JP4485935B2 - オートテンショナの流体ダンピング機構 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト伝動装置等に採用されるオートテンショナに関し、特に油圧式ダンピング機構等の流体ダンピング機構を採用したオートテンショナに関する。

ベルト伝動装置では、伝動ベルトの張力を調整するためにオートテンショナが用いられる。オートテンショナは、テンショナアームの振動を減衰するためのダンピング機構を備えるが、このダンピング機構に油圧式のダンピング機構を採用した油圧式オートテンショナが知られている。

油圧式オートテンショナとしては、逆止弁を用いて非対称なダンピング力を生成するものが知られている。このような油圧式オートテンショナでは、例えばテンショナプーリがベルトを緊張させる方向に移動するときに逆止弁が開かれ、ベルトを弛緩させる方向に移動するときに閉じられる。すなわち、このような油圧式オートテンショナでは、テンショナプーリがベルトを緊張させる方向に移動するときに小さいなダンピング力を発生し、ベルトを弛緩させる方向に移動するときに大きなダンピング力を発生する。なお、逆止弁が閉じているとき、作動流体は部品間の隙間を通して緩と漏れ出す。

また、逆止弁を備えた油圧式オートテンショナの中には、例えば過大負荷の有無に応じて逆止弁を機能させ、または停止させる油圧式オートテンショナも提案されている（特許文献１）。
特開２００３−２６２２５８号公報

本発明は、流体ダンピング機構を用いたオートテンショナにおいて、ベルト耐久性を悪化させることなく、フリクションロスを低減することを目的としている。

本発明のオートテンショナは、ダンピング力を発生する流体ダンピング機構と、流体ダンピング機構のリークダウンタイムを、エンジンの回転速度に応じて制御するリークダウンタイム制御手段とを備えたことを特徴としている。

リークダウンタイム制御手段においては、エンジンの回転速度が所定値よりも小さいときにリークダウンタイムが相対的に大きく設定され、エンジンの回転速度が所定値よりも大きいときにリークダウンタイムが相対的に小さく設定される。

流体ダンピング機構は更に、プランジャと、プランジャが嵌挿されるダンパ室と、ダンパ室に作動流体を供給するともにダンパ室から排出される作動流体を受容する作動流体貯留部と、ダンパ室と作動流体貯留部との間を連通する通路に設けられる逆止弁とを備えることが好ましい。またこのとき、ダンパ室が作動流体貯留部よりも相対的に高圧のときに逆止弁が閉じられ、相対的に低圧のときに開かれる。

また更に、ダンパ室にリーク調節孔が設けられることが好ましく、リークダウンタイム制御手段は、例えばリーク調節孔に嵌合されるリーク調節ロッドを備える。このとき、リークダウンタイムはリーク調節ロッドのリーク調節孔に対する相対位置を調節することにより制御される。このときリーク調節ロッドは、例えばリニアアクチュエータにより駆動される。

また、本発明の流体ダンピング機構は、ベルト伝動システムに用いられるオートテンショナの流体ダンピング機構であって、オートテンショナがベルトを緊張させる方向に駆動されるときに開かれ、弛緩させる方向に駆動されるときに閉じられる逆止弁と、オートテンショナがベルトを弛緩させる方向に駆動されるときのリークダウンタイムを、エンジンの回転速度に応じて制御するリークダウンタイム制御手段とを備えたことを特徴としている。

また、リークダウンタイム制御手段において、エンジンの回転速度が所定値よりも小さいときにリークダウンタイムが相対的に大きく設定され、エンジンの回転速度が所定値よりも大きいときにリークダウンタイムが相対的に小さく設定される。

また更に、流体ダンピング機構は、プランジャと、プランジャが嵌挿されるダンパ室と、ダンパ室に作動流体を供給するとともにダンパ室から排出される作動流体を受容する作動流体貯留部とを備えることが好ましく、逆止弁はダンパ室と作動流体貯留部との間を連通する通路に設けられることが好ましい。またこのとき逆止弁は、ダンパ室が作動流体貯留部よりも相対的に高圧のときに閉じられ、相対的に低圧のときに開かれる。

以上のように、本発明によれば、流体ダンピング機構を用いたオートテンショナにおいて、ベルト耐久性を悪化させることなく、フリクションロスを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である油圧式オートテンショナを用いたベルト伝動システムの模式図である。

図１のベルト伝動システムでは、原動プーリとしてクランクシャフトプーリＣＬＫ、従動プーリとしてカムシャフトプーリＣＡＭが例示され、これらのプーリに掛け回された伝動ベルトＢの張力を自動調整するテンショナとして油圧式オートテンショナ１０が設けられている。

油圧式オートテンショナ１０は、油圧室が設けられた本体（筐体１１）と、テンショナアーム１０Ａの一端に回転自在に取り付けられたテンショナプーリ１０Ｐとを備える。テンショナアーム１０Ａの他端は、図示しないエンジン等の固定部に設けられたピボット軸１０Ｒに枢軸的に取り付けられる。また、テンショナアーム１０Ａのピボット軸１０Ｒとテンショナプーリ１０Ｐとの間には、テンショナ本体（筐体１１）から延出するプランジャ１２が係合される。

すなわち、テンショナ本体からプランジャ１２が押し出されると、テンショナアーム１０Ａはピボット軸１０Ｒを中心に反時計回り（図において）に回動され、テンショナプーリ１０ＰがベルトＢを押圧する。ベルト張力が増大し、テンショナプーリ１０ＰがベルトＢに押されると、テンショナアーム１０Ａはピボット軸１０Ｒを中心に時計周り（図において）に回動され、プランジャ１２は、テンショナ本体（筐体１１）内に押し込まれる。

また、油圧式オートテンショナ１０には、後述するアクチュエータ３０が設けられており、クランクシャフトプーリＣＬＫが連結されたクランクシャフトには、エンジン回転数を検知するための回転センサＳが設けられる。本実施形態のベルト伝動システムでは、アクチュエータ３０の駆動は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００により、回転センサＳからの信号に基づいて制御される。

なお、実際のベルト伝動システムとしては、オルタネータ、エアコン用ポンプ、パワーステアリングポンプ、スタータ等、エンジン補機を駆動するためのシステムが想定されるため、図１に例示されたプーリ以外にも多くの従動プーリや原動プーリを含み得る。

図２は、本発明の一実施形態である油圧式オートテンショナ本体の側断面図である。

油圧式オートテンショナ１０の本体は、例えば円筒形の筐体１１を有する。円筒筐体１１の一方の端部（図２では上端）には、プランジャ１２の一端が円筒軸に沿って挿入される。また、プランジャ１２の他端（不図示）は、図１を参照して説明したように、テンショナプーリ１０Ｐを揺動自在に付勢するための機構（テンショナアーム１０Ａなど）に接続される。

円筒筐体１１の上端部は、オイルシール部材１３により密閉され、円筒筐体１１内の油圧室（作動流体貯留部）の上部隔壁を構成する。プランジャ１２は、オイルシール部材１３の中央に設けられた孔を摺動自在に挿通し、円筒筐体１１内の油圧室内に導かれる。また、円筒筐体１１の下端部は、底面１５により密閉され、円筒筐体１１内の下部隔壁をなす。すなわち、作動油（作動流体）が満たされる油圧室はオイルシール部材１３と底面１５の間に画成される。なお、油圧室内のオイルシール部材１３に隣接する位置には、エア溜り１４が設けられる。

また、油圧室は、オイルシール部材１３と接する上部油圧室１７と円筒筐体１１の底面１５に接する下部油圧室１８とに隔壁１９により分離される。上部油圧室１７と下部油圧室１８は、隔壁１９に設けられた孔１９Ａにより連通され、隔壁１９の中央には更に孔１９Ｂが形成される。

上部油圧室１７内の略中央には、プランジャ１２の先端が嵌挿されるシリンダ２０が設けられ、シリンダ２０とプランジャ１２により画成される空間は油圧ダンパ室２０Ｄを構成する。シリンダ２０の基底部には、隔壁１９に設けられた孔１９Ｂを通して下部油圧室１８に連結する孔２０Ａが設けられ、シリンダ内部の油圧ダンパ室２０Ｄと下部油圧室１８とを連絡する。また孔２０Ａには、逆止弁２１が設けられ、本実施形態において、逆止弁２１はシリンダ２０内に配置されたチェックボール２１Ａとこれを位置決めするリテーナ２１Ｂとから構成される。

オイルシール部材１３とシリンダ２０との間において、プランジャ１２の周囲には、プランジャ軸受２２が設けられる。プランジャ軸受２２は、プランジャ１２に装着されたスナップスプリング２３によりプランジャ軸に沿った上方への運動が規制され、位置決めされる。また、プランジャ軸受２２には、作動油が通り抜けるための通路２２Ａが設けられる。

上部油圧室１７において、円筒筐体１１の内周面には、内側に張り出し、周方向に沿って延在するスプリング座部２４が形成され、リターンスプリング２５の一端（下端）が装置される。リターンスプリング２５は、シリンダ２０及びプランジャ１２の周りを巻回されプランジャ軸受２２とスプリング座部２４の間に圧縮された状態で装置される。

すなわち、プランジャ軸受２２は、リターンスプリング２５によりスナップスプリング２３に押し付けられ、プランジャ１２を上方へ押し上げる。これにより、テンショナプーリ（不図示）に付勢力を与える。一方、プランジャ１２が押し下げられるときには、スナップスプリング２３を介してプランジャ軸受２２が押し下げられ、リターンスプリング２５が圧縮される。すなわち、プランジャ軸受２２はプランジャ１２と一体的に運動する。なお、プランジャ軸受２２は、上部油圧室１７を２つに分離するものではなく、上部油圧室１７内の作動油は、プランジャ軸受２２が上下に移動するときにプランジャ軸受２２の上側から下側あるいは下側から上側へと自由に移動することができる。

また、シリンダ２０の基底部近くの側壁には、シリンダ２０の内側と外側（上部油圧室１７）とを連通するリーク調節孔２６が形成される。リーク調節孔２６はテーパー状の穿孔として成形され、シリンダ２０の内側から外側に向けてその径が拡大する。また、円筒筐体１１の側壁のリーク調節孔２６に対応する位置には、リーク調節ロッド２７のロッド軸部２７Ａを摺動自在に挿通するための穿孔１１Ａが穿設される。

ロッド軸部２７Ａの一端には、リーク調節孔２６に適合するテーパー状に成形されたロッド先端部２７Ｂが設けられ、リーク調節孔２６に嵌合される。一方、ロッド軸部２７Ａの他端は、リニアアクチュエータ３０等のアクチュエータに接続される。本実施形態では、ロッド軸部２７Ａは、リニアアクチュエータ３０の可動子３１に連結されており、可動子３１は付勢手段３２により円筒筐体１１に向けて付勢される。すなわち、ロッド先端部２７Ｂはリーク調節孔２６を塞ぐように付勢手段３２により付勢される。また、可動子３１の周りには、ソレノイド３３が配置され、ソレノイド３３に電力が供給されると可動子３１は、付勢手段３２に抗して後退され、リーク調節孔２６が開かれる。

次に油圧式オートテンショナ１０の動作について図２を参照して説明する。
リターンスプリング２５の付勢力によりプランジャ１２が円筒筐体１１から押し出されるときには（テンショナプーリがベルトを押すとき）、シリンダ２０内の圧力が下降するので、逆止弁２１が開かれ、孔１９Ｂ、２０Ａを通して下部油圧室１８から作動油がシリンダ２０内に流入する。また、このとき、油圧室内の容積の変化は、エア溜り１４により吸収される。

一方、ベルト張力の増大により、プランジャ１２が円筒筐体１１内に押し込まれるとき（ベルトがテンショナプーリを押すとき）、シリンダ２０内の圧力は上昇し、逆止弁２１のチェックボール２１Ａが孔２０Ａを塞ぐので、作動油は孔２０Ａ、１９Ｂを通して下部油圧室１８に排出されない。このとき、シリンダ２０内の作動油は、シリンダ２０とプランジャ１２の隙間や、リーク調節孔２６とロッド先端部２７Ｂの隙間等を介して徐々に上部油圧室１７に漏れ出す。

したがって、アクチュエータ３０を制御して、リーク調節孔２６とロッド先端部２７Ｂの間に形成される隙間の大きさを制御することにより、リークダウンタイムが調節される。すなわち、隙間が狭いときにはリークダウンタイムは大きく、隙間が広げられるとリークダウンタイムは小さくなる。

次に図３、図４を参照して、本実施形態の油圧式オートテンショナ１０におけるリークダウンタイムの制御動作について説明する。

図３は、ベルト伝動システムにおいて、２つの異なるリークダウンタイムが設定されたときに、それぞれのリークダウンタイムに対してシステムの有効張力（ｋＮ）の最大値及び最小値を、エンジン回転速度（ｒｐｍ）を横軸としてプロットしたグラフである。また、図４はエンジン回転速度毎のシステムのフリクションロス（Ｎ・ｍ）を測定したものである。

図３、図４の折線Ｔ１_MAX、Ｔ１_MIN、Ｄ１は、それぞれリークダウンタイム３．２ｓ／ｍｍのときの最大有効張力、最小有効張力、及びフリクションロスであり、Ｔ２_MAX、Ｔ２_MIN、Ｄ２は、それぞれリークダウンタイム４．０ｓ／ｍｍのときの最大有効張力、最小有効張力、及びフリクションロスである。なお、各リークダウンタイムは、プランジャに８０Ｎの推力が掛けられたときの値である。

ベルト伝動システムにおいて、有効張力が増大すると、伝動ベルトＢに掛かる張力が過大となりベルトの耐久性能を悪化させる。したがって、ベルトの耐久性の観点からは、最大有効張力を小さくすることが好ましい。一方、フリクションロスを低減するには、ベルト取付張力を下げればよいが、これはベルトの有効張力を増大させベルトの耐久性を悪化させる。したがって、ベルト耐久性を低下させることなく、フリクションロスを低減することは困難である。

しかし、図３、図４に示されるように、有効張力及びフリクションロスの値をエンジン回転速度をベースとし、異なるリークダウンタイム毎に観察すると、エンジン回転速度が所定値Ｎ（例えば本件の場合２０００ｒｐｍ）よりも低いときには、リークダウンタイムが大きい方が最大有効張力は低くなるが、フリクションロスに関しては、リークダウンタイムの大小に関わらず略同じ値が得られる。

一方、エンジン回転速度が所定値Ｎよりも大きいときには、最大有効張力に関してはリークダウンタイムの大小による違いは見られないが、フリクションロスに関しては、リークダウンタイムが小さい方が、フリクションロスが低くなっている。

本実施形態の油圧式オートテンショナでは、リークダウンタイムを制御することができるので、エンジン回転速度が所定値Ｎよりも低いときには、リークダウンタイムを大きく設定し、有効張力を低減してベルト耐久性を向上させ、所定値Ｎよりも高いときには、リークダウンタイムを小さく設定し、フリクションロスを低減している。

以上のように、本実施形態の油圧式オートテンショナによれば、リークダウンタイムをエンジンの回転速度に基づいて制御することで、ベルトの耐久性を向上あるいは維持するとともにフリクションロスを低減することができる。

本発明の一実施形態である油圧式オートテンショナが適用されたベルト伝動システムの模式図である。 本実施形態の油圧式オートテンショナ本体の側断面図である。 異なる２つのリークダウンタイムにおける有効張力（最大、最小）をエンジン回転速度毎にプロットしたグラフである。 異なる２つのリークダウンタイムにおけるフリクションロスをエンジン回転速度毎にプロットしたグラフである。

符号の説明

１０ 油圧式オートテンショナ
１１ テンショナ本体（筐体）
１２ プランジャ
２０ シリンダ
２１ 逆止弁
２６ リーク調節孔
２７ リーク調節ロッド
３０ アクチュエータ
Ｂ 伝動ベルト
Ｓ 回転センサ

Claims (8)

1. ダンピング力を発生する流体ダンピング機構と、
   前記流体ダンピング機構のリークダウンタイムを、エンジンの回転速度に応じて制御するリークダウンタイム制御手段とを備え、
   前記リークダウンタイム制御手段において、前記エンジンの回転速度が所定値よりも小さいときに前記リークダウンタイムが相対的に大きく設定され、前記エンジンの回転速度が前記所定値よりも大きいときに前記リークダウンタイムが相対的に小さく設定され、
   前記所定値が、前記所定値よりも前記回転速度が小さい領域では、前記リークダウンタイムの大小に対するフリクションロスの依存が相対的に低くなるとともに前記リークダウンタイムが相対的に大きいときに最大有効張力が低くなり、前記所定値よりも前記回転速度が大きい領域では、前記リークダウンタイムの大小に対する前記最大有効張力の依存が相対的に低くなるとともに前記リークダウンタイムが相対的に小さいときにフリクションロスが低くなる値に設定される
   ことを特徴とするオートテンショナ。
2. 前記流体ダンピング機構が、プランジャと、前記プランジャが嵌挿されるダンパ室と、前記ダンパ室に作動流体を供給するともに前記ダンパ室から排出される作動流体を受容する作動流体貯留部と、前記ダンパ室と前記作動流体貯留部との間を連通する通路に設けられる逆止弁とを備えることを特徴とする請求項１に記載のオートテンショナ。
3. 前記ダンパ室が前記作動流体貯留部よりも相対的に高圧のときに前記逆止弁が閉じられ、相対的に低圧のときに開かれることを特徴とする請求項２に記載のオートテンショナ。
4. 前記ダンパ室にリーク調節孔が設けられるとともに前記リークダウンタイム制御手段が前記リーク調節孔に嵌合されるリーク調節ロッドを備え、前記リークダウンタイムが前記リーク調節ロッドの前記リーク調節孔に対する相対位置を調節することにより制御されることを特徴とする請求項２に記載のオートテンショナ。
5. 前記リーク調節ロッドがリニアアクチュエータにより駆動されることを特徴とする請求項４に記載のオートテンショナ。
6. ベルト伝動システムに用いられるオートテンショナの流体ダンピング機構であって、
   前記オートテンショナがベルトを緊張させる方向に駆動されるときに開かれ、弛緩させる方向に駆動されるときに閉じられる逆止弁と、
   前記オートテンショナがベルトを弛緩させる方向に駆動されるときのリークダウンタイムを、エンジンの回転速度に応じて制御するリークダウンタイム制御手段とを備え、
   前記リークダウンタイム制御手段において、前記エンジンの回転速度が所定値よりも小さいときに前記リークダウンタイムが相対的に大きく設定され、前記エンジンの回転速度が前記所定値よりも大きいときに前記リークダウンタイムが相対的に小さく設定され、
   前記所定値が、前記所定値よりも前記回転速度が小さい領域では、前記リークダウンタイムの大小に対するフリクションロスの依存が相対的に低くなるとともに前記リークダウンタイムが相対的に大きいときに最大有効張力が低くなり、前記所定値よりも前記回転速度が大きい領域では、前記リークダウンタイムの大小に対する前記最大有効張力の依存が相対的に低くなるとともに前記リークダウンタイムが相対的に小さいときにフリクションロスが低くなる値に設定される
   ことを特徴とする流体ダンピング機構。
7. 前記流体ダンピング機構が、プランジャと、前記プランジャが嵌挿されるダンパ室と、前記ダンパ室に作動流体を供給するとともに前記ダンパ室から排出される作動流体を受容する作動流体貯留部とを備え、前記逆止弁が前記ダンパ室と前記作動流体貯留部との間を連通する通路に設けられることを特徴とする請求項６に記載の流体ダンピング機構。
8. 前記逆止弁が、前記ダンパ室が前記作動流体貯留部よりも相対的に高圧のときに閉じられ、相対的に低圧のときに開かれることを特徴とする請求項７に記載の流体ダンピング機構。

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