JPH09109705A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

ハイブリッド駆動装置

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JPH09109705A
JPH09109705A JP26986595A JP26986595A JPH09109705A JP H09109705 A JPH09109705 A JP H09109705A JP 26986595 A JP26986595 A JP 26986595A JP 26986595 A JP26986595 A JP 26986595A JP H09109705 A JPH09109705 A JP H09109705A
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hydraulic
planetary gear
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邦夫 森沢
Masanori Kubo
政徳 久保
Yutaka Taga
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータジェネレータおよびエンジンの出力を
機械的に合成して変速機に出力する合成機構を有するハ
イブリッド駆動装置において、作動油圧や潤滑のための
油路の取り廻し、および潤滑油の漏れを防止するための
シール処理などを簡単に行うことができるようにする。 【解決手段】 エンジン１０、モータジェネレータ１
４、それ等の出力を合成する遊星歯車式合成機構１８、
自動変速機１６を、その順番でハウジング２０内に同軸
上に配置し、作動油圧や潤滑が必要な合成機構１８およ
び自動変速機１６とそうでないものとを分けて纏めた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド駆動装
置に係り、特に、電動機およびエンジンの出力を機械的
に合成して変速機に出力する合成機構を有するハイブリ
ッド駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車などの車両の駆動装置として、
(a) 電気エネルギーで作動する電動機と、(b) 燃料の燃
焼によって作動するエンジンと、(c) 油圧式クラッチを
有してそれ等の電動機およびエンジンの出力を機械的に
合成して変速機に出力する合成機構とを有するハイブリ
ッド駆動装置が、排出ガス低減などを目的として提案さ
れている。米国特許ＵＳＰ５２５８６５１号に記載され
ている装置はその一例で、合成機構として遊星歯車機構
が用いられているとともに、その合成機構の外周側に電
動機が配設されている。また、それ等の合成機構および
電動機とエンジンは同軸上に配置されているが、変速機
はそれ等と別個に設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記変速機
は一般に変速のための油圧式クラッチやブレーキなどを
有するとともに潤滑を必要とする一方、合成機構はエン
ジンとの間や構成要素間などに油圧式クラッチが設けら
れるとともに同じく潤滑を必要とするため、それ等の変
速機および合成機構が別々に配置されると、作動油圧や
潤滑のための油路の取り廻しが複雑になるという問題が
あった。
【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、作動油圧や潤滑のた
めの油路の取り廻しが容易なハイブリッド駆動装置を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、前記(a) 電動機と、(b) エンジンと、
(c) 合成機構とを有するハイブリッド駆動装置におい
て、前記合成機構と変速機とを隣接して配置したことを
特徴とする。なお、エンジン、電動機、合成機構、変速
機の順で同軸上に配置することが望ましい。
【０００６】
【発明の効果】このようなハイブリッド駆動装置におい
ては、合成機構と変速機とが隣接して配置されているた
め、作動油圧や潤滑のための油路の取り廻しが簡単にな
る。特に、エンジン、電動機、合成機構、変速機の順で
同軸上に配置した場合には、潤滑や作動油圧等を必要と
する合成機構および変速機と、潤滑や作動油圧等を必要
としないエンジンおよび電動機とに分けて纏めて配置さ
れるため、油路の取り廻しは勿論、潤滑油等の漏れを防
止するためのシール処理なども簡単になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】ここで、前記合成機構としては、
例えば遊星歯車機構や傘歯車式差動機構など３つの回転
要素を有する歯車式合成機構が好適に用いられ、油圧式
クラッチすなわち油圧に基づいて係合，開放状態や連結
関係が切り換えられるクラッチで、例えば単板式，多板
式の摩擦クラッチなどが、エンジンや電動機との間、或
いは３つの回転要素のうちの２要素間などに配設され
る。遊星歯車機構を用いる場合は、例えばリングギヤが
第１油圧式クラッチを介してエンジンと連結され、サン
ギヤが電動機と連結され、キャリアが変速機の入力軸と
連結され、それ等のリングギヤ，サンギヤ，およびキャ
リアの２要素が第２油圧式クラッチを介して連結される
ように構成される。
【０００８】前記変速機としては、平行２軸式や遊星歯
車式などの有段の歯車式変速機が好適に用いられ、自動
変速のための油圧式クラッチや油圧アクチュエータ或い
は手動操作で切り換えられる噛合い式クラッチ等を備え
ているのが普通であるが、油圧アクチュエータによって
変速比が無段階で変化させられるトロイダル型などの無
段変速機を用いることも可能である。
【０００９】前記エンジンと合成機構との間には、回転
変動を防止するためにスプリングやゴムなどの弾性部材
によるダンパ装置を設けることが望ましい。エンジン、
電動機、合成機構、変速機の順で同軸上に配置する場
合、エンジンと電動機との間にダンパ装置を配設すると
ともに、電動機の出力軸（モータ軸）を中空として、そ
の中空内をダンパ装置からの入力軸が挿通させられるよ
うにすることが望ましい。
【００１０】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるＦＲ
（フロントエンジン・リヤドライブ）車両用のハイブリ
ッド駆動装置の概略構成図で、燃料の燃焼によって作動
する内燃機関などのエンジン１０と、エンジン１０の回
転変動を防止するスプリング式のダンパ装置１２と、電
気エネルギーで作動する電動機としてのモータジェネレ
ータ１４と、それ等のエンジン１０および電動機１４の
出力を機械的に合成して自動変速機１６に出力する遊星
歯車式合成機構１８とを備えており、エンジン１０，ダ
ンパ装置１２，モータジェネレータ１４，遊星歯車式合
成機構１８，自動変速機１６の順に同軸上にハウジング
２０内に配置されている。ハウジング２０は、３つの隔
壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって４つの部屋に分離さ
れており、第１室２２は大気に開放されているとともに
エンジン１０およびダンパ装置１２を収容している。第
２室２４は、軸部に設けられたオイルシールにより液密
にシールされて水や潤滑油等の侵入が防止されており、
内部にはモータジェネレータ１４が配設されている。第
３室２６内には遊星歯車式合成機構１８が配設され、第
４室２８内には自動変速機１６が配設されており、それ
等の第３室２６および第４室２８内は互いに連通させら
れているとともに、オイルシールによって外部との間が
液密にシールされ、潤滑油により潤滑されるようになっ
ている。なお、上記ダンパ装置１２、モータジェネレー
タ１４、遊星歯車式合成機構１８、自動変速機１６は中
心線まわりに略対称的に構成されており、図１では中心
線の下半分を省略してある。
【００１１】エンジン１０の出力軸すなわちクランク軸
３０は、ダンパ装置１２を介して遊星歯車式合成機構１
８への入力軸３２に連結されており、その入力軸３２
は、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる第
１油圧式クラッチ３４を介して遊星歯車式合成機構１８
のリングギヤ１８ｒに連結されている。この遊星歯車式
合成機構１８はシンプル型（シングルピニオン型）で、
サンギヤ１８ｓはモータジェネレータ１４の出力軸３６
に連結されているとともに、キャリア１８ｃは自動変速
機１６の入力軸３８に連結されている。出力軸３６は中
空で、前記入力軸３２はその中空内を挿通させられてい
る。また、上記サンギヤ１８ｓとキャリア１８ｃとの間
には、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる
第２油圧式クラッチ４０が設けられている。この第２油
圧式クラッチ４０は、隔壁２０ｂと遊星歯車式合成機構
１８との間に配置されており、その第２油圧式クラッチ
４０へ作動油圧を供給する油路は隔壁２０ｂに設けられ
ている。上記第１油圧式クラッチ３４は、隔壁２０ｃと
遊星歯車式合成機構１８との間に配置されており、その
第１油圧式クラッチ３４に作動油圧を供給する油路は隔
壁２０ｃに設けられている。これ等の作動油圧は別体の
電動モータで駆動されるオイルポンプ４２によって供給
される。
【００１２】前記自動変速機１６としては、例えば図２
の(a) に示す平行２軸式変速機１６ａや、(b) に示す遊
星歯車式変速機１６ｂが用いられる。平行２軸式変速機
１６ａは、入力軸３８と平行に出力軸４４が設けられる
とともに、互いに噛み合わされた４組の歯車対を有する
もので、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられ
る油圧式クラッチＣ1 ，Ｃ2 、および油圧アクチュエー
タによって切り換えられる噛合い式クラッチＣ3 ，Ｃ4
がそれぞれ係合、開放制御されることにより、動力伝達
を遮断するニュートラルと前進４段の変速段が成立させ
られる。アイドル歯車等を設けて後進段が成立させられ
るようにすることもできる。遊星歯車式変速機１６ｂ
は、入力軸３８と同軸に出力軸４４が配設されていると
ともに、３つのシンプル型遊星歯車機構と、油圧アクチ
ュエータによって摩擦係合させられる油圧式クラッチＣ
0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 、油圧式ブレーキＢ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ
3 、および一方向クラッチＦ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2 とを備えて
構成されており、油圧式クラッチＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 およ
び油圧式ブレーキＢ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 がそれぞれ係
合、開放制御されることにより、ニュートラルと前進４
段、後進１段の変速段が成立させられる。これ等の変速
用油圧アクチュエータへ作動油圧を供給する油路も、隔
壁２０ｃやハウジング２０、軸部材などに設けられ、前
記オイルポンプ４２から供給される。上記出力軸４４は
プロペラシャフトに連結され、終減速装置等を経て左右
の駆動輪（後輪）に動力を伝達する。なお、図２の(a)
における出力軸４４の下側半分、(b) の入力軸３８，出
力軸４４の下側半分は、何れも上側と略対称的に構成さ
れているため省略してある。
【００１３】前記エンジン１０は、コントローラ４６に
よってスロットル弁開度や燃料噴射量、点火時期などが
制御されることにより、その作動状態が制御される。モ
ータジェネレータ１４はバッテリー等の蓄電装置に接続
されており、コントローラ４６により、その蓄電装置か
ら電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動
される回転駆動状態と、回生制動（モータジェネレータ
１４自体の電気的な制動トルク）により発電機として機
能して蓄電装置に電気エネルギーを充電する充電状態
と、出力軸３６が自由回転することを許容する無負荷状
態とに切り換えられる。また、前記遊星歯車式合成機構
１８の油圧式クラッチ３４，４０は、コントローラ４６
により電磁弁等を介して油圧回路が切り換えられること
により、係合、開放状態が切り換えられ、エンジン１０
とリングギヤ１８ｒとの間、サンギヤ１８ｓとキャリア
１８ｃとの間が、それぞれ接続、遮断される。自動変速
機１６についても、コントローラ４６により電磁弁等を
介して油圧回路が切り換えられることにより、油圧式ク
ラッチやブレーキの係合、開放状態が切り換えられた
り、噛合い式クラッチの噛合い状態が切り換えられたり
して変速制御が行われる。
【００１４】コントローラ４６は、ＣＰＵやＲＡＭ，Ｒ
ＯＭ等を有するマイクロコンピュータを備えて構成さ
れ、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行う
ことにより、例えば図３に示すフローチャートに従って
表１に示す６つの運転モードの１つを選択し、その選択
したモードで作動させる。コントローラ４６には、エン
ジントルクＴE やモータトルクＴM 、エンジン回転数Ｎ
E 、モータ回転数ＮM 、自動変速機１６の出力回転数
（車速に対応）ＮO 、アクセル操作量θAC、蓄電装置の
蓄電量ＳＯＣ、ブレーキのＯＮ，ＯＦＦ、シフトレバー
の操作レンジＬSH等に関する情報が、種々の検出手段な
どから供給されるようになっている。エンジントルクＴ
E はスロットル弁開度や燃料噴射量などから求められ、
モータトルクＴM はモータ電流などから求められ、蓄電
量ＳＯＣはモータジェネレータ１４が発電機として機能
する充電時のモータ電流や充電効率などから求められ
る。
【表１】
【００１５】図３において、ステップＳ１では回生制動
時か、或いはエンジンブレーキ時かを、例えばブレーキ
がＯＮか否か、シフトレバーの操作レンジＬSHがＬや２
等のエンジンブレーキレンジで且つアクセル操作量θAC
が０か否か、或いは単にアクセル操作量θACが０か否
か、等によって判断し、ＹＥＳであればステップＳ２で
モード６を選択する。モード６は、前記表１から明らか
なように第１油圧式クラッチ３４を開放（ＯＦＦ）し、
第２油圧式クラッチ４０を係合（ＯＮ）し、エンジン１
０を停止し、モータジェネレータ１４を充電状態とする
もので、回生制動によりエンジンブレーキと同様な制動
力が得られるとともに、その制動力に対応する電気エネ
ルギーが蓄電装置に充電される。第２油圧式クラッチ４
０が係合させられることにより遊星歯車式合成機構１８
は一体回転させられるとともに、第１油圧式クラッチ３
４が開放されてエンジン１０が遮断されているため、引
き擦り損失が少なく、効率の良いエネルギー回生制動制
御が可能である。なお、蓄電量ＳＯＣが予め定められた
所定値以上の場合には、このモード６による充電制御が
行われないようにすることもできる。
【００１６】ステップＳ１の判断がＮＯの場合には、ス
テップＳ３においてエンジン発進が要求されているか否
かを、例えばエンジン１０の運転中で車速すなわち出力
回転数ＮO ＝０で且つアクセル操作量θAC≠０か否か等
によって判断し、ＹＥＳであればステップＳ４において
モード５を選択する。モード５は、前記表１から明らか
なように第１油圧式クラッチ３４を係合（ＯＮ）し、第
２油圧式クラッチ４０を開放（ＯＦＦ）し、エンジン１
０を運転状態とし、モータジェネレータ１４をトルク制
御することにより、車両を発進させるものである。具体
的に説明すると、遊星歯車式合成機構１８のギヤ比（サ
ンギヤ１８ｓの歯数／リングギヤ１８ｒの歯数）をρと
すると、エンジントルクＴE ：遊星歯車式合成機構１８
の出力トルク：モータトルクＴM ＝１：（１＋ρ）：ρ
となるため、例えばギヤ比ρを一般的な値である０．５
程度とすると、エンジントルクＴE の半分のトルクをモ
ータジェネレータ１４が分担することにより、エンジン
トルクＴE の約１．５倍のトルクがキャリア１８ｃから
出力される。また、モータ電流を遮断してモータジェネ
レータ１４を無負荷状態とすれば、出力軸３６が逆回転
させられるだけでキャリア１８ｃからの出力は０とな
り、車両停止状態となる。すなわち、この場合の遊星歯
車式合成機構１８は発進クラッチおよびトルク増幅装置
として機能するのであり、モータトルクＴM （モータ電
流）を０から徐々に増大させることにより、エンジント
ルクＴE の（１＋ρ）倍の出力トルクで車両を滑らかに
発進させることができるのである。
【００１７】ステップＳ３の判断がＮＯの場合には、ス
テップＳ５において要求出力Ｐｄが予め設定された第１
判定値Ｐ１以下か否かを判断する。要求出力Ｐｄは、走
行抵抗を含む車両の走行に必要な出力で、アクセル操作
量θACやその変化速度、車速（出力回転数ＮO ）、自動
変速機１６の変速段などに基づいて、予め定められたデ
ータマップや演算式などにより算出される。そして、要
求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１以下の場合には、ステップ
Ｓ６で蓄電量ＳＯＣが予め設定された最低蓄電量Ａ以上
か否かを判断し、ＳＯＣ≧ＡであればステップＳ７でモ
ード１を選択し、ＳＯＣ＜ＡであればステップＳ８でモ
ード３を選択する。最低蓄電量Ａは、モータジェネレー
タ１４を動力源として走行する場合に蓄電装置から電気
エネルギーを取り出すことが許容される最低の蓄電量
で、蓄電装置の放電効率や充電効率などに基づいて例え
ば７０％程度の値が設定される。
【００１８】上記モード１は、前記表１から明らかなよ
うに第１油圧式クラッチ３４を開放（ＯＦＦ）し、第２
油圧式クラッチ４０を係合（ＯＮ）し、エンジン１０を
停止し、モータジェネレータ１４を要求出力Ｐｄで回転
駆動させるもので、モータジェネレータ１４のみを動力
源として車両を走行させる。この場合も前記モード６と
同様に引き擦り損失が少なく、自動変速機１６を適当に
変速制御することにより効率の良いモータ駆動制御が可
能である。モード３は、第１油圧式クラッチ３４および
第２油圧式クラッチ４０を共に係合（ＯＮ）し、エンジ
ン１０を運転状態とし、モータジェネレータ１４を回生
制動により充電状態とするもので、エンジン１０の出力
で車両を走行させながら、モータジェネレータ１４によ
って発生した電気エネルギーを蓄電装置に充電する。エ
ンジン１０は、要求出力Ｐｄ以上の出力で運転させら
れ、その要求出力Ｐｄより大きい余裕動力分だけモータ
ジェネレータ１４で消費されるように、そのモータジェ
ネレータ１４の電流制御が行われる。
【００１９】前記ステップＳ５の判断がＮＯの場合、す
なわち要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１より大きい場合に
は、ステップＳ９において第１判定値Ｐ１より大きい第
２判定値Ｐ２より小さいか否か、すなわちＰ１＜Ｐｄ＜
Ｐ２か否かを判断する。そして、ＹＥＳの場合にはステ
ップＳ１０でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａで
あればステップＳ１１でモード２を選択し、ＳＯＣ＜Ａ
であれば前記ステップＳ８でモード３を選択する。モー
ド２は、前記表１から明らかなように第１油圧式クラッ
チ３４および第２油圧式クラッチ４０を共に係合（Ｏ
Ｎ）し、エンジン１０を要求出力Ｐｄで運転し、モータ
ジェネレータ１４を無負荷状態とするもので、エンジン
１０のみを動力源として車両を走行させる。
【００２０】上記ステップＳ９の判断がＮＯの場合、す
なわち要求出力Ｐｄが第２判定値Ｐ２以上の場合には、
ステップＳ１０でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧
ＡであればステップＳ１３でモード４を選択し、ＳＯＣ
＜Ａであれば前記ステップＳ１１でモード２を選択す
る。モード４は、前記表１から明らかなように第１油圧
式クラッチ３４および第２油圧式クラッチ４０を共に係
合（ＯＮ）し、エンジン１０を運転状態とし、モータジ
ェネレータ１４を回転駆動するもので、エンジン１０お
よびモータジェネレータ１４の両方を動力源として車両
を走行させる。
【００２１】すなわち、蓄電量ＳＯＣ≧Ａであれば、Ｐ
ｄ≦Ｐ１の低負荷領域ではステップＳ７でモード１を選
択してモータジェネレータ１４のみを動力源として走行
し、Ｐ１＜Ｐｄ＜Ｐ２の中負荷領域ではステップＳ１１
でモード２を選択してエンジン１０のみを動力源として
走行し、Ｐ２≦Ｐｄの高負荷領域ではステップＳ１３で
モード４を選択してエンジン１０およびモータジェネレ
ータ１４の両方を動力源として走行するのである。第１
判定値Ｐ１および第２判定値Ｐ２は、例えば燃料消費量
や排出ガス量ができるだけ少なくなるように、エンジン
１０の燃料消費率（単位動力当たりの燃料消費量）や排
出ガス率（単位動力当たりの排出ガス量）、モータジェ
ネレータ１４のエネルギー変換効率などに基づいて設定
される。
【００２２】ここで、本実施例のハイブリッド駆動装置
は、エンジン１０、ダンパ装置１２、モータジェネレー
タ１４、遊星歯車式合成機構１８、自動変速機１６が、
その順番で同軸上に隣接して配置されているため、潤滑
や作動油圧を必要とする遊星歯車式合成機構１８および
自動変速機１６と、潤滑や作動油圧を必要としないエン
ジン１０，ダンパ装置１２およびモータジェネレータ１
４とに分けて纏めて配置されることになり、作動油圧を
供給する油路の取り廻しや潤滑油の漏れを防止するため
のシール処理などが簡単になる。
【００２３】また、モータジェネレータ１４およびダン
パ装置（フライホイールを含む）１２は外径が大きいた
め、従来型の駆動装置、すなわちエンジン出力をトルク
コンバータを介して自動変速機に伝達する駆動装置にお
いて、比較的外径の大きいトルクコンバータが位置して
いたエンジン１０の隣接部分にこれ等を配置すること
は、車両搭載上好都合であるし、油空分離（オイルを要
する構成部品とオイルを要しない構成部品の配置上の分
離）のためにも都合が良い。
【００２４】また、遊星歯車式合成機構１８や油圧式ク
ラッチ３４，４０は、上記従来型の駆動装置においてオ
ーバドライブ機構が収められていた部分に配設されるた
め、既存の自動変速機の変速機や制御系、トランスミッ
ションケース等の主要部品の多くを流用できる利点があ
る。
【００２５】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、本発明は他の態様で実施することもで
きる。
【００２６】例えば、前記実施例では第１油圧式クラッ
チ３４および第２油圧式クラッチ４０が遊星歯車式合成
機構１８の両側に分けて配置されているが、図４や図５
に示すように一方に纏めて配置しても良い。図５の第２
油圧式クラッチ４８は、遊星歯車式合成機構１８のサン
ギヤ１８ｓとリングギヤ１８ｒとの間に設けられてい
る。これ等の場合も、第１油圧式クラッチ３４の油路は
隔壁２０ｃに設け、第２油圧式クラッチ４０，４８の油
路は隔壁２０ｂに設けることができる。
【００２７】また、前記実施例では６つのモードで運転
させられる場合について説明したが、この運転モードは
適宜変更できる。前記遊星歯車式合成機構１８には２つ
の油圧式クラッチ３４，４０が設けられていたが、更に
リングギヤ１８ｒをハウジング２０に固定する油圧式ブ
レーキなどを設けることも可能である。
【００２８】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド駆動装置
の概略構成を説明する骨子図である。
【図２】図１のハイブリッド駆動装置における自動変速
機の２つの例を示す骨子図である。
【図３】図１のハイブリッド駆動装置において運転モー
ドを選択する際の作動を説明するフローチャートであ
る。
【図４】本発明の他の実施例を説明する図である。
【図５】本発明の更に別の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１０：エンジン １４：モータジェネレータ（電動機） １６：自動変速機 １８：遊星歯車式合成機構

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気エネルギーで作動する電動機と、燃
    料の燃焼によって作動するエンジンと、油圧式クラッチ
    を有してそれ等の電動機およびエンジンの出力を機械的
    に合成して変速機に出力する合成機構とを有するハイブ
    リッド駆動装置において、 前記合成機構と変速機とを隣接して配置したことを特徴
    とするハイブリッド駆動装置。
  2. 【請求項２】 エンジン、電動機、合成機構、変速機の
    順で同軸上に配置した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。
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