JP6610484B2 - 動力伝達装置 - Google Patents
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Description
また、スタータは、ピストンをエンジンにおける圧縮行程の位置から排気行程の位置に移動するとき、エンジンを駆動するときに回転する方向とは反対の方向にドライブシャフトを回転する。このピストンの移動を複数のシリンダを有するエンジンにおいて行う場合、複数のシリンダのそれぞれに設けられている複数のピストンのうちの一のピストンの位置は排気行程の位置に移動するものの、他のシリンダでは圧縮行程の位置になる場合がある。このため、ドライブシャフトを当該反対の方向に回転させるためのエネルギの一部は、エンジンの駆動開始に用いられることなくシリンダの気体を圧縮するために消費される。このため、エンジンの駆動を開始するためのエネルギ消費量が比較的大きくなる。
スタータは、動力源(11)が有する動力軸(13)を回転可能である。
動力源側プーリは、動力軸と一体に回転可能である。
連結プーリは、動力源側プーリの径外方向に動力源側プーリに対して相対回転可能に設けられる。
弾性部材は、動力源側プーリと連結プーリとの間に設けられる。弾性部材は、連結プーリが動力源側プーリに対して動力源が力行駆動するときの回転方向である一方の方向に相対回転すると伸長し、連結プーリが他方の方向に回転すると圧縮される。
連結ベルトは、弾性材料から形成され、スタータが有するスタータ軸(211)と連結プーリとを連結しスタータが出力するトルクを連結プーリに伝達可能である。
スタータ制御部は、スタータの駆動を制御可能に設けられる。
本発明の動力伝達装置では、スタータ制御部は、動力源の駆動を開始するとき連結プーリを動力源側プーリに対して一方の方向に回転する前に連結プーリが動力源側プーリに対して他方の方向に回転するようスタータを駆動する。
また、連結プーリが動力源側プーリに対して他方の方向に回転するようスタータを駆動すると、弾性材料から形成されている連結ベルトの一部が伸びる。この伸びた連結ベルトに蓄積された弾性エネルギも、スタータが動力源の駆動を開始するために必要なトルクを動力軸に与えるとき、動力源側プーリの回転に必要なエネルギとして利用することができる。
このように、本発明の動力伝達装置では、スタータの回転エネルギを弾性部材および連結ベルトに弾性エネルギとして蓄積することができる。弾性部材および連結ベルトに蓄積された弾性エネルギは、スタータが動力源の駆動を開始するために必要なトルクを動力軸に与えるとき動力源側プーリの回転に利用できるため、動力源の駆動を開始するために必要なエネルギの消費量を低減することができる。
本発明の第一実施形態による「動力伝達装置」としてのスタータシステム1は、「動力源」としてのエンジン11を有するエンジンシステム7に適用される。
図1にエンジンシステム7を搭載する車両の駆動系の模式図を示す。エンジンシステム7は、エンジン11、トランスミッション12、「動力軸」としてのドライブシャフト13、車輪14、および、スタータシステム1を備えている。
エンジン11が出力するドライブシャフト13の回転運動は、トランスミッション12においてトルク、回転数、回転方向などが変更され車輪14に伝達される。
回転数センサ272は、ドライブシャフト13の回転数を検出可能に設けられている。回転数センサ272は、検出したドライブシャフト13の回転数に応じた信号をエンジンECU27に出力可能である。
水温センサ273は、エンジン11内を流れる冷却水の温度を検出可能に設けられている。水温センサ273は、検出した水温に応じた信号をエンジンECU27に出力可能である。
また、図2において、連結プーリ23がエンジン側プーリ22に対して時計周りに相対回転すると、プーリ相対角度は0度より小さくなり、連結ばね24は伸長される。すなわち、本実施形態では、プーリ相対角度が0度より小さくなると、連結ばね24には縮もうとする弾性エネルギが蓄積される(図3の第3象限)。
本実施形態では、プーリ相対角度と連結ばね24の付勢力とは、図3に示すように、比例の関係を有する。
エンジンECU27は、回転数センサ272が出力する信号に基づいてエンジン11の回転数Neが自力復帰下限回転数Ne1より小さいか否かを判定する。エンジン11の回転数Neが自力復帰下限回転数Ne1より小さいと判定すると、S102に進む。エンジン11の回転数Neが自力復帰下限回転数Ne1以上であると判定すると、S109に進む。
エンジンECU27は、回転数センサ272が出力する信号に基づいてエンジン11の回転数Neが切替回転数Ne2より小さいか否かを判定する。エンジン11の回転数Neが切替回転数Ne2より小さいと判定すると、S103に進む。エンジン11の回転数Neが切替回転数Ne2以上であると判定すると、S108に進む。
エンジン11の回転数Neが切替回転数Ne2より小さいと判定されるときであってもエンジン11のピストンは上下運動を繰り返しており、図5の時刻t2以降に示すように、エンジン11の回転数Neは0となっていない。そこで、エンジンECU27は、図9に示すように、モータシャフト211における正回転を抑制するブレーキ(図9の白抜き矢印F91)がモータシャフト211に作用するようモータジェネレータ21を制御する。この状態でドライブシャフト13の回転(図9の実線矢印F92)が継続すると、モータシャフト211も回転(図9の実線矢印F93)するためモータジェネレータ21で発電が行われる。モータジェネレータ21において発生した電気は、エンジンシステム7が有する図示しないバッテリに蓄電される。
このとき、エンジンECU27は、水温センサ273が検出するエンジン11内を流れる冷却水の温度に基づいてモータジェネレータ21の発電量を変更する。具体的には、エンジン11内を流れる冷却水の温度が高くなるにしたがってモータシャフト211における正回転を抑制するブレーキを弱くし、モータジェネレータ21の発電量を少なくする。
また、モータシャフト211のモータプーリ25が連結している側の一方の端部には正回転の力が作用する一方、他方の端部にはブレーキがかかる。これにより、弾性材料から形成されているモータシャフト211にはねじれが発生する。
最初に、図6に示すS201において、エンジン11の駆動を開始するときに不足することが予想されるトルクの大きさを算出する。
図7に、エンジン11の回転数と、エンジン11を始動するために必要なトルクとの関係を示す。図7には、エンジン11を始動するために必要なトルクを実線L71で示し、モータジェネレータ21が出力可能なトルクを一点鎖線L72で示す。
エンジン11の回転数をある特定の回転数、例えば、図7に示す回転数Ne0とするためには、実線L71上の点P71に対応するトルクTrq1が必要となる。しかしながら、エンジン11の回転数を回転数Ne0とするためにモータジェネレータ21が出力可能なトルクは、一点鎖線L72上の点P72に対応するトルクTrq2であるため、トルク(Trq1−Trq2)が不足することとなる。
図8に、スタータシステム1におけるプーリ相対角度と二つの連結ばね24が出力可能なトルクとの関係を示す。図8には、連結ばね24のプーリ相対角度における連結ばね24が出力可能なトルクを実線L81で示す。図8より、S201において算出されたトルク(Trq1−Trq2)に対応する実線L81上の点P81に対応するプーリ相対角度は、プーリ相対角度Arp0となる。
S112では、エンジンECU27は、このようにして、モータジェネレータ21の逆回転の回転角の大きさを演算し、当該演算した結果に基づいてモータジェネレータ21を逆回転させる。
S112では、S103におけるモータジェネレータ21の発電制御の状態(図9参照)から連結ばね24に伸びようとする弾性エネルギが蓄積されるようモータシャフト211をさらに逆回転させる。具体的には、図10に示すように、プーリ相対角度がプーリ相対角度Arp0となるようモータジェネレータ21を逆回転させる(図10の実線矢印F101)。これにより、連結プーリ23が逆回転(図10の実線矢印F102)するため、プーリ相対角度がプーリ相対角度Arp0となる。なお、図10には、図2における支持部231,232および図9における仮想線RL21を一点鎖線で示している。
このように、スタータシステム1では、モータジェネレータ21の回転エネルギを連結ばね24および連結ベルト26に弾性エネルギとして蓄積することができる。連結ばね24および連結ベルト26に蓄積された弾性エネルギは、モータジェネレータ21がエンジン11の駆動を開始するために必要なトルクをドライブシャフト13に与えるときエンジン側プーリ22の回転に利用できるため、エンジン11の駆動を開始するために必要なエネルギの消費量を低減することができる。
また、スタータシステム1では、S103においてモータジェネレータ21を逆回転させるときに連結ばね24を圧縮することによって弾性エネルギを連結ばね24に蓄積することができる。したがって、S112におけるモータジェネレータ21の逆回転制御に要する時間を短縮することができる。
本発明の第二実施形態による動力伝達装置を図12に基づき説明する。第二実施形態では、連結ばねの特性が第一実施形態と異なる。
図12に示すように、プーリ相対角度が0度以上の場合、連結ばね34は圧縮される。すなわち、プーリ相対角度が0度以上になると、連結ばね34には伸びようとする弾性エネルギが蓄積される。
また、プーリ相対角度が0度より小さい場合、連結ばね34は伸長される。すなわち、プーリ相対角度が0度より小さくなると、連結ばね34には縮もうとする弾性エネルギが蓄積される。
本発明の第三実施形態による動力伝達装置を図13に基づき説明する。第三実施形態では、連結ばねの特性が第一実施形態と異なる。
また、プーリ相対角度がプーリ相対角度Arp3より小さい場合、連結ばね44は伸長される。すなわち、プーリ相対角度がプーリ相対角度Arp3より小さくなると、連結ばね44には縮もうとする弾性エネルギが蓄積される。
本発明の第四実施形態による動力伝達装置を図14に基づき説明する。第四実施形態では、連結ばねの特性が第一実施形態と異なる。
図14に示すように、プーリ相対角度が0度以上の場合、連結ばね54は圧縮される。すなわち、プーリ相対角度が0度以上になると、連結ばね54には伸びようとする弾性エネルギが蓄積される。
また、プーリ相対角度が0度より小さい場合、連結ばね54は伸長される。すなわち、プーリ相対角度が0度より小さくなると、連結ばね54には縮もうとする弾性エネルギが蓄積される。
また、第四実施形態によるスタータシステムでは、プーリ相対角度に対する付勢力の変化量が連続的に変化している。これにより、付勢力の変化を示す特性図において変曲点を有する第二実施形態に比べ付勢力の急激な変化を防止することができる。
本発明の第五実施形態による動力伝達装置を図15に基づき説明する。第五実施形態では、動力伝達装置が設けられる位置が第一実施形態と異なる。
スタータシステム5は、トランスミッション12内のドライブシャフト13に連結可能な位置に設けられている。これにより、第五実施形態によるスタータシステム5は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
本発明の第六実施形態による動力伝達装置を図16に基づき説明する。第六実施形態では、動力伝達装置が設けられる位置が第一実施形態と異なる。
スタータシステム6は、トランスミッション12と車輪14との間のドライブシャフト13に連結可能な位置に設けられている。これにより、第六実施形態によるスタータシステム6は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
上述の実施形態では、「動力伝達装置」は、エンジンを有するエンジンシステムに適用されるとした。しかしながら、動力伝達装置が適用される技術分野はこれに限定されない。回転運動を一方から他方に伝達する技術分野に適用されればよい。
11・・・エンジン(動力源)
13・・・ドライブシャフト(動力軸)
21・・・モータジェネレータ(スタータ)
211・・・モータシャフト(スタータ軸)
22・・・エンジン側プーリ(動力源側プーリ)
23・・・連結プーリ
24,34,44,54・・・連結ばね(弾性部材)
26・・・連結ベルト
27・・・エンジンECU(スタータ制御部)
Claims (13)
- 動力源(11)が有する動力軸(13)を回転可能なスタータ(21)と、
前記動力軸と一体に回転可能な動力源側プーリ(22)と、
前記動力源側プーリの径外方向に前記動力源側プーリに対して相対回転可能に設けられる連結プーリ(23)と、
前記動力源側プーリと前記連結プーリとの間に設けられ、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して前記動力源が力行駆動するときの回転方向である一方の方向に相対回転すると伸長し、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転すると圧縮される弾性部材(24,34,44,54)と、
弾性材料から形成され、前記スタータが有するスタータ軸(211)と前記連結プーリとを連結し前記スタータが出力するトルクを前記連結プーリに伝達可能な連結ベルト(26)と、
前記スタータの駆動を制御可能に設けられ、前記動力源の駆動を開始するとき前記連結プーリを前記動力源側プーリに対して一方の方向に回転する前に前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するよう前記スタータを駆動するスタータ制御部(27)と、
を備える動力伝達装置。 - 前記スタータ軸は、弾性材料から形成され、
前記動力源の駆動を開始するとき前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するとねじれることが可能な請求項1に記載の動力伝達装置。 - 前記動力源は,内燃機関であって、
前記スタータ制御部は、前記内燃機関の駆動を開始する前に前記内燃機関における圧縮行程に対応する位置にある前記内燃機関のピストンを前記内燃機関における排気行程に対応する位置に移動する請求項1または2に記載の動力伝達装置。 - 前記弾性部材は、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するときの自然長からの圧縮の度合いに対する当該弾性部材の付勢力の変化が、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して一方の方向に回転するときの自然長からの伸長の度合いに対する当該弾性部材の付勢力の変化に比べ小さい請求項1〜3のいずれか一項に記載の動力伝達装置。
- 前記動力源側プーリに対する前記連結プーリの回転角度をプーリ相対角度とし、
前記プーリ相対角度に対する前記弾性部材の付勢力の変化割合が相対的に大きい第1領域と、相対的に小さい第2領域とがあり、
前記動力源の駆動を開始するときに前記動力源のトルクが変動する変動領域(Atq3)は、前記第1領域に含まれる請求項1〜3のいずれか一項に記載の動力伝達装置。
- 前記スタータ制御部は、前記動力源が駆動しているとき前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するよう前記スタータを駆動する請求項1〜5のいずれか一項に記載の動力伝達装置。
- 前記スタータは、外部からトルクが入力されると発電可能である請求項6に記載の動力伝達装置。
- 前記スタータ制御部は、前記スタータで発電するとき、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するよう前記スタータを駆動する請求項7の記載の動力伝達装置。
- 前記動力源の温度を検出可能に設けられ、検出した温度に応じた信号を前記スタータ制御部に出力可能な温度検出部(273)をさらに備え、
前記スタータ制御部は、前記温度検出部が出力する信号に基づいて前記動力源の温度が高くなるにしたがって前記スタータの発電量を少なくする請求項7または8に記載の動力伝達装置。 - 前記動力源の回転数を検出可能に設けられ、検出した回転数に応じた信号を前記スタータ制御部に出力可能な回転数検出部(272)をさらに備え、
前記スタータ制御部は、前記回転数検出部が出力する信号に基づいて前記動力源の回転数が前記スタータのみによって前記動力源の駆動を開始することが不可能な回転数である閾値(Ne2)であると判定すると、前記連結プーリが前記動力源側プーリに対して他方の方向に回転するよう前記スタータを駆動する請求項1〜9のいずれか一項に記載の動力伝達装置。 - 前記スタータ制御部は、前記回転数検出部が出力する信号に基づいて前記動力源側プーリに対する前記連結プーリの回転角度を変更可能な請求項10に記載の動力伝達装置。
- 前記動力源は,内燃機関であって、
前記内燃機関が吸入する吸気量を検出可能に設けられ、検出した吸気量に応じた信号を前記スタータ制御部に出力可能な吸気量検出部(271)をさらに備え、
前記閾値(Ne)は、前記内燃機関の吸入量が大きくなるにしたがって大きくなる請求項10または11に記載の動力伝達装置。 - 前記閾値は、前記内燃機関の共振回転数以上に設定される請求項12に記載の動力伝達装置。
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