JP5916104B2 - 油圧ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよびトランスミッションを含むパワートレインと、ポンプ・モータと、アキュムレータとを備え、前記アキュムレータに蓄圧した油圧で前記ポンプ・モータをモータとして駆動して車両の走行、前記エンジンのアシストおよび前記エンジンの始動を行うとともに、前記エンジンの駆動力あるいは駆動輪から逆伝達される駆動力で前記ポンプ・モータをポンプとして駆動して前記アキュムレータを蓄圧する油圧ハイブリッド車両に関する。

エンジンをトランスミッションを介して前輪に接続し、ポンプおよびモータとして機能するポンプ・モータを後輪に接続し、発進時にアキュムレータに蓄圧した油圧でポンプ・モータをモータとして駆動するとともに、制動時に後輪から逆伝達される駆動力でポンプ・モータをポンプとして駆動してアキュムレータを蓄圧する油圧ハイブリッド車両が、下記特許文献１により公知である。

またエンジンの駆動力を駆動輪に伝達する駆動軸をドグクラッチおよびギヤボックスを介してポンプ・モータに接続し、ポンプ・モータの回転数が許容最大回転数になったときにドグクラッチを切り離し、ポンプ・モータの回転数と駆動軸の回転数との差回転が許容回転数内になったときにドグクラッチを接続することで、ドグクラッチの歯欠けを防止する油圧ハイブリッド車両が、下記特許文献２により公知である。

特開平８−２８２３２４号公報 特開平６−１０７１３９号公報

ところで、かかる油圧ハイブリッド車両がエンジンおよびトランスミッションよりなるパワートレインを備える場合、そのパワートレインに作動油や潤滑油を供給するためのオイルパンおよびオイルポンプに加えて、油圧ハイブリッドシステム用のオイルタンクおよびポンプ・モータが必要となり、これら二つの油圧系統が併存することで部品点数の増加、装置の大型化、重量の増加、コストの増加等が免れないという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ポンプ・モータを備えた油圧ハイブリッド車両の部品点数を削減して小型軽量化およびコストダウンを図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンおよびトランスミッションを含むパワートレインと、ポンプ・モータと、アキュムレータとを備え、前記アキュムレータに蓄圧した油圧で前記ポンプ・モータをモータとして駆動して車両の走行、前記エンジンのアシストおよび前記エンジンの始動を行うとともに、前記エンジンの駆動力あるいは駆動輪から逆伝達される駆動力で前記ポンプ・モータをポンプとして駆動して前記アキュムレータを蓄圧する油圧ハイブリッド車両において、前記ポンプ・モータは前記パワートレインに作動油あるいは潤滑油を供給するポンプに兼用されることを特徴とする油圧ハイブリッド車両が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記エンジンのクランクシャフトと前記ポンプ・モータの回転軸とは動力伝達手段を介して接続され、前記ポンプ・モータの吐出口と前記エンジンのメインギャラリとが油路を介して接続されることを特徴とする油圧ハイブリッド車両が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記ポンプ・モータの吐出口は前記ポンプ・モータを収納するケーシングの上部に形成されるとともに、前記ケーシングの下部には前記エンジンのオイルタンクの内部空間に開口する吸入口が形成され、前記吐出口は前記エンジンのロアブロック内に形成した前記油路を介して前記メインギャラリに接続されることを特徴とする油圧ハイブリッド車両が提案される。

尚、実施の形態の無端チェーン５２は本発明の動力伝達手段に対応する。

請求項１の構成によれば、アキュムレータに蓄圧した油圧でポンプ・モータをモータとして駆動することで、車両の走行、エンジンのアシストおよびエンジンの始動を行うことができ、またエンジンの駆動力あるいは駆動輪から逆伝達される駆動力でポンプ・モータをポンプとして駆動することで、アキュムレータを蓄圧することができる。油圧ハイブリッドシステムのポンプ・モータはパワートレインに作動油あるいは潤滑油を供給するポンプに兼用されるので、パワートレインに設けられた既存のオイルポンプを廃止して部品点数およびコストを削減することができるだけでなく、パワートレインに設けられた既存のオイルパン等を油圧ハイブリッドシステムに利用して更なる部品点数およびコストの削減を達成することができる。しかもエンジンのアイドリングストップ制御を行う場合に、エンジンの停止中にアキュムレータに蓄圧した油圧でポンプ・モータをモータとして駆動することで、エンジンの始動およびトランスミッションへの油圧供給を行うことが可能になるため、アイドリングストップ制御用の電動オイルポンプを設ける必要がなくなって更なるコストダウンが可能になる。

また請求項２の構成によれば、エンジンのクランクシャフトとポンプ・モータの回転軸とを動力伝達手段を介して接続したので、動力伝達手段の構造を簡素化して動力伝達効率を高めることができ、特にポンプ・モータをモータとして駆動してエンジンを始動する際の始動性を高めることができる。またポンプ・モータの吐出口とエンジンのメインギャラリとを油路を介して接続したので、ポンプ・モータからエンジンへの作動油および潤滑油の供給を既存のメインギャラリを利用して効率的に行うことができる。

また請求項３の構成によれば、ポンプ・モータの吐出口はポンプ・モータを収納する油圧ハイブリッドシステムのケーシングの上部に形成されるとともに、ケーシングの下部にはエンジンのオイルタンクの内部空間に開口する吸入口が形成され、吐出口はエンジンのロアブロック内に形成した油路を介してメインギャラリに接続されるので、油圧ハイブリッドシステムをエンジンのオイルパンの内部に収納することでパワートレインが大型化するのを防止して車両への搭載性を高めることができるだけでなく、ポンプ・モータが発生する振動や騒音をエンジンの防振マウントで吸収することが可能となって車両の静粛性を高めることができる。

スプールバルブの中立位置での縦断面図。 スプールバルブの駆動位置での縦断面図。 スプールバルブの蓄圧位置での縦断面図。 エンジンの縦断面図。 図４の５方向矢視図。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、自動車用の油圧ハイブリッドシステムに使用されるスプールバルブＶは、バルブケース１１に形成したスリーブ支持孔１１ａに嵌合する円筒状のスリーブ１２を備えており、スリーブ１２の一端に当接する環状の第１エンドプレート１３の外面を覆うソレノイド支持部材１４が、リニアソレノイド１５と共に複数本のボルト１６…でバルブケース１１の一方の側面に締結され、スリーブ１２の他端に当接する環状の第２エンドプレート１７の外面を覆うカバー部材１８が複数本のボルト１９…でバルブケース１１の他方の側面に締結される。スリーブ１２に形成されたスプール孔１２ａの内部にスプール２０が軸方向摺動可能に嵌合しており、その一端から延びるロッド部２０ａの先端とリニアソレノイド１５の出力ロッド１５ａの先端とが接続される。

スプール２０のロッド部２０ａが貫通するハット状の第１スプリングシート２１がスプール孔１２ａおよび第１エンドプレート１３の内周面に摺動自在に嵌合し、ソレノイド支持部材１４との間に縮設した第１スプリング２２でスプール２０に向けて付勢された第１スプリングシート２１は、そのフランジ部２１ａが第１エンドプレート１３の段部１３ａに当接する位置に停止する。またハット状の第２スプリングシート２３がスプール孔１２ａおよび第２エンドプレート１７の内周面に摺動自在に嵌合し、カバー部材１８との間に縮設した第２スプリング２４でスプール２０に向けて付勢された第２スプリングシート２３は、そのフランジ部２３ａが第２エンドプレート１７の段部１７ａに当接する位置に停止する。

この状態で、スプール２０の両端部は第１スプリングシート２１および第２スプリングシート２３間に挟まれ、スプール２０は中立位置に位置決めされる。リニアソレノイド１５を一方向に励磁して出力ロッド１５ａが前進すると、スプール２０が図１において左動することで、スプール２０に押圧された第２スプリングシート２３は第２スプリング２４を圧縮しながら左動する。この位置を駆動位置（図２参照）と呼ぶ。またリニアソレノイド１５を他方向に励磁して出力ロッド１５ａが後退すると、スプール２０が図１において右動することで、スプール２０に押圧された第１スプリングシート２１は第１スプリング２２を圧縮しながら右動する。この位置を蓄圧位置（図３参照）と呼ぶ。

リニアソレノイド１５は出力ロッド１５ａを任意の位置に前進あるいは後退させることができるため、スプール２０は任意の位置にストロークすることが可能であり、スプールバルブＶは駆動位置および蓄圧位置においてオイルの流量を制御する絞り弁としての機能を発揮する。

スリーブ１２のスプール孔１２ａの内周面には、その右端側から左端側に向かって環状の第１ポートＰ１〜第７ポートＰ７が順次形成される。またスプール２０の外周面には、その右端側から左端側に向かって大径の第１ランドＬ１〜第５ランドＬ５が順次形成されるとともに、第１ランドＬ１〜第５ランドＬ５間に挟まれた小径の第１グルーブＧ１〜第４グルーブＧ４が順次形成される。第１ランドＬ１〜第５ランドＬ５の外径はスプール孔１２ａの内径と同一であり、第１ランドＬ１〜第５ランドＬ５の外周面がスプール孔１２ａに内周面に当接する位置では、オイルが通過不能にシールされる。

スプール２０の第２ランドＬ２の外周面における第１グルーブＧ１に臨む部分と、スプール２０の第４ランドＬ４の外周面における第３グルーブＧ３に臨む部分とに、周方向に９０°ずつ離間した各４個の絞り溝３０…が形成される。これらの絞り溝３０…により、スプール２０のストローク位置に応じたオイルの流量制御が可能になる。

図１に示すように、第１ポートＰ１は直列に接続された油路２５Ａ１，２５Ａ２を介してオイルタンク２６に連通し、第７ポートＰ７は油路２５Ｂを介してオイルタンク２６に連通し、第２ポートＰ２は油路２５Ｃを介してポンプ・モータ２７の吐出側に連通し、第６ポートＰ６は油路２５Ｄを介してポンプ・モータ２７の吸入側に連通し、第３ポートＰ３は油路２５Ｅを介して前記油路２５Ｄに連通し、第４ポートＰ４は油路２５Ｆ、チェックバルブ２８および油路２５Ｇを介して前記油路２５Ｃに連通し、第５ポートＰ５は油路２５Ｈを介してアキュムレータ２９に連通する。

ポンプ・モータ２７の下流側に連なる油路２５Ｃと、エンジンおよびトランスミッションよりなるパワートレインＰＴの上流側に連なる油路２５Ａ１とは、電磁リリーフバルブ３１を介して接続され、パワートレインＰＴの下流側に連なる油路２５Ａ２はオイルタンク２６に接続される。そして油路２５Ａ１と油路２５Ａ２とをバイパスする油路２５Ｉには、リリーフバルブ３２が介装される。

図１、図４および図５に示すように、本実施の形態の油圧ハイブリッドシステム４１はエンジンＥのシリンダブロック４２の下面に締結された既存のオイルパンの内部に収納される。このオイルパンは、上述した油圧ハイブリッドシステム４１のオイルタンク２６に兼用される。油圧ハイブリッドシステム４１は、クランクシャフト４３をシリンダブロック４２に支持するロアブロック４４の下面に、複数のブラケット４５…を介して吊り下げ支持される。油圧ハイブリッドシステム４１のケーシング４６の内部にスプールバルブＶおよび外接型ギヤポンプよりなるポンプ・モータ２７が収納され、ケーシング４６の外部にスプールバルブＶを駆動するリニアソレノイド１５が固定される。またケーシング４６の後部には、４個の球体よりなるアキュムレータ２９が接続される。

ケーシング４６の下部にはオイルタンク２６の内部空間に連通する吸入口４７が形成されるとともに、ケーシング４６の上部から延びるオイル供給配管４８がロアブロック４４内の油路に接続される。ロアブロック４４内の油路からシリンダブロック内に形成したメインギャラリ（不図示）に供給されたオイルは、作動油あるいは潤滑油としてエンジンＥの各部に供給される。またパワートレインＰＴを構成するエンジンＥとトランスミッションとに油圧系統および潤滑系統を共有させ、エンジンＥのメインギャラリのオイルをトランスミッションにも供給することが可能である。

クランクシャフト４３の軸端に設けた第１スプロケット４９と、ポンプ・モータ２７の回転軸５０に設けた第２スプロケット５１とに無端チェーン５２が巻き掛けられており、第２スプロケット５１とポンプ・モータ２７の回転軸５０との間に電磁クラッチ５３が設けられる。これにより、クランクシャフト４３およびポンプ・モータ２７の間で双方向のトルク伝達が可能である。

従って、油圧ハイブリッドシステム４１の駆動状態では、アキュムレータ２９に蓄圧した油圧でポンプ・モータ２７がモータとして機能し、そのトルクが第２スプロケット５１、無端チェーン５２および第１スプロケット４９を介してクランクシャフト４３に伝達されることで、エンジンＥの駆動力をアシストしたり、エンジンＥをクランキングしたり、エンジンＥを停止した状態で車両を走行させたりすることができる。油圧ハイブリッドシステム４１の蓄圧状態では、エンジンＥから第１スプロケット４９、無端チェーン５２および第２スプロケット５１を介して伝達されるトルク、あるいは駆動輪から上記経路で逆伝達されるトルクでポンプ・モータ２７がポンプとして機能し、オイルタンク２６のオイルを加圧してリザーバ２９に蓄圧することができる。油圧ハイブリッドシステム４１の中立状態では、ポンプ・モータ２７はポンプとして低負荷状態で運転され、パワートレインＰＴに作動油や潤滑油を供給する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図２はスプール２０が左動した駆動位置を示しており、第１グルーブＧ１によって第１ポートＰ１および第２ポートＰ２が連通し、第２グルーブＧ２によって第３ポートＰ３および第４ポートＰ４が連通し、第３グルーブＧ３によって第５ポートＰ５および第６ポートＰ６が連通し、残りの第７ポートＰ７は第４ランドＬ４によって他のポートとの連通を遮断される。

その結果、アキュムレータ２９に蓄圧した油圧が油路２５Ｈ→第５ポートＰ５→第３グルーブＧ→第６ポートＰ６→油路２５Ｄ→ポンプ・モータ２７→油路２５Ｃ→第２ポートＰ２→第１グルーブＧ１→第１ポートＰ１→油路２５Ａ１，２５Ａ２→オイルタンク２６の経路で流れ、アキュムレータ２９に蓄圧した油圧でポンプ・モータ２７をモータとして駆動することで、走行用の駆動力を発生させたり、エンジンの駆動力をアシストしたり、エンジンＥをクランキングしたりすることができる。

スプールバルブＶの第１ポートＰ１からオイルタンク２６に戻る油路２５Ａ１，２５Ａ２間にはパワートレインＰＴが配置されており、パワートレインＰＴのエンジンＥおよびトランスミッションは、ポンプ・モータ２７が吐出したオイルを動弁機構や変速機構の作動油として、あるいは各被潤滑部の潤滑油として利用することができる。

アキュムレータ２９の圧力が下がって駆動力が低下した場合、ポンプ・モータ２７の下流側の油路２５Ｃから油路２５Ｇ→第４ポートＰ４→第２グルーブＧ２→第３ポートＰ３→油路２５Ｅの経路でポンプ・モータ２７の上流側の油路２５Ｄにオイルが循環することで、ポンプ・モータ２７の駆動力損失を低減することができる。またパワートレインＰＴの上流側の油路２５Ａ１の油圧が過剰に高まった場合には、油路２５Ｉに設けたリリーフバルブ３２が開弁することで、余剰のオイルをパワートレインＰＴの下流側の油路２５Ａ２にバイパスさせることができる。

また図３はスプール２０が右動した蓄圧位置を示しており、第３グルーブＧ３によって第４ポートＰ４および第５ポートＰ５が連通し、第４グルーブＧ４によって第６ポートＰ６および第７ポートＰ７が連通し、残りの第１ポートＰ１、第２ポートＰ２および第３ポートＰ３は第２ランドＬ２および第３ランドＬ３によって他のポートとの連通を遮断される。

その結果、駆動輪から逆伝達される駆動力やエンジンＥの駆動力でポンプ・モータ２７をポンプとして駆動することで、オイルタンク２６のオイルが油路２５Ｂ→第７ポートＰ７→第４グルーブＧ４→第６ポートＰ６→油路２５Ｄ→ポンプ・モータ２７→油路２５Ｃ→油路２５Ｇ→チェックバルブ２８→油路２５Ｆ→第４ポートＰ４→第３グルーブＧ３→第５ポートＰ５→油路２５Ｈ→アキュムレータ２９の経路で流れ、加圧したオイルをアキュムレータ２９に蓄圧することができる。

この蓄圧位置においては、ポンプ・モータ２７が吐出したオイルの一部が、油路２５Ｃ→電磁リリーフバルブ３１→油路２５Ａ１，２５Ａ２→オイルタンク２６の経路で流れ、その油量を電磁リリーフバルブ３１の開度により調整することにより、その経路内に配置したパワートレインＰＴに前記オイルの一部を作動油あるいは潤滑油として供給することができる。

図１に示す中立位置では、第１グルーブＧ１によって第１ポートＰ１および第２ポートＰ２が連通し、第４グルーブＧ４によって第６ポートＰ６および第７ポートＰ７が連通し、残りの第３ポートＰ３、第４ポートＰ４および第５ポートＰ５は第２ランドＬ２、第３ランドＬ３および第４ランドＬ４によって他のポートとの連通を遮断される。

その結果、駆動輪から逆伝達される駆動力やエンジンＥの駆動力でポンプ・モータ２７がポンプとして機能するときに、ポンプ・モータ２７が吐出するオイルを、油路２５Ｃ→第２ポートＰ２→第１グルーブＧ１→第１ポートＰ１→油路２５Ａ１，２５Ａ２→油路２５Ｂ→第７ポートＰ７→第４グルーブＧ４→第６ポートＰ６→油路２５Ｄ→ポンプ・モータ２７の経路で循環させ、ポンプ・モータ２７を低負荷状態で運転することができる。

この場合も、上述した駆動位置（図２参照）と同様に、オイルをパワートレインＰＴに作動油あるいは潤滑油として供給することができ、油路２５Ａ１の油圧が過剰に高まった場合には、リリーフバルブ３２により余剰のオイルがバイパスされる。

以上のように、本実施の形態によれば、油圧ハイブリッドシステム４１のポンプ・モータ２７をパワートレインＰＴに作動油や潤滑油を供給するオイルポンプに兼用するので、パワートレインＰＴに作動油や潤滑油を供給するための特別のオイルポンプを設ける必要がなくなり、部品点数の削減、重量の削減、パワートレインＰＴの小型化、コストの削減等が可能になる。しかもパワートレインＰＴに設けられた既存のオイルパン（オイルタンク２６）およびオイルを油圧ハイブリッドシステム４１に利用するので、オイルフィルタ、油温センサ、油温調節装置等の数を削減することができる。

また油圧ハイブリッドシステム４１をエンジンＥのオイルパン（オイルタンク２６）の内部に収納したので、油圧ハイブリッドシステム４１を設けたことでパワートレインＰＴが大型化するのを防止して車両への搭載性を高めることができるだけでなく、油圧ハイブリッドシステム４１が発生する振動や騒音をエンジンＥの防振マウントで吸収することが可能となって車両の静粛性を高めることができる。

またエンジンのアイドリングストップ制御を行う車両では、アイドリングストップ後の発進時にトランスミッションに変速用の油圧を遅滞なく供給するために、エンジンにより作動するオイルポンプとは別個に電動油圧ポンプを設け、アイドリングストップ中に電動油圧ポンプで油圧を立ち上げてトランスミッションに供給する必要がある。しかしながら本実施の形態によれば、エンジンのアイドリングストップ後の発進時に、アキュムレータ２９に蓄圧した油圧でポンプ・モータ２７をモータとして駆動してエンジンＥを始動できるだけでなく、ポンプ・モータ２７からの戻り油をトランスミッションに作動油として供給することで発進のための変速を行うことが可能となり、アイドリングストップ制御のための電動油圧ポンプを廃止して部品点数やコストを削減することができる。

特に、電動スタータモータよりも遥かにトルクの大きいポンプ・モータ２７をスタータモータとして使用することで、電動スタータモータに比べて短時間でエンジンＥを始動することができる。

またエンジンＥのクランクシャフト４３と油圧ハイブリッドシステム４１のポンプ・モータ２７の回転軸５０とを平行に配置して無端チェーン５２で接続したので、クランクシャフト４３およびポンプ・モータ２７間の駆動力伝達機構の構造を簡素化するとともに、駆動力の伝達ロスを最小限に抑えることが可能となり、ポンプ・モータ２７でエンジンＥをクランキングして始動する際の始動性および静粛性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではパワートレインＰＴがエンジンＥおよびトランスミッションの両方を含んでいるが、本発明のパワートレインはエンジンあるいはトランスミッションの少なくとも一方を含んでいれば良い。

また実施の形態では油圧ハイブリッドシステム４１をオイルタンク２６の内部に収納しているが、それをオイルタンク２６の外部に配置しても良い。この場合、エンジンＥのクランクシャフト４３とポンプ・モータ２７の回転軸５０とを、シリンダブロック４２の外部に配置したプーリおよび無端ベルトを介して接続することができる。

２６ オイルタンク
２７ ポンプ・モータ
２９ アキュムレータ
４３ クランクシャフト
４６ ケーシング
４７ 吸入口
５０ 回転軸
５２ 無端チェーン（動力伝達手段）
Ｅ エンジン
ＰＴ パワートレイン

Claims (3)

1. エンジン（Ｅ）およびトランスミッションを含むパワートレイン（ＰＴ）と、ポンプ・モータ（２７）と、アキュムレータ（２９）とを備え、
   前記アキュムレータ（２９）に蓄圧した油圧で前記ポンプ・モータ（２７）をモータとして駆動して車両の走行、前記エンジン（Ｅ）のアシストおよび前記エンジン（Ｅ）の始動を行うとともに、前記エンジン（Ｅ）の駆動力あるいは駆動輪から逆伝達される駆動力で前記ポンプ・モータ（２７）をポンプとして駆動して前記アキュムレータ（２９）を蓄圧する油圧ハイブリッド車両において、
   前記ポンプ・モータ（２７）は前記パワートレイン（ＰＴ）に作動油あるいは潤滑油を供給するポンプに兼用されることを特徴とする油圧ハイブリッド車両。
2. 前記エンジン（Ｅ）のクランクシャフト（４３）と前記ポンプ・モータ（２７）の回転軸（５０）とは動力伝達手段（５２）を介して接続され、前記ポンプ・モータ（２７）の吐出口と前記エンジン（Ｅ）のメインギャラリとが油路を介して接続されることを特徴とする、請求項１に記載の油圧ハイブリッド車両。
3. 前記ポンプ・モータ（２７）の吐出口は前記ポンプ・モータ（２７）を収納するケーシング（４６）の上部に形成されるとともに、前記ケーシング（４６）の下部には前記エンジン（Ｅ）のオイルタンク（２６）の内部空間に開口する吸入口（４７）が形成され、前記吐出口は前記エンジン（Ｅ）のロアブロック（４４）内に形成した前記油路を介して前記メインギャラリに接続されることを特徴とする、請求項２に記載の油圧ハイブリッド車両。
   

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