JP5889438B2 - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンと電動機とを搭載したハイブリッド車両の駆動装置に関する。
このようなハイブリッド車両の駆動装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この車両は、第１電動機10が電動機用変速装置17を介して出力軸17aに結合される。電動機用変速装置17は遊星歯車で構成され、第１電動機10と出力軸17aと電動機用変速装置17とが軸方向に１列で配置されている。
特許第３５８４６８０号公報
しかしながら、電動機用変速装置17の潤滑について考慮しておらず、潤滑油を確保するための構成について検討する必要があった。
本発明は上記課題に着目し、潤滑性能を確保可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。
この目的のため、本発明のハイブリッド車両の駆動装置にあっては、エンジンのエンジン出力軸に結合された変速機と、変速機の変速機出力軸に結合されたクラッチと、クラッチのクラッチ出力軸に結合された第１歯車と、第１歯車と常時噛み合う終減速歯車と、終減速歯車と結合されたドライブシャフトと、電動機に結合された第１の回転要素と、終減速歯車と噛合し回転要素の回転に応じて回転する第２の回転要素と、を有する動力伝達機構と、を有する。そして、動力伝達機構は、各歯車の回転軸方向から見て、第１の回転要素の回転軸と第２の回転要素の回転軸とを結ぶ線が、車載時における車両上下方向に対し第１歯車側に傾斜するように設置される。
すなわち、終減速歯車に第１歯車と動力伝達機構とを常時噛み合わせることで、終減速歯車によりかき上げられた潤滑油が動力伝達機構に供給可能となる。そして、第１の回転要素の回転軸と第２の回転要素の回転軸とを結ぶ線を第１歯車側に傾斜させたことで、動力伝達機構に供給された潤滑油が第１歯車にも供給されるため、第１歯車及び動力伝達機構の両方を潤滑することができる。
実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置のレイアウト構成を表す概略図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の車載状態におけるクランク軸側から見た概略図である。 実施例１のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。
1 エンジン
1a エンジン排気配管
2 電動モータ（電動機）
4 Ｖベルト式無段変速機
5 駆動輪
9a 第１歯車
11 動力伝達機構
11a 第２歯車
11c 第４歯車
30 終減速装置
31 終減速歯車
33 ドライブシャフト
50 トランスアクスルケース
50a 取り付け面
50b 第1内壁
50c 第2内壁
CL クラッチ
〔実施例１〕
図１は、実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。図１のハイブリッド車両は、エンジン1および電動モータ2を動力源として搭載され、エンジン1は、スタータモータ3により始動する。エンジン1は、Ｖベルト式の無段変速機4を介して駆動輪5に適宜切り離し可能に駆動結合し、無段変速機4は、概略を以下に説明するようなものとする。
無段変速機4は、プライマリプーリ6と、セカンダリプーリ7と、これらプーリ6,7間に掛け渡したＶベルト8とからなるバリエータから構成された無段変速機構CVTである。プライマリプーリ6はロックアップクラッチ付きのトルクコンバータT/Cを介してエンジン1の出力軸であるクランクシャフトに結合し、セカンダリプーリ7はクラッチCL、ファイナルギヤ組9及び終減速装置30の差動機構32（図２参照）を順次介して駆動輪5に結合する。ここで、ファイナルギヤ組9とは、クラッチCLの出力軸に結合された第１歯車9aと、終減速装置30の終減速歯車31との噛み合いを示す。
かくしてクラッチCLの締結状態で、エンジン1からの動力はトルクコンバータT/Cを経てプライマリプーリ6へ入力され、その後Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達し、ハイブリッド車両の走行に供される。
電動モータ2は動力伝達機構11を介して駆動輪5に常時結合し、この電動モータ2は、バッテリ12の電力によりインバータ13を介して駆動する。ここで、動力伝達機構11とは、電動モータ2の出力軸に結合された第２歯車11a（第１の回転要素）と、第２歯車11aと噛み合う第３歯車11bと、第３歯車11b及び終減速歯車31と噛み合う第４歯車11c（第２の回転要素）と噛み合う終減速歯車31との噛み合いを示す。
インバータ13は、バッテリ12の直流電力を交流電力に変換して電動モータ2へ供給すると共に、電動モータ2への供給電力を加減することにより、電動モータ2を駆動力制御および回転方向制御する。
なお電動モータ2は、上記のモータ駆動のほかに発電機としても機能し、後で詳述する回生制動の用にも供する。この回生制動時はインバータ13が、電動モータ2に回生制動力分の発電負荷をかけることにより、電動モータ2を発電機として作用させ、電動モータ2の発電電力をバッテリ12に蓄電する。
実施例１のハイブリッド車両は、クラッチCLを解放すると共にエンジン1を停止させた状態で電動モータ2を駆動することで、電動モータ2の動力のみが動力伝達機構11を経て駆動輪5に達し、電動モータ2のみによる電気走行モード（EVモード）で走行を行う。この間、クラッチCLを解放していることで、停止状態のエンジン1を連れ回すことがなく、EV走行中の無駄な電力消費を抑制する。
上記のEV走行状態においてエンジン1をスタータモータ3により始動させると共にクラッチCLを締結させると、エンジン1からの動力がトルクコンバータT/C、プライマリプーリ6、Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達するようになり、ハイブリッド車両はエンジン1および電動モータ2によるハイブリッド走行モード（HEVモード）で走行を行う。
ハイブリッド車両を上記の走行状態から停車させる、もしくは、この停車状態に保つに際しては、駆動輪5と共に回転するブレーキディスク14をキャリパ15により挟圧して制動することで目的を達する。キャリパ15は、運転者が踏み込むブレーキペダル16の踏力に応動して負圧式ブレーキブースタ17による倍力下でブレーキペダル踏力対応のブレーキ液圧を出力するマスタシリンダ18に接続し、このブレーキ液圧でキャリパ15を作動させてブレーキディスク14の制動を行う。ハイブリッド車両はEVモードおよびHEVモードのいずれにおいても、運転者がアクセルペダル19を踏み込んで指令する駆動力指令に応じたトルクで車輪5を駆動され、運転者の要求に応じた駆動力をもって走行される。
ハイブリッド車両の走行モード選択と、エンジン1の出力制御と、電動モータ2の回転方向制御および出力制御と、無段変速機4の変速制御と、クラッチCLの締結、解放制御と、バッテリ12の充放電制御とは、それぞれハイブリッドコントローラ21が行う。このとき、ハイブリッドコントローラ21は、対応するエンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25を介してこれら制御を行うものとする。
そのためハイブリッドコントローラ21には、ブレーキペダル16を踏み込む制動時にOFFからONに切り替わる常開スイッチであるブレーキスイッチ26からの信号と、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）APOを検出するアクセル開度センサ27からの信号とを入力する。ハイブリッドコントローラ21は更に、エンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25との間で、内部情報のやり取りを行う。
エンジンコントローラ22は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答して、エンジン1を出力制御し、モータコントローラ23は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答してインバータ13を介し電動モータ2の回転方向制御および出力制御を行う。変速機コントローラ24は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルを媒体として、無段変速機4（Ｖベルト式無段変速機構CVT）の変速制御およびクラッチCLの締結、解放制御を行う。バッテリコントローラ25は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、バッテリ12の充放電制御を行う。
図２は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置のレイアウト構成を表す概略図である。エンジン1及び電動モータ2は、エンジン1のクランク軸と電動モータ回転軸とが平行となるように配置され、両者共にトランスアクスルケース50の取り付け面50aに取り付けられている。言い換えると、エンジン1と電動モータ2とは、取り付け面50aである略同一平面から突出するように組み付けられている。トランスアクスルケース50内には、トルクコンバータT/Cと、無段変速機4と、クラッチCLと、第１歯車9aと、終減速装置30と、動力伝達機構11とが収装されている。
エンジン1の取り付け面50a側とは反対側の部分には、エンジン排気配管（もしくは吸気配管）1aが設けられている。また、トランスアクスルケース50の下方には、ドライブシャフト33が結合されている。よって、電動モータ2は、径方向について見てみると、ドライブシャフト33とエンジン1とに挟まれた領域内に設けられ、軸方向について見てみると、取り付け面50aとエンジン排気配管1aとに挟まれた領域内に設けられる。
尚、図２では、第１歯車9aと第４歯車11cとを紙面に記載するに際して、便宜上、隣り合わせで記載したが、実際には、第１歯車9aと第4歯車11cともに、図３に記載されたように、終減速歯車31の回転軸に対して垂直方向の同一面で終減速歯車31に噛み合っている。
図３は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置の車載状態におけるクランク軸側から見た概略図である。動力伝達機構11は、第２，第３及び第４歯車11a，11b，11cから構成され、第２歯車11aがドライブシャフト33から離間する位置となるように配置されている。言い換えると、ドライブシャフト33と第２歯車11aとの軸間距離は、ドライブシャフト33と第１歯車9aとの軸間距離よりも大きな位置に配置されている。そして、第２歯車11aには電動モータ2が接続され、電動モータ2の回転軸とドライブシャフト33との軸間距離が確保されており、動力伝達機構11により電動モータ2の外径寸法の大型化を可能としている。また、動力伝達機構11を収装するトランスアクスルケース50には、動力伝達機構11の外縁に沿って形成された第1内壁50bが形成され、更に第1内壁50bに続く第2歯車11aの上方には、第1歯車9aに向かって湾曲する第2内壁50cが形成されている。これら第1内壁50b及び第2内壁50cにより、動力伝達機構11とトランスアクスルケース50内壁との間に潤滑油を導入可能な油路を形成している。
図４は実施例１のハイブリッド車両の駆動装置において、動力伝達機構を収装した部分の部分拡大断面図である。トランスアクスルケース50は、トルクコンバータT/Cを収装するコンバータハウジング51と、無段変速機4等を収装するトランスミッションケース52とから構成されている。このとき、動力伝達機構11を構成する第２，第３及び第４歯車11a，11b，11cが、コンバータハウジング51とトランスミッションケース52との間に収装されている。これにより、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管1aと取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。
尚、実施例１では、動力伝達機構11を２軸以上の歯車を有する機構としたため、ドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との距離を効果的に大きくすることができる。また、動力伝達機構11は減速機構となっているため、電動モータ2のトルク増幅が可能となり、車両に必要な発進時の駆動力確保や、加速時の駆動力確保を容易としている。
また、トランスアクスルケース50を車載した状態において、電動モータ2をドライブシャフト33の回転軸の上方に配置している。言い換えると、車両上面から見たとき、ドライブシャフト33の回転軸は、電動モータ2の車両下方への投影面と重なる位置に配置されている。すなわち、動力伝達機構11を用いてドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との軸間距離を確保する場合、ドライブシャフト33の上方とすることで、車両上面視において、駆動装置全体の小型化を図ることができ、電動モータ2の体格の大型化を行ったとしても、全体としてコンパクトな駆度装置を提供できる。
ここで、図３に戻って実施例１の作用効果について説明する。クラッチCLと同一軸上の第１歯車9aは、プライマリプーリ6と終減速装置30との間に設けられ、前進時の終減速装置30の回転方向と反対方向側に動力伝達機構11が設けられている。言い換えると、終減速歯車31の前進時における回転方向に向かって、動力伝達機構11と第１歯車9aとが順に配置されている。
ここで、動力伝達機構11の第４歯車11c（第２の回転要素）の回転軸を軸O1、第２歯車11a（第１の回転要素）の回転軸を軸O2とし、軸O1と軸O2を通る直線を線L1と定義する。このとき、動力伝達機構11は、各歯車の回転軸方向から見て、線L1が、車載時における車両上下方向に対し第１歯車9a側に傾斜するように配置されている。更に具体的には、動力伝達機構11は、車両上面視において終減速装置30及び第１歯車9a（もしくはクラッチCL）と重なる（オーバーラップする）ように配置されている。
図３のハッチング領域は潤滑油100を表す。このように、トランスアクスルケース50内の下方には潤滑油100が貯留され、各回転要素が潤滑油100をかき上げて上部の噛み合い部分等に潤滑油100を供給している。仮に動力伝達機構11を追加する際、第１歯車9aとは反対側に線L1を傾斜させた場合を想定する。このとき、終減速歯車31によりかき上げられた潤滑油100が動力伝達機構11に供給された後、第１歯車9aまで供給されずに落下してしまい、第１歯車9aやクラッチCLに十分な潤滑油を供給することが困難となる。
すなわち、終減速歯車31に対する第１歯車9aの噛み合い位置は、終減速歯車31の回転方向で、終減速歯車31に対する第４歯車11cの噛み合い位置の下流となっている。よって、終減速歯車31によりかき上げられた潤滑油100は、そのほとんどが動力伝達機構11の潤滑に使用され、第1歯車9aには終減速歯車31が第４歯車11cと噛み合った後に終減速歯車31の歯面に残留している僅かな潤滑油しか供給されないこととなる。
そこで、実施例１では、動力伝達機構11を配置する際、軸L1が第１歯車9a側に傾斜するように構成し、加えて動力伝達機構11に沿ってトランスアクスルケース50の内壁に第1内壁50b及び第2内壁50cを形成し、動力伝達機構11とトランスアクスルケース50内壁との間に潤滑油を導入可能な油路を形成した。これにより、図３の太い点線矢印で示すように、終減速歯車31でかき上げられた潤滑油100は、動力伝達機構11の各回転要素に供給された後、第１歯車9aに滴下することが可能となり、第１歯車9aやクラッチCLに十分な潤滑油100を供給することができる。
以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）エンジン1のエンジン出力軸に結合された無段変速機4（変速機）と、
無段変速機4の変速機出力軸に結合されたクラッチCLと、
クラッチCLのクラッチ出力軸に結合された第１歯車9aと、
第１歯車9aと常時噛み合う終減速歯車31と、
終減速歯車31と結合されたドライブシャフト33と、
電動モータ2（電動機）に結合された第２歯車11a（第１の回転要素）と、終減速歯車31と噛合し第2歯車11aの回転に応じて回転する第４歯車11c（第２の回転要素）と、を有する動力伝達機構11と、
を有し、
動力伝達機構11は、各歯車の回転軸方向から見て、第2歯車11aの回転軸O1と第４歯車11cの回転軸O2とを結ぶ線L1が、車載時における車両上下方向に対し第１歯車9a側に傾斜するように設置した。
すなわち、終減速歯車31に第１歯車9aと動力伝達機構11とを常時噛み合わせることで、終減速歯車31によりかき上げられた潤滑油が動力伝達機構11に供給可能となる。そして、線L1を第１歯車9a側に傾斜させたことで、動力伝達機構11に供給された潤滑油が第１歯車9aにも供給されるため、第１歯車9a及び動力伝達機構11の両方を潤滑することができる。
（２）終減速歯車31の前進時における回転方向に向かって、動力伝達機構11と第１歯車9aとが順に配置されている。
これにより、図３の太い点線矢印で示すように、終減速歯車31でかき上げられた潤滑油100は、動力伝達機構11の各回転要素に供給された後、第１歯車9aに滴下することが可能となり、第１歯車9aやクラッチCLに十分な潤滑油100を供給することができる。
（３）第２歯車11aは、車両上面から見たとき、第１歯車9aと重なる位置に配置されている。
よって、動力伝達機構11によりかき上げられた潤滑油100を効率よく第１歯車9aやクラッチCLに供給できる。
（４）トランスアクスルケース50は、エンジン側となるコンバータハウジング51と、無段変速機側となるトランスミッションケース52とから構成され、
動力伝達機構11は、コンバータハウジング51とトランスミッションケース52との間に収装されている。
よって、取り付け面50a側に減速機構等を設けることなく電動モータ2を取り付けることが可能となり、エンジン排気配管1aと取り付け面50aとの間の空間を確保することで電動モータ2の軸方向寸法を大型化できる。また、トランスアクスルケース50内に動力伝達機構11を設けたため、電動モータ2aと結合する際に軸方向に減速機等を配置する必要がなく、軸方向のスペースを確保できる。また、電動モータ2aが結合される第２歯車11aとドライブシャフト33との軸間距離は、ドライブシャフト33と第１歯車9aとの軸間距離よりも大きいため、電動モータ2aの外径の自由度が高くなり、電動モータ2aの体格を大型化できる。よって、電動モータ2aによる車両駆動可能な車速領域が拡大され、かつ、回生可能な車両の減速車速領域が拡大されるため、燃費の改善を図ることができる。
（５）トランスアクスルケース50を車載した状態において、電動モータ2をドライブシャフト33の回転軸の上方に配置した。言い換えると、トランスアクスルケース50を車載した状態において、車両上面から見たとき、ドライブシャフト33の回転軸は、電動モータ2と重なる位置に配置されている。
すなわち、動力伝達機構11を用いてドライブシャフト33と電動モータ2の回転軸との軸間距離を確保する場合、ドライブシャフト33の上方とすることで、車両上面視において、駆動装置全体の小型化を図ることができ、電動モータ2の体格の大型化を行ったとしても、全体としてコンパクトな駆度装置を提供できる。
以上、各実施例に基づいて本発明を説明したが、上記構成に限らず、他の構成であっても本発明に含まれる。
例えば、実施例では、動力伝達機構11として歯車を組み合わせた例を示したが、歯車に限らずチェーンとスプロケットから構成してもよい。また、実施例では、第１歯車9aと終減速歯車31とを噛合し、動力伝達機構11と終減速歯車31とを噛合した例を示したが、動力伝達機構11と第１歯車9aとを噛合してもよい。
また、実施例では、ハイブリッド車両の電動モータ2を搭載した例を示したが、他の輪に設けられたモータに駆動電流を供給する大型発電機を搭載した場合であっても、同様に適用可能である。また、電動機の例を示したが、４輪駆動ユニットとしてのトランスファーを設ける際に、本発明を適用してもよい。
また、実施例１のハイブリッド車両にあっては、無段変速機4を搭載した例を示したが、無段変速機4に限らず他の有段変速機であってもよい。また、クラッチCLに代えて、複数の摩擦締結要素からなる遊星歯車機構を搭載し、適宜変速可能な副変速装置を搭載してもよい。
更に、実施例ではスタータモータ3によりエンジン再始動を行う構成を示したが、他の構成であっても構わない。具体的には、近年、アイドリングストップ機能付き車両であって、オルタネータをモータ・ジェネレータに置き換え、このモータ・ジェネレータにオルタネータ機能を加えてエンジン始動機能を付加することにより、アイドリングストップからのエンジン再始動時に、スタータモータではなく、このモータ・ジェネレータによりエンジン再始動を行う技術が実用化されている。本願発明も上記のようなモータ・ジェネレータによりエンジン再始動を行う構成としてもよい。

Claims (5)

  1. エンジンのエンジン出力軸に結合された変速機と、
    前記変速機の変速機出力軸に結合されたクラッチと、
    前記クラッチのクラッチ出力軸に結合された第１歯車と、
    前記第１歯車と常時噛み合うと共に潤滑油をかき上げる終減速歯車と、
    前記終減速歯車と結合されたドライブシャフトと、
    電動機に結合された第1の回転要素と、前記第1歯車が噛み合った終減速歯車と該終減速歯車の前進時における回転方向と反対方向側で噛合し前記回転要素の回転に応じて回転する第2の回転要素と、を有する動力伝達機構と、
    を有し、
    前記動力伝達機構は、各歯車の回転軸方向から見て、前記第１の回転要素の回転軸と前記第２の回転要素の回転軸とを結ぶ線が、車載時における車両上下方向に対し前記第１歯車側に傾斜するように設置され、前記第１の回転要素は、車両上面から見たとき、前記第１歯車と重なる位置に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記終減速歯車の前進時における回転方向に向かって、前記動力伝達機構と前記第１歯車とが順に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースは、前記エンジン側となるコンバータハウジングと、前記変速機側となるトランスミッションケースとから構成され、
    前記動力伝達機構は、前記コンバータハウジングと前記トランスミッションケースとの間に収装されることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースを車載した状態において、前記電動機を前記ドライブシャフトの回転軸の上方に配置したことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  5. 請求項１ないし４いずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記トランスアクスルケースを車載した状態において、車両上面から見たとき、前記ドライブシャフトの回転軸は、前記電動機と重なる位置に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置
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