JP2012512081A - ハイブリッドエンジンシステム - Google Patents

Abstract

力学エネルギー蓄積装置および１つまたは複数の内燃エンジンモジュールに、制御可能なカプラーを介してプログラムされた方式で接続される発動機／発電機ユニットを利用する自動車またはその他の負荷で用いるハイブリッドエンジンおよびカップリングシステム。いくつかの実施形態は、様々な動力およびパッケージングデザイン要件を満たす様々な構成を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は内燃エンジンの分野に関するものであり、より詳細には少なくとも２つの原動機モジュールと１つの代替駆動力源を利用するハイブリッド自動車駆動システムに関する。

自動車の動力装置に用いられる従来のハイブリッドエンジンシステムは、発動機／発電機に相互接続された単一のエンジンに依存するものである。そのような組み合わせを用いると著しい燃料効率が達成されるものの、マイレージ効率および排出削減に関しては改善の余地がある。

ハイブリッドシステムの最近の構成は、自動車への動力供給のために発動機／発電機およびトランスミッションと組み合わせた、種々の動力能力を持つ複数のＩＣエンジンも含んでいる。例えば特許文献１には、別々の動力能力を持つＩＣエンジンが、トランスミッションを駆動するために切り替え可能に並列に接続されながら、発動機／発電機は、自動車への動力駆動のアシスト、または発電、のいずれかのための別個のアクスルに別個に接続可能であることが示されている。

「単一のクランクシャフトを具え対向シリンダと対面ピストン（ＯＰＯＣエンジン）を有する内燃エンジン」というタイトルであり、本明細書にその参照をもって組み込まれる特許文献２に記述される２サイクルエンジンは、自動車および定置用の原動機として用いられた場合に、燃料効率と排出量の両方に著しい改善を提供すると論証されてきた。

米国特許第６，７２２，４５８号 米国特許第６，１７０，４４３号

本発明の概念のプラグイン・ハイブリッドシステムは、利用可能な電源からの比較的より高効率な動力伝達ならびに機械面・制御性の簡素化に備えたものである。内燃エンジン（ＩＣＥ）および電気発動機（ＥＭ）がタンデム配置で自動車を駆動する。したがって、自動車に動力を供給するために従来使用されるエンジンと比較して、ＩＣＥのサイズを大いに削減することができる。この削減は、ハイブリッドシステムで用いられるＩＣＥが定常状態の道路荷重に適合するサイズであり、ＥＭが、タンデム配置でＩＣＥを低速走行および過渡状態時に補助するために備えているために可能となる。エンジンサイズを縮小することで、エンジンを、より高い平均熱効率で、かつその理想的な動作領域内で作動させ、それにより燃料効率を増加させる。

本発明の概念は、ＩＣＥドライブを、最大効率のための一次エンジンと、最大出力および加速のための二次エンジンという２つの別個のエンジンモジュールに分割することによってタンデムハイブリッドの概念を拡張する。加えて、ＥＭは、単独で、または必要に応じて一次ＩＣＥの出力と組み合わせて、或いは、一次エンジンと二次エンジン両方と組み合わせて補助動力を提供する低速動力源として用いられる電気スターター発動機／発電機（Ｅ−Ｍ／Ｇ）である。勿論Ｅ−Ｍ／Ｇはバッテリーを再充電するための電気エネルギーを提供するためおよび制動補助のための発電機モードで機能するようにも備える。

開示される実施形態は、期待される走行条件の大部分と、軽い加速から中位の加速をカバーする平均駆動動力を供給するように適正に構成された一次ＩＣＥモジュールを利用する。二次ＩＣＥモジュールは、必要な場合に動力伝達系トルクをブーストするためのより高出力の構成である。

本発明の主題は、必要に応じて別個にタンデムで、また、電気式発動機／発電機との種々の組合せでオンラインにすることができる複数の別個の（一次および二次）原動機エンジンモジュールを利用して、自動車のトランスミッションまたはその他の負荷に駆動動力を供給するハイブリッドエンジン技術にいくつかの改良を提供する。

要求されたアクセルペダルトルク、ペダル加速および惰行走行に基づく、複数のエンジンモジュールと電気発動機での切り替えの制御シナリオが開示される。

回生ブレーキおよびダイレクトブレーキに関する制御シナリオは、ブレーキペダル踏み込み力とその動きに基づく。

本発明の主題は、提供される効率を利用するべく設計された自動車の本来の原動機としても、或いは自動車の従来のトランスミッションを駆動する従来の内燃エンジンの、「差し込み式（ｄｒｏｐ−ｉｎ）代替ハイブリッド動力装置としても同じように適していると見られるため、低コストのコンバージョンを提供する。

本発明の主題を、低ドラッグブレーキ、転がり抵抗が低いタイヤ、および／または惰行走行トランスミッションなどの他の低摩擦技術を有する自動車に組み合わせた場合、全体の燃料効率に著しい向上を実現することができる。

本発明の主題は、開示される実施形態においてＯＰＯＣエンジン技術をハイブリッド動力装置として用いていることで、自動車の燃料効率におけるその他の著しい改良を実現させるが、その理由は以下である：この種のエンジンの軽量さ（従来型エンジンに比べて２５％までの重量削減）、その低プロフィール形状（より良い空気力学的なボディデザインを可能にする）；および、ディーゼル燃料ならびにガソリンおよび低排出量のその他の燃料を燃焼させるその適応性。

所望ならば、発明の主題の概念内で、ＯＰＯＣエンジン技術を他のエンジンまたは原動力源で代替してもよい。例えば、タービン、燃料電池、空気圧モータ（圧縮ガス）油圧ポンプ、独立した２サイクルまたは４サイクルＩＣエンジンまたはそれらの組み合わせ、および蓄電装置に接続された付加的な電気発動機を、初期電気駆動システムを補完するために別個にオンラインにするモジュールとして用いることができる。

本発明の目的は、動力供給モジュール（ｐｏｗｅｒａｂｌｅ ｍｏｄｕｌｅ）とインテグレーターデバイス間での動力伝達のためのカップリングシステムを提供することである。カプラーは、少なくとも２つの動力供給モジュールと選択的に結合可能である。このカプラーは少なくとも２つのレシーバーを備え、各レシーバーは別個に動力供給可能なモジュールの可動素子に連結されている。このインテグレータ少なくとも１つのレシーバーに係合可能であって、その結果カップリングシステムによる総動力伝達出力は、このインテグレータと係合した１つまたは複数のレシーバーを介したインテグレータへの動力入力の合計から得られる。コントローラは、カップリングシステムを通してどの動力供給モジュールをインテグレータと係合させるかを規定する選択された動力プロファイルに従って、１つまたは複数のレシーバーとのインテグレータの係合を切り替える。

本発明の別の目的は、以下を含む自動車のハイブリッドエンジンを提供することである：発動機／発電機ユニット；一次エンジンモジュール；二次エンジンモジュール；力学エネルギー蓄積装置；発動機／発電機ユニットを力学エネルギー蓄積装置に連結するためにアクティブ化される第１の制御可能なカプラー；一次エンジンモジュールを力学エネルギー蓄積装置に連結するためにアクティブ化される第２の制御可能なカプラー；二次エンジンモジュールを力学エネルギー蓄積装置に連結するためにアクティブ化される第３の制御可能なカプラー；力学蓄積装置から荷重へと回転トルク力を提供するために力学蓄積装置に接続可能なパワーテイクオフ；パワーテイクオフを介して力学エネルギー蓄積装置を荷重へと接続するためにアクティブ化する第４の制御可能なカプラー；および自動車の作動中にカプラーをアクティブ化または非アクティブ化するための種々の所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラ。

本発明のさらなる目的は、複数の入力パラメータに従ってその作動決定プロファイルを変化させるようにプログラム可能なハイブリッドエンジンシステムを提供することである。外気温度、酸素レベル、空気量測定値、高度、自動車内の荷重の重さ、自動車の速度、エンジンモジュールの温度、エンジンモジュールの速度、フライホイールの速度、フライホイールの温度、道路状況（上り坂、下り坂、平坦、でこぼこ、平滑、等）、燃料エネルギー特性、運転者による高燃費または高性能の選択およびバッテリー充電、などのパラメータを、これらの作動決定のために用いることができる。また、高度の変化、道路状況または道路の特徴を予期するために、コントローラはＧＰＳまたはセルタワー三角測量の位置情報を利用してもよい。同じ場所を走行する他の自動車の経験からの自動車アップリンクの一環として収集されたデータはコントローラによって蓄積されて、自動車がその場所に差し掛かったときに、制御対象の自動車におけるシステムの最善かつ最も高効率の動作を決定するために考慮されることができる。データ通信網内の周囲の自動車から付加的なデータが収集されて、そのような自動車の経験から、コントローラがその場所における現在の状況に対する最も効果的な制御プロファイルを知ることを可能とすることもできる。

開示される実施形態のマルチモード手法は、冗長性により「縮小運転（Ｌｉｍｐ Ｈｏｍｅ）」モード動作を見込んでいる。実施形態の多くにおける、２つの対称エンジン間の中心パワーテイクオフは、共通の力学蓄積装置（インテグレータ）に動力を供給するために用いられ、他方のエンジンが故障したときに単一のエンジンで走行する能力を提供する。

力学蓄積装置に接続可能な開示される実施形態におけるＥ−Ｍ／Ｇの位置は、様々な状況における全電動自動車（ＥＶ）動作を見込んでいる。全ＥＶ状況の例としては以下がある：
渋滞（Ｓｔｏｐ ａｎｄ ｇｏ ｔｒａｆｆｉｃ）
後退または遅い前進速度；および
ゼロ排出量動作（特定の場所またはコミュニティーにおいて義務付けられている）

開示される実施形態は、自動車を駆動するために使用されるトランスミッションとの、力学エネルギー蓄積装置の結合または脱結合における融通性故に、自動車の外部で電力を供給するスタンドアローンの発電機としても機能する。エンジン（複数を含む）およびＥ−Ｍ／Ｇは、力学エネルギー蓄積装置に選択的に結合されることができる一方、力学エネルギー蓄積装置はトランスミッションドライブから脱結合されて、Ｅ−Ｍ／Ｇの公称出力を供給することができる携帯式発電装置を形成することができる。

動力伝達機構管理制御システムは複数のセンサを利用してカプラー機構を作動させて、カプラーに使用されるそれぞれのクラッチを係合および脱係合するため、本発明概念では閉ループクランクシャフト位相合わせ制御も実行可能である。制御システムは、クラッチの磨耗による変化を補償、または湿度／温度による摩擦係数の変化を補償する「スマート」適応制御を含む。各エンジンに３つ、また、力学エネルギー蓄積装置（フライホイール）に１つの高精度速度センサが含まれていて、２つのエンジンモジュールの正確な同期化に必要な情報を提供する。この情報により、適応制御システムを、両エンジンがタンデム配置で稼動しているときに、いくつかのエンジンサイクル中で第２のエンジンを一次エンジンの５度以内に位相合わせすることを可能にする。

いくつかの開示される実施形態に記述されるＥ−Ｍ／Ｇの統合位置に加えて、電機発動機／発電機は動力伝達機構軸のうち１つに直接配置されることもでき、または、遠隔に取り付けられて、ベルト、鎖またはギヤドライブなどの従来の動力伝達手段を介して結合されることもできる。

発明の主題の第１の実施形態の模式図である。 ハイブリッド用に構成された一対のＯＰＯＣエンジンモジュールのクランクシャフトを介した、図３の切断線２−２に沿ってとられた図１の第１の実施形態の断面図である。 本発明の第１の実施形態の斜視図である。 図３に示された本発明の第１の実施形態の正面図である。 本発明の一実施形態での使用向けに構成された内部構成要素を示す、一対のＯＰＯＣエンジンモジュールの切開斜視図である。 発明の主題の第２の実施形態の断面図である。 発明の主題の第３の実施形態の断面図である。 発明の主題の第４の実施形態の断面図である。 発明の主題の第５の実施形態の断面図である。 発明の主題の第６の実施形態のモード１の断面図である。 発明の主題の第６の実施形態のモード１の斜視断面図である。 発明の主題の第７の実施形態の概念図である。 惰行走行時および加速時のアクセルペダルシナリオに基づく動作制御の一例を示すプロット図である。 惰行走行時、減速時および制動時のブレーキペダルシナリオに基づく動作制御の一例を示すプロット図である。 バッテリーが７０％以上の充電時の種々の動作モードの表である。 バッテリーが３０％以下の充電時の種々の動作モードの表である。 本発明の動作の制御プロセスの簡易流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。 本発明の動作を制御するために用いられるプロセスのより詳細な流れ図である。

上記に要約された本発明の主題はいくつかのタイプの内燃エンジンに適用可能であるが、本明細書では、上記に引用した米国特許第６，１７０，４４３号に示すような２サイクルＯＰＯＣエンジンモジュールで実施されたものとして例示する。

図１は、一次ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュール１１、二次ＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュール１２、電動スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇ１３、および力学エネルギー質量蓄積装置（フライホイール）１７を介して自動車トランスミッション負荷１８に種々の組み合わせの駆動トルクを提供するレシーバーを有するいくつかの電動制御カップリング１４、１５および１６を含む本発明の第１の実施形態１０を示す。

本明細書において示され説明される各実施形態において、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇと力学蓄積装置は、個別に機能する素子として表される。しかし、この２つの素子は、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇが発動機または発電機として機能するべくコントローラによって付勢され、作動するためにはフライホイールと電気的に結合するという点において相互に作用する。それは、本明細書に示す実施形態が、スターター発動機／発電機に通常存在する回転永久磁石によって提供される質量を、フライホイール質量に組み込むことによって利用するからである。したがって、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇが発動機または発電機として機能するべく付勢されていない場合、その永久磁石はもはやそこに機能的には含まれないが、依然としてフライホイール質量の一部を形成する。エンジニアリング条件が、本明細書に示すものよりも効率が低い設計を要求する場合は、全てのスターター発動機／発電機素子が力学蓄積装置とは別個である実施形態を構築することも確かに考えられることである。

図１に示す第１の実施形態において、フライホイール１７は、コントローラ２０によって切り替え可能にアクティブ化される電気制御クラッチ１６としてここでは描かれているカップリングＥＣＣ−ＧＡを介して動力伝達駆動軸１９に接続されている。

カップリングＥＣＣ１は、コントローラ２０によってアクティブ化されて、フライホイール１７と一次エンジンモジュール１１から延出するクランクシャフトＣＳ１の間のトルク連結を提供する電気制御クラッチ１５として描かれている。カップリングＥＣＣ２は、コントローラ２０によってアクティブ化されて、クランクシャフトＣＳ１と二次エンジンモジュール１２から延出するクランクシャフトＣＳ２の間のトルク連結を提供する電気制御クラッチ１４として描かれている。別法として、ＥＣＣ２は制御式油圧によって閉じられる油圧クラッチとすることもできる。

ＯＰＯＣエンジンモジュールの対向シリンダのピストンは１８０°位相を外れて動作するため、第２のＯＰＯＣエンジンモジュールは第１のＯＰＯＣに対して９０°分位相を外れて動作するようにタイミング合わせされることができる。そのようなタイミングが、円滑に平衡された動作のモジュール組み合わせを提供する。一次エンジンモジュールと二次エンジンモジュール両方が作動することが望まれる場合、ＥＣＣ１に加えてクラッチＥＣＣ２がアクティブ化される。ＥＣＣ２は最初にアクティブ化してから、２つのエンジンモジュールの位相角が９０°になるまでスリップする。その位相角になるとクラッチＥＣＣ２は閉じてクランクシャフトＣＳ１とＣＳ２を係合し、一次エンジンと二次エンジンがタンデム配置で動作するとともに円滑に平衡した動作を維持する位相合わせした関係で動作するようにする。

スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇはステータとして機能する定置型電磁および電気的励磁可能コイル２１を含む。この実施形態およびその他の開示される実施形態におけるスターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇの永久磁石２２は、フライホイールによって担持されてロータとして機能する。スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは、回転式フライホイール１７上の永久磁石（ロータ）２２に、コントローラ２０の方向で電気的に結合されている。発動機モードにおいて、コントローラ２０は、車載の電気エネルギー源（バッテリー、コンデンサ、燃料電池またはその他の許容できる電荷蓄積装置）から、Ｅ−Ｍ／Ｇの定置（ステータ）コイル２１を介して電流が流れるように切り替えて、フライホイール１７上の永久磁石２２に誘導された回転駆動力を提供するようにする。発電機モードにおいて、コントローラ２０は、フライホイール１７と共に回転している永久磁石（ロータ）２２によって定置（ステータ）コイル２１に誘導された電流を、車載電気エネルギー源に逆流するように逆に切り替えて、再充電または回生制動を提供する。

こうして、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇのステータコイル２１が、電源から通電されてフライホイール１７を駆動するようにコントローラ２０によって切り替えられる場合、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇはフライホイール１７と相互作用し、または、フライホイール１７が他の電源によって駆動される場合はフライホイール１７から電源へと電気再充電動力を戻す。

電気的にアクティブ化したクラッチＥＣＣ−ＧＡは、コントローラ２０によって通電されて、フライホイール１７と、トランスミッション１８に接続された駆動軸１９上のクラッチ１６の間の係合を提供する。

図２、図３および図４では、一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１と二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２がスターター発動機／発電機ユニットＥ−Ｍ／Ｇに物理的に組み付けられた本発明の第１の実施形態が示されている。図３の切断線２−２に沿ってとられた図２の断面図に示すように、クランクシャフトＣＳ１とＣＳ２は両方とも、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇと同様に回転中心軸Ｘに沿って配置されている。クランクシャフトＣＳ２の一端に、アクセサリ駆動テイクオフが配設されている。クランクシャフトＣＳ２の他端にＥＣＣ２クラッチが配設されて、エンジンモジュールＯＰＯＣ２のクランクシャフトＣＳ１とのカップリングを提供する。第１の実施形態のこれらの図面で、本発明概念のコンパクトで統合された性質が理解されることができる。

図５は、図２、図３および図４に示した実施形態の切開図であり、一次および二次ＯＰＯＣ ＩＣＥモジュールの主要内部可動素子ならびにＥＣＣ２クラッチの物理的位置を示すものである。ＯＰＯＣエンジンがどのように作動するかの詳細については、上記に参照した米国特許第６，１７０，４４３号に充分に説明されているため、ここでは記述しない。

図５に示すように、一次ＯＰＯＣ１エンジンモジュールの左シリンダＣＹＬ−１Ｌと右シリンダＣＹＬ−１Ｒはそれぞれ一対の内側ピストンと外側ピストンを含む。ＯＰＯＣ１モジュールの左シリンダＣＹＬ−１において、左外側ピストンＰＬＯ−１は左内側ピストンＰＬＩ−１と対向している。同様ではあるが１８０°対向した位相で、ＯＰＯＣ１モジュールの右シリンダＣＹＬ−１Ｒ、右外側ピストンＰＲＯ−１は右内側ピストンＰＲＬ−１と対向している。この図において、ＯＰＯＣ１のピストンは上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の間の中間位相位置に示されている。内側ピストンのプッシュロッドと外側ピストンのプルロッドを介して、対向して線状に可動なピストンはクランクシャフトＣＳ１の回転を引き起こすエネルギーを提供する。

二次ＯＰＯＣ２エンジンモジュールに関しては、左シリンダＣＹＬ−２Ｌは、左内側ピストンＰＬＩ−２に対向する左外側ピストンＰＬＯ−２を含む。同様ではあるが１８０°対向する位相で、右シリンダＣＹＬ−２Ｒは、右内側ピストンＰＲＬ−２に対向する右外側ピストンＰＲＯ−２を含む。この図において、ＯＰＯＣ２モジュールのピストンはＴＤＣ（右）およびＢＤＣ（左）位置に示されている。これは、上記に説明したＯＰＯＣ１モジュールとＯＰＯＣ２モジュールの９０°の位相差を示している。

図６は、本発明概念の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態において、動力を伝達するカップリングシステム１００は一次ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールと二次ＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュールの間に物理的に配置されている。スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは、ステータ１０４に搭載されたその定置コイル１０５と回転式フライホイール１１０に搭載された永久ロータ磁石１１３の間に電磁カプラーを有するようにも構成されている。カップリングシステム１００は複数の動力供給モジュールの間に動力伝達を提供する。この場合、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇ１０４、一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１および二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２は動力供給モジュールであり、それぞれ、フライホイール１１０上の永久ロータ磁石１１３、クランクシャフトＣＳ１およびクランクシャフトＣＳ２の形の可動素子を有して示されている。可動素子それぞれは共通軸Ｘの周りで回転するように構成されている。クランクシャフトＣＳ１およびＣＳ２は、ＣＳ２の端部のボア１３５内部のＣＳ１の円筒形延長部１３９を介して共支されている。この共支には、２つのクランクシャフトの軸方向の整合を維持しながら両者間の摩擦が最低となることを保証するために軸受および／または軸筒が適切に配設されている。

フライホイール１１０も共通軸Ｘの周りで回転するように搭載されて、力学エネルギー蓄積装置として、並びに、入力された動力を合計して動力出力への伝達を提供するインテグレータとして機能する。スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは、フライホイール１１０に搭載された回転式永久ロータ磁石１１３に電磁的に連結された定置ステータコイル１０５の形の第１のレシーバーを含む。一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１のクランクシャフトＣＳ１は、クランクシャフトＣＳ１と共に回転するべく、また、ＣＳ１上でスプライン１３１に沿って軸方向に摺動するように駆動されるべくスプライン１３１に搭載された可動クラッチ素子１２５の形の第２のレシーバーに連結されている。クラッチ素子１２５は、ＥＣＣ１信号に応答してフライホイール１１０の対応する面１０８と係合するクラッチ面１２７を含む。二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２のクランクシャフトＣＳ２は、クランクシャフトＣＳ２と共に回転するべく、また、ＣＳ２上でスプライン１２１に沿って軸方向に摺動するように駆動されるべくスプライン１２１に搭載された可動クラッチ素子１１５の形の第３のレシーバーに連結されている。クラッチ素子１１５は、ＥＣＣ２信号に応答してフライホイール１１０の対応する面１０７と係合するクラッチ面１１７を含む。フライホイール１１０からの出力の伝達は、フライホイール１１０を係合して、フライホイール１１０をギア、ベルト、チェーンまたはその他のトルク伝達リンケージ１１３を介してトランスミッション１６０に接続するＥＣＣ−ＧＡ信号制御クラッチ１３０の形の駆動可能なカプラー素子によって起こる。クラッチ１３０は、クランクシャフトＣＳ１に対する摩擦のない回転を見込みながら支持を提供する軸受１３４を介してクランクシャフトＣＳ１に搭載されている。クラッチ１３０は、フライホイール１１０の対応する径方向の平坦面１０６と係合する径方向の平坦なクラッチ面１３６を含む。どの動力供給モジュールを係合させるかを規定する選択された動力プロファイルに従ってフライホイールインテグレータを１つまたは複数のレシーバーと係合させるＥＣＣ−ＧＡ切替信号を提供するプログラム可能なコントローラ１０１によって、切替制御信号が提供される。コントローラ１０１は、予めプログラムされたパラメータに従って、カプラーレシーバーを駆動またはアクティブ化する電気信号または油圧を提供するように動作する任意の適切なプログラム可能なデバイスとすることができる。

図６において、フライホイール１１０は、その回転軸に沿って直径方向にとられた回旋状の断面を有する中央の開いた円盤として示されている。外周面１１９を持つ円筒形アクスル部１０９が、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇのステータ１０４の内側環状面の間に配置された軸受１１２上で支えられ自在に回転するために取り付けられている。フライホイール１１０は、軸に向けて外側に円錐状に延出する係合可能な傾斜円柱面１０７および１０８を形成するアクスル１０９からのウェブ延長部１１１を含む。フライホイール１１０の外縁１１４は径方向部位１１６によってアクスル１０９に接合され、その下側に取り付けられた永久ロータ磁石１１３を有する。

図７は、本発明概念の第３の実施形態を示す。第３の実施形態において、動力伝達のためのカップリングシステム２００は、一次ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールと二次ＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュールの間に物理的に配置されている。スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは、ステータ２０４に搭載されたその定置コイル２０５とインテグレータフライホイール２１０内に物理的に配置された永久ロータ磁石２１３の間に電磁カプラーを有するようにも構成されている。カップリングシステム２００は複数の動力供給モジュールの間に動力伝達を提供する。この場合、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇ、一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１および二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２は動力供給モジュールであり、それぞれロータ磁石２１３、クランクシャフト（ＣＳ１）２４０およびクランクシャフト（ＣＳ２）２４２の形の可動素子を有して示されている。可動素子それぞれは共通軸Ｘの周りで回転するように構成されている。

フライホイール２１０も共通軸Ｘの周りで回転するように搭載されて、力学エネルギー蓄積装置として、並びに、入力された動力を合計して動力出力への伝達を提供するインテグレータとして機能する。スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは、回転式永久ロータ磁石２１３に電磁的に連結された定置コイル２０５の形のレシーバーを含む。一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１のＣＳ１クランクシャフト２４０は、ＣＣＳ１クランクシャフト２４０と共に回転するべく、また、ＣＳ１クランクシャフト２４０上でスプライン２１９に沿って軸方向に摺動するように駆動されるべくスプライン２１９に搭載された可動クラッチ素子２２５の形の第１のレシーバーに連結されている。クラッチ素子２２５は、ＥＣＣ１信号に応答してフライホイール２１０の対応する面２０８と係合するクラッチ面２２７を含む。二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２のＣＳ２クランクシャフト２４２は、ＣＳ２クランクシャフト２４２と共に回転するべく、また、ＣＳ２クランクシャフト２４２上でスプライン２２１に沿って軸方向に摺動するように駆動されるべくスプライン２２１に搭載された可動クラッチ素子２１５の形のレシーバーに連結されている。クラッチ素子２１５は、ＥＣＣ２信号に応答してフライホイール２１０の対応する面２０７と係合するクラッチ面２１７を含む。フライホイール２１０からの出力の伝達は、フライホイール２１０を係合して、フライホイール２１０をギア、ベルト、チェーンまたはその他のトルク伝達リンケージ２３３を介してトランスミッション２６０に接続するＥＣＣ−ＧＡ信号制御クラッチ２３０の形の駆動可能なカプラー素子によって起こる。クラッチ２３０は、クランクシャフト２４０に対する摩擦のない回転を見込みながら支持を提供する軸受２３４を介してＣＳ１クランクシャフト２４０に搭載されている。クラッチ２３０は、フライホイール２１０の対応する平坦面２０６と係合する平坦なクラッチ面２３６を含む。どの動力供給モジュールを係合させるかを規定する選択された動力プロファイルに従ってインテグレータを１つまたは複数のレシーバーと係合させるＥＣＣ−ＧＡ切替信号を提供するプログラム可能なコントローラ２０１によって切替制御信号が提供される。

図７において、フライホイール２１０は、その回転軸に沿って直径方向にとられた回旋状の断面を持つ、中央アクスルシャフトを有する円盤として示されている。中央アクスルは、その平衡した中心から延出する対称な円柱軸部位２１４および２１６を有する。アクスルシャフト部位２１４および２１６は、それぞれＣＳ１クランクシャフト２４０およびＣＳ２クランクシャフト２４２におけるボア２４１および２４３内の軸受２４４および２１２内で自在に回転するために搭載されている。フライホイール２１０は、外側に円錐状に演出する係合可能な傾斜円柱面２０７および２０８を形成するアクスルからの径方向のウェブ延長部２０９を含む。フライホイール２１０の外縁２１４は径方向部位２１６によって延長部２０９に接合され、その下側に取り付けられた永久ロータ磁石２１３を有する。

第３の実施形態の、第２の実施形態からの主な違いは、一次および二次エンジンモジュールの軸方向に整列したクランクシャフトに対するフライホイールの構成と取り付けである。

図８に第４の実施形態が示され、それはエンジンモジュールハウジング上に環状軸受軌道支持体を設けたことによりカプラーシステム３００の、よりコンパクトな構成を可能にする。この場合、環状軸受支持体３２０は一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１上に配設される。環状軸受支持体３２０は、軸受３１２とフライホイール３１０のハブ３１４を支持するアクスルとして働く。環状ハブ３１４は、軸受支持体３２０上に取り付けるため、また、フライホイール３１０の外縁３１５のほうにより大きな質量を集中させるために比較的大きな直径を持たせてフライホイール３１０に形成されている。パワーテイクオフドラム３３４を軸受３２２上に回転可能に取り付けるために、二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２上に第２の環状軸受支持体３１８が配設されている。テイクオフドラム３３４は、クラッチレシーバー３３０の軸方向移動を可能とするための複数のスプライン３３５を含む。テイクオフドラム３３４はＥＣＣ−ＧＡ信号制御クラッチレシーバー３３０と関連付けられ、両素子はインテグレータフライホイール３１０に係合されると共に回転する。第３の環状軸受支持体３２１が、一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１上に形成され、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇ３０４のステータとして働く。この実施形態は、スターター発動機／発電機機能のステータ部分を一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１のハウジングに組み込む。第２の実施形態のようにクランクシャフト３４０および３４２は入れ子状態であるが、スターター発動機をエンジンモジュールのハウジングに組み込んでいるため、エンジン間の距離並びに各クランクシャフトの長さを縮小することができる。

図９に第５の実施形態が示され、カップリングシステム４００のもう１つのコンパクトな構成を提供している。この第５の実施形態において、フライホイール４１０は一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１と二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２のハウジングからそれぞれ延出する二つの環状軸受支持体４１８および４２０上で自由回転するように搭載されている。第４の実施形態と同様に、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇ４０４のステータ４０８はエンジンモジュールハウジングに組み込まれて、よりコンパクトなパッケージを可能にしている。加えて、ＥＣＣ−ＧＡ信号制御カップリングクラッチ４３０はトランスミッションと遠隔に配置されている。この構成は、エンジン室の容量と寸法が他の実施形態を見込めない場合に望ましいであろう。

図１０および図１１に本発明概念の第６の実施形態が示されている。この第６の実施形態において、フライホイールは外縁に向けて演出する大面積の円盤を持って中心軸Ｘ上に自由回転するように搭載されている。ＥＣＣ１およびＥＣＣ２信号クラッチ面もまた、作動時にフライホイールへの確実な付着を提供するために大きくなっている。それぞれのクラッチと作用して、クラッチが非アクティブ化されたときにエンジンドラッグが残ることがないようにする油圧レリーズ軸受が示されている。

図１２に第７の実施形態が示され、主要素子が表されている。一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１は、二次エンジンモジュールＯＰＯＣ２の同様の素子と軸方向に並んだテイクオフシャフト５０７を有するクランクシャフト５０５を持つ。第１のクラッチ素子５０８／５０９は、クラッチ板５１０と係合可能であって、その結果一次ＯＰＯＣ１をテイクオフドラム５１１およびベルトドライブ５１２を介して、トランスミッション５０４と係合可能なフライホイール５０６へと接続する。ＯＰＯＣ２は、テイクオフシャフト５２７を有するクランクシャフト５２５を有する。第２のクラッチ素子５２８／５２９は、二次ＯＰＯＣを一次ＯＰＯＣモジュールとタンデムに接続するクラッチ板５１０と係合可能である。スターター発動機／発電機５０３はエンジンモジュールカップリングから遠隔に配置されているが、それでもベルトドライブ５１３およびベルトドライブ内の係合可能な第３のクラッチを介してフライホイール５０６に結合される。

本発明の実施形態の以下の記述は「アクセルペダル」を速度制御インターエース装置として言及するが、同じ機能を提供するために、ジョイスティック、トラックボール、ハンドレバー、ハンドグリップ、航行制御システム、タッチスクリーンおよび自動制動システムなどの他の速度インターフェースを用いてもよいことが理解される。

作動時、実施形態は、信頼性が高く、応答性がよく効率良い性能を保証するために、所定の組のパラメータ（またはプロファイル）に従うように制御される。図１３のプロット図は、自動車惰行走行時および様々な度合いの速度および加速要求時の、発明の主題のアクティブ化プロファイルの一般的シナリオを示す。下方の階段状のプロットは、ブレーキポイントＡおよびＢにおいて３レンジに分かれたスロットルアクティブ化である。（もちろん、使用するブレーキポイントの数を前後させて作動プロファイルをプログラミングすることもできる。この説明は、関連する原理の一例である。）この場合では、踏み込みが、静止位置からの角度として測定されて速度要求信号が生成される速度要求制御装置としての典型的な足踏みアクセルペダルを基に動作が例示される。アクセルペダルの踏み込みがない場合（ＧＰ０）、ＯＰＯＣ ＩＣＥモジュールは一切係合されず稼働もしない。また、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは電気的に係合していないので、そこからのドラッグも要求されることはない。しかし、フライホイールはＥＣＣ−ＧＡ信号制御カップリングを介してトランスミッションに係合される。アクセルペダルが踏み込みなしのＧＰ０位置に戻されたときの、フライホイールに存在した残存運動慣性および自動車の質量慣性は、ＥＣＣ−ＧＡ信号制御カップリングを介してトランスミッション負荷に供給される。（しかし、燃料効率を増加させるためには、ＧＰ０に踏み込みがある場合、駆動輪（複数を含む）から脱係合して駆動輪を自由回転させるグライドタイプのトランスミッションを採用することもできる。）アクセルペダルが、ＧＰ１レンジ内の低角度および低力の範囲で踏み込まれると、バッテリー電圧からの駆動発動機が、トランスミッション負荷にＥＣＣ−ＧＡ信号制御カップリングを介して駆動力を提供する所定の速度までフライホイールをスピンアップさせるにつれて、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは通電される。アクセルペダルがさらにＧＰ２レンジ内の角度および力の範囲で係合すると、ＥＣＣ１カップリングを閉鎖位置にアクティブ化することによって一次エンジンモジュール０Ｐ０Ｃ１が始動する。フライホイールから利用可能なエネルギーがＯＰＯＣ１クランクシャフトＣＳ１にトルクをかけ、ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールを始動させる。その後、一次ＯＰＯＣ１が係合されている間、フライホイールとトランスミッション負荷に動力を提供する。

ＧＰ２レンジになってＥＣＣ１信号制御カップリングが閉じる度に、フライホイールとトランスミッション負荷に合成駆動力を提供するためにスターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇと一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１をタンデムで併用してもよいし、または、ＯＰＯＣ１を単独で用いてもよい。比較的低い動力能力を持つ一次ＯＰＯＣ１ＩＣＥモジュール、または、コールドスタートをすることになった場合に過渡的に補助動力を必要とする特性を持つ一次ＯＰＯＣ１ＩＣＥモジュールが使用された場合、少なくとも限定された期間、Ｅ−Ｍ／Ｇを係合させてＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールとタンデムで補助動力を提供してもよい。他方、比較的高い動力能力を持つか、または事前使用により温まっている一次ＯＰＯＣ１エンジンモジュールを用いた場合、補助動力のためのスターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇは必要でないので、コントローラによって切り替えられて発電機として機能し、電源へ再充電電流を戻すか、または、完全に脱係合されてオフラインのままでいることができる。Ｅ−Ｍ／Ｇが発電機として機能するかオフラインになった状態では、一次ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールは自動車への駆動力の唯一の源である。電気発動機によるタンデムアシストと、ＧＰ２レンジ中の再充電の何らかの組み合わせを規定して、それをコントローラにプログラムしておくような他の設計考察も可能である。

運転者が高角度のＧＰ３レンジ内の比較的高い力をアクセルペダルにかけることによって自動車を加速させることを望む場合、ＥＣＣ２信号制御カップリングもＥＣＣ１信号制御カップリングとともに係合させ、二次ＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュールが、そのクランクシャフトＣＳ２によってかかったトルクによって始動する。次にＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュールは、既に通電している一次ＯＰＯＣ１ ＩＣＥモジュールにその動力貢献を加算する。最大動力が要求される場合、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇもタンデムで接続されてシステムにその動力を加算する。または、ＧＰ３レンジにおいて、一次ＩＣＥモジュールと二次ＩＣＥモジュールを単一のエンジンとして両方稼働させた状態で、スターター発動機／発電機Ｅ−Ｍ／Ｇを発電機として稼働させてバッテリーを充電する。この状態は、ＥＣＣ２信号制御カップリングを開放させて、ＯＰＯＣ２ ＩＣＥモジュールを脱係合し停止させるようにアクセルペダル力が調整されるまで続く。

図１４のプロット図は、自動車惰行走行時および制動時の発明の主題の作動プロファイルの一般的シナリオを示す。本発明の実施形態の以下の記述は「ブレーキペダル」を制動または減速制御インターフェース装置として言及するが、同じ機能を提供するために、ジョイスティック、トラックボール、ハンドレバー、ハンドグリップ、航行制御システム、タッチスクリーンおよび自動制動システムなどの他の制動または減速インターフェースを用いてもよいことが理解される。

このシナリオの例では、制動の取り組みは２つのレンジに分かれている。自動車が惰行走行中でブレーキペダルにブレーキ圧がかかっていない場合（ＢＰ０）、一次ＩＣＥモジュールと二次ＩＣＥモジュールの両方が脱係合されて停止しており、自動車は惰行走行中で、自動車の質量慣性および、フライホイールの慣性かまたはグライドタイプのトランスミッションが採用されている場合には自由回転のいずれかによって惰行走行している。ブレーキペダルに比較的低い力がかかっている第１の低レンジ（ＢＰ１）において、Ｅ−Ｍ／Ｇを、バッテリーに再充電するために接続された発電機として使用することによって電気的「回生」制動のみが発生する。この回生制動は、トランスミッション駆動系を介してかかり、自動車を減速させる。ブレーキペダルに高位レンジ（ＢＰ２）の増加した力をかけることによってより即時の制動を求めた場合、自動車の車輪に直接連結された機械式／油圧式ブレーキと、駆動系にかかる回生ブレーキの両方がかかる。もちろん、電気駆動式のブレーキが利用可能で一般使用や応用に受け入れられるようになってきたため、そのような他のタイプのブレーキで、機械式／油圧式ブレーキを置き換えることもできる。機械式ブレーキが単独で使用されて、回生ブレーキはバッテリーの充電のためのみに使用される場合、ＢＰ２レンジの変更例を他のシナリオで使用することができる。

図１３および図１４のグラフに示されたブレーキポイントＡ、ＢおよびＣは両方向矢印で表されており、それらが、外気温度、空気量測定値、酸素レベル、高度、自動車内の荷重の重さ、自動車の速度、エンジンモジュールの温度、エンジンモジュールの速度、フライホイールの速度、フライホイールの温度、道路状況（上り坂、下り坂、平坦、でこぼこ、平滑、等）、燃料エネルギー特性、運転者による高燃費または高性能の選択およびバッテリー充電、などを含むがそれらに限定されない様々なパラメータに応じてプログラムされることができることを示す。

図面１５および１６は、バッテリー充電状態が最大または最小のいずれかの動作閾値レベルである場合の特定の条件時に、様々に制御された素子のうちいずれが係合されるかまたは脱係合されるかを示す２つの例示的マトリクスを提供する。図１５のマトリクスは、バッテリーがその容量の少なくとも７５％までほぼフルに近く充電されている場合の制御シナリオを提供する。図１６のマトリクスは、バッテリーがその容量の約３０％以下のレベルまで充電されている場合の制御シナリオを提供する。この２つのシナリオの主な違いは、バッテリー充電量が低い場合、フライホイールが、Ｅ−Ｍ／Ｇによってプレエンジンスタート中に約１０００ｒｐｍまでスピンアップされることであり、続くスタートフェーズ中に一次エンジンモジュールＯＰＯＣ１が起動されて、そのオンの状態を、バッテリー充電量の増加や低加速要求などの条件により切断が許されるまで保つ。先行段落で図１３と図１４に関して説明されたブレーキポイントＡ、ＢおよびＣに関して、これらのマトリクスで選択された３０％から７５％の間のレベルにバッテリーが充電された場合、設計変更の余地がある。

図１７は本発明の実施形態の動作を周期的に制御するために使用される第１のアルゴリズムの流れ図である。この流れ図は、アクセルペダルアクセルレータが低〜中間モードにあるときに使用されるエコノミー制御モードの制御ロジックを示す。アクセルペダル角加速度が所定の臨界レベルよりも大きかった場合、制御システムはキックダウンモードに入る。最大出力が要求される場合、「スポーツ」モードを設けてもよい。

図１７の流れ図をより良く理解するために、そこで用いられている符号を以下に定義する。

イグニッションスイッチ「キー」がオンにされると、図１７の手順は始動ルーチンに入って、バッテリーの充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）に基づきどのカップリングを係合させるかを決定する。例えば温度またはエンジン冷却液および大気などのその他の因子を、付加的な因子として使用することができる。しかし、この例に関しては、充電の状態のみが考慮される。これは反復ルーチンであって、システムの稼動中ずっと所定のサイクルレートで周期的に繰り返されるものであり、最初の始動時に限定されるものではない。

始めに、ＳＯＣが測定されてその充電閾値レベルが決定される。この例では、第４の閾値レベルレンジを用いて、Ｅ−Ｍ／Ｇを係合させて発動機として動力を提供させてＳＯＣを「減少」状態にさせるか、Ｅ−Ｍ／Ｇを脱係合してＳＯＣを「一定」状態にさせるか、またはＥ−Ｍ／Ｇを発電機Ｅ−Ｇとして構成してＳＯＣを「増加」にさせるか、を行なうためにカップリングをアクティブ化するか非アクティブ化するかを決定する。ＳＯＣが１５％以下と決定される最も厳しい条件において、システムは「注意して再充電する」モードに入り、そのモードではバッテリーの緩やかな充電が起こる。この注意して充電するモードは、通常は定電流と定電圧と考えられるが、バッテリーのアンペア時定格容量の等倍である電流速度で行なわれる。

このＳＯＣの決定はプロセスにおける第１のフィルタである。次に、アクセルペダル（ＧＰ）とブレーキペダル（ＢＰ）のポジションに基づき規定動力要求が決定される。（この流れ図において、アクセルペダルとブレーキペダルのポジションの設定は、図１３に例示したものとは異なる。）ここで、ＧＰ３、ＧＯＰ２ｂ、ＧＰ２ａ、ＧＰ１およびＧＰ０はアクセルペダルの動力要求設定の全レンジのうちのサブレンジである。同様に、ＢＰ０、ＢＰ１およびＢＰ２はブレーキペダルのブレーキ力要求設定の動力サブレンジとして表される。これらは、表Ｂに規定されるモジュールが互いに結合したときに実行される。図１７の流れ図から、ＳＯＣが高く、９０％を越えていると決定されると、種々の切り替え点の規定の範囲は、ＳＯＣが３０％から９０％の間のミッドレンジであると決定された場合よりも範囲として広くなることがわかる。これは、ＳＯＣが高い場合バッテリーを充電する必要がないからである。しかし、ミッドレンジにおいては、システムの要求が高い（ＧＰ３およびＧＰ２ｂ）場合を除いて充電の必要があり得る。この場合、フィルタリングプロセスは先ず最高の要求を探し、最低要求へと繰り下がっていく。第２のフィルタリングの後で、どのカップリングに通電するかの決定、すなわちどの動力モジュールをアクティブ化して自動車に給電するかの決定がなされる。

図１８Ａ−１８Ｑは図１７で示したステップと類似して見える、単一の詳細な流れ図を構成するが、ＳＯＣのみに基づいているわけではなく、プログラムの前回の反復後に存在したカップリングの設定に基づいた、システムの強化した制御を提供する。図１８Ａ−１８Ｑの流れ図は、個々のページで連続して表現するために、図１７に対して直角なレイアウトになっている。図１８Ａからわかるように、第１のフィルタリングは、図１７でも示したように、ＳＯＣが決定される上側水平線に沿って実行される。図面の個々のシートがどのようなレイアウトになっているかを掴むために、ＳＯＣが９０％以上であると決定された図１８Ａでなされたような各ＳＯＣフィルタリングの決定に続いて、図１８Ｂ〜図１８Ｅの第２のフィルタリング決定がなされる。したがって、ＳＯＣ≧９０％の場合は図１８Ａ〜図１８Ｅでフィルタリングがカバーされる。３０％≦ＳＯＣ≦９０％の場合は図１８Ｆ〜図１８Ｌでフィルタリングがカバーされる。１５％＜ＳＯＣ≦３０％の場合は、図１８Ｍ〜図１８Ｑでフィルタリングがカバーされる。

図１８Ａ〜１８Ｑにおいて、各ＳＯＣフィルタリング決定に対し、アクセルペダルとブレーキペダルの現在の位置を見て現在望ましい動力設定を決定する第２のフィルタリングステップが存在する。図１７の流れ図と違って、第２のフィルタリングの後では、プログラムの前回のサイクル反復時において直前のカップリング設定はどうであったかを振り返る第３のフィルタリング（ステップ１〜３と表記されている）が存在する。ステップ１の決定に基づき、一次エンジン、二次エンジンまたはＥ／Ｍをシステムに係合させるカップリングのいずれかの設定を変更するべきか否かの決定がステップ２でなされる。

例えば図１８Ａにおいて第１のフィルタは、ＳＯＣが９０％以上と決定されたときにとるべきステップを示している。この場合、アクセルペダルは最大であるＧＰ３サブレンジ内の要求設定であると決定される。ステップ１において、アクセルペダルの以前の設定を比較することによって、種々のカップリングをアクティブ化するか非アクティブ化するかを決定する。以前のサイクルが、アクセルペダルがＧＰ３サブレンジ要求設定にあったと決定した場合、カップリングのアクティブ化に関して変更はない。全てのカップリングがアクティブ化を保ってフライホイールとトランスミッションを係合し、この最大要求を満たすようにする。しかし、以前の設定が、より要求が少ないＧＰ２サブレンジにあり、かつ二次エンジンがオンライン状態でなかった場合（ＥＣＣ２＝０）、ステップ３において二次エンジンがオンラインにされて（ＥＣＣ２＝１）、フライホイールと自動車に付加的な動力を供給する。以前の設定がＧＰ１サブレンジ、またはＧＰ０とブレーキペダルがＢＰ０にあった場合、以前の設定では、カップリングＥ−Ｍがアクティブ化した状態（Ｅ−Ｍ＝１）で電気発動機のみがオンラインであったということを意味するであろう。以前の設定がＧＰ０であってブレーキペダルがＢＰ０であった場合、以前のサイクルにおいて自動車は惰行走行しておりフライホイールはトランスミッションから外されていて（ＥＣＣ−ＣＡ＝０）、カップリングＥ−Ｍがアクティブ化した状態（Ｅ−Ｍ＝１）で電気発動機のみがオンラインでフライホイールを速度まで回転させ続けていたということを意味するであろう。ブレーキペダルの以前の設定がＢＰ２またはＢＰ１サブレンジであった場合、以前のサイクルにおいて、カップリングＥ−Ｇが作動した状態（Ｅ−Ｇ＝１）で電気発電機のみがオンラインであったということを意味するであろう。この最大サブレンジにおいて、以前の決定が、ＧＰ２設定よりも少ない要求を持っていた場合、移行の必要がある。電気発動機のみの状態から一次エンジンと二次エンジンの両方に移行することは、システムにも多分運転手にとっても快適でない急激な動揺であろう。したがって、ステップ２で示したように、まず一次エンジンを係合させて（ＥＣＣ１＝１）、次にステップ３において二次エンジンを係合させ（ＥＣＣ２＝１）、制御された段状の移行を提供することとなる。

ステップ２に続き、ステップ３において、表Ｄに記載した符合でプログラムの現在の反復に関する最終設定がなされる。「振り返り」特徴を採用することによって、コントローラは、速度またはブレーキングの要求の変化に伴い切り替えが要求されたときに、サイクル間での個々のカップリングの唐突な作動を回避して円滑な移行を提供することができる。

図１８Ｂ−１８Ｑも同様に、コントローラによって感知された種々のアクセルペダルおよびブレーキペダルサブレンジ設定決定に対するフィルタリングの考慮を示す。

図面およびそれに伴う説明からわかるように、本発明は従来のハイブリッドエンジンシステムに対する特有の改良である。本明細書で示した実施形態はエンジニアリングアプリケーションと要件に鑑み好適とされるものであるが、それらは、下記に定める特許請求の範囲を限定すると考えられるものではない。

Claims (45)

1. 少なくとも２つの動力供給モジュールに選択的に結合可能なカプラーを備えた、動力伝達のためのカップリングシステムであって、前記カプラーが、
   それぞれが動力供給モジュールの可動素子に連結した少なくとも２つのレシーバーと、
   少なくとも１つのレシーバーと係合可能なインテグレータであって、前記カップリングシステムからの総動力伝達出力が、前記インテグレータと係合したレシーバーのうち前記少なくとも１つを介して前記インテグレータに入力される動力の合計から得られるようになっているインテグレータと、
   どの動力供給モジュールが係合されるかを規定する選択された動力プロファイルに従って、１つまたは複数のレシーバーへの前記インテグレータの係合を切り替える切替制御装置と、
   を備えるカップリングシステム。
2. 前記動力供給モジュールは、第１のレシーバーに結合された可動要素を有する第１の内燃エンジンを備える請求項１記載のシステム。
3. 前記動力供給モジュールは、第２のレシーバーに結合された可動要素を有する第２の内燃エンジンを備える請求項２記載のシステム。
4. 前記第２のレシーバーに結合された第２のモジュールとして電束発電機または発動機をさらに備えた請求項２記載のシステム。
5. 前記カプラーは、前記第１および第２の内燃エンジンおよび第３の動力供給モジュールに選択的に機械的に結合可能である請求項３記載のシステム。
6. 前記第３の動力供給モジュールは電束発電機または発動機である請求項５記載のシステム。
7. 発動機／発電機ユニットと、
   一次内燃エンジンモジュールと、
   二次内燃エンジンモジュールと、を備え、
   前記カプラーは、前記発動機／発電機ユニットを前記一次内燃エンジンモジュールに接続するための第１の制御可能なクラッチを含み、
   前記カプラーは、前記一次内燃エンジンを前記二次内燃エンジンに接続するための第２の制御可能なクラッチを含み、
   回転トルク力を荷重に提供する出力駆動軸を備え、
   前記カプラーは、前記発動機／発電機ユニットと前記出力駆動軸を接続する第３の制御可能なクラッチを含み、
   自動車の作動中にクラッチをアクティブ化または非アクティブ化するための自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラをさらに備えた請求項１記載のシステム。
8. 前記コントローラは２以上の動力プロファイルに関連付けられていて、前記プロファイルに従って前記切替機構をアクティブ化するように構成されている請求項１記載のシステム。
9. 前記コントローラは、前記プロセッサが読み取れるメディアに記憶された複数のプロファイルと関連した電子プロセッサを備える請求項８記載のシステム。
10. 前記プロセッサは前記システムの動作条件を表す入力に従ってプロファイルを選択するように構成されている請求項８記載のシステム。
11. 前記動作条件は、現在の動力出力、予想動力出力、燃料源のレベル、現在の、および予想される燃料消費のレベル、蓄電装置への充電レベル、位置情報データ、および履歴走行パターンのうち１つまたは複数から選択される請求項１０記載のシステム。
12. 前記内燃エンジンはＯＰＯＣエンジンからなる請求項２記載のシステム。
13. 少なくとも１つの動力供給モジュールは電源電池からなる請求項１記載のシステム。
14. 少なくとも１つの動力供給モジュールは、外部電流源から再充電可能な蓄電ユニットと関連する電気発動機または発電機からなる請求項１記載のシステム。
15. カップリングシステムの動力出力と関連する自動車駆動系をさらに備えた請求項１記載のシステム。
16. 請求項１記載のうちいずれかによるカップリングシステムを有する複数の自動車と通信するインターフェースを有するコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムは前記カップリングシステムおよび／または自動車（複数を含む）の動作条件に関するデータを受信して前記データを処理し、前記データ処理は、動作条件に関する動力プロファイルを作成または更新する、最適な動作条件を決定する、動力プロファイルの選択、のうち１つまたは複数に関連する、コンピュータシステム。
17. 前記コンピュータシステムはさらに、１つまたは複数の他の自動車から受け取ったデータに対して実行された処理に従った新たな動力プロファイルでカップリングシステムに通信し更新するように構成されている請求項１６記載のシステム。
18. 請求項１によるカップリングシステムを有する自動車に搭載されたコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムはカップリングシステムおよび／または自動車の動作条件に関するデータを受信して前記データを処理し、前記データ処理は、動作条件に関する動力プロファイル（複数を含む）を作成または更新する、最適な動作条件を決定する、動力プロファイルの選択、のうち１つまたは複数に関連する、コンピュータシステム。
19. 前記インテグレータは力学エネルギー蓄積装置である請求項１記載の動力伝送用カップリングシステム。
20. 前記力学エネルギー蓄積装置はフライホイールである請求項１９記載の動力伝送用カップリングシステム。
21. 前記フライホイールは軸の周りで回転するように搭載され、前記レシーバーは前記フライホイールの別個の部位に選択的に係合可能であってそれにより前記切り替え制御に応動して前記フライホイールと前記動力モジュールの間に力学エネルギーを伝達する、請求項２０記載の動力伝送用カップリングシステム。
22. 発動機／発電機ユニットと、
    一次内燃エンジンモジュールと、
    二次内燃エンジンモジュールと、
    前記発動機／発電機ユニットを前記一次内燃エンジンモジュールに接続する第１の制御可能なクラッチと、
    前記一次内燃エンジンを前記二次内燃エンジンに接続する第２の制御可能なクラッチと、
    回転トルク力を荷重に提供する出力駆動軸と、
    前記発動機／発電機ユニットと前記出力駆動軸の間に接続された第３の制御可能なクラッチと、
    前記自動車の作動中に前記クラッチをアクティブ化または非アクティブ化するための前記自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラと、
    を備えた自動車用ハイブリッドエンジン。
23. 発動機／発電機ユニットと、
    一次内燃エンジンモジュールと、
    二次内燃エンジンモジュールと、
    第１の力学エネルギー蓄積装置と、
    発動機／発電機ユニットを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第１の制御可能なカプラーと、
    前記一次内燃エンジンモジュールを前記第１の力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第２の制御可能なカプラーと、
    前記二次内燃エンジンを前記第１の力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第３の制御可能なカプラーと、
    荷重に回転トルク力を提供するために前記力学蓄積装置に接続可能なパワーテイクオフと、
    前記第１の力学エネルギー蓄積装置を前記パワーテイクオフを介して前記荷重に接続するためにアクティブ化する第４の制御可能なカプラーと、
    前記自動車の作動中に前記クラッチをアクティブ化または非アクティブ化するための前記自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラと、
    を備えた自動車用ハイブリッドエンジン。
24. 前記一次内燃エンジンモジュールは第２の制御可能なカプラーを介して始動動力を受け取り、前記二次内燃エンジンモジュールは第３の制御可能なカプラーを介して始動動力を受け取る請求項２３記載のハイブリッドエンジン。
25. 前記動力供給モジュールは異なる動力容量を有する請求項４記載のシステム。
26. 前記第１の動力供給モジュールは前記第２の動力供給モジュールよりも低い出力特性を持つ請求項２５記載のシステム。
27. 前記第３の動力供給モジュールは前記第１の動力供給モジュールおよび前記第２の動力供給モジュール両方よりも低い出力特性を持つ請求項２６記載のシステム。
28. 蓄電電源と、
    発動機／発電機ユニットと、
    一次燃料稼働エンジンモジュールと、
    二次燃料稼働エンジンモジュールと、
    力学エネルギー蓄積装置と、
    前記発動機／発電機ユニットを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第１の制御可能なカプラーと、
    前記一次エンジンモジュールを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第２の制御可能なカプラーと、
    前記二次エンジンモジュールを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第３の制御可能なカプラーと、
    前記自動車の駆動系に回転トルク力を提供するために前記力学蓄積装置に接続可能なパワーテイクオフと、
    前記第１の力学エネルギー蓄積装置を前記パワーテイクオフに接続するためにアクティブ化する第４の制御可能なカプラーと、
    前記自動車の作動中に前記カプラーをアクティブ化または非アクティブ化するための前記自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラと、
    を備え、
    第１の所定の条件は、前記蓄電電源内の充電レベルであり、所定の低充電状態において前記電気発動機は前記力学エネルギー蓄積装置から脱結合され、所定の高充電状態において前記電気発動機は前記力学エネルギー蓄積装置に結合される、
    自動車用ハイブリッドエンジンの制御システム。
29. 蓄電電源と、
    発動機／発電機ユニットと、
    一次燃料稼働エンジンモジュールと、
    二次燃料稼働エンジンモジュールと、
    力学エネルギー蓄積装置と、
    前記発動機／発電機ユニットを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第１の制御可能なカプラーと、
    前記一次エンジンモジュールを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第２の制御可能なカプラーと、
    前記二次エンジンモジュールを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するためにアクティブ化する第３の制御可能なカプラーと、
    前記自動車の駆動系に回転トルク力を提供するために前記力学蓄積装置に接続可能なパワーテイクオフと、
    前記第１の力学エネルギー蓄積装置を前記パワーテイクオフに接続するためにアクティブ化する第４の制御可能なカプラーと、
    所定の並置された速度要求サブレンジ内に比較的高速から低速速度要求設定の範囲を有する速度制御インターフェース装置と、
    所定の並置された制動要求サブレンジ内に比較的高制動から低制動要求設定の範囲を有する制動制御インターフェース装置と、
    前記自動車の作動中に前記カプラーを制御するための前記自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは周期的に前記蓄電電源の充電状態を決定し、前記速度制御インターフェース装置および前記制動制御インターフェース装置の設定を決定し、
    少なくとも前記決定に基づき、前記コントローラは前記カプラーの１つ１つをアクティブ化するか非アクティブ化するかを行なう、
    自動車用ハイブリッドエンジンの制御システム。
30. 前記コントローラは、前記制動制御インターフェース装置の設定の決定の先に前記速度制御インターフェース装置の設定の決定を行うようにプログラムされている請求項２９記載のシステム。
31. 前記コントローラは、前記範囲内の低速度要求サブレンジの設定を探す前に最高速度要求サブレンジの設定を探して、降順に、前記速度制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項３０記載のシステム。
32. 前記コントローラは、前記速度制御インターフェース装置が最低要求設定にあるときに前記制動制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項３０記載のシステム。
33. 前記コントローラは、前記範囲内の低制動要求サブレンジの設定を探す前に最高制動要求サブレンジの設定を探して、降順に、前記制動制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項３２記載のシステム。
34. 前記コントローラは、前記カプラーの１つ１つをアクティブ化するか非アクティブ化するかの選択に際した条件決定として、前記速度制御インターフェース装置および前記制動制御インターフェース装置の以前周期の決定を比較するようにプログラムされている請求項２９記載のシステム。
35. 前記力学エネルギー蓄積装置は回転可能なフライホイールであり、コントローラは、前記速度制御インターフェース装置と前記制動制御インターフェース装置が両方ともその最低サブレンジに設定されて前記フライホイールを自在に回転させるときに、前記制御可能なカプラーすべてを非アクティブ化するようにプログラムされている請求項２９記載のシステム。
36. 前記コントローラは、前記速度制御インターフェース装置がその最高サブレンジに設定されて前記力学エネルギー蓄積装置と前記パワーテイクオフに最大動力を提供するときに
    前記制御可能なカプラーすべてをアクティブ化するようにプログラムされている請求項２９記載のシステム。
37. 蓄電電源と、
    発動機／発電機ユニットと、
    一次燃料稼働エンジンモジュールと、
    二次燃料稼働エンジンモジュールと、
    力学エネルギー蓄積装置と、
    前記発動機／発電機ユニットを前記インテグレータ装置に接続するために作動する第１の制御可能なカプラーと、
    前記一次エンジンモジュールを前記力学エネルギー蓄積装置に接続するために作動する第２の制御可能なカプラーと、
    前記二次エンジンモジュールを前記インテグレータ装置に接続するために作動する第３の制御可能なカプラーと、
    前記自動車の駆動系に回転トルク力を提供するために前記インテグレータ装置に接続可能なパワーテイクオフと、
    前記第１の力学エネルギー蓄積装置を前記パワーテイクオフに接続するために作動する第４の制御可能なカプラーと、
    複数の予め定められた並置された速度要求サブレンジ内に比較的高速から低速速度要求設定の範囲を有する速度制御インターフェース装置と、
    複数の予め定められた並置された制動要求サブレンジ内に比較的高制動から低制動要求設定の範囲を有する制動制御インターフェース装置と、
    前記自動車の作動中に前記カプラーをアクティブ化または非アクティブ化するための前記自動車からの様々な所定の入力に応動するようにプログラムされたコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは周期的に前記蓄電電源の充電状態を決定し、前記速度制御インターフェース装置および前記制動制御インターフェース装置の設定を決定し、
    少なくとも前記決定に基づき、前記コントローラは前記カプラーの１つ１つをアクティブ化するか非アクティブ化するかを行なう、
    自動車用ハイブリッドエンジンの制御システム。
38. 前記コントローラは、前記制動制御インターフェース装置の設定を決定する代わりに、その最低サブレンジを越える前記速度制御インターフェース装置の決定された設定に基づき稼働するようにプログラムされた請求項３７記載のシステム。
39. 前記コントローラは、前記範囲内の低い設定を探す前に最高の設定を探して、降順に前記速度制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項３８記載のシステム。
40. 前記コントローラは、前記速度制御インターフェース装置がその最低要求設定にあるときに前記制動制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項３８記載のシステム。
41. 前記コントローラは、前記範囲内の低い設定を探す前に最高の設定を探して、降順に、前記制動制御インターフェース装置の設定を決定するようにプログラムされている請求項４０記載のシステム。
42. 前記コントローラは、前記カプラーの１つ１つをアクティブ化するか非アクティブ化するかの選択に際した条件決定として、前記速度制御インターフェース装置および前記制動制御インターフェース装置の以前周期の決定を比較するようにプログラムされている請求項３７記載のシステム。
43. 前記力学エネルギー蓄積装置は回転可能なフライホイールであり、コントローラは、前記速度制御インターフェース装置と前記制動制御インターフェース装置が両方ともその最低サブレンジに設定されて前記フライホイールを自在に回転させるときに、前記制御可能なカプラーすべてを非アクティブ化するようにプログラムされている請求項３７記載のシステム。
44. 前記コントローラは、前記速度制御インターフェース装置がその最高サブレンジに設定されて前記力学エネルギー蓄積装置と前記パワーテイクオフに最大動力を提供するときに
    前記制御可能なカプラーすべてをアクティブ化するようにプログラムされている請求項３７記載のシステム。
45. 前記第２、第３および第４の制御可能なカプラーは駆動可能なクラッチである請求項３７記載のシステム。

Images