JP4165437B2

JP4165437B2 - パワートレーン

Info

Publication number: JP4165437B2
Application number: JP2004121627A
Authority: JP
Inventors: 浩二内藤; 暁彦池田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: DE602005001938T2; EP1735174A1; WO2005100069A1; US20070205035A1; US8016070B2; CN100522683C; CN1946585A; DE602005001938D1; JP2005306056A; EP1735174B1

Description

この発明は、自動車のパワートレーンのレイアウト構造に関する。

自動車の運動性能において、低重心化を図りつつボディの高剛性化、空力特性の向上を図ることは非常に重要である。特に、スポーツカーにおいてその要求は高い。従来、フロントエンジン・リアドライブの車両においては、車両の前方から後方にかけて、プロペラシャフトを通過させるため、フロントパネルにいわゆるトンネル構造が採用されている。また、このトンネル構造の採用に基づくボディの剛性低下を抑えるため、補強部材の追加を行なっている。しかし、駆動系および排気管のレイアウトの制約から、さらなるボディの高剛性化には限界が生じている。

また、車両の空力特性の向上には、車両の下面を完全に平坦化することが望まれるが、排気管を完全に覆う構造を採用した場合には、最低地上高さの確保の観点から、パワートレーン全体の底上げが必要であり、特に、質量の多いエンジンを持ち上げたのでは、車両重心が上がってしまう。

一方、車両の運動性能の向上を目的として、車両の低重心化を図るために、質量の多いエンジンをさらに車両の下方に配置させることが有効である。しかし、エンジンをさらに車両の下方に配置させるためには、パワートレーン全体も同様に下方に下げる必要が生じる。しかし、パワートレーンを構成する装置が、排気管や、車両の下面に設けられるアンダーカバーと干渉してしまう問題が生じる。さらに、パワートレーン全体のうち最も下方に位置する領域が、さらに下方に下げられるために、最低地上高さを下回ってしまうという問題も生じる。

なお、下記特許文献１には、ＦＲ（後輪駆動）をベースにした４ＷＤ用のパワートレーンが開示され、エンジンのクランクシャフト、プロペラシャフト、および、変速機の入力軸が同軸上に設けられている。また、上記構成からなるパワートレーンにおいては、一般的には、パワートレーンの下方に排気管、アンダーカバーが配置されている。
特開平３−２３５７２１号公報

この発明が解決しようとする課題は、エンジンをさらに車両の下方に配置させた場合の、パワートレーンのレイアウト構造に上述した問題が生じることである。したがって、この発明の目的は、低重心化を図りつつボディの高剛性化、空力特性の向上を図ることが可能なレイアウト構造を有するパワートレーンを提供することにある。

この発明に基づいたパワートレーンにおいては、車両に搭載され、エンジンからの駆動力を、クラッチ、およびこのクラッチの後方に設けられたプロペラシャフトを介して、ディファレンシャルに伝達するためのパワートレーンであって、以下の構成を備える。上記クラッチからの入力を、上記プロペラシャフトに出力するフロント側ギヤ機構と、上記プロペラシャフトからの入力を、上記ディファレンシャルに出力するリヤ側ギヤ機構とを有し、上記フロント側ギヤ機構の入力軸は、上記フロント側ギヤ機構の出力軸よりも車両下方に位置するように設けられる。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、上記フロント側ギヤ機構を含むフロント側ギヤハウジングと、上記リヤ側ギヤ機構を含むリヤ側ギヤハウジングとを有し、上記フロント側ギヤハウジングと上記リヤ側ギヤハウジングとは、構造体により連結されている。さらに、他の形態においては、上記構造体は、上記プロペラシャフトが内挿されるトルクチューブである。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、上記車両は、その中央領域において前後方向に延び、車両上方に向かって突出するとともに、下方側に向かって開口するフロアトンネルが設けられるフロアパネルを有し、上記エンジンは、排気ガスを外部に排出するため、車両後方側に向かって延在する排気管を有し、上記プロペラシャフトおよび上記構造体は、上記排気管よりも車両上方に位置し、上記プロペラシャフト、上記構造体、および、上記排気管は、上記フロアトンネル内に収容されるように配設される。さらに、他の形態においては、上記フロアパネルに取付けられ、上記フロアトンネルの開口の少なくとも一部または全部を覆うアンダプレートを有する。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、当該パワートレーンの下側を覆うアンダーカバーを有する。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、上記フロント側ギヤ機構は、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機で構成され、上記リヤ側ギヤ機構は、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機で構成されている。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、上記フロント側ギヤ機構は、上記クラッチからの入力を、減速させて、上記プロペラシャフトに出力する、減速機構である。

また、上記パワートレーンの他の形態においては、上記フロント側ギヤ機構は、上記クラッチからの入力を、増速させて、上記プロペラシャフトに出力する、増速機構である。

この発明に基づいたパワートレーンによれば、フロント側ギヤ機構の入力軸を、フロント側ギヤ機構の出力軸よりも車両下方に位置するように設けることにより、フロント側ギヤ機構の入力軸と同軸に設けられるエンジンのクランクシャフト回転軸を、従来よりも車両の下方側に位置させることができる。その結果、プロペラシャフトと排気管との干渉を避けながら、質量の多いエンジンのみをより下方に配置させることが可能となる。これにより、車両全体の低重心化を実現させることが可能となる。

また、上記パワートレーンの他の形態によれば、フロント側ギヤハウジングとリヤ側ギヤハウジングとを構造体により連結することで、エンジンからディファレンシャルまでを一体的に結合した剛性体とすることができる。その結果、車両の運転時におけるドライバのシフト・フィーリングを剛性感のあるものにするとともに、発進時、加速時における動力系と車両とのダイレクト感の実現を可能とする。また、車体への振動伝達、ノイズの抑制を期待することもできる。

また、上記パワートレーンの他の形態によれば、プロペラシャフト、構造体、および、排気管は、フロアトンネル内に収容されるように配設される。これにより、車両の幅方向への広がりが抑えられるため、車両室内空間を確保しつつ、着座位置をさらに低くすることができる。また、フロアパネルの底面から下方に突出する装置がなくなるため、アンダプレートの底面の平坦化を図ることが可能になる。また、車両のねじれ等に対する剛性を高めることも可能になる。さらに、当該パワートレーンの下側を覆うアンダーカバーを設けた場合であっても、アンダーカバー全体の平坦化を図り、さらなる車両の剛性の向上を図るとともに、空気抵抗が少なくなり、車両の空力特性を向上させることが可能になる。

また、フロント側ギヤ機構およびリヤ側ギヤ機構のそれぞれに、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機を選択的に採用することで、車両前後の重量配分の最適化を図ることが可能になる。

また、フロント側ギヤ機構に、クラッチからの入力を減速させてプロペラシャフトに出力する減速機構を採用することで、プロペラシャフト以降の回転数を低減させることが可能になり、リヤ側に設けられるリヤ側ギヤ機構の潤滑性能の向上、オイル攪拌抵抗の低減を図ることが可能となる。

また、フロント側ギヤ機構に、クラッチからの入力を増速させてプロペラシャフトに出力する増速機構を採用することで、リヤ側に設けられるリヤ側ギヤ機構の入力トルクの低減、リヤ側ギヤ機構のサイズの縮小を図ることが可能になる。

以下、この発明に基づいた各実施の形態におけるパワートレーンについて、図を参照して説明する。なお、各図においては、ＦＲ（後輪駆動）の自動車に、本発明を適用したパワートレーンを採用した場合を示し、また、発明の特徴の理解を容易にするために、本発明に関連する部分のみを模式的に図示するものとする。

（実施の形態１）
まず、図１および図２を参照して、実施の形態１におけるパワートレーン１００について説明する。なお、図１は、本実施の形態における、車両に搭載されるパワートレーン１００の構造を模式的に示す全体側面図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面に相当する断面図である。

（パワートレーン１００）
図１および図２を参照して、本実施の形態におけるパワートレーン１００は、エンジン１に連結されるクラッチ２、クラッチ２に連結されるフロント側ギヤ機構３Ａ、フロント側ギヤ機構３Ａに連結されるプロペラシャフト４、プロペラシャフト４に連結されるリヤ側ギヤ機構６Ａ、リヤ側ギヤ機構６Ａに連結されるディファレンシャル８を備える。ディファレンシャル８からの駆動力は、アクスルシャフト（図示省略）を介して、後輪１５に伝達される。

エンジン１には、排気ガスを外部に排出するため、車両の後方側に向かって延在する排気管１０が連結されている。また、車両の下面側には、フロアパネル１１（説明の便宜上、図２にのみ図示）、アンダプレート１２、および、アンダーカバー１３が設けられている。

（フロント側ギヤ機構３Ａ）
フロント側ギヤ機構３Ａは、クラッチ２からの駆動力が入力される第１回転軸３１と、プロペラシャフト４に駆動力を出力するための第２回転軸３２とを有している。第２回転軸３２は、プロペラシャフト４に対して、フランジ５により連結されている。第１回転軸３１と第２回転軸３２との間には、クラッチ２からの入力を減速させて、プロペラシャフト４に出力するための減速機構を構成する第１変速ギヤ対Ｇ１１が設けられている。このフロント側ギヤ機構３Ａは、フロント側ギヤハウジング３０内に内装されている。

第１回転軸３１は、第２回転軸３２に対して車両の下方に位置するように設けられ、本実施の形態においては、第２回転軸３２の真下の領域に設けられている。なお、図１においては、減速機構を構成する第１変速ギヤ対Ｇ１１を図示しているが、クラッチ２からの入力を、等速でプロペラシャフト４に出力する等速機構とすること、クラッチ２からの入力を、増速させてプロペラシャフト４に出力する増速機構とすることも可能である。

フロント側ギヤ機構３Ａを減速機構とすることで、プロペラシャフト４以降の回転数を低減させることができ、リヤ側に設けられるリヤ側ギヤ機構６Ａの潤滑性能の向上、オイル攪拌抵抗の低減を図ることが可能となる。また、フロント側ギヤ機構３Ａを増速機構とすることで、リヤ側に設けられるリヤ側ギヤ機構６Ａの入力トルクの低減、リヤ側ギヤ機構のサイズの縮小を図ることが可能になる。

（リヤ側ギヤ機構６Ａ）
リヤ側ギヤ機構６Ａは、プロペラシャフト４からの駆動力が入力される第３回転軸６１と、ディファレンシャル８に駆動力を出力するための第４回転軸６２とを有している。第３回転軸６１は、プロペラシャフト４に対して、フランジ７により連結されている。第３回転軸６１と第４回転軸６２との間には、第２変速ギヤ対Ｇ１２、ハブスリーブＳ１、および、第３変速ギヤ対Ｇ１３を有する平行２軸式変速機が採用されている。このリヤ側ギヤ機構６Ａは、リヤ側ギヤハウジング６０内に内装されている。

第４回転軸６２は、第３回転軸６１に対して車両の下方に位置するように設けられ、本実施の形態においては、第３回転軸６１の真下の領域に設けられている。なお、図１においては、第２変速ギヤ対Ｇ１２および第３変速ギヤ対Ｇ１３は、いずれもプロペラシャフト４からの入力を増速させて第４回転軸６２に出力させる増速機構であるが、プロペラシャフト４からの入力を等速で第４回転軸６２に出力させる等速機構の採用、プロペラシャフト４からの入力を減速させて第４回転軸６２に出力させる減速機構の採用、またはそれらの組合せも可能である。

（構造体による連結）
フロント側ギヤハウジング３０とリヤ側ギヤハウジング６０とは、構造体として、円筒形のトルクチューブ９Ａにより連結されている。プロペラシャフト４は、このトルクチューブ９Ａ内に内装されている。このように、フロント側ギヤハウジング３Ａとリヤ側ギヤハウジング６Ａとを構トルクチューブ９Ａにより連結することで、エンジン１からディファレンシャル８までを一体的に結合した剛性体とすることができるため、車両の運転時におけるドライバのシフト・フィーリングを剛性感のあるものにするとともに、発進時、加速時における動力系と車両とのダイレクト感の実現を可能とする。また、車体への振動伝達、ノイズの抑制を期待することもできる。

また、トルクチューブ９Ａ内にプロペラシャフト４を内装することで、高速で回転するプロペラシャフト４を風雨、汚れ、塩害、飛石などから防護でき、プロペラシャフト４の耐久性の向上を図ることが可能となる。

（車両の底面構造）
本実施の形態においては、図２に示すように、フロアパネル１１には、その中央領域において前後方向に延び、車両上方に向かって突出するとともに、下方側に向かって開口するフロアトンネル１１ａが設けられている。このフロアトンネル１１ａ内には、プロペラシャフト４を内装するトルクチューブ９Ａが配設され、さらに、このトルクチューブ９Ａ下方に排気管１０が配設されている。

フロアトンネル１１ａの開口領域は、アンダプレート１２により覆われ、このアンダプレート１２は、フロアパネル１１に対して、ボルト１４等を用いて固定されている。アンダプレート１２は、フロアトンネル１１ａの開口領域を全て覆う、一枚のプレート状の形態や、部分的に開放するように、複数枚の帯状プレートを取付ける形態等、様々な形態の採用が可能である。

なお、トルクチューブ９Ａおよび排気管１０は、フロアトンネル１１ａに内装されていることから、アンダプレート１２としては、平坦なプレート形状を採用することができる。また、アンダプレート１２の下方側には、パワートレーンの下側を覆うアンダーカバー１３が車体フレーム（図示省略）に固定されている。アンダプレート１２を平坦にできることから、このアンダーカバー１３にも、平坦なプレート形状を採用することができる。

このように、トルクチューブ９Ａおよび排気管１０を、フロアトンネル１１ａ内において上下方向に内装させることで、車両の幅方向への広がりが抑えられるため、車両室内空間を確保しつつ、着座位置をさらに低くすることができる。また、フロアパネル１１の底面から下方に突出する装置がなくなるため、アンダプレート１２の底面の平坦化を図ることが可能になる。また、車両のねじれ等に対する剛性を高めることも可能になる。さらに、パワートレーン１００の下側を覆うアンダーカバー１３の全体の平坦化が図られ、さらなる車両の剛性の向上を図るとともに、空気抵抗が少なくなり、車両の空力特性を向上させることが可能になる。

（作用・効果）
以上、本実施の形態におけるパワートレーン１００によれば、フロント側ギヤ機構３Ａの入力軸である第１回転軸３１を、出力軸である第２回転軸３２よりも車両下方に位置するように設けることにより、第１回転軸３１と同軸に設けられるエンジン１のクランクシャフト回転軸を、従来よりも車両の下方側に位置させることができる。その結果、プロペラシャフト４と排気管１０との干渉を避けながら、質量の多いエンジン１のみをより下方に配置させることが可能となる。これにより、車両全体の低重心化を実現させることが可能となる。

（実施の形態２）
次に、図３および図４を参照して、実施の形態２におけるパワートレーン２００について説明する。なお、図３は、本実施の形態における、車両に搭載されるパワートレーン２００の構造を模式的に示す全体側面図であり、図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線矢視断面に相当する断面図である。

（パワートレーン２００）
本実施の形態におけるパワートレーン２００の基本的構成は、上記実施の形態１におけるパワートレーン１００と同じであり、フロント側ギヤ機構３Ｂおよびリヤ側ギヤ機構６Ｂに採用される歯車列の構成が、上記実施の形態１と異なっている。したがって、以下の説明においては、実施の形態２に採用されるフロント側ギヤ機構３Ｂおよびリヤ側ギヤ機構６Ｂの構造について詳細に説明する。

図３および図４を参照して、上記実施の形態１においては、歯車列として、一対のギヤを採用していたが、本実施の形態においては、フロント側ギヤ機構３Ｂおよびリヤ側ギヤ機構６Ｂに、複数対のキヤを含む平行２軸式の変速機が採用されている。

（フロント側ギヤ機構３Ｂ）
フロント側ギヤ機構３Ｂは、クラッチ２からの駆動力が入力される第１回転軸３１と、プロペラシャフト４に駆動力を出力するための第２回転軸３２とを有している。第２回転軸３２は、プロペラシャフト４に対して、フランジ５により連結されている。第１回転軸３１と第２回転軸３２との間には、第４変速ギヤ対Ｇ２１、ハブスリーブＳ２、および、第５変速ギヤ対Ｇ２２を有する平行２軸式変速機が採用されている。このフロント側ギヤ機構３Ｂは、フロント側ギヤハウジング３０内に内装されている。

第１回転軸３１は、第２回転軸３２に対して車両の下方に位置するように設けられ、本実施の形態においては、第２回転軸３２の真下の領域に設けられている。なお、図３においては、第４変速ギヤ対Ｇ２１および第５変速ギヤ対Ｇ２２は、いずれも第１回転軸３１からの入力を増速させて第４回転軸６２に出力させる増速構成であるが、第１回転軸３１からの入力を等速で第４回転軸６２に出力させる等速機構の採用、第１回転軸３１からの入力を減速させて第４回転軸６２に出力させる減速機構の採用、またはそれらの組合せも可能である。

（リヤ側ギヤ機構６Ｂ）
リヤ側ギヤ機構６Ｂは、プロペラシャフト４からの駆動力が入力される第３回転軸６１と、ディファレンシャル８に駆動力を出力するための第４回転軸６２とを有している。第３回転軸６１と第４回転軸６２との間には、第６変速ギヤ対２３設けられている。このフロント側ギヤ機構３Ａは、リア側ギヤハウジング６０内に内装されている。

第４回転軸６２は、実施の形態１の場合と同様に、第３回転軸６１に対して車両の下方に位置するように設けられ、本実施の形態においては、第３回転軸６１の真下の領域に設けられている。なお、図３においては、減速機構を構成する第６変速ギヤ対Ｇ２３を図示しているが、プロペラシャフト４からの入力を、等速で第４回転軸６２に出力する等速機構とすること、プロペラシャフト４からの入力を、増速させて第４回転軸６２に出力する増速機構とすることも可能である。

（作用・効果）
以上、本実施の形態におけるパワートレーン２００によっても、上記実施の形態１におけるパワートレーン１００と同様の作用効果を得ることができる。さらに、フロント側ギヤ機構３Ｂおよびリヤ側ギヤ機構６Ｂに、変速機構を分けて配置することで、変速機構の小型化を図ることが可能となる。また、複数のギヤ比の組み合わせ（たとえば、４段×３段）の設置により、車両の運転状況に適合させた運転条件を選択することが可能になる。

なお、上記実施の形態１においては、フロント側ギヤ機構に一対のギヤを採用し、リヤ側ギヤ機構に平行２軸式変速機を採用し、上記実施の形態２においては、フロント側ギヤ機構に平行２軸式変速機を採用し、リヤ側ギヤ機構に一対のギヤを採用した場合について説明しているが、図５に示すように、フロント側ギヤ機構およびリヤ側ギヤ機構に、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機を採用することも可能であり、車両前後の重量配分の最適化を図ることが可能になる。また、一対のギヤ、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機に限らず、他の構成のギヤ、変速機を採用することも可能である。

また、上記各実施の形態においては、フロント側ギヤハウジング３０とリヤ側ギヤハウジング６０とを連結する構造体として、トルクチューブ９Ａを採用した場合について説明しているが、トルクチューブ９Ａに限定されるものではなく、たとえば、図６に示すように、プロペラシャフト４に対して並行に配置されるフレーム部材９Ｂを用いるこも可能である。このフレーム部材９Ｂとしては、みぞ形鋼、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、トラスフレーム等を用いることが可能である。

なお、ドライバのシフト・フィーリングの剛性感、発進時、加速時における動力系と車両とのダイレクト感の向上を必要としない車両に対しては、フロント側ギヤハウジング３０とリヤ側ギヤハウジング６０とを連結する構造体を設ける必要はない。

したがって、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

実施の形態１における、車両に搭載されるパワートレーンの構造を模式的に示す全体側面図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面に相当する断面図である。実施の形態２における、車両に搭載されるパワートレーンの構造を模式的に示す全体側面図である。図３中のＩＶ−ＩＶ線矢視断面に相当する断面図である。フロント側ギヤ機構およびリヤ側ギヤ機構への、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機を選択的に採用する場合の配置組み合わせを示す図である。構造体の他の形態を示す断面図である。

符号の説明

１エンジン、２クラッチ、３Ａフロント側ギヤ機構、３Ｂフロント側ギヤ機構、４プロペラシャフト、５，７フランジ、６Ａリヤ側ギヤ機構、６Ｂリヤ側ギヤ機構、８ディファレンシャル、９Ａトルクチューブ、９Ｂフレーム部材、１０排気管、１１フロアパネル、１１ａフロアトンネル、１２アンダプレート、１３アンダーカバー、１４ボルト、１５後輪、３０フロント側ギヤハウジング、３１第１回転軸、３２第２回転軸、６０リヤ側ギヤハウジング、６１第３回転軸、６２第４回転軸、１００，２００パワートレーン、Ｇ１１第１変速ギヤ対、Ｇ１２第２変速ギヤ対、Ｇ１３第３変速ギヤ対、Ｇ２１第４変速ギヤ対、Ｇ２２第５変速ギヤ対、Ｇ２３第６変速ギヤ対。

Claims

フロントエンジン・リアドライブの車両に搭載され、エンジンからの駆動力を、クラッチ、およびこのクラッチの後方に設けられたプロペラシャフトを介して、ディファレンシャルに伝達するためのパワートレーンであって、
前記クラッチからの入力を、前記プロペラシャフトに出力するフロント側ギヤ機構と、
前記プロペラシャフトからの入力を、前記ディファレンシャルに出力するリヤ側ギヤ機構と、を有し、
前記フロント側ギヤ機構の入力軸は、前記フロント側ギヤ機構の出力軸よりも車両下方に位置するように設けられる、パワートレーン。
前記フロント側ギヤ機構を含むフロント側ギヤハウジングと、前記リヤ側ギヤ機構を含むリヤ側ギヤハウジングとを有し、
前記フロント側ギヤハウジングと前記リヤ側ギヤハウジングとは、構造体により連結されている、請求項１に記載のパワートレーン。
前記構造体は、前記プロペラシャフトが内挿されるトルクチューブである、請求項２に記載のパワートレーン。
前記車両は、その中央領域において前後方向に延び、車両上方に向かって突出するとともに、下方側に向かって開口するフロアトンネルが設けられるフロアパネルを有し、
前記エンジンは、排気ガスを外部に排出するため、車両後方側に向かって延在する排気管を有し、
前記プロペラシャフトおよび前記構造体は、前記排気管よりも車両上方に位置し、前記プロペラシャフト、前記構造体、および、前記排気管は、前記フロアトンネル内に収容されるように配設される、請求項２または３に記載のパワートレーン。
前記フロアパネルに取付けられ、前記フロアトンネルの開口の少なくとも一部または全部を覆うアンダプレートを有する、請求項４に記載のパワートレーン。
当該パワートレーンの下側を覆うアンダーカバーを有する、請求項１から５のいずれかに記載のパワートレーン。
前記フロント側ギヤ機構は、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機で構成され、
前記リヤ側ギヤ機構は、一対のギヤ、または、複数対のギヤを含む平行２軸式変速機で構成されている、請求項１から６のいずれかに記載のパワートレーン。
前記フロント側ギヤ機構は、前記クラッチからの入力を、減速させて、前記プロペラシャフトに出力する、減速機構である、請求項１〜７に記載のパワートレーン。
前記フロント側ギヤ機構は、前記クラッチからの入力を、増速させて、前記プロペラシャフトに出力する、増速機構である、請求項１〜７に記載のパワートレーン。