JPH11311137A

JPH11311137A - ハイブリッド車

Info

Publication number: JPH11311137A
Application number: JP10118197A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Innami; 敏之印南; Yuzo Kadomukai; 裕三門向; Ryozo Masaki; 良三正木; Toshimichi Minowa; 利通箕輪; Takashige Oyama; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンとモータから成るハイブリッド車に
おいて、複数のエンジン出力特性を持つことにより、広
い運転状態において、燃料経済性、排気浄化性を向上す
る。【解決手段】車両を走行させるためのエンジン１，５
と、回転電機４，７を備え、エンジン１，５に複数の出
力特性を持たせるようにする。これにより、エンジンの
最高効率領域を複数得ることができる（効率の低い領域
の中に効率が高くなる領域が複数できる）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】エンジンによる動力とモータ
による動力とを用いて走行するハイブリッド車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車には、回転電機（以下、駆動力を
発生させる場合はモータ、駆動力を電力に変換する場合
は発電機と呼ぶ。）を用いた電気自動車、内燃機関を用
いた自動車、内燃機関や外燃機関とモータとを組み合わ
せたハイブリッド車などがあり、ハイブリッド自動車の
駆動制御については、特開平8-98322号公報、特開平7-3
36810号公報等に開示された技術がある。ハイブリッド
車の駆動制御については、エンジンにより駆動した発電
機の電力を用いてモータで車両を駆動するシリーズハイ
ブリッド方式と、エンジンの駆動力とモータの駆動力を
機械的に合成して車両を駆動するパラレルハイブリッド
方式とがある。また、この両方式を複合したシリーズ・
パラレルハイブリッド方式が知られている。例えば、特
開平8-98322号公報に記載されているシリーズ・パラレ
ルハイブリッド方式では、クラッチをオフすることによ
り低速走行時にシリーズハイブリッドモードとなる。こ
のとき、エンジンの回転数を高くすることで高効率の発
電を行うことができる。また、高速走行時には、クラッ
チを接続することでパラレルハイブリッドモードとなっ
て、エンジンで発生するトルクを直接駆動輪に伝えるこ
とができ、快適な運転性を確保している。また特開平7-
336810号公報では、エンジンを効率の良い領域で運転す
るために、エンジンとモータ及び発電機を差動装置であ
る遊星歯車装置によって連結している。これによって、
車両の走行状態が変化しても、モータ及び発電機のトル
ク、回転数を制御することによって、エンジン回転数へ
の影響を軽減することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術では、ハイブリッド車を駆動するエンジンの出力特
性について配慮されていない。エンジンの出力特性は、
図１０に示すようにスロットル全開運転時のエンジン回
転数とエンジントルクによってあらわされる。図１０中
にはエンジンの効率が、等効率曲線として示されてお
り、ある回転数、トルクの範囲で最も効率の良い領域
（以下この領域を最高効率領域と呼ぶ）が存在し、従来
の自動車用ガソリンエンジンではこの最高効率領域では
約３０％の効率が得られる。しかし最高効率領域は狭
く、エンジンを最高効率領域で運転させることができる
か否かが、燃料経済性や排気浄化性の向上のキーポイン
トといえる。特開平8-98322号、特開平7-336810号公報
等ではこの最高効率領域をできる限り使用するために前
記のような工夫をしているが、最高効率領域は非常に狭
いため、さまざまな車両走行モードにおいて、エンジン
を最高効率領域で運転するのは困難である。従来例で
は、やむなくエンジン効率が悪化する点で運転を行った
り、車両走行状態の変化がエンジンに影響を及ぼしにく
くするために、モータ及び発電機の容量を大型化する必
要があり、エンジン効率の低下、容積や重量の増加を招
き、燃料経済性や排気浄化性についても改善の余地が残
されている。

【０００４】そこで本発明の目的は、高い効率で運転で
き、燃料経済性や排気浄化性を向上できるハイブリッド
車を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】車両を走行させるための
エンジンと、回転電機を備えたハイブリッド車におい
て、前記エンジンに複数の出力特性を持たせるようにす
る。これにより、エンジンの最高効率領域を複数得るこ
とができる（効率の低い領域の中に効率が高くなる領域
が複数できる）。複数の最高効率領域を得られること
で、広範囲な最高効率領域を得ることができ、燃費向
上、排気浄化が図れる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【０００７】図１は、本発明による一実施例のハイブリ
ッド車を示す図である。

【０００８】まず、構成について説明する。

【０００９】本実施例のハイブリッド車の構成は、内燃
もしくは外燃機関である第一のエンジン１と、バッテリ
１７からの電力をやり取りして発電、駆動を行う第一の
電動発電機４と、第一のエンジン１のクランク軸２と第
一の電動発電機４との間の機械的連結を開閉するクラッ
チ３が存在する。また内燃もしくは外燃機関である第二
のエンジン５と、バッテリ１７からの電力をやり取りし
て発電、駆動を行う第二の電動発電機７と、第二のエン
ジン５のクランク軸６と第二の電動発電機７との間の機
械的連結を開閉するクラッチ１０が存在する。バッテリ
１７は単一でも良く複数配置しても良い。第一の電動発
電機４及び第二の電動発電機７は差動装置２０とクラッ
チ８及びクラッチ９、ブレーキ１８及びブレーキ１９を
介して連結される。差動装置２０はエンジン１とエンジ
ン５と出力軸１１に連結される遊星歯車装置であり、エ
ンジン１の回転トルクを出力軸１１及び電動発電機７側
に伝達、或いはエンジン５の回転トルクを出力軸１１及
び電動発電機４側に伝達できる。差動装置２０は遊星歯
車の他流体を介在させた差動装置でも良い。また、クラ
ッチ、ブレーキは断続的に開閉を行うものでも良いが、
摩擦板等である程度スリップを有するものでも良い。ク
ラッチ８及びクラッチ９は第一、第二の電動発電機と差
動装置２０の入力軸との機械的連結の開閉を行うもので
あり、前記クラッチ８，９は流体継手であっても良い。
第一のエンジン１及び第二のエンジン５及び第一の電動
発電機４及び第二の電動発電機７はラジエタ１５によっ
て冷却される冷却水で冷却されている。また、冷却装置
は各エンジン、各電動発電機毎に配置しても良く、任意
のエンジン、電動発電機の冷却系を共用しても良い。ま
た、第一のエンジン１及び第二のエンジン５及び第一の
電動発電機４及び第二の電動発電機７は制御装置である
コントローラ１６によって制御されている。また、コン
トローラは各エンジン、各電動発電機毎に配置しても良
く、任意のエンジン、電動発電機の制御系を共用しても
良い。差動歯車２０の出力は出力軸１１から出力され、
変速機１２に入力され、差動歯車２１を介して車輪軸１
３からタイヤ１４に伝達され、車両の走行に必要な駆動
力を発生する。変速機１２は無段変速機であっても良
く、歯車列で構成される有段の変速機であっても良い。
また、差動歯車２０で速比が制御できる場合は、無くて
も良い。

【００１０】第一のエンジン１と第二のエンジン５は同
型のエンジンでも良いが、本実施例では出力特性の違う
エンジンとしている。第一のエンジン１の出力特性を図
３(a)に、第二のエンジン５の出力特性を図３(b)に示
す。図３(a),(b)は、横軸にエンジン回転数、縦軸にエ
ンジンのトルクとし、エンジンのスロットル全開時のト
ルク曲線及び、エンジンの等効率曲線を示している。エ
ンジンはある回転数、あるトルクのところでエンジン効
率が最大となる最高効率領域が存在する。図中の最高効
率領域が燃費最良となる領域でその他は等効率曲線ごと
に効率は悪くなっていく。図３（ａ）と図３（ｂ）では
スロットル全開時のトルク出力が異なっている。つま
り、図３（ａ）と図３（ｂ）では出力特性の異なるエン
ジンであり、これはエンジンの形式（熱サイクル、排気
量、過給の有無、動弁数、気筒数、その他の調整等）に
よって得ることができる。

【００１１】次に動作について説明する。

【００１２】従来のハイブリッド車においても、走行条
件（車速、負荷状況等）によって運転動作が変化する
が、本実施例の特徴は、複数のエンジン特性を走行条件
によって切り替える点である。

【００１３】本実施例における動作の切り替えを整理し
たものを表1に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】本実施例のハイブリッド車は、表１で表さ
れた各動作の切り替えを行っている。各動作の切り替え
は、図２に示すように、図示しない各センサ（スロット
ル開度、車速、駆動トルク、勾配、加速度、エンジン回
転数、バッテリ残量、その他）の信号をＣＰＵ１６で処
理し、車両の走行状況を推測する。その後車両走行状況
から適正な運転モードを判断し、各エンジン、回転電
機、アクチュエータに出力して運転モードを切り替え
る。ここで上げたセンサは一例であって、各センサ単独
でも良いし、複数のセンサ量でも良い。

【００１６】次に各運転モードについて説明する。

【００１７】まず、第１のモードとして、電動発電機４
及び電動発電機７をモータとして駆動し、電気自動車と
して走行するモータ走行モードである。表１中では番号
１から５となる。動作は、クラッチ３、クラッチ１０は
開としエンジン１，５との機械連結を解くと共に、走行
条件によってクラッチ８、９、ブレーキ１８，１９を制
御して出力軸にトルクを伝達する。まず、クラッチ８を
閉、クラッチ９を開、ブレーキ１８をｏｆｆ（ブレーキ
を解除した状態）、ブレーキ１９をｏｎ（ブレーキをか
けた状態）した場合（表１中、番号１）は、電動発電機
４で発生したトルクによって出力軸１１は駆動される。
また、クラッチ８を開、クラッチ９を閉、ブレーキ１８
をｏｎ、ブレーキ１９をｏｆｆとした場合（番号２）
は、電動発電機７で発生したトルクによって出力軸１１
は駆動される。また、クラッチ８を閉、クラッチ９を
閉、ブレーキ１８をｏｆｆ、ブレーキ１９をｏｆｆとす
ると（番号３）、電動発電機４及び電動発電機７の両方
で発生したトルクによって出力軸１１は駆動される。こ
の時、電動発電機４及び７の回転数、トルクを制御する
と、出力軸１１の回転数、トルクを無段階に変化させる
ことができる。この場合は変速機１２はなくても良い。
また同様の状態で電動発電機４もしくは電動発電機７の
どちらか片方を発電機、もう一方をモータとして用いる
こともできる（番号４および５）。

【００１８】次に第２のモード（モード２と呼ぶ。）と
して、エンジン１で電動発電機４を駆動して発電を行
い、電動発電機４で発電した電力で電動発電機７をモー
タとして駆動し、電動発電機７のトルクで走行するシリ
ースハイブリッド方式（表１中ではＳ−ＨＥＶと表記し
ている。）である（番号１０）。モード２はバッテリ充
電量が不足している時に用いる。また逆に、電動発電機
７で発電した電力で電動発電機４をモータとして駆動
し、電動発電機４のトルクで走行することも可能である
（番号１１）。

【００１９】番号１０の動作は、クラッチ３を閉とし、
エンジン１と電動発電機４を連結する。クラッチ１０は
開としエンジン５との機械連結を解く。この状態で電動
発電機４を駆動して第一のエンジン１を始動する。また
クラッチ８を開、クラッチ９を閉、ブレーキ１８をｏ
ｎ、ブレーキ１９をｏｆｆし、電動発電機４をモータか
ら発電機の役割に変更すれば、始動後のエンジン１によ
って電動発電機４は機械的に駆動され、電動発電機４は
発電機として働き、電力を発生する。電動発電機４で発
生した電力は一部バッテリとの電力のやりとりを行いな
がら電動発電機７に供給され、電動発電機７はモータと
して働きトルクを発生する。電動発電機７で発生したト
ルクによって出力軸１１は駆動される（番号１０）。ま
た同様に、クラッチ８を閉、クラッチ９を開、ブレーキ
１８をｏｆｆ、ブレーキ１９をｏｎとした場合は、エン
ジン２と電動発電機７が連結され、電動発電機４が差動
装置２０を介して出力軸と連結され、電動発電機４で発
生したトルクによって出力軸１１は駆動される（番号１
１）。

【００２０】第一のエンジン１、第二のエンジン５のど
ちらかを用いて発電機を駆動するかは、エンジン、電動
発電機の設計によってかわるが、本実施例では、図３の
ように第一のエンジンの出力特性を低トルク出力として
いるため、燃料消費の少ない第一のエンジン１及び電動
発電機４によって発電し、電動発電機７によって車両を
走行させる。

【００２１】次に第３のモード（モード３と呼ぶ。）
は、エンジンの駆動力と電動発電機で発生したトルクの
両方で駆動するモードである。モード３はエンジン、モ
ータ併用のパラレルハイブリッド方式（表１中ではＰ−
ＨＥＶと表記している。）である。

【００２２】まずエンジンとして第一のエンジンのみを
用いた場合について説明する。クラッチ３、８は閉、ク
ラッチ９、クラッチ１０は開とする。また、ブレーキ１
８はｏｆｆ、１９はｏｎとする（番号１２）。この時第
一のエンジン１が駆動力を発生し、電動発電機４は発電
機として作用する。前記第一のエンジン１が発生する駆
動力が差動装置２０を介して出力軸１１に伝えられる。
車速とトルクの配分は変速機１２によって行う。変速機
１２が無段変速機であれば、車速が変化してもできる限
りエンジン回転数を一定に保つようにする。いま、図４
に示したように、走行必要トルクが出力軸１１上で図４
中の黒ぬりの四角印■であった場合は、第一のエンジン
の最高効率領域であるため、第一のエンジン１のみで走
行する。電動発電機４は、車両装備品の必要な電力とバ
ッテリ１７の不足電力を発電する（番号１２）。この時
次に走行必要トルクが増加して三角印△の位置であった
場合、クラッチ９を閉とし、ブレーキ１９をｏｆｆとし
て、電動発電機７をモータとして働かせ、第一のエンジ
ン１で不足したトルク分を補う（番号１３）。それでも
トルクが不足した場合は、電動発電機４もモータとして
働かせ、不足トルク分を補う（番号１４）。

【００２３】さらに走行必要トルクが増して白抜きの四
角印□となった場合は、第二のエンジン５の最高効率領
域となる。この場合は、第二のエンジン５のみで走行し
た方が効率が良い。そこで、クラッチ９を開、ブレーキ
１９をｏｎした状態で第二のエンジン５を電動発電機７
によって始動する。第二のエンジン５が始動した後に、
クラッチ９を閉とし、ブレーキ１９をｏｆｆとすれば第
二のエンジン５の駆動力が出力軸１１に伝わる。この後
クラッチ８を開とし、ブレーキ１８をｏｎすれば、第一
のエンジン１と出力軸１１の連結を解かれ、その後第一
のエンジン１を停止させる。その後電動発電機７は、車
両装備品の必要な電力とバッテリ１７の不足電力を発電
する（番号15）。次に走行必要トルクが増加して星印☆
の位置であった場合、電動発電機４はモータとして働
き、第二のエンジン５で不足したトルク分を補う（番号
16）。それでもトルクが不足した場合は、クラッチ８を
閉とし、ブレーキ１８をｏｆｆにして、電動発電機４も
モータとして働かせ、不足トルク分を補う（番号１
７）。

【００２４】さらに走行必要トルクが増して菱形印◇と
なった場合は、第一のエンジン１と第二のエンジン５を
両方運転した場合の最高効率領域となる。この場合は、
第二のエンジン５がすでに運転中であるので、クラッチ
８を開、ブレーキ１８をｏｎした状態で第一のエンジン
１を電動発電機４によって始動する。第一のエンジン１
が始動した後に、クラッチ８を閉とし、ブレーキ１８を
ｏｆｆとすれば第二のエンジン５のトルクに第一のエン
ジン１のトルクが上乗された駆動力が出力軸１１に伝わ
る。その後電動発電機４もしくは電動発電機７は、車両
装備品の必要な電力とバッテリ１７の不足電力を発電す
る（番号１８）。さらに走行必要トルクが増加してアス
タリスク印＊の位置であった場合、電動発電機４はモー
タとして働き、第一のエンジン１＋第二のエンジン５で
不足したトルク分を補う（番号１９）。それでもトルク
が不足した場合は、クラッチ９を閉とし、ブレーキ１９
をｏｆｆにして、電動発電機７もモータとして働かせ、
不足トルク分を補う（番号２０）。

【００２５】また、モード３には電動発電機４及び電動
発電機７の片方をモータ、もう片方を発電機とすること
ができる。第一のエンジンが運転されているとき、クラ
ッチ３、８、９は閉、クラッチ１０は開、ブレーキ１
８、１９はｏｆｆにして電動発電機４及び電動発電機７
の片方をモータ、もう片方を発電機とする。この場合、
発電機の負荷トルクによって、差動装置２０内のトルク
が分配され、出力軸への回転数、トルクを変化させるこ
とができる。また第二のエンジン５が運転されていると
きはクラッチ３、８、１０は閉、クラッチ９は開、ブレ
ーキ１８、１９はｏｆｆとする。また第一のエンジン１
と第二のエンジン５が両方運転されているときはクラッ
チ３、８、９、１０を閉とし、ブレーキ１８、１９はｏ
ｆｆにすることで、同様に差動装置２０内のトルクが分
配され、出力軸への回転数、トルクを変化させることが
できる。

【００２６】本実施例の特徴は、エンジンが複数の出力
特性を持つことでエンジンの最高効率領域を複数得るこ
とができる点である。複数の最高効率領域を得られるこ
とで、単一の出力特性しかもたないエンジンの最高効率
領域よりも広範囲な最高効率領域を得ることができ、必
要トルクに応じてエンジンを運転、休止させることで燃
費向上、排気浄化が図れる。さらに回転電機は各エンジ
ンの走行必要トルクに対する不足分を補うだけでよく、
小型化が図れる。

【００２７】またクラッチを設けることにより、各エン
ジンの切り替えが可能になり、モータ単独で車両を走行
させることができる。また走行に必要な負荷の変化によ
って複数のエンジンを単独もしくは連動で運転すること
が可能となり、エンジンの最高効率領域を複数得ること
ができる。

【００２８】故に、車両の走行に必要なトルクによっ
て、エンジンは始動せず電動発電機をモータとして用
い、モータの駆動力によって走行するモード１と、エン
ジンは発電機をまわす動力源とし、出力軸へのトルクは
前記モータのみで発生させ、走行するモード２（シリー
スハイブリッド方式）と、エンジンとモータを併用して
トルクを発生させるモード３（パラレルハイブリッド方
式）を切り替え、さらにモード３では、複数のエンジン
の運転を切り替え（複数のエンジンを単独もしくは連動
で運転する）ることが可能となり、エンジンの最高効率
領域を複数得ることができ、燃費向上、排気浄化が図れ
る。

【００２９】また、複数のエンジン毎に、駆動、発電の
切り替えができる電動発電機を備えることで、エンジン
に付随するモータと発電機を一体の小型の電動発電機と
することが出来る。また、エンジン毎に取り付けること
で、各エンジンの個別始動、あるエンジンでは発電の
み、あるエンジンではトルク援助というように制御する
幅が広がる。さらに各回転電機の体格、重量を抑えるこ
とができる。

【００３０】また本実施例のように、２つの異なる出力
特性のエンジン（エンジン１及びエンジン２）を備え、
エンジン１のみ運転する場合と、エンジン２のみ運転す
る場合と、エンジン１とエンジン２両方運転する場合と
の３モードを切り替えることができるため、低負荷時に
は出力の小さなエンジン１を単独で使用（エンジン２は
休止）し、中負荷時には出力のエンジン１よりも大きな
出力のエンジンを単独で使用（エンジン１は休止）し、
高負荷時にはエンジン１とエンジン２を両方運転して使
用する事ができ、３つのエンジン運転モードを得ること
ができる。このため、エンジンの最高効率領域は３ヶ所
生じることになり、定常走行時の燃費向上、排気浄化が
図れる。

【００３１】また各モードの切り替え時、もしくは同一
モード内でエンジンの運転を切り替えるときにはクラッ
チをつないで連結するが、この連結が急に行われると、
連結時にショックがでる。そのため搭乗者に対して不快
感を与える。本実施例では、クラッチを接続する際に、
出力軸１１とエンジン軸２もしくは６の回転数を合わせ
るように、回転電機、もしくはエンジンの回転数を制御
することで、複数のエンジンを切り替える最に、出力軸
に回転変動を与えず、搭乗者に不快な接続時のショック
を感じさせずに、スムースなエンジンの切り替え及びエ
ンジンの始動ができる。

【００３２】本実施例では２つのエンジン（第一のエン
ジン１及び第二のエンジン５）が異なる出力特性を持つ
エンジンとしているが、同じ出力特性を持つ同型のエン
ジンであってもよい。その場合の出力特性は図５のよう
に２つの最高効率領域となる。同型のエンジンを用いる
ことにより、エンジン自体の台数が多く生産されるた
め、量産効果によってコストを低減できる。

【００３３】また、複数のエンジンの冷却系、燃料系、
制御系の少なくとも１つを共用することで、通常のエン
ジンに必要な冷却系、燃料系、制御系を、エンジンが複
数になっても容量の拡大等だけで実現することができ、
低コストを実現できる。

【００３４】また、第一のエンジン１がガソリンエンジ
ンであり、第二のエンジン５がディーゼルエンジンであ
った場合、第一のエンジン１（ガソリンエンジン）の排
出ガスを第二のエンジン５（ディーゼルエンジン）の吸
入空気に混入させてもよい。ガソリンエンジンの場合、
排気ガス浄化のために、エンジンの排出ガスを吸気に戻
す、いわゆるＥＧＲ(Exhaust Gus Recirculation)を行
っている。しかしディーゼルエンジンではＥＧＲを行っ
ても出力性能低下が大きい。しかし、ガソリンエンジン
の排出ガスを熱交換器を通して冷却し、ディーゼルエン
ジンの吸入空気に混ぜ合わせることによって、出力特性
を犠牲にせず大幅な排出ガスの浄化ができる。

【００３５】このような構成をとることで、燃費効率は
良いが排気浄化性に問題のあるディーゼルエンジンの排
気浄化性を向上させることができ、エンジンの燃費を向
上することができる。

【００３６】次に本発明の第２の実施例の構造図を図６
示す。第２の実施例は第１に実施例が複数の出力特性を
複数のエンジンで得た点に対し、単一のエンジンで複数
の出力特性を得たものである。

【００３７】本実施例のハイブリッド車の構成は多気筒
のエンジン１と、バッテリ１７からの電力をやり取りし
て発電、駆動を行う第一の電動発電機４と、エンジン１
のクランク軸２と第一の電動発電機４との間の機械的連
結を開閉するクラッチ３、また第二の電動発電機７が存
在する。第一の電動発電機４及び第二の電動発電機７は
差動装置２０とクラッチ８及びクラッチ９、ブレーキ１
８及びブレーキ１９を介して連結される。差動装置２０
は、２つの入力軸と出力軸からなる遊星歯車で構成され
ているが、流体を介在させた差動装置でも良い。また、
クラッチ、ブレーキは断続的に開閉を行うものでも良い
が、摩擦板等である程度スリップを有するものでも良
い。クラッチ８及びクラッチ９は第一、第二の電動発電
機と差動装置２０の入力軸との機械的連結の開閉を行う
ものであり、前記クラッチ８，９は流体継手であっても
良い。エンジン１及び第一の電動発電機４及び第二の電
動発電機７は制御装置であるコントローラ１６によって
制御されている。差動歯車２０の出力は出力軸１１から
出力され、変速機１２に入力され、差動歯車２１を介し
て車輪軸１３からタイヤ１４に伝達され、車両の走行に
必要な駆動力を発生する。変速機１２はできれば無段変
速機であっても良く、歯車列で構成される有段の変速機
であっても良い。また、差動歯車２０で速比が制御でき
る場合は、無くても良い。

【００３８】動作は、まず、第１のモードとして、電動
発電機４及び電動発電機７をモータとして駆動し、電気
自動車として走行するモードである。動作は、クラッチ
３は開とし、エンジン１の機械連結を解くと共に、走行
条件によってクラッチ８、９、ブレーキ１８を制御して
出力軸にトルクを伝達する。まず、クラッチ８を閉、ク
ラッチ９を開、ブレーキ１８をｏｆｆした場合は、電動
発電機４で発生したトルクによって出力軸１１は駆動さ
れる。また、クラッチ８を開、クラッチ９を閉、ブレー
キ１８をｏｎした場合は、電動発電機７で発生したトル
クによって出力軸１１は駆動される。また、クラッチ８
を閉、クラッチ９を閉、ブレーキ１８をｏｆｆとする
と、電動発電機４及び電動発電機７の両方で発生したト
ルクによって出力軸１１は駆動される。この時、電動発
電機４及び７の回転数、トルクを制御すると、出力軸１
１の回転数、トルクを無段階に変化させることができ
る。この場合は変速機１２はなくても良い。

【００３９】次に第２のモードとして、エンジン１で電
動発電機４を駆動して発電を行い、電動発電機４で発電
した電力で電動発電機７をモータとして駆動し、電動発
電機７のトルクで走行するシリースハイブリッド方式で
ある。モード２はバッテリ充電量が不足している時に用
いる。

【００４０】動作は、クラッチ３を閉とし、エンジン１
と電動発電機４を連結する。この状態で電動発電機４を
駆動してエンジン１を始動する。またクラッチ８を開、
クラッチ９を閉、ブレーキ１８をｏｎし、電動発電機４
をモータから発電機の役割に変更すれば、始動後のエン
ジン１によって電動発電機４は機械的に駆動され、電動
発電機４は発電機として働き、電力を発生する。電動発
電機４で発生した電力は一部バッテリとの電力のやりと
りを行いながら電動発電機７に供給され、電動発電機７
はモータとして働きトルクを発生する。電動発電機７で
発生したトルクによって出力軸１１は駆動される。

【００４１】次に第３のモードは、エンジンの駆動力と
電動発電機で発生したトルクの両方で駆動するモードで
ある。モード３はエンジン、モータ併用のパラレルハイ
ブリッド方式である。

【００４２】クラッチ３、８は閉とし、クラッチ９は開
とする。また、ブレーキ１８はｏｆｆする。この時の駆
動力はエンジン１で発生し、差動装置２０を介して出力
軸１１に伝えられる。この時、出力軸への駆動トルク
は、電動発電機７の負荷によって決定され、電動発電機
７の負荷の調整により、差動装置２０の入力軸に対する
出力軸１１の速比は決定される。しかしながら、電動発
電機７が調整できる負荷以上の駆動トルクを与えると、
エンジンの駆動トルクは電動発電機７を回転させるよう
に動力がながれるので、エンジントルクが大きい場合
は、電動発電機７の負荷容量を大きくするか、差動装置
２０とクラッチ間にブレーキを設けても良い。

【００４３】エンジン１は複数のシリンダを持ち、シリ
ンダの休止をすることができる。全気筒運転した場合と
気筒休止した場合のエンジンの出力特性は、図７に示す
ように２つの最高効率領域を持つようになる。第１の実
施例で示したように、この２つの最高効率領域の間を電
動発電機４，７で走行必要トルクの不足分を補完してや
れば良い。本実施例の特徴は、複数のエンジン出力特性
を単一の多気筒エンジンの気筒を休止することで得、走
行条件によって切り替える点である。この休止している
シリンダの給排気弁が休止している間全閉となれば、休
止している間のポンピングロスが発生しないため効率は
向上する。

【００４４】故に、車両の走行に必要なトルクによっ
て、エンジンは始動せず電動発電機をモータとして用
い、モータの駆動力によって走行するモード１と、エン
ジンは発電機をまわす動力源とし、出力軸へのトルクは
前記モータのみで発生させ、走行するモード２（シリー
スハイブリッド方式）と、エンジンとモータ併用してト
ルクを発生させるモード３（パラレルハイブリッド方
式）を切り替え、さらにモード３では、単一の多気筒エ
ンジンの気筒休止を行うことにより、エンジンの最高効
率領域を複数得ることができ、燃費向上、排気浄化が図
れる。

【００４５】また、複数のエンジン毎に、駆動、発電の
切り替えができる電動発電機を備えることで、エンジン
に付随するモータと発電機を一体の小型の電動発電機と
することが出来る。

【００４６】次に本発明の第３に実施例について説明す
る。第３の実施例の構造は、第２の実施例とほぼ同じで
あるが、エンジン１に供給する混合気の空燃比を変化さ
せることを特徴としている。混合気を理論空燃比で供給
した場合とリーンで供給した場合のエンジンの出力特性
は、図８に示すように２つの最高効率領域を持つように
なる。第１の実施例で示したように、この２つの最高効
率領域の間を電動発電機４，７で走行必要トルクの不足
分を補完してやれば良い。本実施例の特徴は、複数のエ
ンジン出力特性を単一の多気筒エンジンの混合気の空燃
比を変化させることで得、走行条件によって切り替える
点である。

【００４７】このような構成をとることによって、第２
の実施例での気筒休止エンジンにおける休止した気筒が
発生するポンピングロス、休止したシリンダでの摩擦損
失等のメカロスを軽減することができる。モード３にお
いて、空燃比をリーンとした出力特性と、理論空燃比で
運転た出力特性とを、走行に必要な負荷の変化によって
切り替えることにより、複数の出力特性を単一のエンジ
ンで得ることができる。またモータを備えることによ
り、走行に必要な負荷が変化したときにおいて、空燃比
がリーンから理論空燃比に移行する際に不足するトル
ク、回転数を補うことができ、補う量も少なくなるので
回転電機は小さくできる。そのため燃費向上、排気浄化
が図れる。

【００４８】次に本発明の第４の実施例の構造図を図９
に示す。第４の実施例は第１の実施例における２個のエ
ンジン及び電動発電機をそれぞれ車両の前後輪に配置し
たものである。

【００４９】車両の前輪１４を駆動する第一のエンジン
１と電動発電機４、後輪１１４を駆動する第二のエンジ
ン５および電動発電機７を配置している。このような配
置とすることにより第１の実施例と同様の効果を得るこ
とができる。第一のエンジン１及び第二のエンジン５が
両方運転される時には、四輪駆動とすることができ、走
行安定性が図れる。また車体の前後に重量物であるエン
ジンを配置することにより、前後の重量配分を同程度に
することができ、車両の旋回等の走行性能を向上するこ
とができる。また前後に配置されたエンジンが衝突時の
衝撃を和らげ、衝突安全性にも寄与する。

【００５０】次に本発明の第５の実施例は、回転電機と
電力のやりとりするバッテリを複数ている。

【００５１】このような構成とすることで、１つのバッ
テリが何らかの理由により機能しなくなったとき、その
他のバッテリがあるため、不慮の事態においても運転を
続けることができる。

【００５２】また複数のバッテリのうち少なくとも１つ
は充放電電圧が異なっていても良い。

【００５３】充放電電圧が異なることで、各バッテリの
容量を適切に決定することができ、バッテリの小型化に
よる重量減を図ることができる。たとえば１２Ｖのバッ
テリと２００Ｖのバッテリを搭載していて、１２Ｖのバ
ッテリはコントローラ、ナビゲーションシステム、オー
ディオ等の従来自動車で使用されている電圧のものと
し、ハイブリッド車のモ−タ、発電機やエンジン付随の
各種電動機器（電動ポンプ、インジェクタ、電磁動弁
等）は高出力であるので、電流量を小さくするために２
００Ｖのバッテリを用いるというように、役割により電
圧の異なったバッテリを用意することで各バッテリ容量
を最適化でき、トータルの重量を抑えることができる。

【００５４】また複数のバッテリのうち、少なくとも１
つは燃料電池でとしてもよい。

【００５５】このような構成とすることで、一つのバッ
テリはコントローラ、ナビゲーションシステム、オーデ
ィオ等の従来自動車で使用されている電圧のものとして
大きさ、コストを抑え、ハイブリッド車のモ−タ、発電
機やエンジン付随の各種電動機器（電動ポンプ、インジ
ェクタ、電磁動弁等）は高性能な燃料電池とする等、役
割により性能、コストの異なったバッテリを用意するこ
とでトータルの重量、コストを抑えることができる。

【００５６】また複数のバッテリのうち、少なくとも１
つは車両重心よりも前方に配置し、その他のバッテリは
車両重心位置よりも後方に配置しても良い。

【００５７】このような構成とすることで、重量物であ
る２つのバッテリを車両の重心の前後に配置することに
より、前後の重量配分を同程度にすることができ、車両
の旋回等の走行性能を向上することができる。また前後
に配置されたバッテリが衝突時の衝撃を和らげ、衝突安
全性にも寄与する。

【００５８】上記のような手段により、本発明の目的で
ある、内燃機関や外燃機関と回転電機の組み合わせによ
り、燃料経済性，排気浄化性を向上するハイブリッド車
を提供できる。

【００５９】以上に述べた各実施例の特徴を以下に列記
しておく。

【００６０】（１）車両を走行させるためのエンジン
と、回転電機を備えたハイブリッド車において、前記エ
ンジンが複数の出力特性を持つ。これにより、エンジン
の最高効率領域を複数得ることができる（効率の低い領
域の中に効率が高くなる領域が複数できる）。複数の最
高効率領域を得られることで、単一の出力特性しかもた
ないエンジンの最高効率領域よりも広範囲な最高効率領
域を得ることができ、燃費向上、排気浄化が図れる。こ
のとき、複数の最高効率領域が互いに近くに存在するよ
うにして、最高効率領域を広げるようにすることも可能
である。

【００６１】（２）エンジン軸−回転電機軸間、回転電
機軸−車輪軸に連結される出力軸間に機械的連結を開閉
するクラッチもしくは流体継手を少なくとも１つ以上配
置する。このような構成とすることで、エンジン軸と出
力軸との連結が開閉できるようになり、エンジン停止時
で車両が走行する走行モードのときにモータがエンジン
をつれまわすことが無くなる。このため、モータはメカ
ロスを受けなくなり小型化できる。また、エンジンは効
率の高い領域で運転できる可能性が高くなり、燃費向
上、排気浄化が図れる。またエンジン始動時のトルク脈
動が出力軸に伝わり、走行快適性を阻害することを防ぐ
ことができる。

【００６２】（３）複数の出力特性を得るために、複数
のエンジンを備え、走行に必要な負荷によって使用する
エンジンを切り替える。このような構成とすることで、
走行に必要な負荷の変化によって複数のエンジンを単独
もしくは連動で運転することが可能となり、エンジンの
最高効率領域を複数得ることができるので、燃費向上、
排気浄化が図れる。

【００６３】（４）複数のエンジン毎に、駆動、発電の
切り替えができる電動発電機を備える。これにより、エ
ンジンに付随するモータと発電機を一体の小型の電動発
電機とすることが出来る。また、エンジン毎に取り付け
ることで、各エンジンの個別始動、あるエンジンでは発
電のみ、あるエンジンではトルク援助というように制御
する幅が広がる。さらに各回転電機の体格、重量を抑え
ることができる。そのため燃費向上、排気浄化が図れ
る。

【００６４】（５）２つの同じ出力特性のエンジン（エ
ンジン１及びエンジン２）を備え、エンジン１のみ運転
する場合と、エンジン１とエンジン２両方運転する場合
との２モードを切り替える。低負荷時にはエンジン１を
単独で使用（エンジン２は休止）し、高負荷時にはエン
ジン１とエンジン２を両方運転して使用する事ができ、
２つのエンジン運転モードを得ることができる。このた
め、エンジンの最高効率領域は２ヶ所生じることにな
り、いずれかの最高効率領域またはその近傍の効率の高
い領域でエンジンを運転できるので、燃費向上、排気浄
化が図れる。

【００６５】（６）２つの異なる出力特性のエンジン
（エンジン１及びエンジン２）を備え、エンジン１のみ
運転する場合と、エンジン２のみ運転する場合と、エン
ジン１とエンジン２両方運転する場合との３モードを切
り替える。低負荷時には出力の小さなエンジン１を単独
で使用（エンジン２は休止）し、中負荷時には出力のエ
ンジン１よりも大きな出力のエンジンを単独で使用（エ
ンジン１は休止）し、高負荷時にはエンジン１とエンジ
ン２を両方運転して使用する事ができ、３つのエンジン
運転モードを得ることができる。このため、エンジンの
最高効率領域は３ヶ所生じることになり、定常走行時の
燃費向上、排気浄化が図れる。

【００６６】（７）２つのエンジン（エンジン１及びエ
ンジン２）を備え、エンジン１は車両の前輪軸を駆動
し、エンジン２は車両の後輪軸を駆動する。エンジン１
及びエンジン２が両方運転される高負荷時には、四輪駆
動とすることができ、走行安定性が図れる。また車体の
前後に重量物であるエンジンを配置することにより、前
後の重量配分を同程度にすることができ、車両の旋回等
の走行性能を向上することができる。また前後に配置さ
れたエンジンが衝突時の衝撃を和らげ、衝突安全性にも
寄与する。

【００６７】（８）１つのエンジンがディーゼルエンジ
ン（エンジン１）であり、別のエンジンをガソリンエン
ジン（エンジン２）とし、エンジン２の排出ガスをエン
ジン１の吸入空気に混入させる。燃費効率は良いが排気
浄化性に問題のあるディーゼルエンジンの排気浄化性を
向上させることができ、エンジンの燃費を向上すること
ができる。

【００６８】（９）複数のエンジンの冷却系、燃料系、
制御系の少なくとも１つを共用する。通常のエンジンに
必要な冷却系、燃料系、制御系を、エンジンが複数にな
っても容量の拡大等だけで実現することができ、低コス
トを実現できる。

【００６９】（１０）出力軸とエンジン軸の回転数を合
わせるように、回転電機、もしくはエンジンの回転数を
制御する。複数のエンジンを切り替える際に、出力軸に
回転変動を与えず、搭乗者に不快な接続時のショックを
感じさせずに、スムースなエンジンの切り替え及びエン
ジンの始動ができる。

【００７０】（１１）エンジン軸と発電機が連結されて
いて、出力軸とモータが連結され、エンジン軸と出力軸
の間にはクラッチを備え、車両の走行速度が低速で、軽
負荷の場合は、前記クラッチを開にして機械的連結を解
いてエンジンは発電機をまわす動力源とし、出力軸への
トルクは前記モータのみで発生させ、高負荷の場合は、
前記クラッチを閉にしてエンジン軸と出力軸とを機械的
に連結し、出力軸へのトルクはエンジンのみ、もしくは
エンジンとモータを併用して発生する。これにより、車
両が低速、低負荷走行の場合はシリースハイブリッド方
式となり、エンジンが最高効率領域で運転される。また
車両が低速、低負荷走行以外の場合にはパラレルハイブ
リッド方式となり、さらに複数のエンジンの運転を切り
替えることによって走行に必要な負荷の変化によって複
数のエンジンを単独もしくは連動で運転することが可能
となり、エンジンの最高効率領域を複数得ることができ
る。

【００７１】（１２）複数の出力特性を得るために、単
一の多気筒のエンジンを備え、走行に必要な負荷によっ
て、前記エンジンの気筒を休止する。複数の出力特性を
得るためには、複数のエンジンを用いなくとも出力特性
を変化させることができる。たとえば６気筒エンジンで
あって、車両が低速、低負荷走行の場合は３気筒を休止
させ、残りの３気筒で運転を行う。また車両が低速、低
負荷走行以外の場合には６気筒で運転する。このように
運転する気筒を走行に必要な負荷が変化によって切り替
えることにより、複数の出力特性を単一のエンジンで得
ることができる。

【００７２】（１３）複数の出力特性を得るために、単
一のエンジンを備え、走行に必要な負荷によって、前記
エンジンに供給する混合気の空燃比を変化させる。これ
によって、上記の気筒休止エンジンにおける休止した気
筒が発生するポンピングロス、休止した気筒での摩擦損
失等のメカロスを軽減することができる。車両が低速、
低負荷走行の場合は空燃比をリーン（希薄）にして低ト
ルクで最高効率点領域を得るようにし、また車両が低
速、低負荷走行以外の場合には理論空燃比で運転し、高
トルクのところで最高効率領域となるようにする。この
ように空燃比を走行に必要な負荷の変化によって切り替
えることにより、複数の出力特性を単一のエンジンで得
ることができる。

【００７３】（１４）回転電機と電力のやりとりするバ
ッテリを複数備える。１つのバッテリが何らかの理由に
より機能しなくなったとき、その他のバッテリがあるた
め、不慮の事態においても運転を続けることができる。

【００７４】（１５）上記の複数のバッテリのうち少な
くとも１つは充放電電圧が異なる。各バッテリの容量を
適切に決定することができ、バッテリの小型化による重
量減を図ることができる。たとえば１２Ｖのバッテリと
２００Ｖのバッテリを搭載していて、１２Ｖのバッテリ
はコントローラ、ナビゲーションシステム、オーディオ
等の従来自動車で使用されている電圧のものとし、ハイ
ブリッド車のモ−タ、発電機やエンジン付随の各種電動
機器（電動ポンプ、インジェクタ、電磁動弁等）は高出
力であるので、電流量を小さくするために２００Ｖのバ
ッテリを用いるというように、役割により電圧の異なっ
たバッテリを用意することで各バッテリ容量を最適化で
き、トータルの重量を抑えることができる。

【００７５】（１６）複数のバッテリのうち、少なくと
も１つを燃料電池とする。一つのバッテリはコントロー
ラ、ナビゲーションシステム、オーディオ等の従来自動
車で使用されている電圧のものとして大きさ、コストを
抑え、ハイブリッド車のモ−タ、発電機やエンジン付随
の各種電動機器（電動ポンプ、インジェクタ、電磁動弁
等）は高性能な燃料電池とする等、役割により性能、コ
ストの異なったバッテリを用意することでトータルの重
量、コストを抑えることができる。

【００７６】（１７）上記の複数のバッテリのうち、少
なくとも１つは車両重心よりも前方に配置し、その他の
バッテリは車両重心位置よりも後方に配置する。重量物
である２つのバッテリを車両の重心の前後に配置するこ
とにより、前後の重量配分を同程度にすることができ、
車両の旋回等の走行性能を向上することができる。また
前後に配置されたバッテリが衝突時の衝撃を和らげ、衝
突安全性にも寄与する。

【００７７】（１８）複数の出力特性を実現するととも
にモータを備え、走行に必要な負荷が変化したときにお
いて複数の最高効率領域の間を移行する際に、不足する
トルク、回転数をモータで補う。このとき、モータで補
うべき不足トルクや回転数は少ないので、モータを成す
回転電機は小さくできる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンとモータから
成るハイブリッド車において、複数のエンジン出力特性
を持つことにより、広い運転状態において、最高効率領
域で運転することが可能となるため、燃料経済性、排気
浄化性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例であるハイブリッド
車の構成を示す図である。

【図２】本発明による第１の実施例の運転モードの切り
替えとこのために用いるセンサからの入力とを示す図で
ある。

【図３】本発明による第１の実施例であるハイブリッド
車に搭載したエンジンの出力特性を示す図である。

【図４】本発明による第１の実施例であるハイブリッド
車に搭載した各エンジンのモードによる出力特性を示す
図である。

【図５】本発明による第１の実施例であるハイブリッド
車に搭載した２つの同型のエンジンのモードによる出力
特性を示す図である。

【図６】本発明による第２の実施例であるハイブリッド
車の構成を示す図である。

【図７】本発明による第２の実施例であるハイブリッド
車に搭載した気筒休止エンジンのモードによる出力特性
を示す図である。

【図８】本発明による第３の実施例であるハイブリッド
車に搭載した空燃比制御エンジンのモードによる出力特
性を示す図である。

【図９】本発明による第４の実施例であるハイブリッド
車の構成を示す図である。

【図１０】一般的なエンジンの出力特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…第一のエンジン、３，８，９，１０…クラッチ、
４，７…電動発電機、５…第二のエンジン、１１…出
力軸、１２…変速比、１３…車輪軸、１４…タイヤ、１
５…ラジエター、１６…コントローラ、１７…バッテ
リ、１８，１９…ブレーキ、２０…差動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者正木良三茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者箕輪利通茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大山宜茂茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両を走行させるためのエンジンと、回転
電機を備えたハイブリッド車において、前記エンジンが
複数の出力特性を持つことを特徴とするハイブリッド
車。
【請求項２】請求項１に記載のハイブリッド車におい
て、複数の出力特性を得るために、複数のエンジンを備
え、走行に必要な負荷によって使用するエンジンを切り
替えることを特徴とするハイブリッド車。
【請求項３】請求項２に記載のハイブリッド車におい
て、複数のエンジン毎に、駆動、発電の切り替えができ
る電動発電機を備えたことを特徴とするハイブリッド
車。
【請求項４】請求項２に記載のハイブリッド車におい
て、２つの同じ出力特性のエンジンを備え、一つのエン
ジンのみを運転する場合と、両方のエンジンを運転する
場合との２モードを切り替えることを特徴とするハイブ
リッド車。
【請求項５】請求項２に記載のハイブリッド車におい
て、２つの異なる出力特性のエンジンを備え、一方のエ
ンジンのみを運転する場合と、他方のエンジンのみを運
転する場合と、両方のエンジンを運転する場合との３モ
ードを切り替えることを特徴とするハイブリッド車。
【請求項６】請求項２に記載のハイブリッド車におい
て、２つのエンジンを備え、一方のエンジンで車両の前
輪軸を駆動し、他方のエンジンで車両の後輪軸を駆動す
ることを特徴とするハイブリッド車。
【請求項７】請求項２に記載のハイブリッド車におい
て、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとを備え、
ガソリンエンジンの排出ガスをディーゼルエンジンの吸
入空気に混入させることを特徴とするハイブリッド車。
【請求項８】請求項１に記載のハイブリッド車におい
て、前記回転電機として発電機とモータとを備え、前記
エンジンのクランク軸と発電機の回転軸とを連結し、車
輪軸に連結される出力軸とモータとを連結し、前記エン
ジンのクランク軸と前記出力軸との間にクラッチを備
え、車両の走行速度が低速で軽負荷の場合は、前記クラ
ッチを開にして機械的連結を解いて前記エンジンを前記
発電機の動力源として用い、前記出力軸へのトルクは前
記モータのみで発生させ、高負荷の場合は、前記クラッ
チを閉にして前記エンジンのクランク軸と前記出力軸と
を機械的に連結し、前記出力軸へのトルクは前記エンジ
ンのみ、もしくは前記エンジンと前記モータとを併用し
て発生することを特徴としたハイブリッド車。
【請求項９】請求項１に記載のハイブリッド車におい
て、複数の出力特性を得るために、多気筒のエンジンを
備え、走行に必要な負荷によって、前記エンジンの気筒
を休止することを特徴とするハイブリッド車。
【請求項１０】請求項１に記載のハイブリッド車におい
て、複数の出力特性を得るために、走行に必要な負荷に
よって、前記エンジンに供給する混合気の空燃比を変化
させることを特徴とするハイブリッド車。