JP4736950B2 - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホールを有する車両用動力装置に関し、特に、フライホイールの保護に関する。

一般的に、エンジンの出力軸であるクランク軸には、エンジンの回転変動を低減するためのフライホイールが結合されている。フライホイールの慣性モーメントを大きくすれば、回転変動が低減され、特にエンジンアイドリングや、低回転運転において、その効果は大きい。一方、フライホイールの慣性モーメントが大きいと、車両加速時において、フライホイールを加速させるために、エネルギを消費し、車両の加速性能が低下する。また、車両減速時において、フライホールに蓄えられたエネルギのために、エンジンブレーキの効きが悪くなる。

低速時の回転変動の低減、加減速時の応答性の向上の相反する要求を満足すべく、慣性モーメントを変更することができるフライホイールの提案がなされている。下記特許文献１においては、エンジンのクランク軸に結合された第１のフライホイールと、この第１のフライホイールに対して接続・切断可能な第２のフライホイールを設ける技術が開示されている。この技術においては、アイドリング時においては、第２のフライホイールを第１のフライホイールと係合し、クランク軸に結合される慣性モーメントを増加させ、加速時においては、切り離して慣性モーメントを低下させている。

特開２００３−７４６４１号公報

クラッチの接続・切断を繰り返すと、クラッチの摩擦面が過熱して、摩耗が促進され、クラッチの寿命が低下する可能性がある。また、さらに過熱の程度が大きい場合には、クラッチが焼き付く場合も考えられる。

本発明は、フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチの過熱を抑制し、保護することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の車両用動力装置は、車両を駆動するエンジンと、フライホイールと、フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、クラッチを制御する制御部と、有し、前記制御部は、クラッチの動作の履歴に基づきクラッチの温度を推定するクラッチ温度推定部と、推定された温度が所定値以上となった場合、以後のクラッチの所定の動作を禁止するクラッチ動作禁止部と、を有している。

さらに、前記禁止されるクラッチの動作は、フライホイールに蓄えられた回転エネルギを利用してエンジンの再始動を行う動作とすることができる。

さらにまた、前記禁止されるクラッチの動作は、フライホイールに蓄えられた回転エネルギを利用してエンジンの再始動を行う動作と、エンジンに対して低い回転速度のフライホイールを接続してエンジンの回転速度を低下させる動作とすることができ、前記制御部は、推定された温度が第１の所定値以上の場合、前記の再始動に係る動作を禁止し、推定された温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超える場合、前記のエンジン回転速度を低下させる動作も禁止するようにできる。

また、本発明の他の態様である、車両用動力装置の制御装置は、車両を駆動するエンジンと、フライホイールと、フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチとを有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、クラッチの動作の履歴に基づきクラッチの温度を推定するクラッチ温度推定部と、推定された温度が所定値以上となった場合、以後のクラッチの所定の動作を禁止するクラッチ動作禁止部と、を有している。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を付加フライホイール４２と記す。なお、付加フライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続・切断するように構成して、エンジン出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。

付加フライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、付加フライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、付加フライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この付加フライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、付加フライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８にて交流に変換され、第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８により直流または脈流に変換されてバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、付加フライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、付加フライホイールに関する制御も行う。

付加フライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および付加フライホイール４２の接続・切断を行うクラッチを制御する制御部として機能する。

エンジン１２、またはこれと第２モータ１６での走行中において、運転者がアクセルペダルを踏み込むなどの加速要求がなされると、エンジン１２の回転系の慣性モーメントを低減するために、ハイブリッドＥＣＵ６６はクラッチ４４を切断する。これにより、エンジン１２の回転速度が速やかに上昇し、加速に必要な出力を応答性よく得ることができる。

アクセルペダルが戻され、これ以上加速は不要であるとされた場合、ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２の回転速度を、出力を優先する速度から、燃料消費率を低減するのに有利な速度に変更する。一般的に、燃料消費低減に有利な速度は、高出力を得るのに有利な速度より低い速度である。エンジン１２の回転速度を低下させるために、燃料の供給を絶つ方法があるが、これであると、燃焼による酸素消費がないためにエンジンの排気には酸素が残っており、排気浄化触媒にこれが供給される。加速中に加熱された触媒に酸素が供給されると、触媒が酸化され、その寿命を短くする場合がある。そこで、本実施形態においては、燃料の供給を止めずに、付加フライホイールを用いてエンジン１２の速度を低下させる。

付加フライホイール４２の接続・切断を繰り返すと、クラッチ４４が熱を持つ。クラッチ４４の温度が上がりすぎるとクラッチ４４の寿命に悪い影響を与え、また更に過熱が進むとクラッチが焼き付き、切断できない状態となる可能性もある。本実施形態の動力装置１０は、クラッチ４４の動作の履歴に基づき、クラッチの温度を推定し、この推定された温度に基づき、クラッチ４４の動作、すなわち付加フライホイール４２の接続・切断動作に制限を加える。これにクラッチの使用頻度を低減し、過熱を抑制する。

クラッチの温度の推定は、例えば次のように行うことができる。クラッチの発熱量は、クラッチの接続開始時点における、クラッチの摩擦面の入力側、出力側の回転速度差と、伝達されたトルクの積で表される。
（クラッチ発熱量）＝（伝達トルク）×（回転速度差）
入出力の回転速度の差は、本実施形態においては、エンジン出力軸４０の回転速度と、付加フライホイール４２の回転速度であり、これらは回転速度センサ５２，５８により検出可能である。クラッチ部分に吸収される熱量は、クラッチ発熱量から放熱量を引いたものである。
（クラッチ発熱量）−（放熱量）＝（クラッチ部吸熱量）
放熱量は、あらかじめ試験を行いデータを得ておく。クラッチを操作することによる発熱量と、クラッチが操作されていないとき（完全に接続しているか、切断しているとき）の放熱量から、ある時間内のクラッチ部に吸収される熱量が推定できる。

クラッチ部に蓄積する熱量は、クラッチ部吸熱量をクラッチ面積で割ったものである。
（クラッチ部に蓄積する熱量）＝（クラッチ部吸熱量）／（クラッチ面積）
クラッチ板の熱容量は、次式で求められる。
（クラッチ板熱容量）＝（クラッチ板の体積）×（比重）×（比熱）
単位時間あたりのクラッチの摩擦面の温度上昇は、次式となる。
（摩擦面温度上昇）＝（クラッチ部に蓄積する熱量）／（クラッチ板熱容量）
以上により、クラッチの温度を推定することができる。

また、推定された温度ごとに、禁止する動作を異なるものとすることができる。温度のしきい値として、第１のしきい値と、これより高い第２のしきい値を定める。第２のしきい値は、クラッチの許容温度である。推定された温度が第１のしきい値を超えると、付加フライホイール４２を利用した再始動が禁止される。再始動は、クラッチの負担が大きく、これを行うと、大きく温度が上昇する可能性があり、余裕をみて、低めの温度でも禁止する。第２のしきい値を超えると、付加フライホイール４２を用いてエンジンの回転速度を速やかに低下させる制御を禁止する。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。

符号の説明

１０ 動力装置、１２ エンジン、１４ 第１モータ、１６ 第２モータ、１８ 動力分配統合機構、４０ エンジン出力軸、４２ 付加フライホイール、４４ クラッチ、５２ エンジンの回転速度センサ、５８ 付加フライホイールの回転速度センサ。

Claims (2)

1. 車両を駆動するエンジンと、
   フライホイールと、
   フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、
   クラッチを制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   クラッチの動作の履歴に基づきクラッチの温度を推定するクラッチ温度推定部と、
   推定された温度が所定値以上となった場合、以後のクラッチの所定の動作を禁止するクラッチ動作禁止部と、
   を有し、
   前記禁止されるクラッチの動作は、フライホイールに蓄えられた回転エネルギを利用してエンジンの再始動を行う動作と、エンジンに対して低い回転速度のフライホイールを接続してエンジンの回転速度を低下させる動作、であり、
   前記制御部は、推定された温度が第１の所定値以上の場合、前記の再始動に係る動作を禁止し、推定された温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超える場合、前記のエンジン回転速度を低下させる動作も禁止する、
   車両用動力装置。
2. 車両を駆動するエンジンと、フライホイールと、フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチとを有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
   クラッチの動作の履歴に基づきクラッチの温度を推定するクラッチ温度推定部と、
   推定された温度が所定値以上となった場合、以後のクラッチの所定の動作を禁止するクラッチ動作禁止部と、
   を有し、
   前記禁止されるクラッチの動作は、フライホイールに蓄えられた回転エネルギを利用してエンジンの再始動を行う動作と、エンジンに対して低い回転速度のフライホイールを接続してエンジンの回転速度を低下させる動作、であり、
   前記制御部は、推定された温度が第１の所定値以上の場合、前記の再始動に係る動作を禁止し、推定された温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超える場合、前記のエンジン回転速度を低下させる動作も禁止する、
   車両用動力装置の制御装置。

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