JP6116392B2 - 走行車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン及びモータジェネレータの駆動力を変速機構に伝達するパラレル式ハイブリッドの走行車両の駆動装置に関する。

従来において、トラクタ、バックホー、多目的作業車、乗用自動車等の走行可能な車両に搭載されている駆動装置は、特許文献１に開示されているように、エンジンの推進軸（クランク軸）を遠心クラッチの入力部材に連結し、遠心クラッチの出力部材をベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）のドライブ軸に走行駆動力伝達可能に連結している。
そして、このようなベルト式無段変速機構を搭載した駆動装置をモータジェネレータでも駆動できるようにしたハイブリッドシステムとして、特許文献２に開示されているものがある。

特許文献２の技術は、エンジンの推進軸（クランク軸）をダンパを介して多板式のクラッチの入力部材に連結し、クラッチの出力部材をベルト式無段変速機構のドライブ軸に連結しており、前記クラッチのクラッチハウジングの外周側にロータを一体回転可能に取り付けた電動機（モータジェネレータ）を有し、エンジンで駆動する通常モードと、エンジン及び電動機で駆動するアシストモードと、電動機で駆動するＥＶモードと、電動機を回生制動する回生モードとを備えている（第２実施形態）。

また、エンジンと、無伝達状態を設定可能な変速機との間に２種のクラッチを設けた走行車両の駆動装置として、特許文献３に開示されているものがある。
この特許文献３の技術は、エンジンと、無伝達状態を設定可能な変速機と、該エンジンと変速機との間に設けられてモータ（モータジェネレータ）を含む駆動ユニットとを備え、上記エンジン及びモータの少なくとも一方の動力が変速機を介して変速機の出力部材を経由して車輪に伝達される走行車両の駆動装置であって、上記駆動ユニットは、上記エンジンに連絡される入力軸と、上記変速機に連絡される出力軸と、上記入力軸と出力軸とを係脱自在に連結すると共に、上記モータと連結されたコーストクラッチと、上記コーストクラッチと並列に設けられ、上記入力軸の回転は該出力軸に伝達する一方、該出力軸の回転は入力軸には伝達しないワンウェイクラッチと、上記出力軸に駆動されて上記コーストクラッチの係脱を制御する油圧を発生する油圧ポンプとを備え、上記コーストクラッチは、上記油圧ポンプの油圧不発生時に締結状態とされている（特許請求の範囲）。

そして、この特許文献３の技術においては、エンジンのみ、モータのみ、又はエンジン及びモータによる車両走行が可能となり、モータのみの始動及び走行、モータによるエンジンの始動及びモータによる走行中のエンジンの始動、エンジン駆動時の充電及び減速時の充電、さらに減速時のエンジンブレーキ作動等が可能になっている。

特開２０１１−１３２９３７号公報 特開２０１０-２６１５４４号公報 特開２００８-１２６７０２号公報

前記特許文献２の技術においては、エンジン動力を行うクラッチに多板式クラッチを使用しかつクラッチの外周側に電動機を設けているので、クラッチ及び電動機が大型になり、電動機でエンジンをクランキングしたり、電動機を停止中又は回生モード状態からエンジンブレーキを効かすことは可能になっていない。
前記特許文献３の技術においては、油圧コーストクラッチの径外側にモータを設けているので、モータが大型になるとともに、油圧コーストクラッチに精度の高い制御が必要になり、コスト高を招いている。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした走行車両の駆動装置
を提供することを目的とする。
本発明は、エンジン及びモータジェネレータを備えかつ遠心クラッチを装備しながらも、エンジンのクランキング、エンジンブレーキの作動を可能にできるようにした走行車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
第１に、エンジンＥの推進軸３を遠心クラッチ４の入力部材４Ａに連結し、遠心クラッチ４の出力部材４Ｂを変速機構５のドライブ軸６に走行駆動力伝達可能に連結した走行車両の駆動装置であって、前記変速機構５のドライブ部材７と遠心クラッチ４の出力部材４Ｂとの間のドライブ軸６上にモータジェネレータ８のロータ９を連結し、エンジンＥの推進軸３と変速機構５のドライブ軸６との間に前記遠心クラッチ４が切り状態のときに動力伝達を可能にする電磁クラッチ１２を設け、前記遠心クラッチ４の入力部材４Ａは、推進軸３に嵌合する嵌合部分と、推進軸３の回転により出力部材４Ｂに当接するクラッチ板２１とを有し、入力部材４Ａのクラッチ板２１と電磁クラッチ１２とを推進軸３の延設方向に並べて配置し、入力部材４Ａの前記嵌合部分と出力部材４Ｂとの間に電磁クラッチ１２を設け、出力部材４Ｂを変速機構５のドライブ軸６と連結したことを特徴とする。

第２に、前記モータジェネレータ８と前記電磁クラッチ１２とを、前記推進軸３の延設方向にずらして配置し、前記遠心クラッチ４のクラッチケーシング４ａと前記モータジェネレータ８のモータケース８ａとを前記推進軸３の延設方向に並べて連結していることを特徴とする。
第３に、前記電磁クラッチ１２は、エンジンＥの始動時、車両制動時、車両減速時又はバッテリ満充電時にオンして、変速機構５のドライブ軸６から推進軸３へ動力を伝達可能であることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン及びモータジェネレータを備えかつ遠心クラッチを装備しながらも、エンジンのクランキング、エンジンブレーキの作動を可能にできる。
即ち、本発明は、変速機構５のドライブ部材７と遠心クラッチ４の出力部材４Ｂとの間のドライブ軸６上にモータジェネレータ８のロータ９を連結し、コンパクトな配置構造でハイブリッド機能を発揮できる上に、エンジンＥの推進軸３と変速機構５のドライブ軸６との間に前記遠心クラッチ４が切り状態のときに動力伝達を可能にする電磁クラッチ１２を設けているので、エンジンＥのクランキング、エンジンブレーキの作動を可能にできる。

また、遠心クラッチ４の入力部材４Ａを推進軸３に嵌合し、出力部材４Ｂを変速機構５のドライブ軸６と一体に連結し、入力部材４Ａと出力部材４Ｂとの間に前記電磁クラッチ１２を設けているので、電磁クラッチ１２をコンパクトで効率のよい配置構造にすることができる。
また、電磁クラッチ１２は、エンジンＥの始動時、車両制動時、車両減速時又はバッテリ満充電時にオンして、変速機構５のドライブ軸６から推進軸３へ動力を伝達可能にしているので、電磁クラッチ１２をオンして、モータジェネレータ８でエンジンＥを始動でき、モータジェネレータ８で発電しながら又はモータジェネレータ８の作動を停止しながら、エンジンＥにブレーキ作用をさせることができる。

本発明の実施の形態を示す全体説明図である。 駆動装置の作動状態表である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、４輪駆動型作業車の荷台の下部に搭載される原動部として適用可能な走行車両の駆動装置１を例示している。
この走行車両の駆動装置１は、エンジンＥ及びモータジェネレータ８の動力を変速機構５を介してトランスミッションＴへ伝達する動力伝達装置になっている。変速機構５はベルト式の無段変速機構（ＣＶＴ）である。

エンジンＥの推進軸（クランク軸）３を突出している側面にオイルポンプ２０のボディ２０ａと遠心クラッチ４のクラッチケーシング４ａとを連結し、このクラッチケーシング４ａにモータジェネレータ８のモータケース８ａを固定し、このモータケース８ａに変速
機構５の変速ケース１９の入力側を固定している。
エンジンＥは例えば、ＯＨＣ形式の単気筒空冷エンジンであり、推進軸３にギヤ１６が設けられ、オイルポンプ２０の入力ギヤ１７と噛合しており、推進軸３はオイルポンプ２０内を貫通している。エンジンＥのクランク軸にはダンパを連結してもよく、その場合はダンパの出力軸が推進軸３となる。

推進軸３は遠心クラッチ４のクラッチケーシング４ａ内まで延設され、遠心クラッチ４の入力部材４Ａが嵌合し、出力部材４Ｂを回転自在に支持している。
遠心クラッチ４は推進軸３の回転動力を一方向には自動に伝達するが、逆方向からのトルクは伝達しない動力一方向自動伝達式の湿式クラッチであり、推進軸３が一定回転数以上になったときにクラッチ入りとなり、推進軸３の回転数に応じて高まる遠心力に基づいて推進軸３の回転駆動力を下流側に伝達する。

遠心クラッチ４はクラッチケーシング４ａで包囲されたクラッチ室内に入力部材４Ａと出力部材４Ｂとが配置され、入力部材４Ａは推進軸３に嵌合固定されていて複数枚のクラッチ板２１を揺動自在に有しており、出力部材４Ｂはクラッチ板２１を覆うカップ形状であって、推進軸３の端部に軸受２２を介して相対回転自在に支持され、同時にクラッチケーシング４ａに軸受２３を介して回転自在に支持されている。

前記遠心クラッチ４は推進軸３で入力部材４Ａを駆動し、入力部材４Ａの回転によりクラッチ板２１が遠心力によって揺動して出力部材４Ｂに当接し、その摩擦で出力部材４Ｂが回転することにより動力が伝達される。
前記遠心クラッチ４の入力部材４Ａの軸嵌合部分とこれを覆う出力部材４Ｂとの間には、伝達動力断接用の電磁クラッチ１２が設けられている。この電磁クラッチ１２は、遠心クラッチ４が切り状態で、エンジンＥの始動時、車両制動時又は車両減速時にオンして、変速機構５のドライブ軸６から推進軸３へ動力を伝達可能にしている。

前記遠心クラッチ４の出力部材４Ｂは、変速機構５のドライブ軸６と一体に連結（又は一体成形）されている。このドライブ軸６は遠心クラッチ４側の端部にロータ軸部６Ａを有し、このロータ軸部６Ａが出力部材４Ｂと接続されており、出力部材４Ｂ、ロータ軸部６Ａ及びドライブ軸６は軸心が推進軸３の軸心と同芯である。
前記ロータ軸部６Ａは、出力部材４Ｂ及び／又はドライブ軸６と別個に形成してスプライン等で嵌合連結することも可能であるが、鍛造等で一体成形する方が、強度もコストも有利になる。

モータジェネレータ８は遠心クラッチ４と変速機構５との間に配置されていて両者を連結しており、ロータ９がドライブ軸６のロータ軸部６Ａに嵌合固定され、ステータ１０がモータケース８ａの内周に焼きバメにて固定されている。
このモータジェネレータ８はロータ９に永久磁石を固定した同期モータ（ＰＴＳＴ）、例えば、永久磁石埋込式集中巻同期モータ（ＩＰＴモータ）が用いられており、バッテリＢからコイルを集中巻したステータ１０への通電によって、永久磁石を埋め込んだロータ９が駆動されてモータとして機能する。

モータジェネレータ８のモータ作動は、ロータ軸部６Ａの回転によりドライブ軸６を駆動するので変速機構５に伝達され、出力部材４Ｂを駆動するので、電磁クラッチ１２をオンにすればエンジンＥを始動（クランキング）できる。
モータジェネレータ８は、エンジンＥの回転時にロータ９が正駆動（トルク伝達正方向）されることにより、又は、制動時等に変速機構５からの逆駆動（トルク伝達逆方向）によってロータ９が駆動され、ステータ１０から電力を取り出すジェネレータとして機能し、電力、回生エネルギを取り出し、バッテリＢを充電する。

ベルト式変速機構５は、互いに平行なドライブ軸６及びドリブン軸３３と、ドライブ軸６上のドライブ部材７としてのドライブプーリ及びドリブン軸３３上のドリブンプーリ３４と、両プーリ７、３４間に巻き掛けられた無端ベルト３５と、これらを包囲する変速ケース１９とを有する。
ドライブ軸６はロータ軸部６Ａと反対側の端部に端軸３６が嵌合固定され、この端軸３６がモータケース８ａ及び変速ケース１９に固定された支持部材３７に軸受３８を介して
支持されている。

ドライブ軸６上のドライブプーリ７は、端軸３６側が軸方向摺動可能であり、モータジェネレータ８側は軸方向不動になっている。
ドリブン軸３３はトランスミッションＴの入力軸と一体成形又は別個に形成して連結しており、ドリブン軸３３上のドリブンプーリ３４は軸先端側が軸方向摺動可能であり、トランスミッションＴ側は軸方向不動になっている。

前記エンジンＥ、モータジェネレータ８及びバッテリＢは制御手段（車両ＥＣＵ）１１に接続されており、制御手段１１にはブレーキペダルの踏み込み量、アクセルペダルの踏み込み量等の走行車両運転状況の情報も入力される。
走行車両の走行車両運転状況に応じて、制御手段１１がエンジンＥの始動・停止、アイドリング及び回転数、モータジェネレータ８のモータモードの始動・停止及び回転数、モータジェネレータ８のジェネレータモードの始動・停止及び回転数（回生動作、回生信号）、バッテリＢの充電状態（ＳＯＣ）等を検出し、電磁クラッチ１２を自動でオン・オフ作動させてエンジンブレーキと回生ブレーキとの切換を行う。

次に、走行車両の駆動装置１に搭載して運転を行うときの、制御手段１１による駆動装置作動状態を図２に基づいて説明する。
走行車両をモータ始動及びモータ走行する場合、停車状態からモータジェネレータ８のモータ作動のみで始動（始動ＥＶ）し、走行（走行ＥＶ）を行う。このとき、エンジンＥは停止したままであり、遠心クラッチ４は切り状態であり、モータジェネレータ８から変速機構５（ＣＶＴ）へトルク伝達は正方向に行なわれる。

エンジン走行の場合、停車状態から電磁クラッチ１２をオン状態にしてモータジェネレータ８のモータ作動でエンジンＥを始動（クランキング）する。モータジェネレータ８はセルモータの役目をし、エンジンＥはクランキング動力を発生することなく始動される。
そのエンジンＥの始動後は、電磁クラッチ１２をオフにしエンジンＥの回転を高めて、略２０００回転になると遠心クラッチ４が入り始め、回転が上昇するにつれてクラッチ滑りが減少し、略３０００回転になるまで急激にトルクが上昇し、略３０００回転で遠心クラッチ４が結合して変速機構５へエンジンパワーを供給する。

このモータジェネレータ８をモータ作動させながらエンジンパワーを発生する状態がハイブリッド作動状態（ＨＥＶ）となり、モータパワーとエンジンパワーの両方で強力な駆動力を発生する。
前記エンジンＥの始動後に又は走行中に、モータジェネレータ８のモータ作動を停止すると、エンジンパワーのみで走行（走行Ｅ）することになる。また、逆に、エンジンＥの高速回転中にモータジェネレータ８をジェネレータ作動に切り換えると、発電によりバッテリＢへの充電を行うことができる。

走行車両を走行中にブレーキペダルの踏み込み又はアクセルペダルの踏み込み解除等で減速する場合、エンジンＥの回転数は低下し、モータジェネレータ８はモータ作動が停止してジェネレータ作動状態となり、モータジェネレータ８の発電作動（回生）によって回転抵抗が与えられる。このときエンジンＥは回転を停止（回生２）してもアイドリング状態（回生１）にしてもよく、トルク伝達は変速機構５からモータジェネレータ８へ向かう逆方向となる。

走行車両を走行中に下り坂等で急制動（大減速）する場合、モータジェネレータ８はジェネレータ作動状態となり、エンジンＥの回転を停止して回生ブレーキ状態（減速の回生２と略同じ）にする、あるいは電磁クラッチ１２をオン状態にして変速機構５からのトルクを推進軸３へ伝達し、エンジンＥにエンジンブレーキ作動（Ｅブレーキ）をさせる。このとき、モータジェネレータ８による電力回生を大きくしつつ、エンジンブレーキ作動を利用してブレーキ力を強力にできる。

走行車両を走行中にモータジェネレータ８のジェネレータ作動によりバッテリＢの充電状態（ＳＯＣ）が高い状態（Ｂ満充電）になっているとき、電力回生を有効利用し難いので、モータジェネレータ８のモータ作動（走行ＥＶ）のみの運転をする、又はモータジェネレータ８のモータ作動とエンジンＥの駆動とでハイブリッド作動状態（ＨＥＶ）で運転
し、エンジンＥの燃料消費を抑制する。

このバッテリＢ満充電時に走行車両の減速又は急制動があっても、モータジェネレータ８のジェネレータ作動を停止しておいて、電磁クラッチ１２をオンにしてエンジンＥにエンジンブレーキ作動（Ｅブレーキ）をさせる。
前記駆動装置１は、エンジンＥの駆動力の伝達を従来から存在する安価な遠心クラッチ４を利用して行い、変速機構５からの走行車両の慣性エネルギの回収及びエンジンブレーキの作動は電磁クラッチ１２を利用して行うことができ、また、この電磁クラッチ１２を利用してモータジェネレータ８でエンジンＥのクランキングも行うことができる。

電磁クラッチ１２は、エンジンＥから変速機構５への正方向の大トルクを常時伝達するときは作動せず、ドライブ軸６からエンジンＥへの逆方向のトルクを少頻度で伝達するときに使用するので、オン・オフ制御だけの簡単かつ安価なものが使用できる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。

例えば、ベルト式変速機構５の代わりに、遊星歯車式変速機構又はその他の変速機構でもよい。

１ 駆動装置
３ 推進軸
４ 遠心クラッチ
４Ａ 入力部材
４Ｂ 出力部材
５ ベルト式変速機構
６ ドライブ軸
６Ａ ロータ軸部
７ ドライブ部材（ドライブプーリ）
８ モータジェネレータ
９ ロータ
１０ ステータ
１１ 制御手段
１２ 電磁クラッチ
Ｂ バッテリ
Ｅ エンジン
Ｔ トランスミッション

Claims (3)

1. エンジン（Ｅ）の推進軸（３）を遠心クラッチ（４）の入力部材（４Ａ）に連結し、遠心クラッチ（４）の出力部材（４Ｂ）を変速機構（５）のドライブ軸（６）に走行駆動力伝達可能に連結した走行車両の駆動装置であって、
   前記変速機構（５）のドライブ部材（７）と遠心クラッチ（４）の出力部材（４Ｂ）との間のドライブ軸（６）上にモータジェネレータ（８）のロータ（９）を連結し、エンジン（Ｅ）の推進軸（３）と変速機構（５）のドライブ軸（６）との間に前記遠心クラッチ（４）が切り状態のときに動力伝達を可能にする電磁クラッチ（１２）を設け、
   前記遠心クラッチ（４）の入力部材（４Ａ）は、推進軸（３）に嵌合する嵌合部分と、推進軸（３）の回転により出力部材（４Ｂ）に当接するクラッチ板（２１）とを有し、
   入力部材（４Ａ）のクラッチ板（２１）と電磁クラッチ（１２）とを推進軸（３）の延設方向に並べて配置し、入力部材（４Ａ）の前記嵌合部分と出力部材（４Ｂ）との間に電磁クラッチ（１２）を設け、出力部材（４Ｂ）を変速機構（５）のドライブ軸（６）と連結したことを特徴とする走行車両の駆動装置。
2. 前記モータジェネレータ（８）と前記電磁クラッチ（１２）とを、前記推進軸（３）の延設方向にずらして配置し、前記遠心クラッチ（４）のクラッチケーシング（４ａ）と前記モータジェネレータ（８）のモータケース（８ａ）とを前記推進軸（３）の延設方向に並べて連結していることを特徴とする請求項１に記載の走行車両の駆動装置。
3. 前記電磁クラッチ（１２）は、エンジン（Ｅ）の始動時、車両制動時、車両減速時又はバッテリ満充電時にオンして、変速機構（５）のドライブ軸（６）から推進軸（３）へ動力を伝達可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の走行車両の駆動装置。

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