく始動することができなくなる可能性がある。

しかし、リターンスプリング３１で大きな荷重を受けることができ、リークダウンタイムを０．６５ｓ／ｍｍ〜１０ｓ／ｍｍの範囲に設定しているので、ロッド２１の押込み方向の変位量が十分に小さく、テンションプーリ１３の位置の変化が小さい。そのため、ベルト１２が弛みにくく、モータ・ジェネレータによるエンジンの再始動を安定して行なうことができる。

ベルト伝動装置１は、リークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上に設定することにより、ロッド２１の押込み方向の変位量を小さくしているので、リターンスプリングの荷重を必要以上に大きくする必要がない。そのため、エンジン駆動時にベルト１２の張力が必要以上に大きくならないようにすることができる。

上記実施形態では、プランジャ２２とスリーブ１８の内径面２３との間にリーク隙間２４を形成したが、スリーブ１８を設けないで、プランジャ２２とシリンダ１７の内径面との間にリーク隙間を形成してもよい。

この発明の実施形態の油圧式オートテンショナを用いたベルト伝動装置を示す正面図 図１に示すベルト伝動装置の油圧式オートテンショナ近傍の拡大正面図 図２のIII−III線に沿った断面図 リークダウンタイムとロッドの押込み方向の変位量の関係を示す図 図２のベルト伝動装置の油圧式オートテンショナ近傍の側面図

符号の説明

２ クランクシャフト
３ プーリ
４ 回転軸
５ プーリ
６ 回転軸
７ プーリ
１０ 回転軸
１１ プーリ
１２ ベルト
１３ テンションプーリ
１４ 揺動中心軸
１５ プーリアーム
１６ 油圧式オートテンショナ
１７ シリンダ
１８ スリーブ
２１ ロッド
２２ プランジャ
２３ 内径面
２４ リーク隙間
２５ 圧力室
２６ リザーバ室
２８ 通路
３１ リターンスプリング
３８ エンジンブロック
４０ ボス部
４１ 側面
４２ 側縁
Ｗ 軸方向幅

Claims (6)

1. 内部に作動油が充填されたシリンダ（１７）内にロッド（２１）を挿入し、そのロッド（２１）の下端部に設けられたプランジャ（２２）を、前記シリンダ内径面間にリーク隙間（２４）をもって摺動自在に嵌合して、そのプランジャ（２２）の下方に圧力室（２５）を形成し、かつ、上方にリザーバ室（２６）を設け、前記プランジャ（２２）に、前記圧力室（２５）と前記リザーバ室（２６）を連通する通路（２８）を形成し、その通路（２８）に圧力室（２５）の圧力がリザーバ室（２６）の圧力よりも高くなると前記通路（２８）を閉じるチェックバルブを設け、前記シリンダ（１７）とロッド（２１）を伸張する方向に付勢するリターンスプリング（３１）を前記シリンダ（１７）の外側に設け、前記リーク隙間（２４）におけるリークダウンタイムの下限設定値を０．６５ｓ／ｍｍ以上とした油圧式オートテンショナ。
2. 前記リークダウンタイムの上限設定値を１０ｓ／ｍｍ以下とした請求項１に記載の油圧式オートテンショナ。
3. 前記シリンダ（１７）内に筒状の鋼製のスリーブ（１８）を挿入し、前記リーク隙間（２４）が、前記スリーブ（１８）の内径面（２３）と前記プランジャ（２２）との間に形成される請求項１または２に記載の油圧式オートテンショナ。
4. エンジンのクランクシャフト（２）に取り付けたプーリ（３）と、モータ・ジェネレータの回転軸（６）に取り付けたプーリ（７）と、補機の回転軸（４，１０）に取り付けたプーリ（５，１１）にベルト（１２）を掛け渡し、前記エンジンの駆動時における前記ベルト（１２）の弛み側にテンションプーリ（１３）を接触させ、そのテンションプーリ（１３）を支持する揺動自在なプーリアーム（１５）に油圧式オートテンショナの調整力を付与することにより、前記ベルト（１２）の張力を調整し、車両の停止時に、エンジンを停止し、アイドルストップ後、前記モータ・ジェネレータでエンジンを再始動させるアイドルストップ対応車用のベルト伝動装置において、
   前記油圧式オートテンショナが、請求項１から３のいずれかに記載の油圧式オートテンショナ（１６）から成ることを特徴とするベルト伝動装置。
5. 前記油圧式オートテンショナ（１６）のリターンスプリング（３１）の外径が前記プーリアーム（１５）の揺動中心軸（１４）に設けられたボス部（４０）の軸方向幅（Ｗ）内に収まるようにした請求項４に記載のベルト伝動装置。
6. 前記プーリアーム（１５）のボス部（４０）を、そのエンジン（３８）から遠い方の側面（４１）がベルト（１２）のエンジン（３８）から遠い方の側縁（４２）と同一面上、または、その側縁（４２）よりもエンジン（３８）側に位置するように配置した請求項５に記載のベルト伝動装置。

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