JPH11125166A - エンジンの始動および発電装置 - Google Patents
エンジンの始動および発電装置Info
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- JPH11125166A JPH11125166A JP9289844A JP28984497A JPH11125166A JP H11125166 A JPH11125166 A JP H11125166A JP 9289844 A JP9289844 A JP 9289844A JP 28984497 A JP28984497 A JP 28984497A JP H11125166 A JPH11125166 A JP H11125166A
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Abstract
を始動するとともにバッテリーを充電するエンジンの始
動および発電装置を、エンジンの軸方向寸法を大きくす
ることなくコンパクトに配設できるようにする。 【解決手段】 エンジンのクランク軸20に連結された
キャリア56と、モータジェネレータ26の出力軸64
に連結されたサンギヤ60と、リングギヤ58とを有す
る一方、リングギヤ58とケース72との間に第1ワン
ウェイクラッチ66が設けられるとともに、リングギヤ
58とサンギヤ60との間に第2ワンウェイクラッチ6
8が設けられることにより、モータジェネレータ26を
エンジン始動用電動モータおよび発電機として使用でき
るようにする遊星歯車装置54を、モータジェネレータ
26の軸心O2 上に配設した。
Description
び発電装置に係り、特に、エンジンの軸方向寸法を大き
くすることなくコンパクトに配設できるようにする技術
に関するものである。
エンジンのクランク軸の軸心から離間してその軸心と平
行に配設されたモータジェネレータと、(c) 前記エンジ
ンと同心に配設され、そのエンジンのクランク軸に連結
されたキャリアと、前記モータジェネレータの出力軸に
連結されたサンギヤと、リングギヤとを有して、それ等
の間で機械的に力を合成、分配するとともに、そのリン
グギヤを固定してサンギヤを前記エンジンの回転に伴う
キャリアの回転方向と同じ正方向へ回転させるとキャリ
アがその正方向へ減速回転させられるシンプルプラネタ
リ式の遊星歯車装置と、(d) その遊星歯車装置を収容し
ているケースと前記リングギヤとの間に設けられ、その
リングギヤが前記正方向へ回転することを許容しつつ逆
方向へ回転することを電気信号により選択的に阻止する
ラチェット機構と、(e) 前記キャリアとサンギヤとの間
に設けられ、それ等の正方向の回転速度V1、V2がV
2≧V1となることを許容しつつV2<V1となること
を阻止する一体回転用のワンウェイクラッチとを有し、
前記エンジンを始動する際には前記モータジェネレータ
を始動用電動モータとして用いる一方、エンジンの作動
時にはモータジェネレータを発電機として用いるエンジ
ンの始動および発電装置が、例えば特開平2−2641
53号公報に記載されている。このような始動および発
電装置においては、単一のモータジェネレータによって
エンジンの始動および発電を行うことができるととも
に、エンジンの始動時にはモータジェネレータの回転が
遊星歯車装置により減速され、トルク増幅してエンジン
側へ伝達される一方、発電時には遊星歯車装置が一体回
転用のワンウェイクラッチの作用で一体回転させられる
ことによりモータジェネレータの増速回転が回避される
ため、機械的、電気的に小型で安価なモータジェネレー
タを採用できる。
従来の始動および発電装置は、遊星歯車装置がエンジン
の軸心上に配設されていたため、エンジンの軸方向の寸
法が大きくなり、特にFF(フロントエンジン・フロン
トドライブ)車両のように車両の幅方向にエンジンを搭
載する場合には、元々厳しい条件下でエンジン寸法等が
設計されているため、遊星歯車装置の配設スペースを確
保することが困難であった。また、サンギヤとキャリア
との間に一体回転用のワンウェイクラッチが設けられて
いたため、比較的大きなトルク容量が必要で、大きなワ
ンウェイクラッチを用いる必要があり、この点でも配設
スペースが大きくなるという不都合があった。
もので、その目的とするところは、エンジンの始動およ
び発電装置を、エンジンの軸方向寸法を大きくすること
なくコンパクトに配設できるようにすることにある。
めに、第1発明は、(a) 燃料の燃焼によって作動するエ
ンジンと、(b) そのエンジンのクランク軸の軸心から離
間してその軸心と平行に配設されたモータジェネレータ
と、(c) 前記エンジンのクランク軸に連結された第1回
転要素と、前記モータジェネレータの出力軸に連結され
た第2回転要素と、第3回転要素とを有して、それ等の
間で機械的に力を合成、分配するとともに、その第3回
転要素を固定して第2回転要素を前記エンジンの回転に
伴う第1回転要素の回転方向と同じ正方向へ回転させる
と第1回転要素がその正方向へ減速回転させられる3要
素式入出力機構と、(d) その3要素式入出力機構を収容
しているケースと前記第3回転要素との間に設けられ、
少なくともその第3回転要素が前記正方向へ回転するこ
とを許容するとともに逆方向へ回転することを阻止する
ことが可能な第1の係合手段と、(e) 前記第1回転要
素、第2回転要素、および第3回転要素のうちの2つの
回転要素の間に設けられ、それ等の正方向の回転速度V
1、V2、V3がV2≧V1、V1≧V3、またはV2
≧V3となることを許容しつつV2<V1、V1<V
3、またはV2<V3となることを阻止することが可能
な第2の係合手段とを有し、(f) 前記エンジンを始動す
る際には、前記第1の係合手段により前記第3回転要素
の前記逆方向の回転を阻止しつつ前記モータジェネレー
タにより前記第2回転要素を回転駆動してそのエンジン
をクランキングする一方、そのエンジンの作動時にその
モータジェネレータを発電機として使用する場合には、
前記第1の係合手段により前記第3回転要素の前記正方
向の回転が許容され、前記第2の係合手段の作用で前記
3要素式入出力機構が一体回転させられるエンジンの始
動および発電装置において、(g) 前記3要素式入出力機
構を前記モータジェネレータの軸心上に配置したことを
特徴とする。
3要素式入出力機構はシンプルプラネタリ式の遊星歯車
装置で、前記第1回転要素はキャリア、第2回転要素は
サンギヤ、第3回転要素はリングギヤであり、(b) 前記
第2の係合手段はワンウェイクラッチであって前記サン
ギヤとリングギヤとの間に設けられており、(c) 前記第
1の係合手段は、前記第3回転要素が前記正方向へ回転
することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻止する
ワンウェイクラッチであることを特徴とする。
置によれば、3要素式入出力機構がモータジェネレータ
の軸心上に配置されているため、エンジンの軸方向の寸
法を大きくする必要がないとともに、モータジェネレー
タや3要素式入出力機構はエンジンに比べて小さいた
め、エンジンの前後或いは上部など配置の自由度が高
く、全体としてコンパクトに配設できる。
シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が用いられ、その
サンギヤとリングギヤとの間に第2の係合手段としてワ
ンウェイクラッチが設けられているため、サンギヤとキ
ャリアとの間、或いはキャリアとリングギヤとの間にワ
ンウェイクラッチを設けた場合に比較してトルク容量が
小さくて済み、小型で安価なワンウェイクラッチを用い
ることができるとともに、第1の係合手段としてワンウ
ェイクラッチが用いられているため、装置を一層コンパ
クトに構成できる。
の幅方向にエンジンを搭載する場合に特に効果的である
が、FR(フロントエンジン・リヤドライブ)車両等に
も適用され得る。
機構は、例えばエンジンのハウジングの外側に配設さ
れ、エンジンのクランク軸の軸心上にトルクコンバータ
および変速機が配設されている場合には、変速機の外周
側部分に配設することもできる。エンジンのハウジング
内であって、トルクコンバータと反対側などに配設する
ことも可能である。3要素式入出力機構を独自のハウジ
ング内に収容し、専用の潤滑油で潤滑するようにすれ
ば、優れた耐久性が得られる。
ようにシンプルプラネタリ式の遊星歯車装置が好適に用
いられるが、デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置を用
いたり傘歯車式の差動機構を用いたりすることも可能で
ある。シンプルプラネタリ式の遊星歯車装置では、エン
ジンをキャリアに連結し、モータジェネレータをサンギ
ヤに連結することが望ましいが、エンジンをキャリアに
連結し、モータジェネレータをリングギヤに連結するこ
とも可能である。デュアルプラネタリ式の遊星歯車装置
では、エンジンをリングギヤに連結し、モータジェネレ
ータをサンギヤまたはキャリアに連結することになる。
また、傘歯車式の差動機構では、エンジンをディファレ
ンシャルケースに連結し、モータジェネレータを一対の
サイドギヤの何れか一方に連結すれば良い。
にワンウェイクラッチを用いることが望ましいが、ケー
スと第3回転要素との間を係合、解放する電磁クラッチ
や油圧式クラッチなどを採用することも可能で、エンジ
ンの始動時には両者を係合(連結)して第3回転要素の
回転を阻止する一方、モータジェネレータを発電機とし
て使用して蓄電装置を充電する際には、両者を解放して
第3回転要素が自由回転できるようにすれば良い。第2
の係合手段についても、同様にワンウェイクラッチを用
いることが望ましいが、電磁クラッチや油圧式クラッチ
などを採用することも可能である。
ンウェイクラッチとしては、機械的に且つ自動的に一方
向の相対回転を許容しつつ他方向の相対回転を阻止する
とともに、相対回転方向の抵抗が小さいスプラグ形、ロ
ーラ形等のワンウェイクラッチが好適に用いられるが、
前記特開平2−264153号公報に記載のようなラチ
ェット機構などを採用することも可能である。
3要素式入出力機構の第1回転要素と、エンジンのクラ
ンク軸とは、例えばスプロケットおよびチェーンや歯車
などの動力伝達機構を介して動力が伝達されるように構
成される。
細に説明する。図1はFF車両用のパワートレーン10
の概略図で、図2は、そのパワートレーン10の一部を
切り欠いて展開して示す図である。このパワートレーン
10は、燃料の燃焼によって作動するエンジン12と、
トルクコンバータ14と、変速機16と、差動装置18
とを備えており、差動装置18から左右の駆動輪に動力
が伝達される。変速機16は、エンジン12のクランク
軸20の軸心O1 と同心に配設された入力軸22を有
し、その軸心O1 上に遊星歯車装置などを含んで構成さ
れているとともに、軸心O1 と平行なカウンタシャフト
24を介して差動装置18に出力するようになってお
り、そのカウンタシャフト24および差動装置18は軸
心O1 まわりに離間して配設されている。また、変速機
16の外周側部分であって、第2軸24、差動装置18
の配設位置以外の部分には、エンジン12の始動用電動
モータおよび発電機として用いられるモータジェネレー
タ26が軸心O1 と平行な軸心O2 上に配設されてい
る。
端上部およびリヤカバー32には、軸心O2 と同心にそ
れぞれ支持ベアリング34,36が配設され、小径スプ
ロケット38を回転可能に支持しているとともに、クラ
ンクシャフト20には大径スプロケット40が一体に設
けられており、両スプロケット38,40に跨がってチ
ェーン42が巻き掛けられている。リヤカバー32の支
持ベアリング36よりも外側、すなわち図2における左
側にはオイルシール44が配設されているとともに、ク
ランクシャフト20を挿通させる挿通穴46とクランク
シャフト20との間にはオイルシール48が配設されて
おり、これ等のオイルシール44、48によりエンジン
オイルが密封されている。リヤカバー32は、複数のボ
ルト50によってシリンダブロック30に一体的に固設
されている。
プラインが設けられ、軸心O2 と同心に配設された連結
シャフト52と相対回転不能にスプライン嵌合されてい
るとともに、連結シャフト52には、シンプルプラネタ
リ式の遊星歯車装置54のキャリア56が一体に設けら
れている。遊星歯車装置54はモータジェネレータ26
よりも小径で、リングギヤ58、サンギヤ60、それ等
のリングギヤ58およびサンギヤ60と噛み合わされる
とともにキャリア56に回転可能に配設された複数のピ
ニオンギヤ62とを備えており、サンギヤ60はスプラ
イン嵌合によりモータジェネレータ26の出力軸64に
相対回転不能に連結されている。この遊星歯車装置54
は3要素式入出力機構に相当するもので、第1回転要素
に相当するキャリア56と、第2回転要素に相当するサ
ンギヤ60と、第3回転要素に相当するリングギヤ58
との間で機械的に力を合成、分配するとともに、リング
ギヤ58を固定してサンギヤ60をエンジン12の回転
に伴うキャリア56の回転方向と同じ正方向、具体的に
は図2のA矢視方向から見て左まわりに回転させると、
キャリア56がその正方向へρ/(1+ρ)の減速比で
減速回転させられる。ρは遊星歯車装置54の歯車比
で、(サンギヤ60の歯数ZS /リングギヤ58の歯数
ZR )であり、この減速比の逆数(1+ρ)/ρでトル
クが増幅される。
ータジェネレータ26との間の部分には、前記リングギ
ヤ58よりも内周側の部分に第1ワンウェイクラッチ6
6、第2ワンウェイクラッチ68が配設されている。第
1ワンウェイクラッチ66は、リングギヤ58に一体的
に設けられたスリーブ70とケース72との間に設けら
れ、スリーブ70すなわちリングギヤ58が前記正方向
(A矢視方向から見て左まわり方向)へ回転することを
許容しつつ逆方向へ回転することを阻止する。また、第
2ワンウェイクラッチ68は、サンギヤ60とスリーブ
70すなわちリングギヤ58との間に設けられ、それ等
の正方向の回転速度をV2、V3とすると、V2≧V3
となることを許容しつつV2<V3となることを阻止す
る。これ等のワンウェイクラッチ66、68は、機械的
に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつつ他方向の
相対回転を阻止するとともに、相対回転方向の抵抗が小
さいスプラグ形のワンウェイクラッチで、そのスプラグ
は何れも外周側のアウタレースに保持されるようになっ
ている。上記第1ワンウェイクラッチ66は第1の係合
手段に相当し、第2ワンウェイクラッチ68は第2の係
合手段に相当する。
8を収容しているトランスミッションケース74に一体
に設けられたもので、遊星歯車装置54およびワンウェ
イクラッチ66、68は、そのケース72および仕切り
部材76によって形成された収容空間78内に収容され
ている。この収容空間78は、ケース72と連結シャフ
ト52との間に設けられたオイルシール80、および仕
切り部材76と出力軸64との間に設けられたオイルシ
ール82によって密封されており、遊星歯車装置54や
ワンウェイクラッチ66、68は専用の潤滑油剤によっ
て潤滑されるようになっている。
図示しないイグニッションスイッチが操作されると、モ
ータジェネレータ26が始動用電動モータとして正方向
へ回転駆動される。これにより、遊星歯車装置54のサ
ンギヤ60も正方向へ回転させられ、第1ワンウェイク
ラッチ66の作用でキャリア56、更には連結シャフト
52、小径スプロケット38が減速比ρ/(1+ρ)で
正方向へ減速回転させられる。更に、小径スプロケット
38と大径スプロケット40の歯数比e(=小径スプロ
ケット38の歯数/大径スプロケット40の歯数)でク
ランク軸20が減速回転(クランキング)させられ、そ
の状態で燃料噴射等のエンジン始動制御が行われること
によりエンジン12が始動させられる。モータジェネレ
ータ26のトルクは、遊星歯車装置54およびスプロケ
ット38、40による減速比e×ρ/(1+ρ)の逆数
でトルク増幅されるため、小型のモータジェネレータ2
6によって確実にクランク軸20を回転駆動できる。ま
た、エンジン12の始動に伴ってクランク軸の回転速度
NE がモータジェネレータ26の回転速度NM に減速比
e×ρ/(1+ρ)を掛算した回転速度NM ×e×ρ/
(1+ρ)よりも大きくなると、リングギヤ58が正方
向へ回転させられる。
テリー(蓄電装置)を充電する際には、モータジェネレ
ータ26を回生制御して発電機として機能させれば良
い。モータジェネレータ26を回生制御すると電気負荷
で回転抵抗が生じるため、リングギヤ58が高速で回転
させられるようになるが、第2ワンウェイクラッチ68
の作用でリングギヤ58の回転速度V3がサンギヤ60
の回転速度V2を超えることはないため、遊星歯車装置
54は一体回転させられる。この時のモータジェネレー
タ26の回転速度NM は、エンジン12の回転速度NE
にスプロケット38、40の歯数比eの逆数を掛算した
速度NE /eで、それ程高速回転にはならないため、機
械的、電気的に小型で安価なモータジェネレータ26を
用いることができる。
ワンウェイクラッチ66、68がモータジェネレータ2
6の軸心O2 上に配置されているため、エンジン12の
軸方向の寸法を大きくする必要がないとともに、モータ
ジェネレータ26や遊星歯車装置54はエンジン12に
比べて小さいためその配設の自由度が高く、全体として
コンパクトに配設できる。
の遊星歯車装置54が用いられているとともに、ワンウ
ェイクラッチ66,68はその遊星歯車装置54に隣接
してリングギヤ58よりも内周側部分に配設されている
ため、遊星歯車装置54をモータジェネレータ26側に
配設することによりエンジン12の軸心O1 と直角方向
の寸法が大きくなることがない。
ギヤ60とリングギヤ58との間に設けられているた
め、キャリア56とサンギヤ60との間、或いはキャリ
ア56とリングギヤ58との間に設ける場合に比較して
トルク容量が小さくて済み、小型で安価なワンウェイク
ラッチを用いることが可能で、装置を一層コンパクトに
構成できる。因みに、エンジン12からキャリア56に
伝達されるトルクを「T c 」とすると、第2ワンウェイ
クラッチ68はTc ×1/(1+ρ)以上のトルク容量
が必要で、例えば歯車比ρ≒0.5とすると0.67T
c 程度以上となる。これに対し、キャリア56とサンギ
ヤ60との間に第2ワンウェイクラッチ68を設けた場
合はTc 以上のトルク容量が必要で、キャリア56とリ
ングギヤ58との間に第2ワンウェイクラッチ68を設
けた場合はTc ×1/ρ以上、すなわち2Tc 程度以上
のトルク容量が必要である。
て、機械的に且つ自動的に一方向の相対回転を許容しつ
つ他方向の相対回転を阻止するスプラグ形のワンウェイ
クラッチが用いられているため、前記特開平2−264
153号公報に記載の装置のように電磁アクチュエータ
によって係止爪をラチェットに押圧する場合に比較し
て、制御装置等が不要で簡単且つ安価に構成されるとと
もに、制御不良等の恐れが無いため高い信頼性が得られ
る。
クラッチ66、68は、エンジン12や変速機16とは
別に独立に形成された収容空間78内に収容され、専用
の潤滑油剤によって潤滑されるようになっているため、
優れた耐久性が得られる。
お、以下の実施例で上記第1実施例と実質的に共通する
部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
よび遊星歯車装置54はエンジン12の外周部に配設さ
れており、ケース90,92を介してシリンダブロック
30に一体的に固設されている。この実施例では、ワン
ウェイクラッチ66,68が遊星歯車装置54を挟んで
モータジェネレータ26と反対側に配設されているとと
もに、モータジェネレータ26と遊星歯車装置54との
間には、キャリア56に一体的に固設されたスプロケッ
ト94が配設されており、チェーン96を介して中間ス
プロケット98との間で動力伝達が行われるようになっ
ている。中間スプロケット98には歯車100が一体に
設けられていて、クランク軸20に一体的に設けられた
歯車102と噛み合わされており、これによりクランク
軸20とキャリア56との間で動力が伝達される。
細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であ
り、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良
を加えた態様で実施することができる。
発電装置を備えているFF車両用のパワートレーンの概
略図である。
断面図である。
を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 燃料の燃焼によって作動するエンジン
と、 該エンジンのクランク軸の軸心から離間して該軸心と平
行に配設されたモータジェネレータと、 前記エンジンのクランク軸に連結された第1回転要素
と、前記モータジェネレータの出力軸に連結された第2
回転要素と、第3回転要素とを有して、それ等の間で機
械的に力を合成、分配するとともに、該第3回転要素を
固定して該第2回転要素を前記エンジンの回転に伴う該
第1回転要素の回転方向と同じ正方向へ回転させると該
第1回転要素が該正方向へ減速回転させられる3要素式
入出力機構と、 該3要素式入出力機構を収容しているケースと前記第3
回転要素との間に設けられ、少なくとも該第3回転要素
が前記正方向へ回転することを許容するとともに逆方向
へ回転することを阻止することが可能な第1の係合手段
と、 前記第1回転要素、第2回転要素、および第3回転要素
のうちの2つの回転要素の間に設けられ、それ等の正方
向の回転速度V1、V2、V3がV2≧V1、V1≧V
3、またはV2≧V3となることを許容しつつV2<V
1、V1<V3、またはV2<V3となることを阻止す
ることが可能な第2の係合手段とを有し、前記エンジン
を始動する際には、前記第1の係合手段により前記第3
回転要素の前記逆方向の回転を阻止しつつ前記モータジ
ェネレータにより前記第2回転要素を回転駆動して該エ
ンジンをクランキングする一方、該エンジンの作動時に
該モータジェネレータを発電機として使用する場合に
は、前記第1の係合手段により前記第3回転要素の前記
正方向の回転が許容され、前記第2の係合手段の作用で
前記3要素式入出力機構が一体回転させられるエンジン
の始動および発電装置において、 前記3要素式入出力機構を前記モータジェネレータの軸
心上に配置したことを特徴とするエンジンの始動および
発電装置。 - 【請求項2】 前記3要素式入出力機構はシンプルプラ
ネタリ式の遊星歯車装置で、前記第1回転要素はキャリ
ア、第2回転要素はサンギヤ、第3回転要素はリングギ
ヤであり、 前記第2の係合手段はワンウェイクラッチであって前記
サンギヤとリングギヤとの間に設けられており、 前記第1の係合手段は、前記第3回転要素が前記正方向
へ回転することを許容しつつ逆方向へ回転することを阻
止するワンウェイクラッチであることを特徴とする請求
項1に記載のエンジンの始動および発電装置。
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