JP2005295690A - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ２つのエンジンＥＧ１，ＥＧ２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とを備える自動車において、簡易な構成とすると共にエネルギ効率の向上を図る。
【解決手段】 エンジンＥＧ１をモータＭＧ１に接続すると共にクラッチＣ１を介してエンジンＥＧ２に接続し、エンジンＥＧ２にクラッチＣ２を介して駆動軸６５を接続し、駆動軸６５にモータＭＧ２を取り付ける。発進時などの低速時には、クラッチＣ２をオフとしてエンジンＥＧ２を駆動軸６５から切り離してモータＭＧ２からの動力により走行し、中速時には、クラッチＣ２をオンとして主として効率よく運転したエンジンＥＧ２からの動力により走行する。これにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。また、２つのエンジンと２つのモータの他には２つのクラッチを備えることでよいから、簡易な構成とすることができる。もとより、駆動軸６５に要求動力を出力できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載された二つのエンジンと二つのモータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、駆動輪にデファレンシャルギヤを介して接続されたトランスミッションの入力軸にデファレンシャルギヤを取り付け、このデファレンシャルギヤの残余の２軸に各々のブレーキとクラッチとを介して二つのモータを取り付け、更にこの二つのモータの各回転軸に各々のクラッチを介して二つの異なる出力特性のエンジンの出力軸を取り付けて構成されており、走行条件に応じて出力特性の異なる二つのエンジンを切り替えるものとしている。
特開平１１−３１１１３７号公報（図１）
しかしながら、上述の動力出力装置では、二つのエンジンと二つのモータとを用いるためにデファレンシャルギヤと二つのブレーキと四つのクラッチとを必要とするから、装置が複雑になると共にクラッチのオンオフ操作が煩雑なものになる。また、上述の動力出力装置では、出力特性の異なる二つのエンジンを走行条件に応じて切り替えるものとしているため、いわゆるシリーズハイブリッド自動車としての動作の際に低トルク特性のエンジンを用いて発電しなければならないときが生じ、発電効率が低下する場合が生じる。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、二つの内燃機関と二つの電動機とを備えるものにおいて簡易な構成と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およびこれを搭載する自動車は、二つの内燃機関と二つの電動機とを備えるものにおけるエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。さらに、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、要求される動力を効率よく出力することを目的の一つとする。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、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。
本発明の第１の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
第１内燃機関と、
該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、
前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸との接続および接続の解除を行なう第１接続解除手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の第１の動力出力装置では、第１接続解除手段により第１内燃機関の出力軸と第２内燃機関の出力軸との接続を解除した状態では、第１内燃機関と第１電動機とをからの動力を用いて発電することができると共にこの発電電力により蓄電手段を充電し、第２内燃機関と第２電動機とを用いて駆動軸に動力を出力することができる。第１接続解除手段により記第１内燃機関の出力軸と第２内燃機関の出力軸とを接続した状態では、第１内燃機関と第２内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を直接駆動軸に出力することができると共に第１電動機と第２電動機の一方により発電して蓄電手段を充電することができる。しかも、第１内燃機関と第２内燃機関と第１電動機と第２電動機との他に第１接続解除手段を備えることでよいから、簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる。
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう第２接続解除手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、第２接続解除手段により第２内燃機関の出力軸と駆動軸との接続を解除することにより第２電動機からの動力だけを駆動軸に出力することができる。この場合、第２内燃機関の出力軸を切り離すことにより、第２電動機からの動力だけを駆動軸に出力する際のエネルギ効率を向上させることができる。
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記第１内燃機関は所定の運転ポイントで効率よく運転可能な内燃機関であり、前記第１電動機は前記所定の運転ポイントで運転された前記第１内燃機関からの動力を用いて効率よく発電可能な電動機であるものとすることもできる。こうすれば、第１接続解除手段により第１内燃機関の出力軸と第２内燃機関の出力軸との接続を解除した状態における発電効率を向上させることができる。
さらに、本発明の第１の動力出力装置において、前記第２内燃機関は所定の回転領域で効率よく運転可能な内燃機関であり、前記第２電動機は前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを出力可能な電動機であるものとすることもできる。この場合、前記所定の回転領域は、アイドル回転数または該アイドル回転数より大きな第１の所定の回転数から前記駆動軸に想定されている最大回転数までの領域であるものとすることもできる。こうすれば、より効率よく駆動軸に動力を出力することができる。
あるいは、本発明の第１の動力出力装置において、前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記蓄電状態検出手段により検出された蓄電状態が所定の状態範囲となると共に前記要求動力設定手段により設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１内燃機関と前記第１電動機と前記第２内燃機関と前記第２電動機と前記第１接続解除手段とを制御する制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、操作者の要求に応じた動力を駆動軸に出力することができると共に蓄電手段を所定の状態範囲となるようにすることができる。
第２接続解除手段を備えると共に操作者の要求に応じた動力を駆動軸に出力する態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記制御手段は、前記駆動軸の回転数が所定回転数未満のときには前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸との接続が解除されるよう前記第２接続解除手段を制御し、前記駆動軸の回転数が所定回転数以上のときには前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸とが接続されるよう前記第２接続解除手段を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、操作者の要求に応じた動力をより効率よく駆動軸に出力することができる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記制御手段は、前記駆動軸の回転数が前記所定回転数以上のときであって前記設定された要求動力における要求トルクが所定トルク未満のときには前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸との接続が解除されるよう前記第１接続解除手段を制御し、前記駆動軸の回転数が前記所定回転数以上のときであって前記設定された要求動力における要求トルクが所定トルク以上のときには前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸とが接続されるよう前記第１接続解除手段を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、操作者の要求に応じた動力をより効率よく出力することができる。
本発明の第２の動力出力装置において、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
所定の運転ポイントで効率よく運転可能な第１内燃機関と、
前記所定の運転ポイントで運転された前記第１内燃機関からの動力を用いて効率よく発電可能な第１電動機と、
前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
前記駆動軸に動力を入出力に出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の第２の動力出力装置では、第１内燃機関を所定の運転ポイントで運転し、この第１内燃機関からの動力を用いて第１電動機により発電することにより、装置のエネルギ効率を向上させることができる。もとより、第２内燃機関と第２電動機からの動力を駆動軸に出力することができる。第１内燃機関と第２内燃機関と第１電動機と第２電動機とを備えることでよいから、簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる。
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記第２内燃機関は所定の回転領域で効率よく運転可能な内燃機関であり、前記第２電動機は前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを出力可能な電動機であるものとすることもできる。こうすれば、より効率よく駆動軸に動力を出力することができる。
本発明の第３の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
第１内燃機関と、
該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、
前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを該駆動軸に出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の第３の動力出力装置では、駆動軸が回転停止しているときに駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを駆動軸に出力可能な第２電動機を備えることにより、駆動軸に要求される動力が低回転高トルクの動力のときでも第２電動機から効率よく出力することができる。第１内燃機関と第２内燃機関と第１電動機と第２電動機とを備えることでよいから、簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる。
こうした第３の動力出力装置において、前記第２内燃機関は、アイドル回転数または該アイドル回転数より大きな第１の所定の回転数から前記駆動軸に想定されている最大回転数までの領域で効率よく運転可能な内燃機関であるものとすることもできる。こうすれば、広い回転数領域で効率よく駆動軸に動力を出力することができる。
これらのいずれかの態様の第２または第３の動力出力装置において、前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記蓄電状態検出手段により検出された蓄電状態が所定の状態範囲となると共に前記要求動力設定手段により設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１内燃機関と前記第１電動機と前記第２内燃機関と前記第２電動機とを制御する制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、操作者の要求に応じた動力を駆動軸に出力することができると共に蓄電手段を所定の状態範囲となるようにすることができる。
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１ないし第３の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、第１内燃機関と、 該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸との接続および接続の解除を行なう第１接続解除手段と、を備えることを要旨とする本発明の第１の動力出力装置や、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、所定の運転ポイントで効率よく運転可能な第１内燃機関と、前記所定の運転ポイントで運転された前記第１内燃機関からの動力を用いて効率よく発電可能な第１電動機と、前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、前記駆動軸に動力を入出力に出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えることを要旨とする本発明の第２の動力出力装置、あるいは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、第１内燃機関と、該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを該駆動軸に出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えることを要旨とする本発明の第３の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。
この本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１ないし第３の動力出力装置を搭載するから、本発明の第１ないし第３の動力出力装置が奏する効果、例えば、第１内燃機関と第１電動機とをからの動力を用いて発電することができると共に第２内燃機関と第２電動機とを用いて駆動軸に動力を出力することができる効果や第１内燃機関と第２内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を直接駆動軸に出力することができると共に第１電動機と第２電動機の一方により発電して蓄電手段を充電することができる効果、簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる効果、装置のエネルギ効率を向上させることができる効果、駆動軸に要求される動力が低回転高トルクの動力のときでも第２電動機から効率よく出力することができる効果などと同様な効果を奏することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載する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、ガソリンにより動力を出力する２つのエンジンＥＧ１，ＥＧ２と、周知の同期発電電動機として構成された２つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、動力出力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とにより構成されている。エンジンＥＧ１のクランクシャフト２６はモータＭＧ１に接続されており、モータＭＧ１はエンジンＥＧ１からの動力を用いて発電する。また、エンジンＥＧ１のクランクシャフト２６は、同じ径のプーリ３０，３１とベルト３２とクラッチＣ１とを介してエンジンＥＧ２のクランクシャフト２７に接続されており、クラッチＣ１をオンとすることによりエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とを同じ回転数で運転することができる。エンジンＥＧ２のクランクシャフト２７は、デファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸６５にクラッチＣ２を介して接続されており、この駆動軸６５には、モータＭＧ２も取り付けられている。したがって、モータＭＧ２から駆動軸６５に動力を入出力することができると共にクラッチＣ２をオンとすることによりエンジンＥＧ２からも駆動軸６５に動力を出力することができる。さらに、この状態からクラッチＣ１をオンとすることによりエンジンＥＧ１からも駆動軸６５に動力を出力することができる。
エンジンＥＧ１は、所定の運転ポイント（回転数，トルク）で特に効率よく運転可能な内燃機関として構成されており、エンジンＥＧ２は、アイドル回転数から駆動軸６５の最大回転数までの広範囲な回転数領域で効率よく運転可能な内燃機関として構成されている。エンジンＥＧ１，ＥＧ２は、エンジンＥＧ１，ＥＧ２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４，２５により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４，２５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ＥＧ１，ＥＧ２を運転制御すると共に必要に応じてエンジンＥＧ１，ＥＧ２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。
モータＭＧ１は、エンジンＥＧ１が上述の特に効率よく運転可能な所定の運転ポイントで運転されているときに特に効率よく発電可能な同期発電電動機として構成されており、モータＭＧ２は、駆動軸６５の回転が停止しているとき、即ち、車両の発進時に駆動軸６５に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクを出力可能な同期発電電動機として構成されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０に接続され、バッテリ５０からの電力を用いて駆動することができると共に発電した電力をバッテリ５０に供給することができる。このモータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０は、バッテリ５０の管理も行なっており、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサにより検出された充放電電流に基づいて残容量（ＳＯＣ）なども計算している。モータＥＣＵ４０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モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態やバッテリ５０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。
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、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５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８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８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への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。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ＥＣＵ２４，２５やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４，２５やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、主としてクラッチＣ２をオフとしてモータＭＧ２からの動力により走行する第１走行パターンと、クラッチＣ２をオンとしてエンジンＥＧ２からの動力により走行する第２走行パターンとにより走行する。
第１走行パターンでは、通常はクラッチＣ１もオフとされ、エンジンＥＧ２が停止した状態でモータＭＧ２からの動力だけで走行する。このパターンは、発進時などの低速時に用いられる。このパターンでは、エンジンＥＧ１はモータＭＧ２に電力供給を行なうバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が制御下限値を下回ったときに始動され、このエンジンＥＧ１からの動力を用いてモータＭＧ１により発電してバッテリ５０に電力供給する。このとき、エンジンＥＧ１とモータＭＧ１は最も発電効率がよくなる運転ポイントで運転される。なお、エンジンＥＧ１は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が制御上限値を上回ったときにその運転が停止される。したがって、バッテリ５０はモータＭＧ２に電力供給を行ないながらその残容量（ＳＯＣ）はほぼ制御下限値と制御上限値の範囲で制御されることになる。第１走行パターンでは、クラッチＣ１をオンとしてエンジンＥＧ２をエンジンＥＧ１のクランクシャフト２６に接続することもできる。この場合、モータＭＧ１は、エンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とを運転することにより得られる動力を用いて発電することになる。
第２走行パターンでは、エンジンＥＧ２が駆動軸６５に直接接続されているから、エンジンＥＧ２の下限回転数に相当する車速未満では走行することできない。実施例では、エンジンＥＧ２を比較的効率よく運転できる中速（例えば２０ｋｍ／ｈや３０ｋｍ／ｈ以上）で用いるものとした。このパターンでは、運転者のアクセルペダル８３の踏み込みと車速Ｖとから設定される駆動軸６５に出力すべきトルクが比較的低トルクのときには、クラッチＣ１をオフとし、主としてエンジンＥＧ２からの動力により走行する。モータＭＧ２は、エンジンＥＧ２からの動力では駆動軸６５に出力すべき動力に過不足が生じるときにバッテリ５０が許容する範囲内で駆動される。このとき、エンジンＥＧ１とモータＭＧ１は上述した第１走行パターンと同様に動作する。駆動軸６５に出力すべきトルクが比較的高トルクのときには、クラッチＣ１をオンとして、エンジンＥＧ１やモータＭＧ１を駆動軸６５に接続する。この場合、主としてエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とからの動力により走行し、モータＭＧ１とモータＭＧ２はエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とからの動力では駆動軸６５に出力すべき動力に過不足が生じるときにバッテリ５０が許容する範囲内で駆動される。
次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
駆動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、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖなどのデータを入力し（ステップＳ１００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動軸６５に出力すべき要求トルクＴｄ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｄ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｄ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。
続いて、車速Ｖと閾値Ｖｒｅｆとを比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、クラッチＣ２をオンとして主としてエンジンＥＧ２からの動力により走行するか否かを判定するための閾値であり、２０ｋｍ／ｈや３０ｋｍ／ｈなどに設定することができる。車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、モータＭＧ２からの動力だけで走行する第１走行パターンを選択し、クラッチＣ２をオフとすると共にクラッチＣ１をオフとし（ステップＳ１２５，Ｓ１３０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいてエンジンＥＧ１とモータＭＧ１とを運転するようエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とに運転指示を行なう（ステップＳ１３５）。指示を受信したエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とは、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が上述の制限下限値を下回ったときにはエンジンＥＧ１とモータＭＧ１とが最も発電効率のよくなる運転ポイントで運転されるようエンジンＥＧ１の燃料噴射制御や点火制御を行なうと共にモータＭＧ１を駆動するインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行ない、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が制限上限値を上回ったときにはその運転が停止されるようエンジンＥＧ１の燃料噴射制御や点火制御を停止すると共にモータＭＧ１を駆動するインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
そして、エンジンＥＧ２を停止するためにエンジンＥＧ２の目標回転数Ｎｅ２＊と目標トルクＴｅ２＊とに値０を設定し（ステップＳ１４０）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴｄ＊を設定する（ステップＳ１５０）。こうしてエンジンＥＧ２の目標回転数Ｎｅ２＊や目標トルクＴｅ２＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると、目標回転数Ｎｅ２＊と目標トルクＴｅ２＊についてはエンジンＥＣＵ２５に送信し、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標トルクＴｅ２＊目標回転数Ｎｅ２＊と目標トルクＴｅ２＊とを受信したエンジンＥＣＵ２５は、エンジンＥＧ２を停止するよう燃料噴射制御や点火制御などを停止する。トルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときには、第２走行パターンを選択し、クラッチＣ２をオンとし（ステップＳ１６５）、要求トルクＴｄ＊を閾値Ｔｄｒｅｆと比較する（ステップＳ１７０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、クラッチＣ１をオンとしてエンジンＥＧ１とモータＭＧ１とを駆動軸６５に接続するか否かを判定するために用いられる閾値であり、駆動軸６５の回転数ＮｄにおけるエンジンＥＧ２から出力可能な最大トルクＴ２ｍａｘとモータＭＧ２から出力可能な最大トルクＴｍ２ｍａｘとに基づいて設定することができる。実施例では、閾値Ｔｒｅｆは、最大トルクＴ２ｍａｘより大きく、且つ、最大トルクＴ２ｍａｘと最大トルクＴｍ２ｍａｘとの和よりも小さい値を設定するものとした。要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｄｒｅｆ未満のときには、主としてエンジンＥＧ２からの動力により走行すると判断し、クラッチＣ１をオフとし（ステップＳ１８０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいてエンジンＥＧ１とモータＭＧ１とを運転するよう第１走行パターンと同様にエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とに運転指示を行ない（ステップＳ１８５）、エンジンＥＧ２から出力可能な最大トルクＴ２ｍａｘと要求トルクＴｄ＊とを比較して小さい方の値をエンジンＥＧ２の目標トルクＴｅ２＊として設定し（ステップＳ１９０）、要求トルクＴｄ＊と目標トルクＴｅ２＊との偏差をトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２００）。こうしてエンジンＥＧ２の目標トルクＴｅ２＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを設定すると、目標トルクＴｅ２＊についてはエンジンＥＣＵ２５に送信し、トルク指令Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。目標トルクＴｅ２＊を受信したエンジンＥＣＵ２５は、エンジンＥＧ２から目標トルクＴｅ２＊が出力されるよう燃料噴射制御や点火制御などを行なう。トルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、エンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とから動力を出力する必要があると判断し、クラッチＣ１をオンとし（ステップＳ２２０）、要求トルクＴｄ＊の半分のトルク（Ｔｄ＊／２）とエンジンＥＧ１，ＥＧ２から出力可能な最大トルクＴ１ｍａｘ，Ｔ２ｍａｘとをそれぞれ比較して小さい方の値をエンジンＥＧ１，ＥＧ２の目標トルクＴｅ１＊，Ｔｅ２＊として設定し（ステップＳ２３０）、目標トルクＴｅ１＊と目標トルクＴｅ２＊との和と要求トルクＴｄ＊とに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２４０）。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊は、実施例では、要求トルクＴｄ＊と、目標トルクＴｅ１＊と目標トルクＴｅ２＊との和と、の偏差としてのトルクＴｍがモータＭＧ２から出力可能な最大トルクＴｍ２ｍａｘより小さいときにはトルク指令Ｔｍ２＊にトルクＴｍを設定する共にトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し、トルクＴｍが最大トルクＴｍ２ｍａｘより大きいときにはトルク指令Ｔｍ２＊に最大トルクＴｍ２ｍａｘを設定すると共にトルク指令Ｔｍ１＊にトルクＴｍと最大トルクＴ２ｍａｘとの偏差としてのトルクを設定するものとした。
こうしてエンジンＥＧ１，ＥＧ２の目標トルクＴｅ１＊，Ｔｅ２＊とモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、目標トルクＴｅ１＊，Ｔｅ２＊についてはそれぞれエンジンＥＣＵ２４，２５に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、２つのエンジンＥＧ１，ＥＧ２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２の他には２つのクラッチＣ１，Ｃ２を備えることでよいから、簡易な構成とすることができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、主としてクラッチＣ２をオフとしてモータＭＧ２からの動力により走行する第１走行パターンと、クラッチＣ２をオンとしてエンジンＥＧ２からの動力により走行する第２走行パターンと、から車速Ｖに応じて効率のよい走行パターンを選択して走行することができる。したがって、エネルギ効率の向上を図ることができる。
実施例のハイブリッド自動車２０によれば、発進時などの低速時には、第１走行パターンを選択し、クラッチＣ１もオフとしてエンジンＥＧ２が停止した状態でモータＭＧ２からの動力だけで走行することができる。したがって、エンジンＥＧ２を駆動軸６５から切り離すことにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。しかも、この場合には、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいてエンジンＥＧ１を特に効率のよい運転ポイントで運転してこのエンジンＥＧ１から出力した動力をモータＭＧ１によって特に効率よく発電するから、発電効率の向上を図ることができると共にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）を制御下限値と制御上限値との範囲で制御することができる。実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジンＥＧ２を効率よく運転できる中速では、第２走行パターンを選択し、駆動軸６５に出力すべきトルクが比較的低トルクのときには、クラッチＣ１をオフとし、主として効率よく運転したエンジンＥＧ２からの動力により走行することができる。したがって、より効率よく駆動軸６５に動力を出力することができ、エネルギ効率の向上を図ることができる。一方、駆動軸６５に出力すべきトルクが比較的高トルクのときには、クラッチＣ１をオンとし、エンジンＥＧ１とモータＭＧ１とを駆動軸６５に接続し、主として効率よく運転したエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とからの動力により走行することができる。したがって、駆動軸６５に高トルクを出力することができると共にエネルギ効率の向上を図ることができる。もとより、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、運転者の要求に応じた動力を効率よく駆動軸６５に出力することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＧ２は、アイドル回転数から駆動軸６５の最大回転数までの広範囲な回転数領域で効率よく運転可能な内燃機関を用いるものとしたが、アイドル回転数より高い所定の回転数（例えば、１０００ｒｐｍなど）から駆動軸６５の最大回転数までの回転数領域で効率よく運転可能な内燃機関を用いるものとしてもよいし、通常車両に要求される車速に相当する回転数領域で効率よく運転可能な内燃機関を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２は、駆動軸６５が回転停止しているとき、即ち、車両の発進時に駆動軸６５に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクを出力可能な同期発電電動機を用いるものとしたが、最大トルク近傍のトルクや最大トルクより若干高いトルクまで出力可能な同期発電電動機を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＧ１は、所定の運転ポイント（回転数，トルク）で特に効率よく運転可能な内燃機関を用いるものとしたが、所定の範囲内で効率よく運転可能な内燃機関を用いるものとしてもよい。こうすれば、エンジンＥＧ１は、クラッチＣ１をオフとしてバッテリ５０に充電するための動力を出力するときだけでなく、クラッチＣ１をオンとして駆動軸６５に動力を直接出力するときにも効率よく運転することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ２を備えており、エンジンＥＧ２のクランクシャフト２７と駆動軸６５とを接続したり切り離したりすることができるものとしたが、クラッチＣ２を備えておらず、エンジンＥＧ２のクランクシャフト２７が駆動軸６５に常に接続されているものとしてもよい。こうすれば、エンジンＥＧ１，ＥＧ２とモータＭＧ１，ＭＧ２との他にはクラッチＣ１を備えることでよいから、より簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる。この場合、発進時や低速時のように第１走行パターンで走行するときには、エンジンＥＧ２は駆動軸６５の回転数Ｎｄで連れ回されることになる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ１，Ｃ２を備えるものとしたが、クラッチＣ１，Ｃ２を備えていないものとしてもよい。こうすれば、エンジンＥＧ１，ＥＧ２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えることでよいから、より簡易な構成とすることができると共に制御を簡易なものとすることができる。
実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンでは、第１走行パターンが選択されたときには、モータＭＧ１は、クラッチＣ１をオフとしてエンジンＥＧ２を停止した状態でエンジンＥＧ１を運転することにより得られる動力を用いて発電するものとしたが、クラッチＣ１をオンとしてエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とを運転することにより得られる動力を用いて発電するものとすることもできる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖと閾値Ｖｒｅｆとの比較により第１走行パターンと第２走行パターンとを選択するものとしたが、車両全体としてのエネルギ効率が高くなるよう第１走行パターンと第２走行パターンとを選択するものとしてもよい。この場合、第１走行パターンと第２走行パターンとのうちのエネルギ効率が高くなる走行パターンが切り替わるポイントを実験などにより予め定めておき、そのポイントで第１走行パターンと第２走行パターンとを切り替えるものとしてもよい。なお、これ以外の手法により第１走行パターンと第２走行パターンとを切り替えるものとしても差し支えない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上か否かにより第１走行パターンと第２走行パターンとを切り替えるものとしたが、ヒステリシスを持たせて第１走行パターンと第２走行パターンとを切り替えるものとしてもよい。こうすれば、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ近傍のときに走行パターンを頻繁に切り替えることを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、プーリ３０とプーリ３１は、同じ径のものを用いるものとしたが、異なる径のものを用いるものとしてもよい。例えば、プーリ３０の径がプーリ３１の径に比して大きいものを用いるものとしてもよい。この場合、高速走行しているときに駆動軸６５に出力すべきトルクが比較的大きいときを考えると、クラッチＣ２をオンとすることにより、エンジンＥＧ２の回転数Ｎｅ２は駆動軸６５の回転数Ｎｄとなる。プーリ３０の径とプーリ３１の径が同じであれば、クラッチＣ１をオンとしたときにエンジンＥＧ１の回転数Ｎｅ１も回転数Ｎｄとなるが、プーリ３０の径がプーリ３１の径に比して大きければ、エンジンＥＧ１の回転数Ｎｅ１はエンジンＥＧ２の回転数Ｎｅ２に比して小さくすることができる。このように、プーリ３０の径とプーリ３１の径との比を調整することによりエンジンＥＧ１の回転数Ｎｅ１とエンジンＥＧ２の回転数Ｎｅ２との回転数比を調整することができるから、エネルギ効率の向上を図ることができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、２つのエンジンと２つのモータとから動力を出力して走行する構成の一例について説明したが、２つのエンジンと２つのモータとから動力を出力して走行する構成としては、種々の構成が可能である。例えば、図４の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、モータＭＧ１とエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とモータＭＧ２とがそれぞれクラッチを介して直列に接続するものとしてもよい。クラッチＣ３〜Ｃ８は、モータＭＧ１とエンジンＥＧ１，エンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２，エンジンＥＧ２とモータＭＧ２との間に各２つずつ取り付けられている。また、各２つずつのクラッチの間にはギヤが取り付けられており、駆動軸１６５に取り付けられたギヤと噛合している。この構成では、６つのクラッチＣ３〜Ｃ８をオンオフすることにより、２つのエンジンＥＧ１，ＥＧ２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とから駆動軸１６５に任意に動力を出力することができる。例えば、エンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２との間の２つのクラッチＣ５，Ｃ６をオフとすると共に残りのクラッチＣ３，Ｃ４，Ｃ７，Ｃ８をオンとして、走行抵抗分の動力、即ち定常走行に必要な動力をエンジンＥＧ２から出力し、駆動軸６５に出力すべき動力の変動分をエンジンＥＧ１から出力することができる。また、要求トルクが比較的大きいときには、クラッチＣ３〜Ｃ８の全部をオンとしてエンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動軸６５に接続し、エンジンＥＧ１とエンジンＥＧ２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とから駆動軸１６５に動力を出力することもできる。変形例のハイブリッド自動車１２０では、２つのエンジンＥＧ１，ＥＧ２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、駆動軸１６５と、をギヤにより接続するものとしたが、変速機を用いるものとしてもよい。
上述した実施例やその変形例では、エンジンＥＧ１，ＥＧ２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備え動軸６５に動力を出力する動力出力装置を自動車に搭載するものとしたが、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ものとしてもよいし、建設機器などの移動しない設備の動力源として用いるものとしてもよい。
以上、本発明を実施するための最良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。
本発明は、自動車産業および機械産業に利用可能である。
実施例としての動力出力装置を搭載する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。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例である。 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、２４，２５ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６，２７ クランクシャフト、３０，３１ プーリ、３２ ベルト、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、５０ バッテリ、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６５，１６５ 駆動軸、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＥＧ１，ＥＧ２ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８ クラッチ。

Claims (14)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    第１内燃機関と、
    該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、
    前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
    前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、
    前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸との接続および接続の解除を行なう第１接続解除手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう第２接続解除手段を備える請求項１記載の動力出力装置。
  3. 請求項１または２記載の動力出力装置であって、
    前記第１内燃機関は、所定の運転ポイントで効率よく運転可能な内燃機関であり、
    前記第１電動機は、前記所定の運転ポイントで運転された前記第１内燃機関からの動力を用いて効率よく発電可能な電動機である
    動力出力装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
    前記第２内燃機関は、所定の回転領域で効率よく運転可能な内燃機関であり、
    前記第２電動機は、前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを出力可能な電動機である
    動力出力装置。
  5. 前記所定の回転領域は、アイドル回転数または該アイドル回転数より大きな第１の所定の回転数から前記駆動軸に想定されている最大回転数までの領域である請求項４記載の動力出力装置。
  6. 請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置であって、
    前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、
    操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
    前記蓄電状態検出手段により検出された蓄電状態が所定の状態範囲となると共に前記要求動力設定手段により設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１内燃機関と前記第１電動機と前記第２内燃機関と前記第２電動機と前記第１接続解除手段とを制御する制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  7. 前記制御手段は、前記駆動軸の回転数が所定回転数未満のときには前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸との接続が解除されるよう前記第２接続解除手段を制御し、前記駆動軸の回転数が所定回転数以上のときには前記第２内燃機関の出力軸と前記駆動軸とが接続されるよう前記第２接続解除手段を制御する手段である請求項２に係る請求項６記載の動力出力装置。
  8. 前記制御手段は、前記駆動軸の回転数が前記所定回転数以上のときであって前記設定された要求動力における要求トルクが所定トルク未満のときには前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸との接続が解除されるよう前記第１接続解除手段を制御し、前記駆動軸の回転数が前記所定回転数以上のときであって前記設定された要求動力における要求トルクが所定トルク以上のときには前記第１内燃機関の出力軸と前記第２内燃機関の出力軸とが接続されるよう前記第１接続解除手段を制御する手段である請求項７記載の動力出力装置。
  9. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    所定の運転ポイントで効率よく運転可能な第１内燃機関と、
    前記所定の運転ポイントで運転された前記第１内燃機関からの動力を用いて効率よく発電可能な第１電動機と、
    前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
    前記駆動軸に動力を入出力に出力可能な第２電動機と、
    前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    を備える動力出力装置。
  10. 請求項９記載の動力出力装置であって、
    前記第２内燃機関は、所定の回転領域で効率よく運転可能な内燃機関であり、
    前記第２電動機は、前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを出力可能な電動機である
    動力出力装置。
  11. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    第１内燃機関と、
    該第１内燃機関からの動力を用いて発電可能な第１電動機と、
    前記駆動軸に動力を出力可能な第２内燃機関と、
    前記駆動軸が回転停止しているときに該駆動軸に出力すべきトルクとして想定されている最大トルクの近傍のトルクを該駆動軸に出力可能な第２電動機と、
    前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    を備える動力出力装置。
  12. 前記第２内燃機関は、アイドル回転数または該アイドル回転数より大きな第１の所定の回転数から前記駆動軸に想定されている最大回転数までの領域で効率よく運転可能な内燃機関である請求項１１記載の動力出力装置。
  13. 請求項９ないし１２記載の動力出力装置であって、
    前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、
    操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
    前記蓄電状態検出手段により検出された蓄電状態が所定の状態範囲となると共に前記要求動力設定手段により設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１内燃機関と前記第１電動機と前記第２内燃機関と前記第２電動機とを制御する制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  14. 請求項１ないし１３いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる自動車。
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