(57)【要約】【課題】エンジンにおいて、重量の過度な増大を招くことなく、かつ、高速運転の実現を有効に可能としつつ、少ない気筒数である場合でも、往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することである。【解決手段】エンジン４０は、互いに同軸上に対向して配置された２個のシリンダ部５８と、各シリンダ部５８の内側に配置され、２本の連結ロッド３４に連結された２個のピストン３６と、各連結ロッド３４の端部に連結され、互いに離れて配置された２本のクランク軸３２と、連結歯車６０とを備える。連結歯車６０は、各クランク軸３２に固定されたクランク軸歯車６４と噛合し、車輪に連結された動力伝達軸５０，５２に動力を伝達するために使用する。各クランク軸３２は同方向に回転し、連結歯車６０は各クランク軸３２と逆方向に回転する。【選択図】図１
2010275993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同軸上に対向して配置された少なくとも２個のシリンダ部と、
各シリンダ部の内側に配置され、２本の連結ロッドに連結された少なくとも２個のピストンと、
各連結ロッドの端部に連結され、互いに離れるように配置された２本のクランク軸と、
各クランク軸に固定されたクランク軸歯車と噛合し、車輪に連結された駆動軸にクランク軸からの動力を伝達するための連結歯車と、を備え、
各クランク軸は同方向に回転し、連結歯車は各クランク軸と逆方向に回転することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンにおいて、
それぞれ２本のクランク軸のいずれか１に固定された歯車と直接または別の歯車を介して噛合する吸気用タイミング歯車及び排気用タイミング歯車と、
各タイミング歯車にそれぞれ固定された吸気用カム軸及び排気用カム軸と、
それぞれ各クランク軸を収容するクランクケースに対し揺動変位可能に、かつ、各カム軸に２個ずつ対向するように支持され、各カム軸の回転によりその先端が揺動変位するカム軸側ロッカーアームと、
各シリンダ部に燃料と空気との混合気を給排するための吸気弁及び排気弁と、
吸気弁及び排気弁にそれぞれ連結された弁側ロッカーアームと、
各弁側ロッカーアームと、各カム軸側ロッカーアームとの間に連結され、カム軸側ロッカーアームの揺動変位によりカム軸側ロッカーアーム側に引かれることにより、吸気弁または排気弁を開弁するプルロッドとを備えることを特徴とするエンジン。
【請求項３】
エンジンと、モータとを備え、
エンジン及びモータのうち、少なくとも一方を主駆動源として走行駆動するハイブリッド車両用エンジンシステムであって、
エンジンは、
互いに同軸上に対向して配置された少なくとも２個のシリンダ部と、
各シリンダ部の内側に配置され、２本の連結ロッドに連結された少なくとも２個のピストンと、
各連結ロッドの端部に連結され、互いに離れるように配置された２本のクランク軸と、
各クランク軸に固定されたクランク軸歯車と噛合し、車輪に連結された駆動軸に直接または他の歯車機構または変速機構を介して連結され、駆動軸にクランク軸からの動力を伝達するための連結歯車と、を備え、
各クランク軸は同方向に回転し、連結歯車は各クランク軸と逆方向に回転することを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
上方から見た場合に２本のクランク軸の間に配置され、発電機に連結されるサンギヤと、複数のプラネタリギヤと、複数のプラネタリギヤに連結されたキャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車機構と、
リングギヤとモータとの間に連結された連結軸と、
連結軸に固定された出力歯車と、
駆動軸に直接または別の歯車機構を介して連結され、出力歯車と噛合する駆動歯車と、を備え、
キャリアは、直接または他の部材を介して連結歯車に同軸上に連結されており、
連結歯車は、各クランク軸歯車の間に互いに噛合するように連結されていることを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
キャリアと連結歯車との間に設けられた弾力付与手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
モータと連結軸との間に設けられたモータ側遊星歯車式減速機構と、
発電機とサンギヤとの間に設けられた発電機側遊星歯車式減速機構と、を備え、
モータの回転軸と、発電機の回転軸と、遊星歯車機構の中心軸とを同軸上に配置したことを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項７】
請求項３に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
モータは、
ステータと、
ステータの径方向内側に配置され、ステータに対し相対回転可能な内側ロータと、
ステータと内側ロータとの間に相対回転可能に配置される外側ロータとを含み、
内側ロータは、連結歯車と同軸上に連結されたロータ側回転部材に対し同軸上に固定された複合ロータ式モータであり、
さらに、
駆動軸と外側ロータとの間の動力伝達経路に設けられた変速機構を備えることを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
ロータ側回転部材と連結歯車との間に設けられた弾力付与手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【請求項９】
請求項３から請求項８のいずれか１に記載のハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、
それぞれ２本のクランク軸のいずれか１に固定された歯車と直接または別の歯車を介して噛合する吸気用タイミング歯車及び排気用タイミング歯車と、
各タイミング歯車にそれぞれ固定された吸気用カム軸及び排気用カム軸と、
それぞれ各クランク軸を収容するクランクケースに対し揺動変位可能に、かつ、各カム軸に２個ずつ対向するように支持され、各カム軸の回転によりその先端が揺動変位するカム軸側ロッカーアームと、
各シリンダ部に燃料と空気との混合気を給排するための吸気弁及び排気弁と、
吸気弁及び排気弁にそれぞれ連結された弁側ロッカーアームと、
各弁側ロッカーアームと、各カム軸側ロッカーアームとの間に連結され、カム軸側ロッカーアームの揺動変位によりカム軸側ロッカーアーム側に引かれることにより、吸気弁または排気弁を開弁するプルロッドとを備えることを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２個のシリンダ部と、少なくとも２個のピストンと、２本のクランク軸とを備えるエンジンと、エンジン及びモータの、少なくとも一方を主駆動源として走行駆動するハイブリッド車両用エンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエンジンとモータとを備え、エンジンとモータとの少なくとも一方を主駆動源として走行駆動するハイブリッド車両が考えられ、一部で実用化されている。このようなハイブリッド車両に使用するエンジンシステムとして、例えば、図１２の構造が知られている。図１２は、従来から考えられているハイブリッド車両用エンジンシステムの１例の略図である。エンジンシステムは、エンジン１０のクランクシャフトの端部に設けられた出力軸１２とモータ（MG１）１４の回転軸とを同軸上に配置し、出力軸１２とモータ１４の回転軸との間に遊星歯車機構により構成する動力分割機構１６を設けている。動力分割機構１６は、モータ１４の回転軸に減速機構１８を介して連結したリングギヤ２０と、リングギヤ２０の内側に噛合する複数のプラネタリギヤ２２と、複数のプラネタリギヤ２２と噛合するサンギヤ２４とを備える。サンギヤ２４は、発電機（MG２）２６と連結している。この場合、発電機２６の筒状の回転軸の内側に同軸上にエンジン１０の出力軸１２を挿入している。出力軸１２の先端部には、ダンパ２８を介して、複数のプラネタリギヤ２２を支持するキャリア３０を連結している。また、リングギヤ２０は、図示しない減速機構等を介して図示しない車輪に連結した駆動軸と連結している。モータ１４は、車両の減速時に回転軸の回転により発電する発電機としての機能も有する。発電機２６は、エンジン１０の始動時に電力が供給されることにより駆動し、動力分割機構１６を介してエンジン１０を始動させるモータとしての機能も有する。
【０００３】
また、特許文献１には、自動二輪車用として、クランクケースをクランク軸と直交する左右分割面に沿って左、右ケースに分割可能とした並列２気筒エンジンのバランサ装置において、バランサシリンダを気筒軸と反対側に延びるように、かつ左右ケースの両方にまたがるように配置するとともに、該左右ケースのいずれかに固定し、該バランサシリンダ内にバランサピストンを摺動自在に挿入し、該バランサピストンをバランサコンロッドによりクランク軸のバランサピンに連結したバランサ装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、クランクケースに併設する同一回転半径のクランクピンを持つ２本のクランク軸を、回転同期手段により同期回転させるとともに、クランク軸に対し反対側に配設され、かつ、直交する共通の対向シリンダ内をそれぞれ反対に往復動するピストンとクランクピンとに両端を軸着するコネクティングロッドを介して、ピストンがそれぞれ別のクランク軸に連動するように構成する対向シリンダ型機関が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、クランクケースに一定の間隔を置いて平行する状態に軸支され、それぞれにフライホイルが取り付けられた２本のクランク軸と、２本のクランク軸を１対１の回転比率で互いに逆方向に連動回転させるクランク軸連動機構と、各クランク軸に一組ずつ取り付けられたコネクティングロッド及びピストンとを具備する無振動クランク装置が記載されている。無振動クランク装置では、各組のピストンは、２本のクランク軸のクランク軸中心を結ぶクランク軸直交線の延長線上に配置したシリンダ内に摺嵌されて、同一線上を往復動するように各クランク軸のクランクピンに連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１９３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４１０８２号公報
【特許文献３】特公平３−５７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の図１２に示したハイブリッド車両用エンジンシステムの場合、従来から、直列４気筒やＶ型６気筒のエンジン等の多気筒エンジンを組み込んで構成することが考えられている。この場合、図１２に示したエンジンシステムに、軽量車両用として小型で少気筒エンジンである２気筒エンジンを単純に組み込んで構成しようとすると、以下の（１）から（３）の改良すべき不都合が生じる可能性がある。
【０００８】
（１）  まず、第１の不都合として、従来構造の２気筒エンジンでは、重量の過度な増大を招くことなく、かつ、高速運転の実現を有効に可能としつつ、ピストン等の往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することが難しいという不都合がある。すなわち、単純な直列２気筒エンジンの場合には、相当な振動が残ってしまうため、好ましくない。これに対して、２気筒エンジンを構成するシリンダ部及びピストンを同一の水平面上に配置する構造が、従来から考えられている。図１３は、（ａ）が２個のピストンを同一の水平面上に配置する、従来から考えられているエンジンの１例を示す略図であり、（ｂ）は、（ａ）から２個ずつのピストン及び連結ロッドを取り出して（ａ）の下方から上方に見た略図である。
【０００９】
図１３に示すエンジンでは、クランク軸３２の長さ方向（図１３のｙ軸方向）の２個所に連結ロッド３４が連結され、連結ロッド３４の端部にピストン３６が連結されている。各ピストン３６は図示しないシリンダ部内に摺動可能に配置されている。各ピストン３６及びシリンダ部は、同一水平面上に配置される。このような構造では、ピストン３６、連結ロッド３４等の往復運動部が発生する慣性力をある程度を打ち消すことができる可能性はあるが、２個のピストン３６及び各ピストン３６を配置するシリンダ部の中心軸がクランク軸３２の長さ方向に関して離れて（オフセットされて）配置されるため、ピストン３６の往復運動に伴ってクランク軸３２に、図１３の互いに直交するｘ軸及びｙ軸の交点である原点ｏを中心とする矢印α方向の大きなモーメントが生じてしまう。このため、エンジンの振動を低減する面から改良の余地がある。
【００１０】
これに対して、特許文献１に記載の並列２気筒エンジンの場合、２気筒の中間部とクランク軸を介して対向するように錘ピストンであるバランサピストンを配置している。この構成において、バランサピストン及びバランサコンロッドと、片側のピストン及びコンロッドと、他側のピストン及びコンロッドとの重量比が２：１：１になるようにすれば、往復運動部の慣性力を相殺できる可能性がないとはいえない。ただし、この構造では、バランサピストン及びコンロッドは片側及び他側の２気筒のピストン及びコンロッドのそれぞれに対して２倍の重量を有するようになるので、過度に重量が増大する可能性があり、摩擦抵抗も増大する要因となる。
【００１１】
これに対して、特許文献２及び特許文献３に記載された構造の場合、２本のクランク軸のそれぞれにコネクティングロッドを介してピストンを連結し、２本のクランク軸を歯車部により互いに逆方向に回転させている。また、各シリンダ部およびピストンが同一直線上に配置されている。このため、ピストンとコネクティングロッドとが生成する往復方向の慣性力は相殺できる可能性がある。ただし、小型で、かつ軽量なエンジンでは、比出力の低下を補うためにエンジン回転数を高めに設定することが考えられ、この場合には、次に述べるような別の改良すべき不都合が生じる可能性がある。
【００１２】
すなわち、特許文献２及び特許文献３に記載された構造の場合には、高速運転の実現が困難であるという不都合が生じる可能性がある。すなわち、これらの従来技術の構造では、ピストン及びシリンダ部の中心軸に対し直交する仮想平面に対し、２個のピストンとコネクティングロッドとが対象形に配置され、運転時にも仮想平面に対し対象形を維持しながら運動する。そして、クランク軸及びコネクティングロッドの容積が大となる側の端部の周辺部の回転部では、互いに慣性力が静的バランス状態でバランスできる可能性はある。また、残った往復運動部の慣性力を互いに対向する往復運動部の慣性力で打ち消しあえる可能性はある。ただし、より高回転で運転するために各シリンダ軸に設けたカウンタウェイトの重量を大きくして、各シリンダ軸とその軸支持部分との間での摩擦抵抗の低減を図ろうとすると、各シリンダ部及び各ピストンを同一の水平面上に配置する場合に上下方向の振動を発生しやすくなる。これについて、図１４を用いてより詳しく説明する。
【００１３】
図１４は、２本のクランク軸に連結した２個のピストンを水平方向の同軸上に対向配置し、２本のクランク軸を互いに逆方向に回転させるエンジンにおける不都合を説明するための略図である。図１４の構成は、上記の特許文献１，２に記載された従来構造に対応する。図１４に示すように、互いに離れるように配置した２本のクランク軸３２を互いに逆方向（図１４の矢印β１、β２方向）に回転させる場合、それぞれのクランク軸３２側の回転部の水平方向の慣性力、及び往復運動部の慣性力をバランスできる可能性はある。ただし、エンジンを高速運転させるべく、クランク軸３２の回転支持部の摩擦抵抗を低減しようとして、クランク軸３２の連結ロッド３４の結合側とは反対側に設けるカウンタウェイト３８の重量を増大させると、２本のクランク軸３２の回転部の慣性力において、それぞれ図１４に矢印で方向を表すアンバランスな慣性力ΔＦ１、ΔＦ２が生じる。このようなアンバランスな慣性力ΔＦ１、ΔＦ２のうち、水平方向の成分は、互いに逆方向であり打ち消される可能性があるが、上下方向の成分は同じ向きとなるため、残ったままとなり、エンジンを振動させる加振力となる。このような理由から、特許文献１及び特許文献２に記載された構造の場合には、高速運転の実現が困難であるという不都合が生じる可能性がある。
【００１４】
（２）  また、ハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、２気筒エンジンを単純に組み込んで構成しようとした場合の第２の不都合として、エンジン１０（図１２）と、エンジン１０以外のモータ１４及び動力分割機構１６とが別のユニットとして連結される構造であるため、全体の容積が大きくなりやすいという不都合がある。この不都合は、上記の特許文献１から特許文献３に記載のエンジンを組み込んだとしても同様に生じる。
【００１５】
（３）  また、ハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、２気筒エンジンを単純に組み込んで構成しようとした場合の第３の不都合として、エンジン１０（図１２）の出力軸１２、または出力軸１２とキャリア３０との間に連結した軸の周囲に同軸上に発電機２６を設けているため、発電機２６の容積を過度に大きくすることなく、発電機２６の回転数を増大させることが難しいという不都合がある。この不都合も、上記の特許文献１から特許文献３に記載のエンジンを組み込んだとしても同様に生じる。
【００１６】
このような事情から、本発明者は、エンジン及びハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、上記の不都合（１）から（３）のうち、少なくとも（１）の不都合を解消すべく本発明を発明するに至ったものである。
【００１７】
本発明は、エンジン及びハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、重量の過度な増大を招くことなく、かつ、高速運転の実現を有効に可能としつつ、エンジンが少ない気筒数である場合でも、往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することを目的とする。また、本発明の別の目的は、ハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、全体の容積を小さく抑えるとともに、発電機の容積を過度に大きくすることなく、発電機の回転数を増大させることができる構造を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るエンジンは、互いに同軸上に対向して配置された少なくとも２個のシリンダ部と、各シリンダ部の内側に配置され、２本の連結ロッドに連結された少なくとも２個のピストンと、各連結ロッドの端部に連結され、互いに離れるように配置された２本のクランク軸と、各クランク軸に固定されたクランク軸歯車と噛合し、車輪に連結された駆動軸にクランク軸からの動力を伝達するための連結歯車と、を備え、各クランク軸は同方向に回転し、連結歯車は各クランク軸と逆方向に回転することを特徴とするエンジンである。
【００１９】
また、本発明に係るエンジンにおいて、好ましくは、それぞれ２本のクランク軸のいずれか１に固定された歯車と直接または別の歯車を介して噛合する吸気用タイミング歯車及び排気用タイミング歯車と、各タイミング歯車にそれぞれ固定された吸気用カム軸及び排気用カム軸と、それぞれ各クランク軸を収容するクランクケースに対し揺動変位可能に、かつ、各カム軸に２個ずつ対向するように支持され、各カム軸の回転によりその先端が揺動変位するカム軸側ロッカーアームと、各シリンダ部に燃料と空気との混合気を給排するための吸気弁及び排気弁と、吸気弁及び排気弁にそれぞれ連結された弁側ロッカーアームと、各弁側ロッカーアームと、各カム軸側ロッカーアームとの間に連結され、カム軸側ロッカーアームの揺動変位によりカム軸側ロッカーアーム側に引かれることにより、吸気弁または排気弁を開弁するプルロッドとを備える。
【００２０】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムは、エンジンと、モータとを備え、エンジン及びモータのうち、少なくとも一方を主駆動源として走行駆動するハイブリッド車両用エンジンシステムであって、エンジンは、互いに同軸上に対向して配置された少なくとも２個のシリンダ部と、各シリンダ部の内側に配置され、２本の連結ロッドに連結された少なくとも２個のピストンと、各連結ロッドの端部に連結され、互いに離れるように配置された２本のクランク軸と、各クランク軸に固定されたクランク軸歯車と噛合し、車輪に連結された駆動軸に直接または他の歯車機構または変速機構を介して連結され、駆動軸にクランク軸からの動力を伝達するための連結歯車と、を備え、各クランク軸は同方向に回転し、連結歯車は各クランク軸と逆方向に回転することを特徴とするハイブリッド車両用エンジンシステムである。
【００２１】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、上方から見た場合に２本のクランク軸の間に配置され、発電機に連結されるサンギヤと、複数のプラネタリギヤと、複数のプラネタリギヤに連結されたキャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車機構と、リングギヤとモータとの間に連結された連結軸と、連結軸に固定された出力歯車と、駆動軸に直接または別の歯車機構を介して連結され、出力歯車と噛合する駆動歯車と、を備え、キャリアは、直接または他の部材を介して連結歯車に同軸上に連結されており、連結歯車は、各クランク軸歯車の間に互いに噛合するように連結されている。
【００２２】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、キャリアと連結歯車との間に設けられた弾力付与手段を備える。
【００２３】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、モータと連結軸との間に設けられたモータ側遊星歯車式減速機構と、発電機とサンギヤとの間に設けられた発電機側遊星歯車式減速機構と、を備え、モータの回転軸と、発電機の回転軸と、遊星歯車機構の中心軸とを同軸上に配置している。
【００２４】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、モータは、ステータと、ステータの径方向内側に配置され、ステータに対し相対回転可能な内側ロータと、ステータと内側ロータとの間に相対回転可能に配置される外側ロータとを含み、内側ロータは、連結歯車と同軸上に連結されたロータ側回転部材に同軸上に固定された複合ロータ式モータであり、さらに、駆動軸と外側ロータとの間の動力伝達経路に設けられた変速機構を備える。
【００２５】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、ロータ側回転部材と連結歯車との間に設けられた弾力付与手段を備える。
【００２６】
また、本発明に係るハイブリッド車両用エンジンシステムにおいて、好ましくは、それぞれ２本のクランク軸のいずれか１に固定された歯車と直接または別の歯車を介して噛合する吸気用タイミング歯車及び排気用タイミング歯車と、各タイミング歯車にそれぞれ固定された吸気用カム軸及び排気用カム軸と、それぞれ各クランク軸を収容するクランクケースに対し揺動変位可能に、かつ、各カム軸に２個ずつ対向するように支持され、各カム軸の回転によりその先端が揺動変位するカム軸側ロッカーアームと、各シリンダ部に燃料と空気との混合気を給排するための吸気弁及び排気弁と、吸気弁及び排気弁にそれぞれ連結された弁側ロッカーアームと、各弁側ロッカーアームと、各カム軸側ロッカーアームとの間に連結され、カム軸側ロッカーアームの揺動変位によりカム軸側ロッカーアーム側に引かれることにより、吸気弁または排気弁を開弁するプルロッドとを備える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のエンジン及びハイブリッド車両用エンジンシステムによれば、重量の過度な増大を招くことなく、かつ、高速運転を有効に実現可能としつつ、エンジンが少ない気筒数である場合でも、往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することができる。また、本発明のハイブリッド車両用エンジンシステムによれば、全体の容積を小さく抑えるとともに、発電機の容積を過度に大きくすることなく、発電機の回転数を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエンジンを備えるハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。
【図２】エンジンシステムをクランクケースに収容した状態で図１の下方から上方に見た略透視図である。
【図３】図２の略Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図３の略Ｂ−Ｂ断面図である。
【図５】第１の実施の形態のエンジンシステムを搭載した車両を示す略図である。
【図６】図５の下方から上方に見た略透視図である。
【図７】第１の実施の形態の効果を説明するための２個ずつのピストン及び連結ロッドとクランクシャフトとを示す略図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。
【図９】エンジンシステムをクランクケースに収容した状態で図８の下方から上方に見た略透視図である。
【図１０】モータ駆動装置と組み合わせて示す、図８のＣ部拡大図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。
【図１２】従来から考えられているハイブリッド車両用エンジンシステムの１例の略図である。
【図１３】（ａ）が２個のピストンを同一の水平面上に配置する、従来から考えられているエンジンの１例を示す略図であり、（ｂ）は、（ａ）から２個ずつのピストン及び連結ロッドを取り出して（ａ）の下方から上方に見た略図である。
【図１４】２本のクランク軸に連結した２個のピストンを水平方向の同軸上に対向配置し、２本のクランク軸を互いに逆方向に回転させるエンジンにおける不都合を説明するための略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［本発明に係る第１の実施の形態］
以下、本発明に係る実施の形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエンジンを備えるハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。図２は、エンジンシステムをクランクケースに収容した状態で図１の下方から上方に見た略透視図である。図３は、図２の略Ａ−Ａ断面図である。図４は、図３の略Ｂ−Ｂ断面図である。図５は、本実施の形態のエンジンシステムを搭載した車両を示す略図である。図６は、図５の下方から上方に見た略透視図である。図７は、本実施の形態の効果を説明するための２個ずつのピストン及び連結ロッドとクランクシャフトとを示す略図である。
【００３０】
本実施形態に係るハイブリッド車両用エンジンシステムは、エンジン４０と、モータ１４と、発電機２６と、モータ側減速機構４２と、発電機側減速機構４４と、遊星歯車機構４６とを備える。また、エンジンシステムは、以下に説明するように、エンジン４０からの動力を遊星歯車機構４６や、差動歯車機構４８を介して、減速しながら、左右の車輪６６（図５、図６）のそれぞれに連結した２本の駆動軸である動力伝達軸５０，５２に伝達可能とするとともに、モータ１４からの動力をモータ側減速機構４２を介して動力伝達軸５０，５２に伝達可能としている。また、エンジン４０とモータ１４との少なくとも一方により発電機側減速機構４４を介して発電機２６を駆動可能としている。
【００３１】
このようなハイブリッド車両用エンジンシステムは、エンジン４０及びモータ１４のうち、少なくとも一方を主駆動源として走行駆動するハイブリッド車両５４（図５、図６）に搭載して使用する。エンジン４０は、それぞれクランクケース５６（図２、図４）の内側に設けられ、互いに同軸上に対向して配置された２個のシリンダ部５８と、各シリンダ部５８の内側に配置され、２本の連結ロッド３４にそれぞれ連結された２個のピストン３６と、各連結ロッド３４の端部に回転可能に連結された２本のクランク軸３２と、連結歯車６０と、後述する動弁機構６２とを備える。２本のクランク軸３２は、クランクケース５６に、互いに離れるように配置された状態で回転可能に収容支持されている。２本のクランク軸３２のクランクケース５６に対する回転支持部の中心軸同士は、互いに平行である。また、各クランク軸３２の両側にカウンタウェイト３８を連結している。
【００３２】
連結歯車６０は、各クランク軸３２の一端寄り部分（図１の下端寄り部分）に固定されたクランク軸歯車６４と噛合する。また、連結歯車６０は、車輪６６（図５、図６）に連結した２本の動力伝達軸５０，５２に、ダンパ６８と、遊星歯車機構４６と、連結軸７０に固定した出力歯車７２と、遊星歯車式の差動歯車機構４８とを介して連結し、各動力伝達軸５０，５２にエンジン４０の動力を伝達する。図２に示すように、連結歯車６０は、２個のクランク軸歯車６４の間にそれぞれのクランク軸歯車６４と噛合するように設けられているので、各クランク軸３２は互いに同方向に回転し、連結歯車６０は各クランク軸３２と逆方向に回転する。
【００３３】
また、連結歯車６０の一端部（図１の上端部）外周寄り部分に軸方向に突出する筒部を設けるとともに、筒部の内側に周方向複数個所に設けた弾力付与手段である、振動吸収用のダンパ６８を介して、遊星歯車機構４６を構成するキャリア７４を連結している。このため、キャリア７４は、ダンパ６８を介して連結歯車６０に同軸上に連結される。
【００３４】
遊星歯車機構４６は、図１に示すように上方から見た場合に２本のクランク軸３２の間に配置され、発電機２６に連結されるサンギヤ７６と、複数のプラネタリギヤ７８を回転可能に支持するピニオン軸と、複数のプラネタリギヤ７８にピニオン軸を介して連結されたキャリア７４と、リングギヤ８０とを含む。複数のプラネタリギヤ７８は、各ピニオンの端部に回転可能に支持している。また、サンギヤ７６は、複数のプラネタリギヤ７８の内径側に噛合させ、リングギヤ８０は、複数のプラネタリギヤ７８の外径側に噛合させている。リングギヤ８０は、サンギヤ７６と反対側にサンギヤ７６と同軸上の連結軸７０を一体に設けている。そして、連結軸７０に上記の出力歯車７２を固定している。
【００３５】
連結軸７０は、モータ側減速機構４２を介してモータ１４の回転軸に連結している。モータ側減速機構４２は、遊星歯車式の減速機構である。すなわち、モータ側減速機構４２を構成するキャリアを連結軸７０に固定するとともに、複数のプラネタリギヤの外径側にクランクケース５６（図２、図４）に固定の部分に固定したリングギヤを噛合させ、サンギヤをモータ１４の回転軸に同軸に固定している。このようなモータ側減速機構４２では、サンギヤと連結軸７０とが同軸上に配置されている。このように構成するため、遊星歯車機構４６のリングギヤ８０と、モータ１４との間に、モータ側減速機構４２と連結軸７０とが設けられる。
【００３６】
また、遊星歯車機構４６のサンギヤ７６は、発電機側減速機構４４を介して発電機２６の回転軸に連結している。発電機側減速機構４４は、遊星歯車式の減速機構である。すなわち、発電機側減速機構４４を構成するキャリアを、遊星歯車機構４６を構成するサンギヤ７６に固定するとともに、複数のプラネタリギヤの外径側にクランクケース５６（図２、図４）に固定の部分に固定したリングギヤを噛合させ、サンギヤを発電機２６の回転軸に同軸に固定している。遊星歯車機構４６を構成するサンギヤ７６と、発電機側減速機構４４を構成するサンギヤとは、同軸上に配置している。このように構成するため、遊星歯車機構４６のサンギヤ７６と、発電機２６との間に発電機側減速機構４４が設けられる。また、発電機２６及びモータ１４の回転軸と、遊星歯車機構４６の中心軸とは同軸上に配置される。
【００３７】
また、連結軸７０に固定した出力歯車７２と、差動歯車機構４８を構成するリングギヤ８２の外周面に設けた駆動歯車とを噛合させている。差動歯車機構４８は、遊星歯車式であり、リングギヤ８２の内側に噛合させた複数のプラネタリギヤと、複数のピニオンギヤの内径側に噛合させたサンギヤとを備える。複数のプラネタリギヤを支持したキャリアと、サンギヤとの一方を、左右の動力伝達軸５０，５２の一方に固定し、キャリアとサンギヤとの他方を、左右の動力伝達軸５０，５２の他方に固定している。なお、差動歯車機構４８は、このような遊星歯車式の構成に限定するものではなく、一般的に使用されている、左右両側のサイドギヤと、各サイドギヤに自転かつ公転可能に係合させるピニオンギヤとを有する差動機構等、種々の構成を採用できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、エンジン４０の動弁機構６２を構成するために吸気弁駆動用と排気弁駆動用とのそれぞれで１個ずつのカム軸を設け、各カム軸が、２個ずつの吸気弁または排気弁を駆動させるようにしている。このために、図３に示すように、動弁機構６２は、２個のクランク軸３２のうち、片側（図３の左側）のクランク軸３２の他端部（図３の上端部）に固定した吸気用カム軸駆動歯車８６と、吸気用カム軸駆動歯車８６に噛合させた吸気用中間歯車８８と、吸気用中間歯車８８に噛合させた吸気用タイミング歯車９０と、吸気用タイミング歯車９０に固定した吸気用カム軸９２とを含む。
【００３９】
また、動弁機構６２は、片側（図３の左側）のクランク軸３２の一端部（図３の下端部）に固定した排気用カム軸駆動歯車９４と、排気用カム軸駆動歯車９４に噛合させた排気用中間歯車９６と、排気用中間歯車９６に噛合させた排気用タイミング歯車９８と、排気用タイミング歯車９８に固定した排気用カム軸１００とを含む。吸気用カム軸９２と排気用カム軸１００とは、クランクケース５６（図２、図４）内で、連結歯車６０よりも下側であって、２本のクランク軸３２の間の下側の空間に、互いに独立した状態で、かつ互いに同軸上に配置されている。さらに、２個のクランク軸３２の片側のクランク軸３２により、カム軸駆動歯車８６，９４と、中間歯車８８，９６と、タイミング歯車９０，９８とを介して、クランク軸３２の速度の１／２の速度に減速して、各カム軸９２，１００を駆動するように構成している。
【００４０】
また、吸気用カム軸９２の長さ方向２個所位置に吸気用カム１０２を固定し、吸気用カム軸９２と平行に、吸気用カム軸９２の両側に２本のロッカーアーム軸１０４を配置している。また、各ロッカーアーム軸１０４にカム軸側吸気用ロッカーアーム１０６を固定している。すなわち、各ロッカーアーム軸１０４の一端部に各カム軸側吸気用ロッカーアーム１０６を固定している。また、各カム軸側吸気用ロッカーアーム１０６の中間部を吸気用カム１０２と対向させている。
【００４１】
また、排気用カム軸１００の長さ方向２個所位置に排気用カム１０８を固定し、排気用カム軸１００を、上記の２本のロッカーアーム軸１０４の間に各ロッカーアーム軸１０４と平行に配置している。また、各ロッカーアーム軸１０４の他端部に各カム軸側排気用ロッカーアーム１１０を固定している。また、各カム軸側排気用ロッカーアーム１１０の中間部を排気用カム１０８と対向させている。各ロッカーアーム軸１０４は、クランクケース５６（図２、図４）に対し回転可能に支持されているので、吸気用及び排気用の各カム軸側ロッカーアーム１０６，１１０は、各ロッカーアーム軸１０４の中心軸を中心とする揺動変位可能に支持される。そして、各カム軸側ロッカーアーム１０６，１１０は、対向するカム軸９２，１００の回転によりそれぞれの先端が揺動変位する。
【００４２】
また、各シリンダ部５８のピストン３６と反対側にシリンダヘッド１１２を設けており、各シリンダヘッド１１２に吸気流路１１４と排気流路１１６とを設けている。また、各シリンダヘッド１１２に弁側吸気用ロッカーアーム１１８と弁側排気用ロッカーアーム１２０とを揺動可能に支持し、各ロッカーアーム１１８，１２０の先端部に吸気弁と排気弁とをそれぞれ連結している。吸気弁及び排気弁は、各シリンダ部５８内に燃料と空気との混合気を給排するためのものである。また、各弁側吸気用ロッカーアーム１１８の先端部と、各カム軸側吸気用ロッカーアーム１０６との間に炭素繊維複合材等の軽量素材、またはワイヤにより構成される吸気用プルロッド１２２を連結している。また、各弁側排気用ロッカーアーム１２０の先端部と、各カム軸側排気用ロッカーアーム１１０との間に炭素繊維複合材等の軽量素材、またはワイヤにより構成される排気用プルロッド１２４を連結している。各吸気弁は、対応する弁側吸気用ロッカーアーム１１８が吸気用プルロッド１２２により揺動されることにより駆動され、開弁または閉弁が行われる。各排気弁は、対応する弁側排気用ロッカーアーム１２０が排気用プルロッド１２４により揺動されることにより駆動され、開弁または閉弁が行われる。すなわち、各プルロッド１２２，１２４は、カム軸側ロッカーアーム１０６，１１０の揺動変位によりカム軸側ロッカーアーム１０６，１１０側に引かれることにより、吸気弁または排気弁を開弁する。
【００４３】
このようなエンジンシステムは、図５、図６に示すようにハイブリッド車両５４に搭載した状態で使用される。車両５４への搭載状態では、エンジンシステムの２本の動力伝達軸５０，５２が左右方向（図５の上下方向、図６の表裏方向）に伸びるように配置され、各ピストン３６（図１等）及び各シリンダ部５８（図１等）は、車両５４の水平方向である前後方向（図５、図６の左右方向）に配置される。図５、図６に示す例では、エンジンシステムは、車両５４の前側（図５、図６の左側）に配置され、前側の車輪６６を駆動するために使用されるが、上下方向の高さが小さくなるため、車両５４前部のエンジン４０上側の空間を利用して、前側トランクルーム１２６（図６）を設けている。また、エンジン４０は、車両５４の左右方向のほぼ中央軸上で、かつ上下方向に関して車軸とほぼ同位置か車軸よりも下側の空間、例えば床下の空間に配置している。さらに、車両５４の後席１２８の後側にモータ１４（図１等）駆動用のバッテリ１３０を配置している。バッテリ１３０は、充放電可能な直流電源であり、例えば二次電池である。
【００４４】
このようなエンジンシステムは、次のようにエンジン４０の動力を車輪６６へ伝達する。すなわち、図１、図２に示すように、エンジン４０の作動時には、吸気弁及び排気弁の作動に伴って、シリンダ部５８内での混合気の燃焼によりピストン３６が往復運動する。このピストン３６の往復運動により２本のクランク軸３２が互いに同方向に回転し、連結歯車６０が逆方向に回転する。連結歯車６０の動力は、ダンパ６８、キャリア７４、プラネタリギヤ７８、リングギヤ８０を介して連結軸７０に伝達される。そして、連結軸７０の回転力は、連結軸７０に固定された出力歯車７２と差動歯車機構４８とを介して、減速されつつ、左右の動力伝達軸５０，５２に、対応する動力の配分に応じて伝達され、左右の車輪６６（図５、図６）が駆動される。
【００４５】
また、エンジン４０の作動に伴って、遊星歯車機構４６を構成するサンギヤ７６が回転することにより、発電機側減速機構４４を介して、発電機２６が駆動され、発電機２６で発電した電力がバッテリ１３０（図６）に充電される。また、モータ１４の駆動時には、モータ１４の動力がモータ側減速機構４２で減速されつつ連結軸７０に伝達され、連結軸７０から差動歯車機構４８を介して左右の動力伝達軸５０，５２に伝達される。
【００４６】
このようなエンジン及びハイブリッド車両用エンジンシステムによれば、本実施の形態のように、エンジン４０が少ない気筒数である２気筒エンジンである場合でも、ピストン３６及び連結ロッド３４等の往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することができる。これについて図７を用いて詳しく説明する。なお、以下の図７を用いた説明では、説明の理解容易化のために図７の左右を、「左右」とする。本実施の形態のように、２本のクランク軸３２が互いに離れるように配置されることで、上記の図１３に示した構成の場合と異なり、ピストン３６がクランク軸３２の長さ方向（図７の表裏方向）に対し離れて配置されることがなくなる。このため、図３に示すように、上方向から下方向に見た場合に、各ピストン３６の往復運動に伴って、各クランク軸３２に大きなモーメントが作用することを抑制できる。
【００４７】
さらに、上記の図１４に示したように単純に２本のクランク軸３２を離れて配置し、互いのクランク軸３２を逆方向に回転させる場合と異なり、クランク軸３２によって図７のｚ方向である上下方向に振動が発生することを抑制できる。すなわち、図７に示すように、左右のピストン３６に生じる慣性力は、左右のピストン３６が同一軸上で対向するため完全に打ち消しあい、左右の連結ロッド３４に生じる慣性力のうち、ピストン３６の往復方向成分もピストン３６の場合と同様に完全に打ち消しあう。また、クランク軸３２と、連結ロッド３４の容積が大きくなる、すなわち重量が大となる端部とを含む回転部では、クランク軸３２に設けるカウンタウェイト３８の重量を適切に設定し、上下方向の慣性力が完全に相殺してゼロになるようにすることで、左右それぞれの回転部だけでも慣性力をある程度打ち消しあうことができる。また、残った回転部の上下方向の慣性力は、左右の対向する回転部で互いに完全に打ち消しあうことができる。この場合、例えばエンジン４０の高回転化と摩擦抵抗低減のためにカウンタウェイト３８を増大させるときに、各クランク軸３２周りに正バランスの状態から慣性力の増分である図７の矢印方向のΔＦ１´とΔＦ２´とが生じる。ただし、左右両側で、これらの増分ΔＦ１´，ΔＦ２´は、図７の点Ｏに対し対象関係にあるので、慣性力の増分ΔＦ１´，ΔＦ２´の上下方向成分及び左右方向成分のいずれも打ち消すことができる。なお、慣性力の増分ΔＦ１´，ΔＦ２´は左右にずれた位置で作用するため、各回転部での上下左右方向の慣性力を打ち消すことができても、エンジン４０を回転させようとする方向の点Ｏ周りのモーメントは残る。ただし、このモーメントは、エンジン４０のトルク変動方向の中心である、連結歯車６０の中心軸、すなわち、２個のクランク軸３２間の軸中心に作用するため、実用上の問題は生じにくい。このように、本実施の形態によれば、往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することができる。
【００４８】
しかも、本実施の形態では、上記の特許文献１に記載された構造の場合と異なり、大きな重量を必要とするバランサピストンを設けずに済むため、重量の過度な増大を防止できる。また、本実施の形態によれば、上記の特許文献２及び特許文献３に記載された構造の場合と異なり、高速運転を有効に実現できる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、上記の図１２に示した従来のハイブリッド車両用エンジンシステムの場合と異なり、動力分割機構１６（図１２参照）に対応する遊星歯車機構４６を、両側の１個ずつのシリンダ部５８、ピストン３６、及び連結ロッド３４を含む単気筒エンジン部分同士の間ではさみ込む構成となっている。このため、エンジン４０と、遊星歯車機構４６とを一体化することができ、ハイブリッド車両用エンジンシステム全体の容積を小さく抑えることができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態のハイブリッド車両用エンジンシステムによれば、上記の図１２に示した従来のハイブリッド車両用エンジンシステムの場合と異なり、発電機２６の回転軸を、エンジン４０のクランク軸３２の周囲に同軸上に配置する必要がなくなる。すなわち、エンジン４０及びキャリア７４の間での動力伝達部と、発電機２６及びサンギヤ７６の間での動力伝達部とが互いに同軸の２重構造となることがなくなる。このため、発電機２６とエンジン４０との間に、本実施の形態のように発電機側減速機構４４を設けることが可能となり、発電機２６の容積を過度に大きくすることなく、発電機２６の回転数を増大させることができる。この結果、ハイブリッド車両用エンジンシステム全体の容積をより小さく抑えることができる。
【００５１】
さらに、発電機側減速機構４４とモータ側減速機構４２とに遊星歯車機構４６を使用するとともに、発電機２６とモータ１４との回転軸と遊星歯車機構４６の中心軸とを同軸上に配置しているため、ハイブリッド車両用エンジンシステム全体の容積をより小さくすることができる。なお、発電機側減速機構４４とモータ側減速機構４２とは、遊星歯車機構を使用するものに限定するものではなく、種々の減速機構を採用することもできる。
【００５２】
また、本実施の形態のハイブリッド車両用エンジンシステムでは、エンジン４０と遊星歯車機構４６とを一体化した状態でクランクケース５６内に配置しているため、エンジン４０と、遊星歯車機構４６とを別のユニットとして構成する場合に比べて、クランクケース５６内の潤滑油により、エンジン４０と、遊星歯車機構４６とのそれぞれを潤滑することができ、図示しない潤滑油ポンプの数を少なくできるとともに、低コスト化と、さらなる軽量化とを図れる。
【００５３】
また、本実施の形態を構成する動弁機構６２では、動弁機構６２を使用するエンジン４０が２本のクランク軸３２を有するのにもかかわらず、動弁機構のために必要となる空間の容積を小さくでき、しかも、エンジン４０の全長と重量とが過度に増大するのを防止できる。すなわち、本実施の形態では、シリンダヘッド１１２が図１の左右両側端部に２個配置される構造であるため、両側のシリンダヘッド１１２の動弁機構にオーバーヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）方式を採用すると仮定すると、シリンダヘッド１１２の図１の左右方向長さが大きくなり、エンジン４０の図１の左右方向の全長及び重量が過度に増大する要因となる。これに対して、本実施の形態では、図３に示すように、互いに同軸上に独立して配置される吸気用及び排気用の２本のカム軸９２，１００を、２本のクランク軸３２の間の中間に配置し、各カム軸９２，１００に対向するカム軸側ロッカーアーム１０６，１１０によりプルロッド１２２，１２４を介して吸気弁及び排気弁のそれぞれを駆動する構成を採用している。また、クランクケース５６内の２本のクランク軸３２の間の下側の空間に、カム軸９２，１００及びカム軸側ロッカーアーム１０６，１１０を配置している。このため、各カム軸９２，１００の回転により、両側の２個のシリンダヘッド１１２部の２個の吸気弁または２個の排気弁を駆動でき、しかもカム軸９２，１００及びカム軸側ロッカーアーム１０６，１１０の占める容積を小さくできる。したがって、動弁機構６２のために必要となる空間の容積を小さくすることができ、しかも、エンジン４０の全長と重量とが過度に増大するのを防止できる。また、プルロッド１２２，１２４を採用しているため、プルロッド１２２，１２４の剛性を高くする必要がない。このため、本実施の形態では、たわみを防止するために剛性を高くする必要があるため、重量が増大しやすくなるプッシュロッドを採用する場合に比べて、エンジン４０をより軽量化することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、各タイミング歯車９０，９８内に、油圧可変バルブタイミング機構として、油圧機構を利用した構造を内蔵することもできる。例えば、各タイミング歯車９０，９８の内径側に内側リングを設け、各タイミング歯車９０，９８の内周面と内側リングの外周面との間に形成される油圧室の容積を油圧を変化することで内側リングに固定したカム軸９２，１００と、各タイミング歯車９０，９８との位相差を変えることもできる。このようにすれば、吸気用と排気用とのそれぞれで互いに独立して開弁時期を変更することもできる。また、本実施の形態では、吸気用と排気用とのカム軸駆動歯車８６，９４及び中間歯車８８，９６をいずれも片側（図３の左側）のクランク軸３２により駆動するように構成しているが、吸気用と排気用との歯車を、互いに別のクランク軸３２により駆動するように構成することもできる。
【００５５】
また、本実施の形態のハイブリッド車両用エンジンシステムは、上記の図５から図６に示したように、クランクケース５６は、車両５４の左右方向のほぼ中央軸上で、かつ上下方向に関して車軸とほぼ同位置か車軸よりも下側の空間、例えば床下の空間に配置することができる。このため、車両５４の軽量化のために要求が高いエンジン４０の低重心化に寄与しやすくなり、車両５４の安定性の向上を図りやすくなる。また、モータ１４及び発電機２６は、クランクケース５６の外側に取り付けることもできる。
【００５６】
［本発明に係る第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。図９は、エンジンシステムをクランクケースに収容した状態で図８の下方から上方に見た略透視図である。図１０は、モータ駆動装置と組み合わせて示す、図８のＣ部拡大図である。
【００５７】
図８、図９に示すように、本実施の形態のエンジンシステムは、上記の第１の実施の形態と異なり、モータとは別に発電機を設けていない。その代わりに、本実施の形態のエンジンシステムは、複合ロータ式モータ１３２と、ベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）１３４とを備える。また、エンジンシステムは、エンジン４０を構成する２本のクランク軸３２の間に、クランク軸歯車６４を介して連結歯車６０を連結する、すなわちクランク軸歯車６４と連結歯車６０とを噛合させるとともに、連結歯車６０にダンパ６８を介して連結される複合ロータ式モータ１３２により、エンジン４０により駆動される発電機の機能も持たせている。
【００５８】
すなわち、図１０に詳しく示すように、モータ１３２は、クランクケース５６（図９）に固定されたステータ１３６と、ステータ１３６の径方向内側に配置されステータ１３６に対し相対回転可能な内側ロータ１３８と、ステータ１３６と内側ロータ１３８との間に配置される外側ロータ１４０とを含む。外側ロータ１４０は、ステータ１３６及び内側ロータ１３８に対し相対回転可能としている。
【００５９】
内側ロータ１３８は、回転軸１４２に固定され、すなわち機械的に連結され、回転軸１４２は、連結歯車６０と、複数のダンパ６８を介して、連結歯車６０と同軸上に連結されたロータ側回転部材１４４に連結されている。このため、内側ロータ１３８は、ロータ側回転部材１４４に同軸上に固定されており、内側ロータ１３８には、クランク軸３２からの動力が伝達される。また、外側ロータ１４０は、ベルト式無段変速機構１３４を構成する入力軸１４６（図８）と機械的に連結され、入力軸１４６は無段変速機構１３４と、無段変速機構１３４を構成する出力軸１４８（図８）に固定された出力歯車７２と、差動歯車機構４８と、動力伝達軸５０，５２とを介して、車輪６６（図５、図６参照）に機械的に連結されている。すなわち、動力伝達軸５０，５２と外側ロータ１４０との間の動力伝達経路に、無段変速機構１３４を設けている。このため、車輪６６には、外側ロータ１４０からの動力が無段変速機構１３４で変速されてから伝達される。無段変速機構１３４は、入力軸１４６と出力軸１４８とを互いに平行に回転可能にクランクケース５６（図９）に固定の部分に対し回転可能に支持されている。また、入力軸１４６の周囲に設けた一対の入力側リングと、出力軸１４８の周囲に設けた一対の出力側リングとの間にベルト１５０を掛け渡している。一対の入力リング同士の間、及び、一対の出力リング同士の間の幅は、いずれも図示しない制御部により運転状態に応じて制御する。
【００６０】
モータ１３２の構成をより詳しく説明すると、ステータ１３６は、固定子鉄心であるステータコア１５２と、ステータコア１５２の周方向複数個所に配設された複数相（例えば３相）の固定子導体であるステータ巻線１５４とを含む。複数相のステータ巻線１５４に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線１５４は、ステータ１３６の周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００６１】
内側ロータ１３８は、ロータコア１５６と、ロータコア１５６の周方向複数個所に配設された複数相（例えば３相）の回転子導体であるロータ巻線１５８とを含む。複数相のロータ巻線１５８に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ロータ巻線１５８は、内側ロータ１３８の周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００６２】
外側ロータ１４０は、ロータコア１５９と、ロータコア１５９の周方向複数個所に配設され界磁束を発生する内側永久磁石１６０及び外側永久磁石１６２を含む。外側永久磁石１６２は、ロータコア１５９の外周部にステータ１３６と対向して配設されており、内側永久磁石１６０は、ロータコア１５９の内周部に内側ロータ１３８と対向して配設されている。なお、内側永久磁石１６０と外側永久磁石１６２とのうち、一方を省略し、他方により一方の機能を兼用させることもできる。
【００６３】
また、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との間にクラッチ１６４を設けて、クラッチ１６４の係合／解放により、内側ロータ１３８が連結された回転軸１４２と、外側ロータ１４０が連結された入力軸１４６との機械的係合及びその解除を選択的に行うことを可能としている。クラッチ１６４を係合させて、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０とを機械的に係合させることで、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ１６４を解放して、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との機械的係合を解除することで、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との回転速度差が許容される。クラッチ１６４は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合／解放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチ１６４に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ１６４の締結力を調整することもできる。
【００６４】
また、モータ１３２の駆動のために、モータ駆動装置として、蓄電装置であるバッテリ１３０と、インバータ１６６と、整流器１６８と、昇圧コンバータ１７０と、図示しない制御部である電子制御ユニットとを設けている。バッテリ１３０、インバータ１６６、整流器１６８、昇圧コンバータ１７０、電子制御ユニットは、いずれも車両のクランクケース５６（図９）外側に配置している。昇圧コンバータ１７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。昇圧コンバータ１７０の代わりに、降圧コンバータまたは昇降圧コンバータを使用することもできる。インバータ１６６は、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング動作によりバッテリ１３０から供給される直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ステータ巻線１５４の各相に供給可能である。この場合には、ステータ１３６と外側ロータ１４０との間にトルクを作用させることができ、エンジン４０（図８、図９）が動力を発生していない場合でも、外側ロータ１４０を回転駆動させ、いわゆるＥＶ走行を行わせることができる。
【００６５】
また、回転軸１４２に複数相（例えば３相の）スリップリング１７２を固定し、クランクケース５６（図９）に固定の部分に支持されたブラシ１７４をスリップリング１７２に摺接させている。スリップリング１７２は、対応する相のロータ巻線１５８及びブラシ１７４と電気的に接続されている。ブラシ１７４からの電力は整流器１６８へ供給される。スリップリング１７２及びブラシ１７４により、ロータ巻線１５８から交流電力を取り出すための電力伝達部を構成することができ、取り出された交流電力は整流器１６８へ供給される。
【００６６】
エンジン４０（図８、図９）の動力により内側ロータ１３８が回転駆動し、内側ロータ１３８の回転速度が外側ロータ１４０の回転速度よりも高くなると、ロータ巻線１５８に誘導起電力が発生する。電子制御ユニットが、昇圧コンバータ１７０の出力電圧がバッテリ１３０の電圧よりも高くなるように制御することにより、ロータ巻線１５８に誘導電流が流れ、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との間にトルクが作用して外側ロータ１４０が回転駆動する。このように、回転軸１４２から内側ロータ１３８、外側ロータ１４０、入力軸１４６に、図１０の矢印γ方向にトルクが伝達される伝達経路は、機械パスに相当する。
【００６７】
また、ロータ巻線１５８で発生した交流電力は、スリップリング１７２及びブラシ１７４の摺接部を介して取り出され、整流器１６８で整流して直流に変換する。昇圧コンバータ１７０は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により整流器１６８で整流された直流電力を昇圧（電圧変換）して出力する。そして、昇圧コンバータ１７０で昇圧された直流電力は、インバータ１６６で交流に変換されてからステータ巻線１５４の各相へ供給可能としている。インバータ１６６は、昇圧コンバータ１７０で昇圧された直流電力とバッテリ１３０からの直流電力との少なくとも一方を交流に変換してステータ巻線１５４の各相へ供給可能としている。このため、ステータ１３６と外側ロータ１４０との間にトルクが作用する。このように、内側ロータ１３８から、スリップリング１７２、ブラシ１７４、整流器１６８、昇圧コンバータ１７０、インバータ１６６、ステータ１３６に、図１０の矢印δ方向に電気的エネルギが伝達される経路は、電気パスに相当する。なお、昇圧コンバータ１７０で昇圧された直流電力をバッテリ１３０に回収することもできる。すなわち、モータ１３２は、エンジン４０により駆動される発電機２６としての機能も有する。
【００６８】
また、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との間に作用するトルクは、昇圧コンバータ１７０の昇圧比である、スイッチング素子のデューティ比を変更することにより、制御可能である。また、クラッチ１６４を解除した状態で、内側ロータ１３８と外側ロータ１４０との回転差を許容することができるため、車輪６６（図５、図６参照）の回転が停止してもエンジン４０（図８）がストールすることはなく、トルクコンバータとしての機能を発揮できる。一方、クラッチ１６４を機械的に係合させることにより、すなわちクラッチ１６４をロックアップさせることにより、エンジン４０からの動力を入力軸１４６にそのまま伝達することができる。
【００６９】
このような複合ロータ式モータ１３２を備えるエンジンシステムによれば、電子制御ユニットが昇圧コンバータ１７０における昇圧比を制御することで、エンジン４０の運転状態を制御できる。
【００７０】
なお、図示は省略するが、バッテリ１３０とブラシ１７４との間にクランキング用インバータを、電気的に接続し、バッテリ１３０からの直流電力をクランキング用インバータで交流電力に変換してからブラシ１７４とスリップリング１７２とを介してロータ巻線１５８に供給し、内側ロータ１３８を回転駆動することでエンジン４０を始動させることもできる。すなわち、ロータ巻線１５８への供給電力を用いてエンジン４０のクランキングを行うこともできる。
【００７１】
このような本実施の形態の場合も、重量の過度な増大を招くことなく、かつ、高速運転の実現を有効に可能としつつ、エンジン４０が少ない気筒数である２気筒である場合でも、往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することができる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分は同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７２】
なお、本実施の形態でベルト式無段変速機構１３４（ＣＶＴ）の代わりに、一般的に使用されているオートマチックトランスミッション機構（ＡＴ）や、マニュアルトランスミッション機構（ＭＴ）を使用することもできる。
【００７３】
［本発明に係る第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッド車両用エンジンシステムを示す略断面図である。本実施の形態のエンジンシステムでは、上記の図８から図１０に示した第２の実施の形態の構成において、エンジン４０ａを２気筒ではなく４気筒としている。すなわち、エンジン４０ａを構成する２本のクランク軸３２のそれぞれ２個所位置に連結ロッド３４を連結し、各連結ロッド３４に連結したピストン３６を図示しないシリンダ部に配置している。この場合、各クランク軸３２の長さ方向片側（図１１の上側）に連結したピストン３６は、互いに同軸上に対向配置している。また、各クランク軸３２の長さ方向他側（図１１の下側）に連結したピストン３６は、互いに同軸上に対向配置している。また、各ピストン３６が同一の水平面上で往復運動するように構成している。このような本実施の形態の場合も、上記の各実施の形態と同様に、エンジン４０ａの往復運動部が発生する慣性力による振動を低減することができる。その他の構成及び作用については、上記の図８から図１０に示した第２の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。
【００７４】
なお、本実施の形態では、上記の第２の実施の形態の構成、すなわち、複合ロータ式モータ１３２を組み合わせているが、本実施の形態は、上記の図１から図７に示した第１の実施の形態と組み合わせることもできる。すなわち、第１の実施の形態において、エンジン４０を４気筒とすることもできる。また、上記の各実施の形態において、エンジン４０，４０ａを６気筒以上の構成とすることもできる。
【００７５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  エンジン、１２  出力軸、１４  モータ、１６  動力分割機構、１８  減速機構、２０  リングギヤ、２２  プラネタリギヤ、２４  サンギヤ、２６  発電機、２８  ダンパ、３０  キャリア、３２  クランク軸、３４  連結ロッド、３６  ピストン、３８  カウンタウェイト、４０，４０ａ  エンジン、４２  モータ側減速機構、４４  発電機側減速機構、４６  遊星歯車機構、４８  差動歯車機構、５０，５２  動力伝達軸、５４  ハイブリッド車両、５６  クランクケース、５８  シリンダ部、６０  連結歯車、６２  動弁機構、６４  クランク軸歯車、６６  車輪、６８  ダンパ、７０  連結軸、７２  出力歯車、７４  キャリア、７６  サンギヤ、７８  プラネタリギヤ、８０，８２  リングギヤ、８４  カム軸、８６  吸気用カム軸駆動歯車、８８  吸気用中間歯車、９０  吸気用タイミング歯車、９２  吸気用カム軸、９４  排気用カム軸駆動歯車、９６  排気用中間歯車、９８  排気用タイミング歯車、１００  排気用カム軸、１０２  吸気用カム、１０４  ロッカーアーム軸、１０６  カム軸側吸気用ロッカーアーム、１０８  排気用カム、１１０  カム軸側排気用ロッカーアーム、１１２  シリンダヘッド、１１４  吸気流路、１１６  排気流路、１１８  弁側吸気用ロッカーアーム、１２０  弁側排気用ロッカーアーム、１２２  吸気用プルロッド、１２４  排気用プルロッド、１２６  前側トランクルーム、１２８  後席、１３０  バッテリ、１３２  複合ロータ式モータ、１３４  ベルト式無段変速機構、１３６  ステータ、１３８  内側ロータ、１４０  外側ロータ、１４２  回転軸、１４４  ロータ側回転部材、１４６  入力軸、１４８  出力軸、１５０  ベルト、１５２  ステータコア、１５４  ステータ巻線、１５６  ロータコア、１５８  ロータコア、１６０  内側永久磁石、１６２  外側永久磁石、１６４  クラッチ、１６６  インバータ、１６８  整流器、１７０  昇圧コンバータ、１７２  スリップリング、１７４  ブラシ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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