(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源としての内燃機関と、該内燃機関の出力軸の回転数を変速して駆動輪に伝達する変速装置と、該内燃機関の出力軸に接続された発電電動機とを備え、該発電電動機は該内燃機関の出力補助或いは回生発電によりその回生発電出力を電気エネルギ貯蔵装置に貯えるハイブリッド車両において、
前記変速装置の入力側に接続されて前記内燃機関の出力軸の回転を前記内燃機関と前記変速装置との間から前記発電電動機へ向かって伝達する動力伝達径路に、前記内燃機関の出力軸の回転数を可変自在に増減変速して伝達する伝達手段を設け、
前記変速装置と前記伝達手段との接続を維持して、前記内燃機関の出力軸と前記変速装置及び前記伝達手段との断接を行うクラッチ機構を設け、
前記発電電動機を、前記変速装置のハウジング上部に取り付けたことを特徴とするハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両に関し、より詳しくは、所謂パラレル型のハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パラレル型のハイブリッド車両にあっては、一般の自動車と同様に車両の基本的な走行駆動源として内燃機関を具備する一方、その内燃機関の出力を補助する補助出力を必要に応じて生成させる電動機（詳しくは発電機としても動作可能な発電電動機）を車両に搭載し、それらの内燃機関及び発電電動機の出力（機械的な動力）を変速装置を介して駆動輪に伝達して走行するものが一般に知られている。
【０００３】
そして、この種のハイブリッド車両では、例えば車両の加速時に発電電動機に前記補助出力を生成させ、それを内燃機関の出力と併せて駆動輪に伝達することで、車両の必要な加速性能を確保しつつ内燃機関の出力を抑制し、ひいては、内燃機関の燃料消費や排気ガスの少量化を図るようにしている。
【０００４】
また、例えば車両が走行中であっても内燃機関の出力を補助することが不要なとき（例えばクルーズ走行時）には、内燃機関の出力の一部（内燃機関出力の余剰分）によって、発電電動機の回生発電を行わしめ、その回生発電出力を発電電動機の電源バッテリ等の電気エネルギ貯蔵装置に回収するようにしている。
【０００５】
従来、この種のハイブリッド車両は、内燃機関の出力軸と発電電動機の回転軸とが同軸に接続されているものが知られている。これによれば、該発電電動機は、内燃機関の出力軸から直接伝達される回転によって内燃機関の出力による回生発電を行い、また、該発電電動機からの補助出力を内燃機関の出力軸に直接伝達する。
【０００６】
ところで、前記発電電動機は、その回転軸の回転数が２０００〜３０００ｒｐｍ  のときに効率のよい回生発電が行われるが、通常の運転時に使用頻度の高い内燃機関の回転数は６００〜１８００ｒｐｍ  （アイドリング時において内燃機関のトルク変動に応じて発電電動機の回生発電と出力とを交互に行う制振制御時では４００ｒｐｍ  ）である。このように内燃機関の通常使用する回転領域は、発電電動機の回生発電効率の高い回転領域を下回っている。これにより、内燃機関の出力軸と発電電動機の回転軸とが同軸に接続されているものでは、内燃機関の出力から効率のよい回生発電を行うことができないばかりか、効率の悪い回転領域によって回生発電や内燃機関出力の補助を行うので該発電電動機の発熱が大となる不都合がある。また、効率の悪い回転領域で前記制振制御を行った場合には、内燃機関の燃料消費が悪化する不都合がある。
【０００７】
また、前記発電電動機から生成された前記補助出力は、増幅することなく内燃機関の出力軸に伝達されるために、車両の発進時や加速時等に比較的大きな補助出力を得る場合には大型の発電電動機を設けなければならず、発電電動機の重量も増加する不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
かかる不都合を解消して、本発明は、内燃機関の燃料消費を悪化させることなく発電電動機による効率の良い回生発電を行うと共に、該発電電動機により十分な補助出力を得ることができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、車両の駆動源としての内燃機関と、該内燃機関の出力軸の回転数を変速して駆動輪に伝達する変速装置と、該内燃機関の出力軸に接続された発電電動機とを備え、該発電電動機は該内燃機関の出力補助或いは回生発電によりその回生発電出力を電気エネルギ貯蔵装置に貯えるハイブリッド車両において、前記変速装置の入力側に接続されて前記内燃機関の出力軸の回転を前記内燃機関と前記変速装置との間から前記発電電動機へ向かって伝達する動力伝達径路に、前記内燃機関の出力軸の回転数を可変自在に増減変速して伝達する伝達手段を設け、前記変速装置と前記伝達手段との接続を維持して、前記内燃機関の出力軸と前記変速装置及び前記伝達手段との断接を行うクラッチ機構を設け、前記発電電動機を、前記変速装置のハウジング上部に取り付けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記伝達手段を設けたことによって、前記発電電動機によって回生発電を行うとき、前記内燃機関の出力軸の回転数を、該発電電動機の所定の回生発電効率が得られる回転領域に変速して該発電電動機に伝達することが可能となる。即ち、前記内燃機関の出力軸の回転数が、前記発電電動機にとって所定の回生発電効率が得られる回転数でなくても、前記伝達手段が発電電動機にとって良好に回生発電効率が得られる回転領域に変速して発電電動機に伝達するので効率のよい回生発電を行うことができる。
また、本発明の前記伝達手段は、前記内燃機関の出力軸の回転を可変自在に変速して前記発電電動機に伝達する。内燃機関の出力軸側の回転は運転時に変化するので、この変化に応じて、前記伝達手段の変速度合いを増減させることにより、内燃機関の出力軸側の回転に応じて発電電動機を回生発電や補助出力の生成が最も良好に行える回転数とすることができる。
また、本発明は、前記クラッチ機構を設けたので、例えば車両の減速時に発電電動機を発電機として動作させる際にクラッチ機構により発電電動機と内燃機関とを切断状態とすることができる。
更に、発電電動機は、変速装置のハウジング上部に取り付けたので、変速装置のハウジング上部の空きスペースにコンパクトに配置することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１を参照して説明する。図１は本実施形態のハイブリッド車両の要部のシステム構成図、図２は該ハイブリッド車両に備えた発電電動機の発電機としての動作特性を示す線図、図３は該ハイブリッド車両に備えた発電電動機の電動機としての動作特性を示す線図、図４及び図５は伝達手段の他の形態を示す説明図である。
【００１３】
図１を参照して、１は内燃機関、２は発電電動機、３は変速装置である。内燃機関１の出力軸であるクランク軸１ａは、クラッチ機構４を介して変速装置３の入力側に連接され、該変速装置３の出力側のドライブシャフト３ａが、図示を省略するが差動ギヤ機構等を介して車両の駆動輪に連接されている。また、発電電動機２の回転軸は変速装置３の入力側に伝達手段５を介して連接されている。該伝達手段５は、内燃機関１の出力軸の回転数を３倍に増速して発電電動機２の回転軸に伝達するものであり、図示しないが、内燃機関１の出力軸に同軸固定された大径の駆動プーリと、発電電動機２の回転軸に設けられた小径の従動プーリとがベルト或いはチェーンを介して接続されている。なお、発電電動機２は、変速装置３のハウジング上部の空きスペースに取り付けられてコンパクトに配置されている。
【００１４】
この構成により、内燃機関１の出力はクラッチ機構４の接続状態において伝達手段５を介して発電電動機２の回転軸に伝達されると共に、変速装置３を介して駆動輪に伝達され、車両の走行が行われるようになっている。さらに、車両の走行に際して、発電電動機２を電動機として動作させて、該発電電動機２により内燃機関１の出力を補助する補助出力を発生させたとき、その補助出力は、伝達手段５を介して変速装置３の入力側に伝達され、内燃機関１の出力と併せて変速装置３を介して駆動輪に伝達されるようになっている。
【００１５】
尚、変速装置３は、図示しない油圧ポンプや油圧回路を用いた変速駆動装置６によりその変速動作が行われるようになっている。同様に、前記クラッチ機構４は、油圧式のクラッチ駆動装置７によりその断接動作が行われるようになっている。
【００１６】
本実施形態のハイブリッド車両は上記のような機構的構成の他、次のような電気的構成を具備している。
【００１７】
すなわち、本実施形態のハイブリッド車両は、発電電動機２の電動機としての動作時の電源であるバッテリ８（電気エネルギ貯蔵装置）と、このバッテリ８及び発電電動機２間の電力授受を行うレギュレータ／インバータ回路９と、マイクロコンピュータ等により構成されたコントローラ１０とを具備している。
【００１８】
そして、コントローラ１０には、車速、内燃機関１の回転数、バッテリ８の蓄電状態（残容量）等の各種のデータが図示しない適宜のセンサ等から与えられるようになっている。
【００１９】
前記コントローラ１０は、その機能的構成として、発電電動機２の動作を前記レギュレータ／インバータ回路９を介して制御する発電電動機制御手段１１と、変速装置３の変速動作を前記変速駆動装置６を介して制御する変速制御手段１２と、クラッチ機構４の断接動作を前記クラッチ駆動装置７を介して制御するクラッチ制御手段１３とを具備している。
【００２０】
発電電動機制御手段１１は、基本的には、車両の加速時において発電電動機２を電動機として動作させ、バッテリ８から発電電動機２に給電せしめるようにレギュレータ／インバータ回路９を制御する。車両の減速時やクルーズ走行時（定速走行時）においては、必要に応じて、発電電動機２を発電機として動作させて回生発電を行わしめ、その回生発電出力をバッテリ８に回収（バッテリ８に充電）するようにレギュレータ／インバータ回路９を制御する。更に、内燃機関１のアイドリング時（車両の駐車時）においては、内燃機関１のトルク変動に応じて、発電電動機２を発電機として動作させることと電動機として動作させることとを所定のタイミングで行うようにレギュレータ／インバータ回路９を制御し、所謂制振制御を行う。更に、発電電動機制御手段１１は、発電電動機２に設けられて該発電電動機２の回転数を検出する回転数センサ２ａによって発電電動機２の回転数を監視し、発電電動機２に過回転が生じた場合に、発電電動機２による発電を中止もしくは禁止（例えば励磁電流をカット）する手段を備えている。
【００２１】
また、変速制御手段１２は、例えば状況に応じて設定された変速比で前記変速装置３の変速動作が行われるように、変速駆動装置６を制御するものであり、クラッチ制御手段１３は、例えば車両の減速時にクラッチ機構４を切断状態とするようにクラッチ駆動装置７を制御するものである。
【００２２】
次に本実施形態のハイブリッド車両の作動を説明すれば、車両のクルーズ走行時においては発電電動機２を発電機として動作させる。すなわち、内燃機関１の出力軸の回転を前記クラッチ機構４及び前記伝達手段５を介して発電電動機２に伝達し、発電電動機２による回生発電を行う。クルーズ走行時の内燃機関１の出力軸の回転数が、例えば８００ｒｐｍ  であるとき、前記伝達手段５によって３倍に増速され、発電電動機２の回転軸が２４００ｒｐｍ  で回転する。発電電動機２の動作特性を図２に示すが、同図２の曲線ａ１  ，ａ２  は、それぞれ例えば発電電動機２の回生発電量を１０ｋＷ（一定）、５ｋＷ（一定）とした場合における発電電動機２の回転数（回転速度）と回転トルクとの関係を示す曲線、等高線状の複数の曲線ｂは、発電電動機２の等効率曲線（発電電動機２のエネルギー効率が一定となる動作点を表す曲線）を示しており、この図２に見られるように、例えば１０ｋＷの回生発電量を発電電動機２に生成させる場合、発電電動機２のエネルギ効率は、概ね３０００ｒｐｍ  程度の回転数で最大（約９３％）となる。従って、クルーズ走行時の内燃機関１の出力軸の回転数が比較的低回転であっても、前記伝達手段５によって発電電動機２からは大きな回生発電出力を得ることができる。
【００２３】
また、車両の加速走行時においては発電電動機２を電動機として動作させる。すなわち、発電電動機２の回転軸の回転を、前記伝達手段５を介して変速装置３の入力側に伝達し、内燃機関１の出力軸に補助出力を付与する。このとき、前記伝達手段５によって、発電電動機２の回転軸のトルクが増幅されて内燃機関１の出力軸に付与されるので、内燃機関１の燃料消費量を低減することができる。しかも、発電電動機２によって補助出力を生成する場合においても、比較的低回転の内燃機関１の回転数に比して発電電動機２の回転数を出力生成効率の良い回転数とすることができる。
【００２４】
また、車両のアイドリング時において、発電電動機２の制振制御を行う場合には、内燃機関１のアイドリング時の回転数が４００ｒｐｍ  と極端に低回転であっても、前記伝達手段５による増速により発電電動機２が１２００ｒｐｍ  と回転数をある程度高くに維持される。図３において、発電電動機２の電動機としての特性を前記図２と同様に表すが、同図３に見られるように発電電動機２の電動機としてのエネルギ効率は、概ね２０００ｒｐｍ程度で良好なものとなる。このことから、前記伝達手段５により、内燃機関１のアイドリング時の回転数を発電電動機２において出力生成効率及び出力生成効率の良好な回転数に近づけることができるので、内燃機関１の燃料消費を低減して制振制御を行うことができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、前記伝達手段５は内燃機関１の出力軸側から発電電動機２の回転軸側への増速比が３倍である例を示したが、内燃機関１の使用頻度の高い回転数が６００〜１８００ｒｐｍ  であること、発電電動機２の最大限界回転数が約２００００ｒｐｍ  であること、並びに、発電電動機２によって生成された補助出力を内燃機関１の出力軸に付与する場合においては、前記増速比が高いほど良いことを全て考慮すれば、前記伝達手段５の前記増速比は２倍〜４倍が好ましい範囲とされるものである。
【００２６】
また、本実施形態においては、前記伝達手段５を内燃機関１の出力軸の回転を３倍に増速して発電電動機２の回転軸へ伝達するために、内燃機関１の出力軸に同軸固定された大径の駆動プーリと、発電電動機２の回転軸に設けられた小径の従動プーリとがベルト或いはチェーンを介して接続されている例を挙げたが、前記伝達手段５は増速比を可変とする機構を備えるものであってもよい。例えば、前記伝達手段５を、図４に示すように、複数段の変速ギアを備える変速機構１４を備えて構成し、図示しない変速駆動装置によって内燃機関１の出力軸の回転数の大小に応じて増速比を変更できるようにすることもできる。また例えば、前記伝達手段５を、図５に示すように、無段可変式変速機構１５を備えて構成してもよい。該無段可変式変速機構１５は、内燃機関１の出力軸に同軸に設けられて、固定円錐板１６と可動円錐板１７とにより構成された第１プーリ１８と、発電電動機２の回転軸に同軸に設けられて、固定円錐板１９と可動円錐板２０とにより構成された第２プーリ２１とによって構成されている。第１プーリ１８と第２プーリ２１とにはベルト２２が掛け亘されている。そして、内燃機関１の出力軸の回転数が比較的大のときは、第１プーリ１８の固定円錐板１６から可動円錐板１７を離反させてベルト２２の回動円周を小とすると共に、第２プーリ２１の固定円錐板１９に可動円錐板２０を接近させてベルト２２の回動円周を大として、増速比を小とする。内燃機関１の出力軸の回転数が比較的小のときは、第１プーリ１８の固定円錐板１６に可動円錐板１７を接近させてベルト２２の回動円周を大とすると共に、第２プーリ２１の固定円錐板１９から可動円錐板２０を離反させてベルト２２の回動円周を小として、増速比を大とする。こうすることにより、内燃機関１の出力軸の回転数の大小に応じて発電電動機２の回転軸への増速比を変更することができ、常に発電電動機２の回生発電や補助出力の生成に最適な回転数を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、前記伝達手段を設けたことによって、前記内燃機関の出力軸の回転数が、前記発電電動機にとって所定の回生発電効率が得られる回転数でなくても、前記伝達手段が発電電動機にとって良好に回生発電効率が得られる回転領域に増減変速して発電電動機に伝達することが可能であるので、効率のよい回生発電を行うことができる。
【００２８】
また、本発明によれば、内燃機関の出力軸側の回転変化に応じて、前記伝達手段の変速度合いを増減させることができるので、内燃機関の出力軸側の回転に応じて発電電動機を回生発電や補助出力の生成が最も良好に行える回転数とすることができる。
【００２９】
従って、本発明によれば、発電電動機による効率の良い回生発電を行うと共に、該発電電動機により十分な補助出力を得ることができるハイブリッド車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のハイブリッド車両の要部のシステム構成図。
【図２】発電電動機の発電機としての動作特性を示す線図。
【図３】発電電動機の電動機としての動作特性を示す線図。
【図４】伝達手段の他の形態を示す説明図。
【図５】伝達手段の他の形態を示す説明図。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…発電電動機、５…伝達手段、８…バッテリ（電気エネルギ貯蔵装置）。
【図１】
0003614629.tif 000002
【図２】
0003614629.tif 000003
【図３】
0003614629.tif 000004
【図４】
0003614629.tif 000005
【図５】
0003614629.tif 000006