(57)【要約】本発明は、ベルトテンショナとクランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ／ジェネレータ・プーリとを有するベルト駆動システムのための改良されたベルトテンショナである。ベルト駆動システムはさらに、クランクシャフト・プーリ、アクセサリ・プーリおよびモータ／ジェネレータ・プーリに架け回された動力伝達ベルトを有する。ベルトテンショナは、エンジンのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点と、第１のベルトテンショナ・プーリと、付勢部材と、第１のベルトテンショナ・プーリを介して付勢部材から動力伝達ベルトへ力を伝達するように構成された連結部とを含むタイプである。ベルト駆動システムは、第２のテンショナ・プーリと、付勢部材から第１のテンショナ・プーリと第２のテンショナ・プーリへ力を伝達するように構成され、第１のテンショナ・プーリと第２のテンショナ・プーリを動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する連結部とを含むベルトテンショナによって改良される。
2004515721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトテンショナとクランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ／ジェネレータ・プーリと、前記クランクシャフト・プーリ、前記アクセサリ・プーリおよび前記モータ／ジェネレータ・プーリに架け回された動力伝達ベルトとを有するベルト駆動システムのための改良されたベルトテンショナであって、前記ベルトテンショナが、エンジンのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点と、第１のベルトテンショナ・プーリと、付勢部材と、前記第１のベルトテンショナ・プーリを介して前記付勢部材から前記動力伝達ベルトへ力を伝達するように構成された連結部とを含むタイプであり、改良が
第２のテンショナ・プーリを含む前記テンショナと、
前記付勢部材から前記第１のテンショナ・プーリと前記第２のテンショナ・プーリへ前記力を伝達するように構成され、前記第１のテンショナ・プーリと前記第２のテンショナ・プーリを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する前記連結部と
を備える。
【請求項２】
前記非対称の付勢が、前記第１のベルトテンショナ・プーリと前記第２のベルトテンショナ・プーリに作用する外力が前記バネ率付勢のレベルに打ち勝つのに必要なものよりも小さく、したがって前記第１のベルトテンショナ・プーリと前記第２のベルトテンショナ・プーリの組み合わせをベルト張力を増加させる方向に移動させるとき、バネ率付勢によって供給されるレベルにすぎない程度の付勢であり、かつ、前記第１のベルトテンショナ・プーリと前記第２のベルトテンショナ・プーリに作用する前記外力が前記バネ率付勢のレベルに打ち勝つのに必要なものよりも大きく、したがって前記第１のベルトテンショナ・プーリと前記第２のベルトテンショナ・プーリの組み合わせをベルト張力を減少させる方向に移動させるとき、前記バネ率付勢と逆方向の抵抗とによって生じるレベルの付勢である請求項１の改良。
【請求項３】
前記逆方向の抵抗が、前記第１のベルトテンショナ・プーリと前記第２のベルトテンショナ・プーリの前記組み合わせの、ベルト張力を減少させる方向への動きに応じた減衰率によって生じる請求項２の改良。
【請求項４】
前記テンショナがピボットを有し、
前記連結部が前記ピボットの第１の連結点から前記第１のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第１のアームと、前記ピボットの第２の連結点から前記第２のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第２のアームとを有し、
前記付勢部材が前記第１のアームと前記第２のアームに機械的に連結し、前記第１のアームと前記第２のアームを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させるように動かすように付勢する請求項１の改良。
【請求項５】
前記動力伝達ベルトにおける張力が増加するような前記動きが、前記第２のテンショナ・プーリに対する前記第１のテンショナ・プーリの減少した変位に向かう動きである請求項４の改良。
【請求項６】
前記第１の連結点の周りの前記ピボットが、前記第２の連結点の周りの前記ピボットに対して減衰する請求項４の改良。
【請求項７】
クランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ／ジェネレータ・プーリとを含むパワープーリと、第１のベルトテンショナ・プーリを含むベルトテンショナと、前記パワープーリと前記第１のベルトテンショナ・プーリに架け回された動力伝達ベルトとを有するタイプのパワープラントであって、前記ベルトテンショナが、前記パワープラントのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点を有し、前記第１のベルトテンショナ・プーリを有し、付勢部材を有し、前記第１のベルトテンショナ・プーリを介して前記付勢部材から前記動力伝達ベルトに力を伝達するように構成された連結部を有し、前記動力伝達ベルトが、前記パワープーリのそれぞれに近接した端部によって定義され、前記クランクシャフト・プーリにおいて始まり前記モータ／ジェネレータ・プーリにおいて終わる少なくとも１つのクランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパンと、前記モータ／ジェネレータ・プーリにおいて始まり通常動作におけるベルト移動の方向に従って前記クランクシャフト・プーリにおいて終わる少なくとも１つのモータ／ジェネレータ・プーリからクランクシャフトまでのスパンとを含むスパンを有し、改良が
第２のテンショナ・プーリを含む前記ベルトテンショナと、
ピボットを有する前記テンショナと、
前記付勢部材から前記第１のテンショナ・プーリと前記第２のテンショナ・プーリへ前記力を伝達するように構成され、前記第１のテンショナ・プーリと前記第２のテンショナ・プーリを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する前記連結部と、
前記ピボットの第１の連結点から前記第１のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第１のアームと、前記ピボットの第２の連結点から前記第２のテンショナ・プーリの連結点まで延びて前記ピボットの周りに揺動する第２のアームとを有する前記連結部と、
前記第１のアームと前記第２のアームに機械的に連結し、前記第１のアームと前記第２のアームを前記動力伝達ベルトにおける張力を増加させるように動かすように付勢する前記付勢部材と、
前記少なくとも１つのクランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパンに近接する前記第１のテンショナ・プーリと、
前記モータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパンに近接する前記第２のテンショナ・プーリと
を備える。
【請求項８】
前記モータ／ジェネレータ・プーリがモータトルクを受けるときに中立回転点にある前記第１のアームと、前記モータ／ジェネレータ・プーリが発電機のトルクを吸収するときに中立回転点にある第２のアームとを備える請求項７の改良。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、この明細書ではジェン・スター（Ｇｅｎ−Ｓｔａｒ）と呼ばれるモータ／ジェネレータのような、エンジン始動機能と発電機能の両方を実行する単一の装置を有する内燃期間のアクセサリベルト駆動システムに関する。特に、本発明は自動車のアプリケーションにおけるシステムに関する。具体的には、この発明は、モータ／ジェネレータとテンショナを有するベルト駆動システムのためのテンショナと構成に関する。
【０００２】
（従来技術の記載）
内燃機関は通常、エンジンのクランクシャフトから動力を取り出して１以上の種々のエンジン補機やアクセサリへ伝える動力伝達ベルト駆動システムを使用する。自動車のアプリケーションにおいて、これらのアクセサリはパワーステアリングポンプ、ウォータポンプ、空調コンプレッサ、燃料ポンプ、およびオルタネータを含む。歴史的に、このようなエンジンは、車輪を駆動して自動車を動かすためにドライブトレインに取付けられているエンジンの後側から突出したクランクシャフトにおける主駆動力取出しポイントを有していた。アクセサリはクランクシャフトの前側に取付けられているプーリにより駆動される。各アクセサリはプーリを備える。全てのプーリは、その回りに架け回された１以上の動力伝達ベルトを介して機械的に連結されている。動力伝達ベルトに張力を付与するいくつかの方向が設けられる。動力伝達ベルト、プーリ、およびベルト張力を果たす装置は、アクセサリベルト駆動システムを構成する。
【０００３】
早期のシステムは多重ｖベルトを有していた。一般に各ベルトは、ベルト毎に１つのアクセサリすなわちアイドラの位置を手動で調整し固定することによって張力を付与されていた。ベルトあるいは駆動装置の変化状態に適応させるためにプーリを自動的に変位させるための構成がないので、ロックドセンタベルト駆動（ｌｏｃｋｅｄ−ｃｅｎｔｅｒ ｂｅｌｔ ｄｒｉｖｅｓ）と呼ばれる。ベルトが延びる、あるいは長くなるとすると、ベルトにおける張力は小さくなる。さらに、ベルト駆動システムの適切な作動のために、ベルトの張力は、最悪な場合の状況に適応させるために十分に高くなるようセットしなければならない。そのような最悪な場合の状況は、温度、エンジンの作動、またはアクセサリの作動における極端な状態により引き起こされる。
【０００４】
自動車のエンジンルームの容積を小さくすることには利益がある。より小さいエンジンルームに適合するため、アクセサリベルト駆動システムを含むエンジンの種々の要素が小さくなってきた。これは、使用されるベルトの数を減らすことにより、少なくとも部分的に達成された。各ベルトが取り除かれて、エンジンの前面から出っ張るレイヤ（ｌａｙｅｒ）の数が取り除かれるので、エンジンの前面から出っ張るベルト駆動システムの全長が減少する。結局、これは多くのアプリケーションのための単一のサーペタインベルトを使用することとなった。サーペタインベルトは、種々のプーリの周りに、前方と後方への一連の曲がりに沿って蛇行することにより名づけられている。ｖリブドベルトあるいはマイクロＶ（ゲイツ・ラバー・カンパニーの登録商標）ベルトはサーペタインアプリケーションに最も適している。
【０００５】
ベルト張力に対するロックドセンタ（ｌｏｃｋｅｄ−ｃｅｎｔｅｒ）の研究の限界はサーペタインアプリケーションにおいて悪化する。したがって、最新のサーペタインベルト駆動は自動テンショナを含み、これによりベルト駆動システムの変化状態がよりよく適合され得る。基本形態では、自動テンショナは、エンジンのシリンダブロックに直接的に、あるいは車両のエンジンに対して静止した車両のある点に間接的に取付けられた枠体あるいは取付け点と、ベルト駆動システムの回転面においてベルトを押圧するプーリとを有する。可動部材あるいは連結部は枠体とプーリの間に突出し、プーリを介してベルトに圧力を加える。その圧力は、ベルトが架け回された距離を長くして、ベルトに張力を付与する。種々の技術と形状が付勢力を供給するために用いられてきた。一般に、スチールバネのような弾性部材が可動部材に回転運動を生じさせるように作用し、これにより、プーリはベルトの表面に向かう方向に移動し、ベルトの張力を増加させる。
【０００６】
これらの要素を有するテンショナは、システムが休止状態にあるとき（すなわちプーリは回転していない）、ベルトの表面にある程度一定の力を供給する。時間、温度、あるいは製造誤差によって生じる駆動システムの寸法の不安定は、少なくとも弾性部材の限界とテンショナの形状まで、弾性部材の作用によってかなり適合せしめられる。すなわち、システムが休止しているとき、ベルトが伸び、あるいはエンジンが高温あるいは低温であっても、ベルトに作用する張力は比較的一定に維持される。しかし、これらの要素だけを有するテンショナは、システムの全ての動作状態のためにベルトに適切な張力を維持しないであろう。
【０００７】
作動しているベルト駆動システムは、クランクシャフトやアクセサリの捻り振動あるいは他の角加速度の影響と、不安定な状態の影響、または他の影響により特徴的に振動する。シリンダとピストンの組合せの燃焼サイクルを介してクランクシャフトに伝達される明確なパルスの結果として、クランクシャフトの捻り振動が発生する。その振動はベルトの振動を引き起こす。同様に、これはテンショナの可動部の振動を引き起こす。運動量は、それらの可動部に蓄積され、プーリがベルト表面に及ぼす力とベルトの張力とを変化させる。ベルトの張力を変化させることは、ベルト駆動システムの許容されない性能を発生させる。一例として、ベルト駆動システムのベルトが過剰にスリップしてシステムの効率あるいは動力伝達能力を制限し、あるいはスリップ等により過剰に騒音を発生するような、短期間の性能の問題が発生しうる。他の例として、短期間の許容できる性能のためにベルトに不可避的に付与される張力の大きさにより、ベルトあるいは１以上のアクセサリを含む、システムの１以上の要素の早期の故障のような長期間の問題が生じる。
【０００８】
これらの問題に対処してテンショナの性能を改良するために、ダンピング装置がテンショナの中に設けられている。早期のテンショナは対称的なダンピングを有しており、テンショナの可動部の動きは、瞬間的な動きがベルトの張力を増加させるような方向であるか、ベルトの張力が減少するような方向であるかにおいて、ほぼ等しく減衰する。ダンピングは弾性部材によって供給される力と組み合わさり、プーリとベルトの境界において修正された付勢力となる。他のテンショナは非対称なダンピングを用いている。通常、このようなテンショナは、テンショナがベルトを張る方向に動くときに可動部におけるダンピングが最小になり、テンショナがベルトを緩める方向に動くときに可動部におけるダンピングが最大になるように減衰する。ひとつの方法では、シューがレースの表面に垂直ではない角度でレースに対して付勢される。この結果、一方向へのシューとレースの相対運動により、シューがレースから上昇しやすくなる。これは、それらの境界における圧力を減少させ、ダンピングを生じさせる摩擦を減少させ、そしてダンピングを減少させる。他の方向は、レースに対してシューを押し込んでダンピングを増加させやすい。ひとつの例がサーク（Ｓｅｒｋｈ）等に付与された米国特許第５，９６４，６７４号に記載されている。これらは、張力を付与するためにベルトの表面に対して付勢された単一のプーリを有するテンショナの使用に関する。さらに、ベルトに対する付勢はエンジンブロックに相対的なものであった。
【０００９】
ホワイトに付与された米国特許第４，４１６，６４７号は、動力伝達ベルトを押圧する２つのプーリを有するテンショナの使用を開示している。’６４７は、方法が空調コンプレッサのような周期的な負荷を伴うシステムに張力を付与するのに有益であることを述べている。プーリのひとつは周期的な負荷の直ぐ上流側の動力伝達ベルトのスパンを押圧する。また、他のプーリは周期的な負荷の直ぐ下流側の動力伝達ベルトを押圧する。ひとつの実施形態において、２つのプーリは、先端の周りに回動可能な角度付き部材に相対的に固定される。その組立て体は動力伝達ベルトに向かって押圧され、ロックドセンタ（ｌｏｃｋｅｄ−ｃｅｎｔｅｒ）の方法で、静的な張力を供給する。ピボットは動的な張力に適合する。静的な張力は、動力伝達ベルトがシステムのプーリの周りに移動させられる距離を長くしやすい効果を伴って、動力伝達ベルトに対してテンショナによりベルトを張る方向に付与される力の結果である。システムの各プーリが自由に回転できると仮定すると、各スパンにおける張力は同じであり、静的な張力である。動的な張力は、各プーリのトルクの影響とシステムの種々の不釣り合いによって変化する静的な張力に結果である、動力伝達ベルトの長さに渡る張力である。付加的な結果として、各スパンは異なる張力になりやすい。
【００１０】
他の実施形態において、２つのプーリのそれぞれは、ピボットの周りに移動できる別のアームにそれぞれ固定される。２つのアームはバネによって相互に接近する方向に付勢される。’６４７特許は、どの実施形態もプーリと別の動力伝達ベルトのスパンとの相互作用によって減衰することを示している。摩擦あるいは他のダンピングが、プーリの動きがエンジンに対するものであろうと、プーリ間の相対的なものであろうと、ピボットに生じることは示されていない。
【００１１】
従来、燃焼が始まりエンジンが運転を始めるために、電気のスタータモータがエンジンのクランクシャフトを回転させるために設けられる。スタータモータはエンジンの後部の近くに配置され、ギアトレインを介してクランクシャフトの後部に間欠的に係合するように構成されている。
【００１２】
最近、自動車の重量を下げることにより、またエンジンルーム内の構成要素の数を減らすことにより、排気ガスを減少させるとともに燃費を向上させる要請が高まっている。これらの目標に向かってとられる方法は、スタータモータの機能とオルタネータの機能を１つの装置、つまりモータ／ジェネレータすなわちジェン・スター（Ｇｅｎ−Ｓｔａｒ）に組み合わせることを含む。また、燃費を向上させることの目標に向かって、ジェン・スターは「アイドルストップ（ｓｔｏｐ−ｉｎ−ｉｄｌｅ）」と呼ばれる特徴の使用を促進する。この特徴は、通常ならばアイドリングしているときにエンジンを停止させ、自動車が運転を再開しようとするときにエンジンを再始動するというものである。この特徴は、アクセサリベルト駆動装置に提起される要求を実質的に増加させる。アプリケーションでは、モータ／ジェネレータがアクセサリベルト駆動装置を介してクランクシャフトに機械的に連結するように設けられる。モータ／ジェネレータおよび関連したアクセサリベルト駆動システムは、エンジンの前側に配置される。しかし、これらのシステムを、エンジンの後側を含めて他の場所に配置することが予想される。
【００１３】
ジェン・スター・システムの出現により、動力伝達ベルト駆動システムの設計者は、単なる振動負荷を越えた実質的に新しい難問に直面する。これらの中で重要な難問は、新しい装置を含むアクセサリベルト駆動装置によって、許容できる性能をもたらすテンショニングシステムを開発することであり、新しい装置は、実質的な負荷と慣性モーメントを示すだけでなく、アクセサリベルト駆動装置に大きい駆動トルクを付加する。
【００１４】
モータ／ジェネレータを組み入れたアクセサリベルト駆動装置に張力を付与するための方法であると言われるテンショニングシステムは、特願平９−３５９０７１号の公開公報に開示されている。この公報には、ベルトのスパンに対して従来のシングルアーム・オートテンショナを配置することが示されており、このスパンは、テンショナが存在しなかったとしたら、モータ／ジェネレータが始動モードにあるときは最も弛んだスパンになる。このスパンは、ベルトが通常の作動方向に動いているとき、ベルトがモータ／ジェネレータのプーリを通過した直後にベルトを受けるスパンに対応する。
【００１５】
開示されたテンショニングシステムは、最適なものではないと認識されている。短期間の許容される性能を達成するために、長期間の性能が犠牲ならなければならず、十分な短期間性能を達成するために用いられるべきベルトの幅は最適なものではない。
【００１６】
バートス（Ｂａｒｔｏｓ）等に付与された米国特許第４，７５８，２０８号は、それぞれプーリを有する２つのアームを用いることを示している。アームは、ジェン・スターの軸に対応したピボット点を備えている。２つのアームはバネによって相互に接近する方向に付勢される。テンショナはまた、ジェン・スターのモードがスタータあるいはオルタネータとしての動作であるかに応じて、ハウジングが数度だけ回転できるような制限された回転の態様に設けられるジェン・スターを有する。この反作用の動きは、モードに依って、動きに対して２つのアームの一方あるいは他方を選択的にロックする、一対のラッチを作動させる。この方法では、ジェン・スター・モードの結果として、最大張力を有しジェン・スターのプーリにおいて終わる動力伝達ベルトのスパンと協働するアームがロックされる。自由アームは動力伝達ベルトシステムに張力を与える。このテンショナは、明らかに複雑であり、摩耗を受ける可動部分を有するジェン・スターの特別な取付けを要求し、アプリケーションにおいて柔軟性はない。さらに’２０８特許は、システムの性能を向上させるためにプーリの動きに減衰を付加する意図を開示していない。
【００１７】
したがって、十分な短期間性能と十分な長期間性能を同時に与え、どんなアプリケーションにも用いられるベルトの幅を最適化し、コストと複雑さを抑え、適用されるジェン・スター・システムに応じて順応性のある、ジェン・スターとともに用いられる、テンショナとシステムに対する必要性を残している。
【００１８】
（発明の概要）
本発明は、短期間性能と長期間性能を改良し、ベルト選択を最適化する構成を有する、アクセサリベルト駆動テンショナおよびシステムを提供することを目的としている。
本発明は、コストと複雑性を抑え、テンショナが適用され得るジェン・スター・システムに応じて順応性のある構成を有する、アクセサリベルト駆動テンショナおよびシステムを提供することを他の目的としている。
【００１９】
本発明の目的に従って前述した目的を達成するため、ここに具体化され、かつ広く記載されているように、テンショナとモータ／ジェネレータを含むアクセサリ駆動システムが開示される。本発明は、ベルトテンショナとクランクシャフト・プーリとアクセサリ・プーリとモータ／ジェネレータ・プーリとを有するベルト駆動システムのための改良されたベルトテンショナである。ベルト駆動システムはさらに、クランクシャフト・プーリ、アクセサリ・プーリおよびモータ／ジェネレータ・プーリに架け回された動力伝達ベルトを有する。ベルトテンショナは、エンジンのシリンダブロックに対して静止した点に固定されるように設けられた取付点と、第１のベルトテンショナ・プーリと、付勢部材と、第１のベルトテンショナ・プーリを介して付勢部材から動力伝達ベルトへ力を伝達するように構成された連結部とを含むタイプである。ベルト駆動システムは、第２のテンショナ・プーリと、付勢部材から第１のテンショナ・プーリと第２のテンショナ・プーリへ力を伝達するように構成され、第１のテンショナ・プーリと第２のテンショナ・プーリを動力伝達ベルトにおける張力を増加させる動きに向かって相互に非対称に付勢する連結部とを含むベルトテンショナによって改良される。
【００２０】
明細書に組み込まれて明細書の一部を構成し、同じ番号が同じ部材を示している添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。
【００２１】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
アクセサリベルト駆動システム１０の好ましい実施形態が図１、２に示されている。それはモータ／ジェネレータ１２、モータ／ジェネレータ・プーリ１４、パワーステアリングポンプ・プーリ１８、空調コンプレッサ・プーリ２０、ウォータポンプ・プーリ２２、クランクシャフト、プーリ２４、デュアルテンショナ２８、第１テンショナ・プーリ１６、第２テンショナプーリ２６、および動力伝達ベルト３０を含む。
【００２２】
特定の幾何学的な配置の特定のアクセサリ・プーリが示されているが、本発明は、アプリケーションによって、サーペンタイン型とノンサーペンタイン型の両方を含む、アクセサリおよび幾何学的な配置の多くの数および組み合わせに応用されることが理解される。図示された構成はサーペント型である。したがって動力伝達ベルト３０は通常Ｖルブド型である。しかし、本発明はすべてのベルトの型に応用できる。さらに、この図示例はまた、多重（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）ベルトを有するアクセサリベルト駆動システムのベルト／プーリのひとつの面として見ることができる。
【００２３】
「ベルト移動」と示された矢印は発電モードと始動モードでの通常動作におけるベルト移動の方向を示す。動力伝達ベルト３０が架け回された経路に沿った下流側への移動は、ベルト移動と同じ方向への移動である。上流側への移動は、ベルト移動の反対方向への移動である。
【００２４】
クランクシャフト・プーリ２４において始まって下流側へ移動すると、クランクシャフトからモータ／ジェネレータへのスパン３２は、クランクシャフト・プーリ２４と動力伝達ベルト３０の最後の接点における端点で始まりモータ／ジェネレータ・プーリ１４と動力伝達ベルト３０の最初の接点における端点で終わる距離に及ぶ。第１のモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４は、モータ／ジェネレータ１４と動力伝達ベルト３０の間の最後の接点で始まりパワーステアリングポンプ・プーリ１８と動力伝達ベルト３０の最初の接点で終わる距離に及ぶ。図１、２において、さらに３つのモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４’、３４”、３４’’’がそれぞれある。クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３２とモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４の数と配置は特別なアプリケーションのためのアクセサリ・プーリの数と配置に依存する。
【００２５】
モータ／ジェネレータ・プーリ１４とクランクシャフト・プーリ２４でのトルクの方向は、図１、２においてそれぞれ、各プーリ１４と２４に「トルク」と矢印で示されたように、アクセサリベルト駆動システム１０の運転モードによって逆になる。発電モードでは、クランクシャフト・プーリ２４はすべての駆動トルクを供給する。ウォータポンプ・プーリ２２、空調コンプレッサ・プーリ２０、パワーステアリングポンプ・プーリ１８、およびモータ／ジェネレータ・プーリ１４は、第１のテンショナ・プーリ１６と第２のテンショナ・プーリ２６による少ない消費とともに駆動トルクを消費する。始動モードでは、モータ／ジェネレータ・プーリ１４はすべての駆動トルクを供給する。クランクシャフト・プーリ２４、ウォータポンプ・プーリ２２、空調コンプレッサ・プーリ２０、およびパワーステアリングポンプ・プーリ１８は第１のテンショナ・プーリ１６と第２のテンショナ・プーリ２６による少ない消費とともに駆動トルクを消費する。
【００２６】
一般に、そして運転モードにかかわらず、もしそれぞれのプーリが自由に回転できると仮定すると、すべてのスパンの張力は同じでかつ静的な張力になる。好ましい実施形態の図１〜６を参照すると、静的張力は、弾性部材３８を介してテンショナ２８により動力伝達ベルト３０に作用する力の結果であり、弾性部材３８は、第１の連結アーム４２と第２の連結アーム４４の組み合わせに作用して第１のテンショナ・プーリ１６と第２のテンショナ・プーリ２６を相互に接近する方向に付勢して、クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３２とモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４の組み合わせを押圧し、これにより、動力伝達ベルト３０がすべてのプーリの回りにおいて移動する距離を長くする。
【００２７】
図１に示される通常すなわち発電モードにおいて、クランクシャフト・プーリ２４は駆動トルクを供給する。最後のモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４’’’は最も大きい張力のスパンとなる。クランクシャフト・プーリ２４の上流側の各プーリは駆動トルクの一部を吸収し、そして、テンショナの効果を無視すると、直ぐ上流側のスパンにおける張力を減少させる。モータ／ジェネレータ・プーリ１４は最も大きい負荷を示す。結局、クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４は最も小さい張力のスパンとなる。
【００２８】
図２に示される始動モードでは、モータ／ジェネレータ１２は駆動トルクを供給する。クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３２は最も大きい張力のスパンになる。モータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３４は最も小さい張力のスパンとなる。発電モードと異なり、クランクシャフト・プーリ２４は最も小さい負荷を示す。伝統的に、最適化は駆動装置のレイアウトにおけるテンショナの種々の負荷と配置と看做される。理解されるように、発電モードでの最適なレイアウトは始動モードでの最適なレイアウトと実質的に異なる。
【００２９】
従来のアクセサリＶリブドベルト駆動システムにおいて、基本設計の検討事項は、１）供給され消費されると予想されるトルクに関連したベルト幅（通常リブの数で表される）およびタイプの選択と、２）ベルトあるいはシステムの要素を許容される期間よりも寿命を短くする点まで押圧するのよりも低く、かつ許容されないスリップが始まる点よりも高い、静的張力の選択である。さらに、ベルトのタイプと幅の選択はベルトの寿命に影響する。また、これら２つの基本設計の検討事項には相互作用がある。
【００３０】
アクセサリベルト駆動システムの設計者の不変の目的は、コストと複雑さの関係において、これらの検討事項を最適化することである。最適化は、当業者に知られている、多くの幾何学的また材料のパラメータの操作を介して達成される。これらの中には、各プーリが示す慣性あるいは他のトルクに基づいた駆動および被駆動プーリの配置がある。
【００３１】
モータ／ジェネレータを有する駆動システムは、この特有の最適化を許さず、新しい困難な制限を示し、そして実際的な最適化は今まで知られていなかった。困難性の原因は、駆動トルクを供給して最も大きい慣性トルクを示すプーリが、動作モードによって異なることにある。さらに、従来の駆動システムにおいて通常発生するのよりも大きい慣性トルクの負荷が存在する。
【００３２】
本発明の相互に付勢された２つのプーリテンショナ２８は、特に、好ましい実施形態のレイアウトで使用されたとき、モードの組み合わせのためのいくつかのアプリケーションにおいてアクセサリベルト駆動システム１０を顕著に最適化する。
【００３３】
図３〜６を参照すると、テンショナ２８は第１のテンショナ・プーリ１６、第２のテンショナ・プーリ２６、弾性部材３８、ピボットボルト４０、第１の連結アーム４２、第２の連結アーム４４、ダンパーシュー４６、ダンパーレース４８、取付板５０、第１のプーリボルト５２、第２のプーリボルト５４、軸受５６、ワッシャ５７、ピボットポスト５８、第１のアームハブ６０、および第２のアームハブ６２を備える。第１および第２のプーリ１６、２６はボール軸受アセンブリにより、第１および第２の連結アーム４２、４４に軸支される。ボール軸受アセンブリは軸受７０とレース７２を備える。
【００３４】
第１および第２の連結アーム４２と４４の両方はそれぞれ、ブッシュ５６とワッシャ５７に支持されているピボットポスト５８に回転可能に軸支されている。第１のアームハブ６０と第２のアームハブ６２はブッシュ５６とワッシャ５７に接し、ブッシュ５６とワッシャ５７はピボットポスト５８とピボットボルト４０に接している。それぞれは多量の摩擦を引き起こす係合関係にあってもよいと考えられる。このような摩擦は、エンジンのシリンダブロック（図示せず）に関して静止した点に固定された取付ベース５０に関して、第１および第２の連結アーム４２、４４にダンピングを付与する。
【００３５】
第１および第２の連結アーム４２、４４は取付ベースに対して回転可能であるが、相互に回転できない。むしろ、それらは弾性部材３８により付与される力によって相互に接近する方向に付勢され、第２のアームハブ６２の内面に形成されたダンピングレース４８に載置されたダンピングシュー４６を備えるダンピング機構により修正される。ダンピングシュー４６とダンピングレース４８の境界面によって与えられる摩擦は第１および第２の連結アーム４２、４４の動きを、相互間だけであるが、減衰させる。
【００３６】
この好ましい実施形態においてスチール捻りスプリングである弾性部材３８は、ダンピングシュースプリング取付点６６においてダンパーシュー４６とダンパーシュー接合部６４を介して第１の連結アーム４２に間接的に取付けられ、また第２のアームスプリング取付点６８において第２の連結アーム４４に直接取付けられている。弾性部材３８は、図４に示されるように第２の連結アーム４４に時計方向にトルクを付与するように、また図６に示されるようにダンピングシュー４６に反時計方向にトルクを付与するように巻きつけられる。ダンピングシュー４６により感知される反時計方向のトルクは、ダンパーシュー接合部６４に、またダンパーシュー接合部６４に取付けられている第１の連結アーム４２に伝達される。
【００３７】
この好ましい実施形態では、第１のアームハブ６０、第２のアームハブ６２、ブッシュ５６、ワッシャ５７、ピボットポスト５８、およびピボットボルト４０の嵌着によって取付板５０に対して与えられるダンピングは対称的である。このタイプの嵌着はまた、第２の連結アーム４４に対する第１の連結アーム４２のダンピングに対称的な付勢成分を付加する。減衰力は一方向の動きに作用する全体的な付勢力に加わり、また他方向に対して減じられるので、対称的なダンピングであっても非対称の付勢となることが理解される。
【００３８】
第１および第２の連結アーム４２と４４に供給されるダンピングは、第１および第２のプーリ１６、２６の組み合わされた動きが相互に近づく方向に動いているときよりも相互に離れる方向に動いているときの方がより減衰されるような、非対称な成分を有する。これは、第１あるいは第２のプーリ１６、２６がベルトを張る方向に動いているか緩める方向に動いているかに関係なく成立する。第１または第２のプーリ１６、２６のそれぞれについて見ると、ベルトを緩める方向は、第１あるいは第２のプーリ１６、２６において、ベルト３０をより短い経路に沿って移動させる方向である。ベルトを張る方向は単に逆である。しかし、第１および第２のプーリ１６、２６の動きについて見ると、ベルトが弛む方向は、第１および第２のプーリ１６、２６がさらに離れるように動くときである。上述したように、ベルトを張る方向は単に逆である。
【００３９】
図７を参照すると、シュースプリング片６７はベンディング軸Ａを有する。分割径Ｂは、ピボットポスト５８の中心からダンパーシュー４６とダンパーレース４８の間で接触する部分の中間点まで延びる。コード線Ｃは分割径Ｂに対し垂直であり、ダンパーシュー４６とダンパーレース４８の間で接触する２つの端点に交わる。理解されるように、ベント軸Ａはコード線Ｃと角度Ｘで交差し、したがってコード線Ｃと平行ではない。ピボット点Ｐと示されたシュースプリング片６７とピボットポスト５８の接点からダンパーシュー４６とダンパーレース４８の間で接触する部分の中間点までの距離は固定距離Ｒ１である。角度Ｘは、第１および第２の連結アーム４２、４４の間のように、ダンピングの非対称を生じる。静止時、シュースプリング片６７とダンパーレース４６はフィル距離Ｒ２に一致する固定距離Ｒ１にわたっており、したがって弾性部材３８によって付与される十分な力でダンパーレース４８に接する。
【００４０】
第１および第２のプーリ１６、２６が相互に接近する方向すなわちベルトを張る方向に動くとき、ダンパーレース４８は第１の連結アーム４２に対して時計方向に動く。これは、ダンパーシュー４６とシュースプリング片６７をピボット点Ｐの周りに時計方向に動かすこととなる。これにより、フィル距離Ｒ２は対応して時計方向に動くこととなる。理解されるように、これはフィル距離Ｒ２を大きくすることとなる。しかし、固定距離Ｒ１は大きくなり得ない。したがって、ダンパーシュー４６はダンパーレース４８から上昇しやすくなり、弾性部材３８により供給される力を吸収する。ダンパーシュー４６とダンパーレース４８の表面での摩擦は減少し、ベルトが張る方向におけるダンピングを減少させる。
【００４１】
第１および第２プーリ１６、２６が相互に離間する方向すなわちベルトを緩める方向に動くとき、ダンパーレース４８は第１の連結アーム４２に対し反時計方向に動く。これは、ダンパーシュー４６とシュースプリング片６７をピボット点Ｐの周りに反時計方向に動かすこととなる。これにより、フィル距離Ｒ２は対応して反時計方向に動くこととなる。理解されるように、これはフィル距離Ｒ２を小さくすることとなる。しかし、固定距離Ｒ１は小さくなり得ない。したがって、ダンパーシュー４６はダンパーレース４８を押圧し、弾性部材３８により供給された力を加える。ダンパーシュー４６とダンパーレース４８の表面の摩擦は増大し、ベルトが張る方向におけるダンピングを増加させる。
【００４２】
上述したように、システムの動作が静的状態から発電モードに変化すると、クランクシャフトからモータ／ジェネレータへのスパン３４，３４’，３４”、３４’’’の全ては、モータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３２よりも大きい張力を有する。このように、クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４をまっすぐにしようとする力はモータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３２をまっすぐにしようとする力よりも大きい。これは、図１に示された好ましい実施形態において、第２の連結アーム４４とこれに関連した第２のテンショナ・プーリ２６を、クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４における動力伝達ベルト３０が最も短い経路となるような位置まで押圧することとなる。これは、図示されるように、第２の連結アーム４４がクランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４においてまっすぐにされた動力伝達ベルト３０に対して実質的に垂直な位置にあることに等しい。この特別な幾何学的配置により、動力伝達ベルト３０がまだ曲がっている間にベルトを緩める方向への移動の限界位置に第２のテンショナ・プーリ２６が到達することとなり、これは最も好ましい。しかし、好ましくない実施形態では、メインピボット４０の周りにおける第２の連結アーム４４の回転がストッパの配置により制限され得ることが考えられる。しかし、第２の連結アーム４４の長さに関連したメインピボット４０の配置は、第２のテンショナ・プーリ２６が移動範囲の端部へ到達することなく、クランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４がまっすぐになるようなものであることが考えられる。これらの現象において、動力伝達ベルト３０はクランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４において最も短くなる経路に達するであろう。
【００４３】
もしクランクシャフトからモータ／ジェネレータまでのスパン３４における移動が他の対応する現象なしに生じたとすると、ベルト駆動システム１０の静的張力は減少するであろう。しかし、メインピボット４０の周りにおける第２の連結アーム４４の回転は弾性部材３８にストレスを与え、これにより第１の連結アーム４２における付勢力が増大する。これは、モータ／ジェネレータからクランクシャフトまでのスパン３２の動力伝達ベルト３０において第１のテンショナ・プーリ１６により発生した張力を同量だけ増加させる。したがって、動力伝達ベルト３０の静的張力は、静的すなわち非作動状態から発電への動作モードへの切り換えによって大きく変化しない。分析によると始動から発電へのモードの切り換えは同じである。
【００４４】
発電から始動モードに切り換えたときは逆である。つまり、第１のテンショナ・プーリ１６は緩める方向への移動の限界位置に達する。第２のテンショナ・プーリ２６の張力は増加する。動力伝達ベルト３０の静的張力は大きく変化しない。
【００４５】
記載された実施形態に見いだされる本発明は、長期間および短期間の性能とベルト選択の重要な最適化を達成し、また同時に、適用することのできるジェン・スター（Ｇｅｎ−Ｓｔａｒ）システムに従って、実質的にコストと複雑さを最小にするとともに改良された柔軟性を許容する。
【００４６】
本発明の上述の説明と例示された実施形態は、図面に示され、また様々な修正と代替的な実施形態において詳細に記載されている。しかし、発明の上述した説明は例示に過ぎず、発明の範囲は従来技術を考慮して解釈される請求の範囲にのみ限定されるべきであることを理解しなければならない。さらに、ここに例示的に開示された発明は、ここに特に開示されない要素なしに実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
発電モードにおける、モータ／ジェネレータを含むアクセサリベルト駆動システムの好ましい実施形態の模式的な図である。
【図２】
始動モードにおける、モータ／ジェネレータを含むアクセサリベルト駆動システムの好ましい実施形態の模式的な図である。
【図３】
モータ／ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナの斜視図である。
【図４】
モータ／ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナを部分的に破断した斜視図である。
【図５】
図３の５−５線に沿う断面図である。
【図６】
モータ／ジェネレータを含む好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を構成するテンショナの平面図である。
【図７】
図４の７−７線に沿う断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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