JP2014088899A - 蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置 - Google Patents

蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置 Download PDF

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右典 新庄
Makoto Yamaguchi
誠 山口
Takuya Yoshikawa
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アイシン・エィ・ダブリュ工業株式会社
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Abstract

【課題】ある速度で走行している車両を制動する場合に、該車両の運動エネルギーを回収してフライホイールの回転運動エネルギーとして蓄え、このフライホイールの回転運動エネルギーを利用して一旦停止した車両を走行又は加速させる車両駆動装置の提供。
【解決手段】ファイナルギヤ2からクラッチ3を介して導いた動力にて回転するトルクコンバータ4を設け、該トルクコンバータ4には増速ギヤ5を連結し、そして該増速ギヤ5には別のクラッチ6を介してフライホイール7を回転するようにし、トルクコンバータ4のポンプ8は増速ギヤ側に配置すると共に、タービン9はファイナルギヤ2側としている。
【選択図】 図1

Description

本発明は車両を制動する際の運動エネルギーをフライホイールに回転運動エネルギーとして蓄積し、この回転運動エネルギーを用いて一旦停止した車両を発進させる為の、又は加速時の駆動力を補助する為の駆動装置に関するものである。

車両がある速度で走行している場合、所定の運動エネルギーを有しているが、この車両を制動する際に車両の運動エネルギーをフライホイールに回転運動エネルギーとして蓄積することが行なわれている。そして、蓄積した回転運動エネルギーによって一旦停止した車両を発進させる為に、又は加速時の駆動力を補助する為に消費することで、車両の燃費効率を向上させることが出来る。

特開昭61−192961号に係る「車両の減速エネルギー回収装置」は、車両の減速時に駆動軸の回転をフライホイールに伝達してフライホイールに減速エネルギーを回収する一方、車両の加速時にフライホイールの回転を駆動軸に伝達してフライホイールに回収された減速エネルギーを再生するようにした車両の減速エネルギー回収装置であり、車両の減速時、車両変速機のギヤ位置が高速設定位置にある時にクラッチ手段を接続して駆動軸とフライホイールとを連結するクラッチ制動手段を設けている。

特開2001−140735号に係る「蓄エネ用フライホイールを有する車両の始動発進制御装置」は、エコラン後の再発進時に蓄エネ用フライホイールの回転エネルギーでエンジンを始動するとともに駆動力を発生させる車両において、エンジンの始動および発進トルクを適切に制御できるようにしている。
そこで、蓄エネ用フライホイールとトルクコンバータとの間に入力クラッチを配設し、蓄エネ用フライホイールによるエンジンの始動時には入力クラッチを開放し、蓄エネ用フライホイールの回転エネルギーをエンジンのクランキングに集中的に用いる一方、エンジン始動後に入力クラッチを係合して車両に発進トルクを作用させる。また、低μ路では入力クラッチをスリップ制御することにより、乾燥路等の通常時の発進加速性能を損なうことなく低μ路での車輪のスリップ(スピン)を防止することが出来る。

特開2012−117591号に係る「車両用制動装置」は、車輪の回転に連動して回転可能なフライホイールを備え、ブレーキ操作力に応じた制動力が得られる車両用制動装置である。
そこで、車両用制動装置(主制動装置)は、車輪の車軸に連結される入力軸と、この入力軸に対して同軸的に配置され入力軸の回転を増速させて出力軸に出力する入力側遊星歯車式増速器と、この入力側遊星歯車式増速器に対して同軸的に配置された無段変速機と、この無段変速機に対して同軸的に配置されて同無段変速機の出力部にクラッチ装置を介して連結されるフライホイールとを備えている。無段変速機は、ブレーキ操作力に応じて変速させるべく作動する変換機構部CMを備えている。電気制御装置は、変換機構部CMの作動を制御する変換機構部制御手段と、クラッチ装置の断続作動を制御するクラッチ制御手段を備えている。

このように、車両が走行している時の運動エネルギーをフライホイールに蓄積する方法は色々知られている。しかし、従来の回生装置はその構造及び制御が複雑であり、また回生時及び駆動時においてエネルギーの損失が大きい。
図16及び図17は従来の運動エネルギー回収してフライホイールに蓄積する車両の発進駆動装置を表している。

図16は無段変速機(CVT)を備えないで構成した従来の車両駆動装置を表している。同図に示す車両駆動装置ではタイヤ(車輪)の回転はファイナルギヤからクラッチ(イ)を介してフライホイール(F/W)へ伝達され、該フライホイールは回転することが出来る。ここで、クラッチ(イ)は適度なタイミングで係合・開放するように制御され、車両が定速走行している場合には、フライホイールは回転する必要がない為に該クラッチ(イ)は開放しているが、車両を制動する場合にクラッチ(イ)が係合してフライホイールは回転する。

フライホイールの回転はクラッチ(イ)を適度に制御することで増速されて、車両の運動エネルギーはフライホイールの回転運動エネルギーとして回収される。フライホイールの回転速度が最高に達したところでクラッチ(イ)は開放され、その結果、車両が停止した場合であっても、該フライホイールは単独で回転を持続することが出来る。そして、一旦停止した車両が発進する場合、クラッチ(イ)が係合するならば、フライホイールの回転によってファイナルギヤが回り、両タイヤが回転して車両は発進する。そして、発進した車両はフライホイールの回転運動エネルギーを消費して加速することも出来る。

ところで、車両を制動する際にクラッチ(イ)を係合してフライホイールを回転させる場合、並びに高速回転しているフライホイールの回転がクラッチ(イ)を係合することでタイヤを回転する場合には、該クラッチ(イ)に適度なスリップを与えるように制御しなくてはならず、図17に示した上記無段変速機を備えた車両駆動装置の場合に比べてクラッチ(イ)の制御は容易でなく、動力の伝達効率も低下する。

図17は無段変速機(CVT)を備えて構成した従来の車両駆動装置を表している。ところで、タイヤ(車輪)の回転はファイナルギヤから無段変速機(CVT)を介してフライホイール(F/W)へ伝達されて該フライホイールは回転することが出来る。ここで、ファイナルギヤと無段変速機の間、及び無段変速機とフライホイールの間にはクラッチ(ロ)、(ハ)が設けられ、クラッチ(ロ)、(ハ)は適度なタイミングで係合・開放するように制御される。車両が定速走行している場合には、フライホイールは回転する必要がない為に、ファイナルギヤと無段変速機間のクラッチ(ロ)は開放している。そして、車両を制動する場合にはファイナルギヤと無段変速機間のクラッチ(ロ)は係合し、同時に無段変速機とフライホイール間のクラッチ(ハ)も係合する。

フライホイールは無段変速機によって増速されて、その回転速度はファイナルギヤより高くなり、車両の運動エネルギーはフライホイールの回転運動エネルギーとして回収される。しかし、無段変速機は伝達効率が悪くてエネルギーの損失が大きい為に、車両の運動エネルギーの回収及びフライホイールの回転運動エネルギーをタイヤに伝達する効率は良くない。

フライホイールの回転速度が最高に達したところで、無段変速機とフライホイール間のクラッチ(ハ)は開放され、その結果、車両が停止した場合であっても、該フライホイールは単独で回転を持続することが出来る。そして、一旦停止した車両が発進する場合、両クラッチ(ロ)、(ハ)が係合するならば、フライホイールの回転によってファイナルギヤが回り、両タイヤが回転して車両は発進することが出来る。そして、発進した車両はフライホイールの回転運動エネルギーを消費して加速することも出来る。

その為に、車両が発進するように高速回転しているフライホイールの回転速度を無段変速機によって落とし、タイヤが回転することが出来るトルクを発生しなければならず、その為に上記無段変速機を効率よく制御する必要がある。
このようにファイナルギヤとフライホイールの間に無段変速機を介在して運動エネルギーの受け渡しを行なうように構成している従来の車両発進駆動装置は、伝達効率が悪いだけでなく、製造コストが高くなる点も問題となる。

特開昭61−192961号に係る「車両の減速エネルギー回収装置」 特開2001−140735号に係る「蓄エネ用フライホイールを有する車両の始動発進制御装置」 特開2012−117591号に係る「車両用制動装置」

このように、従来のエネルギー回収装置には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、簡単な機構を用いて高い効率で運動エネルギーの回収・蓄積を行い、フライホイールに蓄積された回転運動エネルギーを無駄なく利用することで、車両の発進並びに加速を効率よく行なうことが出来る車両の駆動装置を提供する。

本発明に係る蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置は、車両の運動エネルギーを回収してフライホイールの回転運動エネルギーとして蓄積し、駆動時に利用するものであり、基本的な思想は従来技術と共通している。そこで、本発明では図16、図17に示したように、クラッチだけを備えた場合やクラッチと無段変速機を組み合わせて構成した場合に代わってトルクコンバータ(T/C)と増速機構を用い、車輪側のファイナルギヤとトルクコンバータとの間、及び増速機構とフライホイールとの間にはクラッチを介在している。

ただし、本発明の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置を取付ける箇所は、本発明専用の上記ファイナルギヤに限るものではなく、エンジン(E/G)やモータなどの駆動源からタイヤ(車輪)を回転する為の動力伝達経路の一部と連結される。そして、増速機構としては一般にギヤ、チェーン、ベルトなどで、トルクコンバータの回転速度を増速してフライホイールを回転する。ここで、トルクコンバータのポンプを増速機構側に位置し、タービンを車輪側に位置している。

本発明に係る蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置は、従来のクラッチだけを備えた場合やクラッチと無段変速機を組み合わせて構成した場合に代わってトルクコンバータとギヤなどで構成した増速機構を用いている。そこで、フライホイールは、従来のクラッチだけを備えた場合やクラッチと無段変速機を組み合わせて構成した場合に比べて伝達効率の良い上記トルクコンバータと増速機構によって高速回転することで、大きな回転運動エネルギーとして蓄えることが出来、そして駆動時に回転運動エネルギーを利用する場合、フライホイールとタイヤとの回転速度合わせはトルクコンバータで行なうことが可能となる。

すなわち、フライホイールの回転はトルクコンバータがその回転を落として車両を発進させることが出来、また発進した車両を加速することが出来る。そしてクラッチだけを備えた場合やクラッチと無段変速機を組み合わせて構成した場合にてフライホイールの回転を駆動軸に伝達させる時と比較して、クラッチのスリップ伝達効率や無段変速機の伝達効率よりトルクコンバータの伝達効率が良い分だけ伝達効率が向上し、またトルクコンバータを介在することで特別に制御することなく微妙な速度合わせが容易に出来る。

一方、トルクコンバータのポンプをフライホイール側に配置し、タービンをタイヤ側に配置することで、トルク増幅による駆動力が向上し、フライホイールと増速機構間に設けているクラッチのトルク容量を小さく出来る。またトルクコンバータを用いることで駆動力保持時間がアップし、駆動力の幅が拡大することで重量の大きな車両を走行させ得る。 そして、本発明では従来のようなクラッチだけを備えた場合、又はクラッチと無段変速機を組み合わせて構成した場合に代わってトルクコンバータを使用することで、車両駆動装置としての構造は簡素化されると共に制御が容易であり、エンジンやモータなどの駆動源の使用を抑えて燃料や電気の使用を抑制することが出来、しかも製造コストは安くなる。

本発明に係る蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置の概念を示す実施例。 時間の経過と共に変化する車速、フライホイールの回転速度、及び駆動力を示すグラフ。 トルクコンバータの有無による駆動力の違いを示すグラフ。 トルクコンバータを用いた場合の伝達効率を示すグラフ。 可変イナーシャ型フライホイールの具体例。 可変イナーシャ型フライホイールの具体例。 可変イナーシャ型フライホイールを備えた場合の駆動力を示すグラフ。 可変イナーシャ型フライホイールを備えた場合の回生時のフライホイールの回転速度とクラッチの発熱量。 2段変速機構を備えた蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置の概念を示す実施例。 2段変速機構を示す具体例。 2段変速機構を示す他の具体例。 2段変速機構を備えた回生時でのフライホイールの回転速度。 2段変速機構を備えた駆動力を示すグラフ。 エンジン及びトランスミッションの近くに取付けた車両駆動装置。 車両本体のトルクコンバータを兼用して構成した本発明の車両駆動装置。 従来の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置の概念を示す実施例。 従来の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置の概念を示す他の実施例。

図1は本発明に係る蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置の概念を表している。同図は前記図16、図17に示した従来の車両駆動装置と比較した表現としており、両タイヤ1a,1bと繋がって回転するファイナルギヤ2にクラッチ3を介してトルクコンバータ(T/C)4を設け、該トルクコンバータ4に増速ギヤ5を連結し、そして増速ギヤ5にはクラッチ6を介在してフライホイール(F/W)7を連結している。

ここで、上記トルクコンバータ4はポンプ8を増速ギヤ5の側に配置し、タービン9をクラッチ3の側に配置した構造としている。そして、増速ギヤ5は大径ギヤ10と小径ギヤ11が噛み合って構成され、トルクコンバータ4のポンプ8は大径ギヤ10と連結し、小径ギヤ11はクラッチ6と連結している。そこで、ファイナルギヤ2の回転はクラッチ3を介してトルクコンバータ4へ伝達され、該トルクコンバータ4は増速ギヤ5にてその回転速度が増速され、クラッチ6を介してフライホイール7が回転する。

すなわち、ある速度で走行している車両が減速する場合、クラッチ3が係合してトルクコンバータ4が回転し、該トルクコンバータ4の回転は増速ギヤ5の大径ギヤ10から小径ギヤ11に伝達して増速され、そしてクラッチ6を通してフライホイール7が回転する。フライホイール7はファイナルギヤ2の回転速度より高速で回転し、大きな回転運動エネルギーとして蓄えられる。

そこで、該フライホイール7の回転速度が最高域に達したところで、クラッチ6が開放するならば、フライホイール7はその回転速度を殆ど落とすことなく所定の時間、回転を持続する。そして、車両が例えば信号待ちなどで一時的に停止してもフライホイール7は回転している為に、クラッチ6とクラッチ3が係合するならば、増速ギヤ5及びトルクコンバータ4が回転してファイナルギヤ2へ動力が伝達され、車両は発進する。ファイナルギヤ2が回転することで仮にエンジンが停止している場合であるならば、エンジンと繋がっているタイヤの回転で該エンジンが回転して始動すると共に車両が発進することが出来る。そして、発進した車両は加速することが出来る。

図2は無段変速機がなくクラッチのスリップでファイナルギヤを駆動する場合とトルクコンバータでファイナルギヤを駆動する場合で、時間に対して車速、フライホイールの回転速度、及び駆動力を表しているが、トルクコンバータを用いることで駆動力保持時間が増加することを示すグラフである。トルクコンバータはクラッチのスリップ伝達より効率が良い為、フライホイールの回転速度の低下が遅く、駆動力は所定の大きさから滑らかな曲線を描いて低下する為、駆動力の保持時間が長くなる。そこで、停止している車両が動き始めて車速が増加する場合、所定の速度で回転しているフライホイールは、時間と共にその回転速度は低下するが、同図に示すようにトルクコンバータを備えることで回転速度の低下は抑えられて駆動力保持時間は長くなる。

そして、トルクコンバータを備えた場合の駆動力は、曲線を描いて更に低下し、タービンの回転速度が所定の領域を超えたところ(A点)でロックアップする。すなわち、タービンの回転速度が高くなると図にないロックアップクラッチでポンプとタービンが係合し、作動流体を介することなくタービンが直接回転する。
これに対して、トルクコンバータを備えない場合であれば、クラッチ(イ)のスリップによりフライホイールからの出力を制御することで、車両が動き出すに必要な駆動力より大きい一定の駆動力が維持される。同図において、一点鎖線で必要な駆動力の大きさを示しているように、停止状態にある車両が発進して車速を増加するには、この必要駆動力以上の駆動力を発生する必要がある。

このようにトルクコンバータを備えることで、車両発進時の駆動力が大きくなると共に駆動力の保持時間も長くなる。従って、車両は高い加速で発進すると共に、加速時間が長くなることで、車両の初期速度はスムーズに上昇することが出来る。
すなわち、フライホイールの回転は小径ギヤ11と大径ギヤ10によって回転速度が落とされ、そしてトルクコンバータ4のポンプ8をゆっくり回転することで、発進時の駆動力は大きくなり、車両の発進時の速度に応じて駆動力は次第に低下するが、車速は徐々に高くなる。

図3はトルクコンバータを備えることによる駆動力の幅の増加を示すグラフである。実線で示すグラフはトルクコンバータを備えている場合の駆動力を表し、点線で示すグラフはトルクコンバータを備えていない場合の駆動力を表している。トルクコンバータを備えた場合の駆動力は時間の経過と共に滑らかな曲線を描いて徐々に低下するが、トルクコンバータを備えない場合には、車両が動くことが出来る為に必要とする駆動力より大きくなるようにクラッチ(イ)を最適に制御しなくてはならない。
トルクコンバータはトルク増幅作用があり、クラッチより高い駆動力を発生する為、発進時又は加速時に必要となる駆動力に対応出来る範囲が広くなり、エンジンやモータなどの他の駆動源の使用を抑制出来る。

すなわち、トルクコンバータを備えない場合であれば、駆動力の保持時間を長くするために、クラッチ(イ)のスリップによりフライホイールからの出力を制御して、必要以上に駆動を大きくすることなく一定大きさの駆動力が持続するようにしている。ところで、同図においてトルクコンバータを備えた場合の初期駆動力はトルクコンバータを備えない場合に比べて大きくなり、車両を走行させる為の駆動力の幅が増加する。

図4はポンプ側軸41とタービン側軸42との差回転と伝達効率の関係を示すグラフであって、点線はクラッチの入力軸と出力軸との差回転による伝達効率を示し、実線はトルクコンバータの入力軸と出力軸との差回転による伝達効率を示している。
クラッチの場合、入力側軸と出力側軸間の回転数の差が大きくなるにしたがってその滑りは増大し、伝達効率は直線状に小さくなる。これに対して、トルクコンバータの場合には、ポンプ側軸41とタービン側軸42間の回転数の差が大きくなるにしたがって同じく伝達効率は小さくなるが、クラッチのように直線状に低下することなく滑らかな曲線をなして小さくなる。

従って、同図の斜線領域はクラッチと比較した場合のトルクコンバータとしての効果であり、トルクコンバータを備えることで駆動装置として動力の伝達効率の低下が抑制される。すなわち、図1において、トルクコンバータの前後にはクラッチが介在しているが、トルクコンバータの動力伝達効率は差回転が如何様であってもクラッチより常に高い為に、クラッチを大きく滑らせることなくトルクコンバータにて差回転を吸収することで駆動装置全体の伝達効率の低下が抑制される。

図5は可変イナーシャ型フライホイールを示す具体例である。同図に示すように、該フライホイール7には重り12が取付けられ、該重り12にはバネ13が連結している。(a)はフライホイール7の回転速度が低い場合であり、重り12はフライホイール7の中心付近に位置している。(b)はフライホイール7の回転速度が高くなった場合であり、重り12は遠心力の作用でバネ13が圧縮変形して外周側へ移動することが出来る。ここで、フライホイール7には半径方向にガイドを設けて重り12の移動は規制され、また、フライホイール全体としてバランスが保たれるように複数の重り12,12・・・が取付けられる。

低速回転時に重り12が中心付近に位置することで、フライホイール7としての慣性モーメントは小さく、そして回転速度が高くなるにしたがって重り12は外側に移動することが出来、フライホイール7の慣性モーメントは大きくなる。従って、フライホイール7はスムーズに回り始めて短時間で高速回転に達し、大きな慣性モーメントとなり、大きな回転運動エネルギーを蓄えたフライホイール7となる。本発明はこの大きな回転運動エネルギーを消費して車両を発進させることが出来る。また、発進した車両を加速することも出来る。

図6はフライホイール7の別形態を示す実施例である。このフライホイール7は第1フライホイール14と第2フライホイール15から構成され、回り始めの低速回転時には第1フライホイール14のみが回転し、第1フライホール14の回転速度が高くなって所定の速度になったところで第2フライホイール15が回り始める。第2フライホイール15は第1フライホイール14の軸16にクラッチ17を介して軸支され、このクラッチ17は第1フライホイール14の回転速度が低い場合には開放され、回転速度が高くなってある速度に達すると係合して第2フライホイール15は回転を開始する。

このフライホイール7の場合も前記図5に示すフライホイール7と同じく、低速回転時には第1フライホイール14のみ回転することで、フライホイール7としての慣性モーメントは小さく、そして回転速度が高くなるにしたがって第2フライホイール15が回り始めることで慣性モーメントは大きくなる。従って、フライホイール7はスムーズに回り始めて短時間で高速回転に達し、慣性モーメントが大きな回転運動エネルギーを蓄えたフライホイール7となる。

図7はフライホイール7を前記図5、図6のような可変イナーシャ型とした場合で、時間に対して車速とフライホイールの回転速度、及び駆動力の変化を表している。図7は前記図2に示したグラフに相当するものであり、可変イナーシャ型フライホイールを用いることで駆動力保持時間が増加することを示すグラフである。すなわち、停止している車両が動き始めて車速が増加する場合、所定の速度で回転しているフライホイール7は、時間と共にその回転速度は低下するが、同図に示すように可変イナーシャ型フライホイール7を備えることで回転速度の低下は抑えられて駆動力保持時間は長くなる。
すなわち、可変イナーシャ型フライホイールは図5のように重り12を取付けていることで、また図6のように第2フライホイール15を備えていることで慣性モーメントは大きくなり、蓄えられている回転運動エネルギーが大きい為、回転速度の低下が抑制される。

そして、可変イナーシャ型フライホイール7を備えた場合の駆動力は、滑らかな曲線の勾配が緩やかとなって、車両が走行するに必要な駆動力の持続は長くなる。同図において、一点鎖線で車両が走行する為の必要な駆動力の大きさを示しているように、停止状態にある車両が発進して車速を増加するには、この必要駆動力以上の駆動力を発生する必要がある。

可変イナーシャ型フライホイール7を備えることで、曲線の勾配が緩やかとすることが出来、その為に駆動力の保持時間は長くなる。従って、車両の加速時間が延長されて、エンジンやモータなどの駆動源の使用を抑制することが出来る。

図8は、車両の走行に伴う運動エネルギーの回生時において、時間と共に変化するフライホイール7の回転速度とクラッチの発熱量を表している。実線で示す可変イナーシャ型フライホイール7の場合、点線で示す非可変イナーシャ型フライホイール7の場合に比較して、ある領域Aまでの立ち上がり回転速度に要する時間は短くなる。その後は直線状に回転速度が一定高さまで増加する。
すなわち、図5、図6に示す可変イナーシャ型フライホイールでは、低速回転域では慣性モーメントが小さい為にフライホイールの回転速度の立ち上がりは速く、慣性モーメントが大きくなったところで、回転速度は直線状に増加する。

そして、クラッチの累積発熱量は、可変イナーシャ型フライホイール7が非可変イナーシャ型フライホイール7の場合に比較して少なくなる。すなわち、フライホイールの回転初期により高回転に増速させることで、クラッチの差回転が大きい時間が短くなり、その結果、クラッチの発熱量は小さくなる。

図9は図1における増速ギヤ5を2段変速のギヤ機構として構成している場合である。図10はこの2段変速のギヤ機構を示す具体例であり、該ギヤ機構はギヤ18、ギヤ19、ギヤ20、及びギヤ21で構成され、ギヤ20はギヤ18から延びる軸22にクラッチ23を介して軸支され、ギヤ19はギヤ21から延びる軸24にワンウエイクラッチ(OWC)25を介して軸支されている。そこで、ギヤ18とギヤ19は噛み合い、ギヤ18より大径のギヤ20とギヤ19より小径のギヤ21が噛み合っている。図10(a)は低速回転時の噛み合い伝達経路を、図10(b)は高速回転時の噛み合い伝達経路を表している。

すなわち、低速回転時には、トルクコンバータ4のポンプ側軸41の回転は、ギヤ18からギヤ19、そしてギヤ21へと伝達される。ここで、ギヤ20の軸22に設けているクラッチ23は開放され、ギヤ19のワンウエイクラッチ(OWC)25はロックされることで、上記伝達経路が構成される。そして、回転速度が高くなると、ギヤ20のクラッチ23が係合し、ギヤ19のワンウエイクラッチ(OWC)25が空転することで、ギヤ18の回転はギヤ20へ伝達され、そしてギヤ21を回転させてフライホイール7を回転することが出来る。

図11は2段変速ギヤ機構を示す他の実施例を示している。同図のギヤ機構はギヤ26とギヤ27、及びギヤ28とで構成され、ギヤ26は小径のギヤ部29と大径のギヤ部30を形成している。そこで、低速回転時にはギヤ26の小径のギヤ部29の回転はギヤ27を回転し、該ギヤ27の回転にてフライホイール7が回転する。そこで、ギヤ27のクラッチ31は係合すると共に、ギヤ28のワンウエイクラッチ(OWC)32は空転する。そして、高速回転時には、ギヤ27のクラッチ31が開放されることで、ギヤ26の大径のギヤ部30にてギヤ28が回転し、該ギヤ28のワンウエイクラッチ(OWC)32がロックされることで、該ギヤ28にてフライホイール7が回転することが出来る。

図12は回生時におけるフライホイール7の回転速度の変化を表している。点線で示すグラフは図1に示す1段ギヤ機構を用いた場合のフライホイール7の回転速度の変化を示している。これに対して、実線は2段変速のギヤ機構を採用している場合のフライホイール7の回転速度の変化を表している。2段変速ギヤ機構は低速回転時に増速比を小さくする為に回転速度の立ち上がりが速く、その後、増速比を大きくする為に、該フライホイールの最高回転速度も高くなる。従って、フライホイール7は非常に大きな回転運動エネルギーを蓄えることが出来る。

図13は駆動時における、車速、フライホイールの回転速度、及び駆動力を示すグラフである。所定の回転速度にて回転しているフライホイール7は時間と共にその回転速度は低下するが、実線で示す2段変速にて増速されたフライホイール7の回転速度は高く、これに対して点線で示す1段増速ギヤ機構にて増速したフライホイールの回転速度は低くなっている。

そして、駆動力は時間と共に曲線を描いて低下するが、実線で示す2段変速にて増速したフライホイールを備えた駆動力はその低下率が低く、点線で示している1段増速ギヤ機構にて増速したフライホイール7に比較して駆動力保持時間は長くなる。すなわち、車両を駆動する時間は長くなる。フライホイール7は2段変速にて増速されているので回転運動エネルギーは大きく、その為に駆動力保持時間は長くなる。

ところで、本発明の車両駆動装置を取付ける場所は特に限定するものではなく、エンジン又はモータ等の駆動源からの回転動力をトランスミッションを介してタイヤに伝達して走行する車両の駆動源からタイヤまでの動力伝達経路にある回転軸に本発明の車両駆動装置を連結してもよい。例えば、図14に示すように車両の動力伝達経路であるファイナルギヤに連結して取付けることが出来る。駆動装置は前記図1に示した構造と同じように構成している。

図15は本発明の車両駆動装置を示す他の実施例であり、車両の駆動伝達経路にあるトルクコンバータ(T/C)を本発明の車両駆動装置のトルクコンバータ(T/C)と兼用した構造と成っている。すなわち、トルクコンバータ34のポンプ側軸の回転速度を増速してフライホイール40を高速回転する増速機構とトルクコンバータ34とエンジン35を繋ぐクラッチ36を有している。そこで、クラッチ36には大径ギヤ37を連結し、そして該大径ギヤ37にトルクコンバータ34が繋がっている。上記大径ギヤ37には小径ギヤ38を噛み合わせ、この小径ギヤ38にはクラッチ39を介してフライホイール40を連結している。

そこで、車両を制動する場合、トルクコンバータ34が回転し、トルクコンバータ34は大径ギヤ37を回し、大径ギヤ37に噛み合っている小径ギヤ38が高速で回転し、クラッチ39が係合することでフライホイール40が回転する。ここで、制動時にはエンジン35の出力側にあるクラッチ36は開放され、車両の運動エネルギーは増速ギヤを介してフライホイール40の回転運動エネルギーとして蓄えられる。そして、クラッチ39を開放して車両が一旦停止する場合には、フライホイール40はそのまま高速回転を持続する。

そして、該車両が発進する際には、クラッチ39が係合してフライホイール40の回転は小径ギヤ38及び大径ギヤ37を介してトルクコンバータ34が回転する。トルクコンバータ34の回転はトランスミッション33を通してタイヤを回転駆動する。ここで、大径ギヤ37の回転によってトルクコンバータ34が回転すると同時にクラッチ36が係合するならば、エンジンが始動する。すなわち、信号待ちで車両が一旦停止すると同時にエンジンも停止し、フライホイール40の回転運動エネルギーを利用して車両が発進すると同時にエンジン35を始動させることが出来る。また、発進した車両を加速することも出来る。

1 タイヤ
2 ファイナルギヤ
3 クラッチ
4 トルクコンバータ(T/C)
5 増速ギヤ
6 クラッチ
7 フライホイール(F/W)
8 ポンプ
9 タービン
10 大径ギヤ
11 小径ギヤ
12 重り
13 バネ
14 第1フライホイール
15 第2フライホイール
16 軸
17 クラッチ
18 ギヤ
19 ギヤ
20 ギヤ
21 ギヤ
22 軸
23 クラッチ
24 軸
25 ワンウエイクラッチ(OWC)
26 ギヤ
27 ギヤ
28 ギヤ
29 小径のギヤ部
30 大径のギヤ部
31 クラッチ
32 ワンウエイクラッチ(OWC)
33トランスミッション
34トルクコンバータ(T/C)
35 エンジン(E/G)
36 クラッチ
37 大径ギヤ
38 小径ギヤ
39 クラッチ
40 フライホイール(F/W)
41 ポンプ側軸
42 タービン側軸

Claims (5)

  1. ある速度で走行している車両を制動する場合に、該車両の運動エネルギーを回収してフライホイールの回転運動エネルギーとして蓄え、このフライホイールの回転運動エネルギーを利用して、一旦停止した車両を走行させ又は加速時の駆動力を補助する為の車両駆動装置において、タイヤと繋がっている回転軸からクラッチを介して導いた動力にて回転するトルクコンバータを設け、該トルクコンバータには増速機構を連結し、そして該増速機構には別のクラッチを介してフライホイールを回転するようにし、上記トルクコンバータのポンプは増速機構側に配置すると共に、タービンはタイヤ側としたことを特徴とする蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置。
  2. 上記回転軸を車両の動力伝達経路とした請求項1記載の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置。
  3. ある速度で走行している車両を制動する場合に、該車両の運動エネルギーを回収してフライホイールの回転運動エネルギーとして蓄え、このフライホイールの回転運動エネルギーを利用して、一旦停止した車両を走行させ又は加速時の駆動力を補助する為の車両駆動装置において、車両の動力伝達経路に設けたトルクコンバータとエンジンやモータなどの駆動源の間にトルクコンバータの回転速度を増速する増速機構とトルクコンバータとエンジンやモータなどの駆動源を繋ぐクラッチを設け、そして該増速機構には別のクラッチを介してフライホイールを回転するようにしたことを特徴とする蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置。
  4. 上記フライホイールを可変イナーシャ型フライホイールとした請求項1、請求項2、又は請求項3記載の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置。
  5. 上記増速機構として変速ギヤ機構を用いた請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4記載の蓄エネ用フライホイールを有す車両駆動装置。

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