JP4217258B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の駆動力と駆動用モータ（電動機）の駆動力を組み合わせて走行するハイブリッド車両に関し、特に、エンジンの駆動力を駆動輪に伝達する第１の伝達経路と駆動用モータの駆動力を駆動輪に伝達する第２の伝達経路とを備えたハイブリッド車両に関する。
従来からエンジンと駆動用モータのそれぞれの駆動力特性を利用して、車両のある一定速度（車速Ｖ１）未満の車速範囲では駆動用モータの駆動力を駆動輪に伝達する第２の伝達経路によって走行し、車速Ｖ１以上の車速範囲では前記第２の伝達経路とエンジン駆動力を駆動輪に伝達する第１の伝達経路とを併用して走行し、最高速度Ｖｍａｘの近傍では主にエンジンによる第１の伝達経路を用いて走行するハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両では、エンジンの駆動力特性が最高速度Ｖｍａｘをカバーできる特性となるように前記第１の伝達経路のギア比を決めて、第２の伝達経路および第１の伝達経路に可変のギア比を有する変速機を設けること無く簡単化し、最高速度Ｖｍａｘ付近ではエンジン駆動力を第１の伝達経路で駆動輪に伝達して走行することとしている（特許文献１参照）。
また、特許文献２には、ＦＦ車のハイブリッド車両において、エンジンを縦置きに配置（特許文献２の図１、図２参照）した、前記第１の伝達経路と第２の伝達経路の構成例が示されている。
例えば、図１１の（ａ）［特許文献２の図７の（Ａ）に対応］の伝動装置１０１のスケルトン図に示すように、伝動装置１０１は、エンジン１１３に連結されるエンジン側入力軸１１８と、駆動用モータ１１４に連結されるモータ側入力軸１１９とを備えており、これらの入力軸１１８、１１９に平行であって前輪に連結されるアイドル軸１２０を備えている。エンジン側入力軸１１８、モータ側入力軸１１９およびアイドル軸１２０は、進行方向に向けて伝動装置ケース内に収容されている。
エンジン１１３のクランク軸１２２には発電機１２５のロータが連結され、さらに発電機１２５のロータとエンジン側入力軸１１８とが連結されており、エンジン１１３は発電機１２５を駆動するとともにエンジン側入力軸１１８を駆動する。エンジン側入力軸１１８はクランク軸１２２に連結された駆動軸１１８ａとエンジン側駆動ギア１３０が固定された被駆動軸１１８ｂとによって形成されており、駆動軸１１８ａと被駆動軸１１８ｂとの間にはクラッチ機構１３６が設けられている。
駆動用モータ１１４のモータ軸の先端にはモータ側入力軸１１９が連結され、その先端にはモータ側駆動ギア１３１が設けられている。これらの駆動ギア１３０、１３１に噛み合うように、アイドル軸１２０にはエンジン側アイドルギア１３２とモータ側アイドルギア１３３とが設けられている。また、アイドル軸１２０の先端には終減速小歯車であるピニオンギア１３４が設けられており、これに噛み合うように終減速大歯車であるファイナルギア１３５が設けられ、ファイナルギア１３５は図示しないディファレンシャルギアと組み合わされており、エンジン側入力軸１１８およびモータ側入力軸１１９からアイドル軸１２０に伝達された動力は、ファイナルギア１３５に入力された後にディファレンシャルギアを介して左右の前輪駆動軸に出力される。
また、特許文献２には、他の実施の形態として図１１の（ｂ）［特許文献２の図１０の（Ｄ）に対応］に示すように、クラッチ機構１３６がエンジン側アイドルギア１３２とアイドル軸１２０との間に組み込まれる伝動装置１０２も記載されている。
さらに、図１２の（ａ）［特許文献２の図１０の（Ａ）に対応］に示すように、ピニオンギア１３４と同軸上に駆動用モータ１１４が配置され、同軸上のアイドル軸１２０とモータ側入力軸１１９とが連結される伝動装置１０３の構成が記載されている。また、図１２の（ｂ）［特許文献２の図１０の（Ｂ）に対応］に示すように、エンジン１１３と同軸上に駆動用モータ１１４が配置され、同軸上のエンジン側入力軸１１８とモータ側入力軸１１９とが連結される伝動装置１０４の構成が記載されている。また、図１２の（ｃ）［特許文献２の図１０の（Ｃ）に対応］に示すように、エンジン側入力軸１１８、モータ側入力軸１１９およびアイドル軸１２０が相互に平行に設けられ、エンジン側入力軸１１８に駆動ギア１８４が設けられ、この駆動ギア１８４に噛み合うようにモータ側入力軸１１９には中間ギア１８５が設けられ、この中間ギア１８５に噛み合うようにアイドル軸１２０にはアイドルギア１８６が設けられており、エンジン動力とモータ動力とがアイドル軸１２０に伝達される伝動装置１０５の構成が記載されている。
特許第２９４２５３３号公報（段落番号００１５〜００２８、および図１、図２参照） 特開２００４−１２３０６０号公報（図１、図２、図７および図１０参照）
しかしながら、前記特許文献１に開示されたハイブリッド車両の構成では、低負荷の定常走行（クルーズ走行）時には、エンジンで発電して駆動用モータにより駆動輪を駆動するシリーズ運転モードで走行するか、または、最高速度Ｖｍａｘをエンジンの駆動力で達成するために設定された比較的に減速比の大きい（ローレシオのギア比の）伝動装置を含む第１の伝達経路を用いてエンジン駆動力で走行することになる。
ところが、シリーズ運転モードでは駆動力の伝達効率が比較的低くなるために車両の燃費効率が低下するおそれがある。また、ローレシオのギア比の伝動装置を含む第１の伝達経路によるエンジン駆動のみで走行する場合は、最高速度Ｖｍａｘを達成できるエンジンの駆動力特性を実現するために設定したローレシオのギア比で走行することになり、定常走行の車速に応じてエンジンの回転速度が大きく変化し、燃費効率の高いエンジン回転速度領域を選択して定常走行することができないために燃費効率が低下する。
特に、大排気量エンジンを搭載したハイブリッド車両におけるエンジン駆動とモータ駆動との組み合わせにおいては、大排気量エンジンであるため余裕駆動力が大きく、前記のようなローレシオのギア比の設定の伝動装置を含む第１の伝達経路では燃費効率が著しく低下するおそれがある。また、そのような大排気量エンジンとの組み合わせの場合に、大排気量の多気筒エンジンに気筒休止などの出力特性可変機構を組み合せて、燃費効率の向上を図ろうとしても、前記のようなローレシオのギア比の設定では、燃費効率を向上させるために行われる気筒可変の出力特性可変機構のメリットが十分引き出せない。
また、特許文献２の図１、図２に示されたようなエンジン縦置きのＦＦ車両では、一般にエンジンルームの前後長が長くなってしまい、その分車体重量が増加してしまう。また、その結果、小型車への搭載が困難となってしまう。
また、図１１の（ａ）、（ｂ）に示したような伝動装置１０１、１０２では、アイドル軸１２０にエンジン側アイドルギア１３２とモータ側アイドルギア１３３をそれぞれ設けて駆動輪へ駆動力を伝達する構成となっているので、伝動装置全体が大きくなり、重量増加、燃費効率低下、コスト上昇などを招いてしまう。また、伝動装置が大きくなることにより、発電機および駆動用モータのためのスペースが制限され、それぞれの発電容量、駆動力が制限されてしまう。
また、図１２の（ａ）に示したような伝動装置１０３では、駆動用モータ１１４がピニオンギア１３４とファイナルギア１３５のみで減速されるため、十分な減速比が得られず、モータ駆動時の効率的な走行が困難になる。また、エンジン１１３およびエンジン側入力軸１１８と、駆動用モータ１１４、モータ側入力軸１１９およびアイドル軸１２０と、の配置がエンジン側入力軸１１８とアイドル軸１２０との軸間距離に制限されてしまい、伝動装置の各構成の配置の自由度が低下してしまう。その結果、既存の非ハイブリッド車両のエンジンルーム内の空間に、ハイブリッド車両の伝動装置も収まるような配置設計が困難となる可能性を生じる。
また、図１２の（ｂ）に示したような伝動装置１０４では、エンジン１１３に対する減速比と駆動用モータ１１４に対する減速比が同一となり、エンジン１１３の駆動力による走行時と、駆動用モータ１１４の駆動力による走行時とのそれぞれの状態において、効率的な走行が困難となってしまう。
また、図１２の（ｃ）に示したような伝動装置１０５では、エンジン１１３の駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路は、駆動ギア１８４と中間ギア１８５との間、中間ギア１８５とアイドルギア１８６との間、ピニオンギア１３４とファイナルギア１３５との間、の３段の減速をしており、他の図１１、図１２の（ａ）、（ｂ）の場合に比較して、ギア伝達の回数が１回多いので伝達効率が悪化し、燃費効率が低下する。さらに、ＦＦ車両のエンジン横置き配置の場合に、通常エンジン回転方向と駆動輪の回転方向が同じであるが、前記図１２の（ｃ）の構成では、ギア伝達の回数が前記の他の構成に比して１回多いので、ハイブリッド車両の場合と非ハイブリッド車両とで、エンジンの回転方向を変える必要を生じ、ハイブリッド車両の製造コストを高めてしまう。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、小型軽量かつ伝達効率の良い伝動装置の配置のハイブリッド車両を提供することを目的とする。
請求項１に係る発明のハイブリッド車両は、エンジンの駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、駆動用モータの駆動力を駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、エンジンの駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、エンジンの駆動力のみでは最高速度を得ることはできない構成とする一方で、最高速度を、第２の減速比に固定した第２の伝達経路により達成可能な構成とし、エンジンの駆動力を入力する第１の入力ギアと、駆動用モータの駆動力を入力する第２の入力ギアと、第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの双方と噛み合い、エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力を駆動輪側へ伝達する共通のアイドルギアと、を備え、アイドルギアは、第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの少なくとも一方から入力された駆動力を駆動輪に伝達するファイナル・ディファレンシャルギアと係合されていることを特徴とする。
前記発明の構成によれば、１つのアイドルギアに第１の入力ギアと第２の入力ギアが噛み合っているので、アイドルギアが従来よりも少なくできる。また、第１の伝達経路と第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比を個別に設定可能な構成なので、エンジンの排気量および駆動用モータの容量を、それぞれが求められる最大駆動力における効率の良いエンジン回転速度またはモータ回転速度にもとづいて、最適化することができる。例えば、エンジン駆動力のみでは最高速度が出せない程度に第１の伝達経路の第１の減速比の値を固定設定しているので、最高速度より低い通常の車速での定常走行時において、エンジンの燃焼効率が良いエンジン回転速度近傍で走行できる。もちろん、最高速度を出すときは、エンジンにより発電して、その電力でモータ駆動するシリーズ運転を行えば良い。
請求項２に係る発明のハイブリッド車両は、エンジンの駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、駆動用モータの駆動力を前記駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、エンジンの駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、エンジンの駆動力のみでは最高速度を得ることはできない構成とする一方で、最高速度を、第２の減速比に固定した第２の伝達経路により達成可能な構成とし、エンジンの駆動力を入力する第１の入力ギアと、駆動用モータの駆動力を入力する第２の入力ギアと、エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力を駆動輪側へ伝達する共通のアイドルギアと、第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの双方と噛み合い、エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力をアイドルギアに伝達するチェーンまたはベルトと、を備え、アイドルギアは、第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの少なくとも一方から入力された駆動力を前記駆動輪に伝達するファイナル・ディファレンシャルギアと係合されていることを特徴とする。
前記発明の構成によれば、１つのアイドルギアにチェーンまたはベルトを介して、第１の入力ギアと第２の入力ギアからの駆動力が伝達されるので、アイドルギアを従来よりも少なくできる。また、第１の伝達経路と第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比を個別に設定可能な構成なので、エンジンの排気量および駆動用モータの容量を、それぞれが求められる最大駆動力における効率の良いエンジン回転速度またはモータ回転速度にもとづいて、最適化したものとすることができる。例えば、エンジン駆動力のみでは最高速度が出せない程度に第１の伝達経路の第１の減速比の値を固定設定しているので、最高速度より低い通常の車速での定常走行時において、エンジンの燃焼効率が良いエンジン回転速度近傍で走行できる。もちろん、最高速度を出すときは、エンジンにより発電して、その電力でモータ駆動するシリーズ運転を行えば良い。
請求項１に記載の発明によれば、第１の伝達経路および第２の伝達経路の伝動装置を小型軽量にでき、構成の配置設計の自由度が増加する。また、第１の伝達経路と第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比を個別に設定可能な構成なので、エンジンおよび駆動用モータの効率の良い排気量または容量選定ができ、ハイブリッド車両の燃費効率が向上する。特に、最高速度より低い通常の車速での定常走行時において、燃費効率の良い走行状態を実現できるハイブリッド車両を得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、第１の伝達経路および第２の伝達経路の伝動装置を小型軽量にでき、構成の配置設計の自由度が増加する。また、第１の伝達経路と第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比を個別に設定可能な構成なので、エンジンおよび駆動用モータの効率の良い排気量または容量選定ができ、ハイブリッド車両の燃費効率が向上する。特に、最高速度より低い通常の車速での定常走行時において、燃費効率の良い走行状態を実現できるハイブリッド車両を得ることができる。
《第１の実施の形態》
以下、図１から図７を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド車両について説明する。
図１は本実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図であり、固定ギアによるエンジンおよび駆動用モータの駆動力の伝達経路を示す。図２はエンジンおよび駆動用モータの駆動力を駆動輪へ伝達する伝達経路を構成する伝動装置を車両の左側から見たギア軸の配置図である。図３は本実施の形態のハイブリッド車両における駆動力特性図である。図３において横軸は車速を示し、縦軸は駆動力または走行抵抗を示す。
本実施の形態のハイブリッド車両５０Ａは、エンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第１の伝達経路と、駆動用モータ８の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第２の伝達経路とを備え、これらの第１の伝達経路と第２の伝達経路を択一的に選択または併用して走行するように構成されたものである。
（駆動力の伝達経路）
次に、第１の伝達経路を説明する。図１に示すように多気筒、例えば、６気筒からなるエンジン１のクランク軸２は、フライホイル３を介してセルモータを兼ねる発電機４のロータ軸４ａに直結され、さらに、ロータ軸４ａはエンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達するためのクラッチ５に接続されている。クラッチ５に接続される被駆動側のエンジン出力軸１１ａの端部にエンジン出力ギア１１が配され、アイドル軸１２ａの一端側に配されたアイドルギア１２と噛み合う。アイドル軸１２ａの他端側には終減速小歯車であるピニオンギア１３Ａが配され、これに噛み合うように終減速大歯車であるファイナルギア１４Ａが図示省略の伝動装置ケースに回転自在に設けられている。ファイナルギア１４Ａはディファレンシャルギア７と組み合わされており、アイドル軸１２ａに伝達された駆動力は、ファイナルギア１４Ａに入力された後に、ディファレンシャルギア７を介して左右のディファレンシャル軸７ａから駆動輪（前輪）６に出力される。
前記のピニオンギア１３Ａ、ファイナルギア１４Ａ、ディファレンシャルギア７は、本発明におけるファイナル・ディファレンシャルギアを構成する。
第１の伝達経路は、クランク軸２、ロータ軸４ａ、クラッチ５、このクラッチ５によってクランク軸２と接続または切離しされるエンジン出力軸１１ａ、エンジン出力ギア１１、このエンジン出力ギア１１に噛み合うアイドルギア１２、このアイドルギア１２とアイドル軸１２ａにより同軸に駆動されるピニオンギア１３Ａ、このピニオンギア１３Ａに噛み合うファイナルギア１４Ａ、およびこのファイナルギア１４Ａから入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第１の伝達経路によりエンジン１の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、この第１の伝達経路は、エンジン出力ギア１１とアイドルギア１２のギア比、およびピニオンギア１３Ａとファイナルギア１４Ａのギア比の積で決まる固定の第１の減速比を有している。
次に、第２の伝達経路を説明する。図１に示すように発電機４またはバッテリ２０からインバータ２１を介して電力を供給されて駆動される駆動用モータ８は、そのモータ軸８ａの一端に直結されたモータギア８ｂがアイドルギア１２と噛み合っている。
第２の伝達経路は、モータギア８ｂ、アイドルギア１２、このアイドルギア１２と同軸にアイドル軸１２ａによって駆動されるピニオンギア１３Ａ、このピニオンギア１３Ａに噛み合うファイナルギア１４Ａ、およびこのファイナルギア１４Ａから入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第２の伝達経路により駆動用モータ８の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、この第２の伝達経路はモータギア８ｂとアイドルギア１２のギア比、およびピニオンギア１３Ａとファイナルギア１４Ａのギア比の積で決まる固定の第２の減速比を有している。
ここで、クラッチ５、エンジン出力ギア１１、アイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、ファイナルギア１４Ａ、ディファレンシャルギア７、モータギア８ｂおよび各ギア軸は、伝動装置９Ａを構成している。
次に、伝動装置９Ａの伝動装置ケース９ａ（図２参照）内での配置について説明する。
図１に示すように、ハイブリッド車両５０Ａは、エンジン横置きのＦＦ車であり、クランク軸２の延長線上に発電機４のロータ軸４ａ、クラッチ５、エンジン出力軸１１ａが配され、その後方にアイドル軸１２ａが配され、さらにそのアイドル軸１２ａの後方にディファレンシャル軸７ａが配されている。図１では、図示の関係上、モータ軸８ａをアイドル軸１２ａの後方に記載しているが、モータ軸８ａは、実際は、図２に示すように、アイドル軸１２ａより前方側、かつ、アイドル軸１２ａより上方に位置している。そして、モータギア８ｂとアイドルギア１２が噛み合うように配置されている。
また、図２に示すように、伝動装置ケース９ａの底部には潤滑油の溜りが設けられ、所定の潤滑油の静的液位が保たれるようになっている。そして、エンジン出力軸１１ａは伝動装置ケース９ａ内の前方側に配され、アイドル軸１２ａはエンジン出力ギア１１よりも後上方に配され、ディファレンシャル軸７ａはファイナルギア１４Ａの歯面が潤滑油の溜りに浸るように、アイドル軸１２ａの後下方に配されている。
なお、図１においては、発電機４のステータを保持している図示しない発電機ケースは、クラッチ５のケースと一体に伝動装置ケース９ａの右外側面に固定され、同じく駆動用モータ８のステータを保持している図示しないモータケースは伝動装置ケース９ａの左外側面に固定され、伝動装置９Ａと、発電機４、駆動用モータ８は小型にまとめられている。クラッチ５は、伝動装置ケース９ａ内に内蔵される形式であっても良い。
クラッチ５の形式としては、特許文献２に記載されたような、電磁式２ウェイクラッチ、磁性粉を用いた電磁クラッチ、湿式クラッチや乾式クラッチなどの摩擦クラッチや、ドッグクラッチなど機械的噛み合い機構が考えられ、そのいずれでも良い。
（ハイブリッド車両の制御装置の説明）
次にハイブリッド車両５０Ａの運転状態を制御するハイブリッド車両の制御装置について説明する。
図１に示すように本ハイブリッド車両５０Ａの運転状態の制御のために、ハイブリッド用ＥＣＵ（ＥＣＵ：Electric Control Unit）２３が設けられている。ハイブリッド用ＥＣＵ２３には、イグニッション・スイッチ３５からのイグニッション・スイッチ信号、図示しないシフトレバーに設けられたシフトレバー・ポジションセンサ３６からのシフトポジション信号、図示しないアクセルペダルに設けられたアクセルペダル・ポジションセンサ３７からのアクセルペダル踏み込み量信号、図示しないブレーキペダルに設けられたブレーキペダル・ポジションセンサ３８からのブレーキペダル踏み込み量信号、車輪に設けられた車速センサ３９からの車速信号が入力される。
また、バッテリ２０には、出力電圧、出力電流、バッテリ温度を検知する図示しない各種センサが設けられており、その各種センサ信号がハイブリッド用ＥＣＵ２３に入力される。
ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、車速信号にもとづきアクセルペダル踏み込み量およびブレーキペダル踏み込み量に反応して、クラッチ５を接続または切離し状態にするアクチュエータ３３を制御する。
また、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、セルモータ兼用の発電機４および発電可能な駆動用モータ８を、インバータ２１を介して制御し、出力特性可変機構３１などを制御するエンジンＥＣＵ２５を介してエンジン１の運転を制御する。
なお、ハイブリッド用ＥＣＵ２３とエンジンＥＣＵ２５とは通信回線で結ばれており、エンジンＥＣＵ２５にはハイブリッド用ＥＣＵ２３からの制御信号のほかに、シフトポジション信号、アクセルペダル踏み込み量信号、ブレーキペダル踏み込み量信号、車速信号などが入力される。逆に、エンジンＥＣＵ２５は、エンジン１の回転速度などを検出し、通信回線でハイブリッド用ＥＣＵ２３に出力する。
出力特性可変機構３１は、例えば、エンジン１のシリンダ１ａに設けられた図示しないバルブのリフト量、開閉タイミングを可変制御する機構、一部のシリンダ１ａのバルブを駆動しないようにして気筒休止させる可変シリンダ制御（気筒休止運転）をする機構、点火時期のタイミング制御をする電子回路、燃料噴射制御をする機構および電子回路を含んで構成されている。
（減速比の設定）
ここで、伝動装置９Ａの第１の減速比は、以下の様に設定されている。
本ハイブリッド車両５０Ａの定常走行時におけるエンジン１のほぼ最大出力時の駆動力特性は、図３の特性曲線ａに示すものであり、前記第１の減速比は、高車速におけるエンジン回転速度とエンジントルクの関係から、最高速度Ｖｍａｘ近傍において、走行抵抗特性曲線ｂよりも駆動力が下回り、車速Ｖ３までしか出せない駆動力のレベルに設定されている。つまり、エンジン１の駆動力だけでは最高速度Ｖｍａｘが出せないようにエンジン出力ギア１１、アイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、ファイナルギア１４Ａの全体の減速比が、高速クルージングまたは低負荷を前提にハイレシオに設定されている。
なお、図３の走行抵抗特性曲線ｂは、駆動輪６の転がり抵抗と、空気抵抗など車速に応じて増加する抵抗とを加算したものである。
図３の特性曲線ｄは、出力特性可変機構３１の動作により６気筒のエンジン１の片側のバンクの３気筒を休止して、残りの３気筒だけ運転している気筒休止運転の場合のエンジン１のほぼ最大出力状態の駆動力特性を示している。このような気筒休止運転状態により低出力化されたエンジン駆動力のみでは、前記第１の減速比では車速Ｖ２までしか出ない。
駆動用モータ８の最大出力特性を図３の最大出力特性曲線ｃに示す。モータの最大出力特性曲線ｃは、ハイブリッド車両５０Ａのスタート時から所定の低車速までは最大駆動力となり、その後は、車速が上昇するに従って、つまり、駆動用モータ８の回転速度が上昇するに従って、駆動力は急激に減少して行く。しかし、ハイブリッド車両５０Ａの最高速度Ｖｍａｘ近傍（低速側）においては、駆動用モータ８の最大出力特性は走行抵抗特性曲線ｂよりも上回っており、駆動用モータ８のみで最高速度Ｖｍａｘまで駆動可能なように駆動用モータ８の駆動力特性は設定されている。このとき、モータギア８ｂ、アイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、ファイナルギア１４Ａの全体の減速比が、高負荷を前提にローレシオに設定されている。
なお、第１の伝達経路および第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比は、エンジン１のクランク軸２または駆動用モータ８のモータ軸８ａから駆動輪６までの伝達経路全体の減速比であり、伝達経路中の個々のギア間の減速比の配分は、柔軟に設定可能である。
（伝達経路の切替制御）
以上の構成において、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、以下のように車速に応じて第１の伝達経路と第２の伝達経路とを切り替えてハイブリッド車両５０Ａを走行させる。
図３に示す車速０から車速Ｖ１未満までのスタート時を含む低車速範囲、登坂走行時などにおいては、アクチュエータ３３を制御して、クラッチ５にロータ軸４ａとエンジン出力軸１１ａとの間を切り離させ、インバータ２１を制御して駆動用モータ８により第２の伝達経路を経て駆動輪６を駆動させる。このとき、駆動用モータ８は、バッテリ２０からの電力により駆動される。もし、バッテリ２０の充電状態が少ないときは、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、インバータ２１とエンジンＥＣＵ２５を制御し、発電機４をセルモータとして機能させてエンジン１を起動する。そして、インバータ２１を制御し、エンジン１により発電機４に発電させ、その電力により駆動用モータ８が駆動される（シリーズ運転モード）。
駆動用モータ８の最大出力特性は、図３の最大出力特性曲線ｃで示す通りであり、最高速度Ｖｍａｘまでは走行抵抗特性曲線ｂを上回る駆動力を有しており、駆動用モータ８の駆動力によりハイブリッド車両５０Ａは前記の低車速範囲で走行可能である。
図４の（ａ）にシリーズ運転モードにおける駆動力の伝達経路を矢印Ａで示す。また図４の（ｂ）に駆動力を伝達しているギア軸の回転方向を矢印Ｂで示し、矢印Ｃにて伝動装置ケース９ａ内における潤滑油の各ギアへの撥ね掛け供給を示す。図４の（ｂ）に示すように、潤滑油の溜りに歯面が浸っているファイナルギア１４Ａの回転により、潤滑油を掻き回し、撥ね掛けてアイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、モータギア８ｂ、さらにはエンジン出力ギア１１の歯面に潤滑油を供給する。
図３において、車速Ｖ１から車速Ｖ３未満までの中・高車速範囲の定常走行時には、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、アクチュエータ３３を制御してクラッチ５にロータ軸４ａとエンジン出力軸１１ａとを接続させ、インバータ２１には駆動用モータ８の駆動を原則的にさせないので、エンジン１の駆動力のみが第１の伝達経路によって駆動輪６に伝達される（エンジン駆動クルーズモード、図５参照）。このときの駆動輪６の駆動力は図３に示す特性曲線ａまたは特性曲線ｄに従う。なお、気筒休止運転の場合は、走行抵抗特性曲線ｂを上回る駆動力の範囲である車速Ｖ２までしか出せないので、エンジンＥＣＵ２５は、車速とシフトポジション信号、アクセルペダル踏み込み量信号に応じて、最も燃費効率の良いように出力特性可変機構３１を制御し、６気筒運転と３気筒運転を使い分け、切り替える。この運転モードにおいては、エンジン１の回転速度により走行速度が決まる。
なお、駆動用モータ８はこのとき、連れ回り回転（空転）している。
図５の（ａ）にエンジン駆動クルーズモードにおける駆動力の伝達経路を矢印Ａで示す。また図５の（ｂ）に駆動力を伝達しているギア軸の回転方向を矢印Ｂで示し、矢印Ｃにて伝動装置ケース９ａ内における潤滑油の各ギアへの撥ね掛け供給を示す。図５の（ｂ）に示すように、潤滑油の溜りに歯面が浸っているファイナルギア１４Ａの回転により、潤滑油を掻き回し、撥ね掛けてアイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、モータギア８ｂ、さらにはエンジン出力ギア１１の歯面に潤滑油を供給する。
図３において、車速Ｖ１からＶ３未満までの中・高車速での走行時における加速のときは、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、インバータ２１を制御して駆動用モータ８にエンジン駆動のアシストをさせ、逆に減速の時は、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、インバータ２１を制御して駆動用モータ８に回生発電をさせる（パラレル運転モード、図６参照）。この運転モードにおいては、バッテリ２０の充電量の分だけ駆動用モータ８は、アシストでき、短時間の加速にしか対応できない。バッテリ２０の充電量が減少した場合、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、走行に必要なエンジン駆動力に、さらに発電機４を駆動するに必要な駆動力を加算して、エンジンＥＣＵ２５を介してエンジン駆動力を増加させ、インバータ２１を制御して発電機４に発電させ、バッテリ２０を適切な充電量まで充電する。
図６の（ａ）にパラレル運転モードにおける駆動力の伝達経路を矢印Ａで示す。また図６の（ｂ）に駆動力を伝達しているギア軸の回転方向を矢印Ｂで示し、矢印Ｃにて伝動装置ケース９ａ内における潤滑油の各ギアへの撥ね掛け供給を示す。図６の（ｂ）に示すように、潤滑油の溜りに歯面が浸っているファイナルギア１４Ａの回転により、潤滑油を掻き回し、撥ね掛けてアイドルギア１２、ピニオンギア１３Ａ、モータギア８ｂ、さらにはエンジン出力ギア１１の歯面に潤滑油を供給する。
次に、車速が高車速のＶ３から最高速度Ｖｍａｘまでの最高車速範囲では、ハイブリッド用ＥＣＵ２３は、アクチュエータ３３を制御してクラッチ５にロータ軸４ａとエンジン出力軸１１ａとの間を切り離させ、インバータ２１を制御してエンジン１に発電機４を駆動して発電させ、その電力により駆動用モータ８を駆動させ、第２の伝達経路を経て駆動輪６を駆動させる（シリーズ運転モード）。
このとき、モータ軸８ａは、最高回転速度に達する。車速０から最高速度Ｖｍａｘまでにおいて、最高回転速度に達するギア軸はモータ軸８ａであり、そのモータギア８ｂの歯面が潤滑油の溜りには浸らないように、また、その次に高速回転に達するエンジン出力ギア１１の歯面も潤滑油の溜りには浸らないように伝動装置ケース９ａ内のギア軸の配置を設定している。
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、ハイブリッド車両５０Ａは、車速０から所定の車速Ｖ１未満までの低車速範囲においては、駆動力の高い駆動用モータ８から最大出力特性曲線ｃの駆動力を得ることができ、この低車速範囲では駆動用モータ８の大きな駆動力により余裕を持って走行可能である。従って、坂道走行など駆動力が必要とされる走行の場合にも用いることができる。そして、車速が上昇して車速Ｖ１からＶ３未満までの間の中・高車速範囲の定常走行時には、特性曲線ａまたは特性曲線ｄに示すようにエンジン１の駆動力特性が走行抵抗特性曲線ｂを上回っているので、エンジン１のみで走行可能である。
特許文献１に記載の従来のエンジン駆動力のみで最高速度Ｖｍａｘを達成できるように、仮にハイブリッド車両５０Ａの第１の伝達経路の減速比を、本実施形態の第１の減速比（ハイレシオ）より大きくローレシオに設定した場合のエンジン１の駆動力特性を、図３に特性曲線ｆで示す。本実施の形態における第１の伝達経路の減速比（ハイレシオ）の場合の駆動特性を示す特性曲線ａは、特性曲線ｆより駆動力が小さくなり、同じ走行抵抗に対してエンジンをより低回転高負荷で運転するので、特許文献１に記載の従来のハイブリッド車両よりも燃費効率が向上する。さらに、駆動力が必要のない平地走行などの場合は、特性曲線ｄに示すような気筒休止運転の場合の駆動特性でも走行可能であり、より燃費効率の良い定常走行ができる。
特に、エンジン１として大排気量エンジンを搭載したハイブリッド車両５０Ａにおけるエンジン駆動とモータ駆動との組み合わせにおいては、定常走行時に大排気量エンジンであるため余裕駆動力が大きいが、伝動装置９Ａの第１の伝達経路のギア比が前記従来のハイブリッド車両よりハイレシオのギア比の設定となっており、燃費効率が従来に比して著しく改善される。また、そのような大排気量エンジンとの組み合わせの場合に、大排気量の多気筒エンジンに気筒休止の機能などを含む出力特性可変機構３１を組み合せて、エンジン出力を低下させ、燃焼効率の良いエンジン回転速度にすることにより燃費効率の向上を図ることができる。
そして、車速Ｖ３から最高速度Ｖｍａｘまでの最高車速範囲において、クラッチ５がエンジン１側のクランク軸２をエンジン出力ギア１１と非接続状態にして、駆動用モータ８の駆動力のみを駆動輪６へ伝達するシリーズ運転モードにより、エンジン１は発電機４に、高速走行に必要な発電量を発電させることができる高回転速度に移行でき、その発電によりシリーズ運転モードで最高速度Ｖｍａｘを達成できる。
図７は本実施の形態におけるエンジン１、駆動用モータ８、発電機４、伝動装置９Ａなどを含んだパワープラントの車幅方向の配置長さを、比較例の従来技術の場合の駆動用モータ８、発電機４、伝動装置９Ｂなどを含んだパワープラントの車幅方向の配置長さと比較した図である。図７に示すように、下方の破線枠外に示した比較例のパワープラントの構成であるエンジン出力ギア１１とモータギア８ｂが、それぞれアイドル軸１２ａに配置された個別のアイドルギア１２Ａ、１２Ｂと噛み合わされている場合の伝動装置９Ｂと比較して、本実施の形態における伝動装置９Ａでは、エンジン出力ギア１１とモータギア８ｂが、共通のアイドルギア１２に噛み合う構成となっているので、伝動装置の部品点数が減じ、距離Ｌ分のスペースが節約できる。
そこで、駆動用モータ８を想像線で示すように、出力の大きい駆動用モータ８として、シリーズ運転モードにおける駆動力を高めることができる。
また、アイドルギアが１個で済むので、伝動装置９Ａが軽量・小型化でき、ハイブリッド車両５０Ａの軽量化、低コスト化に寄与する。
また、伝動装置９Ａが小型になるので、伝動装置９Ａの各ギア、駆動用モータ８の配置の自由度が増す。また、図１２の（ｃ）に示すような従来の伝動装置におけるような、第１の伝達経路の歯車の噛み合いが本実施の形態よりも１回多い場合よりも、伝達効率が向上し、燃費効率が向上する。
また、第１の伝達経路と第２の伝達経路のそれぞれの第１および第２の減速比を個別に設定可能な構成なので、エンジン１の排気量および駆動用モータ８の容量を、図３に示した運転特性図において、それぞれが求められる最大駆動力における効率の良いエンジン回転速度またはモータ回転速度にもとづいて、最適化したものとすることができる。その結果、前記した特許文献１、２の従来技術の場合のエンジンおよび駆動用モータよりも、エンジン１および駆動用モータ８の効率を向上できる。また、その結果、エンジン１の小型化、駆動用モータ８の小型化、車両の重量軽減、燃費効率向上、低コスト化に寄与する。
また、伝動装置９Ａを小型軽量にできるので、エンジンルーム内の配置自由度が増し、複数の車種のパワープラントとして適用可能になり、余裕のできたスペースを発電機４や駆動用モータ８の容量増加に回すことにより、ハイブリッド車両５０Ａの走行性能の向上や、アシスト能力の向上による燃費効率向上に寄与する。
伝動装置ケース９ａ内における各ギアの配置を、上から順に、最高回転速度になるモータ軸８ａ、比較的高回転速度のアイドル軸１２ａ、エンジン出力軸１１ａ、ディファレンシャル軸７ａの順に配置し、特に、最高回転速度に達するモータギア８ｂおよび比較的高回転速度のアイドルギア１２の歯面が潤滑油の溜りに浸らない配置としているので、潤滑油の攪拌による攪拌抵抗による駆動力の伝達効率の低下、潤滑油の油温上昇による潤滑油の劣化の加速、燃費効率の悪化を避けることができる。
また、図１２の（ｃ）に示したようなエンジンを非ハイブリッド車両エンジンに対して逆回転とする構成とする必要が無いので、非ハイブリッド車両のエンジンをそのままハイブリッド車両に適用でき、新規に逆回転エンジンを開発する必要がない。
また、ＦＦ車両における横置きエンジンにおいてハイブリッド車両５０Ａを実現しているので、エンジンルームの小型化、それによる車重軽減に寄与する。
逆に、伝動装置９Ａの小型化を、エンジンルーム内の機器配置におけるクリアランスの増大に振り向けて、それによる前方衝突時の衝撃力吸収効果の増大に寄与させることもできる。
また、軽、小型車両のハイブリッド化にも適用もできる。さらに、ＦＦ車両以外にも適用できる。例えば、ミッドシップ車両の場合に、前記伝動装置９Ａを、車体後部、または車体床下（後部車室の下方）にも搭載できる。
《他の実施の形態》
次に、図８を参照しながら本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド車両を説明する。本実施の形態の第１の実施の形態と異なる所は、伝動装置９Ｃがエンジン出力ギア１１、アイドルギア１２、モータギア８ｂを１本のチェーン１５で三角形に結び、エンジン１および駆動用モータ８の駆動力をチェーン１５でアイドルギア１２に伝達する点である。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。チェーン１５を用いる場合は、第１の実施の形態と同様にチェーン１５も伝動装置ケース９ａ内に収容し、潤滑油で冷却および潤滑する。
本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。
つまり、図３に示すような駆動特性を用いて、車速Ｖ１からＶ３未満までの間の中・高車速範囲の定常走行時には、エンジン駆動クルーズモードで走行し、燃費効率の良い走行ができる。また、伝動装置９Ｃのアイドルギア１２が共通で、チェーン１５からエンジン１および駆動用モータ８の駆動力を伝達されるので、伝動装置９Ｃの部品構成が従来技術より少なくできる。その結果、車幅方向の長さを短くできるので、そのスペースを駆動用モータ８の容量増加に利用したり、配置設計の自由度増加に利用したりできる。また、伝動装置９Ｃ内のギアの中で、回転速度が最大となるモータ軸８ａを上方に配置し、潤滑油にモータギア８ｂの歯面が潤滑油の溜りに浸らないので、伝達効率が良い。
従って、伝動装置９Ｃの小型化、伝達効率向上により車両の燃費効率向上に寄与する。
なお、第２の実施の形態においてエンジン出力ギア１１、モータギア８ｂ、アイドルギア１２の代わりにそれぞれをプーリに置き換え、チェーン１５の代わりにベルト式ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）で用いられている金属製ベルトに置き換えても良い。
第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、本発明をエンジン横置きのＦＦ車両のハイブリッド車両に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではない。図９に示すようにエンジン縦置きのＦＦ車両のハイブリッド車両にも、図１０に示すようにエンジン縦置きのＦＲ車両のハイブリッド車両にも適用できる。
なお、エンジン縦置きのＦＦ車両のハイブリッド車両５０Ｃの場合、伝動装置９Ｄにおいて、図９に示すようにピニオンギア１２Ｂとファイナルギア１４Ｂとを回転軸方向を９０°変換するために、例えば、ハイポイドギアを使う。また、エンジン縦置きのＦＲ車両のハイブリッド車両５０Ｃの場合、伝動装置９Ｅにおいて、図１０では図示省略の伝動装置ケースから一端を突出したアイドル軸１２ａに、図示しない、例えば、等速ジョイントでプロペラシャフト１７に接続し、さらに、例えば、ハイポイドギアであるピニオンギア１３Ｂとファイナルギア１４Ｂへと駆動力を伝達する。
前記の２つの変形例の場合も、アイドルギア１２にエンジン出力ギア１１およびモータギア８ｂが噛み合わさっており、アイドルギアの数が１個少ない分だけ、図９、図１０の伝動装置９Ｄ、９Ｅの図示しない伝動装置ケースとも、小型にできる。また、図９の場合には、第１の実施形態と同様に、ファイナルギア１４Ｂの歯面を伝動装置ケースの潤滑油の溜り浸るようにし、モータ軸８ａは上方に配置することにより、一番高速回転するモータギア８ｂによる潤滑油攪拌を防ぎ、伝達効率の良い伝動装置９Ｄとすることができる。
なお、図１０の場合には、ピニオンギア１３Ｂおよびファイナルギア１４Ｂは、デフケースの中に収容されるので、伝動装置ケースの底部の潤滑油の溜りには、アイドルギア１２の歯面が浸るようにし、モータ軸８ａは上方に配置することにより、最大の回転速度であるモータギア８ｂによる潤滑油攪拌を防ぎ、伝達効率の良い伝動装置９Ｅとすることができる。
本発明の第１の実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 第１の実施の形態における伝動装置を左側から見たギア軸の配置図である。 第１の実施の形態のハイブリッド車両の駆動力特性図である。 （ａ）はシリーズ運転モードにおける駆動力の伝達経路を説明する図であり、（ｂ）はそのときの伝動装置内のギアの回転駆動力の伝達を説明する図である。 （ａ）はエンジン駆動クルーズモードにおける駆動力の伝達経路を説明する図であり、（ｂ）はそのときの伝動装置内のギアの回転駆動力の伝達を説明する図である。 （ａ）はパラレル運転モードにおける駆動力の伝達経路を説明する図であり、（ｂ）はそのときの伝動装置内のギアの回転駆動力の伝達を説明する図である。 第１の実施の形態におけるパワープラントの配置長さと従来技術におけるパワープラントの配置長さを比較した図である。 本発明の第２の実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 本発明の実施の形態の変形例のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 本発明の実施の形態の変形例のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 従来技術におけるハイブリッド車両の伝動装置の構成図である。 本発明の実施の形態の変形例のハイブリッド車両全体の概略模式図である。
符号の説明
１ エンジン
１ａ シリンダ
２ クランク軸
４ 発電機
４ａ ロータ軸
５ クラッチ
６ 駆動輪
７ ディファレンシャルギア
７ａ ディファレンシャル軸（ファイナル・ディファレンシャルギアの軸）
８ 駆動用モータ
８ａ モータ軸
８ｂ モータギア（第２の入力ギア）
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ 伝動装置
１１ エンジン出力ギア（第１の入力ギア）
１１ａ エンジン出力軸（第１の入力ギアの軸）
１２ アイドルギア
１２ａ アイドル軸
１３Ａ、１３Ｂ ピニオンギア
１４Ａ、１４Ｂ ファイナルギア
１５ チェーン
２０ バッテリ
２１ インバータ
２３ ハイブリッド用ＥＣＵ
２５ エンジンＥＣＵ
３１ 出力特性可変機構
３３ アクチュエータ
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ ハイブリッド車両

Claims (2)

  1. エンジンの駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、駆動用モータの駆動力を前記駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、
    前記第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、前記エンジンの駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、前記エンジンの駆動力のみでは前記最高速度を得ることはできない構成とする一方で、
    前記最高速度を、第２の減速比に固定した前記第２の伝達経路により達成可能な構成とし、
    前記エンジンの駆動力を入力する第１の入力ギアと、
    前記駆動用モータの駆動力を入力する第２の入力ギアと、
    前記第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの双方と噛み合い、前記エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力を駆動輪側へ伝達する共通のアイドルギアと、を備え、
    前記アイドルギアは、前記第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの少なくとも一方から入力された駆動力を前記駆動輪に伝達するファイナル・ディファレンシャルギアと係合されていることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. エンジンの駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、駆動用モータの駆動力を前記駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、
    前記第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、前記エンジンの駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、前記エンジンの駆動力のみでは前記最高速度を得ることはできない構成とする一方で、
    前記最高速度を、第２の減速比に固定した前記第２の伝達経路により達成可能な構成とし、
    前記エンジンの駆動力を入力する第１の入力ギアと、
    前記駆動用モータの駆動力を入力する第２の入力ギアと、
    前記エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力を駆動輪側へ伝達する共通のアイドルギアと、
    前記第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの双方と噛み合い、前記エンジンおよび駆動用モータの駆動力の少なくとも一方の駆動力を前記アイドルギアに伝達するチェーンまたはベルトと、を備え、
    前記アイドルギアは、前記第１の入力ギアおよび第２の入力ギアの少なくとも一方から入力された駆動力を前記駆動輪に伝達するファイナル・ディファレンシャルギアと係合されていることを特徴とするハイブリッド車両。
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