JPH1030693A - ベルト劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンを停止してわざわざエンジンルーム
内を点検する必要なくベルトの劣化を判定する。 【解決手段】 ヘッドランプオフ状態で、クランク軸プ
ーリ６及びオートテンショナプーリ１０の回転数を検出
し、それらの回転数比を算出し、オルタネータ電流値を
検出し、続いてヘッドランプオン状態で、クランク軸プ
ーリ及びオートテンショナプーリの回転数を検出し、そ
れらの回転数比を算出し、オルタネータ電流値を検出
し、ヘッドランプオン状態とヘッドランプオフ状態の回
転数比の差である回転数比変化量と、ヘッドランプオン
状態とヘッドランプオフ状態の電流値の差である電流値
変化量とを算出し、前記回転数比変化量に対する前記電
流値変化量である傾きを算出し、傾きが所定値より大き
い場合にベルトが劣化したと判定し、傾きが所定値以下
の場合にはベルトが正常であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のような車
両（乗り物）における内燃機関のような回転駆動源によ
って駆動される機関の補機類を駆動するベルトの劣化判
定方法、特には自動車エンジンの少なくとも一つの補機
類（Ａ／Ｃコンプレッサ、Ｐ／Ｓポンプ、オルタネー
タ、ファン）を駆動するベルトの劣化判定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車載エンジンのＶリブドベルトは車両の
走行距離等に応じて徐々に劣化する。従来は、一般的に
エンジンを停止してボンネットを開放し、エンジンルー
ム内のベルトの損傷状態を目視で観察することにより、
Ｖリブドベルトにおける平面ゴムの硬化やクラック、帆
布の亀裂や剥離、歯底のクラック、側面の亀裂や異常摩
耗、歯部の異常摩耗等の有無を、目視や触感により点検
し、劣化の有無及び程度を判定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この判
定方法では、エンジンを停止してボンネットを開放した
場合しか判定できず、目視による観察なのでエンジンル
ーム内のような、混みいって暗い場所では損傷が見落と
される可能性が存在する。更に、外観の観察による判定
であるために、外観には損傷がないがベルト中の芯線が
切れている場合が判定できない。

【０００４】Ｖリブドベルトの背面硬度を針差し深さに
より規定して、ベルト劣化の有無を判定することもある
が、化学的劣化度合いとの相関性が不明確であって、必
ずしも正確な検知ができるとは限らなかった。

【０００５】本発明は、前記の点に鑑み、エンジンを停
止してわざわざエンジンルーム内を点検する必要なくベ
ルトの劣化を判定でき、外観上わからない芯線切れなど
に対しても判定が可能なベルト劣化判定方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１〜５
に記載されたベルト劣化判定方法を提供するものであ
る。まず、請求項１に記載のベルト劣化判定方法におい
ては、駆動軸に第一の負荷を与えた状態の、駆動プーリ
の第一の回転数と、従動プーリの第一の回転数とが検出
され、駆動プーリの第一の回転数と従動プーリの第一の
回転数との比である第一の回転数比が算出され、駆動プ
ーリの回転によって引き起こされた電流の電流値が検出
され、更に、駆動軸に第二の負荷を与えた状態の、駆動
プーリの第二の回転数と、従動プーリの第二の回転数と
が検出され、駆動プーリの第二の回転数と従動プーリの
第二の回転数との比である第二の回転数比が算出され、
駆動軸の駆動部に供給される第二の電流値が検出され、
更に、第二の回転数比と第一の回転数比との差である回
転数比変化量と、第二の電流値と第一の電流値との差で
ある電流値変化量とが算出され、回転数比変化量に対す
る電流値変化量である傾きが算出され、傾きが所定値よ
り大きい場合にベルトが劣化したと判定し、傾きが前記
所定値以下の場合にはベルトが正常であると判定する。
発明者のグループの研究によって、前記傾きはベルトの
弾性定数に依存することが判明しているため、ベルトの
弾性定数が大きくなり、傾きが前記所定値を越えた場合
には、ベルトが劣化したと判定することができる。

【０００７】請求項２に記載のベルト劣化判定方法にお
いては、従動プーリの回転数の検出はオートテンショナ
プーリの回転数を検出することによって行ってもよい。

【０００８】請求項３に記載のベルト劣化判定方法にお
いては、従動プーリの回転数の検出はオルタネータプー
リの回転数を検出することによって行ってもよい。

【０００９】請求項４に記載のベルト劣化判定方法にお
いては、駆動軸に負荷を与えるためにヘッドランプが使
用される。ベルトの劣化の判定を行うオペレータは、運
転席のヘッドランプのスイッチをオンオフすることによ
って駆動軸に異なる大きさの負荷を与えることができ
る。

【００１０】請求項５に記載のベルト劣化判定方法にお
いては、駆動軸に負荷を与えるためにリヤ熱線が使用さ
れる。ベルトの劣化の判定を行うオペレータは、運転席
のリヤ熱線のスイッチをオンオフすることによって駆動
軸に異なる大きさの負荷を与えることができる。

【００１１】本発明のベルト劣化判定方法によれば、ベ
ルトの弾性定数の変化を定量的に測定することによって
ベルトの劣化の判定が行われる。更に本発明のベルト劣
化判定方法においては、エンジンを停止してエンジンル
ーム内を点検する必要なくベルトの劣化の判定が可能で
あり、外観上わからない芯線切れなどによるベルトの劣
化の判定も可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
ベルト劣化判定方法の好適な実施形態を詳細に説明す
る。図１は、好適な実施形態のエンジンルーム内のプー
リ群を示す正面図である。

【００１３】図１に示すように、自動車等に搭載される
内燃機関１においては各種の補機を駆動するためのベル
トプーリ、例えば、空調装置の冷媒圧縮機用プーリ２、
パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３、オルタネ
ータ即ち発電機用プーリ４、ラジエータの冷却ファン用
プーリ５というような補機用の多くのプーリが、機関の
クランク軸プーリ６（一般的に言えば駆動軸プーリ）に
よって一連のベルト７を介して同時に駆動されようにな
っている。多くのプーリに蛇行状に１本のベルト７を巻
き掛けるためにアイドラプーリが用いられる場合もあ
り、図１の例ではアイドラプーリ８が用いられている
他、ベルト７の張力が一定値になるように自動的に調整
するオートテンショナプーリ１０もベルト７の緩み側に
設けられている。

【００１４】図２は、図１のオートテンショナプーリ１
０の断面図であり、図３は、図２のオートテンショナプ
ーリ１０の下面図である。この好適な実施形態のオート
テンショナプーリ１０には、円環状内面１１に磁性体か
らなる多数の歯１２が等間隔に設けられている。実際に
は、オートテンショナプーリ１０全体を磁性のある鋳鉄
或いは鋼材のような素材によって形成し、その円環状内
面１１に内歯車状に多数の歯１２を切削成形する。或い
は、オートテンショナプーリ１０を鋳造等の方法で型成
形する場合には、円環状内面１１の歯１２も同じ鋳型に
よって同時に成形されるようにすると工程が簡単になっ
て有利である。

【００１５】図２に示されているアーム１３は、その基
部１４が、図示しない軸によって、限られた角度範囲内
で回動することができるように支持されており、やはり
図示していない発条或いは油圧シリンダのような付勢手
段によって、ベルト７を緊張させる回動方向に付勢され
ている。また、アーム１３の自由端に一体的に取り付け
られた軸１５には軸受１６が設けられて、それによって
オートテンショナプーリ１０が回転自在に軸支されてい
る。

【００１６】アーム１３に形成された突起１７には、オ
ートテンショナプーリ１０の回転数（回転速度）Ｗ２を
検出するための回転数センサとしての電磁ピックアップ
１８が取り付けられており、電磁ピックアップ１８の先
端（検出端）は磁性体からなる多数の歯１２のいずれか
に対して所定の間隙を残して対向し得る位置に突出して
いる。電磁ピックアップ１８は良く知られているよう
に、簡単に言えば永久磁石、又は磁気的にそれに接続し
ている磁性体のコア（その一端が検出端）にコイルを巻
いたものであって、コイルの両端を可撓性のあるリード
線１９，２０によって直接に外部の固定端子へ接続する
か、又は、コイルの一端をアーム１３に接続すると共
に、コイルの他端を可撓性のある一本のリード線によっ
て外部へ引き出して外部の固定端子へ接続する。アーム
１３の移動（回動）範囲は狭い角度内に限られているか
ら、従来技術におけるスリップリングのような摺動機構
を用いなくても、このように可撓性のあるリード線の先
端を直接に対象の固定端子へ接続して出力信号を外部へ
取り出すことができる。

【００１７】図示していないが、クランク軸２１、或い
はクランク軸２１そのものでなくても、図示しないカム
軸のようにクランク軸２１によって一定の回転比をもっ
て駆動される軸には、その回転数（回転速度）Ｗ１を検
出する回転数センサが設けられる。通常の内燃機関では
機関の回転数Ｗ１、或いはそれに対して一定の比率で回
転するものの回転数は運転制御のためのファクターの一
つとして計測をする必要があるから、クランク軸等に回
転数センサを備えているものが多い。従って、他の目的
で設けられた回転数センサであってもその出力信号を本
発明の目的に利用することができる。なお、回転数Ｗ１
を検出する手段を備えていない内燃機関においては、ク
ランク軸プーリ６に対して例えば図２及び図３に示した
ものと同様な構造の回転数Ｗ１の検出手段を設けてもよ
い。

【００１８】次に、図１、図２及び図３に示されたこの
好適な実施形態の作動について説明する。図１において
内燃機関１のクランク軸２１が回転することによって、
クランク軸プーリ６に対して一連のベルト７によって係
合している空調装置の冷媒圧縮機用プーリ２、パワース
テアリングの油圧ポンプ用プーリ３、発電機用プーリ
４、冷却ファン用プーリ５、アイドラプーリ８、及びオ
ートテンショナプーリ１０等は一斉に回転駆動される

【００１９】この実施形態では、クランク軸２１の回転
数（回転速度）Ｗ１を検出するだけでなく、電磁ピック
アップ１８によってオートテンショナプーリ１０の回転
数（回転速度）Ｗ２を検出している。従って、クランク
軸プーリ６からベルト７を介してオートテンショナーの
アイドラプーリ１０が回転駆動されると、アーム１３に
対して固定されて実質的に移動しない電磁ピックアップ
１８の検出端の直前を、磁性体からなる多数の歯１２が
微小な時間間隔をおいて間欠的に通過することになるの
で、その通過の前後において、電磁ピックアップ１８の
コイルを通過している永久磁石の磁束密度が急激に増減
変化する結果、電磁ピックアップ１８のコイルには電圧
波形として略等間隔のピークを有するパルス電流が発生
する。このパルス電流が回転数Ｗ２に対応する出力信号
としてリード線１９，２０等を介して直接に外部の固定
端子へ取り出されて、演算装置を備えた図示しない制御
装置に入力される。制御装置においては、電磁ピックア
ップ１８の出力信号であるパルス電流について単位時間
当たりのピークの数をカウントすることによって、オー
トテンショナプーリ１０の回転数（回転速度）Ｗ２を検
知する。

【００２０】以上、この好適な実施形態の、駆動プーリ
６の回転数Ｗ１及びオートテンショナプーリ１０の回転
数Ｗ２の検出方法が示されたが、以下それらの回転数Ｗ
１、Ｗ２に基づいてベルトの劣化を判定する方法を詳細
に説明する。

【００２１】オートテンショナプーリ１０が、ベルト７
を介して駆動プーリ６によって回転される場合には、 Ｔrq＝Ｒ１・Ｋ（（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｗ１／Ｗ２）−
１） Ｔrq：補機負荷トルク Ｒ１：クランク軸プーリの半径 Ｒ２：オートテンショナプーリの半径 Ｋ ：ベルトの弾性係数 Ｗ１：クランク軸プーリの回転数 Ｗ２：オートテンショナプーリの回転数 の関係があることが認められる。上式において、クラン
ク軸プーリの半径Ｒ１と、オートテンショナプーリの半
径Ｒ２とが一定の大きさである場合には、補機負荷トル
クＴrqは、回転数比Ｈ（＝Ｗ１／Ｗ２）に対して一次関
数的に増加する傾向がある。図４は、クランク軸プーリ
の半径Ｒ１とオートテンショナプーリの半径Ｒ２とが所
定の大きさであり、ベルトの弾性係数Ｋが一定である場
合の、回転数比Ｈと補機負荷トルクＴrqとの関係を示す
グラフである。つまり、図５に示されるように、使用さ
れるクランク軸プーリの半径Ｒ１と、オートテンショナ
プーリの半径Ｒ２と、使用される正常なベルトの弾性係
数Ｋとから、使用されるベルトが正常な場合の、回転数
比の変化量に対する補機負荷トルクの変化量、すなわち
ベルトの劣化判定基準値Ｐ（＝Ｒ１・Ｋ（Ｒ１／Ｒ
２））が算出される。

【００２２】続いて、図６に示すように、ベルトの劣化
判定用フローチャートに基づき、ベルトの劣化判定を行
う。まず、図示されないヘッドランプが消灯された状態
で、図１のオルタネータプーリ４によって引き起こされ
た電流値Ｉoff を、図示されない電流値検出手段によっ
て検出する。更に、その際の、クランク軸プーリの回転
数Ｗ１off とオートテンショナプーリの回転数Ｗ２off
とを上述された検出手段によって検出し、上述された演
算装置によって回転数Ｗ１off 及びＷ２off から回転数
比Ｈoff を算出する。続いてヘッドランプを点灯し、同
様に、電流値Ｉonと、クランク軸プーリの回転数Ｗ１on
と、オートテンショナプーリの回転数Ｗ２onとを検出
し、回転数比Ｈonを算出する。続いて、演算装置によ
り、得られた電流値Ｉon及びＩoff を補機負荷トルクＴ
rq on 及びＴrq offに変換し（Ｔrq＝ＣＩ：Ｃはオルタ
ネータの効率を表す定数）、補機負荷トルクの変化量Δ
Ｔrq（＝Ｔrq on −Ｔrq off）と、回転数比の変化量Δ
Ｈ（＝Ｈon−Ｈoff ）とを算出する。続いて、演算装置
により、傾きＡ（＝ΔＴrq／ΔＨ）が、上述された基準
値Ｐ（＝Ｒ１・Ｋ（Ｒ１／Ｒ２））より大きいかどうか
の判定を行い、傾きＡが基準値Ｐより大きい場合にはベ
ルトが劣化したと判定し、傾きＡが基準値Ｐ以下の場合
にはベルトが正常であると判定する。つまり、ベルトが
劣化してベルトの芯線が部分的に切れると、ベルトの弾
性定数は、見かけ上、大きくなるため、前記傾きが所定
値を越えた場合に、ベルトが劣化したと判定される。

【００２３】図１の好適な実施形態では、従動プーリの
回転数を検出するためにオートテンショナプーリ１０が
使用されているが、他の好適な実施形態では、図７及び
図８に示されるように、回転数検出用の従動プーリとし
て、オートテンショナプーリの代わりにオルタネータプ
ーリ４が使用可能である。この場合、図５に示されたベ
ルトの劣化判定基準値Ｐに代わりに、オルタネータプー
リ４の半径Ｒの値を使用して算出された判定基準値Ｐ’
が使用される。図示されないが、当然ながら、回転数検
出用の従動プーリとして、オルタネータプーリ以外にも
任意のプーリが使用可能であり、図１の好適な実施形態
と同様の効果を得ることが可能である。

【００２４】図１の好適な実施形態のプーリ群は多数の
プーリによって構成されているが、他の好適な実施形態
では、図８に示されるように、一つの駆動プーリと一つ
のみの従動プーリとでプーリ群が構成されることも可能
であり、この場合にも、図１に示される実施形態の場合
と同様にベルトの劣化を判定することが可能である。

【００２５】図１〜図６に示された好適な実施形態で
は、駆動プーリに異なる負荷を与えるためにヘッドラン
プが使用されたが、他の好適な実施形態では、図示され
ないが、リヤ熱線に通電する場合とその通電を遮断する
場合とで異なる負荷を与えることが可能である。この実
施形態の場合にも、ベルト劣化判定を行うオペレータ
は、運転席内のリヤ熱線のスイッチをオンオフすること
によって、容易に異なる負荷を与えることが可能であ
る。当然ながら、ヘッドランプやリヤ熱線の他にも、図
１のクランク軸プーリ６の回転力によって動力供給され
る任意の装置を使用して、上述された実施形態と同様の
効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】好適な実施形態のエンジンルーム内のプーリ群
を示す正面図である。

【図２】図１のオートテンショナプーリの断面図であ
る。

【図３】図２のオートテンショナプーリ１０の下面図で
ある。

【図４】回転数比Ｈと補機負荷トルクＴrqとの関係を示
すグラフである。

【図５】ベルトの劣化判定基準値Ｐを算出するためのフ
ローチャートである。

【図６】ベルトの劣化判定を行うフローチャートであ
る。

【図７】他の好適な実施形態のエンジンルーム内のプー
リ群を示す正面図である。

【図８】他の好適な実施形態のエンジンルーム内のプー
リ群を示す正面図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…空調装置の冷媒圧縮機用プーリ ３…パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ ４…オルタネータプーリ ５…ラジエータの冷却ファン用プーリ ６…クランク軸プーリ ７…ベルト ８…アイドラプーリ １０…オートテンショナプーリ １１…円環状内面 １２…歯 １３…アーム １４…基部 １５…軸 １６…軸受 １７…突起 １８…電磁ピックアップ １９，２０…リード線 ２１…クランク軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動プーリと、少なくとも一つの従動プ
   ーリと、前記駆動プーリ及び従動プーリに共通に巻き掛
   けられたベルトからなり、前記駆動プーリの回転数の検
   出手段と、前記従動プーリの回転数の検出手段と、前記
   駆動プーリの回転によって引き起こされた電流の電流値
   を検出する電流値検出手段と、検出された前記それぞれ
   の値に基づいて演算を行う演算手段とを具備する補機駆
   動装置のためのベルト劣化判定方法において、 前記駆動軸に第一の負荷を与えた状態で、前記駆動プー
   リの回転数の検出手段が前記駆動プーリの第一の回転数
   を検出し、前記従動プーリの回転数の検出手段が前記従
   動プーリの第一の回転数を検出し、前記演算手段が前記
   駆動プーリの第一の回転数と前記従動プーリの第一の回
   転数との比である第一の回転数比を算出し、前記電流値
   検出手段が第一の電流値を検出し、 前記駆動軸に第二の負荷を与えた状態で、前記駆動プー
   リの回転数の検出手段が前記駆動プーリの第二の回転数
   を検出し、前記従動プーリの回転数の検出手段が前記従
   動プーリの第二の回転数を検出し、前記演算手段が前記
   駆動プーリの第二の回転数と前記従動プーリの第二の回
   転数との比である第二の回転数比を算出し、前記電流値
   検出手段が第二の電流値を検出し、 前記演算手段が、前記第二の回転数比と前記第一の回転
   数比との差である回転数比変化量と、前記第二の電流値
   と前記第一の電流値との差である電流値変化量とを算出
   し、前記回転数比変化量に対する前記電流値変化量であ
   る傾きを算出し、 前記傾きが所定値より大きい場合に前記ベルトが劣化し
   たと判定し、前記傾きが前記所定値以下の場合には前記
   ベルトが正常であると判定することを特徴とするベルト
   劣化判定方法。
2. 【請求項２】 前記従動プーリはオートテンショナプー
   リであることを特徴とする請求項１に記載のベルト劣化
   判定方法。
3. 【請求項３】 前記従動プーリはオルタネータプーリで
   あることを特徴とする請求項１に記載のベルト劣化判定
   方法。
4. 【請求項４】 ヘッドランプを消灯することによって前
   記駆動軸に前記第一の負荷を与え、前記ヘッドランプを
   点灯することによって前記駆動軸に前記第二の負荷を与
   えることを特徴とする請求項２又は３に記載のベルト劣
   化判定方法。
5. 【請求項５】 リヤ熱線の通電を遮断することによって
   前記駆動軸に前記第一の負荷を与え、前記リヤ熱線に通
   電することによって前記駆動軸に前記第二の負荷を与え
   ることを特徴とする請求項２又は３に記載のベルト劣化
   判定方法。