JP2004074990A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ・ジェネレータ4の回転トルクは、第1ワンウェイクラッチ41を介してのみ、駆動軸30を介して内燃機関1に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータ4の回転トルクは、プラネタリギア44により減速された回転速度(キャリア44cの回転速度)で内燃機関1に伝達される。一方、内燃機関1の歯車式有段変速機3を介した回転トルクは、第2ワンウェイクラッチ43を介してのみ、モータ・ジェネレータ4に伝達される。このとき、内燃機関1の回転トルクは、プラネタリギア44においてそのままの回転速度(サンギア44aの回転速度)でモータ・ジェネレータ4に伝達される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを併せ備えた車両用動力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、低排気ガス、低燃費を目的とし動力源として内燃機関及びモータ・ジェネレータを併せ備えたいわゆるハイブリット車両の開発が進んでいる。こうした車両では、車両の駆動及びエネルギー回生用のモータ・ジェネレータが追加された結果、従来の内燃機関始動用のモータ(スタータ)、バッテリ充電用のオルタネータと併せて大きなモータ等を3個備えることになり、車両搭載の困難さに加えてコストの増大を余儀なくされている。
【0003】
このモータ等の個数を少なくする試みとして、例えば特開2002−114048号公報に記載された車両用動力伝達装置が知られている。同公報記載の装置は、上記内燃機関始動用のモータとモータ・ジェネレータとを兼用することでモータ等の個数削減を実現している。
【0004】
すなわち、この車両用動力伝達装置は、手動変速機で採用されている伝達効率に優れた歯車式有段変速機に、内燃機関及び歯車式有段変速機間のクラッチ操作(接続・遮断)を自動化する機構とシフト操作(変速段の切り替え)を自動化する機構とを追加した変速機を備えている。そして、この変速機とモータ・ジェネレータとを組み合せることで、内燃機関始動用のモータとの兼用を実現している。
【0005】
つまり、この変速機に周知のシフト装置に類似した機構を介してモータ・ジェネレータを取り付け、これを用いて動力の入力時と出力時とでその伝達経路を切り替えている。これにより、時にはギアを介して変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結する。そして、例えばモータ・ジェネレータを駆動してその回転トルクを変速機の入力軸からクラッチを介して内燃機関に伝達し、同機関を始動する。若しくは、内燃機関の回転トルクをクラッチから変速機の入力軸を介してモータ・ジェネレータの回転軸に伝達し、発電を行う。
【0006】
また、時には、ギアを介してモータ・ジェネレータの回転軸と車両の駆動輪に繋がる変速機の出力軸とを連結し、車両の駆動若しくはエネルギー回生を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この車両用動力伝達装置では、モータ・ジェネレータの回転軸と変速機の入力軸(若しくは出力軸)とは、モータ・ジェネレータの駆動・発電に関わらずそれぞれ所定のギア比に基づく共通の回転速度比で連結されている。従って、例えば変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結して内燃機関の始動又は発電をさせようとすると、効率等の悪い状態での使用を余儀なくされる。
【0008】
また、この車両用動力伝達装置では、内燃機関の停止状態からモータ・ジェネレータを駆動して内燃機関を始動する場合には、クラッチ操作によって内燃機関の出力軸と歯車式有段変速機の入力軸とを連結しなければならず、このクラッチ操作により迅速な内燃機関の始動が抑制されている。
【0009】
そこで本発明は、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる車両用動力伝達装置を提供することを技術的課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、複数の変速段に切替可能な歯車式有段変速機と、回転軸が該歯車式有段変速機の歯車と係合可能であるモータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機の入力軸と内燃機関の出力軸との間を連結・遮断するクラッチ機構と、前記歯車式有段変速機の入力軸と同軸上且つ前記入力軸と相対回転可能に配されるとともに前記内燃機関の出力軸と直結する駆動軸と、前記駆動軸と前記モータ・ジェネレータの回転軸との間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを内燃機関へ伝達するとともに、内燃機関の回転トルクを前記モータ・ジェネレータの回転軸へ伝達しない第1ワンウェイクラッチと、前記入力軸と前記モータ・ジェネレータの回転軸との間に配設され、内燃機関の回転トルクを前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記入力軸に伝達しない第2ワンウェイクラッチとを備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置とした。
【0011】
請求項1によると、クラッチ機構が歯車式有段変速機の入力軸と内燃機関の出力軸との間を連結している場合において内燃機関の回転トルク(駆動トルク)がモータ・ジェネレータの回転トルクより大きい状況下では、内燃機関の回転トルク(駆動トルク)が、入力軸及び第2ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータの回転軸に伝達される。このとき、内燃機関の回転トルクは第1ワンウェイクラッチを介してはモータ・ジェネレータに伝達されない。また、内燃機関の回転トルクよりモータ・ジェネレータの回転トルクが大きい状況下では、クラッチ機構による歯車式有段変速機の入力軸と内燃機関の出力軸との間の連結・遮断の状態に関係なく、モータ・ジェネレータの回転トルクは第1ワンウェイクラッチ、駆動軸を介して内燃機関の出力軸に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転トルクは第2ワンウェイクラッチを介しては内燃機関に伝達されない。
【0012】
このようにして、請求項1の車両用動力伝達装置ではモータ・ジェネレータの駆動時と発電時との動力伝達経路が異なるので、異なるギア比にてモータ・ジェネレータの駆動と発電とがなされるようにすることが可能になる。これにより、効率等の良い状態でのモータ・ジェネレータの使用が可能になる。
【0013】
また、モータ・ジェネレータの回転トルクはクラッチ機構を介することなく内燃機関の出力軸に直結される駆動軸に伝達されるので、内燃機関の停止状態からモータ・ジェネレータを駆動させて内燃機関を始動する場合に、クラッチ機構の連結・遮断の操作が不要となる。これによって、迅速に内燃機関を始動させることができる。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1において、前記モータ・ジェネレータの回転軸にはプラネタリギアが設けられ、前記第1ワンウェイクラッチは、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギアによる第1回転速度比に応じた回転トルクを内燃機関へ伝達し、前記第2ワンウェイクラッチは、内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギアによる第2回転速度比に応じて前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達するようにしたことである。
【0015】
請求項2によると、モータ・ジェネレータの回転トルクは、プラネタリギアによる第1回転速度比に応じた回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の回転トルクは、クラッチ機構が内燃機関の出力軸と歯車式有段変速機の入力軸とを連結した状態において、第2ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータに伝達される。このとき、内燃機関の回転トルクは、プラネタリギアによる第2回転速度比に応じた回転速度でモータ・ジェネレータに伝達される。従って、例えば第1回転速度比を小さくしてモータ・ジェネレータの回転を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。
【0016】
あるいは、第2回転速度比を大きくして内燃機関の回転を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
【0017】
請求項3の発明は、請求項2において、前記モータ・ジェネレータの回転軸は前記プラネタリギアのサンギアに取り付けられており、前記モータ・ジェネレータによる回転トルクは、前記サンギアから前記プラネタリギアのキャリア、前記第1ワンウェイクラッチ及び前記駆動軸を介して前記内燃機関に伝達されるとともに、前記内燃機関による回転トルクは、前記歯車式有段変速機の入力軸から前記第2ワンウェイクラッチ、前記キャリア及び前記サンギアを介して前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達されるようにしたことである。
【0018】
請求項3によると、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2ワンウェイクラッチ、プラネタリギアのキャリア及びサンギアを介して増速されてモータ・ジェネレータに伝達される。従って、モータ・ジェネレータはより高回転域で発電し、その効率を向上する。また、モータ・ジェネレータによる回転トルクは、プラネタリギアのサンギア及びキャリアを介して減速されて、第1ワンウェイクラッチ及び駆動軸を介して内燃機関に伝達される。従って、大きな回転トルクで内燃機関を低速回転で始動でき、好適である。
【0019】
請求項4の発明は、請求項1から請求項3において、前記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギア連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギアを共用したことである。
【0020】
請求項4に記載の発明によれば、第2ワンウェイクラッチは歯車式有段変速機にギア連結され、同歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギアが共用される。従って、例えば歯車式有段変速機に専用のギアを設けて第2ワンウェイクラッチとギア連結する場合に比べ、部品点数の増大が抑制される。
【0021】
請求項5の発明は、請求項1から請求項4において、前記入力軸は中空円筒状を呈し、その内径側に前記駆動軸を配設するようにしたことである。
【0022】
請求項5によると、駆動軸は入力軸の内径側に配されることで、駆動軸と入力軸とが軸方向に関して重なり合って位置することになり、車両用動力伝達装置の小型化に対して好適である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第1実施形態について図1に従って説明する。
【0024】
図1は、本実施形態が適用されるハイブリッド車両用の動力伝達装置を示すシステム構成図である。この装置は、出力を調整可能な電子スロットルアクチュエータを備える内燃機関1と、クラッチ装置としてのクラッチ2と、歯車式有段変速機3と、モータ・ジェネレータ4と、インバータ5と、バッテリ6とを備える。
【0025】
上記クラッチ2は、内燃機関1及び歯車式有段変速機3の間に配装されており、内燃機関1の出力軸であるクランクシャフト11に固定されたフライホイール12と、クラッチディスク13とを有する。クラッチ2は、上記内燃機関1及び歯車式有段変速機3間の動力の接続・遮断を切り替える。なお、本実施形態では、クラッチ2による上記動力の接続・遮断を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態(内燃機関1の運転状態、走行状態、バッテリ6の蓄電状態など)に応じ、上記動力の接続・遮断が自動的に切り替えられるようになっている。
【0026】
上記歯車式有段変速機3は、複数の変速段に切り替え可能であって、入力軸14と、同入力軸14に略平行に配置された出力軸15とを有する。入力軸14には、上記クラッチディスク13がスプライン等で軸線方向に摺動自在に、周方向に回動不能に連結されている。入力軸14は中空円筒状を呈しており、その内径側には内燃機関1のフライホイール12に直結する駆動軸30が入力軸14と相対回転可能に配されている。そして、この入力軸14には、一側(クラッチ2側である図1の左側)から1速用駆動ギア16、後退用駆動ギア17、2速用駆動ギア18が一体的に設けられている。また、入力軸14には、2速用駆動ギア18に隣接して一側(図1の左側)から3速用駆動ギア19、4速用駆動ギア20、5速用駆動ギア21が空転可能に装着されている。
【0027】
そして、入力軸14の他側(クラッチ2の反対側である図1の右側)端からは駆動軸30の端部が突出しており、この駆動軸30の端部には前記モータ・ジェネレータ4に噛合連結されたギア41aを外周部に有する第1ワンウェイクラッチ41が設けられている。
【0028】
出力軸15には、一側(図1の左側)においてディファレンシャル装置22の従動ギア22aに噛合連結された駆動ギア23が一体的に設けられている。従って、出力軸15が回転すると、回転トルクが駆動ギア23を介してディファレンシャル装置22(従動ギア22a)に伝達され、車両の両駆動輪と連結されたシャフト22b,22cを駆動する。
【0029】
また、出力軸15には、入力軸14に対応して一側(図1の左側)から1速用従動ギア24、2速用従動ギア25が空転可能に装着され、3速用従動ギア26、4速用従動ギア27、5速用従動ギア28が一体的に設けられている。そして、これら従動ギア24〜28は、対応する駆動ギア16,18〜21に噛合連結されている。
【0030】
出力軸15において、1速用及び2速用従動ギア24,25間には、外周にスプラインが設けられたハブ部材31が同出力軸15と一体的に回転するように設けられている。そして、1速及び2速用従動ギア24,25には、それぞれハブ部材31側において同ハブ部材31と同様のスプラインを有する突出部24a,25aが設けられている。
【0031】
一方、入力軸14において、3速及び4速用駆動ギア19,20間及び5速用駆動ギア21の他側(クラッチ2の反対側である図1の右側)には、それぞれ外周にスプラインが設けられたハブ部材32,33が同入力軸14と一体的に回転するように設けられている。そして、3速〜5速用駆動ギア19〜21には、それぞれハブ部材32,33側において同ハブ部材32,33と同様のスプラインを有する突出部19a,20a,21aが設けられている。
【0032】
そして、ハブ部材31〜33の外周側には、同ハブ部材31〜33のスプラインと係合するとともに対応する突出部19a〜21a,24a,25aのスプラインと選択的に係合可能なスプラインを内周側に有するスリーブ34,35,36が配設されている。これらスリーブ34〜36は、図示しないフォーク部材により軸線方向に移動されてハブ部材31〜33と対応する突出部19a〜21a,24a,25a(ギア19〜21,24,25)とを連結し、或いは中立位置に配置(中立状態)されて連結を解除する。
【0033】
このフォーク部材を介したスリーブ34〜36の移動によりハブ部材31〜33と対応する突出部19a〜21a,24a,25a(ギア19〜21,24,25)とが選択的に連結・解除され、歯車式有段変速機3における複数の変速段が実現されている。
【0034】
なお、スリーブ34の外周側には、後退用従動ギア37が設けられている。そして、入力軸14及び出力軸15と平行に配置された軸38には、軸線方向に移動可能なアイドラギア39が設けられている。このアイドラギア39は、軸線方向の位置に応じて上記後退用駆動ギア17及び後退用従動ギア37に噛合連結されることで後退の変速段を実現する。それ以外の変速段では、アイドラギア39は中立位置に配置されて連結が解除され、空転する。
【0035】
本実施形態では、フォーク部材を介したスリーブ34〜36の移動等を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態(内燃機関1の運転状態、走行状態、バッテリ6の蓄電状態など)に応じ、変速段が自動的に切り替えられるようになっている。
【0036】
上記モータ・ジェネレータ4は、外力にてその回転軸42が回転駆動されることで発電等を行うとともに給電により回転軸42を回転させる周知の交流機であって、歯車式有段変速機3に並設されている。このモータ・ジェネレータ4は、回転軸42の一側(図1の左側)に第2ワンウェイクラッチ43が設けられている。この第2ワンウェイクラッチ43は、前記入力軸14の2速用駆動ギア18に噛合連結されたギア43aを外周部に有しており、入力軸14(2速用駆動ギア18)が一側(図1における回転方向A)に回転駆動される場合のみその回転トルクをギア43aを介して回転軸42に伝達する。そして、回転軸42は、入力軸14に対し2速用駆動ギア18及びギア43aのギア比に応じた回転速度にて他側(図1における回転方向Aと反対の回転方向B)に回転する。
【0037】
また、モータ・ジェネレータ4は、回転軸42の他側(図1の右側)においてこれと同軸にプラネタリギア44のサンギア44aが設けられている。従って、回転軸42の回転速度はサンギア44aの回転速度と一致する。このプラネタリギア44のリングギア44bは不動部(例えば、歯車式有段変速機3を収容するハウジング)に固着されており、ダブルピニオン構造を有するキャリア44cには、前記第1ワンウェイクラッチ41のギア41aに噛合連結されたギア45が一体的に設けられている。上記第1ワンウェイクラッチ41は、キャリア44c(ギア45)が他側(図1における回転方向B)に回転駆動される場合のみその回転トルクをギア41aを介して駆動軸30に伝達する。従って、キャリア44cは、回転軸42に対しプラネタリギア44での減速比(第1回転速度比)に応じた回転速度にて回転する。そして、駆動軸30は、キャリア44cに対しギア45,41aのギア比に応じた回転速度にて一側(図1における回転方向A)に回転する。
【0038】
なお、内燃機関1の駆動により駆動軸30が一側(図1における回転方向A)に回転駆動されるとき、上記第1ワンウェイクラッチ41は空転するように配置されている。従って、駆動軸30の一側への回転トルクは、第1ワンウェイクラッチ41においてギア41aへと伝達されない。また、回転軸42(キャリア44c)が他側(図1における回転方向B)に回転駆動されるとき、上記第2ワンウェイクラッチ43は空転するように配置されている。従って、回転軸42(キャリア44c)の他側への回転トルクは、第2ワンウェイクラッチ43において入力軸14(2速用駆動ギア18)へと伝達されない。
【0039】
上記インバータ5は、図示しないコントローラにて駆動制御されており、バッテリ6からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ4に給電し、あるいはモータ・ジェネレータ4において発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ6を充電する。
【0040】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。
【0041】
まず、モータ・ジェネレータ4による内燃機関1の始動について説明する。このとき、クラッチ2を動力の接続状態にするとともにコントローラによりスリーブ34〜36及びアイドラギア39を中立状態にして歯車式有段変速機3をニュートラルの状態にする。そして、インバータ5を駆動してモータ・ジェネレータ4に交流電力を給電し、回転軸42を回転方向Bに駆動する。回転軸42の回転トルクは、プラネタリギア44を介した減速に伴い増大されてそのキャリア44cに伝達される。駆動軸30が従動側であり、第1ワンウェイクラッチ41がロック状態となることから、キャリア44cの回転トルクはギア45,41aを介した減速に伴い更に増大されて駆動軸30に伝達される。なお、ギア45,41aは、内燃機関1の始動に十分な回転トルクが得られるようその減速比を大きくしている。そして、駆動軸30の回転トルクはクラッチ2を介することなくフライホイール12に伝達され、クランクシャフト11が回転を開始する。クランクシャフト11の回転速度が上昇し、例えば200rpm程度の回転速度に達すると内燃機関1の始動が可能になる。
【0042】
内燃機関1が始動してクラッチ2及び歯車式有段変速機3(駆動軸30)とともに回転速度が上昇し、例えば600rpm程度の回転速度に達すると、駆動軸30の回転速度がギア41aの回転速度を上回る。そして、第1ワンウェイクラッチ41のロック状態は自然に解放される。同時に、2速用駆動ギア18を介したギア43aの回転速度が回転軸42の回転速度を上回る。これにより、第2ワンウェイクラッチ43がロック状態になり、ギア43aを介した2速用駆動ギア18の回転トルクが、回転軸42に伝達される。なお、2速用駆動ギア18及びギア43aは、内燃機関1の全回転域においてモータ・ジェネレータ4が過回転しない程度で減速比を小さくしている。そして、内燃機関1の動力によってモータ・ジェネレータ4の回転軸42が回転駆動される。このように、内燃機関1が高速回転しているときは、負荷としてモータ・ジェネレータ4に発電させ、インバータ5を介してバッテリ6の充電が可能になる。すなわち、この状態におけるモータ・ジェネレータ4は、いわゆるオルタネータとしての役目を果たしている。
【0043】
ここで、モータ・ジェネレータ4の発電について更に説明する。モータ・ジェネレータ4を無通電状態にし、クラッチ2の接続・遮断状態に関わらず、入力軸14の回転方向Aへの回転トルクを2速用駆動ギア18、ギア43aに伝達する。このとき、モータ・ジェネレータ4が無通電状態であることから、第2ワンウェイクラッチ43はロック状態となり回転軸42は回転方向Bに回転させられる。従って、回転方向Bに対して負荷となるようにモータ・ジェネレータ4を制御することで、その発電が可能になる。
【0044】
特に、車両停止時では、歯車式有段変速機3をニュートラルの状態にする。そして、クラッチ2を接続状態にして内燃機関1のアイドル回転を同様に回転軸42に伝達することで発電が可能になる。
【0045】
また、例えばバッテリ6の充電容量が十分の状態で、内燃機関1が比較的低速で回転している場合には、モータ・ジェネレータ4を電動機として力行させて駆動軸30を回転駆動させることで内燃機関1の出力を補い、車両の加速を助けることもできる。従って、内燃機関1の駆動力による走行中に更にモータ・ジェネレータ4を駆動すれば、モータ・ジェネレータ4の駆動力が第1ワンウェイクラッチ41を介して内燃機関1に加味され内燃機関1のみによる走行よりも力強い走行が可能となって、登坂路走行や追越し加速時に利用できる。
【0046】
さらに、バッテリ6の充電容量が通常状態では、モータ・ジェネレータ4の発電量を内燃機関1に加える負荷として制御する。これにより、内燃機関1を燃焼効率がよりよい状態で駆動させ、燃料消費率を向上できる。
【0047】
さらにまた、車両の減速時では、歯車式有段変速機3がニュートラル以外のいずれかの変速段にある状態においてクラッチ2の動力伝達を遮断し、モータ・ジェネレータ4を発電機としてその発電量(負荷)を制御する。これにより、モータ・ジェネレータ4での発電とともに車輪側に制動力(いわゆるエンジンブレーキに相当)を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することもできる。このとき、第1ワンウェイクラッチ41が空転して駆動軸30の回転駆動力はモータ・ジェネレータ4には伝達されず、更にクラッチ2が遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関1での機械的損失として浪費されることを防止できる。以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【0048】
(1)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4の回転トルクは、プラネタリギア44により減速された回転速度(キャリア44cの回転速度)で内燃機関1に伝達される。一方、内燃機関1の回転トルクは、プラネタリギア44においてそのままの回転速度(サンギア44aの回転速度)でモータ・ジェネレータ4に伝達される。従って、モータ・ジェネレータ4の回転を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関1を低回転域で始動することができる。あるいは、内燃機関1を高速で回転し、モータ・ジェネレータ4を高回転域で発電させることができる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関1の始動性及びモータ・ジェネレータ4の発電効率を向上することができる。
【0049】
(2)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4の回転トルクはクラッチ2を介することなく内燃機関1に直結される駆動軸30に伝達されるので、内燃機関1の停止状態からモータ・ジェネレータ4を駆動させて内燃機関1を始動する場合に、クラッチ2の連結・遮断の操作が不要となる。これによって、迅速に内燃機関1を始動させることができる。
【0050】
(3)本実施形態では、プラネタリギア44のリングギア44bは、不動部に固着されている。従って、例えばリングギアにブレーキを設けてプラネタリギアの動作制御(回転速度比の制御)を行う場合に比べ、その構造を簡易化できる。
【0051】
(4)本実施形態では、第2ワンウェイクラッチ43は歯車式有段変速機3にギア連結される。このギア連結において、歯車式有段変速機3は入力軸14と一体回転(同期回転)する変速段切り替え用のギア(2速用駆動ギア18)が共用される。従って、例えば歯車式有段変速機3に専用のギアを設けて第2ワンウェイクラッチ43とギア連結する場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【0052】
(5)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4を従来のスタータ及びオルタネータの代用として内燃機関1の始動及びバッテリ6の充電をできる。従って、これらスタータ及びオルタネータを廃止することができ、部品点数とコストの削減が可能となる。また、車両への搭載性も向上することができる。
【0053】
(6)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4により走行エネルギーを効率よく回生して電力を得ることができる。このため、内燃機関1による駆動で行うモータ・ジェネレータ4での発電頻度が低減され、燃料消費率を向上することができる。
【0054】
(7)本実施形態では、構造体である第1及び第2ワンウェイクラッチ41,43及びプラネタリギア44等を追加するのみの極めて簡易な構成で、内燃機関1の始動性及びモータ・ジェネレータ4の発電効率を向上することができる。
【0055】
(8)本実施形態では、従来の歯車式有段変速機3を流用してその機能を一部追加するのみで実現することができる。また、例えばモータ・ジェネレータの出力方向を切り替える特別な機構を付加する必要はなく、コストの増大を抑制できる。
【0056】
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態について図2に従って説明する。なお、説明の便宜上、前記第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【0057】
図2は、本実施形態において歯車式有段変速機3に連結されるモータ・ジェネレータ50を示す構成図である。同図に示されるように、モータ・ジェネレータ50の回転軸51は略円筒状に形成されており、その一側(図2の右側)にプラネタリギア52のサンギア52aが設けられている。このプラネタリギア52のリングギア52bは不動部(例えば、歯車式有段変速機3を収容するハウジング)に固着されており、シングルピニオン構造を有するキャリア52cは上記回転軸51に回転自在に挿入されている。そして、このキャリア52cの一側(図2の右側)に前記第1ワンウェイクラッチ41のギア41aに噛合連結された第1実施形態と同様のギア45が一体的に設けられている。また、キャリア52cの他側(図1の左側)に第1実施形態と同様の第2ワンウェイクラッチ43が設けられている。
【0058】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。なお、モータ・ジェネレータ50による内燃機関1の始動については第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0059】
内燃機関1が回転して第1ワンウェイクラッチ41のロック状態が解放されるとともに第2ワンウェイクラッチ43がロック状態になると、2速用駆動ギア18の回転が、ギア43aを介してキャリア52cに伝達される。そして、キャリア52cの回転はサンギア52aを介して更に増速されて回転軸51に伝達される。以上により、内燃機関1の動力によってモータ・ジェネレータ50の回転軸51が回転駆動される。これにより、負荷としてモータ・ジェネレータ50に発電させ、インバータ5を介してバッテリ6への充電が可能になる。
【0060】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第1実施形態と同様の効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。
【0061】
(1)本実施形態では、内燃機関1の駆動時において、内燃機関1の回転は入力軸14の2速用駆動ギア18を介して第2ワンウェイクラッチ43からキャリア52cに伝達される。そして、キャリア52cの回転はプラネタリギア52(サンギア52a)を介してモータ・ジェネレータ50に伝達される。従って、内燃機関1の駆動時において、キャリア52cの回転速度は2速用駆動ギア18により内燃機関1の回転速度に対して減速される。内燃機関1に対して減速されたキャリア52cは、プラネタリギア52によって増速され、モータ・ジェネレータ50(回転軸51)に伝達される。つまり、キャリア52cによりモータ・ジェネレータ50を駆動させる場合に、前記第1実施形態に比べてより高速にモータ・ジェネレータ50を回転させることができる。
【0062】
これによると、一般に発電効率に優れた高速回転域でモータ・ジェネレータ50を発電機として作用させることが可能になる。また、バッテリ6が十分に充電され且つ内燃機関1が低速回転のときにおいて、モータ・ジェネレータ50として力行させて車両の出力を補う際に、モータ・ジェネレータ50を発電から力行へ移行させる際にモータ・ジェネレータ50の回転速度を大きくさせる必要がなく、好適である。
【0063】
(2)本実施形態では、従来ギア(2速用駆動ギア18)とプラネタリギア52とを使用することで減速比を確保でき、モータ・ジェネレータ50の小型化が可能となる分、コストを低減できる。また、車両搭載性も向上することができる。
【0064】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【0065】
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機3とモータ・ジェネレータ4,50とを2速用駆動ギア18及びギア43aを介してギア連結した。これに対し、歯車式有段変速機3とモータ・ジェネレータ4,50とは、入力軸14と常時一体的に回転(同期回転)するギア、すなわち1速用駆動ギア16、1速及び2速用従動ギア24,25のいずれかを介してギア連結してもよい。例えば、2速用駆動ギア18とギア43aとを直接噛み合わせた構成に代えて、2速用従動ギア25を経由してギア連結してもよい。これにより、装置全体での配置場所に自由度が増し、車両搭載性が向上する。
【0066】
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機3及びモータ・ジェネレータ4,50をギア連結したが、例えばベルトやチェーン連結を採用してもよい。
【0067】
・前記各実施形態において、動力伝達の構成は一例であって、本発明を逸脱しない範囲において変更を加えてもよい。
【0068】
【発明の効果】
本発明によると、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる。
【0069】
また、モータ・ジェネレータの回転トルクはクラッチ機構を介することなく内燃機関の出力軸に直結される駆動軸に伝達されるので、内燃機関の停止状態からモータ・ジェネレータを駆動させて内燃機関を始動する場合に、クラッチ機構の連結・遮断の操作が不要となる。これによって、迅速に内燃機関を始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態のシステム構成図である。
【図2】本発明に係る第2実施形態のシステム構成図の一部である。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 クラッチ(クラッチ機構)
3 歯車式有段変速機
4,50 モータ・ジェネレータ
11 クランクシャフト(内燃機関の出力軸)
14 入力軸
18 2速用駆動ギア(変速段切り替え用のギア)
30 駆動軸
41 第1ワンウェイクラッチ
42,51 回転軸
43 第2ワンウェイクラッチ
44,52 プラネタリギア
44a,52a サンギア
44b,52b リングギア
44c,52c キャリア
Claims (5)
- 複数の変速段に切替可能な歯車式有段変速機と、
回転軸を備えるモータ・ジェネレータと、
前記歯車式有段変速機の入力軸と内燃機関の出力軸との間を連結・遮断するクラッチ機構と、
前記歯車式有段変速機の入力軸と同軸上且つ前記入力軸と相対回転可能に配されるとともに前記内燃機関の出力軸と直結する駆動軸と、
前記駆動軸と前記モータ・ジェネレータの回転軸との間の動力伝達経路中に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを内燃機関へ伝達するとともに、内燃機関の回転トルクを前記モータ・ジェネレータの回転軸へ伝達しないように機能する第1ワンウェイクラッチと、
前記入力軸と前記モータ・ジェネレータの回転軸との間の動力伝達経路中に配設され、内燃機関の回転トルクを前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記入力軸に伝達しないように機能する第2ワンウェイクラッチとを備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。 - 前記モータ・ジェネレータの回転軸にはプラネタリギアが設けられ、
前記第1ワンウェイクラッチは、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギアによる第1回転速度比に応じた回転トルクを内燃機関へ伝達し、
前記第2ワンウェイクラッチは、内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギアによる第2回転速度比に応じて前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達することを特徴とする、請求項1に記載の車両用動力伝達装置。 - 前記モータ・ジェネレータの回転軸は前記プラネタリギアのサンギアに取り付けられており、前記モータ・ジェネレータによる回転トルクは、前記サンギアから前記プラネタリギアのキャリア、前記第1ワンウェイクラッチ及び前記駆動軸を介して前記内燃機関に伝達されるとともに、前記内燃機関による回転トルクは、前記歯車式有段変速機の入力軸から前記第2ワンウェイクラッチ、前記キャリア及び前記サンギアを介して前記モータ・ジェネレータの回転軸に伝達される
ことを特徴とする、請求項2に記載の車両用動力伝達装置。 - 前記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギア連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギアを共用したことを特徴とする、請求項1から請求項3に記載の車両用動力伝達装置。
- 前記入力軸は中空円筒状を呈し、その内径側に前記駆動軸を配設することを特徴とする、請求項1から請求項4に記載の車両用動力伝達装置。
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