(57)【要約】【課題】一方向性の回転伝達手段を利用することによる利点を損なうことなく、その欠点であるところのエンジンブレーキを有効に利用できない点を改良する。シリーズ方式の利点とパラレル方式の利点をともに利用することができる燃料消費効率の高いハイブリッド自動車を提供する。電気回転機を車両に１台のみ搭載し、重量の軽減をはかる。回生制動時に内燃機関のフリクションにより失われるエネルギをなくし、回生制動により回生されるエネルギの効率を高くする。【構成】内燃機関と電動発電機との間に一方向性の回転伝達手段を設け、この一方向性の回転伝達手段の回転力伝達方向を制御により逆転できる構造とする。【選択図】図１
2004017942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、電動発電機と、クラッチと、変速機とが前記順序に回転駆動力が伝達されるように接続され、前記内燃機関と前記電動発電機との間に一方向性の回転伝達手段が設けられたハイブリッド自動車において、
前記一方向性の回転伝達手段は、その回転力伝達方向を機械的に転換する機構を設けたことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記一方向性の回転伝達手段は、回転駆動力が前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機から前記内燃機関には伝達されない第一の一方向性の回転伝達手段と、回転駆動力が前記電動発電機から前記内燃機関には伝達され前記内燃機関から前記電動発電機には伝達されない第二の一方向性の回転伝達手段とが切り替え可能に設けられた請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
前記電動発電機の制御手段と、この制御手段を介して前記電動発電機に接続された蓄電手段とを備え、
前記制御手段は、前記第一の一方向性の回転伝達手段が有効に設定された状態で、
（１）前記電動発電機を電動機として動作させ前記変速機を介して車軸を駆動する電動走行モード、
（２）前記電動発電機を電動機として動作させ前記内燃機関とともに前記変速機を介して車軸を駆動するパラレル走行モード、
（３）前記電動発電機を空転させ前記内燃機関により前記変速機を介して車軸を駆動するエンジン走行モード、
（４）前記電動発電機を発電機として動作させ前記内燃機関によりその電動発電機および前記変速機を介して車軸を駆動するとともにその電動発電機が発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する走行充電モード、
（５）前記電動発電機を発電機として動作させ前記変速機からその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する回生モード、
（６）前記電動発電機を発電機として動作させ前記内燃機関によりその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する停車充電モード、
のいずれかを設定する手段を含み、
前記第二の一方向性の回転伝達手段が有効に設定された状態で、
（７）前記蓄電手段の充電量が大きい状態で車軸が前記変速機を介して前記内燃機関を駆動するエンジンブレーキ・モード、
（８）前記電動発電機が前記内燃機関を駆動する始動モード、
のいずかを設定する手段を含む請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】
前記電動発電機は多相交流機であり、
前記制御手段は、前記多相交流機の多相交流出力を直流に変換して前記蓄電手段に与えこの蓄電手段の出力直流を多相交流に変換して前記多相交流機に与える双方向性のインバータと、前記電動発電機の回転を検出する第一の回転センサと、内燃機関の回転を検出する第二の回転センサと、前記第一および第二の回転センサの出力を取込み前記インバータの交流周波数を制御するプログラム制御回路とを含む
請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項５】
前記一方向性の回転伝達手段は、その動力伝達方向を前記プログラム制御回路の制御により切り替える手段を含む請求項４記載のハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関および電動発電機を併用するハイブリッド自動車に関する。本発明は、電気回転機を１個のみ搭載して燃料消費量の小さいシリーズパラレル・ハイブリッド方式を実現する新しいハイブリッド自動車に関する。本発明は、特開２００１−２０６０８４号公報に開示された本願出願人の先願発明（以下「先願発明」という）のさらなる改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関および電動発電機をともに搭載するハイブリッド自動車をその駆動方式により、シリーズ方式、パラレル方式、に大きく区分することができる。
【０００３】
シリーズ方式は、内燃機関が発電機を駆動するように連結され、車軸は電動機により駆動されるように連結されて構成される。内燃機関を運転することにより発電機から電気エネルギを得て、これを電池に充電し、電池から供給される電気エネルギを電動機に与えて車両を走行させるものである。制動エネルギを回生させるときには、車軸に連結された電動機を発電機モードに切替えて、車軸から供給される回転エネルギを電気エネルギに変換して電池を充電させる。内燃機関が使用する燃料（ガソリン等）は外部から給油されるし、前記電池に対して外部から充電電流を与えて充電を行うこともできる。これはトヨタ・プリウス（商標）に採用されている方式である。
【０００４】
パラレル方式は、内燃機関に電動発電機を直結させて構成される。電動発電機を電動機とすることにより、内燃機関および電動機でともに車軸を駆動することができるし、制動時には電動発電機を発電機として動作させることにより、電池を充電させる回生制動を行うことができる。また変速機もしくはクラッチを切り離すことにより、停車中に電動発電機を発電機として動作させてこれを駆動し、発生する電気エネルギを電池に充電することができる。あるいは変速機およびクラッチを接続した状態で、走行中に電動発電機を発電機として動作させ、内燃機関により車軸とともに発電機を駆動して電池の充電を行うことができる。内燃機関が使用する燃料は外部から給油されるし、前記電池に対して外部から充電電流を与えて充電することもできる。これは本願出願人のＨＩＭＲに採用されている方式である。
【０００５】
シリーズ方式は、車両の走行状態にかかわらず一定の回転速度で内燃機関を運転することができるから、走行しながら発電するときにも停車中に発電するときにも、内燃機関を最も燃料効率のよい回転速度で、あるいは内燃機関の排気ガスの少ない回転速度で連続的に運転することができる。したがってシリーズ方式は、一般に、燃料消費率を良くする効果が大きいとされている。これに対してパラレル方式は内燃機関と電動機を併用して運転することができるから、登坂時や発進加速時に発生する最大トルクを大きくすることができるが、内燃機関の回転速度は原則として車両の運転状況に対応して変化するから、燃料効率のよい回転速度で連続して運転することはできない。したがって、大きい瞬時最大トルクを必要とするバスやトラックなど大型車両にはパラレル方式が適し、燃料効率が重要視される乗用車など小型車両にはシリーズ方式が適するものとされている。
【０００６】
近年ハイブリッド自動車に対する市場の要望はきわめて活発であり、とくに燃料効率のよいものが求められるようになった。また、排気ガスの清浄化についても将来を見越して厳しい要望がある。このため、バスやトラックなどの大型商業車両についても上述のシリーズ方式を採用することが必要であるとの考え方が提案されている。上述のようにシリーズ方式では、内燃機関により発電機を駆動して電池を充電しながら走行することができるとともに、そのときの内燃機関の回転速度は、車両の走行速度とは原則に無関係に、燃料消費特性や排気ガス特性などについて最適な回転速度を設定することができるからである。
【０００７】
しかし、シリーズ方式では原則的に電気回転機が２個必要である。例えばドイツ国特許公報第２９４３５５４号（フォルクス・ワーゲン）に開示されたものでも電気回転機が２個必要である。トラックやバスなどの大型車両では、電動回転機も必然的に大型になる。すなわち、大型の電気回転機を一つの車両に２個搭載することは、車両重量を増大させることになって燃料効率を改善する本来の目的と矛盾することになる。
【０００８】
また、パラレル方式ではその燃料効率を改善するために、車両の減速時に電動発電機を発電機として作用させる回生制動の効率を改善し、回生エネルギの利用効率を高くすることが試みられている。しかし、パラレル方式では電動発電機と内燃機関の回転軸が直結されているかぎり、制動により得られるはずのエネルギは内燃機関のフリクションにより消費され、すなわちエンジン・ブレーキとなって熱放散されてしまい、効率的に電気エネルギとして回生することができない。これを回避するために、内燃機関と電動発電機との間に第二のクラッチを設ける上記フォルクス・ワーゲンの方式は、回生制動の時間は第二のクラッチを切り離して、回生制動が内燃機関のフリクションに妨げられないようにすることができる。しかし、上述のように第二のクラッチを設けこれを操作しかつ適正なタイミングで制御するためには、大規模な油圧系装置を含む複雑な機械的装置、および多数のセンサやプログラム制御回路による電気的な機構が必要になる。
【０００９】
本願出願人は、これを解決するものとして上述の先願発明を提案した。この先願発明は、大型車両に適する構造であって、シリーズ方式の利点およびパラレル方式の利点をともに利用することができる構造のものである。この従来例構造を図８により簡単に説明すると、内燃機関１のクランク軸に電気回転機である電動発電機２が連結され、その電動発電機２の回転軸にクラッチ３を介して変速機４が接続された構造である。この電動発電機２は三相交流による回転機であり、その界磁巻線はインバータ１３を介して蓄電手段（例、充放電が可能な電池）１４に接続されている。このインバータ１３は制御回路１５の制御により、電動発電機２の界磁巻線に供給する三相交流の位相を制御する。この三相交流により界磁巻線に発生する回転磁界の回転速度が電動発電機２の機械的な回転速度に対して大きいときには、この電動発電機２は電動機として作用する。このとき蓄電手段１４から電動発電機２に電気エネルギが供給される。この三相交流により界磁巻線に発生する回転磁界の回転速度が電動発電機２の回転速度より小さいときには、この電動発電機２は発電機として作用し、発電により生じた電気エネルギはインバータ１３を介して蓄電手段１４に充電される。ここで上記先願発明では、内燃機関１の回転軸と電動発電機２の回転軸との連結点に、一方向性の回転伝達手段５を設けたものである。この一方向性の回転伝達手段５は、自転車の後輪回転軸に取り付けられたラチェット機構と同様の構造のものである。内燃機関１の回転力を電動発電機２に伝達することができるが、電動発電機２の回転力を内燃機関１に伝達しようとしても、空転状態となって伝達することはできない。
【００１０】
この構造により、車両が下り坂を走行中である、あるいは減速中であるときに、駆動車輪９からプロペラシャフト６を介して電動発電機２を駆動し、電動発電機２を発電機として作用させて回生制動の状態に制御する。これにより走行による運動エネルギは電気エネルギに変換され蓄電手段１４に充電される。このとき内燃機関１はアイドリング状態とするあるいは回転を停止させることにより、一方向性の回転伝達手段５を介して回転力が伝達されなくなるから、内燃機関１のフリクションによるエネルギの損失がなくなり、回生充電の効率を良くすることができる。
【００１１】
上記の作用のほかにも、内燃機関１の回転を停止させた状態で電動発電機２により車両を走行させることが可能になる。また電動発電機２を空転させた状態で内燃機関１により車両を走行させることができる。その他各種の動作モードで、エネルギ損失を小さくする、排ガスを抑制するなどの効果が期待できる。これはクラッチを２個設ける、あるいは電気回転機を２個設ける装置に比較して、構造をいちじるしく簡単化することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、この先願発明についてさまざまな試験を行った。その中でこの先願発明の構造では、いわゆるエンジン・ブレーキが利用できない欠点があり、これは、この構造の車両を広範な用途の実用車両として商品化するためには、重要な課題であることを考えるに至った。すなわち、図８で説明したように、内燃機関１と電動発電機２との間に一方向性の回転伝達手段５を定常的に設けてあるので、車両を減速させるとき、変速機４がいずれかのギヤに投入設定され、クラッチ３が接状態にあっても、プロペラシャフト６の回転力を内燃機関１に伝達させて車両を減速させるエンジン・ブレーキを利用することができない。とくに蓄電手段１４がフル充電の状態になっていて、さらなる充電を受け入れない状態にあるときには、電動発電機２を発電機として車両を制動させることができない。図８にはとくに表示されていないが、内燃機関１の排気通路に開閉弁を設けて、これを適宜操作することにより車両を減速させる排気ブレーキを利用することができない。さらに、図８に示すように最初に内燃機関１を始動させるために、電動発電機２の回転力を利用することができないから、スタータモータ１９を別に設けておく必要がある。
【００１３】
本発明はこのような背景に行われたものであって、内燃機関の回転軸と電動発電機の回転軸を結合する位置に一方向性の回転伝達手段を利用する装置の利点を維持し、これをさらに改良することを目的とする。本発明は、一方向性の回転伝達手段を利用する装置の利点を損なうことなく、エンジン・ブレーキを利用することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、蓄電手段がフル充電されている状態でも、エンジン・ブレーキによる減速を行うことができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、シリーズ方式およびパラレル方式の利点をともに利用することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、内燃機関にスタータモータを設ける必要のないハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、登坂時や発進時には内燃機関および電動機がともに車軸を駆動して、発生するトルクを大きくすることができる方式であって、しかも燃料効率を大きく改善することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、電気回転機を１台のみ搭載して車両重量を小さくするハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、車両の走行状態で内燃機関の回転を停止させて、そのアイドリング回転による燃料消費量を節約するように制御することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、内燃機関のフリクションに妨げられることなく、制動により発生するエネルギを有効に回生することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、複雑で重量の大きい第二のクラッチを利用することなく、装置を単純化することができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の回転軸と電動発電機の回転軸とを一方向性の回転伝達手段により連結する装置であって、その一方向性の回転伝達手段の回転伝達方向を機械的に転換することができるように構成することを最大の特徴とする。すなわち内燃機関と電動発電機との間に一方向性の回転伝達手段を設け、この一方向性の回転伝達手段の回転伝達方向が、第一の状態では回転力が内燃機関から電動発電機に伝達されるように配置され、エンジン・ブレーキを必要とするとき、内燃機関を始動させるとき、その他にこの一方向性の回転伝達手段の回転伝達方向を電動発電機から内燃機関に伝達される第二の状態に転換するように構成する。この転換は運転者の操作により、または制御回路の自動的な制御により実行される。
【００１５】
一方向性の回転伝達手段は、上記説明にも述べたように自転車の後輪に設けられたラチェット機構と同等の作用をなす機構部品である。大型車両に実施することができる具体的な実施例については、上記先願に詳しい記載があるのでここでは詳しい説明は省略する。この回転伝達方向を逆転させる機構については、一つの軸の上に互いに回転伝達方向の異なる二つの一方向性の回転伝達手段を設けておき、このいずれかが有効になるようにスリーブ機構で制御する構造とすることができる。具体的な構造例はあとから実施例図面を用いて説明する。
【００１６】
すなわち本発明は、内燃機関（１）と、電動発電機（２）と、クラッチ（３）と、変速機（４）とが前記順序に回転駆動力が伝達されるように接続され、前記内燃機関（１）と前記電動発電機（２）との間に一方向性の回転伝達手段（５）が設けられたハイブリッド自動車において、前記一方向性の回転伝達手段（５）は、その回転力伝達方向を機械的に転換する機構を設けたことを特徴とする。上記括弧内の数字はあとから説明する実施例の図面参照数字である。これは発明の構成を理解しやすいように付すものであって、発明を実施例に限定して理解するためのものではない。以下の説明においても同様である。
【００１７】
前記一方向性の回転伝達手段（５）は、回転駆動力が前記内燃機関（１）から前記電動発電機（２）には伝達され前記電動発電機（２）から前記内燃機関（１）には伝達されない第一の一方向性の回転伝達手段（５１）と、回転駆動力が前記電動発電機（２）から前記内燃機関（１）には伝達され前記内燃機関（１）から前記電動発電機（２）には伝達されない第二の一方向性の回転伝達手段（５２）とが切り替え可能に設けられた構造とすることができる。
【００１８】
前記電動発電機の制御手段（１３、１５）と、この制御手段を介して前記電動発電機に接続された蓄電手段（１４）とを備え、前記制御手段は、前記第一の一方向性の回転伝達手段（５１）が有効に設定された状態（第一の状態）で、
（１）前記電動発電機を電動機として動作させ前記変速機を介して車軸を駆動する電動走行モード、
（２）前記電動発電機を電動機として動作させ前記内燃機関とともに前記変速機を介して車軸を駆動するパラレル走行モード、
（３）前記電動発電機を空転させ前記内燃機関により前記変速機を介して車軸を駆動するエンジン走行モード、
（４）前記電動発電機を発電機として動作させ前記内燃機関によりその電動発電機および前記変速機を介して車軸を駆動するとともにその電動発電機が発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する走行充電モード、
（５）前記電動発電機を発電機として動作させ前記変速機からその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する回生モード、
（６）前記電動発電機を発電機として動作させ前記内燃機関によりその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを前記蓄電手段に充電する停車充電モード、
のいずれかを設定する手段を含み、前記第二の一方向性の回転伝達手段（５２）が有効に設定された状態（第二の状態）で、
（７）前記蓄電手段の充電量が大きい状態で車軸が前記変速機を介して前記内燃機関を駆動するエンジンブレーキ・モード、
（８）前記電動発電機が前記内燃機関を駆動する始動モード、
のいずかを設定する手段を含む構成とすることができる。
【００１９】
前記電動発電機は多相交流機であり、前記制御手段は、前記多相交流機の多相交流出力を直流に変換して前記蓄電手段に与えこの蓄電手段の出力直流を多相交流に変換して前記多相交流機に与える双方向性のインバータ（１３）と、前記電動発電機の回転を検出する第一の回転センサと、内燃機関の回転を検出する第二の回転センサと、前記二つの回転センサの出力を取込み前記インバータの交流周波数を制御するプログラム制御回路（１５）とを含む構成とすることができる。
【００２０】
前記一方向性の回転伝達手段（５）は、その回転力伝達方向の切り替え（第一の状態と第二の状態との切り替え）を前記プログラム制御回路（１５）の制御により実行する手段を含む構成とすることができる。この場合のプログラム制御回路（１５）の論理は、車両の走行状態においては、蓄電手段（１４）の充電量がまだ余裕がある状態であるか否かにより判定するように構成することができる。すなわち蓄電手段（１４）の充電量に余裕があるときには一方向性の回転伝達手段（５）の回転力伝達方向を内燃機関（１）から電動発電機（２）の方向（第一の状態）とし、蓄電手段（１４）がすでに充電されていて、あらたな充電を行う余裕がない場合には、車両の制動減速時に電動発電機（２）による発電を行っても意味がないから、制動減速をエンジン・ブレーキで行うこととして、一方向性の回転伝達手段（５）の回転力伝達方向を電動発電機（２）から内燃機関（１）の方向（第二の状態）に設定する。
【００２１】
このような一方向性の回転伝達手段を用いることにより、アクセルペダルが解放されて内燃機関が低速回転またはアイドリング状態になったときに、車両が相応の速度で走行しているのであれば、変速機およびクラッチを介して車輪の回転は電動発電機に伝達される。このとき車両を減速させるためのブレーキ制御を行うのであれば、電動発電機を発電機として動作させて回生制動を行うことができる。このとき、内燃機関と電動発電機との間の接続は一方向性の回転伝達手段が空転することにより実質的に切り離されるから、内燃機関のフリクションによりその回転エネルギの一部を失うことはなく、ブレーキ制御により消耗するはずの機械エネルギを効率的に電動発電機により回生することができる。このとき蓄電手段（１４）にすでに充電を行うための余裕がないときには、一方向性の回転伝達手段（５）を第二の状態に転換して、エンジン・ブレーキを利用することができる状態とする。
【００２２】
また、この一方向性の回転伝達手段により、電動発電機が電動機として作用し車両を電気エネルギにより加速している状態にあるとき、アクセルペダルが踏み込まれると、内燃機関の回転速度が上昇して、この一方向性の回転伝達手段が結合状態となり、内燃機関から駆動車軸に回転駆動力が伝達される。これにより、電動機および内燃機関による同時駆動が可能になり、登坂時や発進時など短時間に大きい回転トルクを必要とすることに大きい回転トルクを得ることができる。
【００２３】
この一方向性の回転伝達手段（５）の回転力伝達方向を逆転させることにより、車両を減速させるときに内燃機関１のフリクションを利用するいわゆるエンジン・ブレーキの状態に制御することができる。これは、蓄電手段（１４）がすでに充電状態であり、さらなる電気エネルギを受け入れることができないときに、通常のエンジン・ブレーキと同等の作用で車両を減速させることができる。さらに、車両の停車中に内燃機関（１）を始動させるときに、電動発電機（２）を回転させることにより内燃機関（１）を回転させることができるから、内燃機関（１）に付属のスタータモータを設ける必要はなくなる。また内燃機関（１）の回転を停止させて車両を電気自動車として車両を走行させているときに、内燃機関（１）を始動させる必要がある場合には、一方向性の回転伝達手段（５）の回転力伝達方向を第二の状態に逆転させることにより、車両の走行エネルギを利用して、あるいは電動発電機（２）の電気駆動力を利用して、内燃機関（１）を再始動させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本発明実施例を説明する。図１は本発明実施例の全体構成を説明するためのブロック構成図である。この装置は、内燃機関１と、電動発電機２と、クラッチ３と、変速機４とがこの順序に回転駆動軸により接続される。変速機４の出力軸はプロペラシャフト６、ディファレンシャルギア７、およびアクスル８を介して駆動車輪９に連結される。ここで本発明の特徴とするところは、この内燃機関１とこの電動発電機２との間に、一方向性の回転伝達手段５を設けたところにある。そしてこの一方向性の回転伝達手段５はその回転力伝達方向を切り替えることができるように構成される。すなわち一方向性の回転伝達手段５は、内燃機関１が電動発電機２を駆動する第一の状態と、電動発電機２が内燃機関１を駆動する第二の状態とのいずれかに切替設定可能に構成される。この切替設定は、とくに図示されていないが、運転者の操作によりあるいはプログラム制御回路１５の制御にしたがって電磁的に駆動することにより行うことができる。回転駆動力が前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機から前記内燃機関には伝達されない一方向性の回転伝達手段５を設け、しかもこの回転伝達手段５はその回転伝達方向を機構的に逆転可能に構成されたところにある。
【００２５】
ここで本発明の装置では、一方向性の回転伝達手段５は外部からその回転力伝達方向を切り替え制御するところにその特徴がある。すなわち上記先願発明では、この一方向性の回転伝達手段５は内燃機関１から電動発電機２へ回転力を伝達する構成であったが、本発明ではこの一方向性の回転伝達手段５は、内燃機関１から電動発電機２へ回転力を伝達する第一の状態と、電動発電機２から内燃機関１へ回転力を伝達する第二の状態とのいずれかに切替設定することができる。
【００２６】
さらに詳しく説明すると、内燃機関１も電動発電機２もその回転方向を逆転することはできない。そして、この一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向が第一の状態にあるときには、内燃機関１の回転速度が電動発電機２の回転速度より相対的に大きいと、この一方向性の回転伝達手段５は自動的に結合状態となり、内燃機関１の回転速度が電動発電機２の回転速度より相対的に小さくなると自動的にかい離状態（空転状態またはスリップ状態）となる。これは自転車の後輪回転とペダル回転の状態と同様であり、加速のために足に力を入れてペダルを踏むときと、走行中にペダルを停止させたときとを想像すると感覚的に理解することができる。この一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向が第二の状態にあるときには、内燃機関１の回転速度が電動発電機２の回転速度より相対的に小さいとき、この一方向性の回転伝達手段５は自動的に結合状態となる。また内燃機関１の回転速度が電動発電機２の回転速度より相対的に大きくなると自動的にかい離状態になる。一般の自転車には、ラチェット機構として上記第一の状態に相当する機構が設けられているだけで、上記第二の状態に相当する機構や、これを切り替えることができる機構は設けられていない。
【００２７】
内燃機関１には燃料タンク１１から燃料ポンプ１２を介して液体燃料が供給される。電動発電機２はこの例では三相の交流回転機であり、インバータ１３を介して蓄電手段１４と電気的に連結される。蓄電手段１４は二次電池または大容量キャパシタである。インバータ１３は蓄電手段１３の直流電流を三相交流に変換して電動発電機２に供給し、また電動発電機２が発生する三相交流を直流に変換して蓄電手段１３に供給する双方向性のエネルギ変換装置である。
【００２８】
このインバータ１３はプログラム制御回路１５により制御される。このプログラム制御回路１５の入力情報は、電動発電機２の回転を検出する第一の回転センサ１６および内燃機関１の回転を検出する第二の回転センサ１７であり、さらに運転操作情報である。運転操作情報は、アクセルペダルの踏み込み量を表すアクセル情報Ａ、ブレーキペダルの踏み込み量を表すブレーキ情報Ｂ、クラッチペダルが装備されている車両についてはクラッチペダルの踏み込み量を表すクラッチ情報Ｃ、および運転モードを指示する操作レバー１８の情報である。操作レバー１８は操舵輪の下側に、従来装置の排気ブレーキの操作レバーと同様の形態で取付けられ、運転者により運転操作される。これらの情報は入出力回路Ｉ／Ｏを介してプログラム制御回路１５に取込まれる。
【００２９】
電動発電機２は上述のように交流回転機であり、界磁巻線により発生する回転磁界の回転速度が回転体（電機子）の回転速度より大きいときに電動機となり、小さいときに発電機となる。すなわち、回転磁界の回転速度が回転体の回転速度より大きいときには、回転体はその回転磁界の回転に追従しようとして、インバータから電気エネルギをもらい機械的な回転エネルギを発生する。回転磁界の回転速度が回転体の回転速度より小さいときには、回転体はその回転磁界の回転速度に追従しようとして、機械的な回転エネルギを用いて界磁巻線に電気エネルギを発生させる。これは回転体に対して制動力を発生させることになり、発生された電気エネルギはインバータ１３で直流に変換され、蓄電手段１４に充電される。
【００３０】
電動発電機２の実回転速度は回転センサ１６により検出され、プログラム制御回路１５に取込まれる。プログラム制御回路は、この回転センサ１６の回転情報と、操作レバー１８により指示された運転モードと、アクセル情報およびブレーキ情報にしたがってその大きさを判断して、電動発電機２の界磁巻線の回転磁界速度を演算しその演算結果にしたがってインバータの半導体スイッチの開閉を制御する。すなわち、制動であれば界磁巻線の回転磁界速度が電動発電機の実回転速度よりわずかに遅くなるように、加速であれば界磁巻線の回転磁界速度が電動発電機の実回転速度よりわずかに早くなるようにインバータの制御を行う。
【００３１】
回転磁界速度をｖ１　、電動発電機の実回転速度をｖ２　とするとき、スリップ量ｓ（％）は
ｓ＝（ｖ１　−ｖ２　）×１００／ｖ１
であり、このスリップ量の正負および大きさにしたがって制御が行われる。スリップ量が大きくなると制動力または駆動力は大きくなるが、スリップ量が数％を越えて大きくなると同期はずれとなり制御不能となる。この制御については従来からインバータの双方向制御としてよく知られているので、詳しい説明は省略する。
【００３２】
運転者により操作される操作レバー１８は、この実施例では、中立（ＯＦＦ）位置と、この中立位置から制動方向（Ｂ，ｂｒｅａｋ）に３段階のスイッチ位置が操作設定できるようになっていて、電気制動の利用をこの操作レバー１８の操作により選択できる。電気制動の場合にはその制動程度（ブレーキのきき方）について運転者が３段階に操作することができる。走行モードの選択設定は、原則的に運転操作により切り替えられるのではなく、そのときの走行状態および蓄電手段１４の残存容量に応じて自動的に実行される。
【００３３】
プログラム制御回路１５は、蓄電手段１４からの電圧情報により、蓄電手段１４がすでに十分に充電された状態にあり、さらに操作レバー１８が電気制動に操作されたときには、一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を、第一の状態から第二の状態に逆転させるように制御し、回転伝達手段５の回転力伝達方向を電動発電機２から内燃機関１の方向に転換させる。そして、プロペラシャフト６の回転力を内燃機関１に伝達させて、内燃機関のフリクションを利用してエンジンブレーキの状態に制御する。
【００３４】
さらに内燃機関１が回転を停止している状態から、内燃機関１を始動するときには、一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を第二の方向に設定して、電動発電機２を電動機として駆動することにより、内燃機関１を始動させることができる。これにより、従来例装置で必要であったスタータモータは不要になる。このように内燃機関１の始動制御は車両の走行中にも実行することができる。すなわち、車両の走行中に内燃機関１の回転を停止させて電動発電機２の回転駆動力により車両を走行させる場合に、内燃機関１の回転をアイドリング状態にすることなく、内燃機関１の回転を停止させてしまうことができる。この場合にはアイドリング状態で内燃機関１を回転させるための燃料消費量を節減させることになる。さらに、車両の走行状態で内燃機関１の回転が停止されているときに、一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を第二の状態に制御して、クラッチ３および変速機４を接続状態に制御することにより、内燃機関１を車両走行による回転力により始動させることができる。
【００３５】
ここで一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向の切り替え機構について説明する。図２は、内燃機関１、電動発電機２およびクラッチ３の機械構造の第一実施例を説明する断面構造図である。図２の左側は内燃機関１であり、右側は変速機４である。クラッチ３の構造は本発明に直接関係ないので、その詳細を省略して図示する。内燃機関１のフライホイール（図示せず）が装着されたクランクシャフト２１は、この装置のセンタシャフト２２と連結される。このセンタシャフト２２はスリーブ２３の中心孔に挿通されている。スリーブ２３はセンタシャフト２２とともに回転し、その軸方向と平行に摺動可能に構成されている。このスリーブ２３は切替具２４により外部からその位置が制御される。この切替具２４は矢印Ｆで示すように電磁的にその位置が制御される。
【００３６】
一方、クラッチ３のインプットシャフト２５は、クラッチ３を介してフライホイール２６とともに回転する。このインプットシャフト２５は、センタシャフト２２とその軸中心は一つの直線上にあるがそれぞれ別回転する。フライホイール２６と一体的に設けられたアウターレース２７の内側には、上述した第一の一方向性の回転伝達手段５１および第二の一方向性の回転伝達手段５２が配置される。一方向性の回転伝達手段５１または５２は、自転車の後輪に取り付けられたラチェット機構と同等の作用をする機械部品である。ひとつの回転方向にのみ回転力が伝達され、その逆の回転方向に対しては外部品と内部品とは空転状態になる。この二つの一方向性の回転伝達手段５１および５２はそれぞれ回転力の伝達方向が互いに異なる。具体的には、同じ構造の一方向性の回転伝達機構を軸に垂直な断面について、対向して裏返しに取り付けることによりこの構造を実現することができる。
【００３７】
かりに一方向性の回転伝達手段５１が自転車の後輪に配置されたラチェット機構と同等の装置であり、ペダルの回転駆動力を車輪が前進する方向の回転力として伝達するものであるとすると、一方向性の回転伝達手段５２はペダルを後進方向に回転させたときに、その回転駆動力が後輪に伝達され、ペタルを前進方向に回転させたときには空転状態となる。つまり同一構造のラチェット機構の一対を一つの軸に裏返しに取り付け、そのいずれかが有効になるように構成することになる。
【００３８】
本発明の装置は、この二つの一方向性の回転伝達手段５１および５２の一方が有効な状態になるように、切り替えて利用することができるものである。すなわちその回転力はアウターレース２７からそれぞれ第一のインナーレース２８または第二のインナーレース２９のいずれかに伝達される。さらに詳しくは、前記切替具２４によりスリーブ２３の軸方向位置が制御されることにより、スリーブ２３は、この第一のインナーレース２８および第二のインナーレース２９のいずれかに勘合、前記切替具２４により、その軸方向の位置が制御されるスリーブ２３の外周に設けられた溝が相互にかみ合う。
【００３９】
すなわち、第一のインナーレース２８にスリーブ２３のレースが勘合している状態では、第一の一方向性の回転伝達手段５１が有効であり、内燃機関１のクランク軸２１の回転力はフライホイール２６に伝達される第一の状態となる。このときフライホイール２６の回転速度が内燃機関のクランク軸２１の回転速度より大きいなら、第一の一方向性の回転伝達手段５１は滑り状態となる。第二のインナーレース２９にスリーブ２３のレースが勘合している状態では、第二の一方向性の回転伝達手段５２が有効になって上述の第二の状態となる。このとき、フライホイール２６の回転速度が内燃機関１のクランクシャフト２１の回転速度より大きいなら、フライホイール２６の回転力はクランクシャフト２１に伝達される。内燃機関１の回転速度がフライホイール２６の回転速度より大きいときには、第二の一方向性の回転伝達手段５２は滑り状態となる。
【００４０】
スリーブ２３には、その先端にシンクロリング３０を設けて、スリーブ２３が軸方向に摺動するとき、第二のインナーレース２９または第一のインナーレース２８に接触した時点で、スリーブ２３とインナーレース２８または２９との回転速度が一致して円滑なかみ合いを助ける。スリーブ２３の戻り機構としてリターンスプリング３１が設けられている。これは構造を詳しく図示すると図面が複雑になるので一点鎖線によりその位置を表示する。
【００４１】
フライホイール２６の外周には電動発電機２のロータ３２が設けられ、このロータ３２に対向して電動発電機２のステータ３３が設けられる。この構造はよく知られた構造であり、詳しい説明を省略する。一方向性の回転伝達手段５１または５２についても、広く知られた機構部品であるので詳しいその構造の説明を省略する。必要であればその構造説明は上記先願に記載がある。
【００４２】
図３に一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を切り替える構造について、第二実施例を示す。この例はスリーブ２３を外側に配置し、回転力伝達方向が互いに異なる二つの一方向性の回転伝達手段５１および５２を内側に配置した構造である。図２についての説明で同様に理解することができるので詳しい説明を省略する。
【００４３】
図４にはさらに一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を切り替える構造について、第三実施例を示す。この例は、回転力伝達方向の異なる二つの一方向性の回転伝達手段５１および５２を一つの部品として形成するものである。この構造についても同様に理解することができるので詳しい説明を省略する。
【００４４】
図５に一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を切り替える構造について、第四実施例を示す。この例は上記一つの部品として形成した一方向性の回転伝達手段５１および５２の組み合わせを、アウターレースの内側に取り付けた構造である。
【００４５】
図６に一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を切り替える構造について、第五実施例を示す。この例は回転力伝達方向の切り替えのためにクラッチ構造３４を利用するものである。クラッチ構造を利用することにより、高速回転中の部材についても円滑な切り替えを実行することができる。
【００４６】
図７に一方向性の回転伝達手段５の回転力伝達方向を切り替える構造について、第六実施例を示す。この例は同様にクラッチ構造３４を利用するものであり、一つの部品として形成した一方向性の回転伝達手段５１および５２の組み合わせを、アウターレースの内側に取り付けた構造である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により、内燃機関の回転軸と電動発電機の回転軸を結合する位置に一方向性の回転伝達手段を利用する装置の利点を維持しながら、これをさらに改良した装置を実現することができる。すなわち本発明は、一方向性の回転伝達手段を利用する装置の利点を損なうことなく、エンジン・ブレーキを利用することができる。本発明は、内燃機関にスタータモータを設ける必要のない装置を提供することができる。本発明により、登坂時や発進時には内燃機関および電動機がともに車軸を駆動して、発生するトルクを大きくすることができる方式であって、しかも燃料効率を大きく改善することができる。本発明は、電気回転機を１台のみ搭載して車両重量を小さくするハイブリッド自動車を提供することができる。本発明の装置では、車両の走行状態で内燃機関の回転を停止させて、そのアイドリング回転による燃料消費量を節約するように制御することができる。さらに、内燃機関のフリクションに妨げられることなく、制動により発生するエネルギを有効に回生することができる。本発明は、複雑で重量の大きい第二のクラッチを利用することなく、装置を単純化することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の全体構成を説明するためのブロック構成図。
【図２】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第一実施例）。
【図３】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第二実施例）。
【図４】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第三実施例）。
【図５】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第四実施例）。
【図６】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第五実施例）。
【図７】一方向性回転伝達手段の回転力伝達方向切り替え構造を説明する図（第六実施例）。
【図８】従来例装置の構成図。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　電動発電機
３　クラッチ
４　変速機
５　一方向性の回転伝達手段
６　プロペラシャフト
７　ディファレンシャルギア
８　アクスル
９　駆動車輪
１１　燃料タンク
１２　燃料ポンプ
１３　インバータ
１４　蓄電手段
１５　プログラム制御回路
１６　第一の回転センサ
１７　第二の回転センサ
１８　操作レバー
１９　スタータモータ
２１　クランクシャフト
２２　センタシャフト
２３　スリーブ
２４　切替具
２５　インプットシャフト
２６　フライホイール
２７　アウターレース
２８　第一のインナーレース
２９　第二のインナーレース
３０　シンクロリング
３１　リターンスプリング
３２　ロータ
３３　ステータ
３４　クラッチ構造
５１　第一の一方向性の回転伝達手段（内燃機関→電動発電機）
５２　第二の一方向性の回転伝達手段（電動発電機→内燃機関）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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