JP2005112351A - ハイブリッド自動車の動力伝達系 - Google Patents

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Abstract

【課題】 内燃機関の停止中でも液圧ポンプが、補助的な電動機を利用せずに、僅かなエネルギ消費で駆動されるような、自動車における自動変速機付きハイブリッド動力伝達系を提供する。
【解決手段】 内燃機関２が動力伝達的に分離クラッチ４に結合され、この分離クラッチ４の出力側が変速機入力軸７に接続される。この変速機入力軸７は自動変速機１７、３６の入力要素８、３８に結合される。変速機入力軸７は電動機５によって駆動できると共に自ら液圧ポンプ６を駆動する。液圧ポンプ６は、動力伝達的に、分離クラッチ４の後ろで、自動変速機１７、３６の切換可能な発進要素Ｆの前に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液圧ポンプを備えたハイブリッド自動車の動力伝達系に関する。
内燃機関と変速機とを備えた自動車を、例えば交通信号機の前での長時間にわたる停車中、内燃機関が停止され、例えばアクセルペダルの作動によって再始動される、いわゆるスタート・ストップ（アイドリングストップ）運転方式で運転することは、一般に知られている。
そのような自動車においては、自動変速機が採用されている限りにおいて、内燃機関によって機械式に駆動される液圧ポンプが、内燃機関の停止中に液圧を全く発生しなくなるために、内燃機関の停止中、変速機の液圧系統における圧力も、過度に低いレベルに低下する、という問題が生ずる。
また自動変速機の場合、クラッチおよび／又はブレーキのような切換要素によって、変速機における伝達比の変更過程が実施される。そのような変速機切換要素を作動するために、公知のように、十分に高い液圧が必要とされる。また、液圧式変速機制御装置における切換弁を作動位置に保持するためにも、十分に高い液圧が重要である。従って、迅速な切換過程および特に内燃機関の再始動後における遅れのない発進過程の実現は、少なくとも補助的な処置なしでは困難となる。
この問題を解決するために、液圧ポンプを、内燃機関によって機械式に駆動せず、別個の電動機によって駆動する、ことが知られている。しかし、これは、そのような電動機が補助的な構造空間を必要とし、製造費を高くする、という欠点を伴う。
さらに、自動車に、種々の様式で構成され駆動されるいわゆるハイブリッド駆動装置を装備することが知られている。その場合、通常、内燃機関が電動機と組み合わされる。
電動機が始動発電機（スタータージェネレーター）として形成されている限りにおいて、その電動機は、内燃機関のスタータとして、および純電気式あるいは電気・内燃機関複合式駆動装置に対する駆動機として利用される。
さらに、そのようなハイブリッド駆動装置は、駆動力なしでの走行運転段階中（即ち、例えば車両の惰力走行過程中）、電動機を発電機として運転する好ましい性能を提供する。その発電機によって、電気エネルギが発生され、後での内燃機関の始動過程および／又は電動機運転のために適当な蓄電装置に蓄えられる。そのようなハイブリッド動力伝達系によって、車両のスタート・ストップ運転も可能となる。
これに関連して、特許文献１において、ハイブリッド自動車の有段自動変速機が知られている。その有段自動変速機の場合、内燃機関クランク軸から出発して、ねじり振動止め、電動機、流体トルクコンバータ、液圧ポンプ、遊星歯車装置が、動力伝達的に直列で配置されている。その自動変速機によって、自動車は、内燃機関によっておよび／又は電動機によって、有利に運転できる。
その構造は、変速機油圧ポンプの駆動に関して、その液圧ポンプが、内燃機関および／又は電動機で駆動される、ことを可能にしている。しかし、内燃機関の停止過程中、液圧ポンプは確かに電動機で駆動できるが、内燃機関のクランク軸、およびロックアップクラッチの係合中に流体トルクコンバータのタービンランナも、必然的に駆動され、エネルギを消費する、という欠点がある。
米国特許第６２５８００１号明細書
本発明の課題は、上述の背景から出発して、内燃機関の停止過程中でも液圧ポンプが、補助的な電動機を利用せずに、僅かなエネルギ消費で駆動されるような、自動車における自動変速機付きハイブリッド動力伝達系を提供することにある。
この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決され、本発明の有利な実施態様および発展形態は、従属請求項に記載されている。
すなわち、本発明は、内燃機関が動力伝達的に分離クラッチに結合され、この分離クラッチの出力側が変速機入力軸に接続されているハイブリッド自動車の動力伝達系に関する。この変速機入力軸は、自動変速機の入力要素に結合され、電動機によって駆動できる。さらに、変速機入力軸は液圧ポンプを駆動し、この液圧ポンプは、動力伝達的に（動力伝達方向に対して）分離クラッチの後ろで、自動変速機の切換可能な発進要素（Ｆ）の前に配置されている。
この構成によって、特に、分離クラッチと自動変速機の切換可能な発進要素との間に、電動機と液圧ポンプとを配置することによって、内燃機関が停止され、分離クラッチが解除され、発進要素が解除されている場合も、液圧ポンプは電動機によって少ないエネルギ消費で駆動できる。即ち、内燃機関の停止過程の終了後、発進過程のはじめに、切換弁を操作するために、および自動変速機のクラッチおよびクラッチのアクチュエータを作動するために、十分高い液圧が存在する。また、液圧ポンプの駆動に対して、特別に電動機を用意する必要はない。
これに関連して、本発明の有利な実施態様において、液圧ポンプは、動力伝達的に、電動機と自動変速機の入力要素との間に配置されている。
本発明の具体的実施例において、発進要素（Ｆ）は変速機ブレーキとして形成されているが、異なった変速機構造において、変速機クラッチも採用できる。
さらに、自動変速機は、有段自動変速機として、好適には、遊星歯車装置として形成され、並びに、上述の入力要素は、変速機遊星歯車を支持するための遊星歯車キャリヤとして構成される。自動変速機は、本発明によって得られた利点を利用して、無段自動変速機としても形成できる。
本発明に基づくハイブリッド動力伝達系の異なった実施態様において、動力伝達的に、内燃機関と分離クラッチとの間に、振動止めが配置されている。そのねじり振動止めによって、内燃機関クランク軸の一定したねじりが、動力伝達系の残りの部品に伝達されなくされる。
本発明に基づくハイブリッド動力伝達系において、電動機は、有利な実施態様において、始動発電機として形成されている。その場合、非同期機あるいは永久励磁同期機が利用される。
変速機ブレーキ（Ｆ）として形成された発進要素に関して、その回転可能なブレーキ要素が太陽歯車に結合され、この太陽歯車が遊星歯車装置の遊星歯車にかみ合っている、ことが有利である。
また、この遊星歯車装置の異なった実施態様において、変速機遊星歯車は内歯歯車にかみ合い、この内歯歯車は、変速機クラッチ（Ａ）の入力端並びに変速機クラッチ（Ｂ）の入力端に固く結合されている。
さらに、これに関連して、変速機クラッチ（Ａ）の出力端が第３変速機軸に結合され、この第３変速機軸の外歯が中間歯車にかみ合っている、ことが有利である。
さらに、この上述した模範的な遊星歯車装置は、変速機クラッチ（Ｂ）の出力端が第４変速機軸に結合され、この第４変速機軸の外歯が自動変速機の従動歯車にかみ合い、この従動歯車が変速機出力軸並びに中間歯車にかみ合っている、ように形成されている。
この有段自動変速機のもう１つの特徴は、第４変速機軸が変速機ブレーキ（Ｃ）の回転可能なブレーキ要素に結合されている、ことにある。さらに、遊星歯車装置の遊星歯車キャリヤは変速機クラッチ（Ｅ）の入力端に結合され、その変速機クラッチの出力端は第２変速機軸に結合され、この第２変速機軸は、中間歯車および従動歯車を支持し、並びに、変速機ブレーキ（Ｄ）の回転可能なブレーキ要素に結合されている。
さらに、この自動変速機において、第２変速機軸は第３変速機軸によって、この第３変速機軸は第４変速機軸によって、それぞれ同軸的に包囲されている。
本発明に基づく動力伝達系の利点は、既に述べたように、あらゆる形式の自動変速機で得られる。即ち、本発明に基づく動力伝達系は、変速機入力軸が変速機クラッチ（Ｅ）の入力要素並びに内歯歯車に結合されている遊星歯車装置でも構成できる。さらに、この遊星歯車装置の場合、入力側歯車が設けられ、この歯車は、上述した内歯歯車並びに太陽歯車にかみ合い、その太陽歯車は、発進要素（Ｆ）の出力端に固く結合されている。
また、この遊星歯車装置において、入力側歯車はキャリヤ上に回転可能に支持され、このキャリヤは、変速機クラッチ（Ａ）および変速機クラッチ（Ｂ）のそれぞれの入力要素に結合されている。
本発明に基づくハイブリッド動力伝達系を明瞭にするために、自動変速機が遊星歯車装置として形成された２つの具体的な実施形態の図を添付し、以下、これらの図を参照して詳細に説明する。
図１に示されたハイブリッド自動車の動力伝達系１の場合、内燃機関２のクランク軸がねじり振動止め３に結合されている。このねじり振動止め３によって、内燃機関の一定のねじりが減衰され、これによって、動力伝達系１のほかの構成要素に、全くあるいは害にならない程度しか伝達されない。
そのねじり振動止め３の出力端は、分離クラッチ４の入力端に結合されている。その分離クラッチ４によって、動力伝達系１の残部が、内燃機関２およびねじり振動止め３から切り離される。これによって、それ自体公知であるように、例えば、内燃機関２が停止された状態で走行することができる（惰力走行過程）。
分離クラッチ４の出力側には、動力伝達的に、変速機入力軸７が続いている。この変速機入力軸７は遊星歯車装置１７の入力要素８に結合されている。その変速機入力軸７は、また電動機５によっても駆動できる。この実施例において、その電動機５は始動発電機として形成されている。この構造は、例えば、電気駆動ないし電気・内燃機関複合駆動、並びにこの動力伝達系を装備した自動車のスタート・ストップ運転を可能にする。
さらに、変速機入力軸７によって液圧ポンプ６が駆動される。ここでは、その液圧ポンプ６は、電動機５の直ぐ後ろで、遊星歯車装置１７の入力要素８の前に配置されている。この構造様式によって、動力伝達系１の電動駆動方式あるいは内燃機関駆動方式と無関係に、いずれの場合にも、液圧ポンプ６を駆動することができる。
さらに、内燃機関２が止められ、車両が停止しているときも、変速機切換素子のアクチュエータにとって必要な制御圧および／又は作動圧が、液圧ポンプ６によって発生される。この場合、電動機５は、分離クラッチ４が解除され且つ発進要素Ｆが解除された状態で、液圧ポンプ６を駆動する。
遊星歯車装置１７の上述した入力要素は、ここでは、遊星歯車キャリヤ８として形成されている。この遊星歯車キャリヤ８上に遊星歯車９、１０が支持され、これらの遊星歯車９、１０は、内歯歯車１１の内歯にかみ合っている。さらに、それらの遊星歯車は太陽歯車３５にかみ合っている。この太陽歯車３５は、遊星歯車装置１７の変速機ブレーキとして形成された発進要素Ｆのブレーキ要素２７に結合されている。
また、内歯歯車１１は、変速機クラッチＡの入力側１９並びに変速機クラッチＢの入力側２１に結合されている。それらの変速機クラッチＡ、Ｂの作動によって、ほかの切換要素Ｃ、Ｄ、Ｅと共働して、自動変速機１７の種々の伝達比が形成される。
これに関連して、変速機クラッチＡの出力側２０が第３変速機軸１５に結合され、その第３変速機軸１５の外歯２８が中間歯車１３にかみ合っていることに注意されたい。
これに対して、変速機クラッチＢの出力側２２は、変速機ブレーキ２３の回転可能なブレーキ要素２３と同様に、第４変速機軸１６に結合されている。その第４変速機軸１６の外歯２９は、中間歯車１３の歯と同様に、従動歯車１４にかみ合っている。
また、第２変速機軸１２と第３変速機軸１５と第４変速機軸１６とが、互いに同軸的に配置されていることは、述べる価値がある。
さらに、遊星歯車キャリヤ８は変速機クラッチＥの入力側２５に結合され、その出力側２６は、第２変速機軸１２に接続されている。この第２変速機軸１２は中央軸として形成され、この中央軸は、中空軸として形成された第３、第４の両変速機軸１５、１６によって、同軸的に包囲されている。
また、第２変速機軸１２は、その変速機クラッチＥから離れた端部で、上述した中間歯車１３並びに従動歯車１４を支持している。さらに、この第２変速機軸１２に、変速機ブレーキＤのブレーキ要素２４が固定されている。
さらにまた、遊星歯車装置１７は変速機出力軸１８を利用し、この変速機出力軸１８の内歯は、従動歯車１４の外歯にかみ合っている。
図２には、図１における動力伝達系１とほとんど同じに構成されている動力伝達系３０が示されている。ここに示された遊星歯車装置３６の場合、図１における動力伝達系１と異なり、変速機入力軸７は入力要素３８に結合されている。この入力要素３８は、変速機クラッチＥの入力側並びに内歯歯車３７に結合されている。この内歯歯車３７は歯車３２とかみ合い、この歯車３２は、さらに太陽歯車３１とかみ合っている。この太陽歯車３１は、発進要素Ｆのブレーキ要素２７に固く結合されている。
さらにまた、図２から、歯車３２がキャリヤ３３上に回転可能に支持され、このキャリヤ３３が内歯歯車３４に結合されている、ことがはっきりわかる。その内歯歯車３４は、変速機クラッチＡおよび変速機クラッチＢのそれぞれの入力要素１９、２１も支持し、それらの変速機クラッチＡ、Ｂの出力要素２０、２２は、遊星歯車装置３６における、図１で既に知られた他の部品と共働する。
第１の遊星歯車装置構造をなした、自動車におけるハイブリッド動力伝達系の概略図。 第２の遊星歯車装置構造をなした、図１に相応する概略図。
符号の説明
１ 動力伝達系
２ 内燃機関
３ ねじり振動止め
４ 分離クラッチ
５ 電動機
６ 液圧ポンプ
７ 変速機入力軸
８ 入力要素、遊星歯車キャリヤ
９ 遊星歯車
１０ 遊星歯車
１１ 内歯歯車
１２ 第２変速機軸
１３ 中間歯車
１４ 従動歯車
１５ 第３変速機軸
１６ 第４変速機軸
１７ 遊星歯車装置、自動変速機、有段自動変速機
１８ 変速機出力軸
１９ クラッチＡの入力端
２０ クラッチＡの出力端
２１ クラッチＢの入力端
２２ クラッチＢの出力端
２３ ブレーキＣのブレーキ要素
２４ ブレーキＤのブレーキ要素
２５ クラッチＥの入力端
２６ クラッチＥの出力端
２７ 発進要素Ｆのブレーキ要素
２８ 第３変速機軸の外歯
２９ 第４変速機軸の外歯
３０ 動力伝達系
３１ 太陽歯車
３２ 歯車
３３ 歯車３２のキャリヤ
３４ 内歯歯車
３５ 太陽歯車
３６ 遊星歯車装置
３７ 内歯歯車
３８ 入力要素
Ａ 変速機クラッチ
Ｂ 変速機クラッチ
Ｃ 変速機ブレーキ
Ｄ 変速機ブレーキ
Ｅ 変速機クラッチ
Ｆ 発進要素、変速機ブレーキ

Claims (19)

  1. 内燃機関（２）が動力伝達的に分離クラッチ（４）に結合され、この分離クラッチ（４）の出力側が変速機入力軸（７）に接続され、この変速機入力軸（７）が自動変速機（１７、３６）の入力要素（８、３８）に結合され、変速機入力軸（７）が電動機（５）によって駆動できると共に自ら液圧ポンプ（６）を駆動し、この液圧ポンプ（６）が、動力伝達的に、分離クラッチ（４）の後ろで、自動変速機（１７、３６）の切換可能な発進要素（Ｆ）の前に配置されている、ことを特徴とするハイブリッド自動車の動力伝達系。
  2. 液圧ポンプ（６）が、動力伝達的に、電動機（５）と自動変速機（１７、３６）の入力要素（８、３８）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の動力伝達系（１、３０）。
  3. 発進要素（Ｆ）が、変速機ブレーキないし変速機クラッチとして形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の動力伝達系。
  4. 自動変速機（１７、３６）が、有段自動変速機ないし無段自動変速機として形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  5. 遊星歯車装置として形成された有段自動変速機（１７）の入力要素が、変速機遊星歯車（９、１０）を支持するための遊星歯車キャリヤ（８）である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  6. 動力伝達的に、内燃機関（２）と分離クラッチ（４）との間に、ねじり振動止め（３）が配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  7. 電動機（５）が始動発電機として形成されている、ことを特徴とする動力伝達系。
  8. 電動機（５）が非同期機ないし永久励磁同期機として形成されている、ことを特徴とする請求項７記載の動力伝達系。
  9. 変速機ブレーキ（Ｆ）として形成された発進要素が、太陽歯車（３５）に結合されたブレーキ要素（２７）を利用し、このブレーキ要素（２７）が有段自動変速機（１７）の遊星歯車（１０）にかみ合っている、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  10. 遊星歯車装置（１７）の遊星歯車（９）が内歯歯車（１１）にかみ合い、この内歯歯車（１１）が、変速機クラッチ（Ａ）の入力端並びに変速機クラッチ（Ｂ）の入力端（２１）に固く結合されている、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  11. 変速機クラッチ（Ａ）の出力端（２０）が第３変速機軸（１５）に結合され、この第３変速機軸（１５）の外歯（２８）が中間歯車（１３）にかみ合っている、ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  12. 変速機クラッチ（Ｂ）の出力端（２２）が第４変速機軸（１６）に結合され、この第４変速機軸（１６）の外歯（２９）が従動歯車（１４）にかみ合い、この従動歯車（１４）が変速機出力軸（１８）にかみ合っている、ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  13. 第４変速機軸（１６）が変速機ブレーキ（Ｃ）のブレーキ要素（２３）に結合されている、ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  14. 遊星歯車キャリヤ（８）が変速機クラッチ（Ｅ）の入力端（２５）に結合されている、ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  15. 変速機クラッチ（Ｅ）の出力端（２６）が第２変速機軸（１２）に結合され、この第２変速機軸（１２）が、中間歯車（１３）および従動歯車（１４）を支持すると共に、変速機ブレーキ（Ｄ）の回転可能なブレーキ要素（２４）に結合されている、ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  16. 第２変速機軸（１２）が第３変速機軸（１５）によって、この第３変速機軸（１５）が第４変速機軸（１６）によって、それぞれ同軸的に包囲されている、ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  17. 変速機入力軸（７）が入力要素（３８）に結合され、この入力要素（３８）が、変速機クラッチ（Ｅ）の入力側並びに内歯歯車（３７）に結合されている、ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の動力伝達系。
  18. 歯車（３２）が内歯歯車（３７）並びに太陽歯車（３１）にかみ合い、この太陽歯車（３１）が、発進要素（Ｆ）の出力端（２７）に固く結合されている、ことを特徴とする請求項１７記載の動力伝達系。
  19. 歯車（３２）がキャリヤ（３３）上に回転可能に支持され、このキャリヤ（３３）が、変速機クラッチ（Ａ）および変速機クラッチ（Ｂ）のそれぞれの入力要素（１９、２１）に結合されている、ことを特徴とする請求項１７又は１８記載の動力伝達系。
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