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JP5541976B2 - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置に関する。
エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両の駆動方式として、走行用の主要な動力源としてエンジンを駆動し、発進時や加速時に電動モータを補助的に駆動するパラレル方式がある。また、発電用の動力源としてエンジンを駆動し、走行用の動力源として電動モータを駆動するシリーズ方式がある。さらに、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせたシリーズパラレル方式も開発されている。このようなハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンを備えるだけでなく、エンジンによって駆動される発電用モータ、駆動輪に連結される走行用モータ等によって構成される。この駆動装置を車体に縦置きに搭載する際には、駆動装置のエンジンと発電用モータとを同軸上に配置することが一般的であった(例えば、特許文献１および２参照)。
特開２００４−３３０８４８号公報 特開２００５−３５３１３号公報
ところで、縦置きの駆動装置から前輪に動力を伝達するためには、特許文献２に記載された駆動装置のように、発電用モータの後方にデファレンシャル機構を設置することが多い。しかしながら、デファレンシャル機構の設置スペースを確保するためには、発電用モータを薄く設計することが必要となっていた。このように、縦置きに搭載される前輪駆動用(四輪駆動用)の駆動装置においては、発電用モータの効率を高めるように、発電用モータのコア径とコア幅とをほぼ同一に設計することが困難となっていた。
また、縦置きの駆動装置から前輪に動力を伝達するため、駆動装置にトランスファ機構を組み付けるとともに、トランスファ機構から前方にプロペラシャフトを延ばすことも考えられる。しかしながら、駆動装置にトランスファ機構を組み付ける構造では、エンジンと同軸上の発電用モータを避けるようにトランスファ機構の出力軸を配置することが必要である。すなわち、駆動装置から車幅方向にトランスファ機構が大きく張り出すことから、駆動装置を車体に縦置きに搭載する際にフロアトンネルの形状変更を招く要因となっていた。
本発明の目的は、車体に対する駆動装置の搭載性を高めるとともに、発電用モータの設計自由度を高めることにある。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンと、前記エンジンに連結される発電用モータと、差動機構を介して前輪に連結される走行用モータとを備え、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置であって、前記エンジンと前記発電用モータとの間にギア列を設け、前記エンジンのクランク軸よりも前記発電用モータの回転軸を上方に配置し、前記走行用モータからの動力を前記差動機構に伝達する前輪出力軸を、前記発電用モータの下方に配置し、前記発電用モータの回転軸を、前記クランク軸よりも前記差動機構のリングギアから離れる車幅方向にずらして配置する、ことを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記走行用モータの回転軸は、前記エンジンのクランク軸よりも下方に配置されることを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記発電用モータの回転軸と前記走行用モータの回転軸とは、クラッチ機構を介して連結されることを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記発電用モータの回転軸と前記走行用モータの回転軸とは、遊星ギア列を介して連結されることを特徴とする。
本発明によれば、エンジンと発電用モータとの間にギア列を設け、エンジンのクランク軸よりも発電用モータの回転軸を上方に配置したので、発電用モータの下方にスペースを確保することが可能となる。これにより、発電用モータの下方に前輪出力軸を配置することができ、前輪出力軸を備えた駆動装置の幅寸法を抑制することが可能となる。さらに、発電用モータの下方に前輪出力軸を配置した場合であっても、発電用モータの下方にスペースが確保されることから、発電用モータの径寸法を拡大することができ、効率を高めるように発電用モータを設計することが可能となる。
ハイブリッド車両を示す概略図である。 パワーユニットの内部構造を示すスケルトン図である。 図２のＡ−Ａ線に沿ってパワーユニットの内部構造を示す断面図である。 (ａ)および(ｂ)は図３に示すパワーユニットの内部構造を簡略化して示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は図２のＢ−Ｂ線に沿ってギア列の位置関係を簡略化して示す説明図である。 (ａ)は図５(ａ)の回転中心ＣＥ，ＣＧ，ＣＭを拡大して示す説明図であり、(ｂ)は図５(ｂ)の回転中心ＣＥ，ＣＧ，ＣＭを拡大して示す説明図である。 本発明の他の実施の形態である駆動装置としてパラレル方式のパワーユニットを示すスケルトン図である。
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はハイブリッド車両１０を示す概略図である。このハイブリッド車両１０には本発明の一実施の形態である駆動装置としてパワーユニット１１が搭載されている。また、図２はパワーユニット１１の内部構造を示すスケルトン図である。
図１に示すように、エンジンルーム１２からフロアトンネル１３にかけて、車体１４にはパワーユニット１１が縦置きに搭載されている。パワーユニット１１の一端部にはエンジン２０が設けられ、パワーユニット１１の他端部には走行用モータ２１が設けられている。また、エンジン２０と走行用モータ２１との間には、発電用モータとしてジェネレータ２２が設けられている。さらに、ジェネレータ２２の下方には差動機構であるデファレンシャル機構２３が配置されており、このデファレンシャル機構２３から前輪２４に向けてエンジン動力やモータ動力が出力されている。なお、走行用モータ２１およびジェネレータ２２には、図示しないインバータを介してバッテリが接続されている。また、パワーユニット１１は、所謂シリーズパラレル方式のパワーユニットとなっている。
図２に示すように、パワーユニット１１の後端部を構成するリアケース３０には、走行用モータ２１が収容されている。走行用モータ２１は、リアケース３０に固定されるステータ３１と、ステータ３１の内側に回転自在に収容されるロータ３２とを有している。走行用モータ２１のロータ３２にはモータ軸(回転軸)３３が設けられており、このモータ軸３３の端部には駆動ギア３４ａが固定されている。また、モータ軸３３とデファレンシャル機構２３との間に設けられるピニオン軸(前輪出力軸)３５には、モータ軸３３の駆動ギア３４ａに噛み合う従動ギア３４ｂが固定されている。さらに、ピニオン軸３５の端部には、デファレンシャル機構２３のリングギア３６ａに噛み合うピニオンギア３６ｂが固定されている。このように、走行用モータ２１からのモータ動力は、モータ軸３３からギア列３４およびピニオン軸３５を経て、デファレンシャル機構２３に入力されるようになっている。
また、パワーユニット１１の中央部を構成するメインケース４０には、ジェネレータ２２が収容されている。ジェネレータ２２は、メインケース４０に固定されるステータ４１と、ステータ４１の内側に回転自在に収容されるロータ４２とを有している。ジェネレータ２２のロータ４２には、車両前後方向に伸びるジェネレータ軸(回転軸)４３が設けられており、ジェネレータ軸４３の車両前方側の端部には従動ギア４４ｂが固定されている。また、エンジン２０のクランク軸４５にはダンパ機構４６を介してエンジン出力軸４７が連結されており、エンジン出力軸４７の端部には従動ギア４４ｂに噛み合う駆動ギア４４ａが固定されている。このように、エンジン２０からのエンジン動力は、ダンパ機構４６、エンジン出力軸４７、ギア列４４、ジェネレータ軸４３を経て、ジェネレータ２２に入力されるようになっている。なお、ジェネレータ軸４３には図示しない駆動チェーンを介してオイルポンプが連結されており、ジェネレータ軸４３の回転によってオイルポンプから潤滑油が供給されている。
なお、走行用モータ２１を収容するリアケース３０や、ジェネレータ２２を収容するメインケース４０には、冷却液を案内するウォータージャケット３０ａ，４０ａが形成されている。これらのウォータージャケット３０ａ，４０ａ内にはリブ等が形成されており、走行用モータ２１やジェネレータ２２の冷却効率が高められている。また、リアケース３０やメインケース４０には図示しない隔壁が形成されており、走行用モータ２１やジェネレータ２２は潤滑油等に接触しないドライ状態に保持されている。
また、ジェネレータ軸４３の車両後方側の端部にはクラッチ機構５０および駆動ギア５１ａが設けられており、モータ軸３３には駆動ギア５１ａに噛み合う従動ギア５１ｂが固定されている。このように、モータ軸３３とジェネレータ軸４３とは、クラッチ機構５０およびギア列５１を介して連結されている。また、ジェネレータ軸４３のクラッチ機構５０を制御することにより、パワーユニット１１の駆動方式をパラレル方式とシリーズ方式とに切り換えることが可能となる。すなわち、クラッチ機構５０を締結することにより、エンジン２０および走行用モータ２１が前輪２４に接続されるため、パワーユニット１１はエンジン動力およびモータ動力を前輪２４に伝達するパラレル方式に切り換えられる。一方、クラッチ機構５０を解放することにより、走行用モータ２１だけが前輪２４に接続されるため、パワーユニット１１はモータ動力のみを前輪２４に伝達するシリーズ方式に切り換えられる。なお、パワーユニット１１をシリーズ方式で駆動する際には、バッテリの充電状態や車両の走行状況に応じてエンジン２０が駆動され、エンジン動力によってジェネレータ２２が発電駆動されることになる。
なお、走行用モータ２１は発電機としての機能を有しており、ジェネレータ２２は電動機としての機能を有している。例えば、車両制動時にはジェネレータ２２に加えて走行用モータ２１を発電機として作動させることにより、多くの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することが可能となる。また、車両加速時や高速走行時には走行用モータ２１に加えてジェネレータ２２を電動機として作動させることにより、車両の走行性能を向上させることが可能となる。
前述したように、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けるようにしたので、ジェネレータ軸４３をクランク軸４５よりも上方に配置することが可能となる。すなわち、パワーユニット１１内のジェネレータ２２を上方にずらすことができるため、ジェネレータ２２の下方にスペースを確保することが可能となる。したがって、図示するようにジェネレータ２２の下方にピニオン軸３５およびデファレンシャル機構２３を配置する場合であっても、ジェネレータ２２とデファレンシャル機構２３とを上下に離すことができ、ジェネレータ２２の径寸法を拡大することが可能となる。このように、ジェネレータ２２の設計自由度を高めることができるため、ジェネレータ２２のコア径を拡大することができ、ジェネレータ２２のコア幅にコア径を近づけることが可能となる。これにより、パワーユニット１１に高効率のジェネレータ２２を搭載することが可能となる。
また、パワーユニット１１内のジェネレータ２２を上方に移動させ、ジェネレータ２２の下方にデファレンシャル機構２３やピニオン軸３５を配置したので、パワーユニット１１の幅寸法を抑制することが可能となる。これにより、車体１４に対するパワーユニット１１の搭載性を高めることが可能となる。さらに、ジェネレータ２２とデファレンシャル機構２３とが上下に離されることから、デファレンシャル機構２３を前後に移動させることが可能となり、パワーユニット１１の設計自由度を飛躍的に高めることが可能となる。
また、図２に示すように、走行用モータ２１のモータ軸３３は、エンジン２０のクランク軸４５よりも下方に配置されている。これにより、パワーユニット１１内における走行用モータ２１の位置を下げることができ、走行用モータ２１の径寸法を拡大することが可能となる。すなわち、クランク軸４５よりもモータ軸３３を引き下げることにより、フロアトンネル１３の形状に合うように、パワーユニット１１の後端部を前端部よりも引き下げることが可能となる。これにより、パワーユニット１１の後端部におけるフロアトンネル１３内でのクリアランスを確保することができ、走行用モータ２１の径寸法を拡大することが可能となる。これにより、走行用モータ２１のコア径を拡大することができ、走行用モータ２１のコア幅にコア径を近づけることができるため、パワーユニット１１に高効率の走行用モータ２１を搭載することが可能となる。
また、エンジン２０とジェネレータ２２とをギア列４４を介して連結することにより、エンジン２０の効率が良好となる回転域と、ジェネレータ２２の効率が良好となる回転域とが異なる場合であっても、エンジン２０およびジェネレータ２２を共に効率良く作動させることが可能となる。例えば、エンジン２０の効率が低回転域で良好となり、ジェネレータ２２の効率が高回転域で良好となる場合には、ギア列４４を増速側に設計することにより、エンジン２０およびジェネレータ２２を共に効率の良い回転域で作動させることが可能となる。
また、モータ軸３３とピニオン軸３５との間にギア列３４が設けられ、ピニオン軸３５とデファレンシャル機構２３との間にギア列３６が設けられ、ジェネレータ軸４３とモータ軸３３との間にギア列５１が設けられている。このように、ギア列３４，３６，５１を設けることにより、走行用モータ２１およびエンジン２０を効率良く作動させることが可能となる。すなわち、シリーズ走行やパラレル走行の走行条件に基づいて、ギア列３４，３６のギア比を調整することにより、走行用モータ２１を効率の良い回転域で作動させることが可能となる。また、ギア列３４，３６のギア比やパラレル走行の走行条件に基づいて、ギア列５１のギア比を調整することにより、エンジン２０を効率の良い回転域で作動させることが可能となる。
続いて、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けることによって得られる他の効果について説明する。ここで、図３は図２のＡ−Ａ線に沿ってパワーユニット１１の内部構造を示す断面図である。また、図４は図３に示すパワーユニット１１の内部構造を簡略化して示す説明図である。図４(ａ)はエンジン２０の回転中心ＣＥとジェネレータ２２の回転中心ＣＧとを車幅方向に一致させた状態を示し、図４(ｂ)はエンジン２０の回転中心ＣＥとジェネレータ２２の回転中心ＣＧとを車幅方向にずらした状態を示している。なお、エンジン２０の回転中心ＣＥとはクランク軸４５の中心を意味しており、ジェネレータ２２の回転中心ＣＧとはジェネレータ軸４３の中心を意味している。
図３に示すように、ジェネレータ２２の回転中心ＣＧは、エンジン２０の回転中心ＣＥに対して車幅方向に距離Ｗだけずれた状態となっている。すなわち、クランク軸４５とジェネレータ軸４３とはギア列４４を介して連結されており、クランク軸４５を中心にジェネレータ軸４３を回転させることができるため、クランク軸４５とジェネレータ軸４３とは車幅方向にずれた状態で配置されている。これにより、デファレンシャル機構２３のリングギア３６ａを避けるように、ジェネレータ２２を車幅方向にずらして配置することが可能となる。すなわち、図４(ａ)に示すように、クランク軸４５とジェネレータ軸４３とを車幅方向にずらさずに配置した場合に比べて、図４(ｂ)に示すように、クランク軸４５とジェネレータ軸４３とを車幅方向にずらして配置した場合には、符合αで示すように、ジェネレータ２２をリングギア３６ａから離すことが可能となる。
このように、ジェネレータ２２をリングギア３６ａから離すことができるため、ジェネレータ２２の径寸法を拡大することが可能となる。これにより、ジェネレータ２２のコア径を拡大することができ、ジェネレータ２２のコア幅にコア径を近づけることができるため、パワーユニット１１に高効率のジェネレータ２２を搭載することが可能となる。また、ジェネレータ２２とリングギア３６ａとの間にスペースが生じることから、このスペースを利用してウォータージャケット３０ａ，４０ａを拡大することができ、ジェネレータ２２の冷却性能を高めることも可能となる。
続いて、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けることによって得られる他の効果について説明する。ここで、図５は図２のＢ−Ｂ線に沿ってギア列４４，５１の位置関係を簡略化して示す説明図である。図５(ａ)は回転中心ＣＥ，ＣＧを車幅方向に一致させた状態を示し、図５(ｂ)は回転中心ＣＥ，ＣＧを車幅方向にずらした状態を示している。また、図６(ａ)は図５(ａ)の回転中心ＣＥ，ＣＧ，ＣＭを拡大して示す説明図であり、図６(ｂ)は図５(ｂ)の回転中心ＣＥ，ＣＧ，ＣＭを拡大して示す説明図である。なお、回転中心ＣＭとは、走行用モータ２１の回転中心であり、モータ軸３３の中心を意味している。
前述したように、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けられており、ジェネレータ軸４３はクランク軸４５を中心に回転した状態で配置されている。このように、クランク軸４５を中心にジェネレータ２２を回転させることから、モータ軸３３とジェネレータ軸４３との軸間距離を狭めることが可能となる。すなわち、図６(ａ)に示すように、各回転中心ＣＥ，ＣＧ，ＣＭを鉛直線状に配置した場合に、回転中心ＣＧ，ＣＥ間の距離を「Ａ」とし、回転中心ＣＥ，ＣＭ間の距離を「Ｂ」とすると、回転中心ＣＧ，ＣＭ間の距離は「Ａ＋Ｂ」となる。一方、図６(ｂ)に示すように、回転中心ＣＥを中心として回転中心ＣＧを所定角度θで回転させた場合には、回転中心ＣＧ，ＣＭ間の距離は「√(Ａ２＋Ｂ２＋２ＡＢｃｏｓθ)」となる。このように、クランク軸４５を中心にジェネレータ軸４３を回転させることにより、回転中心ＣＧと回転中心ＣＭとの距離、つまりモータ軸３３とジェネレータ軸４３との軸間距離を狭めることができ、ギア列５１を構成する駆動ギア５１ａおよび従動ギア５１ｂの小型化を達成することが可能となる。これにより、ギア列５１の軽量化や低コスト化を達成することが可能となり、小型化によってギア列５１の回転抵抗を軽減することも可能となる。
前述したパワーユニット１１はシリーズパラレル方式のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、シリーズ方式やパラレル方式のパワーユニットに対して本発明を適用することが可能である。前述したパワーユニット１１をベースにシリーズ方式のパワーユニットを構成する際には、ジェネレータ軸４３とモータ軸３３とを連結しているクラッチ機構５０およびギア列５１が取り外される。このように構成されるシリーズ方式のパワーユニットであっても、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けることにより、前述したパワーユニット１１と同様の効果を得ることが可能となる。
また、図７は本発明の他の実施の形態である駆動装置としてパラレル方式のパワーユニット６０を示すスケルトン図である。図７において図２に示す部材と同一の部材については、同一の符合を付してその説明を省略する。図７に示すように、ジェネレータ２２の車両後方側には、エンジン動力をジェネレータ２２とデファレンシャル機構２３とに分配する遊星ギア列６１が設置されている。ジェネレータ２２のロータ４２には中空構造のジェネレータ軸(回転軸)６２が設けられており、このジェネレータ軸６２は遊星ギア列６１のサンギア６１ａに連結されている。また、ジェネレータ軸６２の中空部には、ギア列４４の従動ギア４４ｂから伸びる伝達軸６３が収容されており、この伝達軸６３の端部は遊星ギア列６１のキャリア６１ｂに対して連結されている。さらに、遊星ギア列６１のリングギア６１ｃはギア列５１の駆動ギア５１ａに対して連結されている。このように構成されるパラレル方式のパワーユニット６０であっても、エンジン２０とジェネレータ２２との間にギア列４４を設けることにより、前述したパワーユニット１１と同様の効果を得ることが可能となる。
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ことはいうまでもない。例えば、図示するパワーユニット１１，６０は、駆動輪である前輪２４に動力を伝達する前輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪２４に加えて後輪にも動力を伝達する四輪駆動用のパワーユニットに対して本発明を有効に適用することも可能である。また、図示するパワーユニット１１，６０内にデファレンシャル機構２３が組み込まれているが、これに限られることはなく、パワーユニット１１，６０の外部にデファレンシャル機構２３を設置しても良い。この場合には、前輪出力軸によって駆動されるプロペラシャフトを車両前方に伸ばし、このプロペラシャフトによって外部のデファレンシャル機構が駆動されることになる。前述したパワーユニット１１内のピニオン軸３５と同様に、前輪出力軸はジェネレータ２２の下方に配置されるため、パワーユニットの幅寸法を抑制することができ、車体１４に対する搭載性を高めることが可能となる。また、前輪出力軸から前方に延びるプロペラシャフトについても、フロアトンネル１３の形状に影響を与えることなく設置することが可能となる。
１０ ハイブリッド車両
１１ パワーユニット(駆動装置)
１４ 車体
２０ エンジン
２１ 走行用モータ
２２ ジェネレータ(発電用モータ)
２３ デファレンシャル機構(作動機構)
２４ 前輪
３３ モータ軸(回転軸)
３５ ピニオン軸(前輪出力軸)
４３ ジェネレータ軸(回転軸)
４４ ギア列
４５ クランク軸
５０ クラッチ機構
６０ パワーユニット(駆動装置)
６１ 遊星ギア列
６２ ジェネレータ軸(回転軸)

Claims (4)

  1. エンジンと、前記エンジンに連結される発電用モータと、差動機構を介して前輪に連結される走行用モータとを備え、車体に縦置きに搭載されるハイブリッド車両の駆動装置であって、
    前記エンジンと前記発電用モータとの間にギア列を設け、前記エンジンのクランク軸よりも前記発電用モータの回転軸を上方に配置し、
    前記走行用モータからの動力を前記差動機構に伝達する前輪出力軸を、前記発電用モータの下方に配置し、
    前記発電用モータの回転軸を、前記クランク軸よりも前記差動機構のリングギアから離れる車幅方向にずらして配置する、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記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記走行用モータの回転軸は、前記エンジンのクランク軸よりも下方に配置され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記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記発電用モータの回転軸と前記走行用モータの回転軸とは、クラッチ機構を介して連結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または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記発電用モータの回転軸と前記走行用モータの回転軸とは、遊星ギア列を介して連結され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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