JP6953881B2 - 補機用のベルト式伝達機構及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動力を補機に伝達する補機用のベルト式伝達機構及びその制御方法に関する。

車両に搭載した内燃機関の動力を、エアコンデショナ、オルタネータ、ウォーターポンプ等の補機に伝達する伝達機構として、内燃機関のクランク軸の駆動側プーリーと、補機の受動側プーリーと、伝達ベルトと、この伝達ベルトが滑らないようにベルト張力を発生するためのテンションプーリーを備えたベルト式伝達機構が用いられている。この伝達ベルト張力を適正な大きさに維持するために、伝達ベルトを押圧する固定式のテンショナやバネを用いたテンショナが用いられている。これらの補機用のベルト式伝達機構においては、ベルト張力は、補機側で必要とされる駆動力が最大のときに合わせて設定され、このベルト張力になるようにテンショナの位置やバネ力が設定されている。

しかしながら、内燃機関の運転状態が低負荷などで、補機へ伝達する駆動力が小さい場合、または、ベルト張力が不要な場合においても、ベルト張力が大きいままであると、フリクションのもととなり、クランク軸において不要な駆動力が消費されることになり、燃費の悪化の原因となってしまうという問題がある。これへの対策として、油圧ピストンを備えた油圧式オートテンショナを用いて、ベルトを押圧する力を変化させてベルト張力を調整している補機用油圧式オートテンショナがある（例えば、特許文献１参照）。また、エンジンの回転変動の大小に応じて、テンショナ圧縮時の減衰力を２段階に変える油圧式オートテンショナもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２７２２３号公報 特開２０１１−１４４８２５号公報

しかしながら、エアコンデショナ等の補機では、内燃機関の運転状態よりも、補機側の使用状況に従って、つまり、駆動側の内燃機関の運転状態の変化よりも、受動側の補機で必要となるトルクの大きさに依って、ベルト張力を変化させることが望ましい。

本発明の目的は、補機側の運転状態に応じてベルト張力を制御することで、補機を運転するときには最適なベルト張力を確保でき、補機を運転しないでトルク伝達が不要なときには、ベルト張力を小さくして、フリクションによる損失を低減できて、燃費を改善できる補機用のベルト式伝達機構及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の補機用のベルト式伝達機構は、内燃機関のクランク軸側の駆動側プーリーと、補機側の受動側プーリーと、伝達ベルトと、この伝達ベルトが滑らないようにベルト張力を発生するための油圧式テンショナと、この油圧式テンショナを制御する張力制御装置を備えたベルト式伝達機構において、前記張力制御装置が、前記補機の運転状態に応じて前記油圧式テンショナの制御を行うように構成されて、前記補機の始動開始の信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した最大設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御し、ベルト張力が前記最大設定張力に到達した後に前記補機側に運転開始許可の信号を出力すると共に、前記補機が運転を開始したとの信号を受けてから、又は、前記運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間を経過してから、ベルト張力が予め設定した運転設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御して、前記補機の運転中は、ベルト張力が前記運転設定張力を維持するように前記油圧式テンショナを制御し、前記補機を停止したとの信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した停止設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御する制御を行うように構成されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明の補機用のベルト式伝達機構の制御方法は、内燃機関のクランク軸側の駆動側プーリーと、補機側の受動側プーリーとの間に伝達ベルトを巻回して、この伝達ベルトが滑らないように油圧式テンショナでベルト張力を発生しつつ、前記内燃機関から前記補機へ動力を伝達するベルト式伝達機構の制御方法において、前記補機の運転状態に応じて前記油圧式テンショナの制御を行い、前記補機の始動開始の信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した最大設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御し、ベルト張力が前記最大設定張力に到達した後に前記補機側に運転開始許可の信号を出力すると共に、前記補機が運転を開始したとの信号を受けてから、又は、前記運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間を経過してから、ベルト張力が予め設定した運転設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御して、前記補機の運転中は、ベルト張力が前記運転設定張力を維持するように前記油圧式テンショナを制御し、前記補機を停止したとの信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した停止設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御することを特徴とする。

本発明の補機用のベルト式伝達機構及びその制御方法によれば、補機側の運転状態に応じてベルト張力を制御することで、補機を運転するときには最適なベルト張力を確保でき、補機を運転しないでトルク伝達が不要なときには、ベルト張力を小さくして、フリクションによる損失を低減できて、燃費を改善できる。

本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構の張力制御装置の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構の制御方法の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構の制御方法の制御フローの一例を示す図である。 油圧調整弁の制御を説明するための、補機の回転数と補機の負荷と油圧の関係を模式的に示す図である。 油圧調整弁の制御を説明するための、ベルト張力の時系列の例を模式的に示す図である。 比較例としての補機用のベルト式伝達機構の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構及びその制御方法について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、補機として、本発明の効果が大きい、内燃機関の運転状態とは独立した運転をする場合がある、エアコンデショナ等の補機を対象としているが、必ずしもこのような補機に限定されず、内燃機関の運転状態と連動する補機であってもよい。

図１に示すように、この補機用のベルト式伝達機構（以下、ベルト式伝達機構）３０は、内燃機関１０のクランク軸１１側の駆動側プーリー３１と、補機（例えば、エアコンデショナ）２０側の受動側プーリー３２と、伝達ベルト３３と、この伝達ベルト３３が滑らないようにベルト張力Ｔｂを発生するための油圧式テンショナ３４と、この油圧式テンショナ３４を制御する張力制御装置３５を備えて構成されている。

この油圧式テンショナ３４は、伝達ベルト３３に当接するアイドラプーリー３４ａ、油圧式伸縮機構部３４ｂ、油圧調整弁３４ｃ、油圧配管３４ｄ、及び、この油圧配管３４ｄに作動油Ａを供給する油圧供給システム（図示しない）を備えている。

そして、この油圧式伸縮機構部３４ｂのピストン３４ｂａが伸縮することにより、このピストンｂａの先端側に配設されたアイドラプーリー３４ａを移動させて、伝達ベルト３３を押圧する押圧力Ｆを変更することで、伝達ベルト３３のベルト張力Ｔｂを変化させている。そして、この作動油Ａの油圧Ｐに応じて、アイドラプーリー３４ａが伝達ベルト３３を押圧する押圧力Ｆが決まり、ベルト張力Ｔｂが決まるので、張力制御装置３５で作動油Ａの油圧Ｐを制御することで、ベルト張力Ｔｂを制御することができる。

つまり、油圧式テンショナ３４に供給される作動油Ａの油圧Ｐが調整されることで、油圧式テンショナ３４によって発生するベルト張力Ｔｂが調整されている。また、張力制御装置３５が、油圧式テンショナ３４に供給される作動油Ａの油圧Ｐを制御することで、ベルト張力Ｔｂを調整することができる構成となっている。

そして、本発明においては、張力制御装置３５が、補機２０の運転状態に応じて油圧式テンショナ３４の制御を行うように構成されている。

この構成を有するベルト式伝達機構３０の張力制御装置３５は、次のような制御を行うように構成されている。つまり、補機２０の始動開始の信号Ｓａを受けた場合には、ベルト張力Ｔｂが予め設定した最大設定張力Ｔｍａｘになるように油圧式テンショナ３４を制御する。そして、ベルト張力Ｔｂが最大設定張力Ｔｍａｘに到達した後に補機２０側に運転開始許可の信号Ｓｂを出力する。また、補機２０が運転を開始したとの信号Ｓｃを受けてから、又は、運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間を経過してから、ベルト張力Ｔｂが予め設定した運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）になるように油圧式テンショナ３４を制御する。

その後、補機１０の運転中は、ベルト張力Ｔｂが運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）を維持するように油圧式テンショナ３４を制御する。そして、補機２０を停止したとの信号Ｓｄを受けた場合には、ベルト張力Ｔｂが予め設定した停止設定張力Ｔ０になるように油圧式テンショナ３４を制御する。

この運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）を決定する油圧Ｐ、言い換えれば、運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）は、図５に示すように、補機２０の回転数Ｎａと負荷Ｑａとの組み合わせに対して設定され、補機２０の回転数Ｎａが大きくなると運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）が大きくなり、かつ、補機２０の負荷Ｑａが大きくなると運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）が大きくなるように設定されている。

これらの最大設定張力Ｔｍａｘ、運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）、停止設定張力Ｔ０は、予め実験等により適切な値を求めておき、予め設定して、張力制御装置３５に記憶しておき、制御時に参照して使用する。

これにより、図６に示すように、ベルト張力Ｔｂを、補機２０の駆動開始時に最大設定張力Ｔｍａｘにして大きなトルクを伝達可能し、その後は、補機２０の運転状態に応じた運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑ）にして、適切なベルト張力Ｔｂで効率よくトルク伝達をして、補機２０を使用しないときには、トルク伝達は不要となるので、ベルト張力Ｔｂを小さい値にした停止設定張力Ｔ０とする。そのため、この補機２０側で必要とされるトルクの変化に応じて、ベルト張力Ｔｂを変化させることができる。

言い換えれば、この張力制御装置３５は、図２に示すように、補機２０の始動開始の信号を受けて、ベルト張力Ｔｂが予め設定した最大設定張力Ｔｍａｘになるように油圧式テンショナ３４を制御する始動開始手段Ｍ１と、ベルト張力Ｔｂが最大設定張力Ｔｍａｘに到達した後に、補機２０を運転開始する信号を補機２０側に出力する運転開始手段Ｍ２と、補機２０が運転を開始したとの信号を受けて、ベルト張力Ｔｂが予め設定した運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転移行手段Ｍ３と、補機２０の運転中は、ベルト張力Ｔｂが運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）を維持するように油圧式テンショナ３４を制御する運転継続手段Ｍ４と、補機２０を停止したとの信号を受けて、ベルト張力Ｔｂが予め設定した停止設定張力Ｔ０になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転停止手段Ｍ５とを有して構成されている。

次に、本発明の実施の形態の補機用のベルト式伝達機構の制御方法について説明する。この補機用のベルト式伝達機構の制御方法は、内燃機関１０のクランク軸１１側の駆動側プーリー３１と、補機２０側の受動側プーリー３２との間に伝達ベルト３３を巻回して、この伝達ベルト３３が滑らないように油圧式テンショナ３４でベルト張力Ｔｂを発生しつつ、内燃機関１０から補機２０へ動力を伝達するベルト式伝達機構３０の制御方法であり、この制御方法において、補機２０の運転状態に応じて油圧式テンショナ３４の制御を行う。

この制御方法では、補機２０の始動開始の信号を受けて、ベルト張力Ｔｂが予め設定した最大設定張力Ｔｍａｘになるように油圧式テンショナ３４を制御する始動開始工程Ｐ１と、ベルト張力Ｔｂが最大設定張力Ｔｍａｘに到達した後に、補機２０を運転開始する信号を補機２０側に出力する運転開始工程Ｐ２と、補機２０が運転を開始したとの信号を受けてから、又は、運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間ｔｃを経過してから、ベルト張力Ｔｂが予め設定した運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転移行工程Ｐ３と、補機２０の運転中は、ベルト張力Ｔｂが運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）を維持するように油圧式テンショナ３４を制御する運転継続工程Ｐ４と、補機２０を停止したとの信号を受けて、ベルト張力Ｔｂが予め設定した停止設定張力Ｔ０になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転停止工程Ｐ５とを有している。

この制御は、図４に示すような制御フローで実施できる。内燃機関１０が始動すると図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートし、内燃機関１０が運転を停止すると、図４の制御フローで必要な制御を行った後、上級の制御フローにリターンして、上級の制御フローの終了と共に終了する。

この図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、補機１０の始動開始の信号Ｓａを受けたか否かを判定する。このステップＳ１１で、補機１０の始動開始の信号Ｓａを受けていないとの判定のときは、予め設定された時間を経過した後にステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１の判定を繰り返す。

ステップＳ１１の判定で、補機１０の始動開始の信号Ｓａを受けているとの判定のときは、ステップＳ１２に行き、ベルト張力Ｔｂが予め設定した最大設定張力Ｔｍａｘになるように油圧式テンショナ３４を制御する始動開始工程Ｐ１をベルト張力Ｔｂが最大設定張力Ｔｍａｘになるまで行う。

次のステップＳ１３では、ベルト張力Ｔｂが最大設定張力Ｔｍａｘに到達した後に、補機２０を運転開始許可の信号Ｓｂを補機２０側に出力する運転開始工程Ｐ２を行う。次のステップＳ１４では、補機２０が運転を開始したとの信号Ｓｃを受けたか否か、又は、運転開始許可の信号Ｓｂを出力してから予め設定した設定時間ｔｃを経過したか否かを判定する。

このステップＳ１４で、信号Ｓｃを受けていないとの判定、又は、設定時間ｔｃを経過していないとの判定のときは、予め設定された時間を経過した後にステップＳ１３に戻り、ステップＳ１４の判定を繰り返す。このステップＳ１４の間は、始動開始工程Ｐ１を継続する。つまり、ベルト張力Ｔｂを最大設定張力Ｔｍａｘに維持したままとする。

このステップＳ１４で、信号Ｓｃを受けているとの判定、又は、設定時間ｔｃを経過しているとの判定のときは、ステップＳ１５でベルト張力Ｔｂが予め設定した運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転移行工程Ｐ３を行う。

次のステップＳ１６では、補機２０の運転中において、ベルト張力Ｔｂが運転設定張力Ｔａ（Ｎａ、Ｑａ）を維持するように油圧式テンショナ３４を制御する運転継続工程Ｐ４を予め設定されて時間の間行い、ステップＳ１７に行く。

このステップＳ１７では、補機２０を運転停止したとの信号Ｓｄを受けているか否かを判定する。このステップＳ１７の判定で、信号Ｓｄを受けていないとの判定のときは、予め設定された時間を経過した後にステップＳ１６に戻り、ステップＳ１７の判定を繰り返す。ステップＳ１７の判定で、信号Ｓｄを受けているとの判定のときは、ステップＳ１８に行き、ベルト張力Ｔｂが予め設定した停止設定張力Ｔ０になるように油圧式テンショナ３４を制御する運転停止工程Ｐ５を行い、その後、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜ステップＳ１８を繰り返す。

そして、内燃機関１０が停止されると、割り込みが生じて、ステップＳ２０の終了作業に行き、上級の制御フローにリターンして、上級の制御フローの終了と共に終了する。

上記の構成の本発明に係る実施の形態の補機用のベルト式伝達機構３０及びその制御方法によれば、補機２０側の運転状態に応じてベルト張力Ｔｂを制御することで、補機２０の運転開始時には大きなベルト張力Ｔｂを得てスリップすることなく、大きなトルクを補機２０に伝達でき、補機２０の運転中は補機２０の運転状態に応じた最適なベルト張力Ｔｂを確保してトルクを補機２０に伝達でき、さらに、補機２０を運転しないトルク伝達が不要なときには、ベルト張力Ｔｂを小さくして、フリクションによる損失を低減できて、燃費を改善できる。

一方、図７に示すような、比較例の補機用のベルト式伝達機構３０Ｘでは、アイドラプーリー３４ａが固定柱３４ｅで固定されており、補機２０側の運転状態に応じてベルト張力Ｔｂを制御することができず、補機２０の始動時に伝達ベルト３３が滑らないように、ベルト張力Ｔｂを大きく設定する必要があるので、運転開始するときにはベルト張力Ｔｂを確保できるものの、運転中は過大なベルト張力Ｔｂで運転することになる。また、補機２０を運転しないトルク伝達が不要なときにおいても大きなベルト張力Ｔｂが加わっているので、そのフリクションによる損失が大きく、燃費が悪化してしまうという問題がある。

１０ 内燃機関
１１ クランク軸
２０ 補機
３０、３０Ｘ ベルト式伝達機構（補機用のベルト式伝達機構）
３１ 駆動側プーリー
３２ 受動側プーリー
３３ 伝達ベルト
３４、３４Ｘ 油圧式テンショナ
３４ａ アイドラプーリー
３４ｂ 油圧式伸縮機構部
３４ｃ 油圧調整弁
３４ｄ 油圧配管
３４ｅ 固定柱
３５ 張力制御装置
Ａ 作動油
Ｆ 押圧力
Ｎａ 補機の回転数
Ｍ１ 始動開始手段
Ｍ２ 運転開始手段
Ｍ３ 運転移行手段
Ｍ４ 運転継続手段
Ｍ５ 運転停止手段
Ｐ 作動油の油圧
Ｐ１ 始動開始工程
Ｐ２ 運転開始工程
Ｐ３ 運転移行工程
Ｐ４ 運転継続工程
Ｐ５ 運転停止工程
Ｑａ 補機の負荷
Ｔ０ 停止設定張力
Ｔａ（Ｎａ、Ｑ） 運転設定張力
Ｔｂ ベルト張力
Ｔｍａｘ 最大設定張力

Claims (4)

1. 内燃機関のクランク軸側の駆動側プーリーと、補機側の受動側プーリーと、伝達ベルトと、この伝達ベルトが滑らないようにベルト張力を発生するための油圧式テンショナと、
   この油圧式テンショナを制御する張力制御装置を備えたベルト式伝達機構において、
   前記張力制御装置が、
   前記補機の運転状態に応じて前記油圧式テンショナの制御を行うように構成されて、
   前記補機の始動開始の信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した最大設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御し、ベルト張力が前記最大設定張力に到達した後に前記補機側に運転開始許可の信号を出力すると共に、前記補機が運転を開始したとの信号を受けてから、又は、前記運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間を経過してから、ベルト張力が予め設定した運転設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御して、
   前記補機の運転中は、ベルト張力が前記運転設定張力を維持するように前記油圧式テンショナを制御し、
   前記補機を停止したとの信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した停止設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御する制御を行うように構成されている補機用のベルト式伝達機構。
2. 前記張力制御装置において、前記運転設定張力が前記補機の回転数と負荷との組み合わせに対して設定され、前記補機の回転数が大きくなると前記運転設定張力が大きくなり、かつ、前記補機の負荷が大きくなると前記運転設定張力が大きくなるように設定されている請求項１に記載の補機用のベルト式伝達機構。
3. 前記油圧式テンショナが、供給される作動油の油圧が調整されることで、前記油圧式テンショナによって発生するベルト張力が調整されるように構成されていると共に、
   前記張力制御装置が、前記油圧式テンショナに供給される作動油の油圧を制御することで、ベルト張力を調整するように構成されている請求項１または２に記載の補機用のベルト式伝達機構。
4. 内燃機関のクランク軸側の駆動側プーリーと、補機側の受動側プーリーとの間に伝達ベルトを巻回して、この伝達ベルトが滑らないように油圧式テンショナでベルト張力を発生しつつ、前記内燃機関から前記補機へ動力を伝達するベルト式伝達機構の制御方法において、
   前記補機の運転状態に応じて前記油圧式テンショナの制御を行い、
   前記補機の始動開始の信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した最大設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御し、ベルト張力が前記最大設定張力に到達した後に前記補機側に運転開始許可の信号を出力すると共に、前記補機が運転を開始したとの信号を受けてから、又は、前記運転開始許可の信号を出力してから予め設定した設定時間を経過してから、ベルト張力が予め設定した運転設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御して、
   前記補機の運転中は、ベルト張力が前記運転設定張力を維持するように前記油圧式テンショナを制御し、
   前記補機を停止したとの信号を受けた場合には、ベルト張力が予め設定した停止設定張力になるように前記油圧式テンショナを制御することを特徴とする補機用のベルト式伝達機構の制御方法。

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