JP4117816B2

JP4117816B2 - Vehicle starter and generator

Info

Publication number: JP4117816B2
Application number: JP11901099A
Authority: JP
Inventors: 照雄木原; 斉黒坂; 栄水村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: DE60012812D1; CN1263950C; TW487775B; DE60012812T2; EP1048845A1; JP2000310134A; CN1271653A; EP1048845B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される内燃機関用の始動装置と発電装置とを一体に組み合わせて構成された車両用始動兼発電装置に係り、特に、内燃機関のクランク軸に直結される車両用始動兼発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関（以下、「エンジン」という）に使用されている始動兼発電装置では、特開平１０−１４８１４２号公報に記載されているように、モータのステータに始動コイルおよび発電コイルが設けられ、始動時には始動コイルへブラシ機構を介してバッテリから給電することでモータを始動装置として機能させ、ロータに直結されたクランク軸を回転させてエンジンを始動する。
【０００３】
一方、モータの整流子片とブラシ機構とはガバナ機構を介して接触しており、エンジン始動後、エンジンの回転数が増大してロータが所定回転数以上に達すると、その遠心力によりガバナ機構が作動して前記整流子片とブラシ機構との接触が断たれる。したがって、これ以後はモータが発電装置として機能し、発電コイルに発生した起電力が電気負荷やバッテリへ供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の始動兼発電装置では、ガバナ機構やブラシ機構を設けるためのスペースをクランク軸上の軸方向に確保しなければならず、その分だけクランク軸が長くなってしまう。また、シリンダヘッドにカムシャフトを備えた４サイクルエンジンでは、クランク軸上にカムシャフトの駆動機構を配置することがあり、この場合もクランク軸を長くしなければならない。さらに、クランク軸の端部に自動変速機構を設けようとすると、クランク軸も必然的に長くなってしまう。したがって、始動兼発電装置を４サイクルエンジンの搭載車両に採用し、さらにクランク軸の端部に自動変速機構を設けようとすれば、クランク軸が長くなってしまう。
【０００５】
一方、クランク軸の長さを抑えるために、上記したガバナ機構、ブラシ機構、カムシャフト駆動機構および自動変速機構等を近接配置してしまうと、クランク軸上に、その回転角度を検知するための角度センサを設けるスペースが確保できなくなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、クランク軸を長くすることなく、その一端に配置可能な車両用始動兼発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、４サイクルエンジンのクランク軸の一端側に無段変速ユニットおよび遠心クラッチを備えたスイングユニットに適用される車両用始動兼発電装置において、前記クランク軸の他端側にブラシレスモータを備え、前記ブラシレスモータによるエンジンの始動および発電を制御する制御手段を具備したことを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、車両用始動兼発電装置をブラシレスモータ単体で構成することができるのでガバナ機構やブラシ機構が不要となり、クランク軸上での車両用始動兼発電装置の軸方向の占有領域（長さ）を狭くすることができる。したがって、車両用始動兼発電装置をクランク軸に直結しても、クランク軸部分でのクランク軸方向への張出を抑えることができ、この結果、車幅の抑制や車両の軽量化が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図６は、本発明の一実施形態である始動兼発電装置を搭載した自動二輪車の全体側面図である。車体前部２と車体後部３とは低いフロア部４を介して連結され、ダウンチューブ６とメインパイプ７とを含む車体フレームによって車体の骨格が構成されている。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。シート８はその下部に設けられるラゲッジボックスの蓋を兼ねることができ、ラゲッジボックスは、その前部ＦＲに設けられるヒンジ機構により開閉自在に構成されている。
【００１０】
車体前部２ではダウンチューブ６にステアリングヘッド５が設けられ、このステアリングヘッド５によってフロントフォーク１２Ａが軸支されている。上方に延びたフロントフォーク１２Ａの上端にはハンドル１１Ａが取付けられる一方、下端には前輪１３Ａが軸支されている。ハンドル１１Ａの上部は計器板を兼ねたハンドルカバー３３で覆われている。
【００１１】
メインパイプ７の途中にはリンク部材（ハンガ）３７が回動自在に軸支され、このハンガ３７によりスイングユニット１７がメインパイプ７に揺動自在に連結支持されている。スイングユニット１７には、その前部に単気筒の４サイクルエンジン２００が搭載されている。このエンジン２００から後方にかけてベルト式無段変速機３５が構成され、その後部には遠心クラッチを介して設けられた減速機構３８に後輪２１が軸支されている。減速機構３８の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション２２が介装されている。スイングユニット１７の前部には、エンジン２００のシリンダヘッド３２から延出した吸気管２３が接続され、さらにこの吸気管２３には気化器２４および同気化器２４に連結されたエアクリーナ２５が配設されている。
【００１２】
ベルト式無段変速機３５の伝動ケースカバー３６から突出したキックシャフト２７にキックアーム２８の基端が固着され、キックアーム２８の先端にキックペダル２９が設けられている。スイングユニットケース３１の下部に設けられた枢軸１８にはメインスタンド２６が枢着されており、駐車に際してはこのメインスタンド２６を立てる（鎖線で図示）。
【００１３】
図１は、前記スイングユニット１７の断面図であり、前記図６のＡ−Ａ面での断面構造を示している。スイングユニット１７は、後に図２〜５を参照して詳述するように、車両前方に位置するエンジン２００、クランク軸１２の一端に連結された本発明の始動兼発電装置１００、クランク軸１２の他端に連結された自動変速機の駆動部３００および従動部４００を備える。
【００１４】
図２は、前記始動兼発電装置１００およびクランク部の構造を示した部分断面図である。スイングユニットケース３１には主軸受１０、１１によってクランク軸１２が回転自在に支持され、このクランク軸１２にはクランクピン１３を介してコンロッド１４が連結されている。クランク室９から張出したクランク軸１２の一端側には、始動兼発電装置１００の主要部であるブラシレスモータ４４のインナロータ１５が設けられている。インナロータ１５は、フランジ部材３９と共にボルト２０によりクランク軸１２の一端に固定されている。
【００１５】
インナロータ１５の外周面には永久磁石１９が嵌着されている。永久磁石１９は、例えばネオジウム鉄ボロン系であり、クランク軸１２を中心として等角度間隔で６か所に設けられている。インナロータ１５の外周に配設されたアウタステータ４７のステータコア４８はスイングユニットケース３１に固定されている。このステータコア４９のヨーク４９ａには、発電コイル５０と始動コイル５１とが巻回されている。
【００１６】
前記フランジ部材３９にはラジエータファン５７が取付けられ、このラジエータファン５７に対向してラジエータ５８が設けられている。クランク軸１２上には、インナロータ１５および主軸受１１間にスプロケット５９が固定されており、このスプロケット５９にはクランク軸１２からカムシャフト（図示せず）を駆動するための動力を得るためのチェーン６０が掛けられている。なお、スプロケット５９は潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ６１と一体的に形成されている。
【００１７】
スイングユニットケース３１の一端側面３１ａの内側には、基板５５がネジ４１によりクランク軸１２と平行に固定され、基板５５の内側表面には、前記インナロータ１５の外周面に装着された永久磁石１９を検知するためのロータセンサ５６が設けられている。前記ロータセンサ５６は、後に図７を参照して説明するように、複数（本実施形態では、３つ）のホール素子をインナロータ１５と同軸に所定の間隙を設けて円弧状に配置することで構成される。
【００１８】
図３は、前記エンジン２００のヘッド周辺の構造を示した部分断面図である。シリンダ６２内に配置されているピストン６３は、ピストンピン６４を介してコンロッド１４のスモールエンド側に連結されている。シリンダヘッド３２には点火プラグ６５が螺着され、その電極部がピストン６３のヘッドとシリンダヘッド３２との間に形成された燃焼室に臨んでいる。シリンダ６２の周囲は水ジャケット６６で囲まれている。
【００１９】
シリンダヘッド３２内の、前記シリンダ６２の上方には、軸受６７、６８によって回転自在に支持されたカムシャフト６９が設けられている。カムシャフト６９にはアタッチメント７０が嵌合しており、このアタッチメント７０には、カムスプロケット７２とカムセンサ１５５に関連してカムパルスを発生させるためのリラクタ部７２ａとがボルト７１による共締めで固定されている。カムスプロケット７２にはチェーン６０が掛けられている。このチェーン６０によって、前記スプロケット５９（図１参照）の回転つまりクランク軸１２の回転がカムシャフト６９に伝達される。
【００２０】
カムシャフト６９の上部にはロッカアーム７３が設けられていて、このロッカアーム７３はカムシャフト６９の回転に伴いカムシャフト６９のカム形状に応じて揺動する。カムシャフト６９には一体的に排気カムおよび吸気カムが形成されているが、これらのカムに隣接し、カムシャフト６９に対して逆転方向にのみ係合しているデコンプカム９８が設けられている。デコンプカム９８はカムシャフト６９の逆転時にカムシャフト６９の回転に追従して排気カムの外周形状よりも突出した位置に回動する。
【００２１】
したがって、カムシャフト６９の正転時に排気弁９６をわずかにリフトした状態にすることができ、エンジンの圧縮工程での負荷を軽減することができる。これにより、クランク軸を始動されるときのトルクを小さくできるので、４サイクルエンジンのスタータとしては小型のものを使うことができる。その結果、クランク周りをコンパクトにでき、バンク角を大きくできるという利点がある。なお、カムがしばらく正転することにより、デコンプカム９８の外形は排気カムの外周形状内に戻る。
【００２２】
シリンダヘッド３２には水ポンプベース７４と水ポンプハウジング７５とで囲まれたポンプ室７６が形成されている。ポンプ室７６内にはインペラ７７を有するポンプシャフト７８が配置されている。ポンプシャフト７８はカムシャフト６９の端部に嵌合され、軸受７９によって回転自在に保持されている。ポンプシャフト７８の駆動力はカムスプロケット７２の中心部に係合するピン８０によって得られる。
【００２３】
ヘッドカバー８１には、エアリードバルブ９４が設けられている。このエアリードバルブ９４は、排気管に負圧が生じたときにエアを吸入してエミッションを改善する。なお、ポンプ室７６の周辺の随所にはシール部材が設けられているが、個々の説明は省略する。
【００２４】
図４、図５は、エンジン２００の回転を変速して後輪に伝達する自動変速機の自動変速部分の断面図であり、それぞれ図４が駆動側、図５が従動側である。
【００２５】
図４において、クランク軸１２上の、前記始動兼発電装置１００のインナロータ１５が設けられた側とは反対側の端部にはＶベルト８２を巻き掛けるためのプーリ８３が設けられている。プーリ８３はクランク軸１２に対して回転方向および軸方向の動きが固定された固定プーリ片８３ａとクランク軸１２に対して軸方向に摺動自在な可動プーリ片８３ｂとからなる。
【００２６】
可動プーリ片８３ｂの背面つまりＶベルト８２と当接しない面にはホルダプレート８４が取付けられている。ホルダプレート８４はクランク軸１２に対して回転方向および軸方向の双方にその動きが規制されていて一体で回転する。ホルダプレート８４と可動プーリ片８３ｂとによって囲まれた空所はガバナウェイトとしてのローラ８５を収容するポケットを形成している。
【００２７】
一方、後輪２１に動力をつなぐクラッチ機構は次のように構成されている。図５において、クラッチのメインシャフト１２５はケース１２６に嵌合された軸受１２７およびギヤボックス１２８に嵌合された軸受１２９で支持されている。このメインシャフト１２５には軸受１３０および１３１よってプーリ１３２の固定プーリ片１３２ａが支持されている。メインシャフト１２５の端部にはナット１３３によってカップ状のクラッチ板１３４が固定されている。
【００２８】
前記固定プーリ片１３２ａのスリーブ１３５には、プーリ１３２の可動プーリ片１３２ｂがメインシャフト１２５の長手方向に摺動自在に設けられている。可動プーリ片１３２ｂは、メインシャフト１２５の周りで一体的に回転できるようにディスク１３６に係合している。ディスク１３６と可動プーリ片１３２ｂとの間には、両者間の距離を拡張する方向に反発力が作用する圧縮コイルばね１３７が設けられている。また、ディスク１３６にはピン１３８で揺動自在に支持されたシュー１３９が設けられている。シュー１３９はディスク１３６の回転速度が増大したときに遠心力が作用して外周方向に揺動し、クラッチ板１３４の内周に当接する。なお、ディスク１３６が所定の回転速度に達したときにシュー１３９がクラッチ板１３４に当接するように、ばね１４０が設けられている。
【００２９】
メインシャフト１２５にはピニオン１４１が固定されていて、このピニオン１４１はアイドルシャフト１４２に固定されたギヤ１４３に噛合っている。さらに、アイドルシャフト１４２に固定されたピニオン１４４は出力シャフト１４５のギヤ１４６に噛合っている。後輪２１はリム２１ａとリム２１ａの周囲に嵌込まれたタイヤ２１ｂとからなり、リム２１ａが前記出力シャフト１４５に固定されている。
【００３０】
上記構成において、エンジン回転数が最小の場合、ローラ８５は図４の実線で示した位置にあり、Ｖベルト８２はプーリ８３の最小径部分に巻き掛けられている。プーリ１３２の可動プーリ片１３２ｂは圧縮コイルばね１３７に付勢された図５の実線の位置に偏倚させられていて、Ｖベルト８２はプーリ１３２の最大径部分に巻き掛けられている。この状態では、遠心クラッチのメインシャフト１２５は最小回転数で回転させられるため、ディスク１３６に加わる遠心力は最小であり、シュー１３９はばね１４０によって内方に引き込まれているのでクラッチ板１３４に当接しない。つまり、エンジンの回転がメインシャフト１２５に伝達されず、車輪２１は回転されない。
【００３１】
一方、エンジン回転数が大きい場合にはローラ８５が遠心力で外周方向に偏倚する。図４の鎖線で示した位置が最大回転数のときのローラ８５の位置である。ローラ８５が外周方向に偏倚すると、可動プーリ８３ｂは固定プーリ８３ａ側に押しやられるため、Ｖベルト８２はプーリ８３の最大径寄りに移動する。そうすると、遠心クラッチ側では、圧縮コイルばね１３７に打ち勝って可動プーリ片１３２ｂが偏倚し、Ｖベルト８２はプーリ１３２の最小径寄りに移動する。したがって、ディスク１３６に加わる遠心力は増大し、シュー１３９はばね１４０に打ち勝って外方に張出し、クラッチ板１３４に当接する。その結果、エンジンの回転力がメインシャフト１２５に伝達され、ギヤトレインを介して車輪２１に動力が伝わる。こうして、エンジンの回転数に応じて、クランク軸１２側のプーリ８３および遠心クラッチ側のプーリ１３２に対するＶベルト８２の巻き掛け径が変化し、変速作用が果たされる。
【００３２】
上述のように、エンジン始動時は始動コイル５１に通電してエンジンを付勢することができるが、本実施形態では、足踏み動作によってエンジン２００を始動するキック始動装置を併用している。さらに図４を参照してキック始動装置を説明する。前記固定プーリ８３ａの背面にはキック始動用の従動ドッグギヤ８６が固定されている。一方、カバー３６側には、ヘリカルギヤ８７を有する支持軸８８が回転自在に支持されている。支持軸８８の端部にはキャップ８９が固定されていて、このキャップ８９の端面には前記従動ドッグギヤ８６と噛合する駆動ドッグギヤ９０が形成されている。
【００３３】
さらに、カバー３６にはキックシャフト２７が回動自在に支持されていて、このキックシャフト２７には、前記ヘリカルギヤ８７と噛合されるセクタヘリカルギヤ９１が溶接されている。キックシャフト２７の端部つまりカバー３６から外部へ突出している部分にはスプラインが形成されていて、このスプラインにはキックアーム２８（図６参照）に設けられたスプラインが係合される。なお、符号９２、９３は戻しばねである。
【００３４】
上記構成において、キックペダル２９を踏み込むと、戻しばね９３に打ち勝ってキックシャフト２７およびセクタヘリカルギヤ９１が回動する。ヘリカルギヤ８８およびセクタヘリカルギヤ９１は、セクタヘリカルギヤ９１がキックペダルの踏み込みによって回動した場合にプーリ８３側に支持軸８７を付勢する推力が生じるように互いのねじれ方向が設定されている。したがって、キックペダル２９を踏み込むと支持軸８７がプーリ８３側に偏倚し、キャップ８９の端面に形成された駆動ドッグギヤ９０が従動ドッグギヤ８６と噛合う。その結果、クランク軸１２は回転させられ、エンジン２００の始動が可能となる。エンジンが始動すると、キックペダル２９の踏み込みを弱め、戻しばね９２、９３によってセクタヘリカルギヤ９１を反転させると、駆動ドッグギヤ９０と従動ドッグギヤ８６との係合が解除される。
【００３５】
図７は、前記始動兼発電装置１００の制御系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３６】
制御ユニット４０は、バッテリ４２の出力電圧ＶBATTをロジック電圧ＶDDに変換してＣＰＵ１０１へ供給するＤＣ−ＤＣ変換器１０２と、ＩＧコイル５４への給電を制御して点火プラグ６５を所定のタイミングで点火させる点火制御装置１０３と、バッテリ電圧ＶBATTを３相交流電力に変換してブラシレスモータ４４の始動コイル５１へ供給する３相ドライバ１０４とを含む。
【００３７】
スロットルセンサ５３は、スロットル開度θthを検知してＣＰＵ１０１へ通知する。ロータセンサ５６は、例えば３つのホール素子５６ａ、５６ｂ、５６ｃから構成され、インナーロータ１５の回転位置を、その外周面に設けられた６つの永久磁石１９の位置として検知し、ＣＰＵ１０１へ通知する。レギュレータ５２は、インナーロータ１５の回転に応じて発電コイル５０に発生した誘導起電力をバッテリ電圧ＶBATTに制御して電源ラインＬへ供給する。
【００３８】
このような構成において、エンジン始動時は、ＣＰＵ１０１がロータセンサ５６により検知されたインナーロータ１５の回転位置に基づいて始動コイル５１の励磁タイミングを決定し、３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴのスイッチングタイミングを制御して始動コイル５１の各相へ交流電力を供給する。
【００３９】
３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴはＣＰＵ１０１によりＰＷＭ制御され、そのデューティー比すなわちブラシレスモータ４４の始動トルクは、前記スロットルセンサ５３により検知されたスロットル開度θthに基づいて制御される。
【００４０】
一方、エンジン２００が始動されて所定回転数に達すると、３相ドライバ１０４から始動コイル５１への給電が中止され、今度はブラシレスモータ４４がエンジンにより従動的に駆動される。このとき、ブラシレスモータ４４の発電コイル５０には、クランク軸１２の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレギュレータ５２によってバッテリ電圧ＶBATTに制御され、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバッテリへ充電される。
【００４１】
上記したように、本実施形態では始動兼発電装置の発電電動機としてブラシレスモータを採用し、ブラシ機構やガバナ機構を廃止したので、クランク軸１２の全長を短くすることができ、これを搭載する車両の幅を狭めることができる。
【００４２】
また、ブラシレスモータ４４のロータ位置を検知するためのロータセンサ５６の検知結果をクランク角度の判定にも用いたので、クランク角度を検知するためのクランクセンサが不要となり、クランク軸１２の更なる短縮が可能になる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 始動兼発電装置の発電電動機としてブラシレスモータを採用し、ブラシ機構やガバナ機構を廃止したので、クランク軸の全長を従来よりも短くすることができ、クランク軸部分での車幅の抑制や車両の軽量化が可能になる。
(2) ブラシレスモータのロータ位置を検知するためのロータセンサの検知結果をクランク角度の判定にも用いたので、クランク角度を検知するためのクランクセンサが不要となり、クランク軸の更なる短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置を含むスイングユニットの断面図である。
【図２】スイングユニットの始動兼発電装置周辺およびその近傍の部分断面図である。
【図３】スイングユニットのエンジンのシリンダヘッド近傍の部分断面図である。
【図４】スイングユニットの自動変速装置（駆動部）近傍の部分断面図である。
【図５】スイングユニットの自動変速装置（従動部）近傍の部分断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置を適用した自動二輪車の側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置の制御系のブロック図である。
【符号の説明】
９…クランク室、１２…クランク軸、１５…インナロータ、１９…永久磁石、３１…スイングユニットケース、３２…シリンダヘッド、４４…ブラシレスモータ、４５…連結ピン、４７…アウタステータ、５０…発電コイル、５１…始動コイル、５６…ロータセンサ、５９…スプロケット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle starter / power generator configured by integrally combining a starter for an internal combustion engine mounted on a vehicle and a power generator, and more particularly, a vehicle starter directly connected to a crankshaft of an internal combustion engine. It relates to a power generation device.
[0002]
[Prior art]
In a starter / power generator used in a conventional internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”), a starter coil and a generator coil are provided in a stator of a motor as described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-148142. At the time of starting, power is supplied to the starting coil from the battery via the brush mechanism so that the motor functions as a starting device, and the crankshaft directly connected to the rotor is rotated to start the engine.
[0003]
On the other hand, the commutator piece of the motor and the brush mechanism are in contact via a governor mechanism. After the engine starts, when the engine speed increases and the rotor reaches a predetermined speed or more, the centrifugal force causes the governor mechanism. Is actuated, and the contact between the commutator piece and the brush mechanism is cut off. Therefore, after that, the motor functions as a power generation device, and the electromotive force generated in the power generation coil is supplied to the electric load and the battery.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional starter / generator described above, a space for providing the governor mechanism and the brush mechanism must be secured in the axial direction on the crankshaft, and the crankshaft becomes longer by that amount. Further, in a four-cycle engine having a camshaft in the cylinder head, a camshaft drive mechanism may be disposed on the crankshaft. In this case as well, the crankshaft must be lengthened. Furthermore, if an automatic transmission mechanism is provided at the end of the crankshaft, the crankshaft will inevitably become longer. Therefore, if the starter / power generator is employed in a vehicle equipped with a four-cycle engine and an automatic transmission mechanism is provided at the end of the crankshaft, the crankshaft becomes long.
[0005]
On the other hand, if the above-described governor mechanism, brush mechanism, camshaft drive mechanism, automatic transmission mechanism, etc. are arranged close to each other in order to suppress the length of the crankshaft, the rotation angle is detected on the crankshaft. A space for providing the angle sensor cannot be secured.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a starter / power generator for a vehicle that can be disposed at one end of the crankshaft without lengthening the crankshaft.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a starter / power generator for a vehicle applied to a swing unit having a continuously variable transmission unit and a centrifugal clutch on one end side of a crankshaft of a four-cycle engine. A brushless motor is provided on the other end of the motor, and control means for controlling engine start-up and power generation by the brushless motor is provided.
[0008]
According to the above-described feature, since the vehicle starter / power generator can be configured by a brushless motor alone, a governor mechanism or a brush mechanism is not required, and the area occupied in the axial direction of the vehicle starter / power generator on the crankshaft is eliminated. (Length) can be narrowed. Therefore, even if the vehicle starter / generator is directly connected to the crankshaft, the crankshaft can be prevented from overhanging in the direction of the crankshaft. As a result, the vehicle width can be reduced and the vehicle can be reduced in weight. Become.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is an overall side view of a motorcycle equipped with a starter / power generator according to an embodiment of the present invention. The vehicle body front portion 2 and the vehicle body rear portion 3 are connected via a low floor portion 4, and a vehicle body frame including a down tube 6 and a main pipe 7 constitutes a skeleton of the vehicle body. The fuel tank and the storage box (both not shown) are supported by the main pipe 7, and the seat 8 is disposed above the fuel tank and the storage box. The seat 8 can also serve as a lid of a luggage box provided in the lower part thereof, and the luggage box is configured to be opened and closed by a hinge mechanism provided in the front part FR.
[0010]
In the vehicle body front portion 2, a steering head 5 is provided on the down tube 6, and a front fork 12 </ b> A is pivotally supported by the steering head 5. A handle 11A is attached to the upper end of the front fork 12A extending upward, and a front wheel 13A is pivotally supported on the lower end. The upper part of the handle 11A is covered with a handle cover 33 that also serves as an instrument panel.
[0011]
A link member (hanger) 37 is pivotally supported in the middle of the main pipe 7, and the swing unit 17 is swingably connected to the main pipe 7 by the hanger 37. The swing unit 17 is mounted with a single-cylinder four-cycle engine 200 at the front thereof. A belt-type continuously variable transmission 35 is configured from the engine 200 to the rear, and a rear wheel 21 is pivotally supported by a speed reduction mechanism 38 provided via a centrifugal clutch at the rear part. A rear cushion 22 is interposed between the upper end of the speed reduction mechanism 38 and the upper bent portion of the main pipe 7. An intake pipe 23 extending from the cylinder head 32 of the engine 200 is connected to the front portion of the swing unit 17. Further, the intake pipe 23 is provided with a vaporizer 24 and an air cleaner 25 connected to the vaporizer 24. Has been.
[0012]
The base end of the kick arm 28 is fixed to the kick shaft 27 protruding from the transmission case cover 36 of the belt type continuously variable transmission 35, and the kick pedal 29 is provided at the tip of the kick arm 28. A main stand 26 is pivotally attached to the pivot 18 provided at the lower portion of the swing unit case 31. The main stand 26 is set up for parking (illustrated by a chain line).
[0013]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the swing unit 17 and shows a cross-sectional structure taken along plane AA of FIG. As will be described in detail later with reference to FIGS. 2 to 5, the swing unit 17 includes the engine 200 located in front of the vehicle, the starter / power generator 100 of the present invention connected to one end of the crankshaft 12, and the crankshaft 12. An automatic transmission drive unit 300 and a driven unit 400 connected to the other end are provided.
[0014]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of the starter / power generator 100 and the crank portion. A crankshaft 12 is rotatably supported on the swing unit case 31 by main bearings 10 and 11, and a connecting rod 14 is connected to the crankshaft 12 via a crankpin 13. An inner rotor 15 of a brushless motor 44, which is a main part of the starter / power generator 100, is provided on one end side of the crankshaft 12 protruding from the crank chamber 9. The inner rotor 15 is fixed to one end of the crankshaft 12 by a bolt 20 together with the flange member 39.
[0015]
A permanent magnet 19 is fitted on the outer peripheral surface of the inner rotor 15. The permanent magnets 19 are, for example, a neodymium iron boron system, and are provided at six locations at equal angular intervals with the crankshaft 12 as the center. A stator core 48 of the outer stator 47 disposed on the outer periphery of the inner rotor 15 is fixed to the swing unit case 31. A generating coil 50 and a starting coil 51 are wound around the yoke 49a of the stator core 49.
[0016]
A radiator fan 57 is attached to the flange member 39, and a radiator 58 is provided facing the radiator fan 57. A sprocket 59 is fixed on the crankshaft 12 between the inner rotor 15 and the main bearing 11, and a chain for obtaining power for driving a camshaft (not shown) from the crankshaft 12 to the sprocket 59. 60 is hung. The sprocket 59 is formed integrally with a gear 61 for transmitting power to a pump for circulating lubricating oil.
[0017]
A substrate 55 is fixed in parallel to the crankshaft 12 by screws 41 on the inner side of one end side surface 31a of the swing unit case 31, and a permanent magnet 19 mounted on the outer peripheral surface of the inner rotor 15 is disposed on the inner surface of the substrate 55. A rotor sensor 56 is provided for detection. As described later with reference to FIG. 7, the rotor sensor 56 is configured by arranging a plurality (three in this embodiment) of hall elements in a circular arc shape with a predetermined gap coaxially with the inner rotor 15. Composed.
[0018]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a structure around the head of the engine 200. The piston 63 disposed in the cylinder 62 is connected to the small end side of the connecting rod 14 via a piston pin 64. A spark plug 65 is screwed onto the cylinder head 32, and its electrode portion faces a combustion chamber formed between the head of the piston 63 and the cylinder head 32. The circumference of the cylinder 62 is surrounded by a water jacket 66.
[0019]
A camshaft 69 rotatably supported by bearings 67 and 68 is provided above the cylinder 62 in the cylinder head 32. An attachment 70 is fitted to the camshaft 69, and a cam sprocket 72 and a retractor portion 72 a for generating a cam pulse in association with the cam sensor 155 are fixed to the attachment 70 with a bolt 71. Yes. A chain 60 is hung on the cam sprocket 72. The chain 60 transmits the rotation of the sprocket 59 (see FIG. 1), that is, the rotation of the crankshaft 12 to the camshaft 69.
[0020]
A rocker arm 73 is provided on the camshaft 69, and the rocker arm 73 swings according to the cam shape of the camshaft 69 as the camshaft 69 rotates. The camshaft 69 is integrally formed with an exhaust cam and an intake cam. A decompression cam 98 is provided adjacent to these cams and engaged with the camshaft 69 only in the reverse direction. The decompression cam 98 follows the rotation of the camshaft 69 during the reverse rotation of the camshaft 69 and rotates to a position protruding from the outer peripheral shape of the exhaust cam.
[0021]
Therefore, the exhaust valve 96 can be slightly lifted during the normal rotation of the camshaft 69, and the load in the compression process of the engine can be reduced. As a result, the torque when the crankshaft is started can be reduced, so that a small-sized starter can be used as the starter of the four-cycle engine. As a result, there is an advantage that the crank periphery can be made compact and the bank angle can be increased. When the cam rotates forward for a while, the outer shape of the decompression cam 98 returns to the outer peripheral shape of the exhaust cam.
[0022]
A pump chamber 76 surrounded by a water pump base 74 and a water pump housing 75 is formed in the cylinder head 32. A pump shaft 78 having an impeller 77 is disposed in the pump chamber 76. The pump shaft 78 is fitted to the end of the cam shaft 69 and is rotatably held by a bearing 79. The driving force of the pump shaft 78 is obtained by a pin 80 that engages with the central portion of the cam sprocket 72.
[0023]
The head cover 81 is provided with an air reed valve 94. The air reed valve 94 sucks air when negative pressure is generated in the exhaust pipe to improve emission. In addition, although a sealing member is provided everywhere around the pump chamber 76, each description is abbreviate | omitted.
[0024]
4 and 5 are cross-sectional views of the automatic transmission portion of the automatic transmission that changes the rotation of the engine 200 and transmits it to the rear wheels. FIG. 4 is the drive side, and FIG. 5 is the driven side.
[0025]
In FIG. 4, a pulley 83 for winding a V-belt 82 is provided on the end of the crankshaft 12 opposite to the side where the inner rotor 15 of the starter / power generator 100 is provided. The pulley 83 includes a fixed pulley piece 83a whose rotational direction and axial movement are fixed with respect to the crankshaft 12, and a movable pulley piece 83b that is slidable in the axial direction with respect to the crankshaft 12.
[0026]
A holder plate 84 is attached to the back surface of the movable pulley piece 83b, that is, the surface that does not contact the V belt 82. The movement of the holder plate 84 is restricted in both the rotational direction and the axial direction with respect to the crankshaft 12 and rotates integrally. A space surrounded by the holder plate 84 and the movable pulley piece 83b forms a pocket for accommodating the roller 85 as a governor weight.
[0027]
On the other hand, the clutch mechanism for connecting the power to the rear wheel 21 is configured as follows. In FIG. 5, the main shaft 125 of the clutch is supported by a bearing 127 fitted to the case 126 and a bearing 129 fitted to the gear box 128. A fixed pulley piece 132 a of a pulley 132 is supported on the main shaft 125 by bearings 130 and 131. A cup-shaped clutch plate 134 is fixed to the end of the main shaft 125 by a nut 133.
[0028]
A movable pulley piece 132b of the pulley 132 is provided on the sleeve 135 of the fixed pulley piece 132a so as to be slidable in the longitudinal direction of the main shaft 125. The movable pulley piece 132b is engaged with the disk 136 so that it can rotate integrally around the main shaft 125. Between the disk 136 and the movable pulley piece 132b, there is provided a compression coil spring 137 on which a repulsive force acts in the direction of extending the distance between the two. Further, the disk 136 is provided with a shoe 139 supported by a pin 138 so as to be swingable. When the rotational speed of the disk 136 increases, the shoe 139 swings in the outer peripheral direction due to the centrifugal force, and comes into contact with the inner periphery of the clutch plate 134. A spring 140 is provided so that the shoe 139 contacts the clutch plate 134 when the disk 136 reaches a predetermined rotational speed.
[0029]
A pinion 141 is fixed to the main shaft 125, and the pinion 141 meshes with a gear 143 fixed to the idle shaft 142. Further, the pinion 144 fixed to the idle shaft 142 is engaged with the gear 146 of the output shaft 145. The rear wheel 21 includes a rim 21a and a tire 21b fitted around the rim 21a. The rim 21a is fixed to the output shaft 145.
[0030]
In the above configuration, when the engine speed is minimum, the roller 85 is in the position indicated by the solid line in FIG. 4, and the V-belt 82 is wound around the minimum diameter portion of the pulley 83. The movable pulley piece 132 b of the pulley 132 is biased to the position of the solid line in FIG. 5 urged by the compression coil spring 137, and the V belt 82 is wound around the maximum diameter portion of the pulley 132. In this state, since the main shaft 125 of the centrifugal clutch is rotated at the minimum number of revolutions, the centrifugal force applied to the disk 136 is minimal, and the shoe 139 is pulled inward by the spring 140, and thus the clutch plate 134 is contacted. Do not touch. That is, the rotation of the engine is not transmitted to the main shaft 125, and the wheel 21 is not rotated.
[0031]
On the other hand, when the engine speed is high, the roller 85 is biased in the outer circumferential direction by centrifugal force. The position indicated by the chain line in FIG. 4 is the position of the roller 85 when the maximum rotational speed is reached. When the roller 85 is biased in the outer circumferential direction, the movable pulley 83b is pushed toward the fixed pulley 83a, so that the V-belt 82 moves closer to the maximum diameter of the pulley 83. Then, on the centrifugal clutch side, the movable pulley piece 132b is biased by overcoming the compression coil spring 137, and the V-belt 82 moves toward the minimum diameter of the pulley 132. Accordingly, the centrifugal force applied to the disk 136 is increased, and the shoe 139 overcomes the spring 140 and projects outward, and comes into contact with the clutch plate 134. As a result, the rotational force of the engine is transmitted to the main shaft 125, and power is transmitted to the wheels 21 via the gear train. Thus, the winding diameter of the V-belt 82 with respect to the pulley 83 on the crankshaft 12 side and the pulley 132 on the centrifugal clutch side changes according to the rotational speed of the engine, thereby effecting a speed change.
[0032]
As described above, when the engine is started, the engine can be energized by energizing the start coil 51. However, in this embodiment, a kick starter that starts the engine 200 by a stepping action is also used. Further, the kick starter will be described with reference to FIG. A driven dog gear 86 for kick starting is fixed to the back surface of the fixed pulley 83a. On the other hand, a support shaft 88 having a helical gear 87 is rotatably supported on the cover 36 side. A cap 89 is fixed to the end of the support shaft 88, and a drive dog gear 90 that meshes with the driven dog gear 86 is formed on the end surface of the cap 89.
[0033]
Further, a kick shaft 27 is rotatably supported on the cover 36, and a sector helical gear 91 that meshes with the helical gear 87 is welded to the kick shaft 27. A spline is formed at the end of the kick shaft 27, that is, a portion protruding from the cover 36 to the outside, and a spline provided on the kick arm 28 (see FIG. 6) is engaged with the spline. Reference numerals 92 and 93 are return springs.
[0034]
In the above configuration, when the kick pedal 29 is depressed, the kick shaft 27 and the sector helical gear 91 are rotated by overcoming the return spring 93. The helical gear 88 and the sector helical gear 91 are set in a twisting direction so that a thrust force that biases the support shaft 87 is generated on the pulley 83 side when the sector helical gear 91 is rotated by depression of the kick pedal. Therefore, when the kick pedal 29 is depressed, the support shaft 87 is biased toward the pulley 83, and the drive dog gear 90 formed on the end surface of the cap 89 meshes with the driven dog gear 86. As a result, the crankshaft 12 is rotated and the engine 200 can be started. When the engine is started, the depression of the kick pedal 29 is weakened, and when the sector helical gear 91 is reversed by the return springs 92 and 93, the engagement between the driving dog gear 90 and the driven dog gear 86 is released.
[0035]
FIG. 7 is a block diagram of a control system of the starter / power generator 100, and the same reference numerals as those described above represent the same or equivalent parts.
[0036]
The control unit 40 converts the output voltage VBATT of the battery 42 into a logic voltage VDD and supplies it to the CPU 101, and controls the power supply to the IG coil 54 to ignite the spark plug 65 at a predetermined timing. And a three-phase driver 104 that converts the battery voltage VBATT into three-phase AC power and supplies it to the starting coil 51 of the brushless motor 44.
[0037]
The throttle sensor 53 detects the throttle opening θth and notifies the CPU 101 of it. The rotor sensor 56 is composed of, for example, three Hall elements 56a, 56b, and 56c, detects the rotational position of the inner rotor 15 as the positions of the six permanent magnets 19 provided on the outer peripheral surface thereof, and notifies the CPU 101 of the detected positions. The regulator 52 controls the induced electromotive force generated in the power generation coil 50 according to the rotation of the inner rotor 15 to the battery voltage VBATT and supplies it to the power supply line L.
[0038]
In such a configuration, when the engine is started, the CPU 101 determines the excitation timing of the start coil 51 based on the rotational position of the inner rotor 15 detected by the rotor sensor 56, and the switching timing of each power FET of the three-phase driver 104. To supply AC power to each phase of the starting coil 51.
[0039]
Each power FET of the three-phase driver 104 is PWM-controlled by the CPU 101, and the duty ratio, that is, the starting torque of the brushless motor 44 is controlled based on the throttle opening θth detected by the throttle sensor 53.
[0040]
On the other hand, when engine 200 is started and reaches a predetermined number of revolutions, power supply from three-phase driver 104 to starting coil 51 is stopped, and this time brushless motor 44 is driven by the engine. At this time, an electromotive force is generated in the power generation coil 50 of the brushless motor 44 in accordance with the rotational speed of the crankshaft 12. This electromotive force is controlled to the battery voltage VBATT by the regulator 52, and then supplied to the electric load and the surplus power is charged to the battery.
[0041]
As described above, in the present embodiment, the brushless motor is adopted as the generator motor of the starter / generator, and the brush mechanism and the governor mechanism are abolished. Therefore, the overall length of the crankshaft 12 can be shortened, and the vehicle in which this is mounted. Can be narrowed.
[0042]
Further, since the detection result of the rotor sensor 56 for detecting the rotor position of the brushless motor 44 is also used for the determination of the crank angle, the crank sensor for detecting the crank angle becomes unnecessary, and the crankshaft 12 is further shortened. Is possible.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects are achieved.
(1) The brushless motor is adopted as the generator motor of the starter / generator and the brush mechanism and governor mechanism are abolished, so the overall length of the crankshaft can be made shorter than before, and the vehicle width at the crankshaft can be reduced. And the weight of the vehicle can be reduced.
(2) Since the detection result of the rotor sensor for detecting the rotor position of the brushless motor is also used for the determination of the crank angle, the crank sensor for detecting the crank angle becomes unnecessary and the crankshaft can be further shortened. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a swing unit including a starter / power generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the vicinity of the starter / power generator of the swing unit and the vicinity thereof.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view in the vicinity of a cylinder head of an engine of a swing unit.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the vicinity of an automatic transmission (drive unit) of a swing unit.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the vicinity of an automatic transmission (driven unit) of a swing unit.
FIG. 6 is a side view of a motorcycle to which the starter / power generator according to one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 7 is a block diagram of a control system of the starter / power generator according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Crank chamber, 12 ... Crankshaft, 15 ... Inner rotor, 19 ... Permanent magnet, 31 ... Swing unit case, 32 ... Cylinder head, 44 ... Brushless motor, 45 ... Connecting pin, 47 ... Outer stator, 50 ... Generator coil, 51 ... Starting coil, 56 ... Rotor sensor, 59 ... Sprocket

Claims

It is applied to a swing unit having a continuously variable transmission unit and a centrifugal clutch on one end side of a crankshaft of a four-cycle engine,
A brushless motor is provided on the other end side of the crankshaft, and includes control means for controlling engine start and power generation by the brushless motor ,
The vehicle starter / power generator according to claim 1, wherein the control unit controls a start torque of the brushless motor based on a throttle opening detected by a throttle sensor .

The starter for a vehicle according to claim 1, wherein a stator of the brushless motor is disposed around a rotor, and the rotor is an inner rotor magnet type in which a plurality of permanent magnets are disposed on an outer peripheral surface thereof. Power generation device.

A rotor sensor for detecting the magnetism of a permanent magnet disposed on the outer peripheral surface of the rotor;
3. The vehicle according to claim 2, further comprising: a control unit that determines a rotation angle of the rotor based on an output signal of the rotor sensor and controls power supply to the starting coil based on the determination result. Starter and generator.

4. The vehicle starter / power generator according to claim 3, further comprising ignition control means for executing engine ignition control based on an output signal of the rotor sensor.

5. The vehicle starter / power generator according to claim 3, wherein the rotor sensor is provided on a substrate fixed in parallel with the crankshaft by a screw inside the swing unit case. 6.