(57)【要約】【課題】始動時および発電時にそれぞれ必要される制能を両立しつつ、回転電機を小型化する。【解決手段】始動発電装置は、エンジン１０６の始動およびエンジン１０６の動力による発電のうちのいずれかを実行するモータジェネレータ１０４と、モータジェネレータ１０４とエンジン１０６との間の動力伝達経路上に設けられるトルクコンバータ１０８とを含む。【選択図】図１
2007182847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関出力軸の一方端が変速機構に連結される内燃機関の始動発電装置であって、
前記機関出力軸の他方端に連結され、前記内燃機関の始動および前記内燃機関の動力による発電のうちのいずれかを実行する回転電機と、
前記回転電機と前記内燃機関との間の動力伝達経路上に設けられるトルクコンバータとを含む、始動発電装置。
【請求項２】
前記トルクコンバータは、入力軸と出力軸とを係合するロックアップクラッチを含む、請求項１に記載の始動発電装置。
【請求項３】
前記始動発電装置は、前記回転電機における発電時に前記入力軸と前記出力軸とが係合状態になるように前記ロックアップクラッチを制御するための制御手段をさらに含む、請求項２に記載の始動発電装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記入力軸と前記出力軸とが非係合状態になるように前記ロックアップクラッチを制御するための手段を含む、請求項３に記載の始動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動および内燃機関の動力による発電のうちのいずれかを実行する始動発電装置に関し、特に、始動時および発電時の要求制能を満足しつつ、回転電機の小型化が可能な始動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動時には内燃機関をクランキングする電動機として機能し、車両の走行時には内燃機関の動力により発電する発電機として機能する始動発電装置が公知である。
【０００３】
たとえば、特開平１１−１４７４２４号公報（特許文献１）は、エコランモード時、補機類をエンジンを停止状態でモータ・ジェネレータによって駆動するようにし、少電力化を図る車両駆動装置を開示する。この車両駆動装置は、エンジンとエンジン駆動軸に連結されるモータとを備える。車両駆動装置は、モータ回転軸の回転がエンジン駆動軸に変速されて伝達され得るための変速機構をエンジン駆動軸とモータとの間に設け、さらに補機がモータ回転軸に機械的に連結されており、エンジン停止状態でモータによって補機を駆動する場合に、モータ回転軸の回転がエンジン駆動軸に伝達されないようにしている。
【０００４】
上述した公報に開示された車両駆動装置によると、モータによってエンジンを始動する場合にはモータ回転軸の回転が変速されてエンジン駆動軸に伝達されるため、モータから十分なトルクを取り出すことができ、モータ自体を小型にすることができる。そして、エンジンの停止時にモータによって補機を駆動する場合、エンジン駆動軸にはモータ回転軸の回転が伝達されないようになっており、補機のみをモータで駆動するようにしてエンジンは駆動しないから、少電力で補機を駆動することができる。
【特許文献１】特開平１１−１４７４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような始動発電装置においては、回転電機は始動時に内燃機関をクランキング可能なトルクを出力することが要求される。クランキング可能なトルクは、発電時の回転電機において要求される発電トルクよりも大きい。したがって、始動時と発電時とにおける要求制能を満足させるために、回転電機の体格が大型化するという問題がある。回転電機が大型化すると搭載性が悪化する可能性がある。
【０００６】
上述した公報に開示された車両駆動装置のように、クランキング可能なトルクが内燃機関に伝達されるように減速比が設定される減速機を設けると、クランキング時に要求される性能を満足をすることができるが、クランキング時の要求制能を満足するために減速比が大きく設定される。そのため、車両の走行中においては回転電機の回転数が不適切に増大して許容される回転数の範囲を越えたり、効率が悪化したりして要求される性能を満足できない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、始動時および発電時に要求される制能を両立しつつ、回転電機を小型化できる始動発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る始動発電装置は、機関出力軸の一方端が変速機構に連結される内燃機関の始動発電装置である。この始動発電装置は、機関出力軸の他方端に連結され、内燃機関の始動および内燃機関の動力による発電のうちのいずれかを実行する回転電機と、回転電機と内燃機関との間の動力伝達経路上に設けられるトルクコンバータとを含む。
【０００９】
第１の発明によると、機関出力軸の他方端に連結される回転電機と内燃機関との間の動力伝達経路上にトルクコンバータが設けられる。これにより、内燃機関の始動時における回転電機の回転数の過渡時には、回転電機と内燃機関との間において滑り量が増大するため、トルクコンバータにおけるトルク増大作用によりトルク比が増大する。そのため、回転電機の出力トルクは、トルクコンバータにおいて増幅されて内燃機関の出力軸に伝達される。したがって、トルクコンバータにより増幅された回転電機の出力トルクが内燃機関の始動時に必要なトルクであればよく、回転電機に必要とされる出力トルクをトルクコンバータを有しない場合よりも低減することができる。そのため、回転電機を小型化しつつ、内燃機関の良好な始動性を確保することができる。また、減速比が大きく設定されないため、車両の走行中において回転電機の回転数が不適切に増大することはない。そのため、回転数が許容される範囲を越えたり、効率を悪化させることなく発電時に要求される性能を満足させることができる。したがって、始動時および発電時に要求される性能を両立しつつ、回転電機を小型化できる始動発電装置を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る始動発電装置においては、第１の発明の構成に加えて、トルクコンバータは、入力軸と出力軸とを係合するロックアップクラッチを含む。
【００１１】
第２の発明によると、ロックアップクラッチにより入力軸と出力軸とを係合すると、回転電機と内燃機関と直結状態にすることができる。そのため、内燃機関の動力を効率よく回転電機に伝達されるため、発電性能の低下を抑制することができる。
【００１２】
第３の発明に係る始動発電装置は、第２の発明の構成に加えて、回転電機における発電時に入力軸と出力軸とが係合状態になるようにロックアップクラッチを制御するための制御手段をさらに含む。
【００１３】
第３の発明によると、制御手段は、回転電機における発電時に入力軸と出力軸とが係合状態になるようにロックアップクラッチを制御する。これにより、回転電機と内燃機関とを直結状態にすることができる。そのため、内燃機関の動力を効率よく回転電機に伝達されるため、発電性能の低下を抑制することができる。
【００１４】
第４の発明に係る始動発電装置においては、第３の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の始動時に入力軸と出力軸とが非係合状態になるようにロックアップクラッチを制御するための手段を含む。
【００１５】
第４の発明によると、制御手段は、内燃機関の始動時に入力軸と出力軸とが非係合状態になるようにロックアップクラッチを制御する。これにより、内燃機関の始動時における回転電機の回転数の過渡時においては、入力軸と出力軸との滑り量が増大するため、トルクコンバータにおけるトルク増大作用によりトルク比が増大する。そのため、回転電機の出力トルクをトルクコンバータにより増幅して内燃機関の出力軸に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る始動発電装置が搭載される車両１００について説明する。
【００１８】
車両１００には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０２と、内燃機関（以下の説明においてはエンジンと記載する）１０６と、変速機１１６と、モータジェネレータ１０４と、トルクコンバータ１０８とが設けられる。なお、本実施の形態において、始動発電装置は、モータジェネレータ１０４と、トルクコンバータ１０８とから構成される。
【００１９】
エンジン１０６には、出力軸であるクランクシャフト１１８が設けられる。クランクシャフト１１８の一方端は、変速機１１６に連結されている。クランクシャフト１１８の他方端には、プーリ１２２が設けられる。プーリ１２２はベルト１１０を介してプーリ１２４に連結される。プーリ１２４は、トルクコンバータ１０８の出力軸に設けられる。トルクコンバータ１０８の入力軸は、モータジェネレータ１０４に接続される。すなわち、トルクコンバータ１０８は、エンジン１０６とモータジェネレータ１０４の動力伝達経路上に設けられる。したがって、エンジン１０６における燃焼により得られるクランクシャフト１１８の回転力はプーリ１２２，１２４、ベルト１１０およびトルクコンバータ１０８を介してモータジェネレータ１０４に伝達される。
【００２０】
また、クランクシャフト１１８には、クランクシャフト１１８の回転方向に沿って複数の歯部が設けられる円板形状のタイミングロータ１２８が設けられる。タイミングロータ１２８の歯部に対向するようにクランク角センサ１２６が設けられる。クランク角センサ１２６は、電磁ピックアップセンサである。クランクシャフト１１８が回転することにより、タイミングロータ１２８の歯部と、クランク角センサ１２６とのエアギャップが変化するため、クランク角センサ１２６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランク角センサ１２６は、起電力を表わす信号を、ＥＣＵ１０２に送信する。ＥＣＵ１０２は、受信した起電力を表わす信号に基づいてクランクシャフト１１８の回転角および回転数を算出する。
【００２１】
モータジェネレータ１０４は、エンジン１０６の始動時にはクランクシャフト１１８をクランキングする電動機として、車両１００の走行中においては内燃機関の発電機として機能する。本実施の形態に係るモータジェネレータ１０４は、ロータ（図示せず）と、ステータ（図示せず）とから構成される巻線界磁型同期電動機である。
【００２２】
巻線界磁型同期電動機において、ステータの巻線には、三相交流電力が供給され、ロータの巻線には、制御用電力に基づく励磁電流が供給されるが、特にこのような構成に限定されるものではない。たとえば、ステータの巻線に制御用電力に基づく励磁電流を供給し、ロータの巻線に三相交流電力を供給するようにしてもよい。
【００２３】
ロータの巻線に励磁電流が供給されると、磁極を形成する。一方、ステータの巻線に三相交流電力が供給されると回転磁界を形成する。ロータに形成される磁極とステータに形成される回転磁界とによりロータに回転力が生じる。このとき、ＥＣＵ１０２により励磁電流およびステータへの交流電力を制御することにより、モータジェネレータ１０４の回転力が制御される。
【００２４】
変速機１１６は、有段式あるいは無段式の自動変速機であってもよいし、手動変速機であってもよく、特に限定されるものではない。変速機１１６の入力軸はエンジン１０５に連結される。変速機１１６の出力軸は、プロペラシャフト、ディファレンシャル機構およびドライブシャフトを介してタイヤ１３４に連結される。すなわち、変速機１１６の出力軸の回転によりタイヤ１３４が駆動する。
【００２５】
車両１００に搭載されるバッテリ１２０は、特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、出力電圧が１２ボルトの鉛蓄電池である。バッテリ１２０は、パワーモジュール１１４および励磁駆動回路１１２に接続される。
【００２６】
パワーモジュール１１４は、モータジェネレータ１０４のステータに接続される。バッテリ１２０からパワーモジュール１１４に電力が供給される。バッテリ１２０から供給された電力は、パワーモジュール１１４において、所望の交流電力に変換されて、ステータに供給される。
【００２７】
さらに、励磁駆動回路１１２は、モータジェネレータ１０４のロータの巻線に接続される。励磁駆動回路１１２は、ＥＣＵ１０２からの制御信号に基づいて、バッテリ１２０の電力に基づく励磁電流をロータの巻線に供給する。
【００２８】
トルクコンバータ１０８は、モータジェネレータ１０４に接続されるポンプインペラー（入力軸）と、プーリ１２２に連結されるタービンランナー（出力軸）と、ポンプインペラーとタービンランナーとの間に設けられるステータと、ステータの一方向の回転を制限するワンウェイクラッチと、ポンプインペラーとタービンランナーとを係合状態にしたり非係合状態にしたりするロックアップクラッチとから構成される流体継手である。
【００２９】
トルクコンバータ１０８内には、作動油が充填され、モータジェネレータ１０４の回転駆動によりポンプインペラーが回転すると、作動油の流れおよびステータおよびワンウェイクラッチの作動によりタービンランナーが回転する。ポンプインペラーの回転数とタービンランナーとの回転数の差（滑り量）が大きいときには、トルク増大作用によりトルク比が増大する。なお、トルクコンバータ１０８の構造および動作については周知の技術であるため、その詳細な説明は行なわない。
【００３０】
トルクコンバータ１０８に設けられるロックアップクラッチは、ＥＣＵ１０２からロックアップクラッチ制御信号を受信すると、制御用ソレノイドが作動して、ポンプインペラーとタービンランナーとを係合状態にしたり、非係合状態にしたりする。ポンプインペラーとタービンランナーとが係合状態になると、トルクコンバータ１０８の入力軸と出力軸とが直結状態となる。
【００３１】
ＥＣＵ１０２は、各種データやプログラムが記憶されたメモリ（図示せず）と、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とから構成される。ＥＣＵ１０２は、クランク角センサ１２６から受信する信号およびメモリに記憶された各種データに基づいてプログラムを実行することにより車両に設けられる機器を制御する。
【００３２】
本発明は、エンジン１０６の始動およびエンジン１０６の動力による発電のうちのいずれかを実行するモータジェネレータ１０４と、モータジェネレータ１０４とエンジン１０６との間の動力伝達経路上に設けられるトルクコンバータ１０８とを含む点に特徴を有する。また、トルクコンバータ１０８は、ポンプインペラーとタービンランナーとを係合するロックアップクラッチを含む。ＥＣＵ１０２は、モータジェネレータ１０４における発電時にポンプインペラーとタービンランナーとが係合状態になるように、エンジン１０６の始動時にポンプインペラーとタービンランナーとが非係合状態になるようにロックアップクラッチを制御する。
【００３３】
以下、図２を参照にしつつ、本実施の形態に係る始動発電装置において、エンジン１０６の始動時および停止時にＥＣＵ１０２で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３４】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ１０２は、運転者によりイグニッションキーがオンされたか否かを判断する。イグニッションキーがオンされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。
【００３５】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１０２は、クランキングを開始するように、励磁駆動回路１１２およびパワーモジュール１１４を介してモータジェネレータ１０４に電力を供給する。
【００３６】
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１０２は、エンジン１０６が自立運転をしているか否かを判断する。ＥＣＵ１０２は、たとえば、クランク角センサ１２６により検知されるエンジン１０６の回転数が予め定められた回転数以上であると、エンジン１０６が自立運転をしていると判断する。なお、エンジン１０６が自立運転をしているか否か判断については、上述した方法に特に限定されるものではない。
【００３７】
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１０２は、クランキングを停止する。具体的には、ＥＣＵ１０２は、モータジェネレータ１０４への電力供給を停止するように励磁駆動回路１１２およびパワーモジュール１１４を制御する。
【００３８】
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１０２は、ポンプインペラーとタービンランナーとが係合状態になるようにロックアップクラッチを制御する。すなわち、ＥＣＵ１０２は、トルクコンバータ１０８の入力軸と出力軸とが直結状態になるようにロックアップクラッチ制御信号を制御用ソレノイドに送信する。
【００３９】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１０２は、エンジン１００が停止したか否かを判断する。たとえば、ＥＣＵ１０２は、イグニッションキーがオフされると、エンジン１００が停止したことを判断するようにしてもよいし、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数より小さくなると、エンジン１００が停止したことを判断するようにしてもよい。
【００４０】
Ｓ１１２にて、ＥＣＵ１０２は、ポンプインペラーとタービンランナーとが非係合状態になるようにロックアップクラッチを制御する。
【００４１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る始動発電装置の動作について説明する。
【００４２】
運転者によりイグニッションキーがオンされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、モータジェネレータ１０４に電力が供給されてトルクコンバータ１０８のポンプインペラーに出力トルクが付与される。ポンプインペラーに出力トルクが付与されると、ポンプインペラーは回転を開始する。このとき、ポンプインペラーとタービンランナーとの間において滑りが発生する。滑り量が大きくなると、トルク比が増大するため、タービンランナーには、ポンプインペラーに付与された出力トルクよりも大きいトルクが発現する。タービンランナーからプーリ１２２，１２４およびベルト１１０を介してクランクシャフト１１８には、トルクコンバータ１０８において増幅されたトルクが伝達される。クランクシャフト１１８は、トルクコンバータ１０８から伝達されたトルクに基づいて回転を開始して、クランキングが行なわれる（Ｓ１０２）。
【００４３】
図２にモータジェネレータ１０４およびトルクコンバータ１０８における回転数とトルクとの関係を示す。図２において横軸は回転数を示し、縦軸はトルクを示す。図２のＡ点に示すように、エンジン１０６の始動時におけるモータジェネレータ１０４の出力トルクはＴｍであって、回転数はＮｍである。一方、図２のＢ点に示すように、エンジン１０６の始動時におけるクランクシャフト１１８に伝達されるクランキングトルクは、トルクコンバータ１０８により増幅されてＴｔとなり、回転数は滑り量が大きいことによりＮｍよりも小さいＮｔとなる。
【００４４】
すなわち、クランキングトルクＴｔがエンジン１０６の始動時に必要とされるトルクを満たすようにすればよく、モータジェネレータ１０８から出力されるトルクＴｍは、クランキングトルクＴｔよりも小さい。
【００４５】
エンジン１０６の回転数が予め定められた回転数以上になると、エンジン１０６が自立運転していると判断されて（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、クランキングが停止される（Ｓ１０６）。クランキングが停止されるとロックアップクラッチが係合状態となるように制御される（Ｓ１０８）。すなわち、トルクコンバータ１０８の入力軸と出力軸とが直結状態となる。内燃機関の動力によりモータジェネレータ１０４の出力軸が回転させられるときに、バッテリ１２０の充電が必要になると、励磁駆動回路１１２を介してロータに励磁電流が供給される。このとき、励磁電流が供給されることにより発生した磁極に応じて、出力軸の回転方向と逆方向のトルク（発電トルク）が発現する。発電トルクを上回るようにしてロータが回転させられると、ステータに巻着されたコイルに電圧が誘起されて電流が流れることにより発電が行なわれる。発電された電力は、パワーモジュール１１４を介してバッテリ１２０の充電に用いられる。励磁駆動回路１１２からロータに供給される励磁電流を制御することにより発電量が制御される。
【００４６】
運転者がイグニッションキーをオフするなどしてエンジン１００が停止すると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ロックアップクラッチが非係合状態になるように制御される（Ｓ１１２）。
【００４７】
以上のようにして、本実施の形態に係る始動発電装置によると、エンジンの始動時におけるモータジェネレータの回転数の過渡時には、モータジェネレータとエンジンとの間において滑り量が増大するため、トルクコンバータにおけるトルク増大作用によりトルク比が増大する。そのため、モータジェネレータの出力トルクは、トルクコンバータにおいて増幅されてエンジンのクランクシャフトに伝達される。したがって、トルクコンバータにより増幅されたモータジェネレータの出力トルクがエンジンの始動時に必要なトルクであればよく、モータジェネレータに必要とされる出力トルクをトルクコンバータを有しない場合よりも低減することができる。そのため、モータジェネレータを小型化しつつ、エンジンの良好な始動性を確保することができる。また、減速比が大きく設定されないため、車両の走行中においてモータジェネレータの回転数が不適切に増大することはない。そのため、回転数が許容される範囲を越えたり、効率を悪化させることなく発電時に要求される性能を満足させることができる。したがって、始動時および発電時に要求される性能を両立しつつ、回転電機を小型化できる始動発電装置を提供することができる。
【００４８】
また、エンジン１０６の始動後の燃焼トルクに基づくエンジン１０６のクランクシャフト１１８におけるパワー変動を図４の細線に示す。図４の細線に示すように、低回転時における燃焼トルクに基づくパワー変動は、周波数が低く大きな振動がトルクコンバータ１１８に伝達される。特に、燃焼トルクが高いと、燃焼トルクが低い場合（破線）よりもパワーの変動幅が大きい。そのため、振動も大きくなる傾向にある。本実施の形態に係る始動発電装置においては、トルクコンバータ１０８がモータジェネレータ１０４とエンジン１０６との間の動力伝達経路上に設けられるため、トルクコンバータ１０８において、伝達されるパワーの変動分が吸収されるため、トルクコンバータ１０８からモータジェネレータ１０４に伝達される振動を低減することができる。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態に係る始動発電装置が搭載された車両の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る始動発電装置においてＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３】モータジェネレータおよびトルクコンバータにおける回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図４】エンジン始動後のパワー変動を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  車両、１０２  ＥＣＵ、１０４  モータジェネレータ、１０６  エンジン、１０８  トルクコンバータ、１１０  ベルト、１１２  励磁駆動回路、１１４  パワーモジュール、１１６  変速機、１１８  クランクシャフト、１２０  バッテリ、１２２，１２４  プーリ、１２６  クランク角センサ、１２８  タイミングロータ、１３４  タイヤ。
【図１】
2007182847.tif 000003
【図２】
2007182847.tif 000004
【図３】
2007182847.tif 000005
【図４】
2007182847.tif 000006