JP2010502915A - ツーウェイダンパーを有するテンショナ - Google Patents

Abstract

動力伝達システム用のテンショナは、動力伝達システムのチェーンまたはベルトのストランドに動作可能に係合された２つのテンショニングアームを含む。各テンショニングアームの上端は、テンショニングアームの上端の間に枢動可能に取り付けられるツーウェイダンパーに連結される。所定のチェーン張力過負荷閾値に達した場合、ダンパーの摩擦係数を克服するために必要とされる大きさのトルクにより、テンショナがチェーンの張力を、最小の振動および最小の位相変化で調整することが可能になる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の閉ループの動力伝達システム用のテンショナの分野に関する。動力伝達機構はチェーンまたはベルトからなり得るが、本発明を説明するために、チェーンを参照する。より詳しくは、本発明は、駆動スプロケットと少なくとも１つの被駆動スプロケットとの間の両方のチェーンストランドに同時に張力を与えるための二重アームテンショナからなり、当該テンショナは、対向すなわち「ツーウェイ」ダンパーを含む。

チェーンが、内燃機関の作動シャフトに連結される複数のスプロケット間で移動するときに、チェーン等の閉ループの動力伝達システムを制御するために、テンショニング装置が使用される。このシステムにおいて、チェーンは動力を駆動シャフトからカムシャフト等の少なくとも１つの被駆動シャフトに伝達し、この結果、任意の時点で、チェーンの一方の部分は弛緩することが可能であり、それと同時に、他方の部分は緊張している。歯付チェーン駆動システムの場合と同様に、ノイズ、スリップ、または歯の非係合を防止するために、チェーンに制御された程度の張力を与えて維持することが重要である。上記スリップの防止は、内燃機関のチェーン被駆動カムシャフトの場合に特に重要であるが、この理由は、カムシャフトスプロケットからの歯飛びがエンジンのカムタイミングを狂わせ、おそらく、エンジンに対する損傷を生じさせるかまたはエンジンを完全に作動不能にするからである。

内燃機関の過酷な環境では、多数の要因により、チェーンの回転サイクルでチェーンの所定の部分に沿った張力の変化が常に生じる。例えば、エンジンの種々の構成要素間の熱膨張係数における極端な温度変化および温度差により、チェーンに対する張力が高レベルと低レベルとの間で急速に交番される。さらに、連続使用後、動力伝達システムの構成要素に対する摩耗により、チェーン張力の漸進的な減少が生じる。その上、カムシャフトおよびクランクシャフトで発生されたねじり振動により、チェーン張力に大きな変化が生じる。例えば、エンジンの停止中にまたはエンジン始動の試みに失敗した際に生じるようなエンジンの逆回転により、チェーン張力に大きな変化が生じることもある。これらの理由により、チェーンの緊張側に対する過剰な張力を除去する一方で、同時に、適切な張力がチェーンの弛緩側に与えられることを保証するための機構が望まれる。

液圧テンショナは、適切なチェーン張力を維持するための既知の装置である。一般に、これらの機構には、動力伝達システムの弛緩側のチェーンを押圧するレバーアームが使用される。液圧がレバーアームに対してピストンを付勢し、その次に、レバーアームがチェーンに強制的に係合して弛緩状態中のチェーンを緊張させる。

さらに、負荷変化が、スプリングに過剰な応力を与えるほどに激しくならないようにチェーンまたはベルトを制御するために、ブレードスプリングテンショナが一般に使用される。従来のブレードスプリングテンショナは、チェーンストランドに係合して接触し続ける湾曲したチェーン摺動面を有するブレードシューを含む。チェーンに与えられた張力の大きさを増加させるために、ブレードシューとチェーン摺動面との間には少なくとも１つのブレードスプリングが設置される。ブラケットはブレードシューとチェーン摺動面とを収容する。ブラケットは、ボルト、リベットまたはこのような他の手段によってエンジンに確実に取り付けられる。ブラケットが、変化する引張負荷に応じて枢動することを可能にする１つのみの取付手段が存在し得る。枢支点は、必要に応じて、ブラケットのいずれかの端部に、または中央にあり得る。その代わりに、テンショナの任意の枢転運動を効果的に防止する２つ以上の取付手段によって、ブラケットをエンジンに確実に取り付けてもよい。常に、取付手段は、テンショナが係合されるチェーンストランドに隣接して配置される。多くの場合、取付手段はチェーンループ自体の外側に配置される。

図１は、ブレードテンショナとガイドとを有する従来技術のチェーン駆動システムの図を提供する。閉ループチェーン８が駆動スプロケット１２と被駆動スプロケット１０とを囲む。各スプロケット１０と１２は前方運動を維持しつつ独立して加減速する。固定ガイド１４が緊張チェーンストランド上においてブラケット７に取り付けられる。テンショナ１６が、ガイド１４の反対側の弛緩チェーンストランド上にあり、ブラケット７に少なくとも半剛体的に固定されかつ緊張チェーンストランドに向かって付勢される。ボルト１８により、テンショナ１６とガイド１４とを含むブラケットがエンジンブロック（図示せず）に固定される。

駆動スプロケット１２が加速するかまたは被駆動スプロケット１０が減速した場合、エネルギー波または高い局部負荷が緊張チェーンストランドに発生し、この緊張チェーンストランドが、速度変化したスプロケットから他のスプロケットに向かって移動する。チェーン８は、直線である可能な最短距離において、最初のスプロケットに接触するチェーンの部分から他のスプロケットまでの距離にわたるようにされる。フリーチェーンストランドが、エネルギーを吸収するガイド１４の端部に達するまで、エネルギーがリンクを介してフリーチェーンストランドに移動する。高い局部負荷の一定の吸収により、ガイド１４の端部が大きな摩耗を受ける。さらに、エネルギー波は、あたかも弛緩ストランドで生じたかのように存在し、同じ結果をもたらすことがある。しかし、これらのエネルギー波の効果は、テンショナがチェーンからの弛緩をどの程度適切に保持するかに応じて生じることが全くないであろう。

米国特許第６，３２２，４７０号明細書は、一対の枢動アームを含むテンショナを開示しており、各アームは、同じチェーンの２つの別個のストランドの１つに同時に張力を与える。固定ピンを有するレバーは２つのストランド間に配置される。アームは、固定ピンに枢動可能に取り付けられ、チェーンストランドの外側に延びる。上記アームは、チェーンの外部に接触するシューを含む。レバーを回転させることにより、固定ピンが横方向に移動してアームを内側に引き込み、別個のチェーンストランドに同時に張力を与える。

図２を参照すると、米国特許出願公開第２００５／００８５３２２Ａ１号明細書に開示されているようなチェーンテンショナ組立体が示されている。チェーンテンショナ組立体はテンショナ１１６とチェーンガイド１１４とからなり、これらの両方はブラケット１３６に固定される。テンショナ１１６は一方のチェーンストランド１０８に係合し、それと同時に、チェーンガイド１１４は他方のチェーンストランドに係合する。ブラケットは枢支点１２０でエンジンハウジングに枢動可能に取り付けられ、枢支点１２０は、２つのチェーンストランド間の、および駆動スプロケット１１２の中心軸と被駆動スプロケット１１０の中心軸との間に形成される中心線に沿った穴１２８に配置される。ブラケットが、弛緩張力状態または緊張張力状態に応じて、枢支点１２０を中心に時計回り方向または反時計回り方向に枢動することが可能になる。

米国特許第６，５９２，４８２号明細書は、エンジンのアクセサリ駆動システム用のテンショナを開示している。そのテンショナは、トーションスプリングにより駆動ベルトに向かって付勢される枢動アームの一端に配置されたプーリからなる。さらに、テンショナは、摩擦クラッチに連結されたワンウェイクラッチを含む。枢動アームは、ベルトの方向に移動するように付勢されるが、所定のトルクが摩擦クラッチに達するまで自由に後退することが防止される。ベルトに対する張力がトーションスプリングの力と摩擦クラッチの所定のトルクとの組み合わせを超えた場合に、プーリがベルトから単に移動することが可能になる。

米国特許第６，５９２，４８２号明細書と同様に、米国特許出願公開第２００５／００５９５１８Ａ１号明細書は、増加または減少されたベルト張力が発生した場合に減衰を行う非対称のベルトテンショナを開示している。ベルトに向かう一方向のみの運動を可能にするワンウェイクラッチを使用することによって、いずれかの状態を調整するための能力が可能になる。また、ある高レベルのベルト張力が発生した場合には、摩擦ダンパーの力を超え、このようにしてベルトからの運動が可能になる。

典型的な閉ループのチェーン駆動式動力伝達システムは、典型的に、動作中にほとんど常に緊張している一方のストランドと、それに対応して弛緩している他方のストランドとを有する。高い減衰が通常一方向に与えられ、それと同時に、低い減衰が逆方向に与えられる。このことは非対称減衰と呼ばれる。上記従来のテンショナは、一般に、緊張しているストランドに隣接するようにガイド要素を配置しつつ、主に弛緩しているストランドに接触するようにテンショニング装置を配置する。これらの装置は、支配的な張力状態から、緊張ストランドが弛緩しかつ弛緩ストランドが緊張する逆の張力状態への滑らかな移行を行うことができない。より平衡化された負荷を、チェーンシステム全体にわたって受けるように、チェーンの支配的な張力状態とは逆になるように滑らかに調整できるテンショナを有することが望ましい。

本発明は、駆動シャフトのスプロケットと少なくとも１つのカムシャフトの少なくとも１つのスプロケットとの間で移動する２つのチェーンストランドの各々に動作可能に係合されたテンショニングアームを含むチェーン駆動動力伝達システム用のテンショナである。各テンショニングアームの下端はエンジンに枢動可能に取り付けられる。各テンショニングアームの上端は、テンショニングアームの上端の間の位置でエンジンに枢動可能に取り付けられるテンショナにリンク機構によって連結される。テンショナは、その両方の回転方向に、等しい大きさのスリップトルクを与えるツーウェイダンパーとして機能する。ここで、リンク機構は、実質的に等しい張力を２つのチェーンストランドの各々に同時に伝達する。

チェーン駆動システムの種々の構成要素内の熱膨張、チェーンの動的伸び、またはシステムの全体にわたる極端な共振により、テンショナがチェーンに過剰な張力を与える可能性がある。この状態を緩和するために、ツーウェイダンパーの等しい反力により、テンショニングアームがチェーンシステム全体の実質的に均一なまたは対称の張力を維持する。

チェーンガイドが閉ループの動力伝達システムの他方のチェーンストランドに接触している間に、一方のチェーンストランドで動作する従来技術のテンショナの図面である。 ブラケットが、駆動スプロケットの中心軸と被駆動スプロケットの中心軸とを連結する中心線に沿って配置された枢支点を中心に枢動することが可能になることを除いて、図１のテンショナと同様の従来技術のテンショナの図面である。 新規なテンショナを有する内燃機関の閉ループの動力伝達システムの正面図である。 テンショニングアームを有しないテンショナの等角図である。 ツーウェイダンパーとして相互作用する要素を示した図４のテンショナの半部断面図である。 エンジン試験中におけるマツダ（Ｍａｚｄａ）の２．３Ｌエンジンの従来のテンショナの評価グラフである。 図６のグラフを作成するために使用されたものと同じエンジンのおよび同じ状態下のワンウェイクラッチテンショナのグラフである。 図６と図７のグラフを作成するために使用されたものと同じエンジンのおよび同じ状態下の本発明のツーウェイダンパーのグラフである。

図３を参照すると、内燃機関の従来の閉ループの動力伝達システムに設置されかつそれと動作可能に係合する本発明のテンショナ３５０の図が示されている。図示したエンジン構成は、エンジンの駆動シャフト（図示せず）に係合された駆動スプロケット３０５と、エンジンのそれぞれのカムシャフト（さらに図示せず）に各々係合された２つのカムスプロケット３１０および３１０’とからなる。カムスプロケット３１０と３１０’は、カムスプロケット３０５を介して供給されて、ベルトまたはチェーンであり得る駆動伝達装置３０７から供給される動力により駆動される。駆動伝達装置３０７の歯は、スプロケット３０５、３１０および３１０’の各々の外周の歯に確実に係合する。この説明のために、駆動伝達装置をチェーン３０７と呼ぶ。

各チェーンストランド３０７には、左側のテンショニングアーム３２０と右側のテンショニングアーム３３０とが係合される。左側のテンショニングアーム３２０は上部領域３２２と下部領域３２１とを有する。右側のテンショニングアーム３３０は上部領域３３２と下部領域３３１とを有する。この実施態様では、それぞれのテンショニングアーム３２０と３３０の下部領域３２１と３３１は、単一の枢支取付部３０３によってエンジンハウジングに連結される。しかし、他の実施態様は、テンショニングアームの各々のための別個の枢支取付部を含んでもよい。枢支取付部３０３で可能になる枢転運動により、各テンショニングアームが各チェーンストランド３０７の張力の変化に応じて移動することが可能になる。テンショナ３５０は、２つのチェーンストランド３０７の間に、実質的に均一で一貫した平衡力を与える。

テンショナ３５０は、取付ピン３５２に枢動可能に連結された実質的に平坦な上部テンショナヨーク３５５からなる。取付ピン３５２は、従来の手段によって、例えばねじ山によってまたは圧入部（図示せず）を介してエンジンハウジングに確実に固着される。テンショナ３５０はリンク機構によって各テンショニングアームに連結される。リンク機構３５６は、第１のヨークピン３５７と第１の上部テンショニングアームピン３２３との間の第１のテンショニングアーム３２０の上部領域３２３に連結される。第１のヨークピン３５７および第１の上部テンショニングアームピン３２３の両方により、リンク機構３５６の妨げられない運動が可能になる。リンク機構３５８は、第２のヨークピン３５９と第２の上部テンショニングアームピン３３３との間の第２のテンショニングアーム３３０の上部領域３３２に連結される。第１のリンク機構３５６と同様に、第２のヨークピン３５９および第２の上部テンショナアームピン３３３により、リンク機構３５８の妨げられない運動が可能になる。

図４は、テンショニングアーム３２０と３３０に連結されないテンショナの等角図である。リンク機構３５６と３５８は、補強アーム３５６ａおよび３５６ｂと補強アーム３５８ａおよび３５８ｂとのそれぞれからなるものとして示されている。補強アーム３５６ａと３５６ｂは第１のヨークピン３５７を中心に枢動する。それに対応して、補強アーム３５８ａと３５８ｂは第２のヨークピン３５９を中心に枢動する。強度要求および重量制限等の異なる設計パラメータに応じて、リンク機構３５６と３５８用の図示した構成を変更し得る。この図には、上部テンショナヨーク３５５と共に、実質的に平坦な対応する下部テンショナヨーク３６５が示されている。トーションスプリング３７０は、テンショナ３５０の中央に示されており、上部テンショナヨーク３５５と下部テンショナヨーク３６５との間に配置される。

図５は、テンショナ３５０の断面図を示している。取付ピン３５２の周りには、上部環状フランジ３８２と下部環状フランジ３８４とを有する中央ブッシュ３８０がある。皿ばね３９０は中央ブッシュ３８０を囲む。皿ばね３９０は、上部スプリングブッシュ３９２によって上部テンショナヨーク３５５から分離され、下部スプリングブッシュ３９４によって下部テンショナヨーク３６５から分離される。

テンショナ３５０は、エンジンにボルト締めされると、トルクで付勢されるツーウェイダンパーとして機能する。テンショナ取付ピン３５２は、中央ブッシュ積層体、すなわち、中央ブッシュ３８０、皿ばね３９０、上部スプリングブッシュ３９２および下部スプリングブッシュ３９４を押し付ける。取付ピン３５２をエンジンブロック（図示せず）に押し込むことにより、トーションスプリング３７０が特定の作動間隙に圧縮されるだけでなく、上部テンショナヨーク３５５と上部環状フランジ３８２との間の、および下部テンショナヨーク１６５と下部環状フランジ３８４との間の圧縮により、テンショナ３５０の枢転運動に対する抵抗性を付与する抗力係数も生じる。抗力係数の大きさは、中央ブッシュ３８０と上部スプリングブッシュ３９２および下部スプリングブッシュ３９４とのそれぞれによって設定された間隙からの皿ばねの動作長により決定される。テンショナを緊張させるための付勢トルクは、上部テンショナヨーク３５５と下部テンショナヨーク３６５と第１および第２のヨークピン３５７および３５９とのそれぞれの間に設けられた空間に対するトーションスプリング３７０のサイズに従って供給される。トーションスプリング３７０の一方の脚はヨークピンの一方に当接し、それと同時に、他方の脚はエンジンブロック（図示せず）に接続される。

本発明のテンショナの構造の最も重要な利点は、１つまたは複数のカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的なタイミングで、激しい振動を低減することである。図６〜図８に示したグラフによって明らかなように、本発明のテンショナ３５０により、この望ましい目的が達成される。

図６は、マツダ（Ｍａｚｄａ）の２．３Ｌの生産エンジンのエンジン速度に基づく相対位相角を示している。生産テンショナを使用した。１８３°Ｆの周囲温度でエンジン試験を行った。６０秒で、ワイドオープンスロットル位置（ＷＯＴ）のエンジンのエンジン速度が８５０ＲＰＭから７０００に上昇した。−０．０５〜＋５．５度の範囲にわたる位相角では、激しい振動が確認されている。

図７は、ワンウェイ軸受クラッチを使用したことを除いて、同じ状態下の同じ試験の結果を示している。温度は１８０°Ｆであった。クラッチを１Ｎｍ〜２Ｎｍのスリップトルクに設定した。約３５０Ｎのスプリングを使用した。本発明のテンショナが、生産テンショナで確認された振動を低減し、全変化範囲を単に−０．５〜＋２．０度の位相角に縮小したことが明らかである。

図８は、本明細書で請求されるテンショナを示している。図７に示したワンウェイ軸受クラッチと同様に、スリップトルクを１Ｎｍ〜２Ｎｍに設定した。温度も１８０°Ｆであった。他のすべての状態および構成要素も同じままであった。グラフは、振動が最小になっていることだけでなく（ワンウェイクラッチと同様に）、位相角範囲が約４０００ＲＰＭまでごくわずかに変化し（０〜１．７５度）、位相角の変化が７０００ＲＰＭで０．２〜１．５度に制限されたことも示している。

本発明のテンショナの構造のツーウェイテンショナ３５０が、１つまたは複数のカムとクランクとの間の相対的な位相タイミングの変化を最小にするだけでなく、タイミングエラーの振動の程度に好影響を与えることも明らかである。これらの利点は、エンジン性能を向上させるだけでなく、種々のエンジン構成要素に対する摩耗を低減するようにも機能し、このようにしてエンジン寿命が延びる。

したがって、本明細書に記載した本発明の実施態様が本発明の原理の適用を例示しているに過ぎないことを理解されたい。例示した実施態様の詳細に対する本明細書の引例は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。特許請求の範囲自体は、本発明に不可欠であるとみなされる特徴を記載したものである。

Claims (15)

1. 内燃機関の連続ループの動力伝達システム用のテンショナであって、前記連続ループが、第１のストランドと第２のストランドとを有するチェーンからなり、各ストランドが、駆動シャフトに連結された駆動スプロケットと、少なくとも１つのカムシャフトに連結された少なくとも１つの被駆動スプロケットとの間に配置されるテンショナにおいて、
   ａ）第１の端部と、第２の端部と、前記第１のチェーンストランドに動作可能に係合するチェーン摺動面とを有する第１のテンショニングアームと、
   ｂ）第１の端部と、第２の端部と、前記第２のチェーンストランドに動作可能に係合されたチェーン摺動面とを有する第２のテンショニングアームと、
   ｃ）比較的平坦な上部テンショナヨークと、比較的平坦な下部テンショナヨークとを有するツーウェイダンパーであって、前記上部テンショナヨークおよび下部テンショナヨークが互いに相対的に同一平面に配置されるツーウェイダンパーと、
   を備えるテンショナ。
2. 前記ツーウェイダンパーが、各テンショニングアームの前記第１の端部の間の位置で前記内燃機関に枢動可能に取り付けられ、第１のリンク機構が第１のヨークピンにより前記第１のテンショニングアームの前記第１の端部を前記ツーウェイダンパーに連結し、第２のリンク機構が第２のヨークピンにより前記第２のテンショニングアームの前記第１の端部を前記ツーウェイダンパーに連結する請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記ツーウェイダンパーが第１の方向に枢動可能であるか、あるいは、前記チェーンの張力の連続的な変化に応じて両方のチェーンストランドに対して張力を実質的に均一に調整するために、逆の第２の方向に枢動可能である請求項１に記載のテンショナ。
4. 前記上部テンショナヨークが中央ブッシュによって前記下部テンショナヨークから分離され、前記中央ブッシュが、取付ピンを収容するための穴と上部環状フランジと下部環状フランジとを有する請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記取付ピンが前記テンショナの枢転運動を可能にする請求項４に記載のテンショナ。
6. 皿ばねが前記中央ブッシュを囲み、前記皿ばねが、上部スプリングブッシュによって前記上部テンショナヨークから分離され、下部スプリングブッシュによって前記下部テンショナヨークから分離される請求項４に記載のテンショナ。
7. トーションスプリングが前記皿ばねを囲み、前記トーションスプリングの一方の脚が前記ヨークピンの一方に当接し、前記トーションスプリングの他方の脚が前記内燃機関に接続される請求項６に記載のテンショナ。
8. 前記取付ピンによる前記トーションスプリングの圧縮と前記皿ばねの長さとにより、前記中央ブッシュと前記上部テンショナヨークとの相互作用面、および前記中央ブッシュと前記下部テンショナヨークとの相互作用面間に抗力係数が生じる請求項６に記載のテンショナ。
9. 前記抗力係数が、前記テンショナを前記第１の方向または前記第２の方向に回転させるために実質的に等しい請求項８に記載のテンショナ。
10. 前記リンク機構の各々が少なくとも１つの補強アームを有する請求項１に記載のテンショナ。
11. 前記第１のテンショニングアームの前記第２の端部が前記内燃機関に枢動可能に取り付けられる請求項１に記載のテンショナ。
12. 前記第２のテンショニングアームの前記第２の端部が前記内燃機関に枢動可能に取り付けられる請求項１に記載のテンショナ。
13. 前記第１のテンショニングアームの前記第２の端部と前記第２のテンショニングアームの前記第２の端部とが、同じ位置で前記内燃機関に枢動可能に取り付けられる請求項１に記載のテンショナ。
14. 前記第１のテンショニングアームの前記チェーン摺動面に、少なくとも１つの細長いブレードスプリングをさらに備える請求項１に記載のテンショナ。
15. 前記第２のテンショニングアームの前記チェーン摺動面に、少なくとも１つの細長いブレードスプリングをさらに備える請求項１に記載のテンショナ。