JP2010260438A - パラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構 - Google Patents

パラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明はスムーズなモータとエンジンの入出力動力の混合，分離を可能とし、併せて入出力動力の混合，分離機構の強度を十分に確保して、大型ハイブリッド車への適用を可能としたパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構を提供することを目的とする。
【解決手段】 メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸系と別体に回転可能な前記モータ／発電機のモータ出力軸と、モータ出力軸の一端側に装着され、モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸系との間に装着され、モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，エンジン駆動軸系に設けられ、サンギヤとのギヤ比が１対１とされたアウターギヤ，サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリアとからなる遊星ギヤ機構と、プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車の動力伝達機構に係り、詳しくはエンジンとモータ／発電機の動力を併用するパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構に関する。
非特許文献１に開示されるように、昨今、トラック等の商用車に於て、エンジンの負荷を下げて燃費の向上を図るため、発進時や登坂路走行時等、エンジンに負荷がかかる走行時にモータの助力を借りるパラレル式のハイブリッドシステムが提案されている。
図６に示すように前記ハイブリッドシステムの駆動系の配列は、エンジン１，メインクラッチ（単板クラッチ）３，モータ（モータ／発電機）５，変速機７，終減速機９の順に、総て同軸上に配置されている。そして、メインクラッチ３から変速機７に繋がるエンジン駆動軸系１１にモータ５のロータ１３が取り付き、トランスミッション７とファイナルギヤ９との間に推進軸１５が連結されている。
而して、前記ハイブリッドシステムは、クラッチ３を切った状態でモータ５の駆動力だけで発進し、規定車速（約５〜６ｋｍ／ｈ前後）でエンジン１とモータ５の回転を同期させ、クラッチ３が接続されてエンジン１のみで走行を開始する。
そして、登坂路等、負荷のかかる走行時は、アクセルペダルの踏込み量に応じてエンジン１とモータ５を併用した高出力走行に入り、減速・制動時は、状況に応じてクラッチ３を切断し、モータ５を逆作用させてエンジンブレーキ相当の回生ブレーキをかけ、回生エネルギーをバッテリに貯蔵する構成となっている。
しかし、前記ハイブリッドシステムの動力伝達機構は、エンジン１の駆動力のみで走行する場合、ロータ１３に装着した磁石の影響で機械的損失が発生してしまう欠点がある。また、斯かる負荷損失を打ち消すためにモータ５のステータ１７に電気を流すと、新たに電気的損失が発生することとなる。
一方、このような損失を低減するハイブリッドシステムの動力伝達機構として、図７に示すようにモータ出力軸１９をエンジン駆動軸系１１と別体に構成して、該モータ出力軸１９とエンジン駆動軸系１１との間にドッグクラッチからなるクラッチ機構２１を装着した技術が非特許文献２に開示されている。
(株)鉄道日本社発行「月刊自動車工学」２００６年１０月号 いすゞ自動車(株)発行「いすゞ技報」２００５年１１３号
しかし、前記クラッチ機構２１を構成するドッグクラッチの接，断をスムーズに行うためには、精度の高い複雑な回転数同期制御が必要となる。
また、図７のハイブリッドシステムの動力伝達機構は、２〜３トン積みの小型トラックへの装着を想定したもので、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用には、ドッグクラッチの強度不足や耐久性の不足が懸念されている。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、スムーズなモータとエンジンの入出力動力の混合，分離を可能とし、併せて入出力動力の混合，分離機構の強度を十分に確保して、積載量１０トンを超える大型ハイブリッド車への適用を可能としたパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構を提供することを目的とする。
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、エンジン，メインクラッチ，モータ／発電機，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータ／発電機の動力を併用するパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構であって、前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸系と別体に回転可能な前記モータ／発電機のモータ出力軸と、前記モータ出力軸の一端側に装着され、該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸系との間に装着され、前記モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸系に設けられ、前記サンギヤとのギヤ比が１対１とされたアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリアとからなる遊星ギヤ機構と、前記プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備え、前記メインクラッチとギヤブレーキを固定とし、モータブレーキを解放とすることで、モータ／発電機の駆動力が遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸系に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、前記メインクラッチとモータブレーキを解放とし、ギヤブレーキを固定とすることで、モータ／発電機の駆動力のみがエンジン駆動軸系から変速機に伝達されると共に、車両制動時にモータ／発電機が逆作用して回生ブレーキがかかり、前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、ギヤブレーキを解放とすることで、エンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸系から変速機に伝達されることを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、モータ／発電機の非作動時に、モータ出力軸が固定されて回転しないため、従来に比し機械的損失，電気的損失を低減でき、エンジンの負荷が軽減して燃費が向上する利点を有する。
また、モータ出力軸とエンジン駆動軸系との間の動力伝達を常時噛み合い式の遊星ギヤ機構としたため、両軸間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。
請求項１の第一実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。 エンジンとモータの併用時の動力伝達機構の概略構成図である。 モータの駆動力のみによる車両走行時の動力伝達機構の概略構成図である。 エンジンの駆動力のみによる車両走行時の動力伝達機構の概略構成図である。 請求項１の第二実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。 従来の動力伝達機構の概略構成図である。 従来の他の動力伝達機構の概略構成図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図４は請求項１に係るパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構の第一実施形態を示し、図６の従来例と同様、本実施形態に係るハイブリッドシステムの駆動系の配列も、エンジン２１，メインクラッチ（単板クラッチ）２３，モータ（モータ／発電機）２５，変速機２７，終減速機２９の順に総て同軸上に配置されている。そして、メインクラッチ２３から変速機２７に亘ってエンジン駆動軸系３１が連結され、トランスミッション２７とファイナルギヤ２９との間に推進軸３３が連結されている。
また、図中、３５はモータ２５のロータ３７に取り付くモータ出力軸で、前記エンジン駆動軸系３１と別体に構成され、図示しないモータボディにベアリングを介して回転可能に支持されている。そして、モータ出力軸３５のメインクラッチ２３側の一端に、該モータ出力軸３５を解放／固定するモータブレーキ３９が装着されている。
前記モータブレーキ３９は、一例としてディスクブレーキの如き構造からなり、モータ出力軸３５に設けたブレーキディスク４１を図示しない制動パッド等で挟む（モータブレーキ３９の固定）ことで、モータ出力軸３５の回転に制動がかかってモータ出力軸３５が固定され、また、制動パッド等がブレーキディスク４１から離間（モータブレーキ３９の解放）することで、モータ出力軸３５に対する制動が解除されるようになっている。
そして、モータ出力軸３５の他端側と前記エンジン駆動軸系３１との間に、遊星ギヤ機構４３が設けられている。
図１に示すように遊星ギヤ機構４３は、前記モータ出力軸３５の他端側に設けられたサンギヤ４５と、該サンギヤ４５に対向してエンジン駆動軸系３１に取り付けられたアウターギヤ４７と、前記サンギヤ４５とアウターギヤ４７が噛合する複数のプラネタリギヤ４９と、該プラネタリギヤ４９の公転運動を拾うプラネタリキャリア５１とからなり、サンギヤ４５とアウターギヤ４７は、恰も従来周知のデフ装置の左右一対のデフサイドギヤの如き形状に形成され、回転半径を同じくするギヤ比１対１に設定されている。このため、図示するようにプラネタリキャリア５１に取り付くプラネタリギヤ４９の回転軸はモータ出力軸３５と直角に配置されている。
一方、前記プラネタリキャリア５１の他端側に、該プラネタリキャリア５１を解放／固定してプラネタリギヤ４９の公転を解放／固定するギヤブレーキ５３が設けられている。
前記モータブレーキ３９と同様、ギヤブレーキ５３も一例としてディスクブレーキの如き構造からなり、プラネタリギヤ４９の他端側に設けたブレーキディスク５５を図示しない制動パッド等で挟む（ギヤブレーキ５３の固定）ことで、プラネタリキャリア５１の回転に制動がかかってプラネタリギヤ４９の公転が固定され、また、制動パッド等がブレーキディスク５５から離間（ギヤブレーキ５３の解放）することで、プラネタリキャリア５１に対する制動が解除されてプラネタリギヤ４９が公転可能に復帰するようになっている。
本実施形態に係る動力伝達機構５７はこのように構成されており、次に、その動作について説明する。
先ず、例えば図２に示すようにメインクラッチ２３を繋いで「固定」し、ブレーキディスク５５を制動パッド等で挟んでギヤブレーキ５３（プラネタリギヤ４９）を「固定」すると共に、制動パッド等をブレーキディスク４１から離間させてモータブレーキ３９（モータ出力軸３５）を「解放」すると、プラネタリギヤ４９は公転が規制されて自転のみが可能となる。
この結果、モータ２５とエンジン駆動軸系３１が接続され、モータ２５の駆動力がサンギヤ４５，プラネタリギヤ４９，アウターギヤ４７からエンジン駆動軸系３１に伝達されて、エンジン２１の駆動力にモータ２５の駆動力が混合，併用された所謂「モータフル，エンジンアシスト」となる。
また、例えば、エンジン２１を使わずモータ２５の駆動力だけで発進する場合は、図３に示すようにギヤブレーキ５３（プラネタリキャリア５１）を「固定」し、メインクラッチ２３を切り、制動パッド等をブレーキディスク４１から離間させてモータブレーキ３９（モータ出力軸３５）を「解放」すると、プラネタリギヤ４９の公転が規制されるため、モータ２５の駆動力のみがサンギヤ４５，プラネタリギヤ４９，アウターギヤ４７を介してエンジン駆動軸系３１から変速機に伝達されて、モータ２５の駆動力だけで車両が発進する。そして、規定車速で図２に示すようにメインクラッチ２３を繋げば、既述した「モータフル，エンジンアシスト」となるし、車両の制動時に、図２の状態から図３に示すようにメインクラッチ２３を切ると、タイヤ５９からのトルクが遊星ギヤ機構４３を介してモータ２５に入力されてモータ２５を逆作用させるため、エンジンブレーキ相当の回生ブレーキがかかって回生エネルギーがバッテリに貯蔵される。
一方、図４に示すようにメインクラッチ２３を繋いで「固定」し、ブレーキディスク４１を制動パッド等で挟んでモータブレーキ３９（モータ出力軸３５）を「固定」すると共に、制動パッド等をブレーキディスク５５から離間させてギヤブレーキ５３（プラネタリキャリア５１）を「解放」すると、モータ２５が停止し、プラネタリギヤ４９が自転し乍ら公転するため、プラネタリギヤ４９とプラネタリキャリア５１が空回りしてエンジン２１の駆動力のみで車両が走行する。
従って、登坂路等、エンジン２１に負荷のかかる走行状態であるか否か等、状況に応じて制御手段（図示せず）が図２乃至図４の如くモータブレーキ３９やギヤブレーキ５３を解放／固定すればよく、例えば車両の走行開始時にバッテリ容量とアクセルペダルの踏込み量を検知し、
[1]坂道発進でアクセルペダルが強く踏み込まれ、バッテリ容量が十分な場合、制御手段が、図２の如くギヤブレーキ５３を「固定」してモータブレーキ３９を「解放」すれば、エンジン２１とモータ２５の駆動力を併用した高出力走行に入ることとなる。
また、例えば、
[2]坂道発進でアクセルが強く踏み込まれたが、モータ２５を駆動させるバッテリ容量が不十分な場合、制御手段が、図４の如くギヤブレーキ５３を「解放」してモータブレーキ３９を「固定」すれば、エンジン２１の駆動力のみで車両が走行する。
そして、
[3]平坦な道での発進のため、アクセルペダルが軽く踏み込まれてバッテリ容量も十分な場合、制御手段が図３に示すようにギヤブレーキ５３を「固定」してモータブレーキ３９を「解放」すると、既述したようにモータ２５の駆動力だけで車両が発進する。そして、規定車速で図２に示すようにドライバーがメインクラッチ２３を繋げば、図２のモータフル，エンジンアシスト」となり、車両の制動時に、バッテリ容量が不十分であると制御手段が判断して、図２の状態から図３に示すようにメインクラッチ２３を切ると、モータ２５にエンジンブレーキ相当の回生ブレーキがかかって回生エネルギーがバッテリに貯蔵される。
また、ブレーキペダルの踏込み量を検知し、ブレーキペダルが強く踏み込まれたときに、制御手段は図３の状態にメインクラッチ２３，モータブレーキ３９及びギヤブレーキ５３を操作することで、フートブレーキとエンジンブレーキ相当の回生ブレーキがかかって車両が急制動されることとなる。
このように本実施形態は、図４に示すようにモータ２５の非作動時に、モータ出力軸３５を固定させた構造上、図６に示す従来例に比し機械的損失，電気的損失を低減できるため、エンジン２１の負荷が軽減して燃費が向上する利点を有する。
また、本実施形態は、図７のドッグクラッチからなるクラッチ機構２１に代え、モータ出力軸３５とエンジン駆動軸系３１間の動力伝達を常時噛み合い式の遊星ギヤ機構４３としたため、両軸３５，３１間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構４３の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。
尚、既述したように前記実施形態は、遊星ギヤ機構４３のサンギヤ４５とアウターギヤ４７を、恰もデフ装置の左右一対のデフサイドギヤの如き形状に形成して回転半径を同じくするギヤ比１対１とすると共に、プラネタリキャリア５１に取り付くプラネタリギヤ４９の回転軸をモータ出力軸３５と直角に配置したが、図５に示すように遊星ギヤ機構６１のサンギヤ６３とアウターギヤ６５をギヤ比１対１の平歯車系とすると共に、両ギヤ６３，６５の両方に噛み合うプラネタリギヤ６７を平歯車系として、プラネタリキャリア６９に取り付くプラネタリギヤ６７の回転軸をモータ出力軸３５と平行に配置してもよい。尚、その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
本実施形態に係る動力伝達機構７１はこのように構成されており、本実施形態によっても、前記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能で、モータ出力軸３５，エンジン駆動軸系３１間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構６１の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。
２１ エンジン
２３ メインクラッチ
２５ モータ（モータ／発電機）
２７ 変速機
２９ 終減速機
３１ エンジン駆動軸系
３３ 推進軸
３５ モータ出力軸
３７ ロータ
３９ モータブレーキ
４１，５５ ブレーキディスク
４３，６１ 遊星ギヤ機構
４５，６３ サンギヤ
４７，６５ アウターギヤ
４９，６７ プラネタリギヤ
５１，６９ プラネタリキャリア
５３ ギヤブレーキ
５７，７１ 動力伝達機構
５９ タイヤ

Claims (1)

  1. エンジン，メインクラッチ，モータ／発電機，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータ／発電機の動力を併用するパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構であって、
    前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸系と別体に回転可能な前記モータ／発電機のモータ出力軸と、
    前記モータ出力軸の一端側に装着され、該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸系との間に装着され、前記モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸系に設けられ、前記サンギヤとのギヤ比が１対１とされたアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリアとからなる遊星ギヤ機構と、
    前記プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備え、
    前記メインクラッチとギヤブレーキを固定とし、モータブレーキを解放とすることで、モータ／発電機の駆動力が遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸系に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、
    前記メインクラッチとモータブレーキを解放とし、ギヤブレーキを固定とすることで、モータ／発電機の駆動力のみがエンジン駆動軸系から変速機に伝達されると共に、車両制動時にモータ／発電機が逆作用して回生ブレーキがかかり、
    前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、ギヤブレーキを解放とすることで、エンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸系から変速機に伝達されることを特徴とするパラレル式ハイブリッド車の動力伝達機構。
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