JP3700660B2

JP3700660B2 - 動力出力装置およびこれを備える自動車

Info

Publication number: JP3700660B2
Application number: JP2002057468A
Authority: JP
Inventors: 雅俊伊藤; 竜哉尾関
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003252082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載された装置であって、エンジンの出力軸とモータが取り付けられた駆動軸とをクラッチで接続したりその解除を行なってモータ走行とエンジン走行とを切り替えるものが提案されている（例えば、特開平１１−３４８６０３号公報など）。この装置では、クラッチによりエンジンの出力軸を駆動軸から切り離してモータ走行しているときから、クラッチによりエンジンの出力軸と駆動軸とを接続するときには、エンジンの出力軸に取り付けられたジェネレータを用いてエンジンの回転数を駆動軸の回転数に同期させてからクラッチを接続することにより、接続の際に生じ得るトルクショックが生じないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、ジェネレータによりエンジンの回転数を駆動軸の回転数に同期させるため、エンジンのトルクに対向できるトルクを出力可能なジェネレータが必要となり、ジェネレータの体格が大きくなってしまう。定格トルクの小さなジェネレータを用いてエンジンの回転数を駆動軸に同期させるために、エンジントルクを絞ることも考えられるが、この場合、同期させるのに要する時間が長くなってしまう。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、定格の小さな電動機を用いて接続解除状態にある内燃機関の出力軸と駆動軸とを迅速に接続することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、内燃機関の出力軸と駆動軸とを接続する際にトルクショックが生じるのを防止することを目的の一つとする。
【０００５】
【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は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の動力出力装置は、
内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸の動力により発電可能な発電機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結および連結の解除を行なう連結解除手段と、
前記内燃機関の出力軸の回転数を検出する第１回転数検出手段と、
前記駆動軸の回転数を検出する第２回転数検出手段と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結の要請がなされたとき、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結させる力が作用するよう前記連結解除手段を制御すると共に該連結解除手段の制御の最中に前記第１回転数検出手段により検出される内燃機関の出力軸の回転数が前記第２回転数検出手段により検出される駆動軸の回転数より所定回転数以上大きいときには前記内燃機関の出力軸に発電トルクが作用するよう前記発電機を駆動制御することにより前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結する連結制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の動力出力装置では、内燃機関の出力軸と駆動軸とを連結させる力を作用させた状態で、内燃機関の出力軸の回転数が駆動軸の回転数より所定回転数以上大きいときに内燃機関の出力軸に発電トルクが作用するよう発電機を駆動制御するから、内燃機関の出力軸の回転数を駆動軸の回転数に同期させるのに必要なトルクを発電機から出力する必要がない。この結果、定格トルクの小さな発電機を用いることができる。もとより、内燃機関の回転数が急激に高くなるいわゆる吹きあがりを防止することができる。
【０００８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記連結制御手段は、前記内燃機関の出力軸の回転数と前記駆動軸の回転数との偏差と前記所定回転数との差に基づいて前記発電トルクを設定して前記発電機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記連結制御手段は、前記偏差が大きいほど大きくなる傾向で前記発電トルクを設定して前記発電機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
【０００９】
また、本発明の動力出力装置において、前記連結制御手段は、前記連結解除手段による前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結させる力が徐々に大きくなるよう該連結解除手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の出力軸と駆動軸との回転数差を徐々に小さくして連結することができる。この結果、連結時にトルクショックが生じるのを防止することができる。
【００１０】
さらに、本発明の動力出力装置において、前記発電機は、電動機として機能して前記内燃機関をクランキング可能な電動発電機であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関をクランキングする電動機と内燃機関の出力軸の回転数を調整する発電機とを個別に取り付ける必要がない。
【００１１】
本発明の動力出力装置において、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機を備え、前記内燃機関の出力軸と駆動軸との連結の要請は前記電動機からの動力だけを前記駆動軸に出力する第１の運転モードから前記内燃機関からの動力を前記駆動軸に出力する第２の運転モードへの移行の要請であるものとすることもできる。こうすれば、電動機からの動力だけを駆動軸に出力する運転モードから内燃機関からの動力を駆動軸に出力する運転モードへの移行を滑らかに行なうことができる。
【００１２】
この駆動軸に動力を出力可能な電動機を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記第２の運転モードは、前記内燃機関からの動力だけを前記駆動軸に出力するモードまたは前記内燃機関からの動力と前記電動機からの動力とを前記駆動軸に出力するモードであるものとすることもできる。
【００１３】
また、駆動軸に動力を出力可能な電動機を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記電動機に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第２の軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、を備え、前記連結解除手段は前記第３の軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう手段であり、前記第１の運転モードは前記連結解除手段により前記第３の軸と前記駆動軸との接続が解除され前記接続解除手段により前記第２の軸と前記駆動軸とが接続された状態で前記内燃機関の運転を停止すると共に前記電動機から動力を出力する運転モードであり、前記第２の運転モードは前記第１の運転モードの状態から前記連結解除手段により前記第３の軸と前記駆動軸とを接続した状態として前記内燃機関から動力を出力する運転モードであるものとすることもできる。
【００１４】
こうした各態様の本発明の動力出力装置は、自動車や列車などの車両や船舶，航空機などの移動体に搭載して用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２４に接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０に接続された発電可能なモータ４０と、プラネタリギヤ３０に接続されると共にディファレンシャルギヤ６４を介して駆動輪６６ａ，６６ｂに接続された無段変速機としてのＣＶＴ５０と、装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１６】
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２のクランクシャフト２４には、図示しない補機に供給する電力を発電すると共にエンジン２２を始動するスタータモータ２６がベルト２８により取り付けられている。エンジン２２の運転制御、例えば燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などは、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２９により行なわれている。エンジンＥＣＵ２９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の回転数Ｎｅなどのエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１７】
プラネタリギヤ３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合する第１ピニオンギヤ３３と、この第１ピニオンギヤ３３とリングギヤ３２と噛合する第２ピニオンギヤ３４と、第１ピニオンギヤ３３と第２ピニオンギヤ３４とを自転かつ公転自在に保持するキャリア３５とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３５とを回転要素として差動作用を行なう。プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１にはエンジン２２のクランクシャフト２４が、キャリア３５にはモータ４０の回転軸４１がそれぞれ連結されており、エンジン２２の出力をサンギヤ３１から入力すると共にキャリア３５を介してモータ４０と出力のやりとりを行なうことができる。キャリア３５はクラッチＣ１により、リングギヤ３２はクラッチＣ２によりＣＶＴ５０のインプットシャフト５１に接続できるようになっており、クラッチＣ１およびクラッチＣ２を接続状態とすることにより、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３５の３つの回転要素による差動を禁止して一体の回転体、即ちエンジン２２のクランクシャフト２４とモータ４０の回転軸４１とＣＶＴ５０のインプットシャフト５１とを一体の回転体とする。なお、プラネタリギヤ３０には、リングギヤ３２をケース３９に固定してその回転を禁止するブレーキＢ１も設けられている。
【００１８】
モータ４０は、例えば発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４３を介して二次電池４４と電力のやりとりを行なう。モータ４０は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４９により駆動制御されており、モータＥＣＵ４９には、モータ４０を駆動制御するために必要な信号や二次電池４４を管理するのに必要な信号、例えばモータ４０の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４５からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ４０に印加される相電流，二次電池４４の端子間に設置された電圧センサ４６からの端子間電圧，二次電池４４からの電力ラインに取り付けられた電流センサ４７からの充放電電流，二次電池４４に取り付けられた温度センサ４８からの電池温度などが入力されており、モータＥＣＵ４９からはインバータ４３へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４９では、二次電池４４を管理するために電流センサ４７により検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算している。なお、モータＥＣＵ４９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータ４０を駆動制御すると共に必要に応じてモータ４０の運転状態や二次電池４４の状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１９】
ＣＶＴ５０は、溝幅が変更可能でインプットシャフト５１に接続されたプライマリープーリー５３と、同じく溝幅が変更可能で駆動軸としてのアウトプットシャフト５２に接続されたセカンダリープーリー５４と、プライマリープーリー５３およびセカンダリープーリー５４の溝に架けられベルト５５と、プライマリープーリー５３およびセカンダリープーリー５４の溝幅を変更する第１アクチュエータ５６および第２アクチュエータ５７とを備え、第１アクチュエータ５６および第２アクチュエータ５７によりプライマリープーリー５３およびセカンダリープーリー５４の溝幅を変更することによりインプットシャフト５１の動力を無段階に変速してアウトプットシャフト５２に出力する。ＣＶＴ５０の変速比の制御は、ＣＶＴ用電子制御ユニット（以下、ＣＶＴＥＣＵという）５９により行なわれている。このＣＶＴＥＣＵ５９には、インプットシャフト５１に取り付けられた回転数センサ６１からのインプットシャフト５１の回転数やアウトプットシャフト５２に取り付けられた回転数センサ６２からのアウトプットシャフト５２の回転数が入力されており、ＣＶＴＥＣＵ５９からは第１アクチュエータ５６および第２アクチュエータ５７への駆動信号が出力されている。また、ＣＶＴＥＣＵ５９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってＣＶＴ５０の変速比を制御すると共に必要に応じてＣＶＴ５０の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００２０】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、回転数センサ６１からのインプットシャフト５１の回転数Ｎｉや回転数センサ６２からのアウトプットシャフト５２の回転数Ｎｏ，シフトレバー８０の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８１からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８２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８３からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８４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８５からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８６からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、クラッチＣ１やクラッチＣ２への駆動信号やブレーキＢ１への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２９やモータＥＣＵ４９，ＣＶＴＥＣＵ５９と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２９やモータＥＣＵ４９，ＣＶＴＥＣＵ５９と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２１】
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、特にブレーキＢ１を非係合状態、クラッチＣ１を接続状態、クラッチＣ２を接続解除状態としてエンジン２２の運転を停止してモータ４０からの動力により走行しているモータ走行モードから、クラッチＣ２を接続してエンジン２２のクランクシャフト２４とモータ４０の回転軸４１とＣＶＴ５０のインプットシャフト５１とを一体の回転体とし、エンジン２２からの動力により走行するエンジン走行モードへ切り替える際の動作について説明する。なお、エンジン走行モードは、モータ４０からの動力の出力を停止した状態でエンジン２２からの動力だけで走行するモードとモータ４０からの動力とエンジン２２からの動力とにより走行するモードの双方が含まれる。また、モータ走行モードでは、ブレーキＢ１を非係合状態としてリングギヤ３２を自由に回転できる状態とすることにより、サンギヤ３１に接続されたエンジン２２を停止させた状態でキャリア３５を介してインプットシャフト５１に接続されたモータ４０から動力をそのままインプットシャフト５１に出力して走行している。
【００２２】
図２は、モータ走行モードからエンジン走行モードに切り替える際にハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される切替制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータ走行モードからエンジン走行モードへの切り替え指示がなされたときに実行される。
【００２３】
切替制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２を始動し（ステップＳ１００）、エンジン２２が完爆、即ち始動完了するのを待つ処理を実行する（ステップＳ１０２）。エンジン２２の始動は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０から始動信号をエンジンＥＣＵ２９に送信することにより、この始動信号を受信したエンジンＥＣＵ２９により行なわれる。具体的には、エンジンＥＣＵ２９からスタータモータ２６に駆動信号を出力することによりスタータモータ２６によってエンジン２２をクランキングすると共にエンジン２２に対する燃料噴射制御や点火制御を実施することにより行なわれる。
【００２４】
エンジン２２が完爆すると、エンジンＥＣＵ２９との通信によって取得可能なエンジン２２の回転数Ｎｅと回転位置検出センサ４５により検出される回転位置から求められモータＥＣＵ４９との通信によって取得可能なモータ４０の回転数Ｎｍを読み込み（ステップＳ１０４）、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍより大きくなるのを待つ（ステップＳ１０６）。いま、ブレーキＢ１が非係合状態でクラッチＣ１が接続状態、クラッチＣ２が接続解除状態であるから、モータ４０は、その回転軸４１がインプットシャフト５１に接続されてインプットシャフト５１と一体として回転する。したがって、モータ４０の回転数Ｎｍは、インプットシャフト５１の回転数Ｎｉと同一となる。したがって、モータ４０の回転数Ｎｍは、インプットシャフト５１を駆動軸として考えたときには駆動軸の回転数と同意になり、回転数センサ６１により検出される回転数Ｎｉを用いることもできる。また、前述したように、ブレーキＢ１を非係合状態としてリングギヤ３２を自由に回転できる状態としていることにより、キャリア３５を介してインプットシャフト５１に接続されたモータ４０とサンギヤ３１に接続されたエンジン２２とを独立に自由に回転させることができる。この状態では、エンジン２２のクランクシャフト２４には負荷が作用しない状態であるから、スロットルバルブを若干開くだけでエンジン２２の回転数Ｎｅを容易に高くすることができる。
【００２５】
エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍより大きくなると、接続解除状態にあるクラッチＣ２の係合制御を開始する（ステップＳ１０６）。クラッチＣ２の係合制御は、クラッチＣ２に生じる係合力が徐々に大きくなるようクラッチＣ２を作動させる油圧を徐々に高くする制御となる。この制御については後で詳しく説明する。
【００２６】
次に、再びエンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍを読み込み（ステップＳ１１０）、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍより閾値α分より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ここで、閾値αは、スタータモータ２６に発電トルクを作用させる基準として用いられるものであり、ＣＶＴ５０で用いられる変速比の範囲やエンジン２２の性能にもよるが例えば３００〜１０００ｒｐｍ程度に設定され、実施例では６００ｒｐｍを用いた。エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数より小さいときには、スタータモータ２６の発電トルクＴｍｇに値０を設定する（ステップＳ１１４）。
【００２７】
一方、ステップＳ１１２でエンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数より大きいと判定されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅからモータ４０の回転数Ｎｍと閾値αとを減じて制御回転数ｔＮを計算すると共に（ステップＳ１１６）、計算した制御回転数ｔＮと前回計算した制御回転数ｔＮとの偏差ΔｔＮを計算し（ステップＳ１１８）、計算した制御回転数ｔＮと偏差ΔｔＮとを用いて次式（１）によりスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇを算出して設定する（ステップＳ１２０）。ここで、式（１）中、ＫｐとＫｄはフィードバック制御における比例項の定数と微分項の定数である。
【００２８】
【数１】
Ｔｍｇ＝Ｋｐ・ｔＮ−Ｋｄ・ΔｔＮ（１）
【００２９】
こうしてステップＳ１１４やステップＳ１２０でスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇを設定すると、スタータモータ２６からベルト２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２４に設定した発電トルクＴｍｇが出力されるようスタータモータ２６を駆動制御して（ステップＳ１２２）、駆動軸としてのインプットシャフト５１とエンジン２２のクランクシャフト２４との同期判定を行なう（ステップＳ１２４）。前述したように、クラッチＣ２の係合制御によりクラッチＣ２の係合力は徐々に大きくされるから、インプットシャフト５１の回転数Ｎｉとリングギヤ３２の回転数は、途中に変化するものの最終的には一致するようになる。インプットシャフト５１の回転数とリングギヤ３２の回転数とが一致する状態は、クラッチＣ１によりインプットシャフト５１がキャリア３５に接続された状態では、キャリア３５の回転数とリングギヤ３２の回転数とが一致する状態であり、プラネタリギヤ３０の特性から、この状態はサンギヤ３１の回転数とも一致する状態となる。したがって、この場合の同期判定は、エンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍとが一致しているか否かにより行なうことができる。
【００３０】
こうした同期判定で同期が不成立と判定されたときには、ステップＳ１１０に戻って同期が成立するまでスタータモータ２６の制御を行なう。同期判定で同期成立と判定されると、クラッチＣ２を完全に接続状態とするためにクラッチＣ２の油圧を最大にして（ステップＳ１２６）、この切替制御ルーチンを終了する。このルーチンが終了した状態では、ブレーキＢ１が非係合状態でクラッチＣ１およびクラッチＣ２が接続状態となるから、クランクシャフト２４と回転軸４１とインプットシャフト５１は一体の回転体として回転する状態となり、エンジン２２からの動力を直接インプットシャフト５１に出力して走行するエンジン走行モードとなる。
【００３１】
図３は、上述した切替制御が行なわれているときのアクセル開度とエンジン２２およびモータ４０の回転数とスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇとクラッチＣ２の油圧の時間変化の一例を示す説明図である。図中、曲線Ａはモータ４０の回転数Ｎｍの時間変化であり、曲線Ｂはエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化であり、一点鎖線の曲線Ｃはモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加算した回転数の時間変化であり、破線の曲線Ｄはスタータモータ２６から発電トルクＴｍｇを出力しないときに想定されるエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化である。モータ走行モードで走行している状態から時間ｔ１に運転者がアクセルペダル８２を踏み込むと、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は図示しない運転モード設定ルーチンによりモータ走行モードからエンジン走行モードへの切り替えを指示する。この切替指示に基づいて前述の図２に例示する切替制御ルーチンが実行され、直ちにエンジン２２が始動される。エンジン２２の始動が完了し、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍを超える時間ｔ２にクラッチＣ２の係合制御が開始される。実施例では、クラッチＣ２は油圧により作動する構成となっているから、クラッチＣ２の係合制御では、まず、パッド容量を急速に充填する処理が行なわれる。そして、クラッチＣ２の係合力が徐々に大きくなるよう油圧を徐々に高くする。エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数より大きくなる時間ｔ３から時間ｔ４では、エンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍとの回転数差に応じた発電トルクＴｍｇが設定され、エンジン２２のクランクシャフト２４にその回転数Ｎｅを低下させる方向のトルクがベルト２８を介してスタータモータ２６から出力される。
【００３２】
クラッチＣ２の係合制御とスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇの作用により、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数以下になる時間ｔ４以降では、発電トルクＴｍｇには値０が設定されて、スタータモータ２６によるエンジン２２の回転数Ｎｅを抑えるトルクの作用は行なわれない。この場合でも、クラッチＣ２の係合力が作用するから、エンジン２２の回転数Ｎｅは抑えられる。こうして、エンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍとが一致する時間ｔ５に同期判定が成立し、クラッチＣ２の油圧が最大とされ、切替制御を終了する。
【００３３】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、クラッチＣ２の係合力とスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇによりエンジン２２の回転数Ｎｅをモータ４０の回転数Ｎｍに同期させるから、迅速に同期をとってエンジン２２のクランクシャフト２４を駆動軸としてのインプットシャフト５１に連結することができる。しかも、クラッチＣ２の係合力を徐々に大きくするから、切り替えの際にトルクショックが生じるのを防止することができる。また、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数より大きいときにだけスタータモータ２６によりエンジン２２の回転数Ｎｅを抑える方向のトルクを作用させるから、スタータモータでエンジン２２の回転数Ｎｅをモータ４０の回転数Ｎｍに同期させるものに比して定格に小さなスタータモータ２６を用いることができる。更に、スタータモータ２６に作用させる発電トルクＴｍｇにエンジン２２の回転数Ｎｅとモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加えた回転数との偏差である制御回転数ｔＮが大きくなるほど大きな値を設定するから、迅速にエンジン２２の回転数Ｎｅをモータ４０の回転数Ｎｍに同期させることができる。もとより、エンジン２２が吹きあがるのを防止することができる。
【００３４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の回転数Ｎｅからモータ４０の回転数Ｎｍと閾値αとを減じた制御回転数ｔＮが大きいほど大きな発電トルクＴｍｇが設定されるものとしたが、制御回転数ｔＮに拘わらず、一定の発電トルクＴｍｇを設定するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ４０の回転数Ｎｍに閾値αを加算した回転数より大きいときに発電トルクＴｍｇを設定してスタータモータ２６からクランクシャフト２４に発電トルクを作用させるようにしたが、閾値αは如何なる回転数として設定してもよい。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、切替制御においてエンジン２２の回転数ＮｅをエンジンＥＣＵ２９を介して通信により取得するものとしたが、クランクシャフト２４に回転数センサを取り付けてクランクシャフト２４の回転数を直接読み込むものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ４０の回転数Ｎｍを読み込んで駆動軸としてのインプットシャフト５１の回転数としても用いたが、インプットシャフト５１に取り付けられている回転数センサ６１により検出される回転数を直接読み込むものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２４に接続されたスタータモータ２６と、エンジン２２に接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のキャリア３５に接続されたモータ４０と、キャリア３５とインプットシャフト５１とを接続可能なクラッチＣ１と、リングギヤ３２とインプットシャフト５１とを接続可能なクラッチＣ２とを備える動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車におけるモータ走行モードからエンジン走行モードへの切り替えの際のクラッチＣ２の接続に切替制御を適用したが、エンジンの出力軸に接続された発電機と、エンジンの出力軸と駆動軸とを連結可能なクラッチと、駆動軸に動力を出力可能なモータとを備える動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車であれば、如何なる構成のハイブリッド自動車におけるモータ走行モードからエンジン走行モードへの切替制御に適用するものとしてもよい。例えば、図４に例示する変形例のハイブリッド自動車１２０のように、ベルト１２８を介してエンジン１２２のクランクシャフト１２４に接続されたスタータモータ１２６と、エンジン１２２のクランクシャフト１２４とデファレンシャルギヤ１６０を介して駆動輪１６６ａ，１６６ｂに接続された駆動軸１５１とを接続および接続の解除を行なうクラッチＣ３と、駆動軸１５１に動力を出力可能なモータ１４０と、を備える動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車１２０にも適用することができる。なお、この変形例のハイブリッド自動車１２０では、クラッチＣ３を接続解除状態としてモータ１４０からの動力で走行するモータ走行モードとクラッチＣ３を接続状態としてエンジン１２２からの動力により走行するエンジン走行モードとを切り替えて走行することができ、この切替制御に対して実施例で説明した図２の切替制御ルーチンをそのまま適用することができる。
【００３７】
実施例では、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０として説明したが、一実施例である動力出力装置を自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載する構成や、こうした動力出力装置を移動を伴わない建設機械などの駆動装置に搭載する構成などに適用するものとしてもよい。
【００３８】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される切替制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】切替制御が行なわれているときのアクセル開度とエンジン２２およびモータ４０の回転数とスタータモータ２６の発電トルクＴｍｇとクラッチＣ２の油圧の時間変化の一例を示す説明図である。
【図４】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，１２０ハイブリッド自動車、２２，１２２エンジン、２４，１２４クランクシャフト、２６，１２６スタータモータ、２８，１２８ベルト、２９エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３０プラネタリギヤ、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３３第１ピニオンギヤ、３４第２ピニオンギヤ、３５キャリア、３９ケース、４０，１４０モータ、４１回転軸、４３インバータ、４４二次電池、４５回転位置検出センサ、４６電圧センサ、４７電流センサ、４８温度センサ、４９モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、５０ＣＶＴ、５１インプットシャフト、５２アウトプットシャフト、５３プライマリープーリー、５４セカンダリープーリー、５５ベルト、５６第１アクチュエータ、５７第２アクチュエータ、５９ＣＶＴ用電子制御ユニット（ＣＶＴＥＣＵ）、６１，６２回転数センサ、６４ディファレンシャルギヤ、６６ａ，６６ｂ，１６６ａ，１６６ｂ駆動輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０シフトレバー、８１シフトポジションセンサ、８２アクセルペダル、８３アクセルペダルポジションセンサ、８４ブレーキペダル、８５ブレーキペダルポジションセンサ、８６車速センサ、１６０デファレンシャルギヤ１６０、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２クラッチ、Ｂ１ブレーキ。

Claims

内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸の動力により発電可能な発電機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結および連結の解除を行なう連結解除手段と、
前記内燃機関の出力軸の回転数を検出する第１回転数検出手段と、
前記駆動軸の回転数を検出する第２回転数検出手段と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との連結の要請がなされたとき、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結させる力が作用するよう前記連結解除手段を制御すると共に該連結解除手段の制御の最中に前記第１回転数検出手段により検出される内燃機関の出力軸の回転数が前記第２回転数検出手段により検出される駆動軸の回転数より所定回転数以上大きいときには前記内燃機関の出力軸に発電トルクが作用するよう前記発電機を駆動制御することにより前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結する連結制御手段と、
を備える動力出力装置。
前記連結制御手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との回転数差と前記所定回転数との偏差に基づいて前記発電トルクを設定して前記発電機を駆動制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
前記連結制御手段は、前記偏差が大きいほど大きくなる傾向で前記発電トルクを設定して前記発電機を駆動制御する手段である請求項２記載の動力出力装置。
前記連結制御手段は、前記連結解除手段による前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とを連結させる力が徐々に大きくなるよう該連結解除手段を制御する手段である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
前記発電機は、電動機として機能して前記内燃機関をクランキング可能な電動発電機である請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置であって、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機を備え、
前記内燃機関の出力軸と駆動軸との連結の要請は、前記電動機からの動力だけを前記駆動軸に出力する第１の運転モードから前記内燃機関からの動力を前記駆動軸に出力する第２の運転モードへの移行の要請である
動力出力装置。
前記第２の運転モードは、前記内燃機関からの動力だけを前記駆動軸に出力するモードまたは前記内燃機関からの動力と前記電動機からの動力とを前記駆動軸に出力するモードである請求項６記載の動力出力装置。
請求項６または７記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記電動機に接続された第２の軸と第３の軸とを有し、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記第２の軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、
を備え、
前記連結解除手段は、前記第３の軸と前記駆動軸との接続および接続の解除を行なう手段であり、
前記第１の運転モードは、前記連結解除手段により前記第３の軸と前記駆動軸との接続が解除され前記接続解除手段により前記第２の軸と前記駆動軸とが接続された状態で、前記内燃機関の運転を停止すると共に前記電動機から動力を出力する運転モードであり、
前記第２の運転モードは、前記第１の運転モードの状態から前記連結解除手段により前記第３の軸と前記駆動軸とを接続した状態として前記内燃機関から動力を出力する運転モードである
動力出力装置。
請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置を備える自動車。