(57)【要約】【課題】小型化及び軽量化を図って車両への搭載性を向上させただけでなく、内燃機関や電動機の有する駆動力性能を向上させることができるハイブリッド車両用動力伝達装置を提供する。【解決手段】入力軸４と出力軸５とを有する無段変速機構６と、内燃機関２からの回転が第１回転要素Ｒ１に入力可能とされ、第２回転要素Ｃ１に入力軸４が連結され、電動機３からの回転が第３回転要素Ｓ１に入力可能とされた動力合成機構８とを設ける。動力合成機構８に、無段変速機構６の上流側で低速段と高速段とを成立させるべく第１回転要素Ｒ１と第２回転要素Ｃ１との連結・切り離しを行う係合要素２７を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動機とを備えるハイブリット車両用動力伝達装置であって、
入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構と、
互いに差動回転する第１〜第３回転要素により構成され、内燃機関からの回転が第１回転要素に入力可能とされ、第２回転要素に前記入力軸が連結され、電動機からの回転が第３回転要素に入力可能とされた動力合成機構とを備えてなり、
該動力合成機構は、前記無段変速機構の上流側で低速段と高速段とを成立させるべく第１回転要素と第２回転要素との連結・切り離しを行う係合要素を備えることを特徴とするハイブリット車両用動力伝達装置。
【請求項２】
前記動力合成機構の第１回転要素は、前記内燃機関の回転が出力される動力軸に第２の係合要素により切り離し自在に接続されることを特徴とする請求項１記載のハイブリット車両用動力伝達装置。
【請求項３】
前記動力合成機構は、変速機ケース内に収容されており、前記第１回転要素を該変速機ケースに解除自在に固定する第３の係合要素を備えることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
【請求項４】
車両の始動時に前記内燃機関から前記第１回転要素への入力を開始するとき、前記第３回転要素から前記電動機へ回転を入力して該電動機による回生を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリット車両用動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両に用いられる動力伝達装置として、入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構を備えるものが知られている。この動力伝達装置は、図３に示すように、内燃機関５０と電動機５１とが単一の動力軸５２に一体に連結され、動力軸５２からの回転がインプットフライホイールダンパー（はずみ車）５３を介して無段変速機構５４の入力軸５５に入力されるようになっている。更に、無段変速機構５４の出力軸５６には摩擦クラッチ５７が設けられており、車両の発進時に摩擦クラッチ５７の係合度合いを徐々に深めることによって発進時のショックをやわらげ、駆動力を滑らかにデファレンシャルギヤ機構５８に伝達するようになっている。しかし、この無段変速機構では、電動機５１の動力を内燃機関５０の動力に付加させる所謂パワーアシストを行うことはできても、内燃機関５０を停止した状態で電動機５１のみによる駆動が行えない。更に、無段変速機構５４の出力軸５６に前記摩擦クラッチ５７を設けるために動力伝達装置の小型が望めないだけでなく、摩擦クラッチ５７の係合に伴う発熱により発進時のエネルギ損失が生じるために効率が悪い。
【０００３】
また、無段変速機構を備える動力伝達装置として、内燃機関と電動機との何れか一方又は両方の動力をプラネタリギヤにより合成して無段変速機構の入力軸に伝達するようにした動力伝達装置が知られている（下記特許文献１参照）。この動力伝達装置においては、電動機がプラネタリギヤのサンギヤに連結され、プラネタリギヤのキャリアが第１クラッチを介して無段変速機構の入力軸に連結され、内燃機関がプラネタリギヤのリングギヤに連結されている。更に、キャリヤを選択的に固定するブレーキが設けられ、このキャリヤと無段変速機構の入力軸の間に第２クラッチが設けられている。
【特許文献１】特開２０００−９２６１２（〔００９８〕〜〔０１０４〕、図２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１の動力伝達装置においては、内燃機関の動力を用いるときに、第２クラッチのみを連結状態として電動機の出力を制御したり、又は、第１クラッチと第２クラッチとを連結状態とすることにより内燃機関及び電動機を無段変速機構の入力軸に直結して電動機によるパワーアシストを行うが、その何れにおいても電動機の駆動力を用いるために、電動機を駆動するために比較的大きなバッテリ容量が必要であると共に、電動機自体も大型のものが必要となって、動力伝達装置を小型化することが困難である。しかも、内燃機関による単独駆動時（例えば、電動機の駆動電力に不足が生じてアシストできないとき等）に、内燃機関のトルクのみでは車両の駆動力性能が十分に維持できず、例えば、比較的大きなトルクが必要となる登坂走行等が内燃機関のみの動力では行えないおそれがあった。
【０００５】
以上の点に鑑み、本発明は動力伝達装置の小型化及び軽量化を図って車両への搭載性を向上させただけでなく、内燃機関や電動機の有する駆動力性能を向上させることができるハイブリッド車両用動力伝達装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリット車両用動力伝達装置であって、入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構と、互いに差動回転する第１〜第３回転要素により構成され、内燃機関からの回転が第１回転要素に入力可能とされ、第２回転要素に前記入力軸が連結され、電動機からの回転が第３回転要素に入力可能とされた動力合成機構とを備えてなり、該動力合成機構は、前記無段変速機構の上流側で低速段と高速段とを成立させるべく第１回転要素と第２回転要素との連結・切り離しを行う係合要素を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明において、前記動力合成機構の第１回転要素は、前記内燃機関の回転が出力される動力軸に第２の係合要素により切り離し自在に接続されることを特徴とする。
【０００８】
そして、前記動力合成機構は、変速機ケース内に収容されており、前記第１回転要素を該変速機ケースに解除自在に固定する第３の係合要素を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明においては、車両の始動時に前記内燃機関から前記第１回転要素への入力を開始するとき、前記第３回転要素から前記電動機へ回転を入力して該電動機による回生を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、第１〜第３回転要素により構成された前記動力合成機構を設けて、内燃機関からの回転を第１回転要素に入力し、電動機からの回転を第３回転要素に入力て第２回転要素から第１入力側伝達軸へ出力する。そして、動力合成機構は、前記係合要素により第１回転要素と第２回転要素との連結・切り離しが行えるようにしたので、無段変速機構の上流側で低速段と高速段とを成立させることができる。このように、動力合成機構を設けることで無段変速機構による変速幅を拡大することができるので、内燃機関や電動機の有する駆動力性能を向上させることができる。
【００１１】
また、前記動力合成機構は、を第３回転要素に入力した電動機からの回転により第１入力側伝達軸を駆動するので、第１変速手段と第２変速手段との何れに対しても電動機の動力を伝達することができる。そして、前記第２の係合要素を設けることで、動力合成機構の第１回転要素から内燃機関を切り離すことができるので、電動機による駆動時に内燃機関の引きずりを防止して電動機による駆動を効率良く行うことができる。また、内燃機関が停止状態のときに、前記係合要素（第１の係合要素）と第２の係合要素とを共に連結状態として電動機を駆動させることで、電動機の回転を停止状態の内燃機関に伝達させて内燃機関を始動させることができ、例えば、エンジンスタータ等が不要となるので一層の小型化が実現できる。
【００１２】
また、前記第２の係合要素を設けることで、動力合成機構の第１回転要素から内燃機関を切り離すことができるので、電動機による駆動時に内燃機関の引きずりを防止して電動機による駆動を効率良く行うことができる。更に、内燃機関が停止状態のときに、前記係合要素（第１の係合要素）と第２の係合要素とを共に連結状態として電動機を駆動させることで、電動機の回転を停止状態の内燃機関に伝達させて内燃機関を始動させることができ、例えば、エンジンスタータ等が不要となるので一層の小型化が実現できる。
【００１３】
更に、前記第３の係合要素を設けることにより、第１回転要素の回転を停止させ、電動機からの回転を減速して無段変速機構の入力軸に伝達することが可能となる。これによれば、電動機の出力を２段階で変速でき、電動機の体格を小とすることが可能となるので、車両への搭載性を一層向上させることができる。
【００１４】
また、車両の始動時に前記内燃機関から前記第１回転要素への入力を開始するときに第３回転要素から電動機へ回転を入力して電動機による回生を行うことで、電気的にトルクコンバータの作用を得ることができるので、例えば、従来のような摩擦クラッチや流体トルクコンバータを備えるものに比べ、熱変換による動力損失を抑えることができ、回生により経済的に動力が得られて、しかも、極めてスムーズな発進動作を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の動力伝達装置１は、エンジン２（内燃機関）と電動機３（モータ・ジェネレータ）とを駆動源として備えている。また、動力伝達装置１は、入力軸４と出力軸５とを有して両軸４，５間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構６を備えている。更に、動力伝達装置１は、エンジン２と電動機３との何れか一方又は両方からの回転を入力して入力側伝達軸７に出力する第１プラネタリギヤ８（動力合成機構）と、入力側伝達軸７の回転を正転・逆転させて無段変速機構６の入力軸４に伝達する第２プラネタリギヤ９とを備えている。
【００１６】
無段変速機構６は、駆動側プーリ１０と従動側プーリ１１と、両プーリ１０，１１間に巻回された無端状の金属ベルト１２とを備えている。
【００１７】
駆動側プーリ１０は、入力軸４に固定された不動フランジ１３と、入力軸４に沿って移動する可動フランジ１４とを備えている。不動フランジ１３は、入力軸４の外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。可動フランジ１４は、入力軸４が挿通される円筒状部１４ａの外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。金属ベルト１２は、駆動側プーリ１０の不動フランジ１３と可動フランジ１４との間に配設され、両フランジ１３，１４の傾斜面に沿って滑動する。
【００１８】
駆動側プーリ１０の可動フランジ１４は、外周縁に沿って円筒状に設けられたシリンダ部１５に摺動自在に収容されており、可動フランジ１４とシリンダ部１５とにより圧力室１６が形成されている。そして、可動フランジ１４は、圧力室１６に付与される油圧力により入力軸４の軸方向に往復し、しかも入力軸４と共回りするようになっている。
【００１９】
従動側プーリ１１は、出力軸５に固定された不動フランジ１７と、出力軸５に沿って移動する可動フランジ１８とを備えている。不動フランジ１７は、出力軸５の外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。可動フランジ１８は、出力軸５が挿通される円筒状部１８ａの外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。金属ベルト１２は、従動側プーリ１１の不動フランジ１７と可動フランジ１８との間に配設され、両フランジ１７，１８の傾斜面に沿って滑動する。
【００２０】
従動側プーリ１１の可動フランジ１８は、出力軸５に固定された押え板１９を備え、この押え板１９と可動フランジ１８との間に形成された空間に設けられた図示しないコイルバネ等により不動フランジ１７方向に押圧付勢され、しかも出力軸５と共回りするようになっている。
【００２１】
このように構成された無段変速機構６においては、駆動側プーリ１０の圧力室１６に油圧力が付与されて可動フランジ１４が入力軸４の軸方向に沿って移動することにより、不動フランジ１３と可動フランジ１４との間隔が変更され、これに伴って金属ベルト１２の巻回位置が駆動側プーリ１０の直径方向で移動する。そして、駆動側プーリ１０での金属ベルト４の巻回位置が変化すると、これに伴って、従動側プーリ１１においても不動フランジ１７と可動フランジ１８との間隔が変更され、金属ベルト４の巻回位置が従動側プーリ１１の直径方向で移動する。この結果、無段変速機構６では、変速比を無段階に変更される。
【００２２】
無段変速機構６の出力軸５には出力伝達用駆動ギヤ２０が設けられている。出力伝達用駆動ギヤ２０は出力軸５に平行の出力側伝達軸２１に設けられた出力伝達用従動ギヤ２２に噛合する。出力側伝達軸２１には終減速駆動ギヤ２３が設けられており、この終減速駆動ギヤ２３は、デファレンシャルギヤ機構２４の終減速従動ギヤ２５に噛合して車両の駆動軸２６を駆動するようになっている。
【００２３】
第１プラネタリギヤ８は、リングギヤＲ１（第１回転要素）と、リングギヤＲ１に噛合するピニオンＰ１と、ピニオンＰ１を自転及び公転自在に支持するキャリアＣ１（第２回転要素）と、ピニオンＰ１に噛合するサンギヤＳ１（第３回転要素）とで構成されている。また、第１プラネタリギヤ８のリングギヤＲ１には、第１リングクラッチ２７（係合要素）と第２リングクラッチ２８（第２の係合要素）とが設けられている。第１リングクラッチ２７は、リングギヤＲ１とキャリアＣ１との連結・切り離しを行う。第２リングクラッチ２８は、リングギヤＲ１とエンジン２の回転が出力される動力軸２ａ（はずみ車の出力側の軸等）とを切り離し自在に連結する。更に、動力伝達装置１を収容する図示しない変速機ケースにリングギヤＲ１を解除自在に固定するリングブレーキ２９（第３の係合要素）が設けられている。
【００２４】
第１プラネタリギヤ８の外周には、電動機３が配置されている。即ち、電動機３のステータ３ａを最外周に配し、その内側のロータ３ｂの内部空間に第１プラネタリギヤ８を収容してコンパクトに構成されている。そして、本実施形態では、エンジン２からの回転が第２リングクラッチ２８を介してリングギヤＲ１に入力可能とされると共に、電動機３からの回転がサンギヤＳ１に入力可能とされており、入力側伝達軸７がキャリアＣ１に連結されている。
【００２５】
第１プラネタリギヤ８においては、第１リングクラッチ２７と第２リングクラッチ２８とを接続状態とすることでエンジン２からの回転が１：１の変速比で入力側伝達軸７に伝達され、第２リングクラッチ２８を接続状態とし且つ第１リングクラッチ２７を切り離し状態とすることでエンジン２からの回転が減速されて入力側伝達軸７に伝達されるので、２つの変速段を得ることができる。このように、第１プラネタリギヤ８を設けて、２つの変速段を選択的に成立させて無段変速機構６に入力することにより、変速範囲を大幅に拡大することができてしかも軸方向に短縮化して動力伝達装置１をコンパクトに構成することができる。
【００２６】
また、第１プラネタリギヤ８においては、第１リングクラッチ２７を接続状態とし且つ第２リングクラッチ２８を切り離し状態とすることでエンジン２を切り離して電動機３からの回転が１：１の変速比で入力側伝達軸７に伝達され、第１リングクラッチ２７と第２リングクラッチ２８とを切り離し状態とし、リングブレーキ２９を係合状態とすることで電動機３からの回転が減速されて入力側伝達軸７に伝達されるので、電動機３の駆動によっても２つの変速段を得ることができる。このように、電動機３からも２つの変速段が得られることにより、電動機３を小型化して十分な動力を得ることができる。更に、第２リングクラッチ２８を切り離し状態とすることでエンジン２を切り離すことができるので、電動機３の駆動時にエンジン２の引きずりを防止することができる。
【００２７】
また、エンジン２による駆動時に、電動機３の制御によりロータ３ｂの自由回転を得るようにすれば、サンギヤＳ１が自由回転して所謂ニュートラル状態となり、電動機３の逆回転による制御によりサンギヤＳ１を停止させることで、車両の発進を円滑に行うことができる。また、車両の発進時にエンジン２からの回転をサンギヤＳ１を介して電動機３へ入力することで、電動機３の回生制御を行い電気的にトルクコンバータの作用を得ることができる。こうすることで、例えば、従来の摩擦クラッチや流体トルクコンバータを備えるものに比べ、熱変換による動力損失を抑えることができ、回生により経済的に動力が得られて、しかも、極めてスムーズな発進動作を得ることができる。
【００２８】
第２プラネタリギヤ９は、入力側伝達軸７と無段変速機構６の入力軸４との間に入力クラッチ３０を介して接続されている。第２プラネタリギヤ９は、リングギヤＲ２と、リングギヤＲ２に噛合するピニオンＰ２と、ピニオンＰ２を自転及び公転自在に支持するキャリアＣ２と、ピニオンＰ２に噛合するサンギヤＳ２とで構成されている。サンギヤＳ２は入力側伝達軸７に連結され、リングギヤＲ２は入力軸４に連結されている。更に、動力伝達装置１を収容する図示しない変速機ケースにキャリアＣ２を解除自在に固定するキャリアブレーキ３１が設けられている。
【００２９】
第２プラネタリギヤ９は、後進レンジを得るものである。前進レンジでは、入力クラッチ３０を連結状態とすることにより、入力側伝達軸７と入力軸４とが第２プラネタリギヤ９を介さずに連結されて両者が同方向に回転する。後進レンジでは、入力クラッチ３０を切り離し状態とし且つキャリアブレーキ３１によりキャリアＣ２を固定する。これにより、入力側伝達軸７と入力軸４とが第２プラネタリギヤ９を介して連結されて両者が逆方向に回転する。
【００３０】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、リングブレーキ２９（第３の係合要素）を設けたことにより、電動機３の駆動によっても２つの変速段を得ることができるものを示したが、図２に示すように、リングブレーキ２９を設けることなく、電動機３の駆動によるときに第１リングクラッチ２７を連結状態として電動機３の駆動力を入力側伝達軸７に伝達するようにしてもよい。これによれば、電動機３の駆動においては２つの変速段を成立させることはできないが、リングブレーキ２９を設けるためのスペースが削減できるため、動力伝達装置１を一層軽量コンパクトに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の動力伝達装置の概略構成を示す図。
【図２】本実施形態の動力伝達装置の一部変形例を示す図。
【図３】従来の動力伝達装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１…動力伝達装置、２…エンジン（内燃機関）、２ａ…動力軸、３…電動機、４…入力軸、５…出力軸、６…無段変速機構、８…プラネタリギヤ（動力合成機構）、２７…第１リングクラッチ（係合要素）、２８…第２リングクラッチ（第２の係合要素）、２９…リングブレーキ（第３の係合要素）、Ｒ１…リングギヤ（第１回転要素）、Ｃ１…キャリア（第２回転要素）、Ｓ１…サンギヤ（第３回転要素）。
【図１】
2010155517.tif 000003
【図２】
2010155517.tif 000004
【図３】
2010155517.tif 000005