JP5907560B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源の駆動力を油圧クラッチを介してトロイダル型無段変速機構に出力可能な車両用動力伝達装置に関する。

エンジン、第１油圧クラッチ、モータ・ジェネレータ、第２油圧クラッチ、ベルト式無段変速機構および駆動輪を直列に接続し、エンジンの駆動力および／またはモータ・ジェネレータの駆動力で走行するハイブリッド車両が、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−７６７４０号公報

ところで、ベルト式無段変速機構はドライブプーリおよびドリブンプーリの溝幅を変化させて変速比を変更するため、変速比変更の応答速度が比較的に遅いのに対し、トロイダル型無段変速機構は入力ディスクおよび出力ディスク間に挟持されたパワーローラの傾転角を変化させて変速比を変更するため、ベルト式無段変速機構に比べて変速比変更の応答速度が極めて高いという特徴がある。

そのため、車両の高速走行中にトロイダル型無段変速機構がロー戻りフェールした場合、即ち油圧制御装置の異常等によりトロイダル型無段変速機構の変速比がロー側に一気に戻ってしまう故障が発生した場合、駆動輪の回転が増速されてエンジン等の駆動源に逆伝達されてしまい、駆動源が過回転になってしまう可能性がある。

上記特許文献１に記載された車両用動力伝達装置の骨格にトロイダル型無段変速機構を適用した場合、ロー戻りフェールが発生したときにエンジンおよびモータ・ジェネレータとトロイダル型無段変速機構との間に配置した第２油圧クラッチを速やかに係合解除すれば、駆動輪から逆伝達される駆動力を遮断してエンジンおよびモータ・ジェネレータが過回転に陥るのを防止することができる。しかしながら、上述したようにトロイダル型無段変速機構は変速比変更の応答速度が極めて高いという特徴があるため、駆動源が過回転する前に第２油圧クラッチを係合解除するには大容量のオイルポンプが必要になり、そのオイルポンプを駆動するための燃料消費量や電力消費量が増加するという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の走行中にトロイダル型無段変速機構がロー戻りフェールしたときに駆動源が過回転するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、駆動源の駆動力を油圧クラッチを介してトロイダル型無段変速機構に出力可能な車両用動力伝達装置であって、前記油圧クラッチは、クラッチシリンダと、前記クラッチシリンダに摺動自在に嵌合して摩擦係合要素を係合するクラッチピストンと、前記クラッチピストンを係合方向に駆動するクラッチ油室と、前記クラッチピストンを係合解除方向に付勢するキャンセラ油室とを備え、軸方向に見たときに、前記クラッチ油室の径方向外端と、前記キャンセラ油室の径方向外端と、前記摩擦係合要素に当接する前記クラッチピストンの径方向外端とは前記摩擦係合要素に重なり、前記キャンセラ油室の外径は前記クラッチ油室の外径よりも大きいことを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記クラッチ油室
の外径は、前記クラッチピストンに設けられて前記クラッチシリンダの内周面に当接するシール部材の外径であり、前記キャンセラ油室の外径は、キャンセラピストンに設けられて前記クラッチピストンの内周面に当接するシール部材の外径であることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記キャンセラ油室の外径および前記キャンセラ油室の外径は、前記駆動源の回転数が許容回転数以上になったときに前記油圧クラッチが係合解除するように設定されることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

尚、実施の形態のエンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧは本発明の駆動源に対応し、実施の形態の第２油圧クラッチ１４は本発明の油圧クラッチに対応する。

請求項１の構成によれば、車両用動力伝達装置は、駆動源とトロイダル型無段変速機構との間に油圧クラッチを備える。油圧クラッチは、クラッチシリンダと、クラッチシリンダに摺動自在に嵌合して摩擦係合要素を係合するクラッチピストンと、クラッチピストンを係合方向に駆動するクラッチ油室と、クラッチピストンを係合解除方向に付勢するキャンセラ油室とを備え、軸方向に見たときに、クラッチ油室の径方向外端と、キャンセラ油室の径方向外端と、摩擦係合要素に当接するクラッチピストンの径方向外端とは摩擦係合要素に重なり、キャンセラ油室の外径はクラッチ油室の外径よりも大きいので、車両の走行中にトロイダル型無段変速機構がロー戻りフェールして変速比が急激に増加し、駆動源の回転数が急激に増加したとき、キャンセラ油室に作用する遠心油圧がクラッチ油室に作用する遠心油圧を上回ることで、油圧クラッチを速やかに係合解除して駆動源の過回転を防止することができる。しかも油圧クラッチを速やかに係合解除すべくオイルポンプを大型化する必要がないため、オイルポンプを駆動するための燃料消費量や電力消費量が増加する問題もない。

また請求項３の構成によれば、キャンセラ油室の外径およびクラッチ油室の外径は、駆動源の回転数が許容回転数以上になったときに油圧クラッチが係合解除するように設定されるので、走行中にトロイダル型無段変速機構がロー戻りフェールしたときに、駆動源の過回転を油圧クラッチの油圧制御なしに確実に防止することができる。

ハイブリッド車両の動力伝達装置のスケルトン図。（実施の形態） 第２油圧クラッチの縦断面図。（実施の形態） 第２油圧クラッチの縦断面図。（比較例）

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１はハイブリッド車両の動力伝達装置の骨格を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１１が第１油圧クラッチ１２を介して第１入力軸１３に接続され、第１入力軸１３が第２油圧クラッチ１４を介して第２入力軸１５に接続され、第２入力軸１５にトロイダル型無段変速機構Ｔが接続される。モータ・ジェネレータＭＧの回転軸１６に設けた第１ギヤ１７が第１入力軸１３に設けた第２ギヤ１８に噛合するとともに、モータ・ジェネレータＭＧの回転軸１６にオイルポンプ１９が直接接続される。

トロイダル型無段変速機構Ｔは、第２入力軸１５に固設された一対の入力ディスク２０，２０と、一対の入力ディスク２０，２０間の第２入力軸１５に相対回転自在に支持された一対の出力ディスク２１，２１と、入力ディスク２０，２０および出力ディスク２１，２１に当接する複数のパワーローラ２２…とを備える。パワーローラ２２…の傾転角を油圧で変化させると、パワーローラ２２…の入力ディスク２０，２０および出力ディスク２１，２１に対する接触点が径方向内外に変化することで、トロイダル型無段変速機構Ｔの変速比が無段階に変更される。

トロイダル型無段変速機構Ｔの出力ディスク２１，２１に設けた第３ギヤ２３が、出力軸２４に設けた第４ギヤ２５に噛合し、出力軸２４に設けたファイナルドライブギヤ２６がディファレンシャルギヤ２７に設けたファイナルドリブンギヤ２８に噛合する。

次に、図２に基づいて第２油圧クラッチ１４の構造を説明する。

第２油圧クラッチ１４は、第２入力軸１５に固設されたクラッチアウター３１と、第１入力軸１３に固設されて第２入力軸１５に外周に相対回転自在に嵌合するクラッチインナー３２と、クラッチアウター３１およびクラッチインナー３２に軸方向摺動自在に嵌合する複数の摩擦係合要素３３…と、クラッチアウター３１の内部に形成されたクラッチシリンダ３４と、クラッチシリンダ３４に軸方向摺動自在に嵌合するクラッチピストン３５と、クラッチアウター３１に固定されてクラッチピストン３５が軸方向摺動自在に嵌合するキャンセラピストン３６と、クラッチピストン３５およびキャンセラピストン３６間に縮設されたクラッチスプリング３７とを備える。

クラッチアウター３１とクラッチピストン３５との間には、クラッチピストン３５に設けたシール部材３８によりシールされたクラッチ油室３９が区画され、このクラッチ油室３９は第２入力軸１５の内部に形成した油路４０に連通する。またクラッチピストン３５とキャンセラピストン３６との間には、キャンセラピストン３６に設けたシール部材４１によりシールされたキャンセラ油室４２が区画され、このキャンセラ油室４２は第２入力軸１５の内部に形成した油路４３に連通する。キャンセラ油室４２の外径Ｄ１はクラッチ油室３９の外径Ｄ２よりも大きく設定されている。

油路４０からクラッチ油室３９に高圧の作動油を供給すると、クラッチピストン３５がクラッチスプリング３７を圧縮しながら図中左動して摩擦係合要素３３…を相互に密着させることで、クラッチアウター３１およびクラッチインナー３２が摩擦係合要素３３…を介して結合されて第２油圧クラッチ１４が係合する。クラッチ油室３９の油圧を抜くと、クラッチスプリング３７の弾発力でクラッチピストン３５が図中右動することで、摩擦係合要素３３…が相互に離間して第２油圧クラッチ１４が係合解除する。キャンセラ油室４２の内部は油路４３から供給された低圧の作動油で満たされており、キャンセラ油室４２の作動油に作用する遠心油圧と、クラッチ油室３９の作動油に作用する遠心油圧とが相殺することで、クラッチピストン３５に遠心油圧によるスラスト力が作用するのが防止される。

オイルポンプ１９が吐出するオイルは、作動油としてトロイダル型無段変速機構Ｔ、第１油圧クラッチ１２、第２油圧クラッチ１４等に供給されるとともに、潤滑油として各被潤滑部に供給される。

図３は第２油圧クラッチ１４の比較例を示すものであり、図２に示す本実施の形態の第２油圧クラッチ１４の構成要素に対応する構成要素には、図２の符号と同じ符号が付してある。

比較例の第２油圧クラッチ１４は、キャンセラ油室４２の外径Ｄ１がクラッチ油室３９の外径Ｄ２よりも小さくなっている点で、本実施の形態の第２油圧クラッチ１４と異なっており、その他の構成は本実施の形態の第２油圧クラッチ１４と同じである。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、本実施の形態のハイブリッド車両の動力伝達装置の作用を説明すると、第１油圧クラッチ１２および第２油圧クラッチ１４を係合した状態では、エンジンＥの駆動力がクランクシャフト１１→第１油圧クラッチ１２→第１入力軸１３→第２油圧クラッチ１４→第２入力軸１５、トロイダル型無段変速機構Ｔ→出力軸２４→ディファレンシャルギヤ２７の経路で駆動輪に伝達され、車両を前進走行させることができる。このとき、モータ・ジェネレータＭＧをモータとして作動させれば、エンジンＥの駆動力をモータ・ジェネレータＭＧの駆動力でアシストすることができ、またモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして作動させれば、モータ・ジェネレータＭＧが発電した電力でバッテリを充電することができる。

また第１油圧クラッチ１２を係合解除して第２油圧クラッチ１４を係合した状態では、モータ・ジェネレータＭＧの駆動力が回転軸１６→第１入力軸１３→第２油圧クラッチ１４→第２入力軸１５、トロイダル型無段変速機構Ｔ→出力軸２４→ディファレンシャルギヤ２７の経路で駆動輪に伝達され、モータ・ジェネレータＭＧの回転方向に応じて車両を前進走行あるいは後進走行させることができる。また車両の減速時にモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして回生制動すれば、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収してバッテリを充電することができる。

また車両の停止時に第１油圧クラッチ１２を係合して第２油圧クラッチ１４を係合解除すれば、エンジンＥの駆動力でモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして作動させてバッテリを充電することができ、逆にモータ・ジェネレータＭＧをスタータモータとして作動させればエンジンＥを始動することができる。

エンジンＥの駆動力による走行中はオイルポンプ１９が必ず作動するため、必要な油圧を発生させることができる。車両の停止中やモータ・ジェネレータＭＧの駆動力による走行中は、モータ・ジェネレータＭＧでオイルポンプ１９を駆動して必要な油圧を発生させることができる。

次に、ロー戻りフェールが発生した場合の作用を説明する。車両の高速走行中に油圧制御装置の異常等の原因でロー戻りフェールが発生し、トロイダル型無段変速機構Ｔの変速比が急激に高くなると、駆動輪の回転がトロイダル型無段変速機構Ｔにより増速されて第２入力軸１５に伝達される。このとき、第２油圧クラッチ１４が係合していればモータ・ジェネレータＭＧが過剰な回転数で駆動され、また更に第１油圧クラッチ１２が係合していればエンジンＥが過剰な回転数で駆動されるため、エンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧの回転数が許容回転数（例えば、１０，０００ｒｐｍ）を超える虞がある。

ロー戻りフェールが発生したとき、第２油圧クラッチ１４を速やかに係合解除すればエンジンＥやモータ・ジェネレータＭＧが過回転に陥ることはないが、トロイダル型無段変速機構Ｔがロー戻りフェールすると、ベルト式無段変速機構に比べて応答速度が極めて高いために極短時間で変速比がローに戻ってしまい、それに間に合うように第２油圧クラッチ１４を係合解除するためには、極めて大容量のオイルポンプ１９が必要になり、そのオイルポンプ１９を普段から駆動するために燃料消費量や電力消費量が増加してしまう問題がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、ロー戻りフェールが発生して第２入力軸１５の回転数が増加すると、第２入力軸１５に固設した第２油圧クラッチ１４のクラッチアウター３１と共にクラッチ油室３９およびキャンセラ油室４２が高速で回転するため、クラッチ油室３９およびキャンセラ油室４２に大きな遠心油圧が発生する。このとき、キャンセラ油室４２の外径Ｄ１はクラッチ油室３９の外径Ｄ２よりも大きく設定されているため、キャンセラ油室４２に発生する遠心油圧はクラッチ油室３９に発生する遠心油圧よりも大きくなり、その差圧でクラッチピストン３５が図２において右動して第２油圧クラッチ１４が自動的に係合解除し、エンジンＥやモータ・ジェネレータＭＧが過回転に陥るのを未然に防止することができる。

このとき、図３に示す比較例の第２油圧クラッチ１４の如く、キャンセラ油室４２の外径Ｄ１がクラッチ油室３９の外径Ｄ２よりも小さく設定されていると、第２入力軸１５の回転数が増加したときにクラッチ油室３９の遠心油圧がキャンセラ油室４２の遠心油圧を上回ってしまい、その差圧で第２油圧クラッチ１４が係合して本実施の形態の作用効果は達成されない。

キャンセラ油室４２の外径Ｄ１およびクラッチ油室３９の外径Ｄ２は、エンジンＥあるいはモータ・ジェネレータＭＧの回転数が許容回転数に達したときに、クラッチ油室３９から油圧を抜く制御が未だ開始されていなくても、遠心油圧の差圧により第２油圧クラッチ１４が確実に係合解除するように設定されている。

以上のように、本実施の形態によれば、エンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧとトロイダル型無段変速機構Ｔとの間に配置された第２油圧クラッチ１４は、キャンセラ油室４２の外径Ｄ１がクラッチ油室３９の外径Ｄ２よりも大きいので、走行中にトロイダル型無段変速機構Ｔがロー戻りフェールして変速比が急激に増加し、エンジンＥおよび／またはモータ・ジェネレータＭＧの回転数が急激に増加したとき、キャンセラ油室４２に作用する遠心油圧がクラッチ油室３９に作用する遠心油圧を上回ることで、第２油圧クラッチ１４を速やかに係合解除してエンジンＥおよび／またはモータ・ジェネレータＭＧの過回転を防止することができる。しかも第２油圧クラッチ１４を速やかに係合解除すべくオイルポンプ１９を大型化する必要がないため、エンジンＥの燃料消費量やモータ・ジェネレータＭＧの電力消費量が増加する問題もない。

しかもキャンセラ油室４２の外径Ｄ１およびクラッチ油室３９の外径Ｄ２は、エンジンＥおよび／またはモータ・ジェネレータＭＧの回転数が許容回転数以上になったときに第２油圧クラッチ１４が係合解除するように設定されるので、走行中にトロイダル型無段変速機構Ｔがロー戻りフェールしたときに、エンジンＥおよび／またはモータ・ジェネレータＭＧの過回転を、第２油圧クラッチ１４の油圧制御なしに確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明はハイブリッド車両に限定されず、エンジンだけを駆動源とする車両やモータ・ジェネレータだけを駆動源とする車両に対しても適用可能である。

また動力伝達装置の骨格におけるエンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧの配置は実施の形態に限定されず、エンジンＥおよび／またはモータ・ジェネレータＭＧとトロイダル型無段変速機構Ｔとの間に油圧クラッチを備えるものであれば良い。

Ｄ１ キャンセラ油室の外径
Ｄ２ クラッチ油室の外径
Ｅ エンジン（駆動源）
ＭＧ モータ・ジェネレータ（駆動源）
Ｔ トロイダル型無段変速機構
１４ 第２油圧クラッチ（油圧クラッチ）
３３ 摩擦係合要素
３４ クラッチシリンダ
３５ クラッチピストン
３６ キャンセラピストン
３８ シール部材
４１ シール部材
３９ クラッチ油室
４２ キャンセラ油室

Claims (3)

1. 駆動源（Ｅ，ＭＧ）の駆動力を油圧クラッチ（１４）を介してトロイダル型無段変速機構（Ｔ）に出力可能な車両用動力伝達装置であって、
   前記油圧クラッチ（１４）は、クラッチシリンダ（３４）と、前記クラッチシリンダ（３４）に摺動自在に嵌合して摩擦係合要素（３３）を係合するクラッチピストン（３５）と、前記クラッチピストン（３５）を係合方向に駆動するクラッチ油室（３９）と、前記クラッチピストン（３５）を係合解除方向に付勢するキャンセラ油室（４２）とを備え、軸方向に見たときに、前記クラッチ油室（３９）の径方向外端と、前記キャンセラ油室（４２）の径方向外端と、前記摩擦係合要素（３３）に当接する前記クラッチピストン（３５）の径方向外端とは前記摩擦係合要素（３３）に重なり、前記キャンセラ油室（４２）の外径（Ｄ１）は前記クラッチ油室（３９）の外径（Ｄ２）よりも大きいことを特徴とする車両用動力伝達装置。
2. 前記クラッチ油室（３９）の外径（Ｄ２）は、前記クラッチピストン（３５）に設けられて前記クラッチシリンダ（３４）の内周面に当接するシール部材（３８）の外径であり、前記キャンセラ油室（４２）の外径（Ｄ１）は、キャンセラピストン（３６）に設けられて前記クラッチピストン（３５）の内周面に当接するシール部材（４１）の外径であることを特徴とする、請求項１に記載の車両用動力伝達装置。
3. 前記キャンセラ油室（４２）の外径（Ｄ１）および前記クラッチ油室（３９）の外径（Ｄ２）は、前記駆動源（Ｅ，ＭＧ）の回転数が許容回転数以上になったときに前記油圧クラッチ（１４）が係合解除するように設定されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用動力伝達装置。
   

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