JP6746933B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両に関する。
近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシスト（すなわち、力行）が行われる一方で、慣性走行時や制動時においてはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば特許文献１参照）。
また、近年、モータージェネレーターがエンジンに１本の動力伝達用のベルト状部材を介して接続されたタイプのＨＥＶも開発されている。なお、このタイプのＨＥＶの場合、エンジンを始動させる際にモータージェネレーターがバッテリーの電力を用いて駆動することで、エンジンをクランキングさせて、エンジンを始動させることができる。
ところで、上記のように、モータージェネレーターが１本のベルト状部材を介してエンジンに接続されたＨＥＶの場合、例えば回生発電時の場合のように、エンジンからモータージェネレーターに動力が伝達される場合には、相対的に小さい動力がベルト状部材を介して伝達される。一方、例えば始動時や力行時の場合のように、モータージェネレーターからエンジンに動力が伝達される場合には、ベルト状部材を介して相対的に大きな動力が伝達される。特に、エンジンの始動時には、モータージェネレーターからエンジンにベルト状部材を介して非常に大きな動力が伝達される。
したがって、１本のベルト状部材を用いてモータージェネレーターとエンジンとの動力伝達を行うＨＥＶにおいては、このエンジンの始動時に伝達される非常に大きな動力に耐えるために、ベルト状部材の幅は太く設定されている。このようなＨＥＶの場合、ベルト状部材よるフリクションが大きくなるので、ＨＥＶの燃費は十分に良好であるとはいえない。
特開２００２−２３８１０５号公報
本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンとモータージェネレーターとの間の動力伝達用のベルト状部材によるフリクションを低減させて、燃費を向上させることができるハイブリッド車両を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンと前記モータージェネレーターとの間の動力を伝達する動力伝達機構を備え、前記動力伝達機構は、前記エンジンと前記モータージェネレーターとの間の動力を伝達する第１ベルト状部材及び第２ベルト状部材と、前記第２ベルト状部材が係合する前記エンジン及び前記モータージェネレーターの少なくとも一方と前記第２ベルト状部材との間に配置され、前記モータージェネレーターから前記エンジンへの前記第２ベルト状部材を介した動力伝達は行い、前記エンジンから前記モータージェネレーターへの前記第２ベルト状部材を介した動力伝達は行わないクラッチと、を備えて、前記モータージェネレーターから前記エンジンに動力が伝達される場合に前記第１ベルト状部材と前記第２ベルト状部材との両方による動力伝達を行い、前記エンジンから前記モータージェネレーターに動力が伝達される場合に前記第１ベルト状部材による動力伝達を行うように構成される。
本発明によれば、始動時や力行時のようにモータージェネレーターからエンジンに動力が伝達される場合、すなわち、大きな動力が伝達される場合には、合計２本のベルト状部材によって、動力を伝達することができる。一方、回生発電時のようにエンジンからモータージェネレーターに動力が伝達される場合、すなわち、小さな動力が伝達される場合には、ワンウェイクラッチによって第２ベルト状部材を介した動力伝達は行われないので、第１ベルト状部材によって、動力を伝達することができる。
また、モータージェネレーターが力行や回生発電等を行わず、エンジンとモータージェネレーターとの間で動力の伝達がない場合でも、ワンウェイクラッチによって第２ベルト状部材を介した動力伝達は行われないので、第１ベルト状部材によって、動力を伝達することができる。
したがって、本発明によれば、モータージェネレーターがエンジンに１本の動力伝達用のベルト状部材を介して接続されたタイプのハイブリッド車両のように、始動時や力行時のみならず回生発電時や動力の伝達がない場合にも、太い１本のベルト状部材で動力を伝達する場合や、始動時及び力行時のみならず回生発電時や動力の伝達がない場合にも２本のベルト状部材で動力を伝達するタイプのハイブリッド車両に比較して、第１ベルト状部材及び第２ベルト状部材によるフリクションを低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
上記構成において、前記クラッチとしてワンウェイクラッチを備えて、前記第２ベルト状部材は、前記エンジンに接続されたエンジン側プーリーと前記モータージェネレーターに接続されたモーター側プーリーとに係合し、前記ワンウェイクラッチは、前記第２ベルト状部材に係合した前記エンジン側プーリー及び前記モーター側プーリーの少なくとも一方に内蔵されている構成とすることができる。
この構成によれば、ワンウェイクラッチが第２ベルト状部材に係合したエンジン側プーリー及びモーター側プーリーの少なくとも一方に内蔵されているので、動力伝達機構の体格をコンパクトにすることができる。これにより、少ないスペースであっても、動力伝達機構を配置することができる。
上記構成において、前記第２ベルト状部材の幅は前記第１ベルト状部材の幅よりも狭い構成とすることができる。
この構成によれば、第２ベルト状部材の幅が第１ベルト状部材の幅と同じである場合に比較して、第２ベルト状部材によるフリクションを低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
なお、第１ベルト状部材はエンジンやモータージェネレーター以外のエンジン補機（例えばエンジン冷却ファンや、エアーコンディショナー用のコンプレッサ）を同時に駆動しているのに対して、第２ベルト状部材はエンジンとモータージェネレーターのみの動力伝達となる。このことから、従来のように、太い１本のベルト状部材でエンジン、モータージェネレーター及びエンジン補機を駆動している場合には、エンジン補機のプーリーの幅（プーリー幅）を太いベルト状部材用の幅に合うように広くする必要があった。これに対して、本発明によれば、ベルト状部材が２本になっているので、エンジン補機のプーリー
の幅を第１ベルト状部材の幅にまで縮小することができる。これにより、エンジン補機のプーリーを小スペースで配置することができる。
本発明によれば、エンジンとモータージェネレーターとの間の動力伝達用のベルト状部材によるフリクションを低減させて、燃費を向上させることができる。
本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 動力伝達機構の詳細を説明するための図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０、及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。
なお、エンジン１０及びモータージェネレーター３１は、車両走行用の動力源としての機能を有している。なお、エンジン１０、モータージェネレーター３１、制御装置８０、及び動力伝達機構１２０は、ＨＥＶの発進加速時制御システムとしての機能も有している。
エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を介してトランスミッション２０に伝達される。
トランスミッション２０には、ＨＥＶの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ、変速用アクチュエーター２１を用いて自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。なお、トランスミッション２０は、ＡＭＴのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。
トランスミッション２０で変速された回転動力は、プロペラシャフト２２を通じてデファレンシャル２３に伝達され、一対の駆動輪２４にそれぞれ駆動力として分配される。
ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。
高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。
ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー３４は、各種の車両電装品３６に電力を供給する。
このハイブリッドシステム３０における種々のパラメータ、例えば、電流値、電圧値やＳＯＣなどは、ＢＭＳ３９（バッテリーマネージメントシステム）により検出される。ＢＭＳ３９は検出結果を制御装置８０に伝える。
モータージェネレーター３１は、エンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた動力伝達機構１２０を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。すなわち、動力伝達機構１２０はエンジン１０とモータージェネレーター３１とを接続するとともに、エンジン１０とモータージェネレーター３１との間の動力を伝達する機構である。なお、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限定されるものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０との間の伝達軸であってもよい。なお、動力伝達機構１２０の詳細は後述する。
このモータージェネレーター３１は、クランキングを行う機能も有している。
上述したハイブリッドシステム３０は制御装置８０によって制御される。具体的にはハイブリッドシステム３０は、制御装置８０に制御されることで、ＨＥＶの発進時、加速時等には、高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする（すなわち力行する）。一方、ハイブリッドシステム３０は、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。またハイブリッドシステム３０は、制御装置８０に制御されることで、エンジン本体１１の始動指令を受信した場合に高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１が駆動してエンジン本体１１をクランキングさせることで、エンジン本体１１を始動させる。
また制御装置８０は、ハイブリッドシステム３０の他に、クラッチ１４の切断及び接続を制御するとともに、変速用アクチュエーター２１を制御することでトランスミッション２０のギア段も制御する。この制御装置８０は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられる各種データやプログラム等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等とを有するマイクロコンピュータを備えている。
続いて動力伝達機構１２０の詳細について説明する。図２は動力伝達機構１２０の詳細を説明するための図であり、具体的には、ＨＥＶのうち動力伝達機構１２０の周辺部を抜き出して模式的に断面図示したものである。動力伝達機構１２０は、第１エンジン側プーリー１２１、第２エンジン側プーリー１２２、第１モーター側プーリー１２３、第２モーター側プーリー１２４、第１ベルト状部材１２５、第２ベルト状部材１２６、及びワンウェイクラッチ１２７を備えている。
第１エンジン側プーリー１２１及び第２エンジン側プーリー１２２は、エンジン１０の出力軸（本実施形態ではクランクシャフト１３）に接続されている。なお、第２エンジン側プーリー１２２は、第１エンジン側プーリー１２１よりもクランクシャフト１３の先端側（エンジン本体１１の側とは反対側の端部側）に配置されている。
第１モーター側プーリー１２３及び第２モーター側プーリー１２４は、モータージェネレーター３１の回転軸３７に接続されている。なお、第２モーター側プーリー１２４は、第１モーター側プーリー１２３よりも回転軸３７の先端側（モータージェネレーター３１の本体側とは反対側の端部側）に配置されている。
第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６は、エンジン１０のクランクシャフト１３とモータージェネレーター３１の回転軸３７との間の動力を伝達するベルトである。具体的には第１ベルト状部材１２５は、第１エンジン側プーリー１２１の外周部と第２モーター側プーリー１２４の外周部とに巻き付けられるようにして、第１エンジン側プーリー１２１と第２モーター側プーリー１２４とに係合している。また第２ベルト状部材１２６は、第２エンジン側プーリー１２２の外周部と第２モーター側プーリー１２４の外周部とに巻き付けられるようにして、第２エンジン側プーリー１２２と第２モーター側プーリー１２４とに係合している。
また本実施形態において、第１ベルト状部材１２５は、エンジン補機（例えばエンジン冷却ファンや、エアーコンディショナー用のコンプレッサ等）にも係合しており、その結果、エンジン１０の動力をエンジン補機にも伝達している。
なお、本実施形態においては、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６の具体例として、Ｖベルトを用いている。但し、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６の具体的構成はＶベルトに限定されるものではなく、例えば平ベルト等を用いることもできる。
また、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６のそれぞれの幅は、モータージェネレーター３１がエンジン１０の出力軸に１本の動力伝達用のベルト状部材を介して接続されたタイプのＨＥＶに用いられる、この１本の動力伝達用のベルト状部材の幅よりも狭く設定されている。
また本実施形態においては、第２ベルト状部材１２６の幅は第１ベルト状部材１２５の幅よりも狭く設定されている。
ワンウェイクラッチ１２７は、第２ベルト状部材１２６が係合するエンジン１０のクランクシャフト１３及びモータージェネレーター３１の回転軸３７の少なくとも一方と、第２ベルト状部材１２６との間に配置されている。具体的には本実施形態に係るワンウェイクラッチ１２７は合計で２個配置されており、一方のワンウェイクラッチ１２７はクランクシャフト１３と第２ベルト状部材１２６との間に配置されており、他方のワンウェイクラッチ１２７は第２ベルト状部材１２６が係合するモータージェネレーター３１の回転軸３７と第２ベルト状部材１２６との間に配置されている。より具体的には、一方のワンウェイクラッチ１２７は第２エンジン側プーリー１２２に内蔵されることで、クランクシャフト１３と第２ベルト状部材１２６との間に配置されており、他方のワンウェイクラッチ１２７は第２モーター側プーリー１２４に内蔵されることで、第２モーター側プーリー１２４の内周部と回転軸３７との間に配置されている。
このワンウェイクラッチ１２７は、モータージェネレーター３１からエンジン１０への第２ベルト状部材１２６を介した動力伝達（すなわち始動時及び力行時の動力伝達）は行い、エンジン１０からモータージェネレーター３１への第２ベルト状部材１２６を介した動力伝達（すなわち回生発電時の動力伝達）は空回りすることにより行わないクラッチである。このような機能を有するものであれば、ワンウェイクラッチ１２７の具体的な構造は特に限定されるものではなく、公知のスプラグ式やカム式のワンウェイクラッチ（またはフリーホイール）を用いることができる。
なお、ワンウェイクラッチ１２７の配置態様は、図２に示すような第２エンジン側プーリー１２２及び第２モーター側プーリー１２４の両方に内蔵される配置態様に限定されるものではない。例えばワンウェイクラッチ１２７は、第２エンジン側プーリー１２２及び第２モーター側プーリー１２４のいずれか一方にのみ内蔵されていてもよい。
上述した動力伝達機構１２０によれば、エンジン１０の始動時や力行時のように、モータージェネレーター３１からエンジン１０に動力が伝達される場合は、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６によって動力が伝達される。一方、回生発電時のようにエンジン１０からモータージェネレーター３１に動力が伝達される場合やエンジン１０とモータージェネレーター３１との間の動力伝達がない場合は、ワンウェイクラッチ１２７によって第２ベルト状部材１２６を介した動力伝達は禁止されるので、第１ベルト状部材１２５のみによって動力が伝達される。なお、エンジン１０とモータージェネレーター３１との間の動力伝達がない場合には、第１ベルト状部材１２５のみによって、エンジン補機とエンジン１０との間で動力伝達が行われる。
以上説明したように、本実施形態によれば、始動時や力行時の場合のように、大きな動力が伝達される場合には、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６の合計２本のベルト状部材によって、動力を伝達することができる。一方、回生発電時の場合のように、小さな動力が伝達される場合や、エンジン１０とモータージェネレーター３１との間の動力伝達がない場合には、ワンウェイクラッチ１２７によって第２ベルト状部材１２６を介した動力伝達は行われないので、第１ベルト状部材１２５によって、動力を伝達することができる。したがって、本実施形態によれば、モータージェネレーター３１がエンジン１０に１本の動力伝達用のベルト状部材を介して接続されたタイプのＨＥＶのように、始動時や力行時のみならず回生発電時の場合にも、太い１本のベルト状部材で動力を伝達する場合や、始動時及び力行時のみならず回生発電時の場合にも２本のベルト状部材で動力を伝達するタイプのＨＥＶに比較して、第１ベルト状部材１２５及び第２ベルト状部材１２６によるフリクションを低減させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。
また本実施形態によれば、ワンウェイクラッチ１２７は、第２ベルト状部材１２６に係合した第２エンジン側プーリー１２２及び第２モーター側プーリー１２４の少なくとも一方に内蔵されているので、動力伝達機構１２０の体格をコンパクトにすることができる。これにより、少ないスペースであっても、動力伝達機構１２０を配置することができる。
また、本実施形態によれば、回生発電時において第２ベルト状部材１２６は動力を伝達しないので、第２ベルト状部材１２６の幅を第１ベルト状部材１２５の幅より狭くしても、第２ベルト状部材１２６の耐久性に問題は生じない。したがって、図２で前述したように、第２ベルト状部材１２６の幅を第１ベルト状部材１２５の幅よりも狭くすることができる。
但し、動力伝達機構１２０の構成は上記構成に限定されるものではなく、例えば第２ベルト状部材１２６の幅は第１ベルト状部材１２５の幅と同じであってもよい。しかしながら、本実施形態のように第２ベルト状部材１２６の幅を第１ベルト状部材１２５の幅よりも狭くすることにより、第２ベルト状部材１２６の幅が第１ベルト状部材１２５の幅と同じ場合に比較して、第２ベルト状部材１２６によるフリクションを低減させることができる。これにより、燃費をより向上させることができる。
なお、第１ベルト状部材１２５はエンジン１０やモータージェネレーター３１以外のエンジン補機（例えばエンジン冷却ファンや、エアーコンディショナー用のコンプレッサ）を同時に駆動しているのに対して、第２ベルト状部材１２６はエンジン１０とモータージェネレーター３１のみの動力伝達となる。このことから、従来のように、太い１本のベルト状部材でエンジン１０、モータージェネレーター３１及びエンジン補機を駆動している場合には、エンジン補機のプーリーの幅（プーリー幅）を太いベルト状部材用の幅に合うように広くする必要があった。これに対して、本実施形態によれば、ベルト状部材が２本になっているので、エンジン補機のプーリーの幅を第１ベルト状部材１２５の幅にまで縮小することができる。これにより、エンジン補機のプーリーを小スペースで配置することができる。
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ エンジン
１３ クランクシャフト（出力軸）
３１ モータージェネレーター
３７ 回転軸
１２０ 動力伝達機構
１２１ 第１エンジン側プーリー
１２２ 第２エンジン側プーリー
１２３ 第１モーター側プーリー
１２４ 第２モーター側プーリー
１２５ 第１ベルト状部材
１２６ 第２ベルト状部材

Claims (3)

  1. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、
    前記エンジンと前記モータージェネレーターとの間の動力を伝達する動力伝達機構を備え、
    前記動力伝達機構は、
    前記エンジンと前記モータージェネレーターとの間の動力を伝達する第１ベルト状部材及び第２ベルト状部材と、
    前記第２ベルト状部材が係合する前記エンジン及び前記モータージェネレーターの少なくとも一方と前記第２ベルト状部材との間に配置され、前記モータージェネレーターから前記エンジンへの前記第２ベルト状部材を介した動力伝達は行い、前記エンジンから前記モータージェネレーターへの前記第２ベルト状部材を介した動力伝達は行わないクラッチと、を備えて、
    前記モータージェネレーターから前記エンジンに動力が伝達される場合に前記第１ベルト状部材と前記第２ベルト状部材との両方による動力伝達を行い、前記エンジンから前記モータージェネレーターに動力が伝達される場合に前記第１ベルト状部材による動力伝達を行うように構成されるハイブリッド車両。
  2. 前記クラッチとしてワンウェイクラッチを備えて、
    前記第２ベルト状部材は、前記エンジンに接続されたエンジン側プーリーと前記モータージェネレーターに接続されたモーター側プーリーとに係合し、
    前記ワンウェイクラッチは、前記第２ベルト状部材に係合した前記エンジン側プーリー及び前記モーター側プーリーの少なくとも一方に内蔵されている請求項１記載のハイブリッド車両。
  3. 前記第２ベルト状部材の幅は前記第１ベルト状部材の幅よりも狭い請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
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