JP2015009691A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータによる走行アシストおよび回生の効率を向上することができ、かつ、エンジンの始動に要する時間を短縮できる、動力伝達機構を提供する。【解決手段】連結切替機構１５により、モータジェネレータ３のＭ／Ｇ軸１４は、エンジン２のＥ／Ｇ出力軸１１および変速機４のＣＶＴ出力軸６に選択的に連結される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両における動力の伝達のための動力伝達機構に関する。

ハイブリッドカーには、走行用の動力源として、エンジンおよびモータが搭載されている。エンジンおよびモータが発生する動力は、変速機などを含む動力伝達機構を介して、駆動輪に伝達される。

エンジンを搭載した車両には、通常、エンジンを始動するためのスタータが設けられている。ハイブリッドカーでは、モータが走行用動力源として搭載されているので、そのモータをスタータとして兼用することができれば、スタータを省略することができ、コストを削減することができる。

たとえば、特許文献１には、モータを走行用およびエンジン始動用の動力源として兼用するための構成が開示されている。この構成では、モータの回転軸にシンクロクラッチを介して選択的に継合される第１ギヤおよび第２ギヤが設けられている。第１ギヤは、変速機の出力軸に取り付けられたギヤと噛合している。第２ギヤは、変速機の入力軸に取り付けられたギヤと噛合している。エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間には、それらを断接するためのメインクラッチが介装されている。そして、モータの動力が駆動輪に伝達される走行アシスト時には、シンクロクラッチにより、モータの回転軸と第１ギヤとが接続される。モータの動力でエンジンを始動させる際には、シンクロクラッチにより、モータの回転軸と第２ギヤとが接続される。そして、メインクラッチが接続された後、モータが駆動され、モータの駆動力が変速機の入力軸およびメインクラッチを介してエンジンの出力軸に伝達される。

特開２００２−１１４０４８号公報

ところが、かかる構成では、エンジンの始動に際して、シンクロクラッチおよびメインクラッチの継合後にモータの駆動を開始させなければならないので、エンジンの始動に時間がかかる。とくに、かかる構成が減速走行（コースト走行）時にフューエルカット制御が行われる車両に適用された場合、減速走行中のエンジンの再始動の際には、メインクラッチの半クラッチ状態が必要となり、エンジンの再始動に時間がかかる。

また、ハイブリッドカーでは、モータジェネレータを走行用の動力源として搭載し、たとえば、減速走行時に、モータジェネレータを発電機として機能させることが考えられる。この場合、モータジェネレータによる効率のよい回生が望まれる。

本発明の目的は、モータジェネレータによる走行アシストおよび回生の効率を向上することができ、かつ、エンジンの始動に要する時間を短縮できる、動力伝達機構を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る動力伝達機構は、エンジンおよびモータジェネレータを搭載した車両の動力伝達機構であって、エンジンの出力軸が連結される入力軸および車両の駆動輪に連結される出力軸を有し、入力軸に入力される動力を変速して出力軸から出力可能な変速機と、モータジェネレータの回転軸がエンジンの出力軸に連結された状態と変速機の出力軸に連結された状態とに切り替える連結切替機構とを含む。

この構成によれば、モータジェネレータの回転軸は、エンジンの出力軸および変速機の出力軸に選択的に連結される。

モータジェネレータの回転軸がエンジンの出力軸に連結された状態において、モータジェネレータがモータとして駆動されると、モータジェネレータの回転軸からエンジンの出力軸に動力が伝達される。この動力により、エンジンを始動させることができる。すなわち、モータジェネレータをエンジンのスタータとして機能させることができる。また、モータジェネレータの回転軸がエンジンの出力軸に連結された状態において、モータジェネレータが発電機として駆動されると、モータジェネレータにより、エンジンの出力軸からモータジェネレータの回転軸に伝達される動力を電力に回生することができる。

モータジェネレータの回転軸が変速機の出力軸に連結された状態において、モータジェネレータがモータとして駆動されると、モータジェネレータの回転軸から変速機の出力軸に動力が伝達される。この動力により、車両の走行をアシストすることができる。また、モータジェネレータの回転軸が変速機の出力軸に連結された状態において、モータジェネレータが発電機として駆動されると、モータジェネレータにより、駆動輪から変速機の出力軸を介してモータジェネレータの回転軸に伝達される動力を電力に回生することができる。このモータジェネレータによる走行アシストおよび回生の際に、モータジェネレータと駆動輪との間を伝達される動力が変速機を経由しない。よって、モータジェネレータによる走行アシストおよび回生の効率を向上させることができる。そして、モータジェネレータによる走行アシストおよび回生の効率の向上により、車両の燃費の向上を図ることができる。

また、車両の減速走行中におけるエンジンの始動の際には、連結切替機構により、モータジェネレータの回転軸が変速機の出力軸に連結された状態から、モータジェネレータの回転軸がエンジンの出力軸に連結された状態に切り替えられる。この切替えの前に、モータジェネレータの回転数がエンジンの回転数に合わされていれば、切替えの後、回転数合わせのための動作（たとえば、半クラッチ動作）を行う必要がない。よって、エンジンの始動に要する時間を短縮することができる。

モータジェネレータの回転軸とエンジンの出力軸との間に、モータジェネレータ側からエンジン側への一方向に動力を伝達するワンウェイクラッチが設けられていてもよい。

ワンウェイクラッチの働きにより、モータジェネレータの回転数がエンジンの回転数以上に上昇するまで、モータジェネレータの回転軸からエンジンの出力軸に動力が伝達されず、モータジェネレータの回転数がエンジンの回転数に達すると、モータジェネレータの回転軸からエンジンの出力軸に動力が伝達される。よって、連結切替機構による切替えの前に、モータジェネレータの回転数とエンジンの回転数とを合わせる必要がなく、その回転数合わせのための制御および時間を省略することができる。その結果、エンジンの始動に要する時間をさらに短縮することができる。

エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間に、変速機における変速段の切り替えの際に切断されるクラッチが設けられ、クラッチが切断されているときに、モータジェネレータの回転軸が変速機の出力軸に連結された状態にされてもよい。

クラッチが切断されている間は、エンジンの出力軸から変速機の入力軸への動力の伝達が途絶える。このとき、モータジェネレータの回転軸が変速機の出力軸に連結されて、モータジェネレータがモータとして駆動され、モータジェネレータの回転軸から変速機の出力軸に動力が伝達される。これにより、エンジンの出力軸から変速機の入力軸への動力の伝達が途絶えることによるトルク抜け感の発生を抑制できる。

なお、変速機の出力軸は、ファイナルギヤが保持される軸に限らず、その軸と動力を伝達可能に連結される種々の軸を含む概念である。たとえば、変速機の出力軸には、ドライブシャフトが含まれてもよい。

本発明によれば、モータジェネレータによる走行アシストおよび回生の効率を向上させることができる。また、エンジンの始動に要する時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構が組み込まれた車両の駆動系統の構成を概念的に示す図である。 車両の状態に応じたエンジン、クラッチおよび連結切替機構の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る動力伝達機構が組み込まれた車両の駆動系統の構成を概念的に示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構が組み込まれた車両１の駆動系統の構成を概念的に示す図である。

車両１は、エンジン（Ｅ／Ｇ）２およびモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）３を動力源として搭載した自動車である。車両１は、変速機４を備えている。

変速機４は、たとえば、Ｖベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously
Variable Transmission）であり、プライマリプーリを保持するＣＶＴ入力軸５と、セカンダリプーリを保持するＣＶＴ出力軸６とを備えている。プライマリプーリとセカンダリプーリとには、Ｖベルトが巻き掛けられている。ＣＶＴ出力軸６には、ファイナルギヤ７が保持されている。ファイナルギヤ７は、ディファレンシャルギヤ８と噛合している。

ＣＶＴ入力軸５に入力される動力は、所定の変速比で変速されて、ＣＶＴ出力軸６に伝達される。ＣＶＴ出力軸６に伝達される動力は、ファイナルギヤ７およびディファレンシャルギヤ８を介して、ディファレンシャルギヤ８から左右に延びるドライブシャフト９Ｌ，９Ｒに伝達される。これにより、ドライブシャフト９Ｌ，９Ｒが回転し、ドライブシャフト９Ｌ，９Ｒとともに、それぞれ駆動輪１０Ｌ，１０Ｒが回転する。

エンジン２の出力軸（以下、「Ｅ／Ｇ出力軸」という。）１１には、フライホイール１２が保持されている。フライホイール１２の外周には、ギヤ歯（アウタリングギヤ）が形成されている。

Ｅ／Ｇ出力軸１１と変速機４のＣＶＴ入力軸５との間には、クラッチ１３が介装されている。クラッチ１３が継合されると、Ｅ／Ｇ出力軸１１とＣＶＴ入力軸５とが連結され、クラッチ１３が切断されると、Ｅ／Ｇ出力軸１１とＣＶＴ入力軸５との連結が解除される。クラッチ１３は、たとえば、クラッチディスクおよびプレッシャプレートを備え、プレッシャプレートとフライホイール１２との間にクラッチディスクが挟み込まれた状態でそれらが圧着されることによって継合状態となる構成の乾式単板型のクラッチである。

モータジェネレータ３は、その回転軸（以下、「Ｍ／Ｇ軸」という。）１４がＥ／Ｇ出力軸１１と平行に延びるように配置されている。Ｍ／Ｇ軸１４の先端部は、変速機４内に入り込んでいる。

Ｍ／Ｇ軸１４には、連結切替機構１５が組み込まれている。連結切替機構１５は、Ｍ／Ｇ軸１４に保持された第１ギヤ１６と、Ｍ／Ｇ軸１４の先端部に保持された第２ギヤ１７と、第１ギヤ１６と第２ギヤ１７との間に介在されたドッグクラッチ１８とを備えている。

第１ギヤ１６および第２ギヤ１７は、Ｍ／Ｇ軸１４を中心に回転可能に設けられている。第１ギヤ１６および第２ギヤ１７は、それぞれフライホイール１２のアウタリングギヤおよびファイナルギヤ７と噛合している。

ドッグクラッチ１８は、Ｍ／Ｇ軸１４に沿って移動可能に設けられている。

ドッグクラッチ１８が第１ギヤ１６側に移動されて、ドッグクラッチ１８と第１ギヤ１６とが継合することにより、Ｍ／Ｇ軸１４と第１ギヤ１６とが相対回転不能に連結される。これにより、Ｅ／Ｇ出力軸１１とＭ／Ｇ軸１４とがフライホイール１２および第１ギヤ１６を介して相互に動力を伝達可能に連結される。

ドッグクラッチ１８が第２ギヤ１７側に移動されて、ドッグクラッチ１８と第２ギヤ１７とが継合することにより、Ｍ／Ｇ軸１４と第２ギヤ１７とが相対回転不能に連結される。これにより、ＣＶＴ出力軸６とＭ／Ｇ軸１４とがファイナルギヤ７および第２ギヤ１７を介して相互に動力を伝達可能に連結される。

なお、ドッグクラッチ１８は、油圧アクチュエータなどの駆動源を含む駆動機構により、Ｍ／Ｇ軸１４に沿って移動され、第１ギヤ１６および第２ギヤ１７に選択的に継合される。

図２は、車両１の状態に応じたエンジン２、クラッチ１３および連結切替機構１５の動作を説明するための図である。

車両１が停車した状態でのエンジン２の始動の際には、クラッチ１３が切断状態（ＯＦＦ）にされる。また、連結切替機構１５のドッグクラッチ１８が第１ギヤ１６と継合されて、Ｅ／Ｇ出力軸１１とＭ／Ｇ軸１４とが連結される。そして、モータジェネレータ３がモータとして駆動され、Ｍ／Ｇ軸１４の動力がＥ／Ｇ出力軸１１に伝達されることにより、エンジン２が始動する。

エンジン２の始動後、車両１が停車している状態において、モータジェネレータ３による発電の要求があると、クラッチ１３が切断状態にされ、ドッグクラッチ１８が第１ギヤ１６と噛合された状態のまま、モータジェネレータ３が発電機として駆動される。このとき、モータジェネレータ３により、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＭ／Ｇ軸１４に伝達される動力が電力に回生される。モータジェネレータ３から出力される電力は、バッテリ（図示せず）に蓄えられて、補機類の駆動に使用される。たとえば、バッテリの残容量が所定量以下になると、モータジェネレータ３による発電が要求される。

車両１の走行中であって、運転者によってブレーキペダル（図示せず）が操作されていない状態では、クラッチ１３が継合状態（ＯＮ）にされる。また、ドッグクラッチ１８が第２ギヤ１７と噛合されて、ＣＶＴ出力軸６とＭ／Ｇ軸１４とが連結される。そして、モータジェネレータ３がモータとして駆動されるときには、Ｍ／Ｇ軸１４の動力がＣＶＴ出力軸６に伝達される。これにより、ＣＶＴ出力軸６の回転がＭ／Ｇ軸１４からの動力でアシストされる。そのため、そのＭ／Ｇ軸１４からの動力によるアシスト分、エンジン２の出力を下げることができる。その結果、車両１の走行燃費が向上する。また、モータジェネレータ３が発電機として駆動されるときには、モータジェネレータ３により、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＭ／Ｇ軸１４に伝達される動力が電力に回生される。

車両１の走行中に、運転者によってブレーキペダルが操作されると、クラッチ１３が継合状態から切断状態にされる。その後、エンジン２の運転（エンジン２に対する燃料の供給）が停止される。このとき、ドッグクラッチ１８は、第２ギヤ１７と噛合されたままである。そして、モータジェネレータ３が発電機として駆動されて、モータジェネレータ３により、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＭ／Ｇ軸１４に伝達される動力が電力に回生される。

その後、車両１の走行中に、エンジン２の再始動の要求があると、クラッチ１３が切断状態にされ、ドッグクラッチ１８が第１ギヤ１６と噛合される。そして、モータジェネレータ３がモータとして駆動され、Ｍ／Ｇ軸１４の動力がＥ／Ｇ出力軸１１に伝達されることにより、エンジン２が始動する。たとえば、車両１の減速走行中に、運転者によるブレーキペダルの操作が解除されると、エンジン２の再始動が要求される。

以上のように、連結切替機構１５により、モータジェネレータ３のＭ／Ｇ軸１４は、エンジン２のＥ／Ｇ出力軸１１および変速機４のＣＶＴ出力軸６に選択的に連結される。

Ｍ／Ｇ軸１４がＥ／Ｇ出力軸１１に連結された状態において、モータジェネレータ３がモータとして駆動されると、Ｍ／Ｇ軸１４からＥ／Ｇ出力軸１１に動力が伝達される。この動力により、エンジン２を始動させることができる。すなわち、モータジェネレータ３をエンジン２のスタータとして機能させることができる。また、Ｍ／Ｇ軸１４がＥ／Ｇ出力軸１１に連結された状態において、モータジェネレータ３が発電機として駆動されると、モータジェネレータ３により、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＭ／Ｇ軸１４に伝達される動力を電力に回生することができる。

Ｍ／Ｇ軸１４がＣＶＴ出力軸６に連結された状態において、モータジェネレータ３がモータとして駆動されると、Ｍ／Ｇ軸１４からＣＶＴ出力軸６に動力が伝達される。この動力により、車両１の走行をアシストすることができる。また、Ｍ／Ｇ軸１４がＣＶＴ出力軸６に連結された状態において、モータジェネレータ３が発電機として駆動されると、モータジェネレータ３により、駆動輪１０Ｌ，１０ＲからＣＶＴ出力軸６を介してＭ／Ｇ軸１４に伝達される動力を電力に回生することができる。このモータジェネレータ３による走行アシストおよび回生の際に、モータジェネレータ３と駆動輪１０Ｌ，１０Ｒとの間を伝達される動力が変速機４を経由しない。変速機４では、動力の損失が発生する。たとえば、変速機４がＶベルト式の無段変速機である場合には、いわゆるベルト滑りにより、動力の損失が生じる。モータジェネレータ３と駆動輪１０Ｌ，１０Ｒとの間を伝達される動力が変速機４を経由しない構成では、変速機４における動力の損失がないので、モータジェネレータ３による走行アシストおよび回生の効率を向上させることができる。そして、モータジェネレータ３による走行アシストおよび回生の効率の向上により、車両１の燃費の向上を図ることができる。

また、車両１の減速走行中におけるエンジン２の始動の際には、連結切替機構１５により、Ｍ／Ｇ軸１４がＣＶＴ出力軸６に連結された状態から、Ｍ／Ｇ軸１４がＥ／Ｇ出力軸１１に連結された状態に切り替えられる。この切替えの前に、モータジェネレータ３の回転数がエンジン２の回転数に合わされていれば、切替えの後、回転数合わせのための動作を行う必要がない。よって、エンジン２の始動に要する時間を短縮することができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る動力伝達機構が組み込まれた車両１の駆動系統の構成を概念的に示す図である。図３において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、図３に示される構成について、図１に示される構成との相違点のみを説明する。

図３に示される構成では、変速機４に代えて、ＡＭＴ（Automated Manual
Transmission）２１が採用されている。ＡＭＴ２１は、Ｅ／Ｇ出力軸１１とクラッチ１３を介して連結されるＡＭＴ入力軸２２と、ファイナルギヤ２３を保持するＡＭＴ出力軸２４とを備えている。ファイナルギヤ２３は、ディファレンシャルギヤ８と噛合している。

また、図３に示される構成では、モータジェネレータ３のＭ／Ｇ軸１４の先端部が変速機４内に入り込んでおらず、第２ギヤ１７は、図示しないギヤ列を介して、ディファレンシャルギヤ８と噛合している。

ＡＭＴ２１のシフト操作およびクラッチ１３の操作は、自動で行われる。ＡＭＴ２１のシフト操作（変速段の切り替え）の際には、クラッチ１３が切断され、シフト操作の完了後、クラッチ１３が継合される。そして、このシフト操作に際して、クラッチ１３が切断されている間、ドッグクラッチ１８が第２ギヤ１７と噛合されて、ＡＭＴ出力軸２４とＭ／Ｇ軸１４とがファイナルギヤ２３およびディファレンシャルギヤ８を介して連結される。そして、モータジェネレータ３がモータとして駆動され、Ｍ／Ｇ軸１４の動力がディファレンシャルギヤ８を介してドライブシャフト９Ｌ，９Ｒに伝達される。これにより、ドライブシャフト９Ｌ，９Ｒの回転がＭ／Ｇ軸１４からの動力でアシストされる。

クラッチ１３が切断されている間は、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＡＭＴ入力軸２２への動力の伝達が途絶える。このとき、Ｍ／Ｇ軸１４からの動力がドライブシャフト９Ｌ，９Ｒに伝達されることにより、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＡＭＴ入力軸２２への動力の伝達が途絶えることによるトルク抜け感の発生を抑制できる。

さらに、図３に示される構成によっても、図１に示された構成と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明の２つの実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。

たとえば、図１および図３に破線で示されるように、第１ギヤ１６に、Ｍ／Ｇ軸１４からＥ／Ｇ出力軸１１への動力の伝達を許容し、Ｅ／Ｇ出力軸１１からＭ／Ｇ軸１４への動力の伝達を阻止するワンウェイクラッチ３１が内蔵されてもよい。

車両１の減速走行中、運転停止しているエンジン２が再始動されるときに、ワンウェイクラッチ３１の働きにより、モータジェネレータ３の回転数がエンジン２の回転数以上に上昇するまで、Ｍ／Ｇ軸１４からＥ／Ｇ出力軸１１に動力が伝達されず、モータジェネレータ３の回転数がエンジン２の回転数に達すると、Ｍ／Ｇ軸１４からＥ／Ｇ出力軸１１に動力が伝達される。よって、連結切替機構１５のドッグクラッチ１８が第２ギヤ１７と継合している状態から第１ギヤ１６と継合する状態に切り替えられる前に、モータジェネレータ３の回転数をエンジン２の回転数に合わせる必要がなく、その回転数合わせのための制御および時間を省略することができる。その結果、エンジン２の始動に要する時間をさらに短縮することができる。

連結切替機構１５は、Ｍ／Ｇ軸１４を第１ギヤ１６および第２ギヤ１７に選択的に連結することができる構成であれば、前述の構成に限らない。連結切替機構１５として、たとえば、シフトフォークと電磁クラッチとを組み合わせた構成が採用されてもよい。

また、第１ギヤ１６とフライホイール１２のアウタリングギヤとの間には、第１ギヤ１６の動力を減速してフライホイール１２のアウタリングギヤに伝達する減速機構が介装されてもよい。

変速機４として、Ｖベルト式の無段変速機を例示したが、変速機４は、Ｖベルト式以外の型式の無段変速機であってもよいし、無段変速機に限らず、有段変速機であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ モータジェネレータ
４ 変速機
５ ＣＶＴ入力軸（入力軸）
６ ＣＶＴ出力軸（出力軸）
１０Ｌ 駆動輪
１０Ｒ 駆動輪
１１ Ｅ／Ｇ出力軸
１３ クラッチ
１４ Ｍ／Ｇ軸
１５ 連結切替機構
２１ ＡＭＴ（変速機）
２２ ＡＭＴ入力軸（入力軸）
２４ ＡＭＴ出力軸（出力軸）
３１ ワンウェイクラッチ

Claims (3)

1. エンジンおよびモータジェネレータを搭載した車両の動力伝達機構であって、
   前記エンジンの出力軸が連結される入力軸および前記車両の駆動輪に連結される出力軸を有し、前記入力軸に入力される動力を変速して前記出力軸から出力可能な変速機と、
   前記モータジェネレータの回転軸が前記エンジンの前記出力軸に連結された状態と前記変速機の前記出力軸に連結された状態とに切り替える連結切替機構とを含む、動力伝達機構。
2. 前記モータジェネレータの前記回転軸と前記エンジンの前記出力軸との間に設けられ、前記モータジェネレータ側から前記エンジン側への一方向に動力を伝達するワンウェイクラッチをさらに含む、請求項１に記載の動力伝達機構。
3. 前記エンジンの前記出力軸と前記変速機の前記入力軸との間に設けられ、前記変速機における変速段の切り替えの際に切断されるクラッチをさらに含み、
   前記連結切替機構は、前記クラッチが切断されているときに、前記モータジェネレータの前記回転軸が前記変速機の前記出力軸に連結された状態にされる、請求項１に記載の動力伝達機構。

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