JP2008044517A

JP2008044517A - 動力伝達システム

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Publication number: JP2008044517A
Application number: JP2006221471A
Authority: JP
Inventors: Takao Watanabe; 隆男渡辺
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2006-08-15
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-15
Also published as: JP4853173B2

Abstract

【課題】エンジンの動力を変速機を介して負荷へ伝達することが可能な動力伝達システムにおいて、変速機の容量を低減するとともに動力伝達効率を向上させる。
【解決手段】エンジン１０の動力は変速機１４で変速されて駆動輪４０へ伝達され、スタータジェネレータ１６はエンジン１０からの動力を利用して電気エネルギーを生成する。モータジェネレータ２２はスタータジェネレータ１６が生成する電気エネルギーを利用して動力を発生し、モータジェネレータ２２の動力は減速機構２０で減速されて駆動輪４０へ伝達される。変速機１４のプライマリプーリ３０の回転中心軸がエンジン１０の回転中心軸と一致しており、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０がエンジン１０とプライマリプーリ３０との間に配置されていることで、スタータジェネレータ１６及びモータジェネレータ２２の最大トルクを増大させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと負荷の間で動力伝達を行う動力伝達システムに関する。

この種の動力伝達システムの関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、車両を駆動するための動力源として、内燃機関及び電動機が設けられている。内燃機関の動力は、トルクコンバータ及び前後進切替機構を介して無段変速機の入力軸に伝達され、無段変速機で変速されてから無段変速機の出力軸に伝達される。無段変速機の出力軸に伝達された動力は、無段変速機の出力軸とドライブシャフトとの間に配置された中間軸を介してドライブシャフト（駆動輪）へ伝達される。また、電動機は、電動機用変速装置を介して中間軸に連結されており、電動機の動力は、電動機用変速装置で変速されてから中間軸を介してドライブシャフト（駆動輪）へ伝達される。

その他にも、下記特許文献２〜４の動力伝達システムが開示されている。

特開平１０−３４１５０３号公報特許第３４８０３１６号公報特開２００５−５９７８７号公報特開２００５−５９７８８号公報

特許文献１において、変速機（無段変速機）の容量を低減するためには、電動機の最大トルクを増大させて内燃機関から変速機へ伝達される最大トルクを減少させることが望ましい。ただし、電動機の最大トルクを増大させると、電動機の外径も増大する。特許文献１においては、電動機及び電動機用変速装置を無段変速機の出力軸とドライブシャフトとの間の中間軸上に配置しているため、電動機の外径（最大トルク）を増大させることが困難であり、変速機の容量を低減することが困難である。

本発明は、エンジンの動力を変速機を介して負荷へ伝達することが可能な動力伝達システムにおいて、変速機の容量を低減するとともに動力伝達効率を向上させることを目的とする。

本発明に係る動力伝達システムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る動力伝達システムは、エンジンからの動力を変速機により変速して負荷へ伝達することが可能な第１動力伝達部と、エンジンからの動力を利用してエネルギーを生成する被動機と、被動機が生成するエネルギーを利用して動力を発生する原動機と、原動機からの動力を減速機構により減速して負荷へ伝達することが可能な第２動力伝達部と、を有し、変速機は、入力回転部材に伝達されたエンジンからの動力を変速して出力回転部材から負荷へ伝達し、変速機の入力回転部材の回転中心軸がエンジンの回転中心軸と一致しており、被動機、原動機、及び減速機構が、エンジンと変速機の入力回転部材との間に配置されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、被動機の回転中心軸、原動機の回転中心軸、及び伝達機構の中心軸が、エンジンの回転中心軸及び変速機の入力回転部材の回転中心軸と一致していることが好適である。

本発明の一態様では、原動機が被動機及び伝達機構よりもエンジン側に配置されていることが好適である。また、本発明の一態様では、被動機が原動機及び伝達機構よりもエンジン側に配置されていることが好適である。

本発明の一態様では、原動機の最大出力が被動機の最大出力と略等しく設定されていることが好適である。

本発明の一態様では、第１動力伝達部は、エンジン及び被動機と負荷との変速機を介した結合及びその解除を行うことが可能な断続機構を含むことが好適である。

本発明の一態様では、被動機は、エンジンからの動力を利用して電気エネルギーを生成する発電機であり、原動機は、発電機が生成する電気エネルギーを利用して動力を発生する電動モータであることが好適である。

本発明によれば、被動機の最大トルク及び原動機の最大トルクを増大させることができるので、エンジンから変速機へ伝達される最大トルクを減少させることができる。その結果、変速機の容量を低減するとともに動力伝達効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１，２は、本発明の実施形態に係る動力伝達システムを備えた動力出力システムの概略構成を示す図であり、図１は概念図を示し、図２は搭載図を示す。本実施形態に係る動力出力システムは、ハイブリッド型の動力出力システムであり、以下に説明するエンジン１０、変速機１４、スタータジェネレータ１６、減速機構２０、モータジェネレータ２２、電子制御装置４２、及びクラッチＣ１を備えている。そして、本実施形態に係る動力出力システムは、以下に説明するように、エンジン１０からの動力を変速機１４により変速して負荷へ伝達することが可能であるとともに、モータジェネレータ２２からの動力を変速機１４と別に設けられた減速機構２０により減速して負荷へ伝達することも可能である。なお、本実施形態に係る動力出力システムは、例えば車両の駆動に用いられるものである。

エンジン１０の発生する動力は、クラッチＣ１を介して変速機１４の入力軸２６へ伝達可能である。変速機１４は、入力軸２６に伝達された動力を変速して出力軸３６へ伝達する。変速機１４の出力軸３６に伝達された動力は、カウンタギア３８（中間軸３９）を介して車両の駆動輪４０へ伝達されることで、例えば車両の駆動等の負荷の駆動に用いられる。なお、エンジン１０の出力軸１０−１にはダンパ１１が設けられている。

図１，２では、変速機１４の一例として、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を示している。ベルト式無段変速機１４は、入力軸２６に連結されたプライマリプーリ（入力回転部材）３０、出力軸３６に連結されたセカンダリプーリ（出力回転部材）３２、及びプライマリプーリ３０とセカンダリプーリ３２とに巻き掛けられた無端ベルト３４を備えており、プライマリプーリ３０に伝達されたエンジン１０からの動力を変速してセカンダリプーリ３２からカウンタギア３８を介して駆動輪４０へ伝達する。そして、ベルト式無段変速機１４は、プライマリプーリ３０及びセカンダリプーリ３２への無端ベルト３４の掛かり径を例えば油圧力により変化させることで変速比γ（＝入力軸２６の回転速度／出力軸３６の回転速度）を変更する。ただし、ここでの変速機１４の種類は特に限定されるものではなく、例えばトロイダル式無段変速機であってもよい。

スタータジェネレータ１６は、エンジン１０の出力軸１０−１に連結されており、エンジン１０からの動力を利用して回転駆動されることで電気エネルギーを生成する回生運転（発電運転）を行うことが可能である。つまり、スタータジェネレータ１６は、発電機（被動機）の機能を有する。スタータジェネレータ１６の回生運転により生成された電気エネルギーは、バッテリ等の蓄電装置に蓄積される。さらに、スタータジェネレータ１６は、蓄電装置に蓄積された電気エネルギーを基に動力を発生して停止状態のエンジン１０を始動することも可能である。なお、スタータジェネレータ１６のトルクについては、電子制御装置４２により制御することができる。

減速機構２０は、サンギアＳ、キャリアＣＲ、及びリングギアＲを回転要素として有する遊星歯車機構（シングルピニオン遊星歯車）により構成されている。サンギアＳは、モータジェネレータ２２と結合されており、モータジェネレータ２２からのトルクが伝達可能である。キャリアＣＲは、カウンタギア３８（中間軸３９）を介して駆動輪４０及び変速機１４の出力軸３６と結合されている。リングギアＲは、ケーシング１５に固定されていることで、その回転が拘束されている。そのため、減速機構２０は、サンギアＳに伝達されたモータジェネレータ２２からのトルクを減速してキャリアＣＲからカウンタギア３８を介して駆動輪４０へ伝達する。

モータジェネレータ２２は、スタータジェネレータ１６が発生する電気エネルギーや蓄電装置に蓄積された電気エネルギーを利用して回転駆動されることで動力を発生してサンギアＳへ出力する力行運転を行うことが可能である。さらに、モータジェネレータ２２は、サンギアＳに伝達された動力を基に電気エネルギーを生成する回生運転（発電運転）を行うことも可能である。このように、モータジェネレータ２２は、電動モータ（原動機）及び発電機（被動機）の両方の機能を有する。モータジェネレータ２２の回生運転により生成された電気エネルギーは、蓄電装置に蓄積される。なお、モータジェネレータ２２のトルクについては、電子制御装置４２により制御することができる。また、モータジェネレータ２２の最大出力は、スタータジェネレータ１６の最大出力と等しく（あるいはほぼ等しく）設定されている。

クラッチＣ１は、その係合／解放により、エンジン１０の出力軸１０−１及びスタータジェネレータ１６と変速機１４の入力軸２６（プライマリプーリ３０）との結合及びその解除を行うことが可能である。このクラッチＣ１により、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６と駆動輪４０との変速機１４を介した結合及びその解除を行うことが可能である。ここで、動力断続機構として機能するクラッチＣ１は、例えば油圧力や電磁力を利用してその係合／解放を切り替えることが可能である。なお、図１，２は、クラッチＣ１が湿式多板クラッチ等の摩擦クラッチである例を示しており、クラッチＣ１に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチＣ１の締結力を調整することもできる。

図１に示すように、変速機１４のプライマリプーリ３０の回転中心軸は、エンジン１０の回転中心軸と一致している。そして、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０が、プライマリプーリ３０の回転中心軸方向に沿って並んで配置された状態で、ケーシング１５内、より具体的にはエンジン１０とプライマリプーリ３０との間の空間内に収容されている。スタータジェネレータ１６の回転中心軸、モータジェネレータ２２の回転中心軸、及び減速機構２０の中心軸は、プライマリプーリ３０の回転中心軸及びエンジン１０の回転中心軸と一致している。図１，２では、モータジェネレータ２２がスタータジェネレータ１６及び減速機構２０よりもエンジン１０側に配置されており、減速機構２０がモータジェネレータ２２とスタータジェネレータ１６との間に配置されている。つまり、エンジン１０側からプライマリプーリ３０側へ、モータジェネレータ２２、減速機構２０、スタータジェネレータ１６の順に配置されている。クラッチＣ１は、スタータジェネレータ１６とプライマリプーリ３０との間に配置されている。

電子制御装置４２は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、を備える。この電子制御装置４２には、図示しない各センサにより検出されたスロットル開度を示す信号、エンジン１０（スタータジェネレータ１６）の回転速度を示す信号、変速機１４の出力軸回転速度を示す信号、及びモータジェネレータ２２の回転速度を示す信号等が入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御装置４２からは、変速機１４の変速比γを制御するための変速制御信号、エンジン１０の運転状態を制御するためのエンジン制御信号、スタータジェネレータ１６の運転状態を制御するためのジェネレータ制御信号、モータジェネレータ２２の運転状態を制御するためのモータ制御信号、及びクラッチＣ１の係合状態を制御するためのクラッチ制御信号等が出力ポートを介して出力されている。

以上のように構成された本実施形態に係る動力出力システムにおいては、エンジン１０からの動力をクラッチＣ１及び変速機１４を介して駆動輪４０へ伝達することが可能な第１動力伝達経路と、モータジェネレータ２２からの動力を減速機構２０を介して（減速機構２０により減速して）駆動輪４０へ伝達することが可能な第２動力伝達経路と、が設けられている。

次に、本実施形態に係る動力出力システムの動作、特に、負荷（車両）を駆動する動作について説明する。なお、以下の説明において、減速機構２０のサンギアＳの回転方向については、車両が前進するときの回転方向を正転方向とし、車両が後退するときの回転方向を逆転方向とする。

まずエンジン１０の動力を駆動輪４０へ伝達させずにモータジェネレータ２２の動力により車両を駆動するＥＶ走行を行う場合の動作について説明する。このＥＶ走行を行う場合、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を解放状態に制御することで、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６と駆動輪４０との変速機１４を介した結合が解除された状態に制御する。その状態で、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルクＴ_mgを制御することで、モータジェネレータ２２と駆動輪４０の間で伝達される動力を制御するＥＶ走行制御を実行する。

モータジェネレータ２２の動力により車両を前進方向に駆動するときは、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに正転方向のトルクＴ_mgを作用させる。これによって、モータジェネレータ２２の力行運転が行われ、モータジェネレータ２２の動力が減速機構２０により減速されて駆動輪４０に伝達される。一方、車両の運動エネルギーを回生するとき（車両の減速運転時）は、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに逆転方向のトルクＴ_mgを作用させる。これによって、モータジェネレータ２２の回生運転が行われ、駆動輪４０の動力が減速機構２０を介してモータジェネレータ２２に伝達されてモータジェネレータ２２の発電電力に変換される。なお、電子制御装置４２は、例えば図示しないセンサにより検出された車両のアクセルペダルの操作量やブレーキペダルの操作量に基づいて、車両の運動エネルギーが回生されるときか否か（車両の減速運転時であるか否か）を判定することができる。

電子制御装置４２は、ＥＶ走行制御を実行するときには、図３に示すように、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６の運転を停止した状態で、モータジェネレータ２２と駆動輪４０の間で伝達される動力を制御することができる。あるいは、電子制御装置４２は、ＥＶ走行制御を実行するときには、スタータジェネレータ１６によりエンジン１０を始動した後に、スタータジェネレータ１６の回生運転によりエンジン１０からスタータジェネレータ１６へ伝達される動力を制御するとともに、モータジェネレータ２２と駆動輪４０の間で伝達される動力を制御することもできる。この動力制御によって、図４に示すように、エンジン１０の動力をスタータジェネレータ１６の発電電力に変換することができ、この発電電力を用いてモータジェネレータ２２の力行運転を行うことで、モータジェネレータ２２の動力を駆動輪４０へ伝達することができる。

ここでは、例えばバッテリのＳＯＣ等の蓄電装置の充電状態に基づいて、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６の運転を行うか否かを選択することができる。より具体的には、電子制御装置４２は、ＥＶ走行制御を実行する場合にバッテリのＳＯＣ（蓄電装置の充電状態）が設定量以上であるときは、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６の運転を停止する方を選択する。一方、電子制御装置４２は、ＥＶ走行制御を実行する場合にバッテリのＳＯＣが設定量よりも低いときは、エンジン１０の運転を行うとともにスタータジェネレータ１６の回生運転を行う方を選択する。これによって、蓄電装置の充電状態（バッテリのＳＯＣ）を適正範囲内に保つようにＥＶ走行を行うことができる。また、バッテリのＳＯＣが低い場合でもＥＶ走行を行うことができる。なお、バッテリのＳＯＣについては、例えば図示しないセンサにより検出されたバッテリの電流及びバッテリの電圧に基づいて推定することができる。

次に、変速機１４を介してエンジン１０と駆動輪４０の間で動力伝達を行う場合の動作について説明する。その場合、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を係合状態に制御することで、エンジン１０及びスタータジェネレータ１６と駆動輪４０とが変速機１４を介して結合された状態に制御する。これによって、エンジン１０の動力が変速機１４により変速されてから駆動輪４０へ伝達され、エンジン１０の動力により車両を駆動することができる。

また、本実施形態に係る動力出力システムにおいては、エンジン１０の動力により車両を駆動するときに、モータジェネレータ２２の動力により車両の駆動をアシストすることもできる。その場合、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を係合状態に制御することで、変速機１４を介してエンジン１０と駆動輪４０の間で動力伝達を行う。その状態で、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルクＴ_mgを制御することで、モータジェネレータ２２と駆動輪４０の間で伝達される動力を制御する動力補助制御を実行する。この動力補助制御の実行時には、電子制御装置４２は、エンジン１０の動力が高効率運転可能な所定値になるようにエンジン１０の運転状態を制御するとともに、車両（負荷）の要求動力とエンジン１０の動力との偏差をモータジェネレータ２２の動力により補償することができる。

エンジン１０の動力により車両を前進方向に駆動するときに車両の要求動力がエンジン１０の動力より大きい場合は、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに正転方向のトルクＴ_mgを作用させる。これによって、モータジェネレータ２２の力行運転が行われ、図５に示すように、モータジェネレータ２２の動力が減速機構２０により減速されて駆動輪４０に伝達される。それとともに、図５に示すように、エンジン１０の動力が変速機１４により変速されて駆動輪４０に伝達される。一方、車両の要求動力がエンジン１０の動力より小さい場合は、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに逆転方向のトルクＴ_mgを作用させる。これによって、モータジェネレータ２２の回生運転が行われ、駆動輪４０の動力が減速機構２０を介してモータジェネレータ２２に伝達されてモータジェネレータ２２の発電電力に変換される。

また、車両の運動エネルギーを回生するとき（車両の減速運転時）にも、電子制御装置４２は、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに逆転方向のトルクＴ_mgを作用させる。これによって、モータジェネレータ２２の回生運転が行われ、図６に示すように、駆動輪４０の動力が減速機構２０を介してモータジェネレータ２２に伝達されてモータジェネレータ２２の発電電力に変換される。それとともに、スタータジェネレータ１６の回生運転を行うことで、図６に示すように、駆動輪４０の動力が変速機１４を介してスタータジェネレータ１６に伝達されてスタータジェネレータ１６の発電電力に変換される。なお、車両の運動エネルギーを回生するときには、クラッチＣ１を解放することもできる。その場合は、モータジェネレータ２２の回生運転を行うことで、図７に示すように、駆動輪４０の動力が減速機構２０を介してモータジェネレータ２２に伝達されてモータジェネレータ２２の発電電力に変換される。

また、電子制御装置４２は、動力補助制御の実行時には、スタータジェネレータ１６の回生運転によりエンジン１０からスタータジェネレータ１６へ伝達される動力（スタータジェネレータ１６の発電電力）を制御することで、エンジン１０から変速機１４へ伝達される動力を制御するとともに、モータジェネレータ２２と駆動輪４０の間で伝達される動力を制御することもできる。この動力制御によって、図８に示すように、エンジン１０の動力をスタータジェネレータ１６の発電電力と変速機１４へ伝達される動力とに分配することができるとともに、スタータジェネレータ１６の発電電力を用いてモータジェネレータ２２の力行運転を行うことで、モータジェネレータ２２の動力を駆動輪４０へ伝達することができる。つまり、エンジン１０と駆動輪４０の間で動力伝達を行うときに、変速機１４を介して伝達される動力とスタータジェネレータ１６及びモータジェネレータ２２を介して伝達される動力の配分を制御することができる。

変速機１４の最大トルク伝達容量を低減してエンジン１０の最大トルクより小さく設定した場合において、エンジン１０から変速機１４に伝達されるトルクが変速機１４の最大トルク伝達容量を超えるときは、変速機１４に滑りが発生することになる。そこで、電子制御装置４２は、動力補助制御を実行するときには、エンジン１０から変速機１４に伝達されるトルクが変速機１４の最大トルク伝達容量（所定量）を超えないように、スタータジェネレータ１６のトルクＴ_geを制御することが好ましい。より具体的には、電子制御装置４２は、エンジン１０のトルクＴｅが変速機１４の最大トルク伝達容量より大きいと判定したときは、エンジン１０から変速機１４に伝達されるトルクＴｅ−Ｔ_geが変速機１４の最大トルク伝達容量を下回るようにスタータジェネレータ１６のトルク（回生トルク）Ｔ_geを制御することが好ましい。そして、スタータジェネレータ１６の回生トルクＴ_geによる駆動輪４０への伝達トルクの低下分をモータジェネレータ２２の力行トルクＴ_mgにより補償する。

また、本実施形態に係る動力出力システムにおいて、停止状態の車両を前進方向に駆動する（停止状態の駆動輪４０を正転方向に駆動する）発進動作を行うときは、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を解放した状態で、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに正転方向のトルクＴ_mgを作用させることで、車両を前進方向に発進させる。

なお、電子制御装置４２は、発進動作を実行するときには、エンジン１０の運転を停止した状態でモータジェネレータ２２のトルク制御を行うことができる。あるいは、電子制御装置４２は、発進動作を実行するときには、エンジン１０の運転が行われている状態でモータジェネレータ２２のトルク制御を行うこともできる。ここでは、例えば駆動輪４０の要求トルクに基づいて、エンジン１０の運転を行うか否かを選択することができる。より具体的には、電子制御装置４２は、発進動作を実行する場合に駆動輪４０の要求トルクが設定値以下のときは、エンジン１０の運転を停止する方を選択する。一方、電子制御装置４２は、発進動作を実行する場合に駆動輪４０の要求トルクが設定値よりも大きいときは、エンジン１０の運転を行う方を選択する。これによって、モータジェネレータ２２の電流が増大する場合に、エンジン１０の動力を利用してスタータジェネレータ１６による発電を行うことができ、蓄電装置の充電状態（バッテリのＳＯＣ）の低下を抑えることができる。また、車両の急発進時に、ＥＶ走行からエンジン１０の動力を用いた走行に速やかに切り替えることができる。なお、駆動輪４０の要求トルクについては、例えば図示しないセンサにより検出されたアクセル開度から設定することができる。また、電子制御装置４２は、エンジン１０の運転が行われている状態で、クラッチＣ１の締結力を徐々に増大させてエンジン１０のトルクを変速機１４を介して駆動輪４０へ伝達することによっても、発進動作を行うことが可能である。

また、本実施形態に係る動力出力システムにおいて、車両を後退させるリバース走行動作を行うときは、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を解放した状態で、モータジェネレータ２２のトルク制御によりサンギアＳに逆転方向のトルクＴ_mgを作用させることで、車両を後退させる。

また、本実施形態に係る動力出力システムにおいて、停止状態のエンジン１０を始動するエンジン始動動作を実行するときは、電子制御装置４２は、クラッチＣ１を解放した状態で、スタータジェネレータ１６の力行運転によりスタータジェネレータ１６の動力をエンジン１０へ伝達することで、エンジン１０のクランキングを行う。エンジン１０のクランキング時には、クラッチＣ１の解放により起震源のエンジン１０と振動要素を有するギア列とが切り離されているため、エンジン１０のクランキング時の振動・騒音を低減することができる。なお、このエンジン始動動作については、車両停止時に行うこともできるし、車両走行時（ＥＶ走行時）に行うこともできる。

以上説明した本実施形態においては、エンジン１０と駆動輪４０の間で動力伝達を行うときに、スタータジェネレータ１６の回生運転により、変速機１４を介して伝達される動力とスタータジェネレータ１６及びモータジェネレータ２２を介して伝達される動力の配分を制御することができる。そのため、エンジン１０から変速機１４へ伝達される最大トルクを減少させることができ、変速機１４の最大トルク伝達容量の低減及び動力伝達効率の向上を図ることができる。さらに、スタータジェネレータ１６の最大出力をモータジェネレータ２２の最大出力と等しく（あるいはほぼ等しく）設定することで、スタータジェネレータ１６の発電電力をモータジェネレータ２２の動力に効率よく用いることができる。

また、変速機１４の最大トルク伝達容量を低減する効果を向上させるためには、スタータジェネレータ１６の最大トルク（最大回生トルク）及びモータジェネレータ２２の最大トルクを増大させて、エンジン１０から変速機１４へ伝達される最大トルクを減少させることが望ましい。ただし、スタータジェネレータ１６の最大トルク及びモータジェネレータ２２の最大トルクを増大させると、スタータジェネレータ１６の外径及びモータジェネレータ２２の外径も増大するため、システムの大型化を招きやすくなる。また、減速機構２０の中心軸をモータジェネレータ２２の回転中心軸からずらして配置すると、モータジェネレータ２２と減速機構２０との間の動力伝達効率が低下しやすくなる。これに対し、変速機１４の入力軸２６上や出力軸３６上は、プライマリプーリ３０やセカンダリプーリ３２がすでに配置され、その外径がすでに同軸上の径方向の面積を占有しているため、新たにスタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０を配置することによる搭載性悪化は相対的に低い。ただし、変速機１４の出力軸３６には増幅されたトルクが伝達されるため、変速機１４の出力軸３６側に設けるベアリングやギアについては、その幅を増大させる必要がある。そのため、変速機１４の出力軸３６上にスタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０を配置すると、出力軸３６方向の長さが大幅に増大する。

そこで、本実施形態では、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０を、それらの中心軸をプライマリプーリ３０の回転中心軸及びエンジン１０の回転中心軸と一致させた状態で、エンジン１０とプライマリプーリ３０との間の空間内に配置している。この配置によって、モータジェネレータ２２と減速機構２０との間の動力伝達効率を向上させることができるとともに、スタータジェネレータ１６の外径（最大トルク）及びモータジェネレータ２２の外径（最大トルク）を増大させることができる。そのため、変速機１４の最大トルク伝達容量を低減する効果を向上させることができ、変速機１４の軸方向長さを低減することができる。さらに、変速機１４の入力軸２６方向の長さを大幅に増大させることなく、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０をケーシング１５内に収容することができる。このように、本実施形態によれば、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０の搭載性を悪化させることなく、スタータジェネレータ１６の最大トルク及びモータジェネレータ２２の最大トルクを増大させることができ、変速機１４の最大トルク伝達容量を低減する効果を向上させることができる。その結果、システムの小型化を図ることができる。さらに、モータジェネレータ２２をスタータジェネレータ１６及び減速機構２０よりもエンジン１０側に配置することで、モータジェネレータ２２の外径をさらに増大させることができ、モータジェネレータ２２の最大トルクをさらに増大させることができる。

また、本実施形態においては、クラッチＣ１を解放した状態で、エンジン１０の動力を駆動輪４０へ伝達させずにモータジェネレータ２２の動力により車両を駆動するＥＶ走行を行うことができる。さらに、ＥＶ走行の際には、エンジン１０の動力を利用してスタータジェネレータ１６の発電運転を行うことで、バッテリのＳＯＣが低い場合でもＥＶ走行を行うことができる。さらに、本実施形態では、モータジェネレータ２２の最大トルクを増大させることができるとともにモータジェネレータ２２の動力を減速機構２０で減速して駆動輪４０へ伝達することができるので、ＥＶ走行時に車両（駆動輪４０）の駆動力を十分に確保することができる。さらに、発進動作時にもモータジェネレータ２２により車両の駆動力を十分に確保することができるので、トルクコンバータ等の発進装置をエンジン１０と変速機１４との間に設ける必要がなくなる。さらに、リバース走行動作時にもモータジェネレータ２２により車両の駆動力を十分に確保することができるので、エンジン１０のトルクの方向を逆転させるか否かを切り替える前後進切替機構をエンジン１０と変速機１４との間に設ける必要がなくなる。その結果、システムの小型化を図ることができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図９，１０は、図１，２と比較して、クラッチＣ１がドッグクラッチやシンクロクラッチ等の歯の噛み合いによって係合を行う噛み合いクラッチである例を示し、図９は概念図を示し、図１０は搭載図を示す。この構成例では、クラッチＣ１を小型化することができ、クラッチＣ１の搭載性を向上させることができる。さらに、クラッチＣ１の解放時の引き摺り損失を低減することができる。

また、図１１に示す構成例では、図１，２に示す構成例と比較して、スタータジェネレータ１６がモータジェネレータ２２及び減速機構２０よりもエンジン１０側に配置されており、減速機構２０がスタータジェネレータ１６とモータジェネレータ２２との間に配置されている。つまり、エンジン１０側からプライマリプーリ３０側へ、スタータジェネレータ１６、減速機構２０、モータジェネレータ２２の順に配置されている。クラッチＣ１は、モータジェネレータ２２とプライマリプーリ３０との間に配置されている。この構成例によれば、スタータジェネレータ１６の外径をさらに増大させることができ、スタータジェネレータ１６の最大トルクをさらに増大させることができる。また、図１２は、図１１と比較して、クラッチＣ１に噛み合いクラッチを用いた例を示す。

また、図１３は、図１，２と比較して、変速機１４がトロイダル式無段変速機（ＣＶＴ）である例を示す。トロイダル式無段変速機１４は、入力軸２６に連結された入力ディスク（入力回転部材）３１、出力軸３６に連結された出力ディスク（出力回転部材）３３、及び入出力ディスク３１，３３間に挟持されたローラ３５を備えており、ローラ３５の入出力ディスク３１，３３への接触径比ｒ１／ｒ２（ローラ傾転角）を変化させることで変速比γを変更する。入力ディスク３１の回転中心軸は、エンジン１０の回転中心軸と一致している。そして、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０が、エンジン１０と入力ディスク３１との間の空間内に、入力ディスク３１の回転中心軸方向に沿って並んで配置されている。スタータジェネレータ１６の回転中心軸、モータジェネレータ２２の回転中心軸、及び減速機構２０の中心軸は、入力ディスク３１の回転中心軸及びエンジン１０の回転中心軸と一致している。図１３では、スタータジェネレータ１６がモータジェネレータ２２及び減速機構２０よりもエンジン１０側に配置されており、減速機構２０がスタータジェネレータ１６とモータジェネレータ２２との間に配置されている。つまり、エンジン１０側からプライマリプーリ３０側へ、スタータジェネレータ１６、減速機構２０、モータジェネレータ２２の順に配置されている。クラッチＣ１は、モータジェネレータ２２と入力ディスク３１との間に配置されている。変速機１４がトロイダル式無段変速機である場合でも、スタータジェネレータ１６、モータジェネレータ２２、及び減速機構２０の搭載性を悪化させることなく、スタータジェネレータ１６の最大トルク（外径）及びモータジェネレータ２２の最大トルク（外径）を増大させることができ、変速機１４の最大トルク伝達容量を低減することができる。また、図１４に示す構成例では、図１３に示す構成例と比較して、スタータジェネレータ１６がモータジェネレータ２２及び減速機構２０よりもエンジン１０側に配置されており、減速機構２０がスタータジェネレータ１６とモータジェネレータ２２との間に配置されている。つまり、エンジン１０側からプライマリプーリ３０側へ、スタータジェネレータ１６、減速機構２０、モータジェネレータ２２の順に配置されている。クラッチＣ１は、モータジェネレータ２２とプライマリプーリ３０との間に配置されている。

以上説明した実施形態においては、電動モータ（原動機）及び発電機（被動機）として機能するモータジェネレータ２２の代わりに、油圧モータ（原動機）及び油圧ポンプ（被動機）として機能する油圧ポンプモータを設け、発電機（被動機）として機能するスタータジェネレータ１６の代わりに、油圧ポンプ（被動機）として機能する油圧スタータポンプを設けることもできる。ここでの油圧スタータポンプは、エンジン１０からの動力を利用して回転駆動されることで作動油のエネルギーを生成することが可能であり、油圧スタータポンプにより生成された作動油のエネルギーは、アキュムレータに蓄積される。さらに、油圧スタータポンプは、アキュムレータに蓄積された作動油のエネルギーを基に動力を発生して停止状態のエンジン１０を始動することも可能である。また、油圧ポンプモータは、油圧スタータポンプが発生する作動油のエネルギーやアキュムレータに蓄積された作動油のエネルギーを利用して回転駆動されることで動力を発生して減速機構２０へ出力することが可能である。さらに、油圧ポンプモータは、減速機構２０から伝達された動力を基に作動油のエネルギーを生成してアキュムレータに蓄積することも可能である。そして、油圧ポンプモータの最大出力は、油圧スタータポンプの最大出力と等しく（あるいはほぼ等しく）設定されている。ここでの油圧ポンプモータ及び油圧スタータポンプとしては、可変容量式のものを用いることができる。そして、電子制御装置４２は、油圧ポンプモータの容量及び油圧スタータポンプの容量をそれぞれ制御することで、油圧ポンプモータのトルク及び油圧スタータポンプのトルクをそれぞれ制御することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態に係る動力出力システムの概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの動作を説明する図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。実施形態に係る動力出力システムの他の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０エンジン、１４変速機、１５ケーシング、１６スタータジェネレータ、２０減速機構、２２モータジェネレータ、２６入力軸、３０プライマリプーリ、３１入力ディスク、３２セカンダリプーリ、３３出力ディスク、３４無端ベルト、３５ローラ、３６出力軸、４０駆動輪、４２電子制御装置、Ｃ１クラッチ、ＣＲキャリア、Ｒリングギア、Ｓサンギア。

Claims

エンジンからの動力を変速機により変速して負荷へ伝達することが可能な第１動力伝達部と、
エンジンからの動力を利用してエネルギーを生成する被動機と、
被動機が生成するエネルギーを利用して動力を発生する原動機と、
原動機からの動力を減速機構により減速して負荷へ伝達することが可能な第２動力伝達部と、
を有し、
変速機は、入力回転部材に伝達されたエンジンからの動力を変速して出力回転部材から負荷へ伝達し、
変速機の入力回転部材の回転中心軸がエンジンの回転中心軸と一致しており、
被動機、原動機、及び減速機構が、エンジンと変速機の入力回転部材との間に配置されている、動力伝達システム。
請求項１に記載の動力伝達システムであって、
被動機の回転中心軸、原動機の回転中心軸、及び伝達機構の中心軸が、エンジンの回転中心軸及び変速機の入力回転部材の回転中心軸と一致している、動力伝達システム。
請求項１または２に記載の動力伝達システムであって、
原動機が被動機及び伝達機構よりもエンジン側に配置されている、動力伝達システム。
請求項１または２に記載の動力伝達システムであって、
被動機が原動機及び伝達機構よりもエンジン側に配置されている、動力伝達システム。
請求項１〜４のいずれか１に記載の動力伝達システムであって、
原動機の最大出力が被動機の最大出力と略等しく設定されている、動力伝達システム。
請求項１〜５のいずれか１に記載の動力伝達システムであって、
第１動力伝達部は、エンジン及び被動機と負荷との変速機を介した結合及びその解除を行うことが可能な断続機構を含む、動力伝達システム。
請求項１〜６のいずれか１に記載の動力伝達システムであって、
被動機は、エンジンからの動力を利用して電気エネルギーを生成する発電機であり、
原動機は、発電機が生成する電気エネルギーを利用して動力を発生する電動モータである、動力伝達システム。