JP4144172B2 - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、省資源等の観点から自動車の燃費性能の向上が求められている。また、地球の温暖化防止等の観点から自動車のCO2排出量の削減が求められている。そこで、動力源としてエンジンとモータ(電気モータ)とを併用して燃費性能を高め、ひいてはCO2排出量を削減するようにしたハイブリッド駆動装置、ないしはこれを搭載した自動車が注目を集めている(例えば、特開平9−170533号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特開平9−170533号公報に開示されている従来のハイブリッド駆動装置は、エンジンに加えてモータも設けている関係上、その形状が大型化し、とくにその全長が長くなる。このため、かかるハイブリッド駆動装置を小型の自動車に搭載する場合は、そのレイアウトないしはパッケージに苦労するといった問題がある。また、製作コストが高くつくといった問題もある。さらには、燃費性能のさらなる向上が求められているといった社会状況もある。
【0004】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、さらなる燃費性能の向上を図ることができるコンパクトで低コストのハイブリッド駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかるハイブリッド駆動装置は、それぞれ動力を生成するエンジン及びモータと、エンジン及び/又はモータから出力された動力を変速する変速機と、変速機から出力された動力によって駆動される駆動車軸と、エンジン出力軸と変速機入力軸との間での動力伝達を媒介する第1動力伝達機構と、モータ出力軸とエンジン出力軸との間での動力伝達を媒介する第2動力伝達機構と、変速機出力軸と駆動車軸との間での動力伝達を媒介する第3動力伝達機構とが設けられているハイブリッド駆動装置において、エンジン出力軸の軸線と直交する方向(以下、この方向を、多くは自動車の前後方向と一致する関係上「前後方向」という。)にみて、変速機入力軸がエンジン出力軸に対して駆動車軸側にオフセットして配置される一方、モータ出力軸がエンジン出力軸に対して駆動車軸側とは反対側にオフセットして配置されていることを特徴とするものである。
【0006】
このハイブリッド駆動装置においては、変速機とモータとが、それぞれ、前後方向にみてエンジン出力軸に対して互いに反対側にオフセットして配置される。したがって、変速機とモータとを前後方向に並べて配置するなどして、ハイブリッド駆動装置の車幅方向の全長を低減することができる。このため、該ハイブリッド駆動装置がコンパクトなものとなり、小型の自動車に搭載する場合でもそのレイアウトないしはパッケージが容易となる。
【0007】
上記ハイブリッド駆動装置においては、変速機がシングルキャビティハーフトロイダル式の無段変速機(以下、「ハーフトロイダルCVT」という。)であるのが好ましい。この場合、ハーフトロイダルCVTは、例えば普通の多段式変速機あるいはベルト式CVTに比べてコンパクトであり、とくにその入力軸軸線方向の寸法(すなわち、その全長)が小さくので、ハイブリッド駆動装置がよりコンパクトなものとなる。また、ハーフトロイダルCVTは比較的安価であるので、ハイブリッド駆動装置の製作コストが低減される。
【0008】
ハーフトロイダルCVTを備えた上記ハイブリッド駆動装置において、無段変速機のディスクを回転自在に保持するスラストベアリングと、第1動力伝達機構と第2動力伝達機構との間での動力伝達を継断するエンジン締結クラッチとが設けられている場合は、駆動車軸の軸線方向(以下、この方向を、通常は自動車の左右方向(幅方向)と一致する関係上「左右方向」という。)にみて、スラストベアリングとエンジン締結クラッチとが略同一位置に配置されているのが好ましい。この場合、それぞれ前後方向(自動車の前後方向)つまり半径方向の寸法が比較的大きいエンジン締結クラッチとハーフトロイダルCVT本体部とが前後方向に並ばないので、該ハーフトロイダル駆動装置は、前後方向の寸法が低減され、よりコンパクトなものとなる。
【0009】
ハーフトロイダルCVTを備えた上記ハイブリッド駆動装置において、第3動力伝達機構に、無段変速機と駆動車軸との間での動力伝達を継断する発進クラッチが設けられている場合は、左右方向(駆動車軸の軸線方向)にみて、発進クラッチとスラストベアリングとが略同一位置に配置されているのが好ましい。この場合、それぞれ前後方向の寸法が比較的大きい発進クラッチとハーフトロイダルCVT本体部とが前後方向に並ばないので、該ハイブリッド駆動装置は、前後方向の寸法が低減され、一層コンパクトなものとなる。
【0010】
ハーフトロイダルCVTを備えた上記ハイブリッド駆動装置においては、第1動力伝達機構を構成するギヤ(以下、「エンジン側ギヤ」という。)と、発進クラッチと駆動車軸との間での動力伝達を媒介するギヤ(以下、「駆動車軸側ギヤ」という。)とが、駆動車軸の軸線方向と直交する方向に一列に並んで配置されているのが好ましい。この場合、エンジン側ギヤと駆動車軸ギヤとには、それぞれ、前後方向にみて互いに反対向きの反力が生じるが、両ギヤが前後方向に一列に並んで配置されているので、該ハイブリッド駆動装置には該反力に起因するモーメントが生じない。このため、該ハイブリッド駆動装置のケースにかかる荷重が軽減され、該ケースにひずみが生じない。このため、ケースが簡素なものですみ、該ハイブリッド駆動装置がよりコンパクトなものとなる。
【0011】
上記のいずれのハイブリッド駆動装置においても、モータがエアコンを直接駆動することができるようになっているのが好ましい。一般に、エアコンがエンジンによって駆動される場合は、自動車を走行させる上ではエンジンを停止させることが可能なとき、例えば停車時でもエアコンを駆動するためにエンジンを運転しなければならない。しかしながら、エアコンがモータによって駆動される場合は、このようなときでもエンジンを停止させることができるので、燃費性能を高めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図1に示すように、本発明にかかるハイブリッド駆動装置には、その動力源として、エンジン1とモータ2とが設けられている。さらに、エンジン1及び/又はモータ2から出力されたトルク(動力)を変速するハーフトロイダルCVT3と、該ハーフトロイダルCVT3から出力されたトルクによって差動装置4を介して駆動される駆動車軸5とが設けられている。また、このハイブリッド駆動装置には、エンジン1を始動させる(クランキングする)ためのスタータ6と、エアコン7とが設けられている。
【0013】
なお、詳しくは図示していないが、このハイブリッド駆動装置は、前輪駆動車の前部に配置されたエンジンルーム内に横置き搭載されている。図1において、X1方向及びX2方向は、それぞれ該自動車の前側及び後側を示し、Y1方向及びY2方向は、それぞれ該自動車の左側及び右側を示している。
【0014】
ここで、エンジン1は、ガソリン等を燃料として用いてトルク(動力)を生成するようになっている。また、モータ2は、バッテリ33(図2参照)から供給される電力をエネルギ源としてトルク(動力)を生成するようになっている。なお、モータ2は、通電されたときには回転してトルクを出力する一方、力学的に回転駆動されたときには発電する交流モータであるので、ジェネレータを兼ねている。このため、バッテリ33はモータ2によって、適宜充電される(例えば、停止充電時、エネルギ回生時等)。
【0015】
そして、エンジン1で生成された動力を出力するエンジン出力軸8は、エンジン1の回転数変動を吸収するためのダンパ9を介して、中間軸10に連結されている。さらに、中間軸10はエンジン締結クラッチ11のインナディスクに連結されている。なお、スタータ6の駆動軸に同軸に取り付けられたスタータギヤ12と、ダンパ9の周縁部に取り付けられたダンパギヤ13とが噛み合い、これによりエンジン1がスタータ6によってクランキングされるようになっている。
【0016】
また、モータ2の出力軸に同軸に取り付けられたモータギヤ14と、エンジン締結クラッチ11のアウタディスク(ケーシング)に取り付けられた第1エンジン締結クラッチギヤ15とが噛み合っている。さらに、エアコン7の駆動軸には、エアコンクラッチ16を介してエアコンギヤ17が取り付けられ、このエアコンギヤ17は中間ギヤ18と噛み合っている。さらに中間ギヤ18は、前記のモータギヤ14と噛み合っている。
【0017】
また、締結クラッチ11のアウタディスク(ケーシング)には第2エンジン締結クラッチギヤ19が取り付けられ、この第2エンジン締結クラッチギヤ19は、ハーフトロイダルCVTの入力軸21(以下、「CVT入力軸21」という。)に同軸に取り付けられたCVT入力ギヤ20と噛み合っている。なお、以下では、第2エンジン締結クラッチギヤ19とCVT入力ギヤ20とで構成されるギヤ対を、適宜「エンジン側ギヤ対」という。
【0018】
かくして、エンジン締結クラッチ11がオン(締結)されたときには、エンジン1は、モータ2及びCVT入力軸21と力学的に係合する。他方、エンジン締結クラッチ11がオフ(解放)されたときには、エンジン1は、モータ2及びCVT入力軸21のいずれとも力学的に係合しない。なお、モータ2とCVT入力軸21とは、エンジン締結クラッチ11のオン・オフにかかわりなく、常時力学的に係合している。
【0019】
ハーフトロイダルCVT3には、CVT入力軸21に同軸に取り付けられた入力ディスク22と、CVT入力軸21まわりに遊嵌された出力ディスク23と、入力ディスク22のトルクを出力ディスク23に伝達するパワーローラ23とが設けられている。なお、出力ディスク23は、スラストベアリング25によって回転自在に保持されている(固定部によって支持されている)。パワーローラ24は、詳しくは図示していないが、その軸線Rまわりに回転できるようになっている。そして、パワーローラ24は、その周面を入力ディスク22の凹状周面と出力ディスク23の凹状周面とに当接させている。
【0020】
ここで、入力ディスク22が回転すると、これに伴ってパワーローラ24が軸線Rまわりに回転させられ、さらにパワーローラ24によって出力ディスク23が回転させられ、入力ディスク22のトルクが出力ディスク23に伝達される。このとき、入力ディスク22から出力ディスク23へのトルク伝達における変速比(トルク比)は、パワーローラ24と当接している位置における出力ディスク23の半径r2と、パワーローラ24と当接している位置における入力ディスク22の半径r1の比r2/r1によって決定される。そして、詳しくは図示していないが、パワーローラ24と両ディスク22、23との当接位置は、パワーローラ24の傾転角によって決まり、この傾転角を調節することによって、ハーフトロイダルCVT3の変速比を所定の範囲内で任意に設定できるようになっている。
【0021】
そして、出力ディスク23のトルクすなわちハーフトロイダルCVT3の出力トルクは、出力ディスク23に同軸に取り付けられたCVT出力ギヤ27と、該CVT出力ギヤ27と噛み合っている第1発進クラッチギヤ28とを介して発進クラッチ29のインナディスクに伝達される。また発進クラッチ29のアウタディスク(ケーシング)には第2発進クラッチギヤ30が取り付けられ、この第2発進クラッチギヤ30は、差動装置4に取り付けられた差動装置入力ギヤ31と噛み合っている。なお、以下では、第2発進クラッチギヤ30と差動装置入力ギヤ31とで構成されるギヤ対を、適宜「駆動車軸側ギヤ対」という。
【0022】
かくして、出力ディスク23のトルクすなわちハーフトロイダルCVT3の出力トルクは、発進クラッチ29がオンされたときには駆動車軸5に伝達され、他方オフされたときには伝達されない。
【0023】
以下、図2(a)〜(e)を参照しつつ、ハイブリッド駆動装置の具体的な駆動形態の一例を説明する。なお、以下に説明する駆動形態は単なる例示であって、本発明はかかる駆動形態に限定されるものでないのはもちろんである。
(1)停車時(エアコン駆動)
図2(a)に示すように、このハイブリッド駆動装置を搭載した自動車が、エアコン7を駆動した状態で停車している場合は、無用な燃料の消費を避けるためにエンジン1は停止され、エンジン締結クラッチ11がオフされる。そして、エアコン7は、バッテリ33から電力が供給されるモータ2によって駆動される。なお、発進クラッチ29はオフされ、モータ2の出力トルクは、駆動車軸5には伝達されない。このように、エアコン7を駆動するだけのためにエンジン1を運転する必要はないので、燃費性能が高められる。
【0024】
(停車充電時)
図2(b)に示すように、エンジン1が運転され、エンジン締結クラッチ11はオンされる。このとき、モータ2はエンジン1によって駆動され、発電機(ジェネレータ)として機能する。そして、モータ2によって生成された電力でもってバッテリ33が充電される。この場合、エアコン7はエンジン1によって駆動される。なお、発進クラッチ29はオフされ、エンジン1の出力トルクは、駆動車軸5には伝達されない。
【0025】
(モータ走行時)
図2(c)に示すように、エンジン1が停止され、エンジン締結クラッチ11はオフされる。他方、発進クラッチ29はオンされ、駆動車軸5は、バッテリ33から電力が供給されるモータ2により、ハーフトロイダルCVT3を介して駆動される。なお、この場合、エアコン7もモータ2によって駆動される。
【0026】
(エンジン走行時)
図2(d)に示すように、エンジン1が運転され、エンジン締結クラッチ11はオンされる。また、発進クラッチ29もオンされる。かくして、駆動車軸5は、エンジン1により、ハーフトロイダルCVT3を介して駆動される。なお、この場合、エアコン7もエンジン1によって駆動される。
【0027】
(エネルギ回生時)
図2(e)に示すように、エネルギ回生時、例えば急減速時等においては、燃料の無用な消費を避けるためにエンジン1が停止され、エンジン締結クラッチ11はオフされる。他方、発進クラッチ29はオンされる。このため、モータ2が、駆動車軸5によりハーフトロイダルCVT3を介して逆駆動される。つまり、駆動車軸5の動力(エネルギ)がモータ2に回生される。かくして、モータ2は発電機として機能し、モータ2によって生成された電力でもってバッテリ33が充電される。なお、エアコン7は、駆動車輪5によって駆動される。
【0028】
以下、ハイブリッド駆動装置を構成する各機器ないしは部材の配置形態を説明する。
このハイブリッド駆動装置においては、エンジン1とスタータ6とは左側に配置され、モータ2とハーフトロイダルCVT3とエアコン7とは、各動力伝達機構をはさんで、エンジン1及びスタータ6の右側に配置されている。ここで、前後方向(X1−X2方向)、すなわちエンジン出力軸8の軸線と直交する方向にみて、変速機入力軸21は、エンジン出力軸8に対して後側(X2側)にオフセットして配置されている。他方、モータ2の出力軸は、エンジン出力軸8に対して前側(X1側)にオフセットして配置されている。かくして、モータ2とハーフトロイダル3とは、前後方向に並んで配置されている。
【0029】
このハイブリッド駆動装置においては、上記構成ないしは配置により、その全長(Y1−Y2方向の寸法)が非常に短くなっている。なお、ハーフトロイダルCVT3は、普通の変速機あるいはベルト式CVT等に比べて、その入力軸軸線方向(Y1−Y2方向)の寸法(すなわち、その全長)が小さくので、ハイブリッド駆動装置の全長がより有効に低減されている。また、ハイブリッド駆動装置の幅(X1−X2方向の寸法)も比較的短くなっている。このため、該ハイブリッド駆動装置は非常にコンパクトな構成となっている。したがって、小型の自動車に搭載する場合でもそのレイアウトないしはパッケージが極めて容易である。
【0030】
図3に、このハイブリッド駆動装置を小型の自動車に搭載した場合のレイアウトないしはパッケージの一例を示す。図3に示すように、ハイブリッド駆動装置は、ボンネット34の下方に形成されたエンジンルーム35内において、ラジエータ36の後方に配置されている。なお、エンジンルーム35内には、これらの機器ないしは部品のほか、エアクリーナ37、インバータ38等の種々の機器ないしは部品が配置されている。なお、駆動車軸5は駆動輪40(前輪)に連結されている。
【0031】
図3から明らかなとおり、ハイブリッド駆動装置がコンパクトな構成となっているので、該ハイブリッド駆動装置とエンジンルーム35内の各機器ないしは部品との干渉が起こりにくく、ハイブリッド駆動装置のレイアウトないしはパッケージの自由度が大幅に高められる。例えば、ハーフトロイダルCVT3をエンジン1に対して後方にオフセットさせない場合は、モータは2’で示す位置に配置せざるをえないので、モータ2’とラジエータ36とが互いに干渉しあうおそれがある。また、ラジエータ36とハイブリッド駆動装置との間にはクラッシュゾーンとして空間部を確保する必要があるので、モータ2’がこのように前側に配置されることは、この観点からも好ましくない。これに対して、本発明にかかるハイブリッド駆動装置では、ハーフトロイダルCVT3が前記のようにオフセットして配置されているので、ラジエータ36とモータ2との間に十分な空間部(クラッシュゾーン)を確保することができる。
【0032】
また、例えば変速機としてベルト式CVTを用いる場合は、大径のプーリが2つ存在するので、該ベルト式CVTは3’で示す位置まで張り出すことになり、エンジンルーム35内の他の機器ないしは部品との干渉が生じやすくなる。したがって、ベルト式CVTのレイアウトないしはパッケージにかなり苦労することになる。
【0033】
さらに、このハイブリッド駆動装置においては、左右方向(Y1−Y2方向)にみて、スラストベアリング25と、エンジン締結クラッチ11と、発進クラッチ29とが、ほぼ略同一位置に配置されている。すなわち、これらは前後方向(X1−X2方向)にほぼ一列に並んで配置されている。このため、それぞれ前後方向の寸法が比較的大きいエンジン締結クラッチ11と、発進クラッチ29と、ハーフトロイダルCVT3の本体部(両ディスク22、23)とが前後方向に並ばない。したがって、該ハーフトロイダル駆動装置は、その前後方向の寸法がより有効に低減され、よりコンパクトなものとなる。
【0034】
また、このハイブリッド駆動装置においては、エンジン側ギヤ対(第2エンジン締結クラッチギヤ19及びCVT入力ギヤ20)と駆動車軸側ギヤ対(第2発進クラッチギヤ30及び差動装置入力ギヤ31)とが前後方向(X1−X2方向)に一列に並んで配置されている。エンジン側ギヤ対と駆動車軸ギヤ対とには、それぞれ、前後方向にみて互いに反対向きの反力が生じるが、両ギヤ対が前後方向に一列に並んで配置されているので、該ハイブリッド駆動装置には該反力に起因するモーメントが生じない。このため、該ハイブリッド駆動装置のケース(図示せず)にかかる荷重が軽減され、該ケースにひずみが生じない。このため、ケースが簡素なものですみ、該ハイブリッド駆動装置がよりコンパクトなものとなる。
【0035】
なお、このハイブリッド駆動装置で用いられているハーフトロイダルCVT3は、コンパクトであるほか、比較的安価であるので、該ハイブリッド駆動装置の製作コストが低減される。
【0036】
以下、図4〜図7を参照しつつ、本発明にかかるハイブリッド駆動装置のいくつかの変形例を説明する。なお、図4〜図7において、図1〜図3に示すハイブリッド駆動装置の場合と共通の各構成要素には、図1〜図3の場合と同一の参照番号が付されている。
例えば、図4に示すように、エンジン1とダンパ9との間において、エンジン出力軸8に、バッテリを充電するためのジェネレータ41を連結してもよい。この場合、バッテリをジェネレータ41のみで充電するようにしてもよいが、ジェネレータ41及びモータ2の両方を用いて充電するようにしてもよい。
【0037】
また、図5に示すように、後輪に対してもモータ42を設け、このモータ42で差動装置43を介して後輪車軸44を駆動するようにしてもよい。なお、モータ42から差動装置43へは、第1ギヤ45と第2ギヤ46とを介してトルクが伝達される。かくして、該ハイブリッド駆動装置を搭載している自動車は4輪駆動車となる。この場合、エンジン1と後輪車軸44とを連結する機械的な動力伝達機構を設ける必要がないので、極めて簡素な構造で4輪駆動車を構築することができる。
【0038】
さらに、図6に示すように、ジェネレータ41を、該ジェネレータ41の駆動軸に同軸に取り付けられた第1プーリ48と、ベルト49と、エンジン出力軸8に同軸に取り付けられた第2プーリ50とを介して、エンジン出力軸8で駆動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるハイブリッド駆動装置の構造を示すスケルトン図である。
【図2】 (a)〜(e)は、それぞれ、図1に示すハイブリッド駆動装置の、停車時、停車充電時、モータ走行時、エンジン走行時及びエネルギ回生時における作動形態を示す図である。
【図3】 図1に示すハイブリッド駆動装置を搭載した自動車の前部の側面断面説明図である。
【図4】 本発明にかかるハイブリッド駆動装置の第1変形例の構造を示すスケルトン図である。
【図5】 本発明にかかるハイブリッド駆動装置の第2変形例の構造を示すスケルトン図である。
【図6】 本発明にかかるハイブリッド駆動装置の第3変形例の構造を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
1…エンジン、2…モータ、3…ハーフトロイダルCVT、4…差動装置、5駆動車軸、6…スタータ、7…エアコン、8…エンジン出力軸、9…ダンパ、10…中間軸、11…エンジン締結クラッチ、12…スタータギヤ、13…ダンパギヤ、14…モータギヤ、15…第1エンジン締結クラッチギヤ、16…エアコンクラッチ、17…エアコンギヤ、18…中間ギヤ、19…第2エンジン締結クラッチギヤ、20…CVT入力ギヤ、21…CVT入力軸、22…入力ディスク、23…出力ディスク、24…パワーローラ、25…スラストベアリング、27…CVT出力ギヤ、28…第1発進クラッチギヤ、29…発進クラッチ、30…第2発進クラッチギヤ、31…差動装置入力ギヤ、33…バッテリ、34…ボンネット、35…エンジンルーム、36ラジエータ、37…エアクリーナ、38…インバータ、40…駆動輪、41…ジェネレータ、42…モータ、43…差動装置、44…後輪車軸、45…第1ギヤ、46…第2ギヤ、48…第1プーリ、49…ベルト、50…第2プーリ。
Claims (6)
- それぞれ動力を生成するエンジン及びモータと、エンジン及び/又はモータから出力された動力を変速する変速機と、変速機から出力された動力によって駆動される駆動車軸と、エンジン出力軸と変速機入力軸との間での動力伝達を媒介する第1動力伝達機構と、モータ出力軸とエンジン出力軸との間での動力伝達を媒介する第2動力伝達機構と、変速機出力軸と駆動車軸との間での動力伝達を媒介する第3動力伝達機構とが設けられているハイブリッド駆動装置において、
エンジン出力軸の軸線と直交する方向にみて、変速機入力軸がエンジン出力軸に対して駆動車軸側にオフセットして配置される一方、モータ出力軸がエンジン出力軸に対して駆動車軸側とは反対側にオフセットして配置されていることを特徴とするハイブリッド駆動装置。 - 上記変速機がシングルキャビティハーフトロイダル式の無段変速機であることを特徴とする、請求項1に記載のハイブリッド駆動装置。
- 上記無段変速機のディスクを回転自在に保持するスラストベアリングと、第1動力伝達機構と第2動力伝達機構との間での動力伝達を継断するエンジン締結クラッチとが設けられていて、
駆動車軸の軸線方向にみて、スラストベアリングとエンジン締結クラッチとが略同一位置に配置されていることを特徴とする、請求項2に記載のハイブリッド駆動装置。 - 上記第3動力伝達機構に、無段変速機と駆動車軸との間での動力伝達を継断する発進クラッチが設けられていて、
駆動車軸の軸線方向にみて、発進クラッチとスラストベアリングとが略同一位置に配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のハイブリッド駆動装置。 - 上記第1動力伝達機構を構成するギヤと、発進クラッチと駆動車軸との間での動力伝達を媒介するギヤとが、駆動車軸の軸線と直交する方向に一列に並んで配置されていることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1つに記載のハイブリッド駆動装置。
- 上記モータがエアコンを直接駆動することができるようになっていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1つに記載のハイブリッド駆動装置。
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