説明

ハイブリッド車両の自動変速装置

【課題】ハイブリッド車両の自動変速装置において、トルクコンバータを駆動する第1モータ装置と、デフ機構を駆動する第2モータ装置とを備えるものでは構造が複雑になった。
【解決手段】内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両において、内燃機関のトルクを駆動輪に、トルクコンバータ、前後進クラッチ、自動変速機及び差動歯車を介して伝達するものであって、電動機のトルクを前後進クラッチよりも内燃機関側に伝達するための第1クラッチと、前後進クラッチよりも駆動輪側に伝達するための第2クラッチを備え、第1及び第2クラッチを電動機の出力軸の軸上に対向して配置してなり、第1及び第2クラッチを操作するための油圧ピストンを備えてなり、油圧ピストンが無作動の場合に第1クラッチを締結し、かつ油圧ピストンが油圧により作動する場合に第1クラッチを切断して第2クラッチを締結することを選択的に実施するクラッチ切り替え手段を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動力源として内燃機関と電動機とを併用するハイブリッド車両の自動変速装置に関し、特にその電動機からの動力を伝達する部分の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ハイブリッド車にはエンジンとトランスミッションとの間に1つのモータを配置し、エンジントルクをアシストする間座式と、従来のトランスミッションを廃して発電用と駆動用モータとを備え、主に駆動用モータで走行する2モータ式がある。
【0003】
間座式は駆動と回生とをトルクコンバータを介して行うものが多く、その性能がトルクコンバータの効率に左右される。2モータ式は駆動用モータで走行を行うため、モータが大きく、重くまたコストも高くなる。
【0004】
このような問題に解決するために、特許文献1では、エンジンにモータ装置を平行に配置するもので、トルクコンバータを駆動する第1モータ装置と、トルクコンバータを介さずに従来のトランスミッションのデフ機構を直接駆動する第2モータ装置とを備えてなり、第1モータ装置の入出力軸と第2モータ装置の入出力軸とが同芯上になるように、第1及び第2モータ装置を並べて配置することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007‐22112号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、このような構成のものであると、2台のモータ装置を備えるために、構造が複雑になるのに加えて、エンジンとモータ装置とを合わせた動力源全体が大きくなってしまい、制御も複雑になり、かつコストも高くなるといった問題が生じる。
【0007】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち、本発明のハイブリッド車両の自動変速装置は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両において、内燃機関のトルクを駆動輪に、トルクコンバータ、前後進クラッチ、自動変速機及び差動歯車を介して伝達するものであって、電動機のトルクを前後進クラッチよりも内燃機関側に伝達するための第1クラッチと、前後進クラッチよりも駆動輪側に伝達するための第2クラッチを備え、第1及び第2クラッチを電動機の出力軸の軸上に対向して配置してなり、第1及び第2クラッチを操作するための油圧ピストンを備えてなり、油圧ピストンが無作動の場合に第1クラッチを締結し、かつ油圧ピストンが油圧により作動する場合に第1クラッチを切断して第2クラッチを締結することを選択的に実施するクラッチ切り替え手段を備えることを特徴とする。
【0009】
このような構成によれば、油圧ピストンとクラッチ切り替え手段とにより第1クラッチと第2クラッチとの断続を選択的に行える。この結果、第1クラッチと第2クラッチとが同時に接続されて、電動機の駆動力が自動変速装置内の二カ所に同時に伝達され駆動輪がロックされることを回避することが可能になる。
【0010】
このようなクラッチ切り替え手段の作動をより確実にするためには、クラッチ切り替え手段は、直列に配置される第1及び第2油圧ピストンを備えてなり、第1油圧ピストンへ油圧を供給することにより第1クラッチを解除し、第1及び第2ピストンに油圧を供給することにより第2クラッチのみを締結するものが好ましい。
【0011】
加えて、電動機の回生動作時の安全性を向上させるためには、自動変速機が、可変径の第1プーリ及び第2プーリと、第1プーリと第2プーリとの間の動力伝達をする伝達部材とを備える無段変速機であり、第2クラッチが、第1プーリの回転軸に電動機のトルクを伝達するものが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、以上説明したような構成であり、一つの電動機で内燃機関の始動とトルクコンバータより後ろで駆動・回生を可能にして、トルクコンバータのロスを避け燃費を向上させることができる。さらに、第1クラッチと第2クラッチとが同時に係合されて、駆動輪がロックされることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第1実施形態の全体構成を示す構成説明図。
【図2】同第1実施形態の要部を拡大して示す端面図。
【図3】本発明の第2実施形態の要部を拡大して示す端面図。
【図4】同第2実施形態の変形例を示す構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態を、図1〜4を参照して説明する。なお、同一の構成要素については、実施形態が異なっても同一の符号を付すものとする。
【0015】
第1実施形態を適用するハイブリッド車両は、図1に示すように、車両走行のためのトルクを発生するエンジン1と、車両走行のためのトルクの発生及び余剰トルクの回生を行う電動機2とを動力源としている。このような動力源に対して、自動変速装置である無段変速装置3が接続される。
【0016】
無段変速装置3は、入力軸4がエンジン1の出力軸に接続されるトルクコンバータ5と、エンジン1による回転の方向を切り換える前後進クラッチ6と、入力軸7が前後進クラッチ6によりトルクコンバータ5の出力軸8と選択的に接続される自動変速機たる無段変速機9と、電動機2の動力を所定の部分に伝達するためのクラッチ装置10と、エンジン1の動力及び電動機2の動力を車軸WSに伝達する差動歯車11と、クラッチ装置10を介しての電動機2の動力をトルクコンバータ5と結合したスプロケット12に伝達するチェーン13等を備えている。なお、無段変速機9と差動歯車11、クラッチ装置10と差動歯車11等の動力伝達は、従来同様に、歯車によりなされる。クラッチ装置10、スプロケット12及びチェーン13以外の構成については、この分野で知られているものを適用することができる。例えば、無段変速機9は、可変径の第1プーリ14及び第2プーリ15と、第1プーリ14と第2プーリ15との間の動力伝達をする伝達部材である例えばスチールベルトなどのベルト16とを備えるものである。
【0017】
クラッチ装置10は、電動機2のトルクを伝達するための第1クラッチ17と、前後進クラッチ6よりも駆動輪側に伝達するための第2クラッチ18と、第1及び第2クラッチ17、18を操作するための油圧ピストン19(図2に示す)とを備えてなり、油圧ピストン19が無作動の場合に第1クラッチ17を締結し、かつ油圧ピストン19が油圧により作動する場合に第1クラッチ17を切断して第2クラッチ18を締結することを選択的に実施するクラッチ切り替え手段20とを備えてなる。第1及び第2クラッチ17、18は、電動機2の出力軸21の軸上に、クラッチ切り替え手段20の作動により連動するように配置される。油圧ピストン19は、後述するスプライン軸22の電動機2と背向する端部近傍に、スプライン軸22に一体に設けられるシリンダ23内に、油密性を有して油圧により作動するように取り付けられる。シリンダ23は、その縁部分が第1クラッチ17の一方の端部に常時接触している。
【0018】
クラッチ切り替え手段20は、電動機2の出力軸21に固定されるスプライン軸22にスプライン係合する第1部材24と第2部材25、及び第1部材24と第2部材25との間に取り付けられて第1部材24を第1クラッチ17方向に付勢することで油圧ピストン19が無作動の場合に第1クラッチ17を締結させるスプリング26を備えている。第1部材24の外周には第1クラッチ17がスプライン係合するとともに、第2部材25の外周には第2クラッチ18がスプライン係合する。
【0019】
クラッチ装置10はさらに、スプライン軸22の第1部材24側の端部に駆動スプロケット27を、同じく第2部材25側の端部に駆動歯車28をそれぞれ備えている。そして、駆動スプロケット27と第1クラッチ17とは、駆動スプロケット27に固定され第1クラッチ17とはスプライン係合する第1接続部材29により接続され、同様に、駆動歯車28と第2クラッチ18とは、駆動歯車28に固定され第2クラッチ18とはスプライン係合する第2接続部材30により接続される。駆動スプロケット27及び駆動歯車28は、対応するクラッチが締結を解除されている間はそれぞれ、ニードル軸受31を介してスプライン軸22とは独立に回転するようにスプライン軸22に取り付けてある。
【0020】
このような構成において、いわゆるアイドルストップなどを含めてエンジン1が停止している状態では、無段変速装置3の図示しないオイルポンプが作動しないので作動油の油圧がない。したがって、油圧ピストン19は無作動状態であり、スプリング26が駆動スプロケット27方向の付勢力により、第1部材24を介して第1クラッチ17を付勢することで第1クラッチ17が締結している。一方、第2クラッチ18は、第1部材24により押圧されていないので、締結を解除されている。
【0021】
この状態でエンジン1を始動するために、電動機2を作動させると、第1クラッチ17が締結しているので、電動機2が回転するとスプライン軸22が回転し、第1部材24、第1クラッチ17及び第1接続部材29にその回転が伝達されて駆動スプロケット27が回転する。駆動スプロケット27が回転することで、電動機2の駆動力はチェーン13を介してトルクコンバータ5のスプロケット12に伝達され、トルクコンバータ5を介してエンジン1を回転させる。エンジン1が始動した時点で、電動機2の作動を停止させる。
【0022】
この後、エンジン1が回転することで無段変速装置3内のオイルポンプが駆動されて作動油の油圧が上昇する。これによって、スプライン軸22の高圧油路32を介して作動油をシリンダ23内に流入させると、供給される油圧により油圧ピストン19が作動する。油圧ピストン19が油圧により作動すると、スプリング26の付勢力に抗して第1部材24が第2部材25の方向に移動する。これにより、第1部材24が第1クラッチ17を押圧しなくなり第1クラッチ17の締結が解除される。この第1クラッチ17が解除された状態において、作動油がさらにシリンダ23に供給され第1部材24が停止することなく移動し、第1部材24が第2クラッチ18を押圧することにより、第2クラッチ18が締結される。
【0023】
エンジン1始動後はこのようにして、シリンダ23に作動油が供給されて油圧ピストン19に油圧がかかっている状態では、第2クラッチ18が締結している状態にある。したがって、電動機2を作動させることにより、走行時はその駆動力を駆動歯車28及び伝達歯車体33を介して差動歯車11に伝達して、エンジン1の駆動力を補助するものである。これに対して、走行時にバッテリの充電率が低下していることが検出された場合や車両が減速走行する場合は、電動機2への通電を停止し、電動機2が車軸WSから差動歯車11を介して得られる駆動力により駆動されることにより発電機として機能する。
【0024】
また、車両が停車してエンジン1がアイドリング運転状態である場合にバッテリを充電するには、油圧ピストン19に対する油圧の供給を停止する。これにより、油圧ピストン19の押圧力がなくなり、代わりにスプリング26の付勢力により第1部材24及び油圧ピストン19がシリンダ23の方向に押し戻される。この結果、第2クラッチ18は解除され、代わってそれまで解除されていた第1クラッチ17が締結される。第1クラッチ17が締結されると、アイドリング運転中のエンジン1からの駆動力が、スプロケット12、チェーン13、駆動スプロケット27、第1クラッチ17及び第1部材24を介して電動機2に伝達され、電動機2が発電機として機能する。
【0025】
このように、エンジン1が停止している状態では、第1クラッチ17がスプリング26により締結されているので、電動機2を作動させることによりエンジン1を始動することができる。したがって、始動用の電動機あるいはスタータを装備する必要がなく、部品点数を削減することでコストダウンを図ることができる。
【0026】
エンジン1の始動後は、油圧により油圧ピストン19を作動させることにより、第1クラッチ17が解除され、かつ第2クラッチ18が締結されるので、第1クラッチ17と第2クラッチ18とが同時に締結する状態になることを防止することができる。そして車両の走行に際しては、第2クラッチ18が締結していることにより、電動機2を選択的に発電機としても機能させることができる。すなわち、電動機2に通電することにより、電動機2の駆動力を差動歯車11に伝達してエンジン1の駆動力を補助することができるとともに、差動歯車11を介して駆動力を電動機2に供給することで電動機2を発電機として機能させることができる。
【0027】
さらに、車両停止時にあっては、シリンダ23への作動油の供給を停止して油圧ピストン19の作動を停止することにより、第2クラッチ18を解除するとともに第1クラッチ17を締結して、第1クラッチ17を介してエンジン1の駆動力を電動機2に伝達してバッテリを充電することができる。
【0028】
次に、上述した第1実施形態とは、主としてクラッチ装置10の構成が異なる第2実施形態を説明する。この第2実施形態にあっては、クラッチ装置10以外は第1実施形態と同じ構成、すなわち第1クラッチ17を締結している状態では電動機2の駆動力が駆動スプロケット27、チェーン13及びスプロケット12を介してトルクコンバータ5に供給され、第1クラッチ17を解除して第2クラッチ18を締結する状態では電動機2の駆動力が駆動ギア28を介して差動歯車11に供給される構造であり、説明及び自動変速装置全体の構成の図示を省略する。
【0029】
この第2実施形態では、第1実施形態における油圧ピストン19が第1及び第2油圧ピストン34、35に分割されて、シリンダ23の内部に配置されるものである。具体的には、第1油圧ピストン34がシリンダ23内に油密な状態に配置され、その第1油圧ピストン34の内側に第2油圧ピストン35が油密な状態に配置される構造である。第1油圧ピストン34は、その第1クラッチ17側の端部に押圧部36を備えており、第1油圧ピストン34に油圧がかかった場合に、押圧部36が第1部材24を押すものである。第2油圧ピストン35は、第1油圧ピストン34とは離れた状態で第1油圧ピストン34内側に配置してあり、油圧で作動していない状態では、スプライン軸22に設けられた段部37に接触することで第1油圧ピストン34方向に移動することを制限されている。加えて、第1実施形態と同様に、シリンダ23の縁部分が第1クラッチ17に常時接触している。
【0030】
このような油圧ピストン構造に加えて、第1油圧ピストン34に油圧が作用して移動した場合に、第1油圧ピストン34の移動を停止させる停止部材38が、シリンダ23の内側の所定位置に取り付けてある。この停止部材38は、油圧が第1油圧ピストン34に作用した際に、第1油圧ピストン34が第2油圧ピストン35に接触することを制限している。
【0031】
このような構成において、エンジン1が停止している状態では、無段変速装置3内の作動油の油圧がないので、第1及び第2油圧ピストン34、35は無作動状態であり、スプリング26が第1部材24を駆動スプロケット27方向に付勢することにより、第1部材24が第1クラッチ17を押圧することで第1クラッチ17が締結している。一方、第2クラッチ18は、第1部材24により押圧されていないので、締結を解除されている。
【0032】
この状態でエンジン1を始動するために、電動機2を作動させると、スプライン軸22が回転し、締結している第1クラッチ17により電動機2の駆動力が、第1部材24、第1クラッチ17及び第1接続部材29と伝達されて駆動スプロケット27に伝達される。駆動スプロケット27が回転することで、電動機2の駆動力はチェーン13を介してトルクコンバータ5に結合したスプロケット12に伝達され、トルクコンバータ5を介してエンジン1を回転させる。エンジン1が始動した時点で、電動機2の作動を停止させる。
【0033】
この後、エンジン1が回転することで無段変速装置3内のオイルポンプが駆動されて作動油の油圧が上昇する。これによって、スプライン軸22の第1高圧油路39を介して作動油をシリンダ23内に流入させると、供給される油圧により第1油圧ピストン34が作動する。第1油圧ピストン34が油圧により作動すると、押圧部36で第1部材24が押されて、スプリング26の付勢力に抗して第1部材24が第2部材25の方向に移動する。これにより、第1部材24が第1クラッチ17を押圧しなくなり、第1クラッチ17の締結が解除される。第1油圧ピストン34は、油圧により第2油圧ピストン35方向に移動するが、停止部材38により第1油圧ピストン34の押圧部36が第1クラッチ17に接触する前及び第1油圧ピストン34が第2油圧ピストン35に接触する前にその移動を制限される。したがって、第1クラッチ17は解除されるが、この時点では第2クラッチ18は締結されない。
【0034】
エンジン1が始動して、第1油圧ピストン34が停止部材38により停止位置に停止している状態で、例えば発進あるいは加速するためにエンジン1の出力を電動機2が補助する場合は、第2高圧油路40から第1油圧ピストン34と第2油圧ピストン35との間の空間に作動油を供給して第2油圧ピストン35に油圧をかけると、第2油圧ピストン35が停止している第1部材24を押す。これにより、第1部材24が第2クラッチ18を押圧することにより、第2クラッチ18が締結し、電動機2の駆動力が差動歯車11に伝達される。また、減速走行時にバッテリを充電する場合は、このようにして第2クラッチ18を締結して、電動機2を発電機として機能させればよい。
【0035】
また、車両が停車してエンジン1がアイドリング運転状態である場合にバッテリの充電をするには、第1及び第2油圧ピストン34、35に対する油圧の供給を停止する。これにより、第1及び第2油圧ピストン34、35の押圧力がなくなり、第2クラッチ18が解除されるとともに、スプリング26の付勢力により第1部材24及び第1油圧ピストン34がシリンダ23の方向に押し戻されて第1クラッチ17が締結される。その結果、アイドリング運転中のエンジン1からの駆動力が、スプロケット12、チェーン13、駆動スプロケット27、第1クラッチ17及び第1部材24を介して電動機2に伝達され、電動機2が発電機として機能する。
【0036】
このように、この第2実施形態では第1実施形態において説明した油圧ピストン19を2個に分割することにより、第1クラッチ17と第2クラッチ18との締結の際の速度を異ならせることができる。すなわち、第1クラッチ17はその主たる作動がエンジン1の始動時にあり、エンジン1の始動後に速やかに解除することが望ましい。したがって、エンジン1が始動後に一気に油圧を第1油圧ピストン34に加えて動かし、第1クラッチ17を迅速に解除する。この場合、このような第1油圧ピストン34の作動は、第2油圧ピストン35とは完全に独立しているので、第2油圧ピストン35の作動に何らの影響を及ぼさない。
【0037】
これに対して、第2油圧ピストン35は、第1油圧ピストン34が停止している状態で、徐々に油圧を供給することにより、その作動速度を緩慢にすることができる。この結果、例えば電動機2が停止しており、発電機として機能させる場合に、第2クラッチ18を急激に締結するとその締結時に衝撃が発生するが、第2油圧ピストン35に供給する油圧の上昇を制御する、つまり徐々に高くすることにより、このような衝撃の発生を抑制することができる。
【0038】
なお、この第二実施形態においては、第2クラッチ18を締結した場合には、電動機2の駆動力を駆動歯車28及び伝達歯車体33を介して差動歯車11に供給したが、図4に示すように、伝達歯車体32の回転軸41を延ばして、第1プーリ14の回転42に、スプロケット43を設けるとともに、伝達歯車体32のクラッチ装置10の駆動歯車28とは反対方向の端部にスプロケット44を設け、両スプロケット43、44にチェーン45を掛けることにより電動機2の駆動力を伝達するものであってもよい。
【0039】
このような構成であれば、減速走行の際に、第2クラッチ18を締結して、電動機2を回生運転する場合に、電動機2が過回転状態になることを抑制することができる。
【0040】
また、上述の実施形態におけるチェーン13は、歯車により置換されるものであってもよい。
【0041】
さらに、無段変速機9に代えて、歯車による多段変速機を備えるものであってもよい。
【0042】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明の活用例として、いわゆる内燃機関横置き型の前輪駆動ハイブリッド車両に適用することができる。
【符号の説明】
【0044】
1…エンジン
2…電動機
5…トルクコンバータ
6…前後進
9…無段変速機
11…差動歯車
17…第1クラッチ
18…第2クラッチ
19…油圧ピストン
20…クラッチ切り替え手段
21…出力軸

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両において、内燃機関のトルクを駆動輪に、トルクコンバータ、前後進クラッチ、自動変速機及び差動歯車を介して伝達するものであって、
電動機のトルクを前後進クラッチよりも内燃機関側に伝達するための第1クラッチと、前後進クラッチよりも駆動輪側に伝達するための第2クラッチを備え、第1及び第2クラッチを電動機の出力軸の軸上に対向して配置してなり、
第1及び第2クラッチを操作するための油圧ピストンを備えてなり、油圧ピストンが無作動の場合に第1クラッチを締結し、かつ油圧ピストンが油圧により作動する場合に第1クラッチを切断して第2クラッチを締結することを選択的に実施するクラッチ切り替え手段を備えるハイブリッド車両の自動変速装置。
【請求項2】
クラッチ切り替え手段は、直列に配置される第1及び第2油圧ピストンを備えてなり、第1油圧ピストンへ油圧を供給することにより第1クラッチを解除し、第1及び第2ピストンに油圧を供給することにより第2クラッチのみを締結する請求項1記載のハイブリッド車両の自動変速装置。
【請求項3】
自動変速機が、可変径の第1プーリ及び第2プーリと、第1プーリと第2プーリとの間の動力伝達をする伝達部材とを備える無段変速機であり、第2クラッチが、第1プーリの回転軸に電動機のトルクを伝達する請求項1記載のハイブリッド車両の自動変速装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2011−168142(P2011−168142A)
【公開日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−32881(P2010−32881)
【出願日】平成22年2月17日(2010.2.17)
【出願人】(000002967)ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Fターム(参考)】