JP2001213180A - 内燃機関の補機配設構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の動力をクランク軸に伝達可能に構成
した内燃機関において、電動機と機関側との減速比を小
さくして、電動機の過回転による磨耗や焼き付きの発生
を防止し、ギヤの噛み合い騒音を低減し、機関の全長を
短縮して機関出力の増大を可能として、車両への搭載性
を向上する。 【解決手段】 電動機を内燃機関のクランク軸に連結し
て、これの動力をクランク軸に伝達可能にした内燃機関
システムにおいて、電動機とクランク軸とを連結する動
力伝達装置をクランク軸と継手装置との間に配設し、動
力伝達装置の回転部材を継手装置の外径よりも小径に構
成し、電動機の出力軸心がクランク軸心に平行になるよ
うに、かつその全長が機関あるいは変速機の全長内に納
まるように配置したことを特徴とする。

Description

【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１
００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１
８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１０
０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Ｌ_０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配設構造であって、前記動
力伝達装置を、前記内燃機関と継手装置との間に配設す
るとともに、該動力伝達装置は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。

【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
Ｌ_１）、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１
０２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０２
５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２
３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１
６、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５
２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、５
６、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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。