(57)【要約】小型化等の要求を充分に満たすことができるツインクランクシャフトエンジンを備えたパワーユニットを提供する。パワーユニット３０は、エンジン１０と、第１発電機３１および第２発電機３２とを有する。エンジン１０は、一つのピストン１３と、二つの第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４と有する。ピストン１３と第１クランクシャフト１４とは第１コネクティングロッド１５で接続され、ピストン１３と第２クランクシャフト２４とは第２コネクティングロッド２５で接続される。また、パワーユニット３０は、第１クランクシャフト１４と駆動的に接続された第１発電機３１と、第２クランクシャフト２４と駆動的に接続された第２発電機３２とを有する。
2020166098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、を具備し、
前記エンジンは、シリンダと、前記シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第１クランクシャフトと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第２クランクシャフトと、前記ピストンと前記第１クランクシャフトとを接続する第１コネクティングロッドと、前記ピストンと前記第２クランクシャフトとを接続する第２コネクティングロッドと、を有し、
前記第１コネクティングロッドの一端側は前記ピストンのピストンピンに回転可能に接続し、前記第１コネクティングロッドの他端側は前記第１クランクシャフトの第１クランクピンに回転可能に接続し、
前記第２コネクティングロッドの一端側は前記ピストンの前記ピストンピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの他端側は前記第２クランクシャフトの第２クランクピンに回転可能に接続し、
前記発電機は、前記第１クランクシャフトに駆動的に接続された第１発電機と、前記第２クランクシャフトに駆動的に接続された第２発電機と、を有することを特徴とするパワーユニット。
【請求項２】
前記第１発電機の回転方向は前記第１クランクシャフトの回転方向の逆であり、
前記第２発電機の回転方向は前記第２クランクシャフトの回転方向の逆であることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項３】
圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、
前記第１発電機は、前記第１クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置され、
前記第２発電機は、前記第２クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項４】
前記第１クランクシャフトから前記第１発電機に動力を伝達する第１動力伝達機構と、
前記第２クランクシャフトから前記第２発電機に動力を伝達する第２動力伝達機構と、を更に具備し、
圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、
前記第１動力伝達機構は、前記第１発電機の前記第５方向の側に配置され、
前記第２動力伝達機構は、前記第２発電機の前記第６方向の側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項５】
前記第１動力伝達機構は、前記第１クランクシャフトに接続された第１クランクギアと、前記第１発電機の回転子に接続された第１発電機ギアと、を有し、
前記第２動力伝達機構は、前記第２クランクシャフトに接続された第２クランクギアと、前記第２発電機の回転子に接続された第２発電機ギアと、を有し、
前記第１クランクギアの直径は、前記第１クランクシャフトの幅よりも長く、
前記第２クランクギアの直径は、前記第２クランクシャフトの幅よりも長いことを特徴とする請求項４に記載のパワーユニット。
【請求項６】
前記第１クランクギアの歯数は、前記第１発電機ギアの歯数の２倍であり、
前記第２クランクギアの歯数は、前記第２発電機ギアの歯数の２倍であることを特徴とする請求項５に記載のパワーユニット。
【請求項７】
前記第１発電機および前記第２発電機の回転子には、夫々、偏心マスが形成されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のパワーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーユニットに関し、特に、一つのピストンピンに二つのコネクティングロッドが接続するエンジンを有するパワーユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なエンジンでは、シリンダの内部で混合気を燃焼させることで、ピストンピンを往復運動させ、コネクティングロッドでピストンピンと接続されたクランクシャフトを回転させることで、回転力としての動力を得ていた。【０００３】
一方、一つのピストンに複数のコネクティングロッドが接続するエンジンが提案されている。この場合は、各々のコネクティングロッドの小端部がピストンピンに接続され、大端部は別々のクランクシャフトに接続される。このような構成とすることで、複数のクランクシャフトから外部動力を個別に取り出すことができる。このようなエンジンは、例えば、特許文献１ないし特許文献２に記載されている。また、係る構成のエンジンはツインクランクシャフトエンジン等と称されることもある。【０００４】
その一方、エンジンと発電機が一体化したパワーユニットが、電気自動車やハイブリッド自動車に採用されるようになっており、係るパワーユニットは、電気自動車等の連続走行距離を延長するレンジイクステンダと称されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１４９４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１等に記載されたエンジンでは、クランクシャフトどうしを逆方向に回転させるための反転機構が必要とされていた。また、車両にエンジンを備える場合、一軸で動力を外部に取り出す必要があるため、この場合も、動力反転機構が必要となる。よって、動力反転機構をエンジンに配設することで、エンジン全体における部品点数が増大し、構成が複雑になり、重量が増大してしまう課題があった。【０００７】
また、電気自動車等に搭載されるパワーユニットには、小型化、軽量化、制振化、静音化等が要求されるが、既存のパワーユニットでこれらの要求を充分に満たすものは無かった。【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化等の要求を充分に満たすことができるツインクランクシャフトエンジンを備えたパワーユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパワーユニットは、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、を具備し、前記エンジンは、シリンダと、前記シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第１クランクシャフトと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第２クランクシャフトと、前記ピストンと前記第１クランクシャフトとを接続する第１コネクティングロッドと、前記ピストンと前記第２クランクシャフトとを接続する第２コネクティングロッドと、を有し、前記第１コネクティングロッドの一端側は前記ピストンのピストンピンに回転可能に接続し、前記第１コネクティングロッドの他端側は前記第１クランクシャフトの第１クランクピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの一端側は前記ピストンの前記ピストンピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの他端側は前記第２クランクシャフトの第２クランクピンに回転可能に接続し、前記発電機は、前記第１クランクシャフトに駆動的に接続された第１発電機と、前記第２クランクシャフトに駆動的に接続された第２発電機と、を有することを特徴とする。【００１０】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１発電機の回転方向は前記第１クランクシャフトの回転方向の逆であり、前記第２発電機の回転方向は前記第２クランクシャフトの回転方向の逆であることを特徴とする。【００１１】
また、本発明のパワーユニットでは、圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、前記第１発電機は、前記第１クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置され、前記第２発電機は、前記第２クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置されることを特徴とする。【００１２】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１クランクシャフトから前記第１発電機に動力を伝達する第１動力伝達機構と、前記第２クランクシャフトから前記第２発電機に動力を伝達する第２動力伝達機構と、を更に具備し、圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、前記第１動力伝達機構は、前記第１発電機の前記第５方向の側に配置され、前記第２動力伝達機構は、前記第２発電機の前記第６方向の側に配置されることを特徴とする。【００１３】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１動力伝達機構は、前記第１クランクシャフトに接続された第１クランクギアと、前記第１発電機の回転子に接続された第１発電機ギアと、を有し、前記第２動力伝達機構は、前記第２クランクシャフトに接続された第２クランクギアと、前記第２発電機の回転子に接続された第２発電機ギアと、を有し、前記第１クランクギアの直径は、前記第１クランクシャフトの幅よりも長く、前記第２クランクギアの直径は、前記第２クランクシャフトの幅よりも長いことを特徴とする。【００１４】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１クランクギアの歯数は、前記第１発電機ギアの歯数の２倍であり、前記第２クランクギアの歯数は、前記第２発電機ギアの歯数の２倍であることを特徴とする。【００１５】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１発電機および前記第２発電機の回転子には、夫々、偏心マスが形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のパワーユニットは、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、を具備し、前記エンジンは、シリンダと、前記シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第１クランクシャフトと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第２クランクシャフトと、前記ピストンと前記第１クランクシャフトとを接続する第１コネクティングロッドと、前記ピストンと前記第２クランクシャフトとを接続する第２コネクティングロッドと、を有し、前記第１コネクティングロッドの一端側は前記ピストンのピストンピンに回転可能に接続し、前記第１コネクティングロッドの他端側は前記第１クランクシャフトの第１クランクピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの一端側は前記ピストンの前記ピストンピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの他端側は前記第２クランクシャフトの第２クランクピンに回転可能に接続し、前記発電機は、前記第１クランクシャフトに駆動的に接続された第１発電機と、前記第２クランクシャフトに駆動的に接続された第２発電機と、を有することを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、エンジンは一つのピストンと二つのクランクシャフトを有し、夫々のクランクシャフトに第１発電機および第２発電機が接続されることから、パワーユニット全体の構成を簡素化することができる。【００１７】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１発電機の回転方向は前記第１クランクシャフトの回転方向の逆であり、前記第２発電機の回転方向は前記第２クランクシャフトの回転方向の逆であることを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、第１発電機および第２発電機の回転子が回転することで、第１クランクシャフトおよび第２クランクシャフトとの間で、慣性力、トルク変動反力および回転変動振動を相殺することができる。【００１８】
また、本発明のパワーユニットでは、圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、前記第１発電機は、前記第１クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置され、前記第２発電機は、前記第２クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置されることを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、第１発電機が第１クランクシャフトよりも第１方向の側に配置され、且つ、第２発電機が第２クランクシャフトよりも第１方向の側に配置されることで、パワーユニットが占有する容積を小さくすることができる。【００１９】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１クランクシャフトから前記第１発電機に動力を伝達する第１動力伝達機構と、前記第２クランクシャフトから前記第２発電機に動力を伝達する第２動力伝達機構と、を更に具備し、圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、前記第１動力伝達機構は、前記第１発電機の前記第５方向の側に配置され、前記第２動力伝達機構は、前記第２発電機の前記第６方向の側に配置されることを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、第１動力伝達機構と第２動力伝達機構とを、各発電機を挟んだ反対側に配置することで、第１動力伝達機構と第２動力伝達機構とが干渉することを防止でき、パワーユニットを更に小型にできる。【００２０】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１動力伝達機構は、前記第１クランクシャフトに接続された第１クランクギアと、前記第１発電機の回転子に接続された第１発電機ギアと、を有し、前記第２動力伝達機構は、前記第２クランクシャフトに接続された第２クランクギアと、前記第２発電機の回転子に接続された第２発電機ギアと、を有し、前記第１クランクギアの直径は、前記第１クランクシャフトの幅よりも長く、前記第２クランクギアの直径は、前記第２クランクシャフトの幅よりも長いことを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、パワーユニット自体が小型なため、第１クランクギアおよび第２クランクギアは、第１クランクシャフトおよび第２クランクシャフトよりもサイズが大きくなるが、第１動力伝達機構と第２動力伝達機構を、各クランクシャフトおよび各発電機を挟んだ位置に配置することで、第１クランクギアと第２クランクギアとが干渉することを防止できる。【００２１】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１クランクギアの歯数は、前記第１発電機ギアの歯数の２倍であり、前記第２クランクギアの歯数は、前記第２発電機ギアの歯数の２倍であることを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、第１発電機および第２発電機を、第１クランクシャフトおよび第２クランクシャフトの２倍で回転させることで、２次慣性力を相殺することができ、パワーユニットの制振効果を大きくすることができる。【００２２】
また、本発明のパワーユニットでは、前記第１発電機および前記第２発電機の回転子には、夫々、偏心マスが形成されることを特徴とする。これにより本発明のパワーユニットによれば、第１発電機および第２発電機の回転子を、バランサとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１形態に係るパワーユニットを構成するエンジンを示す図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【図２】本発明の第２形態に係るパワーユニットを構成するエンジンを示す上面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るパワーユニットを構成するエンジンを示す上面図である。
【図４】本発明の第４形態に係るパワーユニットを構成するエンジンを示す図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るパワーユニットを構成するエンジンを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
以下、図を参照して本形態のパワーユニット３０の構成および動作を説明する。
【００２５】
以下の説明では、前後上下左右の各方向を適宜用いる。ここで、上下方向とはピストン１３が往復運動する方向である。前方とはエンジン１０に対して第１動力負荷１７および第２動力負荷１８が配置される方向であり、後方とは前方に対峙する方向である。左方とは第１クランクシャフト１４が配置される方向であり、右方とは第２クランクシャフト２４が配置される方向である。
【００２６】
図１を参照して、パワーユニット３０の基本構成を説明する。図１（Ａ）はパワーユニット３０の側面図であり、図１（Ｂ）はパワーユニット３０の上面図である。第１対称線２０はピストン１３が往復運動する方向に対して平行で、且つ、ピストンピン１６の中心を通過する線である。また、図１（Ｂ）を参照して、第２対称線２１は、ピストンピン１６の中心軸と一致する線である。更に、第３対称線２２は、第１対称線２０と第２対称線２１との交点を通過し、且つ、第１対称線２０および第２対称線２１に対して垂直な線である。
【００２７】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、パワーユニット３０は、エンジン１０と、第１動力負荷１７（第１発電機）および第２動力負荷１８（第２発電機）とを有する。
【００２８】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、エンジン１０は、主に、シリンダ１２と、シリンダ１２の内部で往復運動するピストン１３と、ピストン１３の往復運動を回転運動に変換する第１クランクシャフト１４と、ピストン１３の往復運動を回転運動に変換する第２クランクシャフト２４と、を有する。更に、エンジン１０は、ピストン１３と第１クランクシャフト１４とを接続する第１コネクティングロッド１５と、ピストン１３と第２クランクシャフト２４とを接続する第２コネクティングロッド２５と、を具備している。また、ここでは図示しないが、シリンダ１２には、吸気バルブおよび排気バルブが配設される。ここで、第１コネクティングロッド１５と第２コネクティングロッド２５とは、同一の略形状を呈しており、その長さも略同一とされている。
【００２９】
エンジン１０は、乗用車等の車両に備えられる。この車両としては、モータのみで駆動される電気自動車、または、モータまたはエンジンで駆動されるハイブリッド自動車が採用される。また、エンジン１０は、車両の連続走行距離を延長するべく発電を行うレンジエクステンダとして用いられる。更に、エンジン１０は、４サイクルエンジンであり、シリンダ１２の内部における燃焼によりピストン１３を上下方向に沿って往復運動させ、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４によりこの往復運動を回転運動に変換し、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４から回転動力を外部の発電機等に供給することができる。
【００３０】
更に、エンジン１０は、１つのピストン１３に第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４が連結されている。これにより、後述する第１動力負荷１７および第２動力負荷１８を、小型のエンジン１０で駆動することができ、更に、回転変動トルク反力を低減することができる。
【００３１】
第１クランクシャフト１４は、エンジン１０の左方側に配置されている。第１クランクシャフト１４は、第１メインジャーナル１４２と、第１クランクピン１４１とを有する。第１クランクピン１４１には、第１コネクティングロッド１５が接続される。また、第１メインジャーナル１４２は、棒状の部材であり、その一部はエンジン１０から外部に導出して第１動力負荷１７と駆動的に接続される。
【００３２】
第２クランクシャフト２４は、エンジン１０の右方側に配置されている。第２クランクシャフト２４は、第２メインジャーナル２４２と、第２クランクピン２４１とを有する。第２クランクピン２４１には、第２コネクティングロッド２５が接続される。また、第２メインジャーナル２４２は、棒状の部材であり、その一部はエンジン１０から外部に導出して第２動力負荷１８と駆動的に接続される。
【００３３】
第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とは、対称的に配置されている。即ち、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とは、図１（Ａ）に示す第１対称線２０に対して線対称に配置されており、且つ、図１（Ｂ）に示す第２対称線２１に対して線対称に配置されている。第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とは、エンジン１０の運転時における吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程にて、常に対称的に配置されている。係る構成により、エンジン１０の運転時に於いて、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とで回転モーメントおよび振動を相殺し、低振動および低騒音を実現できる。
【００３４】
更に、エンジン１０が運転される際において、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とは逆方向に回転する。図１（Ａ）の視点では、第１クランクシャフト１４は時計回りに回転し、第２クランクシャフト２４は反時計回りに回転する。係る構成とすることで、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４が回転する際に発生する回転変動トルク反力を低減することができる。
【００３５】
本実施形態のエンジン１０では、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４との回転方向を逆にするための反転機構を要しない。即ち、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とは離間している。よって、エンジン１０の全体構成を簡素化することができ、更には、エンジン１０が運転される際の騒音を低減することができる。
【００３６】
第１コネクティングロッド１５は、ピストン１３と第１クランクシャフト１４とを回転可能に連結する。第１コネクティングロッド１５の上端に形成される第１小端部１５１は、ピストン１３のピストンピン１６に回転可能に連結されている。第１コネクティングロッド１５の下端に形成されている第１大端部１５２は、第１クランクシャフト１４の第１クランクピン１４１に回転可能に連結されている。
【００３７】
第２コネクティングロッド２５は、ピストン１３と第２クランクシャフト２４とを回転可能に連結する。第２コネクティングロッド２５の上端に形成される第２小端部２５１は、ピストン１３のピストンピン１６に回転可能に連結されている。第２コネクティングロッド２５の下端に形成されている第２大端部２５２は、第２クランクシャフト２４の第２クランクピン２４１に回転可能に連結されている。
【００３８】
ここで、第１大端部１５２が第１クランクピン１４１に連結される位置と、第２大端部２５２が第２クランクピン２４１に連結される位置とは、第１対称線２０に対して線対称とされている。この対称性は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程の各行程で維持される。
【００３９】
図１（Ａ）に示すように、第１コネクティングロッド１５と第２コネクティングロッド２５とは、第１対称線２０に対して線対称に配置されている。第１コネクティングロッド１５と第２コネクティングロッド２５とは、エンジン１０の運転時における吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程にて、常に線対称に配置されている。
【００４０】
また、図１（Ｂ）に示すように、ピストン１３のピストンピン１６と、第１クランクシャフト１４の第１クランクピン１４１との間には、２つの第１コネクティングロッド１５が配設されている。また、２つの第１コネクティングロッド１５は、第３対称線２２に対して線対称に配置されている。更に、前後方向に於いて、第１コネクティングロッド１５の第１小端部１５１は、第２コネクティングロッド２５の第２小端部２５１を挟む位置で、ピストンピン１６に連結されている。このことから、第１コネクティングロッド１５および第２コネクティングロッド２５は、全体として、第３対称線２２に対して線対称となるように配置されている。
【００４１】
係る構成により、ピストン１３を直交する方向に於いて、モーメントがキャンセルされ、軸受荷重が均一化される。よって、エンジン１０が運転される際の振動が低減され、信頼性が向上する。また、前後方向に於いて、第２コネクティングロッド２５を挟むように二つの第１コネクティングロッド１５を配置することで、特殊な形状の第１コネクティングロッド１５を用意することなく、第１コネクティングロッド１５および第２コネクティングロッド２５の対称性を容易に実現することができる。
【００４２】
第１動力負荷１７は、例えば発電機であり、第１クランクシャフト１４の第１メインジャーナル１４２（第１導出軸）に駆動的に接続されている。第１クランクシャフト１４の回転駆動により第１動力負荷１７の内部の回転子が回転することで、第１動力負荷１７は発電する。第１動力負荷１７の回転子は、第１クランクシャフト１４の第１メインジャーナル１４２と直接的に接続されても良いし、ギア等を介して間接的に接続されても良い。
【００４３】
第２動力負荷１８は、例えば発電機であり、第２クランクシャフト２４の第２メインジャーナル２４２（第２導出軸）に駆動的に接続されている。第２クランクシャフト２４の回転駆動により第２動力負荷１８の内部の回転子が回転することで、第２動力負荷１８は発電する。第２動力負荷１８の回転子は、第２クランクシャフト２４の第２メインジャーナル２４２と直接的に接続されても良いし、ギア等を介して間接的に接続されても良い。
【００４４】
エンジン１０の運転時に於いて、第１動力負荷１７および第２動力負荷１８が発電した電力は、例えば、車両に備えられる充電電池であるリチウムイオン電池を充電するために用いられる。または、車両に駆動力を与えるモータを回転させるために用いられる。
【００４５】
上記したように、エンジン１０の運転時に於いて、第１動力負荷１７の回転子と第２動力負荷１８の回転子とは逆方向に回転する。このようにすることで、第１動力負荷１７および第２動力負荷１８の回転トルクを低減することができる。よって、エンジン１０に第１動力負荷１７および第２動力負荷１８を組み合わせた発電機を想定した場合、発電機から生じる振動を抑制することができる。
【００４６】
ここで、第１動力負荷１７および第２動力負荷１８の回転子に、バランスウェイトを内蔵させることもできる。このようにすることで、慣性力を低減することができる。
【００４７】
更には、ギアなどで回転速度を高速にすることで、第１動力負荷１７および第２動力負荷１８の回転子に、バランスウェイトを内蔵させさた状態で、第１動力負荷１７および第２動力負荷１８の回転子を、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４の２倍の速さとしても良い。これにより、２次慣性力を相殺または低減することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
図２は、第２形態のパワーユニット３０を示す上面図である。ここでは、１つのみの第１コネクティングロッド１５が配設され、第１コネクティングロッド１５の上端が、前後方向に枝分かれている。即ち、第１コネクティングロッド１５の上端に２つの第１小端部１５１が形成されており、この２つの第１小端部１５１がピストンピン１６に回転可能に接続している。この場合に於いても、第１コネクティングロッド１５および第２コネクティングロッド２５は、全体として、第３対称線２２に対して線対称に配置されている。係る構成により、ピストンピン１６に直交する方向におけるモーメントをキャンセルでき、更には、軸受荷重を均一化することができる。
【００４９】
［第３実施形態］
図３を参照して、第３形態に係るパワーユニット３０を説明する。ここでは、第１コネクティングロッド１５と第２コネクティングロッド２５とは第３対称線２２に対して線対称には配置されていない。第１コネクティングロッド１５は第３対称線２２よりも前方側に配置され、第２コネクティングロッド２５は第３対称線２２よりも後方側に配置されている。係る構成により、軸受荷重の不均一は発生するものの、エンジン１０全体としては、小型化、低振動および低騒音を実現することができる。
【００５０】
上記した構成を有するエンジン１０は、図１（Ａ）に示したように、一つのピストン１３で第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４を回転させることから、コンパクトな構成で第１動力負荷１７および第２動力負荷１８を駆動することができる。よって、エンジン１０を車両に内蔵した場合、狭小なスペースにエンジン１０を収納することができるので、車両全体の小型化、軽量化に寄与でき、更に、車両を設計する際の自由度を向上することができる。
【００５１】
また、図１（Ａ）に示したように、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とを反転させる反転機構を設けなくても、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４とを反転させることができることから、エンジン１０を運転させる際の振動および騒音を軽減すると共に、エンジン１０の構成を簡略化および軽量化を達成できる。
【００５２】
更に、図１（Ｂ）に示したように、第１コネクティングロッド１５および第２コネクティングロッド２５は、第３対称線２２に対して線対称となるように配置されている。よって、上記したように、エンジン１０の運転時に於いて、モーメントを相殺でき、更に、軸加重を均一化できる。
【００５３】
［第４実施形態］
図４を参照して、第４実施形態に係るパワーユニット３０を説明する。図４（Ａ）はパワーユニット３０を示す側面図であり、図４（Ｂ）はその上面図である。第４実施形態に係るパワーユニット３０の基本構成は、第１形態と同様であるので、共通する構成部材およびその説明は割愛する。
【００５４】
ここで、第４実施形態および第５実施形態の説明で使用する各方向を説明する。第１方向とは、圧縮行程においてピストン１３が移動する方向である。第２方向とは、第１方向の反対方向である。第３方向は、第１方向に直交する方向であり第１クランクシャフト１４を向く方向である。第４方向は、第１方向に直交する方向であり第２クランクシャフト２４を向く方向である。第５方向とは、第１方向に直交する方向であり第１クランクシャフト１４の延在方向に対して平行な方向である。第６方向とは、第５方向の反対方向である。
【００５５】
図４（Ａ）を参照して、第１発電機３１は、第１クランクシャフト１４の外側上方に配置されている。具体的には、第１発電機３１は、第１クランクシャフト１４の第１方向側かつ第３方向側に配置されている。同様に、第２発電機３２は、第２クランクシャフト２４の外側上方に配置されている。具体的には、第２発電機３２は、第２クランクシャフト２４の第１方向側かつ第４方向側に配置されている。第１発電機３１および第２発電機３２をこのような位置に配設することで、パワーユニット３０全体に於いて第１発電機３１および第２発電機３２が外部に突出することがなく、パワーユニット３０全体の小型化が達成される。よって、パワーユニット３０をレンジイクステンダとして車両に内蔵させた場合、パワーユニット３０が占める容積を小さくすることができ、車両を設計する際の自由度を向上することができ、更に、パワーユニット３０を車両内の任意の位置に配置することができる。
【００５６】
第１発電機３１は、第１回転子３３と図示ない固定子とを有する。第１回転子３３が永久磁石であり、固定子が電磁石である。図４（Ａ）に示すように、第１回転子３３には第１マス３５が形成されており、係る構成により、第１回転子３３をバランサとして用いることができる。図４（Ｂ）に示すように、第１回転子３３の中心にはシャフト４１が相対回転不能に取り付けられている。第１マス３５は、第１回転子３３を肉抜きすることで形成される。
【００５７】
第１発電機３１とシャフト４１とは、第１動力伝達機構である第１発電機ギア３９および第１クランクギア３７を介して、駆動的に接続されている。第１発電機ギア３９と第１クランクギア３７とは歯合している。第１発電機ギア３９は、シャフト４１を介して、第１発電機３１の第１回転子３３に相対回転不能に接続されている。第１発電機ギア３９の周囲にはギア歯が形成され、第１クランクギア３７の周囲にはギア歯が形成されている。ここで、第１クランクギア３７の直径は第１発電機ギア３９の直径の略２倍であり、第１クランクギア３７のギア歯数は第１発電機ギア３９のギア歯数の２倍である。また、第１クランクシャフト１４および第１クランクギア３７と、第１発電機ギア３９および第１回転子３３との回転方向は逆である。図４（Ａ）の視点では、第１クランクシャフト１４および第１クランクギア３７は時計回りに回転し、第１発電機ギア３９および第１回転子３３は反時計回りに回転する。
【００５８】
係る構成にすることで、パワーユニット３０の運転時に、エンジン１０の運転に伴い、第１発電機３１の第１回転子３３の回転数は、第１クランクシャフト１４の回転数の２倍となる。また、第１回転子３３の回転方向は、第１クランクシャフト１４の回転方向の逆である。よって、２次慣性力、トルク反動反力および回転変動振動を極めて小さくすることができる。また、ピストン１３に作用する側圧をキャンセルすることができ、ピストン１３に作用するフリクションを低減することもできる。
【００５９】
第２発電機３２は、第２発電機３２と図示ない固定子とを有する。図４（Ａ）に示すように、第２発電機３２には第２マス３６が形成されており、係る構成により、第２回転子３４をバランサとして用いることができる。図４（Ｂ）に示すように、第２回転子３４の中心にはシャフト４２が相対回転不能に取り付けられている。第２マス３６は、第２回転子３４を肉抜きすることで形成される。
【００６０】
また、第２発電機３２とシャフト４２とは、第２動力伝達機構である第２発電機ギア４０および第２クランクギア３８を介して、駆動的に接続されている。第２発電機ギア４０と第２クランクギア３８とは歯合している。第２発電機ギア４０は、シャフト４２を介して、第２発電機３２の第２回転子３４に相対回転不能に接続されている。第２発電機ギア４０の周囲にはギア歯が形成され、第２クランクギア３８の周囲にはギア歯が形成されている。ここで、第２クランクギア３８の直径は第２発電機ギア４０の直径の略２倍であり、第２クランクギア３８のギア歯数は、第２発電機ギア４０のギア歯数の２倍である。また、第２クランクシャフト２４および第２クランクギア３８と、第２発電機ギア４０および第２回転子３４との回転方向は逆である。図４（Ａ）の視点では、第２クランクシャフト２４および第２クランクギア３８は反時計回りに回転し、第２発電機ギア４０および第２回転子３４は時計回りに回転する。
【００６１】
係る構成にすることで、パワーユニット３０の運転時に、エンジン１０の運転に伴い、第２発電機３２の第２回転子３４の回転数は、第２クランクシャフト２４の回転数の２倍となる。また、第２回転子３４の回転方向は、第２クランクシャフト２４の回転方向の逆である。よって、２次慣性力、トルク反動反力および回転変動振動を極めて小さくすることができる。
【００６２】
図４（Ｂ）を参照して、第１動力伝達機構である第１クランクギア３７および第１発電機ギア３９を、第１発電機３１の第６方向の側に配置している。また、第２動力伝達機構である第２クランクギア３８および第２発電機ギア４０を、第２発電機３２の第５方向の側に配置している。係る構成にすることで、第１クランクギア３７と第２クランクギア３８とが、ピストン１３、第１発電機３１および第２発電機３２を挟んで対向するように配置されるので、第１クランクギア３７と第２クランクギア３８とが干渉することがない。特にここでは、第１回転子３３および第２回転子３４を倍速回転するために、第１クランクギア３７および第２クランクギア３８の直径は大きく形成される。よって、エンジン１０がツインクランクシャフトエンジンであることで、第１クランクシャフト１４と第２クランクシャフト２４との間隙を大きく確保することがでない場合であっても、第１クランクギア３７と第２クランクギア３８とが干渉することを防止できる。
【００６３】
更には、図４（Ａ）を参照して、エンジン１０は排気量が比較的小さい小型のエンジンであるので、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４も小型となる。よって、エンジン１０を側方から見た場合、第１クランクギア３７の直径は、第１クランクシャフト１４の幅よりも長い。同様に、第２クランクギア３８の直径は、第２クランクシャフト２４の幅よりも長い。この場合、第１クランクギア３７および第２クランクギア３８が干渉しやすくなるが、本実施形態では、図４（Ｂ）に示したように、第１クランクギア３７および第２クランクギア３８を、ピストン１３等を挟んだ反対側に配置している。このようにすることで、小型のエンジン１０に、効果的に第１クランクギア３７および第２クランクギア３８を備えることができる。
【００６４】
また、第１回転子３３の中心４３（重心）、ピストン１３の中心４５、第２回転子３４の中心４４（重心）は、第３方向および第４方向に沿って伸びる一直線上に配置される。また、第１回転子３３の中心４３とピストン１３の中心４５との距離Ｌ１０と、第２回転子３４の中心４４とピストン１３の中心４５との距離Ｌ１１とは、略等しい長さとされている。係る構成により、慣性力、反力および振動を最小にすることができる。
【００６５】
また、一般的なエンジンでは第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４に偏心マスを形成するが、本実施形態では、第１回転子３３および第２回転子３４に偏心マスを形成している。係る構成により、第１クランクシャフト１４および第２クランクシャフト２４の構成を簡素化でき、エンジン１０の全体構成をコンパクトにすることができる。
【００６６】
［第５実施形態］
図５を参照して、第５実施形態に係るパワーユニット３０を説明する。図５はパワーユニット３０を示す側面図である。第５実施形態に係るパワーユニット３０の構成は、第４実施形態に係るパワーユニット３０の構成と基本的には同一であり、第１クランクギア３７等の直径が異なる。
【００６７】
具体的には、第１クランクギア３７の直径およびギア歯数と、第１発電機ギア３９の直径およびギア歯数は同一である。また、第２クランクギア３８の直径およびギア歯数と、第２発電機ギア４０の直径およびギア歯数は同一である。
【００６８】
即ち、第１クランクギア３７と第１回転子３３との回転速度は同一であり、第２クランクギア３８と第２発電機ギア４０との回転速度は同一である。係る構成により、１次慣性力、トルク変動反力、回転変動振動を低減することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。更に、上記した各形態は相互に組み合わせることが出来る。
【符号の説明】
【００７０】
１０   エンジン
１２   シリンダ
１３   ピストン
１４   第１クランクシャフト
１４１ 第１クランクピン
１４２ 第１メインジャーナル
１５   第１コネクティングロッド
１５１ 第１小端部
１５２ 第１大端部
１６   ピストンピン
１７   第１動力負荷
１８   第２動力負荷
２０   第１対称線
２１   第２対称線
２２   第３対称線
２４   第２クランクシャフト
２４１ 第２クランクピン
２４２ 第２メインジャーナル
２５   第２コネクティングロッド
２５１ 第２小端部
２５２ 第２大端部
３０   パワーユニット
３１   第１発電機
３２   第２発電機
３３   第１回転子
３４   第２回転子
３５   第１マス
３６   第２マス
３７   第１クランクギア
３８   第２クランクギア
３９   第１発電機ギア
４０   第２発電機ギア
４１   シャフト
４２   シャフト
４３   中心
４４   中心
４５   中心
【図１】
2020166098.tif 000003
【図２】
2020166098.tif 000004
【図３】
2020166098.tif 000005
【図４】
2020166098.tif 000006
【図５】
2020166098.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月8日(2019.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、を具備し、
前記エンジンは、シリンダと、前記シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第１クランクシャフトと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する第２クランクシャフトと、前記ピストンと前記第１クランクシャフトとを接続する第１コネクティングロッドと、前記ピストンと前記第２クランクシャフトとを接続する第２コネクティングロッドと、を有し、
前記第１コネクティングロッドの一端側は前記ピストンのピストンピンに回転可能に接続し、前記第１コネクティングロッドの他端側は前記第１クランクシャフトの第１クランクピンに回転可能に接続し、
前記第２コネクティングロッドの一端側は前記ピストンの前記ピストンピンに回転可能に接続し、前記第２コネクティングロッドの他端側は前記第２クランクシャフトの第２クランクピンに回転可能に接続し、
前記発電機は、前記第１クランクシャフトに駆動的に接続された第１発電機と、前記第２クランクシャフトに駆動的に接続された第２発電機と、を有し、
前記第１クランクシャフトから前記第１発電機に動力を伝達する第１動力伝達機構と、
前記第２クランクシャフトから前記第２発電機に動力を伝達する第２動力伝達機構と、を更に具備し、
圧縮行程において前記ピストンが移動する方向を第１方向、前記第１方向の反対方向を第２方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトを向く方向を第３方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第２クランクシャフトを向く方向を第４方向、前記第１方向に直交する方向であり前記第１クランクシャフトの延在方向に対して平行な方向を第５方向、前記第５方向の反対方向を第６方向とした場合、
前記第１発電機は、前記ピストンの前記第３方向の側に配置され、
前記第２発電機は、前記ピストンの前記第４方向の側に配置され、
前記第１動力伝達機構の前記第３方向側の端部は、前記第１発電機の前記第６方向側の端部よりも、前記第６方向側に配置され、
前記第２動力伝達機構の前記第４方向側の端部は、前記第２発電機の前記第５方向側の端部よりも、前記第５方向側に配置されることを特徴とするパワーユニット。
【請求項２】
前記第１発電機の回転方向は前記第１クランクシャフトの回転方向の逆であり、
前記第２発電機の回転方向は前記第２クランクシャフトの回転方向の逆であることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項３】
前記第１発電機は、前記第１クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置され、
前記第２発電機は、前記第２クランクシャフトよりも前記第１方向の側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記第１動力伝達機構は、前記第１クランクシャフトに接続された第１クランクギアと、前記第１発電機の回転子に接続された第１発電機ギアと、を有し、
前記第２動力伝達機構は、前記第２クランクシャフトに接続された第２クランクギアと、前記第２発電機の回転子に接続された第２発電機ギアと、を有し、
前記第１クランクギアの直径は、前記第１クランクシャフトの幅よりも長く、
前記第２クランクギアの直径は、前記第２クランクシャフトの幅よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項６】
前記第１クランクギアの歯数は、前記第１発電機ギアの歯数の２倍であり、
前記第２クランクギアの歯数は、前記第２発電機ギアの歯数の２倍であることを特徴とする請求項５に記載のパワーユニット。
【請求項７】
前記第１発電機および前記第２発電機の回転子には、夫々、偏心マスが形成されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のパワーユニット。
【国際調査報告】
2020166098.tif 000008
2020166098.tif 000009
2020166098.tif 000010
2020166098.tif 000011