JP2011031741A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モード切替可能なハイブリッド車両において、部品点数の削減、あるいは、装置の小型化のいずれか少なくとも一方を図ることができるハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】内燃機関１０と、内燃機関１０から出力される動力により発電、あるいは内燃機関１０を始動するＭＧ１と、内燃機関１０から出力される動力を駆動輪９４に伝達する動力伝達機構８０と、内燃機関１０とＭＧ１と動力伝達機構８０との係合状態を変更する係合機構５０とを備え、係合機構５０は、内燃機関１０とＭＧ１とを連結し、内燃機関１０と動力伝達機構８０との連結を解放する第一係合状態と、内燃機関１０と動力伝達機構８０とを連結し、内燃機関１０とＭＧ１との連結を解放する第二係合状態とのいずれかを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に関するものである。

近年、燃料の燃焼によりトルクを出力する内燃機関と、電力の供給によりトルクを出力する電気モータとを搭載し、この内燃機関と電気モータのトルクを車輪に伝達することで走行可能とするハイブリッド車両が知られている。このうち、車両にクラッチ機構を設け、クラッチ機構の連結または解放により、電気モータのトルクだけで車輪を駆動するＥＶモードと、内燃機関の動力により発電機を回転させて発電し、その発電した電力を用いて電気モータを駆動し、電気モータのトルクにより車輪を駆動するシリーズハイブリッドモードと、内燃機関と電気モータの両者のトルクにより車輪を駆動するパラレルハイブリッドモードとの切り替えが可能であるハイブリッド車両が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、下記の特許文献１には、ハイブリッド車両において、内燃機関と発電機との間に、変速機能を備えたクラッチ機構と、内燃機関と発電機とを切り離すためのクラッチ機構とを設け、シリーズハイブリッドモードと、パラレルハイブリッドモードとの切替式ハイブリッド車両の動力伝達装置が開示されている。

さらに、特許文献１の動力伝達装置においては、車両が加速する際に、内燃機関と発電機を切り離すことで、発電機に発生するイナーシャトルクを抑制し、燃費を改善することが提案されている。

特開２００３−４８４３９号公報 特開２００８−７４２６７号公報

ところで、上述のように、内燃機関と駆動輪とを連結するためのクラッチ機構と、内燃機関と発電機とを切り離すためのクラッチ機構とを設けた、シリーズハイブリッドモードと、パラレルハイブリッドモードとの切り替え式ハイブリッド車両の場合は、クラッチ機構を作動するために、アクチュエータをそれぞれに設けている。この構成では、モードの切り替えに応じて、内燃機関と発電機との連結または切り離し、及び車両の変速の両方を行うため、各々のクラッチ機構にアクチュエータを設けなければならず、部品点数が多くなり、コストが増大するという問題がある。

さらに、内燃機関と発電機との間に、内燃機関と駆動輪とを連結するためのクラッチ機構と、内燃機関と発電機とを切り離すためのクラッチ機構とを設けるため、内燃機関と発電機との軸方向の長さが長くなり、小型化を図ることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、モード切替可能なハイブリッド車両において、部品点数の削減、あるいは、装置の小型化のいずれか少なくとも一方を図ることができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と、内燃機関から出力される動力により発電、あるいは内燃機関を始動する第一モータジェネレータと、内燃機関から出力される動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、内燃機関と第一モータジェネレータと動力伝達機構との係合状態を変更する係合機構とを備え、係合機構は、内燃機関と第一モータジェネレータとを連結し、内燃機関と動力伝達機構との連結を解放する第一係合状態と、内燃機関と動力伝達機構とを連結し、内燃機関と第一モータジェネレータとの連結を解放する第二係合状態とのいずれかを形成することを特徴とする。

上記のハイブリッド車両において、係合機構は、少なくとも一部が第一モータジェネレータのロータの内径側に設けられることが好ましい。

上記のハイブリッド車両において、さらに、内燃機関の出力する出力トルクの変動を抑制する抑制機構を備え、係合機構と動力伝達機構は、抑制機構を介して連結されていることが好ましい。

上記のハイブリッド車両において、係合機構は、内燃機関に連結される第一係合部材と、動力伝達機構に連結される第二係合部材と、第一モータジェネレータに連結される第三係合部材と、第一係合部材と第二係合部材と第三係合部材とともに同軸上に配置され、かつ第一係合状態に対応する位置と第２係合状態に対応する位置との間を軸方向に移動可能なスリーブとを備え、前記スリーブは、第一係合状態に対応する位置に移動する場合、第一係合部材と第二係合部材との連結を解放し、かつ第一係合部材と第三係合部材とを連結し、第二係合状態に対応する位置に移動する場合、第一係合部材と第三係合部材との連結を解放し、かつ第一係合部材と第二係合部材とを連結することが好ましい。

上記のハイブリッド車両において、少なくとも駆動輪に動力を出力する第二モータジェネレータを備え、前記動力伝達機構は、内燃機関および第二モータジェネレータから出力される動力を駆動輪に伝達することが好ましい。

上記のハイブリッド車両において、前記動力伝達機構のうち、駆動輪と連結するデファレンシャルギヤによりかきあげられ前記第二モータジェネレータに供給されるオイルを貯留する貯留部をさらに備え、前記第二モータジェネレータの回転軸は、前記内燃機関の出力軸と前記デファレンシャルギヤの回転軸とを結ぶ線より下方に配置されることが好ましい。

本発明によれば、各々のクラッチ機構の数に応じて設けられるアクチュエータの数を減らすことができるため、部品点数を削減することができ、小型化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成を示す模式図である。 図２は、噛合い式クラッチの構成図である。 図３は、第一係合部材の構成図である。 図４は、第二係合部材の構成図である。 図５は、第三係合部材の構成図である。 図６は、動力伝達機構のギヤの配置を示す図である。 図７は、ＥＶモードにおける車両の動力伝達経路図である。 図８は、シリーズハイブリッドモードにおける車両の動力伝達経路図である。 図９は、パラレルハイブリッドモードにおける車両の動力伝達経路図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態（以下、「実施形態」と記す）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

実施形態に係る車両の概略構成について、図１〜図６を用いて説明する。図１は、車両の概略構成を示す模式図である。図２は、噛合い式クラッチの構成図である。図３は、第一係合部材の構成図である。図４は、第二係合部材の構成図である。図５は、第三係合部材の構成図である。図６は、動力伝達機構のギヤの配置を示す図である。

図１に示すように、車両１は、駆動輪９４を回転駆動して推進するために、原動機として、内燃機関１０と、発電可能な電動機である第一モータジェネレータ（以下、「ＭＧ１」と称する），第二モータジェネレータ（以下、「ＭＧ２」と称する）とを備えた、いわゆる「ハイブリッド車両」である。ＭＧ１，ＭＧ２は、後述する係合機構５０、動力伝達機構８０と共に、駆動装置２０（いわゆるハイブリッド・トランスアクスル）を構成している。駆動装置２０は、内燃機関１０と結合されて動力出力装置（パワープラント）を構成し、車両１に搭載されている。

車両１には、内燃機関１０及びＭＧ１，ＭＧ２を協調して制御する制御手段として、車両用の電子制御装置（以下、「ＨＶＥＣＵ」と記す）３０が設けられている。ＨＶＥＣＵ３０には、各種制御装置に入力信号や、出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）（図示せず）や、各種マップなどが記憶されているＲＯＭ（図示せず）が設けられている。ＨＶＥＣＵ３０により制御されて、車両１は、内燃機関１０とＭＧ１，ＭＧ２を原動機として併用又は選択使用することが可能に構成されている。

内燃機関１０は、燃料を燃焼させることにより燃料のエネルギを機械的仕事に変換して出力する熱機関であり、ピストン往復動機関である。内燃機関１０は、図示しない燃料噴射装置、スロットル弁装置、及び各種センサ等を有しており、これら装置は、後述する内燃機関制御装置（以下、「エンジンＥＣＵ」と記す）３１により制御される。内燃機関１０の出力軸（以下、「出力軸」と記す）１１には、後述する係合機構５０が結合されている。内燃機関１０は、出力軸１１から駆動輪９４に向けて機械的動力を出力する。内燃機関１０が出力軸１１から出力する機械的動力は、後述するエンジンＥＣＵ３１により制御可能となっている。内燃機関１０には、出力軸１１の回転角位置（以下、「クランク角」と記す）を検出する図示しないクランク角センサが設けられており、クランク角に係る信号をエンジンＥＣＵ３１に送出している。

エンジンＥＣＵ３１は、ＨＶＥＣＵ３０から出力された要求出力に基づいて内燃機関１０の運転制御を行うものである。具体的には、エンジンＥＣＵ３１は、この要求出力に基づいて、噴射信号、点火信号、開度信号などを内燃機関１０に出力し、これらの出力信号によりこの内燃機関１０に供給される燃料の燃料供給量や噴射タイミングなどの燃料噴射制御、図示しない点火プラグの点火制御、内燃機関１０の図示しない吸気系統に設けられたスロットル弁の開度制御などが行われる。なお、エンジンＥＣＵ３１に入力された内燃機関１０の運転状態に基づく情報、例えばクランク角センサ により検出された機関回転数などは、ＨＶＥＣＵ３０に出力される。

駆動装置２０には、原動機としてＭＧ１，ＭＧ２が設けられている。ＭＧ１及びＭＧ２は、供給された電力を機械的動力に変換する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えた、いわゆるモータジェネレータである。ＭＧ１は、主に発電機として用いられ、一方、ＭＧ２は、主に電動機として用いられる。

ＭＧ１およびＭＧ２は、同期モータであり、それぞれ回転軸６１，６４と、ロータ６２，６５と、ステータ６３，６６とにより構成されている。回転軸６１，６４には、永久磁石であるロータ６２，６５が複数個それぞれ固定されている。ステータ６３，６６は、それぞれロータ６２，６５と対向する位置に配置され、図示しないハウジングに固定されている。ＭＧ１，ＭＧ２には、それぞれロータ６２，６５の回転角位置を検出するレゾルバ（図示せず）が設けられており、ロータ６２，６５の回転角位置に係る信号を、後述するモータ制御装置（以下、「モータＥＣＵ」と記す）３２に送出している。

また、駆動装置２０には、ＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給する電力供給装置として、インバータ２１が設けられている。インバータ２１は、ステータ６３，６６に接続されている。インバータ２１は、バッテリ２２から供給される直流電力を交流電力に変換して、それぞれ対応するＭＧ１，ＭＧ２に供給することが可能に構成されている。また、ＭＧ１，ＭＧ２からの交流電力を直流電力に変換して後述するバッテリ２２に回収可能に構成されている。インバータ２１の電力供給及び電力回収は、後述するモータＥＣＵ３２により制御される。

また、駆動装置２０には、ＭＧ１，ＭＧ２を制御するためのモータＥＣＵ３２が設けられている。モータＥＣＵ３２は、ＨＶＥＣＵ３０から要求トルク、及び要求回転速度に係る信号を受け、インバータ２１を制御することで、ＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれについて、ロータ６２，６５の回転速度（以下、「モータ回転速度」と記す）と、ロータ６２，６５から出力する機械的動力とを調整することが可能となっている。

また、駆動装置２０には、内燃機関１０及びＭＧ１，ＭＧ２が出力した機械的動力を駆動輪９４に伝達する手段として、内燃機関１０とＭＧ１と動力伝達機構８０との係合状態を変更する係合機構５０と、内燃機関１０およびＭＧ２から出力される機械的動力を駆動輪９４に伝達する動力伝達機構８０とが設けられている。

内燃機関１０と、ＭＧ１と、動力伝達機構８０との機械的な連結関係を切り替える、すなわち係合状態を変更する係合機構５０の具体的な構成について説明する。係合機構５０は、複数の係合部材５１，５２，５３とスリーブ５４とからなる噛合い式クラッチにより構成される。

係合機構５０は、図２に示すように、内燃機関１０、動力伝達機構８０、ＭＧ１を互いに連結、解放するものである。係合機構５０は、内燃機関１０とＭＧ１とを連結し、内燃機関１０と動力伝達機構８０との連結を解放する第一係合状態と、内燃機関１０と動力伝達機構８０とを連結し、内燃機関１０とＭＧ１との連結を解放する第二係合状態とのいずれかの状態を形成するものである。係合機構５０は、第一係合部材５１と、第二係合部材５２と、第三係合部材５３と、スリーブ５４とにより構成されている。

第一係合部材５１は、出力軸１１に固定されるものであり、内燃機関１０に連結されるものである。第一係合部材５１は、リング形状であり、例えば内周面に形成されたスプラインと、出力軸１１の外周面に形成されたスプラインとがスプライン嵌合することで、出力軸１１に固定される。第一係合部材５１は、ＭＧ１の回転軸６１に固定される第三係合部材５３と第二係合部材５２との間に位置する。第一係合部材５１には、図３に示すように、外周面に第一係合部材係合部５１ａが形成されている。第一係合部材係合部５１ａは、第一係合部材５１の外周面から径方向外側に突出して形成されている。第一係合部材係合部５１ａは、第一係合部材５１に対して等間隔に円周上に複数個形成されている。なお、隣り合う第一係合部材係合部５１ａの間には、スリーブ５４の第１スリーブ側係合部５４ａが入り込む第一係合部材凹部５１ｂが形成されている。

第二係合部材５２は、後述する動力伝達機構８０の入力軸（以下、「入力軸」と記す）８１に固定されるものであり、動力伝達機構に連結されるものである。第二係合部材５２は、実施形態では、後述するダンパ１２を介して、入力軸８１に固定されていることとなるが、以下の説明では、ダンパ１２を省略した形で説明する。第二係合部材５２は、リング形状であり、例えば内周面に形成されたスプラインと、入力軸８１の外周面に形成されたスプラインとがスプライン嵌合することで、入力軸８１に固定される。第二係合部材５２は、第一係合部材５１を挟んで第三係合部材５３と対向する位置に位置する。第二係合部材５２には、図４に示すように、外周面に第二係合部材係合部５２ａが形成されている。第二係合部材係合部５２ａは、第二係合部材５２の外周面から径方向外側に突出して形成されている。第二係合部材係合部５２ａは、第二係合部材５２に対して等間隔に円周上に複数個形成されている。なお、隣り合う第二係合部材係合部５２ａの間には、スリーブ５４の第２スリーブ側係合部５４ｂが噛合う第二係合部材凹部５２ｂが形成されている。

第三係合部材５３は、ＭＧ１のロータ６２に連結された回転軸６１に固定されるものであり、ＭＧ１に連結されるものである。第三係合部材５３は、リング形状であり、例えば内周面に形成されたスプラインと、回転軸６１の外周面に形成されたスプラインとがスプライン嵌合することで、回転軸６１に固定される。第三係合部材５３は、第一係合部材５１を挟んで第二係合部材５２と対向する位置に位置する。第三係合部材５３には、図５に示すように、外周面に第三係合部材係合部５３ａが形成されている。第三係合部材係合部５３ａは、第三係合部材５３の外周面から径方向外側に突出して形成されている。第三係合部材係合部５３ａは、第三係合部材５３に対して等間隔に円周上に複数個形成されている。なお、隣り合う第三係合部材係合部５３ａの間には、スリーブ５４の第１スリーブ側係合部５４ａが入り込む第三係合部材凹部５３ｂが形成されている。

ここで、内燃機関１０、動力伝達機構８０、ＭＧ１に形成された各係合部は、同一形状に形成されている。また、内燃機関１０、動力伝達機構８０、ＭＧ１に形成された各係合部は、各軸の径方向における位置が同一となるように、第一係合部材５１、第二係合部材５２、第三係合部材５３にそれぞれ形成されている。

スリーブ５４は、軸方向に移動自在に支持されている。スリーブ５４は、例えば動力伝達機構８０が収納されているケース（図示せず）に軸方向に移動自在に支持されており、後述する第一係合状態に対応する位置と第２係合状態に対応する位置との間を軸方向に移動可能な構成となっている。スリーブ５４は、円筒形状であり、第一係合部材５１と第二係合部材５２と第三係合部材５３と同軸上で、かつ各軸の径方向において第一係合部材５１、第二係合部材５２、第三係合部材５３に対向できるように配置されている。スリーブ５４には、内周面にスリーブ側係合部が形成されている。スリーブ側係合部は、第１スリーブ側係合部５４ａと、第２スリーブ側係合部５４ｂとにより構成されている。第１スリーブ側係合部５４ａは、スリーブ５４の内周面のうち軸方向における他方の端部（図２の左側端部）に形成されている。第２スリーブ側係合部５４ｂは、スリーブ５４の内周面のうち軸方向における一方の端部（図２の右側端部）に形成されている。第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、スリーブ５４の内周面から径方向内側に突出して形成されている。第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、スリーブ５４に対して等間隔に円周上に複数個形成されている。なお、隣り合う第１スリーブ側係合部５４ａの間には、第一係合部材５１の第一係合部材係合部５１ａおよび第三係合部材５３の第三係合部材係合部５３ａが入り込む第１スリーブ側凹部５４ｃが形成されている。また、隣り合う第２スリーブ側係合部５４ｂの間には、第一係合部材５１の第一係合部材係合部５１ａおよび第二係合部材５２の第二係合部材係合部５２ａが入り込む第２スリーブ側凹部５４ｄが形成されている。

ここで、第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、同一形状に形成されている。また、第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、各軸の径方向における位置が同一で、内燃機関１０、動力伝達機構８０、ＭＧ１に形成された各係合部に噛み合うことができるように、スリーブ５４にそれぞれ形成されている。また、スリーブ５４の第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、内燃機関１０、動力伝達機構８０、ＭＧ１に形成された各係合部に噛み合うことができる。第１スリーブ側係合部５４ａおよび第２スリーブ側係合部５４ｂは、第１スリーブ側係合部５４ａが第一係合部材係合部５１ａと噛み合う際に、第２スリーブ側係合部５４ｂが第二係合部材係合部５２ａと噛み合うように、第１スリーブ側係合部５４ａが第三係合部材係合部５３ａと噛み合う際に、第２スリーブ側係合部５４ｂが第一係合部材係合部５１ａと噛み合うように、スリーブ５４に形成されている。

なお、スリーブ５４は、ＨＶＥＣＵ３０によって、運転者の駆動要求や、車両１の状態に応じて、係合機構５０を第一係合状態または第二係合状態にするアクチュエータ７０を制御することで、軸方向に第一係合状態に対応する位置あるいは第二係合状態に対応する位置に移動するものである。なお、スリーブ５４の軸方向への移動は、運転者の駆動要求や、車両１の状態に応じて、アクチュエータ７０の制御によって行ってもよいし、図示しない操作レバー等を用いて、直接制御してもよい。また、係合機構５０は、噛合い式クラッチを用いているが、内燃機関１０と、動力伝達機構８０と、ＭＧ１との連結または解放ができる二つの機能を備えたものであればよい。

動力伝達機構８０は、内燃機関１０あるいはＭＧ２の少なくとも一方が出力した機械的動力をデファレンシャルの回転軸（以下、「ドライブシャフト」と記す）９０に伝達するものである。動力伝達機構８０は、入力軸８１と、エンジンカウンタギヤ８２と、カウンタ軸８３と、ドライブピニオン８４と、ＭＧカウンタギヤ８５と、カウンタドリブンギヤ８６と、デフリングギヤ８７と、デファレンシャルギヤ８８とにより構成されている。

入力軸８１は、係合機構５０を介して、内燃機関１０の機械的動力を動力伝達機構８０に伝達されるものである。入力軸８１の一端側には、ダンパ１２を介して係合機構５０が連結され、他端側には、エンジンカウンタギヤ８２が形成されている。つまり、係合機構５０と動力伝達機構８０とは、ダンパ１２を介して連結されている。ここで、内燃機関１０、ＭＧ１、ダンパ１２は、内燃機関１０の出力軸１１方向に、内燃機関１０、ＭＧ１、ダンパ１２の順に配置されている。係合機構５０は、内燃機関１０と、ＭＧ１のロータ６２と、ダンパ１２とで囲まれた領域で、ＭＧ１と内燃機関１０の出力軸１１方向で重複するように配置されている。従って、内燃機関１０の始動時において、ＭＧ１と内燃機関１０とをダンパ１２を介することなく連結することができ、内燃機関１０の機械的動力を動力伝達機構８０に伝達する際には、ダンパ１２を介して内燃機関１０と動力伝達機構８０とを連結することができる係合機構５０を省スペースで構成することができる。

ここで、ダンパ１２は、第二係合部材５２と連結し、かつ内燃機関１０の機械的動力が伝達される前記動力伝達機構８０の入力軸８１に設けられており、内燃機関１０の出力する出力トルクの変動を抑制する抑制機構である。ダンパ１２をＭＧ１の外部に設ける場合、ダンパ１２の径を大きくとることができる。また、ダンパ１２をＭＧ１の内部に設ける場合、より小型化を図ることができる。

エンジンカウンタギヤ８２は、入力軸８１に形成されており、ドライブピニオン８４は、このエンジンカウンタギヤ８２に噛合い、カウンタ軸８３の一端側に形成されている。このカウンタ軸８３の他端側には、カウンタドリブンギヤ８６が形成されており、ＭＧカウンタギヤ８５は、このカウンタドリブンギヤ８６に噛合い、ＭＧ２のロータ６５に連結された回転軸６４に形成されている。また、デフリングギヤ８７は、ドライブピニオン８４に噛合い、デファレンシャルギヤ８８に形成されている。内燃機関１０あるいは、ＭＧ２の少なくとも一方から出力される機械的動力は、動力伝達機構８０、デファレンシャルギヤ８８を介してドライブシャフト９０に伝達され、さらにこのドライブシャフト９０のそれぞれに装着された駆動輪９４に伝達される。なお、駆動輪９４の近傍には、駆動輪９４の回転速度を検出する車輪速センサ（図示せず）が設けられており、検出した駆動輪９４の回転速度に係る信号をＨＶＥＣＵ３０に送出している。

また、図１に示すように、車両１は、横置きのＦＦ車であり、出力軸１１の延長線上に、ＭＧ１の回転軸６１、係合機構５０、ダンパ１２を介して入力軸８１が配置され、その後方に、カウンタ軸８３が配置され、さらにその後方にドライブシャフト９０が配置されている。ＭＧ２の回転軸６４は、図６に示すように、入力軸８１とドライブシャフト９０（デファレンシャルギヤ８８の回転軸）とを結ぶ線（同図一点鎖線）より下方に配置されている。

また、動力伝達機構８０が収納されているケース（図示せず）の底部には、オイルの貯留部８９が設けられている。オイルの貯留部８９は、デファレンシャルギヤ８８によりかきあげられＭＧ２に供給されるオイルを貯留するものである。入力軸８１は、動力伝達機構８０内の鉛直方向において上側（同図上側）に配置され、カウンタ軸８３は、入力軸８１の鉛直方向において下側（同図下側）に配置される。さらに、ドライブシャフト９０は、デフリングギヤ８７の歯面がオイルの貯留部８９に浸るようにカウンタ軸８３の鉛直方向において下側に配置され、貯留部８９に貯留されているオイルをかき上げることができる。後述するＥＶモードでは、内燃機関１０が停止しており、内燃機関１０の機械的動力により作動するオイルポンプ（図示せず）は作動せず、車両１がＭＧ２により駆動されている。従って、ＥＶモードでは、ＭＧ２が高温になりやすく、ギヤのかき上げを利用して、オイルをＭＧ２にかき上げる際に、ＭＧ２が下方に設けられているため、かき上げ力が小さくてもＭＧ２にオイルを確実に供給することができる。これにより、ＭＧ２を効率よく冷却することができる。

また、車両１には、ＭＧ１，ＭＧ２に供給する電力を貯蔵し、充放電が可能なバッテリ（蓄電池）２２と、バッテリ２２の電圧を昇圧してインバータ２１の供給電圧に変換可能な昇圧コンバータ（図示せず）が設けられている。バッテリ２２は、ＭＧ１，ＭＧ２に設けられたインバータ２１に、昇圧コンバータを介して電気的に接続されている。バッテリ２２は、インバータ２１を介して、それぞれＭＧ１，ＭＧ２との間で充放電を行う。

また、車両１には、バッテリ２２を監視するバッテリ監視用の電子制御装置（以下、「バッテリＥＣＵ」と記す）３３が設けられている。バッテリＥＣＵ３３は、バッテリ２２の温度や電圧、充放電電流値等を監視している。これら情報からバッテリＥＣＵ３３は、バッテリ２２の蓄電状態（state-of-charge：ＳＯＣ）、及び充放電電力を算出している。バッテリＥＣＵ３３は、バッテリ２２の蓄電状態、及びバッテリ２２の充放電電力に係る信号等を、ＨＶＥＣＵ３０に送出している。

また、車両１には、運転者によるアクセルペダル（図示せず）の操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ１００が設けられており、検出したアクセルペダルの操作量（以下、「アクセル操作量」と記す）に係る信号を、ＨＶＥＣＵ３０に送出している。

ＨＶＥＣＵ３０は、クランク角センサからのクランク角及び入力軸８１の回転速度に係る信号と、車輪速センサからの駆動輪９４の回転速度に係る信号と、ＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ設けられたレゾルバからのモータ回転速度に係る信号とを検出している。また、ＨＶＥＣＵ３０は、アクセルペダルポジションセンサ１００からのアクセル操作量に係る信号を検出している。また、ＨＶＥＣＵ３０は、バッテリＥＣＵ３３からのバッテリ２２の蓄電状態に係る信号と、加速度センサ（図示せず）からの車両１の前後、上下及び左右方向の加速度に係る信号を検出している。

これら信号に基づいて、ＨＶＥＣＵ３０は、内燃機関１０に要求する要求出力、ＭＧ１に要求する要求トルク、ＭＧ２に要求する要求トルクを算出する。そして、エンジンＥＣＵ３１に要求出力、モータＥＣＵ３２に要求トルクを出力する。さらに、ＨＶＥＣＵ３０は、運転者の駆動要求や、車両１の状態（例えば、アクセル操作量、車速、ＳＯＣなど）に応じて、係合機構５０を第一係合状態または第二係合状態にするアクチュエータ７０を制御する。

このように構成された車両１は、車両走行中において、内燃機関１０及びＭＧ２を原動機として併用又は選択使用し、これら原動機からの機械的動力を、動力伝達機構８０によりドライブシャフト９０に伝達することで、車両１を駆動することが可能となっている。また、車両１は、車両減速時においては、駆動輪９４から動力伝達機構８０に伝達された機械的動力を、ＭＧ２で電力に変換して、バッテリ２２に回収する、いわゆる回生制動を行うことが可能となっている。

次に、本発明にかかる係合機構５０の動作について説明する。図７〜図９は、係合機構５０の状態説明図である。図７は、ＥＶモードにおける車両の動力伝達経路図である。図８は、シリーズハイブリッドモードにおける車両の動力伝達経路図である。図９は、パラレルハイブリッドモードにおける車両の動力伝達経路図である。以下に、係合機構５０の動作によってなる第一係合状態と第二係合状態とを説明する。

第一係合状態では、図７、図８に示すように、ＨＶＥＣＵ３０がアクチュエータ７０を制御し、スリーブ５４を軸方向右側に移動させ、各第１スリーブ側係合部５４ａが第三係合部材５３と対向し、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第一係合部材５１と対向する第一係合状態に対応する位置に移動する。スリーブ５４が第一係合状態に対応する位置に移動すると、各第１スリーブ側係合部５４ａが第三係合部材５３の第三係合部材凹部５３ｂにそれぞれ入り込むとともに、第三係合部材係合部５３ａがスリーブ５４の第１スリーブ側凹部５４ｃにそれぞれ入り込む。これにより、各第１スリーブ側係合部５４ａと第三係合部材係合部５３ａとが噛み合い、スリーブ５４と第三係合部材５３とが連結される。さらに、各第１スリーブ側係合部５４ａが第一係合部材５１の第一係合部材凹部５１ｂからそれぞれ解放されるとともに、内燃機構側係合部５１ａがスリーブ５４の第１スリーブ側凹部５４ｃからそれぞれ解放される。これにより、各第１スリーブ側係合部５４ａと第一係合部材係合部５１ａとが解放され、スリーブ５４と第一係合部材５１とが解放される。

スリーブ５４が第一係合状態に対応する位置に移動すると、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第一係合部材５１の第一係合部材凹部５１ｂにそれぞれ入り込むとともに、第一係合部材係合部５１ａがスリーブ５４の第２スリーブ側凹部５４ｃにそれぞれ入り込む。これにより、各第２スリーブ側係合部５４ｂと第一係合部材係合部５１ａとが噛み合い、スリーブ５４と第一係合部材５１とが連結される。さらに、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第二係合部材５２の第二係合部材凹部５２ｂからそれぞれ解放されるとともに、第二係合部材係合部５２ａがスリーブ５４の第２スリーブ側凹部５４ｄからそれぞれ解放される。これにより、各第２スリーブ側係合部５４ｂと第二係合部材係合部５２ａとが解放され、スリーブ５４と第二係合部材５２とが解放される。従って、係合機構５０は、ＨＶＥＣＵ３０がアクチュエータ７０を制御し、スリーブ５４を軸方向右側に移動させると、第三係合部材５３、第一係合部材５１およびスリーブ５４を介して、出力軸１１と入力軸８１とが解放する第一係合状態となる。

第二係合状態では、図９に示すように、ＨＶＥＣＵ３０がアクチュエータ７０を制御し、スリーブ５４を軸方向左側に移動させ、各第１スリーブ側係合部５４ａが第一係合部材５１と対向し、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第二係合部材５２と対向する第二係合状態に対応する位置に移動する。スリーブ５４が第二係合状態に対応する位置に位置すると、各第１スリーブ側係合部５４ａが第一係合部材５１の第一係合部材凹部５１ｂにそれぞれ入り込むとともに、第一係合部材係合部５１ａがスリーブ５４の第１スリーブ側凹部５４ｃにそれぞれ入り込む。これにより、各第１スリーブ側係合部５４ａと第一係合部材係合部５１ａとが噛み合い、スリーブ５４と第一係合部材５１とが連結される。さらに、各第１スリーブ側係合部５４ａが第三係合部材５３の第三係合部材凹部５３ｂからそれぞれ解放されるとともに、第三係合部材係合部５３ａがスリーブ５４の第１スリーブ側凹部５４ｃからそれぞれ解放される。これにより、各第１スリーブ側係合部５４ａと第三係合部材係合部５３ａとが解放され、スリーブ５４と第三係合部材５３とが解放される。

また、スリーブ５４が第二係合状態に対応する位置に位置すると、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第二係合部材５２の第二係合部材凹部５２ｂにそれぞれ入り込むとともに、第二係合部材係合部５２ａがスリーブ５４の第２スリーブ側凹部５４ｄにそれぞれ入り込む。これにより、各第２スリーブ側係合部５４ｂと第二係合部材係合部５２ａとが噛み合い、スリーブ５４と第二係合部材５２とが連結される。さらに、各第２スリーブ側係合部５４ｂが第一係合部材５１の第一係合部材凹部５１ｂからそれぞれ解放されるとともに、第一係合部材係合部５１ａがスリーブ５４の第２スリーブ側凹部５４ｄからそれぞれ解放される。これにより、各第２スリーブ側係合部５４ｂと第一係合部材係合部５１ａとが解放され、スリーブ５４と第一係合部材５１とが解放される。従って、係合機構５０は、ＨＶＥＣＵ３０がアクチュエータ７０を制御し、スリーブ５４を軸方向左側に移動させると、第一係合部材５１、第二係合部材５２およびスリーブ５４を介して、出力軸１１と入力軸８１とが直接連結する第二係合状態となる。

係合機構５０は、第一係合状態あるいは第二係合状態のうち、どちらか一方の係合状態を選択することによって、内燃機関１０と動力伝達機構８０との連結、解放、内燃機関１０とＭＧ１との連結、解放を切り替えることができる。従来、二つのクラッチに対してそれぞれアクチュエータを設け、内燃機関１０と動力伝達機構８０との連結、解放、内燃機関１０とＭＧ１との連結、解放を行っていた。しかしながら、本実施形態の係合機構５０では、ＨＶＥＣＵ３０が１つのアクチュエータ７０を制御することにより、１つのスリーブ５４を軸方向に移動させ、スリーブ５４を第一係合状態に対応する位置あるいは第二係合状態に対応する位置に移動させることで、第一係合状態あるいは第二係合状態となり、内燃機関１０と動力伝達機構８０、あるいは内燃機関１０とＭＧ１のいずれか一方が係合状態のとき、他方を解放状態とすることができる。これにより、係合機構５０は、内燃機関１０と、ＭＧ１と、動力伝達機構８０との係合状態の変更、すなわち２つのクラッチの機能を１つのアクチュエータ７０のみで実現することができる。

また、各係合部材５１，５２，５３およびスリーブ５４は、同軸上に配置されており、スリーブ５４の軸方向における移動により、係合機構５０が第一係合状態および第二係合状態を形成することができるので、係合機構５０が第一係合状態および第二係合状態を形成するために、係合機構５０を構成する部材が径方向への移動することはない。従って、係合機構５０は、実施形態では、ＭＧ１のロータ６２の内側に設けられている。ＭＧ１のロータ６２の内径側に設けることによって、係合機構５０がＭＧ１のロータ６２の外部に設けられる場合と比較して、軸方向の長さを短くすることができる。

ＨＶＥＣＵ３０は、運転者の駆動要求や、車両１の状態に応じて、ＥＶモード、シリーズハイブリッドモード、パラレルハイブリッドモードを選択する。車両１はＥＶモードで走行し、例えば、バッテリ２２のＳＯＣが少なくなってくると、シリーズハイブリッドモードに走行モードを切り替える。また、例えば、車両１の走行負荷が高負荷になると、パラレルハイブリッドモードに走行モードを切り替える。このとき、ＥＶモード、またはシリーズハイブリッドモードからパラレルハイブリッドモードに走行モードを切り替えるとき、出力軸１１と入力軸８１との回転数を同期させ、走行モードを切り替える。また、パラレルハイブリッドモードから、ＥＶモード、またはシリーズハイブリッドモードに走行モードを切り替えるとき、出力軸１１と入力軸８１との回転数を同期させ、走行モードを切り替える。

ＥＶモードは、ＨＶＥＣＵ３０が、インバータ２１を制御し、バッテリ２２からの電力によってＭＧ２のみで駆動輪９４を駆動させる。ＨＶＥＣＵ３０は、ＥＶモードでは、係合機構５０を第一係合状態とする。なお、内燃機関１０および、ＭＧ１は回転していない。ＥＶモードにおける駆動力の伝達経路を図７に矢印Ａで示す。

シリーズハイブリッドモードは、ＨＶＥＣＵ３０がインバータ２１とエンジンＥＣＵ３１を介して内燃機関１０を制御し、ＭＧ１をセルモータとして機能させて内燃機関１０を起動する。そして、インバータ２１を制御し、内燃機関１０が出力する機械的動力により、ＭＧ１を回転させ、ＭＧ１による発電を行い、ＭＧ１が発電した電力でＭＧ２を駆動させ、ＭＧ２で駆動輪９４を駆動させる。ＨＶＥＣＵ３０は、シリーズハイブリッドモードでは、係合機構５０を第一係合状態とする。ここで、ダンパ１２は、第二係合部材５２と連結し、かつ内燃機関１０の機械的動力が伝達される前記動力伝達機構８０の入力軸８１に設けられている。つまり、係合機構５０と、動力伝達機構８０との間に設けられており、内燃機関１０とＭＧ１との間に設けられていない。従って、ＭＧ１による内燃機関１０の始動時において、ＭＧ１が発生する機械的動力をダンパ１２などの低捩れ剛性要素を介さずに内燃機関１０に伝達できる。これにより、内燃機関１０の始動時の共振による過大トルクの発生を抑制することができる。シリーズハイブリッドモードにおける駆動力の伝達経路を図８に矢印Ｂで示す。

パラレルハイブリッドモードは、ＨＶＥＣＵ３０が、インバータ２１とエンジンＥＣＵ３１を介して内燃機関１０を制御し、ＭＧ２に内燃機関１０の駆動のアシストをさせ、内燃機関１０及びＭＧ２で駆動輪９４を駆動させる。ＨＶＥＣＵ３０は、パラレルハイブリッドモードでは、係合機構５０を第二係合状態とする。なお、ＭＧ１は回転していない。ここで、ダンパ１２は、係合機構５０と、動力伝達機構８０との間に設けられている。従って、内燃機関１０が発生する機械的動力は、ダンパ１２を介して動力伝達機構８０に伝達される。これにより、内燃機関１０と動力伝達機構８０との間に発生する伝達トルクの変動を抑制することができる。パラレルハイブリッドモードにおける駆動力の伝達経路を図９に矢印Ｃで示す。

以上のように、本実施形態にかかる車両１では、係合機構５０の第一係合部材５１、第二係合部材５２およびスリーブ５４により、内燃機関１０と動力伝達機構８０とを連結するとともに、内燃機関１０とＭＧ１との連結を解放することで、車両１をパラレルハイブリッドモードにすることができる。また、係合機構５０の第一係合部材５１、第三係合部材５３およびスリーブ５４により、内燃機関１０とＭＧ１とを連結するとともに、内燃機関１０と動力伝達機構８０とを連結を解放することで、車両１をＥＶモード及びシリーズハイブリッドモードにすることができる。つまり、係合機構５０が第一係合状態あるいは第二係合状態のうち、どちらか一方の係合状態を選択することによって、車両１のモードを切り替えることができる。従って、２つの係合状態を一つの係合機構５０で選択することができるため、本来、２つのクラッチと、各クラッチを動かすアクチュエータを必要とするところを、係合機構５０が２つのクラッチとしての機能を１つのアクチュエータ７０で実現することができるので、アクチュエータの数を減らすことができるので、部品点数を削減することができ、コストの増加を抑制することができる。

また、本実施形態にかかる車両１では、第一係合部材５１と、第二係合部材５２と、第三係合部材５３とがスリーブ５４とともに同軸上に配置されている。よって、第一係合状態、第二係合状態を各係合部材５１，５２，５３に対するスリーブ５４の軸方向への移動で行うことができる。つまり、内燃機関とＭＧ１との連結もしくは解放と、内燃機関と動力伝達機構との連結もしくは解放とを一つの係合部材で行うことで、従来の２つのクラッチを用いた場合と比較して、軸方向における長さを短くすることができ、小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、少なくとも係合機構５０の一部をＭＧ１のロータ６２の内径側に設けるので、軸方向の長さを短くすることができ、よりいっそう小型化を図ることができる。また、内燃機関１０の動力を伝達する際には、係合機構５０と動力伝達機構８０とは、ダンパ１２を介して連結させ、内燃機関１０を始動する際には、ＭＧ１と内燃機関１０とは、ダンパ１２を介することなく連結させることができるので、内燃機関１０の動力伝達時における伝達トルク変動の抑制と、内燃機関１０始動時における共振による過大トルク発生の抑制を両立させることができる。また、係合機構５０は、内燃機関１０と、ＭＧ１のロータ６２と、ダンパ１２とで囲まれた領域で、ＭＧ１と内燃機関１０の出力軸１１方向で重複するように配置されるので、省スペースで構成することができる。

以上のように、本発明は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に有効であり、部品点数の削減や、装置の小型化に適している。

１ 車両
１０ 内燃機関
１１ 出力軸
１２ ダンパ
２０ 駆動装置
２１ インバータ
２２ バッテリ
３０ 車両用の電子制御装置（ＨＶＥＣＵ）
３１ 内燃機関制御装置（エンジンＥＣＵ）
３２ モータ制御装置（モータＥＣＵ）
３３ バッテリ監視用の電子制御装置（バッテリＥＣＵ）
５０ 係合機構
５１ 第一係合部材
５１ａ 第一係合部材係合部
５１ｂ 第一係合部材凹部
５２ 第二係合部材
５２ａ 第二係合部材係合部
５２ｂ 第二係合部材凹部
５３ 第三係合部材
５３ａ 第三係合部材係合部
５３ｂ 第三係合部材凹部
５４ スリーブ
５４ａ 第１スリーブ側係合部
５４ｂ 第２スリーブ側係合部
５４ｃ 第１スリーブ側凹部
５４ｄ 第２スリーブ側凹部
６１，６４ 回転軸
６２，６５ ロータ
６３，６６ ステータ
７０ アクチュエータ
８０ 動力伝達機構
８１ 入力軸
８２ エンジンカウンタギヤ
８３ カウンタ軸
８４ ドライブピニオン
８５ ＭＧカウンタギヤ
８６ カウンタドリブンギヤ
８７ デフリングギヤ
８８ デファレンシャルギヤ
８９ 貯留部
９０ ドライブシャフト
９４ 駆動輪
１００ アクセルペダルポジションセンサ

Claims (6)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関から出力される動力により発電、あるいは前記内燃機関を始動する第一モータジェネレータと、
   前記内燃機関から出力される動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達機構と、
   前記内燃機関と前記第一モータジェネレータと前記動力伝達機構との係合状態を変更する係合機構とを備え、
   前記係合機構は、前記内燃機関と前記第一モータジェネレータとを連結し、前記内燃機関と前記動力伝達機構との連結を解放する第一係合状態と、前記内燃機関と前記動力伝達機構とを連結し、前記内燃機関と前記第一モータジェネレータとの連結を解放する第二係合状態とのいずれかを形成する
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記係合機構は、少なくとも一部が前記第一モータジェネレータのロータの内径側に設けられる
   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. さらに、前記内燃機関の出力する出力トルクの変動を抑制する抑制機構を備え、
   前記係合機構と前記動力伝達機構は、前記抑制機構を介して連結されている
   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。
4. 前記係合機構は、
   前記内燃機関に連結される第一係合部材と、
   前記動力伝達機構に連結される第二係合部材と、
   前記第一モータジェネレータに連結される第三係合部材と、
   前記第一係合部材と前記第二係合部材と前記第三係合部材とともに同軸上に配置され、かつ前記第一係合状態に対応する位置と前記第２係合状態に対応する位置との間を軸方向に移動可能なスリーブとを備え、
   前記スリーブは、
   前記第一係合状態に対応する位置に移動する場合、前記第一係合部材と前記第二係合部材との連結を解放し、かつ前記第一係合部材と前記第三係合部材とを連結し、
   前記第二係合状態に対応する位置に移動する場合、前記第一係合部材と前記第三係合部材との連結を解放し、かつ前記第一係合部材と前記第二係合部材とを連結する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 少なくとも前記駆動輪に動力を出力する第二モータジェネレータを備え、
   前記動力伝達機構は、前記内燃機関および前記第二モータジェネレータから出力される動力を前記駆動輪に伝達する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
6. 前記動力伝達機構のうち、駆動輪と連結するデファレンシャルギヤによりかきあげられ前記第二モータジェネレータに供給されるオイルを貯留する貯留部をさらに備え、
   前記第二モータジェネレータの回転軸は、前記内燃機関の出力軸と前記デファレンシャルギヤの回転軸とを結ぶ線より下方に配置される
   ことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両。

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