JP2006248438A

JP2006248438A - ハイブリッドシステムの補機駆動装置

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Publication number: JP2006248438A
Application number: JP2005069511A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 孝鈴木; Yusuke Kamijo; 祐輔上條
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】補機の駆動源を選択可能なハイブリッドシステムにおいて、ハイブリッドシステムの状態に応じて補機駆動源を選択することができる技術を提供する。また、それによって、ハイブリッドシステム全体の効率を最適化できる技術を提供する。
【解決手段】ハイブリッドシステムの内燃機関、第１の電動発電機あるいは第２の電動発電機の各回転軸と補機との動力伝達を接続・遮断する第１から第３の動力伝達手段と、ハイブリッドシステムの状態に応じて、各動力伝達手段による動力伝達を制御する制御手段と、を備える。制御手段は、補機の必要回転数以上に回転する回転軸の内、最も回転数が低い回転軸と補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、補機の駆動源を選択可能なハイブリッドシステムに関するものである。

内燃機関（エンジン）、第１の電動発電機、第２の電動発電機を有し、エンジン動力を、遊星歯車を介して分割し、一方で直接車輪を駆動、他方は発電に使用可能なハイブリッド車両において、遊星歯車とエンジンの間にオイルポンプを設け、走行回転軸である第２の電動発電機の回転軸とエンジン回転軸各々に設けられた２つの駆動歯車に各々噛合する２つの従動歯車をオイルポンプの入力軸に接続し、２つの従動歯車の間にワンウェイクラッチを設けているものがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、かかる構成のハイブリッド車両においては、エンジン回転軸と第２の電動発電機の回転軸の内、回転数が高い方の回転軸が選択されてその動力がオイルポンプへ伝達され、オイルポンプが駆動されるようになっている。
特開平１０−６７２３８号公報特開平１０−１６９４８５号公報特開平９−５６００９号公報特開２００４−１８３５７１号公報特開平５−１９３３９１号公報特公昭５９−５４４９号公報

特許文献１に記載のハイブリッド車両においては、エンジン回転軸と第２の電動発電機の回転軸の内、常に回転数が高い方の回転軸が選択されてその動力がオイルポンプへ伝達されるようになっており、ハイブリッドシステム全体の作動効率が最適となるオイルポンプ駆動制御に関しては記載されていない。

また、第２の電動発電機の回転軸の回転数が高い場合には、第２の電動発電機の回転軸の回転力、つまり第２の電動発電機が電動機として機能し、その動力でオイルポンプを駆動するが、第２の電動発電機の温度が高い場合には、オイルポンプ駆動力確保と、電動機としての動力性能確保の両立が困難となる。

本発明は、上記した事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、補機の駆動源を選択可能なハイブリッドシステムにおいて、ハイブリッドシステムの状態に応じて補機駆動源を選択することができる技術を提供することにある。また、ハイブリッドシステムの状態に応じて補機駆動源を選択することによって、ハイブリッドシステム全体の効率を最適化できる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るハイブリッドシステムの補機駆動装置は、内燃機関と、当該内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能と動力を出力する電動機としての機能とを併せ持つ第１の電動発電機と、出力軸と一体に回転し、電動機としての機能と発電機としての機能とを併せ持つ第２の電動発電機と、を備えるハイブリッドシステムの補機を駆動する装置であって、前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第１の動力伝達手段と、前記第１の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第２の動力伝達手段と、前記第２の電動発電機の
回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第３の動力伝達手段と、ハイブリッドシステムの状態に応じて、前記第１から第３の動力伝達手段による動力伝達を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

このように内燃機関、第１の電動発電機、第２の電動発電機の各回転軸と補機との動力伝達を接続・遮断する第１から第３の動力伝達手段を備えることにより、補機の駆動源を選択できる。

ここで、ハイブリッドシステムの補機としては、内燃機関用のオイルポンプ、ウォータポンプ、エアポンプ、高圧燃料ポンプ、エアコン用のコンプレッサ、パワーステアリング用のポンプ、ブレーキ用のポンプ等を例示することができる。また、その他に、トランスミッション用のオイルポンプ等を例示することができる。

そして、制御手段が、ハイブリッドシステムの状態に応じて各動力伝達手段を制御することにより、ハイブリッドシステム全体の効率を最適化できるように、補機の駆動源を選択することができる。なお、ハイブリッドシステムの状態とは、内燃機関の駆動状態およびその駆動環境を含めた内燃機関の状態、第１または第２の電動発電機の作動状態およびその作動環境を含めた電動発電機の状態、バッテリ充電状態、インバータの温度などのインバータ状態のことをいう。

そして、前記制御手段は、前記補機の必要回転数以上に回転する回転軸の内、最も回転数が低い回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することが好適である。

当該ハイブリッドシステムを搭載した車両の走行（運転）状態に応じて、エンジン、第１もしくは第２の電動発電機の回転数が異なるなど、ハイブリッドシステムの状態が変化する。また、ハイブリッドシステムの状態に応じて、各補機の必要回転数が異なる。そして、補機を、補機の必要回転数以上の回転数で駆動する場合には、その分の動力が余計に必要となる。

それゆえ、制御手段が、補機の必要回転数以上に回転する回転軸の内、最も回転数が低い回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することで、ハイブリッドシステムの効率の最適化を図ることができる。

また、前記制御手段は、ハイブリッドシステムに備えられたインバータまたは第１もしくは第２の電動発電機の温度のいずれかがその許容温度より高くなった場合には、前記第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を遮断し、前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することが好適である。

ハイブリッドシステムにおいて、インバータまたは電動発電機が高温である場合には、電動発電機の出力が低下するおそれがある。それゆえ、かかる場合に、電動発電機の回転軸と補機との動力伝達を接続するように動力伝達手段が制御されたとしても、補機を駆動するための動力を確保することができない場合がある。

それゆえ、制御手段が、インバータまたは第１もしくは第２の電動発電機の温度のいずれかがその許容温度より高くなった場合には、第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と補機との動力伝達を遮断し、内燃機関の回転軸と補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することで、補機の駆動力を確保することができるとともに、インバータまたは電動発電機の電気的安全性を確保することができる。

また、前記第１の電動発電機が、前記内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う際の負荷を調整することにより機関回転数を調整可能である場合、前記制御手段は、前記内燃機関の動力が前記第１の電動発電機により調整可能な機関回転数を超えるほど増加する場合には、前記第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を遮断し、前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することが好適である。

内燃機関が出力する動力を用いて第１の電動発電機を駆動して発電を行っている場合には、その負荷を調整することにより第１の電動発電機の回転数を調整することができ、それによって内燃機関の回転数（機関回転数）をも調整することができる。ゆえに、内燃機関の出力を前もって予想し、その出力に合わせるように第１の電動発電機の負荷を調整することで、機関回転数を調整することができる。

ただし、第１の電動発電機の仕様によって、かけることができる負荷には制限があり、その負荷を超える場合には、機関回転数を調整することができない。そして、内燃機関の動力が第１の電動発電機により調整可能な機関回転数を超えて増加する場合には、機関回転数が高くなり、それによって第１の電動発電機の回転数も高くなる。そして、第１の電動発電機の回転数が許容最高回転数を超えた場合には、第１の電動発電機などが壊れるシステム破壊に至るおそれがある。

そこで、内燃機関が出力する動力を用いて第１の電動発電機を駆動して発電を行っている場合に、内燃機関の動力が、第１の電動発電機の回転数を許容最高回転数より高くさせるほど増加する場合には、制御手段が、第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と補機との動力伝達を遮断し、内燃機関の回転軸と補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することで、内燃機関の負荷を増加させることができるので、内燃機関および第１の電動発電機の回転数を低下させることができ、システム破壊に至ることを防止することができる。なお、内燃機関の動力が増加する場合としては、吸気温が低下していることにより酸素が余計に気筒内に吸入される場合を例示することができる。

以上説明したように、本発明によれば、補機の駆動源を選択可能なハイブリッドシステムにおいて、ハイブリッドシステムの状態に応じて補機駆動源を選択することができる。また、ハイブリッドシステムの状態に応じて補機駆動源を選択することによって、ハイブリッドシステム全体の効率を最適化できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係るハイブリッドシステム１を搭載したハイブリッド車両１００の概略構成図である。図１に示すように、ハイブリッドシステム１は、内燃機関（エンジン）２、第１の電動発電機ＭＧ１、第２の電動発電機ＭＧ２、動力分割機構３、減速機４、インバータ５、バッテリ６、電子制御装置（ＥＣＵ）７等を主要な構成要素として含む。

動力分割機構３は、遊星歯車（プラネタリーギヤ）を採用している。その歯車機構内部のプラネタリーキャリア５１の回転軸５２は、ダンパ８を介してエンジン２のクランクシ
ャフト２１と連結し、ピニオンギヤ５３を通じて、外周のリングギヤ５４および内側のサンギヤ５５にエンジン動力を伝達する。また、ハイブリッドシステム１の出力軸であるリングギヤ回転軸５６はＭＧ２に直結され、減速機４を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａに連結されている。一方、サンギヤ５５の回転軸５７はＭＧ１に連結されている。

そして、ハイブリッドシステム１の補機１１が、動力伝達手段たる電磁クラッチ１２を介してエンジン回転軸、つまりプラネタリーキャリア５１の回転軸５２に、電磁クラッチ１３を介してＭＧ１回転軸、つまりサンギヤ回転軸５７に、電磁クラッチ１４を介してＭＧ２回転軸、つまりリングギヤ回転軸５６に接続されている。そして、電磁クラッチ１２，１３，１４によって、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の各回転軸と補機１１との動力伝達が接続・遮断されるようになっている。

接続形態としては、回転軸に設けられたドライブギヤと補機１１に設けられたドリブンギヤが噛み合う形態、回転軸に設けられたドライブプーリと補機１１に設けられたドリブンプーリがベルトを介して連結されている形態、回転軸に設けられた補機用のドライブロータと補機１１に設けられたドリブンロータとで接続される形態を例示することができる。

そして、これら電磁クラッチ１２，１３，１４は、ＥＣＵ７からの指令に基づいて接続（ＯＮ）／遮断（ＯＦＦ）の切り替えが行われるようになっており、補機１１は、ＥＣＵ７からの指令に基づいて電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかがＯＮにされると、ＯＮにされたクラッチに接続されている回転軸の回転力により駆動されるようになっている。また、ＥＣＵ７からの指令に基づいて、電磁クラッチ１２，１３，１４全てがＯＦＦにされている場合には、補機１１は駆動しないようになっている。

このハイブリッドシステム１の補機１１としては、エンジン用のオイルポンプ、エンジン冷却用のウォータポンプ、エアポンプ、高圧燃料ポンプ、エアコン用のコンプレッサ、パワーステアリング用のポンプ、ブレーキ用のポンプ等を例示することができる。また、その他に、ＭＧ１、ＭＧ２、動力分割機構３、減速機４等から構成されるハイブリッド用トランスミッションを潤滑するオイルを供給するオイルポンプも含まれる。

なお、電磁クラッチ１２，１３，１４は、補機毎に設けてもよいし、エンジン用のオイルポンプ、エンジン用のウォータポンプ等複数の補機を同軸に設け、これら複数の補機に対して電磁クラッチ１２，１３，１４を１つずつ設けてもよい。

ＥＣＵ７は、ハイブリッドコントロールコンピュータ（以下、「ＨＶＣＣ」という。）と、エンジンコントロールコンピュータ（以下、「ＥＣＣ」という。）を備えている。これらＨＶＣＣおよびＥＣＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＨＶＣＣには、ハイブリッド車両１００に取り付けられたアクセルポジションセンサ（図示省略）、シフトポジションセンサ（図示省略）等の各種センサが電気配線を介して接続され、各種センサの出力信号がＨＶＣＣに入力されるようになっている。また、ＨＶＣＣには、バッテリコンピュータからバッテリ充電状態（ＳＯＣ）が入力される。そして、ＨＶＣＣは、各種センサの検出値あるいはＳＯＣに基づいて必要なエンジンパワーを求めてＥＣＣに要求値を出力するとともに、必要なトルクを求めてＭＧ１およびＭＧ２を制御する。また、後述する制御を実行することにより電磁クラッチ１２，１３，１４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

一方、上記したＥＣＣには、クランクポジションセンサ（図示省略）、吸気温センサ（図示省略）等の各種センサが電気配線を介して接続され、各種センサの出力信号がＥＣＣに入力されるようになっている。また、ＥＣＣには、燃料噴射弁等が電気配線を介して接続され、各種センサからの出力信号よりエンジンの運転状態を判定し、判定した運転状態、ＨＶＣＣから出力される要求値および予め作成されＲＯＭに記憶されたマップに基づいて燃料噴射弁等を制御する。

そして、ハイブリッドシステム１においては、ＥＣＵ７が実行する制御に基づいてエンジン２及びＭＧ２の発生する動力（トルク）を適宜使い分けて車両の駆動輪９，１０に伝達する他、適宜、エンジン２の発生するエネルギーや車両の減速に伴って発生するエネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６を充電する。

以下、ハイブリッドシステム１の作動について、具体例を挙げて説明する。
図２は、エンジン２及びＭＧ２の発生する動力やバッテリ６に蓄えられた電力が、ハイブリッドシステム１の状態に応じてどのように活用されるのかを、動力や電力の伝達経路を中心に説明する模式図である。なお、図２において、実線の矢印は動力の伝達経路を示し、破線の矢印は電力の伝達経路を示す。

（１）システム起動時
ハイブリッドシステム１の起動時には、エンジンのスターターとしての機能を持つＭＧ１に通電し、サンギヤを回してエンジン２を始動させ、暖機を行う。この際、エンジン２の発生するエネルギーの一部はＭＧ１を介して電気エネルギーに変換され、バッテリ６に蓄えられる（図２（ａ））。エンジン２の暖機が完了すると、エンジン２の運転を停止する。

そして、動力分割機構３の遊星歯車の軸回転数を図示した共線図は、縦軸に示される回転数において、ＭＧ１回転数、エンジン回転数およびＭＧ２回転数が必ず直線で結ばれる関係となり、エンジン２の暖機中においては、図３（ａ）のようになる。

（２）発進・軽負荷走行時
ハイブリッド車両１００が発進する際、あるいは低速走行を行う際等、エンジン２の熱効率が低くなる条件下においては、ＭＧ２が発生する動力を優先的に活用して車両（駆動輪９，１０）を駆動する（図２（ｂ））。かかる場合においては、エンジン２は停止したままとなる。また、かかる場合の共線図は、図３（ｂ）のようになる。

（３）定常走行時
エンジン２の機関効率のよい運転領域では、主にエンジン２が発生する動力を用いて走行する。エンジン動力は動力分割機構３で２経路に分割され、一方は動力として車輪に伝達される。もう一方はＭＧ１を駆動して発電を行い、その電力によりＭＧ２を駆動することでエンジン動力を補助する。そして、エンジン２が発生する動力と、ＭＧ２が発生する動力とが最適な比率で協動して車両（駆動輪９，１０）を駆動するように制御を行う（図２（ｃ））。かかる場合の共線図は、図３（ｃ）のようになる。

（４）加速時
定常走行から加速を行う場合、エンジン２の回転数を上げるとともにＭＧ１による発電量を増加する。そして、ＭＧ１の発電による電力とバッテリ６による電力を使ってＭＧ２の駆動力を加えて加速する（図２（ｄ））。かかる場合の共線図は、図３（ｄ）のようになる。

（５）後進時
ＭＧ２の駆動力のみで後進する。後進時、エンジンは、停止状態あるいはアイドル運転状態となる（図２（ｅ））。かかる場合の共線図は、図３（ｅ）のようになる。

（６）減速時・制動時
減速時や制動時には駆動輪によってＭＧ２を駆動させることで、ＭＧ２を発電機として作動させる。これにより、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、バッテリ６に回収すると同時に発電抵抗を利用してエンジンブレーキおよびフットブレーキによる減速をアシストする（図２（ｆ））。かかる場合の共線図は、図３（ｆ）のようになる。

このように構成されたハイブリッドシステム１においては、以下に説明する補機駆動軸選択制御を実行することにより、電磁クラッチ１２，１３，１４のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにする。

例えば、補機１１がエンジン冷却用のウォータポンプである場合、エンジン負荷が低い時、あるいは低温時にはエンジンの冷却水の温度を高くしてもいいので、エンジン負荷が低い時、あるいは低温時にはウォータポンプの回転数を低くすることができる。一方、エンジン負荷が高い時には冷却水の温度を冷やす必要があるので、エンジン負荷が高い時にはウォータポンプの回転数を高くする必要がある。つまり、常にエンジン回転軸にウォータポンプを接続させると、エンジンが高回転低負荷である場合には、ウォータポンプの必要回転数は低いにもかかわらずエンジン回転数に比例して高回転となってしまうので、その分余計にウォータポンプが駆動することとなる。

また、補機１１がエンジン用のオイルポンプである場合、エンジン負荷が低い時にはオイル量が少なくてもいいので、エンジン負荷が低い時にはオイルポンプの回転数を低くすることができる。一方、エンジン負荷が高い時にはオイル量を多くする必要があるので、エンジン負荷が高い時にはオイルポンプの回転数を高くする必要がある。つまり、常にエンジン回転軸にオイルポンプを接続させると、エンジンが高回転低負荷である場合には、オイルポンプの必要回転数は低いにもかかわらずエンジン回転数に比例して高回転となってしまうので、その分余計にオイルポンプが駆動することとなる。

このように、エンジンが、どのような環境で駆動しているか、あるいはどのように駆動しているかなどの、エンジンの状態に応じて、ウォータポンプ、オイルポンプの必要回転数が異なり、常にエンジン回転数と関連しているわけではない。

また、他の補機についても同様であり、ハイブリッドシステム１の状態（上述したエンジンの状態、ＭＧ１あるいはＭＧ２の作動状態およびその作動環境などのＭＧ１あるいはＭＧ２の状態、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）、インバータの温度などのインバータの状態のことをいう。）に応じて、その補機の必要回転数が異なる。

そこで、本実施例においては、補機１１毎に、ハイブリッドシステム１の状態に応じて必要とされる回転数を、予め実験等により導き出しておきマップとしてＥＣＵ７のＲＯＭに記憶しておく。例えば、補機１１がエンジン冷却用のウォータポンプである場合、当該ウォータポンプの必要回転数は、エンジン２の状態、つまりエンジン回転数、負荷、冷却水温、吸気ポート壁温などの壁温と相関関係があるので、この相関関係を予め実験等により導き出しておきマップとしてＥＣＵ７のＲＯＭに記憶しておく。

そして、そのマップおよびハイブリッドシステム１の状態に応じて、補機１１毎に、逐一必要回転数を算出する。そして、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の回転数を逐一検出し、補機１１の必要回転数以上の回転軸の内、一番回転数が低い回転軸に補機１１を接続するように、電磁クラッチ１２，１３，１４を制御する。

より具体的には、例えば、共線図が図３（ｃ）のようになる定常走行時において、外気温が低くてエンジン冷却用のウォータポンプの必要回転数が低く、ＭＧ１回転数よりも低い場合には、ＥＣＵ７は、当該ウォータポンプの必要回転数以上の回転軸の内、一番回転数が低いＭＧ１回転軸にウォータポンプを接続するように、電磁クラッチ１３をＯＮにして、電磁クラッチ１２，１４をＯＦＦにする。一方、ウォータポンプの必要回転数がＭＧ１回転数よりも高くエンジン回転数よりも低い場合には、ＥＣＵ７は、当該ウォータポンプの必要回転数以上の回転軸の内、一番回転数が低いエンジン回転軸にウォータポンプを接続するように、電磁クラッチ１２をＯＮにして、電磁クラッチ１３，１４をＯＦＦにする。

また、共線図が図３（ｄ）のようになる加速時の初期において、まだ冷却水の温度がそれほど高くなくエンジン冷却用のウォータポンプの必要回転数が低く、ＭＧ２回転数よりも低い場合には、ＥＣＵ７は、当該ウォータポンプの必要回転数以上の回転軸の内、一番回転数が低いＭＧ２回転軸にウォータポンプを接続するように、電磁クラッチ１４をＯＮにして、電磁クラッチ１２，１３をＯＦＦにする。

なお、エンジン回転数はエンジンに備えられたクランクポジションセンサで検出することができ、また、ＭＧ１およびＭＧ２の回転数はそれぞれに設けられた回転センサ（レゾルバ）で検出することができる。

以下、具体的に、図４に示すフローチャートを用いて本実施例に係る補機駆動軸選択制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、補機毎に、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。

先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という。）１０１において、補機１１の必要回転数を、現時点のハイブリッドシステム１の状態およびマップに基づいて算出する。例えば、補機１１が上述したエンジン冷却用のウォータポンプである場合には、エンジン回転数、エンジン負荷、冷却水温、吸気ポート壁温などの壁温といったパラメータをマップに代入することにより、当該ウォータポンプの必要回転数を算出する。

その後Ｓ１０２へ進み、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の回転数を検出し、Ｓ１０１で算出した補機１１の必要回転数以上の回転軸の内、一番回転数が低い回転軸に補機１１を接続するように、電磁クラッチ１２，１３，１４を制御する。例えば、ＭＧ１回転軸に補機１１を接続する場合には、電磁クラッチ１３をＯＮにして、電磁クラッチ１２，１４をＯＦＦにする。

このような補機駆動軸選択制御を実行することにより、ハイブリッドシステム１の状態に応じて補機１１の駆動源を選択することができるので、ハイブリッドシステム１全体の効率を最適にすることができる。

＜クラッチ接続要否判別制御＞
ただし、上述した補機の内、エンジン用のオイルポンプ、エンジン冷却用のウォータポンプ、エアポンプ、高圧燃料ポンプなどエンジンを円滑に運転するのに必要な補機は、エンジンが停止している場合には、基本的に駆動させる必要がない。それゆえ、減速時・制動時、または発進・軽負荷走行時，後進時においてエンジンを運転させずにＭＧ２が発生する動力のみで車両を走行するＥＶ走行時など、エンジンを運転させないためにこれらの補機を駆動させる必要がない場合においても、上述した補機駆動軸選択制御を実行すると
、これらの補機がＭＧ１もしくはＭＧ２の回転軸に接続されて駆動してしまう。そして、かかる場合には、無駄に補機が駆動するために、ハイブリッドシステム１の燃費が悪化する。

なお、エンジンが停止している場合においても補機を駆動させる必要がある例外として、補機１１がエンジン用のウォータポンプあるいはオイルポンプである場合に、エンジンが高負荷運転後に減速・制動が行われる時など、エンジンを冷却する必要がある場合を例示することができる。

また、上述した補機駆動軸選択制御を、当該ハイブリッド車両１００のイグニッションスイッチがＯＮにされた後の一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理として実行すると、エンジン始動時（クランキング時）においても補機１１がいずれかの回転軸に接続され、駆動することとなる。

一方、エンジン始動時においては、補機１１の種類によっては、その補機を駆動させる必要がない場合がある。例えば、エンジン停止後長時間経過した場合などエンジンがすでに低温である場合には、エンジンを冷却する必要がなく、エンジン冷却用のウォータポンプを駆動させる必要がない。かかる場合においても、そのような補機を駆動させると、その分の動力が必要になり、燃費が悪化するとともに、始動性が悪化するおそれがある。

そこで、本実施例においては、以下に説明するクラッチ接続要否判別制御を実行する。これは、補機１１毎に、補機を駆動させる必要がない状態であるかどうかを判別し、当該補機を駆動させる必要がないと判定された場合には電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにして、当該補機が駆動しないようにするものである。一方、補機を駆動させる必要がないと判定されなかった場合、つまり当該補機を駆動させる必要がある場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行するようにする。

以下、具体的に、図５に示すフローチャートを用いて本実施例に係るクラッチ接続要否判別制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、補機毎に、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。

先ず、Ｓ２０１において、ハイブリッドシステム１が、上述した補機を駆動させる必要がない状態であるかどうかを判別する。そして、本ステップで肯定判定された場合にはＳ２０２へ進み、補機を駆動させる必要がないので、補機への動力伝達を遮断すべく電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにする。他方、Ｓ２０１で否定判定された場合には、補機を駆動させる必要があるので、Ｓ２０３へ進み、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかをＯＮにする。

このように、ハイブリッドシステム１の状態に応じて補機１１が駆動しないようにすることにより、ハイブリッドシステム１の燃費を向上させることができる。また、始動時に補機１１が駆動しないようにすることにより始動性向上を図ることができる。

＜クラッチＯＦＦ可否判別制御＞
ハイブリッド車両１００が、登坂を走行する時、あるいは最大限に加速する時（ＷＯＴ加速要求時）などにおいては、要求される出力を発揮できるように、補機分の負荷を与えないことが好ましい。また、補機１１がいずれかの回転軸に接続されていると、登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時に、駆動輪９，１０を駆動させるための駆動力が多く必要に
なるとともに補機１１を駆動するための動力が必要になるので、バッテリ６の電力が多く用いられ、ＳＯＣが低下するとともに、電池劣化が促進してしまう。

それゆえ、登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時であって、電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにして補機１１への動力伝達を遮断することが可能である時には、一時的に電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにし、補機分のフリクションを低減させるようにする。なお、全電磁クラッチをＯＦＦにして補機１１への動力伝達を遮断することができない場合としては、例えば補機１１がエンジン用のウォータポンプである場合に、エンジンが高温である場合を例示することができる。

具体的には、以下に説明するクラッチＯＦＦ可否判別制御を実行する。これは、補機１１毎に、登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時であって、クラッチ全てをＯＦＦにして補機が駆動しないようにすることができるかどうかを判別し、肯定判定された場合には電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにして、当該補機が駆動しないようにするものである。一方、登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時ではない、またはクラッチ全てをＯＦＦにすることができないと判定された場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行するようにする。

以下、具体的に、図６に示すフローチャートを用いて本実施例に係るクラッチＯＦＦ可否判別制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、補機毎に、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。

先ず、Ｓ３０１において、登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時であって、クラッチ全てをＯＦＦにすることができるかどうかを判別する。これは、ＥＣＵ７に入力される各種センサの検出値を基にハイブリッド車両１００が登坂走行時あるいはＷＯＴ加速要求時であるかどうかを判別するとともに、例えば補機１１がエンジン用のウォータポンプである場合には、検出された冷却水の温度が所定温度よりも高いか否かで、クラッチ全てをＯＦＦにして補機１１への動力伝達を遮断してもよいかどうかを判別するものである。

そして、本ステップで肯定判定された場合にはＳ３０２へ進み、電磁クラッチ１２，１３，１４を全てＯＦＦにする。他方、Ｓ３０１で否定判定された場合には、Ｓ３０３へ進み、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかをＯＮにする。

このように、登坂走行時、あるいはＷＯＴ加速要求時などに、補機１１への動力伝達を遮断し、補機１１が駆動しないようにすることにより、ハイブリッドシステム１の動力性能を向上させることができるとともに燃費の向上を図ることができる。また、バッテリ６の電力が多く用いられないようにすることができるので、ＳＯＣ低下、電池劣化を抑制することができる。

＜ＭＧ回転軸接続可否判別制御＞
ハイブリッドシステム１において、インバータ５、ＭＧ１またはＭＧ２が高温である場合には、ＭＧ１またはＭＧ２の出力が低下するおそれがある。それゆえ、かかる場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、ＭＧ１またはＭＧ２の回転軸に補機が接続されたとしても、補機１１を駆動するための動力を確保することができない場合がある。

そこで、本実施例においては、以下に説明するＭＧ回転軸接続可否判別制御を実行する。これは、インバータ５、ＭＧ１またはＭＧ２が高温のためにＭＧ１またはＭＧ２の回転
軸に補機を接続することができないかどうか、つまりＭＧ回転軸接続制限有りか否かを判別し、制限有りと判定された場合には、補機１１をエンジン回転軸で駆動させるべく電磁クラッチ１３，１４をＯＦＦにして電磁クラッチ１２をＯＮにし、制限なしと判定された場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行するようにするものである。

以下、具体的に、図７に示すフローチャートを用いて本実施例に係るＭＧ回転軸接続可否判別制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。

先ず、Ｓ４０１において、ＭＧ回転軸接続制限有りか否かを判別する。これは、インバータ５、ＭＧ１またはＭＧ２の温度を検出し、検出した各温度が、それぞれの許容温度より高いか否かで判別するものである。

そして、いずれかの温度がその許容温度より高い場合には、本ステップで肯定判定され、Ｓ４０２へ進み、電磁クラッチ１３，１４をＯＦＦにして電磁クラッチ１２をＯＮにし、補機１１をエンジン回転軸に接続する。他方、いずれの温度も許容温度以下である場合には、Ｓ４０１で否定判定され、Ｓ４０３へ進み、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかをＯＮにする。

かかるＭＧ回転軸接続可否判別制御を実行することにより、補機１１の回転数的にはＭＧ１またはＭＧ２の回転軸に接続するのが最適であったとしても、インバータ５、ＭＧ１またはＭＧ２が高温である場合には、補機１１がエンジン回転軸で駆動されるので、補機１１の駆動力を確保することができるとともに、インバータ５、ＭＧ１またはＭＧ２の電気的安全性を確保することができる。

＜高回転回転軸接続要否判別制御＞
上述したように、減速時・制動時においては、ＭＧ２を発電機として作動させて、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、バッテリ６に回収すると同時に発電抵抗を利用してエンジンブレーキおよびフットブレーキによる減速をアシストする。しかしながら、バッテリ６の充電状態（ＳＯＣ）が満充電状態で電力を受け入れることができない場合には、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６に回収することができないため、ＭＧ２を発電機として作動させないようにする。そして、かかる場合には、発電抵抗を利用して減速をアシストすることができなくなり、十分な減速感を与えることができなくなる。

そこで、本実施例においては、以下に説明する高回転回転軸接続要否判別制御を実行する。これは、減速時・制動時であってもバッテリ６が電力を受け入れることができないかどうか、つまりバッテリ電力受け入れ制限有りか否かを判別し、バッテリ電力受け入れ制限有りと判定された場合には、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の回転軸の内、一番回転数が高い回転軸に補機１１を接続するように、電磁クラッチ１２，１３，１４を制御する。他方、バッテリ電力受け入れ制限なしと判定された場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行するようにするものである。なお、バッテリ電力受け入れ制限有りと判定される場合には、補機１１全てを、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の回転軸の内、一番回転数が高い回転軸に接続することが好ましい。

以下、具体的に、図８に示すフローチャートを用いて本実施例に係る高回転回転軸接続要否判別制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである
。

先ず、Ｓ５０１において、減速時・制動時であって、かつバッテリ電力受け入れ制限有りかどうかを判別する。これは、ＥＣＵ７に入力される各種センサの検出値を基にハイブリッド車両１００が減速時・制動時であるかどうかを判別するとともに、バッテリコンピュータから入力されるＳＯＣにより満充電状態であるかどうかを判別するものである。

そして、減速時・制動時であって、かつＳＯＣが満充電状態である場合には、Ｓ５０１で肯定判定され、Ｓ５０２へ進み、上述したようにしてエンジン、ＭＧ１、ＭＧ２の回転数を検出し、その内、一番回転数が高い回転軸に補機１１を接続するように、電磁クラッチ１２，１３，１４を制御する。他方、減速時・制動時ではない場合、あるいはＳＯＣが満充電状態ではない場合には、Ｓ５０１にて否定判定され、Ｓ５０３へ進み、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかをＯＮにする。

かかる高回転回転軸接続要否判別制御を実行することにより、減速時・制動時であって、かつバッテリ電力受け入れ制限有りの場合には、最も高回転の回転軸に補機１１が接続され、補機１１分の負荷が増加するので、車両を迅速に減速・制動させることができる。

＜エンジン回転軸接続要否判別制御＞
ハイブリッド車両１００の定常走行時あるいは加速時など、エンジン動力を用いてＭＧ１を駆動して発電を行っている場合には、その負荷を調整することによりＭＧ１の回転数を調整することができ、それによってエンジン回転数をも調整することができる。ゆえに、エンジン動力を前もって予想し、その動力に合わせるようにＭＧ１の負荷を調整することで、エンジン回転数を調整することができる。

ただし、ＭＧ１の仕様によって、かけることができる負荷には制限があり、その負荷を超える場合には、エンジン回転数を調整することができない。そして、エンジンの動力が通常よりも大きくなり、ＭＧ１により調整可能なエンジン回転数を超えるほど大きくなる場合には、エンジン回転数が高くなり、それによってＭＧ１回転数も高くなる。そして、ＭＧ１回転数が許容最高回転数を超えた場合には、ＭＧ１あるいは動力分割機構３の遊星歯車などが壊れるシステム破壊に至るおそれがある。

なお、エンジン動力が通常よりも大きくなり、ＭＧ１により調整可能なエンジン回転数を超えるほど大きくなる場合としては、吸気温が低下していることにより酸素が余計に気筒内に吸入される場合が考えられる。

そして、本実施例においては、以下に説明するエンジン回転軸接続要否判別制御を実行する。これは、エンジン動力が通常よりも大きくなるかどうかを判別し、大きくなると判定された場合には、エンジンの負荷を敢えて高めるために補機１１をエンジン回転軸に接続するべく、電磁クラッチ１３，１４をＯＦＦにして電磁クラッチ１２をＯＮにし、大きくならないと判定された場合には、上述した補機駆動軸選択制御を実行するようにするものである。なお、エンジン動力が通常よりも大きくなると判定される場合には、補機１１全てを、エンジン回転軸に接続することが好ましい。

以下、具体的に、図９に示すフローチャートを用いて本実施例に係るエンジン回転軸接続要否判別制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、補機１１毎に、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。

先ず、Ｓ６０１において、エンジン動力が通常よりも大きくなるかどうかを判別する。この判別手法としては、上記吸気温センサにて吸気温を検出し、その温度が通常の温度、あるいは所定温度よりも低い場合にエンジン動力が通常よりも大きくなると判別すること、ＭＧ１にて検出したエンジントルクがＨＶＣＣからのトルク指令値よりも高い場合にエンジン動力が通常よりも大きくなると判別することを例示することができる。

そして、Ｓ６０１にて肯定判定された場合には、Ｓ６０２へ進み、電磁クラッチ１３，１４をＯＦＦにして電磁クラッチ１２をＯＮにし、補機１１をエンジン回転軸に接続する。他方、Ｓ６０１にて否定判定された場合には、Ｓ６０３へ進み、上述した補機駆動軸選択制御を実行し、電磁クラッチ１２，１３，１４のいずれかをＯＮにする。

かかるエンジン回転軸接続要否判別制御を実行することにより、補機１１の回転数的にはＭＧ１もしくはＭＧ２の回転軸に接続するのが最適であったとしても、エンジン動力が通常よりも大きくなる場合には、補機１１がエンジン回転軸で駆動されるので、エンジン、ＭＧ１の過回転を抑制することができる。

実施例１に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。実施例１に係るハイブリッドシステムの動力および電力の伝達経路を示す概略図である。実施例１に係るハイブリッドシステムの共線図を示す図である。補機駆動軸選択制御の制御ルーチンのフローチャートである。クラッチ接続要否判別制御の制御ルーチンのフローチャートである。クラッチＯＦＦ可否判別制御の制御ルーチンのフローチャートである。ＭＧ回転軸接続可否判別制御の制御ルーチンのフローチャートである。高回転回転軸接続要否判別制御の制御ルーチンのフローチャートである。エンジン回転軸接続要否判別制御の制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ハイブリッドシステム
２エンジン
３動力分割機構
４減速機
５インバータ
６バッテリ
７ＥＣＵ
８ダンパ
９、１０駆動輪
１１補機
２１クランクシャフト
５１プラネタリーキャリア
５２プラネタリーキャリアの回転軸
５３ピニオンギヤ
５４リングギヤ
５５サンギヤ
５６リングギヤ回転軸（出力軸、ＭＧ２回転軸）
５７サンギヤ回転軸（ＭＧ１回転軸）
１００ハイブリッド車両
ＭＧ１第１の電動発電機
ＭＧ２第２の電動発電機

Claims

内燃機関と、当該内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能と動力を出力する電動機としての機能とを併せ持つ第１の電動発電機と、出力軸と一体に回転し、電動機としての機能と発電機としての機能とを併せ持つ第２の電動発電機と、を備えるハイブリッドシステムの補機を駆動する装置であって、
前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第１の動力伝達手段と、
前記第１の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第２の動力伝達手段と、
前記第２の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を接続・遮断する第３の動力伝達手段と、
ハイブリッドシステムの状態に応じて、前記第１から第３の動力伝達手段による動力伝達を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッドシステムの補機駆動装置。
前記制御手段は、前記補機の必要回転数以上に回転する回転軸の内、最も回転数が低い回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステムの補機駆動装置。
前記制御手段は、ハイブリッドシステムに備えられたインバータまたは第１もしくは第２の電動発電機の温度のいずれかがその許容温度より高くなった場合には、前記第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を遮断し、前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステムの補機駆動装置。
前記第１の電動発電機が、前記内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う際の負荷を調整することにより機関回転数を調整可能である場合、
前記制御手段は、前記内燃機関の動力が前記第１の電動発電機により調整可能な機関回転数を超えるほど増加する場合には、前記第１もしくは第２の電動発電機の回転軸と前記補機との動力伝達を遮断し、前記内燃機関の回転軸と前記補機との動力伝達を接続するように各動力伝達手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステムの補機駆動装置。