(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と、シリンダブロックに結合されて該クランク軸を回転自在に支持するベアリングキャップと、クランク室を形成するクランク室形成部材とを備えた内燃機関において、
前記ベアリングキャップは、前記クランク軸をその複数のジャーナルにてオイルにより潤滑される主軸受を介して支持する複数のベアリングキャップ本体から構成され、
前記クランク軸の、前記クランク室内に位置する部分には、磁気発生部材が前記クランク軸に対して相対移動することなく設けられ、
前記クランク室内に位置する前記ベアリングキャップ本体には、前記クランク室内に位置するコイルが、前記クランク軸の回転軸線方向から見て前記ベアリングキャップ本体と重なる位置に設けられ、
前記磁気発生部材と前記コイルとにより電動機あるいは発電機が構成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記クランク軸の、前記クランク室内に位置する部分において、前記回転軸線方向で隣接する１対の前記ジャーナルの間に、前記クランク軸に対して相対移動することがない円板状のロータが設けられ、
前記磁気発生部材は、前記ロータの外周部に全周に設けられることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ロータは前記クランク軸と一体成形されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記クランク軸は、前記回転軸線方向で隣接する１対の前記ジャーナルの間に、クランクピンと、前記クランクピンの両端の１対のクランクウェブとを有し、
前記ベアリングキャップ本体は、前記回転軸線方向で前記ロータが位置する側に設けられたフランジ部を有し、
前記ロータは、前記回転軸線方向で一方の前記クランクウェブに隣接して前記ジャーナル寄りの部分に設けられ、
前記コイルは前記フランジ部に固定されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
複数の前記コイルが、前記クランク軸の回転軸線を中心としてその径方向外方で前記磁気発生部材に対向する位置に、周方向に円弧状に設けられることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
前記ベアリングキャップは、前記複数のベアリングキャップ本体と、前記ベアリングキャップ本体同士を連結する連結部とから構成され、
前記コイルは該連結部よりも前記クランク軸の回転軸線側に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記クランク室形成部材はオイルパンを含み、
前記ベアリングキャップ本体は、前記オイルパンに貯留されたオイルのオイルレベルよりも下方に位置し、
前記コイルは前記オイルパンに貯留されたオイルに漬かっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機および発電機として機能する発電電動機を含む電動機、あるいは発電機を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クランクケース内に電動機あるいは発電機として機能するモータゼネレータを設けたエンジンが、特開平９−１８２３７１号公報に開示されている。このエンジンは、往復運動するピストンとクランク軸とを連結するコネクティングロッドの大端部に設けられた永久磁石と、シリンダブロックの下部およびオイルパンにより形成されるクランクケースに固設された台座に設けられたステータコイルとにより構成されるモータゼネレータを備える。そして、クランク軸の回転運動により大端部と共に回転運動する永久磁石が、ステータコイルに対して相対運動することで、両者の間での電磁作用によりステータコイルに起電力が発生して、モータゼネレータが発電機として働き、またバッテリからステータコイルに交流電流を供給することで両者の間での電磁作用により永久磁石に運動経路の接線方向の電磁力を作用させて、モータゼネレータがモータとして働く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来のエンジンでは、永久磁石が設けられたコネクティングロッドの大端部は、クランク軸の回転軸線を中心に回転運動すると共に、クランクピンの中心軸線を中心に揺動運動するため、永久磁石がステータコイルと対向している間、両者の間に形成される空隙の大きさは一定に維持されず、しかも最小の空隙が形成される期間は極めて短いため、モータゼネレータの電動機あるいは発電機としての効率が高いとはいえなかった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１ないし請求項７記載の発明は、内燃機関の大型化を抑制しつつ、磁気発生部材がコイルと対向している間、両者の間に形成される空隙の大きさを微小に、かつ一定に維持することができる電動機あるいは発電機を備えた内燃機関を提供することを共通の目的とする。そして、請求項７記載の発明は、さらに、電動機として使用する場合のクランク軸の回転のアシスト作動の一層の向上、あるいは発電機として使用する場合の発電効率の一層の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、クランク軸と、シリンダブロックに結合されて該クランク軸を回転自在に支持するベアリングキャップと、クランク室を形成するクランク室形成部材とを備えた内燃機関において、前記ベアリングキャップは、前記クランク軸をその複数のジャーナルにてオイルにより潤滑される主軸受を介して支持する複数のベアリングキャップ本体から構成され、前記クランク軸の、前記クランク室内に位置する部分には、磁気発生部材が前記クランク軸に対して相対移動することなく設けられ、前記クランク室内に位置する前記ベアリングキャップ本体には、前記クランク室内に位置するコイルが、前記クランク軸の回転軸線方向から見て前記ベアリングキャップ本体と重なる位置に設けられ、前記磁気発生部材と前記コイルとにより電動機あるいは発電機が構成される内燃機関である。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、電動機あるいは発電機を構成するコイルおよび磁気発生部材は、元来、クランク室内にあるベアリングキャップ本体およびクランク室内にあるクランク軸にそれぞれ設けられるので、電動機あるいは発電機を設けることによる内燃機関の大型化が抑制され、しかも磁気発生部材は、クランク軸に対して相対移動することなく設けられるので、磁気発生部材が、クランク軸と一体に回転してコイルと対向する間、ベアリングキャップ本体に設けられたコイルとの間に形成される空隙の大きさを微小にかつ一定に維持することが容易にできて、電動機として使用する場合は、クランク軸の回転を助勢するアシスト力が大きくなり、また発電機として使用する場合は、発電効率が向上する。また、コイルはベアリングキャップ本体に設けられるので、コイルがベアリングキャップ本体に装着された状態で、ベアリングキャップ本体がシリンダブロックに対して着脱されることで、コイルも同時にシリンダブロックに着脱されるため、コイルをクランク室内に組み付ける作業が容易になって、その組付性が向上し、そのうえクランク軸をジャーナルにて主軸受を介して支持するベアリングキャップ本体付近には、主軸受を潤滑した後の多量のオイルが存在するので、そのオイルによりコイルが効果的に冷却されて、電動機あるいは発電機の効率が向上する。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関において、前記クランク軸の、前記クランク室内に位置する部分において、前記回転軸線方向で隣接する１対の前記ジャーナルの間に、前記クランク軸に対して相対移動することがない円板状のロータが設けられ、前記磁気発生部材は、前記ロータの外周部に全周に設けられるものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の内燃機関において、前記ロータは前記クランク軸と一体成形されているものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の内燃機関において、前記クランク軸は、前記回転軸線方向で隣接する１対の前記ジャーナルの間に、クランクピンと、前記クランクピンの両端の１対のクランクウェブとを有し、前記ベアリングキャップ本体は、前記回転軸線方向で前記ロータが位置する側に設けられたフランジ部を有し、前記ロータは、前記回転軸線方向で一方の前記クランクウェブに隣接して前記ジャーナル寄りの部分に設けられ、前記コイルは前記フランジ部に固定されるものである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の内燃機関において、複数の前記コイルが、前記クランク軸の回転軸線を中心としてその径方向外方で前記磁気発生部材に対向する位置に、周方向に円弧状に設けられるものである。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の内燃機関において、前記ベアリングキャップは、前記複数のベアリングキャップ本体と、前記ベアリングキャップ本体同士を連結する連結部とから構成され、前記コイルは該連結部よりも前記クランク軸の回転軸線側に設けられるものである。
【００１６】
この請求項６記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、ベアリングキャップは、複数のベアリングキャップ本体と、ベアリングキャップ本体同士を連結する連結部とから構成されるので、コイルを強固に固定することが可能となり、磁気発生部材とコイルとの間に形成される空隙の大きさを一定に維持するうえで有利である。しかも、コイルは、連結部よりもクランク軸の回転軸線側のスペースを利用して設けることができるので、内燃機関の大型化を抑制できる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の内燃機関において、前記クランク室形成部材はオイルパンを含み、前記ベアリングキャップ本体は、前記オイルパンに貯留されたオイルのオイルレベルよりも下方に位置し、前記コイルは前記オイルパンに貯留されたオイルに漬かっているものである。
【００１８】
この請求項７記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、コイルはオイルパンに貯留されている多量のオイルで冷却されるため、コイルの冷却が一層促進されて、電動機あるいは発電機の効率が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図７を参照して説明する。
図１ないし図４は、本発明の第１実施例を示すもので、図１および図２を参照すると、内燃機関Ｅは、車両に搭載される直列３気筒４サイクル内燃機関であり、シリンダブロック１と、シリンダブロック１の上端に結合されたシリンダヘッド２と、その下端に結合されたオイルパン３とから構成される機関本体を有する。シリンダブロック１は、そのシリンダヘッド２側に位置して３つのシリンダC1，C2，C3が一体に結合されたシリンダ部1aと、そのオイルパン３側に位置するクランクケース部1bを備える。そして、クランクケース部1bとオイルパン３とにより形成されるクランク室４内には、クランクケース部1bとオイルパン３との合わせ面上に回転軸線Ｌを有するクランク軸５が収容される。それゆえ、この第１実施例では、クランクケース部1bとオイルパン３とがクランク室形成部材となる。また、各シリンダC1〜C3には、ピストンP1，P2，P3がそれぞれ摺動自在に嵌合され、各ピストンP1〜P3とシリンダヘッド２との間に形成された燃焼室６に発生する燃焼圧力により往復動するピストンP1〜P3が、それぞれコンロッドR1，R2，R3を介してクランク軸５を回転駆動する。
【００２０】
クランク軸５は、その４箇所のジャーナルJ1，Ｊ2，Ｊ3，Ｊ4にて、プレーン軸受からなる４つの主軸受７を介して、クランク室４内に位置する４つの軸受部B1，B2，B3，B4に支持される。各軸受部B1〜B4は、クランクケース部1bの内側にクランクケース部1bと一体に形成された本体側軸受部D1，D2，D3，D4と、該本体側軸受部D1〜D4に結合されるベアリングキャップ８とから構成され、本体側軸受部D1〜D4とベアリングキャップ８とが結合されて形成される円形断面の軸受孔に主軸受７が支持される。このベアリングキャップ８は、本体側軸受部D1〜D4と当接して結合される４つのベアリングキャップ本体A1，A2，A3，A4と、ベアリングキャップ本体A1〜A4とは別体でありベアリングキャップ本体A1〜A4同士を連結してベアリングキャップ８の剛性を高める板状の連結部Ｔとから構成される。そして、ベアリングキャップ本体A1〜A4の、回転軸線Ｌから最も遠い距離にある最外周部A1a，A2a，A3a，A4aにおいて、オイルパン３の底面寄りに位置する連結部Ｔは、４つのベアリングキャップ本体A1〜A4を介して、ボルト９により各ベアリングキャップ本体A1〜A4と共に本体側軸受部D1〜D4に締結されて、ベアリングキャップ８がシリンダブロック１に固定される。
【００２１】
クランク軸５において、ジャーナルJ1とジャーナルＪ2との間には、シリンダC1に嵌合するピストンP1に連結されるコンロッドR1が連結されるクランクピンN1の両端の１対のクランクウェブW1，W2が、回転軸線Ｌ方向で２つの軸受部B1，B2にそれぞれ隣接して配置され、同様に、ジャーナルＪ2とジャーナルＪ3との間には、シリンダC2に嵌合するピストンP2に連結されるコンロッドR2が連結されるクランクピンN2の両端の１対のクランクウェブW3，W4が、回転軸線Ｌ方向で２つの軸受部B2，B3にそれぞれ隣接して配置され、ジャーナルＪ3とジャーナルＪ4との間には、シリンダC3に嵌合するピストンP3に連結されるコンロッドR3が連結されるクランクピンN3の両端の１対のクランクウェブW5，W6が、回転軸線Ｌ方向で２つの軸受部B3，B4にそれぞれ隣接して配置される。ここで、クランク軸５は、各クランクウェブW1〜W6およりクランクピンN1〜N3を含めて一体成形により製造され、また３つのクランクピンN1〜N3は、互いに１２０度の位相で配置される。それゆえ、各クランクウェブW1〜W6はクランク軸５に対して相対移動することがない。
【００２２】
さらに、各クランクウェブW1〜W6には、対応するピストンP1〜P3、ピストンリングやピストンピン等の該ピストンP1〜P3に装着される部材、およびコンロッドR1〜R3等の、該ピストンP1〜P3の往復運動に伴って往復運動する部分である往復運動部分に発生する１次慣性力を減少させるバランス力を発生するバランスウエイトが設けられるバランスウエイト部W1a，W2a，W3a，W4a，W5a，W6aが、回転軸線Ｌに対してクランクピンN1〜N3の反対側に設けられる。それゆえ、各ピストンP1〜P3に対応する１対のバランスウエイト部W1a，W2a；W3a，W4a；W5a，W6aは互いに同一位相となっている。そして、各バランスウエイト部W1a〜W6aは、回転軸線Ｌ方向で対応する軸受部B1〜B4に隣接して配置される。
【００２３】
また、クランク軸５の、軸受部B1の左方に突出する左端部には駆動スプロケット10が設けられ、駆動スプロケット10と、シリンダヘッド２に設けられた動弁機構の構成要素である吸気カム軸および排気カム軸にそれぞれ設けられたカムスプロケット（図示されず）との間には、タイミングチェーン11が掛け渡され、各シリンダC1〜C3に対応して設けられた２つの吸気弁および２つの排気弁が、タイミングチェーン11を介して伝達されるクランク軸５の動力で回転駆動される前記両カム軸にそれぞれ形成されたカムにより所定の開閉時期で作動される。
【００２４】
さらに、図２に図示されるように、オイルパン３には、内燃機関Ｅの運転停止時には、ピストンP1〜P3が上死点に位置するときのバランスウエイト部W1a〜W6aよりもやや下方位置に停止時オイルレベルH1が設定され、内燃機関Ｅの運転時には、停止時オイルレベルH1よりも低い位置である運転時オイルレベルH2が設定されるようにオイルが貯留される。そして、クランク軸５の動力により駆動されるオイルポンプ12は、オイルストレーナ13および吸入管14を経てオイルパン３から汲み上げたオイルを、シリンダブロック１に形成されたメインギャラリに吐出する。オイルは、該メインギャラリから、クランク軸５の主軸受７、クランクピンN1〜N3とコンロッドR1〜R3との連結部、さらにはピストンP1〜P3とシリンダC1〜C3の摺動部等の潤滑箇所に供給され、それら潤滑箇所を潤滑し終えたオイルは、クランク室４内を落下してオイルパン３の底部に溜まる。このとき、各ベアリングキャップ本体A1〜A4付近には、主軸受７を潤滑した後の多量のオイルが存在すると共に、前記各潤滑箇所を潤滑し終えた潤滑油が、ベアリングキャップ本体A1〜A4のオイルパン３の底面寄りに位置する連結部Ｔ付近に落下する。また、前記メインギャラリからの一部のオイルは、前記動弁機構の潤滑箇所を潤滑した後、シリンダブロック１に形成された戻り通路、およびタイミングチェーン11が収容されたチェーン室15を通ってオイルパン３に戻る。
【００２５】
次に、この内燃機関Ｅに設けられる発電電動機について説明する。
図２に図示されるように、各クランクウェブW1〜W6のバランスウエイト部W1a〜W6aは、ほぼ１２０度の中心角を有するほぼ扇形をしており、回転軸線Ｌから最も遠い距離にあるその外周面には、複数の、この実施例では４個の磁気発生部材としての永久磁石20が、周方向にほぼ等間隔に形成された凹部に、例えば圧入により固定されて保持され、さらにこれら永久磁石20は、バランスウエイトの少なくとも一部を構成している。そして、永久磁石20は、停止時オイルレベルH1の上方に位置している。
【００２６】
また、各ベアリングキャップ本体A1〜A4は、その最外周部A1a〜A4aにおいて、回転軸線Ｌ方向でクランクウェブW1〜W6が位置する側に、連結部Ｔに当接するフランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bを有し、該フランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bに、回転軸線Ｌを中心としてその径方向（以下、単に「径方向」という）外方で永久磁石20に対向する位置に固定された複数の、この実施例では６個のコイル21が周方向に円弧状に、回転軸線Ｌを中心としてほぼ１２０度の範囲に渡って固定される。さらに、これらコイル21の径方向内側の面は、永久磁石20がコイル21と対向しつつ回転する間、該永久磁石20との間に、径方向での大きさが微小で、かつその大きさが一定に維持される空隙Ｇを形成するように配置される。それゆえ、各ベアリングキャップ本体A1〜A4は、コイル取付部となっており、またコイル21は、連結部Ｔよりも回転軸線Ｌ側のスペースを利用して設けられている。また、コイル21は、クランク軸５の回転軸線Ｌ方向から見てベアリングキャップ本体A1〜A4と重なる位置に設けられる。
そして、これらコイル21の一部およびベアリングキャップ本体A1〜A4の一部は、停止時オイルレベルH1または運転時オイルレベルH2よりも下方に位置しているため、オイルパン３に貯留されるオイルに漬かった状態にある。
【００２７】
このようにして、クランクウェブW1〜W6毎に、複数の永久磁石20と複数のコイル21とを有する発電電動機M1，M2，M3，M4，M5，M6が構成されて、この実施例では、合計６個の発電電動機M1〜M6が設けられる。そして、前述のような永久磁石20およびコイル21の配置により、内燃機関Ｅでは、図３の（Ａ）および（Ｂ）を併せて参照すると明らかなように、クランク軸５が１回転する間に、同一位相の１対のバランスウエイト部W1a，W2a；W3a，W4a；W5a，W6aに設けられた永久磁石20を有する１対の発電電動機M1，M2；M3，M4；M5，M6からなる３組の１対の発電電動機M1，M2；M3，M4；M5，M6において、少なくとものいずれか１組の１対の発電電動機M1，M2；M3，M4；M5，M6の永久磁石20とコイル21とが空隙Ｇを介して対向する状態にあるため、クランク軸５の回転中、常に、いずれかの１対の発電電動機M1，M2；M3，M4；M5，M6において永久磁石20とコイル21との間で電磁作用が生じるようにされる。
【００２８】
図４を参照すると、発電電動機M1〜M6のコイル21は、電子制御装置40により制御されるＰＤＵ（パワードライブユニット）41に接続される。ＰＤＵ41は、発電電動機M1〜M6を交流電動機（永久磁石型交流同期電動機）として機能させて、永久磁石20とコイル21との間での電磁作用によりクランク軸５の回転を助勢するアシスト力を発生して機関出力を補助するアシスト動作時には、発電電動機M1〜M6に駆動電力を供給する一方、発電電動機M1〜M6を交流発電機として機能させて、永久磁石20とコイル21との間での電磁作用によりクランク軸５の回転エネルギを電力に変換する回生動作時には、発電電動機M1〜M6に発生した電力を蓄電器42に供給する。そして蓄電器42に蓄積された電力はアシスト動作時の発電電動機M1〜M6の駆動電力として使用され、また電圧を降下させた後、バッテリの充電にも使用される。
【００２９】
次に、前述のように構成された実施例の作用効果について説明する。
内燃機関Ｅが運転されてクランク軸５がピストンP1〜P3により回転駆動されると、各発電電動機M1〜M6において、回転する各バランスウエイト部W1a〜W6aの永久磁石20は、対応するベアリングキャップ本体A1〜A4に固定されたコイル21の径方向内方を一定の微小な空隙Ｇを維持した状態で通過する。そして、内燃機関Ｅの加速運転時等、内燃機関Ｅの出力増加が必要な運転状態のときには、ＰＤＵ41は、電子制御装置40からの指令により駆動電力を発電電動機M1〜M6に供給し、発電電動機M1〜M6を電動機として機能させて、発生するアシスト力でクランク軸５の回転を助勢させる。また、内燃機関Ｅの減速運転時等の内燃機関Ｅの出力を減少させる運転状態のときや蓄電器42を充電する必要があるときは、ＰＤＵ41は、電子制御装置40からの指令により駆動電力の供給を停止して、発電電動機M1〜M6を発電機として機能させて、発生する電力を蓄電器42に供給する。
【００３０】
このように、発電電動機M1〜M6を構成するコイル21および永久磁石20は、元来、クランク室４内にあるベアリングキャップ本体A1〜A4およびクランク室４内にあるクランクウェブW1〜W6にそれぞれ設けられるので、発電電動機M1〜M6を設けることによる内燃機関Ｅの大型化が抑制され、しかもコイル21は、連結部Ｔよりもクランク軸５の回転軸線Ｌ側のスペースを利用して設けられるので、この点でも内燃機関Ｅの大型化が抑制される。さらに、永久磁石20を保持するクランクウェブW1〜W6は、クランク軸５に対して相対移動することなく設けられるので、クランクウェブW1〜W6がクランク軸５と一体に回転して永久磁石20がコイル21と対向する間、ベアリングキャップ本体A1〜A4に設けられたコイル21との間に形成される空隙Ｇの大きさを微小にかつ一定に維持することが容易にできて、発電電動機M1〜M6は、電動機としてクランク軸５の回転を助勢する大きなアシスト力を発生することができ、また発電電動機M1〜M6の発電機としての発電効率が向上する。しかも、各発電電動機M1〜M6は、複数の永久磁石20および複数のコイル21を備えたうえで、それら全ての全永久磁石20とそれら全てのコイル21との間で、空隙Ｇの大きさを微小にかつ一定に維持することができるので、発電電動機M1〜M6は、電動機として一層大きなアシスト力を発生することができ、また発電電動機M1〜M6の発電機としての発電効率が一層向上する。また、コイル21はベアリングキャップ本体A1〜A4に設けられるので、コイル21がベアリングキャップ本体A1〜A4に装着された状態で、ベアリングキャップ本体A1〜A4がシリンダブロック１のクランクケース部1bに対して着脱されることで、コイル21も同時にクランクケース部1bに着脱されるため、コイル21をクランク室４内に組み付ける作業が容易になり、その組付性が向上し、そのうえベアリングキャップ本体A1〜A4付近には、主軸受７を潤滑した後の多量のオイルが存在するので、そのオイルによりコイル21が効果的に冷却されて、発電電動機M1〜M6の効率が向上する。
【００３１】
永久磁石20は、クランク軸５のクランクウェブW1〜W6のバランスウエイト部W1a〜W6aに設けられることから、永久磁石20をバランスウエイトとして利用できるので、発電電動機M1〜M6を設けたことによる内燃機関Ｅの重量増が抑制される。
【００３２】
コイル21はベアリングキャップ本体A1〜A4の最外周部A1a〜A4aに設けられたフランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bに固定されるので、クランク軸５の回転軸線Ｌからコイル21までの距離を極めて大きく設定することができて、バランスウエイト部W1a〜W6aに設けられた永久磁石20もコイル21と同様に回転軸線Ｌから離れた位置に設けることが可能となるため、発電電動機M1〜M6は、電動機としてクランク軸５の回転を助勢するアシスト力により大きなアシストトルクを発生させることができ、また発電機として、永久磁石20の周速を大きくすることができて、発電効率が向上する。
【００３３】
コイル21の一部は、停止時オイルレベルH1または運転時オイルレベルH2よりも下方に位置していて、オイルパン３のオイルに漬かっているため、その一部のコイル21は、オイルパン３に貯留されている多量のオイルで冷却されるので、コイル21の冷却が一層促進されて、発電電動機M1〜M6の効率が向上する。このとき、バランスウエイト部W1a〜W6aおよび永久磁石20は、停止時オイルレベルH1の上方に位置するため、内燃機関Ｅの運転時にバランスウエイト部W1a〜W6aおよび永久磁石20が貯留されたオイルに漬かって、オイルを攪拌することがないので、オイルがクランク軸５の回転に対して抵抗となることはなく、またオイルへの空気の混入も防止される。
【００３４】
クランク軸５の１回転中、常時、内燃機関Ｅの発電電動機M1〜M6のうちの少なくとも１対の発電電動機M1，M2；M3，M4；M5，M6の永久磁石20およびコイル21が空隙Ｇを介して対向する状態にあるので、安定したアシスト作動および回生作動が行われると共に、発電電動機M1〜M6のアシスト力によるクランク軸５の回転変動を小さくできる。
【００３５】
ベアリングキャップ８にコイル21が設けられるので、バランスウエイト部W1a〜W6aに設けられた永久磁石20との間に、燃焼室６での燃焼による爆発荷重を低減させる力が作用するので、クランク軸５の軸受部B1〜B4に対する爆発荷重による負荷を低減できて、主軸受７等の耐久性が向上する。
【００３６】
また、各発電電動機M1〜M6において、永久磁石20とコイル21とは径方向で空隙Ｇを介して対向しているので、回転軸線Ｌ方向での内燃機関Ｅの幅の増大を防止できる。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施例を説明する。この第２実施例において、第１実施例と同一の構成に関する説明は省略することとする。なお、第１実施例における部材に対して、同一の部材または相当する部材には、同一の符号を付してある。
【００３８】
この第２実施例では、連結部Ｔは、フランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bを含めベアリングキャップ本体A1〜A4と一体成形により形成される点を除いて、その他の構成は第１実施例と同様である。そして、ここでは、ベアリングキャップ８がコイル取付部となっている。この第２実施例によれば、第１実施例と同様の効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、コイル21はベアリングキャップ本体A1〜A4と連結部Ｔとが一体形成されたベアリングキャップ８に設けられるので、部品点数が削減され、さらに各コイル21の取付位置のバラツキが減少して、全コイル21に渡って空隙Ｇを一定に設定することが容易になる。しかも、コイル21を、一体形成により剛性が高められたベアリングキャップ８の連結部Ｔ寄りの位置に強固に固定することができて、永久磁石20とコイル21との間に形成される空隙Ｇの大きさを一定に維持するうえで有利である。
【００３９】
次に、図６を参照して、本発明の第３実施例を説明する。この第３実施例において、第１実施例と同一の構成に関する説明は省略することとする。なお、第１実施例における部材に対して、同一の部材または相当する部材には、同一の符号を付してある。
【００４０】
この第３実施例では、コイル21が、ベアリングキャップ本体A1〜A4のほかに、クランク室形成部材であるクランクケース部1bの内面に、各バランスウエイト部W1a〜W6aの永久磁石20と径方向で対向する位置に、クランク軸５を間に挟んで両側に３個ずつ固定したものである。それゆえ、ここではクランクケース部1bの内面がコイル取付部となっている。そして、この場合にも、ベアリングキャップ本体A1〜A4に固定されたコイル21と同様に、これらコイル21の径方向内側の面は、永久磁石20がコイル21と対向しつつ回転する間、該永久磁石20との間に、径方向での大きさが微小で、かつその大きさが一定に維持される空隙Ｇを形成するように配置される。
【００４１】
そして、この第３実施例においても、第１実施例と同様の効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、ベアリングキャップ本体A1〜A4以外に設けられるコイル21は、クランクケース部1b自体に設けられるので、発電電動機M1〜M6を設けることによる内燃機関Ｅの大型化が抑制される。さらに、クランク軸５の１回転中、各発電電動機M1〜M6の永久磁石20が対向するコイル21の数が、第１実施例のそれよりも多くなるので、発電電動機M1〜M6によりクランク軸５に付加されるアシスト力が増大し、また発電量が増大する。
【００４２】
次に、図７を参照して、本発明の第４実施例を説明する。この第４実施例において、第１実施例と同一の構成に関する説明は省略することとする。なお、第１実施例における部材に対して、同一の部材または相当する部材には、同一の符号を付してある。
【００４３】
この第４実施例では、クランク室４内において、クランクウェブW6に隣接してジャーナルＪ4寄りのクランク軸５の部分において、回転軸線L方向で隣接する１対のジャーナルＪ3，Ｊ4の間に、円板状のロータ30がクランク軸５に対して相対移動することがないように結合され、ロータ30の外周部には、全周に渡って間隔をおいて永久磁石20が固定される。図７に示されるように、ロータ30は、クランクピンN3の両端の１対のクランクウェブW5，W6のうちの回転軸線Ｌ方向で一方のクランクウェブW6に隣接してジャーナルJ4寄りの部分に設けられる。
一方、コイル21は、ベアリングキャップ本体A4の、回転軸線Ｌ方向でロータ30が位置する側に設けられたフランジ部A4bに第１実施例のベアリングキャップ本体A4におけるそれと同様の配置で、６個のコイル21が固定される。そして、永久磁石20とコイル21との間の径方向の空隙Ｇは、第１実施例における空隙Ｇと同様である。
【００４４】
そして、この第４実施例によれば、第１実施例の効果と同様の効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、内燃機関Ｅには単一の発電電動機M7が設けられることになるが、永久磁石20がロータ30の全周に設けられるので、コイル21が円弧状に設けられるのにも拘わらず、発電電動機M7によるアシスト力によるクランク軸５の回転変動を少なくすることができる。
【００４５】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した例について、変更した構成に関して説明する。
第１実施例では、連結部Ｔはベアリングキャップ本体A1〜A4の最外周部A1a，A2a，A3a，A4aに設けられたが、ベアリングキャップ本体A1〜A4同士を連結する連結部Ｔは、クランク軸５の、バランスウエイト部W1a〜W6aを含むクランクウェブW1〜W6のとの干渉を避ける位置に設けられるので、そのような位置であればベアリングキャップ本体A1〜A4の最外周部A1a，A2a，A3a，A4aである必要はなく、その場合にも、クランク軸５の回転軸線Ｌからコイル21までの距離を大きく設定することができて、発電電動機M1〜M6は、電動機として、クランク軸５の回転を助勢するアシスト力により大きなアシストトルクを発生させることができ、また発電機として、永久磁石20の周速を大きくすることができて、発電効率が向上する。
【００４６】
第１〜第３実施例では、各ベアリングキャップ本体A1〜A4にフランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bが設けられたが、フランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bを設けることなく、連結部Ｔがコイル取付部となるように、各発電電動機M1〜M6のコイル21が、連結部Ｔに固定されるようにしてもよい。この場合には、コイル21はベアリングキャップ本体A1〜A4同士をその最外周部A1a〜A4aにて連結する連結部Ｔに設けられるので、限られた大きさのクランク室４内において、クランク軸５の回転軸線Ｌからコイル21までの距離を、フランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4bがない分、さらに大きく設定することができて、バランスウエイト部W1a〜W6aに設けられた永久磁石20もコイル21と同様に回転軸線Ｌから離れた位置に設けることが可能となるため、発電電動機M1〜M6は、電動機としてクランク軸５の回転を助勢するアシスト力により一層大きなアシストトルクを発生させることができ、また発電機として、永久磁石20の周速を一層大きくすることができて、発電効率が向上する。また、複数のベアリングキャップ本体A1〜A4の剛性を高めるための連結部Ｔにコイル21が設けられるので、コイル21は剛性の高い連結部Ｔに強固に固定することができて、永久磁石20とコイル21との間に形成される空隙Ｇの大きさを一定に維持するのに有利である。同様に、第４実施例において、ベアリングキャップ本体A4にフランジ部A4bを設けることなく、発電電動機M7のコイル21が、連結部Ｔに固定されるようにしてもよく、この場合にも前述したのと同様の効果が奏される。
【００４７】
第３実施例において、ベアリングキャップ本体A1〜A4にコイル21を設けることなく、クランクケース部1bのみにコイル21を設けるようにしてもよい。
【００４８】
さらに、前記コイル取付部は、クランク室４内に位置する箇所であって、永久磁石20と該コイル取付部に設けられるコイル21との間に形成される空隙が一定となるような箇所であれば、どのような箇所であってもよい。
【００４９】
第４実施例では、ロータ30が、回転軸線Ｌ方向での端部の軸受部である軸受部B4に隣接して設けられたが、ロータ30はクランク室４内におけるクランク軸５の任意の部分に設けられてよい。その際、クランク軸５にもう１つジャーナルを形成し、該ジャーナルを回転自在に支持するもう１つの軸受部を形成して、該軸受部と回転軸線Ｌ方向での端部の軸受部である軸受部B1または軸受部B4との間にロータ30が位置するように構成することもでき、これによれば、ロータ30が、その回転軸線Ｌ方向での両端で支持されるため、ロータ30を設けたことによるクランク軸５の曲げの発生を抑制できる。さらに、ロータ30をクランク軸５のバランスウエイト部W6aと一体成形により形成することもでき、その場合には部品点数が削減される。
【００５０】
内燃機関は、単気筒または３気筒以外の複数気筒を有する内燃機関であってよく、特に４気筒以上の内燃機関では、クランクウェブに設けられた永久磁石20とコイル21とが、常時、いずれかの発電電動機において対向する状態にあるようにすることが容易であり、電動機としてのアシスト作動、および発電機としての回生作動が極めて安定して行われる。
【００５１】
前記各実施例では、ベアリングキャップ８は、連結部Ｔを有するものであったが、連結部Ｔを有することなく、ベアリングキャップ本体のみからベアリングキャップを構成することもできる。また、シリンダブロック１とオイルパン３との間にクランク室形成部材の一部としてロアブロックが設けられる場合は、ベアリングキャップ８は、該ロアブロックと一体になっていてもよく、これによって、コイル21の支持剛性が一層高くなり、空隙Ｇの大きさを一定に維持するのが容易になる。
【００５２】
前記各実施例では、永久磁石20とコイル21とは径方向での空隙Ｇを介して対向するものであったが、クランクウェブの、回転軸線Ｌ方向での側面に永久磁石20を固定し、ベアリングキャップ本体の、回転軸線Ｌ方向での側面にコイル21を固定し、永久磁石20とコイル21とを回転軸線Ｌ方向で空隙を介して対向させてもよい。
【００５３】
また、コイル21は、回転運動する各バランスウエイト部またはロータ30と対向する位置で、軸受部の全周に渡って設けることもできる。さらに、前記各実施例では、ベアリングキャップ８に設けられたコイル21の一部がオイルパン３に貯留されるオイルに漬かるものであったが、全てのコイル21がオイルに漬かるようにしてもよく、さらには、各コイルの全体がオイルに漬かるようにしてもよい。
【００５４】
前記各実施例では、永久磁石20とコイル21とにより、電動機の一種として、電動機および発電機として機能する発電電動機が構成されたが、永久磁石20とコイル21とにより、発電機能を有しない電動機、あるいは発電機が構成されるようにしてもよい。また、本発明が適用される電動機あるいは発電機は、直流電動機あるいは直流発電機を含めて、あらゆる種類の電動機あるいは発電機であってよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示し、本発明が適用される内燃機関のクランク軸の回転軸線を含む面での要部断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２の状態において、残り２組の１対の発電電動機における永久磁石とコイルとの周方向の位置関係を説明する図である。
【図４】コイルの制御系の説明図である。
【図５】本発明の第２実施例を示し、図２に相当する図の部分図である。
【図６】本発明の第３実施例を示し、図２に相当する図である。
【図７】本発明の第４実施例を示し、図１に相当する図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、1b…クランクケース部、２…シリンダヘッド、３…オイルパン、４…クランク室、５…クランク軸、６…燃焼室、７…主軸受、８…ベアリングキャップ、９…ボルト、10…駆動スプロケット、11…タイミングチェーン、12…オイルポンプ、13…オイルストレーナ、14…吸入管、15…チェーン室、
20…永久磁石、21…コイル、30…ロータ、
40…電子制御装置、41…ＰＤＵ、42…蓄電器、
Ｅ…内燃機関、C1〜C3…シリンダ、Ｌ…回転軸線、P1〜P3…ピストン、R1〜R3…コンロッド、J1〜Ｊ4…ジャーナル、B1〜B4…軸受部、D1〜D4…本体側軸受部、A1〜A4…ベアリングキャップ本体、A1a〜A4a…最外周部、フランジ部A1b，A2b，A2c，A3b，A3c，A4b…フランジ部、Ｔ…連結部、N1〜N3…クランクピン、W1〜W6…クランクウェブ、W1a〜W6a…バランスウエイト部、M1〜M7…発電電動機、Ｇ…空隙、H1，H2…オイルレベル。
【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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