JP6776061B2 - パワープラント - Google Patents

Description

本発明は、縦置きの内燃機関（エンジン）を含むパワープラントに関する。

自動車におけるエンジンの搭載方式には、クランクシャフトが車体の前後方向（車両の進行方向）に対して縦向きになる縦置きと横向きになる横置きとがある。６気筒以上の多気筒エンジンが搭載される大型車では、縦置きが採用され、３気筒や４気筒の少気筒エンジンが搭載される小型車では、エンジンコンパートメントの前後方向のサイズの小型化による車室長の拡大のため、横置きが採用されるのが一般的である。

少気筒エンジンが搭載される小型車においても、４ＷＤ（four-wheel drive：四輪駆動）車では、エンジンの縦置き（縦置きエンジン）が採用されることがある。

縦置きエンジンを搭載したＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）ベースの４ＷＤ車では、図３に示されるように、エンジン１０１、トランスミッション１０２およびトランスファ１０３が前側からこの順に結合され、これらが車体の前部に配置される。トランスファ１０３から前側に向かってフロントプロペラシャフト１０４が延び、トランスファ１０３から後側に向かってリヤプロペラシャフト１０５が延びている。フロントプロペラシャフト１０４およびリヤプロペラシャフト１０５は、それぞれフロントデファレンシャルギヤ（前側差動装置）１０６およびリヤデファレンシャルギヤ（後側作動装置）１０７に接続されている。

これにより、エンジン１０１からトランスミッション１０２を介してトランスファ１０３に伝達される動力は、フロントプロペラシャフト１０４からフロントデファレンシャルギヤ１０６に伝達され、フロントデファレンシャルギヤ１０６からフロントドライブシャフト１０８を介して左右の前輪１０９Ｌ，１０９Ｒに伝達される。また、その動力は、リヤプロペラシャフト１０５からリヤデファレンシャルギヤ１０７に伝達され、リヤデファレンシャルギヤ１０７からリヤドライブシャフト１１０を介して左右の後輪１１１Ｌ，１１１Ｒに伝達される。

特開平５−５８１７１号公報 特開２０１４−１２６１５７号公報

４ＷＤを構成するパワープラントでは、縦置きエンジンにより車室長が制限される懸念があるため、コンパクト化が望まれている。

本発明の目的は、コンパクト化を図ることができる、パワープラントを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るパワープラントは、縦置きで搭載される内燃機関と、内燃機関が発生する動力を変速する変速機と、変速機が出力する動力を前後方向の一方側と他方側とに分配するトランスファと、トランスファにプロペラシャフトを介さずに連結され、トランスファから一方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する一方側差動装置と、トランスファにプロペラシャフトを介して連結され、トランスファから他方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する他方側差動装置とを含む。

また、本発明の他の局面に係るパワープラントは、縦置きで搭載される内燃機関と、内燃機関から動力が入力されるロックアップ機能付きのトルクコンバータと、トルクコンバータから出力される動力を変速する変速機と、変速機が出力する動力を変速せずに前後方向の一方側に出力し、変速機が出力する動力を減速または増速して前後方向の他方側に出力するトランスファと、トランスファにプロペラシャフトを介さずに連結され、トランスファから一方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する一方側差動装置と、トランスファにプロペラシャフトを介して連結され、トランスファから他方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する他方側差動装置とを含む。

各局面に係る構成によれば、縦置きの内燃機関が発生する動力は、変速機で変速され、トランスファにより前後方向の一方側と他方側とに分配される。トランスファから一方側に出力される動力は、プロペラシャフトを介さずに一方側差動装置に伝達され、一方側差動装置から左右の駆動輪に分配される。トランスファから他方側に出力される動力は、プロペラシャフトを介して他方側差動装置に伝達され、他方側差動装置から左右の駆動輪に分配される。よって、４ＷＤを構成することができる。

そして、トランスファと一方側差動装置との間にプロペラシャフトが存在しないことにより、パワープラントのコンパクト化を図ることができる。

また、後者の局面に係る構成では、変速機からトランスファに入力される回転（動力）に対して、プロペラシャフトの回転（動力）が減速または増速される。そのため、トルクコンバータのロックアップ時において、プロペラシャフトの回転の一次周波数を内燃機関の爆発１次周波数から離すことができ、それらの周波数差によるビート音の発生を抑制することができる。その結果、トルクコンバータのロックアップ可能な期間が増え、車両の走行燃費を向上させることができる。

さらに、プロペラシャフトの回転が減速される構成では、プロペラシャフトの径を小さくすることができ、プロペラシャフトを構成する各シャフトのジョイント数を低減することができる。そのため、パワープラントのさらなるコンパクト化を図ることができ、また、車両の走行燃費のさらなる向上を図ることができる。

本発明によれば、４ＷＤを構成するパワープラントのコンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るパワープラントが搭載された車両の平面図である。 トルクコンバータのロックアップ時の爆発一次周波数、車速、ペラ一次周波数およびビート周波数の算出結果の一例を示す図である。 従来のパワープラントが搭載された車両の平面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜パワープラント＞
図１は、本発明の一実施形態に係るパワープラント２が搭載された車両１の平面図である。

車両１は、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）ベースの４ＷＤ車である。車両１のパワープラント２には、エンジン（内燃機関）３、自動変速機４、トランスファ５、プロペラシャフト６、フロントデファレンシャルギヤ（前側差動装置）７およびリヤデファレンシャルギヤ（後側差動装置）８が含まれる。

エンジン３は、たとえば、３気筒４ストロークエンジンである。エンジン３は、車両１の前後方向に対してクランクシャフトが縦向きになるように、車両１の前部に縦置きで搭載（マウント）されている。

自動変速機４は、ラビニヨ型の遊星歯車機構を備える４速ＡＴ（Automatic Transmission）である。自動変速機４には、ロックアップ機能付きのトルクコンバータが付帯している。

エンジン３、自動変速機４およびトランスファ５は、車両１の後側から前側にこの順に並んで結合されている。トランスファ５には、エンジン３から発生する動力が自動変速機４を介して伝達される。トランスファ５は、チェーン駆動式のトランスファであり、駆動軸１１に固定された駆動スプロケット１２と被駆動軸１３に固定された被駆動スプロケット１４との間にチェーン１５が巻き掛けられた構成を有している。駆動軸１１には、自動変速機４のアウトプット軸が連結されている。被駆動スプロケット１４は、駆動スプロケット１２よりも大きい径を有しており、駆動軸１１の回転は、駆動スプロケット１２の径と被駆動スプロケット１４の径との比率で減速されて、被駆動軸１３に伝達される。

プロペラシャフト６は、その一端がユニバーサルジョイントを介して被駆動軸１３に連結され、車両１の後側に延びている。プロペラシャフト６の他端は、ユニバーサルジョイントを介して、リヤデファレンシャルギヤ８のドライブピニオンシャフトに連結されている。リヤデファレンシャルギヤ８の減速比（最終変速比）は、フロントデファレンシャルギヤ７の減速比をトランスファ５の減速比（＝被駆動スプロケット１４の径／駆動スプロケット１２の径）で除算した値に設定されている。

トランスファ５の駆動軸１１は、フロントデファレンシャルギヤ７のドライブピニオンシャフトに連結されている。

パワープラント２では、エンジン３から自動変速機４を介してトランスファ５に伝達される動力は、フロントデファレンシャルギヤ７に伝達されるとともに、トランスファ５で減速されて、プロペラシャフト６を介してリヤデファレンシャルギヤ８に伝達される。フロントデファレンシャルギヤ７に伝達される動力は、フロントドライブシャフト２１Ｌ，２１Ｒを介して、左右の前輪２２Ｌ，２２Ｒに伝達される。リヤデファレンシャルギヤ８に伝達される動力は、リヤドライブシャフト２３Ｌ，２３Ｒを介して、左右の後輪２４Ｌ，２４Ｒに伝達される。

＜ビート音について＞
図２は、エンジン回転数に対する爆発一次周波数、車速、ペラ一次周波数およびビート周波数の算出結果の一例を示す図である。

図２には、自動変速機４の３速段の変速比が１．０００であり、４速段の変速比が０．６９６であり、タイヤ外径が２６０ｍｍであるとして、トランスファ５の減速比が１である場合と１．２である場合とについて、トルクコンバータのロックアップ時における爆発一次周波数、車速、ペラ一次周波数およびビート周波数を算出した結果が示されている。

３気筒４ストロークエンジンであるエンジン３の爆発一次周波数は、エンジン回転数（ｒｐｍ）を６０（ｓｅｃ）で除算し、その除算値に１．５（パルス／回転）を乗算することにより算出される。

車速は、エンジン回転数（ｒｐｍ）を自動変速機４の変速段の変速比とリヤデファレンシャルギヤ８の最終変速比との乗算値で除算し、その除算値に後輪２４Ｌ，２４Ｒのタイヤ外径（ｍｍ）および円周率を乗算して、単位を調整することにより算出される。

ペラ一次周波数は、プロペラシャフト６の回転の一次周波数であり、エンジン回転数（ｒｐｍ）を６０（ｓｅｃ）で除算し、その除算値をトランスファ５の減速比でさらに除算することにより算出される。

ビート周波数は、同一のエンジン回転数における爆発一次周波数とペラ一次周波数との差分である。

図２に示される算出結果から、自動変速機４の変速段が３速段（Ｄ３）である場合および４速段（Ｄ４）である場合のいずれにおいても、トランスファ５の減速比が１．２である場合には、トランスファ５の減速比が１である場合と比較して、各エンジン回転数に対するビート周波数が大きくなることが理解される。

そして、ビート周波数が１５Ｈｚ以下でビート音が顕著に発生することからトルクコンバータのロックアップが禁止されるとして、トランスファ５の減速比が１である場合には、自動変速機４の変速段が４速段である時に、全速度域でトルクコンバータのロックアップが禁止されるのに対し、トランスファ５の減速比が１．２である場合には、自動変速機４の変速段が４速段である時に、約６３ｋｍ／ｈ以上の車速域でトルクコンバータのロックアップが許容されることが理解される。

＜作用効果＞
以上のように、縦置きのエンジン３が発生する動力は、自動変速機４で変速され、トランスファ５により前輪２２Ｌ，２２Ｒ側と後輪２４Ｌ，２４Ｒ側とに分配される。トランスファ５から前輪２２Ｌ，２２Ｒ側に出力される動力は、つまりトランスファ５の駆動軸１１の動力は、プロペラシャフトを介さずにフロントデファレンシャルギヤ７に伝達され、フロントデファレンシャルギヤ７から左右の前輪２２Ｌ，２２Ｒに分配される。トランスファ５から後輪２４Ｌ，２４Ｒ側に出力される動力、つまりトランスファ５の被駆動軸１３の動力は、プロペラシャフト６を介してリヤデファレンシャルギヤ８に伝達され、リヤデファレンシャルギヤ８から左右の後輪２４Ｌ，２４Ｒに分配される。よって、４ＷＤを構成することができる。

そして、トランスファ５とフロントデファレンシャルギヤ７との間にプロペラシャフトが存在しないことにより、パワープラント２のコンパクト化を図ることができる。

また、自動変速機４からトランスファ５に入力される回転（動力）に対して、プロペラシャフト６の回転（動力）が減速される。そのため、トルクコンバータのロックアップ時において、プロペラシャフト６の回転の一次周波数であるペラ一次周波数をエンジン３の爆発１次周波数から離すことができ、それらの周波数差によるビート音の発生を抑制することができる。その結果、トルクコンバータのロックアップ可能な期間が増え、車両１の走行燃費を向上させることができる。

さらに、プロペラシャフト６の回転が減速される構成では、プロペラシャフト６の径を小さくすることができ、プロペラシャフト６を構成する各シャフトのジョイント数を低減することができる。そのため、パワープラント２のさらなるコンパクト化を図ることができ、また、車両１の走行燃費のさらなる向上を図ることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、トランスファ５の減速比は、１．２に限らず、１よりも大きければ、１．２未満であってもよいし、１．２以上であってもよい。トランスファ５の減速比は、ペラ一次周波数だけでなく、プロペラシャフト６の回転の二次周波数など、一次周波数以外の他の振動周波数も考慮して設定されるとよい。

また、エンジン３は、たとえば、３気筒４ストロークエンジンであるとしたが、エンジン３の気筒数は、３気筒に限らず、４気筒以上であってもよいし、２気筒以下であってもよい。また、エンジン３のストローク数は、４ストロークに限らず、２ストロークであってもよい。

自動変速機４は、ラビニヨ型の遊星歯車機構を備える４速ＡＴに限らず、３速ＡＴであってもよいし、５速段以上を有するＡＴであってもよい。

また、前述の実施形態では、ＦＲベースの４ＷＤ車である車両１を取り上げたが、本発明は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）ベースの４ＷＤ車に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

２：パワープラント
３：エンジン（内燃機関）
４：自動変速機（変速機）
５：トランスファ
６：プロペラシャフト
７：フロントデファレンシャルギヤ（一方側差動装置）
８：リヤデファレンシャルギヤ（他方側差動装置）
２２Ｌ：前輪（駆動輪）
２２Ｒ：前輪（駆動輪）
２４Ｌ：後輪（駆動輪）
２４Ｒ：後輪（駆動輪）

Claims (2)

1. 縦置きで搭載される内燃機関と、
   前記内燃機関が発生する動力を変速する変速機と、
   前記変速機が出力する動力を前後方向の一方側と他方側とに分配するトランスファと、
   前記トランスファにプロペラシャフトを介さずに連結され、前記トランスファから前記一方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する一方側差動装置と、
   前記トランスファにプロペラシャフトを介して連結され、前記トランスファから前記他方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する他方側差動装置とを含み、
   前記内燃機関のクランクシャフトおよび前記変速機のアウトプット軸が前後方向に延び、前記内燃機関、前記変速機、前記トランスファおよび前記一方側差動装置が一直線上に並べられている、パワープラント。
2. 縦置きで搭載される内燃機関と、
   前記内燃機関から動力が入力されるロックアップ機能付きのトルクコンバータと、
   前記トルクコンバータから出力される動力を変速する変速機と、
   前記変速機が出力する動力を変速せずに前後方向の一方側に出力し、前記変速機が出力する動力を減速または増速して前後方向の他方側に出力するトランスファと、
   前記トランスファにプロペラシャフトを介さずに連結され、前記トランスファから前記一方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する一方側差動装置と、
   前記トランスファにプロペラシャフトを介して連結され、前記トランスファから前記他方側に分配される動力を左右の駆動輪に分配する他方側差動装置とを含み、
   前記内燃機関のクランクシャフトおよび前記変速機のアウトプット軸が前後方向に延び、前記内燃機関、前記変速機、前記トランスファおよび前記一方側差動装置が一直線上に並べられている、パワープラント。

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