可変比率ベルト伝動システム
第１無端部材（１６）により第１従動部材（１３、１５、１７、１８、１９）に回転自在に連結される原動部材（ＣＲＫ）と、原動部材と第２従動部材の間で回転自在に連結される第２無端部材（１２）と、第１無端部材から第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために第１無端部材と第２無端部材との間に介装される第１クラッチ（５７、ＳＯ）と、第２無端部材を原動部材から選択的に切り離すために第２無端部材と原動部材との間に介装される第２クラッチ（４２、８２）とを備えるベルト伝動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年３月２４日に出願された係属中の米国非仮出願番号第１０／８０７，９３７号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、乗り物用のエンジン補機を第１速度比と第２速度比において駆動するための２段比率ベルト伝動システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
乗り物用のエンジンは、一般的にエンジンと乗り物の運転に使用される補機を備える。このような補機には、パワーステアリングポンプ、エアコン用コンプレッサ、オルタネータ、オイルポンプ、燃料ポンプなどが含まれ得る。これらの補機は、一般に多軸掛けベルトによって駆動される。多軸掛けベルトは、エンジンクランクシャフトはもちろんのこと、各補機に設けられたプーリに係合される。エンジンクランクシャフトは、これらの補機を駆動するトルクを提供する。
【０００４】
クランクシャフトによりベルトが駆動されると、ベルトは否応なく乗り物の加速や減速におけるエンジン速度の変化を受ける。言い換えれば、補機の運転速度は、エンジンの速度に直接比例する。
【０００５】
エンジン速度の変化は、特にアイドル時よりも速いエンジン速度で、補機を非効率に運転させることとなる。これは全てのエンジン速度範囲に渡って、各補機が要求に適った作動を行うように設計される必要があるためである。これは必然的に、殆どのエンジン速度範囲において効率が最適ではないことを意味する。また、高いエンジン速度では、より大きな出力が補機を駆動するのに要求され、燃料効率を悪化させ、利用可能なトルクが低下する。したがって、補機の幾つか、あるいは全てを、それらがより低く狭い最適速度範囲において駆動されるように、エンジンクランクシャフトから切り離すことが望ましい。
【０００６】
この技術の代表は、メックストロース(Meckstroth)の米国特許第５，７００，１２１号（１９９７）であり、回転する様々な車両用補機に動力を与えるためのシステムを開示する。
【０００７】
従来技術では、最小化されたスタータを「補助」する目的のために、エンジン始動時に補機をエンジンから切り離す必要がある。また、従来技術は、エンジンの振動の伝達を低減するためにクランクシャフトダンパと結合されたクラッチユニットについて教示しない。
【０００８】
必要とされているのは、乗り物のエンジン補機を第１速度比および第２速度比で駆動するための２段比率ベルト伝動システムである。本発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、乗り物のエンジン補機を第１速度比および第２速度比で駆動する２段比率ベルト伝動システムを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、以下における本発明の詳細な説明と図面とによって指摘され明らかとされる。
【００１１】
本発明は、第１無端部材により第１従動部材に回転自在に連結される原動部材と、原動部材と第２従動部材との間で回転自在に連結される第２無端部材と、第１無端部材と第２無端部材との間に、第１無端部材から第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために配置された第１クラッチと、第２無端部材と原動部材との間に、第２無端部材を原動部材から選択的に切り離すために配置された第２クラッチとを備えるベルト伝動システムを備える。
【００１２】
本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図解し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
２段比率ベルト伝動システムが図１に示される。本発明のシステムは、クラッチユニット１１を介して選択される第１または第２プーリ駆動比率により運転される。第１エンジン速度においては、第１プーリ比率が用いられる。第２エンジン速度においては、第２プーリ比率が用いられる。
【００１４】
システムは、２本のベルトを備える。トルク伝達のために使用されるベルトは、クラッチユニットの状態によって決定される。第１プーリ比率、あるいは第２プーリ比率は、電磁クラッチ１１を連結または非連結とすることにより選択される。クラッチユニットを連結すると、システムはクラッチユニットに設けられた第１プーリにベルトが連動された状態で駆動される。
【００１５】
第１モード（エンジンスピードが略アイドル時）では、システムの第２ベルトはエンジンクランクシャフトから直接トルクを伝達していないが、トルクは第１ベルトとも係合する２段式プーリからエンジン補機へと伝達されている。
【００１６】
第２モード（エンジン速度がアイドルよりも速いとき）では、クラッチは非連結状態され、これは第１プーリと第１ベルトをシステムから切り離す。補機はその後、クランクシャフトへの一方向クラッチに係合された第２ベルトにより駆動される。第２モードでは、第２原動プーリの比率が第１原動プーリの比率よりも小さいことから、補機は第１ベルトによって得られる速度よりも相対的遅い速度で駆動される。これは第２モードの第２プーリが第１モードの第１プーリよりも小さい直径を有することによる。
【００１７】
システムは、エンジンクランクシャフト（ＣＲＫ）などの原動回転シャフトに取り付けられたクラッチユニット１１を備える。
【００１８】
クラッチユニット１１は、クランクシャフトダンパやアイソレータ、あるいはその両方、更に電磁クラッチを備えるとともに、第１および第２プーリを備える。またユニット１１は、一方向クラッチを備える。
【００１９】
クラッチユニット１１は、多軸掛けマルチリブドベルト１６によって、複数の補機、ウォーターポンプＷ＿Ｐ（プーリ１７）、パワーステアリングポンプＰ＿Ｓ（プーリ１３）、オルタネータＡＬＴ（プーリ１５）、アイドラプーリＩＤＬ（プーリ１８）、エアコン用コンプレッサＡ＿Ｃ（プーリ１９）に動力を伝達できる状態で連結される。テンショナＴＥＮ（プーリ１４）は、クランクシャフトからの時計回りの移動に対してパワーステアリングポンプの２段式プーリ１３の後に配置される。ベルト１６は、従来周知のマルチリブドベルトである。
【００２０】
第２マルチリブドベルト１２は、クラッチユニット１１をパワーステアリングポンプＰ＿Ｓに連結された２段式プーリ１３に連結する。この実施形態では、ベルト１２は、２点伝動装置（ツーポイントドライブ）に取り付けられる。図２に示されるように、ベルト１６は、エンジンとベルト１２の間に物理的に配置される。
【００２１】
図３に示されるクラッチユニット１１は、ハブ４０と、それに取り付けられた一方向クラッチ４２とを備える。図３には断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、ハブ４０はエンジンクランクシャフト（ＣＲＫ）に直接連結される。プーリ６６は、内側ハブ４４、ベルトベアリング外側部６６０、およびハブ４４と外側部６６０との間に配置されたダンピング部材６８を備える。内側ハブ４４は、一方向クラッチ４２に係合される。ダンピング部材６８は、クランクシャフトダンパの技術において知られたエラストマ部材からなる。部分６６０はマルチリブド形状を有するが、プーリ技術において知られた如何なる形状であってもよい。
【００２２】
第２プーリ６２は、電磁クラッチ６０のロータ４８に連結される。ロータ４８、すなわちプーリ６２は、ベアリング４６によりハブ４０に回転自在に係合される。ベアリング４６は従来知られたものからなり、ボール、スリーブ、ニードル、あるいはその他の使用に適した何れのものであってもよい。電磁クラッチ６０のコイル５０は、バックプレート６４によりエンジンブロックに取り付けられる。
【００２３】
ハブ４０は、ハブ拡張部５２とスプリングプレート５４を介してクラッチプレート５６に連結される。クラッチユニット１１は、ユニットへの埃や異物の挿入を防ぐカバー５８により覆われる。クラッチプレート５６は、コイル５０の通電状態に応じてロータ４８と連結される。コイル５０は、エンジンの電気システムに接続される。コイル５０がプーリ６２の幅内に収められることからクラッチが小型であることが理解されるであろう。
【００２４】
図２に示されるように、クラッチユニット１１のプーリ６６は、ベルト１６を用いて、パワーステアリングポンプに設けられた２段式プーリ１３の第１プーリ４９に連結されている。図４は、２段式プーリ１３の断面図である。図４は、断面図の上半分を描き、下半分は鏡像であり上半分と対称である。２段式プーリ１３は、プーリ４５とプーリ４９を備え、各々はウェブ４１により連結されている。クラッチユニット１１のプーリ６２は、２段式プーリ１３のプーリ４５にベルト１２を用いて連結されている。
【００２５】
以下の実施形態の各々における本発明のシステムは、２つのモードで作動する。モード１は、アイドリングを含む比較的低いエンジン速度に対応する。モード２は、他の全ての運転速度、すなわちアイドリングよりも速い運転速度に対応する。
【００２６】
モード１では、電磁クラッチ６０のコイル５０は通電され、それによりクラッチはエンジン始動時にロックされ、ベルト１２により、エンジンと一緒に補機の始動が可能となる。この方法は、クラッチが係合され、補機がエンジン始動後の速さに達するときに、エンジン速度が急減速する問題を回避する。モード１においては、電磁プレート５６がクラッチ６０と係合されており、これにより、ハブ４０に対してプーリ６３が回転しながらロックされることから、プーリ６２とハブ４０は一緒に回転する。プレート５６は、ハブ拡張部５２を通してハブ４０に直接連結され、これによりクランクシャフトＣＲＫに直接連結される。
【００２７】
プーリ６２は、クランクシャフトからベルト１２を介してトルクをパワーステアリングポンプＰ＿Ｓに取り付けられたプーリ４５へと伝達する。図４は、２段式プーリの断面図である。プーリ４９は、プーリ４５と同じ速度で回転する。プーリ４９は、ベルト１６を介して他のすべての補機にトルクを伝達する。
【００２８】
モード１において、プーリ６６は、ベルト１６によりプーリ６２の回転速度よりも速い回転速度で駆動され、これにより、一方向クラッチ４２は非連結状態とされる。モード１では、プーリ６６からハブ４０へとトルクは全く伝達されないものの、パワーステアリングポンプを除く全ての補機がベルト１２および１６により順次駆動される。
【００２９】
例えば、５．３ＬのＶ８エンジンの場合、発明のシステムのプーリにおける直径の実施例は、ｍｍ単位で以下の通りである。
【表１】
【００３０】
表１のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングプーリの比率は以下の通りである。
１６５／１４０＝１．１７ （モード１［第１］比率）
１２８／１６３＝０．７８ （モード２［第２］比率）
【００３１】
モード１では、補機は、従来の直接連結された補機伝動システムにおけるのと相対的に同じ速度で回転される。
【００３２】
比較の目的で、以下に典型的な従来技術のプーリの直径をｍｍ単位で示す。
【表２】
【００３３】
表２の従来のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングポンプの比率は以下の通りである。
１９３／１６３＝１．１８
【００３４】
この比率は、上記表１に対して計算されたモード１［第１］比率と実質的に同じである。これは、表１、２のシステムの間において、補機駆動比率が実質的に同じであることを示す。しかし、相対的な補機プーリの直径は、重量、製造コスト、速度や、他のシステムの要求に応じて本発明のシステムにおいて異なってもよい。
【００３５】
表１におけるクランクシャフトプーリ（６６）と、表２におけるクランクシャフトの直径の比較は、
１９３／１２８＝１．５
である。
【００３６】
これは、本発明のシステムによる補機速度全体の低減が、アイドル速度よりも速いエンジン速度において、従来技術のシステムを上回っていることを示す。
【００３７】
プーリ６２は、１６５ｍｍの代わりに、従来のシステムの直径である１９３ｍｍであってもよい。本発明のシステムにおいては、プーリ６２の直径は、プーリ４５がより小さい直径を有することから、すなわち１６３ｍｍではなく１４０ｍｍであることから、１６５ｍｍまで縮小できる。モード１では、クランクシャフトとパワーステアリングポンプの間の比率は、同じ値に維持される：１９３／１６３＝１６５／１４０＝１．１７。
【００３８】
モード２では、電磁クラッチ６０が非連結状態とされ、クラッチ４２が連結状態とされる。モード１からモード２へと遷移するとき、ベルトとシステムへの衝撃を低減するために、クラッチはある期間に渡って、例えば３秒、非連結状態とされる。コイル５０は、乗り物のバッテリやオルタネータなどの電源に電気的に接続され、エンジンのＣＰＵによって制御される。ＣＰＵは、コンピュータ、メモリ、連結用バス構造、および配線を備える。ＣＰＵは所定のエンジンの運転状態（変数）を検知し、ＣＰＵは、検知された複数の運転状態（変数）の少なくとも１つに基づいてクラッチユニットを連結状態あるいは非連結状態にするための所定値を計算し、上記検知された運転状態（変数）には、補機の負荷、エンジン速度、バッテリ充電状態、スロットルポジション、エンジン冷媒温度、乗り物のギア選択、乗り物の速さ、マニホルドの絶対圧力、外気温度、空気流量、アクセルポジションが含まれる。選択された運転状態がエンジンの加速や減速の何れかにより変動すると、クラッチはそれに従って通電状態とされるか非通電状態とされる。
【００３９】
モード２では、第２プーリ６２は、ボールベアリング４６に取り付けられたロータ４８により自由に動き、これにより、ハブ４０とプーリ６２の間でトルクは伝達されない。プーリ４５とプーリ６２の間でベルト１２によるトルクの伝達はない。クラッチ４２が非連結状態にあることから、補機はベルト１６単独で駆動される。クラッチ４２は、ハブ４０によりプーリ６６を駆動させる。エンジンは、プーリ６６を介して補機へとトルクを伝達する。
【００４０】
自身の慣性により補機がエンジンに向けてトルクを伝達するかもしれない急激なエンジンの減速状態においては、クラッチ４２は非連結状態となり、エンジンの減速率よりも低い速さで補機が回転を落とすことを可能にする。これはベルト１６における磨耗を低減する。
【００４１】
プーリ６６の直径は、プーリ６２の直径よりも相対的に小さい。例えば、プーリ６６の直径は１６５ｍｍではなく１２８ｍｍである。この低減されたプーリ比率は、係数１．５を因子として、駆動される補機の全ての相対速度を低減する。
【００４２】
ここで説明された第１実施形態は、最小の軸方向スペースしかベルト伝動システムに要求しないが、それでもユニット１１は、電磁クラッチ５０のための幾らか余分な軸方向スペースを必要とする。これは約２０〜２５ｍｍとなる。
【００４３】
図４Ａは別の実施形態の２段式プーリの断面図である。図４Ａには、断面図の上半分が描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマ部材２２６がウェブ４１とプーリ４５の間に配置される。２段式プーリ１３は、補機に連結されるが、この事例では、パワーステアリングポンプＰ＿Ｓである。エラストマ部材２２６は、それがなければベルト１２を介してクランクシャフトから補機に伝達されるであろうエンジンの振動の振幅を低減する振動アイソレータとして作用する。アイドル状態よりも高い速度では、クラッチ１１がプーリ４５をクランクシャフトから受け取るトルクから切り離すことから、アイソレータはエンジンアイドル状態において主に機能する。エラストマ部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが用いられる。
【００４４】
図５、６は、クラッチユニット１１駆動装置が、エアコン用コンプレッサに連結された２段式プーリ組立体２９を備える第１の代替的実施形態を示す。
【００４５】
この事例では、各プーリの直径は以下の通りである。
【表３】
【００４６】
表３のシステムにおけるクランクシャフト／Ａ＿Ｃプーリ比率は以下の通りである。
１９３／１１２＝１．７２ （モード１［第１］比率）
１２８／１１２＝１．１４ （モード２［第２］比率）
【００４７】
システムの運転は、図１、２の実施形態で説明されたものと同じである。エアコン用コンプレッサに２段式プーリを取り付けたことの利点は、利用可能なスペースを活用することであり、これはエアコン用コンプレエアプーリには通常電磁クラッチが一体化されているためである。
【００４８】
運用上の関心の１つはベルトの交換である。しかし、ベルト１２が全体の５〜１０％の時間しか使用されず、ベルト１６は常時使用されていることを考えると、エンジンに対して最も内側に配置されたベルト１６に対して交換がより求められると考えられる。説明された実施形態では、１本のみの交換が必要なときにも両方のベルトを取り外さなければならない可能性がある。
【００４９】
これらの懸念に対処するために更に別の実施形態が説明される。
【００５０】
図７、８は第２の代替的実施形態を示す。２点伝動ベルト３２は多軸掛けベルト３６よりもエンジンよりに配置される。ベルト３６は、ベルト３２から外側に向けてエンジンから離れて配置される。
【００５１】
この実施形態の全構成要素のコンセプトおよび機能は、これまでの実施形態と同様ではあるが、構成部のデザインと配置は多少異なる。この第２の代替実施形態における主な違いは、電磁クラッチユニット３３が、クランクシャフトの代わりに、パワーステアリングユニットＰ＿Ｓに搭載されたことである（図９参照）。この実施形態では、２段式ユニット３１はクランクシャフトに搭載される（図１０参照）。
【００５２】
再び図９を参照すると、クラッチユニット３３は、コイル５７を有する電磁クラッチを備える。図９には、断面図の上半分が示され、下半分は鏡像で上半分と対称である。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に取り付けられる。ハウジング７７は回転せず、クラッチを例えばエンジン表面などの面に取り付けるために用いられる。プーリ７１を備えたロータ７３は、ハウジング７７に設けられたボールベアリング５５に回転自在に取り付けられる。ベアリング５５には、ボールベアリングが含まれるが、従来周知の適切な如何なる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、例えばプーリ６９の周りに対称に一定間隔を置いて配置された３個のシャフト６７を備えた第２プーリ６９に可動な状態で取り付けられる。ゴムパッド６５は、コイル５７が通電されていないとき、プレート６１をロータ７３から遠ざけるように付勢する。この取り付け方法は、コイル５７が通電されたときに、プレート６１がプーリ６９からロータ７３に向けて軸方向に移動することを可能にし、これによりクラッチは連結状態とされる。またプーリ６９は、パワーステアリングポンプのシャフトなど、補機にプーリ６９を直接連結させるハブ５３を備える。コイル５７がプーリ７１の幅内に収められ、プレート６１がプーリ６９の幅内に収められることから、クラッチが小型であることが理解されるであろう。
【００５３】
図８を再び参照すると、この第２代替実施形態では、モード１において、電磁クラッチ５７が連結状態とされる。プレート６１はロータ７３と摩擦係合し、これによりプーリ７１、６９を一体的に回転させる。クランクシャフトに固定的に連結されたプーリ９０は、トルクをプーリ７１に伝達する。ベルト３２は負荷が掛かった状態にある。プーリ６９はトルクをプーリ８６を含む全ての補機に伝達しているが、一方向クラッチ８２は非連結状態にあるためプーリ８６からハブ８０へはトルクは伝達されない。このモードでは、一方向クラッチは非連結状態にある。全てのトルクはプーリ９０からベルト３２を介して伝達される。
【００５４】
モード２では、コイル５７に通電がなされず、プーリ７１は自由に回転し、ベルト３２がシステムから切り離されていることからトルクは伝達されない。クラッチ８２は連結状態にあり、補機にトルクを伝達する。プーリ６９は、補機シャフトに直接連結されたハブ５３に連結されていることからトルクを伝達する。
【００５５】
上述された全てのプーリのｍｍ単位での直径は、以下の通りである。
【表４】
【００５６】
表４のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングプーリ比率は以下の通りである。
１６５／１４０＝１．１８ （モード１［第１］比率）
１２８／１６３＝０．７８ （モード２［第２］比率）
【００５７】
第１プーリ８６の直径は、第１実施形態において説明されたのと同様の方法で決定される。このモードにおける全補機の速さは、直接連結された従来システムに比べて約１／１．５倍遅い。
【００５８】
この実施形態では、電磁クラッチ３３により要求される軸方向スペースは、パワーステアリングポンプとその二段式プーリ組立体の間に配置される。この余分な長さを融通するには、パワーステアリングポンプをエンジンの長手方向軸に沿ってエンジンのフライホイール側へ移動する必要があるかもしれない。
【００５９】
開示された全ての実施形態の構成部品は、従来この技術において知られている構成部品である。例えば、一方向クラッチは、フォームスプラグ(Formsprag)から得ることができる。電磁クラッチは、オグラ(Ogura)から得ることができる。例えば、図３、９はスタンダードなクラッチ、６ ５５７６１６２型、トルク容量１２８Ｎｍ（図３）と１０ ５１５３７６型、トルク容量１２０Ｎｍを示す。
【００６０】
図９Ａは、図９におけるクラッチユニットの別の実施形態である。図９Ａには、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマ部材２４６はプーリ７１とロータ７３の間に配置される。エラストマ部材２４６は、ユニット３３が直接クランクシャフトに連結されるときにダンパを構成する。この実施形態では、部材２４６は図８に示されるようにクラッチユニット３３が直接補機シャフトに連結されるとき振動アイソレータを構成する。弾性部材２４６には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが含まれる。
【００６１】
図１０は、２段比率ベルト伝動システムにおけるクラッチユニットの第２の代替的な実施形態における２段式プーリの断面図である。図１０には、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。２段式プーリ３１は、図８のシステムに示される。プーリ９０はハブ８０に連結される。プーリ８６は、一方向クラッチ８２を介して回転自在にハブ８０に係合される。エラストマダンピング部材３３０は、プーリ８６とロータ８４の間に配置される。部材３３０は、クランクシャフトの捻り振動を減衰する。エラストマダンピング部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが含まれる。ロータ８４は一方向クラッチ８２と係合される。プーリ８６は、エンジン点火により発生する速度と捻りの過渡現象を低減することに貢献する慣性部材８８を更に備える。またそれは、クラッチ８２が切られているときには補機の慣性を利用する。慣性部材８８は、エンジンクランクシャフトの振動および慣性に係わる特性と、システムのダンピングへの要求から選択される大きさの質量を備える。
【００６２】
図１０Ａは、図１０における２段式プーリの別の実施形態の断面図である。図１０Ａには、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマダンピング部材３０２はプーリ９０とハブ８０の間に介装される。この実施形態では、２段式プーリ３１はエンジンクランクシャフトに連結される。部材３０２は、さもなければベルト１６を介して補機に伝達されるクランクシャフトの振動を遮断するダンパとして機能する。アイドル速度よりも高いエンジン速度ではクラッチ６０が切られていることから、ダンパ３０２の寄与は、エンジンアイドル速度よりも高い速度で最大となり、このときダンパ３０２はトルクによる負荷ではなく慣性による負荷を吸収する。エラストマ部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが用いられる。
【００６３】
これまでの実施形態の何れにおいても、ベルト１２またはベルト１６、あるいは両者は、例えば従来周知の弾性率が低いベルトである。低弾性ベルトは、ナイロン４．６やナイロン６．６、あるいは両者の組み合わせなどからなる心線を備えるベルトである。ベルトの弾性率は、約１５００Ｎ／ｍｍから約３０００Ｎ／ｍｍの範囲にある。低弾性ベルトの特徴は、テンショナや、シャフトが可動な補機を用いなくともそれがベルト伝動システムに取り付け可能なことである。低弾性ベルトは、周知のベルト取付工具を用いて簡単に取り付けられる。工具は、ベルトを横方向に押し出し、トランスミッション（変速）プーリあるいは補機プーリのエッジを乗り越えさせるのに用いられ、工具を用いないときのようにプーリシャフトの中心位置を調整する必要がない。低弾性ベルトは、特に２点ベルト、すなわちベルト１２、３２に適している。これは変速機（トランスミッション）を、ベルト１２、３２の取り付け及び調整を可能にするため可動とする方法で装備することが、変速機を単純にエンジンブロックなどエンジンの取り付け面に直接連結するように設計する場合よりもコスト高となる可能性があるからである。更に、クランクシャフトに対して変速機のシャフト位置を調整するには、より長い組立時間を必要とするであろう。
【００６４】
別の実施形態では、本発明のシステムは、補機と連携するモータジェネレータを備える。図１１は、モータジェネレータを備えた別の実施形態の模式図である。モータジェネレータＭ／Ｇは、ベルト１６と係合するプーリ１５０を介してベルト１６に係合する。モータジェネレータＭ／Ｇがジェネレータを含むことから、図１の実施形態で備えられたオルタネータは省略される。更に、この別の実施形態では、適正なベルト張力を保証するためテンショナＴｅｎ（プーリ２０）が備えられる。テンショナＴＥＮは、従来周知である。図１２に示されるものを除いて、図１１に示されるシステムは、図１に示されたものと同様である。
【００６５】
図１２は、モータジェネレータを含むこの代替的な実施形態の平面的な模式図である。この代替的なシステムは２つのモードで運転される。
【００６６】
始め、第１モードにおいて、エンジンが停止した状態でモータジェネレータＭ／Ｇがモータとして作動される。エンジンが停止した状態で、モータとして作動されると、Ｍ／Ｇは、例えばパワーステアリングポンプ（Ｐ＿Ｓ）やエアコン用コンプレッサ（Ａ＿Ｃ）などの補機を駆動する。このモードでは、Ｍ／Ｇは要求に応じてエンジンを始動するのに用いられる。エンジン始動後、Ｍ／Ｇは第２モードにおいて、乗り物の補機に電力を供給しバッテリ８００を充電するために電気エネルギを供給するための発電機として機能する。
【００６７】
乗り物が停止した状態からエンジンが始動されるとき、モータモードにあるＭ／Ｇはエンジンを回転（クランク）する。クラッチ６０はＯＮ状態に切り替えられ、これによりベルト１２とプーリ６２を係合させ、これによりトルクをＭ／Ｇからベルト１６を介してプーリ１３へと伝達し、更にベルト１２へ、プーリ６２へ、そしてクランクシャフトへと伝達する。
【００６８】
エンジン始動過程において、コントローラ５００はＭ／Ｇの速度を検出する。コントローラ５００は、インバータ４００にエンジンを始動するのに要求されるトルクと速度を達成するためのスイッチング動作を実行させる。例えば、もしエアコンＡ／Ｃのスイッチを入れるための信号がエンジン始動時にＯＮ状態に切り替えられると、Ａ／ＣがＯＦＦ状態のときに比べてより大きなトルクが必要とされる。したがって、コントローラ５００は、Ｍ／Ｇがより速い速度の大きなトルクで回転するようにインバータ４００にスイッチング制御信号を印加する。
【００６９】
スイッチング制御信号は例えば、コントローラ５００に与えられるエンジンと乗り物の様々なステータス信号によって規定され、メモリに記憶されたマップメモリと照合される。あるいはスイッチング制御信号は、コントローラ５００内に設けられたプロセッサユニット（ＣＰＵ）による計算によって決定されてもよい。
【００７０】
エンジンが一旦運転されると、Ｍ／Ｇはジェネレータとして作動し、本明細書のここ以外の場所において説明された２段比率プーリの運転モードが実行される。すなわち、クラッチ６０は、エンジン始動および第１運転速度範囲（略アイドル速度）においてＯＮ状態とされる。またクラッチ６０は、本明細書で説明されるように、略アイドル速度よりも速い第２運転速度範囲においてＯＦＦ状態、すなわち非連結状態とされる。補機はクラッチユニットそして一方向クラッチに連結され、エンジンが運転されているとき、第１速度比では補機はクラッチユニットにより駆動され、第２速度比では一方向クラッチにより駆動される。第１速度比と第２速度比はエンジン運転状態に基づいて選択される。
【００７１】
システムにおけるＭ／Ｇの利用は、二重の燃費向上を実現する。第１には、燃費向上は、アイドル状態よりも速い速度において補機を低減された速度比で運転することにより実現される。第２には、燃費向上は、モータジェネレータの作動により所定の車両運転状況、例えば信号停止におけるエンジン停止を可能にすることにより実現される。
【００７２】
より具体的には、Ｍ／Ｇがジェネレータとして使用されエンジンが略アイドル速度で運転されるとき、クラッチ６０は図１に対して説明されたようにＯＮ状態とされる。アイドル状態よりも大きいエンジン速度において、クラッチ６０はＯＦＦ状態とされ、一方向クラッチ４２は連結状態とされる。これによりトルクは、プーリ６６、ベルト１６を介してクランクシャフトから補機に伝達される。
【００７３】
エンジンとクランクシャフトが停止されている間に、モータモードで補機がＭ／Ｇにより作動されると、クラッチ６０はＯＦＦ状態とされる。クラッチ６０がＯＦＦ状態であることから、この構成はクラッチユニット１１が「ニュートラル」ギアであるかのように事実上動作し、これによりプーリ１５０とベルト１２からクランクシャフトへのトルクの伝達を防止する。更に、このモードでは、一方向クラッチ４２はオーバーランモードにあり、ベルト１６からクランクシャフトにトルクは伝達されない。このため、クランクシャフトを回転させることなく補機はＭ／Ｇによって駆動される。この場合、コントローラ５００は、必要とされる補機の負荷に対応する速度とトルクでＭ／Ｇを回転するようにスイッチング制御信号をインバータ４００に印加する。もちろん、クラッチ６０は、図１及び２に対して説明されたように、アイドル状態よりも速いエンジン速度では非連結状態とされる。
【００７４】
エンジン停止信号を受信すると、コントローラ５００は、エンジンへの燃料供給を中断する信号を例えば電気燃量ポンプ（図示せず）に送信することによりエンジンを停止する。エンジン停止動作は、例えば、車両速度が０、ブレーキが部分的あるいはフルに掛けられる、シフトレバーがＤまたはＮに設定されているなどの条件の下で実行され得る。エンジンを停止する信号は、クラッチ６０を非連結状態とするのに用いられ、これによりベルトをクランクシャフトから切り離す。
【００７５】
図１３は、２段比率ベルト伝動システムにおける代替的な配置の模式図である。本発明のシステムは、エンジン補機をエンジンアイドル状態において１：１よりも大きい速度比で運転する手段を提供する。すなわち補機は、エンジンアイドル状態で実現されたであろう速度よりも速い速度で駆動可能であり、事実上補機から見た見かけのエンジンアイドル速度を増大する。
【００７６】
通常エンジンのオルタネータは、アイドル状態よりも速いエンジン速度、例えば、通常運転すなわち巡航速度に合わせた最適な寸法で作られることが知られている。それらは一般にエンジン速度がアイドル状態まで低減すると十分な充電能力をもたない。エンジンアイドル状態における充電能力不足の問題は、オルタネータをより速い速度、すなわち、エンジンがアイドル状態のときに、アイドル状態よりも速いエンジン速度にとなる速度、で作動することにより解決できる。
【００７７】
発明のシステムは、２段階の速度でオルタネータを運転する能力を実現し、それぞれ所定の比率で、エンジンアイドル状態でのオルタネータの速度は実質的に増大され、アイドル状態よりも速いエンジン速度でのオルタネータの速度は低減される。
【００７８】
補機駆動システムは、第１ベルト駆動経路５００と、第２ベルト駆動経路７０１とを備える。第１ベルト駆動経路５００は、オルタネータＡＬＴを含まない。その代わりに、オルタネータＡＬＴは、第２ベルト駆動経路７０１に含まれる。
【００７９】
第１ベルト駆動経路５００に関して、クランクシャフトプーリ２０２は原動部、すなわちエンジンクランクシャフト８０１に取り付けられ直接駆動される。無端部材、すなわちベルト１０００は、クランクシャフトプーリ２０２、ウオーターポンププーリ８０１、エアコン用コンプレッサプーリ２０１、パワーステアリングポンププーリ８０１の間で回転自在に連結される。ベルト１０００は、またアイドルプーリ１２００とも係合される。ベルト１０００は、原動クランクシャフトプーリ２０２から各々のプーリ８０１、１８００、２０１、１２００へとトルクを伝達する。テンショナＴＥＮとアイドラＩＤＬは、ベルト張力を制御し、エンジン上でのベルトのルートを規定するのに用いられる。プーリ４０２の直径は、クランクシャフトプーリ２０２と同じであってもよい。
【００８０】
第２ベルト駆動経路７０１は、一方向クラッチ６０１を介して原動クランクシャフト８０１に連結されるクランクシャフトプーリ４０２を備える。無端部材、すなわちベルト２６０は、クランクシャフトプーリ４０２、オルタネータプーリ２４０、プーリ１４００の間で連結される。
【００８１】
プーリ１２００、１４００は、シャフトにより補機などの負荷に直接連結されていないことから「アイドラ」とみなされる。補機は、必要であればプーリ１２００に直接連結されてもよい。プーリ１２００と１４００の直径間の比率は、エンジンのアイドル状態におけるオルタネータ（ＡＬＴ）の速度を決定する一因となる。
【００８２】
電磁クラッチ１６００は、プーリ１４００と１２００の間に機械的に配置される。クラッチ１６００が連結されると、プーリ１２００と１４００は同じ回転速度で回転する。クラッチ１６００が一方向クラッチでないことから、クラッチ１６００が非連結状態とされると、プーリ１２００と１４００は機械的に連結されず、プーリ１２００とプーリ１４００の間ではトルクや動力は伝達されない。
【００８３】
例えば９００ＲＰＭなどのエンジンアイドル速度では、クラッチ１６００は連結される。ベルト１０００はプーリ１２００を駆動する。プーリ１２００は、連結されたクラッチ１６００を介してプーリ１４００に直接連結される。プーリ１４００の直径に、プーリ１２００の直径よりも大きい値が設定されることから、第２駆動系７０１のベルト２６０は、ベルト１０００のよりも速いベルト線速度で駆動される。したがって、オルタネータＡＬＴは、ベルト１００のベルト線速度で直接オルタネータＡＬＴを駆動したときよりも相対的に速く回転する。ベルト２６０がベルト１０００の線速度よりも速く駆動されることから、この運転モードでは、プーリ４０２は一方向クラッチ６０１の作動により経路５００が経路７０１から切り離されるオーバーランニングモードにある。このモードでは、トルクは、クラッチ１６００を介してベルト１０００を通してのみクランクシャフトプーリ２０２からベルト２６０へと伝達される。
【００８４】
アイドル状態よりも速いエンジン速度では、クラッチ１６００は、エンジンＥＣＵなどの動作により自動的に非連結状態とされる。エンジンＥＣＵは従来周知である。このモードでは、プーリ４０２が係合された一方向クラッチ６０１により駆動されると、オルタネータプーリ２４０は、プーリ４０２を介して伝達されるトルクにより駆動される。オルタネータＡＬＴの速度は、オルタネータプーリ２４０に所与の直径を仮定すると、プーリ４０２の直径によって決定される。プーリ４０２の直径が、プーリ２０２の直径と同じであれば、オルタネータＡＬＴの速度はどちらの運転モードでも変わらない。
【００８５】
しかし、オルタネータの効率を高めるためにプーリ４０２の直径を小さくして、例えば巡航速度などの非アイドル状態のエンジン速度においてオルタネータＡＬＴの回転速度を低減することもできる。
【００８６】
例えば、エンジンアイドル状態におけるオルタネータＡＬＴの速度を１．６倍に増大し、非アイドル状態のエンジン速度におけるオルタネータＡＬＴの速度を１／１．２５倍に低減する場合の計算の実施例は以下の通りである。クラッチ１６００を作動させ、それによりオルタネータの速度を変更する切替点は、エンジン速度が例えば約２，０００ＲＰＭときである。
エンジンアイドル状態におけるオルタネータ速度の増大（ＳＩ）：
ＳＩ＝（Ｚ１４００／Ｚ１２００）
エンジンの非アイドル状態におけるオルタネータ速度の低減（ＳＤ）：
ＳＤ＝（Ｚ４０２／Ｚ２０２）
ここで“Ｚ”はプーリの直径を示す。
ＳＩ＝１．６
ＳＤ＝１／１．２５＝０．８
これらの条件を満たすプーリの直径は：
Ｚ１４００＝９６ｍｍ
Ｚ１２００＝６０ｍｍ
Ｚ４０２＝（０．８×Ｚ２０２）ｍｍ
ここで、Ｚ２０２は、クランクシャフトプーリ２０２の独自の直径であり、この計算では単位として利用される。
【００８７】
図１４は、図１３の別の実施形態の模式的な平面図である。第１ベルト駆動経路５００にそれぞれが含まれることから、パワーステアリングポンプ、ウォーターポンプ、エアコン用コンプレッサは、クランクシャフトプーリ２０２によって、エンジン速度に対し１：１の比率で駆動される。
【００８８】
図１５は、多段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。図１５、１６に示される本実施形態は、プーリ１２００、１４００、及びクラッチ１６００と同様な第２プーリ／クラッチ組立品、すなわちプーリ１２０１、１４０１、クラッチ１６０１、が追加されたこと以外、図１３と同じである。
【００８９】
プーリ１４０１は、ベルト２６０と係合される。プーリ１２０１は、ベルト１０００と係合される。クラッチ１６０１は、プーリ１２０１とプーリ１４０１との間に機械的に配置される。第２プーリクラッチ組立体の利用は、オルタネータＡＬＴを駆動できる速度比の範囲を拡大する。
【００９０】
この実施形態を用いて多くの運転モードを作ることができる。例えば、モード２では、クラッチ１６０１が係合される。ベルト１０００はプーリ１２０１を駆動する。プーリ１２０１は、電磁クラッチ１６０１を介してプーリ１４０１に連結される。電磁クラッチ１６０１は、周知のエンジンＥＣＵにより運転される。
【００９１】
このモードに対しては、プーリ１４０１の直径はプーリ１２０１の直径よりも大きいと仮定され、第２ベルト駆動経路７０１のベルト２６０は、より速い線速度を有し、オルタネータＡＬＴはより速く回転する。一方向クラッチ６０１は、オーバーランニングモードにある。このモードでは、オルタネータの速度は、図１３の示されたモードの速度よりも遅い。
【００９２】
モード３では、クラッチ１６００とクラッチ１６０１が、双方とも非連結状態とされる。プーリ１４００と１４０１は、それぞれアイドラとして作動する。一方向クラッチ６０１は連結され、プーリ４０２を介してベルト２６０にトルクを伝達する。オルタネータＡＬＴは、プーリ４０２によって駆動される。このモードにおけるオルタネータＡＬＴの速度は、プーリ４０２の直径によって決定される（プーリ２４０の直径は図１４から変更されていないものと仮定する）。もし、プーリ４０２の直径がプーリ２０２の直径と同じであれば、オルタネータＡＬＴの速度は変わらない。しかし、オルタネータＡＬＴの速度は、プーリ４０２の直径を小さくしてオルタネータの効率を高めるために低減されてもよく、この場合、オルタネータの速度は、エンジンアイドル状態での従来のシステムの速度よりも低くなる。
【００９３】
実施例：
モード１においてオルタネータＡＬＴの速度を２．０倍に増大し、モード２において１．２倍に増大し、モード３においてオルタネータＡＬＴの速度を１／１．２５倍に低減する必要があると仮定する。
この場合：
Ｓ１＝２．０
Ｓ２＝１．２
Ｓ３＝１／１．２５＝０．８
【００９４】
図１３からの式を用いると、これらの条件を満たすプーリ径の実施例は：
Ｚ１４００＝１２００ｍｍ
Ｚ１２００＝６０ｍｍ
Ｚ１４０１＝９６ｍｍ
Ｚ１２０１＝８０ｍｍ
Ｚ４０２＝０．８×Ｚ２０２
ここで、先の実施例からＺ２０２はクランクシャフトプーリ２０２の独自の直径である。
【００９５】
図１６は、図１５の別の実施形態の模式的な平面図である。
【００９６】
これまでの説明は、本発明のシステムに対するアプリケーションの限定を意図するものではない。上述の実施形態の各々において、システムにおける各プーリの直径は、要求される駆動比率を提供するために選択可能である。
【００９７】
本発明の幾つかの方式がここで説明されたが、当業者であれば、ここで説明された本発明の精神と範囲から外れることなく、その構成やパート同士の関係を様々に変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】２段比率ベルト伝動システムの模式図である。
【図２】２段比率ベルト伝動システムの平面模式図である。
【図３】クラッチユニットの半断面図である。
【図４】２段式プーリの半断面図である。
【図４Ａ】２段式プーリの別の実施形態の半断面図である。
【図５】２段比率ベルト伝動システムの第１の代替的な実施形態の模式図である。
【図６】２段比率ベルト伝動システムの第１の代替的な実施形態の平面模式図である。
【図７】２段比率ベルト伝動システムの第２の代替的な実施形態の模式図である。
【図８】２段比率ベルト伝動システムの第２の代替的な実施形態の平面模式図である。
【図９】２段比率ベルト伝動システムにおけるクラッチユニットの第２の代替的な実施形態の半断面図である。
【図９Ａ】図９のクラッチユニットの別の実施形態である。
【図１０】２段比率ベルト伝動システムのクラッチユニットの第２の代替的な実施形態における２段式プーリの半断面図である。
【図１０Ａ】図１０の２段式プーリの別の実施形態の半断面図である。
【図１１】２段比率ベルト伝動システムにおけるモータジェネレータを備えた代替的な配置の模式図である。
【図１２】図１１におけるモータジェネレータを備えた別の実施形態の平面模式図である。
【図１３】２段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。
【図１４】図１３の別の実施形態の平面模式図である。
【図１５】多段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。
【図１６】図１５の別の実施形態の平面模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年３月２４日に出願された係属中の米国非仮出願番号第１０／８０７，９３７号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、乗り物用のエンジン補機を第１速度比と第２速度比において駆動するための２段比率ベルト伝動システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
乗り物用のエンジンは、一般的にエンジンと乗り物の運転に使用される補機を備える。このような補機には、パワーステアリングポンプ、エアコン用コンプレッサ、オルタネータ、オイルポンプ、燃料ポンプなどが含まれ得る。これらの補機は、一般に多軸掛けベルトによって駆動される。多軸掛けベルトは、エンジンクランクシャフトはもちろんのこと、各補機に設けられたプーリに係合される。エンジンクランクシャフトは、これらの補機を駆動するトルクを提供する。
【０００４】
クランクシャフトによりベルトが駆動されると、ベルトは否応なく乗り物の加速や減速におけるエンジン速度の変化を受ける。言い換えれば、補機の運転速度は、エンジンの速度に直接比例する。
【０００５】
エンジン速度の変化は、特にアイドル時よりも速いエンジン速度で、補機を非効率に運転させることとなる。これは全てのエンジン速度範囲に渡って、各補機が要求に適った作動を行うように設計される必要があるためである。これは必然的に、殆どのエンジン速度範囲において効率が最適ではないことを意味する。また、高いエンジン速度では、より大きな出力が補機を駆動するのに要求され、燃料効率を悪化させ、利用可能なトルクが低下する。したがって、補機の幾つか、あるいは全てを、それらがより低く狭い最適速度範囲において駆動されるように、エンジンクランクシャフトから切り離すことが望ましい。
【０００６】
この技術の代表は、メックストロース(Meckstroth)の米国特許第５，７００，１２１号（１９９７）であり、回転する様々な車両用補機に動力を与えるためのシステムを開示する。
【０００７】
従来技術では、最小化されたスタータを「補助」する目的のために、エンジン始動時に補機をエンジンから切り離す必要がある。また、従来技術は、エンジンの振動の伝達を低減するためにクランクシャフトダンパと結合されたクラッチユニットについて教示しない。
【０００８】
必要とされているのは、乗り物のエンジン補機を第１速度比および第２速度比で駆動するための２段比率ベルト伝動システムである。本発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、乗り物のエンジン補機を第１速度比および第２速度比で駆動する２段比率ベルト伝動システムを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、以下における本発明の詳細な説明と図面とによって指摘され明らかとされる。
【００１１】
本発明は、第１無端部材により第１従動部材に回転自在に連結される原動部材と、原動部材と第２従動部材との間で回転自在に連結される第２無端部材と、第１無端部材と第２無端部材との間に、第１無端部材から第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために配置された第１クラッチと、第２無端部材と原動部材との間に、第２無端部材を原動部材から選択的に切り離すために配置された第２クラッチとを備えるベルト伝動システムを備える。
【００１２】
本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図解し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
２段比率ベルト伝動システムが図１に示される。本発明のシステムは、クラッチユニット１１を介して選択される第１または第２プーリ駆動比率により運転される。第１エンジン速度においては、第１プーリ比率が用いられる。第２エンジン速度においては、第２プーリ比率が用いられる。
【００１４】
システムは、２本のベルトを備える。トルク伝達のために使用されるベルトは、クラッチユニットの状態によって決定される。第１プーリ比率、あるいは第２プーリ比率は、電磁クラッチ１１を連結または非連結とすることにより選択される。クラッチユニットを連結すると、システムはクラッチユニットに設けられた第１プーリにベルトが連動された状態で駆動される。
【００１５】
第１モード（エンジンスピードが略アイドル時）では、システムの第２ベルトはエンジンクランクシャフトから直接トルクを伝達していないが、トルクは第１ベルトとも係合する２段式プーリからエンジン補機へと伝達されている。
【００１６】
第２モード（エンジン速度がアイドルよりも速いとき）では、クラッチは非連結状態され、これは第１プーリと第１ベルトをシステムから切り離す。補機はその後、クランクシャフトへの一方向クラッチに係合された第２ベルトにより駆動される。第２モードでは、第２原動プーリの比率が第１原動プーリの比率よりも小さいことから、補機は第１ベルトによって得られる速度よりも相対的遅い速度で駆動される。これは第２モードの第２プーリが第１モードの第１プーリよりも小さい直径を有することによる。
【００１７】
システムは、エンジンクランクシャフト（ＣＲＫ）などの原動回転シャフトに取り付けられたクラッチユニット１１を備える。
【００１８】
クラッチユニット１１は、クランクシャフトダンパやアイソレータ、あるいはその両方、更に電磁クラッチを備えるとともに、第１および第２プーリを備える。またユニット１１は、一方向クラッチを備える。
【００１９】
クラッチユニット１１は、多軸掛けマルチリブドベルト１６によって、複数の補機、ウォーターポンプＷ＿Ｐ（プーリ１７）、パワーステアリングポンプＰ＿Ｓ（プーリ１３）、オルタネータＡＬＴ（プーリ１５）、アイドラプーリＩＤＬ（プーリ１８）、エアコン用コンプレッサＡ＿Ｃ（プーリ１９）に動力を伝達できる状態で連結される。テンショナＴＥＮ（プーリ１４）は、クランクシャフトからの時計回りの移動に対してパワーステアリングポンプの２段式プーリ１３の後に配置される。ベルト１６は、従来周知のマルチリブドベルトである。
【００２０】
第２マルチリブドベルト１２は、クラッチユニット１１をパワーステアリングポンプＰ＿Ｓに連結された２段式プーリ１３に連結する。この実施形態では、ベルト１２は、２点伝動装置（ツーポイントドライブ）に取り付けられる。図２に示されるように、ベルト１６は、エンジンとベルト１２の間に物理的に配置される。
【００２１】
図３に示されるクラッチユニット１１は、ハブ４０と、それに取り付けられた一方向クラッチ４２とを備える。図３には断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、ハブ４０はエンジンクランクシャフト（ＣＲＫ）に直接連結される。プーリ６６は、内側ハブ４４、ベルトベアリング外側部６６０、およびハブ４４と外側部６６０との間に配置されたダンピング部材６８を備える。内側ハブ４４は、一方向クラッチ４２に係合される。ダンピング部材６８は、クランクシャフトダンパの技術において知られたエラストマ部材からなる。部分６６０はマルチリブド形状を有するが、プーリ技術において知られた如何なる形状であってもよい。
【００２２】
第２プーリ６２は、電磁クラッチ６０のロータ４８に連結される。ロータ４８、すなわちプーリ６２は、ベアリング４６によりハブ４０に回転自在に係合される。ベアリング４６は従来知られたものからなり、ボール、スリーブ、ニードル、あるいはその他の使用に適した何れのものであってもよい。電磁クラッチ６０のコイル５０は、バックプレート６４によりエンジンブロックに取り付けられる。
【００２３】
ハブ４０は、ハブ拡張部５２とスプリングプレート５４を介してクラッチプレート５６に連結される。クラッチユニット１１は、ユニットへの埃や異物の挿入を防ぐカバー５８により覆われる。クラッチプレート５６は、コイル５０の通電状態に応じてロータ４８と連結される。コイル５０は、エンジンの電気システムに接続される。コイル５０がプーリ６２の幅内に収められることからクラッチが小型であることが理解されるであろう。
【００２４】
図２に示されるように、クラッチユニット１１のプーリ６６は、ベルト１６を用いて、パワーステアリングポンプに設けられた２段式プーリ１３の第１プーリ４９に連結されている。図４は、２段式プーリ１３の断面図である。図４は、断面図の上半分を描き、下半分は鏡像であり上半分と対称である。２段式プーリ１３は、プーリ４５とプーリ４９を備え、各々はウェブ４１により連結されている。クラッチユニット１１のプーリ６２は、２段式プーリ１３のプーリ４５にベルト１２を用いて連結されている。
【００２５】
以下の実施形態の各々における本発明のシステムは、２つのモードで作動する。モード１は、アイドリングを含む比較的低いエンジン速度に対応する。モード２は、他の全ての運転速度、すなわちアイドリングよりも速い運転速度に対応する。
【００２６】
モード１では、電磁クラッチ６０のコイル５０は通電され、それによりクラッチはエンジン始動時にロックされ、ベルト１２により、エンジンと一緒に補機の始動が可能となる。この方法は、クラッチが係合され、補機がエンジン始動後の速さに達するときに、エンジン速度が急減速する問題を回避する。モード１においては、電磁プレート５６がクラッチ６０と係合されており、これにより、ハブ４０に対してプーリ６３が回転しながらロックされることから、プーリ６２とハブ４０は一緒に回転する。プレート５６は、ハブ拡張部５２を通してハブ４０に直接連結され、これによりクランクシャフトＣＲＫに直接連結される。
【００２７】
プーリ６２は、クランクシャフトからベルト１２を介してトルクをパワーステアリングポンプＰ＿Ｓに取り付けられたプーリ４５へと伝達する。図４は、２段式プーリの断面図である。プーリ４９は、プーリ４５と同じ速度で回転する。プーリ４９は、ベルト１６を介して他のすべての補機にトルクを伝達する。
【００２８】
モード１において、プーリ６６は、ベルト１６によりプーリ６２の回転速度よりも速い回転速度で駆動され、これにより、一方向クラッチ４２は非連結状態とされる。モード１では、プーリ６６からハブ４０へとトルクは全く伝達されないものの、パワーステアリングポンプを除く全ての補機がベルト１２および１６により順次駆動される。
【００２９】
例えば、５．３ＬのＶ８エンジンの場合、発明のシステムのプーリにおける直径の実施例は、ｍｍ単位で以下の通りである。
【表１】
【００３０】
表１のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングプーリの比率は以下の通りである。
１６５／１４０＝１．１７ （モード１［第１］比率）
１２８／１６３＝０．７８ （モード２［第２］比率）
【００３１】
モード１では、補機は、従来の直接連結された補機伝動システムにおけるのと相対的に同じ速度で回転される。
【００３２】
比較の目的で、以下に典型的な従来技術のプーリの直径をｍｍ単位で示す。
【表２】
【００３３】
表２の従来のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングポンプの比率は以下の通りである。
１９３／１６３＝１．１８
【００３４】
この比率は、上記表１に対して計算されたモード１［第１］比率と実質的に同じである。これは、表１、２のシステムの間において、補機駆動比率が実質的に同じであることを示す。しかし、相対的な補機プーリの直径は、重量、製造コスト、速度や、他のシステムの要求に応じて本発明のシステムにおいて異なってもよい。
【００３５】
表１におけるクランクシャフトプーリ（６６）と、表２におけるクランクシャフトの直径の比較は、
１９３／１２８＝１．５
である。
【００３６】
これは、本発明のシステムによる補機速度全体の低減が、アイドル速度よりも速いエンジン速度において、従来技術のシステムを上回っていることを示す。
【００３７】
プーリ６２は、１６５ｍｍの代わりに、従来のシステムの直径である１９３ｍｍであってもよい。本発明のシステムにおいては、プーリ６２の直径は、プーリ４５がより小さい直径を有することから、すなわち１６３ｍｍではなく１４０ｍｍであることから、１６５ｍｍまで縮小できる。モード１では、クランクシャフトとパワーステアリングポンプの間の比率は、同じ値に維持される：１９３／１６３＝１６５／１４０＝１．１７。
【００３８】
モード２では、電磁クラッチ６０が非連結状態とされ、クラッチ４２が連結状態とされる。モード１からモード２へと遷移するとき、ベルトとシステムへの衝撃を低減するために、クラッチはある期間に渡って、例えば３秒、非連結状態とされる。コイル５０は、乗り物のバッテリやオルタネータなどの電源に電気的に接続され、エンジンのＣＰＵによって制御される。ＣＰＵは、コンピュータ、メモリ、連結用バス構造、および配線を備える。ＣＰＵは所定のエンジンの運転状態（変数）を検知し、ＣＰＵは、検知された複数の運転状態（変数）の少なくとも１つに基づいてクラッチユニットを連結状態あるいは非連結状態にするための所定値を計算し、上記検知された運転状態（変数）には、補機の負荷、エンジン速度、バッテリ充電状態、スロットルポジション、エンジン冷媒温度、乗り物のギア選択、乗り物の速さ、マニホルドの絶対圧力、外気温度、空気流量、アクセルポジションが含まれる。選択された運転状態がエンジンの加速や減速の何れかにより変動すると、クラッチはそれに従って通電状態とされるか非通電状態とされる。
【００３９】
モード２では、第２プーリ６２は、ボールベアリング４６に取り付けられたロータ４８により自由に動き、これにより、ハブ４０とプーリ６２の間でトルクは伝達されない。プーリ４５とプーリ６２の間でベルト１２によるトルクの伝達はない。クラッチ４２が非連結状態にあることから、補機はベルト１６単独で駆動される。クラッチ４２は、ハブ４０によりプーリ６６を駆動させる。エンジンは、プーリ６６を介して補機へとトルクを伝達する。
【００４０】
自身の慣性により補機がエンジンに向けてトルクを伝達するかもしれない急激なエンジンの減速状態においては、クラッチ４２は非連結状態となり、エンジンの減速率よりも低い速さで補機が回転を落とすことを可能にする。これはベルト１６における磨耗を低減する。
【００４１】
プーリ６６の直径は、プーリ６２の直径よりも相対的に小さい。例えば、プーリ６６の直径は１６５ｍｍではなく１２８ｍｍである。この低減されたプーリ比率は、係数１．５を因子として、駆動される補機の全ての相対速度を低減する。
【００４２】
ここで説明された第１実施形態は、最小の軸方向スペースしかベルト伝動システムに要求しないが、それでもユニット１１は、電磁クラッチ５０のための幾らか余分な軸方向スペースを必要とする。これは約２０〜２５ｍｍとなる。
【００４３】
図４Ａは別の実施形態の２段式プーリの断面図である。図４Ａには、断面図の上半分が描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマ部材２２６がウェブ４１とプーリ４５の間に配置される。２段式プーリ１３は、補機に連結されるが、この事例では、パワーステアリングポンプＰ＿Ｓである。エラストマ部材２２６は、それがなければベルト１２を介してクランクシャフトから補機に伝達されるであろうエンジンの振動の振幅を低減する振動アイソレータとして作用する。アイドル状態よりも高い速度では、クラッチ１１がプーリ４５をクランクシャフトから受け取るトルクから切り離すことから、アイソレータはエンジンアイドル状態において主に機能する。エラストマ部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが用いられる。
【００４４】
図５、６は、クラッチユニット１１駆動装置が、エアコン用コンプレッサに連結された２段式プーリ組立体２９を備える第１の代替的実施形態を示す。
【００４５】
この事例では、各プーリの直径は以下の通りである。
【表３】
【００４６】
表３のシステムにおけるクランクシャフト／Ａ＿Ｃプーリ比率は以下の通りである。
１９３／１１２＝１．７２ （モード１［第１］比率）
１２８／１１２＝１．１４ （モード２［第２］比率）
【００４７】
システムの運転は、図１、２の実施形態で説明されたものと同じである。エアコン用コンプレッサに２段式プーリを取り付けたことの利点は、利用可能なスペースを活用することであり、これはエアコン用コンプレエアプーリには通常電磁クラッチが一体化されているためである。
【００４８】
運用上の関心の１つはベルトの交換である。しかし、ベルト１２が全体の５〜１０％の時間しか使用されず、ベルト１６は常時使用されていることを考えると、エンジンに対して最も内側に配置されたベルト１６に対して交換がより求められると考えられる。説明された実施形態では、１本のみの交換が必要なときにも両方のベルトを取り外さなければならない可能性がある。
【００４９】
これらの懸念に対処するために更に別の実施形態が説明される。
【００５０】
図７、８は第２の代替的実施形態を示す。２点伝動ベルト３２は多軸掛けベルト３６よりもエンジンよりに配置される。ベルト３６は、ベルト３２から外側に向けてエンジンから離れて配置される。
【００５１】
この実施形態の全構成要素のコンセプトおよび機能は、これまでの実施形態と同様ではあるが、構成部のデザインと配置は多少異なる。この第２の代替実施形態における主な違いは、電磁クラッチユニット３３が、クランクシャフトの代わりに、パワーステアリングユニットＰ＿Ｓに搭載されたことである（図９参照）。この実施形態では、２段式ユニット３１はクランクシャフトに搭載される（図１０参照）。
【００５２】
再び図９を参照すると、クラッチユニット３３は、コイル５７を有する電磁クラッチを備える。図９には、断面図の上半分が示され、下半分は鏡像で上半分と対称である。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に取り付けられる。ハウジング７７は回転せず、クラッチを例えばエンジン表面などの面に取り付けるために用いられる。プーリ７１を備えたロータ７３は、ハウジング７７に設けられたボールベアリング５５に回転自在に取り付けられる。ベアリング５５には、ボールベアリングが含まれるが、従来周知の適切な如何なる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、例えばプーリ６９の周りに対称に一定間隔を置いて配置された３個のシャフト６７を備えた第２プーリ６９に可動な状態で取り付けられる。ゴムパッド６５は、コイル５７が通電されていないとき、プレート６１をロータ７３から遠ざけるように付勢する。この取り付け方法は、コイル５７が通電されたときに、プレート６１がプーリ６９からロータ７３に向けて軸方向に移動することを可能にし、これによりクラッチは連結状態とされる。またプーリ６９は、パワーステアリングポンプのシャフトなど、補機にプーリ６９を直接連結させるハブ５３を備える。コイル５７がプーリ７１の幅内に収められ、プレート６１がプーリ６９の幅内に収められることから、クラッチが小型であることが理解されるであろう。
【００５３】
図８を再び参照すると、この第２代替実施形態では、モード１において、電磁クラッチ５７が連結状態とされる。プレート６１はロータ７３と摩擦係合し、これによりプーリ７１、６９を一体的に回転させる。クランクシャフトに固定的に連結されたプーリ９０は、トルクをプーリ７１に伝達する。ベルト３２は負荷が掛かった状態にある。プーリ６９はトルクをプーリ８６を含む全ての補機に伝達しているが、一方向クラッチ８２は非連結状態にあるためプーリ８６からハブ８０へはトルクは伝達されない。このモードでは、一方向クラッチは非連結状態にある。全てのトルクはプーリ９０からベルト３２を介して伝達される。
【００５４】
モード２では、コイル５７に通電がなされず、プーリ７１は自由に回転し、ベルト３２がシステムから切り離されていることからトルクは伝達されない。クラッチ８２は連結状態にあり、補機にトルクを伝達する。プーリ６９は、補機シャフトに直接連結されたハブ５３に連結されていることからトルクを伝達する。
【００５５】
上述された全てのプーリのｍｍ単位での直径は、以下の通りである。
【表４】
【００５６】
表４のシステムにおけるクランクシャフト／パワーステアリングプーリ比率は以下の通りである。
１６５／１４０＝１．１８ （モード１［第１］比率）
１２８／１６３＝０．７８ （モード２［第２］比率）
【００５７】
第１プーリ８６の直径は、第１実施形態において説明されたのと同様の方法で決定される。このモードにおける全補機の速さは、直接連結された従来システムに比べて約１／１．５倍遅い。
【００５８】
この実施形態では、電磁クラッチ３３により要求される軸方向スペースは、パワーステアリングポンプとその二段式プーリ組立体の間に配置される。この余分な長さを融通するには、パワーステアリングポンプをエンジンの長手方向軸に沿ってエンジンのフライホイール側へ移動する必要があるかもしれない。
【００５９】
開示された全ての実施形態の構成部品は、従来この技術において知られている構成部品である。例えば、一方向クラッチは、フォームスプラグ(Formsprag)から得ることができる。電磁クラッチは、オグラ(Ogura)から得ることができる。例えば、図３、９はスタンダードなクラッチ、６ ５５７６１６２型、トルク容量１２８Ｎｍ（図３）と１０ ５１５３７６型、トルク容量１２０Ｎｍを示す。
【００６０】
図９Ａは、図９におけるクラッチユニットの別の実施形態である。図９Ａには、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマ部材２４６はプーリ７１とロータ７３の間に配置される。エラストマ部材２４６は、ユニット３３が直接クランクシャフトに連結されるときにダンパを構成する。この実施形態では、部材２４６は図８に示されるようにクラッチユニット３３が直接補機シャフトに連結されるとき振動アイソレータを構成する。弾性部材２４６には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが含まれる。
【００６１】
図１０は、２段比率ベルト伝動システムにおけるクラッチユニットの第２の代替的な実施形態における２段式プーリの断面図である。図１０には、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。２段式プーリ３１は、図８のシステムに示される。プーリ９０はハブ８０に連結される。プーリ８６は、一方向クラッチ８２を介して回転自在にハブ８０に係合される。エラストマダンピング部材３３０は、プーリ８６とロータ８４の間に配置される。部材３３０は、クランクシャフトの捻り振動を減衰する。エラストマダンピング部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが含まれる。ロータ８４は一方向クラッチ８２と係合される。プーリ８６は、エンジン点火により発生する速度と捻りの過渡現象を低減することに貢献する慣性部材８８を更に備える。またそれは、クラッチ８２が切られているときには補機の慣性を利用する。慣性部材８８は、エンジンクランクシャフトの振動および慣性に係わる特性と、システムのダンピングへの要求から選択される大きさの質量を備える。
【００６２】
図１０Ａは、図１０における２段式プーリの別の実施形態の断面図である。図１０Ａには、断面図の上半分のみが描かれ、下半分は鏡像であり上半分と対称である。この実施形態では、エラストマダンピング部材３０２はプーリ９０とハブ８０の間に介装される。この実施形態では、２段式プーリ３１はエンジンクランクシャフトに連結される。部材３０２は、さもなければベルト１６を介して補機に伝達されるクランクシャフトの振動を遮断するダンパとして機能する。アイドル速度よりも高いエンジン速度ではクラッチ６０が切られていることから、ダンパ３０２の寄与は、エンジンアイドル速度よりも高い速度で最大となり、このときダンパ３０２はトルクによる負荷ではなく慣性による負荷を吸収する。エラストマ部材には、従来知られているあらゆる天然または合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムの組み合わせが用いられる。
【００６３】
これまでの実施形態の何れにおいても、ベルト１２またはベルト１６、あるいは両者は、例えば従来周知の弾性率が低いベルトである。低弾性ベルトは、ナイロン４．６やナイロン６．６、あるいは両者の組み合わせなどからなる心線を備えるベルトである。ベルトの弾性率は、約１５００Ｎ／ｍｍから約３０００Ｎ／ｍｍの範囲にある。低弾性ベルトの特徴は、テンショナや、シャフトが可動な補機を用いなくともそれがベルト伝動システムに取り付け可能なことである。低弾性ベルトは、周知のベルト取付工具を用いて簡単に取り付けられる。工具は、ベルトを横方向に押し出し、トランスミッション（変速）プーリあるいは補機プーリのエッジを乗り越えさせるのに用いられ、工具を用いないときのようにプーリシャフトの中心位置を調整する必要がない。低弾性ベルトは、特に２点ベルト、すなわちベルト１２、３２に適している。これは変速機（トランスミッション）を、ベルト１２、３２の取り付け及び調整を可能にするため可動とする方法で装備することが、変速機を単純にエンジンブロックなどエンジンの取り付け面に直接連結するように設計する場合よりもコスト高となる可能性があるからである。更に、クランクシャフトに対して変速機のシャフト位置を調整するには、より長い組立時間を必要とするであろう。
【００６４】
別の実施形態では、本発明のシステムは、補機と連携するモータジェネレータを備える。図１１は、モータジェネレータを備えた別の実施形態の模式図である。モータジェネレータＭ／Ｇは、ベルト１６と係合するプーリ１５０を介してベルト１６に係合する。モータジェネレータＭ／Ｇがジェネレータを含むことから、図１の実施形態で備えられたオルタネータは省略される。更に、この別の実施形態では、適正なベルト張力を保証するためテンショナＴｅｎ（プーリ２０）が備えられる。テンショナＴＥＮは、従来周知である。図１２に示されるものを除いて、図１１に示されるシステムは、図１に示されたものと同様である。
【００６５】
図１２は、モータジェネレータを含むこの代替的な実施形態の平面的な模式図である。この代替的なシステムは２つのモードで運転される。
【００６６】
始め、第１モードにおいて、エンジンが停止した状態でモータジェネレータＭ／Ｇがモータとして作動される。エンジンが停止した状態で、モータとして作動されると、Ｍ／Ｇは、例えばパワーステアリングポンプ（Ｐ＿Ｓ）やエアコン用コンプレッサ（Ａ＿Ｃ）などの補機を駆動する。このモードでは、Ｍ／Ｇは要求に応じてエンジンを始動するのに用いられる。エンジン始動後、Ｍ／Ｇは第２モードにおいて、乗り物の補機に電力を供給しバッテリ８００を充電するために電気エネルギを供給するための発電機として機能する。
【００６７】
乗り物が停止した状態からエンジンが始動されるとき、モータモードにあるＭ／Ｇはエンジンを回転（クランク）する。クラッチ６０はＯＮ状態に切り替えられ、これによりベルト１２とプーリ６２を係合させ、これによりトルクをＭ／Ｇからベルト１６を介してプーリ１３へと伝達し、更にベルト１２へ、プーリ６２へ、そしてクランクシャフトへと伝達する。
【００６８】
エンジン始動過程において、コントローラ５００はＭ／Ｇの速度を検出する。コントローラ５００は、インバータ４００にエンジンを始動するのに要求されるトルクと速度を達成するためのスイッチング動作を実行させる。例えば、もしエアコンＡ／Ｃのスイッチを入れるための信号がエンジン始動時にＯＮ状態に切り替えられると、Ａ／ＣがＯＦＦ状態のときに比べてより大きなトルクが必要とされる。したがって、コントローラ５００は、Ｍ／Ｇがより速い速度の大きなトルクで回転するようにインバータ４００にスイッチング制御信号を印加する。
【００６９】
スイッチング制御信号は例えば、コントローラ５００に与えられるエンジンと乗り物の様々なステータス信号によって規定され、メモリに記憶されたマップメモリと照合される。あるいはスイッチング制御信号は、コントローラ５００内に設けられたプロセッサユニット（ＣＰＵ）による計算によって決定されてもよい。
【００７０】
エンジンが一旦運転されると、Ｍ／Ｇはジェネレータとして作動し、本明細書のここ以外の場所において説明された２段比率プーリの運転モードが実行される。すなわち、クラッチ６０は、エンジン始動および第１運転速度範囲（略アイドル速度）においてＯＮ状態とされる。またクラッチ６０は、本明細書で説明されるように、略アイドル速度よりも速い第２運転速度範囲においてＯＦＦ状態、すなわち非連結状態とされる。補機はクラッチユニットそして一方向クラッチに連結され、エンジンが運転されているとき、第１速度比では補機はクラッチユニットにより駆動され、第２速度比では一方向クラッチにより駆動される。第１速度比と第２速度比はエンジン運転状態に基づいて選択される。
【００７１】
システムにおけるＭ／Ｇの利用は、二重の燃費向上を実現する。第１には、燃費向上は、アイドル状態よりも速い速度において補機を低減された速度比で運転することにより実現される。第２には、燃費向上は、モータジェネレータの作動により所定の車両運転状況、例えば信号停止におけるエンジン停止を可能にすることにより実現される。
【００７２】
より具体的には、Ｍ／Ｇがジェネレータとして使用されエンジンが略アイドル速度で運転されるとき、クラッチ６０は図１に対して説明されたようにＯＮ状態とされる。アイドル状態よりも大きいエンジン速度において、クラッチ６０はＯＦＦ状態とされ、一方向クラッチ４２は連結状態とされる。これによりトルクは、プーリ６６、ベルト１６を介してクランクシャフトから補機に伝達される。
【００７３】
エンジンとクランクシャフトが停止されている間に、モータモードで補機がＭ／Ｇにより作動されると、クラッチ６０はＯＦＦ状態とされる。クラッチ６０がＯＦＦ状態であることから、この構成はクラッチユニット１１が「ニュートラル」ギアであるかのように事実上動作し、これによりプーリ１５０とベルト１２からクランクシャフトへのトルクの伝達を防止する。更に、このモードでは、一方向クラッチ４２はオーバーランモードにあり、ベルト１６からクランクシャフトにトルクは伝達されない。このため、クランクシャフトを回転させることなく補機はＭ／Ｇによって駆動される。この場合、コントローラ５００は、必要とされる補機の負荷に対応する速度とトルクでＭ／Ｇを回転するようにスイッチング制御信号をインバータ４００に印加する。もちろん、クラッチ６０は、図１及び２に対して説明されたように、アイドル状態よりも速いエンジン速度では非連結状態とされる。
【００７４】
エンジン停止信号を受信すると、コントローラ５００は、エンジンへの燃料供給を中断する信号を例えば電気燃量ポンプ（図示せず）に送信することによりエンジンを停止する。エンジン停止動作は、例えば、車両速度が０、ブレーキが部分的あるいはフルに掛けられる、シフトレバーがＤまたはＮに設定されているなどの条件の下で実行され得る。エンジンを停止する信号は、クラッチ６０を非連結状態とするのに用いられ、これによりベルトをクランクシャフトから切り離す。
【００７５】
図１３は、２段比率ベルト伝動システムにおける代替的な配置の模式図である。本発明のシステムは、エンジン補機をエンジンアイドル状態において１：１よりも大きい速度比で運転する手段を提供する。すなわち補機は、エンジンアイドル状態で実現されたであろう速度よりも速い速度で駆動可能であり、事実上補機から見た見かけのエンジンアイドル速度を増大する。
【００７６】
通常エンジンのオルタネータは、アイドル状態よりも速いエンジン速度、例えば、通常運転すなわち巡航速度に合わせた最適な寸法で作られることが知られている。それらは一般にエンジン速度がアイドル状態まで低減すると十分な充電能力をもたない。エンジンアイドル状態における充電能力不足の問題は、オルタネータをより速い速度、すなわち、エンジンがアイドル状態のときに、アイドル状態よりも速いエンジン速度にとなる速度、で作動することにより解決できる。
【００７７】
発明のシステムは、２段階の速度でオルタネータを運転する能力を実現し、それぞれ所定の比率で、エンジンアイドル状態でのオルタネータの速度は実質的に増大され、アイドル状態よりも速いエンジン速度でのオルタネータの速度は低減される。
【００７８】
補機駆動システムは、第１ベルト駆動経路５００と、第２ベルト駆動経路７０１とを備える。第１ベルト駆動経路５００は、オルタネータＡＬＴを含まない。その代わりに、オルタネータＡＬＴは、第２ベルト駆動経路７０１に含まれる。
【００７９】
第１ベルト駆動経路５００に関して、クランクシャフトプーリ２０２は原動部、すなわちエンジンクランクシャフト８０１に取り付けられ直接駆動される。無端部材、すなわちベルト１０００は、クランクシャフトプーリ２０２、ウオーターポンププーリ８０１、エアコン用コンプレッサプーリ２０１、パワーステアリングポンププーリ８０１の間で回転自在に連結される。ベルト１０００は、またアイドルプーリ１２００とも係合される。ベルト１０００は、原動クランクシャフトプーリ２０２から各々のプーリ８０１、１８００、２０１、１２００へとトルクを伝達する。テンショナＴＥＮとアイドラＩＤＬは、ベルト張力を制御し、エンジン上でのベルトのルートを規定するのに用いられる。プーリ４０２の直径は、クランクシャフトプーリ２０２と同じであってもよい。
【００８０】
第２ベルト駆動経路７０１は、一方向クラッチ６０１を介して原動クランクシャフト８０１に連結されるクランクシャフトプーリ４０２を備える。無端部材、すなわちベルト２６０は、クランクシャフトプーリ４０２、オルタネータプーリ２４０、プーリ１４００の間で連結される。
【００８１】
プーリ１２００、１４００は、シャフトにより補機などの負荷に直接連結されていないことから「アイドラ」とみなされる。補機は、必要であればプーリ１２００に直接連結されてもよい。プーリ１２００と１４００の直径間の比率は、エンジンのアイドル状態におけるオルタネータ（ＡＬＴ）の速度を決定する一因となる。
【００８２】
電磁クラッチ１６００は、プーリ１４００と１２００の間に機械的に配置される。クラッチ１６００が連結されると、プーリ１２００と１４００は同じ回転速度で回転する。クラッチ１６００が一方向クラッチでないことから、クラッチ１６００が非連結状態とされると、プーリ１２００と１４００は機械的に連結されず、プーリ１２００とプーリ１４００の間ではトルクや動力は伝達されない。
【００８３】
例えば９００ＲＰＭなどのエンジンアイドル速度では、クラッチ１６００は連結される。ベルト１０００はプーリ１２００を駆動する。プーリ１２００は、連結されたクラッチ１６００を介してプーリ１４００に直接連結される。プーリ１４００の直径に、プーリ１２００の直径よりも大きい値が設定されることから、第２駆動系７０１のベルト２６０は、ベルト１０００のよりも速いベルト線速度で駆動される。したがって、オルタネータＡＬＴは、ベルト１００のベルト線速度で直接オルタネータＡＬＴを駆動したときよりも相対的に速く回転する。ベルト２６０がベルト１０００の線速度よりも速く駆動されることから、この運転モードでは、プーリ４０２は一方向クラッチ６０１の作動により経路５００が経路７０１から切り離されるオーバーランニングモードにある。このモードでは、トルクは、クラッチ１６００を介してベルト１０００を通してのみクランクシャフトプーリ２０２からベルト２６０へと伝達される。
【００８４】
アイドル状態よりも速いエンジン速度では、クラッチ１６００は、エンジンＥＣＵなどの動作により自動的に非連結状態とされる。エンジンＥＣＵは従来周知である。このモードでは、プーリ４０２が係合された一方向クラッチ６０１により駆動されると、オルタネータプーリ２４０は、プーリ４０２を介して伝達されるトルクにより駆動される。オルタネータＡＬＴの速度は、オルタネータプーリ２４０に所与の直径を仮定すると、プーリ４０２の直径によって決定される。プーリ４０２の直径が、プーリ２０２の直径と同じであれば、オルタネータＡＬＴの速度はどちらの運転モードでも変わらない。
【００８５】
しかし、オルタネータの効率を高めるためにプーリ４０２の直径を小さくして、例えば巡航速度などの非アイドル状態のエンジン速度においてオルタネータＡＬＴの回転速度を低減することもできる。
【００８６】
例えば、エンジンアイドル状態におけるオルタネータＡＬＴの速度を１．６倍に増大し、非アイドル状態のエンジン速度におけるオルタネータＡＬＴの速度を１／１．２５倍に低減する場合の計算の実施例は以下の通りである。クラッチ１６００を作動させ、それによりオルタネータの速度を変更する切替点は、エンジン速度が例えば約２，０００ＲＰＭときである。
エンジンアイドル状態におけるオルタネータ速度の増大（ＳＩ）：
ＳＩ＝（Ｚ１４００／Ｚ１２００）
エンジンの非アイドル状態におけるオルタネータ速度の低減（ＳＤ）：
ＳＤ＝（Ｚ４０２／Ｚ２０２）
ここで“Ｚ”はプーリの直径を示す。
ＳＩ＝１．６
ＳＤ＝１／１．２５＝０．８
これらの条件を満たすプーリの直径は：
Ｚ１４００＝９６ｍｍ
Ｚ１２００＝６０ｍｍ
Ｚ４０２＝（０．８×Ｚ２０２）ｍｍ
ここで、Ｚ２０２は、クランクシャフトプーリ２０２の独自の直径であり、この計算では単位として利用される。
【００８７】
図１４は、図１３の別の実施形態の模式的な平面図である。第１ベルト駆動経路５００にそれぞれが含まれることから、パワーステアリングポンプ、ウォーターポンプ、エアコン用コンプレッサは、クランクシャフトプーリ２０２によって、エンジン速度に対し１：１の比率で駆動される。
【００８８】
図１５は、多段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。図１５、１６に示される本実施形態は、プーリ１２００、１４００、及びクラッチ１６００と同様な第２プーリ／クラッチ組立品、すなわちプーリ１２０１、１４０１、クラッチ１６０１、が追加されたこと以外、図１３と同じである。
【００８９】
プーリ１４０１は、ベルト２６０と係合される。プーリ１２０１は、ベルト１０００と係合される。クラッチ１６０１は、プーリ１２０１とプーリ１４０１との間に機械的に配置される。第２プーリクラッチ組立体の利用は、オルタネータＡＬＴを駆動できる速度比の範囲を拡大する。
【００９０】
この実施形態を用いて多くの運転モードを作ることができる。例えば、モード２では、クラッチ１６０１が係合される。ベルト１０００はプーリ１２０１を駆動する。プーリ１２０１は、電磁クラッチ１６０１を介してプーリ１４０１に連結される。電磁クラッチ１６０１は、周知のエンジンＥＣＵにより運転される。
【００９１】
このモードに対しては、プーリ１４０１の直径はプーリ１２０１の直径よりも大きいと仮定され、第２ベルト駆動経路７０１のベルト２６０は、より速い線速度を有し、オルタネータＡＬＴはより速く回転する。一方向クラッチ６０１は、オーバーランニングモードにある。このモードでは、オルタネータの速度は、図１３の示されたモードの速度よりも遅い。
【００９２】
モード３では、クラッチ１６００とクラッチ１６０１が、双方とも非連結状態とされる。プーリ１４００と１４０１は、それぞれアイドラとして作動する。一方向クラッチ６０１は連結され、プーリ４０２を介してベルト２６０にトルクを伝達する。オルタネータＡＬＴは、プーリ４０２によって駆動される。このモードにおけるオルタネータＡＬＴの速度は、プーリ４０２の直径によって決定される（プーリ２４０の直径は図１４から変更されていないものと仮定する）。もし、プーリ４０２の直径がプーリ２０２の直径と同じであれば、オルタネータＡＬＴの速度は変わらない。しかし、オルタネータＡＬＴの速度は、プーリ４０２の直径を小さくしてオルタネータの効率を高めるために低減されてもよく、この場合、オルタネータの速度は、エンジンアイドル状態での従来のシステムの速度よりも低くなる。
【００９３】
実施例：
モード１においてオルタネータＡＬＴの速度を２．０倍に増大し、モード２において１．２倍に増大し、モード３においてオルタネータＡＬＴの速度を１／１．２５倍に低減する必要があると仮定する。
この場合：
Ｓ１＝２．０
Ｓ２＝１．２
Ｓ３＝１／１．２５＝０．８
【００９４】
図１３からの式を用いると、これらの条件を満たすプーリ径の実施例は：
Ｚ１４００＝１２００ｍｍ
Ｚ１２００＝６０ｍｍ
Ｚ１４０１＝９６ｍｍ
Ｚ１２０１＝８０ｍｍ
Ｚ４０２＝０．８×Ｚ２０２
ここで、先の実施例からＺ２０２はクランクシャフトプーリ２０２の独自の直径である。
【００９５】
図１６は、図１５の別の実施形態の模式的な平面図である。
【００９６】
これまでの説明は、本発明のシステムに対するアプリケーションの限定を意図するものではない。上述の実施形態の各々において、システムにおける各プーリの直径は、要求される駆動比率を提供するために選択可能である。
【００９７】
本発明の幾つかの方式がここで説明されたが、当業者であれば、ここで説明された本発明の精神と範囲から外れることなく、その構成やパート同士の関係を様々に変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】２段比率ベルト伝動システムの模式図である。
【図２】２段比率ベルト伝動システムの平面模式図である。
【図３】クラッチユニットの半断面図である。
【図４】２段式プーリの半断面図である。
【図４Ａ】２段式プーリの別の実施形態の半断面図である。
【図５】２段比率ベルト伝動システムの第１の代替的な実施形態の模式図である。
【図６】２段比率ベルト伝動システムの第１の代替的な実施形態の平面模式図である。
【図７】２段比率ベルト伝動システムの第２の代替的な実施形態の模式図である。
【図８】２段比率ベルト伝動システムの第２の代替的な実施形態の平面模式図である。
【図９】２段比率ベルト伝動システムにおけるクラッチユニットの第２の代替的な実施形態の半断面図である。
【図９Ａ】図９のクラッチユニットの別の実施形態である。
【図１０】２段比率ベルト伝動システムのクラッチユニットの第２の代替的な実施形態における２段式プーリの半断面図である。
【図１０Ａ】図１０の２段式プーリの別の実施形態の半断面図である。
【図１１】２段比率ベルト伝動システムにおけるモータジェネレータを備えた代替的な配置の模式図である。
【図１２】図１１におけるモータジェネレータを備えた別の実施形態の平面模式図である。
【図１３】２段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。
【図１４】図１３の別の実施形態の平面模式図である。
【図１５】多段比率ベルト伝動システムの代替的な配置の模式図である。
【図１６】図１５の別の実施形態の平面模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１無端部材により第１従動部材に回転自在に連結される原動部材と、
前記原動部材と第２従動部材との間で回転自在に連結される第２無端部材と、
前記第１無端部材から前記第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために前記第１無端部材と前記第２無端部材との間に配置される第１クラッチと、
前記第２無端部材を前記原動部材から選択的に切り離すために前記第２無端部材と前記原動部材との間に配置される第２クラッチと
を備えることを特徴とするベルト伝動システム。
【請求項２】
前記第１クラッチが、第１プーリと第２プーリを更に備え、前記第１プーリと前記第２プーリが異なる直径を有し、
前記第２クラッチが一方向クラッチを備えることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項３】
前記第２従動部材がオルタネータであることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項４】
前記第１クラッチが電磁クラッチであることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項５】
前記第１クラッチが所定のアイドル速度において連結されるとともに、トルクを伝達するために前記第２クラッチが連結されないことを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項６】
前記第１クラッチが連結されていないときに、トルクを前記第２従動部材に伝達するため前記第２クラッチが連結されることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項７】
前記第１無端部材から前記第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために前記第１無端部材と前記第２無端部材との間に配置される第３クラッチを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項８】
前記第３クラッチが電磁クラッチであることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【請求項９】
前記第３クラッチが連結されていないときに、前記第２クラッチが前記第２従動部材にトルクを伝達するために連結されることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【請求項１０】
前記第１クラッチが連結されていないときに、前記第２クラッチが前記第２従動部材にトルクを伝達するために連結されることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【請求項１】
第１無端部材により第１従動部材に回転自在に連結される原動部材と、
前記原動部材と第２従動部材との間で回転自在に連結される第２無端部材と、
前記第１無端部材から前記第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために前記第１無端部材と前記第２無端部材との間に配置される第１クラッチと、
前記第２無端部材を前記原動部材から選択的に切り離すために前記第２無端部材と前記原動部材との間に配置される第２クラッチと
を備えることを特徴とするベルト伝動システム。
【請求項２】
前記第１クラッチが、第１プーリと第２プーリを更に備え、前記第１プーリと前記第２プーリが異なる直径を有し、
前記第２クラッチが一方向クラッチを備えることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項３】
前記第２従動部材がオルタネータであることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項４】
前記第１クラッチが電磁クラッチであることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項５】
前記第１クラッチが所定のアイドル速度において連結されるとともに、トルクを伝達するために前記第２クラッチが連結されないことを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項６】
前記第１クラッチが連結されていないときに、トルクを前記第２従動部材に伝達するため前記第２クラッチが連結されることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項７】
前記第１無端部材から前記第２無端部材へとトルクを選択的に伝達するために前記第１無端部材と前記第２無端部材との間に配置される第３クラッチを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動システム。
【請求項８】
前記第３クラッチが電磁クラッチであることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【請求項９】
前記第３クラッチが連結されていないときに、前記第２クラッチが前記第２従動部材にトルクを伝達するために連結されることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【請求項１０】
前記第１クラッチが連結されていないときに、前記第２クラッチが前記第２従動部材にトルクを伝達するために連結されることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２００９−５３０５５１（Ｐ２００９−５３０５５１Ａ）
【公表日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５００３６２（Ｐ２００９−５００３６２）
【出願日】平成１９年２月２０日（２００７．２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００４５５１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１０８８８７
【国際公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２０日（２００７．２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００４５５１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１０８８８７
【国際公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
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