JP6197466B2 - ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関し、より詳細には、そのハイブリッドシステムに用いられる動力伝達部に過大な張力が発生することを回避して、システム全体の信頼性を向上することができるハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関する。

ハイブリッド車両に搭載されているエンジン（内燃機関）と電動発電機（Ｍ／Ｇ）とを有するハイブリッドシステムには、エンジンのクランク軸と電動発電機との間の動力の伝達機構として、二つのプーリーにベルト（動力伝達部材）を懸架して構成した動力伝達機構を用いたものがある。

この機構で、エンジンと電動発電機との間で動力を伝達する際に、動力伝達部材に過大な張力が発生する場合がある。

これに関して、エンジンの始動時には、一方向クラッチの非結合動作を固定係止することにより、動力伝達手段を介して電動発電機の回転駆動力をエンジンのクランク軸に伝達してエンジンを始動し、エンジンの始動後は、一方向クラッチの非結合動作の固定係止が解除され、クランク軸の回転数減少時には一方向クラッチが非結合状態に切り換わり、電動発電機の回転駆動力がベルトを介してクランク軸へ伝達されるのを遮断する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ベルトにより動力を伝達するハイブリッドシステムにおいて、動力伝達部材に過大な張力が発生する状況は、エンジンの回転速度の変動やトルクの変動が大きい、エンジンの始動時である。よって、上記の装置では、動力伝達部材の張力変動を完全に抑制することは難しく、システム全体の信頼性が低い。

特開２００８−１０１５８６号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、動力伝達機構の動力伝達部材に過大な張力が発生する前に、動力伝達部材に過大な張力が発生する可能性があることを予測して、その過大な張力の発生を回避して、システム全体の信頼性を向上することができるハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明のハイブリッドシステムは、内燃機関と電動発電機を有し、該内燃機関のクランク軸に直結して動力伝達機構を設け、該動力伝達機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間に動力断接装置を設けて構成されるハイブリッドシステムにおいて、前記動力伝達機構が、前記クランク軸から、前記電動発電機にとの間に懸架される動力伝達部材を有して構成されると共に、前
記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間の断接を制御する断接手段と、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間が接続されている場合に、前記動力伝達機構に伝達されるトルクに基づいて、前記動力伝達部材に予め定めた規定張力以上の張力が発生する可能性があるか否かを予測する過大張力予測手段とを有する制御装置とを設け、前記制御装置が、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間が接続されている場合に、前記過大張力予測手段を実施して、前記動力伝達部材に前記規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測したときに、前記断接手段を実施して、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を切断するように構成される。

この構成によれば、内燃機関と電動発電機のどちらかの回転速度の変動又はトルクの変動によって動力伝達部に過大な張力が発生する前に、動力伝達機構の動力伝達部材に過大な張力が発生する可能性があるか否かを予測することができる。そして、過大な張力が発生する可能性があると予測した場合に、動力断接装置によって、内燃機関のクランク軸と電動発電機の連結を切断することで、過大な張力の発生を回避する。これにより、内燃機関の始動時を含む様々な運転状況に関わらずに、過大な張力を回避して、その過大な張力を原因とする動力伝達部材の変形などを防止することができる。

また、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記制御装置が、前記電動発電機から前記動力伝達機構を介して前記内燃機関に始動トルクを与えて、前記内燃機関を始動する始動手段を有し、前記過大張力予測手段を、前記始動手段が実施されて、前記内燃機関が始動する場合に、前記内燃機関が始動可能回転数に到達するまでの間で、前記電動発電機から前記内燃機関に与えられる付与トルクと、前記内燃機関の始動に必要な目標トルクとのトルク差が、予め定めた過大張力発生値以上になると、前記動力伝達部材に前記規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測する手段とするように構成されることが望ましい。

この構成によれば、始動直後の内燃機関の回転速度の変動が非常に大きいことに起因して動力伝達部材に過大な張力が発生する前に、動力伝達部材に過大な張力が発生する可能性があることを、電動発電機から内燃機関に与えられる付与トルクと内燃機関の始動に必要な目標トルクとのトルク差が過大張力発生値以上になることで予測して、動力伝達部材にその過大な張力が発生することを回避することができる。これにより、回転速度の変動やトルクの変動の大きい内燃機関の始動時に、動力伝達機構の動力伝達部材に発生する過大な張力を回避することができるので、ハイブリッドシステム全体の信頼性を確保することができる。

加えて、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記動力伝達機構が無段変速機構で構成され、前記過大張力予測手段を、前記電動発電機の力行トルクと前記無段変速機構の変速比とから前記付与トルクを算出する手段とするように構成されると、過大張力予測手段で用いられる付与トルクを容易に算出することができる。

さらに、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように、前記動力伝達機構が無段変速機構で構成されると、内燃機関と電動発電機の回転数比を連続的に変更できるレシオ可変機構として、ＣＶＴ等の無段変速機構を用いて、内燃機関のクランク軸の動力を電動発電機に伝達するので、内燃機関のクランク軸の回転数の変動に依存することなく、電動発電機の回転軸の回転数を電動発電機の発電又は駆動に適した回転数に制御することができる。

そのため、電動発電機における回転数の使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機を常時使用することが可能となり、発電時及び電動駆動
時のエネルギー効率を高めることができる。

また、電動発電機側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなり、その結果、電動発電機の小型化及び軽量化を図ることができ、従って、ハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の小型化及び軽量化を図ることができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明のハイブリッド車両は、上記のハイブリッドシステムを搭載して構成される。この構成によれば、信頼性の高いハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両を提供することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明のハイブリッドシステムの動力伝達方法は、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムの動力伝達方法において、動力断接装置により前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機との間を接続し、前記クランク軸に直結した動力伝達機構を介して、前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を行う場合に、前記動力伝達機構に伝達されるトルクに基づいて、前記クランク軸と前記電動発電機との間に懸架される動力伝達部材に予め定めた規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測したときに、前記動力断接装置で前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を切ることを特徴とする方法である。

また、上記のハイブリッドシステムの動力伝達方法において、前記電動発電機から前記内燃機関に始動トルクを与えて、前記内燃機関を始動する場合に、前記内燃機関が始動可能回転数に到達するまでの間で、前記電動発電機から前記内燃機関に与えられる付与トルクと、前記内燃機関の始動に必要な目標トルクとのトルク差が、予め定めた過大張力発生値以上になると、前記動力伝達部材に前記規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測することが望ましい。

本発明によれば、内燃機関と電動発電機のどちらかの回転速度の変動又はトルクの変動によって動力伝達部材に過大な張力が発生する前に、動力伝達機構の動力伝達部材に過大な張力が発生する可能性があるか否かを予測することができ、過大な張力が発生する可能性があると予測した場合に、動力断接装置によって、内燃機関のクランク軸と電動発電機の間を切断することで、過大な張力の発生を回避することができる。

これにより、内燃機関の始動時を含む様々な運転状況に関わらずに、過大な張力の発生を回避して、システム全体の信頼性を向上することができる。

本発明に係る第１の実施の形態のハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステムの動力伝達方法を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法について説明する。

図１に示すように、この実施の形態のハイブリッドシステム２は、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（Ｍ/Ｇ）２１を有するハイブリッドシステムである。なお、ここでは、このハイブリッドシステム２はハイブリッド車両（ＨＥＶ：以下車両とする）１に搭載されているものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。

図１の例に示すように、ハイブリッドシステム２のエンジン１０は、エンジン本体（ＥＮＧ）１１と排気通路１２とターボ過給器１３と、排気通路１２に設けられた排気ガス浄化装置（後処理装置）１４を備えている。この排気ガス浄化装置１４により、エンジン１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（微粒子状物質）等を浄化処理している。この浄化処理された排気ガスは、マフラー（図示しない）等を経由して大気中に放出される。

このエンジン１０のクランク軸１５に直結して動力伝達機構としてＣＶＴ（無段変速機構：レシオ可変機構）１６を設け、このＣＶＴ１６に電動発電機２１を連結する。つまり、エンジン１０のクランク軸１５にＣＶＴ１６の第１プーリー１６ａを設けると共に、電動発電機２１にＣＶＴ１６の第２プーリー１６ｂを設けて構成し、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂを介してクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行うように構成する。

この第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂとの間には無端状のベルト又はチェーン（動力伝達部材）１６ｃが掛けられており、クランク軸１５から第１プーリー１６ａと動力伝達部材１６ｃと第２プーリー１６ｂを経由して電動発電機２１に、また逆に、電動発電機２１から第２プーリー１６ｂと動力伝達部材１６ｃと第１プーリー１６ａを経由してクランク軸１５に、動力が伝達される。

このＣＶＴ１６では、２個一組の第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂにＶ字形状の動力伝達部材１６ｃをかけ、個々のプーリー１６ａ、１６ｂの幅を変えることにより、プーリー１６ａ、１６ｂと動力伝達部材１６ｃの接する位置を変えるようにしており、動力伝達部材１６ｃの接する位置の直径が内側になれば小さくなり、逆に外側なれば大きくなるように構成されている。そして、電子制御による油圧又は電動機構（図示しない）で２個のプーリー１６ａ、１６ｂの幅の拡縮が互いに逆になるように変化させる制御をすることにより、動力伝達部材１６ｃをたるませることなく、変速を連続的に行うことができる。

このＣＶＴ１６を、エンジン１０において、クランク軸１５の一方に変速機３１が接続されており、クランク軸１５の他方にＣＶＴ１６が接続されているように構成すると、ＣＶＴ１６が、エンジン１０に関して、変速機３１とは反対側のクランク軸１５に設けられていることになる。これにより、エンジン１０と変速機３１の間にＣＶＴ１６を設ける必要がなくなる。そのため、ハイブリッドシステムを考慮していない、既存のエンジンと変速機との組み合わせ（パワートレイン）に対しても、電動発電機を容易に設けることができ、ハイブリッドシステムを搭載できるパワートレインの種類を拡大することが容易にできる。

なお、この場合、従来技術では、エンジンに関して、変速機とは反対側には、クランク軸から駆動力を得ている冷却ファンや冷却水ポンプや潤滑油ポンプ等の補機が配置されているので、これらの補機は電動化して、クランク軸から直接駆動力を得ることなく、電動発電機で発電した電力で駆動されるようにすることが好ましい。これにより、補機類のレイアウトに関して自由性が増し、更には状況に応じて補機による負荷損失のないエンジン出力を駆動力に活用できるというメリットが生じる。

また、クランク軸１５と第１プーリー１６ａとの間に、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力の伝達を断接するクランク軸用クラッチ１７を設けて構成する。

このクランク軸用クラッチ１７はハイブリッドシステム用制御装置４１により制御される。このクランク軸用クラッチ１７は、エンジン１０のクランク軸１５の動力で電動発電機２１を発電する場合や電動発電機２１の駆動力でエンジン１０の駆動力をアシストする場合には、接状態にして、クランク軸１５と電動発電機２１の間での動力の伝達を行う。

尚、エンジン１０の搭載方式によっては、エンジン本体１１から車輪３５までの動力の伝達経路は異なってもよい。

一方、電動発電機２１での発電が不要な場合にはクランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１間の動力伝達を切る。これにより、エンジン１０のクランク軸１５に電動発電機２１側及びＣＶＴ１６側のフリクションが加わることを回避することができるので、燃費を向上することができる。

そして、電力システム２０の一部である電動発電機２１は、発電機として、エンジン１０の駆動力を受けて発電をしたり、又は、車両１のブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたり、モータとして駆動して、その駆動力をエンジン１０のクランク軸１５に伝達して、エンジン１０の駆動力をアシストしたりする。

なお、発電して得た電力は、配線２２を経由してインバータ（ＩＮＶ）２３で変換して第１バッテリ（充電器：Ｂ１）２４Ａに充電される。また、電動発電機２１を駆動するときは、第１バッテリ２４Ａに充電された電力をインバータ２３で変換して電動発電機２１に供給する。

図１の構成では、更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＯＮ）２５と第２バッテリ（Ｂ２）２４Ｂを第１バッテリ２４Ａに直列に設けて、第１バッテリ２４Ａの、例えば、一般的な１２Ｖや２４Ｖ以上の高い電圧の電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５で、例えば、１２Ｖに電圧降下させて、第２バッテリ２４Ｂに充電して、この第２バッテリ２４Ｂから補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃ等に電力を供給するように構成している。

このハイブリッドシステム２を搭載したハイブリッド車両（以下車両）１においては、エンジン１０の動力は、動力伝達システム３０の変速機（トランスミッション）３１に伝達され、更に、変速機３１より推進軸（プロペラシャフト）３２を介して作動装置（デファレンシャルギア）３３に伝達され、作動装置３３より駆動軸（ドライブシャフト）３４を介して車輪３５に伝達される。これにより、エンジン１０の動力が車輪３５に伝達され、車両１が走行する。

一方、電動発電機２１の動力に関しては、第１バッテリ２４Ａに充電された電力がインバータ２３を介して電動発電機２１に供給され、この電力により電動発電機２１が駆動され動力を発生する。この電動発電機２１の動力は、ＣＶＴ１６を介してクランク軸１５に伝達されて、エンジン１０の動力伝達経路を伝達して、車輪３５に伝達される。

これにより、電動発電機２１の動力がエンジン１０の動力と共に車輪３５に伝達され、車両１が走行する。なお、回生時には、逆の経路で、車輪３５の回生力、又はエンジン１０の回生力が電動発電機２１に伝達されて、電動発電機２１で発電が可能となる。

また、ハイブリッドシステム用制御装置４１が設けられ、エンジン１０の回転数Ｎｅや負荷Ｑ等の運転状態や電動発電機２１の回転数Ｎｍ等の運転状態や第１バッテリ２４Ａ、第２バッテリ２４Ｂの充電量（ＳＯＣ）の状態をモニターしながら、ＣＶＴ１６や電動発電機２１、インバータ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５等を制御する。このハイブリッド
システム用制御装置４１は、通常は、エンジン１０や車両１を制御する全体制御装置４０に組み込まれて構成される。この全体制御装置４０は、エンジン１０の制御では、シリンダ内燃焼やターボ過給器１３や排気ガス浄化装置１４や補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃなどを制御している。

そして、この実施の形態のハイブリッドシステム２は、特に、エンジン１０の回転速度の変動やトルクの変動の大きい始動時に、ＣＶＴ１６に発生する過大な張力を回避するために、ハイブリッドシステム用制御装置４１が、始動手段Ｍ１と断接手段Ｍ２と過大張力予測手段Ｍ３を有して構成される。

始動手段Ｍ１は、電動発電機２１からＣＶＴ１６を経由してエンジン１０に始動トルクを与えて、エンジン１０を始動する手段である。この始動手段Ｍ１は、クランキング開始と同時に、あるいはクランキング開始前に、ＣＶＴ１６のプーリー比を、エンジン１０側が高回転、且つ低トルクになるように、第１プーリー１６ａのプーリー径を最大に、及び第２プーリー１６ｂのプーリー径を最小にするように構成されることが望ましい。これにより、誘導モータや同期モータで構成される電動発電機２１で、エンジン１０を始動するために必要な始動トルクを得ることができる。

断接手段Ｍ２は、クランク軸用クラッチ１７を接状態及び断状態にする手段である。この断接手段Ｍ２を実施することで、クランク軸用クラッチ１７を接状態にして、エンジン１０と電動発電機２１との間を接続し、一方、クランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１間を切断する。

過大張力予測手段Ｍ３は、クランク軸用クラッチ１７が接続されている場合に、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂに伝達されるトルクに基づいて、動力伝達部材１６ｃに予め定めた規定張力Ｔ以上の張力が発生する可能性があるか否かを予測する手段である。

詳しくは、始動手段Ｍ１が実施されて、エンジン１０が始動する場合に、エンジン１０が始動可能回転数Ｎｅ０に到達するまでの間で、電動発電機２１からエンジン１０に与えられる付与トルクＴｍ’と、エンジン１０の始動に必要な目標トルクＴｅ’とのトルク差ΔＴが、予め定めた過大張力発生値Ｔ’以上になると、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性があると予測する手段である。

この規定張力Ｔは、動力伝達部材１６ｃの材質などにより変わる定数であり、予め実験などにより動力伝達部材１６ｃが変形しない範囲の最大張力として求められる。

この過大張力予測手段Ｍ３が行う予測方法の一例を説明する。まず、全体制御装置４０に記憶されているエンジン回転数Ｎｅとエンジン１０の出力トルクＴｅに基づいたエンジン制御マップなどを参照してエンジン１０の始動に必要な目標トルクＴｅ’を算出する。この目標トルクＴｅ’は、エンジン１０の気筒数などにより定められる定数であり、エンジン１０の回転数Ｎｅがゼロから始動可能回転数Ｎｅ０になるまで高くなることに反比例して小さくなる値である。

次に、ハイブリッドシステム用制御装置４１に記憶されている電動発電機２１の回転数Ｎｍと力行トルク及び回生トルクＴｍに基づいた電動発電機制御マップを参照して、ＣＶＴ１６に伝達される前の力行トルクＴｍを算出する。

次に、電動発電機２１の目標回転数Ｎｍ’を設定する。電動発電機２１の回転数Ｎｍは、エンジン１０のクランク軸１５の回転数Ｎｅの変動に依存することなく、電動発電機２１の発電又は駆動に適した、つまり電気的特性の効率の高い高効率回転領域に限定されており、この目標回転数Ｎｍ’その高効率回転領域内の値に設定される。

高効率回転領域は、電動発電機２１の回生効率及び駆動効率に基づいて、それらの電気的特性の効率が高くなるように最適化された回転領域であり、電動発電機２１の最大トルクや最大馬力などの特性によって定められる回転領域である。

次に、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｍ’に基づいて、ハイブリッドシステム用制御装置４１に予め記憶されたプーリー比制御マップを参照し、ＣＶＴ１６に設けた図示しないアクチュエータにより、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂのそれぞれ幅を拡縮して、それぞれのプーリー径を変化させて、プーリー比Ｒを変化させる。次に、力行トルクＴｍとプーリー比Ｒから電動発電機２１からエンジン１０に付与される付与トルクＴｍ’を算出する。そして、算出された付与トルクＴｍ’と目標トルクＴｅ’とのトルク差ΔＴを算出する。

そして、算出したトルク差ΔＴと予め定めた過大張力発生値Ｔ’とを比較し、トルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’以上になると、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性があると予測する。

過大張力発生値Ｔ’は、動力伝達部材１６ｃの強度や電動発電機２１の定格トルクなどによって変わる値であり、規定張力Ｔよりも大きな張力が発生する場合のトルク差から定められる値である。

この過大張力予測手段Ｍ３により、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する前に、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性があるか否かを予測することができ、過大な張力が発生する可能性があると予測されたときに、断接手段Ｍ２を実施することで、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を切断する。これにより、動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生することを回避することができる。

上記の過大張力予測手段Ｍ３の予測方法は一例であり、この過大張力予測手段Ｍ３は、動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生する前に、その過大な張力が発生する可能性があるか否かを予測することができればよく、上記の予測方法に限定されない。但し、上記の予測方法は、ハイブリッドシステム２を運用する上で必要となる付与トルクＴｍ’や目標トルクＴｅ’などを用いるため、予測のために新たなセンサを追加することなく、予測することができるので望ましい。

また、上記の予測方法は、電動発電機２１の力行トルクＴｍとＣＶＴ１６のプーリー比Ｒから付与トルクＴｍ’を容易に算出することができるので望ましい。

そして、この実施の形態におけるハイブリッドシステム２の動力伝達方法は、クランク軸用クラッチ１７によりエンジン１０のクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を接続し、クランク軸１５に直結したＣＶＴ１６を介して、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行う場合に、ＣＶＴ１６の第１プーリー１６ａと、第２プーリー１６ｂに伝達されるトルクに基づいて、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の張力が発生する可能性があると予測したときに、クランク軸用クラッチ１７でクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を切ることを特徴とする方法である。

この動力伝達方法について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下で説明する動力伝達方法は、エンジン１０の始動時を例に説明するが、本発明はこれに
限定されずに、クランク軸１５と電動発電機２１との間が接続されている場合に行われる方法である。また、この動力伝達方法を開始する前には、クランク軸用クラッチ１７は接状態に制御されており、且つＣＶＴ１６のプーリー比Ｒはエンジン１０側が高回転、且つ低トルクになるように設定されているものとする。

まず、始動手段Ｍ１を実施して、電動発電機２１の力行運転を開始するステップＳ１０を行う。ステップＳ１０が行われると、クランク軸用クラッチ１７が接状態のため、電動発電機２１からエンジン１０に始動トルク（付与トルクＴｍ’）が付与され、エンジン１０の始動が開始される。

エンジン１０の始動時では、エンジン回転数Ｎｅがゼロの場合に必要な始動トルクは大きくする必要があるが、徐々にエンジン回転数Ｎｅが上がっていくにつれて、エンジン１０を始動させるために必要な目標トルクＴｅ’は小さくなる。よって、クランキング開始直後から、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを段階的に下げる、あるいはエンジン１０の始動可能回転数Ｎｅ０に向けて、電動発電機２１の力行トルクＴｍを段階的に下げる制御を行うとよい。これにより、円滑なエンジン１０の始動を実現することができると共に、始動時に要する所要時間を短縮することができる。

次に、過大張力予測手段Ｍ３を実施して、電動発電機２１からエンジン１０に与えられる付与トルクＴｍ’と、エンジン１０の始動に必要な目標トルクＴｅ’とのトルク差ΔＴを算出するステップＳ２０を行う。次に、トルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’以上か否かを判断するステップＳ３０を行う。このステップＳ３０でトルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’以上の場合に、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性があると予測できる。

ステップＳ３０で、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性があると予測されると、次に、断接手段Ｍ２を実施して、クランク軸用クラッチ１７を断状態にするステップＳ４０を行う。このステップＳ４０により、クランク軸１５と電動発電機２１との間が切断されるので、動力伝達部材１６ｃに掛かる張力を低下、あるいはゼロにして、過大な張力の発生を回避することができる。そして、この動力伝達方法は完了する。

なお、ステップＳ４０を行って、エンジン１０の始動ができなくなった場合は、再度ステップＳ１０を行ってエンジン１０の再始動を試みる。

ステップＳ３０で、トルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’よりも小さい場合は、動力伝達部材１６ｃに規定張力Ｔ以上の過大な張力が発生する可能性がないと予測する。次に、エンジン回転数Ｎｅが始動可能回転数Ｎｅ０以上か否かを判断するステップＳ５０を行う。このステップＳ５０でエンジン回転数Ｎｅが始動可能回転数Ｎｅ０よりも小さい場合は、次に、電動発電機２１の力行運転を継続するステップＳ６０を行って、再度ステップＳ２０へと戻る。

ステップＳ５０で、エンジン回転数Ｎｅが始動可能回転数Ｎｅ０以上となると、この動力伝達方法は完了する。

本発明の実施の形態のハイブリッドシステム２、ハイブリッド車両１、及びその動力伝達方法によれば、エンジン１０と電動発電機２１のどちらかの回転速度の変動又はトルクの変動によって動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生する前に、ＣＶＴ１６の動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生する可能性があることを予測することができる。

そして、過大な張力が発生する可能性があることを予測したときに、クランク軸用クラッチ１７によって、エンジン１０のクランク軸１５と電動発電機２１との間を切断することで、過大な張力の発生を回避することができる。そのため、エンジン１０の始動時を含む様々な運転状況に関わらずに、過大な張力の発生を回避することで、ハイブリッドシステム２のシステム全体の信頼性を向上することができる。

特に、本発明のハイブリッドシステム２は、始動直後のエンジン１０の回転速度の変動が非常に大きいことに起因して動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生する前に、動力伝達部材１６ｃに過大な張力が発生する可能性があることを、電動発電機２１からエンジン１０に与えられる付与トルクＴｍ’とエンジン１０の始動に必要な目標トルクＴｅ’とのトルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’以上になることで予測して、動力伝達部材１６ｃにその過大な張力が発生することを回避することができる。これにより、回転速度の変動やトルクの変動の大きいエンジン１０の始動時に、ＣＶＴ１６の動力伝達部材１６ｃに発生する過大な張力を回避することができるので、ハイブリッドシステム２の信頼性を確保することができる。

また、ＣＶＴ１６を用いて、エンジン１０のクランク軸１５の動力を電動発電機２１に伝達するので、エンジン１０のクランク軸１５の回転数Ｎｅの変動に依存することなく、電動発電機２１の回転軸の回転数Ｎｍを電動発電機２１の発電又は駆動に適した回転数に制御することができる。

そのため、電動発電機２１における回転数Ｎｍの使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機２１を使用することが可能となり、発電時及び電動駆動時のエネルギー効率を高めることができる。

更に、電動発電機２１側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなり、その結果、電動発電機２１及びハイブリッドシステム２の小型化及び軽量化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態のハイブリッドシステム２のエンジン１０は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに適用することができ、その気筒数や配列は限定されない。

また、電動発電機２１は、一般的なスタータモータなどに用いられる高回転になるに従ってトルクが低下する直巻きＤＣモータとは異なり、力行運転により駆動力をアシストしたり、余剰な駆動力により回生運転されると、発電したりできるモータであって、ある回転までは一定のトルクを発生する誘導モータや同期モータが望ましい。

このような誘導モータや同期モータを電動発電機２１として用いる場合は、前述したように、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させることにより、電動発電機２１の回転数Ｎｍを電気的特性の効率の良い高効率回転領域に限定することで、常に電動発電機２１の駆動効率や回生効率を向上することができる。

加えて、上記のハイブリッドシステム２は、電動発電機２１に別の電動発電機を直列に配置して、電動発電機を複数設けるように構成することができる。複数の電動発電機を設けることで、設計の自由度が増加するので、多様な仕様に対応することができる。また、標準仕様で電動発電機２１の１個にした場合でも、オプションとして容易に、後から別の電動発電機を追加できるので、基本レイアウトを同一とすることができ、部品点数、重量、コストを削減することができる。

その場合は、複数の電動発電機の間に動力断接装置を設けるとよく、上記のステップＳ４０を行う前に、その動力断接装置を切断するステップを設けることで、付与トルクＴｍ’を低減して、トルク差ΔＴを小さくすることができる。そして、再度トルク差ΔＴが過大張力発生値Ｔ’以上になったときに、クランク軸用クラッチ１７を切断するステップＳ４０を行うようにするとよい。

更に、クランク軸用クラッチ１７は、エンジン１０のクランク軸１５と、電動発電機２１の駆動軸とを切り離すことが可能な装置であればよく、例えば、摩擦式クラッチ、電磁式クラッチ（パウダークラッチ）の他に、流体継手などを用いることができる。このクランク軸用クラッチ１７は、変速機３１に設けられ、エンジン１０と変速機３１との間の動力伝達を断接するクラッチとは別に設けられたものである。

このクランク軸用クラッチ１７は、上記の実施の形態では、エンジン１０とＣＶＴ１６との間に設けられたが、本発明はこれに限定されずに、例えば、ＣＶＴ１６と電動発電機２１との間に設けることもできる。但し、エンジン１０とＣＶＴ１６との間に設けると、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を切断したときに、エンジン１０にＣＶＴ１６側のフリクションが加わることを回避できるため望ましい。

その上、上記の実施の形態では、第１プーリー１６ａと、第２プーリー１６ｂのそれぞれの幅を拡縮し、それぞれのプーリー径を変化させて、プーリー比Ｒを無段変速できるＣＶＴ１６を用いて構成したが、本発明はこれに限定されずに、ＣＶＴ１６の代わりに変速できない動力伝達機構を用いることができる。また、動力伝達部材１６ｃとして、無端状のベルトやチェーンを用いることができる。

上記の実施の形態の始動手段Ｍ１で、エンジン１０の始動時に、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを、エンジン１０側が高回転、且つ低トルクになるように制御したが、この制御の代わりに、電動発電機２１の力行トルクを大きくできる場合は、電動発電機２１を制御して、エンジン１０の始動に必要な始動トルクを得るようにしてもよい。

本発明のハイブリッドシステム及びハイブリッドシステムの動力伝達方法は、内燃機関と電動発電機のどちらかの回転速度の変動又はトルクの変動によって動力伝達部材に過大な張力が発生する前に、動力伝達部材に過大な張力が発生する可能性があるか否かを予想することができ、過大な張力が発生する可能性があると予想したときに、動力断接装置によって、内燃機関のクランク軸と電動発電機の連結を切断することで、過大な張力の発生を抑制することができるので、特に始動時に回転速度の変動が大きいディーゼルエンジンと電動発電機とを組み合わせたハイブリット車両に利用することができる。

１ 車両（ハイブリッド車両：ＨＥＶ）
２ ハイブリッドシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１２ 排気通路
１３ ターボ過給器
１４ 排気ガス浄化装置
１５ クランク軸
１６ ＣＶＴ（無段変速機構；動力伝達機構）
１６ｃ 動力伝達部材
１７ クランク軸用クラッチ（動力断接装置）
２０ 電力システム
２１ 電動発電機（Ｍ/Ｇ）
２２ 配線
２３ インバータ（ＩＮＶ）
２４Ａ 第１バッテリ（Ｂ）
２４Ｂ 第２バッテリ（Ｂ）
２５ ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＯＮ）
２６Ａ 冷却ファン（補機）
２６Ｂ 冷却水ポンプ（補機）
２６Ｃ 潤滑油ポンプ（補機）
３０ 動力伝達システム
３１ 変速機（トランスミッション）
３２ 推進軸（プロペラシャフト）
３３ 差動装置（デファレンシャルギア）
３４ 駆動軸（ドライブシャフト）
３５ 車輪
４０ 全体制御装置
４１ ハイブリッドシステム用制御装置

Claims (5)

1. 内燃機関と電動発電機を有し、該内燃機関のクランク軸に直結して動力伝達機構を設け、該動力伝達機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間に動力断接装置を設けて構成されるハイブリッドシステムにおいて、
   前記動力伝達機構が、前記クランク軸から、前記電動発電機にとの間に懸架される動力伝達部材を有して構成されると共に、
   前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間の断接を制御する断接手段と、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間が接続されている場合に、前記動力伝達機構に伝達されるトルクに基づいて、前記動力伝達部材に予め定めた規定張力以上の張力が発生する可能性があるか否かを予測する過大張力予測手段と、前記電動発電機から前記動力伝達機構を介して前記内燃機関に始動トルクを与えて、前記内燃機関を始動する始動手段を有する制御装置とを設け、
   前記制御装置が、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間が接続されている場合に、前記始動手段が実施されて前記内燃機関が始動したときに、前記過大張力予測手段を実施して、前記内燃機関が始動可能回転数に到達するまでの間で、前記電動発電機から前記内燃機関に与えられる付与トルクと、前記内燃機関の始動に必要な目標トルクとのトルク差が、予め定めた過大張力発生値以上になると、前記動力伝達部材に前記規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測したときに、前記断接手段を実施して、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を切断するように構成されることを特徴とするハイブリッドシステム。
2. 前記動力伝達機構が無段変速機構で構成され、
   前記過大張力予測手段を、前記電動発電機の力行トルクと前記無段変速機構の変速比とから前記付与トルクを算出する手段とすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステム。
3. 前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように、前記動力伝達機構が無段変速機構で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッドシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッドシステムを搭載することを特徴とす
   るハイブリッド車両。
5. 内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムの動力伝達方法において、
   動力断接装置により前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機との間を接続し、前記クランク軸に直結した動力伝達機構を介して、前記電動発電機から前記内燃機関に始動トルクを与えて、前記内燃機関を始動する場合に、前記内燃機関が始動可能回転数に到達するまでの間で、前記電動発電機から前記内燃機関に与えられる付与トルクと、前記内燃機関の始動に必要な目標トルクとのトルク差が、予め定めた過大張力発生値以上になると、前記動力伝達部材に前記規定張力以上の張力が発生する可能性があると予測したときに、前記動力断接装置で前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を切ることを特徴とするハイブリッドシステムの動力伝達方法。

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