JP2003083109A - ハイブリッド車の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関騒音を低減するために燃焼圧力を低下し
つつ、この燃焼圧力の低下に伴う総出力トルクの低下を
抑制・解消する。 【解決手段】 Ｖ型６気筒の内燃機関１０のクランクシ
ャフト１２の出力側端部１２ａに、モータジェネレータ
（電動モータ）１４を直列に接続する。モータジェネレ
ータ１４に近い＃５，＃６気筒の燃焼圧力を他の＃１〜
＃４気筒の燃焼圧力に比して低くする（燃焼圧力低下手
段）。＃５，＃６気筒の燃焼圧力の低下に伴う総出力ト
ルクの低下を補うように、モータジェネレータ１４によ
り所定のモータアシストトルクを付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多気筒内燃機関の
クランクシャフトの出力側端部に電動モータが直列に接
続されたハイブリッド車の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、多気筒内燃機関のクランクシ
ャフトの出力側端部に、電動モータとしてのモータジェ
ネレータを直列に接続し、これら内燃機関とモータジェ
ネレータを併用して車両全体としての総出力トルクを得
るハイブリッド車の駆動装置が知られている（特開平１
１−７８５５５号公報参照）。

【０００３】ところで、多気筒内燃機関のクランクシャ
フトの回転を円滑化する等のために、従来より、クラン
クシャフトの出力側端部には、所定の質量をもつ重量
物、例えばフライホイール、トルクコンバータ等が接続
されている。しかしながら、このような重量物を有する
構成においては、この重量物に近い気筒、すなわちクラ
ンクシャフトの出力側端部に近い気筒の燃焼圧力に起因
して重量物が振動（振れ回り）し、この振動がシリンダ
ブロックのクランク軸受部分の振動となって、機関騒音
が増大するという問題を生じるおそれがある。特に、内
燃機関の摩擦損失低減化，軽量化を図るためにクランク
シャフトを小径化したりシリンダブロックを薄肉化して
いる場合、上記の機関騒音が更に問題となる。加えて、
上述したように内燃機関とトルクコンバータとの間にモ
ータジェネレータを介装したハイブリッド車の場合、重
量物としてモータジェネレータの回転体（ロータ）が追
加されるとともに、モータジェネレータを介装した分、
重量物の一部としてのトルクコンバータやフライホイー
ルが内燃機関から遠くなることから、上記の機関騒音が
更に増大する傾向にある。

【０００４】このような問題に対し、実開昭５９−２２
９８５号公報には、重量物としてのフライホイールに最
も近い気筒の燃焼圧力、つまり機関騒音に最も影響を与
える気筒の燃焼圧力を、他の気筒の燃焼圧力よりも低く
抑制することにより、機関騒音を低減する技術が開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに一部の気筒の燃焼圧力を低下させると、機関出力ト
ルクが低下してしまうという欠点がある。上記の公報に
は、このような機関出力トルクの低下を回復する具体的
な手法については開示されていない。

【０００６】本発明は、上記機関騒音の低減化を図りつ
つ、内燃機関に接続された電動モータを利用して、上記
機関騒音の低減化に伴う総出力トルクの低下を低減・解
消することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るハイブリッ
ド車の駆動装置は、多気筒内燃機関のクランクシャフト
の出力側端部に電動モータが直列に接続されている。そ
して、上記電動モータに近い気筒の燃焼圧力を他の気筒
の燃焼圧力に比して低くする燃焼圧力低下手段と、上記
近い気筒の燃焼圧力の低下に伴う機関出力トルクの低下
を補うように、上記電動モータにより所定のモータアシ
ストトルクを付与する手段と、を有することを特徴とし
ている。

【０００８】このような本発明によれば、電動モータに
近い気筒の燃焼圧力を他の気筒の燃焼圧力に比して低く
することにより、クランクシャフトの出力側端部に接続
されるフライホイール，トルクコンバータ，更には電動
モータのロータのような重量物の振れ回りが抑制され、
この振れ回りに起因する機関騒音の発生が抑制される。
更に、このような燃焼圧力の低下に伴う機関出力トルク
の低下を補うように、モータアシストトルクを付与して
いるため、車両全体の総出力トルクの低下を効果的に抑
制することができる。

【０００９】上記近い気筒の燃焼圧力が低下するタイミ
ングはクランクシャフトの回転位相に連動しているた
め、上記モータアシストトルクを上記クランクシャフト
の回転位相に応じて与えることにより、燃焼圧力の低下
により機関出力トルクが低下するタイミングに同期して
精度良くモータアシストトルクを与えることができる。

【００１０】また、上記近い気筒からクランクシャフト
へ作用する力のうち、クランクシャフトの回転方向に沿
う回転方向成分により機関出力トルクが得られ、この回
転方向成分が低下することにより、機関出力トルクが低
下する関係にある。従って、上記モータアシストトルク
を、上記近い気筒からクランクシャフトへ作用する力の
うち、クランクシャフトの回転方向に沿う回転方向成分
の特性又はその低下特性に応じて与えることにより、機
関出力トルクの低下分を精度良く補うことができる。

【００１１】典型的には、上記モータアシストトルクの
出力波形を矩形波とする。この場合、モータトルク制御
が簡易化され、その電流制御やスイッチング素子等の簡
素化が可能となる。

【００１２】上記近い気筒は、典型的には、上記電動モ
ータに最も近いクランクシャフトの軸受部分と、その次
に近いクランクシャフトの軸受部分と、の間に位置する
１又は複数の気筒である。例えばＶ型６気筒あるいはＶ
型８気筒の４サイクルエンジンでは、隣り合うクランク
シャフトの軸受間に２つのクランクピンが隣設されるた
め、上記近い気筒は２つとなる。また、４気筒４サイク
ルエンジンでは、隣り合うクランクシャフトの軸受間に
設けられるクランクピンが１つであるため、上記近い気
筒は１つとなる。

【００１３】上記燃焼圧力低下手段の具体例としては、
上記近い気筒の点火時期の遅角化，ガソリン機関におけ
る吸入空気量の削減，圧縮比の低下，ディーゼル機関に
おける燃料噴射量の削減等の様々な手法が挙げられる。
上記吸入空気量の削減や圧縮比の低下は、例えば周知の
可変バルブタイミング機構や電磁駆動バルブ機構により
吸・排気弁のバルブリフト特性を変更することによって
実現可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電動モー
タに近い気筒の燃焼圧力を低下させることにより、機関
騒音を低減しつつ、電動モータによりモータアシストト
ルクを付与することにより、上記燃焼圧力の低下に伴う
機関出力トルクの低下を補い、車両全体の総出力トルク
をばらつきなく安定して得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施の形態について詳述する。図１は、本発明の
一実施形態に係るハイブリッド車の駆動装置を示してい
る。Ｖ型６気筒の内燃機関１０は、周知のように、気筒
内で燃料を燃焼することによってクランクシャフト１２
を回転駆動する。このクランクシャフト１２の出力側端
部１２ａには、モータジェネレータ１４が接続されてお
り、このモータジェネレータ１４と図外の駆動輪との間
には、トルク要素としてのトルクコンバータ１６及び変
速機としての無段変速機１８が介装されている。モータ
ジェネレータ１４は、インバータ２０を介してバッテリ
２２と接続されており、モータ出力トルクを発生する電
動モータとしての機能と、制動時等に内燃機関１０の機
関出力トルクを回生するジェネレータとしての機能と、
を兼ね備えている。トルクコンバータ１６及び無段変速
機１８へ出力される車両駆動装置全体の総出力トルク
は、内燃機関１０の機関出力トルクと、モータジェネレ
ータ１４のモータ出力トルクと、の和となる。

【００１６】制御ユニット２４には、内燃機関１０の温
度（冷却水温）を検出する水温センサ２６，変速機１８
の温度（油温）を検出する油温センサ２８，ブレーキス
トローク（ブレーキペダルの踏み込み量）を検出するブ
レーキストロークセンサ３０，車両の勾配を検出するス
ロープセンサ３２，バッテリ２２を制御するためのバッ
テリコントローラ３４等が接続されている。これらセン
サやコントローラ等からの入力信号に基づいて、制御ユ
ニット２４は、現在の運転状態を判断し、インバータ２
０へ制御信号を出力して、モータジェネレータ１４の動
作を制御するとともに、内燃機関１０を制御するＥＣＭ
（エンジン・コントロール・モジュール）３６と双方向
通信を行い、駆動装置全体を制御する。

【００１７】図２を参照して、内燃機関１０のシリンダ
ブロック３８には、機関前方（無段変速機１８が設けら
れない側；図２の左側）より順に６つの＃１，＃２，＃
３，＃４，＃５，＃６気筒（シリンダ）が形成されてい
る。なお、図２ではＶバンクの一方のバンクの３つの気
筒＃２，＃４，＃６のみが描かれている。各気筒にはピ
ストン４２が摺動可能に嵌合しており、各ピストン４２
にはピストンピン４４を介してコネクティングロッド４
６が連結されている。

【００１８】クランクシャフト１２は、ベアリングキャ
ップ４８を用いてシリンダブロック３８に回転可能に支
持される複数のメインジャーナル５０と、各気筒のコネ
クティングロッド４６が取り付けられる複数のクランク
ピン５２と、を有している。Ｖ型６気筒の場合、一般的
に、機関全長の短縮化を図るために一対のメインジャー
ナル５０間に、左右バンクの一対のクランクピン５２が
隣設されるので、６つのクランクピン５２に対して４つ
の第１〜第４メインジャーナル５０ａ〜５０ｄが設けら
れる。

【００１９】モータジェネレータ１４は、ハウジング５
４ａを介してシリンダブロック３８に固定されるステー
タ５４と、このステータ５４の内周側に所定の間隙（エ
アギャップ）を介して回転可能に配置されるロータ５６
と、を有している。このロータ５６には、シリンダブロ
ック３８から後方へ突出するクランクシャフト１２の後
端部１２ａに直列に固定されるロータ軸部５８が設けら
れる。このロータ軸部５８は、クランクシャフト１２と
同軸状に無段変速機１８の内部へと延びており、トルク
コンバータ１６（図１）に接続される。このロータ５６
は、クランクシャフト１２の回転を円滑化する重量物の
一部としても機能する。

【００２０】Ｖ型６気筒の内燃機関１０では、ロータ５
６等を含めた重量物に最も近い第４メインジャーナル５
０ｄの軸受部分と、その次に近い第３メインジャーナル
５０ｃの軸受部分との間に、＃５気筒と＃６気筒のクラ
ンクピン５２−＃５，５２−＃６が隣設されており、主
としてこれら＃５気筒及び＃６気筒に作用する燃焼圧力
に応じて上記の重量物が振動し、この振動がシリンダブ
ロック３８等に伝播して、機関騒音が増大する傾向にあ
る。そこで本実施形態では、上記の機関騒音を抑制する
ために、運転状態に応じて＃５気筒及び＃６気筒の燃焼
圧力を他の＃１〜＃４気筒の燃焼圧力よりも低く抑制す
る。同時に、＃５，＃６気筒の燃焼圧力の低下に伴う機
関出力トルクの低下分を補うように、クランクシャフト
１２の回転位相に応じてモータジェネレータ１４のモー
タ出力トルクを増加させて、所定のモータアシストトル
クを付与している。これにより、機関騒音の低減化に伴
う機関出力トルクの低下を抑制し、運転者の意志に応じ
た所望の総出力トルクを安定して得ることができる。

【００２１】図３は、制御ユニット２４によって実行さ
れる制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ（ステ
ップ）１では、アクセル開度や車速等に基づいて、上記
の機関騒音を低減する必要があるか、つまり機関騒音を
生じる運転状態にあるかが判定される。例えば、機関騒
音を生じる加速時等の走行シーンにおける車速，アクセ
ル開度，シフトポジション等を予めマップやテーブルと
して記憶しておき、このマップやテーブルに基づいて判
定を行う。Ｓ２では、バッテリ２２のＳ．Ｏ．Ｃ．（ス
テート・オブ・チャージ）及びモータジェネレータ１４
の温度（油温）等に基づいて、モータジェネレータ１４
の力行運転が可能であるかが判定される。Ｓ１及びＳ２
の双方がＹＥＳと判定された場合に、Ｓ３へ進み、上述
したように＃５，＃６気筒の燃焼圧力（出力）を相対的
に低下させるとともに、モータジェネレータ１４による
モータアシストトルクの付与を実施する。

【００２２】上記燃焼圧力を低下させる手法の一例とし
て、＃５，＃６気筒の点火時期を他の＃１〜＃４気筒の
点火時期に比して遅角化（リタード）する場合につい
て、図４，５及び６を参照して説明する。点火時期の遅
角量は、例えば、エンジン回転数やアクセル開度をパラ
メータとして、予め設定・記憶された点火時期マップを
参照することにより設定される。また、モータアシスト
トルクの大きさは、例えば、図４に示すような予め設定
・記憶されたモータアシストトルク設定マップを参照し
て、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータと
して設定される。

【００２３】図５，図６を参照する。なお、図６におい
て、点火時期を遅角化した場合の特性には、点火時期を
遅角化しない場合の参照符号の後に「’」（ダッシュ）
を付している。図５に示すように、ピストン４２からコ
ネクティングロッド４６を経由してクランクピン５２へ
作用する力のうち、クランクシャフト１２の回転方向に
沿う回転方向成分Ｆ２のみが、機関出力トルクＴ２（図
６参照）として作用し、残りの曲げ方向成分Ｆ１によ
り、上記機関騒音が引き起こされる。

【００２４】図６に示すように、点火時期を遅角化した
場合、遅角化しない場合に比して、燃焼圧力が約２０％
低減されるので（Ｐ→Ｐ’）、曲げ方向成分が十分に低
減され（Ｆ１→Ｆ１’）、機関騒音を十分に低減でき
る。このような点火時期の遅角化により、機関出力トル
クＴ２も低下し（Ｔ２→Ｔ２’）、この機関出力トルク
の低下分ΔＴ２が、総出力トルクの低下分に相当する。
そこで、図６の曲線Ｌ１に示すように、クランクシャフ
トの回転位相に応じて、機関出力トルクＴ２の低下分Δ
Ｔ２とほぼ等しいモータアシストトルクを同期して付与
することにより、＃５，＃６気筒の点火時期の遅角化に
伴う機関出力トルクの低下を過不足なく適正に補うこと
ができ、運転者の意図に応じた適正な総出力トルクを得
ることができる。

【００２５】更に言えば、図６にも示すように、クラン
クシャフトの回転位相に対し、機関出力トルクＴ２が低
下するタイミングは、曲げ方向成分Ｆ１や燃焼圧力Ｐが
増加するタイミングとは異なるため、仮にこのような曲
げ方向成分Ｆ１や燃焼圧力Ｐ等に同期してモータアシス
トトルクを付与した場合、本実施形態にように機関出力
トルクの低下を過不足なく補うことはできない。

【００２６】典型的には、アシストトルクの出力波形
を、上記の曲線Ｌ１に近似する矩形波形Ｌ２とすること
により、制御ユニット２４によるモータトルク制御を簡
易化して、その電流制御やスイッチング素子の簡素化を
図ることができる。なお、図６では一つの気筒の特性の
みを示しており、実際には上記の矩形波形Ｌ２が、クラ
ンクシャフトが２回転する間に＃５及び＃６気筒の燃焼
行程にあわせて２回与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の駆
動装置を示す概略構成図。

【図２】図１の駆動装置の要部を示す断面対応図。

【図３】本実施形態に係る制御の流れを示すフローチャ
ート。

【図４】モータアシストトルク量の設定マップ。

【図５】クランクシャフトに作用する力を説明するため
の説明図。

【図６】クランクシャフトの入・出力特性及びモータア
シストトルクの出力特性を示す特性図。

【符号の説明】

１０…内燃機関 １２…クランクシャフト １４…モータジェネレータ（電動モータ） １６…トルクコンバータ １８…無段変速機 ２４…制御ユニット ５２…クランクピン

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA00 BA02 CA04 DA04 DA15 DA39 EA05 EB08 EC02 FA03 FA05 FA10 FA20 FA21 3G093 AA05 AA06 AA07 BA02 BA14 BA32 BA33 CB05 CB06 DA01 DA02 DA05 DA06 DB05 DB11 DB15 DB19 DB28 EA02 EC02 FA10 FA11 FA12 5H115 PA00 PA05 PC06 PG04 PI16 PI21 PO17 PU01 PU23 PU25 PV09 QE08 QI04 RB08 SE04 SE05 SE08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多気筒内燃機関のクランクシャフトの出
   力側端部に電動モータが直列に接続されたハイブリッド
   車の駆動装置において、 上記電動モータに近い気筒の燃焼圧力を他の気筒の燃焼
   圧力に比して低くする燃焼圧力低下手段と、 上記近い気筒の燃焼圧力の低下に伴う機関出力トルクの
   低下を補うように、上記電動モータにより所定のモータ
   アシストトルクを付与する手段と、を有することを特徴
   とするハイブリッド車の駆動装置。
2. 【請求項２】 上記モータアシストトルクが、上記クラ
   ンクシャフトの回転位相に応じて与えられることを特徴
   とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
3. 【請求項３】 上記モータアシストトルクが、上記近い
   気筒からクランクシャフトへ作用する力のうち、クラン
   クシャフトの回転方向に沿う回転方向成分の特性又はそ
   の低下特性に応じて与えら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車の駆動装置。
4. 【請求項４】 上記モータアシストトルクの出力波形を
   矩形波とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載のハイブリッド車の駆動装置。
5. 【請求項５】 上記近い気筒は、上記電動モータに最も
   近いクランクシャフトの軸受部分と、その次に近いクラ
   ンクシャフトの軸受部分と、の間のクランクピンに接続
   する１又は複数の気筒であることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。