JP2014001753A - On-vehicle power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遊星歯車機構を備える車載動力伝達装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle power transmission device including a planetary gear mechanism.
従来、例えば下記特許文献1に見られるように、駆動輪と内燃機関とを連結する回転軸、回転エネルギを蓄えるフライホイール、及び車載発電機の間の動力伝達を可能とする遊星歯車機構を備える車載動力伝達装置が知られている。詳しくは、この動力伝達装置に備えられる遊星歯車機構は、フライホイール、回転軸及び車載発電機のそれぞれに連結されるサンギア、キャリア及びリングギアを有している。上記動力伝達装置を用いれば、駆動輪から遊星歯車機構を介してフライホイールに至る動力伝達経路によって、車両の運動エネルギをフライホイールに蓄える回生制御処理を行うことが可能となる。
Conventionally, as seen in, for example,
ところで、上記遊星歯車機構を介してフライホイールに蓄えられる運動エネルギは、回生制御処理が行われる場合におけるサンギア、キャリア及びリングギアの回転速度に大きく影響を及ぼされる。詳しくは、フライホイールと連結されるサンギアの回転速度が低い場合、フライホイールに車両の運動エネルギを十分に蓄えることができなくなる懸念がある。 By the way, the kinetic energy stored in the flywheel via the planetary gear mechanism greatly affects the rotational speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear when the regeneration control process is performed. Specifically, when the rotational speed of the sun gear connected to the flywheel is low, there is a concern that the kinetic energy of the vehicle cannot be sufficiently stored in the flywheel.
こうした問題を解消し、車両の運動エネルギの有効利用を図る上では、車両の運動エネルギのうちフライホイールに蓄えられるエネルギを増大可能なエネルギ回収手法が要求される。 In order to solve these problems and to effectively use the kinetic energy of the vehicle, an energy recovery method capable of increasing the energy stored in the flywheel out of the kinetic energy of the vehicle is required.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の運動エネルギのうちフライホイールに蓄えられるエネルギを好適に増大させることのできる新たな車載動力伝達装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a new in-vehicle power transmission device capable of suitably increasing the energy stored in the flywheel out of the kinetic energy of the vehicle. There is.
上記課題を解決すべく、請求項1記載の発明は、走行動力源となる主機(10)を備える車両に適用され、入力軸(42a)を介して入力されるエネルギを回転エネルギとして蓄積可能なエネルギ蓄積手段(42)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(44)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(40)と、前記入力軸に連結され、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられた回転エネルギが供給されて発電する回転機(48)と、前記主機の動力生成指示がなされない状況下において、前記遊星歯車機構及び前記入力軸を介して前記車両の運動エネルギを前記エネルギ蓄積手段に蓄える回生制御処理を行う回生処理手段と、を備え、前記回転機は、前記入力軸の回転速度が規定速度以下である場合に自身から外部へと出力可能な電流が生成されない特性を有するように構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
上記発明では、回生制御処理によってエネルギ蓄積手段に蓄えられた回転エネルギを回転機に供給して発電させることで、車両の運動エネルギの有効利用を図っている。ここで、本発明者らは、エネルギ蓄積手段の入力軸の回転速度が高いほど、車両の運動エネルギのうち回生制御処理によってエネルギ蓄積手段に蓄えられるエネルギを増大させることができるとの知見を得た。 In the above-described invention, the kinetic energy of the vehicle is effectively used by supplying the rotating energy stored in the energy storage means by the regeneration control process to the rotating machine to generate electric power. Here, the inventors have obtained the knowledge that the higher the rotational speed of the input shaft of the energy storage means, the greater the energy stored in the energy storage means by the regenerative control process in the kinetic energy of the vehicle. It was.
つまり、遊星歯車機構を介して動力伝達が行われる状況下における第1〜第3の回転体の印加トルクの間には比例関係がある。この関係によれば、回生制御処理が行われる状況下において、駆動輪に連結された第2の回転体の印加トルクが車両の走行状態に応じて定まることで、第1,第3の回転体の印加トルクが定まることとなる。また、駆動輪から遊星歯車機構及び入力軸を介してエネルギ蓄積手段に供給される車両の運動エネルギは、入力軸の回転速度と、入力軸の印加トルクとの積に比例する。この比例関係と、車両の走行状態に応じて第1〜3の回転体の印加トルクが定まることとによれば、回生制御処理が行われる状況下においてエネルギ蓄積手段の入力軸の回転速度が高くなるほど、エネルギ蓄積手段に供給される車両の運動エネルギを増大させることができる。 That is, there is a proportional relationship between the applied torques of the first to third rotating bodies in a situation where power transmission is performed via the planetary gear mechanism. According to this relationship, in the situation where the regeneration control process is performed, the applied torque of the second rotating body connected to the drive wheels is determined according to the traveling state of the vehicle, whereby the first and third rotating bodies are determined. The applied torque is determined. Further, the kinetic energy of the vehicle supplied from the driving wheel to the energy storage means via the planetary gear mechanism and the input shaft is proportional to the product of the rotational speed of the input shaft and the applied torque of the input shaft. According to this proportional relationship and the application torque of the first to third rotating bodies determined according to the running state of the vehicle, the rotational speed of the input shaft of the energy storage means is high under the situation where the regeneration control process is performed. Indeed, the kinetic energy of the vehicle supplied to the energy storage means can be increased.
そこで、上記発明では、回転機を上記特性を有するように構成した。このため、入力軸の回転速度が低い場合において、エネルギ蓄積手段に蓄えられた回転エネルギが回転機の発電に用いられて消費されることを抑制でき、入力軸の回転速度が過度に低くなることを回避できる。すなわち、回生制御処理が開始される際の入力軸の回転速度を極力高い水準に維持することができる。これにより、回生制御処理が行われる場合に、車両の運動エネルギのうちエネルギ蓄積手段に蓄えられるエネルギを増大させることができる。 Therefore, in the above invention, the rotating machine is configured to have the above characteristics. For this reason, when the rotational speed of the input shaft is low, it is possible to suppress the rotational energy stored in the energy storage means from being used for power generation of the rotating machine, and the rotational speed of the input shaft becomes excessively low. Can be avoided. That is, the rotational speed of the input shaft when the regeneration control process is started can be maintained at a high level as much as possible. Thereby, when regeneration control processing is performed, the energy stored in the energy storage means can be increased among the kinetic energy of the vehicle.
さらに、上記発明では、例えば、回転機の制御装置によって入力軸の回転速度が規定速度以下であると判断された場合に上記制御装置の指示によって回転機の電流の生成を停止させる構成と比較して、電流の生成を停止させるための構成の簡素化を図ることもできる。 Further, in the above invention, for example, when the rotation speed of the input shaft is determined to be equal to or lower than a specified speed by the control device of the rotating machine, the generation of current of the rotating machine is stopped by an instruction from the control device. Thus, the configuration for stopping the generation of current can be simplified.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる車載動力伝達装置を車載主機として内燃機関のみを備える車両に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which an in-vehicle power transmission device according to the present invention is applied to a vehicle including only an internal combustion engine as an in-vehicle main engine will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。 FIG. 1 shows a system configuration according to the present embodiment.
図示されるように、エンジン10は、車載主機としての内燃機関である。エンジン10の出力軸(クランク軸10a)は、変速装置12、シャフト14及びディファレンシャル16を介して駆動輪18に連結されている。なお、クランク軸10aには、減速歯車機構20を介して、クランク軸10aに初期回転を付与するスタータ22が連結されている。減速歯車機構20は、スタータ22の回転速度よりもクランク軸10aの回転速度を低くするための部材である。
As illustrated, the
クランク軸10aには、ベルト24を介して第1オルタネータ26が連結されている。第1オルタネータ26は、3相交流発電機であり、スタータ22等の車載補機の電源としての機能や、車載バッテリ28(例えば鉛バッテリ)を充電する機能等を有する。第1オルタネータ26は、図2に示すように、ベルト24を介して伝達されるクランク軸10aの回転力によって回転駆動されるロータ29、ロータ29に設けられたロータコイル30、ロータ29の外側に配置されたステータコイル32、整流回路34及びレギュレータ36を備えて構成されている。
A
詳しくは、ステータコイル32は、整流回路34に接続されている。整流回路34は、ステータコイル32から出力される交流電流を直流電流に変換するためのものである。整流回路34の一方の端子は、第1オルタネータ26の出力端子(B端子)に接続され、他方の端子は、レギュレータ36に接続されるとともに接地されている。なお、B端子には、バッテリ28や車載補機が接続されている。
Specifically, the
こうした構成において、第1オルタネータ26の発電電力は、上記レギュレータ36によってロータコイル30に流れる励磁電流(以下、フィールド電流If)が調節されることで調節される。具体的には、この発電電力は、フィールド電流Ifの調節によって第1オルタネータ26の負荷トルクが大きくなったり、第1オルタネータ26の回転速度が高くなったりするほど大きくなる傾向にある。
In such a configuration, the electric power generated by the
なお、本実施形態では、第1オルタネータ26として、ロータコイル30に流すフィールド電流Ifを整流回路34の出力電流Idcの一部で賄ういわゆる自励式のものを用いている。このため、第1オルタネータ26から外部(バッテリ28等)へと出力可能な電流である最終的な出力電流Ioutは、整流回路34の出力電流Idcからフィールド電流Ifを減算した値となる。
In the present embodiment, as the
先の図1の説明に戻り、上記シャフト14には、増速歯車機構38を介して遊星歯車機構40が連結されている。遊星歯車機構40は、互いに連動して回転する回転体であってかつ、駆動輪18(シャフト14)、フライホイール42の回転軸となる入力軸42a及びトルク調節装置44の間の動力を伝達可能とするキャリアC、サンギアS及びリングギアRを備えている。詳しくは、キャリアCには、増速歯車機構38を介してシャフト14が連結され、サンギアSには、ワンウェイクラッチ46、第2オルタネータ48及び増速歯車機構50を介して入力軸42aが連結され、リングギアRには、トルク調節装置44が連結されている。なお、増速歯車機構38は、シャフト14の回転速度よりもキャリアCの回転速度を高くするための部材であり、増速歯車機構50は、サンギアSの回転速度よりもフライホイール42の回転速度(入力軸42aの回転速度)を高くするための部材である。
Returning to the description of FIG. 1, the
トルク調節装置44は、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段である。本実施形態では、トルク調節装置44として、対となる摩擦板を有するクラッチ機構と、電磁コイルとを備える電磁ブレーキを用いている。トルク調節装置44は、電磁コイルへの通電操作による一対の摩擦板同士の摩擦により、リングギアRの回転を妨げる方向のトルクをリングギアRに付与する。
The
ワンウェイクラッチ46は、第2オルタネータ48の回転速度に対するサンギアSの相対回転速度が負でない場合にのみサンギアS側から第2オルタネータ48側へとトルクを伝達させ、上記相対回転速度が負となる場合にサンギアS側から第2オルタネータ48側へとトルクを伝達させない機能を有する一方向伝達機構である。ワンウェイクラッチ46によれば、フライホイール42に一旦蓄えられた回転エネルギがサンギアSに伝達されることを回避できる。これにより、フライホイール42に蓄えられた回転エネルギが第2オルタネータ48の発電以外によって消費されることを極力抑制できる。なお、上記相対回転速度とは、より詳しくは、サンギアSの回転速度から第2オルタネータ48の回転速度を減算した値のことである。
The one-way clutch 46 transmits torque from the sun gear S side to the
第2オルタネータ48は、第1オルタネータ26と同様に、車載補機の電源としての機能や、バッテリ28を充電する機能等を有する。本実施形態では、第2オルタネータ48として、第1オルタネータ26と同様に自励式のものを用いている(先の図2参照)。このため、第2オルタネータ48の発電電力は、フィールド電流Ifの調節によって第2オルタネータ48の負荷トルクが大きくなったり、第2オルタネータ48の回転速度が高くなったりするほど大きくなる傾向にある。
Similar to the
フライホイール42は、入力される回転エネルギを回転エネルギのまま蓄えるエネルギ蓄積手段である。本実施形態では、フライホイール42として、鉄を素材としたものを用いている。
The
なお、フライホイール42、遊星歯車機構40及びトルク調節装置44等は、実際には、ハウジングに収容されて一体的に構成されている。
Note that the
続いて、図3を用いて、上記ハウジングに収容されるフライホイール42近傍の構成について詳しく説明する。ここで、図3は、入力軸42aの中心軸線Lsと平行な平面であってかつ上記中心軸線Lsを通る平面でフライホイール42等を切断した場合のフライホイール42近傍の断面図である。
Next, the configuration in the vicinity of the
図示されるように、フライホイール42は、ハウジング52a,52bに収容されている。なお、本実施形態では、これらハウジング52a,52bとして、アルミニウムを素材してダイカスト鋳造されたものを用いている。
As illustrated, the
ハウジング52aには、一対のベアリング54が固定されている。そして、増速歯車機構50と連結された入力軸42aは、一対のベアリング54によって回転可能に支持されている。すなわち、本実施形態では、フライホイール42が片持支持されている。なお、本実施形態では、ベアリング54として、内輪、外輪及び転動体(ボール又はころ等)を備える転がり軸受を用いている。
A pair of
フライホイール42は、上記入力軸42aに加えて、第1の円筒部42bと、第2の円筒部42cとを備えて一体的に構成されている。なお、図中、入力軸42a、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42cの判別用にフライホイール42に破線を記載している。
In addition to the
第1の円筒部42bは、フライホイール42のうち入力軸42aに隣接する円筒状の部分であり、第1の円筒部42bの中心軸線は、入力軸42aの中心軸線Lsと一致している。
The first
また、第2の円筒部42cは、フライホイール42のうち第1の円筒部42bに隣接する円筒状の部分であり、第2の円筒部42cの中心軸線は、入力軸42aの中心軸線Lsと一致している。第2の円筒部42cは、第1の円筒部42bのうち径方向の端部から入力軸42aの中心軸線Ls方向と平行な1方向に向かって延びるように形成されている。
The second
ハウジング52aには、シール部材56(例えばリップシール)が固定されている。シール部材56は、円環状の部材であり、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42c近傍とそれ以外とを区画するための部材である。シール部材56を備える構成において、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42c付近の圧力を低下させることにより、フライホイール42の回転に伴い生じるフライホイール42とその周囲の気体との摩擦損失を低減することができる。これにより、フライホイール42に一旦蓄えられた回転エネルギの減少を抑制することができる。なお、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42c付近の圧力を低下させる手法としては、例えば、エンジン10に接続される吸気通路の負圧を導入させる手法が挙げられる。
A seal member 56 (for example, a lip seal) is fixed to the
ハウジング52aには、さらに、本実施形態にかかる特徴的構成の1つである摺動部材58が固定されている。摺動部材58は、円環状の部材であり、何らかの要因でフライホイール42の回転速度がその許容上限速度(例えば45000rpm)を超えようとする場合にフライホイール42の回転速度を許容上限速度で制限するため部材である。ここで、許容上限速度とは、フライホイール42の信頼性を維持可能なフライホイール42の回転速度の上限値のことである。以下、図4を用いて、摺動部材58の配置態様について詳述する。
Further, a sliding
図4は、先の図3のうち摺動部材58近傍の拡大図である。なお、図4において、フライホイール42には、便宜上、断面を示す斜線を記載していない。また、図4では、静止状態のフライホイール42を実線にて示し、フライホイール42の回転速度が許容上限速度となる場合のフライホイール42を破線にて示している。
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the sliding
図示されるように、フライホイール42が静止状態とされる場合において、第2の円筒部42cの表面のうち入力軸42aの中心軸線Lsと直交する平面に平行な面を第1の面S1と定義し、ハウジング52aの表面のうち第1の面S1と対向する部分を第2の面S2と定義する。また、フライホイール42が静止状態とされる場合において、第2の円筒部42cの表面のうち入力軸42aの中心軸線Lsと平行な面(外周面)を第3の面S3と定義し、ハウジング52bの表面のうち第3の面S3と対向する部分を第4の面S4と定義する。
As shown in the figure, when the
ここで、本実施形態では、フライホイール42の回転速度が許容上限速度とされる状況下、第3の面S3と第4の面S4とが接触する前に、第1の面S1(より具体的には、第1の面S1のうち入力軸42a側)と摺動部材58とが接触するように、ハウジング52aのうち第2の面S2近傍に摺動部材58を固定する。これは、フライホイール42等の信頼性が大きく低下することを回避するためである。
Here, in the present embodiment, the first surface S1 (more specifically, before the third surface S3 and the fourth surface S4 come into contact with each other in a situation where the rotational speed of the
つまり、フライホイール42が高速回転してフライホイール42に遠心力が作用すると、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42cの境界近傍を基点として、図中破線にて示すように、第2の円筒部42cの径方向外側に向かって第2の円筒部42cが変形することとなる。このため、第2の円筒部42cのうち第3の面S3がハウジング52bのうち第4の面S4に接近し、また、第2の円筒部42cのうち第1の面S1がハウジング52aのうち第2の面S2に接近することとなる。
That is, when the
ここで、フライホイール42とハウジングとが接触する場合において、これらの接触点におけるフライホイール42の周速度が低いほど、上記接触点におけるフライホイール42やハウジングの磨耗が少なくなる等、フライホイール42等の信頼性の低下度合いが小さくなる。このため、上記信頼性の大きな低下を回避する上では、フライホイール42の周速度が低くなる箇所においてフライホイール42とハウジングとを接触させることが望ましい。
Here, when the
こうした点に鑑み、摺動部材58を上述した位置に固定した。このため、フライホイール42の回転速度が許容上限速度を超えようとする場合に、フライホイール42の周速度が比較的低い第1の面S1と摺動部材58とを接触させることができる。これにより、フライホイール42等の信頼性が大きく低下することを回避できる。
In view of these points, the sliding
なお、摺動部材58としては、耐摩耗性に優れたものを用いることが望ましく、具体的には、テフロン(登録商標)又はダイアモンドライクカーボン等の耐摩耗性に優れた層を摺動部材58の表面に形成させたものを用いればよい。
As the sliding
先の図1の説明に戻り、制御装置60は、車両を制御対象とし、周知のCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御装置60には、ユーザのブレーキペダル62の操作量(以下、ブレーキ操作量)を検出するブレーキセンサ64等の出力信号が入力される。制御装置60は、上記入力に応じて、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、スタータ22による始動制御処理や、エンジン10の燃焼制御処理、更には第1オルタネータ26,第2オルタネータ48による発電制御処理等を行う。
Returning to the description of FIG. 1, the
特に、制御装置60は、回生制御処理を行う。この処理は、ユーザによってブレーキ操作(車両の制動指示)がなされる状況下、車両の運動エネルギを遊星歯車機構40及びワンウェイクラッチ46を介してフライホイール42に蓄えたり、第2オルタネータ48に供給したりするための処理である。この処理によれば、フライホイール42に蓄えられた回転エネルギや、ワンウェイクラッチ46を介して入力される回転エネルギを用いて強制的に第2オルタネータ48に発電させてかつ、第1オルタネータ26の発電を停止させることができる。これにより、例えばその後電気機器の作動のために第1オルタネータ26を駆動させる頻度を低下させることができ、エンジン10の燃費低減効果を高めることが可能となる。
In particular, the
なお、回生制御処理が行われる場合においては、遊星歯車機構40を介して駆動輪18及びフライホイール42の間のトルク伝達を可能とすべくトルク調節装置44によってリングギアRにトルクが付与される。また、ブレーキ操作がなされているか否かは、ブレーキセンサ64の出力値に基づき判断すればよい。
When the regeneration control process is performed, torque is applied to the ring gear R by the
ちなみに、回生制御処理が行われる状況としては、ブレーキ操作によって車両が減速する状況のみならず、例えばブレーキ操作によって所定の走行速度を維持しつつ車両が下り坂を走行する状況も考えられる。これは、車両が下り坂を走行する状況下においても、周知の燃料カット制御が実行されることがあるためである。 Incidentally, as a situation where the regeneration control process is performed, not only a situation where the vehicle decelerates due to the brake operation but also a situation where the vehicle runs downhill while maintaining a predetermined traveling speed by the brake operation, for example. This is because the well-known fuel cut control may be executed even when the vehicle travels downhill.
続いて、本実施形態にかかる特徴的構成である第2オルタネータ48の出力電流特性について説明する。
Subsequently, an output current characteristic of the
本実施形態では、入力軸42aの回転速度が規定速度以下である場合に、制御装置60から指示することなく、第2オルタネータ48から外部(バッテリ28等)へと出力可能な電流が生成されない特性を有するように第2オルタネータ48が構成されている。すなわち、第2オルタネータ48は、図5に示すように、入力軸42aの回転速度を増速歯車機構50の増速比で除算した値であるオルタネータ回転速度nが、規定速度を増速歯車機構50の増速比で除算した値である立ち上がり回転速度n0を超えるまでは、上記最終的な出力電流Ioutが「0」となる特性を有するように構成されている。ここで、上記規定速度は、フライホイール42に蓄積された回転エネルギを第2オルタネータ48で使用することによってエンジン10の燃費低減効果を高めるとの観点、及びフライホイール42の回転速度を高くすることによって回生制御処理時の車両の運動エネルギの回収効率を高めるとの観点から設定される。
In the present embodiment, when the rotational speed of the
上記立ち上がり回転速度n0は、具体的には、磁束密度B、第2オルタネータ48のロータ29の外径D、ステータコイル32の長さl、ステータコイル32の抵抗rを用いて下式(c1)にて表現される。
Specifically, the rising rotational speed n0 is expressed by the following equation (c1) using the magnetic flux density B, the outer diameter D of the
n0=r/(3×B×D×l)×{Vdc/(r×√3)+If} …(c1)
このため、立ち上がり回転速度n0は、例えば、ロータ29の外径Dや、ステータコイル32の長さl(ステータコイル32の巻き数)の調整によって定められることとなる。
n0 = r / (3 × B × D × l) × {Vdc / (r × √3) + If} (c1)
For this reason, the rising rotation speed n0 is determined by adjusting the outer diameter D of the
なお、図中、オルタネータ回転速度nが低速度となる場合の第2オルタネータ48の出力電流特性を表す数式と、オルタネータ回転速度nが高速度となる場合の第2オルタネータ48の出力電流特性を表す数式とを併記した。ここでは、ステータコイル32のインダクタンスL、整流回路34の出力電圧Vdc及び円周率πを用いている。これら特性については、例えば、「エンジン電装品 エンジン電装品研究会、株式会社山海堂、平成14年5月1日、p.125−127」に詳しく記載されている。
In the figure, a numerical expression representing the output current characteristic of the
第2オルタネータ48の上述した構成は、回生制御処理が行われる場合、フライホイール42に供給される車両の運動エネルギを増大させるための構成である。以下、フライホイール42に供給される車両の運動エネルギが増大する理由と、フライホイール42への運動エネルギの供給量を増大させるために第2オルタネータ48の上述した構成を採用した理由とについて説明する。
The above-described configuration of the
まず、図6を用いて、フライホイール42に供給される車両の運動エネルギが増大する理由について説明する。詳しくは、図6は、遊星歯車機構40のサンギアS、キャリアC及びリングギアRの回転速度の共線図である。なお、図中、矢印は、トルクの向きを示すものである。トルクの向きは、回転速度と同様、図中上側を正としており、これにより、遊星歯車機構40に動力が入力される場合の動力の符号を正と定義している。
First, the reason why the kinetic energy of the vehicle supplied to the
遊星歯車機構40を介して動力伝達が行われる状況下におけるサンギアS、キャリアC及びリングギアRの印加トルクの間には比例関係がある。詳しくは、サンギアSの印加トルクTs、キャリアCの印加トルクTc及びリングギアRの印加トルクTrの関係は、リングギアRの歯数Zrに対するサンギアSの歯数Zsの比ρ(Zs/Zr)を用いて、下式(c2)、(c3)にて表現される。
There is a proportional relationship among the applied torques of the sun gear S, the carrier C, and the ring gear R under the situation where power transmission is performed via the
Tr=−Tc/(1+ρ) …(c2)
Ts=−ρTc/(1+ρ) …(c3)
この関係によれば、回生制御処理が行われる状況下において、車両の走行状態に応じてキャリアCの印加トルクTcが定まることで、サンギアSの印加トルクTs及びリングギアRの印加トルクTrが定まることとなる。ここでは、サンギアSの印加トルクTsとリングギアRの印加トルクTrとの比率がリングギアRの歯数Zrに対するサンギアSの歯数Zsの比ρによって定まる。なお、キャリアCの回転速度Nc、サンギアSの回転速度Ns及びリングギアRの回転速度Nrのそれぞれについては、下式(c4)で表される関係を満たすことが要求される。
Nr=(1+ρ)×Nc−ρ×Ns …(c4)
また、駆動輪18から遊星歯車機構40を介してフライホイール42に供給される車両の運動エネルギは、フライホイール42の回転速度とフライホイール42への入力トルク(サンギアSの印加トルクTsを増速歯車機構50の増速比で除算したトルク)との積に比例する。この比例関係と、車両の走行状態に応じてサンギアS、キャリアC及びリングギアRの印加トルクが定まることとによれば、フライホイール42の回転速度が高くなるほど、フライホイール42に供給される車両の運動エネルギが増大することとなる。
Tr = −Tc / (1 + ρ) (c2)
Ts = −ρTc / (1 + ρ) (c3)
According to this relationship, the application torque Tc of the sun gear S and the application torque Tr of the ring gear R are determined by determining the application torque Tc of the carrier C according to the traveling state of the vehicle in a situation where the regeneration control process is performed. It will be. Here, the ratio between the applied torque Ts of the sun gear S and the applied torque Tr of the ring gear R is determined by the ratio ρ of the number of teeth Zs of the sun gear S to the number of teeth Zr of the ring gear R. Each of the rotational speed Nc of the carrier C, the rotational speed Ns of the sun gear S, and the rotational speed Nr of the ring gear R is required to satisfy the relationship represented by the following expression (c4).
Nr = (1 + ρ) × Nc−ρ × Ns (c4)
Further, the kinetic energy of the vehicle supplied from the
続いて、フライホイール42への車両の運動エネルギの供給量を増大させるために第2オルタネータ48の上述した構成を採用した理由について説明する。
Next, the reason why the above-described configuration of the
回生制御処理による車両の運動エネルギの回収効率を高める上では、フライホイール42の回転速度が規定速度以下となる場合に、第2オルタネータ48の発電を停止させることが有効である。すなわち、フライホイール42の回転速度が規定速度を超える場合に、第2オルタネータ48から外部へと電流を出力できる構成を採用することが有効である。
In order to increase the recovery efficiency of the kinetic energy of the vehicle by the regenerative control process, it is effective to stop the power generation of the
こうした構成としては、例えば、フライホイール42の回転速度を検出する回転速度センサを備え、このセンサによって検出された上記回転速度が規定速度以下であると制御装置60によって判断された場合に制御装置60の指示で第2オルタネータ48の発電を停止させる構成を採用することも考えられる。しかしながら、この場合、発電を停止させるための制御機器(回転速度センサ等)が必要となり、また、発電を停止させるための制御ロジックを追加することが要求される。
As such a configuration, for example, a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the
これに対し、本実施形態にかかる第2オルタネータ48の構成を採用すれば、回転速度センサを備えることなく、また、第2オルタネータ48の発電を停止させるための制御ロジックを追加することなく、フライホイール42の回転速度が低くなる場合に、上記最終的な出力電流Ioutを生成するための第2オルタネータ48の発電を停止させることができる。このため、車両の運動エネルギの回収システムの構築に際し、部品数を低減させることができ、コストを低減させたり、上記システムの軽量化を図ったり、更には上記システムの体格の増大を回避したりすることができる。
On the other hand, if the configuration of the
さらに、回転速度センサを備える必要が無いため、例えば、回転速度センサの故障に起因して、フライホイール42の回転速度が規定速度以下となる場合に第2オルタネータ48の発電を停止できなくなるおそれがなくなる。
Furthermore, since it is not necessary to provide a rotation speed sensor, there is a possibility that the power generation of the
こうした理由から、本実施形態では、第2オルタネータ48の上述した構成を採用している。
For this reason, in the present embodiment, the above-described configuration of the
ちなみに、オルタネータ回転速度nが立ち上がり回転速度n0以下となる場合において、最終的な出力電流Ioutは「0」となるものの、フィールド電流Ifを生成するためにフライホイール42の蓄積エネルギが消費されている。ただし、この消費量は非常に小さく、フィールド電流Ifの生成によるフライホイール42の回転速度の低下量が非常に小さいことが本発明者らによって調べられている。
Incidentally, when the alternator rotational speed n rises and falls below the rotational speed n0, the final output current Iout becomes “0”, but the stored energy of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)上記規定速度を増速歯車機構50の増速比で除算した値に第2オルタネータ48の立ち上がり回転速度n0を設定した。このため、回生制御処理が開始される際のフライホイール42の回転速度を極力高い水準に維持することができる。これにより、回生制御処理が行われる場合に、車両の運動エネルギのうちフライホイール42に蓄えられるエネルギを好適に増大させることができる。さらに、こうした効果を簡素な構成で実現することもできる。
(1) The rising rotational speed n0 of the
(2)サンギアSと第2オルタネータ48との間にワンウェイクラッチ46を設けた。このため、フライホイール42に一旦蓄えられた回転エネルギが遊星歯車機構40を介して放出されることを電子制御なしの簡素な構成で回避できる。
(2) A one-way clutch 46 is provided between the sun gear S and the
(3)ハウジング52aに摺動部材58を設けた。このため、何らかの要因によってフライホイール42の回転速度が許容上限速度を超えようとする場合であっても、フライホイール42等の信頼性が大きく低下することを回避できる。
(3) The sliding
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、フライホイール42を片持支持する構成に代えて、両持支持する構成に変更する。
In this embodiment, it replaces with the structure which cantilever-supports the
図7に、本実施形態にかかるフライホイール42近傍の構成を示す。なお、図7において、先の図3に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 7 shows a configuration in the vicinity of the
図示されるように、フライホイール42は、ハウジング52a,52b,52cに収容されている。
As illustrated, the
ハウジング52aには、ベアリング66aが固定され、ハウジング52cには、ベアリング66bが固定されている。そして、入力軸42aは、これらベアリング66a,66bによって回転可能に支持されている。すなわち、本実施形態では、フライホイール42が両持支持されている。なお、本実施形態では、ベアリング66a,66bとして、第1の実施形態と同様に転がり軸受を用いている。
A
フライホイール42のうち第2の円筒部42cは、第1の円筒部42bのうち径方向の端部から入力軸42aの中心軸線Ls方向と平行な2方向に向かって延びるように形成されている。
The second
ここで、本実施形態において、ハウジング52aには、摺動部材70aが固定され、ハウジング52cには、摺動部材70bが固定されている。これら摺動部材70a,70bは、先の図4で説明した手法と同様の手法によって配置される。
Here, in this embodiment, the sliding member 70a is fixed to the
ちなみに、ハウジング52a,52cには、シール部材68a,68bが固定されている。また、上述したフライホイール42の両持支持構造によれば、フライホイール42の慣性モーメントを維持しつつ、入力軸42aの中心軸線Ls方向における第2の円筒部42cを短くすることができる。これにより、フライホイール42が高速回転された場合に、第1の円筒部42b及び第2の円筒部42cの境界近傍に作用する応力を低減させることができ、また、第2の円筒部42cの径方向外側に向かう変形量を小さくすることができる。
Incidentally,
以上説明した本実施形態によっても、フライホイール42の回転速度が許容上限速度を超えようとする場合におけるフライホイール42等の信頼性の大きな低下を回避できる。
Also according to the present embodiment described above, it is possible to avoid a large decrease in reliability of the
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・トルク調節手段としては、電磁ブレーキを備えるものに限らず、例えば、オルタネータであってもよい。この場合、オルタネータの発電電力を大きくすることで、オルタネータに作用するトルクを大きくし、リングギアRに対する付与トルクを大きくすることができる。 The torque adjusting means is not limited to one provided with an electromagnetic brake, and may be an alternator, for example. In this case, by increasing the generated power of the alternator, the torque acting on the alternator can be increased and the applied torque to the ring gear R can be increased.
・上記第1の実施形態において、遊星歯車機構40のサンギアSにトルク調節装置44を連結してかつ、リングギアRにワンウェイクラッチ46を介して入力軸42aを連結してもよい。
In the first embodiment, the
・上記第1の実施形態において、摺動部材58に代えて、フライホイール42の回転速度が許容上限速度とされる状況下、第3の面S3と第4の面S4とが接触する前に、第2の面S2と摺動手段とが接触するように、第2の円筒部42cのうち第1の面S1の入力軸42a側近傍に上記摺動手段を備えてもよい。この場合、摺動手段としては、第2の円筒部42cに固定される摺動部材であってもよいし、第2の円筒部42cと一体的に形成された部分であってもよい。
In the first embodiment, in place of the sliding
・一方向伝達機構としては、ワンウェイクラッチ46に限らず、これと同じ機能を有するものであれば他の部材であってもよい。 The one-way transmission mechanism is not limited to the one-way clutch 46, and may be another member as long as it has the same function.
また、遮断部材としては、一方向伝達機構に限らず、例えば、サンギアSと入力軸42aとの間のトルクを伝達状態及び遮断状態のうちいずれかに切り替える電子制御式のクラッチであってもよい。この場合、例えば、フライホイール42の回転速度を検出する回転速度センサを備え、検出された回転速度が規定速度以下になると制御装置60によって判断された場合、制御装置60によってクラッチを遮断状態に切り替えればよい。
Further, the blocking member is not limited to the one-way transmission mechanism, and may be, for example, an electronically controlled clutch that switches the torque between the sun gear S and the
さらに、遮断部材を備えない構成を採用してもよい。この場合であっても、回生制御処理が行われる場合における車両の運動エネルギの回収効率を高めることはできる。 Furthermore, you may employ | adopt the structure which is not provided with the interruption | blocking member. Even in this case, the recovery efficiency of the kinetic energy of the vehicle when the regeneration control process is performed can be increased.
・上記第1の実施形態において、入力軸42aに発電機(第2オルタネータ48)を連結する構成を採用したがこれに限らず、発電機兼電動機の機能を有する回転機を連結してもよい。この場合、例えば、バッテリ28として、蓄電可能なエネルギの上限値がある程度大きいものを採用し、バッテリ28を電力供給源とした回転機の駆動によって遊星歯車機構40を介した駆動輪18のトルクアシストなどを行うことができる。
In the first embodiment, the configuration in which the generator (second alternator 48) is connected to the
・車載主機の動力生成指示がなされていないか否かを判断する手法としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、燃料カット制御が行われていると判断された場合、動力生成指示がなされていないと判断してもよい。 The method for determining whether or not the in-vehicle main engine has been instructed to generate power is not limited to those exemplified in the above embodiments. For example, if it is determined that fuel cut control is being performed, it may be determined that no power generation instruction has been issued.
・エネルギ蓄積手段としては、フライホイール42に限らず、これと同じ機能を有するものであれば他の手段であってもよい。
The energy storage means is not limited to the
・本願発明が適用される車両としては、車載主機として内燃機関及び回転機を備える車両であってもよい。また、車載主機として回転機のみを備える車両であってもよい。 -As a vehicle to which this invention is applied, a vehicle provided with an internal combustion engine and a rotary machine as a vehicle-mounted main machine may be sufficient. Moreover, the vehicle provided only with a rotary machine as a vehicle-mounted main machine may be sufficient.
10…エンジン、18…駆動輪、40…遊星歯車機構、42…フライホイール、42a…入力軸、44…トルク調節装置、48…第2オルタネータ、S…サンギア、C…キャリア、R…リングギア。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力軸(42a)を介して入力されるエネルギを回転エネルギとして蓄積可能なエネルギ蓄積手段(42)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(44)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(40)と、
前記入力軸に連結され、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられた回転エネルギが供給されて発電する回転機(48)と、
前記主機の動力生成指示がなされない状況下において、前記遊星歯車機構及び前記入力軸を介して前記車両の運動エネルギを前記エネルギ蓄積手段に蓄える回生制御処理を行う回生処理手段と、
を備え、
前記回転機は、前記入力軸の回転速度が規定速度以下である場合に自身から外部へと出力可能な電流が生成されない特性を有するように構成されていることを特徴とする車載動力伝達装置。 Applied to vehicles equipped with a main engine (10) as a driving power source,
Between the energy storage means (42) capable of storing the energy input through the input shaft (42a) as rotational energy, the torque adjusting means (44) capable of adjusting the torque acting on itself, and the drive wheel (18). The first rotating body (S), the second rotating body (C), and the third rotating body (coupled to the input shaft, the drive wheel, and the torque adjusting means, respectively, to enable power transmission. A planetary gear mechanism (40) having R);
A rotating machine (48) connected to the input shaft and generating electric power by being supplied with rotational energy stored in the energy storage means;
Regenerative processing means for performing regenerative control processing for storing kinetic energy of the vehicle in the energy storage means via the planetary gear mechanism and the input shaft under a situation where a power generation instruction for the main engine is not made;
With
The in-vehicle power transmission device, wherein the rotating machine is configured to have a characteristic that a current that can be output to the outside is not generated when the rotational speed of the input shaft is equal to or less than a specified speed.
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