JP2013067374A - パラレルハイブリッド車両のドライブトレイン - Google Patents

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Abstract

【課題】パラレルハイブリッド車両のドライブトレインを提供する。
【解決手段】ドライブトレイン１は、内燃機関２、電気機械３、トランスミッション４、および内燃機関２と電気機械３との間に配置されたクラッチ７を備え、内燃機関２および電気機械３とトランスミッション４の共通入力シャフト５とが相互に作用し、車両の少なくとも１つのアクスルが、トランスミッション４の出力シャフト６を介して内燃機関２および／または電気機械３によって駆動可能であり、クラッチ７が遮断されている時、内燃機関２はトランスミッション４の入力シャフト５から切り離される。また、クラッチ７が、電気機械３と内燃機関２との噛合連結のための第１要素８、および、摩擦連結のための第２要素９を並列に備えている。これにより、停止した内燃機関をショックを与えず電気機械により始動したり、内燃機関の高トルクをドライブトレインの入力シャフトに伝達することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、パラレルハイブリッド車両のドライブトレインに関する。このドライブトレインは、内燃機関と電気機械とトランスミッションとを備える。内燃機関および電気機械とトランスミッションの共通入力シャフトとは相互に作用し、ハイブリッド車両の少なくとも１つのアクスルは、トランスミッションの出力シャフトを介して内燃機関および／または電気機械によって駆動可能である。ドライブトレインはまた内燃機関と電気機械との間にクラッチを備える。クラッチが遮断されると、内燃機関はトランスミッションの入力シャフトから切り離される。
パラレルハイブリッド車両の前記タイプのドライブトレインは、従来から知られている。クラッチが遮断されると、ハイブリッド車両は電気機械単独で駆動され、内燃機関は停止する。クラッチが接続されると、電気機械は停止した内燃機関を回転させ、それによって、前記内燃機関は始動可能になり車両を駆動することができる。その後電気機械は停止されるか、もしくは内燃機関とともに車両を駆動することができる。
しかし、このためには比較的複雑なクラッチが必要になる。その理由は第１に、このクラッチは、電気機械がドライブトレインにショックを与えることなく、停止した内燃機関を回転させることができるように、非常に細かく制御できなければならないからである。第２に、このクラッチは、特に大型の内燃機関の場合、高いトルクをドライブトレインに伝達できなければならない。さらに、遮断されたクラッチは、内燃機関が停止していると同時に電気機械が回転可能であるように、静止側と回転側との間で高い回転速度差を許容できなければならない。
（特許文献１）は、ハイブリッド車両のトランスミッションの駆動入力シャフトと駆動出力シャフトの間のクラッチであって、この２つのシャフト間の伝達トルクを調整するためのクラッチを記載する。
（特許文献２）は、リバースギヤを実現するための電気的に可変のトランスミッションのジョークラッチを記載する。
（特許文献３）は、噛合連結クラッチを１個だけ備えたパラレルハイブリッド車両のドライブトレインを提案する。
（特許文献４）は、ギヤチェンジ中のトルク変動を最小にするためにトランスミッションがジョークラッチを備えたハイブリッド車両を記載する。
独国特許出願公表第６００ ２１ １６３ Ｔ２号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００５ ０３８ ９２５ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３７ ７５８ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００２／００６５１６８ Ａ１号明細書
本発明の目的は、前述のタイプのドライブトレインを、第一に、停止した内燃機関をがたつかせることなく電気機械によって回転させることができるように、第二に、内燃機関の高トルクをドライブトレインの入力シャフトに伝達できるように、さらに発展させることである。
上記目的は、前述のタイプのドライブトレインにおいて、電気機械と内燃機関との噛合連結（形状の噛み合いによる連結）のための第１要素、および、電気機械と内燃機関との摩擦連結（摩擦力による連結）のための第２要素を、クラッチが備えることによって達成される。
従って、単一の制御可能／調整可能な（摩擦）クラッチの代わりに、２個の別個の要素がクラッチとして使用される。第１要素は、電気機械と内燃機関との噛合連結のための噛合要素、例えばジョークラッチ、ハース（Hirth）カプリングまたはシンクロナイザ装置であり、である。第２要素として、低トルク用の制御可能／調整可能な摩擦クラッチが前記第１要素と組み合わされる。２個の要素が、共通の作動部材、例えば共通のリリース装置により作動可能であってもよく、また、別個の作動部材、例えば２個の要素を作動するための別個のリリース装置を備えてもよい。共通の作動部材が上記２個の要素に備えられる場合、これは、クラッチが接続された時、両方の要素が接続されること、従って摩擦連結と噛合連結の両方が確立されることを意味する。別個の作動部材が使用される場合、電気機械と内燃機関との摩擦連結に続き噛合連結が確立された後、摩擦連結は第２要素の作動によって再び遮断可能である。そのため、その後第２要素に対応する作動部材を介して作動力を第２要素に連続的に導入する必要はない。
ドライブトレインの本発明による構成により、内燃機関の円滑な低温始動および円滑な再始動が可能になる。ここで内燃機関と電気機械との間の噛合連結は、特に摩擦クラッチが確実に接続されている場合に限り確立される。クラッチが遮断された状態にある時、すなわち噛合連結が遮断されかつ摩擦クラッチが遮断されている時、内燃機関と電気機械との間でトルクは伝達されないため、内燃機関の停止中における電気機械の高速回転が可能である。
本発明によるドライブトレインでは、従って、第２要素を低トルク用に制御可能または調整可能な摩擦クラッチであるのがよい。特に、前記第２要素は内燃機関の再始動トルク用としてのみに設計される。
第２要素は好ましくは、本ドライブトレインで用いることが可能な様々な内燃機関の再始動トルクに対応するようモジュラー設計されている。摩擦クラッチが例えば多板クラッチとして設計される場合、比較的低トルクの内燃機関、例えば４気筒エンジンのケースでは、比較的少数のプレートのみを備えればよい。その一方で、高トルクの内燃機関、例えば６気筒エンジン、特にターボチャージャー付き６気筒エンジン、あるいは８気筒エンジン、特にターボチャージャー付き８気筒エンジン、もしくはさらに多数のシリンダーを備えた内燃機関の場合には、このような内燃機関の再始動等を可能にするため、かなり多数のプレートを備えなければならない。
ハイブリッドモジュラー設計の構成では、特に伝達トルクを増減できる再始動要素が使用される。摩擦クラッチはディスクまたはプレート対の数によって伝達トルクの増減が可能である。前記クラッチは特に乾式セパレート型クラッチである。
従って、より大型の内燃機関が使用される場合、伝達可能な再始動トルクもまた増加する。再始動トルクが増加する結果、必要な摩擦面積も増える。これに対してはまた、追加ディスクの挿入により可能となる。
クラッチは、負荷に応じて増減される。従って、軽負荷でも不利になることはない。
作動装置またはリリース装置に必要な力は、クラッチの伝達トルクの大きさに影響されない。従って、全ての負荷に対して１個の作動装置を使用することが可能である。
クラッチを作動するために備えられる手段は、油圧式または電気機械式に作動するよう設計されたものである。
本発明は図解される２つの例示的実施形態に基づき以下でより詳細に説明されるが、これら実施形態に制限されない。
図１は、比較的低いトルクを伝達するための摩擦クラッチを使用した、パラレルハイブリッド車両のドライブトレインの本発明による第１の実施形態を概略図で示す。 図２は、比較的高いトルクを伝達するための摩擦クラッチを使用した、ドライブトラインの本発明による第２の実施形態を図１のような図で示す。
図１はパラレルハイブリッド車両のドライブトレイン１を示す。
内燃機関２、電気機械３およびトランスミッション４が、ドライブトレイン１の構成部品を形成する。内燃機関２および電気機械３と、トランスミッション４の共通入力シャフト５とは相互に作用する。示されている少なくとも１つのハイブリッド車両のアクスルは、トランスミッション４の出力シャフト６を介して内燃機関２および／または電気機械３によって駆動できる。前記ハイブリッド車両の例としては乗用自動車が挙げられる。
ドライブトレイン１はまた、内燃機関２と電気機械３との間にクラッチ７を備える。内燃機関２と電気機械３との間のクラッチが遮断されている時、内燃機関２はトランスミッション４の入力シャフト５から切り離される。
クラッチ７は、電気機械３と内燃機関２とを噛合連結する第１要素８、および電気機械３と内燃機関２とを摩擦連結する第２要素９を備える。一方の要素８は作動部材１０によって作動可能であり、他方の要素９は作動部材１１によって作動可能である。前記作動部材の動作設計は、油圧式か電気機械式のいずれかである。
要素９は制御可能または調整可能な低トルク用摩擦クラッチとして設計され、特に、電気機械３の駆動によって内燃機関２の再始動が確実に可能なトルクを出力できるよう設計される。前記摩擦クラッチは、内燃機関２の出力シャフト１２に相対回転ができない態様で取り付けられ、外側プレート１４を有するクラッチケージ１３と、電気機械３のシャフト１６に相対回転ができない態様で接続され、動作することにより外側プレート１４に接続することができる内側プレート１５とを備える。前記シャフト１６は、トランスミッション４の入力シャフト５に相対回転ができない態様で取り付けられ、さらに電気機械３の回転子１７を相対回転ができない態様で保持する。電気機械３の固定子は参照番号１８で示されている。スプリング手段１９は作動力を摩擦クラッチに与えるように機能する。
クラッチケージ１３には、電気機械３に面した方の端部に、外歯（図示せず）が備えられている。ディスク２０は、クラッチケージ１３の外歯に面した方の端部領域においてシャフト１６に相対回転ができない態様で取り付けられ、そのディスクには外歯が設けられている（同じく図示せず）。内歯を設けられた摺動スリーブ２１は、第１要素８の連結が解かれると、ディスク２０の外歯と相互作用する。
作動部材１０が通電されると、摺動スリーブ２１がクラッチケージ１３の方向へ移動する。その結果、摺動スリーブ２１がディスク２０の外歯ならびにクラッチケージ１３の外歯の両方と係合する。前記の噛合連結によって、内燃機関２の出力シャフト１２と電気機械３のシャフト１６との間にトルク伝達接続が形成される。
他方の作動部材１１が作動されると、摩擦クラッチが接続される。その結果、内燃機関２の出力シャフト１２から電気機械３のシャフト１６へのトルク伝達接続が、プレート１４および１５により確立される。
クラッチが遮断されると、すなわち第１要素８が遮断されかつ第２要素９が遮断されると、電気機械３と内燃機関２の間でトルクは伝達されない。その結果、電気機械３が作動され、ハイブリッド車両は電気によってのみ駆動される。内燃機関２が始動される場合、それが内燃機関２の低温始動であれ再始動であれ、第２要素９、すなわち摩擦クラッチが、作動部材１１の作動によって最初に接続される。摩擦クラッチが確実に接続されている時のみ、従ってシャフト１２とシャフト１６とが同じ回転速度で回転している時のみ、他方の作動部材１０が作動される。それによって、摺動スリーブ２１が移動し、摺動スリーブ２１がクラッチケージ１３およびディスク２０の外歯と係合する結果、噛合連結が実現される。作動部材１１はその後、基本的には、摩擦クラッチが遮断されて要素８による噛合連結、すなわち確実な連結を可能にするクラッチのみが維持されるように再び作動され得る。クラッチ７を遮断するために、最初に摩擦クラッチが再び接続され、次に噛合連結クラッチが遮断され、その後摩擦クラッチが遮断される。
２個の作動部材１０および１１の代わりに、単一の作動部材を備えることも基本的に可能である。その際、前記単一作動部材が作動すると、摩擦クラッチが最初に接続される。前記摩擦クラッチが確実に接続されるときのみ、噛合連結クラッチによる後続の動作、すなわち摺動スリーブ２１の移動によって、噛合連結が確立される。クラッチ７の遮断は逆の順序で起きる。すなわち前記単一作動部材が作動されると、噛合連結クラッチが最初に遮断位置に移動して初めて、摩擦クラッチが遮断される。
図１の実施形態では、内燃機関２は例えば直列４気筒エンジンであり、従ってモータで始動することのできる比較的低い必要トルクのエンジンである。この場合、第２要素が１つのプレート対によって形成されるクラッチ７を設けるのがよい。
図２の実施形態は以下の点でのみ図１の実施形態と異なる。つまり、内燃機関２が高出力のエンジン、例えばターボチャージャー付きＶ８エンジンの場合、内燃機関２を始動するためのトルクの伝達には、プレート対の数をかなり増やした摩擦クラッチが必要になる。この点で、多数の外側プレート１４がクラッチケージ１３に取り付けられ、対応する数の内側プレート１５がシャフト１６に設けられる。
このように、内燃機関２の始動に必要なトルクに応じて、プレート対の数を増減させて摩擦クラッチを構成する。
運転時、内燃機関のトルクの確実な伝達が、摺動スリーブ２１によって実現される。低温始動時、摺動スリーブはトルクを電気機械から内燃機関へ伝達するように機能する。摺動スリーブは、モジュラー設計の構成における最大エンジン用に対応させて設計してもよい。このようにしても、前記摺動スリーブは比較的小型かつ軽量な部品であるため、より小型のエンジンにとって不利ではない。このようにしてあらゆる負荷に対応できる、クラッチの作動と摺動スリーブとを実現することができる。
１ ドライブトレイン
２ 内燃機関
３ 電気機械
４ トランスミッション
５ 共通入力シャフト
６、１２ 出力シャフト
７ クラッチ
８ 第１要素
９ 第２要素
１０ 作動部材
１１ 作動部材
１３ クラッチケージ
１４、１５ プレート
１６ シャフト
１７ 回転子
１８ 固定子
１９ スプリング手段
２０ ディスク
２１ 摺動スリーブ

Claims (9)

  1. パラレルハイブリッド車両のドライブトレイン（１）であって、内燃機関（２）、電気機械（３）、トランスミッション（４）、および前記内燃機関（２）と前記電気機械（３）との間に配置されたクラッチ（７）を備え、前記内燃機関（２）および前記電気機械（３）と前記トランスミッション（４）の共通入力シャフト（５）とは相互に作用し、前記ハイブリッド車両の少なくとも１つのアクスルが、前記トランスミッション（４）の出力シャフト（６）を介して前記内燃機関（２）および／または前記電気機械（３）によって駆動可能であり、前記クラッチ（７）が遮断されている時、前記内燃機関（２）は前記トランスミッション（４）の前記入力シャフト（５）から切り離されるドライブトレイン（１）において、前記クラッチ（７）が、前記電気機械（３）と前記内燃機関（２）との噛合連結のための第１要素（８）、および、前記電気機械（３）と前記内燃機関（２）の摩擦連結のための第２要素（９）を備えることを特徴とするドライブトレイン（１）。
  2. 前記第１要素（８）が、ジョークラッチ、ハース（Hirth）カプリングまたはシンクロナイザ装置の形態の噛合要素であることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレイン。
  3. 前記第２要素（９）が、低トルクでの制御または調整が可能な摩擦クラッチであることを特徴とする請求項１または２に記載のドライブトレイン。
  4. 前記第２要素（９）が、前記内燃機関（２）の再始動トルク用にのみ設計されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
  5. 前記第２要素（９）が、前記ドライブトレイン（１）に用いることが可能な様々な内燃機関（２）の再始動トルクに対応するようモジュラー設計されていることを特徴とする請求項４に記載のドライブトレイン。
  6. 前記２個の要素（８、９）が、別個の作動部材（１０、１１）または単一の共通の作動部材によって作動可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
  7. 前記クラッチ（７）の接続中、前記第２要素（９）が確実に接続されているときに限り前記第１要素（８）による噛合連結が確立されるように前記クラッチ（７）が作動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
  8. 別個の作動部材（１０、１１）の作動に際し、前記第１要素（８）の噛合連結が確立されたあと、前記第２要素（９）が再び遮断されることを特徴とする請求項６または７に記載のドライブトレイン。
  9. 前記共通の作動部材または前記別個の作動部材（１０、１１）が、油圧式または電気機械式に作動するよう設計されたものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
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