JP2011057114A - Power output device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関とモータと発電機とを搭載した車両の動力出力装置に関する発明である。 The present invention relates to a power output apparatus for a vehicle equipped with an internal combustion engine, a motor, and a generator.
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請からハイブリッド車の需要が増大している。現在、市販されているハイブリッド車においては、例えば、特許文献1(特開2001−329884号公報)に記載されているように、内燃機関とモータと発電機とを搭載し、内燃機関の動力を動力分割機構(例えば遊星ギヤ機構)によって二系統に分割し、その一方の系統の出力で駆動軸を駆動して車輪を駆動し、他方の系統の出力で発電機を駆動して発電機で発電し、その発電電力やバッテリ電力でモータを駆動してモータの動力でも車輪を駆動するようにしたスプリットタイプのハイブリッド車がある。 In recent years, the demand for hybrid vehicles has increased due to the social demand for low fuel consumption and low exhaust emissions. Currently, in a hybrid vehicle that is commercially available, for example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-329884), an internal combustion engine, a motor, and a generator are mounted, and the power of the internal combustion engine is increased. The system is divided into two systems by a power split mechanism (for example, planetary gear mechanism), the drive shaft is driven by the output of one system to drive the wheels, and the generator is driven by the output of the other system to generate power by the generator. There is a split type hybrid vehicle in which a motor is driven by the generated power or battery power and the wheels are driven by the power of the motor.
上記従来のスプリットタイプのハイブリッド車は、動力分割機構(例えば遊星ギヤ機構)のプラネタリ比(サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比)によって動力分割比(内燃機関から駆動軸側に伝達される動力と発電機側に伝達される動力との比)が決まるが、車両の設計上、プラネタリ比(つまり動力分割比)は、動力分割機構が車両に搭載可能なサイズに収まるような範囲内に制限されるため、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくできないという問題がある。このため、内燃機関の動力を動力分割機構で駆動軸側と発電機側とに分割して走行する際に、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができず、発電機及びそれを駆動するインバータの電気出力が小さくできず、更に電気損失が増加して、車両全体のエネルギ損失が増加してしまい、燃費の飛躍的な向上が望めず、燃費が伸び悩んでいたり、小型・低コスト化の弊害となっていた。 In the conventional split type hybrid vehicle, the power split ratio (the ratio between the number of teeth of the sun gear and the number of teeth of the ring gear) of the power split mechanism (for example, the planetary gear mechanism) is transmitted to the drive shaft side from the internal combustion engine. The ratio between the power to be transmitted and the power transmitted to the generator is determined), but the planetary ratio (that is, the power split ratio) is within the range that allows the power split mechanism to fit within the vehicle. Therefore, there is a problem that the ratio of power transmitted from the internal combustion engine to the generator side cannot be sufficiently reduced. For this reason, when the power of the internal combustion engine is divided into the drive shaft side and the generator side by the power split mechanism and travels, the ratio of the power transmitted from the internal combustion engine to the generator side can be sufficiently reduced. In addition, the electrical output of the generator and the inverter that drives it cannot be reduced, the electrical loss increases, the energy loss of the entire vehicle increases, and a dramatic improvement in fuel efficiency cannot be expected, and the fuel efficiency is sluggish. It was an adverse effect of downsizing and cost reduction.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、燃費を効果的に向上させると共にインバータや発電機を小型・低コスト化できる車両の動力出力装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the ratio of power transmitted from the internal combustion engine to the generator side can be sufficiently reduced, and the fuel efficiency is effectively improved and the inverter and generator are reduced in size and low. An object of the present invention is to provide a power output device for a vehicle that can be reduced in cost.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、内燃機関とモータと発電機とを備えた車両の動力出力装置において、内燃機関の動力を出力する動力伝達経路として第1の機械伝達路と第2の機械伝達路と電気伝達路を少なくとも有するように構成したものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
具体的には、請求項2のように、内燃機関の動力を第1の動力伝達経路と第2の動力伝達経路とに分割する第1の動力分割手段と、第1の動力伝達経路の動力を第3の動力伝達経路と第4の動力伝達経路とに分割する第2の動力分割手段とを備え、第1の動力伝達経路を第1の機械伝達路とすると共に、第2の動力伝達経路を介して第4の動力伝達経路を第2の機械伝達路とし、第2の動力伝達経路と第4の動力伝達経路とが連結されると共に第2の動力伝達経路にモータと車両の駆動軸とが連結され、第3の動力伝達経路に発電機が連結されて発電機とモータ間で電力を相互伝達できる電気伝達路を備えているようにすると良い。 Specifically, as in claim 2, the first power dividing means for dividing the power of the internal combustion engine into the first power transmission path and the second power transmission path, and the power of the first power transmission path Is divided into a third power transmission path and a fourth power transmission path, and the first power transmission path is used as the first mechanical transmission path, and the second power transmission. The fourth power transmission path is defined as the second mechanical transmission path via the path, the second power transmission path and the fourth power transmission path are coupled, and the motor and the vehicle are driven in the second power transmission path. The shaft may be connected, and a generator may be connected to the third power transmission path to provide an electric transmission path that can transmit power between the generator and the motor.
この構成では、内燃機関の動力を第1の動力分割手段で第1の動力伝達経路と第2の動力伝達経路の二系統に分割し、更に、その第1の動力伝達経路の動力を第2の動力分割手段で第3の動力伝達経路と第4の動力伝達経路の二系統に分割して、その第3の動力伝達経路の動力を発電機に伝達することができるため、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を小さくすることができ、一方、第2の動力伝達経路の動力と第4の動力伝達経路の動力の両方を駆動軸に伝達することができるため、内燃機関から駆動軸側に伝達される動力の割合を大きくすることができる。これにより、内燃機関の動力を動力分割機構で駆動軸側と発電機側とに分割して走行する際に、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、発電機及びそれを駆動するインバータの電気出力が小さくできるため、それらを小型・低コスト化でき、また、それらの電気損失を低減させて、車両全体のエネルギ損失を低減させることができ、燃費を効果的に向上させることができる。 In this configuration, the power of the internal combustion engine is divided into two systems of the first power transmission path and the second power transmission path by the first power split means, and further, the power of the first power transmission path is divided into the second power. Can be divided into two systems of a third power transmission path and a fourth power transmission path, and the power of the third power transmission path can be transmitted to the generator. The ratio of the power transmitted to the machine side can be reduced, and on the other hand, both the power of the second power transmission path and the power of the fourth power transmission path can be transmitted to the drive shaft. The ratio of power transmitted from the drive shaft to the drive shaft can be increased. As a result, when the power of the internal combustion engine is divided into the drive shaft side and the generator side by the power split mechanism, the ratio of the power transmitted from the internal combustion engine to the generator side can be sufficiently reduced. Because the electrical output of the generator and the inverter that drives it can be reduced, they can be reduced in size and cost, and the electrical loss can be reduced to reduce the energy loss of the entire vehicle. Can be improved effectively.
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいて車両の駆動システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン10と第1のモータジェネレータ(発電機:以下「第1のMG」と表記する)11と第2のモータジェネレータ(以下「第2のMG」と表記する)12が搭載され、主にエンジン10と第2のMG12が車輪29を駆動する動力源となる。この第2のMG12が特許請求の範囲でいうモータに相当する。
Hereinafter, an embodiment embodying a mode for carrying out the present invention will be described.
First, a schematic configuration of the entire vehicle drive system will be described with reference to FIG.
An
エンジン10のクランク軸13の動力は、第1の遊星ギヤ機構14(第1の動力分割手段)で二系統に分割される。この第1の遊星ギヤ機構14は、中心で回転するサンギヤ15と、このサンギヤ15の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ16と、このプラネタリギヤ16の外周を回転するリングギヤ17とから構成され、プラネタリギヤ16には、図示しないキャリアを介してエンジン10のクランク軸13が連結され、サンギヤ15には、第1の動力伝達経路(第1の機械伝達路)であるサンギヤ軸18が連結され、リングギヤ17には、第2の動力伝達経路(第2の機械伝達路)であるリングギヤ軸19が連結されている。これにより、エンジン10のクランク軸13の動力が第1の遊星ギヤ機構14によってサンギヤ軸18とリングギヤ軸19に分割されて伝達される。
The power of the
更に、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18の動力は、第2の遊星ギヤ機構20(第2の動力分割手段)で二系統に分割される。この第2の遊星ギヤ機構20は、中心で回転するサンギヤ21と、このサンギヤ21の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ22と、このプラネタリギヤ22の外周を回転するリングギヤ23とから構成され、プラネタリギヤ22には、図示しないキャリアを介して第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18が連結され、サンギヤ21には、第3の動力伝達経路であるサンギヤ軸24が連結され、リングギヤ23には、第4の動力伝達経路(第2の機械伝達路)であるリングギヤ軸25が連結されている。これにより、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18の動力が第2の遊星ギヤ機構20によってサンギヤ軸24とリングギヤ軸25に分割されて伝達される。
Further, the power of the
また、第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ軸19と第2の遊星ギヤ機構20のリングギヤ軸25とが連結されると共に、第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ軸19に、第2のMG12の回転軸と車両の駆動軸26とが連結され、この駆動軸26の動力がデファレンシャルギヤ27や車軸28等を介して車輪29に伝達される。更に、第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24には、主に発電機として使用する第1のMG11の回転軸が連結されている。この第1のMG11が特許請求の範囲でいう発電機に相当する。
Further, the
また、第1のMG11を駆動する第1のインバータ31と、第2のMG12を駆動する第2のインバータ32とが設けられ、各MG11,12は、それぞれインバータ31,32を介して互いに電力の授受ができるようになっており、第1のMG11と第2のMG12との間で電力を相互伝達できる電気伝達路が形成されていると共に、各MG11,12は、バッテリ33とも電力を授受するようになっている。
In addition, a
車両ECU34は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセルセンサ35、シフトレバーの操作位置を検出するシフトスイッチ36、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ37等の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。この車両ECU34は、エンジン10の運転を制御するエンジンECU38と、第1のインバータ31を制御して第1のMG11を制御する第1のMG−ECU39と、第2のインバータ32を制御して第2のMG12を制御する第2のMG−ECU40との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ECU38〜40によって車両の運転状態に応じてエンジン10と第1のMG11と第2のMG12を制御する。
The vehicle ECU 34 is a computer that comprehensively controls the entire vehicle, and detects an
例えば、発進時や低負荷時(エンジン10の燃費効率が悪い領域)は、エンジン10を停止状態に維持して、バッテリ33の電力で第2のMG12を駆動し、この第2のMG12の動力のみで車輪29を駆動して走行するモータ走行を行う。
For example, at the time of starting or at a low load (a region where the fuel efficiency of the
通常走行時には、エンジン10のクランク軸13の動力を第1の遊星ギヤ機構14によってサンギヤ軸18とリングギヤ軸19の二系統に分割し、更に、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18の動力を第2の遊星ギヤ機構20によってサンギヤ軸24とリングギヤ軸25の二系統に分割する。そして、第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ軸19の動力と第2の遊星ギヤ機構20のリングギヤ軸25の動力の両方を駆動軸26に伝達することで駆動軸26を駆動して車輪29を駆動する。また、第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24の動力を第1のMG11に伝達することで第1のMG11を駆動して第1のMG11で発電し、その発電電力で第2のMG12を駆動して第2のMG12の動力でも駆動軸26を駆動して車輪29を駆動する。更に、急加速時等には、第1のMG11の発電電力の他にバッテリ33の電力も第2のMG12に供給して、第2のMG12の駆動分を増加させる。
During normal travel, the power of the
減速時には、車輪29の動力で第2のMG12を駆動して第2のMG12を発電機として作動させることで、車両の運動エネルギを第2のMG12で電力に変換してバッテリ33に充電して回収する。
During deceleration, the second MG 12 is driven by the power of the
ここで、図2は、第1の遊星ギヤ機構14のプラネタリギヤ16のキャリアに連結されたエンジン10のクランク軸13の回転速度Ne と、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18の回転速度Ns1(=第2の遊星ギヤ機構20のプラネタリギヤ22のキャリアの回転速度Nc2)と、第1及び第2の遊星ギヤ機構14,20のリングギヤ軸19,25に連結された駆動軸26の回転速度Np と、第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24に連結された第1のMG11の回転速度Ng との関係を示す共線図であり、各回転速度が一直線で結ばれる関係となる。
Here, FIG. 2 shows the rotational speed Ne of the
エンジン10のトルクTe は、第1の遊星ギヤ機構14によってサンギヤ軸18とリングギヤ軸19に分割されて伝達される。この際、サンギヤ軸18に伝達されるトルクTs1とリングギヤ軸19に伝達されるトルクTr1は、それぞれエンジン10のトルクTe と第1の遊星ギヤ機構14のプラネタリ比ρ1 (サンギヤ15の歯数とリングギヤ17の歯数との比)とを用いて下記(1),(2)式により表すことができる。
Ts1=Te ×ρ1 /(1+ρ1 ) ……(1)
Tr1=Te /(1+ρ1 ) ……(2)
The torque Te of the
Ts1 = Te × ρ1 / (1 + ρ1) (1)
Tr1 = Te / (1 + ρ1) (2)
更に、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18のトルクTs1は、第2の遊星ギヤ機構20によってサンギヤ軸24とリングギヤ軸25に分割されて伝達される。この際、サンギヤ軸24に伝達されるトルクTs2とリングギヤ軸25に伝達されるトルクTr2は、それぞれ第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18のトルクTs1と第2の遊星ギヤ機構20のプラネタリ比ρ2 (サンギヤ21の歯数とリングギヤ23の歯数との比)とを用いて下記(3),(4)式により表すことができる。
Ts2=Ts1×ρ2 /(1+ρ2 ) ……(3)
Tr2=Ts1/(1+ρ2 ) ……(4)
Further, the torque Ts1 of the
Ts2 = Ts1 × ρ2 / (1 + ρ2) (3)
Tr2 = Ts1 / (1 + ρ2) (4)
上記(1),(3)式から、第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24に伝達されるトルクTs2は、下記(5)式により表すことができる。
Ts2=Te ×ρ1 /(1+ρ1 )×ρ2 /(1+ρ2 ) ……(5)
From the above equations (1) and (3), the torque Ts2 transmitted to the
Ts2 = Te × ρ1 / (1 + ρ1) × ρ2 / (1 + ρ2) (5)
この第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24のトルクTs2が第1のMG11に作用するため、第1のMG11のトルクTg と第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ軸24のトルクTs2との関係は、下記(6)式により表すことができる。
Tg +Ts2=0 ……(6)
Since the torque Ts2 of the
Tg + Ts2 = 0 (6)
これにより、従来のシステム(エンジンの動力を分割する遊星ギヤ機構を1つのみ備えたシステム)に比べて、エンジン10から第1のMG11に伝達されるトルクの割合を小さくすることができる。
As a result, the ratio of torque transmitted from
一方、エンジン11のトルクTe のうち第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ軸19に伝達されるトルクTr1と第2の遊星ギヤ機構20のリングギヤ軸25に伝達されるトルクTr2の両方が駆動軸26に伝達され、更に、第2のMG12のトルクTm も駆動軸26に伝達されるため、駆動軸26に伝達されるトルクTp は、下記(7)式により表すことができる。
Tp =Tr1+Tr2+Tm ……(7)
On the other hand, both the torque Tr1 transmitted to the
Tp = Tr1 + Tr2 + Tm (7)
上記(1),(2),(4),(7)式から駆動軸26に伝達されるトルクTp は、下記(8)式により表すことができる。
Tp =Te / (1+ρ1)+Te ×ρ1 / (1+ρ1)/ (1+ρ2)+Tm ……(8)
The torque Tp transmitted to the
Tp = Te / (1 + ρ1) + Te × ρ1 / (1 + ρ1) / (1 + ρ2) + Tm (8)
これにより、従来のシステム(エンジンの動力を分割する遊星ギヤ機構を1つのみ備えたシステム)に比べて、エンジン10から駆動軸26に伝達されるトルクの割合を大きくすることができる。
Thereby, the ratio of the torque transmitted from the
一般に、エンジン10の動力を第1のMG11に伝達して、その第1のMG11の発電電力で第2のMG12を駆動して駆動軸26を駆動するときの損失よりも、エンジン10の動力を機械的に駆動軸26に伝達して駆動軸26を駆動するときの損失の方が小さいため、エンジン10から第1のMG11側に伝達される動力の割合を小さくして、エンジン10から駆動軸26に伝達されるトルクの割合を大きくすることで、動力伝達効率を向上させることができる。
In general, the power of the
以上説明した本実施例では、エンジン10の動力を第1の遊星ギヤ機構14によってサンギヤ軸18とリングギヤ軸19の二系統に分割し、更に、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ軸18の動力を第2の遊星ギヤ機構20によってサンギヤ軸24とリングギヤ軸25の二系統に分割して、そのサンギヤ軸24の動力を第1のMG11に伝達することができるため、エンジン10から第1のMG11側に伝達される動力の割合を小さくすることができ、一方、第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ軸19の動力と第2の遊星ギヤ機構20のリングギヤ軸25の動力の両方を駆動軸26に伝達することができるため、エンジン10から駆動軸26側に伝達される動力の割合を大きくすることができる。
In the present embodiment described above, the power of the
これにより、エンジン10の動力を遊星ギヤ機構14,20で駆動軸26側と第1のMG11側とに分割して走行する際に、エンジン10から第1のMG11側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、第1のMG11や第2のMG12及びそれらを駆動するインバータ31,32での電気損失を低減させて、車両全体のエネルギ損失を低減させることができ、燃費を効果的に向上させることができる。
As a result, the ratio of the power transmitted from the
尚、上記実施例では、エンジン10と第1の遊星ギヤ機構14のプラネタリギヤ16のキャリアとを連結し、第1の遊星ギヤ機構14のサンギヤ15と第2の遊星ギヤ機構20のプラネタリギヤ22のキャリアとを連結し、第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ19と第2の遊星ギヤ機構20のリングギヤ25とを連結すると共に第1の遊星ギヤ機構14のリングギヤ19と第2のMG12及び駆動軸26とを連結し、第2の遊星ギヤ機構20のサンギヤ21と第1のMG11とを連結する構成としたが、遊星ギヤ機構14,20を介してエンジン10とMG11,12と駆動軸26とを連結する方法は、上記実施例の方法に限定されず、駆動システムの搭載スペースや駆動方式(例えば、FF方式、FR方式、RR方式)等に応じて適宜変更しても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施例では、遊星ギヤ機構を2つ設けてエンジンの動力を2段階で分割するようにしたが、他の実施例として、遊星ギヤ機構を3つ以上設けてエンジンの動力を3段階以上で分割するようにしても良い。 In the above embodiment, two planetary gear mechanisms are provided and the engine power is divided in two stages. However, as another embodiment, three or more planetary gear mechanisms are provided and the engine power is provided in three stages. You may make it divide | segment by the above.
10…エンジン(内燃機関)、11…第1のMG(発電機)、12…第2のMG(モータ)、14…第1の遊星ギヤ機構(第1の動力分割手段)、18…サンギヤ軸(第1の動力伝達経路)、19…リングギヤ軸(第2の動力伝達経路)、20…第2の遊星ギヤ機構(第2の動力分割手段)、24…サンギヤ軸(第3の動力伝達経路)、25…リングギヤ軸(第4の動力伝達経路)、26…駆動軸、29…車輪、31,32…インバータ、33…バッテリ、34…車両ECU、38…エンジンECU、39,40…MG−ECU
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記内燃機関の動力を出力する動力伝達経路として第1の機械伝達路と第2の機械伝達路と電気伝達路を少なくとも有することを特徴とする車両の動力出力装置。 In a vehicle power output device including an internal combustion engine, a motor, and a generator,
A power output apparatus for a vehicle, comprising at least a first mechanical transmission path, a second mechanical transmission path, and an electrical transmission path as a power transmission path for outputting the power of the internal combustion engine.
前記第1の動力伝達経路を前記第1の機械伝達路とすると共に、前記第2の動力伝達経路を介して前記第4の動力伝達経路を前記第2の機械伝達路とし、
前記第2の動力伝達経路と前記第4の動力伝達経路とが連結されると共に前記第2の動力伝達経路に前記モータと車両の駆動軸とが連結され、前記第3の動力伝達経路に前記発電機が連結されて前記発電機と前記モータ間で電力を相互伝達できる前記電気伝達路を備えていることを特徴とする請求項1に記載の車両の動力出力装置。 A first power dividing means for dividing the power of the internal combustion engine into a first power transmission path and a second power transmission path; a power of the first power transmission path; a third power transmission path and a fourth power transmission path; A second power split means for splitting the power transmission path of
The first power transmission path is the first mechanical transmission path, and the fourth power transmission path is the second mechanical transmission path via the second power transmission path.
The second power transmission path is connected to the fourth power transmission path, the motor and a drive shaft of the vehicle are connected to the second power transmission path, and the third power transmission path is connected to the third power transmission path. The power output apparatus for a vehicle according to claim 1, further comprising: an electric transmission path that is connected to a generator and is capable of mutually transmitting electric power between the generator and the motor.
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