JP2001206084A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリーズ方式の利点とパラレル方式の利点を
ともに利用することができる燃料消費効率の高いハイブ
リッド自動車を提供する。電気回転機を車両に１台のみ
搭載し、重量の軽減をはかる。回生制動時に内燃機関の
フリクションにより失われるエネルギをなくし、回生制
動により回生されるエネルギの効率を高くする。 【解決手段】 内燃機関、電動発電機、クラッチ、およ
び変速機をこの順に接続し、内燃機関と電動発電機との
間に一方向性の回転伝達手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関および電
動発電機を併用するハイブリッド自動車に関する。本発
明は、電気回転機を１個のみ搭載して燃料消費量の小さ
いシリーズパラレル・ハイブリッド方式を実現する新し
いハイブリッド自動車に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関および電動発電機をともに搭載
するハイブリッド自動車をその駆動方式により、シリー
ズ方式、パラレル方式、に大きく区分することができ
る。

【０００３】シリーズ方式は、内燃機関が発電機を駆動
するように機械的に連結され、車軸は電動機により駆動
されるように機械的に連結されて構成される。内燃機関
を運転することにより発電機から電気エネルギを得て、
この電気エネルギを電動機に与えて車両を走行させるも
のである。シリーズ方式では、発電機から得る電気エネ
ルギをいったん電池に充電し、電池から取り出す電気エ
ネルギを電動機に与える方式が一般的である。このシリ
ーズ方式では、制動エネルギを回生させるときには、車
軸に連結された電動機を発電機モードに切替えて、車軸
から供給される回転エネルギを電気エネルギに変換して
電池を充電させる。内燃機関が使用する燃料（ガソリン
等）は外部から給油されるし、この電池に対して外部か
ら充電電流を与えて充電を行うこともできる。

【０００４】パラレル方式は、車軸を駆動する内燃機関
に電動発電機を機械的に直結させて構成される。電動発
電機を電動機とし、これに電池から電気エネルギを供給
することにより、内燃機関および電動機でともに車軸を
駆動することができる。制動時には電動発電機を発電機
として動作させることにより、電池を充電させる回生制
動を行うことができる。また変速機をニュートラルにす
るもしくはクラッチを切り離すことにより、停車中に電
動発電機を発電機として動作させてこれを内燃機関によ
り駆動し、発生する電気エネルギを電池に充電すること
ができる。あるいは変速機およびクラッチを接続した状
態で、走行中に電動発電機を発電機として動作させ、内
燃機関により車軸とともに発電機を駆動して電池の充電
を行うことができる。内燃機関が使用する燃料は外部か
ら給油されるし、前記電池に対して外部から充電電流を
与えて充電することもできる。これは本願出願人が製造
販売するＨＩＭＲに採用されている方式である。

【０００５】シリーズ方式は、車両の走行状態にかかわ
らず内燃機関の回転速度を選択設定して運転することが
できる。すなわち、走行しながら発電するときにも停車
中に発電するときにも、負荷電流および電池の充電状態
に応じて、燃料効率のよい回転速度領域になるように、
あるいは排気ガスの少ない回転速度領域になるように制
御して内燃機関を運転させることができる。

【０００６】これに対してパラレル方式は内燃機関と電
動機を併用して運転することができるから、登坂時や発
進加速時に発生する最大トルクを大きくすることができ
るが、内燃機関の回転速度は原則として車両の運転状況
に対応して変化するから、燃料効率のよい回転速度のみ
で連続して運転することはできない。したがって、大き
い瞬時最大トルクを必要とするバスやトラックなど大型
車両にはパラレル方式が適するものとされている。

【０００７】このシリーズ方式の利点とパラレル方式の
利点をいずれも利用するものとして、本願出願人は図９
に示す構成のものを開示した（特開平１１−７５３０２
号公報) 。これは電動発電機を２個設け、第一の電動発
電機を内燃機関に直結し、第一の電動発電機と変速機の
間に第一のクラッチを連結し、この第一のクラッチの変
速機側に第二の電動発電機を第二のクラッチを介して連
結する構造のものである。この図９のものでは、第二の
電動発電機はギヤを介して変速機の入力側で主軸に連結
される。

【０００８】この構造では、第一のクラッチを切り離す
ことにより内燃機関の回転は変速機に伝わらなくなるか
ら、内燃機関は第一の電動発電機を発電機として駆動し
て電池を充電し、第二の電動発電機を電動機とし、第二
のクラッチをつなぐことにより、発電機および電池から
供給されるエネルギで車両を走行させることができる。
この動作モードでは上で説明したシリーズ方式となる。
そして第一のクラッチをつなぐことにより内燃機関で直
接に車両を駆動するとともに、そのときに第一の電動発
電機を電動機として利用することができるから、この動
作モードでは上で説明したパラレル方式となる。この場
合にもシリーズ方式として動作するときには効率のよい
回転速度領域を選択設定して燃料消費率を高くすること
ができるし、パラレル方式として動作するときには瞬時
トルクを大きくすることができる。さらにこの図９に示
す方式では、回生制動を行うときに第一のクラッチを切
り離すことにより、内燃機関のフリクションに妨げられ
ることなく、制動エネルギを第二の電動発電機から有効
に回生することができる。しかしこの方式は二つのクラ
ッチを制御することが必要になる。

【０００９】ドイツ国特許公報第２９４３５５４号（フ
ォルクス・ワーゲン）に、上記説明のパラレル方式と同
様に、内燃機関、電動発電機、クラッチ、および変速機
をこの順に連結して、この内燃機関とこの電動発電機と
の間に第二のクラッチを設ける技術が開示されている。
すなわち内燃機関と第一の電動発電機との間にさらにク
ラッチを設けるものである。この構造は、電気回転機を
１個として、パラレル方式としても変形シリーズ方式と
しても運転することができるものである。しかし、この
方式はさらに一個の大型のクラッチを設け、これを動作
モードに応じて操作することが必要であり、このために
油圧系を用いる特別のクラッチ機構と、このクラッチ機
構を操作制御するための電子装置が必要になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年ハイブリッド自動
車に対する市場の要望はきわめて活発であり、とくに燃
料効率のよいものが求められるようになった。また、排
気ガスの清浄化についても将来を見越して厳しい要望が
ある。このため、バスやトラックなどの大型商業車両に
ついても上述のシリーズ方式を採用することができない
かを検討することが必要になった。上述のようにシリー
ズ方式では、内燃機関により発電機を駆動して電気エネ
ルギを得て、これを用いて走行することができるととも
に、そのときの内燃機関の回転速度は、原則的には車両
の走行速度とは無関係である。したがって、シリーズ方
式では、内燃機関の回転速度は燃料消費特性や排気ガス
特性などについて望ましい領域を利用することができる
ように設定することができるからである。

【００１１】しかし、上述のようにシリーズ方式では原
則的に電気回転機が２個必要である。トラックやバスな
どの大型車両では、電気回転機も必然的に大型になるか
ら、大型の電気回転機を一つの車両に２個搭載すること
は、車両重量を増大させることになって燃料効率を改善
する本来の目的と矛盾することになる。

【００１２】また、パラレル方式ではその燃料効率を改
善するために、車両の減速時に電動発電機を発電機とし
て作用させる回生制動の効率を改善し、回生エネルギの
利用効率を高くすることが試みられている。しかし、パ
ラレル方式では電動発電機と内燃機関の回転軸が直結さ
れているかぎり、制動により得られるはずのエネルギは
内燃機関のフリクションにより消費され、すなわちエン
ジン・ブレーキとなって熱放散されてしまい、効率的に
電気エネルギとして回生することができない。これを回
避するために、上述の図９で説明した方式では第二のク
ラッチが必要である、また内燃機関と電動発電機との間
に第二のクラッチを設ける上記フォルクス・ワーゲンの
方式は、回生制動の時間は第二のクラッチを切り離し
て、回生制動が内燃機関のフリクションに妨げられない
ようにすることができる。しかし、上述のように第二の
クラッチを設けこれを操作しかつ適正なタイミングで制
御するためには、大規模な油圧系装置を含む複雑な機械
的装置、および多数のセンサやプログラム制御回路によ
る電気的な機構が必要になる。

【００１３】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、大型車両に適する構造であって、シリーズ方式
の利点およびパラレル方式の利点をともに利用すること
ができるハイブリッド自動車を提供することを目的とす
る。本発明は、登坂時や発進時には内燃機関および電動
機がともに車軸を駆動して、発生するトルクを大きくす
ることができる方式であって、しかも燃料効率を大きく
改善することができるハイブリッド自動車を提供するこ
とを目的とする。本発明は、電気回転機を１台のみ搭載
して車両重量を小さくするハイブリッド自動車を提供す
ることを目的とする。本発明は、内燃機関のフリクショ
ンに妨げられることなく、制動により発生するエネルギ
を有効に回生することができるハイブリッド自動車を提
供することを目的とする。本発明は、複雑で重量の大き
い第二のクラッチを利用することなく、装置を単純化す
ることができるハイブリッド自動車を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関と電
動発電機とを直結するのではなく、内燃機関と電動発電
機とを一方向性の回転伝達手段により連結することを最
大の特徴とする。

【００１５】すなわち本発明は、内燃機関（１）と、電
動発電機（２）と、クラッチ（３）と、変速機（４）と
がこの順序に回転駆動力が伝達されるように接続された
ハイブリッド自動車であって、前記内燃機関（１）と前
記電動発電機（２）との間に、前記内燃機関から前記電
動発電機には回転駆動力が伝達され前記電動発電機から
前記内燃機関には回転駆動力が伝達されない一方向性の
回転伝達手段（５）を設けたことを特徴とする。

【００１６】上記括弧内の数字は、後から詳しく説明す
る実施例図面の参照符号であり、これは発明の内容をわ
かりやすくするための併記であり、本願発明の構成を実
施例に限定して解釈するためのものではない。

【００１７】ここで、一方向性の回転伝達手段は、わか
りやすい一例をあげると、自転車の後輪回転軸に装備さ
れた回転ラチェット機構である。内燃機関の回転方向は
常に一定であり逆回転することはない。この一方向性の
回転伝達手段は、内燃機関の回転速度が電動発電機の回
転速度より大きくなったときに自動的に結合状態とな
り、内燃機関の回転速度が電動発電機の回転速度より小
さくなったときに自動的にかい離状態またはスリップ状
態となる。結合状態では、内燃機関から前記電動発電機
には回転駆動力が伝達される。電動発電機が内燃機関を
駆動しようとすると、この回転伝達手段はかい離状態と
なって回転駆動力はその方向には伝達されない。

【００１８】このような一方向性の回転伝達手段は、回
転ラチェット機構としても自転車に使用されるもののほ
かにもさまざまに知られている。回転ラチェット機構以
外にも、類似の原理作用に基づく一方向性の回転伝達手
段はさまざまに知られている。またこれらの原理的な構
造を大型車両を駆動するための装置として適合するよう
に改良設計して利用することができる。

【００１９】前記一方向性の回転伝達手段として、本願
出願人は一方向性クラッチを製作し試験した。これは大
型バスおよび大型トラックなど商用車に使用できる構造
のものであり、これをこの後の説明で実施例に開示す
る。

【００２０】このような一方向性の回転伝達手段を用い
ることにより、アクセルペダルが解放されて内燃機関が
低速回転またはアイドリング状態になったときに、車両
が相応の速度で走行しているのであれば、変速機および
クラッチを介して車輪の回転は電動発電機に伝達され
る。このとき制動を行うのであれば、電動発電機を発電
機として動作させて回生制動を行うことができる。この
とき、内燃機関と電動発電機との間の接続は一方向性の
回転伝達手段が空転することにより実質的に切り離され
るから、内燃機関のフリクションによりその回転エネル
ギの一部を失うことはなく、制動により発生する機械エ
ネルギを効率的に電動発電機により回生することができ
る。

【００２１】また、この一方向性の回転伝達手段によ
り、電動発電機が電動機として作用し車両を電気エネル
ギにより加速している状態にあるとき、アクセルペダル
が踏み込まれると、内燃機関の回転速度が上昇して、こ
の一方向性の回転伝達手段が結合状態となり、内燃機関
から駆動車軸に回転駆動力が伝達される。これにより、
電動機および内燃機関による同時駆動が可能になり、登
坂時や発進時などの短時間に必要な回転トルクを大きく
得ることができる。

【００２２】なお、車両が後退（バック）するときに
も、この一方向性の回転伝達手段は同様に作用する。す
なわち、車両が後退するときには変速機がリバースに入
っているから、車両が後退しても電動発電機が逆回転す
ることはない。これは自転車の場合とはちがう。

【００２３】本発明の装置は、前記電動発電機の制御手
段と、この制御手段を介して前記電動発電機に接続され
た蓄電手段とを備え、前記制御手段は、（１）前記電動
発電機を電動機として動作させ前記変速機を介して車軸
を駆動する電動走行モード、（２）前記電動発電機を電
動機として動作させ前記内燃機関とともに前記変速機を
介して車軸を駆動するパラレル走行モード、（３）前記
電動発電機を空転させ前記内燃機関により前記変速機を
介して車軸を駆動するエンジン走行モード、（４）前記
電動発電機を発電機として動作させ前記内燃機関により
その電動発電機および前記変速機を介して車軸を駆動す
るとともにその電動発電機が発生する電気エネルギを前
記蓄電手段に充電する走行充電モード、（５）前記電動
発電機を発電機として動作させ前記変速機からその電動
発電機を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電
手段に充電する回生モード、（６）前記電動発電機を発
電機として動作させ前記内燃機関によりその電動発電機
を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電手段に
充電する停車充電モード、のいずれかを設定する手段を
含む構成とすることができる。

【００２４】さらに本発明の装置は、前記電動発電機が
永久磁石を含む同期回転機とすることがよい。この場合
に制御手段は、この同期回転機の多相交流出力を直流に
変換して前記蓄電手段に与えこの蓄電手段の出力直流を
多相交流に変換して前記同期回転機に与える双方向性の
インバータと、前記電動発電機の回転を検出する第一の
回転センサと、前記内燃機関の回転を検出する第二の回
転センサと、この二つの回転センサの出力を取込み、前
記一方向性の回転伝達手段の動作を監視するとともに、
インバータの交流周波数を制御するプログラム制御回路
とを含む構成とする。

【００２５】本発明の装置は、蓄電手段の残存容量を監
視し、これを前記制御手段に取込み、適正な動作モード
を選択設定する構成とすることができる。蓄電手段が大
容量のキャパシタであるときには、その端子電圧を監視
することにより残存容量を適正に監視することができ
る。蓄電手段が化学電池であるときには、構成が単純に
なることから端子電圧を利用して残存容量を推定するこ
とがよい。電池の種類に応じて、溶液温度や溶液比重な
どを監視することにより、残存容量をさらに詳しく監視
する技術が知られていて、これらを利用することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施例図面を用いて本発明実施例
を詳しく説明する。図１は本発明実施例の全体構成を説
明するためのブロック構成図である。この装置は、内燃
機関１と、電動発電機２と、クラッチ３と、変速機４と
がこの順序に回転駆動軸により接続される。変速機４の
出力軸はプロペラシャフト６、ディファレンシャルギア
７、およびアクスル８を介して駆動車輪９に連結され
る。ここで本発明の特徴とするところは、この内燃機関
１とこの電動発電機２との間に、回転駆動力が前記内燃
機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機か
ら前記内燃機関には伝達されない一方向性の回転伝達手
段５を設けたところにある。

【００２７】ここで本発明の構成では、一方向性の回転
伝達手段５について、外部からその結合動作状態につい
ていっさいの制御は行われない。すなわち、内燃機関１
の回転速度が電動発電機２の回転速度より相対的に大き
いときには、この一方向性の回転伝達手段５は自動的に
結合状態となり、内燃機関１の回転速度が電動発電機２
の回転速度より相対的に小さくなると自動的にかい離状
態（空転状態またはスリップ状態）となる。これは自転
車の後輪回転とペダル回転の状態と同様であり、加速の
ために足に力を入れてペダルを踏むときと、走行中にペ
ダルを停止させたときとを想像すると感覚的に理解する
ことができる。

【００２８】内燃機関１には燃料タンク１１から燃料ポ
ンプ１２を介して液体燃料が供給される。電動発電機２
はこの例では永久磁石を有する三相の同期回転機であ
り、インバータ１３を介して蓄電手段１４と電気的に連
結される。蓄電手段１４は二次電池または大容量キャパ
シタである。インバータ１３は蓄電手段１４の直流電流
を三相交流に変換して電動発電機２に供給し、また電動
発電機２が発生する三相交流を直流に変換して蓄電手段
１４に供給する双方向性のエネルギ変換装置である。

【００２９】このインバータ１３はプログラム制御回路
１５により制御される。このプログラム制御回路１５の
入力情報は、電動発電機２の回転を検出する第一の回転
センサ１６および内燃機関１の回転を検出する第二の回
転センサ１７の出力情報、蓄電手段１４の残存容量を示
す電圧情報である。これらは入出力回路Ｉ／Ｏを介して
取込まれる。さらに、このプログラム制御回路１５には
運転操作情報が取込まれる。運転操作情報は、アクセル
ペダルの踏み込み量を表すアクセル情報Ａ、ブレーキペ
ダルの踏み込み量を表すブレーキ情報Ｂ、クラッチペダ
ルの踏み込み量を表すクラッチ情報Ｃ、および運転モー
ドを指示する操作レバー１８の情報である。操作レバー
１８は操舵輪の下側に、従来装置の排気ブレーキの操作
レバーと同様の形態で取付けられ、運転者により運転操
作される。これらの情報は入出力回路Ｉ／Ｏを介してプ
ログラム制御回路１５に取込まれる。

【００３０】電動発電機２は上述のように永久磁石を備
える同期回転機であり、インバータ１３から供給される
交流の位相回転速度が回転体の回転速度より大きいとき
に電動機となり、インバータ１３から電気エネルギを受
けて機械的な回転エネルギを発生し、小さいときに発電
機となって電気エネルギを発生し、これをインバータ１
３から蓄電手段１４に供給する。この制御については従
来からインバータの双方向制御としてよく知られている
ので、詳しい説明は省略する。

【００３１】またこの実施例装置では内燃機関１にスタ
ータモータ１９を備える。これは内燃機関１が電動発電
機２との間が一方向性の回転伝達手段５により結合され
ているので、内燃機関１を電動発電機２により起動する
ことができないので必要である。このスタータモータ１
９の動作は、運転者の操作によるほか、プログラム制御
回路１５の制御により起動させることができる。

【００３２】運転者により操作される操作レバー１８
は、この実施例では、中立（ＯＦＦ）位置と、この中立
位置から制動方向（Ｂ，break)に３段階が操作設定でき
るようになっていて、電気制動の利用をこの操作レバー
１８の操作により選択できる。電気制動の場合にはその
制動程度（ブレーキのきき方）について運転者が３段階
に操作することができる。走行モードの選択設定は、原
則的に運転操作により切り換えられるのではなく、その
ときの走行状態および蓄電手段の残存容量に応じて自動
的に実行される。

【００３３】これを前述のそれぞれの動作モードと対応
させて、エネルギの流れと併せて説明する。

【００３４】図２は（１）電動走行モードのエネルギの
流れを説明する図である。この図はエネルギの流れを説
明するに必要な部分のみを表示するものである。太い矢
印がエネルギの流れを示す（以下図３〜図７について同
じ）。すなわち、この電動走行モードでは、電動発電機
２は電動機として動作する状態に制御され、蓄電手段１
４の電気エネルギがインバータ１３を介して電動発電機
２に供給される。電動発電機２はクラッチ３および変速
機４を介して車軸を駆動する。この状態では内燃機関１
は停止している（あるいはアイドリング状態など低速回
転状態にある）。したがって一方向性の回転伝達手段５
はかい離状態にあり、内燃機関１の回転は電動発電機２
の回転軸に伝わらない。

【００３５】この電動走行モードは、車両の発進時に自
動的に設定される。アクセルペダルの踏み込み量にした
がって電動発電機２に供給される交流周波数が変化し、
電動発電機２から発生するパワーが加減される。この電
動走行モードは、車両の発進時のほか、車両が平らな路
面をほぼ一定速度で定常走行するときに自動的に選択設
定される。また国立公園などの排気ガス規制の厳しい地
域を走行するときなどに、操作レバー１８を電気加速の
側に操作することにより、運転者の操作により選択する
ことができる。

【００３６】図３は（２）パラレル走行モードのエネル
ギの流れを説明する図である。内燃機関５は燃料の供給
を受けて駆動回転する。電動発電機２も電動機として動
作する状態に制御され、インバータ１３を介して電気エ
ネルギが供給され駆動回転する。

【００３７】このパラレル走行モードは、車両に必要な
駆動力が一定値を越えたときに、自動的に選択設定され
る。すなわち、スタータモータ１９がプログラム制御回
路１５の制御により起動し内燃機関１を始動させる。プ
ログラム制御回路１５は、内燃機関１の回転速度を電動
発電機２の回転速度とほぼ等しくなるところまで上昇さ
せ、いったん定速回転を維持した後に電動発電機２の回
転と同期させて、一方向性の回転伝達手段５を結合状態
にする。その後は運転操作によるアクセルペダルの踏み
込み量にしたがって、内燃機関１に供給される燃料供給
量および電動発電機に供給される交流周波数が同時に加
減される。車軸に負荷があるかぎり内燃機関１が駆動軸
の回転速度を上昇させようとして、一方向性の回転伝達
手段５は結合状態を維持する。このパラレル走行モード
は、重量物を搭載して発進加速を行う場合、あるいは登
坂時などに選択される。このモードは蓄電手段１４の充
電量が少なくなってきた状態で加速を行うときにも利用
される。

【００３８】図４は（３）エンジン走行モードのエネル
ギの流れを説明する図である。このモードでは電動発電
機２はオフ状態に制御されている場合であり、電動発電
機２は空転状態にある。内燃機関のみを備えた普通の自
動車と同等の動作状態であり、燃料からエネルギを得て
内燃機関が車軸を駆動する。電動発電機２の回転体質量
が小さいから、これが空転状態であってもそのフリクシ
ョンは小さい。

【００３９】このエンジン走行モードでは、変速機４が
いずれかのギヤに設定され、つまりニュートラルではな
く、クラッチ３が結合状態にあるときには、車軸に負荷
があるかぎり一方向性の回転伝達手段５は自動的に結合
状態を維持する。このモードは蓄電手段１４の充電量が
ミニマムに達したときに選択される。

【００４０】図５は（４）走行充電モードのエネルギの
流れを説明する図である。このモードでは、電動発電機
２は発電機として動作するように制御され、内燃機関１
は車軸の負荷および電動発電機２の負荷をともに駆動す
るように動作する。このモードでは、燃料から供給され
るエネルギが内燃機関１により機械エネルギに変換さ
れ、車軸を駆動し、同時に電動発電機２により電気エネ
ルギに変換されて蓄電手段１４を充電する。

【００４１】この走行充電モードは、内燃機関１が運転
状態にありアクセルペダルを踏み込むときに設定され
る。電動発電機２にも車軸にも負荷がかかっているか
ら、一方向性の回転伝達手段５は自動的に結合状態とな
る。このモードは蓄電手段の充電量が小さくなったとき
に設定される。

【００４２】図６は（５）回生モードのエネルギの流れ
を説明する図である。このモードでは電動発電機２は発
電機として動作するように制御される。すなわち車軸の
回転が変速機４およびクラッチ３を介して電動発電機２
を駆動し、車両を制動状態として電動発電機２に発生す
る電気エネルギをインバータ１３を介して蓄電手段１４
に充電する。

【００４３】この回生モードは操作レバー１８を電気制
動の側に操作したときに設定される。あるいは、上記説
明の（１）電動走行モードでブレーキペダルが踏まれた
ときにも設定されるようにプログラム制御回路のソフト
ウエアを構成することもできる。この回生モードの状態
では、アクセルペダルは原則的に踏まれていないから、
内燃機関１の回転速度は低く（あるいは内燃機関１は停
止状態にあり）、一方向性の回転伝達手段５は自動的に
かい離状態にある。本発明では、この回生モードで内燃
機関１との機械的な結合が切り離されるから、制動によ
り発生するエネルギが内燃機関１のフリクションにより
消費されることがなく、電動発電機２により効率的に回
生される。

【００４４】図７は（６）停車充電モードのエネルギの
流れを説明する図である。このモードでは電動発電機２
は発電機として動作するように制御される。そして変速
機４がニュートラル位置にある。このモードでは内燃機
関１により電動発電機２を駆動し、それにより発電され
る電気エネルギをインバータ１３を介して蓄電手段１４
に充電する。

【００４５】この停車充電モードは、車両の停車中に変
速機４がニュートラル位置にある状態で設定される。安
全のためにパーキング・ブレーキを設定することを条件
とすることもできる。このモードは、蓄電手段１４の充
電量がある限界を下回って小さくなったときに利用され
る。この停車充電モードでは、内燃機関１の回転速度す
なわち出力は、燃料効率がよく、しかも排気ガスの状態
がよい状態に自動的に設定されるように制御回路のソフ
トウエアを設計することができる。

【００４６】上記説明の動作モードのほかに、この車両
に商用電源を受入れ蓄電手段を充電する充電装置を設け
ておき、車両に商用電源を接続することにより随時充電
を行うように構成することができる。あるいは商用電源
を受入れる充電装置を車両の常駐位置に設けておき、直
流電流を蓄電手段に接続して充電を行うように構成する
こともできる。

【００４７】つぎに、上記の各運転モードを用いて車両
を運転する場合のひとつのモデルを説明する。はじめに
車両が停車している状態では、（１）電動走行モードで
発進を行う、ある程度の速度（時速５〜１０ｋｍ）にな
ったときに内燃機関を始動させて、（２）パラレル走行
モードに転換する。このような運転により発進時の騒音
が軽減されるとともに、発進時に発生する望ましくない
排気ガスの排出を軽減することができる。

【００４８】車両速度が定常走行速度（時速４０〜１０
０ｋｍ）になったときには、蓄電手段の充電量に応じ
て、（１）電動走行モード、または（３）エンジン走行
モード、もしくは（４）走行充電モードを選択すること
ができる。上り坂では（２）パラレル走行モードを選択
することができる。下り坂では（５）回生モードを選択
する。

【００４９】車両の減速を行うときには、できるだけ
（５）回生モードを選択して、ブレーキペダルによるサ
ービスブレーキの使用は、最終的に停車するときに限る
ようにすることが望ましい。

【００５０】図８は一方向性の回転伝達手段として、実
施例装置に利用した一方向性クラッチの構造および作用
を説明する図である。図８（ａ）は要部構造図である。
一方向性クラッチは同軸形であり、内燃機関１のクラン
ク軸に結合された外輪５１と、電動発電機２の回転子に
結合された内輪５２と、その間に多数配置されたスプラ
グ５３とを備える。各スプラグ５３の間は等間隔に維持
されるように保持器５４が配置され、各スプラグ５３の
間には図示するようにスプリング５５がかけわたされて
いる。このスプリング５５は各スプラグ５３に矢印で示
す力を与え、これにより、各スプラグ５３には回転矢印
で示す方向に回転力が付勢される。

【００５１】図８（ｂ）に示すように外輪５１に右向き
矢印の方向の回転力が与えられると、スプラグと外輪お
よびスプラグと内輪との間に働く摩擦力により、各スプ
ラグは同図（ｂ）のように傾斜して内輪と外輪にともに
強くかみ合って、外輪の回転力は内輪に伝達される。逆
に図８（ｃ）に示すように内輪に対して外輪に左向き矢
印の方向の回転力が与えられると、各スプラグは同図
（ｃ）のように反対方向に傾斜して、内輪と外輪との間
のかみ合いは解かれて外輪は空転する。

【００５２】

【発明の効果】本発明の装置は、従来のハイブリッド自
動車のシリーズ方式の利点およびパラレル方式の利点を
併せて利用することができる。すなわち本発明の装置
は、登坂時や発進時には内燃機関および電動機がともに
車軸を駆動して、発生するトルクを大きくすることがで
きる方式であって、しかも燃料効率を大きく改善するこ
とができる。本発明の装置は、車両に搭載される電気回
転機は１台のみであり、車両重量を小さくする。車両重
量を小さくすることにより燃料効率を改善することがで
きる。本発明の装置は、内燃機関のフリクションに妨げ
られることなく、制動により発生するエネルギを有効に
回生することができる。また本発明の装置は、複雑で重
量の大きい第二のクラッチを利用することなく、装置を
単純化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体構成を説明するためのブロ
ック構成図。

【図２】電動走行モードのエネルギの流れを説明する
図。

【図３】パラレル走行モードのエネルギの流れを説明す
る図。

【図４】エンジン走行モードのエネルギの流れを説明す
る図。

【図５】走行充電モードのエネルギの流れを説明する
図。

【図６】回生モードのエネルギの流れを説明する図。

【図７】停車充電モードのエネルギの流れを説明する
図。

【図８】一方向性クラッチの構造および作用を説明する
図。

【図９】従来例の構成図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 電動発電機 ３ クラッチ ４ 変速機 ５ 一方向性の回転伝達手段 ６ プロペラシャフト ７ ディファレンシャルギア ８ アクスル ９ 駆動車輪 １１ 燃料タンク １２ 燃料ポンプ １３ インバータ １４ 蓄電手段 １５ プログラム制御回路 １６ 第一の回転センサ １７ 第二の回転センサ １８ 操作レバー １９ スタータモータ ５１ 外輪 ５２ 内輪 ５３ スプラグ ５４ 保持器 ５５ スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ (72)発明者 増田 敦 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA04 AB27 AC01 AC06 AC32 AD02 AD24 AD53 3G093 AA04 AA07 AA16 CB01 DA01 DA06 DB01 DB10 DB15 EB00 5H115 PA12 PG04 PI16 PI29 PO07 PO09 PO17 PU10 PU22 PU25 PV09 QE01 QE04 QE10 QI04 RB08 TO21 TO23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関と、電動発電機と、クラッチと、
   変速機とが前記順序に回転駆動力が伝達されるように接
   続されたハイブリッド自動車において、 前記内燃機関と前記電動発電機との間に、回転駆動力が
   前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動
   発電機から前記内燃機関には伝達されない一方向性の回
   転伝達手段を設けたことを特徴とするハイブリッド自動
   車。
2. 【請求項２】前記電動発電機の制御手段と、この制御手
   段を介して前記電動発電機に接続された蓄電手段とを備
   え、 前記制御手段は、（１）前記電動発電機を電動機として
   動作させ前記変速機を介して車軸を駆動する電動走行モ
   ード、（２）前記電動発電機を電動機として動作させ前
   記内燃機関とともに前記変速機を介して車軸を駆動する
   パラレル走行モード、（３）前記電動発電機を空転させ
   前記内燃機関により前記変速機を介して車軸を駆動する
   エンジン走行モード、（４）前記電動発電機を発電機と
   して動作させ前記内燃機関によりその電動発電機および
   前記変速機を介して車軸を駆動するとともにその電動発
   電機が発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する
   走行充電モード、（５）前記電動発電機を発電機として
   動作させ前記変速機からその電動発電機を駆動してその
   発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する回生モ
   ード、（６）前記電動発電機を発電機として動作させ前
   記内燃機関によりその電動発電機を駆動してその発生す
   る電気エネルギを前記蓄電手段に充電する停車充電モー
   ド、のいずれかを設定する手段を含む請求項１記載のハ
   イブリッド自動車。
3. 【請求項３】前記電動発電機は永久磁石を含む同期回転
   機であり、 前記制御手段は、前記同期回転機の多相交流出力を直流
   に変換して前記蓄電手段に与えこの蓄電手段の出力直流
   を多相交流に変換して前記同期回転機に与える双方向性
   のインバータと、前記電動発電機の回転を検出する第一
   の回転センサと、前記内燃機関の回転を検出する第二の
   回転センサと、この二つの回転センサの出力を取込み前
   記インバータの交流周波数を制御するプログラム制御回
   路とを含む請求項２記載のハイブリッド自動車。
4. 【請求項４】前記一方向性の回転伝達機構は、一方向性
   クラッチである請求項１記載のハイブリッド自動車。