JP3815417B2

JP3815417B2 - 車両用パワートレイン構造

Info

Publication number: JP3815417B2
Application number: JP2002288324A
Authority: JP
Inventors: 和彦上田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004122878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用パワートレイン構造に関し、例えば車両の動力源である内燃機関の他にエンジン再始動用の電気モータを搭載したアイドルストップ車両の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費の向上及び環境汚染物質や二酸化炭素の排出低減を図るアイドルストップ車両が知られている。このような低公害型車両もしくは環境対応型車両では車両の動力源である内燃機関（例えばガソリンエンジン）の他にエンジン再始動用の電気モータが搭載される。そして車両が信号待ちや渋滞等で停車状態にあるときはエンジンが自動的に停止され、再発進時には上記電気モータを使ってエンジンが自動的に再始動される。
【０００３】
このような車両のパワートレインの従来構造の１例を図１１に示す（例えば特許文献１参照）。このパワートレインでは、エンジンａとモータジェネレータｂとトルクコンバータｃと前後進切換機構ｄと無段変速機ｅとが直列に連結されている。エンジンａの動力はこれらｂ〜ｅを経由して駆動軸ｆから駆動輪ｇに伝達される。モータジェネレータｂは１台で電動機（モータ）の機能と発電機（ジェネレータ）の機能とを兼ね備えたものであり、再発進時におけるエンジンａの再始動と減速時（エネルギ回生時）における発電及びバッテリ（図示せず）の充電とに使用可能である。
【０００４】
次に、パワートレインの別の従来構造の１例を図１２に示す（例えば特許文献２参照）。このパワートレインでは、エンジンｈと変速機ｉとの間にモータジェネレータｍ及びクラッチｎが備えられている。また変速機ｉ用の電動オイルポンプｋ及び該ポンプｋ駆動用のモータｊが備えられている。クラッチｎはエンジンｈから変速機ｉへの動力の供給を遮断又は接続する。電動オイルポンプｋはアイドルストップ中に変速機ｉを発車待機状態とするための油圧を供給する。つまり変速機ｉへの油圧の供給をすべてエンジンｈで駆動される機械式のオイルポンプ（図示せず）に依存していると、アイドルストップ中は上記機械式オイルポンプが稼動せず変速機ｉへの油圧の供給が停止してしまうから、上記のように機械式オイルポンプとはまた別の電動オイルポンプｋを備えてアイドルストップ中はこの電動オイルポンプｋから供給される油圧により変速機ｉを発車待機状態に維持するようにしているのである。
【０００５】
ところで、図１１には、無段変速機として、入力側プーリ（入力側回転要素）と出力側プーリ（出力側回転要素）との間にベルトを巻き掛けたベルト式無段変速機が示されているが、これ以外にも、例えば特許文献３に示されるように、入力ディスク（入力側回転要素）と出力ディスク（出力側回転要素）との間にパワーローラを介設し、該ローラの傾転により両ディスク間の変速比が無段階に変化するようにしたトロイダル式無段変速機を採用することも可能である。
【０００６】
またその場合、同じく特許文献３に示されるように、ベルト式又はトロイダル式を問わず、ギヤードニュートラル（ＧＮ）が実現可能な無段変速機を採用してもよい。ギヤードニュートラルは、周知のように、例えば遊星歯車機構を併用して、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比（要素間変速比）を所定の変速比に制御したときに、無段変速機の変速比が無限大になり、無段変速機の出力回転がゼロになる状態である。例えば車両が徐々に速度を落としていって停車状態に移行するときは、無段変速機の変速比は大きくなっていき、無段変速機はＧＮの状態に近づいていく一方で、入力側回転要素と出力側回転要素との間の要素間変速比は上記所定の変速比（ＧＮ実現変速比）に近づいていく。ただし要素間変速比の動向と無段変速機の変速比の動向とは必ずしも一致するとは限らない。つまり無段変速機の変速比はＧＮの状態に向けて確かに大きくなっていくが、これと同様に要素間変速比もまた大きな値になっていくとは限らないのである。これは、上記ＧＮ実現変速比が無段変速機の各種の仕様によって変わり得るものであり、別段、普遍的な数値に固定されるわけではなく、相対的に大きい値になるか小さい値になるか、あるいは１より大きい値になるか小さい値になるか等は、各種の設計上のパラメータに依存するからである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９８０号公報（第３頁、図１、図８）
【特許文献２】
特開２００１−２４８４６８号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】
特開２００１−２８０４５９号公報（第２頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図１１及び図１２に示した従来構造では、いずれも電気モータをエンジンと変速機との間に介装しているから、パワートレインが軸方向に長くなり、パワートレインのレイアウト性が低下する。またパワートレインの大幅な改造が強いられることになり、電気モータを組み込んだアイドルストップ車両とそうでない通常車両との間でパワートレインの共通化が困難となる。つまり通常のパワートレインをベースにしてアイドルストップ車両等の低公害型車両を簡単に派生することができない。
【０００９】
この問題に対しては、電気モータを無段変速機と軸心同士が平行になるように配置することが提案される。そして電気モータを無段変速機の複数の回転要素のうちのいずれかに連結して、該電気モータの動力がエンジンや無段変速機等を経由する動力伝達経路に供給されるように構築する。このようにすれば、パワートレインの既存の配列を乱すことなく電気モータをパワートレインに組み入れることができる。その結果、パワートレインの汎用性が高まり、アイドルストップ車両等の低公害型車両の派生が容易となる。またパワートレインの軸方向の長大化も防がれる。
【００１０】
しかしその場合、電気モータを無段変速機の複数の回転要素のうちのいずれに連結するかが問題となる。なぜならば、連結の相手によってはエンジンを再始動するために大きなトルクが必要となり、そのために電気モータの容量を大きくしなければならなくなって、パワートレインのコンパクト化及び低コスト化が阻害されてしまうからである。
【００１１】
特に、電気モータを既存のパワートレインないし動力伝達経路の外部に配置し、電気モータを無段変速機のいずれの回転要素にも連結することが可能な場合において、無段変速比が前述のギヤードニュートラルが実現可能な無段変速機（ＧＮ式無段変速機）である場合には、入力側回転要素と出力側回転要素との間の要素間変速比の動向と、無段変速機の変速比の動向とが必ずしも一致するとは限らないから、事情はそれほど簡単ではない。
【００１２】
本発明は、車両の動力源である内燃機関の他にエンジン再始動用の電気モータを搭載したアイドルストップ車両のような低公害型車両における上記問題に対処するもので、パワートレインの軸方向の長大化を防ぎ、アイドルストップ車両のような低公害型車両の派生を容易とし、かつ、無段変速機としてＧＮ式無段変速機が採用されたときにエンジンの再始動に必要なトルクが確実に小さくて済むようにすることを課題とする。以下、その他の課題を含め本発明を詳しく説明する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、内燃機関と、該内燃機関の動力が入力され、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比が無段階に変化する無段変速機と、これらの内燃機関及び無段変速機を経由する動力伝達経路に動力を供給する電気モータとを有する車両用パワートレインの構造であって、上記無段変速機は、遊星歯車機構を併用して、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比を１より小さい所定の変速比に制御したときに出力回転が零となるように構成されていると共に、上記電気モータを上記無段変速機と軸心同士が平行になるように配置し、かつ上記電気モータを上記無段変速機の回転要素のうち出力側回転要素に連結したことを特徴とするを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、まず、電気モータを、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比を１より小さい所定の変速比に制御したときに出力回転が零となるように構成されたＧＮ式無段変速機と軸心同士が平行になるように配置するから、前述したように、パワートレインの軸方向の長大化を防ぐことができると共に、パワートレインの既存の配列を乱すことなく電気モータをパワートレインに組み入れることができ、パワートレインの汎用性が高まり、アイドルストップ車両のような低公害型車両もしくは環境対応型車両の派生が容易となる。
【００１５】
そのうえで、電気モータを、無段変速機の回転要素のうち出力側回転要素に連結するから、無段変速機として回転要素間の変速比の動向と無段変速機の変速比の動向とが必ずしも一致しないＧＮ式無段変速機が採用されたときにエンジンの再始動に必要なトルクが確実に小さくて済むようになる。
【００１７】
出力側回転要素から電気モータの動力を動力伝達経路に供給してエンジンを再始動するから、モータのトルクが増大され、エンジンの再始動に必要なトルクが常に確実に小さくて済み、エンジンの再始動性ないし車両の再発進性が阻害されない。その結果、電気モータの容量が小さくて済み、パワートレインのコンパクト化及び低コスト化が図られる。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、上記無段変速機に油圧を供給する電動オイルポンプを上記電気モータに連結したことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、エンジン再始動用の電気モータがＧＮ式無段変速機用の電動オイルポンプの駆動用モータを兼ねるから、例えば前述の図１２に符号ｊで示されるような電動オイルポンプ駆動専用モータを別に備えることが不要となる。
【００２０】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、上記無段変速機は、入力側回転要素と出力側回転要素との間に設けたローラ部材が傾転することにより両回転要素間の変速比が無段階に変化するトロイダル式無段変速機であり、上記電動オイルポンプは、上記ローラ部材の支持部材を支持する油圧を上記無段変速機に供給するものであり、上記電気モータと上記無段変速機との間に、該電気モータから動力伝達経路への動力の供給を遮断又は接続するクラッチを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、停車状態においてエンジン再始動時の要素間変速比を確実に達成した後にエンジンを再始動することができる。つまり前述のトロイダル式無段変速機の場合、入力側回転要素と出力側回転要素との間に設けたローラ部材の傾転によって要素間変速比が定まるから、上記ローラ部材の支持部材をしっかりと支持しないと、ローラ部材の姿勢が不安定となり、たちまち要素間変速比が変動する。したがって、エンジンの再始動時には、先に無段変速機に油圧を供給して上記ローラ部材の支持部材をしっかりと支持し、これによりエンジン再始動時の要素間変速比（ＧＮ実現変速比あるいはその近傍の変速比）を確実に達成した後に、電気モータの動力を無段変速機を介して動力伝達経路ひいてはエンジンに供給して該エンジンを再始動することが肝要である。
【００２２】
そこで、この発明においては、電気モータから動力伝達経路への動力の供給を遮断又は接続するクラッチを備えたから、エンジンの再始動時には、上記クラッチを切った状態で、先に電動オイルポンプだけを駆動して上記ローラ部材ないしその支持部材の支持油圧を立てた後に、上記クラッチをつないでエンジンを再始動することが可能になる。これによりエンジンの再始動時に要素間変速比が不安定に変動し、その結果エンジン回転が不測に変動する、というような不具合が防止できる。また、エンジン再始動時の要素間変速比が安定的に維持されるから、エンジン再始動に必要なトルクが小さくて済む、という前述の効果が減損されることもない。
【００２３】
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、上記内燃機関を車体に対し横置きに配置し、上記無段変速機を上記内燃機関と同軸に配置し、上記電動オイルポンプ及び上記クラッチを上記電気モータと同軸に配置したことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、横置きエンジンと、ＧＮ式無段変速機と、電動オイルポンプと、クラッチと、電動モータとを含むパワートレインのコンパクトなレイアウトの１例が提供される。この例では車幅方向に延びる相互に平行な２つの軸上に上記のすべての構成要素が配置される。以下、実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の形態に係るアイドルストップ車両のパワートレイン１を示す骨子図である。パワートレイン１は、車両の動力源であるエンジン１０と、該エンジン１０の動力が入力されるトロイダル式無段変速機２０と、これらのエンジン１０及び無段変速機２０を経由する動力伝達経路に動力を供給するエンジン再始動用のモータジェネレータ９０とを有する。トロイダル式無段変速機２０はトロイダル式の無段変速機構３０と遊星歯車機構４０とを含む。
【００２６】
エンジン１０は車体に対して横置きされ、その出力軸１１にトーショナルダンパ１２を介してインプットシャフト１３が連結されている。インプットシャフト１３の外側に中空のプライマリシャフト１４が遊嵌合され、これらのシャフト１３，１４に平行にセカンダリシャフト１５が配置されている。これらのシャフト１３〜１５はいずれも車幅方向に延びる。インプットシャフト１３及びプライマリシャフト１４の軸心Ｘ１上に無段変速機構３０が設けられ、セカンダリシャフト１５の軸心Ｘ２上に遊星歯車機構４０が設けられている。
【００２７】
無段変速機構３０はダブルキャビティ型であり、２つの入力ディスク３１，３１と、１つに一体化された出力ディスク３２と、これらのディスク３１，３２間に介設されて動力を伝達する４つのパワーローラ３３〜３３とを有する。入力ディスク３１，３１はプライマリシャフト１４の端部に結合され、出力ディスク３２はプライマリシャフト１４の中間部に回転自在に支持されている。
【００２８】
インプットシャフト１３の端部にローモードギヤ列の第１ギヤ７１が結合されている。このローモード第１ギヤ７１と入力ディスク３１との間に無段変速機構３０に軸方向の荷重を付与するローディングカム機構１９が介設されている。出力ディスク３２の外周にハイモードギヤ列の第１ギヤ８１が設けられている。一方、セカンダリシャフト１５の端部にローモード第２ギヤ７３が回転自在に支持され、この第２ギヤ７３と上記第１ギヤ７１とがアイドルギヤ７２を介して連結している。また、セカンダリシャフト１５の中間部にハイモード第２ギヤ８２が回転自在に支持され、この第２ギヤ８２と上記第１ギヤ８１とが噛み合っている。
【００２９】
遊星歯車機構４０のピニオン４２を支持するピニオンキャリヤ４４とローモード第２ギヤ７３との間にローモードクラッチ５０が設けられている。遊星歯車機構４０のサンギヤ４１とハイモード第２ギヤ８２とが連結し、これら４１，８２とセカンダリシャフト１５との間にハイモードクラッチ６０が設けられている。遊星歯車機構４０のリングギヤ４３はセカンダリシャフト１５と結合している。
【００３０】
セカンダリシャフト１５の端部に出力ギヤ１６が結合され、このギヤ１６とデファレンシャル装置（図示せず）の入力ギヤ１８とがアイドルギヤ１７を介して連結している。ディファレンシャル装置から車幅方向に延びる駆動軸（その軸心に符号Ｘ３を付す）に左右の前輪が連結されている。
【００３１】
モータジェネレータ９０は無段変速機２０と軸心同士が平行になるように配置されている。すなわち、モータジェネレータ９０の出力軸９１が車幅方向に延び、該モータジェネレータ９０の軸心Ｘ４と無段変速機２０の軸心（Ｘ１とＸ２のどちらでもよいが、ここでは特に入力ディスク３１及び出力ディスク３２を有する無段変速機構３０の軸心Ｘ１を指す）とが平行に配置されている。
【００３２】
モータジェネレータ９０は無段変速機２０の複数のディスク３１，３１，３２のうち出力ディスク３２に連結している。すなわち、モータジェネレータ９０の軸心Ｘ４上にモータ連結用ギヤ１１１が回転自在に支持され、このギヤ１１１と出力ディスク３２の外周に設けられたハイモード第１ギヤ８１とが噛み合っている。そして、上記連結用ギヤ１１１とモータジェネレータ９０の出力軸９１との間にモータ連結用クラッチ１１０が設けられている。
【００３３】
モータジェネレータ９０はまた無段変速機２０に油圧を供給する電動オイルポンプ１００に連結している。すなわち、モータジェネレータ９０の出力軸９１と電動オイルポンプ１００の入力軸１０１とが連結している。これらの軸９１，１０１同士は直結している。その結果、モータジェネレータ９０がモータとして作動するときは、電動オイルポンプ１００は常に駆動される。なお、図示しないが、例えばインプットシャフト１３で駆動される機械式（エンジン駆動式）のオイルポンプも具備されている。
【００３４】
電動オイルポンプ１００から無段変速機２０に供給される油圧の用途の１つはパワーローラ３３を支持する支持部材（トラニオンと称される：図示せず）を支持する油圧として用いることである。このトラニオンの支持油圧は変速制御用の油圧でもある。すなわち、該支持油圧を増減することにより、トラニオンがディスク３１，３２に対して偏倚し、パワーローラ３３がディスク３１，３２から被る傾転力が変化して、該パワーローラ３３の傾転角が変化し、その結果、入力ディスク３１と出力ディスク３２との間の変速比（要素間変速比であるが、ここでは特に「トロイダルレシオ」という）が無段階に変化する。よって、モータジェネレータ９０がモータとして作動するときは、電動オイルポンプ１００が常に駆動され、トラニオンの支持油圧が常に立つので、トラニオンがしっかりと支持され、所望のトロイダルレシオひいてはユニットレシオ（無段変速機２０の変速比をいう。以下同じ）が確実に達成される。
【００３５】
一方、モータジェネレータ９０の出力軸９１と無段変速機２０の出力ディスク３２とは直結していない。つまり、モータジェネレータ９０がモータとして作動していても、連結用クラッチ１１０が切れているときは、モータジェネレータ９０の動力は動力伝達経路に供給されない。連結用クラッチ１１０がつながったときにはじめてモータジェネレータ９０の動力は連結用ギヤ１１１、第１ギヤ８１及び出力ディスク３２を介して動力伝達経路ひいてはエンジン１０に供給されて該エンジン１０の再始動に用いられる。つまり、モータジェネレータ９０から動力伝達経路への動力の供給は上記連結用クラッチ１１０によって遮断又は接続される。
【００３６】
なお、モータジェネレータ９０は、エネルギ回生時（減速時）には発電機として機能し、生成した電気エネルギをインバータ９２を介してバッテリ９３に蓄える。
【００３７】
図２は、トロイダルレシオとユニットレシオとの関係を示す特性図である。ただし図中、実線は前進のローモードの特性、鎖線は後退のローモードの特性、及び点線はハイモード（前進のみ）の特性を示す。この無段変速機２０において、ローモードクラッチ５０を締結し、ハイモードクラッチ６０を解放すると、低速走行用のローモードの動力伝達経路が形成される。そのときの動力の流れを図３及び図４に矢印で示す。ただし図３はエンジン１０側から駆動輪側へ動力が流れるパワーオンの走行時、図４は逆に駆動輪側からエンジン１０側へ動力が流れるパワーオフのエネルギ回生時（減速時）の場合を示している。またいずれもトロイダルレシオ（入力ディスク３１の回転数／出力ディスク３２の回転数）が１である図２のＢ点の状況を例示している。なお、図１及び図３〜図６に併記した表において、「×」はクラッチの解放を、「○」はクラッチの締結を示す。
【００３８】
一方、この無段変速機２０において、ローモードクラッチ５０を解放し、ハイモードクラッチ６０を締結すると、高速走行用のハイモードの動力伝達経路が形成される。そのときの動力の流れを図５及び図６に矢印で示す。ただし図５はエンジン１０側から駆動輪側へ動力が流れるパワーオンの走行時、図６は逆に駆動輪側からエンジン１０側へ動力が流れるパワーオフのエネルギ回生時（減速時）の場合を示している。またいずれもトロイダルレシオ（入力ディスク３１の回転数／出力ディスク３２の回転数）が１より大きい図２のＣ点の状況を例示している。
【００３９】
図３を参照すると、ローモードのパワーオン状態（ただしモータ連結用クラッチ１１０は解放とする）では、エンジン１０の動力は、インプットシャフト１３、ローモードギヤ列７１〜７３、ローモードクラッチ５０及びピニオンキャリヤ４４を経由してピニオン４２に伝達され、ここで２つに分岐して、一方はピニオン４２からリングギヤ４３及びセカンダリシャフト１５を経由して最終ギヤ列１６〜１８から左右の駆動輪に伝達される。他方はピニオン４２からサンギヤ４１、ハイモードギヤ列８２，８１、出力ディスク３２、パワーローラ３３、入力ディスク３１及びローディングカム機構１９を経由して再びローモードギヤ列７１〜７３に戻る（還流トルク）。
【００４０】
これに対し、エンジン１０からの回転は遊星歯車機構４０に２方向から入力される。１つは、上記動力の流れと同様、インプットシャフト１３、ローモードギヤ列７１〜７３及びローモードクラッチ５０を経由してピニオンキャリヤ４４に入力されるものであり、もう１つは、上記還流トルクと逆向きに、ローディングカム機構１９、入力ディスク３１、パワーローラ３３、出力ディスク３２及びハイモードギヤ列８１，８２を経由してサンギヤ４１に入力されるものである。このときトロイダルレシオをＧＮ実現変速比（図２に示す「ＧＮレシオ」）に制御すると、リングギヤ４３及びセカンダリシャフト１５の回転がゼロとなってＧＮ状態が実現する。
【００４１】
図２に示すように、このＧＮ状態ではユニットレシオは無限大となる。このＧＮ状態の近傍における図２のＡ点の状況が図１に例示されている。これらの図１及び図２から明らかなように、本実施形態では、ＧＮレシオ（入力ディスク３１の回転数／出力ディスク３２の回転数）は１より小さい値とされている。そして、このＧＮ状態からトロイダルレシオを大きくすると、リングギヤ４３及びセカンダリシャフト１５が前進方向に回転して発進する（例えばＤレンジ）。逆に、ＧＮ状態からトロイダルレシオを小さくすると、リングギヤ４３及びセカンダリシャフト１５が後退方向に回転して発進する（Ｒレンジ）。
【００４２】
前進発進した場合、図２に実線で示したように、ローモードでは、トロイダルレシオが大きくなるに従ってユニットレシオが小さくなる。すなわち、このトロイダル式無段変速機２０は、トロイダルレシオの動向とユニットレシオの動向とが必ずしも一致しない（逆になる）ＧＮ式無段変速機である。ちなみに、後退発進した場合も、トロイダルレシオの動向とユニットレシオの動向とは一致しない。すなわち、図２に鎖線で示したように、ローモードでは、トロイダルレシオが小さくなるに従ってユニットレシオが大きくなる。
【００４３】
前進ローモードでトロイダルレシオがモード切換レシオに到達すると、モードクラッチ５０，６０を掛け換えてモードをハイモードに切り換える。このモード切換レシオではローモードとハイモードとでユニットレシオとが一致する。したがってモードの切換えがショックなく円滑に行われる。図２に点線で示したように、ハイモードでは、トロイダルレシオが小さくなるに従ってユニットレシオが小さくなる。すなわち、ハイモードでは、トロイダルレシオの動向とユニットレシオの動向とが一致する。図示したように、この無段変速機２０では、トロイダルレシオはハイモードにおいてＧＮレシオを超えて小さい値まで設定され、このときユニットレシオはオーバードライブ（ＯＤ）となり得る。
【００４４】
図５を参照すると、ハイモードのパワーオン状態（ただしモータ連結用クラッチ１１０は解放とする）では、エンジン１０の動力は、インプットシャフト１３、ローディングカム機構１９、入力ディスク３１、パワーローラ３３、出力ディスク３２、ハイモードギヤ列８１，８２、ハイモードクラッチ６０及びセカンダリシャフト１５を経由して最終ギヤ列１６〜１８から左右の駆動輪に伝達される。
【００４５】
一方、図４を参照すると、ローモードのパワーオフ状態（モータ連結用クラッチ１１０を締結した回生ブレーキ状態）では、駆動輪の動力は、最終ギヤ列１８〜１６、セカンダリシャフト１５、リングギヤ４３、ピニオン４２、ピニオンキャリヤ４４、ローモードクラッチ５０、ローモードギヤ列７３〜７１及びインプットシャフト１３を経由してエンジン１０に伝達される共に、ローディングカム機構１９から入力ディスク３１、パワーローラ３３、出力ディスク３２、ハイモード第１ギヤ８１、連結用ギヤ１１１及び連結用クラッチ１１０を経由してモータジェネレータ９０に伝達され、該モータジェネレータ９０で発電が行われる。また一部は出力ディスク３２からハイモードギヤ列８１，８２及びサンギヤ４１を経由して再びピニオン４２に戻る。
【００４６】
また、図６を参照すると、ハイモードのパワーオフ状態（モータ連結用クラッチ１１０を締結した回生ブレーキ状態）では、駆動輪の動力は、最終ギヤ列１８〜１６、セカンダリシャフト１５、ハイモードクラッチ６０、ハイモードギヤ列８２，８１、連結用ギヤ１１１及び連結用クラッチ１１０を経由してモータジェネレータ９０に伝達され、該モータジェネレータ９０で発電が行われる。
【００４７】
そして、図１を参照すると、エンジン１０がアイドルストップされた後の該エンジン１０の再始動時は、モータジェネレータ９０の動力は、連結用クラッチ１１０、連結用ギヤ１１１、出力ディスク３２、パワーローラ３３、入力ディスク３１、ローディングカム機構１９及びインプットシャフト１３を経由してエンジン１０に伝達される。
【００４８】
以上に基づき、このアイドルストップ車両のパワートレイン１の一連の動作を説明する。まず車両が徐々に速度を落としていって停車状態に移行するときは、走行モードはローモードに切り換わっており、トロイダルレシオがＧＮレシオに向けて小さくなっていく一方で、ユニットレシオが無限大に向けて大きくなっていく。そしてブレーキペダルが踏み込まれた状態で車速がほぼゼロになった停車状態では、トロイダルレシオはＧＮレシオよりやや大きい図２のＡ点のレシオに制御される。ここでトロイダルレシオをあえてＧＮレシオに制御しない理由は、トロイダルレシオを唯一点にしかないＧＮレシオに正確に一致させるのが困難であること、トロイダルレシオをＧＮレシオを超えて小さくしてしまうと後退方向の回転が発生してしまうこと、トルクコンバータを有するパワートレインのようなクリープ力の働く状態が再現できること、等による。
【００４９】
また車両が停車状態になってから所定時間が経過した後にエンジン１０が自動的に停止される（アイドルストップ）。このとき、該エンジン１０で駆動される機械式のオイルポンプもまた駆動が停止する。そしてブレーキペダルの踏み込みが解除された再発進時にはエンジン１０がモータジェネレータ９０を使って自動的に再始動される。その場合に、図１に示したように、モータジェネレータ９０の動力は出力ディスク３２側から供給される。前述したように、本実施形態では、ＧＮレシオは１より小さい値とされている。つまり車両が停車状態にあるときのトロイダルレシオ（再発進時のトロイダルレシオ）は、入力側からみた場合は、（入力ディスク３１の回転数／出力ディスク３２の回転数）となって１より小さいが（増速）、出力側からみた場合は、（出力ディスク３２の回転数／入力ディスク３１の回転数）となって１より大きいのである（減速）。
【００５０】
このように、モータジェネレータ９０を無段変速機２０の複数のディスク３１，３１，３２のうち車両が停車状態にあるときのトロイダルレシオ（再発進時のトロイダルレシオ）が大きくなる出力ディスク３２に連結したから、モータジェネレータ９０のトルクが増大され、エンジン１０の再始動に必要なトルクが小さくて済み、エンジン１０の再始動性ないし車両の再発進性が阻害されない。また、モータジェネレータ９０の容量が小さくて済み、このパワートレイン１のコンパクト化及び低コスト化が図られる。
【００５１】
ここで、図１に併記したように、このエンジン１０の再始動時には、モータ連結用クラッチ１１０は当初は解放しておき、この状態でモータジェネレータ９０をオンにして該モータジェネレータ９０で先に電動オイルポンプ１００だけを駆動してパワーローラ３３ないしトラニオンの支持油圧を確実に立てた後に、モータ連結用クラッチ１１０を締結してモータジェネレータ９０の動力をトロイダル式無段変速機構３０ないし動力伝達経路に供給してエンジン１０を再始動する。これにより、モータジェネレータ９０の動力は、エンジン１０で駆動される機械式のオイルポンプが駆動する前において、電動オイルポンプ１００によって、トロイダル式無段変速機構３０のトラニオンがしっかりと支持され、再発進時のトロイダルレシオ（ＧＮレシオの近傍のレシオ：Ａ点のレシオ）が確実に達成された状態で、トロイダル式無段変速機構３０に供給されるから、エンジン１０の再始動時にトラニオン及びパワーローラ３３の姿勢がふらついてトロイダルレシオが不安定に変動し、その結果エンジン回転が不測に変動する、というような不具合が免れる。また、エンジン１０の再始動時のトロイダルレシオ（ＧＮレシオの近傍のレシオ：Ａ点のレシオ）が安定的に維持されるから、エンジン１０の再始動に必要なトルクが小さくて済む、という前述の効果が減損されることがない。
【００５２】
しかも、エンジン１０再始動用のモータジェネレータ９０がＧＮ式無段変速機２０用の電動オイルポンプ１００の駆動用モータを兼ねるから、該電動オイルポンプ１００を駆動するためだけの専用のモータ等を別に備えずに済む。
【００５３】
そして、モータジェネレータ９０をＧＮ式無段変速機２０と軸心Ｘ４，Ｘ１同士が平行になるように配置したから、このパワートレイン１の軸方向の長大化を防ぐことができる。また、パワートレイン１の既存の配列を乱すことなくモータジェネレータ９０をパワートレイン１に組み入れることができるから、パワートレイン１の汎用性・共通化が高まり、このアイドルストップ車両を通常車両のパワートレインをベースにして容易に派生することができる。
【００５４】
より具体的には、図７に示すように、このパワートレイン１に含まれる複数の軸心Ｘ１〜Ｘ４はほぼ前後２段上下２段に均等に分散して配置されている。ただし図７は、ベースとなる通常車両のパワートレインのケース１５０、バルブボディ１２０及びオイルパン１３０等を実線で示し、モータジェネレータ９０の軸心Ｘ４を仮想的に示している。また図７の右側が車体の前方である。このようにエンジン１０を車体に対して横置きに配置し、無段変速機２０のトロイダル式無段変速機構３０を上記エンジン１０と同じ軸心Ｘ１上に配置し、電動オイルポンプ１００及び連結用クラッチ１１０をモータジェネレータ９０と同じ軸心Ｘ４上に配置したから、このアイドルストップ車両のパワートレイン１は、横置きエンジン１０、無段変速機構３０、電動オイルポンプ１００、連結用クラッチ１１０及びモータジェネレータ９０がすべて車幅方向に延びる相互に平行な２つの軸心Ｘ１，Ｘ４上に配置されたコンパクトなレイアウトである。
【００５５】
しかも、ベースとなる通常車両のパワートレインでは、エンジン１０及び無段変速機構３０の軸心Ｘ１の上部にスペースＳが生じていて、このスペースＳ１を利用してモータジェネレータ９０の軸心Ｘ４を効率よく配置するから、このパワートレイン１のレイアウト性のよさが減損されない。加えて、モータジェネレータ９０の軸心Ｘ４を通常車両のパワートレインの既存の軸心Ｘ１〜Ｘ３の間に配置するのではなく、エンジン１０及び無段変速機構３０の軸心Ｘ１の外側に配置するから、その追加が極めて容易で、ケース１５０の大幅な改造が強いられない。
【００５６】
なお、図３及び図５に併記したように、パワーオン走行時に連結用クラッチ１１０を締結してモータジェネレータ９０の動力を動力伝達経路に供給するようにしてもよい。ハイブリッド車両におけるアシスト用モータのような使い方が可能となる。また、モータジェネレータ９０を始動時のスタータモータとして用いることも可能である。さらに、後退時の制御も以上に準じて行うことができる。
【００５７】
図８に示すように、トロイダル式無段変速機構３０としてシングルキャビティ型を用いてもよい。エンジン１０及び無段変速機構３０の軸心Ｘ１がより短縮化する。ただしトーショナルダンパ１２等との干渉を避けるため、モータジェネレータ９０の軸心Ｘ４上のオイルポンプ１００やクラッチ１１０等の配列がやや異なっている。
【００５８】
図９及び図１０に示すように、軸心Ｘ４上の連結用ギヤ１１１と、軸心Ｘ１上のハイモード第１ギヤ８１と、軸心Ｘ２上のハイモード第２ギヤ８２との連結をチェーンドライブとしてもよい。すなわち、上記の３つのギヤ１１１，８１，８２をすべてスプロケットとし、チェーン１４０を巻き掛けるのである。ただし上記の３つの軸心上の回転Ｘ４，Ｘ１，Ｘ２がすべて同方向になることから、ローモードアイドルギヤ７２が除去されている。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、車両用パワートレインの軸方向の長大化を防ぎ、アイドルストップ車両のような低公害型車両の派生を容易とし、かつ、無段変速機としてＧＮ式無段変速機が採用されたときにエンジンの再始動に必要なトルクを確実に小さく抑える。本発明は、このように車両用パワートレイン構造のコンパクト化や低コスト化に寄与し、例えば車両の動力源である内燃機関の他にエンジン再始動用の電気モータを搭載したアイドルストップ車両やハイブリッド車両等の低公害型車両もしくは環境対応型車両の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアイドルストップ車両のパワートレインの骨子図であると共に、該パワートレインに搭載したトロイダル式無段変速機のトロイダルレシオをギヤードニュートラル実現変速比の近傍の変速比に制御した状態でモータジェネレータによりエンジンを再始動するときの動力の流れを併せて矢印で表したものである。
【図２】上記トロイダル式無段変速機のトロイダルレシオとユニットレシオとの関係を示す特性図である。
【図３】上記パワートレインにおいてローモードの動力伝達経路を形成したときのパワーオン走行時の動力の流れを矢印で表した図１と類似の骨子図である。
【図４】同じくローモードの動力伝達経路を形成したときのパワーオフエネルギ回生時の動力の流れを矢印で表した図１と類似の骨子図である。
【図５】同じくハイモードの動力伝達経路を形成したときのパワーオン走行時の動力の流れを矢印で表した図１と類似の骨子図である。
【図６】同じくハイモードの動力伝達経路を形成したときのパワーオフエネルギ回生時の動力の流れを矢印で表した図１と類似の骨子図である。
【図７】上記パワートレインの複数の軸心同士の具体的な配置関係を示すための概略側面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るアイドルストップ車両のパワートレインの骨子図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るアイドルストップ車両のパワートレインの骨子図である。
【図１０】上記第３の実施の形態に係るパワートレインの複数の軸心同士の具体的な配置関係を示すための図７と類似の概略側面図である。
【図１１】従来のアイドルストップ車両のパワートレイン構造の１例を示す概略構成図である。
【図１２】同じく従来のアイドルストップ車両のパワートレイン構造の別の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１パワートレイン
１０エンジン（内燃機関）
１３インプットシャフト
１４プライマリシャフト
１５セカンダリシャフト
２０トロイダル式無段変速機
３０トロイダル式無段変速機構
３１入力ディスク（入力側回転要素）
３２出力ディスク（出力側回転要素）
３３パワーローラ（ローラ部材）
４０遊星歯車機構
８１ハイモードギヤ列の第１ギヤ
９０モータジェネレータ（電気モータ）
１００電動オイルポンプ
１１０モータ連結用クラッチ
１１１モータ連結用ギヤ
Ｘ１エンジン及び無段変速機構の軸心
Ｘ４モータジェネレータの軸心

Claims

内燃機関と、該内燃機関の動力が入力され、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比が無段階に変化する無段変速機と、これらの内燃機関及び無段変速機を経由する動力伝達経路に動力を供給する電気モータとを有する車両用パワートレインの構造であって、上記無段変速機は、遊星歯車機構を併用して、入力側回転要素と出力側回転要素との間の変速比を１より小さい所定の変速比に制御したときに出力回転が零となるように構成されていると共に、上記電気モータを上記無段変速機と軸心同士が平行になるように配置し、かつ上記電気モータを上記無段変速機の回転要素のうち出力側回転要素に連結したことを特徴とする車両用パワートレイン構造。
上記無段変速機に油圧を供給する電動オイルポンプを上記電気モータに連結したことを特徴とする請求項１に記載の車両用パワートレイン構造。
上記無段変速機は、入力側回転要素と出力側回転要素との間に設けたローラ部材が傾転することにより両回転要素間の変速比が無段階に変化するトロイダル式無段変速機であり、上記電動オイルポンプは、上記ローラ部材の支持部材を支持する油圧を上記無段変速機に供給するものであり、上記電気モータと上記無段変速機との間に、該電気モータから動力伝達経路への動力の供給を遮断又は接続するクラッチを備えたことを特徴とする請求項２に記載の車両用パワートレイン構造。
上記内燃機関を車体に対し横置きに配置し、上記無段変速機を上記内燃機関と同軸に配置し、上記電動オイルポンプ及び上記クラッチを上記電気モータと同軸に配置したことを特徴とする請求項３に記載の車両用パワートレイン構造。