(57)【要約】【課題】減速機構の無端状伝動帯に掛かる負荷を小さくして内燃機関の小型化を図り、簡素な制御系で発電効率の良いスタータジェネレータ装置を供する。【解決手段】内燃機関の出力軸に接続されるスタータジェネレータにより該内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の始動後は該内燃機関の動力により前記スタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置において、キャリア１４に支承されるピニオンギア１２にサンギア１１ａとリングギア１５ａが噛合うプラネタリギアセット１０を備え、キャリア１４とサンギア１１ａとリングギア１５ａのいずれか２つの間に第１のワンウェイクラッチ２１が介装され、キャリア１４が内燃機関１の出力軸２に一体に結合され、リングギア１５ａが無端伝動帯３５を介してスタータジェネレータ３１および補機３３に対して動力伝達可能に接続され、サンギア１１ａが締結・解除可能なブレーキ部材２３と第２のワンウェイクラッチ２４とを介して固定部材４に連結され、ブレーキ部材２３は内燃機関１の始動時のみ締結するよう制御されるスタータジェネレータ装置。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸に接続されるスタータジェネレータにより該内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の始動後は該内燃機関の動力により前記スタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置において、
キャリアに支承されるピニオンギアにサンギアとリングギアが噛合うプラネタリギアセットを備え、
前記キャリアとサンギアとリングギアのいずれか２つの間に第１のワンウェイクラッチが介装され、
前記キャリアが前記内燃機関の出力軸に一体に結合され、
前記リングギアが無端伝動帯を介して前記スタータジェネレータおよび補機に対して動力伝達可能に接続され、
前記サンギアが締結・解除可能なブレーキ部材と第２のワンウェイクラッチとを介して固定部材に連結され、
前記ブレーキ部材は内燃機関の始動時のみ締結するよう制御されることを特徴とするスタータジェネレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータジェネレータにより内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の動力によりスタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスタータジェネレータ装置として従来特開平１１−１４７４２４号公報記載の例がある。
【０００３】
同例において内燃機関の出力軸が電磁クラッチを介してプーリに連結されている。
一方電動機兼発電機のスタータジェネレータは、その駆動軸がプラネタリギアセットのサンギアに結合され、ピニオンギアを支承するキャリアがプーリの入出力軸に結合されており、リングギアはブレーキを介して固定部材に連結されるとともに、クラッチを介して前記入出力軸に連結される構成である。
【０００４】
そしてプーリ間に巻き掛けられるベルトは、同時に補機類の入力軸に設けられたプーリにも巻き掛けられている。
【０００５】
内燃機関を始動するときは、電磁クラッチ，ブレーキをオンにし、クラッチをオフとすることでスタータジェネレータの回転駆動力はサンギアからキャリアに減速して伝達され、ベルトを介してさらに減速されて内燃機関に伝達されて始動がなされる。
【０００６】
内燃機関の動力によりスタータジェネレータを発電機として使用するときは、ブレーキをオフ、クラッチをオンとすることで、プーリとスタータジェネレータが直結状態となり、電磁クラッチをオンとしておくことで、内燃機関の動力がスタータジェネレータに伝達されて発電がなされる。
【０００７】
内燃機関の停止時にスタータジェネレータを使って補機類を駆動するときは、ブレーキをオフ、クラッチをオンとしてプーリとスタータジェネレータを直結状態とし、電磁クラッチをオフとすることで、内燃機関の負荷を受けることなく、スタータジェネレータにより補機類を駆動することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように各状態の切り換え時に制御要素が電磁クラッチ，クラッチ，ブレーキと３つあり、制御系が複雑である。
【０００９】
またスタータジェネレータにより内燃機関を始動させる時、スタータジェネレータの回転駆動力はプラネタリギアセット，プーリベルトの２つの減速機構を介して内燃機関に伝達されるが、プーリベルトによる減速機構は内燃機関側にある。
【００１０】
したがって内燃機関の始動のための必要トルクをＴとすると、ベルトの出力側のトルクもＴとなり相当の負荷がベルトに掛かる。
【００１１】
そのためにベルトの幅を広げる必要が生じ、内燃機関の全長が長くなり、特に軽自動車等のエンジンルームのスペースが限られた小さな車両への搭載は、衝突安全性の確保が難しい。
【００１２】
さらに上記構成であると、内燃機関の始動時およびスタータジェネレータを発電機として使用するときは常に電磁クラッチをオンにして通電する必要があり、よって発電するために電力を消費するという矛盾があり発電効率を低下させている。
【００１３】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、減速機構の無端伝動帯に掛かる負荷を小さくして内燃機関の小型化を図り、簡素な制御系で発電効率の良いスタータジェネレータ装置を供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、内燃機関の出力軸に接続されるスタータジェネレータにより該内燃機関の始動を行うとともに該内燃機関の始動後は該内燃機関の動力により前記スタータジェネレータで発電を行うようにしたスタータジェネレータ装置において、キャリアに支承されるピニオンギアにサンギアとリングギアが噛合うプラネタリギアセットを備え、前記キャリアとサンギアとリングギアのいずれか２つの間に第１のワンウェイクラッチが介装され、前記キャリアが前記内燃機関の出力軸に一体に結合され、前記リングギアが無端伝動帯を介して前記スタータジェネレータおよび補機に対して動力伝達可能に接続され、前記サンギアが締結・解除可能なブレーキ部材と第２のワンウェイクラッチとを介して固定部材に連結され、前記ブレーキ部材は内燃機関の始動時のみ締結するよう制御されるスタータジェネレータ装置とした。
【００１５】
内燃機関始動時には、ブレーキ部材を締結するだけで、スタータジェネレータの回転駆動力は無端伝動帯を介して減速され、さらにプラネタリギアセットで減速されて内燃機関に伝達され始動されるが、無端伝動帯による減速機構はスタータジェネレータ側にある。
【００１６】
したがって内燃機関の始動のための必要トルクをＴとし、プラネタリギアセットによる減速比をｂ（＞１）とすると、無端伝動帯の出力側のトルクはプラネタリギアセットにより減速されてＴ／ｂとなり、相当程度負荷が軽減され、無端伝動帯の幅を広げる必要はなく、よって内燃機関の全長を長くする必要はない。
【００１７】
その他、内燃機関の動力によりスタータジェネレータを発電機として使用するときや、内燃機関の停止時にスタータジェネレータを使って補機類を駆動するときなどは、全てブレーキ部材を解除しておけばよく、制御要素が少なく制御系を簡素化できる。
【００１８】
スタータジェネレータを発電機として使用するときはブレーキ部材を解除状態とするので、発電時にブレーキ部材を作動するのに電力を使う必要がなく発電効率を高く維持することができる。
無端伝動帯を用いているので、内燃機関に対するスタータジェネレータの配置の自由度が大きい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づき説明する。
本実施の形態に係るスタータジェネレータ装置３０が、４サイクル内燃機関１に適用された例を図１および図２に示す。
【００２０】
内燃機関１のクランク軸２は、チェーン室３を構成するチェーンケース４の開口から外側へ端部を突出している。
チェーン室３内のクランク軸２には動弁系へ動力を伝達するチェーンのチェーンスプロケット５が嵌着されている。
【００２１】
そのクランク軸２のチェーンケース４の開口部辺りの端部には、スリーブ６が一体に嵌着され、チェーンケース４の外側において同スリーブ６の外周に円筒状のサンギア部材１１が回転自在に嵌合され、同サンギア部材１１の端部のサンギア１１ａはチェーンケース４より外側にあり、そのサンギア１１を含めその周囲にプラネタリギアセット１０が設けられている。
【００２２】
サンギア１１ａに噛合するピニオンギア１２を支軸１３で支承するキャリア１４は、クランク軸中心側の内キャリア１４ａと遠心側の外キャリア１４ｂとからなり、内キャリア１４ａは前記スリーブ６の先端部に押圧円環部材７に挟み付けられるようにして嵌着しており、よってキャリア１４はクランク軸２と一体に回転する。
【００２３】
ピニオンギア１２に噛合するリングギア１５ａは、側壁１５ｂと周壁１５ｃにより概ね椀状をしたリングギア部材１５の側壁１５ｂから内側に突出した円筒部内周面に設けられている。
リングギア部材１５の周壁１５ｃの外周にクランクプーリ１６が一体に嵌着されている。
【００２４】
リングギア部材１５は、側壁１５ｂから内燃機関内方に向けて周壁１５ｃを延出して椀状の開口を内方に向けており、その開口を閉じるように前記チェーンケース４がその開口凹部４ａを位置させている。
【００２５】
したがってリングギア部材１５の側壁１５ｂと周壁１５ｃおよびチェーンケース４の開口凹部４ａにより囲まれたチャンバー１７が形成され、同チャンバー１７内にプラネタリギアセット１０が収容される。
【００２６】
チャンバー１７を構成するリングギア部材１５の周壁１５ｃとチェーンケース４の開口凹部４ａとの間にオイルシール１８が介装され、リングギア部材１５の側壁１５ｂから外方へ突出した円筒部１５ｄと前記押圧円環部材７との間にオイルシール１９が介装されて、チャンバー１７を外部から閉塞しオイルの漏れを防止している。
【００２７】
かかるチャンバー１７内において外キャリア１４ｂは外周縁部をリングギア部材１５の前記リングギア１５ａの背面側に延出させて、同延出部とリングギア１５ａ背面との間に第１のワンウェイクラッチ２１が介装されている。
すなわちリングギア部材１５とキャリア１４との間に第１のワンウェイクラッチ２１が介装されている。
【００２８】
一方チェーンケース４の開口凹部４ａにはサンギア部材１１に回転自在に軸支された被制動円環部材２２が位置しており、同被制動円環部材２２とチェーンケース４との間にバンドブレーキ２３のバンド２３ａが介装されている。
【００２９】
したがってバンド２３ａの締め付けによりチェーンケース４と被制動円環部材２２との間でバンドブレーキ２３が締結すると、被制動円環部材２２はチェーンケース４と一体となって固定される。
バンド２３ａの締め付けは油圧や電動アクチュエータなどを利用する。
【００３０】
この被制動円環部材２２とサンギア部材１１との間には第２のワンウェイクラッチ２４が介装されている。
【００３１】
図２は、本スタータジェネレータ装置３０の概略構成図であり、同図２に上記の機構を模式的に示している。
すなわちプラネタリギアセット１０において、リングギア部材１５がクランクプーリ１６と一体であり、キャリア１４がクランク軸２に一体に結合され、キャリア１４とリングギア部材１５との間に第１のワンウェイクラッチ２１が介装され、サンギア部材１１は第２のワンウェイクラッチ２４とバンドブレーキ２３を介してチェーンケース４に連結可能である。
【００３２】
クランクプーリ１６に巻き掛けられるベルト３５は、スタータジェネレータ（モータＭ／ジェネレータＧ）３１の入出力軸に嵌着されたプーリ３２および補機類３３の入力軸に嵌着されたプーリ３４に架渡される。
【００３３】
スタータジェネレータ３１は、インバータ３６を介してバッテリ３７と接続されて、バッテリ３７の電力によりスタータジェネレータ３１は電動機として駆動し、プーリ３２の回転入力によりスタータジェネレータ３１は発電機として働き、発電力はインバータ３６を介してバッテリ３７の充電に供することができる。
【００３４】
本スタータジェネレータ装置３０における唯一の制御要素であるバンドブレーキ２３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０により制御される。
電子制御ユニット４０は、車速Ｖや機関回転数Ｎｅなどの内燃機関１の運転状態を示す検出信号およびバッテリ３７の充電状態を示す信号を入力してバンドブレーキ２３の締結・解除制御を行うとともに、燃料噴射弁４１等その他の種々の駆動制御を行う。
【００３５】
本スタータジェネレータ装置３０における電子制御ユニット４０による制御手順を図３のフローチャートに示す。
まず内燃機関１が停止時モードでステップ１でアイドル停止を許可するか否かを判断し、許可する場合はステップ２に進み燃料噴射弁４１を制御して燃料噴射を停止（フューエルカット）し、次いでバンドブレーキ２３を解除状態とする（ステップ３）。
【００３６】
そして補機類３３を駆動するときはスタータジェネレータ３１をモータとして作動する（ステップ４）。
内燃機関１が停止しているときにエアコンディショナなどの補機類３３をスタータジェネレータ３１により駆動する場合であり、この状態では図４に示すようにバンドブレーキ２３は解除状態にあるので、サンギア部材１１はフリーでプラネタリギアセット１０はニュートラル状態にあり、よってスタータジェネレータ３１の動力はクランク軸２には伝達されず補機類３３のみを効率良く駆動することができる。
【００３７】
ステップ１でアイドル停止を許可しない場合は、ステップ５に進み車速Ｖが所定速度Ｖ０未満か判断し、所定速度Ｖ０以上であるとステップ９に飛び、所定速度Ｖ０未満であるとステップ６に進み機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０未満か判断する。
【００３８】
機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０以上であるとステップ９に飛び、所定回転数Ｎｅ０未満であると、ステップ７に進みバンドブレーキ２３を締結し、スタータジェネレータ３１をモータとして作動させ内燃機関１を始動する。
【００３９】
このときの状態は、図５に示すようにバンドブレーキ２３が締結されて第１のワンウェイクラッチ２１がフリー状態で第２のワンウェイクラッチ２４がロックする方向に作動してサンギア部材１１を固定するので、スタータジェネレータ３１の駆動力は、減速機構として作動するプラネタリギアセット１０を介してクランク軸２を減速回転させ、内燃機関１を始動する。
【００４０】
内燃機関１の始動のための必要トルクをＴとし、プラネタリギアセット１０による減速比をｂとすると、ベルト３５のクランクプーリ１６側のトルクは前記したようにプラネタリギアセット１０により減速されてＴ／ｂとなる。
【００４１】
例えば減速比ｂを２とすると、ベルト３５の出力（プラネタリギアセット１０）側トルクに掛かる負荷はＴ／２であり、ベルト３５に掛かる負荷が相当程度軽減される。
ベルト３５に掛かる負荷が軽減されるので、ベルト３５の幅を広げる必要はなく、よって内燃機関１の全長を長くする必要はなく、内燃機関１の小型化を図ることができる。
【００４２】
次にステップ５またはステップ６で、車速Ｖが所定速度Ｖ０以上または機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０以上と判断されステップ９に飛んだときは、内燃機関１は駆動時モードであり、まずバッテリ３７に充電要求があるか否かが判断される。
バッテリ３７が充電する余裕があるかすなわち過充電にならないかを判断する。
【００４３】
充電要求がない場合は過充電のおそれがあるので、ステップ１３に飛び、バンドブレーキ２３は解除状態とし、スタータジェネレータ３１は発電機として作動させない。
【００４４】
充電要求がある場合はステップ１０に進み車速がスタータジェネレータ３１を発電機として作動させるに適した回生車速範囲にあるか否かを判断する。
車速が回生車速範囲を越えるような場合は、スタータジェネレータ３１を発電機として作動させるにはスタータジェネレータ３１の回転が高過ぎるため、ステップ１３に飛んでバンドブレーキ２３は解除するが、スタータジェネレータ３１は発電機として作動させない。
【００４５】
車速が回生車速範囲内にあればステップ１０からステップ１１に進み、バンドブレーキ２３を解除し、スタータジェネレータ３１を発電機として作動させる（ステップ１２）。
【００４６】
内燃機関１が駆動時モードにあって駆動しているときに、バンドブレーキ２３が解除されている場合は、内燃機関１の駆動力は、図６に示すようにクランク軸２と一体のキャリア１４の回転がそのまま第１のワンウェイクラッチ２１を介してクランクプーリ１６を回転させるので、ベルト３５を介してスタータジェネレータ３１および補機類３３を駆動する。
【００４７】
したがってスタータジェネレータ３１を発電機として作動させて、動力を回生してバッテリ３７を充電することができる。
【００４８】
なおステップ８でスタータジェネレータ３１の駆動力が減速されてクランク軸２を回転させ内燃機関１を始動し、内燃機関１が自らクランク軸２を回転させることができる完爆状態となると、機関回転数がスタータジェネレータ３１による回転を上回り上記のような回生が可能な状態に自動的に移行する。
【００４９】
以上のようにスタータジェネレータ装置３０における制御要素はバンドブレーキ２３だけであるので、制御系が簡素化されコストの削減を図ることができる。
【００５０】
スタータジェネレータ３１を発電機として使用するときはバンドブレーキ２３を解除状態とするので、発電時にバンドブレーキ２３を作動するのに電力を使う必要がなく発電効率を高く維持することができる。
【００５１】
ベルト３５を用いているので、内燃機関１に対するスタータジェネレータ３１の配置の自由度が大きい。
【００５２】
以上の実施の形態では、第１のワンウェイクラッチ２１をプラネタリギアセット１０のキャリア１４とリングギア部材１５との間に介装したが、第１のワンウェイクラッチはサンギア部材１１とキャリア１４との間またはサンギア部材１１とリングギア部材１５との間に介装してもよい。
【００５３】
図７ないし図９に図示した実施の形態は、第１のワンウェイクラッチ５１をキャリア１４とリングギア部材１５との間に介装した例である。
図７は、内燃機関１の停止時モードで、バンドブレーキ２３は解除状態にあるので、サンギア部材１１はフリーでプラネタリギアセット１０はニュートラル状態にあり、よってスタータジェネレータ３１の動力はクランク軸２には伝達されず補機類３３のみを効率良く駆動することができる。
【００５４】
図８は、内燃機関１の始動時を示したもので、バンドブレーキ２３が締結されて第２のワンウェイクラッチ２４がロックする方向に作動してサンギア部材１１を固定するので、スタータジェネレータ３１の駆動力は、減速機構として作動するプラネタリギアセット１０を介してクランク軸２を減速回転させ、内燃機関１を始動するので、ベルト３５に掛かる負荷が軽減される。
【００５５】
図９は、内燃機関１の駆動時モードで、バンドブレーキ２３が解除状態にあり、内燃機関１のクランク軸２の駆動は、第１のワンウェイクラッチ５１を介してサンギア部材１１を回転させるので、クランク軸２と一体のキャリア１４とサンギア部材１１とは一体となって回転する。
【００５６】
したがってプラネタリギアセット１０は直結状態となって内燃機関１の駆動は、そのままクランクプーリ１６を回転させるので、ベルト３５を介してスタータジェネレータ３１および補機類３３を駆動する。
【００５７】
なお本スタータジェネレータ装置３０においてバンドブレーキ２３を除いた図１０に示すような例（上記実施の形態を元にしている）は、内燃機関１の停止時モードでスタータジェネレータ３１により補機類３３を駆動しようとすると、図８に示す状態と同じでプラネタリギアセット１０が減速機構として作動して内燃機関１にも駆動力が伝達されて、補機類３３のみを効率良く駆動することができない。
【００５８】
しかしその他の内燃機関１の始動時やスタータジェネレータ３１を発電機として作動させる回生時等は、前記実施の形態と同様に作動して支障はない。
【００５９】
以上の実施の形態では無端状伝動帯としてベルトを用いたがチェーンなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスタータジェネレータ装置の内燃機関側の構造を示す断面図である。
【図２】本スタータジェネレータ装置の概略構成図である。
【図３】本スタータジェネレータ装置における制御手順を示すフローチャートである。
【図４】本スタータジェネレータ装置における機関停止時モードの補機駆動状態を示す概略構成図である。
【図５】同内燃機関の始動時の状態を示す概略構成図である。
【図６】同機関駆動時モードの回生状態を示す概略構成図である。
【図７】別の実施の形態のスタータジェネレータ装置における機関停止時モードの補機駆動状態を示す概略構成図である。
【図８】同内燃機関の始動時の状態を示す概略構成図である。
【図９】同機関駆動時モードの回生状態を示す概略構成図である。
【図１０】別のスタータジェネレータ装置の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…クランク軸、３…チェーン室、４…チェーンケース、５…チェーンスプロケット、６…スリーブ、７…押圧円環部材、
１０…プラネタリギアセット、１１…サンギア部材、１２…ピニオンギア、１３…支軸、１４…キャリア、１５…リングギア部材、１６…クランクプーリ、１７…チャンバー、１８…オイルシール、１９…オイルシール、２１…第１のワンウェイクラッチ、２２…被制動円環部材、２３…バンドブレーキ、２４…第２のワンウェイクラッチ、
３０…スタータジェネレータ装置、３１…スタータジェネレータ、３２…プーリ、３３…補機類、３４…プーリ、３５…ベルト、３６…インバータ、３７…バッテリ、
４０…電子制御ユニット、４１…燃料噴射弁、
５１…第１のワンウェイクラッチ。
【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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