JP5818308B2 - ハイブリッド車両の動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン出力とモータ出力とを駆動輪に伝達するようにしたハイブリッド車両の動力伝達装置に関する。
エンジンと電動モータとを車両に搭載し、駆動輪にエンジン出力とモータ出力とを伝達し得るようにしたハイブリッド車両は、変速機構を介してエンジン出力を駆動輪に伝達するようにしている。変速機構が搭載されたハイブリッド車両におけるエンジンと電動モータの配置形態には、変速機構の変速機入力軸の一端部側にエンジンを配置し、他端部側に電動モータを配置して変速機構の両側にエンジンと電動モータとを配置するようにした形態、および変速機入力軸の一端部側にエンジンと電動モータとを隣り合って配置するようにした形態がある。変速機構を有するハイブリッド車両においては、エンジン出力とモータ出力とを変速機構を介して駆動輪に伝達するようにしている。電動モータをジェネレータとして機能させて回生エネルギーを回収するときには、駆動輪からの回生トルクは変速機構を介して電動モータに伝達される。
特許文献１には、変速機構として無段変速機構（ＣＶＴ）を有し、無段変速機構のプライマリ軸の一端部側にエンジンと電動モータとが配置されたハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両においては、エンジン出力とモータ出力とを無段変速機構を介して駆動輪に伝達する動力伝達経路と、電動モータのモータ出力を無段変速機構を経由させることなく駆動輪に伝達する動力伝達経路とをクラッチにより切り換えるようにしている。
特許文献２には、無段変速機構に加えて遊星歯車機構を有し、無段変速機構のみにより変速する変速モードと、無段変速機構と遊星歯車機構との両方により変速する変速モードとにクラッチにより切り換えるようにしたハイブリッド車両が記載されている。さらに、特許文献３には、無段変速機構と無限変速機構とを備え駆動輪にエンジン出力とモータ出力とを伝達するようにした動力伝達装置が記載されている。
特許第４２２６６１０号公報 特許第３６３３４７３号公報 特許第３７４３１５８号公報
上述した従来のハイブリッド車両の多くは、エンジン出力とモータ出力とを変速機構を介して駆動輪に伝達するようにした形態であり、モータ出力のみを変速機構を介することなく直接駆動輪に伝達するようにした形態がある。しかしながら、エンジン出力については変速機構を介して駆動輪に伝達するようにしており、変速機構における動力伝達ロスの発生は不可避である。
変速機構としての無段変速機構にはベルトドライブ式、トラクションドライブ式などがある。ベルトドライブ式は、プライマリプーリが設けられたプライマリ軸とセカンダリプーリが設けられたセカンダリ軸とを有し、それぞれのプーリは溝幅が可変となっている。これら両方のプーリの間にはベルト等の動力伝達要素が掛け渡されており、プライマリ軸の回転は動力伝達要素を介して無段階に変速されてセカンダリ軸に伝達される。トラクションドライブ式は入力側ディスクが設けられたプライマリ軸と出力側ディスクが設けられたプライマリ軸とを有し、それぞれのディスクにはトロイダル面が形成されており、これらの間にはパワーローラが動力伝達要素として配置されている。
ベルトドライブ式の無段変速機構においては、動力伝達時にはそれぞれのプーリに対してベルトなどの動力伝達要素に向けて締め付け力を油圧ポンプにより加える必要がある。このため、無段変速機構を用いた動力伝達装置においては、無段変速機構における動力伝達ロスに加えて、油圧ポンプを作動させるための動力損失の発生が不可避である。
本発明の目的は、ハイブリッド車両における動力伝達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動力伝達装置は、エンジン出力とモータ出力とを駆動輪に伝達するハイブリッド車両の動力伝達装置であって、エンジン出力軸に前後進切換機構を介して連結され、モータ出力軸に直接連結されるプライマリ軸、および前記プライマリ軸の回転が動力伝達要素を介して無段階に伝達されるセカンダリ軸を有する無段変速機構と、前記駆動輪に連結される出力伝達軸と前記セカンダリ軸との間に配置され、前記セカンダリ軸と前記出力伝達軸とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換える出力クラッチと、前記プライマリ軸と前記出力伝達軸との間に配置され、前記プライマリ軸と前記出力伝達軸とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換える駆動切換クラッチとを有し、前記モータ出力軸の一端に前記プライマリ軸を連結し、前記モータ出力軸の他端に前記駆動切換クラッチを連結し、前記出力クラッチを開放状態とし前記駆動切換クラッチを連結状態とする直結モードのもとで、エンジン出力とモータ出力との少なくとも一方の出力を、前記無段変速機構を介することなく前記駆動輪に伝達し、前記出力クラッチを締結状態とし前記駆動切換クラッチを開放状態とする変速モードのもとで、エンジン出力とモータ出力との少なくとも一方の出力を、前記無段変速機構を介して前記駆動輪に伝達することを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の動力伝達装置は、前記モータ出力軸を有する電動モータはジェネレータモータであり、前記出力クラッチを開放状態とし前記駆動切換クラッチを連結状態とする直結モードのもとで前記駆動輪により前記電動モータを駆動して回生エネルギーを回収することを特徴とする。本発明のハイブリッド車両の動力伝達装置は、前記出力伝達軸は前記駆動切換クラッチに前記モータ出力軸に同軸となって連結されるトランスファ軸と、前記トランスファ軸にトランスファクラッチを介して連結され後輪に動力を伝達する後輪出力軸と、前記トランスファ軸に連結され前輪に動力を伝達する前輪出力軸とを有することを特徴とする。
本発明の動力伝達装置は、エンジン出力やモータ出力を無段変速機構を介することなく、駆動輪に直接伝達することができる直結モードを有しているので、このモードにおいては、無段変速機構の動力伝達ロスがなく、動力伝達効率を高めることができ、燃費を向上させることができる。また、無段変速機構を介することなく、動力伝達を行うことかできるので、直結モードにおいては変速操作のために、油圧ポンプを作動させる必要がなく、ポンプロスの発生を防止することができる。
本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の動力伝達装置を示すスケルトン図である。 （Ａ）は直結モードにおける動力伝達経路を示す概略図であり、（Ｂ）は変速モードにおける動力伝達経路を示す概略図である。 直結モードで回生制動しているときにおける動力伝達経路を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の動力伝達装置を示す概略図である。
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に示される動力伝達装置は変速機構として無段変速機構１０を備えており、この無段変速機構１０は変速機入力軸であるプライマリ軸１１と、変速機出力軸であるセカンダリ軸１２とを有し、プライマリ軸１１とセカンダリ軸１２は相互に平行となっている。無段変速機構１０は変速機ケースとしてのミッションケース１３ａ内に組み込まれ、ミッションケース１３ａは図示しない車体にプライマリ軸１１とセカンダリ軸１２とがそれぞれ走行方向と平行となるように縦置きに搭載される。
ミッションケース１３ａの先端部に取り付けられるコンバータケース１３ｂ内には、トルクコンバータ１４が組み込まれている。トルクコンバータ１４は図示しないエンジンのクランク軸つまりエンジン出力軸１５に連結されるポンプインペラ１６と、このポンプインペラ１６に対向するとともにタービン軸１７に連結されるタービンランナ１８とを備えている。動力伝達装置はオイルポンプ１９を有しており、このオイルポンプ１９はトルクコンバータ１４のポンプインペラ１６に設けられたポンプ軸により駆動される。トルクコンバータ１４のタービン軸１７は前後進切換機構２０によりプライマリ軸１１の一端部に連結されている。
前後進切換機構２０はタービン軸１７に固定されるクラッチドラム２１と、プライマリ軸１１に固定されるクラッチハブ２２とを有し、これらの間に配置される複数枚の摩擦板により前進用クラッチ２３が形成されている。この前進用クラッチ２３を油圧ピストン２３ａにより接続状態とすると、タービン軸１７の回転は、クラッチハブ２２を介してプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１はタービン軸１７と同一の正転方向に回転する。プライマリ軸１１にはサンギヤ２４が固定され、このサンギヤ２４の径方向外方にはリングギヤ２５が回転自在にミッションケース１３ａ内に設けられている。クラッチドラム２１に取り付けられたキャリア２６には相互に噛み合って対をなす２つのプラネタリピニオンギヤ２７，２８が回転自在に装着されている。一方のピニオンギヤ２７はサンギヤ２４に噛み合い、他方のピニオンギヤ２８はリングギヤ２５に噛み合っている。なお、２つのピニオンギヤ２７，２８は図１においては作図の便宜上、離して示されている。リングギヤ２５とミッションケース１３ａとの間に配置された複数枚の摩擦板により後退用ブレーキ２９が形成されている。前進用クラッチ２３が開放された状態のもとで、後退用ブレーキ２９を油圧ピストン２９ａにより締結すると、プライマリ軸１１はタービン軸１７とは逆転方向に回転する。プライマリ軸１１を正転方向に回転するときには、後退用ブレーキ２９は開放状態に設定される。
図１に示されるように、プライマリ軸１１はその一端部でトルクコンバータ１４と前後進切換機構２０とを介してエンジン出力軸１５に連結されており、プライマリ軸１１にはエンジン出力が入力される。
無段変速機構１０のプライマリ軸１１にはプライマリプーリ３１が設けられている。プライマリプーリ３１はプライマリ軸１１に固定される固定プーリ３１ａと、これに対向してプライマリ軸１１にボールスプラインなどにより軸方向に摺動自在に装着される可動プーリ３１ｂとを有し、プーリのコーン面間隔つまりプーリ溝幅が可変となっている。プライマリ軸１１に平行なセカンダリ軸１２にはセカンダリプーリ３２が設けられている。セカンダリプーリ３２はセカンダリ軸１２に固定される固定プーリ３２ａと、これに対向してセカンダリ軸１２にボールスプラインなどにより軸方向に摺動自在に装着される可動プーリ３２ｂとを有し、プーリ溝幅が可変となっている。
プライマリプーリ３１とセカンダリプーリ３２との間にはベルト３３が動力伝達要素として掛け渡されており、両方のプーリ３１，３２の溝幅を変化させることにより、それぞれのプーリ３１，３２に対するベルト３３の巻付け径の比率が変化する。これにより、プライマリ軸１１に対するセカンダリ軸１２の回転数が無段階に変速される。プライマリプーリ３１の溝幅を変化させるために、可動プーリ３１ｂとの間でプライマリ油室３４を形成するシリンダ３５がプライマリ軸１１に取り付けられている。セカンダリプーリ３２の溝幅を変化させるために、可動プーリ３２ｂとの間でセカンダリ油室３６を形成するシリンダ３７がセカンダリ軸１２に取り付けられている。プライマリ油室３４とセカンダリ油室３６にはそれぞれオイルポンプ１９からの作動油が供給される。
ミッションケース１３ａの後端部に取り付けられるモータケース１３ｃ内には、電動モータ４０が装着されている。電動モータ４０はモータ出力軸４１に取り付けられるロータ４２を有し、モータ出力軸４１はプライマリ軸１１の他端部に連結されている。電動モータ４０はロータ４２が内部に組み込まれるステータ４３を有しており、ステータ４３はモータケース１３ｃに固定される。このように、プライマリ軸１１は図１における左端部でトルクコンバータ１４と前後進切換機構２０とを介してエンジン出力軸１５に連結され、右端部で電動モータ４０のモータ出力軸４１に連結されており、タービン軸１７，プライマリ軸１１およびモータ出力軸４１は同軸となっている。電動モータ４０は発電機つまりジェネレータとしての機能を有するモータジェネレータであり、制動時に回生エネルギーを回収してバッテリに充電する。
図１に示す動力伝達装置は、前輪と後輪とを駆動輪としてこれらに動力を伝達することができるようにした全輪駆動つまり四輪駆動式の車両に搭載される。モータケース１３ｃの後端部にはトランスファケース１３ｄが取り付けられている。トランスファケース１３ｄに突出してモータケース１３ｃ内に配置されたトランスファ軸４４には、トランスファクラッチ４５が取り付けられており、トランスファクラッチ４５によりトランスファ軸４４は後輪出力軸４６に連結される。トランスファクラッチ４５は、トランスファ軸４４に取り付けられるクラッチハブ４７と、後輪出力軸４６に取り付けられるクラッチドラム４８とを有し、これらの間には複数枚の摩擦板が設けられている。摩擦板を油圧ピストン４９により締結すると、トランスファ軸４４と後輪出力軸４６が締結される。後輪出力軸４６は、プロペラシャフト５１によりリアデファレンシャル機構５２に連結されており、トランスファ軸４４からプロペラシャフト５１を介して図示しない駆動輪としての後輪に出力が伝達される。
ミッションケース１３ａには前輪出力軸５３がプライマリ軸１１およびセカンダリ軸１２に平行となって装着されており、前輪出力軸５３は、トランスファ軸４４に取り付けられる歯車５４と、前輪出力軸５３に取り付けられて歯車５４に噛み合う歯車５５とからなる歯車対によりトランスファ軸４４に連結されている。前輪出力軸５３はフロントデファレンシャル機構５６に連結されており、トランスファ軸４４から前輪出力軸５３を介して駆動輪としての図示しない前輪に出力が伝達される。トランスファクラッチ４５を締結すると、エンジン出力等は前輪と後輪に伝達される。一方、トランスファクラッチ４５の締結を解除すると、エンジン出力等は前輪のみに伝達される。
トランスファ軸４４，後輪出力軸４６および前輪出力軸５３は、駆動輪としての前輪と後輪とに動力を伝達する出力伝達軸５７を構成している。セカンダリ軸１２の回転を出力伝達軸５７に伝達するために、セカンダリ軸１２に取り付けられる歯車６１と、前輪出力軸５３に回転自在に装着される歯車６２とが噛み合っている。出力伝達軸５７とセカンダリ軸１２とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換えるための出力クラッチ６３が歯車６２と前輪出力軸５３との間に配置されている。出力クラッチ６３は、歯車６２に取り付けられるクラッチハブ６４と、前輪出力軸５３に取り付けられるクラッチドラム６５とを有し、これらの間にはクラッチ板が設けられている。このクラッチ板を油圧ピストン６６により締結すると、セカンダリ軸１２と出力伝達軸５７とが連結状態となる。
モータ出力軸４１とトランスファ軸４４との間には駆動切換クラッチ７１が配置されている。この駆動切換クラッチ７１はモータ出力軸４１に取り付けられるクラッチハブ７２と、トランスファ軸４４に取り付けられるクラッチドラム７３とを有し、これらの間には複数枚の摩擦板が設けられている。摩擦板を油圧ピストン７４により締結すると、駆動切換クラッチ７１によりプライマリ軸１１と出力伝達軸５７とがモータ出力軸４１を介して連結される連結状態となる。一方、摩擦板の締結を解除すると、連結が解除されてこれらの軸は開放状態となる。
このように、モータ出力軸４１が連結されるプライマリ軸１１と出力伝達軸５７との間に駆動切換クラッチ７１が配置されているので、例えば、高速巡航走行時に、駆動切換クラッチ７１をオン状態つまり連結状態とすると、エンジン出力軸１５はモータ出力軸４１を介して出力伝達軸５７に直結された状態となる。
上述したプライマリ油室３４とセカンダリ油室３６、およびそれぞれの油圧ピストン７４，６６，４９等には、エンジンにより駆動されるオイルポンプ１９からの作動油が供給されるようになっているが、エンジン駆動のオイルポンプ１９に代えるか、あるいは加えて電動式のオイルポンプを動力伝達装置に取り付けるようにしても良い。
図２（Ａ）は、駆動切換クラッチ７１を連結状態とし、出力クラッチ６３を開放状態とした連結モードにおける動力伝達経路を示す概略図である。図においては、動力伝達経路が矢印で示されており、エンジン出力は無段変速機構１０を介することなく、出力伝達軸５７により直接前後の駆動輪に伝達される。それぞれの駆動輪には、エンジンを駆動させればエンジン出力が伝達され、電動モータ４０を駆動させればモータ出力が伝達される。このように、駆動輪にはエンジン出力とモータ出力の少なくとも一方の出力を伝達することができる。
エンジン出力は無段変速機構１０を介することなく出力伝達軸５７に直結状態となって伝達されるので、無段変速機構１０における変速動作における動力損失がなくなるとともに、プライマリプーリ３１とセカンダリプーリ３２に対してベルト３３に向けて押し付け力を発生させる必要がなくなる。これにより、動力伝達効率を高めることができる。
図１は全輪駆動式の動力伝達装置を示すが、前輪のみを駆動輪とするＦＦ式の動力伝達装置とする場合には、トランスファクラッチ４５は除去されることになる。一方、後輪のみを駆動輪とするＦＲ式の動力伝達装置とする場合には、トランスファクラッチ４５と前輪出力軸５３とが除去されることになり、セカンダリ軸１２は歯車やチェーンを介して後輪出力軸４６に連結される。
図２（Ｂ）は、駆動切換クラッチ７１を開放状態とし、出力クラッチ６３を連結状態とした変速モードにおける動力伝達経路を示す概略図である。このときには、エンジン出力とモータ出力は無段変速機構１０を介して出力伝達軸５７に伝達されるので、この変速モードは車両の走行開始時や低速走行時などに設定される。
図３は、図２（Ａ）と同様に動力伝達装置を連結モードとして、回生制動時に電動モータ４０により発電を行う場合の動力伝達経路を示す概略図である。直結モードのもとで回生制動を行うと、電動モータ４０には無段変速機構１０を介することなく、出力伝達軸５７から直接発電トルクが伝達されることになり、回生効率を高めることができる。
図４は本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の動力伝達装置を示す概略図である。
この動力伝達装置においては、電動モータ４０がプライマリプーリ３１に対してエンジン側に配置されている。モータ出力軸４１がプライマリ軸１１に対してエンジン側となるので、駆動切換クラッチ７１はプライマリ軸１１とトランスファ軸４４との間に配置されることになる。このように、図４に示される動力伝達装置においては、プライマリ軸１１の一端部側がモータ出力軸４１を介してエンジン出力軸１５に連結され、プライマリ軸１１の他端部と出力伝達軸５７との間に駆動切換クラッチ７１が配置されている。一方、図１に示される動力伝達装置においては、モータ出力軸４１の一端部にプライマリ軸１１が連結され、モータ出力軸４１の他端部と出力伝達軸５７との間に駆動切換クラッチ７１が配置されている。
図４においては、セカンダリ軸１２と出力伝達軸５７とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換えるための出力クラッチ６３がセカンダリ軸１２に設けられている。このように、出力クラッチ６３は出力伝達軸５７とセカンダリ軸１２との間であれば、いずれの位置でも良く、図１に示す動力伝達装置においても、出力クラッチ６３の位置を図４に示すようにセカンダリ軸１２に設けるようにしても良い。
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。例えば、図示する無段変速機構１０はベルトドライブ式であるが、トラクションドライブ式としても良い。
１０ 無段変速機構
１１ プライマリ軸
１２ セカンダリ軸
１５ エンジン出力軸
２０ 前後進切換機構
３１ プライマリプーリ
３２ セカンダリプーリ
４０ 電動モータ
４１ モータ出力軸
４４ トランスファ軸
４６ 後輪出力軸
５３ 前輪出力軸
５７ 出力伝達軸
６３ 出力クラッチ
７１ 駆動切換クラッチ

Claims (3)

  1. エンジン出力とモータ出力とを駆動輪に伝達するハイブリッド車両の動力伝達装置であって、
    エンジン出力軸に前後進切換機構を介して連結され、モータ出力軸に直接連結されるプライマリ軸、および前記プライマリ軸の回転が動力伝達要素を介して無段階に伝達されるセカンダリ軸を有する無段変速機構と、
    前記駆動輪に連結される出力伝達軸と前記セカンダリ軸との間に配置され、前記セカンダリ軸と前記出力伝達軸とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換える出力クラッチと、
    前記プライマリ軸と前記出力伝達軸との間に配置され、前記プライマリ軸と前記出力伝達軸とを連結する連結状態と連結を解除する開放状態とに切り換える駆動切換クラッチとを有し、
    前記モータ出力軸の一端に前記プライマリ軸を連結し、前記モータ出力軸の他端に前記駆動切換クラッチを連結し、
    前記出力クラッチを開放状態とし前記駆動切換クラッチを連結状態とする直結モードのもとで、エンジン出力とモータ出力との少なくとも一方の出力を、前記無段変速機構を介することなく前記駆動輪に伝達し、
    前記出力クラッチを締結状態とし前記駆動切換クラッチを開放状態とする変速モードのもとで、エンジン出力とモータ出力との少なくとも一方の出力を、前記無段変速機構を介して前記駆動輪に伝達することを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
  2. 請求項１記載のハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記モータ出力軸を有する電動モータはジェネレータモータであり、前記出力クラッチを開放状態とし前記駆動切換クラッチを連結状態とする直結モードのもとで前記駆動輪により前記電動モータを駆動して回生エネルギーを回収することを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
  3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記出力伝達軸は前記駆動切換クラッチに前記モータ出力軸に同軸となって連結されるトランスファ軸と、前記トランスファ軸にトランスファクラッチを介して連結され後輪に動力を伝達する後輪出力軸と、前記トランスファ軸に連結され前輪に動力を伝達する前輪出力軸とを有することを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
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