JP2008155719A - ハイブリッド車両の補機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補機ベルトの廃止による搭載性の向上およびコストダウンを図ることが可能なハイブリッド車両の補機駆動装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１０と駆動・回生用モータ１の駆動力により車輪を駆動するハイブリッド車両において、全ての補機（エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４、無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６）を電動モータＡ，Ｂによるモータ駆動とし、各モータＡ，Ｂの駆動力で全ての補機を駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の補機駆動装置の技術分野に属する。

従来のハイブリッド車両では、エンジンのクランクプーリからの補機ベルトにてオイルポンプ、ウォーターポンプ等の補機を駆動している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７６７３８号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、補機ベルト分のエンジン全長が必要となるため、搭載性に問題があった。また、ハイブリッド車両では、エンジン停止時の空調性能維持を図る必要上、エンジンのみで駆動する車両に対し電動ウォーターポンプを追加する構成になっているため、補機ベルトに加えてモータが必要となり、更なる搭載性の悪化と、コストアップを招くという問題があった。

本発明は上記課題に対してなされたもので、その目的とするところは、補機ベルトの廃止による搭載性の向上およびコストダウンを図ることが可能なハイブリッド車両の補機駆動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
エンジンと駆動用モータの駆動力により車輪を駆動するハイブリッド車両において、
全ての補機を電動モータによるモータ駆動とし、各モータのうちの少なくとも１つの駆動力で複数の補機を駆動することを特徴とする。

ここで、補機としては、エアコンコンプレッサ、エンジン冷却ウォーターポンプ、強電系ウォーターポンプ、トランスミッション用オイルポンプ、パワーステアリング用オイルポンプ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本発明のハイブリッド車両の補機駆動装置では、全ての補機をモータ駆動としたため、補機ベルトを廃止でき、搭載性の向上を図ることができる。加えて、補機ベルト幅分の駆動用モータ幅アップが可能となり、駆動用モータの大型化による大トルク、大出力が可能となり、駆動力性能の向上を図ることができる。
また、各モータのうち少なくとも１つの駆動力で複数の補機を駆動するため、補機毎にモータを設けた場合と比較して、モータ数の削減が可能であり、コスト、重量および容量の低減が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のハイブリッド車両の補機駆動装置を適用したハイブリッド車両のシステム構成図であり、実施例１のハイブリッド車両の補機駆動装置は、駆動・回生用モータ１とエンジン始動・発電モータ（モータＢ）とを備えるシリーズ・パラレルハイブリッド車両において、エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４、無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６を電動化している。

エアコンコンプレッサ２は、エアコン７、ラジエータ８、インバータＡ、およびインバータＢと共に、エアコン冷却回路９上に配置されている。インバータＡはモータＡの駆動回路であり、インバータＢはモータＢの駆動回路である。
エンジン冷却ウォーターポンプ３は、エンジン１０、ラジエータ１１、エアコン用ヒータ１２と共にエンジン冷却回路１３上に配置されている。

強電系ウォーターポンプ４は、駆動・回生用モータ１、駆動・回生用モータ１の駆動回路である強電系インバータ１４、サブラジエータ１５と共に強電系冷却回路１６上に配置されている。強電系インバータ１４は、車両後部に設けられた図外の強電バッテリと接続されている。
無段変速機用オイルポンプ５は、ベルト式無段変速機１７に作動油を供給する。
パワーステアリング用オイルポンプ６は、ドライバーの操舵負担を軽減する油圧式パワーステアリングシステム１８に作動油を供給する油圧回路１９上に配置されている。

モータＡは、低トルク、高回転型のモータであり、エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３および強電系ウォーターポンプ４を駆動する。モータＢは、高トルク型のモータであり、無段変速機用オイルポンプ５とパワーステアリング用オイルポンプ６を駆動する。

図２に示すように、エアコンコンプレッサ２とモータＡは、クラッチCA1を介して接続され、エンジン冷却ウォーターポンプ３とモータＡは、クラッチCA2を介して接続され、強電系ウォーターポンプ４とモータＡは、クラッチCA3を介して接続されている。また、エンジン冷却ウォーターポンプ３および強電系ウォーターポンプ４とモータＡとの間には、減速機２０が介装されている。

モータＢは、エンジン１０のスタート機構であるクラッチCB1、減速機２１を介してエンジン１０の出力軸と接続されている。無段変速機用オイルポンプ５はモータＢの出力軸に直結され、無段変速機用オイルポンプ５と油圧式パワーステアリングシステム１８は、クラッチCB2を介して接続されている。

各クラッチCA1,CA2,CA3,CB1,CB2は、それぞれ対応する補機の動作時に締結され、非動作時には解放される。
また、インバータＡとインバータＢは、モータＡのハウジング２２内に一体的に設けられ、上述したようにエアコン冷却回路９上でエアコン冷媒を用いて冷却される。

次に、作用を説明する。
［搭載性向上作用］

図３は、エンジン冷却ウォーターポンプを補機ベルトで駆動し、補機（エンジン冷却ウォーターポンプ、エアコンコンプレッサ、強電系ウォーターポンプ、無段変速機用オイルポンプ、パワーステアリング用オイルポンプ）毎に駆動用のモータを設定した例である。この場合、エンジン始動用のモータを加えると、合計で６つのモータが必要である。

また、図４(a)に示すように、エンジンが横置きとなるFFハイブリッド車の場合、駆動・回生用モータはエンジンとトランスミッションとの間に配置されるため、パワートレイン（エンジン〜モータ〜トランスミッション）の全長が長くなり、大トルク、大出力モータの搭載や小型車への搭載が困難となる。

この問題を解決する方法としては、左右サイドメンバ間の間隔拡大、左右サイドメンバの形状変更（左右サイドメンバを上下に曲げてパワートレインとの干渉を回避）する等の対応が考えられ。ところが、左右サイドメンバの間隔を拡げた場合、車幅全幅と回転半径の増大を伴う。また、左右サイドメンバを変形させた場合、衝突性能の悪化が懸念される。

これに対し、実施例１の補機駆動装置では、全ての補機をモータ駆動とし、補機ベルトを廃止したため、図４(b)に示すように、搭載性の向上を図ることができるとともに、補機ベルト幅分のモータ幅UPが可能となり、モータの大型化による大トルク、大出力が可能となり、駆動力性能の向上を図ることができる。

また、全ての補機を２つのモータＡ，Ｂで駆動するため、モータ数を２つに抑えてコスト、重量および容量の低減が可能となる。
さらに、従来の補機ベルトで駆動する場合と異なり、エンジン回転数に依存することなく補機の回転数を制御可能であるため、各補機の動作効率を向上させることができる。加えて、補機ベルトの廃止により、交換部品を削減することができる。

［要求トルクに応じた補機の組み合わせ作用］
実施例１では、各補機を要求トルクに応じて高トルク型と低トルク型の２つの組み合わせに分類し、それぞれを１つのモータに接続している。

低トルク型であるモータＡに接続されるエアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４の作用する媒体は、冷媒、冷却水であるため、車両動作の全てのシーンにおいて、高トルクは要求されない。

また、高トルク型であるモータＢに接続される無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６の作用する媒体は、オイルであるため、低温時には粘度が上昇し、大トルクが要求される。また、モータＢはエンジン始動・回生モータであるため、エンジン始動時に大トルクを要求される。

つまり、各補機を高トルク型、低トルク型に分類することにより、各モータＡ，Ｂの最大トルクと各動作シーンでの補機要求トルクとの差である余剰トルクを最小限に抑えることが可能となるため、各モータＡ，Ｂのトータルサイズ、原価および重量低減を図ることができる。

［最大出力差の動作シーンに応じた補機の組み合わせ作用］
実施例１では、最大出力が要求される動作シーンの異なる複数の補機を１つのモータに接続している。

図５に示すように、モータＡに接続されたエアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３および強電系ウォーターポンプ４が同時に最大負荷になる走行シーンは発生しない。
エアコンコンプレッサ２が最大負荷となるシーンは、外気高温環境に駐車後、車両始動直後のクールダウン時である。このとき、エンジン１０は低フリクション化、低エミッション化を目的として昇温が促進されるため、エンジン冷却ウォーターポンプ３の負荷は小さい。また、強電系ウォーターポンプ４も駆動・回生用モータ１、強電系インバータ１４の発熱が小さいため、負荷は小さい。

エンジン冷却ウォーターポンプ３が最大負荷となるシーンは、高速連続登坂走行時であり、このとき、駆動・回生用モータ１、強電系インバータ１４の負荷は小さいため、強電系ウォーターポンプ４の負荷は小さい。また、車室温とエアコン設定温度との乖離は小さいと考えられるため、エアコンコンプレッサ２の負荷は小さい。

強電系ウォーターポンプ４が最大負荷となるシーンは、駆動・回生用モータ１、強電系インバータ１４の負荷が高いシーンであり、このとき、エンジン出力は小さいため、エンジン冷却ウォーターポンプ３の負荷は小さい。また、車室温とエアコン設定温度との乖離は小さいと考えられるため、エアコンコンプレッサ２の負荷は小さい。

また、図５に示すように、モータＢに接続された無段変速機用オイルポンプ５とパワーステアリング用オイルポンプ６が同時に最大負荷になる走行シーンは発生しない。
無段変速機用オイルポンプ５が最大負荷となるシーンは、ベルト式無段変速機１７ベルト伝達トルクが大きく、かつ、変速を同時に行う状態であり、運転操作としては、低〜中速時に、キックダウンを行うシーンである。このとき、エンジン始動を行う場合に最大負荷となるが、実際にはモータ走行を行っており、モータトルク特性より、キックダウンで変速を行う必要が無いため、オイルポンプ負荷最大時とエンジン始動は同時には発生することは無い。

また、パワーステアリング用オイルポンプ６は、車庫入れ等の据え切り時に最大負荷となるが、このときベルト式無段変速機１７では変速が行われず、クランプ圧のみが必要となるため、無段変速機用オイルポンプ５は最大負荷とならない。

すなわち、１つのモータに接続されたそれぞれの補機が同時に最大出力とならないため、各モータＡ，Ｂの最大出力と各動作シーンでの補機要求出力との差である余剰出力を最小限に抑えることが可能となり、各モータＡ，Ｂのトータルサイズ、原価および重量低減を図ることができる。

［クラッチの締結解放によるモータ負荷軽減作用］
実施例１では、１つのモータに接続された各補機を、それぞれクラッチを介してモータに接続しているため、不要時にはクラッチを解放してモータとの接続を切り離し、モータ負荷の軽減を図ることができる。同時に、非動作中の補機を切り離すことにより、動作中の補機を最適なトルク、回転数で駆動することができる。

モータＡ側では、エアコン要求の無い場合にはクラッチCA1を解放し、エンジン冷却水温が低い場合はクラッチCA2を解放し、強電系冷却水温が低い場合にはクラッチCA3を解放することにより、トータルの負荷を小さくし、高効率化を図ることができる。

また、モータＢ側では、エンジン始動と発電要求のない場合はクラッチCB1を解放し、操舵要求の無い場合は、クラッチCB2を解放することにより、トータルの負荷を小さくし、高効率化を図ることができる。

［最大回転数差に応じた補機の組み合わせ作用］
実施例１では、最大回転数が異なる複数の補機を、減速機を介して１つのモータに接続している。例えば、モータＡに接続されたエアコンコンプレッサ２と２つのウォーターポンプ３，４の場合、エアコンコンプレッサ２の最大回転数と２つのウォーターポンプ３，４の回転数では、約２倍の回転数差が生じる。

そこで、実施例１では、減速機２０を用いてモータＡからの入力回転を減速することにより、エアコンコンプレッサ２とウォーターポンプ３，４を同時に動作させる際、エアコンコンプレッサ２とウォーターポンプ３，４の動作回転数を共に最適化できる。よって、モータＡに不要な負荷が生じるのを回避でき、高効率化を図ることができる。

［補機インバータの一体化作用］
実施例１では、各モータＡ，Ｂを駆動するインバータＡ，ＢをモータＡのハウジング２２内で一体化し、エアコン冷却回路９で冷却している。これにより、モータＢに水冷却系の配管を設ける必要が無くなるため、各インバータＡ，Ｂを個別に冷却する場合と比較して、コストおよび重量の低減、レイアウト性の向上を図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド車両の補機駆動装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) エンジン１０と駆動・回生用モータ１の駆動力により車輪を駆動するハイブリッド車両において、全ての補機（エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４、無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６）を電動モータＡ，Ｂによるモータ駆動とし、各モータＡ，Ｂの駆動力で全ての補機を駆動する。これにより、補機ベルトの廃止による搭載性の向上およびコストダウンを図ることができる。

(2) 各補機を要求トルクに応じて高トルク型（無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６）と低トルク型（エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４）の２つの組み合わせに分類し、それぞれを１つのモータＢ，Ａに接続した。これにより、各モータＡ，Ｂの最大トルクと各動作シーンでの補機要求トルクとの差である余剰トルクを最小限に抑えることが可能となるため、各モータＡ，Ｂのトータルサイズ、原価および重量低減を図ることができる。

(3) 最大出力が要求される動作シーンの異なる複数の補機｛（エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４），（無段変速機用オイルポンプ５、パワーステアリング用オイルポンプ６）｝を１つのモータＡ，Ｂに接続した。これにより、１つのモータに接続されたそれぞれの補機が同時に最大出力とならないため、各モータＡ，Ｂの最大出力と各動作シーンでの補機要求出力との差である余剰出力を最小限に抑えることが可能となり、各モータＡ，Ｂのトータルサイズ、原価および重量低減を図ることができる。

(4) １つのモータＡ，Ｂに接続された各補機｛（エアコンコンプレッサ２、エンジン冷却ウォーターポンプ３、強電系ウォーターポンプ４），パワーステアリング用オイルポンプ６｝を、それぞれクラッチCA1,CA2,CA3,CB2を介してモータＡ，Ｂに接続した。これにより、不要時にはクラッチを解放してモータとの接続を切り離し、モータ負荷の軽減を図ることができる。同時に、動作中の補機を最適なトルク、回転数で駆動することができる。

(5) 最大回転数が異なる複数の補機（エアコンコンプレッサ２と各ウォーターポンプ３，４）を、減速機２０を介して１つのモータＡに接続したため、エアコンコンプレッサ２とウォーターポンプ３，４の動作回転数を共に最適化でき、不要な負荷が生じるのを回避して高効率化を図ることができる。

(6) 各モータＡ，Ｂを駆動するインバータＡ，Ｂを一体化し、インバータＡ，Ｂを冷却する冷却回路を一系統（エアコン冷却回路９）としたため、各インバータＡ，Ｂを個別に冷却する場合と比較して、コストおよび重量の低減、レイアウト性の向上を図ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、補機としてエアコンコンプレッサ、エンジン冷却ウォーターポンプ、強電系ウォーターポンプ、トランスミッション用オイルポンプ、パワーステアリング用オイルポンプを用いた例を示したが、補機数、種類は任意に設定できる。
また、実施例１では、２つのモータを用いた例を示したが、モータの数は、各モータのうちの少なくとも１つの駆動力で複数の補機を駆動する構成であれば、３つ以上用いても良い。

実施例１のハイブリッド車両の補機駆動装置を適用したハイブリッド車両のシステム構成図である。 各補機とモータの接続構造を示すシステム構成図である。 エンジン冷却ウォーターポンプを補機ベルトで駆動し、補機毎にモータを設定した例である。 実施例１の搭載性向上作用を示すFFハイブリッド車両のパワープラントレイアウトである。 各補機の最大出力シーンを示す図である。

符号の説明

１ 駆動・回生用モータ
２ エアコンコンプレッサ
３ エンジン冷却ウォーターポンプ
４ 強電系ウォーターポンプ
５ 無段変速機用オイルポンプ
６ パワーステアリング用オイルポンプ
７ エアコン
８ ラジエータ
９ エアコン冷却回路
１０ エンジン
１１ ラジエータ
１２ エアコン用ヒータ
１３ エンジン冷却回路
１４ 強電系インバータ
１５ サブラジエータ
１６ 強電系冷却回路
１７ ベルト式無段変速機
１８ 油圧式パワーステアリングシステム
１９ 油圧回路
２０ 減速機
２１ 減速機
２２ ハウジング

Claims (6)

1. エンジンと駆動用モータの駆動力により車輪を駆動するハイブリッド車両において、
   全ての補機を電動モータによるモータ駆動とし、各モータのうちの少なくとも１つの駆動力で複数の補機を駆動することを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の補機駆動装置において、
   各補機を要求トルクに応じて高トルク型と低トルク型の２つの組み合わせに分類し、それぞれを１つのモータに接続したことを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の補機駆動装置において、
   最大出力が要求される動作シーンの異なる複数の補機を１つのモータに接続したことを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の補機駆動装置において、
   １つのモータに接続された各補機を、それぞれクラッチを介してモータに接続したことを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の補機駆動装置において、
   最大回転数が異なる複数の補機を、減速機を介して１つのモータに接続したことを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の補機駆動装置において、
   各モータを駆動するモータ駆動回路を一体化し、この一体化モータ駆動回路を冷却する冷却回路を一系統としたことを特徴とするハイブリッド車両の補機駆動装置。

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