JP2007261347A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行用の駆動源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを備えたハイブリッド車両において、モータ・ジェネレータの外径寸法の拡大を可能にする。
【解決手段】 モータハウジング５１にモータ・ジェネレータＭＧを組み付ける際に、モータハウジング５１のエンジンＥ側からではなく反エンジンＥ側のモータ挿入部５１ｂからモータ・ジェネレータＭＧを挿入するので、エンジンＥおよびモータハウジング５１の結合面の寸法に規制されることなく、ジェネレータＭＧの外径寸法を拡大することができる。しかも減速機３９を直接モータハウジング５１に支持することなく、モータハウジング５１に固定したモータカバー５６に支持するので、減速機３９の支持部と干渉してモータ・ジェネレータＭＧの外径寸法が制限されることがなくなり、モータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を拡大することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両を走行させる駆動力を発生するエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド車両に関する。

エンジンの駆動力をベルト式無段変速機速機を介して駆動輪に伝達する第１駆動力伝達経路と、エンジンのクランクシャフトと同軸に配置したモータ・ジェネレータの駆動力を固定減衰比の減速機を介して駆動輪に伝達する第２駆動力伝達経路とを備え、車両の中・高速走行時にはエンジンの駆動力で前記第１駆動力伝達経路を介して駆動輪を駆動し、車両の発進時や低速走行時にはモータ・ジェネレータの駆動力で前記第２駆動力伝達経路を介して駆動輪を駆動するハイブリッド車両が、下記特許文献１により公知である。
特開２００５−５９７８８号公報

ところで上記従来のものは、パワーユニットのモータハウジング内に収納されるモータ・ジェネレータを、前記モータハウジングのエンジンブロックとの結合面側から組み付けるようになっているため、電動モータの外径寸法がエンジンおよびモータハウジングの結合面の寸法によって制限されることになり、モータ・ジェネレータの外径寸法を拡大しようとすると、エンジンブロックを設計変更する必要が生じてコストアップの要因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、走行用の駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド車両において、電動モータの外径寸法の拡大を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、クランクシャフトを有するエンジンと、前記クランクシャフトに同軸に結合されたメインシャフトおよび該メインシャフトに対して平行に配置されたカウンタシャフトを有する変速機と、前記エンジンおよび前記変速機に挟まれた位置で前記メインシャフトの外周を囲むように配置された電動モータと、前記エンジンの駆動力を前記変速機を介して車輪に伝達する第１駆動力伝達経路と、前記電動モータの駆動力を減速機を介して車輪に伝達する第２駆動力伝達経路とを備え、前記電動モータを支持するモータハウジングは前記変速機側にモータ挿入部を備え、かつ前記減速機を支持する減速機支持部材を前記モータハウジングに固定したことを特徴とするハイブリッド車両が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記電動モータの軸線を前記メインシャフトの軸線に対してオフセットしたことを特徴とするハイブリッド車両が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記変速機は、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体を有してメインシャフト上に配置された駆動プーリと、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体を有してカウンタシャフト上に配置された従動プーリとに金属ベルトを巻き掛けたベルト式無段変速機速機よりなり、前記両固定側プーリ半体および前記両可動側プーリ半体は対角位置に配置され、前記エンジンおよび前記変速機間の動力伝達を断接する断接クラッチを前記メインシャフト上の前記駆動プーリの固定側プーリ半体に隣接して配置したことを特徴とするハイブリッド車両が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記クランクシャフトと平行に配置された第２電動モータを備え、前記第２電動機は減速ギヤを介して前記メインシャフトに接続されるとともに、前記減速ギヤは前記変速機を挟んで前記エンジンと反対側に配置されることを特徴とするハイブリッド車両が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記断接クラッチを係合解除した状態で前記第２電動モータを駆動して前記エンジンを始動することを特徴とするハイブリッド車両が提案される。

尚、実施の形態の油圧多板クラッチ１９は本発明の断接クラッチに対応し、実施の形態のベルト式無段変速機速機２１は本発明の変速機に対応し、実施の形態のドライブギヤ４１およびドリブンギヤ４２は本発明の減速ギヤに対応し、実施の形態のモータカバー５６は本発明の減速機支持部材に対応し、実施の形態のモータ・ジェネレータＭＧは本発明の電動モータに対応し、実施の形態のスタータモータＳＭは本発明の第２電動モータに対応する。

請求項１の構成によれば、モータハウジングに電動モータを組み付ける際に、モータハウジングのエンジン側からではなく反エンジン側のモータ挿入部から電動モータを挿入するので、エンジンおよびモータハウジングの結合面の寸法に規制されることなく、即ちエンジンブロックの設計変更を行うことなく電動モータの外径寸法を拡大することができる。これにより、同じ出力を得るための電動モータの軸方向寸法を小型化することができ、パワーユニットの軸方向寸法の小型化を図ることができる。しかも減速機を直接モータハウジングに支持することなく、モータハウジングに固定した減速機支持部材に支持するので、減速機の支持部と干渉して電動モータの外径寸法が制限されることがなくなり、電動モータの外径寸法を拡大することができる。

また請求項２の構成によれば、電動モータの軸線をメインシャフトの軸線に対してオフセットしたので、電動モータの外径寸法をパワーユニット内の他部材と干渉することなく最大限に拡大し、その出力を増加させることができる。また電動モータの出力を従前どおりとすれば、その外径寸法が増加した分だけ軸方法寸法を小型化することができる。

また請求項３の構成によれば、ベルト式無段変速機速機のメインシャフト上の駆動プーリおよびカウンタシャフト上の従動プーリの両固定側プーリ半体および両可動側プーリ半体を対角位置に配置し、断接クラッチをメインシャフト上の駆動プーリの固定側プーリ半体に隣接して配置したので、可動側プーリ半体よりも小型の固定側プーリ半体に隣接する位置に形成されるデッドスペースを断接クラッチの配置スペースに利用し、パワーユニットの軸方向寸法を小型化することができる。

また請求項４の構成によれば、クランクシャフトと平行に配置した第２電動モータを減速ギヤを介してメインシャフトに接続したので、第２電動モータで減速ギヤおよびメインシャフトを介してクランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動することができる。しかも減速ギヤを変速機を挟んでエンジンと反対側に配置したので、請求項３の効果と同様に、可動側プーリ半体よりも小型の固定側プーリ半体に隣接する位置に形成されるデッドスペースを減速ギヤの配置スペースに利用し、パワーユニットの軸方向寸法を小型化することができる。

また請求項５の構成によれば、断接クラッチを係合解除して変速機から切り離した状態で第２電動モータを駆動してエンジンを始動するので、電動モータあるいは車輪から第２電動モータに駆動力が逆伝達されるのを防止してエンジンをスムーズに始動することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図、図２は図１の２−２線矢視図、図３はハイブリッド車両のパワーユニットの縦断面図、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図３のＢ部拡大図、図６は図３のＣ部拡大図である。

図１に示すように、ハイブリッド車両は左右の車輪Ｗ，Ｗを駆動するエンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧを備える。エンジンＥのクランクシャフト１１はフライホイール付きダンパー１２を介してメインシャフト１３に接続されており、メインシャフト１３の外周にモータ・ジェネレータＭＧが同軸に配置される。モータ・ジェネレータＭＧはケーシング１４に固定した環状のステータ１５と、このステータ１５の内周に回転自在に配置されたロータ１６とを備えており、このロータ１６はメインシャフト１３の外周に相対回転自在に嵌合する中空のモータ出力軸１７に固定される。メインシャフト１３の外周には更に中空の駆動プーリ軸１８が相対回転自在に嵌合しており、メインシャフト１３と駆動プーリ軸１８とは油圧多板クラッチ１９により締結可能である。

メインシャフト１３と、それに平行に配置されたカウンタシャフト２０との間に配置されるベルト式無段変速機２１は、駆動プーリ軸１８に支持された固定側プーリ半体２２および可動側プーリ半体２３よりなる駆動プーリ２４と、カウンタシャフト２０に支持された固定側プーリ半体２５および可動側プーリ半体２６よりなる従動プーリ２７と、駆動プーリ２４および従動プーリ２７に巻き掛けた金属ベルト２８とを備える。

駆動プーリ２４の可動側プーリ半体２３を固定側プーリ半体２２から離間させ、従動プーリ２７の可動側プーリ半体２６を固定側プーリ半体２５に接近させるとベルト式無段変速機２１の変速比がＬＯＷ側に無段階に変化し、逆に駆動プーリ２４の可動側プーリ半体２３を固定側プーリ半体２２に接近させ、従動プーリ２７の可動側プーリ半体２６を固定側プーリ半体２５から離間させるとベルト式無段変速機２１の変速比がＴＯＰ側に無段階に変化する。

駆動プーリ２４は、可動側プーリ半体２３がエンジンＥ側に配置されて固定側プーリ半体２２が反エンジンＥ側に配置されているのに対し、従動プーリ２７は、可動側プーリ半体２６が反エンジンＥ側に配置されて固定側プーリ半体２５がエンジンＥ側に配置される。即ち、両可動側プーリ半体２３，２６と両固定側プーリ半体２２，２５とは対角位置に配置される。

メインシャフト１３およびカウンタシャフト２０と平行にセカンダリシャフト２９が配置されており、カウンタシャフト２０に設けた第１減速ギヤ３０がセカンダリシャフト２９に設けた第２減速ギヤ３１に噛合し、セカンダリシャフト２９に設けたファイナルドライブギヤ３２がディファレンシャルギヤ３３に設けたファイナルドリブンギヤ３４に噛合する。ディファレンシャルギヤ３３から左右に延びる車軸４３，４３が左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。

モータ・ジェネレータＭＧのモータ出力軸１７に設けた第１モータギヤ３５がアイドラシャフト３６に設けた第２モータギヤ３７に噛合し、この第２モータギヤ３７がカウンタシャフト２０に設けた第３モータギヤ３８に噛合する。これら第１〜第３モータギヤ３５，３７，３８は減速機３９を構成する。

メインシャフト１３と平行にスタータモータＳＭが配置されており、このスタータモータＳＭのモータ出力軸４０とメインシャフト１３とがドライブギヤ４１およびドリブンギヤ４２で接続される。

ベルト式無段変速機２１に対して、減速機３９はエンジンＥ側に配置され、また油圧多板クラッチ１９、ドライブギヤ４１およびドリブンギヤ４２は反エンジンＥ側に配置される。駆動プーリ２４の固定側プーリ半体２２は、それに対向する従動プーリ２７の可動側プーリ半体２６よりも軸方向寸法が小さくなるが、その寸法差により発生したデッドスペースを利用して油圧多板クラッチ１９、ドライブギヤ４１およびドリブンギヤ４２を配置したので、パワーユニットの軸方向寸法を小型化することができる。

エンジンＥからメインシャフト１３、ベルト式無段変速機２１、カウンタシャフト２０およびディファレンシャルギヤ３３を介して車輪Ｗ，Ｗに至る経路が第１駆動力伝達経路４４とされ、モータ・ジェネレータＭＧから減速機３９、カウンタシャフト２０およびディファレンシャルギヤ３３を介して車輪Ｗ，Ｗに至る経路が第２駆動力伝達経路４５とされる。

図２に示すように、メインシャフト１３に対してカウンタシャフト２０が後上方に配置され、カウンタシャフト２０に対してセカンダリシャフト２９が後下方に配置され、セカンダリシャフト２９に対して車軸４３，４３が下方に配置される。アイドラシャフト３６はメインシャフト１３の上方であってカウンタシャフト２０の前下方に配置される。

次に、図３〜図６に基づいてパワーユニットの構造を詳細に説明する。

パワーユニットのケーシング１４は、エンジンＥに結合される側から順番にモータハウジング５１と、変速機ケース５２と、中間支持プレート５３と、変速機カバー５４とを結合して構成される。

モータハウジング５１は隔壁５１ａを有しており、この隔壁５１ａのエンジンＥ側にフライホイール付きダンパー１２が収納され、反エンジンＥ側にモータ・ジェネレータＭＧが収納される。モータハウジング５１の隔壁５１ａとの間にモータ・ジェネレータＭＧを収容するモータ・ジェネレータ室５５を区画すべく、前記隔壁５１ａに対向するようにモータハウジングにモータカバー５６が固定される。モータ・ジェネレータ室５５は変速機ケース５２の内部と連通しており、ベルト式無段変速機２１を潤滑・冷却するオイルでモータ・ジェネレータＭＧを潤滑・冷却することができる。スタータモータＳＭはベルト式無段変速機２１と同じ変速機ケース５２の内部に配置されているので、同様にベルト式無段変速機２１を潤滑・冷却するオイルでスタータモータＳＭを潤滑・冷却することができる。

モータハウジング５１のモータ・ジェネレータ室５５は反エンジンＥ側の大きく開放するモータ挿入部５１ｂ（図３および図４参照）を備えており、そのモータ挿入部５１ｂからモータ・ジェネレータＭＧを挿入してモータハウジング５１に組み付けた後に、その反エンジンＥ側の側面がモータハウジング５１に固定されるモータカバー５６で覆われる。ケーシング１４は全体としてエンジンＥとの結合面からベルト式無段変速機２１に向かって次第に拡径しており、従ってモータハウジング５１の反エンジンＥ側からモータ・ジェネレータＭＧを組み付けることで、エンジンＥ側から組み付ける場合に比べてモータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を大きくすることができる。仮に、同寸法のモータ・ジェネレータＭＧをエンジン側から組み付けようとすると、エンジンＥのモータハウジング５１への結合面を大きくする必要があり、エンジンＥの大幅な設計変更が余儀なくされる。

このようにして、モータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を大きくすることで、同じ出力を得るためのモータ・ジェネレータＭＧの軸方向寸法を小型化することができ、これによりパワーユニットの軸方向寸法の小型化を図ることができる。

またモータ・ジェネレータＭＧおよびベルト式無段変速機２１間に配置される減速機３９の第２モータギヤ３７を支持するアイドラシャフト３６は、その一端側が変速機ケース５２にボールベアリング５７で支持され、その他端がモータカバー５６にボールベアリング５８で支持される（図４参照）。このように、減速機３９のアイドラシャフト３６の他端をモータカバー５６に支持したことにより、それを直接モータハウジング５１に支持する場合に比べてモータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を拡大することができる。

なぜならば、減速機３９のアイドラシャフト３６の他端を、モータカバー５６ではなくモータハウジング５１に支持すると、その支持部がモータ・ジェネレータＭＧと干渉するのを避けるには、メインシャフト１３の軸線と前記支持部との距離よりもモータ・ジェネレータＭＧの半径を小さくする必要があり、その分だけモータ・ジェネレータＭＧの外径寸法が小さくなるからである。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

車両の発進時には低回転で高トルクが得られるモータ・ジェネレータＭＧの駆動力が利用される。この場合、油圧多板クラッチ１９を係合解除してメインシャフト１３と駆動プーリ軸１８とを切り離し、エンジンＥの駆動力がベルト式無段変速機２１に伝達されないようにした状態でモータ・ジェネレータＭＧを駆動すると、モータ出力軸１７の回転が第１モータギヤ３５、第２モータギヤ３７、第３モータギヤ３８、カウンタシャフト２０、第１減速ギヤ３０、第２減速ギヤ３１、セカンダリシャフト２９、ファイナルドライブギヤ３２、ファイナルドリブンギヤ３４、ディファレンシャルギヤ３３および車軸４３，４３を介して後輪Ｗ，Ｗに伝達され、低回転で高トルクが得られるモータ・ジェネレータＭＧの駆動力で車両をスムーズに発進させ、あるいは低速領域での走行を可能にすることができる。

車両の発進が完了すると、油圧多板クラッチ１９を係合してメインシャフト１３に駆動プーリ軸１８を締結する。この状態でエンジンＥを駆動すると、クランクシャフト１１の回転がフライホイール付きダンパー１２、メインシャフト１３、油圧多板クラッチ１９、駆動プーリ軸１８、駆動プーリ２４、金属ベルト２８、従動プーリ２７、カウンタシャフト２０、第１減速ギヤ３０、第２減速ギヤ３１、セカンダリシャフト２９、ファイナルドライブギヤ３２、ファイナルドリブンギヤ３４、ディファレンシャルギヤ３３および車軸４３，４３を介して後輪Ｗ，Ｗに伝達されるため、エンジンＥの負荷および回転数に応じてベルト式無段変速機２１の変速比を制御することで、エンジンＥの燃料消費量を節減しながら中・高速領域での走行を可能にすることができる。

またエンジンＥでの走行時にモータ・ジェネレータＭＧを駆動すれば、エンジンＥの駆動力をモータ・ジェネレータＭＧの駆動力でアシストすることができ、またモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして機能させればエンジンＥの駆動力で発電することができる。更に、車両の減速時に油圧多板クラッチ１９を係合解除してエンジンＥを駆動輪Ｗ，Ｗから切り離せば、駆動輪Ｗ，Ｗから逆伝達される駆動力でモータ・ジェネレータＭＧを回生制動して車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

またモータ・ジェネレータＭＧを逆転駆動すれば、駆動力伝達経路４５を介して車両を後進走行させることができる。このように、車両の後進はバッテリでモータ・ジェネレータＭＧを逆転駆動することで行われるが、バッテリの残容量が少ないときには、油圧多板クラッチ１９を係合解除した状態でエンジンＥによりスタータモータＳＭを駆動し、スタータモータＳＭが発電した電力でモータ・ジェネレータＭＧを逆転駆動して車両を後進させることができる。

またモータ・ジェネレータＭＧによる走行中に油圧多板クラッチ１９を係合解除した状態でスタータモータＳＭを駆動すると、モータ出力軸４０、ドライブギヤ４１、ドリブンギヤ４２、メインシャフト１３およびフライホイール付きダンパー１２を介してクランクシャフト１１をクランキングし、エンジンＥを始動することができる。このとき、油圧多板クラッチ１９を係合解除しているので、モータ・ジェネレータＭＧあるいは車輪Ｗ、Ｗからの駆動力がスタータモータＳＭに逆伝達されるのを防止し、エンジンＥのスムーズな始動が可能になる。

次に、図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態はメインシャフト１３の軸線Ｌ１に対してモータ・ジェネレータＭＧの中空のモータ出力軸１７の軸線Ｌ２を距離αだけオフセットしたものである。そのオフセットの方向は、図２に矢印Ａで示すように、車軸４３，４３から遠ざかる方向とされる。

モータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を拡大しようとすると、モータ・ジェネレータＭＧがディファレンシャルギヤ３３のケーシングと干渉して拡大が困難になるが、モータ出力軸１７を車軸４３，４３から遠ざかる方向にオフセットすることで、モータ・ジェネレータＭＧの外径寸法を最大限に拡大し、同じ出力を得るためのモータ・ジェネレータＭＧの軸方向寸法を小型化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の変速機は実施の形態のベルト式無段変速機２１に限定されず、任意の構造の変速機が含まれる。

第１の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図 図１の２−２線矢視図 ハイブリッド車両のパワーユニットの縦断面図 図３のＡ部拡大図 図３のＢ部拡大図 図３のＣ部拡大図 第２の実施の形態に係るハイブリッド車両のパワーユニットの部分縦断面図

符号の説明

１１ クランクシャフト
１３ メインシャフト
１９ 油圧多板クラッチ（断接クラッチ）
２０ カウンタシャフト
２１ ベルト式無段変速機速機（変速機）
２２ 固定側プーリ半体
２３ 可動側プーリ半体
２４ 駆動プーリ
２５ 固定側プーリ半体
２６ 可動側プーリ半体
２７ 従動プーリ
２８ 金属ベルト
３９ 減速機
４１ ドライブギヤ（減速ギヤ）
４２ ドリブンギヤ（減速ギヤ）
４４ 第１駆動力伝達経路
４５ 第２駆動力伝達経路
５１ モータハウジング
５１ｂ モータ挿入部
５６ モータカバー（減速機支持部材）
Ｅ エンジン
Ｌ１ メインシャフトの軸線
Ｌ２ 電動モータの軸線
ＭＧ モータ・ジェネレータ（電動モータ）
ＳＭ スタータモータ（第２電動モータ）
Ｗ 車輪

Claims (5)

1. クランクシャフト（１１）を有するエンジン（Ｅ）と、
   前記クランクシャフト（１１）に同軸に結合されたメインシャフト（１３）および該メインシャフト（１３）に対して平行に配置されたカウンタシャフト（２０）を有する変速機（２１）と、
   前記エンジン（Ｅ）および前記変速機（２１）に挟まれた位置で前記メインシャフト（１３）の外周を囲むように配置された電動モータ（ＭＧ）と、
   前記エンジン（Ｅ）の駆動力を前記変速機（２１）を介して車輪（Ｗ）に伝達する第１駆動力伝達経路（４４）と、
   前記電動モータ（ＭＧ）の駆動力を減速機（３９）を介して車輪（Ｗ）に伝達する第２駆動力伝達経路（４５）とを備え、
   前記電動モータ（ＭＧ）を支持するモータハウジング（５１）は前記変速機（２１）側にモータ挿入部（５１ｂ）を備え、かつ前記減速機（３９）を支持する減速機支持部材（５６）を前記モータハウジング（５１）に固定したことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記電動モータ（ＭＧ）の軸線（Ｌ２）を前記メインシャフト（１３）の軸線（Ｌ１）に対してオフセットしたことを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記変速機（２１）は、固定側プーリ半体（２２）および可動側プーリ半体（２３）を有してメインシャフト（１３）上に配置された駆動プーリ（２４）と、固定側プーリ半体（２５）および可動側プーリ半体（２６）を有してカウンタシャフト（２０）上に配置された従動プーリ（２７）とに金属ベルト（２８）を巻き掛けたベルト式無段変速機速機よりなり、前記両固定側プーリ半体（２２，２５）および前記両可動側プーリ半体（２３，２６）は対角位置に配置され、前記エンジン（Ｅ）および前記変速機（２１）間の動力伝達を断接する断接クラッチ（１９）を前記メインシャフト（１３）上の前記駆動プーリ（２４）の固定側プーリ半体（２２）に隣接して配置したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記クランクシャフト（１１）と平行に配置された第２電動モータ（ＳＭ）を備え、前記第２電動機（ＳＭ）は減速ギヤ（４１，４２）を介して前記メインシャフト（１３）に接続されるとともに、前記減速ギヤ（４１，４２）は前記変速機（２１）を挟んで前記エンジン（Ｅ）と反対側に配置されることを特徴とする、請求項３に記載のハイブリッド車両。
5. 前記断接クラッチ（１９）を係合解除した状態で前記第２電動モータ（ＳＭ）を駆動して前記エンジン（Ｅ）を始動することを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド車両。

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