JP3886463B2

JP3886463B2 - フライホイール装置

Info

Publication number: JP3886463B2
Application number: JP2003053876A
Authority: JP
Inventors: 秀一中村
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004263766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの出力軸に作用するフライホイールの慣性モーメントを可変とするフライホイール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのフライホイールは、回転変動やトルク変動を小さく抑える上からは、質量が大きいほど効果があるが、そうすると加速時における負荷の増大により燃費性能の悪化を招いてしまう。そのため、エンジンの出力軸に作用するフライホイールの慣性モーメントを可変とするものが開示される（特許文献１、参照）。
【０００３】
その一例を図６に基づいて説明する。エンジン１０のシリンダブロック１１から突出する出力軸１２（クランクシャフト）にフライホイール２０が装備され、その後方にエンジン１０の出力軸１２と変速機の入力軸１３との間を断続するクラッチ（図示せず）が配置される。
【０００４】
フライホイール２０は、エンジン１０の出力軸１２の端部１２ａに複数のボルト１４を介して締結される主ホイール２１と、その外側の段部に軸受２２を介して回転自在に支持される付加ホイール２３と、同じく内側の段部に軸受２４を介して回転自在に支持される可変ホイール２５と、を備える。
【０００５】
付加ホイール２３の内周にギヤ２３ａが形成され、付加ホイール２３の内側に位置する可変ホイール２５の外周にギヤ２５ａが形成され、これらギヤ２３ａ，２５ａに噛み合う複数のピニオン２６が主ホイール２１にピニオンシャフト２７を介して回転自在に支持される。これにより、付加ホイール２３がリングギヤ、可変ホイール２５がサンギヤ、主ホイール２１がピニオンキャリヤ、に相当する遊星歯車機構が構成されるのである。
【０００６】
シリンダブロック１１に可変ホイール２５と略同径のブレーキリング３１が軸方向へのみ移動可能に支持され、ブレーキリング３１の内周に形成の円錐面３１ａと、可変ホイール２５の内周に形成の円錐面２５ｂと、が互いに対向するように配置される。ブレーキリング３１を可変ホイール２５側へ付勢するスプリング３２が設けられ、シリンダブロック１１に油圧シリンダ３３およびレバー３４が備えられる。油圧シリンダ３３は、油圧の供給を受けると、ピストンロッド３３ａの伸張によりレバー３４を介してブレーキリング３１をスプリング３２の圧縮方向へ後退し、円錐面３１ａを円錐面２５ｂから離間させる一方、油圧が開放されると、スプリング３２の付勢力によりブレーキリング３１がレバー３４を介してピストンロッド３３ａを収縮させながら前進し、円錐面３１ａを円錐面２５ｂに押し付けるようになっている。
【０００７】
油圧シリンダ３３の伸張により、円錐面３１ａ，２５ｂが互いに離れる状態においては、主ホイール２１がエンジン１０の出力軸１２と一体に回転するだけのようになり、付加ホイール２１および可変ホイール２５は、エンジン１０の出力軸１２からの回転伝達を受けないため、フライホイール２０の慣性モーメントは、主ホイール２１の慣性モーメントを主とする比較的に小さいものとなる。
【０００８】
油圧シリンダ３３の収縮により、円錐面３１ａが円錐面２５ｂに押し付けられる状態においては、サンギヤに相当する可変ホイール２５の回転が停止されるので、リングギヤに相当する付加ホイール２３は、ピニオンキャリヤに相当する主ホイール２１の回転により、ピニオンの自転分だけ増速されて回転することになり、フライホイール２０の慣性モーメントは、付加ホイール２３の回転により大きなものとなる。３５は油圧シリンダ３３の油道である。
【０００９】
油圧シリンダ３３の伸縮は、図７のように定常走行ラインを基準にアイドル状態を含む低速低負荷域において、フライホイール２０の慣性モーメントが大きくなるように制御される。この運転領域（可変ホイール２５の回転が停止される）については、変速機のシフト段が高段側になる程、広くなるように設定される。これにより、低速低負荷域においては、変速機が高速段になる程、フライホイール２０の慣性モーメントが大きくなる領域が広くなり、エンジン出力の回転変動やトルク変動の抑制効果が持続されるのである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２６３８７４号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
車両の変速を伴う加速時において、エンジンは、図８のように回転速度と負荷の平面のなかで大きく右回りする軌跡を描いて運転される。クラッチが切断の間は無負荷となり、変速機のギヤシフトの完了後、回転が合うとクラッチの接続により、負荷が高められるようになるのである。
【００１２】
図７の制御マップによると、各段で高速回転域までエンジンを加速する場合、変速操作の開始により、クラッチが切断されると、エンジンは無負荷状態となるが、所定の低速低負荷域に入るまでの間、フライホイール２０の慣性モーメントは、主ホイール２１の慣性モーメントを主とする比較的に小さいものに保たれるため、エンジン回転の低下が遅く変速操作に長時間を要する、という不具合が考えられる。路面の勾配や車両の積載量など負荷の高い走行状況においては、エンジン回転（車速）が低下しても、アクセル（エンジン負荷）が所定値以上に操作されると、所定の低速低負荷域に入らないため、回転変動やトルク変動の抑制が効かず、アイドル振動の発生する可能性が高くなるのである。
【００１３】
この発明は、このような課題の有効な解決手段の提供を目的とする。
【００１４】
第１の発明は、フライホイール装置において、エンジンの出力軸に連結する第１フライホイールと、エンジンの出力軸に回転自在な第２フライホイールと、第２フライホイールと同軸に一体回転する円筒を形成する太陽体と、太陽体の回りにこれと同軸の円環を形成するリング体と、リング体と太陽体との間を回転伝達可能に介装される遊星体と、第遊星体を第１フライホイールに軸支する手段と、リング体の回転を規制するための制動装置と、エンジン回転速度を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上かつエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ１以上の領域に入るとその間は第２フライホイールを非増速状態に保持するべくリング体の回転を許容する一方、エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ０以下の領域またはエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ０以下の領域に入るとその間は第２フライホイールを増速状態に保持するべくリング体の回転を規制する、ように制動装置を制御する手段と、を備えてなり、第１のフライホイールは、その一部または全部がアルミニウム合金など軽量な材料により形成されることを特徴とする。
【００１７】
第１の発明においては、太陽体と一体回転する第２フライホイールは遊星歯車機構のサンギヤ、リング体は同じくリングギヤ、遊星体を軸支する第１フライホイールは同じくピニオンキャリヤ、に相当するものである。エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上かつエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ１以上の領域に入ると、制動装置がリング体の回転を許容するように制御され、第２フライホイールは非増速状態に切り替えられる。リング体は空転状態となり、第２フライホイールは第１フライホイールから切り離され、第１フライホイールより低速で空転する。そのため、フライホイールの慣性モーメントは、比較的に小さいものとなり、良好な加速応答性および燃費性能の向上が得られる。その一方、エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ０以下の領域またはエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ０以下の領域に入ると、制動装置がリング体の回転を規制するように制御され、第２フライホイールは増速状態に切り替えられる。第１フライホイールの回転は、遊星体および太陽体を介して増速され、第２フライホイールへ伝達されるので、フライホイールの慣性モーメントは、大きなものとなり、エンジンの回転変動やトルク変動の抑制が効くようになる。変速を伴う加速時においては、クラッチが切断（エンジンは無負荷状態）の間、フライホイールの慣性モーメントは、大きなものとなるため、エンジン回転の低下が早くなり、変速時間の短縮が図れる。また、第１フライホイールの軽量化により、エンジンの加速性能および燃費性能の向上を大いに促進できる。制動装置の規制対象は、遊星歯車機構のリングギヤに相当するリング体の回転であり、同じくピニオンキャリヤに相当する第１フライホイール（エンジンの出力軸に連結する）の回転により同じくサンギヤに相当する第２フライホイールを増速する構成のため、フライホイールの慣性モーメントを従来よりも効率よく増大できる。つまり、フライホイールにおいては、慣性モーメントの可変幅が大きく取れることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１，図２において、エンジン４０のシリンダブロック４１から突出する出力軸４２（クランクシャフト）にフライホイール５０が装備され、その後方にエンジン４０の出力軸４２と変速機の入力軸との間を断続するクラッチ（図示せず）が配置される。
【００２１】
フライホイール５０は、エンジン４０の出力軸４２の端部に複数のボルト４３を介して締結される第１フライホイール５１と、その中央のボス部に軸受５２を介して回転自在に支持される第２フライホイール５３と、を備える。
【００２２】
第１フライホイール５１に複数の遊星体５４（ローラ）がそれぞれピン５４ａ（クランクシャフト５２が中心の同一円周上を等間隔に配置される）を介して回転自在に支持され、遊星体５４に連動する太陽体５５が第２フライホイール５３と同軸の円筒に一体形成される。第１フライホイール５１と略同径のリング体５６（円環体）が設けられ、その内周に摺接する遊星体５４を介して回転自在に支持される。
【００２３】
太陽体５５と一体回転する第２フライホイール５３は遊星歯車機構のサンギヤ、リング体５６は同じくリングギヤ、遊星体５４を軸支する第１フライホイール５１は同じくピニオンキャリヤ、に相当するものである。
【００２４】
リング体５６の回転を規制するための制動装置５７がフライホイールハウジング５８に配置される。制動装置５７は、リング体５６の外周に対向するブレーキシュー５７ａと、リンク５７ｂおよびアクチュエータ５７ｃと、を備える。リンク５７ｂの一端にブレーキシュー５７ａが連結され、その他端にアクチュエータ５７ｃが連結される。リンク５７ｂは、中間の支点にブレーキシュー５７ａの開き方向へ付勢するバネ５７ｄが設けられ、アクチュエータ５７ｃの伸張により、バネ５７ｄを撓めながら、ブレーキシュー５７ａをリング体５６の外周に押し付けるのである。なお、制動装置５７は、互い対称の位置関係に２つ配置される。
【００２５】
第２フライホイール５３の外周にリングギヤ５９が形成され、リングギヤ５９に噛み合うスタータピニオン６０が配置される。第１フライホイール５１は、エンジン４０の加速性能および燃費性能の向上を促進しえるよう、その一部または全部がアルミニウムなど軽量な材料から形成される。この例においては、アルミ合金の主部５１ａと鋳鉄または鋼板の基板５１ｂとの接合構造に製作される。
【００２６】
バネ５７ｄの付勢力により、アクチュエータ５７ｃが初期状態に収縮され、ブレーキシュー５７ａがリング体５６の外周に押し付けられないときは、リング体５６を空転させる。そのため、太陽体５５と一体回転する第２フライホイール５３は、遊星体５４を軸支する第１フライホイール５１から切り離され、非増速状態となり、第１フライホイール５１より低速で空転する。
【００２７】
アクチュエータ５７ｃの伸張により、ブレーキシュー５７ａがリング体５６の外周に押し付けられると、リング体５６の回転が規制される。第２フライホイール５３は、第１フライホイール５１に接続され、増速状態となる。第１フライホイール５１の回転は、遊星体５４および太陽体５５を介して増速され、第２フライホイール５３へ伝達されるのである。
【００２８】
図３において、ｉはリング体５６、ｃは第１フライホイール５１、ｓは第２フライホイール５３、を表す。また、矢印は周速ベクトル、ω０〜ω２は角速度を示す。ｃ（第１フライホイール５１）がω０で回転中にｉ（リング体５６）の回転が規制されると、ｃの回転により、ｓ（第２フライホイール５３）の周速ベクトルは点線矢印に増速され、ｓの角速度はω０からω１へ大きく加速される。図６（特許文献１）の場合、ｃ（主ホイール２１）がω０で回転中にｓ（可変ホイール２５）の回転が規制されると、ｃの回転により、ｉ（付加ホイール２３）の周速ベクトルは実線矢印に増速され、ｉの角速度はω０からω２へ加速されるが、太線ｓ（第２フライホイール５３）の角速度ω１に対し、ω２≪ω１、になるのである。
【００２９】
図示しないが、制動装置５７を制御するコントローラが備えられる。コントローラに図４のような制御マップが格納され、エンジンの運転状態を代表する、回転速度を検出するエンジン回転センサと、負荷を検出するアクセル開度センサと、が設けられる。
【００３０】
コントロールユニットは、エンジン回転速度N（検出値）とエンジン負荷L（検出値）とから、図４の制御マップに基づいて、エンジン回転速度Nが所定値N1以上かつエンジン負荷Lが所定値L1以上の領域に入ると、その間は第２フライホイール５３を非増速状態に保持するべくリング体５６を回転自由に解放する一方、エンジン回転速度Nが所定値N0以下の領域またはエンジン負荷Lが所定値L0以下の領域に入ると、その間は第２フライホイール５３を増速状態に保持するべくリング体５６の回転を規制する、ように制動装置５７を制御するのである。
【００３１】
このような制御により、エンジン回転速度Nが所定値N1以上かつエンジン負荷Lが所定値L1以上のときは、第２フライホイール５３が非増速状態に切り替えられ、フライホイール５０の慣性モーメントは、比較的に小さいものとなり、良好な加速応答性および燃費性能の向上が得られる。その一方、エンジン回転速度Nが所定値N0以下の領域またはエンジン負荷Lが所定値L0以下のときは、第２フライホイール５３が増速状態に切り替えられ、フライホイール５０の慣性モーメントが効率よく増大され、エンジンの回転変動やトルク変動の抑制が効くようになる。
【００３２】
図７の制御マップにおいて、エンジン回転速度Nが所定値N0以下の増速領域と、エンジン負荷Lが所定値L0以下の増速領域と、の設定により、エンジン回転速度Nか、エンジン負荷Lか、少なくとも何れか一方が所定値（N0またはL0）以下になると、フライホイール５０の慣性モーメントは、第２フライホイール５３の増速により増大されることになる。このため、変速を伴う加速時においては、クラッチが切断（エンジン４０は無負荷状態）の間、第２フライホイール５３の慣性モーメントによる負荷が加わるため、エンジン回転の低下が早くなり、変速時間の短縮が図れる（図８、参照）。路面の勾配や車両の積載量など負荷の高い走行状況においては、フライホイール５０の慣性モーメントは、エンジン回転速度Nが所定値N0以下になると、第２フライホイール５３が増速状態に切り替えられ、エンジン負荷Lが所定値L1以上に操作されても、その状態に維持されるので、エンジン出力の回転変動やトルク変動の抑制が効くようになる。
【００３３】
既述（図３の説明）のように制動装置５７の規制対象が遊星歯車機構のリングギヤに相当するリング体５６の回転であり、同じくピニオンキャリヤに相当する第１フライホイール５１（エンジン４０の出力軸４１に連結する）の回転により同じくサンギヤに相当する第２フライホイール５３を増速する構成のため、フライホイール５０の慣性モーメントを従来よりも効率よく増大できる。つまり、フライホイール５０においては、慣性モーメントの可変幅が大きく取れることになる。
【００３４】
図５は、コントロールユニットの制御内容を説明する流れ図であり、S1においては、キースイッチのONにより、制動装置５７を作動させる（アクチュエータ５７ｃの伸張によりリング体５６の回転を規制する）。S2においては、エンジン回転速度N＞N1かどうかを判定する。S3においては、エンジン負荷L＞L1かどうかを判定する。S2の判定がyesかつS3の判定がyesのときは、S4において、制動装置５７の作動を解除する（アクチュエータ５７ｃの収縮によりリング体５６を回転自由に解放する）。
【００３５】
S2の判定がnoのときは、S5において、エンジン回転速度N＜N0かどうかを判定する。S5の判定がyesのときは、▲１▼へ戻る一方、S5の判定がnoのときは、S7へ飛ぶ。S3の判定がnoのときは、S6において、エンジン負荷L＜L0かどうかを判定する。S6の判定がyesのときは、▲１▼へ戻る一方、S6の判定がnoのときは、S7へ飛ぶ。
【００３６】
S7においては、キースイッチがOFFかどうかを判定する。S7の判定がyesのときは、S8において、制動装置５７を初期（作動解除）状態にセット後、制御を終了する。その一方、S7の判定がnoのときは、S2へ戻るのである。
【００３７】
このような制御については、図示の可変機構を備えるフライホール装置に限定されるものでなく、エンジンの出力軸に連結する第１フライホイールと共にエンジンの出力軸に回転自在な第２フライホイールを設け、第２フライホイールの慣性モーメントがエンジンの出力軸に加わらない負荷の小さな第１状態と、第２フライホイールの慣性モーメントがエンジンの出力軸に加わる負荷の大きな第２状態と、に切り替わる慣性モーメントの可変手段を備える、フライホイール装置に広く適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る装置の断面構成図である。
【図２】同じくX-X断面図である。
【図３】同じく作用を説明するベクトル線図である。
【図４】同じく制御マップを説明する特性図である。
【図５】同じく制御内容を説明する流れ図である。
【図６】従来装置の断面図である。
【図７】同じく制御マップを説明する特性図である。
【図８】変速中のエンジン回転−エンジン負荷の軌跡を説明する特性図である。
【符号の説明】
５０フライホイール
５１第１フライホイール
５１ａ主部
５１ｂ基板
５３第２フライホイール
５４遊星体（ローラ）
５４ａピン
５５太陽体
５６リング体
５７制動装置
５７ａブレーキシュー
５７ｂリンク
５７ｃアクチュエータ
５７ｄバネ

Claims

エンジンの出力軸に連結する第１フライホイールと、エンジンの出力軸に回転自在な第２フライホイールと、第２フライホイールと同軸に一体回転する円筒を形成する太陽体と、太陽体の回りにこれと同軸の円環を形成するリング体と、リング体と太陽体との間を回転伝達可能に介装される遊星体と、第遊星体を第１フライホイールに軸支する手段と、リング体の回転を規制するための制動装置と、エンジン回転速度を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上かつエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ１以上の領域に入るとその間は第２フライホイールを非増速状態に保持するべくリング体の回転を許容する一方、エンジン回転速度Ｎが所定値Ｎ０以下の領域またはエンジン負荷Ｌが所定値Ｌ０以下の領域に入るとその間は第２フライホイールを増速状態に保持するべくリング体の回転を規制する、ように制動装置を制御する手段と、を備えてなり、第１のフライホイールは、その一部または全部がアルミニウム合金など軽量な材料により形成されることを特徴とするフライホイール装置。