JP3721792B2 - ハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと電気モータとを併用して走行するハイブリッド車両において、そのエンジン補機を駆動させるために用いられるハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハイブリッド車両として、シリーズ方式と呼ばれるものが知られている（例えば、特開平６−１６５３０９号公報参照）。このものでは、エンジンにより駆動されるジェネレータによって発電を行い、この電気により駆動される電気モータのみを走行用駆動源として走行するようにしている。
【０００３】
一方、ハイブリッド車両として、パラレル方式と呼ばれるものが知られている。このものでは、電気モータ及びエンジンを併用して走行するように構成されていおり、上記電気モータのみによって走行する場合と、上記電気モータ及びエンジンによって走行する場合とに切り替わるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンの駆動力によって走行する通常の車両においては、クランクシャフトとカムシャフトとがタイミングベルトによって互いに連結されている一方、上記クランクシャフトとオルタネータ及びウォータポンプ等のエンジン補機とが１本のベルトを各エンジン補機のプーリに掛け渡すことによって互いに連結されており、上記クランクシャフトの駆動力によってそれぞれ駆動されるようになっている。
【０００５】
ところが、上記のようなハイブリッド車両のエンジンにおいては、オルタネータの代わりにジェネレータが備えられている。このジェネレータは、電気モータを駆動させる電気を発電するためのものであり、オルタネータに比べて駆動トルクが遙かに大きくなっている。このため、このジェネレータを駆動させようとすれば、その駆動力伝達ベルトの張力を大きくすることにより、例えばプーリの歯飛び等を防止するようにして、上記ジェネレータを駆動させる必要がある。
【０００６】
しかるに、このような場合に、上記クランクシャフトに対しジェネレータ及びウォータポンプ等のエンジン補機を１本のベルトによって互いに連結すれば、上記ベルトの張力に対抗するため、例えばウォータポンプの軸受け用のベアリングを大きくするといった補強対策を施す必要が生じ、ジェネレータを含めた全てのエンジン補機を上記の従来のエンジンのような１本のベルトにより全て連結することは困難となるという不都合がある。
【０００７】
そこで、上記カムシャフト、ジェネレータ、及び、ウォータポンプをそれぞれ別のベルトによりクランクシャフトと連結することが考えられる。しかしながら、この場合、上記クランクシャフトに対し、たとえばその軸方向に３本のベルトを並べて連結したのでは上記クランクシャフトの長さをその分長くする必要が生じてしまい、この結果、エンジンの全長が長くなってしまうという不都合が生じる。また、上記の長くなったクランクシャフトの先端位置に上記各ベルトの張力が曲げ荷重として作用するようになり、このクランクシャフトに作用する曲げモーメントが増大してしまうという問題も生じることになる。
【０００８】
本発明は、このような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、エンジンと電気モータとを併用して走行するハイブリッド車両において、エンジン全長の増大化を招くことなく、クランクシャフトの回転力を利用したジェネレータを含むエンジン補機をそれぞれ確実に駆動させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジンと電気モータとを併用して走行するハイブリッド車両において上記電気モータの駆動用電力を発電するジェネレータがエンジン補機の一部として駆動されるエンジン補機駆動装置を前提としている。このものにおいて、上記エンジンのクランクシャフトと、上記ジェネレータとを回転力を伝達する第１駆動力伝達部材により互いに連結し、上記エンジンのカムシャフトと、上記ジェネレータを除く他のエンジン補機とを回転力を伝達する第２駆動力伝達部材により互いに連結し、上記クランクシャフトと、上記カムシャフトとを回転力を伝達する第３駆動力伝達部材により互いに連結する。そして、上記第１及び第２の両駆動力伝達部材を互いに略同一平面内に位置するように配設する構成とするものである。ここで、「駆動力伝達部材」としては、ベルト（平ベルト、Ｖベルト、歯付きベルト）、チェーン等を用いればよい。
【００１０】
上記の構成の場合、第１駆動力伝達部材によりジェネレータを単独でクランクシャフトに連結するため、他のエンジン補機等に影響を与えることなく負荷の大きいジェネレータの駆動を確実に行うことが可能になる。
【００１１】
しかも、上記第１及び第２駆動力伝達部材を略同一平面内に位置するように配設することによって、例えば上記第１〜第３の３つの駆動力伝達部材を上記クランクシャフトの軸方向に並べて連結した場合に比べてクランクシャフトの全長が短くて済む結果、エンジン全長をコンパクトにすることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも第１及び第２の両駆動力伝達部材をベルトとする。そして、クランクシャフトにジェネレータ駆動用プーリを一体的に結合する一方、このジェネレータ駆動用プーリをエンジンのシリンダブロックにより回転可能に軸支する構成とするものである。
【００１３】
上記の構成の場合、ジェネレータ駆動用プーリがシリンダブロックにより軸支されているため、第１駆動力伝達部材であるベルトの張力に基づく曲げ荷重が、ジェネレータ駆動用プーリを介してシリンダブロックに作用する。このため、上記曲げ荷重がクランクシャフトに直接作用することを回避することが可能になる。従って、上記第１駆動力伝達部材の張力を大きくしてジェネレータを確実に駆動させることが可能になると共に、ジェネレータ駆動用プーリをクランクシャフトに直接軸支した場合に生じるおそれのある上記曲げ荷重に起因するクランクシャフトの折損、または、クランクシャフトの軸受けが焼き付くこと等の発生を確実に防止することが可能になる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、第３駆動力伝達部材をクランクシャフトに対しエンジン本体側位置に連結し、ジェネレータ駆動用プーリを上記第３駆動力伝達部材の連結位置よりも先端側の位置のクランクシャフトに対し結合する構成とするものである。
【００１５】
上記の構成の場合、クランクシャフトのエンジン本体側部分、つまりこのクランクシャフトの支持位置に近い部分に第３駆動力伝達部材による曲げ荷重を作用させることにより、このクランクシャフトに対する曲げモーメントは小さくなり上記クランクシャフトの撓みを小さくすることが可能になる。その結果、ジェネレータ駆動用プーリをクランクシャフトの先端側に配設しても、上記ジェネレータ駆動用プーリとクランクシャフトとの軸心のずれを防止することが可能になり、上記ジェネレータ駆動用プーリを確実に回転させると共に、上記クランクシャフトの軸受けの信頼性を向上させることが可能になる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、クランクシャフトに対しその軸心と同軸に配置された状態でシリンダブロックに対し固定された軸支部材を備え、ジェネレータ駆動用プーリを、上記軸支部材により軸支する一方、上記クランクシャフトに対し、上記プーリの上記クランクシャフトに対する相対変位を吸収する芯ずれ吸収部材を間に介して一体的に連結する構成とするものである。ここで、「クランクシャフトに対する相対変位」とは、例えばクランクシャフトの軸方向、及び、この軸方向に直交する方向である径方向等の全方向に対する相対変位をいう。
【００１７】
上記の構成の場合、クランクシャフトの軸受けに存在する微小隙間に起因して上記クランクシャフトの回転時にこのクランクシャフトが振動しても、その振動を芯ずれ吸収部材により吸収することが可能になる。このため、ジェネレータ駆動用プーリに上記クランクシャフトの振動が伝達することが防止され、上記クランクシャフトとジェネレータ駆動用プーリとを共に安定して回転させて各軸受け部分の信頼性が向上する。
【００１８】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、芯ずれ吸収部材を弾性体により形成する構成とするものである。
【００１９】
ここで、「弾性体」としては、クランクシャフトの回転力をジェネレータ駆動用プーリに確実に伝達し、かつ、その弾性力によってジェネレータ駆動用プーリのクランクシャフトに対する相対変位を吸収し得る材質のものを用いればよい。具体的には、成形の容易性、及び、部品調達の容易性の観点からゴム弾性体が好ましい。
【００２０】
上記の構成の場合、芯ずれ吸収部材の具体的構成が特定され、クランクシャフトの軸方向及び軸に直交する方向の振動をそれぞれ吸収して、回転力のみをジェネレータ駆動用プーリに伝達することが可能になる。これにより、上記クランクシャフト及びジェネレータ駆動用プーリの軸受け部分の信頼性を向上させることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の配置構成図を示し、このハイブリッド車両はパラレル方式に構成されている。
【００２３】
同図において、１はエンジン、２１は電気モータ、２２はジェネレータであり、上記エンジン１は横置きに配置され、上記電気モータ２１はエンジンの後側、ジェネレータ２２はエンジンの前側に配置されている。そして、上記エンジン１のクランクシャフト（図示省略）及び電気モータ２１の出力軸（図示省略）とがそれぞれ接続されるトランスミッションユニット３は、上記エンジン１の側部位置に配設されるようになっている。また、上記電気モータ２１を駆動するための走行用バッテリ４１はトランクルーム内に配置されている。
【００２４】
図２は、上記ハイブリッド車両の駆動系のブロック図を示している。
【００２５】
上記エンジン１のクランクシャフト１１の一端はトランスミッションユニット３に接続されている一方、他端は第１駆動力伝達ベルトによりジェネレータ２２と互いに連結されている。
【００２６】
上記トランスミッションユニット３内ではクラッチ３１が設けられており、このクラッチ３１から第１出力ギア３２を介してディファレンシャル装置３３のリングギア３４に接続され、前輪３５が駆動されるようになっている。そして、上記クラッチ３１により上記エンジン１の駆動力をディファレンシャル装置３３に伝達する場合と、伝達しない場合とに切り替えられるようになっている。
【００２７】
一方、上記トランスミッションユニット３には、上記電気モータ２１の出力軸２１ａが接続されるようになっており、この出力軸２１ａに取り付けられたドライブギア３６は、上記第１出力ギア３２と一体に回転する第２出力ギア３７に接続されるようになっている。
【００２８】
上記電気モータ２１及びジェネレータ２２は、共にモータ・ジェネレータコントローラ２３（以下、Ｍ・Ｇコントローラと略称する。）を介して、走行用バッテリ４１に接続されるようになっている。このＭ・Ｇコントローラ２３はシステムコントローラ５１に接続されており、このシステムコントローラ５１の信号を受けて上記Ｍ・Ｇコントローラ２３が上記電気モータ２１側と、ジェネレータ２２側との電力を制御するようにしている。また、上記クランクシャフト１１が回転すれば、上記ジェネレータ２２が駆動されて発電が行われ、その発電された電気が上記走行用バッテリ４１の充電状態に応じて充電されるようになっている。また、上記走行用バッテリ４１とは別に車両用バッテリ４２が備えられており、この車両用バッテリ４２はコンバータ４３を介して、空調装置５２、パワーステアリングのモータ５３、または、オーディオ等の車両システム５４のための電力を供給している。
【００２９】
また、上記システムコントローラ５１には、アクセルペダル５５が接続されており、このアクセルペダル５５の踏込量に応じて上記エンジン１、または、電気モータ２１の駆動を制御するようになっている一方、ブレーキペダル５６に接続されたブレーキユニット５７と、システムコントローラ５１とが互いに接続されており、上記システムコントローラ５１により制動量を制御するようになっている。
【００３０】
次に上記ハイブリッド車両の走行について説明する。
【００３１】
車両の発進は電気モータ２１で行うようにされており、上記システムコントローラ５１により上記トランスミッションユニット３のクラッチ３１は切られた状態にされて、上記走行用バッテリ４１の電気により電気モータ２１が駆動して車両を発進させるようにしている。
【００３２】
そして、所定車速と必要駆動力とをシステムコントローラ５１が検知して、このシステムコントローラ５１の制御によりジェネレータ２２に電力が供給され、このジェネレータ２２がスタータとなって上記エンジン１を始動させる。そして、上記エンジン１の駆動によりジェネレータ２２が駆動されて発電が行われ、その発電された電気が上記走行用バッテリ４１に充電される。この場合も、上記クラッチ３１は切られた状態のままにされている。
【００３３】
また、急加速時等の場合には、上記のようにしてエンジン１を始動させ、上記クラッチ３１をつないで、電気モータ２１及びエンジン１の双方の駆動力により前輪３５を駆動するようにする。
【００３４】
そして、図３または図４は、エンジン１及び電気モータ２１の配設構造を示しており、上記エンジン１は燃料を燃焼室に直接噴射するいわゆる直噴エンジンであり、１２は燃料ポンプ、１３は吸気管、１４は燃料を噴射するインジェクタ、１５は排気管である。なお、図３及び図４の右側は車体前後方向の前側、その左側は後側である。
【００３５】
上記電気モータ２１は上記エンジン１の後側の上部位置に配置される一方、ジェネレータ２２は、上記エンジン１の前側の下部位置に配置されており、この電気モータ２１及びジェネレータ２２は、それぞれブラケット２１ｂ，２２ａを介して上記シリンダブロック１６に支持固定されるようになっている。
【００３６】
また、上記排気管１５の基端は触媒を内蔵したキャタリスタ１５ａに連通されており、このキャタリスタ１５ａは、上記ジェネレータ２２に隣接して配置されている。
【００３７】
そして、図３に示すように、クランクシャフト１１に対し、ジェネレータ駆動用プーリ１１ａが取り付けられており、このジェネレータ駆動用プーリ１１ａと、上記ジェネレータ２２の回転軸に取り付けられたジェネレータプーリ２２ｂとが第１駆動力伝達ベルト６１により互いに連結されている。そして、上記クランクシャフト１１の基端側に取り付けられたカムシャフト駆動プーリ１１ｂと（図５参照）、吸気及び排気側カムシャフトに取り付けられた吸気及び排気側カムシャフトプーリ１７，１８とが第３駆動力伝達ベルト６３により互いに連結され、上記排気側カムシャフトプーリ１８と、ウォータポンプ１９とが第２駆動力伝達ベルト６２により互いに連結されている。上記排気側カムシャフトプーリ１８は、図５に示すように、エンジン内方側プーリ１８ａと、エンジン外方側プーリ１８ｂとの２つのプーリが重なった状態で一体にされており、上記第３駆動伝達ベルト６３は、エンジン内方側プーリ１８ａと連結するようになっている一方、第２駆動力伝達ベルト６２は、上記エンジン外方側プーリ１８ｂと連結するようになっている。このため、上記第１駆動力伝達ベルト６１と、第２駆動力伝達ベルト６２とが略同一平面内に配設されるようになっている（図５参照）。また、上記第１〜第３駆動力伝達ベルト６１〜６３は、テンショナー６１ａ，６２ａ，６３ａ，６３ａによりそれぞれその張力が調整されるようになっている（図３参照）。
【００３８】
そして、図５に示すように、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａは、シリンダブロック１６に固定された軸支部材７１に対し軸受け部材７２を介して軸支されるようになっている。上記軸支部材７１は、ドーナツ状に形成されたブラケット部７１ａと、このブラケット部７１ａの孔縁から鉛直方向に突設した円筒状の軸支部７１ｂとにより構成されており、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａは、軸支部７１ｂに対し取り付けられるようになっている。
【００３９】
そして、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａは、芯ずれ吸収部材７４を介して連結部材７３に対し連結されている。上記連結部材７３はクランクシャフト１１の先端に取り付けられており、円盤状のプレート部７３ａと、このプレート部７３ａの中央部から鉛直方向に突設する円筒状の取付部７３ｂとにより構成されている。そして、上記取付部７３ｂが外挿される上記クランクシャフト１１の先端にはスプラインが形成されており、このスプラインを介して上記連結部材７３及びジェネレータ駆動用プーリ１１ａは上記クランクシャフト１１と一体となって回転するように互いに連結されている。また、上記芯ずれ吸収部材７４はドーナツ状のゴム弾性体であり、上記連結部材７３のプレート部７３ａと、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａとの間に配設されて両者とそれぞれ接着されている。上記の軸支部材７１、軸受け部材７２、連結部材７３、及び、芯ずれ吸収部材７４によって、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａのクランクシャフト１１に対する芯ずれ吸収機構が構成されている。
【００４０】
つぎに、上記実施形態の作用・効果を説明する。
【００４１】
第１駆動力伝達ベルト６１によってクランクシャフト１１とジェネレータ２２とを互いに連結するため、上記第１駆動力伝達ベルト６１の張力を大きくしてもウォータポンプ１９等の他のエンジン補機に影響を与えることがない。このため、負荷の大きいジェネレータ２２の駆動を確実に行うことができるようになる。また、ジェネレータ駆動用プーリ１１ａをシリンダブロック１６に対し取り付けられた軸支部材７１に軸支させることにより、第１駆動力伝達ベルト６１の張力に基づく曲げ荷重が上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａに作用するようになる。この、ように曲げ荷重がクランクシャフトに作用することを回避することができる結果、クランクシャフト１１の折損、または、クランクシャフト１１の軸受けが焼き付くことを防止することができるようになる。
【００４２】
そして、上記第１及び第２駆動力駆動力伝達ベルト６１，６２を略同一平面内に配設することにより、例えば上記第１〜第３駆動力伝達ベルトを上記クランクシャフト１１の軸方向に並べた場合に比べて、クランクシャフトの全長が短くて済む結果、エンジン１の全長をコンパクトにすることができるようになる。
【００４３】
また、上記クランクシャフト１１に対し曲げ荷重を直接作用させる第３駆動力伝達ベルトがこのクランクシャフト１１の軸受け部分に近い位置に連結されることにより、上記クランクシャフト１１に対する曲げモーメントを小さくすることができ、その撓みを小さくすることができるようになる。さらに、クランクシャフト１１の回転に伴うずれを芯ずれ吸収部材７４により吸収することでジェネレータ駆動用プーリ１１ａに上記クランクシャフト１１のずれが伝達することを防止することができる。このため、上記ジェネレータ駆動用プーリ１１ａを安定して回転させてジェネレータ２２の駆動を安定して行うことができるようになる。また、上記芯ずれ吸収部材８３は、クランクシャフト１１のねじり等の三次元的な回転振動を吸収することができ、ジェネレータ２２を確実に駆動させることができるようになる。
【００４４】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、パラレル方式に構成されたハイブリッド車両を用いているが、これに限らず、例えばシリーズ方式に構成されたハイブリッド車両に適用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明におけるハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置によれば、第１駆動力伝達部材によりジェネレータを単独でクランクシャフトに連結するため、他のエンジン補機等に影響を与えることなく負荷の大きいジェネレータの駆動を効果的に行うことができる。しかも、上記第１及び第２駆動力伝達部材を略同一平面内に位置するように配設することによって、エンジン全長をコンパクトにすることができる。
【００４６】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明による効果に加えて、第１駆動力伝達部材の張力に基づく曲げ荷重がジェネレータ駆動用プーリを介してシリンダブロックに作用するため、曲げ荷重がクランクシャフトに作用することを回避することができる。従って、上記第１駆動力伝達部材のの張力を大きくしてジェネレータを確実に駆動させることができると共に、上記クランクシャフトの折損、または、クランクシャフトの軸受けが焼き付くこと等の発生を確実に防止することができる。
【００４７】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明による効果に加えて、クランクシャフトの支持位置に近い部分に第３駆動力伝達部材による曲げ荷重を作用させることにより、このクランクシャフトに対する曲げモーメントを小さくすることができ、上記クランクシャフトの撓みを小さくすることができる。その結果、ジェネレータ駆動用プーリをクランクシャフトの先端側に配設しても上記ジェネレータ駆動用プーリとクランクシャフトとの軸心のずれを防止することができ、上記ジェネレータ駆動用プーリを確実に回転させるとともに、上記クランクシャフトの軸受けの信頼性を向上させることができる。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明による効果に加えて、クランクシャフト回転時の振動を芯ずれ吸収部材により吸収することができるため、ジェネレータ駆動用プーリに上記クランクシャフトの振動が伝達することを防止することができる。このため、上記クランクシャフトとジェネレータ駆動用プーリとを共に安定して回転させて各軸受け部分の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明による効果に加えて、芯ずれ吸収部材の具体的構成を特定することができ、クランクシャフトの軸方向及び軸に直交する方向の振動をそれぞれ吸収して回転力のみをジェネレータ駆動用プーリに伝達することができる。これにより、上記クランクシャフト及びジェネレータ駆動用プーリの軸受け部分の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の配置構成を示す説明図である。
【図２】ハイブリッド車両の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジン及びジェネレータの配置を示す側面説明図である。
【図４】エンジン及びジェネレータの配置を示す平面説明図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２１ 電気モータ
２２ ジェネレータ
１１ クランクシャフト
１６ シリンダブロック
１８ 排気側カムシャフトプーリ（カムシャフト）
６１〜６３ 第１〜第３駆動力伝達ベルト
７１ 軸支部材
７４ 芯ずれ吸収部材
１１ａ ジェネレータ駆動用プーリ

Claims (5)

1. エンジンと電気モータとを併用して走行するハイブリッド車両において上記電気モータの駆動用電力を発電するジェネレータがエンジン補機の一部として駆動されるエンジン補機駆動装置であって、
   上記エンジンのクランクシャフトと、上記ジェネレータとが回転力を伝達する第１駆動力伝達部材により互いに連結され、
   上記エンジンのカムシャフトと、上記ジェネレータを除く他のエンジン補機とが回転力を伝達する第２駆動力伝達部材により互いに連結され、
   上記クランクシャフトと、上記カムシャフトとが回転力を伝達する第３駆動力伝達部材により互いに連結され、
   上記第１及び第２の両駆動力伝達部材が互いに略同一平面内に位置するように配設されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置。
2. 請求項１において、
   少なくとも第１及び第２の両駆動力伝達部材がベルトであり、
   クランクシャフトにはジェネレータ駆動用プーリが一体的に結合されている一方、
   このジェネレータ駆動用プーリがエンジンのシリンダブロックにより回転可能に軸支されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置。
3. 請求項２において、
   第３駆動力伝達部材がクランクシャフトに対しエンジン本体側位置に連結され、
   ジェネレータ駆動用プーリが上記第３駆動力伝達部材の連結位置よりも先端側の位置のクランクシャフトに対し結合されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置。
4. 請求項２において、
   クランクシャフトに対しその軸心と同軸に配置された状態でシリンダブロックに対し固定された軸支部材を備え、
   ジェネレータ駆動用プーリは、上記軸支部材により軸支される一方、上記クランクシャフトに対し、上記プーリの上記クランクシャフトに対する相対変位を吸収する芯ずれ吸収部材を間に介して一体的に連結されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置。
5. 請求項４において、
   芯ずれ吸収部材は弾性体により形成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン補機駆動装置。

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