JP3570553B2 - トルク伝達装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の燃費向上を図る技術の１つとして、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達系にモータジェネレータを配置して、走行時の制動エネルギを電力として取り出す回生を行ったり、バッテリに充電された電気をモータジェネレータの出力トルクによりエンジントルクをアシストする等の技術が提案されている。
【０００３】
このようなトルク伝達系の構成として、エンジンとトルクコンバータとの間にモータジェネレータを配置したものがある。トルクコンバータは、エンジンの出力トルクが入力されるインペラと、インペラに対向して配置され変速機にトルクを出力するタービンと、インペラとタービンとの間に配置されタービンからインペラへの流体の流れを整流するための整流ステータとを有するものである。このトルク伝達系の構成では、制動回生時に、変速機側のトルクがトルクコンバータを介して伝達されるため、トルクコンバータにおける制動分だけモータジェネレータにおけるエネルギの回生量が減少することになる。
【０００４】
これに対して、例えば、特開２０００−２８７３０３号公報に記載の技術のように、トルクコンバータがエンジンとモータジェネレータとの間に配置された構成を有するものがある。
このような構成においては、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されているため、制動回生時においても、変速機のトルクが直接モータジェネレータに伝達される。これにより、モータジェネレータでエネルギ回生がされ易くなる。すなわち、この構成におけるエネルギ回生量は、エンジンとトルクコンバータとの間にモータジェネレータを配置した構成におけるエネルギ回生量よりも増加するようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のトルク伝達系の構成においては、トルクコンバータと変速機との間にモータジェネレータが配置されているため、トルクコンバータの整流ステータをステータ固定軸を介して変速機のミッションケースに固定する等の通常の固定方法を採用できない。このため、本トルク伝達系を具体的に構成する際には、整流ステータの固定方法が問題となる。
【０００６】
この問題を解決するために、特開２０００−２８７３０３号公報に記載の技術では、トルクコンバータ及びモータジェネレータを収納する外側ハウジングに固定された内側ハウジングをトルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に設け、この内側ハウジングに整流ステータのステータ固定軸が固定される構成を採用している。すなわち、上記トルク伝達系では、トルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に別部材を設けて、さらに、この別部材をトルクコンバータ及びモータジェネレータを収納する外側ハウジングに固定している。これにより、整流ステータを固定するという目的は達成されるが、トルク伝達系の軸方向及び半径方向のサイズが増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されたトルク伝達系の構成において、コンパクトなトルク伝達装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のトルク伝達装置は、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達装置であって、変速機にトルクを出力する伝達軸と、トルクコンバータと、入力軸との間でトルクを授受可能なモータジェネレータと、遊星歯車装置とを備えている。トルクコンバータは、エンジンの出力トルクが入力されるインペラと、インペラに対向して配置され伝達軸にトルクを出力するタービンと、インペラとタービンとの間に配置されタービンからインペラへの作動油の流れを整流するための整流ステータとを有している。モータジェネレータは、伝達軸に装着されたロータとロータに対向して配置されたステータとを有している。遊星歯車装置は、伝達軸に設けられたサンギアと、サンギアの外周側に配置されサンギアと噛み合う複数のプラネタリギアと、ロータが装着されプラネタリギアと噛み合うリングギアと、整流ステータが装着され複数のプラネタリギアを軸支する遊星キャリアとを有している。
【０００９】
このトルク伝達装置では、トルクコンバータの整流ステータが遊星歯車装置を構成する遊星キャリアに固定されている。そして、モータジェネレータのトルクの伝達軸との入出力は、モータジェネレータのロータが装着されたリングギアと伝達軸に形成されたサンギアとの間で、プラネタリギアを介して行われる。遊星歯車装置は、軸方向及び半径方向の寸法を増加させることなく配置することができるため、従来のように整流ステータをトルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に別部材を設けて外側ハウジングに固定する必要がなく、コンパクトなトルク伝達装置を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載のトルク伝達装置では、請求項１において、インペラ、整流ステータ及びタービンは、トーラスを形成している。そして、トーラスは、半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率Ｌ／Ｈが０．７以下である。
このトルク伝達装置では、トーラスの扁平率が０．７以下のトルクコンバータを使用しているので、トルク伝達系の軸方向寸法の短縮化が可能である。
【００１１】
請求項３に記載のトルク伝達装置は、請求項１又は２において、タービンは伝達軸に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように伝達軸に装着されている。
このトルク伝達装置では、トルクコンバータのタービンが伝達軸に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように変速機の伝達軸に装着されているため、トルクコンバータのタービンの回転数が変速機の伝達軸の回転数よりも相対的に大きい場合は、タービンと伝達軸とが一体となって回転し、タービンから伝達軸へトルクが伝達する。逆に、タービンの回転速度が伝達軸の回転速度よりも小さい場合は、タービンが伝達軸の回転方向と逆方向に相対回転し、伝達軸からトルクコンバータへトルクが伝達しないようになっている。これにより、トルクコンバータを経由してエンジン部分で吸収されるトルクによる制動を抑えて、モータジェネレータによるエネルギ回生の効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項４に記載のトルク伝達装置では、請求項１〜３のいずれかにおいて、トルクコンバータは、インペラ、整流ステータ及びタービンを介さずにエンジンから入力されるトルクを出力側に出力するためのロックアップ装置をさらに備えている。
このトルク伝達装置は、ロックアップ装置を作動した際に、トルクコンバータを構成するフロントカバーと、ロックアップ装置を構成するダンパー機構と、モータジェネレータのロータとが伝達軸上に直列に並んだ構成となる。この構成においては、ロックアップ装置のダンパー機構の下流側に大きな慣性モーメントを有するロータがあるため、２つのフライホイールの間にダンパー機構が配置された振動系と類似の振動系を形成する。これにより、トルク伝達系の共振点が低回転数側にシフトして、エンジン回転数の変動の伝達軸への伝達を減衰させることができる。
【００１３】
請求項５に記載のトルク伝達装置では、請求項４において、ロックアップ装置は、インペラ、整流ステータ及びタービンの作動油系統とは別の作動油系統から供給される油圧によって作動される別室式のクラッチ機構を備えたものである。このトルク伝達装置では、別室式のクラッチ機構を備えているため、ロックアップ動作の応答性が向上している。ここで、別室式のクラッチ機構とは、インペラ、タービン及び整流ステータの作動油系統とは別の作動油系統の油圧によって操作され、インペラ、タービン及び整流ステータ側の作動油がクラッチ機構の操作に影響されにくい構造を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置１の模式図を図１に示す。
［構成］
図１に示すトルク伝達装置１は、エンジン８の出力軸８１と、変速機９との間に配置されている。
【００１５】
エンジン８はガソリン等を燃焼させて動力を得るための内燃機関であり、このエンジン８のクランク軸（図示せず）から出力されるトルクがエンジン出力軸８１を介してエンジン８の側面に装着されたトルク伝達装置１に出力される。変速機９は、自動変速機又は無段変速機であり、トルク伝達装置１から出力されたトルクが入力される。
【００１６】
トルク伝達装置１は、エンジン８の出力軸８１からのトルクを変速機９へ伝達するための装置であり、トルクコンバータ１１と、伝達軸９１との間でトルクを授受可能なモータジェネレータ６１と、伝達軸９１のトルクとモータジェネレータ６１とを連結するための遊星歯車装置７１とを備えている。
トルクコンバータ１１は、エンジン８の出力トルクが入力されるインペラ１２と、インペラ１２に対向して配置され伝達軸９１にトルクを出力するタービン１３と、インペラ１２とタービン１３との間に配置されタービン１３からインペラ１２への作動油の流れを整流するための整流ステータ２１と、ロックアップ装置１４とを備えている。
【００１７】
次に、図２を用いてトルク伝達装置１の詳細を説明する。図２は、本実施形態のトルク伝達装置１の縦断面概略図である。図２の左側に図示しないエンジン８が配置され、図２の右側に図示しない変速機９が配置されている。また、図２に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１１、モータジェネレータ６１及び遊星歯車装置７１の回転軸である。
【００１８】
（ａ）トルクコンバータ
トルクコンバータ１１は、主に、３種の羽根車（インペラ１２、タービン１３、整流ステータ２１）からなるトーラス２０を有するトルクコンバータ本体と、ロックアップ装置１４とから構成されている。
フロントカバー１５は、円板状の部材であり、最も軸方向エンジン８側に配置されている。フロントカバー１５の内周部には、センターボス２２が固定されている。センターボス２２は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔に挿入されている。フロントカバー１５の最外周部には、円周方向に複数のナット２３が固定されている。このナット２３に対して、図示しない例えばフレキシブルプレートの外周部がボルトによって固定されている。フロントカバー１５の外周部には、軸方向変速機９側に延びる外周筒状部１５ａが形成されている。この外周筒状部１５ａの内周面には、軸方向に延びる複数の歯１５ｂが円周方向に並んで形成されている。また、外周筒状部１５ａの軸方向変速機９側先端には、インペラ１２のインペラーシェル１２ａの外周縁が固定されている。この結果、フロントカバー１５と外周筒状部１５ａとインペラ１２とによって、内部に作動油が充填された流体作動室を形成している。
【００１９】
インペラ１２は、フロントカバー１５と一体に固定された部材であり、インペラーシェル１２ａと、インペラーシェル１２ａの内側に固定された複数のインペラーブレート１２ｂとから主に構成されている。
タービン１３は、流体作動室内でインペラ１２に対向して配置されている。タービン１３は、タービンシェル１３ａと、タービンシェル１３ａのインペラ１２側の面に固定された複数のタービンブレード１３ｂと、タービンシェル１３ａを伝達軸９１に固定するためのタービンハブ１３ｃとから主に構成されている。タービンシェル１３ａの内周部は、タービンハブ１３ｃの半径方向中間部分に複数のリベット２４によって、後述のダンパー機構１８を構成するドリブンプレート４０の内周部とともに固定されている。なお、タービンハブ１３ｃの内周面は、伝達軸９１にスプライン係合して相対回転不能になっている。タービンハブ１３ｃの軸方向エンジン８側の外周部には、フロントカバー１５の内面に接するように円板状部材２６が配置されている。円板状部材２６の内周端は、タービンハブ１３ｃの外周部に回転可能に支持され、フロントカバー１５及びセンターボス２２と一体に回転する。円板状部材２６のフロントカバー１５に接する面には、放射状に延びる油路２６ａ、２６ｂが形成されている。これにより、フロントカバー１５とタービン１３との間の空間は、軸方向に分割されている。さらに、フロントカバー１５とタービンハブ１３ｃとの軸方向間には、スラストワッシャ２７が配置されている。スラストワッシャ２７がフロントカバー１５及びタービンハブ１３ｃに接する面には、放射状に延びる油路が形成されている。
【００２０】
整流ステータ２１は、タービン１３からインペラ１２へと戻る作動油の流れを整流するための機構である。整流ステータ２１は、樹脂やアルミ合金等により鋳造によって製造された一体の部材である。整流ステータ２１はインペラ１２の内周部とタービン１３の内周部との軸方向間に配置されている。整流ステータ２１は、主に、環状のステータキャリア２１ａと、ステータキャリア２１ａの外周面に設けられた複数のステータブレード２１ｂとから構成されている。ステータキャリア２１ａは、ワンウェイクラッチ２５を介して、後述の遊星歯車装置７１の遊星キャリア７２に支持されている。タービンハブ１３ｃの内周部とワンウェイクラッチ２５との軸方向間には、第１スラストベアリング２８が配置されている。第１スラストベアリング２８には、半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。ステータキャリア２１ａとインペラーシェル１２ａの内周部との軸方向間には、第２スラストベアリング２９が配置されている。ステータキャリア２１ａの第２スラストベアリング２９側には、半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。
【００２１】
ここで、インペラ１２、タービン１３及び整流ステータ２１により構成されるトーラス２０は、扁平率が小さいものを使用している。具体的には、トーラス２０の半径方向寸法Ｈと軸方向寸法Ｌとの比Ｌ／Ｈが０．７以下のものである。ここで、半径方向寸法Ｈは整流ステータ２１のステータキャリア２１ａの最も半径方向外側の部分とインペラ１２の内側で半径方向外側の部分との間の距離をいい、軸方向寸法Ｌはインペラ１２の内側で軸方向変速機９側の部分とタービン１３の内側で軸方向エンジン８側の部分との間の距離をいう。
【００２２】
次に、ロックアップ装置１４について説明する。ロックアップ装置１４は、運転の必要に応じてフロントカバー１５と伝達軸９１との間を機械的に連結するための装置であり、クラッチ機構１７とダンパー機構１８とから主に構成されている。
クラッチ機構１７は、フロントカバー１５から直接タービン１３に対してトルクを伝達可能とするための機構である。クラッチ機構１７は、主に、フロントカバー１５の外周筒状部１５ａと、ダンパー機構１８を構成する第１ドライブプレート３１と、クラッチプレート３２、３３、３４と、ピストン３５とから構成されている。クラッチプレート３２、３４は、外周縁に外周筒状部１５ａの歯１５ｂに係合する外周歯を有している。これにより、クラッチプレート３２、３４は、フロントカバー１５と一体回転するように、かつ、軸方向に相対移動可能になっている。クラッチプレート３３は、クラッチプレート３２とクラッチプレート３４との軸方向間に配置されている。クラッチプレート３３の内周縁には複数の歯が形成されている。また、クラッチプレート３３の軸方向両面には摩擦フェーシングが貼られている。第１ドライブプレート３１の外周面には軸方向に延びる複数の歯が円周方向に並んで形成されている。この第１ドライブプレート３１の歯にクラッチプレート３３の歯が係合している。これにより、クラッチプレート３３は、第１ドライブプレート３１と一体回転するように、かつ、軸方向に相対移動するようになっている。外周筒状部１５ａの内周縁の軸方向変速機９側には、スナップリング３６が装着されている。スナップリング３６は、クラッチプレート３４等の軸方向変速機９側への移動を制限するための部材である。
【００２３】
ピストン３５は、環状の部材である。ピストン３５は、フロントカバー１５の軸方向変速機９側に近接して配置されている。ピストン３５の外周面は、フロントカバー１５の外周側に形成された内周面に当接して半径方向に支持され、軸方向及び回転方向には相対移動可能になっている。ピストン３５の外周面には、環状のシール部材が装着されている。このシール部材は、前記の内周面に当接し、その軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。ピストン３５の内周面は、円板状部材２６の外周面に当接し支持されている。円板状部材２６の外周面には環状のシール部材が装着されている。このシール部材は、ピストン３５の内周面に当接し、その軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。また、ピストン３５の外周側部分はクラッチプレート３２に近接して配置されている。ピストン３５は、ピストン３５とフロントカバー１５との間に形成された油圧室Ａ内の油圧変化によって軸方向に移動する構成となっている。この油圧室Ａは、円板状部材２６の油路２６ａ、２６ｂを介して伝達軸９１の軸中心を貫通する油孔９１ａに連通している。これにより、クラッチ機構１７を作動させるための作動油系統は、トーラス２０を作動するための作動油系統とは別の独立した油圧系統となっている。
【００２４】
ダンパー機構１８は、第１ドライブプレート３１と、第２ドライブプレート３７と、タービンハブ１３ｃと、複数のトーションスプリング３８とから構成されている。ドライブプレート３１、３７は環状の部材であり、外周部は互いに固定され、それより内周側の部分は軸方向に間隔をあけて配置されている。ドライブプレート３１、３７の外周部は、複数のリベット３９により一体となるように固定されている。また、ドライブプレート３１、３７の内周側部分には、軸方向に切り起こされたばね支持部３１ａ、３７ａが形成されている。ドライブプレート３１、３７の軸方向間には、ドリブンプレート４０が配置されている。そして、ドリブンプレート４０の内周部は、リベット２４によってタービンハブ１３ｃに固定されている。ドリブンプレート４０の外周部においてばね支持部３１ａ、３７ａに対応する部分には、窓孔４０ａが形成されている。トーションスプリング３８は、窓孔４０ａ内及びばね支持部３１ａ、３７ａ内に配置された部材であり、ドライブプレート３１、３７からドリブンプレート４０を介してタービンハブ１３ｃにトルクを伝達すると共に捩り振動を吸収・減衰するための部材である。トーションスプリング３８は、円周方向に弧状又は直線状に延びるコイルスプリングからなる。トーションスプリング３８の円周方向両端は、窓孔４０ａ及びばね支持部３１ａ、３７ａの円周方向両端に支持されている。また、トーションスプリング３８の軸方向両側は、ばね支持部３１ａ、３７ａによって支持されている。
【００２５】
ここで、トルクコンバータ１１に供給される作動油は、伝達軸９１の回転によって駆動されるオイルポンプ１９によって供給されるようになっている。このオイルポンプ１９は、後述のモータジェネレータ６１のロータ６２と伝達軸９１との結合部付近に配置されている。
（ｂ）モータジェネレータ
モータジェネレータ６１は、トルクコンバータ１１の変速機９側に配置され、伝達軸９１に遊星歯車装置７１を介して装着されたロータ６２とロータ６２に対向して配置されたステータ６３とを備えている。
【００２６】
ロータ６２の外周側には、永久磁石からなるロータマグネット６２ａが備えられている。ロータ６２の内周部には、リングギア６４がリベット６５を介して固定されており、後述の遊星歯車装置７１の一部を構成している。
ステータ６３は、トルク伝達装置１の最外周側に配置されたコイルが巻き付けられた部材であり、バッテリ（図示せず）に接続され、電気の授受を行っている。
【００２７】
（ｃ）遊星歯車装置
遊星歯車装置７１は、伝達軸９１に形成されたサンギア９１ｂと、サンギア９１ｂに噛み合うプラネタリギア７３と、プラネタリギア７３に噛み合うリングギア６４と、プラネタリギア７３を軸支するための遊星キャリア７２とから主に構成されている。
【００２８】
リングギア６４は、ロータ６２の内周部に固定されており、サンギア９１ｂとリングギア６４との両方に噛み合うプラネタリギア７３を介して、伝達軸９１とロータ６２との間で回転を伝達している。
遊星キャリア７２は、プラネタリギア７３を軸支するための部材であり、プラネタリギア７３の軸方向エンジン８側に配置された環状の第１プレート部材７４と、プラネタリギア７３の軸方向変速機９側に配置された環状の第２プレート部材７５とから主に構成されている。
【００２９】
第１プレート部材７４の内周部には、伝達軸９１の外周部に沿って、軸方向エンジン８側に延びる第１筒状部７４ａが形成されている。第１筒状部７４ａの先端の外周部には、スプライン７４ｂが形成されている。そして、整流ステータ２１のステータキャリア２１ａは、スプライン７４ｂと嵌合して回転不能に固定されている。また、第１筒状部７４ａの外周部とロータ６２の内周部との半径方向間には、軸受７６が設けられている。
【００３０】
第２プレート部材７５の内周部には、伝達軸９１の外周部に沿って、軸方向変速機９側に延びる第２筒状部７５ａが形成されている。第２筒状部７５ａの外周部には、スプライン７５ｂが形成されている。そして、第２筒状部７５ａのスプライン７５ｂは、トルク伝達装置１の周囲を覆うハウジング３に回転不能に固定されている。
【００３１】
［動作］
次に、トルク伝達装置１の動作について説明する。
図３は運転モードとトルク伝達装置１の各部等の状態を示す表であり、図４は図３のトルク伝達装置１の各部の状態を示したタイムチャートである。図３には、トルク伝達装置１の各部等として、エンジン８、モータジェネレータ６１、変速機９、ロックアップ装置１４、トルクコンバータ１１（以下の説明では、インペラ１２、タービン１３及び整流ステータ２１を指す）及びエンジン８を始動するためのスタータ（図１には図示せず）が項目として列記されている。図４には、図３の項目に加えて、車両の速度、フットブレーキ及びアクセルが列記されている。以下、図３及び図４の番号に従って、トルク伝達装置１の動作を説明する。
【００３２】
（１）駐車（停車）時
駐車（停車）時においては、エンジン８はオフであり、変速機９のシフトポジションはパーキング（以下、Ｐとする）又はニュートラル（以下、Ｎとする）であり、スタータ、モータジェネレータ６１及びトルクコンバータ１１はオフとなっている。
【００３３】
（２）初回始動
エンジン８の初回始動時は、スタータをオンにして、エンジン８を始動する。ここで、エンジン８は低速回転で作動する。尚、変速機９のシフトポジションは、Ｐ又はＮである（アイドリング状態）。
（３）暖機運転
エンジン８が始動されると、トルクコンバータ１１は低トルク状態で作動し、暖機運転に移行する。このとき、バッテリが充電不足の場合には、モータジェネレータ６１を発電モード（以下、Ｇモードとする）にして、伝達軸９１に遊星歯車装置７１を介して装着されたロータ６２のトルクをステータ６３との電磁作用により電気に変換してバッテリの充電を行う。逆に、バッテリの充電が十分な場合や暖機運転中に充電が完了した場合は、エンジン８を停止し、モータジェネレータ６１及びトルクコンバータ１１をオフにする。
【００３４】
（４）発進への変速機シフトチェンジ及び発進待機
次に、変速機９のシフトポジションをＰ又はＮの状態から前進（以下、Ｄとする）の状態に変更する（後進する場合はシフトポジションをＲにする）。このとき、モータジェネレータ６１を放電モード（以下、Ｍモードとする）にして、バッテリに充電した電気をロータ６２の回転に変換して伝達軸９１にトルクを入力する。これにより、通常、エンジンからのトルクにより発生させるクリープ状態（以下、エンジンクリープとする）をモータジェネレータ６１によって発生させる（以下、モータクリープとする）。これによって、例えば、ブレーキを踏み込んだ車両停止の場面からブレーキを解除すると、その瞬間から車両を駆動する加速度を生じさせることができ、制御された車両に生じやすい応答遅れによる不快感を与えることを回避できる。
【００３５】
（５）発進
次に、アクセルを踏み込んで発進する。このとき、エンジン８はオフの状態で発進する。つまり、車両は、モータジェネレータ６１のみにより駆動される。そして、アクセルの踏み込み量に応じて、モータジェネレータ６１から伝達軸９１に入力されるトルクが増大し、徐々に車両の速度が増加する。これにより、滑らかな発進が得られる。
【００３６】
（６）エンジン再始動
次に、回転数が例えば４００〜５００ｍｉｎ−１になった時点で、ロックアップ装置１４を作動（以下、ロックアップオンとする）させて、エンジン８の出力軸８１と伝達軸９１とを直結して、エンジン８を再始動する。エンジン８が再始動したら、ロックアップ装置１４をロックアップオフにして、エンジン８の出力トルクがトルクコンバータ１１を介して伝達軸９１に伝達されるようにする。具体的には、ロックアップオンの場合は、図２において、伝達軸９１の油孔９１ａを通じてフロントカバー１５とピストン３５との間の空間に作動油を供給し、ピストン３５をクラッチプレート３２に押し付けることによって、ダンパー機構１８を介して、フロントカバー１５と伝達軸９１とを直結する。逆に、ロックアップオフの場合は、フロントカバー１５とピストン３５との間の空間の作動油を排出して、ピストン３５をクラッチプレート３２から離反させる。これにより、車両は、エンジン８とモータジェネレータ６１とのトルクによって駆動されるようになる。このように、ロックアップ装置１４は、別室式のクラッチ機構１７を備えているため、上記のような一時的な動作においても、応答よくロックアップ動作を行うことができる。
【００３７】
（７）加速
エンジン８が再始動した後、上記のように、伝達軸９１に伝達されるトルクは、エンジン８の出力トルクとモータジェネレータ６１の出力トルクの合計値となっている。そして、さらにアクセルを踏み込むことによって、エンジン８からのトルクが大きくなり、モータジェネレータ６１からの入力トルクが相対的に小さくなり、エンジン８での駆動に切り替わって行く。尚、バッテリの充電量が不足してきた場合には、適時モータジェネレータ６１をＧモードとしてバッテリへの充電を行う。
【００３８】
（８）低速走行
ある程度加速された後、車両は低速での走行を行う。このときも加速時と同様、モータジェネレータ６１をオフ又はＧモードにしている。
（９）変速
次に、変速機９のシフトポジションを適時変更しながら走行する。この際、モータジェネレータ６１を伝達軸９１の回転数の同期制御を行う。具体的には、変速機９のダウンシフト時においては、モータジェネレータ６１をＭモードとし伝達軸９１の回転数を増加させて、エンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行うものである。逆に、アップシフト時においては、モータジェネレータ６１をＧモードにして、伝達軸９１の回転数を下降させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。これにより、変速時のショックを少なくできる。
【００３９】
（１０）高速走行
次に、車速が上昇したら、ロックアップ装置１４をロックアップオンにして運転する。このとき、バッテリの充電が不足している場合は、モータジェネレータをＧモードとして、エンジン８からのトルクを回生してバッテリを充電する。
（１１）走行中の緩いアクセルオフ
走行中において、アクセルの踏み込みを緩めて少し速度を下降させる場合がある。この際には、ロックアップ装置１４をロックアップオフにし、同時に、モータジェネレータ６１はＧモードにして、伝達軸９１のトルクを回生する。すなわち、車両を緩やかに制動しながらエネルギ回生を行う。
【００４０】
（１２）走行中の急なアクセルオフ
走行中において、さらに車両を減速させるためにアクセルを全閉して、エンジン８の燃料供給を止める場合（以下、燃料カットとする。）がある。この際には、ロックアップ装置１４をロックアップオンにして、エンジン８の出力軸８１と伝達軸９１とを直結する。このとき、モータジェネレータ６１はＧモードのままにして、モータジェネレータ６１による回生制動を行うとともに、エンジンブレーキによる制動を行う。尚、ロックアップ装置１４はロックアップオンとしているので、再加速時のエンジン８の再始動が容易な状態となっている。
【００４１】
（１３）ブレーキング
フットブレーキを踏み込んでブレーキングすると、エンジンブレーキ、モータジェネレータ６１による回生制動及びフットブレーキによる制動がかかり、車両は急激に減速される。
（１４）ブレーキオンの車両停止
車両を停止する場合、フットブレーキによりブレーキングして、車両を停止させた後、シフトポジションをＮ又はＰにする。そして、エンジン８、トルクコンバータ１１、ロックアップ装置１４及びモータジェネレータ６１がオフになる。
【００４２】
［特徴］
本実施形態のトルク伝達装置の特徴について説明する。
（１）コンパクト化
本実施形態のトルク伝達装置１では、トルクコンバータ１１の整流ステータ２１が遊星歯車装置７１を構成する遊星キャリア７２に固定されている。そして、モータジェネレータ６１のトルクの伝達軸９１との入出力は、モータジェネレータ６１のロータ６２が装着されたリングギア６４と伝達軸９１に形成されたサンギア９１ｂとの間で、プラネタリギア７３を介して行われる。遊星歯車装置７１は、軸方向及び半径方向の寸法を増加させることなく配置することができるため、従来のように整流ステータ２１をトルクコンバータ１１とモータジェネレータ６１の軸方向間に別部材を設けてハウジング３に固定する必要がなく、コンパクトなトルク伝達装置を実現できる。
【００４３】
また、トルク伝達装置１では、トーラス２０の扁平率が０．７以下のトルクコンバータ１１を使用しているので、トルク伝達系の軸方向寸法の短縮化が可能である。
（３）エンジンの回転数変動の伝達の減衰効果
本実施形態のトルク伝達装置１は、ロックアップ装置１４を作動した際に、トルクコンバータ１１を構成するフロントカバー１５と、ロックアップ装置１４を構成するダンパー機構１８と、モータジェネレータ６１のロータ６２とが伝達軸９１上に直列に並んだ構成となる。この構成においては、ロックアップ装置１４のダンパー機構１８の下流側に大きな慣性モーメントを有するロータ６２があるため、２つのフライホイールの間にダンパー機構が配置された振動系と類似の振動系を形成する。これにより、トルク伝達系の共振点が低回転数側にシフトして、エンジン回転数の変動の伝達軸への伝達を減衰させることができる。
【００４４】
（４）発進時にモータジェネレータのみで駆動することによる燃費向上
本実施形態のトルク伝達装置１は、発進時にモータジェネレータ６１のトルクのみで車両を駆動することができるため、燃費の向上に寄与できる。
（５）変速ショックの低減
本実施形態のトルク伝達装置１は、変速機９のシフト変更の際、モータジェネレータ６１を伝達軸９１の回転数の同期制御を行っている。具体的には、変速機９のダウンシフト時においては、モータジェネレータ６１をＭモードにして、伝達軸９１の回転数を上昇させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。逆に、アップシフト時においては、モータジェネレータ６１をＧモードにして、伝達軸９１の回転数を下降させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。これにより、変速ショックを少なくできる。
【００４５】
第２実施形態
本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置１０１の模式図を図７に示す。
［構成］
図７に示すトルク伝達装置１０１は、図１の第１実施形態に示されるトルク伝達装置１のタービン１３を伝達軸９１に第２ワンウェイクラッチ１６を介して固定している点のみが異なる。その他については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
本実施形態のトルクコンバータ１１１は、エンジン８の出力トルクが入力されるインペラ１２と、インペラ１２に対向して配置され伝達軸９１にトルクを出力するタービン１３と、整流ステータ２１と、ロックアップ装置１４とを備えている。前述のように、タービン１３は、伝達軸９１に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように、第２ワンウェイクラッチ１６を介して、伝達軸９１に装着されている。すなわち、トルクコンバータ１１１のタービン１３の回転数が伝達軸９１の回転数よりも相対的に大きい場合は、タービン１３と伝達軸９１とが一体となって回転し、タービン１３から伝達軸９１へトルクが伝達する。逆に、タービン１３の回転数が伝達軸９１の回転数よりも相対的に小さい場合は、タービン１３が伝達軸９１の回転方向と反対方向に相対回転し、伝達軸９１からタービン１３へトルクが伝達しないようになっている。
【００４７】
［動作及び特徴］
次に、トルク伝達装置１０１の動作及び特徴について説明する。尚、基本的な動作及び特徴は第１実施形態と同様であるため、第２ワンウェイクラッチ１６を装着したことによる相違点を中心に説明する。
図８は運転モードとトルク伝達装置１０１の各部等の状態を示す表であり、図９は図８のトルク伝達装置１０１の各部の状態を示したタイムチャートである。具体的には、図８には、トルク伝達装置１０１の各部等として、エンジン８、モータジェネレータ６１、変速機９、ロックアップ装置１４、トルクコンバータ１１１（以下の説明では、インペラ１２、タービン１３及び第２ワンウェイクラッチ１６を指す）及びエンジン８を始動するためのスタータ（図１には図示せず）が項目として列記されている。図９は、図８の項目に加えて、車両の速度、フットブレーキ及びアクセルを含む各部等の状態を示すタイムチャートである。
【００４８】
走行中の緩いアクセルオフ（図８及び９中の番号（１１））については、トルクコンバータ１１１のタービン１３は、第２ワンウェイクラッチ１６を介して伝達軸９１に装着されているので、伝達軸９１からタービン１３へトルクが伝達されることがなく、トルクコンバータ１１１での制動が生じない。これにより、モータジェネレータ６１によるエネルギ回生の効率が向上する。また、トルクコンバータ１１１内の作動油の発熱も抑えられている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明にかかるトルク伝達装置では、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されたトルク伝達系の構成において、遊星歯車装置を用いることによって、コンパクトな構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置の模式図。
【図２】第１実施形態にかかるトルク伝達装置の縦断面概略図。
【図３】第１実施形態のトルク伝達装置の運転モードとトルク伝達装置各部の状態を示す表。
【図４】図３のトルク伝達装置の各部の状態を示したタイムチャート。
【図５】ロックアップ時のトルク伝達系の振動系を示す模式図。
【図６】ロックアップ時のエンジンの回転速度の変動の伝達を減衰させる効果を説明する図。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるトルク伝達装置の模式図。
【図８】第２実施形態のトルク伝達装置の運転モードとトルク伝達装置各部の状態を示す表。
【図９】図８のトルク伝達装置の各部の状態を示したタイムチャート。
【符号の説明】
１、１０１ トルク伝達装置
８ エンジン
９ 変速機
１１、１１１ トルクコンバータ
１２ インペラ
１３ タービン
１４ ロックアップ装置
１６ 第２ワンウェイクラッチ
１７ クラッチ機構
２１ 整流ステータ
６１ モータジェネレータ
６２ ロータ
６３ ステータ
６４ リングギア
７１ 遊星歯車装置
７２ 遊星キャリア
７３ プラネタリギア
９１ 伝達軸
９１ｂ サンギア
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の燃費向上を図る技術の１つとして、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達系にモータジェネレータを配置して、走行時の制動エネルギを電力として取り出す回生を行ったり、バッテリに充電された電気をモータジェネレータの出力トルクによりエンジントルクをアシストする等の技術が提案されている。
【０００３】
このようなトルク伝達系の構成として、エンジンとトルクコンバータとの間にモータジェネレータを配置したものがある。トルクコンバータは、エンジンの出力トルクが入力されるインペラと、インペラに対向して配置され変速機にトルクを出力するタービンと、インペラとタービンとの間に配置されタービンからインペラへの流体の流れを整流するための整流ステータとを有するものである。このトルク伝達系の構成では、制動回生時に、変速機側のトルクがトルクコンバータを介して伝達されるため、トルクコンバータにおける制動分だけモータジェネレータにおけるエネルギの回生量が減少することになる。
【０００４】
これに対して、例えば、特開２０００−２８７３０３号公報に記載の技術のように、トルクコンバータがエンジンとモータジェネレータとの間に配置された構成を有するものがある。
このような構成においては、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されているため、制動回生時においても、変速機のトルクが直接モータジェネレータに伝達される。これにより、モータジェネレータでエネルギ回生がされ易くなる。すなわち、この構成におけるエネルギ回生量は、エンジンとトルクコンバータとの間にモータジェネレータを配置した構成におけるエネルギ回生量よりも増加するようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のトルク伝達系の構成においては、トルクコンバータと変速機との間にモータジェネレータが配置されているため、トルクコンバータの整流ステータをステータ固定軸を介して変速機のミッションケースに固定する等の通常の固定方法を採用できない。このため、本トルク伝達系を具体的に構成する際には、整流ステータの固定方法が問題となる。
【０００６】
この問題を解決するために、特開２０００−２８７３０３号公報に記載の技術では、トルクコンバータ及びモータジェネレータを収納する外側ハウジングに固定された内側ハウジングをトルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に設け、この内側ハウジングに整流ステータのステータ固定軸が固定される構成を採用している。すなわち、上記トルク伝達系では、トルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に別部材を設けて、さらに、この別部材をトルクコンバータ及びモータジェネレータを収納する外側ハウジングに固定している。これにより、整流ステータを固定するという目的は達成されるが、トルク伝達系の軸方向及び半径方向のサイズが増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されたトルク伝達系の構成において、コンパクトなトルク伝達装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のトルク伝達装置は、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達装置であって、変速機にトルクを出力する伝達軸と、トルクコンバータと、入力軸との間でトルクを授受可能なモータジェネレータと、遊星歯車装置とを備えている。トルクコンバータは、エンジンの出力トルクが入力されるインペラと、インペラに対向して配置され伝達軸にトルクを出力するタービンと、インペラとタービンとの間に配置されタービンからインペラへの作動油の流れを整流するための整流ステータとを有している。モータジェネレータは、伝達軸に装着されたロータとロータに対向して配置されたステータとを有している。遊星歯車装置は、伝達軸に設けられたサンギアと、サンギアの外周側に配置されサンギアと噛み合う複数のプラネタリギアと、ロータが装着されプラネタリギアと噛み合うリングギアと、整流ステータが装着され複数のプラネタリギアを軸支する遊星キャリアとを有している。
【０００９】
このトルク伝達装置では、トルクコンバータの整流ステータが遊星歯車装置を構成する遊星キャリアに固定されている。そして、モータジェネレータのトルクの伝達軸との入出力は、モータジェネレータのロータが装着されたリングギアと伝達軸に形成されたサンギアとの間で、プラネタリギアを介して行われる。遊星歯車装置は、軸方向及び半径方向の寸法を増加させることなく配置することができるため、従来のように整流ステータをトルクコンバータとモータジェネレータの軸方向間に別部材を設けて外側ハウジングに固定する必要がなく、コンパクトなトルク伝達装置を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載のトルク伝達装置では、請求項１において、インペラ、整流ステータ及びタービンは、トーラスを形成している。そして、トーラスは、半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率Ｌ／Ｈが０．７以下である。
このトルク伝達装置では、トーラスの扁平率が０．７以下のトルクコンバータを使用しているので、トルク伝達系の軸方向寸法の短縮化が可能である。
【００１１】
請求項３に記載のトルク伝達装置は、請求項１又は２において、タービンは伝達軸に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように伝達軸に装着されている。
このトルク伝達装置では、トルクコンバータのタービンが伝達軸に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように変速機の伝達軸に装着されているため、トルクコンバータのタービンの回転数が変速機の伝達軸の回転数よりも相対的に大きい場合は、タービンと伝達軸とが一体となって回転し、タービンから伝達軸へトルクが伝達する。逆に、タービンの回転速度が伝達軸の回転速度よりも小さい場合は、タービンが伝達軸の回転方向と逆方向に相対回転し、伝達軸からトルクコンバータへトルクが伝達しないようになっている。これにより、トルクコンバータを経由してエンジン部分で吸収されるトルクによる制動を抑えて、モータジェネレータによるエネルギ回生の効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項４に記載のトルク伝達装置では、請求項１〜３のいずれかにおいて、トルクコンバータは、インペラ、整流ステータ及びタービンを介さずにエンジンから入力されるトルクを出力側に出力するためのロックアップ装置をさらに備えている。
このトルク伝達装置は、ロックアップ装置を作動した際に、トルクコンバータを構成するフロントカバーと、ロックアップ装置を構成するダンパー機構と、モータジェネレータのロータとが伝達軸上に直列に並んだ構成となる。この構成においては、ロックアップ装置のダンパー機構の下流側に大きな慣性モーメントを有するロータがあるため、２つのフライホイールの間にダンパー機構が配置された振動系と類似の振動系を形成する。これにより、トルク伝達系の共振点が低回転数側にシフトして、エンジン回転数の変動の伝達軸への伝達を減衰させることができる。
【００１３】
請求項５に記載のトルク伝達装置では、請求項４において、ロックアップ装置は、インペラ、整流ステータ及びタービンの作動油系統とは別の作動油系統から供給される油圧によって作動される別室式のクラッチ機構を備えたものである。このトルク伝達装置では、別室式のクラッチ機構を備えているため、ロックアップ動作の応答性が向上している。ここで、別室式のクラッチ機構とは、インペラ、タービン及び整流ステータの作動油系統とは別の作動油系統の油圧によって操作され、インペラ、タービン及び整流ステータ側の作動油がクラッチ機構の操作に影響されにくい構造を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置１の模式図を図１に示す。
［構成］
図１に示すトルク伝達装置１は、エンジン８の出力軸８１と、変速機９との間に配置されている。
【００１５】
エンジン８はガソリン等を燃焼させて動力を得るための内燃機関であり、このエンジン８のクランク軸（図示せず）から出力されるトルクがエンジン出力軸８１を介してエンジン８の側面に装着されたトルク伝達装置１に出力される。変速機９は、自動変速機又は無段変速機であり、トルク伝達装置１から出力されたトルクが入力される。
【００１６】
トルク伝達装置１は、エンジン８の出力軸８１からのトルクを変速機９へ伝達するための装置であり、トルクコンバータ１１と、伝達軸９１との間でトルクを授受可能なモータジェネレータ６１と、伝達軸９１のトルクとモータジェネレータ６１とを連結するための遊星歯車装置７１とを備えている。
トルクコンバータ１１は、エンジン８の出力トルクが入力されるインペラ１２と、インペラ１２に対向して配置され伝達軸９１にトルクを出力するタービン１３と、インペラ１２とタービン１３との間に配置されタービン１３からインペラ１２への作動油の流れを整流するための整流ステータ２１と、ロックアップ装置１４とを備えている。
【００１７】
次に、図２を用いてトルク伝達装置１の詳細を説明する。図２は、本実施形態のトルク伝達装置１の縦断面概略図である。図２の左側に図示しないエンジン８が配置され、図２の右側に図示しない変速機９が配置されている。また、図２に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１１、モータジェネレータ６１及び遊星歯車装置７１の回転軸である。
【００１８】
（ａ）トルクコンバータ
トルクコンバータ１１は、主に、３種の羽根車（インペラ１２、タービン１３、整流ステータ２１）からなるトーラス２０を有するトルクコンバータ本体と、ロックアップ装置１４とから構成されている。
フロントカバー１５は、円板状の部材であり、最も軸方向エンジン８側に配置されている。フロントカバー１５の内周部には、センターボス２２が固定されている。センターボス２２は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔に挿入されている。フロントカバー１５の最外周部には、円周方向に複数のナット２３が固定されている。このナット２３に対して、図示しない例えばフレキシブルプレートの外周部がボルトによって固定されている。フロントカバー１５の外周部には、軸方向変速機９側に延びる外周筒状部１５ａが形成されている。この外周筒状部１５ａの内周面には、軸方向に延びる複数の歯１５ｂが円周方向に並んで形成されている。また、外周筒状部１５ａの軸方向変速機９側先端には、インペラ１２のインペラーシェル１２ａの外周縁が固定されている。この結果、フロントカバー１５と外周筒状部１５ａとインペラ１２とによって、内部に作動油が充填された流体作動室を形成している。
【００１９】
インペラ１２は、フロントカバー１５と一体に固定された部材であり、インペラーシェル１２ａと、インペラーシェル１２ａの内側に固定された複数のインペラーブレート１２ｂとから主に構成されている。
タービン１３は、流体作動室内でインペラ１２に対向して配置されている。タービン１３は、タービンシェル１３ａと、タービンシェル１３ａのインペラ１２側の面に固定された複数のタービンブレード１３ｂと、タービンシェル１３ａを伝達軸９１に固定するためのタービンハブ１３ｃとから主に構成されている。タービンシェル１３ａの内周部は、タービンハブ１３ｃの半径方向中間部分に複数のリベット２４によって、後述のダンパー機構１８を構成するドリブンプレート４０の内周部とともに固定されている。なお、タービンハブ１３ｃの内周面は、伝達軸９１にスプライン係合して相対回転不能になっている。タービンハブ１３ｃの軸方向エンジン８側の外周部には、フロントカバー１５の内面に接するように円板状部材２６が配置されている。円板状部材２６の内周端は、タービンハブ１３ｃの外周部に回転可能に支持され、フロントカバー１５及びセンターボス２２と一体に回転する。円板状部材２６のフロントカバー１５に接する面には、放射状に延びる油路２６ａ、２６ｂが形成されている。これにより、フロントカバー１５とタービン１３との間の空間は、軸方向に分割されている。さらに、フロントカバー１５とタービンハブ１３ｃとの軸方向間には、スラストワッシャ２７が配置されている。スラストワッシャ２７がフロントカバー１５及びタービンハブ１３ｃに接する面には、放射状に延びる油路が形成されている。
【００２０】
整流ステータ２１は、タービン１３からインペラ１２へと戻る作動油の流れを整流するための機構である。整流ステータ２１は、樹脂やアルミ合金等により鋳造によって製造された一体の部材である。整流ステータ２１はインペラ１２の内周部とタービン１３の内周部との軸方向間に配置されている。整流ステータ２１は、主に、環状のステータキャリア２１ａと、ステータキャリア２１ａの外周面に設けられた複数のステータブレード２１ｂとから構成されている。ステータキャリア２１ａは、ワンウェイクラッチ２５を介して、後述の遊星歯車装置７１の遊星キャリア７２に支持されている。タービンハブ１３ｃの内周部とワンウェイクラッチ２５との軸方向間には、第１スラストベアリング２８が配置されている。第１スラストベアリング２８には、半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。ステータキャリア２１ａとインペラーシェル１２ａの内周部との軸方向間には、第２スラストベアリング２９が配置されている。ステータキャリア２１ａの第２スラストベアリング２９側には、半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。
【００２１】
ここで、インペラ１２、タービン１３及び整流ステータ２１により構成されるトーラス２０は、扁平率が小さいものを使用している。具体的には、トーラス２０の半径方向寸法Ｈと軸方向寸法Ｌとの比Ｌ／Ｈが０．７以下のものである。ここで、半径方向寸法Ｈは整流ステータ２１のステータキャリア２１ａの最も半径方向外側の部分とインペラ１２の内側で半径方向外側の部分との間の距離をいい、軸方向寸法Ｌはインペラ１２の内側で軸方向変速機９側の部分とタービン１３の内側で軸方向エンジン８側の部分との間の距離をいう。
【００２２】
次に、ロックアップ装置１４について説明する。ロックアップ装置１４は、運転の必要に応じてフロントカバー１５と伝達軸９１との間を機械的に連結するための装置であり、クラッチ機構１７とダンパー機構１８とから主に構成されている。
クラッチ機構１７は、フロントカバー１５から直接タービン１３に対してトルクを伝達可能とするための機構である。クラッチ機構１７は、主に、フロントカバー１５の外周筒状部１５ａと、ダンパー機構１８を構成する第１ドライブプレート３１と、クラッチプレート３２、３３、３４と、ピストン３５とから構成されている。クラッチプレート３２、３４は、外周縁に外周筒状部１５ａの歯１５ｂに係合する外周歯を有している。これにより、クラッチプレート３２、３４は、フロントカバー１５と一体回転するように、かつ、軸方向に相対移動可能になっている。クラッチプレート３３は、クラッチプレート３２とクラッチプレート３４との軸方向間に配置されている。クラッチプレート３３の内周縁には複数の歯が形成されている。また、クラッチプレート３３の軸方向両面には摩擦フェーシングが貼られている。第１ドライブプレート３１の外周面には軸方向に延びる複数の歯が円周方向に並んで形成されている。この第１ドライブプレート３１の歯にクラッチプレート３３の歯が係合している。これにより、クラッチプレート３３は、第１ドライブプレート３１と一体回転するように、かつ、軸方向に相対移動するようになっている。外周筒状部１５ａの内周縁の軸方向変速機９側には、スナップリング３６が装着されている。スナップリング３６は、クラッチプレート３４等の軸方向変速機９側への移動を制限するための部材である。
【００２３】
ピストン３５は、環状の部材である。ピストン３５は、フロントカバー１５の軸方向変速機９側に近接して配置されている。ピストン３５の外周面は、フロントカバー１５の外周側に形成された内周面に当接して半径方向に支持され、軸方向及び回転方向には相対移動可能になっている。ピストン３５の外周面には、環状のシール部材が装着されている。このシール部材は、前記の内周面に当接し、その軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。ピストン３５の内周面は、円板状部材２６の外周面に当接し支持されている。円板状部材２６の外周面には環状のシール部材が装着されている。このシール部材は、ピストン３５の内周面に当接し、その軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。また、ピストン３５の外周側部分はクラッチプレート３２に近接して配置されている。ピストン３５は、ピストン３５とフロントカバー１５との間に形成された油圧室Ａ内の油圧変化によって軸方向に移動する構成となっている。この油圧室Ａは、円板状部材２６の油路２６ａ、２６ｂを介して伝達軸９１の軸中心を貫通する油孔９１ａに連通している。これにより、クラッチ機構１７を作動させるための作動油系統は、トーラス２０を作動するための作動油系統とは別の独立した油圧系統となっている。
【００２４】
ダンパー機構１８は、第１ドライブプレート３１と、第２ドライブプレート３７と、タービンハブ１３ｃと、複数のトーションスプリング３８とから構成されている。ドライブプレート３１、３７は環状の部材であり、外周部は互いに固定され、それより内周側の部分は軸方向に間隔をあけて配置されている。ドライブプレート３１、３７の外周部は、複数のリベット３９により一体となるように固定されている。また、ドライブプレート３１、３７の内周側部分には、軸方向に切り起こされたばね支持部３１ａ、３７ａが形成されている。ドライブプレート３１、３７の軸方向間には、ドリブンプレート４０が配置されている。そして、ドリブンプレート４０の内周部は、リベット２４によってタービンハブ１３ｃに固定されている。ドリブンプレート４０の外周部においてばね支持部３１ａ、３７ａに対応する部分には、窓孔４０ａが形成されている。トーションスプリング３８は、窓孔４０ａ内及びばね支持部３１ａ、３７ａ内に配置された部材であり、ドライブプレート３１、３７からドリブンプレート４０を介してタービンハブ１３ｃにトルクを伝達すると共に捩り振動を吸収・減衰するための部材である。トーションスプリング３８は、円周方向に弧状又は直線状に延びるコイルスプリングからなる。トーションスプリング３８の円周方向両端は、窓孔４０ａ及びばね支持部３１ａ、３７ａの円周方向両端に支持されている。また、トーションスプリング３８の軸方向両側は、ばね支持部３１ａ、３７ａによって支持されている。
【００２５】
ここで、トルクコンバータ１１に供給される作動油は、伝達軸９１の回転によって駆動されるオイルポンプ１９によって供給されるようになっている。このオイルポンプ１９は、後述のモータジェネレータ６１のロータ６２と伝達軸９１との結合部付近に配置されている。
（ｂ）モータジェネレータ
モータジェネレータ６１は、トルクコンバータ１１の変速機９側に配置され、伝達軸９１に遊星歯車装置７１を介して装着されたロータ６２とロータ６２に対向して配置されたステータ６３とを備えている。
【００２６】
ロータ６２の外周側には、永久磁石からなるロータマグネット６２ａが備えられている。ロータ６２の内周部には、リングギア６４がリベット６５を介して固定されており、後述の遊星歯車装置７１の一部を構成している。
ステータ６３は、トルク伝達装置１の最外周側に配置されたコイルが巻き付けられた部材であり、バッテリ（図示せず）に接続され、電気の授受を行っている。
【００２７】
（ｃ）遊星歯車装置
遊星歯車装置７１は、伝達軸９１に形成されたサンギア９１ｂと、サンギア９１ｂに噛み合うプラネタリギア７３と、プラネタリギア７３に噛み合うリングギア６４と、プラネタリギア７３を軸支するための遊星キャリア７２とから主に構成されている。
【００２８】
リングギア６４は、ロータ６２の内周部に固定されており、サンギア９１ｂとリングギア６４との両方に噛み合うプラネタリギア７３を介して、伝達軸９１とロータ６２との間で回転を伝達している。
遊星キャリア７２は、プラネタリギア７３を軸支するための部材であり、プラネタリギア７３の軸方向エンジン８側に配置された環状の第１プレート部材７４と、プラネタリギア７３の軸方向変速機９側に配置された環状の第２プレート部材７５とから主に構成されている。
【００２９】
第１プレート部材７４の内周部には、伝達軸９１の外周部に沿って、軸方向エンジン８側に延びる第１筒状部７４ａが形成されている。第１筒状部７４ａの先端の外周部には、スプライン７４ｂが形成されている。そして、整流ステータ２１のステータキャリア２１ａは、スプライン７４ｂと嵌合して回転不能に固定されている。また、第１筒状部７４ａの外周部とロータ６２の内周部との半径方向間には、軸受７６が設けられている。
【００３０】
第２プレート部材７５の内周部には、伝達軸９１の外周部に沿って、軸方向変速機９側に延びる第２筒状部７５ａが形成されている。第２筒状部７５ａの外周部には、スプライン７５ｂが形成されている。そして、第２筒状部７５ａのスプライン７５ｂは、トルク伝達装置１の周囲を覆うハウジング３に回転不能に固定されている。
【００３１】
［動作］
次に、トルク伝達装置１の動作について説明する。
図３は運転モードとトルク伝達装置１の各部等の状態を示す表であり、図４は図３のトルク伝達装置１の各部の状態を示したタイムチャートである。図３には、トルク伝達装置１の各部等として、エンジン８、モータジェネレータ６１、変速機９、ロックアップ装置１４、トルクコンバータ１１（以下の説明では、インペラ１２、タービン１３及び整流ステータ２１を指す）及びエンジン８を始動するためのスタータ（図１には図示せず）が項目として列記されている。図４には、図３の項目に加えて、車両の速度、フットブレーキ及びアクセルが列記されている。以下、図３及び図４の番号に従って、トルク伝達装置１の動作を説明する。
【００３２】
（１）駐車（停車）時
駐車（停車）時においては、エンジン８はオフであり、変速機９のシフトポジションはパーキング（以下、Ｐとする）又はニュートラル（以下、Ｎとする）であり、スタータ、モータジェネレータ６１及びトルクコンバータ１１はオフとなっている。
【００３３】
（２）初回始動
エンジン８の初回始動時は、スタータをオンにして、エンジン８を始動する。ここで、エンジン８は低速回転で作動する。尚、変速機９のシフトポジションは、Ｐ又はＮである（アイドリング状態）。
（３）暖機運転
エンジン８が始動されると、トルクコンバータ１１は低トルク状態で作動し、暖機運転に移行する。このとき、バッテリが充電不足の場合には、モータジェネレータ６１を発電モード（以下、Ｇモードとする）にして、伝達軸９１に遊星歯車装置７１を介して装着されたロータ６２のトルクをステータ６３との電磁作用により電気に変換してバッテリの充電を行う。逆に、バッテリの充電が十分な場合や暖機運転中に充電が完了した場合は、エンジン８を停止し、モータジェネレータ６１及びトルクコンバータ１１をオフにする。
【００３４】
（４）発進への変速機シフトチェンジ及び発進待機
次に、変速機９のシフトポジションをＰ又はＮの状態から前進（以下、Ｄとする）の状態に変更する（後進する場合はシフトポジションをＲにする）。このとき、モータジェネレータ６１を放電モード（以下、Ｍモードとする）にして、バッテリに充電した電気をロータ６２の回転に変換して伝達軸９１にトルクを入力する。これにより、通常、エンジンからのトルクにより発生させるクリープ状態（以下、エンジンクリープとする）をモータジェネレータ６１によって発生させる（以下、モータクリープとする）。これによって、例えば、ブレーキを踏み込んだ車両停止の場面からブレーキを解除すると、その瞬間から車両を駆動する加速度を生じさせることができ、制御された車両に生じやすい応答遅れによる不快感を与えることを回避できる。
【００３５】
（５）発進
次に、アクセルを踏み込んで発進する。このとき、エンジン８はオフの状態で発進する。つまり、車両は、モータジェネレータ６１のみにより駆動される。そして、アクセルの踏み込み量に応じて、モータジェネレータ６１から伝達軸９１に入力されるトルクが増大し、徐々に車両の速度が増加する。これにより、滑らかな発進が得られる。
【００３６】
（６）エンジン再始動
次に、回転数が例えば４００〜５００ｍｉｎ−１になった時点で、ロックアップ装置１４を作動（以下、ロックアップオンとする）させて、エンジン８の出力軸８１と伝達軸９１とを直結して、エンジン８を再始動する。エンジン８が再始動したら、ロックアップ装置１４をロックアップオフにして、エンジン８の出力トルクがトルクコンバータ１１を介して伝達軸９１に伝達されるようにする。具体的には、ロックアップオンの場合は、図２において、伝達軸９１の油孔９１ａを通じてフロントカバー１５とピストン３５との間の空間に作動油を供給し、ピストン３５をクラッチプレート３２に押し付けることによって、ダンパー機構１８を介して、フロントカバー１５と伝達軸９１とを直結する。逆に、ロックアップオフの場合は、フロントカバー１５とピストン３５との間の空間の作動油を排出して、ピストン３５をクラッチプレート３２から離反させる。これにより、車両は、エンジン８とモータジェネレータ６１とのトルクによって駆動されるようになる。このように、ロックアップ装置１４は、別室式のクラッチ機構１７を備えているため、上記のような一時的な動作においても、応答よくロックアップ動作を行うことができる。
【００３７】
（７）加速
エンジン８が再始動した後、上記のように、伝達軸９１に伝達されるトルクは、エンジン８の出力トルクとモータジェネレータ６１の出力トルクの合計値となっている。そして、さらにアクセルを踏み込むことによって、エンジン８からのトルクが大きくなり、モータジェネレータ６１からの入力トルクが相対的に小さくなり、エンジン８での駆動に切り替わって行く。尚、バッテリの充電量が不足してきた場合には、適時モータジェネレータ６１をＧモードとしてバッテリへの充電を行う。
【００３８】
（８）低速走行
ある程度加速された後、車両は低速での走行を行う。このときも加速時と同様、モータジェネレータ６１をオフ又はＧモードにしている。
（９）変速
次に、変速機９のシフトポジションを適時変更しながら走行する。この際、モータジェネレータ６１を伝達軸９１の回転数の同期制御を行う。具体的には、変速機９のダウンシフト時においては、モータジェネレータ６１をＭモードとし伝達軸９１の回転数を増加させて、エンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行うものである。逆に、アップシフト時においては、モータジェネレータ６１をＧモードにして、伝達軸９１の回転数を下降させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。これにより、変速時のショックを少なくできる。
【００３９】
（１０）高速走行
次に、車速が上昇したら、ロックアップ装置１４をロックアップオンにして運転する。このとき、バッテリの充電が不足している場合は、モータジェネレータをＧモードとして、エンジン８からのトルクを回生してバッテリを充電する。
（１１）走行中の緩いアクセルオフ
走行中において、アクセルの踏み込みを緩めて少し速度を下降させる場合がある。この際には、ロックアップ装置１４をロックアップオフにし、同時に、モータジェネレータ６１はＧモードにして、伝達軸９１のトルクを回生する。すなわち、車両を緩やかに制動しながらエネルギ回生を行う。
【００４０】
（１２）走行中の急なアクセルオフ
走行中において、さらに車両を減速させるためにアクセルを全閉して、エンジン８の燃料供給を止める場合（以下、燃料カットとする。）がある。この際には、ロックアップ装置１４をロックアップオンにして、エンジン８の出力軸８１と伝達軸９１とを直結する。このとき、モータジェネレータ６１はＧモードのままにして、モータジェネレータ６１による回生制動を行うとともに、エンジンブレーキによる制動を行う。尚、ロックアップ装置１４はロックアップオンとしているので、再加速時のエンジン８の再始動が容易な状態となっている。
【００４１】
（１３）ブレーキング
フットブレーキを踏み込んでブレーキングすると、エンジンブレーキ、モータジェネレータ６１による回生制動及びフットブレーキによる制動がかかり、車両は急激に減速される。
（１４）ブレーキオンの車両停止
車両を停止する場合、フットブレーキによりブレーキングして、車両を停止させた後、シフトポジションをＮ又はＰにする。そして、エンジン８、トルクコンバータ１１、ロックアップ装置１４及びモータジェネレータ６１がオフになる。
【００４２】
［特徴］
本実施形態のトルク伝達装置の特徴について説明する。
（１）コンパクト化
本実施形態のトルク伝達装置１では、トルクコンバータ１１の整流ステータ２１が遊星歯車装置７１を構成する遊星キャリア７２に固定されている。そして、モータジェネレータ６１のトルクの伝達軸９１との入出力は、モータジェネレータ６１のロータ６２が装着されたリングギア６４と伝達軸９１に形成されたサンギア９１ｂとの間で、プラネタリギア７３を介して行われる。遊星歯車装置７１は、軸方向及び半径方向の寸法を増加させることなく配置することができるため、従来のように整流ステータ２１をトルクコンバータ１１とモータジェネレータ６１の軸方向間に別部材を設けてハウジング３に固定する必要がなく、コンパクトなトルク伝達装置を実現できる。
【００４３】
また、トルク伝達装置１では、トーラス２０の扁平率が０．７以下のトルクコンバータ１１を使用しているので、トルク伝達系の軸方向寸法の短縮化が可能である。
（３）エンジンの回転数変動の伝達の減衰効果
本実施形態のトルク伝達装置１は、ロックアップ装置１４を作動した際に、トルクコンバータ１１を構成するフロントカバー１５と、ロックアップ装置１４を構成するダンパー機構１８と、モータジェネレータ６１のロータ６２とが伝達軸９１上に直列に並んだ構成となる。この構成においては、ロックアップ装置１４のダンパー機構１８の下流側に大きな慣性モーメントを有するロータ６２があるため、２つのフライホイールの間にダンパー機構が配置された振動系と類似の振動系を形成する。これにより、トルク伝達系の共振点が低回転数側にシフトして、エンジン回転数の変動の伝達軸への伝達を減衰させることができる。
【００４４】
（４）発進時にモータジェネレータのみで駆動することによる燃費向上
本実施形態のトルク伝達装置１は、発進時にモータジェネレータ６１のトルクのみで車両を駆動することができるため、燃費の向上に寄与できる。
（５）変速ショックの低減
本実施形態のトルク伝達装置１は、変速機９のシフト変更の際、モータジェネレータ６１を伝達軸９１の回転数の同期制御を行っている。具体的には、変速機９のダウンシフト時においては、モータジェネレータ６１をＭモードにして、伝達軸９１の回転数を上昇させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。逆に、アップシフト時においては、モータジェネレータ６１をＧモードにして、伝達軸９１の回転数を下降させてエンジン８と伝達軸９１との回転数を同期させた後、シフトチェンジを行う。これにより、変速ショックを少なくできる。
【００４５】
第２実施形態
本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置１０１の模式図を図７に示す。
［構成］
図７に示すトルク伝達装置１０１は、図１の第１実施形態に示されるトルク伝達装置１のタービン１３を伝達軸９１に第２ワンウェイクラッチ１６を介して固定している点のみが異なる。その他については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
本実施形態のトルクコンバータ１１１は、エンジン８の出力トルクが入力されるインペラ１２と、インペラ１２に対向して配置され伝達軸９１にトルクを出力するタービン１３と、整流ステータ２１と、ロックアップ装置１４とを備えている。前述のように、タービン１３は、伝達軸９１に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように、第２ワンウェイクラッチ１６を介して、伝達軸９１に装着されている。すなわち、トルクコンバータ１１１のタービン１３の回転数が伝達軸９１の回転数よりも相対的に大きい場合は、タービン１３と伝達軸９１とが一体となって回転し、タービン１３から伝達軸９１へトルクが伝達する。逆に、タービン１３の回転数が伝達軸９１の回転数よりも相対的に小さい場合は、タービン１３が伝達軸９１の回転方向と反対方向に相対回転し、伝達軸９１からタービン１３へトルクが伝達しないようになっている。
【００４７】
［動作及び特徴］
次に、トルク伝達装置１０１の動作及び特徴について説明する。尚、基本的な動作及び特徴は第１実施形態と同様であるため、第２ワンウェイクラッチ１６を装着したことによる相違点を中心に説明する。
図８は運転モードとトルク伝達装置１０１の各部等の状態を示す表であり、図９は図８のトルク伝達装置１０１の各部の状態を示したタイムチャートである。具体的には、図８には、トルク伝達装置１０１の各部等として、エンジン８、モータジェネレータ６１、変速機９、ロックアップ装置１４、トルクコンバータ１１１（以下の説明では、インペラ１２、タービン１３及び第２ワンウェイクラッチ１６を指す）及びエンジン８を始動するためのスタータ（図１には図示せず）が項目として列記されている。図９は、図８の項目に加えて、車両の速度、フットブレーキ及びアクセルを含む各部等の状態を示すタイムチャートである。
【００４８】
走行中の緩いアクセルオフ（図８及び９中の番号（１１））については、トルクコンバータ１１１のタービン１３は、第２ワンウェイクラッチ１６を介して伝達軸９１に装着されているので、伝達軸９１からタービン１３へトルクが伝達されることがなく、トルクコンバータ１１１での制動が生じない。これにより、モータジェネレータ６１によるエネルギ回生の効率が向上する。また、トルクコンバータ１１１内の作動油の発熱も抑えられている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明にかかるトルク伝達装置では、モータジェネレータがトルクコンバータよりも変速機側に配置されたトルク伝達系の構成において、遊星歯車装置を用いることによって、コンパクトな構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるトルク伝達装置の模式図。
【図２】第１実施形態にかかるトルク伝達装置の縦断面概略図。
【図３】第１実施形態のトルク伝達装置の運転モードとトルク伝達装置各部の状態を示す表。
【図４】図３のトルク伝達装置の各部の状態を示したタイムチャート。
【図５】ロックアップ時のトルク伝達系の振動系を示す模式図。
【図６】ロックアップ時のエンジンの回転速度の変動の伝達を減衰させる効果を説明する図。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるトルク伝達装置の模式図。
【図８】第２実施形態のトルク伝達装置の運転モードとトルク伝達装置各部の状態を示す表。
【図９】図８のトルク伝達装置の各部の状態を示したタイムチャート。
【符号の説明】
１、１０１ トルク伝達装置
８ エンジン
９ 変速機
１１、１１１ トルクコンバータ
１２ インペラ
１３ タービン
１４ ロックアップ装置
１６ 第２ワンウェイクラッチ
１７ クラッチ機構
２１ 整流ステータ
６１ モータジェネレータ
６２ ロータ
６３ ステータ
６４ リングギア
７１ 遊星歯車装置
７２ 遊星キャリア
７３ プラネタリギア
９１ 伝達軸
９１ｂ サンギア
Claims (5)
- エンジンの出力トルクを変速機に伝達するためのトルク伝達装置であって、
前記変速機にトルクを出力する伝達軸と、
前記エンジンの出力トルクが入力されるインペラと、前記インペラに対向して配置され前記伝達軸にトルクを出力するタービンと、前記インペラと前記タービンとの間に配置され前記タービンから前記インペラへの作動油の流れを整流するための整流ステータとを有するトルクコンバータと、
前記伝達軸に装着されたロータと前記ロータに対向して配置されたステータとを有し、前記伝達軸との間でトルクを授受可能なモータジェネレータと、
前記伝達軸に設けられたサンギアと、前記サンギアの外周側に配置され前記サンギアと噛み合う複数のプラネタリギアと、前記ロータが装着され前記プラネタリギアと噛み合うリングギアと、前記整流ステータが装着され前記複数のプラネタリギアを軸支する遊星キャリアとを有する遊星歯車装置と、
を備えたトルク伝達装置。 - 前記インペラ、前記整流ステータ及び前記タービンは、トーラスを形成し、
前記トーラスは、半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率Ｌ／Ｈが０．７以下である、
請求項１に記載のトルク伝達装置。 - 前記タービンは、前記伝達軸に対してその反回転方向にのみ相対回転可能となるように、前記伝達軸に装着されている、
請求項１又は２に記載のトルク伝達装置。 - 前記トルクコンバータは、前記インペラ、前記整流ステータ及び前記タービンを介さずに前記エンジンから入力されるトルクを出力側に出力するためのロックアップ装置をさらに備えている、請求項１〜３のいずれかに記載のトルク伝達装置。
- 前記ロックアップ装置は、前記インペラ、前記整流ステータ及び前記タービンの作動油系統とは別の作動油系統から供給される油圧によって作動される別室式のクラッチ機構を備えたものである、請求項４に記載のトルク伝達装置。
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