JP4445185B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関及びモータ・ジェネレータを併せ備えた車両用動力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、低排気ガス、低燃費を目的とし動力源として内燃機関及びモータ・ジェネレータを併せ備えたいわゆるハイブリット車両の開発が進んでいる。こうした車両では、車両の駆動及びエネルギー回生用のモータ・ジェネレータが追加された結果、従来の内燃機関始動用のモータ(スタータ)、バッテリ充電用のオルタネータと併せて大きなモータ等を3個備えることになり、車両搭載の困難さに加えてコストの増大を余儀なくされている。
【0003】
このモータ等の個数を少なくする試みとして、例えば特開2002−114048号公報に記載された車両用動力伝達装置が知られている。同公報記載の装置は、上記内燃機関始動用のモータとモータ・ジェネレータとを兼用することでモータ等の個数削減を実現している。
【0004】
すなわち、この車両用動力伝達装置は、手動変速機で採用されている伝達効率に優れた歯車式有段変速機に、内燃機関及び歯車式有段変速機間のクラッチ操作(接続・遮断)を自動化する機構とシフト操作(変速段の切り替え)を自動化する機構とを追加した変速機を備えている。そして、この変速機とモータ・ジェネレータとを組み合せることで、内燃機関始動用のモータとの兼用を実現している。
【0005】
つまり、この変速機に周知のシフト装置に類似した機構を介してモータ・ジェネレータを取り付け、これを用いて動力の入力時と出力時とでその伝達経路を切り替えている。これにより、時にはギヤを介して変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結する。そして、例えばモータ・ジェネレータを駆動してその回転トルクを変速機の入力軸からクラッチを介して内燃機関に伝達し、同機関を始動する。若しくは、内燃機関の回転トルクをクラッチから変速機の入力軸を介してモータ・ジェネレータの回転軸に伝達し、発電を行う。
【0006】
また、時には、ギヤを介してモータ・ジェネレータの回転軸と車両の駆動輪に繋がる変速機の出力軸とを連結し、車両の駆動若しくはエネルギー回生を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この車両用動力伝達装置では、モータ・ジェネレータの回転軸と変速機の入力軸(若しくは出力軸)とは、モータ・ジェネレータの駆動・発電に関わらずそれぞれ所定のギヤ比に基づく共通の回転速度比で連結されている。従って、例えば変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結して内燃機関の始動又は発電をさせようとすると、効率等の悪い状態での使用を余儀なくされる。
【0008】
すなわち、モータ・ジェネレータは特定の回転速度近傍で駆動及び発電の効率が優れている。一方、内燃機関を始動させる場合、一般にその回転速度は250rpm程度の低回転域であるのに対し、車両走行時に支配的になる回転速度は2000〜2500rpm程度の高回転域となる。従って、モータ・ジェネレータの駆動・発電に関わらず一系統の動力伝達経路を利用する場合には、効率等の悪い状態で使用することになる。
【0009】
あるいは、低回転域・高回転域の広範囲で駆動・発電に効率のよいモータ・ジェネレータを採用する場合、そのコストが増大するという別の問題が生じる。
本発明の目的は、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる車両用動力伝達装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、モータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの前記キャリア軸と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に設けられ、内燃機関を始動するために前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、前記モータ・ジェネレータの前記回転軸と前記歯車式有段変速機との間に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
【0012】
請求項に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、ータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達する第1経路と、前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第2経路と、前記第1経路に設けられ、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、前記第2経路に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、前記内燃機関と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
【0013】
請求項に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、ータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達する第1経路と、前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第2経路と、前記第1経路に設けられ、前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転速度が前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度を上回った場合に前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、前記第2経路に設けられ、前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度が前記モータ・ジェネレータの回転速度を上回った場合に前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又はに記載の車両用動力伝達装置において、前記第1ワンウェイクラッチ及び前記第2ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを要旨とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又はに記載の車両用動力伝達装置において、記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを要旨とする。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の車両用動力伝達装置において、前記第1ワンウェイクラッチ及び前記第2ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを要旨とする。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の車両用動力伝達装置において、記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを要旨とする。ことを要旨とする。
【0014】
(作用)
請求項1又はに記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、内燃機関を始動するためのプラネタリギヤによる第1回転速度比に応じたモータ・ジェネレータの回転トルクは、第1ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転トルクは、プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータに伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータに伝達される。従って、例えば第1ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、歯車式有段変速機及び第2ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【0015】
請求項又はに記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクは、第1経路に設けられた第1ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からの回転トルクは、第1経路における第1ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介した回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2経路に設けられた第2ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2経路における第2ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。従って、例えば第1経路において第1ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、第2経路において歯車式有段変速機及び第2ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【0016】
請求項又はに記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクは、プラネタリギヤを介したモータ・ジェネレータの回転速度が歯車式有段変速機を介した内燃機関の回転速度を上回ることで第1経路に設けられた第1ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤを介した回転トルクは、第1経路における第1ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介した回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、歯車式有段変速機を介した内燃機関の回転速度がモータ・ジェネレータの回転速度を上回ることで第2経路に設けられた第2ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第2経路における第2ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。従って、例えば第1経路において減速機、第1ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、第2経路において歯車式有段変速機及び第2ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
請求項に記載の発明によれば、第2ワンウェイクラッチは歯車式有段変速機にギヤ連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤが共用される。従って、例えば歯車式有段変速機に専用のギヤを設けて第2ワンウェイクラッチとギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大が抑制される。
請求項に記載の発明によれば、第2ワンウェイクラッチは歯車式有段変速機にギヤ連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤが共用される。従って、例えば歯車式有段変速機に専用のギヤを設けて第2ワンウェイクラッチとギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大が抑制される。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態について図1に従って説明する。
【0018】
図1は、本実施形態が適用されるハイブリッド車両用の動力伝達装置を示すシステム構成図である。この装置は、出力を調整可能な電子スロットルアクチュエータを備える内燃機関1と、クラッチ2と、歯車式有段変速機3と、モータ・ジェネレータ4と、インバータ5と、バッテリ6とを備える。
【0019】
上記クラッチ2は、内燃機関1及び歯車式有段変速機3の間に配装されており、内燃機関1のクランクシャフト11に固定されたフライホイール12と、クラッチディスク13とを有する。クラッチ2は、上記内燃機関1及び歯車式有段変速機3間の動力の接続・遮断を切り替える。なお、本実施形態では、クラッチ2による上記動力の接続・遮断を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態(内燃機関1の運転状態、走行状態、バッテリ6の蓄電状態など)に応じ、上記動力の接続・遮断が自動的に切り替えられるようになっている。
【0020】
上記歯車式有段変速機3は、複数の変速段に切り替え可能であって、入力軸14と、同入力軸14に略平行に配置された出力軸15とを有する。入力軸14には、上記クラッチディスク13がスプライン等で軸線方向に摺動自在に、周方向に回動不能に連結されている。そして、この入力軸14には、一側(クラッチ2側である図1の左側)から1速用駆動ギヤ16、後退用駆動ギヤ17、2速用駆動ギヤ18が一体的に設けられている。また、入力軸14には、2速用駆動ギヤ18に隣接して一側(図1の左側)から3速用駆動ギヤ19、4速用駆動ギヤ20、5速用駆動ギヤ21が空転可能に装着されている。
【0021】
出力軸15には、一側(図1の左側)においてディファレンシャル装置22の従動ギヤ22aに噛合連結された駆動ギヤ23が一体的に設けられている。従って、出力軸15が回転すると、回転トルクが駆動ギヤ23を介してディファレンシャル装置22(従動ギヤ22a)に伝達され、車両の両駆動輪と連結されたシャフト22b,22cを駆動する。
【0022】
また、出力軸15には、入力軸14に対応して一側(図1の左側)から1速用従動ギヤ24、2速用従動ギヤ25が空転可能に装着され、3速用従動ギヤ26、4速用従動ギヤ27、5速用従動ギヤ28が一体的に設けられている。そして、これら従動ギヤ24〜28は、対応する駆動ギヤ16,18〜21に噛合連結されている。
【0023】
出力軸15において、1速用及び2速用従動ギヤ24,25間には、外周にスプラインが設けられたハブ部材31が同出力軸15と一体的に回転するように設けられている。そして、1速及び2速用従動ギヤ24,25には、それぞれハブ部材31側において同ハブ部材31と同様のスプラインを有する突出部24a,25aが設けられている。
【0024】
一方、入力軸14において、3速及び4速用駆動ギヤ19,20間及び5速用駆動ギヤ21の他側(クラッチ2の反対側である図1の右側)には、それぞれ外周にスプラインが設けられたハブ部材32,33が同入力軸14と一体的に回転するように設けられている。そして、3速〜5速用駆動ギヤ19〜21には、それぞれハブ部材32,33側において同ハブ部材32,33と同様のスプラインを有する突出部19a,20a,21aが設けられている。
【0025】
そして、ハブ部材31〜33の外周側には、同ハブ部材31〜33のスプラインと係合するとともに対応する突出部19a〜21a,24a,25aのスプラインと選択的に係合可能なスプラインを内周側に有するスリーブ34,35,36が配設されている。これらスリーブ34〜36は、図示しないフォーク部材により軸線方向に移動されてハブ部材31〜33と対応する突出部19a〜21a,24a,25a(ギヤ19〜21,24,25)とを連結し、或いは中立位置に配置(中立状態)されて連結を解除する。
【0026】
このフォーク部材を介したスリーブ34〜36の移動によりハブ部材31〜33と対応する突出部19a〜21a,24a,25a(ギヤ19〜21,24,25)とが選択的に連結・解除され、歯車式有段変速機3における複数の変速段が実現されている。
【0027】
なお、スリーブ34の外周側には、後退用従動ギヤ37が設けられている。そして、入力軸14及び出力軸15と平行に配置された軸38には、軸線方向に移動可能なアイドラギヤ39が設けられている。このアイドラギヤ39は、軸線方向の位置に応じて上記後退用駆動ギヤ17及び後退用従動ギヤ37に噛合連結されることで後退の変速段を実現する。それ以外の変速段では、アイドラギヤ39は中立位置に配置されて連結が解除され、空転する。
【0028】
本実施形態では、フォーク部材を介したスリーブ34〜36の移動等を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態(内燃機関1の運転状態、走行状態、バッテリ6の蓄電状態など)に応じ、変速段が自動的に切り替えられるようになっている。
【0029】
なお、入力軸14の他側(クラッチ2の反対側である図1の右側)端には、前記モータ・ジェネレータ4に噛合連結されたギヤ41aを外周部に有する第1ワンウェイクラッチ41が設けられている。
【0030】
上記モータ・ジェネレータ4は、外力にてその回転軸42が回転駆動されることで発電等を行うとともに給電により回転軸42を回転させる周知の交流機であって、歯車式有段変速機3に並設されている。このモータ・ジェネレータ4は、回転軸42の一側(図1の左側)に第2ワンウェイクラッチ43が設けられている。この第2ワンウェイクラッチ43は、前記入力軸14の2速用駆動ギヤ18に噛合連結されたギヤ43aを外周部に有しており、入力軸14(2速用駆動ギヤ18)が一側(図1における回転方向A)に回転駆動される場合のみその回転トルクをギヤ43aを介して回転軸42に伝達する。そして、回転軸42は、入力軸14に対し2速用駆動ギヤ18及びギヤ43aのギヤ比に応じた回転速度にて他側(図1における回転方向Aと反対の回転方向B)に回転する。
【0031】
また、モータ・ジェネレータ4は、回転軸42の他側(図1の右側)においてこれと同軸にプラネタリギヤ44のサンギヤ44aが設けられている。従って、回転軸42の回転速度はサンギヤ44aの回転速度と一致する。このプラネタリギヤ44のリングギヤ44bは不動部に固着されており、ダブルピニオン構造を有するキャリア軸44cには、前記第1ワンウェイクラッチ41のギヤ41aに噛合連結されたギヤ45が一体的に設けられている。上記第1ワンウェイクラッチ41は、キャリア軸44c(ギヤ45)が他側(図1における回転方向B)に回転駆動される場合のみその回転トルクをギヤ41aを介して入力軸14に伝達する。従って、キャリア軸44cは、回転軸42に対しプラネタリギヤ44での減速比(第1回転速度比)に応じた回転速度にて回転する。そして、入力軸14は、キャリア軸44cに対しギヤ45,41aのギヤ比に応じた回転速度にて一側(図1における回転方向A)に回転する。
【0032】
なお、入力軸14が一側(図1における回転方向A)に回転駆動されるとき、上記第1ワンウェイクラッチ41は空転するように配置されている。従って、入力軸14の一側への回転トルクは、第1ワンウェイクラッチ41においてギヤ41aへと伝達されない。また、回転軸42(キャリア軸44c)が他側(図1における回転方向B)に回転駆動されるとき、上記第2ワンウェイクラッチ43は空転するように配置されている。従って、回転軸42(キャリア軸44c)の他側への回転トルクは、第2ワンウェイクラッチ43において入力軸14(2速用駆動ギヤ18)へと伝達されない。
【0033】
上記インバータ5は、図示しないコントローラにて駆動制御されており、バッテリ6からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ4に給電し、あるいはモータ・ジェネレータ4において発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ6を充電する。
【0034】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。
まず、モータ・ジェネレータ4による内燃機関1の始動について説明する。このとき、クラッチ2を動力の接続状態にするとともにコントローラによりスリーブ34〜36及びアイドラギヤ39を中立状態にして歯車式有段変速機3をニュートラルの状態にする。そして、インバータ5を駆動してモータ・ジェネレータ4に交流電力を給電し、回転軸42を回転方向Bに駆動する。回転軸42の回転トルクは、プラネタリギヤ44を介した減速に伴い増大されてそのキャリア軸44cに伝達される。入力軸14が従動側であり、第1ワンウェイクラッチ41がロック状態となることから、キャリア軸44cの回転トルクはギヤ45,41aを介した減速に伴い更に増大されて入力軸14に伝達される。なお、ギヤ45,41aは、内燃機関1の始動に十分な回転トルクが得られるようその減速比を大きくしている。そして、入力軸14の回転トルクはクラッチ2を介して伝達され、クランクシャフト11が回転を開始する。クランクシャフト11の回転速度が上昇し、例えば200rpm程度の回転速度に達すると内燃機関1の始動が可能になる。
【0035】
内燃機関1が始動してクラッチ2及び歯車式有段変速機3(入力軸14)とともに回転速度が上昇し、例えば600rpm程度の回転速度に達すると、入力軸14の回転速度がギヤ41aの回転速度を上回る。そして、第1ワンウェイクラッチ41のロック状態は自然に解放される。同時に、2速用駆動ギヤ18を介したギヤ43aの回転速度が回転軸42の回転速度を上回る。これにより、第2ワンウェイクラッチ43がロック状態になり、ギヤ43aを介した2速用駆動ギヤ18の回転トルクが、回転軸42に伝達される。なお、2速用駆動ギヤ18及びギヤ43aは、内燃機関1の全回転域においてモータ・ジェネレータ4が過回転しない程度で減速比を小さくしている。そして、内燃機関1の動力によってモータ・ジェネレータ4の回転軸42が回転駆動される。このように、内燃機関1が高速回転しているときは、負荷としてモータ・ジェネレータ4に発電させ、インバータ5を介してバッテリ6の充電が可能になる。すなわち、この状態におけるモータ・ジェネレータ4は、いわゆるオルタネータとしての役目を果たしている。
【0036】
ここで、モータ・ジェネレータ4の発電について更に説明する。モータ・ジェネレータ4を無通電状態にし、クラッチ2の接続・遮断状態に関わらず、入力軸14の回転方向Aへの回転トルクを2速用駆動ギヤ18、ギヤ43aに伝達する。このとき、モータ・ジェネレータ4が無通電状態であることから、第2ワンウェイクラッチ43はロック状態となり回転軸42は回転方向Bに回転させられる。従って、回転方向Bに対して負荷となるようにモータ・ジェネレータ4を制御することで、その発電が可能になる。
【0037】
特に、車両停止時では、歯車式有段変速機3をニュートラルの状態にする。そして、クラッチ2を接続状態にして内燃機関1のアイドル回転を同様に回転軸42に伝達することで発電が可能になる。
【0038】
また、例えばバッテリ6の充電容量が十分の状態で、内燃機関1が比較的低速で回転している場合には、モータ・ジェネレータ4を電動機として力行させて内燃機関1の出力を補い、車両の加速を助けることもできる。従って、内燃機関1の駆動力による走行中に更にモータ・ジェネレータ4を駆動すれば、モータ・ジェネレータ4の駆動力が加味され内燃機関1のみによる走行よりも力強い走行が可能となって、登坂路走行や追越し加速時に利用できる。
【0039】
さらに、バッテリ6の充電容量が通常状態では、モータ・ジェネレータ4の発電量を内燃機関1に加える負荷として制御する。これにより、内燃機関1を燃焼効率がよりよい状態で駆動させ、燃料消費率を向上できる。
【0040】
さらにまた、車両の減速時では、歯車式有段変速機3がニュートラル以外のいずれかの変速段にある状態においてクラッチ2の動力伝達を遮断し、モータ・ジェネレータ4を発電機としてその発電量(負荷)を制御する。これにより、モータ・ジェネレータ4での発電とともに車輪側に制動力(いわゆるエンジンブレーキに相当)を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することもできる。このとき、クラッチ2が遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関1での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【0041】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4の回転トルクは、プラネタリギヤ44により減速された回転速度(キャリア軸44cの回転速度)で内燃機関1に伝達される。一方、内燃機関1の回転トルクは、プラネタリギヤ44においてそのままの回転速度(サンギヤ44aの回転速度)でモータ・ジェネレータ4に伝達される。従って、モータ・ジェネレータ4の回転を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関1を低回転域で始動することができる。あるいは、内燃機関1を高速で回転し、モータ・ジェネレータ4を高回転域で発電させることができる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関1の始動性及びモータ・ジェネレータ4の発電効率を向上することができる。
【0042】
(2)本実施形態では、プラネタリギヤ44のリングギヤ44bは、不動部に固着されている。従って、例えばリングギヤにブレーキを設けてプラネタリギヤの動作制御(回転速度比の制御)を行う場合に比べ、その構造を簡易化できる。
【0043】
(3)本実施形態では、第2ワンウェイクラッチ43は歯車式有段変速機3にギヤ連結される。このギヤ連結において、歯車式有段変速機3は入力軸14と一体回転(同期回転)する変速段切り替え用のギヤ(2速用駆動ギヤ18)が共用される。従って、例えば歯車式有段変速機3に専用のギヤを設けて第2ワンウェイクラッチ43とギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【0044】
(4)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4を従来のスタータ及びオルタネータの代用として内燃機関1の始動及びバッテリ6の充電をできる。従って、これらスタータ及びオルタネータを廃止することができ、部品点数とコストの削減が可能となる。また、車両への搭載性も向上することができる。
【0045】
(5)本実施形態では、モータ・ジェネレータ4により走行エネルギーを効率よく回生して電力を得ることができる。このため、内燃機関1による駆動で行うモータ・ジェネレータ4での発電頻度が低減され、燃料消費率を向上することができる。
【0046】
(6)本実施形態では、構造体である第1及び第2ワンウェイクラッチ41,43及びプラネタリギヤ44等を追加するのみの極めて簡易な構成で、内燃機関1の始動性及びモータ・ジェネレータ4の発電効率を向上することができる。
【0047】
(7)本実施形態では、従来の歯車式有段変速機3を流用してその機能を一部追加するのみで実現することができる。また、例えばモータ・ジェネレータの出力方向を切り替える特別な機構を付加する必要はなく、コストの増大を抑制できる。
【0048】
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態について図2に従って説明する。なお、説明の便宜上、前記第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【0049】
図2は、本実施形態において歯車式有段変速機3に連結されるモータ・ジェネレータ50を示す構成図である。同図に示されるように、モータ・ジェネレータ50の回転軸51は略円筒状に形成されており、その一側(図2の右側)にプラネタリギヤ52のサンギヤ52aが設けられている。このプラネタリギヤ52のリングギヤ52bは不動部に固着されており、シングルピニオン構造を有するキャリア軸52cは上記回転軸51に回転自在に挿入されている。そして、このキャリア軸52cの一側(図2の右側)に前記第1ワンウェイクラッチ41のギヤ41aに噛合連結された第1実施形態と同様のギヤ45が一体的に設けられている。また、キャリア軸52cの他側(図1の左側)に第1実施形態と同様の第2ワンウェイクラッチ43が設けられている。
【0050】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。なお、モータ・ジェネレータ50による内燃機関1の始動については第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0051】
内燃機関1が回転して第1ワンウェイクラッチ41のロック状態が解放されるとともに第2ワンウェイクラッチ43がロック状態になると、2速用駆動ギヤ18の回転が、ギヤ43aを介してキャリア軸52cに伝達される。そして、キャリア軸52cの回転はサンギヤ52aを介して更に増速されて回転軸51に伝達される。以上により、内燃機関1の動力によってモータ・ジェネレータ50の回転軸51が回転駆動される。これにより、負荷としてモータ・ジェネレータ50に発電させ、インバータ5を介してバッテリ6への充電が可能になる。
【0052】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第1実施形態と同様の効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、内燃機関1の駆動時において、内燃機関1の回転は入力軸14の2速用駆動ギヤ18を介して第2ワンウェイクラッチ43からキャリア軸52cに伝達される。そして、キャリア軸52cの回転はプラネタリギヤ52(サンギヤ52a)を介してモータ・ジェネレータ50に伝達される。従って、内燃機関1の駆動時において、キャリア軸52cの回転速度は2速用駆動ギヤ18により内燃機関1の回転速度に対して減速される。内燃機関1に対して減速されたキャリア軸52cは、プラネタリギヤ52によって増速され、モータ・ジェネレータ50(回転軸51)に伝達される。つまり、キャリア軸52cによりモータ・ジェネレータ50を駆動させる場合に、前記第1実施形態に比べてより高速にモータ・ジェネレータ50を回転させることができる。
【0053】
これによると、一般に発電効率に優れた高速回転域でモータ・ジェネレータ50を発電機として作用させることが可能になる。また、バッテリ6が十分に充電され且つ内燃機関1が低速回転のときにおいて、モータ・ジェネレータ50として力行させて車両の出力を補う際に、モータ・ジェネレータ50を発電から力行へ移行させる際にモータ・ジェネレータ50の回転速度を大きくさせる必要がなく、好適である。
【0054】
(2)本実施形態では、従来ギヤ(2速用駆動ギヤ18)とプラネタリギヤ52とを使用することで減速比を確保でき、モータ・ジェネレータ50の小型化が可能となる分、コストを低減できる。また、車両搭載性も向上することができる。
【0055】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機3とモータ・ジェネレータ4,50とを2速用駆動ギヤ18及びギヤ43aを介してギヤ連結した。これに対し、歯車式有段変速機3とモータ・ジェネレータ4,50とは、入力軸14と常時一体的に回転(同期回転)するギヤ、すなわち1速用駆動ギヤ16、1速及び2速用従動ギヤ24,25のいずれかを介してギヤ連結してもよい。例えば、2速用駆動ギヤ18とギヤ43aとを直接噛み合わせた構成に代えて、2速用従動ギヤ25を経由してギヤ連結してもよい。これにより、装置全体での配置場所に自由度が増し、車両搭載性が向上する。
【0056】
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機3及びモータ・ジェネレータ4,50をギヤ連結したが、例えばベルトやチェーン連結を採用してもよい。
・前記各実施形態において、動力伝達の構成は一例であって、本発明を逸脱しない範囲において変更を加えてもよい。
【0057】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1乃至に記載の発明によれば、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる。
【0058】
請求項又はに記載の発明によれば、部品点数の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態のシステム構成図。
【図2】本発明に係る第2実施形態のシステム構成図。
【符号の説明】
1 内燃機関
3 歯車式有段変速機
4,50 モータ・ジェネレータ
18 変速段切り替え用のギヤとしての2速用駆動ギヤ
41 第1ワンウェイクラッチ
42,51 回転軸
43 第2ワンウェイクラッチ
44,52 プラネタリギヤ
44a,52a サンギヤ
44b,52b リングギヤ
44c,52c キャリア軸

Claims (7)

  1. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    モータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記プラネタリギヤの前記キャリア軸と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に設けられ、内燃機関を始動するために前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、
    前記モータ・ジェネレータの前記回転軸と前記歯車式有段変速機との間に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    ータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達する第1経路と、
    前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第2経路と、
    前記第1経路に設けられ、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、
    前記第2経路に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  3. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    ータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達する第1経路と、
    前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第2経路と、
    前記第1経路に設けられ、前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転速度が前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度を上回った場合に前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第1回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第1ワンウェイクラッチと、
    前記第2経路に設けられ、前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度が前記モータ・ジェネレータの回転速度を上回った場合に前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第2ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  4. 請求項1又はに記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第1ワンウェイクラッチ及び前記第2ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  5. 請求項1又はに記載の車両用動力伝達装置において、
    記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  6. 請求項に記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第1ワンウェイクラッチ及び前記第2ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  7. 請求項に記載の車両用動力伝達装置において、
    記第2ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
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