JP2024013481A - ハイブリッド車 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド車の、エンジン燃料カットが禁止されている最中の減速時にエンジンの回転数が大きくなることによって生じる不都合を回避する。【解決手段】ハイブリッド車は、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタが取り付けられ、駆動輪に連結された駆動軸に機械的機構を介して接続されたエンジンと、エンジンに動力の入出力を行なう電動機と、電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、エンジンおよび電動機を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、粒子状物質除去フィルタの過熱抑制のためにエンジンの燃料カットを禁止している最中において、駆動軸に所定の制動トルクが要求されているときにエンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときには、燃料カットの禁止を解除する。【選択図】図3

Description

本発明は、ハイブリッド車に関し、詳しくは、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタが取り付けられ、駆動輪に連結された駆動軸に機械的機構を介して接続されたエンジンを備えるハイブリッド車に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンの出力軸と第1電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸と3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に動力を出力する第2電動機とを備えるハイブリッド車において、エンジンの排気系に粒子状物質除去フィルタが取り付けられたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、減速要求時に、粒子状物質除去フィルタの堆積量が閾値を超えており、且つ、その温度が閾値を超えているときには、エンジンへの燃料供給の停止(燃料カット)を禁止することにより、粒子状物質除去フィルタの過熱を抑制している。
特開2017-128152号公報
上述のハイブリッド車では、粒子状物質除去フィルタの過熱抑制のために燃料カットを禁止しているときに車両の減速度を確保するためには、第1電動機によりエンジンの回転数を持ち上げることによってバッテリの入力制限を大きくし、第2電動機に許容される回生電力を大きくすることが行なわれる。このときエンジンの回転数が大きくなるとプラネタリギヤの部品(例えばピニオンギヤなど)が過回転する場合が生じる。部品の過回転は、部品の破損や耐久性の低下が想定される。また、燃料カットの禁止により燃料噴射と点火が行なわれているため、僅かな変動によりエンジンから正のトルクが出力されると、要求されている減速度を確保することができない場合や、エンジンの回転数に応じた第1電動機の回生電力によりバッテリの入力制限を超過する場合が生じる。
本発明のハイブリッド車は、燃料カットが禁止されている最中の減速時にエンジンの回転数が大きくなることによって生じる不都合を回避することを主目的とする。
本発明のハイブリッド車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車は、
排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタが取り付けられ、駆動輪に連結された駆動軸に機械的機構を介して接続されたエンジンと、
前記エンジンに動力の入出力を行なう電動機と、
前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
前記エンジンおよび前記電動機を制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド車であって、
前記制御装置は、前記粒子状物質除去フィルタの過熱抑制のために前記エンジンの燃料カットを禁止している最中において、前記駆動軸に所定の制動トルクが要求されているときに前記エンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときには、前記燃料カットの禁止を解除する、
ことを特徴とする。
本発明のハイブリッド車では、粒子状物質除去フィルタの過熱抑制のために前記エンジンの燃料カットを禁止している最中において、駆動軸に所定の制動トルクが要求されているときにエンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときには、燃料カットの禁止を解除する。これにより、燃料カットが行なわれることにより、エンジンから正のトルクを出力するのを回避することができると共に、所定の制動トルクを出力する際のエンジンの回転数を低下させることができる。これらの結果、燃料カットが禁止されている最中の減速時にエンジンの回転数が大きくなることによって生じる機械的構成の部品が過回転することによる不都合や、所定の制動トルクを確保することができないという不都合、エンジンの回転数に応じた電動機の回生電力によりバッテリの入力制限を超過するという不都合などを回避することができる。
ここで、「所定の制動トルク」は、アクセルオフ時におけるシフトレンジに応じたトルクを用いることができる。このトルクはいわゆるエンジンブレーキに相当するものを考えることができる。「所定回転数」は、機械的機構を構成する部品の保護に基づいて定める回転数、即ち部品の過回転を抑止するために定められた回転数を用いることができる。
本発明のハイブリッド車において、前記機械的機構は、前記エンジンの出力軸と前記駆動軸と前記電動機の回転軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構であり、前記駆動軸に第2の電動機が取り付けられているものとしてもよい。
本発明の一実施例としてのエンジン装置21を搭載するハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 エンジン22の構成の概略を示す構成図である。 HVECU70により実行される燃料カット禁止時処理の一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。図2は、エンジン22の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70とを備える。
エンジン22は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張(爆発燃焼)、排気の4行程により動力を出力する4気筒の内燃機関として構成されている。図2に示すように、エンジン22は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁126と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁127とを有する。エンジン22は、ポート噴射弁126と筒内噴射弁127とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ122により清浄された空気を吸気管123に吸入してスロットルバルブ124やサージタンク125を通過させると共に、吸気管123のサージタンク125よりも下流側のポート噴射弁126から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ128を介して燃焼室129に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、シリンダボア131内でそのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト23の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室129に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁127から燃料を噴射し、点火プラグ130による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト23の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室129に吸入する際にポート噴射弁126から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁127から燃料を噴射し、点火プラグ130による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト23の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン22の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室129から排気バルブ133を介して排気管134に排出される排気は、浄化装置135およびPMフィルタ136を介して外気に排出される。浄化装置135は、排気中の一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化触媒(三元触媒)135aを有する。PMフィルタ136は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、排気中の煤などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する。なお、PMフィルタ136に代えて、三元触媒の浄化機能と粒子状物質に対する捕集機能とを組み合わせた四元触媒が用いられるものとしてもよい。
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24により運転制御されている。エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、データを記憶保持するフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。
エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。エンジンECU24に入力される信号としては、例えば、エンジン22のクランクシャフト23の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランク角θcrや、エンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温Twを挙げることができる。吸気バルブ128を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ133を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカム角θci,θcoも挙げることができる。スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ124aからのスロットル開度THや、吸気管123のスロットルバルブ124よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ123aからの吸入空気量Qa、吸気管
123のスロットルバルブ124よりも上流側に取り付けられた温度センサ123tからの吸気温Ta、サージタンク125に取り付けられた圧力センサ125aからのサージ圧Psも挙げることができる。排気管134の浄化装置135よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ137からのフロント空燃比AF1や、排気管134の浄化装置135よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサ138からのリヤ空燃比AF2、PMフィルタ136の前後の差圧(上流側と下流側との差圧)を検出する差圧センサ136aからの差圧ΔPも挙げることができる。
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力される。エンジンECU24から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ124への制御信号や、ポート噴射弁126への制御信号、筒内噴射弁127への制御信号、点火プラグ130への制御信号を挙げることができる。
エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのエンジン22のクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算する。また、エンジンECU24は、エアフローメータ123aからの吸入空気量Qaとエンジン22の回転数Neとに基づいて負荷率(エンジン22の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクルで実際に吸入される空気の容積の比)KLを演算する。さらに、エンジンECU24は、差圧センサ136aからの差圧ΔPに基づいてPMフィルタ136に堆積した粒子状物質の堆積量としてのPM堆積量Qpmを演算したり、エンジン22の回転数Neや負荷率KLに基づいてPMフィルタ136の温度としてのフィルタ温度Tfを演算したりする。
図1に示すように、プラネタリギヤ30は、シングルピニオンタイプの遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪39a,39bにデファレンシャルギヤ38を介して連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト23が接続されている。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、モータMG1,MG2の駆動に用いられると共に電力ライン54を介してバッテリ50に接続されている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、データを記憶保持するフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。モータECU40に入力される信号としては、例えば、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2や、モータMG1,MG2の各相に流れる相電流を検出する図示しない電流センサからのモータMG1,MG2の各相の相電流Iu1,Iv1,Iu2,Iv2を挙げることができる。モータEC
U40からは、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。モータECU40は、回転位置センサからのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の電気角θe1,θe2や回転数Nm1,Nm2を演算する。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン54を介してインバータ41,42に接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52により管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、データを記憶保持するフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。バッテリECU52に入力される信号としては、例えば、バッテリ50の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ50の電圧Vbや、バッテリ50の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ50の電流Ib、バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからのバッテリ50の温度Tbを挙げることができる。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU52は、電流センサからのバッテリ50の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50の蓄電割合SOCを演算する。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、データを記憶保持するフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。HVECU70に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vも挙げることができる。シフトポジションSPとしては、駐車ポジション(Pレンジ)、前進ポジション(Dレンジ)、後進ポジション(Rレンジ)、ニュートラルポジション(Nレンジ)、ブレーキポジション(Bレンジ)などを挙げることができる。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40との協調制御により、エンジン22の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード(HV走行モード)やエンジン22の運転停止を伴って走行する電動走行モード(EV走行モード)で走行する。これらの走行モードでは、アクセル開度Accおよび車速Vに基づく駆動軸36に要求される走行用トルクTd*が駆動軸36に出力されるようにエンジン22およびモータMG1,MG2を制御する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、PMフィルタ136の過熱を抑制するためにエンジン22の燃料カットが禁止されている際にエンジン22から減速トルクを出力するときの動作について説明する。図3は、HVECU70により実行される燃料カット禁止時処理の一例を示すフローチャートである。この燃料カット禁止時処理は、PMフィルタ136の過熱を抑制するためにエンジン22の燃料カットが禁止されている最中に繰り返し実行される。
燃料カット禁止時処理が実行されると、HVECU70は、まず、Dレンジ制動トルク要求がなされているか否かを判定する(ステップS100)。Dレンジ制動トルク要求は、シフトポジションSPがDレンジでアクセルオフの状態のときにいわゆるエンジンブレーキに相当する制動力を出力する要求である。Dレンジ制動トルク要求がなされているか否かの判定は、シフトポジションSPがDレンジであり且つアクセルオフの状態であるか否かにより行なうことができる。Dレンジ制動トルク要求がなされていないと判定したときには、本処理は不要と判断し本処理を終了する。
ステップS100でDレンジ制動トルク要求がなされていると判定したときには、Dレンジ制動トルクを出力するために、モータMG1によりエンジン22をモータリングする(ステップS110)。エンジン22は、燃料カットが禁止されていることから、モータMG1によってモータリングされながらも爆発燃焼している。このため、燃料カットしているときに比して小さな制動トルクしか出力することができない。したがって、燃料カットが禁止されているときにDレンジ制動トルクを出力するためには、燃料カットしているときに比してモータMG1によるエンジン22のモータリングの回転数は大きくなる。なお、Dレンジ制動トルクは、例えば、車速が値0のときのクリープトルクと連続になるように車速が小さいときには小さく、車速が大きいときには略一定となるように定められることが多い。したがって、Dレンジ制動トルクを出力するためのモータMG1によるエンジン22のモータリングの回転数は、車速に応じた回転数となり、燃料カットが禁止されているときには燃料カットしているときに比して大きな回転数となる。
続いて、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nref以上であるか否かを判定する(ステップS120)。所定回転数Nrefは、プラネタリギヤ30のピニオンギヤなどの部品の過回転を抑止するために必要なエンジン22の上限回転数であり、実験などにより定めることができる。エンジン22の回転数Neが所定回転数Nref未満であると判定したときには、部品保護は図られていると判断して本処理を終了する。一方、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nref以上であると判定したときには、部品保護のため、燃料カットの禁止を解除して(ステップS130)、本処理を終了する。燃料カットの禁止を解除すると、Dレンジ制動トルクを満たすエンジン22の回転数Neは小さくなり部品保護を図ることができる。また、エンジン22の運転が不安定となり、エンジン22から正トルクが出力されてモータMG1が回生駆動することによりバッテリ50に入力される電力がバッテリ50の入力制限Winを超過するという不都合も回避することができる。もとより、Dレンジ制動トルクを確保することができる。なお、燃料カットの禁止を解除することにより、PMフィルタ136は一時的に加熱されることになるが、Dレンジ制動トルク要求が終了することによりPMフィルタ136の加熱も終了する。
実施例のハイブリッド自動車20では、PMフィルタ136の過熱を抑制するためにエンジン22の燃料カットが禁止されている最中にDレンジ制動トルク要求がなされたときには、燃料カットを禁止した状態でエンジン22をモータMG1によりモータリングしてDレンジ制動トルクを出力する。この際、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nref以上に至ったときには、燃料カットの禁止を解除して、燃料カットを伴ってエンジン22をモータMG1によりモータリングすることによってDレンジ制動トルクを出力する。燃料カットによりDレンジ制動トルクを満たすエンジン22の回転数Neは小さくなるから、部品の過回転を抑制することができ、部品保護を図ることができる。また、エンジン22の運転が不安定となり、エンジン22から正トルクが出力されてモータMG1が回生駆動することによりバッテリ50に入力される電力がバッテリ50の入力制限Winを超過するという不都合も回避することができる。もとより、Dレンジ制動トルクを確保することができる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電装置」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とが「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、21 エンジン装置、22 エンジン、23 クランクシャフト、24 エンジンECU、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータECU、41,42 インバータ、50 バッテリ、52 バッテリECU、54 電力ライン、70 HVECU、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、122 エアクリーナ、123 吸気管、123a エアフローメータ、123t 温度センサ、124 スロットルバルブ、124a スロットルバルブポジションセンサ、125 サージタンク、125a 圧力センサ、126 ポート噴射弁、127 筒内噴射弁、128 吸気バルブ、129 燃焼室、130 点火プラグ、132 ピストン、133 排気バルブ、134 排気管、135 浄化装置、135a 浄化触媒、136 PMフィルタ、136a 差圧センサ、137 フロント空燃比センサ、138 リヤ空燃比センサ、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、144 カムポジションセンサ、MG1,MG2 モータ。

Claims (4)

  1. 排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタが取り付けられ、駆動輪に連結された駆動軸に機械的機構を介して接続されたエンジンと、
    前記エンジンに動力の入出力を行なう電動機と、
    前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
    前記エンジンおよび前記電動機を制御する制御装置と、
    を備えるハイブリッド車であって、
    前記制御装置は、前記粒子状物質除去フィルタの過熱抑制のために前記エンジンの燃料カットを禁止している最中において、前記駆動軸に所定の制動トルクが要求されているときに前記エンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときには、前記燃料カットの禁止を解除する、
    ことを特徴とするハイブリッド車。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車であって、
    前記所定の制動トルクは、アクセルオフ時におけるシフトレンジに応じたトルクである、
    ハイブリッド車。
  3. 請求項1記載のハイブリッド車であって、
    前記所定回転数は、前記機械的機構を構成する部品の保護に基づいて定める回転数である、
    ハイブリッド車。
  4. 請求項1ないし3のうちのいずれか1つの請求項に記載のハイブリッド車であって、
    前記機械的機構は、前記エンジンの出力軸と前記駆動軸と前記電動機の回転軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構である、
    ハイブリッド車。
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