JP2004122879A - 車両用パワートレイン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両として十全の機能を具備し、パワートレインの複雑化を回避し、コンパクト性・レイアウト性の維持を図ることを課題とする。
【解決手段】内燃機関１０と流体式伝動装置２０と変速機３０と電気モータ９０とを有する車両用パワートレインの構造において、流体式伝動装置２０がポンプ２２と出力軸２４とを直結するロックアップクラッチ２８を備え、流体式伝動装置２０の出力軸２４と変速機３０の入力軸３１と電気モータ９０の出力軸９１とを連結し、流体式伝動装置２０のタービン２３と出力軸２４との間にタービン２３側からの回転に対しては締結され出力軸２４側からの回転に対しては解放されるワンウェイクラッチ２５を流体式伝動装置２０に内包して設ける。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用パワートレイン構造に関し、特に、内燃機関と電気モータとを搭載したハイブリッド車両やアイドルストップ車両等の低公害型車両もしくは環境対応型車両の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費の向上及び環境汚染物質や二酸化炭素の排出低減を図るハイブリッド車両やアイドルストップ車両が知られている。このような低公害型車両もしくは環境対応型車両では車両の動力源である内燃機関（例えばガソリンエンジン）の他にエンジンアシスト用あるいはエンジン再始動用等の電気モータが搭載される。
【０００３】
このような車両のパワートレインの従来構造の１例を図１８に示す（例えば特許文献１参照）。このパワートレインでは、エンジンａとトルクコンバータｂと変速機ｃと電気モータｄとが同一軸心ｅ上に直列に並んでいる。トルクコンバータｂの出力軸はタービンｆと連結したタービン軸であるが、該タービン軸と変速機ｃの入力軸とは同一の共通軸ｇである。該共通軸ｇの終端部と電気モータｄのロータｈとの間に動力の伝達を接続又は遮断する湿式多板式のクラッチｉが備えられている。
【０００４】
例えばエンジンａとモータｄの両方を使って発進・走行するときは、まずエンジンａの動力がトルクコンバータｂのポンプｊに入り、作動油を媒介としてタービンｆへ伝達され、上記共通軸ｇからクラッチｉを経由してロータｈに至る。そしてここでモータｄの動力が付加され、エンジンａの動力とモータｄの動力とが合体した動力はフォワードクラッチｋを経由して変速機ｃ（この例ではリングギヤ）に入り、該変速機ｃで前進複数段及び後退速のいずれかに自動的に変速されて出力ギヤｍから図外の差動装置を経由して駆動輪に伝達される。
【０００５】
この状態からモータｄの給電回路（駆動回路）を切るとロータｈが空転状態となってエンジンａの動力だけで発進・走行するようになるし、クラッチｉを切るとエンジンａの動力が遮断されてモータｄの動力だけで発進・走行するようになる。また逆駆動時（回生時）はクラッチｉを切って駆動輪ないし変速機ｃ側からの回生エネルギをエンジンａ側に伝達させずにモータｄ側にのみ伝達させ、該モータｄの回生ブレーキ回路（発電回路）をつないで発電を行う。
【０００６】
なおトルクコンバータｂにはポンプｊと共通軸ｇとを直結するロックアップクラッチｎが備えられている。また変速機ｃにはフォワードクラッチｋ以外に多板式クラッチｐやブレーキｑあるいはバンド式ブレーキｒ又はワンウェイクラッチｓ（このようなものを包括して締結要素という）が備えられ、これらの選択的作動により前述の複数の変速段が達成される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−３１８７４６号公報（第４頁、第５頁、第６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ハイブリッド車両のようなエンジンの他に電気モータを搭載した車両のパワートレインにおいては、一般に、パワーオンの駆動時にエンジンとモータの両方の動力を変速機に伝達したり、あるいはモータの動力だけを変速機に伝達したり、又はパワーオフの減速時に駆動輪側からの回生エネルギをモータだけに伝達したりするために、エンジン、トルクコンバータ、変速機及び電気モータ間の動力伝達経路をいろいろに切り換えることが必要となる。そのために上記従来例では、クラッチｉのような新たな締結要素をトルクコンバータｂとモータｄないし変速機ｃとの間に介設している。
【０００９】
しかし、そもそも新たな締結要素の追加はパワートレインの複雑化を招く。しかも上記従来例では多板式クラッチｉを採用しているので、パワートレインの軸方向の寸法が長くなり、コンパクト性・レイアウト性が低下する。のみならず、クラッチの締結又は解放動作制御用の油圧回路やソレノイドバルブ等が必要となってハード面で複雑化する他、該クラッチの制御動作が加わってソフト面でも複雑化する。
【００１０】
本発明は、車両の動力源である内燃機関の他に電気モータを搭載したハイブリッド車両やアイドルストップ車両のような低公害型車両もしくは環境対応型車両における上記問題に対処するもので、ハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両として十全の機能を具備しつつ、パワートレインの複雑化を回避して、コンパクト性・レイアウト性の維持を図ることを課題とする。以下、その他の課題を含め本発明を詳しく説明する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、内燃機関と、電気モータと、上記内燃機関の動力が入力され、該動力が流体を媒介としてポンプ要素からタービン要素へ伝達されて出力部材から出力される流体式伝動装置と、該流体式伝動装置の出力が入力され、入力部材と出力部材との間の変速比が自動的に変更される変速機とを有する車両用パワートレインの構造であって、上記流体式伝動装置がポンプ要素と出力部材とを直結するロックアップクラッチを備えるものであり、該流体式伝動装置の出力部材と変速機の入力部材と電気モータの出力部材とを連結し、かつ上記流体式伝動装置のタービン要素と出力部材との間に、タービン要素側からの回転に対しては締結され、出力部材側からの回転に対しては解放されるワンウェイクラッチを上記流体式伝動装置に内包して設けたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、図１に例示するように、流体式伝動装置２０にポンプ要素２２と出力部材２４とを直結するロックアップクラッチ２８が備えられている。
また流体式伝動装置２０の出力部材２４と変速機３０の入力部材３１と電気モータ９０の出力部材９１とが連結されている。つまり３つの部材２４，３１，９１のうちのいずれかが回転すれば残りのものも常に連動して回転する。そしてタービン要素２３側から出力部材２４側への動力の伝達は接続し、逆に出力部材２４側からタービン要素２３側への動力の伝達は遮断するワンウェイクラッチ２５が備えられている。このように構成することにより、動力の流れの方向に依存して、またロックアップクラッチ２８とワンウェイクラッチ２５との作動の組合せに依存して、内燃機関１０、流体式伝動装置２０、変速機３０及び電気モータ９０間の動力伝達経路をいろいろに切り換えることができ、ハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両として十全の機能が実現する。なお、図中の符号は後述する発明の実施の形態において同じ又は類似・相当する構成要素と同じ符号を用いている。
【００１３】
例えば、ロックアップクラッチ２８を解放した状態では、図１（ａ）に矢印アで示すように、内燃機関１０の動力は流体式伝動装置２０のポンプ要素２２に入り、流体を媒介としてタービン要素２３へ伝達され、ワンウェイクラッチ２５を通過して流体式伝動装置２０の出力部材２４から変速機３０の入力部材３１に至る。このときモータ９０の出力部材９１も上記伝動装置出力部材２４及び変速機入力部材３１と連動して回転する。ただしモータ９０がオフであると（モータ給電回路が切れていると：モータとして作動していないと）、モータ出力部材９１は空転状態となって内燃機関１０の動力のみが変速機３０に入力される。そして、該変速機３０で所定の変速段に自動的に変速されて出力部材３２から図外の差動装置を経由して駆動輪に伝達される。つまり内燃機関１０の動力だけで発進・走行が行われる。一方、モータ９０がオンであると、矢印イで示すように、該モータ９０の動力が出力部材９１を経由して上記内燃機関１０の動力に付加される。つまり内燃機関１０の動力とモータ９０の動力とが合体した動力で発進・走行が行われる。
【００１４】
また、同じくロックアップクラッチ２８を解放した状態で、内燃機関１０が停止し、モータ９０がオンであると、図１（ｂ）に矢印ウで示すように、モータ９０の動力はモータ出力部材９１を経由して変速機入力部材３１に至り、変速機３０に入力されてモータ９０の動力だけで発進・走行が行われる。このとき伝動装置出力部材２４も上記モータ出力部材９１及び変速機入力部材３１と連動して回転する。ただしワンウェイクラッチ２５が伝動装置出力部材２４側からタービン要素２３側への動力の伝達を遮断するから、該モータ９０はワンウェイクラッチ２５より内燃機関１０側に配置された重量物（例えばタービン部材２３やポンプ部材２２）を引き摺らなくて済む。
【００１５】
また、同じくロックアップクラッチ２８を解放した状態で、回生時には、図１（ｃ）に矢印エで示すように、駆動輪ないし変速機３０側からの回生エネルギは変速機入力部材３１に至り、該変速機入力部材３１、モータ出力部材９１及び伝動装置出力部材２４を回転させる。ただしワンウェイクラッチ２５が伝動装置出力部材２４側からタービン要素２３側への動力の伝達を遮断するから、上記回生エネルギは内燃機関１０側に伝達されずにモータ９０側にのみ伝達される。よってモータ９０の回生ブレーキ回路をつないで発電を行うことにより高効率の回生が可能になる。
【００１６】
このように、本発明では、パワーオンの駆動時に内燃機関１０の動力だけを変速機３０に伝達したり、内燃機関１０と電気モータ９０の両方の動力を変速機３０に伝達したり、あるいはモータ９０の動力だけを変速機３０に伝達したり、又はパワーオフの減速時に駆動輪側からの回生エネルギをモータ９０だけに伝達したりするために、動力伝達経路をいろいろに切り換える手段としてワンウェイクラッチ２５を用いている。これにより、該ワンウェイクラッチ２５の締結又は解放動作制御用の油圧回路やソレノイドバルブ等が不要となって、ハード・ソフト両面での複雑化が回避できる。つまりタービン要素２３側から伝動装置出力部材２４側への動力の伝達がワンウェイクラッチ２５によってひとりでに締結され、逆に伝動装置出力部材２４側からタービン要素２３側への動力の伝達がワンウェイクラッチ２５によってひとりでに遮断されるから何も制御する必要がない。
【００１７】
またそもそもワンウェイクラッチは多板式クラッチ等に比べて設置スペースを必要としないから、パワートレインの軸方向の寸法の長大化や、コンパクト性・レイアウト性の低下等の不具合を可及的に抑制することができる。しかもワンウェイクラッチ２５をタービン要素２３と出力部材２４との間で流体式伝動装置２０に内包したから、ますます設置スペースを必要としない。またパワートレインの既存の構成要素の配置・配列を乱さずにワンウェイクラッチ２５を追加することが可能となる。
【００１８】
ところでエネルギ回生時には、前述したように、ワンウェイクラッチ２５が解放されるから、得られるエンジンブレーキは比較的小さくなる。もちろん電気モータ９０による回生ブレーキが発生するが、十分でない場合がある。そのときロックアップクラッチ２８を締結すれば、図１（ｃ）に矢印オで示すように、駆動輪ないし変速機３０側からの回転が重量物（例えばポンプ部材２２や内燃機関１０）を引き摺ることになり、大きなエンジンブレーキが得られるようになる。つまりワンウェイクラッチ２５とロックアップクラッチ２８を併用することにより、簡素な機械的構成及び簡素な制御動作で細密な要求までもが達成される。しかもロックアップクラッチ２８はそもそも最初から流体式伝動装置２０に備えられているから、専用の油圧回路やソレノイドバルブ等を追加することがなく、ハード面での複雑化をいっさい招来しない。
【００１９】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、変速機は、選択的作動により複数の変速段を達成する複数の締結要素を有し、所定の条件が満足されたときは変速機の入力部材と出力部材との間の動力の伝達を遮断する上記締結要素の作動パターンが設定されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、所定の条件下（例えば停車中あるいはアイドルストップ中）では、変速機入力部材から変速機出力部材への動力の伝達が遮断されるから、変速機入力部材から変速機への動力の入力が遮断される。そのときロックアップクラッチ２８を締結すれば、図１（ｂ）に破線矢印カで重ねて例示したように、モータ９０の動力が上記ロックアップクラッチ２８を経由して内燃機関１０に伝達される。これにより例えば停車中に内燃機関１０を電気モータ９０で始動することができる。つまり電気モータ９０をスタータモータとして兼用することができる。あるいはアイドルストップ後における再発進時に内燃機関１０を電気モータ９０で再始動することができる。また逆に、図１（ａ）に破線矢印キで重ねて例示したように、内燃機関１０の動力が上記ロックアップクラッチ２８を経由して電気モータ９０に伝達される。これにより例えば停車中に内燃機関１０で電気モータ９０を発電させてバッテリを充電することができる。
【００２１】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、変速機は、選択的作動により複数の変速段を達成する複数の締結要素を有し、所定の条件が満足されたときは変速機の入力部材と出力部材との間の動力の伝達を遮断すると共に出力部材の回転を阻止する上記締結要素の作動パターンが設定されていることを特徴とする。
【００２２】
この発明は、特にアイドルストップ中に起こり得る不具合を回避するものである。すなわちアイドルストップは信号待ちや渋滞等で一時停車中にエンジンを自動的に停止し、再発進時にはエンジンを自動的に再始動するものである。このとき車両が例えば上り坂や下り坂で一時停車する場合があり、そのときにたとえフットブレーキやサイドブレーキをかけていてもそれが緩んで車両が移動する可能性がある。そこで、この発明は、上記請求項２に記載の発明の構成に加えて、変速機出力部材の回転を阻止するようにして、一時停車中における車両の移動を確実に防止し、安全性のさらなる高揚に資するようにしたのである。以下、実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド車両のパワートレイン１を示す骨子図である。このパワートレイン１は、主たる構成要素として、エンジン１０と、トルクコンバータ２０と、変速機３０と、モータジェネレータ９０とを有する。
【００２４】
トルクコンバータ２０は、エンジン１０の出力軸１１に連結されたコンバータケース２１と、該ケース２１に固設されたポンプ２２と、該ポンプ２２に対向して配置されたタービン２３とを有する。タービン２３は作動油を媒介としてポンプ２２により駆動される。タービン２３とタービン軸（コンバータ出力軸）２４との間にワンウェイクラッチ２５が設けられている。このワンウェイクラッチ２５はタービン２３側からの回転に対しては締結され、タービン軸２４側からの回転に対しては解放される。このワンウェイクラッチ２５はコンバータケース２１の中に包含されている。
【００２５】
またトルクコンバータ２０はステータ２６とロックアップクラッチ２８とを有する。ステータ２６はポンプ２２とタービン２３との間に配置され、ワンウェイクラッチ２７を介して変速機ケース２００に支持されて、トルク増大機能を発揮する。ロックアップクラッチ２８は、コンバータケース２１ないしポンプ２２とタービン軸２４とを直結する。なお、図示しないが、エンジン出力軸１１で駆動される機械式（エンジン駆動式）のオイルポンプと、モータで駆動される電動式のオイルポンプとが具備されている。ここでモータジェネレータ９０が電動式オイルポンプの駆動用モータを兼ねてもよい。
【００２６】
変速機３０は、入力軸３１と、該入力軸３１上に配設された２つの遊星歯車機構４０，５０と、該遊星歯車機構４０，５０の動力伝達経路を切り換える複数の締結要素６１〜６６とを有する。これらのうち、締結要素６１〜６３及び６５は多板式クラッチあるいはブレーキであり、摩擦要素６４はバンド式ブレーキであり、摩擦要素６６はワンウェイクラッチである。この変速機３０は、Ｄレンジの１〜４速、Ｓレンジの１〜３速、Ｌレンジの１〜２速、及びＲレンジの後退速が達成可能である。表１に各締結要素６１〜６６と変速段との関係を示す（○は締結を表す）。
【００２７】
【表１】

【００２８】
変速機入力軸３１とトルクコンバータ２０のタービン軸２４とは一体化された同一の共通軸である。遊星歯車機構４０，５０は、上記入力軸３１に回転自在に支持されたサンギヤ４１，５１と、該サンギヤ４１，５１と噛み合うピニオン４２，５２と、該ピニオン４２，５２を支持するピニオンキャリヤ４３，５３と、上記ピニオン４２，５２と噛み合うリングギヤ４４，５４とを有する。
【００２９】
変速機出力軸３１と、第１遊星歯車機構４０のサンギヤ４１との間、第２遊星歯車機構５０のサンギヤ５１との間、及び第２遊星歯車機構５０のピニオンキャリヤ５３との間に、それぞれフォワードクラッチ６１、リバースクラッチ６２、及び３−４クラッチ６３が設けられている。２−４ブレーキ６４は第２遊星歯車機構５０のサンギヤ５１を固定する。第１遊星歯車機構４０のリングギヤ４４と第２遊星歯車機構５０のピニオンキャリヤ５３とが連結され、これら４４，５３と変速機ケース２００との間にローリバースブレーキ６５及びワンウェイクラッチ６６が設けられている。このワンウェイクラッチ６６は表１に示したように前進１速でのみ締結され、それ以外は解放される。
【００３０】
第１遊星歯車機構４０のピニオンキャリヤ４３と第２遊星歯車機構５０のリングギヤ５４と出力ギヤ３２とが連結されている。出力ギヤ３２の回転が２つの中間ギヤ７１，７２及び差動装置８０の入力ギヤ８１を経由してデフケース８２に入力され、差動装置８０から左右の車軸８３，８４ないし図外の駆動輪に伝達される。
【００３１】
モータジェネレータ９０の出力軸９１と変速機入力軸３１とはチェーンドライブ機構で一体に連結されている。すなわちモータ出力軸９１及び変速機入力軸３１にそれぞれスプロケット９２，９３が組み付けられ、これら９２，９３の間にチェーン９４が巻き掛けられている。したがってトルクコンバータ２０のタービン軸２４と、変速機入力軸３１と、モータ出力軸９１とが連結し、３つの軸２４，３１，９１のうちのいずれかが回転すれば他も連動して回転する。特にロックアップクラッチ２８が締結（スリップ状態を含む）したときは、エンジン出力軸１１も上記トルクコンバータ２０のタービン軸２４、変速機入力軸３１及びモータ出力軸９１と連結し、これら２４，３１，９１と連動して回転する。とりわけロックアップクラッチ２８が直結状態となったときは４つの軸１１，２４，３１，９１が一体回転することになる。モータジェネレータ９０はインバータ９５を介してバッテリ９６に接続されている。
【００３２】
図３にトルクコンバータ２０に内包した上記ワンウェイクラッチ２５の具体的な組付け構造を示した。すなわちタービン軸２４のエンジン１０側端部にワンウェイクラッチ２５のアウタレース２５ａをスプライン結合している。アウタレース２５ａの最外縁部にはロックアップクラッチ２８を適宜手段（例えばリベットや溶接）で結合している。またワンウェイクラッチ２５のインナレース２５ｂの最外縁部には同じく適宜手段でタービン２３を結合している。
【００３３】
ロックアップクラッチ２８を解放した状態で、トルクコンバータ２０にエンジン１０側から回転が入ってきた場合は、ワンウェイクラッチ２５にはポンプ２２及び作動油を媒介としてタービン２３側から回転が入る。このときインナレース２５ｂがアウタレース２５ａに係合し、ワンウェイクラッチ２５は締結状態（Ｌｏｃｋ）となる。その結果、上記回転がワンウェイクラッチ２５を経由してタービン軸２４から変速機３０側に伝達される。
【００３４】
一方、同じくロックアップクラッチ２８を解放した状態で、トルクコンバータ２０に変速機３０側から回転が入ってきた場合には、ワンウェイクラッチ２５にはタービン軸２４側から回転が入る。このときインナレース２５ｂとアウタレース２５ａとの係合が解除して、ワンウェイクラッチ２５は解放状態（Ｆｒｅｅ：空転）となる。その結果、上記回転がワンウェイクラッチ２５を経由せずにタービン軸２４からアウタレース２５ａないしロックアップクラッチ２８に伝達される。しかしロックアップクラッチ２８が解放されているから、結局、上記回転はロックアップクラッチ２８で途切れ、エンジン１０側に伝達されない。
【００３５】
これらに対し、ロックアップクラッチ２８を締結した状態で、トルクコンバータ２０にエンジン１０側から回転が入ってきた場合は、ワンウェイクラッチ２５にはタービン軸２４側から回転が入る。このときインナレース２５ｂとアウタレース２５ａとの係合が解除して、ワンウェイクラッチ２５は解放状態となる。その結果、上記回転がワンウェイクラッチ２５を経由せずにコンバータケース２１、ロックアップクラッチ２８及びアウタレース２５ａを経由してタービン軸２４から変速機３０側に伝達される。
【００３６】
一方、同じくロックアップクラッチ２８を締結した状態で、トルクコンバータ２０に変速機３０側から回転が入ってきた場合には、ワンウェイクラッチ２５にはタービン軸２４側から回転が入る。このときインナレース２５ｂとアウタレース２５ａとの係合が解除して、ワンウェイクラッチ２５は解放状態となる。その結果、上記回転がワンウェイクラッチ２５を経由せずにタービン軸２４からアウタレース２５ａ、ロックアップクラッチ２８及びコンバータケース２１を経由してエンジン１０側に伝達される。
【００３７】
以上により、上記ワンウェイクラッチ２５は、結局、ロックアップクラッチ２８の解放時（コンバータ状態のとき）にエンジン１０側から回転もしくは動力が入ってきた場合にのみＬｏｃｋされ、それ以外ではＦｒｅｅとなる。
【００３８】
次に、このパワートレイン１の各種場面での作動状況を説明する。なお、以下の記述及び図面において、区別のため、トルクコンバータ２０のワンウェイクラッチ２５を「ＴＣワンウェイクラッチ２５」、及び変速機３０のワンウェイクラッチ６６を「ＴＭワンウエイクラッチ６６」いう場合がある。
【００３９】
まず図４はエンジン１０の始動時の作動状況を示す。エンジン１０の始動はモータジェネレータ９０で行う。すなわちモータジェネレータ９０はスタータモータを兼ねる。車両は停車中でシフト位置はＰレンジ又はＮレンジにある。Ｐレンジ又はＮレンジではすべての締結要素６１〜６６は解放される作動パターンにある。ただしトルクコンバータ２０のロックアップクラッチ２８は締結される。エンジン１０の始動前にこのようにロックアップクラッチ２８を締結するための油圧を生成するのは前述した電動式オイルポンプである（そして該電動式オイルポンプをモータジェネレータ９０で駆動してよいことも前述した通りである）。
【００４０】
この状態でモータジェネレータ９０をモータとして作動させる（駆動回路をつなぐ）と、その動力は、モータ出力軸９１からチェーンドライブ機構９２〜９４、変速機入力軸３１、コンバータ出力軸２４、ロックアップクラッチ２８及びコンバータケース２１を経由してエンジン出力軸１１に伝達され、エンジン１０の始動に使用される。このとき変速機３０のすべての締結要素６１〜６６が解放なので、変速機入力軸３１から変速機出力ギヤ３２への動力の伝達が遮断され、モータジェネレータ９０の動力が変速機３０に入力されることがない。ＴＣワンウェイクラッチ２５は前述したようにＦｒｅｅ（解放）の状態である。
【００４１】
次に、図５は停車中にエンジン１０でモータジェネレータ９０を発電させバッテリ９６を充電するときの作動状況を示す。この場合、図４と同様に、シフト位置はＰレンジ又はＮレンジにあり、すべての締結要素６１〜６６は解放され、トルクコンバータ２０のロックアップクラッチ２８は締結される。
【００４２】
この状態でエンジン１０を始動すると（モータジェネレータ９０とは別のスタータモータで始動する）、その動力は、コンバータケース２１からロックアップクラッチ２８、コンバータ出力軸２４、変速機入力軸３１及びチェーンドライブ機構９２〜９４を経由してモータジェネレータ９０に伝達され、該ジェネレータ９０による発電（発電回路をつなぐ）及びバッテリ９６の充電に使用される。このときも変速機３０のすべての締結要素６１〜６６が解放なので、変速機入力軸３１から変速機出力ギヤ３２への動力の伝達が遮断され、エンジン１０の動力が変速機３０に入力されることがない。ＴＣワンウェイクラッチ２５は前述したようにＦｒｅｅの状態である。
【００４３】
次に、図６はモータジェネレータ９０で発進するとき（あるいはモータジェネレータ９０の動力だけで発進・走行を行うとき）の作動状況を示す。この場合、シフト位置は走行レンジ（図例ではＤレンジ）にある。この前進１速では表１に示したようにフォワードクラッチ６１が締結される。またＴＭワンウェイクラッチ６６はＬｏｃｋ（締結）の状態となる。一方、ロックアップクラッチ２８は解放される。
【００４４】
この状態でモータジェネレータ９０の動力（駆動回路をつないでいる）はモータ出力軸９１からチェーンドライブ機構９２〜９４、変速機入力軸３１、締結要素６１，６６及び出力ギヤ３２を経由して差動装置８０から左右の車軸８３，８４に伝達され、車両の発進に使用される。ＴＣワンウェイクラッチ２５は引き続きＦｒｅｅの状態であり、上記モータジェネレータ９０の動力はエンジン１０側にいっさい伝達されない。したがってモータジェネレータ９０の動力がタービン２３やポンプ２２等の重量物を引き摺って無駄に消費されることがない。
【００４５】
次に、図７はエンジン１０で発進するとき（あるいはエンジン１０の動力だけで発進・走行を行うとき）の作動状況を示す。この場合、図６と同様に、シフト位置は走行レンジにあり、フォワードクラッチ６１は締結され、ＴＭワンウェイクラッチ６６はＬｏｃｋの状態となり、ロックアップクラッチ２８は解放される。
【００４６】
この状態でエンジン１０の動力はコンバータケース２１からポンプ２２、作動油を媒介としてタービン２３、ＴＣワンウェイクラッチ２５（締結状態）、コンバータ出力軸２４、変速機入力軸３１、締結要素６１，６６及び出力ギヤ３２を経由して差動装置８０から左右の車軸８３，８４に伝達され、車両の発進に使用される。ＴＣワンウェイクラッチ２５は前述したようにＬｏｃｋの状態である。
またモータジェネレータ９０はオフであり（駆動回路を切っている）、モータ出力軸９１は空転する。
【００４７】
次に、図８は走行中にエンジン１０を始動するときの作動状況を示す。つまりそれまでモータジェネレータ９０の動力だけで走行していたが、さらなるパワーが要求されてエンジン１０とモータジェネレータ９０の両方の動力で走行する場合である。この場合、図６及び図７と同様に、シフト位置は走行レンジにあり、フォワードクラッチ６１は締結され、ＴＭワンウェイクラッチ６６はＬｏｃｋの状態となるが、ロックアップクラッチ２８は締結される。
【００４８】
この状態でモータジェネレータ９０の動力（駆動回路をつないでいる）はモータ出力軸９１からチェーンドライブ機構９２〜９４、変速機入力軸３１、締結要素６１，６６及び出力ギヤ３２を経由して差動装置８０から左右の車軸８３，８４に伝達され、車両の走行に使用される。また変速機入力軸３０からモータジェネレータ９０の動力の一部がコンバータ出力軸２４及びロックアップクラッチ２８を経由してコンバータケース２１に流れ込み、エンジン１０の始動に使用される。これにより、これ以降は、エンジン１０の動力とモータジェネレータ９０の動力とが合体した動力で走行するようになる。ＴＣワンウェイクラッチ２５はＦｒｅｅの状態である。
【００４９】
次に、図９は減速時にエネルギを回生してモータジェネレータ９０を発電させバッテリ９６を充電するときの作動状況を示す。この場合、図６〜図８と同様に、シフト位置は走行レンジにあり、フォワードクラッチ６１は締結されるが、ＴＭワンウェイクラッチ６６はＦｒｅｅの状態となり、またロックアップクラッチ２８は解放される。
【００５０】
この状態で駆動輪ないし車軸８３，８４、差動装置８０及び変速機３０側からの回生エネルギは変速機入力軸３１及びチェーンドライブ機構９２〜９４を経由してモータジェネレータ９０に伝達され、該ジェネレータ９０による発電（発電回路をつなぐ）及びバッテリ９６の充電に使用される。このときＴＣワンウェイクラッチ２５は前述したようにＦｒｅｅの状態となり、上記回生エネルギはエンジン１０側にいっさい伝達されない。これによりモータジェネレータ９０による減速エネルギの回生が高効率で行われる。
【００５１】
次に、図１０は減速時に強制的に大きなエンジンブレーキを発生させるときの作動状況を示す。この場合、図６〜図９と同様に、シフト位置は走行レンジにあり、フォワードクラッチ６１は締結されるが、ＴＭワンウェイクラッチ６６はＦｒｅｅの状態となる。またＴＣワンウェイクラッチ２５もＦｒｅｅの状態である。
【００５２】
このときの具体的な制御動作の１例を図１１にフローチャートで示す。まずステップＳ１１で、スロットル開度がゼロであるか否かを判定し、ゼロのとき（パワーオフの減速時）は、ステップＳ１２で、モータジェネレータ９０をオンにする。すなわち発電回路をつないでモータジェネレータ９０をジェネレータとして作動させる。これにより比較的小さいがモータジェネレータ９０による回生ブレーキが発生する。
【００５３】
次に、ステップＳ１３で、減速度が足りないか否かを判定し、足りないとき（エンジンブレーキが十分でないとき）は、ステップＳ１４で、変速段をダウンシフトする。すなわち締結要素６１〜６６を選択的に作動させて、例えば３速であれば２速に、２速であれば１速に、もしくはＤレンジの１速であればＬレンジの１速に自動的に変速する。これにより回生ブレーキのみによるエンジンブレーキよりも大きなエンジンブレーキが変速機３０のギヤ比増大により発生する。
【００５４】
次に、ステップＳ１５で、再度、減速度が足りないか否かを判定し、足りないとき（エンジンブレーキがまだ十分でないとき）は、ステップＳ１６で、ロックアップクラッチ２８を締結する。これにより変速機出力軸３１はコンバータケース２１やポンプ２２及びエンジン１０等の重量物を引き摺ることになり、さらに大きなエンジンブレーキが発生する。
【００５５】
しかも上記ステップＳ１６でロックアップクラッチ２８をゆっくりとつないでいくから、ロックアップクラッチ２８はスリップ状態を経て緩やかに直結状態に移行し、締結時のショックが抑制される。
【００５６】
次に、図１２はアイドルストップ時にエンジン１０を自動停止するときの作動状況を示す。この場合、シフト位置は走行レンジのみならずＰレンジもしくはＮレンジにあってもよい。これは、信号待ちや渋滞等で一時停車中に運転者がシフトレバーをＰレンジやＮレンジ等の非走行レンジに入れる場合があることに対応するためである。
【００５７】
このときの具体的な制御動作の１例を図１３にフローチャートで示す。まずステップＳ２１で、車速がゼロか（停車状態か）否かを判定し、ステップＳ２２で、スロットル開度がゼロか（アクセルペダルを踏み込んでいないか）否かを判定し、ステップＳ２３で、ブレーキスイッチがオンか（ブレーキペダルを踏み込んでいるか）否かを判定する。その結果、すべての条件が満足されたときにステップＳ２４でタイマをスタートさせ、ステップＳ２５で所定時間が経過したことを判定したときにステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、変速機３０の入力軸３１と出力ギヤ３２との間の動力の伝達を遮断すると共に、出力ギヤ３２の回転を阻止する作動パターンに締結要素６１〜６６を制御する。この作動パターンは、Ｐ、Ｎ又はＤレンジの通常の作動パターンのいずれとも異なるものである。
【００５８】
すなわちまずローリバースブレーキ６５を締結し、次いで２−４ブレーキ６４を締結する。これにより第２遊星歯車機構５０のサンギヤ５１とピニオンキャリヤ５３の２つが固定されるため、同機構５０のリングギヤ５４と一体の出力ギヤ３２の回転が前進方向又は後退方向のいずれの方向にも阻止される。なお、例えばＴＭワンウェイクラッチ６６が出力ギヤ３２が後退方向に回転するときにＬｏｃｋされるようなものであれば、かつ出力ギヤ３２の後退方向の回転のみを阻止すればよいのであれば、ＴＭワンウェイクラッチ６６がローリバースブレーキ６５の締結の代役となるから、２−４ブレーキ６４だけを締結すればよいことになる（特に車両が上り坂で一時停車するような場合に有効）。
【００５９】
併せてフォワードクラッチ６１を解放する（前進１速から停車状態に移行するものとして）。これにより、リバースクラッチ６２及び３−４クラッチ６３も解放されているから、変速機入力軸３１から出力ギヤ３２への動力の伝達が遮断される。またロックアップクラッチ２８を締結しておく（締結用油圧は前述したように電動式オイルポンプで立てる）。これは次に行うエンジン１０の自動再始動の準備のためである。しかる後、ステップＳ２７で、燃料供給を全停止する等してエンジン１０を停止する。
【００６０】
これにより、例えば車両が上り坂や下り坂で一時停車してアイドルストップがかかっても、変速機３０の出力ギヤ３２の回転が前後いずれの方向にも（あるいは後退方向に）阻止されるから、その一時停車中にたとえフットブレーキやサイドブレーキが緩んでも、車両の移動が確実に防止されて安全性がより一層高められる。
【００６１】
次に、図１４はアイドルストップ後の再発進時にエンジン１０を自動再始動するときの作動状況を示す。これは図４に示したエンジン１０の始動時の作動状況にほぼ類似する。
【００６２】
このときの具体的な制御動作の１例を図１５にフローチャートで示す。まずステップＳ３１で、車速がゼロか（停車状態か）否かを判定し、ステップＳ３２で、スロットル開度がゼロか（アクセルペダルを踏み込んでいないか）否かを判定し、ステップＳ３３で、ブレーキスイッチがオフか（ブレーキペダルの踏み込みを解除したか）否かを判定する。その結果、すべての条件が満足されたときにステップＳ３４でモータジェネレータ９０をモータとして作動させて（駆動回路をつないで）エンジン１０を再始動する。このときフォワードクラッチ６１、リバースクラッチ６２及び３−４クラッチ６３が解放されていて、変速機入力軸３１から出力ギヤ３２への動力の伝達が遮断されているから、モータジェネレータ９０の動力が変速機３０に入力されることがない。
【００６３】
次に、ステップＳ３５で、エンジン回転数が所定回転数（例えば５００〜６００ｒｐｍ）以上になったか否かを判定し、ＹＥＳのときにエンジン１０が再始動したとして、ステップＳ３６に進んで、締結要素６１〜６６の作動パターンを通常の前進１速の作動パターンに制御して再発進する。すなわち、前述のステップＳ２６とほぼ逆の順序で、まずロックアップクラッチ２８を解放し、フォワードクラッチ６１を締結した後、２−４ブレーキ６４を解放し、最後にローリバースブレーキ６５を解放する。この場合も、前述したように、出力ギヤ３２の後退方向の回転のみを阻止する場合は、ローリバースブレーキ６５の締結を行っていないから、該ローリバースブレーキ６５の解放動作を省略できる。
【００６４】
なお、この再発進時、エンジン１０が再始動した後にモータジェネレータ９０をオフにしてエンジン１０の動力だけで再発進してもよいし（図７の状況）、あるいはエンジン１０が再始動した後もモータジェネレータ９０をオンのままとしてエンジン１０とモータジェネレータ９０の両方の動力で再発進してもよい。
【００６５】
このように、本実施形態のパワートレイン１では、エンジン１０やモータジェネレータ９０の動力の流れの方向に依存して、またロックアップクラッチ２８とＴＣワンウェイクラッチ２５との作動の組合せに依存して、エンジン１０、トルクコンバータ２０、変速機３０及びモータジェネレータ９０間の動力伝達経路をいろいろに切り換えることができて、ハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両として十全の機能が達成される。
【００６６】
特に、パワーオンの駆動時にエンジン１０の動力だけを変速機３０に伝達したり（図７）、エンジン１０とモータジェネレータ９０の両方の動力を変速機３０に伝達したり、あるいはモータジェネレータ９０の動力だけを変速機３０に伝達したり（図６）、又はパワーオフの減速時に駆動輪ないし変速機３０側からの回生エネルギをモータジェネレータ９０のみに伝達したり（図９）するために、動力伝達経路をいろいろに切り換える手段としてＴＣワンウェイクラッチ２５を用いたから、該ワンウェイクラッチ２５の締結又は解放動作制御用の油圧回路やソレノイドバルブ等が不要となって、ハード・ソフト両面での複雑化が回避される。つまりタービン２３側からタービン軸２４側への動力の伝達がＴＣワンウェイクラッチ２５によってひとりでに締結され、逆にタービン軸２４側からタービン２３側への動力の伝達がＴＣワンウェイクラッチ２５によってひとりでに遮断されるから何も制御しなくて済む。
【００６７】
またＴＣワンウェイクラッチ２５は多板式クラッチ（例えばフォワードクラッチ６１やリバースクラッチ６２あるいは３−４クラッチ６３）等に比べて設置スペースを必要としないから、このパワートレイン１の軸方向の寸法の長大化や、コンパクト性・レイアウト性の低下等の不具合が可及的に抑制される。しかもワンウェイクラッチ２５をタービン２３とタービン軸２４との間でトルクコンバータ２０に内包したから、ますます設置スペースを必要としない。またパワートレイン１の他の既存の構成要素（例えば変速機３０、変速機出力軸３１、タービン軸２４等）の配置・配列を乱さずにワンウェイクラッチ２５を追加することが可能である。
【００６８】
またＴＣワンウェイクラッチ２５と既存のロックアップクラッチ２８を併用することにより、簡素な機械的構成及び簡素な制御動作で、例えば図１０及び図１１に示した強制エンジンブレーキ制御といった細密な要求までも達成することができる。しかもロックアップクラッチ２８はそもそも最初からトルクコンバータ２０に備えられているから、それ専用の油圧回路やソレノイドバルブ等を追加する必要がなく、ハード面での複雑化をいっさい招来することがない。
【００６９】
本実施形態のパワートレイン１は他に次のような特徴を有する。１に、エンジン１０とトルクコンバータ２０と変速機３０とを有する既存車両用のパワートレインをベースとしてこのハイブリッド車両用あるいはアイドルストップ車両用のパワートレイン１を派生することができる。したがって設備投資が少なくて済み、コスト面で有利である。
【００７０】
２に、モータジェネレータ９０をエンジン１０、トルクコンバータ２０及び変速機３０の軸心と平行に配置したから、例えば直列に配置した場合に比べてこのパワートレイン１の軸方向の寸法の長大化を防ぐことができる。したがってハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両のコンパクト性が阻害されない。
【００７１】
３に、チェーンドライブ機構９２〜９４を軸３１，９１の端部に追加したから、ＴＣワンウェイクラッチ２５と同様、パワートレイン１の他の既存の構成要素の配置・配列を乱すことがない。したがってパワートレイン構造の大幅な変更が免れ、製造・派生が容易である。
【００７２】
次に、図１６に示す本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ又は類似・相当する構成要素には同じ符号を用いる。このパワートレイン１はＵ型ドライブと呼ばれるタイプのものである。図２と比較すると、エンジン１０、トルクコンバータ２０及びモータジェネレータ９０の軸心（１１，２４，９１）を一致させ、変速機３０及び差動装置８０の軸心（３１，８３，８４）を一致させて、両者を平行に配置している。変速機３０と差動装置８０とを一体化し、中間ギヤ列７１，７２を省略して、変速機３０の出力ギヤに代わる出力部材３２と、差動装置８０の入力ギヤに代わる入力部材８１とを結合している。その結果、変速機３０の出力回転がデフケース８２に直接入力される。変速機入力軸３１は中空軸であり、その中を車軸８４が挿通している。
【００７３】
この場合も、モータジェネレータ９０をエンジン１０及びトルクコンバータ２０の既存の軸心（１１，２４）の端部に連結したから、パワートレイン１の既存の配置・配列を乱すことがなく、パワートレイン構造の大幅な変更が免れ、製造・派生が容易で、設備投資が少なくて済み、コスト面で有利となる。
【００７４】
また左右に延びる軸心の数が少ないため（エンジン−トルクコンバータ−モータジェネレータの軸心（１１，２４，９１）と、変速機−差動装置の軸心（３１，８３，８４）の２つしかない。これに対し図２では４つある）、車体前後方向の占有スペースを縮小することができる。
【００７５】
次に、図１７に示す本発明の第３の実施の形態を説明する。第１、第２の実施の形態と同じ又は類似・相当する構成要素には同じ符号を用いる。このパワートレイン１は無段変速機３０を搭載したものである。すなわち変速機３０は遊星歯車機構を利用した前後進切換機構１００とベルト式無段変速機構１１０とを備える。切換機構１００は変速機入力軸３１に連結されたサンギヤ１０１と、該サンギヤ１０１と噛み合うピニオン１０２と、該ピニオン１０２を支持するピニオンキャリヤ１０３と、上記ピニオン１０２と噛み合うリングギヤ１０４とを有する。変速機入力軸３１とピニオンキャリヤ１０３との間に走行クラッチ１０５が設けられている。リングギヤ１０４と変速機ケース２００との間に後進ブレーキ１０６が設けられている。
【００７６】
無段変速機構１１０は入力プーリ１１１と出力プーリ１１２とこれら１１１，１１２に巻き掛けられたスチールベルト１１４とを有する。入力プーリ１１１及び出力プーリ１１２の少なくとも一方の溝幅が可変である。入力プーリ１１１は変速機入力軸３１に回転自在に支持され、ピニオンキャリヤ１０３と連結されている。出力プーリ１１２は変速機出力軸１１３に連結され、該出力軸１１３には出力ギヤ３２が設けられている。変速機出力軸１１３はパーキングブレーキ１１５により回転が阻止される。
【００７７】
エンジン１０及びエンジン出力軸１１と、トルクコンバータ２０及びコンバータ出力軸２４と、変速機３０及び変速機入力軸３１と、モータジェネレータ９０及びモータ出力軸９１との連結関係や配置関係は、図２に示す第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
なお、無段変速機３０として入力ディスクと出力ディスクとこれらの間に介設されたパワーローラとを備えるトロイダル式無段変速機構であってもよい。また、ベルト式、トロイダル式を問わず、無段変速機構と遊星歯車機構とを組み合わせて、動力を入力した状態で出力回転をゼロとするギヤードニュートラル式の無段変速機であってもよい。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は、ハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両として十全の機能を具備しつつ、パワートレインの複雑化を回避して、コンパクト性・レイアウト性を維持する。本発明は、車両用パワートレイン構造のコンパクト化や低コスト化に寄与し、例えば車両の動力源である内燃機関の他にエンジンアシスト用の電気モータを搭載したハイブリッド車両やエンジン再始動用の電気モータを搭載したアイドルストップ車両等の低公害型車両もしくは環境対応型車両の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成及び作用を説明するための骨子図であって、各種場面での動力の流れを矢印で示し、ハイブリッド車両あるいはアイドルストップ車両として十全の機能を具備することを表明したものである。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両のパワートレインを示す骨子図である。
【図３】上記パワートレインに採用されるトルクコンバータ及び該トルクコンバータに内包したワンウェイクラッチの具体的構成を示す断面図である。
【図４】上記パワートレインの各種場面での作動状況を説明するための図２と類似の骨子図であって、モータジェネレータでエンジンを始動するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図５】同、エンジンでモータジェネレータを発電させバッテリを充電するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図６】同、モータジェネレータで発進するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図７】同、エンジンで発進するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図８】同、モータジェネレータで走行中にエンジンを始動するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図９】同、減速時にエネルギを回生してモータジェネレータを発電させバッテリを充電するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図１０】同、減速時に強制的に大きなエンジンブレーキを発生させるときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図１１】図１０の状況に誘導する具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。
【図１２】同、エンジンを自動停止（アイドルストップ）するときのパワートレインの作動状況を示したものである。
【図１３】図１２の状況に誘導する具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。
【図１４】同、エンジンを自動再始動するときの動力の流れを矢印で示したものである。
【図１５】図１４の状況に誘導する具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る車両のパワートレイン（Ｕドライブ）の骨子図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る車両のパワートレイン（無段変速機搭載）の骨子図である。
【図１８】従来のハイブリッド車両のパワートレイン構造の１例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　パワートレイン
１０　　　　エンジン（内燃機関）
２０　　　　トルクコンバータ（流体式伝動装置）
２２　　　　ポンプ
２３　　　　タービン
２４　　　　タービン軸（流体式伝動装置の出力部材）
２５　　　　ワンウェイクラッチ
２８　　　　ロックアップクラッチ
３０　　　　変速機
３１　　　　入力軸（変速機の入力部材）
３２　　　　出力ギヤ（変速機の出力部材）
６１〜６６　締結要素
９０　　　　モータジェネレータ（電気モータ）
９１　　　　出力軸（電気モータの出力部材）
９２〜９４　チェーンドライブ機構
９６　　　　バッテリ

Claims (3)

1. 内燃機関と、電気モータと、上記内燃機関の動力が入力され、該動力が流体を媒介としてポンプ要素からタービン要素へ伝達されて出力部材から出力される流体式伝動装置と、該流体式伝動装置の出力が入力され、入力部材と出力部材との間の変速比が自動的に変更される変速機とを有する車両用パワートレインの構造であって、上記流体式伝動装置がポンプ要素と出力部材とを直結するロックアップクラッチを備えるものであり、該流体式伝動装置の出力部材と変速機の入力部材と電気モータの出力部材とを連結し、かつ上記流体式伝動装置のタービン要素と出力部材との間に、タービン要素側からの回転に対しては締結され、出力部材側からの回転に対しては解放されるワンウェイクラッチを上記流体式伝動装置に内包して設けたことを特徴とする車両用パワートレイン構造。
2. 変速機は、選択的作動により複数の変速段を達成する複数の締結要素を有し、所定の条件が満足されたときは変速機の入力部材と出力部材との間の動力の伝達を遮断する上記締結要素の作動パターンが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用パワートレイン構造。
3. 変速機は、選択的作動により複数の変速段を達成する複数の締結要素を有し、所定の条件が満足されたときは変速機の入力部材と出力部材との間の動力の伝達を遮断すると共に出力部材の回転を阻止する上記締結要素の作動パターンが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用パワートレイン構造。

Images