特開 2024-180184 プラグインハイブリッド車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180184

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】プラグインハイブリッド車両

(51)【国際特許分類】

   B60K 6/40 20071001AFI20241219BHJP

   B60K 6/24 20071001ALI20241219BHJP

   B60K 6/445 20071001ALI20241219BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20241219BHJP

   B60K 15/063 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

B60K6/40

B60K6/24 ZHV

B60K6/445

B60K1/04 Z

B60K15/063 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099674

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】末永 真一郎

【テーマコード（参考）】

3D038

3D202

3D235

【Ｆターム（参考）】

3D038CA11

3D038CA12

3D038CB01

3D038CD02

3D038CD18

3D038CD19

3D202AA03

3D202AA10

3D202EE01

3D202EE23

3D235AA01

3D235BB17

3D235BB18

3D235BB41

3D235CC02

3D235CC12

3D235CC15

3D235CC32

3D235DD02

3D235DD12

3D235DD35

3D235DD47

3D235FF12

3D235FF23

(57)【要約】

【課題】石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素の削減を図るとともに車両部品の搭載スペースの増加を抑制できるプラグインハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】エンジン１２、電池４２、及び機電一体型の駆動ユニット７０を備えたプラグインハイブリッド車両１０であって、（ａ）水タンク８２、水タンク８２に収容された水と二酸化炭素９６とを原料にアルコール系燃料を生成する燃料生成装置８０、及び燃料生成装置８０で生成されたアルコール系燃料を収容する第１燃料タンク８８が備えられ、（ｂ）エンジン１２及び駆動ユニット７０は、エンジンコンパートメント７４内に収容され、（ｃ）エンジンコンパートメント７４内において、燃料生成装置８０は、駆動ユニット７０の上方に配置され、（ｄ）電池４２、水タンク８２、及び第１燃料タンク８８は、いずれも車室７６下に配置されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン、電池、及び前記エンジンの出力と前記電池から供給された電力との少なくとも一方により一対の駆動輪に動力を伝達する機電一体型の駆動ユニットを備えたプラグインハイブリッド車両であって、
水タンク、前記水タンクに収容された水と二酸化炭素とを原料にアルコール系燃料を生成する燃料生成装置、及び前記燃料生成装置で生成された前記アルコール系燃料を収容する燃料タンクが備えられ、
前記エンジン及び前記駆動ユニットは、エンジンコンパートメント内に収容され、
前記エンジンコンパートメント内において、前記燃料生成装置は、前記駆動ユニットの上方に配置され、
前記電池、前記水タンク、及び前記燃料タンクは、いずれも車室下に配置されている
ことを特徴とするプラグインハイブリッド車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

エンジンの出力と電池から供給された電力との少なくとも一方により一対の駆動輪に動力を伝達する機電一体型の駆動ユニットを備えたプラグインハイブリッド車両に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの出力と電池から供給された電力との少なくとも一方により一対の駆動輪に動力を伝達する駆動ユニットを備えたハイブリッド車両が知られている。例えば、特許文献１に記載のものがそれである。また、水を電気分解して生成した水素に大気中の二酸化炭素を反応させてメタノールやエタノールなどのアルコール系燃料を生成させる燃料生成装置も知られている。例えば、非特許文献１に記載のものがそれである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１７８０７７号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】菊地 隆司，“常圧220℃でCO2からのアルコール電解合成に初めて成功～電解セル技術のゼロカーボン社会への貢献に期待～”，［online］，令和４年１１月１０日，北海道大学ホームページ，［令和５年６年７日検索］，インターネット＜URL:https://www.hokudai.ac.jp/news/2022/11/220co2.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素の削減を図るために、特許文献１に記載のハイブリッド車両を、その電池を外部電源から充電可能とし且つ前述の燃料生成装置を搭載したプラグインハイブリッド車両とすることが考えられる。しかし、単に外部電源から電池が充電可能とされ且つ燃料生成装置が搭載されても車両部品の搭載スペースの増加により車両の大型化を招いてしまう。

【0006】

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素の削減を図るとともに車両部品の搭載スペースの増加を抑制できるプラグインハイブリッド車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の要旨とするところは、エンジン、電池、及び前記エンジンの出力と前記電池から供給された電力との少なくとも一方により一対の駆動輪に動力を伝達する機電一体型の駆動ユニットを備えたプラグインハイブリッド車両であって、（ａ）水タンク、前記水タンクに収容された水と二酸化炭素とを原料にアルコール系燃料を生成する燃料生成装置、及び前記燃料生成装置で生成された前記アルコール系燃料を収容する燃料タンクが備えられ、（ｂ）前記エンジン及び前記駆動ユニットは、エンジンコンパートメント内に収容され、（ｃ）前記エンジンコンパートメント内において、前記燃料生成装置は、前記駆動ユニットの上方に配置され、（ｄ）前記電池、前記水タンク、及び前記燃料タンクは、いずれも車室下に配置されていることにある。

【発明の効果】

【0008】

本発明のプラグインハイブリッド車両によれば、（ａ）水タンク、前記水タンクに収容された水と二酸化炭素とを原料にアルコール系燃料を生成する燃料生成装置、及び前記燃料生成装置で生成された前記アルコール系燃料を収容する燃料タンクが備えられ、（ｂ）前記エンジン及び前記駆動ユニットは、エンジンコンパートメント内に収容され、（ｃ）前記エンジンコンパートメント内において、前記燃料生成装置は、前記駆動ユニットの上方に配置され、（ｄ）前記電池、前記水タンク、及び前記燃料タンクは、いずれも車室下に配置されている。駆動ユニットが機電一体型であるため、エンジンコンパートメント内における駆動ユニットの上方の空いたスペースに燃料生成装置が配置される。燃料生成装置により生成された燃料を使用して走行できるため、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素を削減することができる。したがって、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素の削減が図られるとともに車両部品の搭載スペースの増加が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例に係るプラグインハイブリッド車両の概略構成図である。

【図2】図１に示すトランスアクスルの構成を説明する図である。

【図3】図１に示すパワーコントロールユニット等の電気的構成の一例を説明する図である。

【図4】図１に示す電池、燃料生成装置、水タンク、第１燃料タンク、及び第２燃料タンクの配置について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。

【実施例0011】

図１は、実施例に係るプラグインハイブリッド車両１０（以下、単に「車両１０」と記す。）の概略構成図である。なお、本明細書において、「上下方向」とは、車両１０における鉛直線の方向であり、「前後方向」とは、車両１０の前後方向である。

【0012】

車両１０は、走行用の動力源であるエンジン１２と、エンジン１２及び一対の駆動輪１４の間の動力伝達経路に設けられたトランスアクスル７２と、を備える。また、車両１０は、電池４２、パワーコントロールユニット４６（以下、単に「ＰＣＵ４６」と記す。）、燃料生成装置８０、水タンク８２、電源接続部８６、第１燃料タンク８８、第２燃料タンク９０、及び燃料混合装置５８を備える。

【0013】

水タンク８２は、外部の水供給源９４から供給された水を収容する密閉容器である。電源接続部８６は、外部電源９２に接続可能なユニット（例えば、コンセント）であって、外部電源９２から供給された電力で電池４２を充電可能とする。また、電源接続部８６は、外部電源９２から供給された電力を燃料生成装置８０に供給可能である。燃料生成装置８０には、水タンク８２に収容された水がポンプ８４の作動により配水管１０２を介して供給され、大気中の二酸化炭素９６が供給され、電源接続部８６を介して外部電源９２から電力が供給される。燃料生成装置８０は、供給された水を電気分解して生成した水素に、二酸化炭素９６を反応させてアルコール系燃料を生成する。このように、燃料生成装置８０は、水と二酸化炭素９６とを原料にアルコール系燃料を生成する装置である。燃料生成装置８０で生成されたアルコール系燃料は、燃料配管１０４を介して第１燃料タンク８８に収容される。第１燃料タンク８８は、アルコール系燃料を収容する密閉容器である。第１燃料タンク８８には、外部の燃料スタンド９８ａからアルコール系燃料を供給することも可能である。なお、第１燃料タンク８８は、本発明における「燃料タンク」に相当する。第２燃料タンク９０は、外部の燃料スタンド９８ｂから供給されたガソリンや軽油などの石油系燃料を収容する密閉容器である。燃料混合装置５８は、第１燃料タンク８８から供給されたアルコール系燃料と、第２燃料タンク９０から供給された石油系燃料と、を予め定められた混合比（例えば、石油系燃料に対し重量比で１０～２０数％程度）となる混合燃料を生成し、供給管１０６を介してエンジン１２に供給する装置である。

【0014】

エンジン１２は、燃料混合装置５８で混合された混合燃料の燃焼により運転可能な内燃機関である。トランスアクスル７２は、走行用の動力源として機能する後述の第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２（図２参照）を含む。

【0015】

図２は、図１に示すトランスアクスル７２の構成を説明する図である。

【0016】

第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２は、例えば所謂モータジェネレータであって、三相同期電動機である。第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２は、車体１００（図４参照）に取り付けられた非回転部材であるケース１８に収容されている。

【0017】

トランスアクスル７２は、ケース１８の内部に収容されている。例えば、エンジン１２から出力された動力は、動力分割機構４０により第１電動機ＭＧ１及びドライブギヤ２６に機械的に分割される。第１電動機ＭＧ１に分割されたエンジン１２の動力により、第１電動機ＭＧ１は発電する。第１電動機ＭＧ１での発電電力Ｗmg1は電池４２に充電されたり、発電電力Ｗmg1の全部又は一部或いは発電電力Ｗmg1に加えて電池４２からの電力は第２電動機ＭＧ２の回転駆動に用いられたりする。動力分割機構４０は、第１電動機ＭＧ１の運転状態が制御されることにより動力分割機構４０の差動状態が制御される電気式の無段変速機として機能する。ドライブギヤ２６に分割されたエンジン１２の動力は、ドリブンギヤ２８、ドリブン軸３０、ファイナルギヤ３２、デフ３４に伝達される。第２電動機ＭＧ２は、リダクションギヤ３６及びドリブンギヤ２８を介して、ドリブン軸３０に動力伝達可能に連結されている。トランスアクスル７２の出力は、デフ３４に連結された一対の車軸３８等を介して一対の駆動輪１４に伝達される。

【0018】

車両１０は、ＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）走行及びエンジン走行のいずれかの走行を選択可能である。ＢＥＶ走行は、動力源のうちエンジン１２の運転を停止させた状態で第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２の少なくとも一方を動力源に用いる走行である。エンジン走行は、動力源のうち少なくともエンジン１２を動力源に用いる走行である。車両１０は、電池４２に外部電源９２から充電可能であって、エンジン１２の出力と電池４２から供給された電力との少なくとも一方により一対の駆動輪１４に動力が伝達されるプラグインハイブリッド車両である。

【0019】

図３は、図１に示すＰＣＵ４６等の電気的構成の一例を説明する図である。

【0020】

電池４２は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。電池４２は、第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２の駆動用電池である。電池４２からは、例えば蓄電された電力が電気ケーブル１０８及びＰＣＵ４６を介して第２電動機ＭＧ２へ供給される。第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２は、それぞれエンジン１２の動力や一対の駆動輪１４から入力される被駆動力により発電を行い、それらの発電電力がＰＣＵ４６及び電気ケーブル１０８を介して電池４２に充電される。

【0021】

ＰＣＵ４６は、昇圧コンバータ５０、及びインバータ５２、及び電動機制御装置４８を備える。ＰＣＵ４６は、電池４２と第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２との間で各々授受される電力を制御する電力制御装置である。昇圧コンバータ５０は、電池４２の電圧を昇圧してインバータ５２に供給する機能と、インバータ５２により直流に変換された電圧を降圧して電池４２に供給する機能と、を有する昇降圧回路である。インバータ５２は、第１電動機ＭＧ１が授受する電力制御用のＭＧ１パワーモジュール５４、第２電動機ＭＧ２が授受する電力制御用のＭＧ２パワーモジュール５６などを備える。インバータ５２は、昇圧コンバータ５０から出力された直流電流を第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２を駆動するための交流電流に変換する。インバータ５２は、第１電動機ＭＧ１で発電された交流電流及び第２電動機ＭＧ２で発電された交流電流をそれぞれ直流電流に変換する。インバータ５２は、第１電動機ＭＧ１で発電された電力を走行状態に応じて、第２電動機ＭＧ２を駆動するための電力に用いる。

【0022】

電子制御装置４４及び電動機制御装置４８は、それぞれ車両１０内の各部を制御する制御装置を含むコントローラであって、例えばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。

【0023】

電動機制御装置４８は、電子制御装置４４からの出力要求値に基づいて、第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２を制御する。例えば、電動機制御装置４８は、昇圧コンバータ５０及びインバータ５２を制御し、第１電動機ＭＧ１及び第２電動機ＭＧ２の各々の出力を制御する。

【0024】

図２に戻る。駆動ユニット７０は、トランスアクスル７２とＰＣＵ４６とが同一のケース１８に収容されて一体化されたユニット、すなわち機電一体型の駆動ユニットである。機電一体型は、そうでない場合に比較して、駆動ユニットの上下方向の体格を小さくできる。

【0025】

ここから、「同一のケース」の意味について説明する。ケース１８は、例えばアルミ合金の鋳物製であって、第１ケース部６０、第２ケース部６２、第３ケース部６４、及び第４ケース部６６を備える。

【0026】

第１ケース部６０は、有底筒状の部材である。第２ケース部６２は、有底筒状の部材であって、その内部に隔壁６２ｄが設けられている。例えば、第２ケース部６２は、底壁、その底壁の外周縁から上方に延びる側壁、及び隔壁６２ｄが鋳造により一体的に形成されている。第１ケース部６０と第２ケース部６２とは、第１ケース部６０の開口部と第２ケース部６２のエンジン１２側とが合わせられるように、ボルト６８ａ（図２参照）等の締め具によって一体的に連結されている。第２ケース部６２が第１ケース部６０に連結されることにより、ケース１８は、隔壁６２ｄにより上下方向の上下に分離された上部空間Ｕ及び下部空間Ｌを有する。ここで、ケース１８において上部空間Ｕを囲む部分を上部ケース部１８Ｕといい、ケース１８において下部空間Ｌを囲む部分を下部ケース部１８Ｌということとする。上下方向において、下部ケース部１８Ｌは、ケース１８において上部ケース部１８Ｕよりも下方側に設けられた部分である。上部ケース部１８Ｕの下方及び下部ケース部１８Ｌの上方は、共通の隔壁６２ｄとなっている。このため、上部ケース部１８Ｕと下部ケース部１８Ｌとが分離された場合、上部ケース部１８Ｕ及び下部ケース部１８Ｌの少なくとも一方の内部は、必ず外部に露出した状態となる。「同一のケース」とは、このように上部ケース部１８Ｕと下部ケース部１８Ｌとが分離された場合、少なくとも一方の内部が外部に露出してしまうケースを意味する。

【0027】

第２ケース部６２は、下部空間Ｌを区画する側壁のうちエンジン１２とは反対側の側壁に開口部を有する。第２ケース部６２は、上部空間Ｕを区画する上面に開口部を有する。車両１０に搭載された状態おいて、ＰＣＵ４６は上部ケース部１８Ｕに収容され、トランスアクスル７２は下部ケース部１８Ｌに収容されている。第３ケース部６４は、第２ケース部６２の側壁の開口部を塞ぐように、第２ケース部６２に接合された板状の部材である。第２ケース部６２と第３ケース部６４とは、ボルト６８ｂ（図２参照）等の締め具によって一体的に連結されている。第４ケース部６６は、第２ケース部６２の上面の開口部を塞ぐように、第２ケース部６２に接合された板状の部材である。第２ケース部６２と第４ケース部６６とは、ボルト６８ｃ（図２参照）等の締め具によって一体的に連結されている。

【0028】

図４は、図１に示す電池４２、燃料生成装置８０、水タンク８２、第１燃料タンク８８、及び第２燃料タンク９０の配置について説明する図である。駆動ユニット７０は、車幅方向においてエンジン１２と隣接する位置に配置されている。

【0029】

エンジン１２及び駆動ユニット７０は、エンジンコンパートメント７４内に収容されている。エンジンコンパートメント７４内において、駆動ユニット７０の上方に燃料生成装置８０が配置され、エンジン１２、駆動ユニット７０、及び燃料生成装置８０の前方に不図示のラジエターの空冷用ファン２０が配置されている。電池４２、水タンク８２、第１燃料タンク８８、及び第２燃料タンク９０は、いずれも車室７６下に配置されている。車室７６は、車両１０の中で人が乗る空間であって、少なくともその前後方向、左右方向、及び下部が車体１００で囲まれている。水タンク８２と燃料生成装置８０との間には配水管１０２が設けられ、燃料生成装置８０と第１燃料タンク８８との間には燃料配管１０４が設けられ、燃料混合装置５８とエンジン１２との間には、供給管１０６が設けられている。必要に応じて、空冷用ファン２０により燃料生成装置８０に二酸化炭素９６を供給することでアルコール系燃料の生成を促進させることができる。また、燃料生成装置８０よりも低い位置に第１燃料タンク８８が配置されているため、アルコール系燃料はその自重で燃料配管１０４を介して第１燃料タンク８８に送ることが可能である。

【0030】

本実施例によれば、（ａ）水タンク８２、燃料生成装置８０、第１燃料タンク８８、及び第２燃料タンク９０が備えられ、（ｂ）エンジン１２及び駆動ユニット７０は、エンジンコンパートメント７４内に収容され、（ｃ）エンジンコンパートメント７４内において、燃料生成装置８０は、駆動ユニット７０の上方に配置され、（ｄ）電池４２、水タンク８２、第１燃料タンク８８、及び第２燃料タンク９０は、いずれも車室７６下に配置されている。駆動ユニット７０が機電一体型であるため、エンジンコンパートメント７４内における駆動ユニット７０の上方の空いたスペースに燃料生成装置８０が配置される。燃料生成装置８０により生成されたアルコール系燃料を使用して走行できるため、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素を削減することができる。したがって、石油系燃料の使用で排出される二酸化炭素の削減が図られるとともに車両部品の搭載スペースの増加が抑制される。例えば、車両１０の走行が主としてエンジン走行である場合には、電池４２の容量（体積）を小さくできるため、車室７６下においてその電池４２が小さくなった分だけ水タンク８２等の配置が可能であるとともに電池４２のコスト削減が可能である。

【0031】

なお、上述したのは本発明の実施例であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

【0032】

前述の実施例では、車両１０は第１燃料タンク８８及び第２燃料タンク９０の２つを備えていたが、本発明はこの態様に限らない。例えば、第１燃料タンク８８のみを備え、第２燃料タンク９０及び燃料混合装置５８を備えない態様の車両にも、本発明は適用可能である。このような態様の車両では、エンジン１２は、アルコール系燃料のみの燃焼により運転可能な内燃機関となる。

【符号の説明】

【0033】

１０：プラグインハイブリッド車両、１２：エンジン、１４：一対の駆動輪、４２：電池、７０：駆動ユニット、７４：エンジンコンパートメント、７６：車室
８０：燃料生成装置、８２：水タンク、８８：第１燃料タンク（燃料タンク）、９６：二酸化炭素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】