JP4636221B2 - 内燃機関の始動装置−発電機用減速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置−発電機用減速装置であって、始動装置−発電機がベルト伝動装置を介して内燃機関のクランク軸に伝動結合され、減速装置が、クランク軸とこれに対して同軸的な第１のベルト車との間の動力伝達経路に設けられる遊星歯車装置であるものに関する。
【０００２】
自動車及びその機関の費用及び重量を低下する努力は、二次装置に及んでいる。特に決して同時には動作しない２つの重くかつ高価な電気機械が問題となる場合である。小形車両（ＰＵＣＨ５００）では、既に十数年前に、ベルト伝動装置を介してクランク軸に結合される始動装置−発電機が使用された。大形の高圧縮機関では、始動のために低い回転数を持つ高いトルクが必要とされるが、発電機運転のためには高い回転数が必要とされる。従ってクランク軸と始動装置−発電機との間に段変速機が必要とされる。
【０００３】
ケムニッツ及びグラーツの工業大学により１９９９年９月４日に開催された専門会議の報告書「動力伝達経路にある電気機械」から、このために、クランク軸と同軸的になるべくベルト車に設けられるか又は始動装置−発電機と同軸的に設けられる２段遊星歯車装置を使用することが公知である。その際切換えが、トルク伝達方向に応じて、遊星歯車装置の斜め歯により、自動的に行われるようにしている。しかしそれにより、切換え慣性は別として、電動機のすべての可能な運転状態及びその移行が制御可能ではない。始動の成功後電動機の速い加速、高い電動機回転数から速い減速、又は時間通りでない点火の際のバックフアイヤが考えられる。更に特定の運転状態において減速装置を介して結合を中断できることが望ましい。
【０００４】
米国特許第５，１３２，６０４号明細書から、クランク軸の軸線にある始動装置−発電機用の減速装置として遊星歯車装置を設けることも公知である。ここでは遊星キャリアと出力軸との間にフリーホイールが挿入され、従ってこれを介して全動力が伝達される。これには非常に大きい寸法のフリーホイールが必要であり、それに応じて緩慢な切換えが行われる。一方遊星歯車装置には問題がある。なぜならば、それにより幾何学的に制限されて、両方の変速段における同じ回転方向で、低速への最適に０．５ないし０．２の所望の変速比が得られないからである。更に遊星歯車装置の費用、重量及び所要空間がなお多大である。遊星歯車装置を被覆しようとする場合、大きい所要空間によりベルト車が非常に大きくなる。
【０００５】
国際公開第９９／２３３９８号から、共面遊星歯車装置を持ち直列に設けられた複数の遊星歯車装置を有する多段変速機が公知である。変速段の切換えは、液圧で操作される摩擦クラッチ又は帯ブレーキ及びオーバランニングクラッチにより行われる。
【０００６】
本発明の目的は、減少された費用及び寸法で、所望の変速比を持ち、考えられたすべての運転状態にあるように切換え可能であるように、最初に述べた種類の減速装置を構成することである。本発明によれば、これは次の構造的特徴によって達せられる。即ち
ａ）減速装置が、ハウジングと、環状歯車、太陽歯車、ケージ、内歯及び外歯を持つ遊星環から成る遊星段とを持ち、
ｂ）環状歯車が遊星環の外歯にかみ合い、かつ内燃機関のクランク軸に伝動結合され、
ｃ）太陽歯車が遊星環の内歯にかみ合い、かつ第１のクラッチによりハウジングに相対回転しないように結合可能であり、
ｄ）ケージが、遊星環用の偏心軸受を持ち、第１のベルト車に相対回転しないように結合され、かつ第２のクラッチにより遊星段の要素の１つに相対回転しないように結合可能であり、それにより遊星段のブロックとして回転し、従って第１のベルト車がクランク軸の回転数で回転することができる。
【０００７】
特徴ａ）による遊星歯車装置は、普通の遊星歯車装置より安価で軽く、僅かな組込み空間しか必要としない。このことは、具体的な使用のために要求される直結段と同じ回転方向における変速段との段飛躍に当てはまる。このことは、ベルト車内への組込みを可能にする。自動車の車輪駆動用伝動装置では、段飛躍は著しく小さい。
【０００８】
これらの利点は、特徴ｂ）及びｃ）によりこの遊星歯車装置の要素の結合によって更に増大される。環状歯車とクランク軸との伝動結合は、環状歯車の大きい半径において始動に必要な高いトルクにもかかわらず、小さい歯車しか生じない。太陽歯車は反動要素としてのみ役立ち、ククラッチの結合のために好都合に存在する。静止しているハウジングとの連結により、始動のための変速比が与えられ、発電機運転の場合には負荷されない。
【０００９】
特徴ｄ）によりケージとベルト車とをまとめることにより、ベルト張力により生じる軸受力のきちんとした吸収が可能になる。ケージと遊星歯車装置の他の要素との間の第２のクラッチもよく結合可能である。それにより、発電機運転において、損失が最小になる遊星歯車装置全体のブロック回転が行われる。クラッチのために、原理的にまずすべての公知の構造が考えられる。即ち摩擦円板クラッチ，爪又は歯を持つかみ合いクラッチ、帯又は巻掛けばねクラッチ、電磁クラッチ、ころ又は締付け体を持つフリーホイール、場合によっては代わりに又は付加的に遠心力クラッチ。
【００１０】
好ましい特に簡単な構造では、環状歯車がクランク軸に相対回転しないように結合され、ケージがクラッチにより環状歯車に相対回転しないように結合可能である（請求項２）。これは、機関始動のためのただ１つの変速段を持つ最も頻繁な事例である。
【００１１】
第１の実施形態では、第１のクラッチ及び第２のクラッチがフリーホイールクラツチであり、ケージが駆動されている時、第１のクラッチが閉じ、ケージが駆動する時、第２のクラッチが閉じる（請求項３）。従って第１のクラッチと第２のクラッチは互いに逆向きに組込まれている。こうして発電機運転の際直接の通し駆動が得られ、かつ始動のための最適な変速比が得られる。始動の際機関が加速し始めると、発電機への移行が急速に自動的に行われるにもかかわらず、穏やかに行われる。
【００１２】
１つの展開では、両方のクラッチが外部から制御されるクラッチであり、内燃機関の始動の際第１のクラッチが閉じられ、通常の電動機運転の際第のクラッチが閉じられる（請求項４）。その際まず再び上記のクラッチが問題になり、それに含まれる外部制御されるフリーホイールが、制御により、トルク方向の反転の際にも留まる開き位置へもたらされることができる（請求項５）。それにより機関の突然の減速の際又は失火の際にも、フリーホイールが閉じられることがない。更にベルト伝動装置により駆動される別の二次装置が、内燃機関の停止の際にも運転状態に保たれる。
【００１３】
外部制御は種々のやり方で行うことができるが、両方のクラッチが、制御装置により運転状態に応じて制御される電気操作素子によって操作されるのが好ましい（請求項６）。それにより極端かつ異常な運転状態においても、高度の安全性が与えられる。
【００１４】
本発明による伝動装置の組合せは、内燃機関が停止している場合及び特定の温度状態において、制御装置が両方のクラッチを開き、始動装置−発電機を電動機として動作させる可能性も与える（請求項７）。即ちベルト伝動装置は、例えば冷却水ポンプ、冷房換気機又は空調装置の圧縮機のような他の二次装置もしばしば操作する。伝動装置の中立位置は、機関の停止の際すべてのこれらの二次装置を始動装置−発電機から駆動する可能性を与える。温度条件は例えば冷却水温度又は周囲温度であっ
てもよい。
【００１５】
本発明の展開において、減速装置が、別の環状歯車、別の太陽歯車、別のケージ、内歯及び外歯を持つ別の遊星環から成り後に接続可能な別の遊星段を持ち、この別の遊星段を介して環状歯車がクランク軸に結合可能である（請求項８）。別の遊星段は、別の変速比従って始動のための２つの異なる変速比、即ち暖かい機関における始動のための変速段及び冬季における冷間始動のための変速段を可能にする。請求項９によれば、この展開はなるべく次の点にある。即ち
ａ） 別の環状歯車が別の遊星環の外歯にかみ合い、クランク軸に伝動結合され、かつ第３のクラッチにより環状歯車に結合可能であり、
ｂ） 別の太陽歯車が別の遊星環の内歯にかみ合い、太陽歯車と共に第１のクラッチによりハウジングに相対回転しないように結合可能であり、
ｃ） 別のケージが別の遊星環用の偏心軸受を持ち、第３のクラッチにより環状歯車に相対回転しないように結合可能であり（冷間始動）、ブロック回転の際第２のクラッチにより、遊星歯車装置の要素の１つに相対回転しないように結合される（発電機）。
【００１６】
特徴ａ）により別の環状歯車を（第１の遊星段の）環状歯車に結合する際、第２の遊星段がバイパスされ、ブロックとして空回転する。これは機関の通常の始動又は温暖始動のための位置である。特徴ｂ）により、一緒に第１のクラッチに結合される両方の太陽歯車は、製造及び操作を簡単にする。即ち始動位置は、両方の始動変速比において、第１のクラッチが閉じられていることを意味する。特徴ｃ）により、第３のクラッチが別のケージと（第１の遊星段の）環状歯車との結合を行うと、減速装置は、冷間始動のための位置従って特に大きい変速比を持つ位置にある。
【００１７】
この第３のクラッチは、制御装置により温度に応じて制御される２つの切換え位置を持つクラッチである（請求項９）。それにより冷間始動の際自動的にまず大きい変速比への切換えが行われ、それにより始動電動機の給電を危険にさらすことなく、機関の突発が容易になる。
【００１８】
図により本発明が以下に説明される。
【００１９】
図１において機関ブロックが符号１を付けられ、概略的にのみ示されるクランク軸２が符号を付けられ、通常のようにそれに続く主クラッチ及び変速機は符号を付けられていない。機関ブロック１の上方で、始動装置−発電機３が脚３′に取付けられている。そのベルト車４は、ベルト７（例えば１つ又は複数のＶベルト）を介して、クランク軸２に対して同軸的なベルト車６に結合されている。ベルト伝動装置４，６，７を介して、始動装置−発電機が発電機として駆動され、内燃機関が始動装置−発電機３により始動されるようにする。そのために必要な大きいトルクが小さい回転数でクランク軸２において得られるようにするため、減速装置８が設けられている。減速装置は、クランク軸２と同心的に大部分をベルト車６内に収容されている。
【００２０】
図２には、減速装置８が概略的に示されている。その静止したハウジング又はハウジング部分１０は、機関ブロックに取付けられ、例えばねじ止めされている。一方減速装置８はベルト車６により包囲される。減速装置８自体は特別に構成された遊星段により形成され、この遊星段は、環状歯車１１、クランク軸１に対して同軸的で軸受１３中に支持される環状歯車軸１２、太陽歯車１４、ベルト車６に固定的に結合されかつ概略的にのみ示されるケージ１５、及び遊星環１６から成っている。遊星環１６は外歯１７及び内歯１８を持ち、太陽歯車１４を包囲している。遊星環１６の内径は太陽歯車１４の外径より大きく、遊星環１６の外径は環状歯車１１の内径より小さい。こうして遊星環１６はその外歯１７で環状歯車１１とかみ合い、逆にその内歯１８で太陽歯車１４とかみ合う。
【００２１】
太陽歯車１４は、第１のクラッチ１９によりハウジング１０に結合可能であり、ケージ１５は第２のクラッチ２０を介して環状歯車１１又は環状歯車軸１２に結合可能である。これらのクラッチのために、原理的にすべての公知の構造が考えられる。即ち摩擦円板クラッチ、爪又は歯を持つかみ合いクラッチ、帯又は巻掛けばねクラッチ、電磁クラッチ、ころ又は締付け体を持つフリーホイール、場合によっては代わりに又は付加的に遠心力クラッチ。図示した実施例では、それは外部から制御されるクラッチ又はフリーホイールであり、それぞれ小さい角形矢印により表わされている。クランク軸２からベルト車６へのトルクの流れ従って発電機運転において、クラッチ２０が閉じられると、遊星段はブロックとして回転し、ベルト車６はクランク軸２の回転数で回転する。ベルト車６からクランク軸２へのトルクの流れにおいて、クラッチ２０が開かれ、クラッチ１９が閉じられると、太陽歯車１４がハウジング１０に相対回転しないように結合される。ケージ１５は遊星段の駆動要素であり、環状歯車１１は従動要素であり、環状歯車軸１２を介して、クランク軸２が著しく低い回転数及び大きいトルクで駆動される。これが始動運転である。なお振動ダンパ２１が示されている。
【００２２】
図３には、図２の減速装置の２段構成が概略的に示されている。部分１０ないし２０は図２のそれと同じであり、従って同じ符号を付けられている。付加的に別の第２の遊星段が設けられ、別の勘定歯車２３、別の太陽歯車２４、別のケージ２５、及び外歯２７及び内歯２８を持つ別の遊星環２６から成っている。通常に変速される変速段と内燃機関の始動のため甚だしく変速される変速段との間の切換えのため、第３のクラッチ２９が設けられている。このクラッチは、図の上半分では、通常の変速比を持つ位置で示され、図の下半分では、例えば冷間始動のため変速比が特に大きい位置で２９^＊で示されている。最初の位置２９において第３のクラッチは、環状歯車１１を、別の太陽歯車２３及び環状歯車軸１２に相対回転しないように結合されている第１の連結環３０に結合する。位置２９^＊において第３のクラッチは、環状歯車１１を、別のケージ２５の部分であるか又はこれに相対回転しないように結合されている第２の連結環３１に結合する。その場合別のケージ２５は、閉じているクラッチ２０を介して、内燃機関のクランク軸２を駆動する。
【００２３】
図４による具体的な構成について、図２から分かる部分は再び同じ符号を備えている。実際にケージ１５は、左側のケージ壁４０及び右側のケージ壁４１から成り、これらのケージ壁にそれぞれ偏心して左側及び右側の玉軸受４２，４３が設けられて、遊星環１６をほぞ拡張部のようなやり方で回転可能に案内している。こうして遊星環１６は偏心した軸線の周りに回転する。ケージ１５は更に中空軸３９を持ち、この中空軸により軸受１３を介して中空軸１２上に支持されている。太陽歯車１４はカラー４４を持ち、このカラーは針軸受４５を介してケージ１５の中空軸３９上に回転可能に支持されている。
【００２４】
第１のクラッチ１９は、太陽歯車１４のカラー４４上の内側連結帯４６及びハウジング１０内の外側連結帯４７により形成されている。これらの連結帯の間に第１の連結素子４８が設けられている。普通の締付けころフリーホイールの場合、それはころ又は締付け体であり、外部から制御されるクラッチの場合、それは場合によってはころ又は締付け体を含む連結環であり、この連結環はクラッチの構造に応じて軸線方向移動可能であるか又は回転可能であって、クラッチを開かれる位置、自由回転位置及び閉じられる位置の間に切換える。そのため第１の伝達要素４９が設けられて、切換えレバー５０を介して電気操作素子５１（ここではハウジングに固定したソレノイド）により制御される。
【００２５】
第２のクラッチ２０も同様に、内側連結帯５６及び外側連結帯５７により形成されている。内側連結帯は、中空軸１２の部分であるか又はこれに固定的に結合され、外側連結帯はケージ１５の中空軸３０の内側に設けられている。両方の連結帯の間には再び連結体５８が設けられ、即ち制御されないフリーホイールの場合ころ又は締付け体が、他の場合移動又は回転可能な第２の連結環が設けられ、この連結環に第２の伝達要素５９が第１のクラッチ１９におけるように作用する。この場合両方の連結帯５６，５７は回転可能な部分上にあるので、操作器５１により覆われ、従って図４においては見えない別の操作器により、切換えレバー６０を介して運動の伝達が行われる。
【００２６】
図５の変形例は、操作器５１がここでは機関１から遠いほうにある減速装置の側に設けられているという点で、上述した構成と相違している。それに応じて変えられた部分の符号はダッシュを付けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による減速装置の配置の概略図を示す。
【図２】本発明による減速装置の概略図を示す。
【図３】本発明による減速装置の２段構成の概略図を示す。
【図４】本発明による減速装置の第１実施例の縦断面を示す。
【図５】本発明による減速装置の第２実施例の縦断面を示す。

Claims (10)

1. 内燃機関の始動装置−発電機用減速装置であって、始動装置−発電機がベルト伝動装置を介して内燃機関のクランク軸に伝動結合され、減速装置が、クランク軸とこれに対して同軸的な第１のベルト車との間の動力伝達経路に設けられる遊星歯車装置であるものにおいて、
   ａ）減速装置（８）が、ハウジング（１０）と、環状歯車（１１）、太陽歯車（１４）、ケージ（１５）、内歯（１８）及び外歯（１７）を持つ遊星環（１６）から成る遊星段とを持ち、
   ｂ）環状歯車（１１）が遊星環（１６）の外歯（１７）にかみ合い、かつ内燃機関のクランク軸（２）に伝動結合され、
   ｃ）太陽歯車（１４）が遊星環（１６）の内歯（１８）にかみ合い、かつ第１のクラッチ（１９）によりハウジング（１０）に相対回転しないように結合可能であり、
   ｄ）ケージ（１５）が、遊星環（１６）用の偏心軸受（４２，４３）を持ち、第１のベルト車（６）に相対回転しないように結合され、かつ第２のクラッチ（２０）により遊星段の要素の１つ（１１）に相対回転しないように結合可能であり、それにより遊星段がブロックとして回転し、従って第１のベルト車（６）がクランク軸（２）の回転数で回転することができる
   ことを特徴とする減速伝動装置。
2. 環状歯車（１１）がクランク軸（２）に相対回転しないように結合され、ケージ（１５）が第２のクラッチ（２０）により環状歯車（１１）に相対回転しないように結合可能であることを特徴とする、請求項１に記載の減速装置。
3. 第１のクラッチ（１９）及び第２のクラッチ（２０）がフリーホイールクラツチであり、ケージ（１５）が駆動されている時、第１のクラッチ（１９）が閉じ、ケージ（１５）が駆動する時、第２のクラッチ（２０）が閉じることを特徴とする、請求項１に記載の減速装置。
4. 第１及び第２のクラッチ（１９，２０）が外部から制御されるクラッチであり、通常の発電機運転では第１のクラッチ（１９）が開かれ、第２のクラッチ（２０）が閉じられ、内燃機関の始動の際には第２のクラッチ（２０）が開かれ、第１のクラッチ（１９）が閉じられることを特徴とする、請求項１又は３に記載の減速装置。
5. 外部から制御される第１及び第２のクラッチ（１９，２０）がフリーホイールであり、制御装置により開かれる位置へもたらされることができ、トルクの方向が反転する場合にもこの位置に留まることを特徴とする、請求項４に記載の減速装置。
6. 第１及び第２のクラッチ（１９，２０）が、制御装置により運転状態に応じて制御される電気操作素子（５１）によって操作されることを特徴とする、請求項４に記載の減速装置。
7. 内燃機関が停止している場合及び特定の温度状態において、制御装置が第１及び第２のクラッチ（１９，２０）を開き、始動装置−発電機（８）を電動機として動作させることを特徴とする、請求項６に記載の減速装置。
8. 減速装置が、別の環状歯車（２３）、別の太陽歯車（２４）、別のケージ（２５）、内歯（２８）及び外歯（２７）を持つ別の遊星環（２６）から成り後に接続可能な別の遊星段を持ち、この別の遊星段を介して環状歯車（１１）がクランク軸（２）に結合可能であることを特徴とする、請求項１に記載の減速装置。
9. ａ）別の環状歯車（２３）が別の遊星環（２６）の外歯（２７）にかみ合い、クランク軸（２）に伝動結合され、かつ第３のクラッチ（２９）により環状歯車（１１）に結合可能であり、
   ｂ）別の太陽歯車（２４）が別の遊星環（２６）の内歯（２８）にかみ合い、太陽歯車（１４）と共に第１のクラッチ（１９）によりハウジング（１０）に相対回転しないように結合可能であり、
   ｃ）別のケージ（２５）が別の遊星環（２６）用の偏心軸受を持ち、第３のクラッチ（２９）により環状歯車（１１）に相対回転しないように結合可能であり、ブロック回転の際第２のクラッチ（２０）により、遊星歯車装置の要素（１１，１２，２３）の１つに相対回転しないように結合される
   ことを特徴とする、請求項８に記載の減速装置。
10. 第３のクラッチ（２９）が、制御装置により温度に応じて制御される２つの切換え位置を持つクラッチであることを特徴とする、請求項９に記載の減速装置。

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