JP3648857B2 - ベルト伝達装置の補機トルク検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの補機トルク検出装置に関し、特に、複数の補機を一連のベルトを介して駆動し、これら複数の補機の総和トルクを検出して、エンジンの運転制御にフィードバックすることが可能な補機トルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等の車両に搭載された内燃機関においては、その補機、例えば車両用空調装置のコンプレッサ、パワーステアリングの油圧ポンプ、オルタネータ、ラジエータ用冷却ファン等を、内燃機関のクランク軸に設けられたクランク軸プーリによって一連のベルトを介して同時に駆動されようになっている。
【０００３】
そして、例えば、空調装置のコンプレッサや、パワーステアリングの油圧ポンプのような使用状態によって補機トルクが変動する２つの補機の総和トルクや、これら補機全ての総和トルクを正確に測定することができれば、アイドル回転数をより高い精度を持って制御することができるし、アイドル回転数をさらに低く抑えることが可能になるし、オートマティックトランスミッションの制御をよりきめ細やかなものとし、シフトチェンジをより円滑なものにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補機の設置数が増加している近年においては、このような一連のベルトを介して複数の補機を同時に駆動するものにおいて、例えば上述したように、空調装置のコンプレッサやパワーステアリングの総和トルクを測定するために、各補機の補機トルクをそれぞれ測定するすることも考えられるが、補機トルク検出装置の点数の増加、システムの複雑化によりコスト増となってしまう。
【０００５】
そこで、本発明では、一連のベルトにより複数の補機を駆動するものにおいて、安価に複数の補機の総和トルクを検出する補機トルク検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
つまり、本発明者らの検討によると、一連のベルトを介して複数の補機を同時に駆動するものにおいて、駆動軸プーリの回転数と、その他のアイドラプーリ、もしくは補機プーリの回転数は、補機の総和トルクに密接した関係があることが分かった。
【０００７】
以下に本発明者がこの関係を導き出した原理を図１に基づき説明する。
なお、説明上、分かりやすくするために２つのプーリー、駆動プーリ１００と従動（補機）プーリ２００とからなるベルト伝達装置にて説明する。
今、駆動プーリ１００が駆動されているとすると、ベルト３００の張力分布は図中ベルトの幅（線が引いてある部分）にて示される。また、図中下方に位置する張り側の張力をＴ１、緩み側の張力をＴ２とする。そして、従動プーリ２００とベルト３００と接している部分のうち、角度θ─φ、つまり図中Ｃ〜Ｂの部分は緩み側の張力Ｔ２と同一である。
【０００８】
言い換えると、図中Ａ〜Ｃの部分で動力伝達が行われ、従動プーリ２００は、ベルト３００に対して遅れながら滑っている。また、図中Ｃ〜Ｂの部分では、ベルト３００と従動プーリ２００は一緒に回転していることになる。
そして、伝動馬力（以下、補機トルク）が大きくなると、図中Ｃ〜Ｂ部分は、消失して、ベルト３００と従動プーリ２００との全接触面にて動力伝達が行われ、補機トルクが大きくなると、張力Ｔ１は大きくなり、張力Ｔ２は小さくなり、補機トルクが大きくなるほどＴ１とＴ２との差が大きくなる。
【０００９】
そして、従動プーリ２００とベルト３００との間にはすべりが生じ、このすべりは通常のすべりと、弾性すべりとの２つに分けて考えることができる。つまり、φ＞θで、補機トルクが大きくなってベルト３００と従動プーリ２００との全面接触にて動力伝達が行われているときのすべりを通常すべりと言う。また、θ≧φにおいて、張力が変化している部分Ａ〜Ｃでは、従動プーリ２００は、ベルト３００に対して遅れながらすべっており、このすべりを弾性すべりと言う。
【００１０】
そして、通常、このようなベルト伝達装置においては、過大な補機トルクが発生しない限り、弾性すべりが発生している状態にて作動していると考えられる。つまり、補機トルクが大きくなると、Ｔ１とＴ２との差が大きくなるとともに、従動プーリ２００のベルト３００に対する遅れが大きくなると言える。
一方、駆動プーリ１００においても、同様な考え方で角度θ′─φ′つまり図中Ｇ〜Ｆの部分は張り側の張力Ｔ１と同一である。言い換えると、図中Ｇ〜Ｈの部分で動力伝達が行われ、この部分ではベルト３００が駆動プーリ１００に対して遅れながら滑っている。また、図中Ｆ〜Ｇの部分では、ベルト３００と駆動プーリ１００は一緒に回転していることになる。
【００１１】
そして、このようなベルト伝達装置において、上記補機トルク（Ｔｒｑ）は、以下の数式１にて示される。
【００１２】
【数１】
Ｔｒｑ＝Ｒ１・（Ｔ１─Ｔ２） ：Ｒ１、駆動プーリの半径
また、Ｋをベルト３００の弾性定数、ε１、ε２を張り側のベルト歪み、緩み側のベルト歪みとすると、さらに以下の数式２、３の関係がある。
【００１３】
【数２】
Ｔ１＝Ｋ・ε１
【００１４】
【数３】
Ｔ２＝Ｋ・ε２
そして、図のようなベルト伝達装置において定常回転状態（弾性すべりの状態）では、質量保存の法則により以下の関係式が成立する。
つまり、単位時間に点Ｄを通過する質量＝単位時間に点Ｅを通過する質量
今ベルト３００に張力が無いときのベルトの線密度をρ０とすると、張力Ｔ１の時はベルト３００の張り側の長さが（１＋ε１）倍になり線密度はρ０／（１＋ε１）になる。
【００１５】
同様に張力Ｔ２のときベルト３００の緩み側の長さが（１＋ε２）倍になり線密度はρ０（１＋ε２）になる。
従って、上記関係式はρ０／（１＋ε１）・Ｖ１＝ρ０（１＋ε２）・Ｖ２となり、これを変形するとＶ１／Ｖ２＝（１＋ε１）／（１＋ε２）となる。
つまり、ベルト３００は伸びた分だけ速度が速くなり、さらにこれを変形すると数式４となる。
【００１６】

【００１７】
そして、上式補機トルクＴｒｑ＝Ｒ１・Ｋ（Ｖ１／Ｖ２─１）となるのであるが、この式中（Ｖ１／Ｖ２─１）を変形すると、（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２となり、この速度差Ｖ１−Ｖ２は、上述したように補機トルクが大きくなって、従動プーリ２００のベルト３００に対する遅れが大きくなるほど、大きくなる。
従って、（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２は、従動プーリ２００とベルト３００との弾性すべりにおけるスリップ率と考えることができ、この結果、補機トルクＴｒｑはスリップ率と直線的な関係があると考えられる。また、同様に駆動プーリ１００とベルト３００とのスリップ率とも考えることができる。
【００１８】
従って、速度Ｖ１、Ｖ２が分かれば、補機トルクＴｒｑとの相関関係が分かるのであるが、これは以下のようにして分かる。
例えばベルト３００の緩み側にアイドラプーリを設ければ、アイドラプーリーは補機トルクを０と考えるとベルト３００の緩み側と一緒に回転するので、このアイドラプーリの回転数（回転速度）ｗ１が分かれば、Ｖ１（アイドラプーリの半径をＲ３とすると、Ｒ３・ｗ１）が分かることになる。また、例えばベルト３００の張り側にアイドラプーリを設ければ、ベルト３００の張り側と一緒に回転するので、アイドラプーリの回転数ｗ２が分かれば、Ｖ２（アイドラプーリの半径をＲ４とすると、Ｒ４・ｗ２）が分かることになる。この結果、アイドラプーリを設ければ、容易にＶ１、Ｖ２が分かることになる。
【００１９】
さらに上記（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２は、上述した弾性すべりの状態では、駆動プーリ１００と従動プーリ２００とのスリップ率と考えることができる。つまり、上述したように弾性スリップの状態では、Ｖ１は駆動プーリ１００の回転速度、Ｖ２は従動プーリ２００の回転速度となり、駆動プーリー１００と従動プーリ２００との回転速度と補機トルクとは相関関係がある。
【００２０】
さらに上記回転速度Ｖ１、Ｖ２は、駆動プーリ１００の回転数をＷ１、従動プーリ２００の回転数をＷ２とすると、Ｖ１＝Ｒ１・Ｗ１、Ｖ２＝Ｒ２・Ｗ２となり、
補機トルクＴｒｑ＝Ｒ１・Ｋ（（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｗ１／Ｗ２─１））となる。
【００２１】
この結果、Ｒ１、Ｒ２は、固定値であるので、補機トルクＴｒｑは、駆動プーリ１００と従動プーリ２００との回転数比（回転数の差）と直線関係となる。
そして、このような考えに基づいて、駆動源（駆動プーリ１００）により、複数の補機１０１〜１０４とアイドラプーリ１０５が一連のベルト３００にて駆動される図２に示すようなベルト伝達装置において、図３に示すように駆動プーリ（例えば、エンジンのクランク軸プーリ）１００の回転数Ｗ０と、アイドラプーリ１０５の回転数Ｗ５が分かれば、全ての補機の総トルクが分かることになる。また、回転数Ｗ０と補機１０１〜１０４のうち一つのプーリの回転数（Ｗ１〜４）を検出することで、所望の補機トルクを検出することができる。さらに例えば、補機１と補機３との回転数を検出することで、補機２と補機３との総和補機トルクを検出することができる。
【００２２】
なお、図２中Ｔ１〜Ｔ５は、各補機間のベルト３００の張力を表すものであり、アイドラプーリ１０５の補機トルクを０と考えるとアイドラプーリの前後では、張力の変化は無い。
そして、以上のような考え方に基づいて本発明者らが検討した結果、精度良く補機トルクを検知することが可能であることが確認されたのである。
【００２３】
そこで、本発明は、請求項１記載の発明では、駆動軸プーリの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、駆動軸プーリよりもベルトの進行方向の前方で複数の補機プーリよりもベルトの進行方向の後方に配置されたアイドラプーリの回転数を検出する第２の回転数検出手段と、第１、第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差もしくは比に基づいて、前記複数の補機の総和トルクを検出する総和トルク検出装置と、を備えたことを特徴としている。これにより、一つのベルトにて複数の補機が駆動されるようなベルト伝達装置において、複数の補機の総和トルクを精度良く検出することができる。また、単に回転数を検出する手段を設けるだけであるので、一つの補機の補機トルクを検出する補機トルク検出装置を、各補機に設ける必要が無く、安価に補機トルクを検出することができる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明では、駆動軸プーリの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、複数の補機プーリのうちベルトの進行方向の最も後方に配置された一つの補機プーリーの回転数を検出する第２の回転数検出手段と、第１、第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差もしくは比に基づいて、前記複数の補機の総和トルクを検出する総和トルク検出装置と、を備えたことを特徴としている。
【００２５】
これによっても、一つのベルトにて複数の補機が駆動されるようなベルト伝達装置において、複数の補機の総和トルクを精度良く検出することができる。また、単に回転数を検出する手段を設けるだけであるので、一つの補機の補機トルクを検出する補機トルク検出装置を、各補機に設ける必要が無く、安価に補機トルクを検出することができる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明では、総和トルク検出装置は、回転数の比、もしくは回転数の差と総和トルクとの関係を表すマップを有し、複数の補機のうち、補機トルクの大きさが実質的に一定で、その値が判明している一つの補機を断続運転し、断続運転前後の総和トルクを予め設定しておき、運転前の前記回転数比と運転後の回転数比に基づいて、マップを補正する補正手段を有することを特徴としている。
【００２７】
これにより、ベルトの経年変化によって、ベルトの弾性定数が変化しても、また異常な環境条件の下で運転される場合でも、総和トルクの検出精度を高くすることが可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図６に示すように、自動車等に搭載される内燃機関１において、ベルト伝達装置として、各種の補機を駆動するためのベルトプーリ、例えば空調装置のコンプレッサ用プーリ２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３、オルタネータ用（発電用）プーリ４、ラジエータの冷却ファン用プーリ５というような複数の補機用プーリが、クランク軸プーリ６（一般的に言えば駆動軸プーリ）によって一連のベルト７を介して同時に駆動されるようになっている。
【００３１】
そして、このようなベルト伝達装置において、多くのプーリに蛇行上に一本のベルト７を巻架するために、アイドラプーリが用いられる場合があり、図６の例はアイドラプーリ８が設けられるとともに、ベルト７の張力が一定になるように自動的に調整するオートテンショナー９も、一つのアイドラプーリ１０を伴ってベルト７の緩み側に設けられている。
【００３２】
本発明の特徴として、図４、５に示す実施形態では、オートテンショナー９を利用して補機トルク検出装置の一部を構成している。オートテンショナー９のアイドラプーリ１０の円環状内面１１には、磁性体からなる多数の歯１２が等間隔に設けられている。
実際には、アイドラプーリ１０全体を磁性のある鉄あるいは鋼材のような素材によって形成し、その円環状内面１１に内歯車状に多数の歯１２を切削形成する。もしくは、アイドラプーリ１０を鋳造等の方法で型成形する場合には、円環状内面１１の歯１２も同じ鋳型によって同時に成形されるようにすると良い。
【００３３】
オートテンショナー９のアーム１３は、その基部１４が、図示しない軸によって限られた範囲内で回動することができるように支持されている。そして、このアーム１３は、図示しない発条もしくは油圧シリンダのような付勢手段によって、ベルト７を緊張させる回動方向に付勢されている。
また、アーム１３の自由端に一体的に取り付けられた軸１５には、軸受１６が設けられて、この軸受１６によりアイドラプーリ１０が回転自在に軸支されている。
【００３４】
アーム１３に形成された突起１７には、回転数センサとしての電磁ピックアップ１８が取り付けられており、電磁ピックアップ１８の先端（検出端）は、磁性体からなる多数の歯１２と所定の間隔をあけて、多数の歯１２に突出するようになっている。
電磁ピックアップ１８は、周知のものであって、簡単に言えば永久磁石、または磁気的にそれを接続している磁性体のコアにコイルを巻いたものであって、コイルの両端を可撓性のあるリード線１９、２０によって直接に外部の固定端子へ接続したり、コイルの一端をアーム１３に接続するとともにコイルの他端を可撓性のあるリード線によって外部へ引き出して外部の固定端子へ接続する。
【００３５】
そして、アーム１３の移動範囲は、狭い角度内に限られているので、スリップリングのような摺動機構を用いなくとも、このように可撓性のあるリード線の先端を直接に対象の固定端子へ接続して出力信号を外部へ取り出すことができる。そして、本実施形態では、このような一連ベルト７にて駆動される複数の補機トルクの総和トルクを算出するのであるが、総和トルク検出装置４００の構成を、図６中ブロック図にて示す。
【００３６】
つまり、本実施形態における総和トルク検出装置４００は、クランク軸２１（クランク軸プーリ６）の回転数Ｗ１と、電磁ピックアップ１８にて測定されたアイドラプーリ１０の回転数Ｗ２とに基づいて、総和トルクを算出し、この算出された総和トルクをエンジン制御装置５００に出力することで、エンジン１のアイドル回転数等を適時制御するようになっている。
【００３７】
クランク軸プーリ６には、図６に示すように回転数センサ５０が設けられている。なお、回転数センサ５０は、クランク軸２１、もしくはクランク軸２１自体でなくとも、図示しないカム軸のようにクランク軸２１に対して一定の回転比を持って駆動される軸の回転数を検出するものである。
通常、内燃機関では機関の回転数Ｗ１、もしくはそれに対して一定の比率にて回転するものの回転数は、エンジンの運転制御のための一ファクターとして利用されることが多く、クランク軸２１に回転数センサを設けた車両が多い。
【００３８】
従って、他の目的にて設置された回転数センサであっても、その出力信号を本発明の目的に利用すれば良い。また、回転数Ｗ１を検出する手段を備えていない内燃機関においては、クランク軸プーリ６に対して、図４、図５に示したものと同様な回転数検出手段を設けると良い。
【００３９】
次に、図４、５に示した本発明の第１実施形態の作動について説明する。図６においてクランク軸２１が回転することにより、クランク軸プーリ６に対して一連のベルト７によって各種プーリ２、３、５、８、１０は一斉に回転駆動される。そして、この際、これら各種プーリ（各種補機）を駆動するためにクランク軸２１に作用する総和トルクは、クランク軸２１自体の回転数に伴って変化するだけでなく、補機の中にはコンプレッサ２のように断続運転されるものがあるため、総和トルクは一定で無く、内燃機関１の運転中は常時変動していると言って良い。
【００４０】
そこで、変動する総和トルクを常時リアルタイムに正確に検出することができれば、内燃機関１の運転状態（例えばアイドル回転数）をきめ細やかな制御を行うことが可能となる。
そこで、本実施形態では、図１ないし図３に示した考え方に基づいて、回転数センサ５０にて検出したクランク軸２１の回転数Ｗ１と、ベルト７の進行方向前方でクランク軸プーリ６と隣合うように配置したオートテンショナー９に設けた電磁ピックアップ１８によって検出したアイドラプーリであるプーリ１０の回転数Ｗ２とによって、総和トルクを高い精度にて検知する。
【００４１】
なお、電磁ピックアップ１８にて回転数Ｗ２を検出するのであるが、簡単にこの原理を説明しておく。クランク軸プーリ６からベルト７を介してオートテンショナーのアイドラプーリ１０が回転駆動されると、アーム１３に対して固定されて実質的に移動しない電磁ピックアップ１８の検出端の直前を、磁性体からなる多数の歯１２が微小な時間間隔をおいて間欠的に通過している永久磁石の磁束密度が急激に増減変化する。
【００４２】
この結果、電磁ピックアップ１８のコイルには、電圧波形として略等間隔のピークを有するパルス電流が発生する。このパルス電流が回転数Ｗ２に対応する出力信号としてリード線１９、２０を介して、直接外部の固定端子へ取り出されて、演算装置を備えた総和トルク検出装置４００に入力される。
総和トルク検出装置４００においては、電磁ピックアップ１８の出力信号であるパルス電流の単位時間当たりのピーク数をカウントすることによって、オートテンショナーのアイドラプーリ１０の回転数Ｗ２を検出する。
【００４３】
そして、仮にクランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０とが同径であれば、この回転数Ｗ２は、クランク軸プーリ６とベルト７との間における弾性スリップ分だけ減少しているので、回転数Ｗ１とＷ２の比、回転数比Ｗ１／Ｗ２の値によってクランク軸プーリ６に対するアイドラプーリ１０のスリップ量の大きさを知ることができる。なお、この場合、アイドラプーリ１０は負荷が無いものと考えて、ベルト７とアイドラプーリ１０との間のスリップは無視できる。
【００４４】
そこで、検出された回転数Ｗ１および回転数Ｗ２によってクランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０との間のスリップ量（スリップ率）の大きさを示す回転数比Ｗ１／Ｗ２を計算し、その値を図７に当てはめることで、その時点におけるクランク軸２１に作用している総和トルクの大きさを知ることができる。そして、このような方法による 総和トルクの算出方法は、極めて高い精度にて検知することは、本発明者らの実験にて確認されている。
【００４５】
また、このスリップ量（率）は、上述したようにベルト７の緩み側と張り側の速度比、つまり、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０との回転速度比から考えついたものであるので、当然ながら、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０との半径比Ｒを計算に入れなければならない。
つまり、Ｗ１、Ｗ２、Ｓ、Ｒを以下のように定義すると、
Ｗ１：クランク軸２１およびクランク軸プーリ６の回転数
Ｗ２：オートテンショナーのアイドラプーリ１０の回転数
Ｓ：クランク軸プーリ６に対するベルト７、つまりクランク軸プーリ６に対するアイドラプーリ１０のスリップ率
Ｒ：プーリの半径比（アイドラプーリ１０の径をＲ２、クランク軸プーリ６の径をＲ１としたとき、Ｒ＝Ｒ１／Ｒ２）
とした場合、クランク軸プーリ６とベルト７（アイドラプーリ１０）との間に生じるスリップ率Ｓは、
Ｓ＝（Ｗ１─Ｒ・Ｗ２）／Ｗ２＝Ｒ・（Ｗ１／Ｗ２）─１ （１）
そして、この数式（１）における半径比Ｒは定数であるので、スリップ率Ｓは、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０とを同径とした場合と同様に、回転数比Ｗ１／Ｗ２の値に依存することになる。
【００４６】
従って、スリップ率Ｓから総和トルクの値を求めるためのスリップ率─補機トルク線図は、図７において縦軸に回転数比Ｗ１／Ｗ２をとると共に、縦軸および横軸間の比例関係を示す傾斜した直線を上下方向に平行移動させたものとなる。また、数式（１）から明らかなようにＷ１−Ｒ・Ｗ２＝ΔＷの値は、クランク軸プーリ６とベルト７との間の弾性スリップによって、アイドラプーリ１０において生じる回転数の減少分を、基準回転数をアイドラプーリ１０の回転数Ｗ２として算出しているが、回転数の変動の少ないクランク軸プーリ６の回転数Ｗ１を基準回転数としても良い。
【００４７】
この場合のスリップ率をＳ′とすると、
Ｓ′＝（Ｗ１−Ｒ・Ｗ２）／Ｗ１＝１−Ｒ・（Ｗ２／Ｗ１） （２）
のように定義することができる。そして、クランク軸プーリ６の回転数Ｗ１を基準として回転数の比Ｗ２／Ｗ１を縦軸に取り、補機トルクを横軸によって実測値を線図上にプロットしたものを図８として示す。
【００４８】
図８は、前述した図７に対応するもので、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０を同径とした場合である。この場合は、クランク軸プーリ６の回転数Ｗ１を基準としているので、図７の場合とは異なって回転数比─補機トルク線図の直線が右下がりになっている。また、内燃機関のように、複数の補機プーリ２〜５が一連のベルト７によって駆動される場合には、空調装置のコンプレッサ用プーリ２のように断続的に運転されるものでなく、冷却ファン用プーリ５のように一定値以上のトルクによって常時駆動されているものもあるので、クランク軸プーリ６に作用する補機トルクの値が図７、８において原点になることはあり得ない。従って、その時の回転数の比Ｗ１／Ｗ２もしくはＷ２／Ｗ１の値が１になることは無い。
【００４９】
そこで、図７、図８では、回転数比─補機トルク線図を簡略化するために、補機トルクが常時作用している補機の基本的なトルク値と、それに対応する回転数比の微小変化分を線図上では省略して示している。すなわち、横軸の補機トルクとしては、断続運転されてトルク値が変化する補機トルクと、常時駆動されている補機でもトルク値が変化する分の合計をとっており、縦軸の回転数の比は、１．０００から始まっている。
【００５０】
また、前述したようにクランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０との半径が異なる場合でも、例えばスリップ率Ｓ′は、上記数式（２）によって定義されるので、回転数比とプーリの半径比Ｒの値を用いてスリップ率を算出し、実測にて用意されている図９に示すようなスリップ率─補機トルク線図にその値を当てはめることにより、その時に作用している補機トルクの値を正確に読み取ることができる。
【００５１】
なお、アイドラプーリ１０の回転数Ｗ２を基準とするスリップ率Ｓと補機トルクとの関係を求めても、図９と同様なスリップ率─補機トルク線図が得られる。そして、このようにスリップ率と補機トルクとの関係を実測して得た図９のようなスリップ率─補機トルク線図を、例えば演算装置を備えている総和トルク検出装置４００内に予めマップとして設定しておけば、前述のような検出手段によって回転数Ｗ１およびＷ２を自動的に常時検出し、この検出値から自動的に高精度で、リアルタイムで補機トルクの大きさを検出することができる。
【００５２】
また、以上の説明では、スリップ率から補機トルクを設定したが、当然ながら回転数比から直接補機トルクを算出することもできる。この場合の処理手順を図１０に示す。
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、全ての補機の総和トルクを算出したが、本発明は、上述したようにクランク軸プーリ６の回転数と、どのプーリの回転数を検出するかによって所望の補機トルクを知ることができる。
【００５３】
つまり、図６に示すベルト伝達装置を、図２に当てはめると、補機１が冷却用ファンプーリ５、補機２がコンプレッサ用プーリ２、補機３が油圧ポンプ用プーリ３、補機４がオルタネータ用（発電用）プーリ４、補機５がアイドラプーリ１０に相当する。なお、アイドラプーリ８は負荷トルクが無いものとして、ここでは無視する。
【００５４】
これにより、例えば、図６中クランク軸プーリ６の回転数と、コンプレッサ用プーリ２の回転数を検出すれば、図３の関係より、コンプレッサ用プーリ２と冷却ファン用プーリ５との総和トルクを算出することができる。そして、例えば冷却用ファンプーリ５の補機トルクは、ほぼ一定値として考えることができるので、上記総和トルクからファンプーリ５の補機トルクを引けば、コンプレッサ用プーリ２の単独の補機トルクを算出することができる。なお、この場合の処理手順を図１１に示す。
【００５５】
また、このようにコンプレッサ用プーリ２の補機トルクを算出する場合では、コンプレッサ用プーリ２に回転数センサを設ける必要があるが、車種によっては、既にコンプレッサ用プーリ２に回転数センサが設けられているものがある。
つまり、空調装置のコンプレッサのロックを検出するためにロックセンサ（コンプレッサ用プーリ２の回転数によってコンプレッサのロックを判定する）を有するものがあるので、これを利用すれば回転数センサを特別に設けずに、コンプレッサの補機トルクを算出することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、ベルト７にて複数の補機が回転駆動されるようなベルト伝達装置において、全ての補機の総和トルクを算出したが、本発明では、例えば補機とアイドラプーリとの回転数をそれぞれ検出することで、２つ以上の所望の補機の総和トルクを算出することができる。
【００５７】
つまり、上記第２実施形態にて述べたように図６を図２に当てはめると、図３に示したような関係から、図６中コンプレッサ用プーリ２と、冷却ファン用プーリ５との回転数比が分かれば、この回転数比と、単独のコンプレサ用プーリ２の補機トルクとの相関が分かる。従って、この相関に基づいて図７に示すようなマップを設定しておけば、精度良く、コンプレッサの補機トルクが算出できる。
【００５８】
また、同様に図６中コンプレッサ用プーリ２と、発電用プーリ４との回転数比が分かれば、この回転数比と、油圧ポンプ用プーリと発電用プーリ４とがたしこまれた２つの補機の総和トルクとの相関が分かる。従って、この相関に基づいて図７に示すようなマップを設定しておけば、精度良く、油圧ポンプ用プーリと発電用プーリ４とがたしこまれた２つの補機の総和トルクが算出できる。
【００５９】
また、同様に図６中アイドラプーリ８と、発電用プーリ４との回転数比が分かれば、この回転数比と、油圧ポンプ用プーリと発電用プーリ４とがたしこまれた２つの補機の総和トルクとの相関が分かる。従って、この相関に基づいて図７に示すようなマップを設定しておけば、精度良く、油圧ポンプ用プーリと発電用プーリ４とがたしこまれた２つの補機の総和トルクが算出することもできる。
【００６０】
以上のようにクランク軸プーリ６を除いた２つのプーリの回転数比が分かれば、所望の補機の補機トルクが算出することが可能となる。なお、二つのプーリの回転数を検出する手段としては、図４、５に示したような電磁ピックアップ１８にてプーリの回転数を検出すれば良い。また、コンプレッサ用プーリ２の回転数を検出する場合は、上述したようにコンプレッサロック用のセンサを設けてあれば、これを利用すれば良い。
【００６１】
（第４実施形態）
上記第１〜３実施形態では、クランク軸プーリ６に作用している補機トルクの大きさをリアルタイムに正確に検知することができるが、ベルト７が径年変化によって劣化したり、プーリの有効半径が変化すると、予め設定された条件下において実測に設定された図７ないし図９のようなマップの勾配が不適合となる。
【００６２】
さらに長年の使用によりベルト７が磨耗して実質的にプーリの半径比Ｒが変化すると、回転数比─補機トルク線図が不適合になる場合がある。そこで、本実施形態では、このような問題に対処して演算処理のために総和トルク検出装置４００内に設定されている図７〜９に示すようなマップを、所定の時期に補正することにより、総和トルクの検出精度を常に高く維持するように補正手段が備えられている。
【００６３】
この補正手段の例を図１２に基づいて説明する。
例えば、多くの車は、リアウインドのガラス面に除霜用として熱線ヒータが設けられている。この熱線ヒータは、オルタネータプーリ４に連結されたオルタネータから通電を受けている状態では、一定の大きさの電気的負荷をオルタネータに与える。従って、熱線ヒータに通電されている状態では、オルタネータを回転駆動するトルクに一定の増加分が含まれる。
【００６４】
そして、熱線ヒータに通電されている状態（熱線スイッチＯＮ）と、通電されていない状態（熱線スイッチＯＦＦ）での、回転数比の値を検出して、予め設定された総和トルクと、回転数比との関係を、図７に示すような回転数比─補機トルク線図上にプロットし、これら２点を直線的に結び、先に設定されている図７に示す直線を、この直線に置き換えるようにしてある。
【００６５】
ここで、熱線スイッチＯＮ、ＯＦＦにおける予め設定された総和トルクとは、ベルト３００の使用初期時で、例えば、アイドル回転数で、コンプレッサがオフ、つまりコンプレッサ用プーリ２には負荷トルクが無く、油圧ポンプ用プーリ３の負荷トルク一定（例えば、車両ハンドルが車両直進状態の操作位置にある）一定の条件下で、熱線スイッチをＯＮ、ＯＦＦさせたときの各総和トルクＴｂ、Ｔａ実測された値である。また、熱線スイッチＯＮ、ＯＦＦさせると、オルタネータの電流値が変化するので、この総和トルクＴｂ、Ｔａは、オルタネータの電流値によって分かる。
【００６６】
具体的には、図１２に示される補正手段は、上述した一定の条件下において、先ずステップ１０１にて、熱線スイッチがＯＦＦの状態で、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０の各回転数Ｗ１ａ、Ｗ２ａを検出し、これらの回転数比Ｗｒａ＝Ｗ２ａ／Ｗ１ａを算出する。そして、補機トルクの値が図７に示すような回転数比─補機トルク線図上において、基準となる値となるＡ点の座標（Ｔａ、Ｗｒａ）を決定する。
【００６７】
次に、ステップ１０１の処理を終わった後の短時間内にステップ１０２に進んで、熱線スイッチがＯＮの状態で、クランク軸プーリ６とアイドラプーリ１０の各回転数Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを検出し、これらの回転数比Ｗｒｂ＝Ｗ２ｂ／Ｗ１ｂを算出しする。そして、補機トルクの値が図７に示すような回転数比─補機トルク線図上において、基準となる値となるＢ点の座標（Ｔｂ、Ｗｒｂ）を決定する。
【００６８】
このようにして、回転数比─補機トルク線図上のＡ点とＢ点が決まるので、ステップ１０３にてＡ点とＢ点を直線的に結ぶことによってできた新たなる線図を、総和トルク検出装置４００もしくはエンジン制御装置５００内に先に設定されているマップと置き換える。また、この処理は、当初のマップ（図７〜９）を設定するときにも同様な手順で行えば良い。
【００６９】
なお、ステップ１０１の処理を行った後に、ステップＳ１０２の処理を行うための時間は２、３秒に抑えてその間に他の補機トルクの変動が起こらないようにする必要がある。
（第５実施形態）
本実施形態では、上述した回転数による総和トルクの算出とは異なり、オートテンショナプーリ１１の状態変化より、後述のようにオルタネータやパワステポンプ等の各補機のトルクの総和を検出し、この検出結果をエンジン制御装置５００へ送る。エンジン制御装置５００では、総和トルクの変動に応じてエンジン出力を適宜変更して、エンジン回転数を一定に維持する。
【００７０】
図１３にはオートテンショナー９の破断透視図を示し、図１４にオートテンショナー９の断面図を示す。アイドラプーリ１０（以下、単にプーリという）は平面をなすその外周面がＶベルト７の背面に接しており、アーム１３の先端に設けた軸１５に回転自在に支持されている。プーリ１０の本体には中心に厚肉筒状のボス部１１１が形成され、このボス部１１１がボールベアリング１６（軸受）を介して軸１５に回転自在に結合されている。
【００７１】
アーム１３はその基端がエンジン側面に立設された支軸１１５に回転自在に支持されるとともに、支軸１１５回りに配したコイルバネ１１３のバネ力によってアーム１３先端が図１３の矢印方向へ付勢されており、これによりプーリ１０に懸架されたベルト７に常にほぼ一定の張力が与えられる。
図１４において、アーム１３の基端は、エンジンＥの側面に立設した支軸１１５に回転自在に装着された傘形保持部１４１となっており、この保持部１４１は周囲に配したコイルバネ１１３により支軸１１５回りに回転付勢されている。プーリ１０は上記アーム１３の先端に設けた軸１５にボールベアリング１６を介して支持されており、この軸１５には基部外周の複数箇所に歪みゲージ７３が貼着してある。
【００７２】
オートテンショナー９の上記プーリ１０によりベルト７の張力はほぼ一定に保たれるが、微視的に見ると、他の補機のいずれかの負荷トルクが変動するとベルト７の張力も僅かに変化する。この張力変化は図１５に示すように、軸１５の軸荷重として現れるから、これを歪みゲージ７３で検出すれば、図１６に示すような比例関係で全補機の総和トルクが算出できる。したがって、この総和トルクに応じてエンジン出力を変更することにより、エンジン回転数の急変を防止することができる。
（第６実施形態）
図１７にオートテンショナー９の正面図を示し、図１８にその断面図を示す。アーム１３基端の保持部１４１はエンジン側面に固定されるベース体１１６の支軸１１５に回転自在に結合されており、上記アーム１３の先端に軸１５が形成されて、ここにプーリ１０が回転自在に支持されている。アーム１３は支軸１１５周りのコイルバネ１１３により、図１７の反時計方向へ回転付勢されており、この状態で、図の左方から至ったＶベルト４を懸架している。
【００７３】
アーム１３の先端には、プーリ１０が位置する側と反対面に、発光ダイオード７４がベース体１１６へ向けて設けてあり、一方、上記発光ダイオード７４に対向するベース体１１６下縁の支持壁１６１には、図１７の左右方向へ直線状に延びる位置検出センサ７５が設けてある。位置検出センサ７５は、図１９に示すように、前面に一定間隔でスリット７５１を有し、これらスリット７５１に対応する位置にフォトダイオードアレイ７５２が配設してある。
【００７４】
補機の総和トルクが増大してベルト７の張力が大きくなると、コイルバネ１１３のバネ力に抗してアーム１３が図１７における反時計方向へ回転し、この回転角度の変化に伴ってアーム１３の先端、およびここに設けたプーリ１０が図１９の右方へ移動する。この移動は、発光ダイオード７４の光を受けるフォトダイオードアレイ７５２によって検出され、図２０に示すような比例関係で、アーム１３の回転角度変化（すなわちプーリ１０の位置変化）に応じた全補機の負荷トルクの総和、つまり総和トルクが算出される。
【００７５】
（他の例）
上記第１〜第４実施形態では、回転数センサとして電磁ピックアップ１８を使用したが、図２１、２２に示すような光素子を用いても良い。図２１中、２２は発光ダイオードのような発光素子、２３はフォトダイオードのような受光素子である。発光素子２２と受光素子２３とは、例えば第１、２実施形態と同様にオートテンショナー９のアイドラプーリ１０の縁部において、対向するようにアーム１３上に取り付けられる。そのために、発光素子２２と受光素子２３のいずれか一方を支持する突起２４のようなものをアーム１３と一体に形成しても良い。
【００７６】
発光素子２２と受光素子２３の間には、アイドラプーリ１０の縁部に環状に形成された回転スリット２５が介在するように、発光素子２２と受光素子２３が位置決めされている。回転スリット２５は、図２１から明らかなように環状の板２６に光を透過する半径方向の細かな開口２７を円周方向から見て等間隔に形成したものであって、アイドラプーリ１０のスカート部２８に直接形成しても良い。また、回転スリット２５をアイドラプーリ１０とは別体のものとして形成して、それをスカート部２８に取り付けても良い。また、受光素子２３の受光面には、マスクとしての板状の固定スリット２９が固定されており、固定スリット２９には幾つかの開口３０が形成されている。
【００７７】
これにより、アイドラプーリ１０がベルト７によって駆動されて回転すると、回転スリット２５が共に回転し、発光素子２２の光軸が、回転スリット２５の環状の板２６に形成された開口２７と、固定スリット２９に開口形成された開口３０に合致したときだけ、発光素子２２の発する光が受光素子２３に到達してパルス電流が受光素子２３から出力される。
【００７８】
従って、このパルス電流は、第１、第２実施形態と同様にアイドラプーリ１０の回転数Ｗ２を表すものであり、別に計測されるクランク軸２１の回転数Ｗ１とともに処理されて、図７に示すように回転数比─補機トルク線図から、クランク軸２１に作用する総和トルクの大きさを知ることができる。
また、さらに以上に述べた各実施形態では、一つのベルト７にてコンプレッサ用プーリ２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３、オルタネータ用プーリ４、ラジエータの冷却ファン用プーリ５というような複数の補機を駆動したが、本発明では、図２３に示すようにベルト伝達装置においても適用できる。
【００７９】
つまり、図２３に示すベルト伝達装置は、クランク軸プーリ６と、コンプレッサ用プーリ２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３とからなり、オートテンショナー、アイドラプーリ等は設けられていない。そして、このようなベルト伝達装置において、クランク軸プーリ６の回転数と、油圧ポンプ用プーリ３の回転数を検出すれば、上記第１、第２実施形態と同様に２つの補機の総和トルクを算出することができる。また、クランク軸プーリ６の回転数と、コンプレッサア用プーリ２の回転数を検出すれば、空調装置のコンプレッサ（図示しない）単独の補機トルクを算出することができる。
【００８０】
また、図２３において、コンプレッサ用プーリ２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３とは、配置位置を入れ換えても良いし、どのような補機であっても良い。
また、上記第１〜第３実施形態では、アイドラプーリ１０その円環状内面１１に内歯車状に多数の歯１２を切削形成したが、図２４、２５に示すように一つでも良い。この場合、歯１２を加工が容易となる。また、図２６、２７に示すようにアイドラプーリ１０の円板状の円板部に鋳造等により、アイドラプーリ１０の周方向に沿ってスリット１１６を形成して、歯１２の役割を果しても良い。
【００８１】
また、図２８に示すようにアイドラプーリ１０の周壁部に、スリット１１６を形成し、歯１２の役割を果しても良い。なお、この場合、電磁ピックアップ１８は、このスリットに対向するようにして配置する。
また、上記第１実施形態において、アイドラプーリ１０とクランク軸プーリ６との回転数を検出して、補機の総和トルクを算出したが、図６においてクランク軸プーリ６と発電用プーリ４との回転数を検出し、この２つの回転数に基づいて、図７に示すような回転数比─補機トルク線図を設定することでも、補機の総和トルクを算出するようにしても良い。なお、この場合、発電用プーリ４の回転数を検出手段としては、図４、５に示すような電磁ピックアップ１８と歯１２を用いたり、上述した発光素子２２と受光素子２３にて検出すれば良い。
【００８２】
また、上記第１〜第４実施形態では、回転数比に基づいて総和トルクを算出したが、回転数の差に基づいて総和トルクを算出しても、勿論良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理を表す図である。
【図２】 本発明の原理を表す図である。
【図３】 本発明の概要を表す図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるアイドラプーリ１０の断面図である。
【図５】上記第１実施形態におけるアイドラプーリ１０の下面図である。
【図６】上記第１実施形態におけるベルト伝達装置の全体構成図である。
【図７】上記第１実施形態における回転数比と補機トルクとの関係図である。
【図８】上記第１実施形態における回転数比と補機トルクとの関係図である。
【図９】上記第１実施形態におけるスリップ率と補機トルクとの関係図である。
【図１０】上記第１実施形態における補機トルクの算出の手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態における補機トルクの算出の手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態における処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５実施形態における、オートテンショナーの破断透視図である。
【図１４】本発明の第５実施形態における、オートテンショナーの縦断面図である。
【図１５】上記第５実施形態における、ベルト張力とオートテンショナプーリの軸荷重の関係を示す説明図である。
【図１６】上記第５実施形態における、ベルト張力変化と補機の負荷トルクの関係を示す図である。
【図１７】本発明の第６実施形態における、オートテンショナーの正面図である。
【図１８】上記第６実施形態における、オートテンショナーの縦断面図で、図２０のX −X 線に沿った断面図である。
【図１９】上記第６実施形態における、位置検出センサの破断斜視図である。
【図２０】上記第６実施形態における、アームの回転角度変化と補機の負荷トルクの関係を示す図である。
【図２１】本発明の他の例を示す図である。
【図２２】本発明の他の例を示す図である。
【図２３】本発明の他の例を示す図である。
【図２４】本発明の他の例を示す図である。
【図２５】本発明の他の例を示す図である。
【図２６】本発明の他の例を示す図である。
【図２７】本発明の他の例を示す図である。
【図２８】本発明の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…コンプレッサ用プーリ、３…油圧ポンプ用プーリ
４…発電用プーリ、５…冷却ファン用プーリ、６…クランク軸プーリ
７…ベルト、１０…アイドラプーリ、１２…歯、１８…電磁ピックアップ
５０…回転数センサ

Claims (4)

1. エンジン（１）に設けられ、このエンジン（１）により回転駆動する駆動軸プーリ（６）と、アイドラプーリ（１０）と、前記駆動軸プーリ（６）および前記アイドラプーリ（１０）に巻架された一つのベルト（７）により複数の補機を駆動する複数の補機プーリ（２〜５）とを有するベルト伝達装置の補機トルク検出装置であって、
   前記アイドラプーリ（１０）は、前記駆動軸プーリ（６）よりも前記ベルト（７）の進行方向の前方で前記複数の補機プーリ（２〜５）よりも前記ベルト（７）の進行方向の後方に配置されており、
   前記駆動軸プーリ（６）の回転数を検出する第１の回転数検出手段（５０）と、
   前記アイドラプーリ（１０）の回転数を検出する第２の回転数検出手段（１２、１８）と、
   前記第１、第２の回転数検出手段（１２、１８、５０）によって検出された回転数（Ｗ１、Ｗ２）の差もしくは比に基づいて、前記複数の補機（２〜５）の総和トルクを検出する総和トルク検出装置（４００）と、を備えたことを特徴とするベルト伝達装置の補機トルク検出装置。
2. エンジン（１）に設けられ、このエンジン（１）により回転駆動する駆動軸プーリ（６）およびこの駆動軸プーリ（６）に巻架された一つのベルト（７）により複数の補機を駆動する複数の補機プーリ（２〜５）とを有するベルト伝達装置の補機トルク検出装置であって、
   前記駆動軸プーリ（６）の回転数を検出する第１の回転数検出手段（５０）と、
   前記複数の補機プーリのうち前記ベルト（７）の進行方向の最も後方に配置された一つの補機プーリーの回転数を検出する第２の回転数検出手段（１２、１８）と、
   前記第１、第２の回転数検出手段によって検出された回転数（Ｗ１、Ｗ２）の差もしくは比に基づいて、前記複数の補機（２〜５）の総和トルクを検出する総和トルク検出装置（４００）と、を備えたことを特徴とするベルト伝達装置の補機トルク検出装置。
3. 前記アイドラプーリ（１０）は、前記ベルト（７）の張力を一定に保つオートテンショナーに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のベルト伝達装置の補機トルク検出装置。
4. 前記総和トルク検出装置は、前記回転数の比、もしくは回転数の差と前記総和トルクとの関係を表すマップを有し、
   前記複数の補機のうち、補機トルクの大きさが実質的に一定で、その値が判明している一つの補機を断続運転し、断続運転前後の前記総和トルクを予め設定しておき、運転前の前記回転数比と運転後の回転数比に基づいて、前記マップを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のベルト伝達装置の補機トルク検出装置。

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