JP3292116B2

JP3292116B2 - 動力出力装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP3292116B2
Application number: JP29354397A
Authority: JP
Inventors: 俊文高岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: JPH11117782A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源として原動
機と電動機とを備える動力出力装置およびその制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原動機と電動機とを備えるいわゆるハイ
ブリッド型の動力出力装置において、両者の動力を共に
駆動軸に出力し得る動力出力装置は、パラレルハイブリ
ッドと呼ばれ、原動機から出力される動力の分配方式に
よって、いわゆる機械分配式（例えば、特願平８−１４
８６７７号公報参照）と、電気分配式（例えば、特願平
７−１４５５７５号公報参照）とがある。

【０００３】機械分配式の動力出力装置は、原動機から
出力された動力をプラネタリギヤを用いて２つに分配
し、その一方を駆動軸に伝達しつつ、他方をプラネタリ
ギヤに結合された発電機で電力として抽出する。また、
この電力を用いて駆動軸に結合された電動機を駆動する
ことにより、駆動軸に動力を付加する。このように原動
機から出力された動力の一部を電力の形を介して駆動軸
に伝達することにより、所望のトルクおよび回転数で駆
動軸を回転させることができる。かかる動力出力装置に
おいては、電力のやりとりをさらに柔軟に行うことを可
能にするため、上記発電機および電動機に接続されたバ
ッテリを備えることも提案されている。

【０００４】一方、電気分配式の動力出力装置は、原動
機から出力された動力をプラネタリギヤに代えて、いわ
ゆるクラッチモータで２つに分配する。クラッチモータ
とは、相対的に回転可能なインナロータおよびアウタロ
ータと呼ばれる二つのロータから構成されたモータをい
う。かかるモータのインナロータを原動機の出力軸に結
合し、アウタロータを駆動軸に結合した上で、両者の相
対的な回転つまり滑りを制御すれば、原動機から出力さ
れた動力を駆動軸に伝達しつつ、その一部を電力として
抽出することができる。この電力を用いて駆動軸に結合
された電動機を駆動し、駆動軸に動力を付加すれば、機
械分配式の動力出力装置と同様、所望のトルクおよび回
転数で駆動軸を回転させることができる。電気分配式の
動力出力装置においても、バッテリを備えることが提案
されている。

【０００５】このようなパラレルハイブリッド型の動力
出力装置は、原動機と電動機とを組み合わせることによ
り、原動機から出力されるトルクおよび回転数を所望の
トルクおよび回転数として駆動軸に出力することができ
る。言い換えれば、駆動軸に出力すべき要求トルクおよ
び要求回転数が決定されれば、原動機の運転ポイントと
して、該要求トルクと要求回転数の積で求まる要求動力
を出力でき、かつ最も効率の良い運転ポイントを選択し
て該原動機を運転することができる。かかる性質に基づ
き、上記パラレルハイブリッド型の動力出力装置は、高
効率で運転する事が可能であると共に、原動機の運転に
際し排出されるエミッションの低下を図ることもでき
る。

【０００６】なお、動力出力装置の運転状態によって
は、要求動力に相当する動力を原動機が出力できない場
合がある。例えば、要求動力を出力し得る運転ポイント
が、原動機自体の回転数制限にあたる場合があり、また
機械分配式のハイブリッド型の動力出力装置においては
プラネタリギヤの回転数制限により原動機の回転数を十
分に上げることができない場合もある。かかる場合に
は、バッテリに蓄えられた電力を用いて電動機を駆動す
ることにより、原動機では出力し得ない分の動力を補う
ことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バッテリの充
放電効率は原動機から直接動力を出力する運転効率に比
較して低い。従って、バッテリからの電力の供給を受け
て電動機を駆動することが必要となる程の動力が要求さ
れた場合には、動力出力装置の運転効率が低下してしま
っていた。また、かかる運転状態が頻繁に生じて、バッ
テリの充放電が繰り返されると、バッテリの寿命を縮め
るおそれもあった。さらに、かかる運転状態が長時間継
続した場合には、バッテリの充電不足による弊害が生じ
るおそれもあった。

【０００８】本発明は、かかる課題に鑑みなされたもの
であり、要求動力が大きい場合の動力出力装置の運転効
率を向上することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置およびその制御方法は、上記課題を
解決するために以下の手段を採った。本発明の動力出力
装置は、燃料を燃焼して動力を出力する原動機と、該原
動機から駆動軸までの動力の伝達経路において動力を入
出力する電動機と、前記原動機の出力軸および前記駆動
軸に結合され、前記原動機から出力された動力を前記駆
動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電
力のやりとりにより調整する動力調整手段とを備え、前
記原動機から出力される動力を、前記動力調整手段およ
び電動機とを用いて、要求されたトルクおよび回転数と
して駆動軸から出力可能な動力出力装置であって、前記
電動機および動力調整手段と電力をやりとりする電力充
放電手段と、前記原動機の運転ポイントとしてのトルク
および回転数を、該動力出力装置に要求された要求動力
に応じて、該原動機の運転効率を優先して定め、該運転
ポイントで該原動機を運転する効率優先運転制御手段
と、前記要求動力が、前記運転ポイントで運転される原
動機から出力し得る出力可能動力よりも大きい動力であ
るときは、前記運転ポイントに関わらず、該原動機から
出力すべき動力を優先して定めた運転ポイントであっ
て、かつ前記電力充放電手段により放電される電力が所
定値以下とできる運転ポイントに修正して該原動機を運
転する動力優先運転制御手段とを備えることを要旨とす
る。

【００１０】本発明の動力出力装置の制御方法は、燃料
を燃焼して動力を出力する原動機と、該原動機から駆動
軸までの動力の伝達経路において動力を入出力する電動
機と、前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合さ
れ、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達
すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりと
りにより調整する動力調整手段と、前記電動機および動
力調整手段と電力をやりとりする電力充放電手段とを備
え、前記原動機から出力される動力を、前記動力調整手
段および電動機とを用いて、要求されたトルクおよび回
転数として駆動軸から出力可能な動力出力装置の制御方
法であって、前記原動機の運転ポイントとしてのトルク
および回転数を、該動力出力装置に要求された要求動力
に応じて、該原動機の運転効率を優先して定め、該運転
ポイントで該原動機を運転し、前記要求動力が、前記運
転ポイントで運転される原動機から出力し得る出力可能
動力よりも大きい動力であるときは、前記運転ポイント
に関わらず、該原動機から出力すべき動力を優先して定
めた運転ポイントであって、かつ前記電力充放電手段に
より放電される電力が所定値以下とできる運転ポイント
に修正して該原動機を運転することを要旨とする。

【００１１】上記動力出力装置およびその制御方法は、
通常は、運転効率を優先して原動機の運転ポイントを定
め、該運転ポイントで原動機を運転しているが、かかる
運転ポイントで運転される原動機から出力し得る出力可
能動力よりも大きい動力が要求された場合には、前記運
転ポイントに関わらず、原動機から出力すべき動力を優
先して定めた運転ポイントであって、かつ電力充放電手
段により放電される電力が所定値以下とできる運転ポイ
ントで原動機を運転する。つまり、要求動力が大きい場
合でも、電力充放電手段によりやりとりされる電力を所
定値以下に抑制し、要求動力の多くを原動機から出力す
ることができる。

【００１２】かかる運転制御を行った場合、運転効率を
優先して定めた運転ポイントに比較すれば原動機自身の
運転効率は若干低下するものの、電力充放電手段により
供給される非常に低効率の電力量を抑制することができ
るため、動力出力装置全体としての運転効率を向上する
ことができる。従来の動力出力装置においては、その運
転効率を向上するためには、原動機を効率よく運転する
ことが前提であるかのごとく制御されていたものである
が、本願発明者は、発想の転換を図り、あくまでも動力
出力装置全体の効率を念頭において、その構成要素の一
つである原動機を制御することにより、上記効果を奏し
得たのである。

【００１３】なお、上記発明において電力充放電手段に
より放電される電力を抑制する目標値となる所定値は、
かかる電力の放電による装置の効率の低下が許容範囲と
なるように定められる。所定値以下としているのは、場
合によっては、電力充放電手段の充電を伴うものとして
もよいことを意味している。

【００１４】上記発明における修正された運転ポイント
は、効率優先で定められた原動機の運転ポイントに対
し、トルクを増大した運転ポイント、回転数を増大した
運転ポイントおよび両者を増大した運転ポイントのいず
れの運転ポイントとしてもよい。また、運転効率を優先
して定めた運転ポイントでは回転数が制限値限界である
場合にはトルクを増大し、トルクが限界値である場合に
は回転数を増大するというように、各運転ポイントと制
限値との関係に応じて修正方法を使い分けるものとして
もよい。

【００１５】本発明の動力出力装置において、前記原動
機は、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な原動機であ
り、前記動力優先運転制御手段は、前記原動機の吸気弁
の開閉タイミングを制御することにより、前記トルクを
増大した運転ポイントで前記原動機を運転する手段とす
ることが望ましい。

【００１６】かかる動力出力装置によれば、回転数の制
限値により原動機が要求動力に見合う動力を出力できな
い場合に、原動機から出力されるトルクを増大すること
により、要求動力に相当する動力を出力することができ
るようになるため、動力出力装置の運転効率を向上する
ことができる。また、トルクの増大に際し、吸気弁の開
閉タイミングを制御する手段を用いることにより、原動
機の運転効率の低下およびエミッションの悪化を最小限
に抑えることができる。なお、原動機から出力されるト
ルクを増大する他の手段としては、原動機の空気と燃料
の比率を変更する手段、原動機の吸気管長を変更するい
わゆる可変吸気を採用する手段、過給器を採用する手段
等があり、かかる手段のいずれか一つ、あるいはこれら
を組み合わせて採用することもできる。

【００１７】また、本発明の動力出力装置においては、
前記動力優先運転制御手段は、前記要求動力に対する前
記出力可能動力の不足分に応じて、前記原動機の運転ポ
イントを設定する運転ポイント設定手段を備えることも
望ましい。

【００１８】かかる動力出力装置によれば、要求動力に
対する原動機の出力可能動力の不足分に応じて、原動機
の運転ポイントを設定することができる。この結果、原
動機は効率優先で定められた運転ポイントに対するトル
クまたは回転数の修正量を必要最小限に抑えることがで
きるため、原動機の運転効率の低下を必要最小限に抑え
ることができ、動力出力装置の効率を向上させることが
できる。なお、上述の場合は、電力充放電手段による充
放電量が略０となる場合に相当する。

【００１９】また、本発明の動力出力装置において、前
記動力調整手段は、前記出力軸に結合される第１の回転
軸、前記駆動軸に結合される第２の回転軸およびこれら
と異なる第３の回転軸を有し、該３つの回転軸のうちい
ずれか２つの回転軸の回転数およびこれらに入出力され
るトルクが決定されると、該決定された回転数およびト
ルクに基づいて残余の回転軸の回転数および該回転軸に
入出力されるトルクが決定される３軸式動力入出力手段
と、前記第３の回転軸に動力を入出力する第２の電動機
とを備え、電力を用いた該電動機の駆動および該電動機
による電力の回生によって、前記第３の回転軸に動力を
入出力することで、前記原動機から前記駆動軸に伝達さ
れる動力の大きさを調整する手段とすることが望まし
い。

【００２０】上述の通り、機械的に結合された３軸を有
する動力入出力手段を備える動力出力装置においては、
該３軸式動力入出力手段における回転数制限により、原
動機の回転数が制限され得るため、本発明を特に有効に
適用することができる。もっとも、本発明は、かかる機
械的に結合された動力調整手段を備える動力出力装置の
みならず、電気的な結合を利用した動力調整手段を備え
る動力出力装置にも適用し得ることは当然である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。（１）実施例の構成はじめに、実施例の構成について図１を用いて説明す
る。図１は本実施例の動力出力装置を搭載したハイブリ
ッド車両の概略構成を示す説明図である。

【００２２】このハイブリッド車両の構成は大きくは、
駆動力を発生する動力系統と、その制御系統と、駆動源
からの駆動力を駆動輪１１６、１１８に伝達する動力伝
達系統と、運転操作部等とからなっている。また、上
記、動力系統はエンジン１５０を含む系統とモータＭＧ
１，ＭＧ２を含む系統とからなっており、制御系統は、
エンジン１５０の運転を主に制御するための電子制御ユ
ニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）１７０と、モータ
ＭＧ１，ＭＧ２の運転を主に制御する制御ユニット１９
０と、ＥＦＩＥＣＵ１７０および制御ユニット１９０に
必要な信号を検出し入出力する種々のセンサ部とからな
っている。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０および制御ユニッ
ト１９０の内部構成は図示していないが、これらはそれ
ぞれ内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチッ
プ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記
録されたプログラムに従い、以下に示す種々の制御処理
を行うよう構成されている。

【００２３】エンジン１５０は、吸入口２００から吸入
した空気と燃料噴射弁１５１から噴射されたガソリンと
の混合気を燃焼室１５２に吸入し、この混合気の爆発に
より押し下げられるピストン１５４の運動をクランクシ
ャフト１５６の回転運動に変換する。この爆発は、イグ
ナイタ１５８からディストリビュータ１６０を介して導
かれた高電圧によって点火プラグ１６２が形成した電気
火花によって混合気が点火され燃焼することで生じる。
燃焼により生じた排気は、排気口２０２を通って大気中
に排出される。

【００２４】エンジン１５０の運転は、ＥＦＩＥＣＵ１
７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０が行う
エンジン１５０の制御としては、エンジン１５０の回転
数に応じた点火プラグ１６２の点火時期制御や、吸入空
気量に応じた燃料噴射量制御および後述する吸気弁１５
３の開閉タイミング制御等がある。エンジン１５０の制
御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ１７０にはエンジ
ン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されてい
る。例えばクランクシャフト１５６の回転数と回転角度
を検出するためにディストリビュータ１６０に設けられ
た回転数センサ１７６及び回転角度センサ１７８などで
ある。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０には、この他、例えば
イグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイ
ッチ１７９なども接続されているが、その他のセンサ，
スイッチなどの図示は省略した。

【００２５】本実施例におけるエンジン１５０は、吸気
弁１５３の開閉タイミングを変更する機構、いわゆる連
続可変バルブタイミング機構１５７（以下、ＶＶＴとい
う）を用いている。図２を用いてＶＶＴ１５７の概要を
説明する。図２はＶＶＴ１５７の機構の概略を示す説明
図である。図２に示す通り、通常、吸気弁１５３は吸気
カムシャフト２４０に取り付けられたカムにより開閉
し、排気弁１５５は排気カムシャフト２４４に取り付け
られたカムにより開閉する機構となっている。吸気弁１
５３および排気弁１５５がエンジン１５０の回転数に応
じたタイミングで開閉し得る様、吸気カムシャフト２４
０に結合された吸気カムシャフト・タイミング・ギヤ２
４２と排気カムシャフト２４４に結合された排気カムシ
ャフト・タイミング・ギヤ２４６はタイミングベルト２
４８によりクランクシャフト１５６と連結されている。
こうした通常の構成に加え、ＶＶＴ１５７の場合は、吸
気カムシャフト・タイミング・ギヤ２４２と吸気カムシ
ャフト２４０とは、油圧で作動するＶＶＴプーリ２５０
を介して結合されており、ＶＶＴプーリ２５０には入力
油圧の制御バルブであるＯＣＶ２５４が設けられてい
る。ＶＶＴプーリ２５０の内部はこの油圧により軸方向
に移動可能な可動ピストン２５２の組み合わせで構成さ
れている。なお、ＶＶＴプーリ２５０に入力される油圧
はエンジンオイルポンプ２５６により供給される。

【００２６】ＶＶＴ１５７の作動原理は次の通りであ
る。ＥＦＩＥＣＵ１７０はエンジン１５０の運転状況に
応じて設定された吸気弁１５３の開閉タイミングに応じ
て、ＯＣＶ２５４の開閉を制御する制御信号を出力す
る。この結果、ＶＶＴプーリ２５０に入力される油圧が
変化し、可変ピストン２５２が軸方向に移動する。可変
ピストン２５２には軸に対し斜め方向に溝が刻んである
ため、上記軸方向への移動に伴って可変ピストン２５２
の回転が生じ、可変ピストン２５２に結合されている吸
気カムシャフト２４０と吸気カムシャフト・タイミング
・ギヤ２４２の取り付け角度を変化させる。こうして、
排気弁１５５と吸気弁１５３の開閉タイミングを変化さ
せることができる。

【００２７】図３にＶＶＴ１５７による吸気弁１５３の
開閉タイミングの変更の様子を示す。図３は、エンジン
１５０のクランクシャフト１５６の回転角度と吸気弁１
５３および排気弁１５５が開いているタイミングとの関
係を示している。図３に示す通り、排気弁１５４は、ピ
ストン１５４が最も下方に来る下死点よりクランクシャ
フト１５６がやや手前の回転位置にある時点で開き、ピ
ストン１５４が最も上方に来る上死点をやや越えた時点
で閉じる。このタイミングはＶＶＴ１５７により変更さ
れることはない。一方、吸気弁１５３は、例えばタイミ
ングＡにおいては上死点より手前で開き、下死点をやや
越えた時点で閉じる。吸気弁１５３が開いてから上死点
をやや越える時点までは、吸気弁１５３と排気弁１５５
の双方が開いた状態となっている。ＶＶＴ１５７により
開閉タイミングを変更すれば、先に説明した通り、排気
弁１５５の開閉タイミングは変更されないが、吸気弁の
開閉タイミングは例えばタイミングＢのごとく変化す
る。このとき、吸気弁１５３は、タイミングＡよりも遅
く、上死点をやや越えた時点で開き、その分下死点を大
きく越えた時点で閉じるようになる。吸気弁１５３の開
閉タイミングは変更されるものの、開状態となっている
期間はタイミングＡとタイミングＢとで同一である。

【００２８】このように変化する吸気弁１５３の開閉タ
イミングを図３に示した通り下死点から吸気弁１５３が
閉じるまでの角度、即ち吸気弁閉じ角を用いて表すもの
とする。吸気弁閉じ角を標準の値よりも大きくした場合
は吸気弁１５３が閉じるのが遅くなることを意味し、吸
気弁閉じ角を小さくした場合は吸気弁１５３が閉じるの
が早くなることを意味する。従って、前者の方向、即ち
吸気弁閉じ角を大きくする方向にＶＶＴ１５７を制御す
ることを遅角制御と呼び、その逆を進角制御と呼ぶ。例
えば、比較的低回転でエンジン１５０を運転していると
きにＶＶＴ１５７を進角制御した場合には、その分燃焼
室１５２に吸入された混合気を圧縮する行程が長くなる
ためエンジン１５０の出力トルクが増大し、逆にＶＶＴ
１５７を遅角制御した場合にはエンジン１５０の燃費が
向上することが一般に知られている。

【００２９】次に、図１に戻り動力出力装置を構成する
モータＭＧ１，ＭＧ２の概略構成について説明する。モ
ータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面
に複数個の永久磁石を有するロータ１３２と、回転磁界
を形成する三相コイルが巻回されたステータ１３３とを
備える。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を
積層して形成されており、ケース１１９に固定されてい
る。このモータＭＧ１は、ロータ１３２に備えられた永
久磁石による磁界とステータ１３３に備えられた三相コ
イルによって形成される磁界との相互作用によりロータ
１３２を回転駆動する電動機として動作し、場合によっ
てはこれらの相互作用によりステータ１３３に備えられ
た三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機として
も動作する。

【００３０】モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同
期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁
石を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コ
イルが巻回されたステータ１４３とを備える。モータＭ
Ｇ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層
して形成されており、ケース１１９に固定されている。
このモータＭＧ２もモータＭＧ１と同様に、電動機ある
いは発電機として動作する。

【００３１】これらのモータＭＧ１，ＭＧ２は、スイッ
チングを行うトランジスタを複数内蔵した第１および第
２の駆動回路１９１，１９２を介してバッテリ１９４お
よび制御ユニット１９０に電気的に接続されている。制
御ユニット１９０からは、第１および第２の駆動回路１
９１，１９２に設けられたスイッチング素子である６個
のトランジスタおよびを駆動する制御信号が出力されて
いる。各駆動回路１９１，１９２内の６個のトランジス
タは、ソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配
置されることによりトランジスタインバータを構成して
いる。制御ユニット１９０によりソース側とシンク側の
トランジスタのオン時間の割合を制御信号により順次制
御し、三相コイルの各相に流れる電流を、ＰＷＭ制御に
よって擬似的な正弦波にすると、三相コイルにより、回
転磁界が形成され、これらのモータＭＧ１，ＭＧ２が駆
動される。

【００３２】モータＭＧ１，ＭＧ２の制御を含むハイブ
リッド車両の運転状態の制御を可能とするために、制御
ユニット１９０には、この他各種のセンサおよびスイッ
チが電気的に接続されている。制御ユニット１９０に接
続されているセンサおよびスイッチとしては、アクセル
ペダルポジションセンサ１６４ａ、ブレーキペダルポジ
ションセンサ１６５ａ、シフトポジションセンサ１８
４、水温センサ１７４、バッテリ１９４の残容量検出器
１９９などがある。制御ユニット１９０は、これらのセ
ンサを通じて運転操作部からの種々の信号やバッテリ１
９４の残容量等を入力し、また、エンジン１５０を制御
するＥＦＩＥＣＵ１７０との間で種々の情報を、通信に
よってやりとりしている。運転操作部からの種々の信号
として、具体的には、アクセルペダルポジションセンサ
１６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペ
ダルの踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ
１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペ
ダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４か
らのシフトポジションＳＰがある。また、バッテリ１９
４の残容量は残容量検出器１９９で検出される。なお、
残容量検出器１９９は、バッテリ１９４の電解液の比重
またはバッテリ１９４の全体の重量を測定して残容量を
検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して
残容量を検出するものや、バッテリ１９４の端子間を瞬
間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることに
より残容量を検出するものなどが知られている。

【００３３】駆動源からの駆動力を駆動輪１１６、１１
８に伝達する動力伝達系統の構成は次の通りである。エ
ンジン１５０の動力を伝達するためのクランクシャフト
１５６およびプラネタリキャリア軸１２７と、モータＭ
Ｇ１，モータＭＧ２の回転を伝達するサンギヤ軸１２
５、リングギヤ軸１２６とは、後述するプラネタリギヤ
１２０に機械的に結合されている。リングギヤ１２２に
は、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８が、リング
ギヤ１２２とモータＭＧ１との間の位置で結合されてい
る。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９
により動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出
ギヤ１２８と動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達が
なされる。また、この動力伝達ギヤ１１１はディファレ
ンシャルギヤ１１４を介して左右の駆動輪１１６、１１
８に結合され、これらに動力を伝達できるようになって
いる。

【００３４】ここで、プラネタリギヤ１２０の構成と併
せてクランクシャフト１５６、プラネタリキャリア軸１
２７、モータＭＧ１の回転軸であるサンギヤ軸１２５、
ＭＧ２の回転軸であるリングギヤ軸１２６の結合につい
て説明する。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２
１、リングギヤ１２２なる同軸の２つのギヤと、サンギ
ヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ
１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリ
ピニオンギヤ１２３の３つから構成される。サンギヤ１
２１はプラネタリキャリア軸１２７に軸中心を貫通され
た中空のサンギヤ軸１２５を介してモータＭＧ１のロー
タ１３２に結合され、リングギヤ１２２はリングギヤ軸
１２６を介してモータＭＧ２のロータ１４２に結合され
ている。また、プラネタリピニオンギヤ１２３は、その
回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４を介してプ
ラネタリキャリア軸１２７に結合され、プラネタリキャ
リア軸１２７はクランクシャフト１５６に結合されてい
る。機構学上周知のことであるが、プラネタリギヤ１２
０は上述のサンギヤ軸１２５、リングギヤ軸１２６およ
びプラネタリキャリア軸１２７の３軸のうちいずれか２
軸の回転数およびこれらの軸に入出力されるトルクが決
定されると、残余の１軸の回転数および該回転軸に入出
力されるトルクが決定されるという性質を有している。

【００３５】（２）一般的動作作原理以上に構成を説明した動力出力装置の一般的な動作につ
いて簡単に説明する。動力出力装置の動作原理、特にト
ルク変換の原理は以下の通りである。エンジン１５０を
回転数Ｎｅ，トルクＴｅからなる動力Ｐ１を出力する状
態で運転し、この回転数、トルクとは異なる回転数Ｎ
ｒ，トルクＴｒからなる動力Ｐ２をリングギヤ軸１２６
から出力する場合を考える。ただし、動力Ｐ１と動力Ｐ
２は同じ値（トルクと回転数の積）である。この時のエ
ンジン１５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトル
クの関係を図４に示す。

【００３６】なお、本明細書において、「動力」という
用語は一般で用いられる通り、軸に作用するトルクとそ
の軸の回転数との積の形態で表わされ、単位時間当たり
に出力されるエネルギの大きさをいう。これに対し、あ
る動力を与えるトルクおよび回転数の組み合わせによっ
て定まる特定の運転状態は、「運転ポイント」と呼ぶも
のとする。従って、ある「動力」を与える「運転ポイン
ト」は、トルクおよび回転数の組み合わせにより無数に
存在することになる。こうした「動力」および「運転ポ
イント」の意味は、後述する本発明の動力出力装置の制
御方法においても同様である。なお、動力出力装置は、
各瞬間ごとにおけるエネルギのやりとり、言い換えれば
単位時間当たりのエネルギ収支を基準として制御される
ため、以下、「エネルギ」という用語は単位時間当たり
のエネルギ、即ち「動力」と同義の用語として用いる。

【００３７】本実施例の一般的な動作原理を理解するた
めには、プラネタリギヤ１２０の働きについて理解する
ことが必要となる。機構学の教えるところによれば、プ
ラネタリギヤ１２０の三軸（サンギヤ軸１２５，リング
ギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア軸１２７）にお
ける回転数やトルクの関係は、図５に例示する共線図と
して表わすことができ、幾何学的に解くことができる。
プラネタリギヤ１２０における三軸の回転数やトルクの
関係は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを
計算することなどにより数式的に解析することもでき
る。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明
する。

【００３８】図５における縦軸は３軸の回転数軸であ
り、横軸はリングギヤ１２２の歯数（Ｚｒ）に対するサ
ンギヤ１２１の歯数（Ｚｓ）の比ρ（ρ＝Ｚｓ／Ｚｒ）
に基づいて定められる座標軸である。この座標軸では、
その両端をサンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座
標Ｓ、Ｒとし、プラネタリキャリア軸１２７の座標Ｃを
座標Ｓと座標Ｒの間を１：ρに内分する座標として定め
る。

【００３９】上述の座標軸にプラネタリギヤ１２０の各
軸の回転数をプロットする。図１に示した構成から明ら
かな通り、エンジン１５０のクランクシャフト１５６は
プラネタリキャリア軸１２７に連結されているため、エ
ンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されているときは、プ
ラネタリキャリア軸１２７の回転数もＮｅとなる。従っ
て、図５に示す通り、座標Ｃの回転数はＮｅとしてプロ
ットできる。一方、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで
運転されている場合を考えているから、座標Ｒの回転数
はＮｒとしてプロットできる。この両点を通る直線を描
けば、座標Ｓにおけるこの直線上の回転数としてサンギ
ヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以下、
この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転
数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式によっても求
めることができ、Ｎｓ＝｛（１＋ρ）Ｎｅ―Ｎｒ｝／ρ
と表される。このようにプラネタリギヤ１２０では、サ
ンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリ
キャリア軸１２７のうちいずれか２つの回転を決定する
と、残余の１つの回転は、決定した２つの回転に基づい
て決定される。

【００４０】次に、共線図を用いて三軸にかかるトルク
の関係を求める。機構学によればトルクの関係は、動作
共線を剛体として扱い、各トルクをその作用する方向お
よび大きさに基づくベクトルとしての力で表すことによ
り、前記剛体に作用する力の釣り合い関係に等しくな
る。具体的には、エンジン１５０のトルクＴｅをプラネ
タリキャリア軸１２７の座標Ｃにおいて、図５に示す通
り鉛直下から上に作用させる。トルクＴｅを表すベクト
ルは力として扱うことができるため、座標軸Ｃ上に作用
させたトルクＴｅは、向きが同じで異なる作用線への力
の分離の手法により、座標ＳにおけるトルクＴｅｓと座
標ＲにおけるトルクＴｅｒとに分離することができる。
このときトルクＴｅｓの大きさはＴｅｓ＝Ｔｅ／（１＋
ρ）式で表され、トルクＴｅｒの大きさはＴｅｒ＝Ｔｅ
・ρ／（１＋ρ）式で表わされる。一方、リングギヤ軸
１２６からは、トルクＴｒが出力されるため、座標Ｒに
おいて動作共線に、鉛直上から下にトルクＴｒを作用さ
せる。

【００４１】動作共線がこの状態で安定であるために
は、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、
座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが
反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リン
グギヤ軸１２６に出力するトルクＴｒと同じ大きさで向
きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさ
が同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させればよ
い。トルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２
はモータＭＧ２により作用させることができる。このと
き、回転の方向と逆向きにトルクを作用させることにな
るモータＭＧ１は発電機として動作し、トルクＴｍ１と
回転数Ｎｓとの積で表わされる電力Ｐｍ１をサンギヤ軸
１２５から回生する。回転の方向とトルクの方向とが同
じとなるモータＭＧ２は電動機として動作し、電力Ｐｍ
２を消費しつつトルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わ
される動力をリングギヤ軸１２６に出力する。モータＭ
Ｇ１で電力を回生する効率、電力を伝達する効率が１０
０％であれば、電力Ｐｍ１と電力Ｐｍ２は等しい値とな
る。

【００４２】図５に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の
回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、負
となる場合や回転数０となる場合もある。これらの場合
には、モータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ
１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電力Ｐｍ１を消費す
る。

【００４３】上述した通り、本実施例による動力出力装
置では、エンジン１５０から出力される動力をトルク変
換して出力することができる。従って、駆動軸１１２の
要求出力として回転数ＮｒおよびトルクＴｒからなる動
力が指定された場合、動力が一定、即ち回転数とトルク
の積がＮｒ×Ｔｒが一定という条件下で、エンジン１５
０の運転ポイントは自由に選択することができる。エン
ジン１５０は運転ポイントにより効率が変化するが、本
実施例では、上述の条件下で最も効率のよい運転ポイン
トを選択しつつエンジン１５０を運転することができる
ため、高い効率で動力を出力することができる。

【００４４】こうした基本的動作により、上記動力出力
装置を搭載したハイブリッド車両はモータＭＧ２のみを
駆動源として走行することもできるし、エンジン１５０
とモータＭＧ２の双方を駆動源として走行することもで
きる。具体的には、ハイブリッド車輌は減速時または降
坂時等のエンジン動力を必要としないとき、および初期
加速時には、エンジン１５０の運転を停止し、モータＭ
Ｇ２のみで走行する。通常走行時には、エンジン１５０
を主駆動源としつつ、モータＭＧ２の動力も用いて走行
する。エンジン１５０とモータＭＧ２の双方を駆動源と
して走行する場合には、必要なトルクおよびモータＭＧ
２で発生し得るトルクに応じて、エンジン１５０を効率
のよい運転ポイントで運転できるため、エンジン１５０
のみを駆動源とする車両に比べて省資源性および排気浄
化性に優れている。一方、クランクシャフト１５６の回
転を、プラネタリキャリア軸１２７およびサンギヤ軸１
２５を介してモータＭＧ１に伝達することができるた
め、エンジン１５０の運転によりモータＭＧ１で発電し
つつ走行することも可能である。

【００４５】（３）トルク制御ルーチン次に本実施例におけるトルク制御ルーチンについて図６
を用いて説明する。図６はトルク制御ルーチンの流れを
示すフローチャートである。本ルーチンは、制御ユニッ
ト１９０のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）が、動力
出力装置が起動されたときから所定時間毎（例えば、８
ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行するものである。

【００４６】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵは、ま
ず、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒを読み込む（ステ
ップＳ１００）。実際には、図１では図示しないレゾル
バにより検出される回転角度に基づいて、リングギヤ軸
１２６の回転数Ｎｒを求める。続いて、アクセルペダル
ポジションセンサ１６４ａによって検出されるアクセル
ペダルポジションＡＰを入力する（ステップＳ１２
０）。アクセルペダル１６４は運転者が出力トルクが足
りないと感じたときに踏み込まれるものであるから、ア
クセルペダルポジションＡＰは運転者の欲している出力
トルク（すなわち、駆動輪１１６，１１８に出力すべき
トルク）に対応するものとなる。アクセルペダルポジシ
ョンＡＰを読み込むと、読み込んだアクセルペダルポジ
ションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとに基づ
いてリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの目標値で
あるトルク指令値Ｔｒ＊を導出し、リングギヤ軸１２６
に出力する動力Ｐｒを算出する（ステップＳ１４０）。
先に説明した通り、リングギヤ軸１２６は駆動軸１１２
等を介して駆動輪１１６，１１８に機械的に結合されて
いるから、リングギヤ軸１２６に出力する動力Ｐｒは、
駆動軸１１２に出力すべき要求動力と同義である。な
お、実施例では、予め制御ユニット１９０内のＲＯＭに
記憶された、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとアクセ
ルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係
を示すマップに基づいて上記トルク指令値Ｔｒ＊の値を
導出するものとした。

【００４７】次に、ＣＰＵは、残容量検出器１９９によ
り検出されるバッテリ１９４の残容量ＢRMを読み込み
（ステップＳ１６０）、該残容量ＢRMに基づいてバッテ
リ１９４を充放電する電力（充放電電力Ｐｂ）を算出す
る（ステップＳ１８０）。充放電電力Ｐｂは、充電の場
合は正の値、放電の場合は負の値をとるものとする。な
お、実施例では、予め制御ユニット１９０内のＲＯＭに
記憶された、残容量ＢRMと充放電電力との関係に基づい
て、充放電電力Ｐｂを算出するものとした。

【００４８】次に、ＣＰＵは、リングギヤ軸１２６に出
力すべき動力Ｐｒ、充放電電力Ｐｂ、およびエアコンの
コンプレッサ等の種々の補機の駆動に必要な補機駆動動
力Ｐｈの総和により必要動力Ｐｎを算出し（ステップＳ
２００）、この必要動力Ｐｎを動力伝達効率ηｔで割っ
てエンジン１５０から出力すべき動力Ｐｅを算出する
（ステップＳ２２０）。そして、求めた動力Ｐｅに基づ
いてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎ
ｅ＊とを設定する（ステップＳ２４０）。

【００４９】目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊
の設定について説明する。図７にエンジン１５０の運転
ポイント選択の様子を示す。図中の曲線Ｂは、エンジン
１５０が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示し
ている。図７においてα１％、α２％等で示される曲線
は、それぞれエンジン１５０の効率が一定となる等効率
線であり、α１％、α２％の順に効率が低くなっていく
ことを示している。図７に示す通り、エンジン１５０は
比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲
の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。

【００５０】図７中、Ｃ１−Ｃ１、Ｃ２−Ｃ２、および
Ｃ３−Ｃ３で示されている曲線は、エンジン１５０から
出力される動力が一定の曲線であり、エンジン１５０の
運転ポイントは要求動力に応じてこれらの曲線上で選択
することになる。例えば、要求回転数Ｎｒおよび要求ト
ルクＴｒが曲線Ｃ１−Ｃ１上にプロットされる場合に
は、エンジン１５０の運転ポイントは、曲線Ｃ１−Ｃ１
上で最も運転効率が高くなるＡ１点に選択することにな
る。同様にＣ２−Ｃ２曲線上ではＡ２点に、Ｃ３−Ｃ３
曲線上ではＡ３点で運転ポイントを選択する。各曲線上
における、エンジン１５０の回転数と運転効率の関係を
図８に示す。なお、Ｃ１−Ｃ１等の曲線は、説明の便宜
上、図７中の３本を例示しているが、要求出力に応じて
無数に引くことができる曲線であり、エンジン１５０の
運転ポイントＡ１点等も無数に選択することができるも
のである。これらの無数の運転ポイントを描いた曲線が
図７中の曲線Ａであり、これを動作曲線と呼ぶ。上記ス
テップＳ２４０では、この動作曲線に基づいて、要求動
力Ｐｅを出力し得る運転ポイントのうち、エンジン１５
０の運転効率が最も高い運転ポイントを設定するのであ
る。

【００５１】こうして算出されたエンジン１５０の目標
トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊に基づいて、ＣＰＵは
ＶＶＴ制御処理を実行する（ステップＳ２６０）。図９
にＶＶＴ制御処理ルーチンのフローチャートを示す。

【００５２】ＶＶＴ制御処理ルーチンが開始されると、
ＣＰＵはエンジン目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊
を読み込む（ステップＳ２６２）。これは、トルク制御
ルーチンのステップＳ２４０において算出された値であ
る。次にＣＰＵは、エンジン回転数の制限値Ｎｌｉｍを
読み込む（ステップＳ２６４）。エンジンの回転数は種
々の要因により制限され得るが、主な要因としては、プ
ラネタリギヤ１２０の回転数制限が挙げられる。この回
転数制限は以下に示す通り、車速に応じて変化する。従
って、フローチャートでは示していないが、ステップＳ
２６４における回転数制限値Ｎｌｉｍの読み込みに際
し、ＣＰＵは車速またはそれと等価なリングギヤ軸の回
転数Ｎｒを入力している。

【００５３】ここで、上記回転数制限が車速またはリン
グギヤ軸の回転数Ｎｒに応じて変化する理由について説
明する。先に説明した通り、プラネタリギヤ１２０につ
いて、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２のギヤ比ρ、
サンギヤ軸の回転数Ｎｓ、プラネタリキャリア軸の回転
数Ｎｃ、リングギヤ軸の回転数Ｎｒの間には、次式
（１）の関係が成立する。本実施例の場合、リングギヤ
軸の回転数Ｎｒは車速と等価なパラメータであり、プラ
ネタリキャリア軸の回転数Ｎｃはエンジン１５０の回転
数と等価なパラメータである。Ｎｓ＝Ｎｃ＋（Ｎｃ−Ｎｒ）／ρ・・・（１）

【００５４】サンギヤ軸の回転数には機械的な制限値が
存在するから、プラネタリキャリア軸の最大回転数Ｎｃ
は、この制限値の下でリングギヤ軸の回転数Ｎｒに応じ
て変化し、回転数Ｎｒが値０のとき最も小さく、回転数
Ｎｒが大きくなるにつれて大きくなることが分かる。か
かる理由により、車速に応じてエンジン１５０の回転数
制限値が変化するのである。かかる制限値の例を図１０
に示す。図１０に示す通り、車速に応じてエンジン回転
数の使用可能領域の上限値は徐々に増加する。一方、あ
る車速以上では、上記と同様の理由によりエンジン回転
数の下限値が現れる。

【００５５】ＣＰＵは、次のステップにおいて、エンジ
ンの目標回転数Ｎｅ＊が上記回転数の制限値Ｎｌｉｍよ
りも大きいか否かを判断する（ステップＳ２６６）。目
標回転数Ｎｅ＊が制限値Ｎｌｉｍよりも小さい場合に
は、エンジン１５０の運転ポイントを変更する必要はな
く、エンジン１５０は最も効率のよい状態で運転すれば
よいことを意味しているため、ＣＰＵはＶＶＴ１５７を
制御して、吸気弁閉じ角δを基準位置に設定する。基準
位置とは、最も燃費のよい状態でエンジン１５０を運転
することができる吸気弁閉じ角δをいう。

【００５６】一方、目標回転数Ｎｅ＊が制限値Ｎｌｉｍ
以上である場合には、エンジン１５０は設定された運転
ポイントでは運転できないことになる。このときはエン
ジン１５０から要求動力を出力することができず、バッ
テリ１９４からの電力の持ち出しが生じるため、エンジ
ン１５０の運転ポイントの修正を行う（ステップＳ２６
８）。具体的には、目標回転数を制限値Ｎｌｉｍに修正
し、目標トルクＴｅ＊をエンジンの要求動力Ｐｅを回転
数の制限値Ｎｌｉｍで除した値に修正する。制限値Ｎｌ
ｉｍで運転した場合に要求動力Ｐｅを出力し得るトルク
を算出し、それをエンジン１５０の運転ポイントとして
設定するのである。これは、言い換えれば、エンジン１
５０の効率を優先して運転ポイントを設定する制御か
ら、エンジン１５０の出力動力を優先して運転ポイント
を設定する制御に切り替えることを意味する。

【００５７】こうした運転ポイントの修正について図１
１を用いて説明する。図１１はエンジン１５０の要求動
力と運転ポイントとの関係を示した説明図である。図１
１における曲線Ｌ０は、図６に示した動作曲線Ａに相当
する。例えば、エンジン１５０への要求動力がＰｅ１で
あるときは、図１１に示す通り、動力がＰｅ１となる曲
線と動作曲線Ｌ０との交点Ｐ１を運転ポイントとして設
定する。これに対し、要求動力が増大し、値Ｐｅ２なる
動力が要求された場合を考える。このときも同様にして
運転ポイントＰ２を設定することができる。しかし、こ
こで設定された運転ポイントＰ２では、図１１に示す通
り、回転数制限値Ｎｌｉｍより大きい回転数でエンジン
１５０を運転することになる。かかる場合は、動作曲線
Ｌ０を外れ、エンジン１５０の回転数がＮｌｉｍであっ
ても要求動力Ｐｅ２を出力し得る運転ポイント（例え
ば、図１１のＰ３等）に運転ポイントを修正する必要が
ある。これが、上述の出力動力を優先した運転ポイント
の設定である。曲線Ｌ１の意味については後述する。

【００５８】なお、図１１においては、動作曲線Ｌ０と
要求動力Ｐｅ２の曲線との交点として運転ポイントＰ２
が求められる場合について説明したが、回転数制限値Ｎ
ｌｉｍがエンジン１５０自身の制限値であるような場合
には、回転数が値Ｎｌｉｍよりも高い部分では動作曲線
Ｌ０が存在せず、運転ポイントＰ２が求められない場合
もある。かかる場合においても、エンジン１５０から要
求動力を出力し得ない状況に変わりはないため、同様に
出力動力を優先した運転ポイントの設定が行われる。

【００５９】こうして算出された運転ポイントに基づい
て、ＣＰＵはＶＶＴ１５７を制御し、吸気弁閉じ角δを
変更する（ステップＳ２７０）。吸気弁閉じ角δの決定
は、予め制御ユニット１９０内のＲＯＭに記憶されたマ
ップに基づいて行われる。このマップの例を図１２に示
す。

【００６０】図１２は、エンジン１５０の吸気弁閉じ角
δとエンジン１５０の出力トルクＴｅ、回転数Ｎｅとの
関係を示したマップである。図中のδ＝δ０の曲線は、
吸気弁閉じ角δが基準位置にある場合のエンジン回転数
ＮｅとトルクＴｅとの関係を示しており、動作曲線に相
当するものである。図１２は、図１１に示した曲線のエ
ンジン回転数Ｎｅが図１１よりも高回転の部分を示して
いる。図１２中のδ＝δ１およびδ２の曲線は順に吸気
弁閉じ角δを進角側に移行した場合の回転数Ｎｅとトル
クＴｅとの関係を示している。これらの曲線の一つが図
１１の曲線Ｌ１に相当する。これらのマップは、本実施
例では、吸気弁閉じ角δを種々の値に変更しつつ、エン
ジン１５０を運転することにより実験的に設定した。図
１２に示す通り、吸気弁閉じ角δを進角側に移行した場
合には、その分燃焼室１５２に吸入された混合気を圧縮
する行程が長くなるためエンジン１５０の出力トルクが
増大する。

【００６１】ＣＰＵは運転ポイントに応じた吸気弁閉じ
角δを、上記マップから読みとることにより、適切な値
を設定する。つまり、動力を優先して定められた運転ポ
イントが図１２中の点Ｑ２に相当する場合は、ＣＰＵは
図１２のマップに基づいて吸気弁閉じ角δをδ１に設定
するのである。

【００６２】吸気弁閉じ角δは、各エンジンの回転数Ｎ
ｅに対し、最大のトルクを出力し得る値に設定されると
は限らず、同じ回転数であってもエンジン１５０が出力
すべきトルクＴｅに応じて変化する。例えば、回転数が
Ｎ１である場合でも、動力優先で運転ポイントを修正し
た結果、運転ポイントＱ３に相当するトルクが要求され
ている場合には吸気弁閉じ角はδ１となり、さらに大き
なトルク、即ち運転ポイントＱ１に相当するトルクが要
求されている場合には吸気弁閉じ角はδ２となる。な
お、図１２では、説明の便宜のため、吸気弁閉じ角δを
δ０、δ１、δ２の３種類のみ示しているが、実際には
吸気弁閉じ角δは連続的に可変であるため、例えば、運
転ポイントＱ１とＱ３の間に相当するトルクが要求され
た場合には、それに応じた吸気弁閉じ角δが設定される
ことになる。こうして、吸気弁閉じ角を制御した後、Ｃ
ＰＵは、ＶＶＴ制御処理ルーチンを一旦終了する。

【００６３】もっとも、上述のＶＶＴ制御処理ルーチン
において、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊、目標ト
ルクＴｅ＊を要求動力Ｐｅに基づく運転ポイントの修正
（ステップＳ２６８）を行わず、エンジン１５０が最大
トルクを出力し得る状態に吸気弁閉じ角δを設定するも
のとしてもよい。図１２に基づいて説明すれば、運転ポ
イントＱ３に相当するトルクが要求された場合でも、吸
気弁閉じ角δをδ１に設定するのではなく、制御処理を
簡易なものとして、該回転数における最大トルクを出力
し得るδ２に設定するのものとしてもよい。こうするこ
とにより、ＶＶＴ制御処理ルーチンの処理内容を簡易な
ものとすることができる。

【００６４】ＶＶＴ制御処理ルーチンを終了した後、Ｃ
ＰＵは、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊およびリン
グギヤ軸の回転数Ｎｒを用いて上式（１）によりサンギ
ヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を設定する（ステップＳ
２８０）。そして、設定した各設定値を用いてモータＭ
Ｇ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行
う（ステップＳ３００）。エンジン１５０の制御として
は、上記設定された目標回転数Ｎｅ＊および目標トルク
Ｔｅ＊でエンジン１５０を運転するために、点火プラグ
１６２の点火時期制御や、吸入空気量に応じた燃料噴射
量制御等を行う。モータＭＧ１，ＭＧ２の制御として
は、エンジン１５０の運転ポイントおよび駆動軸１１２
から出力すべきトルクおよび回転数に基づいて各モータ
のトルクおよび回転数を決定した上で、これらの値に応
じて電流をモータの巻線に流す。エンジン１５０、モー
タＭＧ１，ＭＧ２の制御は周知の技術であるため、詳細
は省略する。

【００６５】以上で説明した動力出力装置によれば、要
求動力とエンジン１５０の回転数制限値とに応じて、エ
ンジン１５０を効率優先で運転する制御と動力優先で運
転する制御とを切り替えて用いることにより、バッテリ
１９４から電力の供給を受けなくても常に要求動力を出
力することができる。エンジン１５０を動力優先で運転
した場合は、効率優先で運転した場合に比較して運転効
率は低下するもののバッテリ１９４から供給される電力
によりモータを駆動して動力を出力するよりは、非常に
高い効率が維持されるため、かかる動力が要求された場
合でも動力出力装置を効率よく運転することができる。

【００６６】以上の実施例を適用するハイブリッド車両
は種々の構成が可能である。図１ではエンジン１５０お
よびモータＭＧ２の駆動力をプラネタリギヤ１２０を介
して駆動輪１１６、１１８に伝達するハイブリッド車両
の構成を示したが、エンジン１５０、モータＭＧ１，Ｍ
Ｇ２についてプラネタリギヤ１２０を介した接続は図１
３および図１４に示す種々の形態としてもよい。例え
ば、図１に示した構成では、リングギヤ軸１２６に出力
された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギ
ヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間か
ら取り出したが、図１３に変形例として示した構成のよ
うに、リングギヤ軸１２６Ａを延出して動力を取り出す
ものとしてもよい。また、図１４に変形例として示した
構成のように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１
２０Ｂ，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配
置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空で
なくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必
要がある。この構成では、リングギヤ軸１２６Ｂに出力
された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から
取り出すことができる。さらに、図示しないが、図１３
においてモータＭＧ２とモータＭＧ１を入れ替えた構成
とすることも可能である。

【００６７】以上は、プラネタリギヤ１２０を用いた変
形例であるが、図１５に示すように、プラネタリギヤ１
２０を用いない構成をとってもよい。図１５に示す構成
では、図１におけるモータＭＧ１およびプラネタリギヤ
１２０に代えて、ロータ（インナロータ）２３４および
ステータ（アウタロータ）２３２の双方が同じ軸中心に
相対的に回転可能であり電磁継手として作用し得るクラ
ッチモータＭＧ３を用いている。クラッチモータＭＧ３
のアウタロータ２３２はエンジン１５０のクランクシャ
フト１５６に機械的に結合され、クラッチモータＭＧ３
のインナロータ２３４およびモータＭＧ２のロータ１４
２は駆動軸１１２Ａに結合されている。モータＭＧ２の
ステータ１４３はケース１１９に固定されている。

【００６８】この構成では、プラネタリギヤ１２０に代
えて、クラッチモータＭＧ３によりエネルギの分配を行
う。クラッチモータＭＧ３に入出力される電気的なエネ
ルギにより、インナロータ２３４とアウタロータ２３２
の相対的な回転を制御し、エンジン１５０の動力を駆動
軸１１２Ａに伝達することができる。また、モータＭＧ
２のロータ１４２が駆動軸１１２Ａに取り付けられてい
るため、モータＭＧ２を駆動源とすることもできる。さ
らに、エンジン１５０の動力によりモータＭＧ３で発電
することもできる。このような構成のハイブリッド車両
でも、要求トルクが大きいときは、バッテリ１９４から
の電力によりモータＭＧ２を駆動することになるため、
本発明を適用することができる。

【００６９】以上、本発明の実施例およびその変形例に
ついて説明してきたが、本発明はこれらに限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、さらに種々
の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載
した車両の概略構成を示す構成図である。

【図２】吸気弁の開閉タイミングの可変機構の概略構成
を示す説明図である。

【図３】吸気弁の開閉タイミングの変化の様子を説明す
る説明図である。

【図４】実施例の動力出力装置のトルク変換の様子を説
明するための説明図である。

【図５】プラネタリギヤ１２０の基本的動作を示す共線
図である。

【図６】本実施例のトルク制御ルーチンの流れを示すフ
ローチャートである。

【図７】エンジン１５０の運転ポイントと効率の関係を
例示するグラフである。

【図８】動力を一定とした場合のエンジン１５０の運転
ポイントと効率の関係を例示するグラフである。

【図９】本実施例のＶＶＴ制御処理ルーチンの流れを示
すフローチャートである。

【図１０】エンジン１５０の回転数制限値の例を示す説
明図である。

【図１１】要求動力とＶＶＴ制御処理との関係を示す説
明図である。

【図１２】エンジン１５０の吸気弁閉じ角δとエンジン
１５０の出力トルクＴｅ、回転数Ｎｅとの関係を示した
説明図である。

【図１３】機械分配式ハイブリッド車両の第１の構成変
形例を示す説明図である。

【図１４】機械分配式ハイブリッド車両の第２の構成変
形例を示す説明図である。

【図１５】電気分配式ハイブリッド車両の概略構成を示
す説明図である。

【符号の説明】

１１１…動力伝達ギヤ１１２，１１２Ａ…駆動軸１１４…ディファレンシャルギヤ１１６，１１８…駆動輪１１９…ケース１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…プラネタリギヤ１２１…サンギヤ１２２…リングギヤ１２３…プラネタリピニオンギヤ１２４…プラネタリキャリア１２５，１２５Ａ，１２５Ｂ…サンギヤ軸１２６，１２６Ａ，１２６Ｂ…リングギヤ軸１２７，１２７Ａ，１２７Ｂ…プラネタリキャリア軸１２８…動力取出ギヤ１２９…チェーンベルト１３２…ロータ１３３…ステータ１４２…ロータ１４３…ステータ１５０…エンジン１５１…燃料噴射弁１５２…燃焼室１５３…吸気弁１５４…ピストン１５５…排気弁１５６…クランクシャフト１５７…連続可変バルブタイミング機構１５８…イグナイタ１６０…ディストリビュータ１６２…点火プラグ１６４…アクセルペダル１６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ１６５…ブレーキペダル１６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ１７０…ＥＦＩＥＣＵ１７４…水温センサ１７６…回転数センサ１７８…回転角度センサ１７９…スタータスイッチ１８２…シフトレバー１８４…シフトポジションセンサ１９０…制御ユニット１９１…第１の駆動回路１９２…第２の駆動回路１９４…バッテリ１９９…残容量検出器２００…吸入口２０２…排気口２３２…アウタロータ２３４…インナロータ２３８…回転トランス２４０…吸気カムシャフト２４２…吸気カムシャフト・タイミング・ギヤ２４４…排気カムシャフト２４６…排気カムシャフト・タイミング・ギヤ２４８…タイミングベルト２５０…ＶＶＴプーリ２５２…可動ピストン２５４…ＯＣＶ２５６…エンジンオイルポンプＭＧ１、ＭＧ２，ＭＧ３…モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 9/00 F02B 61/00 - 61/06 F02D 29/02 - 29/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を燃焼して動力を出力する原動機
と、該原動機から駆動軸までの動力の伝達経路において
動力を入出力する電動機と、前記原動機の出力軸および
前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力
を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大
きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段とを
備え、前記原動機から出力される動力を、前記動力調整手段お
よび電動機とを用いて、要求されたトルクおよび回転数
として駆動軸から出力可能な動力出力装置であって、前記電動機および動力調整手段と電力をやりとりする電
力充放電手段と、前記原動機の運転ポイントとしてのトルクおよび回転数
を、該動力出力装置に要求された要求動力に応じて、該
原動機の運転効率を優先して定め、該運転ポイントで該
原動機を運転する効率優先運転制御手段と、前記要求動力が、前記運転ポイントで運転される原動機
から出力し得る出力可能動力よりも大きい動力であると
きは、前記運転ポイントに関わらず、該原動機から出力
すべき動力を優先して定めた運転ポイントであって、か
つ前記電力充放電手段により放電される電力が、該放電
による装置の効率の低下が許容範囲となるよう設定され
た所定値以下とできる運転ポイントに修正して該原動機
を運転する動力優先運転制御手段とを備える動力出力装
置。
【請求項２】請求項１の動力出力装置であって、前記原動機は、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な原
動機であり、前記動力優先運転制御手段は、前記原動機の吸気弁の開
閉タイミングを制御することにより、前記トルクを増大
した運転ポイントで前記原動機を運転する手段である動
力出力装置。
【請求項３】請求項１の動力出力装置であって、前記動力優先運転制御手段は、前記要求動力に対する前記出力可能動力の不足分に応じ
て、前記原動機の運転ポイントを設定する運転ポイント
設定手段を備える動力出力装置。
【請求項４】請求項１の動力出力装置であって、前記動力調整手段は、前記出力軸に結合される第１の回転軸、前記駆動軸に結
合される第２の回転軸およびこれらと異なる第３の回転
軸を有し、該３つの回転軸のうちいずれか２つの回転軸
の回転数およびこれらに入出力されるトルクが決定され
ると、該決定された回転数およびトルクに基づいて残余
の回転軸の回転数および該回転軸に入出力されるトルク
が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に結合された電動機とを備え、電力を用いた該電動機の駆動および該電動機による電力
の回生によって、前記第３の回転軸に動力を入出力する
ことで、前記原動機から前記駆動軸に伝達される動力の
大きさを調整する手段である動力出力装置。
【請求項５】燃料を燃焼して動力を出力する原動機
と、該原動機から駆動軸までの動力の伝達経路において
動力を入出力する電動機と、前記原動機の出力軸および
前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力
を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大
きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段と、
前記電動機および動力調整手段と電力をやりとりする電
力充放電手段とを備え、前記原動機から出力される動力を、前記動力調整手段お
よび電動機とを用いて、要求されたトルクおよび回転数
として駆動軸から出力可能な動力出力装置の制御方法で
あって、前記原動機の運転ポイントとしてのトルクおよび回転数
を、該動力出力装置に要求された要求動力に応じて、該
原動機の運転効率を優先して定め、該運転ポイントで該
原動機を運転し、前記要求動力が、前記運転ポイントで運転される原動機
から出力し得る出力可能動力よりも大きい動力であると
きは、前記運転ポイントに関わらず、該原動機から出力
すべき動力を優先して定めた運転ポイントであって、か
つ前記電力充放電手段により放電される電力が、該放電
による装置の効率の低下が許容範囲となるよう設定され
た所定値以下とできる運転ポイントに修正して該原動機
を運転する動力出力装置の制御方法。