JP3743378B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数種類の駆動力源が搭載されているハイブリッド車両用駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力する電動機とを搭載し、エンジンおよび電動機のトルクを車輪に伝達することのできるハイブリッド車両が提案されている。このようなハイブリッド車においては、各種の条件に基づいて、エンジンおよび電動機の駆動・停止を制御することにより、燃費の向上および騒音の低減ならびに排気ガスの低減を図ることができるものとされている。
【0003】
上記のように、複数種類の駆動力源を搭載したハイブリッド車両の一例が、プリウス新型車解説書(1997年10月14日発行−トヨタ自動車株式会社・サービス部)に記載されている。この文献に記載されたハイブリッド車においては、駆動力源としてエンジンおよび電動モータが設けられているとともに、エンジンおよびモータの動力を合成して車輪に伝達するプラネタリギヤが設けられている。具体的には、エンジンの出力軸がプラネタリギヤのキャリヤに連結され、電動モータの出力軸がプラネタリギヤのリングギヤに連結されているとともに、リングギヤに連結されたスプロケットから、車輪に対して動力が伝達されるように構成されている。
【0004】
また、プラネタリギヤとエンジンとの間には発電機が設けられており、発電機の回転軸が、プラネタリギヤのサンギヤに連結されている。このため、エンジンの動力が、プラネタリギヤにより車輪および発電機に分割される。そして、発電機の回転速度を制御することにより、エンジンの回転速度を制御することができる。つまり、動力分割機構は、エンジンの回転速度を変換する機能と、エンジンの動力を車輪および発電機に分割する機能とを備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の文献に記載されているハイブリッド車両用駆動装置においては、エンジン出力と動力分割機構の変速比とに基づいて、エンジンからスプロケットに伝達される動力が決定されるため、エンジン出力に対応する実際の動力と、車両に要求される動力とを適合させることが困難であった。
【0006】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、第1の駆動力源の出力に対応する実際の動力と、車両に要求される動力とを適合させることのできるハイブリッド車用駆動装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、第1の駆動力源の動力と第2の駆動力源の動力とが合成して伝達される出力部材と、前記第1の駆動力源の動力を前記出力部材と発電機とに分割し、かつ、前記第1の駆動力源の動力を前記出力部材に伝達する場合に変速をおこなう動力分割機構とを有するハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力分割機構と前記出力部材とが同心状に配置されており、前記動力分割機構と前記出力部材との間の動力伝達経路を形成するカウンタシャフトが設けられ、このカウンタシャフトは、前記第1の駆動力源および前記出力部材の半径方向における外側に配置されており、前記動力分割機構の外周に形成された第1アウターギヤと、前記出力部材に設けられた第2アウターギヤとを有し、前記カウンタシャフトには、第1カウンタギヤおよび第2カウンタギヤが形成されており、前記第1アウターギヤと前記第1カウンタギヤとが噛合され、かつ、前記第2アウターギヤと前記第2カウンタギヤが噛合されているとともに、前記第1アウターギヤおよび前記第1カウンタギヤおよび前記第2アウターギヤおよび前記第2カウンタギヤにより、減速機構が構成されていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項1の発明によれば、第1の駆動力源の動力を出力部材に伝達する場合に、回転速度が減速機構により減速されて、動力が出力部材に伝達される。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記動力伝達経路は、前記第2の駆動力源の半径方向における外側に配置されていることを特徴とするものである。
【0010】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の作用が生じる他に、第2の駆動力源の内部構造の複雑化、および体格の大型化が抑制される。また、請求項3の発明は、請求項1または2の構成に加えて、前記第2の駆動力源と前記出力部材とが同心状に配置されていることを特徴とするものである。この請求項3の発明においても、請求項1または2の発明と同様の作用が生じる。さらに、請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかの構成に加えて、前記第1の駆動力源の回転軸線方向で、前記動力分割機構と前記出力部材との間に、前記第2の駆動力源が配置されていることを特徴とするものである。請求項4の発明によれば、請求項1ないし3のいずれかの発明と同様の作用が生じる他に、第2の駆動力源の内部構造の複雑化を抑制してシンプル化を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、この発明の一実施形態であるF・R(フロントエンジン・リヤドライブ;エンジン前置き後輪駆動)形式のハイブリッド車両(以下、車両と略記する)Veの概略構成図である。図1において、車両Veは、第1の駆動力源としてのエンジン1、および第2の駆動力源としての電動モータ2を有している。そして、エンジン1または電動モータ2のうちの少なくとも一方の動力が、差動装置3を経由して車輪4に伝達されるように構成されている。
【0012】
前記エンジン1としては内燃機関、具体的にはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、LPGエンジンなどを用いることができる。このエンジン1のクランクシャフト1Aは、車両Veの前後方向に設定された回転軸線(図示せず)を中心として回転可能である。クランクシャフト1Aにはダンパ機構5を介してインプットシャフト6が連結されている。また、ケーシング7が設けられており、インプットシャフト6はケーシング7の内部に配置されている。
【0013】
また、ケーシング7の内部には、電動モータ2および発電機8が配置されている。この電動モータ2および発電機8としては、電気エネルギを機械エネルギに変換する力行機能と、機械エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備したモータ・ジェネレータを用いることができる。発電機8は、ステータ9およびロータ10と有しており、ステータ9はケーシング7に固定されている。ロータ10はステータ9の内側に配置されており、ロータ10には中空シャフト11が連結されている。このロータ10と中空シャフト1とが一体回転可能に構成され、中空フャフト11の内部にインプットシャフト6が配置されている。インプットシャフト6と中空シャフト11とは相対回転可能である。
【0014】
さらに、車両Veの前後方向において、発電機8と電動モータ2との間には、動力分割機構12が設けられている。この動力分割機構12は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分割機構12は、中空シャフト11に形成されたサンギヤ13と、サンギヤ13と同心状に配置された環状体14と、環状体14の内周に形成されたリングギヤ(インナーギヤ)15と、サンギヤ13およびリングギヤ15に噛合するピニオンギヤ16を保持したキャリヤ17と、環状体14の外周に形成されたアウターギヤ18とを有している。前記キャリヤ17とインプットシャフト6とが一体回転するように連結されている。
【0015】
一方、車両Veの前後方向において、動力分割機構12と差動装置3との間に、前記電動モータ2が配置されている。電動モータ2は、ステータ19およびロータ20を有している。ステータ19はケーシング7に固定され、ステータ19の内側にロータ20が配置されている。また、ロータ20と一体回転するシャフト21が設けられている。シャフト21はインプットシャフト6と同心状に配置されている。
【0016】
さらに、車両Veの前後方向において、電動モータ2と差動装置3との間には、リダクション機構22が設けられている。このリダクション機構22は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、リダクション機構22は、シャフト21に形成されたサンギヤ23と、サンギヤ23と同心状に配置されたリングギヤ24と、サンギヤ23およびリングギヤ24に噛合するピニオンギヤ25を保持したキャリヤ26とを有している。このキャリヤ26はケーシング7に固定されている。
【0017】
前記リダクション機構22と差動装置3との間には連結部材27が配置されており、この連結部材27に、前記リングギヤ24が形成されている。連結部材27は、シャフト21と同心状に回転可能である。また、連結部材27の外周にはアウターギヤ28が形成されている。さらに、ケーシング7の内部にはカウンタシャフト29が配置されている。カウンタシャフト29とシャフト21とは平行に配置されているとともに、カウンタシャフト29は、電動モータ2の外部に設けられている。
【0018】
具体的には、シャフト21を中心とする半径方向において、電動モータ2の配置空間(または配置領域)よりも外側に、カウンタシャフト29が配置されている。言い換えれば、シャフト21を中心とする半径方向において、電動モータ2の占有空間(または占有領域)以外の箇所に、カウンタシャフト29が配置されている。なお、シャフト21の軸線方向において、電動モータ2の配置空間と、カウンタシャフト29の配置空間とは、少なくとも一部が重なっている。
【0019】
また、カウンタシャフト29にはカウンタギヤ30,31が形成されており、カウンタギヤ30とアウターギヤ18とが噛合され、カウンタギヤ31とアウターギヤ28とが噛合されている。さらに、連結部材27と一体回転するアウトプットシャフト32が設けられており、アウトプットシャフト32と差動装置3のドライブピニオンシャフト33とが、プロペラシャフト(図示せず)により動力伝達可能に連結されている。つまり、車両Veの前後方向において、リダクション機構22と差動装置3との間に、アウトプットシャフト32が配置されている。
【0020】
具体的には、シャフト21の軸線方向において、電動モータ2の配置空間の外部に、アウトプットシャフト32が配置されている。なお、シャフト21を中心とする半径方向において、電動モータ2の配置領域と、アウトプットシャフト32およびカウンタギヤ30,31の配置領域とが、少なくとも一部で重なっていてもよい。
【0021】
つぎに、車両Veの制御について説明する。まず、車両Veが停止している際にエンジン1を始動する場合は、スタータモータ(図示せず)または発電機8のいずれかの動力をエンジン1に伝達して、エンジン1をクランキングすることができる。具体的には、発電機8のトルクがサンギヤ13に伝達されると、リングギヤ15が反力要素となり、キャリヤ17が回転する。このキャリヤ17のトルクは、インプットシャフト6を経由してクランクシャフト1Aに伝達される。なお、スタータモータによるクランキングは省略する。このようにして、エンジン1がクランキングされるとともに、エンジン1がガソリンエンジンであれば、燃料噴射制御および点火制御がおこなわれて、エンジン1が自律回転する。
【0022】
始動されたエンジン1のトルクは、クランクシャフト1A、インプットシャフト6、キャリヤ17を介して環状体14に伝達される。環状体14のトルクは、カウンタギヤ30、カウンタシャフト29、カウンタギヤ31を経由してアウターギヤ28に伝達される。アウターギヤ28のトルクは、アウトプットシャフト32、差動装置3を経由して車輪4に伝達される。
【0023】
このように、エンジン1のトルクが、動力分割機構12およびカウンタシャフト29を経由してアウトプットシャフト32に伝達される場合、環状部材14とアウトプットシャフト32との間における変速比は、減速または増速のいずれであっても、アウターギヤ18とカウンタギヤ30とのギヤ比、およびカウンタギヤ31とアウターギヤ28とのギヤ比に基づいて決定される。なお、エンジン1の動力の一部を発電機8に伝達して、発電機8で発電された電力を蓄電装置に充電することもできる。さらにエンジン1の動力を環状体14に伝達する場合、その回転速度が動力分割機構12により変速される。
【0024】
また、電動モータ2が駆動された場合は、そのトルクがシャフト21、サンギヤ23、ピニオンギヤ25、連結部材27を経由してアウトプットシャフト32に伝達される。ここで、電動モータ2のトルクが連結部材27に伝達される場合は、キャリヤ26が反力要素となり、電動モータ2の回転方向に対して、アウトプットシャフト32の回転方向が逆になる。さらに、電動モータ2の回転速度に対して、アウトプットシャフト32の回転速度は減速される。
【0025】
このように、車両Veにおいては、エンジン1または電動モータ2のうち、少なくとも一方の動力を車輪4に伝達することができる。そして、エンジン1および電動モータ2の動力は、連結部材27で合成されてアウトプットシャフト32に伝達される。これに対して、車両Veが惰力走行する場合は、車輪4の回転エネルギを電動モータ2または発電機8のうちの少なくとも一方に伝達し、電動モータ2または発電機8の少なくとも一方を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置に充電することもできる。
【0026】
そして、この実施例においては、エンジン1の動力を車輪4に伝達する経路に、アウターギヤ18、カウンタギヤ30,31、アウターギヤ28が設けられている。したがって、アウターギヤ18とカウンタギヤ30とのギヤ比、およびカウンタギヤ31とアウターギヤ28とのギヤ比を任意に決定すれば、エンジン1から車輪4に伝達される動力を、車両Veに要求される仕様などに合わせて調整および適合させることができる。また、シャフト21の半径方向において、電動モータ2の配置空間の外部にカウンタシャフト29が設けられている。また、シャフト21の軸線方向において、電動モータ2の配置空間以外の箇所に、アウトプットシャフト32およびカウンタギヤ30,31が設けられているため、電動モータ2の内部構造の複雑化を抑制してシンプル化を図ることができる。したがって、電動モータ2の生産性の低下を抑制でき、かつ、構造の自由度が増す。
【0027】
ここで、この実施例の構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれば、エンジン1がこの発明の第1の駆動力源に相当し、電動モータ2がこの発明の第2の駆動力源に相当し、アウトプットシャフト32がこの発明の出力部材に相当し、環状部材14、カウンタギヤ30,31、カウンタシャフト29、アウターギヤ18,28、連結部材27がこの発明の動力伝達経路に相当し、アウターギヤ18,28およびカウンタギヤ30,31が、この発明の減速機構に相当し、アウターギヤ18が、この発明の第1アウターギヤに相当し、アウターギヤ28が、この発明の第2アウターギヤに相当し、カウンタギヤ30が、この発明の第1カウンタギヤに相当し、カウンタギヤ31が、この発明の第2カウンタギヤに相当する。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明によれば、第1の駆動力源の動力を出力部材に伝達する場合に、回転速度が減速機構により減速されて、動力が出力部材に伝達される。したがって、第1の駆動力源から車輪に伝達される動力を、設計段階で調整できる。
【0029】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、第2の駆動力源の内部構造の複雑化、および体格の大型化を抑制できる。したがって、第2の駆動力源の生産性の低下を抑制できるとともに、第2の駆動力源の構造の自由度が増す。また、請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明と同様の効果を得られる。さらに、請求項4の発明によれば、請求項1ないし3のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、第2の駆動力源の内部構造の複雑化を抑制してシンプル化を図ることができる。したがって、第2の駆動力源の生産性の低下を抑制でき、かつ、構造の自由度が増す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明のハイブリッド車両のパワートレーンの構成例を示す図である。
【符号の説明】
1…エンジン、 2…電動モータ、 8…発電機、 12…動力分割機構、 14…環状部材、 18,28…アウターギヤ、 27…連結部材、 30,31…カウンタギヤ、 29…カウンタシャフト、 32…アウトプットシャフト。
Claims (4)
- 第1の駆動力源の動力と第2の駆動力源の動力とが合成して伝達される出力部材と、前記第1の駆動力源の動力を前記出力部材と発電機とに分割し、かつ、前記第1の駆動力源の動力を前記出力部材に伝達する場合に変速をおこなう動力分割機構とを有するハイブリッド車両用駆動装置において、
前記動力分割機構と前記出力部材とが同心状に配置されており、
前記動力分割機構と前記出力部材との間の動力伝達経路を形成するカウンタシャフトが設けられ、このカウンタシャフトは、前記第1の駆動力源および前記出力部材の半径方向における外側に配置されており、
前記動力分割機構の外周に形成された第1アウターギヤと、前記出力部材に設けられた第2アウターギヤとを有し、前記カウンタシャフトには、第1カウンタギヤおよび第2カウンタギヤが形成されており、前記第1アウターギヤと前記第1カウンタギヤとが噛合され、かつ、前記第2アウターギヤと前記第2カウンタギヤが噛合されているとともに、前記第1アウターギヤおよび前記第1カウンタギヤおよび前記第2アウターギヤおよび前記第2カウンタギヤにより、減速機構が構成されていることを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。 - 前記動力伝達経路は、前記第2の駆動力源の半径方向における外側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記第2の駆動力源と前記出力部材とが同心状に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記第1の駆動力源の回転軸線方向で、前記動力分割機構と前記出力部材との間に、前記第2の駆動力源が配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のハイブリッド車両用駆動装置。
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