JP2010184549A - Hybrid type power output device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関と電動発電機とを動力源として備えたハイブリッド型動力出力装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a hybrid power output device including an internal combustion engine and a motor generator as power sources.
この種の装置として、所謂マルチモードハイブリッドを実現可能なものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された動力出力装置及びハイブリッド自動車によれば、動力分割機構のサンギアとモータ軸との間に両者の接続及びその解除を実行可能なクラッチを設けることにより、エンジンを実質的にモータや変速機から切り離すことが可能であるとされている。 As this type of device, a device capable of realizing a so-called multimode hybrid has been proposed (for example, see Patent Document 1). According to the power output apparatus and the hybrid vehicle disclosed in Patent Document 1, the engine is substantially configured by providing a clutch capable of performing connection and release between the sun gear and the motor shaft of the power split mechanism. It can be separated from the motor and transmission.
この技術では、係るクラッチにより動力分割機構のサンギアがモータ軸から切り離されると、動力分割機構においてエンジン反力を受け持つ回転要素が存在しなくなるため、エンジン動力を利用した発電が不可能になる。このため、モータによりEV(Electric Vehicle:電気自動車)走行を行うにあたって、バッテリ等の蓄電手段の蓄電量が低下すると、ハイブリッド車両がEV走行状態を継続することが困難となる。即ち、上記従来の技術には、EV走行の選択機会が実質的に制限されることにより燃費が悪化しかねないという技術的問題点がある。 In this technique, when the sun gear of the power split mechanism is separated from the motor shaft by such a clutch, there is no rotating element responsible for the engine reaction force in the power split mechanism, so power generation using engine power becomes impossible. For this reason, when EV (Electric Vehicle: electric vehicle) driving | running | working with a motor is performed, when the electrical storage amount of electrical storage means, such as a battery, falls, it will become difficult for a hybrid vehicle to continue EV driving | running state. That is, the conventional technique has a technical problem that the fuel consumption may be deteriorated by substantially limiting the selection opportunity of EV traveling.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、燃費の悪化を防止可能なハイブリッド型動力出力装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid power output apparatus that can prevent deterioration in fuel consumption.
上述した課題を解決するため、本発明に係るハイブリッド型動力出力装置は、車両に搭載可能に構成され、内燃機関と、所定の蓄電手段を電力供給源とする第1モータジェネレータと、該蓄電手段を電力供給源とする第2モータジェネレータと、車軸に連結される出力部材と、前記第1モータジェネレータ、前記第2モータジェネレータ及び前記内燃機関と夫々連結される回転要素を含み、相互に差動回転可能に構成されると共に、各々が前記出力部材に連結される複数の回転要素を備えた動力分割機構と、相互に差動回転可能な複数の回転要素と、係合状態に応じて該複数の回転要素の一部を固定又は解放可能な係合手段とを含み、前記第1モータジェネレータを前記出力部材に対する動力の出力要素とする第1変速段と、前記第2モータジェネレータを該出力要素とする第2変速段との間で変速段を切り替え可能な変速機構と、前記内燃機関と前記出力部材との間の動力伝達を遮断可能な遮断手段と、前記遮断手段と前記動力分割機構との間の動力伝達経路に設けられ、前記動力分割機構における一の前記回転要素を固定可能な固定手段とを具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a hybrid power output apparatus according to the present invention is configured to be mountable on a vehicle, and includes an internal combustion engine, a first motor generator using a predetermined power storage means as a power supply source, and the power storage means. Including a second motor generator having a power supply source, an output member coupled to an axle, and rotating elements coupled to the first motor generator, the second motor generator, and the internal combustion engine, respectively. A power split mechanism that is configured to be rotatable and includes a plurality of rotating elements each coupled to the output member, a plurality of rotating elements that are differentially rotatable with respect to each other, and the plurality of rotating elements according to the engagement state A first shift stage including a first motor generator as a power output element for the output member, and a second motor. A speed change mechanism capable of switching the speed stage between the second speed stage using the generator as the output element, a shut-off means capable of shutting off power transmission between the internal combustion engine and the output member, and the shut-off means; It is provided in the power transmission path | route between the said power division mechanisms, The fixing means which can fix the said one rotation element in the said power division mechanism is provided.
本発明に係るハイブリッド型動力出力装置は、内燃機関、第1モータジェネレータ(以下、適宜「第1MG」と称する)及び第2モータジェネレータ(以下、適宜「第2MG」と称する)を動力源として備え、変速機構において、例えば各種クラッチ装置或いは各種ブレーキ装置を適宜に含み得る概念としての係合手段の係合状態に応じて、例えば各種遊星歯車機構を構成する各種ギア等の態様を有する回転要素の各々を選択的に固定又は解放することにより、第1モータジェネレータ又は第2モータジェネレータを選択的に出力要素(出力軸に対する駆動力供給要素)とし得る。このため、車両に搭載された状態において、所謂マルチモードハイブリッド車両を実現することが可能である。 A hybrid power output apparatus according to the present invention includes an internal combustion engine, a first motor generator (hereinafter referred to as “first MG” as appropriate) and a second motor generator (hereinafter referred to as “second MG” as appropriate) as power sources. In the speed change mechanism, for example, according to the engagement state of the engagement means as a concept that can appropriately include various clutch devices or various brake devices, for example, the rotary element having various aspects such as various gears constituting various planetary gear mechanisms By selectively fixing or releasing each, the first motor generator or the second motor generator can be selectively used as an output element (a driving force supply element for the output shaft). For this reason, a so-called multi-mode hybrid vehicle can be realized in a state where the vehicle is mounted on the vehicle.
本発明に係る「変速段」とは、出力要素(内燃機関、第1MG及び第2MGのうち少なくとも一部)の回転速度と出力部材の回転速度との速度比たる変速比を有する、係合手段各々の係合状態により規定される変速機構の一物理状態を意味し、一の変速段において変速比が固定されている(所謂固定変速モード)にせよ、一の変速段において変速比が物理的又は実質的に規定される範囲で連続的に可変である(所謂無段変速モード)にせよ、変速段によりある程度動力源と出力部材との間の回転状態に係る相対関係は規定される。 The “speed stage” according to the present invention is an engagement means having a speed ratio which is a speed ratio between the rotational speed of the output element (at least a part of the internal combustion engine, the first MG and the second MG) and the rotational speed of the output member. It means one physical state of the speed change mechanism defined by each engagement state, and the gear ratio is physically changed at one gear stage even though the gear ratio is fixed at one gear position (so-called fixed gear mode). Or even if it is continuously variable within a substantially defined range (so-called continuously variable transmission mode), the relative relationship relating to the rotational state between the power source and the output member is defined to some extent by the shift speed.
従って、通常、これら変速段は、ハイブリッド車両の運転条件(例えば、車速及び要求駆動力)に応じて、その都度適宜選択的に切り替えられる。尚、これら各変速段は、好適な一形態としては、内燃機関と各MGとの協調制御により出力部材への動力供給を賄うHV(Hybrid Vehicle)走行モードであれ、内燃機関における動力生成を停止させてモータジェネレータのみにより各出力部材への動力供給を賄うEV(Electric Vehicle)走行モードであれ選択可能に構成される。 Therefore, normally, these shift speeds are selectively switched as needed in accordance with the driving conditions (for example, vehicle speed and required driving force) of the hybrid vehicle. It should be noted that, as a preferred form, each of these shift speeds stops power generation in the internal combustion engine, even in an HV (Hybrid Vehicle) travel mode in which power is supplied to the output member by cooperative control of the internal combustion engine and each MG. Thus, it is configured to be selectable even in an EV (Electric Vehicle) traveling mode in which power is supplied to each output member only by the motor generator.
一方、本発明のハイブリッド型動力出力装置により、車両をEV走行させるにあたっては、出力要素となるモータジェネレータがいずれであれ、内燃機関は単なるフリクション要素に過ぎなくなる。従って、好適には、EV走行をなすにあたって、内燃機関と出力部材との間の動力伝達パス(即ち、動力の入出力パス)は遮断されているのが望ましい。そこで、本発明に係るハイブリッド型動力出力装置は、内燃機関と出力部材との間の動力伝達を遮断可能な、例えば、ドグクラッチ機構等の回転同期式係合装置或いは湿式多板クラッチ等の摩擦係合装置等各種の態様を採り得る遮断手段を有しており、この遮断手段により適宜内燃機関と出力部材との間の動力伝達が遮断される構成となっている。 On the other hand, when the vehicle is driven by EV with the hybrid power output device of the present invention, the internal combustion engine is merely a friction element regardless of which motor generator is the output element. Therefore, it is preferable that the power transmission path (that is, the power input / output path) between the internal combustion engine and the output member be shut off when performing EV traveling. Therefore, the hybrid type power output device according to the present invention is capable of interrupting power transmission between the internal combustion engine and the output member, for example, a frictional engagement such as a rotation synchronous engagement device such as a dog clutch mechanism or a wet multi-plate clutch. A shut-off means that can take various modes such as a combined device is provided, and the power transmission between the internal combustion engine and the output member is suitably cut-off by this shut-off means.
他方、車両がEV走行を行うにあたって、出力要素として機能するモータジェネレータは、バッテリ等の蓄電手段から供給される電力資源を利用しつつ出力部材に動力(例えばモータトルク)を供給している。従って、EV走行期間中においては、蓄電手段のSOC(本明細書中においては、充電状態としても、また充電状態を規定する制御上の指標値としても使用する)は低下する傾向となる。従って、出力要素として機能するモータジェネレータとは異なる他方のモータジェネレータを使用した発電がなされるのが望ましい。 On the other hand, when the vehicle performs EV traveling, a motor generator that functions as an output element supplies power (for example, motor torque) to an output member while using power resources supplied from power storage means such as a battery. Therefore, during the EV travel period, the SOC of the power storage means (in this specification, it is used as a charged state or as an index value for control that defines the charged state) tends to decrease. Therefore, it is desirable to generate power using the other motor generator different from the motor generator functioning as the output element.
ところが、遮断手段により内燃機関と出力部材との間の動力伝達が遮断された状態では、内燃機関は、その出力トルクの反力トルクを負担する反力要素が存在しないため、実質的に空転状態となり、当該他方のモータジェネレータに対し、発電を促すトルクを供給することができない。従って、SOCの低下を顧みることなくEV走行を継続した場合には、電力資源が枯渇して、車両の走行が著しく制限されかねない。無論、実践的見地から言えば、このような事態を招来するのは望ましくないから、この場合、結局は、遮断手段による動力伝達の遮断を解除して、内燃機関を、発電を目的として始動することとなり、内燃機関のフリクションの分だけ出力要素たるモータジェネレータのトルクを上増しする必要が生じて、燃費の低下が回避し難い問題として顕在化することとなる。 However, in the state where the power transmission between the internal combustion engine and the output member is cut off by the shut-off means, the internal combustion engine does not have a reaction force element that bears the reaction torque of the output torque. Thus, it is impossible to supply torque for encouraging power generation to the other motor generator. Therefore, if EV traveling is continued without taking into account the decrease in SOC, power resources may be depleted and vehicle traveling may be significantly limited. Of course, from a practical point of view, it is not desirable to cause such a situation. In this case, the interruption of the power transmission by the interruption means is eventually canceled and the internal combustion engine is started for the purpose of power generation. As a result, it is necessary to increase the torque of the motor generator, which is an output element, by an amount corresponding to the friction of the internal combustion engine, and a reduction in fuel consumption becomes a problem that is difficult to avoid.
本発明に係るハイブリッド型動力出力装置は、このような技術的問題点に鑑みて、この遮断手段と動力分割機構との間の動力伝達経路に、動力分割機構の一回転要素を物理的、機械的又は電磁的に固定可能な、例えば、回転同期係合式、摩擦係合式或いは電磁係合式の各種ブレーキ装置等として構成され得る固定手段を備える。この固定手段により当該一回転要素が固定された場合、内燃機関と出力部材との間の動力伝達は遮断された状態のまま、内燃機関は、係る固定された回転要素を反力要素として始動することが可能となる。このため、一方のモータジェネレータを使用したEV走行と、内燃機関の出力トルクにより他方のモータジェネレータを駆動することによって実現される発電とを、各々相互に独立して実行することが可能となる。即ち、本発明のハイブリッド型動力出力装置を車両に適用すれば、所謂マルチモードハイブリッド車両におけるシリーズ走行が好適に実現され、燃費の低下を抑制することが可能となるのである。 In view of such technical problems, the hybrid type power output apparatus according to the present invention is configured such that one rotation element of the power split mechanism is physically and mechanically connected to the power transmission path between the shut-off means and the power split mechanism. For example, it is provided with fixing means that can be configured as various brake devices of, for example, rotationally synchronized engagement type, friction engagement type, or electromagnetic engagement type, that can be fixed mechanically or electromagnetically. When the one rotating element is fixed by the fixing means, the internal combustion engine starts using the fixed rotating element as a reaction force element while the power transmission between the internal combustion engine and the output member is cut off. It becomes possible. Therefore, EV traveling using one motor generator and power generation realized by driving the other motor generator by the output torque of the internal combustion engine can be executed independently of each other. That is, if the hybrid type power output apparatus of the present invention is applied to a vehicle, series traveling in a so-called multi-mode hybrid vehicle is suitably realized, and it becomes possible to suppress a decrease in fuel consumption.
本発明に係るハイブリッド型動力出力装置の一の態様では、前記車両の後進走行時において、前記動力伝達が遮断されるように前記遮断手段を制御し、且つ前記動力分割機構における一の回転要素が固定されるように前記固定手段を制御する第1制御手段を更に具備する。 In one aspect of the hybrid type power output apparatus according to the present invention, when the vehicle is traveling backward, the blocking means is controlled so that the power transmission is blocked, and one rotating element in the power split mechanism is First control means for controlling the fixing means to be fixed is further provided.
この態様によれば、例えばECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第1制御手段により、車両の後進走行時に、(1)内燃機関と出力部材との間の動力伝達が遮断され且つ(2)動力分割機構における一回転要素が固定手段により固定される。 According to this aspect, the first control means that can take the form of various processing units such as an ECU (Electronic Control Unit), various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, for example, during reverse travel of the vehicle, (1) Power transmission between the internal combustion engine and the output member is interrupted, and (2) one rotation element in the power split mechanism is fixed by the fixing means.
例えば、固定手段を有さぬ構成において、蓄電手段のSOCが不十分であることを理由に、一方のモータジェネレータを使用して後進走行を行いつつ他方のモータジェネレータにより発電を行おうとした場合、後進走行用の負トルクが、発電を促すべく出力される内燃機関の正トルクにより相殺され、後進走行用のモータジェネレータに要求される出力が上昇する。一方で、元よりSOCが不十分であるのだから、このような出力上昇による電力消費を補うためには、より発電負荷を加える必要が生じる。即ち、この場合、一種の動力循環が生じて、ハイブリッド型動力出力装置のシステム効率が著しく低下してしまう。 For example, in a configuration that does not have a fixing means, if the SOC of the power storage means is insufficient, when trying to generate power with the other motor generator while running backward using one motor generator, The negative torque for reverse travel is offset by the positive torque of the internal combustion engine that is output to encourage power generation, and the output required for the motor generator for reverse travel increases. On the other hand, since the SOC is insufficient from the beginning, it is necessary to add a power generation load in order to compensate for the power consumption due to the increase in output. That is, in this case, a kind of power circulation occurs, and the system efficiency of the hybrid power output apparatus is significantly reduced.
その点、このように固定手段を備える構成においては、先述したシリーズ走行により、発電プロセスと走行プロセスとを相互に切り分けることが可能であり、後進走行時における燃費の悪化が好適に抑制される。 In that respect, in the configuration including the fixing means as described above, the power generation process and the traveling process can be separated from each other by the series traveling described above, and the deterioration of the fuel consumption during the backward traveling is suitably suppressed.
本発明に係るハイブリッド型動力出力装置の他の態様では、前記遮断手段が動作不能な異常状態にあるか否かを判別する判別手段と、前記動力伝達が遮断された状態で前記遮断手段が前記異常状態にあると判別された場合に、前記動力分割機構における一の回転要素が固定されるように前記固定手段を制御する第2制御手段とを更に具備する。 In another aspect of the hybrid power output apparatus according to the present invention, a determination unit that determines whether or not the blocking unit is in an inoperable abnormal state, and the blocking unit in the state where the power transmission is blocked And a second control means for controlling the fixing means so that one rotating element in the power split mechanism is fixed when it is determined that the power split mechanism is in an abnormal state.
この態様によれば、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る判別手段により、遮断手段が、少なくとも実践上期待される効果を得られない程度に動作不能な状態として規定される異常状態にあるか否かが判別される。ここで、このような異常状態が、遮断手段により動力伝達が遮断された状態で生じた場合、本発明に係る固定手段が存在しない構成においては、電力資源が枯渇する以前に退避走行を終了する必要が生じ、ドライバは著しくその自由を制約される。 According to this aspect, the discriminating means that can take the form of various processing units such as an ECU, various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, etc., to the extent that the blocking means cannot obtain at least the effect expected in practice. It is determined whether or not there is an abnormal state defined as an inoperable state. Here, when such an abnormal state occurs in a state where the power transmission is interrupted by the interrupting means, in the configuration in which the fixing means according to the present invention does not exist, the evacuation traveling is finished before the electric power resources are exhausted. The need arises and the driver is severely limited in its freedom.
一方、本態様によれば、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第2制御手段が、このような状態において、動力分割機構の一回転要素が固定されるように固定手段を制御する。このため、動力伝達が遮断された状態で遮断手段が異常状態に陥ったとしても、内燃機関の直達トルクにより車両を安全に退避走行させることが可能となる。即ち、このような状態においてもドライバの自由を可及的に担保することが可能となる。 On the other hand, according to this aspect, for example, the second control means that can take the form of various processing units such as an ECU, various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, in such a state, The fixing means is controlled so that is fixed. For this reason, even if the interruption means falls into an abnormal state when the power transmission is interrupted, the vehicle can be safely retracted by the direct torque of the internal combustion engine. That is, even in such a state, it is possible to ensure the freedom of the driver as much as possible.
本発明に係るハイブリッド型動力出力装置の他の態様では、所定のロック条件が満たされた場合に、前記動力伝達が遮断されないように前記遮断手段を制御し、且つ前記動力分割機構における一回転要素が固定されるように前記固定手段を制御する第3制御手段を更に具備する。 In another aspect of the hybrid type power output apparatus according to the present invention, when a predetermined lock condition is satisfied, the blocking means is controlled so that the power transmission is not blocked, and the one-turn element in the power split mechanism And further comprising third control means for controlling the fixing means so that is fixed.
この態様によれば、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第3制御手段により、例えば、高速軽負荷走行時等、電気的CVT(Continuously Variable Transmission:無段変速装置)モードでは動力循環等による燃費の悪化が避け難い条件等として規定される、所定のロック条件が満たされた場合に、内燃機関と出力部材との間の動力伝達を維持しつつ固定手段により動力分割機構の一回転要素を固定する。この場合、固定された回転要素と一のモータジェネレータとが直接的に又は間接的に連結状態となり、ハイブリッド型動力出力装置の出力トルクは、内燃機関の直達トルクのみとなるため、燃費の悪化が好適に抑制される。 According to this aspect, the third control means that can take the form of various processing units such as an ECU, various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, for example, an electric CVT (Continuously Variable) In the Transmission (continuously variable transmission) mode, power transmission between the internal combustion engine and the output member is maintained when a predetermined lock condition is met, which is defined as a condition in which deterioration of fuel consumption due to power circulation is difficult to avoid. However, one rotation element of the power split mechanism is fixed by the fixing means. In this case, the fixed rotating element and the one motor generator are connected directly or indirectly, and the output torque of the hybrid power output device is only the direct torque of the internal combustion engine. It is preferably suppressed.
尚、このような所謂MGロック或いはO/Dロックと称される走行態様を実現するためのロック機構は、本発明に係る遮断手段と固定手段とは無関係に、別途ハイブリッド型動力出力装置に備わり得るが、固定手段と遮断手段とをこのように制御した場合、この種の別途備わり得るロック機構の機能を代替的に実現することが可能となる。このため、本態様によれば、部品点数の削減に伴うコストの低下或いはシステム構成の簡素化に伴う車両搭載性の向上等、実践上有益な効果を得ることが可能となる。 Note that a lock mechanism for realizing such a so-called travel mode called MG lock or O / D lock is separately provided in the hybrid type power output apparatus irrespective of the shut-off means and the fixing means according to the present invention. However, when the fixing means and the blocking means are controlled in this way, this kind of function of the lock mechanism that can be provided separately can be realized alternatively. For this reason, according to this aspect, it is possible to obtain practically beneficial effects such as a reduction in cost associated with a reduction in the number of parts or an improvement in vehicle mountability associated with simplification of the system configuration.
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。 Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
<Embodiment of the Invention>
Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照し、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両10の構成について説明する。ここに、図1は、ハイブリッド車両10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
<Configuration of Embodiment>
First, the configuration of a hybrid vehicle 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing the configuration of the hybrid vehicle 10.
図1において、ハイブリッド車両10は、ECU100、減速機構11、PCU(Power Control Unit)12、バッテリ13、車速センサ14及びアクセル開度センサ15並びにハイブリッド駆動装置1000を備えた、本発明に係る「車両」の一例である。
In FIG. 1, a hybrid vehicle 10 includes an
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM等を備え、ハイブリッド車両10の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「第1制御手段」、「第2制御手段」、「第3制御手段」及び「判別手段」の一例である。ECU100は、ROMに格納された各種の制御プログラムに従って、ハイブリッド駆動装置1000の動作状態を制御可能に構成されている。
The
尚、ECU100は、本発明に係る上記各手段の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
Note that the
減速機構11は、ハイブリッド駆動装置1000における後述する出力軸600に連結され、出力軸600の回転速度を所定のギア比に従って減速して伝達するギア装置である。減速機構11は、ハイブリッド車両10の駆動輪たる左前輪FL及び右前輪FRに夫々連結されるドライブシャフトSFL及びSFR(即ち、本発明に係る「車軸」の一例)と、デファレンシャル(符合省略)を介して連結されている。尚、本実施形態では、出力軸600の回転速度を減速する減速機構11の減速比は一定であるが、これは一例に過ぎず、例えば、減速機構11に替えて、複数の減速比を選択可能なギア装置が設置されていてもよい。
The
PCU12は、バッテリ13から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2に供給すると共に、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ13に供給することが可能に構成されたインバータ等を含み、バッテリ13と各モータジェネレータとの間の電力の出力を、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の出力(即ち、この場合、バッテリ13を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる)を制御することが可能に構成された制御ユニットである。PCU12は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100によってその動作が制御される構成となっている。
The
バッテリ13は、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2を力行するための電力に係る電力供給源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。 The battery 13 is a rechargeable storage battery configured to be able to function as a power supply source related to power for powering the motor generator MG1 and the motor generator MG2.
車速センサ14は、ハイブリッド車両10の車速Vを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ14は、ECU100と電気的に接続されており、検出された車速Vは、ECU100によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
The vehicle speed sensor 14 is a sensor configured to be able to detect the vehicle speed V of the hybrid vehicle 10. The vehicle speed sensor 14 is electrically connected to the
アクセル開度センサ15は、ハイブリッド車両10の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Taを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ15は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Taは、ECU100によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
The
ハイブリッド駆動装置1000は、ハイブリッド車両10のパワートレインとして機能する動力供給ユニットである。ここで、図2を参照し、ハイブリッド駆動装置1000の詳細な構成について説明する。ここに、図2は、ハイブリッド駆動装置1000の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。尚、ハイブリッド駆動装置1000と、ECU100とにより、本発明に係る「ハイブリッド型動力出力装置」の一例が構成されている。
The
図2において、ハイブリッド駆動装置1000は、エンジン200、動力分割機構300、モータジェネレータMG1(以下、適宜「MG1」と略称する)、モータジェネレータMG2(以下、適宜「MG2」と略称する)、入力軸400、中間軸500、出力軸600、変速機構700及びブレーキ機構800を備える。
In FIG. 2, a
エンジン200は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両10の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図3を参照し、エンジン200の詳細な構成について説明する。ここに、図3は、エンジン200の一断面構成を例示する模式図である。尚、同図において、図1及び図2と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば2サイクル又は4サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン200のものに限定されず各種の態様を有してよい。
The
図3において、エンジン200は、気筒201内において燃焼室に点火プラグ(符号省略)の一部が露出してなる点火装置202による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン203の往復運動を、コネクティングロッド204を介してクランクシャフト205の回転運動に変換可能に構成されている。
In FIG. 3, the
クランクシャフト205近傍には、クランクシャフト205の回転位置(即ち、クランク角)を検出するクランクポジションセンサ206が設置されている。このクランクポジションセンサ206は、ECU100(不図示)と電気的に接続されており、ECU100では、このクランクポジションセンサ206から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン200の機関回転速度NEが算出される構成となっている。
In the vicinity of the
尚、エンジン200は、紙面と垂直な方向に4本の気筒201が直列に配されてなる直列4気筒エンジンであるが、個々の気筒201の構成は相互に等しいため、図2においては一の気筒201についてのみ説明を行うこととする。また、本発明に係る内燃機関における気筒数及び各気筒の配列形態は、上述した概念を満たす範囲でエンジン200のものに限定されず多様な態様を採り得、例えば、6気筒、8気筒或いは12気筒エンジンであってもよいし、V型、水平対向型等であってもよい。
The
エンジン200において、外部から吸入された空気は吸気管207を通過し、吸気ポート210を介して吸気バルブ211の開弁時に気筒201内部へ導かれる。一方、吸気ポート210には、インジェクタ212の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート210に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ212から噴射された燃料は、吸気バルブ211の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
In the
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ212に供給される構成となっている。気筒201内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ211の開閉に連動して開閉する排気バルブ213の開弁時に排気ポート214を介して排気管215に導かれる。
The fuel is stored in a fuel tank (not shown), and is supplied to the
一方、吸気管207における、吸気ポート210の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ208が配設されている。このスロットルバルブ208は、ECU100と電気的に接続されたスロットルバルブモータ209によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ECU100は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度(即ち、上述したアクセル開度Ta)に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ209を制御するが、スロットルバルブモータ209の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ208は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
On the other hand, on the upstream side of the
排気管215には、三元触媒216が設置されている。三元触媒216は、エンジン200から排出されるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、及びNOx(窒素酸化物)を夫々浄化可能に構成されている。
A three-
排気管215には、エンジン200の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ217が設置されている。更に、気筒201を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン200を冷却するために循環供給される冷却水(LLC)に係る冷却水温を検出するための水温センサ218が配設されている。これら空燃比センサ217及び水温センサ218は、夫々ECU100と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ECU100により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
An air-
図2に戻り、モータジェネレータMG1は、本発明に係る「第1モータジェネレータ」の一例たる電動発電機であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。 Returning to FIG. 2, the motor generator MG1 is a motor generator that is an example of a “first motor generator” according to the present invention, and has a power running function that converts electrical energy into kinetic energy, and a regenerative power that converts kinetic energy into electrical energy. It has a configuration with functions.
モータジェネレータMG2は、本発明に係る「第2モータジェネレータ」の一例たる電動発電機であり、モータジェネレータMG1と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。尚、モータジェネレータMG1及びMG2は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有していてもよいし、他の構成を有していてもよい。 The motor generator MG2 is a motor generator that is an example of the “second motor generator” according to the present invention. Like the motor generator MG1, the motor generator MG2 converts a power running function that converts electrical energy into kinetic energy, and converts kinetic energy into electrical energy. It has a configuration with a regenerative function. Motor generators MG1 and MG2 are configured as, for example, synchronous motor generators, and include, for example, a rotor having a plurality of permanent magnets on an outer peripheral surface, and a stator wound with a three-phase coil that forms a rotating magnetic field. It may have, and may have other composition.
動力分割機構300は、本発明に係る「動力分割機構」の一例たる動力分配装置である。動力分割機構300は、第1遊星歯車機構310と第2遊星歯車機構320とが連結された構成を有する、複合型遊星歯車機構である。
The power split mechanism 300 is a power distribution device as an example of the “power split mechanism” according to the present invention. The power split mechanism 300 is a composite planetary gear mechanism having a configuration in which a first
第1遊星歯車機構310は、モータジェネレータMG2の出力軸が連結されたサンギア311(即ち、本発明に係る「第2モータジェネレータが連結される回転要素」の一例)、ピニオンギア(符号省略)を自転可能且つ一体的に公転可能に支持し且つ動力分割機構300の外郭ケースに回転不能に物理的に固定されてなるキャリア312及びリングギア313を備えた、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。
The first
第2遊星歯車機構320は、後述する遮断クラッチC5の一方の係合要素に連結されたサンギア321(即ち、本発明に係る「第1モータジェネレータが連結される回転要素」の一例)、サンギア321に噛合するインナーピニオンギア(符号省略)、エンジン200のクランクシャフト205に連結されクランクシャフト205と一体に回転する入力軸400に連結されたリングギア323(即ち、本発明に係る「内燃機関が連結される回転要素」の一例)、リングギア323に噛合するアウターピニオンギア(符号省略)、並びにインナーピニオンギア及びアウターピニオンギアを自転可能且つ一体的に公転可能に支持し且つ先述のリングギア313と連結されると共に、中間軸500に連結されてなるキャリア322を有する、ダブルピニオン型の遊星歯車機構である。尚、動力分割機構300を構成するこれら各ギアは、本発明に係る「回転要素」の一例である。
The second
変速機構700は、二種類のシングルピニオン型の遊星歯車機構が連結された複合型遊星歯車機構と、変速用のクラッチC1乃至C4から構成される、本発明に係る「変速機構」の一例である。 The transmission mechanism 700 is an example of the “transmission mechanism” according to the present invention, which includes a composite planetary gear mechanism in which two types of single-pinion planetary gear mechanisms are connected, and clutches C1 to C4 for transmission. .
変速機構700における一方の遊星歯車機構は、モータジェネレータMG1の出力軸及び遮断クラッチC5の他方の係合要素に連結されたサンギア701、ピニオンギア(符号省略)を自転可能且つ一体的に公転可能に支持し、且つハイブリッド駆動装置1000の動力出力軸たる出力軸600(即ち、本発明に係る「出力部材」の一例)に連結されると共に、後述する変速クラッチC3及び変速クラッチC4の各々における一方の係合要素に連結されたキャリア702、及び後述する変速クラッチC2の一方の係合要素及び変速クラッチC4の他方の係合要素に連結されたリングギア703を有する。
One planetary gear mechanism in the speed change mechanism 700 can rotate and integrally revolve a
変速機構700における他方の遊星歯車機構は、第2遊星歯車機構320における先述のキャリア322に連結されたサンギア704、ピニオンギア(符号省略)を自転可能且つ一体的に公転可能に支持し、且つ出力軸600に連結される(必然的に、キャリア702とも連結される)と共に、キャリア702と同様に、変速クラッチC3及び変速クラッチC4の各々における前記一方の係合要素に連結されたキャリア705、及び後述する変速クラッチC1の一方の係合要素及び変速クラッチC3の他方の係合要素に連結されたリングギア706を有する。
The other planetary gear mechanism in the speed change mechanism 700 supports the
変速クラッチC1は、本発明に係る「係合手段」の一例たるドグクラッチ機構である。変速クラッチC1は、係合要素として、相互に対向し、且つ対向面の各々に相互に噛合可能なドグ歯が形成されてなる二枚のクラッチ板を備える。変速クラッチC1の一方のクラッチ板は、リングギア706に連結され、他方のクラッチ板は、物理的に固定されている。変速クラッチC1は、クラッチ板同士のドグ歯が噛合することにより係合するため、その係合に際しては回転同期が必要となる(尚、厳密に言えば、ドグ歯同士の位相同期も必要となるが、ここでは省略する)。特に変速クラッチC1では、他方のクラッチ板が物理的に固定され、その回転速度がゼロであるため、その係合に際しては、リングギア706の回転速度をゼロとする旨の回転同期制御が必要となる。尚、クラッチ板同士の係合に際しては、回転同期が取れた状態においてリングギア706側のクラッチ板が固定側のクラッチ板に向けてストロークされる構成となっている。このクラッチ板をストロークさせるのに必要となる駆動力は、ECU100と電気的に接続されECU100により上位に制御される不図示の駆動系により供給される。補足すると、変速クラッチC1が、両クラッチ板が係合してなる係合状態を採る場合、リングギア706の回転速度がゼロとなり、且つキャリア705の回転速度は車速と一義的となるため、残余の一回転要素たるサンギア704の回転速度は一義的に規定される。一方、サンギア704はキャリア322を介してリングギア313に連結されているが、キャリア312が物理的に固定されているため、結局変速クラッチC1が係合状態にある場合、MG2の回転速度Nmg2は、車速に応じて一義的となる。
The shift clutch C1 is a dog clutch mechanism that is an example of the “engagement means” according to the present invention. The transmission clutch C1 includes two clutch plates that are engaged with each other and have dog teeth that can be engaged with each other on each of the opposing surfaces. One clutch plate of the transmission clutch C1 is connected to the
変速クラッチC2は、本発明に係る「係合手段」の他の一例たるドグクラッチ機構である。変速クラッチC2は、係合要素として、相互に対向し、且つ対向面の各々に相互に噛合可能なドグ歯が形成されてなる二枚のクラッチ板を備える。変速クラッチC2の一方のクラッチ板は、リングギア703に連結され、他方のクラッチ板は、物理的に固定されている。変速クラッチC2は、クラッチ板同士のドグ歯が噛合することにより係合するため、その係合に際しては回転同期が必要となる(尚、厳密に言えば、ドグ歯同士の位相同期も必要となるが、ここでは省略する)。特に変速クラッチC2では、他方のクラッチ板が物理的に固定され、その回転速度がゼロであるため、その係合に際しては、リングギア703の回転速度をゼロとする旨の回転同期制御が必要となる。尚、クラッチ板同士の係合に際しては、回転同期が取れた状態においてリングギア703側のクラッチ板が固定側のクラッチ板に向けてストロークされる構成となっている。このクラッチ板をストロークさせるのに必要となる駆動力は、ECU100と電気的に接続されECU100により上位に制御される不図示の駆動系により供給される。補足すると、変速クラッチC2が、両クラッチ板が係合してなる係合状態を採る場合、リングギア703の回転速度がゼロとなり、且つキャリア702の回転速度は車速と一義的となるため、残余の一回転要素たるサンギア701の回転速度は一義的に規定される。一方、サンギア701はMG1と連結されているため、結局変速クラッチC2が係合状態にある場合、MG1の回転速度Nmg1は、車速に応じて一義的となる。
The shift clutch C2 is a dog clutch mechanism that is another example of the “engagement means” according to the present invention. The shift clutch C <b> 2 includes two clutch plates formed as dog elements that are opposed to each other and that can be engaged with each other on each of the opposed surfaces. One clutch plate of the transmission clutch C2 is connected to the
変速クラッチC3は、本発明に係る「係合手段」の他の一例たるドグクラッチ機構である。変速クラッチC3は、係合要素として、相互に対向し、且つ対向面の各々に相互に噛合可能なドグ歯が形成されてなる二枚のクラッチ板を備える。変速クラッチC3の一方のクラッチ板は、キャリア702及び705に連結され、他方のクラッチ板は、リングギア706に固定されている。変速クラッチC3は、クラッチ板同士のドグ歯が噛合することにより係合するため、その係合に際しては回転同期が必要となる(尚、厳密に言えば、ドグ歯同士の位相同期も必要となるが、ここでは省略する)。尚、クラッチ板同士の係合に際しては、回転同期が取れた状態においてリングギア706側のクラッチ板がキャリア側のクラッチ板に向けてストロークされる構成となっている。このクラッチ板をストロークさせるのに必要となる駆動力は、ECU100と電気的に接続されECU100により上位に制御される不図示の駆動系により供給される。補足すると、変速クラッチC3が、両クラッチ板が係合してなる係合状態を採る場合、リングギア706の回転速度とキャリア705の回転速度とは、出力軸600の回転速度と等しくなるため、残余の一回転要素たるサンギア704の回転速度もまた、出力軸600の回転速度と等しくなる。
The transmission clutch C3 is a dog clutch mechanism which is another example of the “engagement means” according to the present invention. The shift clutch C3 includes two clutch plates that are formed as dog elements that are opposed to each other and that can be engaged with each other on each of the opposed surfaces. One clutch plate of the transmission clutch C3 is connected to the
変速クラッチC4は、本発明に係る「係合手段」の他の一例たるドグクラッチ機構である。変速クラッチC4は、係合要素として、相互に対向し、且つ対向面の各々に相互に噛合可能なドグ歯が形成されてなる二枚のクラッチ板を備える。変速クラッチC4の一方のクラッチ板は、キャリア702及び705に連結され、他方のクラッチ板は、リングギア703に固定されている。変速クラッチC4は、クラッチ板同士のドグ歯が噛合することにより係合するため、その係合に際しては回転同期が必要となる(尚、厳密に言えば、ドグ歯同士の位相同期も必要となるが、ここでは省略する)。尚、クラッチ板同士の係合に際しては、回転同期が取れた状態においてリングギア703側のクラッチ板がキャリア側のクラッチ板に向けてストロークされる構成となっている。このクラッチ板をストロークさせるのに必要となる駆動力は、ECU100と電気的に接続されECU100により上位に制御される不図示の駆動系により供給される。補足すると、変速クラッチC4が、両クラッチ板が係合してなる係合状態を採る場合、リングギア703の回転速度とキャリア702の回転速度とは、出力軸600の回転速度と等しくなるため、残余の一回転要素たるサンギア701の回転速度もまた、出力軸600の回転速度と等しくなる。
The transmission clutch C4 is a dog clutch mechanism which is another example of the “engagement means” according to the present invention. The transmission clutch C4 includes two clutch plates that are formed as dog elements that are opposed to each other and that can be engaged with each other on each of the opposed surfaces. One clutch plate of the transmission clutch C4 is connected to the
尚、変速クラッチC2及び変速クラッチC4は、両方が同時に係合状態となることはなく、また変速クラッチC1及び変速クラッチC3も、両方が同時に係合状態となることはない。 Note that both the transmission clutch C2 and the transmission clutch C4 are not simultaneously engaged, and neither the transmission clutch C1 and the transmission clutch C3 are simultaneously engaged.
ハイブリッド駆動装置1000は、遮断クラッチC5を備える。遮断クラッチC5は、本発明に係る「遮断手段」の一例たるドグクラッチ機構である。遮断クラッチC5は、係合要素として、相互に対向し、且つ対向面の各々に相互に噛合可能なドグ歯が形成されてなる二枚のクラッチ板を備えた係合装置である。遮断クラッチC5の一方のクラッチ板は、第2遊星歯車機構320のサンギア321に連結され、他方のクラッチ板は、変速機構700のサンギア701に固定されている。遮断クラッチC5は、クラッチ板同士のドグ歯が噛合することにより係合するため、その係合に際しては回転同期が必要となる(尚、厳密に言えば、ドグ歯同士の位相同期も必要となるが、ここでは省略する)。尚、クラッチ板同士の係合に際しては、回転同期が取れた状態においてサンギア701側のクラッチ板がサンギア321側のクラッチ板に向けてストロークされる構成となっている。このクラッチ板をストロークさせるのに必要となる駆動力は、ECU100と電気的に接続されECU100により上位に制御される不図示の駆動系により供給される。補足すると、遮断クラッチC5が、両クラッチ板が係合してなる係合状態を採る場合、サンギア701の回転速度とサンギア321の回転速度とは等しくなる。
The
ハイブリッド駆動装置1000は更に、ブレーキB1を備える。ブレーキB1は、一方のブレーキ板が物理的に固定された湿式多板摩擦係合式の係合手段である。ブレーキB1の他方のブレーキ板は、MG1の回転軸に連結されており、ブレーキB1の各ブレーキ板同士が係合した状態においては、MG1の回転は阻止され、所謂MG1ロックが実現される構成となっている。尚、ブレーキB1を駆動する駆動系は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100により上位に制御される構成となっている。
The
ブレーキ機構800は、一方のブレーキ板が物理的に固定された湿式多板摩擦係合式の係合手段であり、本発明に係る「固定手段」の一例である。ブレーキ機構800の他方のブレーキ板は、サンギア321と遮断クラッチC5との間の動力伝達経路に連結されており、ブレーキ機構800の各ブレーキ板同士が係合した状態においては、サンギア321の回転が阻止される構成となっている。尚、ブレーキ機構800を駆動する駆動系は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100により上位に制御される構成となっている。
The
尚、本実施形態における変速クラッチC1乃至C4、遮断クラッチC5、ブレーキB1及びブレーキ機構800の構成は一例に過ぎず、これら各クラッチ及び各ブレーキには、公知の各種クラッチ装置及びブレーキ装置を適用可能である。
Note that the configurations of the transmission clutches C1 to C4, the cutoff clutch C5, the brake B1, and the
<実施形態の動作>
<変速段の詳細>
本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1000によれば、上述した変速クラッチC1、C2、C3及びC4並びにブレーキB1及び遮断クラッチC5の動作状態に応じて、複数の変速段が実現される。ここで、図4を参照し、これら各係合装置の動作状態とハイブリッド駆動装置1000における変速段の対応関係について説明する。ここに、図4は、各係合装置の動作状態と変速段との対応関係図である。尚、図4において、「○」は係合状態にあることを、また「×」は解放状態にあることを夫々表している。
<Operation of Embodiment>
<Details of gear stage>
According to the
図4において、先ず各変速クラッチの動作状態と変速段との関係について説明する。変速クラッチC1が係合状態に、他の変速クラッチが解放状態に制御される場合、変速段は1速段となる。変速クラッチC1が係合状態にある場合、先述したように、MG2の回転速度Nmg2は車速に応じて一義的に規定される。一方、変速クラッチC2及びC4がいずれも解放状態にあるため、変速機構700のキャリア702が車速に応じた回転速度で回転してもリングギア703は空転するのみであり、サンギア701の回転動力に対する反力が与えられないため、サンギア701へ供給される動力が出力軸600に現れることはない。即ち、1速段は、MG2が出力軸600に対する出力要素として機能する、本発明に係る「第2変速段」の一例である。
In FIG. 4, the relationship between the operating state of each shift clutch and the gear position will be described first. When the shift clutch C1 is controlled to be engaged and the other shift clutches are controlled to be disengaged, the shift speed is the first speed. When the transmission clutch C1 is in the engaged state, the rotational speed Nmg2 of the MG2 is uniquely defined according to the vehicle speed, as described above. On the other hand, since both of the transmission clutches C2 and C4 are in the released state, the
ここで、ハイブリッド車両10には、この種の変速段とは別に、動力源の態様を規定する走行モードとして、エンジン200は稼動状態とされるHV走行モードとエンジン200が停止状態とされるEV走行モードとが用意される。いずれの走行モードにおいても、図4の対応関係は基本的に維持されるが、HV走行モードにおいては、エンジン200の出力トルクを出力軸600に伝達するために反力要素が必要となる。
Here, the hybrid vehicle 10 has an HV traveling mode in which the
ここで、エンジン200の出力トルクは、キャリア322とサンギア321とのギア比に応じて二系統に分割される(動力分割機構の所以である)が、出力軸600には、このサンギア321に連結されたMG1がエンジントルクに対する反力トルクを出力することによりエンジントルクが現れる。即ち、1速段におけるHV走行モードでは、MG1が反力要素として機能し、MG1の回転速度を増減制御することにより、エンジン200の動作点を1速段により規定される変速比の範囲で自由に選択することが可能な、所謂電気CVT機能(無段変速機能)が得られる。一方、EV走行モードでは、エンジン200を稼動させる必要はないため、MG1(1速段の場合)もまた停止状態に制御され、ハイブリッド車両10は先述したようにMG2のトルクのみにより走行する。
Here, the output torque of the
一方、遮断クラッチC5が係合状態にある場合、MG2から見て遮断クラッチC5よりも下流側に位置するMG1或いは変速機構700の一部は、単なるフリクション要素に過ぎない。従って、減速時の回生電力にせよ、通常走行時の力行電力にせよ、一部はこのフリクションにより相殺される。このようなエネルギロスを回避する観点から、本実施形態では、EV走行モードにおいて遮断クラッチC5が解放状態に制御される。 On the other hand, when the cutoff clutch C5 is in the engaged state, a part of MG1 or the speed change mechanism 700 located downstream of the cutoff clutch C5 as viewed from MG2 is merely a friction element. Accordingly, whether the regenerative power during deceleration or the power running power during normal running is partially offset by this friction. From the viewpoint of avoiding such energy loss, in the present embodiment, the cutoff clutch C5 is controlled to be in the released state in the EV traveling mode.
変速段の説明に戻ると、変速クラッチC2が係合状態に、他の変速クラッチが解放状態に制御される場合、変速段は2速段となる。変速クラッチC2が係合状態にある場合、先述したように、MG1の回転速度Nmg1は車速に応じて一義的に規定される。一方、変速クラッチC1及びC3がいずれも解放状態にあるため、変速機構700のキャリア705が車速に応じた回転速度で回転してもリングギア706は空転するのみであり、サンギア704の回転動力に対する反力が与えられないため、サンギア704へ供給される動力が出力軸600に現れることはない。即ち、2速段は、MG1が出力軸600に対する出力要素として機能する、本発明に係る「第1変速段」の一例である。尚、2速段においてHVモードが選択される場合、MG2が反力要素として機能する。
Returning to the description of the shift speed, when the shift clutch C2 is controlled to be engaged and the other shift clutches are controlled to be disengaged, the shift speed is the second speed. When the transmission clutch C2 is in the engaged state, the rotational speed Nmg1 of the MG1 is uniquely defined according to the vehicle speed as described above. On the other hand, since both the transmission clutches C1 and C3 are in the released state, the
変速クラッチC3が係合状態に、他の変速クラッチが解放状態に制御される場合、変速段は3速段となる。変速クラッチC3が係合状態にある場合、先述したように、サンギア704の回転速度が車速に応じて一義的に規定されるため、結局は、1速段と同様にMG2が出力要素として機能することになる。即ち、3速段は、本発明に係る「第2変速段」の他の一例である。
When the shift clutch C3 is controlled to be in the engaged state and the other shift clutches are controlled to be in the released state, the shift speed is the third speed. When the speed change clutch C3 is in the engaged state, as described above, the rotational speed of the
ハイブリッド駆動装置1000は、1速段、2速段及び3速段といった、HV走行モードにおいて電気CVT機能を呈する変速段の他に、1−2速段、2−3速段及び3−4速段の固定変速段を有する。これらは夫々変速クラッチC1及びC2、変速クラッチC2及びC3並びに変速クラッチC3及びC4を同時に係合状態とすることにより得られ、いずれにせよ、各動力源の回転速度は車速に応じて一義に固定される。
The
尚、ハイブリッド駆動装置1000において、ブレーキB1によってMG1をロックし、変速クラッチC3が係合状態に制御された場合、3速ロック段が実現される。3速ロック段では、ブレーキB1によりエンジントルクの反力トルクを負担させることができるため、例えば高速軽負荷領域等における動力循環の回避に有益である。但し、3速ロック段についても、本実施形態ではその詳細に触れないこととする。
In
<後進走行時の制御>
本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1000は、ブレーキ機構800が備わるため、後進走行時の燃費が優れている。ここで、図5を参照し、ハイブリッド車両10の後進走行時における燃費向上効果について説明する。ここに、図5は、後進走行時におけるハイブリッド駆動装置1000の動作共線図である。
<Control during reverse travel>
Since the
図5(a)において、ハイブリッド駆動装置1000では、後進走行時には、変速クラッチC1が係合状態とされ、遮断クラッチC5が係合状態とされる。即ち、出力軸600に対する動力の出力要素はモータジェネレータMG2である。モータジェネレータMG2から後進走行用にモータトルクを出力すると(図示黒丸m1)、第1遊星歯車機構310のキャリア312の回転速度はゼロであるから(図示黒丸m2)、残余の一回転要素たるリングギア313には、モータトルクに対応するトルクが現れる(図示黒丸m3)。
In FIG. 5A, in the
一方、リングギア313は、第2遊星歯車機構320のキャリア322に連結されており、中間軸500を介して変速機構700のサンギア704に連結されている。従って、このモータトルクは、サンギア704に図示下向きのトルクとなって現れることになる(図示黒丸m4)。他方、変速クラッチC1が係合状態にあるため、リングギア706の回転速度はゼロであり(図示黒丸m5)、必然的に残余の一回転要素たるキャリア705には、負回転領域のトルクが現れる(図示黒丸m6)。キャリア705は、出力軸600と一体に回転するから、この状態において、出力軸600は正回転方向とは逆向きの逆回転状態となり、後進走行が実現される。
On the other hand, the
ところで、係る後進走行状態において、モータジェネレータMG2は、バッテリ13から供給される電力を消費しており、バッテリ13のSOCは低下する傾向にある。従って、SOCが過度に低下した状態において後進走行を行おうとした場合、エンジン200を始動して、反力要素たるモータジェネレータMG1により発電を行う必要が生じる。そこで、このような場合、ECU100は、エンジン200を始動させるため、モータジェネレータMG1から負トルクを出力し(図示黒丸m7)、係合状態にある遮断クラッチC5及びサンギア321を介してエンジントルクの反力トルクを負担する(図示黒丸m8)。その結果、エンジン200は、正回転領域で発電用のトルクを出力する形となり(図示黒丸m9)、この発電用のトルクと釣り合う反力トルクによってモータジェネレータMG1による発電が行われる。
By the way, in the reverse traveling state, the motor generator MG2 consumes electric power supplied from the battery 13, and the SOC of the battery 13 tends to decrease. Therefore, when the vehicle is going to travel backward in a state where the SOC is excessively lowered, it is necessary to start the
ところが、この場合、キャリア322には、このエンジントルクの一部が正トルクとなって現れる(図示黒丸m10)。このため、ハイブリッド車両10を後進走行させるための図示下向きの負トルクは、この正トルクと打ち消しあって減衰してしまう(図示破線枠参照)。即ち、この場合、モータジェネレータMG2からは、この正トルクに打ち勝つだけの余剰なトルクを出力する必要が生じる。 However, in this case, a part of the engine torque appears as positive torque on the carrier 322 (illustrated black circle m10). For this reason, the downward negative torque shown in the figure for causing the hybrid vehicle 10 to travel backwards cancels out the positive torque and attenuates (see the broken line in the figure). That is, in this case, the motor generator MG2 needs to output a surplus torque that can overcome the positive torque.
一方、モータジェネレータMG2の出力を増加させようとすると、バッテリ13から持ち出す電力量が増加するから、結局MG1における発電量を更に増大させる必要が生じる。そのためには、エンジントルクを増大させる必要が生じ、結局後進走行用のトルクは増加し難い。このような状況では、無駄な電力消費だけが進行し、ハイブリッド車両10の燃費は著しく低下してしまう。 On the other hand, if the output of motor generator MG2 is to be increased, the amount of electric power taken out from battery 13 increases, so that it is eventually necessary to further increase the amount of power generated in MG1. For this purpose, it is necessary to increase the engine torque, and it is difficult to increase the torque for reverse travel. In such a situation, only wasteful power consumption proceeds and the fuel efficiency of the hybrid vehicle 10 is significantly reduced.
そこで、バッテリ13のSOCが良好でない領域において後進走行を行う場合、ECU100は、変速クラッチC1を解放し且つ変速クラッチC2を係合させると共に、遮断クラッチC5を解放状態に制御し、ブレーキ機構800によりサンギア321を固定する。その状態が、図5(b)に示される。
Therefore, when performing reverse travel in a region where the SOC of the battery 13 is not good, the
図5(b)において、変速クラッチの切り替えにより、出力要素はMG1となり、MG1による後進走行が実現される。即ち、MG1からのモータトルクの供給に伴い(図示黒丸m20)、固定状態にあるリングギア703(図示黒丸m21)により出力軸600に連結されたキャリア702の回転速度は一義的となり(図示黒丸m22)、出力軸600に負トルクが供給されることによりハイブリッド車両10は後進走行する。
In FIG. 5B, the output element becomes MG1 by switching the shift clutch, and reverse travel by MG1 is realized. That is, as the motor torque is supplied from MG1 (black circle m20 in the figure), the rotation speed of the
一方、遮断クラッチC5が解放状態とされることにより、MG1とサンギア321との連結は解除される(図示破線領域参照)。また、サンギア321はブレーキ機構800により物理的に固定された状態となるため(図示黒丸m23)、エンジントルクの反力トルクを負担する反力要素として機能する(図示黒丸m23)。このため、エンジン200は稼動状態となり(図示黒丸m24)、キャリア322には、エンジントルクの一部が現れる(図示黒丸m25)。その結果、キャリア322に連結されたリングギア313を介して(図示黒丸m26)、モータジェネレータMG2にはこのエンジントルクの一部が伝達され(図示黒丸m27)、モータジェネレータMG2で発電を行うことが可能となる。
On the other hand, when the cutoff clutch C5 is released, the connection between MG1 and the
このように、ブレーキ機構800が備わることによって、ハイブリッド車両10では、MG1による走行プロセスと、エンジン200及びMG2による発電プロセスとが分離されたシリーズ走行が可能であり、燃費を悪化させることなく後進走行を行うことが可能となるのである。
Thus, by providing the
尚、本実施形態では、バッテリ13のSOCが低下している場合に、ブレーキ機構800によるシリーズハイブリッド走行に係る制御が実行されたが、ブレーキ機構800を作動させるのに何ら実践上の不利益が生じることのない点に鑑みれば、無論、ハイブリッド車両10を後進走行させるに際して、常に、ブレーキ機構800によってサンギア321を固定して、エンジン200の反力を負担させてもよい。
In the present embodiment, when the SOC of the battery 13 is lowered, the control related to the series hybrid travel by the
<遮断クラッチ故障時の制御>
上述した後進走行時とは別に、ブレーキ機構800により得られる実践上の利益は、上記後進走行時における燃費の向上に限定されるものではない。ここで、図6を参照し、遮断クラッチC5が係合不能に陥った場合の効果について説明する。ここに、図6は、ハイブリッド駆動装置1000の他の動作共線図である。尚、同図において、図5と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
<Control when the clutch breaks down>
Apart from the above-described reverse travel, the practical benefit obtained by the
図6において、図6(a)には、遮断クラッチC5が係合状態とされ、変速クラッチC1が係合状態とされることにより、モータジェネレータMG2が出力要素とされた場合のハイブリッドモードにおける一走行状態が示される。即ち、モータジェネレータMG2は、負回転領域で負トルクを出力しており(図示黒丸m30)、リングギア313には、正トルクが供給される(図示黒丸m31)。このリングギア313に供給されるトルクは、リングギア313に連結されたサンギア704にも現れる(図示黒丸m32)。このため、出力軸600には、このモータトルクの一部が駆動力として現れる(図示黒丸m33)。
6 (a), FIG. 6 (a) shows one of the hybrid modes when the motor generator MG2 is used as an output element when the cutoff clutch C5 is engaged and the transmission clutch C1 is engaged. The running state is shown. That is, the motor generator MG2 outputs a negative torque in the negative rotation region (illustrated black circle m30), and a positive torque is supplied to the ring gear 313 (illustrated black circle m31). The torque supplied to the
一方、MG2からのモータトルクのみでは動力が不足する場合、ECU100は、MG1により反力トルクを負担させ(図示黒丸m34)、サンギア321を介して(図示黒丸m35)エンジン200を稼動させる(図示黒丸m36)。その結果、キャリア322には、このエンジントルクの一部が現れ、出力軸600を駆動する駆動トルクの一部として利用される(図示破線領域参照)。尚、「MG2からのモータトルクのみでは動力が不足する場合」と表現したが、「エンジントルクのみでは動力が不足する場合にモータトルクによる駆動力のアシストがなされる」としても同じである。
On the other hand, when the motive power is insufficient with only the motor torque from MG2,
ここで、遮断クラッチC5が係合不能な状態に陥った状態が図6(b)に示される。この場合、MG1がサンギア321から解放されてしまうため、何らの対策も講じられることがなければ、エンジントルクを負担する反力要素がなくなり、エンジントルクを出力軸600に伝達することが不可能となる。その結果、出力軸600には、モータジェネレータMG2からのモータトルクのみが供給され、ハイブリッド車両10は著しい動力不足の状態に陥ることになる(図示破線領域参照)。
Here, FIG. 6B shows a state in which the shutoff clutch C5 is in an unengageable state. In this case, since MG1 is released from the
ここで特に、遮断クラッチC5は、エンジン200と出力軸600との間の動力伝達を遮断するクラッチであり、このような故障状態にある場合には、エンジントルクを出力軸600に伝達することは困難であるが、モータジェネレータMG2が単にバッテリ13から電力を持ち出すのみでは、この種の故障時に採り得る退避走行の選択肢は大きく制限されてしまうこととなる。
In particular, the shutoff clutch C5 is a clutch that shuts off power transmission between the
このような問題を回避するため、ECU100は、遮断クラッチC5が係合不能な故障状態に陥った場合に、ブレーキ機構800によりサンギア321を固定し、変速クラッチC1を解放して、変速クラッチC2を係合させる(尚、出力要素をMG2からMG1とし得る限りにおいて、他の変速クラッチが選択されてもよい)。その状態が図6(c)に示される。
In order to avoid such a problem, the
図6(c)において、出力要素であるMG1は、正回転正トルクの力行状態にあり(図示黒丸m40)、そのモータトルクの一部を出力軸600に供給している(図示黒丸m41)。一方、ブレーキ機構800により固定されたサンギア321(図示黒丸m41)は、MG1から切り離されており(図示破線領域参照)エンジン200の反力トルクを負担する反力要素として機能する。この点を利用し、ECU100は、エンジン200を始動させる(図示黒丸m43)。
In FIG. 6C, the output element MG1 is in a power running state of positive rotation positive torque (illustrated black circle m40), and supplies a part of the motor torque to the output shaft 600 (illustrated black circle m41). On the other hand, the sun gear 321 (black circle m41 in the figure) fixed by the
一方、このエンジントルクの一部は、キャリア322を介して(図示黒丸m45)、リングギア313に伝達される(図示黒丸m46)。その結果、モータジェネレータMG2は、このエンジントルクにより釣り合う正トルクを負回転領域で出力し、発電状態となる(図示黒丸m47)。その結果、バッテリ13のSOCの回復が図られ、モータジェネレータMG1を使用した退避走行の選択肢が大幅に増え、より安全に退避走行を行わしめることが可能となる。また、ハイブリッド駆動装置1000によれば、ブレーキ機構800を反力要素とすることができるため、変速クラッチC1又はC3を係合状態とすれば、エンジン直達トルクによる退避走行も可能となる。この点に鑑みれば、より燃費の好適な動力源を選択することも可能であり、燃費の悪化を抑制することもまた可能となる。
On the other hand, a part of the engine torque is transmitted to the ring gear 313 (illustrated black circle m46) via the carrier 322 (illustrated black circle m45). As a result, motor generator MG2 outputs a positive torque balanced by the engine torque in the negative rotation region, and enters a power generation state (black circle m47 in the figure). As a result, the SOC of the battery 13 is recovered, the options for retreat travel using the motor generator MG1 are greatly increased, and retreat travel can be performed more safely. Further, according to the
尚、遮断クラッチC5の異常は、遮断クラッチC5を駆動するに際しての制御量の変化に基づいて検出される(例えば、遮断クラッチC5は電磁ドグクラッチであり、モータ電流の異常を検出することによって係る異常の検出が行われる)。但し、遮断クラッチC5が係合不能な故障状態にあるか否かは、公知の故障検出手法を広く適用可能であり、また遮断クラッチC5の構成に応じて如何様にも変化し得るため、ここでは詳述しないこととする。 The abnormality of the cutoff clutch C5 is detected based on a change in the control amount when the cutoff clutch C5 is driven (for example, the cutoff clutch C5 is an electromagnetic dog clutch, and the abnormality is detected by detecting the abnormality of the motor current. Is detected). However, whether or not the disconnection clutch C5 is in a failure state incapable of being engaged can be widely applied by a known failure detection method, and can be changed in any manner depending on the configuration of the disconnection clutch C5. Then, it will not be described in detail.
尚、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1000には、MG1ロック用のブレーキB1が備わるが、遮断クラッチC5とブレーキ機構800とを共に係合状態とすれば、MG1の回転は抑止されるため、MG1ロック状態を実現することが可能である。即ち、遮断クラッチC5とブレーキ機構800とにより、ブレーキB1の機能を代替させてもよい。
The
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド型動力出力装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. The apparatus is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、内燃機関と複数のモータジェネレータを備え、当該複数のモータジェネレータのいずれか一方を適宜出力要素とし得るハイブリッド型の動力出力装置に利用可能である。 The present invention is applicable to a hybrid power output apparatus that includes an internal combustion engine and a plurality of motor generators, and can use any one of the plurality of motor generators as an output element as appropriate.
10…ハイブリッド車両、20…ハイブリッド駆動装置、100…ECU、200…エンジン、201…気筒、203…ピストン、205…クランクシャフト、300…動力分割機構、310…第1遊星歯車機構、311…サンギア、312…キャリア、313…リングギア、320…第2遊星歯車機構、321…サンギア、322…キャリア、323…リングギア、MG1…モータジェネレータ、MG2…モータジェネレータ、400…入力軸、500…中間軸、600…出力軸、C1、C2、C3、C4…変速クラッチ、C5…遮断クラッチ、B1…ブレーキ、700…変速機構、701…サンギア、702…キャリア、703…リングギア、704…サンギア、705…キャリア、706…リングギア、800…ブレーキ機構。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hybrid vehicle, 20 ... Hybrid drive device, 100 ... ECU, 200 ... Engine, 201 ... Cylinder, 203 ... Piston, 205 ... Crankshaft, 300 ... Power split mechanism, 310 ... First planetary gear mechanism, 311 ... Sun gear, 312 ... Carrier, 313 ... Ring gear, 320 ... Second planetary gear mechanism, 321 ... Sun gear, 322 ... Carrier, 323 ... Ring gear, MG1 ... Motor generator, MG2 ... Motor generator, 400 ... Input shaft, 500 ... Intermediate shaft, 600 ... output shaft, C1, C2, C3, C4 ... shift clutch, C5 ... disengagement clutch, B1 ... brake, 700 ... transmission mechanism, 701 ... sun gear, 702 ... carrier, 703 ... ring gear, 704 ... sun gear, 705 ... carrier 706: Ring gear, 800 ... Brake mechanism.
Claims (4)
内燃機関と、
所定の蓄電手段を電力供給源とする第1モータジェネレータと、
該蓄電手段を電力供給源とする第2モータジェネレータと、
車軸に連結される出力部材と、
前記第1モータジェネレータ、前記第2モータジェネレータ及び前記内燃機関と夫々連結される回転要素を含み、相互に差動回転可能に構成されると共に、各々が前記出力部材に連結される複数の回転要素を備えた動力分割機構と、
相互に差動回転可能な複数の回転要素と、係合状態に応じて該複数の回転要素の一部を固定又は解放可能な係合手段とを含み、前記第1モータジェネレータを前記出力部材に対する動力の出力要素とする第1変速段と、前記第2モータジェネレータを該出力要素とする第2変速段との間で変速段を切り替え可能な変速機構と、
前記内燃機関と前記出力部材との間の動力伝達を遮断可能な遮断手段と、
前記遮断手段と前記動力分割機構との間の動力伝達経路に設けられ、前記動力分割機構における一の前記回転要素を固定可能な固定手段と
を具備することを特徴とするハイブリッド型動力出力装置。 Configured to be mounted on a vehicle,
An internal combustion engine;
A first motor generator using a predetermined power storage means as a power supply source;
A second motor generator using the power storage means as a power supply source;
An output member coupled to the axle;
A plurality of rotating elements each including a rotating element coupled to each of the first motor generator, the second motor generator, and the internal combustion engine, configured to be differentially rotatable with respect to each other and each coupled to the output member A power split mechanism with
A plurality of rotating elements differentially rotatable relative to each other; and an engaging means capable of fixing or releasing a part of the plurality of rotating elements according to an engagement state, wherein the first motor generator is connected to the output member. A speed change mechanism capable of switching the speed stage between a first speed stage as a power output element and a second speed stage using the second motor generator as an output element;
Blocking means capable of blocking power transmission between the internal combustion engine and the output member;
A hybrid type power output apparatus comprising: a fixing means provided in a power transmission path between the shut-off means and the power split mechanism and capable of fixing one of the rotating elements in the power split mechanism.
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型動力出力装置。 First control means for controlling the shut-off means so that the power transmission is shut off during reverse travel of the vehicle and for controlling the fixing means so that one rotating element in the power split mechanism is fixed. The hybrid power output device according to claim 1, further comprising:
前記動力伝達が遮断された状態で前記遮断手段が前記異常状態にあると判別された場合に、前記動力分割機構における一の回転要素が固定されるように前記固定手段を制御する第2制御手段と
を更に具備する
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型動力出力装置。 Determining means for determining whether or not the blocking means is in an inoperable abnormal state;
Second control means for controlling the fixing means so that one rotating element in the power split mechanism is fixed when it is determined that the cutoff means is in the abnormal state with the power transmission cut off. The hybrid power output device according to claim 1, further comprising:
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のハイブリッド型動力出力装置。 Third control that controls the shut-off means so that the power transmission is not shut off when a predetermined lock condition is satisfied, and controls the fixing means so that one rotation element in the power split mechanism is fixed. The hybrid power output apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means.
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