JP2007099016A - ハイブリッド型車両の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両搭載性が向上するとともに、油路の取り回しが容易となって設計自由度を高くできるハイブリッド型車両の動力伝達装置を提供する。
【解決手段】 一方側から他方側に向けて、エンジン２、このエンジン２から出力トルクが伝達される第１電動機６、バッテリの電力で出力トルクを発生する第２電動機８、この第２電動機８の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構１０、この減速遊星歯車機構１０及び第１電動機６間の断接を行う第１クラッチ１２、第１クラッチ１２の断接動作によりエンジン２の出力トルク、或いはエンジン２及び第２電動機８の合成した出力トルクが伝達される変速機１４を、この順序で同軸に配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンと、２つの電動機と、これら２つの電動機の断接を行うクラッチとを備えたハイブリッド型車両の動力伝達装置に関する。

エンジン、２つの電動機及びクラッチとを備え、クラッチの断接動作によりエンジンの出力トルク、或いはエンジンと電動機の合成した出力トルクを駆動輪に伝達するようにしたハイブリッド型車両の動力伝達装置は、低速走行時及び中速走行時において電動機のみを駆動することで、騒音や排気ガスを発生させることなく走行することができる。
このようなハイブリッド型車両の動力伝達装置として、例えば特許文献１の図３に示すように、エンジン、第１のモータ、クラッチ、第２のモータの順で同軸に配置したものや、特許文献１の図４に示すように、エンジン、減速機構を介して配置した始動モータ、クラッチ、減速機構を介して配置した走行モータの順で配置したものが知られている。また、特許文献２のように、エンジン、発電機、クラッチ、モータ、減速機又は変速機の順で同軸に配置したものが知られている。
特開２００４−７９４４号公報（図３，図４） 特開平０８−９８３２０号公報

しかし、特許文献１の図３で示すハイブリッド型車両は、第２のモータの出力トルクを減速する機構を備えていないので、第２のモータが大型の装置となって軽量化の面で問題がある。また、第２のモータが大型の装置となると、第１及第２のモータ及びクラッチを収納する装置ケースの外径も大きくなる。ＦＲ車両では車両フロアで形成されるトンネルの下部に入り込んで動力伝達装置が搭載されるが、外径が大きな装置ケースになるとトンネルが狭い車両には搭載できなくなり、搭載性が悪化するという問題がある。

また、特許文献１の図４で示すハイブリッド型車両は、走行モータが減速機構で減速されているので小型の装置となる。しかし、始動モータ及び走行モータは、エンジンの駆動軸とは別の軸上に配置されているので、装置ケースの外径が大きくなり、やはり搭載性が悪化するという問題がある。
一方、特許文献２のハイブリッド型車両は、減速機又は変速機を備えているので第２のモータジェネレータが小型が装置となり、他の装置も全てエンジンの駆動軸と同軸上に配置しているので装置ケースの外径も小さくなり、ＦＲ車両に搭載しても搭載性が悪化することがない。

しかし、特許文献２では、発電機とモータとの間にクラッチを配置し、このクラッチから離れた位置に減速機又は変速機を配置しているので、油圧制御装置とクラッチの間の作動油路の長さと、油圧制御装置と減速機又は変速機間の作動油路の長さが異なってしまうので、高精度の油圧制御が困難である。また、各装置間の作動油路が長くなるので油路の取りまわしが困難となり、設計自由度が低くなるという問題もある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両搭載性が向上し、油路の取り回しが容易となって設計自由度を高くできるとともに、高精度の油圧制御を行うことができるハイブリッド型車両の動力伝達装置を提供することを目的としている。

本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置は、一方側から他方側に向けて、エンジン、このエンジンから出力トルクが伝達される第１電動機、バッテリの電力で出力トルクを発生する第２電動機、この第２電動機の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構、この減速遊星歯車及び前記第１電動機間の断接を行う第１クラッチ、前記第１クラッチの断接動作により前記エンジンの出力トルク、或いは前記エンジン及び前記第２電動機の合成した出力トルクが伝達される変速機を、この順序で同軸に配置した。

本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置によると、第２電動機の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構を備えたことで、第２電動機は小型の装置として他の装置と同軸に配置されるので、装置ケースの外径寸法が小さくなる。このように装置ケースの外径寸法を小さくした動力伝達装置をＦＲ車両に配置すると、車両フロア下部のトンネルに搭載してもトンネルの広さに関係なく容易に搭載できるので、ＦＲ車両への搭載性が向上する。
また、減速遊星歯車機構及び第１クラッチを、変速機とともに他方側に配置したことから、減速遊星歯車機構の潤滑油路や、第１クラッチ及び変速機の作動油路を、他方側に集中して設けることができ、油路の取りまわしが容易となって設計自由度を高くすることができる。

以下、本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置の第１実施形態を示すスケルトンであり、一方側から他方側に向けて、エンジン２、ダンパ４、発電機６、モータ８、モータ８の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構１０、減速遊星歯車機構１０及び発電機６間の断接を行う第１クラッチ１２、変速機１４の順で同軸に配置されている。また、符号１８は、ダンパ４、発電機６、モータ８、減速遊星歯車機構１０、第１クラッチ１２及び変速機１４を収容している装置ケースである。

一方側に配置されているエンジン２のクランク軸２ａは、ダンパ４のダンパケース４ａに連結されている。
エンジン２に対して他方側に配置されているダンパ４は、ダンパケース４ａ内に緩衝部材４ｂを介してハブ４ｃが設けられており、ハブ４ｃに、第１伝達軸１６が他方側に延在して連結されている。
ダンパ４に対して他方側に配置されている発電機６は、装置ケース１８に固定されているステータ６Ｓと、このステータ６Ｓの内周側で回転するロータ６Ｒとを備えており、ロータ６Ｒは、図示しないインバータを介してバッテリに接続されている。そして、ロータ６Ｒは、ダンパ４のダンパケース４ａに連結されている。

発電機６に対して他方側に配置されているモータ８は、装置ケース１８に固定されているステータ８Ｓと、このステータ８Ｓの内周側で回転するロータ８Ｒとを備えており、ロータ８Ｒは、図示しないインバータを介してバッテリに接続されている。そして、ロータ８Ｒに、中空の第２伝達軸２０が他方側に延在して連結されており、この第２伝達軸２０内に第１伝達軸１６が配置されている。

減速遊星歯車機構１０及び第１クラッチ１２は、最も他方側に配置した変速機１４に近接して配置されている。
減速遊星歯車機構１０は、モータ８に対して他方側に配置されており、サンギヤ１０ｓと、サンギヤ１０ｓに噛合する複数のピニオン１０ｐと、ピニオン１０ｐに外周側から噛合するリングギヤ１０ｒと、ピニオン１０ｐを回転自在に支持するピニオンキャリア１０ｃとを備え、リングギヤ１０ｒが装置ケース１８に固定され、サンギヤ１０ｓが第２伝達軸２０に連結され、ピニオンキャリア１０ｃが、第１クラッチの第１回転メンバ１２ａを介して変速機１４の入力軸１４ａに連結されている。
第１クラッチ１２は、油圧アクチュエータの制御により摩擦要素の締結・開放動作を行うことで、第１伝達軸１６及び入力軸１４ａ間の断接を行うクラッチである。

次に、各走行状態における本実施形態のハイブリッド型車両の作動について説明する。
フル発進時や低速走行の加速時には、エンジン２を停止し、第１クラッチ１２の開放動作を行い、バッテリからインバータを介してモータ８に放電電力を供給する。モータ８の出力トルクは減速遊星歯車機構１０のサンギヤ１０ｓに入力し、減速遊星歯車機構１０は、リングギヤ１０ｒが装置ケース１８に固定されているので、ピニオンキャリア１０ｃから減速された出力トルクが第１回転メンバ１２ａを介して変速機１４の入力軸１４ａに出力される。これにより、フル発進時や低速走行の加速時には、モータ８の出力トルクのみでハイブリッド型車両が走行する。

また、中速走行及び高速走行の加速時や、登坂時には、エンジン２を駆動し、第１クラッチ１２の締結動作を行い、バッテリからインバータを介してモータ８に放電電力を供給する。第１クラッチ１２の締結動作が行われることで第１伝達軸１６及び入力軸１４ａ間が連結し、エンジン２の出力トルクと、モータ８の減速した出力トルクとが合成されて変速機１４の入力軸１４ａに出力される。これにより、中速走行及び高速走行の加速時や、登坂時には、エンジン２及びモータ８の合成した出力トルクでハイブリッド型車両が走行する。ここで、発電機６は、エンジン２の駆動によりインバータを介してバッテリに充填電流を供給する回生動作を行う。

また、高速走行の巡航時には、エンジン２を駆動し、第１クラッチ１２の締結動作を行い、モータ８にはバッテリから放電電力を供給しない。第１クラッチ１２の締結動作が行われることで第１伝達軸１６及び入力軸１４ａ間が連結し、エンジン２の出力トルクが変速機１４の入力軸１４ａに出力される。これにより、高速走行の巡航時には、エンジン２の出力トルクのみでハイブリッド型車両が走行する。
また、低速走行や中速走行の制動時には、エンジン２を停止し、第１クラッチ１２の開放動作を行う。このとき、慣性力によってハイブリッド型車両は走行するが、モータ８は、インバータを介してバッテリに充填電流を供給する回生動作を行う。

本実施形態のハイブリッド型車両の動力伝達装置は、以下の効果を奏することができる。
（ａ）モータ８の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構１０を備えているので、モータ８を、モータ容量が小さい小型で小径の装置とすることができる。しかも、減速遊星歯車機構１０を備えたことで、モータ８が装置ケース１８内に配置した他の装置と同軸に配置されるので、装置ケース１８の外径寸法を小さくすることができる。このように、装置ケース１８の外径寸法を小さく設定してＦＲ車両に配置すると、車両フロア下部のトンネルに搭載してもトンネルの広さに関係なく容易に搭載できるので、ＦＲ車両への搭載性が向上するという効果を得ることができる（請求項１に対応）。
（ｂ）減速遊星歯車機構１０及び第１クラッチ１２を、変速機１４とともに他方側に配置したことから、減速遊星歯車機構１０の潤滑油路や、第１クラッチ１２及び変速機１４の作動油路を、他方側に集中して設けることができ、油路の取りまわしが容易となって設計自由度を高くすることができる（請求項１に対応）。

次に、本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置の第２実施形態について、図２から図及び図３を参照して説明する。なお、図１で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図２は、第２実施形態のハイブリッド型車両の動力伝達装置を示すスケルトンであり、第１実施形態と同様に、一方側から他方側に向けてエンジン２、ダンパ４、発電機６、モータ８、減速遊星歯車機構１０、第１クラッチ１２、変速機１４の順で同軸に配置されているとともに、本実施形態の変速機１４は、遊星歯車機構２２と、第２クラッチ２４と、ブレーキ２６とを備えた低速段と高速段に切替え可能な２段自動変速機である。

遊星歯車機構２２は、サンギヤ２２ｓと、サンギヤ２２ｓに噛合する複数のピニオン２２ｐと、ピニオン２２ｐに外周側から噛合するリングギヤ２２ｒと、ピニオン２２ｐを回転自在に支持するピニオンキャリア２２ｃとを備え、リングギヤ２２ｒが第２回転メンバ２８を介して入力軸１４ａに連結され、ピニオンキャリア２２ｃが出力軸１４ｂに連結され、サンギヤ２２ｓがブレーキ２６に接続されている。

ブレーキ２６は、油圧アクチュエータの制御により摩擦要素の締結・開放動作を行うことで、サンギヤ２２ｓを選択的に停止させるブレーキである。
第２クラッチ２４は、油圧アクチュエータの制御により摩擦要素の締結・開放動作を行うことで、入力軸１４ａ及び出力軸１４ｂ間の断接を行うクラッチである。
本実施形態の変速機１４の低速段は、第２クラッチ２４の開放動作、ブレーキ２６の締結動作により得られる。この低速段では、遊星歯車機構２２のサンギヤ２２ｓが装置ケース１８に固定され、入力軸１４ａの回転が第２回転メンバ２８を介してリングギヤ２２ｒに入力するので、ピニオンキャリア２２ｃから減速された回転が出力軸１４ｂに出力される。

また、変速機１４の高速段は、第２クラッチ２４の締結動作、ブレーキ２６の開放動作により得られる。この高速段では、第２クラッチ２４の締結動作により遊星歯車機構２２のピニオンキャリア２２ｃとリングギヤ２２ｒとが直結状態となり、ピニオンキャリア２２ｃから入力軸１４ａの回転がそのまま出力軸１４ｂに出力される。

次に、装置ケース１８内の他方側に配置されている減速遊星歯車機構１０と、第１クラッチ１２と、変速機１４の遊星歯車機構２２、第２クラッチ２４及びブレーキ２６の具体的な構造について、図３を参照して説明する。
装置ケース１８は、一方側に配置した第１装置ケース１８ａと他方側に配置した第２装置ケース１８ａとを備えており、これら第１及び第２装置ケース１８ａ，１８ｂで形成したケース内空間に、一方側から他方側に向かって第１伝達軸１６、変速機１４の入力軸１４ａ及び出力軸１４ｂが、互いに相対回転自在に同軸に配置されている。

装置ケース１８内には、ボス部３２ａと、このボス部３２ａから径方向外方に延在する円板状の隔壁３２ｂとを備えた隔壁部材３２が配置されており、ボス部３２ａが入力軸１４ａの外周に回転自在に支持され、装置ケース１８の内壁まで延在した隔壁３２ｂによりケース内空間が一方側のケース内空間と他方側のケース内空間に仕切られている。
そして、隔壁３２ｂに近接する一方側のケース内空間に第１クラッチ１２が配置され、隔壁部材３２に近接する他方側のケース内空間に変速機１４の第２クラッチ２４が配置されている。

第１クラッチ１２は、外径側が減速遊星歯車機構１０のピニオンキャリア１０ｃにスプライン結合し、内径側が入力軸１４ａにスプライン結合している前述した第１回転メンバとしてのクラッチドラム１２ａと、このクラッチドラム１２ａの内周側に配置して第１伝達軸１６にスプライン結合しているクラッチハブ１２ｂと、クラッチドラム１２ａの外径側及びクラッチハブ１２ｂ間に交互に配置した摩擦板１２ｃ，１２ｄと、クラッチドラム１２ａの内周部に形成したシリンダ部に嵌め込んだピストン１２ｆと、ピストン１２ｆをシリンダ部側に押圧するリターンスプリング１２ｇとを備えている。

そして、クラッチドラム１２ａの内径側には、シリンダ部とピストン１２ｆとの間に画成したシリンダ室１２ｅに連通する油穴１２ａ１が形成されており、この油穴１２ａ１は、隔壁部材３２のボス部３２ａに形成した油穴３２ｃ、軸方向に延在する作動油路３２ｄに連通している。また、作動油路３２ｄは、隔壁３２ｂ内を径方向に延在する作動油路３２ｅと連通している。これにより、第１装置ケース１２ａに接続した油圧制御装置４０から作動油路３２ｅ，作動油路３２ｄ、油穴３２ｃ，１２ａ１を介してシリンダ室１２ｅの油圧制御を行うことで、ピストン１２ｆを軸方向に移動させて摩擦板１２ｃ，１２ｄの締結・開放が行われる。

変速機１４の第１クラッチ２４は、外径側が遊星歯車機構２２のリングギヤ２２ｒに結合し、内径側が入力軸１４ａにスプライン結合している第２回転メンバ２８と、この第２回転メンバ２８の内周側に配置して遊星歯車機構２２のピニオンキャリア２２ｃに結合しているクラッチハブ２４ｂと、第２回転メンバ２８の外径側及びクラッチハブ２４ｂ間に交互に配置した摩擦板２４ｃ，２４ｄと、第２回転メンバ２８のの内周部に形成したシリンダ部に嵌め込んだピストン２４ｆと、ピストン２４ｆをシリンダ部側に押圧するリターンスプリング２４ｇとを備えている。

そして、第２回転メンバ２８の内径側には、シリンダ部とピストン２４ｆとの間に画成したシリンダ室２４ｅに連通する油穴２８ａが形成されており、この油穴２８ａは、隔壁部材３２のボス部３２ａに形成した油穴３２ｆと、前述した作動油路３２ｄと異なる位置で略同一の長さで軸方向に形成した作動油路３２ｇに連通している。そして、この作動油路３２ｇは、隔壁３２ｂ内を径方向に延在して前記作動油路３２ｅと異なる位置に形成した作動油路と連通している。これにより、第１装置ケース１８ａに接続した油圧制御装置４０から隔壁３２ｂ内を通過して作動油路３２ｇ、油穴３２ｆ，２８ａを介してシリンダ室２４ｅの油圧制御を行うことで、ピストン２４ｆを軸方向に移動させて摩擦板２４ｃ，２４ｄの締結・開放が行われる。

また、ブレーキ２６は、内径側が減速遊星歯車機構１０のサンギヤ２２ｓにスプライン結合しているブレーキハブ２６ａと、ブレーキハブ２６ａの外径側及び第２装置ケース１８ｂの内壁の間に交互に配置した摩擦板２６ｃ，２６ｄと、第２装置ケース１２ｂの内周部に形成したシリンダ部に嵌め込んだピストン２６ｆと、ピストン２６ｆをシリンダ部側に押圧するリターンスプリング２６ｇとを備えている。

そして、第２装置ケース１８ｂには、シリンダ部とピストン２６ｆとの間に画成したシリンダ室２６ｅに連通する作動油路３４が形成されており、油圧制御装置４０から作動油路３４を介してシリンダ室２６ｅの油圧制御を行うことで、ピストン２６ｆを軸方向に移動させて摩擦板２６ｃ，２６ｄの締結・開放が行われる。
さらに、第１伝達軸１６、変速機１４の入力軸１４ａ及び出力軸１４ｂの軸心位置には、潤滑油路４２ａ，４２ｂ，４２ｃが互いに連通して形成されており、これらの潤滑油路に、潤滑油供給ポンプ（図示せず）から潤滑油が順次供給されている。そして、第１伝達軸１６の潤滑油路４２ａには、減速遊星歯車機構１０に向けて連通する油穴４２ｄが径方向に形成され、出力軸１４ｂの潤滑油路４２ｃには、遊星歯車機構２２に向けて連通する油穴４２ｅが径方向に形成されている。

本実施形態のハイブリッド型車両の動力伝達装置は、第１実施形態で記載した（ａ）の効果を得ることができるとともに、以下の効果を奏することができる。
（ｃ）装置ケース１８内の他方側に、減速遊星歯車機構１０、第１クラッチ１２、変速機１４の遊星歯車機構２２、第２クラッチ２４及びブレーキ２６を配置しているので、減速遊星歯車機構１０及び遊星歯車機構２２の潤滑油路、第１クラッチ１２、第２クラッチ２４及びブレーキ２６の作動油路を集中して設けることができ、潤滑油路、作動油路の取りまわしが容易となって設定自由度を高くすることができる（請求項１に対応）。

（ｄ）装置ケース１８内に隔壁部材３２を配置し、この隔壁部材３２の隔壁３２ｂの一方側に第１クラッチ１２を配置し、隔壁３２ｂの他方側に変速機１４の第２クラッチ２４を配置するとともに、隔壁部材３２内に、油圧制御装置４０から第１クラッチ１２のシリンダ室１２ｅに作動油を供給する作動油路と、油圧制御装置４０から第２クラッチ２４のシリンダ室２４ｅに作動油を供給する作動油路とを設けたので、第１クラッチ１２用の作動油路と第２クラッチ２４用の作動油路の長さの短縮化を図ることができ、しかも、それら作動油路の長さを略同長とすることができる。これにより、油圧制御装置４０による第１及び第２クラッチ１２，２４の油圧制御を高精度に行うことができる（請求項２に対応）。

なお、第２実施形態では、変速機１４を、低速段と高速段に切替え可能な２段自動変速機として説明したが、他の多段変速機であっても同様の効果を得ることができる。
また、第１及び第２実施形態では、減速遊星歯車機構１０を備えることでモータ８を小径の装置としたが、このモータ８を大径な装置とした発電機６の内側に配置し、発電機６及びモータ８を軸方向にラップさせて配置すると、動力伝達装置の軸方向の短縮化を図ることができる。

本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置の第１実施形態を示すスケルトン図である。 本発明に係るハイブリッド型車両の動力伝達装置の第２実施形態を示すスケルトン図である。 第２実施形態において装置ケース内の他方側に配置されている減速遊星歯車機構、第１クラッチ、変速機の遊星歯車機構、第２クラッチ及びブレーキの具体的な構造を示す図である。

符号の説明

２ エンジン
４ ダンパ
６ 発電機（第１電動機）
８ モータ（第２電動機）
１０ 減速遊星歯車機構
１０ｓ サンギヤ
１０ｐ ピニオン
１０ｃ ピニオンキャリア
１０ｒ リングギヤ
１２ 第１クラッチ
１２ｅ シリンダ室
１２ａ１ 油穴
１４ 変速機
１４ａ 変速機の入力軸
１４ｂ 変速機の出力軸
１６ 第１伝達軸
１８ 装置ケース
１８ａ 第１装置ケース
１８ｂ 第２装置ケース
２０ 第２伝達軸
２２ 遊星歯車機構
２２ｓ サンギヤ
２２ｐ ピニオン
２２ｃ ピニオンキャリア
２２ｒ リングギヤ
２４ 第２クラッチ
２４ｅ シリンダ室
２６ ブレーキ
２６ｅ シリンダ室
３２ 隔壁部材
３２ａ ボス部
３２ｂ 隔壁
３２ｄ，３２ｅ，３２ｇ 作動油路
１２ａ１，２８ａ，３２ｃ，３２ｅｆ 油穴
４０ 油圧制御装置
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 潤滑油路
４２ｄ，４２ｅ 油穴

Claims (2)

1. 一方側から他方側に向けて、エンジン、このエンジンから出力トルクが伝達される第１電動機、バッテリの電力で出力トルクを発生する第２電動機、この第２電動機の出力トルクを常時減速する減速遊星歯車機構、この減速遊星歯車機構及び前記第１電動機間の断接を行う第１クラッチ、前記第１クラッチの断接動作により前記エンジンの出力トルク、或いは前記エンジン及び前記第２電動機の合成した出力トルクが伝達される変速機を、この順序で同軸に配置したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型車両の動力伝達装置。
2. 前記変速機は、遊星歯車機構、第２クラッチ及びブレーキを備えており、当該変速機と前記第１クラッチとの間に隔壁部材を設け、この隔壁部材の一方側に前記第１クラッチを配置し、前記隔壁部材の他方側に前記第２クラッチを配置し、前記隔壁部材内に、前記第１及び第２クラッチの断接動作のために作動油を供給する作動油路を設けたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型車両の動力伝達装置。

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