(57)【要約】【課題】エンジンの動力を遊星ギヤ機構で駆動軸側と第１のＭＧ（発電機）側とに分割して走行する際の燃費を効果的に向上させることができるようにする。【解決手段】エンジン１０の動力を第１の遊星ギヤ機構１４でサンギヤ軸１８とリングギヤ軸１９に分割し、更に、そのサンギヤ軸１８の動力を第２の遊星ギヤ機構２０でサンギヤ軸２４とリングギヤ軸２５に分割し、そのサンギヤ軸２４の動力を第１のＭＧ１１に伝達することで、エンジン１０から第１のＭＧ１１側に伝達される動力の割合を小さくし、一方、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９の動力と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ軸２５の動力の両方を駆動軸２６に伝達することで、エンジン１０から駆動軸２６側に伝達される動力の割合を大きくする。これにより、ＭＧ１１，１２やインバータ３１，３２での電気損失を低減させて、車両全体のエネルギ損失を低減させる。【選択図】図１
2011057114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関とモータと発電機とを備えた車両の動力出力装置において、
前記内燃機関の動力を出力する動力伝達経路として第１の機械伝達路と第２の機械伝達路と電気伝達路を少なくとも有することを特徴とする車両の動力出力装置。
【請求項２】
前記内燃機関の動力を第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路とに分割する第１の動力分割手段と、前記第１の動力伝達経路の動力を第３の動力伝達経路と第４の動力伝達経路とに分割する第２の動力分割手段とを備え、
前記第１の動力伝達経路を前記第１の機械伝達路とすると共に、前記第２の動力伝達経路を介して前記第４の動力伝達経路を前記第２の機械伝達路とし、
前記第２の動力伝達経路と前記第４の動力伝達経路とが連結されると共に前記第２の動力伝達経路に前記モータと車両の駆動軸とが連結され、前記第３の動力伝達経路に前記発電機が連結されて前記発電機と前記モータ間で電力を相互伝達できる前記電気伝達路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両の動力出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関とモータと発電機とを搭載した車両の動力出力装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請からハイブリッド車の需要が増大している。現在、市販されているハイブリッド車においては、例えば、特許文献１（特開２００１−３２９８８４号公報）に記載されているように、内燃機関とモータと発電機とを搭載し、内燃機関の動力を動力分割機構（例えば遊星ギヤ機構）によって二系統に分割し、その一方の系統の出力で駆動軸を駆動して車輪を駆動し、他方の系統の出力で発電機を駆動して発電機で発電し、その発電電力やバッテリ電力でモータを駆動してモータの動力でも車輪を駆動するようにしたスプリットタイプのハイブリッド車がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のスプリットタイプのハイブリッド車は、動力分割機構（例えば遊星ギヤ機構）のプラネタリ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）によって動力分割比（内燃機関から駆動軸側に伝達される動力と発電機側に伝達される動力との比）が決まるが、車両の設計上、プラネタリ比（つまり動力分割比）は、動力分割機構が車両に搭載可能なサイズに収まるような範囲内に制限されるため、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくできないという問題がある。このため、内燃機関の動力を動力分割機構で駆動軸側と発電機側とに分割して走行する際に、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができず、発電機及びそれを駆動するインバータの電気出力が小さくできず、更に電気損失が増加して、車両全体のエネルギ損失が増加してしまい、燃費の飛躍的な向上が望めず、燃費が伸び悩んでいたり、小型・低コスト化の弊害となっていた。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、燃費を効果的に向上させると共にインバータや発電機を小型・低コスト化できる車両の動力出力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関とモータと発電機とを備えた車両の動力出力装置において、内燃機関の動力を出力する動力伝達経路として第１の機械伝達路と第２の機械伝達路と電気伝達路を少なくとも有するように構成したものである。
【０００７】
具体的には、請求項２のように、内燃機関の動力を第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路とに分割する第１の動力分割手段と、第１の動力伝達経路の動力を第３の動力伝達経路と第４の動力伝達経路とに分割する第２の動力分割手段とを備え、第１の動力伝達経路を第１の機械伝達路とすると共に、第２の動力伝達経路を介して第４の動力伝達経路を第２の機械伝達路とし、第２の動力伝達経路と第４の動力伝達経路とが連結されると共に第２の動力伝達経路にモータと車両の駆動軸とが連結され、第３の動力伝達経路に発電機が連結されて発電機とモータ間で電力を相互伝達できる電気伝達路を備えているようにすると良い。
【０００８】
この構成では、内燃機関の動力を第１の動力分割手段で第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路の二系統に分割し、更に、その第１の動力伝達経路の動力を第２の動力分割手段で第３の動力伝達経路と第４の動力伝達経路の二系統に分割して、その第３の動力伝達経路の動力を発電機に伝達することができるため、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を小さくすることができ、一方、第２の動力伝達経路の動力と第４の動力伝達経路の動力の両方を駆動軸に伝達することができるため、内燃機関から駆動軸側に伝達される動力の割合を大きくすることができる。これにより、内燃機関の動力を動力分割機構で駆動軸側と発電機側とに分割して走行する際に、内燃機関から発電機側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、発電機及びそれを駆動するインバータの電気出力が小さくできるため、それらを小型・低コスト化でき、また、それらの電気損失を低減させて、車両全体のエネルギ損失を低減させることができ、燃費を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施例における車両の駆動システム全体の概略構成図である。
【図２】図２は各部の回転速度の関係を示す共線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて車両の駆動システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１０と第１のモータジェネレータ（発電機：以下「第１のＭＧ」と表記する）１１と第２のモータジェネレータ（以下「第２のＭＧ」と表記する）１２が搭載され、主にエンジン１０と第２のＭＧ１２が車輪２９を駆動する動力源となる。この第２のＭＧ１２が特許請求の範囲でいうモータに相当する。
【００１１】
エンジン１０のクランク軸１３の動力は、第１の遊星ギヤ機構１４（第１の動力分割手段）で二系統に分割される。この第１の遊星ギヤ機構１４は、中心で回転するサンギヤ１５と、このサンギヤ１５の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ１６と、このプラネタリギヤ１６の外周を回転するリングギヤ１７とから構成され、プラネタリギヤ１６には、図示しないキャリアを介してエンジン１０のクランク軸１３が連結され、サンギヤ１５には、第１の動力伝達経路（第１の機械伝達路）であるサンギヤ軸１８が連結され、リングギヤ１７には、第２の動力伝達経路（第２の機械伝達路）であるリングギヤ軸１９が連結されている。これにより、エンジン１０のクランク軸１３の動力が第１の遊星ギヤ機構１４によってサンギヤ軸１８とリングギヤ軸１９に分割されて伝達される。
【００１２】
更に、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８の動力は、第２の遊星ギヤ機構２０（第２の動力分割手段）で二系統に分割される。この第２の遊星ギヤ機構２０は、中心で回転するサンギヤ２１と、このサンギヤ２１の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ２２と、このプラネタリギヤ２２の外周を回転するリングギヤ２３とから構成され、プラネタリギヤ２２には、図示しないキャリアを介して第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８が連結され、サンギヤ２１には、第３の動力伝達経路であるサンギヤ軸２４が連結され、リングギヤ２３には、第４の動力伝達経路（第２の機械伝達路）であるリングギヤ軸２５が連結されている。これにより、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８の動力が第２の遊星ギヤ機構２０によってサンギヤ軸２４とリングギヤ軸２５に分割されて伝達される。
【００１３】
また、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ軸２５とが連結されると共に、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９に、第２のＭＧ１２の回転軸と車両の駆動軸２６とが連結され、この駆動軸２６の動力がデファレンシャルギヤ２７や車軸２８等を介して車輪２９に伝達される。更に、第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４には、主に発電機として使用する第１のＭＧ１１の回転軸が連結されている。この第１のＭＧ１１が特許請求の範囲でいう発電機に相当する。
【００１４】
また、第１のＭＧ１１を駆動する第１のインバータ３１と、第２のＭＧ１２を駆動する第２のインバータ３２とが設けられ、各ＭＧ１１，１２は、それぞれインバータ３１，３２を介して互いに電力の授受ができるようになっており、第１のＭＧ１１と第２のＭＧ１２との間で電力を相互伝達できる電気伝達路が形成されていると共に、各ＭＧ１１，１２は、バッテリ３３とも電力を授受するようになっている。
【００１５】
車両ＥＣＵ３４は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ３５、シフトレバーの操作位置を検出するシフトスイッチ３６、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ３７等の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。この車両ＥＣＵ３４は、エンジン１０の運転を制御するエンジンＥＣＵ３８と、第１のインバータ３１を制御して第１のＭＧ１１を制御する第１のＭＧ−ＥＣＵ３９と、第２のインバータ３２を制御して第２のＭＧ１２を制御する第２のＭＧ−ＥＣＵ４０との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ＥＣＵ３８〜４０によって車両の運転状態に応じてエンジン１０と第１のＭＧ１１と第２のＭＧ１２を制御する。
【００１６】
例えば、発進時や低負荷時（エンジン１０の燃費効率が悪い領域）は、エンジン１０を停止状態に維持して、バッテリ３３の電力で第２のＭＧ１２を駆動し、この第２のＭＧ１２の動力のみで車輪２９を駆動して走行するモータ走行を行う。
【００１７】
通常走行時には、エンジン１０のクランク軸１３の動力を第１の遊星ギヤ機構１４によってサンギヤ軸１８とリングギヤ軸１９の二系統に分割し、更に、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８の動力を第２の遊星ギヤ機構２０によってサンギヤ軸２４とリングギヤ軸２５の二系統に分割する。そして、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９の動力と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ軸２５の動力の両方を駆動軸２６に伝達することで駆動軸２６を駆動して車輪２９を駆動する。また、第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４の動力を第１のＭＧ１１に伝達することで第１のＭＧ１１を駆動して第１のＭＧ１１で発電し、その発電電力で第２のＭＧ１２を駆動して第２のＭＧ１２の動力でも駆動軸２６を駆動して車輪２９を駆動する。更に、急加速時等には、第１のＭＧ１１の発電電力の他にバッテリ３３の電力も第２のＭＧ１２に供給して、第２のＭＧ１２の駆動分を増加させる。
【００１８】
減速時には、車輪２９の動力で第２のＭＧ１２を駆動して第２のＭＧ１２を発電機として作動させることで、車両の運動エネルギを第２のＭＧ１２で電力に変換してバッテリ３３に充電して回収する。
【００１９】
ここで、図２は、第１の遊星ギヤ機構１４のプラネタリギヤ１６のキャリアに連結されたエンジン１０のクランク軸１３の回転速度Ｎe と、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８の回転速度Ｎs1（＝第２の遊星ギヤ機構２０のプラネタリギヤ２２のキャリアの回転速度Ｎc2）と、第１及び第２の遊星ギヤ機構１４，２０のリングギヤ軸１９，２５に連結された駆動軸２６の回転速度Ｎp と、第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４に連結された第１のＭＧ１１の回転速度Ｎg との関係を示す共線図であり、各回転速度が一直線で結ばれる関係となる。
【００２０】
エンジン１０のトルクＴe は、第１の遊星ギヤ機構１４によってサンギヤ軸１８とリングギヤ軸１９に分割されて伝達される。この際、サンギヤ軸１８に伝達されるトルクＴs1とリングギヤ軸１９に伝達されるトルクＴr1は、それぞれエンジン１０のトルクＴe と第１の遊星ギヤ機構１４のプラネタリ比ρ1 （サンギヤ１５の歯数とリングギヤ１７の歯数との比）とを用いて下記（１），（２）式により表すことができる。
Ｔs1＝Ｔe ×ρ1 ／（１＋ρ1 ）  ……（１）
Ｔr1＝Ｔe ／（１＋ρ1 ）        ……（２）
【００２１】
更に、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８のトルクＴs1は、第２の遊星ギヤ機構２０によってサンギヤ軸２４とリングギヤ軸２５に分割されて伝達される。この際、サンギヤ軸２４に伝達されるトルクＴs2とリングギヤ軸２５に伝達されるトルクＴr2は、それぞれ第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８のトルクＴs1と第２の遊星ギヤ機構２０のプラネタリ比ρ2 （サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との比）とを用いて下記（３），（４）式により表すことができる。
Ｔs2＝Ｔs1×ρ2 ／（１＋ρ2 ）  ……（３）
Ｔr2＝Ｔs1／（１＋ρ2 ）        ……（４）
【００２２】
上記（１），（３）式から、第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４に伝達されるトルクＴs2は、下記（５）式により表すことができる。
Ｔs2＝Ｔe ×ρ1 ／（１＋ρ1 ）×ρ2 ／（１＋ρ2 ）  ……（５）
【００２３】
この第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４のトルクＴs2が第１のＭＧ１１に作用するため、第１のＭＧ１１のトルクＴg と第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ軸２４のトルクＴs2との関係は、下記（６）式により表すことができる。
Ｔg ＋Ｔs2＝０        ……（６）
【００２４】
これにより、従来のシステム（エンジンの動力を分割する遊星ギヤ機構を１つのみ備えたシステム）に比べて、エンジン１０から第１のＭＧ１１に伝達されるトルクの割合を小さくすることができる。
【００２５】
一方、エンジン１１のトルクＴe のうち第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９に伝達されるトルクＴr1と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ軸２５に伝達されるトルクＴr2の両方が駆動軸２６に伝達され、更に、第２のＭＧ１２のトルクＴm も駆動軸２６に伝達されるため、駆動軸２６に伝達されるトルクＴp は、下記（７）式により表すことができる。
Ｔp ＝Ｔr1＋Ｔr2＋Ｔm   ……（７）
【００２６】
上記（１），（２），（４），（７）式から駆動軸２６に伝達されるトルクＴp は、下記（８）式により表すことができる。
Ｔp ＝Ｔe ／ (１＋ρ1)＋Ｔe ×ρ1 ／ (１＋ρ1)／ (１＋ρ2)＋Ｔm   ……（８）
【００２７】
これにより、従来のシステム（エンジンの動力を分割する遊星ギヤ機構を１つのみ備えたシステム）に比べて、エンジン１０から駆動軸２６に伝達されるトルクの割合を大きくすることができる。
【００２８】
一般に、エンジン１０の動力を第１のＭＧ１１に伝達して、その第１のＭＧ１１の発電電力で第２のＭＧ１２を駆動して駆動軸２６を駆動するときの損失よりも、エンジン１０の動力を機械的に駆動軸２６に伝達して駆動軸２６を駆動するときの損失の方が小さいため、エンジン１０から第１のＭＧ１１側に伝達される動力の割合を小さくして、エンジン１０から駆動軸２６に伝達されるトルクの割合を大きくすることで、動力伝達効率を向上させることができる。
【００２９】
以上説明した本実施例では、エンジン１０の動力を第１の遊星ギヤ機構１４によってサンギヤ軸１８とリングギヤ軸１９の二系統に分割し、更に、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ軸１８の動力を第２の遊星ギヤ機構２０によってサンギヤ軸２４とリングギヤ軸２５の二系統に分割して、そのサンギヤ軸２４の動力を第１のＭＧ１１に伝達することができるため、エンジン１０から第１のＭＧ１１側に伝達される動力の割合を小さくすることができ、一方、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ軸１９の動力と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ軸２５の動力の両方を駆動軸２６に伝達することができるため、エンジン１０から駆動軸２６側に伝達される動力の割合を大きくすることができる。
【００３０】
これにより、エンジン１０の動力を遊星ギヤ機構１４，２０で駆動軸２６側と第１のＭＧ１１側とに分割して走行する際に、エンジン１０から第１のＭＧ１１側に伝達される動力の割合を十分に小さくすることができ、第１のＭＧ１１や第２のＭＧ１２及びそれらを駆動するインバータ３１，３２での電気損失を低減させて、車両全体のエネルギ損失を低減させることができ、燃費を効果的に向上させることができる。
【００３１】
尚、上記実施例では、エンジン１０と第１の遊星ギヤ機構１４のプラネタリギヤ１６のキャリアとを連結し、第１の遊星ギヤ機構１４のサンギヤ１５と第２の遊星ギヤ機構２０のプラネタリギヤ２２のキャリアとを連結し、第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ１９と第２の遊星ギヤ機構２０のリングギヤ２５とを連結すると共に第１の遊星ギヤ機構１４のリングギヤ１９と第２のＭＧ１２及び駆動軸２６とを連結し、第２の遊星ギヤ機構２０のサンギヤ２１と第１のＭＧ１１とを連結する構成としたが、遊星ギヤ機構１４，２０を介してエンジン１０とＭＧ１１，１２と駆動軸２６とを連結する方法は、上記実施例の方法に限定されず、駆動システムの搭載スペースや駆動方式（例えば、ＦＦ方式、ＦＲ方式、ＲＲ方式）等に応じて適宜変更しても良い。
【００３２】
また、上記実施例では、遊星ギヤ機構を２つ設けてエンジンの動力を２段階で分割するようにしたが、他の実施例として、遊星ギヤ機構を３つ以上設けてエンジンの動力を３段階以上で分割するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１０…エンジン（内燃機関）、１１…第１のＭＧ（発電機）、１２…第２のＭＧ（モータ）、１４…第１の遊星ギヤ機構（第１の動力分割手段）、１８…サンギヤ軸（第１の動力伝達経路）、１９…リングギヤ軸（第２の動力伝達経路）、２０…第２の遊星ギヤ機構（第２の動力分割手段）、２４…サンギヤ軸（第３の動力伝達経路）、２５…リングギヤ軸（第４の動力伝達経路）、２６…駆動軸、２９…車輪、３１，３２…インバータ、３３…バッテリ、３４…車両ＥＣＵ、３８…エンジンＥＣＵ、３９，４０…ＭＧ−ＥＣＵ
【図１】
2011057114.tif 000003
【図２】
2011057114.tif 000004