動力伝達装置
【課題】ベルトの交換時期を高精度に検出できる動力伝達装置を提供する。
【解決手段】クランクシャフトプーリ１０、吸気カムシャフトプーリ１１および排気カムシャフトプーリ１２に巻き掛けられ、磁性体樹脂が歯布の表面に塗布されたタイミングベルト１３を備えた動力伝達装置１は、タイミングベルト１３の磁気を検出する磁気検出回路１６と、磁気検出回路１６により検出されたタイミングベルト１３の磁気の大きさに基づき、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定するＥＣＵ１００とを備える。
【解決手段】クランクシャフトプーリ１０、吸気カムシャフトプーリ１１および排気カムシャフトプーリ１２に巻き掛けられ、磁性体樹脂が歯布の表面に塗布されたタイミングベルト１３を備えた動力伝達装置１は、タイミングベルト１３の磁気を検出する磁気検出回路１６と、磁気検出回路１６により検出されたタイミングベルト１３の磁気の大きさに基づき、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定するＥＣＵ１００とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達装置に関し、特に、ベルトの寿命を検出することによりベルトの交換時期を検出可能な動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オーバヘッドカムシャフト式のバルブ機構を有したエンジンなどの内燃機関では、エンジン下部に配置されたクランクシャフトの回転をエンジン上部に配置されたカムシャフトに伝達する必要がある。またバルブ機構が適正に作動するためにはクランクシャフトの回転とカムシャフトの回転を同期させる必要がある。このため、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達する手段としてタイミングベルトが多用されている。
【０００３】
これにより、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転とが同期されている。しかしながら、例えば経年劣化によりタイミングベルトが寿命に達した場合には、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転とが同期されなくなる可能性がある。したがって、タイミングベルトを寿命到達前の適切な時期に交換する必要がある。
【０００４】
従来、タイミングベルトを適切な時期に交換するため、タイミングベルトが寿命に達する少し前に交換時期に達したことを運転者に知らせる機能を有する動力伝達装置が提案されている。この種の動力伝達装置として、例えば、エンジン回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトの疲労度を算出し、該疲労度が基準値を超えたときに、タイミングベルトの交換を促す警告を発するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この動力伝達装置によれば、車両の走行距離のみによりタイミングベルトの交換時期が判断される場合と比較して、タイミングベルトの交換時期が適切に判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の動力伝達装置にあっては、タイミングベルトの疲労状態を直接測定することなく、エンジン回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトの疲労度を算出して交換時期を推定しているに過ぎない。また、算出した疲労度と実際の疲労度とが必ずしも一致するとは限らない。例えば、同一のエンジン回転数および運転時間であっても、高負荷の運転が多かったものと低負荷の運転が多かったものとでタイミングベルトの疲労度は異なる。また、タイミングベルトの疲労度は、タイミングベルトの使用環境によっても左右され、例えば寒冷地で使用されるか、あるいは高温多湿の環境下で使用されるかによっても異なる。したがって、上述した従来の動力伝達装置では、タイミングベルトの交換時期の判断精度が十分に高いとは言えず、未だ改善の余地があった。
【０００８】
また、ベルトの交換時期の判断精度が高くないという課題は、タイミングベルトだけの課題には限られない。すなわち、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力を伝達する動力伝達装置の全般で、上述と同様の課題が想定される。
【０００９】
本発明は、上述のような従来の課題に鑑みてなされたもので、ベルトの交換時期を高精度に検出できる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る動力伝達装置は、上記目的達成のため、（１）複数のプーリと、前記複数のプーリに巻き掛けられ、磁化された磁性体材料を含有するベルトと、前記ベルトの磁気を検出する磁気検出手段と、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気の大きさに基づき、前記ベルトが交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段と、を備えた構成を有する。
【００１１】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、ベルトの摩耗度合などに応じて変化するベルトの磁気を検出することで、ベルトの状態を直接検出することができる。このため、ベルトの交換時期を高精度に検出することができる。
【００１２】
上記（１）に記載の動力伝達装置において、（２）前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト表面に塗布されることにより磁化され、前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より小さくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定する構成を有する。
【００１３】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁性体材料がベルト表面に塗布されているので、ベルトの摩耗が進行すると磁性体材料が削り剥がれることとなる。このため、磁性体材料が削り剥がれることによって変化する電流値が基準値より小さくなったとき、ベルト交換を要する程にベルトの摩耗が進行したと判断することができる。
【００１４】
上記（１）に記載の動力伝達装置において、（３）前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト内部に埋め込まれることにより磁化され、前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より大きくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定する構成を有する。
【００１５】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁性体材料がベルト内部に埋め込まれているので、ベルトの摩耗が進行すると磁性体材料が露出する状態となる。このため、磁性体材料が露出することによって変化する電流値が基準値より大きくなったとき、ベルト交換を要する程にベルトの摩耗が進行したと判断することができる。
【００１６】
上記（１）ないし（３）に記載の動力伝達装置において、（４）前記交換時期判定手段により前記ベルトが交換時期に達したと判定されたとき、前記ベルトの交換を促すための警告を報知する報知手段を備えた構成を有する。
【００１７】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、交換時期判定手段によりベルトが交換時期に達したと判定された際には、報知手段により警告を報知するので、ベルトの寿命到達前にベルトを交換することができる。
【００１８】
上記（１）ないし（４）に記載の動力伝達装置において、（５）内燃機関に取り付けられ、前記ベルトを覆うベルトカバーを備え、前記ベルトは、前記内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するタイミングベルトで構成されており、前記ベルトカバーは、前記タイミングベルトの磁気を遮蔽する磁気シールドを有する。
【００１９】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁化されたタイミングベルトを覆うベルトカバーが磁気シールドを有するので、タイミングベルトの磁界変化に起因してベルトカバー外部に配設された制御ユニットなどが誤作動してしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ベルトの交換時期を高精度に検出できる動力伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の概略を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の概略を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のカバーを切断した状態を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るタイミングベルトを一部切断した状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＥＣＵで実行されるタイミングベルトの寿命警告制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の動力伝達装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明の動力伝達装置を車両用の内燃機関本体に取り付けた例について説明する。
【００２３】
図１に示すように、動力伝達装置１は、内燃機関としてのエンジン３の前端部に取り付けられ、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００と、警告装置２００とを含んで構成されている。
【００２４】
ここで、図１および図２に示すように、エンジン３は、ピストンが２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンによって構成されている。本実施の形態では、直列４気筒のガソリンエンジンを採用した例を示す。
【００２５】
エンジン３は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを含むエンジン本体６と、エンジン本体６に燃焼用空気を供給する図示しない吸気装置と、エンジン本体６からの排気を外部に排出する図示しない排気装置とを備えている。エンジン本体６のシリンダブロック内部には、図示しない４本のシリンダが形成されている。各シリンダには、図示しないピストンが上下方向に往復動可能に設けられている。したがって、シリンダブロック内部には、シリンダとシリンダヘッドとピストンとによって図示しない燃焼室が形成されている。また、エンジン３は、図示しないコネクティングロッドを介してピストンに連結された駆動軸としてクランクシャフト３１を備えている。エンジン３は、燃焼室において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３１を回転させるようになっている。
【００２６】
また、エンジン本体６のシリンダヘッドには、吸気装置の吸気通路と燃焼室とを連通する図示しない吸気ポートと、燃焼室と排気装置の排気通路とを連通させる図示しない排気ポートとが形成されている。エンジン３は、吸気ポートを開閉する吸気バルブ３２と、吸気バルブ３２を作動させる吸気カムシャフト３３と、排気ポートを開閉する排気バルブ３４と、排気バルブ３４を作動させる排気カムシャフト３５とを備えている。本実施の形態における吸気カムシャフト３３および排気カムシャフト３５は、本発明に係るカムシャフトを構成している。
【００２７】
吸気カムシャフト３３は、エンジン本体６に対して回転可能に取り付けられ、吸気バルブ３２の上端に当接する吸気カム３３ａを有している。吸気バルブ３２は、吸気カムシャフト３３の回転に応じて吸気カム３３ａが回転することにより昇降し、吸気ポートと燃焼室との間を開閉するようになっている。すなわち、吸気バルブ３２は、吸気装置から燃焼室への燃焼用空気の導入を制御するようになっている。
【００２８】
排気カムシャフト３５は、エンジン本体６に対して回転可能に取り付けられ、排気バルブ３４の上端に当接する排気カム３５ａを有している。排気バルブ３４は、排気カムシャフト３５の回転に応じて排気カム３５ａが回転することにより昇降し、燃焼室と排気ポートとの間を開閉するようになっている。すなわち、燃焼室から排気装置への排気の排出を制御するようになっている。
【００２９】
図１〜図３に示すように、動力伝達装置１は、クランクシャフトプーリ１０と、吸気カムシャフトプーリ１１と、排気カムシャフトプーリ１２と、ベルトとしてのタイミングベルト１３と、テンションローラ１４と、ベルトカバーとしてのタイミングベルトカバー１５と、磁気検出回路１６とを備えている。これら各プーリ１０〜１２、タイミングベルト１３、テンションローラ１４および磁気検出回路１６は、タイミングベルトカバー１５の内部に配置される。本実施の形態におけるクランクシャフトプーリ１０、吸気カムシャフトプーリ１１および排気カムシャフトプーリ１２は、本発明に係る複数のプーリを構成している。
【００３０】
クランクシャフトプーリ１０は、クランクシャフト３１の前端部に取り付けられ、クランクシャフト３１の回転と同期して回転するようになっている。また、クランクシャフト３１の前端部には、クランクシャフトプーリ１０とともに補機用プーリ１７が取り付けられている。この補機用プーリ１７は、タイミングベルトカバー１５の外部に配置される。
【００３１】
吸気カムシャフトプーリ１１は、吸気カムシャフト３３の前端部に取り付けられ、回転位相差可変アクチュエータ１１ａを有している。回転位相差可変アクチュエータ１１ａは、吸気カムシャフト３３が吸気カムシャフトプーリ１１に対して回転位相差を生ずるように吸気カムシャフト３３を回転させるようになっている。回転位相差可変アクチュエータ１１ａは、運転状況に応じて、クランクシャフト３１および吸気カムシャフト３３の間の回転位相差を調整するようになっている。なお、図１では、回転位相差可変アクチュエータ１１ａを取り外すことにより、吸気カムシャフトプーリ１１が露出した状態を示している。
【００３２】
排気カムシャフトプーリ１２は、排気カムシャフト３５の前端部に取り付けられ、排気カムシャフト３５の回転と同期して回転するようになっている。
【００３３】
タイミングベルト１３は、クランクシャフトプーリ１０と吸気カムシャフトプーリ１１と排気カムシャフトプーリ１２とに巻き掛けられ、クランクシャフト３１から吸気カムシャフト３３および排気カムシャフト３５に動力を伝達するようになっている。これにより、クランクシャフト３１の回転に応じて吸気バルブ３２および排気バルブ３４が昇降し、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉するようになっている。
【００３４】
図４に示すように、タイミングベルト１３は、ゴム製の歯付きベルトからなり、芯材となる芯線５１と、歯側を構成する歯側ゴム５２と、背側を構成する背側ゴム５３と、歯側ゴム５２の表面に取り付けられた歯布５４とを備えている。歯布５４は、ナイロン（登録商標）およびアラミド繊維からなる。タイミングベルト１３の歯５５は、歯側ゴム５２により形成されている。
【００３５】
また、タイミングベルト１３は、磁化された磁性体材料を含有している。具体的には、タイミングベルト１３のベルト表面、すなわち歯布５４の表面に磁性体材料として磁性体を混合した合成樹脂（以下、磁性体樹脂５６という）が塗布されている。塗布された磁性体樹脂５６は、その後、着磁され、磁化される。これによりタイミングベルト１３の歯布５４の表面から磁気が発せられるようになっている。塗布される磁性体樹脂５６としては、例えば酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなど、物理情報として所定強度の磁界を発生する磁性体の粉末を混合した合成樹脂を用いることができる。
【００３６】
このように、タイミングベルト１３は、歯布５４の表面に磁性体樹脂５６が塗布されているため、例えば経年劣化により摩耗が進行すると、塗布された磁性体樹脂５６が削り剥がれる。このためタイミングベルト１３の摩耗が進むと、タイミングベルト１３から発生する磁界が変化する。具体的には、磁化されたタイミングベルト１３から発せられる磁気が小さくなる。
【００３７】
また、タイミングベルト１３は、図１中、矢印で示すように、クランクシャフトプーリ１０からテンションローラ１４、吸気カムシャフトプーリ１１、排気カムシャフトプーリ１２の順に無端移動するようになっている。したがって、タイミングベルト１３の回転方向は、図１中、時計回り方向である。
【００３８】
図１に示すように、テンションローラ１４は、クランクシャフトプーリ１０と吸気カムシャフトプーリ１１との間に配置されている。テンションローラ１４は、テンションばね１４ａの付勢力によりタイミングベルト１３を背側から押圧することによって、タイミングベルト１３に適切な張力を与えるようになっている。すなわち、テンションローラ１４の押圧により、タイミングベルト１３が吸気カムシャフトプーリ１１、排気カムシャフトプーリ１２およびクランクシャフトプーリ１０から緩んで外れないようになっている。
【００３９】
図１および図３に示すように、タイミングベルトカバー１５は、エンジン本体６の前端面６ａに取り付けられ、タイミングベルト１３の全体を覆うようになっている。タイミングベルトカバー１５は、透過性の無いプラスチック製で、カバー本体６１と、磁気検出回路１６を保持する保持部６２とを備えている。
【００４０】
また、タイミングベルトカバー１５は、タイミングベルト１３の磁気を遮蔽する磁気シールド６１ａを有する。磁気シールド６１ａは、カバー本体６１の内面を覆うようカバー本体６１の内面に取り付けられている。これにより、タイミングベルトカバー１５の内部空間と外部空間とが磁気的に遮断された状態となる。磁気シールド６１ａとしては、高透磁率の金属磁性材料をカバー本体６１の内面に貼り付けた構成を用いることができる。また、高透磁率の金属磁性材料の他、例えば銅箔などをカバー本体６１の内面に貼り付ける構成であってもよく、また銅を蒸着させた構成であってもよい。さらに、カバー本体６１自体を高透磁率の金属磁性材料（例えば鉄、コバルト、ニッケル）で構成することにより、磁気シールドとして機能させるようにしてもよい。なお、本実施の形態では、磁気シールド６１ａをカバー本体６１の内面に貼り付ける構成としたが、カバー本体６１の外面に貼り付ける構成であってもよい。また、本実施の形態では、タイミングベルトカバー１５にのみ、磁気シールド６１ａを設けたが、例えばエンジン３のシリンダブロックがアルミニウム合金からなる場合には、タイミングベルトカバー１５の内部空間を画成するエンジン本体６の前端面６ａにも磁気シールド６１ａを設けるのが好ましい。
【００４１】
このように、タイミングベルトカバー１５が磁気シールド６１ａを有するので、タイミングベルト１３の磁界変化に起因してタイミングベルトカバー１５の外部に配設された制御ユニット、例えばＥＣＵ１００などが誤作動してしまうことを防止することができる。
【００４２】
保持部６２は、テンションローラ１４を通過した直後のタイミングベルト１３の歯側に対向する位置に設けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー１５の内面に締結部材を介して取り付けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー１５の内面に一体形成されるものであってもよい。また、保持部６２は、磁気検出回路１６の検出方向をタイミングベルト１３の歯側に向けるようにして磁気検出回路１６を保持している。
【００４３】
磁気検出回路１６は、図示しない磁気検出用のいわゆるサーチコイルを有しており、このサーチコイルによって変化するタイミングベルト１３の磁気を検出するようになっている。特に、サーチコイルは、熱やほこりなどの影響を受けにくいという利点を有するため、好適である。
【００４４】
磁気検出回路１６は、ＥＣＵ１００に接続され、サーチコイルで検出した磁気（磁界）の大きさに応じた電流値ＩＤ（Ａ）を検出信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００４５】
図１に示すように、ＥＣＵ１００は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（登録商標：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および入出力インターフェース回路を備えている。
【００４６】
ＥＣＵ１００には、上述した磁気検出回路１６や、図示しないエンジン回転数センサなどの各種センサやイグニッションスイッチなどが接続されている。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、タイミングベルト１３の交換時期を判定する際に用いられる寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）、タイミングベルト１３の寿命警告プログラムなどの各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。ここで、寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）は、予め実験的に求めて記憶されたものであり、例えば交換が必要と判断される程度にまでタイミングベルト１３が摩耗したときのタイミングベルト１３の磁気に応じた電流値である。本実施の形態における寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）は、本発明に係る基準値に対応する。
【００４７】
また、ＥＣＵ１００は、磁気検出回路１６により検出されたタイミングベルト１３の磁気の大きさに基づき、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段１０１を備えている。
【００４８】
交換時期判定手段１０１は、電流値取得部１１０と、交換判定部１１１とを有している。電流値取得部１１０は、磁気検出回路１６から入力される検出信号に基づき、サーチコイルにより検出された磁気（磁界）の大きさに応じた電流値ＩＤを取得するようになっている。交換判定部１１１は、電流値取得部１１０で取得した電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）とを比較し、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったか否かを判定するようになっている。さらに、交換判定部１１１は、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったとき、タイミングベルト１３が交換時期に達したと判定するようになっている。
【００４９】
警告装置２００は、ＥＣＵ１００に接続され、交換判定部１１１によりタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定された場合に、運転者にタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知するようになっている。警告装置２００としては、例えば、運転席に設けられた警告ランプや警告ブザーなどを採用することができる。本実施の形態における警告装置２００は、本発明に係る報知手段を構成している。
【００５０】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、ＥＣＵ１００において実行されるタイミングベルト１３の寿命警告制御について説明する。
【００５１】
図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行されるタイミングベルト１３の寿命警告プログラムの実行内容を表す。タイミングベルト１３の交換判断プログラムの実行処理は、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、イグニッションのオンからオフまでの間に予め定められた時間間隔で実行されるようになっている。ここでの時間間隔は、車種やエンジン３、タイミングベルト１３の設定諸元によって適宜選択される。この時間間隔が長すぎると判断の精度が低下するおそれがあり、短すぎると処理が煩雑になることがあるので、これらの条件から時間間隔を適宜設定するようにする。
【００５２】
図５に示すように、まずＥＣＵ１００は、エンジン３が始動したか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ１００は、図示しないイグニッションスイッチがＯＮとされたか否かを検出することによりエンジン３が始動されたか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサの検出結果に基づき、エンジン３が始動されたか否かを判定してもよい。エンジン３が始動していないと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン始動の監視を継続する。
【００５３】
一方、エンジン３が始動されたと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、電流値取得部１１０において磁気検出回路１６から電流値ＩＤ（Ａ）を取得する（ステップＳ２）。次いで、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１において、電流値取得部１１０により取得された電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）とを比較し、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったか否かを判定する（ステップＳ３）。電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）以上であると判定した場合には、本ステップを繰り返し実行する。
【００５４】
一方、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１においてタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定する。このとき、ＥＣＵ１００は、タイミングベルト１３の寿命到来の警告、すなわちタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知する旨の信号を警告装置２００に出力する。これにより、警告装置２００は、運転者にタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知する（ステップＳ４）。なお、警告の報知と同時、またはその前後にタイミングベルト１３の寿命到来を示す情報をＲＯＭに記憶させ、後のメンテナンスなどの情報を必要とする機会に利用するようにしてもよい。
【００５５】
以上のように、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、タイミングベルト１３の摩耗度合などに応じて変化するタイミングベルト１３の磁気を検出することで、タイミングベルト１３の状態を直接検出することができる。このため、タイミングベルト１３の交換時期を高精度に検出することができる。
【００５６】
また、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、磁性体樹脂５６がタイミングベルト１３の表面、すなわち歯布５４の表面に塗布されているので、タイミングベルト１３の摩耗が進行すると磁性体樹脂５６が削り剥がれることとなる。このため、磁性体樹脂５６が削り剥がれることによって変化する電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったとき、交換を要する程にタイミングベルト１３の摩耗が進行したと判断することができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、ＥＣＵ１００によりタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定された際には、警告装置２００により警告を報知するので、寿命到達前にタイミングベルト１３を交換することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、図１に示すように、磁気検出回路１６がテンションローラ１４を通過した直後のタイミングベルト１３の歯側に対向する位置に配置されているが、これに限られず、タイミングベルト１３の磁気を検出可能であれば、他の位置に配置することも可能である。例えば、テンションローラ１４と吸気カムシャフトプーリ１１との間であって吸気カムシャフトプーリ１１の近傍や、吸気カムシャフトプーリ１１と排気カムシャフトプーリ１２との間、あるいは排気カムシャフトプーリ１２とクランクシャフトプーリ１０との間、もしくはクランクシャフトプーリ１０の通過直後に配置可能である。
【００５９】
また、本実施の形態においては、磁気検出回路１６をタイミングベルトカバー１５の保持部６２に保持するよう構成したが、これに限らず、例えばエンジン本体６の前端面６ａの面上に固定する構成であってもよい。
また、本実施の形態においては、本発明に係る動力伝達装置をクランクシャフト３１の回転を各カムシャフト３３、３５に伝達する動力伝達機構に適用した例について説明したが、これに限らず、例えば補機駆動用の動力伝達機構に適用することも可能であり、また車両用に限らない。
【００６０】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３のような歯付きベルトに適用した例について説明したが、平ベルトやＶリブドベルトなど、他の種類のベルトにも適用可能である。
【００６１】
また、本実施の形態においては、エンジン３として直列４気筒のエンジンを採用したが、これに限られず、例えば、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、水平対向６気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンを採用することができる。
【００６２】
また、本実施の形態においては、エンジン３としてガソリンを燃料とするエンジンを採用したが、例えば、軽油などの炭化水素系の燃料や、エタノールなどのアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料を燃料とするエンジンであってもよい。
【００６３】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３の磁気を検出するため、サーチコイルを有する磁気検出回路１６を採用したが、これに限らず、磁気検出回路１６として例えば磁界の強さに応じたホール電圧を出力するホール素子や、磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ）、あるいは磁気インピーダンス素子（ＭＩ）などの磁気センサを用いることもできる。また、フラックスゲート、超伝導量子干渉素子などを用いることも可能である。この場合、ホール素子などの磁気センサから出力される出力電圧をＥＣＵ１００において電流値に変換して、上述したタイミングベルト１３の寿命警告制御を実行する。
【００６４】
また、本実施の形態に係るタイミングベルト１３の寿命警告制御においては、取得した電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）との比較によりタイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定するようにしたが、これに限らず、サーチコイルの両端子間の電位差、すなわち電圧ＶＤ（Ｖ）と寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）との比較により判定してもよい。この場合、寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）は、寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）と同様、予め実験的に求めて記憶しておく。また、上述したように磁気検出回路１６として各種磁気センサを用いた場合にも、磁気センサから出力される出力電圧ＶＤ（Ｖ）と寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）とを比較することにより、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定することも可能である。
【００６５】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３の歯布５４の表面に磁性体樹脂５６を塗布することによりタイミングベルト１３を磁化させる構成としたが、これに限らず、例えば歯布５４自体に磁性体の粉末を混合することによりタイミングベルト１３を磁化させる構成としてもよい。
【００６６】
また、タイミングベルト１３を磁化させる構成としては、上記の他、磁性体樹脂５６をタイミングベルト１３の内部に埋め込むことにより磁化させる構成であってもよい。この場合、磁性体樹脂５６がタイミングベルト１３の内部に埋め込まれているので、タイミングベルト１３の摩耗が進行すると磁性体樹脂５６が露出する状態となる。このため、本構成にあっては、図５に示すステップＳ３の処理における判定が本実施の形態と異なり、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より大きくなったか否かを判定することとなる。したがって、磁性体樹脂５６が露出することによって変化する電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より大きくなったとき、交換を要する程にタイミングベルト１３の摩耗が進行したと判断することができる。また、歯側ゴム５２に磁性体の粉末を混合することによりタイミングベルト１３を磁化させるようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態においては、動力伝達装置１を車両のエンジン３に使用したが、これに限られず、複数のプーリ間に掛け回されたベルトにより動力を伝達する動力伝達装置の全般に適用することができる。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る動力伝達装置は、ベルトの交換時期を高精度に検出できるという効果を有し、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 動力伝達装置
３ エンジン（内燃機関）
１０ クランクシャフトプーリ（プーリ）
１１ 吸気カムシャフトプーリ（プーリ）
１２ 排気カムシャフトプーリ（プーリ）
１３ タイミングベルト（ベルト）
１５ タイミングベルトカバー（ベルトカバー）
１６ 磁気検出回路（磁気検出手段）
３１ クランクシャフト
３３ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
３５ 排気カムシャフト（カムシャフト）
５６ 磁性体樹脂（磁性体材料）
６１ａ 磁気シールド
１００ ＥＣＵ（交換時期判定手段、電流値取得部）
２００ 警告装置（報知手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達装置に関し、特に、ベルトの寿命を検出することによりベルトの交換時期を検出可能な動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オーバヘッドカムシャフト式のバルブ機構を有したエンジンなどの内燃機関では、エンジン下部に配置されたクランクシャフトの回転をエンジン上部に配置されたカムシャフトに伝達する必要がある。またバルブ機構が適正に作動するためにはクランクシャフトの回転とカムシャフトの回転を同期させる必要がある。このため、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達する手段としてタイミングベルトが多用されている。
【０００３】
これにより、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転とが同期されている。しかしながら、例えば経年劣化によりタイミングベルトが寿命に達した場合には、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転とが同期されなくなる可能性がある。したがって、タイミングベルトを寿命到達前の適切な時期に交換する必要がある。
【０００４】
従来、タイミングベルトを適切な時期に交換するため、タイミングベルトが寿命に達する少し前に交換時期に達したことを運転者に知らせる機能を有する動力伝達装置が提案されている。この種の動力伝達装置として、例えば、エンジン回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトの疲労度を算出し、該疲労度が基準値を超えたときに、タイミングベルトの交換を促す警告を発するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この動力伝達装置によれば、車両の走行距離のみによりタイミングベルトの交換時期が判断される場合と比較して、タイミングベルトの交換時期が適切に判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の動力伝達装置にあっては、タイミングベルトの疲労状態を直接測定することなく、エンジン回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトの疲労度を算出して交換時期を推定しているに過ぎない。また、算出した疲労度と実際の疲労度とが必ずしも一致するとは限らない。例えば、同一のエンジン回転数および運転時間であっても、高負荷の運転が多かったものと低負荷の運転が多かったものとでタイミングベルトの疲労度は異なる。また、タイミングベルトの疲労度は、タイミングベルトの使用環境によっても左右され、例えば寒冷地で使用されるか、あるいは高温多湿の環境下で使用されるかによっても異なる。したがって、上述した従来の動力伝達装置では、タイミングベルトの交換時期の判断精度が十分に高いとは言えず、未だ改善の余地があった。
【０００８】
また、ベルトの交換時期の判断精度が高くないという課題は、タイミングベルトだけの課題には限られない。すなわち、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力を伝達する動力伝達装置の全般で、上述と同様の課題が想定される。
【０００９】
本発明は、上述のような従来の課題に鑑みてなされたもので、ベルトの交換時期を高精度に検出できる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る動力伝達装置は、上記目的達成のため、（１）複数のプーリと、前記複数のプーリに巻き掛けられ、磁化された磁性体材料を含有するベルトと、前記ベルトの磁気を検出する磁気検出手段と、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気の大きさに基づき、前記ベルトが交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段と、を備えた構成を有する。
【００１１】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、ベルトの摩耗度合などに応じて変化するベルトの磁気を検出することで、ベルトの状態を直接検出することができる。このため、ベルトの交換時期を高精度に検出することができる。
【００１２】
上記（１）に記載の動力伝達装置において、（２）前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト表面に塗布されることにより磁化され、前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より小さくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定する構成を有する。
【００１３】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁性体材料がベルト表面に塗布されているので、ベルトの摩耗が進行すると磁性体材料が削り剥がれることとなる。このため、磁性体材料が削り剥がれることによって変化する電流値が基準値より小さくなったとき、ベルト交換を要する程にベルトの摩耗が進行したと判断することができる。
【００１４】
上記（１）に記載の動力伝達装置において、（３）前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト内部に埋め込まれることにより磁化され、前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より大きくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定する構成を有する。
【００１５】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁性体材料がベルト内部に埋め込まれているので、ベルトの摩耗が進行すると磁性体材料が露出する状態となる。このため、磁性体材料が露出することによって変化する電流値が基準値より大きくなったとき、ベルト交換を要する程にベルトの摩耗が進行したと判断することができる。
【００１６】
上記（１）ないし（３）に記載の動力伝達装置において、（４）前記交換時期判定手段により前記ベルトが交換時期に達したと判定されたとき、前記ベルトの交換を促すための警告を報知する報知手段を備えた構成を有する。
【００１７】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、交換時期判定手段によりベルトが交換時期に達したと判定された際には、報知手段により警告を報知するので、ベルトの寿命到達前にベルトを交換することができる。
【００１８】
上記（１）ないし（４）に記載の動力伝達装置において、（５）内燃機関に取り付けられ、前記ベルトを覆うベルトカバーを備え、前記ベルトは、前記内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するタイミングベルトで構成されており、前記ベルトカバーは、前記タイミングベルトの磁気を遮蔽する磁気シールドを有する。
【００１９】
この構成により、本発明に係る動力伝達装置は、磁化されたタイミングベルトを覆うベルトカバーが磁気シールドを有するので、タイミングベルトの磁界変化に起因してベルトカバー外部に配設された制御ユニットなどが誤作動してしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ベルトの交換時期を高精度に検出できる動力伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の概略を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の概略を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のカバーを切断した状態を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るタイミングベルトを一部切断した状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＥＣＵで実行されるタイミングベルトの寿命警告制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の動力伝達装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明の動力伝達装置を車両用の内燃機関本体に取り付けた例について説明する。
【００２３】
図１に示すように、動力伝達装置１は、内燃機関としてのエンジン３の前端部に取り付けられ、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００と、警告装置２００とを含んで構成されている。
【００２４】
ここで、図１および図２に示すように、エンジン３は、ピストンが２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンによって構成されている。本実施の形態では、直列４気筒のガソリンエンジンを採用した例を示す。
【００２５】
エンジン３は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを含むエンジン本体６と、エンジン本体６に燃焼用空気を供給する図示しない吸気装置と、エンジン本体６からの排気を外部に排出する図示しない排気装置とを備えている。エンジン本体６のシリンダブロック内部には、図示しない４本のシリンダが形成されている。各シリンダには、図示しないピストンが上下方向に往復動可能に設けられている。したがって、シリンダブロック内部には、シリンダとシリンダヘッドとピストンとによって図示しない燃焼室が形成されている。また、エンジン３は、図示しないコネクティングロッドを介してピストンに連結された駆動軸としてクランクシャフト３１を備えている。エンジン３は、燃焼室において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３１を回転させるようになっている。
【００２６】
また、エンジン本体６のシリンダヘッドには、吸気装置の吸気通路と燃焼室とを連通する図示しない吸気ポートと、燃焼室と排気装置の排気通路とを連通させる図示しない排気ポートとが形成されている。エンジン３は、吸気ポートを開閉する吸気バルブ３２と、吸気バルブ３２を作動させる吸気カムシャフト３３と、排気ポートを開閉する排気バルブ３４と、排気バルブ３４を作動させる排気カムシャフト３５とを備えている。本実施の形態における吸気カムシャフト３３および排気カムシャフト３５は、本発明に係るカムシャフトを構成している。
【００２７】
吸気カムシャフト３３は、エンジン本体６に対して回転可能に取り付けられ、吸気バルブ３２の上端に当接する吸気カム３３ａを有している。吸気バルブ３２は、吸気カムシャフト３３の回転に応じて吸気カム３３ａが回転することにより昇降し、吸気ポートと燃焼室との間を開閉するようになっている。すなわち、吸気バルブ３２は、吸気装置から燃焼室への燃焼用空気の導入を制御するようになっている。
【００２８】
排気カムシャフト３５は、エンジン本体６に対して回転可能に取り付けられ、排気バルブ３４の上端に当接する排気カム３５ａを有している。排気バルブ３４は、排気カムシャフト３５の回転に応じて排気カム３５ａが回転することにより昇降し、燃焼室と排気ポートとの間を開閉するようになっている。すなわち、燃焼室から排気装置への排気の排出を制御するようになっている。
【００２９】
図１〜図３に示すように、動力伝達装置１は、クランクシャフトプーリ１０と、吸気カムシャフトプーリ１１と、排気カムシャフトプーリ１２と、ベルトとしてのタイミングベルト１３と、テンションローラ１４と、ベルトカバーとしてのタイミングベルトカバー１５と、磁気検出回路１６とを備えている。これら各プーリ１０〜１２、タイミングベルト１３、テンションローラ１４および磁気検出回路１６は、タイミングベルトカバー１５の内部に配置される。本実施の形態におけるクランクシャフトプーリ１０、吸気カムシャフトプーリ１１および排気カムシャフトプーリ１２は、本発明に係る複数のプーリを構成している。
【００３０】
クランクシャフトプーリ１０は、クランクシャフト３１の前端部に取り付けられ、クランクシャフト３１の回転と同期して回転するようになっている。また、クランクシャフト３１の前端部には、クランクシャフトプーリ１０とともに補機用プーリ１７が取り付けられている。この補機用プーリ１７は、タイミングベルトカバー１５の外部に配置される。
【００３１】
吸気カムシャフトプーリ１１は、吸気カムシャフト３３の前端部に取り付けられ、回転位相差可変アクチュエータ１１ａを有している。回転位相差可変アクチュエータ１１ａは、吸気カムシャフト３３が吸気カムシャフトプーリ１１に対して回転位相差を生ずるように吸気カムシャフト３３を回転させるようになっている。回転位相差可変アクチュエータ１１ａは、運転状況に応じて、クランクシャフト３１および吸気カムシャフト３３の間の回転位相差を調整するようになっている。なお、図１では、回転位相差可変アクチュエータ１１ａを取り外すことにより、吸気カムシャフトプーリ１１が露出した状態を示している。
【００３２】
排気カムシャフトプーリ１２は、排気カムシャフト３５の前端部に取り付けられ、排気カムシャフト３５の回転と同期して回転するようになっている。
【００３３】
タイミングベルト１３は、クランクシャフトプーリ１０と吸気カムシャフトプーリ１１と排気カムシャフトプーリ１２とに巻き掛けられ、クランクシャフト３１から吸気カムシャフト３３および排気カムシャフト３５に動力を伝達するようになっている。これにより、クランクシャフト３１の回転に応じて吸気バルブ３２および排気バルブ３４が昇降し、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉するようになっている。
【００３４】
図４に示すように、タイミングベルト１３は、ゴム製の歯付きベルトからなり、芯材となる芯線５１と、歯側を構成する歯側ゴム５２と、背側を構成する背側ゴム５３と、歯側ゴム５２の表面に取り付けられた歯布５４とを備えている。歯布５４は、ナイロン（登録商標）およびアラミド繊維からなる。タイミングベルト１３の歯５５は、歯側ゴム５２により形成されている。
【００３５】
また、タイミングベルト１３は、磁化された磁性体材料を含有している。具体的には、タイミングベルト１３のベルト表面、すなわち歯布５４の表面に磁性体材料として磁性体を混合した合成樹脂（以下、磁性体樹脂５６という）が塗布されている。塗布された磁性体樹脂５６は、その後、着磁され、磁化される。これによりタイミングベルト１３の歯布５４の表面から磁気が発せられるようになっている。塗布される磁性体樹脂５６としては、例えば酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなど、物理情報として所定強度の磁界を発生する磁性体の粉末を混合した合成樹脂を用いることができる。
【００３６】
このように、タイミングベルト１３は、歯布５４の表面に磁性体樹脂５６が塗布されているため、例えば経年劣化により摩耗が進行すると、塗布された磁性体樹脂５６が削り剥がれる。このためタイミングベルト１３の摩耗が進むと、タイミングベルト１３から発生する磁界が変化する。具体的には、磁化されたタイミングベルト１３から発せられる磁気が小さくなる。
【００３７】
また、タイミングベルト１３は、図１中、矢印で示すように、クランクシャフトプーリ１０からテンションローラ１４、吸気カムシャフトプーリ１１、排気カムシャフトプーリ１２の順に無端移動するようになっている。したがって、タイミングベルト１３の回転方向は、図１中、時計回り方向である。
【００３８】
図１に示すように、テンションローラ１４は、クランクシャフトプーリ１０と吸気カムシャフトプーリ１１との間に配置されている。テンションローラ１４は、テンションばね１４ａの付勢力によりタイミングベルト１３を背側から押圧することによって、タイミングベルト１３に適切な張力を与えるようになっている。すなわち、テンションローラ１４の押圧により、タイミングベルト１３が吸気カムシャフトプーリ１１、排気カムシャフトプーリ１２およびクランクシャフトプーリ１０から緩んで外れないようになっている。
【００３９】
図１および図３に示すように、タイミングベルトカバー１５は、エンジン本体６の前端面６ａに取り付けられ、タイミングベルト１３の全体を覆うようになっている。タイミングベルトカバー１５は、透過性の無いプラスチック製で、カバー本体６１と、磁気検出回路１６を保持する保持部６２とを備えている。
【００４０】
また、タイミングベルトカバー１５は、タイミングベルト１３の磁気を遮蔽する磁気シールド６１ａを有する。磁気シールド６１ａは、カバー本体６１の内面を覆うようカバー本体６１の内面に取り付けられている。これにより、タイミングベルトカバー１５の内部空間と外部空間とが磁気的に遮断された状態となる。磁気シールド６１ａとしては、高透磁率の金属磁性材料をカバー本体６１の内面に貼り付けた構成を用いることができる。また、高透磁率の金属磁性材料の他、例えば銅箔などをカバー本体６１の内面に貼り付ける構成であってもよく、また銅を蒸着させた構成であってもよい。さらに、カバー本体６１自体を高透磁率の金属磁性材料（例えば鉄、コバルト、ニッケル）で構成することにより、磁気シールドとして機能させるようにしてもよい。なお、本実施の形態では、磁気シールド６１ａをカバー本体６１の内面に貼り付ける構成としたが、カバー本体６１の外面に貼り付ける構成であってもよい。また、本実施の形態では、タイミングベルトカバー１５にのみ、磁気シールド６１ａを設けたが、例えばエンジン３のシリンダブロックがアルミニウム合金からなる場合には、タイミングベルトカバー１５の内部空間を画成するエンジン本体６の前端面６ａにも磁気シールド６１ａを設けるのが好ましい。
【００４１】
このように、タイミングベルトカバー１５が磁気シールド６１ａを有するので、タイミングベルト１３の磁界変化に起因してタイミングベルトカバー１５の外部に配設された制御ユニット、例えばＥＣＵ１００などが誤作動してしまうことを防止することができる。
【００４２】
保持部６２は、テンションローラ１４を通過した直後のタイミングベルト１３の歯側に対向する位置に設けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー１５の内面に締結部材を介して取り付けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー１５の内面に一体形成されるものであってもよい。また、保持部６２は、磁気検出回路１６の検出方向をタイミングベルト１３の歯側に向けるようにして磁気検出回路１６を保持している。
【００４３】
磁気検出回路１６は、図示しない磁気検出用のいわゆるサーチコイルを有しており、このサーチコイルによって変化するタイミングベルト１３の磁気を検出するようになっている。特に、サーチコイルは、熱やほこりなどの影響を受けにくいという利点を有するため、好適である。
【００４４】
磁気検出回路１６は、ＥＣＵ１００に接続され、サーチコイルで検出した磁気（磁界）の大きさに応じた電流値ＩＤ（Ａ）を検出信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００４５】
図１に示すように、ＥＣＵ１００は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（登録商標：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および入出力インターフェース回路を備えている。
【００４６】
ＥＣＵ１００には、上述した磁気検出回路１６や、図示しないエンジン回転数センサなどの各種センサやイグニッションスイッチなどが接続されている。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、タイミングベルト１３の交換時期を判定する際に用いられる寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）、タイミングベルト１３の寿命警告プログラムなどの各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。ここで、寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）は、予め実験的に求めて記憶されたものであり、例えば交換が必要と判断される程度にまでタイミングベルト１３が摩耗したときのタイミングベルト１３の磁気に応じた電流値である。本実施の形態における寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）は、本発明に係る基準値に対応する。
【００４７】
また、ＥＣＵ１００は、磁気検出回路１６により検出されたタイミングベルト１３の磁気の大きさに基づき、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段１０１を備えている。
【００４８】
交換時期判定手段１０１は、電流値取得部１１０と、交換判定部１１１とを有している。電流値取得部１１０は、磁気検出回路１６から入力される検出信号に基づき、サーチコイルにより検出された磁気（磁界）の大きさに応じた電流値ＩＤを取得するようになっている。交換判定部１１１は、電流値取得部１１０で取得した電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）とを比較し、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったか否かを判定するようになっている。さらに、交換判定部１１１は、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったとき、タイミングベルト１３が交換時期に達したと判定するようになっている。
【００４９】
警告装置２００は、ＥＣＵ１００に接続され、交換判定部１１１によりタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定された場合に、運転者にタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知するようになっている。警告装置２００としては、例えば、運転席に設けられた警告ランプや警告ブザーなどを採用することができる。本実施の形態における警告装置２００は、本発明に係る報知手段を構成している。
【００５０】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、ＥＣＵ１００において実行されるタイミングベルト１３の寿命警告制御について説明する。
【００５１】
図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行されるタイミングベルト１３の寿命警告プログラムの実行内容を表す。タイミングベルト１３の交換判断プログラムの実行処理は、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、イグニッションのオンからオフまでの間に予め定められた時間間隔で実行されるようになっている。ここでの時間間隔は、車種やエンジン３、タイミングベルト１３の設定諸元によって適宜選択される。この時間間隔が長すぎると判断の精度が低下するおそれがあり、短すぎると処理が煩雑になることがあるので、これらの条件から時間間隔を適宜設定するようにする。
【００５２】
図５に示すように、まずＥＣＵ１００は、エンジン３が始動したか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ１００は、図示しないイグニッションスイッチがＯＮとされたか否かを検出することによりエンジン３が始動されたか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサの検出結果に基づき、エンジン３が始動されたか否かを判定してもよい。エンジン３が始動していないと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン始動の監視を継続する。
【００５３】
一方、エンジン３が始動されたと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、電流値取得部１１０において磁気検出回路１６から電流値ＩＤ（Ａ）を取得する（ステップＳ２）。次いで、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１において、電流値取得部１１０により取得された電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）とを比較し、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったか否かを判定する（ステップＳ３）。電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）以上であると判定した場合には、本ステップを繰り返し実行する。
【００５４】
一方、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１においてタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定する。このとき、ＥＣＵ１００は、タイミングベルト１３の寿命到来の警告、すなわちタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知する旨の信号を警告装置２００に出力する。これにより、警告装置２００は、運転者にタイミングベルト１３の交換を促すための警告を報知する（ステップＳ４）。なお、警告の報知と同時、またはその前後にタイミングベルト１３の寿命到来を示す情報をＲＯＭに記憶させ、後のメンテナンスなどの情報を必要とする機会に利用するようにしてもよい。
【００５５】
以上のように、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、タイミングベルト１３の摩耗度合などに応じて変化するタイミングベルト１３の磁気を検出することで、タイミングベルト１３の状態を直接検出することができる。このため、タイミングベルト１３の交換時期を高精度に検出することができる。
【００５６】
また、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、磁性体樹脂５６がタイミングベルト１３の表面、すなわち歯布５４の表面に塗布されているので、タイミングベルト１３の摩耗が進行すると磁性体樹脂５６が削り剥がれることとなる。このため、磁性体樹脂５６が削り剥がれることによって変化する電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より小さくなったとき、交換を要する程にタイミングベルト１３の摩耗が進行したと判断することができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る動力伝達装置１は、ＥＣＵ１００によりタイミングベルト１３が交換時期に達したと判定された際には、警告装置２００により警告を報知するので、寿命到達前にタイミングベルト１３を交換することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、図１に示すように、磁気検出回路１６がテンションローラ１４を通過した直後のタイミングベルト１３の歯側に対向する位置に配置されているが、これに限られず、タイミングベルト１３の磁気を検出可能であれば、他の位置に配置することも可能である。例えば、テンションローラ１４と吸気カムシャフトプーリ１１との間であって吸気カムシャフトプーリ１１の近傍や、吸気カムシャフトプーリ１１と排気カムシャフトプーリ１２との間、あるいは排気カムシャフトプーリ１２とクランクシャフトプーリ１０との間、もしくはクランクシャフトプーリ１０の通過直後に配置可能である。
【００５９】
また、本実施の形態においては、磁気検出回路１６をタイミングベルトカバー１５の保持部６２に保持するよう構成したが、これに限らず、例えばエンジン本体６の前端面６ａの面上に固定する構成であってもよい。
また、本実施の形態においては、本発明に係る動力伝達装置をクランクシャフト３１の回転を各カムシャフト３３、３５に伝達する動力伝達機構に適用した例について説明したが、これに限らず、例えば補機駆動用の動力伝達機構に適用することも可能であり、また車両用に限らない。
【００６０】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３のような歯付きベルトに適用した例について説明したが、平ベルトやＶリブドベルトなど、他の種類のベルトにも適用可能である。
【００６１】
また、本実施の形態においては、エンジン３として直列４気筒のエンジンを採用したが、これに限られず、例えば、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、水平対向６気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンを採用することができる。
【００６２】
また、本実施の形態においては、エンジン３としてガソリンを燃料とするエンジンを採用したが、例えば、軽油などの炭化水素系の燃料や、エタノールなどのアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料を燃料とするエンジンであってもよい。
【００６３】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３の磁気を検出するため、サーチコイルを有する磁気検出回路１６を採用したが、これに限らず、磁気検出回路１６として例えば磁界の強さに応じたホール電圧を出力するホール素子や、磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ）、あるいは磁気インピーダンス素子（ＭＩ）などの磁気センサを用いることもできる。また、フラックスゲート、超伝導量子干渉素子などを用いることも可能である。この場合、ホール素子などの磁気センサから出力される出力電圧をＥＣＵ１００において電流値に変換して、上述したタイミングベルト１３の寿命警告制御を実行する。
【００６４】
また、本実施の形態に係るタイミングベルト１３の寿命警告制御においては、取得した電流値ＩＤ（Ａ）と寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）との比較によりタイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定するようにしたが、これに限らず、サーチコイルの両端子間の電位差、すなわち電圧ＶＤ（Ｖ）と寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）との比較により判定してもよい。この場合、寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）は、寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）と同様、予め実験的に求めて記憶しておく。また、上述したように磁気検出回路１６として各種磁気センサを用いた場合にも、磁気センサから出力される出力電圧ＶＤ（Ｖ）と寿命限界電圧値ＶＬ（Ｖ）とを比較することにより、タイミングベルト１３が交換時期に達したか否かを判定することも可能である。
【００６５】
また、本実施の形態においては、タイミングベルト１３の歯布５４の表面に磁性体樹脂５６を塗布することによりタイミングベルト１３を磁化させる構成としたが、これに限らず、例えば歯布５４自体に磁性体の粉末を混合することによりタイミングベルト１３を磁化させる構成としてもよい。
【００６６】
また、タイミングベルト１３を磁化させる構成としては、上記の他、磁性体樹脂５６をタイミングベルト１３の内部に埋め込むことにより磁化させる構成であってもよい。この場合、磁性体樹脂５６がタイミングベルト１３の内部に埋め込まれているので、タイミングベルト１３の摩耗が進行すると磁性体樹脂５６が露出する状態となる。このため、本構成にあっては、図５に示すステップＳ３の処理における判定が本実施の形態と異なり、電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より大きくなったか否かを判定することとなる。したがって、磁性体樹脂５６が露出することによって変化する電流値ＩＤ（Ａ）が寿命限界電流値ＩＬ（Ａ）より大きくなったとき、交換を要する程にタイミングベルト１３の摩耗が進行したと判断することができる。また、歯側ゴム５２に磁性体の粉末を混合することによりタイミングベルト１３を磁化させるようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態においては、動力伝達装置１を車両のエンジン３に使用したが、これに限られず、複数のプーリ間に掛け回されたベルトにより動力を伝達する動力伝達装置の全般に適用することができる。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る動力伝達装置は、ベルトの交換時期を高精度に検出できるという効果を有し、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 動力伝達装置
３ エンジン（内燃機関）
１０ クランクシャフトプーリ（プーリ）
１１ 吸気カムシャフトプーリ（プーリ）
１２ 排気カムシャフトプーリ（プーリ）
１３ タイミングベルト（ベルト）
１５ タイミングベルトカバー（ベルトカバー）
１６ 磁気検出回路（磁気検出手段）
３１ クランクシャフト
３３ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
３５ 排気カムシャフト（カムシャフト）
５６ 磁性体樹脂（磁性体材料）
６１ａ 磁気シールド
１００ ＥＣＵ（交換時期判定手段、電流値取得部）
２００ 警告装置（報知手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプーリと、
前記複数のプーリに巻き掛けられ、磁化された磁性体材料を含有するベルトと、
前記ベルトの磁気を検出する磁気検出手段と、
前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気の大きさに基づき、前記ベルトが交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段と、を備えたことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト表面に塗布されることにより磁化され、
前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より小さくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト内部に埋め込まれることにより磁化され、
前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より大きくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記交換時期判定手段により前記ベルトが交換時期に達したと判定されたとき、前記ベルトの交換を促すための警告を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
内燃機関に取り付けられ、前記ベルトを覆うベルトカバーを備え、
前記ベルトは、前記内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するタイミングベルトで構成されており、
前記ベルトカバーは、前記タイミングベルトの磁気を遮蔽する磁気シールドを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項１】
複数のプーリと、
前記複数のプーリに巻き掛けられ、磁化された磁性体材料を含有するベルトと、
前記ベルトの磁気を検出する磁気検出手段と、
前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気の大きさに基づき、前記ベルトが交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段と、を備えたことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト表面に塗布されることにより磁化され、
前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より小さくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記ベルトは、前記磁性体材料がベルト内部に埋め込まれることにより磁化され、
前記交換時期判定手段は、前記磁気検出手段により検出された前記ベルトの磁気に応じた電流値を取得する電流値取得部を有し、予め設定された基準値と前記電流値とを比較し、前記電流値が前記基準値より大きくなったとき、前記ベルトが交換時期に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記交換時期判定手段により前記ベルトが交換時期に達したと判定されたとき、前記ベルトの交換を促すための警告を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
内燃機関に取り付けられ、前記ベルトを覆うベルトカバーを備え、
前記ベルトは、前記内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するタイミングベルトで構成されており、
前記ベルトカバーは、前記タイミングベルトの磁気を遮蔽する磁気シールドを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３７３９９（Ｐ２０１２−２３７３９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７４０６（Ｐ２０１１−１０７４０６）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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