JP4217253B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）のエンジン駆動力とモータ（電動機）のモータ駆動力を組み合わせて走行するハイブリッド車両に関し、特に、エンジン駆動力を駆動輪に伝達する第１の伝達経路とモータ駆動力を駆動輪に伝達する第２の伝達経路とを備えたハイブリッド車両に関する。

従来からエンジンとモータのそれぞれの駆動力特性を利用して、車両のある一定速度（車速Ｖ_１）未満の車速範囲ではモータ駆動力を駆動輪に伝達する第２の伝達経路によって走行し、車速Ｖ_１以上の車速範囲では前記第２の伝達経路とエンジン駆動力を駆動輪に伝達する第１の伝達経路とを併用して走行し、最高速度Ｖ_ｍａｘの近傍では主にエンジンによる第１の伝達経路を用いて走行するハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両では、エンジンの駆動力特性が最高速度Ｖ_ｍａｘをカバーできる特性となるように前記第１の伝達経路のギア比を決めて、第２の伝達経路および第１の伝達経路に可変のギア比を有する変速機を設けること無く簡単化し、最高速度Ｖ_ｍａｘ付近ではエンジン駆動力を第１の伝達経路で駆動輪に伝達して走行することとしている（特許文献１参照）。
特許第２９４２５３３号公報（段落番号００１５〜００２８、および図１、図２参照）

しかしながら、前記特許文献１に開示されたハイブリッド車両の構成では、低負荷の定常走行（クルージング）時には、エンジンで発電してモータにより駆動輪を駆動するシリーズ運転モードで走行するか、または、最高速度Ｖ_ｍａｘをエンジンの駆動力で達成するために設定された比較的に減速比の大きい（ロウレシオのギア比の）伝動装置を含む第１の伝達経路を用いてエンジン駆動力で走行することになる。

ところが、シリーズ運転モードでは駆動力の伝達効率が比較的低くなるために車両の燃費効率が低下するおそれがある。また、ロウレシオのギア比の伝動装置を含む第１の伝達経路でエンジン駆動のみで走行する場合は、最高速度Ｖ_ｍａｘを達成できるエンジンの駆動力特性を実現するために設定したロウレシオのギア比で走行することになり、定常走行の車速に応じてエンジンの回転速度が大きく変化し、燃費効率の高いエンジン回転速度領域を選択して定常走行することができないために燃費効率が低下する。

特に、大排気量エンジンを搭載したハイブリッド車両におけるエンジン駆動とモータ駆動との組み合わせにおいては、大排気量エンジンであるため余裕駆動力が大きく、前記のようなロウレシオのギア比の設定の伝動装置を含む第１の伝達経路では燃費効率が著しく低下するおそれがある。また、そのような大排気量エンジンとの組み合わせの場合に、大排気量の多気筒エンジンに気筒休止などの出力特性可変機構を組み合せて、燃費効率の向上を図ろうとしても、前記のようなロウレシオのギア比の設定では、燃費効率を向上させるために行われる気筒可変の出力特性可変機構のメリットが十分引き出せない。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、車両の燃費効率をさらに向上させることができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明のハイブリッド車両は、エンジンのエンジン駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、エンジン駆動力により発電機を駆動してその電力にて駆動されるモータのモータ駆動力を駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、エンジン駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、第１の減速比の設定は、エンジン駆動力のみでは最高速度を得ることはできない構成としつつ、第1の伝達経路のみで定常走行可能な設定とする一方で、最高速度を、減速比を固定した第２の伝達経路を用いたシリーズ運転により達成可能な構成としたことを特徴とする。

エンジン駆動力のみでは最高速度が出せない程度に第１の伝達経路の減速比を設定しているので、最高速度より低い通常の車速での定常走行時において、エンジンの燃焼効率が良いエンジン回転速度近傍で走行できる。もちろん、最高速度を出すときは、エンジンにより発電して、その電力でモータ駆動するシリーズ運転、または、エンジン駆動とモータ駆動とによるパラレル運転を行えば良い。

請求項２に係る発明のハイブリッド車両は、エンジンのエンジン駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、エンジン駆動力により発電機を駆動してその電力にて駆動されるモータのモータ駆動力を駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、エンジン駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に設定され、第１の減速比の設定は、エンジン駆動力のみでは最高速度を得ることはできない構成としつつ、第1の伝達経路のみで定常走行可能な設定とする一方で、最高速度を、減速比を固定した第２の伝達経路を用いたシリーズ運転により達成可能な構成とし、エンジンは出力特性を可変させる出力特性可変機構を有し、第１の伝達経路には、第１の減速比より小さな減速比であり、出力特性可変機構により低出力化された場合における第１の減速比によるエンジンの低出力化された状態時の最大出力時に達成可能な駆動力よりも小さい駆動力とする第２の減速比を設定可能な変速ギアを有することを特徴とする。

請求項３に係る発明のハイブリッド車両は、さらに、出力特性可変機構は、エンジンの運転中に一部の気筒を休止させる気筒休止運転をさせることを特徴とする。

請求項４に係る発明のハイブリッド車両は、さらに、出力特性可変機構は、バルブの開閉制御、点火時期のタイミング制御、および燃料噴射制御のうちの少なくとも１つの制御を行うことを特徴とする。

請求項５に係る発明のハイブリッド車両は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、さらに、車両が最高速度を達成するときは、モータ駆動力のみを第２の伝達経路により駆動輪へ伝達する前記シリーズ運転、または、モータ駆動力を第２の伝達経路により駆動輪へ伝達するとともにエンジン駆動力を第１の伝達経路により駆動輪へ伝達するパラレル運転とすることを特徴とする。

請求項６に係る発明のハイブリッド車両は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、さらに、第１の伝達経路および第２の伝達経路は、エンジン駆動力とモータ駆動力の少なくとも一方の駆動力を駆動輪へ伝達させる共通の出力ギアを備え、車両の停止状態を含まない第１の車速以上から車両が達成可能な最高速度までを含む第１の車速範囲では、少なくともモータ駆動力を第２の伝達経路により駆動輪へ伝達させるシリーズ運転を行い、第１の車速より低い第２の車速から第１の車速未満までの第２の車速範囲では、定常走行時にはエンジン駆動力を第１の伝達経路により駆動輪へ伝達させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、燃費効率の良い走行状態を実現できるハイブリッド車両を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、エンジンの出力特性可変機構を有し、第１の伝達経路には、前記第１の減速比より小さな第２の減速比とすることのできる変速ギアを設け、第２の減速比で走行の場合には、前記出力特性可変機構により低出力化された場合における最大出力時に前記第１の減速比により達成可能な車速より低い車速までしか定常走行できないので、例えば、中速で定常走行するときに出力特性可変機構により気筒休止運転を行なう場合も、第２の減速比に設定するとエンジン回転速度を燃費効率の良い状態に維持でき、気筒休止運転による燃費効率のメリットが引き出せる。
また、前記請求項２の発明において、出力特性可変機構は、気筒休止運転制御のほかに、バルブの開閉制御、点火時期のタイミング制御、および燃料噴射制御などを組み合わせることができ、より燃費効率の良いハイブリッド車両とすることができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、本ハイブリッド車両は、エンジン駆動をモータ駆動がアシストすることで、または、エンジンで発電してその電力でモータ駆動することにより容易に最高速度で走行をすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、エンジン駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値の設定であり、第１の減速比の設定は、エンジン駆動力のみでは最高速度を得ることはできない構成としつつ、第1の伝達経路のみで定常走行可能な設定する一方で、最高速度を、減速比を固定した第２の伝達経路を用いたシリーズ運転により達成可能な構成としているので、例えば、エンジン駆動力だけで実現できる最高の車速からハイブリッド車両の最高速度までの第１の車速範囲では、エンジン駆動力をモータ駆動力によりアシストする運転、または、エンジン駆動で発電してその電力でモータ駆動の走行ができ、最高速度を含まない高速・中速の第２の車速範囲では、定常走行するときエンジン駆動力のみとしているので、第１の減速比によりエンジンの回転速度が燃費効率の良い運転点近傍になるので、前記特許文献１に記載の従来のハイブリッド車両より燃費を向上できる。

《第１の実施の形態》
以下、図１および図２を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド車両について説明する。
図１は本実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図であり、固定ギアによるモータおよびエンジンの駆動力の伝達経路を示す。図２は本実施の形態のハイブリッド車両における駆動力特性図である。図２において横軸は車速を示し、縦軸は駆動力または走行抵抗を示す。
本実施の形態のハイブリッド車両５０Ａは、エンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第１の伝達経路と、モータ８の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第２の伝達経路とを備え、これらの第１の伝達経路と第２の伝達経路を択一的に選択または併用して走行するように構成されたものである。

次に、第１の伝達経路を説明する。図１に示すように多気筒、例えば、６気筒からなるエンジン１の出力シャフト２は、フライホイル３を介してセルモータを兼ねる発電機４に直結され、さらに、エンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達するためのクラッチ５Ａに接続されている。
第１の伝達経路は、出力シャフト２、クラッチ５Ａ、このクラッチ５Ａによって出力シャフト２と接続または切離しされるメインギア１１、このメインギア１１に噛み合う出力ギア１２、この出力ギア１２と同軸に駆動されるピニオンギア１３、このピニオンギア１３に噛み合うファイナルギア１４、およびこのファイナルギア１４から入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第１の伝達経路によりエンジン１の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、この第１の伝達経路はメインギア１１と出力ギア１２のギア比、およびピニオンギア１３とファイナルギア１４のギア比の積で決まる固定の第１の減速比を有しており、可変のギア比を有する伝動装置を有していない。メインギア１１、出力ギア１２、ピニオンギア１３、ファイナルギア１４は、エンジン１による駆動輪６の駆動に対する減速機９Ａを構成している。

ここで、減速機９Ａの第１の減速比は、以下の様に設定されている。本ハイブリッド車両５０Ａの定常走行時におけるエンジン１のほぼ最大出力時の駆動力特性は図２の特性曲線ａに示すように、前記第１の減速比による車速に対するエンジン回転速度とトルクの関係から、最高速度Ｖ_ｍａｘ近傍において、走行抵抗特性曲線ｂよりも駆動力が下回り、車速Ｖ_４までしか出せない駆動力のレベルに設定されている。つまり、エンジン１の駆動力だけでは最高速度Ｖ_ｍａｘが出せないように減速機９Ａのギア比が設定されている。
なお、図２の走行抵抗特性曲線ｂは、駆動輪６の転がり抵抗と、空気抵抗など車速に応じて増加する抵抗を加算したものである。

次に、第２の伝達経路を説明する。図１に示すように発電機４またはバッテリ２０からインバータ２１を介して電力を供給されて駆動されるモータ８は、そのモータ軸８ａに直結した入力ギア８ｂがメインギア１１と噛み合っている。
第２の伝達経路は、入力ギア８ｂ、メインギア１１、このメインギア１１に噛み合う出力ギア１２、この出力ギア１２と同軸に駆動されるピニオンギア１３、このピニオンギア１３に噛み合うファイナルギア１４、およびこのファイナルギア１４から入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第２の伝達経路によりモータ８の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、この第２の伝達経路は入力ギア８ｂとメインギア１１のギア比、メインギア１１と出力ギア１２のギア比、およびピニオンギア１３とファイナルギア１４のギア比の積で決まる固定の減速比であり、可変のギア比を有する伝動装置を有していない。

モータ８の最大出力特性を図２の最大出力特性曲線ｃに示す。最大出力特性曲線ｃは、ハイブリッド車両５０Ａのスタート時から所定の低車速までは最大駆動力となり、その後は、車速が上昇するに従って、つまり、モータ８の回転速度が上昇するに従って、駆動力は急激に減少して行く。しかし、ハイブリッド車両５０Ａの最高速度Ｖ_ｍａｘ近傍においては、モータ８の最大出力特性は走行抵抗特性曲線ｂよりも上回っており、モータ８のみで最高速度Ｖ_ｍａｘまで駆動可能なようにモータ８の駆動力特性は設定されている。

図１に示すように本ハイブリッド車両５０Ａの運転状態の制御のために、ハイブリッド用ＥＣＵ（ＥＣＵ：Electric Control Unit）２３Ａが設けられている。ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａには、イグニッション・スイッチ３５からのイグニッション・スイッチ信号、図示しないシフトレバーに設けられたシフトレバー・ポジションセンサ３６からのシフトポジション信号、図示しないアクセルペダルに設けられたアクセルペダル・ポジションセンサ３７からのアクセルペダル踏み込み量信号、図示しないブレーキペダルに設けられたブレーキペダル・ポジションセンサ３８からのブレーキペダル踏み込み量信号、車輪に設けられた車速センサ３９からの車速信号が入力される。
また、バッテリ２０には、出力電圧、出力電流、バッテリ温度を検知する図示しない各種センサが設けられており、その各種センサ信号がハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａに入力される。
ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、車速信号にもとづきアクセルペダル踏み込み量およびブレーキペダル踏み込み量に反応して、クラッチ５Ａを接続または切離し状態にするアクチュエータ３３Ａを制御する。

また、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、セルモータ兼用の発電機４および発電可能なモータ８を、インバータ２１を介して制御し、出力特性可変機構３１などを制御するエンジンＥＣＵ２５を介してエンジン１の運転を制御する。
なお、ハイブリッド用ＥＣＵ２３ＡとエンジンＥＣＵ２５とは通信回線で結ばれており、エンジンＥＣＵ２５にはハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａからの制御信号のほかに、シフトポジション信号、アクセルペダル踏み込み量信号、ブレーキペダル踏み込み量信号、車速信号などが入力される。逆に、エンジンＥＣＵ２５は、エンジン１の回転速度などを検出し、通信回線でハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａに出力する。

出力特性可変機構３１は、例えば、エンジン１のシリンダ１ａに設けられた図示しないバルブのリフト量、開閉タイミングを可変制御する機構、一部のシリンダ１ａのバルブを駆動しないようにして気筒休止させる可変シリンダ制御（気筒休止運転）をする機構、点火時期のタイミング制御をする電子回路、燃料噴射制御をする機構および電子回路を含んで構成されている。
図２の特性曲線ｄは、出力特性可変機構３１の動作により６気筒のエンジン１の片側のバンクの３気筒を休止して、残りの３気筒だけ運転している気筒休止運転の場合のエンジン１のほぼ最大出力状態の駆動力特性を示している。このような気筒休止運転状態により低出力化されたエンジン駆動力のみでは、前記第１の減速比では車速Ｖ_３までしか出ない。

（伝達経路の切替制御）
以上の構成において、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、以下のように車速に応じて第１の伝達経路と第２の伝達経路とを切り替えてハイブリッド車両５０Ａを走行させる。
図２に示す車速０から車速Ｖ_１（第２の車速）未満までのスタート時を含む低車速範囲、登坂走行時などにおいては、アクチュエータ３３Ａを制御して、クラッチ５Ａにエンジン１側の出力シャフト２とメインギア１１との間を切離させ、インバータ２１を制御してモータ８により第２の伝達経路を経て駆動輪６を駆動させる。このとき、モータ８は、バッテリ２０からの電力により駆動される。もし、バッテリ２０の充電状態が少ないときは、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、インバータ２１とエンジンＥＣＵ２５を制御し、発電機４をセルモータとして機能させてエンジン１を起動する。そして、インバータ２１を制御し、エンジン１により発電機４に発電させ、その電力によりモータ８が駆動される（シリーズ運転モード）。
モータ８の最大出力特性は、図２の最大出力特性曲線ｃで示す通りであり、走行抵抗特性曲線ｂを上回る駆動力を有しており、モータ８の駆動力によりハイブリッド車両５０Ａは前記の低車速範囲で走行可能である。

車速Ｖ_１から車速Ｖ_４（第１の車速）未満までの中・高車速範囲（第２の車速範囲）の定常走行時には、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、アクチュエータ３３Ａを制御してクラッチ５Ａにエンジン１側の出力シャフト２と接続させ、インバータ２１にはモータ８の駆動を原則的にさせないので、エンジン１の駆動力のみが第１の伝達経路によって駆動輪６に伝達される。このときの駆動輪６の駆動力は図２に示す特性曲線ａまたは特性曲線ｄに従う。なお、気筒休止運転の場合は、走行抵抗特性曲線ｂを上回る駆動力の範囲である車速Ｖ_３までしか出せないので、エンジンＥＣＵ２５は、車速とシフトポジション信号、アクセルペダル踏み込み量信号に応じて、最も燃費の良いように出力特性可変機構３１を制御し、６気筒運転と３気筒運転を使い分け、切り替える。
なお、モータ８はこのとき、連れ回り回転（空転）している。

車速Ｖ_１からＶ_４未満までの中・高車速での走行時における加速のときは、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、インバータ２１を制御してモータ８にエンジン駆動のアシストをさせ、逆に減速の時は、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、インバータ２１を制御してモータ８に回生発電をさせる。

次に、車速が高車速のＶ_４（第１の車速）から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの最高車速範囲（第１の車速範囲）では、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、アクチュエータ３３Ａを制御してクラッチ５Ａにエンジン１側の出力シャフト２と接続させたままの状態とし、エンジン１の駆動力が第１の伝達経路によって駆動輪６へ伝達されると共に、インバータ２１を制御してモータ８を回転させ、その駆動力が第２の伝達経路によって駆動輪６へ伝達される。つまり、エンジン１による駆動をモータ８によりアシスト駆動するパラレル運転モードとなる。このとき、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａは、バッテリ２０の充電状態が少ないときは、インバータ２１を制御して発電機４で発電させ、その電力でモータ８を駆動する。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、ハイブリッド車両５０Ａは、車速０から所定の車速Ｖ_１未満までの低車速範囲においては、駆動力の高いモータ８から最大出力特性曲線ｃの駆動力を得ることができ、この低車速範囲ではモータ８の大きな駆動力により容易に走行可能である。従って、坂道走行など駆動力が必要とされる走行の場合にも用いることができる。そして、車速が上昇して車速Ｖ_１（第２の車速）からＶ_４（第１の車速）未満までの間の中・高車速範囲（第２の車速範囲）の定常走行時には、特性曲線ａまたは特性曲線ｄに示すようにエンジン１の駆動力特性が走行抵抗特性曲線ｂを上回っているので、エンジン１のみで走行可能である。

図２に示すように本実施の形態における特性曲線ａは、特許文献１に記載の従来のエンジン駆動力のみでハイブリッド車両５０Ａの最高速度Ｖ_ｍａｘを達成できるように、第１の伝達経路の減速比を設定した場合のエンジン１の駆動力の特性曲線ｆよりも駆動力が小さくなり、同じ走行抵抗に対してエンジンをより低回転高負荷で運転するので、特許文献１に記載の従来のハイブリッド車両よりも燃費が向上する。さらに、駆動力が必要のない平地走行などの場合は、特性曲線ｄに示すような気筒休止運転の場合の駆動特性でも走行可能であり、より燃費の良い定常走行ができる。
特に、エンジン１として大排気量エンジンを搭載したハイブリッド車両５０Ａにおけるエンジン駆動とモータ駆動との組み合わせにおいては、定常走行時に大排気量エンジンであるため余裕駆動力が大きいが、減速機９Ａのギア比が前記従来のハイブリッド車両よりハイレシオのギア比の設定となっており、燃費効率が従来に比して著しく改善される。また、そのような大排気量エンジンとの組み合わせの場合に、大排気量の多気筒エンジンに気筒休止の機能などを含む出力特性可変機構３１を組み合せて、エンジン出力を低下させ、燃焼効率の良いエンジン回転速度にすることにより燃費効率の向上を図ることができる。

そして、車速がＶ_４（第１の車速）から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの最高車速範囲（第１の車速範囲）は、エンジン１の駆動力だけでは所望の車速を出すことができないので、第２の伝達経路によってモータ８の駆動力でエンジン駆動力をアシストすることによって、所望する車速を実現できる。
なお、車速Ｖ_４から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの最高車速範囲において、クラッチ５Ａがエンジン１側の出力シャフト２をメインギア１１と非接続状態にして、モータ８の駆動力のみを駆動輪６へ伝達するシリーズ運転モードとしても良い。

《第２の実施の形態》
次に、図３および図４を参照（適宜図２を参照）しながら、本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド車両について説明する。
図３は、本実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図であり、モータおよびエンジンの駆動力の伝達経路を示す。
本実施の形態のハイブリッド車両５０Ｂは、エンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第１の伝達経路と、モータ８の駆動力を駆動輪６に伝達して車両を走行させる第２の伝達経路とを備え、これらの第１の伝達経路と第２の伝達経路を択一的に選択または併用して走行するように構成されたハイブリッド車両５０Ｂである。第１の実施の形態におけるハイブリッド車両５０Ａと異なるところは、第１の実施の形態のクラッチ５Ａの代わりに、直結、増速の２段の減速比を切り替え可能な変速機としての遊星歯車（変速ギア）１０を組み合わせたことである。この遊星歯車１０には、出力シャフト２を第１の伝達経路から切り離したり、遊星歯車１０の減速比の切替制御をしたりするアクチュエータ３３Ｂと、このアクチュエータ３３Ｂによって駆動されるクラッチ５Ｂおよびクラッチ板ブレーキ５Ｃが設けられている。

次に、遊星歯車１０の接続状態をさらに詳しく説明する。出力シャフト２は遊星歯車１０のピニオンギア１６を保持しているプラネタリ・キャリア１７と直結されている。ピニオンギア１６と噛み合うサンギア１５の軸は、クラッチ５Ｂを介して出力シャフト２と接続、切り離し可能となっているとともに、クラッチ板ブレーキ５Ｃを介して回転、停止の切り替え可能となっている。また、ピニオンギア１６と噛み合う内側を向いたリングギア１８の軸は、モータ軸８ａと直結しており、リングギア１８を保持する胴には外方を向いたメインギア１１が設けられ、メインギア１１が出力ギア１２と噛み合っている。

次に、第１の伝達経路を説明する。図３に示すように、６気筒からなるエンジン１の出力シャフト２は、フライホイル３を介してセルモータを兼ねる発電機４に直結され、さらに、エンジン１の駆動力を駆動輪６に伝達するためのクラッチ５Ｂに接続されている。
第１の伝達経路は、出力シャフト２、クラッチ５Ｂ、このクラッチ５Ｂによって出力シャフト２と接続または切離しされる遊星歯車１０に設けられているメインギア１１、このメインギア１１に噛み合う出力ギア１２、この出力ギア１２と同軸に駆動されるピニオンギア１３、このピニオンギア１３に噛み合うファイナルギア１４、およびこのファイナルギア１４から入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第１の伝達経路によりエンジン１の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、遊星歯車１０、メインギア１１、出力ギア１２、ピニオンギア１３、ファイナルギア１４は、エンジン１による駆動輪６の駆動に対する減速機９Ｂを構成している。

この第１の伝達経路の減速比は、クラッチ５Ｂ、クラッチ板ブレーキ５Ｃの動作状態により、以下のように２つの減速比に切り替えることができる。先ず、クラッチ５Ｂがオン（ＯＮ）、かつ、クラッチ板ブレーキ５Ｃがオフ（ＯＦＦ）の場合は、遊星歯車１０のサンギア１５の軸とプラネタリ・キャリア１７の軸がクラッチ５Ｂで固定される。そして、サンギア１５とプラネタリ・キャリア１７が一体で回転するので、遊星歯車１０の減速比は１である。本実施の形態においてもメインギア１１と出力ギア１２のギア比、およびピニオンギア１３とファイナルギア１４のギア比との積で決まる減速比は、第１の実施の形態と同じ値の第１の減速比とする。つまり、減速機９Ｂの第１の減速比にもとづくエンジン１の駆動特性は、第１の実施の形態同様の考え方で設定されている。

次に、クラッチ５Ｂがオフ（ＯＦＦ）、かつ、クラッチ板ブレーキ５Ｃがオン（ＯＮ）の場合は、遊星歯車１０のサンギア１５の軸がクラッチ板ブレーキ５Ｃで停止状態とされ、プラネタリ・キャリア１７のサンギア１５回りの回転に伴い、ピニオンギア１６はプラネタリ・キャリア１７の回転方向と同一方向に回転し、リングギア１８を前記同一回転方向に増速する。第１の伝達経路の減速比は前記増速状態のプラネタリ・キャリア１７とリングギア１８との間の減速比、メインギア１１と出力ギア１２のギア比、およびピニオンギア１３とファイナルギア１４のギア比の掛け合わせで決まる、第１の減速比より小さな第２の減速比となる。

第２の減速比は第１の減速比よりも小さい減速比であり、第２の減速比にもとづくエンジン１の駆動特性は、図２の特性曲線ｅで示す６気筒運転時の駆動特性のように、エンジン１が気筒休止運転の最大出力状態において第１の減速比の状態に基づいて実現される最高の車速Ｖ_３よりも低い、最高の車速Ｖ_２までしか出せないものである。つまり、第２の減速比のときの６気筒運転の最高の車速Ｖ_２時のエンジン駆動力は、第１の減速比のときの気筒休止運転の最高の車速Ｖ_３時のエンジン駆動力より低くなるように第２の減速比は設定されている。

次に、第２の伝達経路を説明する。発電機４またはバッテリ２０からインバータ２１を介して電力を供給されて駆動されるモータ８は、そのモータ軸８ａがメインギア１１に直結している。
第２の伝達経路は、メインギア１１、このメインギア１１に噛み合う出力ギア１２、この出力ギア１２と同軸に駆動されるピニオンギア１３、このピニオンギア１３に噛み合うファイナルギア１４、およびこのファイナルギア１４から入力され駆動輪６を駆動するディファレンシャルギア７から構成されている。この第２の伝達経路によりモータ８の駆動力が駆動輪６へ伝達される。
なお、この第２の伝達経路はメインギア１１と出力ギア１２のギア比、およびピニオンギア１３とファイナルギア１４のギア比との積で決まる固定の減速比であり、可変のギア比を有する伝動装置を有していない。

図３に示すように本ハイブリッド車両５０Ｂの運転状態の制御のために、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂが設けられている。ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、車速信号にもとづきアクセルペダル踏み込み量およびブレーキペダル踏み込み量に反応して、クラッチ５Ｂおよびクラッチ板ブレーキ５Ｃをそれぞれ個別にオン、オフ状態に制御するアクチュエータ３３Ｂを制御する。ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、前記の点以外第１の実施の形態と同じ構成であり、第１の実施の形態におけるハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａと同じようにバッテリ２０、インバータ２１およびエンジンＥＣＵ２５と通信線で接続され、第１の実施の形態と同様の信号のやり取りをし、制御をする。
また、エンジン１には、第１の実施の形態と同様に出力特性可変機構３１が設けられている。
第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。

（伝達経路の切替と変速制御）
以上の構成において、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、以下のように車速に応じて第１の伝達経路と第２の伝達経路とを切り替え、また、第１の伝達経路の減速比を切り替えてハイブリッド車両５０Ｂを走行させる。
図４は、ハイブリッド車両５０Ｂの走行状態における、クラッチ５Ｂとクラッチ板ブレーキ５Ｃの動作状態の組合せ図である。
図２に示す駆動力特性図における車速０から車速Ｖ_１（第２の車速）未満までのスタート時を含む低車速範囲、登坂走行時などにおいては、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、アクチュエータ３３Ｂにより図４に示すようにクラッチ５Ｂおよびクラッチ板ブレーキ５Ｃをオフ（ＯＦＦ）して、シリーズ運転（モータ駆動）のモードとする。図３から分かるように、クラッチ５Ｂ、クラッチ板ブレーキ５Ｃがともにオフ（ＯＦＦ）の場合、プラネタリ・キャリア１７が停止または回転しているに係らず、リングギア１８とピニオンギア１６の歯数差はサンギア１５が空転して吸収するので、出力シャフト２とリングギア１８は切り離されている状態になる。こうしてエンジン１を第１の伝達経路から切り離し、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、インバータ２１を制御して、モータ８を駆動し、必要に応じて発電機４を駆動して発電させ、第２の伝達経路によってモータ８の駆動力を駆動輪６へ伝達させる。このようにして車速の低いスタート時、低車速走行時には駆動力の高いモータ運転を行ってハイブリッド車両５０Ｂを走行させる。

次に、車速が車速Ｖ_１（第２の車速）以上の定常走行状態になったときに、インバータ２１を制御してモータ８の駆動を停止させ、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、特性曲線ａに示されるエンジン１直結の６気筒運転よりも燃費効率が良い、第２の減速比の状態で走行させる。つまり、図４に示すようにアクチュエータ３３Ｂにより、クラッチ５Ｂをオフ（ＯＦＦ）とし、クラッチ板ブレーキ５Ｃをオン（ＯＮ）として、出力シャフト２の回転を遊星歯車１０において増速させて出力ギア１２に伝える（増速段によるエンジン駆動）。このときのエンジン１の最大出力の駆動特性は図２の特性曲線ｅに示すものであり、アクセルを一杯踏むことなく必要な駆動力が得られる。しかし、この遊星歯車１０が増速段の状態で、減速機９Ｂの減速比が第２の減速比となる状態では、図２に示すように最高の車速Ｖ_２までしか出せず、車速Ｖ_２における駆動力はエンジン１の直結状態での気筒休止運転状態のエンジン１の最大出力時の最高の車速Ｖ_３の場合の駆動力より小さい。
また、このクラッチ５Ｂ、クラッチ板ブレーキ５Ｃがこのような状態の場合において、エンジン出力に余裕のある場合、必要に応じエンジンＥＣＵ２５は、エンジン１に気筒休止運転をさせる。

また、図２に示す車速Ｖ_２近傍から上のより車速が大きい場合は、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、アクチュエータ３３Ｂにより図４に示すようにクラッチ５Ｂをオン（ＯＮ）に、クラッチ板ブレーキ５Ｃをオフ（ＯＦＦ）にし、サンギア１５とプラネタリ・キャリア１７が一体で回転するようにする（エンジン直結駆動）。そして、平地走行などで駆動力が小さくて良く、アクセルペダル踏み込み量が小さい場合は、必要トルクが小さいと判断し、エンジンＥＣＵ２５は気筒休止によるエンジン１の低出力運転を行わせ、片バンクの気筒休止によるエンジン低出力運転が行われ、出力シャフト２の回転は遊星歯車１０で増速されること無く直結状態で出力ギア１２に伝えられる。
なお、中・高速の車速範囲で加速、減速するときは、第１の実施の形態と同様にモータ８がアシスト駆動または回生発電をする。

さらに、車速Ｖ_４以上から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの範囲では、ハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂは、第１の実施の形態と同様の制御を行う。つまり、モータ８によりエンジン駆動をアシストするパラレル運転のモードとなる。

（第２の実施の形態の効果）
以上説明したように、第２の実施の形態のハイブリッド車両５０Ｂによれば、車速０から車速Ｖ_１未満までの低車速の範囲でも、必要駆動力が大きい時には、クラッチ５Ｂおよびクラッチ板ブレーキ５Ｃをオフ（ＯＦＦ）し、モータ８のみで駆動輪６の駆動を行う（シリーズ運転）。最高速度Ｖ_ｍａｘを含まない車速Ｖ_１（第２の車速）から車速Ｖ_４（第１の車速）未満までの中・高車速の範囲（第２の車速範囲）では、原則として定常走行状態ではエンジン１のみで駆動輪６の駆動を行い、必要に応じて加速時にモータ８のアシストを受ける。最高速度Ｖ_ｍａｘ含む車速Ｖ_４（第１の車速）以上の最高車速の範囲（第１の車速範囲）では、エンジン１の駆動とモータ８の駆動の両方で駆動輪６の駆動を行う（パラレル運転モード）。

このようにして、最高速度Ｖ_ｍａｘを含まない中・高車速の範囲をエンジン１のみによる定常走行とし、第１の減速比を最高速度Ｖ_ｍａｘより低い車速Ｖ_４（第１の車速）に対応させて設定している。従って、図２に示すように本実施の形態における特性曲線ａは、特許文献１に記載の従来のエンジン１の駆動力のみでハイブリッド車両５０Ｂの最高速度Ｖ_ｍａｘを達成できるように、第１の伝達経路の減速比を設定した場合の、エンジン１の駆動力の特性曲線ｆよりも、駆動力が小さくなり、同じ走行抵抗に対してエンジンをより低回転高負荷で運転するので、従来よりも燃費が向上する。さらに、駆動力が小さくても良い平地走行などの場合は、特性曲線ｄに示すような気筒休止運転の場合の駆動特性でも走行可能であり、より燃費の良い定常走行ができる。
特に、エンジン１として大排気量エンジンを搭載したハイブリッド車両５０Ｂにおけるエンジン駆動とモータ駆動との組み合わせにおいては、大排気量エンジンであるため余裕駆動力が大きいが、減速機９Ｂの第１の減速比（ギア比）が前記従来のハイブリッド車両よりハイレシオのギア比の設定となっており、燃費効率が従来に比して著しく改善される。また、そのような大排気量エンジンとの組み合わせの場合に、大排気量の多気筒エンジンに気筒休止機能などを含む出力特性可変機構３１を組み合せて、燃費効率の向上を図ることができる。

また、第２の減速比を、前記第１の減速比より小さな減速比とし、前記出力特性可変機構３１により低出力化された場合における前記第１の減速比による最大出力時に達成可能な車速Ｖ_３よりも低い車速Ｖ_２となるよう設定している。つまり、車速Ｖ_２のときの駆動力がより小さい駆動力となる第２の減速比に変速可能とすることで、低速の定常走行状態ではさらに燃費効率が良いエンジン回転速度とすることができる。

本実施の形態において、車速Ｖ_４以上最高速度Ｖ_ｍａｘまでの範囲において、前記のようにモータ８をエンジン駆動のアシスト運転とする代わりに、エンジン１の第１の伝達経路が切り離されて、エンジン１が発電機４を駆動して発電させ、その電力でモータ８を駆動するシリーズ運転であっても良い。
また、本実施の形態では、モータ軸８ａをメインギア１１と直結としたが、第１の実施の形態と同じようにモータ軸８ａに設けた出力ギアを介してその駆動力をメインギア１１に伝えるようにしても良い。

また、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、最高車速範囲（第１の車速範囲）を車速Ｖ_４以上としたが、車速Ｖ_４以上に限定されるものでは無い。中・高車速範囲（第２の車速範囲）を、エンジン１の燃焼効率が良い、車速Ｖ_４より低い車速値までとし、モータ８によるアシスト駆動またはシリーズ運転に切り替わる車速値をより低下させても良い。

（第１およびの第２の実施の形態の変形例）
また、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、モータ８のモータ駆動力は、モータ軸８ａに設けられた入力ギア８ｂを介してメインギア１１に伝達されるか、メインギア１１にモータ軸８ａが直結していて伝達される構成としていた。そして、モータ８による駆動は車速０から車速Ｖ_１未満までの車速範囲と、車速Ｖ_４から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの車速範囲をカバーするものとしている。ところで、車速Ｖ_４から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの車速範囲では、モータ８の回転速度は１万ｒｐｍを超える可能性がある。
インバータ２１をモータ８がより高速回転するように制御することは容易であるが、モータ８の回転子、軸受けなどの機械的な構造に対してはより厳しい設計条件となり、モータ８の強度を上げるために重量が増加する可能性がある。そこで、第１および第２の実施の形態における変形として、モータ軸８ａの回転速度を２段変速機によって「直結」「増速」とすることを可能とし、前記２段変速機の出力軸のギアを介してメインギア１１に回転を伝えるようにしても良い。そして、前記変速機はハイブリッド用ＥＣＵ２３Ａまたはハイブリッド用ＥＣＵ２３Ｂにより前記２段変速機の変速が選択され、車速０から車速Ｖ_１未満までの範囲では「直結」、車速Ｖ_４から最高速度Ｖ_ｍａｘまでは「増速」とすることにより、車速Ｖ_４から最高速度Ｖ_ｍａｘまでの車速範囲におけるモータ８の回転速度を下げて運用することが可能である。

本発明の第１の実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 第１の実施の形態のハイブリッド車両の駆動力特性図である。 本発明の第２の実施の形態のハイブリッド車両全体の概略模式図である。 第２の実施の形態のハイブリッド車両のエンジン駆動力を第１の伝達経路により駆動輪へ伝達する切替、および変速を行なうクラッチ、クラッチ板ブレーキの動作説明のための組合せ図である。

符号の説明

１ エンジン
１ａ シリンダ
２ 出力シャフト
４ 発電機
５Ａ、５Ｂ クラッチ
５Ｃ クラッチ板ブレーキ
６ 駆動輪
８ モータ
８ａ モータ軸
８ｂ 入力ギア
９Ａ、９Ｂ 減速機
１０ 遊星歯車（変速ギア）
１１ メインギア
１２ 出力ギア
１３ ピニオンギア
１４ ファイナルギア
１５ サンギア
１６ ピニオンギア
１７ プラネタリ・キャリア
１８ リングギア
２０ バッテリ
２１ インバータ
２３Ａ、２３Ｂ ハイブリッド用ＥＣＵ
２５ エンジンＥＣＵ
３１ 出力特性可変機構
３３Ａ、３３Ｂ アクチュエータ
５０Ａ、５０Ｂ ハイブリッド車両

Claims (6)

1. エンジンのエンジン駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、前記エンジン駆動力により発電機を駆動してその電力にて駆動されるモータのモータ駆動力を前記駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、
   前記第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、前記エンジン駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に固定設定され、
   前記第１の減速比の設定は、前記エンジン駆動力のみでは前記最高速度を得ることはできない構成としつつ、前記第1の伝達経路のみで定常走行可能な設定とする一方で、
   前記最高速度を、減速比を固定した前記第２の伝達経路を用いたシリーズ運転により達成可能な構成としたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. エンジンのエンジン駆動力を駆動輪へ伝達する第１の伝達経路と、前記エンジン駆動力により発電機を駆動してその電力にて駆動されるモータのモータ駆動力を前記駆動輪へ伝達する第２の伝達経路とを備え、これを少なくとも車速にもとづいて択一的に選択または併用して走行するハイブリッド車両であって、
   前記第１の伝達経路の減速比である第１の減速比は、前記エンジン駆動力のみにより車両が達成可能な最高速度を得る場合に設定される減速比よりも小さい値に設定され、
   前記第１の減速比の設定は、前記エンジン駆動力のみでは前記最高速度を得ることはできない構成としつつ、前記第1の伝達経路のみで定常走行可能な設定とする一方で、
   前記最高速度を、減速比を固定した前記第２の伝達経路を用いたシリーズ運転により達成可能な構成とし、
   前記エンジンは出力特性を可変させる出力特性可変機構を有し、
   前記第１の伝達経路には、前記第１の減速比より小さな減速比であり、前記出力特性可変機構により低出力化された場合における前記第１の減速比による前記エンジンの前記低出力化された状態時の最大出力時に達成可能な駆動力よりも小さい駆動力とする第２の減速比を設定可能な変速ギアを有することを特徴とするハイブリッド車両。
3. 前記出力特性可変機構は、前記エンジンの運転中に一部の気筒を休止させる気筒休止運転をさせることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記出力特性可変機構は、バルブの開閉制御、点火時期のタイミング制御、および燃料噴射制御のうちの少なくとも１つの制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
5. 車両が前記最高速度を達成するときは、前記モータ駆動力のみを前記第２の伝達経路により前記駆動輪へ伝達する前記シリーズ運転、または、前記モータ駆動力を前記第２の伝達経路により前記駆動輪へ伝達するとともに前記エンジン駆動力を前記第１の伝達経路により前記駆動輪へ伝達するパラレル運転とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
6. 前記第１の伝達経路および前記第２の伝達経路は、前記エンジン駆動力と前記モータ駆動力の少なくとも一方の駆動力を前記駆動輪へ伝達させる共通の出力ギアを備え、
   車両の停止状態を含まない第１の車速以上から前記最高速度までを含む第１の車速範囲では、少なくとも前記モータ駆動力を前記第２の伝達経路により前記駆動輪へ伝達させるシリーズ運転を行い、
   前記第１の車速より低い第２の車速から前記第１の車速未満までの第２の車速範囲では、定常走行時には前記エンジン駆動力を前記第１の伝達経路により前記駆動輪へ伝達させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。

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