JP2009120105A - 動力出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンブレーキ作動時の車両安定性と発電効率を向上させることが可能な動力出力装置を提供すること。
【解決手段】回転軸３を有するエンジン２と、ロータ５ａを有するモータジェネレータ５と、サンギヤ６ｓとキャリア６ｃとリングギヤ６ｒとを有する遊星歯車機構６と、リングギヤ６ｒに連結される出力軸と、を備え、サンギヤ６ｓがロータ５ａに連結され、キャリア６ｃが回転軸３に連結され、ロータ５ａと回転軸３とを断続可能に構成されたクラッチ４を備え、クラッチ４の断続動作を制御する動力出力制御装置１１を備える。動力出力制御装置１１は、車両が走行中でアクセルがオフのときにロータ５ａとクランクシャフト３とを連結するようにクラッチ４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力出力装置に関する。

エンジンとモータを動力源として走行するハイブリッド車両においては、エンジンのクランクシャフトに接続された遊星歯車機構の回転要素にモータと出力軸とが接続された動力出力装置がある。

例えば、特許文献１では、エンジンと、エンジンに接続された動力分配統合機構と、動力分配統合機構に接続された第１モータと、動力分配統合機構に減速ギヤを介して接続された第２モータと、を備え、動力分配統合機構では、キャリアにエンジンのクランクシャフトが連結され、サンギヤに第１モータが連結され、リングギヤに出力軸と減速ギヤが連結され、バッテリに異常が発生したときに、電力ラインのうちシステム電圧を第１モータで発生する逆起電圧以上となるように制御し、その後、電力ラインとバッテリとの接続が遮断し、エンジンの動力により第１モータを回転させ、第１モータが発電した電力で第２モータから駆動軸に動力が出力されるようにエンジンと第１モータと第２モータを制御するものが開示されている。

また、特許文献２では、遊星歯車装置において、エンジンに連結されたサンギヤと、第１クラッチを介して出力軸に連結され且つモータジェネレータが連結されたキャリアと、第２クラッチを介して出力軸に連結され且つブレーキを介して非回転部材に連結されるリングギヤとを備えているものが開示されている。

特開２００７−２１０４１３号公報 特許第３６４６６４３号公報

特許文献１に係る動力出力装置の場合、走行時はほとんど常時２つのモータを制御しなければならないため、電気の消費量が大きいという問題がある。その理由は、エンジン回転数とモータ回転数により出力回転数が決まるため、常時２つのモータ回転数を制御しなければならないからである。また、バッテリに余裕がない場合、回生制動ができないため、エンジンブレーキがほとんど作用しないという問題がある。その理由は、バッテリの余裕がない場合には、発電することができず、回生することができないため、第２モータが回されて回転数が上がるが、第１モータが抵抗となり、エンジンが出力軸側から回されることが少なく、エンジンブレーキが小さいからである。

特許文献２に係る動力出力装置の場合、停車時の発電では、モータの回転数がエンジンの回転数より低いため、発電力が小さく、エンジンの回転数を上げるか、発電時間を長くしなければならないという問題がある。その理由は、サンギヤにエンジンの動力が入力され、リングギヤが固定されていると、キャリアと連結されたモータの回転数は、「リングギヤ歯数／サンギヤ歯数＋１」を除した回転数となり、エンジンの回転数より低くなるため、モータの発電量が小さくなり、発電量を大きくするためにはエンジン回転数を上げるか、発電時間を長くする必要があるからである。

本発明の主な課題は、エンジンブレーキ作動時の車両安定性と発電効率を向上させることが可能な動力出力装置を提供することである。

本発明の第１の視点においては、動力出力装置において、回転軸を有する内燃機関と、ロータを有するモータジェネレータと、サンギヤとキャリアとリングギヤとを有する遊星歯車機構と、前記リングギヤに連結される出力軸と、を備え、前記サンギヤが前記ロータに連結され、前記キャリアが前記回転軸に連結され、前記ロータと前記回転軸とを断続可能に構成されたクラッチを備えることを特徴とする。

本発明の前記動力出力装置において、前記クラッチの断続動作を制御する制御装置を備える。

本発明の前記動力出力装置において、前記制御装置は、前記動力出力装置を搭載した車両が走行中でアクセルがオフのときに前記ロータと前記回転軸とを連結するように前記クラッチを制御する。

本発明の前記動力出力装置において、前記リングギヤと固定端とを断続可能に構成されたブレーキを備える。

本発明の前記動力出力装置において、前記制御装置は、前記動力出力装置を搭載した車両が停車中のときに前記リングギヤと前記固定端とを連結するように前記ブレーキを制御する。

本発明の前記動力出力装置において、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも高い時には空転させ、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも低くなる条件では前記モータジェネレータの回転数と前記エンジンの回転数を同期させるワンウェイクラッチを備える。

本発明の第２の視点においては、前記動力出力装置において、回転軸を有する内燃機関と、ロータを有するモータジェネレータと、サンギヤとキャリアとリングギヤとを有する遊星歯車機構と、前記リングギヤに連結される出力軸と、を備え、前記サンギヤが前記ロータに連結され、前記キャリアが前記回転軸に連結され、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも高い時には空転させ、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも低くなる条件では前記モータジェネレータの回転数と前記エンジンの回転数を同期させるワンウェイクラッチを備えることを特徴とする。

本発明によれば、車両が走行している状態でコースト状態にあるときに、クラッチを係合させて、エンジン回転数とモータ回転数を同期させることにより、ギヤ比が１に固定され、エンジンブレーキによる減速度を向上させて、車両の安定性を向上させることができる。また、高速走行でコースト状態のとき、クラッチを係合することでモータ回転数がエンジン回転数と同期してモータ回転数を高めることができるので、モータジェネレータでの回生発電量を大きくすることができる。

本発明の実施形態に係る動力出力装置では、回転軸（図１の３）を有する内燃機関（図１の２）と、ロータ（図１の５ａ）を有するモータジェネレータ（図１の５）と、サンギヤ（図１の６ｓ）とキャリア（図１の６ｃ）とリングギヤ（図１の６ｒ）とを有する遊星歯車機構（図１の６）と、前記リングギヤ（図１の６ｒ）に連結される出力軸と、を備え、前記サンギヤ（図１の６ｓ）が前記ロータ（図１の５ａ）に連結され、前記キャリア（図１の６ｃ）が前記回転軸（図１の３）に連結され、前記ロータ（図１の５ａ）と前記回転軸（図１の３）とを断続可能に構成されたクラッチ（図１の４）を備える。

本発明の実施例１に係る動力出力装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る動力出力装置の構成を模式的に示した概略図である。

動力出力装置１は、ハイブリッド車両に搭載される装置であり、エンジン２と、クランクシャフト３と、クラッチ４と、モータジェネレータ５と、遊星歯車機構６と、ブレーキ７と、出力軸８と、エンジンＥＣＵ９と、モータＥＣＵ１０と、動力出力制御装置１１と、車速センサ１２と、アクセル開度センサ１３と、シフトポジションセンサ１４と、ブレーキポジションセンサ１５と、を有する。

エンジン２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料の爆発燃焼により動力をクランクシャフト３から出力する内燃機関である。エンジン２は、エンジンＥＣＵ９により燃料噴射制御、点火制御、吸入空気量調節制御などの制御を受けている。

クランクシャフト３は、エンジン２の動力出力軸であり、キャリア６ｃと連結されており、キャリア６ｃと一体に回転する。クランクシャフト３は、クラッチ４の他端と連結されている。

クラッチ４は、モータジェネレータ５のロータ５ａとクランクシャフト３との間の回転を同期させる機構である。クラッチ４は、動力出力制御装置１１により係合・非係合が制御される。

モータジェネレータ５は、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同期発電電動機である。モータジェネレータ５は、エンジン２の出力側に配置されている。モータジェネレータ５のロータ５ａは、遊星歯車機構６のサンギヤ６ｓと連結されるとともに、クラッチ４の他端と連結されている。モータジェネレータ５は、モータＥＣＵ１０によって駆動制御される。

遊星歯車機構６は、モータジェネレータ５の出力側に配置されたシングルピニオン型遊星歯車機構であり、サンギヤ６ｓと、ピニオンギヤ６ｐと、キャリア６ｃと、リングギヤ６ｒと、を有する。サンギヤ６ｓは、モータジェネレータ５のロータ５ａと連結された外歯歯車である。サンギヤ６ｓは、外周にて複数のピニオンギヤ６ｐと噛み合っている。ピニオンギヤ６ｐは、サンギヤ６ｓに噛合するとともにリングギヤ６ｒに噛合する外歯歯車である。ピニオンギヤ６ｐは、自転かつ公転自在にキャリア６ｃに保持されている。キャリア６ｃは、ピニオンギヤ６ｐを自転かつ公転自在に保持する部材である。キャリア６ｃは、エンジン２のクランクシャフト３と連結されている。リングギヤ６ｒは、サンギヤ６ｓと同心円上に配置された内歯歯車である。リングギヤ６ｒは、内周にて複数のピニオンギヤ６ｐと噛み合っている。リングギヤ６ｒは、ブレーキ７の一端と連結されており、出力軸８と連結されている。

ブレーキ７は、遊星歯車機構６のリングギヤ６ｒと固定端（例えば、ケース等）との間を断続可能にする機構である。ブレーキ７は、動力出力制御装置１１により係合・非係合が制御される。

出力軸８は、リングギヤ６ｒ、及びブレーキ７の他端と連結された回転軸である。出力軸８は、デファレンシャルギヤ（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）と機械的に接続されている。

エンジンＥＣＵ９は、エンジン２の燃料噴射、点火、吸入空気量調節などの制御を行う制御装置である。エンジンＥＣＵ９は、動力出力制御装置１１と通信可能に接続されており、運転状態を検出する各種センサから信号入力されている。エンジンＥＣＵ９は、動力出力制御装置１１からの信号によりエンジン２を制御するとともに、必要に応じてエンジン２の運転状態に関するデータを動力出力制御装置１１に向けて出力する。

モータＥＣＵ１０は、モータジェネレータ５を駆動制御する制御装置である。モータＥＣＵ１０には、モータジェネレータ５を駆動制御するために必要な信号（例えば、モータジェネレータ５のロータ５ａの回転位置を検出した信号、モータジェネレータ５に印加される相電流など）が入力されている。モータＥＣＵ１０は、動力出力制御装置１１と通信可能に接続されており、動力出力制御装置１１からの制御信号によってモータジェネレータ５を駆動制御するとともに、必要に応じてモータジェネレータ５の運転状態に関するデータを動力出力制御装置１１に出力する。

動力出力制御装置１１は、所定のプログラムに基づいてクラッチ４、ブレーキ７の制御を行うコンピュータ装置である。動力出力制御装置１１には、車速センサ１２からの車速、アクセル開度センサ１３からのアクセル開度、シフトポジションセンサ１４からのシフトポジション、ブレーキポジションセンサ１５からのブレーキペダルポジションなどが入力されている。動力出力制御装置１１は、エンジンＥＣＵ９やモータＥＣＵ１０と通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵ９やモータＥＣＵ１０と各種制御信号やデータのやりとりを行う。動力出力制御装置１１は、モータＥＣＵ１０を介して、モータジェネレータ５の回生又は駆動を制御する。

車速センサ１２は、車速を検出するセンサであり、検出された信号を動力出力制御装置１１に向けて出力する。

アクセル開度センサ１３は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサであり、検出された信号を動力出力制御装置１１に向けて出力する。

シフトポジションセンサ１４は、シフトレバーの操作位置（シフトポジション）を検出するセンサであり、検出された信号を動力出力制御装置１１に向けて出力する。

ブレーキポジションセンサ１５は、ブレーキペダルの踏み込み量（プレーキポジション）を検出するセンサであり、検出された信号を動力出力制御装置１１に向けて出力する。

次に、本発明の実施例１に係る動力出力装置の動作について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例１に係る動力出力装置における動力出力制御装置の動作の一例を模式的に示したフローチャートである。図３は、本発明の実施例１に係る動力出力装置における遊星歯車機構の各回転要素の回転数の関係を模式的に示した停止時の共線図である。図４は、本発明の実施例１に係る動力出力装置における遊星歯車機構の各回転要素の回転数の関係を模式的に示したアクセルオフ時の共線図である。

図２を参照すると、まず、動力出力制御装置（図１の１１）は、各種センサ、ＥＣＵからの信号に基づいて、車両が停車中であるか否かを判定する（ステップＡ１）。

車両が停車中である場合（ステップＡ１のＹＥＳ）、動力出力制御装置（図１の１１）は、ブレーキ（図１の７）を係合させる（ステップＡ２）。これにより、遊星歯車機構（図１の６）のリングギヤ（図１の６ｒ）の回転数が０になり、キャリヤ（図１の６ｃ）の回転数よりもサンギヤ（図１の６ｓ）の回転数が高くなり、エンジン（図１の２）の回転数よりもモータジェネレータ（図１の５）の回転数が高くなる（図３参照）。これによって、停車中にブレーキ（図１の７）が非係合のときよりもモータジェネレータ（図１の５）の発電量を高くすることができる。その後、ステップＡ１に戻る。

車両が停車中でない場合（ステップＡ１のＮＯ）、動力出力制御装置（図１の１１）は、アクセルがオフになっているか否かを判定する（ステップＡ３）。つまり、車両が走行している状態で、コースト状態（エンジンが出力軸側から回される状態）にあるか否かを判定する。

アクセルがオフになっている場合（ステップＡ３のＹＥＳ）、動力出力制御装置（図１の１１）は、クラッチ（図１の４）を係合させる（ステップＡ４）。このとき、車両が走行している状態で、コースト状態にあるので、エンジン（図１の２）とモータジェネレータ（図１の５）の回転数を同期させ、遊星歯車機構（図１の６）のサンギヤ（図１の６ｓ）、キャリア（図１の６ｃ）、及びリングギヤ（図１の６ｒ）を一体回転させることで、エンジン（図１の２）の回転数と出力軸（図１の８）の回転数が同期して、ギヤ比（Ｎｅ／Ｎｏｕｔ）が１に固定される（図４参照）。その後、ステップＡ１に戻る。

アクセルがオフになっていない場合（ステップＡ３のＮＯ）、動力出力制御装置（図１の１１）は、ブレーキ（図１の７）及びクラッチ（図１の４）を非係合にする（ステップＡ５）。なお、ここではブレーキ（図１の７）及びクラッチ（図１の４）を非係合としているが、条件に応じて（例えば、低中速の加速時）、クラッチ（図１の４）を係合させることにより、ギヤ比が１に固定され、アクセル踏み込み量に対してエンジン回転がダイレクトに出力軸に出力され、運転者の感覚と車両挙動が同じとなることから走行しやすく、車両操縦安定性が良くなる。その後、ステップＡ１に戻る。

実施例１によれば、以下のような効果を奏する。

第１に、車両が走行している状態でコースト状態にあるときに、クラッチ（図１の４）を係合させて、エンジン回転数とモータ回転数を同期させることにより、ギヤ比が１に固定され、エンジンブレーキによる減速度を向上させて、車両の安定性を向上させることができる。また、高速走行でコースト状態のとき、クラッチ（図１の４）を係合させていない状況ではモータ回転数がエンジン回転数より低くなるが、クラッチ（図１の４）を係合することでモータ回転数がエンジン回転数と同期してモータ回転数を高めることができるので、モータジェネレータ（図１の５）での回生発電量を大きくすることができる。

第２に、停車時には、ブレーキ（図１の７）を係合させることで、リングギヤ（図１の６ｒ）の回転数が０になり、キャリヤ（図１の６ｃ）の回転数よりもサンギヤ（図１の６ｓ）の回転数が高くなり、エンジン（図１の２）の回転数よりもモータジェネレータ（図１の５）の回転数が高くなり、これによって、ブレーキ（図１の７）が非係合のときよりもモータジェネレータ（図１の５）の発電量を高くすることができる。

本発明の実施例２に係る動力出力装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施例２に係る動力出力装置の構成を模式的に示した概略図である。

実施例２に係る動力出力装置１は、モータジェネレータ５のロータ５ａとクランクシャフト３との間にワンウェイクラッチ１６を配設したものである。その他の構成は実施例１と同様である。

ワンウェイクラッチ１６は、一方向の回転にのみトルクを伝達し、反対方向に回転すると空転するクラッチである。ワンウェイクラッチ１６は、モータ回転数がエンジン回転数よりも高い時には空転させ、モータ回転数がエンジン回転数よりも低くなる条件ではモータ回転数とエンジン回転数を同期させる。なお、ここではワンウェイクラッチ１６とクラッチ４を並設しているが、これはモータ回転数がエンジン回転数よりも高い時にもクラッチ４を係合することでエンジン回転数と出力軸回転数を同期させてエンジン回転をダイレクトに出力軸に出力する場合を想定したものであり、そのような場合が不要であればクラッチ４を省略することができる。

実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、車両が走行している状態でコースト状態にあるときにエンジン２とモータジェネレータ５の回転数の同期を自動的に（クラッチ４を係合させる制御を行わずに）行うことができる。

本発明の実施例１に係る動力出力装置の構成を模式的に示した概略図である。 本発明の実施例１に係る動力出力装置における動力出力制御装置の動作の一例を模式的に示したフローチャートである。 本発明の実施例１に係る動力出力装置における遊星歯車機構の各回転要素の回転数の関係を模式的に示した停止時の共線図である。 本発明の実施例１に係る動力出力装置における遊星歯車機構の各回転要素の回転数の関係を模式的に示したアクセルオフ時の共線図である。 本発明の実施例２に係る動力出力装置の構成を模式的に示した概略図である。

符号の説明

１ 動力出力装置
２ エンジン（内燃機関）
３ クランクシャフト（回転軸）
４ クラッチ
５ モータジェネレータ
５ａ ロータ
６ 遊星歯車機構
６ｓ サンギヤ
６ｐ ピニオンギヤ
６ｃ キャリア
６ｒ リングギヤ
７ ブレーキ
８ 出力軸
９ エンジンＥＣＵ
１０ モータＥＣＵ
１１ 動力出力制御装置（制御装置）
１２ 車速センサ
１３ アクセル開度センサ
１４ シフトポジションセンサ
１５ ブレーキポジションセンサ
１６ ワンウェイクラッチ

Claims (7)

1. 回転軸を有する内燃機関と、
   ロータを有するモータジェネレータと、
   サンギヤとキャリアとリングギヤとを有する遊星歯車機構と、
   前記リングギヤに連結される出力軸と、
   を備え、
   前記サンギヤが前記ロータに連結され、
   前記キャリアが前記回転軸に連結され、
   前記ロータと前記回転軸とを断続可能に構成されたクラッチを備えることを特徴とする動力出力装置。
2. 前記クラッチの断続動作を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記制御装置は、前記動力出力装置を搭載した車両が走行中でアクセルがオフのときに前記ロータと前記回転軸とを連結するように前記クラッチを制御することを特徴とする請求項２記載の動力出力装置。
4. 前記リングギヤと固定端とを断続可能に構成されたブレーキを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の動力出力装置。
5. 前記制御装置は、前記動力出力装置を搭載した車両が停車中のときに前記リングギヤと前記固定端とを連結するように前記ブレーキを制御することを特徴とする請求項２記載の動力出力装置。
6. 前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも高い時には空転させ、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも低くなる条件では前記モータジェネレータの回転数と前記エンジンの回転数を同期させるワンウェイクラッチを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の動力出力装置。
7. 回転軸を有する内燃機関と、
   ロータを有するモータジェネレータと、
   サンギヤとキャリアとリングギヤとを有する遊星歯車機構と、
   前記リングギヤに連結される出力軸と、
   を備え、
   前記サンギヤが前記ロータに連結され、
   前記キャリアが前記回転軸に連結され、
   前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも高い時には空転させ、前記モータジェネレータの回転数が前記エンジンの回転数よりも低くなる条件では前記モータジェネレータの回転数と前記エンジンの回転数を同期させるワンウェイクラッチを備えることを特徴とする動力出力装置。

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