JP3995536B2 - スタータジェネレータ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータジェネレータにより内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の動力によりスタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のスタータジェネレータ装置として従来特開平11−147424号公報記載の例がある。
【0003】
同例において内燃機関の出力軸が電磁クラッチを介してプーリに連結されている。
一方電動機兼発電機のスタータジェネレータは、その駆動軸がプラネタリギアセットのサンギアに結合され、ピニオンギアを支承するキャリアがプーリの入出力軸に結合されており、リングギアはブレーキを介して固定部材に連結されるとともに、クラッチを介して前記入出力軸に連結される構成である。
【0004】
そしてプーリ間に巻き掛けられるベルトは、同時に補機類の入力軸に設けられたプーリにも巻き掛けられている。
【0005】
内燃機関を始動するときは、電磁クラッチ,ブレーキをオンにし、クラッチをオフとすることでスタータジェネレータの回転駆動力はサンギアからキャリアに減速して伝達され、ベルトを介してさらに減速されて内燃機関に伝達されて始動がなされる。
【0006】
内燃機関の動力によりスタータジェネレータを発電機として使用するときは、ブレーキをオフ、クラッチをオンとすることで、プーリとスタータジェネレータが直結状態となり、電磁クラッチをオンとしておくことで、内燃機関の動力がスタータジェネレータに伝達されて発電がなされる。
【0007】
内燃機関の停止時にスタータジェネレータを使って補機類を駆動するときは、ブレーキをオフ、クラッチをオンとしてプーリとスタータジェネレータを直結状態とし、電磁クラッチをオフとすることで、内燃機関の負荷を受けることなく、スタータジェネレータにより補機類を駆動することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このように各状態の切り換え時に制御要素が電磁クラッチ,クラッチ,ブレーキと3つあり、制御系が複雑である。
【0009】
またスタータジェネレータにより内燃機関を始動させる時、スタータジェネレータの回転駆動力はプラネタリギアセット,プーリベルトの2つの減速機構を介して内燃機関に伝達されるが、プーリベルトによる減速機構は内燃機関側にある。
【0010】
したがって内燃機関の始動のための必要トルクをTとすると、ベルトの出力側のトルクもTとなり相当の負荷がベルトに掛かる。
【0011】
そのためにベルトの幅を広げる必要が生じ、内燃機関の全長が長くなり、特に軽自動車等のエンジンルームのスペースが限られた小さな車両への搭載は、衝突安全性の確保が難しい。
【0012】
さらに上記構成であると、内燃機関の始動時およびスタータジェネレータを発電機として使用するときは常に電磁クラッチをオンにして通電する必要があり、よって発電するために電力を消費するという矛盾があり発電効率を低下させている。
【0013】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、減速機構の無端伝動帯に掛かる負荷を小さくして内燃機関の小型化を図り、簡素な制御系で発電効率の良いスタータジェネレータ装置を供する点にある。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項1記載の発明は、内燃機関の出力軸に接続されるスタータジェネレータにより該内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の始動後は該内燃機関の動力により前記スタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置において、キャリアに支承されるピニオンギアにサンギアとリングギアが噛合うプラネタリギアセットを備え、前記キャリアとサンギアとリングギアのいずれか2つの間に第1のワンウェイクラッチが介装され、前記キャリアが前記内燃機関の出力軸に一体に結合され、前記リングギアが無端伝動帯を介して前記スタータジェネレータおよび補機に対して動力伝達可能に接続され、前記サンギアが締結・解除可能なブレーキ部材と第2のワンウェイクラッチとを介して固定部材に連結され、車速が所定速度未満かつ機関回転数が所定回転数未満のときに、前記ブレーキ部材を締結するスタータジェネレータ装置とした。
【0015】
内燃機関始動時には、ブレーキ部材を締結するだけで、スタータジェネレータの回転駆動力は無端伝動帯を介して減速され、さらにプラネタリギアセットで減速されて内燃機関に伝達され始動されるが、無端伝動帯による減速機構はスタータジェネレータ側にある。
【0016】
したがって内燃機関の始動のための必要トルクをTとし、プラネタリギアセットによる減速比をb(>1)とすると、無端伝動帯の出力側のトルクはプラネタリギアセットにより減速されてT/bとなり、相当程度負荷が軽減され、無端伝動帯の幅を広げる必要はなく、よって内燃機関の全長を長くする必要はない。
【0017】
その他、内燃機関の動力によりスタータジェネレータを発電機として使用するときや、内燃機関の停止時にスタータジェネレータを使って補機類を駆動するときなどは、全てブレーキ部材を解除しておけばよく、制御要素が少なく制御系を簡素化できる。
【0018】
スタータジェネレータを発電機として使用するときはブレーキ部材を解除状態とするので、発電時にブレーキ部材を作動するのに電力を使う必要がなく発電効率を高く維持することができる。
無端伝動帯を用いているので、内燃機関に対するスタータジェネレータの配置の自由度が大きい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図1ないし図6に基づき説明する。
本実施の形態に係るスタータジェネレータ装置30が、4サイクル内燃機関1に適用された例を図1および図2に示す。
【0020】
内燃機関1のクランク軸2は、チェーン室3を構成するチェーンケース4の開口から外側へ端部を突出している。
チェーン室3内のクランク軸2には動弁系へ動力を伝達するチェーンのチェーンスプロケット5が嵌着されている。
【0021】
そのクランク軸2のチェーンケース4の開口部辺りの端部には、スリーブ6が一体に嵌着され、チェーンケース4の外側において同スリーブ6の外周に円筒状のサンギア部材11が回転自在に嵌合され、同サンギア部材11の端部のサンギア11aはチェーンケース4より外側にあり、そのサンギア11を含めその周囲にプラネタリギアセット10が設けられている。
【0022】
サンギア11aに噛合するピニオンギア12を支軸13で支承するキャリア14は、クランク軸中心側の内キャリア14aと遠心側の外キャリア14bとからなり、内キャリア14aは前記スリーブ6の先端部に押圧円環部材7に挟み付けられるようにして嵌着しており、よってキャリア14はクランク軸2と一体に回転する。
【0023】
ピニオンギア12に噛合するリングギア15aは、側壁15bと周壁15cにより概ね椀状をしたリングギア部材15の側壁15bから内側に突出した円筒部内周面に設けられている。
リングギア部材15の周壁15cの外周にクランクプーリ16が一体に嵌着されている。
【0024】
リングギア部材15は、側壁15bから内燃機関内方に向けて周壁15cを延出して椀状の開口を内方に向けており、その開口を閉じるように前記チェーンケース4がその開口凹部4aを位置させている。
【0025】
したがってリングギア部材15の側壁15bと周壁15cおよびチェーンケース4の開口凹部4aにより囲まれたチャンバー17が形成され、同チャンバー17内にプラネタリギアセット10が収容される。
【0026】
チャンバー17を構成するリングギア部材15の周壁15cとチェーンケース4の開口凹部4aとの間にオイルシール18が介装され、リングギア部材15の側壁15bから外方へ突出した円筒部15dと前記押圧円環部材7との間にオイルシール19が介装されて、チャンバー17を外部から閉塞しオイルの漏れを防止している。
【0027】
かかるチャンバー17内において外キャリア14bは外周縁部をリングギア部材15の前記リングギア15aの背面側に延出させて、同延出部とリングギア15a背面との間に第1のワンウェイクラッチ21が介装されている。
すなわちリングギア部材15とキャリア14との間に第1のワンウェイクラッチ21が介装されている。
【0028】
一方チェーンケース4の開口凹部4aにはサンギア部材11に回転自在に軸支された被制動円環部材22が位置しており、同被制動円環部材22とチェーンケース4との間にバンドブレーキ23のバンド23aが介装されている。
【0029】
したがってバンド23aの締め付けによりチェーンケース4と被制動円環部材22との間でバンドブレーキ23が締結すると、被制動円環部材22はチェーンケース4と一体となって固定される。
バンド23aの締め付けは油圧や電動アクチュエータなどを利用する。
【0030】
この被制動円環部材22とサンギア部材11との間には第2のワンウェイクラッチ24が介装されている。
【0031】
図2は、本スタータジェネレータ装置30の概略構成図であり、同図2に上記の機構を模式的に示している。
すなわちプラネタリギアセット10において、リングギア部材15がクランクプーリ16と一体であり、キャリア14がクランク軸2に一体に結合され、キャリア14とリングギア部材15との間に第1のワンウェイクラッチ21が介装され、サンギア部材11は第2のワンウェイクラッチ24とバンドブレーキ23を介してチェーンケース4に連結可能である。
【0032】
クランクプーリ16に巻き掛けられるベルト35は、スタータジェネレータ(モータM/ジェネレータG)31の入出力軸に嵌着されたプーリ32および補機類33の入力軸に嵌着されたプーリ34に架渡される。
【0033】
スタータジェネレータ31は、インバータ36を介してバッテリ37と接続されて、バッテリ37の電力によりスタータジェネレータ31は電動機として駆動し、プーリ32の回転入力によりスタータジェネレータ31は発電機として働き、発電力はインバータ36を介してバッテリ37の充電に供することができる。
【0034】
本スタータジェネレータ装置30における唯一の制御要素であるバンドブレーキ23は、電子制御ユニット(ECU)40により制御される。
電子制御ユニット40は、車速Vや機関回転数Neなどの内燃機関1の運転状態を示す検出信号およびバッテリ37の充電状態を示す信号を入力してバンドブレーキ23の締結・解除制御を行うとともに、燃料噴射弁41等その他の種々の駆動制御を行う。
【0035】
本スタータジェネレータ装置30における電子制御ユニット40による制御手順を図3のフローチャートに示す。
まず内燃機関1が停止時モードでステップ1でアイドル停止を許可するか否かを判断し、許可する場合はステップ2に進み燃料噴射弁41を制御して燃料噴射を停止(フューエルカット)し、次いでバンドブレーキ23を解除状態とする(ステップ3)。
【0036】
そして補機類33を駆動するときはスタータジェネレータ31をモータとして作動する(ステップ4)。
内燃機関1が停止しているときにエアコンディショナなどの補機類33をスタータジェネレータ31により駆動する場合であり、この状態では図4に示すようにバンドブレーキ23は解除状態にあるので、サンギア部材11はフリーでプラネタリギアセット10はニュートラル状態にあり、よってスタータジェネレータ31の動力はクランク軸2には伝達されず補機類33のみを効率良く駆動することができる。
【0037】
ステップ1でアイドル停止を許可しない場合は、ステップ5に進み車速Vが所定速度V0未満か判断し、所定速度V0以上であるとステップ9に飛び、所定速度V0未満であるとステップ6に進み機関回転数Neが所定回転数Ne0未満か判断する。
【0038】
機関回転数Neが所定回転数Ne0以上であるとステップ9に飛び、所定回転数Ne0未満であると、ステップ7に進みバンドブレーキ23を締結し、スタータジェネレータ31をモータとして作動させ内燃機関1を始動する。
【0039】
このときの状態は、図5に示すようにバンドブレーキ23が締結されて第1のワンウェイクラッチ21がフリー状態で第2のワンウェイクラッチ24がロックする方向に作動してサンギア部材11を固定するので、スタータジェネレータ31の駆動力は、減速機構として作動するプラネタリギアセット10を介してクランク軸2を減速回転させ、内燃機関1を始動する。
【0040】
内燃機関1の始動のための必要トルクをTとし、プラネタリギアセット10による減速比をbとすると、ベルト35のクランクプーリ16側のトルクは前記したようにプラネタリギアセット10により減速されてT/bとなる。
【0041】
例えば減速比bを2とすると、ベルト35の出力(プラネタリギアセット10)側トルクに掛かる負荷はT/2であり、ベルト35に掛かる負荷が相当程度軽減される。
ベルト35に掛かる負荷が軽減されるので、ベルト35の幅を広げる必要はなく、よって内燃機関1の全長を長くする必要はなく、内燃機関1の小型化を図ることができる。
【0042】
次にステップ5またはステップ6で、車速Vが所定速度V0以上または機関回転数Neが所定回転数Ne0以上と判断されステップ9に飛んだときは、内燃機関1は駆動時モードであり、まずバッテリ37に充電要求があるか否かが判断される。
バッテリ37が充電する余裕があるかすなわち過充電にならないかを判断する。
【0043】
充電要求がない場合は過充電のおそれがあるので、ステップ13に飛び、バンドブレーキ23は解除状態とし、スタータジェネレータ31は発電機として作動させない。
【0044】
充電要求がある場合はステップ10に進み車速がスタータジェネレータ31を発電機として作動させるに適した回生車速範囲にあるか否かを判断する。
車速が回生車速範囲を越えるような場合は、スタータジェネレータ31を発電機として作動させるにはスタータジェネレータ31の回転が高過ぎるため、ステップ13に飛んでバンドブレーキ23は解除するが、スタータジェネレータ31は発電機として作動させない。
【0045】
車速が回生車速範囲内にあればステップ10からステップ11に進み、バンドブレーキ23を解除し、スタータジェネレータ31を発電機として作動させる(ステップ12)。
【0046】
内燃機関1が駆動時モードにあって駆動しているときに、バンドブレーキ23が解除されている場合は、内燃機関1の駆動力は、図6に示すようにクランク軸2と一体のキャリア14の回転がそのまま第1のワンウェイクラッチ21を介してクランクプーリ16を回転させるので、ベルト35を介してスタータジェネレータ31および補機類33を駆動する。
【0047】
したがってスタータジェネレータ31を発電機として作動させて、動力を回生してバッテリ37を充電することができる。
【0048】
なおステップ8でスタータジェネレータ31の駆動力が減速されてクランク軸2を回転させ内燃機関1を始動し、内燃機関1が自らクランク軸2を回転させることができる完爆状態となると、機関回転数がスタータジェネレータ31による回転を上回り上記のような回生が可能な状態に自動的に移行する。
【0049】
以上のようにスタータジェネレータ装置30における制御要素はバンドブレーキ23だけであるので、制御系が簡素化されコストの削減を図ることができる。
【0050】
スタータジェネレータ31を発電機として使用するときはバンドブレーキ23を解除状態とするので、発電時にバンドブレーキ23を作動するのに電力を使う必要がなく発電効率を高く維持することができる。
【0051】
ベルト35を用いているので、内燃機関1に対するスタータジェネレータ31の配置の自由度が大きい。
【0052】
以上の実施の形態では、第1のワンウェイクラッチ21をプラネタリギアセット10のキャリア14とリングギア部材15との間に介装したが、第1のワンウェイクラッチはサンギア部材11とキャリア14との間またはサンギア部材11とリングギア部材15との間に介装してもよい。
【0053】
図7ないし図9に図示した実施の形態は、第1のワンウェイクラッチ51をキャリア14とリングギア部材15との間に介装した例である。
図7は、内燃機関1の停止時モードで、バンドブレーキ23は解除状態にあるので、サンギア部材11はフリーでプラネタリギアセット10はニュートラル状態にあり、よってスタータジェネレータ31の動力はクランク軸2には伝達されず補機類33のみを効率良く駆動することができる。
【0054】
図8は、内燃機関1の始動時を示したもので、バンドブレーキ23が締結されて第2のワンウェイクラッチ24がロックする方向に作動してサンギア部材11を固定するので、スタータジェネレータ31の駆動力は、減速機構として作動するプラネタリギアセット10を介してクランク軸2を減速回転させ、内燃機関1を始動するので、ベルト35に掛かる負荷が軽減される。
【0055】
図9は、内燃機関1の駆動時モードで、バンドブレーキ23が解除状態にあり、内燃機関1のクランク軸2の駆動は、第1のワンウェイクラッチ51を介してサンギア部材11を回転させるので、クランク軸2と一体のキャリア14とサンギア部材11とは一体となって回転する。
【0056】
したがってプラネタリギアセット10は直結状態となって内燃機関1の駆動は、そのままクランクプーリ16を回転させるので、ベルト35を介してスタータジェネレータ31および補機類33を駆動する。
【0057】
なお本スタータジェネレータ装置30においてバンドブレーキ23を除いた図10に示すような例(上記実施の形態を元にしている)は、内燃機関1の停止時モードでスタータジェネレータ31により補機類33を駆動しようとすると、図8に示す状態と同じでプラネタリギアセット10が減速機構として作動して内燃機関1にも駆動力が伝達されて、補機類33のみを効率良く駆動することができない。
【0058】
しかしその他の内燃機関1の始動時やスタータジェネレータ31を発電機として作動させる回生時等は、前記実施の形態と同様に作動して支障はない。
【0059】
以上の実施の形態では無端状伝動帯としてベルトを用いたがチェーンなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るスタータジェネレータ装置の内燃機関側の構造を示す断面図である。
【図2】本スタータジェネレータ装置の概略構成図である。
【図3】本スタータジェネレータ装置における制御手順を示すフローチャートである。
【図4】本スタータジェネレータ装置における機関停止時モードの補機駆動状態を示す概略構成図である。
【図5】同内燃機関の始動時の状態を示す概略構成図である。
【図6】同機関駆動時モードの回生状態を示す概略構成図である。
【図7】別の実施の形態のスタータジェネレータ装置における機関停止時モードの補機駆動状態を示す概略構成図である。
【図8】同内燃機関の始動時の状態を示す概略構成図である。
【図9】同機関駆動時モードの回生状態を示す概略構成図である。
【図10】別のスタータジェネレータ装置の例を示す構成図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、2…クランク軸、3…チェーン室、4…チェーンケース、5…チェーンスプロケット、6…スリーブ、7…押圧円環部材、
10…プラネタリギアセット、11…サンギア部材、12…ピニオンギア、13…支軸、14…キャリア、15…リングギア部材、16…クランクプーリ、17…チャンバー、18…オイルシール、19…オイルシール、21…第1のワンウェイクラッチ、22…被制動円環部材、23…バンドブレーキ、24…第2のワンウェイクラッチ、
30…スタータジェネレータ装置、31…スタータジェネレータ、32…プーリ、33…補機類、34…プーリ、35…ベルト、36…インバータ、37…バッテリ、
40…電子制御ユニット、41…燃料噴射弁、
51…第1のワンウェイクラッチ。
Claims (2)
- 内燃機関の出力軸に接続されるスタータジェネレータにより該内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の始動後は該内燃機関の動力により前記スタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置において、
キャリアに支承されるピニオンギアにサンギアとリングギアが噛合うプラネタリギアセットを備え、
前記キャリアとサンギアとリングギアのいずれか2つの間に第1のワンウェイクラッチが介装され、
前記キャリアが前記内燃機関の出力軸に一体に結合され、
前記リングギアが無端伝動帯を介して前記スタータジェネレータおよび補機に対して動力伝達可能に接続され、
前記サンギアが締結・解除可能なブレーキ部材と第2のワンウェイクラッチとを介して固定部材に連結され、
車速が所定速度未満かつ機関回転数が所定回転数未満のときに、前記ブレーキ部材を締結することを特徴とするスタータジェネレータ装置。 - 前記ブレーキ部材が解除状態で、前記スタータジェネレータをモータとして作動することで、前記スタータジェネレータの動力を前記無端伝動帯により伝達して前記補機を駆動することを特徴とする請求項1記載のスタータジェネレータ装置。
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