JP6153147B2 - モータジェネレータ、エンジン始動装置、およびエンジン始動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電機能とエンジン始動機能を備えたモータジェネレータによるエンジン始動装置に関し、特に、低コスト化を実現するモータジェネレータ、エンジン始動装置、およびエンジン始動制御方法に関するものである。

発電機能とエンジン始動機能を備えたモータジェネレータと、エンジン始動時にエンジンのクランキングを行うスタータとが搭載され、設定された条件によりエンジンを自動停止し、再始動の要求によりエンジンを再始動させる、アイドリングストップ機能が搭載された車両が、従来からよく知られている。

この種の車両においては、エンジンと連動するモータジェネレータを用いて、エンジン出力を発電電力に変換するとともに、モータジェネレータとスタータを状況により使い分け、もしくは併用して、エンジンを始動するようになっている（例えば、特許文献１、２参照）。

すなわち、通常運転時には、エンジンの回転出力によりモータジェネレータからバッテリーが充電され、エンジン始動時には、バッテリー出力によりモータジェネレータおよびスタータに始動トルクおよび駆動トルクが供給される。

例えば、特許文献１に記載されたエンジン始動制御装置は、イグニッションキーによる初期のエンジン始動時には、スタータによりエンジンを始動させ、アイドリングストップ機能によるエンジン停止状態からのエンジン再始動時には、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御手段を備えている。

また、この特許文献１に記載されたエンジン始動制御装置は、エンジンの雰囲気温度に応じて、所定の温度未満ではスタータで始動し、所定の温度以上ではモータジェネレータで始動する制御手段も備えている。

さらに、特許文献２に記載されたエンジン始動制御装置は、以下のような制御手段を備えている。すなわち、特許文献２に記載されたエンジン始動制御装置は、停止しているエンジンを始動する際、クランキング当初は、スタータのみ、もしくは、スタータとモータジェネレータを併用して、クランキングを行う。

そして、この特許文献２に記載されたエンジン始動制御装置は、クランクシャフトの摩擦抵抗に応じて、スタータを用いたクランキング時間またはクランキングを終了する回転速度を設定し、その後に、モータジェネレータのみを用いたクランキングに移行している。

特開２００１−１５２９０１号公報 特開２０１４−１０１８４７号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のエンジン始動制御装置は、初期のエンジン始動においては、スタータによりエンジンを始動させる制御になっている。また、アイドリングストップからの再始動においては、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御になっている。さらに、所定の温度未満では、スタータによりエンジンを始動させる制御になっており、所定の温度以上では、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御になっている。

このように、従来技術は、エンジンの始動、再始動を行うために、２つのエンジン始動装置を有していることになる。この結果、車の軽量化による低燃費化の妨げになるばかりでなく、部品点数の増加により、コストも高くなってしまっている。

そこで、モータジェネレータのベルト駆動のみで、エンジン始動を実施しようとした場合には、低温でのベルトの滑りを防止するために、摩擦を上げていくという対応をする必要がある。しかしながら、このような対応を行うためには、摩擦負荷上昇による燃費性能の劣化や湿度や凍結などの様々な影響に対して、別途、システムや機構が必要となる問題があった。

一方、モータジェネレータとスタータを併用してエンジンを効率よく始動させて、スタータを使用する領域を考慮し、協調制御を行うことによって小型化を図ることも可能である。しかしながら、２つのモータを回していることになる。この結果、ラッシュ電流などによる電圧降下の問題があった。さらに、エネルギー的には、どちらか片方のモータ回転エネルギーのみを伝達しているため、エネルギーの無駄を取り除くことができないという問題もあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ベルト連結されたモータジェネレータのエンジン始動制御を、低温時にもスタータを使うことなく、迅速に実施でき、軽量化、低コスト化を実現するモータジェネレータ、エンジン始動装置、およびエンジン始動制御方法を得ることを目的としている。

本発明に係るモータジェネレータは、ベルトによりエンジンに常時連結され、モータを用いてエンジンの始動制御および発電制御を行うモータジェネレータにおいて、ベルトによりエンジンを駆動するベルト駆動機構と、外部指令に応じてエンジン側のリングギアと連結されるピニオンギアを有し、ピニオンギアがリングギアに連結されることでエンジンを駆動するギア駆動機構と、による２出力の動力伝達形式、およびモータのピニオンギア側に設けられ、発電された交流電力を整流器によって直流に変換するインバータを有し、ベルト駆動機構の出力と、ギア駆動機構の出力とは、モータジェネレータの回転子の軸方向に関して、互いに対向する位置に配置され、モータとインバータとの間のモータの回転軸に設けられたベアリング、ベアリングとは別にピニオンギアの径方向の力のためにピニオン側に設けられたピニオン側ベアリング、およびベルトを介してエンジンを駆動するプーリー側に設けられたプーリー側ベアリングを有するものである。

本発明に係るエンジン始動装置は、本発明のモータジェネレータと、モータジェネレータを制御する制御回路とを備え、制御回路は、エンジンの始動制御を行う際に、モータジェネレータを回転させ、ベルト駆動機構によりエンジンを駆動させるとともに、ベルトに滑りが発生する条件が成立する場合には、外部指令を出力することでギア駆動機構によりエンジンを駆動させ、ベルト駆動機構とギア駆動機構を併用してエンジンの始動制御を行うものである。

また、本発明に係るエンジン始動制御方法は、本発明のエンジン始動装置において、制御回路で実行されるエンジン始動制御方法であって、エンジンの始動制御時に、モータジェネレータを回転させ、ベルト駆動機構によりエンジンを駆動する第１ステップと、第１ステップの後に、エンジン温度またはエンジン雰囲気温度の計測結果から、ベルトに滑りが発生する条件が成立すると判定した場合には、電磁スイッチを通電させるように、外部指令を出力し、ギア駆動機構によりエンジンを駆動し、ベルト駆動機構とギア駆動機構を併用したエンジン始動制御を実行する第２ステップとを有するものである。
さらに、本発明に係るエンジン始動制御方法は、本発明のモータジェネレータを制御するエンジン始動制御方法であって、エンジンの始動制御時に、モータジェネレータを回転させ、ベルト駆動機構によりエンジンを駆動する第１ステップと、第１ステップの後に、エンジン温度またはエンジン雰囲気温度の計測結果から、ベルトに滑りが発生する条件が成立すると判定した場合には、電磁スイッチを通電させるように、外部指令を出力し、ギア駆動機構によりエンジンを駆動し、ベルト駆動機構とギア駆動機構を併用したエンジン始動制御を実行する第２ステップとを有するものである。

本発明によれば、第１圧縮行程の上死点付近の負荷が大きく、低温時にはベルトが滑り始める領域では、ピニオンギアによってエンジンを始動させ、ベルト駆動機構とギア駆動機構を併用したエンジン始動制御を実行できる構成を備えている。この結果、ベルト連結されたモータジェネレータのエンジン始動制御を、低温時にもスタータを使うことなく、迅速に実施でき、軽量化、低コスト化を実現するモータジェネレータ、エンジン始動装置、およびエンジン始動制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置を搭載するモータジェネレータ部の断面図である。 本発明の実施の形態１において、所定の条件でエンジンを始動させるときの回転数と時間の関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態１に係るエンジン始動時の制御フローである。 本発明の実施の形態１に係るエンジン始動時のベルトが滑った後でも対応可能な制御フロー図である。 本発明の実施の形態１に係るエンジン始動時のすべりは温度の判定を用いない制御フロー図である。 本発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置を搭載するモータジェネレータ部の断面図である。

以下、本発明のモータジェネレータ、エンジン始動装置、およびエンジン始動制御方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置を搭載するモータジェネレータ部の断面図である。図１において、エンジン始動装置は、キー始動によるエンジン始動やアイドリングストップのエンジン停止、あるいはエンジン再始動を判断する機能を含む制御を実行することによって、エンジンの始動のための駆動制御を行う。なお、以下の説明では、エンジン制御を行う制御回路を、エンジンＥＣＵと称呼することとする。

エンジンのクランクシャフトは、ベルト１を介してプーリー２によってモータジェネレータと常時連結されている。モータジェネレータ内部には、回転子部４と固定子部５がある。回転子部４を回転させることで発電された交流電力は、インバータ部６内の整流器によって直流電力に変換される。また、回転速度が異なることで電圧が変化していることに対しては、レギュレータによって一定に保たれる。

このように発電された電力は、バッテリーに充電される。この際、エンジンＥＣＵは、バッテリー電圧が必要な電圧を下回らない範囲で、発電量を抑制するようにインバータ部６を制御する。また、エンジンＥＣＵは、減速時や停止時に実施する制御によって、回生ブレーキを使用することによって、エネルギーの回生をするとともに、集中的に発電するときと抑制するときを制御することで、無駄なエンジン負荷を低減して燃費を向上させている。

さらに、エンジンＥＣＵは、バッテリーからの電力によって電圧を加えることで、エンジン負荷を低減させることも可能である。

また、減速時や停止時にエンジンを停止してアイドリングストップをすることで、さらに燃費を向上させる制御を実施する際には、エンジンＥＣＵは、バッテリーからの電力によって電圧を加えることで、プーリー２を介したベルト伝達によってエンジンを回転させて始動させる。

アイドリングストップなどのエンジンが温まっており、潤滑剤の粘性なども低くなっており、エンジン負荷がさほど大きくない場合には、エンジンＥＣＵは、このようなベルト駆動のみでエンジンを始動させることで、低騒音なエンジン始動を可能としている。

しかしながら、エンジンが温まっておらず、気温がある一定以下になってくると、ベルトは滑り始める。そこで、本実施の形態１では、エンジンが温まっていないと最初に判断されるとき、または、センサーなどで気温が一定以下であると判断されるときには、エンジンＥＣＵは、ギアスイッチ部７のソレノイドコイル７１に通電を実施する。

ソレノイドコイル７１が通電されることで、プランジャー７２が吸引され、レバー３によってピニオンギア１０がリングギア１００に対して押し出される。

ピニオンギア１０は、プーリー２とは軸方向に反対側の、インバータ部６を延長した軸で、ピニオンギア側減速部８および１方向クラッチ部９を介して、回転子部４の回転により回転することができる構造になっている。

ピニオンギア部では径方向などの力が加わってしまうため、ピニオン側にもベアリング１０２を搭載する。したがって、プーリー側のベアリング１０１とモータインバータ間のベアリング１０３と３つのベアリングで構成することになる。１０２を搭載することで、ギアの噛み合いにより生じる衝撃などにも耐えられる構造になる。

なお、エンジン側のリングギア１００を回転させるためのピニオンギア１０の回転と、プーリー２から出力される回転とは、回転方向が逆になる。このため、ピニオンギア側減速部８の減速機構内で、回転方向を反転させている。

ピニオンギア１０が押し出されてエンジンのリングギア１００と噛み合うと、モータジェネレータの回転による動力が、ピニオンギア１０を介してリングギア１００を回転させて、エンジンを始動させる。したがって、所定の温度以下の時には、ベルトが滑った際にも、ピニオンギア１０とリングギア１００によって力を伝達することができ、エンジンを始動することが可能となる。

さらに、ピニオンギア１０が押し出されてエンジンのリングギア１００と噛み合っている際に、エンジンの回転によってリングギア１００の回転数がピニオンギア１０の回転数よりも速くなった（エンジン完爆判定にてエンジン始動が完了した）ときには、ピニオンギア１０の回転が空転するように、１方向クラッチ部９が連結されている。

さらに、ソレノイドコイル７１の通電をＯＦＦ状態とすることで、プランジャー７２を押し出しているバネ７３によって、プランジャー７２が戻される。この結果、レバー３を介してピニオンギア１０も戻され、リングギア１００からピニオンギア１０を離脱させることができる。

ここで、本実施の形態１では、ベルト駆動によるプーリー２の減速比よりも、ピニオンギア１０側でのエンジンに対する減速比を同等以上としている。このような減速比とすることで、初期の負荷トルクが小さい時にはベルト１で回転させ、上死点前の負荷トルクが大きいところでは、ベルト１が滑ることで、ピニオンギア１０の伝達でエンジンを回転させることができる。

また、図１に示したように、本実施の形態１において、ベルト駆動機構の出力と、ギア駆動機構の出力は、モータジェネレータの回転子の軸方向に関して、互いに対向する位置に配置されている。

図２は、本発明の実施の形態１において、所定の条件でエンジンを始動させるときの回転数と時間の関係を示した説明図である。この図２において、ａ、ｂ、ｃは、それぞれ以下の回転数を示している。
ａ：ピニオンギア１０のエンジン回転換算の回転数（以下では、ピニオン換算回転数ａと称す）
ｂ：エンジン回転数
ｃ：ベルト駆動のプーリー２のエンジン回転換算の回転数（以下では、プーリー換算回転数ｃと称す）

図２に示すように、エンジン回転数ｂは、負荷トルクが小さいところでは、プーリー換算回転数ｃだけが上昇（プーリー２が空回りしてエンジン回転よりも上昇する）して、エンジン回転数ｂと一致しなくなり、すべることで、プーリー換算回転数ｃが減速する。

その減速に対して、ピニオン換算回転数ａは、減速比が大きいため、ピニオンギア１０は、プーリー２でエンジンが回されていた間は、１方向クラッチ部９で空転していたが、エンジン回転の方が遅くなると、ピニオンギア１０でトルクを伝達するようになる。

したがって、図２中のエンジン回転数ｂで示すように、ベルト駆動の減速比とピニオンギア１０による減速比を切り変えるようにして、効率よくエンジンを始動することが可能である。換言すると、図２に示すように、プーリー換算回転数ｃとピニオン換算回転数ａとの間に挟まれるようにして、エンジン回転数ｂを効率よく始動することができる。この結果、低温時でも、無駄なエネルギーを抑制したエンジンの始動が可能となる。

図３は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置内のエンジンＥＣＵにより実行される一連処理を示すフローチャートである。図３に示すように、エンジン始動要求があった場合には、まず始めに、ステップＳ３０１において、エンジンＥＣＵは、気温あるいはエンジン周辺温度である温度Ｔが、あらかじめ設定された比較温度Ｔｓよりも大きい条件を満たすか否かを判定する。

そして、ステップＳ３０１において条件を満たすと判定した場合には、ステップＳ３０２に進み、エンジンＥＣＵは、モータの通電をＯＮにして、ベルト駆動によりトルク伝達を開始する。

次に、ステップＳ３０３において、エンジンＥＣＵは、エンジン回転数Ｎｅが始動条件の回転数Ｎｆよりも大きくなれば、モータ通電をＯＦＦ（４）して、エンジン始動が完了する。

一方、ステップＳ３０１において条件を満たさないと判定した場合には、ステップＳ３０４に進み、エンジンＥＣＵは、ソレノイドの通電をＯＮして、ピニオンを押し出す。さらに、ステップＳ３０５において、エンジンＥＣＵは、モータの通電をＯＮして、ピニオンとベルトの両方によりトルク伝達を開始する。

次に、ステップＳ３０６において、エンジンＥＣＵは、エンジン回転数Ｎｅが始動条件の回転数Ｎｆよりも大きくなれば、モータの通電をＯＦＦして、エンジン始動が完了する。

さらに、このように構成するためには、リングギアの大きさ、つまりクランク軸とモータジェネレータ軸との距離で、ある程度の減速比がとられてしまう。しかしながら、設計段階で、ピニオンギア側減速部８で増速しておけば、配置に関係なく、最適な減速比を容易に設定することができる。

このようなシステムでエンジンを始動させることで、低温専用に駆動するスタータを装着する必要がない。このため、軽量化と低コスト化が可能となる。さらに、スタータとモータジェネレータを協調させてエンジン始動させた場合のように、２つのモータを回すための無駄なエネルギーも、必要とならない。

このような構成において、ピニオンギア１０をリングギア１００に押し出すタイミングとしては、ピニオンギア１０を押し出してから、モータを回してもよい。ただし、実際には、ピニオンギア１０とリングギア１００との位相が合ってから噛み合うことになるため、トルク伝達面側の衝突が発生する。

ここで、ピニオンギア１０には１方向クラッチ部９がついている。そこで、ピニオンギア１０を押し出した後に、ベルト駆動によってリングギア１００を回して、１方向クラッチで同期させながら噛み合わせれば、より衝突音は、小さくなる。したがって、モータを回転させた後に、ピニオンギア１０を押し出して噛み合わせればよい。

また、１方向クラッチ部９は、ピニオンギア側減速部８の出力軸に対してトルクを伝達するために、ヘリカルスプラインによって連結しておけば、押し出した際に噛み合いがスムーズになる。

以上のようにすることで、実施の形態１によれば、１つのモータを用いて、ベルト駆動機構とギア駆動機構を、２つの異なった減速比で実現し、かつ、ギア駆動機構は、１方向クラッチ機能を有する構成を備えている。この結果、先の図３のフローチャートで示したように、温度Ｔがある判定基準温度Ｔｓ以下であれば、通電制御を行うことで、ピニオンギアを押し出してエンジン側ギアと噛み合わせることによって、１つのモータで、ベルト駆動機構とギア駆動機構を併用したエンジン始動を実施することができる。

さらに、モータジェネレータを回転させることで常時連結されているベルトによりエンジンを回転させた後に、通電制御を行うことによって、エンジン側ギアとピニオン側ギアの位相合わせを行うことができる。この結果、エンジンやモータが回転してしまっても、滑らかに噛み合わせを行わせることができる。

図４は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置内のエンジンＥＣＵにより実行される、先の図３とは異なる一連処理を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、先の図３のフローチャートと比較して、ステップＳ４０１、ステップＳ４０２がさらに追加されている点が異なっている。そこで、新たに追加されたステップＳ４０１、ステップＳ４０２を中心に、以下に説明する。

エンジン始動要求があった際に、周辺温度Ｔが判定基準温度Ｔｓよりも大きければ、モータの通電をＯＮにして、ベルトによりトルク伝達を開始する（ステップＳ３０１、ステップＳ３０２）。

次に、ステップＳ４０１において、エンジンＥＣＵは、エンジン回転数Ｎｅとモータ回転数（Ｎｍ）との差分が、あらかじめ設定された許容回転数差Ｎ０を超えているか否かを判定する。そして、ステップＳ４０１において、差分が許容回転数差Ｎ０を超えてしまっていると判定した場合には、エンジンＥＣＵは、ベルトが滑っていると判定できる。

従って、この場合には、ステップＳ４０２に進み、エンジンＥＣＵは、ソレノイドの通電をＯＮし、ピニオンを押し出して、ピニオンギア１０とリングギア１００を噛み合わせることで、エンジンを始動させる。

その後、ステップＳ３０６に進み、エンジンＥＣＵは、エンジン回転数Ｎｅが始動条件の回転数Ｎｆよりも大きくなれば、モータの通電をＯＦＦして、ソレノイドの通電をＯＦＦすればよい。このような処理により、エンジン始動完了となる。

一方、先の図３の場合と同様に、ステップＳ３０１において、周辺温度Ｔが判定基準温度Ｔｓ以下の低温のため、ベルト始動ができない領域であれば、ソレノイドに通電をＯＮしてピニオンを押し出し（６）モータの通電をＯｎして、ピニオンとベルトによるトルク伝達を開始し、エンジンを始動すればよい（ステップＳ３０４、ステップＳ３０５）。

上述ように、図４に示したフローチャートでは、ステップＳ４０１、ステップＳ４０２をさらに備えている。すなわち、モータ回転により減速されたピニオンの回転数Ｎｍが、エンジン回転数Ｎｅよりもある一定以上に早くなれば、噛み合いが悪くなる。そこで、ステップＳ４０１では、Ｎｅ−Ｎｍの値が、Ｎ０を超えているか否かを判定することで、ソレノイドコイルに通電するか否かを判定する。また、混用な判定処理に裕度を持たせるためにも、適切な減速比の大きさを決定すればよい。

したがって、ベルト駆動で始動したときにでも、ベルトが滑ったと判定した後に、あらかじめ決められた条件でソレノイドコイルの通電をＯＮして、ピニオンを押し出して、エンジンを始動させることが可能となる。これによって、従来の低温の判定基準基準Ｔｓは、ある程度裕度をもって設定する必要があったが、本発明では、判定基準基準Ｔｓをより低く設定することができる。この結果、図４の処理を備えた本発明のエンジン始動方法によれば、より低い温度でもベルト伝達で始動が可能となる。

従って、通常の始動だけでなく、エンジンがアイドリングストップしてから再始動する場合でも、ベルト始動の領域を増やすことができる。従来は、騒音が大きいために、ピニオンとリングギアの噛み合いでの始動は、アイドリングストップ時には違和感が発生するため、実施できていなかった。しかしながら、ベルト始動の機会が増えることで、アイドリングストップ自体の回数も増やすことができ、低燃費化にも貢献することができる。

すなわち、実施の形態１の構成を備えることで、低回転時に自動的に高トルクとなるような接続を実現でき、適切なモータエネルギーの始動が可能となり、迅速なエンジン始動が可能となる。したがって、ベルトで常時連結されているモータジェネレータのみのエネルギーでエンジン始動を行う際に、従来のスタータとモータジェネレータの２つのエンジン始動装置を用いて始動させるよりも、小型・軽量化、低コスト化、および迅速な始動を実現することが可能となる。

さらに、従来のスタータとモータジェネレータの２つのモータを持つことなく、簡単に低温始動などができるだけでなく、２出力をもつことで、ベルトがトルクを伝達できなくなった状態を判別して、非常時にも、ピニオンギアによってエンジンを始動することが可能となる。

さらに、本実施の形態１におけるエンジン始動方法は、先の図３，図４のフローチャートに限定されるものではない。図５は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置内のエンジンＥＣＵにより実行される、先の図３、図４とは異なる一連処理を示すフローチャートである。

図５に示すフローチャートは、先の図４のフローチャートと比較して、ステップＳ３０１、ステップＳ３０４、ステップＳ３０５の処理が取り除かれている点が異なっている。図６に示した処理では、エンジン始動要求があった場合には、ステップＳ３０２において、エンジンＥＣＵは、そのままモータの通電をＯＮして、ベルトによりトルク伝達を開始させている。

そして、ステップＳ４０１において、エンジンＥＣＵは、エンジンの回転数Ｎｅとモータの回転数Ｎｍから滑りを判定し、滑りが発生する条件のときにはステップＳ４０２に進み、ソレノイドの通電をＯＮすることで、エンジンを始動させている。

このように、ステップＳ３０１、ステップＳ３０４、ステップＳ３０５の処理をなくすことで、温度検知をせずに、エンジンの回転とモータの回転だけを検知して、エンジン始動処理を実行できる。この結果、温度センサー、あるいはすべり検出のためのセンサーが不要となり、製品コストの上昇を抑えることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、エンジン側のリングギア１００に対して、モータ回転により常に回転するピニオンギア１０を噛み合わせて、エンジン側のリングギア１００を回してエンジンを始動する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、エンジン側のリングギア１００と、ピニオンギア１０を、モータの回転とは無関係とすることのできる構造を採用し、静かで耐久性に優れた構成を実現する場合について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置を搭載するモータジェネレータ部の断面図である。図６において、エンジンＥＣＵは、先の実施の形態１における図１の場合と同様に、キー始動によるエンジン始動やアイドリングストップのエンジン停止、あるいはエンジン再始動を判断する機能を含む制御を実行することによって、エンジンの始動のための駆動制御を行う。

エンジンのクランクシャフトは、ベルト１を介してプーリー２によってモータジェネレータと常時連結されている。モータジェネレータ内部における、回転子部４、固定子部５、およびインバータ部６に関しては、先の実施の形態１と同様である。

図６においては、ピニオンギア８１、同軸移動ギア８２、ギア８３、および中間ギア軸８４が新たな構成として追加されており、これらの追加構成を中心に、以下に説明する。

ピニオンギア８１は、インバータ部６の回転軸に直結されている。また、同軸移動ギア８２は、外歯８２ａと内歯８２ｂを有しており、ソレノイドコイル７１に通電されたときにモータ側に移動することで、内歯８２ｂが、ピニオンギア８１と噛み合うように構成されている。また、同軸移動ギア８２の外周にきられた外歯８２ａは、ギア８３と、常時噛み合っている。

ギア８３は、１方向クラッチ部９およびピニオンギア１０とともに、中間ギア軸８４に対して軸方向に移動できるように構成されている。

このように構成された本実施の形態２におけるモータジェネレータ機構において、低温時などの所定の条件の始動に対して、エンジンＥＣＵは、モータを回転させて、プーリー２を回転させることで、ベルト１によりエンジンを回転させる。さらに、エンジンＥＣＵは、ベルト駆動に遅れて、ソレノイドコイル７１に通電することで、プランジャー７２をモータ側に引き込む。

プランジャー７２がモータ側に引き込まれることによって、レバー３を介してピニオンギア１０と１方向クラッチ部９部が、リングギア１００の方向に押し込まれる。さらに、プランジャー７２は、軸方向に移動できる同軸移動ギア８２と連結されている。したがって、プランジャー７２がモータ側に引き込まれることによって、同軸移動ギア８２がモータ側へ移動することで、モータ側から出力されている同軸のピニオンギア８１と、同軸移動ギア８２の内歯８２ｂとが噛み合う。

この結果、モータの回転は、ピニオンギア８１を介してギア８２を回転させ、ギア８２の外歯８２ａと噛み合っているギア８３を回転させ、中間ギア軸８４を回転させることで、ピニオンギア１０を回転させることができる。このようにして、ソレノイドコイル７１への通電により、ピニオンギア１０を回転させるとともに、モータのトルクを、リングギア１００に伝えることができる。

先の実施の形態１と同様に、常時連結されたベルト駆動部は、低温で滑りが発生するためエンジン始動が不可能な領域が存在する。これに対して、ピニオンギア１０とリングギア１００との噛み合いにより回転力をエンジン側に伝達することで、低温時にも簡単にエンジン始動が可能となる。

さらに、本実施の形態２では、モータジェネレータの発電時にも、回転する部分をピニオンギア８１までとすることで、小型化し、無駄な慣性の増大を抑制することができる。さらに、ピニオンギア１０とリングギア１００が噛み合った後に、ピニオンギア８１と内歯８２ｂを噛み合わせることで、低騒音化も可能となる。

また、モータ回転と別の中間ギア軸８４をもつことで、ベルト回転によるエンジン回転と、リングギア１００による回転方向とを合わせることが可能となる。

また、ベルトの張力合わせをベルトテンショナーなどで別途実施していないなど、ベルト軸とピニオン軸の２つの軸合わせを同時に実施する必要がある場合がある。このような場合には、本実施の形態２のように、モータ回転軸とは別の２軸目として中間ギア軸８４をもつ構成を採用し、この２軸目を可動式に微修正できるようにすることで、対応可能である。具体的には、同軸移動ギア８２とギア８３との噛み合い範囲内において、微修正することで、対応可能である。

以上のように、実施の形態２によれば、１つのモータを用いて、ベルト駆動機構とギア駆動機構を、２つの異なった減速比で実現し、かつ、ギア駆動機構は、１方向クラッチ機能を有する構成を備えている。この結果、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

さらに、実施の形態２によれば、モータ回転軸とは別の出力軸を備えて、ギア駆動機構が構成され、ギア駆動機構のこの出力軸は、モータジェネレータの回転軸とトルク伝達を切断できる軸として構成されている。これにより、ピニオンギア側減速部の減速機構内で回転方向を反転させることなく、ベルト機構とギア機構のそれぞれによるエンジン回転方向を、容易に合わせることができる。また、無駄な慣性の増大を抑制し、かつベルトの張力合わせを容易に行うことが可能となる。さらに、ピニオンギアとリングギアが噛み合った後に、中間ギア軸を回転させるように制御することで、低騒音化を図ることができる。

Claims (11)

1. ベルトによりエンジンに常時連結され、モータを用いてエンジンの始動制御および発電制御を行うモータジェネレータにおいて、
   前記ベルトにより前記エンジンを駆動するベルト駆動機構と、
   外部指令に応じて前記エンジン側のリングギアと連結されるピニオンギアを有し、前記ピニオンギアが前記リングギアに連結されることで前記エンジンを駆動するギア駆動機構と、
   による２出力の動力伝達形式、および
   前記モータの前記ピニオンギア側に設けられ、発電された交流電力を整流器によって直流に変換するインバータを有し、
   前記ベルト駆動機構の出力と、前記ギア駆動機構の出力とは、前記モータジェネレータの回転子の軸方向に関して、互いに対向する位置に配置され、
   前記モータと前記インバータとの間の前記モータの回転軸に設けられたベアリング、
   前記ベアリングとは別に前記ピニオンギアの径方向の力のためにピニオン側に設けられたピニオン側ベアリング、および
   前記ベルトを介して前記エンジンを駆動するプーリー側に設けられたプーリー側ベアリングを有する
   モータジェネレータ。
2. 前記ギア駆動機構により前記エンジンを駆動する際の減速比は、前記ベルト駆動機構により前記エンジンを駆動する際の減速比以上である
   請求項１に記載のモータジェネレータ。
3. 前記減速比は、エンジン始動必要回転数に設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータジェネレータ。
4. 前記ギア駆動機構の出力軸は、前記モータジェネレータの回転軸とトルク伝達を切断できる軸として構成されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載のモータジェネレータ。
5. 前記ピニオンギアは、電磁スイッチが通電された際に、ヘリカルスプラインによって前記モータジェネレータの回転軸に対して連結されることで押し出されるように構成されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載のモータジェネレータ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のモータジェネレータと、前記モータジェネレータを制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記エンジンの始動制御を行う際に、前記モータジェネレータを回転させ、前記ベルト駆動機構により前記エンジンを駆動させるとともに、前記ベルトに滑りが発生する条件が成立する場合には、前記外部指令を出力することで前記ギア駆動機構により前記エンジンを駆動させ、前記ベルト駆動機構と前記ギア駆動機構を併用して前記エンジンの始動制御を行う
   エンジン始動装置。
7. 前記制御回路は、エンジン温度またはエンジン雰囲気温度の計測結果に基づいて、前記ベルトに滑りが発生する前記条件が成立するか否かを判定する
   請求項６に記載のエンジン始動装置。
8. 前記ギア駆動機構は、通電されることで、前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアと連結させる電磁スイッチをさらに有し、
   前記制御回路は、前記エンジン温度または前記エンジン雰囲気温度の計測結果から、前記ベルトに滑りが発生する前記条件が成立すると判定した場合には、前記外部指令を出力することで前記電磁スイッチを通電させる
   請求項７に記載のエンジン始動装置。
9. 前記ピニオンギアは、前記電磁スイッチが通電された際に、ヘリカルスプラインによって前記モータジェネレータの回転軸に対して連結されることで押し出されるように構成されている
   請求項８に記載のエンジン始動装置。
10. 請求項８または９に記載のエンジン始動装置において、前記制御回路で実行されるエンジン始動制御方法であって、
    前記エンジンの始動制御時に、前記モータジェネレータを回転させ、前記ベルト駆動機構により前記エンジンを駆動する第１ステップと、
    前記第１ステップの後に、前記エンジン温度または前記エンジン雰囲気温度の計測結果から、前記ベルトに滑りが発生する条件が成立すると判定した場合には、前記電磁スイッチを通電させるように、前記外部指令を出力し、前記ギア駆動機構によりエンジンを駆動し、前記ベルト駆動機構と前記ギア駆動機構を併用したエンジン始動制御を実行する第２ステップと
    を有するエンジン始動制御方法。
11. 請求項５に記載のモータジェネレータを制御するエンジン始動制御方法であって、
    前記エンジンの始動制御時に、前記モータジェネレータを回転させ、前記ベルト駆動機構により前記エンジンを駆動する第１ステップと、
    前記第１ステップの後に、エンジン温度またはエンジン雰囲気温度の計測結果から、前記ベルトに滑りが発生する条件が成立すると判定した場合には、前記電磁スイッチを通電させるように、前記外部指令を出力し、前記ギア駆動機構によりエンジンを駆動し、前記ベルト駆動機構と前記ギア駆動機構を併用したエンジン始動制御を実行する第２ステップと
    を有するエンジン始動制御方法。

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