KR20060046782A - 파워 모듈의 구동 제어 장치 및 하이브리드 차량 - Google Patents

파워 모듈의 구동 제어 장치 및 하이브리드 차량 Download PDF

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요시아키 츠카다
히로아키 우치사사이
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 엔진측과 구동륜측의 동력의 단접에 속도 감응형 원심 클러치 등의 클러치를 채용함에도 불구하고, 충분한 액셀레이터 응답성을 확보할 수 있는 파워 모듈의 구동 제어 장치와 하이브리드 차량을 제공한다.
원심 클러치(40)의 입력측의 회전 속도가 클러치 접속 가능한 설정값에 도달하지 않고, 또한 운전자에 의한 가속 요구가 입력된 경우에, 클러치 입력측을 상기 설정값에 근접시키도록 제어 유닛(7)에 의해 모터 제너레이터(21a)를 제어한다. 모터 제너레이터(21a)를 전동기로서 기능시키는 경우에는, 클러치 입력측의 회전을 어시스트한다. 또한, 모터 제너레이터(21a)가 발전기로서 기능하고 있을 때에는 발전량을 감소시킨다.

Description

파워 모듈의 구동 제어 장치 및 하이브리드 차량{POWER MODULE DRIVING CONTROL APPARATUS AND HYBRID VEHICLE}
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 것으로 차량의 측면도.
도 2는 도 1에 도시하는 차량의 개략 시스템 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 3은 도 1에 도시하는 차량의 파워 유닛의 단면도.
도 4는 도 3의 부분 확대도.
도 5는 도 1에 도시하는 차량의 클러치를 중심으로 하는 구동계의 모식적인 구성도.
도 6은 도 1에 도시하는 차량의 제어 유닛을 중심으로 하는 기능 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
7 : 제어 유닛(제어 수단)
11 : 파워 모듈
20 : 엔진(제1 동력원)
21a : 모터 제너레이터
21b : 전동 모터(제2 동력원)
40 : 원심 클러치(속도 감응형 클러치)
88 : 구동 제어 장치
96 : 클러치 상태 판정부
97 : 가속 요구 판정부
본 발명은, 엔진 동력을 클러치를 통하여 구동륜측에 전달하는 파워 모듈로서, 엔진의 크랭크축에 접속된 모터 제너레이터가 제어 가능하게 되어 있는 구동 제어 장치와, 그 장치를 탑재한 하이브리드 차량에 관한 것이다.
차량의 동력원으로서 엔진과 전동 모터를 탑재한 하이브리드 차량이 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 2000-350310호 참조).
일본 특허 공개 공보 2000-350310호에 기재된 하이브리드 차량은, 모터 주행 모드로부터 엔진 주행 모드로 이행할 때에 엔진의 시동 지연을 방지하기 위해서, 전동 모터의 토크를 통상의 엔진 시동시 보다도 큰 토크로 작동시키도록 되어 있다.
그런데, 이 하이브리드 차량에서의 파워 유닛은, 엔진측의 동력의 단접(斷接)을 전자 클러치나 유압 클러치 등에 의해서 정밀하게 제어할 수 있는 것이지만, 최근, 특히 스쿠터형의 소형의 이륜차 등에 있어서는 크랭크축측(입력측)의 회전 속도에 따라서 동력을 단접하는 원심 클러치 등의 속도 감응형 클러치를 채용하는 것이 검토되고 있다.
그러나, 엔진측과 구동륜측의 동력의 단접을 속도 감응형 클러치에 의해서 행하는 것으로서, 주행시에 일단 액셀레이터를 복귀시키고, 재차 액셀레이터를 개방하여 가속을 행하고자 한 경우에, 크랭크축측(입력측)의 회전 속도가 클러치 접속 가능한 회전 속도로 복귀될 때까지 시간이 걸리는 경우가 있다.
또한, 이러한 하이브리드 차량에 있어서는, 급발진시 등에 액셀레이터를 크게 개방해도 크랭크축측(입력측)의 회전 속도가 클러치 접속 가능한 회전 속도에 도달할 때까지 시간이 걸리기 때문에, 모터 구동으로부터 엔진 구동으로의 전환에 시간이 필요하고 충분한 발진 가속 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다.
따라서, 본 발명은 엔진측과 구동륜측의 동력의 단접에 속도 감응형 클러치를 채용함에도 불구하고, 충분한 액셀레이터 응답성을 확보할 수 있는 파워 모듈의 구동 제어 장치와 하이브리드 차량을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은, 동력원인 엔진[예컨대, 후술의 실시예에서의 엔진(20)]과, 이 엔진의 크랭크축에 접속되어 전동기 및 발전기로서 기능하는 모터 제너레이터[예컨대, 후술의 실시예에서의 모터 제너레이터(21a)]와, 입력측이 상기 크랭크축에 접속되는 한편, 출력측이 구동륜측에 접속되고, 입력측 회전 속도가 설정값 이상이 되었을 때에 입력측과 출력측을 접속하는 속도 감응형 클러치[예컨대, 후술의 실시예에서의 원심 클러치(4O)]와, 상기 모터 제너레이터의 제어를 행하는 제어 수단[예컨대, 후술의 실시예에서의 제어 유닛(7)]을 구비한 파워 모듈의 구동 제어 장치에 있어서, 상기 클러치의 입력측의 회전 속도가 상기 설정값에 이르지 않은 조건 하에서 가속 요구가 있는 경우에, 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터를 상기 제어 수단에 의해서 제어하도록 하였다.
본 발명의 경우, 클러치의 입력측의 회전 속도가 설정값에 이르지 않을 때에 운전자의 액셀레이터 조작에 의한 가속 요구가 있으면, 제어 수단이 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터에 제어 신호를 보낸다. 이로써, 클러치의 입력측의 크랭크축의 속도가 증속되고, 신속하게 클러치가 접속되어 엔진 동력이 구동축측에 전달되게 된다.
또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 제어 수단에 의해 모터 제너레이터를 전동기로서 기능시키고, 그 동력에 의해 크랭크축 회전의 증속을 어시스트하도록 하였다. 이 경우, 모터 제너레이터의 동력이 크랭크축에 어시스트력으로서 작용하고, 그 결과 클러치의 접속이 빨라진다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 제어 수단에 의해 모터 제너레이터를 발전기로서 기능시키고, 모터 제너레이터의 발전량을 감소시킴에 의해 엔진 부하를 감소시키도록 하였다. 이 경우, 모터 제너레이터의 발전량이 감소하는 만큼 엔진 부하가 감소되고, 그 결과 클러치의 접속이 빨라진다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 3에 기재된 발명에 있어서, 상기제어 수단은 상기 클러치의 단접 상태를 판단하는 클러치 상태 판정부[예컨대, 후술의 실시예에서의 클러치 상태 판정부(96)]와, 운전자로부터의 가속 요구가 있는 지 여부를 판단하는 가속 요구 판정부[예컨대, 후술의 실시예에서의 가속 요구 판정부(97)]를 구비하고, 이들의 판정부에 의해서 상기 클러치가 단절되며, 가속 요구가 있었다고 판단된 경우에는, 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 상기 모터 제너레이터를 제어하도록 하였다. 이 경우, 발진이나 재가속 중에도 클러치 입력측의 증속이 정말로 필요한 상황 하에서만 모터 제너레이터의 제어가 행해지게 된다.
청구항 5에 기재된 발명은, 제1 동력원인 엔진과, 이 엔진의 크랭크축에 접속되어 전동기 및 발전기로서 기능하는 모터 제너레이터와, 입력측이 상기 크랭크축에 접속되는 한편, 출력측이 구동륜측에 접속되고, 입력측 회전 속도가 설정값 이상이 된 때에 입력측과 출력측을 접속하는 속도 감응형 클러치와, 상기 모터 제너레이터의 제어를 행하는 제어 수단과, 상기 클러치의 출력측과 구동륜 사이에 설치되고, 제2 동력원으로서 기능하는 전동 모터[예컨대, 후술의 실시예에서의 전동 모터(21b)]를 구비하고, 상기 전동 모터에 의한 구동에서 엔진에 의한 구동으로 전환될 때에 상기 클러치가 접속되는 하이브리드 차량에 있어서, 상기 클러치의 입력측의 회전 속도가 상기 설정값에 이르지 않은 조건 하에서 가속 요구가 있던 때에 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터를 상기 제어 수단에 의해서 제어하도록 하였다.
본 발명의 경우, 급발진시 등에 액셀레이터가 개방 방향으로 크게 조작되면, 제어 수단이 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터에 제어 신호를 보낸다. 이에 따라, 클러치 입력측의 크랭크축의 속도가 증속되고, 신속하게 클러치가 접속되어 전동 모터에 의한 구동에서 엔진 구동으로 전환된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
한편, 이하의 설명에 있어서 전측이란 차량의 전진 방향을 말하는 것으로 하고, 또한 우측 및 좌측이란 차량이 전진하는 방향을 향해서 우측 및 좌측을 말하는 것으로 한다.
이 실시예의 차량은 스쿠터형의 하이브리드 차량이며, 이 차량은 도 1에 도시된 바와 같이, 전동 모터(21b)를 포함하는 파워 유닛(11)이 유닛 스윙식으로 후륜(WR)과 함께 차체 프레임(10)에 요동 가능하게 지지되어 있다.
이 차량의 차체 전방에는 전륜(WF)을 피봇 지지하는 프론트 포크(1)가 설치되어 있고, 프론트 포크(1)는 차체 프레임(10)의 일부를 이루는 헤드 파이프(2)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 프론트 포크(1)의 상단부는 핸들(3)에 연결되어 있고, 차량은 이 핸들(3)의 조작에 의해서 조향 가능하게 되어 있다. 헤드 파이프(2)에는 후방부 아래쪽으로 연장되는 다운 파이프(4)가 부착되고, 이 다운 파이프(4)의 하단에는 중간 프레임(5)이 대략 수평으로 연장되어 설치되어 있다. 그리고, 중간 프레임(5)의 후단부에는 후방부 상부를 향하여 연장되는 후방부 프레임(6)이 설치된다. 차체 프레임(10)은 이상의 헤드 파이프(2), 다운 파이프(4), 중간 프레임(5) 및 후방부 프레임(6)을 주요소로 하여 구성되어 있다.
차체 프레임(10)의 주위는 차체 커버(13)로 덮이고, 그 차체 커버(13)의 대략 중앙의 상방 팽출 부분에는 탑승자가 착석하는 시트(14)가 고정되어 있다. 그 리고, 시트(14)의 전방 위치에는 탑승자가 발을 두는 스텝 플로어(15)가 한 단계 아래에 형성되어 있다. 시트(14)의 아래쪽에는, 예컨대 헬멧이나 짐 등을 수납하기 위한 다용도 공간으로서 기능하는 수납 박스(100)가 설치된다.
여기서, 파워 유닛(11)의 개략 구성을 도 2에 의해서 설명하면, 이 파워 유닛(11)은 제1 동력원인 엔진(20)과, 엔진(20)을 시동하기 위한 시동기로서 기능할 뿐만 아니라 발전기로서도 기능하는 모터 제너레이터(21a)와, 엔진(20)의 동력을 기관 운전 속도에 따른 변속비로 변환하여 구동륜인 후륜(WR)에 전달하는 무단 변속기(23)와, 엔진(20)과 무단 변속기(23) 사이에 개재되어 동력 전달을 단절하는 변속 감응형 클러치인 원심 클러치(40)와, 무단 변속기(23)로부터 후륜(WR)측으로는 동력을 전달하지만 후륜(WR)으로부터 무단 변속기(23)측으로는 동력을 전달하지 않는 일방향 클러치(44)와, 이 일방향 클러치(44)의 후륜(WR)측 출력부[종동축(60)]와 후륜(WR)의 차축(68) 사이에 마련되어 후륜(WR)에 전달하는 출력을 감속하는 감속 기구(69)와, 이 감속 기구(69)의 입력측에 연결되어 제2 동력원인 전동기로서 기능함과 동시에 발전기로서도 기능하는 전동 모터(21b)를 구비하고 있다.
이 파워 유닛(11)은 기본적으로 두 계통의 구동계를 구비하며, 그 중 하나의 구동계는 엔진(20)의 동력을 원심 클러치(40), 무단 변속기(23), 일방향 클러치(44), 종동축(60) 및 감속 기구(69)를 통해 후륜(WR)에 전달하고, 다른 하나의 구동계는 전동 모터(21b)의 동력을 종동축(60)과 감속 기구(69)를 통해 후륜(WR)에 전달하도록 되어 있다.
또한, 모터 제너레이터(21a)와 전동 모터(21b)에는 배터리(74)가 접속되고, 모터 제너레이터(21a) 및 전동 모터(21b)가 시동기나 발동기로서 기능할 때에는 배터리(74)로부터 전력 공급을 받으며, 모터 제너레이터(21a) 및 전동 모터(21b)가 발전기로서 기능할 때에는 이들의 회생 전력을 배터리(74)에 충전하도록 되어 있다. 또한, 이 실시예의 차량의 경우, 발진시 등에 있어서 전동 모터(21b)의 구동은, 모터 제너레이터(21a)에서 발전된 전력에 의해 주로 행해진다.
또한, 엔진(20)이나 모터 제너레이터(21a), 전동 모터(21b) 등의 제어는 제어 수단인 제어 유닛(7)에 의해 행해진다.
엔진(20)은, 공기와 연료로 이루어지는 혼합기를 흡기관(16)으로부터 흡입하여 연소시키는 구성으로 되어 있고, 흡기관(16) 내에는 공기량을 제어하는 스로틀 밸브(17)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 스로틀 밸브(17)는 운전자가 조작하는 스로틀 그립의 조작량에 따라서 회전한다. 한편, 도 2에서 도면 부호 85는 스로틀 그립에 설치된 스로틀 개방도 센서이다. 또한, 스로틀 밸브(17)와 엔진(20) 사이에는 연료를 분사하는 인젝터(18)와, 흡기관 내의 부압을 검출하는 부압 센서(19)가 설치되어 있다.
다음에, 도 3을 참조하면서 파워 유닛(11)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
엔진(20)은, 실린더 블록(26)의 실린더(27) 내에 피스톤(25)이 미끄럼 가능하게 수용되고, 피스톤(25)에는 커넥팅 로드(24)를 통해 크랭크축(22)이 연결되어 있다. 실린더 블록(26)은 실린더(27)의 축선이 대략 수평이 되도록 배치되고, 그 헤드부에는 실린더(27)의 일단을 폐색하도록 실린더 헤드(28)가 고정되어 있다. 이 실린더 헤드(28)와 피스톤(25) 사이에는 혼합기를 연소시키는 연소실(20a)이 형성되어 있다.
실린더 헤드(28)에는, 연소실(20a)로의 혼합기의 흡기 또는 배기를 제어하는 밸브(도시 생략)와 점화 플러그(29)가 설치되어 있다. 밸브의 개폐는, 실린더 헤드(28)에 피봇 지지된 캠축(30)의 회전에 의해 제어된다. 캠축(30)은 일단측에 종동 스프로켓(31)을 구비하고, 종동 스프로켓(31)과 크랭크축(22)의 일단에 설치한 구동 스프로켓(32) 사이에는 무단(無端)형상의 캠체인(33)이 걸려 있다. 캠축(30)은 이 캠체인(33)을 통해서 크랭크축(22)의 회전에 연동한다. 또한, 캠축(30)의 일단에는 엔진(20)을 냉각하는 워터 펌프(34)가 설치되어 있다.
워터 펌프(34)는 그 회전축(35)이 캠축(30)과 일체로 회전하도록 부착되어 있다. 따라서, 캠축(30)이 회전하면 워터 펌프(34)를 가동시킬 수 있다.
크랭크축(22)을 피봇 지지하는 크랭크 케이스(48)의 차폭 방향 우측에는 스테이터 케이스(49)가 연결되어 있고, 그 내부에는 모터 제너레이터(21a)가 수납되어 있다. 이 모터 제너레이터(21a)는, 소위 외부 로터 형식의 모터로서, 그 스테이터는 스테이터 케이스(49)에 고정된 치형부(50)에 도선을 감은 코일(51)로 이루어진다. 한편, 외부 로터(52)는 크랭크축(22)에 고정되고, 스테이터의 외주를 덮는 대략 원통 형상을 나타내고 있다. 또한, 외부 로터(52)의 내주면에는 마그넷(53)이 고정 설치되어 있다.
외부 로터(52)에는 모터 제너레이터(21a)를 냉각하기 위한 원심 팬(54a)이 부착되어 있고, 이 원심 팬(54a)이 크랭크축(22)에 동기하여 회전하면, 스테이터 케이스(49)의 커버(55)의 측면(55a)에 형성된 냉각풍 취입용 흡기구로부터 외기가 취입된다.
또한, 크랭크 케이스(48)로부터 차폭 방향으로 돌출한 크랭크축(22)의 좌단부에는 원심 클러치(40)를 통해 무단 변속기(23)의 구동측 전동 풀리(58)가 부착되어 있다.
무단 변속기(23)는, 크랭크축(22)에 피봇 지지된 구동측 전동 풀리(58)와, 크랭크축(22)과 평행한 축선을 갖게 배치된 종동축(60)에 일방향 클러치(44)를 통해 장착된 종동측 전동 풀리(62)와, 구동측 전동 풀리(58)로부터 종동측 전동 풀리(62)에 회전 동력을 전달하는 무단형상의 V벨트(63)를 구비하고 있다.
구동측 전동 풀리(58)는, 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이 슬리브(58d)를 통해 크랭크축(22)에 대하여 회전 가능하게 장착되어 있고, 슬리브(58d) 상에 고착된 구동측 고정 풀리 반체(58a)와, 슬리브(58d)에 대하여 그 축방향으로는 미끄럼 가능하지만 둘레 방향으로는 회전 불가능하게 부착된 구동측 가동 풀리 반체(58c)를 구비하고 있다. 그리고, 구동측 가동 풀리 반체(58c)에는, 원심력에 따라서 그 풀리 반체(58c)를 구동측 고정 풀리 반체(58a) 방향으로 변위시키는 웨이트 롤러(58b)가 부착되어 있다.
한편, 종동측 전동 풀리(62)는, 종동축(60)에 대하여 그 축방향의 미끄럼은 규제되어 있지만 둘레 방향으로는 회전 가능하게 부착된 종동측 고정 풀리 반체(62a)와, 상기 종동측 고정 풀리 반체(62a)의 보스부(62c) 상에 그 축방향으로 미끄럼 가능하게 부착된 종동측 가동 풀리 반체(62b)를 구비하고, 종동측 가동 풀리 반체(62b)의 배면측(차폭 방향 좌측)에는 상기 종동측 가동 풀리 반체(62b)를 종동측 고정 풀리 반체(62a)측을 향해서 항상 편향시키는 스프링(64)이 설치되어 있다.
그리고, 이들 구동측 고정 풀리 반체(58a)와 구동측 가동 풀리 반체(58c) 사이, 그리고 종동측 고정 풀리 반체(62a)와 종동측 가동 풀리 반체(62b) 사이에 각각 형성된 대략 V자형 단면의 벨트홈에 상기 V벨트(63)가 감겨져 있다.
이러한 구성의 무단 변속기(23)는, 크랭크축(22)의 회전수가 상승하면, 구동측 전동 풀리(58)에서는 웨이트 롤러(58b)에 원심력이 작용하여 구동측 가동 풀리 반체(58c)가 구동측 고정 풀리 반체(58a)측으로 활주한다. 이렇게 활주한 만큼 구동측 가동 풀리 반체(58c)가 구동측 고정 풀리 반체(58a)에 근접하고, 구동측 전동 풀리(58)의 홈 폭이 감소하기 때문에, 구동측 전동 풀리(58)와 V벨트(63)와의 접촉 위치가 구동측 전동 풀리(58)의 반경 방향 외측으로 벗어나 V벨트(63)의 감김 직경이 증대한다. 이에 따라 종동측 전동 풀리(62)에서는 종동측 고정 풀리 반체(62a)와 종동측 가동 풀리 반체(62b)에 의해 형성되는 홈 폭이 증가한다. 즉, 크랭크축(22)의 회전수에 따라서 V벨트(63)의 감김 직경(전달 피치 직경)이 연속적으로 변화되고, 변속비가 자동적 또한 무단계로 변화된다.
또한, 원심 클러치(40)는 크랭크축(22) 중에 있어서 무단 변속기(23)의 구동측 고정 풀리 반체(58a)를 관통한 차체 좌측의 단부에 설치되어 있다. 이 원심 클러치(40)는, 상기 슬리브(58d)에 고착된 컵형상의 외부 케이스(40a)와, 이 외부 케이스(40a)를 관통한 크랭크축(22)의 좌단부에 고착된 내부판(40b)과, 이 내부판(40b)의 외부 케이스(40a)내에 면하는 면에 웨이트(40c)를 통해 반경 방향 외측을 향하도록 부착된 슈우(40d)와, 이 슈우(40d)를 반경 방향 내측으로 편향시키는 스프링(40e)을 구비하고 있다. 이 실시예에서는, 내부판(40b)과 웨이트(40c) 및 슈우(40d)가 원심 클러치(40)의 내측 회전체를 구성하고, 외부 케이스(40a)가 외측 회전체를 구성하고 있다. 한편, 원심 클러치(40)의 내부판(40b)의 외측 단면에는 원심 팬(54)이 부착되고, 전동 케이스(59)의 흡기구(59a)로부터 도입된 외기를 원심 팬(54)의 취출 작용에 의해 전동 케이스(59) 내에 유통시키도록 되어 있다.
이러한 구성의 원심 클러치(40)는, 웨이트(40c)의 원심력과 스프링(10c)의 편향력의 밸런스에 의해 동력의 단접을 행하고, 크랭크축의 회전 속도가 설정값(예컨대, 3000 rpm)에 이르지 못할 때는 스프링(40c)의 편향력에 의해 동력 전달을 차단하고 있다. 그리고, 이 상태에서 크랭크축(22)의 회전 속도가 상기 설정값을 초과하면, 웨이트(40c)의 원심력이 스프링(40c)의 편향력을 이겨내, 웨이트(40e)가 반경 방향 외측으로 이동함으로써 슈우(40d)가 외부 케이스(40a)의 내주면에 압압된다. 이 때, 슈우(40d)와 외부 케이스(40a) 사이에는 마찰 미끄럼이 일어나고 이 동안에 동력이 서서히 전달된다. 그 결과, 크랭크축(22)의 회전이 원심 클러치(40)를 통하여 슬리브(58d)에 전달되고, 그 슬리브(58d)에 고정된 구동측 전동 풀리(58)가 구동된다.
또한, 일방향 클러치(44)는, 컵형상의 외부 클러치(44a)와, 이 외부 클러치(44a)의 내부에 동축으로 삽입된 내부 클러치(44b)와, 내부 클러치(44b)로부터 외부 클러치(44a)에 대하여 한 방향으로만 동력을 전달 가능하게 하는 롤러(44c)를 구비하여 구성되어 있다. 외부 클러치(44a)는 전동 모터(21b)의 내부 로터 본체를 겸하며, 내부 로터 본체와 동일 부재로 구성되어 있다. 한편, 내부 클러치(44b)의 내주와 종동측 고정 풀리 반체(62a)에서의 보스부(62c)의 좌단부는 서로 스플라인 결합되어 있다.
따라서, 이 일방향 클러치(44)에서는, 무단 변속기(23)의 종동측 전동 풀리(62)에 전달된 엔진(20)의 동력은 종동축(60)과 감속 기구(69)를 통해 후륜(WR)에 전달되지만, 반대로 후륜(WR)측으로부터 감속 기구(69)와 종동축(60)을 통해 입력된 동력은 무단 변속기(23)측에 전달되지 않는다. 이 때문에, 차량을 밀때나 회생 동작시에는, 후륜(WR)측의 동력이 외부 클러치(44a)를 내부 클러치(44b)에 대하여 공전시킬 뿐, 무단 변속기(23)와 엔진(20)에 전달되는 일이 없다.
감속 기구(69)는, 종동축(60) 및 후륜(WR)의 차축(68)과 평행하게 피봇 지지된 중간축(73)을 갖고, 이와 아울러 종동축(60)의 우단부 및 중간축(73)의 중앙부에 각각 형성된 제1 감속 기어쌍(71, 71)과, 중간축(73) 및 차축(68)의 좌단부에 각각 형성된 제2 감속 기어쌍(72, 72)을 구비하여 구성되어 있다.
이 감속 기구(69)에서는 종동축(60)의 회전을 소정의 감속비로 감속하고, 이와 평행하게 피봇 지지된 후륜(WR)의 차축(68)에 전달한다.
또한, 전동 모터(21b)는 종동축(60)을 모터 출력축으로 하는 내부 로터형 모터로서, 전술한 내부 클러치(44b)가 내부 로터(80)의 내부 로터 본체를 이루고 있다. 이 전동 모터(21b)의 스테이터(83)는, 원심 클러치(40)와 무단 변속기(23)의 측부를 덮는 전동 케이스(59)의 내측에 스테이터 케이스(83a)를 통해 고정되어 있고, 그 스테이터(83)에는 코일(83c)을 감은 치형부(83b)가 설치되어 있다.
또한, 외부 클러치(44a)는 컵형상으로 형성되고, 그 중앙부에 돌출 설치된 보스부(80b)가 종동축(60)과 스플라인 결합되어 있다. 그리고, 외부 클러치(44a)의 개구측 외주면에는 상기 스테이터(83)의 치형부(83b)에 대향하도록 마그넷(80c)이 장착되고, 외부 클러치(44a)의 저부측 외주면에는 전동 케이스(59)의 내벽(59A)에 부착된 로터 센서(81)에 의해 검지되는 복수의 피검지체(82)가 장착되어 있다.
이러한 구성의 전동 모터(21b)는 엔진(20)의 출력을 어시스트하는 경우에 발동기로서 기능하는 것 외에, 종동축(60)의 회전을 전기 에너지로 변환하여, 도 2에 도시된 배터리(74)에 회생 충전하는 발전기로서도 기능한다.
그런데, 본 발명에 따른 파워 모듈(11)의 구동 제어 장치(88)는, 도 5에 도시된 바와 같이 전술한 엔진(20)과, 모터 제너레이터(21a)와, 원심 클러치(40)와, 제어 수단인 제어 유닛(7)을 구비하고, 제어 유닛(7)에는 전술한 스로틀 개방도 센서(85)와, 원심 클러치(40)의 입력측 회전 속도를 검출하는 입력 회전 센서(89)와, 원심 클러치(40)의 출력측 회전 속도를 검출하는 출력 회전 센서(90)와, 후륜(WR)의 회전 속도를 검출하는 차속 센서(91)가 접속되어 있다. 한편, 모터 제너레이터(21a)는 인버터를 포함하는 구동 회로(92)를 통해 제어 유닛(7)에 의해서 제어된다.
모터 제너레이터(21a)는, 차량의 운전 상태에 따라 상기 제어 유닛(7)으로부터의 제어 신호를 받아 전동기와 발전기로 적절하게 전환되어 사용되지만, 원심 클러치(10)가 동력 단절 상태에 있을 때에 운전자로부터 가속 요구가 입력된 경우에는, 전동기로서 기능하여 크랭크축(22)의 구동을 어시스트함으로써 원심 클러치 (40)의 접속을 빠르게 하며, 또한 발전기로서 기능하고 있는 상황 하에서는 발전량을 감소시켜 엔진 부하를 저감시키고, 그에 따라 원심 클러치(40)의 접속을 빠르게 한다.
모터 제너레이터(21a)를 제어하는 제어 유닛(7)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 회전 센서(89)로부터의 신호를 받는 입력 회전 검출부(93)와, 출력 회전 센서(90)로부터의 신호를 받는 출력 회전 검출부(94)와, 차속 센서(91)로부터의 신호를 받는 차속 검출부(95)를 구비하고, 이와 아울러 입력 회전 검출부(93)와 출력 회전 검출부(94)의 신호를 비교하여 원심 클러치(40)의 단접 상태를 판단하는 클러치 상태 판정부(96)와, 차속 검출부(95)와 스로틀 개방도 센서(85)의 출력을 기초로 운전자로부터 가속 요구가 있는지 여부를 판단하는 가속 요구 판정부(97)와, 클러치 상태 판정부(96)와 가속 요구 판정부(97)의 출력을 기초로 하여 클러치 접속을 빠르게 하기 위한 모터 제너레이터(21a)의 제어를 행하는지 여부를 판단하는 모터 제너레이터 제어 판정부(98)를 구비하고 있다.
그리고, 이 제어 유닛(7)은 클러치 상태 판정부(96)에서 원심 클러치(40)가 단절되어 있다고 판정되고, 또한 가속 요구 판정부(97)에서 운전자로부터 가속 요구가 있었다고 판정되는 경우에, 모터 제너레이터 제어 판정부(98)를 통해서 모터 제너레이터(21a)의 구동 회로(92)에 제어 신호를 출력한다.
다음에, 이 차량의 기본적인 작동에 관해서 설명한다.
엔진 시동시에는, 크랭크축(22)상의 모터 제너레이터(21a)를 이용하여 크랭크축(22)을 회전시킨다. 이 때, 원심 클러치(40)는 접속되어 있지 않고, 크랭크축 (22)으로부터 무단 변속기(23)로의 동력 전달은 차단되어 있다. 그리고, 크랭크축(22)의 회전과 동기하여 실린더(27) 내에 흡기된 연료 혼합기를 점화 플러그로 연소시키고 피스톤(25)을 왕복 운동시킨다.
이 상태로부터 차량을 발진시키는 경우에는, 모터 제너레이터(21a)에서 발전되는 전력, 혹은 배터리(74)의 전력에 의해서 전동 모터(21b)를 가동시키고, 운전자에 의한 스로틀 개방도 조작에 따른 전동 모터(21b)의 구동력을 후륜에 전달한다. 이 동안, 엔진(20)에서는 스로틀 개방도에 따라서 크랭크축(22)의 회전수가 상승하고, 그 회전수가 설정값(예컨대, 3000 rpm)을 초과하면 크랭크축(22)의 회전 동력이 원심 클러치(40)를 통해 무단 변속기(23)로 전달된다. 그리고, 엔진(20)의 동력이 무단 변속기(23)로부터 일방향 클러치(44)를 통해 감속 기구(69)에 전달되면, 후륜(WR)이 그 동력을 받아 회전하게 되고, 그 후 전동 모터(21b)의 구동이 정지하여 엔진(20)에 의한 구동 주행으로 전환된다.
이러한 차량의 발진시, 스로틀의 조작 개시 당초에는 크랭크축(22)의 회전 속도가 설정값에 이르지 않기 때문에 원심 클러치(40)가 단절되어 있고, 그 상태로부터 운전자에 의한 가속 요구가 입력되기 때문에, 이 때 제어 유닛(7)으로부터 모터 제너레이터(21a)에는 원심 클러치(4O)의 접속을 빠르게 하도록 제어신호가 출력된다. 구체적으로는, 모터 제너레이터(21a)를 전동기로서 사용할 수 있는 상황 하에서는 모터 제너레이터(21a)를 전동기로서 기능시킴에 따라 크랭크축(22)(클러치 입력측)의 구동을 어시스트하고, 또한 모터 제너레이터(21a)를 전동기로서 기능시키고 있는 상황 하에서는, 모터 제너레이터(21a)에 의한 발전량을 감소시킴에 따라 엔진 부하를 저감시킨다. 따라서, 이 차량에 있어서는, 시동시에 모터 제너레이터(21a)에 의한 제어에 의해서 원심 클러치(40)의 접속이 빨라지기 때문에, 엔진(20)에 의한 동력이 후륜(WR)에 빠르게 전달되어 발진 성능(가속 성능)이 향상된다.
또한, 통상의 엔진 주행시에서도 일단 스로틀을 복귀시켜 원심 클러치(40)의 입력측의 회전 속도가 설정값보다도 저하된 후에, 스로틀이 개방 방향으로 재차 조작된 경우에는, 전술한 차량 발진시와 마찬가지로 모터 제너레이터(21a)가 제어되고, 그 결과 원심 클러치(40)의 재접속이 빨라진다. 따라서, 이 차량의 경우, 스로틀 조작에 대한 가속 응답성이 확실히 향상된다.
또한, 이 실시예에 있어서는 센서(85, 89, 90, 91)와, 제어 유닛의 클러치 상태 판정부(96) 및 가속 요구 판정부(97)의 기능에 의해, 원심 클러치(40)의 접속 상태와 가속 요구의 유무를 판단하고, 원심 클러치(40)의 접속을 빠르게 할 필요가 정말로 있는 상황 하에서만, 모터 제너레이터(21a)에 의한 어시스트력의 부여나 발전량의 감소의 제어를 행하도록 하고 있기 때문에, 불필요한 전력의 소비나 발전량의 저감에 의한 배터리 충전의 불안화 등을 없앨 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 설계 변경이 가능하다. 예컨대, 상기한 실시예에서는 엔진 동력을 단절하는 속도 감응형 클러치로서 원심 클러치를 채용했지만, 센서에 의해서 입력측의 회전 속도를 검출하고, 그 검출 속도가 설정값 이하가 된 때에 전자력이나 유압에 의해서 동력 전달을 행하는 것이더라도 좋다.
청구항 1에 기재된 발명은, 클러치의 입력측의 회전 속도가 설정값에 이르지 않은 경우에 가속 요구가 있으면, 클러치의 입력측의 회전 속도를 클러치 접속 가능한 속도가 되도록 모터 제너레이터를 제어하기 때문에, 속도 감응형 클러치를 채용함에도 불구하고 클러치 접속이 신속해지고, 항상 충분한 액셀레이터 응답성을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 모터 제너레이터의 동력이 크랭크축에 어시스트력으로서 작용하기 때문에, 적극적으로 크랭크축의 회전 속도를 높여 가속 응답성을 높일 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 모터 제너레이터의 발전량을 감소시킴에 의해 엔진 부하를 저감시키기 때문에, 이 때 가속 응답성을 높일 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 발진이나 재가속 중에도 클러치 입력측의 증속이 정말로 필요한 상황 하에서만 모터 제너레이터의 제어가 행해지도록 되기 때문에, 불필요한 전력 소비나 충전의 불안정화를 없앨 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 속도 감응형 클러치를 채용함에도 불구하고, 항상 충분한 가속 응답성을 얻는 것이 가능해짐과 동시에, 전동 모터에 의한 구동으로부터 엔진 구동으로의 신속한 전환이 가능해진다.

Claims (5)

  1. 동력원인 엔진과,
    이 엔진의 크랭크축에 접속되어 전동기 및 발전기로서 기능하는 모터 제너레이터와,
    입력측이 상기 크랭크축에 접속되는 한편, 출력측이 구동륜측에 접속되고, 입력측 회전 속도가 설정값 이상이 되었을 때에 입력측과 출력측을 접속하는 속도 감응형 클러치와,
    상기 모터 제너레이터의 제어를 행하는 제어 수단
    을 구비한 파워 모듈의 구동 제어 장치에 있어서,
    상기 클러치의 입력측의 회전 속도가 상기 설정값에 이르지 않은 조건 하에서 가속 요구가 있는 경우에, 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터를 상기 제어 수단에 의해서 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해서 모터 제너레이터를 전동기로서 기능시키고, 그 동력에 의해서 크랭크축 회전의 증속을 어시스트하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 구동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해서 모터 제너레이터를 발전기로서 기 능시키고, 모터 제너레이터의 발전량을 감소시킴에 의해 엔진 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 구동 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 클러치의 단접(斷接) 상태를 판단하는 클러치 상태 판정부와, 운전자로부터의 가속 요구가 있는지 여부를 판단하는 가속 요구 판정부를 구비하고, 이들 판정부에 의해서 상기 클러치가 단절되며, 가속 요구가 있었다고 판단된 경우에는, 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 상기 모터 제너레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈의 구동 제어 장치.
  5. 제1 동력원인 엔진과,
    이 엔진의 크랭크축에 접속되어 전동기 및 발전기로서 기능하는 모터 제너레이터와,
    입력측이 상기 크랭크축에 접속되는 한편, 출력측이 구동륜측에 접속되고, 입력측 회전 속도가 설정값 이상이 되었을 때에 입력측과 출력측을 접속하는 속도 감응형 클러치와,
    상기 모터 제너레이터의 제어를 행하는 제어 수단과,
    상기 클러치의 출력측과 구동륜 사이에 설치되어 제2 동력원으로서 기능하는 전동 모터
    를 구비하고, 상기 전동 모터에 의한 구동으로부터 엔진에 의한 구동으로 전 환될 때에 상기 클러치가 접속되는 하이브리드 차량에 있어서,
    상기 클러치의 입력측의 회전 속도가 상기 설정값에 이르지 않은 조건 하에서 가속 요구가 있는 경우에, 클러치의 입력측의 회전 속도를 상기 설정값에 근접시키도록 모터 제너레이터를 상기 제어 수단에 의해서 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
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