JP4327757B2

JP4327757B2 - ハイブリッド車両の駆動装置

Info

Publication number: JP4327757B2
Application number: JP2005084114A
Authority: JP
Inventors: 健児中土
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006264463A

Description

本発明は、動力源としてエンジンと電動モータとを備え、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置に関する。

エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両の駆動方式としては、発電用の動力源としてエンジンを駆動し、走行用の動力源として電動モータを駆動するシリーズ方式や、走行用の主要な動力源としてエンジンを駆動し、発進時や加速時に電動モータを補助的に駆動するパラレル方式がある。また、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせることにより、走行状況に応じて電動モータとエンジンとの一方または双方を駆動させるようにしたシリーズ・パラレル方式も開発されている(たとえば、特許文献１参照)。

ところで、エンジン動力を駆動輪に伝達するパラレル方式やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両にあっては、駆動装置に変速機構を組み込むことにより、車両の動力性能を向上させるようにしたものが多い。このような変速機構としては、遊星歯車列を用いて動力伝達径路を切り換えるようにした自動変速機構や、入力軸と出力軸とに設けられるプーリに駆動ベルトを巻き掛けるようした無段変速機構などがある。

このように変速機構が組み込まれた駆動装置のうち、特に、エンジン動力を常に駆動輪に伝達するようにしたパラレル方式の駆動装置にあっては、開発コストや製造コストを抑制するため、動力源としてエンジンのみを備える既存のパワーユニットに電動モータを組み込むことが多い。このような駆動装置の構造としてはエンジンと変速機構との間に電動モータを組み込むことが一般的となっている。
特開平１１−３３２０１１号公報

しかしながら、縦置きに搭載される既存のパワーユニットをハイブリッド車両に対応させるため、エンジンと変速機構との間に電動モータを組み込むようにすると、既存のパワーユニットに比して駆動装置の全長が長くなることから、既存のエンジンマウントやクロスメンバを流用することが困難となり、駆動装置との干渉を避けるためにフロアトンネル形状を変更する必要もある。このように、ハイブリッド車両の開発にあたって既存の車体構造を大幅に変更することは、ハイブリッド車両の開発コストや製造コストを増大させる要因となっていた。

また、エンジンと変速機構との間に電動モータを組み込むようにすると、電動モータがフロアトンネル内に配置されることになるため、電動モータの径寸法を拡大することが困難となり、ハイブリッド車両の動力性能を向上させることが困難となっていた。さらに、エンジンと変速機構とによって電動モータを挟み込むことは、電動モータの放熱面積を減少させて冷却効率を低下させることにもなる。

本発明の目的は、既存の車体構造を大幅に変更することなく搭載可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することにある。

本発明の目的は、ハイブリッド車両の駆動装置に組み込まれる電動モータの動力性能や冷却効率を向上させることにある。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、動力源としてエンジンと電動モータとを備え、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置であって、前記エンジンの車両後方側に設けられる変速機ケースに、前記エンジンのクランク軸の後方端に連結される変速機構を収容し、前記エンジンの車両前方側に、前記クランク軸の前方端に連結されて前記電動モータを形成するロータを収容したモータケースと、可変バルブ機構のアクチュエータとを設け、前記電動モータと前記アクチュエータとを軸方向にオーバーラップさせて配置し、前記変速機ケースをフロアトンネル内に配置する一方、前記モータケースをエンジンルーム内に配置することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記エンジンは水平対向型エンジンまたはＶ型エンジンであることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記電動モータの車両後方側に通電機器を配置するとともに、前記通電機器から延びる通電ケーブルを車両後方側から前記電動モータに接続することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの車両後方側に設けられる変速機ケースに、クランク軸の後方端に連結される変速機構を収容する一方、エンジンの車両前方側に設けられるモータケースに、クランク軸の前方端に連結される電動モータのロータを収容することにより、電動モータの大型化を図ることが可能となり、既存の車体構造を大幅に変更することなく駆動装置を搭載することが可能となる。これにより、ハイブリッド車両の動力性能を向上させることができ、ハイブリッド車両の開発コストや製造コストを引き下げることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両１０を示す概略図であり、このハイブリッド車両１０には本発明の一実施の形態である駆動装置１１が搭載されている。また、図２は駆動装置１１の内部構造を示すスケルトン図である。

図１に示すように、車体１２に形成されるエンジンルーム１３と車室１４とはダッシュパネル１５やフロアパネル１６によって区画されており、フロアパネル１６にはエンジンルーム１３から車両後方に延びるようにフロアトンネル１７が形成されている。そして、複数の動力源を備える駆動装置１１は、エンジンルーム１３とフロアトンネル１７とに跨るように進行方向を向いて縦置きに搭載されている。このように、ハイブリッド車両１０に縦置きに搭載される駆動装置１１は、動力源としてエンジン１８とモータジェネレータ１９とを備えており、内部に組み込まれるフロントデファレンシャル機構２０から前輪２１に動力を伝達する一方、駆動装置１１の後端部に連結されるプロペラシャフト２２から、これに連結されるリヤデファレンシャル機構２３を介して後輪２４に動力を伝達している。また、図示する駆動装置１１はパラレル方式の駆動装置１１であり、走行用の主要な動力源としてエンジン１８が駆動される一方、発進時や加速時には電動モータであるモータジェネレータ１９が補助的に駆動されるようになっている。

図２に示すように、エンジン１８の車両前方側にはモータケース３０が設けられており、このモータケース３０内に収容されるモータジェネレータ１９は、モータケース３０に固定されるステータ３１と、クランク軸３２の前方端に直結されるロータ３３とを有している。ステータ３１を形成する積層板にはコイルが巻き付けられ、ロータ３３を形成する積層板には永久磁石が埋め込まれており、通電機器としてのインバータ３４から延びる通電ケーブル３５が車両後方側からステータ３１のコイルに接続されている。また、インバータ３４にはバッテリ３６が接続されており、バッテリ３６からの直流電流はインバータ３４を介して交流電流に変換されてモータジェネレータ１９に供給されることになる。発進時や加速時など大きな駆動トルクが要求される場合には、図示しない制御ユニットからインバータ３４に対して制御信号を出力することにより、インバータ３４からステータ３１に向けて交流電流が供給され、モータジェネレータ１９によってエンジン１８が補助されるようになっている。一方、車両減速時においては、モータジェネレータ１９を発電機として駆動させることにより、モータジェネレータ１９によって発電された交流電流が直流電流に変換されてバッテリ３６に回収されるようになっている。なお、モータジェネレータ１９のロータ３３は、クランク軸３２の後方端に形成される出力フランジではなく、クランク軸３２の前方端に形成される補機駆動軸に連結されるため、ロータ径を縮小することも可能になっている。

また、図２に示すように、エンジン１８の車両後方側には変速機ケースであるミッションケース４０が設けられており、このミッションケース４０にはトルクコンバータ４１や変速機構４２が収容されている。ミッションケース４０に収容されるトルクコンバータ４１は、クランク軸３２の後方端に固定されるポンプシェル４３と、このポンプシェル４３に固定されるポンプインペラ４４とを備えている。ポンプシェル４３にはポンプインペラ４４に対向するタービンランナ４５が収容されており、タービンランナ４５に固定されるタービン軸４６には変速入力軸４７が連結されている。なお、トルクコンバータ４１にはクランク軸３２とタービン軸４６とを直結するロックアップクラッチ４８が設けられており、定常走行時にはロックアップクラッチ４８を締結してエンジン動力やモータ動力の伝達効率を向上させることが可能となっている。

そして、トルクコンバータ４１を介してエンジン動力やモータ動力が伝達される変速入力軸４７には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構４２が連結されている。この変速機構４２内のクラッチやブレーキを締結制御することにより、変速入力軸４７と変速出力軸４９との間の動力伝達径路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸４９とこれの同心上に設けられる後輪出力軸５０との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構５１が装着されており、このセンタデファレンシャル機構５１を介して前輪出力軸５２と後輪出力軸５０とには所定の分配比で駆動トルクが分配されるようになっている。なお、センタデファレンシャル機構５１に設けられる差動制限クラッチ５３を締結することにより、ピニオンギヤ５４の差動回転を抑制して前後輪のトルク分配比を５０：５０に固定することが可能となる。

続いて、図３(Ａ)は本発明の一実施の形態である駆動装置１１の前部を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)の駆動装置１１を示す側面図である。図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、駆動装置１１に組み込まれるエンジン１８は、２列のシリンダブロック６０が水平方向に向き合う水平対向型エンジンとなっており、エンジン１８の上部にはシリンダヘッド６１に吸入空気を案内する吸気マニホールド６２が取り付けられる一方、エンジン１８の下部には潤滑油を貯留するオイルパン６３が取り付けられている。また、エンジン１８の左右両端に設けられるシリンダヘッド６１には、図示しない動弁機構が組み込まれており、シリンダヘッド６１の車両前方側には可変バルブ機構６４のアクチュエータ６５が取り付けられている。

ここで、図４(Ａ)は可変バルブ機構６４のアクチュエータ６５をカム軸７０に沿って示す断面図であり、(Ｂ)は(Ａ)のａ−ａ線に沿ってアクチュエータ６５を示す断面図である。図４(Ａ)および(Ｂ)に示すように、図示しない吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブ機構６４のアクチュエータ６５は、タイミングベルトが巻き掛けられるカムプーリ７１に対して固定されるハウジング７２と、このハウジング７２に組み込まれるとともにカム軸７０に固定されるベーン７３とを備えている。アクチュエータ６５内にはハウジング７２とベーン７３とにより進角チャンバー７４と遅角チャンバー７５とが区画形成されており、それぞれのチャンバー７４，７５に連通する油路７６，７７から作動油の給排制御を行うことによって、カム軸７０に対するカムプーリ７１の位相角を自在に変化させることが可能となる。

このように油圧駆動されるアクチュエータ６５は、図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、エンジン１８の前端面から車両前方に向けて突出しており、このアクチュエータ６５の内側にモータケース３０が配置されるようになっている。また、モータケース３０の外径寸法Ｄ１はシリンダブロック６０の高さ寸法を超えることになるが、エンジン１８上部には吸気マニホールド６２が設けられるとともに、エンジン１８下部にはオイルパン６３が設けられており、モータケース３０の外径寸法Ｄ１はエンジン１８全体としての高さ寸法の範囲内に収まるように設定されている。なお、モータジェネレータ１９のロータ３３には、カムプーリ７１に掛け渡されるタイミングベルトを駆動するクランクプーリが一体に形成されており、ロータ３３とシリンダブロック６０との間にはタイミングベルトが配置されるようになっている。

続いて、エンジン８０とミッションケース８１との間にモータジェネレータ８２を組み込むようにした従来の駆動装置８３と比較しながら、本発明の一実施の形態である駆動装置１１によって得られる様々な効果について説明する。ここで、図５(Ａ)は従来の駆動装置８３の前部を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)の駆動装置８３を示す側面図である。

まず、図１および図３に示すように、本発明の駆動装置１１にあっては、エンジン１８の車両後方側に変速機構４２を配置する一方、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置することにより、モータジェネレータ１９をエンジンルーム１３内に配置することができ、モータジェネレータ１９の大型化を図ることが容易となる。つまり、図５(Ａ)および(Ｂ)に示すように、エンジン８０の車両後方側にモータジェネレータ８２を配置した場合には、車体１２に形成されるフロアトンネル１７の形状によってモータジェネレータ８２の外径寸法Ｄ２が制限されるとともに、駆動装置８３を下側から支持するクロスメンバによってもモータジェネレータ８２の外径寸法Ｄ２が制限されることになる。これに対し、図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置した場合には、フロアトンネル１７等によって外径寸法Ｄ１が制限されることはなく、モータジェネレータ１９の大型化や高出力化を図ることが容易となる。

しかも、他の形式のエンジンに比べて幅寸法が大きな水平対向型エンジン１８にモータジェネレータ１９を組み付けるようにしたので、エンジン１８によってモータジェネレータ１９の外径寸法Ｄ１が制限されることもなく、モータジェネレータ１９を径方向に拡大することが容易となる。また、エンジン１８としては水平対向型エンジンに限られることはなく、シリンダをＶ字型に配列するようにしたＶ型エンジンであっても本発明を有効に適用することができる。

また、可変バルブ機構６４のアクチュエータ６５を備えるエンジン１８にモータジェネレータ１９を組み付けるようにしたので、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置した場合であっても、モータジェネレータ１９の組み付けに伴う突き出し量Ｌ１を抑制することが可能となる。つまり、図５(Ａ)および(Ｂ)に示すように、エンジン８０とミッションケース８１との間にモータジェネレータ８２を組み込むようにすると、モータジェネレータ８２の幅寸法Ｌ２がそのまま駆動装置８３の全長に加えられることになるが、図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、アクチュエータ６５の内側にモータジェネレータ１９を配置することにより、アクチュエータ６５とモータジェネレータ１９とを軸方向にオーバーラップさせることができ、駆動装置１１の全長拡大を抑制することが可能となる。なお、前述したようにモータジェネレータ１９の外径寸法を拡大することができるため、モータ出力を維持したままモータジェネレータ１９の薄型化を図ることも可能となる。

さらに、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置することにより、ハイブリッド車両１０の駆動装置１１を形成するようにしたので、駆動装置１１の後部形状をエンジンのみを動力源とする既存のパワーユニットとほぼ同形状にすることができ、既存の車体構造を大幅に変更することなく駆動装置１１を搭載することが可能となる。つまり、駆動装置１１の後部を収容するフロアトンネル１７や、駆動装置１１を車体１２に固定するエンジンマウントやクロスメンバを変更する必要がないだけでなく、エンジン位置も従来のパワーユニットと同じ位置になることから、吸気管などの吸気系部品、排気管などの排気系部品、燃料配管などの燃料系部品をそのまま流用することができ、ハイブリッド車両１０の開発コストを大幅に削減することが可能となる。

さらに、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置することにより、モータジェネレータ１９の冷却効率を向上させ、モータ出力を向上させることが可能となる。つまり、図５(Ａ)および(Ｂ)に示すように、エンジン８０とミッションケース８１との間にモータジェネレータ８２を組み込むようにした場合には、モータケース８４の外周面のみが外気に触れるため冷却効率を向上させることが困難であるが、図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、駆動装置１１の前部にモータジェネレータ１９を配置することにより、モータケース３０の放熱面積を拡大することが可能となるだけでなく、走行風をモータジェネレータ１９に吹き付けることが可能となり、モータジェネレータ１９の冷却効率を向上させることができる。特に、図２に示すように、モータケース３０の表面に冷却フィン３０ａを形成した場合には、冷却効率を大幅に向上させることが可能となる。

さらに、エンジン１８の車両前方側にモータジェネレータ１９を配置することにより、車両衝突時における安全性を考慮して通電ケーブル３５を配線することが容易となる。つまり、ハイブリッド車両１０が正面から障害物等に衝突した場合には、エンジンルーム１３が衝突エネルギによって潰されてしまうため、衝突エネルギの大きさによっては駆動装置１１が車両後方に向けて移動することになる。これに対し、モータジェネレータ１９に通電を行うインバータ３４は車体１２に固定されるため、モータジェネレータ１９よりも前方にインバータが取り付けられると、衝突によって駆動装置１１が車両後方に移動したときには、通電ケーブルが引っ張られて断線しまうおそれがある。したがって、衝突時における車両の安全性を確保するためには、モータジェネレータ１９よりも後方にインバータ３４を設置することが必要となるが、モータジェネレータ１９を駆動装置１１の最前部に取り付けるようにしたので、インバータ３４をモータジェネレータ１９よりも後方に設置することが容易となり、衝突時に断線することがないようにモータジェネレータ１９に対して車両後方側から通電ケーブル３５を接続することが可能となる。

これまで説明したように、エンジン１８の車両後方側に設けられるミッションケース４０に変速機構４２を収容する一方、エンジン１８の車両前方側に設けられるモータケース３０にモータジェネレータ１９を収容することにより、モータジェネレータ１９の大型化が容易となるだけでなく、既存の車体構造を大幅に変更することなく駆動装置１１を搭載することが可能となる。これにより、ハイブリッド車両１０の動力性能を向上させることができ、ハイブリッド車両１０の開発コストや製造コストを引き下げることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、変速機構４２として遊星歯車列を用いた自動変速機構が設けられているが、平行軸式の変速機構であっても良く、ベルト式やトロイダル式の無段変速機構であって良い。また、図示する場合には、ミッションケース４０内にトルクコンバータ４１が組み込まれているが、トルクコンバータ４１に代えてクラッチ機構を組み込むようにしても良い。

また、図示するモータジェネレータ１９は交流同期モータとなっており、通電機器としてのインバータ３４からモータジェネレータ１９に交流電流が供給されているが、通電機器としてはインバータ３４に限られることはなく、たとえば、電動モータとして直流モータを組み付けた場合には、バッテリ３６から電動モータに対して直流電流を供給するため、通電機器としてコンバータが設けられることになる。

なお、可変バルブ機構６４のアクチュエータ６５として、作動油によって駆動される油圧アクチュエータを組み付けるようにしているが、これに限られることはなく、電動アクチュエータを組み付けるようにしても良い。

ハイブリッド車両を示す概略図である。本発明の一実施の形態である駆動装置の内部構造を示すスケルトン図である。 (Ａ)は本発明の一実施の形態である駆動装置の前部を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)の駆動装置を示す側面図である。 (Ａ)は可変バルブ機構のアクチュエータをカム軸に沿って示す断面図であり、(Ｂ)は(Ａ)のａ−ａ線に沿ってアクチュエータを示す断面図である。 (Ａ)は従来の駆動装置の前部を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)の駆動装置を示す側面図である。

符号の説明

１０ハイブリッド車両
１１駆動装置
１３エンジンルーム
１７フロアトンネル
１８エンジン(水平対向型エンジン)
１９モータジェネレータ(電動モータ)
３０モータケース
３２クランク軸
３３ロータ
３４インバータ(通電機器)
３５通電ケーブル
４０ミッションケース(変速機ケース)
４２変速機構
６４可変バルブ機構
６５アクチュエータ

Claims

動力源としてエンジンと電動モータとを備え、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置であって、
前記エンジンの車両後方側に設けられる変速機ケースに、前記エンジンのクランク軸の後方端に連結される変速機構を収容し、
前記エンジンの車両前方側に、前記クランク軸の前方端に連結されて前記電動モータを形成するロータを収容したモータケースと、可変バルブ機構のアクチュエータとを設け、前記電動モータと前記アクチュエータとを軸方向にオーバーラップさせて配置し、
前記変速機ケースをフロアトンネル内に配置する一方、前記モータケースをエンジンルーム内に配置することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記エンジンは水平対向型エンジンまたはＶ型エンジンであることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
請求項１または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記電動モータの車両後方側に通電機器を配置するとともに、前記通電機器から延びる通電ケーブルを車両後方側から前記電動モータに接続することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。