JP2005512492A - 自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法 - Google Patents

自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、内燃機関および少なくとも１つの電気的な機械が動力伝達装置を介してハイブリッドドライブの被駆動軸に作用結合できるようになっている、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法に関する。
ハイブリッドドライブ（１０）の被駆動軸（３４）を回転させて、電気的な機械（１４，１６）の内の少なくとも一方を、動力伝達装置（２４）を用いてかつ制御装置を用いてジェネレータ運転に切換えるようにした。

Description

【０００１】
本発明は、内燃機関および少なくとも１つの電気的な機械が動力伝達装置を介してハイブリッドドライブの被駆動軸に作用結合できるようになっている、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法に関する。
【０００２】
背景技術
上位概念部に記載した形式のハイブリッドドライブは公知である。この種のハイブリットドライブは、多種多様なエネルギ源により運転可能である複数の駆動源を有している。
【０００３】
例えば、内燃機関を少なくとも１つの電気的な機械と組み合わせることが知られている。この場合、内燃機関のクランクシャフトと、少なくとも１つの電気的な機械の駆動軸とが、入力軸として動力伝達装置（変速装置）に結合されている。動力伝達装置の操作により、内燃機関および／または電気的な機械はハイブリッドドライブの被駆動軸に作用結合可能である。被駆動軸は公知の形式で、自動車を駆動するために働く。特に、１つより多くの電気的な機械を備えたハイブリッド装置も知られている。
【０００４】
これに関しては特に、内燃機関の他に、モータとしてもジェネレータとしても運転されることができる少なくとも２つの電気的な機械を有する動力分割式のハイブリッドドライブを備えた自動車が知られている。この種のハイブリッドドライブを備えた自動車の場合、内燃機関のための独自の始動装置は省略される。内燃機関の始動は、ハイブリッドドライブの少なくとも１つの電気的な機械により、この電気的な機械をエネルギ源、一般的には自動車用バッテリに接続することにより実施されることができる。少なくとも１つの電気的な機械をモータとして運転することにより、動力伝達装置を適当に切換えれば、内燃機関を回転し始めることができる。
【０００５】
公知のハイブリッドドライブにおける欠点は、少なくとも１つの電気的な機械のための電圧供給装置が故障した場合に、内燃機関の始動が不可能である点である。
【０００６】
本発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた本発明による方法が有する利点は、ハイブリッドドライブの少なくとも１つの電気的な機械のための電圧供給装置が故障した場合においても、内燃機関の回転開始（始動）が可能である点である。少なくとも１つの電気的な機械がハイブリットドライブの動力伝達装置を用いてジェネレータ運転に切換えられ、かつ動力伝達装置の被駆動軸が回転させられることにより、有利には、外的な運動エネルギを自動車に加えることによって、ハイブリッドドライブの場合も、ハイブリットドライブの補助始動が実施されることができるようになる。自動車に対する外的な運動エネルギは例えば押したり、牽引したり、または斜面またはこれに類する場所で降下させたりすることによって加えることができる。少なくとも１つの電気的な機械をジェネレータ運転に切換えることにより、動力伝達装置の被駆動軸と内燃機関のクランクシャフトとの間での作用結合が生まれる。それにより、内燃機関の回転開始のために、被駆動軸から内燃機関のクランクシャフトへ運動エネルギを伝達することが可能である。
【０００７】
本発明の有利な構成では、２つの電気的な機械を備えたハイブリットドライブにおいて、一方の電気的な機械がジェネレータ運転に切換えられ、該ジェネレータ運転で運転されている電気的な機械により供給される電気的なエネルギが、少なくとも１つの別の電気的な機械をモータ運転で運転するために使用される。これにより、内燃機関の始動は、外的な運動エネルギを自動車に加えることによって、ジェネレータ運転にある電気的な機械が充分な電気的なエネルギを準備した後で、モータ運転にある電気的な機械により補助されることができる。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、ハイブリッド装置の、少なくとも１つの電気的な機械、特に全ての電気的な機械が最初は空転状態で運転され、前もって設定可能な大きさの外的な運動エネルギが自動車に加えられた後で初めて、電気的な機械がジェネレータ運転またはモータ運転に切換えられるようになっている。これに関して、例えば被駆動軸の回転数が基準として引き合いに出されることができる。これにより、十分な大きさの運動エネルギを自動車に加えることが簡単化される。それというのは、最初に電気的な機械の作用抵抗を克服する必要がないからである。
【０００９】
さらに、本発明の別の有利な構成では、ハイブリッドドライブを始動するために、電気的な機械がまず最初に空転状態で運転され、前もって設定可能な大きさの外的な運動エネルギが自動車に加えられた後で、電気的な機械が機械式、ニューマチック式、ハイドロリック式、または別の適当な方法で制動されるようになっている。これにより、動力伝達装置の被駆動軸が内燃機関のクランクシャフトと直接的に機械的に連結されるので、内燃機関の回転開始が可能になる。
【００１０】
本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載したその他の特徴から生じる。
【００１１】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１２】
図１には概略的に、全体的に符号１０を付与された、自動車のハイブリットドライブが示されている。ハイブリットドライブ１０は、内燃機関１２と、第１の電気的な機械１４と、第２の電気的な機械１６とを有している。内燃機関１２のクランクシャフト１８と、電気的な機械１４，１６の駆動軸２０もしくは２２とは、動力伝達装置２４に作用結合されている。この場合、駆動軸２０は第１のプラネタリーギヤ２６に、駆動軸２２は第２のプラネタリーギヤ２８に結合されている。プラネタリーギヤ２６の中空歯車もしくはインターナルギヤは変速装置３０に、プラネタリーギヤ２８の中空歯車もしくはインターナルギヤは変速装置３２に結合されている。さらに、変速装置３０，３２は動力伝達装置２４の被駆動軸３４に作用結合されている。被駆動軸３４は、図示されていない自動車の駆動軸もしくはドライブアクスルに作用結合されている。
【００１３】
この種のハイブリッドドライブ１０の構造および作用形式は一般的に知られているので、本実施例の説明の枠内ではこれに関して、これ以上の深入りはしない。特に、内燃機関１２および／または電気的な機械１４，１６を適当に起動制御することにより、内燃機関１２および／または電気的な機械１４，１６から、被駆動軸３４に対する種々異なる駆動モーメントを要求することができる。それにより、ハイブリッドドライブ１０の多様な運転モードが生ぜしめられる。変速装置３０，３２は、切換発生器（Ｓｃｈａｌｔｇｅｂｅｒ）を公知の形式で操作することにより、種々異なるギヤに、本例では符号１，２，３，４，５，６が付与されたギヤと、符号Ｒが付与されたリバースギヤとにシフトチェンジすることを許可する。電気的な機械１４，１６はそれぞれジェネレータ運転で運転されることができて、例えば自動車の車両電気システムに電圧を提供したり、蓄電池を充電したりするのに役立つ。電気的な機械１４，１６にはそれぞれブレーキ装置３６，３８が対応配置されており、ブレーキ装置３６，３８により、電気的な機械１４，１６の回転子が機械式に制動されることができる。
【００１４】
通常運転時には、ハイブリットドライブ１０の内燃機関１２は、電気的な機械１４，１６の内の少なくとも一方をモータとして運転することにより、公知の形式で回転が開始される（始動される）。このために、電気的な機械１４および／または１６は車両電気システム供給装置、一般的には自動車用バッテリに接続される。
【００１５】
以下の説明は、それ自体としては通常の運転による内燃機関１２の始動が不可能である場合を前提としている。このような事態は例えば、電気的な機械に対応して働く自動車用バッテリが放電されているか、または故障しているような場合に発生する。それにより、内燃機関１２を始動するために使用できる電気的なエネルギが自動車内に存在しない事態が発生するかもしれない。
【００１６】
以下に、使用できる電気的なエネルギ源がなくても、内燃機関１２を回転開始する（始動する）ことができるような、３つの実施バリエーションについて説明する。すべての３つの実施バリエーションは、内燃機関１２を回転開始するためにハイブリッドドライブ１０の被駆動軸３４が回転させられるという点で共通している。このことは例えば、自動車を押したり牽引したりすることによって行われることができる。被駆動軸３４が自動車の駆動装置（駆動輪）に作用結合していることにより、運動エネルギを自動車に加えた場合に、自動車の運動が被駆動軸３４の回転へと変換される。さらに、自動車を斜面、例えば傾斜した道路またはこれに類する場所で降下させて駆動輪を転動させることも可能である。
【００１７】
第１のバリエーションでは、電気的な機械１４，１６が当初、空転状態もしくはニュートラルに切換えられている。つまり、電気的な機械１４，１６はモータとしての運転状態にもジェネレータとしての運転状態にもない。変速装置３０，３２は所定の切換位置に入れられる。このことは例えば、変速装置３０がリバースギヤＲにシフトチェンジされ、変速装置３２が２速のギヤ２にシフトチェンジされるような形で行われることができる。このために、変速装置３０，３２のカウンターシャフトは適当な切換位置へと動かされる。駆動軸３４が回転状態に入れられた後で、電気的な機械１４，１６は、駆動軸２０，２２の、動力伝達装置２４とのカップリングに応じて異なる回転方向で稼動する。電気的な機械１６はジェネレータとしての運転が行われる一方で、電気的な機械１４はモータとしての運転が行われている。それにより、動力伝達装置２４を介して、被駆動軸３４の、内燃機関１２のクランクシャフト１８との機械的なカップリングが起こるので、被駆動軸３４の回転時に同時にクランクシャフト１８が回転し、自体公知の形式で内燃機関１２の回転開始に役立つ。電気的な機械１６がジェネレータとしての運転状態にあることにより、この電気的な機械１６は電気的なエネルギを自動車の車両電気システムに供給する。この電気的なエネルギは電気的な機械１４により付加的に、モータとしての運転のために使用されることができるので、電気的な機械１４の、これにより追加されている駆動モーメントは付加的に、内燃機関１２の回転開始のために使用可能である。
【００１８】
第２の実施バリエーションでは、最初に電気的な機械１４，１６が空転状態で運転されるようになっている。変速装置３０，３２は所定のギヤに入れられる。例えばカウンターシャフトを用いて、変速装置３０は一速のギヤ１に、変速装置３２は２速のギヤ２に入れられる。運動エネルギを自動車に加えた後、つまり自動車が運動状態にあって被駆動軸３４が回転させられた後に、電気的な機械１４，１６はそれぞれジェネレータとしての運転が行われる。それにより、両方の電気的な機械１４，１６によって、同一方向のトルクが動力伝達装置２４を介してクランクシャフト１８に伝達されるので、クランクシャフト１８の回転により、内燃機関１２は回転を開始させられることができる。電気的な機械１４，１６をジェネレータとして運転することにより、同時に、自動車用バッテリは電気的なエネルギを給電されることができる。これにより、特に自動車用バッテリが放電されていることにより通常の始動が不可能である場合に、それによって同時に、再び電気的なエネルギが車両電気システム・供給装置のために使用可能でもある。
【００１９】
第３の実施バリエーションでは、被駆動軸３４の回転時に、電気的な機械１４，１６が最初に空転状態に切換えられているようになっている。前もって所定のギヤに入れられている。被駆動軸３４が回転状態にもたらされた後で、電気的な機械１４，１６の内の少なくとも一方が、ブレーキ装置３６または３８の操作により制動される。これにより、被駆動軸３４は直接に動力伝達装置２４を介してクランクシャフト１８に連結される。この直接的な連結はひいては、内燃機関１２の回転開始（始動）を可能にする。
【００２０】
前述の説明に基づいて、内燃機関１２の回転開始のために種々異なる方略を採ることができることは明らかであるが、その際の前提条件は常に、自動車に運動エネルギを加えることによる被駆動軸３４の回転である。可能な方略の内のどれを最終的に使用するかは、ハイブリッドドライブ１０の、上位に配置された機関制御装置により決定され得る。
【００２１】
図２には、ブロック線図で、内燃機関１２の始動方略の処理の可能性が示されている。最初に、始動命令４０をトリガした後にステップ４２で、電気的な機械１４，１６がその機能を果たす能力を有しているかどうか、つまり正常に作動するかどうかがチェックされる。電気的な機械１４，１６がその機能を果たす能力を有している場合には、次のステップ４４で、電気的な機械１４，１６の起動制御が全面的に可能であるかどうかがチェックされる。これが可能である場合、内燃機関１２の始動は、先述した第１の方法バリエーション４６に従って実施されることができる。要するに、電気的な機械１４はジェネレータとしての運転に切換えられ、電気的な機械１６はモータとしての運転に切換えられている。そのあとで内燃機関１２の始動４８が実施される。
【００２２】
応答４４で、確かに電気的な機械１４，１６がその機能を果たす能力を有しているものの、電気的な機械１４，１６の起動制御が全面的には保証されていないことが明らかになると、ステップ５０において、電気的な機械１４，１６がモータとしての運転には使用し得なくとも少なくともジェネレータとしての運転には使用可能であるかどうかがチェックされる。この可能性が提供されている場合には、ステップ５２において、内燃機関１２の始動４８′が、先述した第２の実施バリエーションに従って実施される。
【００２３】
応答４２で、電気的な機械１４，１６がその機能を果たす能力を有していないことが明らかになった場合、および応答５０で、電気的な機械１４，１６のジェネレータとしての運転も不可能であることが明らかになった場合、ステップ５４において、電気的な機械１４，１６のブレーキ装置３６，３８がその機能を果たす能力を有しているかどうかがチェックされる。この可能性が提供されている場合には、ステップ５６において、第３のバリエーション４８″が内燃機関１２を始動するためにトリガされる。応答５４で、ブレーキ装置３６，３８がその機能を果たす能力を有していないことが明らかになると、押したり、牽引したり、または斜面で降下させたりすることによって内燃機関１２を始動することが不可能であるという決定５８が下される。
【００２４】
内燃機関１２の始動に関する始動バリエーション４６，５２，５６は付加的に冗長性を、重複して構成している。先行の応答４２，４４で、バリエーション４６が内燃機関１２を始動するためにそれ自体としては可能であることが明らかになったとしても、内燃機関１２の始動を実施せずに、自動的にバリエーション５２が選択されることができるし、かつバリエーション５２から場合によっては自主的にバリエーション５６が選択されることができる。バリエーション５６でもってしても、内燃機関１２の始動が失敗したとなると、内燃機関１２の始動は不可能であるという決定５８が下される。
【００２５】
要するに、自動車に運動エネルギを導入することによって、枝分かれした決定階層（Ｅｎｔｓｃｈｅｉｄｕｎｇｓｈｉｅｒａｒｃｈｉｅ）により簡単な形式でハイブリッドドライブ１０の内燃機関１２が、例えば車両電気システム・電圧供給装置の故障時にも非常始動され得ることが明らかである。
【００２６】
本発明がハイブリットドライブ１０の図示の実施例にのみ限定されるものではないことは自明である。例えば電気的な機械が２つよりも多くまたは少なく設けられているか、または内燃機関１２および電気的な機械１４，１６が機構学的に異なる形式で相互連結されているような、ハイブリッドドライブ１０の異なる配置も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
自動車のハイブリッドドライブの概略図である。
【図２】
ハイブリットドライブの内燃機関の多様な始動バリエーションのブロック線図である。

Claims (7)

  1. 内燃機関および少なくとも１つの電気的な機械が動力伝達装置を介してハイブリッドドライブの被駆動軸に作用結合できるようになっている、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法において、ハイブリッドドライブ（１０）の被駆動軸（３４）を回転させて、電気的な機械（１４，１６）の内の少なくとも一方を、動力伝達装置（２４）を用いてかつ制御装置を用いてジェネレータ運転に切換えることを特徴とする、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法。
  2. ジェネレータ運転に切換えられた電気的な機械（１６）により供給される電気的なエネルギを、少なくとも１つの第２の電気的な機械（１４）をモータ運転で運転するために使用する、請求項１記載の方法。
  3. ハイブリッド装置（１０）の、少なくとも１つの電気的な機械（１４，１６）、特に全ての電気的な機械（１４，１６）を最初に空転状態で運転し、かつ所定の大きさの、外的な運動エネルギを自動車に加えた後に初めて、電気的な機械（１４，１６）をジェネレータ運転またはモータ運転に切換える、請求項１または２記載の方法。
  4. 電気的な機械（１４，１６）のジェネレータ運転もしくはモータ運転を、動力伝達装置（２４）の変速装置（３０，３２）の操作により選択する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 内燃機関および少なくとも１つの電気的な機械が動力伝達装置を介してハイブリッドドライブの被駆動軸に作用結合できるようになっている、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法において、内燃機関（１２）を始動するために、少なくとも１つの電気的な機械（１４，１６）を最初に空転状態で運転し、被駆動軸（３４）を回転させて、引き続いて、少なくとも１つの電気的な機械（１４，１６）をメカニカル式、ニューマチック式、ハイドロリック式、または別の適当な方法で制動することを特徴とする、自動車のハイブリッドドライブの内燃機関を始動するための方法。
  6. 被駆動軸（３４）の回転を、運動エネルギを自動車に加えることにより生ぜしめる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 内燃機関（１２）を始動するために使用することができる複数の方法バリエーションからの選択を、ハイブリッドドライブ（１０）の制御装置により実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
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