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JP2015116861A - ハイブリッド車の動力伝達装置 - Google Patents

ハイブリッド車の動力伝達装置 Download PDF

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JP2015116861A JP2013260017A JP2013260017A JP2015116861A JP 2015116861 A JP2015116861 A JP 2015116861A JP 2013260017 A JP2013260017 A JP 2013260017A JP 2013260017 A JP2013260017 A JP 2013260017A JP 2015116861 A JP2015116861 A JP 2015116861A
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弘達 北畠
Hirotatsu Kitahata
弘達 北畠
鈴木　陽介
Yosuke Suzuki
陽介 鈴木
雄二 岩瀬
Yuji Iwase
雄二 岩瀬
野崎　芳信
Yoshinobu Nozaki
芳信 野崎
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】内燃機関の出力軸を停止させる固定手段を設けることが要因となって全体としての軸長が長くなることを抑制することができるハイブリッド車の動力伝達装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の出力軸４の一方の端部に駆動輪７に動力を伝達する伝動機構５が連結されるとともに、その出力軸４の回転を止めた状態で他の動力装置２の動力によって走行可能なハイブリッド車の動力伝達装置において、出力軸４の一方の端部と伝動機構５との間にトルクリミッタ６が設けられるとともに、出力軸４の内燃機関１から他方に突出した部分に出力軸４と一体に回転する回転部材２４が取り付けられ、出力軸４の回転を止める固定手段２３が回転部材２４の半径方向で外側にかつ軸線方向で前記回転部材と少なくとも一部が重なるように配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の出力軸を停止させた状態で他の動力装置の動力によって走行することができるように構成されたハイブリッド車の動力伝達装置に関するものである。
特許文献１ないし特許文献３には、エンジンが連結された第１回転要素と、モータ・ジェネレータが連結された第２回転要素と、出力部材にトルク伝達可能に連結された第３回転要素とを有する差動機構を備えた動力伝達装置が記載されている。これらの動力伝達装置では、モータ・ジェネレータから出力されたトルクを出力部材に伝達するときには、第１回転要素を反力要素として機能させる。そのため、各特許文献に記載された動力伝達装置は、ケースなどの固定部とエンジンの出力軸とを連結して第１回転要素を停止させるように構成されたブレーキ機構を備えている。したがって、ブレーキ機構を係合させて第１回転要素の回転を停止させた状態で、モータ・ジェネレータからトルクを出力すれば、第１回転要素が反力要素として機能し、第２回転要素が入力要素として機能するので、モータ・ジェネレータから出力されたトルクが、出力部材に伝達される。
さらに、特許文献１に記載された動力伝達装置は、その動力伝達装置を構成する部材に過剰なトルクが作用することを抑制するために、エンジンと動力分割機構との間に伝達するトルクを制限するトルクリミッタを備えており、そのトルクリミッタとエンジンとの間にブレーキ機構を備えている。
なお、特許文献４に記載された動力伝達装置は、エンジンの出力軸の一方の端部に伝動機構が連結され、その出力軸の他方の端部に、エンジンの駆動力により駆動させられる補機類などが、エンジンが駆動しているときにのみ補機類に動力を伝達するワンウェイクラッチを介して連結されている。
国際公開第２０１３／１４０５２７号 特開２００９−１２００４３号公報 特表２０１２−５１０９１５号公報 特開２００３−９０３６１号公報
上述した特許文献１に記載されたようにエンジンとトルクリミッタとの間にブレーキ機構を設けることにより、ブレーキ機構に過剰なトルクが伝達されることを抑制することができる。すなわち、一つのトルクリミッタで動力分割機構などを構成する部材およびブレーキ機構に伝達されるトルクを制限することができる。しかしながら、エンジンとトルクリミッタとの間にブレーキ機構を設けると、そのブレーキ機構を配置する分、エンジンの出力軸が長くなり、動力伝達装置全体としての軸長が長くなる可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、内燃機関の出力軸を停止させる固定手段を設けることが要因となって全体としての軸長が長くなることを抑制することができるハイブリッド車の動力伝達装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関の出力軸の一方の端部に駆動輪に動力を伝達する伝動機構が連結されるとともに、その出力軸の回転を止めた状態で他の動力装置の動力によって走行可能なハイブリッド車の動力伝達装置において、前記出力軸の一方の端部と前記伝動機構との間にトルクリミッタが設けられるとともに、前記出力軸の前記内燃機関から他方側に突出した部分に前記出力軸と一体に回転する回転部材が取り付けられ、前記出力軸の回転を止める固定手段が前記回転部材の半径方向で外側にかつ軸線方向で前記回転部材と少なくとも一部が重なるように配置されていることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記固定手段は、前記回転部材を前記内燃機関のボディに連結することにより、前記出力軸の回転を止めるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記伝動機構は、前記内燃機関にトルク伝達可能に連結された第１回転要素と、前記他の動力装置にトルク伝達可能に連結された第２回転要素と、前記駆動輪にトルク伝達可能に連結された第３回転要素とを有する差動作用のある動力分割機構を含むことを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置である。
この発明によれば、内燃機関の出力軸の一方の端部に伝動機構が連結され、その内燃機関から他方に突出した部分に回転部材が取り付けられている。その回転部材の半径方向で外側にかつ軸線方向で回転部材と少なくとも一部が重なるように、出力軸の回転を止める固定手段が設けられている。そのため、固定手段を配置することにより装置全体としての軸長が長くなることることを抑制することができる。
また、出力軸の他方の端部に連結された回転部材の回転を停止させて出力軸の回転を止めるように構成され、かつその出力軸の一方の端部にトルクリミッタが設けられている。したがって、伝動機構に伝達されるトルクを制限するトルクリミッタが、固定手段に伝達されるトルクを制限するように機能する。そのため、固定手段に伝達されるトルクを制限するための他のトルクリミッタを新たに設けることがなく、したがって、装置全体としての軸長が長くなることを抑制することができる。
さらに、回転部材を内燃機関のボディに連結させて出力軸の回転を止めるように構成されている。そのため、内燃機関に隣接して回転部材を設けることができ、その結果、装置全体としての軸長が長くなることを抑制することができる。
この発明に係るハイブリッド車の動力伝達装置の一例を説明するためのスケルトン図である。 図１に示すハイブリッド車が二つのモータ・ジェネレータの動力により前進走行している際の、各回転要素の運転状態を説明するための共線図である。 この発明に係るハイブリッド車の動力伝達装置の他の例を説明するためのスケルトン図である。
この発明に係るハイブリッド車の動力伝達装置の構成の一例を図１に示している。図１に示す動力伝達装置は、内燃機関（以下、エンジン１と記す。）と、この発明における動力装置に相当する二つのモータ・ジェネレータ２，３とを備えている。これらのモータ・ジェネレータ２，３は、従来知られている発電機能を有するものであり、その一例として交流同期電動機が挙げられる。図１に示すエンジン１の出力軸４の一方の端部には、この発明における伝動機構に相当する動力分割機構５が後述するトルクリミッタ６を介して連結されている。この動力分割機構５は、エンジン１から入力されたトルクを第１モータ・ジェネレータ２側と駆動輪７側とに分割するように構成された差動機構であり、図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。具体的には、第１モータ・ジェネレータ２の出力軸８に連結されたサンギヤ９と、そのサンギヤ９に噛み合う複数のピニオンギヤ１０を自転および回転可能に保持し、かつその動力分割機構５のインプットシャフト１１を介してエンジン１にトルク伝達可能に連結されたキャリヤ１２と、サンギヤ９と同心円上に配置されかつ各ピニオンギヤ１０が噛み合うリングギヤ１３とによって動力分割機構５が構成されている。上記第１モータ・ジェネレータ２のロータ２Ｒおよび出力軸８は円筒状に形成されており、インプットシャフト１１が第１モータ・ジェネレータ２の背面に突き出すように挿入され、その先端にオイルポンプ１４が連結されている。なお、キャリヤ１２がこの発明における第１回転要素に相当し、サンギヤ９がこの発明における第２回転要素に相当し、リングギヤ１３がこの発明における第３回転要素に相当する。図１に示す例では、作図上、一方の駆動輪のみ記載している。
上記リングギヤ１３の外周面には、更に外歯歯車のドライブギヤ１５が一体に形成されていて、そのドライブギヤ１５と噛み合うカウンタドリブンギヤ１６が、動力分割機構５や出力軸４の回転中心軸線と平行に配置されたカウンタシャフト１７に一体に回転するように取り付けられている。このカウンタドリブンギヤ１６はドライブギヤ１５より小径のギヤであり、したがって動力分割機構５からカウンタシャフト１７に向けてトルクを伝達する場合に減速作用（トルクの増幅作用）が生じる。
さらに、上記の動力分割機構５から駆動輪７に伝達されるトルクに、第２モータ・ジェネレータ３のトルクを付加するように構成されている。すなわち、上記のカウンタシャフト１７と平行に第２モータ・ジェネレータ３が配置されており、そのロータ３Ｒに連結されたリダクションギヤ１８が上記のカウンタドリブンギヤ１６に噛み合っている。そのリダクションギヤ１８はカウンタドリブンギヤ１６より小径であり、したがって第２モータ・ジェネレータ３のトルクを増幅してカウンタドリブンギヤ１６もしくは駆動輪７に伝達するように構成されている。
カウンタシャフト１７には、更に、カウンタドライブギヤ１９が一体に回転するように設けられており、このカウンタドライブギヤ１９が終減速機であるデファレンシャルギヤ２０におけるリングギヤ２１に噛み合っている。そして、デファレンシャルギヤ２０にドライブシャフト２２を介して駆動輪７が連結されている。
上述したように構成された動力伝達装置を有するハイブリッド車は、主にエンジン１を駆動力源として走行するＨＶ走行モードと、いずれか一方のモータ・ジェネレータ（主に、第２モータ・ジェネレータ３）を駆動力源として走行するシングルモータ走行モードと、各モータ・ジェネレータ２，３を駆動力源として走行するツインモータ走行モードとにより走行することができる。ここで、各走行モードについて説明する。ＨＶ走行モードは、上述したように主にエンジン１を駆動力源として走行するモードである。そのため、エンジン１から出力されたトルクを駆動輪７に伝達することができるように、動力分割機構５におけるサンギヤ９を反力要素として機能させる。すなわち、エンジン１から動力分割機構５に伝達されるトルクに応じて第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが制御される。また、エンジン１の回転数を目標回転数に制御するように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数が制御される。なお、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を連続的に変化させることができるので、それに伴ってエンジン回転数を連続的に変化させることができる。したがって、動力分割機構５は、無段変速機として機能する。
上記のように第１モータ・ジェネレータ２を制御する場合には、車速などに応じて第１モータ・ジェネレータ２が回生制御されまたは力行制御される。具体的には、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させるようにトルクを出力する場合には、第１モータ・ジェネレータ２が回生制御されてエンジン１から出力された動力の一部が電力に変換させられる。一方、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増大させるようにトルクを出力する場合には、第１モータ・ジェネレータ２が力行制御されて動力が加えられる。前述のようにサンギヤ９を反力要素として機能させるように第１モータ・ジェネレータ２を制御することにより、エンジン１から駆動輪７に伝達される動力が加減される。そのため、その加減された動力を補うように第２モータ・ジェネレータ３から出力する。したがって、ＨＶ走行モードでは、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ２あるいは第２モータ・ジェネレータ３が駆動力源として機能すると言い得る。
一方、要求駆動力が比較的小さい場合には、第２モータ・ジェネレータ３の動力のみで走行することができるので、シングルモータ走行モードが設定される。そのようにシングルモータ走行モードが設定される場合には、エンジン１への燃料の供給を停止し、かつ第１モータ・ジェネレータ２には非通電とする。エンジン１の慣性力（質量）やフリクショントルクが第１モータ・ジェネレータ２の慣性力（質量）やフリクショントルクよりも大きいので、エンジン１への燃料の供給を停止させかつ第１モータ・ジェネレータ２への電力の供給を停止させると、エンジン１の回転が停止して第１モータ・ジェネレータ２が空転する。
他方、要求駆動力が比較的大きく、第２モータ・ジェネレータ３の動力のみでは走行させることができない場合には、更に、第１モータ・ジェネレータ２の動力を駆動輪７に伝達して走行するようにツインモータ走行モードが設定される。このように第１モータ・ジェネレータ２の動力を駆動輪７に伝達するために、すなわちサンギヤ９を入力要素とし、かつキャリヤ１２を反力要素として機能させるために、出力軸４の回転を停止させる。そのため、図１に示す例では、エンジン１から動力分割機構５とは反対側に突出した部分に出力軸４の回転を選択的に停止させることができるドグクラッチ２３が設けられている。なお、このドグクラッチ２３がこの発明における固定手段に相当する。
ここで、図１に示すドグクラッチ２３の構成について説明する。図１に示すドグクラッチ２３は、エンジン１から動力分割機構５とは反対側に突出した部分に連結され、その出力軸４と一体に回転するように設けられた慣性質量体２４を、エンジンボディ２５に連結することにより、出力軸４の回転を停止させるように構成されている。この慣性質量体２４は、エンジン１の出力トルクの変動を抑制するために設けられたものである。すなわち、マスダンパとして機能するように設けられている。なお、慣性質量体２４がこの発明における回転部材に相当するものであり、図１に示す例では、出力軸４の端部に連結されている。
この慣性質量体２４の外周面には複数のスプライン歯が形成されている。また、エンジンボディ２５には、軸線方向に沿って慣性質量体２４側に突出した円筒部２６が形成されている。なお、円筒部２６と慣性質量体２４との外径はほど同一に形成されている。さらに、円筒部２６の外周面には複数のスプライン歯が形成されている。そして、これら各スプライン歯と噛み合うことにより慣性質量体２４をエンジンボディ２５に連結するスリーブ２７が、軸線方向に移動することができるように慣性質量体２４の半径方向の外側に設けられている。なお、このスリーブ２７は、図示しない油圧アクチュエータや電磁アクチュエータなどにより軸線方向に移動させられるように構成されている。したがって、スリーブ２７を各スプライン歯に係合させるように移動させることにより、慣性質量体２４の回転が停止させられ、出力軸４の回転が停止させられる。それとは反対に、いずれか一方のスプライン歯とスリーブ２７とが非係合状態となるようにスリーブ２７を移動させることにより、慣性質量体２４の回転が許容され、出力軸４の回転が許容される。
図１では、出力軸４の他方の端部にマスダンパとして機能する慣性質量体２４が連結された例を挙げて示しているが、従来知られているオルタネータなどの補機類を駆動させるためのプーリが、出力軸４の他方の端部に一体に回転するように設けられていてもよく、または、ウォータポンプなどの補機類を構成する回転体を、出力軸４の他方の端部に一体に回転するように設けていてもよい。そのように補機類を設ける場合には、その補機類を構成する回転部材とエンジンボディ２５などの固定部とを連結して出力軸４の回転を停止させるように構成する。また、図示しないケースなどの固定部と慣性質量体２４とを連結して出力軸４の回転を停止するように構成されていてもよい。
上述したように慣性質量体２４とエンジンボディ２５とを連結させて出力軸４の回転を停止させることにより、動力分割機構５におけるキャリヤ１２を反力として機能させることができる。そのように出力軸４の回転を停止させて、各モータ・ジェネレータ２，３から駆動力を出力している際の、動力分割機構５を構成する各回転要素の運転状態を図２に示している。図２に示すように出力軸４の回転が停止させられた状態で、第１モータ・ジェネレータ２から動力を出力すると、その第１モータ・ジェネレータ２から出力されたトルクが反転してリングギヤ１３から出力される。そのように第１モータ・ジェネレータ２からトルクを出力している状態で、更に第２モータ・ジェネレータ３からトルクを出力することにより、それら各モータ・ジェネレータ２，３から出力されたトルクが加算されて駆動力が出力される。なお、図２に示す例では、走行抵抗（Ｒ／Ｌ）に基づくトルクが、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクに対抗して作用している。
なお、上記のようにツインモータ走行モードを設定することにより、後進走行時であっても各モータ・ジェネレータ２，３の動力を駆動力として出力することができる。また、制動時など走行慣性エネルギーを回生するときも、同様に各モータ・ジェネレータ２，３を回生制御することにより制動力を作用させるとともに、その走行慣性エネルギーを電力に変化させることができる。
上述したように出力軸４の他方の端部に設けられた回転部材の半径方向における外側にかつ軸線方向で回転部材と少なくとも一部が重なるようにドグクラッチ２３などの出力軸４を固定する手段を設けることにより、出力軸４の長さが長くなることを抑制することができる。その結果、固定手段を設けることが要因となって、動力伝達装置全体の軸長が長くなることを抑制することができる。また、エンジンボディ２５と慣性質量体２４とを係合させて出力軸４の回転を停止させるように構成することにより、慣性質量体２４をエンジンボディ２５側に接近させて配置することができる。言い換えると、慣性質量体２４の回転を停止させるためにスリーブ２７が係合させられる固定部をエンジンボディ２５とすることにより、より具体的にはエンジンボディ２５に一体に形成された円筒部２６とすることにより、スリーブ２７を係合させるための他の固定部などを設けることがなく、慣性質量体２４をエンジン１側に配置することができる。その結果、エンジンボディ２５と慣性質量体２４との距離を短くすることができ、その分、出力軸４を短くすることができるので、動力伝達装置の軸長が長くなることを抑制することができる。
また、上述したようにツインモータ走行モードを設定して走行しているときに、走行抵抗などにより駆動輪７からトルクが入力された場合には、そのトルクが動力分割機構５などに設けられたギヤやドグクラッチ２３の噛み合い部に作用する。そのため、駆動輪７から過剰なトルクが入力されて上記各ギヤやドグクラッチ２３の耐久性が低下することを抑制するために、図１に示す例では、上記各ギヤやドグクラッチ２３の剛性などに基づいて伝達トルク容量が定められたトルクリミッタ６が、出力軸４の一方の端部に設けられている。
このトルクリミッタ６は、伝達されるトルクを制限するものであり従来知られているトルクリミッタと同様に構成することができる。具体的には、出力軸４に連結された第１係合部材２８と、その第１係合部材２８に対向して配置されかつ動力分割機構５のインプットシャフト１１に連結された第２係合部材２９と、いずれか一方の係合部材２８（２９）を他方の係合部材２９（２８）に押圧する図示しないスプリングとを備えている。したがって、トルクリミッタ６は、各係合部材２８，２９の摩擦係数とスプリングのバネ力とに応じた伝達トルク容量以上のトルクが入力されたときに、各係合部材２８，２９がスリップする。
そのため、そのような過剰なトルクが入力されてトルクリミッタ６がスリップすることにより、動力分割機構５に作用させている反力が低下されて、そのトルクリミッタ６と駆動輪７との間に配置された各ギヤに作用するトルクが低減させられる。また、トルクリミッタ６がスリップすると、ドグクラッチ２３に伝達されるトルクが低減する。その結果、過剰なトルクが動力分割機構５などのギヤやドグクラッチ２３に作用することを抑制することができる。なお、トルクリミッタ６は、上述した構成に限定されず、例えば、従来知られたクラッチをエンジン１と駆動輪７との間に配置している場合には、そのクラッチの係合圧を制御して、ドグクラッチ２３に過剰な荷重が作用することを抑制するように構成されていてもよい。
上述したように出力軸４の一方側の端部にトルクリミッタ６を設け、またドグクラッチ２３などの固定手段により他方側の端部を固定して出力軸４の回転を停止させるように構成することにより、駆動輪７から過剰なトルクが伝達された際に、トルクリミッタ６が固定手段に伝達されるトルクを制限するように機能する。そのため、固定手段に伝達されるトルクを制限するための他のトルクリミッタを新たに設けることがなく、したがって、動力伝達装置全体としての軸長が長くなることを抑制することができる。
なお、この発明における伝動機構は、図１に示す構成に限らず、例えば図３に示すように構成されたものであってもよい。図３に示す例では、第２モータ・ジェネレータ３を、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ２と同軸上に配置している。また、第２モータ・ジェネレータ３のトルクを増大させて駆動輪７に伝達するように、その第２モータ・ジェネレータ３が連結された減速機構３０が設けられている。この減速機構３０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されており、第２モータ・ジェネレータ３が連結されたサンギヤ３１と、ケースなどの固定部３２に連結され、サンギヤ３１に噛み合う複数のピニオンギヤ３３を自転可能に保持するキャリヤ３４と、各ピニオンギヤ３３に噛み合いかつ上記リングギヤ１３と一体に回転するように連結されたリングギヤ３５とを備えている。なお、他の構成は、図１と同様に構成されており、図３に示すように構成された動力伝達装置も、図１と同様にＨＶ走行モード、シングルモータ走行モード、ツインモータ走行モードを設定することができる。
また、ドグクラッチ２３により慣性質量体２４とエンジンボディ２５とを係合させて出力軸４の回転を停止させるように構成された例を挙げて説明したが、ツインモータ走行モードが設定されて前進走行している時には、エンジン１が駆動している時とは反対方向に回転するように出力軸４にトルクが作用する。したがって、そのように出力軸４にトルクが作用したときにのみ係合して出力軸４の回転を停止させるように、上記ドグクラッチ２３に代えてワンウェイクラッチを設けてもよい。なお、ワンウェイクラッチを設ける場合には、そのワンウェイクラッチを構成する係合部材を慣性質量体２４に設け、エンジン１が駆動している時とは反対方向に出力軸４が回転するようにトルクが作用した場合に、係合部材と係合する被係合部材をエンジンボディ２５と一体に設ければよい。
１…エンジン、 ２，３…モータ・ジェネレータ、 ４…出力軸、 ５…動力分割機構、 ６…トルクリミッタ、 ７…駆動輪、 ９，２９…サンギヤ、 １２，３２…キャリヤ、 １３，３３…リングギヤ、 ２３…ドグクラッチ、 ２４…慣性質量体、 ２５…エンジンボディ、 ２６…円筒部、 ２７…スリーブ。

Claims (3)

  1. 内燃機関の出力軸の一方の端部に駆動輪に動力を伝達する伝動機構が連結されるとともに、その出力軸の回転を止めた状態で他の動力装置の動力によって走行可能なハイブリッド車の動力伝達装置において、
    前記出力軸の一方の端部と前記伝動機構との間にトルクリミッタが設けられるとともに、
    前記出力軸の前記内燃機関から他方側に突出した部分に前記出力軸と一体に回転する回転部材が取り付けられ、
    前記出力軸の回転を止める固定手段が前記回転部材の半径方向で外側にかつ軸線方向で前記回転部材と少なくとも一部が重なるように配置されている
    ことを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
  2. 前記固定手段は、前記回転部材を前記内燃機関のボディに連結することにより、前記出力軸の回転を止めるように構成されてい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動力伝達装置。
  3. 前記伝動機構は、前記内燃機関にトルク伝達可能に連結された第１回転要素と、前記他の動力装置にトルク伝達可能に連結された第２回転要素と、前記駆動輪にトルク伝達可能に連結された第３回転要素とを有する差動作用のある動力分割機構を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の動力伝達装置。
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