JP3690109B2 - 車両用補機駆動装置 - Google Patents

車両用補機駆動装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用補機駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の車両用補機駆動装置として、特開平8−79915号公報に示されるように、車両用補機をエンジンによって駆動する構成において、エンジンが停止した場合であっても補機を駆動可能にするようにしたものがある。
これは、ハイブリッド車において、エンジンと発電機兼用モータとの間の駆動系に、クラッチと、該クラッチよりモータ側に位置させてオルタネータ、パワステポンプ、エアコン等の補機への駆動力伝達機構を設ける。そして、エンジンの運転中はクラッチを閉じ、エンジンによって発電機兼用モータを発電機として動作させ、またオルタネータ等を駆動する。エンジンが停止した場合にはクラッチを開き、発電機兼用モータをモータとして動作させてその出力によりオルタネータ等を駆動する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の車両用補機駆動装置においては、ハイブリッド車を前提にしているため、発電機兼用モータで補機を駆動する場合に、消費電力が大となる。
また、エンジンで駆動する場合、オルタネータ、パワステポンプ、エアコン、真空ポンプ、トランスミッション油圧源と、多くの補機を駆動するため、エンジンは大型になり、補機負荷が最小のときは、エンジン効率が低下してしまう。
【0004】
また、車両停止時に、不必要なパワステポンプ、真空ポンプ、トランスミッション油圧源を駆動し、無駄なエネルギー消費が大きい。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、車両停止時、更には減速時のように走行用の駆動力を必要としないときに、補機駆動用に高効率な小型エンジンを使うことにより、車両の燃費を向上させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1に示すように、車両走行用の主エンジンとは別の小型(小排気量)の副エンジンと、少なくとも一部の補機の駆動を主エンジンと副エンジンとに切換え可能な切換装置と、走行用の駆動力の要否を判定する手段を有し、走行用の駆動力を必要としないときに、主エンジンから副エンジンへ切換えるために、主エンジンにより副エンジンをクランキングした後、副エンジンにより補機を駆動して、主エンジンを停止させ、走行用の駆動力を必要とするときに、副エンジンから主エンジンへ切換えるため、副エンジンにより主エンジンをクランキングした後、主エンジンにより補機を駆動して、副エンジンを停止させるように、主エンジン、副エンジン及び切換装置を制御する制御装置と、を設けて、車両用補機駆動装置を構成する。
【0006】
請求項2に係る発明では、前記切換装置は、補機の駆動軸に、主エンジンにより駆動される入力プーリと副エンジンにより駆動される入力プーリとを並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチを介装してなることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、前記補機はエアコンコンプレッサであることを特徴とする。
【0007】
請求項4に係る発明では、前記補機はエアコンコンプレッサ及びオルタネータであることを特徴とする。
請求項5に係る発明では、前記制御装置における走行用の駆動力の要否を判定する手段は、走行用の駆動力を必要としないときとして、車両停止を、走行用の駆動力を必要とするときとして、車両発進状態を検出することを特徴とする。
【0009】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、車両停止時、更には減速時のように、走行用の駆動力を必要としないときに、小型の副エンジンにより補機を駆動して、主エンジンを停止させることにより、すなわち、補機駆動に必要な動力を、これを発生させるのに主エンジンより良燃費となる小型の副エンジンに切換えて発生させることにより、燃費を改善できる。また、走行用の駆動力を必要とするときに、主エンジンにより補機を駆動して、副エンジンを停止させるようにすることにより、副エンジンにより補機駆動を続ける場合に比較して、燃費低減を図れる。
また、主エンジンから副エンジンへの切換時に、主エンジンにより副エンジンをクランキングすることで、切換えに伴う補機駆動系のギクシャク感を低減すると共に、副エンジン用のスタータを廃止できる。
また、副エンジンから主エンジンへの切換時に、副エンジンにより主エンジンをクランキングすることで、切換えに伴う補機駆動系のギクシャク感を低減すると共に、主エンジン用のスタータの使用頻度を低減しスタータ寿命を向上させることができる。
【0010】
請求項2に係る発明によれば、補機の駆動軸に、主エンジン及び副エンジンにより駆動される2つの入力プーリを並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチを介装して、切換装置を構成することで、コンパクトに構成でき、車載上有利となる。
請求項3に係る発明によれば、エアコンコンプレッサを対象とすることで、車両停止時などに効率良くエアコンを使用できる。
【0011】
請求項4に係る発明によれば、エアコンコンプレッサの他、オルタネータを対象とすることで、車両停止時などに効率良くバッテリ充電を図ることができる。請求項5に係る発明によれば、車両停止、車両発進状態を検出して、車両停止時に副エンジンの切換え、車両発進時に主エンジンに切換えることで、必要十分な制御が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図2は第1の実施形態を示すエンジンシステムの正面図、図3は同上の平面図である。
【0014】
車両走行用の主エンジン(主内燃機関)1は、そのクランクプーリ2により、ベルト3を介して、エアコンコンプレッサ(以下単にエアコンという)4、ウォータポンプ5、オルタネータ6を駆動できるようになっている。
また、車両走行用の主エンジン1とは別に、補機駆動専用に、小型(排気量50〜250cc程度)の副エンジン(副内燃機関)7が設けられ、この副エンジン7のクランクプーリ8により、ベルト9を介して、エアコン4を駆動できるようになっている。
【0015】
ここで、エアコン4の駆動軸に、エアコン4の駆動を主エンジン1と副エンジン7とに切換可能な切換装置10を設けてある。すなわち、エアコン4の駆動軸に、主エンジン1によりベルト駆動される入力プーリと、副エンジン7によりベルト駆動される入力プーリとを2つ並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチCA1,CA2を介装してある。
【0016】
詳しくは、図4に示すように、エアコン4の駆動軸11にクラッチ板12を固定する一方、これに相対させて、エアコン4のケーシングに軸受13を介して主エンジンによりベルト駆動される入力プーリ(主エンジン側入力プーリ)14を回転自在に支持させ、この入力プーリ14の内部に電磁コイル15により駆動されてクラッチ板12に係合可能な爪部材16を設け、クラッチ板12、電磁コイル15及び爪部材16により、電磁クラッチCA1を構成してある。
【0017】
ここで、電磁クラッチCA1は、OFF状態で、爪部材16がクラッチ板12から離脱して、この状態では主エンジンによる入力プーリ14の回転を駆動軸11に伝達せず、ON状態で、爪部材16が突出してクラッチ板12に係合し、この状態で主エンジンによる入力プーリ14の回転を駆動軸11に伝達する。
また、エアコン4の駆動軸11にクラッチ板17を固定する一方、これに相対させて、駆動軸11に軸受18を介して副エンジンによりベルト駆動される入力プーリ(副エンジン側入力プーリ)19を相対回転自在に支持させ、この入力プーリ19の内部に電磁コイル20により駆動されてクラッチ板17に係合可能な爪部材21を設け、クラッチ板17、電磁コイル20及び爪部材21により、電磁クラッチCA2を構成してある。
【0018】
ここで、電磁クラッチCA2も、OFF状態で、爪部材21がクラッチ板17から離脱して、この状態では副エンジンによる入力プーリ19の回転を駆動軸11に伝達せず、ON状態で、爪部材21が突出してクラッチ板17に係合し、この状態で副エンジンによる入力プーリ19の回転を駆動軸11に伝達する。
切換装置10(電磁クラッチCA1,CA2)の制御は、図示しない制御装置(コントロールユニット)により、図5及び図6のフローチャートに従ってなされる。
【0019】
図5は車両停止時制御のフローチャートである。尚、この制御に入る前は、車両走行中で、主エンジンにより走行用の駆動力を得、また主エンジンにより補機を駆動しており、副エンジンは停止している。
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、車両停止か否かを判定し、車両停止の場合にステップ2へ進む。尚、車両停止は、車軸の所定回転毎にパルス信号を出力する車速センサから一定時間内にパルス信号が出力されなくなったこと、及び/又は、駐車ブレーキが作動したことなどにより、検出する。
【0020】
ステップ2では、エアコン作動中か否かを判定する。
エアコン作動中でない場合は、ステップ3へ進み、主エンジンを停止させて、本制御を終了する。
エアコン作動中の場合は、ステップ4以降へ進む。この場合、エアコン作動中であるので、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1はONになっている。
【0021】
ステップ4では、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2をONにする。これにより、主エンジンにより駆動されているエアコンの駆動軸の回転が副エンジンに伝達されて、副エンジンがクランキングされる。
ステップ5では、副エンジンへの燃料供給と点火とを開始して、副エンジンを始動させる。尚、ここでの燃料供給等の開始は、副エンジンのクランキング開始から所定時間ディレイさせてもよいし、副エンジンの回転数が所定値に達した後に行うようにしてもよい。
【0022】
ステップ6では、所定のディレイ時間が経過したか否を判定し、経過した場合に、副エンジンの始動完了とみなして、ステップ7へ進む。
ステップ7では、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1をOFFにする。これにより、エアコンの駆動を主エンジンから副エンジンに完全に切換える。
【0023】
ステップ8では、主エンジンを停止させて、本制御を終了する。
図6は車両発進時制御のフローチャートである。
ステップ11では、車両発進状態か否かを判定、すなわち、自動変速機のDレンジ信号、ギアポジション信号、ブレーキスイッチ、クラッチスイッチ、アクセルスイッチ等の信号により、車両が発進しようとしているか否かを判定し、車両発進状態の場合にステップ12へ進む。
【0024】
ステップ12では、副エンジン運転中か否かを判定する。
副エンジン運転中でない場合は、ステップ13へ進み、主エンジンをスタータで始動させて、通常制御へ移行する。尚、エアコンを使用する場合は、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1をONにする。
副エンジン運転中の場合は、ステップ14以降へ進む。この場合、副エンジン運転中であるので、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2はONになっている。
【0025】
ステップ14では、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1をONにする。これにより、副エンジンにより駆動されているエアコンの駆動軸の回転が主エンジンに伝達されて、主エンジンがクランキングされる。
ステップ15では、主エンジンへの燃料供給と点火とを開始して、主エンジンを始動させる。尚、ここでの燃料供給等の開始は、主エンジンのクランキング開始から所定時間ディレイさせてもよいし、主エンジンの回転数が所定値に達した後に行うようにしてもよい。
【0026】
ステップ16では、所定のディレイ時間が経過したか否を判定し、経過した場合に、主エンジンの始動完了とみなして、ステップ17へ進む。
ステップ17では、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2をOFFにする。これにより、エアコンの駆動を副エンジンから主エンジンに完全に切換える。
【0027】
ステップ18では、副エンジンを停止させて、通常制御へ移行する。尚、エアコンを使用しない場合は、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1をOFFにしてよい。
このような制御により、走行用の駆動力を必要としない車両停止時に、副エンジンによりエアコンを駆動して、主エンジンを停止させ、車両走行時は、主エンジンにより補機を駆動して、副エンジンを停止させるのである。
【0028】
このようにするのは、次の理由による。
車両停止時のように、エンジンの負荷が小さい場合、走行用の主エンジンは、補機駆動しながらアイドル状態にあり、図11の主エンジンの燃費率マップに示すように燃費率の悪い条件下でエンジンを運転することとなり、燃料消費が多くなる。また、アイドル時エンジン停止制御を用いた車両において、エアコン負荷等がある時は、アイドル時エンジン停止制御を中止せざるを得なくなり、アイドル時エンジン停止による燃料消費低減効果が消滅してしまう。
【0029】
そこで本発明は、車両に駆動力を発生させる必要がない、つまり、エンジンに要求される出力が小さい運転条件下において、車両の運転に必要な動力を、図12に示すようにその動力を発生させるには走行用の主エンジンより良燃費となる小型の副エンジンに切換えて発生させることにより、車両停止時の運転領域での燃費を改善する。
【0030】
すなわち、車両停止エアコン作動時の運転条件で、例えば排気量2500ccの主エンジンにて運転する場合は、図11に示すように、燃費率350g/psh(1馬力・1時間の燃料消費量350g)となるのに対し、例えば排気量50ccの副エンジンにて運転する場合は、図12に示すように、燃費率200g/pshとなり、燃費を改善できる。
【0031】
また、この際に、低車速の定速度走行のように車両走行時に主エンジン及び副エンジンを稼動させると、主エンジンの負荷は、主エンジンで補機も駆動する場合に比べ、補機駆動分だけ低下するので、主エンジンの燃費率が、主エンジンで補機も駆動する場合に対して悪化する。すなわち、図13に示すように、主エンジンで補機も駆動する場合の主エンジンの燃費率は約260g/pshであるのに対し、副エンジンで補機駆動する場合の主エンジンの燃費率は約300g/pshとなる。
【0032】
よって、この方法での燃費低減効果を高めるため、車両走行時は、副エンジンによる補機駆動を中止し、副エンジンを停止する機能、つまり、車両に搭載されている補機の駆動を、車両の運転状況に応じて2つのエンジンで使い分けるのである。
次に、第2の実施形態について説明する。
【0033】
図7は第2の実施形態を示すエンジンシステムの正面図、図8は同上の平面図である。
車両走行用の主エンジン1は、そのクランクプーリ2により、ベルト3を介して、エアコン4、ウォータポンプ5、オルタネータ6を駆動できるようになっている。
【0034】
また、車両走行用の主エンジン1とは別に、補機駆動専用に、小型の副エンジン7が設けられ、この副エンジン7のクランクプーリ8により、ベルト9を介して、エアコン4とオルタネータ6とを駆動できるようになっている。
ここで、エアコン4の駆動軸に、エアコン4の駆動を主エンジン1と副エンジン7とに切換可能な切換装置10を設けてある。すなわち、エアコン4の駆動軸に、主エンジン1によりベルト駆動される入力プーリと、副エンジン7によりベルト駆動される入力プーリとを2つ並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチCA1,CA2を介装してある(図4参照)。
【0035】
また、オルタネータ6の駆動軸に、オルタネータ6の駆動を主エンジン1と副エンジン7とに切換え可能な切換装置10’を設けてある。すなわち、切換装置10と同様に、オルタネータ6の駆動軸に、主エンジン1によりベルト駆動される入力プーリと、副エンジン7によりベルト駆動される入力プーリとを2つ並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチCO1,CO2を介装してある(図4参照)。
【0036】
切換装置10(電磁クラッチCA1,CA2)及び切換装置10’(電磁クラッチCO1,CO2)の制御は、図示しない制御装置(コントロールユニット)により、図9及び図10のフローチャートに従ってなされる。
図9は車両停止時制御のフローチャートである。尚、この制御に入る前は、車両走行中で、主エンジンにより走行用の駆動力を得、また主エンジンにより補機を駆動しており、副エンジンは停止している。
【0037】
ステップ21では、車両停止か否かを判定し、車両停止の場合にステップ22へ進む。
ステップ22では、エアコン作動中か否かを判定する。また、ステップ23又はステップ24では、バッテリ電圧を検出し、バッテリNG(バッテリの充電が必要)か否かを判定する。
【0038】
エアコン作動中でなく、かつバッテリOK(バッテリの充電が不要)の場合は、ステップ25へ進み、主エンジンを停止させて、本制御を終了する。
エアコン作動中で、かつバッテリNGの場合は、ステップ26へ進む。この場合、エアコン作動中で、かつバッテリNGであるので、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1、及びオルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1はONになっている。
【0039】
ステップ26では、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2、及びオルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO2をONにする。これにより、主エンジンにより駆動されているエアコン及びオルタネータの駆動軸の回転が副エンジンに伝達されて、副エンジンがクランキングされる。
【0040】
エアコン作動中であるが、バッテリOKの場合は、ステップ27へ進む。この場合、エアコン作動中であるので、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1はONになっている。
ステップ27では、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2をONにする。これにより、主エンジンにより駆動されているエアコンの駆動軸の回転が副エンジンに伝達されて、副エンジンがクランキングされる。
【0041】
エアコン作動中でないが、バッテリNGの場合は、ステップ28へ進む。この場合、バッテリNGであるので、オルタネータ駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1はONになっている。
ステップ28では、オルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO2をONにする。これにより、主エンジンにより駆動されているオルタネータの駆動軸の回転が副エンジンに伝達されて、副エンジンがクランキングされる。
【0042】
ステップ26〜28での副エンジンのクランキングの後は、ステップ29へ進む。
ステップ29では、副エンジンへの燃料供給と点火とを開始して、副エンジンを始動させる。
ステップ30では、所定のディレイ時間が経過したか否を判定し、経過した場合に、副エンジンの始動完了とみなして、ステップ31へ進む。
【0043】
ステップ31では、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1、及びオルタネータ駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1をOFFにする。これにより、エアコン及び/又はオルタネータの駆動を主エンジンから副エンジンに完全に切換える。
ステップ32では、主エンジンを停止させて、本制御を終了する。
【0044】
図10は車両発進時制御のフローチャートである。
ステップ41では、車両発進状態(車両が発進しようとしている)か否かを判定し、車両発進状態の場合にステップ42へ進む。
ステップ42では、副エンジン運転中か否かを判定する。
副エンジン運転中でない場合は、ステップ43へ進み、主エンジンをスタータで始動させて、通常制御へ移行する。尚、オルタネータ駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1はONにし、エアコンを使用する場合は、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1もONにする。
【0045】
副エンジン運転中の場合は、ステップ44以降へ進む。この場合、副エンジン運転中であるので、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2及び/又はオルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO2はONになっている。
ステップ44では、オルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1をONにする。
【0046】
ステップ45では、オルタネータの発電制御を一時的に中止する。主エンジンの始動に際し、負荷を軽減するためである。
ステップ46では、エアコン駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA2を一時的にOFFにする。主エンジンの始動に際し、負荷を軽減するためである。
【0047】
ステップ47では、オルタネータ駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO1をONにする。これにより、副エンジンにより駆動されているオルタネータの駆動軸の回転が主エンジンに伝達されて、主エンジンがクランキングされる。
ステップ48では、主エンジンへの燃料供給と点火とを開始して、主エンジンを始動させる。
【0048】
ステップ49では、所定のディレイ時間が経過したか否を判定し、経過した場合に、主エンジンの始動完了とみなして、ステップ50へ進む。
ステップ50では、オルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリの電磁クラッチCO2をOFFにする。これにより、補機の駆動を副エンジンから主エンジンに完全に切換える。
【0049】
ステップ51では、副エンジンを停止させて、通常制御へ移行する。尚、エアコンを使用する場合は、エアコン駆動用主エンジン側入力プーリの電磁クラッチCA1をONにする。
このような制御により、走行用の駆動力を必要としない車両停止時に、副エンジンによりエアコン及び/又はオルタネータを駆動して、主エンジンを停止させ、車両走行時は、主エンジンにより補機を駆動して、副エンジンを停止させるのである。
【0050】
尚、上記の実施形態では、車両停止時にエアコン(及びオルタネータ)の駆動を必要としないときに、アイドル時エンジン停止制御を実現するため、主エンジンを停止させているが(図5のステップ3、又は図9の25)、アイドル時エンジン停止制御を行わないのであれば、主エンジンを停止させることなく、その運転を続けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示すブロック図
【図2】 本発明の第1実施形態を示すエンジンシステムの正面図
【図3】 同上の平面図
【図4】 補機駆動軸部分の構成図
【図5】 第1実施形態の車両停止時制御のフローチャート
【図6】 第1実施形態の車両発進時制御のフローチャート
【図7】 本発明の第2実施形態を示すエンジンシステムの正面図
【図8】 同上の平面図
【図9】 第2実施形態の車両停止時制御のフローチャート
【図10】 第2実施形態の車両発進時制御のフローチャート
【図11】 主エンジンの燃費率マップを示す図
【図12】 副エンジンの燃費率マップを示す図
【図13】 主エンジンの燃費率マップを示す図
【符号の説明】
1 主エンジン
2 クランクプーリ
3 ベルト
4 エアコン(エアコンコンプレッサ)
5 ウォータポンプ
6 オルタネータ
7 副エンジン
8 クランクプーリ
9 ベルト
10,10’ 切換装置
11 駆動軸
12 クラッチ板
13 軸受
14 入力プーリ(主エンジン側入力プーリ)
15 電磁コイル
16 爪部材
17 クラッチ板
18 軸受
19 入力プーリ(副エンジン側入力プーリ)
20 電磁コイル
21 爪部材
CA1 エアコン駆動用主エンジン側入力プーリ電磁クラッチ
CA2 エアコン駆動用副エンジン側入力プーリ電磁クラッチ
CO1 オルタネータ駆動用主エンジン側入力プーリ電磁クラッチ
CO2 オルタネータ駆動用副エンジン側入力プーリ電磁クラッチ

Claims (5)

  1. 車両走行用の主エンジンとは別の小型の副エンジンと、
    少なくとも一部の補機の駆動を主エンジンと副エンジンとに切換え可能な切換装置と、
    走行用の駆動力の要否を判定する手段を有し、走行用の駆動力を必要としないときに、主エンジンから副エンジンへ切換えるために、主エンジンにより副エンジンをクランキングした後、副エンジンにより補機を駆動して、主エンジンを停止させ、走行用の駆動力を必要とするときに、副エンジンから主エンジンへ切換えるため、副エンジンにより主エンジンをクランキングした後、主エンジンにより補機を駆動して、副エンジンを停止させるように、主エンジン、副エンジン及び切換装置を制御する制御装置と、
    を含んで構成される車両用補機駆動装置。
  2. 前記切換装置は、補機の駆動軸に、主エンジンにより駆動される入力プーリと副エンジンにより駆動される入力プーリとを並べて設け、駆動軸と各入力プーリとの間にそれぞれ電磁クラッチを介装してなることを特徴とする請求項1記載の車両用補機駆動装置。
  3. 前記補機はエアコンコンプレッサであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車両用補機駆動装置。
  4. 前記補機はエアコンコンプレッサ及びオルタネータであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車両用補機駆動装置。
  5. 前記制御装置における走行用の駆動力の要否を判定する手段は、走行用の駆動力を必要としないときとして、車両停止を、走行用の駆動力を必要とするときとして、車両発進状態を検出することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の車両用補機駆動装置。
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