JP5971351B2 - 車両のパワープラント - Google Patents

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Description

本発明は、少なくともエンジンを搭載した車両のパワープラントに関する。
このような車両としては従来、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。この車両は、パワープラントとしてエンジンと電動機とを備え、エンジンが無段変速機を介して駆動輪に結合され、電動モータが当該駆動輪に常時結合された型式のものである。この車両では、電動機を無段変速機ケースに片持ち支持するだけでは十分な支持が確保できないことから、特許文献１の図３に示すように、電動機のハウジングとエンジンブロックとを支持部材（以下、ガセットと記載する。）により連結し、これにより電動機を支持している。
特許第３５８４６８０号公報
しかしながら、上記構成による振動特性を鋭意検討した結果、不用意にガセットを配置すると、エンジン振動に起因した電動機の振動がガセットを介して再度エンジンブロックに伝達され、これによりパワープラント全体の振動が増加してしまうという新たな課題を見出した。
本発明は上記課題に着目し、エンジンの振動が電動機に伝達されたとしてもパワープラント全体の振動が増大することを抑制可能な車両のパワープラントを提供することを目的とする。
この目的のため、本発明の車両のパワープラントにあっては、エンジンに取り付けられた変速機ハウジングのエンジン側に取り付けられると共に、エンジンに留め点を介して連結される電動機を備え、エンジンのクランク軸方向から見て、電動機の重心と留め点とを結ぶ線と、留め点が無い場合にエンジンの振動により電動機が振動する方向に延びる線とが交差することとした。
よって、電動機が振動する際に、留め点が無い場合の直線運動を、留め点を中心とした揺動運動に変換することが可能となり、電動機から留め点を介してエンジン側に入力される力を分散することでパワープラント全体の振動を抑制できる。
実施例１のパワープラントを搭載したハイブリッド車両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の車両のパワープラントを車載した状態を表す概略斜視図である。 実施例１の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。 比較例の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。 比較例の場合においてエンジン振動が発生した場合のパワープラントの振動状態を表す概略平面図である。 実施例１の車両のパワープラントに振動が発生した場合の振動の様子を表した側面図である。 実施例１の車両のパワープラントに振動が発生した場合の力を表す側面図である。 実施例１の第１の線と第２の線との位置関係を説明するための概略側面図である。 実施例２の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。 実施例２の車両のパワープラントに振動が発生した場合の力を表す平面図である。
1 エンジン（動力源）
1a シリンダブロック
1b クランクケース
2 電動モータ（動力源）
2a モータハウジング
3 スタータモータ
4 Ｖベルト式無段変速機
4a 変速機ハウジング
4a1 膨出部
4a2 エンジン取り付け面
5 駆動輪
30 ガセット
01 クランク軸
02 モータ回転軸
03 留め点
CL クラッチ
EB エンジンブロック
TR トルクロッド
M1,M2 マウント
〔実施例１〕
図１は、実施例１の車両のパワープラントを具えたハイブリッド車両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、Ｖベルト式無段変速機4は、概略を以下に説明するようなものとする。
Ｖベルト式無段変速機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およびファイナルギヤ組9を順次介して駆動輪5に結合する。
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はファイナルギヤ組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。
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の動力のみがファイナルギヤ組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の車両のパワープラントを車載した状態を表す概略斜視図である。尚、ドライブシャフト等は省略して記載する。以下、エンジン1と、無段変速機４と、電動モータ2とを１つのパワープラントとして説明する。
パワープラントは、パワープラントの重心よりも上方に設けられ、パワープラントを懸架するマウントM1,M2と、パワープラントの重心よりも下方に設けられ、パワープラントの車両前後方向の動きを規制するトルクロッドTRと、を有するペンデュラム式マウントにより支持され、パワープラントから車体への振動伝達の抑制と、走行時の乗り心地の改善の両立とを図っている。以下、ｘ方向を車両前後方向、ｙ方向を車幅方向、ｚ方向を車両上下方向と定義して説明する。尚、エンジン1と無段変速機4と電動モータ2の相対的な位置関係が同じであれば、他の方式によりパワープラントを支持してもよい。
エンジン1は、内部にシリンダ室が形成されたシリンダブロック1aと、クランクシャフトを収装するクランクケース1bとからなるエンジンブロックEBを有する。エンジンブロックEBのｙ方向左側には、内部に無段変速機4を収装する変速機ハウジング4aが取り付けられている。変速機ハウジング4aは、ｙ方向から見てエンジンブロックよりも径方向外側に膨出する膨出部4a1を有し、この膨出部4a1のエンジン取り付け面4a2には電動モータ2が取り付けられている。すなわち、エンジン取り付け面4a2には、エンジン1と電動モータ2とが取り付けられている。
電動モータ2のモータ回転軸O2は、エンジン1のクランク軸O1と平行に配置されている。電動モータ2は、内部にステータやロータを収容する円筒状のモータハウジング2aを有する。モータハウジング2aは変速機ハウジング4aのエンジン取り付け面4a2に組み付けられている。ここで、電動モータ2の大きさは、通常の補機類に比べて非常に大型であり、変速機ハウジング4aに対して片持ちで支持することが困難である。そこで、モータハウジング2aとエンジンブロックEB（クランクケース1b）との間に補強連結部材であるガセット30を設けている。ガセット30とエンジンブロックEBとの連結部である留め点03はボルト等により連結され、後述するようにモータハウジング2aが揺動する際の揺動支点となる。電動モータ2は、変速機ハウジング4aとガセット30との両持ち支持構造とされ、振動の発生を抑制する。
以下、実施例１のパワープラントの構成を説明するにあたり、比較例と対比しつつ説明する。図３は実施例１の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。図４は比較例の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。図３（ａ）及び図４（ａ）はｚ方向から見た平面図であり、図３（ｂ）及び図４（ｂ）はｙ方向から見た側面図である。比較例は、留め点O3の位置が実施例１よりも上方に位置している以外は実施例１と同じである。また、ガセット30を含む電動モータ2の重心点は、ほぼモータ回転軸O2上に位置するものとする。
図３（ｂ）に示すように、ｙ方向（エンジン1のクランク軸O1方向）から見て、電動モータ2の重心と留め点O3とを結ぶ線をA方向に延びる第１の線p1とし、電動モータ2の重心から比較例の留め点O3とを結ぶ線をB方向に延びる第２の線p2と定義する。ここで、B方向とは、仮にガセット30を設けることなく電動モータ2を片持ち支持した場合にエンジン1の振動により電動モータ2が最も振動する方向であり、一般的には車両前後方向の成分が大きい。ここで、マウントM1,M2に生じる車両前後方向の振動方向をE方向として定義する。尚、B方向とE方向とは概ね同じ方向と考えられるが、種々の設計パラメータにより若干方向が異なるものと考えられるが特に限定しない。
車両前後方向の振動が生じると、パワープラントを支持しているマウントM1,M2にも前後方向の振動が発生し、これは運転者の違和感としては感度が高い。比較例では、このように電動モータ2が最も振動する方向に対する規制を効果的に行うことを目的とし、留め点03をB方向に延びる第２の線p2上に設けたものである。
しかしながら、比較例の場合において、振動が発生した場合にパワープラント全体としてどのような振動が生じるかについて、発明者が鋭意検討を行ったところ、予想に反した結果が得られた。図５は比較例の場合においてエンジン振動が発生した場合のパワープラントの振動状態を表す概略平面図である。上述したように、電動モータ2が片持ち支持の場合、B方向に大きく振動することから、電動モータ2とエンジン1との間にガセット30を設け、留め点O3を第２の線p2上に配置した。この場合、電動モータ2の振動により生じる力の大半がガセット30を介してエンジンブロックに入力されてしまうことが分かった。この入力によってエンジンブロックが撓んでしまい、パワープラントは全体として大きく振動する結果となり、振動を適正なレベルに抑制することができないことが把握された。
そこで、実施例１では、留め点O3の位置を変更し、第１の線p1と第２の線p2とが角度α（第１角度）を持って交差するように構成したものである。以下、作用について説明する。図６は実施例１の車両のパワープラントに振動が発生した場合の振動の様子を表した側面図、図７は実施例１の車両のパワープラントに振動が発生した場合の力を表す側面図である。エンジン振動によって電動モータ2がB方向に振動しようとする。このとき、第１の線p1と第２の線p2とが留め点O3は角度αを持って交差しているため、電動モータ2のB方向への運動は、留め点O3を支点とした揺動運動となり、図６のC方向に示す揺動運動を行うこととなる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、振動によって電動モータ2からガセット30を介してエンジンブロックEBに入力されるA方向の力は、マウントM1に着目すると、E方向成分と、F方向成分とに分散される。よって、前後方向の振動が抑制されると共に、上下方向の振動は、運転者の違和感としては感度が低いため、振動の悪化として認識されることはない。また、図７（ｂ）に示すように、パワープラントとして見ると、電動モータ2が留め点O3を中心として揺動することで互いの振動を吸収することが可能となり、エンジンブロックEB側に伝達される力が抑制され、パワープラント全体としての振動が増大することを回避できる。
次に、第１の線p1は第２の線p2よりもクランク軸O1側を通るように角度αが設定されている点について説明する。図８は実施例１の第１の線と第２の線との位置関係を説明するための概略側面図である。図８（ａ）は実施例１の位置関係を表し、図８（ｂ）は第２の比較例の位置関係を表す。第２の比較例にあっては、第１の線p1は第２の線p2よりもクランク軸01と反対側を通るように角度αが設定されている。この場合、図８（ｂ）に示すように、エンジンブロックEBが振動する際の起震源は、クランク軸01周りのロール運動であり、クランク軸01よりも距離が離れたシリンダブロック1aは、クランクケース1bに比べてクランク軸01を中心として揺動するため、大きく振動しやすい。このときのシリンダブロック1aの振動方向をJと定義する。
この状態で、ガセット30の留め点03を第２の線p2よりもクランク軸01と反対側を通るように、言い換えると、シリンダブロック1aと近い位置に設けてしまうと、シリンダブロック1aの振動方向Jと第１の線p1との成す角度が小さくなり、モータハウジング2aとの間で生じる振動の力を分散することが困難となる。そこで、実施例１では、振動方向Jと第１の線p1との成す角度が大きくなるように、ガセット30の留め点03を、第２の線p2よりもクランク軸01側を通るように設定し、モータハウジング2aとの間で生じる振動の力を分散させることとした。
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と、
エンジン1に取り付けられ、変速機ハウジング4aに収装された無段変速機4（変速機）と、
エンジン取り付け面4a2（変速機ハウジング4aのエンジン1側）に取り付けられると共に、エンジン1に留め点03を介して連結される電動モータ2（電動機）と、
を備え、
エンジン1のクランク軸01方向から見て、ガセット30を含む電動モータ2（電動機）の重心と留め点03とを結ぶ第１の線p1と、ガセット30を含む電動モータ2（電動機）の重心から留め点03が無い場合にエンジン1の振動により電動モータ2が振動するB方向に延びる第２の線p2とが角度α（第１角度）を持って交差する。
よって、電動モータ2が留め点03を中心として揺動することで、エンジン1と電動モータ2の互いの振動を吸収することが可能となり、エンジン1側に伝達される力が抑制され、パワープラント全体としての振動の増大を回避できる。
（２）第１の線p1は、第２の線p2よりもクランク軸01側を通ることとした。
よって、第２の線p2とエンジンブロックEBの主にシリンダブロック1aの振動方向Jとの成す角度を大きくすることが可能となり、モータハウジング2aとの間で生じる振動の力を分散することできる。
（３）車両は、電動モータ2により駆動力を出力可能なハイブリッド車両である。
よって、駆動力を確保可能な大型の電動機を変速機ハウジング4aに搭載するにあたり、ガセット30の留め点03を工夫することで、振動を抑制したパワープラントを提供できる。特に、クランク軸01とは異なる軸に搭載され、電動モータ2から駆動輪に駆動力を付与する構成の場合、容易に電動モータ2を搭載できる。
（４）パワープラントは、パワープラントの重心より上方のマウントM1,M2と、パワープラントの重心より下方において車体と連結されたトルクロッドTRと、を有するペンデュラム方式により支持されている。
すなわち、ペンデュラム方式により支持することで、クランク軸01に発生するロール運動に起因する振動の車体側への伝達を抑制し、走行時の乗り心地の改善を図る。このとき、車両前後方向の成分による振動によって電動モータ2が振動しやすいが、第１の線p1と第２の線p2とが交差することで、パワープラント全体としての振動を抑制できる。
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図９は実施例２の車両のパワープラントの概略を表す模式図である。図９（ａ）はｚ方向から見た平面図であり、図９（ｂ）はｙ方向から見た側面図である。実施例１では、ｚ方向から見たとき、ガセット30はクランク軸01（もしくはモータ回転軸02）に対して垂直に設けられていた。これに対し、実施例２では、ｚ方向から見たとき、第１の線p1が、クランク軸01と直交すると共に電動モータ2の重心を含む平面Ｆと、角度αより小さな角度βを持って交差するように構成した点が異なる。
ここで、ｙ方向から見たときの振動の作用については実施例１と基本的に同じであるため、ｚ方向から見たときの作用について詳述する。図１０は実施例２の車両のパワープラントに振動が発生した場合の力を表す平面図である。平面図において、第１の線p1が伸びる方向をG方向と定義する。
エンジン振動によって電動モータ2がB方向（平面F内での振動）に振動しようとする。このとき、第１の線p1は角度βを持って平面Fと交差しているため、電動モータ2のB方向への運動は、G方向とモータ回転軸02方向とに分散される。よって、エンジンブロックEBへの振動による入力を抑制することができる。
ただし、角度βは角度αよりも小さいことが望ましい。すなわち、第１の線p1が角度βを持つと、変速機ハウジング4aのエンジン取り付け面4a2には、モータ回転軸02方向の力が作用すると共に、エンジンブロックEBを介してクランク軸01に直交する方向の力が作用する。すると、エンジンブロックEBが変速機ハウジング4aに対して倒れるような振動を生じるおそれがある。具体的には、クランク軸01とエンジン取り付け面4a2との間で図１０の矢印Hに示すような振動が発生し、これによりマウントM1における前後方向振動Eが増大すると、特に前後方向の振動が十分に抑制できなくなるからである。
以上説明したように、実施例２にあっては、下記の作用効果を得ることができる。
（５）第１の線p1が、エンジン1のクランク軸01に直交すると共に電動モータ2の重心を含む平面Fと、角度αより小さな角度β（第２角度）を持って交差することとした。
すなわち、第１の線p1が平面Fと角度βを持って交差することで、ガセット30を介してエンジンブロックEBへ入力される振動を分散することが可能となり、特に車両前後方向に対する振動を抑制できる。また、角度αよりも小さな角度βを設定したことで、エンジンブロックEBが変速機ハウジング4aに対して倒れるような振動を抑制することができ、過剰な分散による特に車両前後方向の振動の悪化を回避できる。
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、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では、ガセット30をモータ回転軸02上であって、電動モータ2の重心よりも外側（変速機ハウジング4aの反対側）に設置したが、モータ回転軸02上であって、重心と一致する位置に設置してもよい。
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 (4)

  1. エンジンと、
    前記エンジンに取り付けられ、変速機ハウジングに収装された変速機と、
    前記変速機ハウジングの前記エンジン側に取り付けられると共に、前記エンジンに揺動支点となる留め点を介して連結される電動機と、
    を備え、
    前記エンジンのクランク軸方向から見て、前記電動機の重心と前記留め点とを結ぶ第１の線と、車両前後方向のうち前記電動機の重心から前記留め点が無い場合に前記エンジンの振動により前記電動機が最も振動する方向に延びる第２の線とが第１角度を持って交差することを特徴とする車両のパワープラント。
  2. 請求項１に記載の車両のパワープラントにおいて、
    前記第１の線が、前記エンジンのクランク軸に直交すると共に前記電動機の重心を含む平面と、９０度より小さな所定角度を持って交差することを特徴とする車両のパワープラント。
  3. 請求項１または２に記載の車両のパワープラントにおいて、
    前記車両は、前記電動機により駆動力を出力可能なハイブリッド車両であることを特徴とする車両のパワープラント。
  4. 請求項１ないし３いずれか１つに記載の車両のパワープラントにおいて、
    前記パワープラントは、パワープラントの重心より上方のマウントと、パワープラントの重心より下方において車体と連結されたトルクロッドと、を有するペンデュラム方式により支持されていることを特徴とする車両のパワープラント。
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