JP6049123B2

JP6049123B2 - ハイブリッド車両の駆動装置

Info

Publication number: JP6049123B2
Application number: JP2012029766A
Authority: JP
Inventors: 浩美平瀬
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: JP2013166422A

Description

本発明は、エンジン及びモータを走行動力源とするハイブリッド車両の駆動装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、低公害、省資源の観点からエンジンとモータを動力源として走行するハイブリッド車両が開発されている。このハイブリッド車両においては、モータとして、発電用と駆動用との２つのモータに対して、発電及び駆動用の１つのモータを搭載する場合があり、このような１モータ型のハイブリッド車両では、モータ単独の駆動力は大きくないものの、変速機とを組み合わせることで市街地走行の燃費向上を図ることができる。

例えば、特許文献１には、エンジンとモータ・ジェネレータとベルト式無段変速機とを搭載したハイブリッド車両が開示されている。このハイブリッド車両では、エンジンの駆動力をメインシャフトからベルト式無段変速機およびカウンタシャフトを介して車輪に伝達して走行する際に、駆動力がカウンタシャフトから動力伝達手段を介してモータ・ジェネレータに逆伝達されるのをワンウェイクラッチにより阻止し、モータ・ジェネレータの引きずりによる駆動力の損失を防止するようにしている。

特開２００７−２６１３４８号公報

しかしながら、１モータ型のハイブリッド車両においては、モータと無段変速機と組み合わせることで市街地走行の燃費向上を図ることができるが、高速走行時には燃費向上の効果が比較的小さい。これは、モータによる高速走行を行う場合、無段変速機は、元来、高速走行を得意としないことに加えて、エンジンや変速機の負荷の影響が大きくなるからである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン及び無段変速機の負荷を低減してモータによる効率的な高速走行を実現することのできるハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的としている。

本発明によるハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンの出力軸に、入力軸の一端が連結される無段変速機と、前記無段変速機の入力軸の他端に、第１のクラッチを介してモータ軸の一端が連結されるモータと、前記モータ軸の他端に第２のクラッチを介して連結されると共に、前記無段変速機の出力軸に第３のクラッチを介して連結される高速走行用のギヤ列と、前記エンジンの出力軸と前記無段変速機の入力軸とを直接連結する第４のクラッチを有する遊星歯車機構と、を備え、前記モータは、前記第１のクラッチ、前記第３のクラッチ、前記第４のクラッチ及び前記遊星歯車機構が開放された状態で前記第２のクラッチを介して前記高速走行用のギヤ列に動力を伝達する。

本発明によれば、エンジン及び無段変速機の負荷を低減してモータによる効率的な高速走行を実現することができ、車両全体としての燃費向上を図ることができる。

ハイブリッド車両の駆動装置を示す基本構成図駆動軸側の他の構成例を示す説明図駆動軸側の更に他の構成例を示す説明図エンジン走行モードにおける各クラッチの状態を示す説明図モータ走行モードにおける各クラッチの状態を示す説明図高速走行モードにおける各クラッチの状態を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、エンジンとモータとを走行動力源として搭載するハイブリッド車両の駆動装置１を示し、この駆動装置１は、基本構成として、エンジン２、トルクコンバータ３、遊星歯車機構４、変速機構１０、モータ２０を備えている。具体的には、エンジン２は、ガソリン等を燃料として動力を発生する内燃機関であり、このエンジン２の出力軸２ａがロックアップクラッチ３ａを備えたトルクコンバータ３を介して遊星歯車機構４のサンギヤ４ｓに連結されている。

遊星歯車機構４は、サンギヤ４ｓとピニオンギヤ４ｐとキャリア４ｃとリングギヤ４ｒとを有するシングルピニオン型遊星歯車機構であり、エンジン直結走行及び後退走行用の２つのクラッチ５，６を備えている。詳細には、遊星歯車機構４のサンギヤ４ｓは、複数のピニオンギヤ４ｐと噛合する外歯歯車であり、トルクコンバータ３を介してエンジン２の出力軸２ａに連結されている。また、ピニオンギヤ４ｐは、サンギヤ４ｓに噛合すると共にリングギヤ４ｒに噛合する外歯歯車であり、キャリア４ｃに自転且つ公転自在に保持されている。

キャリア４ｃは、変速機構１０の入力軸１０ａに連結されると共に、クラッチ５を介してサンギヤ４ｓと連結可能に構成されている。また、リングギヤ４ｒは、サンギヤ４ｓと同心円上に配置されて複数のピニオンギヤ４ｐと噛合する内歯歯車であり、クラッチ６を介して変速機ケース等の固定部材７に連結可能に構成されている。

次に、変速機構１０は変速比が連続的に可変される無段変速機（ＣＶＴ）であり、本実施の形態においては、入力軸１０ａに軸支されるプライマリプーリ１０ｂと出力軸１０ｃに軸支されるセカンダリプーリ１０ｄとの間に、金属ベルトやチェーン等の伝動部材１０ｅが巻装されて構成される巻き掛け式の無段変速機である（以下、変速機構１０をＣＶＴ１０と記載する）。ＣＶＴ１０は、プライマリプーリ１０ｂの入力軸１０ａの前端側が遊星歯車機構４のリングギヤ４ｒに連結されると共に、プライマリプーリ１０ｂの入力軸１０ａの後端側がクラッチ１１を介してモータ２０のモータ軸２０ａに連結されている。

モータ２０は、発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる同期電動機であり、ロータ２０ｂを軸支するモータ軸２０ａの前端側がクラッチ１１を介してＣＶＴ１０の入力軸１０ａの後端側に連結されると共に、モータ軸２０ａの後端側がクラッチ１２を介して高速走行用のオーバードライブ（ＯＤ）ギヤ列１３の大径ギヤ１３ａに連結されている。モータ２０の前後に設けられた第１，第２のクラッチとしてのクラッチ１１，１２は、後述するように、モータ２０の駆動系内での連結／切り離しを行うクラッチであり、解放時に引き摺りを極力発生させないよう、ドッグクラッチやシンクロリング等を採用する。

一方、ＣＶＴ１０のセカンダリプーリ１０ｄは、出力軸１０ｃの後端側にギヤ列１４の一方のギヤ１４ａが連結されている。このギヤ列１４のギヤ１４ａに噛合する他方のギヤ１４ｂは、第３のクラッチとしてのクラッチ１５を介して駆動軸１６に連結され、この駆動軸１６に、ＯＤギヤ列１３の大径ギヤ１３ａに噛合する小径ギヤ１３ｂが介装されている。尚、クラッチ１５は、コースティング走行時に車輪側からＣＶＴ１０に駆動力が逆伝達された場合にスリップさせることにより、ＣＶＴ１０を保護する機能を有している。

更に、ＯＤギヤ列１３の小径ギヤ１３ｂは、トランスファーギヤ列１７の中間ギヤ１７ａに同軸上で連結されており、この中間ギヤ１７ａに噛合するギヤ１７ａ，１７ｂを介して前後輪に駆動力が配分される。すなわち、トランスファーギヤ列１７の中間ギヤ１７ａに噛合するギヤ１７ｂからクラッチ１８及びリヤデファレンシャル装置（図示せず）を介して後輪Ｒ側に駆動力が配分されると共に、ギヤ１７ｂに対向して中間ギヤ１７ａに噛合するギヤ１７ｃからフロントデファレンシャル装置（図示せず）を介して前輪Ｆ側に駆動力が分配される。尚、後輪側のクラッチ１８は、走行状態に応じて締結制御される。

この場合、ＣＶＴ１０のセカンダリプーリ１０ｄ後段の駆動軸１６側の構成は、図１に示すような構成に限定されるものではなく、モータ２０とのインターロックを生じない構成であれば良く、例えば図２、図３に示すような構成でも良い。図２に示す構成では、モータ２０の後端側に配置するＯＤギヤ列１３を、大径ギヤ１３ａと小径ギヤ１３ｂとの間に中間ギヤ１３ｃを介在させたＯＤギヤ列１３’とし、ＣＶＴ１０のセカンダリプーリ１０ｄの出力軸１０ｃ後端を、クラッチ１５を介してＯＤギヤ列１３’の小径ギヤ１３ｂに連結している。また、図３に示す構成では、図２の構成に対して、ＯＤギヤ列１３’の中間ギヤ１３ｃに代えて、大径ギヤ１３ａと小径ギヤ１３ｂとをチェーン１９で連結する構成としている。

以上の構成を有する駆動装置１は、以下の（１）〜（３）に示すような走行モードに応じて、クラッチ５，６，１１，１２，１５の締結／開放が切換えられ、エンジン負荷の低減、モータ負荷の低減、ＣＶＴ停止による負荷の低減、高速走行の更なる燃費改善を図るようにしている。
（１）エンジン走行モード
（２）モータ走行モード
（３）高速走行モード

以下、各走行モードについて図４〜図６を参照して説明する。尚、図４〜図６においては、動力が伝達される経路を形成する要素を太線で示している。

（１）エンジン走行モード
エンジン２の動力のみによる走行モードでは、図４に示すように、遊星歯車機構４のクラッチ５を締結してサンギヤ４ｓとキャリア４ｃとを結合させ、エンジン２の出力軸２ａをＣＶＴ１０の入力軸１０ａに直結させる。また、ＣＶＴ１０の出力軸１０ｃ側のクラッチ１５を締結し、同時に、モータ２０の前後に配置されたクラッチ１１，１２を開放し、モータ２０を動力経路から切り離す。このとき、モータ２０の回転はほぼ止まった状態に近くなり、エンジン走行モードにおけるモータ２０の回転負荷を削減することができ、燃費改善に寄与することができる。

（２）モータ走行モード
モータ２０の動力のみによる走行、すなわち、ＥＶ（電気自動車）としての走行モードでは、図５に示すように、クラッチ５，６を開放して遊星歯車機構４を開放状態とし、クラッチ１１を締結してモータ２０のモータ軸２０ａとＣＶＴ１０の入力軸１０ａとを結合すると共に、ＣＶＴ１０の出力軸１０ｃ側のクラッチ１５を締結する。このとき、モータ軸２０ａの後端側のクラッチ１２は、ＯＤギヤ列１３によるインターロックを回避するため、解放状態にする。モータ走行モードでは、エンジン走行モードとは逆にエンジン２を動力経路から切り離すことで、エンジン負荷を削減し、燃費改善を図ることができる。

尚、クラッチ１１を締結、クラッチ１２を開放とした図３の状態で、クラッチ６を締結してエンジン２からの動力を遊星歯車機構４のサンギヤ４ｓに入力することで、エンジン２の動力とモータ２０の動力とをＣＶＴ１０を介して出力するハイブリッド走行モードとすることができる。

（３）高速走行モード
エンジンが始動状態でモータによる高速走行を行う場合、微力のモータでは走行が厳しい。そこで、高速走行モードでは、図６に示すように、クラッチ５，６を開放して遊星歯車機構４を開放状態とし、エンジン２を切り離してエンジン負荷を遮断する。また、ＣＶＴ１０とモータ２０との間のクラッチ１１を開放すると共に、ＣＶＴ１０出力側のクラッチ１５を開放することで、ＣＶＴ１０のプーリの回転を停止させて変速機負荷を低減する。その状態で、クラッチ１２を締結してモータ２０の動力をＯＤギヤ列１３を介して前後輪に出力する。これにより、高速走行時のエンジン負荷と変速機負荷とを大幅に低減することができ、モータ２０による効率的な高速走行を実現し、車両全体としての燃費向上を図ることができる。

この場合、ＣＶＴ１０のプーリ停止状態からの復帰は、クラッチ１１を締結してモータ２０によりプーリ回転をエンジン回転まで同期させ、クラッチ５，６を締結することで、プーリ停止状態から円滑に回転復帰させることができる。

尚、各モードでのクラッチの切換えは、エンジン駆動のポンプで発生させた油圧による切換えでも良いが、エンジン負荷を低減するためには、電動アクチュエータを用いて各クラッチを切換えることが望ましい。

このように本実施の形態においては、モータ２０の前後にクラッチ１１，１２をそれぞれ配置すると共にクラッチ１２を介して高速走行用のＯＤギヤ列１３を連結し、このＯＤギヤ列１３を、クラッチ１５を介してＣＶＴ１０の出力軸に連結するようにしている。このような構成により、各クラッチ１１，１２，１５を断続制御して、エンジン（エンジン＋モータ）の駆動力をＣＶＴ１０を介して出力するのみならず、エンジン負荷及び変速機負荷を低減してモータ２０の駆動力をＯＤギア列１３を介して効率的に出力することが可能になり、車両全体としての燃費を向上することができる。

１駆動装置
２エンジン
２ａ出力軸
４遊星歯車機構
１０変速機構（無段変速機）
１０ａ入力軸
１０ｂプライマリプーリ
１０ｃ出力軸
１０ｄセカンダリプーリ
１０ｅ伝動部材
１１第１のクラッチ
１２第２のクラッチ
１５第３のクラッチ
１３ＯＤギヤ列
２０モータ
２０ａモータ軸

Claims

エンジンの出力軸に、入力軸の一端が連結される無段変速機と、
前記無段変速機の入力軸の他端に、第１のクラッチを介してモータ軸の一端が連結されるモータと、
前記モータ軸の他端に第２のクラッチを介して連結されると共に、前記無段変速機の出力軸に第３のクラッチを介して連結される高速走行用のギヤ列と、
前記エンジンの出力軸と前記無段変速機の入力軸とを直接連結する第４のクラッチを有する遊星歯車機構と、を備え、
前記モータは、前記第１のクラッチ、前記第３のクラッチ、前記第４のクラッチ及び前記遊星歯車機構が開放された状態で前記第２のクラッチを介して前記高速走行用のギヤ列に動力を伝達することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
前記モータは、前記第１のクラッチを介して前記無段変速機の入力軸に動力を伝達し、前記第４のクラッチは、前記モータの動力により前記無段変速機の入力軸が前記エンジンの出力軸の回転数に同期されてから連結することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置。
前記無段変速機は、前記入力軸に軸支されるプライマリプーリと前記出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に伝動部材を巻装してなる無段変速機であることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の駆動装置。