JP2014227932A

JP2014227932A - ばねによる内燃機関のアイドルストップと再始動

Info

Publication number: JP2014227932A
Application number: JP2013108802A
Authority: JP
Inventors: 昌毅明石; Masatake Akashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】バッテリの充電状態を劣化させることなく高い頻度にてアイドルストップを実行できる車輌を提供する。【解決手段】車輌に内燃機関の回転出力軸の回転力をばねの弾性変形により蓄える回転力貯容手段を設け、内燃機関をアイドルストップさせるときには、回転出力軸を回転力貯容手段に連結して内燃機関がアイドリング状態から停止するまでの回転出力軸の回転力を回転力貯容手段に蓄え、アイドルストップ終了時には、回転力貯容手段に蓄えられた回転力により回転出力軸を駆動して内燃機関を再始動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輌の内燃機関のアイドルストップ制御に係る。

内燃機関により駆動される自動車等の車輌が信号待ち等のために一時停車されたとき、燃費改善と大気汚染低減のために内燃機関の運転を一時停止させることが、アイドルストップとして知られており、またブレーキペダルが踏み込まれた状態で車輌が所定時間停車している等の条件が成立したとき自動的に内燃機関を停止させ、ブレーキペダルの踏込みが解除され、或いは更にアクセルペダルが踏み込まれたことに応じて内燃機関を自動的に再始動させることが、一部の車輌に於いて既に実施されている。またかかるアイドルストップの基本的自動制御に加えて、バッテリの充電状態がよくないとき、車輌が障害物に出会って停車したとき、車輌が左右折やＵターンのための待機中であるとき、停車前の走行距離が十分でないときには、自動アイドルストップを禁止することが、それぞれ下記の特許文献１〜４に於いて提案されている。

一方、リールに巻き付けられたロープを引っ張ることにより内燃機関を始動させ、或いはロープの引っ張りやハンドルの回転により予め蓄力式コイルやぜんまいに回転力を蓄え、その蓄えられた弾力を発動させて内燃機関を始動させる技術に関する各種の改良が、下記の特許文献５〜８に於いて提案されている。

特開２０１２−１１２２８６号公報特開２０１２−１１６２９９号公報特開２０１２−１１７４３１号公報特開２０１３−０４４２８４号公報特開２００８−１８０１４４号公報特開２００９−１２１４５６号公報特開２００９−２９３４８５号公報特開２０１０−１９００７９号公報

上記の特許文献１〜４による改良の対象となっている技術は、基本的には、内燃機関を電動機により再始動させるものであり、アイドルストップの実行には電動機を作動させるバッテリの充電状態による制限が課せられている。一方、上記の特許文献５〜８による改良の対象となっている技術は、基本的には、内燃機関を手の力（腕力）により始動させるものであり、人の腕力の大きさの限界から、４輪車を駆動するような大きさの内燃機関は適用の対象外であると思われ、また４輪車のアイドルストップのように人が運転席に着座したままの状態で運転席より隔離されたエンジンルーム内の内燃機関を始動させなければならないような場合には使用できない。

アイドルストップは、燃費改善と大気汚染低減のため、車輌の運行性能を損なわない範囲で、できる限りこまめに行われるのが好ましいと思われるが、アイドルストップの頻度を制限する最大の問題は、やはりアイドルストップの実行によりバッテリの充電状態が劣化することであろうと思われる。本発明は、バッテリの充電状態を劣化させることなく高い頻度にてアイドルストップを実行できる車輌を提供することを課題としている。

上記の課題を解決すべく、本発明は、内燃機関により駆動される車輌にして、内燃機関の回転出力軸の回転力をばねの弾性変形により蓄える回転力貯容手段を有し、該内燃機関をアイドルストップさせるときには、前記回転出力軸を前記回転力貯容手段に連結して該内燃機関がアイドリング状態から停止するまでの前記回転出力軸の回転力を前記回転力貯容手段にばねの弾性変形として蓄え、アイドルストップ終了時には、前記回転力貯容手段に蓄えられた回転力により前記回転出力軸を駆動して該内燃機関を再始動させるようになっていることを特徴とする車輌を提案するものである。

上記の車輌に於いて、前記内燃機関をアイドルストップさせるとき、該内燃機関の出力制御をアイドリング状態に設定したままで前記回転出力軸が前記回転力貯容手段に連結され、該内燃機関は該回転力貯容手段が回転力を蓄えることにより前記回転出力軸に対し呈する回転反力の増大により停止されるようになっていてよい。

前記回転力貯容手段は相互に相対的に回動して前記ばねを弾性変形させる第一と第二の回転部材を有し、該第一の回転部材は第一のクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸と選択的に連結されるようになっていると共に第一のワンウェイクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸の回転方向とは逆の回転方向の回転を阻止されており、前記第二の回転部材は第二のクラッチにより回転を選択的に阻止されるようになっていると共に第二のワンウェイクラッチにより前記回転出力軸に対しそれを追い越す回転を阻止されていてよい。尚、「クラッチ」なる用語は、機能的には、それぞれが回転する２つの部材を両者が一体となって回転するよう選択的に連結する手段を指し、一つの回転部材の回転を選択的に阻止する手段は、機能的には、「ブレーキ」と称されるので、上記の「第一のワンウェイクラッチ」および「第二のクラッチ」は、機械的構成に於いてはそれぞれ「ワンウェイクラッチ」および「クラッチ」であるが、機能的には、それぞれ「ワンウェイブレーキ」および「ブレーキ」である。

前記回転力貯容手段の前記ばねは前記第一と第二の回転部材の間に張設された渦巻きばねであってよい。

内燃機関では、一つの気筒について見れば、吸気／圧縮／排気の行程を行う回転出力軸の回転力は、それに先立つ爆発行程中に燃料の爆燃により回転出力軸に付与され、フライホイールを含む回転出力軸の回転質量系に慣性力として蓄えられた回転力であり、アイドリング状態に於いては、吸気／圧縮／排気に要する回転力が燃料の爆燃によりフライホイールを含む回転出力軸の回転質量系に慣性力として蓄えられる回転力と平衡している。内燃機関が多気筒であって、各気筒間の吸気／圧縮／爆発／排気の位相差により、或る一つの気筒での吸気／圧縮／排気行程のいずれかに他の一つの気筒での爆発行程が重なり、該一つの気筒での吸気／圧縮／排気行程のいずれかに要する回転力が該他の一つの気筒での爆発行程により生じた回転力により直接賄われているといえることがあっても、全体としてみれば、各気筒の吸気／圧縮／排気行程に要する回転力は、各気筒の爆発行程により生じ、フライホイールを含む回転出力軸の回転質量系という回転力貯容手段に慣性として蓄えられた回転力により賄われている。

そこで、上記の如く、内燃機関により駆動される車輌が、内燃機関の回転出力軸の回転力をばねの弾性変形により蓄える回転力貯容手段を有し、該内燃機関をアイドルストップさせるときには、前記回転出力軸を前記回転力貯容手段に連結して該内燃機関がアイドリング状態から停止するまでの前記回転出力軸の回転力を前記回転力貯容手段にばねの弾性変形として蓄え、アイドルストップ終了時には、前記回転力貯容手段に蓄えられた回転力により前記回転出力軸を駆動するようにすれば、内燃機関がアイドリング状態にあるときフライホイールを含む回転出力軸の回転質量系にその慣性力として貯容されている回転力を、一時、ばねの弾性力に置き換えて回転力貯容手段に蓄え、アイドルストップを終了して内燃機関を再始動させるときには、ばねに蓄えられた回転力を回転出力軸に戻してフライホイールを含む回転出力軸の回転質量系の慣性による回転力を復元することにより、内燃機関のアイドリング状態を再現すること、即ち、内燃機関を再始動させることができる。

内燃機関は、通常、特にアイドルストップ中であるように暖機した状態にあるときには、停止状態から、一度、吸気行程および圧縮行程を履行して爆発行程の入り口に至るまで回転駆動されれば、起動する。この間の回転出力軸の回転角は、内燃機関が４サイクルエンジンであれば、１回転であり、内燃機関が多気筒内燃機関である場合に全ての気筒について吸気行程および圧縮行程を履行するに要する回転出力軸の回転角は、４気筒であれば２．５回転、６気筒であれば２回転と２／３回転である。ただ、アイドルストップにより内燃機関が停止したときの回転出力軸の回転位相はまちまちなので、停止時の回転出力軸の回転位相の如何に拘わらず、再始動に当って多気筒内燃機関の全ての気筒について吸気行程および圧縮行程を確保するに要する回転出力軸の回転角は、３回転である。

アイドリング状態は、内燃機関の起動後の安定した運転状態であり、多気筒内燃機関は、通常、特に暖機状態にあるときには、全ての気筒について吸気行程および圧縮行程が履行されなくても、概ねそれ以前に起動するが、アイドルストップの開始、即ち回転力貯容手段による回転力の貯容の開始から機関が停止するまでの回転出力軸の回転角が３回転ないしそれ以上とされれば、多気筒内燃機関に於いても、アイドルストップ終了時の機関再始動に当って、回転力貯容手段に蓄えられた回転力により全ての気筒について吸気行程および圧縮行程が履行されるまで回転出力軸を駆動することができ、内燃機関を確実に再起動することができる。

尚、回転力を内燃機関の回転出力軸よりばねによる回転力貯容手段へ移転させ、またそれを回転力貯容手段より回転出力軸へ戻すには、後述の実施例に示す通りクラッチが関与するので、クラッチに於ける摩擦損失に相当する回転力の減損が生じる。アイドリング状態は、内燃機関の起動後の安定した運転状態であり、暖機状態にある内燃機関は、アイドリング状態まで駆動されなくても概ねそれ以前に起動するので、上記のクラッチ関与による多少の回転力の減損は許容されると思われるが、上記の摩擦損失によって内燃機関の再始動時に回転出力軸を駆動する回転力が不足する虞れがあるときには、アイドルストップ開始直前に適当なアイドルアップを行い、回転力貯容手段に蓄える回転力を増大させておけばよい。

前記回転力貯容手段が相互に相対的に回転して前記ばねを弾性変形させる第一と第二の回転部材を有し、該第一の回転部材が第一のクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸と選択的に連結されるようになっていると共に第一のワンウェイクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸の回転方向とは逆の回転方向の回転を阻止されており、前記第二の回転部材が第二のクラッチにより回転を選択的に阻止されるようになっていると共に第二のワンウェイクラッチにより前記回転出力軸に対しそれを追い越す回転を阻止されていれば、アイドルストップ開始時には前記第一および第二のクラッチを係合させ、アイドルストップ終了による内燃機関の再始動時には前記第一および第二のクラッチを解放すればよく、これによってアイドルストップ開始時には前記第一の回転部材の側から前記ばねに回転力を送り込み、アイドルストップ終了による内燃機関の再始動時には前記ばねに蓄えられた回転力を前記第二の回転部材の側から取り出すことができる。

前記回転力貯容手段の前記ばねが前記第一と第二の回転部材の間に張設された渦巻きばねであれば、内端と外端の間の回転変位の増大に伴う弾性回転反力の増大の勾配を適度に抑えて内端と外端の間に３回転の相対的弾性回転変位を得ることは容易であり、多気筒内燃機関に適合した回転力貯容手段を設計することが可能である。

尚、アイドルストップを如何なる条件により開始するかは、本発明の対象ではないが、アイドルストップを行うときにはそれに先立って自動変速機の主クラッチが解除されるようになっていれば、内燃機関の再始動に当って、回転力貯容手段に蓄えられた回転力の一部がトルクコンバータにより消費されるようなことをなくして回転出力軸を駆動することができる。

本発明による車輌の本発明に係る要部を一つの実施例について示す概略縦断面図である。図１に示す切断矢視Ｘ−Ｘによる概略横断面図である。

図１に於いて、１０は車輌の内燃機関であり、１２はその回転出力軸（クランクシャフト）である。回転出力軸１２は図には示されていない車輌用変速装置を経て図には示されていない車輪を駆動するようになっている。１４は、内燃機関１０がアイドルストップされるときには、その回転出力軸１２の回転力をばねの弾性変形により蓄え、アイドルストップが終了して内燃機関１０を再始動させるときには、蓄えた回転力により回転出力軸１２を駆動する回転力貯容手段である。

回転力貯容手段１４に於いて、１６は一端（内端）１８と他端（外端）２０を有する渦巻きばねであり、渦巻きばね１６の一端１８と他端２０にそれぞれ連結されて該ばねをそれに回転力を蓄えるように弾性変形させる第一の回転部材２２と第二の回転部材２４が設けられている。第一の回転部材２２は第一のクラッチ２６により内燃機関の回転出力軸１２と選択的に連結されるようになっていると共に第一のワンウェイクラッチ２８により内燃機関の回転出力軸１２の回転方向とは逆の回転方向の回転を阻止されている。第二の回転部材２４は第二のクラッチ３０により回転を選択的に阻止されるようになっていると共に第二のワンウェイクラッチ３２により回転出力軸１２に対しそれを追い越す回転を阻止されている。

内燃機関１０の回転出力軸１２が図１に於いて左方から見て時計廻り方向に回転するとして、渦巻きばね１６は、第一の回転部材２２に連結された一端（内端）１８より図２で見て反時計回り方向に旋回しつつ第二の回転部材２４に連結された他端（外端）２０まで渦巻き状に延在しており、第一の回転部材２２が第二の回転部材２４に対し図２で見て時計回り方向に回転するとき、渦が締まるように弾性変形して回転力を蓄えるようになっている。

第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０は、内燃機関の通常運転中はいずれも解放されており、アイドルストップを行う間、第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０が係合される。内燃機関１０がアイドリング状態にあるとき第一のクラッチ２６が係合されると、第一の回転部材２２は第一のワンウェイクラッチ２８を滑らせつつ回転出力軸１２と共に回転し、渦巻きばね１６の内端１８を図２で見て時計廻り方向に駆動する。このとき第二のクラッチ３０の係合により渦巻きばね１６の外端２０は固定されているので、回転出力軸１２の回転につれて渦巻きばね１６は次第に巻き締められてゆき、その弾性変形により回転出力軸１２に掛かる回転反力は次第に増大する。

上記の通り、アイドルストップを如何なる条件により開始するかは、本発明の対象ではないが、アイドルストップ開始条件が成立し、アイドルストップを開始するときには、第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０が係合される。渦巻きばね１６の内端１８を外端２０に対し巻き締めることにより内端１８に生ずる回転反力は次第に増大する。この場合、内端１８の回転に対し内端１８に生ずる回転反力が増大する態様は、渦巻きばね１６の設計によって異なるが、内端１８と外端２０の間の回転変位の増大に伴う弾性回転反力の増大の勾配を適度に抑えてその間に３回転の相対的弾性回転変位を行わせることは容易である。尚、渦巻きばね１６の巻き締めは第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０の両方が係合されたときから開始され、いずれか一方のクラッチが係合されただけでは渦巻きばね１６の巻き締めは開始されないので、これら２つのクラッチの係合について、両者間のタイミングの繊細な調整を要することはない。上記の通り回転力貯容手段１４が少なくとも３回転の回転角を蓄えるように構成されていれば、内燃機関１０が多気筒内燃機関であり、回転出力軸１２がどの角度に停止しても、再始動に当たって全ての気筒が吸気行程と圧縮行程を履行し終わるまで回転出力軸１２を駆動することができるので、第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０の係合タイミングについて繊細な調整を要することはない。

渦巻きばねの巻き締めに対する回転反力は、概して巻き締め代が無くなる直前まで比較的一様に増大し、巻き締め代が無くなったところで急速に無限大へ向けて上昇するので、内端１８と外端２０の間の回転変位が３回転ないしそれ以上の所定の回転角に達したところで渦巻きばね１６の巻き締め代が無くなるようにしておけば、内燃機関は回転力貯容手段１４への回転力の貯容を開始してから回転出力軸１２が３回転ないしそれ以上の所定の回転角だけ回転したところで停止する。内燃機関が停止した時には、渦巻きばね１６に作用する巻き締め力は消滅するが、渦巻きばね１６の内端１８が巻き締めを解く方向に回動することは第一のワンウェイクラッチ２８により自動的に阻止される。

アイドルストップを終了し、内燃機関を再始動させる時には、第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０の係合が解除され、解放される。この場合、第一のクラッチ２６が第二のクラッチ３０より先に解放されても、渦巻きばね１６の外端２０が第二のクラッチ３０により固定されている限り、渦巻きばね１６より回転出力軸１２にこれを回転方向に駆動する回転力は作用せず、また第二のクラッチ３０が第一のクラッチ２６より先に解放されても、第一のクラッチ２６が係合している限り、渦巻きばね１６の巻き戻しは生じないので、渦巻きばね１６による内燃機関の駆動は、第一のクラッチ２６および第二のクラッチ３０の両方が解放されたときから始まる。従って、これら２つのクラッチの係合解除についても、両者間のタイミングの繊細な調整を要することはない。

以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

１０−内燃機関，１２−回転出力軸，１４−回転力貯容手段，１６−渦巻きばね，１８−渦巻きばねの内端，２０−渦巻きばねの外端，２２−第一の回転部材，２４−第二の回転部材，２６−第一のクラッチ，２８−第一のワンウェイクラッチ，３０−第二のクラッチ，３２−第二のワンウェイクラッチ

Claims

内燃機関により駆動される車輌にして、内燃機関の回転出力軸の回転力をばねの弾性変形により蓄える回転力貯容手段を有し、該内燃機関をアイドルストップさせるときには、前記回転出力軸を前記回転力貯容手段に連結して該内燃機関がアイドリング状態から停止するまでの前記回転出力軸の回転力を前記回転力貯容手段にばねの弾性変形として蓄え、アイドルストップ終了時には、前記回転力貯容手段に蓄えられた回転力により前記回転出力軸を駆動して該内燃機関を再始動させるようになっていることを特徴とする車輌。
前記内燃機関をアイドルストップさせるとき、該内燃機関の出力制御をアイドリング状態に設定したままで前記回転出力軸が前記回転力貯容手段に連結され、該内燃機関は該回転力貯容手段が回転力を蓄えることにより前記回転出力軸に対し呈する回転反力の増大により停止されるようになっていることを特徴とする車請求項１に記載の車輌。
前記回転力貯容手段は相互に相対的に回動して前記ばねを弾性変形させる第一と第二の回転部材を有し、該第一の回転部材は第一のクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸と選択的に連結されるようになっていると共に第一のワンウェイクラッチにより前記内燃機関の回転出力軸の回転方向とは逆の回転方向の回転を阻止されており、前記第二の回転部材は第二のクラッチにより回転を選択的に阻止されるようになっていると共に第二のワンウェイクラッチにより前記回転出力軸に対しそれを追い越す回転を阻止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車輌。
前記回転力貯容手段の前記ばねは前記第一と第二の回転部材の間に張設された渦巻きばねであることを特徴とする請求項３に記載の車輌。