JP4556783B2

JP4556783B2 - 過給装置

Info

Publication number: JP4556783B2
Application number: JP2005185060A
Authority: JP
Inventors: 一洋小島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP2007002786A

Description

本発明は、エンジンのクランク出力と電動モータとを動力源に、エンジンの吸気を過給する過給装置に関する。

自動車（車両）では、エンジン出力を高める手法の一つとして、エンジンに、エンジン吸気を過給する過給装置を装備することが行なわれている。

こうした過給装置には、エンジンのクランク出力で駆動される構造、具体的にはクランク出力からの回転を、遊星歯車増速機構や遊星ローラ増速機構など遊星式増速機構で増速させて、エンジン過給用コンプレッサを駆動するスーパーチャージャと称される装置がある。また近時では、スーパーチャージャの欠点（エンジン低回転域などでの過給不足）を補うため、遊星式増速機構に電動モータを組み合わせて、電動モータの動力でもコンプレッサの駆動が行なえるようにした過給装置が提案されている。

電動モータを併用した過給装置の多くは、特許文献１に記載されているように遊星歯車増速機構（回転要素がサンギヤ、リングギヤ、キャリアで支持されたプラネタリギヤ）の回転要素のうち、リングギヤにエンジンを接続し、キャリアに電動モータを接続し、サンギヤにエンジン過給用コンプレッサを接続した構造が用いられ、エンジンの軸出力や、該エンジンと電動モータの双方の軸出力が入力されるという入力形態により、所要の過給特性が確保されるようにしてある。

こうした過給装置では、電動モータの作動が不要（電動モータの過給が不要）なときは、電動モータの作動を停止させる（非作動）。しかし、単に、電動モータの電源入力をオフして、該モータの作動を停止しただけでは、キャリアに作用する力により、電動モータが空回り（連れ回り）して、過給が損なわれる。

そこで、従来では、電動モータを逆向きに励磁させる制御を採用して、同制御により、電動モータのロータを一定な停止姿勢に保持させるための保持トルクを発生させて、電動モータの停止状態を保持させていた（特許文献１を参照）。
実開平７−３５７３２号公報

ところで、電動モータの停止（非作動）は、自動車のアイドリング時を含め、頻繁にあるが（電動モータ等による過剰な過給が不要な高速走行などの低負荷時）、電動モータは、コンプレッサを駆動する容量をもつ大容量製品のために、保持トルクを発生するといえでも、かなりの電力が必要である。

このため、電動モータは、停止させている間も電力は消費され続けるので、自動車に搭載されるバッテリは、かなりの負担となりやすい。

そこで、本発明の目的は、エネルギーの消費を抑えつつ、電動モータの非作動時における停止状態の保持が行なえる過給装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、電動モータの非作動時、該電動モータの動きを機械的にロックするロック手段を採用した。

本発明は、さらに上記目的に加え、さらに簡単な構造で電動モータのロックが行なわれるよう、ロック手段として、第２の回転要素に、第３の回転要素を増速させる方向の回転トルクが作用するときは電動モータの回転を許し、その方向とは逆方向のトルクが作用するときは電動モータのシャフトをロックさせるワンウェイクラッチを採用した。

参考発明は、同じくロック手段として、吸磁により電動モータのシャフトをロックする電磁式ブレーキ装置を採用した。

したがって、電動モータの停止状態の保持には、電動モータの通電は必要とせずにすみ、電動モータに費やすエネルギーを低減でき、車両に搭載されるバッテリの負担が軽減できる。

本発明によれば、簡単な構造で電動モータの停止状態を保持することができる。特に本発明は、ワンウェイクラッチが、第２の回転要素に作用するトルクに応動して自動的に電動モータのシャフトをロックするので、別途、制御系は不要である。また参考発明だと、電磁式ブレーキ装置の制御により、適切な時期に、確実に電動モータをロックさせることができる利点がある。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は、エンジンに組み付けられた過給装置を示していて、図１中１は例えばレシプロエンジン（以下、単にエンジンという）、２は同エンジン１のクランクシャフト１ａの端部に装着されたクランクプーリ、３は過給装置（スーパーチャージャ）をそれぞれ示している。過給装置３は、例えばエンジン１の側方に該エンジン１と並行に配置されている。この過給装置３の詳細な構造が図２および図３（図２中のＡ−Ａ線に沿う断面図）に示されている。

過給装置３の構造について説明すると、図２中５は、同装置３のケーシングである。このケーシング５の前部（クランクプーリ２が有る側）には、過給駆動用プーリ６をもつ入力シャフト７が回転自在に組み付けられている。プーリ６は、クランクプーリ２と並行に配置されている。プーリ６とクランクプーリ２間には、索条部材である環状のベルト部材４が巻き付けられていて、クランクシャフト１ａ（エンジン１）から出力される軸出力（クランク出力）がプーリ６へ伝達されるようにしてある。またケーシング５の後部（クランクプーリ２と反対側）には、例えば入力シャフト７の軸心を延長線上に位置して出力シャフト８が配置されている。この出力シャフト８は、ケーシング５の後部壁を貫通している。この貫通した出力シャフト８の外部の端部に、エンジン過給用コンプレッサ９（ここでは例えば遠心式）が組み付けられている。なお、１０は同コンプレッサ９を構成するコンプレッサホイール、１１は同ホイール１９を覆う渦巻形のコンプレッサカバー、１１ａは同カバー１１の正面に設けた吸込口、１１ｂは同カバー１１の外周部に設けた吐出口（図１にのみ図示）を示す。このうちのコンプレッサ９の吐出口１１ｂは、図示はしないがエンジン１の吸気系に接続されていて、過給吸気がエンジン１の吸気ポート（図示しない）へ送り込めるようにしている。

ケーシング５の内部、例えば後部寄りの地点には、例えば前後方向に向く姿勢で、電動モータ１２が設置されている。電動モータ１２は、例えばケーシング５に前後の向きで固定された筒形のモータケース１３、同モータケース１３の内周面に取着された環状のステータ１４、同ステータ１４の内部に配設されたロータ１５、同ロータ１５を支持する前後方向に延びるモータシャフト１６（本願のシャフトに相当）、同モータシャフト１６の端部を回転自在に支持する軸受け１７を有して構成されている。つまり、電動モータ１２は、図示しないケーブルを通じて、ステータ１４を励磁すると、ロータ１５が回転して、モータシャフト１６から軸出力が出力される構造となっている。

ケーシング５の内部、例えば前部寄りの地点、具体的には前側の入力シャフト７と出力シャフト８との間には、遊星式増速機構として、例えば遊星歯車増速機構２０が設けられている。遊星歯車増速機構２０は、例えば図２および図３に示されるように軸心が前後方向に向く姿勢で配設されたサンギヤ２１と、同サンギヤ２１の回りに同心的に配設したリングギヤ２２と、サンギヤ２１およびリングギヤ２２間に介在された複数のプラネタリギヤ２３と、各プラネタリギヤ２３を回転自在に支持するキャリア２４との組み合わせから構成されている。つまり、遊星歯車増速機構１５は、サンギヤ２１、リングギヤ２２、同プラネタリギヤ２３およびキャリア２４を組み合わせた部品２５といった、３つの回転要素（本願の第１〜３の回転要素に相当）の組み合わせから構成されている。なお、キャリア２４には、外周部に歯部２６を形成したリング型のギヤが用いてある。

この遊星歯車増速機構１５の回転要素のうち、リングギヤ２２には、入力シャフト７が連結されている。つまり、リングギヤ２２は、エンジン１の軸出力によって駆動されるようにしてある。なお、７ａは、その入力シャフト７を回転自在に支持する軸受けを示す。キャリア２４の歯部２６には、モータシャフト１６の端部に装着されたピニオンギヤ２７が噛合っている。これにより、キャリア２４（含むプラネタリギヤ２３）は、電動モータ１２から出力される軸出力によって駆動されるようにしてある。サンギヤ２１には、キャリア２４を通じて、出力シャフト８が連結されている。こうしたリングギヤ２２、キャリア２４を入力側、サンギヤ２１を出力側とした遊星歯車機構により、リングギヤ２２やキャリア２４から入力される回転が、各ギヤの噛合いにより増速されながら、サンギヤ２１からコンプレッサ９へ出力される構造にしている（増速機構）。

電動モータ１２からキャリア２４までの動力伝達経路のうち、例えばモータシャフト１６の端部には、ロック手段として例えばワンウェイクラッチ３０が設けられている。このワンウェイクラッチ３０には、キャリア２４に、サンギヤ２１を増速させる方向の回転トルクが作用するときは、モータシャフト２１（電動モータ１２）の回転を許し、反対に、増速させる方向とは逆方向のトルクが作用するときは、モータシャフト２１（電動モータ１２）を機械的にロックさせる構造が用いられている。例えばワンウェイクラッチ３０には、図４に示されるようなモータシャフト１６に固定されるインナスリーブ３１およびケーシング５に固定されるアウタスリーブ３２とで形成される重スリーブ部３３と、インナスリーブ３１とアウタスリーブ３２との間に収めた断続部３４とを組み合わせたクラッチユニットが用いられている。具体的には、同クラッチユニットの断続部３４は、インナスリーブ３１とアウタスリーブ３２間の隙間に配設された複数のボール３５（駒）と、ボール３５を逃がすためのインナスリーブ内面（あるいはアウタスリーブ内面）に形成したくぼみ部３６と、ボール３５を所定の位置に位置決めるためのケージ３７やスプリング３８を組み合わせたボール式が用いられている。このクラッチユニットのボール３５は、インナスリーブ３１とアウタスリーブ３２間の隙間より大きな直径をもつボールが用いられていて、キャリア２４に増速方向の回転トルクが作用すると、ボール３５がくぼみ部３６に逃げて、インナスリーブ３１の回転を許し、逆トルクが作用すると、ボール３５が、インナスリーブ３１の外周面とアウタスリーブ３２の内周面との間に食い込んでインナスリーブ３１をロックする機能をもつ。このボール３５の挙動により、キャリア２４に増速させる方向の回転トルクが作用するときは、モータシャフト２１からキャリア３４へ動力が伝達され、反対の逆トルクが作用するときは、モータシャフト２１のロック（電動モータ１２の動きがロック）がされるようにしている。

このように構成された過給装置３の作用を説明すると、今、エンジン１の出力だけで、過給が行なわれているとする（電動モータ１２：非作動）。

このとき、エンジン１のクランクプーリ２から出力された軸出力は、ベルト部材４、プーリ６および入力シャフト７を経て、リングギヤ２２へ入力される。この入力された回転が、プラネタリギヤ２３を通じて、サンギヤ２１へ伝わる際、回転が増速される。この回転が出力シャフト８から出力され、コンプレッサ９のコンプレッサホイール１０を増速駆動する。このコンプレッサホイール１０の回転により、吸気口１１ａから吸気が吸込まれる。そして、同空気が、遠心力により圧縮されながら吐出口１１ｂから吐出されて、エンジン１の吸気ポート（図示しない）へ送り込まれる。

この動力伝達中、キャリア２４には、増速させるときの方向とは反対方向の回転トルクが作用する。このため、この逆回転トルクが、ピニオンギヤ２７およびモータシャフト１６を経て、ワンウェイクラッチ３０へ伝わる。

すると、ワンウェイクラッチ３０のインナスリーブ３１は、この逆回転トルクを受けて、ロック方向、すなわちボール３５がインナスリーブ３１とアウタスリーブ３２間に食い込む方向へ変位して、インナスリーブ３１をボール３５の食い込みにより機械的にロックする。これにより、モータシャフト１６はロックされる。つまり、電動モータ１２の動きが機械的にロックされる。これで、電動モータ１２の停止状態が保持される。

一方、過給不足などにより、電動モータ１２を作動させたとする。この電動モータ１２が発生する回転トルクは、キャリア２４を増速させる方向のトルクである。この回転トルクが、モータシャフト１６を経て、ワンウェイクラッチ３０へ伝わる。

すると、ワンウェイクラッチ３０のインナスリーブ３１は、この回転トルクを受けて、フリー方向、すなわちボール３５がくぼみ部３６に落ち込む方向へ回動する。これにより、アウタスリーブ３２はフリーな状態に切り換わり、電動モータ１２の軸出力が、モータシャフト１６およびピニオンギヤ２７を経て、キャリア２４へ伝達される。すると、サンギヤ２１には、エンジン１の軸出力で増速する回転に、さらに電動モータ１２の軸出力で増速する回転が加わり、一層、コンプレッサ９のコンプレッサホイール１０の回転が高まる。これにより、過給装置３は、エンジン駆動がもたらす以上の過給圧をもつ吸気をエンジン１の吸気ポート（図示しない）へ送り込む。

このように電動モータ１２の停止状態（非作動時）の保持（連れ回りの防止）は、電動モータ１２の通電（保持トルクの発生）によらず、機械的なロックで行なわれるので、電動モータ１２に費やす電力が低減できる。

それ故、電動モータ１２の電力源となる車載のバッテリ（図示しない）の負担が軽減できる。特に電動モータ１２の停止は、自動車のアイドリング時を含め、多くの運転状態で発生するため、その効果は大である。

しかも、ワンウェイクラッチ３０は、キャリア２４に作用するトルクに応動して、自動的に電動モータ１２のモータシャフト１６をロックさせるので、別途、制御系は不要であり、簡単な構造ですむ。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２に実施形態を示す。

本実施形態は、電動モータ１２の停止状態を保持するロック手段として、電磁式ブレーキ装置、例えば電磁クラッチ装置４０を採用したものである。

具体的には電磁クラッチ装置４０には、例えば図５に示されるようにモータシャフト１６の端部に、スプライン部４１を介して、磁性部材で形成された吸着プレート４２を軸方向に移動可能に取り付け、この吸着プレート４２と向き合うモータケース１３の内面に、吸着用の電磁コイル４３が組み込まれたコイルユニット４４を設置した構造が用いてある。つまり、電動モータ１２の停止時（非作動時）、電磁コイル４３を励磁すると、電磁コイル４３の吸磁により、吸着プレート４２がコイルユニット４４に吸着され、同吸着により、モータシャフト１６がロックされるようにしてある。なお、図５中の二点鎖線で示す吸着プレート４２は、電磁コイル４３が励磁されていないときの状態、すなわちコイルユニット４４から離れた状態を示している。

このようにしても電動モータ１２に費やす電力を低減しながら、電動モータ１２の停止状態が保持できる。特に電磁クラッチ装置４０だと、同クラッチ装置４０の制御により、適切な時期に合わせて、確実に電動モータ１２をロックさせることができる。

但し、図５において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。上述した実施形態では、遊星式増速機構として、ギヤの組み合わせで構成される遊星歯車増速機構を用いた例を挙げたが、これに限らず、ローラの組み合わせで構成される遊星ローラ増速機構を用いてもよい。また上述した実施形態では、ワンウェイクラッチや電磁クラッチ装置を用いて、電動モータ停止時、電動モータの動きをロックする構造を挙げたが、これに限らず、他の構造のロック手段を用いてもよい。また上述の実施形態では、リングギヤにエンジンを接続し、キャリアに電動モータを接続した例を挙げたが、増速は、これに限らず、リングギヤに電動モータを接続し、キャリアにエンジンからの入力シャフトを接続した構造でも構わない。

本発明の第１の実施形態に係る過給装置の概略構成を、同装置が取り付くエンジンと共に示す図。同過給装置の断面図。図２中のＡ−Ａ線に沿う断面図。ワンウェイクラッチの構造を説明するための断面図。本発明の第２の実施形態に係る過給装置の断面図。

符号の説明

１…エンジン、３…過給装置、４…ベルト部材、７…入力シャフト、８…出力シャフト、９…過給用コンプレッサ、１２…電動モータ、１４…ステータ、１５…ロータ、１６…モータシャフト（シャフト）、２０…遊星歯車増速機構（遊星式増速機構）、２１…サンギヤ（第３の回転要素）、２２…リングギヤ（第１の回転要素）、２３…プラネタリギヤ、２４…キャリア（第２の回転要素）、３０…ワンウェイクラッチ、４０…電磁クラッチ装置（電磁式ブレーキ装置）。

Claims

エンジンの駆動軸によって駆動される第１の回転要素と、電動モータによって駆動される第２の回転要素と、エンジン過給用コンプレッサを駆動する第３の回転要素とを有する遊星式増速機構と、
前記電動モータの非作動時、該電動モータの動きを機械的にロックするロック手段と
を具備し、
前記ロック手段は、前記第２の回転要素に、前記第３の回転要素を増速させる方向の回転トルクが作用するときは前記電動モータの回転を許し、その方向とは逆方向のトルクが作用するときは前記電動モータのシャフトをロックさせるワンウェイクラッチであることを特徴とする過給装置。