JP2020175850A - 車両のパワートレイン装置 - Google Patents

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JP2020175850A
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automatic transmission
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成人 本瓦
Shigeto Hongawara
成人 本瓦
拓也 杉澤
Takuya Sugisawa
拓也 杉澤
慶太郎 景山
Keitaro Kageyama
慶太郎 景山
藤川　智士
Tomoji Fujikawa
智士 藤川
裕樹 田辺
Hiroki Tanabe
裕樹 田辺
真吾 児玉
Shingo Kodama
真吾 児玉
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    • F16H61/686—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
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Abstract

【課題】エンジンと自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置において、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制する。【解決手段】エンジンと自動変速機１０とを備えた車両のパワートレイン装置１において、自動変速機１０は、ニュートラル状態にあるときに、動力伝達経路を形成する複数の回転要素のうち入力部材１２に連結された回転要素４１と出力部材１３に連結された回転要素４２とを除く複数の回転要素５１〜５７が非拘束状態となるように構成される。複数の回転要素５１〜５７は、複数の摩擦締結要素のうち所定のブレーキＢＲ１の回転要素を含み、所定のブレーキＢＲ１は、エンジン始動時における燃料供給前に締結される。【選択図】図７

Description

本発明は、エンジンと自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置に関し、車両用の自動変速機の技術分野に属する。
車両に搭載される自動変速機は一般に、複数のプラネタリギヤセット（遊星歯車機構）とクラッチやブレーキなどの複数の摩擦締結要素とを有し、複数の摩擦締結要素を選択的に締結することにより各遊星歯車機構を経由する動力伝達経路を選択的に切り換えて車両の運転状態に応じた変速段を達成するように構成されている。
例えば特許文献１には、４つの遊星歯車機構と、３つのクラッチ及び２つのブレーキからなる５つの摩擦締結要素とを有し、これらの摩擦締結要素のうちの３つを選択的に締結することにより前進８段及び後退１段を達成するように構成された自動変速機が開示されている。
国際公開第２０１６／０６３８５７号
エンジンと自動変速機とを備えたパワートレイン装置が搭載された車両では、エンジン始動時にスタータモータなどのモータによってエンジンがクランキングされ、所定のタイミングでエンジンに燃料が供給されて着火され、エンジン回転数がアイドル回転数まで上昇されたときなどに完爆されることでエンジン始動が完了され、アイドル運転に移行されることが行われている。
エンジンに連結された自動変速機は、エンジン始動時、複数の摩擦締結要素が解放状態とされてエンジンから駆動輪に動力を伝達しないニュートラル状態に維持されている。そして、エンジン始動後の車両発進時に、１速の変速段を形成する摩擦締結要素が締結されることでエンジンから自動変速機の動力伝達経路を通じて駆動輪に動力が伝達されるようになっている。
ところで、エンジンが搭載された車両では、エンジンの各気筒における間欠的な爆発に起因してエンジンの出力軸にトルク変動が生じ、例えば直列４気筒４サイクルエンジンではエンジンの出力軸が１回転する間に２回のトルク変動が生じ、このトルク変動がエンジンから自動変速機に伝達されることとなる。このトルク変動は、特にエンジン回転数が低いエンジン始動時における燃料の着火から完爆までの間において大きくなる。
エンジン始動時、自動変速機は、ニュートラル状態とされ、エンジンから駆動輪に動力を伝達する動力伝達経路を形成する複数の回転要素のうち、エンジンに接続される入力部材に連結された回転要素と駆動輪に接続される出力部材に連結された回転要素とを除く非拘束状態（フリー状態）とされる複数の回転要素を有している。
自動変速機がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる複数の回転要素は、停止又は他の回転要素の回転に伴って回転されることとなるが、流体伝動装置を設けることなくエンジンに連結された自動変速機の入力部材側からエンジンのトルク変動が伝達されると回転要素自体もトルク変動されるようになる。
近年、自動変速機の変速段が多段化する傾向がある。自動変速機の多段化に伴って遊星歯車機構や摩擦締結要素の数が多くなると、各回転要素の重量が大きくなって自動変速機がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる回転要素の慣性質量が大きくなることがある。
自動変速機がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる遊星歯車機構の回転要素の慣性質量が大きくなると、自動変速機の入力部材側にある遊星歯車機構の入力要素からエンジンのトルク変動が伝達されるときに前記回転要素が反力要素となって自動変速機の出力部材側にある遊星歯車機構の出力要素にトルク変動が伝達され、自動変速機の出力部材側にトルク変動が伝達されるおそれがある。
エンジンのトルク変動が自動変速機の出力部材側に伝達されると、自動変速機の出力部材から駆動輪に伝達されて車体の振動を引き起こすおそれがある。特に、エンジン始動時にはエンジンのトルク変動が大きいことから、エンジンのトルク変動が自動変速機の出力部材側に伝達されて車体の振動を引き起こすおそれがある。
エンジンと自動変速機との間にモータが設けられてエンジン及びモータの少なくとも一方によって駆動輪が駆動されるハイブリッド車両においても、エンジン始動時にエンジンのトルク変動が自動変速機の出力部材側に伝達されて車体の振動を引き起こすおそれがある。
自動変速機では、燃費性能等の観点から、エンジンとの間に流体伝動装置を設けることなく、発進時に１速の変速段で締結される少なくとも１つの発進用摩擦締結要素、好ましくは発進用ブレーキをスリップ制御することにより円滑な発進を実現することが考えられているが、かかる自動変速機を備えたパワートレイン装置が搭載された車両についても、エンジン始動時にエンジンのトルク変動が自動変速機の出力部材側に伝達されて車体の振動を引き起こすおそれがある。
そこで、本発明は、エンジンと自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置において、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項１に記載の発明は、エンジンと、複数の遊星歯車機構及び複数の摩擦締結要素を有して前記エンジンから駆動輪に動力を伝達する動力伝達経路を形成する自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置であって、前記自動変速機は、ニュートラル状態にあるときに、前記動力伝達経路を形成する複数の回転要素のうち入力部材に連結された回転要素と出力部材に連結された回転要素とを除く複数の回転要素が非拘束状態となるように構成され、前記複数の回転要素は、前記複数の摩擦締結要素のうち所定のブレーキの回転要素を含み、前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結されることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記エンジンと前記自動変速機との間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチが設けられ、前記クラッチは、エンジン始動時に締結されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に電動式オイルポンプによって締結されることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の発明において、前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結されると共にエンジン始動後においても締結されていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４の何れか１項に記載の発明において、前記エンジンを回転させると共に前記駆動輪を駆動させるモータを備え、前記モータは、前記エンジンと前記自動変速機との間に設けられ、前記エンジンと前記モータとの間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチと前記エンジンから前記モータにのみ動力を伝達するワンウェイクラッチとが並列に設けられ、前記車両のパワートレイン装置は、前記エンジン及び前記モータの少なくとも一方によって前記駆動輪が駆動されるハイブリッド車両のパワートレイン装置であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１から請求項５の何れか１項に記載の発明において、前記エンジンを回転させるモータを備え、前記エンジンは、エンジン始動時に、前記モータによって、前記エンジンから前記駆動輪に至る駆動系が共振する所定共振回転数より高回転且つ所定アイドル回転数より低回転である所定クランキング回転数までエンジン回転数が上昇された後に始動されることを特徴とする。
本願の請求項１に記載の発明によれば、エンジンと自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置において、自動変速機は、ニュートラル状態にあるときに、入力部材に連結された回転要素と出力部材に連結された回転要素とを除く複数の回転要素が非拘束状態となるように構成される。前記複数の回転要素は、所定のブレーキの回転要素を含み、所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結される。
これにより、自動変速機がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる所定のブレーキの回転要素を含む回転要素がエンジン始動時における燃料供給前に固定されるので、所定のブレーキが締結されない場合に比して、エンジン始動時にエンジンのトルク変動が自動変速機に入力されるとき、エンジンのトルク変動に対する反力要素となる回転要素の慣性質量が低減され、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、エンジンと自動変速機との間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチが設けられ、クラッチは、エンジン始動時に締結されていることにより、エンジンと自動変速機との間にノーマルクローズタイプのクラッチが設けられる場合に、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に電動式オイルポンプによって締結されることにより、エンジンが始動される前に電動式オイルポンプを用いて所定のブレーキに油圧を供給して締結することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結されると共にエンジン始動後においても締結されていることにより、エンジン始動後においても、エンジンのトルク変動に対する反力要素となる回転要素の慣性質量が低減され、自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することができる。
また、請求項５に記載の発明によれば、エンジンと自動変速機との間にモータが設けられ、エンジンとモータとの間にクラッチとワンウェイクラッチとが並列に設けられ、車両のパワートレイン装置は、エンジン及びモータの少なくとも一方によって駆動輪が駆動されるハイブリッド車両のパワートレイン装置である。
これにより、ハイブリッド車両のパワートレイン装置において、モータによってクラッチを介してエンジンを始動させると共にエンジン始動後はエンジンからワンウェイクラッチを介して自動変速機に動力を伝達させることができるので、ワンウェイクラッチを用いることなくクラッチを介してエンジンから自動変速機に動力を伝達する場合に比して、クラッチの伝達トルク容量を小さくしてクラッチをコンパクトに構成することができる。
また、請求項６に記載の発明によれば、エンジンは、エンジン始動時に、モータによって、エンジンから駆動輪に至る駆動系が共振する所定共振回転数より高回転且つ所定アイドル回転数より低回転である所定クランキング回転数までエンジン回転数が上昇された後に始動される。
これにより、エンジン回転数が前記駆動系の共振回転数より低回転でエンジンが始動される場合に比して、エンジン始動開始時のエンジン回転数とアイドル回転数との回転数差を小さくしてエンジン始動時に自動変速機に入力されるエンジンのトルク変動を低減し、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することができる。また、エンジン始動時にエンジンのトルク変動に共振して前記駆動系の振動が大きくなることを抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る車両のパワートレイン装置を示す骨子図である。 自動変速機の摩擦締結要素の締結表である。 自動変速機の第２ブレーキを示す図である。 エンジン始動前におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。 パワートレイン装置の制御システム図である。 パワートレイン装置の制御を説明するためのタイムチャートである。 エンジン始動時におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。 エンジン始動後におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る車両のパワートレイン装置を説明するための説明図である。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両のパワートレイン装置を示す骨子図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るパワートレイン装置１は、エンジン２と、エンジン２にトルクコンバータなどの流体伝動装置を介することなく連結される自動変速機１０と、エンジン２と自動変速機１０との間に配置されるモータ（駆動モータ）２０とを備え、エンジン２及びモータ２０の少なくとも一方によって自動変速機１０を介して駆動輪としての後輪が駆動されるハイブリッド車両に搭載されるものである。
エンジン２は、これに限定されるものではないが、４つの気筒が直列に配置された直列４気筒エンジンであり、エンジン２の出力軸３であるクランクシャフトが１回転する間に２回のトルク変動が生じることとなる。
モータ２０は、変速機ケース１１に結合されたハウジング２１に固定されたステータ２２と、自動変速機１０の入力部材としての入力軸１２に結合されたロータ支持部材２４に支持されてステータ２２の径方向内側に配置されたロータ２３とを有している。
ステータ２２は、磁性体からなるステータコアにコイルが巻回されて構成されている。ロータ２３は、筒状の磁性体で構成されている。モータ２０は、ステータ２２に電力が供給されるとステータ２２に生じる磁力によってロータ２３が回転するようになっている。
エンジン２とモータ２０との間には、具体的にはエンジン２の出力軸３と自動変速機１０の入力軸１２に結合されたロータ支持部材２４との間には、エンジン２の出力軸３とロータ支持部材２４との間を断接可能に構成された動力断接クラッチＣＬ０とワンウェイクラッチ３０とが並列に設けられている。
動力断接クラッチＣＬ０は、ノーマルクローズタイプのクラッチが用いられ、ロータ支持部材２４に結合された外側回転部材と、エンジン２の出力軸３に結合された内側回転部材と、外側回転部材と内側回転部材との間に配置された複数の摩擦板と、複数の摩擦板を押圧するピストンと、ピストンを締結方向に付勢するスプリングと、ピストンをスプリングの付勢力に抗して解放方向に付勢する油圧が供給される油圧室と有している。
動力断接クラッチＣＬ０は、油圧の非供給時にスプリングによってピストンが締結方向に付勢されて締結され、油圧の供給時に油圧によってスプリングの付勢力に抗してピストンが解放方向に付勢されて解放されるようになっている。動力断接クラッチＣＬ０が締結されることで、エンジン２と自動変速機１０及びモータ２０との間で動力を伝達することができる。
ワンウェイクラッチ３０は、エンジン２から自動変速機１０にのみ動力を伝達し、自動変速機１０及びモータ２０からエンジン２に動力を伝達できないようになっている。ワンウェイクラッチ３０は、例えば、ロータ支持部材２４に結合されたアウタレースと、エンジン２の出力軸３に結合されたインナレースと、アウタレースとインナレースとの間に介設された複数のスプラグとを有するスプラグ式のものを用いることができる。
パワートレイン装置１は、エンジン２にスタータモータ６７（図５参照）が備えられている。パワートレイン装置１では、エンジン始動時にスタータモータ６７を用いてエンジン２を回転させて始動させるようになっている。動力断接クラッチＣＬ０を締結させてモータ２０によって動力断接クラッチＣＬ０を介してエンジン２を回転させて始動させることも可能である。
パワートレイン装置１は、エンジン始動後には動力断接クラッチＣＬ０を解放させてエンジン２によってワンウェイクラッチ３０を介してエンジン２から自動変速機１０に動力を伝達させるようになっている。パワートレイン装置１はまた、モータ２０によって自動変速機１０に動力を伝達させることができるようになっている。
モータ２０はまた、車両の減速時に駆動されて回生発電を行い、発電した電力を図示しないバッテリなどに供給できるようになっている。パワートレイン装置１では、車両の減速時に動力断接クラッチＣＬ０を解放することで、モータ２０による発電を効率的に行うことができるようになっている。
自動変速機１０は、変速機ケース１１内に、エンジン２に接続されて駆動源側に配設された入力部材としての入力軸１２と、後輪に接続されて反駆動源側に配設された出力部材としての出力軸１３と、入力軸１２の軸線上に配設された複数のプラネタリギヤセット（遊星歯車機構）及びクラッチやブレーキなどの複数の摩擦締結要素とを有している。自動変速機１０は、入力軸１２と出力軸１３とが同一軸線上に配置されたフロントエンジン・リヤドライブ車用等の縦置き式のものである。
自動変速機１０は、エンジン２から後輪に動力を伝達する動力伝達経路を形成し、複数の摩擦締結要素を選択的に締結することにより各遊星歯車機構を経由する動力伝達経路を選択的に切り換えて車両の運転状態に応じた変速段を達成するように構成されている。
自動変速機１０の入力軸１２及び出力軸１３の軸心上には、駆動源側から、第１、第２、第３、第４プラネタリギヤセット（以下、単に「第１、第２、第３、第４ギヤセット」という）ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４が配設されている。
変速機ケース１１内において、第１ギヤセットＰＧ１の駆動源側に第１クラッチＣＬ１が配設され、第１クラッチＣＬ１の駆動源側に第２クラッチＣＬ２が配設され、第２クラッチＣＬ２の駆動源側に第３クラッチＣＬ３が配設されている。また、第３クラッチＣＬ３の駆動源側に第１ブレーキＢＲ１が配設され、第３ギヤセットＰＧ３の駆動源側且つ第２ギヤセットＰＧ２の反駆動源側に第２ブレーキＢＲ２が配設されている。
第１、第２、第３、第４ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４は、いずれも、キャリヤに支持されたピニオンがサンギヤとリングギヤに直接噛合するシングルピニオン型である。第１、第２、第３、第４ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４はそれぞれ、回転要素として、サンギヤＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、リングギヤＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、キャリヤＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とを有している。
第１ギヤセットＰＧ１は、サンギヤＳ１が軸方向に２分割されたダブルサンギヤ型である。サンギヤＳ１は、駆動源側に配置された第１サンギヤＳ１ａと、反駆動源側に配置された第２サンギヤＳ１ｂとを有している。第１及び第２サンギヤＳ１ａ、Ｓ１ｂは、同一歯数を有し、キャリヤＣ１に支持された同一ピニオンに噛合する。これにより、第１及び第２サンギヤＳ１ａ、Ｓ１ｂは、常に同一回転する。
自動変速機１０では、第１ギヤセットＰＧ１のサンギヤＳ１、具体的には第２サンギヤＳ１ｂと第４ギヤセットＰＧ４のサンギヤＳ４とが常時連結され、第１ギヤセットＰＧ１のリングギヤＲ１と第２ギヤセットＰＧ２のサンギヤＳ２とが常時連結され、第２ギヤセットＰＧ２のキャリヤＣ２と第４ギヤセットＰＧ４のキャリヤＣ４とが常時連結され、第３ギヤセットＰＧ３のキャリヤＣ３と第４ギヤセットＰＧ４のリングギヤＲ４とが常時連結されている。
入力軸１２は、第１ギヤセットＰＧ１のキャリヤＣ１に第１サンギヤＳ１ａ及び第２サンギヤＳ１ｂの間を通じて常時連結され、出力軸１３は、第４ギヤセットＰＧ４のキャリヤＣ４に常時連結されている。
第１クラッチＣＬ１は、入力軸１２及び第１ギヤセットＰＧ１のキャリヤＣ１と第３ギヤセットＰＧ３のサンギヤＳ３との間に配設されて、これらを断接するようになっている。第２クラッチＣＬ２は、第１ギヤセットＰＧ１のリングギヤＲ１及び第２ギヤセットＰＧ２のサンギヤＳ２と第３ギヤセットＰＧ３のサンギヤＳ３との間に配設され、これらを断接するようになっている。第３クラッチＣＬ３は、第２ギヤセットＰＧ２のリングギヤＲ２と第３ギヤセットＰＧ３のサンギヤＳ３との間に配設されて、これらを断接するようになっている。
第１ブレーキＢＲ１は、変速機ケース１１と第１ギヤセットＰＧ１のサンギヤＳ１、具体的には第１サンギヤＳ１ａとの間に配設されて、これらを断接するようになっている。第２ブレーキＢＲ２は、変速機ケース１１と第３ギヤセットＰＧ３のリングギヤＲ３との間に配設されて、これらを断接するようになっている。
以上の構成によって、自動変速機１０は、第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、第３クラッチＣＬ３、第１ブレーキＢＲ１、第２ブレーキＢＲ２の締結状態の組み合わせにより、図２に示すように、Ｄ（前進）レンジでの１〜８速とＲ（後退）レンジでの後退速とが形成されるようになっている。
図２では、第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、第３クラッチＣＬ３、第１ブレーキＢＲ１、第２ブレーキＢＲ２について締結状態を○印で示し、Ｄレンジでの１速及びＲレンジでの後退速における第２ブレーキＢＲ２について車両発進時にスリップ制御されることを△印を付して示している。第２ブレーキＢＲ２は、発進時の変速段を形成する他の摩擦締結要素の締結後に締結される発進用摩擦締結要素として機能する。
車両発進時にスリップ制御される第２ブレーキＢＲ２は、ピストンを解放位置から複数の摩擦板がゼロクリアランス状態となるゼロクリアランス位置までスプリングによって付勢し、ゼロクリアランス位置から締結位置まで締結用油圧によって付勢して複数の摩擦板を締結するようになっている。
図３は、自動変速機の第２ブレーキを示す図である。図３に示すように、第２ブレーキＢＲ２は、変速機ケース１１に結合されたハブ部材１０１と、第３ギヤセットＰＧ３のリングギヤＲ３に結合された回転部材であるドラム部材１０２と、ハブ部材１０１とドラム部材１０２との間に配置された複数の摩擦板１０３と、変速機ケース１１に結合された外筒部１０４、底部１０５及び内筒部１０６によって形成されるシリンダ１０７に嵌合されて複数の摩擦板１０３を締結するピストン１０８とを有している。
第２ブレーキＢＲ２はまた、ピストン１０８を締結方向に付勢する締結用油圧が供給される締結用油圧室１０９と、ピストン１０８を解放方向に付勢する解放用油圧が供給される解放用油圧室１１０とを有している。締結用油圧室内１０９には、ピストン１０８を解放位置から複数の摩擦板１０３がゼロクリアランス状態となるゼロクリアランス位置まで締結方向に付勢するスプリング１１１が配置されている。
第２ブレーキＢＲ２は、スプリング１１１によってピストン１０８がゼロクリアランス位置まで付勢され、締結用油圧室１０９に締結用油圧を供給することでピストン１０８が締結位置まで移動されて締結されるようになっている。第２ブレーキＢＲ２はまた、ピストン１０８が締結位置にある状態から締結用油圧を排出して解放用油圧室１１０に解放用油圧を供給することでピストン１０８がゼロクリアランス位置まで移動され、さらにスプリング１１１の付勢力に抗して解放位置まで移動されて解放されるようになっている。
一方、第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、第３クラッチＣＬ３及び第１ブレーキＢＲ１はそれぞれ、ハブ部材と、ドラム部材と、ハブ部材とドラム部材との間に配置された複数の摩擦板と、複数の摩擦板を締結するピストンと、ピストンを締結方向に付勢する締結用油圧が供給される締結用油圧室と、ピストンを解放方向に付勢するスプリングとを有している。
第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、第３クラッチＣＬ３及び第１ブレーキＢＲ１はそれぞれ、締結用油圧室に締結用油圧を供給することでピストンがスプリングの付勢力に抗して締結位置まで移動されて締結され、締結用油圧を排出することでスプリングによってピストンが解放位置まで移動されて解放されるようになっている。
自動変速機１０は、Ｐ（駐車）レンジ及びＮ（中立）レンジでは、ニュートラル状態とされ、動力伝達経路を形成する複数の回転要素のうち入力部材１２に連結された回転要素と出力部材１３に連結された回転要素とを除く複数の回転要素が非拘束状態となるように構成されている。
図４は、エンジン始動前におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。図４に示すように、Ｐレンジが選択されたエンジン始動前には、動力断接クラッチＣＬ０が締結された状態で、自動変速機１０は、入力軸１２に連結された回転要素４１と出力軸１３に連結された回転要素４２とを除く非拘束状態とされる複数の回転要素、具体的には第１回転要素５１、第２回転要素５２、第３回転要素５３、第４回転要素５４、第５回転要素５５、第６回転要素５６、第７回転要素５７を有している。
第１回転要素５１は、第１サンギヤＳ１ａと第１ブレーキＢＲ１の回転要素とを含む回転要素であり、第２回転要素５２は、第２サンギヤＳ１ｂとサンギヤＳ４とを含む回転要素であり、第３回転要素５３は、リングギヤＲ１とサンギヤＳ２と第２クラッチＣＬ２の外側回転要素とを含む回転要素であり、第４回転要素５４は、リングギヤＲ２と第３クラッチＣＬ３の外側回転要素とを含む回転要素であり、第５回転要素５５は、サンギヤＳ３と第１クラッチＣＬ１の外側回転要素、第２クラッチＣＬ２及び第３クラッチＣＬ３の内側回転要素とを含む回転要素であり、第６回転要素５６は、キャリヤＣ３とリングギヤＲ４とを含む回転要素であり、第７回転要素５７は、リングギヤＲ３と第２ブレーキＢＲ２の回転要素とを含む回転要素である。
自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる遊星歯車機構の回転要素は、停止又は他の回転要素の回転に伴って回転され、自動変速機１０の入力軸１２から自動変速機１０の出力軸１３に動力が伝達されようになっているが、自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる遊星歯車機構の回転要素の慣性質量が大きくなると、エンジン始動時に自動変速機１０の入力軸側にある遊星歯車機構の入力要素からエンジン２のトルク変動が伝達されるときに前記回転要素が反力要素となって自動変速機１０の出力軸側にある遊星歯車機構の出力要素にトルク変動が伝達され、自動変速機１０の出力軸１３にトルク変動が伝達されるおそれがある。
例えば、自動変速機１０の入力軸１２から第１ギヤセットＰＧ１のキャリヤＣ１にエンジン２のトルク変動が入力されるときに、第１回転要素５１及び第２回転要素５２の慣性質量が大きい場合、第１ギヤセットＰＧ１の第１サンギヤＳ１ａ及び第２サンギヤＳ１ｂが反力要素となって第１ギヤセットＰＧ１のリングギヤＲ１にトルク変動が伝達されるおそれがある。第１ギヤセットＰＧ１のリングギヤＲ１に常時連結された第２ギヤセットＰＧ２のサンギヤＳ２にエンジン２のトルク変動が伝達されるときに、第４回転要素５４の慣性質量が大きい場合、第２ギヤセットのリングギヤＲ２が反力要素となって第２ギヤセットＰＧ２のキャリヤＣ２にトルク変動が伝達され、キャリヤＣ２に常時連結された出力部材１３にトルク変動が伝達されるおそれがある。これに対し、本実施形態では、エンジン始動時に自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされるブレーキの回転要素を含む回転要素を固定することで、かかる問題を回避する。
図５は、パワートレイン装置の制御システム図である。図５に示すように、パワートレイン装置１は、運転者の操作により選択されたシフトレバーのレンジを検出するレンジセンサ６１、運転者によるブレーキペダルの踏込み量を検出するブレーキペダルセンサ６２、運転者によるアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ６３、エンジン２のクランクシャフトの回転角度及び回転速度を検出するクランク角センサ６４、車両の速度を検出する車速センサ６５、及びエンジン２を始動させるキースイッチ６６などを備えている。
パワートレイン装置１はまた、前述したようにエンジン２、自動変速機１０、駆動モータ２０及び動力断接クラッチＣＬ０を備えると共に、エンジン２を回転させて始動させるスタータモータ６７、図示しないモータによって駆動される電動式オイルポンプ６８を備えている。自動変速機１０は、エンジン２によって駆動される機械式オイルポンプを有して各摩擦締結要素に供給する油圧を制御する油圧制御回路を備えている。
パワートレイン装置１はまた、パワートレイン装置１に関連する構成を総合的に制御するコントロールユニット７０を備えている。コントロールユニット７０は、レンジセンサ６１、ブレーキペダルセンサ６２、アクセルペダルセンサ６３、クランク角センサ６４、車速センサ６５、キースイッチ６６などからの信号が入力されるようになっている。
コントロールユニット７０は、これらの信号に基づいて、スタータモータ６７、電動式オイルポンプ６８、エンジン２、自動変速機１０、駆動モータ２０、動力断接クラッチＣＬ０などを制御し、自動変速機１０の摩擦締結要素ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＢＲ１、ＢＲ２及び動力断接クラッチＣＬ０に供給する油圧を制御するようになっている。なお、コントロールユニットは、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
図６は、パワートレイン装置の制御を説明するためのタイムチャートである。図６に示すタイムチャートでは、車両の停車中に、キースイッチ６６がＯＮされた状態から、エンジン２が始動されて自動変速機１０の摩擦締結要素ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＢＲ１、ＢＲ２及び動力断接クラッチＣＬ０に油圧が供給され、車両が発進する状態を示している。
コントロールユニット７０は、Ｐレンジが選択され、ブレーキペダルが踏込み操作された踏込み状態（ＯＮ状態）とされ、アクセルペダルが踏込み解除操作された非踏込み状態（ＯＦＦ状態）とされ、動力断接クラッチＣＬ０が締結された締結状態で、図６に示すように、時間ｔ１においてキースイッチ６６がＯＮされると、エンジン始動時制御を行い、スタータモータ６７によってエンジン２を回転させて１５０ｒｐｍなどの所定クランキング回転数Ｎ１までエンジン回転数を上昇させる。
また、電動式オイルポンプ６８によって第１ブレーキＢＲ１に締結用油圧を供給して第１ブレーキＢＲ１を締結させる。時間ｔ２においてエンジン２のクランクシャフトの回転角度であるクランク角が検出されると、エンジン２の始動が開始されてエンジン２に燃料が供給されて着火され、エンジン回転数が８００ｒｐｍなどの所定アイドル回転数Ｎ２まで上昇されるようにエンジン２を制御する。エンジン２の始動が開始されると、スタータモータ６７によるエンジン２の回転が終了される。パワートレイン装置１では、エンジン２の着火から所定期間内にアイドル回転数Ｎ２になるようにエンジン２が制御される。
図７は、エンジン始動時におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。時間ｔ２においてエンジン２の始動が開始されるときに、動力断接クラッチＣＬ０が締結されているので、エンジン２のトルク変動が自動変速機１０の入力軸１２に伝達されることとなるが、エンジン始動時における燃料供給前に第１ブレーキＢＲ１を締結することで、図７に示すように、自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる第１ブレーキＢＲ１の回転要素を含む第１回転要素５１が固定され、またこれに伴って第２回転要素５２も固定されて慣性質量が低減される。
時間ｔ３においてエンジン２がアイドル回転数Ｎ２まで上昇されたときにエンジン２が完爆されてエンジン２の始動が完了され、エンジン始動後にエンジン２のアイドル運転制御を行う。エンジン始動後には、電動式オイルポンプ６８の作動が停止されて機械的オイルポンプによって第１ブレーキＢＲ１に締結用油圧を供給して第１ブレーキＢＲ１を締結させる。
また、エンジン始動後には、機械式オイルポンプによって動力断接クラッチＣＬ０に解放用油圧を供給して動力断接クラッチＣＬ０を解放させる。エンジン始動後には、エンジン２からワンウェイクラッチ３０を介して自動変速機１０に動力が伝達される。
そして、時間ｔ４において運転者によってＰレンジからＮレンジを経由してＤレンジに操作されると、機械式オイルポンプによって１速の変速段を形成する第１クラッチＣＬ１に締結用油圧を供給して第１クラッチＣＬ１を締結させる。
図８は、エンジン始動後におけるパワートレイン装置の締結状態を示す図である。図８に示すように、時間ｔ４において第１クラッチＣＬ１を締結することで、自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる第５回転要素５５が入力軸１２に連結された回転要素４１に連結される。
図６に示すように、コントロールユニット７０は、時間ｔ５においてブレーキペダルが踏込み解除操作されると、第２ブレーキＢＲ２に所定締結用油圧Ｐ２より低い所定スリップ用油圧Ｐ１を供給して第２ブレーキＢＲ２をスリップ制御する。第２ブレーキＢＲ２にスリップ用油圧Ｐ１が供給されると、第２ブレーキＢＲ２はゼロクリアランス状態からスリップ状態にされてエンジン２から駆動輪にエンジン２の動力の一部が伝達され、車両が発進し始める。
時間ｔ６においてアクセルペダルが踏込み操作されると、第２ブレーキＢＲ２に締結用油圧Ｐ２を供給して第２ブレーキＢＲ２を締結させる。第２ブレーキＢＲ２が締結されると、アクセルペダルの踏込み操作に応じたエンジン回転数及び車速になるようにエンジン２及び自動変速機１０を制御する。
コントロールユニット７０はまた、所定の運転状態においてモータ２０を制御し、モータ２０によって駆動輪を駆動させる。コントロールユニット７０は、動力断接クラッチＣＬ０を解放した状態でモータ２０を制御し、モータ２０のみによって駆動輪を駆動させることも可能である。
本実施形態では、車両発進時に運転者によってＰレンジからＮレンジを経由してＤレンジが選択された場合について記載しているが、時間ｔ４においてＰレンジからＲレンジに操作される場合、機械式オイルポンプによって後退の変速段を形成する第３クラッチＣＬ３に締結用油圧を供給して第３クラッチＣＬ３を締結させることを除き、Ｄレンジが選択された場合と同様に制御される。
このように、本実施形態では、エンジン２と自動変速機１０とを備えた車両のパワートレイン装置１において、自動変速機１０は、ニュートラル状態にあるときに、入力部材１２に連結された回転要素４１と出力部材１３に連結された回転要素４２とを除く複数の回転要素が非拘束状態となるように構成される。前記複数の回転要素は、所定のブレーキＢＲ１の回転要素を含み、所定のブレーキＢＲ１は、エンジン始動時における燃料供給前に締結される。
これにより、自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる所定のブレーキＢＲ１の回転要素を含む回転要素５１がエンジン始動時における燃料供給前に固定されるので、所定のブレーキＢＲ１が締結されない場合に比して、エンジン始動時にエンジン２のトルク変動が自動変速機１０に入力されるとき、エンジン２のトルク変動に対する反力要素となる回転要素の慣性質量が低減され、エンジン始動時に自動変速機１０の出力側に伝達されるエンジン２のトルク変動を抑制することができる。
また、エンジン２と自動変速機１０との間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチＣＬ０が設けられ、クラッチＣＬ０は、エンジン始動時に締結されている。これにより、エンジン２と自動変速機１０との間にノーマルクローズタイプのクラッチＣＬ０が設けられる場合に、エンジン始動時に自動変速機１０の出力側に伝達されるエンジン２のトルク変動を抑制することができる。
また、所定のブレーキＢＲ１は、エンジン始動時における燃料供給前に電動式オイルポンプ６８によって締結される。これにより、エンジン２が始動される前に電動式オイルポンプ６８を用いて所定のブレーキＢＲ１に油圧を供給して締結することができる。
また、所定のブレーキＢＲ１は、エンジン始動時における燃料供給前に締結されると共にエンジン始動後においても締結されている。これにより、エンジン始動後においても、エンジン２のトルク変動に対する反力要素となる回転要素の慣性質量が低減され、自動変速機１０の出力側に伝達されるエンジン２のトルク変動を抑制することができる。
図９は、本発明の第２実施形態に係る車両のパワートレイン装置を説明するための説明図である。図９では、第１実施形態及び第２実施形態に係る車両のパワートレイン装置のエンジン始動時におけるエンジン回転数を実線及び二点鎖線でそれぞれ示している。
第２実施形態に係るパワートレイン装置は、第１実施形態に係るパワートレイン装置１において、エンジン始動時にスタータモータ６７に代えてモータ２０を用いてエンジン２を回転させるものであり、第１実施形態に係るパワートレイン装置１と同様の構成については説明を省略する。
図９に示すように、第２実施形態に係るパワートレイン装置についても、コントロールユニット７０は、Ｐレンジが選択され、ブレーキペダルが踏込み状態とされ、アクセルペダルが非踏込み状態とされ、動力断接クラッチＣＬ０の締結状態で、時間ｔ１においてキースイッチ６６がＯＮされると、エンジン始動時制御を行う。
第２実施形態では、コントロールユニット７０は、エンジン始動時に、動力断接クラッチＣＬ０が締結されているのでモータ２０によってエンジン２を回転させて、６００ｒｐｍなどの所定クランキング回転数Ｎ１´までエンジン回転数を上昇させる。
図９の実線で示す第２実施形態に係るパワートレイン装置では、図９の二点鎖線で示す第１実施形態に係るパワートレイン装置１に比してエンジン回転数が高くなるようにエンジン２を回転させ、モータ２０によってエンジン２から駆動輪に至るプロペラシャフト及び差動装置などを含む駆動系が共振する４００ｒｐｍなどの所定共振回転数Ｎ３より高回転であるクランキング回転数Ｎ１´までエンジン回転数を上昇させる。
第２実施形態についてもまた、電動式オイルポンプ６８によって第１ブレーキＢＲ１に締結用油圧を供給して第１ブレーキＢＲ１を締結させる。時間ｔ２においてエンジン２のクランク角が検出されると、エンジン２の始動が開始されてエンジン２に燃料が供給されて着火され、エンジン回転数が８００ｒｐｍなどの所定アイドル回転数Ｎ２まで上昇されるようにエンジン２を制御する。第２実施形態に係るパワートレイン装置についても、エンジン２の着火から所定期間内にアイドル回転数Ｎ２になるようにエンジン２が制御される。
時間ｔ２においてエンジン２の始動が開始されるときに、動力断接クラッチＣＬ０が締結されているので、エンジン２のトルク変動が自動変速機１０の入力軸１２に伝達されることとなるが、エンジン始動時における燃料供給前に第１ブレーキＢＲ１を締結することで、自動変速機１０がニュートラル状態にあるときに非拘束状態とされる第１ブレーキＢＲ１の回転要素を含む第１回転要素５１が固定され、またこれに伴って第２回転要素５２も固定される。
このように、本実施形態についても、自動変速機１０は、ニュートラル状態にあるときに、入力部材１２に連結された回転要素４１と出力部材１３に連結された回転要素４２とを除く非拘束状態とされる複数の回転要素は、所定のブレーキＢＲ１の回転要素を含み、所定のブレーキＢＲ１は、エンジン始動時における燃料供給前に締結される。
これにより、所定のブレーキＢＲ１が締結されない場合に比して、エンジン始動時にエンジン２のトルク変動が自動変速機１０に入力されるとき、エンジン始動時に自動変速機１０の出力側に伝達されるエンジン２のトルク変動を抑制することができる。
また、エンジン２と自動変速機１０との間にモータ２０が設けられ、エンジン２とモータ２０との間にクラッチＣＬ０とワンウェイクラッチ３０とが並列に設けられ、車両のパワートレイン装置１は、エンジン２及びモータ２０の少なくとも一方によって駆動輪が駆動されるハイブリッド車両のパワートレイン装置１である。
これにより、ハイブリッド車両のパワートレイン装置１において、モータ２０によってクラッチＣＬ０を介してエンジン２を始動させると共にエンジン始動後はエンジン２からワンウェイクラッチ３０を介して自動変速機１０に動力を伝達させることができるので、ワンウェイクラッチ３０を用いることなくクラッチＣＬ０を介してエンジン２から自動変速機１０に動力を伝達する場合に比して、クラッチＣＬ０の伝達トルク容量を小さくしてクラッチＣＬ０をコンパクトに構成することができる。
本実施形態では、エンジン２は、エンジン始動時に、モータ２０によって、エンジン２から駆動輪に至る駆動系が共振する所定共振回転数Ｎ３より高回転且つ所定アイドル回転数Ｎ２より低回転である所定クランキング回転数Ｎ１´までエンジン回転数が上昇された後に始動される。
これにより、エンジン回転数が前記駆動系の共振回転数より低回転でエンジン２が始動される場合に比して、エンジン始動開始時のクランキング回転数Ｎ１´とアイドル回転数Ｎ２との回転数差を小さくしてエンジン始動時に自動変速機１０に入力されるエンジン２のトルク変動を低減し、エンジン始動時に自動変速機１０の出力側に伝達されるエンジン２のトルク変動を抑制することができる。また、エンジン始動時にエンジン２のトルク変動に共振して前記駆動系の振動が大きくなることを抑制することができる。
本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。
以上のように、本発明によれば、エンジンと自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置において、エンジン始動時に自動変速機の出力側に伝達されるエンジンのトルク変動を抑制することが可能となるから、この種の車両のパワートレイン装置ないしこれを搭載する車両の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
１ パワートレイン装置
２ エンジン
１０ 自動変速機
１２ 入力部材
１３ 出力部材
２０ モータ
３０ ワンウェイクラッチ
４１、４２、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７ 回転要素
６８ 電動式オイルポンプ
ＣＬ０ 動力断接クラッチ
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＢＲ１、ＢＲ２ 摩擦締結要素
ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４ 遊星歯車機構

Claims (6)

  1. エンジンと、複数の遊星歯車機構及び複数の摩擦締結要素を有して前記エンジンから駆動輪に動力を伝達する動力伝達経路を形成する自動変速機とを備えた車両のパワートレイン装置であって、
    前記自動変速機は、ニュートラル状態にあるときに、前記動力伝達経路を形成する複数の回転要素のうち入力部材に連結された回転要素と出力部材に連結された回転要素とを除く複数の回転要素が非拘束状態となるように構成され、
    前記複数の回転要素は、前記複数の摩擦締結要素のうち所定のブレーキの回転要素を含み、
    前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結される、
    ことを特徴とする車両のパワートレイン装置。
  2. 前記エンジンと前記自動変速機との間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチが設けられ、
    前記クラッチは、エンジン始動時に締結されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両のパワートレイン装置。
  3. 前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に電動式オイルポンプによって締結される、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両のパワートレイン装置。
  4. 前記所定のブレーキは、エンジン始動時における燃料供給前に締結されると共にエンジン始動後においても締結されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載の車両のパワートレイン装置。
  5. 前記エンジンを回転させると共に前記駆動輪を駆動させるモータを備え、
    前記モータは、前記エンジンと前記自動変速機との間に設けられ、
    前記エンジンと前記モータとの間に、油圧の非供給時に締結されて油圧の供給時に解放されるクラッチと前記エンジンから前記モータにのみ動力を伝達するワンウェイクラッチとが並列に設けられ、
    前記車両のパワートレイン装置は、前記エンジン及び前記モータの少なくとも一方によって前記駆動輪が駆動されるハイブリッド車両のパワートレイン装置である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両のパワートレイン装置。
  6. 前記エンジンを回転させるモータを備え、
    前記エンジンは、エンジン始動時に、前記モータによって、前記エンジンから前記駆動輪に至る駆動系が共振する所定共振回転数より高回転且つ所定アイドル回転数より低回転である所定クランキング回転数までエンジン回転数が上昇された後に始動される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の車両のパワートレイン装置。
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