JP3777751B2 - エンジンの始動および発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動および発電装置に係り、特に、エンジンの軸方向寸法を大きくすることなくコンパクトに配設できるようにする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、(b) そのエンジンのクランク軸の軸心から離間してその軸心と平行に配設されたモータジェネレータと、(c) 前記エンジンと同心に配設され、そのエンジンのクランク軸に連結されたキャリアと、前記モータジェネレータの出力軸に連結されたサンギヤと、リングギヤとを有して、それ等の間で機械的に力を合成、分配するとともに、そのリングギヤを固定してサンギヤを前記エンジンの回転に伴うキャリアの回転方向と同じ正方向へ回転させるとキャリアがその正方向へ減速回転させられるシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置と、(d) その遊星歯車装置を収容しているケースと前記リングギヤとの間に設けられ、そのリングギヤが前記正方向へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを電気信号により選択的に阻止するラチェット機構と、(e) 前記キャリアとサンギヤとの間に設けられ、それ等の正方向の回転速度Ｖ１、Ｖ２がＶ２≧Ｖ１となることを許容しつつＶ２＜Ｖ１となることを阻止する一体回転用のワンウェイクラッチとを有し、前記エンジンを始動する際には前記モータジェネレータを始動用電動モータとして用いる一方、エンジンの作動時にはモータジェネレータを発電機として用いるエンジンの始動および発電装置が、例えば特開平２−２６４１５３号公報に記載されている。このような始動および発電装置においては、単一のモータジェネレータによってエンジンの始動および発電を行うことができるとともに、エンジンの始動時にはモータジェネレータの回転が遊星歯車装置により減速され、トルク増幅してエンジン側へ伝達される一方、発電時には遊星歯車装置が一体回転用のワンウェイクラッチの作用で一体回転させられることによりモータジェネレータの増速回転が回避されるため、機械的、電気的に小型で安価なモータジェネレータを採用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の始動および発電装置は、遊星歯車装置がエンジンの軸心上に配設されていたため、エンジンの軸方向の寸法が大きくなり、特にＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両のように車両の幅方向にエンジンを搭載する場合には、元々厳しい条件下でエンジン寸法等が設計されているため、遊星歯車装置の配設スペースを確保することが困難であった。また、サンギヤとキャリアとの間に一体回転用のワンウェイクラッチが設けられていたため、比較的大きなトルク容量が必要で、大きなワンウェイクラッチを用いる必要があり、この点でも配設スペースが大きくなるという不都合があった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、エンジンの始動および発電装置を、エンジンの軸方向寸法を大きくすることなくコンパクトに配設できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、(b) そのエンジンのクランク軸の軸心から離間してその軸心と平行に配設されたモータジェネレータと、(c) 前記エンジンのクランク軸に連結された第１回転要素と、前記モータジェネレータの出力軸に連結された第２回転要素と、第３回転要素とを有して、それ等の間で機械的に力を合成、分配するとともに、その第３回転要素を固定して第２回転要素を前記エンジンの回転に伴う第１回転要素の回転方向と同じ正方向へ回転させると第１回転要素がその正方向へ減速回転させられる３要素式入出力機構と、(d) その３要素式入出力機構を収容しているケースと前記第３回転要素との間に設けられ、少なくともその第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容するとともに逆方向へ回転することを阻止することが可能な第１の係合手段と、(e) 前記第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素のうちの２つの回転要素の間に設けられ、それ等の正方向の回転速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がＶ２≧Ｖ１、Ｖ１≧Ｖ３、またはＶ２≧Ｖ３となることを許容しつつＶ２＜Ｖ１、Ｖ１＜Ｖ３、またはＶ２＜Ｖ３となることを阻止することが可能な第２の係合手段とを有し、(f) 前記エンジンを始動する際には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記逆方向の回転を阻止しつつ前記モータジェネレータにより前記第２回転要素を回転駆動してそのエンジンをクランキングする一方、そのエンジンの作動時にそのモータジェネレータを発電機として使用する場合には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記正方向の回転が許容され、前記第２の係合手段の作用で前記３要素式入出力機構が一体回転させられるエンジンの始動および発電装置において、(g) 前記３要素式入出力機構を前記モータジェネレータの軸心上に配置し、 (h) 前記第２の係合手段を前記第２回転要素と前記第３回転要素との間に設けたことを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、第１発明において、(a) 前記３要素式入出力機構はシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置で、前記第１回転要素はキャリア、第２回転要素はサンギヤ、第３回転要素はリングギヤであり、(b) 前記第２の係合手段はワンウェイクラッチであって前記サンギヤとリングギヤとの間に設けられており、(c) 前記第１の係合手段は、前記第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止するワンウェイクラッチであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
このようなエンジンの始動および発電装置によれば、３要素式入出力機構がモータジェネレータの軸心上に配置されているため、エンジンの軸方向の寸法を大きくする必要がないとともに、モータジェネレータや３要素式入出力機構はエンジンに比べて小さいため、エンジンの前後或いは上部など配置の自由度が高く、全体としてコンパクトに配設できる。
また、第２の係合手段が第２回転要素と第３回転要素との間に設けられているため、第１回転要素と第２回転要素との間、或いは第１回転要素と第３回転要素との間に設けた場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価な係合手段を用いることが可能で、装置を一層コンパクトに構成できる。
【０００８】
第２発明では、３要素式入出力機構としてシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が用いられ、そのサンギヤとリングギヤとの間に第２の係合手段としてワンウェイクラッチが設けられているため、サンギヤとキャリアとの間、或いはキャリアとリングギヤとの間にワンウェイクラッチを設けた場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価なワンウェイクラッチを用いることができるとともに、第１の係合手段としてワンウェイクラッチが用いられているため、装置を一層コンパクトに構成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＦＦ車両のように車両の幅方向にエンジンを搭載する場合に特に効果的であるが、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車両等にも適用され得る。
【００１０】
モータジェネレータおよび３要素式入出力機構は、例えばエンジンのハウジングの外側に配設され、エンジンのクランク軸の軸心上にトルクコンバータおよび変速機が配設されている場合には、変速機の外周側部分に配設することもできる。エンジンのハウジング内であって、トルクコンバータと反対側などに配設することも可能である。３要素式入出力機構を独自のハウジング内に収容し、専用の潤滑油で潤滑するようにすれば、優れた耐久性が得られる。
【００１１】
３要素式入出力機構としては、第２発明のようにシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が好適に用いられるが、デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置を用いたり傘歯車式の差動機構を用いたりすることも可能である。シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置では、エンジンをキャリアに連結し、モータジェネレータをサンギヤに連結することが望ましいが、エンジンをキャリアに連結し、モータジェネレータをリングギヤに連結することも可能である。デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置では、エンジンをリングギヤに連結し、モータジェネレータをサンギヤまたはキャリアに連結することになる。また、傘歯車式の差動機構では、エンジンをディファレンシャルケースに連結し、モータジェネレータを一対のサイドギヤの何れか一方に連結すれば良い。
【００１２】
第１の係合手段としては、第２発明のようにワンウェイクラッチを用いることが望ましいが、ケースと第３回転要素との間を係合、解放する電磁クラッチや油圧式クラッチなどを採用することも可能で、エンジンの始動時には両者を係合（連結）して第３回転要素の回転を阻止する一方、モータジェネレータを発電機として使用して蓄電装置を充電する際には、両者を解放して第３回転要素が自由回転できるようにすれば良い。第２の係合手段についても、同様にワンウェイクラッチを用いることが望ましいが、電磁クラッチや油圧式クラッチなどを採用することも可能である。
【００１３】
第１、第２の係合手段として用いられるワンウェイクラッチとしては、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するとともに、相対回転方向の抵抗が小さいスプラグ形、ローラ形等のワンウェイクラッチが好適に用いられるが、前記特開平２−２６４１５３号公報に記載のようなラチェット機構などを採用することも可能である。
【００１４】
モータジェネレータの軸心上に配設された３要素式入出力機構の第１回転要素と、エンジンのクランク軸とは、例えばスプロケットおよびチェーンや歯車などの動力伝達機構を介して動力が伝達されるように構成される。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はＦＦ車両用のパワートレーン１０の概略図で、図２は、そのパワートレーン１０の一部を切り欠いて展開して示す図である。このパワートレーン１０は、燃料の燃焼によって作動するエンジン１２と、トルクコンバータ１４と、変速機１６と、差動装置１８とを備えており、差動装置１８から左右の駆動輪に動力が伝達される。変速機１６は、エンジン１２のクランク軸２０の軸心Ｏ1 と同心に配設された入力軸２２を有し、その軸心Ｏ1 上に遊星歯車装置などを含んで構成されているとともに、軸心Ｏ1 と平行なカウンタシャフト２４を介して差動装置１８に出力するようになっており、そのカウンタシャフト２４および差動装置１８は軸心Ｏ1 まわりに離間して配設されている。また、変速機１６の外周側部分であって、第２軸２４、差動装置１８の配設位置以外の部分には、エンジン１２の始動用電動モータおよび発電機として用いられるモータジェネレータ２６が軸心Ｏ1 と平行な軸心Ｏ2 上に配設されている。
【００１６】
エンジン１２のシリンダブロック３０の後端上部およびリヤカバー３２には、軸心Ｏ2 と同心にそれぞれ支持ベアリング３４，３６が配設され、小径スプロケット３８を回転可能に支持しているとともに、クランクシャフト２０には大径スプロケット４０が一体に設けられており、両スプロケット３８，４０に跨がってチェーン４２が巻き掛けられている。リヤカバー３２の支持ベアリング３６よりも外側、すなわち図２における左側にはオイルシール４４が配設されているとともに、クランクシャフト２０を挿通させる挿通穴４６とクランクシャフト２０との間にはオイルシール４８が配設されており、これ等のオイルシール４４、４８によりエンジンオイルが密封されている。リヤカバー３２は、複数のボルト５０によってシリンダブロック３０に一体的に固設されている。
【００１７】
上記小径スプロケット３８の後端には内スプラインが設けられ、軸心Ｏ2 と同心に配設された連結シャフト５２と相対回転不能にスプライン嵌合されているとともに、連結シャフト５２には、シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置５４のキャリア５６が一体に設けられている。遊星歯車装置５４はモータジェネレータ２６よりも小径で、リングギヤ５８、サンギヤ６０、それ等のリングギヤ５８およびサンギヤ６０と噛み合わされるとともにキャリア５６に回転可能に配設された複数のピニオンギヤ６２とを備えており、サンギヤ６０はスプライン嵌合によりモータジェネレータ２６の出力軸６４に相対回転不能に連結されている。この遊星歯車装置５４は３要素式入出力機構に相当するもので、第１回転要素に相当するキャリア５６と、第２回転要素に相当するサンギヤ６０と、第３回転要素に相当するリングギヤ５８との間で機械的に力を合成、分配するとともに、リングギヤ５８を固定してサンギヤ６０をエンジン１２の回転に伴うキャリア５６の回転方向と同じ正方向、具体的には図２のＡ矢視方向から見て左まわりに回転させると、キャリア５６がその正方向へρ／（１＋ρ）の減速比で減速回転させられる。ρは遊星歯車装置５４の歯車比で、（サンギヤ６０の歯数ＺS ／リングギヤ５８の歯数ＺR ）であり、この減速比の逆数（１＋ρ）／ρでトルクが増幅される。
【００１８】
軸心Ｏ2 上において遊星歯車装置５４とモータジェネレータ２６との間の部分には、前記リングギヤ５８よりも内周側の部分に第１ワンウェイクラッチ６６、第２ワンウェイクラッチ６８が配設されている。第１ワンウェイクラッチ６６は、リングギヤ５８に一体的に設けられたスリーブ７０とケース７２との間に設けられ、スリーブ７０すなわちリングギヤ５８が前記正方向（Ａ矢視方向から見て左まわり方向）へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止する。また、第２ワンウェイクラッチ６８は、サンギヤ６０とスリーブ７０すなわちリングギヤ５８との間に設けられ、それ等の正方向の回転速度をＶ２、Ｖ３とすると、Ｖ２≧Ｖ３となることを許容しつつＶ２＜Ｖ３となることを阻止する。これ等のワンウェイクラッチ６６、６８は、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するとともに、相対回転方向の抵抗が小さいスプラグ形のワンウェイクラッチで、そのスプラグは何れも外周側のアウタレースに保持されるようになっている。上記第１ワンウェイクラッチ６６は第１の係合手段に相当し、第２ワンウェイクラッチ６８は第２の係合手段に相当する。
【００１９】
上記ケース７２は変速機１６や差動装置１８を収容しているトランスミッションケース７４に一体に設けられたもので、遊星歯車装置５４およびワンウェイクラッチ６６、６８は、そのケース７２および仕切り部材７６によって形成された収容空間７８内に収容されている。この収容空間７８は、ケース７２と連結シャフト５２との間に設けられたオイルシール８０、および仕切り部材７６と出力軸６４との間に設けられたオイルシール８２によって密封されており、遊星歯車装置５４やワンウェイクラッチ６６、６８は専用の潤滑油剤によって潤滑されるようになっている。
【００２０】
このようなパワートレーン１０において、図示しないイグニッションスイッチが操作されると、モータジェネレータ２６が始動用電動モータとして正方向へ回転駆動される。これにより、遊星歯車装置５４のサンギヤ６０も正方向へ回転させられ、第１ワンウェイクラッチ６６の作用でキャリア５６、更には連結シャフト５２、小径スプロケット３８が減速比ρ／（１＋ρ）で正方向へ減速回転させられる。更に、小径スプロケット３８と大径スプロケット４０の歯数比ｅ（＝小径スプロケット３８の歯数／大径スプロケット４０の歯数）でクランク軸２０が減速回転（クランキング）させられ、その状態で燃料噴射等のエンジン始動制御が行われることによりエンジン１２が始動させられる。モータジェネレータ２６のトルクは、遊星歯車装置５４およびスプロケット３８、４０による減速比ｅ×ρ／（１＋ρ）の逆数でトルク増幅されるため、小型のモータジェネレータ２６によって確実にクランク軸２０を回転駆動できる。また、エンジン１２の始動に伴ってクランク軸の回転速度ＮE がモータジェネレータ２６の回転速度ＮM に減速比ｅ×ρ／（１＋ρ）を掛算した回転速度ＮM ×ｅ×ρ／（１＋ρ）よりも大きくなると、リングギヤ５８が正方向へ回転させられる。
【００２１】
一方、エンジン１２の作動中においてバッテリー（蓄電装置）を充電する際には、モータジェネレータ２６を回生制御して発電機として機能させれば良い。モータジェネレータ２６を回生制御すると電気負荷で回転抵抗が生じるため、リングギヤ５８が高速で回転させられるようになるが、第２ワンウェイクラッチ６８の作用でリングギヤ５８の回転速度Ｖ３がサンギヤ６０の回転速度Ｖ２を超えることはないため、遊星歯車装置５４は一体回転させられる。この時のモータジェネレータ２６の回転速度ＮM は、エンジン１２の回転速度ＮE にスプロケット３８、４０の歯数比ｅの逆数を掛算した速度ＮE ／ｅで、それ程高速回転にはならないため、機械的、電気的に小型で安価なモータジェネレータ２６を用いることができる。
【００２２】
ここで、本実施例では遊星歯車装置５４やワンウェイクラッチ６６、６８がモータジェネレータ２６の軸心Ｏ2 上に配置されているため、エンジン１２の軸方向の寸法を大きくする必要がないとともに、モータジェネレータ２６や遊星歯車装置５４はエンジン１２に比べて小さいためその配設の自由度が高く、全体としてコンパクトに配設できる。
【００２３】
また、モータジェネレータ２６よりも小径の遊星歯車装置５４が用いられているとともに、ワンウェイクラッチ６６，６８はその遊星歯車装置５４に隣接してリングギヤ５８よりも内周側部分に配設されているため、遊星歯車装置５４をモータジェネレータ２６側に配設することによりエンジン１２の軸心Ｏ1 と直角方向の寸法が大きくなることがない。
【００２４】
また、第２ワンウェイクラッチ６８はサンギヤ６０とリングギヤ５８との間に設けられているため、キャリア５６とサンギヤ６０との間、或いはキャリア５６とリングギヤ５８との間に設ける場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価なワンウェイクラッチを用いることが可能で、装置を一層コンパクトに構成できる。因みに、エンジン１２からキャリア５６に伝達されるトルクを「Ｔc 」とすると、第２ワンウェイクラッチ６８はＴc ×１／（１＋ρ）以上のトルク容量が必要で、例えば歯車比ρ≒０．５とすると０．６７Ｔc 程度以上となる。これに対し、キャリア５６とサンギヤ６０との間に第２ワンウェイクラッチ６８を設けた場合はＴc 以上のトルク容量が必要で、キャリア５６とリングギヤ５８との間に第２ワンウェイクラッチ６８を設けた場合はＴc ×１／ρ以上、すなわち２Ｔc 程度以上のトルク容量が必要である。
【００２５】
また、ワンウェイクラッチ６６、６８として、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するスプラグ形のワンウェイクラッチが用いられているため、前記特開平２−２６４１５３号公報に記載の装置のように電磁アクチュエータによって係止爪をラチェットに押圧する場合に比較して、制御装置等が不要で簡単且つ安価に構成されるとともに、制御不良等の恐れが無いため高い信頼性が得られる。
【００２６】
また、遊星歯車装置５４およびワンウェイクラッチ６６、６８は、エンジン１２や変速機１６とは別に独立に形成された収容空間７８内に収容され、専用の潤滑油剤によって潤滑されるようになっているため、優れた耐久性が得られる。
【００２７】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例で上記第１実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２８】
図３において、モータジェネレータ２６および遊星歯車装置５４はエンジン１２の外周部に配設されており、ケース９０，９２を介してシリンダブロック３０に一体的に固設されている。この実施例では、ワンウェイクラッチ６６，６８が遊星歯車装置５４を挟んでモータジェネレータ２６と反対側に配設されているとともに、モータジェネレータ２６と遊星歯車装置５４との間には、キャリア５６に一体的に固設されたスプロケット９４が配設されており、チェーン９６を介して中間スプロケット９８との間で動力伝達が行われるようになっている。中間スプロケット９８には歯車１００が一体に設けられていて、クランク軸２０に一体的に設けられた歯車１０２と噛み合わされており、これによりクランク軸２０とキャリア５６との間で動力が伝達される。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるエンジンの始動および発電装置を備えているＦＦ車両用のパワートレーンの概略図である。
【図２】図１の実施例の一部を切り欠いて展開して示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の３要素式入出力機構部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１２：エンジン
２０：クランク軸
２６：モータジェネレータ
５４：遊星歯車装置（３要素式入出力機構）
５６：キャリア（第１回転要素）
５８：リングギヤ（第３回転要素）
６０：サンギヤ（第２回転要素）
６４：出力軸
６６：第１ワンウェイクラッチ（第１の係合手段）
６８：第２ワンウェイクラッチ（第２の係合手段）
７２，９２：ケース
Ｏ1 ：クランク軸の軸心
Ｏ2 ：モータジェネレータの軸心
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動および発電装置に係り、特に、エンジンの軸方向寸法を大きくすることなくコンパクトに配設できるようにする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、(b) そのエンジンのクランク軸の軸心から離間してその軸心と平行に配設されたモータジェネレータと、(c) 前記エンジンと同心に配設され、そのエンジンのクランク軸に連結されたキャリアと、前記モータジェネレータの出力軸に連結されたサンギヤと、リングギヤとを有して、それ等の間で機械的に力を合成、分配するとともに、そのリングギヤを固定してサンギヤを前記エンジンの回転に伴うキャリアの回転方向と同じ正方向へ回転させるとキャリアがその正方向へ減速回転させられるシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置と、(d) その遊星歯車装置を収容しているケースと前記リングギヤとの間に設けられ、そのリングギヤが前記正方向へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを電気信号により選択的に阻止するラチェット機構と、(e) 前記キャリアとサンギヤとの間に設けられ、それ等の正方向の回転速度Ｖ１、Ｖ２がＶ２≧Ｖ１となることを許容しつつＶ２＜Ｖ１となることを阻止する一体回転用のワンウェイクラッチとを有し、前記エンジンを始動する際には前記モータジェネレータを始動用電動モータとして用いる一方、エンジンの作動時にはモータジェネレータを発電機として用いるエンジンの始動および発電装置が、例えば特開平２−２６４１５３号公報に記載されている。このような始動および発電装置においては、単一のモータジェネレータによってエンジンの始動および発電を行うことができるとともに、エンジンの始動時にはモータジェネレータの回転が遊星歯車装置により減速され、トルク増幅してエンジン側へ伝達される一方、発電時には遊星歯車装置が一体回転用のワンウェイクラッチの作用で一体回転させられることによりモータジェネレータの増速回転が回避されるため、機械的、電気的に小型で安価なモータジェネレータを採用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の始動および発電装置は、遊星歯車装置がエンジンの軸心上に配設されていたため、エンジンの軸方向の寸法が大きくなり、特にＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両のように車両の幅方向にエンジンを搭載する場合には、元々厳しい条件下でエンジン寸法等が設計されているため、遊星歯車装置の配設スペースを確保することが困難であった。また、サンギヤとキャリアとの間に一体回転用のワンウェイクラッチが設けられていたため、比較的大きなトルク容量が必要で、大きなワンウェイクラッチを用いる必要があり、この点でも配設スペースが大きくなるという不都合があった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、エンジンの始動および発電装置を、エンジンの軸方向寸法を大きくすることなくコンパクトに配設できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、(b) そのエンジンのクランク軸の軸心から離間してその軸心と平行に配設されたモータジェネレータと、(c) 前記エンジンのクランク軸に連結された第１回転要素と、前記モータジェネレータの出力軸に連結された第２回転要素と、第３回転要素とを有して、それ等の間で機械的に力を合成、分配するとともに、その第３回転要素を固定して第２回転要素を前記エンジンの回転に伴う第１回転要素の回転方向と同じ正方向へ回転させると第１回転要素がその正方向へ減速回転させられる３要素式入出力機構と、(d) その３要素式入出力機構を収容しているケースと前記第３回転要素との間に設けられ、少なくともその第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容するとともに逆方向へ回転することを阻止することが可能な第１の係合手段と、(e) 前記第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素のうちの２つの回転要素の間に設けられ、それ等の正方向の回転速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がＶ２≧Ｖ１、Ｖ１≧Ｖ３、またはＶ２≧Ｖ３となることを許容しつつＶ２＜Ｖ１、Ｖ１＜Ｖ３、またはＶ２＜Ｖ３となることを阻止することが可能な第２の係合手段とを有し、(f) 前記エンジンを始動する際には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記逆方向の回転を阻止しつつ前記モータジェネレータにより前記第２回転要素を回転駆動してそのエンジンをクランキングする一方、そのエンジンの作動時にそのモータジェネレータを発電機として使用する場合には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記正方向の回転が許容され、前記第２の係合手段の作用で前記３要素式入出力機構が一体回転させられるエンジンの始動および発電装置において、(g) 前記３要素式入出力機構を前記モータジェネレータの軸心上に配置し、 (h) 前記第２の係合手段を前記第２回転要素と前記第３回転要素との間に設けたことを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、第１発明において、(a) 前記３要素式入出力機構はシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置で、前記第１回転要素はキャリア、第２回転要素はサンギヤ、第３回転要素はリングギヤであり、(b) 前記第２の係合手段はワンウェイクラッチであって前記サンギヤとリングギヤとの間に設けられており、(c) 前記第１の係合手段は、前記第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止するワンウェイクラッチであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
このようなエンジンの始動および発電装置によれば、３要素式入出力機構がモータジェネレータの軸心上に配置されているため、エンジンの軸方向の寸法を大きくする必要がないとともに、モータジェネレータや３要素式入出力機構はエンジンに比べて小さいため、エンジンの前後或いは上部など配置の自由度が高く、全体としてコンパクトに配設できる。
また、第２の係合手段が第２回転要素と第３回転要素との間に設けられているため、第１回転要素と第２回転要素との間、或いは第１回転要素と第３回転要素との間に設けた場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価な係合手段を用いることが可能で、装置を一層コンパクトに構成できる。
【０００８】
第２発明では、３要素式入出力機構としてシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が用いられ、そのサンギヤとリングギヤとの間に第２の係合手段としてワンウェイクラッチが設けられているため、サンギヤとキャリアとの間、或いはキャリアとリングギヤとの間にワンウェイクラッチを設けた場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価なワンウェイクラッチを用いることができるとともに、第１の係合手段としてワンウェイクラッチが用いられているため、装置を一層コンパクトに構成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＦＦ車両のように車両の幅方向にエンジンを搭載する場合に特に効果的であるが、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車両等にも適用され得る。
【００１０】
モータジェネレータおよび３要素式入出力機構は、例えばエンジンのハウジングの外側に配設され、エンジンのクランク軸の軸心上にトルクコンバータおよび変速機が配設されている場合には、変速機の外周側部分に配設することもできる。エンジンのハウジング内であって、トルクコンバータと反対側などに配設することも可能である。３要素式入出力機構を独自のハウジング内に収容し、専用の潤滑油で潤滑するようにすれば、優れた耐久性が得られる。
【００１１】
３要素式入出力機構としては、第２発明のようにシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が好適に用いられるが、デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置を用いたり傘歯車式の差動機構を用いたりすることも可能である。シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置では、エンジンをキャリアに連結し、モータジェネレータをサンギヤに連結することが望ましいが、エンジンをキャリアに連結し、モータジェネレータをリングギヤに連結することも可能である。デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置では、エンジンをリングギヤに連結し、モータジェネレータをサンギヤまたはキャリアに連結することになる。また、傘歯車式の差動機構では、エンジンをディファレンシャルケースに連結し、モータジェネレータを一対のサイドギヤの何れか一方に連結すれば良い。
【００１２】
第１の係合手段としては、第２発明のようにワンウェイクラッチを用いることが望ましいが、ケースと第３回転要素との間を係合、解放する電磁クラッチや油圧式クラッチなどを採用することも可能で、エンジンの始動時には両者を係合（連結）して第３回転要素の回転を阻止する一方、モータジェネレータを発電機として使用して蓄電装置を充電する際には、両者を解放して第３回転要素が自由回転できるようにすれば良い。第２の係合手段についても、同様にワンウェイクラッチを用いることが望ましいが、電磁クラッチや油圧式クラッチなどを採用することも可能である。
【００１３】
第１、第２の係合手段として用いられるワンウェイクラッチとしては、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するとともに、相対回転方向の抵抗が小さいスプラグ形、ローラ形等のワンウェイクラッチが好適に用いられるが、前記特開平２−２６４１５３号公報に記載のようなラチェット機構などを採用することも可能である。
【００１４】
モータジェネレータの軸心上に配設された３要素式入出力機構の第１回転要素と、エンジンのクランク軸とは、例えばスプロケットおよびチェーンや歯車などの動力伝達機構を介して動力が伝達されるように構成される。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はＦＦ車両用のパワートレーン１０の概略図で、図２は、そのパワートレーン１０の一部を切り欠いて展開して示す図である。このパワートレーン１０は、燃料の燃焼によって作動するエンジン１２と、トルクコンバータ１４と、変速機１６と、差動装置１８とを備えており、差動装置１８から左右の駆動輪に動力が伝達される。変速機１６は、エンジン１２のクランク軸２０の軸心Ｏ1 と同心に配設された入力軸２２を有し、その軸心Ｏ1 上に遊星歯車装置などを含んで構成されているとともに、軸心Ｏ1 と平行なカウンタシャフト２４を介して差動装置１８に出力するようになっており、そのカウンタシャフト２４および差動装置１８は軸心Ｏ1 まわりに離間して配設されている。また、変速機１６の外周側部分であって、第２軸２４、差動装置１８の配設位置以外の部分には、エンジン１２の始動用電動モータおよび発電機として用いられるモータジェネレータ２６が軸心Ｏ1 と平行な軸心Ｏ2 上に配設されている。
【００１６】
エンジン１２のシリンダブロック３０の後端上部およびリヤカバー３２には、軸心Ｏ2 と同心にそれぞれ支持ベアリング３４，３６が配設され、小径スプロケット３８を回転可能に支持しているとともに、クランクシャフト２０には大径スプロケット４０が一体に設けられており、両スプロケット３８，４０に跨がってチェーン４２が巻き掛けられている。リヤカバー３２の支持ベアリング３６よりも外側、すなわち図２における左側にはオイルシール４４が配設されているとともに、クランクシャフト２０を挿通させる挿通穴４６とクランクシャフト２０との間にはオイルシール４８が配設されており、これ等のオイルシール４４、４８によりエンジンオイルが密封されている。リヤカバー３２は、複数のボルト５０によってシリンダブロック３０に一体的に固設されている。
【００１７】
上記小径スプロケット３８の後端には内スプラインが設けられ、軸心Ｏ2 と同心に配設された連結シャフト５２と相対回転不能にスプライン嵌合されているとともに、連結シャフト５２には、シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置５４のキャリア５６が一体に設けられている。遊星歯車装置５４はモータジェネレータ２６よりも小径で、リングギヤ５８、サンギヤ６０、それ等のリングギヤ５８およびサンギヤ６０と噛み合わされるとともにキャリア５６に回転可能に配設された複数のピニオンギヤ６２とを備えており、サンギヤ６０はスプライン嵌合によりモータジェネレータ２６の出力軸６４に相対回転不能に連結されている。この遊星歯車装置５４は３要素式入出力機構に相当するもので、第１回転要素に相当するキャリア５６と、第２回転要素に相当するサンギヤ６０と、第３回転要素に相当するリングギヤ５８との間で機械的に力を合成、分配するとともに、リングギヤ５８を固定してサンギヤ６０をエンジン１２の回転に伴うキャリア５６の回転方向と同じ正方向、具体的には図２のＡ矢視方向から見て左まわりに回転させると、キャリア５６がその正方向へρ／（１＋ρ）の減速比で減速回転させられる。ρは遊星歯車装置５４の歯車比で、（サンギヤ６０の歯数ＺS ／リングギヤ５８の歯数ＺR ）であり、この減速比の逆数（１＋ρ）／ρでトルクが増幅される。
【００１８】
軸心Ｏ2 上において遊星歯車装置５４とモータジェネレータ２６との間の部分には、前記リングギヤ５８よりも内周側の部分に第１ワンウェイクラッチ６６、第２ワンウェイクラッチ６８が配設されている。第１ワンウェイクラッチ６６は、リングギヤ５８に一体的に設けられたスリーブ７０とケース７２との間に設けられ、スリーブ７０すなわちリングギヤ５８が前記正方向（Ａ矢視方向から見て左まわり方向）へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止する。また、第２ワンウェイクラッチ６８は、サンギヤ６０とスリーブ７０すなわちリングギヤ５８との間に設けられ、それ等の正方向の回転速度をＶ２、Ｖ３とすると、Ｖ２≧Ｖ３となることを許容しつつＶ２＜Ｖ３となることを阻止する。これ等のワンウェイクラッチ６６、６８は、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するとともに、相対回転方向の抵抗が小さいスプラグ形のワンウェイクラッチで、そのスプラグは何れも外周側のアウタレースに保持されるようになっている。上記第１ワンウェイクラッチ６６は第１の係合手段に相当し、第２ワンウェイクラッチ６８は第２の係合手段に相当する。
【００１９】
上記ケース７２は変速機１６や差動装置１８を収容しているトランスミッションケース７４に一体に設けられたもので、遊星歯車装置５４およびワンウェイクラッチ６６、６８は、そのケース７２および仕切り部材７６によって形成された収容空間７８内に収容されている。この収容空間７８は、ケース７２と連結シャフト５２との間に設けられたオイルシール８０、および仕切り部材７６と出力軸６４との間に設けられたオイルシール８２によって密封されており、遊星歯車装置５４やワンウェイクラッチ６６、６８は専用の潤滑油剤によって潤滑されるようになっている。
【００２０】
このようなパワートレーン１０において、図示しないイグニッションスイッチが操作されると、モータジェネレータ２６が始動用電動モータとして正方向へ回転駆動される。これにより、遊星歯車装置５４のサンギヤ６０も正方向へ回転させられ、第１ワンウェイクラッチ６６の作用でキャリア５６、更には連結シャフト５２、小径スプロケット３８が減速比ρ／（１＋ρ）で正方向へ減速回転させられる。更に、小径スプロケット３８と大径スプロケット４０の歯数比ｅ（＝小径スプロケット３８の歯数／大径スプロケット４０の歯数）でクランク軸２０が減速回転（クランキング）させられ、その状態で燃料噴射等のエンジン始動制御が行われることによりエンジン１２が始動させられる。モータジェネレータ２６のトルクは、遊星歯車装置５４およびスプロケット３８、４０による減速比ｅ×ρ／（１＋ρ）の逆数でトルク増幅されるため、小型のモータジェネレータ２６によって確実にクランク軸２０を回転駆動できる。また、エンジン１２の始動に伴ってクランク軸の回転速度ＮE がモータジェネレータ２６の回転速度ＮM に減速比ｅ×ρ／（１＋ρ）を掛算した回転速度ＮM ×ｅ×ρ／（１＋ρ）よりも大きくなると、リングギヤ５８が正方向へ回転させられる。
【００２１】
一方、エンジン１２の作動中においてバッテリー（蓄電装置）を充電する際には、モータジェネレータ２６を回生制御して発電機として機能させれば良い。モータジェネレータ２６を回生制御すると電気負荷で回転抵抗が生じるため、リングギヤ５８が高速で回転させられるようになるが、第２ワンウェイクラッチ６８の作用でリングギヤ５８の回転速度Ｖ３がサンギヤ６０の回転速度Ｖ２を超えることはないため、遊星歯車装置５４は一体回転させられる。この時のモータジェネレータ２６の回転速度ＮM は、エンジン１２の回転速度ＮE にスプロケット３８、４０の歯数比ｅの逆数を掛算した速度ＮE ／ｅで、それ程高速回転にはならないため、機械的、電気的に小型で安価なモータジェネレータ２６を用いることができる。
【００２２】
ここで、本実施例では遊星歯車装置５４やワンウェイクラッチ６６、６８がモータジェネレータ２６の軸心Ｏ2 上に配置されているため、エンジン１２の軸方向の寸法を大きくする必要がないとともに、モータジェネレータ２６や遊星歯車装置５４はエンジン１２に比べて小さいためその配設の自由度が高く、全体としてコンパクトに配設できる。
【００２３】
また、モータジェネレータ２６よりも小径の遊星歯車装置５４が用いられているとともに、ワンウェイクラッチ６６，６８はその遊星歯車装置５４に隣接してリングギヤ５８よりも内周側部分に配設されているため、遊星歯車装置５４をモータジェネレータ２６側に配設することによりエンジン１２の軸心Ｏ1 と直角方向の寸法が大きくなることがない。
【００２４】
また、第２ワンウェイクラッチ６８はサンギヤ６０とリングギヤ５８との間に設けられているため、キャリア５６とサンギヤ６０との間、或いはキャリア５６とリングギヤ５８との間に設ける場合に比較してトルク容量が小さくて済み、小型で安価なワンウェイクラッチを用いることが可能で、装置を一層コンパクトに構成できる。因みに、エンジン１２からキャリア５６に伝達されるトルクを「Ｔc 」とすると、第２ワンウェイクラッチ６８はＴc ×１／（１＋ρ）以上のトルク容量が必要で、例えば歯車比ρ≒０．５とすると０．６７Ｔc 程度以上となる。これに対し、キャリア５６とサンギヤ６０との間に第２ワンウェイクラッチ６８を設けた場合はＴc 以上のトルク容量が必要で、キャリア５６とリングギヤ５８との間に第２ワンウェイクラッチ６８を設けた場合はＴc ×１／ρ以上、すなわち２Ｔc 程度以上のトルク容量が必要である。
【００２５】
また、ワンウェイクラッチ６６、６８として、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止するスプラグ形のワンウェイクラッチが用いられているため、前記特開平２−２６４１５３号公報に記載の装置のように電磁アクチュエータによって係止爪をラチェットに押圧する場合に比較して、制御装置等が不要で簡単且つ安価に構成されるとともに、制御不良等の恐れが無いため高い信頼性が得られる。
【００２６】
また、遊星歯車装置５４およびワンウェイクラッチ６６、６８は、エンジン１２や変速機１６とは別に独立に形成された収容空間７８内に収容され、専用の潤滑油剤によって潤滑されるようになっているため、優れた耐久性が得られる。
【００２７】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例で上記第１実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２８】
図３において、モータジェネレータ２６および遊星歯車装置５４はエンジン１２の外周部に配設されており、ケース９０，９２を介してシリンダブロック３０に一体的に固設されている。この実施例では、ワンウェイクラッチ６６，６８が遊星歯車装置５４を挟んでモータジェネレータ２６と反対側に配設されているとともに、モータジェネレータ２６と遊星歯車装置５４との間には、キャリア５６に一体的に固設されたスプロケット９４が配設されており、チェーン９６を介して中間スプロケット９８との間で動力伝達が行われるようになっている。中間スプロケット９８には歯車１００が一体に設けられていて、クランク軸２０に一体的に設けられた歯車１０２と噛み合わされており、これによりクランク軸２０とキャリア５６との間で動力が伝達される。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるエンジンの始動および発電装置を備えているＦＦ車両用のパワートレーンの概略図である。
【図２】図１の実施例の一部を切り欠いて展開して示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の３要素式入出力機構部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１２：エンジン
２０：クランク軸
２６：モータジェネレータ
５４：遊星歯車装置（３要素式入出力機構）
５６：キャリア（第１回転要素）
５８：リングギヤ（第３回転要素）
６０：サンギヤ（第２回転要素）
６４：出力軸
６６：第１ワンウェイクラッチ（第１の係合手段）
６８：第２ワンウェイクラッチ（第２の係合手段）
７２，９２：ケース
Ｏ1 ：クランク軸の軸心
Ｏ2 ：モータジェネレータの軸心
Claims (2)
- 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、
該エンジンのクランク軸の軸心から離間して該軸心と平行に配設されたモータジェネレータと、
前記エンジンのクランク軸に連結された第１回転要素と、前記モータジェネレータの出力軸に連結された第２回転要素と、第３回転要素とを有して、それ等の間で機械的に力を合成、分配するとともに、該第３回転要素を固定して該第２回転要素を前記エンジンの回転に伴う該第１回転要素の回転方向と同じ正方向へ回転させると該第１回転要素が該正方向へ減速回転させられる３要素式入出力機構と、
該３要素式入出力機構を収容しているケースと前記第３回転要素との間に設けられ、少なくとも該第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容するとともに逆方向へ回転することを阻止することが可能な第１の係合手段と、
前記第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素のうちの２つの回転要素の間に設けられ、それ等の正方向の回転速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がＶ２≧Ｖ１、Ｖ１≧Ｖ３、またはＶ２≧Ｖ３となることを許容しつつＶ２＜Ｖ１、Ｖ１＜Ｖ３、またはＶ２＜Ｖ３となることを阻止することが可能な第２の係合手段と
を有し、前記エンジンを始動する際には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記逆方向の回転を阻止しつつ前記モータジェネレータにより前記第２回転要素を回転駆動して該エンジンをクランキングする一方、該エンジンの作動時に該モータジェネレータを発電機として使用する場合には、前記第１の係合手段により前記第３回転要素の前記正方向の回転が許容され、前記第２の係合手段の作用で前記３要素式入出力機構が一体回転させられるエンジンの始動および発電装置において、
前記３要素式入出力機構を前記モータジェネレータの軸心上に配置し、
前記第２の係合手段を前記第２回転要素と前記第３回転要素との間に設けた
ことを特徴とするエンジンの始動および発電装置。 - 前記３要素式入出力機構はシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置で、前記第１回転要素はキャリア、第２回転要素はサンギヤ、第３回転要素はリングギヤであり、
前記第２の係合手段はワンウェイクラッチであって前記サンギヤとリングギヤとの間に設けられており、
前記第１の係合手段は、前記第３回転要素が前記正方向へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止するワンウェイクラッチである
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動および発電装置。
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