JP6610807B2 - 内燃機関によって駆動されるベルトを備える自動車におけるオルタネータスタータを用いた寒冷気候用始動方式 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のパワートレインに関する。

より詳細には、本発明は、オルタネータスタータをもつ動力伝達装置を有するパワートレインに関する。本発明は、限定はしないが、アイドリングストップシステムにおいて使用される。

本発明は、寒冷気候において使用するためのオルタネータスタータをもつパワートレインの始動方式に関する。

自動車のパワートレインは、エンジンの消耗を低減するために、車両の一時停止時におけるエンジンの自動停止および自動再始動のためのシステムを含む。実際には、当該システムにより、車両が少なくともしきい値期間にわたって停止するとき、または、車両が少なくともしきい値期間にわたって非常に低速で減速される場合に、エンジンを停止することが可能になる。例えば、停止したエンジンは、その後、制御ペダルを押下または解除することによって、自動的に再始動される。

スタータと共にオルタネータスタータを現在使用するそのようなシステムが知られている。オルタネータスタータの特有の特徴は、エンジンを始動させ、かつ、エンジンの回転から車両上で必要な電気を発生させることが可能であることである。

自動停止段階後の自動再始動段階中、寒冷時には、スタータによりエンジンを始動させることができ、高温時には、オルタネータスタータによりエンジンを始動させることができる。

解決策は、その後に発電モードに悪影響を及ぼすことなく、コールドスターティングを可能にするのに十分なトルクの伝達を可能にする、燃焼機関とオルタネータスタータとのドライブ比を提供することによって、スタータが必要なくなることを目的とする。

公報ＦＲ３０１２１９４−Ａ１は、長手方向軸に沿って延在するドライブシャフトと嵌合するた内燃機関ブロックと、ドライブシャフトに回転式に連結されたオルタネータスタータと、ドライブシャフトの長手方向軸に沿って配列され、ドライブシャフトに自由に回転式に取り付けられた第１のプーリーと、ベルトにより第１のプーリーに連結されたオルタネータスタータのドライブプーリーとを含む動力伝達装置を開示する。オルタネータスタータのプーリーと第１のプーリーとのドライブ比が低いと、オルタネータスタータの速度よりもはるかに低い速度でエンジンを駆動させることができるようになり、それにより、ドライブシャフトに高い駆動トルクを提供し、低温時に存在する有意なレベルの摩擦を克服することが可能になる。

このシステムの１つの欠点は、低温時に、ベルトに不純物および氷もしくは霜が存在することであり、その結果、燃焼機関の始動段階中に、当該ベルトが滑ることがある。これにより、非常に温度が低い時には、オルタネータスタータを用いた始動が不可能になる。この課題は、高い圧縮比はエンジンを始動させるために高い駆動トルクを必要とするので、ディーゼルエンジンのような圧縮比が高いエンジンにおいて、特に深刻である。

本発明の目的は、これらの課題を克服することであり、本発明の目的のうちの１つは、長手方向軸に沿って延在しているドライブシャフトを装備した内燃機関ブロックと、ドライブシャフトに回転式に連結されたオルタネータスタータと、ドライブシャフトの長手方向軸の周りに回転式に移動可能に取り付けられた第１のプーリーと、オルタネータスタータと共に回転するように制約され、ベルトにより第１のプーリーに連結されたプーリーと、第１のプーリーとエンジンのドライブシャフトとの間の結合／結合解除システムとを備える、自動車のパワートレインの始動方式である。

より詳細には、本発明は、エンジン始動前の寒冷気候におけるベルトの準備段階を始動が含むことを特徴とする、オルタネータスタータを用いた当該パワートレインの始動方式に関する。

好ましくは、オルタネータスタータを用いた当該パワートレインの始動は、霜、氷および煤塵のような不純物の当該ベルトを洗浄すると共に、まずベルトとプーリーとの間の向上した接触を確保し、次に当該ベルトを動作状態にするための、ベルトの準備段階を含む。

本発明の他の特徴によれば、
−洗浄段階は、オルタネータスタータによりベルトが駆動されることを含む。

好ましくは、オルタネータスタータは、燃焼機関ブロックに応力を加えることなく、洗浄段階中にベルトを回転式に駆動するように作動される。回転時、このベルトは、煤塵、霜または氷のような不純物が除去され、温度が実質的に最低動作温度しきい値付近になることができる。

−洗浄段階は、ドライブシャフトに取り付けられた第１のプーリーの結合解除を含む。

好ましくは、洗浄段階は、エンジンのドライブシャフトからの第１のプーリーの結合解除を含み、それにより、第１のプーリーの摩擦力および抵抗力が低減され、ベルトを駆動するためのオルタネータスタータの動作が促進される。

−洗浄段階の前に、ベルトの準備状態の検証段階がある。

好ましくは、電気エネルギーの経済性を向上させ、パワートレインの消耗を最適化するために、低温度状態が検出されたときに洗浄段階が開始され、このような状態の結果、潜在的にベルト上に霜または氷が形成され、それによって、オルタネータスタータを使用した燃焼機関の始動を妨げることがある。また、ベルトの準備段階は、しきい値期間よりも短い時間期間内に以前のベルト準備段階が開始されなかった場合に開始される。

−洗浄段階の後にタイミング段階が続く。

好ましくは、洗浄段階の後に、オルタネータスタータを使用したエンジンの始動を準備するためのタイミング段階が続く。

−タイミング段階は、ベルト、ドライブシャフトに取り付けられた第１のプーリー、およびオルタネータスタータのプーリーの結合を含む。

好ましくは、タイミング段階は、第１のプーリー、オルタネータスタータのプーリー、及びベルトの再結合ステップを含み、その後、オルタネータスタータを使用して、エンジンを開始することができる。

−タイミング段階は、オルタネータスタータの停止動作を含む。

好ましくは、タイミング段階中、オルタネータスタータは、プーリー及びベルトの再結合ステップの前に停止される。

−タイミング段階は、車両のダッシュボード上に表示される情報手順を含む。

好ましくは、タイミング段階は、車両のダッシュボード上に表示される運転者情報手順を含み得る。これにより、運転者は、エンジンおよび車両を始動する準備ができるようになる。

−タイミング段階は、オルタネータスタータを使用したエンジンの始動段階に先行する。

好ましくは、タイミング段階は、エンジンの洗浄段階と始動との間に行われる。したがって、運転者が車両のハンドルを握る前に、例えば、ドアが開いている時に、タイミング段階および洗浄段階を開始することができる。

本発明の他の利点および特性は、本発明の特定の実施形態に関する以下の説明に記載されており、これらの実施形態は、非限定的な例として提供され、添付図面に示されている。

オルタネータスタータと嵌合したパワートレインの概略図である。 エンジンを始動させる前の段階のフローチャートである。 検証段階の様々なステップのフローチャートである。 洗浄段階の様々なステップのフローチャートである。 タイミング段階の様々な機能のフローチャートである。

以下の説明では、同一の参照符号は、同一の部品または同様の機能を有する部品を指す。

自動車のサーマルパワートレインは、例えば、自動停止および再始動機能を含むパワートレインのための、スタータおよび場合によってはオルタネータスタータをもつ内燃機関ブロックを含む。

オルタネータスタータの特有の特徴は、２つの現時点では別個の部材、すなわち、エンジンの内歯歯車上に通常は配置され、（名前が示唆するように）エンジンを始動させるために使用されるスタータ、および、エンジンの外周に取り付けられ、エンジンの回転から車両上で必要な電気を発生させるために使用されるオルタネータ、の機能を実行することができることである。新しいレイアウトでは、これらの２つのエレメントは、両方の機能を実行する単一のエレメントに置き換えられる。オルタネータスタータは、実際には、その元々の機能に加えて、スタータとして作用するように改良されたオルタネータである。

オルタネータスタータは、従来のオルタネータの代わりにエンジンに取り付けられ、後述のように、図１に示すようにベルトを介してエンジンにより駆動される。オルタネータスタータは、エンジンの長手方向軸に対して平行な回転シャフト、およびエンジンのドライブシャフトを含み、これらシャフトは、当該シャフトの同じ端部に、ベルトによって取り巻かれた同一平面上のプーリーを有する。オルタネータスタータは、自転車ダイナモと同じ原理の発電機として作用する。しかしながら、オルタネータスタータの特徴は、バッテリーにより電力供給されるときには、オルタネータスタータが、同じベルトを介してエンジンを始動させるために電気モータとして作用する可逆モードで動作できることである。オルタネータスタータの利点は、使用される構成要素の数を低減するという点ではそれほどでないが、性能レベルの向上が実現される。エンジンは、従来のスタータを用いるよりも、はるかに迅速に始動される。

トランスミッションが歯付きゴムベルトを使用するという事実は、動作も非常に静かであることを意味する。従来のスタータでは、金属の内歯歯車を駆動する金属のピニオン歯車によって駆動が実施され、これは、エンジンの始動の特徴である騒音の原因である。これらの２つの利点により、車両の乗員には、エンジンの始動がほとんど気づかれなくなる。

通常、スタータは、例えば、洪水時、または浅瀬を横断するときに、スタータが水に接触することを防止するために、エンジンの上面の近くに配置される。実際には、浅瀬の中央で停止した車両を再始動させるために、水位よりも上にスタータを配置する必要がある。パワートレインに適用可能な新しい構造状の制約の結果として、特に、エンジンの上面の近くに高圧燃料供給ポンプを配置した結果として、もはや、当該スタータをエンジンの上面の近くに配置することができない。

したがって、これは、その後、発電モードに悪影響を及ぼすことなく、特に極寒状態でのコールドスターティングのために、始動を可能にするのに十分なトルクの伝達を可能にする、燃焼機関とオルタネータスタータとのドライブ比を提供することによって、スタータを用いずに行うために有用である。

知られているように、スタータとしてオルタネータスタータの使用は、極寒時には、典型的には、車両の外部が−２０℃未満の温度Ｔ℃であり、霜または氷が付属品の駆動ベルト上に生じた時には問題となる。この霜または氷は、燃焼機関の始動段階中に、オルタネータスタータおよびエンジンのドライブシャフトに剛性接続された同一平面上のプーリー上でベルトがスリップしやすくなる原因となり、このオルタネータスタータを使用する始動は、非常に困難に、さらには極寒状態では不可能になることもある。この課題は、高い圧縮比はエンジンを始動させるために高い駆動トルクを必要とするので、ディーゼルエンジンのような圧縮比が高いエンジンにおいて、特に深刻である。

また、当該ベルトに煤塵が堆積することもあり、当該ベルトをスリップさせることもある。

本発明によれば、自動車のサーマルパワートレイン１０は、エンジンの長手方向軸Ｘに沿って延在するドライブシャフト１２のそばの１つの端部１３において延在するクランクシャフトを含む内燃機関１１と、ドライブシャフトに回転式に連結されたオルタネータスタータ１４と、長手方向軸Ｘの周りに回転式に移動可能に取り付けられ、ドライブシャフトにより回転式に駆動することができる、第１のドライブプーリー１５と、オルタネータスタータと共に回転するように制約され、ベルト１７により第１のプーリー１５に連結された、オルタネータスタータのプーリー１６と、第１のプーリー１５とエンジンのドライブシャフトとの間の結合／結合解除システム１８とを備える。したがって、当該ベルトは、クランクシャフトの一端で、当該クランクシャフトのドライブシャフトの一端に取り付けられた第１のプーリー１５と、オルタネータスタータ１４のプーリー１６とを取り巻く。

本発明によれば、クランクシャフトの端部にある、オルタネータスタータのプーリー１６およびベルト１７との第１のプーリー１５の結合／結合解除システム１８は、切替え可能なプーリー１９を含んでもよい。この切替え可能なプーリー１９は、クランクシャフトの第１のプーリー１５ではなく、ドライブシャフトの端部に配列される。本発明によれば、ベルト１７は、オルタネータスタータのプーリー１６と、クランクシャフトのドライブシャフトの端部に接続された切替え可能なプーリー１９とを取り巻く。結合／結合解除システムにより、以下の２つのモードでベルトを駆動することが可能になる。

−結合解除モードでは、第１の切替え可能なプーリー１９とエンジンのドライブシャフト１２との間の連結が遮断されているので、有意な力は必要でなく、当該切替え可能なプーリーは、クランクシャフトのドライブシャフトと共に回転するようには制約されない。オルタネータスタータ１４は、オルタネータスタータのプーリーおよび第１のプーリー１５を介してベルトを回転するように駆動又は始動モードで作動され、第１のプーリー１９はこのとき、係合解除されており、回転に対する抵抗をほとんど、または全く提供しない。

−結合モードでは、第１の切替え可能なプーリー１９がクランクシャフトのドライブシャフトと共に回転するように制約される。知られているように、オルタネータスタータは次いで、クランクシャフトのドライブシャフト１２を駆動する、またはエンジン１１に追加のトルクを提供するスタータとして、あるいは、電気エネルギーを発生させるオルタネータとしてアクティブ化することができ、オルタネータスタータのシャフトは次いで、クランクシャフトのドライブシャフトにより回転式に駆動される。結合モードである通常動作では、第１のプーリー１９は、エンジンのドライブシャフトと共に回転するように制約され、オルタネータスタータ１４のプーリー１６およびベルト１７に連結される。その結果、エンジン１１のドライブシャフト１２により回転式に駆動される第１のプーリー１９は、次いで、オルタネータスタータ１４のプーリーを回転させることができ、このプーリーは次いで、オルタネータとして動作する、あるいは、オルタネータスタータのプーリー１６は、燃焼機関１１が始動すると、第１のドライブプーリーおよびエンジンのドライブシャフトを駆動することができ、当該オルタネータスタータ１４は次いで、スタータとして動作する。

極寒状態では、良好な始動状態を確保するために、結合／結合解除システム１８は、結合解除モードと同じ位置でアクティブ化される。このとき、クランクシャフトのドライブシャフト１２は、第１の切替え可能なプーリー１９にも、あるいはオルタネータスタータ１４にも連結されない。次いで、当該オルタネータスタータを始動させて、ベルト１７を回転式に駆動することができる。そのような動作中、回転に対する抵抗は低く、回転駆動機械として作用することによって、オルタネータスタータは、ベルトのみを回転させるためにエネルギーをほとんど必要とせず、第１の切替え可能なプーリー１９はフリーホイールする。回転速度は、第１には、当該ベルトから霜、氷または煤塵のような不純物を除去するために、第２には、このベルトの温度が最低動作温度しきい値まで上昇することを可能にするために、かなり速い。ベルトの温度は、測定手段により測定する、あるいは、一連の検証測定後に、例えば、回転時間の関数として推定することができる。次いで、結合／結合解除システム１８は、好ましくはオルタネータスタータの停止後に通常動作に戻るために、エンジンのドライブシャフトとの第１のドライブプーリー１９の再結合を可能にする。

図示されていない実施形態によれば、第１の切替え可能なプーリー１９は、少なくとも１つの歯を有する中間シャフトの一端で保持される。この歯は、ピニオン歯車の一部であり、この中間シャフトは、ピニオン歯車とかみ合う大歯車によって、エンジンのドライブシャフト１２に回転式に連結される。次いで、ベルト１７は、第１の切替え可能なプーリー１９とオルタネータスタータ１４のプーリーとを取り巻く。

本発明によれば、図２に示すように、当該パワートレインの始動は、以下の様々な段階によるベルトの準備手順３０を含む。

ａ．パワートレインの始動プロセスを開始するための第１の段階Ａ。この第１の段階Ａは、異なる方法で、例えば、車両が更に停止した（停止は約１時間となりうる）後にドアが開いたとき、または運転者が運転席に座ったとき、あるいはエンジン始動要求信号に基づいて、トリガーすることができる。

ｂ．燃焼機関の始動準備手順のトリガー条件である第２の検証段階Ｂ。検証段階は、低温の外気温度を考慮する。例えば、低温とは、例えば少なくとも−１０℃の最低温度しきい値Ｔ_sよりも低い任意の温度を意味する。外気温度は、既知の様式で自動車内に存在するデバイスである外気温度プローブにより判断することができる。外気温度の値は、制御ユニット２０に送られる。

Ｂ１．外気温度が、前記最低温度しきい値Ｔ_sよりも高い場合には、アクションはとらず、手順は、オルタネータスタータ１４を使用したエンジン１１の通常始動のために、最終段階Ｅまでスキップする。

Ｂ２．外気温度が、最低温度しきい値Ｔ_s以下の場合には、結合解除モードでの始動を準備するために、後続の処理がトリガーされる。

検証段階Ｂは、洗浄が最近行われたかどうかを判定する検証ステップＢ３を含んでもよい。この検証は、例えば、制御ユニット２０のメモリに書き込まれた時間信号ｔ_iを使用して実行することができる。次いで、この制御ユニットは、時間信号と検証の瞬間との間の時間ギャップ（ｔ−ｔ_i）が、数分のオーダーであり得る固定時間しきい値Ｔ₁よりも大きいかどうかを確認してもよい。ギャップが当該時間しきい値Ｔ₁未満である場合、後続の始動準備段階を繰り返す必要はなく、したがって、スタータの代わりにオルタネータスタータ１４を使用する通常状態で始動するために、段階Ｅまでスキップする。

ｃ．図３には、ベルトの洗浄段階Ｃが示されている。この段階は、図３に示すように、以下のステップを含む。

Ｃ１．第１のプーリーの結合解除。このとき、この第１のプーリーはもはや、エンジンのドライブシャフト１２には連結されておらず、また、ベルトによって与えられる駆動に対していかなる抵抗ももはや生じない。

Ｃ２．駆動モードにおけるオルタネータスタータの始動。このとき、このオルタネータスタータはベルト１７および第１のプーリー１９を回転させることができ、それにより、回転に対する抵抗を生じない。

Ｃ３．固定期間Ｄｔにわたる駆動モードにおけるオルタネータスタータの動作。この期間は、数秒から１分まで変動することができ、検証テスト後に設定することができる。オルタネータスタータのプーリーは、例えば、最高速度で、または、毎分約１０，０００で回転することができる。動いているとき、ベルトは、煤塵、氷または霜などの不純物が除去され、プーリーと接触して温まることによる温度になる。

Ｃ４．ダッシュボードに始動準備信号を表示。この信号は、運転者のダッシュボード上に照明されるＬＥＤとすることができる。

Ｃ５．洗浄段階が終了する。次いで、制御ユニットのメモリに時間信号ｔ_i+1が書き込まれ、場合によっては、以前の時間信号値を置換する。

ｄ．以下のシーケンスを含む、図４に示したタイミング段階Ｄ。

Ｄ１．オルタネータスタータ１４の動作の停止。

Ｄ２．クランクシャフトのシャフトの第１のプーリーの再結合。この再結合は、好ましくはエレメントが移動不能になったときに実行される。

Ｄ３．ダッシュボード上の始動準備検証信号の表示に関する運転者情報手順。信号が出ると、運転者は、通常通りエンジンを始動することができ、あるいは、段階Ａ中に始動コマンド信号が与えられた場合には、オルタネータスタータを使用して、エンジンを自動的に始動することができる。情報手順は、段階Ｄの最初にトリガーすることができる。

ｅ．段階Ｅは、スタータの代わりにオルタネータスタータを使用する通常状態での始動に対応する。

本発明による始動方式により、燃焼機関ブロックは、良好な状態でオルタネータスタータを使用して始動することができ、ベルトは、煤塵、霜または氷のような不純物が除去され、車両の外部の温度に対して十分に高い動作温度になる。

もちろん、本発明は、例として上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、全ての可能な変形形態を含む。特に、結合／結合解除システムは、本明細書に詳述されたものとは異なり、本発明の範囲をそれによって限定するものではない。

特に、結合／結合解除システムの動作は、本明細書に詳述されたものとは異なり、本発明の範囲をそれによって限定するものではない。

例えば、エンジンのドライブシャフトとの第１のプーリーアセンブリの再結合は、オルタネータスタータを停止することなく実行することができる。

Claims (10)

1. 長手方向軸（Ｘ）に沿って延在するドライブシャフト（１２）と嵌合する内燃機関（１１）と、オルタネータスタータ（１４）と、前記ドライブシャフトにより回転式に駆動されるように設計された第１のプーリー（１５、１９）と、前記オルタネータスタータのシャフトに剛性接続されたプーリー（１６）と、前記２つのプーリーを取り巻くベルト（１７）と、前記第１のプーリー（１９）と前記内燃機関の前記ドライブシャフト（１２）との間の結合／結合解除システム（１８）と、含む自動車のパワートレイン（１０）の始動方式であって、寒冷気候における前記ベルトの準備手順（３０）を含む始動方式において、
   前記準備手順は、前記ベルト（１７）の洗浄段階（Ｃ）を含み、
   前記洗浄段階（Ｃ）は、
   前記内燃機関の前記ドライブシャフト（１２）から前記第１のプーリー（１９）を結合解除して、回転に対するいかなる抵抗をも防ぐことと、
   前記ベルトと前記第１のプーリー（１９）とを駆動するための設定期間において、駆動モードで前記オルタネータスタータ（１４）を操作することと、
   を含むことを特徴とする、自動車のパワートレイン（１０）の始動方式。
2. 前記準備手順（３０）のトリガー条件に関する検証段階（Ｂ）を含み、前記トリガー条件は、外気温度が温度しきい値（Ｔｓ）よりも低いことと、前記ベルトの最終洗浄以降の時間の測定値が時間しきい値（Ｔ1）よりも長いことと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の始動方式。
3. 前記準備手順（３０）は、前記洗浄段階（Ｃ）の後にタイミング段階（Ｄ）を含むことを、特徴とする請求項１または２に記載の始動方式。
4. 前記タイミング段階（Ｄ）は、前記第１のプーリー（１９）の前記内燃機関の前記ドライブシャフト（１２）との結合を含むことを特徴とする、請求項３に記載の始動方式。
5. 前記タイミング段階が、運転者情報手順（Ｄ３）を含むことを特徴とする、請求項３または４に記載の始動方式。
6. 前記タイミング段階（Ｄ）が、前記オルタネータスタータを使用した前記内燃機関の始動段階（Ｅ）に先行することを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項に記載の始動方式。
7. 長手方向軸（Ｘ）に沿って延在するドライブシャフト（１２）と嵌合する内燃機関（１１）と、オルタネータスタータ（１４）と、前記ドライブシャフトにより駆動されるように設計された第１のプーリー（１５、１９）と、前記オルタネータスタータ（１４）のシャフトに剛性接続されたプーリー（１６）と、前記プーリーを取り巻くベルト（１７）と、前記第１のプーリー（１９）と前記ドライブシャフト（１２）との間の結合／結合解除システム（１８）と、含む自動車のパワートレイン（１０）であって、前記内燃機関が、請求項１から６のいずれか一項に記載の方式後に始動される、自動車のパワートレイン（１０）。
8. 前記結合／結合解除システム（１８）が、切替え可能な前記第１のプーリー（１９）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のパワートレイン（１０）。
9. 前記第１のプーリー（１９）は、前記ドライブシャフト（１２）が有する歯とかみ合う歯を有する中間シャフトの端部に保持されることで、前記ドライブシャフト（１２）と共に回転するように制約されることを特徴とする、請求項７または８に記載のパワートレイン（１０）。
10. 切替え可能な前記第１のプーリー（１９）は、前記ドライブシャフト（１２）の一端に取り付けられることを特徴とする、請求項８または９に記載のパワートレイン（１０）。

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