WO2016136593A1 - 補機ベルトシステム - Google Patents

Abstract

　この補機ベルトシステム（Ｂ）は、ベルト駆動装置（２）を制御する制御装置（３）を備えている。制御装置（３）は、駆動プーリ（４）またはこの駆動プーリ（４）と一体に回転する要素の回転速度と、非駆動プーリ（５）またはこの非駆動プーリ（５）と一体に回転する要素の回転速度とをそれぞれ検出する回転速度検出手段（１３）と、回転速度検出手段（１３）でそれぞれ検出された回転速度の差が閾値以上のとき、駆動プーリ（４）の回転速度に応じて、ベルト張力調整手段（６）で調整するベルト張力を定められたベルト張力に設定する張力設定手段（１４）とを有する。

Description

補機ベルトシステム 関連出願

　本出願は、２０１５年２月２３日出願の特願２０１５－０３２４７６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、車両の内燃機関の補機ベルトシステムに関し、ベルト張力を適切な値とする技術に関する。

　エンジンによる補機駆動時の回転力をベルトを用いて伝達するベルト伝動装置等が実用に供されている。ベルト伝動装置は、例えば、ベルト張力を調整するベルト張力調整装置を備える。このベルト張力調整装置は、ベルトが巻き掛けられると共にベルトの移動で回転するテンションプーリユニットと、このテンションプーリユニットを押圧するオートテンショナ機構と、前記テンションプーリユニットがベルトから受ける反力を検出するテンショナ圧力センサとを有する（特許文献１）。

　ベルト張力調整装置では、例えば、エンジンの始動時に、発電機兼スタータモータからの電気信号を受けた制御部がアクチュエータに制御信号を出力してこのアクチュエータを伸長させ、ベルト張力調整プーリを付勢する。エンジンの始動後には、前記アクチュエータは非駆動状態でベルト張力調整プーリは可動となり、ベルトに上記始動時よりも小さな所定の張力を付与する（特許文献２）。

　ベルト制御装置は、例えば、回転速度センサからエンジンの所定値よりも低い回転速度を表す信号を受けた場合に、ベルトの張力、および、オートテンショナの減衰力が高くなるように制御する（特許文献３）。したがって、エンジンの回転変動が大きくなる低速回転域において、ベルトの張力、および、オートテンショナの減衰力を高めることで、ベルトの張力変動を抑え得る。

特開２００３－０４２２４８号公報 特開２００３－１７２４１５号公報 特開２００４－１０８４８３号公報

　ベルト張力が低いとプーリ部での滑りが発生するため、適切な張力を保たなくてはならない。一方、ベルト張力が高いと駆動プーリの負荷が大きくなり、軸受のラジアル荷重が大きくなって燃費が悪化する。しかしながら、最適なベルト張力はエンジン回転速度やベルトの経年劣化により変わるため、一概に値を決めることができず、最適なベルト張力よりも高い張力にすることで、滑りを抑えている。

　その対策技術として特許文献１に開示されたベルト伝動装置では、テンショナ圧力センサを用いてベルト張力を測定しているが、圧力センサは高価である。さらに圧力からは適宜変わる最適なベルト張力（ここで言う最適なベルト張力とはプーリとベルトの間で一定以上の滑りが生じない張力のこと）は求められない。また特許文献２に開示されたベルト張力調整装置では、スタート時のみベルト張力を上げ、スタート時以外のベルト張力を低くしている。特許文献３に開示されたベルト制御装置では、低回転域においてのみベルト張力を上げ、高回転時のベルト張力を下げている。ただし、近年の燃費競争においては、ベルト張力を全回転域で可能な限り下げる必要がある。

　この発明の目的は、コスト低減を図ると共に、ベルト張力を全回転域で可能な限り下げることができる補機ベルトシステムを提供することである。

　この発明の補機ベルトシステムは、ベルト駆動装置２と、前記ベルト駆動装置２を制御する制御装置３とを備える補機ベルトシステムであって、
　前記ベルト駆動装置は、
　車両の内燃機関のクランクシャフトに設けられた駆動プーリ４と、
　前記車両の補機に設けられた非駆動プーリ５と、
　これら駆動プーリ４および非駆動プーリ５に掛け渡されたベルト１と、
　前記ベルト１の張力を調整するベルト張力調整手段６と、
を備え、
　前記制御装置３は、
　前記駆動プーリ４またはこの駆動プーリ４と一体に回転する要素の回転速度と、前記非駆動プーリ５またはこの非駆動プーリ５と一体に回転する要素の回転速度とをそれぞれ検出する回転速度検出手段１３と、
　前記回転速度検出手段１３でそれぞれ検出された回転速度の差が閾値以上のとき、前記駆動プーリ４の回転速度に応じて、前記ベルト張力調整手段６で調整するベルト張力を定められたベルト張力に設定する張力設定手段１４とを備える。
　前記「駆動プーリの回転速度に応じて」とは、例えば、内燃機関の始動時から高回転域まで無段階に変化する回転速度に応じてであっても良いし、内燃機関の始動時、低回転域、中回転域、高回転域と有段で変化する回転速度に応じてであっても良い。
　前記回転速度は、単位時間当たりの回転数である。
　前記回転速度の差は、プーリ径の大小によって生じる回転速度差も加味したうえで、定められた閾値と比較判断される。
　前記閾値、前記定められたベルト張力は、それぞれ試験やシミュレーション等の結果により定められる。

　この構成によると、回転速度検出手段１３は、駆動プーリ４またはこの駆動プーリ４と一体に回転する要素の回転速度と、非駆動プーリ５またはこの非駆動プーリ５と一体に回転する要素の回転速度とをそれぞれ検出する。張力設定手段１４は、検出された回転速度の差が閾値以上のとき、ベルト張力を、駆動プーリ４の回転速度に応じて定められたベルト張力に設定する。張力設定手段１４が、検出された回転速度の差が閾値以上であるか否かを判定することで、ベルト１の滑りを感知し得る。

　回転速度差が閾値以上のときベルト１の滑りが発生しているため、このときの駆動プーリ４の回転速度において、ベルト張力を、例えば、回転速度差が閾値未満となる張力まで上げる。これにより、ベルト張力を、例えばベルト劣化等が生じても滑らないベルト張力よりも、略全回転速度域で可能な限り下げることができる。したがって、駆動プーリ４の負荷を低減して軸受のラジアル荷重を小さくして燃費を高めることが可能となる。さらにベルトの寿命を延ばすことができる。また高価な圧力センサ等を用いることなくベルト張力を調整できるため、圧力センサを用いてベルト張力を測定する場合よりも、コスト低減を図ることができる。

　前記制御装置３は、アクセルペダル２１の踏込み量を検知するアクセル量検知手段１５を有し、前記張力設定手段１４は、前記アクセル量検知手段１５で検知された踏込み量から前記内燃機関の回転速度を予測し、この回転速度に応じてベルト張力を設定しても良い。

　前記張力設定手段１４は、前記ベルト張力調整手段６によりベルト張力を下げていき、前記回転速度検出手段１３でそれぞれ検出される回転速度の差が閾値以上となるベルト張力の下限を把握しても良い。このシステムはベルト１が滑ることが前提のシステムであるが、通常の使用状態ではベルト１の滑りは生じない。例えば、ベルト１が経年劣化した状態や内燃機関の回転速度を短時間のうちに過度に上下動させる等の使用状態でもベルトに滑りが生じないように張力が設定されている。一方、本発明ではベルト張力を下げていき、意図的に回転速度差を閾値以上とする、つまり意図的にベルト１に滑りを発生させることで、滑りが発生するベルト張力の下限を把握することができる。

　前記張力設定手段１４は、前記回転速度の差が閾値以上か否かを常時監視する回転速度差監視部１９を有しても良い。このように回転速度差監視部１９が、常時滑りを監視することで、ベルト１に予定外の滑りが生じたときにベルト張力を速やかに上げることができる。

　前記ベルト張力調整手段６は減衰力を可変とするダンパを備え、前記張力設定手段１４は、前記ベルト張力調整手段６の減衰力を変えることでベルト張力を設定するものとしても良い。
　前記ベルト張力調整手段６は、前記ベルト１に接するプーリ７を有しこのプーリ７の位置を変えることでベルト張力を調整可能であり、前記張力設定手段１４は、前記ベルト張力調整手段６のプーリ７の位置を変えてベルト張力を設定するものとしても良い。
　前記回転速度検出手段１３は、パルスセンサ１７，１８を用いて回転速度を検出しても良い。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る補機ベルトシステムを概略示す正面図である。 同補機ベルトシステムの制御系のブロック図である。 エンジン回転速度と滑らない張力との関係を示す図である。

　この発明の一実施形態に係る補機ベルトシステムＢを図１ないし図３と共に説明する。
　図１に示すように、この補機ベルトシステムＢは、車両の内燃機関による補機駆動時の回転力をベルト１を用いて伝達するベルト駆動装置２と、このベルト駆動装置２を制御する制御装置３とを有する。この例の補機は、図示しないが、例えば、パワーステアリング、オルタネータ、ウォーターポンプ、およびエアーコンディショナである。但し、これらの補機に限定されるものではない。なお以下の説明において、複数の補機を総称して補機類という場合がある。

　先ず、ベルト駆動装置２について説明する。ベルト駆動装置２は、駆動プーリ４と、非駆動プーリ５と、ベルト１と、ベルト張力調整手段６とを有する。駆動プーリ４は、内燃機関のクランクシャフトに設けられる。非駆動プーリ５は、補機類にそれぞれ設けられるプーリであって、テンショナ用アイドラプーリ７と、パワーステアリングプーリ８と、オルタネータプーリ９と、ウォーターポンププーリ１０と、エアーコンディショナプーリ１１とを有する。

　テンショナ用アイドラプーリ７は、後述のベルト張力調整手段６と一体に設けられてベルト１に一定の張力を付与する。プーリアーム１２が揺動中心軸Ｌ１を中心に揺動自在に車体に支持され、このプーリアーム１２にテンショナ用アイドラプーリ７が回転自在に支持されている。プーリアーム１２は、油圧ダンパ６ａによりアイドラプーリ７をベルト１に押し付ける方向に揺動させられ、ベルト張力を与えている。

　パワーステアリングプーリ８は前記パワーステアリングの油圧ポンプに設けられる。オルタネータプーリ９は前記オルタネータに設けられる。ウォーターポンププーリ１０は前記ウォーターポンプに設けられる。エアコンプーリ１１は前記エアーコンディショナに設けられる。ベルト１は、これら駆動プーリ４、テンショナ用アイドラプーリ７、パワーステアリングプーリ８、オルタネータプーリ９、ウォーターポンププーリ１０、エアーコンディショナプーリ１１に順次掛け渡された無端状のベルトである。よって、駆動プーリ４の回転力をベルト１および非駆動プーリ５を介して補機類に伝達し得る。

　ベルト張力調整手段６は、ベルト１の張力を調整する手段であって、前記プーリアーム１２と、このプーリアーム１２に連結されたダンパである油圧ダンパ６ａとを有する。この油圧ダンパ６ａは、例えば、有底筒状のシリンダ本体６ａａ、このシリンダ本体６ａａにそれぞれ設けられる進退自在なロッド６ａｂ、ダンパ部６ａｃ、オイル流路の絞り機能を有するチェックバルブ（図示せず）、このチェックバルクの絞りを調整するモータ（減速機を含んでも良い）（図示せず）、およびリターンスプリング（図示せず）を有する。このベルト張力調整手段６は、シリンダ本体６ａａが支点Ａ１で車体に揺動自在に設けられ、且つ、この支点Ａ１を基準としてロッド６ａｂの先端の連結点Ａ２がプーリアーム１２に対して揺動自在に連結される。ダンパ部６ａｃは、ロッド６ａｂに負荷される押込み力を緩衝する。

　ベルト１の張力が高いとき、そのベルト張力がプーリアーム１２を介してロッド６ａｂに伝達され、ロッド６ａｂの大部分がシリンダ本体６ａａに押し込まれて前記チェックバルブが閉じ、ダンパ部６ａｃによりベルト１からの荷重を支持する。ベルト１の緩み時には、リターンスプリングによりロッド６ａｂの先端部がシリンダ本体６ａａから突出しプーリアーム１２を介してアイドラプーリ７をベルト１に押し付けるようになっている。

　図２に示すように、制御装置３は、例えば、車両全般の制御を行う電気制御ユニット（ＥＣＵ）である。この制御装置３は、回転速度検出手段１３と、張力設定手段１４と、アクセル量検知手段１５と、記憶手段１６とを有する。回転速度検出手段１３は、駆動プーリ４（図１）の回転速度と、非駆動プーリ５（図１）の回転速度とをそれぞれ検出する。回転速度検出手段１３は、これらの回転速度を、それぞれ第１パルスセンサ１７，第２パルスセンサ１８を用いて検出する。

　張力設定手段１４は、ベルト張力調整手段６で調整するベルト張力を、定められたベルト張力に設定する。この張力設定手段１４は、回転速度差監視部１９とベルト張力設定部２０とを有する。回転速度差監視部１９は、回転速度検出手段１３で検出される駆動プーリ４の回転速度と非駆動プーリ５の回転速度との差が所定の閾値以上か否かを常時監視する。具体的には、回転速度差監視部１９は、回転速度差を演算する演算部１９ａと、この演算部１９ａで演算された回転速度差が閾値以上か否かを判定する判定部１９ｂとを有する。閾値は、例えば、記憶手段１６に書き換え可能に記憶され、判定部１９ｂによる判定時に用いられる。

　判定部１９ｂで回転速度差が閾値以上である、つまりベルト１の滑りが発生していると判定されると、ベルト張力設定部２０は、駆動プーリ４（図１）の回転速度に応じてベルト張力を設定する。前記駆動プーリ４の回転速度に応じてとは、例えば、内燃機関の始動時から高速回転域まで無段階に変化する回転速度に応じてであっても良いし、内燃機関の始動時、低回転域、中回転域、高回転域と有段で変化する回転速度に応じてであっても良い。なお判定部１９ｂで回転速度差が閾値未満と判定されると、ベルト１（図１）の滑りが発生していないため、ベルト張力設定部２０による張力設定を実施しない。

　前記駆動プーリ４（図１）の回転速度を検出する際、アクセル量検知手段１５で検知されたアクセルペダル２１の踏込み量から内燃機関つまり駆動プーリ４（図１）の回転速度を演算する。アクセルペダル２１の踏込み量と内燃機関の回転速度とは比例関係にあるため、例えば、両者の関係を予めマップ等の関係設定手段に設定しておき、この関係設定手段を記憶手段１６に記憶しておく。アクセル量検知手段１５は、アクセルペダル２１の踏込み量に対応する信号を前記関係設定手段に照らし合わせて回転速度を容易に演算し得る。

　この例の張力設定手段１４は、ベルト張力調整手段６の減衰力を変えることでベルト張力を設定する。張力設定手段１４は、ベルト張力を設定するとき、例えば、前記チェックバルブの絞りを変更するように油圧ダンパ６ａのモータに信号を与える。張力設定手段１４から入力された信号により前記チェックバルブの流路を絞った場合、流体抵抗が大きくなり、その結果減衰力が高まる。逆に前記チェックバルブの流路を広げた場合、流体抵抗が小さくなり、その結果減衰力が低くなる。

　ところで、この補機ベルトシステムＢはベルトが滑ることが前提のシステムであるが、通常の使用状態では滑りは生じない。そこで張力設定手段１４は、ベルト張力調整手段６によりベルト張力を下げていき、意図的に回転速度差を閾値以上とする、つまり意図的にベルトに滑りを発生させることで、回転速度に応じて滑りが発生する、ベルト張力の下限値（前記閾値に対応するベルト張力値）を把握し得る。例えば、このベルト張力の下限値に補正係数を乗じた値（補正値）を、記憶手段１６に記憶しておき、張力設定手段１４は、ベルト張力値を設定する際に前記補正値以下にならないようにベルト張力値を設定する。前記補正係数は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。

　図３は、内燃機関であるエンジンの回転速度とベルトが滑らない張力との関係を示す図である。図１および図２も適宜参照しつつ説明する。ここでベルト１が滑らないとは、駆動プーリ４の回転速度に対して非駆動プーリ５が一定の比率以上の回転速度（例えば、駆動プーリ４の回転速度に対して、非駆動プーリ５の回転速度が９９％以上）で駆動していると定義しても良い。
　従来、例えば、エンジン始動時のみベルト張力を上げ、エンジン始動以外はエンジン回転速度にかかわらずエンジン始動時よりも低い二段式のベルト張力が設定されていた。

　これに対して、エンジン毎の固体差に起因するばらつきやベルト劣化が生じても滑らないベルト張力は、エンジン始動時を最大値として以後エンジン回転速度の上昇に応じて低下させていく。定められたエンジン回転速度に到達すると、以後エンジン回転速度が上がる程、滑らないベルト張力を上げるように設定されている。実際のベルト張力は、前述の滑らないベルト張力よりも低いものの、同ベルト張力に略相似している。

　この実施形態によって得られる最適張力は、エンジン始動時は、実際のベルト張力よりもやや高い一定のベルト張力とし、定められたエンジン回転速度に到達すると、以後エンジン回転速度が上がる程、滑らないベルト張力を上げるように設定されている。この定められたエンジン回転速度以後の最適張力は、実際のベルト張力よりも高く、且つ、ベルト劣化等が生じても滑らないベルト張力よりも低くなるように設定されている。この最適張力は、例えば、実験やシミュレーション等の結果により定められる。

　以上説明した補機ベルトシステムＢの作用効果について説明する。この補機ベルトシステムＢによると、回転速度検出手段１３は、駆動プーリ４の回転速度と、非駆動プーリ５の回転速度とをそれぞれ検出する。張力設定手段１４は、検出された回転速度差が閾値以上のとき、ベルト張力を、駆動プーリ４の回転速度に応じて定められたベルト張力に設定する。張力設定手段１４が、検出された回転速度差が閾値以上であるか否かを判定することで、ベルト１の滑りを感知し得る。

　回転速度差が閾値以上のときベルト１の滑りが発生しているため、このときの駆動プーリ４の回転速度において、ベルト張力を、例えば、回転速度差が閾値未満となる張力まで上げる。これにより、ベルト張力を、例えば、ベルト劣化等が生じても滑らないベルト張力よりも、略全回転速度域で可能な限り下げることができる。

　したがって、駆動プーリ４の負荷を低減して軸受のラジアル荷重を小さくして燃費を高めることが可能となる。さらにベルト１の寿命を延ばすことができる。また高価な圧力センサ等を用いることなくベルト張力を調整できるため、圧力センサを用いてベルト張力を測定する場合よりも、コスト低減を図ることができる。回転速度差監視部１９が常時滑りを監視する場合には、ベルト１に予定外の滑りが生じたときにベルト張力を速やかに上げることができる。

　上記実施形態の他の実施形態として、前述のベルト張力調整手段６の減衰力を変えてベルト張力を調整する構成に代えて、シリンダ本体６ａａからのロッド６ａｂの突出量を変更してベルト１に接するアイドラプーリ７の位置を変えることでベルト張力を調整しても良い。前記チェックバルクの絞りを調整する手段として、モータの他に電磁ソレノイドや油圧などを用いても良い。

　回転速度検出手段１３は、駆動プーリ４の回転速度に代えて、この駆動プーリ４と一体に回転する要素（例えば、クランクシャフト）の回転速度を検出しても良い。また非駆動プーリ５の回転速度に代えて、この非駆動プーリ５と一体に回転する要素の回転速度を検出しても良い。

　以上、本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…ベルト
２…ベルト駆動装置
３…制御装置
４…駆動プーリ
５…非駆動プーリ
６…ベルト張力調整手段
７…アイドラプーリ
１３…回転速度検出手段
１４…張力設定手段
１５…アクセル量検知手段
１７，１８…パルスセンサ
１９…回転速度差監視部

Claims (7)

1. 　ベルト駆動装置と、前記ベルト駆動装置を制御する制御装置とを備える補機ベルトシステムであって、
   　前記ベルト駆動装置は、
   　車両の内燃機関のクランクシャフトに設けられた駆動プーリと、
   　前記車両の補機に設けられた非駆動プーリと、
   　これら駆動プーリおよび非駆動プーリに掛け渡されたベルトと、
   　前記ベルトの張力を調整するベルト張力調整手段と、
   を備え、
   　前記制御装置は、
   　前記駆動プーリまたはこの駆動プーリと一体に回転する要素の回転速度と、前記非駆動プーリまたはこの非駆動プーリと一体に回転する要素の回転速度とをそれぞれ検出する回転速度検出手段と、
   　前記回転速度検出手段でそれぞれ検出された回転速度の差が閾値以上のとき、前記駆動プーリの回転速度に応じて、前記ベルト張力調整手段で調整するベルト張力を定められたベルト張力に設定する張力設定手段と、
   を備える、補機ベルトシステム。
2. 　請求項１に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記制御装置は、アクセルペダルの踏込み量を検知するアクセル量検知手段を有し、前記張力設定手段は、前記アクセル量検知手段で検知された踏込み量から前記内燃機関の回転速度を予測し、この回転速度に応じてベルト張力を設定する補機ベルトシステム。
3. 　請求項１または請求項２に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記張力設定手段は、前記ベルト張力調整手段によりベルト張力を下げていき、前記回転速度検出手段でそれぞれ検出される回転速度の差が閾値以上となる、ベルト張力の下限値を把握する補機ベルトシステム。
4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記張力設定手段は、前記回転速度の差が閾値以上か否かを常時監視する回転速度差監視部を有する補機ベルトシステム。
5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記ベルト張力調整手段は減衰力を可変とするダンパを備え、前記張力設定手段は、前記ベルト張力調整手段の減衰力を変えることでベルト張力を設定する補機ベルトシステム。
6. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記ベルト張力調整手段は、前記ベルトに接するプーリを有しこのプーリの位置を変えることでベルト張力を調整可能であり、前記張力設定手段は、前記ベルト張力調整手段のプーリの位置を変えてベルト張力を設定する補機ベルトシステム。
7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の補機ベルトシステムにおいて、前記回転速度検出手段は、パルスセンサを用いて回転速度を検出する補機ベルトシステム。

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