JP2008174118A - ハイブリッド車両のパワートレイン - Google Patents

Abstract

【課題】トランスミッションがニュートラルポジションにあっても回生発電をすることができるハイブリッド車両のパワートレインを提供する。
【解決手段】トランスミッション４の後部にニュートラルポジションを持たないレンジ変速機６０はメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の間に常時噛み合い式の第一、第二レンジギヤ列７５、７６がそれぞれ介装されるレンジカウンタシャフト７１を備え、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の結合時にアウトプットシャフト６１とレンジカウンタシャフト７１が切離されかつメインシャフト４３が第一レンジギヤ列７５を介してレンジカウンタシャフト７１と連動し、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の切離し時にアウトプットシャフト６１が第二レンジギヤ列７６を介してレンジカウンタシャフト７１と連動し、レンジカウンタシャフト７１にモータジェネレータ２の回転を伝達する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力源としてエンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッド車両のパワートレインの改良に関するものである。

従来、この種のハイブリッド車両のパワートレインとして、特許文献１に開示されたものは、エンジンとモータジェネレータの動力を変速して車輪の駆動系統に伝達するトランスミッションを備え、トランスミッションのカウンタシャフト（副軸）にモータジェネレータが連結されている。

モータジェネレータを電動機として駆動する力行時、モータジェネレータが発生する動力はトランスミッションのカウンタシャフトとギヤ列を介してアウトプットシャフトに伝達される。

モータジェネレータを発電機として作動させる回生時、車輪からトランスミッションのアウトプットシャフトに伝達される動力がギヤ列とカウンタシャフトを介してモータジェネレータに伝達され、モータジェネレータが車両の減速エネルギを吸収するリターダとして働く。
特表２００１−５１４４７９号公報 特開２０００−１４２１３８号公報 特開２００１−２３１１０７号公報 特開２００２−２２５５７８号公報 特開２００４−１１６３６２号公報 特開２００４−１５０４５０号公報 特開平５−２９４１６３号公報 特開平１０−２９１４２１号公報 特開２００５−８８７４６号公報

しかしながら、このような従来のハイブリッド車両のパワートレインにあっては、例えば車両が下り坂を走行する場合、トランスミッションの各ギヤ列が空転するニュートラルポジションに切替えられると、カウンタシャフトの回転が停止し、モータジェネレータが回生発電をすることができないという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トランスミッションがニュートラルポジションにあっても回生発電をすることができるハイブリッド車両のパワートレインを提供することを目的とする。

本発明では、動力源としてエンジンとモータジェネレータを備え、エンジンとモータジェネレータの動力を変速して車輪の駆動系統に伝達するトランスミッションを備えるハイブリッド車両のパワートレインにおいて、トランスミッションの後部にニュートラルポジションを持たないレンジ変速機を備え、このレンジ変速機はメインシャフトとアウトプットシャフトの間に常時噛み合い式の第一、第二レンジギヤ列がそれぞれ介装されるレンジカウンタシャフトを備え、メインシャフトとアウトプットシャフトの結合時にアウトプットシャフトとレンジカウンタシャフトが切離されかつメインシャフトが第一レンジギヤ列を介してレンジカウンタシャフトと連動し、メインシャフトとアウトプットシャフトの切離し時にアウトプットシャフトが第二レンジギヤ列を介してレンジカウンタシャフトと連動し、レンジカウンタシャフトにモータジェネレータの回転を伝達する構成とした。

本発明によると、例えば車両が下り坂を走行する場合、トランスミッションがニュートラルポジションに切替えられても、車輪の駆動系統の回転がアウトプットシャフトからレンジカウンタシャフトを介してモータジェネレータに伝えられ、モータジェネレータを回生発電させることができ、モータジェネレータが車両の減速エネルギを吸収し、ブレーキの負担を軽減できる。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両のパワートレインは、エンジン１、クラッチ３、トランスミッション４を備え、エンジン１の出力がクラッチ３を介してトランスミッション４のインプットシャフト４１に伝えられ、トランスミッション４のアウトプットシャフト６１の回転がプロペラシャフト５からデファレンシャルギヤ６及びドライブシャフト７を介して左右の車輪９に伝えられる。

内燃機関として設けられるエンジン１は、図示しない燃料噴射ポンプから供給される燃料がシリンダで燃焼し、シリンダで往復動するピストンを介してそのクランクシャフトを回転駆動する。エンジン制御ユニットはエンジン回転センサの検出信号や後述するハイブリッド制御ユニットからの要求情報信号に応じて燃料噴射ポンプからの燃料供給量を制御し、エンジン１の発生出力を調節する。エンジン１としては、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジン等が用いられる。

クラッチ３は図示しないクラッチブースタを介してクランクシャフト１０とトランスミッションインプットシャフト４１の結合、切離しを行う。クラッチブースタは運転者によって操作される図示しないクラッチペダルに連動するバルブを介してエア圧が制御されてクラッチ３を断接するとともに、ハイブリッド制御ユニットからの信号に応じて作動する図示しない電磁バルブを介してエア圧が制御されてクラッチ３を自動的に断接する。

トランスミッション４は運転者によって操作されるギヤチェンジレバー（図示せず）を介してその変速ギヤの切替えが手動で行われる。なお、これに限らずトランスミッション４はアクチュエータを介してその変速ギヤの切替えが自動的に行われるようにしても良い。

図２に示すように、トランスミッション４は複数の変速ギヤ列の切替えが行われるメイン変速機４０と、その後部に配置されハイレンジ、ローレンジの２段切り替えが行われるレンジ変速機６０とを備える。

メイン変速機４０は、インプットシャフト４１、メインシャフト４３、メインカウンタシャフト５１を備える。インプットシャフト４１とメインシャフト４３は同軸上に配置される。メインカウンタシャフト５１はインプットシャフト４１とメインシャフト４３と平行に延びかつ、その下方に配置される。

インプットシャフト４１には歯車４２が空転可能に連結され、メインシャフト４３には歯車４４〜４７が空転可能に連結され、メインカウンタシャフト５１には歯車５２〜５６が固定される。インプットシャフト４１の歯車４２とメインカウンタシャフト５１の歯車５２が噛み合うことによってメインドライブシフトギヤ列２１が設けられ、メインシャフト４３の各歯車４４〜４６とメインカウンタシャフト５１の各歯車５３〜５５がそれぞれ噛み合うことによって３つのシフトギヤ列２２〜２４が設けられ、メインカウンタシャフト５１の各歯車４７、４８とメインカウンタシャフト５１の歯車５６と歯車５７を介して後退シフトギヤ列２５が設けられる。

メイン変速機４０は、各シフト切替機構３１〜３４を介して各シフトポジションに切替えられると、各歯車４４〜４７の空転が選択的に止められることにより、所定のギヤ列が稼働してメインシャフト４３、メインカウンタシャフト５１が所定の変速比で回転する一方、ニュートラルポジションに切替えられることにより、各歯車４４〜４７が全て空転し、メインシャフト４３、メインカウンタシャフト５１の動力伝達が停止する。

レンジ変速機６０は、メインシャフト４３、アウトプットシャフト６１と平行に延びるレンジカウンタシャフト７１を備える。メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１は同軸上に配置される。レンジカウンタシャフト７１はメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１と平行に延びかつ、その下方に配置される。レンジカウンタシャフト７１はメインカウンタシャフト５１の後方に並ぶように配置される。

メインシャフト４３に歯車４９が固定され、アウトプットシャフト６１に歯車６２が空転可能に連結され、レンジカウンタシャフト７１に歯車７２、７３が固定され、メインシャフト４３の歯車４９とレンジカウンタシャフト７１の歯車７３が噛み合う第一レンジギヤ列７５が設けられるとともに、アウトプットシャフト６１の歯車６２とレンジカウンタシャフト７１の歯車７２が噛み合う第二レンジギヤ列７６が設けられる。

レンジ変速機６０は、ハイレンジ、ローレンジの２段切り替えを行うレンジ切替機構３５を備える。レンジ切替機構３５はメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の結合、切離しを行うとともに、アウトプットシャフト６１に対する歯車６２の切離し、結合を行い、ニュートラルポジションを持たない。

レンジ変速機６０のローレンジでは、レンジ切替機構３５がメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１を切離すとともに、アウトプットシャフト６１に対する歯車６２の空転を止めることにより、メインシャフト４３の回転が歯車４９→歯車７３→レンジカウンタシャフト７１→歯車７２→歯車６２→アウトプットシャフト６１の経路で１／３倍に減速して伝えられる。

レンジ変速機６０のハイレンジでは、レンジ切替機構３５がアウトプットシャフト６１に対して歯車６２を空転させ、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１を結合し、メインシャフト４３の回転がアウトプットシャフト６１に直接伝えられる。

そして本発明の要旨とするところであるが、ハイブリッド車両のパワートレインとして、電動機と発電機を兼ねるモータジェネレータ２を備え、このモータジェネレータ２の回転をレンジ変速機６０のレンジカウンタシャフト７１に伝達する構成とする。

モータジェネレータ２はトランスミッション４の下方に設けられ、遊星ギヤ機構８０を介してレンジカウンタシャフト７１と同軸上に配置される。

なお、トランスミッション４の側方には図示しないＰＴＯシャフトが設けられており、このＰＴＯシャフトからも動力が取り出されるようになっている。

遊星ギヤ機構８０は、その中心部に配置されたサンギヤ８２と、サンギヤ８２と同心状に配置されたリングギヤ８３と、サンギヤ８２及びリングギヤ８３に噛み合う複数のピニオンギヤ８４と、各ピニオンギヤ８４を支持したキャリヤ８５とを有する。サンギヤ８２にモータジェネレータ２のロータシャフト８が固定され、キャリヤ８５にレンジカウンタシャフト７１が固定される。これにより、遊星ギヤ機構８０は、モータジェネレータ２の駆動時にロータシャフト８の回転を１／４倍に減速してレンジカウンタシャフト７１に伝達し、モータジェネレータ２の回生発電時にレンジカウンタシャフト７１の回転を４倍に増速してロータシャフト８に伝達する。

モータジェネレータ２は例えば三相同期電動機または三相誘導電動機等の交流機であり、図示しないインバータによって駆動される。インバータは蓄電要素の直流充電電力を交流電力に変換してモータジェネレータ２へ供給するとともに、モータジェネレータ２の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電要素に充電する。蓄電要素は化学反応を用いた各種蓄電池や電気二重相キャパシタが用いられる。なお、モータジェネレータ２は交流機に限らず直流電動機を用い、ＤＣ／ＤＣコンバータによって駆動しても良い。

図示しないハイブリッド制御ユニットは、ブレーキスイッチ、アクセル開度センサ、クラッチ３のポジションセンサ、トランスミッション４のシフトポジションセンサ、トランスミッション４のアウトプットシャフト６１の回転センサ等の各検出信号を入力するとともに、エンジン制御ユニットからの情報信号に入力し、これらの信号に基づく運転条件に応じてインバータを介してモータジェネレータ２の作動を制御するとともに、エンジン制御ユニットに要求情報信号を出力してエンジン１の運転を制御する。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

モータジェネレータ２を電動機として駆動する力行時、モータジェネレータ２のロータシャフト８の動力は遊星ギヤ機構８０とレンジ変速機６０を介してアウトプットシャフト６１に伝達される。

この力行時にてレンジ変速機６０がローレンジにある場合、モータジェネレータ２のロータシャフト８の動力は遊星ギヤ機構８０→レンジ変速機６０のレンジカウンタシャフト７１→歯車７２→歯車６２を経てアウトプットシャフト６１に１／１２倍に減速して伝達される。

同じく力行時にてレンジ変速機６０がハイレンジにある場合、モータジェネレータ２のロータシャフト８の動力は遊星ギヤ機構８０→レンジ変速機６０のレンジカウンタシャフト７１→歯車７３→歯車４９→メインシャフト４３を経てアウトプットシャフト６１に１／４倍に減速して伝達される。

モータジェネレータ２を発電機として作動させる回生時、車輪からアウトプットシャフト６１に伝達される動力がレンジ変速機６０と遊星ギヤ機構８０を介してモータジェネレータ２のロータシャフト８に伝達され、モータジェネレータ２が車両の減速エネルギを吸収するリターダとして働く。

この回生時にてレンジ変速機６０がローレンジにある場合、アウトプットシャフト６１の動力が歯車６２→歯車７２→レンジカウンタシャフト７１→遊星ギヤ機構８０を経てモータジェネレータ２のロータシャフト８に１２倍に増速して伝達される。

同じく回生時にてレンジ変速機６０がハイレンジにある場合、アウトプットシャフト６１の動力がメインシャフト４３→歯車４９→歯車７３→レンジカウンタシャフト７１→遊星ギヤ機構８０を経てモータジェネレータ２のロータシャフト８に対して４倍に増速して伝達される。

図示しないハイブリッド制御ユニットは、レンジ変速機６０のレンジ切替え時にレンジ切替機構３５における噛み合い部どうしの回転速度を互いに近づけるようにモータジェネレータ２を駆動する制御を行う。

レンジ変速機６０にてローレンジからハイレンジへのレンジ切替え時、メインシャフト４３の回転速度をアウトプットシャフト６１の回転速度に近づけるようにモータジェネレータ２を減速駆動した状態で、レンジ切替機構３５を作動させてメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１を円滑に結合する。

レンジ変速機６０にてハイレンジからローレンジへのレンジ切替え時、アウトプットシャフト６１の回転速度に対して歯車６２の回転速度を近づけるようにモータジェネレータ２を増速駆動した状態で、レンジ切替機構３５を作動させてアウトプットシャフト６１に歯車６２を円滑に結合する。

以上のように、本実施形態では、動力源としてエンジン１とモータジェネレータ２を備え、エンジン１とモータジェネレータ２の動力を変速して車輪の駆動系統に伝達するトランスミッション４を備えるハイブリッド車両のパワートレインにおいて、トランスミッション４の後部にニュートラルポジションを持たないレンジ変速機６０を備え、このレンジ変速機６０はメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の間に常時噛み合い式の第一、第二レンジギヤ列７５、７６がそれぞれ介装されるレンジカウンタシャフト７１を備え、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の結合時にアウトプットシャフト６１とレンジカウンタシャフト７１が切離されかつメインシャフト４３が第一レンジギヤ列７５を介してレンジカウンタシャフト７１と連動し、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の切離し時にアウトプットシャフト６１が第二レンジギヤ列７６を介してレンジカウンタシャフト７１と連動し、レンジカウンタシャフト７１にモータジェネレータ２の回転を伝達する構成としたため、例えば車両が下り坂を走行する場合、トランスミッション４がニュートラルポジションに切替えられても、車輪の駆動系統の回転がアウトプットシャフト６１からレンジカウンタシャフト７１を介してモータジェネレータ２に伝えられ、モータジェネレータ２を回生発電させることができ、モータジェネレータ２が車両の減速エネルギを吸収し、ブレーキの負担を軽減できる。

また、本実施形態では、トランスミッション４はエンジン１の動力が伝達されるインプットシャフト４１と、インプットシャフト４１と同軸上に配置されるメインシャフト４３と、インプットシャフト４１及びメインシャフト４３と平行に配置されるメインカウンタシャフト５１と、インプットシャフト４１及びメインシャフト４３とメインカウンタシャフト５１との間にそれぞれ設けられるシフトギヤ列２１〜２５と、稼働するシフトギヤ列２１〜２５を切替えてインプットシャフト４１とメインシャフト４３との変速比を変えるシフト切替機構３１〜３４と、メインシャフト４３と同軸上に配置され動力を車輪の駆動系統に伝達するアウトプットシャフト６１と、メインシャフト４３及びアウトプットシャフト６１と平行に配置されるレンジカウンタシャフト７１と、メインシャフト４３及びアウトプットシャフト６１とレンジカウンタシャフト７１との間にそれぞれ設けられる第一、第二レンジギヤ列７５、７６と、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の結合、切離しを行うとともに、アウトプットシャフト６１に対する第二レンジギヤ列７６の切離し、結合を選択的に行うレンジ切替機構３５とを備え、モータジェネレータ２の回転をレンジカウンタシャフト７１に伝達する構成としたため、例えば車両が下り坂を走行する場合、トランスミッション４がニュートラルポジションに切替えられても、車輪の駆動系統の回転がアウトプットシャフト６１から第一レンジギヤ列７５または第二レンジギヤ列７６とレンジカウンタシャフト７１を介してモータジェネレータ２に伝えられ、モータジェネレータ２を回生発電させることができ、モータジェネレータ２が車両の減速エネルギを吸収し、ブレーキの負担を軽減できる。

そして、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１が結合するハイレンジより、メインシャフト４３とアウトプットシャフト６１が切離されレンジカウンタシャフト７１に設けられる第一、第二レンジギヤ列７５、７６が稼働するローレンジにて、モータジェネレータ２からアウトプットシャフト６１への減速比が大きくなるため、ハイレンジよりローレンジにてモータジェネレータ２からアウトプットシャフト６１に付与されるトルクを高められ、モータジェネレータ２に要求される出力が小さくなり、モータジェネレータ２の小型化がはかれる。

また、本実施形態では、モータジェネレータ２をレンジカウンタシャフト７１と同軸上に配置し、モータジェネレータ２の回転をレンジカウンタシャフト７１に減速して伝達する遊星ギヤ機構８０を備えたため、力行時、回生時に遊星ギヤ機構８０を介してモータジェネレータ２の回転速度が高められることにより、モータジェネレータ２に要求される出力が小さくなり、モータジェネレータ２の小型化がはかれる。

また、本実施形態では、レンジカウンタシャフト７１をメインシャフト４３及びアウトプットシャフト６１の下方に配置したため、モータジェネレータ２をＰＴＯシャフト等と干渉することなくトランスミッション４の後部下方に配置することが可能となり、パワープラントの大型化が抑えられる。

また、本実施形態では、レンジ切替機構３５が作動してメインシャフト４３とアウトプットシャフト６１の結合、切離しが行われるレンジ切替え時に、レンジ切替機構３５における各噛み合い部どうしの回転速度を互いに近づけるようにモータジェネレータ２を駆動する制御を行うため、レンジ切替機構３５が円滑に作動し、レンジ切替機構３５に摩擦力によって作動するシンクロメッシュ機構等を設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施形態を示すハイブリッド車両のパワートレインのパワートレインの側面レイアウト図。 同じくトランスミッションのスケルトン図。

符号の説明

１ エンジン
２ モータジェネレータ
４ トランスミッション
２１〜２５ シフトギヤ列
３１〜３４ シフト切替機構
３５ レンジ切替機構
４１ インプットシャフト
４３ メインシャフト
５１ メインカウンタシャフト
６１ アウトプットシャフト
７１ レンジカウンタシャフト
７５、７６ 第一、第二レンジギヤ列
８０ 遊星ギヤ機構

Claims (3)

1. 動力源としてエンジンとモータジェネレータを備え、前記エンジンと前記モータジェネレータの動力を変速して車輪の駆動系統に伝達するトランスミッションを備えるハイブリッド車両のパワートレインにおいて、
   前記トランスミッションの後部にニュートラルポジションを持たないレンジ変速機を備え、このレンジ変速機はメインシャフトとアウトプットシャフトの間に常時噛み合い式の第一、第二レンジギヤ列がそれぞれ介装されるレンジカウンタシャフトを備え、前記メインシャフトと前記アウトプットシャフトの結合時に前記アウトプットシャフトと前記レンジカウンタシャフトが切離されかつ前記メインシャフトが前記第一レンジギヤ列を介して前記レンジカウンタシャフトと連動し、前記メインシャフトと前記アウトプットシャフトの切離し時に前記アウトプットシャフトが前記第二レンジギヤ列を介して前記レンジカウンタシャフトが連動し、前記レンジカウンタシャフトに前記モータジェネレータの回転を伝達する構成としたことを特徴とするハイブリッド車両のパワートレイン。
2. 前記モータジェネレータを前記レンジカウンタシャフトと同軸上に配置し、前記モータジェネレータの回転を前記レンジカウンタシャフトに減速して伝達する遊星ギヤ機構を備え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のパワートレイン。
3. 前記レンジ切替機構が作動して前記メインシャフトと前記アウトプットシャフトの結合、切離しが行われるレンジ切替え時に、前記レンジ切替機構における各噛み合い部どうしの回転速度を互いに近づけるように前記モータジェネレータを駆動する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両のパワートレイン。

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