JP2011173518A - ハイブリッド車両用動力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒休止時のエネルギー損失を最小限に抑えながら、ワンウェイクラッチの個数削減およびシリーズ走行を可能にしたハイブリッド車両用動力装置を提供する。
【解決手段】第１エンジン１１Ａの第１クランクシャフト１２Ａを遊星歯車機構１４のサンギヤ１５および第２モータ・ジェネレータ１３に接続し、第２エンジン１１Ｂの第２クランクシャフト１２Ｂをワンウェイクラッチ２２で固定部２１に結合可能な遊星歯車機構１４のリングギヤ１７に接続し、遊星歯車機構１４のプラネタリキャリヤ１６を駆動力伝達クラッチ２３および第１モータ・ジェネレータ２４を介してトランスミッション２５に接続する。ワンウェイクラッチ２２の数が１個で済み、気筒休止した第２エンジン１１Ｂの引きずりによるエネルギー損失がなく、エンジン１１Ａで第２モータ・ジェネレータ１３を駆動して発電した電力で第１モータ・ジェネレータ２４を駆動する走行が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２個のエンジンと２個のモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両用動力装置に関する。

二つのバンクがクランクシャフトを共有するＶ型エンジンにおいて、一方のバンクを気筒休止制御した場合、休止したバンクのピストンが他方のバンクの駆動力で駆動されるため、ピストンおよびシリンダ間のフリクションロスやポンピングロスが発生して燃費を低下させる原因となる問題がある。

そこで、図９に示すように、第１クランクシャフト１４ａを駆動する第１バンクＢａと第２クランクシャフト１４ｂを駆動する第２バンクンＢｂとを並置し、第１クランクシャフト１４ａに第１ワンウェイクラッチなどの動力伝達遮断手段３４ａを介して支持した駆動ギヤ３３ａと第２クランクシャフト１４ｂに第２ワンウェイクラッチなどの動力伝達遮断手段３４ｂを介して支持した駆動ギヤ３３ｂとを、出力軸３１に設けた従動ギヤ３２に噛合させ、出力軸３１とトランスミッションＴとの間にモータ・ジェネレータＧＭを配置したハイブリッド車両用動力装置が、下記特許文献１により公知である。

このハイブリッド車両用動力装置によれば、例えば第１バンクＢａを気筒休止制御した場合に、第２バンクＢｂの駆動力が第１ワンウェイクラッチ３４ａで遮断されて第１バンクＢａに伝達されないため、第１バンクＢａにフリクションロスやポンピングロスが発生するのを回避することができる。

特開２００３−８３１０５号公報

しかしながら、上記従来のものは、２個のワンウェイクラッチ３４ａ，３４ｂを必要とするために部品点数が増加するだけでなく、第１、第２バンクＢａ，Ｂｂの駆動力で発電してモータ・ジェネレータＧＭで走行するシリーズ走行ができないという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、気筒休止時のエネルギー損失を最小限に抑えながら、ワンウェイクラッチの個数削減およびシリーズ走行を可能にしたハイブリッド車両用動力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、第１クランクシャフトを有する第１エンジンと、第２クランクシャフトを有する第２エンジンと、前記第１、第２クランクシャフトの駆動力を統合して出力可能な遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構が出力する駆動力をトランスミッションに伝達する駆動力伝達クラッチと、前記駆動力伝達クラッチおよび前記トランスミッション間に接続された第１モータ・ジェネレータと、前記第１クランクシャフトに接続された第２モータ・ジェネレータとを備え、前記遊星歯車機構の第１〜第３要素のうち、第１要素は前記第１クランクシャフトに接続され、第２要素は前記駆動力伝達クラッチに接続され、第３要素は前記第２クランクシャフトに接続されるとともにワンウェイクラッチを介して固定部に結合可能であることを特徴とするハイブリッド車両用動力装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２エンジンは、吸気バルブおよび排気バルブを閉じた状態で気筒休止運転が可能であることを特徴とするハイブリッド車両用動力装置が提案される。

尚、実施の形態のサンギヤ１５は本発明の第１要素に対応し、実施の形態のプラネタリキャリヤ１６は本発明の第２要素に対応し、実施の形態のリングギヤ１７は本発明の第３要素に対応する。

請求項１の構成によれば、第１エンジンの第１クランクシャフトを遊星歯車機構の第１要素および第２モータ・ジェネレータに接続し、第２エンジンの第２クランクシャフトをワンウェイクラッチで固定部に結合可能な遊星歯車機構の第２要素に接続し、遊星歯車機構の第３要素を駆動力伝達クラッチおよび第１モータ・ジェネレータを介してトランスミッションに伝達したので、第１、第２モータ・ジェネレータによる第１、第２エンジンの始動、第１、第２エンジンによる走行、第１モータ・ジェネレータによる第１、第２エンジンのアシストおよび回生制動、第２モータ・ジェネレータによる発電が可能になり、ハイブリッド車両の特性を活かした種々のモードでの走行が可能になる。

その際に、必要なワンウェイクラッチの数が１個で済むので部品点数の削減が可能になるだけでなく、第１エンジンで第２モータ・ジェネレータを駆動して発電した電力で第１モータ・ジェネレータを駆動するシリーズ走行が可能になり、しかも第２エンジンの第２クランクシャフトは気筒休止運転中に回転しないため、フリクションロスが発生することがない。また第２モータ・ジェネレータは第１エンジンの第１クランクシャフトに直接接続されているので、第１エンジンの駆動力で第２モータ・ジェネレータに任意の量の発電を行わせ、第１エンジンの残りの駆動力を全て走行用の駆動力として使用することができる。

また請求項２の構成によれば、第２エンジンの第２クランクシャフトは気筒休止運転中に回転しないため、吸気バルブおよび排気バルブを閉じた状態で気筒休止運転してもポンピングロスが発生することがない。よって気筒休止運転中に吸気バルブおよび排気バルブを閉弁状態に維持してポンピングロスを低減する特別の動弁機構が不要になり、コストダウンに寄与することができる。

ハイブリッド車両用動力装置のスケルトン図。（実施の形態） ハイブリッド車両用動力装置の作動表。（実施の形態） エンジン始動モードの速度線図。（実施の形態） モータ走行・シリーズ走行モードの速度線図。（実施の形態） エンジン走行モード１の速度線図。（実施の形態） エンジン走行モード２の速度線図。（実施の形態） 全開走行モードの速度線図。（実施の形態） 回生制動モードの速度線図。（実施の形態） 特許文献１のハイブリッド車両用動力装置のスケルトン図。（従来例）

以下、図１〜図８に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両用動力装置は、各々が直列多気筒エンジンよりなる第１、第２エンジン１１Ａ，１１Ｂを備える。メインエンジンである第１エンジン１１Ａの第１クランクシャフト１２Ａと、サブエンジンである第２エンジン１１Ｂの第２クランクシャフト１２Ｂとは平行に配置されており、第１クランクシャフト１２Ａの軸端に第２モータ・ジェネレータ１３が接続される。

第１、第２エンジン１１Ａ，１１Ｂの駆動力を統合して出力可能な遊星歯車機構１４は、サンギヤ１５と、プラネタリキャリヤ１６と、リングギヤ１７と、プラネタリキャリヤ１６に回転自在に支持されてサンギヤ１５およびリングギヤ１７に同時に噛合する複数のピニオン１８…とを備えており、第１クランクシャフト１２Ａは駆動ギヤ２６、従動ギヤ２７および入力軸２８を介してサンギヤ１５に接続される。リングギヤ１７には従動ギヤ１９が一体に形成されており、第２クランクシャフト１２Ｂに設けた駆動ギヤ２０が従動ギヤ１９に噛合する。

第２クランクシャフト１２Ｂとケーシング等の固定部２１との間にはワンウェイクラッチ２２が設けられており、このワンウェイクラッチ２２は、遊星歯車機構１４側から第２エンジン１１Ｂ側に駆動力が伝達されるときに係合して第２クランクシャフト１２Ｂを固定部２１に回転不能に結合し、第２エンジン１１Ｂ側から遊星歯車機構１４側に駆動力が伝達されるときに係合解除して第２クランクシャフト１２Ｂの回転を許容する。

遊星歯車機構１４のプラネタリキャリヤ１６は、直列に配置された駆動力伝達クラッチ２３および第１モータ・ジェネレータ２４を介してトランスミッション２５に接続される。

次に、図２の作動表および図３〜図８の遊星歯車機構１４の速度線図に基づいて、本実施の形態の作用を説明する。

図２および図３に示すように、車両の停車中はアイドルストップ制御により第１エンジン１１Ａが停止するため、遊星歯車機構１４のサンギヤ１５（「Ｓ」で表示）、プラネタリキャリヤ１６（「Ｃ」で表示）およびリングギヤ１７（「Ｒ」で表示）は全て停止している。「エンジン始動モード」では、第２モータ・ジェネレータ１３をスタータモータとして駆動することで第１エンジン１１Ａを始動する。このとき第１クランクシャフト１２Ａに駆動ギヤ２６、従動ギヤ２７および入力軸２８を介して接続されたサンギヤ１５が回転するが、リングギヤ１７が第２クランクシャフト１２Ｂに設けたワンウェイクラッチ２２の係合により回転不能に拘束されるため、プラネタリキャリヤ１６はサンギヤ１５よりも低い速度で回転する。しかしながら、駆動力伝達クラッチ２３が係合解除しているため、第２モータ・ジェネレータ１３の駆動力が第１モータ・ジェネレータ２４およびトランスミッション２５に伝達されることはない。またバッテリの容量が低い場合には、始動後の第１エンジン１１Ａで第２モータ・ジェネレータ１３をジェネレータとして駆動してバッテリを充電する。

図２および図４に示すように、「モータ走行モード」では、駆動力伝達クラッチ２３を係合解除した状態で、第１モータ・ジェネレータ２４を駆動して走行する。モータ走行モードでバッテリの容量が低下した場合には、「シリーズ走行モード」に移行し、第１エンジン１１Ａで第２モータ・ジェネレータ１３を駆動して発電し、その電力でバッテリを充電しながら第１モータ・ジェネレータ２４を駆動する。第１エンジン１１Ａが駆動されるシリーズ走行モードではワンウェイクラッチ２２が係合するため、遊星歯車機構１４のリングギヤ１７および第２エンジン１１Ｂの第２クランクシャフト１２Ｂは回転を停止する。

図２および図５に示すように、「エンジン走行モード１」では、駆動力伝達クラッチ２３を係合した状態で、第１エンジン１１Ａを駆動して走行する。このとき、第１モータ・ジェネレータ２４を駆動することで第１エンジン１１Ａをアシストすることができる。また第１エンジン１１Ａの駆動力で第２モータ・ジェネレータ１３をジェネレータとして駆動し、内燃機関で走行する車両のオルタネータ程度の微弱発電を行うことができる。

図２および図６に示すように、「エンジン走行モード２」では、上述した「エンジン走行モード１」の状態から更に第２エンジン１１Ｂを駆動する。第２エンジン１１Ｂを駆動すると、ワンウェイクラッチ２２が係合解除して第２クランクシャフト１２Ｂに駆動ギヤ２０および従動ギヤ１９を介して接続された遊星歯車機構１４のリングギヤ１７が駆動されるため、第１、第２エンジン１１Ａ，１１Ｂの駆動力は遊星歯車機構１４で統合されてトランスミッション２５に出力される。また同じ車速で走行する場合に第１エンジン１１Ａの回転数を下げられるため、第１エンジン１１Ａを効率の良い状態で運転して燃料消費率を低減することができる。尚、第２エンジン１１Ｂの始動は、第１モータ・ジェネレータ２４に接続されたプラネタリキャリヤ１６の回転数と、第２モータ・ジェネレータ１３に接続されたサンギヤ１５の回転数とを制御し、リングギヤ１７を始動に適切な回転数で駆動して第２クランクシャフト１２Ｂをクランキングすることで行われる。

図２および図７に示すように、「全開走行モード」では、上述した「エンジン走行モード２」の状態から第１、第２エンジン１１Ａ，１１Ｂおよび第１モータ・ジェネレータ２４を全開運転する。

図２および図８に示すように、「回生制動モード」では、駆動力伝達クラッチ２３を係合解除した状態で、トランスミッション２５側から逆伝達される駆動力で第１モータ・ジェネレータ２４をジェネレータとして駆動して発電を行い、回収したエネルギーでバッテリを充電する。

以上のように、本実施の形態によれば、ハイブリッド車両として要求される種々のモードでの走行を可能にすることができる。特に、図９で説明した従来例が、２個のワンウェイクラッチ０３Ａ，０３Ｂを必要とするのに対し、本実施の形態によればワンウェイクラッチ２２の数を１個に減らすことができるだけでなく、前記従来例がシリーズ走行が不能であるのに対し、本実施の形態によればシリーズ走行を可能にすることができる（図４参照）。

第２エンジン１１ＢはイグニッションスイッチのＯＮ後は基本的に気筒休止の状態でスタンバイしており、上述したエンジン走行２モードおよび全開走行モードにおいて運転される。第２エンジン１１Ｂが気筒休止状態にあるとき、遊星歯車機構１４側から第２エンジン１１Ｂ側に駆動力が伝達されようとしても、ワンウェイクラッチ２２が係合して第２エンジン１１Ｂの第２クランクシャフト１２Ｂの回転が阻止されるため、気筒休止中の第２エンジン１１Ｂの第２クランクシャフト１２Ｂが回転してフリクションロスやポンピングロスを発生することが防止される。よって第２エンジン１１Ｂは、ポンピングロスを低減するために吸気バルブおよび排気バルブを閉弁状態に保持する特別の動弁機構が不要になり、コストダウンに寄与することができる。

また第２モータ・ジェネレータ１３は第１エンジン１１Ａの第１クランクシャフト１２Ａに直接接続されているので、第１エンジン１１Ａの駆動力で第２モータ・ジェネレータ１３に任意の量の発電を行わせ、第１エンジン１１Ａの残りの駆動力を全て走行用の駆動力として使用することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では遊星歯車機構１４の三つの要素のうち、サンギヤ１５を第１要素とし、プラネタリキャリヤ１６を第２要素とし、リングギヤ１７を第３要素としているが、それらの組合せは任意である。

また第１、第２エンジン１１Ａ，１１Ｂは各々独立したエンジンブロックを備えている必要はなく、エンジンブロックを共有するものであっても良い。

また実施の形態では第２クランクシャフト１２Ｂにワンウェイクラッチ２２を設けているが、リングギヤ１７に直接ワンウェイクラッチ２２を設けても良い。要するに、ワンウェイクラッチ２２はリングギヤ１７の一方向の回転を拘束し得るように設けられていれば良い。

１１Ａ 第１エンジン
１１Ｂ 第２エンジン
１２Ａ 第１クランクシャフト
１２Ｂ 第２クランクシャフト
１３ 第２モータ・ジェネレータ
１４ 遊星歯車機構
１５ サンギヤ（第１要素）
１６ プラネタリキャリヤ（第２要素）
１７ リングギヤ（第３要素）
２１ 固定部
２３ 駆動力伝達クラッチ
２４ 第１モータ・ジェネレータ
２５ トランスミッション

Claims (2)

1. 第１クランクシャフト（１２Ａ）を有する第１エンジン（１１Ａ）と、
   第２クランクシャフト（１２Ｂ）を有する第２エンジン（１１Ｂ）と、
   前記第１、第２クランクシャフト（１２Ａ，１２Ｂ）の駆動力を統合して出力可能な遊星歯車機構（１４）と、
   前記遊星歯車機構（１４）が出力する駆動力をトランスミッション（２５）に伝達する駆動力伝達クラッチ（２３）と、
   前記駆動力伝達クラッチ（２３）および前記トランスミッション（２５）間に接続された第１モータ・ジェネレータ（２４）と、
   前記第１クランクシャフト（１２Ａ）に接続された第２モータ・ジェネレータ（１３）とを備え、
   前記遊星歯車機構（１４）の第１〜第３要素のうち、第１要素（１５）は前記第１クランクシャフト（１２Ａ）に接続され、第２要素（１６）は前記駆動力伝達クラッチ（２３）に接続され、第３要素（１７）は前記第２クランクシャフト（１２Ｂ）に接続されるとともにワンウェイクラッチ（２２）を介して固定部（２１）に結合可能であることを特徴とするハイブリッド車両用動力装置。
2. 前記第２エンジン（１１Ｂ）は、吸気バルブおよび排気バルブを閉じた状態で気筒休止運転が可能であることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド車両用動力装置。

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