JP4066236B2 - 自動車用補機駆動装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用補機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車の燃費改善技術として、アイドル時のエンジン停止による燃費向上を狙ったアイドル停止機能をもったアイドルストップ車が提案されている。
【０００３】
けれども、このアイドルストップ車では、エアコン作動要求時にエンジン駆動のエアコン用コンプレッサを運転するためにアイドルストップ機能をキャンセルするので、アイドルストップ効果が発揮できないという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するものとして、コンプレッサにモータを一体化し、エンジンの運転中はエンジンでコンプレッサを駆動し、エンジンが停止しているときは、エンジンとコンプレッサとの結合を離し、モータでコンプレッサを駆動するいわゆるハイブリッドコンプレッサが提案されている（特開２０００ー２２９５１６号公報）。しかしながら、この公報技術では、オルタネータを含めて３台の回転電機及び場合によっては２台のインバータが必要となり、装置構成があまりに複雑であった。
【０００５】
この問題を解消するものとして、ＵＳＰ５８９６７５０は、発電電動機とコンプレッサとをワンウエイクラッチを介してエンジンにベルト連結する構成を提案している。
【０００６】
しかし、この公報技術では、エンジンのクランクプーリにワンウエイクラッチを装備するために、エンジン長が増大してしまい、ＦＦ車への搭載が難しいという問題があった。
【０００７】
この認識に基づいて、本発明者らは、エンジンから第１軸（キャリヤ）に入力されるトルクを、第２軸（リングギヤ）に連結される発電電動機と第３軸（サンギヤ）に連結されるコンプレッサに分配する遊星ギヤ機構を採用し、第２軸と第１軸又は第３軸のいずれかとの間にクラッチを設け、ロック機構により第３軸を拘束可能とする装置を先に出願した（特願２００１−１１１０５４）。
【０００８】
しかし、この遊星ギヤ機構型自動車用補機駆動装置では、遊星ギヤ機構の歯数比の制約により、エンジン始動時における発電電動機からエンジンへの大減速比を大きくすることが困難であり、その結果、大排気量エンジンの始動が容易でないという問題があることがわかった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、車両搭載性、装置構成の簡素化、経済性に優れるとともに、大排気量エンジンの始動も容易な自動車用補機駆動装置を提供することをその目的としている。
【００１０】
【発明が解決するための手段】
請求項１記載の自動車用補機駆動装置は、アイドルストップを行うエンジンと、発電動作及び電動動作を行う発電電動機と、前記アイドルストップ時にも駆動されるエアコン用のコンプレッサを含む補機との間を連結し、前記エンジン作動時に前記エンジンにより、前記アイドルストップ時に前記発電電動機により前記補機を駆動させる自動車用補機駆動装置において、
前記エンジンに連結されるエンジン連結軸、前記発電電動機に連結される発電電動機連結軸、及び、前記補機に連結される補機連結軸を有し、前記エンジン連結軸から入力される前記エンジンのトルクを前記発電電動機連結軸及び補機連結軸に分配し、前記発電電動機連結軸から入力されるトルクを前記エンジン連結軸に伝達するトルク分割機構と、前記補機連結軸を拘束するロック機構と、前記トルク分割機構の前記補機連結軸と前記エンジン連結軸と前記発電電動機連結軸のうち、いずれかの軸間を離合可能に結合するクラッチとを備えることを特徴としている。
好適には、前記エンジンは、クラッチを介することなく前記トルク分割機構の前記エンジン連結軸に連結されている。
【００１１】
本構成によれば、単一の発電電動機により、アイドルストップ時のコンプレッサ駆動、発電電動機によるエンジン始動、エンジンによる発電電動機駆動、エンジンによる発電電動機駆動兼コンプレッサ駆動の４つの動作を行うことができ、回転電機及びその駆動回路を単一化できるので構成を簡素化できる。
【００１２】
また、コンプレッサ、発電電動機、トルク分割機構、クラッチ及びロック機構からなる発電電動機・補機系は、エンジンと別に配置することができるので、エンジンの総軸長を短縮することができ、エンジンルーム内部の配置自由度を改善できるので、特に小型車における車両搭載性を向上することができる。
【００１３】
請求項３記載の構成は請求項１又は２記載の自動車用補機駆動装置において更に、前記トルク分割機構が遊星ギヤ機構からなることを特徴としているので、トルク分割機構を簡素化、小型軽量化することができる。
【００１４】
請求項４記載の構成は請求項３記載の自動車用補機駆動装置において更に、前記エンジン連結軸は前記遊星ギヤ機構のキャリアに、前記発電電動機連結軸はサンギヤに、前記補機連結軸はリングギヤに連結されるので、エンジン始動に際して発電電動機からエンジンへの減速比を大きくすることが可能となる。また、最も高速小トルク型回転装置を構成する発電電動機の回転軸が最も歯数が少ないサンギヤに固定される構成を採用しているので、発電電動機とともに高速回転するトルク分割機構の回転部分の回転質量を小さくすることができ、更にサンギヤに発電電動機を容易に隣接配置することができるので、両者を結合する回転軸も短縮することができ、装置のコンパクト化が容易となる。
【００１５】
請求項５記載の構成は請求項４記載の自動車用補機駆動装置において更に、前記クラッチを、エンジン始動時及び電動エアコン時に解放し、かつ、エンジン運転時に接続し、前記ロック機構を、前記エンジンの始動時にロックし、かつ、電動エアコン時及びエンジン運転時に解放する制御装置を有するので、エンジン始動時にコンプレッサを駆動することなく、発電電動機のトルクをサンギヤからキャリヤを通じてエンジンに減速伝達することができ、電動エアコン時に発電電動機のトルクを自転のみ行い公転しない（エンジンフリクションにより）キャリヤを通じてサンギヤからリングギヤに減速伝達することができ、エンジン運転時にリングギヤと一体に回転するキャリヤを通じてコンプレッサを駆動するとともに、このキャリヤからサンギヤを介して発電電動機を駆動することにより発電動作を行うことができる。
【００１６】
請求項６記載の構成は請求項５記載の自動車用補機駆動装置において更に、前記遊星ギヤ機構のサンギヤと前記リングギヤとの歯数比率（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）は、０．２５〜０．３５に設定されているので、大きなエンジン始動トルクを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を図面を参照して以下に説明する。
【００１８】
【実施例１】
この実施例の自動車用補機駆動装置のブロック図を図１に示す。
（構造）
１はアイドル時に停止制御される内燃機関（エンジン）、２はクランクプーリ、３は内燃機関１の動力をクランクプーリ２から外部へ伝達するベルトである。４は、発電電動機・補機系であり、詳細は後述する。５は蓄電手段で例えば二次電池が採用できる。６は三相のインバータで、直交双方向変換機能を有して、蓄電手段５と発電電動機・補機系４の発電電動機４４０との間の電力授受を仲介する。７は制御装置（制御手段）で、図示しない内燃機関制御装置やエアコン制御装置などからの情報に基づき、スタータモ−ドやオルタネータモ−ドあるいは電動コンプレッサモ−ドなどを決定し、インバータ５、発電電動機・補機系４のクラッチ４３０、ロック機構４６０を制御する。８は蓄電手段６により給電される電気負荷で詳細は省略する。
【００１９】
発電電動機・補機系４の構成を以下に詳細説明する。
【００２０】
４１０は入力プーリで、ベルト３によりエンジン１のクランクプーリ２に連結されている。４２０は本発明で言うトルク分割機構を構成する遊星ギヤ機構であり、第１軸（エンジン連結軸）４２１と第２軸（発電電動機連結軸）４２２と第３軸（補機連結軸）４２３とリングギヤ４２４とキャリア４２５とサンギヤ４２６とを有している。
【００２１】
キャリア４２５は第１軸４２１に固定され、第１軸４２１は入力プーリ４１０に直結されている。サンギヤ４２６は第２軸４２２に固定され、第２軸４２２は発電電動機４４０の回転軸に直結されている。リングギヤ４２４は第３軸４２３に固定され、第３軸４２３は、回転軸の回転を拘束するロック機構４６０を通じてエアコン用のコンプレッサ４５０に連結され、更にクラッチ４３０を通じて第１軸４２１に連結されている。
【００２２】
周知のように、遊星ギヤ機構４２０において、サンギヤ４２６及びリングギヤ４２４はそれぞれ遊星ギヤに噛合し、遊星ギヤは自転自在にキャリア４２５に支承され、キャリア４２５は遊星ギヤがサンギヤ４２６の周囲を公転することにより回転する。遊星ギヤ機構４２０の構成自体は周知であるので詳細説明を省略する。
【００２３】
なお、クラッチ４３０とロック機構４６０とを一体化したり、クラッチ４３０と遊星ギヤ機構４２０とを一体化したり、ロック機構４６０と遊星ギヤ機構４２０とを一体化したり、上記三者を一体化してもよい。更に、発電電動機４４０と遊星ギヤ機構４２０とを一体化したり、ロック機構４６０とコンプレッサ４５０とを一体化してもよい。なお、従来より遊星ギヤ機構が一体化された回転電機が公知である。この遊星ギヤ機構一体型回転電機により遊星ギヤ機構４２０及び発電電動機４４０を構成し、更にそれにクラッチ４３０、ロック機構４６０及びコンプレッサ４５０を連結乃至一体化してもよい。
【００２４】
この遊星ギヤ機構４２０、クラッチ４３０、ロック機構４６０からなる伝達装置では、クラッチ４３０の離合（接離）により、遊星ギヤ機構４２０の第１軸４２１と第３軸４２３とを同一回転させるか、あるいは、互いに分離するかを選択する。クラッチ４３０としては公知の電磁式あるいは油圧式のものを採用することができる。
【００２５】
発電電動機４４０は、この実施例では同期機を採用するが、発電動作及び電動動作の選択が可能であれば他形式の回転電機を採用してもよい。コンプレッサ４５０は、公知の自動車エアコン用のコンプレッサでかまわず詳細は省略する。ロック機構４６０は、例えば公知のブレーキ機構よりなるが詳細は省略する。
（動作）
次に、この実施例の装置の作動を図２の動作モード図を参照して説明する。
【００２６】
（エンジン始動モード（スタータモード））
車両が信号待ちにより停止し、アイドルストップにより内燃機関１が停止した場合などから内燃機関１を始動する場合、クラッチ４３０を切り離し、ロック機構４６０を拘束する。
【００２７】
これにより、遊星ギヤ機構４２０の第３軸４２３及びリングギヤ４２４の回転が禁止され、発電電動機４４０の回転軸はサンギヤ４２６、遊星ギヤ、キャリア４２５を順次介して入力プーリ４１０と機械的に連結され、制御装置７がインバータ５を制御して発電電動機４４０を電動動作させることにより、エンジン（内燃機関）１に始動トルクが与えられる。キャリア４２５の回転数はサンギヤ４２６のそれよりも小さいので、発電電動機４４０の電動トルクは増倍されてエンジン１に大きな始動トルクを与えることができる。
【００２８】
（アイドルストップ時のコンプレッサ駆動モード（電動エアコンモード））
内燃機関１の停止時にエアコンを作動するためコンプレッサ４５０を運転する場合には、クラッチ４３０を切り離し、ロック機構４６０を解放し、発電電動機４４０を電動動作させる。この時、サンギヤ４２６からみた内燃機関１のフリクションはサンギヤ４２６からみたコンプレッサの駆動トルクより格段に大きいため発電電動機４４０の電動トルクはキャリア４２５の公転可能トルクより小さくなる結果、キャリア４２５は公転できず、発電電動機４４０のトルクは、サンギヤ４２６から自転する遊星ギヤ、リングギヤ４２４、第３軸４２３を通じてコンプレッサ４５０に伝達され、制御装置７が、コンプレッサ４５０の回転に必要なトルクを発生するようインバータ６を駆動して交流電力を発電電動機４４０に供給する。
【００２９】
（通常モード）
エンジン１の始動が完了すれば、制御装置７がインバータ５を制御して発電電動機４４０を発電動作させることにより、発電電動機４４０の発電電力がインバータ５で整流されて蓄電手段６を充電し、電気負荷８に給電する。
【００３０】
この時、クラッチ４３０は接続され、ロック機構４６０は解放されており、リングギヤ４２４はキャリア４２５の公転回転数により回転する。
【００３１】
これにより、エンジンからキャリア４２５に入力される入力トルクは、キャリア４２５からサンギヤ４２６とリングギヤ４２４とに分配され、サンギヤ４２６は発電電動機４４０を駆動して発電が行われ、リングギヤ４２４はコンプレッサ４５０を駆動し、結局、発電とコンプレッサ駆動とが行われる。
【００３２】
入力トルクに対する発電電動機４４０駆動トルクと、コンプレッサ駆動トルクの割合は、キャリア４２５からみた発電電動機４４０の負荷トルクとコンプレッサ４５０の負荷トルクとの比率によって決定され、発電電動機４４０の負荷トルクはたとえばバッテリ電圧にもとづく発電制御により制御可能であり、コンプレッサ４５０の吐出制御により制御可能である。
【００３３】
（変形態様）
上記実施例では、トルク分割機構として遊星ギヤ機構４２０を用いたが、デファレンシャルギヤ機構としてもよい。また、遊星ギヤ機構４２０をラビオリン型の遊星ギヤ機構としてもよい。また、遊星ギヤ機構の代わりに遊星ローラ機構を採用することもできる。
【００３４】
更に、上記実施例では、クラッチ４３０により遊星ギヤ機構４２０の第１軸と第３軸４２３とを離合させる構成としたが、第１軸４２１と第２軸４２２とを離合させる構成としてもよく、第２軸４２２と第３軸４２３とを離合させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の自動車用補機駆動装置のブロック図である。
【図２】図１の自動車用補機駆動装置の動作モードを示す動作モード図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関（エンジン）
２ クランクプーリ
３ ベルト
４ 発電電動機・補機系
５ 二次電池（バッテリ）
６ インバータ
７ 制御手段
８ 電気負荷
４１０ 入力プーリ
４２０ 遊星ギヤ機構（トルク分割機構）
４２１ 第１軸
４２２ 第２軸
４２３ 第３軸
４２４ リングギヤ
４２５ キャリア
４２６ サンギヤ
４３０ クラッチ
４４０ 発電電動機
４５０ コンプレッサ
４６０ ロック機構

Claims (6)

  1. アイドルストップを行うエンジンと、発電動作及び電動動作を行う発電電動機と、前記アイドルストップ時にも駆動されるエアコン用のコンプレッサを含む補機との間を連結し、前記エンジン作動時に前記エンジンにより、前記アイドルストップ時に前記発電電動機により前記補機を駆動させる自動車用補機駆動装置において、
    前記エンジンに連結されるエンジン連結軸、前記発電電動機に連結される発電電動機連結軸、及び、前記補機に連結される補機連結軸を有し、前記エンジン連結軸から入力される前記エンジンのトルクを前記発電電動機連結軸及び補機連結軸に分配し、前記発電電動機連結軸から入力されるトルクを前記エンジン連結軸に伝達するトルク分割機構と、
    前記補機連結軸を拘束するロック機構と、
    前記トルク分割機構の前記補機連結軸と前記エンジン連結軸と前記発電電動機連結軸のうち、いずれかの軸間を離合可能に結合するクラッチと、
    を備えることを特徴とする自動車用補機駆動装置。
  2. 請求項１記載の自動車用補機駆動装置において、
    前記エンジンは、クラッチを介することなく前記トルク分割機構の前記エンジン連結軸に連結されていることを特徴とする自動車用補機駆動装置。
  3. 請求項１又は２記載の自動車用補機駆動装置において、
    前記トルク分割機構は、遊星ギヤ機構からなることを特徴とする自動車用補機駆動装置。
  4. 請求項３記載の自動車用補機駆動装置において、
    前記エンジン連結軸は前記遊星ギヤ機構のキャリアに、前記発電電動機連結軸はサンギヤに、前記補機連結軸はリングギヤに連結されることを特徴とする自動車用補機駆動装置。
  5. 請求項４記載の自動車用補機駆動装置において、
    前記クラッチを、エンジン始動時及び電動エアコン時に解放し、かつ、エンジン運転時に接続し、
    前記ロック機構を、前記エンジンの始動時にロックし、かつ、電動エアコン時及びエンジン運転時に解放する制御装置を有することを特徴とする自動車用補機駆動装置。
  6. 請求項５記載の自動車用補機駆動装置において、
    前記遊星ギヤ機構のサンギヤと前記リングギヤとの歯数比率（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）は、０．２５〜０．３５に設定されていることを特徴とする自動車用補機駆動装置。
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