(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸に、フライホイール及びクラッチ、トルクコンバータ等の継手装置を介して変速機を連結するとともに、電動機の出力軸を前記クランク軸に平行に配置し、該電動機の動力を前記クランク軸に伝達可能な動力伝達装置を有する内燃機関の補機接続構造において、前記電動機をエンジンの吸気側に配置し、前記動力伝達装置は、前記内燃機関と継手装置との間に配設されるとともに前記内燃機関及び前記変速機に固定されるギアケースと、前記内燃機関から供給される潤滑油を溜める油溜め空間内に収納されて前記継手装置の外径よりも小径に構成して前記クランク軸に取り付けられた回転部材と、該回転部材と前記電動機の出力軸とを接続する接続手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の補機配設構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸に、フライホイール及びクラッチ、トルクコンバータ等の継手装置を介して変速機を連結するとともに、電動機の動力を前記クランク軸に伝達可能に構成した内燃機関の補機配設構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、近年、環境問題等から燃費(燃料消費率)を改善する手段として、スタート・ストップシステム、つまり車両の停止時に、ある条件下でエンジンのアイドリング運転を停止して燃費を低減する手段の採用が提案されている。
かかるスタート・ストップシステムにおいては、コンピュータ制御により車両のスタート・ストップがなされるが、かかるスタート時に、スタータ(始動電動機)のピニオンギヤをクランク軸に取り付けられたリングギヤに噛み合わせるスタート時噛み合わせ方式のエンジンにおいては、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合う際の騒音や、車両の発進遅れがドライバーの意志に関することなく発生するため、ドライバーに違和感を与えることが多々ある。
【０００３】
また、近年、自動車においては、内燃機関と電動モータとを組み合わせて出力を得るとともに、該電動モータをスタータとして用いるようにしたハイブリッドシステムが採用されつつある。かかるハイブリッドシステムにおいては、電動機側は常時エンジン側と連結されているため、前記従来システムのような電動機側のピニオンとエンジン側のリングギヤとの噛み合いによる打音の発生が無く、また前記のような車両の発進遅れの発生も無い。さらに常時噛み合いであるため、歯車の精度が高められるので、噛み合いによる騒音も低減される。
【０００４】
図８には、かかるハイブリッドシステムによる内燃機関及びこれの補機配設構造の従来技術の一例が示されている。図８の(Ａ)は継手装置にトルクコンバータを備えた車両、(Ｂ)は継手装置にフライホイール及びクラッチを備えた車両の場合を夫々示す。
図８において、１００はエンジン(内燃機関)、１０１はトランスミッション(変速機)、１８は電動モータである。図８(Ａ)の場合も(Ｂ)の場合も、該電動モータ１８はエンジン１００とトランスミッション１０１との間に、該エンジン１００及びトランスミッション１０１の軸心４１と同心に配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記スタート時噛み合わせ方式にあっては、一般に、クランク軸に取り付けられたリングギヤの外径が前記継手装置の前記外径よりも大きく構成されているため、前記電動モータ１８のピニオンギヤと前記リングギヤとの間の減速比を、従来のスタータと同等に設定すると約１０となり、例えば、エンジン最高回転数が７０００ｒｐｍでは前記電動モータ１８のピニオンギヤの回転数は７０、０００ＲＰＭと、過大となり、電動モータ１８及びピニオンギヤ周りの磨耗や焼き付きの発生をみる。
【０００６】
また、前記ハイブリッドシステムは、図８に示されるように、エンジン１００とトランスミッション１０１との間に、電動モータ１８を、該エンジン１００及びトランスミッション１０１の軸心４１と同心に配置しているため、エンジンシステムの全長が該電動モータ１８の長さＬ０相当分増大し、車両への搭載性も低くなる。
【０００７】
さらに、かかる従来技術にあっては、電動モータ１８がエンジン１００の直後に連結されているため、該エンジン１００の熱が電動モータ１８に伝達されて、該電動モータ１８の過熱の発生をみる。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、クランク軸に継手装置を介して変速機を連結するとともに、電動機の動力を前記クランク軸に伝達可能な動力伝達装置を有する内燃機関において、電動機のピニオンギヤと機関側のリングギヤとの間の減速比を小さくすることにより、電動機の過回転による該電動機周りの磨耗や焼き付きの発生を防止するとともに、電動機を含む内燃機関システムの全長を短縮し、さらに全幅の拡大を抑制することにより車両への搭載性を向上し、加えて内燃機関の熱による電動機の過熱の発生を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、内燃機関のクランク軸に、フライホイール及びクラッチ、トルクコンバータ等の継手装置を介して変速機を連結するとともに、電動機の出力軸を前記クランク軸に平行に配置し、該電動機の動力を前記クランク軸に伝達可能な動力伝達装置を有する内燃機関の補機接続構造において、前記電動機をエンジンの吸気側に配置し、前記動力伝達装置は、前記内燃機関と継手装置との間に配設されるとともに前記内燃機関及び前記変速機に固定されるギアケースと、前記内燃機関から供給される潤滑油を溜める油溜め空間内に収納されて前記継手装置の外径よりも小径に構成して前記クランク軸に取り付けられた回転部材と、該回転部材と前記電動機の出力軸とを接続する接続手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の補機配設構造を提案する。
【００１０】
かかる発明によれば、電動機の出力軸と内燃機関のクランク軸とを連結する動力伝達装置を、前記内燃機関の回転軸と継手装置との間に配設するとともに、前記電動機を、その出力軸が前記クランク軸に平行になるように配置し、内燃機関と電動機と動力伝達装置と変速機とよりなる内燃機関システムの全長をコンパクトに保って、車両への搭載性が悪化することなく、前記動力伝達装置の回転部材を前記継手装置の外径よりも小径に構成して前記クランク軸に取り付けたことにより、前記電動機の出力軸とクランク軸との間の距離を短く設定でき、内燃機関システムの全幅もコンパクトとなる。さらに、減速比を、３〜４程度と、従来技術に比べて大幅に小さくすることも可能となる。
これにより、電動機の回転数も減少することができ、該電動機及びピニオンギヤ周りの磨耗や焼き付きの発生を防止できる。
【００１１】
また、かかる発明によれば、動力伝達装置をクランク軸と継手装置との間に配設するとともに、電動機を、その出力軸心が前記クランク軸の軸心に平行になるようにして高温の内燃機関側とは別軸としたので、従来技術における内燃機関の直後に電動機が連結されたもののように、該内燃機関の熱が電動機に直接伝達されることがなく、該電動機の過熱の発生を防止できる。
さらにかかる発明によれば、電動機をエンジンの低温側である吸気側に配置しているので、該エンジンから電動機への伝熱を少なくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１３】
図１は本発明の実施形態における自動車用内燃機関システムの配設構造の第１実施例を示す構成図で、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は正面図である。図２は第２実施例を示す構成図、図３は本発明の実施形態に係る自動車用内燃機関のスタータ用リングギヤ近傍のクランク軸心に沿う断面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は電動モータの動力伝達部の断面図、図７は動力伝達装置の第２実施例を示す図３対応図である。
【００１４】
図１〜２に示す内燃機関システムおいて、１００はエンジン(内燃機関)、１０１はトランスミッション(変速機)、１８は電動モータ、１０２は後述する歯車伝動装置接続手段からなる動力伝達装置（長さＬ１）、１０３はフライホイール及びクラッチあるいは流体継手等からなる継手装置である。
【００１５】
図１(Ａ) (Ｂ)に示す内燃機関システムの配設構造の第１実施例においては、エンジン１００の出力端と継手装置１０３の入力端との間に動力伝達装置１０２を配置するとともに、電動モータ１８を、その軸心４２が出力軸軸心４１と平行になるように、かつ前記動力伝達装置１０２からエンジン１００の前方に向け、該エンジン１００の全長内に納まるようにして、該エンジン１００の上部寄りの部位に配置している。また、該電動モータ１８はエンジン側からの伝熱を少なくするため、エンジン１００の吸気側に設置している。
【００１６】
図２に示す内燃機関システムの配設構造の第２実施例においては、エンジン１００の出力端と継手装置１０３の入力端との間に動力伝達装置１０２を配置するとともに、電動モータ１８を、その軸心４２が出力軸軸心４１と平行になるように、かつ前記動力伝達装置１０２からトランスミッション１０１の後方に向け、該トランスミッション１０１の全長内に納まるようにして、該エンジン１００のトランスミッション１０１の上部寄りの部位に配置している。また、該電動モータ１８は、前記第１実施例と同様に、エンジン側からの伝熱を少なくするため、エンジン１００の吸気側に設置している。
【００１７】
前記動力伝達装置１０２の詳細を示す図３〜５において、５はエンジンのシリンダブロック、７はクランク軸、６は主軸受、８はオイルパンである。１２は該クランク軸７の軸端部に穿孔され前記主軸受６に潤滑油を供給するための油孔で、前記主軸受６の軸受面に開口されている。
１はスタータ用のリングギヤ、３はフライホイールで、該フライホイール３及び該リングギヤ１のボス部１ａは複数のボルト３５により、共締めにて前記クランク軸７の軸端面に固着されている。図１に示されるように、前記リングギヤ１の外径はフライホイール３の外径よりも小さく形成されている。
【００１８】
３０はワンウェイクラッチで、その入力側は前記リングギヤ１に連結され、出力側は前記クランク軸７に固定されたボス部１ａに連結されて、該リングギヤ１側からクランク軸７側への回転の伝達のみを可能としている。
【００１９】
３２はベアリングで、前記リングギヤ１の内周とボス部１ａの外周との間に介装され、ワンウェイクラッチ３０の入力側と出力側とを相対回転可能に支持している。
３１は前記クランク軸７及びボス部１ａの内部を貫通にて設けられた油孔で、前記クランク軸７内の油孔１２とワンウェイクラッチ３０とを連通し、該油孔１２内の潤滑油の一部を、該油孔３１を通して該ワンウェイクラッチ３０に供給するようになっている。
【００２０】
９はギヤケース、１３はミッションケースで、該ギヤケース９は外周側をボルト０１２により該ミッションケース１３と共締めにて前記シリンダブロック５に締め付け固着されるとともに、一部ではボルト０２５により該ミッションケース１３に固着され、さらに内周側をボルト２５により前記シリンダブロック５に締め付け固着されている。
１１はギヤカバーで、その外周部を複数のボルト２６により前記ギヤケース９に固着されている。該ギヤカバー１１の内側と前記ギヤケース９とによって、油溜め空間２３が形成され、該油溜め空間２３内に前記リングギヤ１が収納されている。
【００２１】
そして、前記クランク軸７とシリンダブロック５との間には、前記油溜め空間２３の上部に連通される油導入用の隙間２９が形成されている。２１は前記ギヤケース９に穿孔された油戻し孔で、前記油溜め空間２３の下部とオイルパン８内とを連通している。該油戻し孔２１のエンジン高さ方向位置は、前記リングギヤ１及びサブギヤ２の外周がオイルパン８内の油面２４よりも若干上部になり、かつ前記油溜め空間２３内に一定量の潤滑油が溜まるような位置に設定される。
【００２２】
２２はブリーズ孔で、前記オイルパン８内の上部と前記油溜め空間２３内とを連通し、該油溜め空間２３内の空気抜きを行うようになっている。１４は前記リングギヤ１のボス部１ａとクランク軸７の外周面との間に介装されたＯリングである。４は前記ギヤカバー１１に取り付けられたオイルシールで、前記油溜め空間２３と外部とをシールしている。
【００２３】
図４〜５において、１８は電動モータで、前記ギヤケース９に複数の該ボルト２７により固着されている。１７は該電動モータ１８のモータ軸１９に固定されたピニオンギヤ、１６は両端部を前記ギヤケース９及びギヤカバー１１に回転自在に支持された中間ギヤで、図４に示すように、該ピニオンギヤ１７と中間ギヤ１６と前記リングギヤ１とは常時噛み合っており、前記電動モータ１８の動力をピニオンギヤ１７、中間ギヤ１６、及びリングギヤ１を経て前記フライホイール３及びトランスミッション１０１(図１参照)に伝達するようになっている。３４は前記電動モータ１８とギヤケース９との間に介装されたＯリングである。
【００２４】
図６は、前記電動モータ１８からピニオンギヤ１７までの動力伝達機構を示しており、同図において、６０はモータ本体、５１は該モータ本体６０の出力端に連結された第１段減速機、５２は第１段減速機５１に直列に連結された第２段減速機、１９は該第２段減速機５２の出力端に連結されたモータ軸であり、該モータ軸１９の軸端に前記ピニオンギヤ１７が固定されている。
【００２５】
前記第１段減速機５１及び第２段減速機５２は公知の遊星歯車式減速機で、両者の減速比は、前記ピニオンギヤ１７とリングギヤ１との間の減速比が３〜４程度になるように設定される。５３はハウジング、５６、５７、及び５９は前記モータ軸１９を支持するベアリング、５５はオイルシール、５８は０リング、５４はスタータスイッチである。
【００２６】
かかる構成からなる補機配設構造を備えた内燃機関システムにおいて、エンジン１００クランク軸７の回転力は、動力伝達装置１０２の回転部材であるリングギヤ１を経てフライホイール３及びクラッチ、あるいはトルクコンバータ等の継手装置１０３に伝達される。一方電動モータ１８のモータ本体６０からの回転力は前記第１段減速機５１及び第２段減速機５２にて減速された後、モータ軸１９から動力伝達装置１０２のピニオンギヤ１７に伝達される。
【００２７】
エンジン１００の始動時には、前記スタータスイッチ５４を入れると、電動モータ１８のモータ本体６０の回転力は、前記第１段減速機５１及び第２段減速機５２で減速されて、モータ軸１９を介してピニオンギヤ１７に伝達され、該ピニオンギヤ１７から中間ギヤ１６を介してリングギヤ１に伝達され、クランク軸７を回転せしめる。
そして、エンジン１００が起動し、クランク軸７のトルクがモータ軸１９のトルクを上回ったとき、ワンウェイクラッチ３０によりクランク軸７とモータ軸との接続が断たれ、モータは停止する。
【００２８】
そして、走行時にモータアシストが必要となった場合、電動モータ１８を再作動させる。
該ピニオンギヤ１７に伝達された回転力は中間ギヤ１６を介してリングギヤ１に伝達され、ここで、前記エンジン１００のクランク軸７の回転力に重畳される。そして、重畳された２系統の回転力、つまりエンジン１００の回転力と電動モータ１８の回転力とは前記継手装置１０３の接続によりトランスミッション１０１に伝達され、車両の駆動力となる。
【００２９】
この場合、前記動力伝達装置１０２の回転部材であるリングギヤ１の外経を前記継手装置１０３を構成するフライホイール３の外径よりも小径に構成して前記クランク軸７に取り付けていることにより前記電動モータ１８の出力端のピニオンギヤ１７と前記回転部材を構成するリングギヤ１との間の減速比を、３〜４程度と従来技術に比べて大幅に小さくでき、電動モータ１８の回転数を減少することができるので、電動モータ１８に過大な負荷を与えることなくモータアシストが可能となり、焼付き等を防止することができる。
また、ギヤの噛合率が大きくなり、ギヤの噛み合い騒音の低減が可能となる。
【００３０】
また、かかる実施例によれば、 前記動力伝達装置１０２をエンジン１００のクランク軸７と継手装置１０３との間に配設するとともに、電動モータ１８を、そのモータ軸心４２が前記クランク軸７の軸心つまり出力軸軸心４１に平行になるようにして高温のエンジン１００側とは別軸としたので、該エンジン１００の熱が電動モータ１８に直接伝達されることがなく、該電動モータ１８の過熱の発生が回避される。
【００３１】
図７に示される動力伝達装置の第２実施例は、第１実施例におけるワンウェイクラッチ３０を備えないもので、図７において、２はサブギヤで、前記リングギヤ１の側面に固着されている。１０は前記リングギヤ１及びサブギヤ２に取り付けられたトルクスプリングである。この場合、電動モータは常時エンジンと同期して回転するため一層効果が発揮される。
また、かかる実施例においては、前記隙間２９に加えて、前記クランク軸７の油孔１２と前記油溜め空間２３とを連通する小径の油孔２０を設けて、該油孔１２内の潤滑油の一部を、該油孔２０を通して前記油溜め空間２３に導入するように構成することもできる。
その他の構成は、前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３２】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、内燃機関と電動機と変速機とよりなる内燃機関システムの全長は、電動機を内燃機関と変速機との間に直列に配置した従来技術に比べ大幅に減少し、車両への搭載性が向上する。
【００３３】
また、前記動力伝達装置の回転部材を前記継手装置の外径よりも小径に構成されているので、前記電動機の出力軸と前記クランク軸との間の減速比を従来技術に比べて大幅に小さくすることが可能となる。
これにより、電動機の回転数も減少することができ、磨耗や焼き付きの発生を防止できる。
【００３４】
動力伝達装置をクランク軸と継手装置との間に配設するとともに、電動機を、その出力軸心が前記クランク軸の軸心に平行になるようにして高温の内燃機関側とは別軸としたので、従来技術における内燃機関の直後に電動機が連結されたもののように、該内燃機関の熱が電動機に直接伝達されることがなく、該電動機の過熱の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   図１は本発明の実施形態における自動車用内燃機関システムの配設構造の第１実施例を示す構成図で、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は正面図である。
【図２】  第２実施例を示す構成図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る自動車用内燃機関のスタータ用リングギヤ近傍のクランク軸心に沿う断面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】  図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】  電動モータの動力伝達部の断面図である。
【図７】  動力伝達装置の第２実施例を示す図３対応図である。
【図８】  従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１      リングギヤ
１ａ    ボス部
３       フライホイール
５      シリンダブロック
６      主軸受
７      クランク軸
８      オイルパン
９      ギヤケース
１１    ギヤカバー
１２、２０、３１  油孔
１３    ミッションケース
１６    中間ギヤ
１７    ピニオンギヤ
１８    電動モータ
１９    モータ軸
２１    油戻し孔
２２    ブリーズ孔
２３    油溜め空間
３０    ワンウェイクラッチ
３２    ベアリング
５１    第１段減速機
５２    第２段減速機
１００  エンジン
１０１  トランスミッション
１０２  動力伝達装置
１０３  継手装置
【図１】
0003644337.tif 000002
【図２】
0003644337.tif 000003
【図３】
0003644337.tif 000004
【図４】
0003644337.tif 000005
【図５】
0003644337.tif 000006
【図６】
0003644337.tif 000007
【図７】
0003644337.tif 000008
【図８】
0003644337.tif 000009