JP2004278367A - ハイブリッド車両用内燃機関制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】始動時にモータの回転を減速しトルクを増大して内燃機関を始動することでモータの容量を小さくでき、ＥＶ走行時に内燃機関を引き摺らないで車両を走行することができる簡単な構造のハイブリッド車両内燃機関制御システムを提供する。
【解決手段】プラネタリギアセット１１と、キャリア１５とリングギア１４の間をウエイトの遠心力の作用により係合し前記ヘリカルギアのスラスト力により離脱する遠心クラッチ１８と、駆動用モータ５のロータ７の出力を駆動輪３５へ伝達する動力伝達機構３０と、動力伝達機構に設けられたクラッチ機構３１と、一方向クラッチ２０と前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材２１とを備え、内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動し、前記ヘリカルギアのスラスト力で遠心クラッチが離脱状態に維持されたプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で伝達し内燃機関を始動する。
【選択図】 図１
【解決手段】プラネタリギアセット１１と、キャリア１５とリングギア１４の間をウエイトの遠心力の作用により係合し前記ヘリカルギアのスラスト力により離脱する遠心クラッチ１８と、駆動用モータ５のロータ７の出力を駆動輪３５へ伝達する動力伝達機構３０と、動力伝達機構に設けられたクラッチ機構３１と、一方向クラッチ２０と前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材２１とを備え、内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動し、前記ヘリカルギアのスラスト力で遠心クラッチが離脱状態に維持されたプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で伝達し内燃機関を始動する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両において走行用モータが内燃機関の始動も行う内燃機関制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のハイブリッド車両の内燃機関制御システムとして同出願人が先に出願した例（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０３２３４号公報
【０００４】
特許文献１には、「エンジンの出力軸に連結されたモータと変速機とを備えるエンジンの始動制御装置」が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの出力軸にモータが連結された構成であるので、エンジン始動時に、モータの回転が直接エンジンの出力軸を回転させて始動させることになり、減速してトルクを増大することができないため、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量は大きなものが要求され大型化する。
【０００６】
また、エンジンとモータを切り離すことができない構造なので、モータによる走行（ＥＶ走行）時に、モータは車両の駆動輪を回転させると同時にエンジンの出力軸を回転させエンジンを引き摺ることになり、余分な負荷を受け効率良く走行させることができない。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、内燃機関始動時にモータの回転を減速しトルクを増大して内燃機関を始動することでモータの容量を小さくでき、ＥＶ走行時に内燃機関を引き摺らないで車両を走行することができる簡単な構造のハイブリッド車両用内燃機関制御システムを供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、前記キャリアと前記リングギアの間をウエイトの遠心力の作用により係合し前記ヘリカルギアのスラスト力により離脱する遠心クラッチと、前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、前記ヘリカルギアのスラスト力で前記遠心クラッチが離脱状態に維持された前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動するハイブリッド車両用内燃機関制御システムとした。
【０００９】
内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動することで、ヘリカルギアのスラスト力で遠心クラッチが離脱状態に維持されたプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比でトルクを増大して内燃機関に伝達し内燃機関を始動することができ、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の停止中に前記ブレーキ部材を解放し、前記駆動用モータによる駆動力を前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする。
【００１１】
内燃機関の停止で遠心クラッチが離脱状態にありブレーキ部材の解放によりサンギアが完全にフリーとなるので、モータの駆動力が内燃機関の出力軸に伝達されず動力伝達機構にのみ伝達され内燃機関を引き摺らずにモータによる効率の良い走行ができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の作動中にウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータに接続するとともに前記駆動用モータによる駆動力をアシストして前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする。
【００１３】
内燃機関の作動で遠心クラッチが係合状態にあるプラネタリギアセットにより内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比でロータを介して動力伝達機構に伝達して、駆動用モータの駆動力をアシストとして利用して、駆動力の大半を持つ内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の作動中に前記駆動用モータを発電機として使用するとともに、ウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータを介して動力伝達機構に接続することを特徴とする。
【００１５】
内燃機関の作動で遠心クラッチが係合状態にあるプラネタリギアセットにより内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比でロータを回転して駆動用モータを発電機として容易に発電できるとともに動力伝達装置の駆動輪からの動力によっても発電することができ、効率良い発電が可能である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが第１の一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、前記キャリアから前記リングギアへの一方向の動力伝達のみ可能な第２の一方向クラッチと、前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、第２の一方向クラッチが離脱状態にある前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動するハイブリッド車両用内燃機関制御システムである。
【００１７】
内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動することで、第２の一方向クラッチが離脱状態でプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比でトルクを増大して内燃機関に伝達し内燃機関を始動することができ、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１および図２に基づき説明する。
本実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムを図１に示す。
【００１９】
同システムにおける内燃機関１は、フライホイール２の取り付けられたクランク軸３が、メカニカルモジュール１０に入出力軸として挿入されている。
一方、モータ５は、アウタステータ６の内側をインナロータ７が回転するＤＣブラシレスモータであり、発電機としても作動することができる。
【００２０】
本モータ５のインナロータ７は内径の大きな環状をなしており、このインナロータ７の内側の空間に前記メカニカルモジュール１０の大部分が収容され、インナロータ７をメカニカルモジュール１０への入出力要素としている。
【００２１】
メカニカルモジュール１０は、プラネタリギアセット１１と遠心クラッチ１８と一方向クラッチ２０を介したバンドブレーキ２１とを組合わせて構成されている。
プラネタリギアセット１１と遠心クラッチ１８が、主にインナロータ７の内側の空間に収容される。
【００２２】
プラネタリギアセット１１は、同軸のサンギア１２とリングギア１４との間に両者に噛合してプラネタリギア１３が同軸回転するキャリア１５に軸支されながら自転しながら公転可能に介装された構造をしている。
【００２３】
プラネタリギアセット１１のキャリア１５が、その回転軸を前記内燃機関１のクランク軸３と一体に連結されており、リングギア１４は前記モータ５のインナロータ７と軸方向に相対移動可能にスプライン嵌合されて一体に回転することができる。
【００２４】
キャリア１５には軸方向に相対移動可能にクラッチガイド１６がスプライン嵌合され、このクラッチガイド１６とリングギア１４との間に遠心クラッチ１８が介装されている。
【００２５】
遠心クラッチ１８は、キャリア１５およびクラッチガイド１６とともに回転する遠心ウエイト１９の遠心力による揺動が押付荷重としてクラッチガイド１６に作用して遠心クラッチ１８を係合する方向に移動させる。
【００２６】
サンギア１２、プラネタリギア１３、リングギア１４の各歯状は、ヘリカルギアを形成して互いに噛み合っており、このヘリカルギアによるギアスラスト力がリングギア１４に作用して遠心クラッチ１８を離脱する方向に付勢している。
【００２７】
したがって内燃機関１が停止しているとき、あるいはある回転速度以下の低速回転しているときには、遠心クラッチ１８は離脱状態にあってギアスラスト力により離脱状態が維持されるが、内燃機関１がある回転速度を越えて駆動すると遠心ウエイト１９の遠心力による押付荷重により遠心クラッチ１８は係合する。
【００２８】
遠心クラッチ１８が係合すると、リングギア１４とキャリア１５が締結し、入力要素と出力要素が直結した小さい変速比１の状態となる。
遠心クラッチ１８が離脱して本来のプラネタリギアとして作動するときは、リングギア１４からキャリア１５へ大きい変速比で伝達される。
【００２９】
モータ５のインナロータ７が、駆動輪３５に動力を伝達する動力伝達機構３０と連結されている。
動力伝達機構３０は、発進機構と変速機構とからなり、発進機構として発進クラッチ３１、変速機構として自動変速機３２が設けられている。
【００３０】
なお上記のほか発進機構としてはトルクコンバータなどが使用でき、変速機構としては手動変速機やベルト制御変速機などが使用できる。
前記モータ５のインナロータ７は発進クラッチ３１に連結されている。
【００３１】
内燃機関１，モータ５，メカニカルモジュール１０および動力伝達機構３０は、コンピュータのＥＣＵ４０により制御され、特にメカニカルモジュール１０のバンドブレーキ２１は、ブレーキアクチュエータ４１により係脱制御がなされる。
【００３２】
ＥＣＵ４０には内燃機関１からの運転状態信号および操作系４２からの操作信号が入力され信号処理される。
モータ５は、蓄電装置４３の電力によりモータとして駆動するとともに、発電機として作動して発電電力を蓄電装置４３に回生することができ、ＥＣＵ４０はモータ回転制御とともに発電機への切換制御を行っている。
【００３３】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、以上のように構成されており、各運転モードにおける動きを図２に基づき説明する。
【００３４】
まず図２▲１▼に示す機関始動モードは、内燃機関１が停止したアイドル停車中に運転者の発進しようとする意思などをブレーキペダルやアクセルペダルなどの動きから検知し内燃機関１を再始動するようにＥＣＵ４０により判断された場合に、ＥＣＵ４０がブレーキアクチュエータ４１にバンドブレーキ２１を締結するよう指令し、モータ５を駆動するよう制御したときのモードである。
【００３５】
バンドブレーキ２１の締結で一方向クラッチ２０が係合する方向に作動しサンギア１２を固定し、モータ５のインナロータ７の回転がリングギア１４に伝達され、プラネタリギアセット１１のヘリカルギアによるスラスト力で遠心クラッチ１８が離脱状態に維持される。
【００３６】
したがってこのような状態にあるプラネタリギアセット１１は減速機構として作動し、モータ５のインナロータ７の回転はリングギア１４を介して大きい変速比でトルクを増大してキャリア１５に伝達され、キャリア１５と一体の内燃機関１のクランク軸３を回転して内燃機関１を始動する。
【００３７】
クランク軸３が回り始めると、遠心力により遠心クラッチ１８が押付荷重により係合しようとするが、モータ５の駆動力がリングギア１４に伝えられている間は、ヘリカルギアのスラスト力により遠心クラッチ１８は係合されず離脱状態が維持される。
【００３８】
発進クラッチ３１は当初解放した状態にあり、モータ５の駆動は動力伝達機構３０以降には伝達されず、大きい変速比でトルクを増大して内燃機関１に伝達し内燃機関１を始動することができるので、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００３９】
一方、図２▲２▼に示すＥＶ走行モードでは、内燃機関１は停止しバンドブレーキ２１を解放し発進クラッチ３１を係合してモータ５を駆動した状態である。
内燃機関１の停止で遠心クラッチ１８は離脱状態にあり、バンドブレーキ２１の解放でプラネタリギア１３がフリー状態にあるので、プラネタリギアセット１１はニュートラル状態にあって、モータ５の駆動力は内燃機関１側に伝達されず係合した発進クラッチ３１を介して動力伝達機構３０から駆動輪３５にのみ伝達されてＥＶ走行する。
【００４０】
モータ５の駆動力が内燃機関１の出力軸に伝達されず動力伝達機構３０にのみ伝達され内燃機関１を引き摺らずにモータ５による効率の良い走行ができる。
【００４１】
次に図２▲３▼に示すアシストモードは、前記機関始動モード（図２▲１▼参照）において内燃機関１が始動された後、機関回転数が高くなり、遠心力による遠心クラッチ１８の押付荷重がヘリカルギアのスラスト力を上回る所定の回転数になると、遠心力により遠心クラッチ１８が係合しはじめ、円滑にキャリア１５とリングギア１４が締結して内燃機関１とモータ５が小さい変速比１の直結状態となり、インナロータ７の回転は係合された発進クラッチ３１から動力伝達機構３０を介して駆動輪３５に伝達される。
【００４２】
そのとき、サンギア１２は一方向クラッチ２０により空転するので、ＥＣＵ４０は機関回転数とモータ回転数が一致したことを判別してバンドブレーキ２１を解放するよう制御してもよく、無駄な電力消費を避けることができる。
【００４３】
このようにして内燃機関１の駆動力が動力伝達機構３０に伝達され駆動用モータの駆動力がアシストして、内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
【００４４】
次に図２▲４▼に示す通常走行回生モードは、上記アシストモード（図２▲３▼参照）で内燃機関１とモータ５が直結状態にあるときに、ＥＣＵ４０がモータ５を発電機として作動させたときのモードである。
【００４５】
内燃機関１の出力によりロータ７を回転するエネルギあるいは駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギを電気エネルギに変換して効率良く蓄電装置４３に回生することができる。
【００４６】
ここで内燃機関１を停止すると、キャリア１５が負荷になりヘリカルギアのスラスト力が働き遠心クラッチ１８が離脱し、内燃機関１とモータ５の直結状態が解かれ図２▲５▼に示す機関停止回生モードになる。
【００４７】
すなわち駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギのみを電気エネルギに変換して蓄電装置４３に回生することができる。
【００４８】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、以上のように作動し、いずれも遠心クラッチ１８により制御システムがシンプルで簡便である。
【００４９】
次に別の実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムについて図３および図４に基づき説明する。
【００５０】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、前記実施の形態におけるハイブリッド車両用内燃機関制御システムと殆ど同じ構成をしており、唯一異なる点はメカニカルモジュール５０のうち前記遠心クラッチ１８の代わりに一方向クラッチ５１が設けられている点である。
【００５１】
したがって同じ部材については前記実施の形態における符号を用いることとする。
一方向クラッチ５１は、モータ５のインナロータ７とキャリア１５との間に介装され、キャリア１５（内燃機関１）側からインナロータ７（動力伝達機構３０）側への一方向の動力伝達のみ可能である機能を持つ。
【００５２】
したがって各運転モードについて考察してみると、まず図４▲１▼に示す機関始動モードでは、内燃機関１が停止したアイドル停車中に内燃機関１を再始動するようにＥＣＵ４０により判断された場合に、ＥＣＵ４０の指令によりバンドブレーキ２１を締結しモータ５を駆動すると、バンドブレーキ２１の締結で一方向クラッチ２０が係合する方向に作動しサンギア１２を固定し、モータ５のインナロータ７の回転は一方向クラッチ５１を介してキャリア１５に伝達されずにリングギア１４を介して大きい変速比でトルクを増大してキャリア１５に伝達され、キャリア１５と一体の内燃機関１のクランク軸３を回転して内燃機関１を始動する。
【００５３】
発進クラッチ３１は当初解放した状態にあり、モータ５の駆動は動力伝達機構３０以降には伝達されず、大きい変速比でトルクを増大して内燃機関１に伝達し内燃機関１を始動することができるので、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００５４】
図４▲２▼に示すＥＶ走行モードでは、内燃機関１は停止しバンドブレーキ２１を解放し発進クラッチ３１を係合してモータ５を駆動する。
内燃機関１の停止，バンドブレーキ２１の解放で、プラネタリギアセット１１はニュートラル状態にあって、モータ５の駆動力は内燃機関１側に伝達されず係合した発進クラッチ３１を介して動力伝達機構３０から駆動輪３５にのみ伝達されてＥＶ走行する。
【００５５】
モータ５の駆動力が内燃機関１の出力軸に伝達されず動力伝達機構３０にのみ伝達され内燃機関１を引き摺らずにモータ５による効率の良い走行ができる。
【００５６】
図４▲３▼に示すアシストモードでは、内燃機関１の始動により機関回転数がモータ５の回転数を上回ると、一方向クラッチ５１が係合して機関トルクが小さい変速比１でインナロータ７に伝達され、係合された発進クラッチ３１から動力伝達機構３０を介して駆動輪３５に伝達される。
【００５７】
このようにして内燃機関１の駆動力が動力伝達機構３０に伝達され駆動用モータの駆動力がアシストして、内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
なお内燃機関１が始動したことをＥＣＵ４０が判別したときは、必要に応じてバンドブレーキ２１を解放し無駄な電力消費を避ける。
【００５８】
図４▲４▼に示す通常走行回生モードは、上記バンドブレーキ２１を解放したアシストモード（図４▲３▼参照）で、ＥＣＵ４０がモータ５を発電機として作動させたときのモードであり、駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギを電気エネルギに変換して効率良く蓄電装置４３に回生することができる。
【００５９】
ここで内燃機関１を停止すると、図４▲５▼に示す機関停止回生モードになり、駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギのみを電気エネルギに変換して蓄電装置４３に回生することができる。
【００６０】
なお通常走行回生モードでバンドブレーキ２１が締結状態にあると、駆動輪３５側からのインナロータ７の回転数がプラネタリギアセット１１の大きい変速比で減速された減速回転数が機関アイドル回転数に達するまでは、エンジンブレーキが働いた状態で駆動輪３５からのエネルギの回生が行われる。
【００６１】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムも、以上のように作動し、いずれも一方向クラッチ５１により制御システムがシンプルで簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムの構成図である。
【図２】同制御システムのメカニカルモジュールの各運転モードにおける作動状態を示す説明図である。
【図３】別の一実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムの構成図である。
【図４】同制御システムのメカニカルモジュールの各運転モードにおける作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…フライホイール、３…クランク軸、５…モータ、６…アウタステータ、７…インナロータ、
１０…メカニカルモジュール、１１…プラネタリギアセット、１２…サンギア、１３…プラネタリギア、１４…リングギア、１５…キャリア、１６…クラッチガイド、１８…遠心クラッチ、１９…遠心ウエイト、２０…一方向クラッチ、２１…バンドブレーキ、
３０…動力伝達機構、３１…発進クラッチ、３２…自動変速機、３５…駆動輪、
４０…ＥＣＵ、４１…ブレーキアクチュエータ、４２…操作系、４３…蓄電装置、
５０…メカニカルモジュール、５１…一方向クラッチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両において走行用モータが内燃機関の始動も行う内燃機関制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のハイブリッド車両の内燃機関制御システムとして同出願人が先に出願した例（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０３２３４号公報
【０００４】
特許文献１には、「エンジンの出力軸に連結されたモータと変速機とを備えるエンジンの始動制御装置」が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの出力軸にモータが連結された構成であるので、エンジン始動時に、モータの回転が直接エンジンの出力軸を回転させて始動させることになり、減速してトルクを増大することができないため、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量は大きなものが要求され大型化する。
【０００６】
また、エンジンとモータを切り離すことができない構造なので、モータによる走行（ＥＶ走行）時に、モータは車両の駆動輪を回転させると同時にエンジンの出力軸を回転させエンジンを引き摺ることになり、余分な負荷を受け効率良く走行させることができない。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、内燃機関始動時にモータの回転を減速しトルクを増大して内燃機関を始動することでモータの容量を小さくでき、ＥＶ走行時に内燃機関を引き摺らないで車両を走行することができる簡単な構造のハイブリッド車両用内燃機関制御システムを供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、前記キャリアと前記リングギアの間をウエイトの遠心力の作用により係合し前記ヘリカルギアのスラスト力により離脱する遠心クラッチと、前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、前記ヘリカルギアのスラスト力で前記遠心クラッチが離脱状態に維持された前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動するハイブリッド車両用内燃機関制御システムとした。
【０００９】
内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動することで、ヘリカルギアのスラスト力で遠心クラッチが離脱状態に維持されたプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比でトルクを増大して内燃機関に伝達し内燃機関を始動することができ、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の停止中に前記ブレーキ部材を解放し、前記駆動用モータによる駆動力を前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする。
【００１１】
内燃機関の停止で遠心クラッチが離脱状態にありブレーキ部材の解放によりサンギアが完全にフリーとなるので、モータの駆動力が内燃機関の出力軸に伝達されず動力伝達機構にのみ伝達され内燃機関を引き摺らずにモータによる効率の良い走行ができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の作動中にウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータに接続するとともに前記駆動用モータによる駆動力をアシストして前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする。
【００１３】
内燃機関の作動で遠心クラッチが係合状態にあるプラネタリギアセットにより内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比でロータを介して動力伝達機構に伝達して、駆動用モータの駆動力をアシストとして利用して、駆動力の大半を持つ内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システムにおいて、前記内燃機関の作動中に前記駆動用モータを発電機として使用するとともに、ウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータを介して動力伝達機構に接続することを特徴とする。
【００１５】
内燃機関の作動で遠心クラッチが係合状態にあるプラネタリギアセットにより内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比でロータを回転して駆動用モータを発電機として容易に発電できるとともに動力伝達装置の駆動輪からの動力によっても発電することができ、効率良い発電が可能である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが第１の一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、前記キャリアから前記リングギアへの一方向の動力伝達のみ可能な第２の一方向クラッチと、前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、第２の一方向クラッチが離脱状態にある前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動するハイブリッド車両用内燃機関制御システムである。
【００１７】
内燃機関の始動時にブレーキ部材を締結して駆動用モータを駆動することで、第２の一方向クラッチが離脱状態でプラネタリギアセットにより駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比でトルクを増大して内燃機関に伝達し内燃機関を始動することができ、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１および図２に基づき説明する。
本実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムを図１に示す。
【００１９】
同システムにおける内燃機関１は、フライホイール２の取り付けられたクランク軸３が、メカニカルモジュール１０に入出力軸として挿入されている。
一方、モータ５は、アウタステータ６の内側をインナロータ７が回転するＤＣブラシレスモータであり、発電機としても作動することができる。
【００２０】
本モータ５のインナロータ７は内径の大きな環状をなしており、このインナロータ７の内側の空間に前記メカニカルモジュール１０の大部分が収容され、インナロータ７をメカニカルモジュール１０への入出力要素としている。
【００２１】
メカニカルモジュール１０は、プラネタリギアセット１１と遠心クラッチ１８と一方向クラッチ２０を介したバンドブレーキ２１とを組合わせて構成されている。
プラネタリギアセット１１と遠心クラッチ１８が、主にインナロータ７の内側の空間に収容される。
【００２２】
プラネタリギアセット１１は、同軸のサンギア１２とリングギア１４との間に両者に噛合してプラネタリギア１３が同軸回転するキャリア１５に軸支されながら自転しながら公転可能に介装された構造をしている。
【００２３】
プラネタリギアセット１１のキャリア１５が、その回転軸を前記内燃機関１のクランク軸３と一体に連結されており、リングギア１４は前記モータ５のインナロータ７と軸方向に相対移動可能にスプライン嵌合されて一体に回転することができる。
【００２４】
キャリア１５には軸方向に相対移動可能にクラッチガイド１６がスプライン嵌合され、このクラッチガイド１６とリングギア１４との間に遠心クラッチ１８が介装されている。
【００２５】
遠心クラッチ１８は、キャリア１５およびクラッチガイド１６とともに回転する遠心ウエイト１９の遠心力による揺動が押付荷重としてクラッチガイド１６に作用して遠心クラッチ１８を係合する方向に移動させる。
【００２６】
サンギア１２、プラネタリギア１３、リングギア１４の各歯状は、ヘリカルギアを形成して互いに噛み合っており、このヘリカルギアによるギアスラスト力がリングギア１４に作用して遠心クラッチ１８を離脱する方向に付勢している。
【００２７】
したがって内燃機関１が停止しているとき、あるいはある回転速度以下の低速回転しているときには、遠心クラッチ１８は離脱状態にあってギアスラスト力により離脱状態が維持されるが、内燃機関１がある回転速度を越えて駆動すると遠心ウエイト１９の遠心力による押付荷重により遠心クラッチ１８は係合する。
【００２８】
遠心クラッチ１８が係合すると、リングギア１４とキャリア１５が締結し、入力要素と出力要素が直結した小さい変速比１の状態となる。
遠心クラッチ１８が離脱して本来のプラネタリギアとして作動するときは、リングギア１４からキャリア１５へ大きい変速比で伝達される。
【００２９】
モータ５のインナロータ７が、駆動輪３５に動力を伝達する動力伝達機構３０と連結されている。
動力伝達機構３０は、発進機構と変速機構とからなり、発進機構として発進クラッチ３１、変速機構として自動変速機３２が設けられている。
【００３０】
なお上記のほか発進機構としてはトルクコンバータなどが使用でき、変速機構としては手動変速機やベルト制御変速機などが使用できる。
前記モータ５のインナロータ７は発進クラッチ３１に連結されている。
【００３１】
内燃機関１，モータ５，メカニカルモジュール１０および動力伝達機構３０は、コンピュータのＥＣＵ４０により制御され、特にメカニカルモジュール１０のバンドブレーキ２１は、ブレーキアクチュエータ４１により係脱制御がなされる。
【００３２】
ＥＣＵ４０には内燃機関１からの運転状態信号および操作系４２からの操作信号が入力され信号処理される。
モータ５は、蓄電装置４３の電力によりモータとして駆動するとともに、発電機として作動して発電電力を蓄電装置４３に回生することができ、ＥＣＵ４０はモータ回転制御とともに発電機への切換制御を行っている。
【００３３】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、以上のように構成されており、各運転モードにおける動きを図２に基づき説明する。
【００３４】
まず図２▲１▼に示す機関始動モードは、内燃機関１が停止したアイドル停車中に運転者の発進しようとする意思などをブレーキペダルやアクセルペダルなどの動きから検知し内燃機関１を再始動するようにＥＣＵ４０により判断された場合に、ＥＣＵ４０がブレーキアクチュエータ４１にバンドブレーキ２１を締結するよう指令し、モータ５を駆動するよう制御したときのモードである。
【００３５】
バンドブレーキ２１の締結で一方向クラッチ２０が係合する方向に作動しサンギア１２を固定し、モータ５のインナロータ７の回転がリングギア１４に伝達され、プラネタリギアセット１１のヘリカルギアによるスラスト力で遠心クラッチ１８が離脱状態に維持される。
【００３６】
したがってこのような状態にあるプラネタリギアセット１１は減速機構として作動し、モータ５のインナロータ７の回転はリングギア１４を介して大きい変速比でトルクを増大してキャリア１５に伝達され、キャリア１５と一体の内燃機関１のクランク軸３を回転して内燃機関１を始動する。
【００３７】
クランク軸３が回り始めると、遠心力により遠心クラッチ１８が押付荷重により係合しようとするが、モータ５の駆動力がリングギア１４に伝えられている間は、ヘリカルギアのスラスト力により遠心クラッチ１８は係合されず離脱状態が維持される。
【００３８】
発進クラッチ３１は当初解放した状態にあり、モータ５の駆動は動力伝達機構３０以降には伝達されず、大きい変速比でトルクを増大して内燃機関１に伝達し内燃機関１を始動することができるので、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００３９】
一方、図２▲２▼に示すＥＶ走行モードでは、内燃機関１は停止しバンドブレーキ２１を解放し発進クラッチ３１を係合してモータ５を駆動した状態である。
内燃機関１の停止で遠心クラッチ１８は離脱状態にあり、バンドブレーキ２１の解放でプラネタリギア１３がフリー状態にあるので、プラネタリギアセット１１はニュートラル状態にあって、モータ５の駆動力は内燃機関１側に伝達されず係合した発進クラッチ３１を介して動力伝達機構３０から駆動輪３５にのみ伝達されてＥＶ走行する。
【００４０】
モータ５の駆動力が内燃機関１の出力軸に伝達されず動力伝達機構３０にのみ伝達され内燃機関１を引き摺らずにモータ５による効率の良い走行ができる。
【００４１】
次に図２▲３▼に示すアシストモードは、前記機関始動モード（図２▲１▼参照）において内燃機関１が始動された後、機関回転数が高くなり、遠心力による遠心クラッチ１８の押付荷重がヘリカルギアのスラスト力を上回る所定の回転数になると、遠心力により遠心クラッチ１８が係合しはじめ、円滑にキャリア１５とリングギア１４が締結して内燃機関１とモータ５が小さい変速比１の直結状態となり、インナロータ７の回転は係合された発進クラッチ３１から動力伝達機構３０を介して駆動輪３５に伝達される。
【００４２】
そのとき、サンギア１２は一方向クラッチ２０により空転するので、ＥＣＵ４０は機関回転数とモータ回転数が一致したことを判別してバンドブレーキ２１を解放するよう制御してもよく、無駄な電力消費を避けることができる。
【００４３】
このようにして内燃機関１の駆動力が動力伝達機構３０に伝達され駆動用モータの駆動力がアシストして、内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
【００４４】
次に図２▲４▼に示す通常走行回生モードは、上記アシストモード（図２▲３▼参照）で内燃機関１とモータ５が直結状態にあるときに、ＥＣＵ４０がモータ５を発電機として作動させたときのモードである。
【００４５】
内燃機関１の出力によりロータ７を回転するエネルギあるいは駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギを電気エネルギに変換して効率良く蓄電装置４３に回生することができる。
【００４６】
ここで内燃機関１を停止すると、キャリア１５が負荷になりヘリカルギアのスラスト力が働き遠心クラッチ１８が離脱し、内燃機関１とモータ５の直結状態が解かれ図２▲５▼に示す機関停止回生モードになる。
【００４７】
すなわち駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギのみを電気エネルギに変換して蓄電装置４３に回生することができる。
【００４８】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、以上のように作動し、いずれも遠心クラッチ１８により制御システムがシンプルで簡便である。
【００４９】
次に別の実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムについて図３および図４に基づき説明する。
【００５０】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムは、前記実施の形態におけるハイブリッド車両用内燃機関制御システムと殆ど同じ構成をしており、唯一異なる点はメカニカルモジュール５０のうち前記遠心クラッチ１８の代わりに一方向クラッチ５１が設けられている点である。
【００５１】
したがって同じ部材については前記実施の形態における符号を用いることとする。
一方向クラッチ５１は、モータ５のインナロータ７とキャリア１５との間に介装され、キャリア１５（内燃機関１）側からインナロータ７（動力伝達機構３０）側への一方向の動力伝達のみ可能である機能を持つ。
【００５２】
したがって各運転モードについて考察してみると、まず図４▲１▼に示す機関始動モードでは、内燃機関１が停止したアイドル停車中に内燃機関１を再始動するようにＥＣＵ４０により判断された場合に、ＥＣＵ４０の指令によりバンドブレーキ２１を締結しモータ５を駆動すると、バンドブレーキ２１の締結で一方向クラッチ２０が係合する方向に作動しサンギア１２を固定し、モータ５のインナロータ７の回転は一方向クラッチ５１を介してキャリア１５に伝達されずにリングギア１４を介して大きい変速比でトルクを増大してキャリア１５に伝達され、キャリア１５と一体の内燃機関１のクランク軸３を回転して内燃機関１を始動する。
【００５３】
発進クラッチ３１は当初解放した状態にあり、モータ５の駆動は動力伝達機構３０以降には伝達されず、大きい変速比でトルクを増大して内燃機関１に伝達し内燃機関１を始動することができるので、モータの容量およびモータを制御するパワードライブユニットの容量を小さくし、小型化を図ることができる。
【００５４】
図４▲２▼に示すＥＶ走行モードでは、内燃機関１は停止しバンドブレーキ２１を解放し発進クラッチ３１を係合してモータ５を駆動する。
内燃機関１の停止，バンドブレーキ２１の解放で、プラネタリギアセット１１はニュートラル状態にあって、モータ５の駆動力は内燃機関１側に伝達されず係合した発進クラッチ３１を介して動力伝達機構３０から駆動輪３５にのみ伝達されてＥＶ走行する。
【００５５】
モータ５の駆動力が内燃機関１の出力軸に伝達されず動力伝達機構３０にのみ伝達され内燃機関１を引き摺らずにモータ５による効率の良い走行ができる。
【００５６】
図４▲３▼に示すアシストモードでは、内燃機関１の始動により機関回転数がモータ５の回転数を上回ると、一方向クラッチ５１が係合して機関トルクが小さい変速比１でインナロータ７に伝達され、係合された発進クラッチ３１から動力伝達機構３０を介して駆動輪３５に伝達される。
【００５７】
このようにして内燃機関１の駆動力が動力伝達機構３０に伝達され駆動用モータの駆動力がアシストして、内燃機関と駆動用モータの双方の駆動力で走行することができる。
なお内燃機関１が始動したことをＥＣＵ４０が判別したときは、必要に応じてバンドブレーキ２１を解放し無駄な電力消費を避ける。
【００５８】
図４▲４▼に示す通常走行回生モードは、上記バンドブレーキ２１を解放したアシストモード（図４▲３▼参照）で、ＥＣＵ４０がモータ５を発電機として作動させたときのモードであり、駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギを電気エネルギに変換して効率良く蓄電装置４３に回生することができる。
【００５９】
ここで内燃機関１を停止すると、図４▲５▼に示す機関停止回生モードになり、駆動輪３５から動力伝達機構３０を介してロータ７を回転するエネルギのみを電気エネルギに変換して蓄電装置４３に回生することができる。
【００６０】
なお通常走行回生モードでバンドブレーキ２１が締結状態にあると、駆動輪３５側からのインナロータ７の回転数がプラネタリギアセット１１の大きい変速比で減速された減速回転数が機関アイドル回転数に達するまでは、エンジンブレーキが働いた状態で駆動輪３５からのエネルギの回生が行われる。
【００６１】
本ハイブリッド車両用内燃機関制御システムも、以上のように作動し、いずれも一方向クラッチ５１により制御システムがシンプルで簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムの構成図である。
【図２】同制御システムのメカニカルモジュールの各運転モードにおける作動状態を示す説明図である。
【図３】別の一実施の形態に係るハイブリッド車両用内燃機関制御システムの構成図である。
【図４】同制御システムのメカニカルモジュールの各運転モードにおける作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…フライホイール、３…クランク軸、５…モータ、６…アウタステータ、７…インナロータ、
１０…メカニカルモジュール、１１…プラネタリギアセット、１２…サンギア、１３…プラネタリギア、１４…リングギア、１５…キャリア、１６…クラッチガイド、１８…遠心クラッチ、１９…遠心ウエイト、２０…一方向クラッチ、２１…バンドブレーキ、
３０…動力伝達機構、３１…発進クラッチ、３２…自動変速機、３５…駆動輪、
４０…ＥＣＵ、４１…ブレーキアクチュエータ、４２…操作系、４３…蓄電装置、
５０…メカニカルモジュール、５１…一方向クラッチ。
Claims (5)
- 各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、
前記キャリアと前記リングギアの間をウエイトの遠心力の作用により係合し前記ヘリカルギアのスラスト力により離脱する遠心クラッチと、
前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、
前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、
前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、
前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、前記ヘリカルギアのスラスト力で前記遠心クラッチが離脱状態に維持された前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動することを特徴とするハイブリッド車両用内燃機関制御システム。 - 前記内燃機関の停止中に前記ブレーキ部材を解放し、前記駆動用モータによる駆動力を前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システム。
- 前記内燃機関の作動中にウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータに接続するとともに前記駆動用モータによる駆動力をアシストして前記動力伝達機構に伝達することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システム。
- 前記内燃機関の作動中に前記駆動用モータを発電機として使用するとともに、ウエイトの遠心力の作用により前記遠心クラッチが係合状態にある前記プラネタリギアセットにより前記内燃機関の出力を変速比の小さい第２の変速比で前記駆動用モータの前記ロータを介して動力伝達機構に接続することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両用内燃機関制御システム。
- 各々がヘリカルギアであるサンギア，プラネタリギア，リングギアの噛み合いにより構成され、内燃機関の出力を前記プラネタリギアを支承するキャリアに接続し、前記リングギアが駆動用モータのロータに接続し、前記サンギアが第１の一方向クラッチを介して固定部材に連結されるプラネタリギアセットと、
前記キャリアから前記リングギアへの一方向の動力伝達のみ可能な第２の一方向クラッチと、
前記駆動用モータのロータの出力を駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、
前記動力伝達機構に設けられたクラッチ機構と、
前記一方向クラッチと前記固定部材との間に介装されるブレーキ部材とを備え、
前記内燃機関の始動時に前記ブレーキ部材を締結して前記駆動用モータを駆動し、第２の一方向クラッチが離脱状態にある前記プラネタリギアセットにより前記駆動用モータの回転を変速比の大きい第１の変速比で前記内燃機関に伝達し前記内燃機関を始動することを特徴とするハイブリッド車両用内燃機関制御システム。
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