JP2005102381A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとモータとを一体化して小型化を図ったエンジン装置を提供する。
【解決手段】エンジン１はピストン７の往復移動に連動して回転駆動されるクランク軸８を備える。モータ１５におけるロータ１６がクランク軸８に装着されると共に、ロータ１６を囲繞して配置されたステータ１７がエンジンケース５側に固定されて、エンジン１にモータ１５が組み付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車等に使用されるエンジン装置に関するものである。

近年の自動車にあっては、エンジンの燃費向上や排出ガスの発生低減等を目的として、走行用の動力源にエンジンとモータを併用するハイブリッド車が登場している。

そして、走行に際しては、エンジンとモータの効率のよい方を使用し、単独で動力が足りない場合はお互い補う方式が採用されている。

しかしながら、従来のハイブリッド車にあっては、エンジンとモータとがそれぞれ独立して備えられていたため、それぞれの搭載スペースが必要とされていた。

そこで、本発明の解決しようとする課題は、エンジンとモータとを一体化して小型化を図ったエンジン装置を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、エンジン構成部品をモータ構成部品に利用して、エンジンにモータを一体的に組み付けた点にある。

また、前記エンジンはピストンの往復移動に連動して回転駆動されるクランク軸を備え、前記モータにおけるロータがクランク軸に装着されると共に、ロータを囲繞して配置されたステータがエンジンケース側に固定された構造としてもよい。

さらに、前記モータが前記クランク軸におけるバランスウエイト対応位置に配置されると共にバランスウエイト機能を有してなる構造としてもよい。

また、前記モータはリニアモータからなり、前記エンジンにおけるシリンダ内で往復移動されるピストンがリニアモータ用可動子とされ、前記ピストンの位置に対応するシリンダの外側にリニアモータ用ステータが備えられた構造としてもよい。

請求項１に記載のエンジン装置によれば、エンジン構成部品をモータ構成部品に利用して、エンジンにモータを一体的に組み付けた構造とされているため、エンジンとモータとをそれぞれ別個独立した構造の場合と比較して、有効に小型化が図れる。

また、請求項２に記載のエンジン装置によれば、エンジンはピストンの往復移動に連動して回転駆動されるクランク軸を備え、モータにおけるロータがクランク軸に装着されると共に、ロータを囲繞して配置されたステータがエンジンケース側に固定された構造とされており、クランク軸を回転軸に兼用して、いわゆるエンジンケース内にモータを組み付けた構造とすることができ、有効に小型化が図れる。

さらに、請求項３に記載のエンジン装置によれば、モータがクランク軸におけるバランスウエイト対応位置に配置されると共にバランスウエイト機能を有してなる構造とされており、従来のクランク軸におけるバランスウエイトの占める空間をモータに利用でき、より小型化が図れる。

また、請求項４に記載のエンジン装置によれば、モータはリニアモータからなり、エンジンにおけるシリンダ内で往復移動されるピストンがリニアモータ用可動子とされ、ピストンの位置に対応するシリンダの外側にリニアモータ用ステータが備えられた構造とされており、ピストンを可動子に兼用してシリンダ部分にモータを組み付けた構造となり、有効に小型化が図れる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１はいわゆるハイブリッド車としての自動車に搭載されるエンジン１部分の断面説明図を示しており、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、クランクケース４、オイルパン（図示省略）等により、エンジンケース５が構成されている。

シリンダブロック３には、エンジン１の気筒数に対応する数の筒構造とされたシリンダ３ａが備えられており、各シリンダ３ａ内にはそれぞれピストン７が往復移動自在に収容されている。

また、シリンダブロック３とクランクケース４との相互間に、クランク軸８が回転自在に支持され、クランク軸８の各クランクピン部８ａと各ピストン７とがコンロッド９によりそれぞれ連動連結されている。

前記シリンダヘッド２には、吸気弁１１や排気弁１２が適宜位置に開閉操作自在に配置されると共に、圧縮された燃料点火用の点火プラグ１３が配置されている。

そして、本実施形態においては、永久磁石界磁式の同期モータ１５がクランク軸８のバランスウエイト対応位置に位置して、エンジン１内に一体的に組み付けられた構造とされている。即ち、同期モータ１５は、永久磁石１６ａが装着されたロータ１６と、そのロータ１６の径外方を囲繞して配置されると共に、コイル１７ａが巻き付けられた固定子鉄心１７ｂからなるステータ１７とを備え、ロータ１６が、クランク軸８に装着されるバランスウエイト対応位置部分（クランク軸８にバランスウエイトが一体に形成される場合はそのバランスウエイト形成位置部分）に位置して、クランク軸８に固定状に取り付けられている。また、ステータ１７はエンジンケース５を構成するシリンダブロック３もしくはクランクケース４に固定されている。

さらに、本実施形態においては、ロータ１６にヘビーメタルを組み込み、バランスウエイトに対応する重量バランスとされ、バランスウエイト機能を有した構造とされている。従って、ロータ１６の回転重心は偏心した構造とされている。

そして、ＥＣＵ等からなる制御部１９からモータ１５の各コイル１７ａに、回転磁界を形成するように所定の電流を供給制御することによって、ロータ１６が所定方向に回転駆動され、このロータ１６の回転駆動に伴ってクランク軸８が所定方向に回転駆動され、クランク軸８の回転駆動に伴って各ピストン７が各シリンダ３ａ内で往復移動されるように構成されている。

本実施形態は以上のように構成されており、例えば、停止時にはエンジン１およびモータ１５のいずれもが停止した状態とされ、発進時にはモータ１５で駆動され、加速時にはエンジン１とモータ１５との双方で駆動され、定速走行時にはエンジン１のみで駆動する等、走行条件に応じてエンジン１とモータ１５の効率のよい方を使用するように駆動制御されている。

そして、本実施形態においては、エンジン１の構成部品としてのクランク軸８をモータ１５の構成部品としての回転軸に利用して、エンジン１にモータ１５が一体的に組み付けられているため、部品の兼用化が図れると共に、別々に配置する場合と比較して全体としての小型化が図れる利点がある。

また、ロータ１６がバランスウエイト対応位置に配置されると共に、バランスウエイトに対応する重量バランスとされて、バランスウエイト機能を兼用した構造とされているため、従来のエンジンにおけるバランスウエイトの占めるスペースをロータ１６に利用でき、この点からもより小型化が図れる利点がある。

なお、上記実施形態においては、ロータ１６にヘビーメタルを組み込むことによってバランスウエイトに対応する重量バランスを確保した構造を示しているが、モータ１５の電磁気力を制御することによって、クランクピン部８ａと反対側にロータ１６を引っ張るようにバランスウエイトの遠心力に相当する電磁気力を作用させ、バランスウエイト機能を発揮させる構造であってもよい。

また、バランスウエイト機能を有する同期モータ１５を組み付けた構造を示しているが、バランスウエイト機能を有さないモータであってもよく、この場合は、例えば、バランスウエイト間に配置し、かつ回転中心に位置するクランク軸８上にロータ１６を固定する構造とすればよい。

さらに、クランク軸８に組み付けられる同期モータ１５の数は、単一であってもよく、気筒数に応じて複数であってもよく、必要に応じて適宜決定すればよい。

また、エンジン１に組み込まれるモータとして同期モータ１５を採用した構造を示しているが、誘導モータやリラクタンスモータ等であってもよく、同期モータ１５に何ら限られない。

図２は第２の実施形態を示しており、前記第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。

即ち、第１の実施形態においては、クランク軸８部分に同期モータ１５が組み付けられた構造とされているが、本実施形態においては、リラクタンスモータとしてのリニアモータ２１が各シリンダ３ａ部分に位置して、エンジン１に一体的に組み付けられた構造とされている。即ち、リニアモータ２１は、磁性材料、例えば鉄等で形成された各ピストン７がそれぞれリニアモータ用可動子とされ、各シリンダ３ａの外側における両側もしくは周囲を囲繞してリニアモータ用ステータ２２がそれぞれ備えられた構造とされている。

各ステータ２２はそれぞれコイル２２ａが巻き付けられた固定子鉄心２２ｂからなり、ＥＣＵ等からなる制御部２３から各モータ２１の各コイル２２ａに所定の駆動電流を供給制御することによって、可動子としての各ピストン７が所定のタイミングで往復移動され、各ピストン７の往復移動に伴ってクランク軸８が所定方向に回転駆動されるように構成されている。

なお、本実施形態においては、各シリンダ３ａは非磁性材料、例えばアルミ材等から形成された構造とされている。また、図２において、８ｂはクランク軸８に備えられたバランスウエイトである。

本実施形態は以上のように構成されており、例えば、第１の実施形態と同様、停止時にはエンジン１およびモータ２１のいずれもが停止した状態とされ、発進時にはモータ２１で駆動され、加速時にはエンジン１とモータ２１との双方で駆動され、定速走行時にはエンジン１のみで駆動する等、走行条件に応じてエンジン１とモータ２１の効率のよい方を使用するように駆動制御されている。

そして、本実施形態においては、エンジン１の構成部品としてのピストン７をリニアモータ２１の構成部品としての可動子に利用して、エンジン１のシリンダ３ａ部分にリニアモータ２１が一体的に組み付けられているため、部品の兼用化が図れると共に、別々に配置する場合と比較して全体としての小型化が図れる利点がある。

なお、本実施形態においては、各シリンダ３ａ部分に対応してそれぞれリニアモータ２１を備えた構造を示しているが、配設されるリニアモータ２１の数は気筒数に応じて適宜決定すればよい。

また、リニアモータ２１はリラクタンスモータに限られず、誘導モータや同期モータ等であってもよい。

さらに、前記各実施形態において、発電機を別途備えた構造としてもよく、組み付けられた各モータ１５、２１により発電機を兼用した構造としてもよい。また、エンジンブレーキ使用時等においては各モータ１５、２１によりエネルギーを回生する構造としてもよい。

本発明の第１の実施形態にかかる要部説明図である。 本発明の第２の実施形態にかかる要部説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ クランクケース
５ エンジンケース
７ ピストン
８ クランク軸
１５ 同期モータ
１６ ロータ
１７ ステータ
２１ リニアモータ
２２ ステータ

Claims (4)

1. エンジン構成部品をモータ構成部品に利用して、エンジンにモータを一体的に組み付けたことを特徴とするエンジン装置。
2. 請求項１に記載のエンジン装置において、
   前記エンジンはピストンの往復移動に連動して回転駆動されるクランク軸を備え、前記モータにおけるロータがクランク軸に装着されると共に、ロータを囲繞して配置されたステータがエンジンケース側に固定されたことを特徴とするエンジン装置。
3. 請求項２に記載のエンジン装置において、
   前記モータが前記クランク軸におけるバランスウエイト対応位置に配置されると共にバランスウエイト機能を有してなることを特徴とするエンジン装置。
4. 請求項１に記載のエンジン装置において、
   前記モータはリニアモータからなり、前記エンジンにおけるシリンダ内で往復移動されるピストンがリニアモータ用可動子とされ、前記ピストンの位置に対応するシリンダの外側にリニアモータ用ステータが備えられたことを特徴とするエンジン装置。
   

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