JP2004332894A - エンジンの補機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機を含む複数の補機を共通のベルト・プーリ機構を介してエンジン駆動するようにした補機駆動装置において、ベルト・プーリ機構のベルト張力を軽減し、ベルトの耐久性およびエンジン燃費を改善する。
【解決手段】パワーステアリング用ポンプ１３の所要駆動トルクを油圧センサ３２の検出値から算出し、駆動トルクが増大したときは発電機１１の発電量を制限することでベルトに作用する張力を軽減する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機等の補機類をベルト・プーリ機構を介してエンジン駆動する補機駆動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの補機駆動装置として、特許文献１に示したようなものが知られている。これは発電機などの複数の補機を単一のベルトを用いた共通のベルト・プーリ機構を介してエンジン駆動する構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８２６５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複数の補機を共通のベルト・プーリ機構により駆動する場合には、各補機が最大負荷の条件下でも確実に作動するようにベルトに十分な張力を与える必要があり、このためにテンショナ機構により所要の張力を確保するようにしている。補機やその負荷が増大した場合には相応にベルトの張力を大きくする必要があり、より大きな張力に対応するためにはベルトの山数ないしは幅を大きなものにして耐力を確保しなければならない。また、常時大きな張力を作用させていることから、エンジンのフリクション損失が大きくなるという問題も生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、発電機を含む複数の補機を共通のベルト・プーリ機構を介してエンジン駆動する補機駆動装置を構成し、前記ベルト・プーリ機構のベルト負荷に応じて、高負荷がベルトに加わらないように前記発電機の発電量を制御する。
【０００６】
【作用・効果】
補機の駆動負荷が増大してベルトに大きな張力が作用する条件下では発電機の負荷を軽減することでベルト張力の増大分を相殺する。これによりベルト張力の最大値を制限できるので、補機やその負荷の増大に応じてベルト・プーリ機構を大型化する必要がなくなり、またはベルトの耐久性を向上できる。また、フリクションロスを低減してエンジンの燃費を改善することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用したエンジンシステムを示しており、１０はエンジン、１１は第１の補機である発電機、１２は第２の補機である油圧パワーステアリング用ポンプである。１３は前記発電機１１とポンプ１２を駆動する各補機に共通のベルト・プーリ機構を示している。
【０００８】
前記ベルト・プーリ機構１３は、エンジンクランクシャフト１４の前端部に固着されたクランクプーリ１４ａ、発電機軸１５に固着されたプーリ１５ａ、ポンプ軸１６に固着されたプーリ１６ａ、エンジン本体１０に回転可能に支持されたアイドラプーリ１７、前記各プーリ１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７に巻き掛けられたベルト１８からなっている。前記アイドラプーリ１７はテンショナの機能を持っており、その位置を調整することでベルト１８に所望の張力を設定することができる。
【０００９】
図２は前記エンジンシステムを搭載したハイブリッド車の構成例を示している。このハイブリッド車においては、エンジン１０は発電機１１を駆動して発電するための発電機駆動源として用いられ、発電機１１により発電された電力はバッテリ１９を経由して電動機２０に供給され、この電動機２０が変速機２１を介して車輪２２を駆動する。車両の駆動を前記電動機２０のみで行う場合はシリーズ方式、エンジン１０をも駆動力として利用できるようにした場合はパラレル方式となる。図は概略を示したものであり、発電機１１または電動機２０とバッテリ１９との間の電力の授受は図示しない電力制御系を介して車両の走行状態等に応じて制御される。このようなハイブリッド車には、発電機１１としてエンジン始動用の電動機としても機能するモータジェネレータを適用したものもある。
【００１０】
前記発電機１１は、図３に示した制御装置３０により発電量が制御される。前記発電量は、基本的にはバッテリ充電状態など要求電力に基づいて制御されるが、本発明では補機の負荷状態によっても制御を行う。このために、パワーステアリング用ポンプ１２の負荷代表値としてパワーステアリング装置３１の作動油圧を検出する油圧センサ３２を備え、その検出結果に基づいて、油圧が増大するほど発電量が減少するように制御を行う。制御装置３０は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、本発明との関係では、ベルト負荷演算手段と発電量制御手段の機能を併せ持っている。
【００１１】
図４は、前記制御装置３０による発電量制御の処理ルーチンを表した流れ図である。この処理ルーチンは所定周期で繰り返し実行される。以下の説明および流れ図中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号を表している。
【００１２】
この制御ではまずＳ１にて発電要求の有無を検出する。発電要求の有無は、前述したように基本的にはバッテリ１９の充電状態による。発電要求がない場合には発電機１１の駆動負荷は僅かであり、ベルト１８に作用する張力も減少するので、何もせずに今回の処理を終了する。
【００１３】
Ｓ１にて発電要求ありと判定された場合には、次いでＳ２にて油圧センサ３２により油圧を検出し、Ｓ３にてその検出結果からパワーステアリング用ポンプ１２の駆動トルクを算出する。パワーステアリング装置の負荷（油圧）とポンプ１２の駆動トルクとの間には相関関係があるので、予め油圧値と駆動トルクとの関係を実験的に調べた結果をテーブル化したものを検索して駆動トルクを求めるようにすれば演算負荷を軽減することができる。
【００１４】
次にＳ４にて前記駆動トルクの大きさに応じて発電機１１の許容発電量を算出する。前記許容発電量は、最大発電時の発電機駆動トルクから前記ポンプ駆動トルクを減じたものに相当する。発電量と発電機駆動トルクの関係も事前にテーブル化しておくことができる。次いで、Ｓ５にて前記許容発電量の範囲内で発電を行うように発電機１１を制御する。
【００１５】
前記制御を実行することにより、パワーステアリング用ポンプ１２の負荷が高くなったときには、そのときのポンプ駆動トルクに相当する分だけ発電機１１の駆動トルクが減殺されるので、パワーステアリング装置３１の負荷変動にかかわらずベルト１８に作用する最大張力を常にある一定値以下に保つことができる。これによりベルト１８の耐久性を高め、またはベルトフリクションの低減によるエンジン燃費の改善を行うことができる。または、ベルト・プーリ機構１３の小型化、軽量化ができ、オートテンショナ機構を適用する場合にはその小型化およびコスト低減を図ることもできる。
【００１６】
この実施形態ではパワーステアリング用ポンプ１２の負荷（駆動トルク）を油圧に基づいて求めるようにしているが、パワーステアリング装置に舵角センサが備えられている場合には、舵角に基づいてポンプ負荷を求めるようにしてもよい。
【００１７】
図５に本発明の第２の実施形態を示す。これは発電機１１の他に第２の補機としてエアコン用コンプレッサ３４を設けた例であり、構成上は図示したように前記コンプレッサ３４の負荷代表値を検出する手段として、エアコン装置３５の冷媒圧力を検出する圧力センサ３６、外気温度を検出する温度センサ３７、室内温度を検出する温度センサ３８を設けた点で第１の実施形態と異なる。
【００１８】
図６は前記構成における制御装置３０の制御内容を示している。図３と異なる部分について説明すると、Ｓ１にて発電要求ありと判定された場合には、次いでＳ２にてコンプレッサ３４の作動の有無を検出する。コンプレッサ３４の作動は運転者の操作によりオンまたはオフが切り換えられ、オフの状態では負荷がかからないので今回の処理は終了する。
【００１９】
エアコン装置３５がオンの場合には、Ｓ３にて冷媒圧力、外気温度、室内温度を検出し、次いでＳ４にて前記検出結果に基づいてコンプレッサ３４の駆動トルクを算出する。この場合、コンプレッサ３４の負荷は冷媒圧力が高いほど、または外気温度が高くかつ室内温度との差が小さいほど高くなる。そこで、この特性を予め実験により設定したテーブルを検索する処理等によりコンプレッサ３４の駆動トルクを求めるようにする。
【００２０】
以降のＳ５およびＳ６では、図３のＳ４〜Ｓ５の処理と同様にして、前記コンプレッサ駆動トルクに応じて発電機１１の許容最大発電量を設定して発電量を制御する。
【００２１】
この実施形態ではコンプレッサ３４の負荷が温度条件等に応じて連続的に変化するものを想定しているが、エアコン装置３５のオン・オフに応じて発電量を段階的に制御するようにしてもよい。また、前記各実施形態では補機であるパワーステアリング用ポンプ１２またはエアコン用コンプレッサ３４の負荷（駆動トルク）をそれぞれ油圧または冷媒圧力等により間接的に求めるようにしているが、それぞれの駆動軸トルクを検出するトルクセンサを設けて、補機駆動トルクを直接的に求めるようにしてもよい。
【００２２】
次に、本発明を適用して発電量制御を行った場合のベルト負荷の改善効果について実施例により説明する。
・実施例１
図７において、▲１▼は発電機プーリ、▲２▼はクランクプーリ、▲３▼はパワーステアリング用ポンプのプーリ、▲４▼はエアコン用コンプレッサのプーリ、▲５▼はオートテンショナ装置のプーリ、▲６▼はアイドラプーリ、▲７▼はベルトである。
【００２３】
図のベルト・プーリ機構において、ポンププーリ▲３▼の負荷（駆動トルク。以下同様。）が最大３０Ｎｍ、コンプレッサプーリ▲４▼の負荷が最大３０Ｎｍ、発電時の発電機プーリ▲１▼の最大負荷が１０Ｎｍとすると、前記各補機の負荷がすべて最大となったときにもベルト▲７▼に滑りが生じないようにするためには、テンショナプーリ▲５▼にて約４３５Ｎの荷重を加えなければならない。これに対して、図４および図６の発電機制御を適用して発電機の出力を制御し、最大負荷１０Ｎｍの制御はエアコン用コンプレッサが無負荷でパワーステアリング用ポンプが最低油圧（ステアリングが操作されていない状態）のときのみに行うようにしたときは、テンショナプーリ▲５▼の設定荷重を約３１５Ｎｍ程度にまで低減することができる。ベルト▲７▼の仕様としては、前記発電機制御を適用しなかったときが１１山とすると、適用時には９山のものを使用することが可能になる。
・実施例２
図８は、図７のテンショナプーリ▲５▼と向かって左上部に位置するアイドラプーリ▲６▼の位置を入れ替えた構成である。この構成において、ポンププーリ▲３▼の負荷が最大３０Ｎｍ、コンプレッサプーリ▲４▼の負荷が最大３０Ｎｍ、発電時の発電機プーリ▲１▼の最大負荷が１０Ｎｍ、始動時のクランクプーリ▲２▼の必要トルクが１５０Ｎｍとすると、始動時に前記各補機の負荷がすべて最大であってもベルト▲７▼が滑らないようにするためには、テンショナプーリ▲５▼によりベルト▲７▼に約１０２０Ｎの荷重を加える必要がある。これに対して、図４および図６の発電機制御を適用して発電機の出力を制御し、最大負荷１０Ｎｍの制御はエアコン用コンプレッサが無負荷でパワーステアリング用ポンプが最低油圧のときのみに行うようにしたときは、テンショナプーリ▲５▼の設定荷重を約７３０Ｎｍ程度にまで低減することができる。ベルト▲７▼の仕様としては、前記発電機制御を適用しなかったときが１２山とすると、適用時には９山のものを使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のエンジンシステム図。
【図２】図１のエンジンシステムを搭載したハイブリッド車の概略構成図。
【図３】第１の実施形態に係る制御系統の構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態の制御内容を表す流れ図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る制御系統の構成を示すブロック図。
【図６】第２の実施形態の制御内容を表す流れ図。
【図７】本発明の第１実施例のベルト・プーリ機構の構成図。
【図８】本発明の第２実施例のベルト・プーリ機構の構成図。
【符号の説明】
１０ エンジン（本体）
１１ 発電機
１２ パワーステアリング用ポンプ
１３ ベルト・プーリ機構
１４ａ クランクプーリ
１５ａ 発電機プーリ
１６ａ ポンププーリ
１７ アイドラプーリ
１８ ベルト
３０ 制御装置
３１ パワーステアリング装置
３２ 油圧センサ
３４ エアコン用コンプレッサ
３５ エアコン装置
３６ 圧力センサ
３７ 外気温度センサ
３８ 室内温度センサ

Claims (8)

1. 発電機を含む複数の補機を共通のベルト・プーリ機構を介してエンジン駆動する補機駆動装置において、
   前記ベルト・プーリ機構のベルト負荷を推定するベルト負荷演算手段と、
   前記ベルト負荷に応じて、高負荷がベルトに加わらないように前記発電機の発電量を制御する発電制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの補機駆動装置。
2. 前記補機としてエアコン用コンプレッサを備える請求項１に記載のエンジンの補機駆動装置。
3. 前記ベルト負荷演算手段は、エアコン用コンプレッサの駆動負荷に基づいてベルト負荷を推定する請求項２に記載のエンジンの補機駆動装置。
4. 前記ベルト負荷演算手段は、エアコン用コンプレッサの駆動負荷を、冷媒圧力、室内温度、外気温度から推定する請求項３に記載のエンジンの補機駆動装置。
5. 前記補機としてパワーステアリング用ポンプを備える請求項１に記載のエンジンの補機駆動装置。
6. 前記ベルト負荷演算手段は、パワーステアリング用ポンプの駆動負荷からベルト負荷を推定する請求項５に記載のエンジンの補機駆動装置。
7. 前記ベルト負荷演算手段は、パワーステアリング用ポンプの駆動負荷を、パワーステアリング装置の油圧に基づいて推定する請求項６に記載のエンジンの補機駆動装置。
8. 前記ベルト・プーリ機構は、ベルト張力を設定範囲内に維持するテンショナ装置を備える請求項１に記載のエンジンの補機駆動装置。

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