JP3871214B2 - 自動車の補機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車等において、エアコン用コンプレッサ等の補機を内燃機関又は発電電動機により駆動する、自動車の補機駆動装置に関する。

近年、信号待ち等のアイドリング時にエンジンを停止させるアイドルストップ機能を持つハイブリッド車等が開発されている。このようなハイブリッド車では、アイドルストップ時にエアコン用コンプレッサ等補機の駆動源を如何に確保するかの問題がある。

本願の出願人は先に、自動車の補機駆動装置（特許文献１参照）を出願した。図５を参照しつつ詳細を説明する。補機駆動装置２５０は、補機としてのコンプレッサ２１０をエンジン２００又はＭＧ２０５で駆動し、その切り換えを遊星ギヤ機構２２０、クラッチ機構２３０及びロック機構２３５で行っている。

遊星ギヤ機構２２０のサンギヤ２２１の回転軸２２２がコンプレッサ２１０の回転軸２１１及びＭＧ２０５の回転軸２０６と同一線上に配置されている。回転軸２２２と２０６との間にクラッチ機構２３０が、回転軸２２２と２１１との間にロック機構２３５が、それぞれ配置されている。遊星ギヤ２２３ａに取り付けられたキャリヤ２２３ｂがプーリ２４０の回転軸に結合され、プーリ２４０はベルト２４２を介して、エンジン２００のプーリ２４５に連結されている。リングギヤ２２４はＭＧ２０５の回転軸２０６に結合されている。

この補機駆動装置２５０において、アイドルストップ後のエンジン始動時は、クラッチ機構２３０を遮断し、ロック機構２３５をロックする。すると、サンギヤ２２１の回転が禁止され、キャリヤ２２３ｂ及びリングギヤ２２４を介してＭＧ２０５がプーリ２４０と結合される。エンジン２００の始動後もクラッチ機構２３０は遮断状態に、ロック機構２３５は拘束状態にあり、ＭＧ２０５はエンジン２００により回転され発電（充電）機能を発揮する。このときコンプレッサ２１０は停止している。

エンジン駆動時にコンプレッサ２１０を作動させるためには、クラッチ機構２３０を連結状態に、ロック機構２３５を開放状態にする。すると、サンギヤ２２１とリングギヤ２２４とが結合され、エンジン２００によりコンプレッサ２１０が作動する。

また、アイドルストップ時にエアコンを作動させるには、クラッチ機構２３０を遮断し、ロック機構２３５を開放する。遊星ギヤ機構２２０のキャリヤ２２３ｂはエンジン２００の摩擦により回転できず、コンプレッサ２１０はリングギヤ２２４、遊星ギヤ２２３ａ及びサンギヤ２２１を介してＭＧ２０５により作動される。
特開２００２−３０９９８３号公報

しかし、コンプレッサ２１０とＭＧ２０５とを軸方向に並べ、両者間に遊星ギヤ機構２２０を配置している。その結果、ＭＧ２０５、コンプレッサ２１０及び遊星ギヤ機構２２０の軸方向長さが加算され、コンプレッサ駆動装置２５０の軸方向長さが増大している。コンプレッサ駆動装置２５０の軸方向長さを抑制するためにＭＧ２０５、コンプレッサ２１０の軸方向長さを短くすれば、所定の発電能力や冷媒吐出能力が低下する虞れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、補機が内燃機関又はＭＧを駆動源として駆動され、しかも軸方向長さが抑制された補機駆動装置を提供することを目的とする。

本願の発明者は、発電電動機と補機とを同心的に配置し、その上でトルク分配機構としての遊星ギヤ機構と内燃機関、発電電動機及び補機との結合関係を変更することを思い付いて、本発明を完成した。

請求項１に記載の自動車の補機駆動装置は、アイドル時に停止する内燃機関又は発電電動機により補機を駆動する補機駆動装置であって、発電電動機と補機とが同心的に配置され；そのサンギヤが補機に、キャリヤが内燃機関に、リングギヤが発電電動機にそれぞれ接続され、内燃機関の駆動力を発電電動機及び補機に分配すると共に、発電電動機の駆動力を補機に伝達する遊星ギヤ機構と；遊星ギヤ機構のキャリヤ、リングギヤ及びリングギヤの何れか２つの間の経路を連結又は遮断するクラッチ機構と；補機の作動を拘束又は開放するロック機構と；を具備し、遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は補機を発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は内燃機関を発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は発電電動機及び補機を内燃機関で作動させる補機駆動装置において、補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で発電電動機の外周側に配置されていることを特徴としている。

この補機駆動装置において、発電電動機と補機とが同心的に、即ち半径方向で内外に配置されている。遊星ギヤ機構が、内燃機関又は発電電動機の駆動力を補機に分配し、発電電動機の駆動力を内燃機関に伝達する。その際、クラッチ機構が必要な経路を連結し不要な経路を遮断し、ロック機構が補機の作動を拘束又は開放する。

請求項２の補機駆動装置は、請求項１に記載の発明と同じ構成要素をもち、サンギヤが発電電動機に、キャリヤが内燃機関に、リングギヤが補機にそれぞれ接続され、クラッチ機構はサンギヤの回転軸、キャリヤの回転軸及びリングギヤの回転軸のうちの何れかの２軸間の動力経路を連結又は遮断することで、遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は補機を前記発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は内燃機関を発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は発電電動機及び補機を内燃機関で作動させる。特に、補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で発電電動機の外周側に配置されていることを特徴としている。

請求項３の補機駆動装置は、請求項１に記載の発明と同じ構成要素をもち、サンギヤが発電電動機に、キャリヤが補機に、リングギヤが内燃機関にそれぞれ接続され、クラッチ機構は、サンギヤの回転軸、キャリヤの回転軸及びリングギヤの回転軸のうちの何れかの２軸間の動力経路を連結又は遮断することで、遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は補機を発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は内燃機関を発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は発電電動機及び補機を内燃機関で作動させる。特に、補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で発電電動機の外周側に配置されていることを特徴としている。

本発明にかかる自動車の補機駆動装置によれば、発電電動機と補機とを半径方向で内外関係に配置したので、両者を軸方向に並べる場合に比べて、補機駆動装置の軸方向長さが短くなる。また、遊星ギヤ機構により内燃機関の駆動力の分配及び発電電動機の駆動力の伝達がなされる。

請求項１〜３の補機駆動装置によれば、内燃機関が停止するアイドルストップ時も発電電動機により補機の駆動が確保される。また、発電電動機がサンギヤ又はリングギヤに接続され、補機がサンギヤ、キャリヤ又はリングギヤに接続された場合の何れでも、補機が発電電動機により駆動される。さらに、エアコン用斜板コンプレッサと発電電動機とをスペース効率良く配置することができる。また、半径方向内側の発電電動機のロータを小型化できる。

＜自動車＞
本発明の「自動車」とは、内燃機関（エンジン）又は発電電動機（ＭＧ） の駆動力で走行するハイブリッド車である。「補機」にはエアコン用コンプレッサやパワステ用オイルポンプ、冷却水ポンプ等が含まれ、エンジン又はＭＧにより作動される。自動車には二種類の動力源があるが、走行のための動力源と補機作動のための作動源とは一致する。よって、例えば、自動車がエンジンの駆動力で走行しているときは、このエンジン駆動力は補機を作動するためにも使用される。
＜補機駆動装置＞
本発明の補機駆動装置はトルク分配機構としての遊星ギヤ機構、クラッチ機構及びロック機構を含む。
（１）遊星ギヤ機構（トルク分配機構）
遊星ギヤ機構はエンジンの駆動力（トルク）をＭＧ及び補機に分配すると共に、ＭＧの駆動力（トルク）を補機に伝達する。エンジンのトルクをＭＧに分配するのは自動車がエンジンの駆動力で走行しているとき、及び補機に分配するのは自動車が停止中でもバッテリに充電が必要なときである。一方、ＭＧのトルクは、エンジンが停止中に補機の駆動が必要なときは補機に伝達され、又は自動車の駆動力として利用しても良い。

遊星ギヤ機構には３つのタイプがある。 第１タイプでは図４（ａ）に示すように、サンギヤがコンプレッサ等に、キャリヤがエンジンに、リングギヤがＭＧに、それぞれ接続されている。第２タイプでは図４（ｂ）に示すように、サンギヤがＭＧに、キャリヤがエンジンに、リングギヤがコンプレッサ等に、それぞれ接続されている。第３タイプでは、図４（ｃ）に示すように、サンギヤがＭＧに、キャリヤがコンプレッサ等に、リングギヤがエンジンに、それぞれ接続されている。
（２）クラッチ機構
クラッチ機構は、図４（ａ）に示す第１タイプ、図４（ｂ）に示す第２タイプ及び図４（ｃ）に示す第３タイプ何れの場合においても、サンギヤ、キャリヤ及びリングギヤの回転軸のうちの２軸間に配置される。そして、何れの場合でもエンジン始動時は遮断され、エンジン始動後発電とコンプレッサ駆動を同時に行う場合においては連結される。
（３）ロック機構
ロック機構は、図４（ａ）の第１タイプ、図４（ｂ）の第２タイプ及び図４（ｃ）の第３タイプの何れでも、補機の作動を拘束又は開放する。ロック機構を拘束（ロック）するのはコンプレッサ等の作動が不要又は不適当なとき、開放（アンロック）するのは作動が必要なときである。

図１、図２及び図３に示したハイブリッド車は、ガソリンエンジン（以下「エンジン」と呼ぶ）１０（図示せず）、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」と呼ぶ）２０、エアコン用コンプレッサ３０、及び補機駆動機構４５を含む。これらのうち、エンジン１０を除くＭＧ２０、コンプレッサ３０、及び補機駆動装置４５がハウジング１５内に収納されている。以下、各構成部材につき個別に説明する。

エンジン１０の出力軸１１（図示せず）に固定されたプーリ１２（図示せず）とプーリ１４との間にベルト１３（図示せず）が掛け渡されている。プーリ１４は後述する補機駆動装置４５に取り付けられている。

ＭＧ２０は、固定された円筒形状のステータ２１と、その中空部で回転する円柱形状のロータ２２とを含む。ステータ２１はハウジング１５の他端壁（図１で右端壁）１６ｂ寄りの空間内に固定され、ロータ２２は、ハウジング１５の一端壁１７ａ及び他端壁１７ｂによりに回転可能に支持された回転軸２３に取付られている。

直流電源の直流電圧をインバータで変換した交流電圧によりＭＧ２０が駆動され、ロータ２２がトルクを発生する。インバータは制御回路により制御される。直流電源はまた、電気負荷を作動させる。

コンプレッサ３０は上記回転軸２３の回りに回転する斜板３２と、シリンダ３３と、シリンダ３３内に配置され斜板３２により往復動される複数のピストン３４とを含む。

図１から明らかなように、斜板３２はハウジング１５の軸方向中間部に配置され、シリンダ３３及びピストン３４はＭＧ２０と同心的に、即ちその外周側でステータ２１と、ハウジング１５の周壁部１８との間の空間を利用して配置されている。エンジン１０又はＭＧ２０により斜板３２が回転されると、シリンダ３３内でピストン３４が軸方向に移動され、冷媒を圧縮して吐出する。

次に、コンプレッサ３０を駆動する装置について説明する。補機駆動装置４５は、遊星ギヤ機構（トルク分配機構）５０、クラッチ機構６０及びロック機構６５等を含み、前記第３タイプに対応する。

図１及び図３から分かるように、遊星ギヤ機構５０は、回転軸２３に取り付けられたサンギヤ５１と、その回りを自転しつつ公転する複数の遊星ギヤ５４ａ及び遊星ギヤ５４ａの公転運動のみを伝達するキャリヤ５４ｂと、その外側で自転するリングギヤ５７とを含む。遊星ギヤ機構５０の一側（図１で左側）において、リングギヤ５７が回転軸５３を介して上記プーリ１４に結合されている。他側で、キャリヤ５４ｂが、回転軸２３の周りに回転可能な回転アーム５８を介して、コンプレッサ３０の斜板３２に結合されている。

サンギヤ５１とリングギヤ５７との間にクラッチ機構６０が配置されている。クラッチ機構はサンギヤ５１の軸及びリングギヤ５７の軸に互いに互いに対向するよう配設された一対の摩擦板６１，６２と、電磁コイル６４とを含む。連結状態ではサンギヤ５１とリングギヤ５７とを結合し、遮断状態では両者を遮断する。また、ハウジング１５とキャリヤ５４ｂ即ち斜板３２との間にロック機構６５が配置され、遊星ギヤ機構から５０コンプレッサ３０への駆動力の伝達を拘束又は開放する。
（作用）
以下、この実施例の作用を説明する。
（１）アイドルストップ時
信号待ち等でハイブリッド車が停車すると、アイドルストップによりエンジン１０が停止する。アイドルストップ時にエアコンを作動させる必要があるときは、ＭＧ２０でコンプレッサ３０を駆動する。ロック機構６５の開放により、遊星ギヤ５４ａの公転即ちキャリヤ５４ｂの回転が斜板３２に伝達される。クラッチ機構６０の遮断により、ＭＧ２０のロータ２２の回転はエンジン１０に伝達されない。よって、制御回路２８がインバータ２６を駆動し交流電力が供給され、コンプレッサ３０の回転に必要なトルクをＭＧ２０が発生する。
（２）始動（スタータ）モード
アイドルストップ状態からエンジン１０を始動させるとき、スタータモードにする。クラッチ機構６０の遮断より、サンギヤ５１とリングギヤ５７とが遮断される。ＭＧ２０のロータ２２の回転力（トルク）はサンギヤ５１及び遊星ギヤ５４ａを介してプーリ１４につながっているリングギヤ５１に伝達される。制御回路２８がインバータ２６を制御し交流電力をＭＧ２０に供給し、ＭＧ２０のロータ２２がエンジン１０の始動に必要なトルクを発生する。こうして、ＭＧ２０によりエンジン１０が始動する。

クラッチ機構６０の遮断と同時に、ロック機構６５を拘束する。これによりキャリヤ５４ｂの回転が禁止されるので、コンプレッサ３０は作動しない。
（３）エンジン駆動時のエアコン作動
エンジン１０の駆動時にエアコンを作動させたいときはクラッチ機構６０を連結する。すると、遊星ギヤ機構５０のサンギヤ５１，キャリヤ５４ｂ及びリングギヤ５７が一体化され、プーリ１４を介してエンジン１０により回転される。一体回転する遊星ギヤ機構５０を介してエンジン１０によりＭＧ２０が回転され、発電機として機能する。

なお、クラッチ機構６０の連結に先んじて、ロック機構６５を開放する。すると、遊星ギヤ機構５０を介してエンジン１０によりコンプレッサ３０が作動する。
（効果）
この実施例によれば、以下の効果が得られる。第１に、補機駆動機構の軸方向長さが短くできた。図１から分かるように、ＭＧ２０も、コンプレッサ３０も、遊星ギヤ機構５０も必要最低限の軸方向長さを持つに過ぎない。これは、コンプレッサ３０のシリンダ３３及びピストン３４をＭＧ２０と同心的に、しかもステータ２１の外周側に配置したことにより達成された。

なお、シリンダ３３及びピストン３４を配置したステータ２１の外周側の空間は、元々無駄になっていた。デッドスペースの有効利用したので、コンプレッサ３０及びハウジング１５の半径方向寸法の増加は微々たるものである。

第２に、コンプレッサ３０の径方向内側にＭＧ２０を設けたことにより、ＭＧ２０のロータ２２が小径化される。これにより、エンジン始動時にロータ２２の加速の妨げとなるロータ２２自身のイナーシャを低減できるため、始動に要する時間が短縮できる。

第３に、遊星ギヤ機構５０のサンギヤ５１をＭＧ２０に、リングギヤ５７をエンジン１０に、キャリヤ５４ｂをコンプレッサ５０に接続したことにより、ＭＧ２０の小型化が可能となる。即ち、ＭＧ２０でエンジンを駆動する際の減速比を、従来のプーリ比（エンジン側プーリの直径／プーリ１４の直径）に加えて、（１−ρ）／ρだけ加算でき（ρ＝サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５７の歯数）、それにより伝達トルクの増幅率が大きくなるからである。

第４に、キャリヤ５４ｂとリングギヤ５７との間にクラッチ機構６０を設けたことにより、エンジン始動後の遊星ギヤ機構５０の一体化に必要な継合トルク（即ちクラッチのトルク容量）を最小にできる。

上記実施例の構成は本発明の効果を顕著に表す一例として記載した。但し、遊星ギヤ機構５０の各回転軸が接続される機器（エンジン１０、ＭＧ２０、コンプレッサ３０等補機）の組み合わせは上記実施例の態様に限定されない。

また、クラッチは遊星ギヤ機構５０の３つのギヤの回転軸のうちの任意の２軸間の動力経路の連結又は遮断をすれば良く、上記実施例の態様に限定されない。さらに、上記実施例では補機がエアコン用コンプレッサであったが、その他各種補機にも本発明の主旨を損なうことなく適用可能である。

本発明の実施例を示す縦断面図である。 同じく横断面図である。 上記実施例の模式説明図である。 （ａ）は本発明の第１タイプの説明図、（ｂ）は本発明の第２タイプの説明図、（ｃ）は本発明の第３タイプの説明図である。 従来例の模式説明図である。

符号の説明

１０：エンジン １５：ハウジング
２０：ＭＧ ２１：ステータ
２２：ロータ ３０：コンプレッサ
３２：斜板 ３３：シリンダ
３４：ピストン ５０：遊星ギヤ機構
５１：サンギヤ ５４：遊星ギヤ
５７：リングギヤ ６０：クラッチ機構
６５：ロック機構

Claims (3)

1. アイドル時に停止する内燃機関又は発電電動機により補機を駆動する補機駆動装置であって、
   前記発電電動機と前記補機とが同心的に配置され、
   そのサンギヤが前記補機に、キャリヤが前記内燃機関に、リングギヤが前記発電電動機にそれぞれ接続され、前記内燃機関の駆動力を前記発電電動機及び前記補機に分配すると共に、該発電電動機の駆動力を該補機に伝達する遊星ギヤ機構と、
   前記遊星ギヤ機構の前記キャリヤ、リングギヤ及びサンギヤの何れか２つの間の経路を連結又は遮断するクラッチ機構と、
   前記補機の作動を拘束又は開放するロック機構と、を具備し、
   前記遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は前記補機を前記発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は前記内燃機関を該発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は該発電電動機及び該補機を該内燃機関で作動させる補機駆動装置において、
   前記補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で前記発電電動機の外周側に配置されていることを特徴とする自動車の補機駆動装置。
2. アイドル時に停止する内燃機関又は発電電動機により補機を駆動する補機駆動装置であって、
   前記発電電動機と前記補機とが同心的に配置され、
   そのサンギヤが前記発電電動機に、キャリヤが前記内燃機関に、リングギヤが前記補機にそれぞれ接続され、前記内燃機関の駆動力を前記発電電動機及び前記補機に分配すると共に、該発電電動機の駆動力を該補機に伝達する遊星ギヤ機構と、
   前記遊星ギヤ機構の前記キャリヤ、リングギヤ及びサンギヤの何れか２つの間の経路を連結又は遮断するクラッチ機構と、
   前記補機の作動を拘束又は開放するロック機構と、を具備し、
   前記遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は前記補機を前記発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は前記内燃機関を該発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は該発電電動機及び該補機を該内燃機関で作動させる補機駆動装置において、
   前記補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で前記発電電動機の外周側に配置されていることを特徴とする自動車の補機駆動装置。
3. アイドル時に停止する内燃機関又は発電電動機により補機を駆動する補機駆動装置であって、
   前記発電電動機と前記補機とが同心的に配置され、
   そのサンギヤが前記発電電動機に、キャリヤが前記補機に、リングギヤが前記内燃機関にそれぞれ接続され、前記内燃機関の駆動力を前記発電電動機及び前記補機に分配すると共に、該発電電動機の駆動力を該補機に伝達する遊星ギヤ機構と、
   前記遊星ギヤ機構の前記キャリヤ、リングギヤ及びサンギヤの何れか２つの間の経路を連結又は遮断するクラッチ機構と、
   前記補機の作動を拘束又は開放するロック機構と、を具備し、
   前記遊星ギヤ機構は、アイドルストップ時は前記補機を前記発電電動機で作動させ、内燃機関始動時は前記内燃機関を該発電電動機で始動させ、内燃機関走行時は該発電電動機及び該補機を該内燃機関で作動させる補機駆動装置において、
   前記補機はエアコン用斜板式コンプレッサで、そのシリンダ及びピストンが半径方向で前記発電電動機の外周側に配置されていることを特徴とする自動車の補機駆動装置。

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