JP2017532492A

JP2017532492A - ２速ベルト駆動システム

Info

Publication number: JP2017532492A
Application number: JP2017520395A
Authority: JP
Inventors: サーク，アレクサンダー; シュナイダー，ディーン
Original assignee: ゲイツコーポレイション
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-11-02
Also published as: WO2016060730A1; RU2017116520A; AU2015334104A1; KR20170069265A; CN106795811A; CA2964219A1; EP3207282A1; RU2017116520A3; MX2017004754A; US20160108806A1; BR112017007622A2

Abstract

第１ベルト（１０）に係合する第１プーリ（２１３）および第２ベルト（２０）に係合する第２プーリ（２０６）を備えるクランク軸モジュール（２００）と、第１ベルトおよび第２ベルトに係合するクラッチモジュール（１００）とを備え、第２ベルト（２０）がエンジンアクセサリに係合され、クランク軸モジュールが第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリング（２０５）を有し、クラッチモジュールが第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチ（５７）を有する２速ベルト駆動システム。

Description

本発明は、第１ベルトに係合する第１プーリおよび第２ベルトに係合する第２プーリを備えるクランク軸モジュールと、第１ベルトおよび第２ベルトに係合するクラッチモジュールとを備え、第２ベルトがエンジンアクセサリに係合され、クランク軸モジュールが第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリングを有し、クラッチモジュールが第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチを有する２速ベルト駆動システムに関する。

本発明は自動車用アクセサリベルト駆動システム（ＡＢＤＳ駆動）に関する。

本技術の代表は米国特許第７，７９８，９２８号明細書である。これは、駆動源の回転軸に直接取付けられたクラッチユニットと、駆動源の回転軸に直接取付けられたワンウェイクラッチと、第１および第２の速度比の間の変化を規定するエンジン作動状態の所定値において作動するクラッチユニットを有し、アクセサリが第１の速度比ではクラッチユニットによって駆動され、第２の速度比ではワンウェイクラッチを介して駆動源の回転軸により直接駆動されるように、クラッチユニットに回転自在に接続され、かつワンウェイクラッチを介して駆動源の回転軸に回転自在に接続された複数の回転アクセサリとを備え、
クラッチユニットはエンジンの始動時に係合する。

必要なものは、第１ベルトに係合する第１プーリおよび第２ベルトに係合する第２プーリを備えるクランク軸モジュールと、第１ベルトおよび第２ベルトに係合するクラッチモジュールとを備え、第２ベルトがエンジンアクセサリに係合され、クランク軸モジュールが第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリングを有し、クラッチモジュールが第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチを有する２速ベルト駆動システムである。本発明はこの必要性に合致する。

本発明の主な特徴は、第１ベルトに係合する第１プーリおよび第２ベルトに係合する第２プーリを備えるクランク軸モジュールと、第１ベルトおよび第２ベルトに係合するクラッチモジュールとを備え、第２ベルトがエンジンアクセサリに係合され、クランク軸モジュールが第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリングを有し、クラッチモジュールが第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチを有する２速ベルト駆動システムである。

本発明の他の特徴は、本発明の次の記述と添付した図面により説明され、明らかになる。

本発明は、第１ベルトに係合する第１プーリおよび第２ベルトに係合する第２プーリを備えるクランク軸モジュールと、第１ベルトおよび第２ベルトに係合するクラッチモジュールとを備え、第２ベルトがエンジンアクセサリに係合され、クランク軸モジュールが第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリングを有し、クラッチモジュールが第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチを有する２速ベルト駆動システムである。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
ベルト駆動システムの正面図である。クランク軸モジュールの正面図である。クランク軸モジュールの背面図である。クランク軸モジュールの断面図である。クランク軸モジュールの分解図である。クランク軸減衰アセンブリの背面図である。アイソレーティング・スプリングの側面図である。スプリングキャリアの正面図である。スプリングキャリアの背面図である。クラッチスプリングの正面図である。プーリの正面図である。セカンダリ・クラッチモジュールの断面図である。システムオペレーションの図である。

図１はベルト駆動システムの正面図である。システム１０００は内燃機関（Ｅ）用のフロントエンド・アクセサリドライブを備える。図１においてエンジンのフロント部分が示され、他の部分は明確性のために省略されている。

本発明のシステム１０００はベルト１０と第２ベルト２０を備える。種々のエンジンおよび車両用アクセサリコンポーネントはベルト２０によって駆動される。ベルト１０とベルト２０はそれぞれマルチリブドベルトである。これはリブがベルトの無端方向に沿って平行に延びることを意味する。

ベルト１０はクラッチモジュール１００とクランク軸モジュール２００とテンショナ３０との周囲のみに沿って走行する。ベルト１０はクランク軸モジュール２００からクラッチモジュール１００へ動力を伝達する。ベルト２０はクランク軸モジュール２００と、クラッチモジュール１００と、オルタネータ４０、パワーステアリングポンプ５０およびウォータポンプ６０を有するアクセサリとの周囲に沿って走行する。ベルト２０はまた、テンショナ７０とアイドラ８０とアイドラ９０とに係合する。テンショナ７０はベルト２０に適正な負荷を維持する。

テンショナ３０はベルト１０に適正なベルト負荷を維持する。テンショナ７０とテンショナ３０は、従来公知である。適正なベルト負荷はベルトスリップとノイズを防止する。

図２Ａはクランク軸モジュールの正面図である。図２Ｂはクランク軸モジュールの背面図である。図３はクランク軸モジュールの断面図である。図３を参照すると、クランク軸モジュール２００はダンパアセンブリ２０１、ハブ３００、アイソレーティング・スプリング２０２、スプリングキャリア２０３、ブッシュ２０４Ａ、ブッシュ２０４Ｂ、クラッチスプリング２０５、プーリ２０６、ベアリング２０７、ベアリング２０８、リテーナ２０９、シールド２１０、リテーナ２１１を備える。ダンパアセンブリ２０１は慣性部材２０１０と弾性部材２１２を備える。弾性部材２１２は、ハブ３００に対する慣性部材２０１０の微増振動を許容し、これは延いてはシリンダの爆発行程により引き起こされるクランク軸の振動を減衰させる。アイソレーティング・スプリング２０２は巻き戻し方向に負荷をかけられる。シールド２１０は異物が本装置へ侵入することを防止する。

慣性部材２０１０はさらにプーリ２１３を備える。プーリ２１３とプーリ２０６はそれぞれベルト１０とベルト２０に係合する。ハブ３００は受部３０１とスプリング・ストッパ３０２とを備える。アイソレーティング・スプリング２０２の端部２０２０はストッパ３０２に係合する。アイソレーティング・スプリング２０２はスプリング受部３０１の中に入れ子状態に収容される。ハブ３００はエンジンクランク軸に強固に連結される。

図６はアイソレーティング・スプリングの側面図である。アイソレーティング・スプリング２０２はスプリングキャリア２０３に係合する。スプリング２０２の端部２０２１はストッパ２０３０に係合する。図７Ｂ参照。スプリングキャリア２０３はさらに外部円筒状面２０３１を備える。クラッチスプリング２０５は面２０１３に摩擦係合する。スプリング２０５の端部２０５０は受部２０３２に係合する。図７Ａ参照。プーリ２０６は内面２０６１と外面２０６０を備える。図９参照。クラッチスプリング２０５は内面２０６１に摩擦係合する。図４はクランク軸モジュールの分解図である。

動作においてハブ３００は巻き戻し方向にアイソレーティング・スプリング２０２を駆動する。スプリング２０２の端部２０２０はストッパ３０２に係合する。スプリング２０２は延いてはスプリングキャリア２０３を駆動する。スプリングキャリア２０３はクラッチスプリング２０５を巻き戻し方向に駆動する。これはクラッチスプリング２０５を面２０６１に対して径方向に拡大させ、これはスプリング２０５をプーリ２０６に摩擦係合させて駆動する。このようなクラッチの際、プーリ２０６はハブ３００と同スピードで回転する。この状態においてプーリ２１３もプーリ２０６と同スピードで回転する。

クラッチスプリング２０５がプーリ２０６を駆動しないとき、スプリング２０５は径方向に収縮し、それにより面２０６１から解放される。そしてプーリ２０６はオーバーランすることができ、ハブ３００よりも高速で回転する。この状態は、ベルト駆動システムの慣性がエンジンと同じ割合でベルト駆動システムが減速することを妨げる場合に、例えばエンジンの減速時に生じる。オルタネータのような、それぞれのアクセサリは慣性を有する。慣性は、エンジンをオーバーランさせると言われる点において、アクセサリがエンジンと同じくらいに早く減速することを妨げる。

クラッチモジュール１００は、例えば米国特許第７，７９８，９２８号明細書に記載されている。図９参照。米国特許第７，７９８，９２８号明細書は参照することにより、この明細書に組入れられる。図１０はクラッチモジュール１００の断面図である。図１０は断面図の上半分を示し、下半分は上半分と対称的な形状である。クラッチモジュール１００はコイル５７を有する電磁クラッチを備える。コイル５７はバックプレート７５を介して固定ハウジング７７に取付けられる。ハウジング７７は回転せず、例えばエンジン面である面にクラッチを取付けるために用いられる。プーリ７１を有するロータ７３は、ハウジング７７上のボールベアリング５５に回転自在に設けられる。ベアリング５５はボールベアリングであるが、従来公知の適切なベアリングであってもよい。クラッチプレート６１はシャフト６７を有する第２プーリ６９に移動可能に取付けられ、例えば３本のシャフト６７がプーリ６９の周りに対称的に配置される。ゴムパッド６５は、コイル５７が通電されないとき、プレート６１をロータ７３から離れる方向に付勢する。この取付け方法によれば、コイル５７が通電されてクラッチが係合したとき、プレート６１がプーリ６９からロータ７３に向かって軸方向に移動することができる。プーリ６９はまた、パワーステアリングポンプのシャフトのようなアクセサリにプーリ６９が直接取付けられるハブ５３を備える。コイル５７はプーリ７１の幅の範囲内に収容され、プレート６１はプーリ６９の幅の範囲内に収容される。コイル５７は従来公知であるエンジンＥＣＵシステム４００に接続され、これによりエンジンスピードの信号が、スイッチングスピードに応じてコイル５７を制御して通電あるいは非通電するために利用可能となる。コイル５７は従来公知の車両電子システムに接続される。

本発明システムは２つの動作モードを備える。動作モード１では、第２クラッチモジュール１００が解放され、すなわち電磁クラッチコイル５７は非励磁化される。この結果プーリ２０６はベルト２０を介してベルト駆動システムの駆動源として作用する。ベルト駆動のスピードはプーリ２０６の直径の関数である。プーリ２０６はエンジンのクランク軸と同回転スピードで回転する。これは非アイドル状態において典型的である。

エンジンクランク軸からの動力はハブ３００からストッパ３０２を介してアイソレーティング・スプリング２０２に伝わり、スプリングキャリア２０３、クラッチスプリング２０７そしてプーリ２０６およびベルト２０に伝わる。プーリ２１３は、第２クラッチモジュール１００に係合するベルト１０を駆動する。

クランク軸のねじれ振動はアイソレーティング・スプリング２０２の動作によりプーリ２０６から遮断される。スプリング２０２は、ねじれ負荷振動がスプリング２０２により吸収されるような、ねじれバネ係数を有する。クランク軸のねじれ振動がプーリ２０６から遮断されるので、振動はベルト駆動システムから遮断される。

動作モード２では、第２クラッチモジュール１００は閉鎖あるいはロックされ、すなわち電磁クラッチコイル５７が通電されてプーリ６９をプーリ７１に固定する。このモードでは、プーリ２１３はベルト駆動システムの駆動源である。駆動スピードはプーリ２１３の直径の関数である。プーリ２１３はプーリ２０６より大きな直径を有する。プーリ２１３はベルト１０を駆動する。ベルト１０は第２クラッチモジュール１００を駆動する。そして第２クラッチモジュールはベルト２０を駆動する。プーリ２１３、プーリ２０６および第２クラッチモジュール１００間の直径の違いにより、ベルト２０のスピードは増加され、プーリ２０６はエンジンのクランク軸より速く回転する。プーリ２０６はハブ３００（クランク軸）を“オーバーラン”させる。クラッチスプリング２０５はオーバーラン状態において面２０６１から解放され、“開放される”と考えられる。モード２は、アイドリングのように、エンジンスピードが遅いとき用いられる。ベルトスピードの増加は、エンジンのアイドリングスピードが減速することを許容し、これは、ベルトが例えばオルタネータおよびエアコンディショナコンプレッサに適正なスピードを維持することを許容する。低いエンジンアイドルスピードは燃料消費量を減少させる。

図１１はシステムがどのように動作するかの例を示す図である。エンジンスピードに対するクラッチモジュールの駆動比が示される。駆動比はプーリ２０６とプーリ７１の比である。

望ましいスイッチングスピードは、本システムが各モードにおいて作動するスピード範囲の中心値である。このスピード範囲は、エンジンスピードがスイッチングスピードの周り、例えば約２００ＲＰＭの範囲で変化するとき、モード間でのスイッチの繰り返しを制限することに役立つ。アイドリングにおいて、アクセサリ駆動はモード２であり、クラッチ５７は係合され、これによりベルト２０をプーリ７１とともに駆動する。プーリ２０６はモード２におけるオーバーラン状態にあり、スプリング２０５は非係合状態にある。

エンジンスピードが増加し、望ましいスイッチングスピードに近づくので、クラッチ５７が非励磁になって解放するときクラッチモジュール１００がモード２からモード１に変化する。アクセサリはモード１においてプーリ２０６により駆動される。プーリ２０６はプーリ７１より小さな直径を有するので、プーリ２０６の使用により、全てのアクセサリスピードが低減する。エンジンスピードはスイッチングスピードよりも減少するので、クラッチモジュールのクラッチ５７は係合し、これによりモード１からモード２に切り替わり、延いてはモード２およびアイドル時におけるアクセサリスピードを全体的に増加させる。

例えば、スイッチングスピードが１２００ｒｐｍであるならば、システムがモード２のとき、モード２からモード１への切換えは、エンジンスピードが上昇するに従って、スイッチングスピードよりも約１００ｒｐｍ高いときに生じる。反対に、本システムがモード１のとき、モード１からモード２への切換えは、エンジンスピードが下降するに従って、スイッチングスピードよりも約１００ｒｐｍ低いときに生じる。

典型的な状況において、エンジンアイドルスピードは、本発明システムの使用により５０から１００ＲＰＭだけ低下し得る。例えば、典型的なエンジンアイドルスピードは約６００ＲＰＭである。

限定されない一例として、表１はシステムの一組の設計パラメータの例を示す。

モード２はアクセサリが、例えば６００ＲＰＭの典型的なアイドルスピードよりも低い、例えば５０ＲＰＭから１００ＲＰＭの低エンジンスピードにおいて、適正かつ効果的に機能することを可能にするスピードで作動することを許容する。モード１は、アクセサリを減速するが、アクセサリが、スイッチングスピードよりも高い非アイドルエンジンスピードで適正かつ効果的に機能することを可能にするスピードで作動することを許容する。アクセサリを低速化することは、全体的に燃料消費と排気ガスを減少させ、アクセサリの効率を改善し、車両の加速性能を向上させる。アイドルにおけるアクセサリの高速化は、エンジンのアイドルスピードの全体的な低下を許容し、これは燃料消費を減らし排気ガスを減少させる。

本発明の１つの形態が説明されたが、当業者は、ここに記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と部分の関係と方法において変形を施すことは自明である。

Claims

第１ベルト（１０）に係合する第１プーリ（２１３）および第２ベルト（２０）に係合する第２プーリ（２０６）を備えるクランク軸モジュール（２００）と、
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトに係合するクラッチモジュール（１００）とを備え、
前記第２ベルト（２０）はエンジンアクセサリに係合され、
前記クランク軸モジュールは前記第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリング（２０５）を有し、
前記クラッチモジュールは前記第２ベルトを選択的に駆動するためのクラッチ（５７）を有する
２速ベルト駆動システム。
前記クラッチモジュールが電磁クラッチを備える請求項１に記載のシステム。
前記クランク軸モジュール・クラッチスプリングが巻き戻し方向に負荷をかけられる請求項１に記載のシステム。
前記クランク軸モジュールが弾性部材により取付けられた慣性部材を備える請求項１に記載のシステム。
前記クラッチモジュールのクラッチがエンジンアイドル状態において係合される請求項１に記載のシステム。
前記クラッチモジュールのクラッチがエンジンの非アイドル状態において解放される請求項１に記載のシステム。
前記第１ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１に記載のシステム。
前記第２ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１に記載のシステム。
前記クラッチスプリングがオーバーラン状態において解放される請求項１に記載のシステム。
第１ベルト（１０）に係合する第１プーリ（２１３）および第２ベルト（２０）に係合する第２プーリ（２０６）を備えるクランク軸モジュール（２００）を備え、前記クランク軸モジュールは弾性部材（２１２）により取付けられた慣性部材（２０１０）をさらに備え、
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトに係合するクラッチモジュール（１００）を備え、前記クランク軸モジュールは前記第１ベルトとともに前記クラッチモジュールを駆動し、
前記第２ベルトはエンジンアクセサリを駆動し、
前記クランク軸モジュールは前記第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリング（２０５）を有し、前記クラッチスプリングは所定の状態において解放可能であり、
前記クラッチモジュールは、エンジンの非アイドル状態より大きいスピードにおけるエンジンアイドル状態の間、前記第２ベルトを選択的に駆動するための電磁クラッチ（５７）を有する
２速ベルト駆動システム。
前記電磁クラッチがエンジンの非アイドル状態において解放される請求項１０に記載のシステム。
前記第１ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１０に記載のシステム。
前記第２ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１０に記載のシステム。
第１ベルト（１０）に係合する第１プーリ（２１３）および第２ベルト（２０）に係合する第２プーリ（２０６）を備えるクランク軸モジュール（２００）を備え、前記第１プーリが、弾性部材（２１２）によってハブ（３００）に取付けられた慣性部材（２０１０）をさらに備え、
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトに係合するクラッチモジュール（１００）を備え、前記クランク軸モジュールは前記第１ベルトとともに前記クラッチモジュールを駆動し、
前記第２ベルトはエンジンアクセサリを駆動し、
前記クランク軸モジュールは前記第２プーリの摩擦駆動のためのクラッチスプリング（２０５）を有し、前記クラッチスプリングがオーバーラン状態において解放可能であり、
前記クラッチモジュールは、エンジンの非アイドル状態より大きいスピードにおけるエンジンアイドル状態において前記第２ベルトを選択的に駆動するための電磁クラッチ（５７）を有し、前記電磁クラッチはエンジンアイドル状態において係合される
２速ベルト駆動システム。
前記第１ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１４に記載のシステム。
前記第２ベルトに係合されるテンショナをさらに備える請求項１４に記載のシステム。
前記クランク軸モジュールのクラッチスプリングは、前記電磁クラッチが係合されるときオーバーラン状態になる請求項１４に記載のシステム。