(57)【要約】【課題】モータＡＣＧ付きエンジンの小型化と発電量過大によるフリクション増大を抑制する。【解決手段】Ｖベルト式無段変速機の駆動側プーリ１１の外周にマグネット１８を設けて該プーリをモータＡＣＧ３３のロータ３９とする。ロータ３９の周りにはステータ１９を配置する。エンジン回転数増大に伴ってステータ１９に対するロータ３９つまりプーリの可動プーリ片１１２の位置が変化してステータ１９とロータ３９との対向部面積が減少し、発電量の増大割合が低減する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に結合される駆動側プーリを含むＶベルト式無段変速機とを有するモータ兼用発電機付きエンジンにおいて、
前記駆動側プーリが、前記クランク軸に対して一体に結合された固定プーリ片と、前記クランク軸に対して軸方向に変位自在に結合された可動プーリ片とからなり、
前記クランク軸の回転に伴う遠心力の作用で前記可動プーリ片を前記固定プーリ片側に変位させる付勢手段と、
前記可動プーリ片の外周面に設けられたマグネットと、
前記マグネットに対向して配置された磁極およびステータ巻線からなるステータとを具備したことを特徴とするモータ兼用発電機付きエンジン。
【請求項２】
前記付勢手段が、前記クランク軸に対して一体に結合されたランププレートと、
前記ランププレートおよび前記可動プーリ片によって外周寄りで間隔が狭くなるように形成されたテーパ面に挟まれたウェイトローラとからなり、
前記ランププレートの、前記ウェイトローラとは反対側の面に設けられたセンサ用マグネットと、
前記センサ用マグネットに対向して配置され、前記ランププレートの回転角度を検出する角度センサとを具備したことを特徴とする請求項１記載のモータ兼用発電機付きエンジン。
【請求項３】
前記磁極および巻線が、ステータの円周方向における所定範囲にのみ設けられ、
前記所定範囲を除くステータの円周方向の範囲に、前記可動プーリ片に設けられたマグネットに対向して配置され、前記可動プーリ片の回転角度を検出する角度センサを具備したことを特徴とする請求項１記載のモータ兼用発電機付きエンジン。
【請求項４】
前記付勢手段が、前記クランク軸に対して一体に結合されたランププレートと、
前記ランププレートおよび前記可動プーリ片によって外周寄りで間隔が狭くなるように形成されたテーパ面に挟まれたウェイトローラとからなり、
前記ランププレートに設けられたセンサ用マグネットと、
前記センサ用マグネットに対向して配置され、前記ランププレートの回転角度を検出する角度センサとを具備するとともに、
前記ステータが、円周方向の所定範囲にのみ設けられていることを特徴とする請求項１記載のモータ兼用発電機付きエンジン。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載されたモータ兼用発電機付きエンジンの制御装置において、
前記エンジンに対する加速操作を検出する加速検出手段と、
前記加速検出手段の出力に応答して前記ステータ巻線に通電して前記マグネットの磁束方向と同方向の磁束を発生させる通電手段とを具備したことを特徴とするモータ兼用発電機付きエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ兼用発電機付きエンジンおよびその制御装置に関し、特に、エンジン高回転時の発電フリクションを低減することができるモータ兼用発電機付きエンジンおよびその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを始動させるため、エンジンのクランク軸に結合されるスタータモータが用いられる。このスタータモータはエンジンが自立運転を開始した後も、発電機として使用できるように、エンジンとの結合が維持される。このように発電機と兼用されるモータは、エンジンのスタータモータとしてだけではなく、エンジンとモータとを併用するいわゆるハイブリッド型自動車の駆動源としても使用される。
【０００３】
特開平８−２５１７０８号公報には、無段変速機の入力軸にモータのロータを結合させるとともに、モータのロータをクラッチを介してエンジンに結合したハイブリッド型自動車が開示されている。このハイブリッド型自動車では、モータのみの駆動を可能にするためにクラッチが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モータ兼用発電機を備えたエンジンでは、エンジンの高回転時に発電量が過剰となり、発電フリクションが増大する。その結果、エンジンの運転効率の低下をきたす。
【０００５】
また、モータ兼用発電機のロータは無段変速機と結合されるか、無段変速機とともに、エンジンのクランク軸に結合される。すなわち、エンジンのクランク軸の延長線上にモータ兼用発電機と無段変速機とが一列に配列されるので、クランク軸方向に長くなり、エンジンを含む駆動部の幅が大きくなるという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記要望に鑑み、エンジン高回転時に発電フリクションを低減し、かつエンジンを含む駆動部の幅を小さくすることができるモータ兼用発電機付きエンジンおよびその制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、クランク軸に結合される駆動側プーリを含むＶベルト式無段変速機とを有するモータ兼用発電機付きエンジンにおいて、前記駆動側プーリが、前記クランク軸に対して一体に結合された固定プーリ片と、前記クランク軸に対して軸方向に変位自在に結合された可動プーリ片とからなり、前記クランク軸の回転に伴う遠心力の作用で前記可動プーリ片を前記固定プーリ片側に変位させる付勢手段と、前記可動プーリ片の外周面に設けられたマグネットと、前記マグネットに対向して配置された磁極およびステータ巻線からなるステータとを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
第１の特徴によれば、無段変速機のプーリの外周にマグネットを設けることにより、モータ兼用発電機のロータが形成される。したがって、無段変速機とは別個にモータ兼用発電機のロータを設けることがなくなり、部品点数が削減されるとともに、プーリの外周にステータが配置されるので、クランク軸の軸方向寸法が短縮される。
【０００９】
さらにエンジン回転数の増大に伴って可動プーリ片が変位し、それに従ってロータがステータに対して脱出し、ロータとステータとの対向面積が小さくなるので、エンジン回転数の増大の割合には発電量が増大しない。したがって、発電量の過大によってエンジンのフリクションが増大するのが抑制される。
【００１０】
また、本発明は、前記付勢手段が、前記クランク軸に対して一体に結合されたランププレートと、前記ランププレートおよび前記可動プーリ片によって外周寄りで間隔が狭くなるように形成されたテーパ面に挟まれたウェイトローラとからなり、前記ランププレートの、前記ウェイトローラとは反対側の面に設けられたセンサ用マグネットと、前記センサ用マグネットに対向して配置され、前記ランププレートの回転角度を検出する角度センサとを具備した点に第２の特徴がある。
【００１１】
第２の特徴によれば、ランププレートの回転角度に応じて角度センサに対するセンサ用マグネットの磁力が変化し、その磁力に基づいてランププレートの回転角度つまりクランク軸の角度が検出される。
【００１２】
また、本発明は、前記磁極および巻線が、ステータの円周方向における所定範囲にのみ設けられ、前記所定範囲を除くステータの円周方向の範囲に、前記可動プーリ片に設けられたマグネットに対向して配置され、前記可動プーリ片の回転角度を検出する角度センサを具備した点に第３の特徴がある。
【００１３】
第３の特徴によれば、ロータの一部をなすマグネットを角度センサに直接作用させられるし、ロータに対して、より外周で角度を検出できるので高い角度検出精度が得られる。
【００１４】
また、本発明は、前記付勢手段が、前記クランク軸に対して一体に結合されたランププレートと、前記ランププレートおよび前記可動プーリ片によって外周寄りで間隔が狭くなるように形成されたテーパ面に挟まれたウェイトローラとからなり、前記ランププレートに設けられたセンサ用マグネットと、前記センサ用マグネットに対向して配置され、前記ランププレートの回転角度を検出する角度センサとを具備するとともに、前記ステータが、円周方向の所定範囲にのみ設けられている点に第４の特徴がある。
【００１５】
第４の特徴によれば、ステータのサイズを小さくすることができるので、無段変速機の駆動側プーリ周辺のケースなどのレイアウトの融通が利きやすい。
【００１６】
さらに、本発明は、エンジンの制御装置において、エンジンに対する加速操作を検出する加速検出手段と、前記加速検出手段の出力に応答してステータ巻線に通電して前記マグネットの磁束方向と同方向の磁束を発生させる通電手段とを具備した点に第５の特徴がある。
【００１７】
第５の特徴によれば、通電によってステータおよびロータ間に磁気吸引力が作用する。したがって、無段変速機の可動プーリ片が軸方向に変位するのが抑制され、変速特性がロー側特性にとどまる。その結果、高いエンジン回転数での加速が可能となり、急加速によるトルク不足を解消して加速性能が改善される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のモータ兼用発電機付きエンジンを含むパワーユニットの断面図、図２はモータ兼用発電機（以下、「モータＡＣＧ」という）の分解正面図（図２のカバー３０を外して見た図）である。エンジン１のクランク軸２はクランクケース３に嵌合された軸受４，５で支持される。クランク軸２にはクランクピン６を介してコネクティングロッド７が連結される。クランク軸２の一端には冷却ファン８が固定され、冷却ファン８と軸受４との間にはカム駆動用スプロケット９と図示しないオイルポンプを駆動するためのギヤ１０が固定される。
【００１９】
軸受５の外方にはＶベルト式無段変速機（以下、単に「無段変速機」という）の駆動側プーリ１１が設けられる。駆動側プーリ１１は固定プーリ片１１１と可動プーリ片１１２とを含む。固定プーリ片１１１はクランク軸２の端部寄りに固定され、クランク軸２に対して回転方向および軸方向のいずれにも移動が規制される。一方、可動プーリ片１１２はクランク軸２に対して、回転方向の動きは規制されているが、軸方向（スラスト方向）には所定の範囲で移動可能に結合される。可動プーリ片１１２には、ランププレート１２が摺動自在に係合する。
【００２０】
ランププレート１２はクランク軸２に結合されて一体で回転する。ランププレート１２は、可動プーリ片１１２の内側傾斜（ランプ）との組み合わせで、外周方向に向かって狭くなるローラウェイト１３のテーパ状ガイドを形成する。ランププレート１２に対向する変速機ケース１４の面にはランププレート１２の回転角度、すなわちクランク軸２の回転角度を検出するための角度センサ１５が設けられる。ランププレート１２には角度センサ１５に磁気作用するセンサ用マグネット１６が設けられる。
【００２１】
可動プーリ片１１２の外周には、ヨーク１７が設けられ、ヨーク１７のさらに外周には複数のマグネット１８が設けられる。可動プーリ片１１２の外周には、さらに前記マグネット１８との間に空隙を隔ててステータ１９が配置される。ステータ１９はボルト２００で変速機ケース１４に固定される。ステータ１９は磁極を形成する複数（ここでは１８個）のティース１９１を備えたヨーク１９２とティース１９１に巻回された三相のステータ巻線１９３とからなる。このように、マグネット１８およびヨーク１７を備えた可動プーリ片１１２はロータ３９をなし、ステータ１９とともにモータＡＣＧ３３を構成する。
【００２２】
前記駆動側プーリ１１と対になって無段変速機を構成する従動側プーリ２０が設けられる。変速機ケース１４に嵌合された軸受２１と図示しない他の一つの軸受によって、従動軸２２が回転自在に支持され、この従動軸２２に従動側プーリ２０が固定される。従動側プーリ２０は従動軸２２に軸受２３，２４で回転自在に支持される一方、従動軸２２の軸方向には移動を規制された固定プーリ片２０１を有する。また、固定プーリ片２０１を介して従動軸２２の軸方向に摺動自在に支持された可動プーリ片２０２を有する。
【００２３】
固定プーリ片２０１には、遠心力で外周方向に偏倚するクラッチシュー２５，を支持するシュー支持プレート２７が設けられる。従動軸２２にはクラッチシュー２５が当接する内周面を有するカップ状部材２８が固定される。このカップ状部材２８とクラッチシュー２５との組み合わせで遠心クラッチを構成する。前記可動プーリ片２０２は、このシュー支持プレート２７に一端が保持されたコイルバネ２８の他端で押圧されて固定プーリ片２０１側に常時付勢される。
【００２４】
駆動側プーリ１１と従動側プーリ２０はいずれもＶ字型プーリであり、両者間にはＶベルト２９が架け渡される。従動軸２２は減速ギヤ２６を含む減速機を介して駆動輪、例えば自動二輪車の後輪に連結される。無段変速機には、カバー３０が被せられ、このカバー３０には、キックスタータ３１が支持される。
【００２５】
図３は、エンジン制御装置の要部を示すブロック図である。ＥＣＵ３２は、モータＡＣＧ３３の三相出力交流を直流に変換し、バッテリ３４に適合する電圧に調整するＡＣ／ＤＣコンバータ３５とレギュレータ３６とを有する。電圧が調整された直流でバッテリ３４は充電される。また、ＥＣＵ３２にはバッテリ３４から供給される直流をモータＡＣＧ３３の駆動用交流に変換するＭＯＳ−ＦＥＴからなる一組の三相ブリッジ回路で形成されるモータドライバ回路４２を備える。
【００２６】
さらに、ＥＣＵ３２はスロットル開度を検出するスロットルセンサ３７の出力に基づいて加速判断し、無段変速機の変速特性を制御する変速特性制御部３８を備える。ＥＣＵ３２はこれら以外にエンジンの点火制御部や空燃比制御部等、エンジンの駆動に必要な機能を備えるが、これらは本発明に特有のものでなく、周知の構成を採用することができるので説明を省略する。
【００２７】
動作時には、まず、モータＡＣＧ３３はモータとして作動する。角度センサ１５で検出される回転角度に従い、モータドライバ回路４２によってステータ巻線１９３に順次電流を供給することにより、マグネット１８を備えた可動プーリ片１１２からなるロータ３９が駆動される。エンジン１のクランク軸はモータＡＣＧ３３のロータに結合されているので、ロータ３９の回転によってクランキングされ、着火回転数に達したならばエンジン１は点火され自立運転を開始する。自立運転開始後は制御系統が発電機側に切り換えられ、モータＡＣＧ３３はエンジン発電機として作用する。
【００２８】
エンジン回転数が増大するに従ってローラウェイト１３は遠心力で外周方向に付勢され、可動プーリ片１１２は固定プーリ片１１１側に偏倚させられる。これにより、Ｖベルト２９は駆動側プーリ１１に対して巻き径が大きくなる一方、従動側プーリ２０に対して巻き径が小さくなる。つまり、減速比が小さくなり従動側プーリ２０は増速される。従動側プーリ２０の回転が遠心クラッチの接続回転数を超過すると、クラッチシュー２５がカップ状部材２８に所定圧で当接して従動軸２２に回転が伝達される。
【００２９】
一般に、発電機の出力電圧は回転数の増大に伴って増大する。しかし、本実施形態では、モータＡＣＧを駆動するエンジン１の回転数が増大すると、ロータ３９を構成する可動プーリ片１１２がステータ１９に対して偏倚するので、回転数が増大する割合では発電量は増大しない。すなわち、エンジン回転数の増大の程度に比して発電量の増大の程度は低く押さえられる。したがって、エンジン回転数の増大に伴う発電フリクションの増加も抑制される。
【００３０】
変速特性制御部３８の加速検出部４０はスロットルセンサ３７の出力値の変化割合を監視し、その割合に基づき予定値以上の加速が検出されたときに加速検出信号を出力する。通電制御部４１は加速検出信号に応答してステータ巻線１９３に電流を供給するためのデューティ比をモータドライバ回路４２に出力する。モータドライバ回路４２は供給されるデューティ比に従ってステータ巻線１９３に通電する。ここでは、マグネット１８の磁束方向と同じ方向に磁束を発生させるように設定された電流を供給し、モータＡＣＧのフリクションが増大しないようにする。
【００３１】
図４は、エンジン回転数が増大したときの駆動側プーリの位置を示す断面図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。エンジン回転数が増大すると、矢印Ｓで示すように可動プーリ片１１２が固定プーリ片１１１側に偏倚し、Ｖベルト２９の巻き径は大きくなっている。そして、ロータ３９はステータ１９から脱出している。したがって、エンジン回転数が増大するに従って偏倚量は大きくなり、フリクションは低減する。
【００３２】
また、ロータ３９がステータ１９に対して偏倚する構造を利用して無段変速機の変速特性を制御することができる。図５はスロットル全開時におけるエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖつまり無段変速機の出力との関係を示す図である。同図において、スロットル弁が全開操作されると、エンジン回転数Ｎｅが増大し、それに伴って車速Ｖも増大する。このときのエンジン回転数Ｎｅおよび車速Ｖの上昇特性はロー側特性に従う。そして、エンジン回転数がＮ１に達したところでハイ側特性に移行し、このハイ側特性に沿って車速Ｖは増大する。
【００３３】
この変速特性を、ロータ３９とステータ１９との磁気吸引力（図４参照）を制御して変化させることができる。磁気吸引力はステータ巻線１９３に通電することによって変化させることができる。例えば、磁気吸引力を与えて加速時に適した変速特性を得る。
【００３４】
図６は磁気吸引力を制御して加速特性を向上させた場合のエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの関係を示す図である。同図に示すように、スロットル弁を急開したときには、エンジン回転数Ｎｅが前記回転数Ｎ１より低い回転数Ｎ２においてハイ側特性に移行する。これを放置すると低いエンジン回転数のままハイ側特性に移行する。ハイ側特性では、出力トルクがロー側特性のときより小さいので、極端なスロットル急開を行うと、出力トルク不足を生じることがある。ここでは、スロットル弁の急開が検出されたときに可動プーリ片１１２の偏倚を抑制する力が加えられるので、急激にハイ側特性に移行するのが防止される。
【００３５】
すなわち、エンジン回転数Ｎｅが回転数Ｎ２になると、可動プーリ片１１２は固定プーリ片１１１側にわずかだけ偏倚し、エンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの特性は中間の特性に乗る。そして、この中間特性に従ってエンジン回転数Ｎｅが増大し、車速Ｖも増大する。さらにエンジン回転数Ｎｅが増大して、制御可能領域の上限回転数ＮＬＭＴに達すると、変速特性がハイ側特性に移行し、その後、ステータ巻線１９３への通電を停止する。こうして、始動時にスロットル弁が急開されたときに、適正なトルクが得られるように特性の移動が行われ、スムーズに車両を加速させることができる。制御可能領域はモータＡＣＧ３３により可動プーリ片１１２に作用させることができるスラスト方向の力に応じて設定される。
【００３６】
図７は、クルージング状態でスロットル弁を急開した場合の変速特性を示す図である。エンジン回転数Ｎ３でクルージング状態のとき、スロットル弁を急開すると、所定の変速特性に従ってエンジン回転数は上昇する。そして、エンジン回転数Ｎ１に達したときにハイ側特性に移行して徐々に加速される。
【００３７】
一方、磁気吸引力よる制御を行った場合、磁気吸引力により、変速特性はエンジン回転数の増大に対する車速Ｖの増大割合が小さい特性つまりロー側特性寄りに変化する。エンジン回転数Ｎｅが制御可能領域の上限ＮＬＭＴに達したときにステータ巻線１９３への通電を停止すると、ハイ側特性に移行して変速が行われる。このように、スロットル弁の急開時には高いエンジン回転数での加速、すなわち高トルクでの加速が可能になる。
【００３８】
続いて、変形例を説明する。上記実施形態では、ランププレート１２にマグネット１６を設けて角度センサ１５に作用させた。第１の変形例では、このマグネット１６を排除する工夫をした。図８は第１変形例に係るモータＡＣＧの正面図であり、煩雑を回避するためロータ３９は簡略して示す。同図において、モータＡＣＧ３３は１５個のティース１９１を有するステータ１９からなり、ティース１９１は２０°間隔で配置される。したがって、ティース１９１の配置範囲はロータ３９の全周に亘っておらず、一部に大きいスペース（中心角６０°）を生じる。そして、このスペースに角度センサ１５を配置する。角度センサ１５はティース１９１と同間隔でロータマグネット１８に外周から対向するように配置され、ブラケット４０によってヨーク１９２に固定される。
【００３９】
この第１の変形例によれば、センサ用マグネット１６を専用に設けないで、ロータのマグネット１８で直接ロータ角度を検出できるので部品点数の削減が図れる。また、ロータ３９の最外周に設けられるマグネット１８の位置を検出するので、検出精度が向上する。
【００４０】
次に、第２の変形例を説明する。図９は第２の変形例に係る発電機の正面図、図１０は同断面図である。図１０では、煩雑を回避するため、ロータは簡略に示す。両図において、発電機３３ａのステータ１９はロータ３９の外周の全域に設けられておらず、第１の変形例よりさらに磁極が少ない。すなわち、ティース１９１は６個だけ設けられ、ロータ３９の外周の部分的な範囲（中心角１００°の範囲）に対向して設けられる。この第２の変形例によれば、ステータ１９とロータ３９とではモータとしては機能できないが、発電機としては機能し得る。したがって、エンジン始動時はキックスタータ３１でクランク軸２を回動させるようにする。このように、スタータモータとしての機能はなくなるが、発電機の小型化、軽量化を果たすことができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、無段変速機とは別個に回転電機のロータを設けないので部品点数が削減され、コストダウンが図られる。また、プーリの外周にステータが配置されるので、クランク軸の軸方向寸法が短縮される。したがって、無段変速機を含むモータ兼用発電機付きエンジンの小型・軽量化が図られると共に慣性マスが減少する。また、エンジン回転数の増大の割には発電量が増大しないので、発電量の増加によってエンジンのフリクションが増大することが抑制される。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、ロータの回転角度を検出する角度センサおよびセンサ用マグネットを無段変速機内にコンパクトに収容することができる。
【００４３】
また、請求項３の発明によれば、ロータの一部をなすマグネットを角度センサに直接作用させられるし、クランク軸に対して、より外周で角度を検出できるので高い角度検出精度が得られる。
【００４４】
また、請求項４の発明によれば、ステータのサイズを小さくすることができるので、無段変速機の駆動側プーリ周辺のケースなどのレイアウトの融通が利きやすいし、軽量化を図ることもできる。
【００４５】
さらに、請求項５の発明によれば、通電によってステータからロータが急激に脱出しようとするのを抑制する磁気吸引力が作用する。その結果、急加速によるトルク不足等を解消して加速性能を高めるような変速特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置実施形態に係るモータ兼用発電機付きエンジンを含むパワーユニットの断面図である。
【図２】モータ兼用発電機の分解正面図である。
【図３】エンジン制御装置の要部を示すブロック図である。
【図４】エンジン回転数が増大したときの駆動側プーリの位置を示す断面図である。
【図５】スロットル全開時におけるエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの関係を示す図である。
【図６】磁気吸引力を制御して加速特性が向上されたときのエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの関係を示す図である。
【図７】加速特性が向上されたときのクルージング状態でのエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの関係を示す図である。
【図８】第１変形例に係るモータＡＣＧの正面図である。
【図９】第２の変形例に係る発電機の正面図である。
、図１０は同断面図である。
【図１０】第２の変形例に係る発電機の断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、　２…クランク軸、　３…クランクケース、　１１…駆動側プーリ、　１２…ランププレート、　１３…ローラウェイト、　１５…角度センサ、１６…センサ用マグネット、　１７…ヨーク、　１８…マグネット、　１９…ステータ、　３２…ＥＣＵ、　３３…モータＡＣＧ、　３７…スロットルセンサ、　３８…変速特性制御部、　３９…ロータ、　４０…加速検出部、　４０、　４１…通電制御部、　４２…モータドライバ回路、　１１１…固定プーリ片、　１１２…可動プーリ片、　１９１…磁極、　１９３…ステータ巻線、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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