JP6880807B2 - 過給機付き内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、過給機付き内燃機関の始動制御装置に関する。

従来、発電機およびモータとして選択的に動作する電動発電機を内燃機関に接続し、電動発電機のトルクにより内燃機関を始動するとともに、内燃機関のトルクにより電動発電機で発電を行う内燃機関の始動装置がある。電動発電機にはバッテリが接続されている。電動発電機とバッテリとの間では電気エネルギーの移動が行われる。

また、例えば、特許文献１には、過給機付き内燃機関の始動制御装置が開示されている。
この始動制御装置において、電動発電機はリングギア部材に接続されている。内燃機関はエンジンベルトを介してキャリア部材に接続されている。過給機は、サンギア部材に接続され、かつ、ブレーキを介してハウジングに接続されている。

エンジントルクがキャリア部材からサンギア部材を介して過給機側に供給される。これにより、過給機が駆動する。また、エンジントルクがキャリア部材からリングギア部材を介して電動発電機側に供給される。これにより、電動発電機で発電が行われ、バッテリが回生される。

特表２０１５−５１８５３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された過給機付き内燃機関の始動制御装置は、過給機を最高過給状態にするために、エンジンと電動発電機との両方から過給機にトルクを供給する必要がある。この最高過給状態が長時間連続する場合には、電動発電機が電力不足になるおそれがあるという問題点があった。

本開示の目的は、過給機の最高過給状態を長時間維持することが可能な過給機付き内燃機関の始動制御装置を提供することである。

本開示の過給機付き内燃機関の始動制御装置は、
内燃機関と、
前記内燃機関に接続され、ピニオンギアを軸支するキャリア、電動発電機に動力伝達要素を介して接続され、前記ピニオンギアに噛合する第１ギア、および、ハウジングに対して固定可能に設けられ、前記ピニオンギアに噛合する第２ギアを有する差動歯車機構と、
前記第２ギアに接続される過給機と、
前記第１ギアと前記第２ギアとを断接可能な断続機構と、
を備える。

本開示によれば、過給機の最高過給状態を長時間維持することができる。

本開示の一実施の形態に係る過給機付き内燃機関の始動制御装置の構成を概略的に示す図 始動制御装置における発電及び過給時の動作の一例を示す図 始動制御装置における発電及び過給時の共通速度線図 始動制御装置における発電時の動作の一例を示す図 始動制御装置における発電時の共通速度線図 始動制御装置における始動時の動作の一例を示す図 始動制御装置における始動時の共通速度線図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本実施の形態に係る過給機付き内燃機関１の始動制御装置１００の概略構成図である。この内燃機関１は変速機（図示略）を介して駆動輪（図示略）を駆動させて車両を走行させる。

本始動制御装置１００は、電動発電機２、過給機３、ハウジング８、差動歯車機構１０、動力伝達要素２０、ワンウェイクラッチ３１（本発明の「ブレーキ機構」に対応）、減速機構４０、および、断続機構５０を備えている。

電動発電機２は、電動機および発電機としての機能を有する。電動発電機２は、電力線を介してバッテリ（図示略）と接続される。電動発電機２は、電動機として機能するとき、バッテリの蓄電力により駆動される。電動発電機２が発電機として機能するとき、その発電エネルギーはバッテリに回生される。

過給機３は、内燃機関１のトルクを動力源として、内燃機関１に吸入される吸気を過給する装置である。過給機３は吸気通路（図示略）に設けられたコンプレッサを有する。

ハウジング８は、始動制御装置１００の本体として車両に固定されている。

差動歯車機構１０は、動力伝達要素２０を介して電動発電機２に接続されている。差動歯車機構１０は、キャリア１１、回転軸１２、サンギア（本発明の「第１ギア」に対応）１３、ピニオンギア１４、及び、リングギア（本発明の「第２ギア」に対応）１５を備える遊星歯車装置である。

キャリア１１は、内燃機関１の出力軸（クランク軸）１ａに接続されている。
回転軸１２は、出力軸１ａと同軸上に配置されている。
サンギア１３は、回転軸１２の一端部に接続されている。
ピニオンギア１４は、キャリア１１に軸支されて自転しながら回転軸１２回りを公転するように構成されている。
リングギア１５は内歯歯車である。

動力伝達要素２０は、プーリ２１，２２および無端ベルト２３を備えている。
プーリ２１は、電動発電機２の回転軸２ａに接続されている。
プーリ２２は、回転軸１２の他端部に接続されている。
無端ベルト２３は、プーリ２１およびプーリ２２に巻き掛けられ、内燃機関１の出力軸１ａのトルクを電動発電機２側に伝達し、また、電動発電機２の回転軸２ａのトルクを内燃機関１側に伝達する。

ワンウェイクラッチ３１は、内燃機関１の出力軸１ａの回転方向に合わせて設定されている。ワンウェイクラッチ３１は、内輪および外輪を有し、ハウジング８とリングギア１５との間に配置され、例えば、内輪がリングギア１５に固定され、外輪がハウジング８に固定される。ワンウェイクラッチ３１は、内輪に対して外輪を一方向に回転させた時に空転状態となり、他方向に回転させた時にロック状態となるように構成されている。ワンウェイクラッチ３１は、ロック状態となって、リングギア１５をハウジング８に連結する。これにより、リングギア１５は固定される。

減速機構４０は、リングギア１５と過給機３との間に介在し、内燃機関１のトルクを所定の減速比で過給機３に伝達する。具体的に、減速機構４０は、リングギア１５に対するギア比を低くして、リングギア１５の回転を増速して過給機３に伝達する伝達ギア４１である。ギア比は、最高過給状態における過給機３の回転速度および内燃機関１の回転速度に基づいて設定される。

断続機構５０は、サンギア１３とリングギア１５とを断接可能である。断続機構５０は、過給圧を上げる場合に、サンギア１３とリングギア１５とを分断し、かつ、発電量を増やす場合に、サンギア１３とリングギア１５とを接続する。

次に、始動制御装置１００の動作の一例について図２から図７を参照して説明する。なお、図２、図４および図６に、トルクの伝達経路を破線で示す。また、図３、図５および図７に、サンギア１３の回転速度Ｒｍ、キャリア１１の回転速度Ｒｅ、リングギア１５の回転速度Ｒｒおよび過給機３の回転速度Ｒｓを表す。

図２は始動制御装置１００における発電及び過給時の動作の一例を示す図である。図３は始動制御装置１００における発電時及び過給時の共通速度線図である。

電動発電機２の発電と過給機３の過給とを並行して行う時（発電及び過給時）において、内燃機関１から電動発電機２を加速させる方向へトルクが流れ、かつ、内燃機関１から過給機３を加速させる方向へトルクが流れる場合は、断続機構５０がサンギア１３とリングギア１５とを分断する。これにより、内燃機関１からキャリア１１、リングギア１５、および伝達ギア４１を介して過給機３に流れるトルクの伝達経路Ｒ１が形成される。伝達経路Ｒ１において、リングギア１５の回転は伝達ギア４１で増速されて過給機３に伝達される。

また、内燃機関１からキャリア１１、ピニオンギア１４、サンギア１３を介して電動発電機２に流れるトルクの伝達経路Ｒ２が形成される。これにより、電動発電機２で発電が行われ、バッテリが回生される。電動発電機２の発電領域で過給が行われるため、過給機３の最高過給状態を長時間維持することが可能となる。

図４は始動制御装置１００における発電時の動作の一例を示す図である。図５は始動制御装置１００の発電時の共通速度線図である。

電動発電機２の発電時において、内燃機関１から電動発電機２を加速させる方向へトルクが流れる場合は、図４に示すように、断続機構５０がリングギア１５とサンギア１３とを接続する。これにより、図５に示すように、キャリア１１、サンギア１３およびリングギア１５は一体となり、減速比は１となる。

上記する電動発電機２の発電時において、内燃機関１から電動発電機２へ流れるトルクの伝達経路は、キャリア１１、リングギア１５および断続機構５０を介してサンギア１３へトルクが流れる伝達経路Ｒ３と、キャリア１１およびピニオンギア１４を介してサンギア１３にトルクが流れる伝達経路Ｒ４との二系統になる。つまり、内燃機関１からのトルクは、断続機構５０を介して流れるとともに、断続機構５０を介さずに流れる。これにより、断続機構５０は、電動発電機２の発電時において、内燃機関１からのトルクの一部を受けることになる。

図６は始動制御装置１００における始動時の動作の一例を示す図である。図７は始動制御装置１００における始動時の共通速度線図である。

内燃機関１の始動時において、電動発電機２から内燃機関１を加速させる方向へトルクが流れる場合は、リングギア１５が逆転方向（空転状態になる方向とは反対の方向）にトルクを受けるため、図６に示すように、ワンウェイクラッチ３１はロック状態となる。これにより、図７に示すように、リングギア１５はハウジング８に連結されて、ハウジング８に固定されるため、サンギア１３に入力されたトルクは、キャリア１１へ減速されて伝達される。

＜本実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態に係る過給機付き内燃機関１の始動制御装置１００によれば、内燃機関１のトルクをリングギア１５から減速機構４０を介して過給機３に伝達する。これにより、過給機３を加速させることができる。また、内燃機関１のトルクを電動発電機２に流すことができる。これにより、電動発電機２で発電が行われ、バッテリが回生される。つまり、モータの発電領域で過給が行われるため、過給機３の最高過給状態を長時間維持することができる。

また、内燃機関１のトルクを電動発電機２と過給機３とにそれぞれ流すことができるため、電動発電機２における発電量をコントロールすることにより、過給圧をコントルールすることが可能となる。

また、内燃機関１の始動時に、電動発電機２からのトルクが差動歯車機構１０介して内燃機関１に伝達される。これにより、内燃機関１の始動時に、電動発電機２のトルクを増幅して内燃機関１に伝達することが可能となる。

また、差動歯車機構１０が無端ベルト２３を介して電動発電機２に接続される。これにより、ベルト伝達後に減速しているため、ベルトにかかるトルクが小さく、電動発電機２からの動力伝達に無端ベルト２３を用いた場合であっても、高トルクを内燃機関１に伝達することができる。

また、電動発電機２の発電時において、断続機構５０は、サンギア１３とリングギア１５とを接続して、出力軸１ａのトルクを、キャリア１１、ピニオンギア１４、リングギア１５およびサンギア１３を介して電動発電機２に伝達するとともに、キャリア１１、ピニオンギア１４およびサンギア１３を介して電動発電機２に伝達する。これにより、断続機構５０は内燃機関１からのトルクの一部を受けることになるため、断続機構５０の負荷容量を減少させることができる。ひいては、断続機構５０の小型化および省スペース化を図ることができる。

なお、上記実施の形態においては、ワンウェイクラッチ３１によりハウジング８のハウジング８とリングギア１５とが連結されたが、本発明はこれに限らず、例えば、電動発電機２がリングギア１５に接続され、内燃機関１がキャリア１１に接続され、過給機３がサンギア１３に接続される場合には、ワンウェイクラッチ３１によりハウジング８とサンギア１３が連結されてもよい。

また、上記実施の形態においては、リングギア１５と過給機３とを伝達ギア４１を介して接続したが、本発明はこれに限らず、例えば、サンギア１３と過給機３とを伝達ギア４１を介して接続してもよい。

本開示の過給機付き内燃機関１の始動制御装置１００は、過給機の最高過給状態を長時間維持することが要求される車両用の駆動系として有用である。

１ 内燃機関
１ａ 出力軸
２ 電動発電機
２ａ 回転軸
３ 過給機
８ ハウジング
１０ 差動歯車機構
１１ キャリア
１２ 回転軸
１３ サンギア
１４ ピニオンギア
１５ リングギア
２０ 動力伝達要素
２１ プーリ
２２ プーリ
２３ 無端ベルト
３１ ワンウェイクラッチ
４０ 減速機構
４１ 伝達ギア
５０ 断続機構
１００ 始動制御装置

Claims (6)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関に接続され、ピニオンギアを軸支するキャリア、電動発電機に動力伝達要素を介して接続され、前記ピニオンギアに噛合する第１ギア、および、ハウジングに対して固定可能に設けられ、前記ピニオンギアに噛合する第２ギアを有する差動歯車機構と、
   前記第２ギアに接続される過給機と、
   前記第１ギアと前記第２ギアとを断接可能な断続機構と、
   を備える、
   過給機付き内燃機関の始動制御装置。
2. 前記差動歯車機構は、前記動力伝達要素としての無端ベルトを介して前記電動発電機に接続される、請求項１に記載の過給機付き内燃機関の始動制御装置。
3. 前記差動歯車機構は、前記ピニオンギアとしてのプラネタリギアを有する遊星歯車装置である、請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の始動制御装置。
4. 前記第２ギアは、前記ハウジングとブレーキ機構を介して接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の始動制御装置。
5. 前記ブレーキ機構は、ワンウェイクラッチである、請求項４に記載の過給機付き内燃機関の始動制御装置。
6. 前記第２ギアの回転を増速して前記過給機に伝達する減速機構を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の始動制御装置。
   

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