JP3491420B2

JP3491420B2 - 車両用動力伝達装置

Info

Publication number: JP3491420B2
Application number: JP32312295A
Authority: JP
Inventors: 彰男安田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2015-12-12
Also published as: JPH09163678A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用動力伝達装置
に関し、特に内燃機関（エンジン）と回転電機を搭載し
たハイブリッド車両に好適に使用できる車両用動力伝達
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇などのエネルギー
問題、および車両の排気ガスなどによる環境汚染問題が
深刻化するに従い、ガソリン等を燃料とするエンジンを
備えた車両に対し、その燃費の改善や排気ガスの低減が
強く求められている。従来の車両に搭載されているエン
ジンのエネルギー効率は、一般の回転電機などと比較す
るとかなり劣っていることは広く知られている。これ
は、エンジンが車両の速度路面負荷などの走行状態に応
じて、その回転数や出力を頻繁に変更しなくてはならな
いことが原因の一つである。一説によると、エンジンを
通常の車両走行状態にて運転した場合と、最高効率点で
定出力、定回転で運転した場合ではそのエネルギー効率
は１５％に対し３０％と、２倍も改善されるという。

【０００３】車両用エンジンを効率良く運転するための
手段を備えた車両としては、エンジンを最高効率点付近
で運転し、発電機を回して生じた電気エルルギーでモー
タを駆動し、車両を走らせる、いわゆるＳＨＶ（シリー
ズハイブリッド車）やエンジンの出力軸にモータの出力
軸を機械的に連結して、両者共同で車両を駆動するＰＨ
Ｖ（パラレルハイブリッド車）などの車両用動力伝達装
置が発表されている。

【０００４】さらに、特開平７−１５８０５号公報ある
いは「ａｈｙｂｉｄｄｒｉｖｅｂａｓｅｄｏｎ
ａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｖａｒｉａｂｌｅａｒｒａ
ｎｇｅｍｅｎｔ」（１２ｔｈｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｙｐｏｓｅ
ｕｍ論文集Ｄｅｃｅｍｂｅｒ５−７１９９４）
に記載された発明のように、エンジンの出力と車両の要
求する出力との差を吸収あるいは付加するために、差動
歯車機構と単体もしくは複数の回転電機やクラッチ機構
を組み合わせて前記ＳＨＶとＰＨＶの機能を併せ持つよ
うな動力伝達装置も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報等
に記載の装置は、エンジンを略定回転、略定出力で運転
できるためエンジンのエネルギー効率改善あるいは排気
エミッション改善等には有効であるものの、高速走行時
や急加速時等には大出力のエンジン駆動力の車両駆動軸
への伝達割合を高めた方が有利である。

【０００６】そこで、例えば特開昭４８−４９１１５号
公報、特開昭５０−２０４１０号公報、特開昭５０−３
０２２３号公報等には、クラッチを設けて、モータ駆動
とエンジン駆動を適宜選択できるようにした動力伝達装
置が提案されている。しかし、クラッチやこれらに付随
する油圧制御装置、電磁ソレノイド等は大型になりがち
であり、設置スペースの増大により車両のコンパクト化
が損なわれるという問題がある。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するもの
で、ハイブリッド車両において、コンパクトな構造でエ
ンジン駆動力の伝達割合を適宜変更することが可能な車
両用動力伝達装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、第１の差動歯車機構の
一方の出力部に連結された第１の回転電機の回転軸（４
１）に車載補機（６）を負荷として結合するとともに、
前記第１の回転電機とは別途に、車載補機（６）の負荷
量を増減変更する負荷量変更手段（７）を設けている。

【０００９】この構成によれば、第１の回転電機に結合
された車載補機の負荷量を適宜変更することにより、第
１の差動歯車機構の他方の出力部への内燃機関動力の伝
達割合を変えることができる。そして、この伝達割合の
変更を車載補機を利用してその負荷量を変えることによ
り行っているから、負荷量変更のための特別な機器を必
要とせず、コンパクトかつ安価に実現される。

【００１０】請求項２に記載の発明では、第１の回転電
機（４）の断線故障が検出されると、負荷量変更手段
（７）により第１の回転電機（４）の回転軸（４１）の
回転が拘束される。これにより、故障した第１の回転電
機の回転軸がフリー回転することは防止され、内燃機関
動力はその全てが第１の差動歯車機構の他方の出力部へ
伝達される。この結果、車両の走行能力は維持される。

【００１１】請求項３に記載の発明では、負荷量変更手
段は、車載補機たる流体ポンプ（６）を介設した流体流
路（６２、６３）の流量を制限するものである。これに
より、流体ポンプの負荷量変更が容易になされる。請求
項４に記載の発明では、負荷量変更手段（７）は、少な
くとも流体流路（６２、６３）を分離閉止する切換え流
路（７１ｃ）を設けた弁体（７１）を有している。した
がって、流体流路を分離閉止することにより、流体ポン
プの回転を規制して第１の回転電機の回転軸を確実に拘
束することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。（第１実施形態）図１にはハイブリッド車両に搭載され
た動力伝達装置の概略構成を示す。図において、車両前
部（図の上部）に設けたエンジン１の出力軸１１はフラ
イホイール１２を介して差動歯車機構２に入力連結さ
れ、この差動歯車機構２の一方の出力部に、ＤＣブラシ
レス式電動／発電機等の回転電機４と、スルーベーン
式、スクリュー式等のパワーステアリング用油圧ポンプ
（パワステ用ポンプ）６とが連結され、他方の出力部に
は、途中に回転電機５を介在させて差動歯車機構３が連
結されている。

【００１３】そして、差動歯車機構３の左右一対の出力
部にそれぞれ左右の駆動輪Ｗの車軸Ｓ１、Ｓ２が連結さ
れている。左右の駆動輪Ｗはタイロッド８２、８３によ
りパワステ機構８１に連結されており、その動力部８１
１にコントロールバルブ７１を介して上記パワステ用ポ
ンプ６からの作動油が供給されている。コントロールバ
ルブ７１は、２つの電磁ソレノイド７１１、７１２とリ
ターンスプリングを有するスプール弁で、３種の油圧流
路７１ａ、７１ｂ、７１ｃを内蔵した３位置弁である。
そして、コントロールバルブ７１の切換えポートにパワ
ステ用ポンプ６から延びる油圧配管６２、６３が接続さ
れている。そして、電磁ソレノイド７１１、７１２が無
励磁の図示の状態では油圧流路７１ｂが選択されて、パ
ワステ用ポンプ６からの作動油がパワステ機構８１の動
力部８１１に供給される。

【００１４】また、電磁ソレノイド７１１を励磁した時
には油圧流路７１ａが選択されて動力部８１１への印加
油圧が開放されるとともに、パワステ用ポンプ６の油圧
配管６２、６３が短絡されて無負荷状態となる。電磁ソ
レノイド７１２を励磁した時には油圧流路７１ｃが選択
され、動力部８１１への印加油圧が開放されるととも
に、パワステ用ポンプ６の油圧配管６２、６３は分離閉
止される。

【００１５】コントロールバルブ７１の作動制御は弁制
御装置７によりなされ、この弁制御装置７には、回転電
機４からの断線検出信号４ａが入力するとともに、シフ
トレバー８４からのシフト位置信号８４ａが入力してい
る。なお、特に図示していないが、各回転電機４、５の
制御装置、エンジン回転数センサ、車速検知センサ、お
よびアクセル踏み量センサ等が設けられている。制御装
置はそれぞれ三相ブリッジ回路を備えたインバータで、
パルス幅変調等により正弦波に近い交流電力を各回転電
機４、５に供給する。

【００１６】特に、回転電機４用制御装置には、回転電
機４への印加電流あるいはその変化量をモニタして断線
故障を検出する回路が含まれており、当該回路から上記
断線検出信号４ａが出力される。また、各回転電機４、
５の動力源として鉛−酸蓄電池等のバッテリが搭載され
ている。図２には動力伝達装置の詳細構造を示す。

【００１７】差動歯車機構２は遊星歯車機構により構成
されており、その板状腕体２１の中心にフライホイール
１２（図１）から延びる出力軸１１がスプライン結合さ
れている。腕体２１の板面には周方向の３か所に軸２１
１が立設され、各軸２１１にそれぞれ遊星歯車２２が回
転自在に支持されている。これら遊星歯車２２は太陽歯
車２３の外周に噛合しており、太陽歯車２３の中心に回
転電機４の回転軸４１がスプライン結合されている。

【００１８】ロータ４２を一体に設けた回転軸４１の端
部には、装置ハウジングＨに固定されたオイルポンプ６
から突出する入力軸６１が結合されている。パワステ用
ポンプ６は油圧配管６２、６３によりコントロールバル
ブ７１に接続されている。上記遊星歯車２２を連ねてこ
れらの外方より内歯歯車２４が噛合しており、この内歯
歯車２４には外周に歯形が形成されて、この歯形が装置
ハウジングＨの内壁に設けたアイドラ歯車５３に噛合し
ている。このアイドラ歯車５３には、回転電機５の回転
軸５１に設けた平歯車５４が噛合し、回転電機５は上記
回転電機４と平行に位置している。

【００１９】なお、上記遊星歯車２２、太陽歯車２３、
内歯歯車２４の歯数比は１対２対４とし、これら歯車の
周囲には潤滑剤が封入されている。アイドラ歯車５３は
平歯車３５と噛合し、この平歯車３５の中心には円筒壁
３５１が形成されている。この円筒壁３５１は装置ハウ
ジングＨに回転自在に支持され、円筒壁３５１内を横切
るピン３５に支持された前後（図の上下）一対の傘歯車
３１、３２に左右一対の傘歯車３３、３４が噛合して差
動歯車機構３を構成している。そして、左右の各傘歯車
３３、３４に、左右の駆動輪Ｗの車軸Ｓ１、Ｓ２の一端
がそれぞれスプライン結合されている。

【００２０】上記構造の動力伝達装置の作動を以下に説
明する。エンジン１の回転数とトルクを最高効率点近く
で一定に保った状態で、回転電機４の回転数を変更する
と、内歯歯車２４（すなわち駆動輪Ｗ）の回転数が連続
的に変えられる。また、回転電機５によりエンジン１か
ら駆動輪Ｗへのトルクが増減される。

【００２１】これにより、車両速度と路面負荷に無関係
に、エンジン１を常に高効率点近くで定常運転すること
ができ、燃費低減と排気エミッションの向上が実現され
る。この場合、エネルギー収支からは、エンジン１の出
力の一部を回転電機４を発電機として使用して回収し、
電動機として作動する回転電機５に還元している。とこ
ろで、差動歯車機構２の内歯歯車２４の歯数をＺｃ、回
転数をＮｃ（ｒｐｍ）、軸トルクをＴｃ（Ｎｍ）とする
とともに、太陽歯車２３の歯数をＺａとし、エンジン１
からの入力回転数をＮｅ（ｒｐｍ）、入力トルクをＴｅ
（Ｎｍ）とすると、回転電機４の回転数（すなわちパワ
ステ用ポンプ６の回転数Ｎｐ）は数式１で示される。

【００２２】

【数１】Ｎｐ＝（１＋Ｚｃ／Ｚａ）×Ｎｅ−（Ｚｃ／Ｚ
ａ）×Ｎｃまた、回転電機４の入力トルク（すなわちパワステ用ポ
ンプ６の入力トルクＴｐ）は数式２となる。

【００２３】

【数２】Ｔｐ＝（Ｚａ／（Ｚａ＋Ｚｃ））×Ｔｅそこで、例えばエンジンが３０００ｒｐｍの一定回転で
運転された場合、パワステ用ポンプの回転数Ｎｐと内歯
歯車の回転数Ｎｃ（駆動輪の回転数）は表１の関係にな
る。

【００２４】

【表１】表１より明らかなように、車両速度が遅い時にはパワス
テ用ポンプ６の回転数Ｎｐが大きく、一方、車両速度が
速い時にはパワステ用ポンプ６の回転数Ｎｐは小さくな
る。このようなパワステ用ポンプ６から作動油の供給を
受けるパワステ機構８１は、車両速度が遅い時にはハン
ドルが軽く、車両速度が速くなるとハンドルが重くな
る。したがって、一般のパワステ用ポンプ６のように可
変容量機構を付設する必要がなく、ポンプ構造を簡易化
することができる。

【００２５】ところで、表１より、内歯歯車２４の回転
数が４５００ｒｐｍに相当する高速で車両が走行してい
る時には、パワステ用ポンプ６の回転数Ｎｐは０になる
が、トルク反力は受けるので、回転軸４１の回転を抑止
する必要がある。そこで、本実施形態では、弁制御装置
７は電磁ソレノイド７１２に通電して油圧流路７１ｃを
選択する。

【００２６】これによりパワステ用ポンプ６の油圧回路
は閉鎖され、ポンプ６がロックされる。この状態では、
作動歯車機構１は一定変速比（本実施形態では１．５
倍）の変速機となり、エンジン駆動力の全てが車両の駆
動に直接使用される。したがって、燃費や排気エミッシ
ョンの向上等よりもむしろ高速走行や急加速が必要な場
合には、パワステ用ポンプ６をロックした状態でエンジ
ン出力を全開にして走行することができる。

【００２７】このように、本実施形態では、エンジン駆
動力を有効に使用したい場合にはパワステ用ポンプ６を
ロックすることにより回転電機４の回転軸４１を拘束し
ているから、クラッチ等の特別な拘束用部材を設けるこ
となく、簡易、安価、かつ小スペースにて拘束機構を実
現することができる。この場合、電気的制御により回転
電機４の回転軸４１を拘束するのに比して、制御も容易
である。

【００２８】ところで、回転電機４が断線故障すると、
その回転軸４１がフリーとなり、エンジン１の駆動力が
殆ど上記回転軸４１を回転させるのに費やされて車軸Ｓ
１、Ｓ２に伝達されるトルクが激減し、この結果、車両
の走行が不可能となる。そこで、本実施形態では、弁制
御回路７は回転電機４からの断線検出信号４ａを受ける
と、シフトレバー８４のシフト位置信号８４ａより、車
両が前進走行中であるか、後退走行中であるかを判定
し、前進走行中であれば油圧流路７１ｃを選択し、後退
走行中であれば油圧流路７１ａを選択する。

【００２９】これにより、前進走行中に回転電機４が断
線故障した場合には、油圧流路７１ｃが選択されて既述
のようにパワステ用ポンプ６がロックされ、回転電機４
の回転軸４１が拘束される。この結果、エンジン動力が
差動歯車機構２を介して１．５倍の変速比で直接車軸Ｓ
１、Ｓ２に伝達されて車両の走行が可能となる。なお、
この時、回転電機５を補助動力として使用できる。

【００３０】車両の後退走行中に回転電機４が断線故障
した場合には、油圧流路７１ａが選択されて回転電機４
の回転軸４１がフリーにされ、同時に回転電機５が逆転
させられる。そして、この逆転した回転電機５の駆動力
が車軸Ｓ１、Ｓ２に伝達されて車両の後退が可能とな
る。すなわち、正常状態における後退走行と同じであ
る。

【００３１】なお、図示しないが、音声等により、回転
電機４の故障を乗員に速やかに報知する警報装置が設け
られている。（第２実施形態）差動歯車機構として上記第１実施形態
における遊星歯車機構２に代えて、図３に示すように傘
歯車機構９を使用しても良い。その詳細を図４に示す。
装置ハウジングＨ内には水平姿勢で円筒壁９６が配設さ
れ、この円筒壁９６内を横切るピン９５に前後（図の上
下）一対の傘歯車９１、９２が支持されて、これらに左
右一対の傘歯車９３、９４が噛合している。

【００３２】そして、フライホイール１２（図１）から
の出力軸１１が左側傘歯車９３にスプライン結合され、
右側傘歯車９４には回転電機４の回転軸４１の一端がス
プライン結合されている。上記円筒壁９６の外周に形成
した歯形には、装置ハウジングＨ内に回転自在に支持さ
れたアイドラ歯車５５が噛合し、このアイドラ歯車５５
に回転電機５の回転軸５１先端に設けた平歯車５４が噛
合している。他の構造は上記第１実施形態と同一であ
る。このような構造によっても、第１実施形態と同様の
作用効果が得られる。

【００３３】また、回転電機４の断線故障のような非常
時には最低限車両の前進ができれば良いと考えれば、図
３に示すように、コントロールバルブ７１の油圧流路７
１ｄを、互いに交差する位置のポート間を連通させるよ
うな構造とすることができる。このような構造によれ
ば、エンジン回転数よりも速い回転数を得るために回転
電機４を逆転させた場合にも、油圧流路７１ｄを選択す
ることによってパワステ用ポンプ６からパワステ機構８
１の動力部８１１へ作動油を供給することができ、ステ
アリングアシストが可能となる。

【００３４】なお、上記各実施形態で、高速走行時等に
おける回転電機４の回転軸４１の拘束を、コンプレッサ
等の他の車載補機により行っても良く、また、回転軸拘
束はその回転を完全に止める以外に、回転を適宜な値に
制限するものであっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、ハイブリッド
車両に搭載された動力伝達装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態における、動力伝達装置
の詳細断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態における、ハイブリッド
車両に搭載された動力伝達装置の概略構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態における、動力伝達装置
の詳細断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン、１１…出力軸、２…差動歯車機構、２１
…腕体、２２…遊星歯車、２３…太陽歯車、２４…内歯
歯車、３…差動歯車機構、３１、３２、３３、３４…傘
歯車、４…回転電機、４１…回転軸、５…回転電機、５
１…回転軸、６…パワステ用ポンプ、６２、６３…油圧
配管、７…弁制御装置、７１…スプール弁、Ｓ１、Ｓ２
…車軸、Ｗ…駆動輪。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０２Ｐ 6/08 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３１１ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 7/18 B60K 6/04 B60L 11/14 F16H 48/08 H02P 6/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力部（２１）に内燃機関（１）の出力
軸（１１）を連結するとともに、一対の出力部の一方
（２３）に第１の回転電機（４）の回転軸（４１）を、
他方（２４）に第２の回転電機（５）の回転軸（５１）
をそれぞれ連結した第１の差動歯車機構（２）と、前記第１の回転電機（４）の回転軸（４１）に車載補機
（６）を負荷として結合するとともに、前記第１の回転
電機とは別途に、当該車載補機（６）の負荷量を増減変
更する負荷量変更手段（７）とを設けたことを特徴とす
る車両用動力伝達装置。
【請求項２】前記第１の回転電機（４）の断線故障を
検出する故障検出手段を設け、前記負荷量変更手段
（７）は前記断線故障が検出された時に、前記車載補機
（６）の負荷量を、前記回転軸（４１）の回転を拘束す
るに足る大きさに増大させるものであることを特徴とす
る請求項１に記載の車両用動力伝達装置。
【請求項３】前記車載補機は流体ポンプ（６）であ
り、前記負荷量変更手段（７）は前記流体ポンプ（６）
を介設した流体流路（６２、６３）の流量を制限するも
のであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両
用動力伝達装置。
【請求項４】前記負荷量変更手段（７）は、少なくと
も前記流体流路（６２、６３）を分離閉止する切換え流
路を設けた弁体（７１）を有していることを特徴とする
請求項３に記載の車両用動力伝達装置。