JP2016055653A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動機の体格を確保することで燃費を改善可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供する。【解決手段】エンジン１のエンジン出力軸に結合された変速機４と、変速機４の変速機出力軸に結合されたクラッチＣＬと、クラッチＣＬのクラッチ出力軸に結合された第１歯車９ａと、第１歯車９ａと常時噛み合う終減速歯車３１と、終減速歯車３１と結合されたドライブシャフト３３と、ドライブシャフト３３との軸間距離がドライブシャフト３３と第１歯車９ａとの軸間距離よりも離れた位置に設けられた回転要素１１ａを有し、該回転要素１１ａと前記終減速歯車３１との間で動力伝達を行う動力伝達機構１１と、回転要素１１ａに結合された電動機２と、を有する。そして、変速機４と、クラッチＣＬと、第１歯車９ａと、終減速歯車３１と、動力伝達機構１１とを収装し、エンジン１及び電動機２を取り付ける取り付け面５０ａを有するトランスアクスルケース５０を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンと電動機とを搭載したハイブリッド車両の駆動装置に関する。
このようなハイブリッド車両の駆動装置として、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。この車両は、第１電動機10が電動機用変速装置17を介して出力軸17aに結合される。電動機用変速装置17は遊星歯車で構成され、第１電動機10と出力軸17aと電動機用変速装置17とが軸方向に１列で配置されている。
特許第３５８４６８０号公報
ここで、第１電動機10における軸方向寸法について見てみると、内燃機関1には、第１電動機10が配置される側に、吸気管もしくは排気管が配置されることから、この配管とトランスアクスル11のケースとの間の軸方向スペースが限られている。この限られたスペースに電動機用変速装置17を直列に配置しているため、電動機用変速装置17と配管との間のスペースは更に狭い。次に、径方向寸法について見てみると、トランスアクスル11から軸方向にはドライブシャフト7aが延びており、第１電動機10の外径側においてドライブシャフト7aとの干渉を回避する必要がある。また、トランスアクスル11内の終減速装置6のファイナルギヤ6aと電動機用変速装置17とが噛み合うことから、第１電動機10の回転軸は、ファイナルギヤ6aと噛み合い可能な範囲で配置する必要がある。
以上の軸方向及び径方向の制約を満たす搭載可能な第１電動機10は、軸方向寸法及び径方向寸法共に小さくせざるを得ない。このように、電動機の体格が制限を受けると、電動機とバッテリとの間の入出力エネルギを確保できない。よって、車両駆動可能な車速領域が制限されると共に、回生可能な車両の減速車速領域も制限され、燃費を十分に改善することが困難であった。
本発明は上記課題に着目し、電動機の体格を確保することで燃費を改善可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。
この目的のため、本発明のハイブリッド車両の駆動装置にあっては、エンジンのエンジン出力軸に結合された変速機と、変速機の変速機出力軸に結合されたクラッチと、クラッチのクラッチ出力軸に結合された第１歯車と、第１歯車と常時噛み合う終減速歯車と、終減速歯車と結合されたドライブシャフトと、ドライブシャフトとの軸間距離がドライブシャフトと第１歯車との軸間距離よりも離れた位置に設けられた回転要素を有し、該回転要素と前記終減速歯車との間で動力伝達を行う動力伝達機構と、回転要素に結合された電動機と、を有する。そして、変速機と、クラッチと、第１歯車と、終減速歯車と、動力伝達機構とを収装し、エンジン及び電動機を取り付ける取り付け面を有するトランスアクスルケースを備えた。
トランスアクスルケース内に動力伝達機構を設けたため、電動機と結合する際に軸方向に減速機等を配置する必要がなく、軸方向のスペースを確保できる。また、電動機が結合される回転要素とドライブシャフトとの軸間距離は、ドライブシャフトと第１歯車との軸間距離よりも離れているため、電動機の外径の自由度が高くなり、電動機の体格を大型化できる。よって、電動機による車両駆動可能な車速領域が拡大され、かつ、回生可能な車両の減速車速領域が拡大されるため、燃費の改善を図ることができる。
実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置のレイアウト構成を表す概略図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の車載状態におけるクランク軸側から見た概略図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。 実施例２のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。
〔実施例１〕
図１は、実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。図１のハイブリッド車両は、エンジン1および電動モータ2を動力源として搭載され、エンジン1は、スタータモータ3により始動する。エンジン1は、Ｖベルト式の無段変速機4を介して駆動輪5に適宜切り離し可能に駆動結合し、無段変速機4は、概略を以下に説明するようなものとする。
無段変速機4は、プライマリプーリ6と、セカンダリプーリ7と、これらプーリ6,7間に掛け渡したＶベルト8とからなるバリエータから構成された無段変速機構CVTである。プライマリプーリ6はロックアップクラッチ付きのトルクコンバータT/Cを介してエンジン1の出力軸であるクランクシャフトに結合し、セカンダリプーリ7はクラッチCL、ファイナルギヤ組9及び終減速装置30の差動機構32（図２参照）を順次介して駆動輪5に結合する。ここで、ファイナルギヤ組9とは、クラッチCLの出力軸に結合された第１歯車9aと、終減速装置30の終減速歯車31との噛み合いを示す。
かくしてクラッチCLの締結状態で、エンジン1からの動力はトルクコンバータT/Cを経てプライマリプーリ6へ入力され、その後Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達し、ハイブリッド車両の走行に供される。
電動モータ2は動力伝達機構11を介して駆動輪5に常時結合し、この電動モータ2は、バッテリ12の電力によりインバータ13を介して駆動する。ここで、動力伝達機構11とは、電動モータ2の出力軸に結合された第２歯車11a（回転要素）と、第２歯車11aと噛み合う第３歯車11bと、第３歯車11b及び終減速歯車31と噛み合う第４歯車11cと噛み合う終減速歯車31との噛み合いを示す。
インバータ13は、バッテリ12の直流電力を交流電力に変換して電動モータ2へ供給すると共に、電動モータ2への供給電力を加減することにより、電動モータ2を駆動力制御および回転方向制御する。
なお電動モータ2は、上記のモータ駆動のほかに発電機としても機能し、後で詳述する回生制動の用にも供する。この回生制動時はインバータ13が、電動モータ2に回生制動力分の発電負荷をかけることにより、電動モータ2を発電機として作用させ、電動モータ2の発電電力をバッテリ12に蓄電する。
実施例１のハイブリッド車両は、クラッチCLを解放すると共にエンジン1を停止させた状態で電動モータ2を駆動することで、電動モータ2の動力のみが動力伝達機構11を経て駆動輪5に達し、電動モータ2のみによる電気走行モード（EVモード）で走行を行う。この間、クラッチCLを解放していることで、停止状態のエンジン1を連れ回すことがなく、EV走行中の無駄な電力消費を抑制する。
上記のEV走行状態においてエンジン1をスタータモータ3により始動させると共にクラッチCLを締結させると、エンジン1からの動力がトルクコンバータT/C、プライマリプーリ6、Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達するようになり、ハイブリッド車両はエンジン1および電動モータ2によるハイブリッド走行モード（HEVモード）で走行を行う。
ハイブリッド車両を上記の走行状態から停車させる、もしくは、この停車状態に保つに際しては、駆動輪5と共に回転するブレーキディスク14をキャリパ15により挟圧して制動することで目的を達する。キャリパ15は、運転者が踏み込むブレーキペダル16の踏力に応動して負圧式ブレーキブースタ17による倍力下でブレーキペダル踏力対応のブレーキ液圧を出力するマスタシリンダ18に接続し、このブレーキ液圧でキャリパ15を作動させてブレーキディスク14の制動を行う。ハイブリッド車両はEVモードおよびHEVモードのいずれにおいても、運転者がアクセルペダル19を踏み込んで指令する駆動力指令に応じたトルクで車輪5を駆動され、運転者の要求に応じた駆動力をもって走行される。
ハイブリッド車両の走行モード選択と、エンジン1の出力制御と、電動モータ2の回転方向制御および出力制御と、無段変速機4の変速制御と、クラッチCLの締結、解放制御と、バッテリ12の充放電制御とは、それぞれハイブリッドコントローラ21が行う。このとき、ハイブリッドコントローラ21は、対応するエンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25を介してこれら制御を行うものとする。
そのためハイブリッドコントローラ21には、ブレーキペダル16を踏み込む制動時にOFFからONに切り替わる常開スイッチであるブレーキスイッチ26からの信号と、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）APOを検出するアクセル開度センサ27からの信号とを入力する。ハイブリッドコントローラ21は更に、エンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25との間で、内部情報のやり取りを行う。
エンジンコントローラ22は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答して、エンジン1を出力制御し、モータコントローラ23は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答してインバータ13を介し電動モータ2の回転方向制御および出力制御を行う。変速機コントローラ24は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルを媒体として、無段変速機4（Ｖベルト式無段変速機構CVT）の変速制御およびクラッチCLの締結、解放制御を行う。バッテリコントローラ25は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、バッテリ12の充放電制御を行う。
図２は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置のレイアウト構成を表す概略図である。エンジン1及び電動モータ2は、エンジン1のクランク軸と電動モータ回転軸とが平行となるように配置され、両者共にトランスアクスルケース50の取り付け面50aに取り付けられている。言い換えると、エンジン1と電動モータ2とは、取り付け面50aである略同一平面から突出するように組み付けられている。トランスアクスルケース50内には、トルクコンバータT/Cと、無段変速機4と、クラッチCLと、第１歯車9aと、終減速装置30と、動力伝達機構11とが収装されている。
エンジン1の取り付け面50a側とは反対側の部分には、エンジン排気配管（もしくは吸気配管）40が設けられている。また、トランスアクスルケース50の下方には、ドライブシャフト33が結合されている。よって、電動モータ2は、径方向について見てみると、ドライブシャフト33とエンジン1とに挟まれた領域内に設けられ、軸方向について見てみると、取り付け面50aとエンジン排気配管40とに挟まれた領域内に設けられる。
尚、図２では、第１歯車9aと第４歯車11cとを紙面に記載するに際して、便宜上、隣り合わせで記載したが、実際には、第１歯車9aと第4歯車11cともに、図３に記載されたように、終減速歯車31の回転軸に対して垂直方向の同一面で終減速歯車31に噛み合っている。
図３は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の車載状態におけるクランク軸側から見た概略図である。動力伝達機構11は、第２，第３及び第４歯車11a，11b，11cから構成され、第２歯車11aがドライブシャフト33から離間する位置となるように配置されている。言い換えると、ドライブシャフト33と第２歯車11aとの軸間距離は、ドライブシャフト33と第１歯車9aとの軸間距離よりも離れた位置に配置されている。そして、第２歯車11aには電動モータ2が接続され、電動モータ2の回転軸とドライブシャフト33との軸間距離が確保されており、動力伝達機構11により電動モータ2の外径寸法の大型化を可能としている。
尚、実施例１では、動力伝達機構11を２軸以上の歯車を有する機構としたため、ドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との距離を効果的に大きくすることができる。また、動力伝達機構11は減速機構となっているため、電動モータ2のトルク増幅が可能となり、車両に必要な発進時の駆動力確保や、加速時の駆動力確保を容易としている。
ここで、比較例として動力伝達機構とモータとが一列に配置された場合と実施例とを対比して説明する。図３には、第１歯車9aの位置において、一列に電動モータを配置した場合の電動モータの外形寸法最大値を点線で表す。比較例の場合、ドライブシャフト33との干渉が生じ、電動モータを外径寸法において大型化することは困難である。
これに対し、実施例１では、比較例のように第１歯車9aの位置において電動モータを一列に配置するのではなく、動力伝達機構11によりドライブシャフト33に対して径方向外側の第２歯車11aに電動モータ2を結合したため、ドライブシャフト33とモータ回転軸との軸間距離を確保することができ、電動モータ2の外形寸法を大型化できる。
また、トランスアクスルケース50を車載した状態において、電動モータ2をドライブシャフト33の回転軸の上方に配置している。言い換えると、車両上面から見たとき、ドライブシャフト33の回転軸は、電動モータ2の車両下方への投影面と重なる位置に配置されている。
すなわち、動力伝達機構11を用いてドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との軸間距離を確保する場合、ドライブシャフト33の上方とすることで、車両上面視において、駆動装置全体の小型化を図ることができ、電動モータ2の体格の大型化を行ったとしても、全体としてコンパクトな駆度装置を提供できる。
図４は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。トランスアクスルケース50は、トルクコンバータT/Cを収装するコンバータハウジング51と、無段変速機4等を収装するトランスミッションケース52と、コンバータハウジング51とトランスミッションケース52との間を画成する中間壁53とから構成されている。このように、トランスアクスルケース50は、エンジン側となるコンバータハウジング51と、変速機側となるトランスミッションケース52とに分割して構成することで、組み付け容易性を確保している。
このとき、動力伝達機構11を構成する第２，第３及び第４歯車11a，11b，11cが、コンバータハウジング51と中間壁53との間に収装されている。これにより、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管40と取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。
以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）エンジン1のエンジン出力軸に結合された無段変速機4（変速機）と、
無段変速機4の変速機出力軸に結合されたクラッチCLと、
クラッチCLのクラッチ出力軸に結合された第１歯車9aと、
第１歯車9aと常時噛み合う終減速歯車31と、
終減速歯車31と結合されたドライブシャフト33と、
ドライブシャフト33との軸間距離が、ドライブシャフト33と第１歯車9aとの軸間距離よりも離れた位置に設けられた第２歯車11a（回転要素）を有し、該第２歯車11aと終減速歯車31との間で動力伝達を行う動力伝達機構11と、
第２歯車11aに結合された電動モータ2（電動機）と、
無段変速機4と、クラッチCLと、第１歯車9aと、終減速歯車31と、動力伝達機構11とを収装し、エンジン1及び電動モータ2aを取り付ける取り付け面50aを有するトランスアクスルケース50と、
を備えた。
すなわち、トランスアクスルケース50内に動力伝達機構11を設けたため、電動モータ2aと結合する際に軸方向に減速機等を配置する必要がなく、軸方向のスペースを確保できる。また、電動モータ2aが結合される第２歯車11aとドライブシャフト33との軸間距離は、ドライブシャフト33と第１歯車9aとの軸間距離よりも離れているため、電動モータ2aの外径の自由度が高くなり、電動モータ2aの体格を大型化できる。よって、電動モータ2aによる車両駆動可能な車速領域が拡大され、かつ、回生可能な車両の減速車速領域が拡大されるため、燃費の改善を図ることができる。
（２）動力伝達機構11は、２軸以上の歯車を有する。よって、ドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との距離を効果的に大きくすることができる。
（３）動力伝達機構11は、減速機構である。よって、電動モータ2のトルク増幅が可能となり、容易に車両に必要な発進時の駆動力確保や、加速時の駆動力確保ができる。
（４）トランスアクスルケース50は、エンジン側となるコンバータハウジング51と、無段変速機側となるトランスミッションケース52と、コンバータハウジング51とトランスミッションケース52との間を画成する中間壁53とから構成され、
動力伝達機構11は、コンバータハウジング51と中間壁53との間に収装されている。
よって、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管40と取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。
尚、実施例１ではコンバータハウジング51と中間壁53との間に収装したが、トランスミッションケース52と中間壁53との間に収装しても同様の作用効果が得られる。
（５）トランスアクスルケース50を車載した状態において、電動モータ2をドライブシャフト33の回転軸の上方に配置した。言い換えると、トランスアクスルケース50を車載した状態において、車両上面から見たとき、ドライブシャフト33の回転軸は、電動モータ2と重なる位置に配置されている。
すなわち、動力伝達機構11を用いてドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との軸間距離を確保する場合、ドライブシャフト33の上方とすることで、車両上面視において、駆動装置全体の小型化を図ることができ、電動モータ2の体格の大型化を行ったとしても、全体としてコンパクトな駆度装置を提供できる。
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図５は実施例２のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。実施例１では、中間壁53を備えた構成を示したが、実施例２では、中間壁を設けていない場合を示す。
トランスアクスルケース50は、トルクコンバータT/Cを収装するコンバータハウジング51と、無段変速機4等を収装するトランスミッションケース52とから構成されている。このとき、動力伝達機構11を構成する第２，第３及び第４歯車11a，11b，11cが、コンバータハウジング51とトランスミッションケース52との間に収装されている。これにより、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管40と取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。
以上説明したように、実施例２にあっては、下記の作用効果を得ることができる。
（６）トランスアクスルケース50は、エンジン側となるコンバータハウジング51と、無段変速機側となるトランスミッションケース52とから構成され、動力伝達機構11は、コンバータハウジング51とトランスミッションケースとの間に収装される。
よって、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管40と取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。
以上、各実施例に基づいて本発明を説明したが、上記構成に限らず、他の構成であっても本発明に含まれる。
例えば、実施例では、動力伝達機構11として歯車を組み合わせた例を示したが、歯車に限らずチェーンとスプロケットから構成してもよい。また、実施例では、第１歯車9aと終減速歯車31とを噛合し、動力伝達機構11と終減速歯車31とを噛合した例を示したが、動力伝達機構11と第１歯車9aとを噛合してもよい。
また、実施例では、ハイブリッド車両の電動モータ2を搭載した例を示したが、他の輪に設けられたモータに駆動電流を供給する大型発電機を搭載した場合であっても、同様に適用可能である。また、電動機の例を示したが、４輪駆動ユニットとしてのトランスファーを設ける際に、本発明を適用してもよい。
また、実施例１のハイブリッド車両にあっては、無段変速機4を搭載した例を示したが、無段変速機4に限らず他の有段変速機であってもよい。また、クラッチCLに代えて、複数の摩擦締結要素からなる遊星歯車機構を搭載し、適宜変速可能な副変速装置を搭載してもよい。
更に、実施例ではスタータモータ3によりエンジン再始動を行う構成を示したが、他の構成であっても構わない。具体的には、近年、アイドリングストップ機能付き車両であって、オルタネータをモータ・ジェネレータに置き換え、このモータ・ジェネレータにオルタネータ機能を加えてエンジン始動機能を付加することにより、アイドリングストップからのエンジン再始動時に、スタータモータではなく、このモータ・ジェネレータによりエンジン再始動を行う技術が実用化されている。本願発明も上記のようなモータ・ジェネレータによりエンジン再始動を行う構成としてもよい。
1 エンジン
2 電動モータ（電動機）
4 Ｖベルト式無段変速機
5 駆動輪
9a 第１歯車
11 動力伝達機構
11a 第２歯車（回転要素）
30 終減速装置
31 終減速歯車
33 ドライブシャフト
40 エンジン排気配管
50 トランスアクスルケース
50a 取り付け面
CL クラッチ

Claims (7)

  1. エンジンのエンジン出力軸に結合された変速機と、
    前記変速機の変速機出力軸に結合されたクラッチと、
    前記クラッチのクラッチ出力軸に結合された第１歯車と、
    前記第１歯車と常時噛み合う終減速歯車と、
    前記終減速歯車と結合されたドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトとの軸間距離が、前記ドライブシャフトと前記第１歯車との軸間距離よりも離れた位置に設けられた回転要素を有し、該回転要素と前記終減速歯車との間で動力伝達を行う動力伝達機構と、
    前記回転要素に結合された電動機と、
    前記変速機と、前記クラッチと、前記第１歯車と、前記終減速歯車と、前記動力伝達機構とを収装し、前記エンジン及び前記電動機を取り付ける取り付け面を有するトランスアクスルケースと、
    を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記動力伝達機構は、２軸以上の歯車を有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記動力伝達機構は、減速機構であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースは、前記エンジン側となるコンバータハウジングと、前記変速機側となるトランスミッションケースとから構成され、
    前記動力伝達機構は、前記コンバータハウジングと前記トランスミッションケースとの間に収装されることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  5. 請求項１ないし３いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースは、前記エンジン側となるコンバータハウジングと、前記変速機側となるトランスミッションケースと、前記コンバータハウジングと前記トランスミッションケースとの間を画成する中間壁とから構成され、
    前記動力伝達機構は、前記コンバータハウジングと前記中間壁との間、もしくは前記トランスミッションケースと前記中間壁との間に収装されることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  6. 請求項１ないし５いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースを車載した状態において、前記電動機を前記ドライブシャフトの回転軸の上方に配置したことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  7. 請求項１ないし６いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースを車載した状態において、車両上面から見たとき、前記ドライブシャフトの回転軸は、前記電動機と重なる位置に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
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