JPH07255104A - ハイブリッド型電気自動車 - Google Patents

ハイブリッド型電気自動車

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JPH07255104A
JPH07255104A JP6045695A JP4569594A JPH07255104A JP H07255104 A JPH07255104 A JP H07255104A JP 6045695 A JP6045695 A JP 6045695A JP 4569594 A JP4569594 A JP 4569594A JP H07255104 A JPH07255104 A JP H07255104A
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JP
Japan
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engine
clutch
generator
hydraulic
pressure
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JP6045695A
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Hisashi Kiba
壽 木庭
Shigeo Tsuzuki
繁男 都築
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Aisin AW Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハイブリッド型電気自動車に用いられるパワ
ープラントのエンジン始動時に、スタータ負荷を軽減
し、小型スタータにより始動可能とする。 【構成】 エンジン1とこのエンジン1により駆動され
る発電機4の間に油圧クラッチ2を設け、このクラッチ
2を油圧ポンプ9とクラッチ制御機構29により制御す
ることによりエンジン1と発電機4の断続を行う。エン
ジン1の回転数が低く、油圧ポンプ9の吐出圧が低いと
きには油圧クラッチ2が切り離された状態となる。吐出
圧がチェックバルブ31の設定圧に達するとクラッチ2
の接合が開始され、その後オリフィス32とアキューム
レータ33の作用により徐々に油圧シリンダ圧が上昇
し、クラッチ2が滑りながら滑らかに接合状態となる。
油圧シリンダ圧が所定圧力以上になるとエンジン1と発
電機4は滑ることなく結合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンにより発電機
を駆動し、この発電機により発電された電気により走行
モータを駆動して走行するハイブリッド型電気自動車に
関し、特に前記エンジンの始動時の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境に配慮した産業設備およ
び機器の開発が盛んに行われている。自動車において
も、排気ガスの無い電気自動車の開発が行われている
が、蓄電池の容量が未だに十分ではなく、この容量に連
続走行距離が制限されてしまうという問題がある。ま
た、蓄電池の充電を行う際にも長時間を要し、一旦放電
してしまうとすぐに使用できないという問題がある。こ
のような問題のために、電気自動車はごく限られた用途
のみに使用されるに止まっている。
【0003】このような問題を補うために、エンジンと
このエンジンによって駆動される発電機を車両に搭載
し、この発電機によって発生した電力によって車両を走
行させるいわゆるハイブリッド型電気自動車が開発され
ている。このハイブリッド型電気自動車は、エンジンの
運転状態を一定に保つことができ、エンジンの最大効率
点付近で常時運転することが可能である。また、一定の
運転状態で、排気ガスの有害な成分を除去する対策を採
ることは、様々な運転状態を想定した対策をするより確
実であり、その効果も大きい。
【0004】以上のように、ハイブリッド型電気自動車
は、排気ガスが全く無くなることはないが、エンジンの
熱効率が良く、よって排出される二酸化炭素の量が減少
でき、また排気ガス中の有害成分を除去することも比較
的容易であるという特徴を有している。このようなハイ
ブリッド型電気自動車の一例が特開昭48−64616
号公報に記載されている。この公報に記載されたハイブ
リッド型電気自動車の発電機は、直結するエンジンによ
り駆動されている。そして、この発電機により発電され
た電気によって直流モータを駆動するか、または蓄電池
に充電が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ハイブリッド型自動車のエンジンと発電機は、常時接続
されている。したがって、エンジンと発電機の運動部分
の慣性質量および慣性モーメント(以下、慣性質量と慣
性モーメントを合わせて単に慣性と記す。)には、発電
機のロータ部分の慣性が含まれエンジン単体での慣性に
比して増加している。特に、発電機を小型化するため
に、エンジンの回転を増速機によって増速して発電機を
回転させる構成を採る場合には、発電機ロータ部分の慣
性に増速比の2乗を乗じた慣性がエンジン単体の慣性に
付加されることになる。
【0006】このように、増加した慣性のエンジンを始
動するためには、スタータモータの負荷が増加すること
から、従来エンジン単体で用いられていたスタータモー
タに比してより始動トルクの高い大型のモータを用いな
ければならない。また、このスタータモータを駆動する
ための補機バッテリも大きな容量を有するものを備えな
ければならない。このように、スタータモータおよび補
機バッテリを大型化する必要があり、重量・コストが増
加上昇するという問題があった。さらに、このエンジン
を搭載する車両寸法まで大型化し、スタータモータなど
のみの重量増加に止まらず、車両の大型化に伴う重量増
加が引き起こされるという問題もあった。
【0007】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、始動時にしか使用しないスタータモ
ータを極力小型のものとし、エンジン重量の軽減、エン
ジン外形寸法の小型化し、小型で軽量なハイブリッド型
電気自動車を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかるハイブリッド型電気自動車は、エ
ンジンによって駆動されるエンジン潤滑用の油圧ポンプ
と、エンジンと発電機を断続する油圧クラッチと、油圧
ポンプから導かれる油圧を制御して前記油圧クラッチの
断続を制御するクラッチ制御手段とを有し、エンジン始
動時に、前記油圧クラッチにより前記エンジンと発電機
を切り離すことを特徴とする。
【0009】または、エンジンによって駆動されるエン
ジン潤滑用の油圧ポンプと、前記エンジンと発電機の間
に設けられ、前記エンジンの回転数を増速して発電機に
伝達する遊星歯車機構を有する増速機と、前記遊星歯車
機構に含まれ、前記エンジンと発電機の断続を行う油圧
クラッチと、前記油圧ポンプから導かれる油圧を制御し
て前記油圧クラッチの断続を制御するクラッチ制御手段
とを有し、エンジン始動時に、前記油圧クラッチにより
前記エンジンと発電機を切り離すことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明は以上のような構成を有しており、エン
ジン始動時には、油圧クラッチによりエンジンと発電機
が切り離された状態であり、発電機のロータの慣性がエ
ンジンの慣性に付加されず、エンジン単体の慣性のみと
なる。よって、始動用スタータの負荷が軽減し、スター
タの小型化を図ることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明にかかる好適な実施例を図面に
したがって説明する。
【0012】図1には、本発明にかかる第1の実施例が
示されている。図1は、電気自動車の特にエンジンおよ
び発電機を含むパワープラントを示す図である。本実施
例においては、エンジン1によって、油圧クラッチ2お
よび増速機3を介して、発電機4を駆動する。
【0013】エンジン1は通常のガソリンエンジンまた
はディーゼルエンジンであり、クランク軸の一端には外
周にリングギア6を有するフライホイール5が設けられ
ている。エンジン始動時にはスタータモータ7のピニオ
ンギア8が前記リングギア6と噛み合い、スタータ7の
回転をエンジン1のクランク軸に伝達する。エンジン始
動時以外では、ピニオンギア8はリングギア6とは噛み
合わず、図1に示す位置(退避位置)にある。
【0014】エンジン1のクランク軸のもう一方の端部
には、油圧ポンプ9が設けられており、この油圧ポンプ
は、オイルパン10に溜った潤滑油を吸入管11により
吸い上げ、潤滑配管12によりエンジン所定部に潤滑油
を送油する。また油圧ポンプが必要以上に潤滑油を吐出
する場合には、リリーフバルブ13が開き、余剰の潤滑
油はリターン配管14を介して、オイルパン10に直接
戻される。本実施例において、油圧ポンプ9はクランク
軸の一端に設けられたトロコイドポンプであるである
が、オイルパンの潤滑油の溜る部分に設けられたギアポ
ンプであってもよい。
【0015】前述のクランク軸にはフライホイール5の
後方にさらに油圧クラッチ2が接続されている。エンジ
ン1の回転は油圧クラッチ2のクラッチシリンダ15に
伝達し、シリンダ15と一体となって回転する入力側ク
ラッチ板16を回転させる。クラッチシリンダ15内の
油圧ピストン17には後述するクラッチ油圧配管18よ
り供給され、所定の油圧以上で、入力側クラッチ板18
と出力側クラッチ板19を圧接する。出力側クラッチ板
19はクラッチ出力軸20と一体となって回転し、エン
ジンからの回転を増速機3に伝達する。また、油圧クラ
ッチ2にはダンパ21が設けられており、エンジン1側
の比較的高い周波数の回転変動が発電機に伝わらないよ
うにしている。特に、このダンパ21は油圧クラッチ2
が接続した時のショックを吸収することにも作用してい
る。
【0016】増速機3は遊星歯車機構を有しており、本
実施例の場合は前記クラッチ出力軸20は遊星ギア22
の支持軸(キャリア)23を回転させる。すなわち、エ
ンジン1の回転は、油圧クラッチ2を介して、遊星ギア
22の公転運動を生じさせている。また、増速機3の太
陽ギア24が増速機3の出力軸25に連結されている。
さらに、増速機3の外周ギア26は固定されている。し
たがって、太陽ギア24の歯数をZA 、外周ギア26の
歯数をZB とすれば、この遊星歯車機構の増速比rは次
式となる。
【0017】
【数1】r=(ZA +ZB )/ZA …(1) 増速機3の出力軸25は発電機4のロータ27に直結さ
れており、ステータ28内で回転し発電を行う。このよ
うに本実施例のようにエンジン1の回転を増速して発電
機を駆動する構成を採ることにより、発電機をより小型
にできるという利点がある。しかしながら、ロータ27
の慣性は、エンジン側から見た場合、単体としての慣性
モーメントに対して増速比の2乗に比例する。すなわ
ち、ロータ27の慣性モーメントをIとすれば、エンジ
ンのクランク軸において換算された慣性モーメントI0
は次式で表される。
【0018】
【数2】I0 =r2 ×I …(2) したがって、エンジン1と発電機が常時結合していた場
合、エンジン始動時にはスタータ7は、エンジン1およ
びロータ27まで含めて回転させる必要があり、特に、
ロータ27が増速されている場合は、スタータ7にかか
る負荷は大きなものとなる。
【0019】本実施例においては、エンジン1と増速機
3の間に油圧クラッチ2を設け、エンジン始動時にはこ
れらを切り離された状態とし、増速機3および発電機の
ロータ27の慣性が付加されないようにしている。そし
て、エンジンが回転を始めるとクラッチ制御部29によ
り、エンジン1と発電機4を徐々に連結する。
【0020】クラッチ制御部29には、潤滑配管12か
ら制御配管30により油圧ポンプ9の油圧が導かれてい
る。制御配管30には、上流からチェックバルブ31、
オリフィス32、アキュームレータ33が設けられてい
る。チェックバルブ31は、油圧ポンプ9からの油圧が
所定の油圧以下で閉じ、この所定油圧以上になると開い
て、下流にオイルが送られる。オリフィス32ではチェ
ックバルブ31を通過したオイルの流量を制限し、さら
にこれを通過したオイルはアキュームレータ分岐点34
に達する。
【0021】ここでオイルはアキュームレータ33と油
圧クラッチ2の油圧ピストン17に分配される。アキュ
ームレータ33は、アキュームレータシリンダ35と、
このシリンダ35内を摺動するアキュームレータピスト
ン36と、このピストン36をアキュームレータのシリ
ンダ室38の容積を小さくする方向に付勢しているアキ
ュームレータばね37を含んでいる。したがって、油圧
ポンプ9により所定の油圧が発生していない時には、ば
ね29の付勢力によって、アキュームレータのシリンダ
室38は最小の容積となっている。そして、油圧ポンプ
9による油圧が所定値以上になりクラッチ制御部29に
オイルが供給され始めると、ばね37の付勢力に抗し
て、油圧によりシリンダ36が押される。これと並行し
て油圧クラッチ2の油圧ピストン17にオイルが供給さ
れ、ストロークが開始されるが、アキュームレータ33
に流れるオイルが多く、すぐには油圧クラッチ2が接続
しない。そして、十分な油圧が発生して、所定の時間が
経過すると油圧クラッチ2が接合状態となり、エンジン
1と発電機4とが連結状態となる。
【0022】このクラッチ制御部29の作動をより詳細
に説明する。図2はエンジン始動時に油圧ピストン17
の圧力と油圧ポンプ9の吐出圧の時間経過を示す図であ
る。破線が油圧ポンプ9の吐出圧Pe 、実線が油圧ピス
トン圧Pc を示している。エンジン1が停止していると
きは吐出圧Pe 、油圧ピストン圧Pc はともに0(ゲー
ジ圧)である。時刻t0 でスタータ7が回転し始めると
吐出圧Pe は破線で示すように徐々に上昇する。吐出圧
e がチェックバルブ30が開く圧力P1 に達するとチ
ェックバルブ30が開き、クラッチ制御部29に油圧ポ
ンプ9からの油圧が導かれる。この時刻t1 で始めて、
油圧ピストン圧Pc が圧力P1 まで立ち上がる。さら
に、スタータ7が回り続けエンジン1が点火するとエン
ジン回転数は急激に上昇し、これに伴って吐出圧Pe
急激に上昇し、リリーフバルブ13が開放するまで上昇
を続ける。一方、油圧ピストン圧Pc は、オリフィス3
2によりオイルの流れが絞られているために、吐出圧P
e より低めになる。また、アキュームレータ33に流入
するオイルが多量にあるために、オリフィス32を通過
する際の圧力損失は大きく、吐出圧Pe と油圧ピストン
圧Pc の差を大きくしている。このように、オリフィス
32とアキュームレータ33によって、油圧ピストン圧
c の上昇を緩やかなものとしている。
【0023】油圧ピストン圧Pc がクラッチ接合開始圧
2 に達すると(時刻t2 )、クラッチ板16,19が
圧接し、エンジン1の回転が発電機4に伝達し始める。
このときはまだ十分な圧力が発生していないのでクラッ
チ板16,19はスリップしながら回転する。このスリ
ップは油圧ピストン圧Pc が係合終了圧P3 に達する
(時刻t3 )まで継続する。このようにクラッチを徐々
に繋いでいくことにより、エンジン1に急激な負荷がか
かり、エンジン1が停止することを防止している。ま
た、エンジン1が停止しないまでも大きなショックが発
生し、電気自動車の搭乗者に不快な印象を与えることも
防止している。
【0024】アキュームレータ33がフルストロークす
るとオイルの流れがほとんどなくなり、オリフィス32
による圧力損失が減少し、油圧ピストン圧Pc がリリー
フバルブ13が開放する圧力であるリリーフ設定圧P4
まで急激に上昇する(時刻t4 )。以後、エンジン1が
回転を続ける限り、エンジン1と発電機4と結合された
状態となって運転される。
【0025】以上のように、エンジン始動時には油圧ク
ラッチ2が切れた状態であり、エンジンの回転上昇に伴
なって、徐々にクラッチが繋がれ発電機4が駆動され
る。したがって、スタート時の負荷は少なく比較的小型
のスタータでエンジンの始動を行うことが可能である。
また、クラッチが徐々に繋がるので、クラッチ接合時の
ショックが軽減され、エンジンストールの発生を防止
し、また搭乗者に与える不快な印象を低減することがで
きる。
【0026】また、チェックバルブ30の開放圧、オリ
フィス32の開口径、アキュームレータ33の容積、ば
ね37のばね定数などを変更することにより、容易にク
ラッチの接合時の特性を変更することができる。たとえ
ば、アキュームレータ33の容量を大きくすることで、
チェックバルブ30が開いてからの緩やかに圧力が上昇
する時間(時刻t1 からt4 まで)を長くすることがで
きる。また、オリフィス径を小さくすることにより、時
刻t1 からt4 までの圧力上昇の勾配を小さくすること
ができる。
【0027】また、従来よりエンジンに備えられている
潤滑用油圧ポンプを利用し、チェックバルブ、オリフィ
ス、アキュームレータなどを組み合わせた簡易な構成の
制御回路によって、油圧クラッチを制御することができ
る。したがって、発電機を始動用モータとして使用する
場合のように、インバータを新たに車載するなどの方法
に比しても、より小型軽量なパワープラントを構成する
ことができる。
【0028】図3には、本発明にかかる第2の実施例が
示されている。本実施例の構成要素のうち第1実施例と
同様のものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【0029】第2実施例においては、油圧クラッチ2に
替えて、継手40が用いられている。継手40は、急激
な回転変動を吸収するダンパ機構を含んでおり、その出
力軸20は増速機41の遊星ギア42の支持軸43に接
続されている。したがって、本実施例においては、増速
機41の遊星ギア42まではエンジンに直結している。
【0030】増速機41は遊星歯車機構を有するもので
あり、前述のように遊星ギア42が駆動ギアとなってい
る。出力ギアは太陽ギア44であり出力軸25を介して
発電機4のロータ27と直結している。
【0031】本実施例において特徴的なことは、増速機
41の外周ギア45が固定状態と回転状態のふたつの状
態を選択することができることにある。外周ギア45と
ケース46との間に、クラッチ機構47が設けられてお
り、このクラッチ機構47によって外周ギアの制御が行
われている。クラッチ機構47は、外周ギア45と一体
となって回転する外周ギアクラッチ板48とケース46
と一体となった固定クラッチ板48を含んでいる。これ
らのクラッチ板48,49は回転軸方向には若干の移動
が許容されている。クラッチ機構47はさらに油圧ピス
トン50を含み、この油圧ピストン50は、第1実施例
と同様の構成のクラッチ制御部29からの油圧の供給に
よってストロークし、前記クラッチ板48,49を圧接
する。
【0032】本実施例の動作は、エンジン始動時の吐出
圧の変化、油圧ピストン圧の変化など、第1実施例と同
様である。エンジン1が十分な回転数に達していないと
きには、増速機41内のクラッチ機構47は切り離され
た状態にある。そして、遊星ギア42がエンジン1の回
転に伴なって公転運動を行う。このとき、太陽ギア44
はロータ27の慣性および摩擦によりほとんど回転しな
い。したがって、外周ギア45は遊星ギア42の公転運
動と自転運動に応じて回転する。すなわち、この状態で
は、遊星ギア42の回転運動は外周ギア45を回転させ
るだけで、増速機41は空転状態となっている。
【0033】エンジン回転が上昇し吐出圧が高くなる
と、クラッチ機構47が接合し、外周ギア45が固定さ
れる。そして、太陽ギア44が回転を始め発電機4にエ
ンジンの回転力が伝達され、第1実施例と同様に発電が
開始される。
【0034】以上、第2実施例においては、第1実施例
の効果と同様の効果を得られることは明らかである。さ
らに、第2実施例においては、油圧ピストン50が回転
しないために、ここにオイルを供給する配管の構成が簡
易化される。すなわち、回転部分にオイルを供給するた
めに回転軸内に油路を設け、回転軸と軸受け部分にシー
ル構造を設ける必要がなく、漏れも減少する。
【0035】以上、二つの実施例において、増速機は、
外周ギアを固定、キャリア入力、太陽ギア出力の構成を
有する遊星ギア機構のものを示したが、他の方式による
遊星ギア機構、さらにはカウンタギア機構の増速機でも
同様の効果をそうすることは明らかである。さらに、発
電機は、界磁コイルを回転させる他励式発電機や、永久
磁石を回転させる自励式のものでも本実施例の効果と同
様の効果を奏する。
【0036】
【発明の効果】以上、本発明によれば、エンジン始動時
には油圧クラッチによりエンジンと発電機が切り離され
た状態であり、発電機のロータの慣性がエンジンの慣性
に付加されず、エンジン単体の慣性のみとなる。よっ
て、始動用スタータの負荷が軽減し、スタータの小型化
を図ることができる。したがって、エンジン外形が小型
化され、車両搭載性が向上する。また、車両の重量の軽
減が図れる。
【0037】また、従来よりエンジンに備えられている
潤滑ようの油圧ポンプの圧力によりクラッチ機構を制御
するようにしたので、新たなクラッチの駆動源を設ける
ことなく、簡易な構成を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる第1の実施例を示す図である。
【図2】本実施例のエンジン始動時の油圧ポンプの吐出
圧と油圧シリンダ圧を示す図である。
【図3】本発明にかかる第2の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 油圧クラッチ 3、41 増速機 4 発電機 7 スタータ 9 油圧ポンプ 17 油圧シリンダ 22、42 遊星ギア 23、43 支持軸(キャリア) 24、44 太陽ギア 26、45 外周ギア 27 ロータ 29 クラッチ制御機構 31 チェックバルブ 32 オリフィス 33 アキュームレータ 47 クラッチ機構

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンにより駆動される発電機を有
    し、当該発電機により発電された電気によって走行モー
    タを駆動し走行するハイブリッド型電気自動車におい
    て、 前記エンジンによって駆動されるエンジン潤滑用の油圧
    ポンプと、 前記エンジンと発電機の断続を行う油圧クラッチと、 前記油圧ポンプから導かれる油圧を制御して前記油圧ク
    ラッチの断続を制御するクラッチ制御手段と、を有し、 エンジン始動後に、前記油圧クラッチにより前記エンジ
    ンと発電機を接続することを特徴とするハイブリッド型
    電気自動車。
  2. 【請求項2】 エンジンにより駆動される発電機を有
    し、当該発電機により発電された電気によって走行モー
    タを駆動し走行するハイブリッド型電気自動車におい
    て、 前記エンジンによって駆動されるエンジン潤滑用の油圧
    ポンプと、 前記エンジンと発電機の間に設けられ、前記エンジンの
    回転数を増速して発電機に伝達する遊星歯車機構を有す
    る増速機と、 前記遊星歯車機構に含まれ、遊星歯車機構の一要素の断
    続を行う油圧クラッチと、 前記油圧ポンプから導かれる油圧を制御して前記油圧ク
    ラッチの断続を制御するクラッチ制御手段と、を有し、 エンジン始動後に、前記油圧クラッチにより前記エンジ
    ンと発電機を接続することを特徴とするハイブリッド型
    電気自動車。
JP6045695A 1994-03-16 1994-03-16 ハイブリッド型電気自動車 Pending JPH07255104A (ja)

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JP6045695A JPH07255104A (ja) 1994-03-16 1994-03-16 ハイブリッド型電気自動車

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