JP4399706B2 - アイドルストップ車用補機駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動機能、発電機能およびエンジン停止時にエアコン機能を実現するアイドルストップ車用補機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、車両エンジンルームの小型化が要望されるなどの理由により、エンジンルーム内に設けられる車両用補機駆動装置の必要スペースの低減が強く要望されている。なお、本明細書で言う車両用補機駆動装置とは、エンジン始動機能、発電機能およびエアコン機能を実現する装置を指定するものとする。そのうえ、近年、アイドル時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ車が増加しているが、このアイドルストップ車では、通常の車両用補機駆動装置がスタータ、オルタネータおよびエンジン駆動のエアコン用コンプレッサを装備するに加えて、このエアコン用コンプレッサを電動駆動できることが期待されている。このため、アイドルストップ車用の車両用補機駆動装置の必要スペースは、上記した低減要望に反して通常車よりも増大してしまうという問題点を有している。このため、たとえば、以下に示す車両用補機駆動装置技術が公知となっている。
【０００３】
特許文献１は、エアコン用コンプレッサ軸とモータ軸とを直結し、更にモータ軸を電磁クラッチ付きプーリ、ベルトを介してクランクプーリに結合した車両用補機駆動装置（以下、ハイブリッドコンプレッサとも呼ぶ）を提案している。この装置では、アイドル時にエンジンが停止した場合に電磁クラッチを切り離してモータによりエアコン用コンプレッサを電動駆動して空調を維持する。したがって、このハイブリッドコンプレッサを用いたアイドルストップ車用補機駆動装置は、通常車同様、スタータ、オルタネータおよびハイブリッドコンプレッサの３台で構成される。
【０００４】
しかしながら、この装置では、ハイブリッドコンプレッサが電磁クラッチとコンプレッサ駆動モータとをもつため、通常車の車両用補機駆動装置よりも更に必要スペースおよび重量が増大し、また、制御回路を含めて部品点数が相当に増大してしまうという欠点を有する。
【０００５】
特許文献２は、特許文献１のハイブリッドコンプレッサをエンジン始動のためのスタータとして兼用することを提案している。これにより、スタータを省略できるので、特許文献１の装置よりも車両用補機駆動装置の必要スペース、重量および部品点数を減少させることができる。
【０００６】
しかしながら、このスタータ兼用ハイブリッドコンプレッサでは、エンジン始動トルクを得るためにクランクプーリの径に対してモータプーリの径を非常に小さく設定する必要があり、その結果、エンジンによるコンプレッサ駆動に際して、コンプレッサ回転数（＝モータ回転数）が非常に高くなってコンプレッサの許容最大回転数を超過してしまうという問題点があり、実現困難であった。更に、この特許文献２の装置においても、大型化したハイブリッドコンプレッサとオルタネータが必要となるために、このアイドルストップ車用補機駆動装置は、コンプレッサとスタータとオルタネータとからなる通常車の車両用補機駆動装置に比べてそれほど必要スペースを低減することができなかった。
【０００７】
特許文献３は、スタータ、オルタネータ、コンプレッサ駆動モータとして作動する１台のモータジェネレータ（電動発電機、ＭＧ）に設けられたプーリ（ＭＧプーリ）と、クランクシャフトに装備されたワンウェイクラッチ付きプーリと、エアコン用コンプレッサに設けられたプーリ（コンプレッサプーリ）とをベルト結合する装置を提案している。
【０００８】
この装置によれば、回転電機必要数の低減を図ることができるが、エアコン用コンプレッサとＭＧとを別置する必要があるため、コンプレッサとスタータとオルタネータとからなる通常車の車両用補機駆動装置に比べてそれほど必要スペースを低減することができなかった。また、ＭＧをスタータ動作させる場合のトルクを稼ぐためにその減速比を大きくせざるを得ない結果として、オルタネータ駆動に際して、ＭＧの回転数がその許容回転数を超過してしまうという問題が生じた。
【０００９】
本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素で省スペース性に優れたアイドルストップ車用補機駆動装置を提供することをその目的としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００-２２９５１６
【特許文献２】
特開２００２-２０５５３８
【特許文献３】
US５８９６７５０
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、アイドルストップを行うエンジンに連結されてエンジン停止時のエアコン動作時に解放されるクラッチ機構と、それぞれの軸が連結された電動発電機およびエアコン用コンプレッサを有する電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサとともにハウジングに収容されてエンジン駆動用のプーリの回転軸と前記電動コンプレッサの回転軸とを連結する変速機構とを備え、
前記変速機構は、前記クラッチ機構の回転軸の回転数Ｎｅに対する前記電動コンプレッサの回転数Ｎｃの比率を変速比（＝Ｎｃ／Ｎｅ）と定義する場合に、前記電動発電機により前記エンジンを駆動する場合の前記変速比であるエンジン始動時変速比を、前記エンジンにより前記電動コンプレッサを駆動する場合の前記変速比であるエンジン回転時変速比よりも大きく設定する変速比変更機構を有し、
前記クラッチ機構は、前記電動コンプレッサが前記エンジンとトルク授受するべく第１方向に回転する場合に継合し、前記電動コンプレッサが前記第１方向と逆方向に回転する場合に解放される第３のワンウェイクラッチからなり、
前記電動コンプレッサは、前記エンジンの停止時に前記電動発電機により前記エアコン用コンプレッサを駆動する場合に前記第１方向と逆方向に駆動されることを特徴としている。
【００２０】
この発明のアイドルストップ車用補機駆動装置は、他の発明で用いた継合−解放制御可能なクラッチ機構の代わりに簡単なワンウェイクラッチを採用し、かつ、エンジン停止時に電動コンプレッサを駆動する場合に、電動コンプレッサをエンジン回転時と逆方向に駆動する点をその特徴としている。このようにすれば、電磁クラッチのようなクラッチ機構を解放制御しなくても、エンジン停止時にエアコンを駆動するに際して電動コンプレッサを逆回転することにより第３のワンウェイクラッチが電動コンプレッサからエンジンへのトルク伝達を遮断するために装置構成および信頼性を向上することができ、小型軽量化と省スペース化を実現することができる。
【００２１】
請求項２記載の態様は、請求項１記載のアイドルストップ車用補機駆動装置において更に、前記変速機構が、遊星ギヤ機構と、前記遊星ギヤ機構のキャリヤと前記プーリの回転軸との間に配置される第１のワンウェイクラッチと、前記遊星ギヤ機構のサンギヤと前記プーリの回転軸との間に配置される第２のワンウェイクラッチとを有し、前記第１のワンウェイクラッチが、エンジン始動時に継合され、かつ、前記エンジンによる前記電動コンプレッサ駆動時に解放され、前記第２のワンウェイクラッチは、エンジン始動時に解放され、かつ、前記エンジンによる前記電動コンプレッサ駆動時に継合されることを特徴とする。このようにすれば、変速比変更機構を簡素な構成にて実現することができる。
【００２２】
請求項３記載の構成は請求項２記載のアイドルストップ車用補機駆動装置において更に、前記第３のワンウェイクラッチは、前記遊星ギヤ機構のリングギヤとハウジングとの間に配置されることを特徴とする。このようにすれば、第３のワンウェイクラッチを簡素な構成で実現することができる。なお、電動コンプレッサの逆回転時に、上記第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチがともに解放される場合には、リングギヤとハウジングとの間に上記第３のワンウェイクラッチを設ける必要がなく、これら第１、第２のワンウェイクラッチが本発明で言う第３のワンウェイクラッチを兼用することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のアイドルストップ車用補機駆動装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２４】
【実施例１】
実施例１を図１を参照して具体的に説明する。
【００２５】
（構造説明）
１は、本発明の補機駆動装置であって、アイドリング時に停止される図略のエンジンからクランクプーリ（図略）、ベルト（図略）を順次介して動力が伝達される。
【００２６】
２は、補機駆動装置１を制御する制御装置であって、図略のバッテリから給電される直流電力を補機駆動装置１に給電し、車両用補機駆動装置の発電電力を整流して上記バッテリに送電する回路を内蔵している。また、制御装置２は、内燃機関制御装置（図略）やエアコン制御装置（図略）などからの情報に基づいて補機駆動装置１の作動モードをスタータモード、オルタネータモード、電動コンプレッサモードおよび内燃機関駆動コンプレッサモードのいずれかに設定し、この設定されたモードに基づいて補機駆動装置１を制御する。制御装置２は、通常のマイコン方式の制御装置であるが、マイコン制御装置の構成自体は一般的なものであるので、その詳細説明は省略する。また、制御装置２の上記作動モードの選択動作もこの発明の要旨ではないので、詳細説明は省略する。
【００２７】
補機駆動装置１の構造について以下に詳述する。
【００２８】
補機駆動装置１は、電磁クラッチ３と、電動コンプレッサ４と、電磁クラッチ（クラッチ機構）３および電動コンプレッサ４との間に配置される遊星ギヤ機構（変速機構）５とからなる。
【００２９】
電磁クラッチ３は、プーリ６０の径方向内側に収容されていわゆるプーリ内蔵型電磁クラッチ（電磁クラッチ付きプーリ）を構成し、プーリ６０は不図示のベルトを通じてエンジンのクランクプーリにトルク授受可能に連結されている。電磁クラッチ３のコイル３ｃおよびヨーク３ｙは後述するフロントブラケット１１ａの前部に固定されている。プーリ内蔵型電磁クラッチ自体は周知であるので、その詳細説明は省略する。
【００３０】
電動コンプレッサ４は、モータ部（電動発電機）６と、モータ部６の前部に配置されるコンプレッサ部（エアコン用コンプレッサ）７とからなり、モータ部６およびコンプレッサ部７は共通の回転軸８を有し、回転軸８は、センターハウジング１０を通じて互いに一体化されたリアハウジング９とフロントハウジング１１とに回転自在に支承されている。モータ部６は三相同期機、コンプレッサ部７はたとえばウオッブル式などの可変容量型斜板式圧縮機であって、これら三相同期機や可変容量型斜板式圧縮機は周知であるので、その詳細な説明は省略する。もちろん、モータ部６やコンプレッサ部７として他の公知形式を採用してもよい。回転軸８はフロントハウジング１１から前方に突出している。
【００３１】
遊星ギヤ機構５は、フロントハウジング１１と、フロントハウジング１１の前端面に締結されるフロントブラケット１１ａとの間に収容されている。遊星ギヤ機構５は、フロントハウジング１１から突出する回転軸８の部分に嵌着、固定されたサンギヤ１２と、このサンギヤ１２に噛合する遊星ギヤ１３と、遊星ギヤ１３と噛合するリングギヤ１４とを有している。遊星ギヤ１３はピン１５に回転自在に支持され、ピン１５はキャリヤ１６に固定されている。キャリヤ１６は、電磁クラッチ３の回転軸１７の後端部が嵌入する穴部を有し、この穴部の内周面と回転軸１７の外周面との間に第１のワンウェイクラッチ１８が設けられている。また、回転軸１７の後端面は、回転軸８の前端部が嵌入する穴部を有し、この穴部の内周面と回転軸８の外周面との間に第２のワンウェイクラッチ１９が設けられている。回転軸１７は、フロントブラケット１１ａに回転自在に支承されている。ワンウェイクラッチ１８，１９を除く遊星ギヤ機構５の構造自体は周知であるので、その詳細な説明は省略する。また、ワンウェイクラッチ１８，１９は、本発明で言う変速比変更機構を構成するが、ワンウェイクラッチ１８，１９の構造も周知であるので、その詳細な説明は省略する。なお、この実施例の遊星ギヤ機構５では、リングギヤ１４はフロントハウジング１１に固定されている。
【００３２】
（動作説明）
このアイドルストップ車用補機駆動装置の動作を図２に示す動作モード図を参照して以下に説明する。
【００３３】
（始動モード）
たとえばアイドルストップから車両発進させるべくエンジン始動を行うために、始動（スタータ）モードが実施される。
【００３４】
この始動モードでは、電磁クラッチ３をオンし、モータ部６を駆動する。モータ部６の回転方向は当然、エンジンを正常に回転させる方向である。この時、コンプレッサ部７の負荷トルクを最小とするべく冷媒流量を最小化することが好ましいが、これはこの実施例の要旨ではないので説明を省略する。
【００３５】
モータ部６の回転により、サンギヤ１２が回転し、それに合わせて遊星ギヤ１３が自転しつつ公転し、遊星ギヤ１３の公転に応じてキャリヤ１６が所定方向に回転する。キャリヤ１６のこの回転は、継合状態の第１のワンウェイクラッチ１８を通じて、電磁クラッチ３の回転軸１７に伝達され、電磁クラッチ３が継合しているため、トルクはプーリ６からエンジンへ伝達される。この時、回転軸８の回転数は回転軸１７の回転数よりも大きいために第２のワンウェイクラッチ１９は解放状態となり、第２のワンウェイクラッチ１９を通じてのサンギヤ１２と回転軸１７との間のトルク授受は阻止される。
【００３６】
（電動エアコンモード）
エンジン停止時にエアコン運転する場合には、次に説明する電動エアコンモードが実施される。
【００３７】
この電動エアコンモードでは、電磁クラッチ３をオフし、モータ部６を駆動する。モータ部６の回転方向は始動モードと同じくエンジンを正常に回転させる方向である。
【００３８】
モータ部６の回転により、コンプレッサ部７は冷媒ガスの圧縮動作を行う。コンプレッサ部７の動作自体は説明を省略する。サンギヤ１２が回転し、それに合わせて遊星ギヤ１３が自転しつつ公転し、遊星ギヤ１３の公転に応じてキャリヤ１６が所定方向に回転する。キャリヤ１６のこの回転は、継合状態の第１のワンウェイクラッチ１８を通じて、電磁クラッチ３の回転軸１７に伝達されるが、電磁クラッチ３が解放されているため、トルクはプーリ６からエンジンへ伝達されない。結局、モータ部６はコンプレッサ部７のみを駆動してエアコン動作を実施することができる。
【００３９】
（発電・エアコンモード）
エンジンの回転の安定後、発電動作又はエアコン動作を行う発電・エアコンモードが実施される。
【００４０】
この発電・エアコンモードでは、電磁クラッチ３をオンし、モータ部６は発電動作とされる。同期機であるモータ部６を発電動作とするには、モータ部６を駆動する制御装置２内蔵のインバータを発電整流動作させればよい。このような発電整流動作自体はこの発明の要旨ではないので説明は省略する。
【００４１】
更に説明すると、エンジン回転数が所定しきい値を超えて高回転数となることにより回転軸１７の回転数が増大すると、回転軸１７と回転軸８との間の第２のワンウェイクラッチ１９が継合状態となり、回転軸１７から回転軸８へトルクが伝達される。この時、回転軸１７は輪板１６よりも高回転となるために両者の間の第１のワンウェイクラッチ１８は解放状態となり、回転軸１７からキャリヤ１６へのトルク伝達は阻止される。
【００４２】
（実施例効果）
すなわち、エンジン始動時には、回転軸８が回転軸１７より高回転であるために第２のワンウェイクラッチ１９は解放状態となる。このため、回転軸１７の回転数が低いために、モータ部６のトルクは回転軸８、サンギヤ１２、遊星ギヤ１３、キャリヤ１６、第１のワンウェイクラッチ１８、回転軸１７、電磁クラッチ３を通じてプーリ６に伝達される。
【００４３】
その後、エンジン回転数が十分に増大すれば、回転軸１７が回転軸８の回転数に達するために第２のワンウェイクラッチ１９が継合状態となり、回転軸１７の回転数は輪板１６の回転数（遊星ギヤ１３の公転回転数）より大きくなるので、第１のワンウェイクラッチ１８は解放状態となる。このため、プーリ６のトルクは、電磁クラッチ３、回転軸１７、サンギヤ１２、回転軸８を通じてコンプレッサ部７およびモータ部６に伝達され、エアコン動作や発電動作が行われる。これにより、大きなエンジン始動トルクを確保しつつ、コンプレッサ部７やモータ部６の回転数過昇を防止することができる。また、電磁クラッチ３の解放によりアイドルストップ時の電動エアコン動作を実現することができる。
【００４４】
【実施例２】
図３を参照して実施例２を具体的に説明する。図３は、図１において、電磁クラッチ３すなわちプーリ内蔵型電磁クラッチを省略した図面である。
【００４５】
（構造説明）
この実施例の補機駆動装置１は、図１に示す補機駆動装置１において、電磁クラッチ３を単なるプーリ（図示省略）に変更し、かつ、遊星ギヤ機構５のリングギヤ１４を第３のワンウェイクラッチ２０を通じてフロントハウジング１１の内周面に固定されている。
【００４６】
（動作説明）
第３のワンウェイクラッチ２０は、電動コンプレッサ４の正方向回転時すなわち、エンジン始動回転時又はエンジン始動後の発電、エアコン動作時の回転方向において、継合し、リングギヤ１４の遊動回転を阻止する。これにより、エンジン始動、発電、エンジンによるエアコン駆動は実施例１と同様に行われる。
【００４７】
次に、エンジン停止時のモータ部６によるコンプレッサ部７の駆動動作を説明する。コンプレッサ部７はその回転方向にかかわらず正常に冷媒ガスの圧縮を行う可変容量形式のものが採用されており、モータ部６は逆方向に回転され、コンプレッサ部７も逆方向に回転する。これはサンギヤ１２の逆方向の回転をもたらすので、リングギヤ１４は通常と逆の方向に回転しようとするが、これにより第３のワンウェイクラッチ２０は解放されるため、リングギヤ１４は自由回転し、不図示のプーリの回転軸にはトルクは伝達されない。
【００４８】
（変形態様）
上記実施例では、第３のワンウェイクラッチ２０がリングギヤ１４とフロントハウジング１１との間に配置されたが、第３のワンウェイクラッチ２０は、逆回転時に不図示のプーリにトルクが伝達されない位置であればどこに配置してもよい。
【００４９】
（変形態様）
上記実施例では、第３のワンウェイクラッチ２０がリングギヤ１４とフロントハウジング１１との間に配置されたが、回転軸８およびサンギヤ１２の逆回転時に、第１のワンウェイクラッチ１８と第２のワンウェイクラッチ１９とが解放される場合には、第３のワンウェイクラッチ２０を省略し、第１のワンウェイクラッチ１８と第２のワンウェイクラッチ１９とが本発明で言う第３のワンウェイクラッチと兼用することができるため、一層の構造簡素化を実現することができる。
【００５０】
（変形態様）
上記実施例では、第１のワンウェイクラッチ１８と第２のワンウェイクラッチ１９とを不図示のプーリの回転軸とサンギヤ１２および遊星ギヤ１３との間に個別に配置したが、同様の機能を奏するのであれば、遊星ギヤ機構５の他の部位に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す軸方向断面図である。
【図２】図１の装置の動作モード図である。
【図３】本発明の実施例２を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１ 補機駆動装置
２ 制御装置
３ 電磁クラッチ（クラッチ機構）
４ 電動コンプレッサ
５ 遊星ギヤ機構
６ モータ部（電動発電機）
７ コンプレッサ部（エアコン用コンプレッサ）
８ 電動コンプレッサの回転軸
９ リアハウジング
１０ センターハウジング
１１ フロントハウジング
１１ａ フロントブラケット
１２ サンギヤ
１３ 遊星ギヤ
１４ リングギヤ
１５ ピン
１６ キャリヤ
１７ 電磁クラッチの回転軸
１８ 第１のワンウェイクラッチ
１９ 第２のワンウェイクラッチ
２０ 第３のワンウェイクラッチ

Claims (4)

1. アイドルストップを行うエンジンに連結されてエンジン停止時のエアコン動作時に解放されるクラッチ機構と、
   それぞれの軸が連結された電動発電機およびエアコン用コンプレッサを有する電動コンプレッサと、
   前記電動コンプレッサとともにハウジングに収容されてエンジン駆動用のプーリの回転軸と前記電動コンプレッサの回転軸とを連結する変速機構と、
   を備え、
   前記変速機構は、
   前記クラッチ機構の回転軸の回転数Ｎｅに対する前記電動コンプレッサの回転数Ｎｃの比率を変速比（＝Ｎｃ／Ｎｅ）と定義する場合に、
   前記電動発電機により前記エンジンを駆動する場合の前記変速比であるエンジン始動時変速比を、前記エンジンにより前記電動コンプレッサを駆動する場合の前記変速比であるエンジン回転時変速比よりも大きく設定する変速比変更機構を有し、
   前記クラッチ機構は、
   前記電動コンプレッサが前記エンジンとトルク授受するべく第１方向に回転する場合に継合し、前記電動コンプレッサが前記第１方向と逆方向に回転する場合に解放される第３のワンウェイクラッチからなり、
   前記電動コンプレッサは、
   前記エンジンの停止時に前記電動発電機により前記エアコン用コンプレッサを駆動する場合に前記第１方向と逆方向に駆動されることを特徴とするアイドルストップ車用補機駆動装置。
2. 請求項１記載のアイドルストップ車用補機駆動装置において、
   前記変速機構は、
   遊星ギヤ機構と、
   前記遊星ギヤ機構のキャリヤと前記プーリの回転軸との間に配置される第１のワンウェイクラッチと、前記遊星ギヤ機構のサンギヤと前記プーリの回転軸との間に配置される第２のワンウェイクラッチと、
   を有し、
   前記第１のワンウェイクラッチは、エンジン始動時に継合され、かつ、前記エンジンによる前記電動コンプレッサ駆動時に解放され、
   前記第２のワンウェイクラッチは、エンジン始動時に解放され、かつ、前記エンジンによる前記電動コンプレッサ駆動時に継合されることを特徴とするアイドルストップ車用補機駆動装置。
3. 請求項２記載のアイドルストップ車用補機駆動装置において、
   前記第３のワンウェイクラッチは、前記遊星ギヤ機構のリングギヤとハウジングとの間に配置されることを特徴とするアイドルストップ車用補機駆動装置。
4. 請求項１記載のアイドルストップ車用補機駆動装置において、
   コンプレッサは、可変容量圧縮機からなることを特徴とするアイドルストップ車用補機駆動装置。

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