JP5201080B2 - ハイブリッド車の駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、横置きエンジンのハイブリッド車における駆動機構に関する。

例えば、ガソリンエンジンなどの内燃機関を車両前方に搭載し、内燃機関に前輪を連結させるとともに発電機を接続させ、かつ後輪に走行用電動機を組み付けた形式のハイブリッド車が知られている。このシステムのハイブリッド車において、後輪走行、つまり電動機を駆動させて走行する場合、前輪の回転が内燃機関に伝達されて回転負荷を生じさせないように、内燃機関と前輪との間にクラッチ機構など伝達切替機構を設け、機械的な連結を遮断させる必要がある。

従来かかる形式を有する横置きエンジンのハイブリッド車においては、内燃機関の左右いずれかの側方に発電機を配置し、更に内燃機関の駆動力を前輪に伝達させる伝達機構を内燃機関と発電機の間に設け、更に、伝達機構内に伝達切替機構を組み込み、前輪と内燃機関の駆動軸との連結を断続させる例が知られている。

特開２００８−１３２９２２号公報

しかしながら、内燃機関と発電機との間にクラッチ機構等の伝達切替機構を組み込むと、駆動機構の全体の長さ（横幅）が長くなる。すると、横置きエンジン形式では、車両のエンジンルーム内に幅方向に広い取付空間を要し、かかる駆動機構を搭載できる車両が限定されてしまうおそれがあった。

またかかる構成では、多種の機構が内燃機関に組み付けられることとなり、組付工程の手間が多くなり、組付の容易性、あるいは車両の保守や点検などの際の整備性等が低下するおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本発明は、ハイブリッド車の駆動機構を次のように構成した。

車両は、内燃機関の出力軸を車両幅方向に配置した、横置きエンジン形式のハイブリッド車である。車両は、走行用電力を発電する発電機と、左右輪差動機構とを備えている。内燃機関の出力軸と発電機とは、第１の連結機構で連結されている。

左右輪差動機構は、内燃機関からの駆動力を車両の左右輪回転軸のそれぞれに分配する。左右輪差動機構は、回転可能に支持されるデフケースを有し、デフケースが車両の左右輪回転軸と同軸に配置されている。左右輪差動機構は、内燃機関よりも車両の前方もしくは後方に配置されている。

内燃機関の出力軸と左右輪差動機構とは、第２連結機構で連結されている。第２連結機構は、内燃機関の出力軸と左右輪差動機構との間で駆動力を断続させる伝達切替機構（クラッチ機構）を有している。

伝達切替機構は、左右輪回転軸と同軸に配置され、かつ左右輪差動機構と車幅方向に並列して配置されている。このようにしてハイブリッド車の駆動機構を構成した。

また第２連結機構に、内燃機関の出力軸と噛み合う噛合機構を設けた。かかる噛合機構を、車両の車幅方向において、左右輪差動機構を挟んで伝達切替機構と対向して配置した。

また第２連結機構に、連結筒体と、外筒体とを設けた。かかる連結筒体は、左右輪差動機構のデフケースの外方に設けられ、噛合機構に一端が連結可能に形成されている。また外筒体は、連結筒体の径方向外方に設けられ、一端が連結筒体と、他端が前記左右輪回転軸の左右いずれか一方と、それぞれに回動自在で、かつ液密に封止されている。更に、連結筒体と外筒体とを、それぞれ左右輪回転軸と同軸に設け、伝達切替機構を、外筒体の内側で、デフケースと連結筒体との間で駆動力を断続させるように構成した。

更に、車両の前後輪のうち、一方の左右輪は内燃機関から駆動力が伝達され、他方の左右輪は発電機から電源供給される走行用電動機から駆動力が伝達されることとした。

本発明にかかる駆動機構は、左右輪差動機構（デフ）が内燃機関の前方あるいは後方に、内燃機関と並列に設けられ、かつ左右輪差動機構と同軸上に伝達切替機構（クラッチ）が設けられているので、駆動機構の横幅を短縮させることができる。

デフを挟んで、噛合機構とクラッチを配置させるので、クラッチの配置スペースを十分に確保することができる。それによりトルク伝達容量に応じて、クラッチ容量を大型化させることが可能となる。また、クラッチを、噛合機構やデフのようなトルク伝達機構に囲まれることなく外側の領域に設けるので、クラッチの放熱性を向上させることができ、駆動機構を熱対策上有利な構造にできる。

左右輪差動機構および伝達切替機構は、１つの駆動系ユニットして扱えるので、組み付け作業が容易となり、また整備性が向上する。更に、伝達切替機構に作動油を封入した状態で、駆動系ユニットを伝達機構に組み付けることができ、左右輪差動機構および伝達切替機構の組付作業が大幅に簡略化でき、整備性を向上できる。

内燃機関による駆動と走行用電動機による駆動を並用させることで、２輪駆動／４輪駆動の切り替えが可能となる。

駆動機構を具えたハイブリッド車の概略を示す構成図である。 本発明にかかる駆動機構の一実施形態を示す断面図である。 駆動機構の配列状態を示す構成図である。

本発明にかかるハイブリッド車の駆動機構の一実施形態について、説明する。

図１に、駆動機構１０を具えた車両１２の概略構成を示す。以下、車両１２の進行方向を前方とし、その逆を後方とし、それを基準に左右を定め、更に重力の方向を下方とし、その逆を上方として説明する。

車両１２は、前方にエンジン１４と、発電機１６と、駆動機構１０を備え、後方に走行用の後輪電動機２０を有している。車両１２の四隅には、右の前輪８０、左の前輪８２、右の後輪８４、左の後輪８６が設けられている。右の前輪８０と左の前輪８２には、ステアリング機構８８が連結されている。

エンジン１４は、ガソリンを燃料とする内燃機関で、車両１２の前方に横置き状態で搭載されている。エンジン１４の出力軸２２は、駆動機構１０に連結されている。エンジン１４は、アクセルペダルやブレーキペダル（いずれも図示せず。）の操作状態、車両１２の走行速度、バッテリ３０の充電量等各種情報をＥＣＵ（電子コントロールユニット）１００が考慮し、ＥＣＵ１００から送出される制御信号で制御される。尚エンジン１４は、ガソリンエンジンに限るものではない。

発電機１６は、エンジン１４の側方に設けられている。発電機１６は、エンジン１４からの駆動力で発電する。また発電機１６は、発電機１６に外部から電力を供給することで電動機として機能し、駆動力を駆動機構１０に送出する形式としてもよい。発電機１６からは、電力線２４が充電制御ユニット２６を介してバッテリ３０に延びている。

バッテリ３０は、後輪電動機２０を駆動させる走行用のバッテリである。充電制御ユニット２６は、ＥＣＵ１００からの信号に従って、バッテリ３０の充電を制御する。また車両１２は、外部電源接続口（図示せず。）を具え、外部電源接続口に接続された外部電源からの電力でバッテリ３０を充電させることが可能となっている。

またバッテリ３０からは、駆動電力線２７がモータ制御ユニット５２を介して後輪電動機２０に接続している。モータ制御ユニット５２は、ＥＣＵ１００からの信号に従って後輪電動機２０を制御する。後輪電動機２０は、リングギア５５を介して後輪差動機構５４のデフケース５７に連結している。後輪差動機構５４は、左右の後輪駆動軸５６、５８を介して左右の後輪８４、８６に連結されている。

次に、駆動機構１０について説明する。
駆動機構１０は、第１連結機構としての増速機構３２と、第２連結機構としての伝達機構３４と、増速機構３２と伝達機構３４を収納する容器体１３と、左右輪差動機構３６と、伝達切替機構としてのクラッチ機構３８などから構成されている。図２に、駆動機構１０を詳細に示す。図に示すように駆動機構１０の右方には、エンジン１４が取り付けられ、左方には発電機１６が設けられている。

増速機構３２は、ダンパー４０と、第１入力軸４４と、第１出力軸４２などから構成されている。ダンパー４０は、例えば２枚の円板の間にバネ（いずれも図示せず。）を周方向に具えた構成で、エンジン１４の出力軸２２と第１入力軸４４の間に設けられ、出力軸２２からの回転力を、回転速度の衝撃的な変動を緩和させて第１入力軸４４に伝達する装置である。尚、ダンパー４０の機構はこれに限るものではない。

第１入力軸４４は、容器体１３に回動自在に組み付けられている。第１入力軸４４はエンジン１４側に、第１出力歯車４６を具えている。第１出力歯車４６は、第１出力軸４２に形成された歯車４５に噛み合っている。第１出力軸４２は、発電機１６の入力軸（図示せず。）に連結している。

伝達機構３４は、第１入力軸４４と、中間軸６０と、出力部材６２などから構成されている。第１入力軸４４の発電機１６側には、第２出力歯車６４が設けられている。中間軸６０には第２入力歯車６６と第３出力歯車６８が設けられ、第２入力歯車６６と第２出力歯車６４が噛み合っている。

出力部材６２は、第３入力歯車７０を具え、軸受７１と軸受７２により、容器体１３に回動自在に取り付けられている。第３入力歯車７０は、第３出力歯車６８に噛み合っている。第２出力歯車６４、第２入力歯車６６、第３出力歯車６８、第３入力歯車７０等から第２連結機構としての噛合機構を構成している。

また出力部材６２は、エンジン１４側の端部に、連結端部７４を具えている。連結端部７４の外周面には、軸方向にスプライン（図示せず。）が形成してある。一方容器体１３のエンジン１４側の壁面には、取付口７６が形成してあり、取付口７６から連結端部７４が臨ませてある。

左右輪差動機構３６とクラッチ機構３８は、外筒体７８内に収納されている。外筒体７８の発電機１６側には、連結口７９が形成されている。連結口７９は、取付口７６の内周に嵌合可能に形成してあり、パッキン（図示せず。）などを介して取付口７６に液密に取り付けられている。外筒体７８の内側には、連結筒体９０とデフケース９２が設けられている。

連結筒体９０は、筒体状に形成されており、軸受７３と軸受７５により、外筒体７８に回動自在に組み付けられている。連結筒体９０は、連結口７９側に、連結端部９４を具えている。連結端部９４の内周面には、スプライン（図示せず。）が形成してあり、スプラインを介して連結端部９４と連結端部７４とが、抜き差し自在にスプライン嵌合している。連結筒体９０の他端側（図２の右方。）は、クラッチ機構３８に延び、クラッチ機構３８の摩擦板が組み付けてある。

また連結端部９４と外筒体７８の間には、シール部材９５が設けられている。シール部材９５は、連結端部９４と外筒体７８とを回動自在で、かつその間を液密に封止している。更に外筒体７８の他方端部、つまり、図２の右方の端部には、シール部材９７が設けてあり、後述する右ドライブシャフト１２４と外筒体７８と回動自在で、かつその間を液密に封止している。

デフケース９２は、連結筒体９０に対して回動自在に設けられ、図２の右方端部において、軸受７７により容器体１３に回動自在に取り付けられている。デフケース９２にはピニオンシャフト９６の端部が組み付けられ、ピニオンギア９８を介して左右それぞれのサイドギア１２０、１２２に噛み合っている。右サイドギア１２０は右ドライブシャフト１２４に、左サイドギア１２２は左ドライブシャフト１２６に設けられ、それぞれ右の前輪８０と左の前輪８２に接続している。

またデフケース９２の右方は、クラッチ機構３８の外周部分に延び、クラッチ機構３８のクラッチプレートが取り付けられている。クラッチプレートと摩擦板は、交互に積層されており、積層されたクラッチプレートと摩擦板の図における右側面は、デフケース９２の端壁に突き当てられている。また積層されたクラッチプレートと摩擦板の図における左方には、油圧ピストン１１０が設けられている。油圧ピストン１１０は、クラッチ機構３８の積層方向に沿って摺動自在に設けられ、シリンダ（図示せず。）内に作動油が圧送されると、積層されたクラッチプレートと摩擦板を圧縮し、クラッチ機構３８を接続させる。また油圧ピストン１１０には、リターンスプリング１１２が組みつけてあり、クラッチ機構３８の接続状態を遮断する方向に油圧ピストン１１０を付勢している。

図３に、エンジン１４と発電機１６と、左右輪差動機構３６を左側方から見たときの配置状態を示す。図に示すように、左右輪差動機構３６およびクラッチ機構３８は、エンジン１４の後方に配置されている。

次に、車両１２における各種走行方法について説明する。
ＥＣＵ１００は、アクセルペダルの踏み具合、ブレーキのかかり、車両１２の走行速度、バッテリ３０の充電量（残量）等を考慮して、エンジン１４による走行と、後輪電動機２０による走行とを選択し、車両１２を走行させるとともに適宜発電機１６での発電や駆動等を行わせる。

例えば車両１２が停車した状態から発進する際には、後輪電動機２０を駆動させる。後輪電動機２０を駆動させると、後輪差動機構５４のリングギア５５が回転し、デフケース５７全体を回転させて、ピニオンギアを介して、左右の後輪駆動軸５６、５８が回転される。

一方、その際クラッチ機構３８の接続は遮断されている。したがって車両１２が走行を開始し、前輪８０、８２からの回転力でデフケース９２が回転されても、連結筒体９０とデフケース９２との連結がクラッチ機構３８により遮断されるので、エンジン１４や発電機１６が、前輪８０等からの回転により駆動されることはない。

後輪駆動走行は、発進時から所定の速度まで行われる。そして、バッテリ３０の蓄電量が所定値を下回ったと判断されると、クラッチ機構３８が遮断した状態でエンジン１４を起動させる。エンジン１４が起動すると、エンジン１４の駆動力は、増速機構３２を介して発電機１６に伝えられ、発電機１６において発電が行われる。発電された電力は、充電制御ユニット２６を介してバッテリ３０に蓄積される。その際クラッチ機構３８は、遮断されたままであり、前輪８０等をエンジン１４の駆動力で駆動させることはない。

車両１２が、所定の速度を超えて高速域で走行すると、エンジン１４を起動させ、エンジン１４の回転数と車両１２の速度を同期させながらクラッチ機構３８を接続させる。それに伴い後輪電動機２０の駆動を停止させる。すると、エンジン１４からの駆動力が伝達機構３４、左右輪差動機構３６を通して左右の前輪８０、８２に伝達され、車両１２は前輪駆動により走行する。

更に、エンジン１４による前輪駆動と、後輪電動機２０による後輪駆動を併用し、雪道やぬかるみからの脱出時等で全輪駆動により発進、あるいは走行してもよい。

このように、車両１２は、エンジン１４と後輪電動機２０の種類の異なる駆動源を利用したハイブリッド車として走行する。そして、左右輪差動機構３６、クラッチ機構３８を図３などに示すようにエンジン１４の後方に配置したので、図１に示すようにエンジン１４や発電機１６などからなる駆動機構１０の横方向長さを短縮できる。

また外筒体７８は、左右輪差動機構３６とクラッチ機構３８を収納した状態で、シール部材９５およびシール部材９７により、内部が液密に封止されている。これにより、左右輪差動機構３６に右ドライブシャフト１２４と左ドライブシャフト１２６を組み付けた状態で、外筒体７８の内部に作動油として、ＡＴＦ（オートマチック トランスミッション フルード）などを封入させることができる。

したがって、エンジン１４に、増速機構３２と伝達機構３４を介して発電機１６を組み付け、エンジン１４を車両１２に搭載した後でも、側方から左ドライブシャフト１２６を取付口７６に通して、左右輪差動機構３６およびクラッチ機構３８を組み付けることができる。そのため、エンジンの組み付け工程を簡略化できる。また、左右輪差動機構３６やクラッチ機構３８の修理、交換が容易にできる。

更に、クラッチ機構３８が伝達機構３４に組み込まれず、左右輪差動機構３６を挟んで伝達機構３４に対向した位置に、外筒体７８を介して外部に露出して設けられているので、クラッチ機構３８のクラッチ容量を必要に応じて大きくすることができる。またクラッチ機構３８の放熱性を良好にでき、駆動機構１０の耐熱性を向上させることができる。

尚、上記例では、エンジン１４を車両１２の前方に搭載し、前輪８０、８２をエンジン駆動とし、後輪８４、８６を後輪電動機２０による駆動としたが、本発明の駆動機構１０は、かかる構成に限るものではない。例えば、エンジンなどの内燃機関を車両１２の後部に搭載し、内燃機関による後輪駆動とし、前輪を電動機による駆動としてもよい。また、駆動機構に電動機を組み付け、内燃機関と電動機の駆動を切り替え、あるいは同時に駆動させて走行させるように構成してもよい。また、クラッチ機構３８を油圧作動としたが、クラッチ機構３８は電磁その他を駆動源として作動させるようにしてもよい。

本発明は、横置きエンジン形式のハイブリッド車の駆動機構に利用できる。

１０…駆動機構
１２…車両
１４…エンジン
１６…発電機
１７…第１連結機構
１８…第２連結機構
２０…走行用電動機
３０…バッテリ
３２…増速機構
３４…伝達機構
３６…左右輪差動機構
３８…クラッチ機構
７８…外筒体
９０…連結筒体
９２…デフケース
９４…連結端部
１００…ＥＣＵ

Claims (3)

1. 駆動力を出力する出力軸を車幅方向に延在させて横置き状態で車両に支持される内燃機関と、
   走行用電力を発電する発電機と、
   前記内燃機関の出力軸と前記発電機とを連結する第１の連結機構と、
   回転可能に支持されるデフケースを有するとともに前記車両の左右輪回転軸と同軸に配置され、前記内燃機関からの駆動力を前記車両の左右輪回転軸のそれぞれに分配する左右輪差動機構と、
   前記内燃機関の出力軸と前記左右輪差動機構とを連結する第２連結機構とを備えたハイブリッド車の駆動機構において
   前記第２連結機構は、前記内燃機関の出力軸と前記左右輪差動機構との間で駆動力を断続させる伝達切替機構を有し、
   前記左右輪差動機構は、前記内燃機関よりも前記車両の前方もしくは後方に配置され、
   前記伝達切替機構は、前記左右輪回転軸と同軸に配置され、かつ前記左右輪差動機構と前記車幅方向に並列して配置され、
   更に、前記第２連結機構は、前記内燃機関の出力軸と噛み合う噛合機構を有し、
   前記車両の車幅方向において、前記左右輪差動機構を挟んで前記噛合機構と前記伝達切替機構とが配置されることを特徴とするハイブリッド車の駆動機構。
2. 前記第２連結機構は、前記左右輪差動機構のデフケースの外方に設けられ、前記噛合機構に一端が連結可能に形成された連結筒体と、
   前記連結筒体の径方向外方に設けられ、一端が前記連結筒体と、他端が前記左右輪回転軸の左右いずれか一方と、それぞれに回動自在で、かつ液密に封止された外筒体とを、それぞれ前記左右輪回転軸と同軸上に有し、
   前記伝達切替機構は、前記外筒体の内側で、前記デフケースと前記連結筒体との間で駆動力を断続させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動機構。
3. 前記車両の前後輪のうち、一方の左右輪は前記内燃機関から駆動力が伝達され、
   他方の左右輪は前記発電機から電源供給される走行用電動機から駆動力が伝達されることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車の駆動機構。

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