JP4903387B2 - 補機駆動ベルト用オートテンショナ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の補機、特にＩＳＧを含む補機を駆動するベルトの張力調整をする補機駆動ベルト用オートテンショナに関する。

内燃機関の補機駆動ベルトシステムに用いられているオートテンショナは、例えば特許文献１、２などから公知であり、これら従来のオートテンショナは、エンジン始動時、あるいは始動後にオートテンショナが対応するベルトの張力が緩めばオートテンショナの張力ばねにより急速にベルト張力を高め、ベルト張力が高くなると対応して発生するシリンダ内圧をプランジャ間の摺動部でのリークにより下降させ、ゆっくりと緩衝してベルト張力の変動を小さくするように設けられている。このような一般的な従来のオートテンショナでは、（特許文献１、２に開示はしていないが）一般にその移動ストロークに対して、シリンダ内の作動油がリークして内圧が下降するリーク下降時間（ＬＤＴと略称する）が比例関係となるように設定されている。

一方、内燃機関の補機として、いわゆるハイブリッド車等では一般にＩＳＧ（Integrated Starter Generator）と略称され、エンジンの始動と始動後の発電を行なうモータ・ジェネレータを採用した補機駆動ベルトシステムが公知であり、例えば１例として特許文献３の「内燃機関用補機駆動ベルトシステムおよびベルト張力調整装置」が知られている。この補機駆動ベルトシステムでは、複数の補機間に掛け廻される無端ベルト（サーペンタインベルト）の経路上にベルト張力調整プーリを位置調整自在に設け、この調整プーリに連結したアクチュエータを介してプーリの位置を移動させてベルト張力を調整可能とし、エンジン始動時にはベルト張力を大きく、エンジン始動後はベルト張力を小さくするように構成している。

上記特許文献３にも示されているように、ＩＳＧを含む補機駆動ベルトシステムでは、ＩＳＧによる始動時にはベルトに、即ちオートテンショナに対して始動モータからの負荷が短時間に過大な荷重として作用し、従ってこれに対応できるようにするためには始動時にオートテンショナの剛性を大きくして変位を少なくし、始動後は従来の一般的なリニアな特性を満す緩衝機能が要求されている。しかし、従来のオートテンショナでは、このような要求には対応することができず、止むを得ず特許文献１のように、ベルト張力を調整プーリの位置を移動して調整するか、又は異なる特性を有する２つのオートテンショナを備えて対応するしかなく、オートテンショナの内部機構としてこのような要求に適合する機能を有するものが望ましいが、従来このような機能を有するオートテンショナは提案されたことがない。
特開平９−１７７９１３号公報 特開平１０−１２２３１５号公報 特開２００３−１７２４１５号公報

この発明は、上記の問題に留意して、補機駆動ベルトの張力を所定の張力に保持するためのオートテンショナに、ＩＳＧを含む補機ではエンジン始動時の過大な荷重に対し瞬時剛体となる特性と、始動後はリニアな変位特性とを併有するアクチュエータを用いた補機駆動ベルト用オートテンショナを提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を解決する手段として、揺動自在に支持されたアームと、その端部に回転自在に取付けられるテンションプーリと、アーム他端に連結されテンションプーリを介してベルトに一定の張力を与えるアクチュエータとを備え、アクチュエータはシリンダ内に挿入されたロッドに付与される押込力を緩衝する油圧ダンパ機構を内蔵し、ロッドに突出性を付与する張力ばねをシリンダの外側に設け、前記油圧ダンパ機構が、前記ロッドのシリンダ内への急激な挿入を抑制する始動剛性緩衝部材を有して成る補機駆動ベルト用オートテンショナとしたのである。

上記の構成としたこの発明の補機駆動ベルト用オートテンショナは、そのアクチュエータに内蔵される油圧ダンパ機構に鋸歯ねじによる始動剛性緩衝部材を有するため、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を含むエンジン駆動用補機を駆動するための補機駆動ベルトを用いた場合、ＩＳＧによるエンジン始動時及び始動後のそれぞれのタイミングで要求される負荷特性に適合する作用をベルトに付与するように作動する。

ＩＳＧによるエンジン始動方式では、従来のエンジン始動方式と異なりエンジンの始動トルクの伝達経路と、始動後のエンジンによる動力をジェネレータへ伝達する経路とが同一の補機駆動ベルトを介して行なわれるため、エンジン始動時の始動モータの負荷が短時間に過大な負荷トルクとしてベルトに作用する。このような過大な負荷トルクが短時間に急激に作用した場合、ベルトを介してオートテンショナのアクチュエータにその負荷が伝達されると、アクチュエータの油圧ダンパ機構に含まれる鋸歯ねじによる始動剛性緩衝部材によって受け止められる。

始動剛性緩衝部材は、エンジン始動時の急激な過大負荷に対しては油圧ダンパ機構を瞬時剛体に等しい特性のロック状態とし、エンジン始動後にエンジンからの駆動力をジェネレータへ伝達する際にトルク変動によりベルト張力が変動する場合は、アクチュエータのストロークに対しリークダウンタイム（ＬＤＴ）が比例する通常のリニアな特性で応動する部材である。このため、ＩＳＧでのエンジン始動時のモータ始動力及びその後のエンジン動力のジェネレータへの伝達が、テンションプーリの動きを電気的な制御をしたり、他の複雑なプーリ機構を用いることなく、無理のない条件下でスムーズに行なわれることとなる。

この発明の補機駆動ベルト用オートテンショナは、アクチュエータの油圧ダンパ機構に始動剛性緩衝部材を介在させ、エンジン始動時の瞬時の過大負荷に対し、瞬時剛体となる特性を有するから、ＩＳＧを含むエンジン補機を駆動するベルトに用いた場合に、エンジン始動時には過大負荷が作用しても油圧ダンパ機構の始動剛性緩衝部材によって受け止められ変位の少ない特性、始動時以後の動作時にはリニアな動作特性が得られ、電気的な制御や、補機駆動ベルトのアクチュエータ、プーリ等を２組使用するなどの複雑な機構を採用する必要がなく、従って価格の上昇がなく、安価で簡易な構成のオートテンショナが得られる。

以下、この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、実施形態のオートテンショナに用いられるアクチュエータの主断面図、図２はその要部断面図である。図示のアクチュエータ１０は、図３に示すように、取付ボルト１ａによりエンジンブロックの所定位置に回転自在に支持されたアーム１の一端にピン７により連結され、アーム１の他端に回転自在に支持されているテンションプーリ２をアーム１により移動させて補機駆動ベルト３の張力を一定に保持するように設けられるものである。アクチュエータ１０の上端は取付ボルト４によりエンジンブロックに固定されている。

アクチュエータ１０には、シリンダ１０ｃ内に押え板１１ｐとオイルシール１１を挿通してロッド１２が挿入され、ロッド１２の上端はねじ１２ａによりばね座５_U に係合され、シリンダ１０ｃの下端のフランジ部５_D との間でシリンダ１０ｃの外側に張力ばね６が設けられ、ロッド１２に突出性を付与している。ばね座５_U の上方には係止片５ｒが設けられ、その挿通孔に取付ボルト４を通してばね座５_U はエンジンブロックに固定されている。シリンダのフランジ部５_D の下方にも、ロッド１２の上端と同様に係止片５ｒ’が設けられ、その挿通孔にピン７を通してアーム１が連結されている。

シリンダ１０ｃ内に挿入されたロッド１２は、シリンダ１０ｃの中間長さ位置付近まで延び、その下端寄りにはウェアリング１４が取付けられ、かつ下端部１２ｂが半球状に形成されている。１４ｔは流通孔であり、リザーバ室１３内に充填された作動油Ｏ_l が流通する。作動油はシリンダ１０ｃ内に満杯には充填されず、オイルシール１１との間に空気層Ａｒが残る程に入れられている。前記ウェアリング１４によってシリンダ１０ｃ内が上下に２分割されて、その分割されたシリンダ１０ｃ内中間長さ位置より上側が油圧のリザーバ室１３となり、シリンダ１０ｃの中間長さ位置より下方には油圧ダンパ機構２０が設けられている。

そして、この油圧ダンパ機構２０は、シリンダナット２１にその上端にねじ係合部でねじ係合して挿入されるねじボルト２２と、ねじボルト２２の内側に形成された圧力室２３内に挿置されたスプリングシート４ａと前記ロッド１２による押込力に対し戻す力を付与するリターンばね２４ｂ、そしてシリンダナット２１の前記圧力室２３が連通した開放下端に嵌合されたロッドシート２５と、このロッドシート２５に断面視で異径段状に設けられた凹部の上段にリターンばね２４ｂを受けるばね受け（リテーナ）２６、中段にチェックバルブ２７とが設けられ、下段は流路２５ａとして形成されており、その流路２５ａを前記チェックバルブ２７が開閉する。シリンダナット２１とねじボルト２２の係合については、後で説明する。ねじボルト２２の上端は、その断面視Ｖ字状の凹部２２ｖにロッド１２の半球状の下端部１２ｂに対し、接離自在に当接するように置かれている。

ねじボルト２２内のスプリングシート２４ａはその頭部２４T がリターンばね２４ｂで圧力室２３の上端に押上げられ、リターンばね２４ｂの下端はばね受け２６で受止められ、一定のばね力でねじボルト２２を上方に押上げている。ばね受け２６は、圧力室２３内の圧力が高くなると、ばね受け２６に設けられているスリットを通りチェックバルブ２７を押下げてロッドシート２５の流路２５ａを閉じる。ねじボルト２２が上昇し、圧力室２３内の圧力がリザーバ室１３内より低くなると、チェックバルブ２７がばね受け２６まで上昇して流路２５ａが開かれ、シリンダナット２１の外周の一部に設けられた還流路２１ｓから作動流がシリンダ１０ｃ内下底のロッドシート２５の下方の戻り室２８へ戻り、流路２５ａを通って圧力室２３へ戻る。

又、上記油圧ダンパ機構２０におけるシリンダナット２１とねじボルト２２は、始動剛性緩衝部材Ｎとして設けられており、上記ボルト・ナットは鋸歯ねじを用いて形成されている。ねじボルト２２に形成された雄ねじ２２_T とシリンダナット２１に設けられた雌ねじ２２_N のねじ山は、ねじボルト２２の押込力を受ける圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状として形成され、フランク角とリード角の関係からねじボルト２２はボルト（ロッド）突出方向にゆるみ条件、ボルト（ロッド）押込方向にロック条件となる。

ここで、ゆるみ条件とはリターンばね２４ｂの押出力によってねじボルト２２が回転しつつボルト突出方向にスムースに移動することであり、一方ロック条件とはロッド１２に作動する軸方向の押込力によってねじボルト２２が急激に押されてもねじボルト２２は押込方向に急激には移動せずに、その押込力によるロッド１２のシリンダ１０ｃ内への急激な挿入を抑制するようにねじボルト２２はナット２１に対し瞬時剛体となり、かつエンジン始動後には、以下のような間欠回転によるゆっくりとした移動をすることをいう。即ち、補機駆動ベルト３の急激な押込力がロッド１２を介してねじボルト２２に作用したとき、ねじ係合部のねじ山間に形成された軸方向すき間分だけ移動して当接し、瞬時にロックされて瞬時剛体となり、エンジン始動後にエンジンの動力がベルトに戻される状態でベルトに振動が生じると間欠的に当接、離反を繰返し、接触するねじ山の２つのフランク面間の相対ねじ運動を瞬時にロックすることなくねじボルト２２が少しずつ間欠的に回転を続けて、押込力とリターンばね２４ｂと張力ばね６の弾力とが釣り合う位置までねじボルトが押込方向にゆっくりと移動する移動である。

上記の構成とした実施形態のオートテンショナは、張力ばねにより突出性が付与されたロッド１２に対し相対的にシリンダ１０ｃを下方向へ押出す押出力がシリンダ１０ｃに連結されたアーム１を回転させ、アーム１に支持されたテンションプーリ２を移動させることによって補機駆動ベルト３に張力を付与し、ベルトを所定の張力状態に保持する。このような張力設定状態で、エンジンの始動がＩＳＧを含む補機駆動ベルト３を介して行なわれると、エンジン始動時の短時間に過大な荷重がベルト３からオートテンショナのアクチュエータ１０に作用する。

ＩＳＧによる始動システムではモータによる始動トルクが補機駆動ベルト３に直接作用するため、エンジン始動時のベルトに作用する始動トルクが従来のエンジン始動方式の場合より大きく、この過大な荷重がアクチュエータ１０に作用すると、アクチュエータ１０のシリンダ１０ｃのフランジ部５_D が押上げられ、ロッド１２はばね座５_U を介してエンジンブロックに固定されているから、シリンダ１０ｃに対して相対的にはロッド１２が押込まれることとなる。ロッド１２が押込まれると油圧ダンパ機構２０のねじボルト２２が押込まれ、圧力室２３の圧力が急激に上昇する。

上記のように、ロッド１２からの押込力でねじボルト２２が押込まれると、前述したように、ねじボルト２２とシリンダナット２１による始動剛性緩衝部材Ｎによりねじボルト２２はロック条件の状態となる。従って、エンジン始動時に過大な負荷が作用した瞬時にはねじボルト２２はシリンダナット２１と瞬時に係合し、ノーバック機構（押込みによる移動のない）を構成して瞬時剛体となり、エンジン始動後は、補機駆動ベルト３の振動により少しずつ間欠的に回転移動し、通常のリニアな移動特性で移動する。

なお、エンジン始動時にねじ係合部のねじ山間の隙間分だけごくわずかに軸方向にねじボルト２２が移動した瞬時には、その分だけ作動油はリザーバ室１３側へわずかにリークするが、ねじ山同士が接触した状態では作動油はリークせず、エンジン始動後徐々にベルト３の振動でねじボルト２２が少しずつ回転すると、その回転移動に伴って少しずつ圧力室２３内の作動油はリザーバ室１３側へリークしてねじボルト２２がシリンダナット２１内へ進み、これによりねじボルト２２の移動が緩衝されつつ、アクチュエータ１０の移動ストロークに対しリークダウンタイムが比例するリニアな移動特性で移動する。上記アクチュエータ１０のねじボルト２２の移動は、押込力が張力ばね６とリターンばね２４ｂとの弾性力の合力と釣合う位置まで進んで停止する。

補機駆動ベルト３に弛みが生じると、張力ばね６の弾力によりシリンダ１０ｃが下降し、相対的にシリンダ１０ｃからロッド１２が突出する。このときロッド１２は、ねじボルト２２とは半球状のロッド端部１２ｂで接離自在に当接しているだけであるから、ねじボルト２２から離れて先に突出し、このためねじボルト２２はゆるみ条件下で遅れてリターンばね２４ｂによりゆっくりと上昇する。これにより圧力室２３内の圧力はリザーバ室１３内の圧力より低くなり、リザーバ室１３内の作動油が還流路２１ｓを経て流路２５ａを通り、チェックバルブ２７を押上げて圧力室２３へ戻る。

なお、上記実施形態では張力ばね６はシリンダ１０ｃの外周に設けられているため、そのばね径、弾性定数はシリンダ１０ｃの径と無関係な任意の値で、補機駆動ベルト３の張力に適合するサイズのものとして選定することができる。又、ロッド１２とねじボルト２２とは、ロッド１２の半球状の下端部１２ｂとねじボルト２２の断面視Ｖ字状の凹部２２ｖで接離自在に当接するように形成したから、補機駆動ベルト３が弛んだときに、シリンダ１０ｃからロッド１２をねじボルト２２から切り離して相対的に張力ばね６の大きな弾性力により瞬時に突出させ、シリンダ１０ｃを押し下げてベルト３の弛みを調整することができる。

さらに、圧力室２３をねじボルト２２の内径と、シリンダナット２１が嵌合するロッドシート２５の異径段状の凹部との間に設けたから、油圧ダンパ機構２０が極めてシンプルな部材により構成され、かつ始動剛性緩衝部材Ｎと一体化した構造としており、少ない数の部材で所望の機能が得られる点で、高機能化とコストの低下を同時に達成できるという優れた利点が得られる。

この発明の補機駆動ベルト用オートテンショナは、そのアクチュエータに始動剛性緩衝部材を有しているため、ＩＳＧ方式の補機を有する補機駆動ベルトに対し広く利用できる。

実施形態のオートテンショナに用いられるアクチュエータの主断面図 同上アクチュエータの要部断面図 実施形態のオートテンショナの全体概略構成図

符号の説明

１ アーム
２ プーリ
３ 補機駆動ベルト
４ 取付ボルト
５_U ばね座
５_D フランジ部
６ 張力ばね
７ ピン
１０ アクチュエータ
１０ｃ シリンダ
１１ オイルシール
１２ ロッド
１３ リザーバ室
１４ ウェアリング
２０ 油圧ダンパ機構
２１ シリンダナット
２１ｓ 還流路
２２ ねじボルト
２２_N 雌ねじ
２２_T 雄ねじ
２３ 圧力室
２４ａ スプリングシート
２４ｂ リターンばね
２５ ロッドシート
２５ａ 流路
２６ ばね受け
２７ チェックバルブ
２８ 戻り室
Ｎ 始動剛性緩衝部材

Claims (3)

1. 揺動自在に支持されたアーム（１）と、その端部に回転自在に取付けられるテンションプーリ（２）と、アーム（１）他端に連結されテンションプーリ（２）を介してベルト（３）に一定の張力を与えるアクチュエータ（１０）とを備え、アクチュエータ（１０）はシリンダ（１０ｃ）内に挿入されたロッド（１２）に付与される押込力を緩衝する油圧ダンパ機構（２０）を内蔵し、前記ロッド（１２）に突出性を付与する張力ばね（６）をシリンダ（１０ｃ）の外側に設け、前記油圧ダンパ機構（２０）が、前記ロッド（１２）のシリンダ（１０ｃ）内への急激な挿入を抑制する始動剛性緩衝部材（Ｎ）を有して成り、
   前記始動剛性緩衝部材（Ｎ）を、前記ロッド（１２）により押込まれるねじボルト（２２）とシリンダナット（２１）とにより形成し、そのシリンダナット（２１）に前記ねじボルト（２２）が挿入されてねじ係合するとともにねじボルト（２２）に前記ロッド（１２）による押込力に対し戻す力を付与する戻しばね（２４ｂ）を付設して、その両部材（２２、２１）のねじ係合部における螺旋状のねじ山を、ねじボルト（２２）の押込力を受ける圧力側フランクのフランク角が、遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状として、前記ロッド（１２）のシリンダ（１０ｃ）内への挿入方向にロック条件、その挿入方向の反対方向にゆるみ条件となるようにして、前記ロッド（１２）のシリンダ（１０ｃ）内への急激な挿入を抑制するようにし、
   前記アクチュエータ（１０）は、シリンダ（１０ｃ）内が前記ロッド（１２）の下端のウェアリング（１４）によって上下に２分割されて、その分割されたシリンダ（１０ｃ）内上側が油圧のリザーバ室（１３）となって下側に前記油圧ダンパ機構（２０）が内蔵されて、前記ねじボルト（２２）内が圧力室（２３）となっており、その圧力室（２３）が連通する前記シリンダナット（２１）の開放下端を前記油圧ダンパ機構（２０）のシリンダ（１０ｃ）内下底に設けたロッドシート（２５）に嵌合させ、そのロッドシート（２５）に異径段状に形成した凹部の上段に前記戻しばね（２４ｂ）のばね受け（２６）を設けるとともに、その凹部の中段に下段の流路（２５ａ）を開閉するチェックバルブ（２７）を設け、前記流路（２５ａ）を前記シリンダ（１０ｃ）内下底の戻り室（２８）及びシリンダナット（２１）の外周に設けた還流路（２１ｓ）を経て前記リザーバ室（１３）と連通させ、前記圧力室（２３）の圧力によりチェックバルブ（２７）を介して流路（２５ａ）を開閉するようにした補機駆動ベルト用オートテンショナ。
2. 前記アクチュエータ（１０）のロッド（１２）を始動剛性緩衝部材（Ｎ）のねじボルト（２２）と同軸上で接離自在に対向して設けた請求項１に記載の補機駆動ベルト用オートテンショナ。
3. 前記圧力室（２３）内に前記戻しばね（２４ｂ）を挿置した請求項１又は２に記載の補機駆動ベルト用オートテンショナ。
   

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