JP2017144914A - ハイブリッド車両の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デュアルマスフライホイールを用い、エンジンのトルク変動に起因する振動や異音を適切に抑制すること。
【解決手段】エンジン１ならびに第１モータ２および第２モータ３を駆動力源とし、エンジン１および第１モータ２の出力トルクをそれぞれ分割または合成する動力分割機構４と、エンジン１のクランク軸１ａに取り付けられるプライマリホイール１０ａとダンパ機構１１および動力分割機構４の入力軸４ａを介してプライマリホイール１０ａに連結されるセカンダリホイール１０ｂとから構成されたデュアルマスフライホイール１０とを備えたハイブリッド車両Ｖｅの動力伝達装置において、プライマリホイール１０ａを、動力伝達装置のケース２２からエンジン１側の外部に突出した入力軸４ａの端部に配置し、セカンダリホイール１０ｂを、ケース２２の内部でかつ入力軸４ａの動力分割機構４に近接する部分に取り付ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンおよびモータが出力するトルクを駆動輪へ伝達するハイブリッド車両の動力伝達装置であって、特に、エンジンのトルク変動に起因する振動や異音の発生を抑制するためのデュアルマスフライホイールを備えた動力伝達装置に関するものである。

デュアルマスフライホイールは、例えば、エンジン側のプライマリホイールと、トランスミッション（もしくはクラッチ）側のセカンダリホイールとに２分割された構成のフライホイールである。そのようなデュアルマスフライホイールの一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたデュアルマスフライホイールは、エンジンのクランク軸に連結されるプライマリフライホイール、および、クラッチ側のセカンダリフライホイールを備えている。そして、それらプライマリフライホイールとセカンダリフライホイールとが、トーションスプリングを介して連結されている。すなわち、デュアルマスフライホイールは、通常、プライマリホイールとセカンダリホイールとが互いに隣接して配置され、一塊となって構成されている。なお、セカンダリフライホイールには、マス部材と弾性体とから構成されるダイナミックダンパが設けられている。

特開２００９−１１５１８４号公報

特許文献１に記載されているようなデュアルマスフライホイールを用いることにより、エンジンのトルク変動に起因する回転振動や異音の発生を抑制することができる。デュアルマスフライホイールは、エンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両の動力伝達装置に採用することもできる。上記のような従来の構成を用いるとすれば、例えば図３に示すように、エンジンのクランク軸およびトランスミッションの入力軸に、デュアルマスフライホイールのプライマリホイールおよびセカンダリホイールが取り付けられる。プライマリホイールおよびセカンダリホイールは、いずれも、トランスミッションケースの外部に配置される。プライマリホイールは、クランク軸に取り付けられるとともにダンパ機構を介して入力軸に取り付けられる。そのプライマリホイールに隣接してセカンダリホイールが入力軸に連結される。すなわち、入力軸には、エンジン側（図３の右側）の端部にセカンダリホイールが取り付けられるとともに、トランスミッションケースの内部のトランスミッション側（図３の左側）の端部に変速機構（図３に示す例では遊星歯車機構のキャリア）が取り付けられる。変速機構は、出力側のドライブシャフトおよび車輪に連結され、延いては、車体に連結される。したがって、入力軸は、トランスミッションケースを挟んだケース内部とケース外部との両端に大きな等価慣性質量が付与された状態となる。そのような状態の入力軸にトルクが掛かると、入力軸は、比較的低い周波数でねじれ振動による共振が発生する場合がある。

通常の車両は、エンジンとトランスミッションとの間にクラッチやトルクコンバータが設けられているため、クラッチで動力伝達を遮断することにより、あるいは、トルクコンバータでトルク変動が吸収されることにより、上記のような入力軸の共振は解消される。しかしながら、クラッチやトルクコンバータのような発進機構を備えていない構成のハイブリッド車両では、入力軸は、常時、一方の端部がデュアルマスフライホイールを介してエンジンに連結され、他方の端部が車体に連結された状態になる。そのため、デュアルマスフライホイールの効果によってエンジンのトルク変動を抑制することができるにしても、入力軸が低周波数で共振してしまう可能性がある。入力軸が低周波数で共振すると、共振による振動がケースに伝搬していわゆるこもり音が発生してしまう場合がある。また、歯車の噛み合い部分を揺動させることによって歯打ち音が発生してしまう場合もある。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、デュアルマスフライホイールを用い、エンジンのトルク変動に起因する振動や異音を適切に抑制することができるハイブリッド車両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、この発明は、エンジンならびに第１モータおよび第２モータを駆動力源とし、前記エンジンの出力トルクが入力される入力軸が前記エンジンおよび前記第１モータと同一回転軸線上に配置されるとともに前記エンジンおよび前記第１モータの出力トルクをそれぞれ分割または合成して出力部材から出力する動力分割機構と、前記出力部材および前記第２モータと駆動輪との間でトルクを伝達する伝動機構と、少なくとも前記第１モータおよび前記動力分割機構を内部に収納するケースと、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる第１ホイールとダンパ機構および前記入力軸を介して前記第１ホイールに連結される第２ホイールまたは振り子式マスダンパとから構成されたデュアルマスフライホイールと、を備えたハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記第１ホイールは、前記ケースから前記エンジン側の外部に突出した前記入力軸の端部に配置されており、前記第２ホイールまたは前記振り子式マスダンパは、前記ケースの内部でかつ前記入力軸の前記動力分割機構に近接する部分に取り付けられていることを特徴とするものである。

この発明では、例えばクラッチやトルクコンバータのような発進機構を持たないハイブリッド車両の動力伝達装置に、エンジンのトルク変動を吸収するデュアルマスフライホイールが設けられる。デュアルマスフライホイールの第１ホイールは、クランク軸に取り付けられるとともに、ダンパ機構および入力軸を介して第２ホイールまたは振り子式マスダンパに連結される。第２ホイールまたは振り子式マスダンパは、ケース内部の動力分割機構に近接した位置で入力軸に取り付けられる。すなわち、第１ホイールは、ケース外部で入力軸のエンジン側の端部にダンパ機構を介して連結され、第２ホイールまたは振り子式マスダンパは、ケース内部で入力軸のエンジンと反対側の端部で動力分割機構に近接して取り付けられる。ダンパ機構は、入力軸と比較してねじり剛性が大幅に低い。そのため、入力軸は、エンジン側の端部にダンパ機構の出力部の小さな慣性質量のみが連結され、エンジンと反対側の端部に第２ホイールおよび動力分割機構の両方が連結された状態になる。その結果、慣性質量が大きい第２ホイールおよび動力分割機構が両端部に取り付けられる場合と比較して、入力軸のエンジン側の端部の慣性質量が小さくなるので、入力軸のねじり振動による共振周波数が高くなる。入力軸が低周波数で共振すると、入力軸を支持しているケースからこもり音が発生してしまったり、入力軸と連結している歯車から歯打ち音が発生してしまったりするおそれがあるが、上記のように入力軸の共振周波数が高くなることにより、それらこもり音や歯打ち音の発生を抑制することができる。したがって、この発明によれば、上記のような入力軸の低周波数の共振を抑制しつつ、デュアルマスフライホイールの効果により、エンジンのトルク変動に起因する振動や異音を適切に抑制することができる。

この発明の動力伝達装置を搭載するハイブリッド車両のドライブトレーンの一例を示す図である。 この発明を適用したハイブリッド車両の動力伝達装置の構成の一例を説明するための断面図である。 この発明を適用しない従来のハイブリッド車両の動力伝達装置の構成を説明するための断面図である。

この発明を、図を参照して具体的に説明する。先ず、図１に、この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両の一例を示してある。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１、ならびに、第１モータ（ＭＧ１）２および第２モータ（ＭＧ２）３を駆動力源とするハイブリッド車両である。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動輪５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、その第２モータ３が出力する動力を駆動輪５に付加することができるように構成されている。

動力分割機構４は、サンギヤ６、リングギヤ７、およびキャリア８を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。すなわち、サンギヤ６に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ７が配置されている。これらサンギヤ６とリングギヤ７とに噛み合っているピニオンギヤ９がキャリア８によって自転および公転が可能なように保持されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と同一の回転軸線上に配置されている。動力分割機構４を構成する遊星歯車機構のキャリア８に、動力分割機構４の入力軸４ａが連結されている。入力軸４ａは、デュアルマスフライホイール１０のプライマリホイール１０ａおよびダンパ機構１１を介して、エンジン１のクランク軸１ａに連結されている。デュアルマスフライホイール１０のセカンダリホイール１０ｂは、入力軸４ａの動力分割機構４に近接する部分に取り付けられている。これらプライマリホイール１０ａおよびセカンダリホイール１０ｂから構成されるデュアルマスフライホイール１０の詳細な構成については後述する。

ダンパ機構１１は、従来一般的なダンパ機構と同様の構成であり、ダンパばね１１ａの作用により、エンジン１のトルク変動に起因する振動の入力軸４ａへの伝搬を抑制するように構成されている。ダンパばね１１ａは、例えば圧縮コイルばねが用いられ、その伸縮方向がダンパ機構１０の円周方向もしくは接線方向に一致するように配置されている。また、クランク軸１ａと入力軸４ａとの間には、上記のようなプライマリホイール１０ａおよびダンパ機構１１と共に、トルクリミッタ１２が設けられてもよい。トルクリミッタ１２は、駆動輪５とエンジン１との間で伝達されるトルクの大きさを制限するための機構である。

上記の動力分割機構４のサンギヤ６には、第１モータ２が連結されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側（図１の左側）に配置されている。その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂが、サンギヤ６に連結されている。なお、ロータ軸２ｂおよびサンギヤ６の回転軸は中空軸になっており、その中空部を通ってオイルポンプ１３の回転軸１３ａが入力軸４ａに連結されている。

動力分割機構４のリングギヤ７には、第１ドライブギヤ１４が連結されている。第１ドライブギヤ１４は、後述するように伝動機構（ギヤ列１９）のカウンタドリブンギヤ１６に噛み合っており、動力分割機構４に入力されたトルクを伝動機構へ出力して伝達するように構成されている。したがって、この第１ドライブギヤ１４が、この発明における出力部材に相当している。

上記のエンジン１、動力分割機構４、および、第１モータ２のロータ軸２ｂと平行に、カウンタ軸１５が配置されている。このカウンタ軸１５の一方（図１での右側）の端部に、上記の第１ドライブギヤ１４と噛み合うカウンタドリブンギヤ１６が一体となって回転するように取り付けられている。カウンタ軸１５の他方（図１での左側）の端部には、ファイナルドライブギヤ１７がカウンタ軸１５に一体となって回転するように取り付けられている。ファイナルドライブギヤ１７は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１８のファイナルドリブンギヤ（デフリングギヤ）１８ａと噛み合わされている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ７は、上記の第１ドライブギヤ１４、カウンタ軸１５、カウンタドリブンギヤ１６、ファイナルドライブギヤ１７、および、ファイナルドリブンギヤ１８ａから構成されるギヤ列１９を介して、駆動軸２０および駆動輪５に動力伝達可能に連結されている。

上記の動力分割機構４から駆動輪５に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加できるように構成されている。具体的には、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂが、上記のカウンタ軸１５と平行に配置されている。そのロータ軸３ｂの先端（図１での右端）に、上記のカウンタドリブンギヤ１６と噛み合う第２ドライブギヤ２１が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ７には、上記のようなギヤ列１９および第２ドライブギヤ２１を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。

このようにギヤ列１９は、第１ドライブギヤ１４および第２モータ３の第２ドライブギヤ１４と駆動輪５との間でトルクを伝達するように構成されている。したがって、上記のようなギヤ列１９が、この発明における伝動機構に相当している。

この車両Ｖｅの動力伝達装置におけるデュアルマスフライホイール１０は、入力軸４ａの低周波数の共振を抑制しつつ、エンジン１のトルク変動に起因する振動や異音を適切に抑制することができるように構成されている。具体的には、図２に示すように、デュアルマスフライホイール１０は、プライマリホイール１０ａとセカンダリホイール１０ｂとから構成されている。

プライマリホイール１０ａは、車両Ｖｅの動力伝達装置のケース２２からエンジン１側（図２の右側）の外部に突出した入力軸４ａの端部に配置されている。プライマリホイール１０ａは、エンジン１のクランク軸１ａの先端に取り付けられているとともに、少なくともダンパ機構１１を介して、入力軸４ａに連結されている。すなわち、図２に示す例では、入力軸４ａは、プライマリホイール１０ａ、ダンパ機構１１、および、トルクリミッタ１２を介して、クランク軸１ａに連結されている。なお、この図２に示す例では、ダンパ機構１１およびトルクリミッタ１２の形状を省略してある。

セカンダリホイール１０ｂは、ケース２２の内部に配置されており、入力軸４ａの動力分割機構４に近接する部分に取り付けられている。図２に示す例では、セカンダリホイール１０ｂはキャリア８に直結されている。すなわち、セカンダリホイール１０ｂは、キャリア８と共に入力軸４ａに連結されている。したがって、セカンダリホイール１０ｂは、ダンパ機構１１およびトルクリミッタ１２ならびに入力軸４ａを介して、プライマリホイール１０ａと連結されており、それらプライマリホイール１０ａとセカンダリホイール１０ｂとによってデュアルマスフライホイール１０が構成されている。なお、ケース２２は、少なくとも第１モータ２および動力分割機構４を内部に収納している。この図２に示す例では、ケース２２は、上記のようなセカンダリホイール１０ｂと共に、第１モータ２、動力分割機構４、ギヤ列１９、および、第２モータ３などを収納している。

このように、この車両Ｖｅの動力伝達装置では、エンジン１のトルク変動を吸収するためのデュアルマスフライホイール１０が設けられている。デュアルマスフライホイール１０のプライマリホイール１０ａは、エンジン１のクランク軸１ａに取り付けられるとともに、ダンパ機構１１およびトルクリミッタ１２ならびに入力軸４ａを介して、セカンダリホイール１０ｂに連結されている。セカンダリホイール１０ｂは、ケース２２の内部の動力分割機構４に近接した位置で、入力軸４ａに取り付けられている。すなわち、プライマリホイール１０ａは、ケース２２の外部で入力軸４ａのエンジン１側の端部にダンパ機構１１およびトルクリミッタ１２を介して連結されている。ダンパ機構１１のねじり剛性は、入力軸４ａのねじり剛性よりも大幅に低い。そのため、入力軸４ａは、エンジン１側の端部にダンパ機構１１の出力部（ハブ）の小さな慣性質量のみが連結された状態になる。また、セカンダリホイール１０ｂは、ケース２２の内部で入力軸４ａのエンジン１と反対側の端部で動力分割機構４に近接して取り付けられている。そのため、入力軸４ａは、エンジン１と反対側の端部のみに大きな慣性質量が直結された状態になる。

前述の図３に示した従来構成のように、動力分割機構の入力軸の両端部に、慣性質量が大きなセカンダリフライホイールと、車体と連結されることにより慣性質量が大きい動力分割機構とが取り付けられると、入力軸が低周波数で共振する可能性がある。それに対して、この車両Ｖｅの動力伝達装置におけるデュアルマスフライホイール１０は、上記のようにセカンダリホイール１０ｂが動力分割機構４に近接して取り付けられている。したがって、入力軸４ａのエンジン１側の端部には、ダンパ機構１１の出力部（ハブ）だけが取り付けられた状態となっている。そのため、図３に示した従来構成のようにセカンダリホイールが入力軸の一端に取り付けられる場合と比較して、入力軸４ａのエンジン１側の端部の慣性質量が小さくなる。その結果、入力軸４ａのねじり振動による共振周波数が高くなる。

前述したように、入力軸４ａが低周波数で共振すると、入力軸４ａを支持しているケース２２からこもり音が発生してしまったり、入力軸４ａと連結している歯車から歯打ち音が発生してしまったりするおそれがある。それに対して、この車両Ｖｅの動力伝達装置では、上記のように入力軸４ａの共振周波数が高くなることにより、それらこもり音や歯打ち音の発生を抑制することができる。したがって、この車両Ｖｅの動力伝達装置によれば、上記のような入力軸４ａの低周波数の共振を抑制しつつ、デュアルマスフライホイール１０の効果により、エンジン１のトルク変動に起因する振動や異音を適切に抑制することができる。

なお、図１，図２では、セカンダリホイール１０ｂが所定の重量を有するマス部材によって構成された例を示しているが、そのようなセカンダリホイール１０ｂに替えて、振り子式マスダンパを取り付けることもできる。あるいは、前述の特許文献１に記載されているようなダイナミックダンパを取り付けることもできる。すなわち、このデュアルマスフライホイール１０は、クランク軸１ａに取り付けられるプライマリホイール１０ａと、少なくともダンパ機構１１および入力軸４ａを介してプライマリホイール１０ａに連結される振り子式マスダンパとから構成することができる。あるいは、クランク軸１ａに取り付けられるプライマリホイール１０ａと、少なくともダンパ機構１１および入力軸４ａを介してプライマリホイール１０ａに連結されるダイナミックダンパとから構成することもできる。上記のようなプライマリホイール１０ａと振り子式マスダンパもしくはダイナミックダンパとからデュアルマスフライホイール１０を構成することにより、振り子式マスダンパもしくはダイナミックダンパによる振動減衰効果を得ることができ、デュアルマスフライホイール１０による制振性能を向上させることができる。

また、図２に示す動力伝達装置の構成では、入力軸４ａが、軸受２３によってケース２２に支持されている。軸受２３は、例えばすべり軸受や針状ころ軸受によって構成されている。そして、軸受２３は、環状に形成されたセカンダリホイール１０ｂの内周部分で、入力軸４ａの回転軸線方向におけるセカンダリホイール１０ｂとほぼ同じ位置に配置されている。これにより、入力軸４ａの軸長を短縮することができる。また、入力軸４ａの軸長を短縮することにより、軸受２３に掛かる負荷を軽減することができ、その分、軸受２３を小型化することができる。

また、図２に示す動力伝達装置の構成では、動力分割機構４のリングギヤ７、第１カウンタギヤ１４、および、パーキングギヤ２４が、１つの軸受２５によってケース２２に支持されている。軸受２５は、アンギュラ玉軸受によって構成されている。図２に示す例では、複列のアンギュラ玉軸受が用いられている。また、軸受２５は、上記の各ギヤ１４，２４の内周部分で、入力軸４ａの回転軸線方向における上記の各ギヤ１４，２４とほぼ同じ位置に配置されている。これにより、上記の各ギヤ１４，２４を片持ちで支持することが可能になる。そのため、例えば前述の図３に示した従来構成のように、通常のラジアル玉軸受によって両端支持する構成と比較して、動力伝達装置の軸長を短縮して小型・軽量化を図ることができる。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 １ａ…クランク軸、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構、 ４ａ…入力軸、 ５…駆動輪、 １０…デュアルマスフライホイール、 １０ａ…プライマリホイール（第１ホイール）、 １０ｂ…セカンダリホイール（第２ホイール）、 １１…ダンパ機構、 １４…第１ドライブギヤ（出力部材）、 １９…ギヤ列（伝動機構）、 ２２…ケース、 ２３，２５…軸受、 Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims (1)

1. エンジンならびに第１モータおよび第２モータを駆動力源とし、前記エンジンの出力トルクが入力される入力軸が前記エンジンおよび前記第１モータと同一回転軸線上に配置されるとともに前記エンジンおよび前記第１モータの出力トルクをそれぞれ分割または合成して出力部材から出力する動力分割機構と、前記出力部材および前記第２モータと駆動輪との間でトルクを伝達する伝動機構と、少なくとも前記第１モータおよび前記動力分割機構を内部に収納するケースと、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる第１ホイールとダンパ機構および前記入力軸を介して前記第１ホイールに連結される第２ホイールまたは振り子式マスダンパとから構成されたデュアルマスフライホイールと、を備えたハイブリッド車両の動力伝達装置において、
   前記第１ホイールは、前記ケースから前記エンジン側の外部に突出した前記入力軸の端部に配置されており、
   前記第２ホイールまたは前記振り子式マスダンパは、前記ケースの内部でかつ前記入力軸の前記動力分割機構に近接する部分に取り付けられている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。

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