JP3691718B2 - ハイブリッド車両の変速機ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、発電機を兼ねるモータとを有し、これらの出力トルクを変速装置に伝達することにより、エンジンおよびモータのいずれか一方又は双方で走行駆動力を得るようにしたハイブリッド車両に搭載される変速機ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保護、及び有限資源の節約の観点から、自動車の燃費向上が求められている。この燃費向上の要求に対する１つの手段としてハイブリッド車両が考えられている。このハイブリッド車両は、エンジンとモータを直列もしくは並列に配置し、エンジン出力のアシストや、減速時には発電機として作用させ、自動車の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより、この電気エネルギを用いて再度出力をアシストするよう構成されているものである。
【０００３】
このハイブリッド車両を構成する際、従来の変速装置の基本的なレイアウトの変更を行うことなくモータ等を新たに構成することで、コストを抑えつつ、従来の車両にそのまま適用することが考えられる。そのような観点から、例えば、従来の変速装置として特開平９−３２９２２８号公報に記載の遊星歯車を有する変速装置が知られている。この装置は図７（イ）に示すように、第１ハウジング１１３及び第１隔壁１１６により形成されるトルクコンバータ室１０１と、第２ハウジング１１４と第１隔壁１１６及び第２隔壁１１７により形成される遊星歯車室１０２と、第３ハウジング１１５及び第２隔壁１１７により形成される変速機室１０３から構成されている。エンジンからの回転は、トルクコンバータ室１０１のトルクコンバータ１１０に入力され、トルクコンバータ１１０からの出力は、遊星歯車室１０２内へ入力され、さらに変速機室１０３内の変速機１１２へ入力される。
【０００４】
このような従来の変速機の基本的なレイアウトを変えることなくモータを遊星歯車室に構成し、ハイブリッド車両用の変速機ユニットとする際、モータは駆動・発電を繰り返すため、コイルが加熱されやすく、モータの性能を維持するために効率よく冷却する必要があり、その方法の１つとしてウォータジャッケットを設けて冷却することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、上述の従来技術にモータを構成し、ハイブリッド車両用の変速機ユニットとした場合の従来技術として特開２０００−９２１３号公報に記載の技術が知られている。この従来技術は、図７（イ）に示すように、トルクコンバータ室１０１に電磁クラッチを設け、遊星歯車室１０２にモータを設けたものである。
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術をハイブリッド車両用変速機ユニットとして構成する場合、例えば、図７（イ）,（ロ）に示すように、変速機入力軸１２０,従動軸１２１，アイドラ軸１２３及びディファレンシャル１２４との軸間距離を維持つつ構成しなければならないため、ウォータジャッケットを構成する部位が限られているという問題があった。図８には、図７（ロ）の変速機ユニットのウォータジャケットが構成されるハウジング部分の正面図を示す。例えばモータ収装部ａの周囲を見ると、避けなければならない部位として、従動プーリが構成される従動プーリ収装部ｂ、ディファレンシャルが構成されるディファレンシャル収装部ｃ、そしてパーキングポールサポートが構成されるパーキングサポート収装部ｄが挙げられる。
【０００７】
また、ウォータジャッケットの性能は流量によって決定されるため、ウォータジャッケットの流量は全周にわたって一定である必要がある。
【０００８】
本発明は、上述のような問題点及び要請に着目してなされたもので、従来の変速機ユニットの基本的なレイアウトを維持しつつモータを構成し、更にモータを確実に冷却することのできるウォータジャケットを備えたハイブリッド車両用変速機ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、ユニットハウジング内を、電磁クラッチを収装するクラッチ室と、ロータとステータから構成されたモータを収装するモータ室と、変速機を収装する変速機室とに画成し、前記ステータが収装されたモータ室の外周に備えられ、ユニットハウジング内の中空円環状回路であって、水流入口と水流出口を個々に有するウォータジャケットにより前記ステータを冷却するハイブリッド車両の変速機ユニットにおいて、前記ウォータジャケットに、流路断面積を一定としつつ、流路断面の断面形状の略縦横長さ比を変更することで変速機ユニットの動力伝達部材である他の構成要素を回避する凹凸部を形成し、該凹凸部におけるウォータジャケット内の形状変化をなし得る断面の変化を、縦横比を徐々に変化させることにより構成し、前記ウォータジャケットの水流入口に流入した水を、水流入口を挟んで水流出口に至る円環状の右側流路と左側流路に分流し、該２つの流路を流れた水は、水流出口にそれぞれ同一流量で到達させ、前記２つの流路は、一方の流路を他方の流路よりも長い流路とし、該長い流路は前記凹凸部の形状変化による流路抵抗を小さくし、前記ウォータジャケットに水を送流する送流路を前記ウォータジャケットの接線方向に設け、前記長い流路の水流入口近傍での流れ方向を前記接線方向とし、前記短い流路は水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流し、両流路への分流流量が等しくなる様に配設したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
請求項１記載のハイブリッド車両の変速機ユニットにおいては、ユニットハウジング内が、電磁クラッチを収装するクラッチ室と、ロータとステータから構成されたモータを収装するモータ室と、変速機を収装する変速機室とに画成されている。そして、ステータが収装されたモータ室外周に備えられ、ユニットハウジング内の中空円環状回路であって、水流入口と水流出口を個々に有するウォータジャケットにより前記ステータが冷却される。
このとき、ウォータジャケットの流路断面積が一定とされつつ、流路断面の断面形状の略縦横長さ比を変更することで変速機ユニットの動力伝達部材である他の構成要素を回避する凹凸部が形成され、この凹凸部におけるウォータジャケット内の形状変化をなし得る断面の変化が、縦横比を徐々に変化させることにより構成されている。
すなわち、ウォータジャケットの冷却能力は水の流量によって決定される。この水の流量は、流速や流路断面積等によって決定されるため、流路断面積を一定にすることで、全周において偏り無く安定した冷却性能を発揮することができる。また、流路断面積を一定にしつつ断面形状を変更することで他の構成要素を回避する構造としたことにより、設計自由度が向上し、よりコンパクトな構成を取ることができる。
また、流路抵抗は流路の形状によって決定されるが、凹凸部の形状変化を曲面により構成することで流路抵抗を低減することができる。これにより、流速を確保することが可能となり、効率よく冷却することができる。
【００１４】
また本発明では、ウォータジャケットの水流入口に流入した水が、水流入口を挟んで水流出口に至る円環状の右側流路と左側流路に分流され、この２つの流路を流れた水が、水流出口にそれぞれ同一流量で到達されるように構成されている。すなわち、水流入口と水流出口を離れた位置に設けると、設計自由度は向上するものの、必ず２つの流路を経由しなければならない。このとき、２つの流路を流れた水が、水流出口に同一流量で到達することで、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００１５】
また本発明では、２つの流路である右側流路と左側流路において、一方の流路が他方の流路よりも長い流路を備えており、この長い流路は凹凸部の形状変化による流路抵抗が小さくされている。すなわち、２つの流路に分流する場合、それぞれの流路の長さを同じにすることなく自由に設定し、それぞれの流路の流路抵抗を変える（例えば、長い流路の流路抵抗<短い流路の流路抵抗）ことで同一流量を確保することで、設計自由度が更に増し、かつ、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００１６】
また本発明では、ウォータジャケットに水を送流する送流路がウォータジャケットの接線方向に設けられ、長い流路の水流入口近傍での流れ方向が接線方向とされ、また短い流路は水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流されている。つまり、一般に長い流路は短い流路に比べ流路抵抗が大きい。そこで、水の送流方向と長い流路の流入方向を一致させることで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を低減させる。また、短い流路においては、水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流することで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を発生させる。これにより、長い流路の流路抵抗と短い流路の流路抵抗を等しくする事が可能となり、同一流量を確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は実施の形態におけるハイブリッド車両の主要ユニットの構成を示す図である。
１は変速機ユニット、２はエンジン、３は発電／始動用のＢモータ、４はインバータ、５はバッテリ、６は電動式パワーステアリング、７はハイブリッド制御ユニット、８はチェーンである。
【００１８】
変速機ユニット１内には、電磁クラッチ１１と、駆動用モータであるＡモータ１５と、無段変速機（以下ＣＶＴと記す）１３が収装され、Ａモータ１５は減速時と制動時のエネルギ回生用モータとしても機能する。また、電動式油圧ポンプを駆動するためのＣモータ９が備えられている。これは、モータのみでの走行域があるハイブリッド車では、エンジンに駆動されるオイルポンプだけではモータのみ走行時の油圧（特にＣＶＴ１３のプーリ油圧）が得られないからである。また、同様の理由により、パワーステアリング６のアシスト力も電動式とされており、モータによってアシストされる。
【００１９】
発電／始動用モータであるＢモータ３は、エンジンブロックにマウントされ、エンジン２とはチェーン８でつながれており、通常は発電機、始動時はスタータとして機能する。
バッテリ５，モータ３，１５，エンジン２，クラッチ１１，ＣＶＴ１３の各制御ユニット７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅはそれぞれ独立され、最終的にハイブリッド制御ユニット７で統合制御されている。
【００２０】
次に、駆動システムの作用を説明する。
本実施の形態のハイブリッド車両はパラレル方式で、Ａモータ１５が出力よりも燃費を優先させたエンジン２のアシスト役として機能する。またＣＶＴ１３は、エンジンを最良燃費点で運転させるための調整役も担っている。
クラッチ１１は電磁クラッチであり、ＯＦＦすればＡモータ１５のみでの走行となる。クラッチ１１のＯＮ／ＯＦＦは、ハイブリッド制御ユニット７から指令を受けるクラッチ制御ユニット７ｄで自動的かつ最適に制御される。
【００２１】
（システム起動時）
始動時はＢモータ３がスタータとして機能し、エンジン２を始動する。
【００２２】
（発進・低速走行時）
エンジン２の燃費消費効率が低い低負荷での発進や低速走行時には、エンジン２は停止してＡモータ１５のみの走行となる。発進と低速走行でも、負荷が大きい（スロットル開度が大きい）場合は直ちにエンジン２が始動し、クラッチ１１がＯＮしてエンジン２＋Ａモータ１５での走行となる。
【００２３】
（通常走行時）
主にエンジン２による走行となる。この場合、ＣＶＴ１３の変速制御によりエンジン回転数を調整することで、最良燃費ライン上での運転が実現されている。
【００２４】
（高負荷時）
エンジン２が最大出力を発生しても駆動力が不足するような高負荷時は、バッテリ５からＡモータ１５に積極的に電気エネルギが供給され、全体の駆動力が増強される。
【００２５】
（減速時）
減速時、エンジン２は燃料カットされる。同時にＡモータ１５がジェネレータとして機能し、従来は捨てられていた運動エネルギの一部を電気エネルギに変えてバッテリ５に回収する。
【００２６】
（後退時）
ＣＶＴ１３には、リバースギアは設定されていない。従って、後退時はクラッチ１１を開放し、Ａモータ１５を逆回転させて、Ａモータ１５のみの走行となる。
【００２７】
（停止時）
車両停止時は、エンジン２は停止する。但し、バッテリ５の充電が必要なときやエアコンコンプレッサの作動が必要なときと暖機中などは、エンジン２は停止しない。
【００２８】
図２は本発明にベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を備えたハイブリッド車両の変速機ユニットの断面図である。
図２において、エンジン出力軸１０には回転伝達機構として電磁式のクラッチ１１が連結されるとともに、この電磁クラッチ１１に電源を供給するスリップリング１１ａが備えられている。電磁クラッチ１１の出力側は変速機入力軸１２と連結されており、この入力軸１２の端部にはＣＶＴ１３の駆動プーリ１４が設けられると共に、駆動プーリ１４と電磁クラッチ１１との間に位置するように走行用のＡモータ（請求項記載のモータ）１５が設けられている。
【００２９】
Ａモータ１５は、入力軸１２に固定されたロータ１６と、ハウジング側に固定されたステータ１７とからなり、バッテリ５からの電力の供給を受けて入力軸１２を駆動し、または減速時等の入力軸１２の回転力に基づいて発電機として機能する。
【００３０】
ＣＶＴ１３は、上記駆動プーリ１４と従動プーリ１８と、駆動プーリ１４の回転力を従動プーリ１８に伝達するベルト１９等からなっている。駆動プーリ１４は、入力軸１２と一体に回転する固定円錐板２０と、固定円錐板２０に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成すると共に駆動プーリシリンダ室２１に作用する油圧によって入力軸１２の軸方向に移動可能である可動円錐板２２からなっている。従動プーリ１８は、従動軸２３上に設けられている。従動プーリ１８は、従動軸２３と一体に回転する固定円錐板２４と、固定円錐板２４に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成すると共に従動プーリシリンダ室３２に作用する油圧によって従動軸２３の軸方向に移動可能である可動円錐板２５とからなっている。
【００３１】
従動軸２３には駆動ギア２６が固着されており、この駆動ギア２６はアイドラ軸２７上のアイドラギア２８と噛み合っている。アイドラ軸２７に設けられたピニオン２９はファイナルギア３０と噛み合っている。ファイナルギア３０は差動装置３１を介して図示しない車輪に至るドライブシャフトを駆動する。
【００３２】
上記のようなＣＶＴ１３にエンジン出力軸１０から入力された回転力は、電磁クラッチ１１及び入力軸１２を介してＣＶＴ１３に伝達される。入力軸１２の回転力は駆動プーリ１４，ベルト１９，従動プーリ１８，従動軸２３，駆動ギア２６，アイドラギア２８，アイドラ軸２７，ピニオン２９，及びファイナルギア３０を介して差動装置３１に伝達される。
【００３３】
上記のような動力伝達の際に、駆動プーリ１４の可動円錐板２２及び従動プーリ１８の可動円錐板２５を軸方向に移動させてベルト１９との接触位置半径を変えることにより、駆動プーリ１４と従動プーリ１８との間の回転比つまり変速比を変えることができる。このような駆動プーリ１４と従動プーリ１８のＶ字状のプーリ溝の幅を変化させる制御は、ＣＶＴ制御ユニット７ｅを介して駆動プーリシリンダ室２１または従動プーリシリンダ室３２への油圧制御により行われる。
【００３４】
ところで、このような変速機構及びモータ等を収装した変速機ハウジングは、ＣＶＴ１３とＡモータ１５とを収装した第２ハウジング４１と、電磁クラッチ１１を収装した第１ハウジング４２とに軸方向に分割した構成となっている。第２ハウジング４１はＣＶＴ１３等が組み込まれる変速機室４３とＡモータ１５が組み込まれるモータ室４４とに第２隔壁４５を介して仕切られている。
【００３５】
また、第１ハウジング４２は前記第２ハウジング４１が結合する一方の端面に第１隔壁４６が形成されており、各ハウジング４１，４２を結合したときに前記各隔壁４５，４６間に前記モータ室４４を画成すると共に、第１ハウジング４２の他方の端面を図示しないエンジン２に結合したときに第１隔壁４６とエンジン２との間にクラッチ室４７を画成するように構成されている。
【００３６】
モータ室４４には、Ａモータ１５のステータ１７が焼き嵌めにより組み込まれており、これにより構造の簡素化を図る一方、ステータ１７を包囲するように第２ハウジング４１に形成したウォータジャケット４８に冷却水を循環させることによりＡモータ１５を効率よく冷却できるようにしている。
【００３７】
図３は本願発明のウォータジャケットを適用した第２ハウジングのエンジン側から見た正面図である。
この第２ハウジング４１には、Ａモータ１５を収装するモータ収装部６１と、従動プーリ１８を収装する従動プーリ収装部６３と、アイドラ軸２７を収装するアイドラ軸収装部６４と、ディファレンシャルを収装するディファレンシャル収装部６５と、パーキングポールサポートを構成するパーキングサポート収装部６２が設けられている。また、図中７１が水流入口構成部位であり、７２が水流出口構成部位である。
【００３８】
図４はウォータジャケット４８の外形を表す図である。
図に示すように、送流路７３はウォータジャケット４８の接線方向に設けられ、送出路７４はウォータジャケット４８の径方向に設けられている。また、ウォータジャケット４８内には、第１流路７５と第２流路７６が備えられ、第１流路７５の水流入口７１近傍の水の流れの方向は、送流路７３の水の流れの方向と一致するよう構成されており、第１流路７５の流路長さは、第２流路７６よりも長い流路とされている。また、第２流路７６の水流入口７１近傍の水の流れの方向は送流路７３の水の流れの方向とおよそ直角方向に向いている。
【００３９】
図５には、ウォータジャケット４８の展開図を示す。
図３にも示したように、ディファレンシャル収装部６５と従動プーリ収装部６３とパーキングサポート収装部６２を回避しつつ、流路断面の縦横比を変えることで流路断面積を一定として確保している。
【００４０】
図６はウォータジャケット４８の形状変化部の角度をそれぞれ変更した場合の流速シミュレーションを表す図である。
図に示すように、流速が０．６（m/sec）以上の領域（以下この領域をＭ領域という）を各モデルについて比較してみると、モデル１では、ある断面での第１流路７５でのＭ領域が狭く、これは、第１流路７５の流量が第２流路７６の流量よりも少ないことを表しており、Ａモータ１５を全体にバランス良く冷却できないことを表している。モデル２，３では第１及び第２流路７５，７６それぞれの流量は同じ程度であっても、従動プーリ収装部６３を十分に回避できていない。
【００４１】
ここで、モデル４を見ると、第１流路７５及び第２流路７６の両流路の断面におけるＭ領域はほぼ同じ程度に現れており、第１流路７５と第２流路７６の流量がほぼ等しいことが判り、Ａモータ１５をバランス良く冷却することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態のハイブリッド車両の変速機ユニットにおいては、ウォータジャケット４８の流路断面積が一定とされつつ他の構成要素であるディファレンシャル収装部６５と従動プーリ収装部６３とパーキングサポート収装部６２を回避する凹凸部が形成され、この凹凸部における形状変化が滑らかにされている。
すなわち、ウォータジャケット４８の冷却能力は水の流量によって決定される。この水の流量は、流速や流路断面積等によって決定されるため、流路断面積を一定にすることで、全周において偏り無く安定した冷却性能を発揮することができる。
また、流路断面積を一定にしつつ他の構成要素を回避する構造としたことにより、設計自由度が向上し、よりコンパクトな構成を取ることができる。
また、流路抵抗は流路の形状によって決定されるが、凹凸部の形状変化を滑らかにすることで流路抵抗を低減することができる。これにより、流速を確保することが可能となり、効率よく冷却することができる。
【００４３】
また、ウォータジャケット４８の水流入口７１と水流出口７２が、Ａモータ１５を挟んで対向する位置に設けられ、水流入口７１から流入した水が第１流路７５と第２流路７６に分流され、この２つの流路を流れた水が、水流出口７２にそれぞれ同一流量で到達されるように構成されている。
すなわち、水流入口７１と水流出口７２を離れた位置に設けると、設計自由度は向上するものの、必ず２つの流路を経由しなければならない。このとき、第１流路７５と第２流路７６を流れた水が、水流出口７２に同一流量で到達することで、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００４４】
また、第１流路７５が第２流路７６よりも長い流路を備えており、この第１流路７５は凹凸部の形状変化による流路抵抗が小さくされている。
すなわち、２つの流路に分流する場合、それぞれの流路の長さを同じにすることなく自由に設定し、それぞれの流路の凹凸部の形状変化による流路抵抗を変える（例えば、長い流路の流路抵抗＜短い流路の流路抵抗）ことで同一流量を確保することで、設計自由度が更に増し、かつ、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００４５】
また、ウォータジャケット４８に水を送流する送流路７３がウォータジャケット４８の接線方向に設けられ、第１流路７５の水流入口７１近傍での流れ方向が接線方向とされ、また第２流路７６は水流入口７１近傍で送流方向と略直角な方向に分流されている。
つまり、一般に長い流路は短い流路に比べ流路抵抗が大きい。そこで、水の送流方向と第１流路７５の流入方向を一致させることで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を低減させる。また、第２流路７６においては、水流入口７１近傍で送流方向と略直角な方向に分流することで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を発生させる。これにより、第１流路７５の流路抵抗と第２流路７６の流路抵抗を等しくする事が可能となり、同一流量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるハイブリッド車両の主要ユニットの構成を示す図である。
【図２】実施の形態におけるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を備えたハイブリッド車両の変速機ユニットの断面図である。
【図３】実施の形態の第２ハウジングの正面図である。
【図４】実施の形態のウォータジャケットの外形を表す図である。
【図５】実施の形態のＡモータ収装部外周の展開図である。
【図６】実施の形態のウォータジャケットの形状別流速シミュレーション図である。
【図７】従来の変速機ユニットと従来技術のハイブリッド車両の変速機ユニットの比較図である。
【図８】従来技術のハイブリッド車両の変速機ユニットのハウジングの正面図である。
【符号の説明】
１ 変速機ユニット
２ エンジン
３ Ｂモータ
４ インバータ
５ バッテリ
６ パワーステアリング
７ ハイブリッド制御ユニット
７ａ バッテリ制御ユニット
７ｂ モータ制御ユニット
７ｃ エンジン制御ユニット
７ｄ クラッチ制御ユニット
７ｅ ＣＶＴ制御ユニット
８ チェーン
９ Ｃモータ
１０ エンジン出力軸
１１ａ スリップリング
１１ 電磁クラッチ
１２ 入力軸
１３ 無断変速機（ＣＶＴ）
１４ 駆動プーリ
１５ Ａモータ
１６ ロータ
１７ ステータ
１８ 従動プーリ
１９ ベルト
２０ 固定円錐板
２１ 駆動プーリシリンダ室
２２ 可動円錐板
２３ 従動軸
２４ 固定円錐板
２５ 可動円錐板
２６ 駆動ギア
２７ アイドラ軸
２８ アイドラギア
２９ ピニオン
３０ ファイナルギア
３１ 差動装置
３２ 従動プーリシリンダ室
４１ 第２ハウジング
４２ 第１ハウジング
４３ 変速機室
４４ モータ室
４５ 第２隔壁
４６ 第１隔壁
４７ クラッチ室
４８ ウォータジャケット
６１ モータ収装部
６２ パーキングサポート収装部
６３ 従動プーリ収装部
６４ アイドラ軸収装部
６５ ディファレンシャル収装部
７１ 水流入口
７２ 水流出口
７３ 送流路
７４ 送出路
７５ 第１流路
７６ 第２流路
１０１ トルクコンバータ室
１０２ 遊星歯車室
１０３ 変速機室
１１０ トルクコンバータ
１１２ 変速機
１１３ 第１ハウジング
１１４ 第２ハウジング
１１５ 第３ハウジング
１１６ 第１隔壁
１１７ 第２隔壁
１２３ アイドラ軸
１２４ デファレンシャル
ａ モータ収装部
ｂ 従動プーリ収装部
ｃ ディファレンシャル収装部
ｄ パーキングサポート収装部
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、発電機を兼ねるモータとを有し、これらの出力トルクを変速装置に伝達することにより、エンジンおよびモータのいずれか一方又は双方で走行駆動力を得るようにしたハイブリッド車両に搭載される変速機ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保護、及び有限資源の節約の観点から、自動車の燃費向上が求められている。この燃費向上の要求に対する１つの手段としてハイブリッド車両が考えられている。このハイブリッド車両は、エンジンとモータを直列もしくは並列に配置し、エンジン出力のアシストや、減速時には発電機として作用させ、自動車の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより、この電気エネルギを用いて再度出力をアシストするよう構成されているものである。
【０００３】
このハイブリッド車両を構成する際、従来の変速装置の基本的なレイアウトの変更を行うことなくモータ等を新たに構成することで、コストを抑えつつ、従来の車両にそのまま適用することが考えられる。そのような観点から、例えば、従来の変速装置として特開平９−３２９２２８号公報に記載の遊星歯車を有する変速装置が知られている。この装置は図７（イ）に示すように、第１ハウジング１１３及び第１隔壁１１６により形成されるトルクコンバータ室１０１と、第２ハウジング１１４と第１隔壁１１６及び第２隔壁１１７により形成される遊星歯車室１０２と、第３ハウジング１１５及び第２隔壁１１７により形成される変速機室１０３から構成されている。エンジンからの回転は、トルクコンバータ室１０１のトルクコンバータ１１０に入力され、トルクコンバータ１１０からの出力は、遊星歯車室１０２内へ入力され、さらに変速機室１０３内の変速機１１２へ入力される。
【０００４】
このような従来の変速機の基本的なレイアウトを変えることなくモータを遊星歯車室に構成し、ハイブリッド車両用の変速機ユニットとする際、モータは駆動・発電を繰り返すため、コイルが加熱されやすく、モータの性能を維持するために効率よく冷却する必要があり、その方法の１つとしてウォータジャッケットを設けて冷却することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、上述の従来技術にモータを構成し、ハイブリッド車両用の変速機ユニットとした場合の従来技術として特開２０００−９２１３号公報に記載の技術が知られている。この従来技術は、図７（イ）に示すように、トルクコンバータ室１０１に電磁クラッチを設け、遊星歯車室１０２にモータを設けたものである。
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術をハイブリッド車両用変速機ユニットとして構成する場合、例えば、図７（イ）,（ロ）に示すように、変速機入力軸１２０,従動軸１２１，アイドラ軸１２３及びディファレンシャル１２４との軸間距離を維持つつ構成しなければならないため、ウォータジャッケットを構成する部位が限られているという問題があった。図８には、図７（ロ）の変速機ユニットのウォータジャケットが構成されるハウジング部分の正面図を示す。例えばモータ収装部ａの周囲を見ると、避けなければならない部位として、従動プーリが構成される従動プーリ収装部ｂ、ディファレンシャルが構成されるディファレンシャル収装部ｃ、そしてパーキングポールサポートが構成されるパーキングサポート収装部ｄが挙げられる。
【０００７】
また、ウォータジャッケットの性能は流量によって決定されるため、ウォータジャッケットの流量は全周にわたって一定である必要がある。
【０００８】
本発明は、上述のような問題点及び要請に着目してなされたもので、従来の変速機ユニットの基本的なレイアウトを維持しつつモータを構成し、更にモータを確実に冷却することのできるウォータジャケットを備えたハイブリッド車両用変速機ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、ユニットハウジング内を、電磁クラッチを収装するクラッチ室と、ロータとステータから構成されたモータを収装するモータ室と、変速機を収装する変速機室とに画成し、前記ステータが収装されたモータ室の外周に備えられ、ユニットハウジング内の中空円環状回路であって、水流入口と水流出口を個々に有するウォータジャケットにより前記ステータを冷却するハイブリッド車両の変速機ユニットにおいて、前記ウォータジャケットに、流路断面積を一定としつつ、流路断面の断面形状の略縦横長さ比を変更することで変速機ユニットの動力伝達部材である他の構成要素を回避する凹凸部を形成し、該凹凸部におけるウォータジャケット内の形状変化をなし得る断面の変化を、縦横比を徐々に変化させることにより構成し、前記ウォータジャケットの水流入口に流入した水を、水流入口を挟んで水流出口に至る円環状の右側流路と左側流路に分流し、該２つの流路を流れた水は、水流出口にそれぞれ同一流量で到達させ、前記２つの流路は、一方の流路を他方の流路よりも長い流路とし、該長い流路は前記凹凸部の形状変化による流路抵抗を小さくし、前記ウォータジャケットに水を送流する送流路を前記ウォータジャケットの接線方向に設け、前記長い流路の水流入口近傍での流れ方向を前記接線方向とし、前記短い流路は水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流し、両流路への分流流量が等しくなる様に配設したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
請求項１記載のハイブリッド車両の変速機ユニットにおいては、ユニットハウジング内が、電磁クラッチを収装するクラッチ室と、ロータとステータから構成されたモータを収装するモータ室と、変速機を収装する変速機室とに画成されている。そして、ステータが収装されたモータ室外周に備えられ、ユニットハウジング内の中空円環状回路であって、水流入口と水流出口を個々に有するウォータジャケットにより前記ステータが冷却される。
このとき、ウォータジャケットの流路断面積が一定とされつつ、流路断面の断面形状の略縦横長さ比を変更することで変速機ユニットの動力伝達部材である他の構成要素を回避する凹凸部が形成され、この凹凸部におけるウォータジャケット内の形状変化をなし得る断面の変化が、縦横比を徐々に変化させることにより構成されている。
すなわち、ウォータジャケットの冷却能力は水の流量によって決定される。この水の流量は、流速や流路断面積等によって決定されるため、流路断面積を一定にすることで、全周において偏り無く安定した冷却性能を発揮することができる。また、流路断面積を一定にしつつ断面形状を変更することで他の構成要素を回避する構造としたことにより、設計自由度が向上し、よりコンパクトな構成を取ることができる。
また、流路抵抗は流路の形状によって決定されるが、凹凸部の形状変化を曲面により構成することで流路抵抗を低減することができる。これにより、流速を確保することが可能となり、効率よく冷却することができる。
【００１４】
また本発明では、ウォータジャケットの水流入口に流入した水が、水流入口を挟んで水流出口に至る円環状の右側流路と左側流路に分流され、この２つの流路を流れた水が、水流出口にそれぞれ同一流量で到達されるように構成されている。すなわち、水流入口と水流出口を離れた位置に設けると、設計自由度は向上するものの、必ず２つの流路を経由しなければならない。このとき、２つの流路を流れた水が、水流出口に同一流量で到達することで、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００１５】
また本発明では、２つの流路である右側流路と左側流路において、一方の流路が他方の流路よりも長い流路を備えており、この長い流路は凹凸部の形状変化による流路抵抗が小さくされている。すなわち、２つの流路に分流する場合、それぞれの流路の長さを同じにすることなく自由に設定し、それぞれの流路の流路抵抗を変える（例えば、長い流路の流路抵抗<短い流路の流路抵抗）ことで同一流量を確保することで、設計自由度が更に増し、かつ、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００１６】
また本発明では、ウォータジャケットに水を送流する送流路がウォータジャケットの接線方向に設けられ、長い流路の水流入口近傍での流れ方向が接線方向とされ、また短い流路は水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流されている。つまり、一般に長い流路は短い流路に比べ流路抵抗が大きい。そこで、水の送流方向と長い流路の流入方向を一致させることで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を低減させる。また、短い流路においては、水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流することで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を発生させる。これにより、長い流路の流路抵抗と短い流路の流路抵抗を等しくする事が可能となり、同一流量を確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は実施の形態におけるハイブリッド車両の主要ユニットの構成を示す図である。
１は変速機ユニット、２はエンジン、３は発電／始動用のＢモータ、４はインバータ、５はバッテリ、６は電動式パワーステアリング、７はハイブリッド制御ユニット、８はチェーンである。
【００１８】
変速機ユニット１内には、電磁クラッチ１１と、駆動用モータであるＡモータ１５と、無段変速機（以下ＣＶＴと記す）１３が収装され、Ａモータ１５は減速時と制動時のエネルギ回生用モータとしても機能する。また、電動式油圧ポンプを駆動するためのＣモータ９が備えられている。これは、モータのみでの走行域があるハイブリッド車では、エンジンに駆動されるオイルポンプだけではモータのみ走行時の油圧（特にＣＶＴ１３のプーリ油圧）が得られないからである。また、同様の理由により、パワーステアリング６のアシスト力も電動式とされており、モータによってアシストされる。
【００１９】
発電／始動用モータであるＢモータ３は、エンジンブロックにマウントされ、エンジン２とはチェーン８でつながれており、通常は発電機、始動時はスタータとして機能する。
バッテリ５，モータ３，１５，エンジン２，クラッチ１１，ＣＶＴ１３の各制御ユニット７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅはそれぞれ独立され、最終的にハイブリッド制御ユニット７で統合制御されている。
【００２０】
次に、駆動システムの作用を説明する。
本実施の形態のハイブリッド車両はパラレル方式で、Ａモータ１５が出力よりも燃費を優先させたエンジン２のアシスト役として機能する。またＣＶＴ１３は、エンジンを最良燃費点で運転させるための調整役も担っている。
クラッチ１１は電磁クラッチであり、ＯＦＦすればＡモータ１５のみでの走行となる。クラッチ１１のＯＮ／ＯＦＦは、ハイブリッド制御ユニット７から指令を受けるクラッチ制御ユニット７ｄで自動的かつ最適に制御される。
【００２１】
（システム起動時）
始動時はＢモータ３がスタータとして機能し、エンジン２を始動する。
【００２２】
（発進・低速走行時）
エンジン２の燃費消費効率が低い低負荷での発進や低速走行時には、エンジン２は停止してＡモータ１５のみの走行となる。発進と低速走行でも、負荷が大きい（スロットル開度が大きい）場合は直ちにエンジン２が始動し、クラッチ１１がＯＮしてエンジン２＋Ａモータ１５での走行となる。
【００２３】
（通常走行時）
主にエンジン２による走行となる。この場合、ＣＶＴ１３の変速制御によりエンジン回転数を調整することで、最良燃費ライン上での運転が実現されている。
【００２４】
（高負荷時）
エンジン２が最大出力を発生しても駆動力が不足するような高負荷時は、バッテリ５からＡモータ１５に積極的に電気エネルギが供給され、全体の駆動力が増強される。
【００２５】
（減速時）
減速時、エンジン２は燃料カットされる。同時にＡモータ１５がジェネレータとして機能し、従来は捨てられていた運動エネルギの一部を電気エネルギに変えてバッテリ５に回収する。
【００２６】
（後退時）
ＣＶＴ１３には、リバースギアは設定されていない。従って、後退時はクラッチ１１を開放し、Ａモータ１５を逆回転させて、Ａモータ１５のみの走行となる。
【００２７】
（停止時）
車両停止時は、エンジン２は停止する。但し、バッテリ５の充電が必要なときやエアコンコンプレッサの作動が必要なときと暖機中などは、エンジン２は停止しない。
【００２８】
図２は本発明にベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を備えたハイブリッド車両の変速機ユニットの断面図である。
図２において、エンジン出力軸１０には回転伝達機構として電磁式のクラッチ１１が連結されるとともに、この電磁クラッチ１１に電源を供給するスリップリング１１ａが備えられている。電磁クラッチ１１の出力側は変速機入力軸１２と連結されており、この入力軸１２の端部にはＣＶＴ１３の駆動プーリ１４が設けられると共に、駆動プーリ１４と電磁クラッチ１１との間に位置するように走行用のＡモータ（請求項記載のモータ）１５が設けられている。
【００２９】
Ａモータ１５は、入力軸１２に固定されたロータ１６と、ハウジング側に固定されたステータ１７とからなり、バッテリ５からの電力の供給を受けて入力軸１２を駆動し、または減速時等の入力軸１２の回転力に基づいて発電機として機能する。
【００３０】
ＣＶＴ１３は、上記駆動プーリ１４と従動プーリ１８と、駆動プーリ１４の回転力を従動プーリ１８に伝達するベルト１９等からなっている。駆動プーリ１４は、入力軸１２と一体に回転する固定円錐板２０と、固定円錐板２０に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成すると共に駆動プーリシリンダ室２１に作用する油圧によって入力軸１２の軸方向に移動可能である可動円錐板２２からなっている。従動プーリ１８は、従動軸２３上に設けられている。従動プーリ１８は、従動軸２３と一体に回転する固定円錐板２４と、固定円錐板２４に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成すると共に従動プーリシリンダ室３２に作用する油圧によって従動軸２３の軸方向に移動可能である可動円錐板２５とからなっている。
【００３１】
従動軸２３には駆動ギア２６が固着されており、この駆動ギア２６はアイドラ軸２７上のアイドラギア２８と噛み合っている。アイドラ軸２７に設けられたピニオン２９はファイナルギア３０と噛み合っている。ファイナルギア３０は差動装置３１を介して図示しない車輪に至るドライブシャフトを駆動する。
【００３２】
上記のようなＣＶＴ１３にエンジン出力軸１０から入力された回転力は、電磁クラッチ１１及び入力軸１２を介してＣＶＴ１３に伝達される。入力軸１２の回転力は駆動プーリ１４，ベルト１９，従動プーリ１８，従動軸２３，駆動ギア２６，アイドラギア２８，アイドラ軸２７，ピニオン２９，及びファイナルギア３０を介して差動装置３１に伝達される。
【００３３】
上記のような動力伝達の際に、駆動プーリ１４の可動円錐板２２及び従動プーリ１８の可動円錐板２５を軸方向に移動させてベルト１９との接触位置半径を変えることにより、駆動プーリ１４と従動プーリ１８との間の回転比つまり変速比を変えることができる。このような駆動プーリ１４と従動プーリ１８のＶ字状のプーリ溝の幅を変化させる制御は、ＣＶＴ制御ユニット７ｅを介して駆動プーリシリンダ室２１または従動プーリシリンダ室３２への油圧制御により行われる。
【００３４】
ところで、このような変速機構及びモータ等を収装した変速機ハウジングは、ＣＶＴ１３とＡモータ１５とを収装した第２ハウジング４１と、電磁クラッチ１１を収装した第１ハウジング４２とに軸方向に分割した構成となっている。第２ハウジング４１はＣＶＴ１３等が組み込まれる変速機室４３とＡモータ１５が組み込まれるモータ室４４とに第２隔壁４５を介して仕切られている。
【００３５】
また、第１ハウジング４２は前記第２ハウジング４１が結合する一方の端面に第１隔壁４６が形成されており、各ハウジング４１，４２を結合したときに前記各隔壁４５，４６間に前記モータ室４４を画成すると共に、第１ハウジング４２の他方の端面を図示しないエンジン２に結合したときに第１隔壁４６とエンジン２との間にクラッチ室４７を画成するように構成されている。
【００３６】
モータ室４４には、Ａモータ１５のステータ１７が焼き嵌めにより組み込まれており、これにより構造の簡素化を図る一方、ステータ１７を包囲するように第２ハウジング４１に形成したウォータジャケット４８に冷却水を循環させることによりＡモータ１５を効率よく冷却できるようにしている。
【００３７】
図３は本願発明のウォータジャケットを適用した第２ハウジングのエンジン側から見た正面図である。
この第２ハウジング４１には、Ａモータ１５を収装するモータ収装部６１と、従動プーリ１８を収装する従動プーリ収装部６３と、アイドラ軸２７を収装するアイドラ軸収装部６４と、ディファレンシャルを収装するディファレンシャル収装部６５と、パーキングポールサポートを構成するパーキングサポート収装部６２が設けられている。また、図中７１が水流入口構成部位であり、７２が水流出口構成部位である。
【００３８】
図４はウォータジャケット４８の外形を表す図である。
図に示すように、送流路７３はウォータジャケット４８の接線方向に設けられ、送出路７４はウォータジャケット４８の径方向に設けられている。また、ウォータジャケット４８内には、第１流路７５と第２流路７６が備えられ、第１流路７５の水流入口７１近傍の水の流れの方向は、送流路７３の水の流れの方向と一致するよう構成されており、第１流路７５の流路長さは、第２流路７６よりも長い流路とされている。また、第２流路７６の水流入口７１近傍の水の流れの方向は送流路７３の水の流れの方向とおよそ直角方向に向いている。
【００３９】
図５には、ウォータジャケット４８の展開図を示す。
図３にも示したように、ディファレンシャル収装部６５と従動プーリ収装部６３とパーキングサポート収装部６２を回避しつつ、流路断面の縦横比を変えることで流路断面積を一定として確保している。
【００４０】
図６はウォータジャケット４８の形状変化部の角度をそれぞれ変更した場合の流速シミュレーションを表す図である。
図に示すように、流速が０．６（m/sec）以上の領域（以下この領域をＭ領域という）を各モデルについて比較してみると、モデル１では、ある断面での第１流路７５でのＭ領域が狭く、これは、第１流路７５の流量が第２流路７６の流量よりも少ないことを表しており、Ａモータ１５を全体にバランス良く冷却できないことを表している。モデル２，３では第１及び第２流路７５，７６それぞれの流量は同じ程度であっても、従動プーリ収装部６３を十分に回避できていない。
【００４１】
ここで、モデル４を見ると、第１流路７５及び第２流路７６の両流路の断面におけるＭ領域はほぼ同じ程度に現れており、第１流路７５と第２流路７６の流量がほぼ等しいことが判り、Ａモータ１５をバランス良く冷却することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態のハイブリッド車両の変速機ユニットにおいては、ウォータジャケット４８の流路断面積が一定とされつつ他の構成要素であるディファレンシャル収装部６５と従動プーリ収装部６３とパーキングサポート収装部６２を回避する凹凸部が形成され、この凹凸部における形状変化が滑らかにされている。
すなわち、ウォータジャケット４８の冷却能力は水の流量によって決定される。この水の流量は、流速や流路断面積等によって決定されるため、流路断面積を一定にすることで、全周において偏り無く安定した冷却性能を発揮することができる。
また、流路断面積を一定にしつつ他の構成要素を回避する構造としたことにより、設計自由度が向上し、よりコンパクトな構成を取ることができる。
また、流路抵抗は流路の形状によって決定されるが、凹凸部の形状変化を滑らかにすることで流路抵抗を低減することができる。これにより、流速を確保することが可能となり、効率よく冷却することができる。
【００４３】
また、ウォータジャケット４８の水流入口７１と水流出口７２が、Ａモータ１５を挟んで対向する位置に設けられ、水流入口７１から流入した水が第１流路７５と第２流路７６に分流され、この２つの流路を流れた水が、水流出口７２にそれぞれ同一流量で到達されるように構成されている。
すなわち、水流入口７１と水流出口７２を離れた位置に設けると、設計自由度は向上するものの、必ず２つの流路を経由しなければならない。このとき、第１流路７５と第２流路７６を流れた水が、水流出口７２に同一流量で到達することで、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００４４】
また、第１流路７５が第２流路７６よりも長い流路を備えており、この第１流路７５は凹凸部の形状変化による流路抵抗が小さくされている。
すなわち、２つの流路に分流する場合、それぞれの流路の長さを同じにすることなく自由に設定し、それぞれの流路の凹凸部の形状変化による流路抵抗を変える（例えば、長い流路の流路抵抗＜短い流路の流路抵抗）ことで同一流量を確保することで、設計自由度が更に増し、かつ、安定した冷却性能を発揮することができる。
【００４５】
また、ウォータジャケット４８に水を送流する送流路７３がウォータジャケット４８の接線方向に設けられ、第１流路７５の水流入口７１近傍での流れ方向が接線方向とされ、また第２流路７６は水流入口７１近傍で送流方向と略直角な方向に分流されている。
つまり、一般に長い流路は短い流路に比べ流路抵抗が大きい。そこで、水の送流方向と第１流路７５の流入方向を一致させることで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を低減させる。また、第２流路７６においては、水流入口７１近傍で送流方向と略直角な方向に分流することで、水の流れ方向の変化によるエネルギ損失を発生させる。これにより、第１流路７５の流路抵抗と第２流路７６の流路抵抗を等しくする事が可能となり、同一流量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるハイブリッド車両の主要ユニットの構成を示す図である。
【図２】実施の形態におけるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を備えたハイブリッド車両の変速機ユニットの断面図である。
【図３】実施の形態の第２ハウジングの正面図である。
【図４】実施の形態のウォータジャケットの外形を表す図である。
【図５】実施の形態のＡモータ収装部外周の展開図である。
【図６】実施の形態のウォータジャケットの形状別流速シミュレーション図である。
【図７】従来の変速機ユニットと従来技術のハイブリッド車両の変速機ユニットの比較図である。
【図８】従来技術のハイブリッド車両の変速機ユニットのハウジングの正面図である。
【符号の説明】
１ 変速機ユニット
２ エンジン
３ Ｂモータ
４ インバータ
５ バッテリ
６ パワーステアリング
７ ハイブリッド制御ユニット
７ａ バッテリ制御ユニット
７ｂ モータ制御ユニット
７ｃ エンジン制御ユニット
７ｄ クラッチ制御ユニット
７ｅ ＣＶＴ制御ユニット
８ チェーン
９ Ｃモータ
１０ エンジン出力軸
１１ａ スリップリング
１１ 電磁クラッチ
１２ 入力軸
１３ 無断変速機（ＣＶＴ）
１４ 駆動プーリ
１５ Ａモータ
１６ ロータ
１７ ステータ
１８ 従動プーリ
１９ ベルト
２０ 固定円錐板
２１ 駆動プーリシリンダ室
２２ 可動円錐板
２３ 従動軸
２４ 固定円錐板
２５ 可動円錐板
２６ 駆動ギア
２７ アイドラ軸
２８ アイドラギア
２９ ピニオン
３０ ファイナルギア
３１ 差動装置
３２ 従動プーリシリンダ室
４１ 第２ハウジング
４２ 第１ハウジング
４３ 変速機室
４４ モータ室
４５ 第２隔壁
４６ 第１隔壁
４７ クラッチ室
４８ ウォータジャケット
６１ モータ収装部
６２ パーキングサポート収装部
６３ 従動プーリ収装部
６４ アイドラ軸収装部
６５ ディファレンシャル収装部
７１ 水流入口
７２ 水流出口
７３ 送流路
７４ 送出路
７５ 第１流路
７６ 第２流路
１０１ トルクコンバータ室
１０２ 遊星歯車室
１０３ 変速機室
１１０ トルクコンバータ
１１２ 変速機
１１３ 第１ハウジング
１１４ 第２ハウジング
１１５ 第３ハウジング
１１６ 第１隔壁
１１７ 第２隔壁
１２３ アイドラ軸
１２４ デファレンシャル
ａ モータ収装部
ｂ 従動プーリ収装部
ｃ ディファレンシャル収装部
ｄ パーキングサポート収装部
Claims (1)
- ユニットハウジング内を、電磁クラッチを収装するクラッチ室と、ロータとステータから構成されたモータを収装するモータ室と、変速機を収装する変速機室とに画成し、
前記ステータが収装されたモータ室の外周に備えられ、ユニットハウジング内の中空円環状回路であって、水流入口と水流出口を個々に有するウォータジャケットにより前記ステータを冷却するハイブリッド車両の変速機ユニットにおいて、
前記ウォータジャケットに、流路断面積を一定としつつ、流路断面の断面形状の略縦横長さ比を変更することで変速機ユニットの動力伝達部材である他の構成要素を回避する凹凸部を形成し、該凹凸部におけるウォータジャケット内の形状変化をなし得る断面の変化を、縦横比を徐々に変化させることにより構成し、
前記ウォータジャケットの水流入口に流入した水を、水流入口を挟んで水流出口に至る円環状の右側流路と左側流路に分流し、該２つの流路を流れた水は、水流出口にそれぞれ同一流量で到達させ、
前記２つの流路は、一方の流路を他方の流路よりも長い流路とし、該長い流路は前記凹凸部の形状変化による流路抵抗を小さくし、
前記ウォータジャケットに水を送流する送流路を前記ウォータジャケットの接線方向に設け、前記長い流路の水流入口近傍での流れ方向を前記接線方向とし、前記短い流路は水流入口近傍で送流方向と略直角な方向に分流し、両流路への分流流量が等しくなる様に配設したことを特徴とするハイブリッド車両の変速機ユニット。
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