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JP4852474B2 - 動力装置 - Google Patents
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Description

本発明は、被駆動部を駆動するための動力装置に関し、特に、動力源としての原動機および回転機を備える動力装置に関する。
従来、この種の動力装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この動力装置は、車両の駆動輪を駆動するためのものであり、動力源としての内燃機関、第1回転機および第2回転機と、第1遊星歯車装置および第2遊星歯車装置と、第1および第2の回転機を制御するための第1制御装置および第2制御装置を備えている。第1遊星歯車装置のキャリアおよび第2遊星歯車装置のサンギヤは、互いに連結されるとともに、内燃機関に連結されており、第1遊星歯車装置のリングギヤおよび第2遊星歯車装置のキャリアは、互いに連結されるとともに、駆動輪に連結されている。また、第1遊星歯車装置のサンギヤおよび第2遊星歯車装置のリングギヤは、第1および第2の回転機にそれぞれ連結されている。さらに、第1および第2の制御装置は、インバータなどで構成されている。
以上の構成の従来の動力装置では、車両の走行状態に応じて、内燃機関や、第1回転機、第2回転機の動力を用いて駆動輪が駆動される。また、第1および第2の制御装置の制御により、内燃機関の動力の一部を用いて第1回転機で発電を行い、発電した電力を第2回転機にそのまま供給するとともに、第1回転機で発電する電力、第1および第2の回転機の回転数を制御することによって、内燃機関の動力が変速され、駆動輪に伝達される。
上述したように、従来の動力装置は、内燃機関の動力を変速するために、2組の回転機および制御装置を設けなければならず、その分、動力装置が大型化するとともに、その製造コストが増大してしまう。また、内燃機関の動力を変速して駆動輪に伝達するためには、第1回転機で発電する電力と第1および第2の回転機の回転数をきめ細かく制御しなければならず、第1および第2の制御装置の演算負荷が増大してしまう。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、小型化および製造コストの削減を達成できるとともに、原動機の動力の変速用の複雑な制御が不要な動力装置を提供することを目的とする。
特開2002−281607号公報
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、被駆動部(実施形態における(以下、本項において同じ)駆動輪DW,DW)を駆動するための動力装置1、1Aであって、原動機(内燃機関3)と、入力部(ポンプインペラ32)および出力部(タービンランナ33)を有し、入力部と出力部の間で、動力を作動流体を介して伝達可能に構成された流体継手(トルクコンバータ30)と、第1、第2および第3の要素(第1要素:第1サンギヤS1、第2要素:第1キャリアC1、第3要素:第1リングギヤR1)を有し、第2要素に入力された動力を第1要素および第3要素に分配する機能と、第1要素および第3要素に入力された動力を合成した後、第2要素に出力する機能を有するとともに、第1から第3の要素の回転数が共線関係を満たし、かつ、共線関係を表す共線図において第1から第3の要素が順に並ぶように構成され、第1要素が被駆動部に機械的に連結され、第2要素が原動機に機械的に連結され、第3要素が入力部に機械的に連結された第1動力伝達機構(第1遊星歯車装置PS1)と、第4、第5および第6の要素(第4要素:第2サンギヤS2、第5要素:第2キャリアC2、第6要素:第2リングギヤR2)を有し、第5要素に入力された動力を第4要素および第6要素に分配する機能と、第4要素および第6要素に入力された動力を合成した後、第5要素に出力する機能を有するとともに、第4から第6の要素の回転数が共線関係を満たし、かつ、共線関係を表す共線図において第4から第6の要素が順に並ぶように構成され、第4要素が原動機に機械的に連結され、第5要素が被駆動部に機械的に連結され、第6要素が出力部に機械的に連結された第2動力伝達機構(第2遊星歯車装置PS2)と、第3要素および第6要素の一方に機械的に連結された1つの回転機20と、回転機20の動作を制御するための1つの制御装置(PDU51、ECU2)と、回転機20に電気的に接続された蓄電装置(バッテリ52)と、を備えることを特徴とする。
この動力装置によれば、第1動力伝達機構の第2要素および第2動力伝達機構の第4要素が、原動機に機械的に連結されており、第1動力伝達機構の第1要素および第2動力伝達機構の第5要素が、被駆動部に機械的に連結されている。また、第1動力伝達機構の第3要素および第2動力伝達機構の第6要素に、流体継手の入力部および出力部がそれぞれ機械的に連結されている。さらに、第3要素および第6要素の一方に、回転機が機械的に連結されており、この回転機には、蓄電装置が電気的に接続されている。また、回転機の動作が制御装置によって制御される。以下、回転機が第3要素に連結されている場合を「第1連結パターン」といい、第6要素に連結されている場合を「第2連結パターン」という。
以上の構成の動力装置では、原動機の動力が、例えば次のようにして被駆動部に伝達される。すなわち、図32に示すように、原動機の動力の一部は第2要素に伝達され、残りは第4要素に伝達される。第2要素に伝達された原動機の動力は、第1要素と第3要素に分配され、第1要素に分配された動力は、被駆動部に伝達され、第3要素に分配された動力は、流体継手を介して第6要素に伝達される。また、この第6要素に伝達された動力と、第4要素に上記のように伝達された動力は、合成された後、第5要素を介して被駆動部に伝達される。なお、図32では、矢印付きの太い実線は、動力の流れを示している。
また、図33(a)は、第1〜第3の要素の回転数の関係を表す共線図を、第4〜第6の要素の回転数の関係を表す共線図とともに示している。上述した連結関係から、第1〜第6の要素の回転数、原動機、被駆動部、入力部および出力部の回転数の関係は、例えば、図33(b)のような1つの共線図上に表される。
流体継手は、入力部と出力部の間での動力の伝達を、両者の間で回転差を許容した状態で行うことができる。このため、本発明によれば、出力部の回転数が図33(b)に示すように入力部よりも低く、被駆動部の回転数が原動機よりも低いときに、原動機の動力を無段階に減速して、被駆動部に伝達することができる。また、そのような原動機の動力の減速を、流体継手をなんら制御することなく行うことができ、前述した従来の場合のような回転機の複雑な制御はまったく不要である。さらに、本発明によれば、従来の場合の2組の回転機および制御装置に代えて、流体継手、1組の回転機および制御装置が用いられる。一般に、流体継手は、1組の回転機と電気回路などで構成された制御装置とを組み合わせたものと比較して、サイズが小さく、安価である。したがって、動力装置を小型化できるとともに、その製造コストを削減することができる。
また、前述したように、第3要素または第6要素に回転機が連結されているので、例えば、原動機の動力を用いた被駆動部の駆動中、回転機の動力は、前述した第1連結パターン(回転機が第3要素に連結)の場合には、第3要素、流体継手、第6要素および第5要素を介して、前述した第2連結パターン(回転機が第6要素に連結)の場合には、第6要素および第5要素を介して、原動機の動力とともに被駆動部に伝達される。このように、第1および第2の連結パターンのいずれの場合にも、原動機の動力を回転機でアシストすることができる。さらに、同じ理由により、例えば、原動機の動力を用いた被駆動部の駆動中、第1連結パターンの場合には第3要素に伝達された原動機の動力を用いて、第2連結パターンの場合には第6要素に伝達された原動機の動力を用いて、回転機で発電を行うとともに、発電した電力を蓄電装置に充電することができる。以下、上述した回転機によるアシストおよび充電をそれぞれ、「回転機アシスト」および「駆動時充電」という。
このため、例えば、原動機として熱機関を用いる場合において、被駆動部の負荷が高いためまたは低いために、原動機の良好な燃費が得られないときに、第1および第2の連結パターンのいずれの場合にも、原動機の動力を良好な燃費が得られるように制御し、被駆動部の負荷に対する原動機の動力の不足分を上述した回転機アシストで補うとともに、原動機の動力の余剰分を用いて上述した駆動時充電を行うことによって、被駆動部を適切に駆動しながら、原動機の良好な燃費を得ることができる。
また、上述した回転機アシスト中および駆動時充電中、第1および第2の連結パターンのいずれの場合にも、回転機のトルクや回転数、回転機により充電する電力を制御することによって、被駆動部の回転数を無段階に制御することができる。具体的には、第1連結パターンの場合には、図34に示すように、被駆動部の回転数が原動機よりも低いときに、駆動時充電を行い、充電に用いるトルクを低減することにより、回転機の回転数を原動機よりも高い回転数に上昇させることによって、原動機に対する被駆動部の回転の比率を無段階に低下させることができ、逆に、回転機アシストを行い、回転機のトルクを増大させることにより、回転機の回転数を低下させることによって、原動機に対する被駆動部の回転の比率を無段階に上昇させることができる。この場合、回転機のトルクの増大に加え、図35に示すように、回転機の回転数を原動機よりも低い回転数に低下させることによって、被駆動部の回転数を、原動機よりも高い回転数に無段階に上昇させることができる。
また、第2連結パターンの場合には、図36に示すように、被駆動部の回転数が原動機よりも低いときに、駆動時充電を行い、充電する電力を増大させるとともに、回転機の回転数を原動機よりも低い回転数に低下させることによって、被駆動部の回転数を無段階に低下させることができ、逆に、回転機アシストを行い、回転機のトルクを増大させるとともに、回転機の回転数を上昇させることによって、被駆動部の回転数を無段階に上昇させることができる。この場合、回転機のトルクの増大に加え、図37に示すように、回転機の回転数を原動機よりも高い回転数に上昇させることによって、被駆動部の回転数を、原動機よりも高い回転数に無段階に上昇させることができる。
一方、流体継手は、作動流体を介して動力を伝達するため、例えばギヤで動力を伝達する場合よりも伝達効率が低い。本発明によれば、図32を用いて説明したように、第1および第2の動力伝達機構における動力の分配・合成により、原動機を流体継手と直結した場合と比較して、流体継手を通過する原動機の動力を低減することができる。したがって、流体継手が原動機に直結されている場合と比較して、流体継手における原動機の動力の伝達ロスを低減でき、原動機による被駆動部の駆動効率を高めることができる。
また、第2連結パターンの場合には、上述したように、回転機アシスト中、回転機の動力は、流体継手を介さずに被駆動部に伝達される。このように、第2連結パターンの場合、回転機アシスト中、流体継手を通過する動力が低減されるので、流体継手における動力の伝達ロスを低減でき、原動機および回転機の動力を用いた被駆動部の駆動効率を高めることができる。また、同じ理由により、流体継手を小型化することが可能になり、それにより、動力装置をさらに小型化することができる。
さらに、第1連結パターンの場合には、駆動時充電中、図32から明らかなように、原動機の動力が流体継手を介さずに回転機に伝達されるので、流体継手における動力の伝達ロスを回避でき、原動機の動力を用いた場合の回転機の発電効率を高めることができる。
また、回転機が第3要素または第6要素に連結されているので、例えば、被駆動部の減速運転中、被駆動部の動力は、第1連結パターンの場合には、第5要素、第6要素、流体継手、および第3要素を介して、第2連結パターンの場合には、第5要素および第6要素を介して、回転機に伝達される。したがって、第1および第2の連結パターンのいずれの場合にも、被駆動部の動力を用いて、回転機で発電を行うとともに、発電した電力を蓄電装置に充電することができる。特に、第2連結パターンの場合には、上記のように被駆動部の動力が流体継手を介さずに回転機に伝達されるので、流体継手における動力の伝達ロスを回避でき、被駆動部の動力を用いた場合の回転機の発電効率を高めることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の動力装置1、1Aにおいて、第1動力伝達機構が、第1サンギヤS1、第1リングギヤR1、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1に噛み合う第1プラネタリギヤP1を回転自在に支持する第1キャリアC1を有する第1遊星歯車装置PS1であり、第1要素が、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1の一方、第2要素が第1キャリアC1、第3要素が、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1の他方であり、第2動力伝達機構が、第2サンギヤS2、第2リングギヤR2、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2に噛み合う第2プラネタリギヤP2を回転自在に支持する第2キャリアC2を有する第2遊星歯車装置PS2であり、第4要素が、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2の一方、第5要素が第2キャリアC2、第6要素が、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2の他方であることを特徴とする。
この構成によれば、第1および第2の動力伝達機構を、一般的な第1および第2の遊星歯車装置で構成するので、格別の装置を用いることなく、動力装置を容易かつより安価に構成することができる。また、遊星歯車装置は、そのサイズに対するトルク伝達容量が比較的大きいという特性を有するので、本発明によれば、動力装置のさらなる小型化を図ることができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の動力装置1,1Aにおいて、第1要素が第1サンギヤS1、第3要素が第1リングギヤR1、第4要素が第2サンギヤS2、第6要素が第2リングギヤR2であることを特徴とする。
この構成によれば、第1および第2の遊星歯車装置の外周部にそれぞれ配置された第1および第2のリングギヤに、流体継手が連結されているので、この流体継手の連結、ひいては、動力装置の組立を容易に行うことができる。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の動力装置1,1Aにおいて、締結度合が制御可能に構成され、入力部と出力部の間を接続・遮断するために設けられたクラッチ(ロックアップクラッチ35)をさらに備えることを特徴とする。
この構成によれば、締結度合を制御可能なクラッチによって、流体継手の入力部と出力部の間が接続・遮断される。したがって、このクラッチの締結度合の制御により、入力部と出力部の間の回転差を低減するように制御できるので、図33を用いて前述した原動機の動力の減速度合を制御することができる。また、この場合、単に、クラッチの締結度合を制御するだけなので、1つの回転機で発電する電力と2つの回転機の回転数を制御する従来の場合と比較して、原動機から被駆動部に伝達される動力の減速度合の制御が、非常に単純になる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態による動力装置を適用した車両(図示せず)の駆動系を概略的に示している。この動力装置1は、車両の左右の駆動輪DW,DW(被駆動部)を駆動するためのものであり、動力源としての内燃機関3(原動機)および回転機20と、駆動力を駆動輪DW,DWに伝達するための第1遊星歯車装置PS1(第1動力伝達機構)、第2遊星歯車装置PS2(第2動力伝達機構)、トルクコンバータ30(流体継手)、差動ギヤ機構9、および左右の駆動軸DS,DSを備えている。内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えばガソリンエンジンである。差動ギヤ機構9は、駆動軸DS,DSを介して駆動輪DW,DWに連結されている。
回転機20は、例えば3相ブラシレスDCモータであり、複数の鉄芯とコイルなどで構成されたステータ21と、複数の磁石で構成されたロータ22とを有している。ステータ21は、移動不能のケース(図示せず)に固定されるとともに、パワードライブユニット(以下「PDU」という)51(制御装置)を介して、バッテリ52(蓄電装置)と後述するECU2(制御装置)に電気的に接続されている(図2参照)。このPDU51は、インバータなどの電気回路で構成されている。ロータ22は、ステータ21に対向するように配置されており、回転自在になっている。
この回転機20では、バッテリ52からPDU51を介して電力が供給されるのに伴い、ステータ21において回転磁界が発生し、ロータ22が回転する。また、電力の非供給時、ロータ22がステータ21に対して回転したときに、ステータ21において、回転磁界が発生するとともに、発電が行われる。ECU2は、PDU51を制御することによって、回転機20に供給される電力と、回転機20で発電される電力と、ロータ22の回転数(以下「回転機回転数」という)NMと、回転機20のトルク(以下「回転機トルク」という)を制御する。
第1遊星歯車装置PS1は、第1サンギヤS1と、この第1サンギヤS1の外周に回転自在に設けられた、第1サンギヤS1よりも歯数の多い第1リングギヤR1と、両ギヤS1,R1に噛み合う複数(例えば3つ)の第1プラネタリギヤP1(2つのみ図示)と、第1プラネタリギヤP1を回転自在に支持する第1キャリアC1とを有している。以下、第1サンギヤS1、第1リングギヤR1および第1キャリアC1を総称して、「第1遊星歯車装置PS1の3要素」という。また、第2遊星歯車装置PS2は、第1遊星歯車装置PS1と同様に構成されており、第2サンギヤS2と、第2リングギヤR2と、両ギヤS2,R2に噛み合う複数(例えば3つ)の第2プラネタリギヤP2(2つのみ図示)と、第2プラネタリギヤP2を回転自在に支持する第2キャリアC2とを有している。以下、第2サンギヤS2、第2リングギヤR2および第2キャリアC2を総称して、「第2遊星歯車装置PS2の3要素」という。
本実施形態では、第1および第2のサンギヤS1,S2の歯数は互いに同じに、第1および第2のリングギヤR1,R2の歯数は互いに同じに、なっているが、必ずしも同じでなくてもよい。
また、上記の第1キャリアC1は、第1連結軸4に一体に設けられている。この第1連結軸4は、軸受け(図示せず)に回転自在に支持されており、その一端部が、エンジン3のクランク軸(図示せず)に同心状に連結されるとともに、他端部が、ニュートラルクラッチNCを介して、第2連結軸5に同心状に連結されている。上記の第2連結軸5は、軸受け(図示せず)に回転自在に支持されており、第2連結軸5には、第2サンギヤS2が一体に設けられている。上記のニュートラルクラッチNCは、摩擦式多板クラッチであり、その締結度合が後述するECU2(図2参照)により制御されることによって、第1連結軸4と第2連結軸5の間を接続・遮断する。以上の構成により、ニュートラルクラッチNCの接続時、第2サンギヤS2は、第1キャリアC1およびクランク軸に連結される。
さらに、第1連結軸4には、電磁ブレーキBRが設けられており、この電磁ブレーキBRは、ECU2によりONまたはOFFされ、ON状態のときに、第1連結軸4を回転不能に保持するとともに、OFF状態のときに、第1連結軸4の回転を許容する。
また、上記の第1サンギヤS1および第2キャリアC2は、第3連結軸6に一体に設けられている。第3連結軸6は、中空に形成されるとともに、軸受け(図示せず)に回転自在に支持されており、その内側に、上記の第2連結軸5が回転自在に嵌合している。また、第3連結軸6には、ギヤ6aが一体に設けられており、このギヤ6aは、アイドラギヤ(図示せず)を介して、差動ギヤ機構9のギヤ9aに噛み合っている。以上のように、第1サンギヤS1および第2キャリアC2は、第3連結軸6を介して、互いに連結されるとともに、ギヤ6aや差動ギヤ機構9などを介して、駆動輪DW,DWに連結されている。
トルクコンバータ30は、その内部に充填された作動油を用いて動力を伝達する一般的なものである。具体的には、トルクコンバータ30は、ケース状のカバー31と、カバー31に一体に設けられたポンプインペラ32(入力部)と、タービンランナ33(出力部)と、ステータ34と、ロックアップクラッチ35(クラッチ)を有している。
これらのポンプインペラ32、タービンランナ33およびステータ34はいずれも、羽根車で構成されており、軸受け(図示せず)に回転自在に支持されている。ポンプインペラ32とタービンランナ33は、若干の隙間を介して対向するようにカバー31内に配置されており、両者32,33の内周部間に、ステータ34が設けられている。上記のロックアップクラッチ35は、その締結度合が供給される油圧により制御される摩擦式のものであり、カバー31とタービンランナ33の間に設けられている。このロックアップクラッチ35には、エンジン3を動力源とするオイルポンプが油路(いずれも図示せず)を介して接続されており、この油路には、油圧制御弁35aが設けられている。この油圧制御弁35aは、ECU2で制御されることによって、ロックアップクラッチ35に供給される油圧を制御する。これにより、ロックアップクラッチ35の締結度合が制御されることによって、カバー31とタービンランナ33の間が接続・遮断される。
以上の構成のトルクコンバータ30では、ロックアップクラッチ35の遮断中、ポンプインペラ32とタービンランナ33の間で、動力が作動油を介して伝達される。図3は、このロックアップクラッチ35の遮断中、ポンプインペラ32からタービンランナ33に動力が伝達される場合の動力の入出力関係を表している。同図において、TPは、ポンプインペラ32に伝達されたトルク(以下「ポンプ吸収トルク」という)、TTは、タービンランナ33に伝達されるトルク(以下「タービントルク」という)、NPは、ポンプインペラ32の回転数(以下「ポンプ回転数」という)と、NTは、タービンランナ33の回転数(以下「タービン回転数」という」)である。
同図に示すように、タービン回転数NTとポンプ回転数NPとの比(NT/NP)が、所定値(例えば0.9)以上、かつ値1以下であり、タービン回転数NTがポンプ回転数NPとほぼ等しいときには、タービントルクTTとポンプトルクTPとの比(TT/TP)は値1になる。また、タービン回転数NTがポンプ回転数NPよりも低いときには、ステータ34によって、ポンプ吸収トルクTPが増幅された状態でタービンランナ33に伝達され、その増幅度合は、タービン回転数NTがポンプ回転数NPよりも低いほど、より大きい。このため、NT/NP値が小さいほど、TT/TP値は大きくなる。さらに、NT/NP=0のとき、すなわち、ポンプインペラ32が回転しているものの、タービンランナ33が回転していないときには、TT/TP値は、値1よりも大きな最大値(例えば2.0)になる。以上のような回転数およびトルクの関係は、上記とは逆に、タービンランナ33からポンプインペラ32に動力が伝達される場合にも成立する。
さらに、カバー31およびタービンランナ33には、入力軸7および出力軸8がそれぞれ一体に同心状に設けられている。これらの入力軸7および出力軸8には、ギヤ7a,8aがそれぞれ一体に設けられており、これらのギヤ7a,8aは、第1および第2のリングギヤR1,R2の外周面にそれぞれ形成されたギヤR1a,R2aにそれぞれ噛み合っている。以上のように、第1および第2のリングギヤR1,R2は、トルクコンバータ30を介して互いに連結されている。また、出力軸8には、前述した回転機20のロータ22が一体に設けられており、この構成により、ロータ22は、タービンランナ33および第2リングギヤR2と一体に回転自在になっている。
また、図2に示すように、ECU2には、クランク角センサ41から、クランク軸のクランク角度位置を表す検出信号が出力される。ECU2は、このクランク角度位置に基づいて、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。さらに、ECU2には、ポンプ回転数センサ42からポンプ回転数NPを表す検出信号が、タービン回転数センサ43からタービン回転数NTを表す検出信号が、出力される。
また、ECU2には、回転角度位置センサ44から、回転機20のロータ22の回転角度位置を表す検出信号が出力される。ECU2は、この検出信号に基づいて、回転機回転数NMを算出する。さらに、ECU2には、電流電圧センサ45から、バッテリ52に入出力される電流・電圧値を表す検出信号が出力される。ECU2は、この検出信号に基づいて、バッテリ52の残存容量SOCを算出する。また、ECU2には、アクセル開度センサ46から車両のアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量であるアクセル開度APを表す検出信号が、車速センサ47から車速VPを表す検出信号が、出力される。
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、上述した各種のセンサ41〜47からの検出信号に応じ、エンジン3や回転機20などの動作を制御する。
図4は、第1遊星歯車装置PS1の3要素の回転数の関係の一例を表す共線図を、第2遊星歯車装置PS2の3要素の回転数の関係の一例を表す共線図とともに示している。この共線図は、これらの3要素を横軸方向に並べて示し、それらの回転数を縦軸に示すとともに、3要素の横軸方向の間隔を、第1遊星歯車装置PS1の3要素については第1サンギヤS1および第1リングギヤR1の歯数に基づいて、第2遊星歯車装置PS2の3要素については第2サンギヤS2および第2リングギヤR2の歯数に基づいて、それぞれ規定したものである。図4において、αは第1サンギヤS1の歯数と第1リングギヤR1の歯数との比であり、βは第2サンギヤS2の歯数と第2リングギヤR2の歯数との比である。
前述したように、第1サンギヤS1および第2キャリアC2は、互いに連結されるとともに、ギヤ6aなどを介して駆動輪DW,DWに連結されているので、ギヤ6aによる変速などを無視すれば、第1サンギヤS1および第2キャリアC2の回転数と、駆動輪DW,DWの回転数すなわち車速VPは互いに等しい。また、第1リングギヤR1およびポンプインペラ32は、ギヤ7aなどを介して連結されているので、ギヤ7aによる変速などを無視すれば、第1リングギヤR1の回転数およびポンプ回転数NPは互いに等しい。さらに、タービンランナ33およびロータ22は、互いに連結されるとともに、ギヤ8aなどを介して第2リングギヤR2に連結されているので、ギヤ8aによる変速などを無視すれば、タービン回転数NT、回転機回転数NM、および第2リングギヤR2の回転数は、互いに等しい。
また、エンジン3のクランク軸および第1キャリアC1は互いに連結されるとともに、ニュートラルクラッチNCの接続時、第2サンギヤS2がエンジン3のクランク軸および第1キャリアC1に連結されるので、エンジン回転数NE、第1キャリアC1の回転数、および第2サンギヤS2の回転数は、互いに等しい。以上から、ニュートラルクラッチNCの接続時、第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2の3要素の回転数、エンジン回転数NE、車速VP、ポンプ回転数NP、タービン回転数NT、および回転機回転数NMの関係は、例えば図5のような1つの共線図上に表される。
なお、エンジン3のクランク軸の回転方向が駆動輪DW,DWの正転方向と同じであるとして、以下、動力装置1中のすべての回転要素および駆動輪DW,DWについて、クランク軸の回転方向と同方向を「正転方向」、逆方向を「逆転方向」といい、正転方向および逆転方向の回転をそれぞれ、「正転」および「逆転」という。
本実施形態では、第1要素が第1サンギヤS1に、第2要素が第1キャリアC1に、第3要素が第1リングギヤR1に、第4要素が第2サンギヤS2に、第5要素が第2キャリアC2に、第6要素が第2リングギヤR2に、それぞれ相当する。
一方、ニュートラルクラッチNCの遮断時には、クランク軸および第1キャリアC1と第2サンギヤS2の間が遮断されるので、第2サンギヤS2の回転数は、エンジン回転数NEおよび第1キャリアC1の回転数と等しくならない場合がある。このため、ニュートラルクラッチNCの遮断時、第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2の3要素の回転数、エンジン回転数NE、車速VP、ポンプ回転数NP、タービン回転数NT、および回転機回転数NMの関係は、例えば図6のような2つの共線図上に表される。
以下、上述した共線図などを用いて、車両の停止中や走行中における動力装置1の動作について説明する。まず、回転機20のみを動力源として車両を走行させるときの動作について説明する。以下、このような車両の走行を「EV走行」という。このEV走行中には、ニュートラルクラッチNCを接続することによって、第2サンギヤS2を第1キャリアC1およびエンジン3のクランク軸に連結する。また、そのように互いに連結されたクランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を、電磁ブレーキBRをON状態に制御することによって回転不能に保持するとともに、ロックアップクラッチ35を遮断する。その状態で、回転機20に電力を供給し、回転機20を正転させる。
以上により、EV走行中、図7に示すように、回転機トルクの一部はタービンランナ33に伝達され、タービンランナ33を正転させる。また、回転機トルクの残りは、第2サンギヤS2が上記のように回転不能に保持されているので、第2リングギヤR2および第2プラネタリギヤP2を介して、第2キャリアC2に伝達される。第2キャリアC2に伝達されたトルクの一部は、第1キャリアC1が上記のように回転不能に保持されているので、第1サンギヤS1および第1プラネタリギヤP1を介して、第1リングギヤR1に伝達された後、ポンプインペラ32に伝達され、第1リングギヤR1やポンプインペラ32を逆転させる。また、第2キャリアC2に伝達されたトルクの残りは、ギヤ6aおよび差動ギヤ機構9などを介して、駆動輪DW,DWに伝達され、駆動輪DW,DWを正転させる。以上のように、回転機20の動力は、トルクコンバータ30を介さずに、駆動輪DW,DWに伝達される。
以上の結果、図8に示すように、エンジン回転数NEが値0、すなわちエンジン3が停止した状態で、車速VPが上昇し、車両が走行する。この場合、同図に示すように、ポンプインペラ32およびタービンランナ33が互いに逆方向に回転するものの、両者32,33の間には作動油が介在するため、EV走行を支障なく行うことができる。なお、図7および後述するトルクの伝達状況を示す他の図では、矢印付きの太い破線はトルクの流れを示している。
次に、EV走行中にエンジン3を始動するときの動作について説明する。以下、このようなエンジン始動を「EV走行中ENG始動」という。このEV走行中ENG始動時には、ニュートラルクラッチNCの接続を保持し、上述したようにON状態に制御されていた電磁ブレーキBRをOFF状態に制御することによって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2の回転を許容する。また、それまでに遮断されていたロックアップクラッチ35を徐々に接続し、回転機回転数NMを低減させるように制御するとともに、回転機トルクを増大させる。
以上により、回転機トルクの一部は、トルクコンバータ30を介して、第1リングギヤR1に伝達され、残りは、第2リングギヤR2に伝達されるとともに、第2サンギヤS2に後述するように伝達されたトルクと合成された後、第2キャリアC2に伝達される。第2キャリアC2に伝達されたトルクの一部は、駆動輪DW,DWに伝達され、残りは、第1サンギヤS1に伝達されるとともに、第1リングギヤR1に上記のように伝達されたトルクと合成された後、第1キャリアC1に伝達される。第1キャリアC1に伝達されたトルクの一部は、エンジン3に伝達され、残りは第2サンギヤS2に伝達される。
以上の結果、図9に破線で示すように、それまでに値0であったエンジン回転数NEが、同図に実線で示すように上昇する。その状態で、前記クランク角度位置に応じ、エンジン3の燃料噴射弁や点火プラグ(いずれも図示せず)の点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。この場合、ロックアップクラッチ35の締結度合、回転機回転数NMおよび回転機トルクは、車速VPをそのときの値に保持し、かつ、エンジン回転数NEがエンジン3の始動に適した所定の始動時回転数NESTになるように制御される。
次に、車両の停止中にエンジン3を始動するときの動作について説明する。以下、このようなエンジン3の始動を「停車中ENG始動」という。この停車中ENG始動時には、ニュートラルクラッチNCを接続することによって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を互いに連結するとともに、電磁ブレーキBRをOFF状態に制御することによって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2の回転を許容する。また、ロックアップクラッチ35を遮断し、回転機20に電力を供給するとともに、回転機20を逆転させる。
車両の停止中には、駆動輪DW,DWは、ブレーキ(図示せず)により回転不能に保持されており、駆動輪DW,DWに連結された第1サンギヤS1および第2キャリアC2も、回転不能に保持されている。このため、回転機トルクの一部は、第2リングギヤR2および第2プラネタリギヤP2を介して、第2サンギヤS2に伝達され、第2サンギヤS2を正転させる。また、回転機トルクの残りは、タービンランナ33に伝達され、タービンランナ33を逆転させる。さらに、第2サンギヤS2に上記のように伝達されたトルクの一部は、上記のように第1サンギヤS1が回転不能に保持されているので、第1キャリアC1、第1プラネタリギヤP1および第1リングギヤR1を介して、ポンプインペラ32に伝達され、ポンプインペラ32を正転させる。また、第2サンギヤS2に伝達されたトルクの残りは、クランク軸に伝達され、クランク軸を正転させる。
以上の結果、図10に示すように、車速VPが値0、すなわち車両が停止した状態で、エンジン回転数NEが上昇する。その状態で、クランク角度位置に応じ、燃料噴射弁や点火プラグの点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。この場合、回転機回転数NMおよび回転機トルクは、エンジン回転数NEが前述した始動時回転数NESTになるように制御される。また、エンジン3に伝達されるトルクは、各ギヤにおける動力の伝達ロスなどを無視すれば、回転機トルクに、αすなわち第1サンギヤS1の歯数と第1リングギヤR1の歯数との比を乗算した値になる。なお、この場合、図10に示すように、ポンプインペラ32およびタービンランナ33が互いに逆方向に回転するものの、両者32,33の間には作動油が介在するため、停車中にエンジン3を支障なく始動させることができる。
次に、エンジン3のアイドル運転中の動作について説明する。このアイドル運転中には、ニュートラルクラッチNCを遮断することによって、クランク軸および第1キャリアC1と第2サンギヤS2との間を遮断するとともに、電磁ブレーキBRをOFF状態に制御することによって、クランク軸および第1キャリアC1の回転を許容する。また、ロックアップクラッチ35を遮断し、エンジン回転数NEを所定のアイドル回転数NIDLEに制御する。
アイドル運転中には、上述した車両の停止中と同様、第1サンギヤS1が回転不能に保持されているため、第1キャリアC1に伝達されたエンジン3の回転は、第1プラネタリギヤP1、第1リングギヤR1およびトルクコンバータ30を介して、第2リングギヤR2に伝達される。この場合、上記のようにエンジン3と第2サンギヤS2の間が遮断されていることと、上述した車両の停止中と同様、第2キャリアC2が回転不能に保持されていることから、第2リングギヤR2に上記のように伝達された回転は、第2プラネタリギヤP2を介して、第2サンギヤS2に伝達される。
以上の結果、図11に示すように、アイドル運転中、エンジン回転数NEが所定のアイドル回転数NIDLEに、車速VPが値0に保持される。また、第1サンギヤS1および第2キャリアC2の回転数はいずれも値0になり、第1キャリアC1、第1リングギヤR1、第2リングギヤR2、およびポンプインペラ32およびタービンランナ33はいずれも正転方向に空転し、第2サンギヤS2は逆転方向に空転する。
次に、上述したアイドル運転中から車両を発進させるときの動作について説明する。この車両の発進時には、アイドル運転中に遮断されていたニュートラルクラッチNCを、徐々に接続する。また、電磁ブレーキBRおよびロックアップクラッチ35を、アイドル運転中と同様にして制御する。
これにより、車両の発進時、エンジン3のトルク(以下「エンジントルク」という)の一部が第2サンギヤS2に伝達されることによって、図12に実線で示すように、第2サンギヤS2の回転数が、同図に破線で示すアイドル運転中の状態から上昇し、第2サンギヤS2が正転する。また、第2サンギヤS2に上記のように伝達されたトルクが、第2リングギヤR2に対して逆転させるように作用することによって、第2リングギヤR2の回転数が、アイドル運転中の状態から低下し、第1リングギヤR1の回転数よりも低くなる。それに伴い、タービン回転数NTがポンプ回転数NPよりも低くなる結果、前述したトルクコンバータ30の特性から明らかなように、タービントルクTTが増大し、第2リングギヤR2に伝達されるトルクが増大する。また、第2キャリアC2には、そのように増大した第2リングギヤR2の伝達トルクと第2サンギヤS2に上記のように伝達されたトルクとを合成した合成トルクが伝達される。さらに、エンジントルクの残りは、第1キャリアC1に伝達された後、第1リングギヤR1および第1サンギヤS1に分配される。また、第2キャリアC2および第1サンギヤS1に上記のように伝達されたトルクは、第3連結軸6において合成された後、駆動輪DW,DWに伝達される。以上の結果、図12に実線で示すように、車速VPが、同図に破線で示すアイドル運転中の状態から上昇し、車両が発進する。
次に、エンジン3の動力(以下「エンジン動力」という)を主に用いて車両を走行させるときの動作について説明する。以下、このような車両の走行を「ENG走行」という。このENG走行中には、ニュートラルクラッチNCの接続によって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を互いに連結し、電磁ブレーキBRのOFF操作によって、そのように互いに連結されたクランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2の回転を許容する。また、ロックアップクラッチ35の接続・遮断を、車速VPなどに応じて制御する。さらに、エンジン動力を、車速VPおよび要求トルクPMCMDに応じ、良好な燃費が得られるように制御する。この要求トルクPMCMDは、車速VPおよびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。
図13は、ENG走行中、ロックアップクラッチ35を遮断した状態におけるエンジントルクの伝達状況を示している。図13に示すように、エンジントルクの一部は、第1キャリアC1に伝達されるとともに、残りは第2サンギヤS2に伝達される。第1キャリアC1に伝達されたトルクは、第1リングギヤR1および第1サンギヤS1に分配され、第1リングギヤR1に分配されたトルクは、トルクコンバータ30を介して第2リングギヤR2に伝達される。第2リングギヤR2に伝達されたトルクは、第2サンギヤS2に上記のように伝達されたトルクと合成された後、第2キャリアC2に伝達される。また、第2キャリアC2および第1サンギヤS1に上記のように伝達されたトルクは、合成された後、駆動輪DW、DWに伝達される。以上により、ENG走行中、駆動輪DW,DW伝達される動力は、各ギヤにおける動力の伝達ロスなどを無視すれば、エンジン動力と同じ大きさになる。
図14は、ENG走行中、ロックアップクラッチ35を遮断した状態における第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2の3要素の回転数やエンジン回転数NE、車速VPなどの関係の一例を、車両の加速時において示している。同図に示すように、車速VPは、加速に伴って上昇したエンジン回転数NEに対し、すぐには上昇せず、エンジン回転数NEよりも低くなる。また、タービン回転数NTは、ポンプ回転数NPよりも低くなり、その結果、ポンプインペラ32に伝達されたトルクすなわちポンプ吸収トルクTPが、増大された状態でタービンランナ33に伝達される。以上の結果、エンジン動力は、無段階に減速されて駆動輪DW,DWに伝達される。
さらに、この場合、ポンプ回転数NPおよびタービン回転数NTに応じ、ロックアップクラッチ35の締結度合を制御することにより、ポンプ回転数NPとタービン回転数NTとの回転差を制御することによって、エンジン3から駆動輪DW,DWに伝達される動力の減速度合が制御される。
また、ENG走行中、車速VPが所定のロックアップ速度(例えば60km/h)よりも高いときには、ロックアップクラッチ35を完全に接続することによって、第1および第2のリングギヤR1,R2を互いに連結する。これにより、図15に示すように、エンジン回転数NE、車速VP、ポンプ回転数NP、およびタービン回転数NTは互いに等しくなり、エンジン動力は、変速されずに駆動輪DW,DWに伝達される。この場合にも、図13を用いて説明したような動力の分配・合成が行われるのは、もちろんである。
なお、ENG走行中、ロックアップクラッチ35が遮断されていても、例えば定速走行の継続によって、ポンプ回転数NPとタービン回転数NTとの差が値0になる場合には、エンジン動力が変速されずに駆動輪DW,DWに伝達されることは、もちろんである。
さらに、上述したENG走行中、バッテリ52の残存容量SOCが所定値SOCREFよりも大きく、かつ、次の条件(a)または(b)が成立しているときには、エンジン動力を回転機20でアシストしながら、車両を走行させる。以下、このような車両の走行を「アシスト走行」という。なお、上記の所定値SOCREFは、ヒステリシス付きの値に設定されている。
(a)車速VPおよび要求トルクPMCMDに応じて定まる要求出力に対し、前述したように良好な燃費が得られるように制御されるエンジン動力が不足するとき
(b)エンジントルクと、ポンプインペラ32、タービンランナ33間の差回転に伴ってトルクコンバータ30で増幅されるトルクとの和よりも、要求トルクPMCMDが大きいとき
また、アシスト走行中、ロックアップクラッチ35は遮断状態に保持されるとともに、回転機トルクは、上記の要求出力に対するエンジン動力の不足分と同じ大きさに制御される。
図16は、アシスト走行中におけるトルクの伝達状況を示している。同図に示すように、アシスト走行中、第2リングギヤR2には、トルクコンバータ30を介して前述したように伝達されたトルクと回転機トルクを合成した合成トルクが伝達される。第2リングギヤR2に伝達されたトルクは、第2サンギヤS2に前述したように伝達されたトルクと合成された後、第2キャリアC2に伝達され、第2キャリアC2に伝達されたトルクは、第1サンギヤS1に前述したように分配されたエンジントルクと合成された後、駆動輪DW,DWに伝達される。以上により、アシスト走行中には、駆動輪DW,DWに伝達される動力は、各ギヤにおける動力の伝達ロスなどを無視すれば、エンジン動力および回転機20の動力の和と同じ大きさになる。
さらに、(b)の条件の成立時、すなわちエンジントルクと、ポンプインペラ32、タービンランナ33間の差回転に伴ってトルクコンバータ30で増幅されるトルクとの和よりも、要求トルクPMCMDが大きい場合、そのような大きな要求トルクPMCMD分のトルクが駆動輪DW,DWに出力されるように、トルクコンバータ30にトルク増幅を行わせるには、トルク増幅度合が大きな大型のトルクコンバータ30が必要になる。本実施形態によれば、(b)の条件の成立時に、上述したようにアシスト走行を行い、回転機20によるアシストを行うことによって、駆動輪DW,DWに伝達されるトルクを増加させることができるので、トルク増幅度合の小さな小型のトルクコンバータ30を用いることが可能になり、それにより、動力装置1の小型化および製造コストの削減を達成することができる。
一方、ENG走行中、残存容量SOCが所定値SOCREFよりも小さく、かつ、要求出力に対してエンジン動力が余るときには、エンジン動力を用いて回転機20で発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ52に充電する。以下、このようなバッテリ52の充電を「駆動時充電」という。この駆動時充電中、ロックアップクラッチ35は遮断状態に保持されるとともに、回転機20によりバッテリ52に充電する電力は、要求出力に対するエンジン動力の余剰分と同じ大きさに制御される。
図17に示すように、駆動時充電中、タービンランナ33に伝達されたトルクすなわちタービントルクTTの一部が、回転機20に伝達されるとともに、タービントルクTTの残りが、第2リングギヤR2に伝達され、第2サンギヤS2に伝達されたトルクと合成された後、第2キャリアC2に伝達される。第2キャリアC2に伝達されたトルクは、第1サンギヤS1に分配されたエンジントルクと合成された後、駆動輪DW,DWに伝達される。以上により、駆動時充電中には、駆動輪DW,DWに伝達される動力は、各ギヤにおける動力の伝達ロスなどを無視すれば、エンジン動力から回転機20で発電した電力(エネルギ)を差し引いた大きさになる。
また、前述したアシスト走行中および駆動時充電中、回転機トルクや回転機回転数NM、バッテリ52に充電する電力を制御することによって、車速VPを無段階に制御することができる。具体的には、図18に示すように、車速VPがエンジン回転数NEよりも低いときに、駆動時充電を行い、充電する電力を増大させるとともに、回転機回転数NMをエンジン回転数NEよりも低い回転数に低下させることによって、車速VPを無段階に低下させることができ、逆に、回転機20によるアシストを行い、回転機トルクを増大させるとともに、回転機回転数NMを上昇させることによって、車速VPを無段階に上昇させることができる。この場合、前述したロックアップクラッチ35を用いた減速度合の制御と比較して、車速VPをきめ細かくかつ速やかに制御することができる。さらに、回転機20によるアシストを行い、回転機トルクを増大させるとともに、図19に示すように、回転機回転数NMをエンジン回転数NEよりも高い回転数に上昇させることによって、車速VPを、エンジン回転数NEよりも高い速度に無段階に上昇させることができる。
次に、車両の減速走行中、すなわち、エンジン3および回転機20から動力が出力されていない状態で、車両が惰性で走行しているときの動作について説明する。車両の減速走行中には、ニュートラルクラッチNCの接続によって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を互いに連結するとともに、電磁ブレーキBRのOFF操作によって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2の回転を許容する。また、ロックアップクラッチ35を遮断し、駆動輪DW,DWの動力を用いて、回転機20で発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ52に充電する。以下、上述したように駆動輪DW,DWの動力を用いて発電した電力を充電することを、「第1減速回生」という。
以上により、第1減速回生中には、例えば、図20に示すように、駆動輪DW,DWのトルクの一部は、第2キャリアC2に伝達され、第2キャリアC2に伝達されたトルクは、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2に分配される。第2リングギヤR2に分配されたトルクの一部は、回転機20に伝達され、残りは、トルクコンバータ30を介して、第1リングギヤR1に伝達される。また、駆動輪DW,DWのトルクの残りは、第1サンギヤS1に伝達され、第1サンギヤS1に伝達されたトルクは、第1リングギヤR1に上記のように伝達されたトルクと合成された後、第1キャリアC1に伝達される。さらに、第2サンギヤS2および第1キャリアC1に上記のように伝達されたトルクは、第1連結軸4で合成され、クランク軸に伝達される。
以上のように、第1減速回生中、駆動輪DW,DWの動力がトルクコンバータ30を介さずに回転機20に伝達される。
また、上述した駆動輪DW,DWの動力を用いた充電を次のようにして行ってもよい。すなわち、ニュートラルクラッチNCの接続および電磁ブレーキBRのON操作によって、クランク軸、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を回転不能に保持し、ロックアップクラッチ35を遮断する。その状態で、回転機20による充電を行う。以下、このようにして充電を行うことを、「第2減速回生」という。
これにより、第2減速回生中、図21に示すように、駆動輪DW,DWのトルクの一部は、第1キャリアC1が回転不能に保持されていることから、第1サンギヤS1、第1プラネタリギヤP1、および第1リングギヤR1を介して、ポンプインペラ32に伝達され、ポンプインペラ32を逆転させる。また、駆動輪DW,DWのトルクの残りは、第2サンギヤS2が回転不能に保持されていることから、第2キャリアC2および第2プラネタリギヤP2を介して、第2リングギヤR2に伝達される。第2リングギヤR2に伝達されたトルクの一部は、タービンランナ33に伝達され、タービンランナ33を正転させ、残りは、回転機20に伝達される。
このように、第2減速回生中、駆動輪DW,DWの動力を用いた充電を、駆動輪DW,DWの動力をエンジン3に伝達させずに行うことができ、したがって、より大きな電力を充電することができる。
以上のように、本実施形態によれば、トルクコンバータ30を用いるので、前述した2組の回転機および制御装置を用いる従来の場合のような回転機の複雑な制御をまったく行わずに、エンジン動力を無段階に減速して駆動輪DW,DWに伝達することができる。また、同じ理由により、動力装置1の小型化および製造コストの削減を達成することができる。さらに、ENG走行中、エンジン動力を良好な燃費が得られるように制御するとともに、車両に要求される要求出力に対して、エンジン動力が不足するようなときには、その不足分が回転機20によるアシストにより補われ、余るようなときには、その余剰分を用いて回転機20による充電が行われる。したがって、駆動輪DW,DWを適切に駆動しながら、エンジン3の良好な燃費を得ることができる。
さらに、図13を用いて説明したように、第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2における動力の分配・合成によって、エンジン3をトルクコンバータ30と直結した場合と比較して、トルクコンバータ30を通過するエンジン動力を低減することができる。したがって、トルクコンバータ30がエンジン3に直結されている場合と比較して、トルクコンバータ30におけるエンジン動力の伝達ロスを低減でき、エンジン3による駆動輪DW,DWの駆動効率を高めることができる。また、図16を用いて説明したように、アシスト走行中、回転機20の動力は、トルクコンバータ30を介さずに駆動輪DW,DWに伝達される。したがって、アシスト走行中、トルクコンバータ30における動力の伝達ロスを低減でき、駆動輪DW,DWの駆動効率を高めることができる。さらに、同じ理由により、トルクコンバータ30を小型化することが可能になり、それにより、動力装置1をさらに小型化することができる。
また、図20を用いて説明したように、第1減速回生中、駆動輪DW,DWの動力がトルクコンバータ30を介さずに回転機20に伝達されるので、トルクコンバータ30における動力の伝達ロスを回避でき、駆動輪DW,DWの動力を用いた場合の回転機20の発電効率を高めることができる。さらに、駆動時充電や第1減速回生、第2減速回生の実行によりバッテリ52に充電した電力を用いて、回転機20のみを動力源として用いるEV走行を行うので、エンジン3の燃費をさらに高めることができる。
また、一般的な第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2を用いるので、格別の装置を用いることなく、動力装置1を容易かつより安価に構成することができる。さらに、同じ理由により、動力装置1のさらなる小型化を図ることができる。また、第1および第2のリングギヤR1,R2に、トルクコンバータ30が連結されているので、このトルクコンバータ30の連結、ひいては、動力装置1の組立を容易に行うことができる。さらに、エンジン3から駆動輪DW,DWに伝達される動力の減速度合の制御を、ロックアップクラッチ35の締結度合の制御によって行うことができるので、前述した従来の場合と比較して、非常に単純化することができる。
次に、本発明の第2実施形態による動力装置1Aについて説明する。図22に示すように、この動力装置1Aでは、上述した第1実施形態の動力装置1と比較して、回転機20のロータ22が出力軸8ではなく、入力軸7に一体に設けられている点のみが異なっている。このような第1実施形態との差異から、主に、動力装置1Aの動作において、回転機20が関わる動作、すなわち、EV走行中、停車中ENG始動時、アシスト走行中、駆動時充電中、第1減速回生中、および第2減速回生中の動作が、第1実施形態の場合と異なっているので、以下、この点を中心として説明する。なお、EV走行中におけるエンジン3の始動は、本実施形態では行われない。
まず、EV走行中の動作について説明する。EV走行中には、ニュートラルクラッチNC、電磁ブレーキBRおよびロックアップクラッチ35を第1実施形態と同様に制御し、回転機20に電力を供給するとともに、第1実施形態と異なり、回転機20を正転させずに、逆転させる。
以上の結果、EV走行中、図23に示すように、回転機トルクの一部はポンプインペラ32に伝達され、ポンプインペラ32を逆転させる。また、回転機トルクの残りは、第1キャリアC1が上記のように回転不能に保持されているので、第1リングギヤR1および第1プラネタリギヤP1を介して、第1サンギヤS1に伝達され、第1サンギヤS1を正転させる。また、第1サンギヤS1に伝達されたトルクの一部は、第2サンギヤS2が回転不能に保持されているので、第2キャリアC2、第2プラネタリギヤP2および第2リングギヤR2を介して、タービンランナ33に伝達される。さらに、第1サンギヤS1に伝達されたトルクの残りは、駆動輪DW,DWに伝達され、駆動輪DW,DWを正転させる。
以上の結果、第1実施形態と同様、図24に示すように、エンジン3が停止した状態(NE=0)で、車速VPが上昇し、車両が走行する。以上のように、回転機20の動力は、第1実施形態と同様、トルクコンバータ30を介さずに、駆動輪DW,DWに伝達される。なお、この場合、図25に示すように、第1実施形態と同様、ポンプインペラ32およびタービンランナ33が互いに逆方向に回転するものの、EV走行を支障なく行うことができる。
次に、停車中ENG始動時の動作について説明する。停車中ENG始動時には、ニュートラルクラッチNC、電磁ブレーキBRおよびロックアップクラッチ35を第1実施形態と同様に制御し、回転機20に電力を供給するとともに、回転機20を、第1実施形態と異なり、逆転させずに、正転させる。
前述したように、車両の停止中には、駆動輪DW,DW用のブレーキによって、第1サンギヤS1および第2キャリアC2は、回転不能に保持されている。このため、回転機トルクの一部は、第1リングギヤR1および第1プラネタリギヤP1を介して、第1キャリアC1に伝達され、残りはポンプインペラ32に伝達される。また、第1キャリアC1に伝達されたトルクの一部は、第2サンギヤS2、第2プラネタリギヤP2および第2リングギヤR2を介して、タービンランナ33に伝達され、第2リングギヤR2およびタービンランナ33を逆転させる。さらに、第1キャリアC1に伝達されたトルクの残りは、エンジン3に伝達され、クランク軸を正転させる。
以上の結果、第1実施形態と同様、停車中ENG始動時、図25に示すように、車両が停止した状態(VP=0)で、エンジン回転数NEが上昇する。その状態で、第1実施形態と同様にして燃料噴射弁や点火プラグの点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。この場合における回転機回転数NMおよび回転機トルクの制御は、第1実施形態と同様にして行われる。また、停車中ENG始動時には、エンジン3に伝達されるトルクは、各ギヤにおける動力の伝達ロスなどを無視すれば、回転機トルクに(1+α)を乗算した値になる(α:第1サンギヤS1の歯数と第1リングギヤR1の歯数との比)。
これに対して、第1実施形態では、前述したように、停車中ENG始動時、エンジン3に伝達されるトルクは、回転機トルクにαを乗算した値になる。このことから明らかなように、この第2実施形態によれば、同じ大きさの回転機トルクに対して、第1実施形態の場合よりも大きなトルクをエンジン3に伝達できるので、エンジン3の始動に必要な回転機トルクを低減することができる。したがって、回転機20の小型化を図ることができ、それにより、動力装置1Aのさらなる小型化および製造コストの削減を達成することができる。
なお、停車中ENG始動時、図25に示すように、第1実施形態と同様、ポンプインペラ32およびタービンランナ33が互いに逆方向に回転するものの、停車中にエンジン3を支障なく始動させることができる。
次に、アシスト走行中、駆動時充電中、および減速走行中の動作について説明する。アシスト走行中、駆動時充電中、および減速走行中には、回転機20、ニュートラルクラッチNC、電磁ブレーキBR、およびロックアップクラッチ35の制御は、第1実施形態と同様に行われるものの、トルクの伝達状況や、アシスト走行中および駆動時充電中における車速VPの制御方法が、第1実施形態と異なるので、以下、この点を中心として説明する。
アシスト走行中には、図26に示すように、回転機トルクは、第1リングギヤR1に前述したように分配されたエンジントルクと合成され、この合成トルクは、トルクコンバータ30を介して、第2リングギヤR2に伝達される。その他のトルクの伝達については、第1実施形態と同様にして行われる。なお、第2実施形態では、回転機トルクが、上記のようにトルクコンバータ30を介して駆動輪DW、DWに伝達されるので、第1実施形態のようなトルクコンバータ30における動力の伝達ロスの低減効果や、トルクコンバータ30のトルク増幅度合の低減効果は、得ることができない。
また、駆動時充電中には、図27に示すように、回転機20には、第1リングギヤR1に前述したように分配されたエンジントルクの一部が伝達され、第1リングギヤR1に分配されたエンジントルクの残りは、トルクコンバータ30を介して、第2リングギヤR2に伝達される。その他のトルクの伝達については、第1実施形態と同様にして行われる。さらに、この場合、上述したように、第1実施形態と異なり、エンジン動力がトルクコンバータ30を介さずに回転機20に伝達されるので、トルクコンバータ30における動力の伝達ロスを回避でき、エンジン動力を用いた場合の回転機20の発電効率を高めることができる。
また、この第2実施形態では、アシスト走行中および駆動時充電中、回転機トルクや回転機回転数NM、回転機20により充電する電力を次のようにして制御することによって、第1実施形態と同様、車速VPを制御することができる。具体的には、図28に示すように、車速VPがエンジン回転数NEよりも低いときに、駆動時充電を行い、充電に用いるトルクを低減することにより、回転機回転数NMをエンジン回転数NEよりも高い回転数に上昇させることによって、エンジン3に対する駆動輪DW,DWの回転の比率を無段階に低下させることができ、逆に、回転機20によるアシストを行い、回転機トルクを増大させることにより、回転機回転数NMを低下させることによって、エンジン3に対する駆動輪DW,DWの回転の比率を無段階に上昇させることができる。この場合、前述したロックアップクラッチ35を用いた減速度合の制御と比較して、車速VPをきめ細かくかつ速やかに制御することができる。さらに、回転機20によるアシストを行い、回転機トルクを増大させるとともに、図29に示すように、回転機回転数NMをエンジン回転数NEよりも低い回転数に低下させることによって、車速VPを、エンジン回転数NEよりも高い速度に無段階に上昇させることができる。
さらに、第1減速回生中には、例えば、図30に示すように、回転機20には、第2リングギヤR2に前述したように分配されたトルクの一部がトルクコンバータ30を介して伝達される。その他のトルクの伝達については、第1実施形態の場合と同様にして行われる。なお、第2実施形態では、第1減速回生中、駆動輪DW,DWの動力が、上記のようにトルクコンバータ30を介して回転機20に伝達されるので、第1実施形態のような駆動輪DW,DWの動力を用いた場合の回転機20の発電効率の向上効果は、得ることができない。
また、第2減速回生中には、図31に示すように、回転機20には、第1リングギヤR1に前述したように伝達されたトルクの一部が伝達される。その他のトルクの伝達については、第1実施形態の場合と同様にして行われる。このように、第1実施形態と同様、駆動輪DW,DWの動力を用いた発電を、駆動輪DW,DWの動力をエンジン3に伝達させずに行うことができ、したがって、より大きな電力をバッテリ52に充電することができる。
以上により、上述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果をほぼ同様に得ることができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明における第1および第2の動力伝達機構として、第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2を用いているが、遊星歯車装置のギヤに代えて、表面間の摩擦によって動力を伝達する複数のローラを有するなど、遊星歯車装置と同等の機能を有するような装置を用いてもよい。また、実施形態では、第1キャリアC1および第2サンギヤS2を互いに連結し、第1サンギヤS1および第2キャリアC2を互いに連結しているが、第1キャリアC1および第2サンギヤS2は、エンジン3に連結されている限り、互いに連結されていなくてもよく、また、第1サンギヤS1および第2キャリアC2は、駆動輪DW,DWに連結されている限り、互いに連結されていなくてもよい。
さらに、実施形態において、エンジン3、駆動輪DW,DW、ポンプインペラ32、タービンランナ33、第1および第2の遊星歯車装置PS1,PS2の3要素の間の連結関係は、次の条件を満たす限り、任意に設定できる。すなわち、第2サンギヤS2および第2リングギヤS2の一方と第1キャリアC1が、エンジン3に連結され、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1の一方と第2キャリアC2が、駆動輪DW,DWに連結され、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1の他方が、ポンプインペラ32に連結され、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2の他方が、タービンランナ33に連結されているという条件である。例えば、第1キャリアC1および第2リングギヤR2をエンジン3に連結し、第1リングギヤR1および第2キャリアC2を駆動輪DW,DWに連結し、第1および第2のサンギヤS1,S2を、ポンプインペラ32およびタービンランナ33にそれぞれ連結してもよい。
また、実施形態では、本発明における原動機として、エンジン3、すなわちガソリンエンジンを用いているが、例えばディーゼルエンジンや外燃機関を用いてもよい。さらに、実施形態では、回転機20として、ブラシレスDCモータを用いているが、例えばACモータを用いてもよい。また、実施形態では、本発明における流体継手として、トルクコンバータ30を用いているが、流体クラッチを用いてもよい。さらに、実施形態では、本発明における蓄電装置としてバッテリ52を用いているが、キャパシタを用いてもよい。
また、実施形態では、本発明における制御装置として、ECU2およびPDU51を用いているが、マイクロコンピュータと電気回路を組み合わせたものを用いてもよい。さらに、実施形態では、ポンプインペラ32とタービンランナ33の間を接続・遮断するためのクラッチとして、油圧で駆動される摩擦式のロックアップクラッチ35を用いているが、締結度合を制御可能なものであれば、これに限らず、例えば電磁式のクラッチを用いてもよい。また、実施形態は、本発明を車両に適用した例であるが、本発明は、これに限らず、例えば船舶などに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
第1実施形態による動力装置を適用した車両の駆動系を概略的に示す図である。 第1実施形態による動力装置の一部を示すブロック図である。 ロックアップクラッチの遮断中におけるポンプ吸収トルク、タービントルク、ポンプ回転数、およびタービン回転数の関係を示す図である。 第1遊星歯車装置の3要素の回転数の関係の一例を示す共線図を、第2遊星歯車装置の3要素の回転数の関係の一例を示す共線図とともに示す図である。 図1の動力装置における第1および第2の遊星歯車装置の3要素の回転数、ポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数の関係の一例を、ニュートラルクラッチの接続時において示す共線図である。 図1の動力装置における第1および第2の遊星歯車装置の3要素の回転数、ポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数の関係の一例を、ニュートラルクラッチの遮断時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、EV走行中において示す図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、EV走行中において示す共線図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、EV走行中ENG始動時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、停車中ENG始動時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、アイドル運転中において示す共線図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、車両発進時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、ENG走行中、ロックアップクラッチの遮断時において示す図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、ENG走行中、ロックアップクラッチの遮断時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、ENG走行中、ロックアップクラッチの接続時において示す共線図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、アシスト走行中において示す図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、駆動時充電中において示す図である。 図1の動力装置においてアシスト走行中や駆動時充電中に行われる車速の制御を説明するための図である。 図1の動力装置においてアシスト走行中に行われる車速の制御を説明するための図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、第1減速回生中において示す図である。 図1の動力装置におけるトルクの伝達状況を、第2減速回生中において示す図である。 第2実施形態による動力装置を適用した車両の駆動系を概略的に示す図である。 図22の動力装置におけるトルクの伝達状況を、EV走行中において示す図である。 図22の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、EV走行中において示す共線図である。 図22の動力装置におけるポンプ回転数、エンジン回転数、車速、タービン回転数、および回転機回転数などの関係の一例を、停車中ENG始動時において示す共線図である。 図22の動力装置におけるトルクの伝達状況を、アシスト走行中において示す図である。 図22の動力装置におけるトルクの伝達状況を、駆動時充電中において示す図である。 図22の動力装置においてアシスト走行中や駆動時充電中に行われる車速の制御を説明するための図である。 図22の動力装置においてアシスト走行中に行われる車速の制御を説明するための図である。 図22の動力装置におけるトルクの伝達状況を、第1減速回生中において示す図である。 図22の動力装置におけるトルクの伝達状況を、第2減速回生中において示す図である。 本発明の動力装置における被駆動部への原動機の動力の伝達を説明するための図である。 (a)第1〜第3の要素の回転数の関係の一例を示す共線図を、第4〜第6の要素の回転数の関係の一例を示す共線図とともに示す図、(b)第1〜第6の要素の回転数、入力部の回転数、原動機の回転数、被駆動部の回転数、および出力部の回転数の関係の一例を示す共線図である。 第1連結パターンの場合において回転機アシストおよび駆動時充電を実行したときの被駆動部の回転数の制御を説明するための図である。 第1連結パターンの場合において回転機アシストを実行したときの被駆動部の回転数の制御を説明するための図である。 第2連結パターンの場合において回転機アシストおよび駆動時充電を実行したときの被駆動部の回転数の制御を説明するための図である。 第2連結パターンの場合において回転機アシストを実行したときの被駆動部の回転数の制御を説明するための図である。
符号の説明
1 動力装置
2 ECU(制御装置)
3 内燃機関(原動機)
20 回転機
30 トルクコンバータ(流体継手)
32 ポンプインペラ(入力部)
33 タービンランナ(出力部)
35 ロックアップクラッチ(クラッチ)
PS1 第1遊星歯車装置(第1動力伝達機構)
S1 第1サンギヤ(第1要素)
R1 第1リングギヤ(第3要素)
P1 第1プラネタリギヤ
C1 第1キャリア(第2要素)
PS2 第2遊星歯車装置(第2動力伝達機構)
S2 第2サンギヤ(第4要素)
R2 第2リングギヤ(第6要素)
P2 第2プラネタリギヤ
C2 第2キャリア(第5要素)
DW 駆動輪(被駆動部)
51 PDU(制御装置)
52 バッテリ(蓄電装置)
1A 動力装置

Claims (4)

  1. 被駆動部を駆動するための動力装置であって、
    原動機と、
    入力部および出力部を有し、前記入力部と前記出力部の間で、動力を作動流体を介して伝達可能に構成された流体継手と、
    第1、第2および第3の要素を有し、前記第2要素に入力された動力を前記第1要素および前記第3要素に分配する機能と、前記第1要素および前記第3要素に入力された動力を合成した後、前記第2要素に出力する機能を有するとともに、前記第1から第3の要素の回転数が共線関係を満たし、かつ、当該共線関係を表す共線図において前記第1から第3の要素が順に並ぶように構成され、前記第1要素が前記被駆動部に機械的に連結され、前記第2要素が前記原動機に機械的に連結され、前記第3要素が前記入力部に機械的に連結された第1動力伝達機構と、
    第4、第5および第6の要素を有し、前記第5要素に入力された動力を前記第4要素および前記第6要素に分配する機能と、前記第4要素および前記第6要素に入力された動力を合成した後、前記第5要素に出力する機能を有するとともに、前記第4から第6の要素の回転数が共線関係を満たし、かつ、当該共線関係を表す共線図において前記第4から第6の要素が順に並ぶように構成され、前記第4要素が前記原動機に機械的に連結され、前記第5要素が前記被駆動部に機械的に連結され、前記第6要素が前記出力部に機械的に連結された第2動力伝達機構と、
    前記第3要素および前記第6要素の一方に機械的に連結された1つの回転機と、
    当該回転機の動作を制御するための1つの制御装置と、
    前記回転機に電気的に接続された蓄電装置と、
    を備えることを特徴とする動力装置。
  2. 前記第1動力伝達機構が、第1サンギヤ、第1リングギヤ、前記第1サンギヤおよび前記第1リングギヤに噛み合う第1プラネタリギヤを回転自在に支持する第1キャリアを有する第1遊星歯車装置であり、前記第1要素が、前記第1サンギヤおよび前記第1リングギヤの一方、前記第2要素が前記第1キャリア、前記第3要素が、前記第1サンギヤおよび前記第1リングギヤの他方であり、
    前記第2動力伝達機構が、第2サンギヤ、第2リングギヤ、前記第2サンギヤおよび前記第2リングギヤに噛み合う第2プラネタリギヤを回転自在に支持する第2キャリアを有する第2遊星歯車装置であり、前記第4要素が、前記第2サンギヤおよび前記第2リングギヤの一方、前記第5要素が前記第2キャリア、前記第6要素が、前記第2サンギヤおよび前記第2リングギヤの他方であることを特徴とする、請求項1に記載の動力装置。
  3. 前記第1要素が前記第1サンギヤ、前記第3要素が前記第1リングギヤ、前記第4要素が前記第2サンギヤ、前記第6要素が前記第2リングギヤであることを特徴とする、請求項2に記載の動力装置。
  4. 締結度合が制御可能に構成され、前記入力部と前記出力部の間を接続・遮断するために設けられたクラッチをさらに備えることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の動力装置。
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