JP5915008B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン駆動によらない走行時にエンジンが停止できるハイブリッド車両に関する。
エンジンと電動モータを搭載したパラレル式のハイブリッド車両（ＨＥＶ）が知られており、例えば、ディーゼルエンジンを搭載した小型トラックに適用される。ＨＥＶでは、加速や巡航などのエンジン効率が良い状態においてはエンジン駆動による走行（エンジン走行）とし、エンジン効率が良くない状態においては電動モータ駆動による走行（電動走行）とするよう走行方式が切り替えられる。図７に示されるように、ＨＥＶでは、変速機４がエンジン２に対して主クラッチ３を介して連結され、電動モータ５は変速機４を駆動可能に構成される。
ＨＥＶは、減速などの余剰エネルギがある状態においては電動モータ５を回生駆動して走行（回生走行）することもできる。回生走行時には、エンジン２と変速機４が主クラッチ３の断によって遮断され、電動モータ５は変速機４を介して車両負荷からの力（慣性）で回転される。このとき、エンジン２は、停止ではなくアイドリングに制御される。これは、エンジン２が停止すると、エンジン２に直接連結されてエンジン２によって駆動されているエンジン補機１０が停止してしまうからである。
エンジン補機１０として、具体的には、電装品に電力を供給するための発電機（オルタネータ）１０ａ、エンジン冷却水を循環させるためのウォータポンプ１０ｂ、ラジエータ冷却用の冷却ファン１０ｃ、油圧パワーステアリング用の油圧ポンプ、エアコン冷媒圧縮用のコンプレッサ、などがある。
エンジン２と変速機４が主クラッチ３の断によって遮断されている電動走行時においても、同様の理由で、エンジン２は停止ではなくアイドリングに制御される。
特開２０１０−２５４２３１号公報 特開２０１１−０２０５８０号公報
電動モータを搭載せずエンジン駆動のみによる走行を行う標準車両では、制動エネルギを回収できないが、制動時やエンジン無負荷時にエンジンを停止した状態（具体的には燃料噴射を停止した状態）で走行する惰行走行を行うことにより、燃料消費を抑えることが知られている。このような標準車両に比して、ＨＥＶでは回生走行により制動エネルギを回収できても、エンジン２を停止した状態での走行ができないので、燃料消費を抑える効果があまり大きくない。
仮に、エンジン２と変速機４が主クラッチ３の断によって遮断されている回生走行時や電動走行時に、エンジン補機１０の動作が保証されていれば、エンジン２が回転している必要はなくなるので、エンジン２を停止させての回生走行や電動走行ができると考えられる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン駆動によらない走行時にエンジンが停止できるハイブリッド車両を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、前記エンジンに対して主クラッチを介して連結された変速機と、前記変速機に連結された電動モータと、前記主クラッチを接にして前記エンジンの駆動によるエンジン走行を行うエンジン走行制御部と、前記主クラッチを断にして前記電動モータの駆動による電動走行を行う電動走行制御部とを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンに対してエンジン側補機クラッチを介して連結され、かつ、前記変速機に対して変速機側補機クラッチを介して連結されたエンジン補機と、前記主クラッチを断にして前記電動モータを回生駆動する回生走行を行う回生走行制御部と、回生走行時に、前記エンジンを停止させ、前記エンジン側補機クラッチを断にし、かつ、前記変速機側補機クラッチを接にすることで車両負荷により前記エンジン補機を駆動する回生走行時補機駆動制御部とを備えたものである。
電動走行時に、前記エンジンを停止させ、前記エンジン側補機クラッチを断にし、かつ、前記変速機側補機クラッチを接にすることで前記電動モータにより前記エンジン補機を駆動する電動走行時補機駆動制御部を備えてもよい。
複数のエンジン補機と、各エンジン補機が連結された共通の補機駆動軸とを備え、前記補機駆動軸が前記エンジンに対して前記エンジン側補機クラッチを介して連結され、かつ、前記変速機に対して前記変速機側補機クラッチを介して連結されてもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
（１）エンジン駆動によらない走行時にエンジンが停止できる。
本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両の駆動系構成図である。 本発明のハイブリッド車両における変速機の構成図である。 本発明においてＰＴＯが付加された変速機のカウンタ軸に垂直な面での断面図である。 本発明のハイブリッド車両のエンジン走行時における駆動系構成図である。 本発明のハイブリッド車両の電動走行時における駆動系構成図である。 本発明のハイブリッド車両の回生走行時における駆動系構成図である。 従来のハイブリッド車両の駆動系構成図である。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１に示されるように、本発明に係るハイブリッド車両１は、エンジン２と、エンジン２に対して主クラッチ３を介して連結された変速機４と、変速機４に連結された電動モータ５と、主クラッチ３を接にしてエンジン２の駆動によるエンジン走行を行うエンジン走行制御部６と、主クラッチ３を断にして電動モータ５の駆動による電動走行を行う電動走行制御部７とを備える。
ハイブリッド車両１は、エンジン２に対してエンジン側補機クラッチ８を介して連結され、かつ、変速機４に対して変速機側補機クラッチ９を介して連結されたエンジン補機１０と、主クラッチ３を断にして電動モータ５を回生駆動する回生走行を行う回生走行制御部１１と、回生走行時に、エンジン２を停止させ、エンジン側補機クラッチ８を断にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を接にすることで車両負荷によりエンジン補機１０を駆動する回生走行時補機駆動制御部１２とを備える。
ハイブリッド車両１は、電動走行時に、エンジン２を停止させ、エンジン側補機クラッチ８を断にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を接にすることで電動モータ５によりエンジン補機１０を駆動する電動走行時補機駆動制御部１３を備える。
ハイブリッド車両１は、エンジン走行時に、エンジン側補機クラッチ８を接にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を断にすることでエンジン２によりエンジン補機１０を駆動するエンジン走行時補機駆動制御部１４を備える。
エンジン補機１０は、１つに限らず、例えば、標準車両と同様の発電機（オルタネータ）、ウォータポンプ、冷却ファン、油圧ポンプなどがある。図１では、エンジン補機１０として、エンジン補機１０ａ（発電機）、エンジン補機１０ｂ（ウォータポンプ）、エンジン補機１０ｃ（冷却ファン）が示されている。複数のエンジン補機１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、一体の補機ユニットとしてユニット化されている。このように、本発明のハイブリッド車両１は、複数のエンジン補機１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、各エンジン補機１０ａ，１０ｂ，１０ｃが連結された共通の補機駆動軸１５とを備え、補機駆動軸１５がエンジン２に対してエンジン側補機クラッチ８を介して連結され、かつ、変速機４に対して変速機側補機クラッチ９を介して連結される。
エンジン側補機クラッチ８及び変速機側補機クラッチ９は、エンジン補機１０に必要な駆動力が大きくないことから、従来からエアコン冷媒圧縮用のコンプレッサに使用されている電磁クラッチが流用できる。エンジン側補機クラッチ８及び変速機側補機クラッチ９は、通電されたとき接となり、非通電のとき断となる電磁クラッチでもよく、通電されたとき断となり、非通電のとき接となる電磁クラッチでもよい。
エンジン２、主クラッチ３、変速機４と、電動モータ５は、従来と同様であるが、本実施形態では、変速機４に外部駆動機構（ＰＴＯ）を取り付けてエンジン補機１０を連結するので、主クラッチ３と変速機４の内部構造を詳しく説明する。
図２に示されるように、主クラッチ３は、流体継手（フルードカップリング）２０１と湿式多板クラッチ（変速クラッチ）２０２とからなる。
流体継手２０１は、エンジン出力軸（クランク軸）に接続されたポンプ２０３と、ポンプに対向され湿式多板クラッチ２０２の入力側に接続されたタービン２０４と、ポンプ２０３とタービン２０４の断接を行うロックアップクラッチ２０５とを有する。流体継手２０１は、ロックアップクラッチ２０５が断の状態では、内蔵流体のクリープによる動力伝達を行うことができ、発進時の半クラッチ動作に好適である。ロックアップクラッチ２０５が接の状態では、エンジン２と湿式多板クラッチ２０２とを直結したのと同等の状態になるので、発進後の伝達効率を高めることができる。
湿式多板クラッチ２０２は、タービン２０４に接続された入力側回転部２０６と、変速機４の入力軸に接続された出力側回転部２０７とを有し、流体が満たされたケーシング内に入力側回転部２０６と出力側回転部２０７とでそれぞれ複数枚ずつ互い違いに配置されたクラッチプレートがクラッチピストンで移動されて、断と接が行われる。湿式多板クラッチ２０２は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）によって制御され、シフトレバー操作が開始されると断となり、シフトレバー操作が終了すると接となる。
変速機４は、湿式多板クラッチ２０２に接続された入力軸２０８と、入力軸２０８の軸方向延長上に配置され図示しない車両負荷に繋がる出力軸２０９と、入力軸２０８及び出力軸２０９に対して平行に配置されたカウンタ軸２１０とを有する。
入力軸２０８には、第一入力軸ギア２１１と第二入力軸ギア２１２が固定的に取り付けられている。出力軸２０９には、第一出力軸ギア２１３と第二出力軸ギア２１４と第三出力軸ギア２１５と第四出力軸ギア２１６が固定的に取り付けられている。出力軸２０９には、第一ドグギア２１７と第二ドグギア２１８と第三ドグギア２１９と第四ドグギア２２０と第五ドグギア２２１が回転自在に軸承されている。
カウンタ軸２１０には、第一入力軸ギア２１１に噛合する第一カウンタギア２２２と、第一ドグギア２１７に噛合する第二カウンタギア２２３と、第二ドグギア２１８に噛合する第三カウンタギア２２４と、第三ドグギア２１９に噛合する第四カウンタギア２２５と、第四ドグギア２２０に噛合する第五カウンタギア２２６と、第五ドグギア２２１に反転ギアを介して噛合する第六カウンタギア２２７と、第七カウンタギア２２８が固定的に取り付けられていると共に、第四出力軸ギア２１６に噛合する第六ドグギア２２９が回転自在に軸承されている。
第一出力軸ギア２１３と第二出力軸ギア２１４と第三出力軸ギア２１５と第七カウンタギア２２８には、各々、軸方向移動してドグギアにスプライン噛合可能なスリーブギアが設けられている。各スリーブギアは、図示しないギア段切替アクチュエータにより、いずれか一つのスリーブギアがドグギアにスプライン噛合するよう移動されるように構成される。
変速機４では、第一入力軸ギア２１１に第一カウンタギア２２２が噛合し、第二カウンタギア２２３〜第六カウンタギア２２７に各々第一ドグギア２１７〜第五ドグギア２２１が噛合するので、入力軸２０８が回転していると、これらの噛合しているギア・ドグギアは常に回転する。適宜なスリーブギアを移動させてドグギアにスプライン噛合させると、対応するギア比で出力軸２０９に回転が伝達される。具体的には、５速４速ステージ５ｔｈ−４ｔｈにおいてスリーブギアが第二入力軸ギア２１２に噛合されると５速にギア入れされる。反対に、スリーブギアが第二ドグギア２１７にスプライン噛合されると４速にギア入れされる。３速２速ステージ３ｒｄ−２ｎｄ及び１速後進ステージ１ｓｔ−ｒｅｖでも、同様にして、３速、２速、１速、後進へのギア入れがなされる。６速ステージ６ｔｈでは、スリーブギアが第六ドグギア２２９にスプライン噛合されると、６速へのギア入れがなされ、第七カウンタギア２２８の回転が第六ドグギア２２９を介して第四出力軸ギア２１６に伝達されるようになる。
本発明のハイブリッド車両１では、変速機４に外部駆動機構（ＰＴＯ）を取り付け、ＰＴＯを介して電動モータ５とエンジン補機１０を変速機４に連結する。ＰＴＯは、入力軸２０８の回転が常に伝達されるギアを介して連結するのが好ましい。ここでは、電動モータ５のための第一ＰＴＯ１６とエンジン補機１０のための第二ＰＴＯ１７が付加される。
第一ＰＴＯ１６は、第三カウンタギア２２４に反転ギアを介して噛合する第一ＰＴＯ入力ギア２３０と、第一ＰＴＯ入力ギア２３０の回転軸に設けられた電動モータクラッチ２３１と、電動モータクラッチ２３１の出力軸に取り付けられた第一ＰＴＯ出力ギア２３２を有する。第一ＰＴＯ出力ギア２３２には電動モータ５の回転軸に取り付けられたギアが噛合される。電動モータクラッチ２３１が断にされた状態では、電動モータ５は、第二ＰＴＯ１７、エンジン２、車両負荷のいずれとも連結しない。電動モータクラッチ２３１が接にされた状態では、電動モータ５は第一ＰＴＯ１６を介して変速機４のカウンタ軸２１０に連結するので、電動モータ５は第二ＰＴＯ１７と連結し、主クラッチ３が接であれば電動モータ５はエンジン２と連結し（走行充電時）、変速機４がいずれかのギア段にギアインしていれば電動モータ５は車両負荷と連結する。
第二ＰＴＯ１７は、第三カウンタギア２２４に反転ギアを介して噛合する第二ＰＴＯ入力ギア２３３を有する。第二ＰＴＯ入力ギア２３３は、図示の便宜上、第二ドグギア２１８に反転ギアを介して噛合するように描いてある。第二ＰＴＯ入力ギア２３３の回転軸に変速機側補機クラッチ９が設けられる。変速機側補機クラッチ９の出力軸が図１で説明した補機駆動軸１５となる。
電動モータ５の電力系統としては、標準車両と同等の電装品用定格電圧よりも高電圧かつ高容量の電動モータ用バッテリ２３４と、電動走行時及び回生走行時に電圧変換を行うインバータ２３５が設けられる。
図３に示されるように、本発明のハイブリッド車両１は、変速機４に第一ＰＴＯ１６と第二ＰＴＯ１７が取り付けられる。このとき、第一ＰＴＯ１６がカウンタ軸２１０の右側に、第二ＰＴＯ１７がカウンタ軸２１０の左側にというように、第一ＰＴＯ１６と第二ＰＴＯ１７が左右に振り分けて設置されると、左右の重量が均衡する配置となり好ましい。さらに、鉛直に対しカウンタ軸２１０の左右の同じ角度に第一ＰＴＯ１６と第二ＰＴＯ１７が配置されると、回転バランスが良くなる。また、第一ＰＴＯ１６の第一ＰＴＯ入力ギア２３０と第二ＰＴＯ１７の第二ＰＴＯ入力ギア２３３が変速機４の筐体２３６の外部に設置されると、従来の変速機４を大きく設計変更することなく、本発明が実現できる。
以下、本発明のハイブリッド車両１の動作を説明する。
ハイブリッド車両１は、従来公知のように、ＥＣＵにおいて複数のエンジンパラメータに基づいて、エンジン走行、電動走行、回生走行のいずれを実行するか決定する。この決定に従い、次のような制御が実行される。
１）エンジン走行
図４に示されるように、エンジン走行時は、エンジン走行制御部６が主クラッチ３を接にしてエンジン２の駆動によるエンジン走行を行う。エンジン２の駆動力は、矢印Ａのように、変速機４の出力軸に伝達される。このとき、エンジン走行時補機駆動制御部１４は、エンジン側補機クラッチ８を接にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を断にする。この結果、エンジン２の駆動力は、矢印Ｂのように、エンジン補機１０に伝達されるので、エンジン２によりエンジン補機１０が駆動されることになる。
第一ＰＴＯ１６と電動モータ５は、電動モータクラッチ２３１が接であれば連結され、電動モータクラッチ２３１が断であれば遮断される。エンジン２の出力エネルギに余剰があるときは、第一ＰＴＯ１６と電動モータ５を連結し、エンジン２の駆動力を破線矢印Ｃのように伝達して走行充電してもよい。
２）電動走行
図５に示されるように、電動走行時は、電動走行制御部７が主クラッチ３を断にして電動モータ５の駆動による電動走行を行う。電動モータ５の駆動力は、矢印Ｄのように、変速機４の出力軸に伝達される。このとき、電動走行時補機駆動制御部１３は、エンジン２を停止させ、エンジン側補機クラッチ８を断にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を接にする。この結果、電動モータ５の駆動力は、矢印Ｅのように、エンジン補機１０に伝達されるので、電動モータ５によりエンジン補機１０が駆動されることになる。エンジン２は、燃料噴射が停止されるので、燃料消費が無くなる。
３）回生走行
図６に示されるように、回生走行時は、回生走行制御部１１が主クラッチ３を断にして電動モータ５を回生駆動する回生走行を行う。車両負荷からの力は、矢印Ｆのように、電動モータ５に伝達される。このとき、回生走行時補機駆動制御部１２は、エンジン２を停止させ、エンジン側補機クラッチ８を断にし、かつ、変速機側補機クラッチ９を接にする。この結果、車両負荷からの力は、矢印Ｇのように、エンジン補機１０に伝達されるので、車両負荷によりエンジン補機１０が駆動されることになる。エンジン２は、燃料噴射が停止されるので、燃料消費が無くなる。
以上説明したように、本発明のハイブリッド車両１によれば、回生走行時に車両負荷によりエンジン補機１０が駆動されるので、エンジン２を停止させての回生走行ができるようになり、燃料消費を抑える効果が大きい。
本発明のハイブリッド車両１によれば、電動走行時に電動モータ５によりエンジン補機１０が駆動されるので、エンジン２を停止させての電動走行ができるようになり、燃料消費を抑える効果が大きい。
本実施形態では、変速機４に電動モータ５のための第一ＰＴＯ１６とエンジン補機１０のための第二ＰＴＯ１７が付加されたが、付加されるＰＴＯは１台とし、電動モータ５とエンジン補機１０に兼用させてもよい。
本実施形態では、第一ＰＴＯ１６と第二ＰＴＯ１７が第三カウンタギア２２４に反転ギアを介して噛合するように構成したが、第三カウンタギア２２４に限らず、第一カウンタギア２２２、第二カウンタギア２２３、第四カウンタギア２２５、第五カウンタギア２２６、第六カウンタギア２２７、第一入力軸ギア２１１を利用してもよい。
１ ハイブリッド車両
２ エンジン
３ 主クラッチ
４ 変速機
５ 電動モータ
６ エンジン走行制御部
７ 電動走行制御部
８ エンジン側補機クラッチ
９ 変速機側補機クラッチ
１０ エンジン補機
１１ 回生走行制御部
１２ 回生走行時補機駆動制御部
１３ 電動走行時補機駆動制御部
１４ エンジン走行時補機駆動制御部

Claims (3)

  1. エンジンと、
    前記エンジンに対して主クラッチを介して連結された変速機と、
    前記変速機に連結された電動モータと、
    前記主クラッチを接にして前記エンジンの駆動によるエンジン走行を行うエンジン走行制御部と、
    前記主クラッチを断にして前記電動モータの駆動による電動走行を行う電動走行制御部とを備えたハイブリッド車両において、
    前記エンジンに対してエンジン側補機クラッチを介して連結され、かつ、前記変速機に対して変速機側補機クラッチを介して連結されたエンジン補機と、
    前記主クラッチを断にして前記電動モータを回生駆動する回生走行を行う回生走行制御部と、
    回生走行時に、前記エンジンを停止させ、前記エンジン側補機クラッチを断にし、かつ、前記変速機側補機クラッチを接にすることで車両負荷により前記エンジン補機を駆動する回生走行時補機駆動制御部とを備え、
    前記変速機は、前記車両負荷に繋がる出力軸と、前記出力軸に対して平行に配置されたカウンタ軸と、前記出力軸に対して遊転可能なギアとを備え、
    前記電動モータおよび前記変速機側補機クラッチは、前記変速機の遊転可能なギアに連結され、
    前記エンジン補機は、前記エンジンに対してクランク軸方向における前記変速機の反対側に配置され、
    前記ハイブリッド車両は、
    前記電動モータを前記変速機の遊転可能なギアに連結する第一外部駆動機構と、
    前記変速機側補機クラッチを前記変速機の遊転可能なギアに連結する第二外部駆動機構と、
    前記エンジン補機に連結され、前記エンジン側補機クラッチを介して前記エンジンに連結されると共に、前記変速機側補機クラッチおよび前記第二外部駆動機構を介して前記変速機に連結される補機駆動軸とを備え、
    前記第一外部駆動機構および前記第二外部駆動機構は、前記カウンタ軸の左右に振り分けて設置され、
    前記電動モータは前記第一外部駆動機構に接続され、前記補機駆動軸は前記第二外部駆動機構に接続されていることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 電動走行時に、前記エンジンを停止させ、前記エンジン側補機クラッチを断にし、かつ、前記変速機側補機クラッチを接にすることで前記電動モータにより前記エンジン補機を駆動する電動走行時補機駆動制御部を備え、
    前記変速機の遊転可能なギアは、前記カウンタ軸に固定的に取り付けられたカウンタギアであり、
    前記第一外部駆動機構および前記第二外部駆動機構は、鉛直に対し前記カウンタ軸の左右の同じ角度に配置されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
  3. 複数のエンジン補機を備え、
    前記補機駆動軸に各エンジン補機が共通に連結されていることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
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