JP2012001048A - 車両のエンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の走行中にスタータモータを必要とせずにエンジンを確実に始動できるようにする。
【解決手段】 デフケース３２に設けたドライブスタータギヤ３３と、エンジンＥのクランクシャフト３０に設けたドリブンスタータギヤ３７とを噛合させたので、スタータモータを必要とせずに駆動輪Ｗから伝達される駆動力でクランクシャフト３０をクランキングしてエンジンＥを始動することが可能となるだけでなく、前記駆動力が変速機Ｔを介してクランクシャフト３０に伝達されないので、変速機Ｔの引きずりを防止することができる。またドライブスタータギヤ３３およびドリブンスタータギヤ３７のギヤ比を、車速がエンジンＥを始動する所定車速に達したときに、クランクシャフト３０の回転数がエンジンＥを始動可能な回転数となるように設定したので、最適の速度でクランクシャフト３０をクランキングしてエンジンＥを確実に始動することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフトを変速機およびディファレンシャルギヤを介して駆動輪に接続した車両のエンジン始動装置に関する。

エンジンと、モータと、ジェネレータと、遊星歯車機構とを備えて車輪を駆動するハイブリッド駆動装置において、遊星歯車機構のキャリヤにエンジンを接続し、遊星歯車機構のリングギヤにモータおよび足軸を接続し、遊星歯車機構のサンギヤにジェネレータを接続し、ジェネレータをスタータモータとして駆動することで、遊星歯車機構を介してクランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動するものが、下記特許文献１により公知である。

特開平９−２２６３９２号公報

しかしながら上記従来のものは、エンジンを始動する際にジェネレータをスタータモータとして駆動する必要があるので電力を消費してしまう問題がある。また遊星歯車機構によりエンジン、モータ、ジェネレータおよび足軸が接続されているので、モータの駆動力での走行中にエンジンを始動すべくジェネレータをスタータモータとして駆動すると、ジェネレータの駆動力の分だけモータの駆動力が相殺されてしまい、車両の走行性能に影響が及ぶ問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の走行中にスタータモータを必要とせずにエンジンを確実に始動できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンのクランクシャフトを変速機およびディファレンシャルギヤを介して駆動輪に接続した車両のエンジン始動装置において、前記ディファレンシャルギヤのデフケースに設けたドライブスタータギヤと、前記クランクシャフトに設けられて前記ドライブスタータギヤに噛合するドリブンスタータギヤとを備え、前記ドライブスタータギヤおよび前記ドリブンスタータギヤのギヤ比は、車速がエンジンを始動する所定車速に達したときに、前記クランクシャフトの回転数が前記エンジンを始動可能な回転数となるように設定されることを特徴とする車両のエンジン始動装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ドリブンスタータギヤは前記クランクシャフトの隣接する二つのクランクウエブの間に配置されることを特徴とする車両のエンジン始動装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ドリブンスタータギヤと前記クランクシャフトとの間にクラッチを備えることを特徴とする車両のエンジン始動装置が提案される。

尚、実施の形態のスタータクラッチ３６は本発明のクラッチに対応し、実施の形態の無段変速機Ｔは本発明の変速機に対応する。

請求項１の構成によれば、ディファレンシャルギヤのデフケースに設けたドライブスタータギヤと、エンジンのクランクシャフトに設けたドリブンスタータギヤとを噛合させたので、スタータモータを必要とせずに駆動輪から伝達される駆動力でクランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動することが可能となるだけでなく、前記駆動力が変速機を介してクランクシャフトに伝達されないので、変速機の引きずりを防止することができる。またドライブスタータギヤおよびドリブンスタータギヤのギヤ比を、車速がエンジンを始動する所定車速に達したときに、クランクシャフトの回転数がエンジンを始動可能な回転数となるように設定したので、最適の速度でクランクシャフトをクランキングしてエンジンを確実に始動することができる。しかもドリブンスタータギヤがクランクシャフトのフライホイールとして機能するので、既存のフライホイールを小型化したり廃止したりすることができる
また請求項２の構成によれば、ドリブンスタータギヤをクランクシャフトの隣接する二つのクランクウエブの間に配置したので、隣接する二つのクランクウエブの間の空間を有効に利用してエンジンのクランクシャフト軸線方向寸法の大型化を最小限に抑えることができる。

また請求項３の構成によれば、ドリブンスタータギヤとクランクシャフトとの間にクラッチを設けたので、駆動輪から伝達される駆動力でクランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動する際に、前記駆動力で変速機が引きずられるのを一層確実に防止することができる。

車両用の走行用動力装置のスケルトン図。 図１の２部詳細図。 図２の３−３線断面図（ＴＯＰ状態）。 図２の３−３線断面図（ＬＯＷ状態）。 ＴＯＰ状態での作用説明図。 ＬＯＷ状態での作用説明図。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、フロントエンジン・フロントドライブのハイブリッド車両の左右の駆動輪Ｗ，Ｗを駆動する走行用動力装置は、エンジンＥと、モータ・ジェネレータＭＧと、無段変速機Ｔと、ディファレンシャルギヤＤとを備える。

エンジンＥのクランクシャフト３０は無段変速機Ｔの入力軸１１に直列に接続され、無段変速機Ｔの出力軸１２は発進クラッチ３１を介してディファレンシャルギヤＤのデフケース３２の外周に設けたドライブスタータギヤ３３に接続される。モータ・ジェネレータＭＧの回転軸３４に設けたスタータギヤ３５が前記ドライブスタータギヤ３３に噛合するとともに、クランクシャフト３０に相対回転自在に支持されてスタータクラッチ３６で該クランクシャフト３０に結合可能なドリブンスタータギヤ３７が前記ドライブスタータギヤ３３に噛合する。スタータクラッチ３６およびドリブンスタータギヤ３７はクランクシャフト３０の隣接する二つのクランクウエブ３８，３８の間に配置される。ディファレンシャルギヤＤから延びる左右のドライブシャフト３９，４０のうち、一方のドライブシャフト３９は無段変速機Ｔの中空の出力軸１２の内部を相対回転自在に貫通する。スタータクラッチ３６はエンジンＥを始動するときだけに係合し、その他のときには係合解除される。

次に、図２〜６に基づいて無段変速機Ｔの構造を説明する。

図２および図３に示すように、本実施の形態の無段変速機Ｔは同一構造を有する複数個（実施の形態では４個）の変速ユニット１０…を軸方向に重ね合わせたもので、それらの変速ユニット１０…は平行に配置された共通の入力軸１１および共通の出力軸１２を備えており、入力軸１１の回転が減速または増速されて出力軸１２に伝達される。

以下、代表として一つの変速ユニット１０の構造を説明する。エンジンＥのクランクシャフト３０に接続されて回転する入力軸１１は、電動モータのような変速アクチュエータ１４の中空の回転軸１４ａの内部を相対回転自在に貫通する。変速アクチュエータ１４のロータ１４ｂは回転軸１４ａに固定されており、ステータ１４ｃはケーシングに固定される。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａは、入力軸１１と同速度で回転可能であり、かつ入力軸１１に対して異なる速度で相対回転可能である。

変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを貫通した入力軸１１には第１ピニオン１５が固定されており、この第１ピニオン１５を跨ぐように変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａにクランク状のキャリヤ１６が接続される。第１ピニオン１５と同径の２個の第２ピニオン１７，１７が、第１ピニオン１５と協働して正三角形を構成する位置にそれぞれピニオンピン１６ａ，１６ａを介して支持されており、これら第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７に、円板形の偏心ディスク１８の内部に偏心して形成されたリングギヤ１８ａが噛合する。偏心ディスク１８の外周面に、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａの一端に設けたリング部１９ｂがボールベアリング２０を介して相対回転自在に嵌合する。

出力軸１２の外周に設けられたワンウェイクラッチ２１は、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａにピン１９ｃを介して枢支されたリング状のアウター部材２２と、アウター部材２２の内部に配置されて出力軸１２に固定されたインナー部材２３と、アウター部材２２の内周の円弧面とインナー部材２３の外周の平面との間に形成された楔状の空間に配置されてスプリング２４…で付勢されたローラ２５…とを備える。

図２から明らかなように、４個の変速ユニット１０…はクランク状のキャリヤ１６を共有しているが、キャリヤ１６に第２ピニオン１７，１７を介して支持される偏心ディスク１８の位相は各々の変速ユニット１０で９０°ずつ異なっている。例えば、図２において、左端の変速ユニット１０の偏心ディスク１８は入力軸１１に対して図中上方に変位し、左から３番目の変速ユニット１０の偏心ディスク１８は入力軸１１に対して図中下方に変位し、左から２番目および４番目の変速ユニット１０，１０の偏心ディスク１８，１８は上下方向中間に位置している。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、無段変速機Ｔの一つの変速ユニット１０の作用を説明する。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを入力軸１１に対して相対回転させると、入力軸１１の軸線Ｌ１まわりにキャリヤ１６が回転する。このとき、キャリヤ１６の中心Ｏ、つまり第１ピニオン１５および２個の第２ピニオン１７，１７が成す正三角形の中心は入力軸１１の軸線Ｌ１まわりに回転する。

図３および図５は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と反対側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量が最大になって変速機ＴのレシオはＴＯＰ状態になる。図４および図６は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と同じ側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量が最小になって変速機ＴのレシオはＬＯＷ状態になる。

図５に示すＴＯＰ状態で、エンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ａ）から図５（Ｂ）を経て図５（Ｃ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を反時計方向（矢印Ｂ参照）に回転させる。図５（Ａ）および図５（Ｃ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ２１のアウター部材２２およびインナー部材２３間の楔状の空間にローラ２５…が噛み込み、アウター部材２２の回転がインナー部材２３を介して出力軸１２に伝達されるため、出力軸１２は反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転する。

入力軸１１および第１ピニオン１５が更に回転すると、第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７にリングギヤ１８ａを噛合させた偏心ディスク１８が反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ｃ）から図５（Ｄ）を経て図５（Ａ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を時計方向（矢印Ｂ′参照）に回転させる。図５（Ｃ）および図５（Ａ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ′方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ′方向に回転すると、アウター部材２２とインナー部材２３との間の楔状の空間からローラ２５…がスプリング２４…を圧縮しながら押し出されることで、アウター部材２２がインナー部材２３に対してスリップして出力軸１２は回転しない。

以上のように、アウター部材２２が往復回転したとき、アウター部材２２の回転方向が反時計方向（矢印Ｂ参照）のときだけ出力軸１２が反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転するため、出力軸１２は間欠回転することになる。

図６は、ＬＯＷ状態で変速機Ｔを運転するときの作用を示すものである。このとき、入力軸１１の位置は偏心ディスク１８の中心に一致しているので、入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量はゼロになる。この状態でエンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。しかしながら、偏心ディスク１８の偏心量がゼロであるため、コネクティングロッド１９の往復運動のストロークもゼロになり、出力軸１２は回転しない。

従って、変速アクチュエータ１４を駆動してキャリヤ１６の位置を図３のＴＯＰ状態と図４のＬＯＷ状態との間に設定すれば、ゼロレシオおよび所定レシオ間の任意のレシオでの運転が可能になる。

無段変速機Ｔは、並置された４個の変速ユニット１０…の偏心ディスク１８…の位相が相互に９０°ずつずれているため、４個の変速ユニット１０…が交互に駆動力を伝達することで、つまり４個のワンウェイクラッチ２１…の何れかが必ず係合状態にあることで、出力軸１２を連続回転させることができる。

車両を前進走行させるには、スタータクラッチ３６を係合解除した状態でエンジンＥのクランクシャフト３０の回転を無段変速機Ｔの入力軸１１に伝達し、任意の変速比で変速された出力軸１２の回転を、係合した発進クラッチ３１、ドライブスタータギヤ３３、ディファレンシャルギヤＤおよびドライブシャフト３９，４０を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達すれば良い。このときモータ・ジェネレータＭＧをモータとして駆動して回転軸３４の回転をスタータギヤ３５を介してドライブスタータギヤ３３に伝達すれば、モータ・ジェネレータＭＧの駆動力でエンジンＥの駆動力をアシストすることができる。

また発進クラッチ３１を係合解除した状態でモータ・ジェネレータＭＧをモータとして駆動すれば、モータ・ジェネレータＭＧの駆動力だけで車両を前進走行あるいは後進走行させることができ、車両の減速時にモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして駆動すれば、回生制動により車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

車両が停止した状態でエンジンＥを始動するには、発進クラッチ３１を係合解除し、かつスタータクラッチ３６を係合してドリブンスタータギヤ３７をクランクシャフト３０に結合した状態で、モータ・ジェネレータＭＧをスタータモータとして駆動すれば良い。これにより、モータ・ジェネレータＭＧの回転軸３４の回転がスタータギヤ３５、ドライブスタータギヤ３３、ドリブンスタータギヤ３７およびスタータクラッチ３６を介してクランクシャフト３０に伝達され、クランクシャフト３０をクランキングしてエンジンＥを始動することができる。

また一般にハイブリッド車両は低速トルクが大きいモータ・ジェネレータＭＧの駆動力で発進を行い、車速が所定値（例えば、２０ｋｍ／ｈ）に達したときにエンジンＥを始動してエンジンＥの駆動力による走行に移行するようになっている。この発進後のエンジンＥの始動は、モータ・ジェネレータＭＧをスタータモータとして駆動することなく行われる。即ち、車両の発進後に車速が所定値に達したときにスタータクラッチ３６を係合すると、駆動輪Ｗ，Ｗの駆動力がドライブシャフト３９，４０、ディファレンシャルギヤＤ、デフケース３２、ドライブスタータギヤ３３、ドリブンスタータギヤ３７およびスタータクラッチ３６を介してクランクシャフト３０に伝達され、クランクシャフト３０をクランキングしてエンジンＥを始動することができる。

ドライブスタータギヤ３３およびドリブンスタータギヤ３７の歯数比は、車両の発進後にエンジンＥの再始を行う標準的な車速（例えば、２０ｋｍ／ｈ）において、クランクシャフト３０のクランキング速度がエンジンＥを始動可能な速度となるように設定されているので、エンジンＥの再始動をスムーズに行うことができる。また本実施の形態の無段変速機Ｔは駆動輪Ｗ，Ｗの回転をエンジンＥ側に逆伝達できない構造であるが、駆動輪Ｗ，Ｗの回転をドライブスタータギヤ３３およびドリブンスタータギヤ３７を用いてクランクシャフト３０に逆伝達することで、モータ・ジェネレータＭＧをスタータモータとして駆動することなくエンジンＥを始動することが可能となり、電力の節減にも寄与することができる。

仮に、ベルト式無段変速機や有段変速機のように駆動力の逆伝達が可能な変速機を備える車両であれば、駆動輪Ｗ，Ｗの駆動力を変速機を介してクランクシャフト３０に逆伝達してエンジンＥを始動することができるが、この場合には変速機のプーリ、ベルト、ギヤ、クラッチ等を有する長い動力伝達経路を介して駆動力を逆伝達することが避けられないため、その動力伝達経路のフリクションによって車両の運動エネルギーを無駄に消費してしまう問題がある。

このようにしてエンジンＥが始動すると、スタータクラッチ３６を係合解除して発進クラッチ３１を係合することで、エンジンＥの駆動力を無段変速機Ｔを介して駆動力Ｗ，Ｗに伝達して車両を走行させることができる。

またドリブンスタータギヤ３７がスタータクラッチ３６を介してクランクシャフト３０に係脱可能であるため、スタータクラッチ３６を係合解除することで、モータ・ジェネレータＭＧの駆動力による走行時にエンジンＥや無段変速機Ｔが引きずられるのを防止することができる。しかもスタータクラッチ３６およびドリブンスタータギヤ３７はクランクシャフト３０の隣接する二つのクランクウエブ３８，３８の間に配置されるので、エンジンＥのクランクシャフト軸線方向寸法の増加を最小限に抑えることができる。更に、クランクシャフト３０に設けられたドリブンスタータギヤ３７およびスタータクラッチ３６はフライホイールとしての機能を発揮するので、クランクシャフト３０に設けられた既存のフライホイールを廃止あるいは小型化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の無段変速機Ｔは実施の形態のものに限定されず、ベルト式無段変速機のような他種の無段変速機であっても良く、一般的な有段変速機であっても良い。

３０ クランクシャフト
３２ デフケース
３３ ドライブスタータギヤ
３６ スタータクラッチ（クラッチ）
３７ ドリブンスタータギヤ
３８ クランクウエブ
Ｄ ディファレンシャルギヤ
Ｅ エンジン
Ｔ 無段変速機（変速機）
Ｗ 駆動輪

Claims (3)

1. エンジン（Ｅ）のクランクシャフト（３０）を変速機（Ｔ）およびディファレンシャルギヤ（Ｄ）を介して駆動輪（Ｗ）に接続した車両のエンジン始動装置において、
   前記ディファレンシャルギヤ（Ｄ）のデフケース（３２）に設けたドライブスタータギヤ（３３）と、前記クランクシャフト（３０）に設けられて前記ドライブスタータギヤ（３３）に噛合するドリブンスタータギヤ（３７）とを備え、前記ドライブスタータギヤ（３３）および前記ドリブンスタータギヤ（３７）のギヤ比は、車速がエンジン（Ｅ）を始動する所定車速に達したときに、前記クランクシャフト（３０）の回転数が前記エンジン（Ｅ）を始動可能な回転数となるように設定されることを特徴とする車両のエンジン始動装置。
2. 前記ドリブンスタータギヤ（３７）は前記クランクシャフト（３０）の隣接する二つのクランクウエブ（３８）の間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の車両のエンジン始動装置。
3. 前記ドリブンスタータギヤ（３７）と前記クランクシャフト（３０）との間にクラッチ（３６）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両のエンジン始動装置。

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