JP2017065553A - パワートレーン - Google Patents

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Abstract

【課題】パワートレーンの３軸構造を回避しつつ、複数の動力源からの駆動経路を多段化可能なパワートレーンを提供すること。【解決手段】第１の動力源１と接続された第１軸１１と、一方に第２の動力源３が接続され、他方に出力要素１３が接続された第２軸１２と、前記第１軸に相対回転可能に支持された第１ドライブギヤＧ１及び第２ドライブギヤＧ２と、前記第２軸に固定支持され、前記第１ドライブギヤ及び前記第２ドライブギヤと常時噛み合う第１ドリブンギヤＧ３及び第２ドリブンギヤＧ４と、前記第１ドライブギヤと前記第１軸とを係合可能な第１のクラッチＤＣ１と、前記第２ドライブギヤと前記第１軸とを係合可能な第２のクラッチＤＣ２と、前記第２軸を、前記第１ドリブンギヤと前記第２ドリブンギヤとの間で断接可能な第３のクラッチＣＬ２と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の動力源が接続され、出力軸に多様な駆動経路を提供するパワートレーンに関する。
特許文献１には、エンジンを動力源として出力軸に駆動力を出力する第１の駆動経路と、エンジンとは異なる軸に配置された電動モータを動力源として出力軸に駆動力を出力する第２の駆動経路とを備え、それぞれの駆動経路を多段化したパワートレーンが開示されている。
特開２０１２−１２２６１４公報
しかしながら、それぞれの駆動経路を多段化する際、エンジンを動力源とする軸と、電動モータを動力源とする軸と、出力軸と、の３軸構造を採用しており、パワートレーンの大型化を招くという問題があった。
本発明の目的は、パワートレーンの３軸構造を回避しつつ、複数の動力源からの駆動経路を多段化可能なパワートレーンを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のパワートレーンでは、第１の動力源と接続された第１軸と、一方に第２の動力源が接続され、他方に出力要素が接続された第２軸と、前記第１軸に相対回転可能に支持された第１ドライブギヤ及び第２ドライブギヤと、前記第２軸に固定支持され、前記第１ドライブギヤ及び前記第２ドライブギヤと常時噛み合う第１ドリブンギヤ及び第２ドリブンギヤと、前記第１ドライブギヤと前記第１軸とを係合可能な第１のクラッチと、前記第２ドライブギヤと前記第１軸とを係合可能な第２のクラッチと、前記第２軸を、前記第１ドリブンギヤと前記第２ドリブンギヤとの間で断接可能な第３のクラッチと、を備えた。
よって、第１の動力源と出力要素との間の動力経路と、第２の動力源と出力要素との間の動力経路を２軸構造で多段化することができ、パワートレーンを小型化できる。
実施例１のパワートレーンを表す概略システム図である。 実施例１のパワートレーンの第１走行モードを表す概略図である。 実施例１のパワートレーンの第２走行モードを表す概略図である。 実施例１のパワートレーンの第３走行モードを表す概略図である。 実施例１のパワートレーンの第４走行モードを表す概略図である。 実施例２のパワートレーンを表す概略システム図である。 実施例３のパワートレーンを表す概略システム図である。
〔実施例１〕
図１は実施例１のパワートレーンを表す概略システム図である。内燃機関であるエンジン１には、第１モータジェネレータ２が接続され、第１の動力源を構成する。尚、エンジン１と第１モータジェネレータ２との間に別途クラッチを設けてもよい。以下、エンジン１及び／又は第１モータジェネレータ２のことを総称して第１の動力源とも記載する。第１の動力源は、エンジン１からのトルクのみを出力する状態、第１モータジェネレータ２からのトルクのみを出力する状態、エンジン１からのトルクと第１モータジェネレータ２を発電機として使用する際の回生トルクとの差分を出力する状態等が挙げられる。
第１の動力源には第１シャフト１０が接続されている。第１シャフト１０には、摩擦クラッチである第１クラッチＣＬ１を介して第２シャフト１１が同軸配置されている。第２シャフト１１には、第２シャフト１１と相対回転可能な第１ギヤＧ１と、第２ギヤＧ２とが配置されている。第１ギヤＧ１と第２シャフト１１との間には、第１ギヤＧ１と第２シャフト１１とを係合可能な第１ドグクラッチＤＣ１が設けられている。同様に、第２ギヤＧ２と第２シャフト１１との間には、第２ギヤＧ２と第２シャフト１１とを係合可能な第２ドグクラッチＤＣ２が設けられている。尚、ドグクラッチに限らの他の締結要素を採用してもよく、特に限定しない。
パワートレーンは２軸構造であり、第１シャフト１０及び第２シャフト１１と平行に配置された第３シャフト１２と、第３シャフト１２と同軸配置された第４シャフト１３とを有する。第３シャフト１２の一方には、第２の動力源である第２モータジェネレータ３が接続され、他端には第２クラッチＣＬ２が接続されている。第４シャフト１３の一方には第２クラッチＣＬ２が接続され、他端には出力要素Ｏｕｔｐｕｔが接続されている。出力要素Ｏｕｔｐｕｔは、図外の終減速歯車等を介して駆動輪に駆動力を伝達する。尚、実施例１のパワートレーンでは、第２モータジェネレータ３が、第１モータジェネレータ２とは軸方向反対側に配置された例を示すが、第２モータジェネレータ３と第１モータジェネレータ２とを軸方向の一方側に集中して配置してもよく、特に限定しない。
第３シャフト１２には、第１ギヤＧ１と常時噛み合う第３ギヤＧ３が固定され、第３シャフト１２と第３ギヤＧ３とは常時一体に回転する。第４シャフト１３には、第２ギヤＧ２と常時噛み合う第４ギヤＧ４が固定され、第４シャフト１３と第４ギヤＧ４とは常時一体に回転する。
第２クラッチＣＬ２は摩擦クラッチであり、第３シャフト１２と第４シャフト１３との間に設けられている。第２クラッチＣＬ２の締結により第３シャフト１２と第４シャフト１２とは一体に回転し、第２クラッチＣＬ２の解放により第３シャフト１２と第４シャフト１３とは独立に回転する。
図２は実施例１のパワートレーンの第１走行モードを表す概略図である。図２中の太い実線がトルク伝達経路を表す。第１走行モードは、第１クラッチＣＬ１を解放し、第１ドグクラッチＤＣ１及び第２ドグクラッチＤＣ２を締結し、第２クラッチＣＬ２を解放する。そして、第２モータジェネレータ３のトルクを、第３ギヤＧ３から第１ギヤＧ１に伝達し、第１ギヤＧ１によって第２シャフト１１を回転する。第２シャフト１１の回転は、第２ギヤＧ２から第４ギヤＧ４に伝達され、第４ギヤＧ４を介して第４シャフト１３を回転する。ここで、第１ギヤＧ１の歯数をＺ１、第２ギヤＧ２の歯数をＺ２、第３ギヤＧ３の歯数をＺ３、第４ギヤＧ４の歯数をＺ４とすると、減速比は、（Ｚ１／Ｚ２）×（Ｚ４／Ｚ３）＝２となるように歯数が設定されている。よって、第２モータジェネレータ３のトルクを増幅して出力要素Ｏｕｔｐｕｔに出力する。
図３は実施例１のパワートレーンの第２走行モードを表す概略図である。図３中の太い実線がトルク伝達経路を表す。第２走行モードは、第１クラッチＣＬ１を解放し、第１ドグクラッチＤＣ１及び第２ドグクラッチＤＣ２を解放し、第２クラッチＣＬ２を締結する。そして、第２モータジェネレータ３のトルクをそのまま出力要素Ｏｕｔｐｕｔに伝達する。この場合、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の減速比は１である。
図４は実施例１のパワートレーンの第３走行モードを表す概略図である。図４中の太い実線がトルク伝達経路を表す。第３走行モードは、第１クラッチＣＬ１を締結し、第１ドグクラッチＤＣ１を解放し、第２ドグクラッチＤＣ２を締結し、第２クラッチＣＬ２を解放する。そして、第１の動力源のトルクを第２ギヤＧ２及び第４ギヤＧ４を介して第４シャフト１３に伝達し、第４シャフト１３を回転する。尚、第２クラッチＣＬ２が解放されているため、第１ドグクラッチＤＣ１は必ずしも解放されている必要はなく、例えば、第１ドグクラッチＤＣ１を締結し、第２モータジェネレータ３と第２シャフト１１との間でトルクの授受を行ってもよい。減速比は、（Ｚ４／Ｚ３）が略１となるように設定されている。
図５は実施例１のパワートレーンの第４走行モードを表す概略図である。図５中の太い実線がトルク伝達経路を表す。第４走行モードでは、第１クラッチＣＬ１を締結し、第２ドグクラッチＤＣ２を解放し、第１ドグクラッチＤＣ１を締結し、第２クラッチＣＬ２を締結する。そして、第１の動力源のトルクを第１ギヤＧ１及び第３ギヤＧ３を介して第３シャフト１２及び第４シャフト１３に伝達し、第４シャフト１３を回転する。減速比は、（Ｚ２／Ｚ１）＝０．５となるように歯数が設定されている。よって、第１の動力源の回転数を増速して出力する。
ここで、実施例１の構成を採用した背景を説明する。従来技術のように、一つの軸が一つの回転状態のみを達成する場合、一つの動力源からの駆動経路を多段化するにあたり、一つの動力源を有する軸と、もう一つの動力源を有する軸と、出力要素に接続される軸との３軸構成にすることで、インターロック状態を回避している。しかしながら、３軸構成とすると、パワートレーンの径方向サイズが大型化する。また、２軸構造で達成する場合には、一つの動力源に接続された軸と、もう一つの動力源に接続された軸を同軸配置することも考えられる。この場合に一つの動力源からの駆動経路の多段化を達成するには、同軸配置されたそれぞれの軸に、最低２列のギヤ列を設けることとなり、４列のギヤ列が必要となるため、パワートレーンの軸方向サイズが大型化する。
これに対し、実施例１では、出力要素Ｏｕｔｐｕｔに接続された軸に第２クラッチＣＬ２を設けたため、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとを独立に回転させることが可能となった。よって、第２モータジェネレータ３から出力されたトルクを、第３シャフト１２から、異なる軸心位置の第２シャフト１１を経由して、第４シャフト１３に伝達することができるため、ギヤ列を増大する必要が無い。言い換えると、第２クラッチＣＬ２を解放することで、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の減速比として、第１ギヤＧ１と第３ギヤＧ３により構成されるギヤ列と、第２ギヤＧ２と第４ギヤＧ４により構成されるギヤ列の両ギヤ列を組み合わせた減速比を得ることができる。
すなわち、実施例１のパワートレーンにあっては、第２モータジェネレータ３を動力源とした際、減速比が２となる第１走行モードと、減速比が１となる第２走行モードとを備えたことで、２軸構造でありながら、一方の動力源からの動力伝達経路を多段化できる。同様に、第１の動力源を動力源とした際、減速比が略１となる第３走行モードと、減速比が０．５となる第４走行モードとを備えたことで、２軸構造でありながら、一方の動力源からの動力伝達経路を多段化できる。
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）第１の動力源と接続された第２シャフト１１（第１軸）と、一方に第２モータジェネレータ３（第２の動力源）が接続され、他方に出力要素Ｏｕｔｐｕｔが接続された第３シャフト１２及び第４シャフト１３（第２軸）と、第２シャフト１１に相対回転可能に支持された第１ギヤＧ１及び第２ギヤＧ２と、第３シャフト１２及び第４シャフト１３に固定支持され、第１ギヤＧ１及び第２ギヤＧ２と常時噛み合う第３ギヤ及び第４ギヤと、第１ギヤＧ１と第２シャフト１１とを係合可能な第１ドグクラッチＤＣ１（第１のクラッチ）と、第２ギヤＧ２と第２シャフト１１とを係合可能な第２ドグクラッチＤＣ２（第２のクラッチ）と、第３シャフト１２及び第４シャフト１３を、第３ギヤＧ３と第４ギヤＧ４との間で断接可能な第２クラッチＣＬ２（第３のクラッチ）と、を備えた。
よって、第１の動力源と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の動力経路と、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の動力経路を２軸構造で多段化することができ、パワートレーンを小型化できる。
（２）第１ドグクラッチＤＣ１と第２ドグクラッチＤＣ２を係合し、第２クラッチＣＬ２を解放し、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの経路を確保する第１走行モード（第１の動力伝達状態）と、第１ドグクラッチＤＣ１と第２ドグクラッチＤＣ２を解放し、第２クラッチＣＬ２を締結し、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの経路を確保する第２走行モード（第２の動力伝達状態）と、を有する。
よって、第２モータジェネレータ３を動力源とする駆動経路を多段化することができ、モータトルク特性に応じた効率の良い走行状態を提供できる。
（３）第２ドグクラッチＤＣ２を係合し、第１ドグクラッチＤＣ１と第２クラッチＣＬ２を解放し、第１の動力源と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの経路を確保する第３走行モード（第３の動力伝達状態）と、第１ドグクラッチＤＣ１と第２クラッチＣＬ２を係合し、第２ドグクラッチＤＣ２を解放し、第１の動力源と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの経路を確保する第４走行モード（第４の動力伝達状態）と、を有する。
よって、エンジン１を動力源とする駆動経路を多段化することができ、エンジントルク特性に応じた効率の良い走行状態を提供できる。
（４）第２シャフト１１に、第１の動力源と第２シャフト１１とを断接可能な第１クラッチＣＬ１（第４のクラッチ）を備えた。
よって、第２モータジェネレータ３からトルクを出力して走行する際、エンジンフリクション等を回避して効率の高い走行状態を実現できる。
（５）第１の動力源は、内燃機関であるエンジン１であり、第２の動力源は、モータジェネレータである。
よって、エンジン１による走行状態と、モータジェネレータによる走行状態を組み合わせた多様な走行状態を提供できる。
（６）第１の動力源は、内燃機関であるエンジン１と第１モータジェネレータ２である。よって、エンジン１から出力するトルクだけでなく、第１モータジェネレータ２のトルクを加算する状態、第１モータジェネレータ２により発電しつつトルクを出力する状態といった多様な走行モードを提供できる。
〔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６は実施例２のパワートレーンを表す概略システム図である。実施例１では、第１ドグクラッチＤＣ１及び第２ドグクラッチＤＣ２を、第２シャフト１１に設けた例を示した。これに対し、実施例２では、第１ドグクラッチＤＣ１を第３シャフト１２に設け、第２ドグクラッチＤＣ２を第４シャフト１３に設けた点が異なる。これに伴い、第１ギヤＧ１及び第２ギヤＧ２は第２シャフト１１と常時一体に回転し、第３ギヤＧ３と第３シャフト１２は相対回転可能に支持され、第４ギヤＧ４と第４シャフト１３は相対回転可能に支持される。これにより、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（７）第１の動力源と接続された第２シャフト１１（第１軸）と、一方に第２モータジェネレータ３（第２の動力源）が接続され、他方に出力要素Ｏｕｔｐｕｔが接続された第３シャフト１２及び第４シャフト１３（第２軸）と、第２シャフト１１に固定支持された第１ギヤＧ１及び第２ギヤＧ２と、第３シャフト１２及び第４シャフト１３に相対回転可能に支持され、第１ギヤＧ１及び第２ギヤＧ２と常時噛み合う第３ギヤ及び第４ギヤと、第３ギヤＧ３と第３シャフト１２とを係合可能な第１ドグクラッチＤＣ１（第１のクラッチ）と、第４ギヤＧ４と第４シャフト１３とを係合可能な第２ドグクラッチＤＣ２（第２のクラッチ）と、第３シャフト１２及び第４シャフト１３を、第３ギヤＧ３と第４ギヤＧ４との間で断接可能な第２クラッチＣＬ２（第３のクラッチ）と、を備えた。
よって、第１の動力源と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の動力経路と、第２モータジェネレータ３と出力要素Ｏｕｔｐｕｔとの間の動力経路を２軸構造で多段化することができ、パワートレーンを小型化できる。
〔実施例３〕
次に、実施例３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７は実施例３のパワートレーンを表す概略図である。第２シャフト１１には、実施例１の構成に加えて、相対回転可能に支持された第５ギヤＧ５を有する。また、第４シャフト１３には、第５ギヤＧ５と常時噛み合うと共に第４シャフトＧ６に固定支持された第６ギヤＧ６を有する。また、第４シャフト１３と第３シャフト１２との間には、第４ギヤＧ４が固定支持された第５シャフト１４を有する。第５シャフト１４と第３シャフト１２との間には、第５シャフト１４と第３シャフト１２とを断接可能な一方側第２クラッチＣＬ２１を有する。また、第５シャフト１４と第４シャフト１３との間には、第５シャフト１４と第４シャフト１３とを断接可能な他方側第２クラッチＣＬ２２を有する。これら各クラッチの締結・解放の組み合わせにより、更に多段化したパワートレーンを提供できる。
（他の実施例）
以上、実施例に基づいて説明したが、上記実施例に限らず、他の構成を備えた自動変速機に本発明を適用してもよい。例えば実施例では、内燃機関であるエンジンとモータジェネレータとを組み合わせた動力源を構成した例を示したが、全ての動力源をモータジェネレータで構成してもよい。また、実施例ではギヤ列を２列、もしくは３列で構成する例を示したが、更に複数列を設けて多段化してもよい。また、第１クラッチＣＬ１を設けた例を示したが、第１クラッチＣＬ１を設けず、第１の動力源と第２シャフト１１とを常時連結した構成でもよい。また、実施例では、第２クラッチＣＬ２を摩擦クラッチとしたが、ドグクラッチを設けてもよい。
また、実施例１では、４つの走行モードで達成する減速比を、２，１，略１，０．５とした例を示したが、適切な段間比等を考慮して他の減速比を達成する組み合わせにしてもよい。また、ハイブリッド車両として使用するにあたり、エンジン走行モードからエンジンを使用しないモータ走行モードに遷移することを考慮し、モード遷移に適した減速比を設定してもよい。
１ エンジン
２ 第１モータジェネレータ
３ 第２モータジェネレータ
１１ 第２シャフト（第１軸）
１２ 第３シャフト（第２軸）
１３ 第４シャフト（第２軸）
ＣＬ１ 第１クラッチ
ＣＬ２ 第２クラッチ（第３のクラッチ）
ＤＣ１ 第１ドグクラッチ（第１のクラッチ）
ＤＣ２ 第２ドグクラッチ（第２のクラッチ）
Ｇ１ 第１ギヤ
Ｇ２ 第２ギヤ
Ｇ３ 第３ギヤ
Ｇ３ 第３ギヤ
Ｇ４ 第４ギヤ
Ｏｕｔｐｕｔ 出力要素

Claims (7)

  1. 第１の動力源と接続された第１軸と、
    一方に第２の動力源が接続され、他方に出力要素が接続された第２軸と、
    前記第１軸に相対回転可能に支持された第１ギヤ及び第２ギヤと、
    前記第２軸に固定支持され、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤと常時噛み合う第３ギヤ及び第４ギヤと、
    前記第１ギヤと前記第１軸とを係合可能な第１のクラッチと、
    前記第２ギヤと前記第１軸とを係合可能な第２のクラッチと、
    前記第２軸を、前記第３ギヤと前記第４ギヤとの間で断接可能な第３のクラッチと、
    を備えたことを特徴とするパワートレーン。
  2. 第１の動力源と接続された第１軸と、
    一方に第２の動力源が接続され、他方に出力要素が接続された第２軸と、
    前記第１軸に固定支持された第１ギヤ及び第２ギヤと、
    前記第２軸に相対回転可能に支持され、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤと常時噛み合う第３ギヤ及び第４ギヤと、
    前記第３ギヤと前記第２軸とを係合可能な第１のクラッチと、
    前記第４ギヤと前記第２軸とを係合可能な第２のクラッチと、
    前記第２軸を、前記第３ギヤと前記第４ギヤとの間で断接可能な第３のクラッチと、
    を備えたことを特徴とするパワートレーン。
  3. 請求項１または２に記載のパワートレーンにおいて、
    前記第１のクラッチと前記第２のクラッチを係合し、前記第３のクラッチを解放し、前記第２の動力源と前記出力要素との経路を確保する第１の動力伝達状態と、
    前記第１のクラッチと前記第２のクラッチを解放し、前記第３のクラッチを締結し、前記第２の動力源と前記出力要素との経路を確保する第２の動力伝達状態と、
    を有することを特徴とするパワートレーン。
  4. 請求項１ないし３いずれか一つに記載のパワートレーンにおいて、
    前記第２のクラッチを係合し、前記第１のクラッチと前記第３のクラッチを解放し、前記第１の動力源と前記出力要素との経路を確保する第３の動力伝達状態と、
    前記第１のクラッチと前記第３のクラッチを係合し、前記第２のクラッチを解放し、前記第１の動力源と前記出力要素との経路を確保する第４の動力伝達状態と、
    を有することを特徴とするパワートレーン。
  5. 請求項１ないし４いずれか一つに記載のパワートレーンにおいて、
    前記第１軸に、前記第１の動力源と前記第１軸とを断接可能な第４のクラッチを備えたことを特徴とするパワートレーン。
  6. 請求項１ないし５いずれか一つに記載のパワートレーンにおいて、
    前記第１の動力源は、内燃機関であるエンジンであり、前記第２の動力源は、モータジェネレータであることを特徴とするパワートレーン。
  7. 請求項６に記載のパワートレーンにおいて、
    前記第１の動力源は、内燃機関であるエンジンとモータジェネレータであることを特徴とするパワートレーン。
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