JP2003278577A - 動力出力装置およびこれを備える自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池の状態に拘わらず内燃機関の出力軸
と駆動軸とをトルクショックを伴なうことなく接続す
る。 【解決手段】 クランクシャフトとインプットシャフト
とを接続する際には、二次電池の状態が充電可能なとき
にはスタータモータによりクランクシャフトの回転数を
インプットシャフトの回転数に同期するよう制御し（Ｓ
１１０）、二次電池の状態が充電不可能なときにはエン
ジンの点火時期を遅角させてクランクシャフトの回転数
をインプットシャフトの回転数に同期するよう制御する
（Ｓ１１２）。この結果、二次電池の状態に拘わらず両
軸をトルクショックを伴うことなく接続することができ
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、動力出力装置およ
びこれを備える自動車に関し、詳しくは、内燃機関から
の動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の動力出力装置としては、
車両に搭載された装置であって、エンジンの出力軸と駆
動用モータが取り付けられた駆動軸とをクラッチを用い
て接続したりその接続を解除することにより駆動用モー
タによる走行とエンジンと駆動用モータによる走行とを
切り替えるものが提案されている（例えば、特開２００
０−７１８１５号など）。この装置では、クラッチを接
続する際には、エンジンの出力軸に取り付けられたスタ
ータモータの回転数制御により出力軸と駆動軸との回転
数の同期制御を行って接続している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た動力出力装置では、エンジンに取り付けられたスター
タモータにより回転数制御を行うから、スタータモータ
と電力の授受を行っている二次電池の残容量によっては
迅速に同期制御ができない場合がある。例えば、二次電
池が満充電のときにはスタータモータによる回生制御が
行えず、同期制御ができない。こうした場合に同期をと
らずにクラッチを接続すると、接続時にトルクショック
が生じてしまう。

【０００４】本発明の動力出力装置は、二次電池の状態
に拘わらず内燃機関の出力軸と駆動軸とをより迅速に接
続することを目的の一つとする。また、本発明の動力出
力装置は、内燃機関の出力軸と駆動軸とをトルクショッ
クを伴なうことなく接続することを目的の一つとする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置およびこれを備える自動車は、上述
の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を
採った。

【０００６】本発明の動力出力装置は、内燃機関からの
動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、前記
内燃機関の出力軸に接続され、電力の入出力を伴って該
出力軸の回転数を調整可能な回転数調整手段と、該回転
数調整手段と電力のやり取りを行なう二次電池と、該二
次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、前記内燃
機関の出力軸と前記駆動軸との連結および連結の解除を
行なう連結解除手段と、前記電池状態検出手段により検
出された前記二次電池の状態に基づいて前記内燃機関の
出力軸の回転数の前記駆動軸の回転数への同期調整を前
記回転数調整手段を伴う同期調整により行なうか該回転
数調整手段を伴わない同期調整により行なうかの同期調
整手法を設定する同期調整手法設定手段と、前記内燃機
関の出力軸と前記駆動軸との連結の要請がなされたと
き、前記同期調整手法設定手段により設定された同期調
整手法により前記内燃機関の出力軸の回転数が前記駆動
軸の回転数に同期調整されるよう前記回転数調整手段と
前記内燃機関とを駆動制御すると共に前記内燃機関の出
力軸と前記駆動軸とが連結されるよう前記連結解除手段
を駆動制御する連結制御手段と、を備えることを要旨と
する。

【０００７】この本発明の動力出力装置では、内燃機関
の出力軸と駆動軸との連結の要請がなされたときに、出
力軸の回転数を駆動軸の回転数と同期させる同期調整を
二次電池の状態に基づいて回転数調整手段を伴って調整
するかもしくは回転数調整手段を伴わずに調整するかの
どちらか一方を設定する。そして、この設定結果に基づ
いて回転数調整手段と内燃機関とを駆動制御すると共に
出力軸と駆動時とを連結制御する。この結果、二次電池
の状態に拘わらず、内燃機関の出力軸と駆動軸とを迅速
に接続することができると共に内燃機関の出力軸と駆動
軸との接続をトルクショックを伴なうことなく接続する
ことができる。

【０００８】こうした本発明の動力出力装置において、
前記連結制御手段は、前記設定された同期調整手法と共
に前記連結解除手段による係合力を用いて前記内燃機関
の出力軸の回転数が前記駆動軸の回転数に同期調整され
るよう前記回転数調整手段と前記内燃機関と該連結解除
手段とを駆動制御する手段であるものとすることもでき
る。こうすれば、設定された同期調整手法による同期調
整に加えて連結解除手段による係合力を用いた同期調整
を行なうから、より迅速に内燃機関の出力軸の回転数と
駆動軸の回転数とを同期させることができる。

【０００９】また、本発明の動力出力装置において、前
記同期調整手法設定手段は、前記二次電池の状態が充電
可能な状態のときには前記回転数調整手段を伴う同期調
整を前記同期調整手法に設定し、前記二次電池の状態が
充電不可能な状態のときには前記回転数調整手段を伴わ
ない同期調整を前記同期調整手法に設定する手段である
としたり、前記二次電池の状態としての残容量が所定量
未満のときには前記回転数調整手段を伴う同期調整を前
記同期調整手法に設定し、前記二次電池の状態としての
残容量が所定量以上のときには前記回転数調整手段を伴
わない同期調整を前記同期調整手法に設定する手段であ
るとしたり、前記二次電池の状態としての残容量が略最
大量に至るまでは前記回転数調整手段を伴う同期調整を
前記同期調整手法に設定し、前記二次電池の状態として
の残容量が略最大量に至ったときには前記回転数調整手
段を伴わない同期調整を前記同期調整手法に設定する手
段であるとすることもできる。こうすれば、二次電池が
過充電されることをより確実に防止することができる。

【００１０】さらに、本発明の動力出力装置において、
前記回転数調整手段を伴わない同期調整は、前記内燃機
関の制御によって行われる調整であるとすることもでき
る。この場合、例えば、前記内燃機関は点火時期の調整
が可能に構成され、前記回転数調整手段を伴わない同期
調整は前記内燃機関の点火時期の調整を伴って行なわれ
る調整であるものとすることもできる。

【００１１】加えて、本発明の動力出力装置において、
前記回転数調整手段は、前記内燃機関の出力軸と動力伝
達部材を介して接続され、該内燃機関をクランキング可
能な発電電動機であるとすることもできる。こうすれ
ば、内燃機関をクランキングする電動機と内燃機関の出
力軸の回転数を調整する発電機とを個別に取り付ける必
要がない。

【００１２】本発明の動力出力装置において、前記駆動
軸に動力を出力可能な電動機を備え、前記内燃機関の出
力軸と駆動軸との連結の要請は、前記電動機からの動力
だけを前記駆動軸に出力する第１の運転モードから前記
内燃機関からの動力を前記駆動軸に出力する第２の運転
モードへの移行の要請であるとすることもできる。こう
すれば、電動機からの動力だけを駆動軸に出力する運転
モードから内燃機関からの動力を駆動軸に出力する運転
モードへの移行を滑らかに行うことができる。

【００１３】この駆動軸に動力を出力可能な電動機を備
える態様の本発明の動力出力装置において、前記第２の
運転モードは、前記内燃機関からの動力だけを前記駆動
軸に出力するモードまたは前記内燃機関からの動力と前
記電動機からの動力とを前記駆動軸に出力するモードで
あるとすることもできる。

【００１４】また、駆動軸に動力を出力可能な電動機を
備える態様の本発明の動力出力装置において、前記内燃
機関の出力軸に接続された第１の軸と前記電動機に接続
された第２の軸と第３の軸とを有し該３軸のうちのいず
れか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力
を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第２の軸と
前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう接続解除
手段と、前記第３の軸を固定可能な軸固定手段と、を備
え、前記連結解除手段は、前記第３の軸と前記駆動軸と
の接続および接続の解除を行なう手段であり、前記第１
の運転モードは前記連結解除手段により前記第３の軸と
前記駆動軸との接続が解除され前記接続解除手段により
前記第２の軸と前記駆動軸とが接続され前記軸固定手段
により前記第３の軸の固定が解除された状態で前記内燃
機関の運転を停止すると共に前記電動機から動力を出力
する運転モードであり、前記第２の運転モードは前記第
１の運転モードの状態から前記連結解除手段により前記
第３の軸と前記駆動軸とを接続した状態として前記内燃
機関から動力を出力する運転モードであるものとするこ
ともできる。

【００１５】こうした各態様の本発明の動力出力装置
は、自動車，列車，飛行機，船舶またはその他の移動体
にも搭載することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成
の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動
車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン
２２の出力軸としてのクランクシャフト２４に接続され
たプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０に接続さ
れた発電可能なモータ４０と、プラネタリギヤ３０に接
続されると共にディファレンシャルギヤ６４を介して駆
動輪６６ａ，６６ｂに接続された無段変速機としてのＣ
ＶＴ５０と、装置全体をコントロールするハイブリッド
用電子制御ユニット７０とを備える。

【００１７】エンジン２２は、ガソリンまたは軽油など
の炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であ
り、エンジン２２のクランクシャフト２４には、エンジ
ン２２の回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセン
サ２５とベルト２８を介して連結された図示しない補機
に供給する電力を発電すると共にエンジン２２を始動す
るスタータモータ２６とが取り付けられている。また、
エンジン２２は、図示しない点火プラグの点火時期の制
御、即ち、エンジンサイクルにおける点火時期を前後に
変更する制御が可能に構成されている。点火時期の変更
は、クランクポジションセンサ２５により検出されるク
ランクシャフトの所定角度を基準として進角側または遅
角側にずらすことにより行われる。エンジン２２の運転
制御、例えば燃料噴射制御や点火開始制御，点火時期制
御，吸入空気量調節制御などは、エンジン用電子制御ユ
ニット（以下、エンジンＥＣＵという）２９により行な
われている。エンジンＥＣＵ２９は、ハイブリッド用電
子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電
子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２
を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の回転
数Ｎｅなどのエンジン２２の運転状態に関するデータを
ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

【００１８】プラネタリギヤ３０は、外歯歯車のサンギ
ヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内
歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合する第
１ピニオンギヤ３３と、この第１ピニオンギヤ３３とリ
ングギヤ３２と噛合する第２ピニオンギヤ３４と、第１
ピニオンギヤ３３と第２ピニオンギヤ３４とを自転かつ
公転自在に保持するキャリア３５とを備え、サンギヤ３
１とリングギヤ３２とキャリア３５とを回転要素として
差動作用を行なう。プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１
にはエンジン２２のクランクシャフト２４が、キャリア
３５にはモータ４０の回転軸４１がそれぞれ連結されて
おり、エンジン２２の出力をサンギヤ３１から入力する
と共にキャリア３５を介してモータ４０と出力のやりと
りを行なうことができる。キャリア３５はクラッチＣ１
により、リングギヤ３２はクラッチＣ２によりＣＶＴ５
０のインプットシャフト５１に接続できるようになって
おり、クラッチＣ１およびクラッチＣ２を接続状態とす
ることにより、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリ
ア３５の３つの回転要素による差動を禁止して一体の回
転体、即ちエンジン２２のクランクシャフト２４とモー
タ４０の回転軸４１とＣＶＴ５０のインプットシャフト
５１とを一体の回転体とする。なお、プラネタリギヤ３
０には、リングギヤ３２をケース３９に固定してその回
転を禁止するブレーキＢ１も設けられている。

【００１９】モータ４０は、例えば発電機として駆動す
ることができると共に電動機として駆動できる周知の同
期発電電動機として構成されており、インバータ４３を
介して二次電池４４と電力のやりとりを行なう。モータ
４０は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣ
Ｕという）４９により駆動制御されており、モータＥＣ
Ｕ４９には、モータ４０を駆動制御するために必要な信
号や二次電池４４を管理するのに必要な信号、例えばモ
ータ４０の回転子の回転位置を検出する回転位置検出セ
ンサ４５からの信号や図示しない電流センサにより検出
されるモータ４０に印加される相電流，二次電池４４の
端子間に設置された電圧センサ４６からの端子間電圧，
二次電池４４からの電力ラインに取り付けられた電流セ
ンサ４７からの充放電電流，二次電池４４に取り付けら
れた温度センサ４８からの電池温度などが入力されてお
り、モータＥＣＵ４９からはインバータ４３へのスイッ
チング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４９で
は、二次電池４４を管理するために電流センサ４７によ
り検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（Ｓ
ＯＣ）を演算している。なお、モータＥＣＵ４９は、ハ
イブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハ
イブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によ
ってモータ４０を駆動制御すると共に必要に応じてモー
タ４０の運転状態や二次電池４４の状態に関するデータ
をハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

【００２０】ＣＶＴ５０は、溝幅が変更可能でインプッ
トシャフト５１に接続されたプライマリープーリー５３
と、同じく溝幅が変更可能で駆動軸としてのアウトプッ
トシャフト５２に接続されたセカンダリープーリー５４
と、プライマリープーリー５３およびセカンダリープー
リー５４の溝に架けられたベルト５５と、プライマリー
プーリー５３およびセカンダリープーリー５４の溝幅を
変更する第１アクチュエータ５６および第２アクチュエ
ータ５７とを備え、第１アクチュエータ５６および第２
アクチュエータ５７によりプライマリープーリー５３お
よびセカンダリープーリー５４の溝幅を変更することに
よりインプットシャフト５１の動力を無段階に変速して
アウトプットシャフト５２に出力する。ＣＶＴ５０の変
速比の制御は、ＣＶＴ用電子制御ユニット（以下、ＣＶ
ＴＥＣＵという）５９により行なわれている。このＣＶ
ＴＥＣＵ５９には、インプットシャフト５１に取り付け
られた回転数センサ６１からのインプットシャフト５１
の回転数やアウトプットシャフト５２に取り付けられた
回転数センサ６２からのアウトプットシャフト５２の回
転数が入力されており、ＣＶＴＥＣＵ５９からは第１ア
クチュエータ５６および第２アクチュエータ５７への駆
動信号が出力されている。また、ＣＶＴＥＣＵ５９は、
ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、
ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号に
よってＣＶＴ５０の変速比を制御すると共に必要に応じ
てＣＶＴ５０の運転状態に関するデータをハイブリッド
用電子制御ユニット７０に出力する。

【００２１】ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、
ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成
されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶す
るＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６
と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備え
る。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、回転数
センサ６１からのインプットシャフト５１の回転数Ｎｉ
や回転数センサ６２からのアウトプットシャフト５２の
回転数Ｎｏ，シフトレバー８０の操作位置を検出するシ
フトポジションセンサ８１からのシフトポジションＳ
Ｐ，アクセルペダル８２の踏み込み量を検出するアクセ
ルペダルポジションセンサ８３からのアクセル開度Ａｃ
ｃ，ブレーキペダル８４の踏み込み量を検出するブレー
キペダルポジションセンサ８５からのブレーキペダルポ
ジションＢＰ，車速センサ８６からの車速Ｖなどが入力
ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用
電子制御ユニット７０からは、クラッチＣ１やクラッチ
Ｃ２への駆動信号やブレーキＢ１への駆動信号などが出
力ポートを介して出力されている。また、ハイブリッド
用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジン
ＥＣＵ２９やモータＥＣＵ４９，ＣＶＴＥＣＵ５９と通
信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２９
やモータＥＣＵ４９，ＣＶＴＥＣＵ５９と各種制御信号
やデータのやりとりを行なっている。

【００２２】次に、こうして構成された実施例のハイブ
リッド自動車２０の動作、特にブレーキＢ１を非係合状
態、クラッチＣ１を接続状態、クラッチＣ２を接続解除
状態としてエンジン２２の運転を停止してモータ４０か
らの動力により走行しているモータ走行モードから、ク
ラッチＣ２を接続してエンジン２２のクランクシャフト
２４とモータ４０の回転軸４１とＣＶＴ５０のインプッ
トシャフト５１とを一体の回転体とし、エンジン２２か
らの動力により走行するエンジン走行モードへ切り替え
る際の動作について説明する。なお、エンジン走行モー
ドは、モータ４０からの動力の出力を停止した状態でエ
ンジン２２からの動力だけで走行するモードとモータ４
０からの動力とエンジン２２からの動力とにより走行す
るモードの双方が含まれる。また、モータ走行モードで
は、ブレーキＢ１を非係合状態としてリングギヤ３２を
自由に回転できる状態とすることにより、サンギヤ３１
に接続されたエンジン２２を停止させた状態でキャリア
３５を介してインプットシャフト５１に接続されたモー
タ４０から動力をそのままインプットシャフト５１に出
力して走行している。

【００２３】図２は、モータ走行モードからエンジン走
行モードに切り替える際にハイブリッド用電子制御ユニ
ット７０により実行される切替制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。このルーチンは、モータ走行
モードからエンジン走行モードへの切り替え指示がなさ
れたときに実行される。

【００２４】切替制御ルーチンが実行されると、ハイブ
リッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、
エンジン２２を始動し（ステップＳ１００）、エンジン
２２が完爆、即ち始動完了するのを待つ処理を実行する
（ステップＳ１０２）。エンジン２２の始動は、ハイブ
リッド用電子制御ユニット７０から始動信号をエンジン
ＥＣＵ２９に送信し、この始動信号を受信したエンジン
ＥＣＵ２９により行なわれる。具体的には、エンジンＥ
ＣＵ２９からスタータモータ２６に駆動信号を出力する
ことによりスタータモータ２６がエンジン２２をクラン
キングすると共にエンジン２２に対する燃料噴射制御や
点火制御を実施することにより行なわれる。いま、ブレ
ーキＢ１が非係合状態でクラッチＣ１が接続状態、クラ
ッチＣ２が接続解除状態であるから、モータ４０は、そ
の回転軸４１がインプットシャフト５１に接続されてイ
ンプットシャフト５１と一体として回転する。したがっ
て、モータ４０の回転数Ｎｍは、インプットシャフト５
１の回転数Ｎｉと同一となる。即ち、モータ４０の回転
数Ｎｍは、インプットシャフト５１を駆動軸として考え
たときには駆動軸の回転数と同意になり、回転数センサ
６１により検出される回転数Ｎｉを用いることもでき
る。また、前述したように、ブレーキＢ１を非係合状態
としてリングギヤ３２を自由に回転できる状態としてい
ることにより、キャリア３５を介してインプットシャフ
ト５１に接続されたモータ４０とサンギヤ３１に接続さ
れたエンジン２２とを独立に自由に回転させることがで
きる。この状態では、エンジン２２のクランクシャフト
２４には負荷が作用しない状態であるから、スロットル
バルブを若干開くだけでエンジン２２の回転数Ｎｅを容
易に高くすることができる。

【００２５】エンジン２２が完爆すると、エンジンＥＣ
Ｕ２９との通信によって取得可能なエンジン２２の回転
数Ｎｅと回転位置検出センサ４５により検出される回転
位置から求められモータＥＣＵ４９との通信によって取
得可能なモータ４０の回転数Ｎｍと二次電池４４の状態
とを読み込み（ステップＳ１０４）、モータ４０の回転
数Ｎｍをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定する
（ステップＳ１０６）。ここで、二次電池４４の状態に
は、二次電池４４の残容量ＳＯＣや温度が含まれる他、
二次電池４４に対する異常信号の状態なども含まれる。

【００２６】エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊が設定さ
れると、読み込んだ二次電池４４が充電可能な状態か否
かを判定し（ステップＳ１０８）、二次電池４４が充電
可能な状態と判定されたときには、エンジン２２の回転
数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにスタータモータ
２６を駆動制御するスタータモータによるエンジン回転
数制御を行う（ステップＳ１１０）。スタータモータに
よるエンジン回転数制御は、エンジン２２の回転数Ｎｅ
と目標回転数Ｎｅ＊との偏差に基づいて、例えば、ＰＩ
Ｄ制御におけるゲインを用いて発電トルクＴｍｇを計算
し、この発電トルクＴｍｇがスタータモータ２６から出
力されるように行われる。なお、充電可能な状態とは、
二次電池４４の残容量ＳＯＣに余裕がある状態，二次電
池４４が高温でない状態および二次電池４４に異常が発
生していない状態などが挙げられる。

【００２７】一方、ステップＳ１０８で二次電池４４が
充電不可能な状態と判定されたときには、エンジン２２
の点火時期を遅角側に調整してエンジン２２の回転数Ｎ
ｅが目標回転数Ｎｅ＊となるように制御する点火時期遅
角によるエンジン回転数制御を行う（ステップＳ１１
２）。エンジン２２は、負荷が作用していない状態で
は、スロットルバルブを僅かに開くだけでその回転数Ｎ
ｅは大きくなるから、スロットルバルブの開度調整だけ
ではその回転数Ｎｅを所望の回転数に調整することは困
難なものとなる。したがって、点火時期遅角によるエン
ジン回転数制御は、スロットルバルブを僅かに開いた状
態で目標回転数Ｎｅ＊より大きな回転数で運転されてい
るエンジン２２の回転数Ｎｅを点火時期を遅角させるこ
とにより小さくする制御となる。なお、点火時期遅角に
よるエンジン回転数制御は、エンジン２２の回転数Ｎｅ
と目標回転数Ｎｅ＊との偏差に基づいて比例制御するな
どにより行うことができる。

【００２８】こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊
への回転数制御が行われると、駆動軸としてのインプッ
トシャフト５１とエンジン２２のクランクシャフト２４
との同期判定を行なう（ステップＳ１１４）。インプッ
トシャフト５１の回転数とリングギヤ３２の回転数とが
一致する状態は、クラッチＣ１によりインプットシャフ
ト５１がキャリア３５に接続された状態では、キャリア
３５の回転数とリングギヤ３２の回転数とが一致する状
態であり、プラネタリギヤ３０の特性から、この状態は
サンギヤ３１の回転数とも一致する状態となる。したが
って、この場合の同期判定は、エンジン２２の回転数Ｎ
ｅとモータ４０の回転数Ｎｍとが一致しているか否かに
より行なうことができる。

【００２９】こうした同期判定で同期が不成立と判定さ
れたときには、ステップＳ１０４に戻って同期が成立す
るまで回転数制御を繰り返し行う。ステップＳ１０４か
らステップＳ１１４における繰り返し処理では、通常、
スタータモータによるエンジン回転数制御が選択される
が、その途中で何らかの原因で二次電池４４が充電不可
能な状態になったときには点火時期遅角によるエンジン
回転数制御に切り替えられる。

【００３０】一方、ステップＳ１１４の同期判定で同期
成立と判定されると、クラッチＣ２を接続し（ステップ
Ｓ１１６）、この切替制御ルーチンを終了する。このル
ーチンが終了してクラッチＣ２が接続した状態では、ブ
レーキＢ１が非係合状態でクラッチＣ１が接続状態とな
るから、クランクシャフト２４と回転軸４１とインプッ
トシャフト５１は一体の回転体として回転する状態とな
り、エンジン２２からの動力を直接インプットシャフト
５１に出力して走行するエンジン走行モードとなる。

【００３１】図３は、上述した切替制御が行なわれてい
るときのエンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転
数Ｎｍとの時間変化の一例を示す説明図である。図中、
曲線Ａはモータ４０の回転数Ｎｍの時間変化であり、曲
線Ｂはスタータモータによるエンジン回転数制御を受け
た場合のエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化であり、
一点鎖線の曲線Ｃは点火時期遅角によるエンジン回転数
制御を受けた場合のエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変
化である。モータ走行モードで走行している状態から時
間ｔ１にエンジン走行モードへの切り替えの指示がなさ
れると、まず、エンジン２２が始動される。エンジン２
２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍを超える時間
ｔ２以降は、二次電池４４の状態に基づいてスタータモ
ータによるエンジン回転数制御か点火時期遅角によるエ
ンジン回転数制御のいずれかでエンジン２２の回転数Ｎ
ｅがモータ４０の回転数Ｎｍに同期するよう制御され
る。エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎ
ｍと同一となる時間ｔ３または時間ｔ４にクラッチＣ２
によりリングギア３２とインプットシャフト５１とが接
続され、切替制御は終了する。なお、図示するように、
スタータモータによるエンジン回転数制御は点火時期遅
角によるエンジン回転数制御に比べ短時間で同期が終了
するから、通常はスタータモータによるエンジン回転数
制御が選択される。

【００３２】以上説明した実施例のハイブリッド自動車
２０によれば、クランクシャフト２４とインプットシャ
フト５１とを接続する際に、二次電池４４が充電可能な
状態のときにはスタータモータによるエンジン回転数制
御により、二次電池４４が充電不可能な状態のときには
点火時期遅角によるエンジン回転数制御により、クラン
クシャフト２４とインプットシャフト５１とを同期させ
て行うことができる。即ち、二次電池４４の状態に拘わ
らずクランクシャフト２４とインプットシャフト５１と
を同期させて接続することができる。もとより、クラン
クシャフト２４とインプットシャフト５１とを同期させ
てから接続するから、接続時にトルクショックが生じる
のを防止することができる。

【００３３】実施例のハイブリッド自動車２０では、図
２の切替制御ルーチンに示すように、二次電池４４が充
電可能なときにはスタータモータによるエンジン回転数
制御を行い、二次電池４４が満充電となって充電不能な
状態になったときには点火時期遅角によるエンジン回転
数制御に切り替えるものとしたが、二次電池４４の状態
に基づいてスタータモータによるエンジン回転数制御と
点火時期遅角によるエンジン回転数制御とを設定し、同
期が成立するまで制御を切り替えないものとしてもよ
い。この場合、図２に示す切替制御ルーチンに代えて図
４に例示する切替制御ルーチンを行えばよい。この切替
制御ルーチンでは、エンジン２２が完爆したときに二次
電池４４の残容量ＳＯＣを読み込み（ステップＳ２０
４）、読み込んだ残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆと比較す
る（ステップＳ２０６）。閾値Ｓｒｅｆは、スタータモ
ータによるエンジン回転数制御でクランクシャフト２４
とインプットシャフト５１とを同期させたときに二次電
池４４が満充電とならない二次電池４４の残容量ＳＯＣ
として設定されるものであり、二次電池の容量，モータ
の容量およびエンジンの性能などによって定められる。
二次電池４４の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆより小さい
ときにはスタータモータによるエンジン回転数制御を設
定し（ステップＳ２０８）、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅ
ｆより大きいときには点火時期遅角によるエンジン回転
数制御を設定する（ステップＳ２１０）。そして、エン
ジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍとを読
み込みでエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ス
テップＳ２１２，Ｓ２１４）、設定されたエンジン回転
数制御によりクランクシャフト２４とインプットシャフ
ト５１との同期制御を行う（ステップＳ２１６）。

【００３４】実施例のハイブリッド自動車２０では、二
次電池４４が充電可能なときにはスタータモータによる
エンジン回転数制御を行い、二次電池４４が充電不可能
なときには点火時期遅角によるエンジン回転数制御を行
うものとしたが、二次電池４４が充電可能なときには、
スタータモータと点火時期遅角との両方によってエンジ
ン回転数制御を行うものとしてもよい。

【００３５】実施例のハイブリッド自動車２０では、ク
ランクシャフト２４とインプットシャフト５１との同期
調整を二次電池４４の状態に基づいてスタータモータに
よるエンジン回転数制御か点火時期遅角によるエンジン
回転数制御かにより行なったが、こうしたいずれかのエ
ンジン回転数制御に加えてクラッチＣ２の係合力を用い
て同期調整するものとしてもよい。この場合、いずれか
のエンジン回転数制御の開始と同時にクラッチＣ２に係
合力が作用するようクラッチＣ２のアクチュエータを駆
動制御し、クランクシャフト２４とインプットシャフト
５１とが同期したときに、クラッチＣ２の係合力を最大
に高めるようクラッチＣ２のアクチュエータを駆動制御
すればよい。こうすれば、より迅速にクランクシャフト
２４とインプットシャフト５１とを同期させて連結する
ことができる。

【００３６】実施例のハイブリッド自動車２０では、二
次電池４４が充電できない状態のときには点火時期遅延
によるエンジン回転数制御によりクランクシャフト２４
とインプットシャフト５１とを同期調整するものとした
が、クランクシャフト２４の回転数を調整できればよい
から、エンジン２２の回転数を制御可能な如何なる制御
によって同期調整を行なうものとしてもよい。例えば、
エンジン２２の燃料噴射量の制御によって行なうものと
してもよいし、スロットルバルブの開度調節の制御によ
って行なうものとしてもよい。また、これらのエンジン
２２の制御を組み合わせて行なってもよい。

【００３７】実施例のハイブリッド自動車２０では、切
替制御においてエンジン２２の回転数ＮｅをエンジンＥ
ＣＵ２９を介して通信により取得するものとしたが、ク
ランクシャフト２４に回転数センサを取り付けてクラン
クシャフト２４の回転数を直接読み込むものとしてもよ
い。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、モー
タ４０の回転数Ｎｍを読み込んで駆動軸としてのインプ
ットシャフト５１の回転数として用いたが、インプット
シャフト５１に取り付けられている回転数センサ６１に
より検出される回転数を直接読み込むものとしてもよ
い。

【００３８】実施例のハイブリッド自動車２０では、エ
ンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２４に
接続されたスタータモータ２６と、エンジン２２に接続
されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のキ
ャリア３５に接続されたモータ４０と、キャリア３５と
インプットシャフト５１とを接続可能なクラッチＣ１
と、リングギヤ３２とインプットシャフト５１とを接続
可能なクラッチＣ２とを備える動力出力装置を搭載した
ハイブリッド自動車におけるモータ走行モードからエン
ジン走行モードへの切り替えの際のクラッチＣ２の接続
に切替制御を適用したが、エンジンの出力軸に接続され
た発電機と、エンジンの出力軸と駆動軸とを連結可能な
クラッチと、駆動軸に動力を出力可能なモータとを備え
る動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車であれ
ば、如何なる構成のハイブリッド自動車におけるモータ
走行モードからエンジン走行モードへの切替制御に適用
することものとしてもよい。例えば、図５に例示する変
形例のハイブリッド自動車１２０のように、ベルト１２
８を介してエンジン１２２のクランクシャフト１２４に
接続されたスタータモータ１２６と、エンジン１２２の
クランクシャフト１２４とデファレンシャルギヤ１６０
を介して駆動輪１６６ａ，１６６ｂに接続された駆動軸
１５１とを接続および接続の解除を行なうクラッチＣ３
と、駆動軸１５１に動力を出力可能なモータ１４０と、
を備える動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車１
２０にも適用することができる。なお、この変形例のハ
イブリッド自動車１２０では、クラッチＣ３を接続解除
状態としてモータ１４０からの動力で走行するモータ走
行モードとクラッチＣ３を接続状態としてエンジン１２
２からの動力により走行するエンジン走行モードとを切
り替えて走行することができ、この切替制御に対して実
施例で説明した図２の切替制御ルーチンをそのまま適用
することができる。

【００３９】実施例では、本発明の一実施例である動力
出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０について説
明したが、こうした動力出力装置を自動車以外の車両や
船舶，航空機などの移動体に搭載する構成や移動を伴わ
ない建設機械などの駆動装置に搭載する構成などに適用
するものとしてもよい。

【００４０】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である動力出力装置を搭載し
たハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図で
ある。

【図２】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実
行される切替制御ルーチンの一例を示すフローチャート
である。

【図３】同期制御が行なわれているときのエンジン２２
の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍとの時間変化の
一例を示す説明図である。

【図４】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実
行される切替制御ルーチンの一例を示すフローチャート
である。

【図５】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概
略を示す構成図である。

【符号の説明】

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２，１２２ エ
ンジン、２４，１２４クランクシャフト、２５ クラン
クポジションセンサ、２６，１２６ スタータモータ、
２８，１２８ ベルト、２９ エンジン用電子制御ユニ
ット（エンジンＥＣＵ）、３０ プラネタリギヤ、３１
サンギヤ、３２ リングギヤ、３３第１ピニオンギ
ヤ、３４ 第２ピニオンギヤ、３５ キャリア、３９
ケース、４０，１４０ モータ、４１ 回転軸、４３
インバータ、４４ 二次電池、４５ 回転位置検出セン
サ、４６ 電圧センサ、４７ 電流センサ、４８ 温度
センサ、４９ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣ
Ｕ）、５０ ＣＶＴ、５１ インプットシャフト、５２
アウトプットシャフト、５３ プライマリープーリ
ー、５４ セカンダリープーリー、５５ ベルト、５６
第１アクチュエータ、５７ 第２アクチュエータ、５
９ ＣＶＴ用電子制御ユニット（ＣＶＴＥＣＵ）、６
１，６２ 回転数センサ、６４ ディファレンシャルギ
ヤ、６６ａ，６６ｂ，１６６ａ，１６６ｂ 駆動輪、７
０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、
７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ シフトレバー、８
１ シフトポジションセンサ、８２ アクセルペダル、
８３ アクセルペダルポジションセンサ、８４ ブレー
キペダル、８５ ブレーキペダルポジションセンサ、８
６車速センサ、１６０ デファレンシャルギヤ １６
０、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２ クラッチ、Ｂ１ ブレーキ。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ６０Ｋ 41/00 Ｂ６０Ｋ 41/00 ３０１Ｃ ５Ｈ１１５ 41/02 41/02 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｄ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｍ ３１２Ｓ Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 Ａ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ１６Ｄ 25/14 ６４０Ｚ Ｆ１６Ｄ 48/02 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｃ Ｆターム(参考） 3D041 AA53 AA59 AB01 AC01 AC06 AD02 AD10 AD22 AD23 AD31 AD51 AE02 AE16 3G022 DA01 DA02 EA09 GA01 GA05 3G084 BA03 BA17 DA05 DA11 FA05 FA06 FA10 FA33 FA38 3G093 BA02 BA15 CB05 DA01 DA06 DA07 DB02 DB05 DB10 DB11 DB15 EA03 EA13 EC02 FA12 FB02 3J057 AA03 BB03 GA47 GA67 GB02 GB03 GB13 GB14 GB40 HH02 JJ01 5H115 PC06 PG04 PI16 PI29 PO02 PO06 PO17 PU10 PU23 PU25 PU29 PV09 QE01 QE08 QN03 RB08 RE01 RE02 RE05 RE06 SE06 SE08 TE02 TI02 TI05 TI06 TI10 TO12 TO21 TO23 TO30

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能
   な動力出力装置であって、 前記内燃機関の出力軸に接続され、電力の入出力を伴っ
   て該出力軸の回転数を調整可能な回転数調整手段と、 該回転数調整手段と電力のやり取りを行なう二次電池
   と、 該二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、 前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結および連結
   の解除を行なう連結解除手段と、 前記電池状態検出手段により検出された前記二次電池の
   状態に基づいて前記内燃機関の出力軸の回転数の前記駆
   動軸の回転数への同期調整を前記回転数調整手段を伴う
   同期調整により行なうか該回転数調整手段を伴わない同
   期調整により行なうかの同期調整手法を設定する同期調
   整手法設定手段と、 前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結の要請がな
   されたとき、前記同期調整手法設定手段により設定され
   た同期調整手法により前記内燃機関の出力軸の回転数が
   前記駆動軸の回転数に同期調整されるよう前記回転数調
   整手段と前記内燃機関とを駆動制御すると共に前記内燃
   機関の出力軸と前記駆動軸とが連結されるよう前記連結
   解除手段を駆動制御する連結制御手段と、 を備える動力出力装置。
2. 【請求項２】 前記連結制御手段は、前記設定された同
   期調整手法と共に前記連結解除手段による係合力を用い
   て前記内燃機関の出力軸の回転数が前記駆動軸の回転数
   に同期調整されるよう前記回転数調整手段と前記内燃機
   関と該連結解除手段とを駆動制御する手段である請求項
   １記載の動力出力装置。
3. 【請求項３】 前記同期調整手法設定手段は、前記二次
   電池の状態が充電可能な状態のときには前記回転数調整
   手段を伴う同期調整を前記同期調整手法に設定し、前記
   二次電池の状態が充電不可能な状態のときには前記回転
   数調整手段を伴わない同期調整を前記同期調整手法に設
   定する手段である請求項１または２記載の動力出力装
   置。
4. 【請求項４】 前記同期調整手法設定手段は、前記二次
   電池の状態としての残容量が所定量未満のときには前記
   回転数調整手段を伴う同期調整を前記同期調整手法に設
   定し、前記二次電池の状態としての残容量が所定量以上
   のときには前記回転数調整手段を伴わない同期調整を前
   記同期調整手法に設定する手段である請求項１または２
   記載の動力出力装置。
5. 【請求項５】 前記同期調整手法設定手段は、前記二次
   電池の状態としての残容量が略最大量に至るまでは前記
   回転数調整手段を伴う同期調整を前記同期調整手法に設
   定し、前記二次電池の状態としての残容量が略最大量に
   至ったときには前記回転数調整手段を伴わない同期調整
   を前記同期調整手法に設定する手段である請求項１また
   は２記載の動力出力装置。
6. 【請求項６】 前記回転数調整手段を伴わない同期調整
   は、前記内燃機関の制御によって行われる調整である請
   求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の動力出力装置であって、 前記内燃機関は、点火時期の調整が可能に構成され、 前記回転数調整手段を伴わない同期調整は、前記内燃機
   関の点火時期の調整を伴って行なわれる調整である動力
   出力装置。
8. 【請求項８】 前記回転数調整手段は、前記内燃機関の
   出力軸と動力伝達部材を介して接続され、該内燃機関を
   クランキング可能な発電電動機である請求項１ないし７
   いずれか記載の動力出力装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８いずれか記載の動力出
   力装置であって、 前記駆動軸に動力を出力可能な電動機を備え、 前記内燃機関の出力軸と駆動軸との連結の要請は、前記
   電動機からの動力だけを前記駆動軸に出力する第１の運
   転モードから前記内燃機関からの動力を前記駆動軸に出
   力する第２の運転モードへの移行の要請である動力出力
   装置。
10. 【請求項１０】 前記第２の運転モードは、前記内燃機
    関からの動力だけを前記駆動軸に出力するモードまたは
    前記内燃機関からの動力と前記電動機からの動力とを前
    記駆動軸に出力するモードである請求項９記載の動力出
    力装置。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０記載の動力出力装
    置であって、 前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記電動
    機に接続された第２の軸と第３の軸とを有し、該３軸の
    うちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余
    の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、 前記第２の軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を
    行なう接続解除手段と、 前記第３の軸を固定可能な軸固定手段と、 を備え、 前記連結解除手段は、前記第３の軸と前記駆動軸との接
    続および接続の解除を行なう手段であり、 前記第１の運転モードは、前記連結解除手段により前記
    第３の軸と前記駆動軸との接続が解除され前記接続解除
    手段により前記第２の軸と前記駆動軸とが接続され前記
    軸固定手段により前記第３の軸の固定が解除された状態
    で、前記内燃機関の運転を停止すると共に前記電動機か
    ら動力を出力する運転モードであり、 前記第２の運転モードは、前記第１の運転モードの状態
    から前記連結解除手段により前記第３の軸と前記駆動軸
    とを接続した状態として前記内燃機関から動力を出力す
    る運転モードである動力出力装置。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１いずれか記載の動
    力出力装置を備える自動車。