(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒温度を、電動発電機の電気的特性の効率を維持可能な状態で、適正範囲に容易に維持することができるハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法を提供する。【解決手段】クランク軸に直結したＣＶＴを介して、クランク軸と電動発電機との間の動力伝達を行う場合に、水温ｔ１、及び触媒温度ｔ２の少なくとも一つに基づいて、エンジンの負荷Ｑを設定し、その負荷Ｑのエンジンの出力する第１トルクと電動発電機からＣＶＴを介して出力される第２トルクの合算トルクＴがハイブリッド車両１の走行に必要な要求トルクＴ’となるように、電動発電機の回転数を高効率回転領域に限定しながら、第２トルクを変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムにおいて、前記内燃機関のクランク軸に直結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、
前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と前記内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に設けられた触媒の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記内燃機関の負荷を設定する負荷設定手段と、該負荷設定手段により設定された負荷に対応する前記内燃機関の出力する第１トルクと前記電動発電機から前記無段変速機構を介して出力される第２トルクとの合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記第２トルクを変化させるトルク変化手段とを有する制御装置を設けることを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項２】
前記トルク変化手段を、前記電動発電機の回転数を予め定めた高効率回転領域に限定しながら、前記第２トルクを変化させる手段とすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステム。
【請求項３】
前記トルク変化手段に、前記無段変速機構の変速比を変化させることで前記第２トルクを変化させる変速比変化手段を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッドシステム。
【請求項４】
前記トルク変化手段に、前記電動発電機の出力トルクを変化させることで前記第２トルクを変化させる出力トルク変化手段を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッドシステムを搭載することを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項６】
内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムの動力伝達方法において、内燃機関のクランク軸に直結した無段変速機構を介して、前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を行う場合に、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と前記内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に設けられた触媒の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記内燃機関の負荷を設定し、該負荷に対応する前記内燃機関の出力する第１トルクと前記電動発電機から前記無段変速機構を介して出力される第２トルクとの合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記第２トルクを変化させることを特徴とするハイブリッドシステムの動力伝達方法。
【請求項７】
前記合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記電動発電機の回転数を予め定めた高効率回転領域に限定しながら、前記第２トルクを変化させることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッドシステムの動力伝達方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関し、より詳細には、冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒温度を適正範囲に維持することができるハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と電動発電機の両方を搭載するハイブリッド車両（ＨＥＶ）では、内燃機関の出力により電動発電機を駆動して発電して、この発電した電力をバッテリに充電したり、このバッテリに充電した電力で電動発電機を駆動して内燃機関の出力をアシストしたりしている。この内燃機関で電動発電機を駆動する場合には、内燃機関の駆動力を電動発電機に伝達する必要がある。
【０００３】
そのようなハイブリッド車両において、内燃機関を冷却する冷却水の水温や、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に設けられた触媒の触媒温度は内燃機関の負荷により変動し、内燃機関の負荷を増減することで調節が可能である。そして、内燃機関の負荷を増減したことによる不足分を電動発電機で補うようにしている。
【０００４】
これに関して、冷却水の水温が高水温から低水温になるまで、内燃機関の出力するトルクを低くして、それによる不足分を走行用モータジェネレータ（電動発電機）の出力するトルクで補う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、触媒の触媒温度が低いときに、モータ（電動発電機）による発電を行って、内燃機関の負荷を増加する装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の装置では、電動発電機の出力を制御する必要があり、その制御が複雑化するという問題がある。また、電動発電機の出力を制御することによって、電動発電機の回転数が発電効率又は駆動効率の高い回転領域を外れる可能性があり、電動発電機におけるエネルギー損失が大きくなり、燃費が悪化するという問題がある。一方、電動発電機の回転数を発電効率又は駆動効率の高い回転領域に収めようとすると、要求される出力が不足するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３８０３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０３１７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒温度を、電動発電機の電気的特性の効率を維持可能な状態で、適正範囲に容易に維持することができるハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明のハイブリッドシステムは、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムにおいて、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシ
ステムにおいて、前記内燃機関のクランク軸に直結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と前記内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に設けられた触媒の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記内燃機関の負荷を設定する負荷設定手段と、該負荷設定手段により設定された負荷に対応する前記内燃機関の出力する第１トルクと前記電動発電機から前記無段変速機構を介して出力される第２トルクとの合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記第２トルクを変化させるトルク変化手段とを有する制御装置を設けて構成される。
【０００９】
なお、ここでいう内燃機関の出力する第１トルクについては、駆動輪を駆動させる方向をプラスとしたときに、内燃機関を惰性運転させる場合はゼロ（ニュートラル惰性走行など）やマイナス（エンジンブレーキが掛かる状態の惰性走行など）の値も含む。一方、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクについては、電動発電機が力行駆動する場合はプラスの値であり、回生駆動する場合はマイナスの値となる。
【００１０】
この構成によれば、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクを変化させるので、冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒の触媒温度に基づいた負荷に設定された内燃機関の出力する第１トルクと、車両の走行に必要な要求トルクとの差分を補うことができる。
【００１１】
これにより、低水温や低触媒温度の場合で、内燃機関の負荷を高負荷にしたときに、合算トルクが要求トルクに対して過剰にならないように、第２トルクを低減し、反対に、高水温や高触媒温度の場合で、内燃機関の負荷を低負荷にしたときに、合算トルクが要求トルクに対して不足しないように、第２トルクを増加することができる。
【００１２】
結果、合算トルクが要求トルクを満たすことで運転性を低下させずに、冷却水や触媒の温度を適正な範囲に維持するので、排気ガスの低減や内燃機関の損失低減による燃費向上などの効果を得ることができる。
【００１３】
また、電動発電機の動力伝達に無段変速機構を介すことで、例えば、内燃機関と電動発電機の回転数比を連続的に変更できるレシオ可変機構として、ベルト式ＣＶＴ等の無段変速機構を用いて、内燃機関のクランク軸の動力を電動発電機に伝達するので、内燃機関のクランク軸の回転数の変動に依存することなく、電動発電機の回転軸の回転数を電動発電機の発電又は駆動に適した電気的特性の効率の高い高効率回転領域に限定するように制御することができる。
【００１４】
そのため、電動発電機における回転数の使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機を使用することが可能となり、発電時及び電動駆動時のエネルギー効率を高めることができる。また、電動発電機側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなる。その結果、電動発電機及びハイブリッドシステムの小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１５】
また、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記トルク変化手段を、前記電動発電機の回転数を予め定めた高効率回転領域に限定しながら、前記第２トルクを変化させる手段とするように構成されると、上記の効果に加えて、電動発電機の電気的特性の効率を低減させないように、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクを変化させることができる。これにより、排気ガスの低減や内燃機関の損失低減に加えて、電動発電機の損失低減による燃費向上の効果を得ることができる。
【００１６】
加えて、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記トルク変化手段に、前記無段変速機構の変速比を変化させることで前記第２トルクを変化させる変速比変化手段を設けて構成されると、無段変速機構の変速比を変化させることで、電動発電機の電気的特性の効率を低減させずに、第１トルクと第２トルクの配分を容易に変えることができる。
【００１７】
加えて、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記トルク変化手段に、前記電動発電機の出力トルクを変化させることで前記第２トルクを変化させる出力トルク変化手段を設けて構成されると、電動発電機の出力トルクを変化させることで、電動発電機の電気的特性の効率を低減させずに、第１トルクによる過剰分、あるいは不足分を、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクで容易に補うことができる。
【００１８】
そして、上記の課題を解決するための本発明のハイブリッド車両は、上記のハイブリッドシステムを搭載して構成される。この構成によれば、内燃機関の冷却水及び排気ガス浄化装置の触媒の温度を最適に維持することで、排気ガスの低減と損失低減による燃費の向上を図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。
【００１９】
そして、上記の課題を解決するための本発明のハイブリッドシステムの動力伝達方法は、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムの動力伝達方法において、内燃機関のクランク軸に直結した無段変速機構を介して、前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を行う場合に、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と前記内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に設けられた触媒の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記内燃機関の負荷を設定し、該負荷に対応する前記内燃機関の出力する第１トルクと前記電動発電機から前記無段変速機構を介して出力される第２トルクとの合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記第２トルクを変化させることを特徴とする方法である。
【００２０】
また、上記のハイブリッドシステムの動力伝達方法において、前記合算トルクが車両の走行に必要な要求トルクとなるように、前記電動発電機の回転数を予め定めた高効率回転領域に限定しながら、前記第２トルクを変化させることが望ましい。
【００２１】
この方法によれば、無段変速機構を介して、クランク軸と電動発電機との間の動力伝達を行う場合に、電動発電機の電気的特性の効率を低減させずに、冷却水の水温と触媒の触媒温度に基づいた負荷状態の内燃機関の出力する第１トルクの要求トルクに対する過剰分や不足分を電動発電機の出力する第２トルクで補うことができる。これにより、車両の走行に必要な要求トルクを満たしながら、水温と触媒温度を最適に維持することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法によれば、電動発電機の電気的特性の効率を低減させないように、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクを変化させるので、冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒の触媒温度に基づいて設定された負荷の内燃機関の出力する第１トルクと車両の走行に必要な要求トルクとの差分を補うことができる。
【００２３】
これにより、電動発電機の回生効率や駆動効率を低減させずに高効率で駆動することができると共に、第１トルクと第２トルクの合算トルクが要求トルクを満たすことで運転性を低下させずに、冷却水や触媒の温度を適正な範囲に維持することで、排気ガスの低減や内燃機関と電動発電機の損失低減による燃費向上などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のハイブリッドシステムの動力伝達方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態のハイブリッドシステムの動力伝達方法の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る第１及び第２の実施の形態のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法について説明する。
【００２６】
図１に示すように、この第１の実施の形態のハイブリッドシステム２は、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（Ｍ/Ｇ）２１を有するハイブリッドシステムである。なお、ここでは、このハイブリッドシステム２はハイブリッド車両（ＨＥＶ：以下車両とする）１に搭載されているものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。
【００２７】
図１に示すように、ハイブリッドシステム２のエンジン１０は、エンジン本体（ＥＮＧ）１１と排気通路１２とターボ過給器１３と、排気通路１２に設けられた排気ガス浄化装置（後処理装置）１４を備えている。この排気ガス浄化装置１４により、エンジン１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（微粒子状物質）等を浄化処理している。この浄化処理された排気ガスは、マフラー（図示しない）等を経由して大気中に放出される。
【００２８】
このエンジン１０のクランク軸１５に直結してＣＶＴ（無段変速機構：レシオ可変機構）１６を設け、このＣＶＴ１６に電動発電機２１を連結する。つまり、エンジン１０のクランク軸１５にＣＶＴ１６の第１プーリー１６ａを設けると共に、電動発電機２１にＣＶＴ１６の第２プーリー１６ｂを設けて構成し、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂを介してクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行うように構成する。
【００２９】
この第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂとの間には無端状のベルト又はチェーン（動力伝達部材）１６ｃが掛けられており、クランク軸１５から第１プーリー１６ａと動力伝達部材１６ｃと第２プーリー１６ｂを経由して電動発電機２１に、また逆に、電動発電機２１から第２プーリー１６ｂと動力伝達部材１６ｃと第１プーリー１６ａを経由してクランク軸１５に、動力が伝達される。
【００３０】
このＣＶＴ１６では、２個一組の第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂにＶ字形状の動力伝達部材１６ｃをかけ、個々のプーリー１６ａ、１６ｂの幅を変えることにより、プーリー１６ａ、１６ｂと動力伝達部材１６ｃの接する位置を変えるようにしており、動力伝達部材１６ｃの接する位置の直径が内側になれば小さくなり、逆に外側なれば大きくなるように構成されている。そして、電子制御による油圧又は電動機構（図示しない）で２個のプーリー１６ａ、１６ｂの幅の拡縮が互いに逆になるように変化させる制御をすることにより、動力伝達部材１６ｃをたるませることなく、変速を連続的に行うことができる。
【００３１】
このＣＶＴ１６を、エンジン１０において、クランク軸１５の一方に変速機３１が接続されており、クランク軸１５の他方にＣＶＴ１６が接続されているように構成すると、ＣＶＴ１６が、エンジン１０に関して、変速機３１とは反対側のクランク軸１５に設けられていることになる。これにより、エンジン１０と変速機３１の間にＣＶＴ１６を設ける必
要がなくなる。そのため、ハイブリッドシステムを考慮していない、既存のエンジンと変速機との組み合わせ（パワートレイン）に対しても、電動発電機を容易に設けることができ、ハイブリッドシステムを搭載できるパワートレインの種類を拡大することが容易にできる。
【００３２】
なお、この場合、従来技術では、エンジンに関して、変速機とは反対側には、クランク軸から駆動力を得ている冷却ファンや冷却水ポンプや潤滑油ポンプ等の補機が配置されているので、これらの補機は電動化して、クランク軸から直接駆動力を得ることなく、電動発電機で発電した電力で駆動されるようにすることが好ましい。これにより、補機類のレイアウトに関して自由性が増し、更には状況に応じて補機による負荷損失のないエンジン出力を駆動力に活用できるというメリットが生じる。
【００３３】
そして、電力システム２０の一部である電動発電機２１は、発電機として、エンジン１０の駆動力を受けて発電をしたり、又は、車両１のブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたり、モータとして駆動して、その駆動力をエンジン１０のクランク軸１５に伝達して、エンジン１０の駆動力をアシストしたりする。
【００３４】
なお、発電して得た電力は、配線２２を経由してインバータ（ＩＮＶ）２３で変換して第１バッテリ（充電器：Ｂ１）２４Ａに充電される。また、電動発電機２１を駆動するときは、第１バッテリ２４Ａに充電された電力をインバータ２３で変換して電動発電機２１に供給する。
【００３５】
図１の構成では、更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＯＮ）２５と第２バッテリ（Ｂ２）２４Ｂを第１バッテリ２４Ａに直列に設けて、第１バッテリ２４Ａの、例えば、一般的な１２Ｖや２４Ｖ以上の高い電圧の電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５で、例えば、１２Ｖに電圧降下させて、第２バッテリ２４Ｂに充電して、この第２バッテリ２４Ｂから補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃ等に電力を供給するように構成している。
【００３６】
このハイブリッドシステム２を搭載したハイブリッド車両（以下車両）１においては、エンジン１０の動力は、動力伝達システム３０の変速機（トランスミッション）３１に伝達され、さらに、変速機３１より推進軸（プロペラシャフト）３２を介して作動装置（デファレンシャルギア）３３に伝達され、作動装置３３より駆動軸（ドライブシャフト）３４を介して車輪３５に伝達される。これにより、エンジン１０の動力が車輪３５に伝達され、車両１が走行する。
【００３７】
一方、電動発電機２１の動力に関しては、第１バッテリ２４Ａに充電された電力がインバータ２３を介して電動発電機２１に供給され、この電力により電動発電機２１が駆動され動力を発生する。この電動発電機２１の動力は、ＣＶＴ１６を介してクランク軸１５に伝達されて、エンジン１０の動力伝達経路を伝達して、車輪３５に伝達される。
【００３８】
これにより、電動発電機２１の動力がエンジン１０の動力と共に車輪３５に伝達され、車両１が走行する。なお、回生時には、逆の経路で、車輪３５の回生力、又はエンジン１０の回生力が電動発電機２１に伝達されて、電動発電機２１で発電が可能となる。
【００３９】
また、ハイブリッドシステム用制御装置４１が設けられ、エンジン１０の回転数Ｎｅや負荷Ｑ等の運転状態や電動発電機２１の回転数Ｎｍ等の運転状態や第１バッテリ２４Ａ、第２バッテリ２４Ｂの充電量（ＳＯＣ）の状態をモニターしながら、ＣＶＴ１６や電動発電機２１、インバータ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５等を制御する。このハイブリッドシステム用制御装置４１は、通常は、エンジン１０や車両１を制御する全体制御装置４０
に組み込まれて構成される。この全体制御装置４０は、エンジン１０の制御では、シリンダ内燃焼やターボ過給器１３や排気ガス浄化装置１４や補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃなどを制御している。
【００４０】
そして、この実施の形態のハイブリッドシステム２は、電動発電機２１の電気的特性の効率を低減させずに、且つエンジン１０の冷却水の水温ｔ１や排気ガス浄化装置１４に設けた触媒の触媒温度ｔ２を維持するために、水温ｔ１を検知する水温検知手段として水温センサ４２と、触媒温度ｔ２を検知する触媒温度検知手段として触媒温度センサ４３とを設けると共に、全体制御装置４０が負荷設定手段Ｍ１を有し、且つハイブリッドシステム用制御装置４１が、トルク変化手段Ｍ２を有して構成される。
【００４１】
負荷設定手段Ｍ１は、エンジン１０の負荷Ｑを設定する手段であり、水温ｔ１と触媒温度ｔ２の少なくとも一つに基づいて、エンジン１０の負荷Ｑを水温ｔ１や触媒温度ｔ２を下げることができる低負荷ＱＬや、水温ｔ１や触媒温度ｔ２を上げることができる高負荷ＱＨなどに設定する手段である。
【００４２】
詳しくは、この負荷設定手段Ｍ１は、水温ｔ１が予め定めた最適水温範囲Δｔ１よりも高い場合や触媒温度ｔ２が予め定めた最適触媒温度範囲Δｔ２よりも高い場合に、エンジン１０の燃料噴射量や吸入給気量を減少するように制御してエンジン１０の負荷Ｑを低負荷ＱＬまで下降する。一方、水温ｔ１が予め定めた最適水温範囲Δｔ１よりも低い場合や触媒温度ｔ２が予め定めた最適触媒温度範囲Δｔ２よりも低い場合に、エンジン１０の燃料噴射量や吸入給気量を増加するように制御してエンジン１０の負荷Ｑを高負荷ＱＨまで上昇する。これにより、水温ｔ１や触媒温度ｔ２を最適な温度に維持することができる。
【００４３】
トルク変化手段Ｍ２は、ハイブリッド車両１を走行するために必要な要求トルクＴ’に対するエンジン１０の出力する第１トルクＴ１と電動発電機２１からＣＶＴ１６を経由して出力される第２トルクＴ２との合算トルクＴが過剰あるいは不足とならないように、第２トルクＴ２を変化させる手段である。また、このトルク変化手段Ｍ２は、電動発電機２１の回転数Ｎｍを予め定めた高効率回転領域に限定しながら、第２トルクＴ２を変化させる手段でもある。
【００４４】
これにより、電動発電機２１の電気的特性の効率を低減させないように、電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２を変化させることができる。
【００４５】
詳しくは、このトルク変化手段Ｍ２は、変速比変化手段Ｍ３を設け、その変速比変化手段Ｍ３は、電動発電機２１の回転数Ｎｍを予め定めた高効率回転領域に限定すると共に、電動発電機２１の出力する第２トルクＴ２を変化させるように、ＣＶＴ１６のプーリー比（変速比）Ｒを変化させる手段である。
【００４６】
高効率回転領域は、電動発電機２１の回生効率及び駆動効率に基づいて、それらの電気的特性の効率が高くなるように最適化された回転領域であり、電動発電機２１の最大トルクや最大馬力などの特性によって定められる回転領域である。
【００４７】
この変速比変化手段Ｍ３は、まず、ハイブリッドシステム用制御装置４１に予め記憶された高効率回転領域内の目標回転数Ｎｍ’を設定する。次に、内燃機関回転数検知手段として、クランク角センサなどの回転数センサなどからエンジン回転数Ｎｅを検知する。次に、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｍ’に基づいて、ハイブリッドシステム用制御装置４１に予め記憶されたプーリー比制御マップを参照し、ＣＶＴ１６に設けた図示しないアクチュエータにより、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂのそれぞれ幅を拡縮して、それぞれのプーリー径を変化させて、プーリー比Ｒを変化させる。
【００４８】
この変速比変化手段Ｍ３は、特に、エンジン１０の負荷Ｑが高負荷ＱＨになり、その回転数Ｎｅが高回転領域になっている場合でも、電動発電機２１の回転数Ｎｍを高効率回転領域内に限定することができるので、電動発電機２１の回転数Ｎｍが電気的特性の効率が悪い高回転数になることを防止して、電動発電機２１のエネルギー損失が増加することを回避することができる。
【００４９】
そして、この変速比変化手段Ｍ３は、負荷設定手段Ｍ１が実施されて設定された負荷Ｑのエンジン１０の出力する第１トルクＴ１と電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２の合算トルクＴがハイブリッド車両１の走行に必要な要求トルクＴ’となるように、電動発電機２１の回転数Ｎｍを前述したように高効率回転領域に限定しながら、第２トルクＴ２を変化させる手段でもある。
【００５０】
つまり、このトルク変化手段Ｍ２でもある変速比変化手段Ｍ３は、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを可変することで、第２トルクＴ２の配分を変えて、第１トルクＴ１と合算トルクＴが要求トルクＴ’に対して、過剰あるいは不足とならないように補うことができる。
【００５１】
例えば、要求トルクＴ’が変化しない場合を例に説明する。水温ｔ１が最適水温範囲Δｔ１よりも高い場合や触媒温度ｔ２が最適触媒温度範囲Δｔ２よりも高い場合には、負荷設定手段Ｍ１によりエンジン１０の負荷Ｑは、低負荷ＱＬに設定され、それに伴って第１トルクＴ１は減少する。その減少した分を第２トルクＴ２で補うように、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させる。一方、水温ｔ１が最適水温範囲Δｔ１よりも低い場合や触媒温度ｔ２が最適触媒温度範囲Δｔ２よりも低い場合には、負荷設定手段Ｍ１によりエンジン１０の負荷Ｑは、高負荷ＱＨに設定され、それに伴って第１トルクＴ１は増加する。その増加した分を第２トルクＴ２で補うように、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させる。
【００５２】
そして、この第１の実施の形態におけるハイブリッドシステム２の動力伝達方法は、クランク軸１５に直結したＣＶＴ１６を介して、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行う場合に、水温ｔ１、及び触媒温度ｔ２の少なくとも一つに基づいて、エンジン１０の負荷Ｑを設定し、その負荷Ｑのエンジン１０の出力する第１トルクＴ１と電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２の合算トルクＴがハイブリッド車両１の走行に必要な要求トルクＴとなるように、電動発電機２１の回転数Ｎｍを予め定めた高効率回転領域に限定しながら、第２トルクＴ２を変化させることを特徴とする方法である。
【００５３】
この動力伝達方法の一例について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下で説明する動力伝達方法は、エンジン１０の運転中で、ハイブリッド車両を走行させるために必要な要求トルクＴ’が途中で変更されないような状態を例に説明する。
【００５４】
まず、水温センサ４２で冷却水の水温ｔ１を検知するステップＳ１０を行う。次に、触媒温度センサ４３で触媒の触媒温度ｔ２を検知するステップＳ２０を行う。
【００５５】
次に、負荷設定手段Ｍ１を実施して、水温ｔ１が最適水温範囲Δｔ１の範囲内か否かを判定するステップＳ３０を行う。次に、触媒温度ｔ２が最適触媒温度範囲Δｔ２の範囲内か否かを判定するステップＳ４０を行う。このステップＳ３０とステップＳ４０で水温ｔ１と触媒温度ｔ２の両方が最適な温度であると判定されると、この動力伝達方法は終了する。一方、このステップＳ３０とステップＳ４０で水温ｔ１と触媒温度ｔ２の少なくとも一方が最適な温度ではないと判定されると、次に、エンジン１０の負荷Ｑを設定するステップＳ５０を行う。このステップＳ５０では、エンジン１０の負荷Ｑを、水温ｔ１や触媒温度ｔ２が最適な温度よりも低ければ高負荷ＱＨに、水温ｔ１や触媒温度ｔ２が最適な温度よりも高ければ低負荷ＱＬに設定する。
【００５６】
次に、トルク変化手段Ｍ２を実施して、エンジン１０の出力する第１トルクと電動発電機２１の出力する第２トルクＴ２との合算トルクＴを算出するステップＳ６０を行う。次に、ハイブリッド車両１を走行させるために必要な要求トルクＴ’と合算トルクＴとの過不足を算出するステップＳ７０を行う。
【００５７】
次に、変速比変化手段Ｍ３を実施して、ステップＳ７０で算出した過不足を補い、且つ電動発電機２１の回転数Ｎｍを高効率回転領域に限定するように、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させるステップＳ８０を行う。次に、再度ステップＳ１０に戻り、水温ｔ１と触媒温度ｔ２の温度が最適な温度となるようにステップＳ１０〜ステップＳ８０を行う。
【００５８】
上記の動力伝達方法は、水温ｔ１が適正温度外であれば、触媒温度ｔ２の判定を行わないように構成されている。つまり、水温ｔ１を優先して制御する方法である。本発明はこれに限定されずに、水温ｔ１が適正温度外でも、触媒温度ｔ２の判定を行うように構成し、常に水温ｔ１と触媒温度ｔ２が適正な温度内に入るように制御する方法とすることが望ましい。
【００５９】
次に、本発明に係る第２の実施の形態のハイブリッドシステム２Ａ、ハイブリッド車両１Ａ、及びハイブリッドシステム２Ａの動力伝達方法について図３を参照しながら説明する。このハイブリッドシステム２Ａは、図１の構成に加えて、クランク軸１５と第１プーリー１６ａとの間に、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力の伝達を断接するクランク軸用クラッチ１７を設けて構成される。
【００６０】
このクランク軸用クラッチ１７はハイブリッドシステム用制御装置４１により制御される。このクランク軸用クラッチ１７は、エンジン１０のクランク軸１５の動力で電動発電機２１を発電する場合や電動発電機２１の駆動力でエンジン１０の駆動力をアシストする場合には、接状態にして、クランク軸１５と電動発電機２１の間での動力の伝達を行う。
【００６１】
そして、ハイブリッドシステム用制御装置４１Ａは、トルク変化手段Ｍ２Ａを有して構成され、このトルク変化手段Ｍ２Ａは、出力トルク変化手段Ｍ４と断接手段Ｍ５を有して構成される。
【００６２】
出力トルク変化手段Ｍ４は、第２トルクＴ２を変化させるように、電動発電機２１の出力トルクＴｍを増減する手段であり、詳しくは、電動発電機２１の回転数Ｎｍを高効率回転領域内に維持しながら、電動発電機２１の動力を上げて又は下げて、電動発電機２１の出力トルクＴｍを増減することで、第２トルクＴ２を変化させる手段である。
【００６３】
例えば、要求トルクＴ’が変化しない場合を例に説明する。なお、この例は、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒが変化しないものとする。水温ｔ１が最適水温範囲Δｔ１よりも高い場合や触媒温度ｔ２が最適触媒温度範囲Δｔ２よりも高い場合には、負荷設定手段Ｍ１によりエンジン１０の負荷Ｑは、低負荷ＱＬに設定され、それに伴って第１トルクＴ１は減少する。その減少した分を第２トルクＴ２で補うように、電動発電機２１の出力トルクＴｍを増加させる。一方、水温ｔ１が最適水温範囲Δｔ１よりも低い場合や触媒温度ｔ２が最適触媒温度範囲Δｔ２よりも低い場合には、負荷設定手段Ｍ１によりエンジン１０の負荷Ｑは、高負荷ＱＨに設定され、それに伴って第１トルクＴ１は増加する。その増加した分を第２トルクＴ２で補うように、電動発電機２１の出力トルクＴｍを減少させる。
【００６４】
断接手段Ｍ５は、クランク軸用クラッチ１７を接状態及び断状態にする手段である。この断接手段Ｍ５を実施することで、クランク軸用クラッチ１７を接状態にして、エンジン
１０と電動発電機２１との間を接続し、一方、クランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１との間を切断する。
【００６５】
この断接手段Ｍ５を実施すると、第２トルクＴ２はゼロとなる。例えば、要求トルクＴ’を第１トルクＴ１のみで満たすことが可能な場合に、断接手段Ｍ５を実施して、第２トルクＴ２をゼロにする。
【００６６】
第２の実施の形態の動力伝達方法を図４のフローチャートを参照しながら説明する。この動力伝達方法は、上記の図２のフローチャートにおけるステップＳ８０の代わりに、出力トルク変化手段Ｍ４を実施して、電動発電機２１の動力を上げて、又は下げて、電動発電機２１の出力トルクＴｍを変化させるステップＳ９０を行う。
【００６７】
これにより、電動発電機２１の出力トルクＴｍを変化させるだけで、電動発電機２１の電気的特性の効率を低減させずに、第１トルクＴ１による過剰分、あるいは不足分を電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２で容易に補うことができる。
【００６８】
なお、トルク変化手段Ｍ２に、変速比変化手段Ｍ３と出力トルク変化手段Ｍ４の両方を設けることもできる。その場合は、電動発電機２１の回転数Ｎｍを高効率回転領域に限定しながら、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させると共に、電動発電機２１の出力トルクＴｍを変化させるステップを行う。
【００６９】
また、第２トルクＴ２をゼロにする場合は、断接手段Ｍ５を実施して、クランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１との間を切断するようにするとよい。
【００７０】
本発明の第１及び第２実施の形態のハイブリッドシステム２、２Ａ、ハイブリッド車両１、１Ａ、及びその動力伝達法によれば、電動発電機２１の電気的特性の効率を低減させないように、電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２を変化させるので、冷却水の水温ｔ１や排気ガス浄化装置１４の触媒の触媒温度ｔ２に基づいた負荷Ｑに設定されたエンジン１０の出力する第１トルクＴ１と、ハイブリッド車両１の走行に必要な要求トルクＴ’との差分を補うことができる。
【００７１】
これにより、電動発電機２１の回生効率や駆動効率を低減させずに電動発電機２１を高効率で駆動することができる。そして、低水温や低触媒温度の場合で、エンジン１０の負荷Ｑを高負荷ＱＨにしたときに、第１トルクＴ１と第２トルクＴ２の合算トルクＴが要求トルクＴ’に対して過剰にならないように、電動発電機２１の出力する第２トルクＴ２を低減し、反対に、高水温や高触媒温度の場合で、エンジン１０の負荷Ｑを低負荷ＱＬにしたときに、合算トルクＴが要求トルクＴ’に対して不足しないように、第２トルクＴ２を増加することができる。
【００７２】
結果、合算トルクＴが要求トルクＴ’を満たすことで運転性を低下させずに、冷却水の水温ｔ１や触媒の触媒温度ｔ２を適正な範囲に維持するので、エンジン１０から排出される排気ガスの低減やエンジン１０と電動発電機２１の損失低減による燃費向上などの効果を得ることができる。
【００７３】
また、ＣＶＴ１６を用いて、エンジン１０のクランク軸１５の動力を電動発電機２１に伝達するので、エンジン１０のクランク軸１５の回転数Ｎｅの変動に依存することなく、電動発電機２１の回転軸の回転数Ｎｍを電動発電機２１の発電又は駆動に適した回転数に制御することができる。
【００７４】
そのため、電動発電機２１における回転数Ｎｍの使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機２１を使用することが可能となり、発電時及び電動駆動時のエネルギー効率を高めることができる。
【００７５】
更に、電動発電機２１側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなり、その結果、電動発電機２１及びハイブリッドシステム２の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００７６】
なお、上記の実施の形態のハイブリッドシステム２、２Ａのエンジン１０は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに適用することができ、その気筒数や配列は限定されない。
【００７７】
また、電動発電機２１は、一般的なスタータモータなどに用いられる高回転になるに従ってトルクが低下する直巻きＤＣモータとは異なり、力行運転により駆動力をアシストしたり、余剰な駆動力により回生運転されると、発電したりできるモータであって、ある回転までは一定のトルクを発生する誘導モータや同期モータが望ましい。
【００７８】
加えて、上記のハイブリッドシステム２は、電動発電機２１に別の電動発電機を直列に配置して、電動発電機を複数設けるように構成することができる。複数の電動発電機を設けることで、設計の自由度が増加するので、多様な仕様に対応することができる。また、標準仕様で電動発電機２１の１個にした場合でも、オプションとして容易に、後から別の電動発電機を追加できるので、基本レイアウトを同一とすることができ、部品点数、重量、コストを削減することができる。
【００７９】
さらに、クランク軸用クラッチ１７は、エンジン１０のクランク軸１５と、電動発電機２１の駆動軸とを切り離すことが可能な装置であればよく、例えば、摩擦式クラッチ、電磁式クラッチ（パウダークラッチ）、及び流体継手などを用いることができる。また、その配置場所は第２プーリーと電動発電機２１との間でもよく、複数の電動発電機を設ける場合は、電動発電機の間に設けてもよい。
【００８０】
その上、第１の実施の形態のトルク変化手段Ｍ２の変速比変化手段Ｍ３の代わりに出力トルク変化手段Ｍ４を設けて、出力トルク変化手段Ｍ４により第２トルクＴ２を変化させるように構成してもよい。また、トルク変化手段Ｍ２に変速比変化手段Ｍ３と出力トルク変化手段Ｍ４の両方を用いて、電動発電機２１からＣＶＴ１６を介して出力される第２トルクＴ２を変化させるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のハイブリッドシステムとハイブリッドシステムの制御方法は、電動発電機の電気的特性の効率を低減させないように、電動発電機から無段変速機構を介して出力される第２トルクを変化させるので、冷却水の水温や排気ガス浄化装置の触媒の触媒温度に基づいて設定された負荷の内燃機関の出力する第１トルクと車両の走行に必要な要求トルクとの差分を補うことができる。
【００８２】
これにより、電動発電機の回生効率や駆動効率を低減させずに高効率で駆動することができると共に、第１トルクと第２トルクの合算トルクが要求トルクを満たすことで運転性を低下させずに、冷却水や触媒の温度を適正な範囲に維持することで、排気ガスの低減や内燃機関と電動発電機の損失低減による燃費向上などの効果を得ることができるので、ディーゼルエンジンと電動発電機とを組み合わせたハイブリット車両に利用することができ
る。
【符号の説明】
【００８３】
１、１Ａ  車両（ハイブリッド車両：ＨＥＶ）
２、２Ａ  ハイブリッドシステム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１２  排気通路
１３  ターボ過給器
１４  排気ガス浄化装置
１５  クランク軸
１６  ＣＶＴ（無段変速機構）
１７  クランク軸用クラッチ（動力断接装置）
２０  電力システム
２１  電動発電機（Ｍ/Ｇ）
２２  配線
２３  インバータ（ＩＮＶ）
２４Ａ  第１バッテリ（Ｂ）
２４Ｂ  第２バッテリ（Ｂ）
２５  ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＯＮ）
２６Ａ  冷却ファン（補機）
２６Ｂ  冷却水ポンプ（補機）
２６Ｃ  潤滑油ポンプ（補機）
３０  動力伝達システム
３１  変速機（トランスミッション）
３２  推進軸（プロペラシャフト）
３３  差動装置（デファレンシャルギア）
３４  駆動軸（ドライブシャフト）
３５  車輪
４０  全体制御装置
４１、４１Ａ  ハイブリッドシステム用制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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