(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
電動機と、
前記内燃機関の出力軸に接続される第一のプーリと前記電動機の出力軸に接続される第２のプーリとを有し、前記第一および第二のプーリ間の動力伝達を金属ベルトにより行う構成の無段変速機と、
前記第二のプーリおよび前記電動機からの駆動力を駆動輪に伝達する駆動力伝達手段と、
前記電動機の出力軸と第二のプーリの間に介装されて、両者間の動力伝達を許容または遮断する係合要素と、
前記内燃機関によって駆動されて、前記係合要素と無段変速機に油圧を供給する油圧発生機構と、
を備え、
前記無段変速機では、前記油圧発生機構から供給される油圧によって金属ベルトが第一および第二のプーリに対して押圧され、
前記係合要素では、前記油圧発生機構から油圧が導かれた場合に、前記動力伝達が許容され、前記油圧発生機構から油圧が導かれない場合に、前記動力伝達が遮断されるハイブリッド自動車にあって、
前記油圧発生機構から前記係合要素に供給される油圧を調整して前記係合要素による動力伝達を規制する伝達制御機構を設け、
前記係合要素を遮断状態とすると共に内燃機関を停止して、前記電動機の駆動力のみで走行している状態から内燃機関を始動するときには、内燃機関の始動後に油圧発生機構から供給される油圧が定常状態となった後に、前記伝達制御機構による油圧の調整によって係合要素を徐々に接続することを特徴とするハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ベルト式無段変速機を備え、電気エネルギーと内燃機関による機械エネルギーとを併用して走行するハイブリッド自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気中への有害物質の排出を抑えるために電気自動車の開発が進められているが、電気エネルギーのみを利用して車両を走行させる電気自動車は、電気エネルギーを蓄えておく蓄電装置の容量により航続距離が制限されてしまい、逆に十分な航続距離を得ようとすれば膨大な量の蓄電装置が必要となり、車両の走行性能を著しく悪化させてしまう。そこで、化石燃料等を使用して内燃機関を運転するとともに、この内燃機関から得られる機械エネルギーと電気エネルギーとを併用することにより、上述の蓄電装置を小型化して十分な航続距離を確保しつつ優れた走行性能を得ることのできるハイブリッド自動車の開発が進められている。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車のなかでも、特に、金属ベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Continuosly Variable Transmission）を備えた従来の車両の車軸に対して、一定の減速比をもって駆動／回生用モータを連結するようにしたものが知られている。このようなハイブリッド自動車は、製造を行う上で、既存のパワープラントをほぼそのまま流用することが可能であり、また、付加する電気要素も小型のもので十分となるため、システム重量や価格、あるいは製造のための設備投資などを最小限に抑えられる利点を有している。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車の一例を、図４および図５に示す。図４は、ハイブリッド自動車１の動力伝達系の模式図であり、図５は、ハイブリッド自動車１における油圧回路の模式図である。
【０００５】
図４に示す動力伝達系において、エンジン（内燃機関）Ｅの動力は、トルクコンバータ２を介して前後進切り替え用プラネタリーギアセット３に入力される。この前後進切り替え用プラネタリーギアセット３は、図５に示すように、セレクトレバー４に機械的に連結された油圧切り替えバルブ５によって、セレクトレバー４の操作により油圧作動の摩擦要素６，７を選択的に係合できるようになっており、これにより、図４に示すＣＶＴ８の駆動側プーリ（第一のプーリ）９に入力されるエンジンＥの動力の回転方向を切り替えるようになっている。
【０００６】
また、駆動側プーリ９の回転は金属ベルト１０を介して被動側プーリ（第二のプーリ）１１に伝えられる。ここに、駆動側プーリ９と被動側プーリ１１との回転数比は、各プーリに対する金属ベルト１０の巻き付き径により決まり、この巻き付け径は、各プーリの側室１２，１３に与えた油圧により発生する押しつけ力によって制御される。なお、この油圧は、エンジンＥによって駆動されるオイルポンプ１４（油圧発生機構）により発生する。
【０００７】
被動側プーリ１１に伝わった動力は、最終減速ギア（駆動力伝達手段）１５を介して車軸１６に伝達され、駆動輪Ｗを回転させる。また、最終減速ギア１５は、ギア１７を介して駆動／回生用モータＭの出力軸に結合されている。
さらに、駆動／回生用モータＭは、図示略の蓄電装置およびモータ制御装置に電気的に接続されている。
【０００８】
このハイブリッド自動車１においては、減速時に車両の運動エネルギーを駆動／回生用モータＭを用いて電気エネルギーに変換（回生）することが可能であり、さらには、車両停止時にエンジンＥを停止したとしても、ドライバーの発進要求には駆動／回生用モータＭを駆使して発進を行い、ドライバーが更に大きな駆動力を要求する場合には、エンジンＥを始動してＣＶＴ８を介して車軸１６に動力を供給することで、十分な駆動力を発揮することが可能である。
【０００９】
以上のように、金属ベルト式ＣＶＴに対して、電気自動車の電気要素と比べて小さな電気要素を付加することにより、車両の運動エネルギーを効果的に回収し、車両停止時にはエンジンを停止することが可能となり、大幅な燃料消費の改善が実現できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のハイブリッド自動車１は、燃料消費の改善において非常に優れている反面、以下に述べるような問題点を有している。
まず、エンジンＥを停止したまま駆動／回生用モータＭのみにより走行しようとした場合、駆動／回生用モータＭの出力軸とＣＶＴ８の被動側プーリ１１とが接続されていることから、駆動／回生用モータＭの回転に伴い、ＣＶＴ８が回転させられることとなってしまう。この場合、ＣＶＴ８を回転させるのに必要な力が、駆動／回生用モータＭにとって負担となり、エネルギーロスが発生してしまう。さらに、この場合、オイルポンプ１４がエンジンＥによって駆動されるため、エンジンＥの停止により油圧が発生しなくなり、金属ベルト１０と駆動側プーリ９、被動側プーリ１１とが滑らずに一体となって回転するための押し付け力が発揮できず、これら金属ベルト１０と駆動側プーリ９および被動側プーリ１１とが相対速度をもって滑ってしまう懸念がある。一般に金属ベルトとプーリとはいかなる状態でも相対滑りを生じないように設定する必要があり、これが達成できないとその寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１１】
さらに、駆動／回生用モータＭで発進した後に、エンジンＥを始動させた場合、エンジンＥの始動と同時にオイルポンプ１４が作動を開始し、オイルポンプ１４の立ち上がり当初の不安定な油圧が、摩擦要素６，７およびプーリの側室１２，１３に導かれることとなるため、エンジンＥの駆動力が不安定な状態で車軸１６側に伝達される心配がある。
【００１２】
このような問題点に鑑み、本発明においては、内燃機関の停止時に電動機により走行した場合のエネルギーロスを減ずるとともに、この場合の金属ベルト式無段変速機の劣化を防止し、さらに、電動機のみにより走行している際に内燃機関を始動させた場合における走行快適性を確保することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、内燃機関と、電動機と、前記内燃機関の出力軸に接続される第一のプーリと前記電動機の出力軸に接続される第２のプーリとを有し、前記第一および第二のプーリ間の動力伝達を金属ベルトにより行う構成の無段変速機と、前記第二のプーリおよび前記電動機からの駆動力を駆動輪に伝達する駆動力伝達手段と、前記電動機の出力軸と第二のプーリの間に介装されて、両者間の動力伝達を許容または遮断する係合要素と、前記内燃機関によって駆動されて、前記係合要素と無段変速機に油圧を供給する油圧発生機構と、を備え、前記無段変速機では、前記油圧発生機構から供給される油圧によって金属ベルトが第一および第二のプーリに対して押圧され、前記係合要素では、前記油圧発生機構から油圧が導かれた場合に、前記動力伝達が許容され、前記油圧発生機構から油圧が導かれない場合に、前記動力伝達が遮断されるハイブリッド自動車にあって、前記油圧発生機構から前記係合要素に供給される油圧を調整して前記係合要素による動力伝達を規制する伝達制御機構を設け、前記係合要素を遮断状態とすると共に内燃機関を停止して、前記電動機の駆動力のみで走行している状態から内燃機関を始動するときには、内燃機関の始動後に油圧発生機構から供給される油圧が定常状態となった後に、前記伝達制御機構による油圧の調整によって係合要素を徐々に接続するようにした。
【００１４】
このように構成したために、このハイブリッド自動車においては、電動機のみを駆動源として走行する場合に、電動機の駆動力が無段変速機側に伝達することが無く、これにより、無段変速機が電動機を駆動させる際の負担となることがない。
また、内燃機関を停止させて、電動機のみを駆動源として走行する場合に、内燃機関の停止により無段変速機に油圧が導かれず、これにより第一および第二のプーリと金属ベルトとの間に十分な押圧力が発生していなかったとしても、この状態で、第一、第２のプーリおよび金属ベルトが回転されることがない。
さらに、このハイブリッド自動車においては、電動機のみを用いて走行している際に、内燃機関を始動させても、内燃機関側と電動機側とが即時に接続されることがなく、接続時に発生するショックを緩和することができる。また、内燃機関の始動に伴う油圧の立ち上がりと同時に内燃機関からの駆動力が無段変速機を介して駆動輪側に伝達されることがなく、したがって、立ち上がり当初の不安定な油圧が無段変速機に導かれた状態で、無段変速機が回転させられ、これに伴うショックが駆動輪側に伝達されることを防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態において、上述の従来の技術と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態であるハイブリッド自動車２１の駆動伝達系の模式図である。このハイブリッド自動車２１が、上記従来のハイブリッド自動車１と異なる点は、被動側プーリ１１と駆動／回生用モータＭとの間に、最終減速ギア１５とともに、クラッチ（係合要素）２２が介装されている点である。
【００２３】
このクラッチ２２は、図２に示すように、エンジンＥに接続されたオイルポンプ１４から電子制御式圧力調整弁（伝達力制御機構）２３を介して導かれる油圧によって作動するようになっている。電子制御式圧力調整弁２３は、オイルポンプ１４により発生した油圧を部分的に開放し、クラッチ２２の伝達トルク容量を調整する構成となっており、これにより、クラッチ２２による動力の伝達の遮断または許容を選択的に制御するとともに、その中間的な状態（半クラッチ状態）を実現するようになっている。
【００２４】
また、クラッチ２２は、エンジンＥの停止に伴いオイルポンプ１４が停止することにより開放され、被動側プーリ１１側から最終減速ギア１５側あるいは駆動／回生用モータＭ側への動力の伝達を遮断するようになっている。
【００２５】
さらに、電子制御式圧力調整弁２３は、駆動／回生用モータＭのみを用いて走行している際に、エンジンＥを始動させた場合において、クラッチ２２による動力伝達を規制するようになっている。具体的には、電子制御式圧力調整弁２３は、クラッチ２２の伝達容量を０から半クラッチ状態を経て、所定のトルク容量（例えば、５．０kgfm）にまで徐々に増加させるように油圧を制御するが、このオイルポンプ１４により供給される油圧が定常状態となった後に、トルク伝達を開始するようになっている。
【００２６】
このような構成とされたハイブリッド自動車２１においては、車両停止時あるいは車両停止の直前に、燃料消費量低減のためにエンジンＥを停止した場合、オイルポンプ１４が同時に停止し、これにより、クラッチ２２には油圧が導かれず、クラッチ２２は開放状態となって、被動側プーリ１１と最終減速ギア１５間の動力の伝達を遮断する。この状態から、エンジンＥを停止したまま駆動／回生用モータＭを用いて発進するようにすると、エンジンＥの停止に伴いオイルポンプ１４が停止したままであるため、クラッチ２２は開放状態のままとされ、駆動／回生用モータＭの動力は、ＣＶＴ８側には伝達されず、したがって、ＣＶＴ８が空転して駆動／回生用モータＭの負担となることがない。これにより、エネルギーロスの発生を防止することができる。
【００２７】
また、この場合、オイルポンプ１４が停止したままであるために、ＣＶＴ８の駆動側プーリ９および被動側プーリ１１の側室１２，１３には、油圧が導かれず、これにより、これら駆動側プーリ９および被動側プーリ１１と金属ベルト１０との間には、十分な押圧力が発生していないこととなるが、この際、上述のようにクラッチ２２が開放状態とされることによりＣＶＴ８に駆動／回生用モータＭの動力が伝達しないために、ＣＶＴ８が、各プーリと金属ベルト１０との間に十分な押圧力が発生しないまま回転させられることが回避される。したがって、金属ベルト１０と各プーリとが相対速度をもって滑ってしまうことがなく、金属ベルト１０の寿命に悪影響が及ぼされることがない。
【００２８】
さらに、このハイブリッド自動車２１においては、駆動／回生用モータＭで発進した後にエンジンＥを始動させた場合、電子制御式圧力調整弁２３が、以下のようにして、エンジンＥ側から車軸１６側へのショックの伝達を防止する。
【００２９】
すなわち、エンジンＥの始動が開始されると、同時にオイルポンプ１１が作動を開始し、オイルポンプ１１の立ち上がり当初の不安定な油圧がＣＶＴ８の側室１２，１３に導かれることとなる。
【００３０】
一方、走行状態から車両を停止させそのままエンジンＥを停止させた場合には、ドライバーが操作しない限りセレクトレバー４（図５参照）は、引き続きＤレンジ（走行レンジ）にあるため、油圧切り替えバルブ５（図５参照）が、前後進切り替え用プラネタリーギアセット３が前進状態を選択するように、摩擦要素６（後進時は摩擦要素７）を係合させた状態となっている。したがって、摩擦要素６（後進時は摩擦要素７）にも、同様に、オイルポンプ１４の立ち上がり当初の不安定な油圧が導かれることとなる。
【００３１】
この場合、摩擦要素６（後進時においては摩擦要素７）やＣＶＴ８は、殆ど制御されていない油圧が導かれた状態で、エンジンＥによって回転させられることとなるため、クラッチ２２が係合状態にあると、摩擦要素６，７やＣＶＴ８に油圧が導かれる際のショックが車軸１６側に直接的に伝達され、これが運転者の走行快適性を害してしまう恐れがある。しかしながら、このとき電子制御式圧力調整弁２３は、オイルポンプ１４により供給される油圧が定常状態になった後に、クラッチ２２がトルク伝達を開始するように制御されることにより、油圧が安定な状態となるまで、ＣＶＴ８側から車軸１６に対してのトルクの伝達を規制するように作用する。これにより、車軸１６へのショックの伝達を防止することができる。
【００３２】
このように、上述のハイブリッド自動車２１によれば、被動側プーリ１１と駆動／回生用モータＭとの間に、クラッチ２２と最終減速ギア１５とを介装するとともに、クラッチ２２を、最終減速ギア１５と被動側プーリ１１との間に位置させ、さらに、エンジンＥ停止時には、動力伝達を遮断する構成としたため、駆動／回生用モータＭのみを用いて走行する場合に、ＣＶＴ８が回転して駆動／回生用モータＭの負担となることを避けることができる。したがって、エネルギーロスの発生が抑制され、燃料消費の改善効果が高い。
【００３３】
特に、この場合、ＣＶＴ８が、エンジンＥにより作動されるオイルポンプ１４において発生する油圧を用いて、金属ベルト１０を駆動側プーリ９および被動側プーリ１１に押圧する構成となっているために、エンジンＥの停止時には、同時にオイルポンプ１４が停止することにより、駆動側プーリ９と被動側プーリ１１との間に十分な押圧力が作用しないこととなるが、このとき、駆動／回生用モータＭを用いて走行したとしても、ＣＶＴ８が回転させられることがないから、駆動側プーリ９および被動側プーリ１１と金属ベルト１０とが相対速度をもって滑ることが無く、金属ベルト１０の寿命に悪影響が及ぼされない。したがって、金属ベルト１０の耐久性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、上述のハイブリッド自動車２１によれば、駆動／回生用モータＭのみを用いて走行している際にエンジンＥを始動させた場合において、電子制御式圧力調整弁２３の制御により、クラッチ２２が、動力伝達を徐々に行うように機能することとなるため、エンジンＥ側と駆動／回生用モータＭ側とを接続する際に発生するショックを緩和して、走行快適性の向上を図ることができる。特に、この場合、ＣＶＴ８および摩擦要素６，７が、オイルポンプ１４により発生する油圧によって制御されていることにより、エンジンＥの始動に伴い不安定な油圧がこれらＣＶＴ８および摩擦要素６，７に供給されることが懸念され、予期せぬショックが発生する心配があるが、クラッチ２２により、このショックの伝達を効果的に緩和することができるため、この場合においても、走行快適性を確保することができる。
【００３５】
さらに、上述のハイブリッド自動車２１によれば、クラッチ２２がオイルポンプ１４からの油圧により作動するとともに、油圧が導かれないときには、動力伝達を遮断し、油圧が導かれるときには動力伝達を許容する構成となっているために、エンジンＥの停止／始動に対応させて、クラッチ２２による動力伝達の遮断／許容を容易に行うことができる。
【００３６】
以上において、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用することも可能である。
【００３７】
例えば、上記実施の形態におけるトルクコンバータ２に代えて、図３に示すハイブリッド自動車２１’のように、振動減衰ダンパー２４を設けるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態において、駆動側プーリ９とエンジンＥとの間にエンジンＥ始動用のモータを別途設けるようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態においては、最終減速ギア１５が駆動／回生用モータＭと被動側プーリ１１との間に位置する構成となっていたが、これに代えて、最終減速ギア１５と被動側プーリ１１との間に駆動／回生用モータＭを位置させ、被動側プーリ１１と駆動／回生用モータＭとの間にクラッチ２２を介装するようにしてもよい。
【００４２】
さらに、この他にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにしてもよく、また、上述したような変形例を適宜選択的に組み合わせて採用するようにしてもよいのは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るハイブリッド自動車においては、無段変速機の第二のプーリに、係合要素を介して電動機および駆動力伝達手段を接続するとともに、内燃機関停止時には、係合要素による動力伝達を遮断する構成としたため、電動機のみを用いて走行する場合に、無段変速機が回転して電動機の負担となることを避けることができる。したがって、エネルギーロスの発生が抑制され、燃料消費の改善効果が高い。
【００４４】
さらに、このハイブリッド自動車によれば、内燃機関の停止時に、同時に油圧発生機構が停止することにより、金属ベルトと第一、第二のプーリとの間に十分な押圧力が作用しない状態において、電動機を用いて走行したとしても、無段変速機が回転させられることがないから、第一および第二のプーリと金属ベルトとが相対速度をもって滑ることが無く、金属ベルトの寿命に悪影響が及ぼされない。したがって、金属ベルトの耐久性の向上を図ることができる。
【００４５】
また、このハイブリッド自動車によれば、電動機のみを用いて走行している際に内燃機関を始動させた場合において、油圧発生機構から供給される油圧が定常状態になった後に、伝達制御機構による油圧の調整によって係合要素が徐々に接続される構成となっているため、内燃機関側と電動機側とを接続する際に発生するショックを緩和して、走行快適性の向上を図ることができる。特に、無段変速機等が内燃機関によって作動される油圧発生機構から供給される油圧により制御されることから、内燃機関の始動に伴い不安定な油圧がこれら無段変速機等に供給されることにより、予期せぬショックが発生する心配があるが、このショックの伝達を係合要素により効果的に緩和して、走行快適性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示すハイブリッド自動車の動力伝達系の模式図である。
【図２】  図１に示したハイブリッド自動車におけるクラッチ（係合要素）を作動させる油圧回路の模式図である。
【図３】  本発明の他の実施の形態を示すハイブリッド自動車の動力伝達系の模式図である。
【図４】  本発明の従来の技術を示すハイブリッド自動車の動力伝達系の模式図である。
【図５】  本発明および本発明の従来の技術を示す図であって、ハイブリッド自動車における前後進切り替え用プラネタリーギアセットに用いられる摩擦要素を作動させるための油圧回路の模式図である。
【符号の説明】
２１，２１’  ハイブリッド自動車
８  ＣＶＴ（無段変速機）
９  駆動側プーリ（第一のプーリ）
１０  金属ベルト
１１  被動側プーリ（第二のプーリ）
１４  オイルポンプ（油圧発生機構）
１５  最終減速ギア（駆動力伝達手段）
２２  クラッチ（係合要素）
２３  電子制御式圧力調整弁（伝達力制御機構）
Ｅ  エンジン（内燃機関）
Ｍ  駆動／回生用モータ（電動機）
【図１】
0003803205.tif 000002
【図２】
0003803205.tif 000003
【図３】
0003803205.tif 000004
【図４】
0003803205.tif 000005
【図５】
0003803205.tif 000006