JP5659553B2 - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンもしくはモータによって駆動される入力軸の回転を歯車変速機構を介して出力軸に伝達するハイブリッド駆動装置に関するものである。

一般に、５速の変速段を有する歯車変速機構を備えたマニュアルトランスミッションにおいては、通常、図２に示すように、第１速１ｓｔから第５速５ｔｈのギヤ１〜５が、エンジン６側から順番に配置されるとともに、第１速と第２速のギヤ１、２の間に、リバース用のギヤが配置され、第１速および第２速で共用するリバースシンクロ７によって切替えられる構成となっている。

このようなマニュアルトランスミッションに１つのモータを追加して、モータを入力軸に連結したり、出力軸に連結したり切替えできるハイブリッド型のトランスミッションが、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。特許文献１に記載のものは、第１速のギヤ２０、３０をアイドラ化し、モータ４５を入力軸および出力軸に切離可能に接続するものであり、特許文献２に記載のものは、モータ１６を、第４速のギヤ５４を介して入力軸に切離可能に接続し、第６速のギヤ５６を介して出力軸に切離可能に接続するものである。

特表２００２−５２６３２６号公報 ＷＯ２００５−１００７７７号公報

特許文献１に記載のものは、第１速の変速段Ιのギヤ２０が入力軸４に対してフリー回転可能なアイドルギヤとして構成されているため、小さな径のアイドルギヤ（第１速のギヤ）を入力軸４上にベアリングを介して支持する必要がある。このために、ギヤ２０の径がベアリングによって大きくなり、入力軸４と出力軸６の軸間距離を大きくしなければならない。その結果、歯車変速機構が大型化し、従来のマニュアルトランスミッション（図２参照）のミッションケースおよびギヤが使用できなくなり、専用のミッションケースおよび新規のトランスミッションの製作が必要となる。しかも、エンジン始動を第１速のギヤを介して行うため、ギヤ比が大きくとれず、モータトルクを大きくしようと、モータを大型化する必要がある。

一方、特許文献２に記載のものにおいては、モータ１６の切替えを、第４速と６速の２つのギヤ５４，５６を使って行う構成であるため、部品点数が増加してコストアップを招く。しかも、モータの出力部が歯車変速機構の中央に配置されているため、モータの軸長が大きくなると、モータが歯車変速機構より大きくオーバハングするようになり、モータの搭載性が悪い。

本発明は、上述した従来の問題を解消するためになされたもので、モータによるエンジン始動と駆動力アシストを有効に両立させるとともに、モータの搭載性をよくしたハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、エンジンと、該エンジンにクラッチを介して連結される入力軸と、駆動輪に連結される出力軸と、前記エンジンによって駆動される前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する複数段の歯車対からなる変速段を有する歯車変速機構と、前記入力軸上に配置され、且つ前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車対のうちの１つの中間速の歯車のみに断接可能な第１のシンクロメッシュ機構と、前記出力軸上に配置され、且つ前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車対のうちの１つの中間速の歯車のみに断接可能な第２のシンクロメッシュ機構と、前記第１のシンクロメッシュ機構が前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車から離間し且つ前記第２のシンクロメッシュ機構が前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車に連結されることによって前記出力軸に接続され、且つ前記第１のシンクロメッシュ機構が前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車に連結され且つ前記第２のシンクロメッシュ機構が前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車から離間することによって前記入力軸に接続されるモータとを備え、前記モータを前記変速段の中間速の歯車対に連結するとともに、前記歯車変速機構を構成する複数段の歯車対のうち前記第１および第２のシンクロメッシュ機構に断接可能な前記中間速の歯車対は最も外側に配置されることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記モータによって車両を後退走行させることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記モータを前記入力軸上に配置された歯車に連結したことである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記歯車変速機構は、５速の変速段を有し、前記中間速を前記５速の変速段のうちの第３速としたことである。

請求項１に係る発明によれば、モータを変速段の中間速の歯車対に連結するとともに、歯車変速機構を構成する複数段の歯車対のうち最も外側に配置される歯車対は、中間速の歯車対であるので、モータによってエンジンを始動する際にはギヤ比を大きくすることができ、かつモータによって駆動力をアシストする際のギヤ比を小さくしすぎることなく、モータによるエンジン始動と駆動力アシストを両立させることが可能となる。しかも、モータを歯車変速機構の軸長内に配置することができるようになるため、モータの搭載性をよくすることができる。

請求項２に係る発明によれば、モータによって車両を後退走行させるので、リバース機構を不要にでき、部品点数の減少によって、コストを低減することができる。

請求項３に係る発明によれば、モータを入力軸上に配置された歯車に連結したので、中間速のギヤ比を有効に使うことができ、モータによる駆動力のアシストを的確に行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、歯車変速機構は、５速の変速段を有し、中間速を５速の変速段のうちの第３速としたので、モータによってエンジンを始動する際にはギヤ比を大きくすることができ、同時に、駆動力アシスト時におけるギヤ比を小さくしすぎないため、モータによるエンジン始動と駆動力アシストを双方を共に満足することができる。

本発明の実施の形態を示すハイブリッド駆動装置の概要図である。 従来の５速のマニュアルトランスミッションを示す概要図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る車両のハイブリッド駆動装置１０の概要を示すもので、当該ハイブリッド駆動装置１０は、エンジン（内燃機関）１１と、モータ１２と、エンジン１１にクラッチ１７を介して連結される入力軸１３と、図略の駆動輪に連結される出力軸１４と、入力軸１３の回転を出力軸１４に伝達する５速の歯車対からなる変速段を有する歯車変速機構１５とを備えている。モータ１２は、後述するように、シンクロメッシュ機構によって入力軸１３および出力軸１４のいずれか一方に切離可能に接続されるようになっている。

第１速１ｓｔの変速段を構成する歯車対は、入力軸１３上に一体的に取付けられた歯車２１と、出力軸１４上に回転可能に支持された歯車２２とによって構成されている。出力軸１４に回転可能に支持された歯車２２は、通常は出力軸１４に対してフリー回転できるアイドル歯車として機能し、図には示されていないが、出力軸１４にニードルベアリング等の軸受手段を介して回転のみ可能に支持されている。

同様にして、第２速２ｎｄの変速段を構成する歯車対は、入力軸１３上に一体的に取付けられた歯車２３と、出力軸１４上に回転のみ可能に支持された歯車２４とによって構成されている。第３速３ｒｄの変速段を構成する歯車対は、入力軸１３上に回転のみ可能に支持された歯車２５と、出力軸１４上に回転のみ可能に支持された歯車２６とによって構成されている。すなわち、第３速３ｒｄの歯車対２５、２６は、いずれもアイドル歯車として構成されている。

第４速４ｔｈの変速段を構成する歯車対は、入力軸１３上に回転のみ可能に支持された歯車２７と、出力軸１４上に一体的に取付けられた歯車２８とによって構成されている。第５速５ｔｈの変速段を構成する歯車対は、入力軸１３上に回転のみ可能に支持された歯車２９と、出力軸１４上に一体的に取付けられた歯車３０とによって構成されている。

これら第１速１ｓｔから第５速５ｔｈの変速段を構成する複数の歯車対のうち、中間段である第３速３ｒｄの歯車対２５、２６が、歯車変速機構１５の一番外側（図１の左端）に配置され、かかる第３速３ｒｄの歯車対２５、２６のうち、入力軸１３上に支持された歯車２５に歯車３１を介してモータ１２が連結されている。第３速３ｒｄの歯車対２５，２６に隣接して、第５速５ｔｈの歯車対２９，３０が配置され、以下図１の右方に向かって、第４速４ｔｈの歯車対２７、２８、第２速２ｎｄの歯車対２３、２４、第１速１ｓｔの歯車対２１、２２の順序で配置されている。なお、後述するように、車両の後退走行はモータ１２の逆転によって行われるようになっており、リバース用の変速段は不要となっている。

入力軸１３上には、第３速３ｒｄの歯車２５に隣接して、第１のシンクロメッシュ機構３３が配置されている。第１のシンクロメッシュ機構３３は、入力軸１３に一体的に取付けられた連結歯車３４と、この連結歯車３４にシフト可能に噛合うシフトギヤ３５を有している。第１のシンクロメッシュ機構３３によって、シフトギヤ３５が図１の右方向（矢印方向）にシフトされることにより、第３速３ｒｄの歯車２５を入力軸１３上の連結歯車３４に連結するようになっている。第１のシンクロメッシュ機構３３は、通常はシフトギヤ３５を図１の左方位置に保持しており、第３速３ｒｄの歯車２５を入力軸１３に対してフリー回転できるようにしている。

出力軸１４上には、第３速３ｒｄの歯車２６に隣接して、第２のシンクロメッシュ機構３６が配置されている。第２のシンクロメッシュ機構３６は、出力軸１４に一体的に取付けられた連結歯車３７と、この連結歯車３７にシフト可能に噛合うシフトギヤ３８を有している。第２のシンクロメッシュ機構３６によって、シフトギヤ３８が図１の右方向（矢印方向）にシフトされることにより、第３速３ｒｄの歯車２６を出力軸１４上の連結歯車３７に連結するようになっている。第２のシンクロメッシュ機構３３は、通常はシフトギヤ３８を図１の左方位置に保持しており、第３速３ｒｄの歯車２６を出力軸１４に対してフリー回転できるようにしている。

このように、第３速３ｒｄの歯車対２５、２６を、入力軸１３および出力軸１４に対して回転可能なアイドル歯車として構成し、歯車２５にモータ１２を連結したことにより、モータ１２を入力軸１３および出力軸１４のいずれか一方に切離可能に接続できるようになる。

従って、モータ１２によってエンジン１１を始動する場合には、第３速３ｒｄの変速段のギヤ比を有効に利用できるとともに、モータ１２によって駆動力をアシストする場合には、第３速３ｒｄの変速段のギヤ比によってモータアシストの効果を有効に発揮することができるようになり、モータ１２によるエンジン始動と駆動力アシストを両立させることができるようにしている。

しかも、モータ１２に連結する第３速３ｒｄの歯車対２５，２６を歯車変速機構１５の一番外側に配置したことにより、モータ１２の軸方向搭載スペースを確保できるようになり、従来の５速マニュアルミッションのミッションケースを使用することができ、ハイブリッド駆動装置でありながら、専用のミッションケースを不要にすることができる。

また、入力軸１３上には、第４速４ｔｈの歯車２７と第５速５ｔｈの歯車２９との間に、第３のシンクロメッシュ機構３９が配置されている。第３のシンクロメッシュ機構３９は、入力軸１３に一体的に取付けられた連結歯車４０と、この連結歯車４０にシフト可能に噛合うシフトギヤ４１を有している。第３のシンクロメッシュ機構３９によって、シフトギヤ４１が図１の右方向にシフトされることにより、第４速４ｔｈの歯車２７を入力軸１３上の連結歯車４０に連結し、シフトギヤ４１が図１の左方向にシフトされることにより、第５速５ｔｈの歯車２９を入力軸１３上の連結歯車４０に連結するようになっている。第３のシンクロメッシュ機構３９は、通常はシフトギヤ４１を中間位置に保持しており、第４速４ｔｈおよび第５速５ｔｈの各歯車２７、２９を入力軸１３に対してフリー回転できるようにしている。

さらに、出力軸１４上には、第１速１ｓｔの歯車２２と第２速２ｎｄの歯車２４との間に、第４のシンクロメッシュ機構４２が配置されている。第４のシンクロメッシュ機構４２は、出力軸１４に一体的に取付けられた連結歯車４３と、この連結歯車４３にシフト可能に噛合うシフトギヤ４４を有している。第４のシンクロメッシュ機構４２によって、シフトギヤ４４が図１の右方向にシフトされることにより、第１速１ｓｔの歯車２２を出力軸１４上の連結歯車４３に連結し、シフトギヤ４４が図１の左方向にシフトされることにより、第２速２ｎｄの歯車２４を出力軸１４上の連結歯車４３に連結するようになっている。第４のシンクロメッシュ機構４２は、通常はシフトギヤ４４を中間位置に保持しており、第１および第２速１ｓｔ、２ｎｄの各歯車２２、２４を出力軸１４に対してフリー回転できるようにしている。

第１ないし第４のシンクロメッシュ機構３３、３６、３９、４２は、それぞれ操作ユニット４５〜４８によって操作されるようになっており、操作ユニット４５〜４８は制御ユニット５０によって制御される。

なお、図１中５１は、出力軸１４の回転を駆動輪に伝達するファイナル歯車である。

上記した構成の歯車変速機構１５により、エンジン１１によって第１速１ｓｔあるいは第２速２ｎｄで駆動輪を駆動する場合には、第４のシンクロメッシュ機構４２が操作ユニット４８によって操作され、シフト歯車４４が図１の右方向あるいは左方向にシフトされる。これにより、第１速１ｓｔあるいは第２速２ｎｄの歯車２２、２４が出力軸１４に接続されるため、クラッチ１７を介して入力軸１３に伝達されたエンジン１１の駆動トルクが、第１速１ｓｔの歯車対２１、２２あるいは第２速２ｎｄの歯車対２３、２４を介して出力軸１４に伝達され、ファイナル歯車５１を介して駆動輪が駆動される。

エンジン１１によって第３速３ｒｄで駆動輪を駆動する場合には、第１および第２のシンクロメッシュ機構３３、３６が操作ユニット４５、４６によって操作され、シフト歯車３５が図１の右方向にシフトされる。これにより、第３速３ｒｄの歯車２５、２６が入力軸１３および出力軸１４にそれぞれ接続されるため、エンジン１１の駆動トルクが、第３速３ｒｄの歯車対２５、２６を介して出力軸１４に伝達され、駆動輪が駆動される。

エンジン１１によって第４速４ｔｈあるいは第５速５ｔｈで駆動輪を駆動する場合には、第３のシンクロメッシュ機構３９が操作ユニット４７によって操作され、シフト歯車４１が図１の右方向あるいは左方向にシフトされる。これにより、第４速４ｔｈあるいは第５速５ｔｈの歯車２７、２９が入力軸１３に接続されるため、エンジン１１の駆動トルクが、第４速４ｔｈの歯車対２７、２８あるいは第５速５ｔｈの歯車対３１、３２を介して出力軸１４に伝達され、駆動輪が駆動される。

車両を後退走行させる場合には、モータ１２の回転を、第１速１ｓｔあるいは第２速２ｎｄの歯車対２１、２２あるいは２３、２４を介して出力軸１４に伝達し、駆動輪を後退方向に駆動する。例えば、第１速ｓｔの歯車対２１、２２を用いる場合には、クラッチ１７が遮断されるとともに、第１のシンクロメッシュ機構３３が操作ユニット４５により操作されて、シフト歯車３５が図１の右方向にシフトされ、歯車２５が入力軸１３に接続される。同時に、第４のシンクロメッシュ機構４２が操作ユニット４８により操作されて、シフト歯車４４が図１の右方向にシフトされ、第１速１ｓｔの歯車２２が出力軸１４に接続される。この状態で、モータ１２が逆転されることにより、モータ１２の回転が歯車３１、２５、入力軸１３および歯車２１、２２を介して出力軸１４に伝達され、駆動輪が後退方向に駆動される。

モータ１２によってエンジン１１を始動する場合には、第１のシンクロメッシュ機構３３が操作ユニット４５により操作されて、シフト歯車３５が図１の右方向にシフトされるため、第３速３ｒｄの歯車２５が入力軸１３に接続される。従って、モータ１２の回転が入力軸１３に伝えられ、クラッチ１７を介してエンジン１１が始動される。なお、第３速３ｒｄの出力軸１４側の歯車２６は、出力軸１４に対しフリーで回転できるようになっているため、モータ１２の回転は出力軸１４には伝達されない。

モータ１２によって駆動輪を駆動アシストする場合には、第２のシンクロメッシュ機構３６が操作ユニット４６により操作されて、シフト歯車３８が図１の右方向にシフトされるため、第３速３ｒｄの歯車２６が出力軸１４に接続される。従って、モータ１２の回転が出力軸１４に伝えられ、ファイナル歯車５１を介して駆動輪が駆動される。なお、第３速３ｒｄの入力軸１３側の歯車２５は、フリーで回転できるようになっているため、モータ１２の回転は入力軸１３には伝達されない。

ここで、モータ１２によってエンジン１１を始動する場合には、ギヤ比を有効に利用するために、できるだけ高速段（例えば、第５速５ｔｈ）のギヤをモータ１２に連結させることが望ましいが、高速段のギヤをモータ１２に連結すると、モータ１２によって駆動輪を駆動アシストする場合に、駆動トルクが出にくくなってモータアシストに不利となる。逆に、モータ１２によって駆動輪を駆動アシストする場合には、できるだけ低速段（例えば、第１速１ｓｔ）のギヤを使ったほうが、モータアシストに有利となるが、モータ１２によってエンジン１１を始動する場合に、ギヤ比を有効に利用できなくなる。

これに対して、本実施の形態においては、第３速３ｒｄの歯車対２５、２６にモータ１２を連結したことにより、モータ１２によってエンジン１１を始動する場合には、モータ１２に取付けられた歯車３１と第３速３ｒｄの歯車２５とのギヤ比を有効に使うことができる。これにより、モータ１２を大型にすることなく、エンジン１１を始動することが可能となる。また、第３速３ｒｄの歯車対２５、２６にモータ１２を連結すれば、モータ１２によって駆動力をアシストする場合にも、不利となることがなく、１つのモータ１２によってエンジン始動と、駆動力アシストを両立することができるようになる。

しかも、モータ１２に連結する第３速３ｒｄの歯車対２５、２６を、歯車変速機構１５の最も外側に配置したことにより、モータ１２の収容するための大きなスペースを確保できるようになり、歯車変速機構１５の軸長を従来の５速のマニュアルミッションの歯車変速機構と同一サイズに抑えることができ、従来の５速のマニュアルミッションと部品の共通化を図ることができる。

モータ１２を発電機として作動させて、駆動輪の運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する場合には、第１および第２のシンクロメッシュ機構３３、３６を操作ユニット４５によって操作することにより、前述したように、第３速３ｒｄの歯車２５、２６が入力軸１３および出力軸１４に接続される。これにより、駆動輪の回転によって出力軸１４および入力軸１３を介してモータ１２を駆動することができる。

上記した実施の形態によれば、５速の変速段の中間段となる第３速３ｒｄの歯車対２５、２６にモータ１２を連結したことにより、モータ１２を高速段に連結することによるエンジン始動時の弊害と、モータ１２を低速段に連結することによる駆動力アシスト時の弊害を一挙に解決でき、モータ１２によるエンジン始動と駆動力アシストを両立することができる。

しかも、モータ１２に連結する第３速３ｒｄの歯車対２５、２６を、歯車変速機構１５の外側に配置したことにより、モータ１２を収容するための大きなスペースを確保でき、歯車変速機構１５の軸長を従来の５速のマニュアルミッションの歯車変速機構と同一サイズに抑えることができ、従来のミッションケースとの共通化を可能にできる。

上記した実施の形態においては、５速の変速段を有する歯車変速機構１５の第３速３ｒｄの歯車対に、モータ１２を連結した構成について述べたが、モータ１２に連結する歯車対は、変速比が最大値および最小値となる変速段以外であればよく、例えば、５速の変速段を有する歯車変速機構の場合には、第２速〜第４速の変速段を、６速の変速段を有する歯車変速機構の場合には、第２速〜第５速の変速段を用いることができる。

上記した実施の形態においては、歯車変速機構１５は主変速機の場合を示しているが、歯車変速機構１５は主変速機と副変速機とを備える構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、モータ１２を第３速３ｒｄの歯車対の入力軸１３側の歯車２０に連結した例について述べたが、モータ１２を出力軸１４側の歯車に連結してもよい。モータ１２を出力軸１４側に連結することにより、例えば、第１速から第２速に切替える際に、クラッチ１７を切ってシフトギヤ４６をシフトし、その後、再びクラッチ１７を連結する間に、トルク抜けの現象が生ずるが、その間は、モータ１２が出力軸１４側から駆動輪を駆動することにより、トルク抜け現象を回避することができるようになる。

さらに、上記した実施の形態においては、アイドル歯車を、シンクロメッシュ機構３３、３６、３９、４２によって、入力軸１３もしくは出力軸１４に切離可能に接続するようにした例で説明したが、シンクロメッシュ機構を他のクラッチ機構に置き換えてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明に係るハイブリッド駆動装置は、エンジンとモータの回転を複数段の歯車変速機構によって駆動輪に伝達する車両に用いるのに適している。

１１…エンジン、１２…モータ、１３…入力軸、１４…出力軸、１５…歯車変速機構、１７…クラッチ、２５，２６…中間速（第３速）の歯車対。

Claims (4)

1. エンジンと、該エンジンにクラッチを介して連結される入力軸と、駆動輪に連結される出力軸と、前記エンジンによって駆動される前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する複数段の歯車対からなる変速段を有する歯車変速機構と、前記入力軸上に配置され、且つ前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車対のうちの１つの中間速の歯車のみに断接可能な第１のシンクロメッシュ機構と、前記出力軸上に配置され、且つ前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車対のうちの１つの中間速の歯車のみに断接可能な第２のシンクロメッシュ機構と、前記第１のシンクロメッシュ機構が前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車から離間し且つ前記第２のシンクロメッシュ機構が前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車に連結されることによって前記出力軸に接続され、且つ前記第１のシンクロメッシュ機構が前記入力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車に連結され且つ前記第２のシンクロメッシュ機構が前記出力軸上に配置された前記変速段の中間速の歯車から離間することによって前記入力軸に接続されるモータとを備え、
   前記モータを前記変速段の中間速の歯車対に連結するとともに、前記歯車変速機構を構成する複数段の歯車対のうち前記第１および第２のシンクロメッシュ機構に断接可能な前記中間速の歯車対は最も外側に配置されることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
2. 請求項１において、前記モータによって車両を後退走行させることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記モータを前記入力軸上に配置された歯車に連結したことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記歯車変速機構は、５速の変速段を有し、前記中間速を前記５速の変速段のうちの第３速としたことを特徴とするハイブリッド駆動装置。

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