CN1835857B - 混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力车辆，其中由于发电电动机(M1)的驱动力无需通过变速器(T)的输入轴(16)和输出轴(17)就可以传递给下游侧的输出轴(17)，从而可以避免发动机(E)、输入轴(16)以及输出轴(17)受到发电电动机(M1)驱动力的牵引，因此能够实现输出轴驱动从而降低电力消耗并提高再生制动时的能量回收率。此外，由于发电电动机(M1)设置在发动机(E)与变速器(T)之间的位置，从而可以按照与现有的嵌入式发电电动机相同的方式设置发电电动机(M1)，无需对变速器(T)进行大幅度的设计变更就可以采用输出轴驱动方式。

Description

混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种可以由发动机的驱动力与发电电动机的驱动力中的任一种驱动力或两种驱动力驱动行驶的混合动力车辆。
背景技术
现有技术中，混合动力车辆通常采用的发动机、发电电动机以及变速器的布置方式为：在发动机与变速器之间设置薄型的发电电动机，该发电电动机是一种所谓的嵌入式发电电动机。由于在嵌入式发电电动机的布置中，发电电动机与发动机的曲轴和变速器的输入轴结合并且不断地一体旋转，因此在车辆减速时对发电电动机进行再生制动的情况下，发动机与变速器之间的摩擦使能量的回收效率降低，通过发电电动机驱动而行驶时，发动机的摩擦将作为发电电动机的负荷从而增加电力消耗量。
因此，为了解决上述问题，可以将发电电动机与发动机的曲轴和变速器的输入轴分离，并且通过变速器的输出轴将发电电动机的驱动力传递给驱动轮。例如在下述专利文献1中所公开的所谓输出轴驱动方式的混合动力车辆。
由于该混合动力车辆变速器的输入轴与发动机相反一侧的端部通过离合器与发电电动机串联连接，使上述离合器分离，因此发电电动机与变速器的输入轴和发动机的曲轴分离，从而可以将发电电动机的驱动力传递给直接连接的变速器的输出轴。
专利文献1：日本特开2002-188716号公报
发明内容
然而上述专利文献1中所记载的混合动力车辆，由于发动机和发电电动机设置在变速器的输入轴轴向的两端，基本不能使用嵌入式发电电动机所使用的变速器，所以为了采用输出轴驱动方式需要对变速器进行大幅度的设计变更。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种混合动力车辆，其无需对嵌入式发电电动机所使用的变速器进行大幅度的设计变更就可以采用输出轴驱动方式。
为了实现上述目的，根据本发明的第一发明提供一种混合动力车辆，其包括：具有曲轴的发动机；变速器，其具有与曲轴同轴结合的输入轴和平行于所述输入轴设置的输出轴，并且可以改变输入轴和输出轴之间的变速比；发电电动机，其位于发动机与变速器之间，并设置在偏离输入轴轴线的位置，其驱动力可传送到输出轴和差动齿轮之间的动力传送路径的任何位置，其中所述混合动力车辆可以由发动机与发电电动机的任一种驱动力或两种驱动力驱动行驶。
此外，根据本发明的第二发明提供一种混合动力车辆，在第一发明的基础上将发电电动机与输出轴同轴设置。
此外，根据本发明的第三发明提供一种混合动力车辆，在第一发明或者第二发明的基础上，使曲轴摇动的启动电动机设置在发动机与变速器之间，并且沿垂直于所述轴线的方向观察时发电电动机和启动电动机至少一部分重叠。
另外，根据本发明的第四发明提供一种混合动力车辆，在第三发明的基础上将启动电动机与曲轴同轴设置。
根据本发明的第一发明，由于发电电动机的驱动力可以传送到输出轴和差动齿轮之间的动力传送路径的任何位置，所以无需经过发动机和输入轴就可以在发电电动机与差动齿轮之间进行驱动力的传递，从而可以通过减小摩擦而降低电力消耗量并提高再生制动时的能量回收效率。此外，由于发电电动机设置在发动机与变速器之间的位置，从而可以按照与现有的嵌入式发电电动机相同的方式设置发电电动机，不仅无需对变速器进行大幅度的设计变更就可以采用输出轴驱动方式，而且与嵌入式发电电动机所使用的变速器相比，轴向尺寸也不增大。
根据本发明的第二发明，由于发电电动机与输出轴同轴设置，从而容易避免发电电动机与输出轴的干扰。
根据本发明的第三发明，由于启动电动机设置在发动机与变速器之间，所以无需对嵌入式发电电动机所使用的变速器进行大幅度的设计变更就可以设置启动电动机。尤其沿垂直于所述轴线的方向观察时，发电电动机和启动电动机至少一部分重叠，从而可以有效抑制变速器轴向尺寸的增大。
根据本发明的第四发明，由于启动电动机与曲轴同轴设置，所以可以以紧凑的结构启动发动机，而且可以通过发动机驱动启动电动机进行发电。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的混合动力车辆的动力装置的纵截面图。(实施例1)
图2是图1的A部放大图。(实施例1)
图3是图1的B部放大图。(实施例1)
图4是图1的C部放大图。(实施例1)
图5是沿图1的箭头5-5观察到的视图。(实施例1)
图6是前进后退切换机构的放大图。(实施例1)
图7是本发明的第二实施例的混合动力车辆的动力装置的纵截面图。(实施例2)
图8是图7的A部放大图。(实施例2)
图9是图7的B部放大图。(实施例2)
图10是图7的C部放大图。(实施例2)
图11是沿图7的箭头11-11观察到的视图。(实施例2)
图中：15-曲轴；16-输入轴；17-输出轴；19-差动齿轮；E-发动机；L-输入轴的轴线；M1-发电电动机；M2-启动电动机；T-变速器。
具体实施方式
接下来，根据附图中所示的本发明实施例对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1至图6所示的是本发明的第一实施例。
如图1所示，装载在前置发动机·前轮驱动车辆车身前部的变速器T的变速箱体11，分割成第一箱体11a、第二箱体11b、第三箱体11c、第四箱体11d以及第五箱体11e.发动机E的曲轴15的轴端面向第一箱体11a的右端开口部，与曲轴15共轴线L的变速器T的输入轴16(主轴)被支撑在变速箱体11的内部.在变速箱体11的内部还支撑有与输入轴16平行的输出轴17(counter shaft)以及减速轴18，减速轴18的下方设有差动齿轮19。
从图5中可明显看出，在位于轴线L上的曲轴15和输入轴16的后上方设置有输出轴17，减速轴18设置在输出轴17的后方，差动齿轮19设置在减速轴18的下方。
一并参照图2至图4则可明显看出，输入轴16的右端和曲轴15的左端，通过具有飞轮功能的减震器12结合。设置在第一箱体11a和第二箱体11b围成的空间中的启动电动机M2由定子23和转子25构成，定子23通过螺栓22…固定在第二箱体11b上，转子25固定在由球轴承63、64支撑的启动电动机轴24上，启动电动机轴24位于输入轴16的前下方(参照图5)。定子23上设有多个线圈26…，同时转子25上设有多个永磁体27…。
一体形成在启动电动机轴24上的驱动链轮65与固定在输入轴16上的从动链轮66通过环形链67连接，一旦驱动启动电动机M2则可以通过驱动链轮65、环形链67、从动链轮66以及输入轴16对曲轴15进行摇摆驱动，反之，通过曲轴15的驱动力驱动启动电动机M2可以使其具有发电机的功能。
设置在第三箱体11c的内部空间中的带式无极变速机28，包括支撑在输入轴16上的驱动带轮29、支撑在输出轴17上的从动带轮30以及缠绕在驱动带轮29和从动带轮30上的金属带31。驱动带轮29包括可相对输入轴16旋转且不能轴向移动的固定侧带轮半体29a和可以靠近/远离固定侧带轮半体29a的可动侧带轮半体29b，可动侧带轮半体29b可以通过提供给油室32的油压靠向固定侧带轮半体29a。此外，从动带轮30包括与输出轴17一体的固定侧带轮半体30a和可以靠近/远离固定侧带轮半体30a的可动侧带轮半体30b，可动侧带轮半体30b可以通过提供给油室33的油压靠向固定侧带轮半体30a。
因此，通过控制提供给两油室32，33的油压，可以使驱动带轮29的可动侧带轮半体29b远离固定侧带轮半体29a，同时使从动带轮30的可动侧带轮半体30b接近固定侧带轮半体30a，从而使带式无极变速机28的变速比变成LO侧。此外，通过控制提供给两油室32，33的油压，可以使驱动带轮29的可动侧带轮半体29b接近固定侧带轮半体29a，同时使从动带轮30的可动侧带轮半体30b远离固定侧带轮半体30a，从而使带式无极变速机28的变速比变成OD侧。
前进后退切换机构41设置在输入轴16与驱动带轮29之间。从图6可明显看出，前进后退切换机构41由行星齿轮机构42、前进离合器(forward clutch)43和反向制动器(reverse brake)44构成。一旦前进离合器43咬合，则输入轴16和驱动带轮29的固定侧带轮半体29a直接连接，一旦反向制动器44咬合，则输入轴16的旋转速度减小，且变成反向旋转并传递给驱动带轮29的固定侧带轮半体29a。
行星齿轮机构42包括：与输入轴16结合的恒星齿轮45、由球轴承46自由旋转地支撑在输入轴16上的行星架47、相对于行星架47的外周部自由旋转设置的环形齿轮48以及多个小齿轮50…，小齿轮50自由旋转地支撑在固定于行星架47上的小齿轮轴49…上并且与恒星齿轮45以及环形齿轮48两者啮合。
前进离合器43包括：与驱动带轮29的固定侧带轮半体29a一体结合的离合器外侧51、与恒星齿轮45一体结合的离合器内侧52、可使离合器外侧51和离合器内侧52结合的多个摩擦耦合部件53…、由作用于油室54的油压驱动并使摩擦耦合部件53彼此紧靠的离合器活塞55、沿返回方向推动离合器活塞55的复位弹簧56.因此，一旦前进离合器43咬合，则输入轴16的旋转通过恒星齿轮45、离合器内侧52、摩擦耦合部件53以及离合器外侧51原封不动地传递给驱动带轮29，从而使车辆前进行驶.
反向制动器44包括：可使行星架47和第四箱体11d结合的多个摩擦耦合部件57…、由作用于油室58的油压驱动并使摩擦耦合部件57彼此紧靠的离合器活塞59、沿返回方向推动离合器活塞59的复位弹簧60…。因此，一旦反向制动器44咬合，则行星齿轮机构42的行星架47不能旋转地限制在第四箱体11d上。此时，由于前进离合器43的离合器外侧51顶端可以与行星齿轮机构42的环形齿轮48一体旋转地咬合，输入轴16的旋转通过恒星齿轮45、小齿轮50、环形齿轮48以及离合器外侧54进行减速，且变成反向旋转并传递给驱动带轮29，从而使车辆后退行驶。
另外，输入轴16的中央部通过球轴承61被支撑在第三箱体11c上，驱动带轮29的固定侧带轮半体29a通过球轴承62被支撑在第四箱体11d上。此外，图2中的符号68为油泵，由输入轴16通过环形链69驱动。
输出轴17的中间部和左端部分别通过滚柱轴承71和球轴承73支撑在第三箱体11c和第四箱体11d上。同轴设置在输出轴17右侧部分的发电电动机M1包括通过一对球轴承73，74支撑在输出轴17外周的中空的发电电动机轴75，在其右端外周上固定有转子76，围绕转子76外侧的定子77通过螺钉78…固定在第二箱体11b上。发电电动机M1的定子77上设有多个线圈79…，同时在转子76上设有多个永磁体80…。
在通过一对球轴承81，82支撑于第二箱体11b和第三箱体11c上的减速轴18上一体形成有第二减速齿轮83和后传动齿轮84，第二减速齿轮82与一体形成于发电电动机轴75上的第一减速齿轮85啮合，同时后传动齿轮84与差动齿轮19的后从动齿轮86啮合。
差动齿轮19包括通过一对球轴承87、88支撑在第二箱体11b和第三箱体11c上的差速器箱89，上述后从动齿轮86固定在此差速器箱89的外周上。一对差速器小齿轮91、91自由旋转地支撑在固定于差速器箱89上的小齿轮轴90上，固定在贯穿于第二箱体11b、第三箱体11c和差速器箱89的左车轴和右车轴的相对端部的一对差速器侧齿轮94、94与上述一对差速器小齿轮91、91啮合。
使发电电动机轴75与输出轴17结合的启动离合器95包括：固定在发电电动机轴75上的离合器内侧96、固定在输出轴17上的离合器外侧97、支撑离合器内侧96和离合器外侧97的摩擦耦合部件98…、由提供给油室58的油压驱动并使摩擦耦合部件98彼此紧靠的离合器活塞100、使离合器活塞100返回初始位置的复位弹簧101。因此，一旦启动离合器95咬合，则输出轴17的驱动力传递给发电电动机轴75的第一减速齿轮85，从而可以通过发动机E的驱动力行驶。
接下来，对具有上述结构的第一实施例的运作进行说明。
车辆由发动机E驱动而行驶时，发动机E的曲轴15的驱动力沿减震器21→输入轴16→前进后退切换机构41→带式无极变速机28→输出轴17→启动离合器95→第一减速齿轮85→第二减速齿轮83→减速轴18→后传动齿轮84→后从动齿轮86→差动齿轮19→左右车轴92、93的路径传递.此时，一旦前进后退切换机构41的前进离合器43咬合，则车辆前进行驶；一旦反向制动器44咬合，则车辆后退行驶.此外，通过控制带式无极变速机28可以获得任意的变速比.通过发动机E驱动而行驶时，输出轴17的旋转通过启动离合器95传递给发电电动机轴75，并使发电电动机M1的转子76空转.此时，如果正向驱动发电电动机M1，则转子76的驱动力可以辅助由发动机E驱动的前进行驶.此外，如果反向驱动发电电动机M1，则转子76的驱动力可以辅助由发动机E驱动的后退行驶.
一旦在启动离合器95分离的状态下正向驱动发电电动机M1，则发电电动机M1的驱动力沿发电电动机轴75→第一减速齿轮85→第二减速齿轮83→减速轴18→后传动齿轮84→后从动齿轮86→差动齿轮19→左右车轴92，93的路径传递，可以使车辆前进行驶，如果反向驱动发电电动机M1则可以使车辆后退行驶。
在由上述发电电动机M1驱动而行驶时，由于发电电动机M1的驱动力不牵涉发动机E、输入轴16、前进后退切换机构41和输出轴17，从而可以实现所谓的输出轴驱动，降低发电电动机M1的负荷并且有助于节约消耗的电量。此外，即使在车辆减速的情况下对发电电动机M1进行再生制动时，由车轮反向传递给发电电动机M1的驱动力也不牵涉发动机E、输入轴16、前进后退切换机构41和输出轴17，从而可以提高能量的回收效率。
如以上所述，由于在发动机E与变速器T之间的位置，即与现有的嵌入式发电电动机相同的位置设置发电电动机M1和启动电动机M2，所以只需对嵌入式发电电动机用的变速器进行稍微的修改就可以实现输出轴驱动。此外，由于发电电动机M1和启动电动机M2均位于偏离输入轴16的轴线L的位置，而且从垂直于上述轴线L的方向观察相互重叠，从而可以有效地抑制变速器T的轴线L方向的尺寸增加。而且，从图5可明显看出，由于发电电动机M1和启动电动机M2几乎不从发动机E和变速器T的轴线L方向的轮廓露出，从而还可以抑制径向尺寸的增大。并且，由于发电电动机M1和启动电动机M2置于散热片堆较大的发动机E与变速器T之间，所以容易确保其冷却性。
实施例2
图7至图11所示的是本发明的第二实施例。在第二实施例中，使用与第一实施例中相同的附图标记表示与之对应的构成要素，省略重复的说明。下面将重点说明第二实施例与第一实施例不同的部分。
首先，相对于第一实施例中启动电动机M2设置在偏离输入轴16的轴线L的位置，而在第二实施例中启动电动机M2设置在输入轴16的轴线L上。启动电动机M2设置在曲轴15与减震器21之间，其定子23通过螺栓22固定在第一箱体11a上，其转子25固定在曲轴15上。因此，通过启动电动机M1的转子25可以直接摇动曲轴15从而更有效地启动发动机E，而且发动机E还可以驱动转子25，使启动电动机M2起到发电机的功能。并且由于启动电动机M2与曲轴15同轴设置，从而可以防止启动电动机M2与曲轴15或者输入轴16产生干扰。
此外，在第一实施例中发电电动机M1与输出轴17同轴设置，而在第二实施例中则设置在偏离输出轴17的位置。即，如图11所示，在位于轴线L上的曲轴15和输入轴16的后上方设置输出轴17，发电电动机轴111设置在输出轴17的后上方，减速轴18设置在发电电动机轴111的下方，差动齿轮19设置在减速轴18的下方。
容纳在第一箱体11a分别与电动机盖112和第二箱体11b所围成的空间中的发电电动机M 1包括通过球轴承113，114支撑在电动机盖112和第二箱体11b上的发电电动机轴111，转子76固定在发电电动机轴111上，围绕转子76的定子77通过螺栓78固定在第二箱体11b上.一体设置在发电电动机轴111上的驱动链轮115与固定在减速轴18上的从动链轮116通过环形链117连接，在发电电动机M1与减速轴18之间通过此环形链117进行动力传递.
此外，在第一实施例中，启动离合器95具有使输出轴17与第一减速齿轮85和发电电动机轴17结合的功能，而第二实施例的启动离合器95只具有使输出轴17与第一减速齿轮85结合的功能。即，启动离合器95包括：与通过球轴承118支撑在输出轴17外周上的第一减速齿轮85一体的离合器内侧119、与输出轴17一体的离合器外侧120、支撑在离合器内侧119和离合器外侧120上的摩擦耦合部件121、由提供给油室122的油压驱动并使摩擦耦合部件121彼此紧靠的离合器活塞123、使离合器活塞123返回初始位置的复位弹簧124。因此，一旦启动离合器95咬合，则输出轴17的驱动力传递给第一减速齿轮85，从而可以通过发动机E的驱动力而行驶。
而且，相对于第一实施例中发电电动机M1的驱动力传递给第一减速齿轮85，而在第二实施例中发电电动机M1的驱动力传递给减速轴18，同时，相对于第一实施例中启动电动机M2的驱动力通过环形链67传递给输入轴16，在第二实施例中启动电动机M2的驱动力直接传递给曲轴15，其作用是相同。
于是，即使根据本发明的第二实施例，由于发电电动机M1和启动电动机M2设置在发动机E与变速器T之间的位置，所以也只需对嵌入式发电电动机用的变速器进行稍微的修改就可以实现输出轴驱动。此外，由于发电电动机M1和启动电动机M2从垂直于上述输入轴16的轴线L的方向观察时相互重叠，所以不仅可以有效地抑制变速器T的轴线L方向的尺寸增加，而且，如图11所示，由于发电电动机M1和启动电动机M2几乎不从发动机E和变速器T的轴线L方向的轮廓露出，从而还可以抑制径向的尺寸增加。并且，由于发电电动机M1和启动电动机M2置于散热片堆较大的发动机E与变速器T之间，所以可以提高其冷却效果。
以上对本发明的实施例进行了说明，本发明在不脱离其要点的范围内可以进行各种设计变更。
例如，在第一实施例中发电电动机M1的驱动力通过第一，第二减速齿轮85，83传递给减速轴18，但也可以通过环形链和环形带等传递；在第二实施例中通过环形链117将发电电动机M1的驱动力传递给减速轴18，但也可以通过齿轮组和环形带等传递。
此外，上述实施例中的变速器T为具有带式无极变速机28的无极变速机，但也可以是其他任意结构的无极变速机、有极自动变速机、手动变速机的任一种。

Claims (4)

1.一种混合动力车辆，其特征在于，包括：
具有曲轴(15)的发动机(E)；
变速器(T)，其具有与曲轴(15)同轴结合的输入轴(16)以及平行于所述输入轴(16)设置的输出轴(17)，并且可以改变输入轴(16)和输出轴(17)之间的变速比；
发电电动机(M1)，其位于发动机(E)与变速器(T)之间，并设置在偏离输入轴(16)的位置，并且其驱动力可传送到输出轴(17)和差动齿轮(19)之间的动力传送路径，
所述混合动力车辆可以由发动机(E)的驱动力与发电电动机(M1)的驱动力中的任一种驱动力或两种驱动力驱动行驶。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，发电电动机(M1)与输出轴(17)同轴配置。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其特征在于，将可使曲轴(15)摇动的启动电动机(M2)设置在发动机(E)与变速器(T)之间，并且沿垂直于所述输入轴(16)的轴线(L)的方向观察时发电电动机(M1)和启动电动机(M2)的至少一部分重叠。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其特征在于，将启动电动机(M2)与曲轴(15)同轴配置。
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